Общее устройство двигателя автомобиля
На автомобилях установлены четырехцилиндровые, четырехтактные карбюраторные двигатели с различным объемом цилиндров.
Компоновка двигателей отличается простотой и удобством обслуживания. Все узлы двигателя, требующие регулирования или ухода (распределитель зажигания, свечи, карбюратор, воздушный фильтр, регулировочные винты рычагов привода клапанов, гайка натяжителя цепи, масляный фильтр, генератор), установлены в легкодоступных местах.
Цилиндры двигателя объединены вместе с верхней частью картера и представляют собой единую отливку — блок цилиндров. При такой компоновке обеспечивается прочность конструкции, жесткость, компактность, надежность и уменьшается масса двигателя. В каждом цилиндре двигателя имеются по одному впускному и одному выпускному клапану.
Поршни 17 имеют по два компрессионных кольца 40 и 41 и одно маслосъемное 39 с пружиной. Поршень с шатуном 11 соединен поршневым пальцем 16, запрессованным в верхнюю головку шатуна.
Распределительный вал 23 установлен на головке цилиндров в корпусе 24 и приводится во вращение от коленчатого вала двухрядной роликовой цепью 18. Достоинствами привода являются простота конструкции и меньшая масса по сравнению с другими видами передач.
Блок цилиндров 12 является базовой деталью двигателя и служит для установки и крепления механизмов, аппаратов и вспомогательных агрегатов двигателя. Блок отлит из специального низколегированного чугуна. Протоки для охлаждающей жидкости сделаны по всей высоте цилиндров, что улучшает охлаждение поршней и поршневых колец и уменьшает деформации блока от неравномерного нагрева.
Для повышения жесткости двигателя нижняя плоскость блока опущена на 50 мм ниже оси коленчатого вала. Цилиндры блока по диаметру подразделяются на пять классов через 0,01 мм, обозначаемых буквами А, В, С, D, Е. Класс цилиндров указан на нижней плоскости блока против каждого цилиндра. Цилиндр и сопрягающийся с ним поршень должны иметь одинаковый класс. При ремонте блока цилиндры могут быть расточены и хонингованы под увеличенный диаметр поршней (на 0,2—0,4—0,6 мм) с учетом обеспечения зазора между поршнем и цилиндром, равного 0,05 0,07 мм.
В нижней части блока цилиндров расположены пять опор коренных подшипников коленчатого вала с тонкостенными сталеалюминиевыми вкладышами 4. Подшипники имеют съемные крышки 2, которые крепятся к блоку самоконтрящимися болтами. Отверстия под подшипники коленчатого вала в блоке цилиндров обрабатываются в сборе с крышками. Поэтому крышки подшипников невзаимозаменяемы и для различия на наружной поверхности имеют риски. Опоры подшипников и соответствующие им крышки отсчитываются от переднего торца блока цилиндров.
В левой части блока установлен валик привода масляного насоса, распределителя зажигания и топливного насоса. В отверстия под подшипники валика запрессованы свертные сталеалюминиевые втулки. Совместной их обработкой в блоке обеспечивается необходимая соосность подшипников. При проверке технического состояния и ремонте блока необходимо следить за совпадением смазочного отверстия в передней втулке с каналом в блоке цилиндров.
В передней части блока цилиндров имеется полость для цепного привода механизма газораспределения. Эта полость закрыта крышкой 14. С задней стороны к блоку цилиндров прикреплен держатель заднего сальника. В крышку 14 и держатель установлены самоподжимные сальники.
С левой стороны к блоку цилиндров прикреплены масляный фильтр, топливный насос, устанавливается система вентиляции картера и электрический датчик 33 давления масла. Двигатель автомобиля ВАЗ-2103 снабжен дополнительно датчиком 32 указателя давления масла. С правой стороны на блок цилиндров установлены водяной насос и генератор. В нижней части блока цилиндров с правой и левой стороны имеются приливы для установки двигателя на кронштейнах подвески. На верхней плоскости блока в передней левой ее части установлен прерыватель-распределитель. Снизу блок цилиндров закрыт стальным штампованным картером 38. Картер имеет перегородку для успокоения масла. Между поддоном картера и блоком цилиндров установлена прокладка из пробкорезиновой смеси.
