Анализ параметров рабочего процесса двигателя ВАЗ 1111

СОДЕРЖАНИЕ       СТРАНИЦА

1.  Введение. Общие сведения.        2

2.  Анализ параметров рабочего процесса,       уровня форсирования, массогабаритных показателей    двигателя ВАЗ1111(11113) «Ока».              3-5

3. Описание конструкции двигателя, узлов, основных деталей,  конструктивные особенности.             6-19

4. Состав и описание систем воздухоснабжения,       газораспределения, топлива, масла, пуска, реверсирования,   охлаждения.                20-50

5. Сопоставление параметров и конструкции двигателя      с современными аналогами.           51-52

6.  Литература                   53

1. Введение. Общие сведения.

Автомобиль ВАЗ-1111(11113) «Ока»  – легковой переднеприводный автомобиль с поперечным расположением силового агрегата, предназначенный для эксплуатации на дорогах с твердым покрытием. Автомобиль рассчитан на эксплуатацию при температуре окружающего воздуха от –40 до +45 °С.

Семейство автомобилей “Ока” включает две базовые модели: ВАЗ-1111 и ВАЗ-11113, отличающиеся установленными на них двигателями. Кузов автомобиля – цельнометаллический, несущий, трехдверный, типа хэтчбек. Третья дверь расположена в задней части кузова и предназначена для погрузки багажа. Для перевозки крупногабаритных и длинномерных грузов заднее сиденье можно сложить, увеличив тем самым объем багажного отделения.

Двигатели – двухцилиндровые карбюраторные: ВАЗ-1111 – рабочим объемом 0,65 л  и ВАЗ-11113 – рабочим объемом 0,75 л. Автомобиль оборудован двухконтурной  рабочей тормозной системой с гидравлическим приводом, что повышает его безопасность. Тормозная система разделена на контуры по диагонали. Передние тормозные механизмы дисковые, задние – барабанные. Благодаря переднеприводной компоновке автомобиль обладает улучшенными по сравнению с заднеприводными моделями характеристиками управляемости, особенно при прохождении поворотов и на скользкой дороге.

В настоящее время автомобиль выпускается  Камским и Серпуховским автозаводами.

Двигатель ВАЗ-1111 (11113) является «половинкой» двигателя ВАЗ 2108 (21083). Поршни в нём движутся синхронно, но рабочий такт происходит только в одном из них. Интересной особенностью двигателя ВАЗ-1111 (11113) является пара уравновешивающих валов, расположенных в картере двигателя, и представляющих из себя эксцентрики, призванные скомпенсировать момент инерции синхронного движения обоих поршней одновременно вверх и вниз. Уравновешивающие валы приводятся во вращение посредством косозубого зубчатого колеса на коленвале, со стороны маховика стартёра, и делают 1 оборот на каждый 1 оборот коленвала. Подобный механизм применялся на V-образных двигателях МеМз, которые устанавливались на автомобили серии «Запорожец»

Система охлаждения ВАЗ-1111 / ВАЗ-11113 полностью  аналогична системе ВАЗ-2108 и имеет  в своём составе термостат, блокирующий движение жидкости через основной радиатор до достижения ею рабочей температуры. Насос охлаждающей жидкости используется тоже от двигателя ВАЗ-2108, что гарантирует уверенное охлаждение двигателя даже при высокой температуре окружающей среды. При низких температурах, однако, возможен недогрев двигателя до рабочей температуры вследствие сильного отбора тепла со стороны отопителя.

В системе питания ВАЗ-1111 / ВАЗ-11113 применяется карбюратор оригинальной конструкции. В жаркую погоду возможно образование паровых пробок в топливной магистрали из-за высоких температур в подкапотном пространстве и отсутствию обратной магистрали циркуляции топлива. Тем не менее, карбюратор ВАЗ-1111 (11113) имеет изначально не используемый (с глухим отверстием) прилив на крышке под штуцер обратки, позволяющий прокладывать обратку до топливного бака самостоятельно, чем полностью решается проблема подачи топлива.

2. Анализ параметров рабочего процесса, уровня форсирования,                                         массогабаритных показателей двигателя ВАЗ1111(11113) «Ока».

   Двигатель является на автомобиле основным источником механической энергии и используется в качестве силовой установки, приводящей машину в движение. На автотранспортные средства устанавливают двигатели различных конструкций, среди которых большее распространение получили поршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС).           

Поршневыми двигателями внутреннего сгорания комплектуется большинство современных автомобилей, в том числе и ВАЗ 1111(1113) «Ока».

В поршневых двигателях давление газов, образующееся от сгорания топлива в  камере сгорания, воспринимается поршнем, движущимся в цилиндре. Возвратно-поступательное движение поршня посредством кривошипно-шатунного механизма преобразуется во вращательное движение коленчатого вала. 
          К поршневым ДВС относятся  и двигатели Отто, с воспламенением смеси от постороннего источника тепла, например от электрической искры, образующейся между электродами свечи системы зажигания. Такие двигатели называют двигателями с искровым зажиганием. Таковым является  и двигатель ВАЗ-1111. Поршневые двигатели внутреннего сгорания можно условно классифицировать:

1) по способу смесеобразования  и виду применяемого топлива;    

2) по способу осуществления рабочего  цикла;      3) по числу цилиндров и их расположению;      

4) по способу охлаждения и  смазки деталей и т.п. 
          

