Верхневальные и нижневальные автомобильные двигатели. Сравнение.

Многие задаются вопросом, какие двигатели лучше, верхневальные или нижневальные? В этой статье описываются их плюсы и минусы.

Как устроены двигатели?

Нижневальный двигатель. Распределительный вал расположен внизу блока цилиндров, и связан с коленчатым валом двумя шестернями. Соотношение тут такое же, как и у верхневальных, 1:2, поэтому распределительный вал вращается со скоростью в два раза меньшей, чем коленчатый. Распределительный вал двигает штанги толкателей клапанов, а те в свою очередь двигают клапаны.
Верхневальный двигатель. Распределительный вал расположен сверху, в головке блока цилиндров. Приводится в действие цепью или ремнем. Распределительный вал напрямую двигает толкатели клапанов. При использовании двух распределительных валов каждый цилиндр получает не два, а четыре клапана, что увеличивает скорость наполнения и освобождения цилиндров, а значит, уменьшает потери мощности. Толкатели клапанов легче, поэтому могут работать на более высоких скоростях, что так же увеличивает мощность двигателя.

Сравнение двигателей.

Нижневальные двигатели заметно проще т дешевле в изготовлении, чем верхневальные. Распределительный вал в таких моторах смазывается заметно лучше, чем в верхневальных, потому что расположен низко, чуть-чуть выше коленчатого вала.

Знаменитый спортивный автомобиль Додж Вайпер, с объемом двигателя больше восьми литров, тоже оснащен нижневальным двигателем. Многие автомобили Бугатти так же оснащены нижневальными моторами. Серьезный плюс нижневального двигателя – большая надежность газораспределительного механизма. В нем нет ремня или цепи, которые могут порваться, а всего лишь две шестеренки. Когда шестеренки сделаны качественно, их ресурс достигает полумиллиона километров, в отличие от ресурса в 40-50 тысяч для ремней или 150 тысяч для цепей. Использование более чем двух клапанов на цилиндр в нижневальных двигателях невозможно. Слишком сложной и тяжелой получается конструкция.

Второй ощутимый плюс – такие двигатели устроены заметно проще, чем верхневальные, поэтому легче и проще в ремонте.
Тем не менее, нижневальные двигатели являются тупиковой ветвью эволюции автомобильного двигателя.
Верхневальные двигатели, в отличие от нижневальных, развиваются семимильными шагами. Мощность в них повышается как увеличением хода поршня, так и увеличением максимальных оборотов. Поэтому сегодня набирают популярность малообъемные двигатели повышенной мощности. К примеру, Ауди удалось сделать двигатель объемом 1,8 литра и мощностью 480 лошадиных сил. Этот двигатель применяется в гонках Формула-2.

Верхневальные двигатели обладают большей удельной мощностью, а значит и больше экономичностью. Они имеют огромный потенциал дальнейшего развития, поэтому все серьезные производители легковых автомобилей перешли на верхневальные двигатели.

Немногочисленные плюсы нижневальных двигателей уступают перед огромным потенциалом развития верхневальных моторов. Время нижневальных двигателей безвозвратно уходит.

Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов

Двигатель Fiat 124 серии — Fiat 124 series engine

Обзор Производитель Fiat / Fiat Automóveis (Бразилия) Производство 1966–1999 Макет Конфигурация Рядный-4 Смещение 1,2–2,0 л (1,197–1,995 куб. См) Диаметр цилиндра 73 мм (2,87 дюйма)
76 мм (2,99 дюйма)
78 мм (3,07 дюйма)
80 мм (3,15 дюйма)
84 мм (3,31 дюйма) Ход поршня 71,5 мм (2,81 дюйма)
90 мм (3,54 дюйма) Материал блока Чугун Материал головы Алюминий Клапан OHV 2 клапана x цил.
SOHC 2 клапана x цил. Горение Турбокомпрессор В некоторых версиях Топливная система Карбюратор , непрямой впрыск Тип топлива Бензин, Дизель Система охлаждения С водяным охлаждением Хронология Преемник Fiat Twin-cam

Двигатель Fiat 124, разработанный Аурелио Лампреди , впервые появился в новом Fiat 124 в апреле 1966 года. Рядный четырехцилиндровый двигатель состоял из железного блока с алюминиевой головкой блока цилиндров с клапанами, приводимыми в действие толкателями . Когда была представлена ​​конструкция с ременным приводом, она опередила свое время. Европейское производство бензиновых версий закончилась Fiat 131 в 1984 году, но позже дизельные производные продолжали быть построены до 1999 года она имеет более длительный срок службы в своей двойной распредвала итерации , которые продолжались в производстве до 2000 года В то время как первоначально из накладных расходов Конструкция клапана , версия с верхним расположением распредвала была добавлена ​​к обновленному 131 в 1981 году. Емкость изначально составляла 1,2 л (1197 куб.см) (в Fiat 124 ), но в конечном итоге варьировалась от 1,2 до 1,9 л (1197 и 1929 куб.см). Были также три итерации дизельного двигателя SOHC объемом 1,4, 1,7 и 1,9 литра. Последними версиями этого двигателя, которые были построены, были дизели. Версия с дизельным двигателем с непосредственным впрыском топлива 1,9 л (1929 куб. См) была первым дизельным двигателем с прямым впрыском, который появился в серийном легковом автомобиле Fiat Croma Turbo D id.

СОДЕРЖАНИЕ

Технические характеристики двигателя

Двигатель Fiat 124 серии производился в нескольких конфигурациях, различающихся ходом поршня и диаметром цилиндра, но с сохранением стандартного расстояния между цилиндрами. Первая модель (124 A.000) была почти квадратной, с отверстием и ходом 73 мм × 71,5 мм (2,87 дюйма × 2,81 дюйма) для получения рабочего объема 1,2 л (1197 куб. См). Более крупная 1,4-литровая (1438 куб. См) версия прибыла в октябре 1968 года в модели 124 Special. Он имеет отверстие 80 мм (3,15 дюйма). Диаметр цилиндра был увеличен до 76 мм (2,99 дюйма), чтобы обеспечить рабочий объем 1,3 л (1297 куб. См) для 131, который также был доступен в 1,6-литровой версии с диаметром отверстия 84 мм (3,31 дюйма). Было доступно множество других отверстий и ходов. Некоторые из бразильских двигателей Fiasa имеют общий диаметр цилиндра и ход поршня с двигателями серии 124 и иногда использовались в одних и тех же автомобилях, но двигатели не связаны между собой.

Впоследствии 1.3 был расточен на 0,1 мм, чтобы увеличить рабочий объем двигателя более 1,3 литра. Это позволило итальянским автомобилистам разогнаться на автостраде со скоростью 140 км / ч (87 миль / ч) , а не 130 км / ч (81 миль / ч), которые были разрешены для автомобилей объемом менее 1,3 литра.

Двигатель 124-й серии имеет пять коренных подшипников, чугунный блок и головку из алюминиевого сплава с обратным потоком . Впуск и выпуск расположены с правой стороны двигателя.

Существуют также версии двигателей 124-й серии с верхним расположением распредвала. Первым был Fiat Twin Cam , в котором использовался блок 124-й серии с некоторыми модификациями для использования клапанного механизма DOHC с поперечной головкой. Итальянская версия с одним верхним расположением распредвала прибыла в 1981 году и легла в основу трех дизельных версий.

Дизель объемом 1,4 л (1367 куб. См) был доступен в версии с турбонаддувом в Uno Turbo D , в то время как более крупная 1,9-литровая версия была также доступна с прямым впрыском.

Была также двухлитровая версия с толкателем (6132 AZ 2000) для Fiat Nuova Campagnola с 1974 по 1982 год ; у него диаметр цилиндра 84 мм (3,31 дюйма), как у 1.6, но в сочетании с ходом поршня 90 мм (3,54 дюйма).

Допустимые сочетания диаметра цилиндра / хода двигателя

Ход (мм) Диаметр (мм) 73 76 76,1 78 80 82,6 84 71,5 1197 OHV 1297 OHV 1301 OHV 1367 SOHC, дизель 1438 OHV 1533 1585 OHV, SOHC 79,2 1326 1437 1441 1514 1592 1697 дизель 1756 90 1507 1633 1637 1720 1810 г. 1929 дизель 1995 OHV Приложения Список автомобилей с вариациями двигателя Fiat 124-й серии (неполный). Наша взяла: как и почему ВАЗ-2101 получил верхневальный двигатель В середине шестидесятых годов в СССР произошло эпохальное событие – началось строительство нового автозавода для выпуска лицензионной версии Fiat 124. Вопреки бытовавшему мнению, «русская» модификация под индексом ВАЗ-2101 довольно существенно отличалась от итальянского исходника, о чем мы уже рассказывали. Главное отличие советской машины скрывалось под капотом – это был двигатель оригинальной разработки, который в своё время даже стал поводом для серьезного разногласия между нашими инженерами и итальянской стороной. Сегодня мы подробно вспомним эту малоизвестную историю, о которой в те времена говорить было не принято. В мае 1966 года в Турине министр автомобильной промышленности СССР Александр Тарасов и президент Fiat Витторио Валетта подписали протокол «О сотрудничестве в области разработки конструкции автомобиля, проекта автомобильного завода и его строительства в СССР», в результате которого и началось строительство предприятия в Тольятти. Кроме технического проекта самого автозавода, советская сторона в рамках заключенного контракта получила и полную документацию на две модели Fiat. Нижневальный Однако всесторонние испытания Fiat 124 тут же показали, что он требует модернизации с учетом дорожных и климатических условий СССР, которые заметно отличались от западноевропейских. Кроме того, внимательно изучив конструкцию автомобиля, некоторые советские специалисты довольно скептично отнеслись к его отдельным решениям. Так, Fiat 124 оснащался достаточно архаичным двигателем с нижним расположением распределительного вала и штанговым приводом клапанов, хотя в Турине в то время уже вовсю «обкатывались» куда более прогрессивные по конструкции моторы – с двумя верхними распредвалами и ременным приводом газораспределительного механизма. На фото: шасси Fiat-124 Нижневальный двигатель и задние дисковые тормоза – наиболее заметные технические отличия Fiat 124 от «копейки»

