Маркетологи могут до хрипоты спорить о преимуществах "атмосферника" или "турбо", но настоящая ДНК двигателя, его характер, потенциал и, зачастую, фатальные недостатки закодированы именно в головке блока цилиндров. Это не просто крышка. Это сложнейший узел, который за сто лет прошел путь от примитивной чугунной болванки до произведения искусства, в котором одновременно живут и легкие, и мозг двигателя.
Чтобы понять, почему мотор старой "Победы" выдыхался уже на 4000 оборотов, а современный Kia Rio с меньшего объема снимает больше мощности - читай статью до конца. Надеюсь мой ликбез будет для тебя полезен😉
Глава 1: Нижнеклапанные моторы (Flathead / L-Head)
В начале XX века от двигателя требовалось немногое: работать. Желательно, долго. И чтобы починить его можно было с помощью кувалды и не самого богатого словарного запаса. В этой парадигме и родилась первая массовая конструкция — нижнеклапанная.
Устройство: Гениально в своей простоте. Головка блока (ГБЦ) — это, по сути, чугунная плита с отверстиями под свечи и водяной рубашкой. Всё. Оба клапана — и впускной, и выпускной — располагались не в ней, а сбоку, в самом блоке цилиндров. Распредвал, находящийся там же, толкал их напрямую. Камера сгорания из-за такого расположения приобретала характерную L-образную форму, за что и получила прозвище L-Head.
Аналогия: Представьте себе спортсмена, у которого рот и нос зашили, а для дыхания оставили две тоненькие трубочки в щеках. Рекордов от него ждать не приходится, зато конструкция простая.
Носители:
Ford Model T: Автомобиль, который буквально моторизовал планету.
ГАЗ-М1 ("Эмка"), ГАЗ-М20 "Победа", ГАЗ-21 "Волга" (ранняя): Вся довоенная и послевоенная классика СССР.
Willys MB / ГАЗ-67: Двигатели, на которых выиграли войну.
Преимущества: Дешевизна, простота производства, "неубиваемость" и компактность по высоте.
Недостатки (и приговор):
Главный недостаток — ужасный газообмен. Топливо-воздушной смеси приходилось совершать причудливый эротический танец, чтобы попасть в цилиндр, а отработавшим газам — чтобы его покинуть. Это приводило к низкой степени сжатия, склонности к детонации и катастрофически низкому КПД. Мотор задыхался, его эффективный потолок оборотов редко превышал 3500-4000 об/мин. Flathead — это динозавр. Честный, надежный, но абсолютно неэффективный. Тупиковая ветвь эволюции.
Глава 2: Инженерная химера. Моторы F-Head
Инженеры понимали, что Flathead — это тупик, но полностью переделывать блоки было дорого. И они родили компромисс, достойный доктора Франкенштейна. "А что, если один клапан оставить в блоке, а второй — перенести в головку?"
Устройство: Так и сделали. Как правило, большой по диаметру впускной клапан переезжал в ГБЦ и приводился в движение через толкатель и коромысло, а маленький выпускной клапан оставался сиротливо стоять сбоку в блоке.
Носители:
Willys / Jeep Hurricane: Этот мотор пришел на смену знаменитому Go Devil и был мощнее как раз за счет этой схемы
Конечно же Rover P4. Кстати, История Краха Ровера была описана мной в ЭТОЙ статье. Рекомендейшн от меня вери мач.
Rolls-Royce, Bentley (до 1950-х): Даже аристократы не брезговали этим сложным, но по тем временам эффективным решением.
Преимущества: Значительно улучшался впуск, что давало ощутимый прирост мощности.
Недостатки (и приговор): Конструкция была сложнее и дороже, чем L-Head, и сложнее, чем будущие верхнеклапанные моторы, но проблема "задушенного" выпуска никуда не делась. F-Head — это интересный инженерный костыль, доказавший лишь одно: всем клапанам место наверху.
Глава 3: Американская классика. OHV (OverHead Valve)
Наконец-то! Инженеры додумались перенести ОБА клапана в головку блока. Но распредвал, видимо из чувства консерватизма, оставили внизу, в блоке. Эта схема стала золотым стандартом для Америки на следующие 70 лет.
Устройство: Распредвал в блоке толкает длинные металлические стержни — толкатели (pushrods). Те, в свою очередь, упираются в коромысла (rockers), которые, как качели, нажимают на клапаны в ГБЦ. Ебёныч, это целая цепь посредников.
Аналогия: Представьте, что выключатель света остался на первом этаже, а лампочка — на втором. И чтобы включить свет, вы используете сложную систему из палок и рычагов. Работает? Да. Идеально? Нет.
Носители:
Chevrolet Small-Block V8: Легенда, от Corvette 50-х до современных Camaro.
ЗМЗ-53 (ГАЗ-53/ПАЗик), моторы УАЗ: Вся советская грузовая и внедорожная классика.
Современные американские V8: Двигатели Hemi от Chrysler, моторы пикапов Ford и GM до сих пор используют эту, казалось бы, архаичную схему.
Преимущества: Компактность (особенно для V-образных моторов, где один распредвал в развале блока обслуживает оба ряда цилиндров), относительная простота и чугунная надежность.
Недостатки (и приговор): Высокая инерционность клапанного механизма. На высоких оборотах (выше 6000-6500) вся эта конструкция из толкателей и коромысел начинает жить своей жизнью, клапаны просто не успевают закрываться ("зависают"), что фатально ограничивает мощность. OHV — это "тяжелоатлет". Он не любит "крутиться в звон", но обладает феноменальной тягой на низких оборотах.
