Современная автомобильная техникаБыстроходные клапаныД ля четырехтактных автомобильных двигателей на протяжении всей их истории развития устройство клапанногоме ханизма имело решающее значение. Расположение- и число клапанов, система привода тесно связаны сформойкаме ры сгоранияи каналов. Следовательно, от выбораконструкции этого механиз ма зависит, к аким будут наполнение ци л индров , число оборотов двигателя,, е го мощность. То или иное строениепривода клапанов далеко не всегда диктуетсятолько желаниями конструктора. Прямо или косвенно на него влияют технолог ( п ро изводственные возможностиизготовле ния выбранного варианта), экономист (оценка масштабов идороговизныпро изводства), потребитель ( т ехнические пар аметры , у добство эксплуатации). О дна к о право начать первым , естественно, за конструктором . Л юди этой профессии всегда стремились получить наивысшую отдачу, в частности, как можно больш уюмощность , а она в значительной степени зависит от быстроходностидви гателя. П ервыеавтомобильныемоторы К. Бенца и Г. Д аймлера развивали максималь н уюмощность при 300—600 об / м ин . Приме* -ашийся на них газораспредели тельный механизм состоял из нижнеговыпускного клапана иверхнего впускн ого . П риводвыпускного был механиче с ким ( к улачоки толкатель), в пускной — действовал «автоматически». К огдапор шень шел вниз иразрежениев цилинд ре достигало максимума, оно преодолевало сопротивлениеслабенькойпру ж ины , д ержавшей клапан взакрытомпо л ожении , и начинался такт впуска. И, естественно, не былоникакогоопереже ния открытиявпускного клапана (по отн ошениюк ВМТ). Мотор с клапанным механизмом по схеме1 ( с м . в кладку ) р едко давал бо лее 1000 об / м ин . Неудивительно, что ужек 1904 году такие двигатели почти перестали строить. К онструкциясобоиминижними клапанами ( с хемы2и 3) нашла широкое распространение потому, что цепь со пряженных деталей (кулачок—толкатель—клапан) получалась короткой. И нерция ее невелика, и такой механизмбезболезненновыдерживает (как позже показала практика 30-х и 40-х годов ) д о 5000 об / м ин . В первыеже два десятилетия нашего века эта схема обеспечива ла надежную работу на принятых тог да более скромных режимах — до 2500 об/мин. И скусством добиться выс окого качества клапанных пружинв те далекиегоды владели не все заводы. А при нижнеклапанной схеме в случае по л омкипружины клапан не падал вци л индри не устраивал там погром . Он всегда возвращался в седло, как толькокулачок переставал давить снизу ; м отор издавал бормочущиезвуки , но рабо тал — т оже привлекательное качество. Не сразу технологи научились делать хорошие отливки для картера двигателя по схеме 3, з адуманнойконструкто р ами , г де все клапаны сгруппированысоднойстороныблокацилиндров . Поэт ому на первых порах предпочтениепо лучили более простыеи более дешевые отливки блоков по схеме 2. Рассматривая сегодняобе эти схемы , м ожноудив ляться, к акой извилистый путь проходи ла смесь, пока из карбюраторадобира лась доцилиндров . Разумеется, их нап олнениеимощностные показатели при схемах 2и3 оставляли желать лучшего . Н евыгодной была иформакамерысго рания — с очень большойповерхностью рассеивания тепла, а точнее сказать, с большими потерями его. К онструкторы , стремясь устранить эти недостатки, п рименили схему 4, к оторая по существу явилась усовершенствован н ымвариантомсхемы 1. Такое компро миссное решение несколько улучшило наполнение цилиндровгорючейсмесью . По сравнению со схемой1оно давало все женебольшой прирост в быстроходности. П рименение механического привода впускного клапана сопровожда лось иприростоммощностив10 — 1 5 % . С ледующий шаг — клапаны, р асполо ж енныевголовке (схема 5) с приводомв виде толкающих штанг. Этот вариант обеспечивал хорошее наполнение цил индрови позволял (судя по опыту форсировки таких двигателей) достигать даже 6500—7000 об / м ин . К рометого , верхнеклапанная конструкция давала ощутимоеупрощение отливки блока ци л индров (нет сложных приливов подка налы вегобоковой части), но в то же время