Двигатели DOHC для автомобиля — как работает и особенности

Двигатели автомобиля DOHC — это два распределительных вала в головке цилиндров и четыре клапана на каждый цилиндр. Расскажем про его особенности и как работает.

В двигателях авто DOHC распределительный вал непосредственно помещен над каждым рядом клапанов (впускных и выпускных) и нет «посредников» — коромысел, штанг, рокеров. 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.

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.

Для привода двух распределительных валов в головке цилиндров можно использовать зубчатый ремень, цепь или набор шестерен.

Ремень дешев, не требует смазки, практически бесшумен, но обрыв ремня ГРМ означает катастрофу для двигателя: 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 автомобиля 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 шарообразной, 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 увеличивают высоту головки цилиндров, что свеча оказывается на дне глубокого колодца. Вывернуть и заменить свечи зажигания поможет специальный ключ.

А если «колодец» заполнить чем-нибудь полезным, скажем, разместить сразу над свечой 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 недостатком. Для регулировки клапанных зазоров приходится вынимать валы, нарушать установку фаз газораспределения и подбирать толщину регулировочных шайб между кулачком и толкателем. Потом снова сборка, повторное измерение зазора и, если не угадали с прокладками — всё сначала. Конструкторы придумали регулировочные устройства, но те лишь утяжеляли детали клапанного привода и достоинства DOHC превращались в минусы.

А если в зазор между «затылком» клапана и толкателем подавать под давлением масло из системы смазки? И чтобы зазор выбирался в зависимости, холодный двигатель или горячий, изношено гнездо клапана или нет. Тогда появился гидравлический компенсатор зазора, который ныне применяется на моторах авто с DOHC.

Двигатель DOHC (характеристики, принцип работы, достоинства)

Мощность двигателя – это прямая производная от его оборотов и коэффициента наполнения цилиндров. Способ увеличения мощности мотора – заставить его раскручиваться до более высоких оборотов и обеспечить ему при этом достаточное «дыхание» (второй – это принудительное наполнение цилиндров с помощью компрессоров и турбонагнетателей).

Чтобы увеличить обороты мотора, надо максимально снизить массу возвратно-поступательно движущихся деталей газораспределительного механизма. Это связано с уменьшением нагрузок и обеспечивает отсутствие подвисания клапанов, когда упругости клапанных пружин уже не хватает, чтобы закрывать клапан с той же скоростью, что задана профилем кулачка распредвала. Подвисание клапанов нарушает заданную диаграмму фаз газораспределения и приводит к соударению тарелок клапанов и поршня (как говорится – «поршень догоняет клапана»), когда со временем клапанные пружины проседают и теряют упругость. Поэтому от нижневальных двигателей, где распредвал, который размещён в картере, приводил в движение клапана через длинные штанги и коромысла, перешли к верхневальным. У них распредвал работает через короткие рокеры или толкатели непосредственно по клапанам, и момент инерции в ГРМ гораздо ниже.

Что такое двигатель DOHC и как он работает

Однако одной физической возможности развивать высокие обороты мало. Чем выше обороты, тем большее влияние на наполнение цилиндров оказывает сопротивление впускного тракта, от воздухозаборников до зазоров между открытыми клапанами и их седлами. Поэтому кривая мощности двигателя внутреннего сгорания, поднимаясь до определенной точки, с дальнейшим ростом оборотов снижается: после этой точки потери из-за сопротивления впускного тракта становятся слишком большими.

Но, если с впускным трактом поработать несложно – увеличить диаметр дросселя, каналов в головке блока цилиндров, снизить сопротивление воздушного фильтра, то у клапанного механизма есть строгое конструктивное ограничение. Диаметры тарелок впускного и выпускного клапанов чисто физически не могут быть в сумме больше, чем диаметр цилиндра. Поэтому еще на заре двигателестроения появились тогда еще примитивные многоклапанные схемы: чем больше клапанов в цилиндре, тем больше их суммарная пропускная способность, хотя диаметр отдельного клапана  меньше. К тому же и клапана становятся легче, что опять-таки дает плюс к способности мотора раскручиваться до высоких оборотов.

Обычный, одновальный газораспределительный механизм

Ранние многоклапанные схемы использовали еще нижние распредвалы – вместо одиночного коромысла, приводящего в действие «свой» клапан, использовалось вильчатое на два клапана сразу. На мотоциклах эта конструкция из-за ее компактности сохраняла актуальность достаточно долго, и даже сейчас встречается.

Однако наиболее совершенной оказалась конструкция с двумя распределительными валами и четырьмя клапанами на цилиндр, обеспечивающая минимальные моменты инерции в газораспределительном механизме, легко компонующаяся и эффективная с точки зрения соотношения проходных сечений впуска и выпуска. Газораспределительный механизм DOHC на многоклапанной головке (расшифровка DOHC – Double OverHead Camshaft, два верхних распредвала) стал де-факто стандартом в современном двигателестроении.

Стоит сразу отметить, что сам по себе двигатель DOHC не обязательно подразумевает «16 клапанов» (термин из-за популярности 4-цилиндровых моторов крепко въелся в язык, хотя о многоклапанных моторах логично говорить по числу клапанов на один цилиндр: например, у 16-клапанного V8 их два). Существовали и исключения из этих правил –  двухвальные «фиатовские» и «фордовские» моторы с двумя валами, но и двумя клапанами на цилиндр:

Или японские моторы с многоклапанной головкой, но одним распредвалом:

Однако эти моторы  считаются инженерной экзотикой, и традиционно под двигателями DOHC подразумеваются двухвальные многоклапанные.

