Kľukový mechanizmus a blok valcov (VAZ-2109)

Kľukový mechanizmus slúži na premenu vratného pohybu piestu na rotačný pohyb kľukového hriadeľa. Mechanizmus pozostáva z piestov s piestnymi krúžkami a čapmi, ojníc, kľukového hriadeľa a zotrvačníka. Časti kľukového mechanizmu sú umiestnené a fungujú v bloku valcov.

Blok valcov

Všetky valce motora spolu s hornou časťou kľukovej skrine sú spojené do spoločného celku - bloku valcov, odliateho zo špeciálnej vysokopevnostnej liatiny. Táto konštrukcia umožňuje vysokú tuhosť a pevnosť pri relatívne nízkej hmotnosti, keďže sila od tlaku plynu v samostatnom valci je absorbovaná celým prierezom bloku valca. Dobre odoláva pôsobeniu zotrvačných síl a momentov, ktoré vznikajú od pohyblivých častí kľukového mechanizmu. Pre zvýšenie tuhosti má blok valcov päť rebrových prepážok a zväčšenú hrúbku hornej dosky, ku ktorej je pripevnená hlava valcov.

Valce sú v bloku usporiadané vertikálne v rade. Nemajú žiadne vložky a sú vyvŕtané priamo do bloku valcov. Pre dosiahnutie vysokého stupňa povrchovej čistoty sú steny valcov honované.

Pre normálnu prevádzku motora musí byť medzera medzi piestom a valcom v určitých medziach: 0,025...0,045 mm na novom motore a nesmie presiahnuť 0,15 mm na opotrebovaných piestoch a valcoch. Na uľahčenie získania takejto medzery pri montáži motora sú priemery valcov a piestov rozdelené do piatich tried, každá po 0,01 mm, označených latinskými písmenami A, B, C, D, E (kresba 12). Pri montáži motora sa do valcov určitej triedy vkladajú piesty rovnakej triedy, čo zaručuje dosiahnutie stanovenej hodnoty vôle. Trieda (písmeno) priemeru valca je vyrazená na spodnej rovine bloku valcov oproti každému valcu (kresba 13).







Hlavné rozmery bloku valcov motora 2108 sú znázornené na kresba 12. Blok valcov motora 21081 sa líši od motora 2108 menšou výškou - 242...242,2 mm a blok valcov motora 21083 má v porovnaní s motorom 2108 väčší priemer valcov:

• A — 82,00...82,01 mm
• B — 82,01...82,02 mm
• C — 82,02...82,03 mm
• D — 82,03...82,04 mm
• E — 82,04...82,05 mm

Číslo modelu motora je odliate v hornej časti bloku valcov na ľavej strane.

Blok valcov je drahá časť. Preto, aby sa predĺžila jeho životnosť, je zabezpečená možnosť opravy valcov. Hrúbka steny umožňuje vŕtanie a honovanie valcov tak, aby vyhovovali veľkostiam opravy piestov zvýšeným o 0,4 a 0,8 mm. Vŕtanie sa vykonáva, ak opotrebenie valcov presiahne 0,15 mm alebo ak sú na ich stenách otrepy.


V spodnej časti bloku valcov je päť podpier pre hlavné ložiská kľukového hriadeľa, na ktorých sú uložené tenkostenné oceľovo-hliníkové vložky. Nosné otvory sú vyrobené z polovice v bloku valcov a z polovice v uzáveroch ložísk. Každý kryt je pripevnený k bloku valcov dvoma samosvornými skrutkami. Na zabezpečenie vysokej presnosti sú otvory ložísk dokončené spolu s krytmi ložísk. Preto nie sú kryty zameniteľné: nemožno ich zamieňať ani presúvať z jedného bloku valcov do druhého. Na odlíšenie vrchnákov ložísk sú na ich vonkajšej strane značky vo forme čiar (kresba 14).



Pri montáži motora musia byť ložiskové uzávery inštalované v presne definovanej polohe: v rovnakej polohe, v akej boli v bloku valcov, keď boli otvory v podperách opracované. Preto, aby nedošlo k náhodnému prevráteniu viečok, sú vyrobené asymetricky. Vo vzťahu k bokom krytu je os polovičného otvoru v ňom posunutá o 1 mm doľava. Správne namontované kryty by mali mať značky na ľavej strane motora (strane, kde sa nachádza generátor a štartér).

Hlavný kanál mazacieho systému je vyvŕtaný pozdĺž pravej strany bloku valcov. Z neho vedie päť naklonených kanálov k hlavným ložiskám kľukového hriadeľa a vertikálny kanál na privádzanie oleja smerom nahor k vačkovému hriadeľu. Na pravej prednej strane bloku valcov je príruba na inštaláciu olejového filtra. Z príruby vedú kanály do hlavného kanála mazacieho systému a do olejového čerpadla, ktoré je pripevnené k prednému koncu bloku valcov. Na ľavej strane bloku je očko s otvorom pre armatúru, na ktorú sa pripája hadica nasávania plynu z kľukovej skrine. Do tejto armatúry je vložený aj ukazovateľ hladiny oleja.

Chladiaci plášť bloku valcov je spoločný pre všetky valce. Priechody chladiacej kvapaliny sú vytvorené po celej výške valcov, čo zlepšuje chladenie piestov a piestnych krúžkov a znižuje deformácie bloku z nerovnomerného ohrevu. Na zaistenie tyčí chladiaceho plášťa pri odlievaní bloku valcov je v jeho vonkajších stenách šesť otvorov, ktoré sú následne uzavreté oceľovými miskovitými zátkami. Chladiaca bunda priamo (bez medziľahlých potrubí) pripojený k čerpadlu chladiacej kvapaliny umiestnenej v prílivu na pravej strane bloku valcov. Chladiace plášte bloku a hlavy valcov sú prepojené cez otvory v hornej rovine bloku valcov.

Na ľavej strane bloku valcov sú výstupky s otvormi na montáž generátora a konzoly predného zavesenia pohonnej jednotky. Na pravej strane je okrem príruby pre olejový filter ešte jedna príruba so štyrmi otvormi pre montáž bloku valcov na montážny stojan. V zadnej časti bloku valcov sú dve konzoly vystužené rebrami na upevnenie skrine spojky. Na vycentrovanie bloku valcov so skriňou spojky sú do otvorov v konzolách vložené dve montážne puzdrá.

Piest

Piest je jednou z najviac namáhaných častí motora. Vníma tlak plynov a prenáša ho na kľukový hriadeľ cez piestny čap a ojnicu. Piest je odliaty z vysokopevnostnej hliníkovej zliatiny. Je ľahký a dobre vedie teplo k stenám valca. Ale hliník má vysoký koeficient tepelnej rozťažnosti. Preto, aby sa znížila tepelná rozťažnosť piestu pri zahrievaní horúcimi plynmi a aby sa eliminovalo riziko jeho zaseknutia vo valci, je do hlavy piestu nad otvorom pre čap naliata tepelne kompenzačná oceľová platňa.

Hlavné rozmery piestu, ojnice, piestneho čapu a piestnych krúžkov motora 2108 sú uvedené na kresba 15. Rovnako ako valce motora, aj piesty sú rozdelené do piatich tried podľa vonkajšieho priemeru: A, B, C, D a E. Rozdiel v priemeroch piestov susedných tried je 0,01 mm. Na jeho spodku je vyrazená trieda piestu (písmeno) (kresba 16).





Motory 2108 a 21081 majú rovnaké piesty, zatiaľ čo motor 21083 je vybavený piestami a krúžkami s vonkajším priemerom zväčšeným o 6 mm. Číslo piestu je odliate na vnútornej strane jeho obruby.

Priemer piesta je možné pre určenie jeho triedy merať iba na jednom mieste: v rovine kolmej na piestny čap, vo vzdialenosti 51,5 mm od spodku. Na iných miestach nie je priemer piestu menovitý, pretože vonkajší povrch piestu má zložitý tvar. V priereze je oválny (oválnosť hlavy piestu do 0,1 mm a plášťa do 0,55 mm) a menšia os oválu sa zhoduje s osou piestneho čapu. Na výšku má plášť aj hlava piestu kónický tvar a navyše priemer hlavy je o 0,5 mm menší ako priemer plášťa. Tento tvar umožňuje kompenzovať nerovnomernú expanziu piestu pri zahrievaní znížením jeho kužeľa a ovality.

Vonkajší povrch plášťa piesta nie je hladký, ale má mnoho prstencových mikrodrážok s hĺbkou až 14 µm. Tento povrch podporuje lepší zábeh piestu na steny valca a znižuje straty trením, pretože olej sa zadržiava v mikrodrážkach. Koruna piesta je plochá, s oválnou priehlbinou tvoriacou súčasť spaľovacej komory a s malými vybraniami pre ventily. V spodnej časti nálitkov piestnych čapov sú otvory pre prechod oleja k piestnemu čapu. Pre zlepšenie podmienok mazania sú v hornej časti otvorov pre čapy vytvorené dve pozdĺžne drážky široké 3 mm a hlboké 0,7 mm, v ktorých sa hromadí olej. V oblasti nálitkov je výška obruby znížená, aby sa zabránilo tomu, aby sa protizávažia kľukového hriadeľa dotýkali piestu.

Otvor pre piestny čap je odsadený od osi symetrie o 1,2 mm na pravú stranu motora. Vďaka tomu na piest pôsobí moment sily, ktorý ho tlačí na steny valca vždy v rovnakej polohe. Preto nedochádza k klepaniu piestu o steny valca pri prechode hornou úvraťou. To však vyžaduje, aby bol piest inštalovaný vo valci v presne definovanej polohe. Pri montáži motora sú piesty namontované tak, aby šípka 1 (kresba 16) na dne piestu smerovala k prednej časti motora.

Piest: čap je vložený do piesta s medzerou 0,008...0,016 mm. Aby sa zabezpečilo, že pri sériovej výrobe sa dosiahne taká vysoká presnosť vôle, sú piesty rozdelené do troch kategórií podľa priemeru otvoru piestneho čapu a vonkajšieho priemeru čapu po 0,04 mm. Na jeho spodnej časti je vyrazené číslo (1,2,3) označujúce kategóriu piestu, ako aj triedu (pozri kresba 16). Pri montáži motora sú piest a čap prevzaté z rovnakej kategórie, čo zaručuje požadovanú vôľu. Správnosť ich párovania sa kontroluje vložením naolejovaného prsta do piestu. Prst by mal ľahko vstúpiť do piestu tlakom ruky a nemal by z neho vypadnúť pôsobením vlastnej hmotnosti.

Na piesty v motore musí byť rovnaký v hmotnosť znížiť vibrácie z vratné časti. Keď sa výroba v továrni, maximálna odchýlka hmotnosti piesty +5 g je prísne zachovaná. Preto pri montáži 2108 motory, vyberte piesty rovnakej skupiny podľa hmotnosti alebo upraviť svoju hmotnosť) odstránenie prebytočného kov nie je potrebné.

Náhradné diely sú dodávané v menovitých veľkostiach iba troch tried - A, C a E. To stačí na výber piestu pre každý valec pri oprave motora, keďže piesty a valce sú rozdelené do tried s určitým presahom veľkostí. Napríklad piest triedy C môže byť vhodný pre valce triedy B a D Hlavnou vecou pri výbere piestu je zabezpečiť potrebnú montážnu vôľu (0,025...0,045 mm) medzi piestom a valcom.

Okrem piestov nominálnej veľkosti sú súčasťou náhradných dielov aj opravné piesty s vonkajším priemerom zväčšeným o 0,4 a 0,8 mm. Tieto piesty sú určené na montáž do repasovaných blokov valcov, v ktorých boli valce vyvŕtané a vybrúsené na ďalší opravný rozmer. Dná opravných piestov sú označené štvorcom 2 (pozri kresba 16) alebo trojuholník. Trojuholník zodpovedá zväčšeniu vonkajšieho priemeru o 0,4 mm a štvorcu o 0,8 mm.

Piestne krúžky

Piestne krúžky zabezpečujú potrebné tesnenie medzi piestom a stenami valca a prenášajú teplo z piestu na jeho steny. Sú pritlačené k stenám valca vlastnou elasticitou a tlakom plynu. Na pieste sú nainštalované tri liatinové krúžky - dva kompresné krúžky (tesnenie) a jednu (spodnú) škrabku na olej, ktorá zabraňuje vniknutiu oleja do spaľovacej komory.

Horný kompresný krúžok pracuje v podmienkach vysokej teploty, agresívnych produktov spaľovania a nedostatočného mazania. Pre zvýšenie odolnosti proti opotrebeniu je jej vonkajší povrch pochrómovaný a pre zlepšenie zábehu je konvexný (súdkovitého tvaru) formulárov.

Spodný kompresný krúžok má v spodnej časti vybranie na zachytávanie oleja počas pohybu piestu smerom nadol, pričom zároveň plní aj doplnkovú funkciu krúžku na zoškrabovanie oleja. Povrch krúžku je fosfátovaný, aby sa zvýšila odolnosť proti opotrebovaniu a znížilo trenie o steny valca.

Krúžok na stieranie oleja - s pochrómovanými pracovnými okrajmi a drážkou na vonkajšom povrchu, ktorá zachytáva olej odstránený zo stien valca. Potom preteká štrbinami v krúžku do drážky piesta a odtiaľ prúdi do olejovej vane. Vo vnútri krúžku je inštalovaná oceľová vinutá pružina, ktorá krúžok zvnútra rozširuje a pritláča k stenám valca.

Vyrábajú sa krúžky opravných veľkostí (rovnako ako piesty) s vonkajším priemerom zväčšeným o 0,4 a 0,8 mm.

Piestny čap

Piestny čap vyrobený z rúrkovej ocele s hrúbkou steny 3,5 mm. Pre zvýšenie tvrdosti a odolnosti proti opotrebovaniu je jeho vonkajší povrch cementovaný a tvrdený vysokofrekvenčnými prúdmi. V hornej hlave ojnice je čap osadený s presahom 0,010...0,042 mm. Toto lisované uloženie zabraňuje jeho axiálnemu pohybu v pieste.

Podľa vonkajšieho priemeru sú čapy rozdelené do troch kategórií, každá s 0,004 mm, čo zodpovedá kategóriám piestov. Konce prstov sú natreté v zodpovedajúcej farbe: modrá - prvá kategória, zelená - druhá, červená - tretia.

Spojovacia tyč

Ojnica motora je kovaná oceľová tyč I-profilu. Jeho spodná hlava je odnímateľná a rovina odpojenia je kolmá na os ojnice. V tejto hlave sú namontované ložiskové panvy ojnice kľukového hriadeľa.

Spojovacia tyč je spracovaná spolu s krytom. Aby nedošlo k zámene krytov pri montáži, ojnica a príslušný kryt majú razidlá s číslom 6. valca (pozri kresba 16), v ktorých sú inštalované. Pri montáži musia byť čísla na ojnici a kryte na rovnakej strane. Spodný kryt hlavy ojnice je pripevnený k ojnici dvoma skrutkami a samosvornými maticami. Pre presné vycentrovanie svorníkov je s vysokou presnosťou opracovaný ich vonkajší povrch a otvor v ojnici a v blízkosti hlavy svorníka je pás, ktorým sa svorník vtláča do otvoru.

Tam, kde spodná hlava ojnice prechádza do tyče, je otvor, cez ktorý sa na steny piestu a valca strieka olej. Pri montáži ojnice a skupiny piestov musí byť ojnica umiestnená tak, aby otvor na nej a šípka na pieste smerovali rovnakým smerom.

Spojovacie tyče (rovnako ako piesty) musí mať rovnakú hmotnosť. Hmotnosť hornej hlavy sa nastavuje s toleranciou ±2 g a spodnej hlavy s toleranciou ±3 g To sa dosiahne odstránením prebytočného kovu z nálitkov na hornej hlave ojnice a na spodnom kryte hlavy. Celková hmotnosť ojnice je teda upravená s toleranciou ±5 g.

Pre všetky motory (2108, 21081 a 21083) sú namontované rovnaké ojnice. Nie sú však zameniteľné s ojnicami starých motorov (typ 2101-2103), pretože sú o 15 mm kratšie.

Kľukový hriadeľ

Motory 2108 a 21083 sú vybavené identickými kľukovými hriadeľmi. Na motore 21081 je z dôvodu kratšieho zdvihu piesta použitý iný kľukový hriadeľ so vzdialenosťou medzi osami ojnice a hlavnými čapmi zníženou o 5,2 mm. Kľukový hriadeľ 21081 sa vyznačuje celkovými rozmermi a umiestnením mazacích otvorov na čapoch ojníc. Pre kľukové hriadele 21081 sú tieto otvory odsadené o 3,7 mm od osi v smere od hlavných čapov a pre kľukové hriadele 2108 o 1,5 mm v opačnom smere od osi (kresba 17).



Kľukový hriadeľ je hlavnou výkonovou časťou motora, ktorá preberá pôsobenie tlaku plynu a zotrvačných síl. Je odliaty z vysokopevnostnej špeciálnej liatiny. Pre zníženie deformácií pri chode motora je hriadeľ vyrobený s piatimi ložiskami a s veľkým presahom hlavných a ojničných čapov. Vysoká únavová pevnosť je zabezpečená hladkými prechodmi medzi krkmi a lícami a starostlivým spracovaním namáhaných miest. Vysoká odolnosť proti opotrebovaniu čapov hriadeľa je dosiahnutá veľkým priemerom čapov (vďaka tomu sa znižuje špecifické zaťaženie ložísk) a povrchové kalenie krčkov vysokofrekvenčnými prúdmi do hĺbky 2...3 mm.

Čapy kľukového hriadeľa majú protizávažia odliate z jedného kusu s hriadeľom. Vyrovnávajú odstredivé sily, ktoré vznikajú pri chode motora od hmoty čapu ojnice, ako aj od častí ojnice a piestu. To odbremení hlavné ložiská od účinkov odstredivých síl a zníži vibrácie motora. Kľukové hriadele sú navyše vyvážené, aby sa znížili vibrácie. Keďže sa toto vyvažovanie vykonáva bez zotrvačníka, sú kľukové hriadele aj zotrvačníky zameniteľné.
Telo kľukového hriadeľa je vyvŕtané otvormi hriadele spájajúce 1., 2., 4. a 5. hlavný čap s čapmi ojnice. Cez tieto kanály sa privádza olej na mazanie ojničných ložísk. Technologické vývody žľabov sú uzavreté oceľovými uzávermi, ktoré sú zalisované a zakalené v troch bodoch.

Hlavné rozmery kľukového hriadeľa a ložiskových škrupín sú znázornené na kresba 18. Hlavné a ojničné čapy sa spracovávajú s vysokou frekvenciou a presnosťou, pretože medzera medzi čapmi a vložkami musí byť v rozmedzí 0,02...0,07 mm pre čapy ojnice a 0,026...0,073 mm pre hlavné čapy a maximálna povolená vôľa pri opotrebovaní nesmie presiahnuť 0,1 a 0,15 mm, v tomto poradí.

Pri opravách je možné prebrúsiť čapy kľukového hriadeľa so zmenšením priemeru 0,25; 0,5; 0,75 a 1 mm. Čapy sú brúsené, ak sú opotrebované na priemer, ktorý je o 0,005 mm menší ako minimum pre danú veľkosť kľukového hriadeľa, a tiež ak je oválnosť čapov väčšia ako 0,03 mm alebo sú na nich otrepy. Priemery opravných rozmerov čapov sú tiež znázornené na kresba 18.



Predné a zadné konce kľukového hriadeľa sú utesnené samouťahovacími gumovými tesneniami. Predné olejové tesnenie je vtlačené do krytu olejového čerpadla a zadné je inštalované v držiaku, ktorý je pripevnený k bloku valcov. Dve hnacie remenice remeňových pohonov sú pripevnené k prednému koncu kľukového hriadeľa. Jedna kladka (ozubená) slúži na pohon vačkového hriadeľa a je namontovaná na segmentovom kľúči. Ďalšia kladka prenáša rotáciu na generátor. Je namontovaný na čape vtlačenom do ozubenej remenice a je centrovaný valcovým remeňom. Obe kladky sú zaistené skrutkou. Okrem toho predný koniec kľukového hriadeľa poháňa hnacie koleso olejového čerpadla, ktoré je na hriadeli upevnené dvoma plôškami.

