Четири клапана на цилиндър

Четири клапана на цилиндър е схема на газоразпределение, при която всяка горивна камера се обслужва от два смукателни и два изпускателни клапана, вместо от единствената двойка в по-старите конструкции. Тя се превърна в стандартното решение за съвременните бензинови и дизелови двигатели на леки автомобили, защото осезаемо подобрява способността на двигателя да засмуква въздух и да изхвърля отработените газове. Конфигурацията е привидно проста идея с далечни последствия за мощността, ефективността и емисиите.

Обосновката се крепи на площта на клапаните и потока. Способността на двигателя да създава мощност зависи в голяма степен от количеството въздух, което може да премине през цилиндъра, а то е ограничено от отворената площ на клапаните му. В рамките на фиксираното кръгло пространство в горната част на цилиндъра два по-малки клапана от даден тип осигуряват по-голяма обща отворена площ и обиколка, отколкото би могъл един голям клапан, и също така могат да се отварят и затварят по-бързо, защото всеки отделен клапан е по-лек. Затова двигателят диша по-лесно, особено при високи обороти, където наличното време за всеки смукателен такт е много кратко.

Второ конструктивно предимство засяга запалителната свещ. С два смукателни и два изпускателни клапана, разположени симетрично около камерата, свещта може да застане в центъра, точно над буталото. Централната точка на запалване означава, че фронтът на пламъка изминава по-късо и по-равномерно разстояние до стените на камерата, осигурявайки по-бързо, по-пълно и по-постоянно горене. Това подобрява ефективността, намалява склонността към детонация и понижава емисиите на неизгорели въглеводороди.

Концепцията с четири клапана не е нова — тя се появи на състезателните и авиационните двигатели в началото на двадесети век — но навлезе в масовите автомобили едва когато прецизността на производството и популярността на горните разпределителни валове я направиха икономически изгодна за обикновените коли. Тя се съчетава естествено с двата горни разпределителни вала (DOHC), при които единият вал задвижва смукателните клапани, а другият — изпускателните, осигурявайки прецизно задвижване и на четирите. Съществуват и алтернативни схеми, включително конструкции с три клапана (два смукателни и един изпускателен) и високофорсирани глави с пет клапана, но четирите клапана се доказаха като най-добрия баланс между пълнене, цена и разположение.

На практика схемата носи осезаеми ползи за водача: по-широк и по-използваем диапазон на мощността, по-висока безопасна граница на оборотите, по-добра икономичност и по-чисти отработени газове, при това при същия работен обем. Добавената сложност — двойно повече клапани, пружини, седла и задвижващи елементи — повишава леко производствената цена и броя на детайлите, но надеждността се оказа отлична и компромисът отдавна се смята за оправдан.

Тази схема се разбира най-добре във връзка с елементите на газоразпределителния механизъм, на които разчита. Тя надгражда пряко функцията на самите клапани и на разпределителния вал, който ги задвижва, реализира се най-често чрез глава с DOHC и контрастира с по-простата технология с три клапана, която до голяма степен измести.