Система отключения цилиндров двигателя

31.10.2017Рубрика: Эко ДВСАвтор: admin

Система управления цилиндрами предназначена для отключения части цилиндров при работе двигателя на небольших нагрузках. При этом снижается расход топлива и, соответственно, выброс токсических веществ. Однако есть и недостатки: увеличивается вибрация и шум, двигатель испытывает дополнительные нагрузки.

Практика эксплуатации свидетельствует о том, что автомобили работают в режиме максимальной мощности не более 30% времени. То есть, по большей части двигатель работает с неполной нагрузкой и большими насосными потерями. Особенно актуально это для многоцилиндровых моторов.

Технически отключение цилиндров реализуется прекращением подачи топлива и закрытием впускных и выпускных клапанов. Но если отключить форсунки не представляется большой проблемой, то осуществить отключение клапанов довольно сложно. Здесь каждый производитель выбирает свой путь.

Впервые такая система появилась еще в 1981 году на автомобилях Cadillac. Закрытие клапанов в ней осуществляли специальные электромагнитные катушки, установленные на коромыслах. По команде блока управления катушки срабатывали, обеспечивая неподвижность коромысел.

В 1999 году подобная система появилась и на автомобилях Mercedes. В ней закрытие клапанов осуществлялось коромыслами особой конструкции. Они состояли из двух рычагов, соединенных между собой фиксатором в единое целое. При активации системы электромагнитный клапан смещал фиксатор, и рычаги разъединялись, не имея, таким образом, возможности воздействовать на клапана. Клапана удерживались пружинами в закрытом состоянии, а блок управления прекращал подачу топлива в отключаемые цилиндры.

С 2004 года на автомобилях концерна GM используется система отключения цилиндров, в которой разъединение распредвала и клапана осуществляется толкателем специальной конструкции. По команде блока управления срабатывает электромагнитный клапан, и давление масла сдвигает блокирующий штифт, отключая толкатель.

В 2005 году Honda применила свою систему Variable Cylinder Management (VCM), которая на разных режимах способна отключать разное количество цилиндров. При равномерном движении на небольшой скорости отключается 3 цилиндра из 6. В переходном режиме с максимальной мощности к неполной нагрузке система обеспечивает работу 4 цилиндров. Основу конструкции составляют коромысла и распредвал с кулачками различной формы. В зависимости от режима работы коромысла включаются или выключаются с помощью управляемого фиксатора. Система VCM взаимодействует с системой регулирования фаз и дополнена системами снижения вибраций двигателя и подавления шума в салоне.

Все вышеописанные системы использовались в многоцилиндровых моторах. Volkswagen же разработал аналогичную систему для своего четырехцилиндрового двигателя 1,4 TSI. В ней отключаются только впускные клапаны. За основу взята система изменения высоты подъема клапанов Valve Lift, применяемая в двигателях Audi. Разница состоит в том, что впускной распредвал оснащен, кроме обычных кулачков, кулачками нулевой, а не «половинной» высоты. Четыре из восьми кулачков на впускном распредвале могут перемещаться по команде блока управления, осуществляя, таким образом, переход с обычных на «нулевые». Срабатывает система в диапазоне оборотов от 1400 до 4000 об/мин при крутящем моменте от 25 до 75 Нм. Отключаются два цилиндра, обеспечивая экономию в среднем 0,4 литра на 100 км. При движении с постоянной скоростью около 50 км/ч на третьей или четвертой передаче можно снизить расход на 1л/100 км. Активация системы осуществляется от датчика педали акселератора, при этом не происходит увеличения шума и вибраций.

Свою собственную систему отключения цилиндров Cylinder on demand создала и Audi. Она базируется на фирменной же системе регулирования высоты подъема клапанов Audi valvelift. Применяется Cylinder on demand на V-образных “восьмерках”, где она отключает 4 цилиндра, и на “четверках”, где из работы “выводятся” два цилиндра. Экономия топлива может достигать до 1 литра на 100 км пробега.

Система отключения цилиндров

Борьба за экономичность моторов толкает автопроизводителей на внедрение в двигатели всевозможных систем, позволяющих снизить расход топлива. Один из наиболее очевидных способов уменьшить аппетит силового агрегата – отключение цилиндров при условии, что водителю не требуется максимальная мощность.

Впервые инженеры задумались об этом во второй половине двадцатого века, однако они столкнулись с неожиданным препятствием. Дело в том, что частичное отключение было возможно только на двигателях, имеющих шесть и более цилиндров, моторы с меньшим количеством цилиндров, при отключении хотя бы одного из них, начинали неравномерно работать.

