Как влияет количество клапанов на мощность двигателя

Сколько клапанов в двигателе? Разберем редкие случаи

Как то мне стало интересно, а сколько клапанов бывает в двигателе внутреннего сгорания. Ведь сейчас на рынке преобладают в основном версии с 8 и 16 клапанами. НО неужели никто и никогда не делал больше или наоборот меньше? Какие еще варианты были и почему они не пошли в массовое производство? Собственно об этом и пойдет сегодняшняя речь, как обычно будет интересно + полезное видео. Так что читаем – смотрим …

СОДЕРЖАНИЕ СТАТЬИ

В этом материале мы будет говорить именно про четырехтактный мотор, про двухтактные это немного другая тема. Стоит отметить, что вся система ГРМ (газо-распределительного механизма), очень важна для мотора. Кто и как только с ней не «игрался» чтобы увеличить ее работоспособность, но почему то сейчас пиком эволюции моторостроения считается вариант именно с 16-ю клапанами. В этом материале я вам расскажу про типы силовых агрегатов у которых было различное количество клапанов, и почему же они все были сняты с производства и не дошли до наших дней. ТО есть материал скажем познавательный, но он вам ответит на вопрос – «так, сколько же» и «почему»?

Пропускная способность и технические потери

Собственно задача ГРМ, и в частности клапанов одна – максимально быстро подводить воздушно топливную смесь и также максимально быстро ее отводить из блока цилиндров. Я думаю это понятно, и никаких сложностей не вызывает.

А как сделать так чтобы «смесь» быстрее подавалась? ДА вроде все просто, нужно увеличить диаметр отверстия!

Так думали и многие инженеры, на первых моторах клапана были достаточно большими, они закрывали большие проходы в головки блока цилиндров (которые шли на впускной и выпускной коллектора). Нужно отметить, что четырехтактные моторы были именно с 8 клапанами, это является как бы классической схемой.

Но большой клапан имеет большую инерцию и при высоких оборотах увеличивались механические потери. Ведь кулачку распределительного вала, нужно было толкать этот тяжелый механизм.

Затем их начали уменьшать. Да, потери снизились, но и пропускная способность также уменьшилась.

Как выйти из положения?

Начали увеличивать количество, то есть делать их миниатюрными, но больше. Так появились варианты с 12 – 16 – 20 и даже с 24 клапанами. НО опять же выжили только два, основных типа — это 8 и 16, то есть 2 и 4 клапана на цилиндр (если брать 4 цилиндровый мотор).

«8» и «16»

Как я писал выше – это считается классическая компоновка. Только второй вариант с «16» или 4–мя клапанами на цилиндр, является более производительным, мощность примерно на 15 – 20 л.с. больше.

Как этого добиваются? По сути, очень просто:

У 8-ми клапанного агрегата, один распределительный вал, который в себе объединяется и впуск и выпуск. То есть и те и другие кулачки, находятся на одном «стержне», если один открывает впуск, то второй находится в противоположном направлении и как бы не работает. Затем они меняются. Здесь небольшая цепь и по сути одна шестерня (или звездочка), фазовращатели на таких моторах применяются крайне редко.

То у 16-ти клапанного варианта, все намного сложнее, но эффективнее. Здесь есть два распределительных вала. Каждый вал работает под свою задачу — есть «впускной» (открывает впускные клапана) и есть выпускной (соответственно выпускные). Усилия распространяются равномерно на два вала, а не на один. Есть такое мнение, что здесь сам клапан немного меньше, чем у «оппонента с одним валом» — возможно, однако нужно сравнивать конкретные модели двигателя.

Зачастую на эти агрегаты устанавливают гидрокомпенсаторы, которые автоматически регулируют тепловой зазор (у восьми клапанного мотора, такое устанавливается крайне редко). ТО есть вам мне нужно регулировать клапана.

Смотрим полезное видео

В итоге из-за увеличенного количества впускных и выпускных отверстий, воздушно-топливная смесь быстрее поступает и быстрее отводится, причем нет излишних механических потерь. Нужно отметить, что на эти варианты зачастую устанавливают фазовращатели, что еще больше повышает эффективность. В итоге и прибавляется мощность в 15 – 20 л.с.

12 клапанный вариант

Их также было большое количество у различных производителей. Но одним из самых массовых, был силовой агрегат у Hyundai Accent. Однако дальше компания не стала его развивать. Наименование мотора от Hyundai – G4EB (были и другие модификации, но система ГРМ, одна и та же). На впуск идет здесь два клапана, на выпуск один. Причем здесь применяется один вал и есть гидрокомпенсаторы. Объем – 1,5 литра (90 л.с.).

Читайте также:  Опель астра h троит двигатель на низах

Это один из вариантов таких силовых агрегатов, а так их было гораздо больше.

