오버헤드 캠축 엔진

Overhead camshaft engine
DOHC 실린더 헤드의 단면도

오버헤드 캠축(OHC) 엔진은 캠축이 연소실 [1][2]위의 실린더 헤드에 위치한 피스톤 엔진입니다.이는 캠축이 엔진 [3]블록의 연소실 아래에 위치한 이전의 오버헤드 밸브 엔진(OHV)과는 대조적입니다.

단일 오버헤드 캠축(SOHC) 엔진에는 실린더 뱅크당 하나의 캠축이 있습니다.듀얼 오버헤드 캠축(DOHC, "트윈 캠"[4]이라고도 함) 엔진에는 뱅크당 2개의 캠축이 있습니다.DOHC 엔진을 사용하는 최초의 생산차는 1910년에 만들어졌다.DOHC 엔진의 사용은 1940년대부터 서서히 증가하였고, 2000년대 초반에는 대부분의 자동차에서 DOHC [citation needed]엔진을 사용하게 되었다.

설계.

1987 Honda D15A3 OHC 실린더 헤드(실린더당 밸브 3개 포함)

오버헤드 캠축 엔진의 캠축은 엔진 상단에서 연소실 위에 위치합니다.이는 캠축이 엔진 블록 아래쪽에 위치한 이전의 오버헤드 밸브 엔진(OHV) 및 플랫헤드 엔진 구성과 대조됩니다.OHC 및 OHV 엔진의 밸브는 모두 연소실 위에 있지만, OHV 엔진의 경우 캠축에서 밸브로 움직임을 전달하기 위해 푸시로드 및 로커 암이 필요한 반면, OHC 엔진의 경우 캠축에 의해 직접 작동되는 밸브가 있습니다.

OHC 엔진의 왕복 구성 요소는 OHV 구성 요소보다 적고 밸브 트레인 관성이 적기 때문에 엔진 [1]RPM이 높을 때 밸브 플로트가 줄어듭니다. 단점은 캠축 구동에 사용되는 시스템(현대 엔진의 경우 일반적으로 타이밍 체인)이 OHC 엔진에서 더 복잡하다는 것입니다.

OHC 엔진의 또 다른 주요 장점은 [1]피해야 할 푸시 로드가 없기 때문에 흡기 및 배기 포트의 크기, 위치 및 모양을 최적화할 수 있는 유연성이 높다는 것입니다.그러면 엔진을 통과하는 가스 흐름이 개선되어 출력 및 연비가 향상됩니다.

OHC 엔진의 단점은 실린더 헤드를 탈거해야 하는 엔진 수리 중에 캠축 엔진 타이밍을 재설정해야 한다는 것입니다.1920-1940년 OHC 엔진을 장착한 모리스와 울즐리 자동차에서도 윤활 시스템의 오일 누출이 [5]: 15–18 문제가 되었습니다.

1973 Triumph Dolomite Sprint SOHC 엔진(기통당 4개의 밸브가 있는 비정상적인 배열)

단일 오버헤드 캠축(SOHC)

오버헤드 캠축 엔진의 가장 오래된 구성은 싱글 오버헤드 캠 또는 싱글 캠 [1][6]설계입니다.SOHC 엔진에는 실린더 뱅크당 하나의 캠축이 있으므로 직선 엔진에는 총 하나의 캠축이 있습니다.총 2개의 캠축(실린더 뱅크당 1개)이 있는 V 또는 플랫 엔진은 파란색 이중 오버헤드 캠축 엔진이 아닌 단일 오버헤드 캠축 엔진입니다.

숫자에 관계없이 캠축은 일반적으로 로커 [1][6]암을 통해 밸브를 간접적으로 작동시킵니다.

대부분의 SOHC 엔진에는 실린더당 2개의 밸브가 있습니다.그러나 1973년식 Triumph Dolomite Sprint 엔진과 Honda J Series V6 엔진과 같은 일부 엔진은 실린더당 4개의 밸브가 있는 SOHC 구성이었다.이는 캠축이 실린더 헤드 중앙에 위치하여 동일한 길이의 로커 암이 흡기 [7]및 배기 밸브를 작동시킴으로써 실현되었습니다.이 배치는 밸브트레인 질량을 최소화하고 전체 엔진 [8][9][10]크기를 최소화하면서 실린더당 4개의 밸브를 제공하기 위해 사용되었습니다.

