Cztery zawory na cylinder

Cztery zawory na cylinder to układ napełniania silnika, w którym każdą komorę spalania obsługują dwa zawory dolotowe i dwa wydechowe, zamiast pojedynczej pary spotykanej w starszych konstrukcjach. Stał się on domyślnym rozwiązaniem dla nowoczesnych benzynowych i wysokoprężnych silników samochodów osobowych, ponieważ wyraźnie poprawia swobodę, z jaką silnik zasysa powietrze i usuwa spaliny. Konfiguracja ta to z pozoru prosty pomysł o dalekosiężnych korzyściach dla mocy, sprawności i emisji.

Uzasadnienie opiera się na powierzchni przekroju zaworów i przepływie. Zdolność silnika do wytwarzania mocy zależy w dużej mierze od tego, ile powietrza zdoła przepuścić przez cylinder, a wartość tę ogranicza powierzchnia otwarcia zaworów. W obrębie stałej, kolistej przestrzeni w głowicy cylindra dwa mniejsze zawory danego typu dają większą łączną powierzchnię otwarcia i obwód niż mógłby zapewnić jeden duży zawór, a do tego mogą szybciej się otwierać i zamykać, bo każdy z osobna jest lżejszy. Silnik łatwiej więc oddycha, zwłaszcza przy wysokich obrotach, gdy czas dostępny na każdy suw dolotowy jest bardzo krótki.

Druga przewaga konstrukcyjna dotyczy świecy zapłonowej. Przy dwóch zaworach dolotowych i dwóch wydechowych rozmieszczonych symetrycznie wokół komory świeca zapłonowa może znaleźć się w centrum, dokładnie nad tłokiem. Centralny punkt zapłonu sprawia, że czoło płomienia pokonuje krótszą i bardziej równomierną drogę do ścianek komory, co daje szybsze, pełniejsze i bardziej powtarzalne spalanie. Poprawia to sprawność, ogranicza skłonność do spalania stukowego i obniża emisję niespalonych węglowodorów.

Idea czterech zaworów nie jest nowa — pojawiła się w silnikach wyścigowych i lotniczych na początku XX wieku — lecz upowszechniła się dopiero, gdy precyzja produkcji i popularność wałków rozrządu w głowicy uczyniły ją opłacalną dla zwykłych samochodów. Naturalnie łączy się z układem dwóch wałków rozrządu w głowicy (DOHC), w którym jeden wałek napędza zawory dolotowe, a drugi wydechowe, zapewniając czyste uruchamianie wszystkich czterech. Istnieją rozwiązania alternatywne, w tym konstrukcje trójzaworowe z dwoma zaworami dolotowymi i jednym wydechowym oraz wyczynowe głowice pięciozaworowe, lecz cztery zawory okazały się najlepszym kompromisem między napełnianiem, kosztem a rozmieszczeniem podzespołów.

W praktyce układ ten daje kierowcy wymierne korzyści: szerszy, łatwiejszy w wykorzystaniu zakres mocy, wyższy bezpieczny limit obrotów, niższe zużycie paliwa i czystsze spaliny, wszystko przy tej samej pojemności skokowej. Większa złożoność — dwukrotnie więcej zaworów, sprężyn, gniazd i elementów napędu — nieco podnosi koszt produkcji i liczbę części, lecz niezawodność okazała się znakomita, a kompromis od dawna uznaje się za opłacalny.

Układ ten najlepiej rozumieć w powiązaniu z elementami rozrządu, na których się opiera. Buduje bezpośrednio na działaniu samych zaworów i napędzającego je wałka rozrządu, najczęściej realizowany jest poprzez głowicę typu DOHC i stanowi przeciwieństwo prostszej technologii trójzaworowej, którą w dużej mierze wyparł.