Системы управления цилиндрами, применяемые в современных ДВС
14 октября 2016, 11:51
Основным назначением системы управления цилиндрами (системы деактивации, системы отключения рабочих цилиндров двигателя) является выключение определенного количества цилиндров при работе ДВС в режиме низких нагрузок.
Это дает возможность уменьшить топливные расходы (экономия может достигать 15-20%), уменьшить уровень токсичности двигателя. Впрочем, использование подобной системы чревато увеличением уровня вибрации и шума в ДВС.
При постоянном вождении автомобиля двигатель работает на максимальной мощности не более 25-30% от всего времени эксплуатации. Это значит, что зачастую двигатель работает на неполной мощности, при средних нагрузках, что приводит к большим топливным потерям и снижению КПД двигателя.
Поэтому появилась острая необходимость в техническом выключении цилиндров путем закрытия соответствующих клапанов (впускных и выпускных) с приостановкой впрыска топлива.
Система деактивации впервые была представлена в 80-х годах 20 столетия и была установлена на автомобилях Cadillac. Система была оснащена специальными катушками электромагнитного типа, которые устанавливались на коромыслах.
Катушки обеспечивали полную неподвижность коромысел, что приводило к закрытию клапанов. Система позволяла отключать только противоположные цилиндры. Контроль над работой катушек, а также количеством отключенных цилиндров был возложен на блок управления.
Позже в 1999 году на автомобилях Mercedes была установлена более совершенная система - Active Cylinder Control. Как и в предыдущей версии, отключение цилиндров осуществлялось при помощи коромысла особой конструкции, которое состояло из двух рычагов, соединенных между собой фиксатором.
Клапаны при этом находятся в закрытом состоянии. При перемещении фиксатора, меняется давление масла, регулирующее клапаны. Далее происходит прекращение подачи топлива в цилиндры.
В 2004 году автомобили марок Dodge, Chrysler и Jeep начали оснащаться системой управления цилиндров Multi-Displacement System. Подобная система имеет специальный толкатель, который позволяет разъединять распредвал и клапан.
В толкатель под высоким давлением осуществляется подача масла, после чего происходит выталкивание шифта для блокировки толкателя. Уровень давления масла в системе контролируется электромагнитным клапаном.
В этом же году была разработана система под названием Displacement on Demand, которая использовалась на автомобилях компании General Motors.
В 2005 году была представлена еще одна система дезактивации от компании Honda, под названием Variable Cylinder Management. Система позволяла отключать нужное количество цилиндров при разных рабочих режимах двигателя.
При работе ДВС на низкой скорости с небольшими нагрузками система отключала 3 цилиндра. В переходном режиме работы на большой скорости и средней нагрузкой отключались только 2 цилиндра из 6.
Конструкция подобной системы состояла из распредвала, коромысла и кулачков различной формы. Активация коромысел на различных рабочих режимах ДВС происходила за счет специального фиксатора. Система была оснащена дополнительными системами снижения вибраций и шума, а также изменения фаз газораспределения.
С 2012 года большинство автомобилей компании Volkswagen оснащается новой системой управления цилиндрами - Active Cylinder Technology. Система позволяет отключать два из четырех рабочих цилиндров в установленном скоростном диапазоне вращения от 1500 до 4000 об/мин.
Основной элемент системы - кулачки, установленные на муфте распредвала. Муфта и кулачки объединены в блок кулачков. Как правило, в ДВС устанавливается две пары блока кулачков - одна на выходном вале, другая на входном распределительном вале.
Активация блоков возможна при помощи исполнительных механизмов, оснащенных специальными стержнями, которые скользят по внутренней канавке каждого блока.
Система дает возможность отключить часть клапанов при работе двигателя при незначительной нагрузке. Зачастую она отключает цилиндры в многоцилиндровых двигателях, в которых установлено от 6 до 12 цилиндров.
Отключение любого цилиндра происходит путем закрытия клапанов впуска и выпуска и прекращения подачи топливной смеси в цилиндр. Основной сложностью в реализации системы является постоянное удержание клапанов на отдельном цилиндре.
В настоящее время применяется три основных способа технического решения подобной проблемы.
Применение кулачков распредвала, имеющих различную форму (реализовано в системе Active Cylinder Technology);Выключение коромысла (реализовано в системах Variable Cylinder Management, а также Active Cylinder Control);Применение специального толкателя (реализовано в системах Displacement on Demand и Multi-Displacement System)
Подобная система имеет как преимущества, так и недостатки. Основными преимуществами является:
К недостаткам системы можно отнести следующее:
Конечно, эта статья носит ознакомительный характер, и основная задача была рассказать о существовании системы управления работой цилиндров.
В заключение хотелось бы на обывательском уровне еще раз остановиться на том, какое практическое значение для нас с вами имеет эта система.
Во-первых, знание того, что в мощных, многоцилиндровых двигателях, в малонагруженных режимах могут отключаться отдельные цилиндры, дает понимание того, как производители добиваются снижения расхода топлива.
Теперь уже не будет удивления, как двигатель мощностью, например, 245 л.с. может потреблять 8 литров бензина на 100 км пути в городском цикле (согласно данным, заявленными производителем).
Так же не будет никакого удивления и от того, что в реальности получается не 8, а все 20 л/100км.
Все дело в том, как давить на педаль газа и с какой скоростью ехать по городу. Очевидно, что если педальку лишь поглаживать, то можно весьма комфортно ехать на 60 км/час, плавно разгоняясь и тормозя на светофорах и поворотах.
При этом будет задействовано всего три цилиндра двигателя, а используемая мощность может снижаться до 3-4 раз, то есть мощный седан или купе могут по динамике на время превратиться в экономичную малолитражку.
Но стоит только чуть резче и глубже притопить педаль акселератора, как от экономичности не останется и следа. Мгновенный расход топлива на таких автомобилях может достигать 80 и более л/100км пути. И если играть в гонщика, пытаясь всех обогнать на светофоре или в потоке, то удивляться тому, что приходится очень часто заезжать за заправку, не стоит.
И, наконец, наличие подобных систем, которыми оснащаются мощные двигатели, хотя бы частично, но объясняет их значительно завышенную стоимость, по сравнению с экономичными собратьями.
Это дает возможность уменьшить топливные расходы (экономия может достигать 15-20%), уменьшить уровень токсичности двигателя. Впрочем, использование подобной системы чревато увеличением уровня вибрации и шума в ДВС.
Основные системы управления цилиндрами
При постоянном вождении автомобиля двигатель работает на максимальной мощности не более 25-30% от всего времени эксплуатации. Это значит, что зачастую двигатель работает на неполной мощности, при средних нагрузках, что приводит к большим топливным потерям и снижению КПД двигателя.
Поэтому появилась острая необходимость в техническом выключении цилиндров путем закрытия соответствующих клапанов (впускных и выпускных) с приостановкой впрыска топлива.
Система деактивации впервые была представлена в 80-х годах 20 столетия и была установлена на автомобилях Cadillac. Система была оснащена специальными катушками электромагнитного типа, которые устанавливались на коромыслах.
Катушки обеспечивали полную неподвижность коромысел, что приводило к закрытию клапанов. Система позволяла отключать только противоположные цилиндры. Контроль над работой катушек, а также количеством отключенных цилиндров был возложен на блок управления.
Позже в 1999 году на автомобилях Mercedes была установлена более совершенная система - Active Cylinder Control. Как и в предыдущей версии, отключение цилиндров осуществлялось при помощи коромысла особой конструкции, которое состояло из двух рычагов, соединенных между собой фиксатором.
Клапаны при этом находятся в закрытом состоянии. При перемещении фиксатора, меняется давление масла, регулирующее клапаны. Далее происходит прекращение подачи топлива в цилиндры.
В 2004 году автомобили марок Dodge, Chrysler и Jeep начали оснащаться системой управления цилиндров Multi-Displacement System. Подобная система имеет специальный толкатель, который позволяет разъединять распредвал и клапан.
В толкатель под высоким давлением осуществляется подача масла, после чего происходит выталкивание шифта для блокировки толкателя. Уровень давления масла в системе контролируется электромагнитным клапаном.
В этом же году была разработана система под названием Displacement on Demand, которая использовалась на автомобилях компании General Motors.
В 2005 году была представлена еще одна система дезактивации от компании Honda, под названием Variable Cylinder Management. Система позволяла отключать нужное количество цилиндров при разных рабочих режимах двигателя.
