Новий чотирициліндровий двигун Zetec-SE, що встановлюється в автомобілях Fiesta з 1996 року
Мал. 4.1. Моторні відсіки з двигунами Zetec-SE 1,25 та 1,4 л (угорі) та Endura-E 1,3 л (унизу): 1 – бачок гідравлічного підсилювача рульового управління; 2 – бачок омивача; 3 – розширювальний бачок системи охолодження; 4 – табличка з технічними даними автомобіля; 5 – покажчик рівня моторної олії; 6 - маслоналивна горловина; 7 – бачок для гальмівної рідини; 8 – акумуляторна батарея; 9 – повітряний фільтр
Безперечно, що двигуни Zetec-SE DOHC робочим об'ємом 1,25 л (55 кВт/75 л.с.) і, відповідно, 1,4 л (66 кВт/90 л.с.) є технічною досконалістю автомобілів Fiesta серії з 1996 року. У моторному відсіку двигуни встановлені з нахилом 12°тому. До речі, це перші поперечно встановлені двигуни Ford, які мають елементи системи упорскування розташовані на передній стороні головки циліндрів. Це рішення значно покращує доступ до всіх елементів системи упорскування під час ремонту та технічного обслуговування. Кут нахилу має велике значення, так як з поворотом головки циліндрів система випуску більше не знаходиться в охолоджувальному повітряному потоці, а ховається за двигуном. Цей нахил забезпечує між двигуном та передньою перегородкою кузова досить багато місця для зменшення передачі тепла до двигуна від випускного колектора та каталітичного нейтралізатора. Моторні відсіки з двигунами Zetec-SE 1,25 і 1,4 л та Endura-E 1,3 л показані на рис. 4.1.
Технічна кооперація з корпорацією Yamaha
Мал. 4.2. Розріз двигуна Zetec-SE: 1 – клапанний механізм; 2 – поршень; 3 – масловідбійна пластина; 4 – маслозабірна трубка; 5 – гасник коливань; 6 – водяний насос; 7 – свічка запалювання
Обидва двигуни Zetec-SE робочим об'ємом від 1,1 до 1,7 л є попередниками цілої серії двигунів, розроблених компанією Ford у співпраці з корпорацією Yamaha. Особливістю компактних чотирициліндрових двигунів є встановлення чотирьох клапанів на циліндр та електронного керування, а також використання блоку керування двигуном Ford (EEC-V) нового покоління. Це дозволило реалізувати точне управління подачею паливоповітряної суміші та запалюванням, а також покращити діагностування та регулювання частоти обертання холостого ходу. На практиці ці рішення призвели до зменшення викиду шкідливих речовин з газами, що відпрацювали, і більш рівномірному перебігу процесу згоряння при будь-яких навантаженнях. Подальшим нововведенням двигунів Zetec є дуже високий рівень наповнення циліндрів і, як наслідок, висока питома потужність 44,3 квт/л. Це стає ще більш значним при розгляді ефективного середнього тиску, який є показником для коефіцієнта корисної дії у формі специфічного моменту обертання. Середній тиск всіх двигунів Zetec-SE набагато вищий, ніж у інших двигунів Ford цього класу. Розріз та вид спереду двигуна Zetec-SE показані на рис. 4.2 та 4.3.
Мал. 4.3. Вид спереду двигуна Zetec-SE: 1 – розподільний вал випускних клапанів; 2 – розподільний вал впускних клапанів; 3 – впускний канал; 4 – маслозабірна трубка; 5 – колінчастий вал; 6 – випускний канал; 7 – гідравлічний натяжний пристрій зубчастого ременя; 8 – шків розподільчого валу випускних клапанів; 9 – шків розподільчого валу впускних клапанів
Блок циліндрів та головка блоку циліндрів
Блок циліндрів та головка блоку циліндрів, а також корпуси більшості додаткових вузлів та агрегатів виконані із спеціального алюмінієвого сплаву. Кришка клапанів виготовлена з магнію, а труба, що всмоктує, — з пластику. Двигуни мають два розташовані зверху розподільні вали (DOHC) і оснащені багатоклапанним механізмом - по чотири клапани на циліндр. Ряд конструктивних рішень зробив роботу двигуна більш безшумною, зменшив його вібрацію і викид шкідливих речовин з газами, що відпрацювали, мінімізував час технічного обслуговування. Завдяки гідравлічній компенсації зазорів клапанів перевірка зазорів клапанів в автомайстерні проводиться кожні 150 000 км пробігу автомобіля. Зазор клапанів на холодному двигуні 0,17-0,23 мм для впускних та 0,27-0,33 мм для випускних клапанів.
