Вазовский «один и семь»
Среди автомобилистов бытует мнение, что новый, 1,7-литровый двигатель «Нивы» — всего-навсего «расточенный» мотор VAZ 2121 рабочим объемом 1,6 л. На самом же деле 21213 — по сути, новый агрегат. О нем рассказывает начальник отдела исследований и доводки двигателей ГДР ВАЗа
Новый двигатель задумывался как самый мощный для престижной в то время «семерки» — соответственно, его индекс в конструкторской документации был 21073.
В нынешнем виде мотор на заднеприводные модели так и не попал, зато оказался весьма кстати модернизированной «Ниве», заметно повысив ее энерговооруженность или, говоря проще, добавив резвости. Возросший крутящий момент (см. табл. 1) и иная его характеристика позволили уменьшить с 4,1 до 3,9 передаточные числа главных пар, ввести пятую, повышающую ступень в коробке. Реальный результат — лучшие динамические показатели модернизированной «Нивы»: разгон до 100 км/ч за 19. 21 с (был — 23. 25) при том же примерно расходе топлива. И, конечно, большая мощность позволяет развить максимальную скорость повыше — 137 км/ч (было — 132 км/ч). Новое свое обозначение мотор заимствовал у автомобиля VAZ 21213.
Пока речь шла о двигателе с карбюратором, а есть еще вариант с центральным впрыском топлива. Его, кроме «нив», ставят на классические «жигули» (модели 21214, 21074, 21044), а наши автолюбители знакомы с ними лишь благодаря реэкспорту.
Почему раньше не делали «Ниву» с 1,7-литровым двигателем? Вспомним, какие моторы делали на ВАЗе до «восьмого» семейства. «Геометрия» их была жестко задана имеющейся на заводе технологией и оборудованием: расстояние между центрами цилиндров — 95 мм, ход поршня — 66 или 80 мм, диаметр цилиндра (и поршня) — 76 и 79 мм. Так получались четыре разных по рабочему объему агрегата, из которых самый большой — 1,6-литровый. Кстати, на ВАЗе отливают четыре разных заготовки блоков цилиндров, отличающихся по высоте и диаметру цилиндров, причем как внутреннему, так и наружному. То есть толщина стенки цилиндра одинакова и у мотора 2103 (76х80), и у 2106 (79х80), и у других. Очень важный вывод: ни один из вазовских моторов с цилиндрами диаметром 76 мм не предназначен под расточку до 79 мм, чем иногда грешат самодеятельные ремонтники. Пришла пора капремонта — растачивайте цилиндры на здоровье, но только до ремонтного диаметра, увеличенного на 0,4 или 0,8 мм.
Блок с цилиндрами 82 мм и соответствующее оборудование появились на ВАЗе с освоением модели 21083 (82х71 мм). Открылась возможность перенести размер 82 мм и на классические моторы. Соотношение диаметра цилиндра и хода поршня 82х80 мм соответствует объему 1690 смз (1,7 л) у двигателя 21213 (рис. 1). Чтобы завершить историческую часть, отметим, что этот двигатель впитал технические решения сразу трех семейств — самого близкого к нему классического 2101–2106, разработанного к тому времени дизельного и «переднеприводного» 2108–21083.
Блок двигателя 21213 сохранил от классических межцентровое расстояние — 95 мм. Больший диаметр цилиндров заставил сузить каналы для охлаждающей жидкости между цилиндрами. Кстати, любое последующее увеличение диаметра приведет к необходимости создания беспроточного блока, подобного модели 21083.
Коленчатый вал — оригинальный, полнопротивовесный (рис. 2). На валах моторов первого поколения противовесов было всего четыре, на валах семейства 2108, дизеля и 21213 — в два раза больше, на каждой щеке, чтобы уменьшить вибрации. Собственно, с дизеля этот вал и перешел на «двести тринадцатый» — конкретный пример унификации.
Постели в блоке цилиндров и вкладыши одинаковы для всех двигателей ВАЗ, а вот коленвалы отличаются толщиной шеек. «Двести тринадцатый», как и «восьмой», имеет шейки увеличенного диаметра — примерно на две «сотки» по сравнению с валом 2101 или 2103. Таким образом, зазоры в подшипниках скольжения уменьшились на 0,02 мм и масляный слой между деталями стал тоньше, приблизившись к оптимальному значению 0,02. 0,05 мм. Пользу нововведения можно объяснить так: в тонком масляном слое меньше перемещаются детали, а значит, снижаются динамические нагрузки и вибрации; в то же время чрезмерно малый зазор в подшипниках скольжения тоже недопустим — должна же где-то быть смазка!
