Überkopfventilmotor – Wikipedia

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Art des Kolbenmotors

Komponenten eines Ventiltriebs eines OHV-Motors
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Ein Überkopfventil ((OHV) Motor ist ein Kolbenmotor, dessen Ventile sich im Zylinderkopf über dem Brennraum befinden. Dies steht im Gegensatz zu früheren Flachkopfmotoren, bei denen sich die Ventile unterhalb des Brennraums im Motorblock befanden.

Die Nockenwelle eines herkömmlichen OHV-Motors befindet sich im Motorblock. Die Bewegung der Nockenwelle wird mithilfe von Stößelstangen und Kipphebeln übertragen, um die Ventile oben am Motor zu betätigen.

Ein OHC-Motor (Overhead Camshaft) hat auch Overhead-Ventile. Um jedoch Verwirrung zu vermeiden, werden Überkopfventilmotoren, die Stößelstangen verwenden, häufig als “Stößelstangenmotoren” bezeichnet. Einige frühe “Einlass über Auslass” -Motoren verwendeten ein Hybrid-Design, das Elemente sowohl von Seitenventilen als auch von Überkopfventilen kombinierte.[1]

Geschichte[edit]

1904 Patent für Buick-Überkopfventilmotor

Vorgänger[edit]

Die ersten Verbrennungsmotoren basierten auf Dampfmaschinen und verwendeten daher Schieber.[2] Dies war der Fall für den ersten Otto-Motor, der erstmals 1876 erfolgreich betrieben wurde. Als sich Verbrennungsmotoren getrennt von Dampfmaschinen zu entwickeln begannen, wurden Tellerventile immer häufiger, wobei die meisten Motoren bis in die 1950er Jahre ein Seitenventil (Flachkopf) verwendeten. Design.[3]

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Beginnend mit dem Daimler Reitwagen von 1885 verwendeten mehrere Autos und Motorräder Einlassventile im Zylinderkopf. Diese Ventile wurden jedoch vakuumbetätigt (“atmosphärisch”) und nicht wie bei typischen OHV-Motoren von einer Nockenwelle angetrieben. Die Auslassventile wurden von einer Nockenwelle angetrieben, befanden sich jedoch gemäß den Seitenventilmotoren im Motorblock.

Der Diesel-Prototyp von 1894 verwendete Überkopf-Tellerventile, die von einer Nockenwelle, Stößelstangen und Kipphebeln betätigt wurden.[4][5] Damit wird er einer der ersten OHV-Motoren. 1896 wurde das US-Patent 563 140 von William F. Davis für einen OHV-Motor mit flüssigem Kühlmittel zum Kühlen des Zylinderkopfs angemeldet.[6][7] Es wurde jedoch kein funktionierendes Modell gebaut.

Produktion OHV-Motoren[edit]

1898 baute der Fahrradhersteller Walter Lorenzo Marr in den USA einen motorisierten Dreirad-Prototyp, der von einem Einzylinder-OHV-Motor angetrieben wurde.[8] Marr wurde von Buick (damals benannt) engagiert Buick Auto-Vim und Power Company) von 1899–1902, wo das Design des Überkopfventilmotors weiter verfeinert wurde.[9] Dieser Motor verwendete stößelstangenbetätigte Kipphebel, die wiederum Ventile parallel zu den Kolben öffneten. Marr kehrte 1904 nach Buick zurück (nachdem er eine kleine Menge des Marr Auto-Car mit dem ersten bekannten Motor gebaut hatte, der eine obenliegende Nockenwellenkonstruktion verwendete), im selben Jahr, in dem Buick ein Patent für eine obenliegende Ventilmotorkonstruktion erhielt. 1904 wurde der weltweit erste Serien-OHV-Motor im Buick-Modell B auf den Markt gebracht. Der Motor war ein Flat-Twin-Motor mit zwei Ventilen pro Zylinder. Der Motor war für Buick sehr erfolgreich, da das Unternehmen 1905 750 solcher Autos verkaufte.