Достоинства и недостатки

Развивать высокие обороты без риска подвисания клапанов, не теряя при этом эффективного наполнения, — главное достоинство такой компоновки. Двигатель DOHC 16V можно увидеть и на городской малолитражке, и на топовом спортбайке: потенциал у таких моторов велик. Еще в 1999 году двигатель DOHC 2.0, установленный на серийную Honda S2000, продемонстрировал мощность в 250 л.с. без турбонаддува – исключительно за счет высоких оборотов и двойного изменяемого газораспределения.

Управление газораспределением – это второй плюс двухвальной компоновки. На характеристики мотора оказывает огромное значение ширина фаз впуска и выпуска и фаза перекрытия, когда выпускной клапан в конце такта выпуска еще не закрыт, а впускной клапан уже открывается. На высоких оборотах широкое перекрытие улучшает наполнение цилиндров: инерция выхлопных газов как бы засасывает воздух в цилиндр во время перекрытия. Но зато на низких оно, наоборот, вредно: наполнение падает, часть выхлопных газов подсасывается обратно в цилиндр в начале впуска. Прижмите руку к головке блока цилиндров со снятым выхлопным коллектором и прокрутите мотор стартером, чтобы в этом убедиться: руку  ощутимо присасывает к выпускным каналам.

Поэтому на одновальном моторе жестко задан характер кривых мощности и крутящего момента: двигатель с узким перекрытием будет иметь хорошую тягу на низких оборотах, но начнет «чахнуть» во второй половине тахометра. Мотор с широким перекрытием, наоборот, даже со стабильностью холостых оборотов и то будет иметь серьезные проблемы, зато с набором оборотов кривая мощности резко подскочит вверх. У двухвального же мотора есть возможность, смещая хотя бы один из двух распредвалов, менять ширину фазы перекрытия клапанов, получив мотор с широким рабочим диапазоном: он  хорошо тянет на низах и не  сдаётся на верхах.

Характеристики DOHC-двигателей с изменяемым газораспределением сейчас наивысшие из поршневых двигателей без турбонаддува или механического наддува. Уже давно перешагнут порог в 100 л.с. с литра объема: у сверхкороткоходных двигателей, облегченных по максимуму, он уже дошел и до 200.

Однако двигатель DOHC (16-клапанный) имеет и недостатки, обусловленные конструкцией. Необходимость изготовления двух распредвалов, расточки двух постелей под них в головке блока приводит к удорожанию мотора. Отсюда и появление упомянутых выше моторов с одним валом на многоклапанных головках. И особенно это ощутимо для V-образных и оппозитных двигателей: у них уже по 4 распредвала!

Вас также заинтересует:

• VTEC — cистема изменения фаз газораспределения
• Как снять шкив коленвала?
• Симптомы неисправности датчика коленвала

Более тонкие клапана  теряют в прочности – поэтому при неправильной сборке привода ГРМ, обрыве ремня или перескоке цепи последствия гораздо серьезнее, чем у моторов с двухклапанными головками.

Вероятность перескока цепи или ремня увеличивается, так как длина участка соприкосновения со звездой или шкивом у типичных двигателей DOHC меньше, чем у одновальных моторов.

Кроме того, у многоклапанных моторов пропускная способность на низких оборотах оказывается даже излишней.   Увеличение пропускной способности клапанов действует аналогично увеличению фазы перекрытия клапанов, возрастает ее вредное влияние на наполнение цилиндров на «низах». Поэтому моторы DOHC, построенные на базе блоков цилиндров SOHC и не имеющие изменяемых фаз газораспределения,  показывают  худшую приемистость с низких оборотов.

Классический пример – это «логановский» K4M без фазовращателя, созданный на блоке цилиндров от одновального мотора K7J. При большей максимальной мощности в городе он менее удобен за счет более «крутильного» характера и меньшей тяги на низах. Существуют примеры моторов, где на низких оборотах гидравлика принудительно отключает «лишнюю» пару клапанов, улучшая наполнение цилиндров «на низах» и делая кривую крутящего момента ровнее.

Многоклапанная компоновка делает необходимым перемещение свечи зажигания в центр камеры сгорания, в «пустое место» посреди клапанов. Из-за этого вместо резьбового отверстия сбоку головки блока приходится использовать глубокий колодец, проходящий сквозь клапанную крышку, и характерной «болезнью» всех моторов DOHC становится затопление свечного колодца маслом при повреждении или старении свечных колодцев. Сами свечи приходится делать компактнее – сейчас не редкость уже даже не 16-мм, а и 14-мм шестигранники на свечах зажигания для многоклапанных моторов, уменьшается и диаметр резьбы. Свечи на таких моторах хрупкие, заворачивать их труднее, риск повреждения нитей резьбы выше.

Видео: Теория ДВС: Двигатель Ford 2.0 DOHC (Обзор конструкции)

Sweet V-16: самый экзотический двигатель Cadillac. реактор. Но в 1930 году Cadillac представила первый в мире V-16, чтобы усилить значение своей мантры «Стандарт мира». Конкурирующие инженеры были поражены. Помимо технического превосходства, новый двигатель Cadillac был ошеломляющим.

