Gasdistributionsmekanismen (GRM) är en mekanism som ger intag av ren luft och utsläpp av avgaser från cylindrarna . Den kan ha både fast ventiltid och justerbar, beroende på vevaxelns hastighet och andra faktorer.
Den består oftast av en kamaxel eller flera kamaxlar drivaxlar, vipparmar , fjädrar , ventiler, kolvar och en vevaxel. I vissa utföranden representeras distributionssystemet av roterande eller oscillerande distributionshylsor eller spolar.
Kamaxelns drivsystem hos en fyrtaktsmotor säkerställer i alla fall dess rotation med en vinkelhastighet som är lika med 1/2 av vevaxelns vinkelhastighet [1] .
Klassificeringen av gasdistributionsmekanismer görs beroende på hur de styr intag och avgaser. Det finns vanligtvis fyra typer av insugs- och avgaskontrollmekanismer:
Gasdistributionsmekanismen med kolvstyrt intag och avgas (även känd som en fönstergasfördelningsmekanism) används på tvåtaktsmotorer med vevkammare. I den ställs gasdistributionsfaserna in på grund av öppning och stängning av fönster i cylinderväggen som utförs direkt av kolven.
Inloppsfönstret öppnas vanligtvis vid vevaxelns position, där kolven inte når 40-60 ° till nedre dödpunkten (enligt vevaxelns rotationsvinkel), utan stänger 40-60 ° efter att den har passerat , vilket ger en ganska snäv intagsfas - högst 130 -140°. På högaccelererade sportmotorer kan insugningsfönstret öppnas 65-70 ° före BDC, vilket utökar insugningsfasen, men samtidigt blir motordriften vid låga och medelhöga varvtal instabil, och den improduktiva bränsleförbrukningen ökar avsevärt på grund av omvänd utsläpp av bränsleblandningen till atmosfären.
Avgasfönstret öppnas ca 80-85° innan kolven når nedre dödpunkten och stänger 80-85° efter dess passage, vilket ger avgasfasens varaktighet ca 160-165°. Rensningsfasen har en varaktighet av ca 110-125°.
Symmetrin i ventiltidsinställningen med kolvstyrning av insug och avgas beror på att kolvens och rutornas relativa läge i cylinderväggen är detsamma både under det uppåtgående slaget och under det nedåtgående slaget. Detta är en nackdel, eftersom för optimal motorprestanda åtminstone insugningsfasen måste vara asymmetrisk, vilket inte är möjligt med ren kolvventiltid. För att uppnå denna prestanda använder små tvåtakts vevkammarmotorer en spolventil eller en reedventil på insugningen (se nedan) .
I tvåtaktsmotorer med stor volym (diesel, marin, flyg, tank) rör sig antingen två kolvar per cylinder mot varandra , varav en öppnar inloppsfönstren, och den andra - avgas (direktflödesrening), eller genom fönster i cylinderväggen enbart insug och utblås styrs av en ventil i cylinderhuvudet (ventilslitsrening), vilket också ger en mer optimal spolning.
I roterande kolvmotorer används som regel gasdistributionskontroll också av en kolv (rotor), som i detta fall spelar rollen som en spole [5] .
Spoolventiltiming användes också på Lenoirs tvåtaktsgasmotor , som anses vara världens första kommersiellt framgångsrika förbränningsmotor (1859). Dess gasfördelningsmekanism med två lådformade spolar var helt kopierad från ångfördelningsmekanismen för ångmaskiner, och med hjälp av spolar släpptes både gas-luft-arbetsblandningen in och avgaserna släpptes ut. Men sedan följde utvecklingen av tvåtaktsmotorer vägen att använda kolv (på lätta motorer) eller ventilgasdistribution.
Användningen av spolventiltiming på lätta tvåtaktsmotorer av modern typ (med vevkammarrening) har spårats åtminstone sedan 1920-talet, men en verkligt framgångsrik implementering av denna princip genomfördes först i början av 1950-talet av Östtyska ingenjören Daniel Zimmerman på sport- och racingmotorcyklar MZ , och sedan på 1960- och 70-talet började liknande lösningar dyka upp på vissa seriemotorcyklar av märkena Jawa , Yamaha , Suzuki , Kawasaki och andra.
På tvåtaktsmotorer med spoleventilstyrning styrs intaget av en vevaxeldriven spole - en roterande skiva eller cylindrisk (kran) typ, eller fram- och återgående platta. Spolen utför på ett eller annat sätt öppning och stängning av motorns inloppskanal, och styr därigenom insugningens varaktighet. Tack vare detta är det möjligt att göra intagsfasen asymmetrisk med avseende på BDC (som regel börjar den 130–140° före BDC och slutar 40–50° efter) och öka dess varaktighet till 180–200°, vilket förbättrar cylinderfyllning. Vissa implementeringar av ventiltidstyrning tillåter dig till och med att ändra ventiltid direkt under motordrift. Som regel fortsätter kolven att kontrollera frigöringen och öppnar utloppsfönstret (s).
För ett liknande ändamål kan en ventil av en kronblads- eller membrantyp (Yamaha, etc.) som automatiskt utlöses av ett tryckfall installeras i motorns insugningskanal.
I början av 1950-talet, vid Perm Engine Plant No. 19 , under ledning av V.V. Polyakov, utvecklades och tillverkades tvåtakts femcylindriga stjärnformade flygplansmotorer VP-760, VP-1300 och VP-2650 i en liten serie med gasdistribution installerad i vevhuset med en roterande spole och spolning med tvåstegskolvar i form av ett inverterat T (den smala delen fungerar, den breda delen är insprutning), som var avsedda för användning i lätta flygplan [6 ] .
Experiment med gasdistribution med en roterande spole utfördes i början av 1990-talet av Lotus i förhållande till en tvåtakts bilmotor med spolning från en drivkompressor , och, till skillnad från en konventionell tvåtaktsmotor med ventilslitsrening, färsk luft tillfördes till toppen av cylindern genom en spole och avgaser avlägsnades genom fönster i cylinderns nedre del (i en konventionell motor med ventilslitsrening tillförs luft genom fönster i cylinderns mittdel och gaser avlägsnas genom en ventil i blockhuvudet). Spolen hade formen av en ihålig cylinder som ständigt roterade runt sin axel - en rotor - med fönster i väggarna, inuti vilken det också fanns en stator med en längsgående skiljevägg som såg ut som en ihålig cylinder, vars rotation i förhållande till rotor, utförd av ett elektroniskt system, styrde gasdistributionsfaserna. En sådan gasdistributionsanordning gjorde det möjligt att istället för den direktinsprutning som vanligtvis används på dieselmotorer med ventilslitsrening använda en billigare version av kraftsystemet, med ett lågtrycksmunstycke som sprutar bränsle i spolen, varifrån arbetsblandningen blåstes in i cylindern genom inloppsfönstret. Dessa arbeten slutfördes utan resultat, en av anledningarna till detta var den kraftiga skärpningen av miljönormerna i mitten av 1990-talet ( Euro-1 , Euro-2 , etc.), vilket satte stopp för användningen av tvåtaktare motorer inom vägtransporter.
Slidventil med lådformade, kolv- eller roterande (kran-) spolar, på ett eller annat sätt kopplade till kamaxeln och öppning och stängning av insugs- och avgasfönster, användes på vissa fyrtaktsmotorer, men användes inte i stor utsträckning p.g.a. antal svårigheter i vägen för praktisk implementering av denna princip, i synnerhet problem med tätning av spolar, särskilt de som arbetar för avgaser och därför heta avgaser under högt tryck.
Gasdistribution med en lådformad spole, liknande ångmotorspolar , användes på världens första fyrtaktsförbränningsmotor, designad av N. Otto (1861), och användes i stor utsträckning på lågvarviga stationära motorer på 19:e - i början av 1900-talet.
Gasdistributionskontroll med kolvspolar är faktiskt standard på ångmaskiner och kraftfulla kolvpumpar, vissa designers har försökt anpassa den till en förbränningsmotor, men utan större framgång - att flytta spolen visade sig vara mycket svårt på grund av den höga gasen tryck, vilket skapade en enorm friktionskraft mellan spolen och väggarna i spollådan, för att inte tala om problemen med att gaser tränger igenom tätningarna.
En något större framgång föll på andelen gasdistributionsmekanismer med en roterande (kran)spole. Denna variant av gasdistribution lockade designers på grund av dess tysta drift jämfört med konventionella tallriksventiler (vars knackning under timingdrift var ett stort problem för motorer från början av 1900-talet), förmågan att erhålla potentiellt högre genomströmning jämfört med ventiltiming och för att förenkla timingen på grund av användningen av en enda spole på en cylinder som fungerar både för insug och avgas, eller till och med en för varje par cylindrar, och även för att eliminera en av de farligaste detonationscentra från förbränningskammaren - avgaserna ventil (som återigen var mycket viktig i början av 1900-talet, när tillgängligt bränsle hade mycket låg oktantal ).
Det första patentet för gasdistribution med en roterande spole erhölls av det brittiska företaget Crossley i mitten av 1880-talet. De lågvarviga gasmotorerna baserade på den var populära som stationära motorer och tillverkades av detta företag från 1886 till 1902.
Toppen av popularitet för denna design i bilmotorer kom i början av 1910-talet, när, efter det senaste modet, ett antal företag som tillverkade dyra bilar, såsom Itala (Italien, 1911), Darraq (Frankrike, 1912) presenterade sina alternativ för spolventiltiming. , därefter Minerva (Belgien, 1925).
Relativt framgångsrika konstruktioner av motorer med gasdistribution med en konisk roterande spole skapades av brittiska R. Cross och F. Aspin på 1930-1950-talet, användes på racerbilar, men de kom aldrig i massproduktion, inklusive på grund av olösta problem med tätning och smörjning av spolen. Samma år experimenterade den tyske ingenjören F. Wankel med ventilgasdistribution i samarbete med BMW , DVL, Daimler-Benz , Lilienthal och Junkers , men utan att nå avgörande framgång gick han över till att arbeta med ett projekt med roterande kolvmotorer , vilket är mycket lyckat.
På 1950-talet byggdes pilotmotorer med spolventiltiming i Sovjetunionen baserade på seriemotorerna Moskvich-400 (4-cyl.) och ZIS-120 (6-cyl.), som hade ventilspolar installerade i blockhuvudet och roterande kring en axel parallell med vevaxelns axel. Jämfört med lägre ventiler hade motorer med spoleventilgasfördelning bättre cylinderfyllning och följaktligen högre specifik effekt - till exempel på Moskvich-motorn var effektökningen jämfört med den seriella 8%. Men samtidigt ökade oljeförbrukningen avsevärt på grund av problem med spoltätningen, motorn fungerade med märkbar rök. Dessutom, vid slutet av kompressionsslaget och under kolvens slag, upplevde spolen mycket friktion på grund av trycket från tätningsskon under trycket från avgaserna, vilket avsevärt ökade friktionsförlusterna, och på en sexcylindrig motor ledde till och med till ett brott i den treradiga drivkedjan Timing under test. Det var inte möjligt att tillhandahålla den erforderliga motorresursen för motorer med spoleventiltiming [5] .
Ungefär samtidigt producerade det brittiska företaget Norton ett antal racermotorcyklar med spolventiltid, men 1954 slutade helt att arbeta i denna riktning. Hylsgasdistribution, betraktad separat nedan i texten, anses ibland vara en sorts slidventil.
Gasdistributionen styrs av tallriksventiler , vanligtvis drivna av en kamaxel . Detta system är vanligast på moderna fyrtaktsmotorer, såväl som kraftfulla tvåtaktsmotorer (med ventilslitsrening finns det bara avgasventiler).
I denna tidsutformning används en ventil som består av en platta (huvud) och en stång (skaft), som tjänar till att öppna och stänga inlopps- och utloppskanalerna. Den största fördelen med tallriksventilen, som gjorde det möjligt för den att uppnå sin dominerande fördelning i detta område, är lättheten att säkerställa täthet: under påverkan av trycket i förbränningskammaren pressas tallriksventilen tätt mot sätet, därför för att förhindra gasläckage är det tillräckligt att försiktigt gnugga ihop dessa delar, och det kraftgenererade trycket i förbränningskammaren riktas längs ventilskaftets axel och hindrar den inte från att röra sig längs styrningen. När ventilen öppnas förskjuts den i förhållande till sätet med ett avstånd som kallas ventillyft. I detta fall öppnas en viss flödessektion, bestäms av lyfthöjden, ventilens storlek och form. I de flesta fall har insugningsventiler en större flödesarea än avgasventiler, på grund av det höga trycket i avgaserna och den högre avgashastigheten i avgasventilerna.
Tidigare, fram till omkring 1950-talet, var ventiler vanligtvis gjorda av vanligt kol eller låglegerat verktygsstål (till exempel krom 40X), men allt eftersom motorerna förbättrades och deras forceringsgrad ökade, blev det nödvändigt att använda åtminstone avgasventiler, temperaturen varav kan nå 600 -850 ° C, speciallegerade värmebeständiga stål, till exempel silkrom (40X10S2M / EI107, 40X9S2 / ESH8), X45CrNiW189, X53CrMNi219, etc. Inloppsventiler har vanligtvis en temperatur på no-4 högre än 0300 ° C och är gjorda av krom, krom-vanadin eller krom-nickel stål.
Ibland, för att minska kostnaderna, är endast ventilplattan (huvudet) gjord av värmebeständigt stål, och skaftet är gjord av vanligt instrumental; även på avgasventilernas plåtar, en extra yta av ett lager av hård värmebeständig legering kan ibland tillverkas, vilket ökar ventilens livslängd. I motorer med hög termisk spänning i förbränningskammaren kan ventiler med ihåliga stänger fyllda med natrium användas - när motorn är igång smälter natrium och förbättrar, omblandning, värmeavlägsnandet från ventilen.
Nyligen kan titanlegeringsventiler användas, som kombinerar värmebeständighet med lätthet, vilket kan minska trögheten hos tidsdelarna.
En annan metod för att hantera den termiska spänningen av avgasventilerna är att applicera en keramisk spray, såsom zirkoniumoxid , på plattan . Effekten av att sänka driftstemperaturen kan vara flera hundra grader.
Ventiler är gjorda genom varm rubrik (volumetrisk stansning) av en stålstång, varefter de utsätts för mekanisk och värmebehandling [5] [7] [8] .
Ventilens platta (huvud) kan ha en platt (T-formad), konvex eller tulpanformad (strömlinjeformad, med en mjuk övergång till skaftet). Ventiler med bulthuvud används ibland som avgasventiler på grund av deras höga styvhet och bättre strömlinjeformning från sidan av cylindern, vilket är särskilt viktigt i en motor med lägre ventiler. Tulpanventiler installerades tidigare ofta på inloppet med stor ventildiameter, eftersom man trodde att den strömlinjeformade huvudformen minskade luftflödesmotståndet, men därefter, sedan omkring 1980-talet, övergavs deras användning, eftersom de inte gav någon nämnvärd effekt , eller till och med med samma lyft, försämrades fyllningen av cylindrarna jämfört med konventionella, med större tillverkningskomplexitet.
Ventilhuvudet har en konisk arbetsyta - en låsfas , tätt slipad mot den passande avfasningen på ventilsätet (hylsan). Fasningen på ventilhuvudet är gjord i en vinkel på 30° eller 45°. En 45° avfasning ger en mindre flödesarea för samma lyft än en 30° avfasning, dock underlättar den ventilcentrering i sätet och ökar dess styvhet, därför används en 30-gradig fas i begränsad utsträckning, vanligtvis på insugningsventiler av kraftfulla och sportmotorer. I vissa fall kan en dubbel fas användas. Fasningen slipas och gnids sedan tätt mot sitsen (sockeln). Vid den nedre (svans) änden av ventilskaftet är ringformade spår gjorda för att fästa ventilfjäderplattorna, vanligtvis utförda med koniska kex (mindre ofta, med en tvärgående tapp eller gänga). Ibland, för att öka ventilens livslängd, är ventilfjäderskivan utrustad med ett axiallager som gör att ventilen kan rotera fritt runt sin axel när motorn är igång. Tidigare gjordes på ventilskaftets bakdel ibland även en ringformig urtagning för en säkerhetsring, som förhindrar att ventilen faller ner i cylindern om dess fjäder spricker eller knäckor av misstag faller ut under motordrift [7] [8] .
Sadlar (bon) av ventiler görs antingen direkt i cylinderblockets material (för motorer med lägre ventiler) eller cylinderhuvuden, eller i form av individuella delar inpressade i dem gjorda av legerat gjutjärn, brons eller värmebeständigt stål (endast avgasventiler, eller både insug och avgas), ibland med ytbeläggning av en slitstark koboltlegering av sormittyp [7] . Typiskt har sätet en avfasning med en vinkel på 45 °, eller två avfasningar - den övre med en vinkel på 30 °, som fungerar som en övergång från huvudfatet till väggen i förbränningskammaren, och huvudfatet vid 45°. Ibland finns det även en bottenfasning med en vinkel på ca 60°, vars användning minskar sätets motstånd mot luftflöde. Av särskild betydelse är studiet av formen på avfasningen på insugningsventilsätena, genom vilken cylindrarna fylls med arbetsblandningen [8] .
Ventilstyrningsbussningar används för att säkerställa deras exakta passform i sadlarna, de är gjorda av gjutjärn, aluminiumbrons eller keramiska metall-antifriktionskompositioner (brons-grafit och andra). För att minska oljeförbrukningen genom springan mellan ventilstyrningen och dess spindel, sätts antingen ett oljebeständigt lock av oljebeständigt gummi på själva ventilskaftet, eller så installeras en oljetätning med en ringformig fjäder (oljeskrapalock) på dess guide [7] [8] .
Ventilfjädrar ger ventilstängning och dess täta passform i sätet, uppfattar krafterna som uppstår från driften av timingen. Vid montering av ventilmekanismen får fjädern en förspänning, vars värde är en viktig parameter som påverkar motorns kvalitet. Om fjädern i torrt tillstånd inte utvecklar den rätta kraften som anges i den tekniska dokumentationen, uppstår en fördröjning ("hängande") och ventilhopp när den är stängd, vilket stör gasdistributionsfaserna och försämrar fyllningen av cylindrarna med en brännbar blandning, på grund av vilken motorn inte kommer att utveckla full effekt och inte kommer att ge bilens pass dynamiska egenskaper. När ventilen är helt stängd bör fjäderns restkraft vara tillräcklig för att upprätthålla kontakt mellan kamaxelkammen och timingdelen i kontakt med den (skjutare, vipparm, vipp), vilket gör att du kan bibehålla den angivna öppningstiden för ventilen. av konstruktörerna och eliminera stötbelastningar i ventildriften som snabbt tar bort den från byggnaden.
Ventilfjädrar är i regel gjorda av legerat högkolstål (mangan, kisel-mangan, krom-nickel-vanadin) kalllindade, följt av värmebehandling och kulblästring för att öka livslängden. De kan vara cylindriska eller koniska, ha en konstant eller variabel lindningsstigning. Ståltryckbrickor [5] [7] [8] [9] placeras under den för att förhindra slitage på cylinderhuvudets lageryta och fixera fjädern .
Ibland används två fjädrar per ventil, placerade den ena inuti den andra, och den yttre och den inre fjädern har olika varvriktningar för att förhindra att den inre fjädern fastnar med de yttre spolarna. Användningen av sådana dubbla fjädrar gör det möjligt att något minska enhetens totala dimensioner på grund av den lägre totalhöjden på de två fjädrarna jämfört med en enkel fjäder med samma kraft, och fungerar även som försäkring vid brott på en av fjädrarna, vilket ökar tillförlitligheten och den problemfria driften av motorn. Ibland kan ventilfjädern också installeras inte på själva ventilen, utan i pushern (exempel - diesel YaAZ-204 ) [7] .
