Что такое нижнеклапанный двигатель

Нижнеклапанный двигатель, его плюсы и минусы

Как известно сердцем любого механизма является его двигатель, поэтому от его выбора зависит качество и долговечность роботы машины. А чтобы грамотно подобрать эту неотъемлемую часть любого механизма, нужно хорошо разобраться в этом вопросе.

В нынешнее время существует довольно большое количество разновидностей двигателей. В основном квалификация двигателей происходит по следующей схеме:

В соответствии с расположением распределительного вала.
В соответствии с расположением клапанов.

Дальше двигатели принято распределять на целые ряды подтипов. Но важно перед этим разобраться именно со второй позицией, ведь от нее в большей степени зависит насколько мощным и выносливым будет двигатель. В соответствии с расположением клапанов, двигатели бывают нижнеклапанные, верхнеклапанные и соответственно со смешанным расположением клапанов.

Особенности роботы нижнеклапанного двигателя

Большинство двигателей работают по схеме ДВЗ (двигатель внутреннего сгорания), для этого необходимыми элементами есть клапаны и распределительный вал, с помощью которых синхронизируется робота выброса и заброса топлива, воздуха и использованных газов. Поэтому так важно место клапанов в работе двигателя. Нижнеклапанный двигатель характеризуется расположением распределителя и клапанов в блоке, рядом с цилиндрами. Также в одном блоке с ними располагается и привод.

Преимущества нижнеклапанного двигателя

Данное расположение многие считают наиболее выгодным, ведь оно имеет достаточно долгий перечень плюсов. Именно эта конструкция обеспечивает низкую шумность. Также, благодаря такому расположению данная модель установки клапанов считается самой безопасной, ведь при ней практически исключается возможность касания между клапанами и поршнем, что часто происходит при неправильном расположении распределительного вала.

При роботе нижнеклапанного двигателя, при установленных параллельно гидравлических толкателях, единственный шум, который слышен – это шум обтекающего вентилятор воздуха. Также одним из главных плюсов вышеназванного типа двигателей есть тот, что при правильной их эксплуатации практически сводиться к нулю возможность перегрева, что также увеличивает безопасность двигателю.

Хорошую службу сослужили нижнеклапанные двигатели во времена, когда поршни нуждались в регулярной чистке от нагара, ведь они в отличии от других типов двигателей является самыми доступными, ведь сам клапан представлен обычной алюминиевой, или чугунной пластинкой.

Минусы в роботе нижнеклапанного двигателя

Но как известно, прогресс не стоит на месте. Идеал недосягаем, но все же человек во всем стремится к совершенству, а в автомобилях главным критерием идеальности есть скорость. В этой постановке вопроса и проявляется главный недостаток машин с нижнеклапанным двигателем. Ведь при данном расположении двигателя из-за извилистого пути, который должна пройти бензовоздушная смесь значительно замедляется процесс наполнения цилиндров. Двигатель при этом становится неэкономичным и тихоходным. Также показатели двигателя отстают по вине нижнеклапанного мотора, имеющего сложную форму, что затрудняет процесс обработки мотора. При этом и появляется злосчастная шероховатость замедляющая роботу мотора.

При всех плюсах, существенным недостатком есть то, что при подобной компоновке механизма газораспределения затруднен доступ к толкателям клапанов. В некоторых случаях данного расположения мотора корректировка клапанного мотора вообще не была предусмотрена.

Также среди перечисленных минусов следует обозначить и то, что при нижнеклапанном двигателе машина более всего склонна к детонации. Обуславливается это с одной стороны вытянутой формой камеры сгорания, а с другой те, что такой вид двигателя не позволяет увеличить степень сжатия, с помощью которой и повышается удельная мощность.

Обобщенная характеристика нижнеклапанного двигателя

Из всего вышеперечисленного можно сделать вывод о том, что в изначально нижнеклапанный двигатель в автомобилестроении занимал приоритетные перед другими видами двигателей позиции. После 1950-х, когда автомобилестроение получило новый виток развития и в широком обиходе начало появляться топливо с высокими октановыми числами, нижнеклапанные двигатели потеряли свою популярность, уступая в скорости машинам с другими видами двигателей. На сегодняшнее время стало очевидным, сослужив в свое время хорошую службу, сегодня место нижнеклапанным двигателям в музее, или гаражах коллекционеров.

Двигатель с верхним расположением клапанов - Wikipedia

Тип поршневого двигателя

Компоненты клапана двигателя OHV

Верхний клапан ( OHV ) Двигатель , иногда называемый поршневым двигателем , представляет собой поршневой двигатель, клапаны которого расположены в головке цилиндров над камерой сгорания. Это контрастирует с более ранними двигателями с плоской головкой, где клапаны были расположены ниже камеры сгорания в блоке двигателя.

Распределительный вал в двигателе OHV расположен в блоке двигателя.Движение распределительного вала передается с помощью толкателей и коромысел для управления клапанами в верхней части двигателя.

Технически двигатель с верхним распредвалом (OHC) также имеет верхние клапаны; однако, чтобы избежать путаницы, двигатели OHC обычно не описываются как двигатели с верхним расположением клапанов. В некоторых ранних двигателях с наддувом и выхлопом использовалась гибридная конструкция, сочетающая элементы боковых и верхних клапанов. ^[1]

История [править]
1904 патент на двигатель с верхним расположением клапанов Buick
Предшественники [править]

Первые двигатели внутреннего сгорания были основаны на паровых двигателях и поэтому использовали золотниковые клапаны.^[2] Это был случай для первого двигателя Отто, который впервые был успешно запущен в 1876 году. По мере того, как двигатели внутреннего сгорания начали развиваться отдельно от паровых двигателей, все чаще стали распространяться тарельчатые клапаны, причем большинство двигателей до 1950-х годов использовали боковые -клапанная (плоская) конструкция. ^[3]

Начиная с 1885 Daimler Reitwagen, несколько автомобилей и мотоциклов использовали впускной клапан (ы), расположенный в головке блока цилиндров, однако эти клапаны приводились в действие вакуумом («атмосферный»), а не приводились в действие распределительным валом согласно Типичные двигатели OHV.Выпускной клапан (ы) приводился в действие от распределительного вала, но располагался в блоке двигателя в соответствии с двигателями с боковым клапаном.

В дизельном двигателе 1894 года использовались тарельчатые клапаны, приводимые в действие распределительным валом, толкателями и коромыслами, поэтому ^[4] ^[5] стали одним из первых двигателей OHV. В 1896 году Уильям Ф. Дэвис получил патент США № 563140 на двигатель OHV с жидкой охлаждающей жидкостью, используемой для охлаждения головки цилиндров. ^[6] ^[7], но рабочая модель не была построена.

Производство двигателей OHV [редактировать]

В 1898 году производитель велосипедов Уолтер Лоренцо Марр в Соединенных Штатах построил прототип моторизованного трехколесного велосипеда, приводимого в движение одноцилиндровым двигателем OHV. ^[8] Марр был нанят Buick (тогда он назывался Buick Auto-Vim и Power Company ) в 1899–1902 годах, где конструкция двигателя верхних клапанов была доработана. ^[9] В этом двигателе использовались коромысла, приводимые в действие толкателем, которые, в свою очередь, открывали клапаны параллельно поршням.Марр вернулся в Buick в 1904 году (построив небольшое количество автомобилей Marr Auto-Car с первым известным двигателем, в котором использовалась конструкция верхнего распредвала), в том же году, когда Buick получил патент на конструкцию двигателя с верхним расположением клапанов. В 1904 году в Buick Model B был выпущен первый в мире серийный двигатель OHV. Двигатель представлял собой плоскую сдвоенную конструкцию с двумя клапанами на цилиндр. Двигатель был очень успешным для Buick, компания продала 750 таких автомобилей в 1905 году.

Несколько других производителей начали производить двигатели OHV, такие как вертикальный 4-цилиндровый двигатель Wright Brothers 1906–1912 годов .^[10] ^[11] Тем не менее, двигатели с боковыми клапанами оставались обычным явлением до конца 1940-х годов, когда они начали постепенно сокращаться для двигателей OHV.

Замена двигателями OHC [редактировать]

Первый двигатель с верхним распредвалом (OHC) датируется 1902, ^[12] годами, однако использование этой конструкции в основном ограничивалось автомобилями с высокими эксплуатационными характеристиками в течение многих десятилетий. Двигатели OHC постепенно стали более распространенными с 1950-х по 1990-е годы, и к началу 21-го века большинство автомобильных двигателей (за исключением некоторых североамериканских двигателей V8) использовали конструкцию OHC.

На автопробеге в Индианаполисе-500 в 1994 году Team Penske представили автомобиль, оснащенный специально изготовленным двигателем Mercedes-Benz 500I OHV. Из-за лазейки в правилах, двигателю OHV было разрешено использовать большее смещение и более высокое давление наддува, значительно увеличивая его выходную мощность по сравнению с двигателями OHC, используемыми другими командами. Команда Penske квалифицировалась в поул-положении и выиграла гонку с большим отрывом.

В начале 21-го века несколько двигателей OHV V8 от General Motors и Chrysler использовали переменное смещение, чтобы уменьшить расход топлива и выбросы выхлопных газов.В 2008 году в Dodge Viper (четвертое поколение) был представлен первый серийный двигатель OHV, в котором использовалась система изменения фаз газораспределения. ^[13]
Двигатель V8 (со снятым впускным коллектором), показывающий распределительный вал, толкатели и коромысла Двигатели OHV
имеют ряд преимуществ по сравнению с двигателями OHC:

Меньшая общая упаковка : Конструкция кулачкового блока двигателя OHV приводит к меньшему общему размеру по сравнению с эквивалентным двигателем OHC. ^[14]

Использование одной и той же головки блока цилиндров для обоих блоков цилиндров: Двигатель OHC требует, чтобы головки цилиндров были (более или менее) зеркально отображали друг друга из-за системы привода распределительного вала (например,грамм. ремень ГРМ) в передней части каждого блока цилиндров. Двигатель OHV может использовать одинаковую головку цилиндров для обоих банков, просто перевернув его для второго банка. ^{[ цитирование необходимо ]}

Упрощенная система привода распределительного вала : двигатели OHV имеют менее сложную систему привода распределительного вала по сравнению с двигателями OHC. ^[14] Большинство двигателей OHC приводят распределительный вал или распределительные валы с помощью зубчатого ремня, цепи или нескольких цепей. Эти системы требуют использования натяжителей, что добавляет сложности.Напротив, двигатель OHV имеет распределительный вал, расположенный близко к коленчатому валу, который может приводиться в движение гораздо более короткой цепью или даже прямым зубчатым соединением. Тем не менее, это несколько сводится на нет более сложной клапанной системой, требующей толкателей.

Упрощенная система смазки : требования к смазке для головок цилиндров OHV намного меньше из-за отсутствия распределительного вала и связанных подшипников для смазки. Головки OHV требуют смазки только для рычагов на конце толкателя, цапфе и наконечнике коромысла.Это смазывание, как правило, обеспечивается через сами толкатели, а не через специальную систему смазки в головке. Снижение требований к смазке также может означать, что используется масляный насос меньшей производительности.

По сравнению с двигателями OHC, двигатели OHV имеют следующие недостатки:

Ограниченные обороты двигателя : Несмотря на то, что у двигателей OHV более простые системы привода для распределительного вала, в клапанном приводе имеется большее количество движущихся частей (т.е.е. подъемники, толкатели и рокеры). Инерция от этих частей клапанного механизма делает двигатели OHV более восприимчивыми к перемещению клапана на высоких оборотах двигателя (об / мин). ^[1]

Ограничения по количеству и расположению клапанов : двигатели OHC часто имеют четыре клапана на цилиндр, ^[15], в то время как двигатель OHV редко имеет более двух клапанов на цилиндр. В двигателях OHV размер и форма впускных отверстий, а также положение клапанов ограничены толкателями и необходимостью их размещения в головке отливки. «В чем разница между двигателями OHV, OHC, SOHC и DOHC?». www.samarins.com . Получено 19 декабря 2019 года.

Список клапанов - Википедия

Клапаны довольно разнообразны и могут быть классифицированы по ряду типов.

Основные типы - по принципу действия [править]

можно разделить на следующие типы в зависимости от механизма их работы.

Шаровой кран для управления включением / выключением без падения давления. Идеально подходит для быстрого отключения, так как поворот на 90 ° полностью отключается по сравнению с несколькими поворотами на 360 ° для других ручных клапанов.
Дроссельная заслонка, для регулирования расхода в трубах большого диаметра.
Дроссельная заслонка поднимает или опускает сплошной цилиндр, расположенный вокруг или внутри второго цилиндра с отверстиями или пазами. Используется для высоких перепадов давления, обнаруженных в устьях нефтяных и газовых скважин, не путать с воздушной заслонкой двигателя.
Мембранный или мембранный клапан, управляет потоком при перемещении мембраны. Используется в фармацевтических целях.
Задвижка, в основном для управления вкл / выкл, с низким перепадом давления.
Шаровой клапан, хороший для регулирования потока. Использует движение цилиндра над сиденьем.
Ножевой клапан, похожий на задвижку, но обычно более компактный. Часто используется для включения / выключения суспензий или порошков.
Игольчатый клапан для точного контроля потока.
Пережимной клапан, для регулирования и контроля потока пульпы.
Поршневой клапан для регулирования жидкостей, которые переносят твердые вещества во взвешенном состоянии.
Пробковый клапан, тонкий клапан для управления вкл / выкл, но с небольшим перепадом давления.
Электромагнитный клапан, клапан с электроприводом для гидравлического или пневматического управления жидкостью
, для гидравлического управления, аналогичен воздушному клапану

Основные типы - по функции [править]

можно классифицировать также в зависимости от их функций

Конкретные типы [править]

Это более конкретные типы клапанов, используемые только в определенных областях или применениях.Часто они являются подкатегориями классификации по принципу действия и по функциям.

Аспиновый клапан: конусообразная металлическая деталь, установленная на головке цилиндров двигателя
Шаровой кран: часто используется в качестве регулятора уровня воды (цистерна)
Bibcock: обеспечивает соединение с гибким шлангом
Дроссельный клапан: предотвращает быстрое избыточное давление в защитном кожухе или в бункере
Бостонский клапан: трехходовой двухходовой обратный клапан, используемый на надувных лодках, надувных матрасах, надувных матрасах и т. Д.; доступный в двух размерах, нормальный и маленький
Кок: разговорный термин для небольшого клапана или запорного крана
Керамический дисковый клапан, используемый главным образом в приложениях с высоким рабочим циклом или на абразивных жидкостях. Керамический диск также может обеспечить утечку седла класса IV
Дроссельная заслонка, дроссельная заслонка, используемая для ограничения впуска воздуха в двигатель внутреннего сгорания. Не следует путать с дроссельными клапанами, используемыми в промышленном контроле расхода.
Клапан-заглушка: тип обратного клапана, используемого в сиамском противопожарном приборе, позволяющий подключать только один шланг вместо двух (клапан-заглушка блокирует утечку с другой стороны).
Спускной клапан: на водолазном регуляторе
Двойной клапан
Двойной обратный клапан
Duckbill клапан
Клапан наполнения и слива: клапан, используемый в космической и ракетной промышленности, который обеспечивает чрезвычайно плотную утечку, в то же время обеспечивая избыточную защиту от внешней утечки ^[1]
Клапан заслонки
Клапан делителя потока: клапан, обеспечивающий множество выходных потоков из одного источника жидкости ^[2]
Flutter (Heimlich): специальный односторонний клапан, используемый на конце грудных дренажных трубок для лечения пневмоторакса
Нижний клапан: обратный клапан в нижней части линии всасывания для предотвращения обратного потока
Четырехходовой клапан: использовался для контроля потока пара в цилиндр ранних паровых двигателей двойного действия
Замораживающее уплотнение / пробка замораживания: при замерзании и расплавлении жидкости создается и удаляется пробка из замороженного материала, выполняющая роль клапана
Регулятор давления газа регулирует расход и давление газа
Сердечный клапан: регулирует кровообращение во многих организмах
Гидродинамический вихревой клапан: пассивный клапан управления потоком, который использует гидродинамические силы для регулирования потока
Клапан Ларнера – Джонсона: игольчатый клапан часто больших размеров, используемый в системах водоснабжения
Листовой клапан: односторонний клапан, состоящий из диагонального препятствия с отверстием, закрытым шарнирным клапаном
Линейный глухой клапан: тонкий лист, ориентированный перпендикулярно трубе.Лист имеет сплошной конец и сквозной конец; скольжение его из одного положения в другое открывает или останавливает поток. Также называется скользящим глухим клапаном .
Выпускной клапан: регулирует расход и давление, часть давления в кабине.
Пилотный клапан: регулирует подачу или давление на другие клапаны
Пережимной клапан, «пляжный шаровой клапан»: простой, двухкомпонентный обратный клапан, изготовленный из мягкого пластика и прикрепленный к надувным блокам, таким как пляжные мячи, надувные матрасы, водяные крылья; можно накачать насосом или ртом.
Плунжерный клапан: для регулирования потока при понижении давления
Клапан тарельчатый и рукавный клапан: обычно используется в поршневых двигателях для регулирования впуска и выпуска топливной смеси
Регулятор давления или редукционный клапан (PRV): снижает давление до заданного уровня после клапана
Клапан поддержания давления или регулятор противодавления: поддерживает давление на заданном уровне перед клапаном
Клапаны Presta, Schrader или Dunlop используются для удержания воздуха в велосипедных шинах
: состоит из двух или более гибких материалов, спрессованных вдоль большей части их длины, но с открытой приточной областью для обеспечения одностороннего потока, почти как сердечный клапан
: используется в подводном снаряжении для подводного плавания и в оборудовании для приготовления газа для снижения подачи газа под высоким давлением до более низкого рабочего давления
Клапан
Клапан Rotolock
Поворотные и поршневые клапаны: детали медных инструментов, используемые для изменения шага
Разрывной диск: одноразовый сменный клапан для быстрого сброса давления, используемый для защиты трубопроводных систем от избыточного давления или вакуума; надежнее предохранительного клапана
Седловой клапан: там, где это разрешено, используется для отводов труб для нужд с низким расходом
Клапан Шредера: используется для удержания воздуха внутри автомобильных шин
Скользящий клапан: используется в ранних паровых двигателях для контроля впуска и выпуска пара из поршня.
Задвижка: Задвижки. Идеально подходит для обработки сыпучих материалов в условиях гравитационного потока, разбавленной или пневматической транспортировки. Аналогичен глухому затвору со скользящей линией, но последний предназначен для приложений с высоким давлением.
Запорный кран: ограничивает или изолирует поток через трубу
Вихревой клапан: специально разработанный редукционный / расширительный клапан Джоуля-Томпсона, создающий центробежную силу на выходном потоке для улучшения газофазного разделения фаз
Tap (британский английский), faucet (американский английский): общее название для клапана, используемого в домах для регулирования потока воды
: форма обратного клапана без движущихся частей, изобретенная Николой Теслой для использования с жидкостями.
Термостатический смесительный клапан
Термостатический радиаторный клапан
Trap primer: иногда включают другие типы клапанов, или сами клапаны
Клапан вакуумного выключателя: предотвращает обратное сифонирование загрязненной воды в питьевую воду под давлением

Список литературы [редактировать]

ГРМ - Википедия

Время закрытия клапана в двигателях

В поршневом двигателе фаз газораспределения - это точное время открытия и закрытия клапанов. В двигателе внутреннего сгорания это, как правило, тарельчатые клапаны, а в паровом двигателе они обычно представляют собой золотниковые клапаны или поршневые клапаны.

Двигатели внутреннего сгорания [править]

[править]

В четырехтактных двигателях и некоторых двухтактных двигателях время газораспределения регулируется распределительным валом.Его можно изменить, изменив распределительный вал, или изменить во время работы двигателя, изменяя фазу газораспределения. На это также влияет регулировка клапанного механизма, в частности, зазор толкателя. Однако этот вариант обычно нежелателен.

Перекрытие клапана [править]

При традиционном фиксированном режиме газораспределения двигатель будет иметь период «перекрытия клапанов» в конце такта выпуска, когда открыты и впускной, и выпускной клапаны.Впускной клапан открывается до того, как выхлопные газы полностью покинут цилиндр, и их значительная скорость помогает втягивать свежий заряд. Разработчики двигателей стремятся закрыть выпускной клапан так же, как свежий заряд из впускного клапана достигает его, чтобы предотвратить либо потерю свежего заряда, либо неосвоенный выхлопной газ. На диаграмме периоды перекрытия клапана обозначены перекрытием красной и синей дуг. Ключ:

ВМТ = верхняя мертвая точка
BDC = нижняя мертвая точка
IO = впускной клапан открывается
IC = впускной клапан закрывается
EO = Выпускной клапан открывается
EC = выпускной клапан закрывается

Любой клапан открывается до того, как головка поршня достигает верхней мертвой точки или нижней мертвой точки.Величина в градусах коленчатого вала, на которую клапаны открываются до достижения верхней мертвой точки или нижней мертвой точки, называется проводом клапана. Количество в коленчатом валу, на которое клапаны закрываются после достижения верхней мертвой точки или нижней мертвой точки, известно как отставание клапана. Перекрытие клапанов является вторичным средством охлаждения выпускных клапанов приточным воздухом во время перекрытия клапанов. Первичное охлаждение достигается за счет отвода тепла к седлам клапана. ^[1]

Переменное время газораспределения [править]

Двигатели, которые всегда работают на относительно высокой скорости, такие как двигатели гоночных автомобилей, будут иметь значительное совпадение времени их клапанов для максимальной объемной эффективности.Двигатели дорожных автомобилей отличаются, потому что они должны работать на холостом ходу со скоростью менее 1000 об / мин, а чрезмерное перекрытие клапана делает невозможным плавный холостой ход из-за смешивания свежих и выхлопных газов. Изменяемая синхронизация клапана может давать как максимальную мощность при высоких оборотах, так и плавный холостой ход при низких оборотах, внося небольшие изменения в относительное угловое положение распределительных валов и, таким образом, изменяя перекрытие клапана.

Портированные двигатели [править]

Многие двухтактные и все двухтактные двигатели не имеют распределительного вала или клапанов, и время газораспределения можно изменять только путем обработки отверстий и / или изменения юбки поршня (для двухтактных двигателей). Тем не менее, некоторые двухтактные дизельные двигатели с наддувом (например, авиационный двигатель Wilksch) имеют головку цилиндров и тарельчатые клапаны, похожие на четырехтактные двигатели.

Очистка толкателя [править]

Время газораспределения дизельного двигателя также зависит от зазора между впускным и выпускным клапанами.

Если зазор толкателя меньше, клапан откроется рано и закроется поздно. ^[2] Если зазор толкателя больше, клапан откроется поздно и закроется раньше. Клиренс измеряется прибором, называемым толщиномером.

Двигатели внешнего сгорания [править]

В двигателе внешнего сгорания, таком как паровой двигатель, регулировка фаз газораспределения осуществляется посредством редуктора клапана. В типичном расположении поршневого клапана время впуска и выпуска для каждого цилиндра неразрывно связано, поскольку они регулируются движением одного поршня, открывающего два отверстия.Тем не менее, продолжительность события впуска может контролироваться («отключение») с использованием реверсивной передачи, и это уменьшает использование пара в крейсерских условиях.

Редуктор клапана Caprotti более тесно связан с механизмом двигателя внутреннего сгорания, использует тарельчатые клапаны и был разработан для обеспечения независимой синхронизации событий впуска и выпуска. Он никогда не использовался так широко, как поршневые клапаны или более ранние золотниковые клапаны.