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%.

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

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

http://cyberleninka.ru/article/n/vliyanie-sposoba-otklyucheniya-chasti-t...

Тут подробности про фольцвагеновский 1,4 TSI

http://vwts.ru/pps/pps_510_syst_otkl_cyl_act_1_4_tsi_cpty_rus.pdf