Кривошипно-шатунный механизм двигателя ЗМЗ-4021, коленвал, поршни
Опубликовано: 02.09.2018
Кривошипно-шатунный механизм четырехцилиндрового карбюраторного двигателя ЗМЗ-4021.10, который устанавливался на различные модели автомобилей УАЗ , включает в себя коленчатый вал с коренными и шатунными подшипниками, поршни с поршневыми кольцами и пальцами, шатуны и маховик.
Различия между двигателями ЗМЗ-402.10 и ЗМЗ-4021.10.
Двигатели ЗМЗ-402.10 и ЗМЗ-4021.10 с рабочим объемом 2.445 литра отличались между собой степенью сжатия и применяемой маркой бензина. В ЗМЗ-402 степень сжатия составляла — 8.2, и он был предназначен для работы на бензине марки АИ-93. В двигателе ЗМЗ-4021 степень сжатия — 6.7, и он работал на более дешевом бензине марки А-76.
Головки блока цилиндров двигателей ЗМЗ-402.10 и ЗМЗ-4021.10 различаются между собой по объему камер сгорания. Увеличение степени сжатия двигателя ЗМЗ-402.10 получено за счет дополнительной фрезеровки нижней плоскости головки на 3.6 мм. Высота головки блока цилиндров двигателя ЗМЗ-402.10 составляет 94.4 мм, а высота головки блока цилиндров двигателя ЗМЗ-4021.10 равна 98 мм.
Объем камеры сгорания при поставленных на место клапанах и установленной свече зажигания равен 74-77 см3 для двигателя ЗМЗ-402.10 и 94-98 см3 для двигателя ЗМЗ-4021.10. Разница между объемами камер сгорания одной головки блока цилиндров не должна превышать 2 см3.
Кривошипно-шатунный механизм двигателя ЗМЗ-4021.
Поршни.
Поршни отлиты из высококремнистого алюминиевого сплава и термически обработаны. Головка поршня цилиндрическая с плоским днищем. На цилиндрической поверхности головки проточены три канавки : в двух верхних установлены компрессионные кольца, а в нижней — маслосъемное кольцо.
В канавке под маслосъемное кольцо с обеих сторон выполнены прорези для того, чтобы не перегревались трущиеся поверхности юбки поршня от тепла, идущего от днища поршня. По этим же прорезям отводится в картер двигателя масло, снимаемое маслосъемным кольцом. Под канавкой для маслосъемного кольца выполнена фаска и на ней по два отверстия с обеих сторон, которые тоже служат для отвода масла, скапливающегося под маслосъемным кольцом.
Юбка поршня овальная в поперечном сечении и бочкообразная в продольном. Большая ось овала расположена в плоскости, перпендикулярной оси поршневого пальца. Величина овальности поршня составляет 0.39-0.43 мм. Наибольший диаметр юбки поршня располагается на 8 мм ниже оси поршневого пальца.
Диаметр юбки плавно уменьшается и в направлении к днищу, и в противоположном направлении, максимальное уменьшение диаметра на кромке фаски под нижней канавкой составляет 0.034-0.064 мм, на нижней кромке опорной части юбки 0.050-0.080 мм. Ось отверстия под поршневой палец смещена от средней плоскости на 1.5 мм в правую, по ходу автомобиля сторону, для уменьшения шума от перекладывания поршня от одной стенки гильзы к другой при изменении направления движения поршня.
Поршни устанавливаются в гильзы той же размерной группы с зазором 0.024-0.048 мм. Для обеспечения требуемого зазора поршни и гильзы разделены по диаметру на пять групп, обозначенных соответствующей буквой, которая выбивается на днище поршня и наносится на наружной поверхности нижней части гильзы.
Чтобы поршни работали правильно, они должны быть установлены в цилиндры в строго определенном положении. Для этого на одной из бобышек поршня имеется надпись «ПЕРЕД». В соответствии с этой надписью поршень указанной стороной должен быть обращен к передней части двигателя.
Поршневые кольца.
Компрессионные кольца отлиты из чугуна, верхнее — из высокопрочного чугуна, обладающего высокой упругостью, нижнее — из серого чугуна. Верхнее компрессионное кольцо работает в наиболее тяжелых условиях, при высоких температуре и давлении, а также при недостатке смазки. Для увеличения износостойкости его наружная поверхность, прилегающая к цилиндру, покрыта слоем хрома.
Наружная цилиндрическая поверхность нижнего компрессионного кольца покрыта слоем олова толщиной 0.006-0.012 мм, что улучшает его приработку. На внутренней цилиндрической поверхности нижнего компрессионного кольца имеется выточка, благодаря которой новые кольца установленные на поршни несколько выворачиваются и соприкасаются с цилиндром только кромкой. Это ускоряет и улучшает приработку колец к зеркалу цилиндра.
