Газораспределительный механизм как неотъемлемая часть двигателя появился практически с первыми моторами и почти столетие доставлял проблемы только в случае отсутствия техобслуживания. И ведь нельзя сказать, что за это время не менялся (об этом отдельный разговор). Но в процессе технического совершенствования ГРМ лишь немного усложнялись сервисные процедуры, что никак не сказывалось на ресурсе механизма и всех его составляющих. То ли дело последние полтора десятилетия или чуть больше. Сейчас даже при всех обещаниях производителя — мол, «на весь срок службы, среди сервисных операций не значится» и т. д. — компоненты ГРМ требуют пригляда. Зачем и какого?

На самых первых ДВС, появившихся еще в XIX веке, были они двух- или четырехтактными, подачей топлива управляли золотниковые клапаны разной конструкции, приводившиеся через эксцентрик от коленвала. На «двухтактниках», это общеизвестно, параллельно использовался принцип газораспределения, когда впускные и выпускные окна в стенке цилиндра закрывал/открывал непосредственно поршень. Но двухтактные моторы стали уделом мототехники, а для автомобилей нужно было изобретать нечто новое. Интересно, что привычные для нас Т-образные клапаны появились уже в конце XIX века.
Daimler Wire-Wheel образца 1889 года с 565-кубовым полуторасильным V2 и Benz Velo 1894-го с литровым одноцилиндровым двигателем той же мощности. Оба уже имели некое подобие газораспределительного механизма с клапанами. Впускные открывались благодаря разрежению — при ходе поршня вниз. Выпускные же приводились прообразом будущего распределительного вала
На четырехцилиндровых двигателях распредвал уже был нужен. Где располагался? Разумеется, в блоке, при этом клапаны находились непосредственно над ним и параллельно цилиндру. Такая — названная нижнеклапанной — компоновка ГРМ обуславливалась отсутствием необходимости устраивать сложную по форме и содержанию головку блока, что по тем временам было дорого и вообще не всегда возможно.

Слева разрез традиционного нижнеклапанного двигателя. Справа мотор с так называемой T-head — Т-образной головкой блока, в которой впускные и выпускные клапаны находились по разные стороны блока и приводились каждый своим распредвалом. Зачем? Подобное расположение позволяло снизить температуру впускных клапанов и, соответственно — попадавшей в камеры сгорания топливной смеси
Простота конструкции оборачивалась одним врожденным и непреодолимым недостатком. Из-за расположения клапанов рядом с цилиндром камера сгорания получалась продолговатой. Это, во-первых, приводило к тому, что бензин с воздухом смешивался некачественно. Во-вторых, форма камеры не позволяла значительно уменьшить ее объем, увеличив тем самым степень сжатия и мощность. Да и путь топливной смеси к цилиндрам был «долог и тернист». Альтернативой «нижнеклапанникам» стал смешанный тип размещения клапанов (головки при таком получили определение F-head), появившийся в начале 10-х годов прошлого века. Впускной находился в головке, что обеспечивало лучшую наполняемость камер сгорания горючей смесью. Выпускной располагался по-прежнему в блоке. И оба приводились нижним распредвалом.

Одним из производителей, использовавших разное расположение клапанов, был Harley-Davidson. Среди автомобильных компаний предпочтение ему отдавали в Horch, Rolls-Royce, Rover, Willys
Еще более интересной альтернативой нижним и вообще клапанам стало изобретение (в начале XX века) американца Чарльза Найта. Никак он отталкивался от двухтактного принципа газораспределения. Чем еще объяснить придуманную им конструкцию, в которой впускные и выпускные окна также располагались в стенке цилиндра, однако открывались-закрывались они снаружи — скользящей по цилиндру гильзой.

