ГАЗ-21
Общие параметры
| Тип двигателя | Четырехтактный, карбюраторный, бензиновый, верхнеклапанный, четырехцилиндровый |
| Расположение цилиндров | Вертикальное, в ряд |
| Диаметр цилиндра, мм | 92 |
| Ход поршня, мм | 92 |
| Рабочий объем цилиндров, см3 | 2445 |
| Порядок работы цилиндров | 1-2-4-3 |
| Степень сжатия, - | 6,7 |
| Топливо | Бензин А-72 или А-76 |
| Максимальная мощность при 4000 об/мин, кВт (л.с.) | 55 (75) |
| Максимальный крутящий момент при 2000 об/мин, Н*м (кГ*м) | 167 (17) |
| Масса двигателя в сборе с коробкой передач, центральным тормозом и со всем оборудованием (без масла и воды), кг | 205 |
Конструкция
Двигатель ГАЗ-21 четырехцилиндровый четырехтактный, бензиновый, карбюраторный, верхнеклапанный, с рядным вертикальным расположением цилиндров и с водяным охлаждением. Рабочий объем цилиндров двигателя равен 2445,1 см3. Ход поршня 92 мм, диаметр цилиндра 92 мм.
Коленчатый вал пятиопорный с большой рабочей поверхностью как шатунных, так и коренных подшипников. Вследствие этого удельные нагрузки на подшипники сравнительно малы. Распределительный вал опирается на пять подшипников из сталебаббитовой ленты.
Седла клапанов изготовлены из легированного чугуна высокой твердости и выдерживающего высокую температуру и ударные нагрузки. Направляющие втулки для клапанов выполняются из металлокерамики с высокими износостойкими качествами. Клапаны изготовлены из жаропрочной стали.
Все ответственные поверхности, подвергающиеся истиранию: кулачки и шейки распределительного вала, толкатели, наконечники штанг толкателей, коромысла, регулировочные винты коромысел и т. д. изготовлены из специального материала и подвергнуты термической обработке. В верхнюю часть цилиндров установлены вставки, выполненные из кислотоупорного износоустойчивого чугуна.
Смазка трущихся поверхностей производится под давлением маслом АС-8. В системе смазки установлены два фильтра: грубой очистки, пропускающий все масло, нагнетаемое масляным насосом в систему, и тонкой очистки, включенный параллельно системе и пропускающий только часть масла.
В результате указанных конструктивных и технологических мер долговечность двигателя (срок работы до капитального ремонта) установлена 180 тыс. км пробега автомобиля по дорогам 1 класса. Однако при соблюдении инструкции по уходу долговечность двигателя доходит до 250 ... 300 тыс.км пробега автомобиля.
При данной конструкции газопровода с подогревом центральной части впускной трубы отработавшими газами, обеспечивающей равномерное распределение горячей смеси по цилиндрам, а также при оптимальных фазах открытия впускных и выпускных клапанов двигатель развивает мощность 75 л.с. при 4000 мин-1 коленчатого вала.
Степень сжатия 6,7. Топливо - бензин А-72. Допускается использование бензина А-76, но в этом случае необходимо увеличить угол опережения зажигания. Конструкция двигателя предусматривает удобный доступ ко всем агрегатам для их обслуживания: стартер, бензиновый насос, распределитель-прерыватель зажигания и указатель уровня масла находятся с левой стороны двигателя в доступных местах, а фильтр грубой очистки масла, генератор, кран слива воды из блока цилиндров и карбюратор—с правой стороны. Доступ к масленке подшипников водяного насоса открывается с левой стороны двигателя. Достаточность количества нагнетаемой смазки определяется визуально через отверстие в шкиве насоса по выходу смазки из контрольного отверстия на корпусе насоса.
Регулирование зазора между коромыслами и клапанами производится при снятой крышке коромысел.
Конструкцией двигателя также предусмотрена возможность легкого ремонта. Для этой цели цилиндры выполнены в виде отдельных деталей — «мокрых» гильз, легко вставляемых в блок цилиндров, а коренные и шатунные подшипники имеют тонкостенные сталебаббитовые вкладыши, которые можно заменить, не прибегая к услугам ремонтных заводов, а иногда даже не снимая двигателя с автомобиля.
