IOEエンジン

吸気/排気上側、または「IOE」エンジンは、米国ではFヘッドとして知られており、シリンダーヘッド内のOHV吸気バルブとエンジンブロック内の排気側バルブで構成されるバルブトレインを持つ4ストローク内燃機関です。 ^{[ 1 ]}

IOEエンジンは初期のオートバイで広く使用され、当初はカム作動式バルブトレインではなく、エンジンの吸気によって吸気バルブが作動していました。エンジン回転数の上昇に伴い、吸気作動式吸気バルブの限界に達すると、メーカーは吸気バルブに機械式バルブトレインを追加することで設計を改良しました。ウィリス、ロールス・ロイス、ハンバーなどの一部の自動車メーカーも、乗用車と軍用車両の両方にIOEエンジンを製造しました。ローバーは、特に効率的なIOE吸気システムを採用した直列4気筒および6気筒エンジンを製造しました。

排気側が吸気側（EOI）となる逆システムを採用した設計もいくつか製造されており、例えば1896年のフォード・クアドリサイクルなどが挙げられる。

Fヘッド/IOEエンジンでは、吸気マニホールドとそのバルブはシリンダーヘッド内のシリンダー上部に配置され、プッシュロッドの動きを反転させるロッカーアームによって作動し、吸気バルブが燃焼室に向かって下方に開きます。排気マニホールドとそのバルブは、シリンダーの横またはシリンダーの一部としてブロック内に配置されます。^{[ 2 ]}排気バルブはピストンとほぼ平行または完全に平行で、その面は上を向いており、個別のプッシュロッドではなく、タペットまたはバルブリフターと一体型のバルブステム/プッシュロッドを介してカムシャフトと接触することによって作動します。バルブは片側にオフセットされ、ポケットのように見える形状を形成していたため、IOEエンジンでは「ポケットバルブ」という用語が使われるようになりました。^{[ 3 ]} Fヘッドエンジンは、オーバーヘッドバルブエンジンとフラットヘッドエンジンの両方の特徴を組み合わせたもので、吸気バルブはプッシュロッドとロッカーアームを介して作動し、オーバーヘッドバルブエンジンのように下方に開きます。一方、排気バルブはシリンダーからオフセットされており、フラットヘッドエンジンのバルブのように、カムシャフトによって直接作動される一体型プッシュロッド/バルブステムを介して上方に開きます。

初期の IOE レイアウトでは、大気圧吸気バルブが使用され、弱いスプリングで閉じられ、ピストンが吸気行程で下降したときに発生する圧力差によって開かれました。^{[ 4 ]}これは低速の初期エンジンではうまく機能し、非常にシンプルで安価であるという利点がありましたが、エンジンの回転数が上がると、弱いスプリングではバルブを十分に速く閉じることができませんでした。そのため、より強いスプリングが必要となり、さらに開くには直接的な機械的動作が必要になりました。これは、15 PSI の大気圧が圧力差を作り出すことで得られる総力を制限するため、15 ポンド (6.8 kg)のスプリングが理論上の限界であり、実際にはより軽いスプリングが一般的に使用されたことを意味します。このシステムの限界に達すると、吸気バルブを開くための機械システムと、それを閉じるためのより強いスプリングを追加することで、ヘッド鋳造に大きな変更を加えることなく設計が改良されました。^{[ 5 ]}どちらの場合も、排気バルブはブロック内にあり、タペットまたはバルブリフターを介してカムシャフトと接触することで開かれ、スプリングによって閉じられました。^{[ 4 ]} 

IOE 設計では、サイドバルブ (または L ヘッド) やオーバーヘッドバルブエンジンよりも大きなバルブを使用できます。^{[ 2 ]}サイドバルブ/フラットヘッドに対する利点としては、コンパクトな燃焼室、適切な位置にあるスパークプラグ、混合気の渦による冷却効果、^{[ 6 ]}および吸気混合気の流れの改善などが挙げられます。欠点としては、オーバーヘッドバルブ エンジンよりも複雑な形状の燃焼室があり、燃焼速度に影響を与え、ピストン ヘッドにホット スポットが発生する可能性があること、バルブの位置が劣るため効率的な掃気を妨げることなどが挙げられます。ロッカー アームとプッシュ ロッドの複雑さが増すため、サイドバルブ エンジンよりも製造が複雑で高価であり、ロッカー アームがシリンダー ヘッドの上に配置されているため物理的に大きくなり、シリンダー ヘッドに吸気バルブとポートが必要ですが、サイドバルブ エンジンのシリンダーは単に閉じた端のシリンダーです。