Шатун — новый. Малые зазоры в подшипниках скольжения предъявили требование: крышка шатуна нисколько не должна перекашиваться при затяжке болтов. Поэтому болты неподвижно и прочно посажены в тело шатуна, а на их стержне выполнены центрирующие пояски под отверстия в крышке. Важное предупреждение — теперь болты нельзя выбивать: при ремонте они должны оставаться в шатуне.
Верхняя головка шатуна сделана под «плавающий» поршневой палец (рис. 3) — решение, пришедшее с дизеля. В головку запрессована сталебронзовая втулка, внутренний диаметр которой делят на три класса (через 0,004 мм) — как и поршни. Понятно, что класс шатуна, поршня и пальца должен быть один и тот же. Класс шатуна выбит на верхней головке (не путать с номером цилиндра, выбитым внизу и на крышке, и маркировкой по массе, выполненной краской); класс пальца обозначают краской на торце (синяя — первый, зеленая — второй, красная — третий); класс поршня по отверстию для пальца клеймят цифрой на днище.
Поршень — оригинальный, с частью камеры сгорания в днище. Это, пожалуй, самая интересная особенность нового двигателя. Разделенные камеры сгорания (часть — в головке, часть — в поршне, часть — в щели, см. ЗР, 1996, № 8) известны давно. Весь фокус — найти наилучшую форму камеры. И, похоже, специалистам ВАЗа удалось это сделать. Основная камера сгорания (в головке блока) — клиновидная, похожая на камеры других «жигулевских» двигателей. Дополнительный объем камеры — выемка в днище поршня (по форме — часть сплющенного эллипсоида) и лунки под клапаны). Эту выемку придумали доводчики мотора, о чем свидетельствует полученный патент.
Благодаря новой камере сгорания удалось оптимизировать характеристики мощности и крутящего момента, уменьшить расход топлива, повысить стойкость двигателя к детонации, и все это — без увеличения токсичности выбросов. Вот что значит оптимизация рабочего процесса мотора, а, казалось бы, всего-навсего — выемка в поршне.
Головка блока цилиндров — оригинальная, хотя конструктивно решена так же, как на 2101. Прежними остались клапаны, пружины, а вот распредвал — новый. У него иная форма кулачков, в частности, обеспечивающая увеличенный ход впускного клапана, а значит, лучшее наполнение цилиндра и большую мощность. Привод распредвала — цепной, что продиктовано требованиями унификации (напомню, близкий по конструкции двигатель 2105 с ременным приводом снят с производства в 1988 году и все моторы для «жигулей» и «нив» вновь стали «цепными»).
Система охлаждения на модернизированной «Ниве» — с алюминиевым радиатором. По сравнению с латунным он технологичнее и «дружелюбнее» к природе — экологически вредная пайка при его изготовлении не нужна. В целом система охлаждения исчерпала почти все ресурсы — у «двести тринадцатой» температурный запас сравнительно невелик. «Всего» 40°С должно быть на дворе, чтобы при движении с максимальной скоростью охлаждающая жидкость нагрелась до 115°С. Делать запас меньше, чем 40°С, нельзя.
На новом двигателе применили и новую систему вентиляции картера, соответствующую современным требованиям ЕЭК ООН. На холостом ходу картерные газы отводятся из крышки маслоотделителя в задроссельное пространство карбюратора (на классических моторах они попадали в воздушный фильтр). По тем же ооновским правилам выполнена система рециркуляции отработавших газов. Устроена она так. Во впускном коллекторе стоит термовакуумный включатель, который срабатывает при температуре охлаждающей жидкости 40. 48°, открывая клапан на выпускном коллекторе, и часть отработавших газов через трубку рециркуляции и впускную трубу вновь попадает в цилиндры.
В системе питания главное новшество — карбюратор 21073 типа «Солекс», близкий по конструкции к приборам серии 2108. Его тарировочные данные, отличающиеся от карбюратора 2108, приведены в табл. 2.
Система зажигания также подобна «восьмерочной» и отличается лишь иными характеристиками датчика-распределителя зажигания. Начальный угол опережения зажигания — 1° до ВМТ по коленвалу.
Не упомянутые здесь узлы и системы выполнены аналогично классическим.
Рис. 1. Поперечный разрез двигателя 21213:
1 — карбюратор; 2 — распределительный вал; 3 — головка блока цилиндров; 4 — клапан рециркуляции отработавших газов; 5 — поршень; 6 — шатун; 7 — блок цилиндров;
8 — коленчатый вал. А — дополнительный объем камеры сгорания (выемка в днище поршня).