Причины снятия с производства в том — что большие механические потери, так как применяется один вал, с тремя кулачками на цилиндр. На выпуске один клапан — он не может эффективно отводить газы, в этом была большая проблема. 16 – клапанный вариант оказался эффективнее как по потреблению топлива, так и по мощности.

В итоге в 2002 году этот мотор убрали.

20 клапанный вариант

Такая компоновка, довольно часто применялась у компании AUDI, моделей моторов было выпущено огромное количество, от 1,8 литра, до 4,2 литра V8. Они получили аббревиатуру ALT (AUDI/VOLKSWAGEN). Сняли их с производства в 2001 – 2002 годах

Здесь применяется компоновка – пять клапанов на цилиндр. НА впуске их – «ТРИ» (также три кулачка на распределительном валу), а вот на выпуске – «ДВА». ТО есть, как вы догадались здесь используется два распределительных вала, причем один приводится ременной передачей, а второй цепной с фазовращателем. Были варианты и с гидрокомпенсаторами.

Опять же такими из-за сложности конструкции и механических потерь, которые не давали большую экономию и мощность по сравнению с 16-клапанным вариантом, их сняли с производства.

24 клапана, и такое бывает

И такое тоже бывало, а именно по 6 клапанов на цилиндр. Один из ярких примеров разработала их компания HONDA для своего мотоцикла, который работал – что удивительно по 4–х тактной схеме, кодовое обозначение NR500. Было это аж в 1979 году. Мотор был объемом всего 500 «кубиков» и имел овальные поршни.

Двигатель имел 4 поршня (кстати, на поршень шло аж два шатуна), его компоновка была V4.

В итоге раскручивался аж до 16 000 оборотов и выдавал до 100 л.с и это при 0,5 литра объема.

НО! Силовой агрегат получился очень тяжелым, сложным и дорогим, весил примерно на 20 килограмм больше, чем другие мотоциклетные моторы того времени. И в серию не пошел.

Также были разработки и у компании MASERATI, да много кто экспериментировал.

Если задаться вопросом — сколько клапанов в двигателе внутреннего сгорания, можно найти много интересных разработок, 10-ти или даже 20-30 летней давности, но не один вариант не дожил до наших времен, хотя бывало, что их достаточно много производили (вспомнить моторы ХЕНДАЙ и АУДИ).

Схема «8 – 16», оказалось самой живучей и самой правильной из всех. Хотя все больше старых моторов, которые строятся на 8 клапанах уходят в прошлое, просто потому что старые, не мощные и не экологичные. Я думаю что, в «конце-концов» останется только «16». НУ и далее уже электромоторы. Думаю, мой материал был вам интересен, искренне ваш АВТОБЛОГГЕР

(6 голосов, средний: 4,83 из 5)

Источник

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.

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.

Читайте также:  Что хуже для двигателя газ или бензин

Источник

Параметры двигателей автомобиля

Сердце автомобиля – ДВС или двигатель внутреннего сгорания, сложный технологический узел, обладающий множеством параметров. Их необходимо знать автолюбителю , чтобы ориентироваться при выборе автомобиля и ориентироваться во время эксплуатации и при ремонте. Наиболее значимыми параметрами являются:

  • Объем камер сгорания – определяет показатель расхода топлива и в значительной степени мощности;
  • Мощность – измеряется в киловаттах, но чаще используются лошадиные силы;
  • Крутящий момент – тяговое усилие;
  • Расход топлива – показатель указывается в литрах на 100 км. При этом учитываются дорожные условия: город, шоссе, смешанный режим;
  • Расход масла — тут важно учитывать тип, а порой и марку потребляемого масла.

Типовые параметры работы двигателей

Существует разделение ДВС на такие типы:

  • Бензиновые – часто используются в гражданском автомобилестроении, наиболее распространенный тип;
  • Дизельные – эти агрегаты отличаются надежностью и экономичностью. При этом несколько уступают бензиновым аналогам в динамике (набор скорости), но выигрывают по показателям проходимости. Широко используются военными, распространены в гражданском автомобилестроении;
  • Газовые – используют в качестве топлива сжиженный, природный, сжатый газ, который закачивается в специальные баллоны;

В список можно включить гибридные газодизельные агрегаты и роторно-поршневые. Последний тип широко использовался авиацией до середины XX века, в современных условиях встречается редко.

Количество цилиндров двигателя

Количество цилиндров в ДВС определяют его мощность. В процессе технической и технологической эволюции их количество постепенно увеличилось с 1 до 16. С увеличением количества цилиндров сами агрегаты становились больше. Решением в части экономии пространства стала концепция расположения цилиндров.

