Silnik górnozaworowy
Silnik górnozaworowy (OHV) , czasami nazywany silnikiem popychacza , to silnik tłokowy , którego zawory znajdują się w głowicy cylindrów nad komorą spalania. Kontrastuje to z wcześniejszymi silnikami z płaską głowicą , w których zawory znajdowały się poniżej komory spalania w bloku silnika .
Chociaż silnik z górnym wałkiem rozrządu (OHC) ma również górne zawory, powszechne użycie terminu „silnik górnozaworowy” ogranicza się do silników, w których wałek rozrządu znajduje się w bloku silnika. W tych tradycyjnych silnikach OHV ruch wałka rozrządu jest przenoszony za pomocą popychaczy (stąd termin „silnik popychacza”) i wahaczy do obsługi zaworów w górnej części silnika.
Niektóre wczesne silniki dolotowe-wydechowe wykorzystywały konstrukcję hybrydową łączącą elementy obu zaworów bocznych i górnych.
Historia
Przodkowie
Pierwsze silniki spalinowe były oparte na silnikach parowych i dlatego wykorzystywały zawory suwakowe . Tak było w przypadku pierwszego silnika Otto , który został po raz pierwszy pomyślnie uruchomiony w 1876 roku. Ponieważ silniki spalinowe zaczęły się rozwijać oddzielnie od silników parowych, zawory grzybkowe stawały się coraz bardziej powszechne.
Daimler Reitwagen z 1885 r. , kilka samochodów i motocykli wykorzystywało zawory wlotowe umieszczone w głowicy cylindrów, jednak zawory te były uruchamiane podciśnieniem („atmosferycznym”), a nie napędzane wałkiem rozrządu, jak w typowych silnikach OHV. Zawory wydechowe były napędzane przez wałek rozrządu, ale znajdowały się w bloku silnika, podobnie jak w silnikach z zaworami bocznymi.
Prototypowy silnik Diesla z 1894 roku wykorzystywał górne zawory grzybkowe uruchamiane przez wałek rozrządu, popychacze i wahacze, stając się tym samym jednym z pierwszych silników OHV. W 1896 r. William F. Davis wykupił patent USA 563 140 na silnik OHV z płynnym chłodziwem używanym do chłodzenia głowicy cylindrów, ale nie zbudowano żadnego działającego modelu.
Produkcja silników OHV
W 1898 roku producent rowerów Walter Lorenzo Marr w Stanach Zjednoczonych zbudował zmotoryzowany trójkołowiec napędzany jednocylindrowym silnikiem OHV. Marr był zatrudniony przez firmę Buick (wówczas nazywaną Buick Auto-Vim and Power Company ) w latach 1899–1902, gdzie projekt silnika górnozaworowego był dalej udoskonalany. Silnik ten wykorzystywał dźwignie zaworowe uruchamiane popychaczem, które z kolei otwierały zawory grzybkowe równolegle do tłoków. Marr powrócił do Buicka w 1904 roku (po zbudowaniu niewielkiej ilości Marr Auto-Car , z pierwszym znanym silnikiem wykorzystującym konstrukcję górnego wałka rozrządu), w tym samym roku, w którym Buick otrzymał patent na konstrukcję silnika górnozaworowego. W 1904 roku w Buicku Model B wypuszczono pierwszy na świecie produkcyjny silnik OHV . Silnik był flat-twin z dwoma zaworami na cylinder. Silnik był bardzo udany dla Buicka, a firma sprzedała 750 takich samochodów w 1905 roku.
Kilku innych producentów zaczęło produkować silniki OHV, takie jak pionowy 4-cylindrowy silnik braci Wright z lat 1906–1912 . W 1911 roku Chevrolet dołączył do Buicka w prawie wyłącznym użytkowaniu silników OHV. Jednak silniki z zaworami bocznymi pozostały powszechne do późnych lat czterdziestych XX wieku, kiedy zaczęto je wycofywać z silników OHV.
Silniki z górnym wałkiem rozrządu
Pierwszy silnik z górnym wałkiem rozrządu (OHC) pochodzi z 1902 roku, jednak użycie tego projektu było ograniczone głównie do samochodów o wysokich osiągach przez wiele dziesięcioleci. Silniki OHC powoli stawały się coraz bardziej powszechne od lat pięćdziesiątych do dziewięćdziesiątych XX wieku, a na początku XXI wieku większość silników samochodowych (z wyjątkiem niektórych północnoamerykańskich silników V8) wykorzystywała konstrukcję OHC.
