Flathead motor
.jpg)
En flatheadmotor , även känd som en sidoventilmotor eller ventil-i-blockmotor är en förbränningsmotor med sina tallriksventiler inuti motorblocket, istället för i cylinderhuvudet , som i en overheadventilmotor .
Flatheads användes allmänt internationellt av biltillverkare från slutet av 1890-talet fram till mitten av 1950-talet men ersattes av effektivare överliggande ventil- och överliggande kamaxelmotorer . De upplever för närvarande en återupplivning i lågvarviga flygmotorer som D-Motor .
Sidoventilens design
Ventildrevet består av en kamaxel placerad lågt i cylinderblocket som driver tallriksventilerna via ventillyftar och korta tryckstänger (eller ibland utan stötstänger alls) . Flathead-systemet undviker behovet av ytterligare ventilsystemskomponenter såsom långa stötstänger, vipparmar, överliggande ventiler eller överliggande kamaxlar . Sidoventilerna är vanligtvis intill varandra, placerade på ena sidan av cylindern/cylindrarna, även om vissa flatheads använder den mindre vanliga " crossflow"- "T-head" -varianten. I en T-huvudmotor lämnar avgaserna på motsatt sida av cylindern från insugningsventilen.
Sidoventilsmotorns förbränningskammare är inte ovanför kolven (som i en OHV-motor (overhead valve) utan åt sidan, ovanför ventilerna. Tändstiftet kan placeras över kolven (som i en OHV-motor) eller ovanför ventilerna; men flygplanskonstruktioner med två pluggar per cylinder kan använda endera eller båda positionerna.
"Pop-up-kolvar" kan användas med kompatibla huvuden för att öka kompressionsförhållandet och förbättra förbränningskammarens form för att förhindra knackning . "Pop-up" kolvar kallas så eftersom de vid övre dödpunkten skjuter ut över toppen av cylinderblocket.
Fördelar
Fördelarna med en sidoventilsmotor inkluderar: enkelhet, tillförlitlighet, lågt antal delar, låg kostnad, låg vikt, kompakthet, lyhörd låghastighetseffekt, lågt mekaniskt motorljud och okänslighet för lågoktanigt bränsle. Frånvaron av ett komplicerat ventilsystem möjliggör en kompakt motor som är billig att tillverka, eftersom cylinderhuvudet kan vara lite mer än en enkel metallgjutning. Dessa fördelar förklarar varför sidoventilsmotorer användes för personbilar i många år, medan OHV- konstruktioner kom att specificeras endast för högpresterande applikationer som flygplan , lyxbilar , sportbilar och vissa motorcyklar . [ citat behövs ]
Vid övre dödpunkten kommer kolven mycket nära den platta delen av cylinderhuvudet ovanför, och den resulterande squish- turbulensen ger utmärkt bränsle/luft-blandning. Ett kännetecken för sidoventildesignen (särskilt fördelaktigt för en flygmotor) är att om en ventil fastnar i sin styrning och förblir delvis öppen, skulle kolven inte skadas, och motorn skulle fortsätta att fungera säkert på sina andra cylindrar. [ citat behövs ]
Nackdelar
De största nackdelarna med en sidoventilsmotor är dåligt gasflöde, dålig förbränningskammarform och lågt kompressionsförhållande, vilket alla resulterar i en lågvarvig motor med låg effekt och låg verkningsgrad. Eftersom sidoventilsmotorer inte förbränner bränslet effektivt, lider de av höga kolväteutsläpp.
Sidoventilsmotorer kan endast användas för motorer som arbetar enligt Otto-principen . Förbränningskammarens form är olämplig för dieselmotorer.
