С чего все начиналось?
85 лет назад работали на заводе «Пежо» инженеры и по совместительству гонщики: Жорж Буалло, Поль Зуккарелли, Эрне Арни, Жюль Гу, их прозвали «бандой четырёх» за огромное стремление любыми путями реализовать свои идеи. Именно они придумали, спроектировали, воплотили в жизнь и впервые испытали на гонках совершенно новую конструкцию мотора гоночных автомобилей, которая представляла собой два распределительных вала в головке цилиндров и четыре клапана на каждый цилиндр. В то время двигатели были тихоходными (не более 2000 оборотов в минуту) – клапанным пружинам оказались не по силам тяжёлые массивные коромысла и длинные толкающие штанги.
Идею поместить распределительные валы непосредственно над впускными и выпускными рядами клапанов, не пользуясь при этом помощью «посредников» - то есть, рокеров, коромысел, штанг и так далее, впервые выдвинул Зуккарелли. Чтобы уменьшить вес клапанов, их число увеличили в два раза. Получились четыре лёгких клапана. Даже если число оборотов увеличится в полтора раза, нагрузки на пружины всё равно не будут такими большими.
Теоретик «банды четырёх», Э. Анри, рассчитал, что чем больше за рабочий цикл мотор «вдохнёт» смеси, тем больше окажется его мощность. Из этого следует, что проходное сечение клапанов должно достигнуть предельного значения. Через кольцевые щели двух выпускных клапанов небольшого размера поступит почти в 2 раза больше горючей смеси, чем поступает через один большой. К тому же, такая конструкция улучшит сгорание смеси, КПД увеличится, экономичность двигателя возрастёт.
Первые победы
«Банде четырёх» удалось добиться своей цели. Гоночные «Пежо» стали побеждать в соревнованиях намного чаще, чем другие автомобили. Подобную конструкцию начали использовать фирмы «Санбим», «Сальмсон», «Воксхолл», «Балло» и другие. Несмотря на сложность данного технического решения, жизнь доказала его правильность. Тогда люди придерживались мнения, что сложный механизм будет крайне ненадёжным. Однако истории известно много очень простых конструкций, которые очень быстро вышли из строя в результате недостаточной точности изготовления, небольшого количества смазки, ошибок при выборе материалов или неправильного расчета нагрузок. За новое решение сразу ухватилась авиационная промышленность. Сложные моторы, которые отличались высокой степенью надёжности, очень быстро стали выпускаться серийно, например, известный авиамотор, который был сконструирован А. Микулиным в начале тридцатых годов.
Двигатели данного типа выпускались так же автомобильными компаниями, однако их количество было совсем небольшим. Первый отечественный автомобиль с такой конструкцией появился только в 1951 году. Это был карьерный самосвал МАЗ-525 на дизельном двигателе танкового типа, который происхождение своё вел от авиационных моторов.
Возможно, что силовые агрегаты DOHC, до сих пор, бы использовались только в конструкциях спортивных и гоночных автомобилей, однако стремление увеличить мощность малолитражных моторов, кризис нефтяной промышленности и борьба с за уменьшение выброса вредных веществ всё изменили. Кстати, приход современных технологий в область автомобилестроения смог изменить отношение к сложным конструкциям.
Вскоре один за другим появляться начали четырёхклапанные и двухвальные двигатели. На сегодняшний день более полусотни автомобильных фирм выпускает моторы данного типа. Но массовое производство добавило свои проблемы. Для привода в головке цилиндра двух распределительных валов можно применять цепь, зубчатый ремень и набор шестерён. В соответствующем разделе нашего сайта вы сможете скачать руководство по ремонту двигателя Chrysler 2,4L - DOHC. Дешевле всего стоит ремень, он практически не издаёт шума и ему не требуется смазка, однако при его обрыве случится катастрофа для всего двигателя: неуправляемый клапан натолкнётся на поршень, обе детали разрушатся, и повредят одновременно блок и гильзу цилиндра. Цепь более надёжна, но уровень шума от неё выше. Её недостаток – постепенное втягивание. Проблему с цепью решают устройства автоматического натяжения, но так как цепь должна работать в масляном «тумане» для неё потребуется также герметичный картер. Набор шестерён дорого стоит, очень шумен, сложен, но при этом абсолютно надёжен.
