Двигатели DOHC (Double overhead cam-shafts = DOHC) — это два распределительных вала в головке цилиндров и четыре клапана (4 valves) на каждый цилиндр. В данной статье мы расскажем как создавались двигатели DOHC с двумя распредвалами, а также их конструктивные особенности.
В двигателях DOHC распределительный вал непосредственно помещен над каждым рядом клапанов (впускных и выпускных) и нет "посредников" — коромысел, штанг, рокеров и т.п. А чтобы каждый клапан сделать еще легче, на цилиндр установлено не два, а четыре легких клапана. И даже при увеличении оборотов в полтора раза на пружины станут приходиться существенно меньшие нагрузки.
Чем больше смеси мотор "вдохнет" за рабочий цикл, тем выше мощность. Соответственно, довели до предела проходное сечение клапанов. 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.
Возможно, что силовые агрегаты DOHC так и остались бы уделом гоночных и спортивных машин, но нефтяной кризис, стремление поднять мощность малолитражных моторов и борьба за снижение вредных выбросов дали новый толчок к поиску. Но массовое производство ставит свои непростые задачи.
Для привода двух распределительных валов в головке цилиндров можно использовать зубчатый ремень, цепь или набор шестерен.
Ремень дешев, не требует смазки, практически бесшумен, но его обрыв означает катастрофу для всего двигателя: неуправляемый 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 шатрообразной, 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 настолько увеличивают высоту головки цилиндров, что свеча оказывается на дне глубокого колодца. Вывернуть и вынуть ее оттуда поможет специальный ключ. А если "колодец" заполнить чем-нибудь полезным, скажем, разместить сразу над свечой "личную" 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 одним недостатком. Для регулировки клапанных зазоров приходится вынимать кулачковые валы, нарушать установку фаз газораспределения и подбирать толщину регулировочных шайб между кулачком и стаканчиковым толкателем. Потом снова сборка, повторное измерение зазора и, если не удалось угадать с прокладками, начинай все сначала. Конечно, трудоемкие регулировки никого не радовали. Конструкторы выдумывали различные регулировочные устройства, но те лишь утяжеляли детали клапанного привода и достоинства двигателей DOHC шли насмарку.
А что, если в зазор между "затылком" клапана и стаканчиковым толкателем подавать под давлением масло из системы смазки? И чтобы этот зазор всегда выбирался в зависимости от того, холодный двигатель или горячий, изношено гнездо клапана или нет. Иными словами, появился гидравлический компенсатор зазора, который быстро вошел в обиход и ныне применяется на большинстве двигателей с клапанным механизмом DOHC.
