Отключение цилиндров двигателя: для чего и как?

Для чего необходимо отключение цилиндров двигателя авто и будет ли работать двигатель с отключенными цилиндрами?

Доброго времени суток, уважаемые автомобилисты! Никто не станет спорить с тем, что автомобиль в семье значительно упрощает нашу жизнь.

Но, ведь и «удар» по семейному бюджету наносит, порой ощутимый. Мечта каждого автовладельца – реально экономный двигатель.

Повезло тем, кто будет владеть авто от концерна Volkswagen. Тамошние инженеры активно работают над экономичным 4-х цилиндровым двигателем.

Уже на весь мир заявлено, что разработан двигатель с отключаемыми цилиндрами – TSI 1,4 литра, у которого при малой нагрузке будет отключаться половина цилиндров. Нам остаётся только завидовать, или подумать о том, чтобы приобрести авто с таким типом двигателя.

А для чего нужно отключение цилиндров двигателя

Уже во второй половине прошлого века инженеры задумались о том, что можно применять двигатель с отключаемыми цилиндрами в целях экономии расхода топлива. Но, возникла проблема. А именно, отключение цилиндров было возможно лишь в многоцилиндровых двигателях (от 6-ти и выше).

При наличии меньшего количества цилиндров, система отключения цилиндров обеспечивала лишь неравномерную работу двигателя.

То есть, такие «монстры» автостроения, как Фольксваген, Ауди, Мерседес, Дженерал Мотор для многоцилиндровых моделей проблему решили. Всем уже знакомо понятие – модульный двигатель, который имеет систему отключения цилиндров двигателя. Интересно название этой системы, например у Дженерал Мотор: «рабочий объём по требованию» (Displacement-on-Demand).

Но, у здравомыслящих автовладельцев возникает вполне логичный вопрос, – для чего покупать Мерседес, чтобы впоследствии превращать его по мощности двигателя в Ладу Калину. В своём желании сэкономить топливо, можно ведь расставить приоритеты при выборе модели авто. Но, это личное дело каждого.

Отключение цилиндров: практическое применение

Мы с вами можем на практике всего в двух случаях применять принудительное отключение цилиндров двигателя своего авто. Вряд ли это может быть названо системой отключения цилиндров двигателя, скорее вынужденная необходимость.

Отключение цилиндров при возникновении аварийной ситуации (форс-мажор).

Этот самый форс-мажор может возникнуть с каждым. Заключается он в следующем: вы находитесь вдали от, привычных для автомобилиста, сервисов по ремонту авто.

И потому он и форс-мажор, что возникает неожиданно. Двигатель троит, упала мощность, двигаться просто невозможно. СТО – нет, автоэвакуатор, до которого вы дозвонились, назвал стоимость транспортировки, равнозначную покупке нового автомобиля. Что делать?

Всего-то, ничего – отключить цилиндр. Либо прекратить подачу топлива в цилиндр для дизеля, либо отключить ВВ провод от свечи зажигания. И до места ремонта можно будет добраться.

Да, расход топлива на этот период будет заметен, но ведь задача – добраться до ближайшей автомастерской, где можно продиагностировать двигатель и провести его текущий ремонт.

Отключение цилиндров для диагностики двигателя

Помимо того, что отключение цилиндров проводится при проверке компрессии двигателя, существует ещё один способ тестирования работоспособности двигателя.

Отключение цилиндров двигателя производится при проведении, т.н. теста «Определения баланса мощности по цилиндрам двигателя» (power balance). Этот тест применяется при явно нестабильной работе двигателя авто. С помощью теста определяется вклад конкретного цилиндра в работу двигателя, а также выявляется проблемный цилиндр (ы).

Отключение цилиндров производится: отключением форсунок впрыска топлива, либо прекращением подачи искры (отключение зажигания) на свечу.

Режим проведения теста может осуществляться:

  • вручную – посредством отключения подачи топлива либо зажигания на конкретный цилиндр. Кроме того, цилиндр можно отключать сканером, перейдя в режим управления исполнительными устройствами.
  • в автоматическом или полуавтоматическом режиме при помощи мотор-тестера, который поддерживает данный тест. Если диагностика проводится в автоматическом режиме, то здесь всё понятно – прибор самостоятельно отключает цилиндры и снимает показания. Порядок подключения мотор-тестера подробно должен быть описан в руководстве по его эксплуатации.