До этого прорыва заклятый соперник Cadillac, компания Packard, доминировала на рынке роскошных автомобилей с целым арсеналом рядных шестерок и восьмерок, а также своим Twin Six, первым в мире двигателем V-12, представленным в 1919 году. 16. К 1930 году почти каждый премиальный бренд, стремящийся к увеличению продаж, разрабатывал V-12.

Чтобы свергнуть Packard, президент и генеральный менеджер Cadillac Лоуренс Фишер организовал сенсационную чехарду. Первым шагом было поймать Оуэна Накера из компании Marmon Motor Company. Этот блестящий инженер не только руководил разработкой V-16, но и работал над новыми V-8 для Cadillac и LaSalle, V-12 от Cadillac, автоматической коробкой передач Hydra-Matic и авиационными двигателями Allison в течение своей 21-летней карьеры в General Motors.

Второй шаг заключался в привлечении инженерных, научно-исследовательских и дизайнерских ресурсов GM для усовершенствования первого в мире двигателя V-16. Единственной ошибкой Фишера было время. Грандиозная серия 452 Cadillac, оснащенная этим легендарным двигателем, была анонсирована вскоре после биржевого краха в октябре 1929 года. Cadillac продал 2500 452 в 1930 году, затем 750 в 1931 году, 300 в 1932 году и 49 автомобилей в год с 1935 по 37 год. Цена и объем были недостаточны для получения прибыли, но престиж любой ценой, похоже, был истинным мотивом Cadillac.

Расширение технических возможностей было стандартной практикой Cadillac. Здесь были изобретены взаимозаменяемые детали, зажигание с точки прерывания, электростартер и синхронизаторы. Cadillac V-8 1915 года был первым в своем роде серийным автомобилем. Когда полтора десятилетия спустя количество цилиндров увеличилось вдвое, ведущий бренд GM также добавил новый верхний клапанный механизм с автоматической регулировкой зазоров.

Джош Скотт

Фишер и председатель GM Альфред Слоан основали первый в автомобильной промышленности отдел дизайна. Использование калифорнийским производителем кузовов Харли Эрлом глиняной лепки для экспериментальных моделей настолько впечатлило генералов GM, что они наняли его в 1919 году.27, чтобы создать секцию искусства и цвета компании. Чтобы улучшить внешний вид, посадку и удобство обслуживания V-16, дизайнер кузова Эрла и Флитвуда Эрнест Шебера построил модели нового двигателя из дерева и глины для установки в прототип шасси.

Тонкий дизайнерский взгляд Эрла превратил Cadillac V-16 в визуальный шедевр. Провода зажигания и трубопроводы жидкости были проложены через центральную долину под гладкой крышкой. Двойные катушки зажигания были спрятаны в нишах бака радиатора. Прикрученные к бокам выпускные коллекторы получили красивую черную фарфоровую отделку, а прилегающие к ним впускные коллекторы и корпуса карбюраторов были окрашены блестящей черной эмалью. Ребристые поверхности коронок литых алюминиевых клапанных крышек были ярко отполированы, а хромирование добавило блеска крепежным элементам, ремню генератора, масляным крышкам, рычажному механизму карбюратора и большому вакуумному резервуару, расположенному рядом с двигателем. Власть Эрла заставила замолчать хныкающих в сторонке борцов с бобами.

Главный инженер Cadillac Уильям Стрикленд объяснил логику V-16 объемом 452 кубических дюйма в технической статье 1930 года. Таким образом, опрос «просвещенных» инженеров и владельцев Cadillac показал, что неотъемлемыми атрибутами роскошных автомобилей являются плавное и тихое вождение, сильное ускорение, высокая максимальная скорость, комфорт при езде, красивый внешний вид и богатое оснащение. Стрикленд пришел к выводу, что для управления колесной базой флагмана Cadillac на восемь дюймов длиннее (до 148 дюймов), увеличением длины на один фут и увеличением веса на 1000–1400 фунтов (некоторые версии превышали три тонны), Стрикленд пришел к выводу, что 40-процентное увеличение власть над существующими 9Требовался V-8 мощностью 353 кубических дюйма мощностью 6 л.с. Простое увеличение диаметра цилиндра и хода поршня для достижения такой мощности считалось противоречащим высоким стандартам Cadillac в отношении плавной и бесшумной работы. Наддув, который вскоре развернет Дюзенберг, был исследован, но признан подходящим только для гоночных автомобилей.

Идеальным решением, по мнению Стрикленда, было удвоение количества цилиндров при одновременном уменьшении диаметра цилиндра и размера хода, что уменьшило бы вибрацию, связанную с возвратно-поступательным движением поршней и шатунов. Более легкие движущиеся части позволили снизить внутренние напряжения и снизить требования к смазке и техническому обслуживанию, что соответствует стремлению Cadillac к долговечным двигателям.

Округление диаметра цилиндра V-8 3 3/8 дюйма и хода поршня 4 15/16 дюйма до четных 3,0 на 4,0 дюйма при удвоении количества цилиндров дало 452 кубических дюйма, что означает увеличение рабочего объема на 28 процентов. Поскольку более высокая степень сжатия дает значительно большую мощность, чтобы использовать более устойчивый к детонации этиловый бензин, разработанный исследователями GM, степень сжатия V-8 была увеличена с 5,05: 1 до 5,50: 1 для V-16. После рассмотрения V-образных углов до 25 градусов инженеры Cadillac остановились на 45 градусах. Такой угол обеспечивал наилучшее соответствие между направляющими рамы и даже 45-градусные интервалы зажигания с восьмиходовым коленчатым валом.

