OHC-ventilstyring

Sektion gennem et topstykke, over de to overliggende knastaksler (DOHC)

Skema over en knastaksel, venstre udgang, højre indgang

OHC-motor med lodret akseldrev fra en enkeltcylindret Norton International 500 cm³

Den overliggende knastaksel betegner et design af ventilstyringssystemet til et stempel, der er frem- og tilbagegående - firetaktsmotor (til udstødningsventilerne til totakts dieselmotorer ), hvor aktivering af ventilerne ved et antal overliggende eller kamaksler (s) ) (Engelsk: O ver h ead C amshaft ) udføres. Ventilerne kan styres af knastene direkte via skovlventiler eller indirekte via vippearme eller vippearme .

Det karakteristiske træk ved OHC-motoren er positionen af ​​knastakslen (e), som skal / skal være over skillelinjen mellem cylinder og topstykke ; hvor V- , Boxer- , sekvensstjerne- og andre motorer med flere cylindriske banker (-reihen) og "ophængt" ( krumtapaksel over) indbyggede serier - eller V-motorer menes med "ovenover": på forbrændingskammerets side vendt væk fra skillelinjen. I flymotorer , der ofte er installeret på en ophængt måde , er den overliggende kamaksel (er) faktisk under forbrændingskamrene.

Alternativer er OHV-ventilstyring ("hængende ventiler") eller, mest med ældre designs eller små motorer, SV-ventilstyring med "stående" ventiler (" sideventiler ").

Varianter og forkortelser

Ford 1.6 CVH topstykke med ventiler, vippearme og hydrauliske ventilløftere

DOHC beskriver et design, hvor ventilerne styres af to overliggende knastaksler ( dobbelt overliggende knastaksel , også dobbelt knastaksel ) pr. Cylinderbank. (Så DOHC V- og boxermotorer har fire knastaksler.) DOHC-motorernes ventiler styres næsten altid direkte via skovlventiler eller indirekte via vippearme.

SOHC (engelsk: Single Overhead Camshaft ) refererer til to forskellige designs til en firetaktsmotor. På den ene side nævnes lejlighedsvis den klassiske OHC-styring af to-ventilsmotoren, hvor en enkelt knastaksel er anbragt direkte over ventilerne anbragt i en linje. Betegnelsen SOHC er dog mere almindelig for motorer med tre eller fire ventiler pr. Cylinder, hvor ventilerne, i modsætning til DOHC-motoren, kun styres af en central overliggende knastaksel pr. Cylinderbank . Kamakslen er installeret mellem de V-formede indløbs- og udløbsventiler for at spare plads; ventilerne betjenes normalt via valsearme. Topstykket på en SOHC-motor er derfor betydeligt mere kompakt end en DOHC-motor. Eksempler på fire-ventil SOHC motorer er Triumph Dolomite Sprint , Husaberg FE 570 og Chrysler Neon , tre-ventil SOHC motorer kan findes i Honda NTV og forskellige Mitsubishi Colt .

OHC-motorer med sideværts modstående top af topstykke-kamakslen kaldes specifikt CIH- motorer ( Camshaft In Head ). Dette design med konventionelle (hydrauliske) armaturer kan findes z. B. i fire- og sekscylindrede motorer af Opel-mærket, der blev produceret fra 1965 til begyndelsen af ​​1990'erne. Disse motorer er imidlertid ikke så hastighedsstabile som konventionelle OHC-motorer. De har vippearme og tæpper, men ingen kofangere. Med CIH-motorer er alle ventiler i træk.

En meget lignende løsning, men med V-formet luftindtags- og udstødningsventiler - dette arrangement muliggør et halvkugleformet ( halvkugleformet ) forbrændingskammer - kaldet Ford CVH -Motor ( C ompound V alve H emi, oversat i netværket (kamakslen) ventiler arrangeret, halvkugleformet forbrændingskammer), der blev tilbudt i Europa fra 1,1 til 1,8 liter slagvolumen og med ca. 50 til 132 hk nominel effekt fra 1980 til ca. 2000. I denne OHC-motor sidder knastakslen, der drives af et tandrem, centralt over krumtapakslen i et let metal cylinderhoved mellem ventilerne. Disse drives af hydrauliske ventilløftere ( mekanisk på Ford Escort RS1600i , rulleløftere på Sierra 1.8) og vippearme. Det mere kompakte design - som med CIH - sammenlignet med de klassiske OHC-motorer var en fordel, den designrelaterede maksimale hastighed på ca. 8000 min ^-1 en ulempe. Lignende designs eksisterede i 1960'erne på BMW , NSU og senere på Peugeot.

Alle disse firetakts stempelmotorer er også OHV-motorer, da deres ventiler - uanset positionen af ​​kamakslen / -erne - er arrangeret "hængende" i topstykket. For at sikre en klar skelnen mellem ventilstyring navngives OHV- motorer kun på den måde, hvis de ikke har overliggende knastaksler.

SV-motorer har "stående" ventiler og ingen overliggende knastaksel.

I en radial motor er kamakslen arrangeret som en " kamtromle " eller ring koaksialt til krumtapakslen. Denne specielle motortype betragtes derfor som en " bundstyret " motor. I princippet kan kamaksler også arrangeres i topstykkerne i radiale motorer, men dette implementeres ikke på grund af den høje strukturelle kompleksitet.

I princippet er ventilstyringer uden knastaksler (f.eks. Via pneumatik) og endda ventilfri styring af gasudvekslingsprocesserne i firetaktsmotoren ved hjælp af glidekontroller .

køre

Overliggende knastaksler drives normalt med et tandrem eller en timingkæde . Spur gearkaskader og par trykstænger ( Albert Roders ULTRAMAX-kontrol ) findes kun i historiske motorer, lodrette aksler er dyre og sjældne ( Ducati op til omkring 1986 og Kawasaki W650 / W800 ). En kombination af tandhjul og kædedrev er det såkaldte Weller-drev udviklet af engelskmanden John Weller (1877–1966; samtidig medstifter af den engelske bilproducent AC Cars Ltd.). Et par tandhjul reducerer krumtapakselhastigheden med det halve, derfra driver en kæde den overliggende knastaksel (er) med et udvekslingsforhold på 1: 1. Dette drev blev introduceret i 1927 af den engelske motorcykelfabrikant AJS . John Weller har forbedret kædedrevets stramme- og styreanordninger i mange detaljer.

Sammenlignet med kæder er tandremme billigere, kræver ikke smøring (og derfor ingen olietæt indkapsling) og kører mere stille. Dingolfing landbrugsmaskiner og bilproducent Hans Glas anses for at være den første til at bruge tandremmen i serieproduktion . Ulempen er den krævede nøjagtige båndspænding og den større risiko for rivning sammenlignet med kæder, hvis bæltet er forkert spændt eller materialetræthed; Store motorskader er ofte resultatet af et ødelagt tandrem. Regelmæssig kontrol og rettidig udskiftning er derfor nødvendig; typiske udskiftningsintervaller for biler er mellem 60.000 og 120.000 km eller fire til ti år, afhængigt af motortype. I nogle tilfælde er der planlagt udskiftningsintervaller på 240.000 km (2-liters diesel fra Peugeot / Ford / Volvo). I tilfælde af motorcykler er der på grund af den begrænsede plads til rådighed (mindre afbøjningsskiver, hvilket resulterer i større belastning på bælterne) betydeligt kortere skifteintervaller almindelige (Ducati-modeller frem til 2012: 20.000 / 24.000 km, fra 2014 delvis 30.000 km) .

Tandremdrevet i den nye Ford EcoBoost 3-cylindrede motor er en innovation : De to drivremme til ventilstyring og oliepumpe kører i et oliebad. Dette skal reducere kørestøj og forbrug og samtidig øge bæltets kilometertal.

historie

OHC-ventilstyringen med en knastaksel med et lodret akseldrev placeret ved siden af ​​topstykkerne. Ventilerne betjenes via vippearme. Her vist på en dieselmotor fra Grazer Waggon- und Maschinen-Fabriks-Aktiengesellschaft , 1915

I begyndelsen af ​​det 20. århundrede var OHC-ventilstyring oprindeligt den mest udbredte form for ventilstyring til stationære dieselmotorer. Knastakslen er skråt over eller ved siden af ​​topstykket og aktiverer ventilerne via vippearme. Knastakslen drives normalt af en lodret aksel. (Se billedet til højre.) Denne type konstruktion har den fordel, at masseacceleration forbliver lille, hvilket har en positiv effekt på den mulige rotationsfrekvens.

En eller to overliggende knastaksler har været kendt i højtydende motorer siden begyndelsen af ​​det 20. århundrede. En motor med en overliggende knastaksel var allerede installeret i Prinz Heinrich Type 9C produceret af Deutz i 1909 . Et andet tidligt eksempel på en sådan motor blev udviklet af Peugeot i 1912 med to overliggende knastaksler og fire ventiler pr. Cylinder til deres Grand Prix-racerbil. Også Alfa Romeo bygget en 1913 Grand Prix model til 1914 med en overliggende knastaksel. I 1914 blev der også udviklet den første flymotor med overliggende knastaksel Hispano-Suiza 8 . I racermotorcykler kendes to overliggende knastaksler på Peugeot 500 Sport fra 1913.

I de biler, der blev bygget før Anden Verdenskrig, spillede denne konstruktionsmetode dog næppe en rolle. Fordi de var lettere at vedligeholde og blev anset for at være mere pålidelige, blev SV-motorer brugt i stedet. Med disse forårsagede en afrivningsventil eller svigt i knastakseldrevet ingen dyre følgeskader. Derudover var de lodrette aksler, der blev brugt på det tidspunkt med to par skrå tandhjul eller gearkaskader, langt mere komplekse at fremstille end enkle par tandhjul eller korte timingkæder. Vibrationsdæmpere til lange kæder eller tandremme til nutidens motorer var endnu ikke opfundet eller klar til serieproduktion.

Alfa Romeo udstyrede næsten alle deres motorer fra RL Normale- modellen præsenteret i 1922 . Samlet set var der dog kun få seriemotorer med overliggende knastaksler indtil 1940'erne, herunder fra 1925 motoren fra Fiat 509 og Morris Minor fra 1928, Jaguar XK- DOHC-motoren, køretøjer fra Singer , otte-cylindret fra Tatra ( Tatra 77 og 87 ) og fra 1945 Crosley CC med en kongeaksel drevet knastaksel. Den sovjetiske fireventil, tolvcylindrede højtydende dieselmotor W-2 fra 1937 havde også fire kongeakselsdrevne overliggende knastaksler og ventiler med skovlventiler. Det var først i slutningen af ​​1950'erne, at OHC-motorer blev populære i personbiler. Ud over Alfa Romeo (DOHC, kæder), i Tyskland Mercedes-Benz med M 180 med timing kæde og vippearme , NSU med pushrod-drevet knastaksel ( Ultramax kontrol ) og vippearme i motorcykler og i Prinz lille bil, Borgward Group ( Lloyd Alexander med timingkæde og vippearme), som senere BMW i BMW M10 og i USA Willys Motor Company med Jeep Tornado-motoren. Den første seriemodel med en tandremdrevet knastaksel var Glas 1004 i 1962 , omend uden et gennembrud på massemarkedet. Med tandremdrev dukkede motoren op på Fiat 125 med to overliggende knastaksler og Vauxhall "skrå fire" med en i 1966 .

Fordele og ulemper

fordele

Motorer med overliggende knastaksler giver gode betingelser for høje hastigheder på grund af de små masser, der bevæges til ventilaktivering, og kan derfor opnå højere maksimal ydelse og et bedre forhold mellem effekt og vægt end andre motorer ved et givet gennemsnitstryk .

ulempe

Tidligere en industriel dieselmotor. En betjeningsplatform er nødvendig for service på knastakslen på grund af motorens store størrelse.

På tidspunktet for de tidlige industrielle dieselmotorer havde OHC-ventilstyringen den ulempe, at selv med mindre motorer måtte der fastgøres en driftsplatform til motoren for at kunne betjene knastakslen.

Til konvertering til overliggende knastaksler måtte bilproducenterne redesigne motorblokke og topstykker og forny produktionslinjerne, hvorfor mange producenter forsinkede konverteringen og fortsatte med at tilbyde deres OHV-motorer i lang tid.

Hvis der bruges et tandrem til at drive knastakslen, kræver dette større vedligeholdelsesindsats. Disse komponenter skal udskiftes regelmæssigt; de sædvanlige vedligeholdelsesintervaller er mellem 40.000 og 240.000 km afhængigt af motoren (f.eks. Dieselmotor med PSA ).

Lange timing kæder kræver styreskinner og spændeskinner; ofte er der tre eller fire i omløb. Især kræver V-motorer med ekstremt lange kædekredsløb (fra krumtapakslen op til det første cylinderhoved, ned til afbøjningshjulet, op til det andet cylinderhoved og ned til krumtapakslen) vedligeholdelse eller inspektion. På grund af deres plastlag på kædesiden bærer spændeskinner dele, der skal udskiftes efter ca. 150.000 til 300.000 km.

Den komplicerede styring af tandkæder eller tandremme har længe været en grund til brugen af ​​OHV-designet i V-motorer i lastbiler og mange amerikanske køretøjer. En central knastaksel, der kan drives af krumtapakslen via en kort kæde eller et par gear, er tilstrækkelig her.

litteratur

• Peter Gerigk, Detlev Bruhn, Dietmar Danner: Automotive engineering. 3. udgave, Westermann Schulbuchverlag GmbH, Braunschweig, 2000, ISBN 3-14-221500-X
• Max Bohner, Richard Fischer, Rolf Gscheidle: Ekspertise inden for bilteknologi. 27. udgave, Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten, 2001, ISBN 3-8085-2067-1
• Peter A. Wellers, Hermann Strobel, Erich Auch-Schwelk: Ekspertise inden for køretøjsteknologi. 5. udgave, Holland + Josenhans Verlag, Stuttgart, 1997, ISBN 3-7782-3520-6
• Hans Jörg Leyhausen: Mastereksamen i bilindustriens del 1. 12 udgave, Vogel Buchverlag, Würzburg, 1991, ISBN 3-8023-0857-3
• Julius Magg : Styringen af ​​forbrændingsmotorer . Springer forlag. Berlin. 1914. ISBN 978-3-642-47608-2 .

Individuelle beviser