I de flesta fall, i ventilmekanismen , används en kamaxel gjord av gjutjärn eller legerat stål för att styra ventilerna , med lagertappar som tjänar till att installera axeln i lagren i dess bädd, och kammar med en annan profil som bestämmer ventiltid för motorn. Vanligtvis finns det två kamaxellober per cylinder (ett insug och ett avgas), men det finns andra alternativ. Dessutom kan det finnas mer än en kamaxel. Kamaxeldriften utförs från motorns vevaxel, och för fyrtaktsmotorer är dess rotationsfrekvens lika med halva rotationsfrekvensen för vevaxeln, och för tvåtaktsmotorer är den lika med den. Axeln roterar i glidlager och hålls vanligtvis från axiell förskjutning av tryckhalvringar av stål, ibland med en aluminiumbeläggning på arbetsytan, brons, antifriktionscermet eller plast.
I äldre motorer användes kamaxeln ofta för att driva andra motorenheter - olje- och bränslepumparna, tändningsfördelaren och ibland även vindrutetorkaren. På moderna motorer är bränslepumpen elektriskt driven, brytarens fördelare saknas och har helt ersatts av ett elektroniskt styrsystem, och oljepumpen drivs vanligtvis direkt från vevaxeln av en kedja eller växel.
Motorer från det tidiga 1900-talet kunde ibland använda automatiskt arbetande insugningsventiler, utlösta av en tryckskillnad mellan atmosfären och vakuum i insugningsröret, men de fungerade inte tillfredsställande vid höga varvtal och gick snart ur bruk (avgasventilerna behöll drivning från kamaxeln) [10] .
Transmissionslänkar är installerade mellan kamaxelkammarna och ventilstammarna för att överföra kraft, vars utformning beror på typen av motortidsmekanism.
I motorer med en lägre kamaxel används ventillyftar för att avlasta kraften från dess kammar, installerade i hål i cylinderblocket, gjorda ovanför kamaxelbädden. Från påskjutaren kan kraften överföras direkt till ventilskaftet (i motorer med nedre ventiler) eller genom en drivstång till en vipparm som påverkar ventilskaftet, vilket ändrar kraftens riktning till motsatt (i den övre ventilen) motorer med ventilspindeldrift) [8] .
Särskilj påskjutare cylindriska, platta-formade (svamp) och rulle. För de två första typerna är lagerytan i kontakt med kamaxelkammen plan eller sfärisk, medan för rullventiler är en hårdstålrulle med höga anti-nötningsegenskaper i kontakt med kamaxelkammen, vilket avsevärt kan öka hållbarheten för monteringen och minska kraven på extrema tryckegenskaper hos smörjmedlet.oljor - denna design användes tidigare främst på dieselmotorer, men sedan 1980-talet har den blivit utbredd. För att förhindra för tidigt slitage måste en påskjutare med en plan eller sfärisk lageryta rotera runt sin vertikala axel under drift, vilket med en plan lageryta uppnås genom dess förskjutning i förhållande till kamaxeln, och med en sfärisk, genom att använda kammar med fasad yta [8] .
I dieselmotorer med stort slagvolym används ibland gungande rullskjutare, som är en gungande spak med ett axelhål i ena änden och en rulle i kontakt med kamaxelkammen i den andra, kraften avlägsnas från stålhälen som är placerad på spak på toppen, på vilken vipparmen vilar, vilket gör det möjligt att, på grund av närvaron av ett visst utväxlingsförhållande i en sådan påskjutare, erhålla en stor kraft som krävs för att driva gasfördelningsmekanismen hos en sådan motor [8] .
I moderna motorer är hydrauliska ventilspelningskompensatorer ofta placerade i påskjutare, i vilket fall påskjutarna ibland kallas hydrauliska. De ger konstant, glappfri kontakt mellan ventiltågens delar, vilket eliminerar motorljud och minskar slitage genom att eliminera stötbelastningar. Ibland kan hydrauliska lyftare installeras inuti vipparmarna [8] .
I motorer med en överliggande kamaxel används antingen spakar (dubbelarm eller enkelarm) för att driva ventilerna, som beroende på den specifika designen kallas vipparmar eller vipparm (spakskjutare), eller korta cylindriska ventillyftar placerade under kamaxeln, direkt mellan dess kammar och ventilskaft [8] .
När motorn är igång, särskilt under hög belastning, förlängs ventilskaftet till en större längd än andra delar av cylinderhuvudet, eftersom ventilen utsätts för ytterligare termisk belastning på grund av tvättningen av dess platta som sticker ut i förbränningskammaren med heta gaser, medan resten av huvudcylindrarna vanligtvis är vätskekylda, och dess temperatur överstiger inte 100 ... 120 ° C (i motorer med ett vätskekylsystem). I det här fallet väljs det termiska gapet mellan ventilen och den del som leder den, inställd under motorjustering, vilket resulterar i att timingen börjar fungera nästan tyst efter att ha värmt upp motorn. Om det termiska gapet är felaktigt justerat, ventilen överhettas, avfasningen på dess huvud eller säte är utsliten, kan det termiska gapet som tillhandahålls av motorns konstruktion i ventilmanöverdonet saknas, vilket gör att ventilerna tappar deras täthet och börjar brinna ut [5] .
För närvarande är de flesta motorer utrustade med ett system för automatisk kontroll av det termiska spelet i ventildriften, utförd genom användning av hydrauliska ventilspelskompensatorer (i motorer med ventilpåskjutare) eller hydrauliska stopp (i motorer med spakventildrift). På grund av trycket från oljan som fyller det inre hålrummet i hydraulelementet, är kamaxelkammen ständigt i kontakt med kugghjulslänkarna, vilket eliminerar behovet av justering, och ökar även motorns tillförlitlighet genom att förhindra risken för ventilutbränning p.g.a. slitage på dess fas eller sits. Efter att ha stannat av motorn under en längre tid pressas oljan ut ur hydraulelementet, vilket resulterar i att vissa ventiler efter omstart kan knacka i flera minuter. Varaktigheten av motordrift med ventilknackning ökar när kolvparen av hydrauliska kompensatorer eller hydrauliska tätningar slits ut. Dessutom är dessa anordningar känsliga för oljeskum, eftersom när kolvparet av olja med luft kommer in, förlorar det sin prestanda [5] .
Klassificeringen av gasdistributionsmekanismer för motorer med ventilgasdistribution utförs beroende på den relativa positionen för själva ventilerna och kamaxeln som driver dem, såväl som utformningen av transmissionslänkarna mellan dem.
Beroende på placeringen av ventilerna särskiljs motorer:
Beroende på platsen för kamaxeln särskiljs motorer:
Beroende på antalet kamaxlar :
För gasdistribution:
Enligt dessa egenskaper är ventilmekanismerna hos fyrtaktsförbränningsmotorer uppdelade i ett antal undertyper.
Motorer med en kamaxel i cylinderblocket Nedre ventilerMotor med lägre ventiler (med sidoventiler, engelska L-Head, Flathead, SV - Side-Valve ) - en motor där ventilerna är placerade i cylinderblocket, plåtar upp och drivs från kamaxeln som ligger under dem med hjälp av av påskjutare. I V-formade motorer med lägre ventiler är kamaxeln vanligtvis placerad i cylinderblockets kollaps, ventilerna divergerar från den i form av bokstaven V.
Alla timing delar av denna typ är placerade inuti blocket, vilket gör att du kan få en mycket kompakt motor. Kamaxeln är placerad i ett gemensamt vevhus med vevaxeln, vilket förenklar smörjsystemet och ökar tillförlitligheten, det finns inga mellanliggande transmissionslänkar mellan kamaxelns kammar och ventiler (vipparmar, vippar, spakar etc.), det finns inget behov av komplexa ventilskaftstätningar (ventiltätningar) .
Huvudet på motorblocket med den nedre ventilen är en enkel gjutjärns- eller aluminiumplatta med kanaler för kylvätskan, den är lätt att demontera, vilket ger bekväm åtkomst till ventilerna och kolvarna, vilket var mycket viktigt under åren då kolvarna behövdes att regelbundet rengöras från kolavlagringar, och ventilerna behövde periodvis slipas till sadlar, för vilka speciella slitsar för en lappmaskin gjordes i deras plattor.
Den största nackdelen med den nedre ventillayouten är den specifika layouten av insugs- och avgaskanalerna på grund av det inverterade arrangemanget av ventilerna, vilket leder till en minskning av motorns specifika egenskaper. På grund av den komplexa vägen för luft-bränsleblandningen som är associerad med den, vars flöde plötsligt ändrar riktning när det kommer in i cylindern, ökar motståndet vid inloppet och fyllningen av cylindrarna försämras avsevärt, särskilt vid höga hastigheter. Som ett resultat visar sig i de flesta fall den lägre ventilmotorn vara lågvarvig och oekonomisk, med låg effekttäthet [5] .