이중 오버헤드 캠축(DOHC)

1977년 스즈키 GS550 DOHC 모터사이클 엔진(상면)

이중 오버헤드 캠, 이중 오버헤드 캠 또는 트윈 캠 엔진에는 실린더 [1][2][6]헤드의 뱅크당 흡기 밸브 및 배기 밸브용으로 각각 하나씩 2개의 캠축이 있습니다.따라서 직선 엔진에는 2개의 캠축이 있고 V 엔진 또는 플랫 엔진에는 총 4개의 캠축이 있습니다.때때로 DOHC V 엔진은 쿼드 캠 엔진으로 판매되기도 하지만, "추가" 2개의 캠축은 다른 DOHC 엔진에 비해 이점을 제공하기보다는 엔진 레이아웃의 결과입니다.용어를 더욱 혼동하기 위해 할리 데이비슨, 인도, 라일리 모터스, 트라이엄프사가 제조한 일부 SOHC 플랫 트윈 및 V-트윈 모터사이클 엔진은 "트윈 캠 엔진"이라는 잘못된 용어로 판매되고 있습니다.

대부분의 DOHC 엔진에는 실린더당 4개의 밸브가 있지만, 실린더당 2개의 밸브가 있는 DOHC 엔진에는 알파 로미오 트윈 캠 엔진, 재규어 XK6 엔진, 초기 Ford I4 DOHC 엔진 및 Lotus Ford 트윈 캠 [6]엔진이 포함됩니다.

일반적으로 캠축은 버킷 태핏을 통해 밸브를 직접 작동시킵니다.DOHC 설계는 SOHC 엔진보다 흡기 밸브와 배기 밸브 사이의 각도가 넓어 엔진을 통과하는 공연 혼합물의 흐름을 개선합니다.또한 스파크 플러그를 최적의 위치에 배치할 수 있어 연소 효율을 높일 [6][dead link]수 있습니다.

구성 요소들

타이밍 벨트/타이밍 체인

주요 기사:타이밍 벨트(캠샤프트)
장착 시 고무 타이밍 벨트

캠축의 회전은 크랭크축에 의해 구동됩니다.많은 21세기 엔진은 [1][6][11]고무와 케블라로 만들어진 톱니 모양의 타이밍 벨트를 사용하여 캠축을 구동합니다.타이밍 벨트는 저렴하고 소음이 최소화되며 [12]: 93 윤활이 필요하지 않습니다.타이밍 벨트의 단점은 [12]: 94 벨트를 정기적으로 교체해야 한다는 것입니다. 권장되는 벨트의 수명은 일반적으로 약 50,000-100,000km(31,000-62,000mi)[12]: 94–95 [13]: 250 입니다.타이밍 벨트를 제때 교체하지 않고 고장이 발생하며 엔진이 간섭 엔진일 경우 엔진이 크게 손상될 수 있습니다.

오버헤드 캠축을 구동하기 위한 최초의 자동차용 타이밍 벨트 적용은 1953년 미국에서 [14]: 62 SCCA H-수정 레이싱 시리즈를 위해 제작된 Devin-Panhard 레이싱 스페셜이었습니다.이 엔진은 Norton 모터사이클 [14]: 62 엔진의 구성 요소를 사용하여 SOHC 엔진으로 변환된 Panhard OHV 플랫-트윈 엔진을 기반으로 합니다.타이밍 벨트를 사용한 최초의 생산차는 1962년식 글라스 1004 소형 [15]쿠페였다.

현대 엔진에 일반적으로 사용되는 또 다른 캠축 구동 방법은 타이밍 체인으로, 1열 또는 2열의 금속 롤러 [1][6][11]체인으로 구성됩니다.1960년대 초까지 대부분의 생산용 자동차 오버헤드 캠축 설계는 체인을 사용하여 캠축을 구동했습니다.[5]: 17 타이밍 체인은 보통 정기적으로 교체할 필요가 없지만, [13]: 253 타이밍 벨트보다 소음이 크다는 단점이 있습니다.

기어트레인

크랭크축과 캠축 사이의 기어 트레인 시스템은 무거운 [16]트럭에 사용되는 디젤 오버헤드 캠축 엔진에 일반적으로 사용됩니다.기어 트레인은 경트럭이나 자동차용 [1]OHC 엔진에서 덜 일반적으로 사용됩니다.

