Система управления цилиндрами двигателя

Отключение цилиндров агрегата: смотрите принцип работы, механизмы и устройство, плюсы и минусы. В конце статьи видео-обзор принципа работы двигателя.
Содержание статьи:

Появление системы
Механизмы и устройство
Принцип работы и разновидность систем
Минусы и плюсы
Видео

Автоматизация автомобиля и экономия топлива это почти самые главные направления, в которых работают многие производители. Одним из примеров, экономии топлива считается современная система управления цилиндрами двигателя или так же известна как отключение цилиндров двигателя. Не зависимо от названия, принцип заключается в экономии топлива, но, как и в любом механизме есть свои плюсы и минусы.

Как появилась системы отключения цилиндров

Старая закономерность, чем больший объем двигателя и больше крутящий момент, тем больше лошадок под капотом, но и соответственно он прожорлив. В наши дни такая закономерность не всегда работает, а двигатель малого объема может быть прожорливей, нежели большого объема. Примером экономии топлива и снижения вредных выбросов считается система управления цилиндрами агрегатами.
Основным предназначением системы управления цилиндрами (ACC – Active Cylinder Control), является изменение рабочего объема агрегата, путем отключения части цилиндров во время работы. По предварительным данным экономия топлива составляет порядка 20%, при этом значительно уменьшается вредные выбросы вместе с выхлопными газами.

Поводом для разработки системы управления цилиндрами, является типичный режим эксплуатации машины. Зачастую максимальная мощность агрегата используется до 30-40% за весь период работы. Это главный показатель того, что двигатель всегда работает с неполной нагрузкой. Как правило, дросильная заслонка немного приоткрыта, агрегат постоянно подтягивает воздух для работы. В результате получаем насосные потери (работа в холостую), и в дальнейшем снижение эффективности работы агрегата.
Каждый производитель, который внедряет данную систему, по-своему разрабатывает или дорабатывает существующие механизмы, естественно и называет системы по-разному. Но все же, как не называй, а главный принцип работы и назначение будет одинаковым.

С чего состоит система управления цилиндрами

Система управления цилиндрами работает в большинстве случаев на многоцилиндровых, мощных двигателях (как правило, это 6, 8 или 12 цилиндров). Именно их работа неэффективна при небольших нагрузках, особенно при езде по городу.
Первые упоминания о системе были в 1981 году на автомобилях марки Cadillac. В основе механизма были электромагнитные катушки, которые устанавливались на коромыслах. Управление электроникой осуществлял специальный электронный блок. За счет срабатывания, коромысла становились неподвижными, а клапаны за счет мертвой хватки пружин оставались закрытыми. Как правило, в ГБЦ отключались противоположные пары цилиндров двигателя. Для того, чтоб понять водителю сколько цилиндров работает и исправны ли они, на панель приборов выводилась информация. Но широкого применения система не получила, имелись проблемы с подачей топлива, а так же с выключением.
Таким образом, в основе современной системы управления цилиндрами лежит как минимум три главных компонента - это электроника, блок управления и механическая часть, которая управляет цилиндрами.

Как работает отключение цилиндров двигателя

Само название: отключение цилиндров, говорит о том, что механизм не будет простым, так как изначально агрегат – это сердце машины. После неудачного эксперимента в 1981 году, доработанная система управления цилиндрами была установлена на Mercedes-Benz в 1999 году, под названием Active Cylinder Control (ACC). Клапана цилиндров закрывались за счет коромысла особой формы, оно состояло с двух рычагов, которые соединены между собой фиксаторами. В рабочем положении они соединялись в одно целое.
Если необходимо было отключить цилиндр, фиксаторы освобождали соединение, и каждый с рычагов коромысла мог двигаться самостоятельно. Стоит отметить, что клапана, под воздействием пружин были закрыты. За счет давления масла передвигались фиксаторы, а регулировка давления проходит за счет специального электромагнитного клапана. Как результат, такой непростой схемы, топливо в цилиндр переставало подаваться.
Инженеры Mercedes-Benz не только доработали систему управления цилиндрами, но и придумали, чтоб характерный звук выхлопной системы мощного мотора не менялся. Для этого, при выключении цилиндров они установили управляемый электроникой клапан, который может менять размер выпускного тракта. Таким образом, отключение цилиндров не меняло характерный, грубый звук выхлопной системы.

