Система отключения цилиндров двигателя

Впервые инженеры задумались об этом во второй половине двадцатого века, однако они столкнулись с неожиданным препятствием. Дело в том, что частичное отключение было возможно только на двигателях, имеющих шесть и более цилиндров, моторы с меньшим количеством цилиндров, при отключении хотя бы одного из них, начинали неравномерно работать.

8-цилиндровые "восьмерки" объемом 6,0 литра снабдили системой отключения четверти или половины цилиндров на машинах Cadillac еще в начале 1980-х годов. В 1990-х идею реализовали и в Европе. 600-е и 500-е "Мерседесы" в кузовах w140 и w220 также умели отключать половину цилиндров у своих 8- и 12-цилиндровых двигателей.

В настоящее время система отключения цилиндров успешно применяется и на четырехцилиндровых моторах.

Основная идея заключается вовсе не в том, чтобы не впрыскивать топливо в половину цилиндров и тем самым его сэкономить. Главный плюс тут в другом. Дело в том, что КПД бензинового двигателя прямо зависит от открытия дросселя и на частичном газу коэффициент полезного действия очень низок. А, скажем, 12-цилиндровому двигателю полностью открытый дроссель требуется весьма редко. Если же мы временно делаем такой двигатель 6-цилиндровым, то дроссель на той же скорости сразу открывается почти в два раза больше, что автоматически сильно поднимает КПД и, тем самым, позволяет экономить бензин.

На 8-цилиндровых двигателях отключают по два цилиндра из каждого ряда. Электроника прекращает подачу топлива в эти цилиндры и отключает впускные и выпускные клапана. Кроме этого, изменяются угол открытия дросселя, угол опережения зажигания. А, например, на двигателе V6 на Honda Inspire полностью отключается один ряд. И делается все это незаметно для водителя.

При отключении, разумеется, возникает ряд проблем. Например, неработающие цилиндры начинают переохлаждаться. А нарушение теплового режима работы — это всегда плохо.

Наконец, изменяется вибронагруженность двигателя. Для того, чтобы вибрации работающей одной половинки мотора не слишком раздражали водителя, на Honda Inspire применили активную гидроопору двигателя, которая управляется центральным "мозгом" и меняет свою жесткость в такт вспышкам в оставшихся цилиндрах.

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.

-- 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.

-- 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.

-- 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.