Глава 4: Глобальный стандарт. OHC (OverHead Camshaft)
Европейские и японские инженеры посмотрели на "палки" в американских моторах, покрутили пальцем у виска и решили перенести распредвал наверх, в ГБЦ. Так родилась современная эра OHC.
Подтип 1: SOHC (Single OverHead Cam)
Распредвал переехал в ГБЦ, но он там один. Один "начальник" на два "отдела" (впускные и выпускные клапаны).
Носители: ВАЗ-2108 "Восьмерка" (настоящая революция для СССР), множество моторов Honda (именно на SOHC они часто реализовывали свой знаменитый VTEC), практически все "японцы" 80-90х годов.
Плюсы и минусы: Значительно легче и "оборотистее", чем OHV. Проще и дешевле, чем DOHC, но с некоторыми ограничениями по геометрии камеры сгорания.
Подтип 2: DOHC (Double OverHead Cam)
Вершина эволюции. В ГБЦ переехали ДВА распредвала. Один — только для впускных клапанов, второй — только для выпускных. У каждого "отдела" — свой "начальник".
Носители:
Почти на всех современных автомобилях. От Kia Rio до Ferrari. Alfa Romeo была пионером этой схемы еще в 20-х годах.
Преимущества:
Максимальная эффективность: Позволяет разместить 4 (и даже 5, как у старых Audi) клапанов на цилиндр, что радикально улучшает "дыхание" мотора.
Гибкость: Можно независимо управлять фазами впуска и выпуска (системы Dual VVT-i, Bi-VANOS и т.д.), выжимая из мотора максимум на любых оборотах.
Высокие обороты: Отсутствие инерционных "посредников" позволяет мотору легко крутиться до 7-9 тысяч оборотов и выше.
Недостатки: Сложность, цена, габариты. Обслуживание (например, замена ремня или цепи ГРМ на V-образном моторе) может стать причиной для оформления ипотеки.
Приговор: DOHC — это современный стандарт. Сложный, дорогой, но невероятно эффективный. Это и есть причина, почему современный мотор 1.6 выдает больше сил, чем 2.5-литровый мотор "Волги", и при этом потребляет в два раза меньше топлива.
Глава 5 (Бонус): Инженерный монстр. Моторы T-Head
На заре автомобилизма, когда инженеры были больше похожи на отчаянных изобретателей, чем на расчетливых экономистов, родилась одна из самых причудливых и в то же время логичных конструкций. Инженеры посмотрели на "задушенный" L-Head и задались вопросом: "Как заставить мотор дышать лучше, не перенося клапаны наверх?". Ответ был радикальным: разнести их по разным сторонам.
Устройство:
Если L-Head — это "односторонний" нижнеклапанник, то T-Head — это симметричный монстр. В нем было ДВА распредвала в блоке. Один слева, другой справа. Один отвечал только за впускные клапаны, расположенные с одной стороны цилиндра, а второй — только за выпускные, расположенные с противоположной стороны.
В разрезе путь топливо-воздушной смеси и отработавших газов образовывал букву "Т", откуда и пошло название — T-Head.
Аналогия: Если L-Head — это спортсмен, дышащий через трубочку в одной щеке, то T-Head — это мутант, который научился вдыхать левой щекой, а выдыхать — правой. Дышать стало определенно легче, но выглядело это странно, а голова раздулась до невероятных размеров.
Носители:
Эта схема была уделом дорогих и мощных автомобилей начала XX века. Это был, по сути, "хай-перформанс" своего времени.
Stutz Bearcat: Один из первых американских спорткаров, легенда.
Pierce-Arrow, Packard: Американский люкс, который мог себе позволить такую сложную конструкцию.
Пожарные машины American LaFrance: Да, эта схема из-за своей тяги и надежности нашла применение даже в спецтехнике.
Преимущества:
Лучший газообмен (для своего времени): Это был, по сути, дедушка DOHC в мире нижнеклапанников. Разделение впуска и выпуска позволило инженерам сделать клапаны и каналы гораздо большего диаметра. Это была первая реализация принципа поперечной продувки цилиндра (cross-flow), когда свежая смесь входит с одной стороны, а выхлоп выходит с другой, не мешая друг другу.
Недостатки (и приговор):
Габариты и масса: Ебёныч, он был широк, как плечи рестлера. Два распредвала, два комплекта шестерен привода, двойной набор толкателей — все это делало двигатель огромным, тяжелым и сложным.
Термодинамический ад: Камера сгорания была еще больше и причудливее, чем у L-Head. Огромная площадь поверхности приводила к колоссальным тепловым потерям. Двигатель грел не столько поршень, сколько сам себя и атмосферу. КПД был чудовищно низким.
Низкая степень сжатия: Любая попытка серьезно поднять степень сжатия в такой "пещере" заканчивалась бы детонацией, способной отправить поршни в стратосферу.
Цена: Это было дорого. Очень. Производство блока с двумя распредвалами требовало высочайшей точности и затрат.
Вердикт: T-Head — это красивый и тупиковый эксперимент. Это был памятник инженерной мысли, доказавший, что даже из архаичной нижнеклапанной схемы можно выжать больше мощности, если не думать о цене и здравом смысле. Он был слишком сложным, чтобы стать массовым, и слишком архаичным, чтобы конкурировать с грядущей революцией OHV. Он остался в истории как великолепный динозавр — впечатляющий, но обреченный на вымирание.
Заключение
Головка блока цилиндров прошла огромный путь. От простой чугунной "крышки" до сложнейшего механизма, управляющего "дыханием" мотора. И когда вы в следующий раз откроете капот, присмотритесь к ГБЦ. В этом куске металла — вся история автомобильного прогресса, со всеми ее гениальными озарениями и эпическими провалами.
Если было интересно - подпишисьт