Два или четыре клапана (4 видео)

Двигатели с четырьмя клапанами на цилиндр в наши дни являются нормой. Четыре клапана на цилиндр, которые обычно оснащены кулачками для впуска и для выпуска воздуха, лучше, чем два. Давайте посмотрим, в чем здесь преимущество.

Двигатели рассчитаны на подачу максимально возможного количества воздуха в каждый цилиндр для выработки энергии. Использование двух больших клапанов: одного для выпуска выхлопных газов и впускного клапана для попадания воздуха и топлива, как выясняется, не лучший способ обеспечить эффективную работу. Когда клапан открывается, его дискообразная головка обеспечивает поступление воздуха в двигатель, а в случае выпускных клапанов — выход газов.

Возникает вопрос, могут ли два меньших по размеру клапана, скажем, в два раза меньше, чем один большой, позволять большему количеству воздуха поступать в двигатель? Для поиска ответа давайте вспомним, что мощность, которую вырабатывает двигатель, образуется из крутящего момента, генерируемого в каждом цикле сгорания. Поэтому до определенного момента, чем быстрее двигатель вращается, тем больше мощности он вырабатывает. Но на высоких оборотах становится все труднее набирать необходимое количество воздуха достаточно быстро. И здесь два впускных клапана, даже если они не такие большие, имеют преимущество перед одним.

Множество клапанов также дают разработчикам больше возможностей для усиления потока в камере сгорания, необходимого для смешивания топлива с воздухом. А более мелкие компоненты легче, что является преимуществом, когда они должны двигаться быстрее. Недостатком является то, что компоновка с четырьмя клапанами требует гораздо большего количества деталей и более сложной механической обработки, чем двухклапанная.

Надо также заметить, что идея не нова. Впервые двигатели с четырьмя клапанами в автомобилях стали использоваться еще в начале прошлого века. Honda в 1970-х годах выпускала двигатели для Civic с тремя клапанами на цилиндр — двумя впускными и одним выпускным.

В последнее время главное отличие заключается в непосредственном впрыске и установке инжектора в каждую камеру сгорания. В двигателях с непосредственным впрыском камеры сгорания находится в головке поршня, чтобы обеспечить лучшее смешивание воздуха с топливом, но конструкция впускных отверстий головки цилиндра все еще имеет значение.

Таким образом, хотя все современные двигатели обычно оснащаются турбокомпрессорами, принципы подачи воздуха двигателя все еще играют важную роль. Современные глушители часто включают в себя гораздо больше, чем несколько перегородок. Например, новая выхлопная система Chevrolet, разработанная для Corvette Stingray 2020 года, включает в себя до четырех электронных клапанов Tenneco для работы в сочетании с системой управления топливом двигателя и системой дезактивации цилиндров, а также с модификацией выхлопной системы.

Содержание

Многоклапанные двигатели
Почему в современных двигателях по 2 или 4 клапана на цилиндр? Почему нельзя сделать больше?
Порядок работы 4-цилиндрового двигателя
Сколько цилиндров бывает в двигателе
Клапана, их назначение, работа 4-тактного двигателя
4-цилиндровый двигатель, самый распространенный
Порядок работы цилиндров и почему именно такой
Вывод
Как работает двигатель внутреннего сгорания
📹 Видео

Видео:Двухтактные двигатели в сравнении с четырёхтактными | Science Garage На РусскомСкачать

Многоклапанные двигатели

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.

Площадь четырех вписанных кругов больше, чем двух; соответственно больше проходное сечение каналов, которые прикрыты клапанами.

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 малым и дешевым (этот этап начался в начале 1990-х).

Читайте также: Масло во впуске ваз 2112 16 клапанов

Типичная схема механизма газораспределения двигателя (Mazda 121): зеленым цветом выделен распредвал, коричневым — клапаны с пружинами и фиксирующими деталями. Интересно, что рычаги распредвала выполнены из легкого сплава (показаны желтым цветом) и снабжены стальными роликами (красные). Видны винты для регулировки зазора с контргайками и свеча зажигания (эти детали — белые).

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».

Двигатель автомобиля Mitsubishi Galant: два распределительных вала, гидравлические компенсаторы клапанного зазора — типичные для четырехклапанных моторов.