Более усовершенствована система MDS (Multi-Displacement System), устанавливается на машины марки Jeep, Dodge и Chrysler начиная с 2004 года. Пределы работы системы управления цилиндрами от 30 км/час, но когда частота коленвала не превышает 3000 об/мин. Система MDS достаточно не простая, в ней используется толкатель с особой формой. При необходимости он обеспечивает разъединение клапана и распредвала. Инженеры рассчитали так, что в нужное время, под давлением на толкатель подается масло, тем самым выдавливая блокирующий штифт. Таким образом, толкатель выводится с рабочего состояния. Контроль и регулировка давления масла производится за счет электромагнитного клапана.
Второй системой отключения цилиндров агрегата от компании General Motors считается Dod (Displacement on Demand), в её основе лежит предыдущая система. Начиная с 2004 года, система устанавливается на машины компании GM. Не отстали в разработке и японские инженеры, в 2005 году Honda начали применять систему VCM (Variable Cylinder Management). Как правило, система устанавливается на V-образные двигателя. Во время равномерного движения с небольшой скорости система VCM автоматически отключает один блок цилиндров (к примеру, 3 из 6 имеющихся). Если же идет переход от максимальной нагрузки к неполной, то система оставляет рабочими четыре цилиндра из 6-ти.
В основе VCM лежит система VTEC. Основными частями считаются коромысла, работающие в пару с кулачками разной формы. В случае необходимости коромысла выключаются или включаются за счет блокирующего механизма фиксаторов. Для того, чтоб улучшить работу двигателя, в пару разработаны системы AEM (Active Engine Mounts), которая регулирует величину вибрации двигателя. Система ASC (Active Sound Control) – предназначена для шумоподавления, избавит от нежелательных шумов в салоне машины.

Прогресс не остановился на месте и компания Volkswagen внесла свои поправки, разработав систему ACT (Active Cylinder Technology) в 2012 году. Целью для установки стали двигателя TSI 1,4 л. Управление цилиндрами двигателя работает в пределах оборотов от 1400 до 4000, отключая два цилиндра из четырех. Часть конструкции системы ACT перекочевала на двигателя автомобилей Audi, к технологии газораспределения Valvelift System. Для работы используются кулачки разной формы, все без исключения расположены на скользящей муфте по распределительному валу.
Муфта и кулачки образуют так званый блок кулачков, всего четыре блока в двигателе, два на выпускном вале и два на впускном. Блоки кулачков управляются за счет четырех исполнительных механизмов. Чтоб перемещать блоки, используется стержень, который скользит по спиралевидной канаве главного блока. Все команды на изменения передаются от блока управления двигателем.
Как видно, описанная поверхностно система на самом деле устроена намного сложней. Экономия топлива с наличием системы управления цилиндрами двигателя существенно заметна, но вот и стоимость таких двигателей значительно больше.

Плюсы и минусы системы управления цилиндрами

Как и в любом механизме, система управления цилиндрами двигателя имеет свои плюсы и минусы. Неоспоримо, плюсом считается экономия топлива, и меньший износ двигателя. Но вот с минусов это дополнительная нагрузка на двигатель, нежелательный шум и вибрация.
Для того, чтоб избежать нагрузок на агрегат, в отключенных поршнях остаются отработанные газы, которые остались от предыдущих рабочих моментов. Таким образом, газы сжимаются во время работы поршня и давят на поршень, когда тот движется вниз. За счет такого цикла обеспечивается уравнение давления и мощности. Но все же малейший дефект сплава может привести к самым неожиданным последствиям, поэтому во время ремонта необходимо ставить только оригинальные детали и ремонт проводить на специализированных, фирменных СТО.
Помимо нагрузок на двигатель, так же увеличивается вибрация, за счет неравномерного воспламенения топлива в двигателе. Инженеры решили устанавливать специальные опоры двигателя на основе гидравлики и двухмассовый маховик. Подавление шума и вибрации происходит в выпускной системе, для этого подбираются трубы специальной длины, используются два глушителя, привычный задний и еще один передний в пару с резонаторами разных размеров.
На современные автомобили устанавливают систему управления цилиндрами двигателя, но все же оставляют право выбора за покупателем, нужна ли она ему или нет. Так как главным остается не наличие, а будущее её обслуживание. Цена на ремонт такого двигателя в два раза выше, чем аналог без системы.
Видео-обзор работы управления цилиндрами на Dodge (двигатель HEMI 5.7 л):

Работа системы на автомобиле Honda Accord:

Работа системы ACT на двигателях компании Volkswagen: