Sterowanie zaworem OHC

Przekrój przez głowicę cylindrów, powyżej dwóch wałków rozrządu w głowicy (DOHC)

Schemat wałka rozrządu, lewy wylot, prawy wlot

Silnik OHC z pionowym napędem wału jednocylindrowego Norton International 500 cm³

Wałek rozrządu oznacza konstrukcję układu sterowania zaworu z tłokiem posuwisto-zwrotnym - silnik czterosuwowy (dla zaworów wydechowych w silnikach wysokoprężnych dwusuwowych ), w którym uruchomienie zaworów przez wiele ogólnych lub krzywki wału (ów ) (W języku angielskim: O ver h ead C amshaft ). Zawory mogą być sterowane krzywkami bezpośrednio przez popychacze kubełkowe lub pośrednio za pomocą wahaczy lub wahaczy .

Cechą charakterystyczną silnika OHC jest położenie wałka (-ów) rozrządu, który musi / musi znajdować się powyżej linii podziału między cylindrem a głowicą cylindrów ; gdzie silniki V , Boxer -, sekwencja gwiazdowa i inne silniki z kilkoma rzędami cylindrów (-reihen) i „zawieszone” ( wał korbowy powyżej) zbudowane- Serie - lub V-silniki oznaczają „powyżej”: po stronie komory spalania odwróconej z linii podziału. W silnikach lotniczych , które są często montowane w sposób zawieszony , wałek (y) rozrządu górny (e) znajduje się / są w rzeczywistości poniżej komór spalania.

Alternatywą jest sterowanie zaworami OHV („zawory wiszące”) lub, głównie w przypadku starszych konstrukcji lub małych silników, sterowanie zaworami SV z zaworami „stojącymi” („zawory boczne”).

Warianty i skróty

Głowica cylindra Ford 1.6 CVH z zaworami, wahaczami i hydraulicznymi popychaczami zaworów

DOHC opisuje konstrukcję, w której zawory są sterowane przez dwa górne wałki rozrządu ( podwójny wałek rozrządu w głowicy , również podwójna krzywka ) na rząd cylindrów. (Tak więc silniki DOHC V i boxer mają cztery wałki rozrządu.) Zawory silników DOHC są prawie zawsze sterowane bezpośrednio przez popychacze łyżki lub pośrednio za pomocą wahaczy.

SOHC (angielski: pojedynczy wałek rozrządu w głowicy ) odnosi się do dwóch różnych konstrukcji silnika czterosuwowego. Z jednej strony czasami wspomina się o klasycznym sterowaniu OHC silnika dwuzaworowego, w którym pojedynczy wałek rozrządu jest umieszczony bezpośrednio nad zaworami ułożonymi w linii. Jednak oznaczenie SOHC jest bardziej powszechne w przypadku silników z trzema lub czterema zaworami na cylinder, w których zawory, w przeciwieństwie do silnika DOHC, są sterowane tylko przez jeden centralny wałek rozrządu w głowicy na rząd cylindrów . Wałek rozrządu jest instalowany między zaworami wlotowymi i wylotowymi w kształcie litery V, aby zaoszczędzić miejsce; zawory są zwykle obsługiwane przez (rolkowe) dźwigienki zaworowe. Głowica cylindra w silniku SOHC jest zatem znacznie bardziej zwarta niż w silniku DOHC. Przykładami czterozaworowych silników SOHC są Triumph Dolomite Sprint , Husaberg FE 570 i Chrysler Neon , trzyzaworowe silniki SOHC można znaleźć w Hondzie NTV i różnych Mitsubishi Colt .

Silniki OHC z bocznie przeciwległą górną częścią wałka rozrządu głowicy cylindrów nazywane są konkretnie silnikami CIH ( Camshaft In Head ). Ten projekt z konwencjonalnymi (hydraulicznymi) popychaczami można znaleźć z. B. w cztero- i sześciocylindrowych silnikach marki Opel, które były produkowane od 1965 roku do początku lat 90-tych XX wieku. Jednak te silniki nie są tak stabilne prędkości jak konwencjonalne silniki OHC. Mają wahacze i popychacze, ale nie mają zderzaków. W silnikach CIH wszystkie zawory są ustawione w rzędzie.