Анализ результатов диагностики цилиндров показывает нам проблемный цилиндр, но, естественно, он не сможет конкретно указать на причину проблемы. Отключение цилиндров двигателя указало нам, на какой цилиндр обратить внимание.

А более точный ответ о неисправности мы получим при разборке ГБЦ или блока цилиндров. Причиной может послужить: механические повреждения (выход из строя) деталей, неисправности в системе зажигания или подачи топлива.

Удачной вам диагностики цилиндров двигателя, и успешного ремонта.



Система отключения цилиндров двигателя. Вся правда.

Сегодня реально интересная статья, будем опять говорить про двигатель, а именно об одной из его систем. Как вы уже поняли из названия это «отключение цилиндров». Многие задаются вопросом – а такое вообще возможно? Как отключить несколько или один цилиндр, ведь они все работают в определенной последовательности и закономерности? Ребята можно! И причем такая конструкция применяется, и по сей день многими производителями …

ОГЛАВЛЕНИЕ СТАТЬИ

Для начала определение.

«Отключения цилиндров» – это система при помощи, которой, отключается подача топлива в 1 или несколько цилиндров двигателя. В свою очередь чтобы «нерабочие» не тормозили работу других, клапана ГРМ (газораспределительного механизма) в них — открываются, не препятствуют порождению воздуха. Также есть конструкции, где они постоянно закрыты. Эта система призвана экономить топливо, как заверяют некоторые производители – она может быть очень существенной.

Как становится понятно, устройство двигателя усложняется, причем значительно! Нужно учесть многие факторы, это и работа ГРМ, и подача топлива, и работа цилиндров и т.д. Однако применяемость системы доказала свою экономичность, поэтому применяется на многих автомобилях, например компаний Volkswagen, SKODA, Chevrolet, BMW и т.д.

Конструктивные особенности

Вначале хочется отметить, что такие двигатели существуют с 1950 годов прошлого века. Именно тогда, как ни странно, стали задумываться над экономией топлива у очень мощных и «прожорливых» автомобилей. Однако разработчики столкнулись с непредвиденной проблемой:

Все дело в том, что (изначально) применять ее можно только на автомобилях с большим количеством поршней, от 5 и выше. Идеальное применение 8 и более. Если устанавливалась на обычный мотор с 4 цилиндрами, то он начинает работать неравномерно, очень сильно детонировал. Таким образом, первые применения получили моторы V8.

Однако сейчас в современных реалиях, конструкции реально шагнули вперед, изменились как топливо, так и строение самого двигателя. Поэтому некоторые компании имеют разработки двигателей с 4 поршнями, у которых может отключаться 1 или 2 цилиндра.

Так сколько можно сэкономить?

Знаете тут все не однозначно. Такие конструкции работают в «узком» диапазоне оборотов двигателя, наиболее хорошая экономичность достигается с 2000 до 3500. Если нужна работа при более «высоких» оборотах, то полезное действие и экономия снижаются в геометрической прогрессии и вот почему – «отключение цилиндров двигателя» рассчитано на спокойную езду, так например если из «8» — отключить «4», то при высоких оборотах им придется «тащить» весь двигатель. Что однозначно для них будет сложно, в них будет перерасход.

Стиль езды при включенной системе, должен поменяться – так например обороты не должны выходить за пределы 3000, даже при разгонах и маневрах. Идеально будет плавное ускорение и длинное торможение, можно подключить и «движение накатом» (при определенном опыте).

Экономия обусловлена некоторыми факторами:

1) При отключении цилиндров, воздух перераспределяется из «нерабочих» его отводят и подают в «рабочие». Таким образом, их КПД намного возрастает, эксперты заверяют что удваивается.

2) Система охлаждения начинает работать также эффективнее, ведь охлаждать нужно только рабочие цилиндры, что также немного повышает КПД.

3) Подача топлива. Насос начинает меньше качать бензина (только в рабочие поршни), таким образом — его давление уменьшается, что также сказывается на экономичности.

Если подвести итоговые значения, можно получить экономию до 30%. Как заверяют производители основное назначение таких конструкций это «городская езда» по пробкам.

