Автомобили Форд (Ford)

Мастерская или сделать самому?

Несмотря на надёжную конструкцию, двигатели Focus, разумеется, не освобождены иногда от появления неприятных дефектов. Обширный ремонт и точные установочные работы вы должны предоставить мастерской. Обученные люди в синем располагают необходимыми детальными и профессиональными знаниями, у них есть опыт и, как правило, множество специальных инструментов для того, чтобы снова «поставить на ноги» Focus. Непрофессионально заменённый любителем зубчатый ремень может, например, вызвать тяжёлые повреждения поршней и клапанов. Поэтому не беритесь за ремонт прокладки головки блока цилиндров и клапанов, работы по ремонту кривошипно-шатунного механизма тоже не по силам любителю. Если вы полностью не уверены в том, что сможете профессионально обращаться с внутренней частью своего двигателя или проверить его, держите на запоре свой ящик с инструментами в интересах собственного кошелька. Тем не менее двигательный отсек не должен оставаться для вас запретной зоной: на вашу долю останется достаточное количество работ по контролю и техническому обслуживанию, которые целесообразнее сделать своими руками.

Технический словарь — Узлы двигателя

Блок двигателя: здесь объединены все вращающиеся и колеблющиеся узлы кривошипно-шатунного механизма и подачи масла. На периферии у блока двигателя имеются вспомогательные агрегаты, например генератор, сервонасос, стартер и система зажигания. Блоки двигателей Zetec отлиты из алюминия, серый чугун используется в дизельном двигателе с турбонаддувом Endura.

Головка блока цилиндров: в современных двигателях делается из лёгких сплавов, она завершает блок двигателя сверху. В головке блока цилиндров располагаются всасывающие каналы и каналы отработанных газов, каналы охлаждающей жидкости, смазочные каналы, кольца сёдел клапанов, направляющие клапанов, опорные шейки клапанного механизма, а также отверстия для свечей зажигания или форсунок и камеры сгорания. Прокладка головки блока цилиндров между блоком двигателя и головкой блока цилиндров не пропускает масло, охлаждающую жидкость и воздух наружу и внутрь.

Блок двигателя Zetec-SE состоит из алюминиево-кремниевого сплава. Надёжно сделанные боковые стенки и перемычка коренных подшипников делают блок особенно крутильно-жёстким.

1 — Блок двигателя; 2 — Вкладыши подшипников; 3 — Коленвал с восемью противовесами и пятью коренными подшипниками; 4 — Перемычка коренных подшипников.

Цилиндры: в них поршни колеблются между нижней мёртвой точкой (НМТ) и верхней мёртвой точкой (ВМТ): рабочие поверхности цилиндров по своему диаметру точно соответствуют диаметру поршней и затем их поверхности ещё раз специально обрабатываются (хонингуются). Они либо косвенно охлаждаются каналами охлаждения, либо, при увлажняемых гильзах цилиндров, омываются непосредственно охлаждающей жидкостью.

Поршни: колеблются в цилиндрах и передают давление сгорания посредством шатунов на коленвал. Поршни сделаны из особенно лёгких и жароустойчивых лёгких сплавов. Их главными элементами являются: дно поршня, зона колец с поршневыми кольцами, отверстия для поршневого пальца и тронковой части поршня. Поршневой палец соединяет поршень с шатуном. Верхние поршневые кольца (уплотнительные кольца) герметизируют камеру сгорания почти газонепроницаемо от кривошипно-шатунного механизма. Нижнее кольцо (маслосъёмное поршневое кольцо) отводит избыточное смазочное масло со стенок цилиндров в картер (масляный поддон).

Шатун: соединяет поршень с коленвалом. Состоит из отверстия в шатуне (направляет поршневой палец), стержня шатуна, основания шатуна и крышки основания шатуна (основание шатуна и крышка основания шатуна охватывают вкладышами подшипников палец кривошипа).

Коленвал: преобразует посредством соединительного звена шатуна энергию колебания (путь поршня от ВМТ к НМТ) в энергию вращения (вращательные движения). Современные коленвалы состоят из кованого корпуса, который вращается в местах коренных подшипников блока двигателя. В зависимости от количества цилиндров с точно определённым смещением (угловым градусом) по две щеки коленчатого вала ведут к пальцам кривошипа (опорным шейкам шатунов). Коленвалы Focus имеют пять коренных подшипников и четыре шатунных подшипника, смещённых под углом 90°. Во все опорные шейки вставлены заменяемые трёхкомпонентные подшипники скольжения.

Клапаны: управляют в четырёхтактных двигателях процессом газообмена (всасывание, компрессия, сгорание, выпуск). В двигателях OHC-Endura клапаны подвешены «плечом к плечу» под распредвалом. В двигателях DOHC-Zetec они подвешены в форме буквы V под углом 42° под распредвалами. Все подвижные узлы в головке блока цилиндров образуют клапанный механизм.

Распредвал: открывает и закрывает клапаны — в зависимости от числа оборотов двигателя и положения поршней — в точно определённые промежутки времени.

Приводом распредвалов двигателей Ford OHC/DOHC является зубчатый ремень.
1 — выпускной распредвал; 2 — впускной распредвал; 3 — впускной клапан; 4 — впускной канал; 5 — камера сгорания в форме крыши; 6 — выпускной канал; 7 — выпускной клапан.

Технический словарь — Основные понятия моторостроения

• Всасывание (1-й такт): поршень скользит от ВМТ к НМТ. Впускной клапан открывается, топливовоздушная смесь течёт в цилиндр.
• Компрессия (2-й такт): поршень скользит от НМТ к ВМТ и на своём пути сжимает всосанную свежую топливовоздушную смесь. Впускной и выпускной клапаны закрыты.
• Сгорание (3-й такт): перед ВМТ сжатая топливовоздушная смесь воспламеняется от искры свечи зажигания, смесь сгорает подобно взрыву, за счёт подъёма давления поршень отжимается в положение НМТ. Шатун передаёт энергию на коленвал и приводит его во вращение.
• Выталкивание (4-й такт): инерционная масса маховика снова перемещает поршень от НМТ в направлении ВМТ. Выпускной клапан уже открыт, поэтому сгоревшие (отработанные) газы могут выйти в систему выхлопа. В целом четыре такта образуют газообмен в четырёхтактном двигателе.

В принципе дизельный двигатель функционирует по тому же принципу. На такте всасывания он всасывает чистый воздух, сжимает его существенно сильнее, поэтому в конце такта сжатия впрыснутое топливо (дизельное) от соприкосновения с горячим воздухом воспламеняется самостоятельно, без зажигания от постороннего источника (искры зажигания). Остальная часть газообмена осуществляется затем совершенно идентично бензиновому двигателю.

Рабочий объём 2 простирается от верхней 1 до нижней 3 мёртвой точки. Между ВМТ, которая в правом цилиндре как раз ограничивается основанием поршня, и выпуклостью головки цилиндра 5 находится камера сгорания 4.

Рабочий объём: пространство, которое во время своего движения поршни проходят от НМТ до ВМТ. Камера сгорания не оказывает никакого влияния на рабочий объём. Рабочий объём и камера сгорания вместе образуют объём цилиндра.

Коэффициент сжатия: соотношение, в котором сжимается в камере сгорания всосанный свежий газ. Размер камеры сгорания оказывает непосредственное влияние на коэффициент сжатия. Коэффициент сжатия свидетельствует о том, какой объём свежего газа при 100%-ном наполнении (полностью открытая дроссельная заслонка) должен быть в камере сгорания к моменту зажигания. В дизельных двигателях с турбонаддувом Endura коэффициент сжатия равен 19,4:1. Zetec-SE работают с коэффициентом сжатия 11:1, а модели E сжимают свежий газ в отношении 10:1.

Принцип работы и устройство двигателя

Двигатель внутреннего сгорания называется так потому что топливо воспламеняется непосредственно внутри его рабочей камеры, а не в дополнительных внешних носителях. Принцип работы ДВС основан на физическом эффекте теплового расширения газов, образующихся в процессе сгорания топливно-воздушной смеси под давлением внутри цилиндров двигателя. Выделяемая в этом процессе энергия преобразуется в механическую работу.

В процессе эволюции ДВС выделились несколько типов двигателей, их классификация и общее устройство:

• Поршневые двигатели внутреннего сгорания. В них рабочая камера находится внутри цилиндров, а тепловая энергия преобразуется в механическую работу посредством кривошипно-шатунного механизма, передающего энергию движения на коленчатый вал. Поршневые моторы делятся, в свою очередь, на:
  • карбюраторные, в которых воздушно-топливная смесь формируется в карбюраторе, впрыскивается в цилиндр и воспламеняется там искрой от свечи зажигания;
  • инжекторные, в которых смесь подаётся напрямую во впускной коллектор, через специальные форсунки, под контролем электронного блока управления, и также воспламеняется посредством свечи;
  • дизельные, в которых воспламенение воздушно-топливной смеси происходит без свечи, посредством сжатия воздуха, который от давления нагревается до температуры, превышающей температуру горения, а топливо впрыскивается в цилиндры через форсунки.
• Роторно-поршневые двигатели внутреннего сгорания. Здесь тепловая энергия преобразуется в механическую работу посредством вращения рабочими газами ротора специальной формы и профиля. Ротор движется по «планетарной траектории» внутри рабочей камеры, имеющей форму «восьмёрки», и выполняет функции как поршня, так и ГРМ (газораспределительного механизма), и коленчатого вала.
• Газотурбинные двигатели внутреннего сгорания. Особенности их устройства заключаются в преображении тепловой энергии в механическую работу с помощью вращения ротора со специальными клиновидными лопатками, который приводит в движение вал турбины.

Далее рассматриваются только поршневые двигатели, так как только они получили широкое распространение в автомобильной промышленности. Основные причины тому: надежность, стоимость производства и обслуживания, высокая производительность.

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Первые поршневые ДВС имели лишь один цилиндр небольшого диаметра. В дальнейшем, для увеличения мощности сначала увеличивали диаметр цилиндра, а потом и их количество. Постепенно двигатели внутреннего сгорания приняли привычный нам вид. “Сердце” современного автомобиля может иметь до 12 цилиндров.

Наиболее простым является двигатель с рядным расположением цилиндров. Однако, с увеличением количества цилиндров растет и линейный размер двигателя. Поэтому появился более компактный вариант расположения — V-образный. При таком варианте цилиндры расположены под углом друг к другу (в пределах 180-ти градусов). Обычно используется для 6-цилиндровых двигателей и более.

Одна из основных частей двигателя — цилиндр (6), в котором находится поршень (7), соединенный через шатун (9) с коленчатым валом (12). Прямолинейное движение поршня в цилиндре вверх и вниз шатун и кривошип преобразуют во вращательное движение коленчатого вала.

На конце вала закреплен маховик (10), назначение которого придавать равномерность вращению вала при работе двигателя. Сверху цилиндр плотно закрыт головкой блока цилиндров (ГБЦ), в которой находятся впускной (5) и выпускной (4) клапаны, закрывающие соответствующие каналы.

Клапаны открываются под действием кулачков распределительного вала (14) через передаточные механизмы (15). Распределительный вал приводится во вращение шестернями (13) от коленчатого вала.
Для уменьшения потерь на преодоление трения, отвод теплоты, предотвращения задиров и быстрого износа трущиеся детали смазывают маслом. В целях создания нормального теплового режима в цилиндрах двигатель должен охлаждаться.

Но главная задача – заставить работать поршень, ведь именно он является главной движущей силой. Для этого в цилиндры должны подаваться горючая смесь в определенной пропорции (у бензиновых) или отмеренные порции топлива в строго определенный момент под высоким давлением (у дизелей). Топливо воспламеняется в камере сгорания, отбрасывает поршень с большой силой вниз, тем самым приводя его в движение.

Принцип работы двигателя

Из-за низкой производительности и высокого расхода топлива 2-тактных двигателей практически все современные двигатели производят с 4-тактными циклами работы:

1. Впуск топлива;
2. Сжатие топлива;
3. Сгорание;
4. Вывод отработанных газов за пределы камеры сгорания.

Точка отсчета — положение поршня вверху (ВМТ — верхняя мертвая точка). В данный момент впускное отверстие открывается клапаном, поршень начинает движение вниз и засасывает топливную смесь в цилиндр. Это первый такт цикла.

Во время второго такта поршень достигает самой нижней точки (НМТ — нижняя мертвая точка), при этом впускное отверстие закрывается, поршень начинает движение вверх, из-за чего топливная смесь сжимается. При достижении поршнем максимальной верхней точки топливная смесь сжата до максимума.

Третий этап – это поджигание сжатой топливной смеси с помощью свечи, которая испускает искру. В результате горючий состав взрывается и толкает поршень с большой силой вниз.

На заключительном этапе поршень достигает нижней границы и по инерции возвращается к верхней точке. В это время открывается выпускной клапан, отработанная смесь в виде газа выходит из камеры сгорания и через выхлопную систему попадает на улицу. После этого цикл, начиная с первого этапа, повторяется снова и продолжается в течение всего времени работы двигателя.

