OHV

3. 구조

OHV 엔진은 캠샤프트가 실린더 블록 내부에 위치하는 캠인블록(cam-in-block) 설계를 채택하여, OHC 엔진에 비해 전체 크기가 작아지는 장점이 있다. 특히 V형 엔진에서는 무게 중심과 후드 높이를 낮추는 데 유리하다.^[16] 또한, V형 OHV 엔진은 두 실린더 뱅크에 동일한 실린더 헤드 주물을 사용할 수 있어, 제너럴 모터스 LS 기반 스몰 블록 엔진과 같이 부품 호환성을 높일 수 있다.

캠축 구동 시스템은 OHC 엔진보다 단순하다.^[16] OHC 엔진은 타이밍 벨트나 체인을 사용하여 캠축을 구동하고 텐셔너를 필요로 하는 반면, OHV 엔진은 캠축이 크랭크축에 가깝게 위치하여 짧은 체인이나 기어로 구동된다.

윤활 시스템 역시 간단하다. OHV 엔진은 실린더 헤드에 윤활이 필요한 부분이 로커 암, 트러니언, 로커 팁 정도로, 중공 푸시로드를 통해 윤활유를 공급받는다. 따라서 별도의 윤활 시스템이 필요하지 않고, 더 작고 용량이 작은 오일 펌프를 사용할 수 있다.

하지만 긴 푸시로드는 관성 질량과 열팽창에 의한 치수 변화, 구동 시의 탄성 변형 등의 문제가 발생할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 캠축을 높은 위치에 배치하여 푸시로드를 짧게 만든 하이 캠축 방식이 사용되기도 한다.^[20] 하이 캠축 방식은 롤러 체인 등으로 캠축을 구동하며, 밸브 계통의 왕복 관성 중량이 SOHC 엔진에 비해 크지 않다. 또한, 헤드 바로 위에 캠축이 없어 DOHC 엔진처럼 중앙 점화 플러그와 이상적인 밸브 배치를 할 수 있다. 엔진 하부의 실린더 블록 내에 캠을 배치하는 구조 덕분에 소음 면에서도 OHC보다 유리한 경우가 많다.

SV 엔진을 OHV 엔진으로 개조하는 것도 가능하다. 흡배기 포트와 동력 밸브 기구를 가진 헤드로 교체하고, 사이드 밸브가 통과하던 부분에 푸시로드를 설치하면 된다. 초기 OHV 엔진 중에는 SV 엔진을 기반으로 한 경우가 있었으며, SV 엔진을 OHV 엔진으로 개조하는 키트도 존재한다.

한편, 흡기 밸브는 OHV, 배기 밸브는 SV인 IOE(intake/inlet over exhaust) 엔진도 존재했다. IOE 엔진은 윌리스 시대의 지프나 할리데이비슨 등에서 볼 수 있으며, 미국에서는 "F 헤드", 일본에서는 "F두식"^[19]이라고 불린다. 자동차와 모터사이클에서는 OHV의 등장으로 쇠퇴했지만, 범용 석유 발동기에서는 그 후에도 많이 사용되었다. 반대로 흡기 밸브가 SV, 배기 밸브가 OHV인 EOI(Exhaust over intake) 엔진도 있었다.

3. 1. 작동 원리

• '''전반적인 크기 감소:''' OHV 엔진의 캠인블록 설계는 동일한 OHC 엔진에 비해 전체 크기를 줄여 V형 엔진 설계에서 무게 중심과 후드 높이에 이점을 줄 수 있다.^[16]
• '''더 간단한 캠축 구동 시스템:''' OHV 엔진은 OHC 엔진보다 캠축 구동 시스템이 덜 복잡하다.^[16]
• '''더 간단한 윤활 시스템:''' OHV 실린더 헤드의 윤활 요구 사항은 훨씬 적다.

• '''제한된 엔진 속도:''' OHV 엔진은 밸브 트레인에 더 많은 수의 움직이는 부품이 있어 고속 (RPM)에서 밸브 플로트에 더 취약하게 만든다.^[1]
• '''밸브 수량 및 위치에 대한 제약:''' OHV 엔진에서 흡기 포트의 크기와 모양, 밸브의 위치는 푸시로드와 헤드 주물에 푸시로드를 수용해야 하는 필요성에 의해 제한된다.^[17]

3. 2. 주요 부품

캠축이 실린더 옆에 위치하여 푸시로드라 불리는 긴 봉을 통해 로커 암을 움직여 밸브를 여닫는다. 따라서 '''푸시로드 엔진'''이라고 불리는 경우도 있다.

