Как найти конец такта сжатия

Рабочие циклы двигателей



Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя

Работа двигателя внутреннего сгорания может быть представлена в виде систематически повторяющихся процессов, которые принято называть рабочими циклами.
Рабочим циклом двигателя называется ряд последовательных, периодических повторяющихся процессов в цилиндрах, в результате которых тепловая энергия топлива преобразуется в механическую работу. При этом каждый полный рабочий цикл может быть разделен на одинаковые (повторяющиеся) части – такты.

Часть рабочего цикла, совершаемого за время движения поршня от одной мертвой точки до другой, т. е. за один ход поршня, называется тактом. Двигатели, рабочий цикл которых совершается за четыре хода поршня (два оборота коленчатого вала), называются четырехтактными.
В головке блока цилиндров, над камерой сгорания (рис. 1) карбюраторного двигателя устанавливаются впускной 4 и выпускной 6 клапаны, управляемые газораспределительным механизмом, а также свеча зажигания 5.

Рабочий цикл карбюраторного четырехтактного двигателя состоит из последовательных тактов впуска, сжатия, расширения и выпуска.

Такт впуска

В результате вращения коленчатого вала при пуске двигателя (вручную или с помощью специального устройства – например, заводной рукоятки или электродвигателя – стартера) поршень совершает движение от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ). При этом впускной клапан 4 открыт, а выпускной клапан 6 закрыт.
Так как объем цилиндра при движении поршня вниз (к НМТ) быстро увеличивается, давление над поршнем уменьшается до 0,07…0,09 МПа, т. е. внутри цилиндра создается вакуум – избыточное разрежение.
Впускной клапан 3 сообщается со специальным устройством – карбюратором, который приготавливает горючую смесь из топлива и воздуха. Вследствие разности давлений в карбюраторе и цилиндре горючая смесь всасывается через открытый впускной клапан в цилиндр двигателя.

Если двигатель уже работает, то горючая смесь, попадая в цилиндр из карбюратора, смешивается с остаточными продуктами сгорания от предыдущего цикла, и образует рабочую смесь. Смешиваясь с остаточными продуктами сгорания и соприкасаясь с нагретыми деталями цилиндра, рабочая смесь нагревается до температуры 75…125 ˚С.

Такт сжатия

При подходе поршня к НМТ впускной клапан закрывается. Далее поршень начинает перемещаться вверх (к ВМТ), сжимая смесь воздуха, топлива и остаточных продуктов сгорания, которые не были удалены из цилиндра при выпуске. При движении поршня от НМТ к ВМТ вследствие сокращения объема цилиндра при закрытых клапанах повышаются давление, при этом возрастает температура рабочей смеси (в соответствии с законом Гей-Люссака).
В конце такта сжатия давление внутри цилиндра повышается до 0,9…1,5 МПа, а температура смеси достигает 270-480 ˚С.
В этот момент к электродам свечи зажигания 5 подводится высокое напряжение, которые вызывает между ними искровой разряд, результате чего рабочая смесь воспламеняется и сгорает.
В процессе сгорания топлива выделяется большое количество теплоты, из-за чего температура газов (продуктов сгорания) повышается до 2200-2500 ˚С, и давление внутри цилиндра достигает 3,0…4,5 МПа. Газы начинают расширяться, перемещая поршень вниз, к НМТ.

Такт расширения (рабочий ход)

Под давлением расширяющихся газов поршень движется от ВМТ к НМТ (при этом оба клапана закрыты). В этот промежуток времени (такт) происходит преобразование тепловой энергии в полезную работу, поэтому ход поршня в такте расширения называют рабочим ходом.
При движении поршня к НМТ объем цилиндра увеличивается, вследствие чего давление уменьшается до 0,3…0,4 МПа, а температура газов снижается до 900…1200 ˚С.

Такт выпуска

При подходе поршня к НМТ открывается выпускной клапан 6, в результате чего продукты сгорания рабочей смеси вырываются наружу из цилиндра.
При дальнейшем вращении коленчатого вала поршень начинает перемещаться от НМТ к ВМТ. Выталкивая отработавшие газы через открытый выпускной клапан, выпускной канал 7 и выпускную трубу в окружающую среду. К концу такта выпуска давление в цилиндре составляет 0,11…0,12 МПа, а температура – 600…900 ˚С.

При подходе поршня к ВМТ выпускной клапан закрывается, впускной открывается и начинается такт впуска, дающий начало новому рабочему циклу.

***



Рабочий цикл четырехтактного дизеля

Рабочий цикл дизельного двигателя принципиально отличается от цикла карбюраторного двигателя тем, что рабочая смесь (смесь топлива, воздуха и остаточных продуктов сгорания) приготовляется внутри цилиндра, поскольку воздух подается в цилиндр отдельно, а топливо отдельно – через форсунку. В дизельном двигателе нет специального устройства для поджигания рабочей смеси – она самовозгорается в результате высокой степени сжатия.
Т. е. в дизеле, в отличие от карбюраторного двигателя, через впускной клапан подается не горючая смесь, а атмосферный воздух, а топливо впрыскивается через форсунку в конце такта сжатия. В цилиндре, как и в случае с карбюраторным двигателем, остаются продукты сгорания рабочей смеси, которые не удалось удалить продувкой.
Смесеобразование (перемешивание воздуха, топлива и остаточных продуктов сгорания) в дизеле протекает внутри цилиндра, что и обуславливает основные отличия череды тактов, составляющих рабочий цикл.

Высокая степень сжатия приводит к тому, что поступивший в цилиндр через впускной клапан воздух, смешивается с остаточными газами и раскаляется (в буквальном смысле этого слова) до высоких температур. И в это время в цилиндр впрыскивается топливо, которое вспыхивает и начинает гореть.

Рабочие процессы в дизельном двигателе протекают в следующей последовательности (рис. 2):

Такт впуска

В период такта впуска поршень 2 движется от НМТ к ВМТ. При этом впускной клапан 5 открыт, выпускной клапан 6 закрыт. В цилиндре 7 из-за разности давлений в окружающей среде и в цилиндре в конце такта впуска возникает разрежение 0,08…0,09 МПа, при этом температура внутри цилиндра не превышает 40…70 ˚С.

Такт сжатия

В процессе такта сжатия оба клапана закрыты. Поршень 2 движется от НМТ к ВМТ, сжимая смесь воздуха и отработавших газов. Давление в конце такта сжатия достигает 3…6 МПа, а температура – 450…650 ˚С (превышает температуру самовоспламенения топлива).

При подходе поршня к ВМТ, в цилиндр через форсунку 3 впрыскивается распыленное жидкое топливо. Топливо подается к форсунке (через трубку высокого давления) топливным насосом 1 высокого давления (ТНВД). Форсунка обеспечивает тонкое распыление топлива в сжатом воздухе. Распыленное топливо самовоспламеняется и сгорает. В результате сгорания температура в цилиндре достигает 1600…1900 ˚С, давление – 6…9 МПа.

Такт расширения (рабочий ход)

В конце такта сжатия, при подходе к ВМТ, оба клапана закрыты. После впрыска топлива происходит самовоспламенение рабочей смеси и ее сгорание, при этом поршень 2 под давлением расширяющихся газов стремительно движется от ВМТ к НМТ и через шатун воздействует на коленчатый вал, совершая полезную работу.
Топливо, не успевшее сгореть в конце такта сжатия, догорает в начале такта расширения. К концу рабочего хода давление газов уменьшается до 0,2…0,4 МПа, а температура снижается до 700…900 ˚С.

Такт выпуска

При подходе к нижней мертвой точке (НМТ) выпускной клапан 6 открывается и большая часть отработавших газов под воздействием высокого давления вырывается из цилиндра в атмосферу. Поршень начинает перемещение от НМТ к ВМТ и через открытый выпускной клапан выталкивает оставшиеся в цилиндре отработавшие газы в окружающую среду. К концу такта давление газов в цилиндре составляет 0,11…0,12 МПа, а температура – 600…700 ˚С.
Далее рабочий цикл повторяется.

Таким образом, в четырехтактном двигателе только один такт – рабочий ход является полезным с точки зрения совершения полезной работы, остальные три вспомогательные, они осуществляются за счет кинетической энергии маховика, закрепленного на конце коленчатого вала.

***

Рабочий цикл двухтактного двигателя

В двухтактных ДВС рабочий цикл осуществляется за один оборот коленчатого вала.
Схема двухтактного дизеля представлена на рис. 3.
Воздух насосом 3 нагнетается через впускное (продувочное) окно 4 в цилиндр. В нижней части цилиндра напротив впускного окна имеется выпускное окно 7. В головке 5 блока цилиндра установлены форсунки 6.

Первый такт (рис. 3, а) совершается при движении поршня от НМТ к ВМТ за счет кинетической энергии маховика двигателя. Оба окна открыты. Нагнетаемый через впускное окно 4 воздух вытесняет из цилиндра оставшиеся в нем отработавшие газы, которые выходят через выпускное окно 7. Таким образом происходит очистка цилиндра от отработавших газов (продувка) и заполнение его свежим зарядом.

Движущийся вверх поршень 8 сначала закрывает впускное окно, а затем выпускное окно. С этого момента начинается процесс сжатия, в конце которого через форсунку 6 впрыскивается топливо.
Таким образом, за первую половину оборота коленчатого вала совершаются процессы наполнения и сжатия, и начинается сгорание топлива.

Второй такт (рис. 3. б) происходит при движении поршня ВМТ к НМТ. В результате выделения теплоты при сгорании топлива повышается температура и давление внутри цилиндра. Поршень перемещается вниз, совершая полезную работу.
Как только поршень открывает выпускное окно, отработавшие газы под давлением начинают выходить в окружающую среду. К моменту открытия впускного окна давление внутри цилиндра снижается на столько, что возможна очистка цилиндра путем вытеснения отработавших газов свежим зарядом воздуха, подаваемым в цилиндр насосом 3.
Этот процесс называется продувкой цилиндра. При этом одновременно с вытеснением отработавших газов происходит наполнение цилиндра свежим зарядом. Далее все процессы повторяются в той же последовательности.

Рабочий цикл двухтактного карбюраторного двигателя аналогичен рабочему циклу двухтактного дизеля. Отличие состоит в том, что в цилиндр поступает не чистый воздух, а горючая смесь, и в конце процесса сжатия в цилиндре посредством свечи зажигания подается искра, в результате чего происходит воспламенение горючей смеси.

Одним из преимуществ двухтактного двигателя по сравнению с четырехтактным является то, что каждый рабочий ход здесь протекает в период одного оборота коленчатого вала, а не двух. Очевидно, что снижение количества тактов должно привести к повышению КПД из-за уменьшения паразитических процессов . А поскольку в четырехтактном двигателе за два оборота коленчатого вала протекают четыре такта, из которых полезным является лишь такт рабочего хода (т. е. остальные три такта являются паразитическими), то естественно предположить, что КПД четырехтактного двигателя должен быть ниже, чем КПД четырехтактного двигателя.

Существенными недостатками двухтактных двигателей является их низкая топливная экономичность и меньший срок службы по сравнению с четырёхтактными двигателями. Объясняется этот недостаток тем, что при продувке цилиндра (или цилиндров) свежая горючая смесь частично удаляется вместе с отработавшими газами, поскольку, в отличие от четырехтактного двигателя, выпуск и впуск газов протекает одновременно.
Этими недостатками, а также большей токсичностью отработавших газов объясняется ограниченное применение двухтактных двигателей на автомобилях.

