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.

Устройство двигателя автомобиля

На автомобилях установлены четырехцилиндровые четырехтактные карбюраторные двигатели различного объема цилиндров, с рядным расположением цилиндров и с распределительным валом, размещенным на головке цилиндров. Двигатель специально спроектирован для поперечного расположения на переднеприводном автомобиле. Поэтому его компоновка и основные размеры выбраны такими, чтобы он вместе с коробкой передач мог разместиться поперек между брызговиками передних колес.

Три унифицированных двигателя рабочим объемом 1100, 1300 и 1500 см 3 образуются сочетанием трех различающихся по высоте и диаметру цилиндров блоков, двух головок цилиндров с различными по диаметру впускными каналами, а также двух поршней, отличающихся по диаметру (76 и 82), и двух коленчатых валов с радиусами кривошипов, соответствующих ходам поршня 60,6 и 71 мм.

В сборе с коробкой передач и сцеплением двигатель образует единый жесткий узел — силовой агрегат. Он установлен на автомобиле на трех эластичных опорах Они воспринимают как массу силового агрегата, так и нагрузки, возникающие при трогании автомобиля с места, разгоне и торможении. Эластичные опоры поглощают вибрации работающего двигателя и не передают их на кузов, благодаря чему уменьшается шум в салоне автомобиля С другой стороны, эластичные опоры защищают силовой агрегат от резких ударов при движении автомобиля по неровностям дороги.

На автомобиле принята трехточечная схема крепления силового агрегата, состоящая из передней, задней и левой опор. Передняя и левая опоры имеют одинаковое устройство и состоят из наружной стальной обоймы и внутренней алюминиевой втулки, между которыми находится привулканизированная к ним резина.

Задняя опора крепится болтами снизу к днищу кузова. Она состоит из наружной стальной арматуры и внутренней алюминиевой втулки также разделенных резиной. Кронштейн задней подвески — стальной, кованый, крепится на коробке передач болтами, соединяющими картер сцепления с картером коробки передач.

Блок цилиндров

Все цилиндры двигателя объединены вместе с верхней частью картера в один общий узел — блок цилиндров, отлитый из специального высокопрочного чугуна. При такой компоновке обеспечивается прочность конструкции, жесткость, компактность и уменьшается масса двигателя. Протоки для охлаждающей жидкости сделаны по всей высоте блока цилиндров, что улучшает охлаждение поршней и поршневых колец и уменьшает деформации блока цилиндров от неравномерного нагрева.

Цилиндры блока по диаметру подразделяются на пять классов через 0,01 мм. обозначаемых буквами А, В, С, D, Е :

Класс	Диаметр цилиндра двигателей 21081, 2108, мм	Диаметр цилиндра двигателя 21083, мм
А	76,000-76,010	82,000-82,010
В	76,010-76,020	82,010-82,020
С	76,020-76.030	82,020-82,030
D	76,030-76,040	82,030-82,040
Е	76,040-76,050	82,040-82,050

Класс цилиндра указан на нижней плоскости блока против каждого цилиндра. Цилиндр и сопрягающийся с ним поршень должны быть одного класса. При ремонте цилиндры могут быть расточены и отхонингованы под увеличенный диаметр поршней на 0,4 и 0,8 мм.

В нижней части блока цилиндров расположены пять опор коренных подшипников коленчатого вала с тонкостенными сталеалюминиевыми вкладышами Верхние и нижние вкладыши среднего (3-го) коренного подшипника без канавки на внутренней поверхности. У остальных опор верхние вкладыши с канавкой на внутренней поверхности, а нижние — без канавки. До 1988 г. нижние вкладыши этих подшипников тоже были с канавками.

Подшипники имеют съемные крышки 2, которые крепятся к блоку цилиндров самоконтрящимися болтами. Отверстия под подшипники коленчатого вала в блоке цилиндров обрабатываются в сборе с крышками, что обеспечивает высокую точность, правильную геометрическую форму отверстий и их соосность. Поэтому крышки подшипников невзаимозаменяемы и для различия имеют на наружной поверхности риски (см. рис. 6).

В средней опоре имеются гнезда для установки упорных полуколец 12 (см рис. 6). удерживающих коленчатый вал от осевых перемещений. С задней стороны от средней опоры ставится металлокерамическое полукольцо (желтого цвета), а с передней стороны — сталеалюминиевое.

Величина осевого зазора коленчатого вала должна быть 0,06-0,026 мм. Если зазор превышает максимально допустимый (0,35 мм), необходимо заменить полукольца ремонтными, увеличенными на 0,127 мм. Следует иметь в виду, что канавки, находящиеся на одной стороне полуколец, должны быть обращены к упорным поверхностям коленчатого вала.

Снизу блок цилиндров закрывается стальным штампованным картером 37. Картер имеет перегородку для успокоения масла. Между масляными картером и блоком цилиндров установлена прокладка из пробкорезиновой смеси.

К заднему торцу блока цилиндров крепится картер сцепления. Точное расположение картера относительно блока цилиндров и соосность коленчатого вала и первичного вала коробки передач обеспечивается двумя центрирующими втулками, запрессованными в блок цилиндров.

