Одинарные и двойные верхние распределительные валы являются частью двигателей автомобилей, судов, мотоциклов и самолетов с начала 20-го века.
Ранние автомобили с одинарным верхним распределительным валом (SOHC) включают Maudsley, разработанный в Великобритании в 1902 году, и Marr Autocar, произведенный в США в 1903 году.
Двойной верхний распределительный вал (DOHC) впервые был применен на французском автомобиле Peugeot, который победил на Гран-при Франции в 1912 году.
Двигатели с верхним расположением распредвала использовались на многих военных самолетах во время Первой мировой войны. Многие из этих моделей двигателей использовали валы для привода распредвалов. Распредвалы с цепным приводом, распространенные сегодня, появились позже, в 1920-х годах, на массовых автомобилях.
Двигатели DOHC стали популярными после Второй мировой войны у многих автомобильных марок, включая Fiat и Alfa Romeo. Сегодня конструкции с одинарным и двойным верхним распредвалом широко распространены в отечественных и импортных автомобилях. Читайте далее, чтобы узнать о сравнении двигателей SOHC, DOHC и двигателей с распредвалом в блоке.
Назначение распределительного вала
Современные автомобильные поршневые двигатели используют один или несколько распределительных валов для привода впускных и выпускных клапанов. Распредвал приводится от коленчатого вала двигателя цепью или ремнем и регулирует синхронизацию впускных и выпускных клапанов.
Эти клапаны отвечают за подачу воздуха и топлива в камеру сгорания и отвод отработавшей смеси в выхлопную систему после сгорания.
Что такое двигатель SOHC?
Во-первых, модели двигателей SOHC и DOHC имеют верхнеклапанную компоновку.
Двигатель с одним верхним распределительным валом размещает один распредвал над каждым блоком цилиндров. В двигателях с V-образной конструкцией, таких как V6 и V8, используются два распредвала — по одному над каждым блоком цилиндров. Распредвал приводится цепью ГРМ или ремнем ГРМ.
В зависимости от выбора конструктора двигателя, для привода клапанов от этого единственного распредвала могут использоваться различные методы. Например, если все клапаны расположены параллельно по длине головки, кулачки могут напрямую приводить в действие все клапаны. При других компоновках клапанов могут использоваться коромысла или очень короткие толкатели.
Преимущества SOHC
Конструкция SOHC предлагает несколько преимуществ по сравнению с конструкцией с распредвалом в блоке:
- Клапаны можно расположить для оптимальной конструкции камеры сгорания. Возможно использование нескольких клапанов — до 5 клапанов на камеру сгорания. Также можно использовать двойные свечи зажигания. Эти улучшения повышают поток топливовоздушной смеси и способность к сгоранию, что может привести к увеличению мощности и улучшению расхода топлива.
- В блоке двигателя и головке блока цилиндров не требуются каналы для толкателей. Это позволяет использовать дополнительные (или более крупные) каналы для охлаждающей жидкости в обеих областях, улучшая эффективность охлаждения. Улучшенное охлаждение, особенно в области головки блока, позволяет использовать более высокую степень сжатия. Это выгодно как для мощности, так и для расхода топлива.
- Механизм открытия и закрытия клапанов, приводимый распредвалом, становится проще и легче. Это снижает вероятность зависания клапанов и позволяет достичь значительно более высоких оборотов двигателя. Как правило, более высокие обороты увеличивают мощность.
- Обеспечивается легкий доступ ко всем компонентам клапанного механизма, особенно к распределительному валу. Это снижает затраты на ремонт в этой критически важной области двигателя.
Недостатки SOHC
Двигатели SOHC имеют несколько недостатков по сравнению с конструкцией с распредвалом в блоке и конструкцией DOHC:
- Увеличивается сложность двигателя. Это повышает затраты на проектирование и производство. Также может увеличиться общий вес двигателя по сравнению с конструкцией с распредвалом в блоке. Привод распредвала с помощью цепи или ремня может внести вопросы надежности и обслуживания, которых нет в двигателях с распредвалом в блоке.
- Двигатель становится выше, что может потребовать более высокого капота для обеспечения зазора. Увеличение размеров двигателя также может привести к росту веса.
- Изменение фаз газораспределения обычно происходит одновременно для впускных и выпускных клапанов. Это та же проблема синхронизации, что присутствует в двигателях с распредвалом в блоке.
Что такое двигатель DOHC?
Двигатель с двойным верхним распределительным валом размещает два распредвала над каждым рядом цилиндров. В двигателях с V-образной конструкцией, таких как V6 и V8, используется в общей сложности четыре распредвала. Как и в конструкции SOHC, в DOHC для привода распредвалов используется цепь ГРМ или ремень ГРМ.
В большинстве случаев в двигателях DOHC (или с двумя распредвалами) каждый кулачок напрямую приводит в действие соответствующий клапан.
Преимущества DOHC
Двигатели DOHC разделяют те же преимущества, что и конструкция SOHC. К ним относятся:
- Клапаны можно расположить для оптимальной компоновки камеры сгорания. Оптимизация расположения клапанов может способствовать увеличению мощности и улучшению расхода топлива.
