Flathead motor - Flathead engine

En tverrgående T-hode sideventilmotor

Det vanlige L-hodearrangementet

Pop-up stempler kan brukes til å øke kompresjonsforholdet

Flathead med Ricardos turbulente hode

En flathead-motor , også kjent som en sideventilmotor eller ventil-i-blokk-motor, er en forbrenningsmotor med ventiler inne i motorblokken , i stedet for i sylinderhodet , som i en overliggende ventilmotor .

Flatheads ble mye brukt internasjonalt av bilprodusenter fra slutten av 1890-årene til midten av 1950-tallet, men ble erstattet av mer effektive overheadventiler og overliggende kamakselmotorer . De opplever for tiden en vekkelse i lavt roterende flymotorer som D-Motor .

Sideventilens design

Ventilen utstyr omfatter en kamaksel plassert lavt i sylinderblokken som driver tallerkenventiler via ventilløftere og korte støtstenger (eller noen ganger uten støtstenger i det hele tatt). Det flate hodesystemet eliminerer behovet for ytterligere ventiltrekkskomponenter som lange trykkstenger, vippearmer, overliggende ventiler eller overliggende kamaksler . Sideventilene er vanligvis tilstøtende, plassert på den ene siden av sylinderen (e), selv om noen flathoder bruker den mindre vanlige "tverrstrømnings" "T-hodet" -varianten. I en T-toppmotor forlater eksosgassene på motsatt side av sylinderen fra inntaksventilen.

Sideventilmotorens forbrenningskammer er ikke over stempelet (som i en OHV (overheadventil) motor) men til siden, over ventilene. Tennpluggen kan plasseres over stempelet (som i en OHV -motor) eller over ventilene; men flydesign med to plugger per sylinder kan bruke en eller begge posisjoner.

"Pop-up stempler" kan brukes med kompatible hoder for å øke kompresjonsforholdet og forbedre brennkammerets form for å forhindre banking . "Pop-up" stempler kalles så fordi de i toppen av dødpunktet stikker ut over toppen av sylinderblokken.

Fordeler

Fordelene med en sideventilmotor inkluderer: enkelhet, pålitelighet, lavt antall, lave kostnader, lav vekt, kompakthet, responsiv lavt turtall, lav mekanisk motorstøy og ufølsomhet for lavoktanbrensel. Fraværet av et komplisert ventiltrekk tillater en kompakt motor som er billig å produsere, siden topplokket kan være litt mer enn en enkel metallstøping. Disse fordelene forklarer hvorfor sideventilmotorer ble brukt til personbiler i mange år, mens OHV- design ble spesifisert bare for høyytelsesapplikasjoner som fly , luksusbiler , sportsbiler og noen motorsykler .

På topp dødpunkt kommer stemplet veldig nær den flate delen av sylinderhodet ovenfor, og den resulterende squish -turbulensen gir utmerket blanding av drivstoff/luft. Et trekk ved sideventilutformingen (spesielt gunstig for en flymotor) er at hvis en ventil skulle gripe i føringen og forbli delvis åpen, ville ikke stemplet bli skadet, og motoren fortsatte å operere trygt på de andre sylindrene.

Ulemper

De største ulempene med en sideventilmotor er dårlig gasstrøm, dårlig brennkammerform og lavt kompresjonsforhold, som alle resulterer i en motor med lavt turtall med lav effekt og lav effektivitet. Fordi sideventilmotorer ikke brenner drivstoffet effektivt, lider de av store hydrokarbonutslipp.

Sidevalve -motorer kan bare brukes til motorer som opererer etter Otto -prinsippet. Brennkammerformen er uegnet for dieselmotorer.