Dessutom begränsar designegenskaperna hos motorn med lägre ventiler kraftigt möjligheten att öka kompressionsförhållandet genom att minska förbränningskammarens volym , vilket vanligtvis är det enklaste och mest effektiva sättet att öka effekttätheten hos en förbränningsmotor. [5]
Att minska höjden på förbränningskammarvalvet för att minska dess volym i den nedre ventilmotorn leder till en minskning av flödessektionerna i insugs- och avgaskanalerna, dessutom i deras mest kritiska del, direkt intill förbränningskammaren, vilket orsakas av en minskning av gapet mellan brännkammarens vägg och ventilskivan. Som ett resultat, när förbränningskammarens volym minskar och följaktligen kompressionsförhållandet ökar, försämras fyllningen av cylindrarna, vilket avsevärt minskar effektiviteten hos denna åtgärd för att tvinga motorn. Denna nackdel elimineras delvis genom användningen av kolvar med en förskjutare som sticker ut i förbränningskammaren, placeringen av ventilsäten i urtag på ytan av blocket och användningen av ett hål i kolvens botten som är vänd mot ventilerna. Men även med dessa åtgärder i beaktande, vid ett kompressionsförhållande på cirka 8: 1 och högre, försämras fyllningen av cylindrarna i motorn med lägre ventil på grund av strypeffekten i sådan utsträckning att det gör en ytterligare ökning av kompressionsförhållande meningslöst - ökningen av effektiviteten hos motorns arbetsflöde som erhålls på grund av det utjämnas av försämring av fyllningscylindrar. Dessutom förhindrar formen på förbränningskammaren hos en motor med lägre ventiler ökningen av plattornas diameter och lyftning av ventilerna på grund av deras nära placering i förbränningskammaren, och ju mer desto högre kompressionsförhållande av motorn, och följaktligen desto mer kompakt är dess cylindrars förbränningskammare. [9] [11]
Av samma anledning är det meningslöst att skapa en dieselmotor med lägre ventil, eftersom dieselmotorer kräver kompressionsförhållanden i storleksordningen 16:1 och högre för att säkerställa ett effektivt arbetsflöde.
Behovet av att å ena sidan säkerställa det minsta strukturella avståndet mellan cylinderns axlar och kamaxeln, och å andra sidan det nödvändiga spelet mellan ventilplattan och förbränningskammarens väggar, tvingar designers att ge förbränningskammaren i en motor med lägre ventil en mycket långsträckt form. Därför ger en minskning av förbränningskammarens volym genom att minska dess längd ingen signifikant effekt. Den icke-optimala formen på förbränningskammaren ökar i sin tur avsevärt värmeöverföringen genom väggarna, vilket orsakar värmeförlust och minskad effektivitet, ökar förbränningstiden för blandningen, vilket begränsar motorns hastighet och bidrar också till utvecklingen av detonation , vilket är anledningen till att en motor med lägre ventiler med samma kompressionsförhållande kräver högre oktanigt bränsle än en overheadventil.
I liten utsträckning kan dessa brister elimineras genom att luta ventilaxlarna i förhållande till cylinderaxeln, vilket minskar längden på förbränningskammaren, vilket förbättrar blandningens förbränningsförhållanden och minskar motorns tendens att detonera, och även minskar motståndet mot flödet av arbetsblandningen som sugs in i cylindern (till exempel i en motor på Moskvich-400- bilen var ventilens lutningsvinkel något mer än 8 °), men samtidigt var dimensionerna på motorn växer snabbt, vilket begränsar möjligheterna för detta tillvägagångssätt i radmotorer [12] .
I en V-formad motor med lägre ventiler är det möjligt att öka ventilernas lutningsvinkel utan en överdriven ökning av yttre dimensioner i mycket större utsträckning än i en in-line. För att försöka övervinna bristerna i den nedre ventilkretsen placerade konstruktörerna ibland ventilerna i cylinderblocket på en V-formad nedre ventilmotor i en mycket stor vinkel mot cylinderaxeln, horisontellt eller nästan horisontellt, för vilket kamaxeln var tvungen att placeras högt i blockets kollaps, och ytterligare länkar måste införas i ventildriften - långa svängande tryckare (enarmade spakar) eller vipparmar (tvåarmade spakar). I synnerhet hade den V-formade 8-cylindriga Lycoming FB-motorn på 1930-talet en sådan tidsutformning, där ventilerna installerades i en vinkel på 35 ° mot cylinderaxeln och manövrerades med enarmsspakar. Med ett sådant arrangemang av ventiler anslöt inlopps- och utloppskanalerna förbränningskammaren smidigare, utan en 90-graders vridning, vilket gjorde det möjligt att praktiskt taget eliminera problemen i samband med en skarp förändring i rörelseriktningen för laddningen av laddningen. arbetsblandning vid inloppet, dessutom visade sig förbränningskammaren vara relativt kort.
En ytterligare fördel med denna designlösning var också att avgaskanalerna kunde lyftas upp, och inte inuti blockets kollaps, som på många V8:or med lägre ventiler, vilket förenklade designen av avgassystemet och minskade motoruppvärmningen från avgaserna. gaser. Andra nackdelar med motorer med lägre ventiler bevarades dock helt - ett litet flödesområde i insugningskanalen och omöjligheten att öka kompressionsförhållandet över en viss gräns, och designen av en motor med en sådan timing visade sig vara mycket komplex och dyr att tillverka, vilket förhindrade distributionen. Faktum är att detta tidsarrangemang är en "övergång" mellan motorer med lägre ventiler och OHV-motorer med överliggande ventiler (se nedan) . Med en ytterligare ökning av ventilernas lutningsvinkel i förhållande till cylindrarnas axel, måste de redan överföras till cylinderhuvudet, vilket gör motorn till en överliggande ventil.
Det mest effektiva sättet att öka den specifika kraften hos en motor med lägre ventiler är att överladda den från en drivkompressor eller turboladdare, vilket gör det möjligt att uppnå god fyllning av cylindrarna och en ganska hög effektivitet i arbetsprocessen även vid låg kompressionsförhållande. Men på grund av komplexiteten och de höga kostnaderna för implementeringen, med en relativt blygsam effekt jämfört med motorer i andra system, användes den extremt sällan, främst i USA på 1930- och 40-talen, och också mycket allmänt - för att trimma amerikanska låg- ventil V8s (särskilt på hot rods ).
Förbränningskamrarna i en motor med lägre ventiler har en komplex form och är som regel inte bearbetade, vilket bibehåller den grova ytan som erhålls under gjutningen, vilket ytterligare minskar motorns prestanda och orsakar skillnader i volymen och följaktligen arten av drift av förbränningskamrarna på ett huvud . Långa avgasportar placerade i cylinderblocket bidrar till överhettning av den nedre ventilmotorn på grund av ytterligare uppvärmning från heta avgaser. Detta gäller särskilt för V8:or med underventil, där avgasportarna vanligtvis löper rakt genom cylinderblocket i tvärriktning, från camber utåt till avgasgrenrören, och avgaserna som passerar genom dem avger mycket värme längs med sätt, vilket gör att motorn överhettas, särskilt under otillräcklig effektivitet hos kylsystemet.
På vissa motorer med lägre ventiler fanns inte standardjusteringen av ventilspelet alls ( Ford T , Ford A och deras derivat), i händelse av ett allvarligt fel, modifierades ventilstammarna: om spelet var för litet, filade (slutade) lite, och om den var för stor, smidde de upp den förtjockade stjärtdelen, samtidigt som de förlängde stången något. Därefter infördes på de flesta motorer en spaltjusteringsmekanism (en bult med en låsmutter vriden i påskjutaren), men åtkomst till den var ofta extremt obekväm (dock krävdes det relativt sällan på sådana motorer). Detta problem är helt löst med hydrauliska ventilspelningskompensatorer inbyggda i polletterna.
Fram till 1950-talet var motorer med en sådan timing, på grund av sin enkelhet och låga kostnad, vanligast i bilar (med undantag för sportbilar) och lastbilar. De första serietillverkade modellerna med overheadventilmotorer dök upp redan på 1920-talet, men under dessa år konkurrerade motorer med lägre ventiler med dem nästan på lika villkor. Först på 1950-talet, efter tillgången på bränsle med högre oktantal, vars fördelar krävde en ökning av kompressionsförhållandet, blev det klart att systemet med lägre ventiler höll tillbaka utvecklingen av bilindustrin, vilket förhindrade skapa mer avancerade, dynamiska och höghastighetsbilar som motsvarar vägtrafikens förändrade förhållanden. Som ett resultat, under första hälften av 1950-talet, började massintroduktionen av luftventilmotorer i personbilar, utan de nackdelar som är inneboende i det nedre ventilsystemet. På vissa bilmodeller höll dock motorer med lägre ventiler fram till början av 1960-talet (alla Plymouth -modeller i rad sex-versionen, Studebaker , Rambler , Simca Vedette , ZIM GAZ-12 ), och på lastbilar användes detta schema i allmänhet upp till sjuttiotalet, om inte längre - till exempel tillverkades GAZ-52 och ZIL-157 lastbilar med en motor med lägre ventil fram till 1990-talet. I specialutrustning används lägre ventilmotorer i stor utsträckning idag.
Dessutom behåller motorer med lägre ventiler en viss popularitet i små kolvflygplan , där deras låga driftshastigheter blir en stor fördel, eftersom de tillåter att skruvdrivningsreduktionsväxeln elimineras från designen. Så vi kan notera de belgiska boxer-flygplansmotorerna D-Motor LF26 och LF39, som ger ut sin maximala effekt vid en vevaxelhastighet på endast 2800 ... 3000 rpm. Enkel konstruktion, tillförlitlighet och tillförlitlighet hos underventilsmotorn är också stora fördelar på detta område.
DubbelventilEn variant av schemat med ett lägre ventilarrangemang var motorerna med ett T-format huvud ( T-huvud i engelsk litteratur), eller lägre ventil med ett dubbelradsarrangemang av ventiler, som hade en viss distribution under första halvan av 1900-talet . I dem var insugningsventilerna på ena sidan av cylinderblocket och avgasventilerna på den andra. Det fanns också två kamaxlar. Sådana motorer, bland andra, var utrustade med de första Russo-Balts.
Syftet med denna design är att eliminera överhettning av insugningsventilerna och insugsportarna i blocket genom att isolera dem från det heta avgasröret. Faktum är att lågoktanig bensin, tillgänglig i början av 1900-talet, var mycket benägen att detonera, vilket gjorde användningen av detta schema något fördelaktigt - en kallare bensin-luftblandning har ett något högre oktantal ( vatteninjektion fungerade på samma princip i cylindrar som kylde arbetsblandningen - en design som också var i omlopp under dessa år). Annars hade motorn med ett sådant gasdistributionssystem sämre egenskaper än de med en konventionell lägre ventiltid, i synnerhet hade den en lägre effekttäthet. Dessutom visade det sig vara komplext, skrymmande, tungt och dyrt att tillverka. Därför, efter första världskriget, präglat av betydande framsteg både inom motorbyggnadsområdet och inom petrokemi, föll detta tidsschema i obruk.