Потужність двигуна 1,25i Zetec-SE робочим об'ємом 1,25 л (55 кВт/75 л.с.), як у звичайного двигуна об'ємом 1,4 л
Новий шістнадцятиклапанний двигун об'ємом 1,25 л розвиває таку ж потужність, як звичайний двигун об'ємом 1,4 л. При цьому в його концепції найменше уваги звертається на такі абсолютні дані, як динамічність та витрата палива. З виключно плавною кривою крутного моменту двигун не вимагає постійно найвищу частоту обертання колінчастого валу, а чудово почувається вже при 2000 хв-1 (рис. 4.4). Максимального крутного моменту в 110 Нм двигун 1,25i досягає вже при 4000 хв-1. Найбільшу потужність у 55 кВт/75 л.с. він розвиває при 5200 хв-1. Цього цілком достатньо, щоб вільно почуватися нормальному потоці дорожнього руху (прискорення від 0 до 100 км/год за 12,7 с) і на автострадах розганяти автомобіль Fiesta до 170 км/год.
Мал. 4.4. Діаграма потужності двигуна Zetec 1,25 л, 55 кВт (75 л.с.)
Поєднання двигуна Zetec-SE та автоматичної коробки передач СТХ
Компанія Ford комбінує двигун Zetec із безступінчастою автоматичною коробкою передач СТХ. І хоча в цій комбінації динамічність двигуна 1,25i втрачається з автоматичною коробкою передач, все ж таки автомобіль Fiesta має високі динамічні характеристики. Розгін з місця до швидкості 100 км/год він здійснює за 15,6 секунди, а максимальна швидкість автомобіля Fiesta СТХ досягає 160 км/год. Все це відбувається на високому рівні комфорту без перемикання та з відносно низькою витратою палива – 6,7 л бензину на 100 км шляху.
Двигун Zetec-SE 1,4i (66 кВт/90 к.с.)
При витраті бензину 6,9 л на 100 км. шляху двигун Zetec-SE 1,4i може конкурувати з більшістю звичайних двигунів робочим об'ємом 1,6 л. Також щодо даних потужності він займає місце у перших рядах: 66 кВт/90 к.с. при частоті обертання колінчастого валу 5600 хв-1 - це високий показник для будь-якого темпераментного водія автомобіля Fiesta. Двигун 1,4i розганяє автомобіль з місця до швидкості 100 км/год за 10,8 секунди, а максимальна швидкість автомобіля досягає 180 км/год. Найсильніший двигун Zetec-SE автомобіля Fiesta робочим об'ємом 1,4 л забезпечує достатню тягу вже при 2000 хв-1. Свого максимального моменту, що крутить, 125 Н·м двигун 1,4i досягає при 4500 хв-1.
Двигуни Endura-E (37 кВт/50 к.с., 44 кВт/60 к.с.) з 1996 року — серійне оснащення автомобілів
В якості альтернативи обом двигунам Zetec-SE компанія Ford пропонує автомобіль Fiesta з двома іншими бензиновими двигунами. Двигуни мають об'єм 1,3 л та внутрішньозаводське позначення Endura-E. Основна версія має потужність 37 кВт/50 л. при 4500 хв-1 (рис. 4.5). Сильніший двигун дуету Endura-E має потужність 44 кВт/60 к.с. при 5000 хв-1. Двигуни Endura-E є ґрунтовно модифікованими версіями двигуна із системою впорскування OHV-HCS, який вже багато років бездоганно працює в автомобілі Fiesta. Але в порівнянні з «оригіналом», що багаторазово зарекомендував себе, компанія Ford значно покращила двигуни Endura-E щодо плавності ходу і показників токсичності відпрацьованих газів.
Мал. 4.5. Діаграма потужності двигуна Endura-E, 44 кВт (60 л.с.)
