Волга ГАЗ-21В

Проектировать новый автомобиль, который придет на смену «Победе» в Горьком начали еще при А.А. Липгарте в самом начале 50-х, и уже тогда он получил индекс ГАЗ-М21, просто следующий после ГАЗ-М20. Но окончательный облик машина начала приобретать в 1953-1954 годах, когда Липгарт уже работал не в Горьком, а главным конструктором УралАЗа в Миассе. Создавать новый автомобиль «Волга» пришлось новому главному конструктору В. Соловьеву, ведущему конструктору по модели А. Невзорову, начальнику Отдела легковых автомобилей Н. Юшманову и их многочисленным коллегам.

Во времена разработки «Волги» на ГАЗе проходили испытания в качестве аналогов американские Ford Mainline 1953 и 1954 годов. Внешне они отчасти напоминали будущую «Волгу», что потом породило слухи о «копировании» ГАЗ-21 с «Форда». Но с конструктивной и технологической точки зрения это совсем разные машины. У Ford были рамное основание, 6- или 8-цилиндровый двигатель. «Волга» с самого начала планировалась с несущим кузовом и 4-цилиндровым мотором. Да и габариты у советской машины немного меньше.

С момента выдачи технического задания планировалось сделать новый автомобиль более солидным и комфортабельным, чем «Победа». Поэтому в него заложили такие качества, как более просторный и светлый салон с заметно увеличенной площадью остекления, увеличенные габариты, более вместительный и удобный багажник. Такой машине требовался двигатель как минимум на 20 л.с. мощнее, чем у «Победы». Изначально планировался переход на автоматическую коробку передач «американского» гидромеханического типа, но он не состоялся, и механизмы 3-ступенчатой коробки фактически остались от «Победы». Зато удалось внедрить карданный вал с промежуточной опорой, как на ЗИМе, и гипоидный редуктор заднего моста. Также необычным для легковых не полноприводных автомобилей стал трансмиссионный стояночный тормоз.

Не сразу горьковские конструкторы сумели определиться с типом двигателя. В первый год серийного выпуска на «Волге» применяли старый нижнеклапанный двигатель, конструктивно схожий с мотором «Победы». Отсюда родилась легенда про «переходные» «Волги» с «победовскими» двигателями. На самом деле тот нижнеклапанный мотор отличался от двигателя ГАЗ-М20 увеличенным рабочим объемом. Диаметр цилиндра расширили с 82 до 88 мм, литраж возрос с 2112 см 3 до 2438 см 3 , а мощность поднялась с 52 до 62 л.с. Аналогичный двигатель в конце 50-х и начале 60-х применялся на Ульяновском автозаводе на грузовых машинах УАЗ-450 и экспортных модификациях знаменитого ГАЗ-69. Только к 1958 году удалось довести до массового выпуска новый верхнеклапанный двигатель ГАЗ-21А конструкции Гарри Эварта объемом 2445 см3 и мощностью 70-75 л.с. Тот, который стал родоначальником семейства моторов большинства «Волг», УАЗов, РАФов, «Газелей». Разные модификации этого мотора много лет выпускали два завода: ЗМЗ в Заволжье и УМЗ в Ульяновске. Модификации с нижнеклапанным мотором носили индексы ГАЗ-21Б и ГАЗ-21Г, а с верхнеклапанным — ГАЗ-21В.

В 1954-1955 годах прошел полный цикл испытаний трех опытных образцов будущей «Волги». У тех машин еще была оригинальная передняя решетка, похожая на так называемый «второй выпуск» ГАЗ-21 1958-1962 годов. Но предсерийные машины 1956 года, которых было изготовлено не более десяти, уже отличались характерной передней облицовкой «первого выпуска» с мощными горизонтальными брусьями в стиле поздней «Победы» ГАЗ-М20В и «Москвича-402». Ключевым элементом композиции у первой серийной «Волги» стал медальон с пятиконечной звездой, благодаря которому исходный вариант ГАЗ-21 стал зваться «Волга со звездой». У ветеранов ГАЗа популярна легенда, будто звезду в настоятельной форме предложил маршал Советского Союза Георгий Константинович Жуков, в 1956 году занимавший должность Министра обороны, которому прототипы «Волги» показывали в ходе обязательной военной приемки. Однако, звезда, вписанная в круг, олицетворяла также стиль советских паровозов. В середине 50-х основу парка локомотивов в СССР еще составляли паровозы, котлы которых спереди непременно украшала рельефная пятиконечная звезда.

Первые конвейерные экземпляры «Волги» ГАЗ собрал в октябре 1956 года, а массовый выпуск начался в марте следующего, 1957-го. Летом того же года во время Фестиваля молодежи и студентов в Москве достаточно часто встречались автомобили «Волга», а к январю 1958-го количество «Волг»-такси в парках Москвы, Ленинграда и Горького уже исчислялось сотнями, много таких машин поступило в гаражи государственных организаций различного уровня, а также с мая 1957 года началась продажа «Волг» частным владельцам. Правда, до середины 1958 года завод еще выпускал «Победу», новые и старые машины собирали на одном конвейере.

«Волга» первого выпуска отличалась от более поздних вариантов не только облицовкой радиатора. Завод отрабатывал технологию производства, применял некоторые оригинальные детали. Так, у «Волги со звездой» была своеобразная форма приборной панели с иным, чем у последующих модификаций расположением динамика радиоприемника. Привод замка капота располагался не слева, а справа, как у «Победы» и «Москвичей-402/407», отсутствовал омыватель лобового стекла, отличался фасон обивки салона, на красных секциях задних фонарей не было катафотов. Некоторые узлы — рычажные амортизаторы, централизованная система смазки, карбюратор серии К-22, полярность электрооборудования с плюсом на массе — от «Волги со звездой» достались по наследству «Волгам» так называемого «второго выпуска», отличавшимся более простой решеткой радиатора и окончательным вариантом приборной панели. ГАЗ-21 «первого выпуска» завод производил до поздней осени 1958 года, выпустив примерно 31 тысячу таких машин. Многие автомобили этих модификаций впоследствии были переоборудованы (на языке реставраторов — «околхожены») с использованием деталей от «Волг» ГАЗ-21 «второго» и «третьего» выпусков. Поэтому оригинальные «Волги со звездой» встречались относительно редко уже в 70-е годы.

Представленный в Музее экземпляр ГАЗ-21В в конце 90-х годов куплен у неизвестного владельца московским коллекционером ретро-автомобилей Валерием Дроковым и его силами подвергнут косметическому ремонту. В 2006 году данный автомобиль снимался в художественном фильме «Многоточие» режиссера Андрея Эшпая, в котором реконструировались события начала 60-х годов.

Техничская характеристика

Газораспределительный механизм

Газораспределительный механизм (ГРМ) — механизм управления фазами газораспределения двигателя внутреннего сгорания.

Состоит из распределительного вала — или нескольких валов — и механизмов привода к ним, клапанов, открывающих и закрывающих впускные и выпускные отверстия в камерах сгорания, и передаточных звеньев — толкателей, штанг, коромысел и некоторых вспомогательных деталей (регулировочных элементов, клапанных пружин, системы поворота клапанов и проч.)

Система привода распределительного вала в любом случае обеспечивает его вращение с угловой скоростью, равной 1/2 угловой скорости коленвала.

Содержание

1 Классификация ГРМ
- 1.1 Двигатели с распредвалом в блоке цилиндров
  - 1.1.1 Нижнеклапанные
  - 1.1.2 Со смешанным расположением клапанов
  - 1.1.3 Верхнеклапанные с приводом клапанов толкателями (тип OHV)
- 1.2 Двигатели с распредвалом в головке цилиндров
  - 1.2.1 SOHC
  - 1.2.2 DOHC
- 1.3 Десмодромный газораспределительный механизм
- 1.4 ГРМ с изменяемыми фазами газораспределения
- 1.5 ГРМ без распределительного вала
2 Прочие системы газораспределения
- 2.1 Гильзовая система газораспределения
3 Примечания
4 См. также
5 Ссылки
6 Литература

Классификация ГРМ [ править ]

Классифицирующими признаками для конструкции газораспределительного механизма являются расположение клапанов и распределительного вала.

По расположению клапанов выделяют двигатели:

Нижнеклапанные (с боковым расположением клапанов);
Верхнеклапанные (в старой литературе — «с подвесными клапанами»);
Со смешанным расположением клапанов.

По расположению распределительного вала выделяют двигатели:

С распредвалом, расположенным в блоке цилиндров (Cam-in-Block);
С распредвалом, расположенным в головке блока цилиндров (Cam-in-Head);
Без распределительного вала.

По этим признакам клапанные механизмы четырёхтактных двигателей внутреннего сгорания разделяются на целый ряд подтипов [1] .

Двигатели с распредвалом в блоке цилиндров [ править ]

Нижнеклапанные [ править ]

Нижнеклапанный двигатель (с боковым расположением клапанов, англ. L-Head, Flathead, SV — Side-Valve) — двигатель, у которого распредвал расположен в блоке и клапаны расположены также в блоке, в ряд сбоку от цилиндров, тарелками вверх. Привод непосредственно от расположенного под ними распредвала.

Плюсы схемы — малая шумность, простота в изготовлении и обслуживании, отсутствие опасности касания клапанов и поршня при неправильной установке угла распределительного вала. При наличии гидравлических толкателей клапанов или правильно выставленном клапанном зазоре нижнеклапанные двигатели работают на холостых оборотах почти совершенно бесшумно — отчётливо слышен только шум воздуха, обтекающего вентилятор системы охлаждения. Все детали ГРМ этого типа находятся внутри блока, что позволяет получить очень компактный двигатель. Распределительный вал находится в общем картере с коленвалом, что упрощает систему смазки и повышает безотказность, отсутствуют промежуточные передаточные звенья между кулачками распредвала и клапанами (коромысла, рокеры, рычаги и т. п.), нет необходимости в сложных уплотнениях стержней клапанов (маслосъёмные колпачки). Головка блока нижнеклапанного мотора представляет собой простую стальную или алюминиевую плиту с каналами для охлаждающей жидкости, она легко демонтируется, открывая удобный доступ к клапанам и поршням, что было весьма актуально в годы, когда поршни требовалось регулярно очищать от нагара, а клапаны — периодически притирать к сёдлам, для чего в их тарелках делались специальные шлицы для притирочной машинки.

Главный минус нижнеклапанной компоновки — из-за сложного пути бензовоздушной смеси значительно ухудшается наполнение цилиндров, в особенности на высоких оборотах, как следствие — достигается ощутимо меньшая удельная мощность по сравнению с остальными конфигурациями, двигатель получается тихоходным и неэкономичным. Камеры сгорания нижнеклапанного мотора имеют сложную форму и из-за этого как правило не подвергаются механической обработке, сохраняя шероховатую поверхность, полученную при отливке, что ещё больше снижает показатели двигателя и является причиной появления различий в объёме и характере работы камер сгорания одной головки. Длинные выпускные каналы способствуют перегреву нижнеклапанного двигателя. Необходимость обеспечить, с одной стороны, минимальное конструктивно обусловленное расстояние между осями цилиндра и распределительного вала, а с другой — необходимый зазор между тарелкой клапана и стенками камеры сгорания вынуждает конструкторов придавать камере сгорания сильно вытянутую форму и не даёт уменьшить её объём, а это, в свою очередь, не позволяет увеличить степень сжатия, что является наиболее простым и эффективным способом повышения удельной мощности, выше 7÷7,5:1 — при дальнейшем росте степени сжатия нижнеклапанный двигатель становится склонен к детонации (в незначительной степени этот недостаток может быть устранён наклоном осей клапанов относительно оси цилиндров, однако при этом растут габариты двигателя). По той же причине невозможно создание нижнеклапанного дизеля, поскольку в дизель-моторах необходимы степени сжатия порядка 19 и выше.

Читать еще: Датчик давления масла в двигателе ниссан цефиро

Вплоть до 1950-х годов благодаря своей простоте и дешевизне двигатели с таким ГРМ были наиболее распространены на легковых (за исключением спортивных) и грузовых автомобилях. Первые массовые модели с верхнеклапанными двигателями появились ещё в 1920-х годах, однако в те годы нижнеклапанные моторы конкурировали с ними практически на равных. Лишь к 1950-м годам, после появления в широком доступе топлива с более высокими октановыми числами, стало очевидно, что нижнеклапанная схема сдерживает развитие автомобилестроения, мешая созданию более совершенных, динамичных и скоростных автомобилей, соответствующих изменившимся условиям дорожного движения. В результате в первой половине 1950-х годов на легковых автомобилях началось массовое внедрение верхнеклапанных двигателей, лишённых присущих нижнеклапанной схеме недостатков. На отдельных моделях легковых автомобилей, впрочем, нижнеклапанные двигатели продержались до начала 1960-х годов (Plymouth, Studebaker, Rambler, Simca Vedette, ЗИМ ГАЗ-12), а на грузовых автомобилях эта схема вообще использовалась вплоть до семидесятых годов, если не дольше — например, грузовик ГАЗ-52 с нижнеклапанным мотором выпускался до 1990-х годов. В спецтехнике нижнеклапанные двигатели широко используются и в наши дни.

Разновидностью схемы были имевшие некоторое распространение до Второй мировой войны двигатели с Т-образной головкой (T-head в англоязычной литературе). В них впускные клапаны находились с одной стороны блока цилиндров, а выпускные — с другой. Распределительных валов также было два. Цель конструкции — устранить перегрев впускных клапанов. Дело в том, что низкооктановый бензин, доступный в начале XX века, отличался высокой склонностью к детонации, что делало применение этой схемы в какой-то мере выгодным — более холодная бензовоздушная смесь имеет несколько более высокое октановое число (на этом же принципе работал впрыск воды в цилиндры, охлаждавшей рабочую смесь — конструкция, также имевшая хождение в те годы). Такими двигателями, в числе прочих, оснащались и первые «Руссо-Балты».

Двигатель получался громоздким, дорогим, поэтому схема распространения не получила.

Со смешанным расположением клапанов [ править ]

Также встречается обозначение — F-Head. У такого двигателя обычно впускные клапаны находятся в головке блока, как у верхнеклапанного мотора, и приводятся в действие при помощи штанг-толкателей, а выпускные — в блоке, как у нижнеклапанного двигателя. Распределительный вал был один и был расположен в блоке, как у обычного нижнеклапанного мотора.

Эта схема обладает тем преимуществом, что её мощность ощутимо выше, чем у «чистого» нижнеклапанного. Как правило, такие двигатели переделывались из нижнеклапанных в качестве меры текущей модернизации.

Подобные «полуверхнеклапанные» переделки существовали и в СССР — это были спортивные двигатели на базе агрегатов автомобилей «Москвич», «Победа» и ЗИМ. Выигрыш в мощности, в сочетании с иными мерами форсировки, был значительным — до 20…40 л.с., при исходной мощности самих указанных двигателей в 35, 50 и 90 л.с., соответственно.

Такие двигатели широко применялись фирмами Rolls-Royce и Rover благодаря их высокой надёжности как по сравнению с нижнеклапанными (из-за хорошего охлаждения верхних клапанов), так и по сравнению с ранними верхнеклапанными двигателями (из-за вдвое меньшего числа штанг-толкателей).