Podczas wyścigu samochodowego Indianapolis 500 w 1994 roku Team Penske wystawił samochód napędzany specjalnie zbudowanym silnikiem popychacza Mercedes-Benz 500I . Ze względu na lukę w przepisach silnik popychacza mógł wykorzystywać większą pojemność skokową i wyższe ciśnienie doładowania, co znacznie zwiększyło jego moc wyjściową w porównaniu z silnikami OHC używanymi przez inne zespoły. Zespół Penske zakwalifikował się na pole position i wygrał wyścig z dużą przewagą.
Na początku XXI wieku kilka silników V8 z popychaczem firm General Motors i Chrysler wykorzystywało zmienną pojemność skokową w celu zmniejszenia zużycia paliwa i emisji spalin. W 2008 roku w Dodge Viperze (czwartej generacji) wprowadzono pierwszy produkcyjny silnik z popychaczem, w którym zastosowano zmienne fazy rozrządu .
Projekt
Silniki OHV mają kilka zalet w porównaniu z silnikami OHC:
- Mniejsze wymiary ogólne : Konstrukcja silnika OHV z krzywką w bloku skutkuje mniejszymi rozmiarami całkowitymi w porównaniu z równoważnym silnikiem OHC.
- Wykorzystanie tego samego odlewu głowicy cylindrów dla obu rzędów cylindrów: Konstrukcja silnika typu V umożliwia, aby obie głowice cylindrów były swoimi lustrzanymi odbiciami z przodu każdego rzędu cylindrów. W konstrukcji silnika OHV typu V możliwe jest użycie tego samego odlewu głowicy cylindrów dla obu rzędów, po prostu odwracając go dla drugiego rzędu. Popularnym przykładem tego rodzaju silników widlastych OHV jest rodzina silników General Motors LS oparta na małych blokach .
- Prostszy układ napędowy wałka rozrządu : Silniki OHV mają mniej skomplikowany układ napędowy wałka rozrządu w porównaniu z silnikami OHC . Większość silników OHC napędza wałek rozrządu lub wałki rozrządu za pomocą paska rozrządu , łańcucha lub wielu łańcuchów. Systemy te wymagają użycia napinaczy , co zwiększa złożoność. Natomiast silnik OHV ma wałek rozrządu umieszczony blisko wału korbowego, który może być napędzany znacznie krótszym łańcuchem lub nawet bezpośrednim połączeniem zębatym. Jest to jednak nieco zanegowane przez bardziej złożony układ rozrządu wymagający popychaczy.
- Prostszy system smarowania : Wymagania dotyczące smarowania głowic cylindrów OHV są znacznie mniejsze ze względu na brak smarowania wałka rozrządu i związanych z nim łożysk. Głowice OHV wymagają jedynie smarowania wahaczy na końcu popychacza, czopowi i końcówce wahacza. To smarowanie jest zwykle zapewniane przez same wydrążone popychacze, a nie przez dedykowany układ smarowania w głowicy. Zmniejszone wymagania dotyczące smarowania mogą również oznaczać zastosowanie mniejszej pompy olejowej o mniejszej wydajności.
W porównaniu z silnikami OHC silniki OHV mają następujące wady:
- Ograniczone prędkości obrotowe silnika : Chociaż silniki OHV mają prostszy układ napędowy wałka rozrządu, w układzie rozrządu występuje większa liczba ruchomych części (tj. popychaczy, popychaczy i wahaczy). Bezwładność tych części układu zaworowego sprawia, że silniki OHV są bardziej podatne na pływanie zaworów przy wysokich prędkościach obrotowych silnika (RPM).
- Ograniczenia dotyczące liczby i lokalizacji zaworów : Silniki OHC często mają cztery zawory na cylinder, podczas gdy silnik OHV ma więcej niż dwa zawory na cylinder. W silnikach OHV rozmiar i kształt otworów dolotowych, a także położenie zaworów są ograniczone przez popychacze i konieczność ich umieszczenia w odlewie głowicy.