Графік тиску в циліндрі крім іншого містить інформацію про моменти відкриття/закриття впускних/випускних клапанів газорозподілу. Нижче будуть докладно розглянуті характерні точки та ділянки графіка тиску в циліндрі без запалювання при роботі двигуна на холостому ході без навантаження та при прокручуванні двигуна стартером.
Робота двигуна на холостому ході без навантаження
Положення характерних точок та ділянок графіка тиску в циліндрі бензинового двигуна внутрішнього згоряння дозволяє визначити взаємне положення колінчастого та газорозподільних валів, а вимірювання та порівняння значень абсолютного тиску в циліндрі в деяких характерних точках графіка дозволяє визначити стан ущільнень циліндра, що діагностується. Нижче наведено графіки тиску в циліндрі та опис характерних точок графіків. Для наочності, характерні точки та ділянки наведених графіків тиску в циліндрі відзначені літерами.
Графік тиску в циліндрі та його характерні точки та ділянки прогрітого до робочої температури справного чотиритактного чотирициліндрового бензинового двигуна, що працює на холостому ході
Той же графік, але зі збільшеним посиленням для кращої наочності ділянок випуску відпрацьованих газів і всмоктування робочої суміші
Точка A (або ВМТ 0°)
Положення поршня, коли він знаходиться на найближчій відстані від головки блоку циліндрів, називають Верхня Мертва Точка (ВМТ). Момент, коли поршень знаходиться у ВМТ і при цьому впускні та випускні клапани закриті, відзначають як ВМТ 0° або 0°. З цього моменту починається такт робочого ходу.
Коли поршень знаходиться у положенні ВМТ 0° (точка A у вершині графіка), значення тиску в циліндрі досягає свого максимуму. Іноді цей тиск називають динамічною компресією.
Тиск в точці A виникає в результаті стиснення суміші в циліндрі (або в результаті стиснення повітря в циліндрі при проведенні діагностики механічної частини двигуна за графіком тиску в циліндрі; далі за текстом суміші) починаючи з моменту закриття впускного клапана (точка L) до досягнення поршнем ВМТ 0° (точка A).
Значення тиску в циліндрі в точці A може значно змінюватися і залежить від ступеня стиснення циліндра, що діагностується, стану ущільнень діагностованого циліндра, частоти обертання колінчастого валу двигуна і кількості суміші, що стискається в діагностованому циліндрі.
Ступінь стиснення суміші у циліндрі визначається конструкцією циліндра – робочий об'єм циліндра та об'єм камери згоряння. Ступінь стиснення фактично показує у скільки разів повний об'єм циліндра (сума робочого об'єму та об'єму камери згоряння) більший за об'єм камери згоряння. Робочий об'єм циліндра під час експлуатації двигуна практично не змінюється. Об'єм камери згоряння під час експлуатації двигуна може зменшитися через відкладення нагару на поверхні камери згоряння та на дні поршня. Наслідком зменшення об'єму камери згоряння є збільшення ступеня стиснення. Таким чином, під час експлуатації двигуна, ступінь стиснення може змінитися.
Чим більший ступінь стиснення в циліндрі, що діагностується – тим більше значення тиску в циліндрі в точці A.
Стан ущільнень внутрішньої порожнини циліндра визначається станом компресійних кілець, станом дзеркала циліндра, щільністю закриття впускних та випускних клапанів, цілісністю прокладки головки блоку циліндрів, цілісністю стінки циліндра, головки блоку циліндрів та поршня.
У період експлуатації двигуна якість ущільнень може погіршуватися внаслідок зношування або руйнувань перерахованих елементів. Внаслідок негерметичності ущільнень частина суміші при стисканні видавлюється з циліндра через ущільнення.
З погіршенням якості ущільнень діагностованого циліндра значення тиску в циліндрі в точці A зменшується.
Кількість газів, що просочилися через ущільнення, залежить від тривалості впливу на ущільнення підвищеного тиску в циліндрі, а тривалість впливу на ущільнення підвищеного тиску в циліндрі залежить від частоти обертання колінчастого валу двигуна. Зі збільшенням частоти обертання двигуна, тривалість впливу на ущільнення підвищеного тиску в циліндрі зменшується, внаслідок чого кількість газів, що просочилися через ущільнення, так само зменшується. А чим менше витоки суміші з циліндра, тим більше значення тиску в циліндрі в точці A.
Кількість суміші в циліндрі на момент закриття впускного клапана залежить від моменту закриття впускного клапана і значення абсолютного тиску у впускному колекторі. Момент закриття впускного клапана визначається роботою системи газорозподілу. За умови, що педаль акселератора не натиснута (двигун працює на холостому ході), значення абсолютного тиску у впускному колекторі залежить від положення виконавчого механізму регулювання частоти обертання двигуна на режимі холостого ходу (далі за текстом - холостому ході). Коли двигун працює на холостому ході, значення абсолютного тиску у впускному колекторі нижче атмосферного тиску на 0,6…0,7 Bar – тобто повітря у впускному колекторі розріджене. Зі збільшенням ступеня відкриття клапана холостого ходу (дросельної заслінки) значення абсолютного тиску у впускному колекторі збільшується (розрідження у впускному колекторі зменшується).
Чим більший абсолютний тиск у впускному колекторі, тим більша кількість суміші виявиться в циліндрі в момент закриття впускного клапана, а чим більша кількість суміші стискатиметься в циліндрі, тим більшого значення досягне тиск у циліндрі в точці A. Таким чином, чим більший ступінь відкриття клапана холостого ходу (дросельної заслінки), тим вище значення тиску в циліндрі, що діагностується, в точці A.
Ступінь відкриття клапана холостого ходу (дросельної заслінки) у свою чергу залежить в основному від:
Навантаження на колінчастий вал двигуна
Блок управління двигуном змінює положення клапана холостого ходу так, щоб частота обертання двигуна дорівнювала заданій частоті обертання на холостому ході. Зі збільшенням навантаження на колінчастий вал двигуна (працює насос гідропідсилювача рульового управління в момент обертання рульового колеса, увімкнені потужні електричні споживачі) для підтримання заданої частоти обертання двигуна на холостому ході, клапан холостого ходу відкривається. Це викликає збільшення абсолютного тиску у впускному колекторі, що у свою чергу призводить до збільшення кількості суміші, що стискається в циліндрі і збільшення значення тиску в циліндрі в точці A.
Таким чином, чим вище навантаження на колінчастий вал двигуна, тим вище значення тиску в циліндрі, що діагностується, в точці A.
Температури охолоджуючої рідини
Задана частота обертання двигуна на холостому ходу залежить від температури охолоджуючої рідини – чим температура нижча, тим задана частота обертання колінчастого валу двигуна на холостому ході вища. Для забезпечення підвищеної частоти обертання двигуна на холостому ході при низькій температурі охолоджуючої рідини блок управління двигуном відкриває клапан холостого ходу. Це викликає збільшення абсолютного тиску у впускному колекторі, що у свою чергу призводить до збільшення кількості суміші, що стискається в циліндрі, і збільшення значення тиску в циліндрі в точці A.
Таким чином, чим нижче температура охолоджуючої рідини, тим вище значення тиску в циліндрі, що діагностується в точці A.
Кількості працюючих та непрацюючих циліндрів
Для отримання графіка тиску в циліндрі датчик тиску в циліндрі повинен бути встановлений на місце свічки запалювання діагностованого циліндра. Високовольтний провід циліндра, що діагностується, повинен бути підключений до іскрового розрядника. Роз'єм електромагнітної бензинової форсунки циліндра, що діагностується, по можливості повинен бути відключений від форсунки і підключений до резистора номіналом 100 Ω(Ом). Таким чином, діагностований циліндр виявляється відключеним і займання в діагностованому циліндрі не відбувається.
Так як один з циліндрів вже не працює, для забезпечення заданої частоти обертання двигуна на холостому ході, клапан холостого ходу відкривається, збільшуючи навантаження на працюючі циліндри - відбувається перенесення і розподіл навантаження з непрацюючого циліндра на циліндри, що працюють. Ступінь збільшення навантаження на працюючі циліндри залежить від співвідношення кількості працюючих та кількості непрацюючих циліндрів. Наприклад, при відключенні одного з циліндрів чотирьохциліндрового двигуна, навантаження на кожен з працюючих циліндрів (навантаження на три циліндри, що працюють) збільшується на ~33%. Якщо ж діагностований двигун, наприклад, восьмициліндровий, то при відключенні одного з його циліндрів, навантаження на кожен із семи працюючих циліндра збільшується тільки на ~14%.
Якщо крім діагностованого циліндра відключений або з якоїсь причини не працює ще один циліндр, то навантаження на працюючі циліндри зростає ще більше. Так, наприклад, якщо при проведенні діагностики працюють тільки два циліндри чотирициліндрового двигуна, то навантаження на працюючі два циліндри виявляється збільшеною на ~100%.
Збільшення навантаження на працюючі циліндри двигуна здійснюється блоком управління шляхом збільшення ступеня відкриття клапана холостого ходу, що забезпечує підтримкання заданої частоти обертання двигуна. При цьому, абсолютний тиск у впускному колекторі збільшується і як наслідок - збільшується кількість суміші, що стискається в циліндрі. А зі збільшенням кількості суміші, що стискається в циліндрі, збільшується значення тиску в циліндрі в точці A.