Mehrere andere Hersteller begannen mit der Produktion von OHV-Motoren, wie beispielsweise die Wright Brothers von 1906 bis 1912 Vertikaler 4-Zylinder-Motor.[10][11] Seitenventilmotoren waren jedoch bis in die späten 1940er Jahre üblich, als sie für OHV-Motoren ausliefen.

Overhead-Cam-Motoren[edit]

Der erste Motor mit obenliegender Nockenwelle (OHC) stammt aus dem Jahr 1902,[12] Die Verwendung dieses Designs war jedoch jahrzehntelang hauptsächlich auf Hochleistungsautos beschränkt. OHC-Motoren wurden von den 1950er bis 1990er Jahren langsam häufiger, und zu Beginn des 21. Jahrhunderts verwendeten die meisten Automotoren (mit Ausnahme einiger nordamerikanischer V8-Motoren) ein OHC-Design.

Beim Indianapolis 500-Autorennen 1994 stieg das Team Penske in ein Auto ein, das mit dem speziell angefertigten Mercedes-Benz 500I-Schubstangenmotor angetrieben wurde. Aufgrund einer Regelungslücke durfte der Schubstangenmotor einen größeren Hubraum und einen höheren Ladedruck verwenden, was seine Leistung im Vergleich zu den von anderen Teams verwendeten OHC-Motoren erheblich erhöhte. Team Penske qualifizierte sich für die Pole Position und gewann das Rennen mit großem Vorsprung.

Zu Beginn des 21. Jahrhunderts verwendeten mehrere Schubstangen-V8-Motoren von General Motors und Chrysler einen variablen Hubraum, um den Kraftstoffverbrauch und die Abgasemissionen zu senken. Im Jahr 2008 wurde in der Dodge Viper (vierte Generation) der erste Serien-Schubstangenmotor mit variabler Ventilsteuerung eingeführt.[13]

V8-Motor (mit entferntem Ansaugkrümmer) mit Nockenwelle, Stößelstangen und Wippen

OHV-Motoren haben gegenüber OHC-Motoren mehrere Vorteile:

  • Kleinere Gesamtverpackung: Das Cam-in-Block-Design eines OHV-Motors führt zu einer geringeren Gesamtgröße im Vergleich zu einem gleichwertigen OHC-Motor.[14]
  • Verwendung des gleichen Zylinderkopfgusses für beide Zylinderbänke: Bei einem OHC-Motor müssen die Zylinderköpfe aufgrund des Nockenwellenantriebssystems (z. B. Zahnriemen / Kette) an der Vorderseite jeder Zylinderbank (mehr oder weniger) spiegelbildlich zueinander sein. Ein OHV-Motor kann für beide Bänke den gleichen Zylinderkopfguss verwenden, indem er ihn einfach für die zweite Bank umdreht.[citation needed]
  • Einfacheres Nockenwellenantriebssystem: OHV-Motoren haben im Vergleich zu OHC-Motoren ein weniger komplexes Antriebssystem für die Nockenwelle.[14] Die meisten OHC-Motoren treiben die Nockenwelle oder die Nockenwellen über einen Zahnriemen, eine Kette oder mehrere Ketten an. Diese Systeme erfordern die Verwendung von Spannern, was die Komplexität erhöht. Im Gegensatz dazu ist bei einem OHV-Motor die Nockenwelle nahe an der Kurbelwelle positioniert, was durch eine viel kürzere Kette oder sogar eine direkte Zahnradverbindung angetrieben werden kann. Dies wird jedoch durch einen komplexeren Ventiltrieb, der Stößelstangen erfordert, etwas negiert.
  • Einfacheres Schmiersystem: Die Schmieranforderungen für OHV-Zylinderköpfe sind viel geringer, da keine Nockenwelle und die dazugehörigen Lager geschmiert werden müssen. OHV-Köpfe müssen nur für die Kipphebel am Schubstangenende, am Zapfen und an der Kipphebelspitze geschmiert werden. Diese Schmierung erfolgt normalerweise über die Stößelstangen selbst und nicht über ein spezielles Schmiersystem im Kopf. Der reduzierte Schmierbedarf kann auch dazu führen, dass eine kleinere Ölpumpe mit geringerer Kapazität verwendet wird.