Конструкторский рейтинг в данное время представлен так: ремень, цепь, шестерни. В случае если встречается технологически скверное исполнение любого из этих трёх вышеприведенных вариантов, владелец автомобиля становится настоящим мастером площадной брани. А если, напротив, всё выполнено хорошо, водитель забудет даже поинтересоваться, какое устройство имеет привод этого самого DOHC. О достоинствах четырёх клапанов на цилиндр уже упоминалось. Но не забываем, что от степени сжатия зависит КПД мотора. Нет ничего необычного в том, что современные двигатели работают с достаточно высокими степенями сжатия (9,5 – 10). В таких случаях наиболее выгодной формой камеры сгорания является полусферическая, превращающаяся в шаровой сегмент (следует сказать, что теоретики термодинамики относятся к этому весьма отрицательно).
Приходится думать о компромиссе
С одной стороны, камера сгорания должна быть шатрообразной, а с другой – «шатёр» должен иметь покатый вид, со скруглёнными углами. Добиться этого можно лишь уменьшая угол между впускными клапанами и выпускными. Другими словами, чем выше степень сжатия, тем должен быть меньше угол между клапанами. При четырёх клапанах на цилиндр единственным местом, куда может поместиться свеча в камере сгорания, является центр. Длинные газовые каналы настолько высоко поднимают головку цилиндров, что свеча оказывается на самом дне глубокого колодца. Вывернуть и вынуть эту свечу оттуда можно только при помощи специального ключа. Однако не в этом проблема. А если заполнить колодец чем-нибудь полезным, к примеру, сразу за свечкой разместить катушку зажигания? А сверху колодец закрыть резиновой или пластмассовой герметичной пробкой и пропустить через неё кабель? Тогда провод от катушки зажигания к свече будет сухим даже в дождливую погоду. Поршни для двигателя: устройство, назначение виды. Таким образом, неизбежный недостаток превращается в преимущество. Схема приводов клапанов DOHC имеет один недостаток. Чтобы отрегулировать клапанные зазоры необходимо вынимать кулачковые валы, нарушать установленный принцип фаз газораспределения, а так же подбирать толщину регулировочных шайб между стаканчиковым толкателем и кулачком. Затем снова проводится сборка, снова измеряется зазор и, если не удалось угадать с прокладками, всё начинается сначала. Разумеется трудоёмки регулировки не радуют никого, если только гоночных механиков-трудоголиков. Конструкторы изобретали всевозможные хитроумные устройства, однако они лишь утяжеляли детали клапанного привода, что вытесняло любые достоинства.
Но вскоре нашлось решение и этой проблемы. Что если в зазор между стаканчиковым толкателем и клапаном подавать под давлением из системы смазки масло? И зазор должен всегда выбираться в зависимости от того, двигатель горячий или холодный, гнездо клапана изношено или нет. Другими словами, был создан специальный гидравлический компенсатор зазора, который очень быстро вошёл в обиход, и до сих пор применяется практически на всех двигателях с клапанным механизмом DOHC от «Опель-Корса» до «Кадиллак-Нортстар».
Как и 85 лет назад рост быстроходности гоночных двигателей сдерживают клапанные пружины. Разрабатывались конструкции беспружинного десмодромного привода. Клапан открывался и закрывался под воздействием кулачка распределительного вала, а не усилием пружин. Но большого распространения и дальнейшего развития данный механизм не получил.
В 80-х годах клапанные пружины гоночных автомобилей стали заменяться сжатым газом. Газ подавался под тонкостенный стаканчиковый толкатель.
Результаты
Результаты превзошли все ожидания: нет перегрузок в материале, отсутствие инерции. Двигатели работали в режиме до18 тысяч оборотов в минуту без каких-либо проблем. Эрне Арни и трое его коллег прожили остаток жизни в нищете и безвестности. Однако их конструкция DOHC и 4V стала ширпотребом в наше время, и именно ей современные автомобили обязаны своей быстроходностью, мощностью, эффективностью и экономичностью.
