Со смешанным расположением клапанов

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.

 

1. Впускной клапан

2. Распределительный вал впускных клапанов

3. Кулачек распределительного вала

4. Распределительный вал выпускных клапанов

5. Роликовый рычаг (коромысло)

6. Гидрокомпенсатор

7. Клапанная пружина

8. Выпускной клапан

9. Головка блока цилиндров

10. Блок цилиндров

Классификация

 

По расположению клапанов выделяют двигатели:

1) Нижнеклапанные (с боковым расположением клапанов);

2) Верхнеклапанные (в старой литературе — «с подвесными клапанами»);

3) Со смешанным расположением клапанов.

По расположению распределительного вала выделяют двигатели:

1) С распредвалом, расположенным в блоке цилиндров (Cam-in-Block);

2) С распредвалом, расположенным в головке блока цилиндров (Cam-in-Head);

3) Без распределительного вала.

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

Двигатели с верхним расположением вала считаются наиболее эффективными, и получили самое широкое распространение. В них клапана приводятся в движение распредвалом через рычаги толкателей. Это упрощает всю конструкцию, снижает массу двигателя и уменьшает силу инерции. В такой компоновке вал монтируется в головке, рядом с клапанами. Движение с коленчатого вала передается при помощи роликовой цепи или зубчатого ремня.

 

При нижнем положении вала ГРМ, он монтируется рядом с коленчатым валом в блоке цилиндров. Передача усилия на клапана происходит при помощи толкателей через коромысла. Распредвал входит в зацепление с коленвалом при помощи шестерни. Такая конструкция двигателя считается усложненной, к тому же инерция двигающихся частей механизма возрастет.

Количество распределительных валов механизма и клапанов на каждый цилиндр зависит от варианта двигателя. Чем больше в нем клапанов предусмотрено, тем лучше цилиндры заполняются воздухом или горючей смесью, и очищаются от газов. Благодаря этому, двигатель в состоянии развить больший крутящий момент и мощность. Нечетное количество клапанов означает большее число впускных в сравнении с выпускными.

Нижнеклапанные

Нижнеклапанный двигатель — 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 — невозможность получения компактной камеры сгорания при высокой степени сжатия. Неоптимальная, вытянутая форма значительно увеличивает теплоотдачу через стенки (снижение КПД). Удлинение камеры сгорания увеличивает время догорания смеси, что ограничивает быстроходность двигателя, а также способствует развитию детонации. По той же причине не изготовляют нижнеклапанное дизели, поскольку в дизель-моторах необходимы степени сжатия порядка 16 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

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.