Konštrukcia motora automobilu (VAZ-1111)

Autá sú vybavené dvojvalcovými štvortaktnými karburátorovými motormi modelov 1111 a 11113 s rôznym objemom valcov. Majú radové usporiadanie valcov a vačkový hriadeľ umiestnený na hlave valcov.

Tieto dva unifikované motory s pracovným objemom 649 a 750 cm³ sa líšia v piestoch a bloku valcov (rôzne priemery vstupných kanálov a ventilov), tesnenie hlavy valcov (rôzne priemery otvorov valcov) a karburátory (rôzne kalibračné údaje). Okrem toho existujú rozdiely vo veľkosti vyvažovacích hmôt zotrvačníka, hnacej remenice generátora a vyvažovacích hriadeľov.

Motory s kompresným pomerom 9,9 pracujú na motorovom benzíne AI-93 s oktánovým číslom podľa výskumnej metódy najmenej 93.

Vysoký výkon a ekonomický výkon motorov sa dosahuje použitím kompaktnej spaľovacej komory, dvojkomorového karburátora, voľbou nastavenia palivového a zapaľovacieho systému, voľbou tvaru sacích a výfukových kanálov, časovaním ventilov a znížením mechanických strát v motore ako celku.

Valce motora sú spojené s hornou časťou kľukovej skrine a tvoria jeden odliatok - blok valcov. Toto usporiadanie zabezpečuje pevnosť konštrukcie, jej tuhosť, kompaktnosť, spoľahlivosť a zároveň znižuje hmotnosť motora.

Kľukový hriadeľ je namontovaný na troch podperách v spodnej časti bloku valcov. Predné a zadné konce kľukového hriadeľa sú utesnené samouťahovacími gumovými tesneniami.

Každý valec motora má jeden sací ventil a jeden výfukový ventil. Piesty 25 majú dva kompresné krúžky a jeden krúžok na stieranie oleja s pružinou. Piest je spojený s ojnicou piestnym čapom vtlačeným do hornej hlavy ojnice.



Vačkový hriadeľ 12 je uložený na hlave valcov a je poháňaný od kľukového hriadeľa ozubeným remeňom 10. Výhodou pohonu je jeho jednoduchá konštrukcia a nižšia hmotnosť v porovnaní s inými typmi prevodoviek.

Pre dvojvalcové motory (ake su motory mod. 1111 a 11113) vyváženie pohyblivých hmôt kľukového mechanizmu je oproti štvorvalcom horšie. To má za následok vyššiu úroveň vibrácií motora. Ak sa neprijmú vhodné opatrenia, tieto vibrácie budú mať negatívny vplyv na karosériu auta aj na cestujúcich. Preto na zníženie vibrácií na motoroch mod. 1111 a 11113 sú na pravej a ľavej strane motora inštalované dva vyvažovacie hriadele 31, ktoré sú poháňané ozubenými kolesami od kľukového hriadeľa. Tieto hriadele majú nevyvážené hmoty a pri otáčaní kompenzujú zotrvačné sily od piestu a ojnice. Okrem toho sú na zníženie vibrácií na zotrvačníku 28 a kladke 5 pohonu generátora vyrobené jednostranné výstupky. Výsledkom takýchto konštrukčných opatrení je zníženie vibrácií motora na prijateľnú úroveň.

Pretože motory 1111 a 11113 majú rôzne hmotnosti piestov, majú zodpovedajúcim spôsobom rôzne hodnoty nevyváženosti pre vyvažovacie hriadele, zotrvačník a hnaciu kladku generátora. Preto na rozlíšenie týchto častí motora 11113 existujú značky. Na zotrvačníku je na strane uchytenia na kľukový hriadeľ prstencová drážka s priemerom 135 mm. Na vyvažovacích hriadeľoch je v blízkosti dosadacej plochy pre zadné ložisko prstencová drážka. Na zadnej strane hnacej remenice generátora je opracovaná prstencová drážka s priemerom 120 mm.

Blok valcov

Blok valcov 1 je základná časť motora a slúži na inštaláciu a zabezpečenie mechanizmov, zariadení a pomocných jednotiek motora. Blok je odliaty zo špeciálnej nízkolegovanej liatiny.

Priechody chladiacej kvapaliny sú vytvorené po celej výške valcov, čo zlepšuje chladenie piestov a piestnych krúžkov a znižuje deformácie bloku z nerovnomerného ohrevu.

Pre zvýšenie tuhosti je spodná rovina bloku znížená o 53 mm pod os kľukového hriadeľa. Blokové valce sú rozdelené do piatich tried podľa priemeru, každá s prírastkom 0,01 mm, označených písmenami A, B, C, D, E:

Triedy	Priemer valca motora 1111, mm	Priemer valca motora 11113, mm
A	76,000...76,010	82,000...82,010
IN	76,010...76,020	82,010...82.020
S	76,020...76,030	82,020...82,030
D	76,030...76,040	82,030...82,040
E	76,040...76,050	82,040...82,050

Trieda valca je uvedená na spodnej rovine bloku oproti každému valcu.

Valec a piest s ním spojené musia byť rovnakej triedy. Pri opravách môžu byť valce vyvŕtané a honované, aby sa zväčšil priemer piestu o 0,4 a 0,8 mm.

V spodnej časti bloku valcov sú tri podpery hlavných ložísk kľukového hriadeľa s tenkostennými oceľovo-hliníkovými vložkami. Ložiská majú odnímateľné kryty 2, ktoré sú k bloku pripevnené samosvornými skrutkami. Otvory pre ložiská kľukového hriadeľa v bloku valcov sú opracované spolu s krytmi, čo zabezpečuje vysokú presnosť, správny geometrický tvar otvorov a ich zarovnanie.

Stredové hlavné ložiskové panvy sú vyrobené bez drážky na vnútornom povrchu. Vonkajšie hlavné ložiskové panvy mali až do roku 1997 drážky na vnútornom povrchu (horné aj spodné). Od roku 1997 sú spodné plášte vonkajších hlavných ložísk inštalované bez drážky.

Ložiskové uzávery nie sú zameniteľné a majú značky na vonkajšom povrchu (pozri kapitolu 9). Ložiskové podpery a príslušné kryty sa merajú od predného konca bloku valcov. Kryty sú umiestnené tak, že značky sú na strane inštalácie generátora.

Stredná podpera má objímky na inštaláciu prítlačných polkrúžkov, ktoré držia kľukový hriadeľ pred axiálnym pohybom. Hodnota axiálnej vôle by mala byť 0,06...0,26 mm. Ak medzera prekročí maximálnu povolenú hodnotu (0,35 mm), je potrebné vymeniť polkrúžky za opravné, zväčšené o 0,127 mm. Treba mať na pamäti, že drážky umiestnené na jednej strane polkrúžkov musia smerovať k prítlačným plochám kľukového hriadeľa.

Blok valcov je zospodu uzavretý lisovanou oceľovou kľukovou skriňou 32. Kľuková skriňa má prepážku na upokojenie oleja. Medzi olejovú vaňu a blok valca je namontované tesnenie z korkovej gumovej zmesi.

Zadný držiak 30 olejového tesnenia je pripevnený k zadnej strane bloku valca. Držiak, vopred zmontovaný s tesnením, je inštalovaný na bloku valcov s uloženým kľukovým hriadeľom a utiahnutými viečkami hlavných ložísk. Držiak je pripevnený k bloku valcov pomocou skrutiek a pružných podložiek.

V pravej prednej časti plášťa bloku valcov je dutina pre čerpadlo chladiacej kvapaliny. Pod ním je pripevnený olejový filter 8 Na ľavej strane je generátor nainštalovaný na bloku valca. Vľavo dole sa nachádza očko na montáž motora na závesnú konzolu.

V prednej časti bloku valcov je cez tesnenie namontované olejové čerpadlo 3, v kryte ktorého je umiestnené olejové tesnenie 4 predného kľukového hriadeľa.

Presnú polohu olejového čerpadla voči bloku valcov a kľukovému hriadeľu zabezpečujú dva montážne čapy zalisované v telese čerpadla, ktoré zasahujú do príslušných otvorov v bloku valcov.

Kryty 9 a 14 sú pripevnené k prednému koncu bloku valcov a tvoria dutinu pre rozvodový remeň 10.

Skriňa spojky je pripevnená k zadnému koncu bloku valcov. Presnú polohu kľukovej skrine voči bloku valcov a súososť kľukového hriadeľa a primárneho hriadeľa prevodovky zabezpečujú dve centrovacie puzdrá zalisované do bloku valcov.

Hlava valca

Hlava 22 valca je odliata z hliníkovej zliatiny a má klinovité spaľovacie komory. Hlava je osadená liatinovými vodiacimi puzdrami a ventilovými sedlami. Rozmery sedla sacieho ventilu sú väčšie ako rozmery sedla výfukového ventilu. Do sedadiel vyhrievanej hlavy valcov sú vložené sedadlá, predchladené v tekutom dusíku. To zaisťuje bezpečné a pevné uchytenie sediel v hlave. Pracovné skosenia sediel sú brúsené po ich osadení do hlavy sústredne s otvormi vo vodiacich puzdrách ventilov. Medzi hlavou a blokom valca je na kovovom ráme nainštalované špeciálne tesnenie odolné proti zmršťovaniu.

Hlava je centrovaná na bloku valcov dvoma puzdrami a je k nemu pripevnená šiestimi skrutkami. Aby sa zabezpečilo rovnomerné stlačenie celej plochy tesnenia bloku, aby sa zaistilo spoľahlivé utesnenie a aby sa zabránilo dotiahnutiu skrutiek pri následnej údržbe vozidla, skrutky upevnenia hlavy valcov sa doťahujú rovnomerne bez trhania v štyroch krokoch a presne definovaným spôsobom (zobrazené na liste 10) sekvencie:

• krok 1: Utiahnite skrutky na krútiaci moment 2 kgf·m;
• metóda 2 - utiahnite skrutky krútiacim momentom 7,08...8,74 kgf·m;
• krok 3 - otočte skrutky o 90°;
• krok 4: Znova otočte všetky skrutky o 90°.

V hornej časti hlavy valcov sú tri podpery pre čapy vačkového hriadeľa 12. Podpery sú odnímateľné. Horná polovica je umiestnená v ložiskovom puzdre 15 a spodná polovica je v hlave valca. Montážne puzdrá puzdra ložiska vačkového hriadeľa sú umiestnené na montážnych čapoch puzdra. Otvory v ložiskách sú opracované spolu s ložiskovou skriňou, a preto je možné hlavu valca vymeniť len spolu s ložiskovou skriňou.

Tesniaci prostriedok typu KLT-75T sa nanáša na povrchy hlavy valcov, ktoré sú spojené s puzdrom ložiska, v oblasti krajných podpier vačkového hriadeľa.

Ložiskové puzdro je nainštalované a matice sú utiahnuté v dvoch krokoch:

• krok 1: Predbežne utiahnite matice v poradí uvedenom na liste 10, kým povrchy ložiskového telesa nebudú v jednej rovine s hlavou valcov. Montážne objímky puzdra by mali voľne zapadnúť do svojich objímok;
• 2. krok - nakoniec utiahnite matice na krútiaci moment 2,2 kgf·m v rovnakom poradí.

V hornej časti hlavy sú štyri nátrubky s priemerom 35,320...36,345 mm pre ventilové zdvihátka.

Horná časť hlavy valcov je uzavretá hliníkovým liatym krytom 16 s tesnením.

Kryt pomocnej jednotky 19 je pripevnený k zadnému koncu hlavy valca.

Motor spolu so spojkou a prevodovkou tvorí pohonnú jednotku, ktorá je namontovaná na pomocnom ráme vozidla pomocou troch pružných podpier. Podpery podporujú hmotnosť pohonnej jednotky aj zaťaženie, ktoré vzniká, keď sa auto začne pohybovať, zrýchľuje a brzdí. Podpery znižujú vibrácie karosérie pri bežiacom motore, zaisťujú minimálne vibrácie motora a tiež chránia motor pred nárazovým zaťažením, keď sa auto pohybuje po nerovných cestách. Umiestnenie podpier s prihliadnutím na ťažisko motora a pohonnej jednotky pomáha znižovať prenos vibrácií na karosériu. Konštrukcia uloženia motora eliminuje možnosť priameho kontaktu častí motora s karosériou, čo výrazne znižuje prenos hluku a klepania od bežiaceho motora do vnútra karosérie.

Časovanie ventilov

Počas jedného pracovného cyklu prebiehajú vo valci motora štyri zdvihy: nasávanie horľavej zmesi, kompresia, výkonový zdvih a výfuk výfukových plynov. Tieto zdvihy sú ukončené v dvoch otáčkach kľukového hriadeľa.

Sací ventil sa začne otvárať skôr, ako sa piest priblíži k hornej úvrati (TDC), t. j. v polohe piesta zodpovedajúcej 26° otočenia kľukového hriadeľa pred TDC. To je potrebné, aby bol ventil úplne otvorený (keď piest klesá počas sacieho zdvihu horľavej zmesi) a cez plne otvorený sací otvor by sa dostalo čo najviac čerstvej horľavej zmesi.

Nasávací ventil sa uzatvára po prejdení piestu cez spodnú úvrať (BDC), teda v polohe zodpovedajúcej 60° otočenia kľukového hriadeľa po BDC Vplyvom zotrvačného tlaku prúdu nasatej horľavej zmesi pokračuje v prúdení do valca, keď sa piest už začal pohybovať smerom nahor, a tým zabezpečuje lepšie plnenie valca. Nasávanie teda prakticky nastáva v čase zodpovedajúcom otočeniu kľukového hriadeľa o 266°.

Výfukový ventil sa začína otvárať ešte pred úplným koncom pracovného zdvihu, skôr ako sa piest priblíži k BDC, teda v polohe zodpovedajúcej 50° natočenia kľukového hriadeľa k BDC. V tomto bode je tlak vo valci ešte dosť vysoký a plyny začínajú z valca intenzívne vytekať, v dôsledku čoho ich tlak a teplota rýchlo klesajú. Tým sa výrazne zníži práca motora potrebná na uvoľnenie plynov a zabráni sa prehriatiu motora.

Výfuk pokračuje aj potom, čo piest prejde TDC, t.j. keď sa kľukový hriadeľ otočí o 22° po TDC, takže výfukový cyklus je 252°.

Z diagramu časovania ventilov je zrejmé, že existuje moment (48° otočenia kľukového hriadeľa v blízkosti TDC), keď sú oba ventily otvorené súčasne - sací aj výfukový, t.j. výfukové a sacie zdvihy sa uskutočňujú s prekrytím ventilov. V dôsledku krátkeho časového intervalu a malých tlakových rozdielov nedochádza presahom ventilov k prenikaniu výfukových plynov do sacieho potrubia, ale naopak podtlak vo valci zotrvačnosťou prúdu výfukových plynov spôsobuje nasávanie horľavej zmesi do valca a tým zlepšuje jeho plnenie.

Popísané fázy časovania ventilov prebiehajú s medzerou A medzi vačkou vačkového hriadeľa a zdvihátkom ventilu na studenom motore.

Aby sa zabezpečilo, že otváracie a zatváracie momenty ventilov sú koordinované so zodpovedajúcimi polohami piestov určenými uhlami natočenia kľukového hriadeľa (t.j. zabezpečiť správnu inštaláciu časovania ventilov), na častiach motora sú značky (pozri kapitolu 10):

• a - na ozubenej remenici pohonu kľukového hriadeľa;
• b - na kryte olejového čerpadla;
• v - na hnacej kladke generátora;
• g a d - na prednom kryte ozubeného remeňa;
• e - na zadnom kryte rozvodového remeňa;
• f— na remenici vačkového hriadeľa.

Ak je časovanie ventilov nastavené správne, potom keď je piest prvého valca na konci kompresného zdvihu v TDC, značka "e" na zadnom kryte ozubeného remeňa by sa mala zhodovať so značkou "zh" na remenici vačkového hriadeľa a značka "a" na ozubenej remenici pohonu kľukového hriadeľa by sa mala zhodovať so značkou "6" na olejovom čerpadle.

Keď je dutina pohonu vačkového hriadeľa uzavretá predným krytom, polohu kľukového hriadeľa je možné určiť podľa značiek "b" a "d" na hnacej kladke generátora a prednom kryte ozubeného remeňa. Keď sú piesty v TDC, značka "b" na hnacej kladke generátora by mala byť zarovnaná so značkou "d" na kryte pohonu vačkového hriadeľa.

Keď sa značky zhodujú, upraví sa napnutie remeňa a vôle A vo ventilovom mechanizme.

Medzera A medzi vačkami vačkového hriadeľa a nastavovacími podložkami na studenom motore by mala byť rovná 0,15...0,25 mm pre sacie ventily a 0,3...0,4 mm pre výfukové ventily. Medzera sa nastavuje výberom hrúbky nastavovacej podložky 27.

Medzi náhradné diely patria nastavovacie podložky s hrúbkou 3 až 4,5 mm v intervaloch 0,05 mm. Hrúbka podložky je vyznačená na jej spodnej ploche pomocou elektrografu.

Ak sa medzery líšia od špecifikovaných hodnôt, je diagram časovania ventilov skreslený: so zväčšenou medzerou sa ventily otvárajú s oneskorením a zatvárajú s predstihom a s nedostatočnou medzerou sa otvárajú s predstihom a zatvárajú s oneskorením. Ak nie je žiadna vôľa, ventily zostávajú po celý čas mierne otvorené, čo dramaticky znižuje životnosť ventilov a sediel.

Vôle medzi vačkami a podložkami zdvihátka sa nastavujú s krytom hlavy valcov 9 a predným ochranným krytom ozubeného remeňa, s odstránenými zapaľovacími sviečkami a bez oleja v olejových kúpeľoch hlavy valcov v nasledujúcom poradí.

