0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Система управления цилиндрами двигателя

Система управления цилиндрами: насколько полезна

Некоторые автолюбители задаются вопросом, а можно ли отключить цилиндр, один или несколько, от системы подачи топлива, не нарушив тем самым их работу в определённой последовательности. Ведь некоторые производители заявляют, что их двигатели умеют деактивировать на ходу несколько цилиндров. Специалисты уверяют, что сделать это можно, более того, приводят в пример ряд даже средних по технологической оснащённости компаний, которые используют такую конструкцию, но обо всём по порядку.

Что такое отключение цилиндров и для чего оно нужно

Система, позволяющая регулировать подачу топлива в выборочные цилиндры, называется «отключением цилиндров» двигателя. Речь идёт об отключении «нерабочих» цилиндров от системы, которые не помогают в данный момент, а только нагружают её и тормозят. Кроме того, можно закрыть, или заблокировать клапан газораспределительного механизма, для того чтобы перекрыть доступ воздуха. Следует заметить, что существуют конструкции, в которых клапана находится в стабильно закрытом положении. Отключение от системы цилиндров и клапанов способствует существенной экономии топлива , поскольку незадействованные цилиндры не потребляют топливо.

Слишком много цилиндров

Появились многоцилиндровые двигатели без малого 75 лет назад, примерно в тоже самое время стали задумываться и о проблемах экономии автомобильного топлива, поскольку, машины в середине прошлого века были чрезвычайно «прожорливыми». Так появилась система отключения цилиндров. Практиковалась она на автомобилях, двигатели которых имели много поршней. Разумеется, сегодня автомобилестроительная отрасль шагнула далеко вперёд, благодаря чему изменилась и конструкция двигателей, и качество автомобильного топлива, и его расход. Сейчас некоторые производители создают моторы с четырьмя поршнями, один или два из которых можно отключать.

Система отключения цилиндров

Сколько можно сэкономить

Следует заметить, что отключать можно несколько цилиндров только в том случае, если эксплуатация двигателя происходит, скажем так, в спокойном режиме, то есть на низких оборотах. Как показывает практика, существенную экономию топлива, равную 30 процентам можно получить при отключении четырёх из восьми цилиндров и при эксплуатации мотора в пределах 2-3,5 тысяч оборотов. Если обороты увеличивать, то экономия стремительно исчезает.

За счёт чего достигается экономия

В процессе отключения цилиндра происходит перераспределение воздуха с нерабочих на рабочие цилиндры, в результате у рабочих цилиндров значительно увеличивается коэффициент полезного действия. Кроме того, эффективнее начинает работать и система охлаждения, насос в свою очередь снижает количество подаваемого топлива, и тоге давление падает, а с ним и расход топлива.

Система управления цилиндрами

Как можно отключить цилиндр/цилиндры

  • Систему «отключения цилиндров» реализовать можно несколькими способами, чаще всего это делают:
  • Механически — либо производя смешение работы орбит распределительного вала, либо отключив подачу топлива на определённые цилиндры, либо создав переменную подачу топлива на тот или иной цилиндр;
  • Электронным способом через бортовую систему современного автомобиля, причём можно изменить и работу распредвала, и настроить чередование подачи топлива в цилиндры, или же полностью перекрыть его.

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.

МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЦИЛИНДРАМИ И МОЩНОСТЬЮ ДВИГАТЕЛЯ

МПСУ ЧИСЛОМ РАБОТАЮЩИХ ЦИЛИНДРОВ

Одним из недостатков существующих двигателей является невозможность изменять форму камеры сгорания и ее параметры при изменении режимов работы двигателя. Камеры сгорания выбирают на основании условий оптимизации рабочего процесса при работе на наиболее важных режимах работы двигателя. Поэтому на холостом ходу и малых нагрузках достижение оптимальности рабочих процессов практически исключено.

В двигателях с искровым зажиганием и внешним смесеобразованием уменьшение нагрузки принципиально ведет к снижению топливной экономичности. Это связано не только со снижением механического КПД двигателя, но и с ростом потерь при дросселировании заряда на впуске и со снижением индикаторного КПД в результате ухудшения процесса сгорания.

