Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Двигатель с поперечным потоком с Т-образной головкой и боковым клапаном
Обычное расположение L-образной головки
Выдвижные поршни могут использоваться для увеличения степени сжатия.
Плоскоголовый с бурной головой Рикардо

Флэтхед двигатель , также известный как sidevalve двигатель [1] [2] или клапан-в-блок двигатель является двигателем внутреннего сгорания с его тарельчатыми клапанами , содержащихся в блоке цилиндров , а не в головке блока цилиндров , как в верхних расположении клапанов двигатель .

Плоские головки широко использовались производителями автомобилей во всем мире с конца 1890-х до середины 1950-х годов, но были заменены более эффективными двигателями с верхним расположением клапанов и верхним распределительным валом, но в настоящее время они переживают возрождение в низкооборотных авиадвигателях, таких как D-Motor. . [3]

Конструкция с боковым клапаном [ править ]

Механизм клапана состоит из распределительного вала, расположенного внизу в блоке цилиндров, который управляет тарельчатыми клапанами через толкатели и короткие толкатели (или иногда вообще без толкателей). Система с плоской головкой устраняет необходимость в дополнительных компонентах клапанного механизма, таких как длинные толкатели, коромысла, верхние клапаны или верхние распределительные валы . [4] Боковые клапаны обычно примыкают друг к другу, располагаются на одной стороне цилиндра (ов), хотя в некоторых плоских головках используется менее распространенный вариант с «поперечным потоком» и «Т-образной головкой» . В двигателе с Т-образной головкой выхлопные газы выходят на стороне цилиндра, противоположной впускному клапану.

Камера сгорания двигателя с боковым клапаном находится не над поршнем (как в двигателе с верхним расположением клапанов), а сбоку, над клапанами. Свеча зажигания может быть расположена над поршнем (как в двигателе OHV) или над клапанами; но конструкции самолетов с двумя заглушками на цилиндр могут использовать одно или оба положения. [5]

«Выдвижные поршни» могут использоваться с совместимыми головками для увеличения степени сжатия и улучшения формы камеры сгорания для предотвращения детонации . [6] «Выдвижные» поршни называются так потому, что в верхней мертвой точке они выступают над верхней частью блока цилиндров.

Преимущества [ править ]

Преимущества двигателя с боковыми клапанами включают: простоту, надежность, малое количество деталей, низкую стоимость, малый вес, компактность, высокую мощность на низких оборотах, низкий уровень шума механического двигателя и нечувствительность к низкооктановому топливу. Отсутствие сложного клапанного механизма позволяет создать компактный двигатель, который дешев в производстве, поскольку головка блока цилиндров может быть немного больше, чем простая металлическая отливка. Эти преимущества объясняют, почему двигатели с боковыми клапанами использовались для легковых автомобилей в течение многих лет, в то время как конструкции OHV стали использоваться только для высокопроизводительных приложений, таких как самолеты , роскошные автомобили , спортивные автомобили и некоторые мотоциклы .

В верхней мертвой точке, поршень получает очень близко к плоской части головки цилиндра выше, и полученной в результате мармелад турбулентность производит превосходное смешивание топлива / воздуха. Особенность конструкции бокового клапана (особенно полезная для авиационного двигателя) заключается в том, что, если клапан заедает в своей направляющей и остается частично открытым, поршень не будет поврежден, и двигатель продолжит безопасно работать на других своих цилиндрах.

Недостатки [ править ]

Основными недостатками двигателя с боковыми клапанами являются плохой поток газа, плохая форма камеры сгорания и низкая степень сжатия, все это приводит к низкооборотистому двигателю с низкой выходной мощностью [7] и низким КПД. [8] Поскольку двигатели с боковыми клапанами не сжигают топливо эффективно, они страдают от высоких выбросов углеводородов. [9]

Двигатели с боковым клапаном можно использовать только для двигателей, работающих по принципу Отто. Форма камеры сгорания не подходит для дизельных двигателей. [10]

В двигателе с боковым клапаном впускные и выпускные газы следуют по окольному маршруту с низким объемным КПД или «плохим дыханием», не в последнюю очередь потому, что выхлопные газы мешают поступающему заряду. Поскольку выхлопные газы выходят из двигателя по длинному пути, двигатель может перегреваться . (Примечание: это верно для двигателей с плоской головкой V-типа, но меньше проблем для рядных двигателей, которые обычно имеют впускные и выпускные отверстия на одной стороне блока цилиндров.) Хотя двигатель с боковыми клапанами может безопасно работать на высокой скорости, его объемная эффективностьбыстро изнашивается, так что выходная мощность на высокой скорости невозможна. Высокий объемный КПД был менее важен для ранних автомобилей, потому что их двигатели редко выдерживали увеличенные высокие скорости, но конструкторам, стремящимся к более высокой выходной мощности, пришлось отказаться от бокового клапана. Компромиссом, который использовали Willys Jeep , Rover , Landrover и Rolls-Royce в 1950-х годах, стал «F- образный » (или «впускной-выпускной» клапан), который имеет один боковой клапан и один верхний клапан на цилиндр. [11]