- Конструкция DOHC улучшает эффективность охлаждения блока двигателя и головки блока цилиндров. Повышенная степень сжатия улучшает мощность и энергоэффективность.
- Конструкция DOHC обеспечивает наиболее прямое воздействие на клапаны. Максимальные обороты двигателя свыше 8,500 об/мин возможны на серийных автомобилях. Гоночные автомобили могут достигать еще более высоких оборотов с продвинутыми системами DOHC.
- Обеспечивается легкий доступ для обслуживания к распредвалам и толкателям. Это помогает снизить общие затраты на техническое обслуживание и ремонт.
- Двигатели DOHC максимально используют преимущества VVT. Изменение фаз газораспределения работает независимо для каждого распредвала, обеспечивая оптимальную синхронизацию клапанов для впускных и выпускных клапанов.
Недостатки DOHC
Как и двигатели SOHC, конструкция DOHC разделяет те же основные недостатки.
- По сравнению с конструкцией с распредвалом в блоке, увеличивается сложность и вес двигателя. Затраты на проектирование и производство также выше. По сравнению с конструкцией SOHC, двигатели DOHC имеют более сложную систему привода цепью или ремнем. Это снижает общую надежность и увеличивает расходы на обслуживание.
- Как и в конструкции SOHC, высота двигателей DOHC увеличивается, и общий вес также имеет тенденцию быть выше.
Что такое двигатель с распредвалом в блоке?
Большинство двигателей американских автомобилей, произведенных сразу после Второй мировой войны, были моделями с распредвалом в блоке. Они использовали единственный распредвал, расположенный внутри блока двигателя. Этот распредвал напрямую приводил в действие клапаны во многих популярных двигателях с плоской головкой.
В высокопроизводительных двигателях с верхними клапанами (OHV) (двигатели, где клапаны расположены над камерой сгорания), распредвал приводил в действие каждый клапан через систему толкателей и рычагов, называемых коромыслами.
Преимущества распредвала в блоке
Основные преимущества клапанной системы с распредвалом в блоке следующие:
- Такие системы были простыми и экономичными в проектировании и производстве.
- Они доказали свою высокую надежность.
- Двигатели с распредвалом в блоке имеют относительно небольшую общую высоту. Это позволяет использовать низкий профиль капота, способствуя стильному дизайну кузова.
Недостатки распредвала в блоке
Конструкция с распредвалом в блоке имеет несколько недостатков, особенно в двигателях OHV:
- Выделение места для толкателей, проходящих через блок двигателя, и для коромысел в верхней части головки блока цилиндров может ограничивать или перегружать размещение других компонентов.
- Геометрия толкателей и коромысел может сделать форму и размер камеры сгорания в головке блока неэффективными.
- Масса (или вес) механизма между распредвалом и каждым клапаном вносит инерционные эффекты и ограничивает скорость работы клапанов. На очень высоких оборотах двигателя, например, выше 7,000 оборотов в минуту (об/мин), клапаны могут не закрываться полностью. Это называется зависанием клапанов и всегда ограничивает мощность двигателя.
- Толкатели требуют наличия восходящего канала через блок двигателя и головку блока цилиндров. Такие каналы имеют тенденцию ограничивать размер областей охлаждения в блоке двигателя и головке блока, снижая эффективность охлаждения.
- Изменение фаз газораспределения (VVT), улучшающее производительность и экономию топлива, сложно обеспечить независимо для впускных и выпускных клапанов.
Некоторые из сегодняшних высокопроизводительных двигателей по-прежнему используют конструкцию с распредвалом в блоке. Эти конструкции могут включать ту или иную форму изменения фаз газораспределения. Однако, поскольку эти двигатели имеют только один распредвал, изменение синхронизации распредвала происходит одновременно для впускных и выпускных клапанов.
Как определить, SOHC у вас или DOHC?
Обычно это можно определить, просто открыв капот автомобиля и осмотрев верхнюю часть двигателя. Если верхняя часть двигателя узкая и высокая, с четким выступом спереди для звездочки привода распредвала, то под ним, как правило, скрывается SOHC.
Широкая верхняя часть двигателя или верхняя часть с двумя выступами указывает на наличие компоновки DOHC. Если есть сомнения, вы можете прояснить этот момент, выполнив онлайн-поиск по марке, модели, году выпуска и объему двигателя вашего автомобиля.
Можно ли заменить SOHC на DOHC?
Осуществить такую замену, как правило, очень дорого. Однако некоторые автомобильные марки и модели имеют схожие варианты двигателей в конфигурациях SOHC и DOHC. Некоторые модели Honda подпадают под эту схему.
На определенных моделях можно заменить головку блока цилиндров SOHC на головку блока цилиндров DOHC. И при правильном перепрограммировании блока управления двигателем (ECU) и модификации вспомогательных систем двигателя (а также при наличии отличных навыков самостоятельного ремонта) такой переход определенно возможен.