В момент переговоров с советской делегацией опытные образцы двухраспредвальных моторов Fiat уже проходили испытания

Наши инженеры своими глазами наблюдали на испытательных стендах опытные образцы таких двигателей, да и в моторной линейке новейшей разработки Fiat под индексом 125 вариант с верхним расположением распредвала уже был предусмотрен. Более того, к тому моменту, когда в СССР активно занимались доработкой Fiat 124 применительно к советским условиям, фиатовские конструкторы уже начали работу над новым верхневальным мотором объемом 1,2 литра, но еще не успели довести его до уровня серийного изделия. Именно поэтому итальянцы хотели поставить в Советский Союз оборудование для выпуска давно «обкатанного» двигателя прежней конструкции — с нижним расположением распредвала.

На фото: двухвальный мотор Fiat 125

Fiat-125 – редкое сочетание архаичной рессорной подвески сзади и двух распределительных валов в головке блока цилиндров!

Даже в середине шестидесятых годов компоновка OHV двигателя Fiat 124 вызывала вопросы у советской стороны

Нижневальный мотор устанавливался на различные модификации Fiat 124

На обычном рядном четырехцилиндровом карбюраторном двигателем рабочим объемом 1 197 см³ и мощностью 60 л.с. ФИАТ впервые в своей практике применил литой чугунный коленчатый вал на пяти опорах. Однако установленный сбоку внизу кулачковый вал представляется некоторым анахронизмом.

На тот момент Fiat еще не выпускал серийно ни одного двигателя со схемой OHC, на которой настаивали советские специалисты. Поэтому представители фирмы даже обсуждали с нашими инженерами возможность перехода на новый мотор через три года — уже после запуска первенца Волжского автозавода в серийное производство. Однако такой вариант не устроил «вазовцев», поскольку чрезмерно усложнил бы и без того не самый простой процесс адаптации и запуска в серийное производство чужой машины. Не будем забывать, что доработка конструкции Fiat 124 шла одновременно со строительством самого завода!

Противостояние

Не соглашаясь на требования, выдвинутые советской стороной по конструкции мотора, итальянцы административным путём пытались оказать давление на «несогласных» членов советской делегации, которые должны были подписать соглашение. Ведь «советский» экземпляр завизировали не все наши представители — главный конструктор завода МЗМА Александр Фёдорович Андронов так и не поставил свою подпись под протоколом. На него под влиянием итальянских специалистов пытались психологически «воздействовать» присутствовавшие в составе делегации чиновники родного Минавтопрома, но. не получилось.

Главный конструктор МЗМА Александр Фёдорович Андронов Советская делегация осматривает шасси Fiat-124. Андронов (на фото справа) не соглашается на нижневальный двигатель

Профессор Андронов выдвигал подобные требования отнюдь не просто так: в конце 1964 года на Московском автозаводе занялись созданием мотора М-412 новой конструкции. Как нетрудно догадаться, он отличался от «фиатовского» мотора именно теми конструктивными решениями, которые столь упорно и отстаивал главный конструктор МЗМА. Ведь к моменту, когда Андронов принимал участие в переговорах по Fiat 124, первые образцы «четыреста двенадцатых» двигателей с верхним распределительным валом уже были изготовлены и продемонстрировали на испытаниях отличные результаты. Этим как раз и объяснялось категорическое нежелание советского практика согласиться с устаревшей компоновкой OHV для новой машины, которой предстояла длинная конвейерная жизнь.

