Znak-ekb.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Число клапанов на цилиндр

Сколько клапанов в двигателе? Разберем редкие случаи

Как то мне стало интересно, а сколько клапанов бывает в двигателе внутреннего сгорания. Ведь сейчас на рынке преобладают в основном версии с 8 и 16 клапанами. НО неужели никто и никогда не делал больше или наоборот меньше? Какие еще варианты были и почему они не пошли в массовое производство? Собственно об этом и пойдет сегодняшняя речь, как обычно будет интересно + полезное видео. Так что читаем – смотрим …

СОДЕРЖАНИЕ СТАТЬИ

В этом материале мы будет говорить именно про четырехтактный мотор, про двухтактные это немного другая тема. Стоит отметить, что вся система ГРМ (газо-распределительного механизма), очень важна для мотора. Кто и как только с ней не «игрался» чтобы увеличить ее работоспособность, но почему то сейчас пиком эволюции моторостроения считается вариант именно с 16-ю клапанами. В этом материале я вам расскажу про типы силовых агрегатов у которых было различное количество клапанов, и почему же они все были сняты с производства и не дошли до наших дней. ТО есть материал скажем познавательный, но он вам ответит на вопрос – «так, сколько же» и «почему»?

Пропускная способность и технические потери

Собственно задача ГРМ, и в частности клапанов одна – максимально быстро подводить воздушно топливную смесь и также максимально быстро ее отводить из блока цилиндров. Я думаю это понятно, и никаких сложностей не вызывает.

А как сделать так чтобы «смесь» быстрее подавалась? ДА вроде все просто, нужно увеличить диаметр отверстия!

Так думали и многие инженеры, на первых моторах клапана были достаточно большими, они закрывали большие проходы в головки блока цилиндров (которые шли на впускной и выпускной коллектора). Нужно отметить, что четырехтактные моторы были именно с 8 клапанами, это является как бы классической схемой.

Но большой клапан имеет большую инерцию и при высоких оборотах увеличивались механические потери. Ведь кулачку распределительного вала, нужно было толкать этот тяжелый механизм.

Затем их начали уменьшать. Да, потери снизились, но и пропускная способность также уменьшилась.

Как выйти из положения?

Начали увеличивать количество, то есть делать их миниатюрными, но больше. Так появились варианты с 12 – 16 – 20 и даже с 24 клапанами. НО опять же выжили только два, основных типа — это 8 и 16, то есть 2 и 4 клапана на цилиндр (если брать 4 цилиндровый мотор).

«8» и «16»

Как я писал выше – это считается классическая компоновка. Только второй вариант с «16» или 4–мя клапанами на цилиндр, является более производительным, мощность примерно на 15 – 20 л.с. больше.

Как этого добиваются? По сути, очень просто:

У 8-ми клапанного агрегата, один распределительный вал, который в себе объединяется и впуск и выпуск. То есть и те и другие кулачки, находятся на одном «стержне», если один открывает впуск, то второй находится в противоположном направлении и как бы не работает. Затем они меняются. Здесь небольшая цепь и по сути одна шестерня (или звездочка), фазовращатели на таких моторах применяются крайне редко.

То у 16-ти клапанного варианта, все намного сложнее, но эффективнее. Здесь есть два распределительных вала. Каждый вал работает под свою задачу — есть «впускной» (открывает впускные клапана) и есть выпускной (соответственно выпускные). Усилия распространяются равномерно на два вала, а не на один. Есть такое мнение, что здесь сам клапан немного меньше, чем у «оппонента с одним валом» — возможно, однако нужно сравнивать конкретные модели двигателя.

Зачастую на эти агрегаты устанавливают гидрокомпенсаторы, которые автоматически регулируют тепловой зазор (у восьми клапанного мотора, такое устанавливается крайне редко). ТО есть вам мне нужно регулировать клапана.

