Откройте капот любой современной легковушки и на пластиковой крышке, скорее всего, увидите надпись DOHC. Или 16V. Или и то и другое сразу. Многие водители годами ездят с этими буквами и понятия не имеют, что за ними стоит.
А ведь от этих букв зависит, сколько лошадей под капотом, сколько бензина уходит на сотню и как часто придётся заглядывать к мотористу.
Что прячется за этими буквами
DOHC, Double OverHead Camshaft, два верхних распределительных вала. SOHC (Single OverHead Camshaft), вал один. А у совсем старых моторов типа OHV вал сидел внизу, в блоке, и клапаны открывались через длинные штанги и коромысла.
У одновального мотора один вал через рычаги ворочает и впускными, и выпускными клапанами. Нагрузка на каждый кулачок выше, система тяжелее. У DOHC каждый ряд клапанов получил свой вал. Один открывает впускные, второй управляет выпускными. Кулачок давит прямо на клапан через лёгкий толкатель, без посредников.
Два вала вместо одного позволили поставить на каждый цилиндр не 2 клапана, а 4. Два на впуск, два на выпуск. Через пару маленьких впускных клапанов в цилиндр попадает примерно в 1,5 раза больше горючей смеси, чем через один крупный. Смесь сгорает полнее, мотор отдаёт больше мощности при том же расходе.
4 клапана весят меньше, чем 2 крупных, пружины работают с меньшей нагрузкой, и мотор может крутиться выше. Поэтому все высокооборотные и спортивные движки построены по схеме DOHC.
Откуда взялась эта конструкция
В 1912 году 26-летний инженер Эрнест Генри по заказу гоночной команды Peugeot спроектировал мотор L76, рядную четвёрку объёмом 7,6 л. с двумя верхними распредвалами и 4 клапанами на цилиндр. Идею подсказал Паоло Цуккарелли, гонщик и механик, которого переманили из Hispano-Suiza.
Команду, куда входили ещё Жюль Гу и Жорж Буайо, внутри компании прозвали Les Charlatans, "Шарлатаны". Они были водителями-инженерами и сами садились за руль. Генри воплотил их идеи в металле.
L76 не был ни первым мотором с двумя распредвалами, ни первым с 4 клапанами на цилиндр. Но именно на нём впервые объединили обе схемы с полусферической камерой сгорания. Это сочетание работает до сих пор.
Мотор выдавал 148 л.с. при 2200 об/мин. Буайо выиграл Гран-при Франции 1912 года, несмотря на потерю 3-й передачи и двадцатиминутный пит-стоп. Средняя скорость превысила 110 км/ч. В 1913-м Жюль Гу на доработанной версии победил на "500 милях Индианаполиса" со средней скоростью около 122 км/ч.
Конкуренты бросились копировать. Главный инженер Sunbeam раздобыл гоночный Peugeot, разобрал и снял чертежи. Через год у Sunbeam появился похожий мотор.
Но до конца 30-х DOHC оставался гоночной и дорогой штукой. На дорожные машины его ставили единицы, Alfa Romeo, Bugatti, Salmson, и те мелкими партиями.
Советский след и японский прорыв
В 1951 году в СССР начали выпускать карьерные самосвалы МАЗ-525 грузоподъёмностью 25 т. Их дизели имели по 2 кулачковых вала в головках. Моторы были танкового происхождения, но факт остаётся фактом, серийный транспорт с DOHC у нас появился раньше, чем у многих западных производителей.
А в 70-х на АЗЛК собрали 22 шт. экспериментальных двигателей "Москвич-412-2В" с двухвальными головками. До конвейера не дошло.
В массы DOHC шагнул благодаря японцам. В 1967 году Toyota выпустила модель 1600GT (RT55) с мотором 9R объёмом 1587 куб. см. Головку разработала Yamaha. Мощность составляла 110 л.с.
Интересно то, что мотор уже имел 2 распредвала, но оставался двухклапанным, по 2 клапана на цилиндр. 16-клапанная схема пришла позже. Тираж 1600GT составил 2229 шт., но дорожка была проторена.
Почему DOHC "тупит" на низах и как с этим справились
На малых оборотах 4 клапана пропускают слишком много воздуха. Поток не успевает разогнаться, смесь хуже перемешивается, и мотор тянет вяло. У 8-клапанного мотора с узкими каналами воздух "выстреливает" в цилиндр даже на 1500 об/мин, и тяга снизу получается лучше.
Пример, моторы Renault для Logan. Одновальный K7J на 8 клапанов и двухвальный K4M на 16 стоят на одном блоке. K4M мощнее наверху, но в городе заметно ленивее на низах. Причина, избыточная пропускная способность клапанов без фазовращателя.
Решение нашлось в системах изменения фаз газораспределения. У DOHC можно сдвигать один из валов и менять момент перекрытия клапанов, подстраивая мотор под режим.
Honda первой довела это до серии, выпустив в 1989 году мотор B16A с системой VTEC. 1,6-литровый мотор снимал 100 л.с. с литра объёма, но нормально тянул и внизу. Toyota ответила VVT-i, Mitsubishi сделала MIVEC. Сегодня почти все 16-клапанники оснащены фазовращателями.
Свечной колодец, побочный эффект конструкции
4 клапана на цилиндр занимают почти всё пространство в камере сгорания. Единственное место для свечи зажигания, самый центр. Газовые каналы тянутся далеко вверх, и свеча оказывается на дне глубокого "колодца".
В этот колодец стали ставить индивидуальную катушку зажигания. Высоковольтные провода стали не нужны, искра получилась мощнее, в сырую погоду ничего не отсыревает.
Обратная сторона, индивидуальные катушки постоянно нагреваются и живут меньше старых модулей. Если потечёт прокладка клапанной крышки и масло попадёт в колодец, катушка сгорит.
На ВАЗ-2112 владельцы часто с этим сталкивались. Прокладка клапанной крышки на этих моторах, пожалуй, самое обсуждаемое слабое место.
Как DOHC пришёл на АвтоВАЗ
В 1997 году АвтоВАЗ запустил первый свой 16-клапанник, мотор ВАЗ-2112. Рядная четвёрка объёмом 1,5 л., 93 л.с. За основу взяли блок от 21083, а головку с двумя распредвалами и гидрокомпенсаторами сделали с нуля. Против 78 л.с. у 8-клапанного ВАЗ-2111 прибавка вышла в 15 л.с. с того же объёма.
До 3000 об/мин оба мотора едут примерно одинаково, а выше "шестнарь" просыпается и разгоняется совсем по-другому. На трассе при 80-90 км/ч расход 5-6 л. на сотню.
Главная проблема, ремень ГРМ. При обрыве поршни встречались с клапанами. Ремни и ролики в те годы шли нестабильного качества. Новый ремень мог порваться через 20 тысяч км. Итог, погнутые клапаны и ремонт головки.
Многие после этого ставили поршни от мотора 21124, на которых были лунки под клапаны. Ремень порвался, а клапаны целы. В 2004 году появился сам мотор 21124 объёмом 1,6 л. с безвтыковыми поршнями. Заводской ресурс 150 тысяч км, на практике ходят 250 тысяч и больше.
5 клапанов на цилиндр, тупиковая ветвь
В конце 80-х инженеры Audi начали испытывать мотор с 5 клапанами на цилиндр, 3 впускных и 2 выпускных. Первым серийным 5-клапанным мотором стал Mitsubishi 3G81 объёмом 548 куб. см, появился в 1989 году на Minica Dangan ZZ. Yamaha разработала 20-клапанную головку для тойотовского 4A-GE, 1,6 л., 160 л.с.
Audi в середине 90-х выпустила линейку 20-клапанных моторов от 1,8 до 4,2 л. Гоночная версия 2,2-литрового 25-клапанного мотора на Audi 200 Turbo Quattro выдавала 650 л.с. и прошла 1000 км по треку Нардо со средней скоростью 326 км/ч.
К середине 2000-х стало ясно, что 5-й клапан себя не оправдывает. Выигрыш мизерный по сравнению с тем, что давали электронные фазовращатели на обычных 4-клапанных головках. А ремонт дороже. Сегодня 5-клапанных моторов уже не выпускают.
Стоит ли бояться двухвального мотора
Получается, больше деталей, больше поломок, но на деле наоборот. 4 лёгких клапана вместо 2 тяжёлых, меньшая нагрузка на каждую пружину и седло. Распредвалы при нормальном масле служат десятилетиями.
Чего DOHC не прощает, так это халатного обслуживания. Дешёвое масло губит гидрокомпенсаторы. Просроченный ремень ГРМ на моторе с втыковыми поршнями, лотерея с головкой блока на кону.
Менять ремень ГРМ лучше через 30-40 тысяч км, а не через 50-60, как в книжке. Ремень с роликами стоит копейки по сравнению с ремонтом головки.
Гоночный Peugeot L76 в 1912 году выдавал 148 л.с. из 7,6 л. объёма. Вазовский 16-клапанник снимает 93 л.с. с 1,5 л. Схема та же, 2 распредвала и 4 клапана на горшок, но отдача с литра выросла втрое. Базовая идея Цуккарелли и Генри по-прежнему крутится под капотом каждой второй машины на дороге.