Головка цилиндров 19 общая для четырех цилиндров, отлита из алюминиевого сплава, имеет камеры сгорания клиновидной формы. В головку запрессованы направляющие втулки клапанов и седла, изготовленные из чугуна. Размеры седла впускного клапана больше размеров седла выпускного клапана.
Между головкой и блоком цилиндров установлена прокладка, изготовленная из асбестового материала на металлическом каркасе, пропитанная графитом; по краям отверстий под цилиндры прокладка имеет окантовку из мягкой стали. Отверстие канала подачи масла к распределительному валу окантовано медной лентой. Чтобы прокладка не прилипала к блоку и головке цилиндров, перед сборкой ее рекомендуется натереть графитовым порошком.
Головка цилиндров крепится к блоку цилиндров 11 болтами. Для равномерного и плотною прилегания головки к блоку и исключения коробления болты необходимо затягивать на холодном двигателе в два приема с помощью динамометрического ключа и в строго определенной последовательности (от центра к периферии налево и направо поочередно). В первый прием затяжка осуществляется предварительно (момент затяжки приблизительно 4 кгс·м для 10 основных болтов и 1,5 кгс·м для одного болта на приливе). Во второй прием производится окончательная затяжка (момент затяжки 11,5 кгс·м для 10 болтов и 3,8 кгс·м для болта на приливе).
Болты крепления головки цилиндров следует подтягивать после пробега первых 1500—2000 км, а в дальнейшем после снятия головки цилиндров или при появлении признаков прорыва газов или пропуска охлаждающей жидкости между блоком и головкой цилиндров.
Сверху головка цилиндров закрыта стальной штампованной крышкой. В верхней части крышка имеет горловину для заливки масла в двигатель. Для устранения течи масла между головкой цилиндров и крышкой установлена прокладка из пробкорезиновой смеси. Крышка крепится к головке цилиндров с помощью шпилек и гаек. Для улучшения прилегания крышки к головке под гайки установлены широкие жесткие шайбы.
Двигатель в сборе со сцеплением и коробкой передач устанавливается на автомобиле на трех эластичных опорах. Опоры воспринимают как массу силового агрегата, так и нагрузки, возникающие при трогании автомобиля с места, разгоне и торможении.
Двумя передними опорами 28 двигатель крепится к поперечине передней подвески автомобиля, а задней 29 — к поперечине задней подвески двигателя.
Передние опоры имеют резиновые подушки 35, в которых завулканизированы стальные шайбы с болтами крепления. Для увеличения жесткости в отверстии, внутри подушек находятся пружины. Для ограничения ходов применяются буфера 34, которые представляют собой резиновый стержень с завулканизированной стальной втулкой.
Подушки крепятся к промежуточным пластинам, а те, в свою очередь, к кронштейнам 36 передней опоры двигателя; кронштейны закрепляются на фланце блока цилиндров четырьмя шпильками.
Задняя опора 29 состоит из трех стальных пластин, привулканизированных к разделяющей их резине. Верхняя пластина крепится к задней крышке коробки передач, а нижние — к поперечине задней подвески двигателя.
Привод вспомогательных агрегатов
Вспомогательные агрегаты двигателя, так же как и клапанный механизм, приводятся в действие от коленчатого вала с помощью цепной передачи, которая расположена в передней полости блока цилиндров и закрыта алюминиевой крышкой.
Цепная передача состоит из двухрядной втулочно-роликовой цепи 44, ведущей звездочки 53, установленной на коленчатом валу, ведомой звездочки 45, ведомой звездочки 42 распределительного вала, успокоителя 43 цепи и натяжителя 30 с башмаком 46.
