Technologia trzech zaworów

Technologia trzech zaworów to konstrukcja głowicy, która umieszcza nad każdą komorą spalania trzy zawory, w zdecydowanej większości przypadków rozmieszczone jako dwa zawory dolotowe oraz jeden, większy zawór wylotowy. Powstała jako świadome rozwiązanie pośrednie między utrwalonym od dawna układem dwuzaworowym, z jednym zaworem dolotowym i jednym wylotowym na cylinder, a bardziej zaawansowanym układem czterozaworowym, w dążeniu do uzyskania znacznej części korzyści w napełnianiu cylindra typowych dla tego drugiego, bez całego jego kosztu i złożoności.

Uzasadnienie tego układu tkwi w sposobie, w jaki silnik oddycha. Suw dolotu zasysa powietrze przy niewielkich różnicach ciśnień, więc hojne pole przekroju zaworów dolotowych przynosi duże korzyści w napełnianiu cylindra, a zatem w mocy; suw wylotu z kolei wypycha spaliny pod własnym ciśnieniem resztkowym cylindra i jest mniej wrażliwy na pole przekroju zaworu. Rozdzielenie zadania dolotu na dwa mniejsze zawory zwiększa łączny przekrój wlotu oraz poprawia zawirowanie i przygotowanie mieszanki, podczas gdy jeden duży zawór wylotowy uznaje się za wystarczający do usunięcia spalin. Umieszczenie świecy zapłonowej centralnie między trzema zaworami może dodatkowo poprawić spalanie.

Praktyczną zaletą jest to, że tę lepszą wymianę ładunku przez dolot można uzyskać, zachowując prostotę pojedynczego wałka rozrządu w głowicy, ponieważ umiarkowana liczba zaworów pozostaje do opanowania dla jednego wałka, który steruje nimi przez dźwigienki. Powstał silnik oddychający zauważalnie lepiej niż konstrukcja dwuzaworowa, z przyrostem momentu obrotowego w średnim zakresie i kulturą pracy, a mimo to pozbawiony dodatkowego wałka rozrządu, szerszej głowicy i większego kosztu pełnej jednostki czterozaworowej z podwójnym wałkiem. Kilku producentów, między innymi Mercedes-Benz oraz Ford, szeroko stosowało głowice trzyzaworowe w latach 90. i na początku lat 2000.

Konstrukcja niesie jednak nieodłączne kompromisy. Asymetria dwóch zaworów dolotowych i jednego wylotowego sprawia, że kształt komory spalania jest mniej idealny niż schludna symetria daszkowej głowicy czterozaworowej, a przepływ spalin przy bardzo wysokich obrotach silnika może stać się ograniczeniem. Wprowadzenie niezależnej zmiennej fazy rozrządu oraz dostosowanie do współczesnych strategii spalania jest również mniej proste niż w czystszym układzie czterozaworowym.

Z tych powodów technologię trzech zaworów najlepiej rozumieć jako rozwiązanie przejściowe, rozsądny kompromis inżynierski swojej epoki, który od tamtej pory został w dużej mierze wyparty. W miarę dojrzewania technik wytwarzania i spadku kosztu głowic czterozaworowych z podwójnym wałkiem rozrządu, lepsza wymiana ładunku, symetria oraz zgodność z podwójną niezależną zmienną fazą rozrządu uczyniły układ czterozaworowy naturalnym standardem niemal wszystkich współczesnych silników benzynowych. Głowica trzyzaworowa pozostaje mimo to wyraźnym przykładem tego, jak konstrukcja rozrządu równoważy przepływ powietrza, złożoność i koszt.