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吸気/吸気オーバー排気、または「IOE」エンジンは、米国ではFヘッドとして知られ、バルブトレインが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サイドバルブで構成される4ストローク 内燃エンジンです。 [1]
IOE エンジンは初期のオートバイに広く使用されており、当初はカム作動のバルブトレインではなくエンジンの吸引力で吸気バルブが作動していました。エンジン速度の上昇に伴って吸引作動の吸気バルブに限界が来たため、メーカーは吸気バルブに機械式バルブトレインを追加して設計を変更しました。ウィリス、ロールスロイス、ハンバーなど、数社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 吸気システムを搭載した直列 4 気筒および 6 気筒エンジンを製造しました。
1896 年のフォード クワドリサイクルなど、逆システムである排気口上吸気 (EOI) を備えた設計もいくつか製造されています。
説明
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上部のシリンダー ヘッドにあり、ロッカー アームによって操作されます。ロッカー アームはプッシュロッドの動きを逆転させ、吸気バルブが燃焼室に向かって下向きに開きます。排気マニホールドとそのバルブは、ブロック内のシリンダーの横またはシリンダーの一部として配置されています。[2]排気バルブはピストンとほぼ平行または正確に配置されています。バルブの面は上向きで、独立したプッシュロッドによって操作されるのではなく、タペットまたはバルブ リフターと一体型バルブ 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操作されます。 [要出典]バルブは片側にオフセットされており、ポケットのように見える形状になっているため、IOE エンジンには「ポケット バルブ」という用語が使用されています。[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兼ね備えており、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向きに開きます。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と同様に、カムシャフトによって直接作動する一体型プッシュロッド/バルブステムを介して上向きに開きます。
起源
最も初期のIOEレイアウトでは、弱いスプリングで閉じた状態に保たれ、ピストンが吸気行程で下がったときに生じる圧力差によって開く大気圧吸気バルブが使用されていました。[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、弱いスプリングではエンジン速度が上昇してもバルブを十分な速さで閉じることができませんでした。これにはより強力なスプリングが必要となり、開くには直接的な機械的動作が必要になりました。15 PSIの大気圧では圧力差を生み出すことで得られる総力が制限されるためです。つまり、15ポンド (6.8 kg) のスプリングが理論上の限界ですが、実用上は通常より軽いスプリングが使用されていました。このシステムの限界に達したとき、ヘッドの鋳造に大きな変更を加えることなく、吸気バルブを開く機械システムと、バルブを閉じるためのより強力なスプリングを追加することで設計が改善されました。[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き、スプリングで閉じました。[4]
利点と欠点
IOE設計では、サイドバルブ（またはLヘッド）エンジン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る。[2]サイドバルブ/フラットヘッドエンジンに対する利点には、コンパクトな燃焼室、適切に配置されたスパークプラグ、混合気の渦による冷却効果、[6]とより良い吸気混合気の流れも含まれる。[要出典]欠点には、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、これが燃焼率に影響を与え、ピストンヘッドにホットスポットを作り出す可能性があること、バルブの位置が悪く、効率的な掃気を妨げることなどがある。ロッカーアームとプッシュロッドの複雑さが加わるため、サイドバルブエンジンよりも製造が複雑で高価であるだけでなく、ロッカーアームがシリンダーヘッド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になるのに対し、サイドバルブエンジンのシリンダーは単純にクローズドエンドシリンダーである。
ローバーIOEエンジン
ローバーは、より先進的な形態のIOEエンジンを採用した。これは、1940年代中期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]ブロックの上面は斜めに加工されており、ピストンクラウンもそれに合わせて「傾斜屋根」状に角度が付けられていた。TDCでは、ピストンは角度の付いた吸気バルブにほぼ接触し、シリンダ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「スクイッシュ」を提供した。 [8]結果として得られた燃焼室の形状は、通常の「ヘミヘッド」設計とは逆で傾斜していたものの、ほぼ理想的な半球形であった。[8]スパークプラグは中央に取り付けられており、[6]スクイッシュによって生成された乱流と相まって、[8]火炎経路が短くなった。[6]ピストンと吸気バルブの間のガス層が薄いため、質の悪い燃料でも爆発するリスクが軽減され、ランドローバーで長く使用され続けた要因の1つとなった。[要出典] 1940年代後半から1950年代前半にかけて、入手可能なガソリンが低オクタン価の 「プール」ガソリンだけだった時代に、ローバーは、より一般的なサイドバルブや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を実現できた。[7]
角度の付いたバルブを備えた珍しい燃焼室の配置は、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、小さなくさび形のロッカーを操作します。初期のモデルでは、カムシャフトはロッカー上の単純なパッドに対して作用していましたが、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 組目の長いフラット ロッカーまで伸びるプッシュロッドに対して作用します。ローバーのエンジンは、1940 年代以前の多くの英国設計と同様に、小口径、ロング ストローク (アンダースクエア) エンジンであり、RAC税の馬力定格を可能な限り低く抑え、道路税を可能な限り低く抑えていました。[要出典] IOE レイアウトにより、ローバーは小口径エンジンで通常可能なものよりも大きなバルブを使用でき、呼吸が改善され、パフォーマンスが向上しました。[6]
