Двигуни з розподільним валом у блоці циліндрів

Класифікація клапанних ГРМ

 

· Схематичний розріз нижньоклапанного двигуна

·

· Двигун з Т-подібною головкою (тип англ. T-head)

 

Двигун зі змішаним розташуванням клапанів. Inlet — впускний клапан, Exhaust — випускний клапан

Класифікаційними ознаками для конструкцій клапанних газорозподільних механізмів є розташування та кількість клапанів і розподільних валів.

 

За розташуванням розподільного вала виділяють конструкції двигунів внутрішнього згоряння (зазвичай чотиритактних):

· з розташуванням розподільного вала у блоці циліндрів (англ. Cam-in-Block);

· з розташуванням розподільного вала у головці блока циліндрів (англ. Cam-in-Head);

· без розподільного вала.

За розташуванням клапанів двигуни бувають: верхньоклапанні, нижньоклапанні та конструкції зі змішаним розташуванням клапанів.

З врахуванням цих ознак клапанні механізми чотиритактних двигунів внутрішнього згоряння поділяються на низку підтипів.

Двигуни з розподільним валом у блоці циліндрів

Нижньоклапанні (тип SV)

Нижньоклапанний двигун (англ. L-Head; Flathead, Side-Valve, SV) — двигун, у якого розподільний вал і клапани тарілками вгору розташовані у блоці циліндрів збоку від циліндрів. Приведення у рух клапанів відбувається безпосередньо від розподільного вала, розташованого одразу під клапанами.

Переваги схеми — малий шум при роботі, простота виготовлення та обслуговування, відсутність небезпеки контакту клапанів і поршня при порушенні фаз газорозподілу. Усі деталі ГРМ розташовані всередині блока циліндрів, що нижньоклапанного мотора має вигляд простої металевої плити з камерою згоряння та каналами для охолоджувальної рідини, вона легко демонтується.

Головний недолік схеми — через складний шлях паливно-повітряної суміші суттєво погіршується наповнення циліндрів, як наслідок — досягається менша потужність у порівнянні з іншими конфігураціями, двигун розвиває невеликі оберти дозволяє отримати компактне компонування двигуна.

Довгі випускні канали сприяють перегріванню двигуна, а особливості конструкцій його камер згоряння не дозволяють збільшити (понад 1:8) ступінь стиску, що до появи систем турбонаддування було найефективнішим методом підвищення потужності. З цієї ж причини ця конструкція не є застосовною для дизельних двигунів.

 

Аж до 1950-х років завдяки своїй простоті і дешевизні двигуни з таким ГРМ були найпопулярнішими на легкових (за винятком спортивних) і вантажних автомобілях. Перші масові моделі з двигуном верхньоклапанного компонування з'явилися в Європі ще у 1930-х, а до 1950-х років, після появи в широкому доступі палива з вищим октановим числом, стало очевидно, що нижньоклапанна схема стримує розвиток автомобілебудування заважаючи створенню, досконаліших, динамічних і швидкісних автомобілів. У результаті в першій половині п'ятдесятих років на легкових автомобілях почалося масове впровадження верхньоклапаннх двигунів, позбавлених властивих ніжньоклапанним схемам недоліків.

Різновидом нижньоклапанної схеми були двигуни з Т-подібною головкою (англ. T-head), що набули певного поширення у роки Другої світової війни. У них впускні клапани знаходились з одного боку блоку циліндрів, а випускні — з іншого. Розподільних валів було два. Мета конструкції — усунути перегрівання впускних клапанів. Це знижувало температуру паливно-повітряної суміші, що підвищувало її октанове число і зменшувало схильність до детонації. Ця ж ідея була покладена при використанні системи впорскування води у циліндри, яка охолоджувала суміш і знайшла використання у ті ж роки.

Двигуни з розподільним валом в головці блока циліндрів (тип OHC)

 

Головка блока циліндрів двигуна D15A1 автомобіля Honda Integra 1987 року з приводом клапанів через коромисла

 

ГРМ с приводом клапанів штовхачами

Схема типу DOHC

 

Розподільні вали двигунів, виконані за схемами SOHC або DOHC, приводяться в рух зубчастим пасом або ланцюговою передачею. Найпоширенішим на легкових автомобілях є зубчастий пас. Перевага приводу зубчастим ременем — дешевизна та безшумність. Недоліки: у більшості двигунів обрив ременя викличе удар тарілок клапанів у днища поршнів. Щоб уникнути цього рекомендується строго дотримуватися встановленої періодичність заміни зубчастого ременя. Ресурс паса зазвичай становить від 50 до 150 тис.км. Пробігу авто.

Ланцюговий привод ГРМ є поширеним у верхньому ціновому сегменті легкових автомобілів, використовується в двигунах вантажних автомобілів. Ланцюг, зазвичай здвоєний, знаходиться в об'ємі двигуна, що омивається моторною оливою. Переваги: відсутність небезпеки раптового обриву, зношений ланцюг починає стукати, особливо на холодному двигуні, попереджаючи про необхідність заміни;більший ресурс — у 2-3 рази більший, ніж у зубчастого ременя; довговічність. Недоліки: велика вартість, шумність. Сильно зношений ланцюг може розтягуватися і перескакувати через декілька зубців зірочки — до катастрофічних для мотора наслідків це не приводить, але викликає зсув фаз газорозподілу і, відповідно, істотне порушення його роботи, яке не завжди відразу вірно діагностується при ремонті через схожість симптомів з іншими несправностями.

Тип SOHC

Двигун з одним розподільним валом і клапанами в головці блока циліндрів (SOHC скор.від англ. SingleOverHeadCamshaft; також, англ. OverheadCamshaft) у залежності від конфігурації механізму урухомлення клапанів поділяються на двигуни з:

· приводом клапанів коромислами (Москвич-412, старі моделі BMW, Honda) — клапани розташовані з боків від розподільного вала (V-подібно), приводяться в рух насадженими на спільну вісь коромислами, одні кінці яких штовхаються кулачками вала, а інші приводять в рух стержні клапанів;

· приводом клапанів важелями (моделі від ВАЗ-2101 до ВАЗ-2107) — розподільний вал встановлюється над розташованими в ряд клапанами, урухомлює їх через важелі, що спираються на сферичні шарніри, штовхаючи їх кулачками у середній частині важелів. Недолік: підвищена шумність, високі навантаження у зоні контакту кулачка з важелем;

· приводом клапанів штовхачами (ВАЗ-2108) — простий механізм з мінімальною інерцією деталей, у якому розподільний вал розташований безпосередньо над клапанами, які спрямовані тарілками донизу, і переміщає їх через циліндричні штовхачі. Недолік: менша еластичність характеристик двигуна, складне регулювання клапанного проміжку.

Схема SOHC найбільше була поширена із середини 1960-х до 1980-х років. Окремі види двигунів («Renault Logan») випускались і пізніше.

Тип DOHC

DOHC (від англ. DoubleOverHeadCamshaft) — двигун з двома розподільними валами в головці блоку циліндрів.

При цьому існує два принципові різновиди цього механізму, що відрізняються кількістю клапанів.

DOHC з двома клапанами на циліндр. Ця схема є ускладненим різновидом звичайної схеми SOHC. В головці блока циліндрів розташовані два розподільних вали, один з яких урухомлює впускні клапани, другий — випускні. Ця схема мала застосування у 1960-х — 1970-х роках на високопотенційних двигунах таких автомобілів, як «Fiat 125», «Jaguar», «Alfa Romeo» тощо. Схема дозволяє значно збільшити частоту обертання колінчастого вала за рахунок зменшення його інерції і як наслідок, збільшити потужність двигуна.

ГРМ типу DOHC з 4-ма клапанами на циліндр

DOHC з чотирма і більше клапанами на циліндр. У схемі передбачається два розподільних вали, кожен з яких приводить свій ряд клапанів. Зазвичай, один розподільний вал штовхає два впускних клапани, другий — два випускних одного циліндра. Фактично, це дворядний варіант схеми SOHC з удвічі більшою кількість розподільних валів і клапанів, однак можуть бути реалізовані схеми із загальною кількістю клапанів на циліндр від 3-х до 6-ти. Привод клапанів, зазвичай здійснюється штовхачами.