I en sidoventilsmotor följer insugs- och avgaserna en kretsväg, med låg volymetrisk verkningsgrad, eller "dålig andning", inte minst för att avgaserna stör den inkommande laddningen. Eftersom avgaserna följer en lång väg för att lämna motorn, finns det en tendens för motorn att överhettas . (Obs: detta är sant för V-typ platthuvudsmotorer men mindre problem för inlinemotorer som vanligtvis har insugs- och avgasportar på samma sida av motorblocket.) Även om en sidoventilsmotor säkert kan arbeta vid hög hastighet, är dess volymetrisk effektivitet försämras snabbt, så att höga uteffekter inte är möjliga vid hastighet. Hög volymetrisk verkningsgrad var mindre viktig för tidiga bilar eftersom deras motorer sällan upprätthöll förlängda höga varvtal, men designers som sökte högre effekt var tvungna att överge sidoventilen. En kompromiss som användes av Willys Jeep , Rover , Landrover och Rolls-Royce på 1950-talet var "F-head" (eller "intake-over-exhaust"-ventilen), som har en sidoventil och en overheadventil per cylinder.
Flatheadens långsträckta förbränningskammare är benägen att förtändas (eller "knacka") om kompressionsförhållandet ökas, men förbättringar som lasertändning eller mikrovågsförstärkt tändning kan hjälpa till att förhindra knackning. Turbulensspår kan öka virveln inne i förbränningskammaren, vilket ökar vridmomentet, särskilt vid låga varvtal. Bättre blandning av bränsle/luftladdning förbättrar förbränningen och hjälper till att förhindra knackning.
Ett framsteg inom flatheadteknologin var resultatet av experiment på 1920-talet av Sir Harry Ricardo, som förbättrade deras effektivitet efter att ha studerat gasflödesegenskaperna hos sidoventilmotorer. [ förtydligande behövs ]
Svårigheten med att designa ett platthuvud med hög kompressionsförhållande innebär att de flesta tenderar att vara gnisttändningsdesigner, och dieslar med platt huvud är praktiskt taget okända.
Historik och applikationer
Sidoventilsarrangemanget var särskilt vanligt i USA och användes för motorfordonsmotorer, även för motorer med hög specifik effekt. Sidoventildesigner är fortfarande vanliga för många små encylindriga eller tvåcylindriga motorer, såsom gräsklippare , rotavatorer , tvåhjulstraktorer och andra grundläggande jordbruksmaskiner . [ citat behövs ]
Platta bilar
Flercylindriga flatheadmotorer användes för bilar som Ford Model T och Ford Model A , Fords flathead V8-motor och Ford Sidevalve-motorn . Cadillac producerade V-16 flathead-motorer för sina serie 90 lyxbilar från 1938–1940. Efter andra världskriget började flatheaddesigner ersättas av OHV-designer (overhead valve). Flatheads var inte längre vanliga i bilar , men de fortsatte i mer rudimentära fordon som militära terrängjeepar . I amerikanska anpassade bil- och hot rod- cirklar ses fortfarande restaurerade exempel på tidiga Ford flathead V8:or.
Flathead flygmotorer
Enkelheten, lättheten, kompaktheten och tillförlitligheten kan tyckas vara idealiska för en flygmotor , men på grund av deras låga effektivitet ansågs tidiga flatheadmotorer olämpliga. Två anmärkningsvärda undantag var den amerikanska Aeronca E-107 som motsatte sig dubbel aeromotor från 1930 och Continental A40 flat four från 1931, som blev en av de mest populära lätta flygplansmotorerna på 1930-talet. Två moderna flatheads är den belgiska D-Motor flat-fyran och flat-sexor . Dessa är extremt överfyra och kompakta flygmotorer med direktdrift till en propeller.
Flathead motorcyklar
Flathead-designer har använts på ett antal tidiga förkrigsmotorcyklar, särskilt amerikanska V-tvillingar som Harley-Davidson och Indian , några brittiska singlar, BMW flat tvillingar och ryska kopior av dessa. Cleveland Motorcycle Manufacturing Company producerade en T-huvud fyrcylindrig in-line motorcykelmotor på 1920-talet.
1915 Cadillac flathead motorblock
Harley-Davidson platthuvud
Indianhövdingen Black Hawk
BMW R12
Cleveland modell 4-45
.jpg)
