Отключаемые цилиндры на каких машинах
Экономия топлива изменением объема и отключением цилиндров.
Регулирование нагрузки путем изменения рабочего объема цилиндров Одним из способов снижения эксплуатационных расходов топлива и снижения выброса токсичных веществ является регулирование нагрузки путем изменения рабочего объема цилиндров. Это достигается следующими способами:
—изменением хода поршня;
—отключением части цилиндров;
—прекращением подачи топлива или рабочей смеси в группу цилиндров.
Дпя изменения хода поршня были разработаны различные конструктивные решения, среди которых следует отметить два основных направления:
—введение в кинематическую схему шатунно-кривошипного механизма промежуточного элемента (кулисного механизма), позволяющего изменять ход поршня;
—применение аксиального двигателя с изменяемым углом наклона качающейся шайбы, расположенной на кривошипе, установленном под утлом к основному валу. При этом необходимо изменять и объем камеры сгорания.
При выключении группы цилиндров на режимах частичных нагрузок остальные цилиндры переводятся на работу при большей нагрузке. Из многочисленных способов отключения цилиндров следует выделить несколько основных:
—отключение топливоподачи, с одновременным сообщением неработающих цилиндров с атмосферой или с выпускным трубопроводом (при соединении с выпускным коллектором поддерживается температурный режим отключенных цилиндров)
—отключение топливоподачи с сохранением переменной степени дросселирования неработающих цилиндров;
—отключение впрыскивания топлива по заданной в электронном блоке программе (через один или несколько циклов) с целью поддержания температурного режима отключенных цилиндров. Эффект от применения данной системы меньше, чем от приведенных выше способов, т.к. после отключения каждого цикла приходится подавать несколько обогащенную смесь;
—отключение путем удержания впускных и выпускных клапанов в закрытом состоянии и прекращения газообмена в неработающих цилиндрах с периодическим приоткрытием для предотвращения их от залипания. Это более эффективный способ экономии топлива, но его использование связано с существенным изменением конструкции двигателя.
Снижение расхода топлива на частичных нагрузках достигается за счет более эффективного протекания процесса сгорания при меньшем количестве отработавших газов и большем давлении заряда. При некоторых способах отключения цилиндров снижаются потери на газообмен во время хода впуска и внутренние потери, что также способствует уменьшению удельного расхода топлива.
Испытания автомобиля БМВ-323 с б-тицилиндровым двигателем по ездовому циклу показали, что экономия топлива достигает 26%. Отключение 4-х цилиндров из 8-ми двигателя Porsche с распределенным впрыском бензина в сочетании с другими усовершенствованиями позволили снизить расход топлива на 35%.
Выпускаемые серийно автомобили Cadillak с 8-мицилиндровым двигателем с рабочим объемом 6 л имели систему отключения 2-ух или 4-х цилиндров с использованием микропроцессорной системы
управления путем отключения клапанов. По сигналу электронного блока с помощью электромагнита опоры коромысел клапанов перемещаются вверх и коромысло перестает воздействовать на клапан. При отключении 4-х цилиндров внутренние потери снижаются в 1,5 раза. Величины снижения расхода топлива достигали на холостом ходу до 40%, на частичных нагрузках до 25%, при движении по шоссе до 20%. Оригинальная система отключения цилиндров была создана для автомобиля Mercedes-Benz 500SE. В механизме, привод клапана осуществляется через тарелку с нажимными штангами и сегментный элемент. При его повороте втулка с сегментным элементом выходит за пределы нажимных штанг и клапан остается в закрытом положении. Снижение расхода топлива достигает 28%. Создан вариант 12-ти цилиндрового двигателя с отключаемыми цилиндрами. Одной из важных проблем при создании систем отключения цилиндров является обеспечение хороших ездовых качеств. Современные системы электронного управления позволяют добиться плавных переходов без рывков и провалов во время отключения или включения цилиндров.
Наибольший эффект достигается при разъемном коленчатом вале, когда достигается полная остановка деталей поршневой группы. Однако при этом существенно усложняется конструкция двигателя за счет дополнительного механизма сцепления и системы управления им, а также изменения теплового режима отключаемых цилиндров. Поэтому, несмотря на разнообразие конструкций двигателей с отключением цилиндров и достаточно большой эффект, они не нашли массового применения.
Система управления цилиндрами.
Система управления цилиндрами (другие наименования – система отключения цилиндров, система дезактивации цилиндров) предназначена для изменения рабочего объема двигателя за счет выключения из работы части цилиндров. Применение системы обеспечивает снижение расхода топлива до 20% и уменьшение вредных выбросов с отработавшими газами.
