Механизм газораспределения осуществляет впуск в цилиндры свежих порций горючей смеси и выпуск из них продуктов сгорания — отработавших газов. Эти процессы должны происходить в соответствии с принятым для данного двигателя порядком работы цилиндров и фазами газораспределения.
К механизму газораспределения относятся: ременный привод распределительного вала, распределительный вал 5 (рис. 19), выпускные и впускные клапаны 2, пружины клапанов с деталями крепления и толкатели 3 с регулировочными шайбами 6. Кулачок распределительного вала действует на клапан через толкатель 3. Такая конструкция механизма обеспечивает жесткую и надежную кинематическую связь между кулачком и клапаном, благодаря чему уменьшается уровень вибраций деталей.
Рис. 19. Разрез головки цилиндров но впускному клапану:
1 — головка цилиндров: 2 — клапан; 3 — толкатель; 4 — корпус подшипников распределительного вала; 5 — распределительный вал; 6 — регулировочная шайба; 7 — тарелка пружин; 8 — сухарь клапана; 9 — маслоотражательный колпачок; 10 — опорная шайба пружин; 11 — направляющая втулка; 12 — седло клапана; А — зазор между регулировочной шайбой и кулаком распределительного вала.
Рабочий цикл в цилиндре двигателя происходит в течение двух оборотов коленчатого вала, т. е. за четыре последовательных хода (такта) поршня: впуск в цилиндр горючей смеси; сжатие; рабочий ход, при котором происходит сгорание и расширение смеси; выпуск отработавших газов. Процессы впуска горючей смеси и выпуска отработавших газов (фазы газораспределения) обеспечиваются своевременным открытием и закрытием соответствующих клапанов (рис. 20).
Впускной клапан начинает открываться еще до начала такта впуска, т. е. до подхода поршня к В. М. Т. на расстоянии, соответствующем 33° поворота коленчатого вала. Это необходимо для того, чтобы клапан полностью открылся к тому моменту, когда поршень пойдет вниз. Тогда через впускное отверстие поступит больше свежей горючей смеси.
Закрывается впускной клапан с запаздыванием, т. е. после прохождения поршнем Н. М. Т. на расстоянии, соответствующем 79° поворота коленчатого вала. Вследствие инерционного напора струи горючая смесь продолжает поступать в цилиндр, когда поршень уже начал движение вверх.
Выпускной клапан начинает открываться еще до полного окончания рабочего хода, т. е. до подхода к Н. М. Т., на расстоянии, соответствующем 47° поворота коленчатого вала. В этот момент давление в цилиндре еще довольно велико, и газы начинают интенсивно выходить из цилиндра, в результате чего их давление и температура быстро падают. Это значительно улучшает очистку цилиндра от отработавших газов и предохраняет двигатель от перегрева. Выпуск завершается после прохождения поршнем В. М. Т., т. е. после того как коленчатый вал повернется еще на 17°.
Из диаграммы фаз газораспределения видно, что существует такой период (в течение поворота коленчатого вала на 50°), когда открыты одновременно оба клапана — впускной и выпускной. Из-за малого промежутка времени перекрытие клапанов не приводит к проникновению отработавших газов во впускной трубопровод; наоборот, инерция уходящего потока отработавших газов вызывает подсос горючей смеси в цилиндр и тем самым улучшает его наполнение.
Головка цилиндров
Содержание
Детали механизма газораспределения установлены на головке цилиндров. Основные размеры головки цилиндров и деталей механизма газораспределения даны на рис. 21.
Общая для четырех цилиндров головка отлита из алюминиевого сплава. Она подвергается воздействию высоких температур и давления газов. Поэтому у нее жесткая нижняя опорная часть, которая интенсивно охлаждается жидкостью. Толщина же стенок сделана но возможности равномерной, чтобы уменьшить внутренние напряжения от теплового расширения.
В головке цилиндров расположены камеры сгорания клиновидной формы с впускными и выпускными каналами, которые выведены на правую сторону и через прокладки соединяются с соответствующими трубопроводами. В каждой камере сгорания имеются резьбовые отверстия для свечей зажигания, выходящие на левую сторону головки цилиндров. С левой же стороны находятся и два канала для стока масла в масляный картер.