ローバーIOEエンジンファミリーには直列4気筒（1.6および2.0リッター）と直列6気筒（2.1、2.2、2.3、2.4、2.6、3.0リッター）のエンジンがあり、P3、P4、P5モデルの形で同社の戦後の製品ラインの多くに搭載されました。1.6および2.0 IOEエンジンの改良版は、ランドローバーの初期バージョンにも使用されました。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）まででした。2.6 6気筒IOEエンジンは特に長い歴史を持ちました。ローバーP4セダンに使用された後、 1963年からは2Aフォワードコントロールモデルでロングホイールベースのランドローバーモデルに追加され、その後1967年にはボンネット付き109インチに追加され、 [9] 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のままでした。
類似のパッカードシリンダーヘッド
燃焼室の形状を「逆半ヘッド」とし、角度の付いたシリンダーヘッドジョイントと傾斜した屋根のピストンクラウンを採用したこのエンジンは、1930年にヴァン・ランストが設計したパッカードV12エンジンですでに採用されていたが、このエンジンではバルブは両方ともサイドバルブとしてブロック内にあり、点火プラグは燃焼室の端に不適切に配置されていた。[10]
他のユーザー
- オートバイ
IOEのバルブトレインレイアウトは、主にフランスのDe Dion-Boutonによる設計に基づいて、初期のアメリカのオートバイで広く使用されていました。[11] ハーレーダビッドソンは、1912年まで大気圧吸気バルブ付きのIOEエンジンを使用し、[12] 1911年から1929年までは機械駆動の吸気バルブを使用していました。 [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、Excelsior、Henderson、Aceなどがあります。[16]
- 自動車
ハドソンは1919年から1923年にかけてエセックスシリーズの車にIOE直列4気筒エンジンを搭載し[17]、1927年から1929年にかけてハドソンシリーズの車にIOE直列6気筒エンジンを搭載しました[18]。
ヨーロッパでは同時期にイギリスのコベントリーにあるハンバー社がIOEエンジンを搭載した幅広い車種を生産していたが、1920年代末にヒルマン社と共用する安価なLヘッドエンジンを搭載したモデルに取って代わられ、段階的に廃止された。
第二次世界大戦後のウィリスとその後継企業カイザージープは、 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ました。 [19]
ロールスロイス社は、第二次世界大戦の直前に設計された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、ロールスロイスはイギリス陸軍の戦闘車両用のBシリーズエンジンを派生させ、ロールスロイス社（オースティンチャンプ に使用されたB40の場合はモリスモーターズ社）によって4気筒、6気筒、8気筒バージョン（B40、B60、B80）が軍用車両、消防車、さらにはバス向けに生産された。より進歩した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で175馬力とされる直列6気筒IOEエンジンで、BMCによってヴァンデンプラスプリンセス4リッターRサルーンカーに使用された。[22]この車は6000台以上が製造された。[要出典]
排気過剰吸気（EOI）
いくつかのエンジンは逆の構成で作られており、排気バルブがシリンダーヘッドにあり、吸気バルブがブロック内にあります。ABCスクータモータはこの構成のエンジンで生産を開始しましたが[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ました。[23]
1936年と1937年、インディアンフォーはバルブの位置が逆転し、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るようになった。理論的には、これにより燃料の気化が改善され、エンジンは実際により強力になった。しかし、新しいシステムにより、シリンダーヘッドが非常に熱くなった。排気バルブのリンケージは頻繁に調整する必要があった。1938年に、設計は元のIOE構成に戻された。[14] [15]
参照
参考文献
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このタイプのレイアウトの主な利点は、より大きな吸気バルブを使用できることですが、重量が重くなるため、最大許容エンジン速度にも制限が課せられます。
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、この設計は吸気上排気、または IOE と呼ばれていました。バルブはシリンダー ボアの片側にずれていたため、同じ設計はポケット バルブと呼ばれていました。詩的な言い方をすると、バルブ トレインは F 字型に似ており、特に後期にはプッシュロッドとロッカー アームが加わったため、このシステムは F ヘッドとして知られています。
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IOE
吸気上排気。吸気バルブが（サイド）排気バルブの真上に配置されるバルブレイアウト。初期のエンジンでは一般的で、大気圧バルブ エンジンの発展形です。
- ^ ガードラー、アラン、ハッセイ、ロン (2003)。「第 2 章: 1909 モデル 5D - 最初の V ツイン」。ハーレーダビッドソン: アメリカのオートバイ。モーターブックス クラシック。ロン ハッシーによる写真。モーターブックス インターナショナル。p. 29。ISBN 978-0-7603-1651-1
1911 年に V ツインが再び生産されましたが、基本的な考え方は同じでしたが、今回はベルト テンショナーと、吸気バルブ用の適切なカム ローブとロッカーとスプリングが付属していました
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ボアとストロークの寸法のみが戦前のオーバーヘッドバルブレイスエンジンと共有されており、この「Fヘッド」レイアウトの主な利点は、大きなバルブとバルブシートの周りの十分なウォータージャケットです。
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