несколько усложняла головку. Двигатели, в ыполненные по схеме 5, появившиеся всамом начале XX века, оказались более шумными : в них больше движущихся деталей, контактирующих междусобой , и потому потребитель не очень жаловал их. На их репу тации сказались иразрушительныепо следствия, к оторые влекло падение клапана вцилиндр при поломкепружины . Однако постоянное совершенствование методов производства, материалов и их термообработки свело все минусы на нет. И тогда, в конце 30-х годовобозна чился плюс: большая быстроходностьивыигрышвмощности (на 25 — 3 0 % ) по сравнениюс двигателем схемы 3. В это жевремяконструкторы стали отдавать должноеи схеме 6. Расположенные подуглом клапаны, хотя и приводятся толк ающими штангами (то есть выигрышавбыстроходности по сравнению со схем ой5 тут нет), п озволяют придать каме ре сгоранияполусферическуюформу . В сочетании свпускнымиивыпускными каналами выгоднойформы она обеспе чивает очень хорошее наполнение ци л индровсмесью и, следовательно, высок ую мощность. Однако экономичность в этом случае получалась всегда хуже ( и з за формыкамерысгорания ) , ч емпри схеме 5.Д лясхем5и6 дальнейший путь по вышения быстроходности — уменьшение инерциидвижущихся деталей в клап анномприводе . При высоких оборотах силы инерцииоказывают значительное сопротивление пружинам , вызывают уп р угиедеформации штанг икоромысел . В итоге при достиженииопределенного , п редельного числа оборотов теряется механический контакт между деталями привода , наступают сбои в работе мото ра, падает мощность . Облегчение штанг икоромысел не всегда самый дешевый (опять вмешивается экономика ! ) и удобный для массового производства (технология!) с пособ . В 50—60-е годыу отдельных моделей распределительный вал был заметно поднят относительно коленчатого вала. Д ля привода ужеслужили не шестерни, а цепная передача. Таким образом , штанги стали заметно короче , их инер ция ощутимоменьше , и двигатели, выполненные по схемам5и 6, м огливобычном , с ерийном исполнении разви вать 4000—5000 об/мин, а вфорсирован ных вариантах без осложненийвыдер живать 8000—8500 об / м ин . С ледующийлогический шаг — поднять распределительный вал так высоко , чтобы вообще исключить толкающие штанг и , то есть поместить еговголовкудви гателя ( с хемы7и 8). П отолокдопусти мых чисел оборотов тут еще выше — для серийных моторов 6000—6500 об / м ин , а для гоночных — 9000—10000 об / м ин . Вариация на тему ОНС , но с V-образным расположением клапанов представлена на схеме 7, а более про стой вариант привода, называемого ОНС , п оказан на схеме 8, к огда клапаны расположены в один ряд. Кулачковый вал может действовать на них непосредственно, как на модели «Альфа-ромео-альфасуд», либо черезодноплечиерычаги , как на «Жигулях», либо черезкоромысла , к ак на « О пель - р екорд » . И наконец , « в ысшуюформу » клапанн огомеханизмаиллюстрирует схема 9. Она родилась давно. Ее отцом был швейцарец Э. А нри , к оторый ввел два распределительных вала вголовкеци л индров еще в 1912 году , б лагодаря чему сразу же получил 2200 об/мин. Эта схема нашла широчайшее применение на гоночныхмоторах , а за последние 10 лет получила распространениеи на серийных двигателях легковых машин. Первые сегодня вышли на рубеж 12 000 об/мин идаже превысили его, вторые уже освоили 6000 и 7000 об / м ин . П ереход от схемOHVк ОНС и 20НС означал прироствмощностивсреднем на 25 — 3 0 % . П огоня за быстроходностью , идущая на протяжении всей истории автомоб ильного двигателя, заметно изменила его облик. С хемы1и2 давно стали му з ейнымдостоянием , схемы 3и4ещеможно встретить на машинах прежних выпусков , и даже на двигателях грузо виков они почти изжили себя. За посл еднеевремязаметно сократилось число легковыхмоделейсклапаннымме х анизмом типа OHV (схемы 5и 6) и ши р окоераспространение получили мото р ысодним или двумя распределительн ыми валами вголовкецилиндров . Это и неудивительно. За девяностослиш н им лет серийный автомобильный дви гатель стал в пятнадцать раз быстроход ней. Л. ШУГУРОВ, и нженер