I en sideventilmotor følger inntak og avgasser en kretsløp, med lav volumetrisk effektivitet, eller "dårlig pust", ikke minst fordi avgassene forstyrrer den innkommende ladningen. Fordi eksosen følger en lang vei for å forlate motoren, er det en tendens til at motoren overopphetes . (Merk: dette gjelder for V-type flathead-motorer, men mindre problem for inline-motorer som vanligvis har inntaks- og eksosportene på samme side av motorblokken.) Selv om en sideventilmotor trygt kan kjøre ved høy hastighet, er dens volumetrisk effektivitet forringes raskt, slik at høye effektutganger ikke er mulig i hastighet. Høy volumetrisk effektivitet var mindre viktig for tidlige biler fordi motorene sjelden opprettholdt utvidede høye hastigheter, men designere som søkte høyere effekt måtte forlate sideventilen. Et kompromiss som ble brukt av Willys Jeep , Rover , Landrover og Rolls-Royce på 1950-tallet var "F-head" (eller "inntak-over-eksos" -ventil), som har en sideventil og en overliggende ventil per sylinder.

Den flatt langstrakte forbrenningskammeret er tilbøyelig til antennelse (eller "banking") hvis kompresjonsforholdet økes, men forbedringer, slik som laser tenning eller forsterket tenning mikrobølge kan bidra til å hindre banking. Turbulensspor kan øke virvlingen inne i forbrenningskammeret og dermed øke dreiemomentet, spesielt ved lave omdreininger. Bedre blanding av drivstoff/luftladning forbedrer forbrenningen og bidrar til å forhindre banking.

Et fremskritt innen flathodeteknologi skyldes eksperimentering på 1920-tallet av Sir Harry Ricardo , som forbedret effektiviteten etter å ha studert gassstrømskarakteristikkene til sideventilmotorer.

Vanskeligheten med å designe et flathodet med høyt kompresjonsforhold betyr at de fleste pleier å være gnisttennelsesdesigner, og flate dieselmotorer er praktisk talt ukjente.

Historie og applikasjoner

Sideventilarrangementet var spesielt vanlig i USA og ble brukt til motorvognsmotorer, selv for motorer med høy spesifikk effekt. Sidevalve design er fremdeles vanlig i mange små ensylindret eller twin-sylindrede motorer, som for eksempel gressklippere , rotavators , to-hjuls traktorer og andre grunnleggende landbruksmaskiner .

Flathead -biler

Flersylindrede flathead -motorer ble brukt til biler som Ford Model T og Ford Model A , Ford flathead V8 -motor og Ford Sidevalve -motoren . Cadillac produserte V-16 flatheadmotorer for luksusbiler i serie 90 fra 1938–1940. Etter andre verdenskrig begynte flathead -design å bli erstattet av OHV -design (overheadventil). Flatheads var ikke lenger vanlig i biler , men de fortsatte i mer rudimentære kjøretøyer som off-road militære jeeper . I amerikanske tilpassede bil- og hot rod -sirkler ser man fortsatt restaurerte eksempler på tidlige Ford V8 -er med flate hoder.

Flathead aero-motorer

Enkelheten, letthet, kompakthet og pålitelighet kan virke ideell for en flymotor , men på grunn av deres lave effektivitet ble tidlige flatheadmotorer ansett som uegnet. To bemerkelsesverdige unntak var den amerikanske Aeronca E-107 motsatt twin aero-motor fra 1930 og Continental A40 flat four fra 1931, som ble en av de mest populære lette flymotorene på 1930-tallet. To moderne flathoder er den belgiske D-Motor flat-fours og flat-sixes . Dette er ekstremt oversquare og kompakte aero-motorer med direkte stasjon til en propell.

Flathead motorsykler

Flathead-design har blitt brukt på en rekke tidlige før-krigen motorsykler, spesielt amerikanske V-tvillinger som Harley-Davidson og Indian , noen britiske singler, BMW flat tvillinger og russiske kopier av dem. The Cleveland Motorsykkel Manufacturing Company produserte en T-head fire-sylindrede rekke motorsykkel motor på 1920-tallet.