Одна из действенных мер преодоления указанных недостатков — отключение части цилиндров на этих режимах. В предельном (наиболее эффективном варианте) отключается подача топлива и воздуха. Для сохранения температур деталей цилиндропоршневой группы целесообразно чередовать отключение цилиндров. На практике приходится периодически отключать несколько последовательных циклов в чередуемых цилиндрах. Нагрузка оставшихся цилиндров увеличивается, и процессы в них приближаются к оптимальным.

Отключение цилиндров, изредка применяемое в гидромеханических системах управления, не всегда выполняется в полной мере автоматически. Гидромеханические исполнительные механизмы индивидуального управления работой каждого цилиндра конструктивно сложны и ненадежны. Электронные системы топливоподачи и газообмена существенно расширяют возможности регулирования числа работающих цилиндров.

Экспериментальные исследования двигателей позволяют установить оптимальное с точки зрения принятого критерия качества функционирования двигателя число работающих цилиндров на каждом режиме. Поэтому программное управление числом работающих цилиндров в функции частоты вращения и нагрузки двигателя достаточно эффективно.

При наличии датчика нагрузки (или крутящего момента) реализация программного регулирования числа работающих цилиндров не представляет

МГ1СУ числом работающих цилиндров:

ЗР — задатчик режима работы двигателя. САРЧ: 34 — задатчик частоты вращения; РЧ — регулятор частоты вращения; ФРИФ — формирователь-распределитель командных импульсов форсунок; ЭУФ — электроуправляемые форсунки. САРЧЦ: ЗЧЦ — задатчик числа работающих цилиндров; РЧЦ — регулятор числа работающих цилиндров; БЧО — блок чередования отключения цилиндров; ФРИК — формирователь-распределитель командных импульсов клапанов газораспределения; ЭСГР — электронная система газораспределения. /уд — положение педали управления двигателем; 1са — положение механизма сцепления; А. — номер включенной передачи; Л г „ — нагрузка на двигатель; ри — давление наддува; — температура масла; ы0ЫХ — уставка выключения цилиндра; нвкл — уставка включения цилиндра; I — число работающих цилиндров.

трудностей. Однако регулирование числа работающих цилиндров замкнутыми МПСУ более эффективно. Здесь регулируемым параметром является выходной сигнал регулятора частоты вращения двигателя. Он определяет величину цикловой подачи топлива в работающие (не отключенные) цилиндры. Задача системы — стабилизация подачи топлива путем изменения числа работающих цилиндров.

На рис. 8.17 представлена схема МПСУ дизеля, включающая в качестве основной (ведущей) части САРЧ и систему автоматического регулирования числа работающих цилиндров (САРЧЦ).

Вместо электроуправляемых форсунок могут быть также использованы насосы высокого давления или насос-форсунки. ЗР на основании информации о положении педали управления двигателем, положении механизма сцепления, включенной передаче, нагрузке на двигатель, давлении наддува, температуре, частоте вращения двигателя, а также о выходном сигнале регулятора частоты вращения вырабатывает задания локальным МПСУ, включая САРЧ и САРЧЦ.

На рис. 8.18 представлена пояснительная диаграмма регулирования числа работающих цилиндров.

В нижней ее части показаны зависимости расхода топлива двигателем от нагрузки для разных значений числа работающих цилиндров; в средней — зависимость выходного сигнала регулятора частоты от нагрузки; в верхней — установленное регулятором число работающих цилиндров.

Задатчик числа работающих цилиндров вырабатывает два значения выходного сигнала регулятора частоты нвых и нвкл, при которых должны производиться выключение и включение цилиндров. Интервал от нвых до ивкл выбран на основании необходимости подачи такого количества топлива, которое обеспечило бы в работающих цилиндрах рабочий процесс, достаточно близкий к оптимальному по расходу топлива.

Уставки (заданные значения сигналов, при достижении которых необходимы переключения числа цилиндров) ивых и нвкл подаются на вход регулятора числа работающих цилиндров, где с ними сравнивается текущее значение сигнала ич. Если при работе всех цилиндров нагрузка двигателя снижается до уровня, обозначенного 1, ич становится равным ивых и регулятор числа работающих цилиндров подает команду на отключение одного из цилиндров. Эта команда через блок чередования отключений поступает на формирователи-распределители управляющих импульсов форсунок и управляющих импульсов клапанов газораспределения, в результате в выбранный цилиндр не производится подача топлива и воздуха. Тогда работа двигателя переводится с характеристики I = п на характеристику I = п — 1, и необходимая мощность двигателя обеспечивается с меньшим расходом топлива.

При дальнейшем снижении нагрузки до уровня 2 текущее значение сигнала ич вновь становится равным ивых и регулятор числа работающих цилиндров подает команду на отключение еще одного цилиндра. Двигатель начинает работать по характеристикам г = п2 с еще меньшим расходом топлива.

При большем снижении нагрузки аналогично производятся переходы на режимы? = л-3,1 = п-4ит. п.

Диаграмма регулирования числа работающих цилиндров:

I — число работающих цилиндров; п — общее число цилиндров двигателя; ивых — уставка выключения цилиндра; цвкл — уставка включения цилиндра; в — расход топлива.

Если же нагрузка двигателя, например, из точки 2 начинает увеличиваться, то сигнал ич, изменяющийся по характеристике г = п — 2 при нагрузке двигателя, обозначенной 2′, становится равным ивкл. При этом регулятор числа работающих цилиндров включает один из выключенных цилиндров. Двигатель начинает работать по характеристикам I = п — 1, где увеличенная мощность обеспечивается с меньшим расходом топлива. Включение в работу оставшегося невыключенным цилиндра производится аналогично при увеличении нагрузки двигателя до уровня 1′.

Читать еще:  Принцип работы CarPlay от компании Apple

Разность уставок иВЬ1Х и ивкл выбирается из условия исключения автоколебаний в системе регулирования числа работающих цилиндров. Необходимо, чтобы режимы нагрузок двигателя в точках 1 и 1′, 2 и 2′, 3 и 3′, 4 и 4′ ит. д., определяемые разностью ивых и ивкл, были не меньше размаха колебаний нагрузки двигателя в установившихся режимах вблизи соответствующих точек переключения.

МПСУ числом работающих цилиндров представляет собой релейную систему автоматической стабилизации выходного сигнала регулятора частоты. Но в результате ее действия снижается расход топлива. Для более полного повышения эффективности работы двигателя величины ивых и ивкл могут программно-адаптивно изменяться в функции числа работающих цилиндров, частоты вращения двигателя, параметров наддувочного воздуха, состояний других агрегатов энергетической установки и температурного состояния двигателя. При этом зависимости ивых и ивкл в функции Уе нелинейны и неоднозначны.

Чередование отключения цилиндров, осуществляемое блоком чередования отключений, целесообразно для выравнивания условий работы всех цилиндров. При этом МПСУ числом работающих цилиндров становится близкой к системе управления частотой вращения двигателя, действующей путем отключения циклов. С другой стороны, разделение функций регулирования частоты вращения и числа работающих цилиндров обеспечивает сохранение высокого качества регулирования частоты вращения в переходных процессах и на установившихся режимах и достижение более высокого уровня оптимизации рабочего процесса в работающих цилиндрах.

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Изобретение двигателя внутреннего сгорания позволило человечеству в развитии шагнуть значительно вперед. Сейчас двигатели, которые используют для выполнения полезной работы энергию, выделяемую при сгорании топлива, используются во многих сферах деятельности человека. Но самое большее распространение эти двигатели получили в транспорте.

Все силовые установки состоят из механизмов, узлов и систем, которые взаимодействуя между собой, обеспечивают преобразование энергии, выделяемой при сгорании легковоспламеняемых продуктов во вращательное движение коленчатого вала. Именно это движение и является его полезной работой.

Чтобы было понятнее, следует разобраться с принципом работы силовой установки внутреннего сгорания.

Принцип работы

При сгорании горючей смеси, состоящей из легковоспламеняемых продуктов и воздуха, выделяется больше количество энергии. Причем в момент воспламенения смеси она значительно увеличивается в объеме, возрастает давление в эпицентре воспламенения, по сути, происходит маленький взрыв с высвобождением энергии. Этот процесс и взят за основу.

Если сгорание будет производиться в закрытом пространстве – возникающее при сгорании давление будет давить на стенки этого пространства. Если одну из стенок сделать подвижной, то давление, пытаясь увеличить объем замкнутого пространства, будет перемещать эту стенку. Если к этой стенке присоединить какой-нибудь шток, то она уже будет выполнять механическую работу – отодвигаясь, будет толкать этот шток. Соединив шток с кривошипом, при перемещении он заставит провернуться кривошип относительно своей оси.

