Sivuventtiilimoottori

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun
Sivuventtiilimoottori vuoden 1937 Ford coupe-mallissa

Sivuventtiilimoottori (ns. "lättäpää") on yksinkertaisen rakenteensa ansiosta huokea ja luotettava mäntämoottori. Sylinterin kaasunvaihdosta huolehtivat lautasventtiilit sijaitsevat kunkin sylinterin sivuilla ja ovat kiinni moottorin lohkossa, toisin kuin kansiventtiilirakenteissa. Rakennetta on yleensä hyödynnetty nelitahtimoottoreissa, joskin useimmissa käyttökohteissa erilaiset kansiventtiiliratkaisut (OHV, SOHC ja DOHC) ovat syrjäyttäneet sivuventtiilit. Varsinkin pienmoottoreissa, kuten ruohonleikkureissa, sivuventtiilirakenne on yhä yleinen.

Vahvuuksia[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Sivuventtiilimoottorin yksinkertainen venttiilikoneisto

Sivuventtiilimoottoreilla on vahvuuksia, joiden vuoksi ne olivat aikanaan yleisiä.

  • Moottorista tulee kompakti, eli moottorin viemä tila suhteessa sen iskutilavuuteen on pieni.[1]
  • Moottori on yksinkertainen.[2] Yksinkertaisuutensa ansiosta se voi olla myös huokea.
  • Yksinkertaisuutensa ansiosta moottori on myös luotettava. OHC-moottoreiden nokka-akselien hammashihnoja tai ketjuja ei tarvita, eikä myöskään OHV-moottorin työntötankoja. Venttiilin rikkoutuminen ei aiheuta suurempaa tuhoa kuin tehon menetyksen yhden sylinterin osalta.[3]
  • Venttiilikoneiston edestakaisin liikkuvat massat ovat pienempiä verrattuna OHV-moottoriin.
  • Venttiilikoneisto kokonaisuudessaan on kevyempi kuin OHV-moottorissa.[4]

Heikkouksia[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Sivuventtiilimoottoreilla on eräitä merkittäviä heikkouksia, joiden vuoksi kansiventtiilirakenteet ovat yleistyneet ja korvanneet sivuventtiilit lähes kokonaan.

  • Venttiilien nousu ja palotilan muotoilu on pakollinen kompromissi puristuksen ja kaasunvaihdon välillä. Jos venttiilit avautuvat optimia enemmän paremman kaasunvaihdon hyväksi, palotilasta tulee suuri ja puristussuhteesta pieni, mikä heikentää moottorin hyötysuhdetta ja vääntömomenttia. Jos venttiilit avautuvat optimia vähemmän korkeamman puristussuhteen hyväksi, kaasunvaihtoon tarvittavasta kanavasta tulee ahdas, mikä huonontaa täyttöä varsinkin suurilla kierrosnopeuksilla, mikä vuorostaan heikentää moottorin tehoa. Tällaista pakollista kompromissia ei muissa lautasventtiileihin perustuvissa venttiilirakenteissa ole.
  • Tyypillisesti sivuventtiilimoottoreissa imu- ja pakoventtiilit ovat puristussuhteen hyväksi samalla puolella sylinteriä, mikä aiheuttaa haasteita imu- ja pakokanavien sijoittelun suhteen.
  • Sivuventtiilirakenteen vuoksi imu- ja pakokanaviin tulee väistämättä ylimääräisiä mutkia verrattuna kansiventtiiliratkaisuihin.
  • Venttiilikoneiston edestakaisin liikkuvat massat ovat suurempia verrattuna OHC-moottoreihin, johtuen pidemmistä venttiilinvarsista.

Mahdollisuuksia[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Sivuventtiilimoottorissa venttiilit ovat sylinterien sivuilla. Tässä piirroksessa on esitetty vain yksi venttiili. Toinen venttiili on ensimmäisen takana.
Pop-up-mäntä mahdollistaa palotilan pienentämisen ja puristussuhteen kasvattamisen.

