Автопроизводители часто используют термины, которые для некоторых выглядят как алфавитный суп, включая такие дескрипторы двигателей, как DOHC, SOHC и OHV. Эти сокращения двигателей могут сбивать с толку. Вот что они означают:
OHV или верхний клапан
Это означает, что клапаны, которые открываются и закрываются для впуска и выхода топливовоздушной смеси из цилиндров, находятся над распределительным валом, который находится в блоке цилиндров. Распределительный вал приводит в действие толкатели, которые перемещаются вверх и вниз, чтобы приводить в действие коромысла, которые открывают и закрывают клапаны в головке цилиндров.
Двигатели OHV, также называемые двигателями с толкателем, могут создавать большой крутящий момент на низких оборотах двигателя, но не могут работать на тех же высоких оборотах, что и двигатели с верхним распределительным валом.
Они долгие годы широко использовались отечественными производителями. Сегодня двигатели OHV, такие как 5,3- и 6,2-литровые V-8 от GM и 5,7- и 6,2-литровые V-8 Stellantis, используются в основном в больших пикапах и внедорожниках, хотя Chevrolet Corvette и высокопроизводительные модели, такие как Dodge. Challenger SRT тоже ими пользуется.
SOHC или один верхний распредвал
В двигателе OHC распределительный вал находится в головке блока цилиндров над клапанами, а распределительный вал воздействует непосредственно на клапаны или на коромысла, которые открывают и закрывают клапаны. На одном двигателе с верхним расположением клапанов один распределительный вал открывает и закрывает как впускные, так и выпускные клапаны.
Двигатели SOHC обычно могут работать на более высоких скоростях, чем двигатели OHV, поэтому двигатель SOHC меньшего размера может производить столько же или больше лошадиных сил, чем более крупный двигатель OHV, и часто с большей экономией топлива. Одним из недостатков является то, что двигатели SOHC обычно не вырабатывают такой же крутящий момент на низких оборотах, как двигатели OHV.
DOHC или двойной верхний распределительный вал
Конструкции DOHC также позволяют использовать четыре клапана на цилиндр вместо двух, что улучшает воздушный поток и увеличивает мощность и эффективность. Обратной стороной двигателей DOHC является то, что они содержат больше деталей и более дороги в производстве.
Уважаемые покупатели! Офис компании «Автономные Энергосистемы» не работает с 30 декабря 2012 года по 8 января 2013 года! Поздравляем вас с Новым Годом и Рождеством! До встречи в Новом Году!
QR-Контакты
Обзор одноцилиндровых ДВС
Последние годы в продаже появилось множество полезных устройств с двигателями внутреннего сгорания (ДВС), как бытовых, так и профессиональных. К их числу относятся миниэлектростанции, мотопомпы, газонокосилки, мотокультиваторы, снегоочистители. В строительстве находят применение мотобетономешалки, сварочные мотогенераторы, вибротрамбовщики, вибраторы и т.д. В большинстве из них установлены одноцилидровые безиновые четырехтактные двигатели внутренного сгорания с воздушным охлаждением. Реже встречаются дизельные двигатели, но эта тема заслуживает отдельного рассмотрения.
Двигатель является наиболее сложной и дорогостоящей состваляющей большинства таких устройств. Поэтому рассмотрим характеристики, которые следует принимать во внимание выбирая двигатель.
По системе питания практически все используемые бензиновые двигатели являются карбюраторными. В большинстве из них применяется электронная система зажигания, хотя наиболее дешевые экземпляры имею систему зажигания в виде магнето. Электронное зажигаение предпочтительнее, т.к. оно обеспечивает хороший пуск двигателя в различных условиях.
В одноцилиндровых двигателях в основном применяется воздушный способ охлаждения. Для интенсивного отвода тепла в поршневой группе используются цилиндры из алюминиевых сплавов с чугунными вставками или полностью литыми цилиндрами из чугуна. Чугунные литые цилиндры являются более предпочтительными т.к. существенно повышается моторесурс двигателя. Хотя применение алюминиевых цилиндров с чугунными вставками вполне допустимо при эксплуатации двигателя в «домашних» условиях, например, в электростанции, которая используется в качестве резервной при редких отключениях основного электропитания. Или в газонокосилке, которая используется летом раз в неделю в течение часа-другого. Для профессионального использования, скажем в строительной технике при ежедневной длительной работе, двигатель с литыми чугунными цилиндрами является обязательным условием его надежной работы.