Таким образом, компании, выпускающие многоцилиндровых «монстров», например, Порше или Дженерал Моторс, с данной проблемой не столкнулись, а производители, ориентирующиеся на покупателей с умеренным достатком (а стало быть, куда больше заботящихся об экономии горючего), вынуждены были искать решение этой проблемы. В настоящее время система отключения цилиндров успешно применяется и на четырехцилиндровых моторах.

Содержание

1. Насколько эффективно отключение цилиндров
2. Как реализуется отключение цилиндров
3. Подводные камни

Насколько эффективно отключение цилиндров

Минимальный расход топлива достигается лишь в небольшом диапазоне оборотов коленвала. У бензиновых двигателей это обычно 2000 – 3000 об./мин. Затем для более сильной «раскрутки» коленчатого вала требуется все больше топлива, т.е. происходит падение КПД мотора. До определенной степени повысить топливную эффективность позволяет коробка передач. Логика проста: чем больше ступеней, тем больше топлива можно сэкономить.

Теоретически максимальной экономичности можно добиться, если плавно разгонять машину до максимально разрешенной скорости, после чего выключить передачу и зажигание и катиться, пока скорость не упадет слишком низко. Однако на практике этот метод не только неприменим, но и опасен.

1. Отключение цилиндров позволяет остальным работать более эффективно. Если в восьмицилиндровом моторе четыре цилиндра отключить, а весь воздух, проходящий через дроссельную заслонку, направить оставшимся четырем, их нагрузка возрастет в два раза, а КПД повысится.
2. Поскольку охлаждать придется также не восемь, а только четыре цилиндра, более эффективной становится и работа системы охлаждения.
3. Кроме того, выключенные цилиндры не несут насосных потерь, т.к. не подают воздух в выпускной коллектор, а при движении накатом создают гораздо меньшее сопротивление.

В итоге расход горючего может снизиться на 25 %. Особенно ощутима разница в расходе топлива при движении в городском цикле.

Первый серийный двигатель появился в 1981 году. Это был шестилитровый V8, устанавливавшийся на автомобили Cadillac. Американские моторы сами по себе никогда не отличались скромным аппетитом, а при таком рабочем объеме об экономичности и подавно мечтать не приходится. Благодаря системе отключения цилиндров, потребление топлива удалось сократить почти на четверть.

Как реализуется отключение цилиндров

Чаще всего отключение цилиндров осуществляется посредством управления приводом клапанов. Когда все клапаны закрыты, рабочая смесь внутрь не поступает, а поршень циклично сжимает находящийся в цилиндре газ. В результате двигатель развивает ту же эффективную мощность, но за счет половины цилиндров, расходуя при этом значительно меньше топлива. Удобство этого способа обусловлено тем, что отключение происходит автоматически, как только падает нагрузка на силовой агрегат. С нажатием на педаль газа, например, при обгоне, отключенные цилиндры мгновенно возобновляют работу.

У моторов с нижним расположением распредвала отключить цилиндры удобнее всего посредством перемещаемого электромагнитом упора коромысла клапана. Когда электромагнит включается, клапан остается закрытым, поскольку коромысло под воздействием кулачка распредвала поворачивается вокруг точки соприкосновения с торцом стержня клапана. При этом упор коромысла может свободно перемещаться.

У двигателей с верхним расположением распредвала в силу конструктивных особенностей такой способ неприменим, поэтому отключение цилиндров реализуется иными способами. Например, у моторов BMW отключается впрыск и зажигание. При этом через отключенные цилиндры выпускаются отработавшие газы из работающих. Благодаря этому в отключенных цилиндрах поддерживается рабочая температура.

Во всех двигателях, независимо от конструкции, отключаемые цилиндры по возможности равномерно чередуются с неотключаемыми, для обеспечения максимально сбалансированной работы.

Подводные камни

Система отключения цилиндров, безусловно, вносит важный вклад, как в экономичность автомобиля, так и в экологию, ведь чем меньше сгорает топлива, тем меньше продуктов его сгорания попадает в атмосферу. Однако владельца автомобиля с таким мотором могут подстерегать неожиданные сюрпризы.

• Наличие данной системы значительно усложняет конструкцию двигателя, что ведет к повышению его стоимости.
  Ремонт такого силового агрегата в случае поломки также обойдется дороже, да и не в каждом автосервисе за него возьмутся.
• В случае выхода системы из строя, в то время как половина цилиндров отключена (хотя вероятность такого стечения обстоятельств и невысока) дорога до мастерской будет не слишком приятной.
• Наконец, по мере износа автомобиля, а в частности, подушек двигателя и иных шумо- и вибропоглощающих устройств, при отключении цилиндров на кузов автомобиля будут передаваться вибрации от мотора – явление не смертельное, но не очень приятное.

Лаборатория автомобильной электроники Клемсона: Системы деактивации цилиндров

Системы деактивации цилиндров выборочно отключают некоторые цилиндры в двигателе внутреннего сгорания для улучшения экономии топлива и сокращения выбросов CO ₂ , когда полная мощность двигателя не требуется. Когда требования к мощности двигателя низкие, двигатель не работает с максимальной производительностью. Дроссельный воздухозаборник минимален и поступление воздуха в цилиндры затруднено. Мало того, что для преодоления внутреннего вакуума требуется больше силы, так еще и цилиндры не полностью заполняются воздухом. Чем меньше воздуха в цилиндре, тем ниже давление сгорания. Эта ситуация обычно называется потерей прокачки и может значительно снизить эффективность двигателя.

Деактивация цилиндров эффективно снижает рабочий объем двигателя за счет закрытия впускных и выпускных клапанов и отключения впрыска топлива для определенного цилиндра. Поршни в деактивированных цилиндрах сжимают захваченные газы и отталкиваются обратно вниз, не затрачивая, таким образом, полезной работы. Остальные цилиндры компенсируют потерю мощности из-за неактивных цилиндров, работая при более высоком давлении сгорания. В результате при заданной нагрузке на двигатель дроссельная заслонка более открыта, что позволяет приблизить среднее эффективное давление в цилиндре к оптимальному уровню и повысить КПД двигателя.

История отключения цилиндров

Руководствуясь американскими стандартами корпоративной средней топливной экономичности (CAFE), производителям нужны были новые способы повышения топливной экономичности своих автомобилей. Первые серийные автомобили, в которых была реализована функция отключения цилиндров для повышения эффективности использования топлива, были выпущены в линейке Cadillac 1981 года. GM совместно с Eaton Corporation разработала новую систему управления подачей топлива, которую они назвали «Modular Displacement» для существующего шестилитрового двигателя V8 с толкателем. Продаваемая как «V-8-6-4», система имела возможность изменять количество работающих цилиндров с восьми на шесть и на четыре в зависимости от нагрузки двигателя. Управление отключением цилиндров осуществлялось модулем управления двигателем, или ECM, который определял, сколько цилиндров следует отключить.

Чтобы деактивировать цилиндры, соленоиды, управляемые ECM, будут двигаться, позволяя коромыслам клапанов нужных цилиндров выйти из зацепления с соответствующими толкателями. Отделившись от толкателей, клапаны этих цилиндров больше не получали механического подъема, обеспечиваемого распределительным валом, и, таким образом, оставались закрытыми. Подача топлива на V-8-6-4 осуществлялась с помощью раннего средства электронного впрыска топлива, известного как «впрыск в корпус дроссельной заслонки», когда топливо подается во все цилиндры из одной точки в корпусе дроссельной заслонки. Когда цилиндры были отключены, количество впрыскиваемого топлива уменьшалось ECM, но с этой системой было невозможно отрезать топливо от определенных цилиндров. Обычно говорят, что система страдала от проблем с управляемостью, связанных с отсутствием вычислительной мощности ECM и отсутствием точного управления подачей топлива, обеспечиваемого впрыском через дроссельную заслонку.

Вскоре после этого Mitsubishi реализовала версию деактивации цилиндров, известную как «модулированный рабочий объем». Основываясь на тех же принципах, что и конструкция Cadillac, Mitsubishi разработала четырехцилиндровый двигатель, способный отключать два цилиндра. Ни один из дизайнов не получил одобрения публики, и деактивация цилиндров оставалась непопулярна в течение ряда лет.

Деактивация баллона сегодня

Сегодня такие компании, как Mercedes-Benz, Chrysler Group, General Motors (GM), Honda и Volkswagen, вернули идею деактивации цилиндров вместе с новыми идеями, включающими изменение фаз газораспределения и регулируемую компрессию.

Сегодня двигатели

работают с одной из двух конфигураций распределительного вала: с толкателем или с верхним расположением распредвала. В обеих конструкциях система деактивации цилиндров закрывает впускной и выпускной клапаны и прекращает впрыск топлива в деактивированные цилиндры. Управление всеми компонентами деактивации цилиндров осуществляется блоком управления двигателем. ECM получает информацию от нескольких датчиков, чтобы решить, когда начинать деактивацию цилиндров. Решающими факторами обычно являются скорость автомобиля, частота вращения двигателя, нагрузка на двигатель и положение дроссельной заслонки.

Двигатели с толкателем

Chrysler и GM в настоящее время используют деактивацию цилиндров в некоторых двигателях V6 и V8 с толкателями. Обе компании используют специальный тип гидравлического подъемника для приостановки срабатывания впускных и выпускных клапанов в отключенных цилиндрах. Это предотвращает передачу подъемного движения, создаваемого вращающимся распределительным валом, на выбранные толкатели и соответствующие им клапаны.

Гидравлические подъемники можно рассматривать как поршень в цилиндре; цилиндр контактирует и следует за движением кулачка вверх-вниз. Плунжер, который находится внутри верхней части цилиндра (или корпуса толкателя), передает подъемную силу от распределительного вала к толкателю и далее к клапану. Плунжер обычно не двигается внутри корпуса подъемника, потому что корпус заполнен маслом.

В специальных гидравлических толкателях, используемых для деактивации цилиндров, плунжер может опускаться в корпус толкателя, тем самым предотвращая попадание подъемного движения кулачка кулачка на клапаны. Это достигается, когда масло под высоким давлением поступает в корпус подъемника, что приводит к расцеплению стопорного штифта и позволяет плунжеру сжаться. Подача масла под высоким давлением включается и выключается с помощью электронного соленоида, которым управляет ECM. Клапанные пружины удерживают клапаны цилиндра закрытыми до тех пор, пока никакая сила распределительного вала не толкает клапаны в открытое положение.

Двигатели с верхним расположением распредвала (OHC)

Mercedes, Honda и Volkswagen недавно использовали деактивацию цилиндров в широком диапазоне двигателей с верхним расположением распредвала, от четырехцилиндровых до V12.

Мерседес и Хонда используют аналогичные системы. Как и те системы, которые используются в двигателях Chrysler и GM с толкателями, системы Mercedes и Honda основаны на соленоидах, которые контролируют поток масла под высоким давлением в соответствии с сигналом ECM. В отличие от систем с толкателями, системы OHC от этих двух производителей используют специальные коромысла для управления движением клапанов в деактивированных цилиндрах. Для каждого клапана в цилиндре, который можно деактивировать, есть два отдельных коромысла, которые расположены непосредственно рядом друг с другом и имеют одну и ту же точку опоры. Одно из этих коромыслов находится в постоянном контакте с распределительным валом, как обычное коромысло. Второе коромысло находится в постоянном контакте с клапаном.

В более новых моделях полностью алюминиевого двигателя Honda SOHC V6 с углом развала цилиндров 60 градусов используются две лепестки впускного клапана, позволяющие использовать технологию Honda i-VTEC как на низких, так и на высоких оборотах. Третий лепесток с нулевой подъемной силой, прикрепленный только к заднему ряду, позволяет закрывать впускные клапаны этих цилиндров, эффективно отключая их.

Во время нормальной работы движение двух коромыслов блокируется штифтом, так что подъем распределительного вала, воздействующий на первое коромысло, передается второму коромыслу и, таким образом, открывает клапан. В режиме деактивации цилиндров ECM подает питание на электронные соленоиды, что позволяет маслу под высоким давлением отсоединить штифт, скрепляющий два коромысла вместе. В результате два рычага теперь движутся независимо друг от друга: первое коромысло продолжает следовать за кулачком, но это движение не передается второму коромыслу, и, таким образом, клапан не двигается, будучи закрытым под давлением кулачка. пружина клапана.

Volkswagen использует совершенно другую систему. В них используется специальная конструкция распределительного вала, состоящая из нескольких частей, в которой используются короткие секции, которые надеваются как втулки на главный вал. На этих втулках есть два разных профиля кулачка, которые используются одним клапаном, а также спиралевидный паз, прорезанный во втулке. Когда цилиндры должны быть отключены, из электромагнитного привода, установленного над распределительным валом, опускается штифт, который входит в спиральную канавку на вращающейся втулке кулачка. Втулка следует за штифтом по траектории спиральной канавки, заставляя втулку смещаться влево или вправо.

Во время нормальной работы коромысло клапана следует одному из профилей кулачка на втулке, который имеет форму обычного кулачка. Когда гильза смещается в осевом направлении при входе в режим деактивации цилиндра, коромысло клапана начинает следовать профилю второго лепестка, который вовсе не имеет кулачковой формы, а вместо этого полностью круглый — лепесток «нулевого подъема». Коромысло остается в постоянном контакте с втулкой кулачка, но теперь следует за выступом, который не обеспечивает подъемной силы; таким образом, соответствующий клапан остается закрытым.

