Изучаем десмодромный механизм газораспределения

- одного или двух распредвалов, в зависимости от конструкции

- элементов связи клапанов и коромысел

Функции десмодромного механизма

Главная задача десмодромного механизма газораспределения состоит в том, чтобы максимально форсировать двигатель внутреннего сгорания по количеству оборотов. Это достигается благодаря точно выверенным специальным кулачковым профилям во время ускорения работы клапанов. При правильном контроле функционирования десмодромных клапанов достигается равновесие между значением проходного клапанного сечения и скоростью движения поршня. Оно обеспечивает наполнение цилиндра должным количеством топливно-воздушной смеси в кратчайшие сроки.

Двигатели с десмодромными механизмами газораспределения работают на более высоких оборотах, которые недоступны обычным пружинным клапанным механизмам. Как правило, работа клапанных пружин происходит на меньшей скорости, чем это необходимо для отвода клапанов от столкновения с поршнем до того, как он попадёт в конечную точку.

Недостатки десмодромного механизма

Несомненно, данная система весьма актуальна и полезна, но, увы, не лишена ряда недостатков, которые и влияют на редкость его использования:

1. Весомые затраты на производство, что напрямую отображается на конечной стоимости механизма.

2. Слишком сложное техническое обслуживание. Это обусловлено множеством движущихся элементов и деталей, которые при сильных нагрузках изнашиваются достаточно быстро.

3. Сложная и объёмная конструкция Desmodromic.

4. Очень шумная на больших оборотах.

5. Регулировка тепловых зазоров производится достаточно сложно. В данном механизме эта процедура происходит при помощи специальных шайб, которые расположены на коромыслах. Для верхних и нижних коромысел отдельно подбираются пары регулировочных шайб, а это создаёт определённые сложности при сборке и обслуживании механизма.

Неисправности десмодромного механизма

Главная задача десмодромного механизма газораспределения заключается в предотвращении неполного закрытия клапана. Возникновение этого явления связано с частым вращением коленчатого вала, инерционности клапанов и резонанса их пружин. Такое зависание приводит к серьёзным неисправностям и поломкам:

1. Столкновению, с дальнейшим выходом из строя или разрушением поршня и клапана.

5. Увеличению объёма выброса отработанных газов.

При возникновении таких проблем, для их устранения применяется не только десмодромный механизм газораспределения, но и другие:

1. Применение нескольких пружин, вложенных друг в друга. Возникающие резонансные колебания.

3. Использование пневмопривода, схожего с тем, что устанавливается на автомобили Формулы-1.

Подписывайтесь на наши ленты в Facebook, Вконтакте и Instagram: все самые интересные автомобильные события в одном месте.

Вам также может быть интересно

Hyundai и Michelin создают специальные шины для электромобилей

В Украине определили лучших экспертов по автомобильным тормозным системам

Infiniti показали официальные фото кроссовера QX50 перед дебютом в Лос-Анджелесе

Суперкар Aria с мотором от Chevrolet Corvette покажут в Лос-Анджелесе

• © 2017 Auto.Today
• Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
• Конфиденциальность
• Реклама на сайте
• Редакция

Редакция портала может не разделять мнение автора и не несет ответственности за авторские материалы, за достоверность и содержание рекламы

Материалы: http://auto.today/bok/3789-desmodromnyy-mehanizm-gazoraspredeleniya.html

Газораспределительный механизм (ГРМ) — механизм управления газовыми потоками в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, переключающий фазы газораспределения.

Состоит из распределительного вала — или нескольких валов — и механизмов привода к ним, клапанов, открывающих и закрывающих впускные и выпускные отверстия в камерах сгорания, и передаточных звеньев — толкателей, штанг, коромысел и некоторых вспомогательных деталей (регулировочных элементов, клапанных пружин, системы поворота клапанов и проч.) В некоторых конструкциях система распределения представлена вращающимися или качающимися распределительными гильзами или золотниками.

Система привода распределительного вала четырехтактного двигателя в любом случае обеспечивает его вращение с угловой скоростью, равной 1/2 угловой скорости коленвала.

Классификация механизмов газораспределения производится в зависимости от того, каким образом в них осуществляется управление впуском и выпуском. Обычно выделяют четыре типа механизмов управления впуском и выпуском — поршневые, золотниковые, клапанные и гильзовые.

С поршневым управлением газораспределения [ | ]

Механизм газораспределения с поршневым управлением впуском и выпуском применяется на двухтактных двигателях. В нём фазы газораспределения задаются за счёт осуществляемого непосредственно поршнем открытия и закрытия окон в стенке цилиндра. Впускное окно обычно открывается при положении коленчатого вала, в котором поршень не доходит 40—60° до нижней мёртвой точки (по углу поворота коленвала), а закрывается спустя 40—60° после её прохождения, что даёт достаточно узкую фазу впуска — не более 130—140°. На высокофорсированных спортивных моторах открытие впускного окна может производиться за 65—70° до НМТ, что расширяет фазу впуска, но при этом работа двигателя на малых и средних оборотах становится неустойчивой, значительно увеличивается непроизводительный расход топлива из-за обратного выброса топливной смеси в атмосферу. Выпускное окно открывается примерно за 80-85° до достижения поршнем нижней мёртвой точки, а закрывается спустя 80-85° после её прохождения, что даёт длительность фазы выпуска около 160—165°. Фаза продувки имеет длительность около 110…125°. Симметричность фаз газораспределения при поршневом управлении впуском и выпуском обусловлена тем, что взаимное расположение поршня и окон в стенке цилиндра одинаково как при ходе вверх, так и при ходе вниз. В двухтактных двигателях большого объёма либо на один цилиндр два поршня, либо через окна в стенке цилиндра производится только впуск, а выпуск осуществляется с помощью клапана.