Схема работы

Хочется отметить — что системы «отключения» бывают различными, сейчас различают до трех основных видов:

1) Механическое отключение. Происходит по средствам распределительного вала, при включении системы он как бы смещается и работает на других «орбитах». Именно он регулирует подачу топлива в поршни мотора, так впускные клапана постоянно закрыты, в них не поступает топливо, а вот выпускные клапана открыты, таким образом поршни просто гоняют воздух внутри. Получается, что работает ровно половина двигателя, именно так достигается экономия.

2) Отключение подачи топлива. Также все элементарно — в определенные цилиндры не поступает топливо, оно ограничивается на уровне «подачи». Если можно так выразиться — система перекрывает «топливопроводы» в определенных местах, и топливо просто не идет в нужные поршни. Причем поршни могут чередоваться. Нужно отметить — что механически это такая же система, здесь не перекрываются клапана, не двигаются распредвалы и т.д., однако в какие-то цилиндры идет топливо в какие-то нет, и они работают в пустую, качая обычный воздух. Небольшое видео.

Читайте также:  Карбюратор ВАЗ 2108 – конструкция устройства и ее особенности + Видео

3) Электронная система. Есть и более продвинутые электронные варианты, применяемые сейчас у компании BMW. Здесь выполняются как «движения» валов, так и электронное перекрытие топливопроводов. Нужно отметить — что может включаться-выключаться автоматически. Например, в городе — когда скорость малая и обороты тоже, ЭБУ дает команду на «включение», если вы выехали на трассу, и надавили «акселератор» система отключается, задействовав весь мотор.

Минусы

Конечно же, есть и существенные минусы, именно из-за них многие производители не применяют ее на своих автомобилях.

1) Сложная конструкция двигателя. Особенно если использовать первый вариант, со смежающимися валами.

2) Дороговизна. Всех вариантов, причем самый дорогой считается электронный.

3) Ремонт и запчасти. Как вы поняли отремонтировать намного сложнее и дороже, также найти запчасти сложно, под заказ и ждать до нескольких месяцев.

4) В случае поломки, может не работать половина мотора, ездить на таком авто неудобно, нужно ставить на стоянку.

5) Последнее что хочется отметить это сложность конструкции балансировки. Здесь применяется множество подушек, подпоров и т.д. За ними также нужно следить, потому как если они выйдут из строя работа такого мотора будет неравномерной!

В заключении хочется сказать, что многие производители опять начали разработку в этой области потому как направление перспективное. Представьте, что будете экономить на 30% меньше топлива по пробкам и в городе! Тут как говориться есть над чем подумать.

НА этом заканчиваю, искренне ваш АВТОБЛОГГЕР.

(8 голосов, средний: 4,50 из 5)

Отключение цилиндров

Двигатель работает с минимальным расходом топлива лишь в определенной области своей характеристики, что хорошо показано на рис. ниже.

Рис. 1. Области удельных расходов топлива на внешней характеристике двигателя:
—- наибольшая мощность двигателя при минимальных удельных расходах топлива; g — кривые постоянных удельных расходов топлива.

При эксплуатации автомобиля мощность его двигателя должна всегда располагаться на кривой минимального удельного расхода топлива. В легковом автомобиле это условие выполнимо, если использовать четырех- и пятиступенчатую коробку передач (см. рис. 2), причем, чем меньше передач, тем труднее выполнить это условие. При движении по горизонтальному участку дороги двигатель не работает в оптимальном режиме даже при включении четвертой передачи. Поэтому для оптимальной загрузки двигателя автомобиль необходимо разгонять на высшей передаче вплоть до достижения максимально разрешенной законом скорости. Далее целесообразно перевести коробку передач в нейтральное положение, выключить двигатель и ехать по инерции до падения скорости, например до 60 км/ч, а затем следует снова включить двигатель и высшую передачу в коробке и при оптимальном нажатии на педаль управления двигателя вновь довести скорость до 90 км/ч.

Рис. 2. Мощностной баланс легкового автомобиля:
Nf — сопротивление качению; Nf + Nv — сопротивление движению по горизонтальному участку шоссе; – – – – наибольшая мощность на колесах автомобиля на III, IV и V передачах при минимальных расходах топлива двигателем.