С широким распространением «настоящих» верхнеклапанных двигателей, эта схема почти полностью вышла из употребления. Тем не менее, последний такой двигатель был выпущен фирмой «Willys» в 1970-х годах.

Верхнеклапанные с приводом клапанов толкателями (тип OHV) [ править ]

Данная конструкция ГРМ была изобретена Дэйвидом Данбаром Бьюиком (David Dunbar Buick) в самом начале XX века. У этих двигателей клапаны расположены в головке цилиндров, а распредвал — в блоке (англоязычное обозначение — OHV — «OverHead Valve»; также встречается I-Head, или Pushrod, то есть, «с толкателями»). Привод клапанов — штангами-толкателями через коромысла.

Плюс такой схемы — относительно простая конструкция и обеспечиваемая ей конструктивная надёжность — в частности, как правило используется простой и надёжный привод распределительного вала шестернями, что исключает саму возможность таких неисправностей, как разрыв ремня ГРМ или «перескакивание» цепи в механизме с цепным приводом. Эксплуатационные нагрузки на детали ГРМ также оказываются сравнительно невысокими, чем обеспечивается высокая долговечность.

Многие двигатели с ГРМ типа OHV ощутимо более компактны по сравнению с верхневальными, так как у них отсутствует расположенный сверху в головке блока распределительный вал, что особенно актуально для двигателей без оси коромысел, у которых коромысла опираются на шаровые пальцы; для рядных двигателей это в особенности касается габарита по высоте, а для V-образных — и высоты, и габаритной ширины.

Существенный минус ГРМ типа OHV по современным меркам — большая инерционность такого механизма газораспределения, что несколько ограничивает безопасные максимальные обороты коленчатого вала двигателя и, следовательно, развиваемые двигателем крутящий момент и литровую мощность (степень форсирования). Спортивные двигатели с ГРМ типа OHV, например — у машин, участвующих в гоночной серии NASCAR, могут работать и на 11 000 оборотах в минуту, но для обеспечения этого требуются специальные, достаточно дорогостоящие конструктивные и технологические решения (впрочем, это касается любых специализированных гоночных агрегатов).

Кроме того, такая схема затрудняет использование более двух клапанов на цилиндр (двигатели с таким ГРМ, имеющие 4 клапана на цилиндр, имеют большие габариты и массу, что делает их малоприменимыми в легковых автомобилях, но вполне приемлемыми для грузовиков и тяжёлой техники — примеры тому двигатели КамАЗ, ЯМЗ, ТМЗ, дизель тепловоза ЧМЭ3 и многие другие) и усложняет проектирование впускных и выпускных окон в головке цилиндров с высокоэффективной с точки зрения пропускной способности и сопротивления потоку конфигурацией.

Двигатели этой схемы, как правило, сравнительно низкооборотные и относительно тихоходные, но с гибкой моментной характеристикой. Если не используются гидравлические толкатели, такой двигатель будет одним из наиболее шумных по сравнению с остальными схемами.

В СССР первым массовым верхнеклапанным мотором стал двигатель «Волги» ГАЗ-21 (малосерийные НАМИ-1 и ЗИС-101 имели такой ГРМ уже в 1920-х — 30-х годах). Из советских автомобилей такой механизм газораспределения имели «Волга» (все массовые карбюраторные модели), «Москвичи» семейств М-407, М-408 и М-2138, а также грузовики с карбюраторными двигателями конфигурации V8 (ЗИЛ, ГАЗ).

В мировой практике легкового автомобилестроения такие двигатели достаточно широко использовались ещё с 1910-х — 1920-х годов, однако вплоть до появления в первой половине 1950-х годов высокооктанового топлива в широком доступе не могли достичь решительного превосходства над нижнеклапанными, так как при сравнимой мощностной отдаче последние имели преимущества в отношении простоты конструкции и дешевизны производства. Повсеместное распространение верхнеклапанных моторов началось после появления в 1949 году двигателя Oldsmobile Rocket V8 со степенью сжатия, рассчитанной на высокооктановое топливо, спровоцировавшего в американской автомобильной промышленности «гонку лошадиных сил», не утихавшую вплоть до первой половины 1970-х. Вплоть до конца 1960-х, а в США — и до середины 1980-х годов, двигатели с таким ГРМ были наиболее распространены, но впоследствии их популярность стала резко снижаться из-за распространения верхневальных моторов, и к настоящему времени они производятся практически только в США. Там даже разрабатываются принципиально новые конструкции двигателей с таким типом ГРМ — например, выпускающийся с 2003 года Chrysler 5.7 L Hemi (Dodge Ram, Dodge Charger R/T, Jeep Grand Cherokee, Chrysler 300C), использующий технологию динамически изменяемого рабочего объёма и динамического изменения фаз газораспределения.

Иногда такие двигатели используются и на недорогих современных европейских автомобилях из-за своей дешевизны и компактности. Например, Ford Ka первого поколения (1996—2002) использовал инжектированную версию четырёхцилиндрового двигателя Kent разработки конца пятидесятых годов с ГРМ типа OHV, имеющую весьма компактные по современным стандартам размеры, что позволило уместить двигатель в небольшом моторном отсеке Ka.