Хотя некоторые конструктивные особенности V-16 устарели по сегодняшним стандартам, важно помнить инженерный контекст 1930-х годов. Следуя традиции, Cadillac прикрепил болтами два восьмицилиндровых железных блока к отдельному картеру из алюминиевого сплава — другими словами, три отдельных отливки по сравнению с одной более сложной отливкой блока, которую Генри Форд представил для своего V-8 1932 года (см. «Когда мир был Flat», Hagerty, , сентябрь/октябрь 2018 г., стр. 110). 130-фунтовый, полностью уравновешенный, восьмиходовой коленчатый вал из кованой стали поддерживался пятью коренными подшипниками и был оснащен гармоническим гасителем крутильных колебаний. Чугунные поршни снабжены четырьмя кольцами для оптимальной герметизации и передачи тепла от их днищ к стенкам цилиндра.

Джош Скотт

Шатуны были на 2,2 дюйма короче, чем те, что использовались в Cadillac V-8. Это, в сочетании с более коротким ходом, помогло минимизировать общую высоту двигателя. Более короткие штоки увеличивают ускорение поршня, когда поршень меняет направление в каждом конце своего хода, но меньшие и более легкие поршни и штоки также вызывают меньшую вибрацию. С 16 цилиндрами общий баланс превосходен, потому что возвратно-поступательная сила одного поршня, движущегося вверх в своем отверстии, в значительной степени компенсируется движением другого поршня вниз.

Чугунная головка блока цилиндров была симметричной, чтобы облегчить использование одной и той же детали на обоих рядах. Внутренние впускные и выпускные отверстия были слегка изогнуты для хорошего дыхания. Один карбюратор Cadillac с одним горлом и восходящим потоком снабжал каждый ряд цилиндров. Бензин откачивался из бака вакуумным насосом с приводом от двигателя и хранился в резервуарах, установленных на брандмауэре. Топливо текло из резервуаров в обе поплавковые камеры карбюратора под действием силы тяжести, а впускной и выпускной коллекторы были соединены болтами, чтобы использовать тепло выхлопных газов для испарения топлива. Двойные выхлопные трубы были стандартным оборудованием.

Cadillac 452 V-16 имел картер с глубокой юбкой, который обеспечивал жесткое и тихое основание. Один распределительный вал открывал один впускной и один выпускной клапан на цилиндр через роликовые толкатели, толкатели и коромысла.

Смертельный удар был первым автомобилем: гидравлические регуляторы зазора клапанов. Каждое коромысло поддерживалось эксцентриковым (овальной формы) шарниром. Вращение этого шарнира при установленном клапане устранило нежелательный зазор (зазор) в местах расположения толкателя, коромысла и штока клапана. Это сделало двигатель тише, но при этом отпала необходимость в регулировке клапанного механизма во время первоначальной сборки и обслуживания. Моторное масло под давлением вращало шарнир и смазывало коромысла и точки их контакта.

Caddy V-16 впервые применил саморегулирующиеся клапаны с инновационным устройством, в котором использовалось давление масла, воздействующее на небольшой плунжерный механизм (см. красную стрелку). Плунжер вращал эксцентрик внутри каждого шарнира коромысла, чтобы удалить зазор, когда клапан был закрыт. Beau Daniels

Красота 16-цилиндрового двигателя заключается в одном импульсе мощности на каждые 45 градусов поворота коленчатого вала (по сравнению с 90 градусами для V-8 и 180 градусами для четырехцилиндрового двигателя). Меньшие, более частые толчки от поршня к кривошипу раскручивают маховик с меньшим прерывистым вращением, что является ключом к бархатному ускорению и крейсерской скорости. Сравните газовую турбину с краскораспылителем. Вслед за своим V-16 Cadillac добился высочайшей плавности хода и достаточной мощности с 12, затем с восемью, а затем с меньшим количеством цилиндров, не подвергаясь весу, трению, расходу топлива и затратам, которые были с 16 цилиндрами. Конечно, это игнорирует презентационную ценность. Ничто так не заслуживает постоянного пропуска на поля Пеббл-Бич, как два ряда цилиндров длиной 45 дюймов, заполняющих моторный отсек.

Выходные характеристики Strickland показали крутящий момент 300 или более фунт-футов от 500 до 1900 об/мин и пиковый крутящий момент 320 фунт-футов при 1400 об/мин. Максимальные 165 лошадиных сил были доступны при скромных 3400 об/мин. Стрикленд утверждал, что клапанный механизм и системы зажигания все еще работали на скоростях, «значительно превышающих 4000 об/мин». В полигонных испытаниях самые большие седаны Cadillac с семью пассажирами разгонялись от 84 до 91 мили в час, в зависимости от передаточного числа; более легкие родстеры V-16 с меньшим лобовым сопротивлением легко разгонялись до 100 миль в час. Единственными более быстрыми современниками была модель J Дюзенберга, способная развивать 119миль в час, а супер-заряженный SJ, предположительно, способен развивать скорость до 140 миль в час.

До того, как скорость от 0 до 60 миль в час стала критерием производительности, Cadillac V-16 разгонялся с 10 до 60 миль в час за 21,1 секунды. Экономия топлива 8 миль на галлон была типичной, и команда из трех искателей приключений потребляла в среднем литр масла каждые 150 миль в международной поездке на 10 000 миль. Английский дорожный испытатель сообщил, что «двигатель настолько плавный и тихий, что кажется невероятным, что автомобиль на самом деле приводится в движение выхлопными газами».