Свободное пространство внутри головки цилиндров образует охлаждающую рубашку, которая с задней стороны имеет выход к отводящему патрубку. С этой стороны ввинчен и датчик указателя температуры охлаждающей жидкости. Через отверстия на нижней стороне охлаждающая рубашка головки цилиндров сообщается с охлаждающей рубашкой блока цилиндров. С правой стороны через два отверстия охлаждающая жидкость проходит в рубашку впускного трубопровода для подогрева горючей смеси.
В правой верхней части вдоль всей головки цилиндров просверлен канал для масляной магистрали, от которой по наклонным каналам масло подается к опорам распределительного вала, а по горизонтальному каналу — на правую сторону к датчику контрольной лампы давления масла.
Головка крепится к блоку цилиндров десятью болтами. Для равномерного и плотного ее прилегания болты необходимо затягивать на холодном двигателе в определенной последовательности (рис. 22) и в четыре приема: 1-й — предварительно затянуть болты моментом 2 кгс·м; 2-й — подтянуть болты моментом 7,1… 8.7 кгс·м, 3-й — довернуть болты на 90°; 4-й — снова довернуть все болты на 90 Поскольку болты затягиваются до предела текучести, то они вытягиваются. Поэтому повторно болты можно использовать только в том случае, если они вытянулись до длины не более 135,5 мм (без учета головки болта). Две центрирующие втулки вокруг болтов 8 и 9 (см. рис. 22) обеспечивают точное взаимное расположение головки и блока цилиндров.
В верхней части головки цилиндров расположены пять опор под шейки распределительного вала. Опоры выполнены разъемными. Верхняя половина находится в корпусах подшипников (переднем и заднем), а нижняя в головке цилиндров. Отверстия в опорах обрабатываются в сборе с корпусами подшипников, поэтому они невзаимозаменяемы и головку цилиндров можно заменять только в сборе с корпусами подшипников.
Механизм привода клапанов, установленный на головке цилиндров закрывается алюминиевой литой крышкой. По всему периметру нижней поверхности крышки проходит паз, в который вставляется уплотнительная резиновая прокладка. Шпильки крепления также изолированы от крышки резиновыми втулками. Таким образом, крышка непосредственно не соприкасается с головкой цилиндров. Поэтому вибрация от головки цилиндров не передается крышке и снижается шум от механизма газораспределения.
На двигатели 21081 и 2108 устанавливаются одинаковые головки цилиндров. Но у них есть отличие в месте установки шпильки натяжного ролика. На двигателях 2108 шпилька завертывается в нижнее отверстие 1 (рис. 23), а на двигателях 21081 — в верхнее отверстие 2.
Головка цилиндров двигателя 21083 отличается от головки 2108 увеличенными диаметрами впускных клапанов — 37 мм вместо 35 мм. Соответственно увеличены диаметры седел впускных клапанов и диаметры впускных каналов головки цилиндров. Номер головки цилиндров отливается на ее левой стороне, которая из-за поперечного расположения двигателя на автомобиле является передней.
Прокладка головки цилиндров
Прокладка головки цилиндров предназначена для обеспечения герметичности между блоком и головкой цилиндров. Она имеет стальной каркас, обложенный с двух сторон асбестом. Каркас удерживает асбест от расползания. Края отверстий для цилиндров окантованы алюминированной сталью, отверстие для прохода масла к распределительному валу — медной лентой, а у отверстий для стока масла в картер предусмотрено дополнительное герметизирующее покрытие в виде валика из натурального каучука шириной 2 мм и высотой 0,035 мм.
При сборке двигателя надо всегда устанавливать новую прокладку. Использование бывшей в употреблении прокладки не допускается, так как она не обеспечит герметичности. Устанавливая прокладку, следует обращать внимание на то, чтобы отверстие для прохода масла (окантованное медной лентой) находилось в зоне 5-го болта крепления головки цилиндров (номер болта см. на рис. 22).
На двигателях 2108 и 21081 применяются одинаковые прокладки, а на 21083 — другая, с увеличенными отверстиями под цилиндры. Их легко отличить по внешнему виду. Так, у прокладки 21083 перемычка между отверстиями под цилиндры составляет всего 5 мм, а сами отверстия имеют форму окружности. У прокладки же 2108 отверстия под цилиндры имеют сложную конфигурацию, а перемычка между ними составляет 7,9 мм.