Расположение цилиндров

Существует такое понятие, как конфигурация двигателя, она определяется компоновкой цилиндров, их расположением. Можно выделить 2 основных типа – рядный, когда цилиндры расположены в ряд и V-образный. Второй тип наиболее часто используется в современном автопроме. В этом случае цилиндры располагаются под углом и соединяются с коленчатым валом, образуя латинскую букву V. Такая компоновка имеет подвиды:

  • W-образное расположение цилиндров;
  • Y-образное расположение цилиндров.

Реже применяются компоновки, образующие форму латинских букв U и H.

Объем двигателя

Рабочий объем ДВС определяет его мощность. Этот параметр измеряется в см3, но чаще в литрах. Он определяется путем суммирования внутреннего объема всех цилиндров силового агрегата. За основу в вычислениях берется поперечное сечение цилиндра и умножается на длину хода по нему поршня. В результате получается рабочий объем.
Параметр также определяет во многих странах мира сумму сборов. Соответственно чем больше объем, тем мощнее двигатель, а значит, его владелец заплатит больший взнос. Перспективным направлением разработок современности являются ДВС с изменяемым объемом. Это технология, когда при определенных условиях цилиндры отключаются.

Материал, из которого изготавливается двигатель

Основным материалом в производстве двигателей являются металлы и их сплавы:

  • Чугун – обеспечивает надежность и прочность, но минусом является внушительный вес;
  • Алюминиевые сплавы – дают неплохую прочность, при этом легкие. Недостаток – большая стоимость;
  • Магниевые сплавы – наиболее дорогостоящий материал, отличается высокой прочностью.

Многие производители автомобилей комбинируют материалы. Это во многом диктуется принадлежностью модели к тому или иному классу, что ставит ее в определенные ценовые рамки.

Мощность двигателя

Основополагающий параметр ДВС. Он измеряется в лошадиных силах, реже в кВт (киловатты). Мощность определяет скоростной предел и динамику разгона. Это еще один важный момент в условиях высокой конкуренции между производителями. Серьезная борьба идет в сегменте премиумных, спортивных автомобилей, а также в классе роадстеров и мускулкаров. Здесь разгон от 0 до 100 км/ч играет важную роль и может быть меньше 4 секунд.

Крутящий момент

Крутящий момент – параметр, определяющий тяговую силу мотора, обозначается Н/м (Ньютоны на метр). Значение непосредственно связано с мощностью и динамикой, хотя и не является для них определяющим. В значительной степени крутящий момент влияет на «эластичность» силового агрегата. Под этим словом подразумевается возможность ускоряться при низких оборотах. Соответственно, чем больше ускорение, тем эластичней мотор.

Расход топлива

Показатель потребления топлива двигателем зависит от его рабочего объема, а соответственно мощности. Основополагающую роль играет тип топливной системы:

Измеряется показатель в литрах на 100 км. Техническая документация современных автомобилей предоставляет данные о расходе топлива при нескольких режимах движения: езда по городу, трассе, смешанный тип. В некоторых моделях, преимущественно внедорожниках, указывается расход при движении в условиях бездорожья, так как задействуются все 4 колеса и потребление бензина, дизеля значительно возрастает.

Тип топлива

ДВС могут потреблять разные виды топлива, но в основном используются:

  • Бензин – продукт переработки нефти-сырца или вторичной перегонки нефтепродуктов. Основополагающим показателем является октановое число, которое указывается в цифрах. Буквенное сочетание, стоящее перед цифрами «АИ» означает:
    А – бензин автомобильный;
    И – октановое число определено исследовательским способом. Если этой буквы в маркировки нет, значит, октановое число выведено моторным методом.
    Российские стандарты предусматривают такие марки бензина: А-76, А-80, АИ-91, АИ-92, АИ-93, АИ-95, АИ-98. Наиболее востребованными в настоящее время являются марки с октановым числом 92,95,98;
  • Дизель или дизельное топливо – получается путем промышленного перегона нефти. В его состав входят 2 вещества:
    1. Цетан – легковоспламеняющийся компонент, чем его содержание больше, тем выше качество топлива;
    2. Метилнафталин – не горючий компонент.
    Основополагающими характеристиками дизеля являются: прокачиваемость и воспламеняемость. В зависимости от спецификации подразделяется на: летнее, зимнее, арктическое (ориентировано на использование при экстремально низких температурах).
Читайте также:  Как завести газель после ремонта двигатель 406

Также ДВС в качестве топлива может использовать газы: метан, пропан, бутан. Для этого на автомобиль устанавливаются специальные системы.

Расход масла

Показатель расхода масла указывается производителем автомобиля в технической документации к нему. Нормальным считается потребление смазки в соотношении 0,8–3% от потребляемого количества топлива. Также на этот показатель влияет размер двигателя, он увеличивается на больших, мощных агрегатах, особенно дизельных.
Различают расход масла:

  • Штатный – испарение смазочного материала с цилиндров, выдавливание через картер газами, смазка компрессора турбины;
  • Нештатный – течи уплотнений, потеря масла через сальники коленвала, маслосъемные поршневые кольца, перемычки поршня, когда происходит их разрушение.

