Количество клапанов на цилиндр: Количество клапанов на цилиндр

Содержание

Ошибка

Автомобиль — модели, марки
Устройство автомобиля
Ремонт и обслуживание
Тюнинг

Аксессуары и оборудование
Компоненты
Безопасность
Физика процесса

Новичкам в помощь
Приглашение
Официоз (компании)
Пригородные маршруты

Персоны
Наши люди
ТЮВ
Эмблемы

Личные инструменты

Представиться системе

Инструменты

Спецстраницы

Пространства имён

Служебная страница

Просмотры

Перейти к: навигация, поиск

Запрашиваемое название страницы неправильно, пусто, либо неправильно указано межъязыковое или интервики название. Возможно, в названии используются недопустимые символы.

Возврат к странице Заглавная страница.

Если Вы обнаружили ошибку или хотите дополнить статью, выделите ту часть текста статьи, которая нуждается в редакции, и нажмите Ctrl+Enter. Далее следуйте простой инструкции.

Четыре клапана на цилиндр

Еще недавно многоклапанные двигатели ставили только на гоночные автомобили, а сегодня существует не меньше сотни коммерческих моделей и модификаций, где использовано такое техническое решение. Что это, дань моде, очередной ход в конкурентной борьбе или действительно полезное усовершенствование? Об этом рассказывает инженер А. ФОМИН.

Когда нижнеклапанные двигатели ушли в прошлое, клапаны перекочевали наверх в головку блока, и с тех пор их расположение не менялось. Чтобы избежать длинных толкателей, которые ограничивали возможность форсирования двигателя по оборотам (такая конструкция — инерционная и нежесткая), распределительный вал перенесли в головку блока, чем и закончилась трансформация. Потом росли только степень сжатия и обороты. Но если «оборотистый» двигатель и годится для гонок (правда, не для всех), то для повседневной эксплуатации он не подходит: высоки требования к материалам, из которых сделаны детали, топливу и маслам, велики токсичность выхлопа и эксплуатационные расходы. Пришлось искать другие пути.

Идею двигателя с четырьмя клапанами на цилиндр не назовешь особо оригинальной или новаторской, но нельзя отрицать и то, что это достаточно простой способ улучшить наполнение цилиндра горючей смесью и удаление отработавших газов из него. Нарисуйте окружность и впишите в нее две другие максимально возможного диаметра, а затем попробуйте изобразить то же, но уже с четырьмя. Большая окружность обозначает цилиндр, а малые — каналы, закрытые клапанами. Невооруженным глазом видно, в каком случае площадь, занимаемая вписанными кругами, больше и, следовательно, больше проходное сечение впускного и выпускного каналов в головке двигателя.

Четыре клапана «спустились» с высот формулы 1 сначала на другие гоночные, затем на более простые спортивные автомобили, а сейчас они бодро «шествуют» от дорогих машин в средний класс и дальше, к любимым нами малым и дешевым (этот этап начался буквально год-два назад).

Кстати, двигателю с четырьмя клапанами на цилиндр вовсе не обязательно иметь два распределительных вала в головке, как думают иногда автолюбители. Есть моторы, в которых клапаны приводит один вал, например у «Мазды-121». Эта японская двухдверная машина (на фото) по размерам — аналог нашей «Таврии» (длина соответственно 3810 и 3708 мм), а по рабочему объему двигателя близка «восьмеркам» и «девяткам». У «Мазды» два варианта двигателя рабочим объемом 1324 см и мощностью 53 и 72 л.с., а до «сотни» она разгоняется за 13,7 и 11,4 с соответственно (ВАЗ-2108: 1,3 л, 65 л.с., 16 с). Конечно, хорошие характеристики — показатель технического совершенства всей машины, и мотор с четырьмя клапанами сыграл здесь не последнюю роль.

Другая японская четырехклапанная машина, «Мицубиси-Галант» принадлежит к среднему классу (как наша «Волга») и стоит 37 тысяч марок (как самый дешевый «Мерседес»). В автомобилях такого класса простота и дешевизна — не главное; комфорт, техническое совершенство и снижение трудоемкости обслуживания гораздо важнее.

Вторая модификация — явно спортивного характера: заметно меньше время разгона, почти на две секунды, и расход топлива вполне приемлемый для такого мощного мотора.

Есть двигатели и с тремя клапанами на цилиндр: несколько таких моделей использует, например, «Тойота» на автомобилях «Старлет» и «Королла». В этом случае два клапана впускные, а один — выпускной. Это обусловлено тем, что для впуска требуется большее сечение: рабочая смесь хуже проходит по узким каналам, чем выхлопные газы.

Таковы дела на Востоке, но и на Западе не дремлют. Когда фирма «Опель» добавила к модификациям своей «Вектры» «модную» полноприводную, то едва не оступилась. Инертная трансмиссия, возросший вес машины почти свели на нет ее достоинства по сравнению с переднеприводной. Спасти положение помогла новая головка с четырьмя клапанами на цилиндр. Прибавилась мощность, динамика и скорость выросли под стать полноприводным амбициям (см. таблицу). Пожалуй, это пример настоящей конструкторской удачи, в чем убеждает сравнение «Вектры» и «Галанта», благо, по объему двигателей и габаритам они почти равны. Полноприводной машине по всем законам положено «есть» процентов на десять больше, но «Вектра» со всеми ведущими на поверку оказалась экономичнее переднеприводного «Галанта», что говорит само за себя.

Неумеренно популярный в нашей стране «Вольво-940GL» тоже имеет модификацию с многоклапанной головкой — 940GLT-16V, которая встречается намного реже. Резонно: нужда в лишних «лошадях» невелика, а платить за них мало желающих. Не прельщает и улучшенная динамика при умеренном росте расхода топлива (см. таблицу).

Внешне непохожие друг на друга, «Пежо-605» и «Ситроен-XM» по двигателям полностью идентичны: у обоих они V-образные шестицилиндровые, двух- и четырехклапанные. (Это варианты так называемого евромотора, разработанного и выпускаемого совместно еще с 70-х годов фирмами «Рено», «Пежо» и «Вольво» для своих престижных моделей.) «Пежо-605» — самая большая у этой фирмы, одна из самых солидных во Франции — должна представлять свою страну в крайне трудном для конкуренции «верхнем среднем» (по принятому в Германии делению) классе, соперничая с такими европейскими авторитетами, как «Ауди-100», БМВ пятой серии, «Мерседес-200-500E» (W124) (см. таблицу). Многоклапанный двигатель для данной модели (как и для «Вольво-940») — средство укрепиться на рынке мощных и скоростных автомобилей. 33 л.с. «сверху» и плюс 14 км/ч к максимальной скорости — неплохое приобретение при почти том же расходе топлива. А что предлагают серьезные и уважаемые БМВ и «Мерседес», ведь эти фирмы вряд ли клюнут на пустую затею? Если в 1988 году они делали по одной-две модели с четырехклапанными двигателями, то в 1992-м каждая выставила их более десяти — от купе и кабриолетов до универсалов, доказав, что спортивность не чужда и «грузовикам».

Модель БМВ-318iS появилась как более дешевая альтернатива «325-й», но в то же время более мощная, чем базовая -318, специально для тех, кому не по карману «большой» двигатель. Более мощная машина получилась экономичнее на всех режимах, кроме городского цикла. Правда, для этого случая есть контраргумент — -318iS расходует бензин «супер», а не «нормаль», но в Германии разница в цене этих сортов бензина невелика (около пяти процентов).

Если сечение каналов больше, это не значит, что топлива в цилиндры поступает больше и расход должен быть выше. Многоклапанные головки двигателя позволяют изменить распределение рабочей смеси по камере сгорания, снизить потери впуска и уменьшить количество оставшихся в цилиндрах отработавших газов. Все это увеличивает КПД двигателя, следовательно, появляется возможность уменьшить расход, хотя бы на некоторых режимах. Кстати, двигатель потребляет не столько топлива, сколько войдет в цилиндры, карбюратор или система впрыска «определяют дозу» согласна желанию конструкторов. Но и разработчики иной раз вынуждены идти на уступки, например, применять высокооктановый бензин, как в описанном выше случае. А другие, более солидные модели? В таблице приведены характеристики БМВ 5-й серии. БМВ пришлось действовать так же, как «Опелю»: новая головка двигателя — и время разгона стало что надо! Так поступили в 1990 году с моделями -520 и -525, а еще через год выпуск этих моделей с двухклапанной головкой прекратили. Результат нам уже знаком: улучшены динамические качества, расход топлива снижен на всех стандартных режимах, кроме городского цикла.