OHV-Motoren haben gegenüber OHC-Motoren folgende Nachteile:

  • Begrenzte Motordrehzahlen: Obwohl OHV-Motoren einfachere Antriebssysteme für die Nockenwelle haben, gibt es eine größere Anzahl beweglicher Teile im Ventiltrieb (dh die Hebegeräte, Stößelstangen und Wippen). Die Trägheit dieser Ventiltriebteile macht OHV-Motoren anfälliger für Ventilschwimmer bei hohen Motordrehzahlen (U / min).[1]
  • Einschränkungen hinsichtlich Ventilmenge und -position: OHC-Motoren haben oft vier Ventile pro Zylinder,[15] Ein OHV-Motor hat selten mehr als zwei Ventile pro Zylinder. Bei OHV-Motoren sind die Größe und Form der Einlassöffnungen sowie die Position der Ventile durch die Stößelstangen und die Notwendigkeit, sie im Kopfguss aufzunehmen, begrenzt.

Verweise[edit]

  1. ^ ein b Schön, Karim (2000-12-13). Nockenwellenkonfigurationen “HowStuffWorks”“”“”. Auto.howstuffworks.com. Archiviert von das Original am 02.02.2016. Abgerufen 2011-09-07.
  2. ^ “Teil I: V-Motoren”. www.topspeed.com. Abgerufen 13. Dezember 2019.[permanent dead link]
  3. ^ “Automobilgeschichte: Der kuriose F-Kopf-Motor”. www.curbsideclassic.com. Archiviert von das Original am 17. Dezember 2019. Abgerufen 17. Dezember 2019.
  4. ^ Diesel, Rudolf (1913). Die Entstehung des Dieselmotors. Berlin: Springer. p. 17. ISBN 978-3-642-64940-0.
  5. ^ Diesel, Rudolf (1893). Theorie und Konstruktion eines rationellen Wärmemotors zum Ersatz der Dampfmaschinen und der heute bekannten Verbrennungsmotoren. Berlin: Springer Berlin Heidelberg. S. 5, 62. ISBN 978-3-642-64949-3.
  6. ^ US-Patent 563140. Archiviert vom Original am 28.08.2017. Abgerufen 2017-06-07.
  7. ^ “Patentbilder”. pdfpiw.uspto.gov. Archiviert von das Original am 28. August 2017. Abgerufen 8. Mai 2018.
  8. ^ Kimes, Beverly Rae; Cox, James H. (2007). Walter L. Marr, Buicks erstaunlicher Ingenieur. Boston: Racemaker Press. p. 14.
  9. ^ “The Buick, A Complete History”, dritte Ausgabe, 1987, Terry P. Dunham und Lawrence Gustin.
  10. ^ Hobbs, Leonard S. Die Motoren der Gebrüder Wright und ihr Design. Washington, DC: Smithsonian Institution Press, 1971, S. 61, 63.
  11. ^ “Wright Engines”. Archiviert von das Original am 28. April 2016.
  12. ^ Georgano, GN (1982) [1968]. “Maudslay”. In Georgano, GN (Hrsg.). Die neue Enzyklopädie der Kraftfahrzeuge von 1885 bis heute (Dritte Ausgabe). New York: EP Dutton. p. 407. ISBN 0-525-93254-2. LCCN 81-71857.
  13. ^ “Automotive Engineering International Online: Newsletter für Antriebsstrangtechnologie”. Sae.org. Archiviert von das Original am 05.08.2011. Abgerufen 2011-09-07.
  14. ^ ein b Webster, Larry (Mai 2004). “Der Schubstangenmotor wird endlich fällig”. Auto und Fahrer. Archiviert vom Original am 26. August 2014. Abgerufen 31. Dezember 2014.
  15. ^ “Was ist der Unterschied zwischen OHV-, OHC-, SOHC- und DOHC-Motoren?”. www.samarins.com. Abgerufen 19. Dezember 2019.


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