Собственный «тест на прослушивание» Cadillac не показал ничего более громкого на холостом ходу, чем щелчок точек зажигания. Джон Бонд, который стал издателем Road & Track’ в 1949 году, писал: «На крейсерских скоростях единственным слышимым звуком был вентилятор и два карбюратора, всасывающие воздух через свои большие воздушные рожки».

После дебюта на автосалоне в Нью-Йорке в январе 1930 года первоначальные заказы превзошли самые заветные ожидания Cadillac, несмотря на тяжелое экономическое положение и цены в диапазоне от 5350 до 9 долларов. 200 (когда Ford Model As стоил от 435 до 650 долларов).

Восемь производителей кузовов, в том числе Pininfarina, предложили 54 ошеломляющие вариации моделей на базе величественной 148-дюймовой колесной базы с плоским, V-образным или наклонным ветровым стеклом. Доступная внутренняя отделка включала замшевую ткань из оленьей кожи, венецианский мохер, кордную ткань Бедфорд и 15 оттенков кожи. Накидка с монограммой в тон обивке стоила 80 долларов. Были предложены две косметички, одна с восьмидневными часами и одна с «беспроводной» зажигалкой и двумя пепельницами.

Оборудование шасси было примитивным по сегодняшним меркам. «Предохранительные механические» тормоза Cadillac представляли собой барабаны с тросовым приводом и вакуумным усилителем для уменьшения усилия на педали. У Series 452 были колеса с деревянными спицами; стальные диски и колеса с проволочными спицами из окрашенной или нержавеющей стали были необязательными. Независимая передняя подвеска с «коленом» не заменяла простоватую массивную переднюю ось до 1934 года. Автоматическая коробка передач и гидроусилитель руля были далеко в будущем.

V-16 был визуальным шедевром, со скрытыми проводами зажигания и трубопроводами, полированными крышками клапанов и выпускными коллекторами, покрытыми черным фарфором. Всего восемь производителей кузовов предложили 54 варианта модели, включая этот фаэтон с двойным капотом в кузове Fleetwood. Дэвид Кимбл

Больше, чем банковские дефолты и очереди за хлебом времен Великой депрессии, спрос на двигатели V-16 снизился еще больше, когда Cadillac представила осенью 1930 года почти такие же гладкие модели Series 370 V-12 с 11 вариантами кузова и ценами от 3795 долларов. Packard, Pierce-Arrow, Lincoln и Franklin ответили новыми собственными двигателями V-12. Marmon V-16 прибыл в апреле 1931 года, как раз вовремя, чтобы вытеснить эту уважаемую марку из автомобильного бизнеса.

Cadillac V-16 Series 452 идеально послужил основой для первого концепт-кара Harley Earl. Его аэродинамическое купе, построенное для показа на 19-й33 Century of Progress в Чикаго был роскошным автомобилем для четырех пассажиров, с плавными крыльями, тонкими хромированными оконными молдингами и великолепной линией крыши в стиле фастбэк. Восемь подобных V-16 были произведены для продажи с 1934 по 1937 год, и дизайнерские успехи Эрла помогли модернизировать внешний вид последующих серийных моделей GM.

Вместо того, чтобы попрощаться со своим V-16 в конце его естественной жизни, Cadillac шокировал отрасль, представив замену Series 90 в 1938 году. Этот V-16 был менее экзотичным, более практичным (читай «экономически эффективным») в глазах оставшихся в живых Lincoln и Packard класса люкс. В нем использовался цельный чугунный блок с V-образным углом 135 градусов, увенчанный плоскими головками вместо верхних клапанов. В этом двигателе было много частей V-8, и он имел диаметр цилиндра 3 1/4 дюйма и размеры поршня, что давало 431 кубический дюйм и 185 лошадиных сил при 3600 об/мин. Экономия затрат по сравнению с предыдущим V-16 была достигнута за счет уменьшения количества деталей, уменьшения длины на шесть дюймов и уменьшения высоты на 13 дюймов — на 250 фунтов меньше. Серия 90 цены варьировались от 5140 до 7175 долларов; 508 были проданы с 1938 по 1940 год, когда очередная рецессия нанесла ущерб американскому

Немногим затененным Cadillac в этом экзотическом уголке конструкции двигателя. Marmon продала 400 V-16 с 1931 по 1933 год. Peerless плакала, когда построила три прототипа V-16. В современную эпоху Cizeta Moroder соединила вместе два Lamborghini V-8 на короткое время, а Bugatti построила 450 Veyron и (запланировано) 500 Chiron с двигателями W-16 с турбонаддувом. Maserati, Miller, Auto Union, Alfa Romeo и BRM имели разную степень успеха в гонках на 16-цилиндровых автомобилях.

Главный инженер Эрнест Сихольм кратко охарактеризовал место V-16 в истории Cadillac: «Эта мечта бурных двадцатых материализовалась в то время, когда на фондовом рынке рухнуло дно. Рекламируемый для 400 самых богатых американцев, которые скрылись, вместо этого он обнаружил пустые кошельки. Как бы то ни было, это была выдающаяся работа». Чего Сихолм не признавал, так это того, что V-16 никогда не приносили прибыли. Это было упражнение с бряцанием оружием, часть грандиозной стратегии Cadillac по обогащению своего престижа и нанесению увечий врагам. Отметьте, что «миссия выполнена».

