Автомобили с отключаемыми цилиндрами для экономии топлива (3 видео)

Содержание

Автомобили с отключаемыми цилиндрами для экономии топлива
Принцип работы отключения цилиндров.
Технологии, направленные на изменения объема.
Плюсы и минусы данной технологии.
Заключение.
Экономичны ли автомобили, с деактивацией цилиндров
Экономия топлива с помощью отключения цилиндров
📸 Видео

Видео:Система отключения цилиндровСкачать

Автомобили с отключаемыми цилиндрами для экономии топлива

Считаете, что впечатляющая мощность современного многоцилиндрового силового агрегата и топливная эффективность — это две не совместимые вещи? Утверждение верное лишь от части, но благодаря технологии «Fuel Saver», которая дословно и означает экономию топлива, при определенных условиях, вполне достижимо.
Что же собой представляет эта технология? А представляет она следующее — отключает в двигателе части (для восьмицилиндрового или четырехцилиндрового двигателя, обычно половину, а для шестицилиндрового — половину или одну треть) цилиндров в режиме холостого хода и в других ситуациях, в которых не требуется использование всей его мощности.

Из курса физики мы помним, что чем больше бензина (или другого топлива) сожгли в единицу времени, тем больше мощности получили. Верна и обратная зависимость. Но нужна ли абсолютная производительность, скажем 6,4 литрового V-8 двигателя Hemi на холостом ходу? Вряд ли. А отключая, скажем 4 «горшка», на светофорах в условиях города или в дорожном заторе, можно несколько сократить растрачивание горючего своего «железного коня» впустую.

Сказать по правде, технология эта далеко не новая. Теорию топливной экономичности предложил в своих монографиях русский советский учёный Евгений Алексеевич Чудаков еще в 1947-48 годах, который обобщил все предыдущие практические наработки в этой области, а главное, отметил перспективы к дальнейшему совершенствованию.

Например, дизельные двигатели тракторов, как в СССР, так и у иностранных производителей, уже довольно продолжительное время используют отключение цилиндров на холостом ходу, как в четырехцилиндровых, так и в восьмицилиндровых моторах, уменьшая как расход топлива, задымленность, а так же выбросы оксида углерода в отработавших газах. Бензиновые же двигатели с технологией отключения цилиндров, в отсутствии нагрузки появились лишь в начале восьмидесятых. Первой маркой легковых автомобилей стал продукт автоконцерна General Motors — Cadillac, который начиная с 1981 года, использовал двигатель L62 со схемой работы V-8-6-4.

Принцип работы отключения цилиндров.

Для деактивации «лишних» цилиндров необходимо выполнить всего два условия — закрыть впускные / выпускные клапана и блокировать подачу топлива в цилиндр. За координирование подачи топлива отвечают электромагнитные форсунки с системой управления. Тут все просто, форсунка включилась / выключилась лишь от сигнала с Блока управления (ЭБУ), выполнив по сути безусловную функцию (сразу вспомнился Turbo Pascal). Сложнее другое, а именно регулировать положения клапанов. На сегодняшний день широко распространены три технологии деактивации цилиндров — это Multi-Displacement System (MDS), Variable Cylinder Management (VCM) и Active Cylinder Technology (ACT).

Технологии, направленные на изменения объема.

1. Multi-Displacement System (в переводе с английского — Система видоизменения объема) — это прежде всего электронная функция, реализованная на восьмицилиндровых моторах в автомобилях американского производства — Chrysler, Dodge и Jeep, которая откалибрована для работы в течение определенного спектра скорости и оборотов двигателя. Когда технология задействована, цилиндры под номерами один, четыре, шесть и семь деактивируются. Т.е. на одной стороне блока в работе остаются два внешних цилиндра, а на противоположной — два внутренних. При этом на приборной панели автомобиля загорается соответствующая пиктограмма «Eco».

Для работы в системе видоизменения объема «MDS» используются уникальные толкатели, управляющиеся с помощью электромагнитных клапанов (соленоидов), которые и обеспечивают отключение клапанов от распределительного вала. В расчетное время в толкатели, под давлением поступает масло, вытесняя блокирующий штифт — так происходит отключение самих толкателей. За регулировку (подачу) масла отвечают те самые соленоиды. Электромагнитные клапаны, с помощью Powertrain Control Module (PCM) — модуля управления трансмиссией, определяют, когда двигатель будет работать как V-8, а когда как V-4. Поэтому только лишь автомобили, оборудованные автоматическими коробками передач, могут использовать эту функцию. В номинальном режиме работы двигателя (когда задействованы все восемь цилиндров), электромагнитный клапан находится в «открытом» состоянии, что позволяет форсункам впрыскивать бензин во все цилиндры блока.

При отсутствии сигнала с PCM, силовой агрегат переходит В экономичный V-4 режим, MDS переходит в «закрытое» состояние, клапана не используемых цилиндров блокируются, топливо подается лишь в половину цилиндров. Двигатель будет работать в этом состоянии, пока PCM не подаст сигнал на «разблокировку», и цикл начнется заново.

2. Вторая «школа» деактивации цилиндров — Variable Cylinder Management (в переводе с английского — цилиндры с переменным управлением), детище компании Honda. Силовые агрегаты тут обычно шестицилиндровые, не такие брутальные, как у американцев. Принцип работы тоже несколько отличается, задействованными остаются либо 4 цилиндра (V-образный режим) на небольшой нагрузке, либо, в отсутствии последней, всего три (одну сторону).

Конструктивно, система VCM базируется на изменении фаз газораспределения VTEC (Variable valve Timing and lift Electronic Control), которая по замыслу инженеров, должна обеспечивать устойчивость и максимальную отдачу от двигателя во всем диапазоне оборотов. Ведь, допустим, настроив силовой агрегат под максимальную мощность, мы теряем тяговитость на «низах», и наоборот, двигатель, настроенный на быстрое достижение максимального момента, будет чувствовать себя достаточно слабо на высоких оборотах. А благодаря VTEC, эта ситуация решаема, подстройка происходит что называется, в режиме «онлайн». Для отключения цилиндра перемещается штифт, отсоединяя коромысло, которые, в свою очередь, толкают клапана вниз.

3. ACT — дословно, можно перевести как «Технология активного цилиндра», разработанная немецкими учеными, устанавливается на последние малообъемные (1.0, 1.2 и 1.4 л.) высокотехнологичные двигатели с нагнетателем концерна Volkswagen. Суть ее следующая — отключение двух из четырех цилиндров в заданном диапазоне оборотов (от 1,400 до 4,000 об/мин.). Переключение происходит в течение 13-36 миллисекунд, что является для четырехцилиндрового двигателя, в силу своих размеров и мощности, очень неплохим показателем. Активация функции ACT информируется соответствующей иконкой на многофункциональном дисплее приборной панели. Основа Active Cylinder Technology — 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 служит стержень, который скользит по специальной, закручивающей формы канавке, и перемещает его. Исполнительные механизмы срабатывают по команде с ЭБУ.

Читайте также: Пересечение прямой с поверхностью прямого цилиндра

Плюсы и минусы данной технологии.

+ Экономия топлива (в городском цикле)
+ Экологическая составляющая (оксиды углерода, оксиды азота и др.)
— Усложнение конструкции, как следствие, снижение надежности
— Увеличение себестоимости и цены за обслуживание
— Снижение акустического комфорта от работы двигателя (актуально для блоков небольшого объема)

Заключение.

Подводя итог, хочется подчеркнуть, что Технология сбережения топлива все чаще используется для мощных восьмицилиндровых автомобилей, таких, как Chrysler 300C или Dodge Challenger. А последнее время не боятся ее использовать даже американские тюнинг-ателье для своих маслкаров, спорткаров и спортивных внедорожников, не говоря уже про немецкие автоконцерны, которые оснащают ею свои, и без того экономичные четырехцилиндровые автомобили с турбонагнетателями. Смею предположить, что интерес в данном направлении у автопроизводителей будет только подкрепляться. Эта технология не только интересная для потребителя, она необходимая для экологии в целом, это следующий шаг в развитии бензиновых силовых агрегатов.

Видео:Отключение цилиндров для экономии и Реальный расход топлива ВАЗ-Классика 5.5 л на 100 кмСкачать

Экономичны ли автомобили, с деактивацией цилиндров

Можете ли вы себе представить, 8-цилиндровый двигатель с расходом топлива 10 литров на 100 километров, да и ещё и с половиной неработающих цилиндров? А, как насчет превращения 6-цилиндрового двигателя в 3-цилиндровый? Это простая идея, — деактивации цилиндров .

Это метод, используемый для создания двигателя с переменным рабочим объемом, который способен выдавать полную мощность большого двигателя — в условиях высоких нагрузок, а также экономию топлива, как в небольшом двигателе — для крейсерской работы. Отключение половины цилиндров, конечно-же не удваивает экономию топлива. Тем не менее, этот шаг улучшает её достаточно, чтобы существенно влиять на общую эксплуатационную стоимость, так как цены на бензин достигают, все более высоких уровней.

Периоды для деактивации цилиндров

При типичной лёгкой нагрузке двигателей с большим объемом (например, крейсерская нагрузка на трассе) используется только около 30% потенциальной мощности двигателя. В этих условиях дроссельная заслонка слегка приоткрыта, и двигатель выполняя большой объем работы, пытается засосать больше воздуха, для обогащения воздушно-топливной смеси, результатом этого и является неэффективное использование выработанной энергии.

В этой ситуации возникает краткосрочный вакуум между дроссельной заслонкой и камерой сгорания, и часть мощности которую выдает двигатель, используется не для продвижения автомобиля вперед, а для преодоления сопротивления, чтобы вытянуть воздух через небольшое отверстие и сопутствующее вакуумное сопротивление. То есть когда поршень заканчивает первый такт, он не получает и половины нужного заряда воздуха.

Деактивация цилиндров при легкой нагрузке заставляет дроссельный клапан, полностью раскрываться и создавать постоянную мощность, что и позволяет двигателю «дышать» в полном объёме и уменьшая сопротивление поршней. В результате улучшается давление в камере сгорания, когда поршень приближается к верхней мертвой точке (ВМС) , перед воспламенением смеси. Лучшее давление в камере сгорания означает, что возникает более мощный и эффективный взрыв, который передает свою энергию опускающемуся цилиндру, который в свою очередь и вращают коленчатый вал.

Что, мы получаем? Улучшенный крейсерский пробег по трассе, а соответственно и экономия топлива.

Как, это всё работает? В двух словах, деактивация цилиндров удерживает впускные и выпускные клапаны в течение всех циклов, для определенного набора цилиндров в двигателе.

Переход между нормальной работой и деактивацией сглаживается незначительными изменениями времени зажигания, а также положениями дроссельной заслонки, которыми управляют сложные электронные системы управления.

В хорошо спроектированной и выполненной системе, переключение между обоими режимами является «бесшовным» — вы действительно не чувствуете никакой разницы, и можете узнать, что произошла дезактивация, только из показаний приборов.

Рассмотрим на примере двигателей Honda

Начиная с 2005 года, Honda применила к Odyssey, деактивационную технологию цилиндров Variable Cylinder Management ( VCM ), в своей 3,5-литровой версии i-VTEC двигателя V-6 .

Когда требуется высокая мощность, двигатель работал на всех 6 цилиндрах. Во время круиза и при небольшой нагрузке, 3 цилиндра находились на холостом ходу. Деактивированные цилиндры герметично закрывались на время, и к ним перекрывался доступ воздушно топливной смеси. В двигателе V-6 от Honda, технология VCM — имеет гидравлический контур состоящий из двух систем, каждая из которых способна обеспечивать давление, необходимое для приведения в действие синхронизирующего поршня, который отключает ненужные клапаны. Это было достигнуто путем разделения двух тандемных коромысел, которые работают с каждым клапаном, заставляя его оставаться закрытым.

Система контроля Honda, также регулирует положение дроссельной заслонки, скорость автомобиля и двигателя, а также выбор передач автоматической коробки передач, чтобы определить, требуется ли транспортному средству нагрузка или замедление. При холостом ходе этих трех цилиндров, система изменяет время зажигания, а также включает и отключает блокировку гидротрансформатора трансмиссии, для подавления тряски во время перехода между 6-ю и 3-мя, цилиндровыми режимами.

Позже модели Accord и Pilot, также получили системы дезактивации VCM .

Тем не менее, системы дезактивации не получают почти такого же внимания, как некоторые другие методы повышения экономии топлива, из-за своей не высокой эффективности и сложности.

Читайте также: Блок цилиндров двс устройство

Уважаемые гости — переходите на мой канал, кликнув — Pit Stop , ставьте лайки и не забывайте подписываться (это Вас ни к чему не обяжет, а Вы будете чаще встречать мои статьи в ленте Дзен), впереди ещё много нового и интересного!

Видео:Отключение цилиндров двигателяСкачать

Экономия топлива с помощью отключения цилиндров

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.

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.

Результаты стендовых испытаний двигателя ЗМЗ 406-2 с использованием предложенной системы управления топливоподачей показали:
— при отключении двух цилиндров постоянно расход топлива снизился на 30%, содержание в ОГ СО уменьшилось в 5 раз, СН увеличилось на 6%;
— при циклическом отключении по программе «1 через 2» расход топлива снизился на 18%, СО -в 6 раз, СН — на 5%;
— при отключении одного цилиндра постоянно расход топлива снизился на 14%, СО — в 4 раза, СН — на 3%;
— при циклическом отключении по программе «1 через 4» расход топлива снизился на 12%, СО — в 4,5 раза, СН — на 2%;
— при циклическом отключении по программе «1 через 5» расход топлива снизился на 5%, СО — в 4 раза, СН — на 1%.

Читайте также: Замер размеров цилиндров двигателя

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 цилиндров (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.

Кому интересно — тут подробности про отключение цилиндров ЗМС 406

Тут подробности про фольцвагеновский 1,4 TSI