Всмоктувальний патрубок із пластику
Для ефективного підвищення коефіцієнта корисної дії компанія Ford розробила для двигунів Endura-E нові головки блоку циліндрів з отворами, що забезпечують завихрення потоку паливоповітряної суміші та компактними камерами згоряння. З боку всмоктування встановлені патрубки з пластику з гладкими внутрішніми поверхнями, що мають кращу теплоізоляцію. Це повністю виключило симптом ривкоподібного руху автомобіля, що зустрічається в старих двигунах OHV-HCS, при роботі на збідненій паливоповітряній суміші. У цьому випадку паливно-повітряна суміш проходить пластиковий патрубок без утворення конденсату, до того ж покращилася поведінка двигуна при теплому пуску через зменшення втрат тепла.
Послідовне впорскування палива - стандарт для двигунів Endura-E
Подальшими новинками всіх двигунів Endura-E є послідовне впорскування палива, найсучасніший блок управління двигуном EEC-V, розташований біля двигуна каталітичний нейтралізатор, масляний картер, відлитий з алюмінію, а також нова підвіска двигуна.
Взагалі, всі зміни в двигунах Endura-E призвели до значно покращеної адекватної поведінки двигуна та відчутного зниження рівня шуму в салоні автомобіля.
Мал. 4.6. Моторний відсік із двигуном Endura-DE 1,8: 1 – бачок гідравлічного підсилювача рульового керування; 2 – бачок омивача; 3 – розширювальний бачок системи охолодження; 4 – маслоналивна горловина; 5 – покажчик рівня моторної олії; 6 – табличка з технічними даними автомобіля; 7 – бачок для гальмівної рідини; 8 – акумуляторна батарея; 9 – повітряний фільтр
Дизельний двигун ОНС об'ємом 1,8 л (44 кВт/60 л.с.) з електронним блоком ЕЕС-V та окисним каталітичним нейтралізатором — серійне оснащення з 1996 року
Новий двигун Endura-DE є подальшим розвитком дизельного двигуна робочим об'ємом 1,8 л (44 кВт/60 л.с. при 4800 хв-1).
Мал. 4.7. Діаграма потужності двигуна Endura-DE, 44 кВт (60 к.с.)
Від усіх двигунів автомобіля Fiesta він відрізняється специфічно низькою витратою палива. Його основні модифікації деталей відповідають обсягу бензинових двигунів. Специфічні зміни в двигуні Endura-DE — він був розроблений на основі останніх положень ЄС про токсичність газів, що відпрацювали — обмежуються новими елементами упорскування, інакше каліброваним і керованим блоком EEC-V, розподільником-насосом упорскування, а також розташованим біля двигуна окисним каталітичним нейтралізатором., роботою якого в автомобілі Fiesta керує електронний блок З 1996 пуск холодного двигуна поліпшили свічки розжарювання (EZD 35), які також при зовнішній температурі до -15°С обмежують попередній час розжарювання до 4 с. Діаграма потужності двигуна Endura-DE показана на рис. 4.7.
Технічні рішення щодо зменшення шуму дизельного двигуна автомобіля Fiesta
Модифікована підвіска двигуна, повітряний фільтр, розташований окремо, нова система випуску відпрацьованих газів та додаткові рішення щодо зменшення шуму зробили дизельний двигун Fiesta тихіше за його попередників. Двигун Endura-DE робочим об'ємом 1753 см3 забезпечує відповідну потужність у верхньому діапазоні частоти обертань і тягове зусилля в середньому діапазоні частоти обертання колінчастого валу. Крива моменту, що крутить, дизельного двигуна з вихровою камерою розташована виключно плоско - на практиці це проявляється в хороших показниках тяги. Двигун Endura-DE досягає свого найвищого показника 105 Н·м крутного моменту при 2500 хв-1, і майже 70% з цього стабільно присутні вище загальної кривої потужності. Дизельний двигун розганяє автомобіль з місця до швидкості 100 км/год за 17,6 секунди, а при швидкості 155 км/год регулятор паливного насоса обмежує максимальну швидкість. При типовій для дизельного двигуна їзді - по можливості більше за низької частоти обертання колінчастого валу двигуна - максимальна витрата дизельного палива становить 5,7 л.