В этом и заключается принцип работы силового агрегата с внутренним сгоранием – имеется закрытое пространство (гильза цилиндра) с одной подвижной стенкой (поршнем). Стенка штоком (шатуном) связана с кривошипом (коленчатым валом). Затем производится обратное действие – кривошип, делая полный оборот вокруг оси, толкает штоком стенку и так возвращается обратно.

Но это только принцип работы с пояснением на простых составляющих. На деле же процесс выглядит несколько сложнее, ведь надо же вначале обеспечить поступление смеси в цилиндр, сжать ее для лучшего воспламенения, а также вывести продукты горения. Эти действия получили название тактов.

Всего тактов 4:

  • впуск (смесь поступает в цилиндр);
  • сжатие (смесь сжимается за счет уменьшения объема внутри гильзы поршнем);
  • рабочий ход (после воспламенения смесь из-за своего расширения толкает поршень вниз);
  • выпуск (отведение продуктов горения из гильзы для подачи следующей порции смеси);

Такты поршневого двигателя

Из этого следует, что полезное действие имеет только рабочий ход, три других – подготовительные. Каждый такт сопровождается определенным перемещением поршня. При впуске и рабочем ходе он движется вниз, а при сжатии и выпуске – вверх. А поскольку поршень связан с коленчатым валом, то каждый такт соответствует определенному углу проворота вала вокруг оси.

Реализация тактов в двигателе делается двумя способами. Первый – с совмещением тактов. В таком моторе все такты выполняются за один полный проворот коленвала. То есть, пол-оборота колен. вала, при котором выполняется движение поршня вверх или вниз сопровождается двумя тактами. Эти двигатели получили название 2-тактных.

Второй способ – раздельные такты. Одно движение поршня сопровождается только одним тактом. В итоге, чтобы произошел полный цикл работы – требуется 2 оборота колен. вала вокруг оси. Такие двигатели получили обозначение 4-тактных.

Блок цилиндров

Теперь само устройство двигателя внутреннего сгорания. Основой любой установки является блок цилиндров. В нем и на нем располагаются все составные.

Конструктивные особенности блока зависят от некоторых условий – количества цилиндров, их расположения, способа охлаждения. Количество цилиндров, которые объедены в одном блоке, может варьироваться от 1 до 16. Причем блоки с нечетным количеством цилиндров встречаются редко, из выпускающихся ныне двигателей можно встретить только одно- и трехцилиндровые установки. Большинство же агрегатов идут с парным количеством цилиндров – 2, 4, 6, 8 и реже 12 и 16.

Силовые установки с количеством от 1 до 4 цилиндров обычно имеют рядное расположение цилиндров. Если количество цилиндров больше, их располагают в два ряда, при этом с определенным углом положения одного ряда относительно другого, так называемые силовые установки с V-образным положением цилиндров. Такое расположение позволило уменьшить габариты блока, но при этом изготовление их сложнее, чем рядным расположением.

Существует еще один тип блоков, в которых цилиндры располагаются в два ряда и с углом между ними в 180 градусов. Эти двигатели получили название оппозитных. Встречаются они в основном на мотоциклах, хотя есть и авто с таким типом силового агрегата.

Но условие количеством цилиндров и их расположением – необязательное. Встречаются 2-цилиндровые и 4-цилиндровые двигатели с V-образным или оппозитным положением цилиндров, а также 6-цилиндровые моторы с рядным расположением.

Используется два типа охлаждения, которые применяются на силовых установках – воздушное и жидкостное. От этого зависит конструктивная особенность блока. Блок с воздушным охлаждением менее габаритный и конструктивно проще, поскольку цилиндры не входят в его конструкцию.

Блок с жидкостным же охлаждением более сложен, в его конструкцию входят цилиндры, а поверх блока с цилиндрами расположена рубашка охлаждения. Внутри ее циркулирует жидкость, отводя тепло от цилиндров. При этом блок вместе рубашкой охлаждения представляют одно целое.

Сверху блок накрывается специальной плитой – головкой блока цилиндров (ГБЦ). Она является одной из составляющих, обеспечивающих закрытое пространство, в котором производится процесс горения. Конструкция ее может быть простая, не включающая дополнительные механизмы, или же сложная.

Кривошипно-шатунный механизм

Кривошипно-шатунный механизм, входящий в конструкцию мотора, обеспечивает преобразование возвратно-поступательного перемещения поршня в гильзе во вращательное движение коленвала. Основным элементом этого механизма является коленвал. Он имеет подвижное соединение с блоком цилиндров. Такое соединение обеспечивает вращение этого вала вокруг оси.

К одному из концов вала прикреплен маховик. В задачу маховика входит передача крутящего момента от вала дальше. Поскольку у 4-тактного двигателя на два оборота коленвала приходится только один полуоборот с полезным действием – рабочий ход, остальные же требуют обратного действия, которое и выполняется маховиком. Имея значительную массу и вращаясь, за счет своей кинетической энергии он обеспечивает провороты колен. вала во время подготовительных тактов.

Окружность маховика имеет зубчатый венец, при помощи его выполняется запуск силовой установки.

С другой стороны вала размещается приводная шестерня масляного насоса и газораспределительного механизма, а также фланец для крепления шкива.

Этот механизм также включает шатуны, которые обеспечивают передачу усилия от поршня к коленвалу и обратно. Крепление к валу шатунов тоже производится подвижно.

Поверхности блока цилиндров, колен. вала и шатунов в местах соединения напрямую между собой не контактируют, между ними находятся подшипники скольжения – вкладыши.

Цилиндро-поршневая группа

Состоит данная группа из гильз цилиндров, поршней, поршневых колец и пальцев. Именно в этой группе и происходит процесс сгорания и передача выделяемой энергии для преобразования. Сгорание происходит внутри гильзы, которая с одной стороны закрыта головкой блока, а с другой – поршнем. Сам поршень может перемещаться внутри гильзы.

Чтобы обеспечить максимальную герметичность внутри гильзы, используются поршневые кольца, которые предотвращают просачивание смеси и продуктов горения между стенками гильзы и поршнем.

Поршень посредством пальца подвижно соединен с шатуном.

Газораспределительный механизм

В задачу этого механизма входит своевременная подача горючей смеси или ее составляющих в цилиндр, а также отвод продуктов горения.

У двухтактных двигателей как такового механизма нет. У него подача смеси и отвод продуктов горения производится технологическими окнами, которые проделаны в стенках гильзы. Таких окон три – впускное, перепускное и выпускное.

Поршень, двигаясь производит открытие-закрытие того или иного окна, этим и выполняется наполнение гильзы топливом и отвод отработанных газов. Использование такого газораспределения не требует дополнительных узлов, поэтому ГБЦ у такого двигателя простая и в ее задачу входит только обеспечение герметичности цилиндра.

У 4-тактного двигателя механизм газораспределения имеется. Топливо у такого двигателя подается через специальные отверстия в головке. Эти отверстия закрыты клапанами. При надобности подачи топлива или отвода газов из цилиндра производится открывание соответствующего клапана. Открытие клапанов обеспечивает распределительный вал, который своими кулачками в нужный момент надавливает на необходимый клапан и тот открывает отверстие. Привод распредвала осуществляется от коленвала.

ГРМ с ременным и цепным приводом

Компоновка газораспределительного механизма может отличаться. Выпускаются двигатели с нижним расположением распредвала (он находится в блоке цилиндров) и верхним расположением клапанов (в ГБЦ). Передача усилия от вала к клапанам производится посредством штанг и коромысел.

Более распространенными являются моторы, у которых и вал и клапана имеют верхнее расположение. При такой компоновке вал тоже размещен в ГБЦ и действует он на клапана напрямую, без промежуточных элементов.

Система питания

Эта система обеспечивает подготовку топлива для дальнейшей подачи его в цилиндры. Конструкция этой системы зависит от используемого двигателем топлива. Основным сейчас является топливо, выделенное из нефти, причем разных фракций – бензин и дизельное топливо.

У двигателей, использующих бензин, имеется два вида топливной системы – карбюраторная и инжекторная. В первой системе смесеобразование производится в карбюраторе. Он производит дозировку и подачу топлива в проходящий через него поток воздуха, далее уже эта смесь подается в цилиндры. Состоит такая система и топливного бака, топливопроводов, вакуумного топливного насоса и карбюратора.

То же делается и в инжекторных авто, но у них дозировка более точная. Также топливо в инжекторах добавляется в поток воздуха уже во впускном патрубке через форсунку. Эта форсунка топливо распыляет, что обеспечивает лучшее смесеобразование. Состоит инжекторная система из бака, насоса, расположенного в нем, фильтров, топливопроводов, и топливной рампы с форсунками, установленной на впускном коллекторе.