Если не усложнять двигатель лишними валами и клапанами, а просто увеличить его объем? Ответ тоже есть в таблице. С появлением четырехклапанной «525-й» модель -530 (большего литража) сняли с производства. Машина с четырехклапанным двигателем разгоняется с места до 100 км/ч за 7,8 с, а с двухклапанным — за 8,5 с (с автоматической коробкой передач).

Если мы изучим все моторы, выпускаемые БМВ и «Мерседес-Бенц», то убедимся, что двухклапанные в последние годы почти не встречаются. Осенью 1992 года «Мерседес» упразднил их на самых популярных моделях -200 и -300, заменив четырехклапанными.

Конечно, улучшить характеристики автомобиля можно не только изменив конструкцию двигателя (увеличив число клапанов). Нередко вместе с этим изменяют передаточные числа в коробке передач, модифицируют систему впрыска топлива и т. д. Вспомните: у «Жигулей» двигатели разной мощности комплектуются коробками передач с различающимися передаточными числами. Но все же ведущие фирмы все шире применяют четырехклапанные двигатели. Исключение составляют американские: они комплектуют такими моторами лишь спортивные модели («Олдсмобил-Катлесс») и те, что изготовлены по кооперации с японскими фирмами («Форд-Торус-SHO»).

Каковы дальнейшие перспективы развития многоклапанных двигателей? Видимо, к концу десятилетия они полностью или почти полностью вытеснят обычные. «Мазда-121», о которой мы говорили,— далеко не предел: в Японии, где все еще популярны микролитражные, как говорили раньше, машины, четырехклапанный двигатель объемом 600—800 см3 (у той же «Мазды», «Дайхатсу», «Субару») — не редкость. В условиях современного производства затраты на выпуск технологически более сложной головки блока невелики, а повышенная цена автомобиля, как правило, оправдывается хорошими характеристиками и не отпугивает покупателя.

Некоторые и у нас, и на Западе ездят на четырехклапанных машинах, даже не подозревая об этом. Автомобильные фирмы иной раз упоминают о конструкции только в технических характеристиках: ведь потребителя волнуют эксплуатационные показатели, а не устройство двигателя. Другие, наоборот, стремятся подчеркнуть технический уровень или спортивные качества модели, тогда в названии появляются обозначения «16V», «24V». Первое говорит о том, что двигатель имеет четыре цилиндра и четыре клапана на цилиндр, всего шестнадцать, а второе — шесть цилиндров, по четыре клапана на каждый (6X4=24). Индексы трехклапанных двигателей «12V», «18V». Те же надписи могут быть и на клапанной крышке, а кроме них «DОНС» и «Twincam», что означает «два распределительных вала в головке». Если же рядом с «DОНС» не стоит «12V» или «24V», то двигатель вовсе не обязательно четырехклапанный: два распредвала могут быть и у обычного, двухклапанного.

Представим, что вы пришли в магазин и увидели некую модель как с двухклапанным двигателем, так и с четыреклапанным. Какой вариант предпочесть? С точки зрения «чистого ездока», автомобиль с многоклапанным мотором, безусловно, хорошее приобретение: высокая мощность, отличная динамика при приемлемом расходе топлива будут радовать. Но заплатить придется на 10—30% больше, правда, не только за клапаны: вы наверняка получите еще литые диски, широкие покрышки, спойлеры и много других приятных мелочей. В эксплуатации такой автомобиль будет ненамного дороже, но в случае крупного ремонта двигателя возможны дополнительные расходы: запчастей понадобится больше и придется поискать того, кто возьмется.

Есть еще нюанс: мощная машина великолепно проявляет темперамент водителя, и если вы привыкли давить на газ до упора, на умеренный расход не надейтесь. Впрочем, клапаны тут не виноваты, чаще посматривайте на эконометр и держите стрелку подальше от красной зоны.

Сравнительные характеристики автомобилей с двух- и четырехклапанными двигателями.