Таким образом, не достигнув консенсуса, обе стороны договорились о последующей встрече для уточнения формулировок и урегулирования спорных вопросов. Вскоре советские специалисты получили письмо, подписанное президентом Fiat профессором Валеттой, в котором итальянская сторона подробно аргументировала свой отказ от внесения изменений в конструкцию двигателя будущего ВАЗ-2101. Кроме верхнего расположения распределительного вала, Андронов настаивал и на других радикальных нововведениях — в частности, изготовлении блока цилиндров из алюминиевого сплава, а также установке так называемых «мокрых» гильз.

В конце июля 1966-го произошла смена руководства Fiat: пост Валетты занял Джанни Аньелли, являвшийся внуком основателя итальянской марки. Именно поэтому Генеральное соглашение о сотрудничестве СССР и Fiat в августе 1966 года с итальянской стороны подписал именно Аньелли, а не Валетта.

В дальнейшем стороны все же пришли к «общему решению», пойдя на компромисс: советские специалисты согласились на чугунный блок без гильз, по-прежнему отстаивая верхнее расположение распределительного вала и наличие водяных каналов системы охлаждения между цилиндрами.

Интересно, что уже в июньском номере журнала За Рулем за 1968 год сообщалось о верхнем расположении распределительного вала, но в описании также фигурировали гильзы в блоке, которых на серийных моторах не было. Хотя… есть и малоизвестный факт: в начале семидесятых годов на ВАЗе все же изготовили партию двигателей с гильзованным блоком, однако впоследствии от этой идеи окончательно отказались.

Конструкторы приняли верхнеклапанную схему с расположением распределительного вала на головке цилиндров. Кулачки действуют на клапаны через небольшие рычаги (без толкателей и штанг).

В верхней части цилиндров запрессованы короткие гильзы-вставки из антикоррозионного чугуна.

Фактически, речь шла о создании нового двигателя — точнее, быстрой реализации той самой перспективной разработки Fiat, которую наши специалисты видели в Италии.

Рабочий объем при этом остался неизменным (1 198 см³), однако геометрия мотора существенно изменилась, ведь диаметр цилиндров увеличили с 73 до 76 мм, а ход поршня при этом уменьшили с 71,5 мм до 66 мм.

Наша взяла: ключевым отличием советской машины от итальянского исходника стал двигатель с верхним распределительным валом

Такой приём позволил в дальнейшем конструкторам при неизменном межцентровом расстоянии цилиндров в 95 мм «поиграться» с ходом поршня и диаметром цилиндров, изменяя рабочий объем двигателя — сначала до 1,5 л (двигатель 2103), затем до 1,3 (21011) и даже до 1,6 л (2106). Причем как «базовый» двигатель объемом 1,2 литра, так и более мощную «полторашку» для ВАЗ-2103 предоставили итальянцы. Работа по этим моторам, как и по общей конструкции модернизированных версий Fiat 124R и Fiat 124S, велась итальянской инженерной группой под руководством Данте Джакозы в период 1967-1969 годов. Любопытно, что Fiat даже был готов предоставить двухраспредвальный 90-сильный двигатель Fiat-125 для «люксовой» модификации седана под индексом 2103, однако в целях унификации на ВАЗе от него отказались в пользу мотора с одним распредвалом, но увеличенным до 1,5 литра рабочим объемом.

Почему же советские специалисты так настаивали на верхнем расположении распределительного вала? Такая конструкция была заметно компактнее и проще, поскольку в ней не было «лишних» штанг, и кулачки распредвала воздействовали через рычаги прямо на клапаны. Вдобавок «верхневальный» мотор теоретически был более «крутильным», то есть, он легче набирал обороты, что подтвердилось на практике при сравнении «москвичевских» двигателей М-408 и М-412.

Последующие испытания опытных образцов верхневального варианта показали, что «короткоходный» двигатель советской машины на практике оказался более тяговитым и приёмистым, чем итальянский исходник.

Кроме того, с учетом отечественных реалий автомобиль оснастили храповиком и предусмотрели в бампере отверстие под «кривой» стартер – пусковую рукоятку. Правда, высокооборотистый двигатель Жигулей завести с её помощью было невозможно, а предполагалось, что в сильный мороз водитель лишь прокрутит предварительно вручную коленчатый вал для того, чтобы в дальнейшем запустить мотор с помощью стартера.

К середине 1969 года конструкция двигателя (как и автомобиля в целом) уже была согласована окончательно. Таким образом, отечественный автомобиль в числе восьми сотен других отличий от Fiat 124 получил и другой двигатель.

Мотор Жигулей получил не только новую конструкцию, но и другую геометрию