Предпосылкой разработки системы управления цилиндрами явился типовой режим эксплуатации автомобиля, при котором максимальная мощность используется до 30% за весь период работы. Таким образом, большую часть времени двигатель работает с неполной нагрузкой. В этих условиях дроссельная заслонка почти закрыта, а двигатель должен втягивать необходимое количество воздуха для работы. Это приводит к т.н. насосным потерям и дальнейшему снижению эффективности.
Система управления цилиндрами позволяет при небольшой нагрузке на двигатель отключить часть цилиндров, при этом для обеспечения необходимой мощности открывается дроссельная заслонка. В большинстве случаев система отключения цилиндров применяется на многоцилиндровых мощных двигателях (6, 8, 12 цилиндров), работа которых особенно неэффективна при небольших нагрузках.
Для того, чтобы выключить из работы конкретный цилиндр нужно выполнить два условия – перекрыть доступ воздуха и выпуск отработавших газов (закрыть впускной и выпускной клапаны) и перекрыть подачу топлива в цилиндр.
Регулирование подачи топлива в современных двигателях осуществляется с помощью электромагнитных форсунок с электронным управлением. Удержание в закрытом состоянии впускных и выпускных клапанов в конкретном цилиндре является достаточно сложной технической задачей, которую разные автопроизводители решают по-своему. Среди многообразия технических решений можно выделить три подхода:
•применение толкателя специальной конструкции (системы Multi-Displacement System, Displacement on Demand);
•возможность выключения коромысла (системы Active Cylinder Control, Variable Cylinder Management);
•использование кулачков распределительного вала разной формы (система Active Cylinder Technology).
Принудительная дезактивация цилиндров помимо неоспоримых преимуществ имеет ряд недостатков, среди которых дополнительные нагрузки на двигатель, вибрации и нежелательный шум.
Для предупреждения дополнительных нагрузок на двигатель в камере сгорания выключенного двигателя остается заряд отработавших газов от предыдущего рабочего цикла. Газы сжимаются при движении поршня вверх и давят на поршень при его движении вниз, тем самым обеспечивается уравнительный эффект.
Для снижения вибрации используются специальные гидравлические опоры двигателя, двухмассовый маховик. Снижение уровня шума производится в выпускной системе, в которой подобраны длины труб и использованы передний и задний глушители с резонаторами разного размера.
Впервые система управления цилиндрами была применена в 1981 году на автомобилях Cadillac. Система имела электромагнитные катушки, установленные на коромыслах. Срабатывание катушки обеспечивало неподвижность коромысла, а клапаны при этом под действием пружин были закрыты. В системе отключались противоположные пары цилиндров. Управление работой катушки осуществлял электронный блок. Информация о числе находящихся в работе цилиндров выводилась на панель приборов. Система не получила широкого признания, так как имела проблемы с подачей топлива во все цилиндры, в том числе и выключенные.
Система Active Cylinder Control, ACC применялась на автомобилях Mercedes-Benz с 1999 года. Закрытие клапанов цилиндров обеспечивало коромысло особой конструкции, состоящее из двух рычагов, соединенных фиксатором. В рабочем положении фиксатор соединяет два рычага в vk.com/autobap единое целое. При дезактивации – фиксатор освобождает соединение и каждый из рычагов получает возможность двигаться самостоятельно. Клапаны, при этом, под действием пружин закрыты. Перемещение фиксатора осуществляется давлением масла, которое регулирует специальный электромагнитный клапан. Топливо в отключаемые цилиндры не подается.
Для сохранения характерного звука работы многоцилиндрового двигателя при выключенных цилиндрах в выпускной системе установлен управляемый электроникой клапан, при необходимости изменяющий размер сечения выпускного тракта.
Система Multi-Displacement System
Система Multi-Displacement System, MDS устанавливается на автомобилях Chrysler, Dodge, Jeep с 2004 года. Система активируется (отключает цилиндры) при скорости свыше 30 км/ч и частоте вращения коленчатого вала двигателя до 3000 об/мин.
В системе MDS используется толкатель особой конструкции, который обеспечивает при необходимости разъединение распределительного вала и клапана (авторское название, дословно – устройство потери движения). vk.com/autobap В определенное время в толкатель под давлением подается масло и выдавливает блокирующий штифт, тем самым дезактивирует толкатель. Регулирование давления масла производится с помощью электромагнитного клапана.
Другая система управления цилиндрами Displacement on Demand, DoD (дословно – перемещение по требованию) аналогична предыдущей системе. Система DoD устанавливается на автомобили General Motors с 2004 года.
