Ці два уніфіковані двигуни робочим об'ємом 649 і 750 см3 відрізняються поршнями та блоком циліндрів (різні діаметри впускних каналів та клапанів), прокладкою головки циліндрів (різні діаметри отворів під циліндри) та карбюраторами (різні тарувальні дані). Крім того, є відмінності у величині врівноважувальних мас маховика, шківа приводу генератора та врівноважувальних валів.
Двигуни зі ступенем стиснення 9,9 працюють на автомобільному бензині АІ-93 з октановим числом за методом дослідження не менше 93.
Високі потужнісні та економічні показники двигунів досягнуті за рахунок використання компактної камери згоряння, двокамерного карбюратора, підбором регулювань систем живлення та запалювання, підбором форми впускних та випускних каналів, фаз газорозподілу, зниженням механічних втрат у двигуні загалом.
Циліндри двигуна об'єднані разом з верхньою частиною картера і є єдиним виливком — блоком циліндрів. При такому компонуванні забезпечуються міцність конструкції, її жорсткість, компактність, надійність, а також зменшується маса двигуна.
У нижній частині блоку циліндрів на трьох опорах встановлений колінчастий вал. Передній та задній кінці колінчастого валу ущільнюються самопідтискними гумовими сальниками.
У кожному циліндрі двигуна є по одному впускному та одному випускному клапану. Поршні 25 мають по два компресійних кільця і по одному знімному з пружиною. З'єднаний поршень із шатуном поршневим пальцем, запресованим у верхню головку шатуна.
Розподільний вал 12 встановлений на головці циліндрів і приводиться в обертання від колінчастого валу зубчастим ременем 10. Перевагою приводу є простота конструкції і менша маса в порівнянні з іншими видами передач.
У двоциліндрових двигунів (якими є двигуни мод. 1111 та 11113) гірша врівноваженість рухомих мас кривошипно-шатунного механізму в порівнянні з чотирициліндровими. Звідси вищий рівень вібрацій двигуна. Якщо не вжити відповідних заходів, то ці вібрації негативно впливатимуть і на кузов автомобіля і на пасажирів. Тому зниження вібрацій на двигунах мод. 1111 і 11113 встановлені два врівноважуючих вала 31 з правої та лівої сторони двигуна, які наводяться в обертання шестернями від колінчастого валу. Ці вали мають неврівноважені маси та при обертанні компенсують інерційні сили від поршня та шатуна. Крім того, для зниження вібрацій на маховику 28 і шківі приводу 5 генератора виконані односторонні припливи. Внаслідок таких конструктивних заходів вібрація двигунів знижена до допустимого рівня.
Оскільки у двигунів 1111 і 11113 різні маси поршнів, то вони відповідно і різні величини дисбалансу врівноважують валів, маховика і шківа приводу генератора. Тому для відмінності на цих деталях двигуна 11113 є мітки. На маховику – кільцева канавка діаметром 135 мм з боку кріплення до колінчастого валу. На врівноважуючих валах - кільцева канавка біля посадкової поверхні заднього підшипника. На шківі приводу генератора із заднього боку проточена кільцева канавка діаметром 120 мм.
Блок циліндрів
1. Блок циліндрів. 2. Кришка першого корінного підшипника. 3. Масляний насос. 4. Передній сальник колінчастого валу. 5. Шків приводу генератора. 8. Колінчастий вал. 7. Шків приводу розподільчого валу. 8. Масляний фільтр. 9. Передня захисна кришка зубчастого ременя. 10. Ремінь приводу розподільчого валу. 11. Шків розподільчого валу. 12. Розподільний вал. 13. Сальник розподільчого валу. 14. Задня завита кришка зубчастого ременя. 15. Корпус підшипників розподільчого валу. 18. Кришка головки циліндрів. 17. Кришка масловідділювача. 18. Ексцентрик для паливного насоса. 19. Корпус допоміжних агрегатів. 20. Датчик моменту іскроутворення. 21. Відвідний патрубок сорочки, що охолоджує. 22. Головки циліндрів. 23. Датчик покажчика температури рідини, що охолоджує. 24. Впускний клапан. 25. Поршень. 26. Шатун. 27. Шестерня приводу врівноважувальних валів. 28. Маховик. 29. Шестерня врівноважуючого валу. 30. Утримувач заднього сальника колінчастого валу. 31. Врівноважуючий вал. 32. Олійний картер. 33. Покажчик рівня олії. 34. Пробка отвору для зливу олії. 35. Силовий агрегат (двигун з коробкою передач та зчепленням). 38. Кронштейн із опорою задньої підвіски двигуна. 37. Опора підвіски двигуна. 38. Кронштейн із опорою лівої підвіски двигуна. 39. Кронштейн із опорою передньої підвіски двигуна.
Блок циліндрів 1 є базовою деталлю двигуна і служить для встановлення та кріплення механізмів, апаратів та допоміжних агрегатів двигуна. Блок відлитий із спеціального низьколегованого чавуну.
Протоки для охолодної рідини зроблені по всій висоті циліндрів, що покращує охолодження поршнів і поршневих кілець і зменшує деформацію блоку від нерівномірного нагрівання.
Для підвищення жорсткості нижня площина блоку опущена на 53 мм нижче за осі колінчастого валу. Циліндри блоку по діаметру поділяються на п'ять класів через 0,01 мм, що позначаються буквами А, В, С, D, Е:
Клас | Діаметр циліндра двигуна 1111 мм | Діаметр циліндра двигуна 11113, мм |
А | 76,000...76,010 | 82,000...82,010 |
У | 76,010...76,020 | 82,010...82.020 |
З | 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 |
Клас циліндра вказаний нижній площині блоку проти кожного циліндра.
Циліндр і поршень, що сполучається з ним, повинні мати однаковий клас. При ремонті циліндри можуть бути розточені та хонінговані під збільшений діаметр поршнів на 0,4 та 0,8 мм.
У нижній частині блоку циліндрів розташовані три опори корінних підшипників колінчастого валу з тонкостінними сталеалюмінієвими вкладишами. Підшипники мають знімні кришки 2, які кріпляться до блоку болтами, що самоконтрятся. Отвори під підшипники колінчастого валу в блоці циліндрів обробляються в зборі з кришками, що забезпечує високу точність, правильну геометричну форму отворів та їх співвісність.
Вкладиші середнього корінного підшипника зроблені без канавки на внутрішній поверхні. Вкладиші крайніх корінних підшипників до 1997 р. були з канавками на внутрішній поверхні (і верхні, і нижні). З 1997 р. нижні вкладки крайніх корінних підшипників встановлюються без канавки.
Кришки підшипників незамінні і на зовнішній поверхні мають ризики (див. 9). Опори підшипників і відповідні кришки відраховуються від переднього торця блоку циліндрів. Кришки розташовані так, що позначки знаходяться з боку установки генератора.
У середній опорі є гнізда для установки наполегливих напівкілець, що утримують колінчастий вал від осьових переміщень. Величина осьового зазору має бути 0,06...0,26 мм. Якщо зазор перевищує максимально допустимий (0,35 мм), необхідно замінювати півкільця ремонтними, збільшеними на 0,127 мм. Слід мати на увазі, що канавки, що знаходяться на одній стороні напівкілець, повинні бути звернені до наполегливих поверхонь колінчастого валу.
Закривається блок циліндрів знизу сталевим штампованим картером 32. Картер має перегородку для заспокоєння олії. Між масляним картером і блоком циліндрів встановлена прокладка із пробкогумової суміші.
З задньої сторони блоку циліндрів прикріплений тримач 30 заднього сальника. Тримач, попередньо зібраний із сальником, встановлюють на блок циліндрів з покладеним у нього колінчастим валом та затягнутими кришками корінних підшипників. Прикріплений тримач до блоку циліндрів болтами із пружинними шайбами.
У передній правій частині сорочки блоку циліндрів розташована порожнина насоса рідини, що охолоджує. Нижче її кріпиться масляний фільтр 8. З лівого боку блок циліндрів встановлюється генератор. У нижній частині зліва є приплив для встановлення двигуна на кронштейні підвіски.
У передній частині блоку циліндрів встановлюється через прокладку масляний насос 3, кришці якого розташований передній сальник колінчастого валу 4.
Точне положення масляного насоса щодо блоку циліндрів та колінчастого валу забезпечується двома настановними штифтами, запресованими в корпус насоса, які входять у відповідні отвори блоку циліндрів.
До переднього торця блоку циліндрів прикріплені кришки 9 і 14, утворюють порожнину для приводу ременя механізму газорозподілу 10.
До заднього торця блоку циліндрів кріпиться картер зчеплення. Точне положення картера щодо блоку циліндрів та співвісність колінчастого вала і первинного валу коробки передач забезпечуються двома центруючими втулками, запресованими в блок циліндрів.
