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 автомобилей ВАЗ-2106 и ВАЗ-2103

На автомобилях устанавливаются двигатели одинаковой конструкции, но с различным объемом цилиндров. Они различаются, в основном, размерами блока цилиндров, поршней, коленчатого вала и деталей цепного привода.

Блок цилиндров

Блок цилиндров 18 отлит из специального чугуна. Цилиндры блока по диаметру подразделяются через 0,01 мм на пять классов, обозначаемых буквами А, В, С, D, Е. Класс цилиндра указан на нижней плоскости блока против каждого цилиндра. Цилиндр и сопрягающийся с ним поршень должны быть одного класса для обеспечения зазора между поршнем и цилиндром 0,05-0,07 мм. Диаметры цилиндров каждого класса следующие, мм:

Класс	Диаметр цилиндра двигателей 2101, 2103	Диаметр цилиндра двигателей 21011, 2106
А	76,000-76,010	79,000-79010
В	76,010-76,020	79,010-79,020
С	76,020-76,030	79,020-79,030
D	76,030-76,040	79,030-79,040
Е	76,040-76,050	79,040-79,050

В нижней части блока цилиндров расположены пять опор коренных подшипников коленчатого вала с тонкостенными сталеалюминиевыми вкладышами. Отверстия под подшипники коленчатого вала в блоке цилиндров обрабатываются в сборе с крышками 2. Поэтому крышки подшипников невзаимозаменяемы, и для различия на их наружной поверхности сделаны риски.

В задней опоре имеются гнезда для установки упорных полуколец 36, удерживающих коленчатый вал от осевых перемещений. Спереди устанавливается сталеалюминиевое полукольцо, а сзади — металлокерамическое (желтого цвета), пропитанное маслом. Величина осевого зазора коленчатого вала при сборке двигателя обеспечивается в пределах 0,06-0,26 мм. Если в эксплуатации зазор превышает максимально допустимый (0,35 мм), необходимо заменять упорные полукольца новыми или ремонтными, увеличенными на 0,127 мм. Канавки, находящиеся на одной стороне полуколец, должны быть обращены к упорным поверхностям коленчатого вала.

В передней части блока цилиндров имеется полость для привода механизма газораспределения, закрытая крышкой 8. С задней стороны к блоку цилиндров прикреплен держатель 35 заднего сальника. В крышку 8 и держатель 35 установлены самоподжимные сальники. В левой части блока установлен валик 12 привода вспомогательных агрегатов. В отверстия под подшипники валика запрессованы сталеалюминиевые втулки 51.

Головка цилиндров

Головка цилиндров 19 общая для четырех цилиндров, отлита из алюминиевого сплава. В головку запрессованы чугунные седла и направляющие втулки клапанов. В отверстиях направляющих втулок нарезаны спиральные канавки для смазки. Для уменьшения проникновения масла в камеру сгорания через зазоры между втулкой и стержнем клапана применены металлорезиновые маслоотражательные колпачки.

Головка цилиндров крепится к блоку цилиндров одиннадцатью болтами. Между головкой и блоком цилиндров установлена прокладка, изготовленная из асбестового материала на металлическом каркасе и пропитанная графитом.

Поршни

Поршни 15 изготовлены из алюминиевого сплава и покрыты слоем олова для улучшения прирабатываемо-сти. Юбка поршня в поперечном сечении овальная, а по высоте имеет коническую форму. Кроме того, в бобышки поршня залиты стальные терморегулирующие пластины. Все это выполнено для компенсации неравномерной тепловой деформации поршня при нагреве. В бобышках поршня имеются отверстия для прохода масла к поршневому пальцу.

Отверстие под поршневой палец смещено от оси симметрии на 2 мм в правую сторону двигателя для уменьшения стука поршня при переходе через ВМТ. Поэтому около отверстия под поршневой палец есть метка «П», которая при сборке должна быть обращена в сторону передней части двигателя.

Поршни, как и цилиндры, по наружному диаметру сортируются на пять классов через 0,01 мм, а по диаметру отверстия под поршневой палец — на три категории через 0,001 мм, обозначаемые цифрами 1, 2, 3. Класс поршня (буква) и категория отверстия под поршневой палец (цифра) клеймятся на днище поршня. Поршни по массе в одном и том же двигателе должны быть подобраны с максимально допустимым отклонением (2,5 г).

Поршневые пальцы

Поршневые пальцы 14. 16 и 17 изготовлены из чугуна. Наружная поверхность верхнего компрессионного кольца 17 хромирована для повышения износостойкости и для улучшения прирабатываемости имеет бочкообразную форму образующей. Нижнее компрессионное кольцо 16 — скребкового типа (с проточкой по наружной поверхности), фосфатированное.

Кольцо надо устанавливать проточкой вниз. Маслосъемное кольцо 14 имеет прорези для снимаемого с цилиндра масла и внутреннюю витую пружину (расширитель).

Шатуны

Шатуны 49 — стальные, кованые, с разъемной нижней головкой, в которой устанавливаются вкладыши шатунного подшипника. Шатун обрабатывают вместе с крышкой, поэтому при сборке номера на шатуне и крышке должны быть одинаковы.

Коленчатый вал

Коленчатый вал 1 — пятиопорный, отлит из чугуна. Шейки вала закалены токами высокой частоты на глубину 2-3 мм. В заднем конце коленчатого вала выполнено гнездо под передний подшипник первичного вала коробки передач, по наружному диаметру которого центрируется маховик 31. Маховик устанавливается на коленчатый вал так, чтобы метка (конусообразная лунка около зубчатого обода маховика) и ось шатунной шейки первого цилиндра находились в одной плоскости и по одну от оси коленчатого вала.

