Mazda Training manual — part 228

CONTENTS

page i

Piston Engine Fundamentals

TC010-05-01S

1 – INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

Course Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 1

Audience and Purpose. . . . . . . . . . . . . . . . ... 1
Course Content and Objectives . . . . . . . . . . . . . 2

How to Use This Guide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

Section Objectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
Text and Illustrations. . . . . . . . . . . . . . . . . .. 3
Review Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 4

2 – BASIC OPERATION. . . . . . . . . . . . . . . . . ... 5

Objectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
How Power is Developed . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 6

Harnessing Power. . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 6
Controlling Combustion. . . . . . . . . . . . . . . . .. 7

The Four-Stroke Cycle. . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 9

Intake Stroke. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Compression Stroke . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Power Stroke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... 11
Exhaust Stroke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

Review Exercise 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 12
Basic Design Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . .. 13

Cylinder Configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Valve Train Type. . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 15
Bore, Stroke, and Displacement . . . . . . . . . . . . .. 17
Compression Ratio . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 18

Engine Components and Systems. . . . . . . . . . . . . .. 19
Review Exercise 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 19

CONTENTS

page ii

Piston Engine Fundamentals

TC010-05-01S

3 – SHORT BLOCK. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

Objectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... 21
Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Cylinder Block . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

Construction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Crankcase. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Crankshaft Main Supports and Bearings . . . . . . . . . . 24

Crankshaft. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... 25

Features. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... 26
Construction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Number of Journals. . . . . . . . . . . . . . . . . .. 28
Vibration Damper. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

Main Bearings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

Lubrication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... 30
Clearance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Thrust Bearings . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... 32

Review Exercise 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 32
Connecting Rods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

Construction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Cylinder Wall Lubrication . . . . . . . . . . . . . . . . 35

Pistons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

Construction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Clearance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

Piston Rings. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

Compression Rings. . . . . . . . . . . . . . . . . .. 40
Oil Rings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 41

Review Exercise 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 42

4 – VALVE TRAIN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 43

Objectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... 43
Cylinder Head . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

Construction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Sealing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

Valves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Construction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
Multi-Valve Design . . . . . . . . . . . . . . . . . ... 47

Valve Seats. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Valve Guides. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... 49

CONTENTS

page iii

Piston Engine Fundamentals

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Valve Springs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 50

Construction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
Spring Tension. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
Working Height . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

Overhead Valve Train . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
Overhead Cam Valve Train. . . . . . . . . . . . . . . . . 53

Overhead Cam (OHC or SOHC). . . . . . . . . . . . .. 53
Dual Overhead Cam (DOHC) . . . . . . . . . . . . . .. 55

Camshaft Drives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

OHV Drive. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
Chain Adjuster . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
OHC Drive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... 58
Timing Belt Auto Tensioner. . . . . . . . . . . . . . .. 59
Belt and Chain Drive . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
Gear-Driven Camshaft with Friction Gear . . . . . . . . . 61

Camshaft Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

Auxiliary Drives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
Lubrication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... 63
Camshaft Measurements. . . . . . . . . . . . . . . . 63

Review Exercise 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 64
Valve Adjustment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

Valve Clearance . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 65

Hydraulic Lash Adjusters (HLA) . . . . . . . . . . . . . . .. 66

Description and Operation . . . . . . . . . . . . . . ... 66
Bucket-Type HLA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
Rocker Arm-Mounted HLA. . . . . . . . . . . . . . ... 68
Regular Oil Changes. . . . . . . . . . . . . . . . . 68

Pushrods (OHV). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 69
Rocker Arms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... 69
Review Exercise 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 70

5 – LUBRICATION SYSTEM. . . . . . . . . . . . . . . .. 71

Objectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... 71
System Components. . . . . . . . . . . . . . . . . . ... 72

Oil Pan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
Oil Strainer (Pick-Up) . . . . . . . . . . . . . . . . ... 73
Oil Pump . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 73
Oil Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... 73
Oil Seals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 74
Dipstick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
Oil Pressure Indicator . . . . . . . . . . . . . . . . .. 74

How Oil Circulates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 75

CONTENTS

page iv

Piston Engine Fundamentals

TC010-05-01S

Pressure Lubrication . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... 76
Oil Pumps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... 77

Pressure Relief Valve . . . . . . . . . . . . . . . . .. 77
Rotor-Type Pump (Trochoid) . . . . . . . . . . . . . ... 78
Gear Pump . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 79

Oil Filter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... 80

Bypass Valve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... 80
Anti-Drainback Diaphragm. . . . . . . . . . . . . . ... 81

Sealing Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
Review Exercise 7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 82

6 – COOLING SYSTEM. . . . . . . . . . . . . . . . . .. 83

Objectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... 83
Components. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

Coolant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
Water Pump. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
Coolant Passages. . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
Thermostat. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... 85
Radiator Reservoir . . . . . . . . . . . . . . . . . ... 85
Fan. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... 85
Pressure Cap. . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... 85
Radiator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... 85

How Coolant Circulates. . . . . . . . . . . . . . . . . ... 86
Water Pumps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 87

Impeller-Type Pump. . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
Centrifugal Operation. . . . . . . . . . . . . . . . ... 88

Review Exercise 8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 89
Radiators. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

Downflow-Type . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
Crossflow-Type. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
Radiator Reservoir . . . . . . . . . . . . . . . . . ... 92

Pressure Cap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 92
Thermostat. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 94
Fan Drives. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... 95

Viscous Drive Clutch. . . . . . . . . . . . . . . . . 96

Review Exercise 9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 97

7 – GLOSSARY. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 99