С золотниковым управлением газораспределением [ | ]

Для управления впуском используется золотник (клапан) дискового, лепесткового или мембранного типа. Благодаря ему удаётся сделать фазу впуска асимметричной относительно ВМТ и увеличить её длительность до 180—200°, тем самым улучшив наполнение цилиндра.

Также золотниковое газораспределение с поршневыми или вращающимися золотниками использовалось на некоторых четырёхтактных двигателях начала XX века, но впоследствии вышло из употребления.

Разновидностью золотникового является гильзовое газораспределение, рассмотренное отдельно ниже по тексту.

С клапанным управлением газораспределением [ | ]

Управление газораспределением осуществляется при помощи тарельчатых клапанов, как правило имеющих привод от распределительного вала. Эта система наиболее распространена на современных четырёхтактных двигателях, а также мощных двухтактных (с клапанно-щелевой продувкой, имеются только выпускные клапана).

Классификация [ | ]

По расположению клапанов выделяют двигатели:

• Нижнеклапанные (с боковым расположением клапанов);
• Верхнеклапанные (в старой литературе — «с подвесными клапанами»);
• Со смешанным расположением клапанов.

По расположению распределительного вала выделяют двигатели:

• С распредвалом, расположенным в блоке цилиндров (Cam-in-Block);
• С распредвалом, расположенным в головке блока цилиндров (Cam-in-Head);
• Без распределительного вала.

По этим признакам клапанные механизмы четырёхтактных двигателей внутреннего сгорания разделяются на целый ряд подтипов.

Двигатели с распредвалом в блоке цилиндров [ | ]

Нижнеклапанные [ | ]

Нижнеклапанный двигатель (с боковым расположением клапанов, англ. L-Head, Flathead, SV — Side-Valve) — двигатель, у которого распредвал расположен в блоке и клапаны расположены также в блоке, в ряд сбоку от цилиндров, тарелками вверх. Привод непосредственно от расположенного под ними коленвала.

Плюсы схемы — малая шумность, простота конструкции, отсутствие опасности касания клапанов и поршня при неправильной установке угла распределительного вала. При наличии гидравлических толкателей клапанов или правильно выставленном клапанном зазоре нижнеклапанные двигатели работают на холостых оборотах почти совершенно бесшумно — отчётливо слышен только шум воздуха, обтекающего вентилятор системы охлаждения. Все детали ГРМ этого типа находятся внутри блока, что позволяет получить очень компактный двигатель. Распределительный вал находится в общем картере с коленвалом, что упрощает систему смазки и повышает безотказность, отсутствуют промежуточные передаточные звенья между кулачками распредвала и клапанами (коромысла, рокеры, рычаги и т. п.), нет необходимости в сложных уплотнениях стержней клапанов (маслосъёмные колпачки). Головка блока нижнеклапанного мотора представляет собой простую чугунную или алюминиевую плиту с каналами для охлаждающей жидкости, она легко демонтируется, открывая удобный доступ к клапанам и поршням, что было весьма актуально в годы, когда поршни требовалось регулярно очищать от нагара, а клапаны — периодически притирать к сёдлам, для чего в их тарелках делались специальные шлицы для притирочной машинки.

Главный минус нижнеклапанной компоновки — из-за сложного пути бензовоздушной смеси значительно ухудшается наполнение цилиндров, в особенности на высоких оборотах, как следствие — достигается ощутимо меньшая удельная мощность по сравнению с остальными конфигурациями, двигатель получается тихоходным и неэкономичным. Камеры сгорания нижнеклапанного мотора имеют сложную форму и из-за этого как правило не подвергаются механической обработке, сохраняя шероховатую поверхность, полученную при отливке, что ещё больше снижает показатели двигателя и является причиной появления различий в объёме и характере работы камер сгорания одной головки. Длинные выпускные каналы способствуют перегреву нижнеклапанного двигателя. Необходимость обеспечить, с одной стороны, минимальное конструктивно обусловленное расстояние между осями цилиндра и распределительного вала, а с другой — необходимый зазор между тарелкой клапана и стенками камеры сгорания вынуждает конструкторов придавать камере сгорания сильно вытянутую форму и не даёт уменьшить её объём, а это, в свою очередь, не позволяет увеличить степень сжатия, что является наиболее простым и эффективным способом повышения удельной мощности, выше 7÷7,5:1 — при дальнейшем росте степени сжатия нижнеклапанный двигатель становится склонен к детонации (в незначительной степени этот недостаток может быть устранён наклоном осей клапанов относительно оси цилиндров, однако при этом растут габариты двигателя). По той же причине невозможно создание нижнеклапанного дизеля, поскольку в дизель-моторах необходимы степени сжатия порядка 19 и выше.

Еще одним недостатком нижнеклапанного двигателя является сложность в обслуживании газораспределительного механизма — при такой его компоновке весьма затруднён доступ к толкателям клапанов для их регулировки. На некоторых нижнеклапанных двигателях штатная регулировка клапанного зазора вообще не была предусмотрена (Ford T), в случае серьёзного нарушения работы стержни клапанов немного подпиливали.