Таким чином, значення тиску в циліндрі в точці A залежить від співвідношення кількості працюючих і непрацюючих циліндрів. Чим більше циліндрів двигуна не працює, тим вище значення тиску в циліндрі, що діагностується в точці A.
Кута випередження запалювання
Зі збільшенням кута випередження запалювання ефективність роботи кожного з працюючих циліндрів збільшується. За рахунок цього, для підтримання заданої частоти обертання двигуна на холостому ході при більш ранньому куті випередження запалювання потрібно спалювання меншої кількості паливоповітряної суміші ніж при пізнішому куті випередження запалювання. Зі збільшенням кута випередження запалювання блок управління двигуном зменшує кількість спалюваної паливоповітряної суміші шляхом закриття клапана холостого ходу, що забезпечує підтримання заданої частоти обертання двигуна на холостому ходу. Із закриттям клапана холостого ходу абсолютний тиск у впускному колекторі зменшується і як наслідок – зменшується кількість суміші, що стискається в циліндрі. А зі зменшенням кількості суміші, що стискається в циліндрі, зменшується значення тиску в циліндрі в точці A. Таким чином, чим більший кут випередження запалювання в працюючих циліндрах, тим нижче значення тиску в точці A діагностованого циліндру.
Складу паливоповітряної суміші
Ефективність роботи двигуна також сильно залежить від складу паливоповітряної суміші. Максимальна ефективність згоряння паливоповітряної суміші досягається при значенні коефіцієнта λ (Лямбда), що дорівнює 0,8…0,9 – збагачена паливоповітряна суміш.
Зі збільшенням відхилення складу паливоповітряної суміші від даного діапазону значень коефіцієнта λ, ефективність роботи двигуна погіршується. Через погіршення ефективності роботи двигуна для підтримкання заданої частоти обертання двигуна потрібне спалювання вже більшої кількості такої суміші. Підтримкання заданої частоти обертання двигуна на холостому ходу при роботі на бідній або багатій паливоповітряній суміші досягається за рахунок збільшення кількості спалюваної в працюючих циліндрах суміші шляхом відкриття клапана холостого ходу. Внаслідок збільшення ступеня відкриття клапана холостого ходу, збільшується абсолютний тиск у впускному колекторі, а зі збільшенням абсолютного тиску у впускному колекторі збільшується кількість стиснутої в циліндрі суміші. Зі збільшенням кількості стискаємої в циліндрі суміші, збільшується значення тиску в циліндрі в точці A. Таким чином, чим більше відхилення складу паливоповітряної суміші в працюючих циліндрах від складу з коефіцієнтом λ (Лямбда) 0,8…0,9 – тим вище значення тиску діагностованому циліндрі в точці A.
Згрупуємо висновки.
Значення тиску в циліндрі, що діагностується, в точці A тим більше, чим:
більша ступінь стиснення в циліндрі, що діагностується;
вище навантаження на колінчастий вал двигуна;
нижче температура охолоджуючої рідини;
більша кількість циліндрів двигуна не працює;
більше відхилення складу паливоповітряної суміші в працюючих циліндрах від складу з коефіцієнтом λ (Лямбда) 0,8...0,9.
Значення тиску в циліндрі, що діагностується, в точці A тим менше, чим:
гірший стан ущільнень циліндра, що діагностується;
більший кут випередження запалювання у працюючих циліндрах.
Під час роботи прогрітого до робочої температури справного бензинового двигуна на холостому ході без навантаження, тиск у циліндрі у точці A дорівнює 4…6 Bar. Якщо ж при роботі бензинового двигуна на холостому ході тиск у циліндрі в точці A нижче 3 Bar, займання робочої суміші в такому циліндрі на холостому ході не відбуватиметься.
При роботі прогрітого до робочої температури справного бензинового двигуна на холостому ході в момент різкого перегазовування тиск у циліндрі в точці A збільшується приблизно в 3 рази.
Точка B
Після досягнення верхньої мертвої точки ВМТ 0° поршень зупиняється і змінює напрямок руху на протилежний, починаючи віддалятися від головки блоку циліндрів. Внаслідок цього об'єм між поршнем і головкою блоку циліндрів починає поступово збільшуватися, а тиск в циліндрі - зменшуватися.
Коли колінчастий вал обернеться на 30° після ВМТ 0°, тиск у циліндрі чисельно буде близько до половини різниці максимального тиску в циліндрі (точка A) та мінімального тиску в циліндрі (точка D). Ця точка на графіку позначена літерою B.
Точка C
Пройшовши точку B, поршень продовжує віддалятися від головки блоку циліндрів з швидкістю переміщення, що як і раніше зростає. Швидкість переміщення поршня продовжує збільшуватися до тих пір, поки колінчастий вал не провернеться на 90° після ВМТ 0°, поршень при цьому пройде половину ходу. Тут швидкість переміщення поршня максимальна. Після проходження позначки 90° після ВМТ 0°, швидкість переміщення поршня починає зменшуватися. Ця точка відзначена на графіку тиску в циліндрі літерою C.
У точці C тиск у циліндрі буде близьким до атмосферного ±0,5 Bar. Але оскільки рух поршня, як і раніше, продовжується, об'єм між поршнем і головкою блоку циліндрів продовжує збільшуватися. Через подальше збільшення закритого об'єму в циліндрі, абсолютний тиск у циліндрі продовжує зменшуватись – тобто в циліндрі виникає розрідження.
Точка D
Випускний клапан справного бензинового двигуна починає відкриватися дещо раніше, ніж поршень досягне нижньої мертвої точки. При цьому поршень все ще віддаляється від головки блоку циліндрів і обсяг між поршнем і головкою блоку циліндрів продовжує збільшуватись, але абсолютний тиск у циліндрі починає збільшуватися. Підвищення тиску в циліндрі відбувається за рахунок того, що в циліндр починають перетікати відпрацьовані гази з випускного колектора через випускний клапан. Точка графіка тиску в циліндрі, починаючи з якої в циліндр починають перетікати відпрацьовані гази з випускного колектора, позначена буквою D.
За положенням точки D, можна судити про правильність встановлення випускного газорозподільного валу бензинового двигуна.
Якщо точка D (початок відкриття випускного клапана) знаходиться в межах діапазону 130°...160° після ВМТ 0° (50°...20° перед НМТ 180°), то момент початку відкриття випускного клапана вважають встановленим правильно
Ділянка E
Перетікання газів з випускного колектора в циліндр відбувається за рахунок того, що абсолютний тиск у випускному колекторі, близький до атмосферного, виявляється більшим за абсолютний тиск у циліндрі. Ділянка графіка тиску в циліндрі, де відбувається перетікання відпрацьованих газів з випускного колектора в циліндр, позначений буквою E.
За положенням центру ділянки E, можна судити про правильність встановлення випускного газорозподільного валу двигуна.
Якщо центр ділянки E знаходиться в межах діапазону 170°...195° після ВМТ 0° (-10°...+15° від НМТ 180°), то момент відкриття випускного клапана вважають встановленим правильно
Точка НМТ 180°
Положення поршня, коли відстань від нього до головки блоку циліндрів виявляється максимальною, називають нижньою мертвою точкою (НМТ). У НМТ поршень зупиняється, і змінює напрямок руху на протилежний, починаючи знову наближатися до головки блоку циліндрів. Момент, коли поршень знаходиться в НМТ і при цьому впускний клапан закритий, а випускний клапан відкритий (або почав відкриватися) відзначають як НМТ 180° або 180°, так як за час переміщення поршня від ВМТ 0° до НМТ 180° колінчастий вал двигуна провертається на 180°. З цього моменту поршень починає "виштовхувати" гази з циліндра у випускний колектор.
Точка F
Тиск у циліндрі підвищується доти, доки не вирівняється з тиском у випускному колекторі. Точка на графіку, де тиск у циліндрі зрівнявся з тиском у випускному колекторі, позначена літерою F.
Ділянка G
Досягнувши положення НМТ 180°, поршень починає рухатися у напрямку голівки блоку циліндрів, що призводить до поступового зменшення об'єму між поршнем і головкою блоку циліндрів. Поступове зменшення об'єму між поршнем і головкою блоку циліндрів змушує гази, що знаходяться в циліндрі, перетікати у випускний колектор через відкритий випускний клапан - відбувається випуск відпрацьованих газів.
Швидкість переміщення поршня продовжує збільшуватися доти, поки колінчастий вал не провернеться на 90° після НМТ 180°. Тут швидкість переміщення поршня максимальна. Після проходження позначки 90° після НМТ 180°, швидкість переміщення поршня починає зменшуватися. Ділянка, на якій поршень, що переміщується у напрямку до головки блоку циліндрів, змушує гази, що знаходяться в циліндрі, перетікати у випускний колектор, позначений на графіку тиску в циліндрі буквою G.
Середнє значення тиску в циліндрі на такті випуску відпрацьованих газів повинно бути близьким до поточного атмосферного тиску. Підвищення абсолютного тиску в циліндрі більш ніж на 0,5 Bar відносно поточного атмосферного тиску в середині ділянки G вказує на ускладнений відтік газів із циліндра.
Погіршення відтоку газів з циліндра у випускний колектор може настати внаслідок недостатнього відкриття випускного клапана або через недостатню пропускну здатність вихлопної системи двигуна. Випускний клапан може відкриватися на недостатню величину через несправну роботу гідрокомпенсатора теплового зазору випускного клапана (або через неправильне регулювання теплового зазору випускного клапана, у разі якщо двигун не оснащений гідрокомпенсаторами теплових зазорів клапанного механізму) або внаслідок зносу кулачка розподільного валу, що відкриває випускний клапан. Пропускна здатність вихлопної системи двигуна може погіршитися внаслідок механічного пошкодження металевих труб системи випуску відпрацьованих газів або внаслідок того, що канали глушника виявилися перекритими залишками зруйнованого каталізатора.
Точка H
Приблизно за 30°...0° кута повороту колінчастого валу перед ВМТ 360° впускний клапан починає відкриватися. Момент початку відкриття впускного клапана на графіцку тиску в циліндрі позначений літерою H.
Після досягнення поршнем точки H, впускний клапан починає відкривати канал, через який внутрішній об'єм циліндра з'єднується з впускним колектором, де абсолютний тиск значно нижче тиску в циліндрі. Але тиск у циліндрі продовжує зрівнюватися з тиском у випускному колекторі через все ще відкритий випускним клапаном канал. З цієї причини виявити точку H на графіку тиску в циліндрі більшості двигунів неможливо.
Точка ВМТ 360°
Досягнувши другої верхньої мертвої точки, поршень зупиняється, і змінює напрямок руху на протилежний, почавши знову віддалятися від головки блоку циліндрів. Момент, коли поршень знаходиться в другій ВМТ, відзначають як ВМТ 360° або 360°, так як за час переміщення поршня від ВМТ 0° до ВМТ 360°, колінчастий вал двигуна провертається на 360°. З цього моменту поршень припиняє "виштовхувати" гази з циліндра у випускний колектор, і починає "засмоктувати" робочу суміш із впускного колектора в циліндр.
Ділянка І
Коли поршень досяг точки ВМТ 360° і змінив напрямок руху на протилежний, випускний клапан виявляється майже закритим. Внаслідок закриття каналу, що з'єднує внутрішній об'єм циліндра з випускним колектором, тиск у циліндрі припиняє зрівнюватися з тиском у випускному колекторі. Впускний клапан при цьому вже дещо відкрив канал впуску робочої суміші та продовжує відкриватися. Внаслідок того, що канал, який з'єднує внутрішній об'єм циліндра з впускним колектором, почав відкриватися, тиск у циліндрі починає зрівнюватися з тиском у впускному колекторі. Так як значення абсолютного тиску в циліндрі близьке до атмосферного, гази з циліндра починають перетікати з циліндра у впускний колектор, де тиск значно нижче за атмосферний.
Ділянка графіка тиску в циліндрі, де відбувається перетікання газів з циліндра у впускний колектор відзначений буквою I. За положенням центру ділянки I можна зробити висновки про правильність установки впускного газорозподільного валу бензинового двигуна.
Якщо центр ділянки I знаходиться в межах 370°...390° після ВМТ 0° (±10° від позначки 380° після ВМТ 0°), то момент відкриття впускного клапана вважають правильно встановленим. Для двигунів оснащених системою зміни фаз газорозподілу (система VVT) центр ділянки I повинен знаходитися в межах 380° ... 400° після ВМТ 0° (±10° від позначки 390° після ВМТ 0°)
Точка J
У точці J тиск у циліндрі вирівнюється з тиском у впускному колекторі, так як канал, що з'єднує внутрішній об'єм циліндра з впускним колектором вже відкрився на значну величину.
Фрагмент ділянки K між точками J та НМТ 540°
Оскільки поршень віддаляється від головки блоку циліндрів, об'єм між поршнем і головкою блоку циліндрів збільшується. Але, незважаючи на збільшення внутрішнього об'єму циліндра, зниження тиску в циліндрі не відбувається через те, що в циліндр перетікає повітря з впускного колектора через відкритий впускним клапаном канал.
Швидкість переміщення поршня продовжує збільшуватися доти, доки колінчастий вал не провернеться на 90° після ВМТ 360°. Тут швидкість переміщення поршня максимальна. Після проходження відмітки 90° після ВМТ 360°, швидкість переміщення поршня починає зменшуватися доти, доки поршень не досягне точки НМТ 540°.
Точка НМТ 540°
Після досягнення другої нижньої мертвої точки поршень зупиняється і змінює напрямок руху на протилежний, почавши знову наближатися до головки блоку циліндрів. Момент, коли поршень знаходиться в НМТ і при цьому випускний клапан закритий, а впускний клапан відкритий (або почав закриватися) відзначають як НМТ 540° або 540°, так як за час переміщення поршня від ВМТ 0° до НМТ 540° колінчастий вал двигуна повертається на 540°. З цього моменту поршень припиняє "засмоктувати" суміш із впускного колектора в циліндр. Але при високих частотах обертання колінчастого валу двигуна наповнення циліндра паливоповітряною сумішшю все ще не припиняється за рахунок інерції потоку суміші.