Удлиненная камера сгорания плоской головки склонна к преждевременному воспламенению (или «детонации») при увеличении степени сжатия, но такие усовершенствования, как лазерное зажигание или зажигание, усиленное микроволновым излучением, могут помочь предотвратить детонацию. [12] Канавки турбулентности могут увеличивать завихрение внутри камеры сгорания, таким образом увеличивая крутящий момент, особенно на низких оборотах. Лучшее смешивание топлива с воздухом улучшает сгорание и помогает предотвратить детонацию. [13] [14] [15] [16]

Прогресс в технологии плоских головок стал результатом экспериментов в 1920-х годах сэра Гарри Рикардо , который повысил их эффективность после изучения характеристик потока газа в двигателях с боковыми клапанами. [17] [8] [ требуется разъяснение ]

Трудность разработки плоской головки с высокой степенью сжатия означает, что в большинстве случаев используются конструкции с искровым зажиганием, а дизели с плоской головкой практически неизвестны.

История и приложения [ править ]

Расположение боковых клапанов было особенно распространено в Соединенных Штатах и ​​использовалось для двигателей транспортных средств, даже для двигателей с высокой удельной выходной мощностью. [10] Конструкции с боковыми клапанами все еще распространены для многих небольших одноцилиндровых или двухцилиндровых двигателей, таких как газонокосилки , ротаваторы , двухколесные тракторы и другая основная сельскохозяйственная техника . [ необходима цитата ]

Машины с плоской головкой [ править ]

Мультицилиндровые двигатели с плоской головкой использовались для таких автомобилей, как Ford Model T , двигатель Ford V8 с плоской головкой и двигатель Ford Sidevalve . Cadillac производил двигатели V-16 с плоской головкой для своих роскошных автомобилей Series 90 с 1938 по 1940 год. [18] После Второй мировой войны конструкции с плоскими головками начали вытесняться конструкциями с верхним расположением клапанов. Плоскоголовые больше не были обычным явлением в автомобилях , но они продолжались в более примитивных транспортных средствах, таких как военные джипы повышенной проходимости . В США кастомный автомобиль и хотродкруги, восстановленные образцы ранних V8 с плоской головкой Ford все еще видны. [1] [19]

Авиадвигатели с плоской головкой [ править ]

Простота, легкость, компактность и надежность могут показаться идеальными для авиадвигателя , но из-за их низкой эффективности ранние двигатели с плоской головкой считались непригодными. Двумя заметными исключениями были американский двухдвигательный оппозитный двигатель Aeronca E-107 1930 года и четырехцилиндровый Continental A40 1931 года, который стал одним из самых популярных двигателей для легких самолетов 1930-х годов. Двумя современными плоскими головками являются бельгийские четверки и шестерки от D-Motor . [20] Это чрезвычайно квадратные и компактные авиадвигатели с прямым приводом от воздушного винта. [21] [22]

Мотоциклы с плоской головкой [ править ]

Основная статья: Мотоциклы Flathead

Конструкции с плоской головкой использовались на ряде ранних довоенных мотоциклов, в частности на американских V-близнецах, таких как Harley-Davidson и Indian , некоторых британских синглах, плоских близнецах BMW и их российских копиях. [23] Кливленд мотоциклов Manufacturing Company производится с четырьмя цилиндрами в линию мотоцикла двигатель Т-головы в 1920 - х годах.

  • Блок цилиндров двигателя Cadillac 1915 года выпуска

  • Harley-Davidson с плоской головкой

  • Индийский вождь Черный Ястреб

  • BMW R12

  • Кливленд Модель 4-45

См. Также [ править ]

  • Голова цапли

Примечания [ править ]