В моторах грузовиков и тяжёлой техники ГРМ типа OHV всё ещё очень широко распространён. Схема OHV популярна и на малооборотистых четырёхтактных двигателях для газонокосилок, бензиновых электростанций, мотоблоков. Современные тракторные двигатели также имеют указанную схему.

Читать еще: Что сделать с двигателем от косилки

Нижнеклапанный двигатель

нигрол нижний бачок радиатора

Ссылки входящие:

Ссылки исходящие (структура 3-х уровней):

Быстроходные клапаны. Схемы газораспределительных механизмов

Для четырехтактных автомобильных двигателей на протяжении всей их истории развития устройство клапанного механизма имело решающее значение. Расположение и число клапанов, система привода тесно связаны с формой камеры сгорания и каналов. Следовательно, от выбора конструкции этого механизма зависит, каким будут наполнение цилиндров, число оборотов двигателя, его мощность.

То или иное строение привода клапанов далеко не всегда диктуется только желаниями конструктора. Прямо или косвенно на него влияют технолог (производственные возможности изготовления выбранного варианта), экономист (оценка масштабов и дороговизны производства), потребитель (технические параметры, удобство эксплуатации). Однако право начать первым, естественно, за конструктором. Люди этой профессии всегда стремились получить наивысшую отдачу, в частности, как можно большую мощность, а она в значительной степени зависит от быстроходности двигателя.

2. Двустороннее (справа и слева от блока цилиндров) расположение клапанов — так называемая Т-образная схема («Руссо-Балт С24-30 1911 года).

Первые автомобильные моторы К. Бенца и Г. Даймлера развивали максимальную мощность при 300—600 об/мин. Применявшийся на них газораспределительный механизм состоял из нижнего выпускного клапана и верхнего впускного. Привод выпускного был механическим (кулачок и толкатель), впускной — действовал «автоматически». Когда поршень шел вниз и разрежение в цилиндре достигало максимума, оно преодолевало сопротивление слабенькой пружины, державшей клапан в закрытом положении, и начинался такт впуска. И, естественно, не было никакого опережения открытия впускного клапана (по отношению к ВМТ).

Мотор с клапанным механизмом по схеме 1 (см. иллюстрации) редко давал более 1000 об/мин. Неудивительно, что уже к 1904 году такие двигатели почти перестали строить.

3. Типичный нижнеклапанный двигатель (ГАЗ-А 1932 года). Эта конструкция распределительного механизма получила интернациональное обозначение SV.

Конструкция с обоими нижними клапанами (схемы 2 и 3) нашла широкое распространение потому, что цепь сопряженных деталей (кулачок—толкатель—клапан) получалась короткой. Инерция ее невелика, и такой механизм безболезненно выдерживает (как позже показала практика 30-х и 40-х годов) до 5000 об/мин. В первые же два десятилетия нашего века эта схема обеспечивала надежную работу на принятых тогда более скромных режимах — до 2500 об/мин. Искусством добиться высокого качества клапанных пружин в те далекие годы владели не все заводы. А при нижнеклапанной схеме в случае поломки пружины клапан не падал в цилиндр и не устраивал там погром. Он всегда возвращался в седло, как только кулачок переставал давить снизу; мотор издавал бормочущие звуки, но работал — тоже привлекательное качество.

Не сразу технологи научились делать хорошие отливки для картера двигателя по схеме 3, задуманной конструкторами, где все клапаны сгруппированы с одной стороны блока цилиндров. Поэтому на первых порах предпочтение получили более простые и более дешевые отливки блоков по схеме 2. Рассматривая сегодня обе эти схемы, можно удивляться, какой извилистый путь проходила смесь, пока из карбюратора добиралась до цилиндров. Разумеется, их наполнение и мощностные показатели при схемах 2 и 3 оставляли желать лучшего. Невыгодной была и форма камеры сгорания — с очень большой поверхностью рассеивания тепла, а точнее сказать, с большими потерями его.

4. Смешанная схема с верхним впускным клапаном и нижним выпускным («Ровер» 50-х годов). Как и первую схему, ее сокращенно обозначают IOE.

Конструкторы, стремясь устранить эти недостатки, применили схему 4, которая по существу явилась усовершенствованным вариантом схемы 1. Такое компромиссное решение несколько улучшило наполнение цилиндров горючей смесью. По сравнению со схемой 1 оно давало все же небольшой прирост в быстроходности. Применение механического привода впускного клапана сопровождалось и приростом мощности в 10—15%.

Следующий шаг — клапаны, расположенные в головке (схема 5) с приводом в виде толкающих штанг. Этот вариант обеспечивал хорошее наполнение цилиндров и позволял (судя по опыту форсировки таких двигателей) достигать даже 6500—7000 об/мин. Кроме того, верхнеклапанная конструкция давала ощутимое упрощение отливки блока цилиндров (нет сложных приливов под каналы в его боковой части), но в то же время несколько усложняла головку.

5. Двигатель с верхними, то есть расположенными в головке, клапанами, приводимыми посредством толкающих штанг («Опель-кадетт» 1973 года).