По способу смесеобразования двигатели  внутреннего сгорания делятся на двигатели с внешним смесеобразованием и двигатели с внутренним смесеобразованием. 
         Двигатель ВАЗ-1111, является двигателем с внешним смесеобразованием, работает на лёгком топливе, бензине АИ-92. Приготовление топливно-воздушной смеси, и её дозирование осуществляют карбюраторная система питания. Образование топливно-воздушной смеси происходит вне цилиндра двигателя - в смесительной камере карбюратора. Смесь в цилиндре воспламеняется в конце такта сжатия, принудительно от электрической искры. 
           По способу осуществления рабочего цикла следует различать двухтактные и четырёхтактные двигатели. У первых, рабочий цикл совершается за два хода поршня, т.е. за один оборот коленчатого вала. У вторых, в т.ч. и у двигателя ВАЗ-1111, рабочий цикл совершается за четыре хода поршня, т.е. за два оборота коленчатого вала. Под рабочим циклом двигателя следует понимать совокупность процессов, протекающих в цилиндрах двигателя и «заставляющих» его работать. 
           По числу цилиндров и их расположению двигатели делятся на двух – и многоцилиндровые с рядным, многорядным, вертикальным, наклонным, звездообразным и горизонтальным расположением цилиндров  
          Двигатель ВАЗ-1111 является двухцилиндровым рядным двигателем. Уменьшить габаритную длину двигателя позволяет только многорядное расположение цилиндров двигателя; оппозитное, т.е. лежачее расположение цилиндров, позволяет уменьшить габаритную высоту двигателя, что в свою очередь позволяет снизить центр тяжести автомобиля и, тем самым улучшить его устойчивость. Ничего этого не наблюдается в анализируемом двигателе. 
          По способу охлаждения и смазки деталей различают двигатели с воздушным и жидкостным охлаждением, с принудительной смазкой деталей, смазкой разбрызгиванием и комбинированной смазкой.   Двигатель ВАЗ-1111   является двигателем с жидкостным охлаждением и комбинированной смазкой деталей.

 Четырёхтактный бензиновый двигатель

Рабочий цикл четырёхтактного двигателя состоит из четырёх основных этапов — тактов.

1. Впуск. В течение этого такта поршень опускается из верхней мёртвой точки (ВМТ) в нижнюю мёртвую точку (НМТ). При этом кулачки распредвала открывают впускной клапан, и через этот клапан в цилиндр засасывается свежая топливно-воздушная смесь.

2. Сжатие. Поршень идёт из НМТ в ВМТ, сжимая рабочую смесь. При этом значительно возрастает температура смеси. Отношение рабочего объёма цилиндра в НМТ и объёма камеры сгорания в ВМТ называется степенью сжатия. Степень сжатия — очень важный параметр, обычно, чем она больше, тем больше топливная экономичность двигателя. Однако, для двигателя с большей степенью сжатия требуется топливо с бо́льшим октановым числом. Степень сжатия двигателя автомобиля «Ока» 9,6.

3. Сгорание и расширение (рабочий ход поршня). Незадолго до конца цикла сжатия топливовоздушная смесь поджигается искрой от свечи зажигания. Во время пути поршня из ВМТ в НМТ топливо сгорает, и под действием тепла сгоревшего топлива рабочая смесь расширяется, толкая поршень. Степень «недоворота» коленчатого вала двигателя до ВМТ при поджигании смеси называется углом опережения зажигания. Опережение зажигания необходимо для того, чтобы давление газов достигло максимальной величины когда поршень будет находиться в ВМТ. При этом использование энергии сгоревшего топлива будет максимальным. Сгорание топлива занимает практически фиксированное время, поэтому для повышения эффективности двигателя нужно увеличивать угол опережения зажигания при повышении оборотов. В старых двигателях эта регулировка производилась механическим устройством (центробежным и вакуумным регулятором, воздействующим на прерыватель). В более современных двигателях для регулировки угла опережения зажигания используют электронику.

В двигателе 2 ЧН 7,6/7,1 регулировка производится механическим устройством  - трамблером.

4. Выпуск. После НМТ рабочего цикла открывается выпускной клапан, и движущийся вверх поршень вытесняет отработанные газы из цилиндра двигателя. При достижении поршнем ВМТ выпускной клапан закрывается и цикл начинается сначала.

Необходимо также помнить, что  следующий процесс (например, впуск), необязательно должен начинаться в тот момент, когда закончится предыдущий (например, выпуск). Такое положение, когда открыты сразу оба клапана (впускной и выпускной), называется перекрытием клапанов. Перекрытие клапанов необходимо для лучшего наполнения цилиндров горючей смесью, а также для лучшей очистки цилиндров от отработанных газов.

Преимуществами четырёхтактных двигателей по сравнению с двухтактными являются: больший ресурс, большая экономичность, более чистый выхлоп, не требуется сложная выхлопная система, меньший шум.

Рабочий цикл четырёхтактного двигателя

Рис.1 Схема рабочего цикла четырехтактного бензинового двигателя и основные положения деталей КШМ

Вп. - впускной клапан

Вып. - выпускной клапан

ВМТ - верхняя мертвая точка - самое дальнее положение поршня относительно оси КВ

НМТ - нижняя мертвая точка - самое ближнее положение поршня относительно оси КВ

   В мертвых точках  поршень меняет направление своего  движения на противоположное

Ход поршня - расстояние, которое проходит поршень в цилиндре (расстояние между ВМТ и НМТ)

Объем камеры сгорания - объем цилиндра над поршнем при его положении в ВМТ.До объема камеры сгорания сжимается топливовоздушная смесь при такте сжатия.

Рабочий объем цилиндра  -объем цилиндра  заключенный между мертвыми точками (между крайними положениями поршня в цилиндре).Рабочий объем двигателя (литраж двигателя) складывается из суммы рабочих объемов всех цилиндров.

Полный объем цилиндра -сумма рабочего объема и объема камеры сгорания. Отношение полного объема цилиндра к объему его камеры сгорания называется степенью сжатия – показывает во сколько раз в цилиндре сжимается топливовоздушная смесь.

3.Описание конструкции двигателя, узлов, основных деталей, конструктивные особенности.

          Автомобильные двигатели, в т.ч. и двигатель ВАЗ-1111 , имеют следующие системы и механизмы:

1). Кривошипно-шатунный механизм (КШМ);

2). Газораспределительный  механизм (ГРМ);

3). Систему охлаждения, смазки, вентиляции картера, питания, зажигания, рециркуляции отработавших газов, пуска и некоторые другие. 
          

Кривошипно-шатунный и газораспределительный  механизмы обеспечивают рабочий  цикл (работу) двигателя. Системы двигателя, в свою очередь, обеспечивают работу КШМ и ГРМ. 
          Механизмы и системы двигателя состоят из отдельных деталей и узлов. Основанием для крепления деталей и узлов перечисленных систем и механизмов является корпус двигателя.          