Такое вождение автомобиля способом «разгон – накат» было описано ранее. Этот способ вождения приемлем для соревнований на экономичность, поскольку двигатель или работает в экономичной области характеристики, или отключен. Однако для реальной эксплуатации автомобиля при интенсивном движении он не пригоден.

Этот пример показывает один из способов уменьшения расхода топлива. Другой способ минимизации удельного расхода топлива – ограничение мощности двигателя при сохранении его хорошего механического КПД. Отрицательное влияние частичной нагрузки на механический КПД показано на рис. 3 и в табл. 1.

Рис. 3. Влияние нагрузки двигателя на его механический КПД при постоянной частоте вращения.
Табл. 1 Среднее давление различных видов механических потерь в бензиновом двигателе (n = 1600 мин -1 ) при различных нагрузках, МПа

Вид потерьНагрузка двигателя
100 %30 %
Насосные потери (потери на газообмен)0,0250,043
Привод механизма газораспределения и вспомогательного оборудования0,01790,0179
Потери в кривошипно-шатунном механизме0,02870,0251
Потери в цилиндропоршневой группе0,05740,05
Механические потери, всего0,1290,136
Среднее эффективное давление0,9330,280
Механический КПД, %87,867,3

В частности, из табл. 1 видно, что при снижении нагрузки двигателя с 100 % до 30 % доля механических потерь в индикаторной работе повышается с 12 % до 33 %, а механический КПД падает с 88 % до 67 %. Величина мощности, равная 30 % от максимальной, может быть достигнута при работе только двух цилиндров четырехцилиндрового двигателя.

Способы отключения цилиндров

Если при частичной нагрузке многоцилиндрового двигателя выключить несколько цилиндров, то остальные будут работать при большей нагрузке с лучшим КПД. Так, при работе восьмицилиндрового двигателя с частичной нагрузкой весь объем воздуха можно направить только четырем цилиндрам, их нагрузка увеличится вдвое и эффективный КПД двигателя повысится. Охлаждающая поверхность камер сгорания у четырех цилиндров меньше, чем у восьми, поэтому количество теплоты, отведенное системой охлаждения, снижается, и расход топлива может уменьшиться на 25 %.

Для отключения цилиндров обычно применяют управление приводом клапанов. Если оба клапана закрыты, то смесь в цилиндр не поступает и постоянно находящийся в нем газ последовательно сжимается и расширяется. Работа, затрачиваемая при этом на сжатие газа, вновь высвобождается при расширении в условиях небольшого отвода теплоты стенками цилиндра. Механический и индикаторный КПД в этом случае улучшаются по сравнению с КПД восьмицилиндрового двигателя, работающего на всех цилиндрах при той же эффективной мощности.

Этот способ отключения цилиндров очень удобен, так как цилиндр отключается автоматически при переходе двигателя на частичные нагрузки и включается практически мгновенно при нажатии на педаль управления. Следовательно, водитель в любой момент может использовать полную мощность двигателя для совершения обгона или быстрого преодоления подъема. При движении в городе экономия топлива проявляется особенно отчетливо. У выключенных цилиндров отсутствуют насосные потери, и они не подают воздух в выпускной трубопровод. При движении под уклон выключенные цилиндры оказывают меньшее сопротивление, торможение двигателем уменьшается, и автомобиль по инерции проходит больший путь, как при наличии муфты свободного хода.

Выключение цилиндра верхнеклапанного двигателя с нижним распределительным валом удобно осуществить с помощью перемещаемого электромагнитом упора коромысла клапана. При выключении электромагнита клапан остается закрытым, так как коромысло поворачивается кулачком распределительного вала вокруг точки касания с торцом стержня клапана, а упор коромысла может при этом свободно перемещаться.

У восьмицилиндрового двигателя два или четыре цилиндра выключают таким образом, чтобы чередование работающих цилиндров было по возможности равномерным. В шестицилиндровом двигателе выключается от одного до трех цилиндров. Сейчас проводят также испытания выключения двух цилиндров четырехцилиндрового двигателя.

Подобное отключение клапанов у двигателя с верхним расположением распределительного вала затруднительно, поэтому применяют иные способы отключения цилиндров. Например, половину цилиндров шестицилиндрового двигателя «BMW» (ФРГ) выключают так, что у трех цилиндров отключаются зажигания и впрыск, а отработавшие газы из трех работающих цилиндров отводятся через три отключенных цилиндра и могут расширяться далее. Этот процесс осуществляется клапанами во впускном и выпускном трубопроводах. Преимущество этого способа заключается в том, что выключенные цилиндры постоянно нагреваются проходящими отработавшими газами.