Vaikka suuremman tehon ja hyötysuhteen ansiosta kansiventtiiliratkaisut ovatkin pääosin syrjäyttäneet sivuventtiilimoottorit, sivuventtiilirakenteella on mahdollisuuksia, joita harvoin hyödynnetään.

  • Perinteisissä monisylinterisissä sivuventtiilimoottoreissa pakokanavat on tavallisesti yhdistetty sylinterilohkon sisällä, millä on epäedullinen vaikutus pakokaasujen poistoon palotilasta. Monissa uusissa sivuventtiilimoottoreissa tämä on korjattu.[5][6][7][8]
  • Pakoventtiilin jäähdytystä on mahdollista tehostaa esimerkiksi ontolla ja osittain natriumtäytteisellä venttiilirakenteella. Pakoventtiilin jäähdytyksellä on merkitystä erityisesti nakutuksen ehkäisyssä.[9]
  • Kannen tiivisteen yläpuolelle nousevilla niin sanotuilla pop-up-männillä ja niiden kanssa yhteensopivilla kansilla on mahdollista kasvattaa moottorin puristussuhdetta moottorin kaasunvaihdon kärsimättä.[10]
  • Venttiilien rullanostimilla ja yhteensopivalla nokka-akselilla voi paitsi nopeuttaa venttiilien nousua ja laskua ja siten pidentää niiden tehollisia aukioloaikoja, myös vähentää venttiilikoneiston kitkaa.[11][12][13][14][15]
  • Palotilaan sopivasti työstettyjen urien on väitetty lisäävän polttoaineseoksen pyörteilyä puristusvaiheessa juuri ennen männän nousua yläkuolokohtaan. Tämän pitäisi parantaa palamista etenkin moottorin matalilla kierroksilla ja auttaa nakutuksen ehkäisyssä.[16][17][18][19]
  • Muuttuva venttiilien ajoitus yhdistetään tavallisesti DOHC-moottoreihin, mutta se on toteutettavissa myös sisäkkäisellä nokka-akselirakenteella, mikä parantaa muuttuvan ajoituksen toteutusmahdollisuuksia myös sivuventtiilimoottoreissa.[20][21][22][23] Sivuventtiilimoottoreissa on mahdollisuuksia venttiilien aukioloaikojen säätelyyn, sillä vaaraa venttiilin ja männän välisestä törmäyksestä ei ole.
  • Sivuventtiilimoottorissa männän liike sylinterissä ei rajoita venttiilien korkeutta, joten tästä syystä korkeussuunnassa erityisen paljon tilaa vaativat venttiiliratkaisut ovat mahdollisia ja käyttökelpoisia sivuventtiilimoottoreissa.[24][25][26]
  • Vaikka palotilan muotoa ei saataisikaan optimoitua, mikä on sivuventtiilimoottoreissa tavallinen ongelma, tulevaisuudessa jokin perinteistä sähkökipinää tehokkaampi sytytys, esimerkiksi lasersytytys tai mikroaaltoavusteinen kipinäsytytys, voi nopeuttaa seoksen syttymistä niin paljon, että palotilan epäedullisesta muodosta johtuva nakutus saadaan sillä ehkäistyä.[27][28]

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Viitteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. D-motor, 2013. Lainaus: "By using the flathead instead of overhead engine, we could make the engine smaller despite the big cubic capacity."
  2. D-motor, 2013. Lainaus: "With the flathead we could make it much simpler and do not have the complectity of the rockers."
  3. D-motor, 2013. Lainaus: "When a valve of an overhead engine is not closing, the engine stops and expensive repair is the result. When a valve of a sidevalve engine is not closing, you continue flying with less power and there won't be expensive repair cost."
  4. D-motor, 2013. Lainaus: "The extra weight of the cooling liquid is compensated by the flathead design, as we do not have the overhead parts with cooling ribs."
  5. Kirby, Mark: Intake/Exhaust ports Motor City Speed Equipment. Dundee, Michigan. Viitattu 2014-07-04. (englanniksi) Lainaus: "The center exhaust ports on the new block are significantly different. The passage to the intake manifold has been eliminated and a divider now provides separation between the adjacent center cylinders."
  6. Dyno Developed engine combinations Piranios Antique Automotive. 26. joulukuuta 2013. Viitattu 2014-07-04. (englanniksi) Kuvasta ilmenee, kuinka sylinterien toisistaan erilliset pakokanavat on hyödynnetty.
  7. Donovan Model D Aluminum Engine Piranios Antique Automotive. 6. joulukuuta 2013. Viitattu 2014-07-04. (englanniksi) Toisistaan erilliset sylinterien pakokanavien pyöreät aukot näkyvät useissa kuvissa.
  8. The Donovan Model D -- Back To The Future! Donovan Engineering. Torrance, California. Viitattu 2014-07-04. (englanniksi) Moottorin lohkon rakenne, mukaanlukien imu- ja pakokanavien muoto ja sijoittelu, käyvät ilmi useista kuvista.
  9. Nunney, M. J.: ”Internally-cooled exhaust valves”, Light and Heavy Vehicle Technology (Fourth edition), s. 58. Oxford, UK: Butterworth-Heinemann, 2007. ISBN 978-0-7506-8037-0. (englanniksi) Lainaus: "The Nissan high-performance 4.5 litre V8 engine with four-valve cylinders, which was introduced in 1990, is a modern example where sodium-cooled exhaust valves have been found advantageous in improving knock resistance and increasing torque when the engine is operated under high speed, heavy load, conditions."
  10. Davis, Marlan: Ford Flathead V8 - The Flathead Guide of Death Hotrod.com. 2006-09-29. Viitattu 2014-04-08. (englanniksi) Lainaus: "Trying to gain back compression ratio by using popup pistons may improve airflow provided proper attention is paid to the transfer area and overall piston-to-combustion chamber interface. The best balance has been the subject of debate for over 60 years. Currently the most popular approach is running a big popup piston, but with a scallop on the side adjacent to the valves to keep the transfer area clear between the valves and the cylinder bore. Recommended bottom-line street-gas-friendly compression ratios are between 7.5-8:1 on naturally aspirated engines and 6.5-7.0:1 with a blower."
  11. Demorro, Chris: Dyno Shootout: Solid Roller Vs. Hydraulic Roller EngineLabs. 2011-06-29. Viitattu 2014-04-30. (englanniksi) Lainaus: "Most of today’s production engines use roller cam and lifter technology for additional power and reduced friction."
  12. McNicholl, George: ”Camshaft and Cylinder Heads”, How to Build a Flathead Ford V-8, s. 40. Motorbooks International, 2003. ISBN 0-7603-1493-4. (englanniksi) Lainaus: "If the engine is to be used for drag racing, salt flat racing, or you have just located the Lost Dutchman's Mine, then you could consider using the roller camshaft and roller lifters."
  13. Roller Camshafts - Roll With It Car Craft. 2004-03-01. Source Interlink Media. Viitattu 2014-04-28. (englanniksi) Lainaus: "The concept of placing a small wheel at the end of a tappet to reduce friction has existed for decades, and in fact, roller camshaft setups have been available for the American V-8 engines we tinker with since the early '50s. Yet for some reason, most rodders consider roller cam technology to be a relatively recent development."