4. 장단점

OHV 엔진은 캠 샤프트가 실린더 옆에 위치하여, 푸시로드(pushrod)라는 긴 봉을 통해 로커 암을 움직여 밸브를 여닫는 방식이다. '푸시로드 엔진'이라고도 불린다. 최초의 OHV 엔진은 스코틀랜드계 미국인 데이비드 던바 뷰익(David Dunbar Buick)이 개발하였다.

OHV는 사이드 밸브 방식에 비해 연소실을 작게 만들 수 있어, 열효율과 출력을 향상시킬 수 있다. 연소실 표면적이 작아져 열 손실이 줄고, 노킹을 억제하는 연소실 형상을 만들기 쉬우며, 압축비를 높일 수 있기 때문이다.

하지만, OHV는 왕복 운동하는 부품이 많고, 특히 푸시로드의 중량 때문에 고회전에서 밸브의 움직임이 불안정해지는 밸브 점프나 밸브 서징이 발생하기 쉽다. 따라서 엔진의 허용 회전수를 높이는 데 한계가 있다. 이 때문에 자동차용 소형 엔진에서는 부품 수 감소와 경량화에 유리한 OHC 방식이 주로 사용되며, OHV는 중형 이상에서 주로 찾아볼 수 있다.

비행기나 선박 엔진에서는 정해진 회전수 이상으로 고속 회전할 필요가 없고, 내구성과 신뢰성이 중요하기 때문에 OHV를 사용하는 경우가 많다.

1994년 인디애나폴리스 500에서 팀 펜스케는 자체 제작한 메르세데스-벤츠 500I 푸시로드 엔진을 장착한 차량으로 출전, 규정의 허점을 이용하여 더 큰 배기량과 높은 과급 압력으로 OHC 엔진에 비해 큰 출력을 얻었다.

21세기 초, 제너럴 모터스와 크라이슬러는 연료 소비와 배기 가스 배출량을 줄이기 위해 가변 실린더 제어를 사용하는 푸시로드 V8 엔진을 개발했다. 2008년에는 Dodge Viper (4세대)에 가변 밸브 타이밍을 사용하는 최초의 양산 푸시로드 엔진이 도입되었다.^[15]

한편, 흡기 밸브는 OHV, 배기 밸브는 SV인 IOE(intake/inlet over exhaust) 엔진도 존재했다. IOE 엔진은 윌리스 시대의 지프나 할리데이비슨 등에서 볼 수 있으며, 미국 등에서는 "F 헤드", 일본에서는 "F두식"^[19]이라고 통칭된다.

4. 1. 장점

• '''작은 크기:''' OHV 엔진의 캠인블록 설계는 엔진 전체 크기를 줄여 V형 엔진 설계에서 무게 중심과 후드 높이를 낮출 수 있다.^[16]
• '''간단한 캠샤프트 구동 시스템:''' OHC 엔진보다 캠샤프트 구동 시스템이 덜 복잡하다.^[16] OHC 엔진은 타이밍 벨트, 체인 또는 여러 체인을 사용하여 캠축을 구동하며, 텐셔너가 필요하다. 반면, OHV 엔진은 캠축이 크랭크축에 가깝게 위치하여 짧은 체인이나 직접 기어 연결로 구동된다.
• '''간단한 윤활 시스템:''' OHV 실린더 헤드는 윤활 요구 사항이 적다. 블록 내에 단일 캠축을 가지는 반면, OHC 엔진은 실린더 뱅크당 2개를 가질 수 있어 실린더 헤드를 통과하는 오일 통로가 필요하다. OHV 헤드는 푸시로드 끝단의 로커 암, 트러니언 및 로커 팁에 대한 윤활만 필요하며, 이는 중공 푸시로드 자체를 통해 제공된다. 따라서 더 작고 용량이 작은 오일 펌프를 사용할 수 있다.
• '''실린더 헤드 주물 공유 (V형 엔진):''' V형 엔진 설계에서는 동일한 실린더 헤드 주물을 양쪽 뱅크에 사용할 수 있다. 제너럴 모터스 LS 기반 스몰 블록 엔진 제품군이 이러한 종류의 OHV V형 엔진의 예시이다.