Двигатель ВАЗ-1111 - поршневой двигатель внутреннего сгорания классической (традиционной) конструкции и имеет корпус, состоящий из блока цилиндров (блок-картера) и головки блока цилиндров, закрытых, сверху - клапанной крышкой, снизу -  масляным поддоном, спереди и сзади - передней и задней крышками коленчатого вала с самоподжимными сальниками. 
          Корпусные детали двигателя являются основанием для крепления деталей кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов, а так же узлов и деталей систем смазки, охлаждения, зажигания, питания и др.            

Блоки цилиндров отливаются из серого легированного чугуна. Блоки цилиндров двигателей внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением , в т.ч. и двигателя ВАЗ-1111 ,имеют двойные стенки, образующие «рубашку охлаждения». Рубашка охлаждения заполняется охлаждающей жидкостью. Головки блоков цилиндров отливаются из алюминиевых сплавов, и имеют моноблочную конструкцию, т.е. на один ряд цилиндров двигателя устанавливается одна, единая для всех цилиндров, головка.  Головка через термостойкую прокладку крепится к привалочной плоскости блока цилиндров болтами, т.к блок чугунный. Болты крепления головки изготавливаются из высокопрочных сталей и при небольших диаметрах должны обеспечивать значительные усилия (моменты) затяжки. Усилия затяжки болтов (гаек) крепления головки блока регламентируется производителем и составляют 9,0–10,0 кгс x м. Стенки головки блока двойные. Рубашка охлаждения, образованная двойными стенками головки блока соединяется с рубашкой охлаждения блока цилиндров. В головке блока выполняются камеры сгорания. На головке размещают детали газораспределительного механизма, включая распределительный вал (валы), впускные и выпускные клапаны и детали привода клапанов. К деталям цилиндропоршневой группы двигателя относятся: цилиндры (гильзы цилиндров); поршни; поршневые кольца; поршневые пальцы. К деталям кривошипно-шатунного механизма двигателя относятся: шатуны и крышки шатунов; коленчатый вал и крышки коленчатого вала и маховик. Часть двигателей с малым числом цилиндров (до четырёх) могут иметь балансирные валы, которые также следует относить к деталям КШМ. Особенностью двигателя ВАЗ-1111 (11113) является пара уравновешивающих валов.  
          Цилиндры. В рядных двигателях, если блок цилиндров отливается из чугуна (в т.ч. и в двигателе ВАЗ-1111) цилиндры изготавливаются совместно с блоком.   
                    Внутренняя рабочая часть цилиндра обрабатывается на специальном оборудовании до определённой чистоты (шероховатости) и имеет ровную поверхность, которую называют «зеркалом цилиндра». При финишной (окончательной) обработке цилиндра на его поверхность наносятся пространственно ориентированные риски, способствующие удержанию в них масла нужного для смазки поршневых колец и поршней.  
                    По внутреннему диаметру цилиндры номинальных размеров разбиваются заводом изготовителем на категории (классы) с шагом 0,01 мм. Категории цилиндров обозначаются обычно буквами латинского алфавита (A, B, C…..) и клеймятся на привалочной плоскости картера двигателя или ином месте. Класс (категория, группа) цилиндра, так же может обозначаться краской, цифрой, печатным оттиском, или другим способом.               Поршни. Поршни изготавливаются из алюминия легированного кремнием и другими металлами методом литья в кокиль (специальная форма) или методом штамповки с последующей обработкой детали резанием. Для некоторых типов автомобильных двигателей, работающих с высокими удельными нагрузками на детали, поршни изготавливаются из стали и металлокерамики.  
          Поршни воспринимают давление газов, обеспечивают передачу усилий на шатун и герметизируют камеру сгорания. 
          Верхняя часть поршня носит название - головка поршня, нижняя направляющая часть поршня называется юбкой поршня.           

Головка поршня – наиболее усиленная часть поршня, где толщина стенок может достигать нескольких мм. На головке поршня выполнены канавки под поршневые кольца. В нижней канавке маслосъёмного кольца прорезаются дренажные отверстия для отвода масла. В головку поршня, для повышения износостойкости поршня, могут заделываться чугунные вставки, а на днище поршня (верхняя часть головки) и зону «огневого пояса» (часть головки поршня от днища до канавки первого компрессионного кольца) наноситься специальные покрытия. Днище поршня может иметь плоскую, выпуклую, вогнутую и иную форму. В днище поршней части двигателей выполняются углубления под клапаны (цековки) или камеры сгорания.           