  14. Davis, Marlan: Ford Flathead V8 - The Flathead Guide of Death (Väliotsikon CAM AND VALVETRAIN alla kuvateksti) Hotrod.com. 2006-09-29. Viitattu 2014-04-28. (englanniksi) Lainaus: "Mechanical solid and roller cams are available for both early and late blocks. Adjustable lifters are required with these cams. This solid cam (left) has a gear for the '49-'53 upright distributor. Red's Headers offers the adjustable Johnson-style hollow solid lifters. The roller cam (right) is set up for the '32-'48 front-mount distributor; Crower makes roller lifters."
  15. Roller Lifters Groove-Lock Ford Flathead – Part Number: 66273-16 (arkistoitu versio) www.crower.com. Crower Cams & Equipment Co., Inc.. Viitattu 2015-03-01. (englanniksi)
  16. Patentti US 6,237,579 Somender Singh: "Design to improve turbulence in combustion chambers"
  17. amrelweekil: Engine modify by Somender Singh YouTube. 2009-09-14. Viitattu 2014-04-09. (englanniksi) Sivuventtiilimoottorin uritettu kansi näkyy kohdassa 1:31–1:38.
  18. Graeber, Charles: Obsession: Mr. Singh's Search for the Holy Grail Popular Science. 2004-09-23. Bonnier. Viitattu 2014-05-05. (englanniksi) Lainaus: "In November 2002 Singh actually received one such permission from a manufacturer to test his modification on its engines. The manufacturer was Briggs and Stratton, and the engines were two 149cc side valves."
  19. Pirangute, V. G.; N.V.Marathe (2002-01-14). Full throttle performance (mittausraportti). ARAI. PUS/2407/Garuda/52(d). Raportista ilmenee, että polttoaineen kulutus, moottorin lämpötila ja pakokaasun lämpötila laskivat pyörteisyyttä lisäävien urien ansiosta moottorin matalilla kierroksilla samalla kun vääntömomentti kasvoi. Korkeilla kierroksilla tätä ei havaittu.
  20. MAHLE CamInCam™ camshaft YouTube. 2008-04-15. Viitattu 2014-04-30. (englanniksi) Video, jossa havainnollistetaan sisäkkäisen nokka-akselirakenteen toimintaa.
  21. Mechadyne: Concentric camshafts (PDF) Mechadyne International. 2011-07-11. Viitattu 2014-04-30. (englanniksi) Lainaus: "Essential for Independent cam phasing on single cam engines."
  22. Mechadyne Technology is Used in the Latest Dodge Viper Engine Mechadyne International. 2008. Viitattu 2014-04-30. (englanniksi) Lainaus: "The 8.4 litre V10 cam-in-block engine uses our patented concentric camshaft technology to improve all aspects of its performance."
  23. Meusel, Jürgen: Innovative solutions for the cylinder head in modern gasoline engines (PDF) (s. 14–16 Concentric Cam Type II) www.fh-zwickau.de. 2012-08-15. Zwickau, Saksa: Westsächsische Hochschule Zwickau. Viitattu 2014-05-07. (englanniksi)
  24. Patentti US 6,659,059 Reggie Dwayne Huff: "Variable displacement valve seat for internal combustion engines"
  25. FAQ omnivalves.com. 2010-10-29. Omni Valves. Viitattu 2014-05-04. (englanniksi) Lainaus: "Some engines need slight modifications to the head and/or the piston clearance, but most engines accommodate OmniValves with just a slight change in timing and an adjustment to the mixture."
  26. Patentti US 6,598,577 Vincent R. Marino: "Intake valve"
  27. Hyytiä, Tuomas: Perinteinen sytytystulppa historiaan? Nyt tulee laser Tekniikka & Talous. 2011-05-05. Helsinki: Talentum. Viitattu 2014-05-04. Lainaus: "Perinteiset sytytystulpat sytyttävät polttoaineseoksen sylinterin reunalla, jolloin elektrodien ja sylinterin suhteellisen viileät metallipinnat imevät räjähdyksen energiaa ja täten tukahduttavat räjähdysrintaman kulkua. Lasereilla tätä vastoin sytytyspiste voidaan kohdistaa suoraan keskelle polttoaineseosta, jolloin sytytysrintama etenee symmetrisemmin ja yli kolme kertaa aiempaa nopeammin."
  28. Ikeda, Yuji; Nishiyama, Atsushi; Kaneko, Masashi (5. – 8. tammikuuta 2009). "Microwave Enhanced Ignition Process for Fuel Mixture at Elevated Pressure of 1MPa" (PDF). 47th AIAA Aerospace Sciences Meeting Including The New Horizons Forum and Aerospace Exposition. American Institute of Aeronautics and Astronautics. s. 1. Viitattu 2014-07-03. Lainaus: "With plasma-enhanced combustion, a large flame kernel formed and the flame propagation speed increased. In the single-cylinder engine, the combustion stability improved and the microwave-enhanced ignition increased the lean limit from 19.3 to 24.1."

Katso myös[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]