Вплоть до 1950-х годов благодаря своей простоте и дешевизне двигатели с таким ГРМ были наиболее распространены на легковых (за исключением спортивных) и грузовых автомобилях. Первые массовые модели с верхнеклапанными двигателями появились ещё в 1920-х годах, однако в те годы нижнеклапанные моторы конкурировали с ними практически на равных. Лишь к 1950-м годам, после появления в широком доступе топлива с более высокими октановыми числами, реализация преимуществ которого требовала повышения степени сжатия, стало очевидно, что нижнеклапанная схема сдерживает развитие автомобилестроения, мешая созданию более совершенных, динамичных и скоростных автомобилей, соответствующих изменившимся условиям дорожного движения. В результате в первой половине 1950-х годов на легковых автомобилях началось массовое внедрение верхнеклапанных двигателей, лишённых присущих нижнеклапанной схеме недостатков. На отдельных моделях легковых автомобилей, впрочем, нижнеклапанные двигатели продержались до начала 1960-х годов (все модели Plymouth в варианте с рядной шестёркой, Studebaker, Rambler, Simca Vedette, ЗИМ ГАЗ-12), а на грузовых автомобилях эта схема вообще использовалась вплоть до семидесятых годов, если не дольше — например, грузовики ГАЗ-52 и ЗИЛ-157 с нижнеклапанным мотором выпускался до 1990-х годов. В спецтехнике нижнеклапанные двигатели широко используются и в наши дни.

Разновидностью схемы были имевшие некоторое распространение до Второй мировой войны двигатели с Т-образной головкой (T-head в англоязычной литературе). В них впускные клапаны находились с одной стороны блока цилиндров, а выпускные — с другой. Распределительных валов также было два. Цель конструкции — устранить перегрев впускных клапанов. Дело в том, что низкооктановый бензин, доступный в начале XX века, отличался высокой склонностью к детонации, что делало применение этой схемы в какой-то мере выгодным — более холодная бензовоздушная смесь имеет несколько более высокое октановое число (на этом же принципе работал впрыск воды в цилиндры, охлаждавшей рабочую смесь — конструкция, также имевшая хождение в те годы). Такими двигателями, в числе прочих, оснащались и первые «Руссо-Балты».

Двигатель получался громоздким, дорогим, поэтому схема распространения не получила.

Со смешанным расположением клапанов [ | ]

Также встречается обозначение — F-Head. У такого двигателя обычно впускные клапаны находятся в головке блока, как у верхнеклапанного мотора, и приводятся в действие при помощи штанг толкателей, а выпускные — в блоке, как у нижнеклапанного двигателя. Распределительный вал был один и был расположен в блоке, как у обычного нижнеклапанного мотора.

Эта схема обладает тем преимуществом, что её мощность ощутимо выше, чем у «чистого» нижнеклапанного — верхнее расположение впускных клапанов позволяет ощутимо улучшить наполнение цилиндров рабочей смесью. Как правило, такие двигатели переделывались из нижнеклапанных в качестве меры текущей модернизации, что зачастую было технологически проще и экономически выгоднее перехода к полностью верхнеклапанному мотору на основе того же блока цилиндров.

Подобные «полуверхнеклапанные» переделки существовали и в СССР — это были спортивные двигатели на базе агрегатов автомобилей «Москвич», «Победа» и ЗИМ. Выигрыш в мощности, в сочетании с иными мерами форсировки, был значительным — до 20…40 л. с., при исходной мощности самих указанных двигателей в 35, 52 и 90 л. с., соответственно. Планировалось использование подобного мотора на наследнике «Победы», однако в итоге выбор был сделан в пользу полноценного верхнеклапанного мотора полностью нового семейства.

Такие двигатели широко применялись фирмами Rolls-Royce и Rover благодаря их высокой надёжности как по сравнению с нижнеклапанными (из-за хорошего охлаждения верхних клапанов), так и по сравнению с ранними верхнеклапанными двигателями (из-за вдвое меньшего числа штанг).

С широким распространением «настоящих» верхнеклапанных двигателей, эта схема почти полностью вышла из употребления. Тем не менее, последний такой двигатель был выпущен фирмой Willys в 1970-х годах.

Верхнеклапанные со штанговым приводом клапанов (тип OHV) [ | ]

Данная конструкция ГРМ была изобретена Дэйвидом Данбаром Бьюиком (David Dunbar Buick) в самом начале XX века. У этих двигателей клапаны расположены в головке цилиндров, а распредвал — в блоке (англоязычное обозначение — OHV — OverHead Valve; также встречается I-Head, или Pushrod, то есть, «со штангами толкателей»). Привод клапанов — от кулачков распределительного вала посредством толкателей, штанг толкателей и коромысел.

Плюс такой схемы — относительно простая конструкция и обеспечиваемая ей конструктивная надёжность — в частности, как правило используется простой и надёжный привод распределительного вала шестернями, что исключает саму возможность таких неисправностей, как разрыв ремня ГРМ или «перескакивание» цепи в механизме с цепным приводом. Эксплуатационные нагрузки на детали ГРМ также оказываются сравнительно невысокими, чем обеспечивается высокая долговечность и нетребовательность к смазочным материалам.