기타 캠축 구동 시스템

베벨축 구동 캠축이 있는 Norton 모터사이클 엔진

1950년대까지 몇몇 OHC 엔진은 캠축을 구동하기 위해 베벨 기어가 있는 샤프트를 사용했습니다.예를 들어 1908-1911 Maudslay 25/[17][18]30, Bentley [19]3L, 1929-1932 MG Midget, 1925-1948 Velocette [20]K 시리즈, 1931-1957 Norton International 및 1947-1962 Norton Manx [21]등이 있습니다.최근에는 1950~1974년형 Ducati Single,[22] 1973~1980년형 Ducati L-win 엔진, 1999~2007년형 가와사키 W650 및 2011~2016년형 가와사키 W800 모터사이클 엔진이 베벨축을 [23][24]사용하고 있다.크로슬리 4기통 엔진은 1946년부터 1952년까지 캠축 구동에 샤프트 타워 디자인을 사용한 마지막 자동차 엔진이었다. 크로슬리 엔진 형식에 대한 권리는 1952년 제너럴 타이어, 1955년 파졸, 1959년 크로프톤, 1961년 호멜라이트, 1966년 피셔 피어스 등 몇몇 다른 회사들에 의해 구매되었다.자동차 공장 문을 열고 몇 년 동안 같은 엔진을 계속 생산했습니다.

세 세트의 크랭크와 로드를 병렬로 사용하는 캠축 구동은 영국에서 [25][26][27]제작된 1920~1923년식 Leyland Eight 럭셔리 카에서 사용되었습니다.1926-1930 Bentley Speed Six와 1930-1932 [27][28]Bentley 8L에도 유사한 시스템이 사용되었습니다.1958-1973 NSU Prinz의 [5]: 16-18 많은 모델에서는 양 끝에 균형추(calentweight)가 있는 2로드 시스템이 사용되었습니다.

역사

1900–1914

최초의 오버헤드 캠축 엔진으로는 영국에서[18]: 210 [5]: 906 [29] 제작된 1902 Maudslay SOHC 엔진과 미국에서 [30][31]제작된 1903 Marr Auto Car SOHC 엔진이 있습니다.최초의 DOHC 엔진은 1912년 프랑스 그랑프리에서 우승한 차에 동력을 공급한 푸조 인라인 4 레이싱 엔진이었다.DOHC 엔진을 장착한 또 다른 푸조는 1913년 프랑스 그랑프리에서 우승했고, 이어서 SOHC 엔진을 장착한 메르세데스-벤츠 18/100 GP가 1914년 프랑스 그랑프리에서 우승했다.

1910-1914년 이탈리아에서 제작된 이소타 프라스키니 티포 KM은 SOHC [32]엔진을 사용한 최초의 생산차 중 하나였다.

제1차 세계 대전

1917-1930년 네이피어 라이온 항공기 엔진의 DOHC 실린더 헤드

제1차 세계 대전 동안 연합국과 중앙 강대국, 특히 독일 제국의 Luftstreitkréfte 공군 모두 군용 항공기 엔진에 자동차 경주 엔진의 오버헤드 캠축 기술을 신속하게 적용하고자 했습니다.메르세데스 18/100 GP 차량의 SOHC 엔진(1914년 프랑스 그랑프리 우승)은 메르세데스 및 롤스로이스의 항공기 엔진의 출발점이 되었다.Mercedes는 일련의 6기통 엔진을 만들었고, 그 결과 Mercedes D가 탄생했다.III. 롤스로이스는 전쟁 초기에 영국에 남겨진 레이싱카를 기반으로 메르세데스 실린더 헤드 디자인을 리버스 엔지니어링하여 롤스로이스 이글 V12 엔진을 만들었습니다.다른 SOHC 설계에는 스페인식 히스파노-수이자 8 V8 엔진(완전 밀폐 드라이브 트레인이 포함), 미국식 리버티 L-12 V12 엔진이 포함되었으며, 이는 이후 메르세데스 D를 바짝 따라붙었다.IIIa 디자인은 부분적으로 노출된 SOHC 밸브트레인 설계, Max Friz 디자인은 독일 BMW IIIa 스트레이트 6 엔진입니다.DOHC 네이피어 라이온 W12 엔진은 1918년부터 영국에서 제작되었습니다.