***

Многоцилиндровые двигатели



Движение поршня от нижнего до верхнего положения называется ходом поршня. Верхняя мертвая точка — точка наивысшего положения, занимаемого поршнем при вращении коленчатого вала. Поскольку поршень за рабочий цикл дважды достигает своего наивысшего положения (один раз — в конце такта сжатия и еще раз — в конце такта выпуска), за ВМТ обычно принимают наивысшее положение поршня в конце такта сжатия.

Как определить ВМТ

Чтобы определить ВМТ первого цилиндра, нужно ротор распределителя направить в противоположную сторону от метки, расположенной на корпусе. Это значит, что поршень первого цилиндра будет находиться в верхней мертвой точке в такте выхлопа.

Чтобы найти ВМТ без меток, нужно установить поршень на одну и туже высоту при левом повороте колена, а потом при правом. Затем делают две отметины на маховике, соответствующие левому и правому положениям. Потом на маховике находят середину между этими метками. Это и будет ВМТ.

Установка в ВМТ

Установка поршня в ВМТ — основная процедура для многих операций, таких как регулировка зазора в механизме привода клапанов, замена цепи ГРМ и звездочек распредвала/коленвала.

Перед началом этой процедуры установите рычаг (селектор) КПП в нейтральное положение и затяните стояночный тормоз (или подклиньте задние колеса). Отключите систему зажигания, отсоединив разъемы первичной цепи от блока катушек зажигания/модуля зажигания (см. главу 5). Снимите также давление в топливной системе (см. главу 4А, параграф 12).

Чтобы установить любой поршень в ВМТ, коленвал следует проворачивать только по часовой стрелке (если смотреть со стороны цепи ГРМ). Это можно сделать одним из следующих способов:

а)   Предпочтительный способ. Коленвал проворачивают головкой с воротком («трещоткой») за болт крапления шкива коленвала.

б) Можно попросить помощника короткими включениями стартера (ключ—в замке зажигания) провернуть стартер. Для точной установки коленвала все равно потребуется головка с воротком. Проследите за тем, чтобы помощник к этому моменту уже покинул салон автомобиля, вынув из замка ключ зажигания.

Выверните свечи и установите компрессометр в свечное отверстие первого цилиндра (см. рис. 3.5)

Рис. 3.5. Для определения ВМТ поршня цилиндра № 1 такта сжатия компрессометр установите в свечное отверстие цилиндра № 1

(прибор с резьбовым наконечником и гибким шлангом длиной сантиметров пятнадцать использовать предпочтительнее).

Проворачивайте коленвал по часовой стрелке до тех пор, пока стрелка манометра не начнет подниматься, указывая на такт сжатия

После того как такт сжатия начался, ппршень цилиндра № 1 надо установить в наивысшее положение, что и будет соответствовать его ВМТ.

Продолжайте проворачивать коленвал до тех пор, пока метка на демпфере коленвала не совпадет с цифрой «О» (ВМТ) на крышке привода ГРМ (см. рис. 3.8).

Рис. 3.8. Совместите метку на демпфере коленвала с отметкой «О» на шкале на крышке цепи привода ГРМ

В этой точке поршень цилиндра № 1 находится в ВМТ такта сжатия. Если же метки совпали, а компрессии нет, то это означает, что поршень находится в ВМТ такта выпуска. Сделайте еще один полный (360°) оборот коленвала.

Примечание. Если компрессометр недоступен, можно вставить какой-нибудь тупой предмет в свечное отверстие № 1 и затем, по мере проворачивания коленвала, определить начало такта сжатия по шипению выходящего воздуха. Оставшаяся часть процедуры идентична вышеописанной.