4. 2. 단점

• '''제한된 엔진 속도:''' OHV 엔진은 캠축 구동 시스템은 더 간단하지만, 밸브 트레인(리프터, 푸시로드, 로커 암)에 더 많은 수의 부품이 움직인다. 이러한 밸브 트레인 부품의 관성은 OHV 엔진을 고속(RPM)에서 밸브 플로트에 더 취약하게 만든다.^[1]
• '''밸브 수량 및 위치 제약:''' OHV 엔진에서 흡기 포트의 크기와 모양, 밸브의 위치는 푸시로드와 헤드 주물에 푸시로드를 수용해야 하는 필요성에 의해 제한된다. 결과적으로 OHV 엔진이 실린더당 2개 이상의 밸브를 갖는 경우는 드물지만, OHC 엔진은 종종 4개를 갖추어 더 높은 연소율과 배기를 가능하게 한다.^[17]

5. 사용 예

OHV 엔진은 비행기나 선박에 사용되는 왕복 엔진에서 많이 사용되는데, 이는 프로펠러를 정해진 회전수보다 고속으로 회전시킬 필요가 없고, 내구성과 신뢰성이 뛰어나기 때문이다.^[22] 이는 사용 회전 영역이 낮은 디젤 엔진에도 해당된다.

자동차용 디젤 엔진 중 소형 엔진은 가솔린 엔진과의 설계 공통화가 진행되면서, OHC가 유리하여 OHV는 도태되었다.^[22] 반면 트럭·버스용 중형 및 대형 엔진 중 일부는 OHV 기구를 유지하면서도, 자동차 배출 가스 규제에 대응하기 위해^[23], 4밸브화 되기도 하였다.^[24]

모터스포츠에서는 NASCAR에서 참가 차량의 엔진을 OHV로 한정하고 있다.^[33]

오토바이의 경우 할리데이비슨은 1936년 너클 헤드 엔진 이후 전통적으로 OHV 형식의 공랭 V형 2기통 엔진을 계속 탑재해왔다.

OHV는 구조가 단순하여 정비가 용이하고, 경량·컴팩트하다는 이점이 있어, 4행정 엔진에 의한 자가발전기, 펌프, 농경용 등의 범용 엔진과 같이 자동차 이외의 용도에서는 주역의 자리를 유지하고 있다.^[22]