Фрагмент ділянки K між точками НМТ 540° і L
Досягнувши позначки НМТ 540°, поршень починає знову наближатися до головки блоку циліндрів, що призводить до поступового зменшення об'єму між поршнем і головкою блоку циліндрів. Але впускний клапан при цьому деякий час залишається відкритим. Запізнення закриття впускного клапана служить для покращення наповнюваності циліндра паливоповітряною сумішшю. Відбувається це за рахунок значної інерційності потоку суміші на такті впускання. Коли поршень починає рухатися до головки блоку циліндрів, незважаючи на зменшення внутрішнього об'єму циліндра, паливоповітряна суміш ще деякий час продовжує по інерції перетікати з впускного колектора в циліндр. Цей ефект залежить від швидкості потоку суміші з впускного колектора в циліндр на такті впуску – чим швидкість вища, тим ефект помітніший. Швидкість потоку суміші з впускного колектора в циліндр залежить від частоти обертання двигуна і від кута відкриття дросельної заслінки – чим вища частота обертання колінчастого валу двигуна і чим на більший кут відкрита дросельна заслінка, тим більша швидкість потоку суміші з впускного колектора в циліндр. Момент закриття впускного клапана вибирають при проектуванні двигуна таким, щоб ефект надлишкового наповнення циліндра паливоповітряною сумішшю за рахунок інерції потоку суміші виявлявся в заданому діапазоні частот обертання двигуна при повністю відкритій дросельній заслінці. Коли ж двигун працює при низькій частоті обертання колінчастого валу, запізнення закриття впускного клапана призводить до негативного ефекту - перетікання суміші, що надійшла в циліндр, назад у впускний колектор.
У двигунах, оснащених системою зміни фаз газорозподілу, момент закриття впускного клапана постійно регулюється на працюючому двигуні в залежності, переважно, від частоти обертання двигуна та навантаження на колінчастий вал двигуна. Завдяки наявності такої системи, ефект надлишкового наповнення циліндра паливоповітряною сумішшю за рахунок інерції потоку суміші в таких двигунах проявляється в дуже широкому діапазоні частот обертання колінчастого валу і при різних кутах відкриття дросельної заслінки, за рахунок чого двигун розвиває більш високу потужність у значно більш широкому діапазоні частот обертання. Крім того, в таких двигунах мінімальний ефект перетікання суміші, що надійшла в циліндр, назад у впускний колектор при низьких частотах обертання колінчастого валу, за рахунок чого досягається дуже стійка робота двигуна на холостому ходу і високі їздові якості двигуна при низьких частотах обертання колінчастого валу.
Точка L
Впускний клапан справного бензинового двигуна закривається пізніше моменту досягнення поршнем другої нижньої мертвої точки НМТ 540°. Момент закриття впускного клапана відзначений на графіці буквою L. Форма графіка тиску в циліндрі в районі закриття впускного клапана визначається напрямом руху суміші по впускному каналу безпосередньо перед моментом закриття впускного клапана.
При високих частотах обертання колінчастого валу двигуна, перед моментом закриття впускного клапана виникає ефект надлишкового наповнення циліндра паливоповітряної сумішшю за рахунок інерції потоку суміші, і тиск в циліндрі починає збільшуватися вже з досягнення поршнем точки НМТ 540°. Із закриттям впускного клапана, після ділянки відносно інтенсивного наростання тиску в циліндрі на ділянці між точками НМТ 540° і L виникає помітний перелом графіка в точці L – з цього моменту швидкість наростання абсолютного тиску в циліндрі різко зменшується.
При низьких частотах обертання двигуна виникає ефект перетікання суміші, що надійшла раніше в циліндр, назад у впускний колектор, через що тиск в циліндрі не збільшується аж до моменту закриття впускного клапана. Із закриттям впускного клапана, після відносно пологої ділянки виникає помітний перелом графіка в точці L - з цього моменту поршень починає стискати гази в циліндрі, і абсолютний тиск в циліндрі починає наростати порівняно інтенсивно.
За положенням точки L можна судити про правильність встановлення впускного газорозподільного валу бензинового двигуна.
Якщо точка L (кінець закриття впускного клапана) знаходиться в межах 560°...600° після ВМТ 0° (20°...60° після НМТ 540°), то момент кінця закриття впускного клапана вважають правильно встановленим
Точка M
Швидкість переміщення поршня збільшується до тих пір, поки колінчастий вал не провернеться на 90° після НМТ 540°. Тут швидкість переміщення поршня максимальна. Ця точка відзначена на графіку тиску в циліндрі літерою M.
У точці M тиск у циліндрі буде близьким до атмосферного ±0,5 Bar. Але так як рух поршня, як і раніше, продовжується, об'єм між поршнем і головкою блоку циліндрів продовжує зменшуватися. Через подальше зменшення закритого об'єму в циліндрі абсолютний тиск в циліндрі продовжує збільшуватися.