Смотрим полезное видео

В итоге из-за увеличенного количества впускных и выпускных отверстий, воздушно-топливная смесь быстрее поступает и быстрее отводится, причем нет излишних механических потерь. Нужно отметить, что на эти варианты зачастую устанавливают фазовращатели, что еще больше повышает эффективность. В итоге и прибавляется мощность в 15 – 20 л.с.

12 клапанный вариант

Их также было большое количество у различных производителей. Но одним из самых массовых, был силовой агрегат у Hyundai Accent. Однако дальше компания не стала его развивать. Наименование мотора от Hyundai – G4EB (были и другие модификации, но система ГРМ, одна и та же). На впуск идет здесь два клапана, на выпуск один. Причем здесь применяется один вал и есть гидрокомпенсаторы. Объем – 1,5 литра (90 л.с.).

Это один из вариантов таких силовых агрегатов, а так их было гораздо больше.

Причины снятия с производства в том — что большие механические потери, так как применяется один вал, с тремя кулачками на цилиндр. На выпуске один клапан — он не может эффективно отводить газы, в этом была большая проблема. 16 – клапанный вариант оказался эффективнее как по потреблению топлива, так и по мощности.

В итоге в 2002 году этот мотор убрали.

20 клапанный вариант

Такая компоновка, довольно часто применялась у компании AUDI, моделей моторов было выпущено огромное количество, от 1,8 литра, до 4,2 литра V8. Они получили аббревиатуру ALT (AUDI/VOLKSWAGEN). Сняли их с производства в 2001 – 2002 годах

Здесь применяется компоновка – пять клапанов на цилиндр. НА впуске их – «ТРИ» (также три кулачка на распределительном валу), а вот на выпуске – «ДВА». ТО есть, как вы догадались здесь используется два распределительных вала, причем один приводится ременной передачей, а второй цепной с фазовращателем. Были варианты и с гидрокомпенсаторами.

Читать еще:  Усиленный бампер на ниву 2121

Опять же такими из-за сложности конструкции и механических потерь, которые не давали большую экономию и мощность по сравнению с 16-клапанным вариантом, их сняли с производства.

24 клапана, и такое бывает

И такое тоже бывало, а именно по 6 клапанов на цилиндр. Один из ярких примеров разработала их компания HONDA для своего мотоцикла, который работал – что удивительно по 4–х тактной схеме, кодовое обозначение NR500. Было это аж в 1979 году. Мотор был объемом всего 500 «кубиков» и имел овальные поршни.

Двигатель имел 4 поршня (кстати, на поршень шло аж два шатуна), его компоновка была V4.

В итоге раскручивался аж до 16 000 оборотов и выдавал до 100 л.с и это при 0,5 литра объема.

НО! Силовой агрегат получился очень тяжелым, сложным и дорогим, весил примерно на 20 килограмм больше, чем другие мотоциклетные моторы того времени. И в серию не пошел.

Также были разработки и у компании MASERATI, да много кто экспериментировал.

Если задаться вопросом — сколько клапанов в двигателе внутреннего сгорания, можно найти много интересных разработок, 10-ти или даже 20-30 летней давности, но не один вариант не дожил до наших времен, хотя бывало, что их достаточно много производили (вспомнить моторы ХЕНДАЙ и АУДИ).

Схема «8 – 16», оказалось самой живучей и самой правильной из всех. Хотя все больше старых моторов, которые строятся на 8 клапанах уходят в прошлое, просто потому что старые, не мощные и не экологичные. Я думаю что, в «конце-концов» останется только «16». НУ и далее уже электромоторы. Думаю, мой материал был вам интересен, искренне ваш АВТОБЛОГГЕР

(6 голосов, средний: 4,83 из 5)

Многоклапанные двигатели

Когда нижнеклапанные двигатели ушли в прошлое, клапаны перекочевали наверх в головку блока, и с тех пор их расположение не менялось. Чтобы избежать длинных толкателей, которые ограничивали возможность форсирования двигателя по оборотам (такая конструкция — инерционная и нежесткая), распределительный вал перенесли в головку блока, чем и закончилась трансформация. Потом росли только степень сжатия и обороты. Но если «оборотистый» двигатель и годится для гонок (правда, не для всех), то для повседневной эксплуатации он не подходит: высоки требования к материалам, из которых сделаны детали, топливу и маслам, велики токсичность выхлопа и эксплуатационные расходы. Пришлось искать другие пути.

Площадь четырех вписанных кругов больше, чем двух; соответственно больше проходное сечение каналов, которые прикрыты клапанами.

Идею двигателя с четырьмя клапанами на цилиндр не назовешь особо оригинальной или новаторской, но нельзя отрицать и то, что это достаточно простой способ улучшить наполнение цилиндра горючей смесью и удаление отработавших газов из него. Нарисуйте окружность и впишите в нее две другие максимально возможного диаметра, а затем попробуйте изобразить то же, но уже с четырьмя. Большая окружность обозначает цилиндр, а малые — каналы, закрытые клапанами. Невооруженным глазом видно, в каком случае площадь, занимаемая вписанными кругами, больше и, следовательно, больше проходное сечение впускного и выпускного каналов в головке двигателя.
Четыре клапана «спустились» с высот формулы 1 сначала на другие гоночные, затем на более простые спортивные автомобили, а сейчас они бодро «шествуют» от дорогих машин в средний класс и дальше, к малым и дешевым (этот этап начался в начале 1990-х).

Типичная схема механизма газораспределения двигателя (Mazda 121): зеленым цветом выделен распредвал, коричневым — клапаны с пружинами и фиксирующими деталями. Интересно, что рычаги распредвала выполнены из легкого сплава (показаны желтым цветом) и снабжены стальными роликами (красные). Видны винты для регулировки зазора с контргайками и свеча зажигания (эти детали — белые).

Двигателю с четырьмя клапанами на цилиндр вовсе не обязательно иметь два распределительных вала в головке, как думают иногда автолюбители. Есть моторы, в которых клапаны приводит один вал, например у «Мазды-121».

Двигатель автомобиля Mitsubishi Galant: два распределительных вала, гидравлические компенсаторы клапанного зазора — типичные для четырехклапанных моторов.

Двигатель более дорогого «Мицубиси-Галант» — уже с двумя распределительными валами, гидрокомпенсаторами клапанных зазоров. Заметим, что схема с двумя распредвалами применяется в четырехклапанных двигателях чаще.
Есть двигатели и с тремя клапанами на цилиндр: несколько таких моделей использует, например, Toyota на автомобилях Starlet и Corolla. В этом случае два клапана впускные, а один — выпускной. Это обусловлено тем, что для впуска требуется большее сечение: рабочая смесь хуже проходит по узким каналам, чем выхлопные газы.
Когда фирма Opel добавила к модификациям своей Vectra модную полноприводную, то едва не оступилась. Инертная трансмиссия, возросший вес машины почти свели на нет ее достоинства по сравнению с переднеприводной. Спасти положение помогла новая головка с четырьмя клапанами на цилиндр. Прибавилась мощность, динамика и скорость выросли под стать полноприводным амбициям. Это пример настоящей конструкторской удачи.
Если сечение каналов больше, это не значит, что топлива в цилиндры поступает больше и расход должен быть выше. Многоклапанные головки двигателя позволяют изменить распределение рабочей смеси по камере сгорания, снизить потери впуска и уменьшить количество оставшихся в цилиндрах отработавших газов. Все это увеличивает КПД двигателя, следовательно, появляется возможность уменьшить расход, хотя бы на некоторых режимах.
Двигатель потребляет не столько топлива, сколько войдет в цилиндры, система впрыска «определяют дозу» согласно желанию конструкторов. Но и разработчики иной раз вынуждены идти на уступки, например, применять высокооктановый бензин.
Конечно, улучшить характеристики автомобиля можно не только изменив конструкцию двигателя (увеличив число клапанов). Нередко вместе с этим изменяют передаточные числа в коробке передач, модифицируют систему впрыска топлива и т. д. Но все же ведущие фирмы широко применяют четырехклапанные двигатели.
В условиях современного производства затраты на выпуск технологически более сложной головки блока невелики, а повышенная цена автомобиля, как правило, оправдывается хорошими характеристиками и не отпугивает покупателя.
Некоторые ездят на четырехклапанных машинах, даже не подозревая об этом. Автомобильные фирмы иной раз упоминают о конструкции только в технических характеристиках: ведь потребителя волнуют эксплуатационные показатели, а не устройство двигателя. Другие, наоборот, стремятся подчеркнуть технический уровень или спортивные качества модели, тогда в названии появляются обозначения «16V», «24V». Первое говорит о том, что двигатель имеет четыре цилиндра и четыре клапана на цилиндр, всего шестнадцать, а второе — шесть цилиндров, по четыре клапана на каждый (6X4=24). Индексы трехклапанных двигателей «12V», «18V». Те же надписи могут быть и на клапанной крышке, а кроме них «DOHC» и «Twincam», что означает «два распределительных вала в головке». Если же рядом с «DOHC» не стоит «12V» или «24V», то двигатель вовсе не обязательно четырехклапанный: два распредвала могут быть и у обычного, двухклапанного.