Юбка поршня. Толщина стенок юбки современных поршней может быть меньше 1,5 мм. Для лучшей приработки поршня в цилиндре на юбку поршня напыляют тонкий слой олова или графитовое покрытие. Для этих же целей на юбке поршня выполняют «накатку» в виде микроканавок глубиной до 0,02 мм, в которых при работе двигателя удерживается масло.  В средней части юбки имеются отверстия под поршневой палец. Стенки юбки у отверстия под поршневой палец имеют утолщения (приливы), именуемые бобышками. У большинства поршней ось отверстия под поршневой палец смещена относительно плоскости симметрии поршня в сторону на 0,5 – 2,5 мм.  
          Поршни автомобилей российского, европейского и американского производства часто изготавливаются со стальными терморегулирующими вставками в юбке у отверстия под поршневой палец. Вставки, имеющие по сравнению с материалом поршня, меньший коэффициент теплового расширения, препятствуют расширению юбки поршня при нагревании. С той же целью уменьшения теплопередачи от головки поршня к юбке с наружной стороны бобышек выполняются подрезы, которые носят название «холодильников», а по нижней канавке маслосъёмного кольца или на юбке поршня, сквозные разрезы «Т» - или «П» – образной формы. 
          Юбка поршня в плане имеет форму овала, большая ось которого перпендикулярна оси отверстия поршневого пальца. В продольном разрезе поршень имеет форму конуса, расширяющегося к юбке. Эллипсность юбки и разница диаметров поршня в верхней и нижней его части может быть более 0,50 мм. 
          Поршень устанавливается в цилиндр с зазором. Зазор должен компенсировать расширение поршня при нагревании и обеспечивать присутствие масла между трущимися деталями. Величина установочного зазора строго регламентируется заводом изготовителем и в зависимости от конструкции того или иного двигателя лежит в пределах 0,01 – 0,09 мм (большинство двигателей будут нормально работать с зазором 0,04 – 0,06 мм.). Установочный зазор между стенкой цилиндра и поршнем обеспечивается по большей оси овала юбки поршня.  
          Поршни для одного двигателя не должны отличаться по массе более чем на 2-4 грамма или не более чем на 1 -1,5% среднего арифметического от суммы масс всех поршней данного двигателя.  
          Заводы выпускают поршни номинального и ремонтного размеров. По наружному диаметру и диаметру отверстия под поршневой палец поршни номинального размера, разбиваются на категории (классы). Информация о размерности и весе поршня, а так же иная информация, выбивается на днище поршня. 
          Поршневые кольца. Поршневые кольца изготавливаются из чугуна легированного никелем, хромом, молибденом и другими металлами или стали и выполняют следующие функции: 1).Уплотняют поршень в цилиндре; 2). Снимают излишки масла со стенок цилиндров; 3).Отводят тепло от поршня в стенки цилиндров. 
          Кольца имеют прямой вырез, называемый замком кольца. Замок позволяет кольцу пружинить.  
          На поршнях современных двигателей устанавливают по два – три кольца. По назначению кольца делятся на компрессионные кольца и маслосъёмные кольца. Компрессионные кольца устанавливаются в верхней части головки поршня и отвечают за уплотнение поршня в цилиндре. Маслосъёмные кольца устанавливаются под компрессионными кольцами и отвечают за снятие излишек масла со стенок цилиндров. Излишки масла через прорези в кольце и отверстия в поршневой канавке маслосъёмного кольца  сбрасываются под поршень и далее стекают в картер двигателя. Маслосъёмные кольца – составные и имеют в своём составе непосредственно кольцо (или два кольца - диска) и пружинный расширитель. 
          Рабочую поверхность верхних компрессионных колец, работающих в условиях высоких температур и при недостатке смазки, покрывают слоем пористого хрома или молибденом для повышения износоустойчивости. Кромки рабочих поверхностей колец имеют сложную форму в связи с чем, кольца должны устанавливаться на поршень в строго определённом положении. Неправильная установка колец может привести к прорыву газов в картер двигателя, снижению компрессии и повышению расхода масла на угар. Для правильной установки кольца на поршень на верхней части кольца делается специальная метка («тор», «верх»). При отсутствии меток следует обратиться к инструкции завода-изготовителя колец. 
             Поршневые пальцы шарнирно соединяют поршень с шатуном. Поршневые пальцы изготавливаются из низкоуглеродистых сталей легированных никелем и хромом и представляют собой короткую стальную толстостенную трубку. Поверхность пальцев обрабатывается с высокой точностью и полируется. Для придания поверхности пальца необходимой прочности, поверхность закаливается токами высокой частоты, цементируется или азотируется. 
          По способу соединения поршневого пальца с верхней головкой шатуна и с поршнем различают поршневые пальцы плавающего типа и пальцы, запрессованные в верхнюю головку шатуна. В двигателе ВАЗ-1111 поршневые пальцы, запрессованные в верхнюю головку шатуна. 
           Пальцы, запрессованные в верхнюю головку шатуна, в бобышках поршня перемещаются свободно, а в головку шатуна устанавливаются со значительным натягом. Натяг должен обеспечивать неподвижное положение пальца при существенных нагрузках, действующих на детали. 
          По наружному диаметру пальцы подразделяются на классы, через 0,004 мм. Класс маркируется краской на торце пальца или, если позволяет толщина стенки, цифрой или буквой. 
          Шатун. Шатун передаёт усилие от поршня на коленчатый вал двигателя и совместно с валом преобразует поступательное движение поршня во вращательное движение вала. Шатуны изготавливаются из углеродистых сталей легированных марганцем, хромом, никелем, молибденом и др. металлами методом ковки в штампах с промежуточной и финишной термообработкой и обработкой резанием. Шатун является одной из самых нагруженных деталей в двигателе. Шатун состоит из стержня, имеющего двутавровое сечение, поршневой (верхней) и кривошипной (нижней) головок. Для установки на коленчатый вал, нижняя головка выполнена разъёмной и имеет крышку. Так как отверстие в нижней головке шатуна выполняется и обрабатывается в сборе с крышкой, крышки шатунов не взаимозаменяемы и устанавливаются на головку в строго определённом положении. Для правильной установки крышек на них и нижних головках шатунов выбиваются специальные метки. С этой же целью на привалочных плоскостях крышки и головки шатуна могут выполняться соединительные ступеньки (выступы). Крышка крепится к нижней головке шатуна шатунными болтами. Для обеспечения высокой прочности болтов для их изготовления используются специальные стали, особые технологии производства и обработки. Шатуны для одного двигателя не должны отличаться по массе более чем на 2-6 граммов (1 - 1,5% среднего арифметического от суммы масс всех шатунов двигателя). 
         Коленчатый вал. Коленчатый вал (КВ) через шатун воспринимает усилие от поршня. Крутящий момент, развиваемый на коленчатом валу, через механизмы трансмиссии передаётся на ведущие колёса автомобиля.  
          Коленчатые валы изготавливаются из высокопрочных легированных углеродистых сталей методом ковки или точным литьём из особого чугуна с шаровидным графитом.  
          Коленчатый вал состоит из коренных и шатунных шеек, соединяющих их щёк, а также противовесов, переднего носка и заднего фланца. Коренные и шатунные шейки  со щеками и противовесами образуют колено. Для подачи масла к шатунным подшипникам в щеках вала от коренных шеек просверливаются специальные каналы. Каналы снабжаются грязеуловителями. Грязеуловители способствуют дополнительной центробежной очистке масла, поступающего к шатунной шейке, и представляют собой просверленный или отлитый в шатунной шейке горизонтальный или наклонный канал, выходы из которого закрыты заглушками. Смазка шеек вала принудительная под давлением. Места перехода шеек к щёкам называются галтелями. Для уменьшения вероятности поломки вала, галтели делают закруглёнными и по галтели выполняют радиусную канавку глубиной 0,2 – 0,5 мм. Канавка уменьшает напряжения в металле в зоне соединения щеки и шейки. При ремонте коленчатого вала (шлифовке шеек) глубина канавок и радиус закругления галтелей должны быть восстановлены. Коренными шейками вал устанавливают в опорах картера двигателя и закрепляют крышками. Крышки коленчатого вала не взаимозаменяемы и должны устанавливаться на опору только в одном положении. Вал с наибольшим числом опор из возможного их количества называется полноопорным. К шатунным шейкам коленчатого вала крепится шатун. На одну шатунную шейку может приходиться один или два противовеса. Противовесы служат для разгрузки коренных подшипников от действия моментов, создаваемых центробежными силами от вращающихся частей и сил инерции поступательно движущихся частей. Расположение кривошипов КВ и их число зависит числа и расположения цилиндров двигателя.     Поверхности шеек чугунных коленчатых валов закаливаются токами высокой частоты, а стальных азотируются на глубину до 1,50 мм для придания им прочности и износостойкости. На передний носок КВ устанавливают шкив привода вентилятора и генератора, зубчатое колесо привода масляного насоса, звёздочку цепи, масляный отражатель и гаситель крутильных колебаний. На задний фланец КВ болтами или гайками через шпильки крепится маховик. Передний носок и задний фланец КВ уплотняется сальниками.  
                   

Маховик. Маховик обеспечивает равномерное вращение коленчатого вала при работе двигателя и представляет собой чугунный тщательно сбалансированный диск на обод которого надет стальной зубчатый венец для пуска двигателя от стартера. Маховик устанавливается на задний фланец коленчатого вала в строго определённом положении, для чего болты крепления маховика расположены несимметрично, и центрируется. Для точного центрирования маховика служит бурт самого фланца, либо установочные штифты.  
          Подшипники. Подшипники коленчатого вала. Подавляющее большинство коленчатых валов двигателей современных автомобилей вращаются в подшипниках скольжения - вкладышах. Коренные вкладыши устанавливаются в опоры и крышки коленчатого вала и центрируются в них с помощью замков. Шатунные вкладыши устанавливаются в постели крышки и нижней головки шатуна. Замок вкладыша представляет собой «усик» шириной до 4,0 мм, отогнутый при изготовлении вкладыша. Основой вкладыша является стальная лента, на которую наносят слой антифрикционного материала (т.е. материала, уменьшающего трение), состоящего из алюминиевого сплава с различным содержанием свинца, олова, сурьмы, кремния и меди. Общая толщина вкладышей современных двигателей 1,0 – 2,5 мм. Во вкладыше выполняется канавка и/или отверстие для подвода масла к шейке коленчатого вала. Вкладыши разных двигателей по составу антифрикционного состава могут сильно отличаться.  От осевого перемещения коленчатый вал удерживается упорными подшипниками, выполненными в виде колец или полуколец и устанавливаемых в центральной или задней коренной опоре коленчатого вала. Материал, из которого изготавливаются упорные подшипники, идентичен материалу вкладышей. 
          Гораздо реже в автомобильном двигателестроении, для коленчатых валов применяют подшипники качения (шариковые, роликовые или игольчатые). Существенным преимуществом подобной конструкции является то, что подшипники качения не требуют смазки под давлением.

Рис.3 Общий вид двигателя ВАЗ 11113 (1111)

Расположение  цилиндров двигателя

Рис.4 Расположение цилиндров двигателя.

1. - рядное расположение цилиндров
2. - V- образный двигатель
3. - звездообразный двигатель
4. - оппозитное расположение цилиндров двигателя
5. - U – образный двигатель с шатуном прицепного типа (поршни движутся в одном направлении)
6. – двигатель с горизонтально расположенными цилиндрами и поршнями, движущимися в противоположных направлениях  

Двигатель ВАЗ-1111 – рядное расположение цилиндров ( на рисунке 4 соответствует номеру 1)

17

Корпусные детали двигателя

Рис.5 Корпусные детали  двигателя.

1. - блок-картер (блок цилиндров)
2. - прокладка головки блока
3. - головка блока
4. - прокладка клапанной крышки
5. - клапанная крышка

Рис.6 Схемы расположения кривошипов коленчатых валов разных двигателей и порядок работы цилиндров двигателей.

4.Состав и описание систем воздухоснабжения, газораспределения, топлива, масла, пуска, реверсирования, охлаждения.

Система газораспределения.

Газораспределительный механизм.

          Механизм газораспределения  должен обеспечивать очистку цилиндров  от продуктов сгорания (отработавших газов) на такте выпуска и наполнение цилиндров новой порцией топливно-воздушной смеси на такте впуска. В двигателях внутреннего сгорания применяют клапанное, золотниковое и комбинированное газораспределение. Благодаря сравнительно простому устройству и высокой надёжности клапанное газораспределение получило большее распространение. 
          Находят применение следующие типы ГРМ: 1) с верхним расположением клапанов (двигатели OHV); 2) с нижним расположением клапанов (встречаются редко); 3) размещением распределительного вала на головке блока цилиндров (двигатели ОНС); 4) размещением распределительного вала в блоке цилиндров. 
          По числу клапанов, приходящихся на один цилиндр двигателя, следует различать газораспределительные системы классической конструкции - с двумя клапанами на цилиндр, и многоклапанные системы, с тремя – шестью клапанами на цилиндр. Для привода многоклапанных систем используются схемы DOHC – двигатели с двумя верхними распределительными валами.  
          Детали ГРМ для удобства можно объединить в следующие группы:

   1). Распределительный вал и детали привода РВ;       2). Детали клапанной группы;          3). Детали привода клапанов и передаточные детали.

 Распределительный  вал и детали привода распределительного  вала.

          Распределительный вал (РВ) обеспечивает своевременное открытие и закрытие клапанов. Вал классической конструкции кулачкового типа имеет кулачки управления впускными и выпускными клапанами и опорные шейки На валу может располагаться шестерёнка привода масляного насоса и распределителя зажигания и эксцентрик привода топливного насоса карбюраторных двигателей. Валы изготавливаются из сталей методом штамповки или отливаются из высокопрочного чугуна, легированного хромом, никелем, молибденом и др. металлами. Шейки и кулачки вала шлифуются и подвергаются закалке отбеливанием или токами высокой частоты. Опорными шейками вал устанавливается в опорах (подшипниках скольжения) и закрепляется крышками. Опоры и крышки опор могут быть объединены между собой в корпус подшипников распределительного вала. От осевого перемещения распределительный вал удерживается упорным подшипником. Смазка опор осуществляется под давлением. Масло в подшипник поступает по каналам, выполненным в опорах и/или в самом валу. Кулачки смазываются принудительно (под давлением) или разбрызгиванием. 
          Распределительный вал приводится в движение от коленчатого вала двигателя зубчатым ремнём, цепью или зубчатой передачей (шестернями).  Цепной и ременный привод РВ имеют систему натяжения цепи (ремня).

 Детали клапанной  группы.

          К деталям клапанной  группы относятся впускные и выпускные  клапаны, сёдла клапанов, направляющие втулки клапанов со стопорными кольцами и уплотнениями клапана (сальниками клапана), клапанные пружины, тарелки, шайбы и конические разрезные «сухари».  
          Клапаны. Основными элементами клапана являются головка и стержень. Клапаны изготавливаются из прутковой стали способом её высадки. Для изготовления впускного клапана применяют хромистую или хромокремнистую сталь. Выпускные клапаны работают в условиях высоких температур, и во избежание быстрого выгорания производятся из жаропрочных сильхромовых или хромоникельмарганцовистых сталей. При этом стержень и головка выпускных клапанов может изготавливаться из разных сталей и соединяться между собой сваркой. Стержень выпускного клапана иногда делается полый. Полость заполняется жидким металлическим натрием, который при работе клапана способствует переносу тепла от сильно нагретой головки клапана в стержень. Поверхность стержня шлифуют и иногда хромируют для повышения износоустойчивости. Рабочей поверхностью тарелки (фаской) клапан плотно прилегает к седлу, запрессованному в головку блока цилиндров.  
          Сёдла клапанов для алюминиевых головок блока выполняются из жаропрочного чугуна (реже стали) и устанавливаются в головку с натягом 0,09 – 0,12 мм с последующей завальцовкой материала головки на седло. Неплотная посадка клапана в седле, является основной причиной его выхода из строя (прогорания) и разгерметизации камеры сгорания. 
          Направляющие втулки клапанов изготавливаются из чугуна, бронзы или металлокерамики и запрессовываются в головку цилиндров блока (или в блок цилиндров, при нижнем размещении клапанов) с натягом 0,04 – 0,08 мм. Через направляющую втулку проходит стержень клапана. Втулка может иметь посадочный поясок для установки сальника клапана (маслосъёмного колпачка), уплотняющего стержень клапана и предотвращающего попадание излишек масла по стержню клапана в камеру сгорания. При этом для улучшения смазки стержня клапана, по внутренней поверхности направляющей втулки выполняют спиральную канавку («резьбу») с шагом 2 – 3 мм, в которой удерживается масло. Зазор между стержнем клапана и втулкой регламентируется изготовителем и для большинства двигателей устанавливается  в пределах 0,04 – 0,08мм у впускных клапанов и 0,06 – 0,12мм у выпускных. 
          Пружины клапанов возвращают клапан на седло после снятия с него нагрузки от кулачка распределительного вала, удерживают клапан в закрытом положении, обеспечивая его плотную посадку в седле, и предотвращают разрыв кинематической связи между передаточными деталями и клапаном. На один клапан устанавливается одна или две пружины (внутренняя – малая, и наружная – большая). Витки большой и малой пружин имеют противоположную навивку. Пружина надевается на стержень клапана и закрепляется на его конце через опорную тарелку с помощью разрезных конических сухарей.

Привод клапанов и их детали.

          В зависимости  от конструкции газораспределительного механизма следует различать три основных типа механических приводов клапанов:

• Привод с помощью коромысел;
• Привод с помощью рычагов;
• Привод с помощью цилиндрических толкателей.

Привод клапанов с помощью коромысел имеет следующие детали: коромысло, ось коромысел, штангу, промежуточный толкатель.  
          Коромысла изготавливаются из чугуна или стали и устанавливаются на оси коромысел через бронзовую втулку или без неё. В зазор между коромыслом и втулкой поступает масло. Одно плечо коромысла опирается через промежуточный толкатель на торец клапана, другое на кулачок распределительного вала или штангу (при нижнем расположении распределительного вала). В плече коромысла, опирающегося на клапан, устанавливается винт с контргайкой или эксцентрик, с помощью которого производится регулировка теплового зазора между торцом клапана и деталями привода клапана. Зазор компенсирует тепловое удлинение стержня клапана при нагревании и в обязательном порядке контролируется при проведении очередного ТО. Величина зазора регламентируется заводом изготовителем и для двигателей различных конструкций составляет 0,15 – 0,40 мм (в среднем 0,20 – 0,25 мм). Ось коромысел представляют собой стальную трубку с точно обработанной поверхностью. Ось (оси) закрепляется на головке блока цилиндров в специальных отверстиях или болтами на крышках распределительного вала. 
          Привод с помощью рычагов имеет следующие детали: рычаг, опору рычага и прижимную пружину. 
          Рычаг изготавливается из стали. Поверхность рычага, контактирующая с кулачком распределительного вала, упрочняется закалкой токами высокой частоты или иным образом. Одним плечом рычаг опирается на торец клапана, другим на шаровидную головку опорного болта или втулку гидравлического толкателя (гидрокомпенсатора). Упорный болт вкручивается в стальную втулку, установленную на резьбе в теле головки блока цилиндров и удерживается от самопроизвольного выкручивания контргайкой. С помощью упорного болта производится регулировка теплового зазора в приводе клапанов. 
          Привод с помощью цилиндрических толкателей. Цилиндрический толкатель представляет собой стальной стаканчик, установленный на стержне клапана в специальном отверстии головки блока. На толкатель через стальную регулировочную шайбу воздействует кулачок распределительного вала (в некоторых конструкциях регулировочная шайба устанавливается под толкатель на торец стержня клапана). 
          Привод клапанов с гидравлическими толкателями. Гидравлические толкатели могут устанавливаться со всеми типами приводов клапанов. В конструкциях, где применяются гидротолкатели, отсутствует зазор в приводе, что обеспечивает безударное набегание и сход кулачка распределительного вала с толкателя, уменьшает шум при работе и устраняет колебания в механизме.

Системы регулирования фаз газораспределения

          Для получения оптимальных характеристик двигателя при различных частотах вращения коленчатого вала возникает необходимость управлять временем открытия – закрытия впускных и выпускных клапанов (фазами газораспределения). При относительном увеличении времени (или степени) открытия впускного клапана улучшается наполнение цилиндра топливно-воздушной смесью. При относительном увеличении времени (или степени) открытия выпускного клапана, улучшается очистка цилиндра от отработавших газов. Существует достаточно много  конструкций, позволяющих манипулировать работой клапанов. Конструкция позволяет изменять фазы газораспределения путём изменения высоты подъёма клапанов, что достигается применением распределительного вала с кулачками, имеющими криволинейный профиль. Распределительный вал в подобных конструкциях имеет возможность осевого перемещения.

Газораспределительный механизм ВАЗ 11113 (1111)   клапанного типа, с верхним расположением клапанов, распределительный вал (РВ) классической конструкции кулачкового типа, привод газораспределительного механизма - зубчатым ремнем, по числу клапанов, приходящихся на один цилиндр двигателя - с двумя клапанами на цилиндр, привод с помощью цилиндрических толкателей. Газораспределительный механизм ВАЗ 11113 (1111) обеспечивает наполнение цилиндров двигателя горючей смесью и выпуск отработавших газов в соответствии с принятым для двигателя порядком работы цилиндров и фазами газораспределения. К деталям газораспределительного механизма относятся: распределительный вал, клапаны и направляющие втулки, пружины с деталями крепления, рычаги привода клапанов. Газораспределительный механизм приводится в движение от ведущей звездочки 49 коленчатого вала двухрядной роликовой цепью 46. Распределительный вал управляющий открытием и закрытием клапанов, чугунный, с закаленными токами высокой частоты трущимися поверхностями кулачков. С 1982 по 1984г. вместе с изготовлением рычагов 15 из стали 40Х распределительные валы азотировали для повышения износостойкости вместо закалки токами высокой частоты. В результате насыщения поверхности металла азотом и частично углеродом получается упрочненный слой, обеспечивающий повышенную коррозионную стойкость, износостойкость, высокое сопротивление знакопеременным нагрузкам. Упрочненный слой состоит из зоны химических соединений толщиной до 20 мкм и диффузионной зоны твердого раствора азота и углерода в d-Fe глубиной до 0, 5 мм. С 1985 устанавливаются распределительные валы с отбелом кулачков. Эти валы имеют отличительный шестигранный поясок между З-м и 4-м кулачками. Процесс отбеливания заключается в электродуговом оплавлении поверхностей, , в результате которого образуется слой так называемого 'белого' чугуна, обладающего высокой твердостью. К переднему торцу распределительного вала крепится центральным болтом ведомая звездочка 43. Распределительный вал вращается на пяти опорах в специальном корпусе 26, укрепленном на головке цилиндров в девяти точках. От осевых перемещений распределительный вал удерживается спорным фланцем, помещенным в проточке передней опорной шейки вала. Упорный фланец прикреплен к корпусу подшипников распределительного вала двумя шпильками с гайками. Смазка к трущимся поверхностям распределительного вала подводится от масляной магистрали через канавку на центральной опорной шейке, через сверление по оси вала и отверстия на кулачках и опорных шейках. Клапаны (впускной и выпускной), служащие для периодического открытия и закрытия отверстий впускных и выпускных каналов, расположены в головке блока цилиндров наклонно в один ряд. Головка впускного клапана имеет больший диаметр для лучшего наполнения цилиндра, а рабочая фаска выпускного клапана, работающая при высоких температурах в агрессивной среде выпускных газов, имеет наплавку из жаростойкого сплава. Кроме того, выпускной клапан выполнен составным: стержень из хромоникельмолибденовой стали с лучшей износостойкостью на трение и теплопроводностью для отвода теплоты от головки клапана к его направляющей втулке, а головка - из жаропрочной хромоникельмарганцовистой стали. Впускной клапан изготовлен из хромоникельмолибденовой стали. Пружины (наружная 10 и внутренняя И) прижимают клапан к седлу и не позволяют ему отрываться от рычага привода. Пружины нижними концами опираются на две опорные шайбы. Верхняя опорная тарелка 13 пружин удерживается на стержне клапана двумя сухарями 12, имеющими в сложенном виде форму усеченного конуса. Рычаги 15 стальные, передают усилие от кулачка распределительного вала клапану. Рычаг одним концом опирается на сферическую головку регулировочного болта 17, а другим, имеющим специальную канавку для удержания рычага на клапане, на его торец. Регулировочный болт 17 ввернут во втулку 21, которая, в свою очередь, ввернута в головку цилиндров. Регулировочный болт стопорится контргайкой 18.       Привод вспомогательных агрегатов. Вспомогательные агрегаты двигателя тактный механизм, приводятся в действие от коленчатого вала с помощью цепной передачи, которая расположена в передней полости блока цилиндров и закрыта крышкой. Цепная передача состоит из двухрядной втулочно-роликовой цепи 46, ведущей звездочки 49. установленной на коленчатом валу, ведомой звездочки 45 привода вспомогательных агрегатов, ведомой звездочки 43 распределительного вала, успокоителя 44 цепи и натяжителя 61 с башмаком 60. Башмак натяжителя и успокоитель цепи имеют стальной каркас с привулканизированным слоем резины. При отворачивании фиксирующей гайки 55 цепь натягивается башмаком 60, на который действуют пружины 52 и 57 через плунжер 59. Башмак натяжителя вращается вокруг болта крепления. После затяжки гайки 55 стержень 53 зажимается цангами сухаря 54, вследствие чего блокируется пружина 52 натяжителя цепи. При работе двигателя на плунжер 59 воздействует только пружина 57. обеспечивающая благодаря зазору 0, 2-мм в механизме натяжителя компенсацию колебании цепи. Шоитель 44 цепи гасит колебания ведущей ветви цепи. При работе двигателя цепь вытягивается. Она считается работоспособной, если натяжитель обеспечивает ее натяжение, т.