Detta schema tillåter också användningen av tre eller fyra ventiler per cylinder i en motor med lägre ventiler - två insugningsventiler på ena sidan och en eller två avgasventiler på den andra, men i fallet med en motor med lägre ventil, vinsten erhålls på grund av detta är liten.
Blandat ventilarrangemang (IOE-typ)Det finns också beteckningarna F-Head eller IOE ( Intake Over Exhaust - "inloppsventil över avgasventil"). I en sådan motor är insugningsventilerna vanligtvis placerade i blockhuvudet, som i en överliggande ventilmotor, och påverkas av tryckstänger, och avgasventilerna är i blocket, som i en underventilsmotor. Kamaxeln var en och var placerad i blocket, som en konventionell nedre ventilmotor.
Detta schema har fördelen att dess effekt är betydligt högre än den för den "rena" nedre ventilen - det övre arrangemanget av inloppsventilerna kan avsevärt förbättra fyllningen av cylindrarna med arbetsblandningen. Som regel konverterades sådana motorer från lägre ventiler som ett mått på pågående modernisering, vilket ofta var tekniskt enklare och mer kostnadseffektivt än att byta till en motor med helt överliggande ventil baserad på samma cylinderblock.
Sådana motorer användes i stor utsträckning av Rolls-Royce och Rover (inklusive Land Rover stadsjeepar) på grund av deras höga tillförlitlighet jämfört med både motorer med lägre ventiler (på grund av god kylning av de övre ventilerna) och jämfört med tidiga motorer med överliggande ventiler (på grund av hälften av antal stavar), samt möjligheten att köra på lågoktanig bensin utan detonation.
Liknande "halvventils"-ändringar baserade på seriemotorer fanns i Sovjetunionen - dessa var sportmotorer baserade på enheter av Moskvich , Pobeda och ZIM- bilar . Effektvinsten, i kombination med andra tvingande åtgärder, var betydande - upp till 20 ... 40 hk. med., med den initiala effekten för de angivna motorerna själva på 35, 50 och 90 liter. s., respektive. Det var planerat att använda en liknande motor på arvtagaren till Pobeda , men i slutändan gjordes valet till förmån för en fullfjädrad overheadventilmotor av en helt ny familj.
Med den utbredda användningen av "äkta" överliggande ventilmotorer har detta schema nästan helt förfallit. Den sista sådana motorn tillverkades dock av Willys på 1970-talet.
I mycket sällsynta fall (1936 och 1937 Indian Four-motorcyklar) gjordes avgasventilerna övre, medan insugningsventilerna förblev lägre. Denna design var extremt misslyckad på grund av den konstanta utbränningen av avgasventilerna, och upprepades inte igen.
Overheadventiler med stångmanövrerade ventiler (OHV-typ)Denna tidsdesign uppfanns av David Dunbar Buick i början av 1900-talet. För motorer med en sådan timing är ventilerna placerade i cylinderhuvudet, och kamaxeln är i blocket (engelsk beteckning - OHV , OverHead Valve ; finns även I-Head , eller Pushrod , det vill säga "med tryckstänger" ) . Kamaxeln och ventilerna på avstånd från varandra gör det nödvändigt att installera långa transmissionslänkar mellan dem - tryckstänger som överför kraft från påskjutare i kontakt med kamaxelkamarna till vipparmar som direkt driver ventilerna, vilket är det främsta kännetecknet för detta tidsschema .
Ventiler i cylinderhuvudet är vanligtvis anordnade i en rad, vertikalt (med en platt-oval förbränningskammare) eller med en liten lutning (med en kilförbränningskammare), ungefär på förbränningskammarens längdaxel, men det finns andra alternativ. Så på Chrysler HEMI V8- motorer är förbränningskammaren halvklotformad, insugnings- och avgaskanalerna närmar sig den längs halvklotets radier - respektive inlopps- och avgasventilerna är placerade i två rader på motsatta sidor av den längsgående axeln av förbränningskammare, med en stor lutning, och stavarna som leder dem. Påskjutarna divergerar från kamaxelblocket som ligger i kollapsen i form av bokstaven V (två rader av stavar för varje huvud av den V-formade motorn - den översta raden driver insugningsventilerna, bottenavgaserna). På GM 122 / Vortec 2200 inline fyrcylindrig motor och vissa motorer i GM Big Block V8-familjen, såsom Vortec 8100, med en diagonalt orienterad kilförbränningskammare, var ventilerna också placerade i två rader med en lutning och var även driven från de V-formade stötstängerna. I båda fallen förklaras användningen av en komplicerad tidslayout av designers önskan att designa inlopps- och utloppskanaler med en mer effektiv konfiguration när det gäller genomströmning.
Ibland, av layoutskäl, är kamaxeln inte placerad i vevhushålan, bredvid vevaxeln, utan mycket högre, direkt under cylinderhuvudet, medan korta tryckstänger som leder till vipparmarna behålls. Ett exempel på en sådan lösning är tvåtaktsdieselmotorer från YaAZ-204 / 206-familjen (Detroit Diesel 4-71 / 6-71), och kamaxeldriften (liksom balansaxeln placerad symmetriskt till den) bars ut i dem genom ett komplext system av växlar placerade på svänghjulssidan. I det här fallet var anledningen till detta arrangemang av kamaxeln att dessa motorer var utrustade med en drivkompressor, som installerades direkt på sidoväggen av blocket och rensade cylindrarna genom fönstren i deras mittdel (se nedan) , så att kanalerna gjorda i cylinderblocket för passageluft helt enkelt inte lämnade plats för kamaxeln, påskjutarna och stängerna, varför de måste placeras högre.
En liknande "semi-overhead"-design används ibland även på personbilar och motorcykelmotorer, till exempel franska Renault Cléon-Alu (Moteur A) på 1960-80-talet med en enda "semi-overhead" kamaxel högt i blocket , som driver snett placerade ventiler i huvudet , eller några BMW tvåcylindriga boxermotorcykelmotorer, inklusive den fortfarande tillverkande BMW R nineT , som har två kedjedrivna kamaxlar mycket nära huvudena, men fortfarande har mycket korta stötstänger. Fördelen här är att minska massan och följaktligen trögheten hos ventildrivmekanismen jämfört med den konventionella OHV-timingen, vilket gör att du kan öka driftshastigheten, närma sig egenskaperna hos overheadmotorer, samtidigt som en kamaxel bibehålls på in- linjemotor. Kamaxeldriften är dock mer komplicerad och mindre pålitlig.
I mycket sällsynta fall kan ventilerna inte vara placerade vertikalt eller med en liten lutning i cylinderhuvudet, utan horisontellt eller nästan horisontellt. I detta fall, för deras drivning från kamaxeln (kamaxlar) som finns i blocket, används spakar eller vipparmar direkt, utan drivstänger. Så, in-line Duesenberg Aero flygplansmotorer med fyra ventiler per cylinder, vissa bilmotorer från samma företag (tillsammans även kända som Duesenberg Walking Beam Engines ), samt Lanchester - motorer , för att driva ventiler placerade i två rader till höger och till vänster om förbränningskammaren användes mycket långa vipparmar monterade på cylinderblockets sidoväggar, vars nedre del var i direkt kontakt med kamaxelns kammar och den övre delen aktiverade ventilerna.
Man tror ibland att denna design först användes på en Cameron-bilmotor 1906. I V-formade motorer användes layouten med horisontellt eller nästan horisontellt placerade ventiler i cylinderhuvuden och en kamaxel högt i blockets kollaps på flygplansmotorerna från första världskriget Lancia Tipo 4 och Tipo 5 designade av Vincenzo Lancia , samt den V-formade 12-cylindriga motorn Lycoming BB [13] [14] [15] .
Den positiva sidan av timing av OHV-typ är en relativt enkel design och den strukturella tillförlitlighet som den ger, i synnerhet används som regel en enkel och pålitlig kamaxeldrift av växlar, vilket eliminerar själva möjligheten för sådana fel som en trasig timing bälte eller "hoppning" av kedjan i en kedjedriven mekanism (mer sällan används en kort morse-plåttandad kedja, vilket gör det möjligt att uppnå fullständig ljudlöshet i drivningen, men på grund av dess korta längd är risken för dess sträckning är mycket lägre än med en överliggande kamaxel; en remdrift används endast som ett undantag, till exempel på vissa japanska dieselmotorer). Driftbelastningen på timingdelarna visar sig också vara relativt låga, vilket säkerställer hög hållbarhet och anspråkslösa för smörjmedel. I en V-formad motor har detta tidsschema ytterligare fördelen att det blir möjligt att driva ventilerna på båda huvudena från en enda kamaxel placerad i blockets kollaps.
Många timingmotorer av OHV-typ är betydligt mer kompakta än överliggande motorer, eftersom de inte har en kamaxel placerad ovanpå blockhuvudet, vilket är särskilt viktigt för motorer utan vippaxlar, där varje vipparm vilar på ett separat stöd pelare i form av ett halvsfäriskt dubbsegment (kulsäte) , vilket är typiskt för amerikanska motorer; för radmotorer gäller detta särskilt höjdavståndet, och för V-motorer, både höjd och total bredd.
Sportmotorer med OHV-timing kan framgångsrikt arbeta vid 9,5 tusen rpm ( NASCAR ), eller till och med 10 ... 12 tusen rpm (NHRA Pro Stock), men för att säkerställa detta, speciella, mycket dyra strukturella och tekniska lösningar (mycket styva, men ändå lätta , stötstänger av titan, speciella kamaxlar med stora halsdiametrar, ventilfjädrar, vipparmar och så vidare); till exempel är kostnaden för att bygga en NHRA Pro Stock-motor cirka $100 000, och samtidigt har den praktiskt taget inga delar gemensamt med seriemotorn som bas. Därför är motorerna i detta schema som regel relativt låghastigheter, men samtidigt med god elasticitet och en flexibel vridmomentkaraktäristik. .
Dessutom gör ett sådant schema det svårt att använda mer än två ventiler per cylinder (motorer med en sådan timing, med 4 ventiler per cylinder, är stora i storlek och vikt, vilket gör dem till liten användning i bilar, men ganska acceptabla för lastbilar och tung utrustning - exempel på detta är motorerna KamAZ, YaMZ, TMZ, diesellokomotivet ChME3 och många andra) och komplicerar designen av inlopps- och utloppsportar i cylinderhuvudet med en mycket effektiv konfiguration när det gäller genomströmning och flödesmotstånd.
I Sovjetunionen blev Volga GAZ-21- motorn den första masstillverkade overheadventilmotorn i en personbil (småskalig NAMI-1 och ZIS-101 hade en sådan timing redan på 1920- och 30-talen). Av de sovjetiska bilarna hade alla massförgasarmodeller av Volga, Moskvich-familjerna i familjerna M-407, M-408 och M-2138, såväl som lastbilar och bussar med förgasarmotorer i V8 -konfigurationen (ZIL, GAZ) sådana en gasdistributionsmekanism. För närvarande tillverkas in-line fyrcylindriga motorer i UMZ-4216-familjen och V8 från ZMZ-511-familjen i Ryssland, med en ventilspindel och ett insprutningskraftsystem, vilket gjorde det möjligt för dem att passa in i Euro-5-miljön standard. Dessutom hade nästan alla höghastighetsdieselmotorer masstillverkade i Sovjetunionen, i synnerhet YaAZ-204 / 206, YaMZ-236 / 238, KamAZ-740 , och så vidare, en timing med ventilskaft, och så vidare på (förutom för dieselmotorer i V-2- familjen ).
I världspraxis för personbilstillverkning har sådana motorer använts i stor utsträckning sedan 1910-1920-talet, men fram till uppkomsten av högoktanigt bränsle i slutet av 1940-talet - första hälften av 1950-talet kunde de inte uppnå en avgörande överlägsenhet jämfört med de lägre ventilerna, eftersom de senare med en jämförbar effekt hade fördelar i form av enkel design och låg produktionskostnad. Så i USA använde Ford och Chrysler endast motorer med lägre ventiler på sina förkrigsmodeller, GM använde både övre och nedre ventilmotorer, och de var ganska jämförbara när det gäller kraft och andra egenskaper. I förkrigstidens Tyskland var motorer med luftventiler vanligare, men tillsammans med detta fortsatte massproduktionen av motorer med lägre ventiler.
Ubiquity av overheadventilmotorer började med introduktionen av Oldsmobile Rocket V8-motorn 1949 med ett kompressionsförhållande utformat för högoktanigt bränsle, vilket provocerade fram ett "hästkraftslopp" i den amerikanska bilindustrin som inte avtog förrän i början av 1970-talet. I Europa höll ventilskaftmanövrerade motorer inte länge och blev i själva verket ett övergångsalternativ från nedre ventiler till övre ventiler - i slutet av 1960-talet ansågs detta system vara föråldrat där och användes sällan på nya bilmodeller. I USA, där motorer med relativt låg hastighet tills nyligen var populära, för vilka manövrering av stångventiler är ganska lämplig, användes gasdistributionsmekanismen av OHV-typ mycket flitigt fram till 1980-talet och till och med 1990-talet, och fortsätter att finns i för närvarande på moderna passagerarmotorer - ett exempel är Chrysler 5.7 L Hemi ( Dodge Ram , Dodge Charger R/T , Jeep Grand Cherokee , Chrysler 300C ), som har tillverkats sedan 2003, med hjälp av teknologin för dynamiskt variabelt deplacement och dynamisk variabel ventiltid.
Ibland användes sådana motorer också på billiga moderna europeiska bilar på grund av deras billighet och kompakthet. Till exempel använde den första generationen Ford Ka (1996–2002) en insprutad version av Kent fyrcylindrig OHV timingmotor från slutet av 1950-talet, som var mycket kompakt med dagens standarder för att passa motorn i Ka:s lilla motorrum.
I motorer på lastbilar och tung utrustning, för vilka ett lägre antal driftvarv och tröghet i timingen inte är en nackdel, och tillförlitlighet och hållbarhet är av största vikt, är timingen av OHV-typen fortfarande mycket utbredd. OHV-schemat är också populärt på lågvarviga fyrtaktsmotorer för gräsklippare , bensinkraftverk , bakgående traktorer . Moderna traktormotorer har också detta schema.
En annan tillämpning för motorer av denna design är klassiska amerikanska motorcyklar, främst Harley-Davidson och indiska , samt motorcyklar från vissa japanska tillverkare som imiterar dem, som Yamaha (under varumärket Star) och Kawasaki Heavy Industries . Tillförlitligheten och elasticiteten hos sådana motorer, tillsammans med ökad vibrations- och bullerbelastning jämfört med andra tidslayouter, har länge blivit ett kännetecken för klassiska motorcyklar i amerikansk stil. .
Överliggande kamaxelmotorer (OHC) SOHCMotor med en överliggande kamaxel och ventiler i huvudet ( Overhead Camshaft eller SOHC - Single OverHead Camshaft ). En av de första användes 1910 av det brittiska företaget Maudslay på 32 HP-modellen.
Vippventilsdrift
Ventildrivning med spakar (vippor)
Ventildrivning av påskjutare
Blandad ventildrift - pusher och vipparm
Beroende på den specifika konfigurationen av ventildrivningen kännetecknas motorer med ventildrift av vipparmar, spakar (vippor) eller cylindriska tryckare.
I överliggande motorer med vippventilmanövrering används vipparmar för att manövrera ventilerna - tvåarmade spakar, vars ena ändar (vanligtvis kortare) är i kontakt med kamaxelkammen som ligger under den, och den andra (längre) är i kontakt med ventilskaftet. I de flesta fall är vipparmarna placerade på en gemensam axel, vilket underlättar montering och demontering av gasfördelningsmekanismen. Denna ventilmanövrering används vanligtvis på halvklotformade eller tältkammarmotorer som kräver två V-radsventiler, och där andra typer av ventilmanövrering skulle kräva antingen mycket långa spakar eller två kamaxlar, en per varje rad av ventiler, vilket i allmänhet är mindre föredraget . Även om i princip ingenting hindrar användningen av en ventildrift med vipparmar och med ett enradigt arrangemang av ventiler. Dessutom, på grund av kamaxelns placering under vipparmarna, är blockhuvudet relativt kompakt i höjdled (men har en stor bredd). Exempel på överliggande motorer med vippmanövrerade ventiler är Moskvich-412 (halvsfärisk förbränningskammare), några modeller av motorer från BMW (hemisfärisk) och Honda (tält), 8-ventils Renault Logan -motor (tält).
I överliggande motorer med ventildrivning med spakar (vippor) används enarmade spakar (spakskjutare) som transmissionslänk mellan kamaxelns kammar och ventiler, baserat på en gemensam axel eller på individuella stödstolpar (stopp) i form av en bult med en sfärisk arbetsyta, till vilken spaken pressas av kraften från en speciell hårnålsfjäder. Kamaxeln är placerad ovanför armarna och trycker dem ungefär på mitten. Detta schema är relativt enkelt att implementera och billigt, men det har en ökad ljudnivå, och kontaktytan på kamaxelkammen och spaken utsätts för tunga belastningar, vilket kräver höga extrema tryckegenskaper hos smörjoljan. Dessutom, på grund av kamaxelns placering ovanför spakarna, är cylinderhuvudet besvärligt på höjden (bredden beror på den specifika layouten, men i allmänhet är den större än när ventilerna drivs av cylindriska tryckare). En sådan timing är typisk för motorerna Zhiguli VAZ-2101 ... 2107 och Niva VAZ-2121, liksom ett antal andra motorer, huvudsakligen utvecklade på 1960-70-talet.
I overheadmotorer med cylindriska ventillyftar är kamaxeln placerad direkt ovanför ventilspindeln och driver dem genom korta cylindriska ventillyftar. Drivmekanismen är mycket enkel och med minimal tröghet hos delarna, vilket är fördelaktigt för höghastighetsmotorer, och cylinderhuvudet är ganska kompakt i alla riktningar. Men att justera ventilspelet med denna design av ventildriften orsakar betydande svårigheter på grund av svår åtkomst till påskjutarna, så moderna motorer med en sådan tidtagning har vanligtvis hydrauliska kompensatorer för ventilspel inbyggda i påskjutarna. På grund av ovanstående fördelar (enkelhet, kompakthet, minimal tröghet) är denna typ av ventildrift för närvarande den vanligaste på personbilsmotorer (både SOHC och DOHC).
Flera typer av ventildrifter kan användas på samma motor samtidigt - till exempel i Triumph Dolomite Sprint-motorn med fyra ventiler per cylinder, drevs insugningsventilerna genom påskjutare och avgasventilerna genom vippor, dessutom från samma kam på en enda kamaxel.
I de flesta fall är OHC-schemat associerat med motorer som har två ventiler per cylinder, men vissa motorer kan använda tre eller till och med fyra ventiler per cylinder som drivs av en enda överliggande kamaxel. Till exempel, på en V-formad åttacylindrig Mercedes-Benz M113-motor installerades en kamaxel i varje cylinderhuvud, från vars kammar två inloppsventiler och en stor avgasventil drevs av vipparmar (tre kammar för varje cylinder ). Ibland används Y-formade vipparmar som gör att två ventiler kan drivas från en kamaxelkam samtidigt (Subaru EJ25). För närvarande är sådana motorer nästan helt ersatta av DOHC timingmotorer.
OHC-systemet var vanligast under andra hälften av sextio- och åttiotalet. Ett antal motorer av ett sådant system produceras också i vår tid, främst för billiga bilar (säg ett antal Renault Logan- motorer ).