В восьмицилиндровом V-образном двигателе «Порше 928» [2] с отключением цилиндров имеются две практически полностью отделенные друг от друга четырехцилиндровые V-образные секции. Каждая из них снабжена самостоятельным впускным трубопроводом, механизм газораспределения при этом не имеет отключения приводов клапанов. Один из двигателей отключается закрыванием дроссельной заслонки и прекращением впрыска бензина, причем испытания показали, что насосные потери будут наименьшими при небольшом открытии дроссельной заслонки. Дроссельные заслонки обеих секций оснащены независимыми приводами. Отключаемая секция постоянно подает небольшое количество воздуха в общий выпускной трубопровод, которое используется для дожигания отработавших газов в термическом реакторе. Это исключает применение специального насоса для подачи вторичного воздуха.

Рис. 4. Автомобиль «Porsche 928»

При разделении восьмицилиндрового двигателя на две четырехцилиндровые секции одна из них отрегулирована на большой момент при низкой частоте вращения и постоянно находится в работе, а вторая – на максимальную мощность и включается только при необходимости иметь мощность, близкую к максимальной. Секции двигателя могут иметь различные фазы газораспределения и различной длины впускные трубопроводы.

Многопараметровые характеристики двигателя «Порше 928» при работе восьми (сплошные кривые) и четырех цилиндров (штриховые кривые) приведены на рис. 5. Области улучшения удельного расхода топлива за счет отключения четырех цилиндров двигателя заштрихованы. Например, при частоте вращения 2000 мин -1 и крутящем моменте 80 Н∙м удельный расход топлива при работе всех восьми цилиндров двигателя составляет 400 г/(кВт∙ч), тогда как у двигателя с четырьмя выключенными цилиндрами на том же режиме он немногим более 350 г/(кВт∙ч).

Читайте также:  Ремонт кондиционера авто – поломки, признаки и причины, помощь + видео
Рис. 5. Многопараметровые характеристики V-образного 8-цилиидрового бензинового двигателя «Porsche 928» с отключением цилиндров:
«——» включены 8 цилиндров; «—» включены 4 цилиндра.

Еще более заметную экономию топлива можно получить при низких скоростях движения автомобиля. Разница в расходе топлива при равномерном движении по горизонтальному участку шоссе дана на рис. 6. У двигателя с четырьмя выключенными цилиндрами (пунктирная кривая) при скорости 40 км/ч расход топлива падает на 25 % с 8 до 6 л/100 км.

Рис. 6. Топливная экономичность автомобиля, оборудованного двигателем «Porsche 928» с отключением цилиндров:
1 – включены все 8 цилиндров; 2 – включены 4 цилиндра.

Но экономия топлива в двигателе может достигаться не только выключением цилиндров. В новых двигателях «Порше» модели TOP («термодинамически оптимизированный двигатель Порше») были реализованы все возможные способы повышения индикаторного КПД традиционного бензинового двигателя. Степень сжатия была повышена сначала с 8,5 до 10, а затем, изменением формы днища поршня, – до 12,5 при одновременном повышении интенсивности вращения заряда в цилиндре при такте сжатия. У модернизированных таким образом двигателей «Порше 924» и «Порше 928» удельный расход топлива снизился на 6—12 %. Примененная при этом электронная система зажигания, устанавливая оптимальный угол опережения зажигания в зависимости от частоты вращения и нагрузки двигателя, повышает КПД двигателя при его работе на частичных нагрузках в условиях смесей бедного состава, а также исключает детонацию на режимах максимальных нагрузок [3].

Выключение двигателя при остановках автомобиля на перекрестках также приносит экономию топлива. При работе двигателя на холостом ходу с частотой вращения ниже, чем 1000 мин -1 , и температуре охлаждающей жидкости более 40 °C через 3,5 с зажигание выключается. Двигатель вновь пускается лишь после нажатия на педаль управления. Это снижает расход топлива на 26 – 35 %, и, следовательно, бензиновые двигатели «Порше» модели ТОР в части топливной экономичности могут конкурировать с дизелями.