Вибір оптимального варіанта ремонту двигуна - в майстерні або самотужки
Незважаючи на свою надійну конструкцію, у двигунах автомобілів Fiesta необхідно проводити ремонтні та регулювальні роботи. Ці роботи необхідно виконувати в автомайстерні. Кваліфіковані майстри мають необхідні спеціальні знання та досвід і, як правило, мають потрібні інструменти для виконання більшості робіт з ремонту.
Наприклад, некваліфіковано замінений власними силами зубчастий ремінь може призвести до серйозних пошкоджень поршнів та клапанів. Кваліфікований ремонт із заміни прокладки головки циліндрів та клапанів позбавить вас принаймні від усунення пошкоджень підшипників двигуна. Якщо ви не до кінця впевнені, що можете самостійно відремонтувати двигун, на користь свого гаманця забудьте про роботи своїми силами. Вам залишається лише ряд робіт з перевірки та технічного обслуговування, які ви можете виконати самостійно.
Моделі двигунів для автомобіля Fiesta
Моделі двигунів для Fiesta наведені в табл. 4.1.
ТЕХНІЧНИЙ СЛОВНИК
Елементи двигуна
Блок циліндрів.
Мал. 4.8. Блок циліндрів двигуна Zetec-SE автомобіля Fiesta: 1 – блок циліндрів; 2 – вкладки корінних підшипників; 3 - колінчастий вал з вісьмома противагами і п'ятьма корінними шийками; 4 – перемичка з кришками для корінних підшипників
У ньому встановлено кривошипно-шатунний механізм та елементи системи змащення двигуна. На периферії блоку циліндрів встановлені додаткові агрегати та вузли, такі як генератор, стартер та система запалювання. Блоки циліндрів обох двигунів Zetec виготовлені з легкого металу сплаву і кремнію, а сірий чавун використовується при виготовленні двигунів Endura. Міцні відлиті бічні стінки та перемичка з кришками для корінних підшипників роблять блок особливо стійким проти скручування (рис. 4.8).
Головка блоку циліндрів.
У сучасних двигунах головка блоку циліндрів виготовлена із сплаву легких металів та встановлена зверху на блок циліндрів. Головка має всмоктувальні та випускні канали, канали охолодження та мастила, сідла клапанів, підшипники клапанного механізму, а також різьбові отвори для свічок запалювання або паливних форсунок та камери згоряння. Прокладка головки блоку циліндрів розташована між блоком циліндрів і головкою, вона оберігає обидві деталі від попадання в них зовні та зсередини олії, охолоджуючої рідини та повітря.
Циліндри.
У них переміщуються поршні між нижньою мертвою точкою «UT» та верхньою мертвою точкою «ВІД». Діаметри робочих поверхонь циліндрів точно відповідають діаметрам поршнів, і їх поверхні ще додатково відхонінговані. Охолоджуються циліндри через канали, що охолоджують, або при мокрих робочих гільзах безпосередньо охолоджувальною рідиною.
Поршні.
Переміщуються в циліндрах та передають тиск продуктів згоряння через шатуни на колінчастий вал. Вони виготовлені з особливо легкого та жароміцного сплаву. Їхні основні елементи — днище поршня, канавки з поршневими кільцями, отвір у бобишці для поршневого пальця та спідниця поршня. Поршневий палець з'єднує поршень із шатуном. Верхні компресійні поршневі кільця герметизують камеру згоряння кривошипно-шатунного механізму. Нижнє маслознімне кільце видаляє надлишки олії зі стінки циліндра в масляний картер.
Шатуни.
З'єднують поршні з колінчастим валом і складаються з отвору у верхній головці, в яке запресовується поршневий палець, стрижня шатуна, нижньої головки шатуна та кришки нижньої головки, яка охоплює шийку колінчастого валу.
Колінчастий вал.
Разом з шатунами забезпечує перетворення поворотно-поступального руху поршня в обертальний з метою отримання крутного моменту. Колінчастий вал складається з корінних шийок, що обертаються в корінних підшипниках блоку циліндрів, і двох противаг на кожен циліндр, які з'єднані шатунними шийками. Колінчасті вали двигунів автомобілів Fiesta мають п'ять корінних підшипників і чотири зміщені на кут 90°шатунні підшипники. Усі підшипники забезпечені змінними вкладишами, які змінюються у разі їхнього зносу.