5. 1. 항공기 엔진

5. 2. 자동차

5. 2. 1. 미국

5. 2. 2. 일본

5. 3. 모터스포츠

5. 4. 오토바이

5. 5. 범용 엔진

참조

_[1] 웹사이트 HowStuffWorks "Camshaft Configurations" http://auto.howstuff[...] Auto.howstuffworks.com 2000-12-13
_[2] 웹사이트 Part I: V-engines https://www.topspeed[...] 2006-07-29
_[3] 서적 Die Entstehung des Dieselmotors. Springer 1913
_[4] 서적 Theorie und Konstruktion eines rationellen Wärmemotors zum Ersatz der Dampfmaschinen und der heute bekannten Verbrennungsmotoren Springer Berlin Heidelberg 1893
_[5] 웹사이트 U.S. patent 563140 http://patentimages.[...] 2017-06-07
_[6] 웹사이트 Patent Images http://pdfpiw.uspto.[...] 2018-05-08
_[7] 서적 Walter L. Marr, Buick's Amazing Engineer Racemaker Press
_[8] 문서 "The Buick, A Complete History," third ed., 1987, Terry P. Dunham and Lawrence Gustin.
_[9] 문서 Hobbs, Leonard S. The Wright Brothers' Engines and Their design. Washington, D.C.: Smithsonian Institution Press, 1971, p 61, 63.
_[10] 웹사이트 Wright Engines http://www.wright-br[...]
_[11] 웹사이트 Chevrolet 1930s General Specs http://www.carnut.co[...]
_[12] 웹사이트 What Was the Final Year for a New Flathead-Powered American Car? https://www.autoweek[...] 2018-12-20
_[13] 간행물 Maudslay https://archive.org/[...] E. P. Dutton
_[14] 문서 Now, manufacturers such as [[Honda]] even use OHC motors for lawnmowers!
_[15] 웹사이트 Automotive Engineering International Online: Powertrain Technology Newsletter http://www.sae.org/a[...] Sae.org 2011-09-07
_[16] 웹사이트 The Pushrod Engine Finally Gets its Due http://www.caranddri[...] 2004-05
_[17] 웹사이트 What is the difference between OHV, OHC, SOHC and DOHC engines? https://www.samarins[...] 2019-12-19
_[18] 웹사이트 【HVやEV全盛期に復権希望】クルマ界の化石技術!?? なぜOHVエンジンは生き残っているのか？ https://bestcarweb.j[...] 講談社ビーシー ベストカーWeb 2019-08-13
_[19] 문서 三菱自動車の[[三菱・ジープ|ジープ]]や[[三菱・ジュピター|ジュピター]]など、JH4型エンジン搭載車のカタログの記述。
_[20] 문서 高出力化のためにバルブのストロークを大きくとったハイリフトカムシャフトも「ハイカム」と略されるが、全くの別物である。
_[21] 문서 日本製自動車メーカーのハイカムシャフト方式OHVエンジンの例：トヨタ・K型およびDOHCヘッド仕様を除く[[トヨタ・T型エンジン|T型]]、日産・A型、三菱・4G4型、[[民生デイゼル工業|ミンセイ・UD]]各型など。ミンセイ・UDは[[ユニフロー掃気ディーゼルエンジン]]のため、頭上弁はすべて排気弁である。
_[22] 문서 厳しさを増す[[自動車排出ガス規制]]に柔軟に対応するにあたっては、むしろ[[SOHC]]ないしは[[DOHC]]のほうが有利である。
_[23] 문서 厳しさを増す[[自動車排出ガス規制]]に柔軟に対応するにあたっては、むしろ[[SOHC]]ないしは[[DOHC]]のほうが有利である。
_[24] 문서 中排気量クラスでは[[トヨタ・B型エンジン (2代目)|トヨタ・15B-F型]]と[[日野・N型エンジン|日野・N04C型系]]、[[三菱ふそう・4V2系エンジン|三菱ふそう・4V20型]]などが、大排気量クラスでは[[三菱ふそう・6D2系エンジン|三菱ふそう・6D40型]]などがこれに該当する。
_[25] 문서 4サイクルエンジンのみ
_[26] 문서 なお、スバルでも軽自動車用エンジンを含む排気量1,200 cc以下の[[直列エンジン]]は市販車初投入以降、一貫してSOHCもしくはDOHCである。
_[27] 문서 ただし一部の自動車用は例外的にタイミングチェーンや[[タイミングベルト]]が用いられる場合がある。
_[28] 웹사이트 スカニアジャパン、物流業界の課題に挑む新型SCANIA「SUPER」を発表 https://www.scania.c[...] 2024-12-13
_[29] 뉴스 米国が譲れないトラック高関税のからくり　「ｌｉｇｈｔ　ｔｒｕｃｋ」とは (1/4ページ) https://web.archive.[...] 2019-08-09
_[30] 문서 例えば低中回転・低中負荷時に遅角する事で吸気が遅閉じとなりポンピングロス低減、排気遅開きになる事で膨張エネルギーの有効回収、排気遅閉じで内部[[排気再循環|EGR]]の導入ができ、省燃費性や排ガス清浄性の向上に寄与する。これは一般走行における負荷の低い大排気量車ほど有効となる。
_[31] 문서 [[ベントレー・ミュルザンヌ (2010)]]
_[32] 문서 吸気側ではなく排気側を可変させるのは大排気量で大トルクのバイパーでは吸気側を制御せずとも低中回転でも十分な出力があるためメリットは少なく、排気側の制御による省燃費性、排ガス清浄の向上の方がメリットがあるため。
_[33] 웹사이트 NASCAR 2014 レース車両解説 https://toyotagazoor[...] 2019-02-20
_[34] 문서 当時、DFSエンジンなどレース専用の[[DOHC]]エンジンは排気量が2,660ccと規定されていたが、ビュイックエンジンなど市販車用エンジンのブロックを用いOHVかつ1気筒当り2バルブの場合に限り、3,430ccまで排気量を拡大することが許されていた。市販車ブロックのみの間はそれほど意味が無かったが、専用ブロックの使用が許可されたことでメルセデスとイルモアの計画が動き出すことになる。
_[35] 문서 「勝利のエンジン５０選」カール・ルドヴィクセン著 二玄社 2004年11月10日発行 211ページ
_[36] 문서 高回転高出力を実現するための機構の工夫も特徴で、[[ロッカーアーム]]にはスイングアーム式ローラーロッカーアームを採用。ロッカーアームや[[バルブリフター]]の支点、接点には全て[[転がり軸受#針軸受|ニードルローラーベアリング]]を用いるなど徹底したフリクションロス低減の策が採られた。DOHCのDFSエンジンがカムが4本必要だったのに対し、OHVのメルセデスエンジンはカムが1本で済む事も軽量化の上で大きな差となった。