Рис. 2. Коленчатые валы: а — двигателя 2121; б — полнопротивовесный, двигателя 21213.
Рис. 3. Шатунно-поршневая группа: 1 — шатун; 2 — поршень; 3 — палец; 4 — стопорные кольца; 5 — блок цилиндров. А — суженный канал системы охлаждения.
Источник статьи: http://www.zr.ru/content/articles/3122-vazovskij_odin_i_sem/
Ваз 2107 поршня от нивы
Справка по размерам моторов ВАЗ классика:
Высота блока цилиндров на классический автомобиль ВАЗ (от оси коленвала до плоскости прокладки головки блока цилиндров):
— 2101, 21011, 2105 = 207,1 допуск -0,15,
— 2103, 2106, 2121, 21033(под 76 бензин для Китая), 2130 (1,8 литра ОПП) = 215,9 допуск -0,15,
— 21213 (на мотре 21214 блок 21213) = 214,58 допуск -0,15.
Толщина стенок цилиндра обычно позволяет увеличить диаметр не более чем на 2-а мм, если водяная рубашка, а точнее диаметр цилиндра смещен относительно рубашки могут возникнуть проблемы.
Ход колена 2101, 2103, 21213:
ход 2101 — 66мм (в обиходе называется низким)
ход 2103 — 80мм
ход 21213 — 80мм (более сбалансирован за счёт более развитых
противовесов, видимо в ущерб весу)
ход 2130 — 82мм
Есть тюненские колена ходом 84,86,88 мм. Но стоят они от 10тысяч
Диаметр поршней на классику
2101 — 76мм
21011,2105 — 79мм
21213 — 82мм
2108 — 82мм (ставились для ездунства на 76 бензе, для экспорта)
Имеется много кованых поршней любого стокового диаметра, а максимум 84мм
Одна из основных геометрических характеристик поршня — компрессионная высота. Она определяется расстоянием от его днища до оси поршневого пальца. Для классического мотора ВАЗ она составляет 38 мм.
Есть поршни с меньшей компрессионной высотой, например поршни ТРТ. Высота составляет 31 мм.
Длины шатунов на классические моторы (какие бывают):
Все шатуны 2101 длинной 136 мм но есть 213 шатун такой же длинны, но там палец прессуется в поршень а не в шатун.
Есть шатуны укороченные на 7мм(как пример: запихать 80ое колено в низкий блок) Есть два вида: укороченные — производятся сразу на 7мм короче(где то на украине делают), и усаженные, то есть берётся стоковый шатун и под нагревом усаживается, делали при совке, но они не очень желательны, и по общему мнению опасны, поскольку в месте усадки обязательно будет напряжение, и может показаться «кулак дружбы»
Имеем двигатель 2101 или 21011 объемами 1,2 и 1,3 соответсвенно, что мы можем получить? из 2101 блока мы можем получить объем 1,5 и 1,6 литра, из 21011 блока 1,6 и 1,7. Что для этого нужно?
1. Коленвал 2103 (если где услышите коленвал 2106 или 2121 то имейте ввиду, что в двигателе 2106 стоит КВ 2103, на ниве 2121(!) ставили двигатель 2106), либо 21213 (он будет получше)
2. Шатуны Укороченные, Если увеличиваем объем шатунами то поршни можно оставить родные, все зависит от ресурса мотора, если точим то берем новые поршни)))
3. Поршни (В случае если ставим родные или 213 шатуны)
Пример получения 1,7 литра на 011 блоке:
1. Коленвал с ходом 80мм
2. Шатун 129 мм (как вариант, либо родной или 213)
3. Поршни 82 мм (тут зависит от шатуна, если укороченный то ставим Нивовский поршень с двигателей 21213, если Шатун будет родной или 213 то ставим поршень с меньшей компрессионной высотой)
4. Точим цилиндры до 82 мм
Так получается 1,7 литра))) Для объемов 1,5 и 1,6 тот же самый порядок, только мы будем выбирать между шатунами и поршнями, в этом случае существует такое понятие как R/S (rod to stroke ratio) разница длинны шатуна и хода поршня. И ему уделяется достаточно серьезное внимание при доработке моторов. Многие источники считают, что «золотой серединой» является величина R / S, равная 1,75
ЗА:Позволяет поршню дольше находиться в ВМТ, что обеспечивает лучшее горение топливной смеси, т.е. более полное сгорание топливной смеси, более высокое давление на поршень после прохождения ВМТ, более высокая температура в камере сгорания. В результате хороший момент на средних и высоких оборотах. Длинный шатун уменьшает трение пары «поршень-цилиндр», а это особенно важно при рабочем ходе поршня.