  1. ^ a b Американский Роддер, 6/94, стр 45 и 93.
  2. ^ (Поскольку поперечное сечение цилиндра имеет форму перевернутой буквы L, используются также другие названия, такие как «L-блок» или «L-головка»)
  3. ^ "Изображение D-Motor" . Архивировано из оригинального 25 февраля 2018 года . Проверено 29 апреля 2018 года .
  4. ^ Исключением является Indian, в котором используются как коромысла, так и толкатели для передачи движения от кулачков к стержням клапана.
  5. ^ У двухмоторных авиадвигателей с плоской головкой есть оба искробезопасных двигателя над клапанами.
  6. ↑ Дэвис, Марлан (29 сентября 2006 г.). "Ford Flathead V8 - Плоскоголовый путеводитель смерти" . Hotrod.com . Журнал Hot Rod. Камера сгорания . Проверено 8 апреля 2014 года .Попытка получить обратную степень сжатия с помощью выдвижных поршней может улучшить воздушный поток при условии, что должное внимание будет уделено области передачи и общей поверхности раздела поршень-камера сгорания. Наилучший баланс был предметом споров более 60 лет. В настоящее время наиболее популярным подходом является использование большого выдвижного поршня, но с гребешком на стороне, прилегающей к клапанам, чтобы не было свободного пространства между клапанами и отверстием цилиндра. Рекомендуемые степени сжатия, не загрязняющие уличный газ, составляют от 7,5 до 8: 1 для двигателей без наддува и от 6,5 до 7,0: 1 для воздуходувки.
  7. ^ «Критика двигателя с плоской головкой или боковым клапаном» . 13 июля 2012 . Проверено 22 августа 2015 года .
  8. ^ a b Х. Кремзер (автор): Der Aufbau schnellaufender Verbrennungskraftmaschinen, в Hans List (ed): Die Verbrennungskraftmaschine, том 11, Springer, Wien 1942, ISBN 978-3-7091-9755-4 , p. 50 
  9. ^ Ричард ван Басшуйсен, Фред Шефер: Handbuch Verbrennungsmotor. 8. Auflage, Springer, Wiesbaden 2017, ISBN 978-3-658-10901-1 , глава 10, с. 534 
  10. ^ a b Антон Пишингер (автор): Die Steuerung der Verbrennungskraftmaschinen, в Hans List (ed): Die Verbrennungskraftmaschine, том 9, Springer, Wien 1948, ISBN 978-3-211-80075-1 , p. 14 
  11. ↑ Road and Track , где-то в 1960-х.
  12. ^ Икеда, Юджи; Нишияма, Ацуши; Канеко, Масаси (5–8 января 2009 г.). Процесс воспламенения топливной смеси при повышенном давлении до 1 МПа с помощью микроволнового излучения (PDF) . 47-я встреча AIAA по аэрокосмическим наукам, включающая форум New Horizons и аэрокосмическую выставку. Американский институт аэронавтики и астронавтики. п. 1. Архивировано из оригинального (PDF) 25 июля 2014 года . Проверено 3 июля 2014 года . При сгорании, усиленном плазмой, образовывалось большое ядро ​​пламени и скорость распространения пламени увеличивалась. В одноцилиндровом двигателе стабильность сгорания улучшилась, а воспламенение с помощью микроволнового излучения увеличило предел обедненной смеси с 19,3 до 24,1.
  13. ^ Graeber, Чарльз (23 сентября 2004). «Одержимость: поиски Святого Грааля мистера Сингха» . Популярная наука . Бонье . Проверено 3 июля 2014 года . В ноябре 2002 года Сингх фактически получил одно такое разрешение от производителя на испытания своей модификации на своих двигателях. Изготовителем были Briggs and Stratton, а двигатели представляли собой два боковых клапана объемом 149 куб. См.
  14. ^ Пирангут, В.Г. Н.В.Марате (14 января 2002 г.). Работа на полном газе (PDF) (Технический отчет). ARAI. PUS / 2407 / Garuda / 52 (д). Архивировано из оригинального (PDF) 7 октября 2016 года. Отчет об испытаниях показывает, что расход топлива и температура снизились на низких оборотах двигателя, а крутящий момент увеличился.
  15. ^ Amrelweekil (14 сентября 2009). «Двигатель модифицирован Сомендером Сингхом» . YouTube . Рифленая плоская головка на 1: 31–1: 38 . Проверено 9 апреля 2014 года .
  16. ^ Патент US 6237579  Somender Singh: «Конструкция для улучшения турбулентности в камерах сгорания»
  17. ^ Двигатель внутреннего сгорания Гарри Ральф Рикардо, Blackie and Son Limited.
  18. ^ Лашанс, Дэвид (февраль 2007). "Reignmaker - 1939 Cadillac Series 39-90" . Hemmings Motor News . Деловые журналы американского города . Проверено 17 ноября 2015 года . С механической точки зрения автомобили Series 90 разделяли достижения Series 75. Трехступенчатая механическая трансмиссия автомобиля V-8 была признана способной передавать крутящий момент V-16, отчасти потому, что более крупный двигатель передавал свои импульсы таким образом. плавно.
  19. ^ "Стрит Роддер, 1/85, стр.72.
  20. ^ Хотя шестицилиндровый двигатель D-Motor очень маленький и компактный, его объем составляет почти 4 литра.
  21. ^ "Kapelstraat 198 8540 Deerlijk - Последняя информация" . D-motor.eu. Архивировано из оригинального 28 марта 2012 года . Проверено 6 декабря 2011 года .
  22. ^ Tacke, Вилли; Марино Борич; и др.: Всемирный справочник легкой авиации, 2015–16 гг. , стр. 256–257. Flying Pages Europe SARL, 2015. ISSN 1368-485X 
  23. ^ Например, некоторые Днепр и Урал использовали конструкции с плоскими головками, которые BMW передала Советам по лицензии.

Внешние ссылки [ править ]

  • Двигатель Ford Flathead
  • Изображения каждого стиля двигателя Harley-Davidson
  • Мотоциклы Harley-Davidson K-model