Двигатели DOHC (Double OverHead Camshaft). Конструктивные особенности

Двигатели DOHC. Конструктивные особенности

В данной статье расскажем как создавались двигатели DOHC, их конструктивные особенности.

Двигатель с двумя распредвалами в головке цилиндров (Double OverHead Camshaft).

При этом существуют две серьёзно различающиеся разновидности этого механизма, отличающиеся количеством клапанов.

- DOHC с двумя клапанами на цилиндр. Эта схема является усложнённой разновидностью обычной OHC. В головке блока цилиндров расположены два распредвала, один из которых приводит впускные клапаны, второй — выпускные. Эта схема применялась в 1960-х — 1970-х годах.

Схема позволяет значительно увеличить количество оборотов коленчатого вала за счёт уменьшения его инерции, следовательно, увеличить мощность, снимаемую с двигателя. Например, мощность модификации двигателя с двумя распределительными валами объёмом 1,6 литра составляла 100 — 130 л. с.

- DOHC с четырьмя и более клапанами на цилиндр. Два распредвала, каждый из которых приводит свой ряд клапанов. Как правило, один распредвал толкает два впускных клапана, другой — два выпускных. Фактически, двухрядный вариант схемы OHC со вдвое большим количеством распредвалов и клапанов, однако могут осуществляться и иные схемы с общим количеством клапанов на цилиндр от трёх до шести.

Схема даёт большое преимущество по мощностной отдаче, особенно на высоких оборотах — за счёт лучшего наполнения цилиндра. Однако такой двигатель из-за быстрого очищения цилиндра более чувствителен к длительности фазы перекрытия клапанов (когда открыты одновременно впускные и выпускные клапаны) — при высокой скорости длительность фазы должна быть больше для лучшей очистки цилиндров, однако на низких оборотах это приводит к потерям заряда горючей смеси и снижению эффективности работы. Радикальным решением проблемы является применение изменяемых фаз газораспределения.

Двигатели с четырьмя клапанами на цилиндр применяются на большей части выпускаемых в настоящее время автомобилей.

Даже если двигатель имеет более одной головки блока цилиндров, и, следовательно, более двух распредвалов, в итоге он всё равно относится к схеме DOHC.

Ярким представителем двигателей DOHC являются двигатели Nissan VQ-серии.

Через два впускных клапанов малого диаметра в цилиндр поступит примерно в полтора раза больше горючей смеси, чем через один большой. Кроме того, смесь при такой конструкции будет лучше сгорать, вырастет КПД и экономичность двигателя.

Для привода двух распределительных валов в головке цилиндров можно использовать зубчатый ремень, цепь или набор шестерен.

Ремень дешев, не требует смазки, практически бесшумен, но обрыв ремня ГРМ означает катастрофу для двигателя: клапан наталкивается на поршень, оба разрушаются, повреждая одновременно гильзу цилиндра и блок. Цепь надежней, хотя и шумнее. Недостаток — постепенное вытягивание. Устройства для автоматического натяжения решают проблему, но для цепи, которая должна работать в масляном "тумане", необходим еще и герметичный картер. Набор шестерен сложен, дорог и очень шумен, но абсолютно надежен. Пока конструкторский рейтинг выглядит так: выше всех — ремень, потом — цепь и, наконец, шестерни. 

Не забудем, что чем выше степень сжатия, тем выше КПД мотора. И не удивительно, что современные двигатели работают с высокими степенями сжатия. В таких случаях самая выгодная форма камеры сгорания — полусферическая — превращается в шаровой сегмент.

Приходится искать компромисс. С одной стороны, надо сделать камеру сгорания шарообразной, а с другой — "шатер" должен быть покатым, со скругленными углами. Этого можно добиться только уменьшая угол между впускными и выпускными клапанами. Словом, дан приказ: выше степень сжатия — меньше угол между клапанами. 

При четырех клапанах на цилиндр единственное место для свечи в камере сгорания — в центре. Длинные газовые каналы увеличивают высоту головки цилиндров, что свеча оказывается на дне глубокого колодца. Вывернуть и заменить свечи зажигания поможет специальный ключ. А если "колодец" заполнить чем-нибудь полезным, скажем, разместить сразу над свечой катушку зажигания? И заткнуть сверху колодец герметичной пробкой, через которую пропустить кабель? Тогда в сырую погоду провод от катушки зажигания к свече всегда будет сухим.

Схема привода клапанов DOHC страдает недостатком. Для регулировки клапанных зазоров приходится вынимать валы, нарушать установку фаз газораспределения и подбирать толщину регулировочных шайб между кулачком и толкателем. Потом снова сборка, повторное измерение зазора и, если не угадали с прокладками - всё сначала. Конструкторы придумали регулировочные устройства, но те лишь утяжеляли детали клапанного привода и достоинства DOHC превращались в минусы.

А если в зазор между "затылком" клапана и толкателем подавать под давлением масло из системы смазки? И чтобы зазор выбирался в зависимости, холодный двигатель или горячий, изношено гнездо клапана или нет. Тогда появился гидравлический компенсатор зазора, который ныне применяется на моторах с DOHC.