Заключение

После того как поршень № 1 будет установлен в ВМТ такта сжатия, остальные поршни можно поочередно установить в это же положение, проворачивая коленвал всякий раз еще на 180°, в соответствии с порядком зажигания (см. Спецификации). Например, провернув коленвал на 1 80° (от ВМТ поршня цилиндра № 1), ВМТ такта сжатия займет поршень цилиндра № 3.

Смотрите видео: ВМТ Верхняя мертвая точка и НМТ в двигателе внутреннего сгорания

Доброго времени суток уважаемый читатель моей статьи. Сегодня я расскажу вам о “Волговском” методе выставления поршня в ВМТ в такт сжатия.

Есть в курсе подготовки техников-механиков такой раздел программы “Теория автомобиля и двигателя” .

“Ну и на кой черт мне шоферу-профессионалу она мне нужна?”- скажут зубры. Может и не нужна.

-“Брошюрок начитался своих, теоретик!”))).

А вот автолюбителям и механикам участка будет полезно будет.

В 4-х тактном ДВС полный цикл работы осуществляется за 4 такта: впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск. За 2 оборота коленчатого вала или оборот распредвала

В 4-х цилиндровом моторе каждому такту соответствует 180 градусов поворота коленчатого вала. Итого полный цикл работы двигателя происходит за 2 оборота коленчатого вала: (180+180+180+180=360+360=720) или один оборот распредвала.

Почему цилиндрах такты меняются через 180 градусов?

Конфигурация коленвала такая: угол между кривошипами 180 градусов , 2 поршня вверху и 2 поршня внизу.

У газоновского V8 угол между кривошипами коленвала 90 градусов. Чередование вспышек происходит по порядку 1-5-4-2-6-3-7-8 цилиндр через 90 градусов поворота коленчатого вала. 90+90+90+90+90+90+90+90=720, те же два оборота коленвала или один оборот распредвала.

Часто приходится выставлять поршень 1 цилиндра ВМТ, причем когда в нем сжатие, а не выпуск . Это требуется при регулировке клапанов и установке начального угла опережения зажигания.

А как понять когда у нас сжатие, а когда выпуск : для этого на блоке цилиндров и шкиве коленвала есть метки.

Хорошо допустим, но мы же сказали, что цикл 4-х тактного ДВС происходит за 2 оборота коленвала, метка на шкиве может 2 раза совпадать с меткой на блоке. Поршень может быть в ВМТ: при сжатии и при выпуске.

Как понять когда происходит именно сжатие?

А для этого есть еще метка на звездочке распредвала и его корпусе,

Вот когда метки на распредвале и на коленвале совпадут, тогда мы и выставим поршень 1 цилиндра в ВМТ в такте сжатия .

Хорошо когда есть кожух ГРМ как на переднеприводных автомобилях -снял его проверил метки распредвала, снял верхнюю заглушку сцепления-проверил метки на маховике.

А если у нас классика или Москвич , нам что каждый раз нужно будет клапанную крышку снимать, потом менять её прокладку?

Нет не обязательно.
При сжатии оба клапана закрыты и поршень идет вверх, создается давление внутри цилиндра. Метки на шкиве коленвала и корпусе блока цилиндров мы выставим, а проверим их с помощью этого давления.

Выкручиваем свечу 1 го цилиндра, свечное отверстие закрываем либо пальцем (не суем, а закрываем), скрученной в пробку бумажкой. Крутим коленвал за храповик, как только пошел воздух из под пальца или бумажки-значит пошло сжатие, крутим шкив медленнее-скоро будут метки, совмещаем метки на шкиве коленчатого вала и блоке цилиндров и Вуаля.

Помогла нам теория -помогла. Нет теории без практики и практики без теории.

Это старый волговский метод. Распредвал на двигателях ЗМЗ и УМЗ имеет нижнее расположение и добраться до его меток не так то просто. Проще выставить метки на шкиве коленчатого вала и блоке цилиндров, проверив выходом воздуха со свечного колодца.

ГАЗ -это один из великих заводов нашей Родины. Волга-это одна из великих машин.