Что такое верхняя и нижняя мертвые точки
Мертвые зоны (механические)
По аналогии, термин нейтральный используется в других системах (например, в коробке передач или финансах) для обозначения нейтрального положения.
Резюме
Поршневой двигатель с возвратно-поступательным движением
В поршневых двигателях с возвратно-поступательным движением есть два момента, называемых «мертвая точка»: верхняя мертвая точка и нижняя мертвая точка.
Верхняя мертвая точка
В технических руководствах этот пункт часто обозначается аббревиатурой PMH (на английском языке TDC означает верхняя мертвая точка ).
Это соответствует моменту, когда поршень находится в наивысшей точке своего хода в цилиндре, непосредственно перед тем, как он снова начнет движение в другом направлении.
В двигателе внутреннего сгорания поршень находится в ВМТ, когда объем камеры наименьший (остаточный объем), непосредственно перед тем, как расширение газов сгорания вызывает осевую работу на его купол.
Нижняя мертвая точка
Эта точка часто обозначается сокращенно как PMB (на английском языке BDC для нижней мертвой точки ).
Момент, когда поршень находится в самой нижней точке своего хода в цилиндре.
В двигателе внутреннего сгорания поршень находится на уровне PMB, когда объем над ним является наибольшим (остаточный объем + смещенный объем).
Коробка передач
Понятия и определения принятые для поршневых двигателей
Основные определения, принятые для поршневых двигателей, указаны далее с использованием схемы одноцилиндрового двигателя.
Верхняя мертвая точка (в.м.т.) — положение поршня в цилиндре, при котором расстояние от него до оси коленчатого вала двигателя наибольшее.
Нижняя мертвая точка (н.м.т.) — положение поршня в цилиндре, при котором расстояние от него до оси коленчатого вала двигателя наименьшее.
Ход поршня S (м) — расстояние по оси цилиндра между мертвыми точками. При каждом ходе поршня коленчатый вал поворачивается на полоборота, т. е. на 180°. Ход поршня равен двум радиусам кривошипа коленчатого вала, т. е. S= 2r.
Рисунок. Схема одноцилиндрового четырёхтактного двигателя
Рабочий объем цилиндра Кл (м³) — объем цилиндра, освобождаемый поршнем при перемещении от в.м.т. до н.м.т.: 
где d — диаметр цилиндра, м; S — ход поршня, м.
Объем камеры сжатия Vс, (м³) — объем пространства над поршнем, находящимся в в. м. т.
Полный объем цилиндра Vо (м ) — сумма объема камеры сжатия и рабочего объема цилиндра, т. е. пространство над поршнем, когда он находится в н. м. т.
Литраж двигателя Vд, — это сумма рабочих объемов всех его цилиндров, выраженная в литрах.
Степень сжатия — отношение полного объема цилиндра к объему камеры сжатия. Степень сжатия — это отвлеченное число, показывающее, во сколько раз полный объем цилиндра больше объема камеры сжатия.
Рабочий цикл двигателя — комплекс последовательных периодически повторяющихся процессов (впуск, сжатие, сгорание, расширение и выпуск), в результате которых энергия топлива преобразуется в механическую работу.
Такт — часть рабочего цикла, происходящая за время движения поршня от одной мертвой точки до другой, т. е. условно принимаем, что такт происходит за один ход поршня.
Двигатели, в которых рабочий цикл совершается за четыре хода (такта) поршня или за два оборота коленчатого вала, называют четырехтактными. Двигатели, в которых рабочий цикл совершается за два хода поршня или за один оборот коленчатого вала, считают двухтактными.
Верхняя мёртвая точка (она же ВМТ) — это наивысшая точка, в которой поршень может находиться относительно оси коленвала. Но так как двигатели могут иметь разную конструкцию и расположение, самым корректным будет определение, что ВМТ это “положение поршня, в котором любая его точка находится на максимальном расстоянии от оси вращения коленчатого вала”.
Проходя рабочий цикл поршень дважды попадает в ВМТ — в конце тактов сжатия и выпуска. По умолчанию за ВМТ принимается положение поршня в конце такта сжатия.
Рабочий цикл поршня
Зачем нужна ВМТ
Чтобы двигатель работал правильно, все его детали должны работать относительно друг друга в определенной последовательности. Когда поршень в первом цилиндре выставляют в ВМТ, клапаны этого цилиндра в этот момент закрыты. Именно таким образом все фазы газораспределения выставлены правильно.