DOHCMotor med två kamaxlar i cylinderhuvudet (Double OverHead Camshaft). Det finns två allvarligt olika varianter av denna mekanism, som skiljer sig åt i antalet ventiler.
2OHC/DOHC med två ventiler per cylinderDetta schema är en komplicerad version av den vanliga OHC. Det finns två kamaxlar i cylinderhuvudet, varav en driver insugningsventilerna, den andra - avgas, medan varje cylinder har en insugs- och en avgasventil. Detta schema användes på 1960-1970-talet på motorer med hög potential för sådana bilar som Fiat 125 , Jaguar , Alfa Romeo , såväl som en experimentell motor av Moskvich-412 R, Moskvich-G5 racingbilar och i personbilar, även lätta kommersiellt, berör Ford för den europeiska marknaden, fram till 1994.
Schemat tillåter dig att avsevärt öka antalet varv på vevaxeln genom att minska trögheten hos ventildrivningen, och därför öka kraften som tas från motorn. Till exempel var kraften hos en sportmodifiering av Moskvich-412-motorn med två 1,6-liters kamaxlar 100-130 liter. Med.
DOHC med tre eller fler ventiler per cylinderTvå kamaxlar som var och en driver sin egen serie ventiler. Vanligtvis trycker en kamaxel två insugningsventiler, den andra en eller två avgasventiler. För närvarande används vanligtvis fyra ventiler per cylinder, det vill säga i själva verket en tvåradsversion av OHC-schemat med dubbelt så många kamaxlar och ventiler, men andra system med totalt tre till sex ventiler per cylinder kan implementeras. Ventildrivning, som regel, av cylindriska tryckare, som den mest kompakta. I de flesta fall används en tältförbränningskammare, även om det också finns en variant med en halvsfärisk förbränningskammare, där alla fyra ventilerna är installerade snett i olika plan - detta komplicerar kraftigt designen av ventildriften, så denna design har inte fått utdelning.
Detta tidsschema låter dig öka motorns specifika kraft avsevärt på grund av bättre fyllning av cylindern, särskilt vid höga hastigheter. Användningen av flera små inloppsventiler istället för en stor gör det inte bara möjligt att öka deras totala flödesarea, utan också att minska de dynamiska belastningar som uppstår i ventilmekanismens drivning, på grund av en minskning av varje ventils massa och dess slaglängd , och minskar därför trögheten hos tidsdelarna och ökar motorns driftshastighet. Vid utloppet gör användningen av två små ventiler istället för en stor det möjligt att minska deras temperatur genom att förbättra värmeavledningen med en liten diameter på ventilskivan [5] .
Men på grund av den snabba rengöringen av cylindern är en sådan motor mer känslig för varaktigheten av ventilöverlappningsfasen (när insugnings- och avgasventilerna är öppna samtidigt) - vid hög hastighet bör fasens varaktighet vara längre för bättre rengöring av cylindrarna, men vid låga hastigheter leder detta till förlust av laddningen av den brännbara blandningen och minskad arbetseffektivitet. Med andra ord har en motor med en sådan timing vanligtvis svag dragkraft "på botten" och kräver att man håller höga hastigheter för intensiv acceleration. En radikal lösning på detta problem är användningen av variabel ventiltid (se nedan).
I och för sig har detta tidschema varit känt sedan åtminstone 1920-talet, men under lång tid användes det endast på flygplansmotorer och motorer i sportracingbilar, såsom Duesenberg Model J. Även tidtagning med fyra ventiler per cylinder och två överliggande kamaxlar var utrustade med några tankmotorer, i synnerhet - den berömda tankdieseln V-2 (T-34, KV, IS) och den amerikanska bensinen V8 Ford GAA ("Sherman" M4A3), som båda ursprungligen utvecklades som flygplansmotorer. Inom massbilsindustrin blev detta arrangemang efterfrågat först på 1980-talet, när möjligheterna med det traditionella tidsschemat med en övre kamaxel när det gäller uteffekt, trots alla tricks från designerna, var nära utmattning.
Motorer med två överliggande kamaxlar och fyra ventiler per cylinder används i de flesta av de för närvarande tillverkade personbilarna, i synnerhet familjen av motorer ZMZ-406 , ZMZ-405 och ZMZ-409 , installerade på Gazelle (tidigare) och UAZ -fordon ( fram till 2008 även Volga), eller VAZ-2112-motorer och dess modifieringar installerade på moderna VAZ-modeller.
Det är värt att notera att det finns motorer med fyra ventiler per cylinder som inte tillhör DOHC-schemat, till exempel Cummins dieselmotorer med fyra ventiler per cylinder (installerade på GAZ Group-bilar), där alla ventiler drivs från en enda kamaxel genom vipparmar med tvärhuvuden . Likaså fanns det motorer med två kamaxlar, men bara två ventiler per cylinder.
KamaxeldrivningTimingdrev efter typ delas in i:
Kamaxlarna på motorer tillverkade enligt SOHC- eller DOHC-schemat drivs av en kuggrem eller kedja , och den konstruktiva implementeringen av drivningen med dessa gasdistributionsscheman är avsevärt svår på grund av den övre placeringen av kamaxeln (axlarna), vid en avsevärt avstånd från vevaxeln, vilket orsakar en stor längd av transmissionslänkarna mellan dem.
Sedan 1980-talet har kamaxeldrift med kuggrem blivit det vanligaste på personbilar. Tandremmen ligger utanför volymen som tvättas av olja, längs vägen driver remmen vattenpumpen. Syftet med tänderna är att ge bra grepp och förhindra glidning. Deras antal är strikt definierat, eftersom synkroniseringen av vevaxeln och kamaxlarna beror på det.
Fördelarna med en kuggremsdrift är låg kostnad, ljudlöshet, nästan fullständig frånvaro av en tendens för remmen att sträcka sig, förmågan att driva båda kamaxlarna från en rem (i DOHC-schemat) och ett stort antal hjälpenheter (kylning) systempump, generator, och på moderna motorer ofta oljepump, dieselinsprutningspump etc.) på grund av sin stora elasticitet.
Nackdelar - i de flesta tillverkade motorer kommer en bruten rem att göra att ventilplattorna träffar kolvarna. För att undvika detta rekommenderas det att strikt följa den fastställda frekvensen för att byta ut kuggremmen. Resursen sträcker sig vanligtvis från 50 till 150 tusen km. Men man måste komma ihåg att gummi åldras med tiden, och med låg årlig körsträcka, kan bältesbyte krävas tidigare än vad tillverkaren har angett. Man måste också komma ihåg att en funktionsfel i spännrullarna också kan leda till en bruten rem, så om motorn är "plug-in" (det vill säga en trasig eller halkad kamrem kommer att leda till en kollision mellan ventilplattorna och kolvar), då bör kamremsmekanismen inspekteras då och då. Fastning av vattenpumpen leder också vanligtvis till en bruten rem med alla dess konsekvenser (ett typiskt problem för VAZ-motorer med remdrift) [5] .
I moderna motorer, där remmar är gjorda av syntetiska kvalitetsmaterial med glasfiber eller tråd, är brottet på drivremmen under dess specificerade livslängd en sällsynt händelse, vanligtvis orsakad av yttre faktorer - till exempel att olja kommer på remmen , vilket leder till skada, främmande föremål som tränger in i frekvensomriktaren (is, delar av förstörda motordelar, trasor under reparationer etc.), funktionsfel eller dåligt utförande av spännrullarna (skev, fastnar), fastnar i kylsystemets pumplager , och så vidare. Också en kamremmen går sönder eller skär av en del av dess tänder särskilt ofta under motorstart på vintern i frostigt väder (på grund av en ökning av kamaxelns rotationskraft) eller efter en lång bil tomgång.
Kedjedriften är vanlig i det övre prissegmentet av personbilar, den används i motorer på stadsjeepar och lastbilar, vars krav innebär en ökad nivå av tillförlitlighet och överlevnadsförmåga. Kedjan är vanligtvis dubbel (dubbelrad), mer sällan - enkelradig eller flerradig, lågljud rulle eller buskrulle (" Gallkedja ") eller ljudlös lamellväxel (" morsekedja "), belägen i motorvolymen, tvättad med olja. På motorer med två kamaxlar, samt V-formade, kan transmissionsdrifter med flera kedjor användas. För att förhindra att kedjan svänger och hoppar mellan tänderna på stjärnorna är kedjedrevet försett med kedjespännare och dämpare. Kedjespännare är gjorda antingen i form av en roterande rulle eller i form av en plast "sko". Kedjespänningskontroll kan vara halvautomatisk eller automatisk. I motorer med halvautomatisk reglering utförs justeringen antingen med en låsbult eller med en spännhylsa ("Zhiguli"). När den är korrekt justerad ger spännfjädern rätt spänning till kedjan. På moderna motorer används som regel automatisk kontroll av kedjespänningen, utförd av en hydraulisk spännare. Antifriktionsdämpare av plast är installerade på de främre delarna av kedjan [5] .
Fördelar med kedjedrift: ingen risk för ett plötsligt brott - en sliten kedja börjar knacka, särskilt på en kall motor, varnar ägaren att byta ut den; längre resurs - 2-3 gånger mer än för en kuggrem, och faktiskt jämförbar med resursen för motorn som helhet. Nackdelar - hög kostnad, en något högre nivå av ljud och vibrationer. Kedjespännaren (”skon”) slits mer än remspelarna och kräver periodiskt byte, och själva kedjespännarens konstruktion är mer komplicerad och måste tåla tunga belastningar. En hårt sliten kedja kan sträcka sig (även ett mycket litet, med några mikron, slitage på enskilda länkar totalt leder till en betydande sträckning av kedjan som helhet) och någon gång hoppa över en eller flera tänder på kedjehjulet - detta leder inte till katastrofala konsekvenser för motorn, men det orsakar en förskjutning i ventiltimingen och följaktligen en betydande störning av dess funktion, som inte alltid omedelbart diagnostiseras korrekt under reparationer på grund av likheten mellan symtom med andra fel.