Мицубиси-Галант

	2 клапана	4 клапана
Индекс	2.0GLSi	2.0GTi-16V
Максимальная мощность л.с. (кВт)/ об/мин	109(80)/5500	146(107)/6500
Максимальный крутящий момент Н•м/ об/мин	159/4500	170/5000
Максимальная скорость, км/ч	188	207
Время разгона с места до 100 км/ч, с	10,6	8,8
Расход топлива при 90,120 км/ч, городском цикле	6. 2/8.1/10.0	7.2/8.9/11.4

Опель-Вектра

	2 клапана	4 клапана
Индекс	4×4 2.0i	4×4 2.0i16V
Максимальная мощность л.с. (кВт)/ об/мин	115(85) / 5200	150(110) / 6000
Максимальный крутящий момент Н•м/ об/мин	170 / 2600	196 / 4800
Максимальная скорость, км/ч	194	214
Время разгона с места до 100 км/ч, с	10,8	9,3
Расход топлива при 90,120 км/ч, городском цикле	7.2 / 8.6 / 11.9	6.8 / 8.3 / 11.5

Вольво

	2 клапана	4 клапана
Индекс	940GL	940GLT 16V
Максимальная мощность л.с. (кВт)/ об/мин	131(96) / 5500	155(114) / 5700
Максимальный крутящий момент Н•м/ об/мин	185 / 2950	203 / 4450
Максимальная скорость, км/ч	190	200
Время разгона с места до 100 км/ч, с	11,2	10,2
Расход топлива при 90,120 км/ч, городском цикле	7. 1 / 9.2 / 12.9	7.3 / 9.7 / 13.4

Пежо

	2 клапана	4 клапана
Индекс	605SV 3.0	605SV24
Максимальная мощность л.с. (кВт)/ об/мин	167(123) / 5600	200(147) / 6000
Максимальный крутящий момент Н•м/ об/мин	235 / 4600	260 / 3600
Максимальная скорость, км/ч	222	236
Время разгона с места до 100 км/ч, с	8,6	8,2
Расход топлива при 90,120 км/ч, городском цикле	8.8 / 9.6 / 15.0	7.8 / 9.6 / 15.5

БМВ 3-й серии

	2 клапана	4 клапана
Индекс	318i	318iS
Максимальная мощность л.с. (кВт)/ об/мин	113(83) / 5500	136(100) / 6000
Максимальный крутящий момент Н•м/ об/мин	162 / 4250	172 / 4800
Максимальная скорость, км/ч	188	202
Время разгона с места до 100 км/ч, с	10,8	9,9
Расход топлива при 90,120 км/ч, городском цикле	6. 7 / 8.6 / 10.3	6.4 / 8.2 / 10.9

БМВ 5-й серии

	2 клапана	4 клапана	2 клапана	4 клапана	2 клапана
Индекс	520i	520i	525i	525i	530i
Максимальная мощность л.с. (кВт)/ об/мин	129(95) / 6000	150(110) / 5900	170(120) / 5800	192(141) / 5900	188(138) / 5800
Максимальный крутящий момент Н•м/ об/мин	164 / 4300	190 / 4700	222 / 4300	245 / 4700	260 / 4000
Максимальная скорость, км/ч	203	211	221	230	227
Время разгона с места до 100 км/ч, с	11,9	10,0	9,5	8,6	8,6
Расход топлива при 90,120 км/ч, городском цикле	7. 0 / 8.5 / 13.1	6.6 / 8.1 / 13.9	7.5 / 9.2 / 13.6	6.9 / 8.6 / 14.2	7.4 / 9.2 / 15.9

А. ФОМИН («За рулем», 1993, № 1)

авточтиво, «В мире моторов»

Почему 4 клапана лучше, чем 2? DOHC и OHV

Почему 4 клапана на цилиндр лучше, чем 2 клапана на цилиндр? DOHC лучше OHV? 4 клапана на цилиндр обеспечивают больший поток воздуха, чем 2 клапана на цилиндр, так как открытая площадь больше, когда клапаны открыты. Наличие конфигурации с DOHC и четырьмя клапанами на цилиндр означает лучший поток воздуха, особенно на высоких оборотах двигателя, что приводит к лучшей максимальной мощности. Хотя с толкателем (OHV) можно установить 4 клапана на цилиндр, гораздо чаще используется 2 клапана из-за сложности требований к упаковке, связанных с установкой с четырьмя клапанами.

