5 недостатков двигателей с верхним расположением распредвала

В наши дни большинство автомобилей, которые вы видите на дороге, имеют тот или иной двигатель с верхним расположением распредвала: либо с одним верхним распредвалом, либо с двойным верхним распредвалом. Конечно, не каждый автомобиль имеет этот двигатель — многие все еще имеют старую конфигурацию с верхним расположением клапанов (также известную как толкатель), что приводит к бесконечным спорам о том, какой из них лучше. Спойлер: не существует единой «лучшей» конфигурации, есть только некоторые типы, которые лучше подходят для определенных задач, чем другие. Каждый тип двигателя представляет собой компромисс со своими плюсами и минусами, включая двигатели с верхним расположением цилиндров.

Однако в целом плюсы этих двигателей в большинстве случаев перевешивают минусы. В конце концов, есть много причин, по которым вы почти никогда больше не увидите двигатели с толкателями в обычных легковых автомобилях. У двигателей с толкателем просто есть много недостатков, которые делают их менее подходящими для такого типа вождения, хотя это, конечно, не означает, что они не способны этого делать. Challenger с верхним расположением двигателя так же способен к ежедневным поездкам, как и Nissan Versa, хотя последний будет иметь определенные преимущества благодаря своей конструкции с верхним расположением клапанов.

Тем не менее, здесь все еще есть компромиссы; хотя преимущества, присущие конструкции OHC, обычно перевешиваются, они все еще существуют. Определенные конфигурации двигателей усиливают эти недостатки больше, чем другие, например, оппозитные двигатели со сложными ремнями ГРМ, рядные двигатели с высокими физическими размерами и так далее. Чтобы внести ясность, это относится только к компоновке OHC, а не к дефектам самого двигателя, таким как отзывы или низкая надежность. Давайте заглянем под капот и обсудим все эти недостатки.

Прежде всего, почему двигатели с верхним расположением клапанов выше двигателей с верхним расположением клапанов? Все дело в расположении распредвала. В конструкции с верхним расположением клапанов вы помещаете распределительный вал внутрь самого блока, а затем используете толкатели для приведения в действие клапанного механизма сверху. Как это выглядит с точки зрения физических размеров?

Вы начинаете с распределительного вала, который идет к этим толкателям, затем толкатели доходят до коромысел. По сути, это набор качелей в головке блока цилиндров. Вы нажимаете вверх с одной стороны, а другая сторона давит на клапан, открывая его и позволяя двигателю делать свое дело. Итак, основные компоненты, которые вы увидите выступающими из верхней части головки двигателя, — это рычаги, а все остальное расположено внутри самого блока.

Сравните это с конструкцией OHC, в которой распределительный вал (или распределительные валы, если это DOHC) расположен поверх блока двигателя. Вы также не просто ставите туда распределительный вал. Вам нужен способ удерживать распределительный вал на месте, и вам нужен способ его провернуть. Все это занимает физическое пространство.

Хотя кого это волнует? Что ж, давайте взглянем на несколько рядных шестерок в современных автомобилях. Например, у BMW рядная шестерка расположена под углом, потому что в противном случае двигатель был бы слишком высоким, чтобы сохранить аэродинамику и стройность передней части. Именно поэтому в таких автомобилях, как Mercedes-Benz 300SL Gullwing, двигатель наклонен под крутым углом в 50 градусов, поэтому линия капота может быть низкой и свести лобовое поперечное сечение автомобиля к минимуму.

Как следует из названия, двигатель с верхним расположением распредвала имеет распределительный вал над головкой, и это кажется нормальным, пока вы не поймете, что что-то еще нужно для перемещения распределительного вала. Основным источником энергии двигателя является коленчатый вал — именно он вращается, когда двигатель работает, а коленчатый вал находится в нижней части двигателя. Итак, вам нужен способ направить силу снизу вверх; вот здесь и пригодится ремень ГРМ.

Ремни ГРМ – штука сложная. Во-первых, это скоропортящиеся товары, которые обычно требуют обслуживания на расстоянии от 60 000 до 100 000 миль в зависимости от вашей конкретной марки и модели. Кроме того, как и любой резиновый компонент, он со временем затвердевает и разрушается, если вы не эксплуатируете автомобиль достаточно часто. Цепи ГРМ, очевидно, более надежны, поэтому интервалы их обслуживания намного дольше. Однако независимо от типа замена ремня ГРМ — непростая задача. В некоторых автомобилях вам придется практически разобрать большую часть передней части, чтобы хотя бы дотянуться до этой штуки. Такие работы нередко требуют специальных инструментов и занимают несколько часов.

И все это ради ремня? Да, и это абсолютно необходимо, потому что порванный ремень ГРМ может мгновенно вывести из строя двигатель, если у вас интерференционная конфигурация. Почему это так важно? Потому что в интерференционных двигателях поршень и клапаны делят одно рабочее пространство — когда один выходит, другой входит. Поэтому, если вы напутаете с синхронизацией, оба попытаются одновременно занять одно и то же пространство, и тогда у вас будет клапан, врезающийся в поршень, что несовместимо с исправностью вашего двигателя.

