ГРМ, или Типы газораспределительных механизмов "для чайников"

Тем кто интересуется деталями устройства автомобиля, но не готов лезть в профессиональные "дебри", порой непонятны все эти OHV, OHC, DOHC, "нижний вал", "верхний вал", "два верхних вала"... А "два нижних" бывает? А три или пять клапанов на цилиндр?

Давайте всё это сейчас разберём.

Для начала мы примем, что техника любит развиваться не только от простого к сложному, но и от известного к новому. И, в отличие от эволюции биологической, смена схем в технике чаще всего происходит не оттого что новая лучше, а потому что старую ставить уже невозможно: она исчерпала себя, её ограничение принципиально.

Итак, от известного:

Отправная точка: два распредвала снизу

Вспомним модель четырёхтактного двигателя из школьного кабинета физики: вертикально стоящий цилиндр, под ним коленвал и два распредвала: левый толкает длинный шток впускного клапана (канал обозначен "холодным" синим цветом), правый - обозначаемый красным выпускной.

Вроде бы всё хорошо: все три вала, коленчатый и оба распределительных, находятся в картере с маслом, их привод в виде трёх шестерёнок надёжен и, если не выточен "рационализатором", вечен. А что камера сгорания велика, то это ведь может быть и несущественным: если двигатель тихоходен, а его размеры и вес не принципиальны, то для достижения нужной степени сжатия можно построить мотор и с большим ходом поршня. Речь не о рекордном "размахе", как, например, у корабельного дизеля Wartsila-Sulzer RTA96-C, где ход поршня два с половиной метра. Дело в соотношении диаметра цилиндра и хода поршня, ведь чем большее расстояние преодолевает поршень от верхней мёртвой точки до нижней, тем быстрее он вынужден двигаться на середине пути и тем резче останавливаться в конце хода. Впрочем, долгое время моторы вращались неспешно.

Два нижних распределительных вала на автомобилях встречались, но были экзотикой. Из отечественных моделей с таким мотором можно вспомнить разве что Руссо Балт.

SV, или Клапаны по-прежнему снизу, но распредвал один

На практике чаще все клапаны располагали по одну сторону ряда цилиндров: так несколько проще конструкция. А для автомобилистов переход на один нижний вал подавался и как забота о жизни шофёра: регулировкой зазоров в клапанном механизме ему приходилось тогда заниматься едва ли не чаще чем заливать в бак бензин. Когда для того чтобы быстро найти, какой клапан стучит, и поправить зазоры, водитель скакал то к правому борту машины то к левому, были все шансы, что он проглядит подъезжающий экипаж и попадёт под колёса. Когда же работу он делает стоя с одной стороны от машины, то он и коллеге попутному виден, и сам посредине работы не бегает по мостовой вкруг машины. А если уж распределительный вал сделан со стороны тротуара - ваш личный шофёр в безопасности! Моторы этой схемы были неспешными: так, максимальная мощность мотора на АМО Ф-15 в 1917 году достигалась на 1400 об/мин, а мотор на ГАЗ-52 (производился до 1993-го) мог разгоняться до "целых" 2600 об/мин.

OHV, или Клапаны переезжают наверх

Шло время. Автомобилисты "распробовали" быструю езду, а перевозчики - грузоподъёмность. От моторов требовалось всё больше отдачи, а время "автомобилей дядюшки Скруджа" с капотом в две трети длины лимузина прошло. Наращивать мощность приростом размеров мотора уже было некуда, требовалась большая эффективность мотора. Её можно повысить либо улучшив отдачу при каждом рабочем ходе, либо подняв обороты - тогда этих самых рабочих ходов будет больше. Либо и то и другое, конечно. Итак, частота вращения коленчатого вала стала расти, стали неизбежно расти скорость поршня в цилиндре и нагрузки на кривошипно-шатунный механизм при его перекладках. Чтобы поднять обороты и не разорвать мотор инерционными силами, поршни "толстели" в диаметре и сокращали свой путь по цилиндрам. В какой-то момент частота смены тактов в цилиндрах стала такой, что газообмен в Г-образной камере сгорания стал "затыкаться": горючая смесь, приходящая в цилиндр через впускной канал, утыкалась в "пробку" из выхлопных газов, спешащих навстречу им к установленному в том же "предбаннике" камеры сгорания клапану выпускному.

Когда сопротивляться прогрессу стало совсем невозможно, на автомобили пришла давно уж привычная на самолётах система газораспределения с верхним расположением клапанов. Небольшая камера сгорания правильной формы улучшила газообмен и позволила при том же ходе поршня поднять степень сжатия - важный параметр для эффективности двигателя.

Но распредвал и штанги-толкатели так и остались на месте, и чтобы толкатель толкал как обычно свой клапан, толкатель и клапан соединили качающимся коромыслом. Вышло удачно: пусть эту систему ругают за сложность, однако она до сих пор применяется там где нет смысла в особо больших оборотах. И это не только грузовики и типичные американские "дорожные дредноуты", 659-сильный мотор ультраспортивного Chevrolet Corvette Z06 построен именно по этой схеме.

OHC, или Вал переселяется к клапанам

Снова растут обороты, и вот - штанги-толкатели перестают успевать возвращаться, когда кулачок распредвала уходит и клапан пора отпустить. Виновата инерция. На недешёвом спортивном моторе, конечно же, можно сваять стержень клапана вместе с толкателем хоть из титана, но что делать, если цена ограничена? Правильно: выкинуть штанги-толкатели. Как? Очень просто: поднять распредвал к клапанам. Заменить шестерню его привода можно хоть цепью ("классический" ВАЗ), хоть ремнём (ВАЗ-2108), хоть добавить ещё шестерёнок (Cosworth, чемпионский двигатель Формулы-1 с 1968 по 1974-й годы). Передать действие кулачка вала на клапан теперь уже можно по-разному: через одноплечий рычаг-рокер, привычное коромысло, а можно и прямо нажать кулачком на его стержень - через шайбу или же компенсатор, конечно.

DOHC, или Снова два вала

Теперь инженерам приходится оптимизировать потоки газов в миниатюрных и идеальных по форме камерах сгорания. Двух клапанов на цилиндр уже не хватает, и вот появляются три (Mepcedes C240 тип W202), четыре, пять (Volkswagen Passat B5 1,8) и даже шесть (Maserati, экспериментальный). Одним валом привести всё это просто нереально, и снова мы видим два вала - один для впускных клапанов, другой для выпускных. История, как нас учат философы, развивается по спирали. А техника - от привычного.

Кожевенное мастерство | Сайт "Художники" | Доска об'явлений "Книги"