Статья впервые появилась в журнале Hagerty Drivers Club. Нажмите здесь, чтобы подписаться на наш журнал и вступить в клуб.

Правильный способ замены прокладок клапанных крышек

Малоблочный двигатель Chevrolet был блестящим инженерным достижением, о чем свидетельствует тот факт, что было построено более 100 000 000 экземпляров. Однако первое поколение не было таким маслонепроницаемым, как более поздние поколения. Прокладки между крышками клапанов и головками являются распространенными виновниками. Они часто плачут, подтекают и просачиваются. Большая часть проблемы заключается в том, что до 1986, всего четырьмя болтами, расположенными по периметру, крепились малоблочные клапанные крышки. Эту проблему усугубляют непрочные крышки клапанов из штампованной стали на базовых моделях и узкая шероховатая уплотнительная поверхность на чугунных головках, что делает утечки почти неизбежными.

С другой стороны, протечки клапанной крышки являются наименее дорогими для устранения утечками масла. А снятие клапанной крышки — один из самых простых и безотказных способов заглянуть внутрь двигателя. Кроме того, если моторный отсек выглядит немного уныло, замена или ремонт крышек клапанов обеспечивает значительное улучшение при относительно небольших затратах. Из-за популярности двигателей Chevrolet с малыми и большими блоками выбор клапанных крышек послепродажного обслуживания ошеломляет.

Мы уделим особое внимание крышкам и прокладкам малых блоков клапанов 1955-86 годов. В больших блоках использовалось семь болтов вместо четырех в малых блоках первого поколения. В более поздних поколениях малых блоков (и двигателей первого поколения, начиная с 1986 г.) использовались «центральные болты» вместо «болтов по периметру» первого поколения. Эти и другие конструктивные изменения значительно улучшили герметичность крышек клапанов. Независимо от конструкции следующая информация о возможностях клапанной крышки и вариантах прокладок имеет значение, когда требуется замена.

Рекомендации по крышке

Начиная с первых малоблочных двигателей в 1955 году и до модификаций головок в 1959 году, крышки клапанов имели расположение болтов в шахматном порядке (верхние отверстия для болтов располагались чуть более чем на дюйм ближе друг к другу, чем нижние). Эта конструкция могла быть предназначена для того, чтобы крышки не устанавливались вверх ногами. В любом случае, главное соображение заключается в том, нужна ли вам обложка в шахматном или прямом порядке. Для тех, кто имеет самые ранние головки болтов со смещением, но хочет выбрать из многих других стилей более поздних крышек клапанов с прямыми болтами, доступен адаптер.

Важным соображением для двигателей с высокопроизводительными клапанными механизмами вторичного рынка является внутренняя высота клапанной крышки, обеспечивающая достаточный зазор до коромысла, когда клапаны открыты. Обратите внимание, что небольшая дополнительная высота также может быть получена за счет использования более толстых прокладок, чем стандартные.

Другим важным фактором является внешняя высота крышки клапана. В некоторых моторных отсеках между ним и усилителем тормозов, компрессором кондиционера, генератором или другими компонентами очень мало зазора. Впускной коллектор, клапан рециркуляции отработавших газов или выпускные коллекторы также могут вызывать проблемы с установкой.

Четвертое важное конструктивное соображение касается отверстий в крышках клапанов. У ранних Chevy V-8 их не было. Эти двигатели имели маслозаливные горловины и/или сапуны на впускном коллекторе, а у некоторых сзади была тяговая труба для вентиляции двигателя. Более поздние клапанные крышки имеют отверстия для вентиляции, клапанов PCV и заливки масла. Размер, количество и расположение этих отверстий в клапанной крышке менялись от года к году и даже варьировались в зависимости от варианта двигателя. Из-за этого многие клапанные крышки вторичного рынка не имеют отверстий. Если в этих крышках необходимы отверстия, клиенты должны либо просверлить их, либо просверлить в соответствии со своим конкретным применением.

Приведенные выше соображения являются структурными и имеют решающее значение. Но их довольно легко осмотреть и измерить, чтобы определить, что вам нужно. Косметические соображения — это совсем другая история. Есть так много вариантов двигателей Шевроле. Например, Summit Racing предлагает более 100 стилей только для малых блоков. Мы оставляем эти эстетические соображения полностью на ваше усмотрение, пока мы рассмотрим многочисленные варианты прокладок. Прокладки клапанной крышки были пробковые или пробковые с резиновым связующим. Они по-прежнему доступны и являются хорошим выбором для многих приложений. Они хорошо подходят к узкой, шероховатой сопрягаемой поверхности ранних чугунных головок с мелкими блоками. Это важно при относительно низком усилии зажима крышек болтов по периметру, особенно крышек из штампованной стали. Пробковые прокладки, как правило, наименее дорогие, но они со временем сжимаются, что требует периодической подтяжки болтов крышки.

По прошествии многих лет пробковые прокладки могут слишком сильно сжиматься и затвердевать. Общепринятой практикой является приклеивание этих (и других типов прокладок) к крышке клапана, чтобы удерживать их на месте во время установки и чтобы прокладка оставалась прикрепленной к крышке клапана во время снятия. На нижнюю поверхность прокладки можно нанести Permatex Form-A-Gasket № 2 или другие незатвердевающие герметики для лучшего уплотнения головки при сжатии прокладки или ослаблении болтов.