Двигатели, выполненные по схеме 5, появившиеся в самом начале XX века, оказались более шумными: в них больше движущихся деталей, контактирующих между собой, и потому потребитель не очень жаловал их. На их репутации сказались и разрушительные последствия, которые влекло падение клапана в цилиндр при поломке пружины. Однако постоянное совершенствование методов производства, материалов и их термообработки свело все минусы на нет. И тогда, в конце 30-х годов обозначился плюс: большая быстроходность и выигрыш в мощности (на 25—30%) по сравнению с двигателем схемы 3. В это же время конструкторы стали отдавать должное и схеме 6. Расположенные под углом клапаны, хотя и приводятся толкающими штангами (то есть выигрыша в быстроходности по сравнению со схемой 5 тут нет), позволяют придать камере сгорания полусферическую форму. В сочетании с впускными и выпускными каналами выгодной формы она обеспечивает очень хорошее наполнение цилиндров смесью и, следовательно, высокую мощность. Однако экономичность в этом случае получалась всегда хуже (из-за формы камеры сгорания), чем при схеме 5.

6. Разновидность пятой схемы («Татра-план-600» 1952 года). Здесь клапаны размещены под углом один к другому. Обе конструкции получили индекс OHV. 7. Конструкция с валом в головке и V образным расположением клапанов, на которые кулачки действуют через коромысла («Москвич-412» 1967 года).

Для схем 5 и 6 дальнейший путь повышения быстроходности — уменьшение инерции движущихся деталей в клапанном приводе. При высоких оборотах силы инерции оказывают значительное сопротивление пружинам, вызывают упругие деформации штанг и коромысел. В итоге при достижении определенного, предельного числа оборотов теряется механический контакт между деталями привода, наступают сбои в работе мотора, падает мощность.

Облегчение штанг и коромысел не всегда самый дешевый (опять вмешивается экономика!) и удобный для массового производства (технология!) способ. В 50—60-е годы у отдельных моделей распределительный вал был заметно поднят относительно коленчатого вала. Для привода уже служили не шестерни, а цепная передача. Таким образом, штанги стали заметно короче, их инерция ощутимо меньше, и двигатели, выполненные по схемам 5 и 6, могли в обычном, серийном исполнении развивать 4000—5000 об/мин, а в форсированных вариантах без осложнений выдерживать 8000—8500 об/мин.

8. Распределительный вал в головке цилиндров и клапаны, стоящие в ряд («Опель-рекорд» 1972 года). Все эти схемы (рис. 7 и 8) обозначают ОНС или SOHC.

Следующий логический шаг — поднять распределительный вал так высоко, чтобы вообще исключить толкающие штанги, то есть поместить его в головку двигателя (схемы 7 и 8). Потолок допустимых чисел оборотов тут еще выше — для серийных моторов 6000—6500 об/мин, а для гоночных — 9000—10000 об/мин. Вариация на тему OHC, но с V-образным расположением клапанов представлена на схеме 7, а более простой вариант привода, называемого OHC, показан на схеме 8, когда клапаны расположены в один ряд. Кулачковый вал может действовать на них непосредственно, как на модели «Альфа-ромео альфасуд», либо через одноплечие рычаги, как на «Жигулях», либо через коромысла, как на «Опель-рекорд».

И наконец, «высшую форму» клапанного механизма иллюстрирует схема 9. Она родилась давно. Ее отцом был швейцарец Э. Анри, который ввел два распределительных вала в головке цилиндров еще в 1912 году, благодаря чему сразу же получил 2200 об/мин Эта схема нашла широчайшее применение на гоночных моторах, а за последние 10 лет получила распространение и на серийных двигателях легковых машин. Первые сегодня вышли на рубеж 12 000 об/мин и даже превысили его, вторые уже освоили 6000 и 7000 об/мин. Переход от схем OHV к ОНС и 2ОНС означал прирост в мощности в среднем на 25—30%.

9. Два распределительных вала в головне цилиндров (ФИАТ-132 1974 года). Для всех разновидностей такой схемы свойствен «шифр» 2ОНС или DOHC.

Погоня за быстроходностью, идущая на протяжении всей истории автомобильного двигателя, заметно изменила его облик. Схемы 1 и 2 давно стали музейным достоянием, схемы 3 и 4 еще можно встретить на машинах прежних выпусков, и даже на двигателях грузовиков они почти изжили себя. За последнее время заметно сократилось число легковых моделей с клапанным механизмом типа OHV (схемы 5 и 6) и широкое распространение получили моторы с одним или двумя распределительными валами в головке цилиндров. Это и неудивительно. За девяносто с лишним лет серийный автомобильный двигатель стал в пятнадцать раз быстроходней.

Что такое верхнеклапанный двигатель и нижнеклапанный

О ДВС
История ДВС
Техническая информация
Двигатель года
Надежность
Долговечность
Сгорание
Контакты

Экономичность
Холодный пуск
Двигатели с турбонаддувом
Регулируемые системы газораспределения
Токсичность двигателей внутреннего сгорания
Динамика и конструирование

Читать еще: Что такое ресивер в автомобильном двигателе

Механизм газораспределения: клапанные механизмы газораспределения

Техническая информация

Клапаны, перекрывающие впускные и выпускные отверстия цилиндров, называются соответственно впускными ивыпускными. Каждый цилиндр четырехтактного двигателя должен иметь, как минимум, два клапана: один впускной и один выпускной. Если цилиндры снабжены тремя или как в дизеле В-2 четырьмя клапанами, то два из них управляют впуском.