이러한 엔진의 대부분은 샤프트를 사용하여 크랭크축에서 엔진 상단의 캠축으로 구동력을 전달했습니다.대형 항공기 엔진(특히 공랭식 엔진)은 상당한 열팽창을 경험하여 실린더 블록의 높이가 운영 조건에 따라 변동하게 됩니다.이러한 팽창으로 인해 푸시 로드 엔진이 어려움을 겪었기 때문에 슬라이딩 스플라인과 함께 샤프트 드라이브를 사용하는 오버헤드 캠축 엔진이 이러한 팽창을 허용하는 가장 쉬운 방법이었다.이러한 베벨 축은 일반적으로 블록 외부의 외부 튜브에 들어 있었으며 "타워 축"[33]으로 알려져 있습니다.

  • 1914–1918 Hispano-Suiza 8A SOHC aircraft engine

    1914-1918 히스파노-수이자 8A SOHC 항공기 엔진

  • 1914–1918 Hispano-Suiza 8Be SOHC aircraft engine with "tower shafts" at the rear of each cylinder bank

    1914-1918 Hispano-Suiza 8Be SOHC 항공기 엔진으로 각 실린더 뱅크 뒤쪽에 "타워 샤프트"가 있음

  • Later production (1917-18) Mercedes D.III upper valvetrain details sketch, its design features copied by the BMW III and the Allied Liberty L-12 engines

    이후 생산(1917-18) 메르세데스 D.III 상부 밸브트레인 세부 사항 스케치, BMW III 및 Allied Liberty L-12 엔진에 의해 복사된 설계 기능

  • Detail closeup of a Liberty L-12's upper valvetrain, showing the similarity to the later-production Mercedes design

    L-12의 상부 밸브트레인의 세부 클로즈업으로 최신 Mercedes 디자인과의 유사성 확인

1919–1944

1933 부가티 59식 8번 스트레이트 레이싱 엔진

초창기 미국식 오버헤드 캠축 생산 엔진은 1921~1926년식 [34]Duccenberg Model A 고급차에 사용된 SOHC 스트레이트 8 엔진이었다.

1926년, Sunbeam 3L Super Sports는 DOHC [35][36]엔진을 사용한 최초의 생산차가 되었습니다.

미국에서는 1928년 DOHC 스트레이트 8 엔진을 탑재한 듀센버그 모델 J를 출시하면서 DOHC 엔진(기존 SOHC 엔진과 함께)을 추가했다.1931-1935년식 Stutz DV32는 DOHC 엔진을 사용한 또 다른 초기 미국 고급차였다.또한 미국에서는 DOHC Offenhauser 레이싱 엔진이 1933년에 도입되었습니다.이 인라인 4 엔진은 1934년부터 1970년대까지 북미 오픈휠 레이스를 지배했다.

다른 초기 SOHC 자동차 엔진으로는 1920~1923년식 Wolseley Ten, 1928~1931년식 MG 18/80, 1926~1935년식 싱어 주니어, 1928~1929년식 Alfa Romeo 6C Sport 등이 있다.초기 오버헤드 캠축 모터사이클에는 1925~1949년식 벨로케트 K 시리즈와 1927~1939년식 노턴 CS1이 포함되었다.

1945년 ~ 현재

1946~1949년 크로슬리 CoBra SOHC 엔진

1946~1948년식 크로슬리 CC Four는 SOHC [37][38][39]엔진을 사용한 최초의 미국 양산차였다.이 소형 양산 엔진은 1950년 세브링 [37]: 121 12시간의 우승자에게 힘을 실어주었다.

DOHC 구성의 사용은 스포츠카를 시작으로 제2차 세계대전 이후 점차 증가했습니다.이 시기의 상징적인 DOHC 엔진으로는 1948~1959년식 라곤다 스트레이트 6 엔진, 1949~1992년식 재규어 XK 스트레이트 6 엔진 및 1954~1994년식 알파 로미오 트윈 캠 인라인 4 [40][41]엔진이 있습니다.1966-2000 Fiat Twin Cam 인라인 4 엔진은 타이밍 [42]체인 대신 톱니형 타이밍 벨트를 사용한 최초의 DOHC 엔진 중 하나였다.

1980년대에는 연료 소비와 배기 가스 배출을 줄이면서 성능을 향상시켜야 한다는 요구로 일본 [40]제조업체를 시작으로 주류 차량에 DOHC 엔진의 사용이 증가했습니다.2000년대 중반까지 대부분의 자동차 엔진은 DOHC [citation needed]레이아웃을 사용했습니다.

「 」를 참조해 주세요.

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