Основные преимущества многоклапанной головки заключаются в том, что она обеспечивает больший поток воздуха за счет большего охвата, размещения свечи зажигания в центре головки для лучшего распространения пламени, что приводит к большей эффективности, а также значительно уменьшает поплавок клапана при более высоких RPM за счет использования более легких клапанов меньшего размера с меньшей инерцией возвратно-поступательного движения. Благодаря предотвращению плавания клапана двигатели могут увеличивать обороты и производить больше мощности.

Преимущество двух клапанов на цилиндр заключается в уменьшении количества деталей, что снижает стоимость и сложность. Конструкция также имеет тенденцию быть лучше для низкого и среднего крутящего момента, поскольку воздушный поток быстрее на этих скоростях двигателя в результате более ограниченного потока. Кроме того, двигатели с верхним расположением клапанов допускают центральное размещение распределительного вала в V двигателях V8, что означает меньший размер корпуса и меньшую ЦТ.

Видео по теме:
DOHC vs SOHC vs OHV — https://youtu.be/1GZtShToroc Двигатель
HEMI — https://youtu.be/qLns7ibeUps
VTEC — https://youtu.be/G6S4D14VS7w — https://youtu.be/Ol3nWQbatrQ

Оценивайте, комментируйте и подписывайтесь!

И не забудьте проверить мои другие страницы ниже!
Facebook: http://www.facebook.com/engineeringexplained
Официальный сайт: http://www.howdoesacarwork.com
Twitter: http://www.twitter.com/jasonfenske13
Instagram: http://www.instagram.com/engineeringexplained. Чтобы помочь создать больше видео, зайдите на мою страницу Patreon!
http://www.patreon.com/engineeringexplained

НОВОЕ ВИДЕО КАЖДУЮ СРЕДУ!

Продолжительность	03:21
Опубликовано	5 января 2016 г.
Серия	Автомобильный

акции

Управлять

по сравнению с двумя клапанами на цилиндр

Очень часто в рекламных материалах можно увидеть, что двигатель двухколесного транспортного средства имеет четыре клапана на цилиндр. Многие из нас часто задаются вопросом, действительно ли преимущество иметь более двух клапанов на цилиндр. Действительно ли большее количество клапанов помогает производительности двигателя, или это просто уловка, как и многие другие так называемые технологии, которыми щеголяют некоторые производители и которые не имеют особого смысла? Что ж, простой ответ на этот вопрос таков: большее количество клапанов на цилиндр повышает производительность двигателя. В этой статье мы обсудим, чем трех- и четырехклапанные двигатели лучше своих двухклапанных аналогов, их работу и соответствующие преимущества.

Каков принцип работы многоклапанного двигателя?

Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания требует, чтобы воздушно-топливная смесь внутри камеры сгорания хорошо сгорала, чтобы производить достаточное количество энергии и обеспечивать высокую эффективность использования топлива. Клапаны позволяют топливно-воздушной смеси поступать в камеру сгорания. Естественно, если впускные клапаны обеспечивают лучший поток воздуха в камеру сгорания, двигатель сможет лучше дышать, что позволит более эффективно сжигать топливо.

Чтобы объяснить это математически, представьте впускной клапан на двухклапанном двигателе в виде одного большого круга, а впускные клапаны на трех- или четырехцилиндровом двигателе в виде двух меньших кругов. Теперь количество воздуха, которое эти клапаны могут пропустить в камеру сгорания, математически представлено площадью стенки воображаемого цилиндра, который образуется, когда клапаны вдавливаются внутрь. Если ход клапанов во всех случаях одинаков, скажем, X, нам нужно выполнить следующую математику.

Предполагая, что радиус большого одиночного клапана равен 30 мм, а радиус двух меньших клапанов равен 15 мм каждый, давайте посмотрим разницу в притоке воздуха

Формула площади поверхности воображаемого цилиндра, через которую будет проходить воздух – 2piR*X, где:

пи — это отношение длины окружности к ее диаметру, или 22/7, или 3,14159

R — радиус окружности или клапана, в данном случае

X — ход клапана

Площадь воздушного потока для схемы с двумя клапанами на цилиндр: 2pi30X = 60piX

Площадь воздушного потока для трех или четырех клапанов на цилиндр: 2pi15X + 2pi15X = 90piX

Как видите, за счет увеличения количества клапанов мощность воздухозаборника двигателя увеличилась на 50% (60 против 90). Таким образом, математически, разделение большого клапана на два меньших клапана половины его радиуса приведет к увеличению потока воздуха в двигатель на 50%.

Теперь из впускных и выпускных клапанов приоритет всегда у впускных клапанов, так как впустить больше воздуха в камеру сгорания всегда сложнее, чем вытолкнуть. Добавление нескольких клапанов меньшего размера вместо одного большого клапана может быть дорогостоящим. Таким образом, в некоторых случаях производители используют два клапана для впуска и только один для выпуска, чтобы сэкономить на стоимости. Это позволяет относительно упростить конструкцию двигателя и в некоторой степени повысить его производительность, не слишком увеличивая стоимость. Этот тип конструкции клапана называется конфигурацией с тремя клапанами на цилиндр и хорошо балансирует соотношение производительности и стоимости.

Двигатель TVS nTorq 125, например, оснащен конфигурацией с тремя клапанами на цилиндр, что обеспечивает лучшую в своем классе мощность и производительность, но не дороже, чем у конкурентов.

Другие преимущества многоклапанных двигателей помимо улучшенного воздушного потока

Хотя улучшенное дыхание двигателя благодаря лучшему потоку воздуха является одним из самых больших преимуществ большего количества клапанов на цилиндр, оно не единственное. Несколько клапанов на цилиндр также дают несколько других преимуществ, которые еще больше повышают производительность двигателя.

Поскольку индивидуальная масса нескольких меньших клапанов меньше, чем индивидуальная масса большего одиночного клапана, более легкие и меньшие клапаны двигаются более свободно и с более высокой частотой, что позволяет двигателю работать на более высоких оборотах. Эти преимущества приводят к лучшей удельной мощности двигателя. Таким образом, для любой заданной кубатуры хорошо спроектированный 4-клапанный двигатель должен иметь возможность развивать более высокие обороты и, следовательно, производить большую мощность.

Будучи легче, клапаны меньшего размера также оказывают меньшее давление на лепестки распределительного вала, которые контролируют их подъем, и, если они хорошо спроектированы, могут повысить долговечность двигателя.

В отличие от двухклапанного двигателя, в котором имеется только один впускной клапан, трех- или четырехклапанная установка позволяет производителям проектировать двигатель таким образом, чтобы каждый впускной клапан открывался в несколько разное время. Этот метод также известен как изменение фаз газораспределения. Этот метод создает вихревой или турбулентный эффект внутри камеры сгорания, что позволяет более точно контролировать смешивание воздуха при различных оборотах двигателя и обеспечивает лучшую производительность.

Еще одним важным аспектом производительности, связанным с четырехклапанной геометрией, является возможность гибкого размещения свечи зажигания на головке блока цилиндров. Положение свечи зажигания на головке блока цилиндров очень важно для оптимального распространения пламени. Теперь, с двухклапанной компоновкой, в центральной части головки блока цилиндров не так много места для свечи зажигания. Но с четырьмя клапанами имеется достаточно места для размещения свечи зажигания в мертвой точке головки цилиндров, что обеспечивает лучшее распространение искры и более эффективное сгорание. Большее количество клапанов также обеспечивает дополнительное охлаждение головки блока цилиндров, что позволяет двигателю работать без нагрева в течение более длительного времени.

Преимущества установки с двумя клапанами на цилиндр

Теперь, как вы видели, у трех- и четырехклапанных цилиндров много преимуществ перед их двухклапанными аналогами. Однако нельзя сказать, что минусов нет. Двухклапанный цилиндр также имеет свой набор преимуществ, и именно поэтому до сих пор существует так много основных двухколесных транспортных средств с двумя клапанами на цилиндр. Вот несколько преимуществ двухклапанной конфигурации, что делает их актуальными даже сегодня.

Схема с двумя клапанами на цилиндр проста и эффективна. Четырехклапанная система может быть более функциональной, но ее сложнее спроектировать и изготовить. С точки зрения металлургии и термодинамики получить правильную компоновку с четырьмя клапанами намного сложнее, чем с двумя клапанами. Сложность, связанная с четырехклапанной системой, также приводит к увеличению затрат. Таким образом, четырехклапанные двигатели значительно дороже и не всегда являются наиболее подходящим вариантом для такого чувствительного к цене рынка, как наш.

Разное