Одновальные и двухвальные верхнерасположенные распредвалы используются в автомобильных, морских, мотоциклетных и авиационных двигателях с начала 20-го века.
Некоторые из первых автомобилей с одним верхним распредвалом (SOHC) были британской конструкции Maudsley 1902 года и американский Marr Autocar 1903 года.
Два верхних распредвала (DOHC) появились на французском Peugeot, который выиграл Гран-при Франции 1912 года.
Двигатели с верхним расположением распредвала использовались в ряде военных самолетов Первой мировой войны. Многие из этих моделей двигателей использовали валы для привода распредвалов. Современные распредвалы с цепным приводом появились в популярных автомобилях 1920-х годов.
Двигатели DOHC стали популярными для многих автомобильных марок после Второй мировой войны, включая Fiat и Alfa Romeo. Сегодня конструкции с одним и двумя верхними распредвалами широко распространены в наших отечественных и иностранных автомобилях. Читайте дальше, чтобы узнать, как двигатели SOHC и DOHC сравниваются с двигателем с распредвалом в блоке.
Назначение распредвала
Современные автомобильные поршневые двигатели используют один или несколько распредвалов для управления впускными и выпускными клапанами. Распредвал приводится от коленчатого вала двигателя с помощью цепи или ремня, которые координируют синхронизацию впускных и выпускных клапанов.
Эти клапаны впускают воздух и топливо в камеры сгорания и позволяют отработанной смеси выходить в выхлопную систему.
Что такое двигатель SOHC?
Во-первых, модели двигателей SOHC и DOHC являются конфигурациями с верхним расположением клапанов.
Двигатель с одним верхним распредвалом использует один распредвал, расположенный над каждым блоком цилиндров. Для двигателя V-образной конструкции, такого как V6 или V8, будет два таких распредвала, по одному над каждым блоком цилиндров. Распредвал будет приводиться цепью или зубчатым ремнем ГРМ.
По выбору конструктора двигателя может использоваться ряд методов для работы клапанов от этого единственного распредвала. Если, например, все клапаны были выровнены параллельно длине головки блока цилиндров, кулачок мог бы управлять ими всеми напрямую. Для других компоновок клапанов могут использоваться коромысла или иногда очень короткие толкатели.
Преимущества SOHC
Конструкция SOHC предлагает несколько преимуществ по сравнению с конструкцией с распредвалом в блоке:
- Клапаны могут быть расположены для оптимальной конструкции камеры сгорания. Может использоваться несколько клапанов; возможно до пяти на камеру сгорания. Также могут использоваться двойные свечи зажигания. Эти улучшения могут улучшить поток воздушно-топливной смеси и возможности сгорания, обеспечивая увеличенную мощность и лучшую топливную экономичность.
- Проходы через блок двигателя и головку блока цилиндров для толкателей не требуются. Обе области могут таким образом использовать дополнительные (или более крупные) каналы охлаждающей жидкости, повышая эффективность охлаждения. Улучшенное охлаждение, особенно в областях головки блока цилиндров, может позволить более высокие степени сжатия. Это благоприятно как для мощности, так и для топливной экономичности.
- Механизм, приводимый распредвалом для открытия клапанов, может быть как проще, так и легче. Это снижает возможность возникновения зависания клапанов, что делает возможными гораздо более высокие обороты двигателя. Более высокие обороты в целом улучшают выходную мощность.
- Доступ ко всем компонентам системы клапанов, особенно к распредвалу, проще. Ремонт этой критической области двигателя был бы тогда менее затратным.
Недостатки SOHC
Двигатели SOHC имеют некоторые недостатки по сравнению с конструкциями с распредвалом в блоке, а также с конструкциями DOHC:
- Сложность двигателя увеличивается. Это добавляет к стоимости проектирования и производства. Также может быть общее увеличение веса двигателя по сравнению с конструкциями с распредвалом в блоке. Приводы распредвала с использованием цепи или ремня могут вводить соображения надежности и обслуживания, которые не характерны для двигателей с распредвалом в блоке.
- Двигатель может стать больше и требовать увеличенной высоты капота для зазора. Из-за увеличения размера двигателя вес также может увеличиться.
- Изменяемая синхронизация клапанов в значительной степени ограничена изменениями синхронизации для впускных и выпускных клапанов одновременно. Это та же проблема синхронизации, которая существует для двигателей с распредвалом в блоке.
Что такое двигатель DOHC?
Двигатель с двумя верхними распредвалами будет иметь два распредвала, расположенных над каждым рядом цилиндров. Двигатель V-образной конструкции, такой как V6 или V8, будет иметь в общей сложности четыре распредвала. Как и в конструкции двигателя SOHC, DOHC будет использовать цепи ГРМ или зубчатый ремень для привода распредвалов.
В большинстве случаев, с двигателем DOHC (или с двойным распредвалом), каждый кулачок будет непосредственно управлять своими связанными клапанами.
Преимущества DOHC
Двигатели DOHC разделяют те же преимущества, что и конструкции SOHC. К ним относятся:
- Клапаны могут быть расположены для оптимальной конфигурации камеры сгорания. Оптимизация расположения клапанов может улучшить мощность и топливную экономичность.
- Эффективность охлаждения блока двигателя и головки блока цилиндров улучшена благодаря конструкциям DOHC. Увеличенные степени сжатия обеспечивают повышенную мощность и энергоэффективность.
- Конструкции DOHC предлагают наиболее прямое управление клапанами. Возможны пиковые обороты двигателя 8500 и выше для уличных автомобилей. Гоночные автомобили могут достигать еще более высоких оборотов двигателя с продвинутыми системами DOHC.
- Доступ для обслуживания распредвалов и толкателей проще. Это может помочь снизить общие затраты на техническое обслуживание и ремонт.
- Двигатели DOHC предлагают лучшее из преимуществ VVT. Изменяемая синхронизация клапанов может работать независимо для каждого распредвала, обеспечивая оптимальную синхронизацию клапанов для впускных и выпускных клапанов.
Недостатки DOHC
Как и в случае двигателей SOHC, конструкции DOHC разделяют те же основные недостатки.
- Сложность и вес двигателя увеличены по сравнению с конструкциями с распредвалом в блоке. Затраты на проектирование и производство также выше. По сравнению с конструкциями SOHC, двигатели DOHC имеют более сложную систему привода цепи или ремня. Это снижает общую надежность и увеличивает расходы на обслуживание.
- Как и в конструкциях SOHC, высота двигателя DOHC увеличена, и общий вес также имеет тенденцию быть выше.
Что такое двигатель с распредвалом в блоке?
Большинство двигателей американских автомобилей, построенных сразу после Второй мировой войны, были моделями с распредвалом в блоке. Они использовали один распредвал, расположенный внутри блока двигателя. Этот распредвал напрямую управлял клапанами нескольких популярных двигателей с плоской головкой.
Для высокопроизводительных двигателей с верхними клапанами (OHV) (двигатели с клапанами, расположенными над камерами сгорания), распредвал управлял каждым клапаном через систему толкателей и рычагов, называемых коромыслами.
Преимущества распредвала в блоке
Основные преимущества систем клапанов 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 низкую общую высоту. Это позволяет использовать более низкие профили капота, что может быть преимуществом для элегантных конструкций кузова.
Недостатки распредвала в блоке
Конструкции с распредвалом в блоке имеют некоторые недостатки, особенно для двигателей OHV:
- Размещение толкателей через блок двигателя и для коромысел на верхней части головки блока цилиндров может диктовать или перегружать расположение других компонентов.
- Геометрия толкателя и коромысла может вынуждать неэффективную форму и размер камер сгорания головки блока цилиндров.
- Масса (или вес) механизма между распредвалом и каждым клапаном вводит эффекты инерции, которые ограничивают скорость работы клапанов. На очень высоких оборотах двигателя, например, выше 7000 оборотов в минуту (об/мин), клапаны могут не закрываться полностью. Это называется зависанием клапанов, что всегда будет ограничивать мощность двигателя.
- Толкатели требуют проходов вверх через блок двигателя и головки блока цилиндров. Такие проходы могут ограничивать размер областей охлаждения в блоке двигателя и головках, что имеет тенденцию ухудшать эффективность охлаждения.
- Независимая изменяемая синхронизация клапанов (VVT), которая может улучшить производительность и топливную экономичность, была бы трудной для реализации для впускных и выпускных клапанов.
Некоторые из современных высокопроизводительных двигателей остаются конструкциями с распредвалом в блоке. Эти конструкции могут включать некоторую форму изменяемой синхронизации клапанов. Однако изменения синхронизации кулачков были бы одновременными для впускных и выпускных клапанов, поскольку эти двигатели имеют только один распредвал.
Как определить, есть ли у вас SOHC или DOHC?
В общем, вы можете просто открыть капот вашего автомобиля и осмотреть верхнюю часть двигателя. Узкая, но высокая верхняя часть двигателя с отчетливым выступом спереди для шестерни привода распредвала обычно указывает на то, что под ней скрыт SOHC.
Широкий двигатель и/или крышка с двумя выступами покажет наличие конфигурации DOHC. В случае сомнений, онлайн-поиск марки, модели, года и объема двигателя вашего автомобиля должен прояснить этот вопрос.
Можно ли изменить SOHC на DOHC?
Осуществление такого изменения было бы, в общем, чрезвычайно затратным. Однако некоторые марки и модели автомобилей имеют схожие варианты двигателей в конфигурациях SOHC и DOHC. Некоторые модели Honda подходят под это описание.
Для конкретных моделей головка блока цилиндров SOHC может быть заменена на головку DOHC. И с соответствующей перепрограммировкой блока управления двигателем (ECU) и изменениями вспомогательных систем двигателя (а также с хорошими навыками самостоятельного ремонта), такой переход, безусловно, возможен.