逆流シリンダーヘッド

エンジン技術において、リバースフローまたは非クロスフロー シリンダー ヘッドとは、吸気ポートと排気ポートがエンジンの同じ側にあるシリンダー ヘッドのことです。ガスはシリンダー ヘッドに入り、方向を変えてヘッドから出ると考えられます。これは、クロスフロー シリンダー ヘッドの設計 とは対照的です。

リバースフローシリンダーヘッドの主な利点は、流入する吸入ガスと排出される排気ガスの両方が燃焼室内で同じ方向に渦を巻く傾向があることです。^[1]クロスフローヘッドでは、吸入ガスと排気ガスが反対方向の渦を促進するため、オーバーラップ中に渦の方向が変わります。オーバーラップ中の一定の渦によりリバースフローシリンダーヘッドはよりよい混合を促進し、したがって末端ガスの掃気もよりよくなります。吸入ガスは排気口から出る前に方向を変えなければならないため、オーバーラップ中に混合する前に新鮮な混合気が排気口から出る可能性が低くなります。全体的に、これにより容積効率が向上し、排出量が削減されます。

キャブレター エンジンでは、燃料の霧化が不十分だと、低回転数での効率と出力が低下します (高回転数では、空気の速度が大きいため、混合気が浮遊状態になります)。逆流シリンダー ヘッドの吸気マニホールドは、ヒート ライザーによって排気口に接続され、さらに熱を伝達できるため、低回転数での応答性と排出ガスが改善されます。

量産エンジンでは、吸気マニホールドと排気マニホールドを 1 つのユニットとして鋳造することでコストを削減できます。これにより、吸気マニホールドにさらに熱が伝達されるため、マニホールド加熱やその他の関連デバイスが不要になります。このようなエンジンは全体的にシンプルで、コールド スタートが改善されます。

逆流設計は、一般的に、究極のエンジニアリングの可能性という点ではクロスフロー設計より劣ると考えられ^ています。その理由は 2 つあります。まず、吸気ポートと排気ポートがヘッドの片側に一列に並んでいるとスペースが限られ、クロスフロー ヘッドに比べてポート面積が小さくなります。これは主に、空気の流れを制限することで高回転時のパワー伝達に影響します。次に、吸気マニホールドと排気マニホールドがエンジンの同じ側にあり、近接しているため、吸気マニホールドとキャブレター(該当する場合) が排気によって加熱されます。この加熱により、吸入充填の密度が低下し、エンジンの容積効率が低下します。火花点火式ガソリン エンジンでは、熱によって過早点火やデトネーションの可能性も高まり、許容圧縮比が制限されてパワーと効率の両方が低下します。^[要出典]

エンジニアリングでは、最初の問題に対する解決策をいくつか見つけました。たとえば、吸気ポートを排気ポートよりも高い位置に配置するなどです。この方法では、フランジや留め具用の十分なスペースを残しつつ、より大きなポートを使用できます。ただし、排気ポートの回転半径が小さくなるという問題があります。この問題は、ポートが大きいことで多少は相殺されます。BMC A シリーズや Holden 6 気筒エンジンで使用されているもう 1 つの一般的な解決策は、サイアム ポートです。この構成では、1 つの大きなポートが 2 つの隣接するシリンダに燃料を供給します。面積の増加は、2 つの隣接するポート間の材料を効果的に除去することで得られます。この解決策では、1 つのシリンダがポートから燃料を「奪い」、次のシリンダの混合気が少なくなるという、電荷の奪い合いが促進されます。これは、ポートを共有する 2 つのシリンダが点火順序に関して等間隔ではないために発生します。たとえば、 1-3-4-2 の点火順序を持つLeyland Miniでは、1 番と 2 番の入口が並列になっており、3 番と 4 番の入口も並列になっています。最初に 3 番がポートから混合気を吸い出し、4 番には少なく残ります。1 番と 2 番が吸い出している間にポートは再び混合気で満たされ、このプロセスが繰り返され、1 番と 4 番のシリンダーには常に混合気が不足した状態になります。また、並列ポートでは不規則なパルスにより、音響および慣性ラムエアのチューニングの効果が低下する可能性があります。大きいポートは高回転でのみ必要であり、低回転で空気速度を向上させるには小さいポートが望ましいことを覚えておく必要があります。チャージ ロビングと低空気速度のため、大きい並列ポートは高回転のレース モーターにより適しています。

熱の問題は、ポートの高さをずらして配置し、排気ヘッダーに耐熱ラップとコーティングを使用することで、無視できるほど問題にならない程度にまで最小限に抑えることができます。熱を利点として利用することもできます。

強制吸気を使用する場合、大きなポート流量は、エンジンが自然吸気の場合ほど重要ではありません。つまり、リバースフローヘッドの一般的に劣る流量は、それほど不利ではありません。ターボチャージャーの初期の頃は、リバースフローヘッドにより、ブロースルーまたはドロースルーキャブレターを使用し、インタークーラーなしで、ターボチャージャーのコンプレッサー出口から吸気マニホールドに直接吹き込むことができました。これにより、より短い吸気配管を使用できるようになり、ターボラグが減少し、流量制限が低下しました。インタークーラーと燃料噴射を使用する最新のターボチャージャー構成では、リバースフローヘッドへの配管がより困難であり、ターボがエンジンの排気側にあり、チャージがエンジンの前にあるインタークーラーを通過して反対側の 吸気マニホールドに入るクロスフローヘッドに最適です。

リバースフローヘッドは、低回転性能と製造の容易さから、量産型キャブレターエンジンに最適でした。ポート加工（特にサイアミーズ）と吸気マニホールドと排気ヘッダーの分離により、高性能化のために設計を変更することができます。この構成は、キャブレター付きの非インタークールターボチャージャーにも最適です。しかし、燃料噴射と電子点火の出現により、リバースフローヘッドの利点のほとんどが現代のエンジンでは不要になり、その結果、設計の人気は低下しました。リバースフローヘッドは、レイランドミニ、クライスラースラン6、ホールデン、フォードインライン6のファンを含む愛好家の間では今でも人気があります。実際、オーストラリアのフォード愛好家の中には、250 2Vリバースフローヘッドが、それを置き換えたホンダ設計のクロスフローヘッドよりも優れていると考える人もいます^[要出典]。