На поршень кольцо должно быть установлено выточкой кверху. Нарушение этого условия вызывает резкое возрастание расхода масла и дымление двигателя. Верхнее кольцо выточки не имеет.
Маслосъемное кольцо сборное. Оно состоит из двух стальных кольцевых дисков и двух стальных расширителей, осевого и радиального. Рабочая цилиндрическая поверхность, прилегающая к цилиндру, кольцевых дисков покрыта слоем хрома толщиной 0.080-0.130 мм. Высота компрессионных колец 2 мм, маслосъемного кольца в сборе — 4.9 мм. Замок колец прямой.
Поршневые пальцы.
Плавающего типа, они не закреплены ни в поршне, ни в шатуне. Изготовлены из низколегированной стали методом холодной высадки. Наружная поверхность пальца подвергнута углеродонасыщению на глубину 1-1.5 мм и закалена с нагревом ТВЧ до твердости 59-66 HRC. Наружный диаметр пальца 25 мм.
Чтобы предупредить стук пальцев, их подбирают к поршням с минимальным зазором, допустимым по условиям смазки. Так как линейное расширение материала поршня примерно в 2 раза больше, чем у пальца, то при нормальной комнатной температуре палец входит в отверстия бобышек поршня с натягом.
К шатуну палец подбирается с зазором от 0.0045 мм до 0.0095 мм. Для удобства подбора пальцы, шатуны и поршни разделены на размерные группы. Точная величина массы пальца обеспечивается выдерживанием допусков на размеры при изготовлении. В поршне палец удерживается двумя стопорными кольцами, изготовленными из круглой пружинной проволоки диаметром 2 мм.
Шатуны.
Стальные кованые со стержнем двутаврового сечения. В поршневую головку шатуна запрессована тонкостенная втулка из оловянистой бронзы. Кривошипная головка шатуна разъемная. Крышка кривошипной головки крепится к шатуну двумя болтами со шлифованной посадочной частью. Болты крепления крышек и гайки шатунных болтов изготовлены из легированной стали и термически обработаны. Гайки шатунных болтов затягиваются определенным моментом и стопорятся герметиком.
Крышки шатунов обрабатываются в сборе с шатуном и поэтому их нельзя переставлять с одного шатуна на другой. Для предотвращение возможной ошибки на шатуне и на крышке, на бобышке под болт, выбиты порядковые номера цилиндров. Они должны быть расположены с одной стороны. Кроме того, углубления в крышке и шатуне для фиксирующих выступов вкладышей также должны находиться с одной стороны.
В стержне шатуна у кривошипной головки имеется отверстие диаметром 1.5 мм, через которое производится смазка зеркала цилиндра. Это отверстие должно быть направлено в правую сторону двигателя, тоесть в сторону, противоположную распределительному валу. При правильной сборке цифра «24», выштампованная на средней полке стержня шатуна, а также выступ на крышке шатуна должны быть обращены к передней стороне двигателя.
Для обеспечения динамической уравновешенности двигателя суммарная масса поршня, поршневого пальца, колец и шатуна, устанавливаемых в двигатель, может иметь разницу по цилиндрам не более 12 грамм, что обеспечивается подбором деталей соответствующей массы.
По деталям разница в массе может быть следующей : поршни — 4 грамма, шатуны — 18 грамм, поршневые пальцы — 2 грамма. Для обеспечения вышеуказанной разницы в массах деталей в одном двигателе шатуны по массе разбиваются на четыре группы и должны подбираться для одного двигателя с разницей не более 5 грамм.
Коленчатый вал двигателя ЗМЗ-4021.
Отлит из высокопрочного чугуна, имеет пять опор, в сборе с маховиком и сцеплением динамически сбалансирован, допустимый дисбаланс не более 35 гсм. Диаметр коренных шеек 64 мм, шатунных — 58 мм. Шатунные шейки полые. Полости в шатунных шейках закрыты резьбовыми пробками и предназначены для дополнительной очистки масла, поступающего на шатунные шейки.
Масло к полостям шатунных шеек подводится по отверстиям в щеках вала из кольцевой канавки на вкладышах коренных шеек коленчатого вала. К коренным шейкам масло поступает по каналам в перегородках блока из масляной магистрали.
Осевое перемещение коленчатого вала ограничивается двумя упорными сталеалюминиевыми шайбами расположенными по обе стороны переднего коренного подшипника. Передняя шайба антифрикционным слоем обращена к стальной упорной шайбе на коленчатом валу, задняя шайба — к щеке коленчатого вала.
Передняя шайба удерживается от вращения двумя штифтами запрессованными в блок и крышку коренного подшипника. Выступающие концы штифтов входят в пазы шайбы. Задняя шайба удерживается от вращения своим выступом, входящим в паз на заднем торце крышки коренного подшипника. Величина осевого зазора составляет 0.125-0.325 мм.