Вкладыши

Вкладыши коренных и шатунных подшипников — тонкостенные, сталеалюминиевые. Все шатунные вкладыши одинаковые и взаимозаменяемые. Верхние вкладыши 1-го, 2-го, 4-го и 5-го коренных подшипников одинаковые, с канавкой на внутренней поверхности, а нижние — без канавки. Вкладыши 3-го коренного подшипника отличаются от остальных большей шириной и отсутствием канавки на внутренней поверхности.

Газораспределительный механизм

Газораспределительный механизм обеспечивает наполнение цилиндров двигателя горючей смесью и выпуск отработавших газов в соответствии с принятым для двигателя порядком работы цилиндров и фазами газораспределения. К деталям механизма относятся: распределительный вал, клапаны и направляющие втулки, пружины с деталями крепления, рычаги привода клапанов.

Распределительный вал, управляющий открытием и закрытием клапанов, чугунный, литой. Трущиеся поверхности кулачков подвергнуты отбеливанию. Этот процесс заключается в электродуговом оплавлении поверхностей, в результате которого образуется слой так называемого «белого» чугуна, обладающего высокой твердостью. Вал вращается на пяти опорах в специальном корпусе 26 (см. рис. 3), а от осевых перемещений удерживается упорным фланцем, помещенным в проточке передней опорной шейки вала.

Клапаны (впускной и выпускной) расположены в головке цилиндров наклонно в один ряд. Головка впускного клапана имеет больший диаметр для лучшего наполнения цилиндра, а рабочая фаска выпускного клапана, работающая при высоких температурах в агрессивной среде выпускных газов, имеет наплавку из жаростойкого сплава. Пружины 10 и 11 (рис. 4) прижимают клапан к седлу и не позволяют ему отрываться от рычага привода. Верхняя опорная тарелка 13 пружин удерживается на стержне клапана двумя сухарями 12, имеющими в сложенном виде форму усеченного конуса.

Рычаги 15 передают усилие от кулачка распределительного вала к клапану. Рычаг одним концом опирается на сферическую головку регулировочного болта 17, а другим на торец клапана. Регулировочный болт ввернут во втулку 21 и стопорится контргайкой 18.

Привод вспомогательных агрегатов

Вспомогательные агрегаты двигателя и механизм газораспределения приводятся в действие от коленчатого вала с помощью цепной передачи. Она состоит из двухрядной втулочно-роликовой цепи 46, ведущей звездочки 49 на коленчатом валу, ведомой звездочки 43 распределительного вала, успокоителя 44 цепи и натяжителя 61 с башмаком 60. Башмак натяжителя и успокоитель цепи имеют стальной каркас с привулканизированным слоем резины.

При отворачивании фиксирующей гайки 55 цепь натягивается башмаком 60, на который действуют пружины 52 и 57 через плунжер 59. Башмак натяжителя вращается вокруг болта крепления. После затяжки гайки 55 стержень 53 зажимается цангами сухаря 54, вследствие чего блокируется пружина 52 натяжителя цепи. При работе двигателя на плунжер 59 воздействует только внутренняя пружина 57, обеспечивающая благодаря зазору 0,2-0,5 мм в механизме натяжителя компенсацию колебаний цепи. Успокоитель 44 цепи гасит колебания ведущей ветви цепи. При работе двигателя цепь вытягивается. Она считается работоспособной, если натяжитель обеспечивает ее натяжение, т.ё. если цепь вытянулась не более, чем на 4 мм.

Валик 26 привода масляного насоса, распределителя зажигания и топливного насоса установлен вдоль двигателя и имеет две опорные шейки, винтовую шестерню и эксцентрик 25, который через толкатель приводит в действие топливный насос. Винтовая шестерня валика 26 находится в зацеплении с шестерней 27, которая приводит в действие распределитель зажигания и масляный насос. Шестерня 27 вращается в металлокерамической втулке, запрессованной в блок цилиндров. В шестерне выполнено отверстие со шлицами, в которое входят шлицевые концы валиков распределителя зажигания и масляного насоса.

Работа двигателя

За один рабочий цикл в цилиндре двигателя происходит четыре такта — впуск горячей 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 за 12° до подхода поршня к верхней мертвой точке (ВМТ). Это необходимо для того, чтобы клапан был полностью открытым, когда поршень пойдет вниз. Закрывается клапан через 40° после прохождения поршнем нижней мертвой точки (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.

Выпускной клапан начинает открываться за 42° до НМТ. В этот момент давление в цилиндре еще довольно велико, и газы начинают интенсивно истекать из цилиндра. Закрывается клапан через 10° после прохождения поршнем ВМТ.

Существует такой момент (22° 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 улучшает его наполнение.

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 48 и 42, а также 47 на блоке цилиндров и 41 (выступ) на корпусе подшипников распределительного вала. Если фазы газораспределения установлены правильно, то при положении поршня четвертого цилиндра в ВМТ в конце такта сжатия метка 41 должна совпадать с меткой 42, а метка 48 — с меткой 47. Когда полость привода распределительного вала закрыта крышкой, то положение коленчатого вала можно определить по меткам на шкиве коленчатого вала и крышке привода распределительного вала.

Чтобы обеспечить правильную работу механизма газораспределения при тепловом расширении деталей на работающем двигателе, зазоры между кулачками и рычагами привода клапана устанавливаются равными 0,15 мм на холодном двигателе. Если зазоры больше, то клапаны будут открываться с запаздыванием и закрываться с опережением. Если зазора нет, то клапаны на работающем двигателе будут оставаться немного приоткрытыми. В результате резко сократится долговечность клапанов и седел, упадет мощность двигателя.