Budowa silnika samochodowego (VAZ-1111)

Samochody wyposażone są w dwucylindrowe, czterosuwowe silniki gaźnikowe modeli 1111 i 11113 o różnej pojemności cylindrów. Posiadają układ cylindrów w układzie rzędowym i wałek rozrządu umieszczony na głowicy cylindra.

Te dwa zunifikowane silniki o pojemności roboczej 649 i 750 cm³ różnią się tłokami i blokiem cylindrów (różne średnice kanałów wlotowych i zaworów), uszczelka głowicy cylindra (różne średnice otworów cylindrów) i gaźniki (różne dane kalibracyjne). Ponadto występują różnice w wielkości mas wyważających koła zamachowego, koła pasowego napędowego generatora i wałków wyważających.

Silniki o stopniu sprężania 9,9 pracują na benzynie silnikowej AI-93 o liczbie oktanowej według metody badawczej nie mniejszej niż 93.

Wysoką moc i ekonomikę pracy silników uzyskano dzięki zastosowaniu kompaktowej komory spalania, dwukomorowego gaźnika, doborowi regulacji układu paliwowego i zapłonowego, dobraniu kształtu kanałów dolotowych i wydechowych, regulacji rozrządu oraz zmniejszeniu strat mechanicznych w całym silniku.

Cylindry silnika połączone są z górną częścią skrzyni korbowej i tworzą pojedynczy odlew – blok cylindrów. Takie rozwiązanie zapewnia wytrzymałość konstrukcji, jej sztywność, zwartość i niezawodność, a także zmniejsza masę silnika.

Wał korbowy zamocowany jest na trzech podporach u dołu bloku cylindrów. Przedni i tylny koniec wału korbowego uszczelnione są samouszczelniającymi się uszczelkami gumowymi.



Każdy cylinder silnika ma jeden zawór dolotowy i jeden zawór wydechowy. Tłoki 25 mają dwa pierścienie uszczelniające i jeden pierścień zgarniający olej ze sprężyną. Tłok połączony jest z korbowodem za pomocą sworznia tłokowego wciśniętego w górną głowicę korbowodu.

Wałek rozrządu 12 zamontowany jest na głowicy cylindra i napędzany jest od wału korbowego za pomocą paska zębatego 10. Zaletą napędu jest prosta konstrukcja i mniejsza masa w porównaniu do innych typów przekładni.

Do silników dwucylindrowych (jakie są modyfikacje silników. 1111 i 11113) wyważenie mas ruchomych mechanizmu korbowego jest gorsze w porównaniu do silników czterocylindrowych. Efektem jest wyższy poziom wibracji silnika. Jeśli nie zostaną podjęte odpowiednie środki zaradcze, drgania te będą miały negatywny wpływ zarówno na nadwozie samochodu, jak i na pasażerów. Dlatego, aby zredukować drgania w silnikach mod. 1111 i 11113 Po prawej i lewej stronie silnika zamontowane są dwa wałki wyrównoważające 31, które napędzane są za pomocą kół zębatych od wału korbowego. Wały te mają niewyważoną masę i podczas obrotu kompensują siły bezwładności tłoka i korbowodu. Dodatkowo, w celu redukcji drgań, na kole zamachowym 28 i kole pasowym 5 napędu generatora wykonano jednostronne łapy. Dzięki takim zabiegom konstrukcyjnym drgania silnika zostały zredukowane do akceptowalnego poziomu.

Ponieważ silniki 1111 i 11113 mają różne masy tłoków, mają one odpowiednio różne wartości niewyważenia wałków wyrównoważających, koła zamachowego i koła pasowego napędu generatora. Dlatego też, aby odróżnić te części silnika 11113, stosuje się oznaczenia. Na kole zamachowym znajduje się pierścieniowy rowek o średnicy 135 mm, od strony mocowania do wału korbowego. Na wałkach wyrównoważających znajduje się pierścieniowy rowek, znajdujący się w pobliżu powierzchni osadzenia łożyska tylnego. Na tylnej stronie koła pasowego napędowego generatora wyfrezowany jest pierścieniowy rowek o średnicy 120 mm.

Blok cylindrów

Blok cylindrów 1 jest podstawową częścią silnika, służącą do montażu i mocowania mechanizmów, urządzeń i zespołów pomocniczych silnika. Blok odlany jest ze specjalnego żeliwa niskostopowego.

Kanały chłodzące biegną wzdłuż całej wysokości cylindrów, co poprawia chłodzenie tłoków i pierścieni tłokowych oraz zmniejsza odkształcenia bloku spowodowane nierównomiernym nagrzewaniem.

Aby zwiększyć sztywność, dolna płaszczyzna bloku została obniżona o 53 mm poniżej osi wału korbowego. Cylindry blokowe podzielone są na pięć klas według średnicy, każda z przyrostem co 0,01 mm, oznaczonych literami A, B, C, D, E:

Klasa	Średnica cylindra silnika 1111 mm	Średnica cylindra silnika 11113 mm
A	76,000...76,010	82,000...82,010
W	76,010...76,020	82,010...82.020
Z	76,020...76,030	82,020...82,030
D	76,030...76,040	82,030...82,040
Mi	76,040...76,050	82,040...82,050

Klasa cylindra jest oznaczona na dolnej płaszczyźnie bloku naprzeciwko każdego cylindra.

Cylinder i współpracujący z nim tłok muszą być tej samej klasy. Podczas napraw cylindry można rozwiercić i honować, zwiększając średnicę tłoka o 0,4 i 0,8 mm.

W dolnej części bloku cylindrów znajdują się trzy główne łożyska wału korbowego z cienkościennymi tulejami stalowo-aluminiowymi. Łożyska posiadają zdejmowane pokrywy 2, które są przymocowane do bloku za pomocą śrub samoblokujących. Otwory pod łożyska wału korbowego w bloku cylindrów są obrabiane razem z pokrywami, co zapewnia wysoką precyzję, prawidłowy kształt geometryczny otworów i ich wyrównanie.

Panewki centralnego łożyska głównego wykonane są bez rowka na powierzchni wewnętrznej. Do 1997 roku zewnętrzne panewki łożysk głównych miały rowki na powierzchni wewnętrznej (zarówno górny jak i dolny). Od 1997 roku dolne panewki zewnętrznych łożysk głównych montowane są bez rowka.

Pokrywy łożysk nie są zamienne i mają oznaczenia na powierzchni zewnętrznej (zobacz rozdział 9). Odległość podpór łożyskowych i odpowiadających im pokryw mierzona jest od przedniego końca bloku cylindrów. Pokrywy należy ustawić tak, aby oznaczenia znajdowały się po stronie instalacji generatora.

W środkowym podparciu znajdują się gniazda służące do montażu półpierścieni oporowych, które zabezpieczają wał korbowy przed ruchem osiowym. Wartość luzu osiowego powinna wynosić 0,06...0,26 mm. Jeżeli szczelina przekracza maksymalną dopuszczalną wartość (0,35 mm), należy wymienić półpierścienie na naprawcze, powiększone o 0,127 mm. Należy pamiętać, że rowki znajdujące się po jednej stronie półpierścieni muszą być skierowane w stronę powierzchni oporowych wału korbowego.

Blok cylindrów zamknięty jest od dołu tłoczoną stalową skrzynią korbową 32. Skrzynia korbowa posiada przegrodę służącą do uspokajania oleju. Uszczelkę wykonaną z mieszanki gumy korkowej montuje się pomiędzy miską olejową a blokiem cylindrów.

Uchwyt tylnego uszczelniacza olejowego 30 jest przymocowany do tylnej strony bloku cylindrów. Uchwyt, wstępnie zmontowany z uszczelką, montuje się na bloku cylindrów, umieszczając w nim wał korbowy i dokręcając pokrywy łożysk głównych. Uchwyt mocuje się do bloku cylindrów za pomocą śrub i podkładek sprężynowych.

W przedniej prawej części osłony bloku cylindrów znajduje się wnęka na pompę płynu chłodzącego. Poniżej zamocowany jest filtr oleju 8. Po lewej stronie na bloku cylindrów zamontowany jest generator. Na dole po lewej stronie znajduje się uchwyt służący do mocowania silnika na wsporniku zawieszenia.

W przedniej części bloku cylindrów za pośrednictwem uszczelki zamontowana jest pompa olejowa 3, w której pokrywie znajduje się przedni uszczelniacz olejowy wału korbowego 4.

Dokładne położenie pompy olejowej względem bloku cylindrów i wału korbowego zapewniają dwa kołki montażowe wciśnięte w obudowę pompy, które wchodzą w odpowiednie otwory w bloku cylindrów.

Pokrywy 9 i 14 przymocowane są do przedniego końca bloku cylindrów, tworząc wnękę na pasek rozrządu 10.

Obudowa sprzęgła jest przymocowana do tylnego końca bloku cylindrów. Dokładne położenie skrzyni korbowej względem bloku cylindrów oraz wyrównanie wału korbowego i wału wejściowego skrzyni biegów zapewniają dwie tuleje centrujące wciśnięte w blok cylindrów.

Głowica cylindra

Głowica cylindra 22 odlana jest ze stopu aluminium i posiada komory spalania w kształcie klina. Głowica wyposażona jest w żeliwne tuleje prowadzące i gniazda zaworowe. Wymiary gniazda zaworu dolotowego są większe od wymiarów gniazda zaworu wydechowego. Wstępnie schłodzone ciekłym azotem siedzenia są wkładane w siedzenia podgrzewanej głowicy cylindra. Gwarantuje to bezpieczne i stabilne osadzenie siodełek w głowie. Szlifowanie roboczych faz gniazd następuje po ich zamontowaniu w głowicy, współśrodkowo z otworami w tulejach prowadzących zawory. Między głowicą a blokiem cylindrów zamontowana jest specjalna uszczelka odporna na kurczenie się, umieszczona na metalowej ramie.

Głowica jest wyśrodkowana na bloku cylindrów za pomocą dwóch tulei i przymocowana do niego sześcioma śrubami. Aby zapewnić równomierne ściskanie całej powierzchni uszczelki bloku, zagwarantować niezawodne uszczelnienie i zapobiec dokręcaniu śrub podczas późniejszej konserwacji pojazdu, śruby mocujące głowicę cylindrów dokręca się równomiernie, bez szarpnięć, w czterech etapach i w ściśle określony sposób (pokazano na arkuszu 10) sekwencje:

• krok 1: Dokręć śruby momentem 2 kgf·m;
• metoda 2 - dokręcanie śrub momentem 7,08...8,74 kgf·m;
• krok 3 - obróć śruby o 90°;
• krok 4: Ponownie obróć wszystkie śruby o 90°.

W górnej części głowicy cylindra znajdują się trzy podpory czopów wałka rozrządu 12. Podpory są demontowalne. Górna połowa umieszczona jest w obudowie łożyska 15, a dolna połowa w głowicy cylindra. Tuleje montażowe obudowy łożyska wałka rozrządu znajdują się na kołkach montażowych obudowy. Otwory w łożyskach są obrabiane razem z obudową łożyska, dlatego głowicę cylindra można wymienić tylko razem z obudową łożyska.

Na powierzchnie głowicy cylindra stykające się z obudową łożysk, w obszarze skrajnych podpór wałka rozrządu, nanosi się uszczelniacz typu KLT-75T.

Montaż obudowy łożyska i dokręcanie nakrętek odbywa się w dwóch etapach:

• krok 1: Dokręć nakrętki w kolejności podanej na karcie 10, aż powierzchnie obudowy łożyska będą licować z głowicą cylindra. Tuleje montażowe obudowy powinny swobodnie pasować do swoich gniazd;
• krok 2 - na koniec dokręć nakrętki momentem 2,2 kgf·m w tej samej kolejności.

W górnej części głowicy znajdują się cztery gniazda o średnicy 35,320...36,345 mm przeznaczone do montażu popychaczy zaworowych.

Górna część głowicy cylindra zamknięta jest pokrywą aluminiową 16 z uszczelką.

Obudowa jednostki pomocniczej 19 przymocowana jest do tylnego końca głowicy cylindra.

Silnik wraz ze sprzęgłem i skrzynią biegów tworzy zespół napędowy, który jest zamontowany na ramie pomocniczej pojazdu za pomocą trzech elastycznych podpór. Podpory utrzymują zarówno masę jednostki napędowej, jak i obciążenia występujące, gdy samochód rusza, przyspiesza i hamuje. Podpory redukują drgania nadwozia podczas pracy silnika, zapewniają minimalne drgania silnika oraz chronią silnik przed obciążeniami udarowymi, gdy samochód porusza się po nierównych drogach. Rozmieszczenie podpór uwzględniające środek ciężkości silnika i zespołu napędowego pomaga ograniczyć przenoszenie drgań na nadwozie. Konstrukcja mocowania silnika eliminuje możliwość bezpośredniego kontaktu elementów silnika z nadwoziem, co znacznie zmniejsza przenoszenie hałasu i stuków z pracującego silnika do wnętrza nadwozia.

Rozrząd zaworowy

W trakcie jednego cyklu pracy silnika w cylindrze zachodzą cztery suwy: zasysanie mieszanki palnej, sprężanie, suw pracy oraz wydech spalin. Suwy te wykonywane są podczas dwóch obrotów wału korbowego.

Zawór dolotowy zaczyna się otwierać zanim tłok osiągnie górny martwy punkt (GMP), tj. w położeniu tłoka odpowiadającym 26° obrotu wału korbowego przed GMP. Jest to konieczne, aby zawór był całkowicie otwarty (gdy tłok przesuwa się w dół podczas suwu ssania mieszanki palnej) a przez całkowicie otwarty otwór dolotowy przedostawałoby się jak najwięcej świeżej mieszanki palnej.

Zawór dolotowy zamyka się po przekroczeniu przez tłok dolnego martwego punktu (DMP), tj. w położeniu odpowiadającym 60° obrotu wału korbowego po DMP. Ze względu na bezwładnościowe ciśnienie strumienia zasysanej mieszanki palnej, nadal wpływa ona do cylindra, gdy tłok już zaczął się poruszać w górę, zapewniając w ten sposób lepsze wypełnienie cylindra. W praktyce zasysanie następuje w czasie odpowiadającym obrotowi wału korbowego o 266°.

Zawór wydechowy zaczyna się otwierać jeszcze przed całkowitym końcem suwu roboczego, zanim tłok zbliży się do DMP, czyli do położenia odpowiadającego 50° obrotu wału korbowego do DMP. W tym momencie ciśnienie w cylindrze jest jeszcze dość wysokie, a gazy zaczynają intensywnie wypływać z cylindra, w wyniku czego ich ciśnienie i temperatura szybko spadają. Znacznie zmniejsza to pracę silnika potrzebną do uwolnienia gazów i zapobiega przegrzaniu się silnika.

Wydech trwa nawet po tym, jak tłok minie GMP, tj. gdy wał korbowy obróci się o 22° po GMP. Cykl wydechu wynosi zatem 252°.

Z wykresu faz rozrządu wynika, że istnieje moment (48° obrotu wału korbowego w pobliżu GMP), w którym oba zawory są otwarte jednocześnie - dolotowy i wydechowy, tzn. suw wydechu i suw dolotu odbywają się z nałożeniem się zaworów. Dzięki krótkiemu odstępowi czasu i niewielkim różnicom ciśnień, nakładanie się zaworów nie powoduje przedostawania się spalin do rury dolotowej, lecz wręcz przeciwnie, podciśnienie w cylindrze wskutek bezwładności strumienia spalin powoduje zasysanie mieszanki palnej do cylindra i tym samym poprawia jego napełnianie.

Opisane fazy rozrządu zachodzą przy przerwie A między krzywką wałka rozrządu a popychaczem zaworowym w zimnym silniku.

Aby zapewnić, że momenty otwierania i zamykania zaworów są skoordynowane z odpowiednimi położeniami tłoków określonymi przez kąty obrotu wału korbowego (tj. aby zapewnić prawidłowy montaż rozrządu zaworowego), na częściach silnika znajdują się ślady (zobacz rozdział 10):

• a - na kole zębatym napędu wału korbowego;
• b - na pokrywie pompy oleju;
• w - na kole napędowym generatora;
• g i d - na przedniej osłonie paska zębatego;
• e - na tylnej osłonie paska rozrządu;
• f— na kole pasowym wałka rozrządu.

Jeżeli rozrząd zaworowy jest ustawiony prawidłowo, to gdy tłok pierwszego cylindra znajduje się w GMP po zakończeniu suwu sprężania, znak "e" na tylnej pokrywie paska zębatego powinien pokrywać się ze znakiem "zh" na kole pasowym wałka rozrządu, a znak "a" na kole zębatym napędu wału korbowego powinien pokrywać się ze znakiem "6" na pokrywie pompy oleju.

Tekst został zaczerpnięty z zasobu online VazBook.ru

Gdy wnęka napędu wałka rozrządu zamknięty pokrywą, to położenie wału korbowego można określić według tagów "w" i "d" na kole pasowym alternatora i przedniej pokrywie paska rozrządu. Przy położeniu tłoka w GMP oznaczenie "w" na kole pasowym alternatora musi poradzić sobie z symbolem "d" na pokrywie rozrządu.

Gdy oznaczenia się pokrywają, można regulować naciąg paska oraz luzy A w mechanizmie zaworowym.

Szczelina A między krzywkami wałka rozrządu a podkładkami regulacyjnymi przy zimnym silniku powinna wynosić 0,15...0,25 mm dla zaworów dolotowych i 0,3...0,4 mm dla zaworów wydechowych. Odstęp ustawia się poprzez dobór grubości podkładki regulacyjnej 27.

Części zamienne obejmują podkładki regulacyjne o grubości od 3 do 4,5 mm w odstępach co 0,05 mm. Grubość podkładki oznacza się na jej dolnej powierzchni za pomocą elektrografu.

Jeżeli odstępy między zaworami różnią się od podanych wartości, wykres faz rozrządu ulega zniekształceniu: przy większym odstępie zaworowym zawory otwierają się z opóźnieniem i zamykają z wyprzedzeniem, a przy niewystarczającym odstępie zaworowym otwierają się z wyprzedzeniem i zamykają z opóźnieniem. Jeżeli nie ma luzu, zawory pozostają cały czas lekko otwarte, co drastycznie zmniejsza trwałość zaworów i gniazd.

Luzy między krzywkami i podkładkami popychaczy ustawia się przy zdjętej pokrywie głowicy cylindra 9 i przedniej ochronnej osłonie paska zębatego, wyjętych świecach zapłonowych i bez oleju w miskach olejowych głowicy cylindra w następującej kolejności.

Wał korbowy należy obrócić zgodnie z ruchem wskazówek zegara, aż znaki rozrządu na kole pasowym wałka rozrządu i tylnej pokrywie paska rozrządu będą się pokrywać, a następnie obrócić o kolejne 40–50° (2,5...3 zęby na kole pasowym wałka rozrządu). Jednocześnie w pierwszym cylindrze następuje faza spalania. Wał korbowy należy obracać za pomocą śruby mocującej koło pasowe napędowe generatora.

