オーバーヘッドバルブエンジン

オーバーヘッド バルブ エンジン(略してOHV ) は、プッシュロッド エンジンとも呼ばれ、バルブが燃焼室の上のシリンダー ヘッドにあるピストン エンジンです。これは、バルブがエンジン ブロック内の燃焼室の下に位置するフラットヘッド (または「サイドバルブ」) エンジンとは対照的です。

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 バルブがありますが、「オーバーヘッド バルブ エンジン」という用語の一般的な使用法は、カムシャフトがエンジン ブロック内にあ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」という用語の由来) とロッカー アームを使用して伝達され、エンジン上部のバルブを操作します。ただし、一部の設計では、カムシャフトがシリンダー ヘッド内にありながら、バルブの下または横に配置されているため ( Ford CVHとOpel CIH が良い例です)、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]

最初の内燃機関は蒸気機関に基づいていたため、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、いくつかの自動車やオートバイではシリンダー ヘッドに吸気バルブが取り付けられていましたが、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 エンジンのようにエンジン ブロック内に取り付けられていました。

1894年のディーゼルエンジンのプロトタイプは、カムシャフト、プッシュロッド、ロッカーアームによって作動するオーバーヘッドポペットバルブを使用していたため、^{[3] [4]、}最初のOHVエンジンとなりました。1896年に、ウィリアム・F・デイビスがシリンダーヘッドを冷却するために液体冷却剤を使用するOHVエンジンで米国特許563,140を取得しましたが、^{[5] [6]}実用的なモデルは製造されませんでした。

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（当時の名称はビュイック・オート・ヴィム・アンド・パワー・カンパニー）に雇用され、そこで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、これによりピストンと平行にポペットバルブが開いた。マーは1904年にビュイックに戻り（オーバーヘッドカムシャフト設計を採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た後）、同じ年に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で発売された。このエンジンはビュイック社にとって大成功を収め、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。

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た。^{[9] [10]} 1911年、シボレーはビュイックに加わり、OHVエンジンをほぼ独占的に使用した。^[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あり続け、^[12]その後OHVエンジンに取って代わられ始めた。

最初のオーバーヘッドカムシャフト（OHC）エンジンは1902年にマールに登場しました。^[13]しかし、この設計の使用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世紀の初めまでに、ほとんどの自動車エンジン（一部の北米の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レースでは、チーム ペンスキーが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車で出場しました。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より高いブースト圧の使用が許可され、他のチームが使用する OHC エンジンと比較して出力が大幅に増加しました。チーム ペンスキーは予選でポールポジションを獲得し、大差でレースに勝利しました。

21世紀初頭、ゼネラルモーターズとクライスラーのいくつかのプッシュロッドV8エンジンは、燃料消費量と排気ガス排出量を削減するために気筒休止を採用しました。2008年には、可変バルブタイミングを採用した最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）に導入されました。^[15]

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ングが小さい： OHVエンジンのカムインブロック設計により、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]
• 両方のシリンダー バンクに同じシリンダー ヘッド鋳造品を使用: V 型エンジン設計では、両方のシリンダー ヘッドが各シリ​​ンダー バンクの前面で互いに鏡像になります。V 型 OHV エンジン設計では、2 番目のバンクで反転するだけで、両方のバンクに同じシリンダー ヘッド鋳造品を使用できます。ゼネラル モーターズの LS ベースのスモール ブロック エンジンファミリは、この種の OHV V 型エンジンの一般的な例です。
• よりシンプルなカムシャフト駆動システム： OHVエンジンは、 OHCエンジンよりもカムシャフトの駆動システムが単純です。 ^[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、複雑さが増します。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、はるかに短いチェーンまたは直接ギア接続で駆動される場合があります。ただし、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、この点は多少相殺されます。
• 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、通常ブロック内に 1 つのカムシャフトしかないため、はるかに低くなります。一方、OHC エンジンでは、シリンダー バンクごとに 2 つのカムシャフトがあるため、シリンダー ヘッドを通るオイル通路が必要です。OHV ヘッドでは、プッシュロッド エンド、トラニオン、およびロッカー チップのロッカー アームの潤滑のみが必要です。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じて行われます。潤滑要件が軽減されると、より小型で低容量のオイル ポンプが使用されることもあります。

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すが、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）が多くあります。これらのバルブトレイン部品の慣性により、OHVエンジンは高エンジン回転数（RPM）でバルブフロートが発生しやすくなります。 ^[1]
• バルブの数と位置の制約： OHVエンジンでは、プッシュロッドとヘッド鋳造物にそれらを収容する必要性によって、吸気ポートのサイズと形状、およびバルブの位置が制限されます。その結果、OHVエンジンではシリンダーあたり2つ以上のバルブを持つことはまれですが、OHCエンジンでは4つのバルブを持つことが多く、燃焼と排気の速度が速くなります。^[17]