Головка циліндрів
Головка циліндрів 22 відлита з алюмінієвого сплаву, має камери згоряння клиноподібної форми. У головку запресовані напрямні втулки та сідла клапанів, виготовлені з чавуну. Розміри сідла впускного клапана більші за розміри сідла випускного клапана. Сідла, попередньо охолоджені рідкому азоті, вставлені в гнізда нагрітої головки циліндра. Завдяки цьому забезпечується надійна та міцна посадка сідел у голівці. Робочі фаски сідел шліфуються після встановлення їх у головку концентрично отворам у напрямних втулках клапанів. Між головкою та блоком циліндрів встановлена спеціальна безсадкова прокладка на металевому каркасі.
Головка центрується на блоці циліндрів двома втулками та кріпиться до нього шістьма болтами. Для рівномірного обтиснення всієї поверхні прокладки блоку, для забезпечення надійного ущільнення та виключення підтяжки болтів при подальшому технічному обслуговуванні автомобіля болти кріплення головки циліндрів затягуються рівномірно без ривків у чотири прийоми та у строго визначеній (показаної на аркуші 10) послідовності:
- прийом 1 - затягують болти моментом 2 кгс • м;
- прийом 2 - затягують болти моментом 7,08... 8,74 кгс • м;
- прийом 3 - довертають болти на 90°;
- прийом 4 - знову довертають усі болти на 90°.
У верхній частині головки циліндрів розташовані три опори під шийки розподільчого валу 12. Опори виконані роз'ємними. Верхня половина знаходиться в корпусі 15 підшипників, а нижня — в головці циліндрів. Установки втулки корпусу підшипників розподільного валу розміщені у шпильок кріплення корпусу. Отвори в опорах обробляються в зборі з корпусом підшипників, тому головку циліндрів можна замінювати тільки в зборі з корпусом підшипників.
На поверхні головки циліндрів, що сполучаються з корпусом підшипників, у зоні крайніх опор розподільного валу наносять герметик типу КЛТ-75Т.
Встановлюють корпус підшипників і затягують гайки його кріплення у два прийоми:
- 1-й прийом - попередньо затягують гайки в послідовності, вказаній на аркуші 10, до прилягання поверхонь підшипників корпусу до головки циліндрів. Втулки корпусу повинні вільно увійти у свої гнізда;
- 2-й прийом - остаточно затягують гайки моментом 2,2 кгсм у тій же послідовності.
У верхній частині головки є чотири гнізда діаметром 35,320...36,345 мм для штовхачів клапанів.
Зверху головка циліндрів закривається литою алюмінієвою кришкою 16 з прокладкою.
До заднього торця головки циліндрів кріпиться корпус допоміжних агрегатів 19.
Двигун у зборі зі зчепленням та коробкою передач утворює силовий агрегат, що кріпиться на підрамнику автомобіля на трьох еластичних опорах. Опори сприймають як масу силового агрегату, так і навантаження, що виникають при торканні автомобіля з місця, розгоні та гальмуванні. Опори зменшують вібрацію кузова під час роботи двигуна, забезпечують мінімальні коливання двигуна, і навіть оберігають двигун від ударних навантажень під час руху автомобіля по нерівностям дороги. Розташування опор з урахуванням центру ваги двигуна та силового агрегату сприяє зменшенню передачі вібрації кузову. Конструкція підвіски двигуна виключає можливість безпосереднього контакту деталей двигуна з кузовом, що значно зменшує передачу шумів і стукотів двигуна, що працює всередині кузова.
Фази газорозподілу
1. Олійний картер. 2. Правий врівноважуючий вал. 3. Масляний фільтр. 4. Блок циліндрів. 5. Утримувач заднього сальника. 6. Підвідна труба насоса рідини, що охолоджує. 7. Впускна труба. 8. Паливний насос. 9. Кришка головки циліндрів. 10. Корпус підшипників розподільчого валу. 11. Розподільний вал. 12. Головка циліндрів. 13. Свічка запалювання. 14. Прокладання головки циліндрів. 15. Поршень. 16. Поршневий палець. 17. Шатун. 18. Лівий врівноважуючий вал. 19. Вкладиш шатунного підшипника колінчастого валу. 20. Кришка шатуна. 21. Колінчастий вал. 22. Приймач масляного фільтра. 23. Масловідбивний ковпачок. 24. Тлумач клапана. 25. Сухар клапана. 28. Тарілка пружини клапана. 27. Регулювальна шайба. 28. Внутрішня пружина клапана. 29. Зовнішня пружина клапана. 30. Опорна шайба пружин. 31. Стопорне кільце. 32. Напрямна втулка клапана. 33. Сідло клапана. 34. Впускний клапан.
А - зазор у механізмі приводу клапанів на холодному двигуні: 0,15-0,25 мм для впускних клапанів і 0,3-0,4 мм для випускних.
I - впуск горючої суміші
II - стиск
III - робочий хід
IV - випуск відпрацьованих газів
За один робочий цикл у циліндрі двигуна відбуваються чотири такти: впуск горючої суміші, стиск, робочий хід і випуск газів, що відпрацювали. Ці такти здійснюються за два обороти колінчастого валу.
Впускний клапан починає відкриватися до підходу поршня до верхньої мертвої точки (в. м. т.), Т. е. в положенні поршня, що відповідає 26°повороту колінчастого валу до ст. м. т. Це необхідно для того, щоб клапан був повністю відкритим (коли в такті впуску горючої суміші поршень піде вниз) і через повністю відкритий впускний отвір надійшов би якомога більше свіжої горючої суміші.
Впускний клапан закривається після проходження поршнем нижньої мертвої точки (н. м. т.), Т. е. в положенні, що відповідає 60°повороту колінчастого валу після н. м. т. Внаслідок інерційного напору струменя всмоктувальної горючої суміші вона продовжує надходити в циліндр, коли поршень вже почав рухатися вгору, і тим самим забезпечується краще наповнення циліндра. Таким чином, впуск практично відбувається за час, що відповідає повороту колінчастого валу на 266°.
Випускний клапан починає відкриватися ще до закінчення робочого ходу, до підходу поршня до зв. м. т., тобто в положенні, що відповідає 50°повороту колінчастого валу до н. м. т. У цей момент тиск у циліндрі ще досить великий і гази починають інтенсивно витікати з циліндра, внаслідок чого їх тиск і температура швидко падають. Це значно зменшує роботу двигуна, потрібну для випуску газів, та оберігає двигун від перегріву.
Випуск продовжується і після проходження поршнем ст. м. т., тобто коли колінчастий вал повернеться на 22°після ст. м. т. Отже, цикл випуску становить 252°.
З діаграми фаз газорозподілу видно, що є такий момент (48°повороту колінчастого валу біля ст. м. т.), коли відкриті одночасно обидва клапани - впускний і випускний, тобто такти випуску та впуску здійснюються з перекриттям клапанів. Через малий проміжок часу і малих перепадів тисків перекриття клапанів не призводить до проникнення відпрацьованих газів у впускну трубу, а навпаки, розрідження в циліндрі внаслідок інерції потоку відпрацьованих газів викликає підсмоктування горючої суміші в циліндр і тим самим покращує його наповнення.
Описані фази газорозподілу мають місце при зазорі між кулачком розподільного валу і штовхачем клапана на холодному двигуні.
Щоб забезпечити узгодження моментів відкриття та закриття клапанів з відповідними положеннями поршня, що визначаються кутами повороту колінчастого валу (тобто забезпечити правильне встановлення фаз газорозподілу), на деталях двигуна є мітки (див. 10):
- а - на зубчастому шківі приводу колінчастого валу;
- б - на кришці масляного насоса;
- в - на шківі приводу генератора;
- г і д - на передній кришці зубчастого ременя;
- е - на задній кришці зубчастого ременя;
- ж-на шківі розподільчого валу.
Якщо фази газорозподілу встановлені правильно, то при положенні поршня першого циліндра ст. м. т. в кінці такту стиснення мітка е на задній кришці зубчастого ременя повинна збігатися з міткою ж на шківі розподільного валу, а мітка на зубчастому шківі приводу колінчастого валу - з міткою 6 на кришці масляного насоса.
Коли порожнину приводу розподільчого валу закрита передньою кришкою, то положення колінчастого валу можна визначити за мітками в ед на шківі приводу генератора і передній кришці зубчастого ременя. При положенні поршнів ст. м. т. мітка на шківі приводу генератора повинна справитися з міткою д на кришці приводу розподільчого валу.
При збігу міток регулюються натяг ременя та зазори А в клапанному механізмі.
Зазор А між кулачками розподільного валу та регулювальними шайбами на холодному двигуні повинен дорівнювати 0,15...0,25 мм для впускних клапанів і 0,3...0,4 мм — для випускних. Зазор встановлюється підбором товщини шайби регулювальної 27.
У запасні частини поставляються шайби регулювальні товщиною від 3 до 4,5 мм з інтервалом через кожні 0,05 мм. Товщина шайби маркується на її нижній поверхні електрографом.
Якщо зазори відрізняються від зазначених величин, то діаграма фаз газорозподілу спотворюється: при збільшеному зазорі клапани відкриваються із запізненням і закриваються з випередженням, а при недостатньому зазорі відкриваються з випередженням і закриваються із запізненням. Якщо зазору немає, то клапани залишаються трохи відкритими постійно, що різко скорочує довговічність клапанів і сідел.
Зазори між кулачками та шайбами штовхачів встановлюються при знятих кришці 9 головки циліндрів і передній захисній кришці зубчастого ременя, вивернутих свічках запалювання та без олії в масляних ваннах головки циліндрів у наступному порядку.
Колінчастий вал повертають за годинниковою стрілкою до суміщення настановних міток на шківі розподільчого валу та задньої кришки зубчастого ременя, а потім його довертають ще на 40...50° (2,5...3 зуби на шківі розподільчого валу). При цьому в першому циліндрі – фаза згоряння. Повертати колінчастий вал слід за болт кріплення шківа приводу генератора.
Набором щупів перевіряють зазор біля одного кулачка розподільного валу. Якщо зазор відрізняється від норми, то за допомогою пристрою утоплюють штовхач клапана і фіксують його в нижньому положенні. Мікрометром вимірюють товщину знятої регулювальної шайби. Потім визначають товщину нової шайби за формулою: Н = В + (А - С), де Н - товщина нової шайби; А - заміряний зазор; В – товщина знятої шайби; С – номінальний зазор.
приклад
Допустимо, А = 0,26 мм; В = 3,75 мм; З = 0,2 мм (для впускного клапана). Тоді: Н = 3,75+ (0,26 — 0,2) = 3,81 мм. У межах допуску на зазор±0,05 мм приймаємо товщину нової шайби, що дорівнює 3.8 мм.
У штовхач клапана встановлюють нову шайбу, прибирають фіксатор і ще раз перевіряють зазор. Якщо він правильно відрегульований, то щуп товщиною 0,2 або 0,35 мм повинен виходити з легким защемленням. Послідовно повертаючи колінчастий вал на півоберта, що відповідає повороту мітки на шківі розподільчого валу на 90°, регулюють зазори в інших клапанів, згідно з черговістю, вказаною в таблиці:
Номери кулачків рахувати по порядку від шківа розподільчого валу.
Порядок роботи двигуна
Для плавної роботи двигуна та зменшення нерівномірних навантажень на колінчастий вал робочі процеси у різних циліндрах повинні відбуватися у певній послідовності. Послідовність чергування однойменних тактів у різних циліндрах двигуна називається порядком його роботи.
Порядок роботи циліндрів двигуна залежить від розташування шийок колінчастого валу та кулачків розподільчого валу. Послідовність чергування тактів у циліндрах двигуна, що протікають за повні два обороти колінчастого валу, зазначена в таблиці:
Коли в першому циліндрі поршень рухається вниз в діапазоні від 0 до 180 повороту колінчастого валу, відбувається згоряння і розширення газів. Під час розширення гази роблять корисну роботу, тож цей такт називають робочим ходом. У другому циліндрі, що відстає від першого на 360°, поршень рухається вниз і відбувається впуск горючої суміші.
Аналогічно в діапазоні від 180°до 360°повороту першої шатунної шийки стиск відбувається у другому циліндрі та випуск у першому і т. д.
При розробці сімейства двигунів та їх систем для нової моделі конструктор ставив перед собою три основні завдання: зменшення маси та габаритів, зниження витрати пального та виконання комплексу вимог щодо захисту навколишнього середовища. Зменшення маси та габаритів забезпечувалося компактною конструкцією механізмів та систем двигуна. Поліпшення економічності двигуна досягнуто організацією робочого процесу за високої (9,9) ступеня стиснення та інших заходів, обумовлених раніше. Конструкція двигуна та його систем забезпечує задоволення вимог щодо токсичності випускних газів.
Вирішенню завдання зниження шуму сприяли зменшені зазори між поршнем і циліндром, в підшипниках колінчастого валу, а також конструкція приводу клапанів з мінімальними зазорами між штовхачами і їх напрямними в головці циліндрів, краща врівноваженість колінчастого валу, введення врівноважують валів.
Передача вібрацій та шуму скоротилася також внаслідок того, що кріплення алюмінієвої кришки головки циліндрів віброізольоване на гумових втулках.