オーバーヘッドバルブエンジン
従来のOHVエンジンバルブトレインのコンポーネント

オーバーヘッドバルブエンジン（略称：OHV ）は、プッシュロッドエンジンとも呼ばれるピストンエンジンの一種で、バルブが燃焼室上部のシリンダーヘッドに配置されている。これは、バルブが燃焼室下部のエンジンブロックに配置されているフラットヘッド（または「サイドバルブ」）エンジンとは対照的である。

オーバーヘッドカムシャフト（OHC）エンジンにもオーバーヘッドバルブはありますが、「オーバーヘッドバルブエンジン」という用語が一般的に使用されるのは、カムシャフトがエンジンブロック内に配置されているエンジンに限られます。これらの従来のOHVエンジンでは、カムシャフトの動きはプッシュロッド（「プッシュロッドエンジン」と呼ばれる）とロッカーアームによって伝達され、エンジン上部のバルブを操作します。しかし、カムシャフトがシリンダーヘッド内にありながらも、バルブの下または横に配置されている設計（フォードCVHとオペルCIHが良い例）もあり、これらは基本的にオーバーヘッドバルブ設計と見なすことができます。

初期の吸気排気エンジンの中には、サイドバルブとオーバーヘッドバルブの両方の要素を組み合わせたハイブリッド設計を採用したものもあった。[ 1 ]

歴史

1894年のプロトタイプオーバーヘッドバルブディーゼルエンジン
1904年ビュイックのオーバーヘッドバルブエンジンの特許

先人たち

最初の内燃機関は蒸気機関をベースとしていたため、スライドバルブが使用されていました。[ 2 ]これは1876年に初めて正常に動作した最初のオットーエンジンの場合でした。内燃機関が蒸気機関とは別に開発され始めると、ポペットバルブがますます一般的になりました。

1885年のダイムラー・ライトヴァーゲン以降、多くの自動車やオートバイではシリンダーヘッド内に吸気バルブが配置されていましたが、これらのバルブは一般的なOHVエンジンのようにカムシャフトで駆動されるのではなく、真空作動式（「大気圧」）でした。排気バルブはカムシャフトで駆動されていましたが、サイドバルブエンジンと同様にエンジンブロック内に配置されていました。

1894年の試作ディーゼルエンジンは、カムシャフト、プッシュロッド、ロッカーアームによって駆動されるオーバーヘッドポペットバルブを採用しており、[ 3 ] [ 4 ]、これが最初のOHVエンジンとなった。1896年、ウィリアム・F・デイビスは、シリンダーヘッドを冷却するために液体冷媒を使用するOHVエンジンに関する米国特許563,140号を取得したが、[ 5 ] [ 6 ]、実用モデルは製作されなかった。

量産OHVエンジン

1898年、米国の自転車製造業者ウォルター・ロレンゾ・マーは、単気筒OHVエンジンを搭載したモーター付き三輪車を製造した。 [ 7 ]マーは1899年から1902年までビュイック（当時はビュイック・オート・ヴィン・アンド・パワー社）に雇用され、オーバーヘッドバルブエンジンの設計がさらに改良された。[ 8 ]このエンジンはプッシュロッド作動のロッカーアームを採用し、これがピストンと平行にポペットバルブを開いた。マーは1904年にビュイックに復帰（オーバーヘッドカムシャフト設計を使用した最初のエンジンの1つとして知られるマー・オート・カーを少量製造）し、同年ビュイックはオーバーヘッドバルブエンジン設計の特許を取得した。 1904年、世界初の量産OHVエンジンがビュイック・モデルBに搭載されて発売された。このエンジンはビュイック社にとって大きな成功を収め、同社は 1905 年に 750 台の車を販売しました。それ以来、OHV エンジンはほぼすべてのビュイック車に搭載されています。

1918 年型ビュイック 242 エンジン、右側。

1906年から1912年にかけてライト兄弟が開発した垂直4気筒エンジンなど、他のメーカーもOHVエンジンの生産を開始しました。[ 9 ] [ 10 ] 1911年にはシボレーがビュイックに続き、ほぼ独占的にOHVエンジンを使用しました。[ 11 ]しかし、フラットヘッドの「サイドバルブ」エンジンは1950年代半ばから後半まで米国では一般的でしたが、[ 12 ]その後OHVエンジンに取って代わられ始めました。

オーバーヘッドカムシャフトエンジン

最初のオーバーヘッドカムシャフト（OHC）エンジンは1902年のMarrにまで遡ります。 [ 13 ]しかし、この設計は数十年にわたって主に高性能車に限定されていました。OHCエンジンは1950年代から1990年代にかけて徐々に普及し、21世紀初頭にはほとんどの自動車エンジン（一部の北米製V8エンジンを除く）でOHC設計が採用されました。[ 14 ]

1994年のインディアナポリス500レースに、チーム・ペンスキーは特注のメルセデス・ベンツ500Iプッシュロッドエンジンを搭載したマシンで参戦しました。ルールの抜け穴により、プッシュロッドエンジンはより大きな排気量と高いブースト圧の使用が許可され、他チームのOHCエンジンと比較して大幅に出力が向上しました。チーム・ペンスキーは予選でポールポジションを獲得し、大差で優勝しました。

21世紀初頭、ゼネラルモーターズとクライスラーのプッシュロッドV8エンジンは、燃費と排出ガスの削減を目的として気筒休止機構を採用しました。2008年には、可変バルブタイミング機構を採用した初の量産プッシュロッドエンジンがダッジ・バイパー（第4世代）に搭載されました。[ 15 ]

メリットとデメリット

V8エンジン（吸気マニホールドを取り外した状態）、カムシャフト、プッシュロッド、ロッカーが見える

OHV エンジンには、OHC エンジンに比べていくつかの利点があります。

  • 全体的なパッケージの小型化： OHVエンジンのカムインブロック設計は、同等のOHCエンジンと比較して全体的なサイズが小さくなり、V型エンジン設計の重心とボンネットの高さにいくつかの利点があります。[ 16 ]
  • よりシンプルなカムシャフト駆動システム： OHVエンジンのカムシャフト駆動システムは、 OHCエンジンよりも複雑ではありません。[ 16 ]ほとんどのOHCエンジンは、タイミングベルト、チェーン、または複数のチェーンを使用してカムシャフトを駆動します。これらのシステムではテンショナーを使用する必要があり、複雑性が増します。対照的に、OHVエンジンではカムシャフトがクランクシャフトの近くに配置されており、クランクシャフトははるかに短いチェーンで駆動される場合もあれば、直接ギア接続される場合もあります。しかし、プッシュロッドを必要とするより複雑なバルブトレインによって、この利点はある程度相殺されます。
  • よりシンプルな潤滑システム： OHVシリンダーヘッドの潤滑要件ははるかに低くなります。これは、OHCエンジンではシリンダーバンクごとに2本のカムシャフトが備えられているのに対し、OHVシリンダーヘッドは通常ブロック内に1本のカムシャフトしか備えていないためです。そのため、シリンダーヘッドを貫通するオイル通路が必要となります。OHVヘッドでは、プッシュロッドエンド、トラニオン、ロッカーチップのロッカーアームのみに潤滑油が必要です。この潤滑は、通常、ヘッド内の専用潤滑システムではなく、中空プッシュロッド自体を通して供給されます。潤滑要件の低減は、小型で低容量のオイルポンプの使用も意味します。

OHC エンジンと比較すると、OHV エンジンには次の欠点があります。

  • エンジン回転数の制限： OHVエンジンはカムシャフトの駆動システムがシンプルである一方、バルブトレインには可動部品（リフター、プッシュロッド、ロッカーなど）が多く存在します。これらのバルブトレイン部品の慣性により、OHVエンジンは高回転域でバルブフローティングが発生しやすくなります。 [ 1 ]
  • バルブの数と位置に関する制約： OHVエンジンでは、プッシュロッドとそれをヘッド鋳物に組み込む必要性により、吸気ポートのサイズと形状、そしてバルブの位置が制限されます。その結果、OHVエンジンでは気筒あたり2個以上のバルブを備えることは稀ですが、OHCエンジンでは4個のバルブを備えることが多く、燃焼と排気の効率を高めています。[ 17 ]

参考文献

  1. ^ a b Nice, Karim (2000-12-13). 「HowStuffWorks「カムシャフト構成」」「 . Auto.howstuffworks.com. 2016年2月2日時点のオリジナルよりアーカイブ。2011年9月7日閲覧。
  2. ^ 「パートI：V型エンジン」 TopSpeed.com 、 2006年7月29日。 2020年1月27日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2019年12月13日閲覧。
  3. ^ディーゼル、ルドルフ (2010) [1913].ディーゼルモーターの技術者。ベルリン：シュプリンガー。 p. 17.土井：10.1007/978-3-642-64948-6。ISBN 978-3-642-64940-0。
  4. ^理論と構造の理論は、Wärmemotors zum Ersatz der Dampfmaschinen und der heute bekannten Verbrennungsmotoren。ベルリン：シュプリンガー・ベルリン・ハイデルベルク。 1893. pp. 5, 62. ISBN 978-3-642-64949-3。{{cite book}}:ISBN / 日付の非互換性（ヘルプ）
  5. ^ 「米国特許563140」。2017年8月28日時点のオリジナルよりアーカイブ。2017年6月7日閲覧。
  6. ^ 「Patent Images」 . pdfpiw.uspto.gov . 2017年8月28日時点のオリジナルよりアーカイブ。2018年5月8日閲覧。
  7. ^キムズ、ビバリー・レイ、コックス、ジェームズ・H. (2007).ウォルター・L・マール著『ビュイックの驚異的なエンジニア』ボストン：レースメーカー・プレス、p. 14.
  8. ^「ビュイック完全歴史」第3版、1987年、テリー・P・ダナムとローレンス・ガスティン。
  9. ^ホッブス、レナード・S.『ライト兄弟のエンジンとその設計』ワシントンD.C.：スミソニアン協会出版局、1971年、61、63ページ。
  10. ^ “Wright Engines” . 2016年4月28日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  11. ^ 「シボレー 1930 年代の一般仕様」。
  12. ^ 「フラットヘッドエンジン搭載のアメリカ車にとって最後の年は何年だったのか？」 2018年12月20日。
  13. ^ジョルガノ、GN (1982) [1968]. 「モーズリー」。ジョルガノ、GN (編)。新しい自動車百科事典 1885 年から現在まで(第 3 版)。ニューヨーク：EPダットン。 p.  407 . ISBN 0-525-93254-2。LCCN  81-71857。
  14. ^今ではホンダなどのメーカーも芝刈り機にOHCモーターを採用しています！
  15. ^ 「Automotive Engineering International Online: Powertrain Technology Newsletter」 . Sae.org. 2011年8月5日時点のオリジナルよりアーカイブ。2011年9月7日閲覧。
  16. ^ a b Webster, Larry (2004年5月). 「プッシュロッドエンジンの正当性がついに証明される」 . Car and Driver . 2014年8月26日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2014年12月31日閲覧。
  17. ^ 「OHV、OHC、SOHC、DOHCエンジンの違いは何ですか？」 www.samarins.com . 2019年12月19日閲覧。
「 https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Overhead_valve_engine&oldid=1327635238」より取得