Клапани.
Мал. 4.9. Клапанний механізм двигунів OHC/DOHC автомобілів Fiesta, що наводиться в дію зубчастим ременем: 1 – розподільний вал випускних клапанів; 2 – розподільний вал впускних клапанів; 3 – впускний клапан; 4 – впускний канал; 5 – сферична камера згоряння; 6 – випускний канал; 7 – випускний клапан
Керують зміною тактів у чотиритактних двигунах (всмоктування, стиснення, згоряння, випуск). У двигунах Endura клапани розташовані в ряд у головці блоку циліндрів, а в двигунах Zetec клапани розташовані збоку (радіальне розташування). Рухливі деталі головки блоку циліндрів утворюють клапанний механізм.
розподільні вали.
Відкривають і закривають клапани в залежності від частоти обертання колінчастого валу двигуна і положення поршнів точно встановлені проміжки часу.
ТЕХНІЧНИЙ СЛОВНИК
Принцип роботи чотиритактного двигуна:
Впуск (1-й такт).
Поршень переміщається від верхньої мертвої точки «ВІД» до нижньої мертвої точки «UT». Відкривається впускний клапан, і паливоповітряна суміш засмоктується в циліндр.
Стиснення (2-й такт).
Поршень переміщається від нижньої мертвої точки «UT» до верхньої мертвої точки «ВІД» і стискає засмочену свіжу паливоповітряну суміш. Впускний та випускний клапани закриті.
Робочий хід (3-й такт).
Перед підходом поршня до верхньої мертвої точки стиснена свіжа паливоповітряна суміш спалахує від іскри, що утворюється між електродами свічки запалювання. Суміш згоряє дуже швидко, і внаслідок різкого збільшення тиску в камері згоряння поршень починає рух вниз до нижньої мертвої точки «UT». При русі поршня в такті робочого ходу він передає енергію колінчастому валу і перетворює її на обертальний рух.
Випуск (4-й такт).
Інерційна маса маховика знову рухає поршень від нижньої мертвої точки "UT" у напрямку верхньої мертвої точки "ВІД". Так як випускний клапан вже відкритий, гази, що відпрацювали, виходять в систему випуску. Разом чотири такти утворюють зміну газової суміші чотиритактному двигуні. Дизельний двигун функціонує за таким же принципом. У такті впуску він всмоктує тільки чисте повітря, стискає його до більшої міри, так що в кінці такту стиснення дизельне паливо, що впорскується в циліндр, самозаймається від гарячого повітря без додаткової іскри (іскри запалювання). Зміна газової суміші, що залишилася, повністю ідентична бензиновому двигуну.
Робочий об'єм циліндра.
Це відстань, яка проходить поршні у своєму русі від нижньої мертвої точки «UT» до верхньої мертвої точки «ВІД», помножена на площу поршня. Камера згоряння не впливає на робочий об'єм циліндра. Робочий об'єм циліндра та камера згоряння утворюють об'єм циліндра.
Ступінь стиснення.
Розміри камери згоряння не безпосередньо впливають на ступінь стиснення. Ступінь стиснення означає, яким повинен бути об'єм свіжого повітря при 100% наповненні (повністю відкритої дросельної заслінці) в камері згоряння. У двигунах Endura ступінь стиснення становить 9,5:1, Endura-DE – 21,5:1. Двигун Zetec 1,25i працює зі ступенем стиснення 10:1, а двигун Zetec 1,4i - 10,3:1.
Прокручування колінчастого валу двигуна
Для виконання певних операцій колінчастий вал двигуна необхідно провернути та встановити у певне положення. У чотиритактному двигуні поршень під час чотирьох робочих тактів двічі проходить верхню мертву точку: вперше при запаленні надійшла в циліндри паливоповітряної суміші і вдруге після випуску відпрацьованих газів з наступним наступним впуском суміші. Зазвичай при різних регулювальних роботах потрібно встановити поршень першого циліндра у верхню точку мертву в такті стиснення.