На переднем конце коленчатого вала на шпонках установлены стальная упорная шайба, шестерня привода распределительного вала, маслоотражатель и ступица шкива коленчатого вала. Все эти детали стянуты болтом-храповиком, ввертываемым в передний торец коленчатого вала. Шпоночный паз в ступице шкива уплотняется резиновой пробкой. К ступице шестью болтами крепится шкив коленчатого вала, от которого двумя ремнями приводятся вспомогательные агрегаты : вентилятор, водяной насос и генератор .
На шкиве смонтировано специальное устройство — демпфер, служащий для гашения крутильных колебаний коленчатого вала, благодаря чему, уменьшается шум и облегчаются условия работы шестерен привода распределительного вала. Демпфер состоит из чугунного диска, напрессованного через эластичную резиновую прокладку на цилиндрический выступ шкива коленчатого вала.
Передний конец коленчатого вала уплотнен резиновой манжетой с маслоотражателем, запрессованным в крышку распределительных шестерен. На маслоотражателе имеется отбортовка отводящая масло стекающее по стенке крышки. Для облегчения работы манжеты перед ней на коленчатом валу установлен еще один маслоотражатель. Надежная работа манжеты после переборки обеспечивается хорошей центровкой его по коленчатому валу.
Задний конец коленчатого вала уплотнен набивкой из асбестового шнура, пропитанного антифрикционным составом и покрытого графитом. Набивка заложена в канавку в блоке цилиндров и в специальном держателе, прикрепленном двумя шпильками к блоку. На шейке коленчатого вала под набивкой имеется микрошнек, а перед набивкой гребень, служащий для отбрасывания масла из зоны уплотнения. Стыки держателя уплотнены резиновыми прокладками Г-образной формы. В заднем торце коленчатого вала расточено гнездо для установки шарикоподшипника первичного вала коробки передач .
Метки на шкиве коленчатого вала и диске демпфера ЗМЗ-4021.
На шкиве коленчатого вала нанесена одна метка, а на диске демпфера три метки, служащие для определения верхней мертвой точки и установки зажигания. Метка на шкиве и третья метка на диске демпфера должны находиться друг против друга. Взаимное смещение меток указывает на выход из строя демпфера. При совмещении с ребром-указателем на крышке распределительных шестерен третьей метки, по направлению вращения, на диске демпфера поршни первого и четвертого цилиндров находятся в верхней мертвой точке (ВМТ).
Вторая метка соответствует положению за 5 градусов до ВМТ и служит вместе с третьей меткой для установки зажигания на неработающем двигателе. Первая метка соответствует положению за 12 градусов до ВМТ и служит вместе со второй и третьей метками для контроля правильности установки зажигания на работающем двигателе.
Вкладыши.
Коренные и шатунные подшипники коленчатого вала состоят из тонкостенных взаимозаменяемых вкладышей, которые изготовлены из малоуглеродистой стальной ленты, залитой тонким слоем антифрикционного высокооловянистого алюминиевого сплава. Толщина коренного вкладыша 2.240-2.233 мм, а шатунного — 1.745-1.738 мм.
В каждом подшипнике установлено по два вкладыша. Осевому перемещению и проворачиванию вкладышей в постелях блока или в шатунах препятствуют фиксирующие выступы на вкладышах, входящие в соответствующие пазы в постелях блока или в шатунах.
Все коренные вкладыши имеют кольцевую канавку для непрерывного питания маслом шатунных шеек коленчатого вала. Посередине коренных вкладышей имеется отверстие, через которое подается масло к подшипникам из канала в постели блока. Отверстия в шатунных вкладышах совпадают с отверстиями в шатунах.
Для сохранения взаимозаменяемости и предупреждения ошибок при установке новых вкладышей на всех коренных и шатунных вкладышах сделаны отверстия. Ширина коренных вкладышей равна 25.5 мм, шатунных — 28.5 мм. Диаметральный зазор между шейкой и вкладышами составляет 0.020-0.073 мм для коренных и 0.010-0.063 мм для шатунных подшипников.
Маховик двигателя ЗМЗ-4021.
Отлит из серого чугуна и крепится к фланцу на заднем конце коленчатого вала четырьмя шлифованными болтами. Гайки болтов законтрены отгибной пластиной. На маховик напрессован зубчатый обод для запуска двигателя стартером . Перед сборкой с коленчатым валом маховик статически балансируют. К заднему торцу маховика шестью болтами прикреплено сцепление. На фланце кожуха сцепления и маховике выбита метка «О». При сборке двигателя обе метки должны быть совмещены, чтобы не нарушить балансировку коленчатого вала.