Механизм газораспределения

– В двухтактном двигателе хозяин – поршень, он управляет всем процессом. А как открываются и закрываются клапаны в четырехтактном двигателе?

Ну, в двухтактном двигателе тоже все далеко не так просто, как может показаться на первый взгляд.
Когда мы говорили о диаграмме и фазах газораспределения, мы назвали их симметричными. Это красиво звучит и выглядит, но такие фазы вовсе не идеальны. Происходящие одновременно впуск свежей смеси и выпуск отработавших газов ухудшают экономичность и уменьшают мощность двигателя. А потому заманчиво как-то разделить эти процессы, чтобы лучше очистить цилиндры от газов и увеличить их наполнение свежей смесью. Это позволило бы увеличить литровую мощность, то есть мощность, отнесенную к одному литру рабочего объема.
Самые хитрые системы продувок если и давали какой-то результат, то весьма незначительный.
И тогда появилась новая идея: поставить на впуске золотник – нечто вроде клапана, что позволило бы увеличить продолжительность фазы впуска и исключить так называемый обратный выброс смеси в карбюратор. Это устройство еще называют лепестковым клапаном или обратным пластинчатым клапаном.

Лепестковый клапан

Первый клапан представлял собой просто упругую стальную пластинку, расположенную поперек потока свежей смеси. Он, во-первых, оказывал большое сопротивление этому потоку, во-вторых, довольно быстро ломался, не выдерживая бесконечных перегибов – пульсаций.
Однако «лиха беда – начало». Шло время, появлялись новые материалы, отрабатывались технологии. И вот уже клапаны на впуске стали серийно устанавливаться на многие мотоциклетные двигатели, в том числе отечественные. И это позволяет экономить до 15% топлива при одновременном улучшении динамических показателей мотоцикла.
Воодушевленные успехом конструкторы обратили свои взоры на выпуск – ведь там тоже происходит безобразная утечка смеси. И тут же появились клапаны на выпуске; их назвали мощностными. Но о них мы поговорим чуть позже.
А пока вернемся к четырехтактному двигателю и его системе газораспределения.
Принято различать два типа механизмов: верхнеклапанный и нижнеклапанный.
В первом случае клапаны располагаются в головке цилиндров и приводятся в действие от распределительного вала, находящегося внизу, с помощью длинных толкателей, штанг и коромысел. Недостатки этой системы стали проявляться все отчетливее по мере роста числа оборотов двигателя. Ведь даже самые легкие толкатели обладают массой, значит, инерцией, и на каком-то этапе они стали запаздывать. Точнее говоря, перестали точно отслеживать профили кулачка распредвала. Нарушились фазы, и это стало приговором верхнеклапанному механизму.
При нижнеклапанном газораспределении клапаны располагаются в теле цилиндра, привод осуществляется коромыслами либо толкателями. Такая Схема оказалась гораздо более живучей, поскольку масса частей, движущихся возвратно-поступательно, невелика.
Но и ее погубили врожденные пороки: очень большая поверхность камеры сгорания провоцирует детонацию, да и быстроходность моторов с этой схемой не превышает 4500 об/мин, что на сегодня недопустимо мало.
Гораздо популярнее на современных мотоциклах схема с верхним расположением клапанов, но пока еще с нижним распредва-лом, получившая условное обозначение OHV по первым буквам английских слов Over head valve. В этом варианте двигатель может развивать до 7000 об/мин.
Когда же распределительный вал перенесли в головку и он стал непосредственно через коромысла воздействовать на клапаны (схема называется OHC), мотор получил способность «раскручиваться» до 9000 об/мин. Этот вариант был очень популярен в 70-е годы.
Наконец, для очень быстроходных моторов придумали вариант с двумя распредваламй в головке – он называется DOHC (D – это double, то есть дубль). Тут уж вовсе отсутствуют возвратно-поступательно движущиеся толкатели или штанги – а потому моторы могут развивать до 11-12 тысяч об./ мин.

DOHC - газораспределительный механизм в двигателе с двумя распределительными валами верхнего расположения.
(Double overhead cam-shafts = DOHC)

Этот тип механизма привода клапанов двигателя - детище четырех инженеров и гонщиков, работающих на фабрике Peugeot: Эрнеста Анри (Ernest Henry), Жорж Буалло (George Boillot), Жюль Гу (Jules Goux), Поль Зуккарелли (Paolo Zuccarelli). Идея Зуккарелли была поместить распределительные валы непосредственно над каждым рядом клапанов (впускных и выпускных) и отказаться от "посредников" — коромысел, штанг, рокеров и т.п. А чтобы каждый клапан сделать еще легче, пусть их будет на цилиндр не два - а четыре. И даже при увеличении оборотов в полтора раза на пружины станут приходиться существенно меньшие нагрузки.

Впрочем, пружина, как выяснилось, тоже обладает «временем срабатывания». И при каких-то, пусть даже очень высоких частотах вращения распредвала она не успевает разжиматься. Для таких особо сложных случаев придуман так называемый десмодромный механизм, в котором клапаны и закрываются, и открываются под действием кулачков, пружин в нем нет вообще (рис. 30). Эту схему придумали конструкторы итальянской фирмы Ducati. И она себя оправдала её гоночный двигатель объемом 125 см3 развивал 16 тыс. об/мин и был при этом очень надежным. Недостаток у этой конструкции один: она дорого обходится в производстве и сложна в эксплуатации. Однако это не мешает итальянцам использовать ее даже на дорожных мотоциклах.

Десмодромный механизм

Десмодромный - тип привода клапанов в двигателях, разработанный компанией Ducati. Клапаны в десмодромных двигателях закрываются не пружиной а специальными коромыслами, посаженными на отдельный распредвал. Это отодвинуть "красную зону" двигателя, т.к. не происходит "зависания клапанов", которые не успевают закрыться с помощью пружины.

Самая распространенная на сегодня схема газораспределения – DOHC. По ней работает большинство современных четырехтактных моторов. Причем все чаще вместо двух клапанов на цилиндр применяют 4, 5, а иногда уже и 6 клапанов. Благодаря этому общее проходное сечение для впуска и выпуска становится больше, улучшаются очистка и наполнение цилиндров. Клапаны меньшего диаметра лучше охлаждаются, их масса меньше, значит, можно еще хоть на немного поднять обороты двигателя. К сожалению, и это усложнение конструкции заметно повышает стоимость мотоцикла и потому не применяется в тех случаях, когда на первом месте стоят дешевизна и простота.

– В автомобильных двигателях привод распредвала осуществляется цепью или ремнем. А как это делается в мотоциклетных моторах?

Тип привода распредвала зависит в первую очередь от того, где располагается распредвал. Если он находится внизу, в картере, то все очень просто: достаточно обычной шестеренной передачи. Она обеспечивает точность фаз газораспределения и очень надежна.
Если же вал находится в головке цилиндров, то привод шестернями становится неудобным, очень громоздким. И ему на смену приходит втулочно-роликовая цепь. Ее преимущества очевидны: она легче, компактнее и дешевле. Но столь же очевидны и недостатки. Цепь изнашивается и вытягивается, заметно нарушая фазы; цепь «шумит» и требует постоянного наблюдения и ухода.
А потому, как и на автомобильных моторах, на мотоциклах все чаще вместо цепи применяется зубчатый ремень. Он, конечно, тоже со временем изнашивается. Но цена ремня невелика, и заменить его в назначенный срок – дело совсем не трудное.
Таким образом, мы рассмотрели основные механизмы двигателя и теперь переходим к рассмотрению его систем. Их пять: системы смазки, охлаждения, питания, выпуска и электрооборудования.