Седла клапанов изготавливаются из специального чугуна, чтобы обеспечить высокую прочность при воздействии ударных нагрузок. Седла впускных клапанов запрессовываются в головку цилиндров с натягом 0,081…0,121 мм, а выпускных клапанов — 0,071… 0,111 мм.
Такой натяг необходим для того, чтобы седла надежно держались в головке цилиндров в условиях высоких температур и ударных нагрузок. Для облегчения установки седел их перед запрессовкой либо охлаждают в жидком азоте до —175°С, либо нагревают головку цилиндров до 80°С. Рабочие фаски седел клапанов (рис. 24) после запрессовки обрабатывают в сборе с головкой цилиндров, чтобы обеспечить точную соосность фасок и отверстий направляющих втулок.
Направляющие втулки клапанов
Направляющие втулки клапанов изготавливают из чугуна и запрессовывают в головку цилиндров с натягом 0,063…0,108 мм. На их наружной поверхности имеется проточка, в которую вставляется стальное стопорное кольцо. Оно обеспечивает точность положения втулок при запрессовке и предохраняет их от возможного выпадения.
Отверстия во втулках обрабатывают после их запрессовки в головку цилиндров. Это обеспечивает узкий допуск на диаметр отверстия и точность его расположения по отношению к рабочим фаскам седла клапана. В отверстиях направляющих втулок сделаны спиральные канавки для смазки. У втулок впускных клапанов канавки нарезаны до половины длины отверстия, а у втулок выпускных клапанов — по всей длине отверстия.
Сверху на направляющие втулки надеваются колпачки из тепломаслостойкой резины со стальным арматурным кольцом, которые охватывают стержень клапана и служат для уменьшения проникновения масла в камеру сгорания через зазоры между направляющей втулкой и стержнем клапана.
Клапаны
Впускной клапан изготавливают из хромоникельмолибденовой стали. Для лучшего наполнения цилиндра его тарелка имеет несколько больший диаметр, чем тарелка выпускного клапана.
Выпускной клапан работает при высоких температурах в агрессивной среде отработавших газов. Поэтому он сваривается из двух частей. Стержень клапана изготавливают из хромоникельмолибденовой стали, обладающей высокими износостойкостью и теплопроводностью для эффективного отвода тепла от тарелки клапана к его направляющей втулке. Для тарелки клапана применяют жаропрочную хромоникельмарганцовистую сталь. Кроме того, для уменьшения износа рабочей фаски клапана на нее наплавляется специальный жаростойкий сплав.
Для повышения износостойкости стержней оба клапана азотируются, а верхняя часть стержня закаливается токами высокой частоты.
Пружины прижимают клапан к седлу и не дают ему возможности отрываться от толкателя. Во избежание резонансных колебаний устанавливают две пружины — наружную и внутреннюю (см. рис. 19) с навивкой в одну сторону. Нижними концами пружины ложатся на опорную шайбу. Верхняя опорная тарелка пружин удерживается на стержне клапана двумя сухарями, имеющими в сложенном виде форму усеченного конуса.
Толкатели 3 (см. рис. 19) клапанов передают усилие от кулачка распределительного вала на клапан. Они стальные цилиндрические Поверхность, соприкасающаяся с клапаном, для повышения износостойкости нитроцементируется на глубину 0,2 мм. В верхней части толкателей имеется гнездо для регулировочной шайбы.
Регулировочные шайбы б (см. рис. 19) — плоские стальные нитроцементированные на глубину 0,6 мм. Подбором их толщины регулируется зазор А между кулачком и шайбой. В запасные части поставляются шайбы толщиной от 3 до 4.5 мм с интервалом через каждые 0,05 мм. Толщина шайбы (цифры) маркируется электрохимическим способом на ее нижней поверхности.
Распределительный вал представляет собой стержень с кулачками и опорными шейками Форма и расположение кулачков обеспечивают открытие и закрытие клапанов в соответствии с порядком работы цилиндров (1—3—4—2) и фазами газораспределения (см. рис. 20).
Распределительный вал — чугунный литой пятиопорный. С его задней, стороны находится эксцентрик для привода топливного насоса, а на хвостовике паз для соединения с муфтой датчика-распределителя зажигания. Рабочие поверхности кулачков, эксцентрика и поверхность под сальник отбеливаются для увеличения износостойкости. Этот процесс заключается в электродуговом оплавлении поверхностей, в результате которого образуется слой так называемого «белого» чугуна, обладающего высокой твердостью.