Головка цилиндров

Головка цилиндров 27 общая для четырех цилиндров. отлита из алюминиевого сплава, имеет камеры сгорания клиновидной формы. В головку запрессованы направляющие втулки клапанов и седла, изготовленные из чугуна. Седла, предварительно охлажденные в жидком азоте, вставлены в гнезда нагретой головки цилиндров. Благодаря этому обеспечивается надежная и прочная посадка седел в головке.

Между головкой и блоком цилиндров установлена специальная безусадочная прокладка на металлическом каркасе. Головка центрируется на блоке цилиндров двумя втулками и крепится к нему десятью болтами.

Для равномерного обжатия всей поверхности прокладки головки блока, для обеспечения надежного уплотнения и исключения в последующем подтяжки болтов при техническом обслуживании автомобиля болты крепления головки цилиндров затягиваются равномерно без рывков в четыре приема и в строго определенной последовательности (см. рис. 7):

• 1 прием — затягивают болты моментом 2 кг·см;
• 2 прием — затягивают болты моментом 7,08-8,74 кг·см,
• 3 прием — доворачивают болты на 90°;
• 4 прием — снова доворачивают болты на 90°.

В верхней части головки цилиндров расположены пять опор под шейки распределительного вала 17. Опоры выполнены разъемными. Верхняя половина находится в корпусах подшипников 16 и 21 (переднем и заднем), а нижняя — в головке цилиндров. Установочные втулки корпусов подшипников распределительного вала размещены у шпилек крепления корпусов Отверстия в опорах обрабатываются в сборе с корпусами подшипников, поэтому они невзаимозаменяемы, и головку цилиндров можно заменять только в сборе с корпусами подшипников.

На поверхности головки цилиндров, сопрягающиеся с корпусами подшипников, в зоне крайних опор распределительного вала наносят герметик типа КЛТ-75ТМ. Устанавливают корпуса подшипников и затягивают гайки их крепления в два приема.

• 1-й прием — предварительно затягивают гайки в последовательности, указанной на листе 7, до прилегания поверхностей корпусов подшипников к головке цилиндров, следя за тем, чтобы установочные втулки корпусов свободно вошли в свои гнезда;
• 2-й прием — окончательно затягивают гайки моментом 2,2 кг/см в той же последовательности.

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 полоборота (180°) коленчатого вала.

Впускной клапан начинает открываться с опережением, т.е. до подхода поршня к верхней мертвой точке (ВМТ) на расстояние, соответствующее 33* поворота коленчатого вала до ВМТ. 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 поршнями нижней мертвой точки (НМТ) на .расстоянии, соответствующем 79′ поворота коленчатого вала после НМТ 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 292°.

Выпускной клапан начинает открываться еще до полного окончания рабочего хода, до подхода поршня к НМТ на расстояние, соответствующее 47° поворота коленчатого вала до НМТ. 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 ВМТ. т.е. когда коленчатый вал повернется на 17° после ВМТ. Таким образом, продолжительность выпуска составляет 244°.

Из диаграммы фаз видно, что существует такой момент (50° поворота коленчатого вала около ВМТ), 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 А между кулачком распределительного вала и толкателем клапана на холодном двигателе.

Чтобы обеспечить согласование моментов открытия и закрытия клапанов с углами поворота коленчатого вала (т. е. обеспечить правильную установку фаз газораспределения), на деталях двигателя имеются метки (см. рис. 7) 7 — на задней крышке зубчатого ремня; 8 — на шкиве распределительного вала; 10 и 11 — на передней крышке зубчатого ремня; 12 — на шкиве привода генератора; 13 — на крышке масляного насоса; 14 — на зубчатом шкиве коленчатого вала.

Если фазы газораспределения установлены правильно, то при положении поршня первого цилиндра в ВМТ в конце такта сжатия метка 7 на задней крышке зубчатого ремня должна совпадать с меткой 8 на шкиве распределительного вала, а метка 14 на зубчатом шкиве коленчатого вала — с меткой 13 на крышке масляного насоса.

Когда полость привода распределительного вала закрыта передней крышкой, то положение коленчатого вала можно определить по меткам на шкиве привода генератора и передней крышке зубчатого ремня При положении поршня четвертого цилиндра в ВМТ метка 12 на шкиве должна совпадать с меткой 11 на крышке привода распределительного вала. Кроме того, можно пользоваться меткой 20 (см. рис. 6) на маховике и шкалой 19 в люке картера сцепления. Одно деление шкалы соответствует повороту коленчатого вала на 1°. При совпадении меток регулируются натяжение ремня и зазоры А в клапанном механизме.

Порядок работы двигателя Для плавной работы многоцилиндрового двигателя и уменьшения неравномерных нагрузок на коленчатый вал рабочие процессы в различных цилиндрах должны происходить в определенной последовательности (порядке). Порядок работы цилиндров двигателя зависит от расположения шеек коленчатого вала и кулачков распределительного вала и у двигателей семейства 2108 составляет 1-3-4-2.

Последовательность чередования тактов в цилиндрах двигателя за два полных оборота удобно проследить по таблице: