Двигатель с верхним расположением клапанов
Двигатель с верхним расположением клапанов , сокращенно ( OHV ) и иногда называемый двигателем с толкателем , представляет собой поршневой двигатель , клапаны которого расположены в головке цилиндра над камерой сгорания . Это контрастирует с двигателями с плоской головкой (или «боковыми клапанами») , где клапаны располагались под камерой сгорания в блоке цилиндров .
Хотя двигатель с верхним расположением распределительного вала (OHC) также имеет верхние клапаны, обычное использование термина «двигатель с верхним расположением клапанов» ограничивается двигателями, в которых распределительный вал расположен в блоке цилиндров. В этих традиционных двигателях с верхним расположением клапанов движение распределительного вала передается с помощью толкателей (отсюда и термин «двигатель с толкателями») и коромысел для управления клапанами в верхней части двигателя. Тем не менее, в некоторых конструкциях распределительный вал находится в головке блока цилиндров, но все же располагается под клапанами или рядом с ними ( хорошими примерами являются Ford CVH и Opel CIH ), поэтому их по сути можно считать конструкциями с верхним расположением клапанов.
В некоторых ранних двигателях с впуском над выпуском использовалась гибридная конструкция, сочетающая элементы как боковых, так и верхних клапанов. [ 1 ]
История
[ редактировать ]
Предшественники
[ редактировать ]Первые двигатели внутреннего сгорания были основаны на паровых двигателях и поэтому использовали золотниковые клапаны . [ 2 ] Так было с первым двигателем Отто , который впервые был успешно запущен в 1876 году. Поскольку двигатели внутреннего сгорания начали развиваться отдельно от паровых двигателей, тарельчатые клапаны становились все более распространенными.
Начиная с Daimler Reitwagen 1885 года , в нескольких автомобилях и мотоциклах использовались впускные клапаны, расположенные в головке блока цилиндров, однако эти клапаны приводились в действие вакуумом («атмосферно»), а не приводились от распределительного вала, как в типичных двигателях с верхним расположением клапанов. Выпускные клапаны приводились в движение распределительным валом, но располагались в блоке цилиндров, как и в двигателях с боковыми клапанами.
1894 года В прототипе дизельного двигателя использовались верхние тарельчатые клапаны, приводимые в действие распределительным валом , толкателями и коромыслами . [ 3 ] [ 4 ] таким образом, став первыми двигателями OHV. В 1896 году Уильям Ф. Дэвис получил патент США № 563 140 на двигатель OHV с жидкой охлаждающей жидкостью, используемой для охлаждения головки блока цилиндров. [ 5 ] [ 6 ] но рабочая модель так и не была построена.
Производство двигателей OHV
[ редактировать ]В 1898 году производитель велосипедов Уолтер Лоренцо Марр в США построил трехколесный велосипед с электроприводом, оснащенный одноцилиндровым двигателем OHV. [ 7 ] Марр был нанят компанией Buick (тогда называвшейся Buick Auto-Vim and Power Company ) в 1899–1902 годах, где конструкция двигателя с верхним расположением клапанов была дополнительно усовершенствована. [ 8 ] В этом двигателе использовались коромысла, приводимые в действие толкателями, которые, в свою очередь, открывали тарельчатые клапаны параллельно поршням. Марр вернулся в Buick в 1904 году (построив небольшое количество автомобилей Marr Auto-Car с одним из первых известных двигателей, в которых использовался верхний распределительный вал), в том же году, когда Buick получил патент на конструкцию двигателя с верхним расположением клапанов. В 1904 году первый в мире серийный двигатель с верхним расположением клапанов был выпущен в модели Buick Model B. Двигатель представлял собой плоско-двухцилиндровую конструкцию с двумя клапанами на цилиндр. Двигатель имел большой успех для Buick: в 1905 году компания продала 750 таких автомобилей, а с тех пор двигатель с верхним расположением клапанов использовался почти во всех автомобилях Buick.