По оценкам Министерства энергетики США, системы деактивации цилиндров повышают эффективность использования топлива примерно на 7,5%, но производители в настоящее время предлагают системы, заявляющие об улучшении эффективности на 20%. Автомобили с опцией отключения цилиндров включают Honda Odyssey, Accord и Pilot; Фольксваген Поло БлюГТ; Ламборгини Авентадор ЛП 700-4; Ауди А1, А3 и А8 л; а также Chevrolet (GM) Impala, Suburban, Silverado, Tahoe, Caprice, Camaro и Corvette Stingray.

Деактивация баллона завтра

Компания «Тульские Технологии» разработала технологию, которую они назвали Динамический Пропускной Огонь . Вместо того, чтобы отключать фиксированный набор цилиндров, эта технология постоянно отслеживает требования к крутящему моменту двигателя и определяет, следует ли запускать каждый цилиндр при каждой возможности запуска. General Motors является крупным инвестором Tula Technologies и указала, что эта технология может появиться в будущих моделях.

Что такое деактивация цилиндра? | машина вау

Покупка нового автомобиля не должна быть сложной — в конце концов, именно поэтому мы начали carwow. Но иногда просто выбрать оборудование для ваших новых колес может быть непросто из-за неразборчивых аббревиатур и новых технологий.

Чтобы помочь, мы подготовили серию руководств, объясняющих некоторые из более современных технологий, которые вы, возможно, не видели в автомобиле. На этой неделе мы рассмотрим деактивацию цилиндра, также известную как цилиндр по требованию (или CoD).

Двигатели расходуют топливо. Топливо стоит денег. Частая заправка бака может вывести из себя даже самого уравновешенного автомобилиста. Производители тратят много времени и денег на разработку двигателей, которые потребляют значительно меньше топлива при той мощности, которую они производят. Одним из способов сделать это является деактивация цилиндра.

Что это?

Большинство двигателей состоят из нескольких цилиндров (от двух до шестнадцати), в которые впрыскиваются топливо и воздух, затем сжимаются, а затем взрываются для выработки энергии и движения вперед. Однако, когда автомобиль движется или движется по инерции, ему требуется лишь часть его мощности, поэтому для экономии топлива современные двигатели могут отключать некоторые из своих цилиндров, эффективно уменьшая вдвое их размер и потребляемую мощность.

Как работает деактивация цилиндра?

Это объяснение может легко упасть на середину следующей недели, поэтому для простоты мы рассмотрим теорию, а не методы отключения цилиндров разных производителей.

Клапаны в верхней части цилиндра открываются и закрываются по определенной схеме, чтобы обеспечить точное попадание топлива и выхлопных газов в цилиндр и из него. Когда двигатель с деактивацией цилиндров обнаруживает, что автомобиль движется, электромагнитный клапан открывается, и система принудительно закрывает клапаны, предотвращая попадание топлива и воздуха в некоторые цилиндры.

Это означает, что сгорание происходит только в половине двигателя, и, следовательно, во время движения расходуется гораздо меньше топлива.

Чтобы система включалась и отключалась незаметно и не вызывала повреждения двигателя, она очень точно контролируется бортовым компьютером. Система определяет, находитесь ли вы на перекрестке с круговым движением или в любом другом месте, где вам может понадобиться всплеск мощности, и отключается, вступая в действие только тогда, когда она уверена, что вам не нужна дополнительная мощность. Фактически, единственный способ, которым большинство владельцев узнают, включен он или нет, — это показания на комбинации приборов.

Кто им пользуется?

Скорее всего, вы увидите его установленным на некоторых версиях 1,4-литрового бензинового двигателя TFSI с турбонаддувом Volkswagen Group, когда это называется технологией «цилиндр по требованию». Установленный на Volkswagen Polo BlueGT, этот двигатель развивает значительную мощность в 138 л.с., средний расход топлива составляет 62,8 миль на галлон, а выбросы CO2 составляют всего 105 г/км. Он также доступен для 4,0-литрового двигателя V8 с двойным турбонаддувом, который устанавливается на различные быстрые модели Audi и Bentley Continental GT V8.

Помимо концерна Volkswagen, Mercedes какое-то время баловался этой технологией, а материнская группа Daimler применила эту технологию на некоторых двигателях V8, устанавливаемых на Jeep, Chrysler и Dodge. Вы также найдете его на последнем Chevrolet Corvette Stingray, но в Великобритании он в основном используется компаниями группы Volkswagen — их огромное разнообразие брендов (и глубокие карманы) означает, что у них есть необходимая экономия за счет масштаба, чтобы вывести его на массовый рынок.