Прокладки крышки пробкового клапана также доступны со стальным сердечником, ламинированным между слоями пробки. Стальной сердечник предотвращает засасывание или выталкивание прокладок клапанных крышек из-за сильного вакуума. Хотя такое случается редко на серийных двигателях, металлический слой также помогает пробковым прокладкам сохранять свои размеры. Старые пробковые прокладки могут рассыхаться и давать усадку. Эти многослойные прокладки сохраняют способность пробковых прокладок герметизировать шероховатые поверхности и сегодня являются популярным выбором.

Резиновые прокладки крышек клапанов используются уже много лет. Для гоночных автомобилей они имеют дополнительное преимущество, заключающееся в том, что они выдерживают многократное снятие и установку клапанной крышки. Резиновый материал относительно тверд по сравнению с пробкой и поэтому иногда плохо прилегает к шероховатым поверхностям, особенно с несколькими сфокусированными точками давления крышек клапанов из штампованной стали с болтами по периметру. Однако, если крышки клапанов не снимаются, резиновые прокладки можно покрыть с обеих сторон RTV или другими герметиками для обеспечения долговечного герметичного уплотнения.

Примером новых типов прокладок клапанных крышек является формованная силиконовая прокладка Fel-Pro с многослойным стальным сердечником. Эти прокладки дополнительно оснащены стальными ограничителями сжатия, позволяющими затягивать болты без чрезмерного сжатия силикона. Они получили хорошие отзывы и представляют собой прокладки клапанной крышки высокого класса по цене более 50 долларов за пару.

Еще одно соображение при выборе прокладок клапанных крышек возвращает нас к ранним малым блокам с клапанными крышками со смещенными болтами. Эта ступенчатая конструкция до сих пор остается проблемой, потому что некоторые прокладки клапанной крышки имеют как ступенчатые, так и прямые отверстия для болтов (всего шесть отверстий), чтобы соответствовать обеим конструкциям. Эти прокладки с шестью отверстиями должны быть обрезаны, чтобы соответствовать некоторым крышкам клапанов. А дополнительные отверстия создают более тонкую зону уплотнения возле двух болтов крышки.

Хотя для прокладок клапанной крышки не обязательно нужны герметики или клеи, общепринятой практикой является приклеивание прокладки к клапанной крышке. Также существует несколько вариантов герметика. Для этого применения хорошо подходят Permatex № 1, RTVs или герметик для прокладок Permatex High Tack. Совет: после приклеивания прокладки к крышке положите прокладку на ровную поверхность и положите сверху на крышку груз, пока герметик не высохнет. Затем удалите лишний герметик, чтобы он не бросался в глаза снаружи и не попадал в двигатель изнутри.

Проверка герметичности

Перед заменой прокладок клапанной крышки убедитесь, что они не являются причиной попадания капель масла на пол. Нащупайте масло на головке вокруг нижнего заднего угла крышки. Это основная проблемная зона. Прокладки также могут протекать в верхней части крышки клапанов, вызывая скопление масла на краю впускного коллектора. Выявить источник утечки в этой области довольно сложно, хотя и менее вероятно, что через прокладку впускного коллектора также может просачиваться масло.

Уплотнения в передней и задней части впускного коллектора являются еще одним потенциальным источником утечек масла. При осмотре задней части двигателя осмотрите также линию или датчик давления масла и прокладку распределителя. Назад к верхней части двигателя; осмотрите резиновые втулки на клапанной крышке. Они часто затвердевают и просачивают масло, когда высыхают и сжимаются.

Двигаясь ниже, осмотрите нижнюю часть двигателя на наличие утечек масла через задний главный сальник, передний главный сальник, прокладки топливного насоса и трубку маслоизмерительного щупа. В любом случае, вы можете следовать советам по замене прокладок клапанной крышки. На ранних малых блоках, если они не текут сейчас, вполне вероятно, что они будут когда-то.

1. Осмотрите нижнюю часть задней крышки клапана. Если он блестит от масла, то вы можете быть уверены, что прокладки клапанной крышки нуждаются в замене. Однако, если вам кажется, что ваши болты клапанной крышки доходят до дна, вам может потребоваться добавить одну или две плоские шайбы, чтобы остановить утечку.

2. Если возле впускного коллектора скапливается масло, это также является распространенным признаком неисправности прокладки клапанной крышки. Масло также может просачиваться через прокладку впускного коллектора возле его центра, но это происходит гораздо реже.

3. Традиционные пробковые прокладки по-прежнему популярны и могут хорошо герметизировать шероховатую узкую уплотнительную поверхность чугунных головок. Однако пробка имеет тенденцию сжиматься со временем, что требует повторной затяжки болтов клапанной крышки. В конце концов пробковая прокладка слишком сжимается в центре, позволяя маслу пройти.

4. Снимите крышки клапанов и удалите герметик или прокладку с головок. Избегайте сливного отверстия, чтобы эти биты не попали в двигатель. Впитайте масло в нижние задние и передние болты, чтобы обнаружить любой мусор, который прячется под маслом.

5. Очистите отверстия под болты в головке, повернув вручную сверло диаметром 3/16 дюйма. С годами прокладочный материал или герметик могут накапливаться на дне отверстия, препятствуя затягиванию болтов на крышке клапана.

6. Полностью вкрутите болт в каждое отверстие, а затем выкрутите его, считая, на сколько полных оборотов он выйдет. Также обратите внимание, не запутались ли нити во время последних нескольких витков; это затруднит определение того, какое давление оказывается на прокладку. Если при установке клапанной крышки болт доходит до дна, неважно, насколько хороша прокладка — она будет течь. После очистки болтовых отверстий эти 1973 головки позволили чуть больше девяти оборотов.