Башмак натяжителя и успокоитель цепи имеют стальной каркас с привулканизированным слоем резины. В нижней части блока цилиндров устанавливается ограничительный палец 54, не допускающий спадания цепи в картер двигателя при снятии звездочки распределительного вала (когда снимается головка цилиндров на автомобиле).
Валик 47 привода масляного насоса и распределителя зажигания установлен вдоль двигателя и имеет две опорные шейки, винтовую шестерню и эксцентрик 52, который через толкатель приводит в действие топливный насос. Винтовая шестерня валика 47 находится в зацеплении с шестерней 49 и приводит в действие распределитель зажигания и масляный насос. Шестерня 49 установлена вертикально и вращается в металлокерамической втулке 50, запрессованной в блок цилиндров. В шестерне выполнено отверстие со шлицами, в которое входят шлицевые концы валиков распределителя зажигания и масляного насоса.
Корпус распределителя зажигания установлен на верхней плоскости блока цилиндров и крепится к нему стальной пластиной. Масляный насос крепится болтами к нижней плоскости блока цилиндров.
Фазы газораспределения
За один рабочий цикл в цилиндре двигателя происходит четыре такта — впуск горючей смеси, сжатие, рабочий ход и выпуск отработавших газов. Эти такты осуществляются за два оборота коленчатого вала, т. е. каждый такт происходит за пол-оборота (180°) коленчатого вала.
Впускной клапан начинает открываться с опережением, т. е. до подхода поршня к верхней мертвой точке (в. м. т.) на расстояние, соответствующее 12° поворота коленчатого вала до в. м. т. Это необходимо для того, чтобы клапан был полностью открытым, когда поршень пойдет вниз, и через полностью открытое впускное отверстие поступило по возможности больше свежей горючей смеси.
Впускной клапан закрывается с запаздыванием, т. е. после прохождения поршнем нижней мертвой точки (н. м. т.) на расстоянии, соответствующем 40° поворота коленчатого вала после н. м. т. Вследствие инерционного напора струи всасываемой горючей смеси она продолжает поступать в цилиндр, когда поршень уже начал движение вверх, и тем самым обеспечивается лучшее наполнение цилиндра. Таким образом, впуск практически происходит за время поворота коленчатого вала на 232°.
Выпускной клапан начинает открываться еще до полного окончания рабочего хода, до подхода поршня к н. м. т. на расстояние, соответствующее 42° поворота коленчатого вала до н. м. т. В этот момент давление в цилиндре еще довольно велико и газы начинают интенсивно истекать из цилиндра, в результате чего их давление и температура быстро падают. Это значительно уменьшает работу двигателя во время выпуска и предохраняет двигатель от перегрева.
Выпуск продолжается и после прохождения поршнем в. м. т., т. е. когда коленчатый вал повернется на 10 после в. м. т. Таким образом, продолжительность выпуска составляет 232°.
Из диаграммы фаз газораспределения видно, что существует такой момент (22° поворота коленчатого вала около в. м. т.), когда открыты одновременно оба клапана — впускной и выпускной. Такое положение называется перекрытием клапанов. Из-за малого промежутка времени перекрытие клапанов не приводит к проникновению отработавших газов во впускной трубопровод, а наоборот, инерция потока отработавших газов вызывает подсос горючей смеси в цилиндр и тем самым улучшает его наполнение.
Описанные фазы газораспределения имеют место при зазоре 0,30 мм между кулачком распределительного вала и рычагом привода клапанов на холодном двигателе.
Чтобы обеспечить согласование моментов открытия и закрытия клапанов с углами поворота коленчатого вала (т. е. обеспечить правильную установку фаз газораспределения), на звездочках коленчатого и распределительного валов имеются метки, а также на блоке цилиндров и корпусе подшипников распределительного вала. Если фазы газораспределения установлены правильно, то при положении поршня четвертого цилиндра в в. м. т. в конце такта сжатия метка а на корпусе подшипников распределительного вала должна совпадать с меткой б на звездочке распределительного вала, а метка в на звездочке коленчатого вала — с меткой г на блоке цилиндров.
Когда полость привода распределительного вала закрыта крышкой, то положение коленчатого вала можно определить по меткам на шкиве и крышке привода распределительного вала. При положении поршня четвертого цилиндра в в. м. т. метка д на шкиве должна совпадать с длинной меткой е на крышке привода распределительного вала.
Как устроен мотор ваз 2108-09, 2110-14
Автомобиль ВАЗ-2109 комплектовался тремя силовыми агрегатами объемом 1,1, 1,3 или 1,5 литра. За исключением рабочего объема и, соответственно, высоты, моторы «девятки» в остальном не отличаются друг от друга. Изначально все устанавливаемые двигатели были карбюраторными, и лишь в начале двухтысячных годов производитель стал комплектовать машины впрысковыми моторами. Ниже будет рассмотрено устройство двигателя «девятки» на примере 1,5-литрового инжекторного мотора ВАЗ-2111, он также устанавливался на ВАЗ-2110 и 2114 ранних годов выпуска.
Итак, «сердце» автомобиля ВАЗ-2109 –четырехтактный четырехцилиндровый восьмиклапанный «атмосферник», работающий на бензине, с верхним расположением распредвала. В отличие от заднеприводных ВАЗ-2106 и ВАЗ-2103, у переднеприводных моделей 2109, 2110, 2114 и остальных мотор располагается поперечно. Цилиндры нумеруются от шкива коленвала, порядок их работы 1-3-4-2. Электронное управление осуществляется контроллером «Январь», Bosch или GM.
Устройство кривошипно-шатунного механизма двигателя
Устройство блока цилиндров двигателя ВАЗ-2111 идентичен блоку 21083. Отлит он из чугуна, диаметр цилиндров составляет 82 мм, в случае замены поршневой группы его можно увеличить на:
- 0,4 при первом ремонте;
- 0,8 при втором.
Коленвал
Коленчатый вал размещается внизу блока и вращается на пяти коренных подшипниках, имеющих съемные крышки, крепление которых к блоку осуществляется болтами. Крышки невзаимозаменяемы и маркируются рисками на внешней стороне. Средняя опора коренного подшипника имеет гнезда, в которые устанавливаются опорные полукольца, исключающие осевое смещение коленвала. Переднее полукольцо изготавливается из сплава стали и алюминия, заднее – из металлокерамики. При появлении люфта коленчатого вала полукольца подлежат замене.
Вкладыши подшипников – опорных и шатунных – тонкостенные, выполнены из сталеалюминиевого сплава. На внутренней стороне всех верхних коренных вкладышей, за исключением вкладыша третьей опоры, имеются канавки.
Устройство кривошипа (коленвала двигателя) следующее: он чугунный, имеет четыре шатунных и пять коренных шеек. Заодно с валом отлиты восемь противовесов. Внутри вала просверлены каналы, закрытые заглушками и имеющие двойное назначение:
- по ним подается масло у шатунным шейкам от коренных;
- они очищают масло, поскольку центробежной силой к заглушкам отбрасываются все механические примеси, не задержанные фильтром.
Последнее обстоятельство необходимо учитывать при капремонте двигателя, и при снятии коленвала, а особенно при балансировке нужно прочищать каналы от накопившихся отложений. Заглушки после прочистки заменяются на новые.
К передней части коленвала крепится шкив привода распредвала, а к нему – приводной шкив генератора, который работает еще и как демпфирующее устройство, благодаря упругому элементу между внешней и внутренней частями шкива. К заднему концу при помощи шести болтов крепится чугунный маховик. У него имеется зубчатый венец, предназначенный для запуска мотора при помощи стартера. Помимо этого, на его поверхности есть конусная лунка-метка, предназначенная для определения ВМТ после того, как двигатель собран.
Поршневая группа
Шатуны изготавливаются из стали, имеют двухтавровое сечение. Крышки обрабатываются вместе с шатунами, и потому не являются взаимозаменяемыми. На них и на шатунах штампуется номер цилиндра.
Поршневые пальцы представляют собой стальные трубки. Они свободно плавают в бобышках поршней, в которых фиксируются при помощи стопорных колец.
Устройство поршней: поршни выполнены из алюминиевого сплава, имеют три канавки в верхней части под поршневые кольца. Комплект колец для каждого поршня состоит из двух компрессионных и одного маслосъемного. Компрессионные кольца не позволяют газам попасть в картер двигателя, а маслосъемное удаляет масло со стенок цилиндра и отводит его к бобышкам для смазывания поршневого пальца.
Немного ниже располагаются отверстия для поршневого пальца (бобышки). В днище поршня имеется выточка, предназначенная для предотвращения загиба клапанов в случае обрыва приводного ремня ГРМ. У ВАЗ-2109 с объемом двигателя 1,3 литра оно плоское, поэтому обрыв ремня неизбежно приводил к выходу из строя всей поршневой группы и механизма газораспределения, и как следствие, к дорогостоящему ремонту.
Устройство головки блока и ГРМ
Головка блока (ГБЦ) у всех переднеприводных авто семейства ВАЗ, будь то 2109, 2110 или 2114 одна, общая для всех цилиндров. Они монтируется к блоку при помощи десяти винтов. При монтаже под нее подкладывается металлическая прокладка. Данная прокладка предназначена для одноразового применения, и повторно ее использовать нельзя. В верхней части ГБЦ имеется пять опор распредвала.
Распределительный вал двигателя автомобиля ВАЗ-2109, имеет индекс 21083. На некоторые двигатели устанавливаются валы 2110 или 2111, их устройство несколько отличается от 21083, что позволяет получить прирост мощности мотора. Отливается вал из чугуна, на нем расположены пять опор и восемь кулачков, открывающих клапаны. В действие он приводится с помощью зубчатого ремня от шкива коленвала. Правильно установить валы относительно друг друга можно при помощи установочного выступа на задней крышке ремня ГРМ и меток на приводных шестернях и маховике.
В ГБЦ запрессованы седла, а та же направляющие втулки клапанов. На внутренней стороне втулок имеются канавки для подвода смазки, сверху втулки закрываются маслоотражательными колпачками.
Клапаны изготавливаются из стали, причем головка впускного – из жаропрочной. Монтируются они наклонно в один ряд. Впускной клапан большего диаметра чем выпускной. Зазоры между клапанами и кулачками распредвала регулируются при помощи регулировочных шайб, обладающих повышенной износостойкостью.
Толкатели представляют собой металлические стаканчики, движущиеся в отверстиях ГБЦ. Для улучшения износоустойчивости поверхность, соприкасающаяся с торцами стержней клапанов, цементируется.
Смазывание деталей
Устройство смазки двигателя автомобиля ВАЗ-2109 (2110) комбинированное. К коренным и шатунным подшипникам, а также к опорам распредвала масло подается под давлением, цилиндры, поршни, пальцы и кольца, кулачки распредвала и толкатели смазываются разбрызгиванием, ко всем остальным сопряженным деталям смазка подается самотеком.
Спереди блока установлен масляный насос шестеренчатого типа с перепускным клапаном. Маслоприемник монтируется при помощи болтов на крышку второго коренного подшипника и корпус насоса. Маслофильтр неразборный, имеет перепускной и противодренажный клапаны. Подробно устройство системы смазки и других систем двигателя рассмотрено в отдельных статьях.
» alt=»»>
Вентиляция картера производится принудительно, газы отводятся через маслоотделитель.