К чрезмерному расходу приводит использование масла низкого качества и несоответствующей требованиям технической эксплуатации марки.

Ресурсная прочность

Ресурсная прочность – показатель, определяющий частоту проведения ТО. Измеряется пробегом. Оптимальное количество пройденных километров от 5000 до 30 000. Этот показатель дает возможность рассчитать максимальный срок эксплуатации силового агрегата.

Тип топливной системы

На бензиновые и дизельные моторы устанавливаются разные типы топливных систем. Бензиновые агрегаты могут оснащаться карбюраторной или инжекторной системой. Первая основана на механическом принципе, подача топлива регулируется дроссельной заслонкой. Второй тип – инжекторный позволяет осуществлять настройки с помощью электронных средств. Это значительно увеличивает КПД двигателя, сокращает расход топлива.
Дизельные агрегаты оснащаются ТНВД (топливными насосами высокого давления). Это устройство считается устаревшим и ненадежным. Чаще всего оно используется совместно с форсунками, обладающими функциями насоса. Но сами по себе они не могут обеспечить стабильную работу двигателя.

Тип бензиновой системы впуска

Существует 2 разновидности топливных бензиновых систем: карбюраторная, инжекторная. Они отличаются конструктивным устройством, а также принципами подачи топлива в цилиндры:

  • Карбюратор вливает бензин сплошным потоком, что затрудняет его смешивание с воздухом и детонацию. Это приводит к увеличенному расходу топлива, снижению технических характеристик мотора;
  • Инжекторная система превращает топливо в мелкодисперсную субстанцию – распыляет его. Это дает ему возможность быстро смешиваться с воздухом внутри цилиндра и приводит к увеличению характеристик двигателя и уменьшению расхода топлива.

Тип бензиновой системы впрыска

Существует одноточечная и многоточечная система впрыска. Первая не используется на современных моторах, вторая, в свою очередь, многоточечная система бывает:

  • Распределенной . Она обеспечивает стабильную работу силового агрегата, но не обеспечивает высокую динамику и не увеличивает мощность;
  • Прямой . В этом случае обеспечивается оптимальный расход топлива, увеличивается мощность двигателя и его ресурсная прочность. Недостатком системы является нестабильность работы на малых оборотах. Также минусом можно считать высокую требовательность к качеству бензина.

Дизельная система впрыска

Классическая схема впрыска топлива дизельного ДВС выглядит так:

  • ТНВД – топливный насос высокого давления подает горючее в рампу;
  • В рампе дизельное топливо нагнетается и с помощью форсунок-насосов подается в камеру сгорания.

На сегодняшний день это наиболее надежная схема впрыска дизельного топлива.

Форсунки впрыска

По принципу работы форсунки впрыска бывают:

Последние обеспечивают плавную работу двигателя. Больше ни на какие характеристики мотора форсунки впрыска не влияют.

Количество клапанов

Клапана, их количество влияет на показатель мощности мотора. Считается, что при большем количестве клапанов, работа двигателя становится плавнее. Устанавливаются они на впуск и выпуск цилиндра от 2 до 5 штук. Недостатком большого количества клапанов является увеличенный расход топлива.

Компрессор

Главная функция компрессора – повышение мощности ДВС без увеличения его размеров. Это делается с помощью нагнетания в камеру сгорания большего объема воздуха, что позволяет делать взрыв топливной смеси более мощным. Устанавливается компрессор на впускную систему автомобиля.
Компрессор приводится в движение механическим способом через соединение с коленвалом. Это делается посредством ремня или цепи. Турбокомпрессор нагнетает воздух под действием потока газов, которые крутят турбину, отвечающую за подачу дополнительной порции атмосферной массы.
Компрессоры по принципу подачи воздуха делятся на:

  • Центробежные – простая конструкция, где нагнетателем является крыльчатка;
  • Роторные – воздух нагнетается кулачковыми валами;
  • Двухвинтовые – функции нагнетателей выполняют винты, расположенные параллельно друг другу.

Система газораспределения

ГРМ или газораспределительный механизм отвечает за потоками газов в цилиндре. Он также выполняет функцию переключателя фаз процесса распределения. Принцип действия основан на блокировании и открывании впускных и выпускных отверстий камер сгораний. Это делается при помощи регулировочных элементов:

  • Клапанов;
  • Валов с приводами;
  • Толкателей;
  • Коромысел;
  • Шлангов.

По принципу управления процессом распределения газов ГРМ разделяются на:

Источник

Adblock
detector