Установка поршня в ВМТ — основная процедура для большинства работ по ремонту и настройке двигателей.
Когда нужно определять
Установка поршня цилиндра в ВМТ используется при процедуре определения угла опережения зажигания, замене ремня и/или шкивов ГРМ, регулировке зазора в механизме привода клапанов.
Также она необходима при регулировке фаз газораспределения (углов открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов, углов опережения подачи, углов открытия пусковых клапанов и золотников управления пуском).
Эта процедура обязательно проводится при ремонтах двигателя с его разборкой (например, при капитальном ремонте).
Как определяется ВМТ
По умолчанию установка ВМТ производится для поршня первого цилиндра. Для этого используются метки на корпусе двигателя и метки на шкивах коленчатого и распределительного валов. Также есть метки ВМТ на маховике, а в дизельном двигателе часто и на ТНВД. Если метки не совпадают, то нужно аккуратно прокрутить коленвал ключом по часовой стрелке.
Метка для выставления ВМТ на маховике
Метка для ВМТ на шкиве распредвала
Что будет если ВМТ установлена неправильно
Когда поршень первого цилиндра правильно установлен в ВМТ такта сжатия, клапаны этого цилиндра полностью закрыты. В это время второй и третий цилиндры находятся в НМТ (нижней мертвой точке), а их клапаны полностью открыты.
Поэтому если установить ВМТ неправильно, то нарушатся фазы газораспределения и двигатель будет работать неправильно. При сильном нарушении машина не будет заводиться. Если поршень установлен с небольшим отклонением от ВМТ, то двигатель будет работать нестабильно: уменьшается его мощность, появляются стуки, вибрация, повышенный расход топлива, ускоренный износ элементов цилиндро-поршневой группы и слабая реакция на педаль газа.
Как выставить ВМТ
Проверка ВМТ первого цилиндра компрессометром
Установка поршня в ВМТ происходит по меткам. Медленно проворачиваем коленвал, только по часовой стрелке и только за болт крепления коленвала.
Когда метка на шкиве коленвала совпадет с меткой на задней крышке ремня привода распредвала, а метка на шкиве распредвала совпадет с меткой на корпусе блока цилиндров, поршень находится в ВМТ.
Для того, чтобы убедиться в том, что поршень установлен в верхней мертвой точке именно на такте сжатия, нужно вывернуть свечу и вставить туда компрессометр. Повышение давления укажет на такт сжатия. Если метки совпали, а давление не растет, значит поршень находится в конце такта выпуска и нужно аккуратно вручную провернуть коленвал еще на полный оборот в 360°. Если нет возможности использовать компрессометр, то можно использовать любой тупой предмет, который перекроет свечное отверстие и позволит услышать шипение выходящего воздуха.
Подпишись на наш канал в Я ндекс.Дзене
Еще больше полезных советов в удобном формате
Определение верхней и нижней мёртвых точек.
Четырёхтактного двигателя»
I. Описание работы.
1.1. Цель работы:
— приобретение навыков по определению положения поршня в верхней (ВМТ) и в нижней мертвой точке (НМТ);
— измерению и регулировке тепловых зазоров в механизме привода клапанов;
— определению моментов начала открытия и конца закрытия клапанов;
— построению круговых диаграмм газораспределения четырёхтактного дизеля.
1.2 Обоснование работы
Процессы газораспределения, происходящие в цилиндре у четырёхтактного двигателя, состоят из четырёх фаз:
1) всасывание и заполнение порцией свежего заряда увеличивающегося объёма цилиндра при ходе поршня вниз – от ВМТ к НМТ;
2) процесс сжатия свежего заряда при ходе поршня вверх и закрытых клапанах, от НМТ к ВМТ;
3) следующая фаза – рабочий ход (расширение) при ходе поршня вниз и закрытых клапанах, от ВМТ к НМТ;
4) процесс очистки от продуктов сгорания рабочего объёма цилиндров при ходе поршня от НМТ к ВМТ.
Тактом называется движение поршня от одной мёртвой точки к другой, его величина всегда составляет 180۫˚ угла поворота коленчатого вала.
Циклом называется совокупность взаимосвязанных периодов (фаз), образующих законченный круг развития термодинамических процессов, где начальные и конечные состояния совпадают.
Перечень приборов, инструмента и устройств.
Работа выполняется на четырехтактном двигателе внутреннего сгорания 3 NVD-24.