Kľukový hriadeľ sa otáča v smere hodinových ručičiek, až kým sa nezosúladia rozvodové značky na remenici vačkového hriadeľa a zadnom kryte rozvodového remeňa, a potom sa otočí o ďalších 40...50° (2,5...3 zuby na remenici vačkového hriadeľa). Zároveň v prvom valci nastáva fáza spaľovania. Kľukový hriadeľ by sa mal otáčať pomocou montážnej skrutky hnacej remenice generátora.

Pomocou sady škáromerov skontrolujte vôľu na 1. vačke vačkového hriadeľa. Ak sa medzera líši od normy, potom pomocou zariadenia je posúvač ventilu stlačený a upevnený v spodnej polohe. Hrúbka odstránenej nastavovacej podložky sa meria mikrometrom. Potom určte hrúbku novej podložky pomocou vzorca: H = B + (A - C), kde H je hrúbka novej podložky; A - meraná medzera; B — hrúbka odstránenej podložky; C — nominálna vôľa.

Príklad

Povedzme, že A = 0,26 mm; B = 3,75 mm; C = 0,2 mm (pre sací ventil). Potom: H = 3,75 + (0,26 - 0,2) = 3,81 mm. V rámci tolerancie vôle ±0,05 mm berieme hrúbku novej podložky rovnajúcej sa 3,8 mm.

Do zdvihátka ventilu sa namontuje nová nastavovacia podložka, odstráni sa držiak a znova sa skontroluje vôľa. Ak je nastavená správne, špáromer s hrúbkou 0,2 alebo 0,35 mm by mal vychádzať s miernym priškripnutím. Postupným otočením kľukového hriadeľa o pol otáčky, čo zodpovedá otočeniu značky na remenici vačkového hriadeľa o 90°, sa vôle zvyšných ventilov upravia podľa poradia uvedeného v tabuľke:



Čísla vačiek sa počítajú v poradí od remenice vačkového hriadeľa.

Prevádzkový poriadok motora

Aby sa zabezpečil hladký chod motora a znížilo sa nerovnomerné zaťaženie kľukového hriadeľa, pracovné procesy v rôznych valcoch musia prebiehať v určitom poradí. Postupnosť striedania rovnakých zdvihov v rôznych valcoch motora sa nazýva jeho prevádzkový poriadok.

Poradie spustenia valcov motora závisí od umiestnenia čapov kľukového hriadeľa a vačiek vačkového hriadeľa. Postupnosť striedania zdvihov vo valcoch motora, ku ktorým dochádza počas dvoch úplných otáčok kľukového hriadeľa, je uvedená v tabuľke:



Pri pohybe piestu v prvom valci smerom dole v rozsahu od 0° do 180° otáčania kľukového hriadeľa dochádza k horeniu a expanzii plynov. Počas expanzie plyny vykonávajú užitočnú prácu, preto sa tento zdvih nazýva pracovný zdvih. V druhom valci, zaostávajúcom za prvým o 360°, sa piest pohybuje smerom nadol a pripúšťa sa horľavá zmes.

Podobne v rozsahu od 180° do 360° rotácie prvého čapu kľuky nastáva kompresia v druhom valci a uvoľnenie v prvom atď.

Pri vývoji rodiny motorov a ich systémov pre nový model si konštruktér stanovil tri hlavné úlohy: zníženie hmotnosti a rozmerov, zníženie spotreby paliva a splnenie súboru požiadaviek na ochranu životného prostredia. Zníženie hmotnosti a rozmerov bolo dosiahnuté kompaktným dizajnom mechanizmov a systémov motora. Zlepšenie účinnosti motora sa dosiahne organizovaním pracovného procesu pri vysokom (9,9) kompresnom pomere a ďalšími opatreniami, o ktorých sme hovorili vyššie. Konštrukcia motora a jeho systémov zabezpečuje splnenie požiadaviek na toxicitu výfukových plynov.

Riešenie problému zníženia hluku uľahčili zmenšené vôle medzi piestom a valcom, v ložiskách kľukového hriadeľa, ako aj konštrukcia pohonu ventilov s minimálnymi vôľami medzi zdvihátkami a ich vedeniami v hlave valca, lepšie vyváženie kľukového hriadeľa a zavedenie vyvažovacích hriadeľov.

Znížil sa aj prenos vibrácií a hluku v dôsledku toho, že hliníkový kryt hlavy valcov je uložený na gumových puzdrách s izoláciou proti vibráciám.