Многие двигатели с ГРМ типа OHV ощутимо более компактны по сравнению с верхневальными, так как у них отсутствует расположенный сверху в головке блока распределительный вал, что особенно актуально для двигателей без оси коромысел, у которых коромысла опираются на шаровые пальцы; для рядных двигателей это в особенности касается габарита по высоте, а для V-образных — и высоты, и габаритной ширины.

Существенный минус ГРМ типа OHV по современным меркам — большая инерционность такого механизма газораспределения, что несколько ограничивает безопасные максимальные обороты коленчатого вала двигателя и, следовательно, развиваемые двигателем крутящий момент и литровую мощность (степень форсирования). Спортивные двигатели с ГРМ типа OHV, например — у машин, участвующих в гоночной серии NASCAR, могут работать и на 11 000 оборотах в минуту, но для обеспечения этого требуются специальные, достаточно дорогостоящие конструктивные и технологические решения (впрочем, это касается любых специализированных гоночных агрегатов).

Кроме того, такая схема затрудняет использование более двух клапанов на цилиндр (двигатели с таким ГРМ, имеющие 4 клапана на цилиндр, имеют большие габариты и массу, что делает их малоприменимыми в легковых автомобилях, но вполне приемлемыми для грузовиков и тяжёлой техники — примеры тому двигатели КамАЗ, ЯМЗ, ТМЗ, дизель тепловоза ЧМЭ3 и многие другие) и усложняет проектирование впускных и выпускных окон в головке цилиндров с высокоэффективной с точки зрения пропускной способности и сопротивления потоку конфигурацией.

Двигатели этой схемы, как правило, сравнительно низкооборотные и относительно тихоходные, но с гибкой моментной характеристикой. Если не используются гидравлические толкатели, такой двигатель будет одним из наиболее шумных по сравнению с остальными схемами.

В СССР первым массовым верхнеклапанным мотором стал двигатель «Волги» ГАЗ-21 (малосерийные НАМИ-1 и ЗИС-101 имели такой ГРМ уже в 1920-х — 30-х годах). Из советских автомобилей такой механизм газораспределения имели все массовые карбюраторные модели «Волги», «Москвичи» семейств М-407, М-408 и М-2138, а также грузовики и автобусы с карбюраторными двигателями конфигурации V8 (ЗИЛ, ГАЗ). В настоящее время в России производятся рядные четырёхцилиндровые двигатели семейства УМЗ-4216 и V8 семейства ЗМЗ-511, имеющие штанговый привод клапанов и инжекторную систему питания, позволившую им вписаться в рамки экологического стандарта Евро-5.

В мировой практике легкового автомобилестроения такие двигатели достаточно широко использовались ещё с 1910-х — 1920-х годов, однако вплоть до появления в конце 1940-х — первой половине 1950-х годов высокооктанового топлива в широком доступе не могли достичь решительного превосходства над нижнеклапанными, так как при сравнимой мощностной отдаче последние имели преимущества в отношении простоты конструкции и дешевизны производства. Так, в США «Форд» и «Крайслер» на своих довоенных моделях использовали только нижнеклапанные моторы, GM — как верхнеклапанные, так и нижнеклапанные, причём вполне сравнимые между собой по мощности и другим характеристикам. В довоенной Германии верхнеклапанные моторы имели большее распространение, но наряду с этим продолжался и массовый выпуск нижнеклапанных.

Повсеместное распространение верхнеклапанных моторов началось после появления в 1949 году двигателя Oldsmobile Rocket V8 со степенью сжатия, рассчитанной на высокооктановое топливо, спровоцировавшего в американской автомобильной промышленности «гонку лошадиных сил», не утихавшую вплоть до первой половины 1970-х. Вплоть до конца 1960-х, а в США — и до середины 1980-х годов, двигатели с таким ГРМ были наиболее распространены, но впоследствии их популярность стала резко снижаться из-за распространения верхневальных моторов, и к настоящему времени они производятся практически только в США. Там даже разрабатываются принципиально новые конструкции двигателей с таким типом ГРМ — например, выпускающийся с 2003 года Chrysler 5.7 L Hemi (Dodge Ram, Dodge Charger R/T, Jeep Grand Cherokee, Chrysler 300C), использующий технологию динамически изменяемого рабочего объёма и динамического изменения фаз газораспределения.

Иногда такие двигатели используются и на недорогих современных европейских автомобилях из-за своей дешевизны и компактности. Например, Ford Ka первого поколения (1996—2002) использовал инжектированную версию четырёхцилиндрового двигателя Kent разработки конца пятидесятых годов с ГРМ типа OHV, имеющую весьма компактные по современным стандартам размеры, что позволило уместить двигатель в небольшом моторном отсеке Ka.

В моторах грузовиков и тяжёлой техники ГРМ типа OHV всё ещё очень широко распространён. Схема OHV популярна и на малооборотистых четырёхтактных двигателях для газонокосилок, бензиновых электростанций, мотоблоков. Современные тракторные двигатели также имеют указанную схему.

Двигатели с распредвалом в головке цилиндров (OHC) [ | ]

Двигатель с одним распределительным валом и клапанами в головке (Overhead Camshaft или SOHC — Single OverHead Camshaft). Одним из первых был применён в 1910 году британской фирмой Maudslay на модели 32 HP.

В зависимости от конкретной конфигурации привода клапанов, выделяют двигатели с:

• Приводом клапанов коромыслами («Москвич-412», старые модели BMW, Honda) — клапаны расположены по бокам от распредвала, обычно V-образно, и приводятся в движение насаженными на общую ось коромыслами, одни концы которых толкаются кулачками вала, а другие приводит в движение стержни клапанов; обычно сочетается с полусферической камерой сгорания.