Навіть якщо двигун має більше однієї головки блока циліндрів, а значить, більше двох розподільних валів, він все рівно належить до схеми DOHC.

Класифікація клапанних ГРМ

 

· Схематичний розріз нижньоклапанного двигуна

·

· Двигун з Т-подібною головкою (тип англ. T-head)

 

Двигун зі змішаним розташуванням клапанів. Inlet — впускний клапан, Exhaust — випускний клапан

Класифікаційними ознаками для конструкцій клапанних газорозподільних механізмів є розташування та кількість клапанів і розподільних валів.

 

За розташуванням розподільного вала виділяють конструкції двигунів внутрішнього згоряння (зазвичай чотиритактних):

· з розташуванням розподільного вала у блоці циліндрів (англ. Cam-in-Block);

· з розташуванням розподільного вала у головці блока циліндрів (англ. Cam-in-Head);

· без розподільного вала.

За розташуванням клапанів двигуни бувають: верхньоклапанні, нижньоклапанні та конструкції зі змішаним розташуванням клапанів.

З врахуванням цих ознак клапанні механізми чотиритактних двигунів внутрішнього згоряння поділяються на низку підтипів.

Двигуни з розподільним валом у блоці циліндрів

Нижньоклапанні (тип SV)

Нижньоклапанний двигун (англ. L-Head; Flathead, Side-Valve, SV) — двигун, у якого розподільний вал і клапани тарілками вгору розташовані у блоці циліндрів збоку від циліндрів. Приведення у рух клапанів відбувається безпосередньо від розподільного вала, розташованого одразу під клапанами.

Переваги схеми — малий шум при роботі, простота виготовлення та обслуговування, відсутність небезпеки контакту клапанів і поршня при порушенні фаз газорозподілу. Усі деталі ГРМ розташовані всередині блока циліндрів, що нижньоклапанного мотора має вигляд простої металевої плити з камерою згоряння та каналами для охолоджувальної рідини, вона легко демонтується.

Головний недолік схеми — через складний шлях паливно-повітряної суміші суттєво погіршується наповнення циліндрів, як наслідок — досягається менша потужність у порівнянні з іншими конфігураціями, двигун розвиває невеликі оберти дозволяє отримати компактне компонування двигуна.

Довгі випускні канали сприяють перегріванню двигуна, а особливості конструкцій його камер згоряння не дозволяють збільшити (понад 1:8) ступінь стиску, що до появи систем турбонаддування було найефективнішим методом підвищення потужності. З цієї ж причини ця конструкція не є застосовною для дизельних двигунів.

 

Аж до 1950-х років завдяки своїй простоті і дешевизні двигуни з таким ГРМ були найпопулярнішими на легкових (за винятком спортивних) і вантажних автомобілях. Перші масові моделі з двигуном верхньоклапанного компонування з'явилися в Європі ще у 1930-х, а до 1950-х років, після появи в широкому доступі палива з вищим октановим числом, стало очевидно, що нижньоклапанна схема стримує розвиток автомобілебудування заважаючи створенню, досконаліших, динамічних і швидкісних автомобілів. У результаті в першій половині п'ятдесятих років на легкових автомобілях почалося масове впровадження верхньоклапаннх двигунів, позбавлених властивих ніжньоклапанним схемам недоліків.

Різновидом нижньоклапанної схеми були двигуни з Т-подібною головкою (англ. T-head), що набули певного поширення у роки Другої світової війни. У них впускні клапани знаходились з одного боку блоку циліндрів, а випускні — з іншого. Розподільних валів було два. Мета конструкції — усунути перегрівання впускних клапанів. Це знижувало температуру паливно-повітряної суміші, що підвищувало її октанове число і зменшувало схильність до детонації. Ця ж ідея була покладена при використанні системи впорскування води у циліндри, яка охолоджувала суміш і знайшла використання у ті ж роки.