Двигатель более дорогого «Мицубиси-Галант» — уже с двумя распределительными валами, гидрокомпенсаторами клапанных зазоров. Заметим, что схема с двумя распредвалами применяется в четырехклапанных двигателях чаще.
Есть двигатели и с тремя клапанами на цилиндр: несколько таких моделей использует, например, Toyota на автомобилях Starlet и Corolla. 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.
Когда фирма Opel добавила к модификациям своей Vectra 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. Это пример настоящей конструкторской удачи.
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.
Двигатель потребляет не столько топлива, сколько войдет в цилиндры, система впрыска «определяют дозу» согласно желанию конструкторов. Но и разработчики иной раз вынуждены идти на уступки, например, применять высокооктановый бензин.
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. Но все же ведущие фирмы широко применяют четырехклапанные двигатели.
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 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 «DOHC» и «Twincam», что означает «два распределительных вала в головке». Если же рядом с «DOHC» не стоит «12V» или «24V», то двигатель вовсе не обязательно четырехклапанный: два распредвала могут быть и у обычного, двухклапанного.

Видео:Зачем и нужно ли - РЕГУЛИРОВАТЬ КЛАПАНА? Знать ОБЯЗАТЕЛЬНО!Скачать

Почему в современных двигателях по 2 или 4 клапана на цилиндр? Почему нельзя сделать больше?

Большинство современных ДВС обладают четырьмя клапанами на цилиндр. К такой схеме пришли не просто так: методом проб и ошибок конструкторы всего мира решили, что это наиболее оптимальная система. Тем не менее, это не значит, что не было и других схем. За примерами далеко ходить не надо: взять хотя бы 1,6-литровый восьмиклапанный двигатель, который сейчас ставится на многие авто модельного ряда ВАЗа. А были ли другие варианты? Почему нельзя сделать, скажем, шесть клапанов на цилиндр или даже больше?

Зачем вообще нужны клапана? Их основная функция – впустить воздушно-топливную смесь, а потом максимально быстро выпустить отработанную смесь. Логично, что классическим вариантом считается компоновка, когда в каждом цилиндре один клапан отвечает за впуск и один за выпуск. Но тогда, чтобы эти клапана обеспечивали достаточную пропускную способность, нужно сделать их достаточно большими по диаметру. А если увеличивается диаметр, значит увеличивается и вес всего механизма, что приводит к большим потерям энергии.

Читайте также: Клапан поплавковый farg 2 farg2compl

Позже было найдено подходящее технологическое решение – уменьшить размеры клапанов, но сделать по два клапана на впуск и на выпуск. Этой конструкции и придерживается сейчас большинство производителей. Таким образом, получаем четырехцилиндровые двигатели с шестнадцатью клапанами. Но прежде чем дойти до такой «золотой середины», обеспечивающей оптимальную топливную эффективность, производители силовых установок долго экспериментировали с количеством клапанов.

Например, на всем известном Hyundai Accent стоял полуторалитровый атмосферный двигатель, в котором было по три клапана на цилиндр: два на впуск и один на выпуск. Один клапан плоховато справлялся с выпуском отработанной смеси, да и особыми техническими характеристиками он не отличался (выдавал всего 90 лошадиных сил), поэтому в начале двухтысячных его сняли с производства.

Также были и варианты с бóльшим количеством клапанов на цилиндр, например, хондовские мотоциклетные двигатели, которые имели по три клапана на впуск и на выпуск. Развивал такой полулитровый двигатель до сотни лошадиных сил, но в серию он пошел плохо из-за большой стоимости производства и сравнительно маленького ресурса. Так и повелось, что стандартной схемой сейчас остался шестнадцатиклапанник (на четыре цилиндра), ну, или на крайний случай восьмиклапанный двигатель в качестве более архаичного и менее эффективного силового агрегата.

Видео:Комплект ГБЦ 4 клапана для 172fmm двигателя .Скачать

Порядок работы 4-цилиндрового двигателя

Многие автовладельцы даже не задумываются о порядке работы цилиндров двигателя своей машины, ограничиваясь лишь знанием их количества. Для управления транспортным средством такая информация не нужна и большинство водителей не видят смысла в изучении технических деталей.