Описанный выше способ является универсальным. По такому принципу построена работа практически всех бензиновых моторов. Дизельные двигатели отличаются тем, что там нет свеч зажигания – элемента, который поджигает топливо. Детонация дизельного топлива осуществляется благодаря сильному сжатию топливной смеси. При такте «впуск» в цилиндры дизеля поступает чистый воздух. Во время такта «сжатие» воздух нагревается до 600О С. В конце этого такта в цилиндр впрыскивается определенная порция топлива, которое самовоспламеняется.

Системы двигателя

Вышеописанное представляет собой БЦ (блок цилиндров) и КШМ (кривошипно-шатунный механизм). Помимо этого современный ДВС состоит и из других вспомогательных систем, которые для удобства восприятия группируют следующим образом:

1. ГРМ (механизм регулировки фаз газораспределения);
2. Система смазки;
3. Система охлаждения;
4. Система подачи топлива;
5. Выхлопная система.

ГРМ — газораспределительный механизм

Чтобы в цилиндр поступало нужное количество топлива и воздуха, а продукты сгорания вовремя удалялись из рабочей камеры, в ДВС предусмотрен механизм, называемый газораспределительным. Он отвечает за открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов, через которые в цилиндры поступает топливо-воздушная горючая смесь и удаляются выхлопные газы. К деталям ГРМ относятся:

• Распределительный вал;
• Впускные и выпускные клапаны с пружинами и направляющими втулками;
• Детали привода клапанов;
• Элементы привода ГРМ.

ГРМ приводится в действие от коленчатого вала двигателя автомобиля. С помощью цепи или ремня вращение передается на распределительный вал, который посредством кулачков или коромысел через толкатели нажимает на впускной или выпускной клапан и по очереди открывает и закрывает их.

Система смазки

В любом моторе есть множество трущихся деталей, которые необходимо постоянно смазывать, чтобы уменьшить потери мощности на трение и избежать повышенного износа и заклинивания. Для этого существует система смазки. Попутно с ее помощью решается еще несколько задач: защита деталей двигателя внутреннего сгорания от коррозии, дополнительное охлаждение деталей мотора, а также удаление продуктов износа из мест соприкосновения трущихся частей. Систему смазки двигателя автомобиля образуют:

• Масляный картер (поддон);
• Насос подачи масла;
• Масляный фильтр с редукционным клапаном;
• Маслопроводы;
• Масляный щуп (индикатор уровня масла);
• Указатель давления в системе;
• Маслоналивная горловина.

Система охлаждения

Во время работы мотора его детали соприкасаются с раскаленными газами, которые образуются при сгорании топливо-воздушной смеси. Чтобы детали двигателя внутреннего сгорания не разрушались из-за чрезмерного расширения при нагреве, их необходимо охлаждать. Охладить мотор автомобиля можно с помощью воздуха или жидкости. Современные моторы имеют, как правило, жидкостную схему охлаждения, которую образуют следующие части:

• Рубашка охлаждения двигателя;
• Насос (помпа);
• Термостат;
• Радиатор;
• Вентилятор;
• Расширительный бачок.

Система подачи топлива

Система питания для двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от искры и от сжатия отличаются друг от друга, хотя и имеют ряд общих элементов. Общими являются:

• Топливный бак;
• Датчик уровня топлива;
• Фильтры очистки топлива — грубой и тонкой;
• Топливные трубопроводы;
• Впускной коллектор;
• Воздушные патрубки;
• Воздушный фильтр.

В обеих системах имеются топливные насосы, топливные рампы, форсунки подачи топлива, сам принцип подачи одинаков: топливо из бака с помощью насоса через фильтры подается в топливную рампу, из которой попадает в форсунки. Но если в большинстве бензиновых двигателей внутреннего сгорания форсунки подают его во впускной коллектор мотора автомобиля, то в дизельных оно подается непосредственно в цилиндр, и уже там смешивается с воздухом.

Выхлопная система

Система выхлопа предназначена для отвода отработанных газов из цилиндров двигателя автомобиля. Основные детали, ее составляющие:

• Выпускной коллектор;
• Приемная труба глушителя;
• Резонатор;
• Глушитель;
• Выхлопная труба.

В современных двигателях внутреннего сгорания выхлопная конструкция дополнена устройствами нейтрализации вредных выбросов. Она состоит из каталитического нейтрализатора и датчиков, сообщающихся с блоком управления двигателем. Выхлопные газы из выпускного коллектора через приемную трубу попадают в каталитический нейтрализатор, затем через резонатор в глушитель. Далее через выхлопную трубу они выбрасываются в атмосферу.