Система Variable Cylinder Management
Отдельное место среди систем дезактивации цилиндров занимает система Variable Cylinder Management, VCM от Honda, применяемая с 2005 года. При равномерном движении на небольшой скорости система VCM отключает один блок цилиндров V-образного двигателя (3 цилиндра из 6). При переходном режиме от максимальной мощности двигателя к неполной нагрузке система обеспечивает работу 4 цилиндров из шести.
Конструктивно система VCM базируется на системе изменения фаз газораспределения VTEC. Основу системы составляют коромысла, взаимодействующие с кулачками различной формы. При необходимости коромысла включаются или выключаются из работы блокирующим механизмом (фиксатором).
В помощь системе VCM разработаны другие системы. Система Active Engine Mounts регулирует величину вибраций двигателя. Система активного шумоподавления Active Sound Control позволяет избавиться от нежелательный шумов в салоне автомобиля.
Система Active Cylinder Technology, ACT используется на автомобилях концерна Volkswagen с 2012 года. Объектом установки системы является двигатель TSI объемом 1,4 литра. Система ACT обеспечивает отключение двух цилиндров из четырех в пределе 1400-4000 об/мин.
Конструктивно система ACT базируется на системе изменения фаз газораспределения Valvelift System, реализованной в свое время на двигателях Audi. vk.com/autobap Система использует в своей работе кулачки различной формы, расположенные на скользящей по распределительному валу муфте. Кулачки и муфта образуют блок кулачков. Всего в двигателе четыре блока — два на впускном распредвале и два на выпускном вале.
Блоки кулачков перемещаются четырьмя исполнительными механизмами. Для перемещения блока в исполнительном механизме имеется стержень, который скользит по спиралевидной канавке блока и перемещает его. Исполнительные механизмы срабатывают по команде блока управления двигателем.
Отключение цилиндров
всегда было интересно, как это делают.
Пусть будет здесь.
Немногие 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.
Считалось, что 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. Однако, сейчас 4-х цилиндровый двигатель вполне может экономить топливо с помощью отключения цилиндров. Другой вопрос, насколько это эффективно.
При выключении группы цилиндров на режимах частичных нагрузок остальные цилиндры переводятся на работу при большей нагрузке. Из многочисленных способов отключения цилиндров следует выделить несколько основных:
—отключение топливоподачи, с одновременным сообщением неработающих цилиндров с атмосферой или с выпускным трубопроводом (при соединении с выпускным коллектором поддерживается температурный режим отключенных цилиндров)
—отключение топливоподачи с сохранением переменной степени дросселирования неработающих цилиндров;
—отключение впрыскивания топлива по заданной в электронном блоке программе (через один или несколько циклов) с целью поддержания температурного режима отключенных цилиндров. Эффект от применения данной системы меньше, чем от приведенных выше способов, т.к. после отключения каждого цикла приходится подавать несколько обогащенную смесь;
—отключение путем удержания впускных и выпускных клапанов в закрытом состоянии и прекращения газообмена в неработающих цилиндрах с периодическим приоткрытием для предотвращения их от залипания. Это более эффективный способ экономии топлива, но его использование связано с существенным изменением конструкции двигателя.
Снижение расхода топлива на частичных нагрузках достигается за счет более эффективного протекания процесса сгорания при меньшем количестве отработавших газов и большем давлении заряда. При некоторых способах отключения цилиндров снижаются потери на газообмен во время хода впуска и внутренние потери, что также способствует уменьшению удельного расхода топлива.
Испытания автомобиля БМВ-323 с б-тицилиндровым двигателем по ездовому циклу показали, что экономия топлива достигает 26%. Отключение 4-х цилиндров из 8-ми двигателя Porsche с распределенным впрыском бензина в сочетании с другими усовершенствованиями позволили снизить расход топлива на 35%.
Выпускаемые серийно автомобили Cadillac с 8-мицилиндровым двигателем с рабочим объемом 6 л имели систему отключения 2-ух или 4-х цилиндров с использованием микропроцессорной системы управления путем отключения клапанов. По сигналу электронного блока с помощью электромагнита опоры коромысел клапанов перемещаются вверх и коромысло перестает воздействовать на клапан. При отключении 4-х цилиндров внутренние потери снижаются в 1,5 раза. Величины снижения расхода топлива достигали на холостом ходу до 40%, на частичных нагрузках до 25%, при движении по шоссе до 20%. Оригинальная система отключения цилиндров была создана для автомобиля Mercedes-Benz 500SE. В механизме, привод клапана осуществляется через тарелку с нажимными штангами и сегментный элемент. При его повороте втулка с сегментным элементом выходит за пределы нажимных штанг и клапан остается в закрытом положении. Снижение расхода топлива достигает 28%. Создан вариант 12-ти цилиндрового двигателя с отключаемыми цилиндрами. Одной из важных проблем при создании систем отключения цилиндров является обеспечение хороших ездовых качеств. Современные системы электронного управления позволяют добиться плавных переходов без рывков и провалов во время отключения или включения цилиндров.