Несколько других производителей начали производить двигатели с верхним расположением клапанов, например, братьев Райт вертикальный 4-цилиндровый двигатель 1906–1912 годов . [ 9 ] [ 10 ] В 1911 году Chevrolet присоединилась к Buick, почти исключительно используя двигатели с верхним расположением клапанов. [ 11 ] Однако двигатели с плоскими головками и «боковыми клапанами» оставались обычным явлением в США до середины-конца 1950-х годов. [ 12 ] когда их начали снимать с производства для двигателей OHV.
Двигатели с верхним расположением распредвала
[ редактировать ]Первый двигатель с верхним расположением распределительного вала (OHC) появился в 1902 году на модели Marr ; [ 13 ] однако на протяжении многих десятилетий использование этой конструкции в основном ограничивалось высокопроизводительными автомобилями. Двигатели OHC постепенно становились все более распространенными с 1950-х по 1990-е годы, и к началу 21 века в большинстве автомобильных двигателей (за исключением некоторых североамериканских двигателей V8) использовалась конструкция OHC. [ 14 ]
На автогонках «Индианаполис 500» 1994 года команда Пенске участвовала в автомобиле, оснащенном специально изготовленным двигателем Mercedes-Benz 500I . Из-за лазейки в правилах двигателю с толкателем было разрешено использовать больший рабочий объем и более высокое давление наддува, что значительно увеличило его выходную мощность по сравнению с двигателями OHC, используемыми другими командами. Команда Пенске квалифицировалась с поул-позицией и выиграла гонку с большим отрывом.
В начале 21 века в нескольких двигателях V8 с толкателем от General Motors и Chrysler использовалась деактивация цилиндров для снижения расхода топлива и выбросов выхлопных газов. В 2008 году первый серийный двигатель с толкателем, в котором использовалась система изменения фаз газораспределения, был представлен на Dodge Viper (четвертое поколение) . [ 15 ]
Дизайн
[ редактировать ]
Двигатели OHV имеют ряд преимуществ по сравнению с двигателями OHC:
- Меньшая общая упаковка: конструкция двигателя с верхним расположением клапанов с расположением кулачка в блоке обеспечивает меньший общий размер по сравнению с эквивалентным двигателем с верхним расположением клапанов, который может иметь некоторые преимущества в отношении центра тяжести и высоты капота в конструкциях с V-образным двигателем. [ 16 ]
- Использование одной и той же отливки головки блока цилиндров для обоих рядов цилиндров: конструкция двигателя V-типа позволяет обеим головкам цилиндров быть зеркальным отражением друг друга в передней части каждого ряда цилиндров. В конструкции двигателя с верхним расположением клапанов V-образного типа можно использовать одну и ту же отливку головки блока цилиндров для обоих рядов цилиндров, просто перевернув ее для второго ряда. Семейство малоблочных двигателей General Motors LS является популярным примером таких двигателей V-образного типа с верхним расположением клапанов.
- Более простая система привода распределительного вала: двигатели с верхним расположением клапанов имеют менее сложную систему привода распределительного вала, чем двигатели с верхним расположением клапанов . [ 16 ] Большинство двигателей с верхним расположением распределительного вала приводят в движение распределительный вал или распределительные валы с помощью ремня ГРМ , цепи или нескольких цепей. Эти системы требуют использования натяжителей , что усложняет работу. Напротив, в двигателе с верхним расположением клапанов распределительный вал расположен близко к коленчатому валу, который может приводиться в движение гораздо более короткой цепью или даже прямым зубчатым соединением. Однако это несколько сводится на нет более сложным клапанным механизмом, требующим толкателей.
- Упрощенная система смазки: требования к смазке для головок цилиндров с верхним расположением цилиндров намного ниже, поскольку они обычно имеют один распределительный вал внутри блока, тогда как двигатель с верхним расположением валов может иметь два на ряд цилиндров, что требует прохождения масла через головку блока цилиндров. Головки верхнего расположения требуют смазки только коромысел на конце толкателя, цапфы и кончика коромысла. Эта смазка обычно обеспечивается через сами полые толкатели, а не через специальную систему смазки в головке. Снижение требований к смазке также может означать, что используется масляный насос меньшего размера и меньшей производительности.
По сравнению с двигателями OHC двигатели OHV имеют следующие недостатки:
- Ограниченные обороты двигателя. имеется большее количество движущихся частей Хотя двигатели с верхним расположением клапанов имеют более простую систему привода распределительного вала, в клапанном механизме (т. е. толкателей, толкателей и коромыслов). Инерция этих деталей клапанного механизма делает двигатели с верхним расположением клапанов более восприимчивыми к скольжению клапана на высоких оборотах двигателя (об/мин). [ 1 ]
- Ограничения на количество и расположение клапанов. В двигателях OHV размер и форма впускных отверстий, а также положение клапанов ограничены толкателями и необходимостью размещения их в отливке головки блока цилиндров. В результате двигатель с верхним расположением клапанов редко имеет более двух клапанов на цилиндр, тогда как двигатели с верхним расположением клапанов часто имеют четыре, что обеспечивает более высокие скорости сгорания и выхлопа. [ 17 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Найс, Карим (13 декабря 2000 г.). «HowStuffWorks «Конфигурации распределительного вала» » . Auto.howstuffworks.com. Архивировано из оригинала 2 февраля 2016 г. Проверено 7 сентября 2011 г.
- ^ «Часть I: V-образные двигатели» . www.topspeed.com . 29 июля 2006 г. Проверено 13 декабря 2019 г. [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ Дизель, Рудольф (1913). Появление дизельного двигателя . Берлин: Шпрингер. п. 17. ISBN 978-3-642-64940-0 .
- ^ Дизель, Рудольф (1893). Теория и конструкция рациональной тепловой машины для замены известных сегодня паровых машин и двигателей внутреннего сгорания . Берлин: Springer Berlin Heidelberg. стр. 5, 62. ISBN. 978-3-642-64949-3 .
- ^ «Патент США 563140» . Архивировано из оригинала 28 августа 2017 г. Проверено 7 июня 2017 г.
- ^ «Патентные изображения» . pdfpiw.uspto.gov . Архивировано из оригинала 28 августа 2017 года . Проверено 8 мая 2018 г.
- ^ Каймс, Беверли Рэй ; Кокс, Джеймс Х. (2007). Уолтер Л. Марр, потрясающий инженер Buick . Бостон: Racemaker Press. п. 14.
- ^ «Бьюик, Полная история», третье изд., 1987, Терри П. Данэм и Лоуренс Гастин.
- ^ Хоббс, Леонард С. Двигатели братьев Райт и их конструкция. Вашингтон, округ Колумбия: издательство Смитсоновского института, 1971, стр. 61, 63.
- ^ «Двигатели Райта» . Архивировано из оригинала 28 апреля 2016 года.
- ^ «Общие характеристики Chevrolet 1930-х годов» .
- ^ «Каким был последний год для нового американского автомобиля с двигателем Flathead?» . 20 декабря 2018 г.
- ^ Джорджано, Дж. Н. (1982) [1968]. "Модслей " В Джорджано, GN (ред.). Новая энциклопедия автомобилей с 1885 года по настоящее время (Третье изд.). Нью-Йорк: EP Даттон. п. 407 . ISBN 0-525-93254-2 . LCCN 81-71857 .
- ^ Теперь такие производители, как Honda , даже используют двигатели с верхним расположением валов для газонокосилок!
- ^ «Международная автомобильная инженерия онлайн: информационный бюллетень о технологиях силовых агрегатов» . Саэ.орг. Архивировано из оригинала 5 августа 2011 г. Проверено 7 сентября 2011 г.
- ^ Jump up to: а б Вебстер, Ларри (май 2004 г.). «Двигатель с толкателем наконец-то получил должное» . Автомобиль и водитель . Архивировано из оригинала 26 августа 2014 года . Проверено 31 декабря 2014 г.
- ^ «В чем разница между двигателями OHV, OHC, SOHC и DOHC?» . www.samarins.com . Проверено 19 декабря 2019 г.