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 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, 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). 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.

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. 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.

Материалы: http://systemsauto.ru/engine/cylinder_deactivation.html

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.

1. Применение кулачков распредвала, имеющих различную форму (реализовано в системе Active Cylinder Technology);
2. Выключение коромысла (реализовано в системах Variable Cylinder Management, а также Active Cylinder Control);
3. Применение специального толкателя (реализовано в системах Displacement on Demand и Multi-Displacement System)

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.

Материалы: http://www.auto-infosite.ru/articles_sistema_upravleniya_cilindrami.html

В процессе эксплуатации авто находится в режиме максимальной мощности двигателя менее тридцати процентов времени. Т. е. двигатель по большой части работает при значительных насосных утратах и при малой нагрузке. Многоцилиндровые двигатели особенно подвергаются этому. Техническое отключение цилиндров производится остановкой подачи бензина и закрытием выхлопных и впускных клапанов. Так как выключить форсунки не является значительной проблемой, то выключить клапана не так просто. Тут все производители выбирают собственный путь.

Впервые в 1981 году эту систему начали устанавливать на авто марки Cadillac. Установленные на коромыслах специальные электромагнитные катушки осуществляли открытие и закрытие клапанов. По сигналу центра управления срабатывали катушки, тем самым обеспечивая коромысла неподвижностью.

На автомобилях концерна GM с 2004 г устанавливается система отключения цилиндров, в которой толкателем особой конструкции осуществляется разъединение клапана и распредвала. По сигналу центра управления срабатывает электромагнитный клапан и масло под давлением смещет блокирующий штифт, тем самым отключая толкатель.

Honda в 2005 году использовала собственную систему управления цилиндрами Variable Cylinder Management, она на различных режимах может выключать различное число цилиндров. При спокойном движении при небольшой скорости выключается три цилиндра из шести. В переходном режиме с наибольшей мощностью и неполной нагрузкой система обеспечит работу четырёх цилиндров. Базу конструкции составляет распредвал с кулачками разной формы и коромысла. С помощью управляемого фиксатора при разных режимах работы коромысла выключатся или включатся. Система VCM работает с системой регулировки фаз и дополнена системами подавления шумов и снижения вибрации двигателя. Все вышеперечисленные системы использовались в моторах с большим количеством цилиндров.

Инженеры компании Volkswagen оборудуют четырёхцилиндровые бензинные моторы TSI объемом 1,5 литра системой выключения цилиндров при небольших нагрузках. Это заявление было опубликовано на страницах немецкого издания Focus.

Экономию топлива сможет улучшить система выключения двух из четырех цилиндров, она будет достигать от 1500 до 4000 оборотов в минуту. По данным изготовителя, среднее потребление топлива, благодаря данной системе, уменьшится приблизительно на 0,5 литра на сто километров пути, а практически при непрерывной скорости движения в 55-60 км\ч вполне возможно сэкономить около литра горючего. Радует, что процесс перехода двигателя из 1-го режима работы в иной режим будет абсолютно неприметным для водителя авто. Электроника всегда будет контролировать расположение педали газа, нажатие на тормозную педаль и нагрузку на двигатель, чтобы система не мешала динамичному вождению. Как ожидается, впервые четырех цилиндровые двигатели с возможностью деактивации половины цилиндров покажутся на хэтчбеке Golf седьмого поколения и на модификации Polo. Потом подобные двигатели станут возможными для автомобилей других марок, находящихся в производстве Volkswagen. На сегодняшний момент система выключения цилиндров предполагается для восьми цилиндровых турбо двигателей, какие ставятся на премиум машины Ауди S6, S7 и S8. В ней выключаются лишь впускные клапана.

Audi создала свою уникальную систему управления цилиндрами Cylinder on demand. Она основывается на фирменной системе контроля высоты подъема клапанов Audi valvelift. На восьми цилиндровых моторах используется Cylinder on demand, где система выключает четыре цилиндра и на "четверках", где из строя выводятся два цилиндра. Экономичность горючего сможет достичь до одного литра на сто км пробега.

Компания BMW для двигателя с шести цилиндрами создала особый способ выключения половины цилиндров, при этом прекращается подача бензина в первый, второй и третий цилиндры, а тем временем увеличивается подача горячего в остальные три цилиндра. Характерная черта этой системы - в выключенные цилиндры попадает отработанный газ, а не воздух, из-за этого в отключаемых цилиндрах удерживается хороший тепловой режим. Иностранные специалисты выяснили, что выключенные цилиндры напрямую работают как пневмо пружины. В сравнении с работой мотора на абсолютно всех 8 цилиндрах внутренние расходы топлива уменьшатся в полтора раза при работе 4 цилиндров. Известно, что если регулировать нагрузки путём выключения цилиндров, это дает возможность увеличить экономию топлива мотора до 40% при езде на холостом ходу, при движении по шоссе на 20% и в режиме спокойного разгона машины на 15%. При работе на не прогретом движке цилиндры не выключаются, а также при скорости меньше 45 километров в час.

Компания Ford разработала бензиновый двигатель с шести цилиндрами, в нём выключение цилиндров происходит при помощи электромагнитов, которые действуют на стрекозе выхлопных и впускных клапанов трёх цилиндров. В тоже время при помощи заслонок закрываются выхлопные и впускные каналы данных цилиндров. С помощью мини-ЭВМ, в которую поступает информация с датчиков перегрузки, частоты вращения и теплового режима работы мотора, а также данные об используемом передаточном отношении в коробки, производится управление электромагнитами. Деактивация цилиндров будет производиться при движении авто при скорости менее 80 километров в час.

Превосходства моторов с системой управления цилиндрами:

• увеличение экономии топлива (15-25%);
• уменьшается количество выбросов токсичных веществ в атмосферу (25-35%);
• уменьшаются насосные потери, улучшается наполняемость мотора свежим воздухом.

• при включении режима деактивации цилиндров может нарушиться балансировка двигателя, это приводит к сильной пульсации и увеличению уровня шумов. При более точных расчетах балансировки двигателя, эта проблема решается, а также применяя шумопоглощающие материалы и гидравлические опоры;
• хоть использование данной системы уменьшит расходы на горючее, она также увеличит цену на изготовление такого мотора;
• малое увеличение массы авто.

Материалы: http://www.autoshcool.ru/5214-sistema-upravleniya-cilindrami-avto.html