Mechanizmy korbowo-suwakowe i wyważające (VAZ-1111)

Mechanizm korbowy suwakowy służy do zamiany ruchu posuwisto-zwrotnego tłoka na ruch obrotowy wału korbowego. Mechanizm składa się z tłoka 4 z pierścieniami tłokowymi 6, 7 i 8 oraz sworznia 9, korbowodu 3, wału korbowego 12 i koła zamachowego 20. Części mechanizmu korbowo-suwakowego są umieszczone i działają w bloku cylindrów. Wał korbowy jest głównym elementem napędowym silnika, który pochłania obciążenia gazowe i siły bezwładności posuwisto-zwrotnych elementów ruchomych i przekazuje je poprzez koło zamachowe do skrzyni biegów pojazdu, zamieniając je na moment obrotowy.

Elementy grupy tłokowej i inne części mechanizmu korbowego poddawane są znacznym obciążeniom mechanicznym i cieplnym. Dobór materiałów na tłok, sworzeń, pierścienie tłokowe oraz ich konstrukcja zapewniają niezawodne uszczelnienie komory spalania i komór cylindra, efektywne odprowadzanie ciepła, minimalny współczynnik tarcia, wysoką wytrzymałość i niezawodność przy niskiej masie części.

Tłok

Tłok 4 odlany jest ze stopu aluminium o wysokiej wytrzymałości. Tłok aluminiowy jest lekki i dobrze przewodzi ciepło do chłodzonych ścianek cylindra. Ale aluminium ma wysoki współczynnik rozszerzalności cieplnej. Aby nadać tłokowi pożądany kierunek odkształcenia termicznego podczas nagrzewania i wyeliminować ryzyko zakleszczenia się tłoka w cylindrze, w głowicę tłoka, nad otworem na sworzeń tłokowy, wlewa się stalową płytę regulującą temperaturę 5.

Aby zapewnić ustalony luz między lustrem cylindra a tłokiem, tłoki i cylindry są sortowane na pięć klas według średnicy styku: A, B, C, D i E. Klasa tłoka (litera) jest wybita na jego spodzie. Litery oznaczają następujące wymiary (w mm) średnicy tłoka: A-75,965...75,975; B-75,975...75,985; C-75,985...75,995; D-75,995...76,005; Numer E-76,005...76,015.


Aby określić klasę, średnicę tłoka należy zmierzyć w płaszczyźnie prostopadłej do sworznia tłokowego w odległości 51,5 mm od dna. W innych miejscach średnica tłoka różni się od jego średnicy nominalnej, ponieważ zewnętrzna powierzchnia tłoka ma złożony kształt. W przekroju poprzecznym jest owalny (owalność głowicy tłoka od 0,1 mm, a płaszcza do 0,55 mm), gdzie oś mała owalu pokrywa się z osią sworznia tłokowego. Zarówno fartuch jak i głowica tłoka mają kształt stożkowy pod względem wysokości, a ponadto średnica głowicy jest o 0,5 mm mniejsza od średnicy fartucha. Taki kształt tłoka w temperaturze pokojowej zapewnia najkorzystniejszy kształt tłoka podczas pracy w cylindrze silnika.

Zewnętrzna powierzchnia płaszcza tłoka nie jest gładka, lecz posiada szereg pierścieniowych mikrorowków o głębokości do 14 µm. Powierzchnia ta sprzyja lepszemu docieraniu się tłoka i zmniejsza tarcie między tłokiem a cylindrem, ponieważ olej jest zatrzymywany w mikrorowkach. Dno tłoka jest płaskie, z owalnym wgłębieniem na komorę spalania i małymi wgłębieniami na zawory. W dolnej części piast sworznia tłokowego znajdują się otwory służące do przepływu oleju do sworznia tłokowego. Aby poprawić warunki smarowania, w górnej części otworów sworzniowych wykonano dwa podłużne rowki o szerokości 3 mm i głębokości 0,7 mm, w których zatrzymuje się olej. W obszarze piast wysokość płaszcza jest zmniejszona, aby zapobiec dotykaniu tłoka przez przeciwwagi wału korbowego.

Oś otworu na sworzeń tłokowy jest przesunięta o 1,2 mm od płaszczyzny średnicy tłoka w kierunku położenia zaworów silnika. Dzięki temu przesunięcie tłoka w szczelinie między płaszczem a zwierciadłem cylindra przy zmianie kierunku ruchu w obszarze górnego martwego punktu na początku suwu roboczego następuje praktycznie bezuderzeniowo. Wymaga to jednak, aby tłok został zamontowany w cylindrze podczas montażu w taki sposób, aby strzałka G na jego spodzie wskazywała przód silnika.

Tłoki w silniku muszą mieć taką samą masę, aby zredukować drgania spowodowane różnicami mas elementów poruszających się ruchem posuwisto-zwrotnym. Dlatego w procesie produkcji masa tłoków utrzymywana jest z maksymalną odchyłką ±5 g.

Pod względem masy tłoki dzielą się na trzy grupy: normalne, zwiększone o 5 g i zmniejszone o 5 g. Grupy te odpowiadają oznaczeniom na spodzie tłoka: "G", "+" i "-". Wszystkie tłoki w silniku muszą należeć do tej samej grupy wagowej.

Części zamienne dostarczane są z tłokami o nominalnych rozmiarach tylko trzech klas: A, C i E. Jest to wystarczające do doboru tłoka do dowolnego cylindra podczas pracy silnika, ponieważ tłoki i cylindry są podzielone na klasy z pewnym nakładaniem się rozmiarów. Na przykład tłok klasy C może być odpowiedni do cylindrów klasy B i D. Najważniejszą rzeczą przy wyborze tłoka jest zapewnienie wymaganego luzu montażowego między tłokiem a cylindrem wynoszącego 0,025...0,045 mm.

Oprócz tłoków o wymiarach nominalnych, w ofercie części zamiennych znajdują się również tłoki naprawcze o średnicy zewnętrznej zwiększonej o 0,4 i 0,8. Tłoki te są przeznaczone do montażu w regenerowanych blokach cylindrów, w których cylindry zostały rozwiercone i honowane do kolejnego rozmiaru naprawy. Spód tłoków naprawczych oznaczony jest literą B w kształcie kwadratu lub trójkąta. Trójkąt odpowiada zwiększeniu średnicy zewnętrznej o 0,4 mm, a kwadrat - o 0,8 mm.

Na głowicy tłoka znajdują się trzy pierścieniowe rowki: w dwóch górnych zamontowane są pierścienie uszczelniające 7 i 8, a w dolnym zamontowany jest pierścień zgarniający olej 6, wyposażony w sprężynę zwalniającą 10. Rowek pierścienia zgarniającego olej komunikuje się z wewnętrzną wnęką tłoka za pomocą czterech promieniowych otworów, przez które olej, sprężony przez pierścień z lustra cylindra, przedostaje się do tłoka i spływa do skrzyni korbowej silnika.

Sworzeń tłokowy

Sworzeń tłokowy 9, który łączy obrotowo tłok z górną głowicą korbowodu, wykonany jest ze stali z otworem wewnętrznym, jest wciśnięty w górną głowicę korbowodu z pasowaniem wciskowym 0,010...0,042 mm i obraca się swobodnie w piastach tłoka (szczelina 0,008 - 0,016 mm).

Sworznie według ich średnicy zewnętrznej, a także tłoki według średnicy otworu sworznia, są sortowane na trzy kategorie co 0,004 mm. Kategorie są oznaczone numerem (1, 2, 3) na spodzie tłoka i farbą na końcu sworznia: niebieski to pierwsza kategoria, zielony to druga, czerwony to trzecia. Zmontowany sworzeń i tłok muszą należeć do tej samej kategorii, taki selektywny montaż gwarantuje uzyskanie wymaganego luzu. Prawidłowe dopasowanie można sprawdzić wkładając naoliwiony sworzeń do tłoka. Palec powinien dać się łatwo wsunąć do tłoka poprzez nacisk dłoni i nie powinien wypaść z tłoka pod wpływem własnego ciężaru.

Pierścienie tłokowe

Pierścienie tłokowe 6, 7 i 8 zapewniają niezbędne uszczelnienie cylindra, odprowadzają część ciepła pochłanianego przez dno tłoka do ścianki cylindra i rozprowadzają film olejowy na powierzchniach fartucha i cylindra, zapobiegając przedostawaniu się oleju do komory spalania. Pierścienie wykonane są z żeliwa, są dociskane do ścianki cylindra przez własną sprężystość i ciśnienie gazu, a pierścień 6 jest dodatkowo dociskany przez sprężynę 10.

Górny pierścień uszczelniający 8 pracuje w warunkach wysokiej temperatury, agresywnego oddziaływania produktów spalania i niedostatecznego smarowania, dlatego w celu zwiększenia odporności na zużycie powierzchnia zewnętrzna jest chromowana i posiada tworzącą w kształcie beczki, aby poprawić docieranie.

Dolny pierścień kompresyjny 7 ma rowek u dołu, który zbiera olej podczas ruchu tłoka w dół, a jednocześnie pełni dodatkową funkcję pierścienia zgarniającego olej. Powierzchnia pierścienia jest fosforanowana w celu zwiększenia odporności na zużycie i zmniejszenia tarcia o ścianki cylindra.

Pierścień zgarniający olej 6 ma pierścieniowy rowek zbierający olej na powierzchni roboczej między dwoma chromowanymi pasami podporowymi i cztery otwory w nim do odprowadzania oleju usuniętego ze ścian cylindra. Pierścień ma zatem dwie krawędzie zgarniające. Działanie zgarniające jest wzmocnione przez zastosowanie sprężyny rozprężnej 10, która zwiększa ciśnienie promieniowe pierścienia na cylinder. Sprężyna ta, działając na pierścień, zwiększa równomierność ciśnienia promieniowego w cylindrze, nie ograniczając swobody ruchu pierścienia ani tłoka.

Pierścienie o rozmiarach naprawczych są produkowane (to samo co tłoki) o średnicy zewnętrznej zwiększonej o 0,4 i 0,8.

Korbowód

Korbowód 3 jest częścią łączącą tłok z wałem korbowym. Gdy silnik pracuje, na korbowód działają naprzemienne obciążenia wynikające z sił bezwładności i ciśnienia gazu. Obciążenia dynamiczne działające na korbowód w chwili zapłonu mieszanki roboczej w komorze spalania wymagają, aby przy minimalnej masie korbowód charakteryzował się dużą sztywnością, odpornością na obciążenia udarowe i wystarczającą wytrzymałością zmęczeniową.

W tym celu korbowód wykonany jest z kutej stali i składa się z pręta o przekroju I, górnej głowicy jednoczęściowej oraz dolnej głowicy dzielonej. W dolnej głowicy korbowodu z pokrywą 1 osadzone są tuleje 11 łożyska korbowodu, współpracujące z czopem korbowodu wału korbowego. Luz średnicowy pomiędzy czopem a panewkami łożyska korbowodu wynosi 0,02...0,07 mm.

Dolną pokrywę głowicy korbowodu mocuje się dwiema śrubami 2 z nakrętkami samokontrującymi. Aby zapewnić centrowanie śrub, ich powierzchnia zewnętrzna i otwór w korbowodzie są obrabiane z dużą precyzją, a łeb śruby ma pasek, za pomocą którego śruba jest wciskana w otwór. Aby zapewnić dokładność, otwór na panewki łożyska w dolnej głowicy korbowodu jest obrabiany razem z pokrywą. Aby uniknąć pomylenia pokryw korbowodów podczas montażu, korbowód i odpowiadająca mu pokrywa mają wybite numery cylindrów, w których są zamontowane. Podczas montażu numery na korbowodzie i pokrywie muszą znajdować się po tej samej stronie. Do 1997 roku w miejscu, w którym dolna głowica korbowodu przechodziła w korbowód, znajdował się otwór, przez który olej był rozpylany na ścianki cylindra.

Podczas montażu korbowodu i zespołu tłoka, korbowody z wymienionym otworem muszą być ustawione tak, aby otwór na korbowodzie i strzałka na spodzie tłoka były skierowane w tym samym kierunku. Korbowody bez otworu można łączyć z tłokiem w dowolnym położeniu.

Aby zapewnić bezwibracyjną pracę silnika, masę obu korbowodów zmontowanych z pokrywkami reguluje się poprzez zdjęcie metalu z bocznych występów na górnej głowicy korbowodu oraz z występu na pokrywce tak, aby masa górnych głowic korbowodów nie różniła się o więcej niż ±2 g, a dolnych o nie więcej niż ±3 g.

Wał korbowy

Wał korbowy 12 odlany jest z wysokiej jakości specjalnego żeliwa i składa się z korbowodu, głównych czopów łożyskowych, policzków i przeciwwag. Aby zmniejszyć odkształcenia wału podczas pracy silnika, wykonano go w układzie trójłożyskowym i z dużym zachodzeniem na siebie czopów głównych i korbowodowych. Wysoką wytrzymałość zmęczeniową materiału wału korbowego zapewniają płynnie wykonane przejścia między czopami ślizgowymi i powierzchniami czołowymi oraz staranna obróbka miejsc narażonych na obciążenia. Dużą odporność na zużycie czopów wału uzyskano dzięki ich dużej średnicy, co pozwoliło na zmniejszenie obciążeń właściwych w łożyskach, oraz dzięki powierzchniowemu utwardzaniu czopów prądami wysokiej częstotliwości na głębokość 2...3 mm.

Średnica głównych czopów wału korbowego wynosi 50,799...50,819 mm, średnica czopów korbowodu wynosi 47,83...47,85 mm.

Aby zmniejszyć obciążenie łożysk głównych wynikające z sił odśrodkowych oraz zredukować drgania silnika, wał wyposażono w przeciwwagi wykonane z jednego kawałka materiału. Przeciwwagi częściowo równoważą siły odśrodkowe działające na czopy korbowodu, powstałe w wyniku ruchów korbowodu z tłokiem podczas pracy silnika. Przy zastosowaniu dynamicznego wyważania wału korbowego, wartość niewyważenia w płaszczyźnie przechodzącej przez środek pierwszego czopu głównego wynosi 19782±50 g mm, a dla trzeciego czopu wynosi 21376±50 g mm.

W korpusie wału wierci się kanały łączące 1. i 3. czop główny z czopem korbowodu. Przez te kanały dostarczany jest olej w celu smarowania łożysk korbowodu. Otwory technologiczne kanałów zamykane są za pomocą stalowych korków w kształcie kapturków, które wciska się do kanałów i uszczelnia w trzech punktach. Wylot oleju do smarowania każdego łożyska korbowodu odbywa się w dwóch miejscach poprzez poziomy kanał przelotowy w odpowiednim czopie, co przyczynia się do równomiernego zużycia czopów na całym obwodzie.

Tekst został skopiowany z zasobu online VazBook

Luz średnicowy pomiędzy czopem głównym i panewkami łożyska głównego wynosi 0,026...0,073 mm.

Istnieje możliwość przeszlifowania czopów wału korbowego podczas napraw przy redukcji średnicy.

Na przednim końcu wału, wyposażonym w uszczelkę 31, zębate koło pasowe napędu wałka rozrządu 32 i koło pasowe napędu generatora 33 są zabezpieczone śrubą na kluczu. Na tylnym końcu wału, wyposażonym w uszczelkę 17, koło zębate napędu wałka wyrównoważającego 15 jest zamontowane na kluczu, a na końcu śrubami przez podkładkę 23, jest zabezpieczone koło zamachowe 20 z wieńcem zębatym 24. Koło zamachowe jest wyposażone w kołki montażowe sprzęgła 22, a na zewnętrznej powierzchni ma znak GMP tłoków (znak D). Uszczelnienie wału tylnego zamocowane jest w uchwycie uszczelnienia tylnego 18, który jest centrowany na bloku za pomocą tulei centrujących 16.

Mechanizm równoważący

Mechanizm wyważający składa się z dwóch wałków wyważających 29 umieszczonych w bloku cylindrów po obu stronach wału korbowego. Wały wykonane są z żeliwa i mają niewyważenie wynoszące 5679,9±50 g mm w płaszczyźnie podpory przedniej i 4906±50 g mm w płaszczyźnie podpory tylnej. Wartość niewyważenia uzyskuje się poprzez wiercenie otworów w zewnętrznej powierzchni wałka wyważającego podczas jego dynamicznego wyważania.

Wały obracają się w dwóch łożyskach kulkowych 26 i 30, zamontowanych w gniazdach bloku cylindrów. Napęd wału lewego i prawego realizowany jest za pomocą koła napędowego 15, osadzonego na wpustach na tylnym końcu wału korbowego. Napędzane koła zębate 13 i 19 wałów osadzone są również na klinach.

Aby wałki wyważające działały sprawnie, konieczne jest, aby siły bezwładności pochodzące od mas tłoków z korbowodami i od mas niewyważonych wałków wyważających były skierowane w przeciwnych kierunkach i wzajemnie się kompensowały. Zapewnia się to poprzez precyzyjny montaż wałków wyrównoważających względem wału korbowego za pomocą znaków na kołach zębatych.