Для выполнения работы требуется:
— набор инструмента для технического обслуживания двигателя;
— шток с индикаторной головкой или шток с линейкой;
— набор щупов в диапазоне 0,1-1,5 мм;
— паспортные данные периодов открытия и закрытия клапанов 3NVD-24.
Основными документами, имеющими приоритетное значение и юридически признанными, являются паспорта, выдаваемые на каждый двигатель заводом-строителем.
— диаметр цилиндра – Dцил. = 17,5 см. (175 мм.);
— ход поршня – S = 24 см. (240 мм.);
— мощность эффективная – Nе = 65 э.л.с. (48 кВт);
— число оборотов – n = 630 об/мин.;
Порядок выполнения работы.
Работа выполняется в следующей последовательности:
— разметка на маховике двигателя положения поршня в верхней (ВМТ) и в нижней (НМТ) мертвой точке;
— регулировка тепловых зазоров в клапанном приводе;
Определение верхней и нижней мёртвых точек.
В случае если нет никаких отметок на маховике, или после капитального ремонта появляется необходимость в определении мёртвых точек для проведения в дальнейшем расчётов начала открытия и закрытия клапанов, начала подачи топлива.
Второй способ. Проворачивая маховик в сторону рабочего движения, останавливаем его, немного не доводя поршень до верхнего положения (до ВМТ), замечаем цифры на мерной линейке и делаем отметку мелом на маховике напротив стрелки-указателя (т. «а»). Затем маховик проворачиваем в обратную сторону, подводя указатель мерной линейки к ранее отмеченной цифре и вновь делаем отметку на маховике (т. «в»). Полученные отметки (а) и (в) соответствуют одинаковому положению поршня в цилиндре и поэтому симметричны относительно верхней мертвой точки (ВМТ). Измерив рулеткой дугу на маховике между отметками (а) и (в) и поделив её пополам получают точку на маховике, соответствующую положению поршня в ВМТ. Середина дуги отмечается на маховике с соответствующей пометкой «ВМТ». Аналогичным способом определяем и нижнюю мёртвую точку (НМТ).
Устройство и принцип работы двигателя внутреннего сгорания
Для того, чтобы понять принцип работы ГРМ, нужно иметь некоторые представления о самом двигателе и его строении. Давайте разберемся со всем более подробно:
В устройстве двигателя поршень является ключевым элементом рабочего процесса. Поршень выполнен в виде металлического пустотелого стакана, расположенного сферическим дном (головка поршня) вверх. Направляющая часть поршня, иначе называемая юбкой, имеет неглубокие канавки, предназначенные для фиксации в них поршневых колец. Назначение поршневых колец – обеспечивать, во-первых, герметичность надпоршневого пространства, где при работе двигателя происходит мгновенное сгорание бензиново-воздушной смеси и образующийся расширяющийся газ не мог, обогнув юбку, устремиться под поршень. Во-вторых, кольца предотвращают попадание масла, находящегося под поршнем, в надпоршневое пространство. Таким образом, кольца в поршне выполняют функцию уплотнителей. Нижнее (нижние) поршневое кольцо называется маслосъемным, а верхнее (верхние) – компрессионным, то есть обеспечивающим высокую степень сжатия смеси.
Когда из карбюратора или инжектора внутрь цилиндра попадает топливно-воздушная или топливная смесь, она сжимается поршнем при его движении вверх и поджигается электрическим разрядом от свечи системы зажигания (в дизеле происходит самовоспламенение смеси за счет резкого сжатия). Образующиеся газы сгорания имеют значительно больший объем, чем исходная топливная смесь, и, расширяясь, резко толкают поршень вниз. Таким образом тепловая энергия топлива преобразуется в возвратно-поступательное (вверх-вниз) движение поршня в цилиндре.
Далее необходимо преобразовать это движение во вращение вала. Происходит это следующим образом: внутри юбки поршня расположен палец, на котором закрепляется верхняя часть шатуна, последний шарнирно зафиксирован на кривошипе коленчатого вала. Коленвал свободно вращается на опорных подшипниках, что расположены в картере двигателя внутреннего сгорания. При движении поршня шатун начинает вращать коленвал, с которого крутящий момент передается на трансмиссию и – далее через систему шестерен – на ведущие колеса.
Суммарный рабочий объем всех цилиндров двигателя внутреннего сгорания указывается в технических характеристиках двигателя, выражается в литрах, поэтому в обиходе именуется литражом двигателя. Второй важнейшей характеристикой любого ДВС является степень сжатия (СС), определяемая как частное от деления полного объема на объем камеры сгорания. У карбюраторных двигателей СС варьирует в интервале от 6 до 14, у дизелей – от 16 до 30. Именно этот показатель, наряду с объемом двигателя, определяет его мощность, экономичность и полноту сгорания топливо-воздушной смеси, что влияет на токсичность выбросов при работе ДВС.
Мощность двигателя имеет бинарное обозначение – в лошадиных силах (л.с.) и в киловаттах (кВт). Для перевода единиц одна в другую применяется коэффициент 0,735, то есть 1 л.с. = 0,735 кВт.
Рабочий цикл четырехтактного ДВС определяется двумя оборотами коленчатого вала – по пол-оборота на такт, соответствующий одному ходу поршня. Е сли д вигатель одноцилиндровый, то в его работе наблюдается неравномерность: резкое ускорение хода поршня при взрывном сгорании смеси и замедление его по мере приближения к НМТ и далее. Для того, чтобы эту неравномерность купировать, на валу за пределами корпуса мотора устанавливается массивный диск-маховик с большой инерционностью, благодаря чему момент вращения вала во времени становится более стабильным.
Принцип работы двигателя внутреннего сгорания
Современный автомобиль, чаше всего, приводится в движение двигателем внутреннего сгорания. Таких двигателей существует огромное множество. Различаются они объемом, количеством цилиндров, мощностью, скоростью вращения, используемым топливом (дизельные, бензиновые и газовые ДВС). Но, принципиально, устройство двигателя внутреннего сгорания, похоже.
Как работает двигатель и почему называется четырехтактным двигателем внутреннего сгорания? Про внутреннее сгорание понятно. Внутри двигателя сгорает топливо. А почему 4 такта двигателя, что это такое? Действительно, бывают и двухтактные двигатели. Но на автомобилях они используются крайне редко.
Четырехтактным двигатель называется из-за того, что его работу можно разделить на четыре, равные по времени, части. Поршень четыре раза пройдет по цилиндру – два раза вверх и два раза вниз. Такт начинается при нахождении поршня в крайней нижней или верхней точке. У автомобилистов-механиков это называется верхняя мертвая точка (ВМТ) и нижняя мертвая точка (НМТ).
Первый такт, он же впускной, начинается с ВМТ (верхней мертвой точки). Двигаясь вниз, поршень, всасывает в цилиндр топливовоздушную смесь. Работа этого такта происходит при открытом клапане впуска. Кстати, существует много двигателей с несколькими впускными клапанами. Их количество, размер, время нахождения в открытом состоянии может существенно повлиять на мощность двигателя. Есть двигатели, в которых, в зависимости от нажатия на педаль газа, происходит принудительное увеличение времени нахождения впускных клапанов в открытом состоянии. Это сделано для увеличения количества всасываемого топлива, которое, после возгорания, увеличивает мощность двигателя. Автомобиль, в этом случае, может гораздо быстрее ускориться.
Следующий такт работы двигателя – такт сжатия. После того как поршень достиг нижней точки, он начинает подниматься вверх, тем самым, сжимая смесь, которая попала в цилиндр в такт впуска. Топливная смесь сжимается до объемов камеры сгорания. Что это за такая камера? Свободное пространство между верхней частью поршня и верхней частью цилиндра при нахождении поршня в верхней мертвой точке называется камерой сгорания. Клапаны, в этот такт работы двигателя закрыты полностью. Чем плотнее они закрыты, тем сжатие происходит качественнее. Большое значение имеет, в данном случае, состояние поршня, цилиндра, поршневых колец. Если имеются большие зазоры, то хорошего сжатия не получится, а соответственно, мощность такого двигателя будет гораздо ниже. Компрессию можно проверить специальным прибором. По величине компрессии можно сделать вывод о степени износа двигателя.
Четвертый такт работы двигателя, последний – выпускной. Достигнув нижней точки, после рабочего такта, в двигателе начинает открываться выпускной клапан. Таких клапанов, как и впускных, может быть несколько. Двигаясь вверх, поршень через этот клапан удаляет отработавшие газы из цилиндра – вентилирует его. От четкой работы клапанов зависит степень сжатия в цилиндрах, полное удаление отработанных газов и необходимое количество всасываемой топливно-воздушной смеси.
