Hyötysuhteen ja venttiilimäärän yhteys

Venttiilien määrällä ei ainakaan teoreettiseen Karnough´n kieroprosessilla laskettavaan hyötysuhteeseen ole, miten on käytännössä?

Moniventtiilitekniikalla saadaan ainakin aikaa peinemmät mekaaniset häviöt,kun verrataan virtauspinta-alaan(2 v/syl. vrs 4 tai 5 v/syl).
Elikkä vähemmän liikkuvan massan aiheuttamia häviöitä.
Ja parempi kaasunvaihto merkitsee yleensä myös parempaa hyötysuhdetta koneelle(=pienemmät virtaushäviöt).
Hyötysuhteeseen yleensä tosin vaikuttaa sitten paljon muutakin kuin venttiilien lukumäärä(voitelujärjestelmä,laakerointi,puristussuhde,etc).

Hyötysuhdetta parantaa tasaisempi seos sylinterissä. Jos on epäsuora ruisku, niin neliventtiilitekniikalla saavutetaan selkeä etu verrattuna kaksiventtiilitekniikkaan.

Toisaalta venttiilit myös huonontavat hyötysuhdetta, sillä energiaa kuluu venttiilien käyttämiseen.

Saldo on kuitenkin positiivinen.

Kuvitellaan, että on kaksi painoltaan samanlaista autoa. Niillä ajetaan sama sykli liikenteessä täsmälleen samanlailla kiihdyttäen ja jarrutellen. Toisessa autossa on kuitenkin pienempi moottori kuin toisessa.

Kumpi kuluttaa vähemmän?

Pienempimoottorisempi. Ja miksi?

Moottorin hyötysuhde riippuu kuormituksesta. Eli mitä syvemmälle kaasupoljinta painetaan, sitä enemmän kaasuläppä aukeaa ja sitä pienemmän ovat alipainehäviöt ja sitä parempi kaasunvaihto. Pienempimoottorisemman auton kaasupoljinta joudutaan painamaan syvemmälle, että se kulkisi samanlailla suurimoottorisen kanssa, joten pienempimoottorisempi käy jatkuvasti korkeammalla kuormituksella ja sitäkautta korkeammalla hyötysuhteella.

Miksei sitten kaikissa autossa ole pientä moottoria, jos se kuluttaa vähemmän?

Kuluttajat haluavat halvan ja tehokkaan auton, joka kuluttaa vähän polttoainetta. Toisin sanoen kuluttajat vaativat ristiriitaisia ominaisuuksia autoltaan.

Eli siis autotehtaan kannattaa tehdä pieni moottori (halpa ja vähänkuluttava), jolla on suuren moottorin tehot (korkea viritysaste) Moniventtiilisyys on yksi viritysasteen nostokeinoista. Moniventtiilisyys ei siis kasvata hyötysuhdetta, jos moottoria ei pienennetä samalla.

Kaasuvirtaus etsii aina lyhimmän tien. Kun pakotahdin lopussa 2 venttiiliä on yhtä aikaa auki ja tuorekaasu tulee imuventtiilistä sylinteriin ja syrjäyttää jäännöspakokaasuja, kaasuvirtaus pyrkii suoraan aukosta toiseen ja jättää sylinterin ulkokehällä olevat alueet huuhtelematta.

Neliventtiilisyys jakaa kaasuvirtauksen tasaisemmin vähentäen "kuolleita" kohtia, vaikka sen virtauspinta-ala ei olisi yhtään suurempi kuin 2-venttiilisen. Tästä on tietysti hyötyä vain, jos venttiilit ovat hetken yhtä aikaa auki eli niiden avautumat on limitetty (overlap). Limitys voi johtaa myös uuden täytöksen joutumisen osittain suoraan pakokanavaan, joten varsinkin kat-autoissa limitystä ei suosita.

Jakamalla yhden venttiilin massa kahteen eri pienemään venttiiliin saadaan venttiilikoneiston toimintanopeutta kasvatettua. Kevyemmät venttiilit tottelevat sekä nokkia että jousia nopeammin, joten kitkat pienenevät.

16-venttiilisen virtauspinta-ala ei siis ole ainoa syy venttiileiden tuplamäärään, vaan myös tasaisempi virtausjakauma. Pienempien massavoimien ansiosta 16-venttiilinen kestää myös korkeampia käyntinpeuksia kulumatta.