Существенным является наличие датчика уровня масла. Простейшим способом «угробить» ДВС является его эксплуатация с низким уровнем масла или вообще без масла. При наличии датчика двигатель с недостаточным количеством масла в картере просто не заведется. Хотя во всех руководствах по эксплуатации имеются призывы проверять уровень масла в двигателе перед его запуском, как показывает практика ремонта, далеко не все следуют этой простой и очень разумной рекомендации.
Ниболее существенное влияние на цену и характеристики двигателя оказывает примененный в нем механизм газораспределения. В настоящее время в рассматриваемых одноцилиндровых двигателях используется три типа механизма газораспределения SV, OHV и OHC. Все три типа использовались ранее или используются в настоящее время в автомобильных двигателях.
Интересно, что в автомобилестроении двигатели этого типа были популярны в 30-х годах 20 века. В советских автомобилях они прожили дольше и устанавливались на Победу, ЗИС, Москвич 401 и некоторые грузовики (в основном ГАЗ). Основные врожденные недостатки такой конструкции связаны с большой поверхностью сложной формой камеры сгорания и малоэффективным способом работы горючей смеси, что увеличивает расход топлива и тепловые потери в двигателе. Из-за этого двигатели склонны к детонации топливной смеси и не могут работать на высокооктановом бензине. С другой стороны простая система газораспределения и хорошие условия смазки всех ее деталей являются залогом надежности.
Двигатели типа OHV
В автомобилестроении в настоящее время двигатели с этой схемой газораспределения чаще всего встречаются на американских бензиновых моторах, устанавливаемых в основном на джипы и пикапы и на тихоходных грузовых дизелях. Нередко автомобильные двигатели этого типа проходят миллион колометров без капремонта. Из отечественных двигателей наиболее известны (к сожалению не с лучшей стороны) двигатели Заволжского моторного завода ЗМЗ-401, 402 которые в течение нескольких десятилетий устанавливались на Волги и другие автомобили, а также V-образный ЗМЗ-53, который устанавливался на грузовики.
Двигатели типа OHC
Собственно благодаря этим качествам двигатели OHC завоевали свое главенствующее положение в автомобилестроении. Они (или их модификации с двумя распредвалами DOHC) установлены на подавляющем большинстве современных автомобилей, включая все модели Жигулей.
Разберемся с задачами распредвала автомобиля. Распределительный вал обеспечивает четырехтактному двигателю возможность для открытия и закрытия клапанов в головке блока цилиндров. Таким образом, происходит газообмен в двигателе любого автомобиля. Для этой цели на распредвале расположены, так называемые: «кулачки», равные числу клапанов. Кулачки преобразуют вращательное движение распределительного вала в возвратно — поступательное движение клапанов. Кулачок толкает клапан (через толкатели или коромысло) вниз. Распределительный вал вращается на половине скорости коленчатого вала. Связь между коленчатым валом и распределительным валом, как правило, происходит при помощью зубчатого ремня или металлической цепи, а также, в редких случаях — зубчатым редуктором.
Разница между OHV, OHC, SOHC и DOHC
OHV (Over Head Valve), что дословно означает как: «клапаны установлены в головке цилиндров». Часто термин «OHV» используется для описания конструкции двигателя, где распределительный вал установлен внутри блока цилиндров — внизу, а клапаны работают через подъемники, толкатели и коромысло. Стоит сказать, что эта конструкция OHV успешно используется на протяжении десятилетий, но уже считается достаточно устаревшей.
Основным недостатком конструкции OHV является то, что трудно точно контролировать фазу газораспределения на высоких оборотах. Причиной этого является более высокая инерция, вызванная большим количеством компонентов клапанной системы. Это означает, что конструкция OHV лучше подходит для двигателей с большими объемами, например V8 или еще более крупных, где большой объем мотора обеспечивает более высокий крутящий момент при более низких оборотах. Кроме того, технически сложнее установить больше чем 2 клапана на цилиндр — что можно легко сделать в двигателе DOHC.
OHC (Over Head Cam) и SOHC (Single Over Head Cam). В двигателе SOHC распределительный вал установлен в головке цилиндров, а клапаны управляются либо коромыслами, либо непосредственно через подъемники.