Vložky

Hlavné a ojničné ložiskové panvy kľukového hriadeľa sú tenkostenné, bimetalické, s radiálnymi otvormi na prechod oleja. Sú vyrobené z oceľovej pásky potiahnutej vrstvou antifrikčnej zliatiny AMO1-20 (79% hliník, 20% cín a 1% meď) s hrúbkou 0,4...0,5 mm. Medzi oceľovou základňou a zliatinou je tenká vrstva čistého hliníka. Vložky každého ložiska pozostávajú z rovnakých polovíc. Ich otáčaniu bránia výstupky, ktoré vstupujú do drážok ojnice alebo hlavného ložiska.

Vrchné hlavné ložiskové panvy majú na vnútornej ploche drážky pre prechod oleja do ojničných ložísk. Spodné ložiská sú od roku 1988 inštalované bez drážky; Ale do roku 1988 mali aj drážku a boli zameniteľné s hornými ložiskami. Ojničné ložiská sa líšia od hlavných ložísk priemerom, hrúbkou a absenciou drážok na vnútornom povrchu. Horné a spodné ojničné ložiská sú zameniteľné.

Ložiskové vložky sa vyrábajú v normálnej aj zväčšenej hrúbke (pozri kresba 18) pod čapmi kľukového hriadeľa, zabrúsené na 0,25; 0,5; 0,75 a 1 mm.

Ťahové polovičné krúžky

Prítlačné polkrúžky sú inštalované v objímkach bloku valcov na oboch stranách stredného (tretieho) hlavného ložiska. Zachytávajú axiálne zaťaženia pôsobiace na kľukový hriadeľ a obmedzujú jeho axiálny pohyb. Polkruhy sa vyrábajú v normálnej hrúbke aj zväčšené o 0,127 mm (pozri kresba 18). Voľbou hrúbky polkrúžkov sa reguluje axiálna voľná vôľa kľukového hriadeľa, ktorá by mala byť pri novom motore v rozmedzí 0,06...0,26 mm a nemala by presiahnuť maximálne: prípustné - 0,35 mm pri opotrebovaní.

Predné a zadné polkruhy sú vyrobené z rôznych materiálov. Polkrúžok inštalovaný na zadnej strane 3. ložiska je vystavený zvýšenému zaťaženiu spojky, a preto je vyrobený z práškového materiálu. Tento materiál má žltkastú farbu a pozostáva z 87...90% medi, 9,5...10,5% cínu a 0,5...1% uhlíka. Polkruh vyrobený lisovaním z takéhoto materiálu má pórovitosť. Je napustený olejom a má dobrú odolnosť proti opotrebovaniu trením.

Predné polkrúžky sú menej zaťažené, a preto sú rovnako ako vložky vyrobené z oceľ-hliníka s hrúbkou antifrikčnej vrstvy na koncovom povrchu 0,3...0,5 mm. Na strane antifrikčnej vrstvy sú dve zvislé drážky pre priechod oleja. Táto strana polkruhu (vpredu aj vzadu) musí smerovať k prítlačným plochám kľukového hriadeľa.

Zotrvačník

Zotrvačník 12 (pozri kresba 9) slúži na zabezpečenie rovnomerného chodu motora. Počas pracovných zdvihov vo valcoch ukladá kinetickú energiu a počas ostatných troch zdvihov ju odovzdáva kľukovému mechanizmu. Tiež vytiahne kľukový hriadeľ z mŕtvych miest. Zotrvačník je odliaty z liatiny a má oceľový ozubený veniec, ktorý je za tepla nalisovaný na zotrvačník. Zuby korunky sú kalené vysokofrekvenčnými prúdmi, aby sa zvýšila odolnosť proti opotrebovaniu a pevnosť.

Zotrvačník je k prírube kľukového hriadeľa pripevnený šiestimi samosvornými skrutkami, pod ktorými je umiestnená jedna spoločná podložka. Musí byť inštalovaný tak, aby zn (otvor v tvare kužeľa) v blízkosti ráfika bol umiestnený oproti čapu ojnice štvrtého valca. Značka sa používa na určenie hornej úvrate v prvom a štvrtom valci. Zotrvačník je vycentrovaný valcovým výstupkom na kľukovom hriadeli.

Na vytvorenie impulzov v snímači hornej úvrate sa do venca zotrvačníka zatlačí oceľový kolík a na nastavenie časovania zapaľovania je značka 2 (pozri kresba 30).