Za pomocą szczelinomierzy sprawdź luz na pierwszej krzywce wałka rozrządu. Jeżeli szczelina odbiega od normy, należy za pomocą urządzenia nacisnąć popychacz zaworu i zablokować go w dolnym położeniu. Grubość usuniętej podkładki regulacyjnej mierzona jest mikrometrem. Następnie określ grubość nowej podkładki korzystając ze wzoru: H = B + (A - C), gdzie H jest grubością nowej podkładki; A - zmierzona szczelina; B — grubość usuniętej podkładki; C — luz nominalny.

Przykład

Załóżmy, że A = 0,26 mm; Średnica = 3,75 mm; C = 0,2 mm (do zaworu wlotowego). Wówczas: H = 3,75 + (0,26 - 0,2) = 3,81 mm. Przy tolerancji luzu wynoszącej ±0,05 mm przyjmujemy, że grubość nowej podkładki wynosi 3,8 mm.

W popychaczu zaworowym montuje się nową podkładkę regulacyjną, usuwa się element ustalający i ponownie sprawdza luz. Jeśli jest wyregulowany prawidłowo, szczelinomierz o grubości 0,2 lub 0,35 mm powinien wysuwać się z lekkim ściśnięciem. Kolejno obracając wał korbowy o pół obrotu, co odpowiada przekręceniu znaku na kole pasowym wałka rozrządu o 90°, regulujemy luzy pozostałych zaworów według kolejności podanej w tabeli:



Numery krzywek są liczone w kolejności od koła pasowego wałka rozrządu.

Kolejność działania silnika

Aby zapewnić płynną pracę silnika i zredukować nierównomierne obciążenia wału korbowego, procesy robocze w poszczególnych cylindrach muszą zachodzić w określonej kolejności. Kolejność naprzemiennych jednakowych suwów w różnych cylindrach silnika nazywa się kolejnością pracy.

Kolejność zapłonu w cylindrach silnika zależy od położenia czopów wału korbowego i krzywek wałka rozrządu. Kolejność naprzemiennych suwów w cylindrach silnika, występujących podczas dwóch pełnych obrotów wału korbowego, podano w tabeli:



Gdy tłok w pierwszym cylindrze porusza się w dół w zakresie od 0° do 180° obrotu wału korbowego, następuje spalanie i rozprężanie gazów. Podczas rozprężania gazy wykonują użyteczną pracę, dlatego ten suw nazywany jest suwem roboczym. W drugim cylindrze, opóźnionym o 360° w stosunku do pierwszego, tłok porusza się w dół, a następnie następuje wtłoczenie mieszanki palnej.

Podobnie, w zakresie od 180° do 360° obrotu pierwszego czopa korbowego, sprężanie następuje w drugim cylindrze, a zwolnienie w pierwszym, itd.

Opracowując rodzinę silników i ich układów dla nowego modelu, konstruktor postawił sobie trzy główne zadania: zmniejszenie masy i wymiarów, obniżenie zużycia paliwa oraz spełnienie szeregu wymogów ochrony środowiska. Zmniejszenie masy i wymiarów uzyskano dzięki kompaktowej konstrukcji mechanizmów i układów silnika. Poprawę sprawności silnika uzyskuje się poprzez zorganizowanie procesu roboczego przy wysokim stopniu sprężania (9,9) i innych omówionych wcześniej środkach. Konstrukcja silnika i jego układów zapewnia spełnienie wymagań dotyczących toksyczności spalin.

Rozwiązanie problemu redukcji hałasu ułatwiło zmniejszenie luzów między tłokiem a cylindrem, w łożyskach wału korbowego, a także zaprojektowanie napędu zaworowego z minimalnymi luzami między popychaczami a ich prowadnicami w głowicy cylindra, lepsze wyważenie wału korbowego i wprowadzenie wałków wyrównoważających.

Przenoszenie drgań i hałasu zostało również ograniczone dzięki temu, że aluminiowa pokrywa głowicy cylindrów została zamontowana na gumowych tulejach tłumiących drgania.