Fタイプ 1923年のオリンピアモーターショーで、コベントリークライマックスは4種類のFタイプ4気筒水冷エンジンをリストアップした。[13] 全てストロークは100mmで、ボアは59mm（1,094cc）、63mm（1,247cc）、66mm（1,368cc）、69mm（1,496cc）だった。GWK車は1920年後半からコベントリークライマックスの広告に登場しており、コベントリークライマックス10.8hp 4気筒エンジンを搭載していた。これは66mmボアのFタイプと同じ馬力だった。[14] エンジンは単体でも、 3速ギアボックスと一体構造でも入手できた。[15]

OC

クロスリー10馬力のOC型エンジン。当初、OCは排気量1,122ccの直列4気筒エンジンとして製造され、ボア63mm、ストローク90mm、オーバーヘッド吸気バルブ、サイド排気バルブを備え、34bhp（25kW）の出力を発生しました。1930年代初頭に導入され、トライアンフもライセンス生産を行いました。

MC OC エンジンは 1933 年までに MC エンジンへと変化した。外観はほぼ同じだが、内部には違いがあった。排気量は 1,122 cc、IOE、直列 4 気筒であることに変わりはないが、カムシャフトとカムフォロワーが異なっていた。フライホイールのタイミングマークは、OC のように下側からではなく、エンジンの上部から見えるようになった。キャブレターは、サイドドラフトのソレックス、ダウンドラフトの SU、プログレッシブチョークのダウンドラフト、そしてトライアンフ エンジンではより大型のサイドドラフト SU システムなど、さまざまな種類があった。エンジンは、ウォーターポンプやファンを使わず、サーモサイフォンによる水冷式だった。

JM MC エンジンの 6 気筒バージョンである JM は、ボア 59 mm、排気量 1,476 cc で、42 bhp (31 kW) を発揮しました。JMC バージョンでは、ボアを 63 mm に拡大することで排気量を 1,683 cc に増やし、48 bhp (36 kW) を発揮しました。4 気筒エンジンとは異なり、ウォーター ポンプとオイル フィルターの両方を備えていました。4 気筒エンジンはサーモサイフォンのみに頼っており、オイル フィルターはありませんでした。

ローバーは、より高度なIOEエンジンを採用した。これは1940年代半ばから後半にかけてジャック・スウェインによって設計され、1948年から1990年代初頭まで生産された。^{[ 7 ]}従来のFヘッドIOEとは異なり、このエンジンは単純な製造ではなく、良好な燃焼のために設計された効率的な燃焼室を備えていた。^{[ 8 ]}ブロックの上面は角度をつけて機械加工され、ピストンクラウンはそれに合わせて「傾斜屋根」状に角度がつけられていた。上死点では、ピストンは角度のついた吸気バルブにほぼ接触し、シリンダー直径の半分だけ横にオフセットされた燃焼室自体に良好な「スキッシュ」を提供した。 ^{[ 8 ]}結果として、燃焼室の形状は、通常の「ヘミヘッド」設計とは逆向きで傾いているものの、ほぼ理想的な半球形となった。 ^{[ 8 ]}スパークプラグは中央に取り付けられており、これと^{[ 6 ]スキッシュによって発生する乱流[ 8 ]}により、短い火炎経路が実現した。^{[ 6 ]}ピストンと吸気バルブの間のガス層が非常に薄いため、劣悪な燃料によるデトネーションのリスクが低減され、これがランドローバーで長期間使用され続けた要因の一つとなった。1940年代後半から1950年代初頭にかけて、入手可能なガソリンが低オクタン価の「プール」ガソリンのみであった時代には、この方式により、より一般的なサイドバルブまたはオーバーヘッドバルブ設計を採用した多くの競合他社よりも高い圧縮比で運転することができた。^{[ 7 ]}

角度のついたバルブを備えた珍しい燃焼室配置は、珍しいバルブトレインにもつながりました。ブロックに取り付けられたカムシャフトは、各バルブに1つずつある小さな楔形のロッカーを操作します。初期モデルでは、カムシャフトはロッカー上の単純なパッドに作用しますが、後のモデルではこのパッドはローラーフォロワーに置き換えられました。排気ロッカーはバルブに直接作用し、吸気ロッカーは、吸気バルブを操作する2番目のより長い平らなロッカーにつながるプッシュロッドに作用します。ローバーエンジンは、1940年代以前の多くの英国設計と同様に、RAC税の馬力定格をできるだけ低く抑え、道路税をできるだけ低く抑えるために、小径ロングストローク（アンダースクエア）エンジンでした。IOEレイアウトにより、ローバーは通常小径エンジンでは不可能なより大きなバルブを使用することができ、吸排気効率と性能が向上しました。^{[ 6 ]}