У дизелей же подача составляющих топливной смеси производится раздельно. Газораспределительный механизм через клапаны подает в цилиндры только воздух. Топливо же в цилиндры подается отдельно, форсунками и под высоким давлением. Состоит данная система из бака, фильтров, топливного насоса высокого давления (ТНВД) и форсунок.

Недавно появились инжекторные системы, которые работают по принципу дизельной топливной системы – инжектор с непосредственным впрыском.

Система отвода отработанных газов обеспечивает вывод продуктов горения из цилиндров, частичную нейтрализацию вредных веществ, и снижение звука при выводе отработанного газа. Состоит из выпускного коллектора, резонатора, катализатора (не всегда) и глушителя.

Система смазки

Система смазки обеспечивает снижение трения между взаимодействующими поверхностями двигателя, путем создания специальной пленки, предотвращающей прямой контакт поверхностей. Дополнительно осуществляет отвод тепла, защищает от коррозии элементы двигателя.

Состоит система смазки из масляного насоса, емкости для масла – поддона, маслозаборника, масляного фильтра, каналов, по которым масло движется к трущимся поверхностям.

Система охлаждения

Поддержание оптимальной рабочей температуры во время работы двигателя обеспечивается системой охлаждения. Используется два вида системы – воздушная и жидкостная.

Воздушная система производит охлаждение путем обдува цилиндров потом воздуха. Для лучшего охлаждения на цилиндрах сделаны ребра охлаждения.

В жидкостной системе охлаждение производится жидкостью, которая циркулирует в рубашке охлаждения с прямым контактом с внешней стенкой гильз. Состоит такая система из рубашки охлаждения, водяного насоса, термостата, патрубков и радиатора.

Система зажигания

Система зажигания применяется только на бензиновых двигателях. На дизелях воспламенение смеси производится от сжатия, поэтому такая система ему не нужна.

У бензиновых же авто, воспламенение выполняется от искры, проскакивающей в определенный момент между электродами свечи накаливания, установленной в головке блока так, что ее юбка находится в камере сгорания цилиндра.

Состоит система зажигания из катушки зажигания, распределителя (трамблера), проводки и свечей зажигания.

Электрооборудование

Обеспечивает это оборудование электроэнергией бортовую сеть авто, в том числе и систему зажигания. Этим оборудование также производится и запуск двигателя. Состоит оно из АКБ, генератора, стартера, проводки, всевозможных датчиков, которые следят за работой и состоянием двигателя.

Это и все устройство двигателя внутреннего сгорания. Он хоть и постоянно совершенствуется, однако принцип работы его не меняется, улучшаются лишь отдельные узлы и механизмы.

Современные разработки

Основной задачей, над которой бьются автопроизводители – это снижение потребление топлива и выбросов вредных веществ в атмосферу. Поэтому они постоянно улучшают систему питания, результатом является недавнее появление инжекторных систем с непосредственным впрыском.

Ищутся альтернативные виды топлива, последней разработкой в этом направлении пока является использование в качестве топлива спиртов, а также растительных масел.

Также ученые пытаются наладить производство двигателей с совершенно иным принципом работы. Таковым, к примеру, является двигатель Ванкеля, но особых успехов пока нет.

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.

Читать еще:  Какие чехлы выбрать для автомобиля?

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.

МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ

МСУД стали устанавливать на автомобили с середины 80-х годов прошлого века. Система управляет двигателем по оптимальным хара­ктеристикам и не требует каких-либо регулировок и обслуживания в эксплуатации, т.е. автомобиль оборудуется системой внутреннего диаг­ностирования, в которой на колодку выводятся следующие контрольные точки системы электрооборудования:»+» аккумуляторной батареи, клем­ма «30» генератора, корпус («масса») автомобиля, клеммы низкого напря­жения катушки зажигания и датчик ВМТ поршня первого цилиндра. С помощью мотор-тестера система диагностирования позволяет оп­ределить: уменьшение компрессии в цилиндрах; степень разреженности и состояние аккумуляторной батареи; исправность генератора, стартера и системы зажигания.

Системы (управления, диагностирования) довольно сложные. Необ­ходимо применять их только при максимальной надежности комплекту­ющих изделий.

