5.1. Общие сведения по мотору

Под капотом автомобилей Fiesta устанавливаются компактные поперечно расположенные четырехцилиндровые двигатели с двумя или четырьмя (Zetec-SE) клапанами на цилиндр. С 1996 года все бензиновые двигатели оборудованы электронным управлением (Ford EEC-V) с бесконтактной системой зажигания 3D и электронным впрыском топлива (SEFI). Современный двигатель 1,8D Endura-DE оборудован системой впрыска дизельного топлива непосредственно в вихревые камеры. Гамма двигателей измененного автомобиля Ford Fiesta на высоком техническом уровне. Все бензиновые двигатели оснащены управляемым трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором, а дизельный двигатель — окислительным каталитическим нейтрализатором, и системой рециркуляции отработавших газов. Все двигатели соответствуют предписанным нормам по токсичности отработавших газов согласно 96 ЕЕС.

Рис. 4.1. Моторные отсеки с двигателями Zetec-SE 1,25 и 1,4 л (вверху) и Endura-E 1,3 л (внизу): 1 – бачок гидравлического усилителя рулевого управления; 2 – бачок омывателя; 3 – расширительный бачок системы охлаждения; 4 – табличка с техническими данными автомобиля; 5 – указатель уровня моторного масла; 6 – маслоналивная горловина; 7 – бачок для тормозной жидкости; 8 – аккумуляторная батарея; 9 – воздушный фильтр

Неоспоримо, что двигатели Zetec-SE DOHC рабочим объемом 1,25 л (55 кВт/ 75 л.с.) и, соответственно, 1,4 л (66 кВт/ 90 л.с.) являются техническим совершенством автомобилей Fiesta серии с 1996 года. В моторном отсеке двигатели установлены с наклоном на 12° назад. Кстати, это первые поперечно установленные двигатели Ford, у которых элементы системы впрыска расположены на передней стороне головки цилиндров. Это решение значительно улучшает доступ ко всем элементам системы впрыска при ремонте и техническом обслуживании. Угол наклона имеет большое значение, так как с «поворотом» головки цилиндров система выпуска больше не находится в охлаждающем воздушном потоке, а «прячется» за двигателем. Этот наклон обеспечивает между двигателем и передней перегородкой кузова довольно много места для уменьшения передачи тепла к двигателю от выпускного коллектора и каталитического нейтрализатора. Моторные отсеки с двигателями Zetec-SE 1,25 и 1,4 л и Endura-E 1,3 л показаны на рис. 4.1.

Рис. 4.2. Разрез двигателя Zetec-SE: 1 – клапанный механизм; 2 – поршень; 3 – маслоотбойная пластина; 4 – маслозаборная трубка; 5 – гаситель колебаний; 6 – водяной насос; 7 – свеча зажигания

Оба двигателя Zetec-SE рабочим объемом от 1,1 до 1,7 л являются предшественниками целой серии двигателей, которые были разработаны компанией Ford в сотрудничестве с корпорацией Yamaha. Особенностью компактных четырехцилиндровых двигателей является установка четырех клапанов на цилиндр и электронного управления, а также использование блока управления двигателем Ford (EEC-V) нового поколения. Это позволило реализовать точное управление подачей топливовоздушной смеси и зажиганием, а также улучшить диагностирование и регулирование частоты вращения холостого хода. На практике эти решения привели к уменьшению выброса вредных веществ с отработавшими газами и более равномерному протеканию процесса сгорания при любых нагрузках. Дальнейшим новшеством двигателей Zetec является очень высокая степень наполнения цилиндров и, как следствие, высокая удельная мощность 44,3 кВт/л. Это становится еще более значительным при рассмотрении эффективного среднего давления, которое представляет собой показатель для коэффициента полезного действия в форме специфического момента вращения. Среднее давление всех двигателей Zetec-SE гораздо выше, чем у других двигателей Ford этого класса. Разрез и вид спереди двигателя Zetec-SE показаны на рис. 4.2 и 4.3.