ローバーのIOEエンジンファミリーは、直列4気筒（1.6リッターと2.0リッター）と直列6気筒（2.1リッター、2.2リッター、2.3リッター、2.4リッター、2.6リッター、3.0リッター）のエンジンで構成され、戦後の同社のラインナップの多くをP3、P4、P5モデルとして駆動した。1.6リッターと2.0リッターのIOEエンジンの改良版は、初期のランドローバーにも使用された。出力は50bhp（ランドローバー1.6）から134bhp（P5 3リッターMkIIおよびIII）までであった。2.6リッター6気筒のIOEエンジンは特に長い歴史を持つ。ローバーP4サルーンカーで使用された後、1963年からロングホイールベースのランドローバーモデル2Aフォワードコントロールモデルに追加され、1967年にはボンネット付き109インチ^{[ 9 ]}にも追加され、1980年にローバーV8に置き換えられるまでオプション装備として残っていました。

オートバイ

IOEバルブトレインレイアウトは、主にフランスのド・ディオン・ブートンによる設計に基づいて、初期のアメリカ製オートバイで広く使用されました。^{[ 11 ]}ハーレーダビッドソンは、 1912年まで大気圧吸気バルブを備えたIOEエンジンを使用し、^{[ 12 ]} 1911年から1929年までは機械駆動吸気バルブを備えたIOEエンジンを使用しました。 ^{[ 13 ]}インディアンは、1936年と1937年に製造されたものを除くすべての4気筒バイクにIOEバルブトレインを使用しました。 ^{[ 14 ] [ 15 ]} IOEエンジンを使用した他のアメリカのオートバイメーカーには、エクセルシオール、ヘンダーソン、エースなどがあります。^{[ 16 ]}

自動車

ハドソンは1919年から1923年までエセックスシリーズの車にIOE直列4気筒エンジンを使用し^{[ 17 ]}、1927年から1929年までハドソンシリーズの車にIOE直列6気筒エンジンを使用した^{[ 18 ]。}

同時期、ヨーロッパではイギリスのコベントリーにあるハンバー・リミテッドがIOEエンジンを搭載した様々な車種を生産していたが、1920年代末にはヒルマンと共通の安価なLヘッドエンジンを搭載したモデルに置き換えられた。

第二次世界大戦後、ウィリス社とその後継会社カイザー・ジープ社は、 1950年から1971年までウィリス・ハリケーンエンジンの派生型を使用していた。^{[ 19 ]}

ロールス・ロイスは、第二次世界大戦直前に設計された IOE 直列 6 気筒エンジンを、戦後のシルバー レイスに使用した。^{[ 20 ] [ 21 ]} このエンジンから、ロールス・ロイスは、軍用車両、消防車、さらにはバス向けに、ロールス・ロイスが 4 気筒、6 気筒、8 気筒バージョン (B40、B60、B80) を生産した英国陸軍戦闘車両用の B シリーズ エンジンを開発した。オースチン チャンプに使用された B40 の場合は、モーリス モーターズが 軍用車両に使用した。より高度なショート ストローク乗用車開発である FB60 エンジンは、排気量 3909cc、公称出力 175 馬力の直列 6 気筒 IOE エンジンで、BMC がヴァンデン プラス プリンセス 4 リッター R サルーン車に使用した。^{[ 22 ]}この車は 6000 台以上製造された。

排気バルブがシリンダーヘッドに、吸気バルブがブロックにある逆構成のエンジンも製造されている。ABC Skootamota はこの構成のエンジンで生産を開始したが、^{[ 23 ] [ 24 ]}生産終了前にオーバーヘッドバルブエンジンに変更された。^{[ 23 ]}

1936年と1937年には、インディアン・フォーのバルブ位置が反転し、排気バルブがヘッドに、吸気バルブがブロックに配置されました。理論的には、これにより燃料の気化が改善され、実際にエンジンの出力は向上しました。しかし、この新しいシステムではシリンダーヘッドが非常に高温になりました。排気バルブのリンケージは頻繁に調整する必要がありました。1938年には、設計は元のIOE構成に戻りました。^{[ 14 ] [ 15 ]}

• ハーレーダビッドソン エンジンの歴史