Читать еще:  Теплый пол штейн отзывы

Время учиться: пособие по ГРМ для чайников

Двигатель хорош только тогда, когда он может дышать. Ограничишь поток воздуха – твой двигатель начнет кряхтеть и терять мощность. Таким образом, дизайн ГРМ играет важнейшую роль в оптимизации мощности и эффективности двигателя. В современном мире существует четыре типа систем:

— Верхнеклапанные с приводом клапанов толкателями (OHV)

— C одним распределительным валом и клапанами в головке (SOHC)

— C двумя распредвалами в головке цилиндров (DOHC)

— По 2,3,4 или 5 клапанов на цилиндр

Верхнее расположение клапана (OHV)

Тут все просто: клапаны располагаются над головкой блока цилиндров. Такая система используется как правило на двигателях со штанговыми толкателями в приводе клапанов, в которых распредвал устанавливается значительно ниже.

Достоинства:

— Для двигателей V-компоновки, установка распредвала внутрь блока двигателя является отличной экономией места в сравнении с другими системами ГРМ. Это помогает снизить центр тяжести и освободить пространство в моторном отсеке под прочие ништяки. Возможно, это даже поможет более гибким настройкам подвески, или подвинуть движок назад для улучшения распределения веса

— Хоть тут и используются некоторые дополнительные запчасти, в сравнении с DOHC их значительно меньше. Вместо использования четырех распредвалов для двигателя V8, вам будет достаточно всего одного.

Недостатки:

— Большинство двигателей со штанговыми толкателями использует два клапана на цилиндр вместо четырех, что значительно ограничивает поток воздуха на высоких оборотах.

— Клапаны, как правило, настолько велики, что из-за них невозможно установить центральную свечу зажигания, как в случае с использованием четырех клапанов. Соответственно, процесс внутреннего сгорания идет менее эффективно.

— Возвратно-движущая масса сильно портится

— Необходимы более прочные клапанные пружины, поэтому порой происходит неполное закрытие клапанов, что влечет за собой невозможность развития высоких оборотов.

Одинарный верхний распределительный клапан (SOHC)

Установка распредвала наверх решает массу проблем. Четыре клапана на цилиндр – гораздо более простая схема, которая имеет массу преимуществ.

Достоинства:

— Хороший поток воздуха на высоких оборотах

— Возможность использования системы двух клапанов на цилиндр

— Дешевле и проще, чем DOHC

— Распредвал находится сверху, доступ к нему всегда открыт, что делает ремонт и обслуживание гораздо проще.

Недостатки:

— Не использует поток воздуха на полную

— Те же недостатки, что и у OHV, если используется 2 клапана на цилиндр

Двойной верхний распределительный клапан (DOHC)

Добавление еще одного распредвала позволяет с легкостью установить по четыре клапана на цилиндр. С двумя распредвалами на каждом блоке цилиндров, клапаны впуска и клапаны выпуска контролируются отдельными валами.

