Hengerenként négy szelep

A hengerenként négy szelep olyan motorlégzési elrendezés, amelyben minden égésteret két szívó- és két kipufogószelep szolgál ki, a régebbi konstrukciókban megszokott egyetlen szeleppár helyett. A korszerű benzin- és dízelüzemű személyautó-motoroknál ez vált alapelrendezéssé, mert érezhetően javítja, milyen szabadon képes a motor beszívni a levegőt és kifújni az elégett gázokat. A megoldás csalókán egyszerű ötlet, amely messzeható előnyökkel jár a teljesítmény, a hatásfok és a kibocsátás terén.

Az indok a szelep keresztmetszetére és az átáramlásra épül. A motor teljesítőképessége nagyban függ attól, mennyi levegőt tud átmozgatni a hengeren, ezt pedig a szelepek nyitott keresztmetszete korlátozza. A henger tetején lévő rögzített, kör alakú téren belül két adott típusú kisebb szelep nagyobb összesített nyitott keresztmetszetet és kerületet ad, mint egyetlen nagy szelep, ráadásul gyorsabban is tudnak nyitni-zárni, mert minden egyes szelep könnyebb. A motor így könnyebben lélegzik, különösen magas fordulatszámon, ahol az egyes szívóütemekre rendelkezésre álló idő nagyon rövid.

Második szerkezeti előny a gyújtógyertyával kapcsolatos. Ha a két szívó- és két kipufogószelep szimmetrikusan helyezkedik el az égéstér körül, a gyújtógyertya középre kerülhet, közvetlenül a dugattyú fölé. A központi gyújtás azt jelenti, hogy a lángfront rövidebb, egyenletesebb utat tesz meg az égéstér faláig, ami gyorsabb, teljesebb és egyenletesebb égést eredményez. Ez javítja a hatásfokot, csökkenti a kopogásra való hajlamot, és mérsékli az el nem égett szénhidrogének kibocsátását.

A négyszelepes elgondolás nem új – verseny- és repülőgépmotorokon már a huszadik század elején megjelent –, de csak akkor vált általánossá, amikor a gyártási pontosság és a vezérelt felüli vezérműtengelyek elterjedése gazdaságossá tette a hétköznapi autókban. Természetes párja a kettős felüli vezérműtengely (DOHC) elrendezés, amelyben az egyik vezérműtengely a szívó-, a másik a kipufogószelepeket működteti, így mind a négy szelep tiszta működtetést kap. Léteznek más elrendezések is, köztük a két szívó- és egy kipufogószelepes háromszelepes konstrukciók, valamint a nagy teljesítményű ötszelepes hengerfejek, ám a négy szelep bizonyult a légzés, a költség és a beépíthetőség legjobb egyensúlyának.

A gyakorlatban az elrendezés kézzelfogható előnyöket hoz a vezetőnek: szélesebb, használhatóbb teljesítménytartomány, magasabb biztonságos fordulatszám-határ, jobb üzemanyag-gazdaságosság és tisztább kipufogógáz, mindezt azonos lökettérfogatból. A nagyobb bonyolultság – kétszer annyi szelep, rugó, ülék és működtető alkatrész – kissé növeli a gyártási költséget és az alkatrészszámot, ám a megbízhatóság kiválónak bizonyult, és a kompromisszumot régóta megérőnek tartják.

Ezt az elrendezést a vezérműmű alkatrészeivel összefüggésben érdemes értelmezni, amelyekre épül. Közvetlenül a szelepek és az őket hajtó vezérműtengely működéséből indul ki, leggyakrabban DOHC-hengerfejjel valósul meg, és ellentétben áll az egyszerűbb háromszelepes technológiával, amelyet nagyrészt felváltott.