Основным преимуществом конструкции OHC является то, что клапаны работают почти непосредственно с помощью распределительного вала, что упрощает сохранение точного времени при более высоких оборотах. Также есть возможность для установки трех или четырёх клапанов на цилиндр.
DOHC (Double OverHead Cam), или иногда его еще называют «Twin Cam» или «Double Cam». Большинство современных автомобилей имеют двигатели DOHC. Типичный двигатель DOHC имеет два распределительных вала и 4 клапана на цилиндр. Один распределительный вал управляет впускными клапанами, которые установлены с одной стороны, а другой распределительный вал управляет выпускными клапанами на противоположной стороне. Помните, раньше еще висел «шильдик» на крышке багажника многих автомобилей, говоря о том, что мотор данного авто достаточно современный?
Благодаря конструкции DOHC распределительные валы могут быть установлены отдельно друг от друга. Это позволяет впускным клапанам находиться под большим углом от выпускных клапанов, что приводит к более прямому потоку воздуха через двигатель с меньшим сопротивлением. Другими словами, двигатель DOHC может «дышать» лучше и, следовательно, дает больше лошадиных сил из меньшего объема двигателя.
Правда, и у этой системы есть свои недостатки. Технологии DOHC включают более крупную и более сложную конструкцию, с дополнительными ременными или цепными передачами.
Газораспределительный механизм (ГРМ) — механизм своевременного распределения впуска горючей смеси и выпуска отработавших газов в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания. Осуществляется путём перекрытия и открытия поршнями продувочных окон цилиндров в двухтактных двигателях, либо открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов (в четырехтактных двигателях), имеющих привод от распределительного вала (распредвала) и кулачкового механизма. Распредвал имеет жёсткую синхронизацию вращения с коленвалом, реализованную с помощью шестерёнчатой, зубчаторемённой или цепной передачи.
Как правило, на высокофорсированных двигателях обрыв или проскальзывание ремня или цепи ГРМ приводит к выходу двигателя из строя.
По расположению распределительного вала выделяют двигатели:
* С распредвалом, расположенным в блоке цилиндров (Cam-in-Block); * С распредвалом, расположенным в головке цилиндров (Cam-in-Head).
Эти два типа разделяются на целый ряд подтипов в зависимости от расположения и конфигурации клапанов
Двигатели с распредвалом в блоке цилиндров
Нижнеклапанный двигатель (англ. «L-Head», «Flathead», SV, «Side-Valve») — двигатель, у которого распредвал расположен в блоке и клапана расположены также в блоке, в ряд сбоку от цилиндров, тарелками вверх. Привод непосредственно от расположенного под ними распредвала.
Плюсы схемы — малая шумность, простота изготовления. Минусы — из-за сложного пути бензовоздушной смеси значительно ухудшается наполнение цилиндров, как следствие — достигается ощутимо меньшая мощность по сравнению с остальными конфигурациями. Кроме того, долгий путь выхлопных газов может способствовать перегреву двигателей, работающих в тяжёлых условиях.
Вплоть до 1950-х годов, благодаря своей простоте и дешевизне двигатели с таким ГРМ были наиболее распространены на легковых (кроме спортивных) и грузовых автомобилях. В 1950-х годах стали массово внедрять верхнеклапанные двигатели, лишённые присущих нижнеклапанной схеме недостатков. На грузовых автомобилях эта схема использовалась намного дольше, например, грузовик ГАЗ-52 выпускался до 1990-х годов. Интересно, что за рубежом также были примеры долгоживущих нижнеклапанных двигателей.
Разновидностью схемы были имевшие некоторое распространение до Второй мировой войны двигатели с типом ГРМ, называемым «T-Head» (русский аналог отсутствует). У них впускные клапана находились с одной стороны блока цилиндров, а выпускные — с другой. Соответственно, распределительных валов так же было два. Цель такой конструкции — устранить эффект перегрева 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 относительно распространённая в те годы). Таким двигателем, в числе прочих, оснащались первые модели «Руссо-Балта».
Двигатель получался громоздким, дорогим, поэтому схема не получила особого распространения.
Со смешанным расположением клапанов
Так же встречается обозначение — «F-Head». У такого двигателя обычно впускные клапана находятся в головке блока, как у верхнеклапанного мотора, и приводятся в действие при помощи штанг-толкателей, а выпускные — в блоке, как у нижнеклапанного двигателя. Распредвал 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. Как правило, такие двигатели переделывались из нижнеклапанных.
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 соответственно 35, 50 и 90 л.с.
За рубежом, 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-толкателей).
С появлением «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 (тип OHV)
У этих двигателей клапана расположены в головке цилиндров, а распредвал — в блоке (англоязычное обозначение — OHV, — «OverHead Valve», также встречается I-Head, или «Pushrod», то есть, «с толкателями»). Привод клапанов — штангами-толкателями через коромысла. Изобретена Дэйвидом Данбаром Бьюиком (David Dunbar Buick) в самом начале XX века.
Плюс такой схемы — относительно простая конструкция, 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.
Кроме того, двигатели с ГРМ типа OHV ощутимо более компактны по сравнению с верхневальными, так как у них отсутствует расположенный сверху в головке блока вал; для рядных двигателей это в особенности касается габарита по высоте, а для V-образных — и высоты, и габаритной ширины. Механизм привода клапанов в случае схемы OHV получается самым длинным по сравнению с остальными вариантами.
Минус — очень большая инерционность такого механизма газораспределения, что сильно ограничивает максимальные обороты коленчатого вала двигателя и, следовательно, мощность.
Кроме того, такая схема в большинстве случаев не даёт использовать больше двух клапанов на цилиндр, усложняет проектирование впускных и выпускных окон в головке цилиндров с высокоэффективной конфигурацией.
Двигатели этой схемы, как правило, 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. Из отечественных, такой механизм газораспределения имели такие автомобили, как «Волга» (все карбюраторные модели), «Москвич» всех моделей от —407 до —408 включительно, все грузовики с двигателями конфигурации V8.
В мировой практике, такие двигатели были широко распространены с 1950-х по 1970-е годы, а в настоящее время производятся практически только в США, где налог взымается не с рабочего объёма, а только с мощности автомобиля, что даёт немалое преимущество малофорсированным, относительно тихоходным и маломощным для своего литража, но имеющим большой рабочий объём и, соответственно, крутящий момент двигателям с ГРМ типа OHV.
Кроме того, иногда такие двигатели используются на недорогих современных автомобилях из-за своей дешевизны, а также компактности. Например, Ford Ka первого поколения (на конвейере с 1996 года) до 2002 года использовал инжектированную версию двигателя Ford Kent разработки конца пятидесятых годов с ГРМ типа OHV, имеющую компактные, по современным стандартам, размеры, что позволило уместить двигатель в небольшом моторном отсеке Ka.
Схема OHV популярна на малооборотистых двигателей 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; так же, SOHC — Single OverHead Camshaft). В зависимости от конкретной конфигурации привода клапанов, выделяют двигатели с:
* Приводом клапанов коромыслами (Москвич-412, старые модели BMW, Honda) — клапана расположены по бокам от распредвала (обычно, V-образно), приводятся в движение насаженными на общую ось коромыслами, одни концы которых толкаются кулачками вала, а другие приводит в движение стержни клапанов;
* Приводом клапанов рычагами (ВАЗ-2101, −06, …) — распредвал над расположенными в ряд клапанами, приводит их посредством рычагов, опирающихся на шаровую опору, толкая их кулачками примерно посередине; минус — повышенная шумность, высокие нагрузки в месте контакта кулачков вала и рычагов, сложная регулировка клапанного зазора.
ГРМ с приводом клапанов толкателями.
* 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.
Cхема 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).
Двигатель с двумя распредвалами в головке цилиндров (Double Overhead Camshaft).
При этом существуют две серьёзно различающиеся разновидности этого механизма, отличающиеся количеством клапанов.
DOHC с двумя клапанами на цилиндр
Эта схема является усложнённой разновидностью обычной OHC. В головке цилиндров расположены два распредвала, один из которых приводит впускные клапана, второй — выпускные. Эта схема применялась в 1960-х — 1970-х годах на высокопотенциальных двигателях таких автомобилей, как Fiat 125, Jaguar, Alfa Romeo, а так же опытном двигателе гоночных автомобилей Москвич-412Р, Москвич-Г4. В настоящее время не применяется, так что применительно к ней это название следует считать устаревшим.
Схема позволяет значительно увеличить количество оборотов коленчатого вала без вредных последствий для ГРМ за счёт уменьшения его инерции, следовательно, увеличить мощность, снимаемую с двигателя. Например, мощность спортивной модификации двигателя «Москвича-412» составляла более 100 л.с.
DOHC с четырьмя клапанами на цилиндр DOHC-Zylinderkopf-Schnitt.jpg
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 с в два раза большим количеством распредвалов и клапанов, однако могут осуществляться и иные схемы с общим количеством клапанов на цилиндр от 3 до 6. Привод клапанов, как правило, толкателями. Схема даёт большое преимущество по мощностной отдаче. Применяется на большей части современных автомобилей.
Даже если двигатель имеет более одной головки блока цилиндров, и следовательно более двух распредвалов в итоге, он всё равно относится к схеме DOHC. [править] Десмодромная схема газораспределения
В такой схеме газораспределения используются два распределительных вала (либо один с кулачками сложной формы). Один перемещает клапана вниз, второй — вверх. Пружины отсутствуют.
Такой двигатель может раскручиваться до очень большого количества оборотов без вредных последствий, в то время, как обычный двигатель схемы OHC при частоте обращения коленвала порядка 9000 оборотов в минуту неминуемо выйдет из строя, так как скорости срабатывания клапанных пружин не будет хватать для того, чтобы отвести клапана из-под удара поршня до его прихода в верхнюю мёртвую точку («зависание» клапанов).
Десмодромный механизм имеет много деталей, изготовленных с прецизионной точностью. Он очень трудоёмок и дорог в изготовлении. Этот механизм применялся на ряде гоночных автомобилей, например, Mercedes-Benz W196, O.S.C.A. Barchetta и Mercedes-Benz 300 SLR, а ныне — на мотоциклах Ducati.
ГРМ с изменяемыми фазами газораспределения
В настоящее время на рынке присутствуют различные двигатели с системами сдвига фаз газораспределения.
* VTEC — технология фирмы Honda. Регулировка заключается в использовании двух кулачков для регулируемого клапана. Изменение фаз происходит ступенчато, в зависимости от оборотов коленвала. * VVT-i — технология фирмы Toyota. Регулировка производится поворотом распределительного вала относительно его приводной звёздочки.
MIVEC (Mitsubishi Innovative Valve timing Electronic Control system) — система изменения фаз газораспределения с электронным управлением, разработанная Mitsubishi Motors[1]. Впервые представлена в двигателе 4G92 (англ.), под названием Mitsubishi Innovative Valve timing and lift Electronic Control. Применение MIVEC позволило увеличить мощность двигателя со 145 л.с. (при 7000 об.) до 175 л.с. (при 7500 об.). Первым автомобилем с использованием этой системы стал Mitsubishi Mirage в кузове хэтчбек. В настоящее время широко применяется в двигателях Mitsubishi от компактных моделей и до Lancer Evolution.
* Vanos, Double Vanos, Bi-Vanos — технология фирмы BMW. Плавная регулировка производится за счет бесступенчатого поворота распределительных валов относительно оси вращения. Изменение фаз производится во всем диапазоне оборотов двигателя в соответствии с условиями движения.
Прочие системы газораспределения
Гильзовая система газораспределения Газораспределение на Bristol Perseus
Впервые 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.
Применялась 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:
Также, гильзовое газораспределение находило применение на авиадвигателях, в частности, на британских авиационных двигателях разработки тридцатых годов, таких, как Bristol Perseus, Bristol Pegasus, Bristol Hercules. Аналогичные конструкции широко применялись и на паровых двигателях.
Принцип действия — открытие/закрытие окон в стенках цилиндра скользящими гильзами (sleeve valves). 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.
Главное преимущество — полная бесшумность. Кроме того, — долговечность и улучшение наполнения цилиндров бензовоздушной смесью за счёт большого размера и меньшего сопротивления окон в гильзах по сравнению с каналами клапанов, особенно в нижнеклапанных двигателях.
Основные недостатки — сложность и высокий расход масла.
Преимущества этой системы были особенно заметны по сравнению с нижнеклапанными автомобильными двигателями первой половины XX века, после появления гидрокомпенсаторов клапанного зазора и верхне расположенных клапанов, они практически исчезли. Тем не менее, в настоящее время ряд исследователей считает, что возможен возврат к системе Найта или иному виду гильзового газораспредления в двигателях будущего.