Достоинства:

— Проще установить 4 клапана на цилиндр

— Независимый контроль клапанов впуска и выпуска

— Настраиваемый ход клапана позволяет регулировать поток воздуха

— Распредвалы расположены ближе, чем в системе OHV.

Недостатки:

— Цена и усложненность конструкции

По 2,3,4 или 5 клапанов на цилиндр

За всю историю, производители пытались экспериментировать с различным количеством клапанов на цилиндр. На данный момент самой популярной является система DOHC с четырьмя клапанами на цилиндр. Некоторые продолжают использовать систему OHV.

2 клапана

Чем меньше подвижных частей, тем, как правило, лучше. Однако, в данном случае клапаны являются слишком тяжелыми, и требуют более жестких пружин. Это ограничивает поток воздуха. Крутящий момент на низких оборотах, как правило, хорош, а вот на высоких все более печально.

3 клапана

Вполне привычная система для SOHC – два впускных и один выхлопной клапан на цилиндр. Тут поток воздуха на высоких оборотах гораздо круче, чем в OHV.

4 клапана

Чем больше клапанов, тем больше воздуха на высоких оборотах. Клапана легче, пружины мягче, словом, отличная система.

5 клапанов

Чем больше, тем лучше, да ведь? Добавьте еще по одному впускному клапану, и ваш движок вдохнет полной грудью. Так почему же не поставить по 6, 15, 20 клапанов на цилиндр? Все дело в цене и сложности таких систем. Кроме того, можно понять, что и надежностью они отличаться не будут, вы только представьте, сколько там подвижных частей. В ближайшее время большинство автомобилей будет выпускаться с четырьмя клапанами на цилиндр.

Читать еще:  Части днища ваз 2110

MaserRUS › Блог › 1985 год. 6 клапанов на цилиндр!

Прототип ‘Hi-Tech»-двигателя на базе двигателя Biturbo представленный Мазерати 14 декабря 1985 года.

6-цилиндровый, 36-клапанный, четырехраспредвальный, двух-турбиный и с множеством технологических ноу-хау «Hi-Tech» двигатель Maserati имел:
— Улучшенный смешивающий эффект для максимальной эффективности сгорания топлива;
— Камера сгорания двойной выпуклости;
— Низкая температура камеры сгорания, благодаря более эффективному теплосъёму охлаждающей жидкостью;
— Свеча в центре камеры сгорания для улучшения эффективности сгорания;
— Большая мощность 261 лс при 7200 об/мин при низком давлении наддува – 0,8 бар;
— Высокая эффективность использования топлива – меньший удельный расход;
— Простота настройки зазоров клапанов благодаря запатентованной Мазерати схеме;
— Центральные клапаны под другим углом относительно крайних в группе, что даёт дополнительный эффект турбулентности для лучшего смешивания топлива с воздухом;
— Двойной турбонаддув с водяным охлаждением;
— Четыре верхних распредвала приводимых зубчатым ремнем;
— Снижение инерции клапанов благодаря их малому размеру;
— Электронное управление подачи топлива.
Но, прежде всего — это истинное удовольствие от вождения автомобиля, который сочетает в себе престиж славных традиций спортивных технологий с авангардом.

Рекламная литература заявляла:
«Захватывающие новости от Мазерати – новый Twin Turbo V6 двигатель с четырьмя верхними распредвалами и шестью клапанами на цилиндр. Этот двигатель объёмом 2 литра развивает 261 л.с. при 7200 об/мин будет установлен на новый двухместный Мазерати в 1986 году. 130 л.с. с одного литра объёма двигателя – это значительное достижение для стандартного серийного блока цилиндров.»

Почему 6 клапанов?

На протяжении всей истории создания ДВС поиск максимальной производительности имел целый ряд разных направлений. Для увеличения производительности двигателя топливовоздушная смесь, поступающая в камеру сгорания, должна быть преобразована в механическую энергию. Топливовоздушная смесь всегда состоит из микроскопических капель топлива и воздуха.
Опыт показал, что в случае изменения направления потока воздуха (как в цилиндрических окнах у обычных двигателей с одним впускным клапаном) топливовоздушная смесь будет иметь тенденцию быть неравномерной, что приводит плохому распределению пламени при сгорании, снижении производительности двигателя и увеличенному расходу топлива, в результате чего увеличиваются вредные выбросы в атмосферу несгоревших частиц топлива. Двигатели с двумя впускными клапанами на цилиндр также имеют некоторые проблемы, вызванные медленным прохождением газов во впускной фазе, что ухудшает качество наполнения цилиндра смесью.
Эти и другие соображения на протяжении многих лет привели к увеличению числа клапанов с целью увеличения наполняемости цилиндров, тем самым увеличивая площадь циркуляции воздуха и потери давления вокруг клапанов. Если количество клапанов увеличить, то потоки смеси будут сталкиваться, ывеличивая турбулентность и тем самым приводя к более однородной смеси.
Далее важно обеспечить эффективное удаление отработавших газов на этапе выхлопа с наименьшими затратами энергии на удаление газов. Неудаленные газы ухудшают мощностные характеристики двигателя. Преимущества двигателя с более чем двумя выпускными клапанами на цилиндр – это более качественное и легкое удаление отработавших газов и тем самым увеличение эффективной мощности двигателя.
Таким образом увеличение числа клапанов приносит много преимуществ.

Тем не менее, опыт и история показывают, что предел с четырьмя клапанами на цилиндр почти не был превзойден. Причина тому – технические трудности реализации и увеличение сложности конструкции, что ведет к более высоким затратам при производстве. Всё это остановило прогресс в этом направлении.
После многих лет исследований Мазерати усовершенствовали двигатель спортивного автомобиля с шестью клапанами на цилиндр (3 впускных и 3 выпускных). Разработчики смогли избежать все трудности реализации конструкции.
Мазерати запотентовала конструкцию с двумя распредвалами, которую назвали «finger control» (пальцевое управление), в которой нагрузка равномерно распределялась по клапанам – каждый привод управления на 3 клапана. Регулировка зазора клапанов проста – это тип винт-гайка, которая не требует особого внимания при обслуживании, без необходимости проведения сложной дорогостоящей работы по регулировке клапанов.
И как следствие наличия деталей с малым весом металл не подвергается какому-либо сильному напряжению при больших оборотах двигателя, что обеспечивало максимальную производительность двухлитрового двигателя.

Центральные клапаны (впускных и выпускных групп) установлены под другими углами относительно крайних клапанов. В то время как крайние клапаны наклонены на 11,25 (впуск) и 10,5 (выпуск) градусов центральные клапаны наклонены на 3 (впуск) и 2,5(выпуск) градусов от плоскости разъема головки ГБЦ. Это разница в углах порождает турбулентность в камере сгорания в момент, когда смесь поступает в цилиндр. Это дает эффект более равномерного распределения топливовоздушной смеи по камере сгорания, что даёт двигателю работать с близкой к оптимальной стехиометрической смесью (стехиометрическое горение является идеальным процессом, когда топливо сжигается полностью), что обеспечивает потребление топлива не более 200 г/л.с./час. Последний и самый очевидный результат показал максимальную мощность двухлитрового двигателя 261 л.с! И это при 7200 оборотов в минуту при относительно небольшом наддуве — всего 0,8 бар. Сами турбонаддувы были с водяным охлаждением, что гарантировало полную надежность и беспрецедентную прочность.

…Мазерати решила пойти на более традиционный вариант с четырьмя клапанами на цилиндр и хотя это был самый разумный и правильный выбор, но революционный двигатель с шестью клапанами было бы приятно видеть в производстве.

Тем не менее, данный двигатель послужил базой для 24 клапанного четырехраспредвального двигателя, которые устанавливались на Maserati после 88 года.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector