КОНСТРУКЦИЯ ДВИГАТЕЛЯ

КОНСТРУКЦИЯ ДВИГАТЕЛЯ

Кривошипно-шатунный механизм

Блок цилиндров изготовлен из специального чугуна моноблоком с картерной частью, опущенной ниже оси коленчатого вала. Между цилиндрами имеются протоки для охлаждающей жидкости. В нижней части блока расположены пять опор коренных подшипников. Крышки подшипников обрабатываются в сборе с блоком цилиндров и, следовательно, не взаимозаменяемы.

В картерной части блока цилиндров устанавливаются форсунки для охлаждения поршней маслом. Головка цилиндров отлита из алюминиевого сплава. В верхней части головки цилиндров располагается газораспределительный механизм: распределительные валы, рычаги привода клапанов, гидроопоры, впускные и выпускные клапаны. Головка цилиндров имеет два впускных канала и два выпускных, фланцы для присоединения впускной трубы, выпускного коллектора, термостата, крышек, посадочные
места под форсунки и свечи накаливания, встроенные элементы систем охлаждения и смазки.
Поршень отлит из специального алюминиевого сплава, с камерой сгорания, выполненной в головке поршня. Объем камеры сгорания (21,69 ± 0,4) см3. Юбка поршня бочкообразной формы в продольном направлении и овальная в поперечном сечении, имеет антифрикционное покрытие. Большая ось овала расположена в плос-
кости, перпендикулярной оси поршневого пальца. Наибольший диаметр юбки поршня в продольном сечении расположен на расстоянии 13 мм от нижней кромки поршня. Внизу юбки выполнена выемка, которая обеспечивает расхождение поршня с форсункой охлаждения. В головке поршня выполнены три канавки: в двух верхних
установлены компрессионные кольца, а в нижней - маслосъемное. Канавка под верхнее компрессионное кольцо выполнена в упрочняющей вставке из нирезистового чугуна. Ось отверстия для поршневого пальца смещена на 0,5 мм в правую сторону (по ходу автомобиля) от средней плоскости поршня. На днище поршня имеется маркировка размерной группы диаметра юбки поршня (буквы A, B, Y) и стрелка ориентации поршня, для его правильной установки в двигатель. При установке поршня стрелка должна быть направлена в сторону переднего торца блока цилиндров. Поршневые кольца (Рисунок 7) устанавливаются по три на каждом поршне:
два компрессионных и одно маслосъемное. Верхнее компрессионное кольцо 2 изготовлено из высокопрочного чугуна и имеет равностороннюю трапецевидную форму и износостойкое антифрикционное покрытие поверхности, обращенной к зеркалу цилиндра. Нижнее компрессионное кольцо 3 изготовлено из серого чугуна, прямоугольного профиля, с минутной фаской, с износостойким антифрикционным покрытием поверхности, обращенной к зеркалу цилиндра. Маслосъемное кольцо 4 изготовлено из серого чугуна, коробчатого типа, с пружинным расширителем 5, с износостойким антифрикционным покрытием рабочих поясков поверхности, обращенной к зеркалу цилиндра. При установке поршневых колец на поршень надписи «ТОР» или «mTOP», или «m» на торце колец должны быть обращены в сторону днища поршня. Нарушение этого условия вызывает резкое возрастание расхода масла и дымление двигателя. Замки компрессионных колец должны быть расположены параллельно оси поршневого пальца в противоположные стороны относительно друг друга, стык пружинного расширителя и замок маслосъемного кольца также установлены в противоположные друг к другу стороны и под углом 90° к замкам компрессионных колец.
 

Рисунок 7 – Поршневые кольца:

1 – поршень; 2 – верхнее компрессионное кольцо; 3 – нижнее компрессионное кольцо; 4 – маслосъемное кольцо; 5 – пружинный расширитель

Шатун - стальной кованный. Крышка шатуна обрабатывается в сборе с шатуном, и поэтому при переборке двигателя нельзя переставлять крышки с одного шатуна на другой. Крышка шатуна крепится болтами, которые ввертываются в шатун. В поршневую головку шатуна запрессована сталебронзовая втулка.

Коленчатый вал - стальной кованный, пятиопорный, имеет для лучшей разгрузки опор восемь противовесов. Износостойкость шеек обеспечивается закалкой ТВЧ или газовым азотированием. Резьбовые пробки, закрывающие полости каналов в шатунных шейках, ставятся на герметик и зачеканиваются от самовывинчивания.
Вал динамически сбалансирован, допустимый дисбаланс на каждом конце вала не более 18 г·см.
Вкладыши коренных подшипников коленчатого вала - сталеалюминиевые. Верхние вкладыши с канавками и отверстиями, нижние - без канавок и отверстий. Вкладыши шатунных подшипников сталебронзовые, без канавок и отверстий. Осевое перемещение коленчатого вала ограничивается упорными сталеалюминиевыми полушайбами 5 (Рисунок 8), расположенными по обе стороны средней (третьей) коренной опоры. Полушайбы антифрикционным слоем обращены к щекам коленчатого вала 3, удерживаются от вращения за счет выступов, входящих в пазы на торцах крышки коренного подшипника 1. На переднем конце коленчатого вала (Рисунок 9) на шпонках установлены: звездочка 8, втулка 16 и шкив-демпфер. Все эти детали стянуты болтом 1. Между звездочкой и втулкой установлено резиновое уплотнительное кольцо 14 круглого сечения.
Шкив-демпфер состоит из двух шкивов: зубчатого 2 – для привода ТНВД и поликлинового 3 – для привода водяного насоса и генератора, а также ротора 4 датчика положения коленчатого вала и диска демпфера 5. Демпфер служит для гашения крутильных колебаний коленчатого вала, благодаря чему обеспечивается равномерность работы ТНВД, улучшаются условия работы цепного привода распределительных валов и уменьшается шум ГРМ. Диск демпфера 5 привулконизирован к шкиву 2. На поверхности ротора датчика имеется круглая метка для определения ВМТ первого цилиндра. Работа датчика положения коленчатого вала заключается в формировании и
передаче электронному блоку управления импульсов от расположенных на наружной поверхности ротора пазов.
Передний конец коленчатого вала уплотнен резиновой манжетой 7, запрессованной в крышку цепи 6.
Задний конец коленчатого вала (Рисунок 10) также уплотнен резиновой манжетой 6, запрессованной в сальникодержатель 5, который крепится к заднему торцу блока цилиндров. В выточки на заднем торце коленчатого вала запрессованы установочная втулка 12 для центрирования маховика и распорная втулка 10, на которые установлен маховик 7. Маховик крепится к фланцу коленчатого вала восемью самостопорящимися болтами 8, через шайбу 11. В отверстие маховика запрессован подшипник первичного вала коробки передач 9. На торце маховика, обращенном к двигателю имеется паз 13 для входа установочного штифта, обеспечивающего
точное положение первого кривошипа коленчатого вала и поршня первого цилиндра в ВМТ.

Рисунок 8 – Средний коренной подшипник коленчатого вала:
1 – крышка подшипника; 2 – вкладыши подшипника; 3 – коленчатый вал; 4 – блок; 5 – упорные
полушайбы

Рисунок 9 – Передний конец коленчатого вала:
1 – стяжной болт; 2 – зубчатый шкив коленчатого вала; 3 – поликлиновой шкив коленчатого вала;
4 – ротор датчика; 5 – диск демпфера; 6 – крышка цепи; 7 – манжета; 8 – звездочка; 9 – блок ци-
линдров; 10 – верхний коренной вкладыш; 11 – коленчатый вал; 12 – нижний коренной вкладыш;
13 – крышка коренного подшипника; 14 – шпонка сегментная; 15 – кольцо резиновое уплотни-
тельное; 16 – втулка; 17 – установочный штифт ротора датчика; 18 – шпонка призматическая

Распределительные валы изготовлены из низкоуглеродистой легированной стали, цементированы на глубину 1,3…1,8 мм и закалены до твердости рабочих поверхностей 59…65 HRCЭ.
Двигатель имеет два распределительных вала: для привода впускных и выпускных клапанов. Кулачки валов разнопрофильные, несимметричные относительно оси кулачка. На задних торцах распределительные валы имеют маркировки клеймением: впускной – «ВП», выпускной – «ВЫП».
Каждый вал имеет пять опорных шеек. Валы вращаются в опорах, расположенных в алюминиевой головке цилиндров и закрытых крышками, расточенными совместно с головкой. По этой причине крышки опор распределительных валов не
взаимозаменяемы. От осевых перемещений каждый распределительный вал удерживается упорной полушайбой, которая установлена в выточку крышки передней опоры и выступающей частью входит в проточку на первой опорной шейке распределительного вала.
На переднем конце распределительных валов имеется конусная поверхность под приводную звездочку.
Для точной установки фаз газораспределения в первой шейке каждого распределительного вала выполнено технологическое отверстие с точно заданным угловым расположением относительно профиля кулачков.
При сборке привода распределительных валов их точное положение обеспечивается фиксаторами, которые устанавливаются через отверстия в передней крышке в технологические отверстия на первых шейках распределительных валов.
Технологические отверстия также используется для контроля углового расположения кулачков (фаз газораспределения) в процессе эксплуатации двигателя.
На первой переходной шейке распределительного вала имеются две лыски с размером под ключ для удержания распределительного вала при креплении звездочки.
Привод распределительных валов (Рисунок 11) цепной, двухступенчатый. Первая ступень – от коленчатого вала на промежуточный вал, вторая ступень – от промежуточного вала на распределительные валы.
Привод обеспечивает частоту вращения распределительных валов в два раза меньше частоты вращения коленчатого вала.
Приводная цепь первой ступени (нижняя) имеет 72 звена, второй ступени (верхняя) – 82 звена. Цепь втулочная, двухрядная с шагом 9,525 мм. На переднем конце коленчатого вала на шпонке установлена звездочка 1 из высокопрочного чугуна с 23 зубьями. На промежуточном валу одновременно закреплены двумя болтами ведомая звездочка 5 первой ступени также из высокопрочного чугуна с 38 зубьями и ведущая стальная звездочка 6 второй ступени с 19 зубьями. На распределительных валах установлены звездочки 9 и 12 из высокопрочного чугуна с 23 зубьями.

Рисунок 11 – Привод распределительных валов:
1 – звездочка коленчатого вала; 2 – нижняя цепь; 3,8 – рычаг натяжного устройства со звездочкой;
4,7 – гидронатяжитель; 5 – ведомая звездочка промежуточного вала; 6 – ведущая звездочка про-
межуточного вала; 9 – звездочка впускного распределительного вала; 10 – технологическое отвер-
стие под установочный штифт; 11 – верхняя цепь; 12 – звездочка выпускного распределительного
вала; 13 – успокоитель цепи средний; 14 – успокоитель цепи нижний; 15 – отверстие под устано-
вочный штифт коленчатого вала; 16 – указатель ВМТ (штифт) на крышке цепи; 17 – метка на ро-
торе датчика положения коленчатого вала

Звездочка на распределительном валу устанавливается на конусный хвостовик вала через разрезную втулку и крепится стяжным болтом. Разрезная втулка имеет внутреннюю коническую поверхность, контактирующую с коническим хвостовиком распределительного вала и наружную – цилиндрическую, контактирующую с отверстием звездочки. При завинчивании стяжного болта втулка, под воздействием шайбы смещаясь на конусе разжимается и создает натяг, обеспечивающий передачу крутящего момента через звездочку на распределительный вал. Натяжение каждой цепи (нижней 2 и верхней 11) производится гидронатяжителями 4 и 7 автоматически. Гидронатяжители установлены в направляющих отверстиях: нижний – в крышке цепи, верхний – в головке цилиндров и закрыты крышками. Корпус гидронатяжителя упирается в крышку, а плунжер через рычаг 3 или 8 натяжного устройства со звездочкой натягивает нерабочую ветвь цепи. В крышке
имеется отверстие с конической резьбой, закрытое пробкой, через которое гидронатяжитель при нажатии на корпус приводится в рабочее состояние. Рычаги натяжного устройства установлены на консольных осях, ввернутых:
нижняя – в передний торец блока цилиндров, верхняя – в опору, закрепленную на переднем торце блока цилиндров.
Рабочие ветви цепей проходят через успокоители 13 и 14, изготовленные из специальной пластмассы и закрепленные двумя болтами каждый: нижний – на переднем торце блока цилиндров, средний – на переднем торце головки цилиндров.
Гидронатяжитель (Рисунок 12) состоит из корпуса 4 и 10 плунжера 3, подобранных на заводе-изготовителе. На внутренней поверхности корпуса выполнены канавки специального профиля и канавка под стопорное кольцо 6, на наружной поверхности – две лыски под ключ «19». Плунжер имеет форму стакана, внутри которого установлена пружина 5,
которая сжата клапаном 1, ввернутым в корпус. На наружной поверхности плунжера имеются две канавки специального профиля, в которых установлены разрезные пружинные кольца – стопорное кольцо 6 и запорное кольцо 2. Стопорное кольцо предотвращает выход плунжера из корпуса при транспортировке и установке гидронатяжителя на двигатель, запорное кольцо ограничивает обратный ход плунжера при работе. В рабочем состоянии плунжер 3 с запорным кольцом 2 под действием пружины 5 перемещается из канавки в канавку корпуса 4, выдвигаясь из него. Обратному перемещению плунжера препятствует запорное кольцо и специальный профиль канавок корпуса и плунжера. В корпусе клапана 1 расположен обратный шариковый клапан, через который масло из магистрали двигателя поступает внутрь гидронатяжителя. К шариковому клапану масло поступает через прорезь на торце и отверстие 7 в корпусе клапана.
Транспортный стопор 7 служит для исключения вероятности «разрядки» гидронатяжителя (выхода плунжера из корпуса гидронатяжителя) при его транспортировке. Перед установкой гидронатяжителя на двигатель транспортный стопор
необходимо снять. Гидронатяжитель устанавливается на двигатель в собранном («заряженном»)
состоянии, когда плунжер 3 удерживается в корпусе 4 с помощью стопорного кольца 6, как изображено на рисунке 12. Для «разрядки» гидронатяжителя необходимо через отверстие в крышке гидронатяжителя оправкой нажать на гидронатяжитель с усилием, обеспечивающим выход плунжера из корпуса гидронатяжителя. Под действием пружины корпус гидронатяжителя переместится до упора в крышку, а плунжер через натяжное устройство натянет цепь. При работе привода гидронатяжители создают постоянное натяжение и гасят колебания цепей при изменении режимов работы двигателя. Происходит это следующим образом. Под действием пружины 5 и давления масла, поступающего из масляной магистрали через отверстие 8 в корпусе клапана, плунжер 3 нажимает на рычаг натяжного устройства со звездочкой, а через него на цепь, обеспечивая неразрывный контакт звездочки и цепи. При воздействии цепи на гидронатяжитель (при изменении режима работы двигателя) плунжер 3 перемещается назад, сжимая пружину 5, шариковый клапан гидронатяжителя закрывается и происходит демпфирование (гашение) колебаний цепи за счет пружины и перетекания масла через зазор между плунжером и корпусом. По мере вытяжки цепи плунжер выдвигается из корпуса 4, передвигая запорное
кольцо 2 из одной канавки корпуса в другую, тем самым обеспечивается необходимое натяжение цепи. Ход плунжера назад, при гашении колебаний цепи и при компенсации температурных удлинений деталей привода, ограничивается запорным кольцом 2 и шириной канавки на плунжере 3.

Рисунок 12 – Гидронатяжитель с транспортным стопором:
1 – корпус клапана в сборе; 2 – запорное кольцо; 3 – плунжер; 4 – корпус; 5 – пружина; 6 – сто-
порное кольцо; 7 – транспортный стопор; 8 – отверстие для подвода масла

Привод клапанов (Рисунок 13). Клапаны приводятся от распределительных валов через одноплечий рычаг 3. Одним концом, имеющим внутреннюю сферическую поверхность, рычаг опирается на сферический торец плунжера гидроопоры 1.
Другим концом, имеющим криволинейную поверхность, рычаг опирается на торец стержня клапана. Ролик 6 (Рисунок 14) рычага привода клапана беззазорно контактирует с кулачком распределительного вала. Для уменьшения трения в приводе клапанов ролик установлен на оси 4 на игольчатом подшипнике 3. Рычаг передает перемещения, задаваемые кулачком распределительного вала, клапану.

Рисунок 13 – Привод клапанов:
1 – гидроопора; 2 – пружина клапана; 3 – рычаг привода клапана; 4 – распределительный вал впу-
скных клапанов; 5 – крышка распределительных валов; 6 – распределительный вал выпускных
клапанов; 7 – сухарь клапана; 8 – тарелка пружины клапана; 9 – маслоотражательный колпачок; 10
– опорная шайба пружины клапана; 11 – седло выпускного клапана; 12 – выпускной клапан; 13 –
направляющая втулка выпускного клапана; 14 – направляющая втулка впускного клапана; 15 –
впускной клапан; 16 – седло впускного клапана

Рисунок 14 – Рычаг привода клапана:
1 – рычаг привода клапана; 2 – скоба рычага привода клапана; 3 – подшипник игольчатый; 4 – ось
ролика рычага клапана; 5 – стопорное кольцо; 6 – ролик рычага клапана

Рисунок 15 – Гидроопора:
1 – корпус; 2 – пружина; 3 – обратный клапан; 4 – поршень; 5 – отверстие для подвода масла; 6 –
стопорное кольцо; 7 – плунжер; 8 – полость между корпусом и поршнем

Применение гидроопоры исключает необходимость регулировать зазор между рычагом и клапаном.
При установке на двигатель рычаг подсобирается с гидроопорой с помощью скобы 2 охватывающей шейку плунжера гидроопоры. Гидроопора (Рисунок 15) стальная, ее корпус 1 выполнен в виде цилиндрического стакана, внутри которого размещен поршень 4, с обратным шариковым клапаном 3 и плунжер 7, который удерживается в корпусе стопорным кольцом 6. На наружной поверхности корпуса выполнены канавка и отверстие 5 для подвода масла внутрь опоры из магистрали в головке цилиндров. Гидроопоры устанавливаются в расточенные в головке цилиндров отверстия.
Работает гидроопора следующим образом. При набегании кулачка распределительного вала на ролик рычага привода
клапана давление под поршнем резко повышается, шариковый клапан закрывается, запирая находящееся в полости 8 между корпусом и поршнем масло, которое становится рабочим телом, через которое передается усилие и движение от кулачка через рычаг к клапану. Небольшая часть масла при этом выдавливается через зазор между корпусом и
поршнем, при этом гидроопора проседает на величину 0,01…0,05 мм. При закрытии клапана, когда снимается усилие с гидроопоры, пружина 2 прижимает поршень, плунжер и рычаг привода клапана к кулачку распределительного вала, выбирая зазор, шариковый клапан открывается, впуская в полость между корпусом и поршнем масло, после чего цикл повторяется. Гидроопоры автоматически обеспечивают беззазорный контакт кулачков распределительных валов с роликами рычагов и клапанами, компенсируя износы сопрягаемых деталей: кулачков, роликов, сферических поверхностей плунжеров и рычагов, клапанов, фасок седел и тарелок клапанов. В центре сферы плунжера гидроопоры и в сферическом гнезде рычага привода клапанов выполнены отверстия для смазки сферических поверхностей плунжера и
рычага, и направленной струей рабочих поверхностей кулачка распределительного вала и ролика рычага. Клапаны (Рисунок 13) впускной 15 и выпускной 12 изготовлены из жаропрочной стали, выпускной клапан имеет жароупорную износостойкую наплавку рабочей поверхности тарелки и наплавку из углеродистой стали на торце стержня, закаленную для повышения износостойкости. Диаметры стержней впускного и выпускного клапанов 6 мм. Тарелка впускного клапана имеет диаметр 30 мм, выпускного – 27 мм. Угол рабочей фаски у впускного клапана 60о, у выпускного 45о30'. На конце стержня клапана выполнены выточки для сухарей 7 тарелки 8 пружины клапана. Сухари и тарелка пружины клапана изготовлены из малоуглеродистой легированной стали и подвергнуты углеродоазотированию для повышения износосойкости.
У сухарей размеры и форма элементов, охватывающих стержень клапана, дают возможность клапанам вращаться в процессе их работы. Под пружину устанавливается опорная стальная шайба 10. Клапаны работают в направляющих втулках 13, 14, изготовленных из дисперсно-упрочненного композиционного материала на основе порошковой меди или из поршкового материала на основе железа. Втулки клапанов снабжены стопорными кольцами. Седла клапанов изготовлены из специального чугуна или из поршкового материала на основе железа. Седла запрессованы в головку цилиндров и окончательно обрабатываются в сборе с головкой. Для уменьшения расхода масла через зазор между втулкой и стержнем клапана, на верхние концы всех втулок напрессованы маслоотражательные колпачки 9, изготовленные из маслостойкой резины. Промежуточный вал 6 (Рисунок 16) предназначен для передачи вращения от коленчатого вала распределительным валам через промежуточные звездочки, нижнюю и верхнюю цепи. Кроме этого, он служит для привода масляного насоса.
Вал изготавливается из стали. Рабочие поверхности вала термообработаны. Промежуточный вал вращается в сталеалюминиевых втулках 5 и 11, запрессованных в отверстия блока цилиндров 12. От осевых перемещений промежуточный вал удерживается стальным фланцем 13, который закреплен двумя болтами М8 к переднему торцу блока цилиндров, между передней шейкой вала и ступицей ведомой звездочки 4. Осевой зазор обеспечивается разницей между длиной уступа на валу и толщиной фланца. Для повышения износостойкости фланец закален, а для улучшения
приработки торцевые поверхности фланца шлифованы и фосфатированы. На передний цилиндрический выступ вала установлена ведомая звездочка 4. Ведущая звездочка 3 цилиндрическим выступом устанавливается в отверстие ведо-
мой звездочки, а ее угловое положение фиксируется штифтом 14, запрессованным в ступицу ведомой звездочки.
Обе звездочки “напроход” крепятся двумя болтами 1 к промежуточному валу. Болты контрятся отгибом на их грани углов стопорной пластины 2. На хвостовике промежуточного вала с помощью шпонки и гайки 9 закреплена
ведущая винтовая шестерня 10 привода масляного насоса. Свободная поверхность промежуточного вала (между опорными шейками) герметично закрыта тонкостенной стальной трубой 7, запрессованной на герметике в отверстия в приливах блока цилиндров.