Для изготовления деталей двигателя широко применены алюминиевые сплавы. Из алюминиевого сплава изготовлены поршень, блок цилиндров, картер сцепления, головка цилиндров, крышка распределительных шестерен, кронштейн водяного насоса, выпускной патрубок водяной рубашки, корпус масляного фильтра, корпус масляного насоса.
В результате широкого применения алюминиевых сплавов двигатель в сборе с оборудованием, сцеплением и коробкой передач, но без воздушного фильтра и вентилятора весит 200 кг. Подробное описание конструктивных особенностей двигателя приводится ниже
Продольный и поперечный разрезы
Поршень и поршневой палец
Поршни отлиты из алюминиевого сплава и термически обработаны. Головка поршня цилиндрическая, юбка – овальная и конусная. Ось отверстия под поршневой палец смещена от средней плоскости на 1,5 мм в правую (по ходу автомобиля) сторону. Это делает работу поршня более бесшумной. Для улучшения приработки поршень покрыт слоем олова толщиной 0,004—0,006 мм.
Во избежание ошибок при установке поршня в цилиндр на боковой стенке поршня у бобышки под палец отлита надпись «Назад». В соответствии с этой надписью поршень указанной стороной должен быть обращен к задней части двигателя. Поршни одного комплекта (установленные в один двигатель) по массе не должны отличаться более чем на 4 г. Поршни к цилиндрам подбираются с зазором 0,012-0,024 мм. Правильность подбора проверяется протягиванием ленты-щупа, проложенного между поршнем и гильзой в плоскости, перпендикулярной оси поршневого пальца. Размеры ленты: толщина 0,05 мм, ширина 13 мм и длина 250 мм. Усилие протягивания (замеряется пружинным безменом) должно быть в пределах 3,5—4,5 кГ. Поршневых колец три: два компрессионных и одно маслосъемное. Все кольца изготовлены из чугуна. Компрессионные кольца на внутренней поверхности имеют фаску. На поршень кольца установлены фаской кверху. Нарушение этого условия вызывает резкое возрастание расхода масла и дымление двигателя. Для увеличения долговечности верхнее компрессионное покрыто слоем пористого хрома, остальные кольца — луженые. Поршневые пальцы – плавающего типа, стальные, наружная поверхность закалена.
Шатун
Шатуны – стальные, кованые, двутаврового сечения.
Крышка кривошипной головки крепится к шатуну двумя стальными шлифованными болтами.
Коленчатый вал и маховик
Коленчатый вал отлит из магниевого чугуна, имеет пять опор (полноопорный). Коленчатый вал в сборе с маховиком и сцеплением статически и динамически сбалансирован. Диаметр коренных шеек 64 мм, шатунных — 58 мм. В шатунных шейках имеются полости, закрытые резьбовыми пробками. Эти полости служат для удаления грязи и продуктов износа из масла, поступающего на шатунные шейки.
Осевое перемещение коленчатого вала ограничивается двумя сталебаббитовыми шайбами упорного подшипника, расположенными по обе стороны переднего коренного подшипника. Передняя шайба баббитовой стороной обращена к стальной упорной шайбе на коленчатом валу, задняя - к щеке коленчатого вала. Передняя шайба удерживается от вращения двумя штифтами. Одним концом штифты запрессованы в блок и в крышку коренного подшипника, а вторым входят в пазы шайбы. Задняя шайба удерживается от вращения своим выступом, входящим в паз на заднем торце крышки коренного подшипника. Величина осевого зазора составляет 0,075—1,175 мм; достигается она подбором соответствующей толщины передней шайбы.
На передний конец коленчатого вала на шпонках насажена стальная упорная шайба, шестерня привода распределительного вала, маслоотражательная шайба и ступица шкива коленчатого вала. Весь этот набор деталей стянут болтом-храповиком, служащим для запуска двигателя от рукоятки. Болт-храповик ввертывается резьбовое отверстие, имеющееся в торце коленчатого вала.
Шкив привода водяного насоса и генератора, привернутый к ступице тремя болтами, имеет на ободке отверстие. При совмещении этого отверстия с установочным штифтом, впрессованным в крышку распределительных шестерен, поршень первого цилиндра будет находиться в ВМТ.
Передний конец коленчатого вала уплотнен самоподтягивающимся резиновым сальником, запрессованным в крышку распределительных шестерен. Для облегчения условий работы сальника перед ним на вал поставлена маслоотражательная шайба. Кроме того, корпус сальника имеет отбортовку, отводящую масло, стекающее по стенке крышки. Снаружи сальник защищен отражателем, препятствующим проникновению на него грязи.