7. Заблокируйте перегородки при очистке старой прокладки и очистке клапанной крышки. Перегородки помогают предотвратить всасывание капель масла в клапан PCV, вентиляционную трубку и шланги. Также обратите внимание на выступы на внутренней стороне этой заводской крышки клапана. Эти капельницы помогают смазывать шарнир коромысла.

8. Необходимо приложить какую-либо линейку к поверхностям прокладок крышек клапанов из штампованной стали, чтобы проверить, не погнуты ли они. Обычно они деформированы возле отверстий под болты и не затянутся, пока это не будет исправлено. Подоприте верхнюю поверхность фланца к блоку и постукивайте по нижней поверхности рядом с отверстием для болта, пока она снова не станет прямой.

9. Существует множество вариантов прокладок клапанных крышек. Есть даже выбор пробковых прокладок. Помимо пробковых прокладок различной толщины, пробковые прокладки также могут иметь стальной слой, ламинированный в центре, как показано здесь.

10. Компания Mr. Gasket предлагает пробковую прокладку толщиной 0,325 дюйма. Эта дополнительная толщина может обеспечить увеличенный зазор для компонентов клапанного механизма вторичного рынка или помочь предотвратить удар крышки клапана о впускной коллектор.

11. Эта силиконовая прокладка Fel-Pro от Summit Racing — хороший пример высококачественного уплотнения. В дополнение к ламинированному металлическому сердечнику он имеет металлические втулки вокруг отверстий для болтов, чтобы предотвратить слишком сильное сдавливание прокладки. Это также позволяет затягивать болты до такой степени, чтобы они с меньшей вероятностью ослабли.

12. Прокладка Paragon имеет пробковое соединение с резиной для лучшей стабильности размеров. Дополнительное отверстие для болта позволяет использовать его на ранних малых блоках, которые имели клапанные крышки со смещенными болтами. Толщина аналогична прокладкам OEM и составляет около 9 мм./ 64 дюйма.

13. Paragon также предлагает оригинальные болты, винты и держатели клапанной крышки. Заводские фиксаторы часто отсутствуют, но они необходимы для распределения усилия болтов на тонких крышках клапанов из штампованной стали. Обратите внимание, что заводские болты, используемые с алюминиевыми крышками клапанов, имеют шестигранные головки 3/8 дюйма.

14. Широкий выбор клапанных крышек послепродажного обслуживания. Новые оребренные алюминиевые крышки клапанов Holley Vintage Series с надписью Chevrolet поставляются в натуральном литье, полированном, атласно-черном или заводском оранжевом с обработанными ребрами. Модели со сценарием Holley также доступны с или без PCV и отверстий для заливки масла (и они поставляются с предварительно установленными внутренними масляными перегородками).

15. При выборе клапанной крышки необходимо учитывать три важных конструктивных фактора: внутреннюю высоту для зазора с клапанным механизмом вторичного рынка, внешнюю высоту для зазора с соседними компонентами и любые отверстия, необходимые для вентиляционной трубки, клапана PCV или заливки масла. Последние два значительно сужают выбор на некоторых автомобилях.

16. Самое время проверить все резиновые втулки на клапанных крышках. Со временем они затвердевают до такой степени, что во время удаления их части могут отколоться и упасть внутрь. Имейте в виду, что втулки для стальных клапанных крышек имеют более узкий канал, чем для алюминиевых клапанных крышек. Paragon предлагает оригинальные втулки, а также новые эмблемы и наклейки для восстановления заводских крышек.

17. Важно проверить, насколько болт проходит через клапанную крышку и прокладку. Должно быть видно не менее трех витков резьбы, особенно при использовании с алюминиевыми головками. Тем не менее, более чем пять витков резьбы могут быть проблемой для некоторых головок прикладов, поскольку отверстия под болты относительно неглубокие. Наши болты длиной 1 дюйм хорошо работали с крышками Holley Vintage Series и толстой прокладкой.

18. Permatex High Tack популярен для приклеивания прокладки к крышке клапана. Это удерживает прокладку на месте во время установки и удерживает ее прикрепленной к крышке во время последующего снятия для регулировки клапана или других работ. Permatex Ultra Copper Silicone RTV также хорошо работает в этом случае. Оба доступны в Summit Racing.

19. Тонкий слой Permatex № 2 на нижней поверхности прокладки клапанной крышки помогает сделать ее маслонепроницаемой, особенно на узкой уплотняемой поверхности ранних головок из мелкоблочного чугуна. Это также помогает удерживать масло при сжатии прокладок или ослаблении болтов крышки. Permatex № 2 не затвердевает, поэтому крышки можно снять позже, не нарушая прокладок.

20. Убедитесь, что клапанная крышка имеет зазор с впускным коллектором. В этом месте были подрезаны верхние кромки заводских алюминиевых клапанных крышек. Аналогичную обрезку часто можно выполнить на клапанных крышках послепродажного обслуживания, когда это необходимо.

21. Компания Holley также производит ребристые воздухоочистители из литого под давлением алюминия в своей серии Vintage. Они бывают 3-дюймовой и 4-дюймовой высоты с темно-красными или натуральными бумажными элементами воздушного фильтра премиум-класса. В комплект входят центральная шпилька, барашковые гайки и прокладки.

22. Внешняя поверхность неокрашенных алюминиевых клапанных крышек со временем может потускнеть.