Клапанный механизм газораспределения является основным типом ГРМ, применяемым в современных автомобильных и тракторных двигателях. Клапанный ГРМ имеет следующие достоинства: простота конструкции и ремонта, низкая стоимость производства, совершенство уплотнения рабочей части цилиндра, надёжность работы. Клапаны бывают двух типов:
1) – Нижние (боковые) клапаны – открываются при движении вверх, то есть в направлении от коленчатого вала, и располагаются в блок-картере;
2) – Верхние (подвесные) клапаны – открываются при движении вниз, то есть в направлении к коленчатому валу, и располагаются в головке цилиндров.
Нижнее расположение клапанов позволяет уменьшить не только высоту головки цилиндров, но и двигателя в целом, а также упростить конструкцию механизма газораспределения и привода к распределительному валу. Недостатком данной схемы является снижение экономических показателей использующих её двигателей вследствие увеличения объёма камеры сгорания (IV) [рис. 1, а)], а также ограничение степени форсирования двигателя из-за невозможности достижения высокого коэффициента наполнения при повышенном скоростном режиме работы. Нижнее расположение клапанов используется только в карбюраторных двигателях с невысокой частотой вращения коленчатого вала и сравнительно низкой степенью сжатия (ГАЗ-69, ЗИЛ-157, ГАЗ-52, УАЗ-450).
Рис. 1. Формы камер сгорания различных двигателей.
а) – Камера сгорания карбюраторного двигателя;
б) – Камера сгорания дизельного двигателя;
I) – Цилиндрическая камера сгорания;
II) – Полусферическая камера сгорания;
III) – Клиновидная камера сгорания;
IV) – Г-образная (смещённая) камера сгорания;
V) – Неразделённая камера сгорания;
VI) – Неразделённая камера сгорания;
VII) – Разделённая камера сгорания;
VII) – Разделённая камера сгорания;
1) – Клапан;
2) – Искровая свеча зажигания;
3) – Форсунка;
4) – Камера сгорания;
5) – Предкамера;
6) – Основная камера;
7) – Вихревая камера.
Верхнее расположение клапанов позволяет выполнять камеры сгорания (I-III) компактной формы с малыми относительными поверхностями охлаждения, за счёт чего происходит снижение тепловых потерь и повышение экономических показателей. Помимо этого, в таких камерах происходит значительное сокращение пути пламени (от свечи до максимально удалённых мест распространения рабочей смеси), а также улучшаются условия протекания процесса сгорания, что позволяет повысить степень сжатия, используя топливо того же сорта. Верхнее расположение клапанов даёт возможность уменьшения длины впускных и выпускных клапанов каналов и придания им более выгодных форм, вследствие чего не только улучшается наполнение цилиндров свежим зарядом, но и очистка их от отработавших газов. Всё это позволяет повысить экономичность и мощность двигателя, значительно расширив возможности его форсирования по скоростному режиму. В конструкции современных моделей карбюраторных двигателей широкое применение нашли механизмы газораспределения с подвесным (верхним) расположение клапанов (ЗМЗ-53, ЗИЛ-130, ЗМЗ-24 и прочие).
В дизельных двигателях используется механизм газораспределения с верхним (подвесным) расположением клапанов, за счёт чего обеспечивается компактность камеры сгорания. Также при верхнеклапанной схеме удаётся достичь уменьшения поверхности теплоотдачи, улучшения коэффициента наполнения и, как следствие, повышения экономических и мощностных показателей дизельного двигателя.