На кафедре «Автомобили и двигатели» КГТУ был предложен способ отключения цилиндров (ОЦ), который применим к современным ДВС с искровым зажиганием. Сущность способа заключается в следующем : в разрыв цепей между ЭБУ и топливными форсунками устанавливается специальное логическое устройство, которое блокирует или пропускает сигнал без изменения от ЭБУ к форсункам в зависимости от заданной программы. Такой подход позволяет реализовать различные программы ОЦ, это и постоянное отключение того или иного цилиндра(ов) и кратковременное.
Под программой отключения цилиндров ДВС понимается порядок чередования процессов сгорания в цилиндрах двигателя. Например, для 4-цилиндрового двигателя с порядком работы цилиндров 1-3-4-2 возможны две программы отключения цилиндров, причем первая — «1 через 1», где постоянно отключены два цилиндра, вторая — «1 через 2», где отключаемые цилиндры чередуются.
Основным недостатком ОЧЦ (кроме модульных двигателей) является увеличение неравномерности крутящего момента и хода ДВС, в результате чего растут вибрации силового агрегата, которые увеличивают износ деталей автомобиля и ухудшают санитарно-гигиенические условия работы водителя.
Из вышесказанного следует, что предложенный способ ОЦ исключает недостатки существующих вариантов, а также применение данного способа приводит к снижению расхода топлива ДВС, работающего на холостом ходу, до 30%. Предложенная система управления ДВС позволяет задавать различные программы и может использоваться при выборе наиболее оптимального варианта ОЦ у двигателей различных размерных групп.
Амплитуда колебаний нормальной силы, определяющей износ цилиндро-поршневой группы в работающем цилиндре, выше, поэтому ОЧЦ дает предпосылки
к увеличению ресурса ДВС.
Система отключения цилиндров двигателя различных марок авто
Систему Active Cylinder Control ( АСС ) применяется компанией Мерседес- Бенц с 1999 года. Закрываются клапаны коромыслом особой формы, оно состоит из двух рычагов которые соединены фиксатором. В рабочем режиме рычаги соединяются фиксатором в единое целое, при деактивации (отключении) цилиндров соединение освобождается и каждый рычаг может движется самостоятельно. При этом пружины держат клапаны в закрытом состоянии. Перемещается фиксатор при помощи подачи масла под давлением. Топливо в отключенные цилиндры не подаётся. Чтобы сохранить звук многоцилиндрового двигателя могут применяться специальные клапаны которые могут изменять проходное сечение выпускного тракта.
Multi-Displacement System ( MDS ) используется на автомобилях Chrysler, Dodge, Jeep начиная с 2004 года. Система деактивирует цилиндры на скоростях больше 30 км/ ч и при оборотах двигателя до 3000 об/ мин. В системе используют толкатель специальной конструкции, который когда необходимо разъединяет распредвал и клапан. В определённый момент в толкатель подаётся масло и выдавливается блокирующий штифт, это и дезактивирует толкатель. Давление масла регулируется электромагнитным клапаном.
Система Displacement on Demand ( DoD ) похожа на предыдущую систему. Использует её концерн GM с 2004 года.
Система Variable Cylinder Management ( VCM ) разработана Хондой и используется с 2005 года. При равномерном движении система отключает блок цилиндров V- образного двигателя, т.е. 3 из 6. Когда происходит переход от максимальной к неполной нагрузке, то система обеспечивает работу 4 цилиндров. Система VCM базируется на системе изменения фаз газораспределения VTEC. Система основана на коромыслах, которые взаимодействуют с кулачками различной конфигурации. Когда необходимо коромысла включаются или выключаются из работы специальным блокирующим механизмом.
Помогают системе VCM такие системы как система подавления шумоподавления и система гашения вибраций.
Систему Zylinderabschaltung ( ZAS ) использует концерн Фольксваген с 2012 года. Используется система на 1,4 литровых двигателях TSI, система отключает цилиндры в диапазоне оборотов двигателя от 1400 до 4000 об/ мин. Базируется система на системе фаз газораспределения от Ауди. Она использует кулачки различной конфигурации и скользящую муфту, которая позволяет переключаться между кулачками.