Надежная работа сальника обеспечивается хорошей центровкой его по коленчатому валу. Центрировать можно при помощи специальной втулки-оправки или замером величины щели между стенкой отверстия в крышке и шейкой коленчатого вала. Перемещая крышку легкими ударами (болты крепления должны при этом быть только слегка затянуты), надо добиваться, чтобы щель по всей окружности не отличалась более чем на 0,1 мм. После этого болты затянуть окончательно.
Задний конец коленчатого вала уплотнен набивкой из асбестового шнура, пропитанного антифрикционным составом и покрытого графитом. Набивка заложена в сальникодержатели, каждый из которых привернут к блоку и крышке тремя болтами. На шейке коленчатого вала под сальником сделана многозаходная резьба микропрофиля, а перед сальником — маслосбросный гребень.
К фланцу на заднем конце коленчатого вала прикреплен маховик, отлитый из серого чугуна. Шлифованные болты крепления должны плотно входить в отверстия во фланце и маховике. Гайки болтов должны быть затянуты моментом в пределах 7,6 ... 8,3 кГ*м и зашплинтованы.
Вкладыши коренных и шатунных подшипников изготовлены из стальной ленты, залитой баббитом. Толщина слоя баббита составляет для вкладышей коренных подшипников 0,35 мм, а для вкладышей шатунных подшипников - 0,25 мм. Общая толщина вкладышей коренных подшипников должна составлять 2,25 мм и шатунных 1.7 мм.
Верхние вкладыши коренных подшипников имеют отверстие для подвода масла, нижние этого отверстия не имеют. Вкладыши заднего коренного подшипника шире остальных. Верхние и нижние вкладыши шатунных подшипников одинаковые.
Для предотвращения проворачивания вкладышей в гнезде каждый из них имеет с одной стороны фиксирующий усик. Этот усик должен плотно входить в соответствующий паз в гнездах под вкладыши. Диаметральный зазор между шейкой и вкладышами коренных подшипников находится в пределах 0,026—0,083 мм, а шатунных подшипников 0,026 ... 0,077 мм. Для обеспечения указанных зазоров гайки болтов крепления крышек подшипников должны быть затянуты ключом строго определенным моментом; коренных подшипников - в пределах 12,5 ... 13,6 кГ*м. шатунных — 6,8 ... 7,5 кГ*м.
Одновременно со сменой поршневых колец (через 80 ... 100 тыс. км пробега) следует менять также вкладыши коренных и шатунных подшипников. Обычно к этому сроку износ вкладышей еще незначителен, но на их поверхности скапливаются твердые частицы, которые в дальнейшем вызывают интенсивный износ шеек коленчатого вала. Следует также тщательно очистить полости в шатунных шейках коленчатого вала. Для этого отвернуть пробки, закрывающие полости. После очистки и промывки полостей пробки плотно завернуть и закернить.
Газораспределительный механизм
Толкатели
Толкатели - стальные, поршневого типа. Торец толкателя наплавлен отбеленным чугуном и шлифован по сфере радиусом 750 мм (выпуклость середины торца равна 0,11 мм). Внутри толкателя имеется сферическое углубление радиусом 8,73 мм для нижнего конца штанги. Вблизи нижнего торца сделаны два отверстия для стока масла из внутренней полости толкателя.
Штанги
Штанги толкателей изготовлены из дюралюминиевого прутка. На концы напрессованы стальные закаленные наконечники со сферическими торцами. Нижний наконечник, сопрягающийся с толкателем, имеет торец с радиусом сферы 8,73 мм, а верхний, входящий в углубление в регулировочном винте коромысла, - 3,5 мм. Длина штанги 287 мм. Коромысла клапанов-стальные, кованые. В отверстие ступицы впрессована втулка, свернутая из листовой оловянистой бронзы. На внутренней поверхности втулки сделана канавка для равномерного распределения масла по всей поверхности и для подвода его к отверстию в коротком плече коромысла. Длинное плечо коромысла заканчивается закаленной цилиндрической поверхностью, опирающейся на торец клапана, а короткое плечо - резьбовым отверстием с резьбой — М9X1, в которое ввертывается регулировочный винт.
Клапаны
Впускные клапаны изготовлены из хромистой стали, а выпускные — из жаропрочной. Торцы стержней клапанов закалены до высокой твердости. Диаметр стержня клапанов 9 м. Тарелка впускного клапана имеет диаметр 44 мм, а выпускного — 36 мм. Угол седла обоих клапанов 45°. Высота подъема клапанов-9,1 мм.
Впускной клапан открывается с опережением на 24° до прихода поршня в ВМТ, закрывается с запаздыванием на 64° после прихода поршня в НМТ. Выпускной клапан открывается с опережением на 58° до прихода поршня в НМТ и закрывается с запаздыванием на 30° после прихода поршня в ВМТ. Указанные фазы газораспределения действительны при зазоре между коромыслом и клапаном, равном 0,35 мм.
Рабочий зазор между коромыслом и клапаном должен быть в пределах 0,25 ... 0,3 мм на холодном (+15 ... +20°C) двигателе, На выпускных клапанах первого и четвертого цилиндров, т.е. на крайних клапанах, допускается уменьшение зазора до 0,2 мм. При увеличении зазора возникает стук клапанов, а при уменьшении возможно неплотное прилегание клапана к седлу и прогорание клапана, Следует периодически проверять правильность зазора.
Распределительный вал
Распределительный вал - стальной, кованый; имеет пять опорных шеек. Для удобства сборки шейки имеют разные диаметры: первая 52 мм, вторая -51 мм, третья — 50 мм, четвертая — 49 мм, пятая — 48 мм. Шейки опираются на втулки, свернутые из сталебаббитовой ленты и запрессованные в отверстия в перегородках блока цилиндров. Поверхности шеек распределительного вала, кулачков, эксцентрика и зубьев шестерни привода масляного насоса закалены до твердости HRC 52-60. Профили впускного и выпускного кулачков одинаковы. Кулачки по ширине шлифованы на конус. Коническая поверхность кулачка в сочетании со сферическим торцом толкателя при работе двигателя сообщает толкателю вращательное движение. Вследствие этого износ направляющей толкателя и его торца делается равномерным и небольшим. Распределительный вал приводится от коленчатого вала шестерней с косыми зубьями. На коленчатом валу находится стальная шестерня с 28 зубьями, а на распределительном валу — текстолитовая шестерня с 56 зубьями. Применение текстолита обеспечивает бесшумность работы шестерен. Обе шестерни имеют по два отверстия с резьбой М8 X 1,25 для съемника. Распределительный вал вращается в два раза медленнее коленчатого. От осевых перемещений распределительный вал удерживается упорным стальным фланцем. Фланец расположен между торцом шейки вала и ступицей шестерни с зазором 0,1 —0,2 мм. Осевой зазор обеспечивается распорным кольцом, зажатым между шестерней и шейкой вала. Для улучшения приработки поверхности упорного фланца фосфатированы. Шестерня закреплена на распределительном валу при помощи шайбы и болта с резьбой М12 X 1,25. Болт ввертывается в торец вала. На шестерне коленчатого вала против одного из зубьев нанесена метка «О», а против соответствующей шестерни впадин распределительного вала нанесена риска. При установке распределительного вала эти метки должны быть совмещены.
Системы двигателя
Система смазки
Система смазки двигателя комбинированная. Под давлением смазываются коренные и шатунные подшипники коленчатого вала, подшипники распределительного вала, упорные подшипники коленчатого и распределительного валов, втулки коромысел и верхние наконечники штанг толкателей. К шестерням привода распределительного вала масло подводится по трубке, периодически сообщающейся с масляной магистралью через канавки на шейке первого подшипника распределительного вала. Стенки цилиндров смазываются брызгами струй, выбрасываемых из отверстий на кривошипных головках шатунов при совпадении их с масляными каналами в шейках. Все остальные детали смазываются маслом, которое вытекает разбрызгивается движущимися деталями.
В систему смазки входят маслоприемник, масляный насос, система масляных каналов, фильтры грубой и тонкой очистки масла, редукционный клапан, масляный картер с. установленным на нем указателем уровня масла и маслоналивной патрубок.
Емкость масляной системы 6,2 л.