Bardzo podobne rozwiązanie, ale w kształcie litery V górnym zaworów wlotowych i wylotowych - układ ten umożliwia w kształcie półkuli ( półkulistą ) do komory spalania - zwane Ford CVH -motor ( C ompound V Alve H EMI przełożyć na sieci (wałek rozrządu), zawory ułożone, półkulista komora spalania), który był oferowany w Europie o pojemności od 1,1 do 1,8 litra io mocy znamionowej od ok. 50 do 132 KM od 1980 do ok. 2000 roku. W tym silniku OHC wałek rozrządu napędzany paskiem zębatym znajduje się centralnie nad wałem korbowym w głowicy cylindrów z lekkiego metalu między zaworami. Są one napędzane przez hydrauliczne popychacze zaworów ( mechaniczne w Fordzie Escort RS1600i , popychacze rolkowe w Sierra 1.8) i wahacze. Bardziej zwarta konstrukcja - podobnie jak w przypadku CIH - w porównaniu z klasycznymi silnikami OHC była zaletą, a związana z konstrukcją maksymalna prędkość ok. 8000 min- ¹ wadą. Podobne projekty istniały w latach 60. w BMW , NSU, a później w Peugeocie.

Wszystkie te czterosuwowe silniki tłokowe są również silnikami OHV, ponieważ ich zawory - niezależnie od położenia wałka (-ów) rozrządu - są „zawieszone” w głowicy cylindrów. Jednak aby zapewnić wyraźne rozróżnienie między sterowaniem zaworami, silniki OHV są nazywane w ten sposób tylko wtedy, gdy nie mają górnych wałków rozrządu.

Silniki SV mają „stojące” zawory i nie mają górnego wałka rozrządu.

W silniku promieniowym wałek rozrządu jest umieszczony jako „ bęben krzywkowy ” lub pierścień współosiowy z wałem korbowym. Dlatego ten specjalny typ silnika jest uważany za silnik „ dolny sterowany ”. Zasadniczo wałki rozrządu można również umieścić w głowicach cylindrów w silnikach promieniowych, ale nie jest to realizowane ze względu na dużą złożoność konstrukcyjną.

Zasadniczo możliwe jest sterowanie zaworami bez wałków rozrządu (np. Za pomocą pneumatyki), a nawet sterowanie procesami wymiany gazowej w silniku czterosuwowym bez zaworów za pomocą suwaków .

napęd

Wałki rozrządu w głowicy są zwykle napędzane paskiem zębatym lub łańcuchem rozrządu . Kaskady kół zębatych czołowych i pary popychaczy ( sterowanie Albert Roders ULTRAMAX ) można znaleźć tylko w silnikach historycznych, wały pionowe są drogie i rzadkie ( Ducati do około 1986 roku i Kawasaki W650 / W800 ). Połączenie przekładni czołowej i napędu łańcuchowego to tzw. Napęd Weller opracowany przez Anglika Johna Wellera (1877–1966; jednocześnie współzałożyciel angielskiego producenta samochodów AC Cars Ltd.). Para kół zębatych czołowych zmniejsza prędkość wału korbowego o połowę, a stamtąd łańcuch napędza wałek rozrządu w głowicy o przełożeniu 1: 1. Napęd ten został wprowadzony w 1927 roku przez angielskiego producenta motocykli AJS . John Weller w wielu szczegółach ulepszył urządzenia napinające i prowadzące napędów łańcuchowych.

W porównaniu z łańcuchami paski rozrządu są tańsze, nie wymagają smarowania (a zatem nie są hermetyczne) i pracują ciszej. Hans Glas, producent maszyn rolniczych i samochodów z Dingolfing, jest uważany za pierwszego, który zastosował pasek rozrządu w produkcji seryjnej . Wadą jest wymagane dokładne napięcie paska i większe ryzyko zerwania w porównaniu z łańcuchami, jeśli pasek jest nieprawidłowo napięty lub zmęczony materiał; Poważne uszkodzenie silnika jest często wynikiem zerwania paska rozrządu. Dlatego konieczne są regularne kontrole i terminowa wymiana; typowe okresy wymiany w samochodach wynoszą od 60 000 do 120 000 km lub od czterech do dziesięciu lat, w zależności od typu silnika. W niektórych przypadkach planowane są wymiany co 240 000 km (2-litrowy diesel Peugeot / Ford / Volvo). W przypadku motocykli, ze względu na ograniczoną przestrzeń dostępną (mniejsze koła pasowe, skutkujące większym naciskiem na paski), powszechne są znacznie krótsze okresy między wymianami (modele Ducati do 2012 roku: 20000/24000 km, od 2014 częściowo 30000 km) .