МСУД включает коммутатор и контроллер с раз­личными датчиками. Применяемые у нас МСУД предназначены для уп­равления зажиганием (моментом и энергией искрообразования) и элек­тромагнитным клапаном карбюратора.

Управление зажиганием по оптимальным характеристикам осуще­ствляется в зависимости от:

• частоты вращения коленчатого вала двигателя;

• давления во впускном коллекторе;

• температуры охлаждающей жидкости;

• положения дроссельной заслонки карбюратора.

Управление электромагнитным клапаном карбюратора осуществля­ется в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя и положения дроссельной заслонки карбюратора.

Электромагнитный запорный клапан топливного жиклера холостого хода появился у нас впервые на ВАЗ-2103 (1973 г.). Он ограничивает поступление топлива и обеспечивает мгновенную остановку двигателя после выключения зажигания, т.е. предотвращает работу горячего дви­гателя после выключения зажигания. На автомобилях ВАЗ-2108, -2109 электромагнитный запорный клапан и концевой выключатель регули­ровочного винта количества смеси холостого хода в комплекте с элек­тронным блоком управления уже составляли экономайзер принуди­тельного холостого хода (ЭПХХ). ЭПХХ — первое управляемое устрой­ство в системе питания карбюраторного двигателя.

ЭПХХ предназначен для экономии бензина при режимах принуди­тельного холостого хода, когда педаль «газа» отпущена, а вращение ко­ленчатого вала происходит принудительно «от колес» (торможение дви­гателем). При этом в связи с большим разряжением двигатель просто «высасывает» бензин из карбюратора.

Если электромагнитный клапан реагировал только на включение (открыт) и выключение (закрыт) зажигания, то при ЭПХХ клапан до­полнительно отключается (закрыт) при 2100 мин- 1 , а включается (от­крыт) при 1900 мин

1 . Блок управления отключает клапан только в том случае, если замкнут концевой выключатель карбюратора, т.е. если не нажат акселератор. При нажатом акселераторе клапан отключаться не будет (или включится, если был отключен).

Микрокомпьютер в МСУД выполняет следующие функции:

• с помощью датчиков измеряет частоту вращения коленчатого ва­ла двигателя, давление во впускном коллекторе, температуру ох­лаждающей жидкости и определяет степень открытости дроссель­ной заслонки карбюратора;

• на основе информации, полученной от датчиков, выбирает из запо­минающего устройства оптимальные углы опережения зажигания и требуемое состояние (за­крытое или открытое) элект­ромагнитного клапана кар­бюратора;

• производит интерполяцию (расчет промежуточных зна­чений) углов опережения за­жигания и вырабатывает уп­равляющие сигналы для ра­боты коммутатора.

Рассмотрим основные эле­менты МСУД: коммутатор и микрокомпьютер. В связи с ми­ниатюризацией коммутатора его часто объединяют с микрокомпь­ютером. Такая схема МСУД, ко­гда микрокомпьютер объединяет в себе функции микрокомпьюте­ра и коммутатора.

Датчики синхронизации индуктивные, они генерируют им­пульс напряжения при прохожде­нии в их магнитном поле штифта или зуба. Установочные зазоры датчиков в пределах 0,3—1,2 мм. Датчик начала отсчета 3 установлен на картере сцепления так, что он генерирует импульс напряжения в момент прохождения в его магнитном поле маркерного штифта, запрессованного в маховик. И этот момент соответствует положению ВМТ поршней первого и четвертого цилиндров (интервал между импульсами 360″). Датчик угловых импульсов 12 реагирует на зубья маховика, т.е. если число зубьев 128, то сигнал посылается 128 раз за оборот коленчатого вала или через 2,8125 градуса.

Датчик положения дроссель­ной заслонки и электромагнит­ный клапан относятся к карбю­ратору. Датчик сообщает о по­ложении дроссельной заслонки (открыта, закрыта). Электромаг­нитный клапан, как отмечалось, управляется микрокомпьютером в зависимости от частоты враще­ния коленчатого вала и положе­ния дроссельной заслонки.

Иногда с целью увели­чения надежности работы сис­темы зажигания на каждый ци­линдр устанавливают свою ка­тушку, чтобы получить бескон­тактное распределение высоко­вольтного напряжения при двухканальном коммутаторе. Одна катушка генерирует высоко­вольтные импульсы на свечи первого и четвертого цилинд­ров, а другая — на свечи второ­го и третьего цилиндров. При­чем искровой разряд происходит одновременно на двух свечах зажигания, т.е. на два оборота коленчатого вала (4 такта) в каждом цилиндре происходит два искровых разряда: один рабочий (конец та­кта сжатия), а второй холостой (конец такта выпуска отработавших газов).