• Приводом клапанов рычагами / рокерами (ВАЗ-2101 — 2107 и некоторые другие моторы) — распредвал над расположенными в ряд клапанами, приводит их посредством рычагов, опирающихся на ось или шаровую опору, толкая их кулачками примерно посередине; минус — повышенная шумность, высокие нагрузки в месте контакта кулачков вала и рычагов.

• Приводом клапанов толкателями (ВАЗ-2108, многие высокооборотные двигатели) — очень простой механизм с минимальной инерцией деталей, в котором распредвал расположен прямо над клапанами, расположенными тарелками вниз, и приводит их в движение через цилиндрические толкатели; минус — меньшая эластичность характеристики двигателя, сложная регулировка клапанного зазора (современные моторы с таким ГРМ обычно имеют гидрокомпенсаторы клапанного зазора).

На одном моторе могут применяться сразу несколько типов привода клапанов — так, в двигателе Triumph Dolomite Sprint с четырьмя клапанами на цилиндр впускные клапаны приводились через толкатели, а выпускные — через рокеры, причём от одного и того же кулачка на единственном распределительном валу.

Схема OHC была наиболее распространена во вторую половину шестидесятых — восьмидесятые годы. Целый ряд двигателей такой схемы выпускается и в наше время, преимущественно для недорогих автомобилей (скажем, ряд двигателей Renault Logan).

Распредвалы двигателей, выполненных по схеме SOHC или DOHC, приводятся в движение зубчатым ремнем или цепью.

Привод распредвалов зубчатым ремнем является в настоящее время [когда?] наиболее распространенным на легковых автомобилях. Зубчатый ремень находится вне объёма, омываемого маслом, попутно ремень приводит в движение водяной насос. Преимущество привода зубчатым ремнем — дешевизна, бесшумность. Недостатки — в большинстве выпускаемых двигателей обрыв ремня вызовет удар тарелок клапанов о поршни. Во избежание этого рекомендуется строго соблюдать установленную периодичность замены зубчатого ремня. Ресурс обычно составляет от 50 до 150 тыс. км. Но необходимо помнить, что резина стареет со временем, и при малых ежегодных пробегах замена ремня может потребоваться раньше, чем это установлено производителем. Необходимо также помнить, что к обрыву ремня может привести и неисправность роликов натяжения, поэтому если двигатель «втыковой» (то есть обрыв или проскок ремня ГРМ приведёт к столкновению тарелок клапанов и поршней), то следует время от времени осматривать механизм зубчатого ремня. Заклинивание водяного насоса также обычно приводит к обрыву ремня со всеми его последствиями (типичная проблема двигателей ВАЗ с ременным приводом). Обрыв ремня ГРМ особенно часто происходит зимой или после длительного простоя автомобиля.

Цепной привод ГРМ является распространенным в верхнем ценовом сегменте легковых автомобилей, используется в двигателях внедорожников, грузовых автомобилей. Цепь обычно сдвоенная, находится в объёме двигателя, омываемом маслом. Преимущества — отсутствие опасности внезапного обрыва, изношенная цепь начинает стучать, особенно на холодном двигателе, предупреждая владельца о необходимости замены; больший ресурс — в 2-3 раза больше, чем у зубчатого ремня; долговечность. Недостатки — дороговизна, несколько большая шумность. Сильно изношенная цепь может растягиваться и перескакивать через несколько зубьев звёздочки — к катастрофическим для мотора последствиям это не приводит, но вызывает смещение фаз газораспределения и, соответственно, существенное нарушение его работы, которое не всегда сразу верно диагностируется при ремонте из-за сходства симптомов с иными неисправностями.

В некоторых двигателях использовался привод распределительного вала промежуточным валом с коническими шестернями на концах, примеры — двигатели американской фирмы Crosley, танковый дизель В-2 (последний имеет 4 клапана на цилиндр).

Двигатель с двумя распредвалами в головке цилиндров (Double OverHead Camshaft).

При этом существуют две серьёзно различающиеся разновидности этого механизма, отличающиеся количеством клапанов.

2OHC / DOHC с двумя клапанами на цилиндр. Эта схема является усложнённой разновидностью обычной OHC. В головке блока цилиндров расположены два распредвала, один из которых приводит впускные клапаны, второй — выпускные, при этом на каждый цилиндр приходится один впускной и один выпускной клапан. Эта схема применялась в 1960-х — 1970-х годах на высокопотенциальных двигателях таких автомобилей, как Fiat 125, Jaguar, Alfa Romeo, а также опытном двигателе гоночных автомобилей «Москвич-412Р», «Москвич-Г5» и в легковых автомобилях, также лёгких коммерческих, концерна Ford для европейского рынка, вплоть до 1994 года.

Схема позволяет значительно увеличить количество оборотов коленчатого вала за счёт уменьшения инерции привода клапанов, следовательно, увеличить мощность, снимаемую с двигателя. Например, мощность спортивной модификации двигателя «Москвича-412» с двумя распределительными валами объёмом 1,6 литра составляла 100—130 л. с.

DOHC с четырьмя и более клапанами на цилиндр. Два распредвала, каждый из которых приводит свой ряд клапанов. Как правило, один распредвал толкает два впускных клапана, другой — два выпускных. Фактически, двухрядный вариант схемы OHC со вдвое большим количеством распредвалов и клапанов, однако могут осуществляться и иные схемы с общим количеством клапанов на цилиндр от трёх до шести. Привод клапанов, как правило, толкателями.

Данная схема ГРМ даёт большое преимущество по мощностной отдаче, особенно на высоких оборотах — за счёт лучшего наполнения цилиндра. Однако такой двигатель из-за быстрого очищения цилиндра более чувствителен к длительности фазы перекрытия клапанов (когда открыты одновременно впускные и выпускные клапаны) — при высокой скорости длительность фазы должна быть больше для лучшей очистки цилиндров, однако на низких оборотах это приводит к потерям заряда горючей смеси и снижению эффективности работы. Иными словами, двигатель с таким ГРМ обычно имеет слабую тягу «на низах» и требует поддержания высоких оборотов для интенсивного разгона. Радикальным решением данной проблемы является применение изменяемых фаз газораспределения (см. ниже).

Двигатели с четырьмя клапанами на цилиндр применяются на большей части выпускаемых в настоящее время автомобилей, в частности — на двигателях ЗМЗ-406, ЗМЗ-405 и ЗМЗ-409, устанавливаемых на автомобилях «Газель» (ранее) и УАЗ (до 2008-го года также «Волга»), или моторах ВАЗ-2112 и его модификациях устанавливаемых на современных моделях ВАЗ.

Даже если двигатель имеет более одной головки блока цилиндров, и, следовательно, более двух распредвалов, в итоге он всё равно относится к схеме DOHC.

Стоит отметить, что существуют двигатели с четырьмя клапанами на цилиндр, не принадлежащие к схеме DOHC, например — дизельные моторы Cummins с четырьмя клапанами на цилиндр (устанавливаются на автомобили группы ГАЗ), в которых привод всех клапанов осуществляется от единственного распределительного вала через коромысла с крейцкопфами.

Десмодромный газораспределительный механизм [ | ]

В нём используются два распределительных вала (либо один, но с кулачками сложной формы): один перемещает клапаны вниз, второй — вверх. Клапанные пружины отсутствуют.

Двигатели с десмодромным газораспределением могут работать на оборотах, недоступных для обычных клапанных механизмов с пружинами, у которых при определённых оборотах коленчатого вала скорости срабатывания клапанных пружин не будет хватать для того, чтобы отвести клапаны из-под удара поршня до его прихода в верхнюю мёртвую точку («зависание» клапанов), что приводит к выходу двигателя из строя.

Десмодромный механизм имеет много прецизионных деталей, очень трудоёмок и дорог в изготовлении, требует высочайшего качества смазочного масла. Этот механизм применялся на ряде гоночных автомобилей, например, Mercedes-Benz W196 [1] , O.S.C.A. Barchetta и Mercedes-Benz 300 SLR, а ныне — на мотоциклах Ducati [2] [3] .

В качестве альтернативы десмодромному механизму используется закрытие клапанов при помощи пневматических толкателей [4] .

ГРМ с изменяемыми фазами газораспределения [ | ]

Механизмы, позволяющие прямо во время работы двигателя изменять длительность и высоту открытия выпускных клапанов, использовались ещё в начале XX века — например, на авиационном моторе Gnome-Monosoupape первых лет выпуска (с 1913 года) при помощи такого механизма осуществлялось управление оборотами. Однако чисто-механические системы изменения фаз газораспределения широкого распространения не получили — недостаточно точное управление процессом приводило к тому, что в некоторых режимах работы происходил перегрев клапанов, приводящий к их прогоранию. Интерес к ним возник лишь после резкого ужесточения требований к экономичности и экологичности двигателей, а также развития управляющей микроэлектроники, позволившего полноценно реализовать эту идею.

В настоящее время большинство производителей автомобилей мирового уровня предлагают на некоторых своих двигателях систему изменения фаз газораспределения, которая регулирует параметры открытия клапанов в соответствии со скоростью вращения и нагрузкой на двигатель, благодаря чему достигается более эффективное использование мощности двигателя, снижается расход топлива, снижается загрязнённость выхлопа. В частности, существуют варианты такой системы разработки фирм Honda (VTEC), Toyota (VVT-i), Mitsubishi (MIVEC), Nissan (VVL), BMW (VANOS), Ford (Ti-VCT), Subaru (AVCS) и других.

ГРМ без распределительного вала [ | ]

В них используются электрический (соленоиды), гидравлический или пневматический привод клапанов. На легковых автомобилях в настоящее время не вышли из стадии опытно-конструкторских работ. Фирмы MAN (серия ME) и Wartsila (серия RT-flex) выпускают серийно тихоходные дизельные двигатели без распределительного вала.

С гильзовым управлением газораспределением [ | ]

Эта конструкция впервые была разработана американским инженером Чарльзом Найтом (Charles Yale Knight), часто по его фамилии называется «системой Найта», хотя Найт разработал лишь один из типов гильзового газораспределения — со скользящими гильзами. В такой конструкции гильза цилиндра выполняется в виде подвижной вдоль оси цилиндра детали, имеющей привод от распределительного вала через пару косозубых шестерён. Этот привод обеспечивает перемещение гильзы вверх-вниз, синхронизированное с движением поршня. Окна в стенках гильзы при этом в определённый момент оказываются напротив ответных окон в стенке цилиндра, тогда через них осуществляется впуск рабочей смеси и выпуск отработанных газов.