Это физическая задача, связанная с тем, как все движется внутри двигателя. Основное различие между верхним и верхним расположением клапанов заключается только в расположении распределительного вала, но если кулачок расположен низко, то у вас не будет большого и длинного ремня ГРМ, проходящего через двигатель, чтобы добраться до него. Вместо этого у вас есть толкатели, приводимые в действие подъемниками, которые, в свою очередь, давят на коромысла.

На низких скоростях возвратно-поступательный импульс этой массы не имеет такого большого значения, как мощность, необходимая для преодоления всего. Подумайте об этом так: для перемещения объекта, находящегося ближе к основной движущей силе, требуется меньше рычагов. Если вы крутите колесо, то, как правило, его легче вращать, когда оно ближе к вам, чем если оно находится дальше и вы вращаете его с помощью ремня. Другими словами, вам нужно преодолеть силу других компонентов, чтобы фактически переместить клапаны, поэтому верхнеклапанный двигатель выигрывает при работе на низких оборотах. Меньшее количество вещей, перемещаемых с большим рычагом, облегчает создание более высокого крутящего момента.

Однако, как и все остальное, это тоже компромисс. Хотя двигатели OHC и DOHC обычно не любят низких оборотов, они превосходно выдают хорошую пиковую мощность. Точность, обеспечиваемая расположением распределительного вала прямо над клапанным механизмом, способствует достижению максимальной мощности и эффективности. Но это не так важно в таких приложениях, как коммерческие грузовики и маслкары, которые обладают надежностью и потенциалом крутящего момента традиционной конструкции с верхним расположением клапанов.

Опять же, нужно просто взглянуть на внутреннюю геометрию, чтобы понять, насколько это неизбежное зло конструкции OHC. Помимо самого распредвала или распредвалов, вам понадобятся все детали для их правильной посадки; все они должны быть хорошо смазаны; вам понадобится оборудование для измерения времени, такое как ременные шкивы и звездочки; и вам нужны отверстия в металлоконструкциях, чтобы вместить все это. И это еще до того, как мы перейдем к более продвинутым системам, таким как системы изменения фаз газораспределения и многоклапанные установки, которые усложняют ситуацию.

Возьмем, к примеру, установки с несколькими клапанами. Некоторые двигатели могут иметь четыре или более клапанов на цилиндр, и каждый из этих клапанов необходимо одновременно правильно приводить в действие. Таким образом, у вас есть вилочные компоненты, которые могут перемещать оба одновременно, а также сами клапаны и все более сложные настройки кулачков вместе с ними. Наличие этих дополнительных клапанов может оказать большое влияние на производительность и топливную экономичность, поэтому, как правило, компромисс того стоит. Но это все еще компромисс; больше деталей означает больше точек отказа.

То же самое относится и к усовершенствованным системам изменения фаз газораспределения. Двигатели DOHC обладают явным преимуществом независимых распределительных валов впуска и выпуска, что означает, что вы также можете независимо изменять фазы газораспределения каждого набора клапанов. Однако для этого также требуются свои собственные компоненты, такие как датчик положения кулачка, специализированные регуляторы со своими маленькими деталями, отображение ЭБУ и так далее. И опять же, все эти компоненты нуждаются в адекватной смазке. Напротив, двигатели с толкателем, хотя и не могут предложить этих преимуществ, гораздо проще по конструкции и, следовательно, по своей сути более надежны с базовой точки зрения.

Предположим, вы хотите перейти на более агрессивный профиль кулачка или у вас возникла какая-то проблема с распределительным валом и вам необходимо его заменить. Оба процесса являются сложными и трудоемкими, конечно, независимо от того, где находится кулачок в двигателе. Но, несмотря на это, верхнеклапанный двигатель имеет ряд преимуществ.

Да, это зависит от двигателя — иногда вам везет, и вы можете вытащить распредвал после снятия впускного коллектора, а иногда требуется снять большую часть передней части автомобиля, чтобы выдвинуть кулачок из передней части блока. Но то же самое можно сказать и о конструкциях SOHC и DOHC. В зависимости от конфигурации двигателя у вас может возникнуть множество сложных задач и игр с синхронизацией времени, таких как ременные шкивы, специальные компоненты клапанов, такие как VVT, и необходимость вовремя заморозить клапаны, когда вы вытягиваете распределительный вал.

Однако это ничего не говорит о потенциале настройки двигателя DOHC, а лишь то, что вам придется заменить больше деталей, если вы хотите его изменить. Ремни имеют определенную толщину, а шкивы способны выдерживать только определенную мощность, поэтому их необходимо менять. Затем у вас есть сам кулачок, а также все работы с ЭБУ, необходимые для его настройки. У вас есть датчики и кронштейны, которые также необходимо заменить. Для сравнения: двигатели с верхним расположением клапанов, хотя и требуют много инвазивной работы для снятия распределительного вала, не требуют почти такой же замены, если вы распредваливаете двигатель.