В зависимости от расположения клапанов относительно цилиндра различают нижнеклапанные, верхнеклапанные исмешанныемеханизмы газораспределения.

Нижнеклапанное газораспределение является самым простым из клапанных механизмов. Оно характеризуется тем, что впускные и выпускные клапаны расположены сбоку цилиндра, поэтому эти механизмы называют механизмами с боковым расположением клапанов.

Рассмотрим устройство и принцип работы нижнеклапанного механизма на примере 6-цилиндрового двигателя ГАЗ-51 (рис. 1, а). Клапаны 8 и 9, имеющие грибовидную форму (головку со стержнем), нагружены клапанными пружинами 11, которые закрепляются на стержнях с помощью тарельчатой шайбы 3 и сухарей 4. В результате действия этих пружин клапаны плотно перекрывают впускное и выпускное отверстия цилиндра. Под стержнями клапанов установлены толкатели 16, опирающиеся своей тарельчатой частью на распределительный вал 14. Распределительный или кулачковый вал, имеющий 12 кулачков (по числу клапанов), при помощи шестерен привода получает вращение от коленчатого вала двигателя, вследствие чего кулачки набегают на толкатели и поднимают их вместе с клапанами. В рассматриваемом случае кулачок 15 открывает впускной клапан 8 и надпоршневая полость цилиндра соединяется с впускным каналом 6. Далее при вращении кулачкового вала 14 клапанная пружина 11 опускает клапан на седло 20. Так кулачки вала со строго заданной последовательностью открывают, а пружины закрывают перемещающиеся в своих направляющих втулках 19 впускные и выпускные клапаны, обеспечивая смену рабочего тела в цилиндрах.

Рис. 1 — Механизмы газораспределения:

а) с нижним расположением клапанов: 1— ниша для сбора масла: 2 — полость коробки клапанов: 3 — шайба опорная (тарельчатая); 4 — сухарики; 5 — блок цилиндров; в—впускной канал; 7—головка цилиндров: 8,9 — впускной и выпускной клапаны; 10 20 — гнезда (седла) клапанов; 11— пружина; 12 — контргайка: 13 — проточка на стержне толкателя; 14 — распределительный вал; 15 — кулачки; 16 — толкатели; 17 — болт регулировочный: 18 — головка болта; 19 — направляющие втулки;

б) с верхним расположением клапанов: 1- кулачок; 2 — картер; 3 — толкатель; 4 — штанга; 5 — стойка крепления валика коромысел; 6 — коромысло; 7 — валик коромысел: 8 — регулировочный болт; 9 — контргайка; 10 — наконечник стержня клапана; 11-тарелка пружин; 12 — сухарики; 13 – наружная пружина; 14- внутренняя пружина клапана- 15 — опорная шайба; 16 — направляющая втулка; 17 — клапан; 18 — седло клапана; 19 — головка цилиндра;

в) со смешанным расположением клапанов: 1- впускной клапан; 2 и 7 — направляющая втулка; 3 и 8 — пружина; 4 — коромысло; 5 — штанга 6— выпускной клапан; 9 — толкатель; 10 — распределительный вал

Чтобы повысить плотность прилегания клапанов к сёдлам перекрываемых ими отверстий впуска и выпуска, клапаны и сёдла выполняются с конусными фасками. С этой же целью между толкателем и стержнем клапана помещают регулировочный болт 17 с контргайкой 12, доступ к которым осуществляется через полость 2. Регулировочный болт ввертывают в тело толкателя так, чтобы обеспечить гарантированный зазор между его головкой 18 и стержнем клапана в рабочем (горячем) состоянии и надежно фиксируют гайкой 12. Благодаря этому усилие пружины 11 полностью передается на уплотнительную фаску клапана как в холодном так и в горячем состоянии деталей механизма газораспределения и остова двигателя.

Нижнеклапанному газораспределению присущи не только простота механизма и повышенная жесткость конструкции, но и сравнительно небольшой шум работы, что очень важно для автомобильного двигателя. Однако такая конструкция ограничивает воз сжатия, не превышающих 7,5 единиц. Кроме того, камеры сгорания, применяемые для нижнеклапанных двигателей, имеют относительно большие поверхности охлаждения, через которые непроизводительно теряется часть тепла, выделяющегося при сгорании топлива. Потеря этого тепла ухудшает экономичность двигателя.

Верхнеклапанное газораспределение размещается одновременно в блоке и в головке цилиндров (рис. 1, б). Клапаны 17 расположены (подвешены) над цилиндром, поэтому такие механизмы называют иногда механизмами с подвесными клапанами. Принцип их работы не отличается от рассмотренных выше нижнеклапанных, но конструкцию они имеют более сложную. Открытие клапанов обеспечивается при этом следующими дополнительными деталями: коромыслом 6, шарнирно посаженным на ось 7, закрепленную в стойках (кронштейнах) 5, и толкающей штангой 4, передающей усилия от толкателя 3 к коромыслу 6.