Масло заливается через патрубок на крышке коромысел. Крышка патрубка одновременно является фильтром вентиляций картера. Контролируют уровень масла по пометкам «П» и «О» указателя уровня. Уровень должен находиться между метками, лучше вблизи верх- ней метки «П», Если уровень поднимется выше метки «П», то это вызовет забрызгивание свечей, интенсивное образование нагара на стенках камеры сгорания и днищах поршней, дымление двигателя, течь через сальники. Понижение уровня ниже метки «О» опасно, так как при этом прекращается подача масла в систему и возможно выплавление подшипников и задиры поршней. Уровень масла проверяют ежедневно и через 300—500 км пробега, спустя несколько минут после остановки двигателя.
Масляный картер —штампованный из листовой стали, крепится к блоку восемнадцатью шпильками. При ремонтных работах необходимо иметь в виду, что передняя левая шпилька, ввертываемая в крышку распределительных шестерен, имеет укороченную резьбовую часть. При постановке шпильки с большей длиной ввертной части возможно заклинивание концом шпильки текстолитовой шестерни распредели-тельного вала и его разрушение.
Маслоприемник закреплен на крышке масляного насоса. Он снабжен сеткой с перепускным отверстием и поддоном. Обычно сетка средней частью прижата к поддону и перепускное отверстие закрыто. При засорении сетки она отходит от поддона и масло поступает в насос через перепускное отверстие.
Масляный насос шестеренного типа установлен внутри картера и прикреплён двумя шпильками к крышке четвертого коренного подшипника. Между крышкой и корпусом насоса установлена паронитовая прокладка толщиной 0.4 мм. Она обеспечивает необходимый торцовый зазор между шестернями насоса и корпусом. Постановка при ремонте более толстой прокладки вызовет увеличение зазора и уменьшение производительности насоса, понижение давления в системе. Торцовый зазор должен быть пределах 0,04—0,2 мм.
Масляный насос приводится от распределительного вала парой шестерен.
Ведущая шестерня выполнена заодно с распределительным валом, а ведомая закреплена на валике, вращающемся в чугунном корпусе.
Система охлаждения двигателя
Система охлаждения двигателя - жидкостная, закрытая, с принудительной циркуляцией жидкости. Состоит из водяной рубашки, окружающей цилиндры и головку цилиндров двигателя, водяного насоса центробежного типа, радиатора с жалюзи вентилятора, термостата, системы предохранительных клапанов, помещенных в пробке радиатора, и спускных краников. В систему охлаждения также включен радиатор отопления кузова.
Система охлаждения заполняется чистой мягкой водой. Не следует применять воду с высокой жесткостью: артезианскую, ключевую и тем более морскую. Пресную речную или озерную воду рекомендуется прокипятить и процедить через 5-6 слоев марли. Для уменьшения коррозии, а также накипи полезно в воду добавить 4-8 г. хромпика на 1 л воды.
В зимнее время система может быть заполнена жидкостью, замерзающей при низкой температуре (антифризом). Емкость системы охлаждения 11,5 л.
Система питания
Системы зажигания
Генератор Установлен генератор типа Г12 мощностью 250 Вт. Номинальное напряжение 12В. Максимальный ток отдачи - 19-21А. Возбуждение - параллельное, охлаждение - воздушное, принудительное, начало отдачи при 940 об/мин, полная отдача при 1750 об/мин.
Аккумулятор Применяется свинцовая аккамуляторная батарея 6-СТ-54-ЭМ с ном. напряжением 12В и ном. емкостью при 10 часовом разряде 54 а*ч.
Катушка зажигания типа Б7-А. Вторичная обмотка имеет 22500 витков, первичная - 330.
Распределитель зажигания типа Р3-Б. Представляет из себя совокупность приборов: прерывателя, прерывающего ток низкого напряжения в первичной цепи катушки зажигания, и распределителя тока высокого напряжения.
Система пуска
Пуск двигателя осуществляется стартером типа СТ113
| Направление вращения со стороны привода | Правое |
| Номинальное напряжение, В | 12 |
| Номинальная мощность (с батареей 6-СТ-54ЭМ), л.с. | 1,5 |
| Потребляемый ток на холостом ходу, А | не более 100 |
| Частота вращения коленчатого вала на холостом ходу, об/мин | не менее 5000 |
| Потребляемый ток при полном торможении и напряжении на клеммах 9В, А | не более 525 |
| Тормозной момент, кГ*м | 1,6 |
Чертежи
Рисунки
Ссылки
1. Автомобиль ГАЗ-21 "Волга" Гор А.И., Вавилов Я.И., Морозов Ю.А. и др. Красочный альбом. М., "Машиностроение", 1972