е. если цепь вытянулась не более, чем на 4 мм. Длина цепи проверяется на приспособлении, имеющем два ролика диаметром 51, 72+0,01 мм, на которые надевают цепь, прикладывая усилие 150 Н (15 laic) к одному из роликов, замеряют расстояние мощу осями. Валик 26 привода масляного насоса, распределителя зажигания и топливного насоса установлен вдоль двигателя и имеет две опорные шейки, винтовую шестерню и эксцентрик 25, который через толкатель приводит в действие топливный насос. Валик отлит из чугуна, поверхность эксцентрика закалена токами высокой частоты на глубину 21-0,5 мм. По оси валика имеется отверстие для подвода масла от передней опоры - к внешней. Зазоры между втулками и опорными шейками валика привода масляного насоса и распределителя зажигания должны соответствовать для передней опоры - 6, 0464, 091 мм, y задней -0.080 мм; предельно допустимый зазор для обеих опор - 0,15 мм. Винтовая шестерня валика 26 находится в зацеплении с шестерней 27, которая приводит в действие распределитель зажигания и масляные насос. Шестерня 27 установлена вертикально. вращается в металлокерамической втулке, запрессованной в блок цилиндров. В шестерне выполнено отверстие со шлицами, а которое входят шлицевые концы валиков распределителя зажигания и масляного насоса. Корпус распределителя зажигания установлен на верхней плоскости блока цилиндров и крепится к нему стальной пластиной. Масляный насос крепится болтами к нижней плоскости блока цилиндров.           Работа двигателя. За один рабочий цикл в цилиндре двигателя происходит четыре такта - впуск горючей смеси, сжатие, рабочий ход и выпуск отработавших газов. Эти такты осуществляются за два оборота коленчатого вала. т.е. каждый такт происходит за пол - оборота (180) коленчатого вала. Впускной клапан начинает открываться с опережением, т.е. до подхода поршня к верхней .Мертвой точке (в.м.т.) на расстояние, соответствующее 12 поворота коленчатого вала до в.м.т. Это необходимо для того, чтобы клапан был полностью открытым, когда поршень пойдет вниз, и через полностью открытое впускное отверстие поступило по возможности больше свежей горючей смеси. впускной клапан закрывается с запаздыванием, т.е. после прохождения поршнем нижней мертвой точки (н.м.т.) на расстоянии, соответствующем 40 поворота коленчатого вала после (н.м.т.) Вследствие инерционного напора струи всасываемой горючей смеси она продолжает поступать в цилиндр, когда поршень уже начал движение вверх, и тем самым обеспечивается лучшее наполнение цилиндра. Таким образом, впуск практически происходит за время поворота коленчатого вала на 232 . Выпускной клапан начинает открываться еще до полного окончания рабочего хода, до подхода поршня к (н.м.т.) на расстояние. соответствующее 42 поворота коленчатого вала до (н.м.т.) В этот момент давление в цилиндре еще довольно велико, и газы начинают интенсивно истекать из цилиндра, в результате чего их давление и температура быстро падают. Это значительно уменьшает работу двигателя во время выпуска и предохраняет двигатель от перегрева. Выпуск продолжается и после прохождения поршнем в.м.т., т.е. когда коленчатый вал повернется на 10 после в.м.т. Таким образом, продолжительность выпуска составляет 232 . Существует такой момент (22 поворота коленчатого вала около (в.м.т.) когда открыты одновременно оба клапана - впускной и выпускной. Такое положение называется перекрытием клапанов. Из- за малого промежутка времени перекрытие клапанов не приводит к проникновению отработавших газов во впускной трубопровод, а, наоборот, инерция потока отработавших газов вызывает подсос горючей смеси в цилиндр и тем самым улучшает его наполнение. Описанные фазы газораспределения имеют место при зазоре 0, 30 мм между кулачком распределительного вала и рычагом привода клапана на холодном двигателе. Чтобы обеспечить согласованна моментов открытия и закрытия клапанов с углами поворота коленчатого вала (т.е. обеспечить правильную установку фаз газораспределения), на звездочках коленчатого и распределительного валов имеются метки 48 и 42, а также 47 на едоке цилиндров и 41 (выступ) на корпусе подшипников распределительного вала. Если фазы газораспределения установлены правильно, то при положении поршня четвертого цилиндра в.м.т. в конце такта сжатия метка 41 на корпусе подшипников распределительного вала должна совпадать с меткой 42 на звездочке распределительного вала, а метка 48 на звездочке коленчатого вала с меткой 47 на блоке цилиндров. Когда полость привода распределительного вала закрыта крышкой, то положение коленчатого вала можно определить по меткам на шкиве коленчатого вала и крышке привода распределительного вала. При положении поршня четвертого цилиндра в в.м.т. метка 62 на шкиве должна совпадать с меткой 65 на крышке привода распределительного вала. Несовпадение меток на один - два звена цепи приводит к ударам клапанов о поршень и отказу двигателя в работе. Для обеспечения нормальной работы двигателя зазоры между кулачками и рычагами привода клапана устанавливаются равными 0, 1.5 мм на холодном двигателе. Эти зазоры необходимы для того, чтобы обеспечить правильную работу механизма газораспределения при тепловом расширении деталей на работающем двигателе, (отклонение величины зазоров у различных клапанов на одном двигателе не должно превышать 0,02-0,03 мм. Если зазоры отличаются от указанной величины, то фазы газораспределения искажаются: при увеличенном зазоре клапаны открываются с запаздыванием и закрываются с опережением, а при недостаточном зазоре открываются с опережением и закрываются с запаздыванием. Если зазора нет, то клапаны остаются немного приоткрытыми постоянно, что резко сокращает долговечность клапанов и седел. Зазоры между кулачками и рычагами привода клапанов устанавливаются следующим образом: повернув коленчатый вал по часовой стрелке до совпадения метки 42на звездочке распределительного вала с меткой 41 на корпусе подшипников, что соответствует концу такта сжатия в четвертом цилиндре, устанавливают зазор у выпускного клапана четвертого цилиндра (восьмой кулачок) и впускного клапана третьего цилиндра (шестой кулачок). Затем, последовательно поворачивая коленчатый вал на 180 , устанавливают зазоры у клапанов остальных цилиндров в порядке. Для установки требуемого зазора следует: держа гаечным ключом регулировочный болт 17 рычага, другим ключом ослабить контргайку болта, вставить между рычагом и кулачком распределительного вала щуп толщиной 6, 15 мм и гаечным ключом завертывать или отвертывать регулировочный болт 17 с последующим затягиванием контргайки, пока при затянутой контргайке щуп не будет входить с легким защемлением.