Главное преимущество гильзового газораспределения — полная бесшумность работы двигателя, поскольку в его работе полностью отсутствуют удары деталей друг о друга. Кроме того, для неё характерны высокая долговечность и хорошее наполнение цилиндров бензовоздушной смесью за счёт большого размера и меньшего сопротивления окон в гильзах по сравнению с каналами клапанов — особенно относительно нижнеклапанных двигателей. В то же время, двигатель с гильзовым газораспределением сложен по конструкции, нетехнологичен и дорог в изготовлении. Кроме того, неистребимым недостатком системы со скользящими гильзами являлся высокий расход масла на угар — обеспечить надёжное уплотнение пары трения «цилиндр — гильза» было практически невозможно, так что масло в значительных количествах прорывалось внутрь цилиндра, где сгорало вместе с рабочей смесью.

Применялась в основном на дорогих легковых автомобилях — в первую очередь нужно отметить целую серию моделей SS (San-Soupape, фр. «без клапанов») французской фирмы Panhard et Levassor и автомобили фирмы Avions Voisin с двигателями Найта, а также такие модели, как Willys-Knight и Mercedes-Knight. Полный список автомобилей с двигателями Найта включает такие марки и модели, как:

• Brewster;
• Columbia;
• Daimler;
• Falcon-Knight (1928—1929);
• Mercedes-Benz;
• Minerva;
• Moline-Knight (1914—1919);
• Panhard et Levassor;
• Peugeot and Mors;
• R&V Knight (1920—1924);
• Silent-Knight (1905—1907);
• Stoddard-Dayton;
• Stearns-Knight (1911—1929);
• Avions Voisin (1919—1938);
• Willys-Knight (1915—1933);

Также гильзовое газораспределение находило применение на авиадвигателях, в частности, на британских авиационных двигателях разработки тридцатых годов, таких, как Bristol Perseus, Bristol Hercules. Аналогичные конструкции широко применялись и на паровых двигателях.

На британских авиадвигателях применялась не система Найта, а система МакКаллума, в которой гильзы не скользили вдоль цилиндра, а вращались относительно него, что было проще в реализации. Также существовало небольшое число двигателей, имевших окна не сбоку цилиндра, а в самой головке блока, то есть более близких к традиционной системе с тарельчатыми клапанами.

Преимущества этой системы были особенно заметны по сравнению с нижнеклапанными автомобильными двигателями первой половины XX века, после появления гидрокомпенсаторов клапанного зазора и массового распространения верхнеклапанных ГРМ традиционного типа они практически исчезли. Тем не менее, впоследствии, вплоть до нашего времени, ряд исследователей высказывал мнение, что в двигателя будущего возможен возврат к системе Найта или иному виду гильзового газораспределения.

Материалы: http://ruwikiorg.ru/wiki/%D0%93%D0%B0%D0%B7%D0%BE%D1%80%D0%B0%D1%81%D0%BF%D1%80%D0%B5%D0%B4%D0%B5%D0%BB%D0%B8%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BC%D0%B5%D1%85%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B7%D0%BC

Двигатель. Система газораспределения.

В первой части статьи мы рассмотрели две основные схемы работы мотоциклетных двигателей: двухтактную и четырехтактную. Мы не будем рассматривать анатомию двигателя в деталях (для этого есть специализированные книги, в которых все очень подробно и грамотно расписано), а остановимся, на наш взгляд, на самом интересном и обсуждаемом в «гаражных спорах» моменте. А именно, на системе газораспределения.

Просматривая технические характеристики байков, в графе «система газораспределения» вы наверняка натыкались на что-то вроде «4 клапана на цилиндр, DOHC», а то и вовсе на что-то запредельное в духе «десмодромный привод клапанов». Не волнуйтесь, сейчас мы все расставим на свои места и подвергнем сравнительному анализу. Для начала – немного общей теории о том, что вообще такое система газораспределения (далее СГ).

За годы совершенствования конструкции двухтактного двигателя было обнаружено, что фазы выпуска влияют на производительность двигателя в такой же значительной степени, что и фазы впуска. Фаза впуска определяется высотой выпускного окна в стенке цилиндра, то есть когда это окно открывается при перемещении поршня вверх и вниз. Из этого факта получается неутешительный вывод - нет такого расположения и размера окна, которое охватывало бы все режимы работы двигателя с максимальной эффективностью. Поэтому эти параметры рассчитывают, основываясь на предназначении мотоцикла. То есть, расположение и размеры выпускного окна спортбайка Suzuki RGV250 будут сильно отличаться от таковых какого-нибудь утилитарного скутера. Разные режимы работы, разные задачи – различные решения конфигурации фаз впуска и выпуска. Решение было найдено в системах, изменяющих геометрию впускных окон и регулирующих давление внутри цилиндра с помощью открытия/закрытия дополнительных резонаторных камер. У разных производителей эти системы называются по-разному: Yamaha PVS, Kawasaki IPS, Honda ATAC и так далее. Они отчасти решили поставленные перед ними задачи, однако своенравный характер, за который любят (или ненавидят? Кто как…) двухтактные двигатели, они перебороть не смогли. Может, это и к лучшему? Тем более, что у нас есть более покладистые четырехтактники, о системах газораспределения которых мы сейчас и поговорим.

* Распредвал. Непосредственно или косвенно он используется для открытия и закрытия каждого клапана – в строго заданной точке четырехтактного цикла. Полный цикл занимает четыре хода поршня (то есть два полных оборота коленвала), каждый клапан нужно открыть один раз за цикл. Из-за этого частота вращения распредвала вдвое меньше частоты вращения коленвала. Это осуществляется с помощью шестеренчатого, цепного или ременного привода между этими валами.

OHV, DOHC и другие страшные слова

* SV (side valve, боковое расположение клапанов).

Литровый мотор Harley-Davidson с боковым расположением клапанов. Такие двигатели также называют flathead

Привод распредвала осуществляется шестеренчатой или цепной передачей, расположенной рядом с коленчатым валом. Клапана расположены в выступе камеры сгорания сбоку от цилиндра, а не в головке, как в других четырехтактных двигателях. Это самый дешевый и простой вариант исполнения 4Т-двигателя, и американские и британские производители широко использовали такую конструкцию в первой половине 20 века. Неудачная форма камеры сгорания (обусловленная расположением клапанов) ограничивает КПД двигателя.

Аналогичный по прочим параметрам верхнеклапанный движок потребляет меньше топлива, развивая при этом большую мощность. Наиболее рациональным вариантом такого двигателя является большеобъемный одноцилиндровый «котел». Оснащенный массивными маховиками, он выдает большой крутящий момент на низких оборотах. Эти простые и эластичные двигатели были надежны и легко ремонтировались, однако в настоящее время они полностью вытеснены более совершенными конструкциями.

* OHV (overhead valve, верхнее расположение клапанов).

Это конструкция с верхним расположением клапанов и нижним – распредвалов и толкателей. В таком двигателе связь толкателя с клапаном осуществляется с помощью длинной штанги, проходящей через туннель в блоке и головке цилиндра. Камера сгорания в двигателе такого типа – сферической формы, которая считается идеальной по многим причинам (эффективный газообмен и более полное сгорание смеси). Такая конструкция хорошо зарекомендовала себя за прошедшие десятилетия, однако сегодня ее практически полностью вытеснили верхневальные конструкции. В настоящее время OHV используется в основном в моторах круизеров, где эффектный классический вид двигателя значит так же много, как и его рабочие параметры. Кроме того, в V-образных двухцилиндровых моторах с OHV используется один распредвал, что удешевляет и упрощает конструкцию. Большая часть двигателей H-D использует такую схему газораспределительного механизма. Японские производители больше почитают технологичное DOHC-исполнение.

* SOHC (single overhead camshaft, один распредвал в головке цилиндра).

Распредвал размещен в головке цилиндра между впускными и выпускными клапанами, привод обычно цепной. Штанги и толкатели отсутствуют за ненадобностью, что уменьшает количество деталей, двигающихся возвратно-поступательно. А главное – позволяет работать двигателю на таких частотах вращения, на которых нижнеклапанник разлетелся бы на части.

* DOHC (double overhead camshaft, два распредвала в головке цилиндра).

Эта схема избавлена от еще одной движущейся части – коромысел (хотя при этом пришлось вернуть толкатели, что впрочем, не так уж и страшно). В DOHC остались только самые необходимые детали газораспределительного механизма (ГРМ). Привод ГРМ, как правило, цепной. Хотя есть и примеры использования шестеренчатого (например, Honda VFR800 до 2002 года, после которого «гитару» шестерен заменили цепью) привода. Есть и те, кто последовали за тенденциями автопромышленности, где применяется шкив и зубчатый ремень (Honda GoldWing, Pan European, Moto Guzzi Daytona, ряд байков от Ducati). Ремни не растягиваются, как цепи, меньше шумят (впрочем, уникальный звук старого VFR во многом образован именно «шестеренчатой симфонией»), а шкивы не изнашиваются подобно звездочкам. Хотя замену ремня следует производить чаще, чем цепи.

Применение DOHC допускает наибольшие рабочие обороты, поэтому такую схему применяют в высокопроизводительных байках, где мощность мотора – один из важнейших факторов. Однако с увеличением оборотов вылезают новые проблемы, главные из которых – это вибрация и «зависание» клапанов, когда клапанные пружины в силу инерции не успевают закрывать клапан. В лучшем случае это приводит к снижению мощности, в худшем – к свиданию клапана с поршнем, когда тот движется к верхней точке. В результате – вмятины на поверхности поршня и погнутые клапана. Достаточно серьезный повод для визита в мастерскую, как считаете?

* Десмодромный привод клапанов.

Этот привод отличается от остальных радикальным отказом от использования клапанных пружин. Их роль выполняют дополнительные коромысла, управляемые отдельным распредвалом. Эти коромысла принудительно закрывают клапана точно так же, как и открывают их. На более поздних версиях системы используется один распредвал со всеми необходимыми кулачками. Клапан открывается за счет воздействия открывающего коромысла на стержень. По мере того, как кулачок проходит точку максимального подъема клапана, и коромысло начинает освобождать клапан, закрывающее коромысло заставляет клапан закрыться.

Кстати вот обложка с того номера - http://journal.knigka.info/uploads/posts/1191106699_08355.jpg

Уважаемый администратор, продолжение ожидается в ближайшие дни )) Следите за обновлениями!

Требуется именно квалифицированные мастера с соответствующим оборудованием?

Материалы: http://motocafe.ru/zheleznyj-ceh-teorija/1642-plamennoe-serdce-mashiny-2.html