Система управления цилиндрами двигателя

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.

Система управления цилиндрами авто

История системы

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.

Также эта система появилась на автомобилях Мерседес в 1999 г. В ней коромысла особой конструкции раскрывали клапана. Это была система из двух рычагов, объединенных друг с другом фиксатором в цельную конструкцию. Активировав систему, электромагнитные клапаны смещали фиксаторы и рычаги разъединялись, не имея способности влиять на клапана. В закрытом состоянии клапана сдерживались пружинами, а блок управления заканчивал подачу горючего в отключённые цилиндры.

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.

Модификация от Honda

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 кмч 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.

Недостатки системы:

• 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.

Система управления цилиндрами двигателя

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.

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.

Система отключения цилиндров двигателя

Система управления цилиндрами предназначена для отключения части цилиндров при работе двигателя на небольших нагрузках. При этом снижается расход топлива и, соответственно, выброс токсических веществ. Однако есть и недостатки: увеличивается вибрация и шум, двигатель испытывает дополнительные нагрузки.

Практика эксплуатации свидетельствует о том, что автомобили работают в режиме максимальной мощности не более 30% времени. То есть, по большей части двигатель работает с неполной нагрузкой и большими насосными потерями. Особенно актуально это для многоцилиндровых моторов.

Технически отключение цилиндров реализуется прекращением подачи топлива и закрытием впускных и выпускных клапанов. Но если отключить форсунки не представляется большой проблемой, то осуществить отключение клапанов довольно сложно. Здесь каждый производитель выбирает свой путь.

Впервые такая система появилась еще в 1981 году на автомобилях Cadillac. Закрытие клапанов в ней осуществляли специальные электромагнитные катушки, установленные на коромыслах. По команде блока управления катушки срабатывали, обеспечивая неподвижность коромысел.

В 1999 году подобная система появилась и на автомобилях Mercedes. В ней закрытие клапанов осуществлялось коромыслами особой конструкции. Они состояли из двух рычагов, соединенных между собой фиксатором в единое целое. При активации системы электромагнитный клапан смещал фиксатор, и рычаги разъединялись, не имея, таким образом, возможности воздействовать на клапана. Клапана удерживались пружинами в закрытом состоянии, а блок управления прекращал подачу топлива в отключаемые цилиндры.

С 2004 года на автомобилях концерна GM используется система отключения цилиндров, в которой разъединение распредвала и клапана осуществляется толкателем специальной конструкции. По команде блока управления срабатывает электромагнитный клапан, и давление масла сдвигает блокирующий штифт, отключая толкатель.

В 2005 году Honda применила свою систему Variable Cylinder Management (VCM), которая на разных режимах способна отключать разное количество цилиндров. При равномерном движении на небольшой скорости отключается 3 цилиндра из 6. В переходном режиме с максимальной мощности к неполной нагрузке система обеспечивает работу 4 цилиндров. Основу конструкции составляют коромысла и распредвал с кулачками различной формы. В зависимости от режима работы коромысла включаются или выключаются с помощью управляемого фиксатора. Система VCM взаимодействует с системой регулирования фаз и дополнена системами снижения вибраций двигателя и подавления шума в салоне.

Отключение впускных клапанов

Все вышеописанные системы использовались в многоцилиндровых моторах. Volkswagen же разработал аналогичную систему для своего четырехцилиндрового двигателя 1,4 TSI. В ней отключаются только впускные клапаны. За основу взята система изменения высоты подъема клапанов Valve Lift, применяемая в двигателях Audi. Разница состоит в том, что впускной распредвал оснащен, кроме обычных кулачков, кулачками нулевой, а не «половинной» высоты. Четыре из восьми кулачков на впускном распредвале могут перемещаться по команде блока управления, осуществляя, таким образом, переход с обычных на «нулевые». Срабатывает система в диапазоне оборотов от 1400 до 4000 об/мин при крутящем моменте от 25 до 75 Нм. Отключаются два цилиндра, обеспечивая экономию в среднем 0,4 литра на 100 км. При движении с постоянной скоростью около 50 км/ч на третьей или четвертой передаче можно снизить расход на 1л/100 км. Активация системы осуществляется от датчика педали акселератора, при этом не происходит увеличения шума и вибраций.

Свою собственную систему отключения цилиндров Cylinder on demand создала и Audi. Она базируется на фирменной же системе регулирования высоты подъема клапанов Audi valvelift. Применяется Cylinder on demand на V-образных “восьмерках”, где она отключает 4 цилиндра, и на “четверках”, где из работы “выводятся” два цилиндра. Экономия топлива может достигать до 1 литра на 100 км пробега.

Системы управления цилиндрами, применяемые в современных ДВС

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.

Основные системы управления цилиндрами

При постоянном вождении автомобиля двигатель Mercedes LK 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.

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)

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.

Система управления цилиндрами

Система управления цилиндрами представляет собой особую схему, которая при необходимости производит изменение рабочего объема двигателя. Для этого система временно отключает часть цилиндров двигателя. Такое конструктивное решение позволяет снизить расход топлива до 20% и уменьшить выделение вредных соединений в окружающую среду.

Система была разработана для типового режима, при котором максимально развиваемая мощность двигателя используется менее чем на 30%. Преобладающую долю времени, ДВС работает с минимальными нагрузками. Дроcсельная заслонка в таком режиме практически закрыта, но для работы, двигатель вынужден всасывать обычный объем воздуха, это приводит к снижению эффективности, по причине насосных потерь.

Система управления цилиндрами позволяет отключать часть цилиндров в режимах, когда двигатель работает на малых нагрузках. Чаще всего, данная система реализуется на двигателях с высокой мощностью, имеющих 6,8, 12 и более цилиндров.

Отключение цилиндра возможно при перекрытии к нему доступа воздуха, закрытии его впускного и выпускного клапанов, а также прекращении подачи топлива в него.

Современные ДВС имеют электромагнитные форсунки, управление которыми осуществятся электронной системой. Ввиду того, что данная система технически очень сложна, каждый из производителей видит ее реализацию по-своему. Из всех методов, мы выделим лишь три самых распространенных:

• Внедрение специальных толкателей (система Multi-Displacement System, Displacement on Demand);
• Система с отключением коромысла (системы Active Cylinder Control, Variable Cylinder Management);
• Установка на коленвале кулачков различных форм.

Принудительное отключение нескольких цилиндров имеет свое преимущество, но в тоже время есть и недостатки. Это дополнительные нагрузки на работающие цилиндры, и избыточный шум.

Снижение уровня вибрации при работе двигателя призван обеспечить двухмассовый маховик. Уменьшение шума осуществляется выхлопной системой, состоящей из труб различных размеров и двух резонаторов.

Первоначально, система управления за работой цилиндров была реализована на автомобилях марки Cadillac в 1981 году. В ее состав входили специально изготовленные электромагнитные катушки. Они располагались на коромыслах. При подаче тока на катушку, она блокировала работу коромысла, клапана оставались закрытыми. Система позволяла отключать сразу пару расположенных напротив друг друга цилиндров. На приборной панели отображались данные о числе работающих в настоящее время цилиндров.

Активного распространения данная система не смогла получить, так как имела серьезные проблемы с подачей топлива во все цилиндры.

На смену вышеописанной системе пришла новая, под названием Active Cylinder Control, ACC. Она стала устанавливаться на автомобилях концерна Mercedes-Benz начиная с 1999 года. Клапана цилиндра блокировались при помощи специального коромысла, которое состояло из двух рычагов, соединенных между собой фиксатором. В режиме работы, фиксатор делал работу клапанов синхронной, но при его отключении каждый клапан работал самостоятельно. При этом под действием пружин они находились в закрытом состоянии. Фиксатор приводился в действие с помощью масла, находящегося под давлением, которое в свою очередь поступало или перекрывалось при помощи электромагнитного клапана. В момент отключения клапанов, перекрывалась подача и топливной смеси.

Чтобы во время отключения нескольких клапанов двигателя, звук его работы в системе выхлопа не изменялся, в нее устанавливался специальный клапан, который позволял регулировать сечение выпускного тракта.

Система Multi-Displacement System, MDS

Данное конструкторское решение устанавливается на модели компании Chrysler, Dodge, Jeep начиная с 2004 года. Отключение цилиндров происходит при ускорении автомобиля более 30кмч и числу оборотов в минуту — менее 3000.

В системе реализован специальный толкатель, который обеспечивает разъединение распредвала и клапана. При необходимости толкатель начинает воздействие от подаваемого к нему масла под давлением и выдавливает блокирующий штифт. За давление масла отвечает специальный электромагнитный клапан.

Displacement on Demand, DoD — аналогичная система, устанавливаемая на автомобили компании General Motors начиная с 2004 года.

Более совершенной является система от компании Honda под названием Variable Cylinder Management, VCM. Она устанавливается на автомобили с 2005 года. При равномерном движении автомобиля, система блокирует работу одного блока цилиндров, т.е. трех цилиндров из шести (двигатель V-образной конструкции). В случае, когда двигатель переходит с полной нагрузки на неполную мощность, система отключает два из шести цилиндров.

Исходя из своей конструкции, система VCM основана на работе системы изменения фаз газораспределения VTEC. В ней установлены коромысла, которые работают с полным согласованием с кулачками разных форм. Когда необходимо исключить из работы цилиндр, коромысла блокируются фиксатором.

Для наиболее эффективной работы данной системы, внедряются такие решения, как Active Engine Mounts. Оно позволяет регулировать уровень вибрации двигателя. Система активного шумоподавления Active Sound Control.

Работа системы ACT основана на изменениях фаз в ГРМ Valvelift System, которая до этого применялась на автомобилях компании Audi. Система работает благодаря кулачкам разной формы установленные на специальной муфте, которая может перемещаться. В двигателе имеется четыре блока, состоящих из кулачков и муфт. Их режим работы и перемещение определяются блоком управления двигателем.

Источники:

http://systemsauto.ru/engine/cylinder_deactivation.html
http://www.autoshcool.ru/5214-sistema-upravleniya-cilindrami-avto.html
http://americanmusclecar.ru/misc/fuel_saver_technology/
http://avtonov.info/sistema-otkljuchenija-cilindrov-dvigatelja
http://autodromo.ru/articles/sistemy-upravleniya-cilindrami-primenyaemye-v-sovremennyh-dvs
http://nivus.ru/wiki/dvigatel/sistema-upravleniya-tsilindrami/