Τέσσερις Βαλβίδες ανά Κύλινδρο

Οι τέσσερις βαλβίδες ανά κύλινδρο είναι μια διάταξη αναπνοής κινητήρα στην οποία κάθε θάλαμος καύσης εξυπηρετείται από δύο βαλβίδες εισαγωγής και δύο βαλβίδες εξαγωγής, αντί για το μοναδικό ζεύγος που συναντούσε κανείς στους παλαιότερους σχεδιασμούς. Έχει γίνει η προεπιλεγμένη διάταξη για τους σύγχρονους βενζινοκινητήρες και πετρελαιοκινητήρες επιβατικών αυτοκινήτων, επειδή βελτιώνει σημαντικά το πόσο ελεύθερα μπορεί ένας κινητήρας να αναρροφά αέρα και να εξωθεί τα καμένα αέρια. Η διάταξη είναι μια φαινομενικά απλή ιδέα με εκτεταμένα οφέλη για την ισχύ, την απόδοση και τους ρύπους.

Η λογική στηρίζεται στην επιφάνεια των βαλβίδων και στη ροή. Η ικανότητα ενός κινητήρα να παράγει ισχύ εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το πόσο αέρα μπορεί να διακινήσει μέσα από τον κύλινδρο, και αυτό περιορίζεται από την ανοιχτή επιφάνεια των βαλβίδων του. Μέσα στον καθορισμένο κυκλικό χώρο στην κορυφή ενός κυλίνδρου, δύο μικρότερες βαλβίδες ενός δεδομένου τύπου προσφέρουν μεγαλύτερη συνολική επιφάνεια ανοίγματος και περίμετρο από όση μια μεγάλη βαλβίδα, και μπορούν επίσης να ανοίγουν και να κλείνουν ταχύτερα επειδή κάθε επιμέρους βαλβίδα είναι ελαφρύτερη. Ο κινητήρας έτσι αναπνέει πιο εύκολα, ιδίως στις υψηλές στροφές όπου ο διαθέσιμος χρόνος για κάθε διαδρομή εισαγωγής είναι πολύ σύντομος.

Ένα δεύτερο δομικό πλεονέκτημα αφορά το μπουζί. Με δύο βαλβίδες εισαγωγής και δύο εξαγωγής διατεταγμένες συμμετρικά γύρω από τον θάλαμο, το μπουζί μπορεί να βρίσκεται στο κέντρο, ακριβώς πάνω από το έμβολο. Ένα κεντρικό σημείο ανάφλεξης σημαίνει ότι το μέτωπο της φλόγας διανύει μια μικρότερη, πιο ομοιόμορφη απόσταση προς τα τοιχώματα του θαλάμου, παράγοντας ταχύτερη, πιο πλήρη και πιο σταθερή καύση. Αυτό βελτιώνει την απόδοση, μειώνει την τάση για κρουστική καύση και χαμηλώνει τις εκπομπές άκαυστων υδρογονανθράκων.

Η ιδέα των τεσσάρων βαλβίδων δεν είναι καινούργια — εμφανίστηκε σε αγωνιστικούς και αεροπορικούς κινητήρες στις αρχές του εικοστού αιώνα — αλλά καθιερώθηκε ευρέως μόνο όταν η ακρίβεια κατασκευής και η δημοτικότητα των εκκεντροφόρων στην κεφαλή την έκαναν οικονομική για τα συνηθισμένα αυτοκίνητα. Συνδυάζεται φυσικά με τη διάταξη διπλού εκκεντροφόρου στην κεφαλή (DOHC), στην οποία ένας εκκεντροφόρος χειρίζεται τις βαλβίδες εισαγωγής και ένας άλλος τις βαλβίδες εξαγωγής, δίνοντας καθαρή ενεργοποίηση και των τεσσάρων. Υπάρχουν εναλλακτικές διατάξεις, όπως σχεδιασμοί τριών βαλβίδων με δύο εισαγωγής και μία εξαγωγής, καθώς και κεφαλές υψηλών επιδόσεων με πέντε βαλβίδες, αλλά οι τέσσερις βαλβίδες έχουν αποδειχθεί η καλύτερη ισορροπία αναπνοής, κόστους και διάταξης.

Στην πράξη η διάταξη φέρνει απτά οφέλη στον οδηγό: μια πλατύτερη, πιο αξιοποιήσιμη κατανομή ισχύος, ένα υψηλότερο ασφαλές όριο στροφών, καλύτερη οικονομία καυσίμου και καθαρότερη εξάτμιση, όλα από τον ίδιο κυβισμό. Η επιπλέον πολυπλοκότητα — διπλάσιες βαλβίδες, ελατήρια, έδρες και εξαρτήματα ενεργοποίησης — ανεβάζει ελαφρώς το κόστος κατασκευής και τον αριθμό των εξαρτημάτων, αλλά η αξιοπιστία έχει αποδειχθεί εξαιρετική και ο συμβιβασμός θεωρείται από καιρό συμφέρων.

Αυτή η διάταξη κατανοείται καλύτερα σε σχέση με τα εξαρτήματα του συστήματος βαλβίδων από τα οποία εξαρτάται. Στηρίζεται άμεσα στη λειτουργία των ίδιων των βαλβίδων και του εκκεντροφόρου που τις κινεί, υλοποιείται κατά κανόνα μέσω μιας κεφαλής DOHC, και αντιπαρατίθεται στην απλούστερη τεχνολογία των τριών βαλβίδων που σε μεγάλο βαθμό αντικατέστησε.