Napęd paskiem zębatym nowego 3-cylindrowego silnika Ford EcoBoost to innowacja : dwa paski napędowe zaworu sterującego i pompy olejowej pracują w kąpieli olejowej. Powinno to zmniejszyć hałas i zużycie podczas pracy, a jednocześnie zwiększyć przebieg paska.

historia

Sterowanie zaworem OHC z wałkiem rozrządu z pionowym napędem wału umieszczonym obok głowic cylindrów. Zawory są obsługiwane za pomocą dźwigienek zaworowych. Tutaj na silniku wysokoprężnym firmy Grazer Waggon- und Maschinen-Fabriks-Aktiengesellschaft , 1915

Na początku XX wieku sterowanie zaworami OHC było początkowo najbardziej rozpowszechnioną formą sterowania zaworami w stacjonarnych silnikach wysokoprężnych. Wałek rozrządu jest nachylony powyżej lub obok głowicy cylindrów i uruchamia zawory za pomocą dźwigienek zaworowych. Wałek rozrządu jest zwykle napędzany przez pionowy wał. (Patrz rysunek po prawej). Ten typ konstrukcji ma tę zaletę, że przyspieszenie masy pozostaje niewielkie, co ma pozytywny wpływ na możliwą częstotliwość obrotową.

Jeden lub dwa górne wałki rozrządu są znane w wysokowydajnych silnikach od początku XX wieku. Silnik z górnym wałkiem rozrządu był już zamontowany w modelu Prinz Heinrich Type 9C wyprodukowanym przez Deutz w 1909 roku . Inny wczesny przykład takiego silnika został opracowany przez Peugeot w 1912 roku z dwoma wałkami rozrządu w głowicy i czterema zaworami na cylinder dla ich samochodu wyścigowego Grand Prix. Również Alfa Romeo zbudowała model Grand Prix 1913 na rok 1914 z górnym wałkiem rozrządu. W 1914 roku opracowano również pierwszy silnik aero z górnym wałkiem rozrządu Hispano-Suiza 8 . W motocyklach wyścigowych dwa górne wałki rozrządu są znane w Peugeot 500 Sport z 1913 roku.

Jednak w samochodach zbudowanych przed II wojną światową ta metoda konstrukcji nie odgrywała prawie żadnej roli. Ponieważ były łatwiejsze w utrzymaniu i uważano, że są bardziej niezawodne, zamiast nich zastosowano silniki SV . Zerwanie zaworu lub awaria napędu wałka rozrządu nie spowodowały żadnych kosztownych szkód następczych. Ponadto pionowe wały używane w tamtym czasie z dwiema parami kół zębatych stożkowych lub kaskadami kół zębatych były znacznie bardziej skomplikowane w produkcji niż proste pary kół zębatych czołowych lub krótkie łańcuchy rozrządu. Tłumiki drgań do długich łańcuchów rozrządu lub pasków zębatych w dzisiejszych silnikach nie zostały jeszcze wynalezione ani gotowe do produkcji seryjnej.

Alfa Romeo wyposażyła prawie wszystkie swoje silniki z modelu RL Normale zaprezentowanego w 1922 roku . W sumie jednak do lat czterdziestych XX wieku było tylko kilka silników z górnymi wałkami rozrządu, w tym od 1925 roku silnik Fiata 509 i Morrisa Minora z 1928 roku, silnik Jaguar XK- DOHC, pojazdy firmy Singer , ośmiocylindrowy z Tatry ( Tatra 77 i 87 ), a od 1945 roku Crosley CC z wałkiem rozrządu napędzanym wałem królewskim . Radziecki czterozaworowy, dwunastocylindrowy, wysokowydajny silnik wysokoprężny W-2 z 1937 r. Miał również cztery wałki rozrządu w głowicy i zawory z popychaczami kubełkowymi. Dopiero pod koniec lat pięćdziesiątych XX wieku silniki OHC stały się popularne w samochodach osobowych. Oprócz Alfa Romeo (DOHC, łańcuchy), w Niemczech Mercedes-Benz z M 180 z łańcuchem rozrządu i wahaczami , NSU z wałkiem rozrządu napędzanym popychaczem ( sterowanie Ultramax ) i wahaczami w motocyklach i małym samochodzie Prinz, Borgward Group ( Lloyd Alexander z łańcuchem rozrządu i wahaczami), podobnie jak późniejsze BMW w BMW M10 oraz w USA Willys Motor Company z silnikiem Jeep Tornado. Pierwszym seryjnym modelem z wałkiem rozrządu napędzanym paskiem zębatym był Glas 1004 z 1962 r. , Aczkolwiek bez przełomu na rynku masowym. Silnik Fiata 125 z dwoma wałkami rozrządu w głowicy i Vauxhall „skośny cztery” z jednym pojawił się w 1966 roku z napędem paskiem zębatym .

Zalety i wady

Zalety

Silniki z górnymi wałkami rozrządu zapewniają dobre warunki dla dużych prędkości ze względu na małe masy przemieszczane w celu uruchomienia zaworów i dzięki temu mogą osiągnąć wyższą maksymalną wydajność i lepszy stosunek mocy do masy niż inne silniki przy danym średnim ciśnieniu .

niekorzyść

Dawniej przemysłowy silnik wysokoprężny. Ze względu na duże rozmiary silnika do obsługi wałka rozrządu niezbędna jest platforma operacyjna.

W czasach wczesnych przemysłowych silników wysokoprężnych sterowanie zaworem OHC miało tę wadę, że nawet przy mniejszych silnikach konieczne było przymocowanie platformy roboczej do silnika, aby móc obsługiwać wałek rozrządu.

Aby przejść na górne wałki rozrządu, producenci pojazdów musieli przeprojektować bloki silnika i głowice cylindrów oraz odnowić linie produkcyjne, dlatego wielu producentów opóźniało konwersję i przez długi czas oferowało swoje silniki OHV.

Jeżeli do napędzania wałka rozrządu używany jest pasek zębaty, wymaga to większych nakładów konserwacyjnych. Elementy te należy regularnie wymieniać; typowe okresy międzyobsługowe wynoszą od 40 000 do 240 000 km w zależności od silnika (np. Silnik wysokoprężny z PSA ).

Długie łańcuchy rozrządu wymagają prowadnic i szyn napinających; często w obiegu są trzy lub cztery. W szczególności silniki widlaste z wyjątkowo długimi obwodami łańcucha rozrządu (od wału korbowego do pierwszej głowicy cylindrów, do koła zwrotnego, do drugiej głowicy cylindrów, z powrotem do wału korbowego) wymagają konserwacji lub przeglądu. Szyny napinające są ze względu na warstwę tworzywa sztucznego po stronie łańcucha częściami zużywającymi się, które należy wymienić po ok. 150 000 do 300 000 km.

Skomplikowane prowadzenie łańcuchów rozrządu lub pasków zębatych od dawna jest powodem stosowania konstrukcji OHV w silnikach widlastych w samochodach ciężarowych i wielu pojazdach amerykańskich. W tym przypadku wystarczy centralny wałek rozrządu, który może być napędzany przez wał korbowy za pomocą krótkiego łańcucha lub pary kół zębatych.

literatura

• Peter Gerigk, Detlev Bruhn, Dietmar Danner: inżynieria samochodowa. Wydanie trzecie, Westermann Schulbuchverlag GmbH, Braunschweig, 2000, ISBN 3-14-221500-X
• Max Bohner, Richard Fischer, Rolf Gscheidle: Doświadczenie w technologii motoryzacyjnej. 27 wydanie, Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten, 2001, ISBN 3-8085-2067-1
• Peter A. Wellers, Hermann Strobel, Erich Auch-Schwelk: Doświadczenie w technologii pojazdów. Wydanie 5, Holland + Josenhans Verlag, Stuttgart, 1997, ISBN 3-7782-3520-6
• Hans Jörg Leyhausen: Egzamin mistrzowski w branży motoryzacyjnej cz. 1. 12. wydanie, Vogel Buchverlag, Würzburg, 1991, ISBN 3-8023-0857-3
• Julius Magg : Sterowanie silnikami spalinowymi . Wydawnictwo Springer. Berlin. 1914. ISBN 978-3-642-47608-2 .

Indywidualne dowody