После четвертого такта наступает черед первого. Процесс повторяется циклически. А за счет чего происходит вращение – работа двигателя внутреннего сгорания все 4 такта, что заставляет поршень подниматься и опускаться в тактах сжатия, выпуска и впуска? Дело в том, что не вся энергия, получаемая в рабочем такте, направляется на движение автомобиля. Часть энергии идет на раскручивание маховика. А он, под действием инерции, крутит коленчатый вал двигателя, перемещая поршень в период «нерабочих» тактов.
Газораспределительный механизм
Газораспределительный механизм (ГРМ) предназначен для впрыска топлива и выпуска отработанных газов в двигателях внутреннего сгорания. Сам механизм газораспределения делится на нижнеклапанный, когда распределительный вал находится в блоке цилиндров, и верхнеклапанный. Верхнеклапанный механизм подразумевает нахождение распредвала в головке блока цилиндров (ГБЦ). Существуют и альтернативные механизмы газораспределения, такие как гильзовая система ГРМ, десмодромная система и механизм с изменяемыми фазами.
Для двухтактных двигателей механизм газораспределения осуществляется при помощи впускных и выпускных окон в цилиндре. Для четырехтактных двигателей самая распространенная система верхнеклапанная, о ней и пойдет речь ниже.
Устройство ГРМ
В верхней части блока цилиндров находится ГБЦ (головка блока цилиндров) с расположенными на ней распределительным валом, клапанами, толкателями или коромыслами. Шкив привода распредвала вынесен за пределы головки блока цилиндров. Для исключения протекания моторного масла из-под клапанной крышки, на шейку распредвала устанавливается сальник. Сама клапанная крышка устанавливается на масло- бензо- стойкую прокладку. Ремень ГРМ или цепь одевается на шкив распредвала и приводится в действие шестерней коленчатого вала. Для натяжения ремня используются натяжные ролики, для цепи натяжные «башмаки». Обычно ремнем ГРМ приводится в действие помпа водяной системы охлаждения, промежуточный вал для системы зажигания и привод насоса высокого давления ТНВД (для дизельных вариантов).
С противоположной стороны распределительного вала посредством прямой передачи или при помощи ремня, могут приводиться в действие вакуумный усилитель, гидроусилитель руля или автомобильный генератор.
Принцип работы ГРМ
Весь процесс газораспределения сводится к синхронному вращению коленчатого вала и распределительного вала. А так же открыванию впускных и выпускных клапанов в определенном месте положения поршней.
Для точного расположения распредвала относительно коленвала используются установочные метки. Перед одеванием ремня газораспределительного механизма совмещаются и фиксируются метки. Затем одевается ремень, «освобождаются» шкивы, после чего ремень натягивается натяжным(и) роликами.
При открывании клапана коромыслом происходит следующее: распредвал кулачком «наезжает» на коромысло, которое нажимает на клапан, после прохождения кулачка, клапан под действием пружины закрывается. Клапаны в этом случае располагаются v-образно.
Если в двигателе применены толкатели, то распредвал находится непосредственно над толкателями, при вращении, нажимая своими кулачками на них. Преимущество такого ГРМ малые шумы, небольшая цена, ремонтопригодность.
В цепном двигателе весь процесс газораспределения тот же, только при сборке механизма, цепь одевается на вал совместно со шкивом.
Устройство КШМ
Поршень
Поршень имеет вид цилиндра, изготовленного из сплавов алюминия. Основная функция этой детали заключается в превращении в механическую работу изменение давления газа, или наоборот, – нагнетание давления за счет возвратно-поступательного движения.
Поршень представляет собой сложенные воедино днище, головку и юбку, которые выполняют совершенно разные функции. Днище поршня плоской, вогнутой или выпуклой формы содержит в себе камеру сгорания. Головка имеет нарезанные канавки, где размещаются поршневые кольца (компрессионные и маслосъемные). Компрессионные кольца исключают прорыв газов в картер двигателя, а поршневые маслосъемные кольца способствуют удалению излишков масла на внутренних стенках цилиндра. В юбке расположены две бобышки, обеспечивающие размещение соединяющего поршень с шатуном поршневого пальца.
В целом, поршень, гильза цилиндров и шатун формируют цилиндр или цилиндропоршневую группу кривошипно-шатунного механизма. Современные двигатели могут иметь до 16 и более цилиндров.