Фирма «Мерседее-Бенц» также предприняла попытки снизить расход топлива в восьмицилиндровом двигателе методом отключения цилиндров. Отключение достигалось с помощью электромагнитного устройства, разрывающего жесткую связь между кулачком и клапаном. В условиях движения по городу расход топлива при этом снизился на 32 %.

Система отключения цилиндров двигателя

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.

Отключение впускных клапанов

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.

Отключение цилиндров для экономии топлива

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.

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.

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

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.

Читайте также:  Балансировка колес: что это и зачем, как часто нужно делать, необходимое оборудование и виды дисбаланса

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.

Отключение цилиндров

Лошадки по потребности

Не многие знают, что дроссельная заслонка в автомобильном двигателе в прикрытом состоянии (в режимах холостого хода и малых нагрузок) является виновницей уменьшения коэффициента полезного действия мотора, что приводит к повышению расхода топлива. Улучшить показатели в этих режимах можно двумя способами – усовершенствованием процесса сгорания (форкамерное и послойное смесеобразование, изменение степени сжатия и др.) и выключением из работы части цилиндров в режиме частичных нагрузок. Во втором случае оставшиеся цилиндры функционируют с открытой шире дроссельной заслонкой. На данный момент этот способ повышения экономичности ДВС – один из самых эффективных.

Малая история

Идея отключения цилиндров не нова. Исследования в этом направлении проводятся уже около 50 лет. Теория регулирования мощности автомобильного двигателя путем отключения цилиндров впервые была разработана в Советском Союзе академиком Э. А. Чудаковым. В теории такой способ помогает снизить расход топлива бензиновым поршневым двигателем до 25%, двухсекционным роторнопоршневым – до 20% и дизелем – до 15%.

Воплотить эту идею в жизнь можно только на многоцилиндровых моторах (шесть и более цилиндров). При меньшем количестве цилиндров не обеспечивается равномерность работы мотора при отключении одного или нескольких из них.

Запас мощности двигателей V6, V8 или V12 таков, что при движении с постоянной скоростью в среднем они работают только на 25% своей мощности. При этом проявляются недостатки «больших» моторов: частичное наполнение цилиндров свежим зарядом, низкое давление в них, малый механический КПД – все это и ведет к перерасходу топлива.

В начале 1980-х отключение части цилиндров (2-х или 4-х) применял на своих 6,0-литровых «восьмерках» Cadillac, однако широкого распространения этот мотор тогда не получил. На рубеже веков концерн General Motors проектирует новые восьмицилиндровые моторы с системой отключения цилиндров Displacement-on-Demand («рабочий объем по требованию»). Во время пуска мотора работают все цилиндры. Когда же двигатель прогреется, электроника «оценивает» реальную потребность в «услугах» всех цилиндров. Если мотор не нагружен (например, автомобиль двигается с постоянной скоростью по шоссе), электроника прекращает подачу топлива в четыре цилиндра из восьми. Цилиндры отключаются по диагонали – два «передних» на одном блоке и два «задних» на другом. Испытания показали, что пикап Chevrolet Silverado с двигателем Vortec V8 Displacement-on-Demand «экономит» около 8% бензина.

Европа

В Европе в 1990-х годах технологию отключения отдельных цилиндров в числе первых внедрил в «серию» Mercedes-Benz на 6,0-литровом моторе V12 (W140), а затем и V8 рабочим объемом 5,0 л (W220). На частичных нагрузках в «восмерке» отключаются четыре цилиндра, а при необходимости увеличения мощности они подключаются вновь. Электронная система управления двигателем отключает цилиндры – 2-й и 3-й из правого ряда и 5-й и 8-й из левого. Происходит это сразу после перехода двигателя на режим частичной нагрузки за счет отключения соответствующих впускных и выпускных клапанов и прекращения подачи топлива к указанным цилиндрам. Расход топлива в среднем уменьшился приблизительно на 7%. Мало того, в определенных эксплуатационных условиях возможна даже большая экономия. Например, при постоянной скорости 120 км/ч потребление горючего снижается на 13%, а при 90 км/ч – на 15%.