Применение верхнеклапанных механизмов приводит к увеличению высоты двигателя и заметно снижает общую жесткость системы. Тем не менее автомобильные карбюраторные двигатели в настоящее время строят верхнеклапанными (дизели вообще имеют только верхнеклапанное газораспределение). Верхнеклапанное газораспределение снимает ограничения по степени сжатия и уменьшает гидравлическое сопротивление на впуске. Это улучшает на 7—8% наполнение цилиндров и позволяет более рационально компоновать камеры сгорания, повышая этим общее использование тепла в цилиндрах.

Снижение жесткости механизма наблюдается при работе двигателя с большим числом оборотов коленчатого вала вследствие деформации штанг и других деталей. Как результат этого, закон подъема клапанов, т. е. зависимость высоты их подъема от угла поворота кулачков, нарушается и на некоторых участках не соответствует профилю кулачков распределительного вала, который подбирается из условий наивыгоднейшего наполнения. Опыты показывают, что деформация деталей механизма приводит к ухудшению мощностных и экономических показателей двигателя. Для устранения этого явления в современных быстроходных двигателях распределительный вал устанавливают на головке блока, что значительно упрощает кинематическую связь между его кулачками п клапанами. Двигатели такого типа обычно называются двигателями с верхним расположением распределительного вала.К ним относятся двигатель отечественного производства МЗМА-412 и ряд современных зарубежных двигателей: БМВ-2000 (ФРГ), Форд-427 и Понтиак-216 (США), Фергюсон (Англия).

Конструкции различных механизмов газораспределения с верхним распределительным валом показаны на рис. 2.

Рис. 2 — Механизмы газораспределения с верхним расположением кулачкового вала:

а) с непосредственным воздействием кулачков на клапаны (дизель В-2); б) устройство для регулирования зазора в клапанном механизме (дизель В-2); в) передачей усилий от кулачков на клапаны через коромысла (двигатель Форд-427); г) с передачей усилий через промежуточный рычаг (двигатель Понтиак-216)

На рис. 2, а представлено газораспределение V-образного дизеля В-2 с непосредственным воздействием кулачков распределительных валов на клапаны. Этот способ привода весьма эффективен, но имеет следующие недостатки: создает большое боковое усилие, передающееся на стержень клапана в процессе его подъема, отличается сложностью регулировки зазоров между клапанами и распределительным валом. Возникающие при этом боковые усилия приводят к изгибу стержня клапана и увеличению его износа.

На практике износ стержней уменьшают двумя способами: используют утолщенные стержни клапанов или освобождают их от восприятия боковых усилий. Так, в дизеле В-2 стержни клапанов имеют толщину 18 мм, что примерно вдвое превышает обычные размеры стержней клапанов, применяемых в автомобильных двигателях. Поэтому в двигателях автомобильного типа чаще прибегают к разгрузке стержней путем передачи силы, возникающей от действия кулачков (иногда и от коромысел), на специальные стаканы, накрывающие стержни и пружины клапанов и перемещающиеся в своих направляющих гнездах.

Регулировка клапанов в дизеле В-2 производится с помощью устройства, показанного на рис. 2, б, состоящего из опорной тарелки 2 с резьбовой частью, ввернутой в стержень 1 клапана и замочной шлицевой шайбы 3, которая одевается на шлицованный конец стержня клапана и прижимается к тарелке 2 клапанной пружиной. На соприкасающихся горцах замочной шайбы и тарелки клапана имеются пояски радиальных треугольных шлиц, фиксирующих тарелку в заданном положении относительно стержня. На рис. 2, в, г показаны механизмы, в которых усилия от кулачков распределительного вала передаются стержням клапанов через коромысла и промежуточные рычаги. Коромысла используются довольно часто, но они тоже полностью не разгружают стержни клапанов от воздействия боковых сил. Однако величина их всегда бывает меньше, чем в рассмотренном механизме дизеля В-2. С этой точки зрения более практична конструкция механизма, применяемая на двигателе Понтиак-216 (см. рис. 2, г), где боковые усилия на стержень клапана вообще не передаются, а воспринимаются штоком специального гидравлического устройства, на которое опирается промежуточный рычаг. Наличие гидравлической опоры у рычага обеспечивает постоянный контакт его с кулачком распределительного вала и исключает тем самым необходимость регулировки зазоров в процессе эксплуатации.

При смешанном расположении клапанов(см. рис. 1, в) в головке цилиндра устанавливают впускные клапаны, а в блоке — выпускные. Благодаря этому удается несколько упростить общую конструкцию механизма и одновременно использовать преимущества верхнеклапанного газораспределения.

Однако перспективным клапанным газораспределением является не смешанное, а верхнеклапанное с кулачковым валом, расположенным на головке цилиндра (см. рис. 2). Такое газораспределение обеспечивает падежную работу клапанного механизма и в современных быстроходных двигателях.

Источник: Райков И.Я., Рытвинский Г.Н. Двигатели внутреннего сгорания, 1971 г

голоса

Рейтинг статьи

Оценка статьи:

Загрузка...