Рис. 4.3. Вид спереди двигателя Zetec-SE: 1 – распределительный вал выпускных клапанов; 2 – распределительный вал впускных клапанов; 3 – впускной канал; 4 – маслозаборная трубка; 5 – коленчатый вал; 6 – выпускной канал; 7 – гидравлическое натяжное устройство зубчатого ремня; 8 – шкив распределительного вала выпускных клапанов; 9 – шкив распределительного вала впускных клапанов

Блок цилиндров и головка блока цилиндров, а также корпуса большинства дополнительных узлов и агрегатов выполнены из специального алюминиевого сплава. Крышка клапанов изготовлена из магния, а всасывающая труба — из пластика. Двигатели имеют два расположенные сверху распределительных вала (DOHC) и оснащены многоклапанным механизмом — по четыре клапана на цилиндр. Ряд конструктивных решений сделал работу двигателя более бесшумной, уменьшил его вибрацию и выброс вредных веществ с отработавшими газами, минимизировал время технического обслуживания. Благодаря гидравлической компенсации зазоров клапанов проверка зазоров клапанов в автомастерской проводится только каждые 150 000 км пробега автомобиля. Зазор клапанов на холодном двигателе 0,17–0,23 мм для впускных и 0,27–0,33 мм для выпускных клапанов. Замена свечей зажигания проводится после каждых 45 000 км, замена моторного масла и масляного фильтра — после 15 000 км пробега автомобиля.

Новый шестнадцатиклапанный двигатель объемом 1,25 л развивает такую же мощность, как обычный двигатель объемом 1,4 л. При этом в его концепции меньше всего внимания обращается на такие абсолютные данные, как динамичность и расход топлива. С исключительно плавной кривой крутящего момента двигатель не требует постоянно наивысшую частоту вращения коленчатого вала, а прекрасно чувствует себя уже при 2000 мин^-1 (рис. 4.4). Максимального крутящего момента в 110 Н·м двигатель 1,25i достигает уже при 4000 мин^-1. Наибольшую мощность в 55 кВт/ 75 л.с. он развивает при 5200 мин^-1. Этого вполне достаточно, чтобы свободно чувствовать себя в нормальном потоке дорожного движения (ускорение от 0 до 100 км/ч за 12,7 с) и на автострадах разгонять автомобиль Fiesta до 170 км/ч. Расход топлива находится в скромных пределах — двигатель 1,25i потребляет всего 6,4 л бензина на 100 км пути.

Рис. 4.4. Диаграмма мощности двигателя Zetec 1,25 л, 55 кВт (75 л.с.)

Компания Ford комбинирует двигатель Zetec с бесступенчатой автоматической коробкой передач СТХ. И хотя в этой комбинации динамичность двигателя 1,25i теряется с автоматической коробкой передач, все же автомобиль Fiesta имеет высокие динамические характеристики. Разгон с места до скорости 100 км/ч он совершает за 15,6 с, а максимальная скорость автомобиля Fiesta СТХ достигает 160 км/ч. Все это происходит на высоком уровне комфорта без переключения и с относительно низким расходом топлива – 6,7 л бензина на 100 км пути.

Двигатель Zetec-SE 1,4i  (66 кВт/ 90 л.с.)

При расходе бензина 6,9 л на 100 км пути двигатель Zetec-SE 1,4i может конкурировать с большинством обычных двигателей рабочим объемом 1,6 л. Также в отношении данных мощности он занимает место в первых рядах: 66 кВт/ 90 л.с. при частоте вращения коленчатого вала 5600 мин^-1 – это высокий показатель для любого темпераментного водителя автомобиля Fiesta. Двигатель 1,4i разгоняет автомобиль с места до скорости 100 км/ч за 10,8 с, а максимальная скорость автомобиля достигает 180 км/ч. Самый сильный двигатель Zetec-SE автомобиля Fiesta рабочим объемом 1,4 л обеспечивает достаточную тягу уже при 2000 мин^-1. Своего максимального крутящего момента 125 Н·м двигатель 1,4i достигает при 4500 мин^-1.

В качестве альтернативы обоим двигателям Zetec-SE компания Ford предлагает автомобиль Fiesta с двумя другими бензиновыми двигателями. Двигатели имеют объем 1,3 л и внутризаводское обозначение Endura-E. Основная версия имеет мощность 37 кВт/50 л.с. при 4500 мин^-1 (рис. 4.5). Более сильный двигатель дуэта Endura-E имеет мощность 44 кВт/60 л.с. при 5000 мин^-1. Двигатели Endura-E являются основательно модифицированными версиями двигателя с системой впрыска OHV-HCS, который уже много лет безупречно работает в автомобиле Fiesta. Но в сравнении с многократно зарекомендовавшим себя «оригиналом» компания Ford значительно улучшила двигатели Endura-E в отношении плавности хода и показателей токсичности отработавших газов.

Рис. 4.5. Диаграмма мощности двигателя Endura-E, 44 кВт (60 л.с.)

Для эффективного повышения коэффициента полезного действия компания Ford разработала для двигателей Endura-E новые головки блока цилиндров с отверстиями, обеспечивающими завихрение потока топливовоздушной смеси, и компактными камерами сгорания. Со стороны всасывания установлены всасывающие патрубки из пластика с гладкими внутренними поверхностями, имеющие лучшую теплоизоляцию. Это полностью исключило встречающийся в старых двигателях OHV-HCS симптом рывкообразного движения автомобиля при работе на обедненной топливовоздушной смеси. В этом случае топливовоздушная смесь проходит пластиковый патрубок без образования конденсата, к тому же улучшилось поведение двигателя при теплом пуске из-за уменьшения потерь тепла.

Дальнейшими новинками всех двигателей Endura-E являются последовательный впрыск топлива, современнейший блок управления двигателем EEC-V, расположенный около двигателя каталитический нейтрализатор, масляный картер, отлитый из алюминия, а также новая подвеска двигателя.

Вообще, все изменения в двигателях Endura-E привели к значительно улучшенному адекватному поведению двигателя и ощутимому снижению уровня шума в салоне автомобиля.

Рис. 4.6. Моторный отсек с двигателем Endura-DE 1,8: 1 – бачок гидравлического усилителя рулевого управления; 2 – бачок омывателя; 3 – расширительный бачок системы охлаждения; 4 – маслоналивная горловина; 5 – указатель уровня моторного масла; 6 – табличка с техническими данными автомобиля; 7 – бачок для тормозной жидкости; 8 – аккумуляторная батарея; 9 – воздушный фильтр

Новый двигатель Endura-DE является дальнейшим развитием дизельного двигателя рабочим объемом 1,8 л (44 кВт/ 60 л.с. при 4800 мин^-1).

Рис. 4.7. Диаграмма мощности двигателя Endura-DE, 44 кВт (60 л.с.)

От всех двигателей автомобиля Fiesta он отличается специфически низким расходом топлива. Его основополагающие модификации деталей соответствуют объему бензиновых двигателей. Специфические изменения в двигателе Endura-DE — он был разработан на основе последних положений ЕС о токсичности отработавших газов — ограничиваются новыми элементами впрыска, по-другому калиброванным и управляемым блоком EEC-V, распределителем-насосом впрыска, а также расположенным около двигателя окислительным каталитическим нейтрализатором, работой которого в автомобиле Fiesta управляет электронный блок. С 1996 года пуск холодного двигателя улучшили свечи накаливания (EZD 35), которые также при наружной температуре до –15 °С ограничивают предварительное время накаливания до 4 с. Диаграмма мощности двигателя Endura-DE показана на рис. 4.7.

Модифицированная подвеска двигателя, воздушный фильтр, расположенный отдельно, новая система выпуска отработавших газов и дополнительные решения по уменьшению шума сделали дизельный двигатель Fiesta тише его предшественников. Двигатель Endura-DE рабочим объемом 1753 см³ обеспечивает соответствующую мощность в верхнем диапазоне частоты вращений и тяговое усилие в среднем диапазоне частоты вращения коленчатого вала. Кривая крутящего момента дизельного двигателя с вихревой камерой расположена исключительно плоско — на практике это проявляется в хороших показателях тяги. Двигатель Endura-DE достигает своего наивысшего показателя 105 Н·м крутящего момента при 2500 мин^-1, и почти 70% из этого стабильно присутствуют выше общей кривой мощности. Дизельный двигатель разгоняет автомобиль с места до скорости 100 км/ч за 17,6 с, а при скорости 155 км/ч регулятор топливного насоса ограничивает максимальную скорость. При типичной для дизельного двигателя езде — по возможности больше при низкой частоте вращения коленчатого вала двигателя — максимальный расход дизельного топлива составляет 5,7 л.