Переход от 4-цилиндрового режима работы двигателя к 8-цилиндровому и обратно осуществляется незаметно. Электроника мгновенно изменяет положение дроссельной заслонки и угол опережения зажигания таким образом, чтобы предотвратить внезапное изменение крутящего момента. Автоматическое отключение цилиндров осуществляется в диапазоне частот вращения коленвала от 1000 до 3500 об/мин на 3-й, 4-й и 5-й передачах при использовании автоматической коробки, что соответствует диапазону скоростей от 40 до 160 км/ч. Чтобы предотвратить переохлаждение отключенных цилиндров, выпускной клапан после рабочего хода не открывается, и горячие отработавшие газы после сгорания остаются в цилиндре, сохраняя тепловой режим.

Япония

Honda вывела на внутренний японский рынок обновленную Inspire (в США – Acura TL), оснащенную V-образной 3,0-литровой 250-сильной «шестеркой» с системой Variable Cylinder Managemen. Работает она следующим образом: при низкой нагрузке управляющий процессор отключает три из шести цилиндров (задний ряд); их клапаны остаются закрытыми, цилиндры не работают. 24-клапанная «шестерка» оснащена двумя распредвалами – по одному в каждой головке блока. Клапаны приводятся в движение коромыслами, в которые теперь встроены (в головке заднего ряда цилиндров) фирменные «хондовские» механизмы гидроблокировки. В зависимости от положения поршеньков коромысла либо жестко блокированы (клапаны работают), либо «ломаются» (клапаны отключены). По сути – то же, что и у Mercedes, только газораспределение у немецких моторов не четырех, а трехклапанное.

Для поглощения повышенных вибраций конструкторы Honda предусмотрели «активную» гидроопору силового агрегата, которая управляется центральным процессором и меняет жесткость в такт вспышкам в цилиндрах. Мало того, имеется система active noise control (активное гашение шума), которая управляет отдельным динамиком, издающим звуковые импульсы «в противофазе». Как утверждает производитель, водитель не замечает момента отключения или подключения цилиндров.

Украинские достижения

Технология отключения цилиндров пока не получила широкого распространения. Причин тому несколько. Главные из них – ступенчатость регулирования, наличие дросселирования между режимами работы, нарушение температурного режима и равномерности износа цилиндров.

Работы над решением «дроссельной проблемы» ведутся и в Украине. Правда, отечественные ученые пошли иным путем. Еще в 1967 году в Киевском автомобильнодорожном институте профессор П. И. Андрусенко предложил принципиально новый способ регулирования мощности двигателя – отключением не определенных цилиндров, а отдельных рабочих циклов. В 1996 году метод регулирования мощности двигателя отключением отдельных рабочих циклов (ДРЦ) был представлен совместно с «АвтоВАЗом» на выставке «Автомобилестроение» в Детройте и вызвал колоссальный интерес крупных зарубежных автомобильных компаний. На данный момент на эту систему получено около 30 патентов.

Сущность данного метода заключается в том, что по мере уменьшения (или увеличения) нагрузки за счет прекращения подачи топлива в разные цилиндры отключается часть рабочих циклов, обеспечивающих получение необходимой в данном режиме мощности. Реализуется это с помощью электромагнитных форсунок. Дроссельная заслонка во всем диапазоне изменения нагрузок двигателя остается полностью открытой, что ведет к увеличению индикаторного и механического КПД двигателя.

Экономия топлива при использовании данного метода на режимах частичных нагрузок составляет 20 – 23% с одновременным существенным уменьшением в 2,5 – 4 раза токсичности отработавших газов. На холостом ходу расход топлива уменьшается почти вдвое.

На данный момент в Национальном аграрном университете разработаны и исследованы системы регулирования мощности отключением отдельных рабочих циклов для бензиновых двигателей и частично для дизелей.

Преимущества отключения циклов

1 Количество отключаемых циклов может быть любым, что позволяет обеспечить работу двигателя на оптимальном составе смеси в широком диапазоне нагрузок, вплоть до холостого хода. Величина «отключаемой» мощности ограничивается числом цилиндров.

2 При регулировании мощности отключением цилиндров изменяется их температурный режим, так как они остаются незадействованными в течение длительного времени. При методе ДРЦ пропущенные циклы приходятся на различные цилиндры, поэтому они практически не успевают охлаждаться.

3 Не требуется особых изменений конструкции (в отличие от других подобных методов).

Добавить комментарий