Мал. 4.10. Робочий об'єм циліндра - це відстань (2), яка проходить поршні від верхньої мертвої точки (1) до нижньої мертвої точки (3), помножена на площу поршня. В об'ємі між поршнем, розташованим у верхній мертвій точці «ВІД» (1), і увігнутістю головки блоку циліндрів (5) розташована камера згоряння (4)
Положення поршня у верхній мертвій точці «ВІД» першого циліндра показано з правого боку на рис. 4.10. Коли поршень першого циліндра (по ходу руху праворуч) знаходиться точно у верхній мертвій точці, клапани четвертого циліндра перекриваються (випускний клапан закривається, впускний клапан починає відкриватися). Клапани першого циліндра повністю зачинені. У більшості двигунів з розподільником запалення положення поршня у верхній мертвій точці «ВІД» поршня першого циліндра визначається на підставі положення ротора розподільника запалення та мітки на маховику, яка повинна бути поєднана з нерухомим покажчиком.
НАСЛІДНІСТЬ РОБОТ
1. Підніміть переднє колесо, як для його заміни, та увімкніть 5-у передачу. При провертанні вперед піднятого колеса також обертатиметься колінчастий вал двигуна. Провертати колінчастий вал буде легше, якщо ви попередньо вивернете свічки запалювання. Якщо у вас немає можливості підняти та надійно закріпити автомобіль, увімкніть 5-у передачу та обережно штовхайте автомобіль вперед, поки поршень першого циліндра не встановиться у положення верхньої мертвої точки «ВІД».
2. Без сторонньої допомоги ви можете провернути колінчастий вал за допомогою накидної головки, встановленої на болт кріплення шківа колінчастого валу. Колінчастий вал обертається краще, якщо при цьому натискаєте на зубчастий ремінь. При такому способі завжди слідкуйте, щоб колінчастий вал обертався лише за годинниковою стрілкою.
Мал. 4.11. Місце вкручування установочного штифта (спеціального інструменту 21-210) для установки колінчастого валу двигуна в положення верхньої мертвої точки поршня першого циліндра
Верхня мертва точка «ВІД» колінчастого валу визначається лише спеціальним інструментом. У автомайстернях Ford для цього збоку в блоці циліндрів повертається настановний штифт «ВІД» (спеціальний інструмент 21-210) (рис. 4.11). Колінчастий вал провертається доти, поки противагу колінчастого валу щільно не притиснеться до настановного штифта.
Мал. 4.12. Використання шаблону (спеціального інструменту 21-162 для Zetec, 21-162-А для Zetec-SE) для встановлення розподільчих валів у положення верхньої мертвої точки поршня першого циліндра
Повну впевненість у правильному встановленні поршня першого циліндра у верхню мертву точку дасть лише спеціальний інструмент. Майстри Ford встановлюють розподільні вали в положення верхньої мертвої точки «ВІД» за допомогою шаблону (спеціальний інструмент Zetec 21-162, Zetec-SE 21-162-А) (рис. 4.12).
3. Двигуни Zetec/Endura-DE. При ослабленому натягу зубчастого ременя в жодному разі не можна провертати колінчастий вал - при цьому ремінь може непомітно перестрибнути через зуб, фази газорозподілу зіб'ються і, як наслідок, виникне серйозне пошкодження двигуна в результаті удару днищ поршнів про повністю закриті клапани.
ПРАКТИЧНА РАДА
Перевірка свічок запалювання
Система запалення призначена для займання паливно-повітряної суміші в кожному циліндрі в точно встановлений момент часу. У бензинових двигунах це досягається за рахунок електричної іскри (електричного розряду), яка створюється між електродами свічки запалювання. Раніше свічки запалювання були дуже чутливими деталями, їх доводилося міняти вже після 12 000 км. пробігу автомобіля. Сучасні матеріали, паливо, що не містить свинцю, і насамперед застосування електронних систем запалення з високою енергією кардинально змінили ситуацію. Хоча і зараз все ще свічки запалювання чутливо реагують на вологість, наприклад, при миття двигуна, термін їхньої експлуатації збільшився до 40 000 км пробігу. Компанія Ford рекомендує заміну свічок запалювання після 45 000 км пробігу. Тому постійно стежте за станом свічок запалювання, кожні 20 000 км перевіряйте їхній стан. На вигляд свічки запалювання фахівець може визначити стан двигуна. У двигунах Endura міжелектродний проміжок у свічці запалювання повинен становити 1,0 мм, в обох версіях Zetec – 1,3 мм.
Коментарі відвідувачів