Після проходження позначки 90° після НМТ 540°, швидкість переміщення поршня починає зменшуватися.
Точка N
За 30° перед ВМТ 720° тиск у циліндрі чисельно буде близький до половини різниці мінімального тиску в циліндрі (точка L) та максимального тиску в циліндрі (точка A). Ця точка на графіку позначена літерою N.
Тиск в циліндрі продовжує збільшуватися доти, доки поршень не досягне точки A. Важливо помітити, що основна робота зі стиснення суміші в циліндрі виконується за останні 30° повороту колінчастого валу перед ВМТ 720° - на ділянці між точками N і ВМТ 720°.
Точка A (або ВМТ 720°)
Після досягнення точки A поршень зупиняється, і змінює напрямок руху на протилежний, починаючи знову віддалятися від головки блоку циліндрів. Таким чином, завершується повний цикл роботи циліндра та починається новий.
За час переміщення поршня від попередньої точки A (ВМТ 0°) до поточної точки A (ВМТ 720°), колінчастий вал двигуна повертається на 720°, тому цю точку іноді відзначають як ВМТ 720° або 720°.
Витікання газів з циліндра
Поршень, рухаючись від точки M до ВМТ, переміщується на відстань, що дорівнює відстані, на яку він переміщається, рухаючись від ВМТ до точки C. При цьому спочатку поршень стискає повітря (суміш), а потім розтискає його.
Перемістившись від точки M до точки C, поршень виявляється на попередній відстані від головки блоку циліндрів - тобто, внутрішній об'єм циліндра в точці C дорівнює внутрішньому об'єму циліндра в точці M. Таким чином, теоретично, значення абсолютного тиску в циліндрі в точці C повинно бути рівним значенню абсолютного тиску в циліндрі в точці M. Але на практиці, значення абсолютного тиску в циліндрі в точці C завжди виявляється меншим абсолютного тиску в циліндрі в точці M. Це відбувається тому, що частина суміші при стисканні видавлюється з циліндра через негерметичні ущільнення. Різниця значень абсолютного тиску в циліндрі в точках C і M залежить від кількості газів, що просочилися через ущільнення. А як раніше було розглянуто, кількість газів, що просочилися через ущільнення, залежить від стану самих ущільнень і від частоти обертання колінчастого валу двигуна. Чим кращий стан ущільнень і чим вище частота обертання колінчастого валу двигуна, тим менше різниця значень абсолютного тиску в циліндрі в точках C і M.
Прокручування двигуна стартером
Про правильність установки газорозподільних валів щодо колінчастого валу можна судити з положення ключових ділянок E і I графіка тиску в циліндрі. При роботі двигуна на холостому ході ключові ділянки E і I графіка тиску в циліндрі виразно видно за рахунок розрідження, що виникає в циліндрі, в районі точки D і на ділянці K. Але при прокручуванні двигуна стартером величина розрідження в циліндрі в точці D і / або на ділянці K дуже мала, і становище ключових ділянок E та I неможливо виміряти, оскільки вони майже не видно на графіку.
Графік тиску в циліндрі при прокручуванні двигуна стартером із закритою дросельною заслінкою
Той самий графік, але зі збільшеним посиленням для кращої наочності ключових точок
Багато з розглянутих раніше характерних точок та ділянок графіка тиску в циліндрі при роботі двигуна на холостому ході тут не видно. Але положення ключових точок D та L можна виміряти з прийнятною точністю. Помилка при вимірюванні положення ключових точок D і L виникає в основному через значну нерівномірність миттєвої частоти обертання колінчастого валу при прокручуванні двигуна стартером.
Як видно з наведених графіків, при прокручуванні двигуна стартером можливе вимірювання положення лише деяких характерних точок графіка тиску в циліндрі. Вимірювання положення характерних ділянок графіка тиску в циліндрі неможливе. З цієї причини оцінити взаємне положення колінчастого і газорозподільних валів за графіком тиску в циліндрі при прокручуванні двигуна стартером можна лише приблизно. Проведення таких вимірювань має сенс тільки в тому випадку, якщо немає можливості отримати графік тиску в циліндрі під час роботи двигуна на холостому ході (двигун неможливо запустити).
Точка A (або ВМТ 0°)
Тиск у циліндрі в точці A при прокручуванні двигуна стартером завжди вищий, ніж при роботі двигуна на холостому ході. Якщо при прокручуванні двигуна стартером тиск у циліндрі в точці A знаходиться в межах 8…16 Bar, циліндр вважають справним. Якщо ж при прокручуванні двигуна стартером тиск у циліндрі в точці A менший за 6 Bar, такий циліндр не забезпечує нормального згоряння паливоповітряної суміші і його вважають несправним.
Ділянка K
Величина розрідження в циліндрі на ділянці K визначається величиною розрідження у впускному колекторі – чим більше розрідження у впускному колекторі, тим більше розрідження в циліндрі на ділянці K.
Коли двигун вимкнений, колінчастий вал двигуна не обертається і розрідження у впускному колекторі не виникає зовсім - тобто значення абсолютного тиску у впускному колекторі дорівнює поточному атмосферному тиску. З початком прокручування двигуна стартером повітря (суміш) з впускного колектора починає "всмоктуватися" в циліндри двигуна і у впускному колекторі виникає розрідження. Середнє значення розрідження, що виникло у впускному колекторі, визначається в основному частотою обертання колінчастого валу двигуна і положенням клапана холостого ходу (дроссельної заслінки). Чим нижче частота обертання колінчастого валу і чим на більшу величину відкритий клапан холостого ходу (дросельна заслінка), тим менше розрідження виникає в циліндрі на ділянці K.
При прокручуванні двигуна стартером частота обертання колінчастого валу двигуна виявляється настільки низькою, що навіть при закритій дросельній заслінці величина розрідження, що виникає у впускному колекторі, а значить і в циліндрі на ділянці K становить 0,05...0,3 Bar. Через таку низьку величину розрідження в циліндрі, при прокручуванні двигуна стартером виявлення ділянки I на графіку тиску в циліндрі виявляється неможливим. Але в більшості випадків можна досить точно визначити точку L.
Точка L
За положенням точки L, можна приблизно зробити висновки про правильність установки впускного газорозподільного валу двигуна.
Якщо виміряне положення точки L (кінець закриття впускного клапана) при прокручуванні двигуна стартером знаходиться в межах 560°...600° після ВМТ 0° (20°...60° після НМТ 540°), то взаємне положення впускного газорозподільного валу і колінчастого валу можна вважати прийнятним
Точка D
Величина розрідження в точці D графіка тиску в циліндрі визначається моментом початку відкриття випускного клапана, величиною розрідження в циліндрі на ділянці K і кількістю газів, що просочилися через ущільнення.
Чим пізніше відкривається випускний клапан (але не пізніше ВМТ 180°), тим більше розрідження в циліндрі в точці D. Момент початку відкриття випускного клапана визначається роботою системи газорозподілу.
Чим більше розрідження в циліндрі на ділянці K, тим більше розрідження в циліндрі в точці D. Величина розрідження в циліндрі на ділянці K визначається частотою обертання колінчастого валу та положенням клапану холостого ходу та дросельної заслінки.
Кількість газів, що просочилися через ущільнення, визначається станом ущільнень і частотою обертання колінчастого валу. Чим гірший стан ущільнень і що нижча частота обертання двигуна, то більша кількість газів встигне просочитися через ущільнення і тим більше розрідження виникне в циліндрі в точці D.
Таким чином, величина розрідження в точці D графіка тиску в циліндрі змінюється зі зміною частоти обертання двигуна і зі зміною положення клапана холостого ходу (дроссельної заслінки).
При прокручуванні двигуна стартером, частота обертання колінчастого валу двигуна виявляється настільки низькою, що через ущільнення навіть справного циліндра встигає просочитися досить багато газів і в циліндрі в точці D графіка тиску виникає значне розрідження. З цієї причини вимірювання положення центру ділянки E на графіку тиску в циліндрі при прокручуванні двигуна стартером виявляється ускладненим. Але в більшості випадків можна з прийнятною точністю визначити точку D.
По положенню точки D, можна приблизно зробити висновки про правильність встановлення випускного газорозподільного валу двигуна.
Якщо виміряне положення точки D (початок відкриття випускного клапана) при прокручуванні двигуна стартером знаходиться в межах 130°...160° після ВМТ 0° (50°...20° перед НМТ 180°), то взаємне положення випускного газорозподільного валу і колінчастого валу можна вважати прийнятним
За умови, що виміряне положення при прокручуванні двигуна стартером точки D графіка тиску в циліндрі знаходиться в межах 130°...160° після ВМТ 0° а точки L в межах 560°...600° після ВМТ 0°, впускний і випускний газорозподільні вали можна вважати встановленими з помилкою не більше ±2 зуба газорозподільного ременя (ланцюга) відносно колінчастого валу. Таке положення газорозподільних валів забезпечує можливість запуску двигуна та його роботи на холостому ході. Після пуску та прогріву двигуна можна отримати графік тиску в циліндрі при роботі двигуна на холостому ходу. Тоді, за отриманим графіком тиску в циліндрі при роботі двигуна на холостому ході, можна виміряти положення ділянок E та I і тепер точно судити про правильність установки газорозподільних валів щодо колінчастого валу.