Mercedes-Knight 16/40 HP 1911 года (вверху), Willys-Knight Touring 1915-го (слева), Willys-Knight 66B Roadster 1930-го (в центре) и его двигатель. Обычно производители использовали систему Найта на моделях представительского класса. Тому было объяснение — отсутствие клапанов определяло тишину работы мотора

Движение гильз осуществлялось благодаря распредвалу, приводимому от коленвала через пакет шестерен. Помимо бесшумной работы такой принцип газораспределения, в сравнении с «нижнеклапанниками», обеспечивал лучшую наполняемость и очищение камер сгорания топливной смесью и продуктами горения. В недостатках значились плохая герметичность окон и, судя по всему, большой расход бензина. А также сложность устройства подобного привода ГРМ и повышенный расход масла
Представьте себе, верхнее расположение клапанов — в головке блока — начали использовать еще в начале прошлого столетия. Тогда же появились двигатели и с находящимся вверху распредвалом.

Слева — один из двигателей братьев Райт 1910 года с верхним расположением клапанов, но распредвалом в блоке. В центре — агрегат, устанавливавшийся на Mercedes 115 PS Grand Prix Rennwagen 1914 года (справа). На нем распредвал уже сверху, правда, находится над раздельными головками блока, а не включен в них
Любопытно, что даже в рамках одного производителя на разных моделях могли применяться и нижнеклапанные двигатели, и верхнеклапанные, и с распредвалом вверху, и с газораспределением посредством скользящих гильз. В том же Mercedes на протяжении 10-х годов минувшего века, похоже, все это использовалось «здесь и сразу». Впрочем, пересмотр отношения инженеров к ГРМ произошел еще до Второй мировой войны. Изобретение Найта приговорила сложность и дороговизна его исполнения. Распредвал сверху также считался непростым с точки зрения технологии производства. О минусах нижнеклапанной схемы мы говорили. А вот конструкция с верхними клапанами, приводимыми от вала, расположенного в блоке (такой механизм получил название OHV — OverHead Valve), прижилась надолго. До сих пор ее можно видеть на американских V8 и еще совсем недавно она присутствовала на V6. Логично, что до наших дней этот тип ГРМ дожил именно на моторах, где мощность получается благодаря большому рабочему объему, который компенсирует недостатки нижнего расположения вала. Дело в том, что устройство привода клапанов в таком случае оставляет места в головке только для пары клапанов на цилиндр, ограничивает сечение впускных и выпускных каналов и заставляет мудрить с их формой. Вдобавок подобный механизм — все его штанги, толкатели и прочее — обладает значительной инерционностью, что снижает максимально допустимые обороты коленвала.

Механизм OHV еще называют pushrod — от английского «толкатель». Кто-то из-за этой характерной особенности именует так двигатели. Распредвал приводится от коленвала либо шестернями, либо короткой цепью — надежно и долговечно
ГРМ с распредвалом вверху — OHC или SOHC (OverHead Camshaft или Single OverHead Camshaft) — как уже было сказано, появился в начале XX века. Но более-менее массово переходить на эту конструкцию производители начали в 50–60-х. К DOHC (Double OverHead Camshaft) — двум распредвалам в головке, то есть к их серийному распространению, пришли на десятилетие позже. Однако дебют такого ГРМ опять же состоялся гораздо раньше.

Alfa-Romeo 6C и ее 1,5-литровая рядная «шестерка» с двумя распредвалами. Один из первых автомобилей и двигателей с подобным механизмом. В фирме с DOHC экспериментировали еще в 1913–14 гг. Возможно, чуть раньше такие опыты ставили в компаниях Peugeot, Delage, Humber. Речь шла о спортивных моторах и моделях
Пара валов позволяла без проблем увеличивать число клапанов на цилиндр до четырех (хотя есть примеры SOHC с 16 клапанами на R4; скажем, хондовский двигатель D15, оснащенный к тому же системой изменения фаз газораспределения). А это, в свою очередь, позволяло лучше наполнять цилиндры горючей смесью и повышать мощность. Сейчас DOHC за редким исключением безальтернативен. Привод, как показывает время, тоже. От зубчатого ремня, появившегося в 60-х и ставшего бесшумным заменителем цепи, теперь производители отказываются едва ли не повсеместно. Многозвенные пластинчатые цепи не намного шумнее ремней, хотя и дороже по себестоимости. Основное же их преимущество — маркетинговое. Поскольку заявляется, что цепь рассчитана на весь срок службы двигателя, то компании радуют своих клиентов — дескать, на одну дорогостоящую процедуру обслуживания стало меньше. Так ли это на самом деле?