Что дают в двигателе 4 клапана на цилиндр?

Если исходить из целесообразности в том ее смысле, чтобы только обеспечить в двигателе нормальное протекание рабочего процесса, то вполне достаточно иметь два клапана на каждый цилиндр. Один обеспечивает поступление в цилиндр свежей горючей смеси (в дизелях - воздуха) , другой отвечает за удаление из цилиндров продуктов сгорания, то есть - отработанных газов.
В 1913 году компания Peugeot отправила за океан для участия в самой престижной в то время гонке в Индианаполисе ничем не примечательный внешне автомобиль. Секрет резвости Peugeot находился под его капотом, где был установлен силовой агрегат с четырьмя клапанами на цилиндр и двумя верхними распределительными валами. То, что многоклапанное газораспределение позволило заметно увеличить мощность двигателя, - это, так сказать, был побочный эффект. Чуть позднее Эрнест Анри - главный идейный вдохновитель создания систем, которые нынче называются DOHC или Twin Cam, подвел к делу и теоретическую базу. Использование двух впускных клапанов вместо одного почти в полтора раза увеличило площадь проходного сечения через клапаны, что обеспечивало в столько же раз лучшее наполнение цилиндров свежим зарядом горючей смеси. А чем выше степень наполнения, тем большую мощность отдает мотор. Два же выпускных клапана позволяют отработанным газам быстрее покинуть цилиндр и не препятствовать его наполнению опять-таки свежим зарядом.
Идеального числа клапанов не существует. В конце концов, все определяет диаметр цилиндров в двигателе, а также цели, которые преследуются конструкторами при разработке того или иного силового агрегата. Низкие затраты на изготовление, высокая надежность и простота обслуживания - от таких преимуществ двухклапанных моторов отказываться неразумно. В то же время увеличение числа клапанов на цилиндр свыше четырех уже не дает сколь-нибудь заметных результатов - лучшее наполнение компенсируется повышенными потерями на трение в клапанном механизме.

Чем больше клапанов приходится на каждый цилиндр, тем выше отдача двигателя. Мощность зависит от того, насколько быстро сгорает топливо в камере сгорания, а это, в свою очередь, зависит от скорости прохождения воздуха через двигатель. Воздух же поступает в мотор через «бутылочные горлышки» клапанов. Чем «шире» открываются клапаны (речь идет о произведении длины окружности на высоту подъема клапана) , тем лучше. Однако высота поднятия клапана небезгранична, так как может произойти контакт между клапаном и поршнем. Поэтому все определяет длина окружности отверстия клапана (не путать с площадью отверстия) .
Поупражняйтесь. Возьмите циркуль, лист бумаги и калькулятор. Элементарных навыков черчения и вычисления достаточно, чтобы понять, что чем больше маленьких кругов (клапанов) можно втиснуть в большой круг (цилиндр) , тем больше будет суммарная длина окружности седел клапанов. Но чтобы запихнуть в цилиндр больше клапанов, сами клапаны нужно делать меньше. Математические расчеты показывают, что наибольшего прироста суммарной длины окружности можно добиться при переходе от четного числа кругов к нечетному. Иначе говоря, если к двум клапанам добавить третий, выигрыш будет внушительным, а вот если к трем добавить четвертый, прирост окажется сравнительно небольшим. Пятый клапан опять даст существенный выигрыш в суммарной длине окружности. Втиснуть в окружность цилиндра больше пяти клапанов слишком сложно и поэтому непрактично.
У четырехклапанной схемы есть масса преимуществ. Свечу зажигания можно расположить строго по центру – в большинстве случаев такое положения является оптимальным. Впускные и выпускные клапаны можно скомпоновать параллельными парами в компактной шатровой камере сгорания, что обеспечивает эффективное сгорание рабочей смеси и снижает вредные выбросы. С пятью клапанами форма камеры сгорания неизбежно ухудшается, а соотношение площади ее поверхности к объему увеличивается, что приводит к снижению эффективности сгорания рабочей смеси.