Несмотря на свою надежную конструкцию, в двигателях автомобилей Fiesta необходимо проводить ремонтные и регулировочные работы. Эти работы необходимо выполнять в автомастерской. Квалифицированные мастера обладают необходимыми специальными знаниями и опытом и, как правило, имеют нужные инструменты для выполнения большинства работ по ремонту.

Например, неквалифицированно замененный собственными силами зубчатый ремень может привести к серьезным повреждениям поршней и клапанов. Квалифицированный ремонт по замене прокладки головки цилиндров и клапанов избавит вас по крайней мере от устранения повреждений подшипников двигателя. Если вы не до конца уверены, что сможете собственными силами отремонтировать двигатель, в интересах собственного кошелька забудьте про работы своими силами. Вам остается только ряд работ по проверке и техническому обслуживанию, которые вы можете выполнить самостоятельно.

Модели двигателей для автомобиля Fiesta приведены в табл. 4.1.

Блок цилиндров.

Рис. 4.8. Блок цилиндров двигателя Zetec-SE автомобиля Fiesta: 1 – блок цилиндров; 2 – вкладыши коренных подшипников; 3 – коленчатый вал с восемью противовесами и пятью коренными шейками; 4 – перемычка с крышками для коренных подшипников

В нем установлен кривошипно-шатунный механизм и элементы системы смазки двигателя. На периферии блока цилиндров установлены дополнительные агрегаты и узлы, такие как генератор, стартер и система зажигания. Блоки цилиндров обоих двигателей Zetec изготовлены из легкого сплава алюминия и кремния, а серый чугун используется при изготовлении двигателей Endura. Прочные отлитые боковые стенки и перемычка с крышками для коренных подшипников делают блок особенно стойким против скручивания (рис. 4.8).

В современных двигателях головка блока цилиндров изготовлена из сплава легких металлов и установлена сверху на блок цилиндров. Головка имеет всасывающие и выпускные каналы, каналы охлаждения и смазки, седла клапанов, подшипники клапанного механизма, а также резьбовые отверстия для свечей зажигания или топливных форсунок и камеры сгорания. Прокладка головки блока цилиндров расположена между блоком цилиндров и головкой, она предохраняет обе детали от попадания в них снаружи и изнутри масла, охлаждающей жидкости и воздуха.

Цилиндры.

В них перемещаются поршни между нижней мертвой точкой «UT» и верхней мертвой точкой «ОТ». Диаметры рабочих поверхностей цилиндров точно соответствуют диаметрам поршней, и их поверхности еще дополнительно отхонингованы. Охлаждаются цилиндры через охлаждающие каналы или при мокрых рабочих гильзах напрямую охлаждающей жидкостью.

Поршни.

Перемещаются в цилиндрах и передают давление продуктов сгорания через шатуны на коленчатый вал. Они изготовлены из особо легкого и жаропрочного сплава. Их основные элементы — днище поршня, канавки с поршневыми кольцами, отверстие в бобышке для поршневого пальца и юбка поршня. Поршневой палец соединяет поршень с шатуном. Верхние компрессионные поршневые кольца герметизируют камеру сгорания от кривошипно-шатунного механизма. Нижнее маслосъемное кольцо удаляет излишки масла со стенки цилиндра в масляный картер.

Соединяют поршни с коленчатым валом и состоят из отверстия в верхней головке, в которое запрессовывается поршневой палец, стержня шатуна, нижней головки шатуна и крышки нижней головки, которая охватывает шейку коленчатого вала.

Вместе с шатунами обеспечивает преобразование возвратно- поступательного движения поршня во вращательное с целью получения крутящего момента. Коленчатый вал состоит из коренных шеек, которые вращаются в коренных подшипниках блока цилиндров, и двух противовесов на каждый цилиндр, которые соединены шатунными шейками. Коленчатые валы двигателей автомобилей Fiesta имеют пять коренных подшипников и четыре смещенных на угол 90° шатунных подшипника. Все подшипники снабжены сменными вкладышами, которые меняются в случае их износа.

Клапаны.

Рис. 4.9. Клапанный механизм двигателей OHC/DOHC автомобилей Fiesta, приводимый в действие зубчатым ремнем: 1 – распределительный вал выпускных клапанов; 2 – распределительный вал впускных клапанов; 3 – впускной клапан; 4 – впускной канал; 5 – сферическая камера сгорания; 6 – выпускной канал; 7 – выпускной клапан

Управляют сменой тактов в четырехтактных двигателях (всасывание, сжатие, сгорание, выпуск). В двигателях Endura клапаны расположены в ряд в головке блока цилиндров, а в двигателях Zetec клапаны расположены сбоку (радиальное расположение). Подвижные детали в головке блока цилиндров образуют клапанный механизм.

Открывают и закрывают клапаны в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя и положения поршней в точно установленные промежутки времени.

Впуск (1-й такт).

Поршень перемещается от верхней мертвой точки «ОТ» к нижней мертвой точке «UT». Открывается впускной клапан, и топливовоздушная смесь засасывается в цилиндр.

Сжатие (2-й такт).

Поршень перемещается от нижней мертвой точки «UT» к верхней мертвой точке «ОТ» и сжимает засосанную свежую топливовоздушную смесь. Впускной и выпускной клапаны закрыты.

Перед подходом поршня к верхней мертвой точке сжатая свежая топливовоздушная смесь воспламеняется от искры, образующейся между электродами свечи зажигания. Смесь сгорает очень быстро, и вследствие резкого увеличения давления в камере сгорания поршень начинает движение вниз к нижней мертвой точке «UT». При движении поршня в такте рабочего хода он передает энергию коленчатому валу и превращает ее во вращательное движение.

Выпуск (4-й такт).

Инерционная масса маховика снова движет поршень от нижней мертвой точки «UT» в направлении верхней мертвой точки «ОТ». Так как выпускной клапан уже открыт, отработавшие газы выходят в систему выпуска. Вместе четыре такта образуют смену газовой смеси в четырехтактном двигателе. Дизельный двигатель функционирует по такому же принципу. В такте впуска он всасывает только чистый воздух, сжимает его до большей степени, так что в конце такта сжатия впрыскиваемое в цилиндр дизельное топливо самовоспламеняется от горячего воздуха без дополнительной искры (искры зажигания). Оставшаяся смена газовой смеси полностью идентична бензиновому двигателю.

Рабочий объем цилиндра.

Это расстояние, которое проходят поршни в своем движении от нижней мертвой точки «UT» до верхней мертвой точки «ОТ», умноженное на площадь поршня. Камера сгорания не оказывает никакого влияния на рабочий объем цилиндра. Рабочий объем цилиндра и камера сгорания образуют объем цилиндра.

Степень сжатия.

Размеры камеры сгорания не оказывают непосредственного влияния на степень сжатия. Степень сжатия означает, каким должен быть объем свежего воздуха при 100%-ном наполнении (полностью открытой дроссельной заслонке) в камере сгорания. В двигателях Endura степень сжатия составляет 9,5:1, в Endura-DE – 21,5:1. Двигатель Zetec 1,25i работает со степенью сжатия 10:1, а двигатель Zetec 1,4i – 10,3:1.

Для выполнения определенных операций коленчатый вал двигателя необходимо провернуть и установить в определенное положение. В четырехтактном двигателе поршень во время четырех рабочих тактов дважды проходит верхнюю мертвую точку: в первый раз при воспламенении поступившей в цилиндры топливовоздушной смеси и во второй раз после выпуска отработавших газов с начинающимся последующим впуском смеси. Обычно при различных регулировочных работах требуется установить поршень первого цилиндра в верхнюю мертвую точку в такте сжатия.

Рис. 4.10. Рабочий объем цилиндра — это расстояние (2), которое проходят поршни  от верхней мертвой точки (1) до нижней мертвой точки (3), умноженное на площадь поршня. В объеме между поршнем, расположенным в верхней мертвой точке «ОТ» (1), и вогнутостью головки блока цилиндров (5) расположена камера сгорания (4)

Положение поршня в верхней мертвой точке «ОТ» первого цилиндра показано с правой стороны на рис. 4.10. Когда поршень первого цилиндра (по ходу движения справа) находится точно в верхней мертвой точке, клапаны четвертого цилиндра перекрываются (выпускной клапан закрывается, впускной клапан начинает открываться). Клапаны первого цилиндра полностью закрыты. В большинстве двигателей с распределителем зажигания положение поршня в верхней мертвой точке «ОТ» поршня первого цилиндра определяется на основании положения ротора распределителя зажигания и метки на маховике, которая должна быть совмещена с неподвижным указателем.

1. Поднимите переднее колесо, как для  его замены, и включите 5-ю передачу. При проворачивании вперед поднятого колеса также будет вращаться коленчатый вал двигателя. Проворачивать коленчатый вал будет легче, если вы предварительно вывернете свечи зажигания. Если у вас нет возможности поднять и надежно закрепить автомобиль, включите 5-ю передачу и осторожно толкайте автомобиль вперед, пока поршень первого цилиндра не установится в положение верхней мертвой точки «ОТ».

2. Без посторонней помощи вы можете провернуть коленчатый вал с помощью накидной головки, установленной на болт крепления шкива коленчатого вала. Коленчатый вал вращается лучше, если при этом вы нажимаете на зубчатый ремень. При таком способе всегда следите, чтобы коленчатый вал вращался только по часовой стрелке.

Рис. 4.11. Место вворачивания установочного штифта (специального инструмента 21-210) для установки коленчатого вала двигателя в положение верхней мертвой точки поршня первого цилиндра

Верхняя мертвая точка «ОТ» коленчатого вала определяется только специальным инструментом. В автомастерских Ford для этого сбоку в блоке цилиндров вворачивается установочный штифт «ОТ» (специальный инструмент 21-210) (рис. 4.11). Коленчатый вал проворачивается до тех пор, пока противовес коленчатого вала плотно не прижмется к установочному штифту.

Рис. 4.12. Использование шаблона (специального инструмента 21-162 для Zetec, 21-162-А для Zetec-SE) для установки распределительных валов в положение верхней мертвой точки поршня первого цилиндра

Полную уверенность в правильной установке поршня первого цилиндра в верхнюю мертвую точку даст только специальный инструмент. Мастера Ford устанавливают распределительные валы в положение верхней мертвой точки «ОТ» с помощью шаблона (специальный инструмент 21-162 Zetec, 21-162-А Zetec-SE) (рис. 4.12).

3. Двигатели Zetec/Endura-DE. При ослабленном натяжении зубчатого ремня ни в коем случае нельзя проворачивать коленчатый вал — при этом ремень может незаметно перепрыгнуть через зуб, фазы газораспределения собьются и, как следствие, возникнет серьезное повреждение двигателя в результате удара днищ поршней о не полностью закрытые клапаны.

Система зажигания предназначена для воспламенения топливовоздушной смеси в каждом цилиндре в точно установленный момент времени. В бензиновых двигателях это достигается за счет электрической искры (электрического разряда), создаваемой между электродами свечи зажигания. Ранее свечи зажигания были очень чувствительными деталями, их приходилось менять уже после 12 000 км пробега автомобиля. Современные материалы, топливо, не содержащее свинца, и, прежде всего, применение электронных систем зажигания с высокой энергией кардинально изменили ситуацию. Хотя и сейчас все еще свечи зажигания чувствительно реагируют на влажность, например, при мойке двигателя, срок их эксплуатации увеличился до 40 000 км пробега. Компания Ford рекомендует замену свечей зажигания после 45 000 км пробега. Поэтому постоянно следите за состоянием свечей зажигания, каждые 20 000 км проверяйте их состояние. По внешнему виду свечи зажигания специалист может определить состояние двигателя. В двигателях Endura межэлектродный зазор в свече зажигания должен составлять 1,0 мм, в обеих версиях Zetec – 1,3 мм.