Понимание процесса оказывается полезным для выставления зажигания, замене ремня газораспределительного механизма и других видах работ при самостоятельной наладке или ремонте, когда нет возможности обратиться за помощью в СТО.

Видео:Почему гнет клапана двигателя, на каких двигателях гнет клапанаСкачать

Сколько цилиндров бывает в двигателе

На всем протяжении истории машиностроения инженеры и конструкторы преследуют одну цель – получение максимальной отдачи от двигателя. Для ее достижения разрабатывались все более мощные моторы с различным количеством цилиндров – от 1 до 16, принимались и принимаются попытки размещения «лошадиных сил» в как можно меньшем объеме подкапотного пространства.

Двигатели с одним цилиндром устанавливаются в мини-тракторах, маломощных мопедах и мотоциклах. Для более мощной мототехники требуется уже 4-тактный 2-цилиндровый мотор.Современные трехцилиндровые ДВС преимущественно ставятся на малолитражных легковых автомобилях и для повышения мощности оснащаются турбиной.

4-цилиндровые двигатели уже более ста лет являются самыми востребованными в автомобильной промышленности. Ими оборудуются практически все современные легковые автомобили.

Двигатели пятицилиндровые не столь популярны. Ранее они широко использовались такими гигантами мирового автопрома, как Volkswagen,Volvo,Audi

Шести- и 8 цилиндровые двигатели также популярны. Несмотря на общемировую практику уменьшения числа цилиндров за счет турбирования, такие ДВС постепенно теряют свои позиции. Многие автоконцерны в последние годы отказываются от восьмицилиндровых в пользу 6 цилиндровых двигателей, особенно это заметно по рынку мощных легковых машин.

ДВС с 7 или 9 цилиндрами применяются в авиатехнике. В автопромышленности они не используются, за редким исключением – в тюнингованных моделях.
10- и 11-цилиндровые в автомобилестроении также большая редкость. Полюбоваться «десяткой» можно на спорткаре Audi R8.

Двигатель с 12 цилиндрами в автопромышленности использовался более широко. Но из-за ужесточения экологических норм их производство неумолимо сокращается.

Существуют также ДВС с 14, 16, 18, 20, 24, 28, 32 и 64 цилиндрами. Они представляют собой сочетание нескольких двигателей с меньшим количеством цилиндров и в производстве автомобилей практически не применяются.

Видео:172fmm Воздушка на 4 клапанаСкачать

Клапана, их назначение, работа 4-тактного двигателя

Клапан двигателя одновременно является и деталью, и последним звеном механизма газораспределения. Он представляет собой подпружиненный элемент, в состоянии покоя перекрывающим впускное либо выпускное отверстие. При проворачивании распредвала находящийся на нем кулачок давит на клапан и опускает его, открывая тем самым соответствующее отверстие

На каждом цилиндре устанавливается не менее двух клапанов. В более дорогих моделях двигателей их ставится четыре. Количество клапанов в большинстве случаев четное, их назначение – открытие различных групп отверстий: одни предназначены для впускных, вторые – для выпускных.

Клапаны впускные открывают проход для поступающей в цилиндр новой порции воздушно-топливной смеси, а в двигателях с непосредственным впрыском топлива – объема воздуха. Процесс этот происходит в момент выполнения поршнем впуска (движение вниз с верхней «мертвой» точки после отведения продуктов горения).

Клапаны выпускные работают по тому же принципу, но выполняют иную функцию. Они предназначены для удаления выхлопных газов в выпускной коллектор.
Цикл работы 4 цилиндрового двигателя представляет собой последовательность из четырех процессов, называемых «рабочим циклом». Рассмотрим его на примере бензинового четырехтактного ДВС, устанавливаемого в большинстве легковых автомобилей.

Читайте также: Подбор соленоидного клапана данфосс

В камере сгорания начинается преобразование энергии и первый этап – реакция горения топливовоздушной смеси. Поршень при этом из верхней мертвой точки перемещается вниз, возникает разрежение и происходит впуск горючего. В это время впускной клапан открыт, выпускной находится в закрытом положении. В инжекторных двигателях подача топлива осуществляется форсункой.

После того, как камера сгорания заполнилась смесью паров бензина и воздуха, при вращательных движениях коленвала поршень переходит в нижнюю позицию. Впускной клапан постепенно закрывается, а выпускной – по-прежнему закрыт.