При работе ДВС на низкой скорости с небольшими нагрузками система отключала 3 цилиндра. В переходном режиме работы на большой скорости и средней нагрузкой отключались только 2 цилиндра из 6.
Конструкция подобной системы состояла из распредвала, коромысла и кулачков различной формы. Активация коромысел на различных рабочих режимах ДВС происходила за счет специального фиксатора. Система была оснащена дополнительными системами снижения вибраций и шума, а также изменения фаз газораспределения.
С 2012 года большинство автомобилей компании Volkswagen оснащается новой системой управления цилиндрами - Active Cylinder Technology. Система позволяет отключать два из четырех рабочих цилиндров в установленном скоростном диапазоне вращения от 1500 до 4000 об/мин.
Основной элемент системы - кулачки, установленные на муфте распредвала. Муфта и кулачки объединены в блок кулачков. Как правило, в ДВС устанавливается две пары блока кулачков - одна на выходном вале, другая на входном распределительном вале.
Активация блоков возможна при помощи исполнительных механизмов, оснащенных специальными стержнями, которые скользят по внутренней канавке каждого блока.
Особенности системы управления цилиндрами
Система дает возможность отключить часть клапанов при работе двигателя при незначительной нагрузке. Зачастую она отключает цилиндры в многоцилиндровых двигателях, в которых установлено от 6 до 12 цилиндров.
Отключение любого цилиндра происходит путем закрытия клапанов впуска и выпуска и прекращения подачи топливной смеси в цилиндр. Основной сложностью в реализации системы является постоянное удержание клапанов на отдельном цилиндре.
В настоящее время применяется три основных способа технического решения подобной проблемы.
Применение кулачков распредвала, имеющих различную форму (реализовано в системе Active Cylinder Technology);Выключение коромысла (реализовано в системах Variable Cylinder Management, а также Active Cylinder Control);Применение специального толкателя (реализовано в системах Displacement on Demand и Multi-Displacement System)
Преимущества и недостатки системы
Подобная система имеет как преимущества, так и недостатки. Основными преимуществами является:
- существенная экономия топлива (до 25%);
- снижение уровня токсичности двигателей (до 35%);
- снижение потерь топливного насоса.
К недостаткам системы можно отнести следующее:
- балансировку двигателя с увеличением уровня шума и пульсации;
- высокую стоимость двигателей, оснащенных подобными системами.
Конечно, эта статья носит ознакомительный характер, и основная задача была рассказать о существовании системы управления работой цилиндров.
В заключение хотелось бы на обывательском уровне еще раз остановиться на том, какое практическое значение для нас с вами имеет эта система.
Во-первых, знание того, что в мощных, многоцилиндровых двигателях, в малонагруженных режимах могут отключаться отдельные цилиндры, дает понимание того, как производители добиваются снижения расхода топлива.
Теперь уже не будет удивления, как двигатель мощностью, например, 245 л.с. может потреблять 8 литров бензина на 100 км пути в городском цикле (согласно данным, заявленными производителем).
Так же не будет никакого удивления и от того, что в реальности получается не 8, а все 20 л/100км.
Все дело в том, как давить на педаль газа и с какой скоростью ехать по городу. Очевидно, что если педальку лишь поглаживать, то можно весьма комфортно ехать на 60 км/час, плавно разгоняясь и тормозя на светофорах и поворотах.
При этом будет задействовано всего три цилиндра двигателя, а используемая мощность может снижаться до 3-4 раз, то есть мощный седан или купе могут по динамике на время превратиться в экономичную малолитражку.
Но стоит только чуть резче и глубже притопить педаль акселератора, как от экономичности не останется и следа. Мгновенный расход топлива на таких автомобилях может достигать 80 и более л/100км пути. И если играть в гонщика, пытаясь всех обогнать на светофоре или в потоке, то удивляться тому, что приходится очень часто заезжать за заправку, не стоит.
И, наконец, наличие подобных систем, которыми оснащаются мощные двигатели, хотя бы частично, но объясняет их значительно завышенную стоимость, по сравнению с экономичными собратьями.
Расскажите друзьям!
Заметили ошибку в тексте? Выделите её, нажмите Ctrl+Enter и мы всё исправим!
Смотрите также