ПРОТИВ: Мотор, собранный с достаточно большим значением R / S не обеспечивает хорошее наполнение цилиндров на низких и средних частотах вращения КВ, из-за снижения скорости воздушного потока (из-за уменьшения скорости движения поршня после ВМТ, в момент открытия впускного клапана
Большая вероятность появления детонации из-за высокой температуры в камере сгорания и длительного времени нахождения поршня в ВМТ.
ЗА:Обеспечивает очень хорошую скорость наполнения цилиндров на низких и средних частотах вращения КВ, так как скорость движения поршня от ВМТ больше, разряжение нарастает быстрее, что улучшает наполнение цилиндров, более высокая скорость движения топливовоздушной смеси делает смесь более гомогенной (однородной) что способствует лучшему сгоранию. Преимущества: более низкие требования к доработке и диаметрам каналов ГБЦ, чем на моторе с высоким соотношением R / S.
ПРОТИВ: Малая величина RS означает, больший угол наклона шатуна. Это значит, что большая сила будет толкать поршень в горизонтальной плоскости. Для мотора это означает следующее:
1. Большая нагрузка на шатун (особенно на центр шатуна), что делает разрушение шатуна более вероятным. Разрушение шатуна само по себе мало вероятно, кроме случаев обрыва, при заклинивании и гидроударе, как правило, шатун рвется у верхней или
нижней головки под углом приблизительно 45 градусов к оси шатуна.
2. Увеличение нагрузки на стенки блока цилиндров, большая нагрузка на поршни и кольца, увеличение рабочей температуры вследствие повышенного трения, как результат, более быстрый износ стенок цилиндра, колец, и ухудшении условий смазки. Износ этого участка зависит от величины смещения оси пальца отн. оси поршня и от значения максимального угла наклона шатуна, т.е. при применении «кованных» поршней со смещенным пальцем, износ будет меньше чем при применении стандартных поршей.
3. Более короткий шатун также увеличивает скорость движения поршня, что влияет на износ и увеличение трения. Максимальная скорость поршня приходится на угол около 80 градусов поворота коленчатого вала от ВМТ, для мотора с коленвалом 74,8 мм при 5600 оборотов в минуту она равна 22,92 м/с при шатуне 121 мм., и 22,80м/с., при шатуне 129 мм.
Наиболее весомым является зависимость ускорения поршня от длины шатуна. Большие значения ускорения положительно влияют на наполнение цилиндров на малых оборотах, что ведет к «тяговитости» двигателя в следствии лучшего наполнения. Но на высоких оборотах из-за инерционности потока во впускной трубе происходит эффект запирания на впускном клапане (т.е объем цилиндра над поршнем растет быстрее, чем может заполняться через клапанную щель, что ведет к ухудшению наполнения и мощностных характеристик на высоких оборотах). В случае длинного шатуна на малых оборотах происходит обратный выброс смеси, но на высоких нет явления запирания.
По вполне понятным причинам, АВТОВАЗ комплектует свои моторы шатуном 136 мм (он обеспечивает 06-му мотору R/S = 1,7, что вполне удовлетворительно). Но для «тюнингаторов», использующих КВ с большим радиусом кривошипа, шатун 136 мм обеспечивает не очень хорошее отношение R/S, поэтому на рынке «нестандартных», а-ля «спортивных» запчастей существуют и продаются шатуны с длинной – 129, 132 мм, цена их правда не столь привлекательна, она колеблется от 70 до 200 долларов за комплект. Еще не стоит забывать, что «экстра ходы» поршня компенсируются уменьшением компрессионной высоты поршня (смещением поршневого пальца вверх) или увеличением высоты блока цилиндров. Т.к. компрессионную высоту можно уменьшать до определенного предела, то следующим шагом будет замена блока цилиндров на более высокий, что повлечет за собой немалые расходы финансовых средств. Все эти действия направлены для того, чтобы увеличить значение R/S.
В итоге, увеличение объема при помощи шатуна 129 мм до 1,5 (1,6) литров, мы получаем R/S — 1.61, что даст мотору тракторность, т.е. эффект малого R/S. При использовании поршней с меньшей компрессионной высотой, мы не меняем значение R/S, т.е. характеристика будет как у 2106 мотора — 1,7. что «близко к золотой середине»
Источник статьи: http://vk.com/topic-59621587_28863068