Для исключения осевого перемещения распределительного вала у него с заднего конца предусмотрен фланец, который фиксируется между головкой цилиндров (с корпусом подшипников) и корпусом вспомогательных агрегатов. Передний конец распределительного вала уплотняется самоподвижным резиновым сальником.
Корпуса подшипников
Корпуса подшипников распределительного вала. Опорные шейки распределительного вала вращаются в отверстиях, которые наполовину выполнены в головке цилиндров, а наполовину в корпусах подшипников (переднем и заднем). Корпуса подшипников — алюминиевые литые. В переднем корпусе находятся первая и вторая, в заднем — третья, четвертая и пятая опоры. Зазор между отверстиями опор и шейками распределительного вала лежит в пределах 0,069…0,11 мм. Максимально допустимый зазор (износ) — 0,2 мм.
Каждый корпус подшипников центруется относительно головки цилиндров двумя установочными втулками, надеваемыми на шпильки крепления. Чтобы из-под корпусов подшипников не подтекало масло, применяется жидкий самотвердеющий герметик типа SUPER THREE BOND No 50 или аналогичный ему герметик КЛТ-75Т отечественного производства. Он выпускается в тюбиках, при сборке двигателя жгутиком наносится на поверхность головки цилиндров в зоне крайних опор распределительного вала.
Для исключения поломки или коробления корпусов подшипников распределительный вал следует укладывать в опоры, повернув кулачками первого цилиндра вверх, а затягивать гайки крепления необходимо в определенной последовательности (рис. 25) и в два приема. Сначала предварительно затянуть гайки до прилегания поверхностей корпусов подшипников к головке цилиндров. При этом установочные втулки корпусов должны свободно войти в свои гнезда. Затем окончательно затянуть гайки крепления моментом 2,2 кгс·м, соблюдая ту же последовательность.
Привод распределительного вала
Привод распределительного вала состоит из зубчатого ведущего шкива 1 (рис. 26) на коленчатом валу, ведомого зубчатого шкива 5 на распределительном валу, натяжного ролика 3 и зубчатого ремня 6. Этим же ремнем приводится во вращение и шкив 2 насоса охлаждающей жидкости. Ременная передача работает в сухой среде, без смазки. От пыли и грязи она закрыта передней пластмассовой и задней стальной защитными крышками.
Рис. 26. Схема привода распределительного вала:
1 — губчатый шкив коленчатого вала; 2 — шкив насоса охлаждающей жидкости; 3 — натяжной ролик; 4 — задняя крышка ремня; 5 — шкив распределительного вала; 6 — зубчатый ремень; 7 — ось натяжного ролика; А — установочный усик на задней крышке ремня; B — метка на шкиве распределительного вала; С — метка па крышке масляного насоса; D — метка на шкиве коленчатого вала.
Особенность привода — зубчатый эластичный ремень с зубьями полукруглой формы. Он изготавливается из маслостойкой резины, армированной кордом из стекловолокна. Зубья для повышения износостойкости покрываются эластичной тканью. Корд и тканевая оболочка скрепляются с резиной в процессе вулканизации и придают ремню высокую прочность. Две ветви ремня вместе выдерживают усилие на разрыв до 1200 кгс.
Натяжение ремня осуществляется натяжным роликом 3, который вращается на эксцентриковой оси 7. Поворачивая ось относительно шпильки крепления, можно изменять положение центра вращения ролика.
Чтобы согласовать моменты открытия и закрытия клапанов с углами поворота коленчатого вала (т. е. обеспечить правильную установку фаз газораспределения), на шкивах коленчатого и распределительного валов сделаны метки «В» и «D». На задней крышке зубчатого ремня имеется метка «А» (отогнутый усик), а на крышке масляного насоса метка «С». Если фазы газораспределения установлены правильно, то при нахождении поршня первого цилиндра в В. М. Т. в конце такта сжатия метка «В» на шкиве распределительного вала должна совпадать с меткой «A» на задней крышке, а метка «В» на зубчатом шкиве коленчатого вала — с меткой «С» на крышке масляного насоса.
На автомобиле двигатель расположен так, что метки «С» и находятся в плохо просматриваемой зоне. Поэтому возможен также контроль положения коленчатого вала по метке на маховике и шкале в люке картера сцепления (см. рис. 30).
