Двигуни зі змішаним розташуванням клапанів

У двигуна зі змішаним розташуванням клапанів зазвичай впускні клапани розташовані у головці блока, як у верхньоклапанного мотора, і приводяться у дію за допомогою штанг-штовхачів, а випускні — в блоці, як у нижньоклапанного двигуна. Розподільний вал розташовується в блоці циліндрів як у звичайного нижньоклапанного двигуна.

Така схема має ту перевагу, що вона забезпечує потужність відчутно вищу ніж у класичного нижньоклапанного і розглядалась у відповідний період як варіант модернізації останніх. Виграш у потужності був значним — до 20…40 к. с. для двигунів з вихідною потужністю 35…90 к. с.

Такі двигуни широко використовувались фірмами «Rolls-Royce» та «Rover» завдяки їх високій надійності, як у порівнянні з нижньоклапанними так і у порівнянні з ранніми конструкціями верхньоклапанних двигунів (через меншу кількість штанг-штовхачів).

З появою надійних конструкцій верхньоклапанних двигунів, ця схема вийшла з ужитку (останній двигун випускався фірмою «Willys» у 1970-х роках.

 

 

Верхньоклапанні ГРМ з приводом клапанів штовхачами (тип OHV)

Двигун з ГРМ типу OHV фірми Chrysler

Дана конструкція ГРМ була винайдена Девідом Данбаром Б'юїком (англ. DavidDunbarBuick) на початку XX ст. У ній клапани розташовані у головці блока циліндрів, а розподільний вал — у блоці циліндрів (OHV — англ. OverHeadValve; або англ. I-Head, чи англ. Pushrod). Привод клапанів здійснювався штангами-штовхачами через коромисла.

Перевага такої схеми — відносно проста конструкція і конструктивна надійність. Для урухомлення механізму, як правило, використовувався простий і надійний привід розподільного вала шестернями, що виключає саму можливість таких несправностей, як розрив ременя ГРМ чи «перескакування» ланцюга в механізмі з ланцюговим приводом.

Двигуни з ГРМ типу OHV відчутно компактніші в порівнянні з верхньовальними, через відсутність у головці блоку розподільного вала.

 

Механізм приводу клапанівза схемою OHV є найдовшим у порівнянні з іншими варіантами

Істотним недоліком ГРМ типу OHV — велика інерційність такого механізму газорозподілу, що дещо обмежує безпечні максимальні оберти колінчастого вала двигуна і, отже, і літрову потужність (ступінь форсування). Спортивні двигуни з ГРМ типу OHV, наприклад — у машин, що беруть участь в гоночній серії NASCAR, можуть працювати і на 11000 об/хв, але для забезпечення цього потрібні спеціальні, досить дорогі конструктивні й технологічні рішення.

Крім того, така схема ускладнює використання більше двох клапанів на циліндр (двигуни з таким ГРМ при 4-х клапанах на циліндр, мають великі габарити і масу, що робить їх малопридатними для використання в легкових автомобілях, але вони є цілком прийнятними для вантажівок і важкої техніки — приклади тому двигуни КамАЗ, ЯМЗ, ТМЗ, дизельний двигун тепловозаЧМЕ3 тощо) і ускладнює проектування впускних і випускних вікон в головці блока циліндрів з точки зору пропускної спроможності та опору потокові.

Двигуни цієї схеми зазвичай є тихохідними але мають гнучку моментну характеристику.

У світовій практиці легкового автомобілебудування такі двигуни були поширені з 1930-х (у США — з 1950-х) і до 1970-х років. Іноді такі двигуни використовувались до 1990-х років на недорогих автомобілях через свою дешевизну і компактність. Наприклад, Ford Ka першого покоління (1996–2002) використовував інжектовану версію чотирициліндрового двигуна Кент розробки кінця п'ятдесятих років з ГРМ типу OHV, який мав досить компактні за сучасними стандартами розміри, що дозволило вмістити двигун в невеликому моторному відсіку авто.

Схема OHV є популярною і на тихохідних чотиритактних двигунах для газонокосарок, бензинових електростанцій, мотоблоків. Сучасні тракторні двигуни також використовують дану схему.

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.