Det är värt att notera att på senare tid, särskilt på västeuropeiska motorer, har tidsstyrningen med en "billigare" enrads lamelltandad kedja blivit utbredd. En sådan kedja har inga fördelar jämfört med bältet när det gäller resurs, och jämfört med den klassiska tvåradiga kedjan är den mer benägen att sträcka sig och gå sönder.
Vissa motorer använde en kamaxeldrift med en mellanaxel med koniska växlar i ändarna, exempel är motorerna från det amerikanska företaget Crosley , tankdiesel V-2 (den senare har två kamaxlar per huvud och fyra ventiler per cylinder).
Desmodromisk gasdistributionsmekanismDen använder två kamaxlar (eller en, men med komplexa kammar): en flyttar ventilerna ner, den andra upp. Ventilfjädrar saknas.
Motorer med desmodromisk ventiltid kan arbeta med hastigheter som är oåtkomliga för konventionella ventiltåg med fjädrar, vilket vid vissa vevaxelhastigheter, ventilfjäderns svarshastighet inte kommer att räcka för att avleda ventilerna under kolvens slag innan den anländer kl. övre dödpunkten ( "hängande" av ventiler), vilket leder till motorfel.
Den desmodromiska mekanismen har många precisionsdelar, är mycket mödosam och dyr att tillverka och kräver motorolja av högsta kvalitet. Denna mekanism användes på ett antal racerbilar, till exempel Mercedes-Benz W196 [16] , OSCA Barchetta och Mercedes-Benz 300 SLR , och nu på Ducati -motorcyklar [17] [18] .
Som ett alternativ till den desmodromiska mekanismen stängs ventiler med pneumatiska tryckare [19] .
Tvåtaktsdieselmotorer med stora slagvolymer med ventilslitsrening har vanligtvis endast avgasventiler, anordnade i allmänhet på samma sätt som avgasventilerna på en bensinmotor, och inloppsportar i cylinderväggarna, öppnade av en nedåtriktad kolv, används för att tillåta tryckluft under spolning. I de flesta fall används en tidsstyrning av OHV-typ, som inte skiljer sig i grunden från den på en bensinmotor.
Mekanismer som gör att du kan ändra varaktigheten och höjden för öppningen av avgasventilerna direkt under motordrift användes redan i början av 1900-talet - till exempel på Gnome-Monosoupape flygplansmotor från de första produktionsåren ( sedan 1913), med hjälp av en sådan mekanism, genomfördes hastighetskontroll. Men rent mekaniska system för att ändra ventiltimingen användes inte i stor utsträckning - otillräckligt noggrann processkontroll ledde till att ventilerna i vissa driftslägen överhettades, vilket ledde till att de utbrändes. Intresset för dem uppstod först efter en kraftig skärpning av kraven på motorers effektivitet och miljövänlighet, samt utvecklingen av kontrollmikroelektronik, vilket gjorde det möjligt att fullt ut implementera denna idé.
För närvarande erbjuder de flesta biltillverkare i världsklass ett variabelt ventiltidsystem på vissa av sina motorer, som justerar ventilöppningsparametrarna i enlighet med rotationshastigheten och motorbelastningen, och därigenom uppnår effektivare användning av motorkraften, minskar bränsleförbrukningen, och minska avgasföroreningarna. I synnerhet finns det varianter av ett sådant utvecklingssystem från Honda ( VTEC ), Toyota ( VVT-i ), Mitsubishi ( MIVEC ), Nissan (VVL), BMW ( VANOS ), Ford (Ti-VCT), Subaru (AVCS) och andra.
Istället för att mekaniskt aktivera ventilerna direkt från kamaxelloberna, använder dessa konstruktioner elektrisk ( magneter eller solenoider ), hydraulisk eller pneumatisk ventilmanövrering. Detta lovar betydande fördelar på grund av möjligheten att öka fyllningsförhållandet för cylindrarna, minska gasutbytesförlusterna genom användning av Miller-cykeln , användningen av en adiabatisk expansion av laddningen av arbetsblandningen, vilket minskar dess temperatur och följaktligen , kväveoxidutsläpp, samt förhindrar onormala förbränningsprocesser (knackning, etc.). P.). Implementeringen av denna princip stöter dock på enorma svårigheter på vägen [5] .
Sedan 1950-talet har experimentellt designarbete utförts i många länder för att utrusta ventilerna i en kolvförbränningsmotor med en elektromagnetisk drivning, särskilt i Sovjetunionen under ledning av MADI- professor Vladimir Mitrofanovich Arkhangelsky. Men den enklaste versionen av den elektromagnetiska ventildrivningen, där den öppnades på grund av påverkan av ett elektromagnetiskt fält och stängdes av en konventionell ventilfjäder, avslöjades snart ett antal kritiska brister. Speciellt visade sig ventilens massa, tillsammans med plattan som säkerställer dess attraktion till elektromagneten, vara mycket större än i den traditionella timingen, vilket ledde till en större tröghet i drivmekanismen och tvingade ventilens styvhet fjädern att ökas avsevärt, och detta ledde till en stark påverkan av ventilen på sätet vid stängning och dess snabba haveri. Dessutom tillät elektroteknikens tillstånd i mitten av 1900-talet ännu inte skapandet av en elektronisk styrenhet som låter dig styra stängning och öppning av ventiler, och den elektromekaniska tidsstyrningen som används i synnerhet i Arbeten i Arkhangelsk, med kontakter som drivs av kamaxelkammar och omkopplingsreläer , led av en hel rad brister, i synnerhet - den konstanta förbränningen och felet i reläkontakterna , växla de stora strömmar som är nödvändiga för driften av elektromagneter.
Därför bytte forskarna till en variant där både öppning och stängning av ventilen utfördes med hjälp av elektromagneter, utan deltagande av fjädrar. I synnerhet på 1970-talet arbetade de på ett liknande system vid Togliatti State University under ledning av professor V.V. Ivashin. Kamaxeln togs helt bort från designen, och strömmen som krävs för att driva ventildriften minskade med en storleksordning jämfört med Arkhangelsky-designen.
På 1980-talet, vid NAMI , under ledning av A. N. Terekhin, kandidat för tekniska vetenskaper, utvecklades en version av bilmotorn Moskvich-412 med en elektromagnetisk ventildrift, som fördes till scenen för en drifttidsmodell, där bilaterala elektromagneter användes på alla åtta ventiler. Finansieringens upphörande på 1990-talet ledde till ett stopp i arbetet.
2002 började BMW testa i full skala av en 16-ventilsmotor med elektromagnetisk ventilmanövrering. Liknande arbete utförs av många andra tillverkare.
Men i förhållande till höghastighetsmotorer för bilar har denna teknik inte lämnat utvecklingsstadiet för närvarande. Företagen MAN (serie ME) och Wartsila (serie RT-flex) masstillverkar låghastighets stationära och marina dieselmotorer utan kamaxel.
Denna design utvecklades först av den amerikanske ingenjören Charles Knight (Charles Yale Knight) , ofta kallad "Knight-systemet" med hans efternamn , även om Knight endast utvecklade en typ av hylsa gasdistribution - med två glidhylsor placerade en inuti den andra och rör sig i motsatta riktningar. I denna design är cylinderfodret gjort i form av en del som är rörlig längs cylinderns axel, driven av en kamaxel genom ett par spiralformade kugghjul. Denna drivning ger upp och ned rörelse av hylsan, synkroniserad med kolvens rörelse. Samtidigt är fönstren i hylsans väggar vid ett visst ögonblick mittemot de ömsesidiga fönstren i cylinderväggen, då släpps arbetsblandningen in genom dem och avgaserna släpps ut.
Den största fördelen med hylsgasdistribution är motorns fullständiga ljudlöshet, eftersom det inte finns några delar som träffar varandra i dess drift. Dessutom kännetecknas den av hög hållbarhet, krävande underhåll och bra fyllning av cylindrarna med en bensin-luftblandning på grund av den stora storleken och lägre motståndet hos fönstren i fodren jämfört med ventilkanalerna - speciellt med avseende på de nedre ventilmotorer.
Samtidigt är gasdistributionsmotorn komplex i design, lågteknologisk och dyr att tillverka. Dessutom var den outrotliga nackdelen med systemet med glidhylsor den höga oljeförbrukningen för avfall - det var praktiskt taget omöjligt att säkerställa tillförlitlig tätning av cylinder-hylsfriktionsparet, så olja bröt igenom i betydande mängder in i cylindern, där den brann ut tillsammans med arbetsblandningen.
Den användes främst på dyra personbilar - först och främst bör det noteras en hel serie SS-modeller ( San-Soupape , franska "utan ventiler" ) från det franska företaget Panhard et Levassor och Avions Voisin- bilar med Knight-motorer, som samt modeller som Willys -Knight och Mercedes-Knight. En komplett lista över fordon med Knight-motorer inkluderar märken och modeller som:
Hylsgasdistribution användes också på flygplansmotorer, i synnerhet på brittiska flygplansmotorer utvecklade på trettiotalet, såsom Bristol Perseus , Bristol Hercules . Liknande konstruktioner användes i stor utsträckning på ångmaskiner.
På brittiska flygmotorer var det inte Knight-systemet som användes, utan McCallum-systemet, där hylsorna (en per cylinder) inte gled längs cylindern utan roterade i förhållande till den, vilket var lättare att implementera. Det fanns också ett litet antal motorer som inte hade fönster på sidan av cylindern, utan i själva blockhuvudet, det vill säga närmare det traditionella tallriksventilsystemet.
Fördelarna med detta system var särskilt märkbara i jämförelse med de lägre ventilmotorerna från 1900-talets första hälft; efter tillkomsten av hydrauliska kompensatorer för ventilspel och massfördelningen av traditionella överliggande ventiltider, försvann de praktiskt taget. Ändå, fram till vår tid, uttryckte ett antal forskare åsikten att det i framtidens motorer är möjligt att återgå till Knight-systemet eller en annan typ av hylsgasdistribution.