Двигатель 1,4 л TSI 103 кВт с системой отключения циндров (ACT) — это представитель новой серии бензиновых двигателей EA211. Он также является первым массово выпускаемым четырёхцилиндровым двигателем, в котором половина цилиндров может быть отключена для уменьшения расхода топлива.
Комбинация отключения цилиндров с BlueMotion Technology позволяет двигателю быть мощным и одновременно с этим экологичным.
Отключение цилиндров уменьшает расход топлива двигателя 1,4 л TSI в цикле NEFZ на 0,4 литра на 100 километров. Это соответствует уменьшению выбросов CO2 на десять граммов на километр. В комбинации с BlueMotion Technology расход топлива уменьшается на 0,6 литров на 100 км. VW заявляет, что расход топлива на Golf в смешанном цикле составляет 5,2 л/100км. Таким образом, экономия составляет порядка 11,5%.
Отключение цилиндров происходит при условиях, характерных для повседневного вождения.
Условия для работы в 2-цилиндровом режиме:
• Обороты двигателя в диапазоне прим. 1250–4000 об/мин. Ниже этого диапазона двигатель работает в 2-цилиндровом режиме недостаточно ровно,
выше — в исполнительных механизмах возникают слишком большие усилия.
• Соответствующий действию водителя крутящий момент не превышает определённого значения, зависящего от числа оборотов, и в любом случае не больше 85 Н·м. При более высоком крутящем моменте, вследствие границ детонации и изменения угла опережения зажигания, 2-цилиндровый режим не приводит к экономии топлива и поэтому не используется.
• Температура масла в двигателе не ниже 10°C. Подвижные части исполнительных механизмов кулачков смазываются маслом двигателя. При холодном и вязком масле скорости срабатывания исполнительного механизма не хватает для того, чтобы выдвинуть металлический стержень точно в тот ограниченный отрезок времени, в течение которого стержень может войти в направляющую канавку.
• Лямбда-регулирование активно. Этим обеспечивается отсутствие толчков при переключении
Даже если все перечисленные выше условия выполнены, другие обстоятельства могут приводить к тому, что двигатель будет продолжать работать в 4-цилиндровом режиме или, соответственно, будет переключаться с 2-цилиндрового на 4-цилиндровый режим.
Такими обстоятельствами могут быть, например:
-Ярко выраженная спортивная манера вождения, при которой постоянные переключения из одного режима в другой и обратно будут увеличивать расход топлива.
-Необходимость отопления, в случае которой следует как можно быстрее обеспечить полную подачу тепла в отопитель.
-Движение под уклон на принудительном холостом ходу, чтобы максимально использовать возможности создания двигателем тормозного момента.
-Резкое ускорение, чтобы двигатель мог выдать требуемую мощность.
Таким образом, отключение цилиндров может являтся достаточно эффективным способом экономии топлива, особенно это проявляется в городском режиме движения. Кроме того, повышение КПД двигателя значительно повышает его экологичность.
Система отключения части цилиндров двигателя.
18 лет на сайте
пользователь #8946
Читал обзор нового Chrysler 300C, и наткнулся на такой интересный момент:
Венчает всю гамму двигателей 5,7-литровый HEMI V-8 Magnum. Этот двигатель имеет полусферические камеры сгорания, выполненные в головках цилиндров из алюминиевого сплава. Такие камеры сгорания позволяют снизить расход топлива, увеличить мощность и крутящий момент. Своим названием этот двигатель обязан именно полусферическим камерам сгорания. Концепция двигателя HEMI была переработана применительно к современной технологии. В результате появился обновлённый двигатель с высокими эксплуатационными показателями. Номинальная мощность – 340 л.с. (по DIN), максимальный крутящий момент – 525 Нм. Это рекордные показатели для двигателей легковых автомобилей Chrysler, выпускавшихся с 1970-х годов.
Новый двигатель может похвастаться также небывало низким расходом топлива благодаря системе отключения части цилиндров на малых нагрузках (MDS). Это первый двигатель Chrysler с такой системой. Система MDS отключает половину цилиндров двигателя в режимах, когда оставшиеся четыре цилиндра могут обеспечить требуемую мощность. Благодаря этому удалось достичь улучшения топливной экономичности автомобиля, в зависимости от режима вождения, на 10-20 %. Это обеспечивает надежное пребывание 300C среди лидеров класса по топливной экономичности, в то же время автомобиль получил один из самых мощных двигателей, который выделяет его среди конкурентов.
Интересно Ваше мнение по поводу данной системы, надёжна ли она, на каких ещё автомобилях встречается?