3. Рабочий ход.

Третий этап рабочего цикла – самый важный. Именно на нем энергия сгорающего топлива переходит в механическую, приводящую в движение коленвал.

Еще в процессе сжатия,когда поршень расположен в верхней точке, происходит воспламенение топливной смеси от искры свечи зажигания. Топливный заряд быстро сгорает, а образовавшиеся газы находятся под максимальным давлением в небольшом пространстве камеры сгорания.

При перемещении поршня вниз газы интенсивно расширяются, высвобождая энергию. На данном этапе коленвалупередается разгонное ускорение. На всех других тактах цикла двигатель только получает энергию от коленвала, не вырабатывая ее.

Это последний такт рабочего цикла. На нем газы, совершившие полезную работу, выпускаются из цилиндра, высвобождая место для поступления следующей порции топливовоздушной смеси.

На этом этапе газы находятся под давлением, значительно превышающем атмосферное. Коленчатый вал через шатун передвигает поршень к верхней мертвой точке. Выпускной клапан открывается, газы выталкиваются наружу через выхлопную систему.

Рабочий цикл дизельных двигателей несколько отличается от бензиновых. На впуске всасывается лишь воздух, а горючее в камеру сгорания впрыскивается топливным насосом уже после сжатия воздушной массы. Воспламенение дизтоплива происходит при контакте с сжатым воздухом.

Видео:🌶️ Один из 30 клапанов оказался лишним! Что случилось с надёжным 2.4 V6 для Audi А6?Скачать

4-цилиндровый двигатель, самый распространенный

Как уже упоминалось выше, 4 цилиндровые двигатели являются наиболее распространенными в автомобильной промышленности. По количеству пар клапанов, приходящихся на один цилиндр, они разделяются на две группы.

8-клапанные двигатели устанавливаются в основном на моделях низкой ценовой группы. На каждый цилиндр в них приходится по одному впускному и выпускному клапану – в сумме получается 8 клапанов.

Особенность таких ДВС заключается в использовании одного распределительного вала, управляющего системами впрыска и удаления выхлопных газов. Для приведения его в действие используется цепной либо ременной механизм. Такая система легка в ремонте и текущем обслуживании, а из-за простоты конструкции существенно снижается стоимость автомобиля.

В более дорогих моделях машин на каждый цилиндр двигателя приходится по две пары клапанов впуска и выпуска – итого 16 клапанов. В таких системах задействованы два распределительных вала, для работы которых необходим сложный механизм газораспределения.

Использование двух впускных клапанов обеспечивает подачу большего количества топлива за один такт, из-за чего увеличивается мощность двигателя и его КПД. Также, благодаря наличию двух выпускных клапанов, сокращается расход горючего.

Видео:Проверка клапана картернывх газов часть 2Скачать

Порядок работы цилиндров и почему именно такой

Существует два типа 4 цилиндровых двигателей:

Схема коленвалов у них одинакова, но порядок работы цилиндров – разный. Это связано с различиями в конструкциях газораспределительного механизма, системы зажигания, а также зависит от углов между кривошипами коленвала.

В рядном 4 цилиндровом двигателе реализован порядок работы по схеме 1-3-4-2. Она используются в подавляющем большинстве автомобилей – и дизельных, и бензиновых, от Жигулей до Мерседеса. Здесь последовательно работают цилиндры, размещенные на противоположных шейках коленвала. Порядок работы цилиндров 4 цилиндрового оппозитного ДВС организован в другой последовательности: 1-3-2-4 либо 1-4-2-3.

Поршни при этом доходят до верхней мертвой точки и с одной, и с другой стороны одновременно. «Оппозитники» можно заметить практически на всех моделях Субару, за исключением некоторых малолитражек, продающихся на внутреннем рынке.

Видео:👉4 плюса и 1 минус отключения клапана EGR. ⚠️НЕ убить свой мотор!Скачать

Вывод

Знание порядка работы цилиндров и последовательности процессов рабочего цикла двигателя вряд ли понадобится большинству автолюбителей. Но в некоторых ситуациях без этих знаний не обойтись.

Видео:Причины ПРОГОРАНИЯ клапанов двигателя. Признаки когда прогорел клапанСкачать