Рассмотренная МСУД, применяемая на части автомобилей ВАЗ, яв­ляется наиболее простой как по объектам управления системой зажи­гания (не полностью электронная) и питания (карбюратор), так и по па­раметрам, учитываемым при обеспечении оптимального управления двигателем. К более сложным МСУД относится, например, система фирмы Bosch «Мотроник» (модификации 1.1; 1.3; 1.7; 2.7; 3.1; МЕ и др.) (рис. 21).

Цифровая система управления двигателем «Мотроник» объединяет системы управления зажиганием и питанием (впрыском). Управление осуществляется контроллером, представляющим собой специализиро­ванный микрокомпьютер, обрабатывающий по программе импульсы дат­чиков систем зажигания и питания согласно заложенному алгоритму.

В названии — «микропроцессорная система управления двигате­лем» (МСУД) упомянут микропроцессор, который представляет собой «мыслящую» часть микрокомпьютера.

При рассмотрении системы «Мотроник» воспользуемся терминологи­ей, принятой в Европе. Главная часть системы управления двигателем (рис. 21) — контроллер (рис. 22). В состав контроллера входит мик­рокомпьютер (рис. 23), а в него, в свою очередь, входит процессор 8.

Система «Мотроник» объединяет в себе систему впрыска топлива «Джетроник» (модификации: К, КЕ, L, LЕ, 1.3, 14, LН, LH2.2 и др.) и сис­тему полного электронного зажигания (У32) без распределителя с чис­лом катушек зажигания, равным числу цилиндров.

Контроллер системы «Мотроник» выполняет следующие функции:

• управление системой впрыска топлива;

• управление системой зажигания и регулирование момента зажигания;

• распределение тока высокого напряжения;

• управление пуском холодного двигателя;

• регулирование холостого хода двигателя;

• регулирование частоты вращения коленчатого вала двигателя;

Для упрощения рассмотрения системы «Мотроник» в функциональ­ной схеме контроллера (рис. 22) выделено устройство управления (про­цессор), являющийся микрокомпьютером, что позволяет, не загромож­дая функциональную схему контроллера, показать отдельно функцио­нальную схему микрокомпьютера (см. рис. 23).

Рассмотрим назначение основных датчиков системы «Мотроник».

Датчик положения коленчатого вала двигателя является общим для систем впрыска и зажигания. Он установлен на блоке цилиндров дви­гателя напротив зубчатого обода маховика и генерирует импульсы на­пряжения при прохождении в его магнитном поле обода маховика.

Датчик угловых импульсов установлен рядом с датчиком положения коленчатого вала двигателя и выдает на контроллер импульсы углово­го положения коленчатого вала, реагируя на зубья венца маховика. Од­новременно по сигналам (импульсам) этого датчика можно определить положение поршней относительно ВМТ.

Датчик температуры охлаждающей жидкости имеет отрицательный температурный коэффициент, т.е. его сопротивление падает при уве­личении температуры. Он установлен в головке цилиндров и выдает на контроллер сигналы температуры охлаждающей жидкости.

Датчик температуры поступающего воздуха также имеет отрица­тельный температурный коэффициент. Он встроен в измеритель рас­хода воздуха и с его выводов на контроллер поступают сигналы о тем­пературе всасываемого воздуха.

Измеритель расхода воздуха определяет объем всасываемого воз­духа за счет перемещения напорного диска, на оси которого установлен потенциометр, «преобразующий» угловое положение напорного диска в электрический сигнал. На основе информации, полученной от этого по­тенциометра, контроллер определяет нагрузку двигателя, поэтому из­меритель расхода воздуха с потенциометром — это датчик нагрузки двигателя.

Появились датчики расхода (измерители массы) воздуха чи­сто электрические без громозд­кой механической системы с на­порным диском. Масса воздуха, поступающего в двигатель, из­меряется по напряжению, необ­ходимому для поддержания по­стоянной температуры провод­ника, чувствительного к измене­ниям температуры проходящего мимо него потока воздуха. Из­менение «напряжения поддер­жания постоянной температу­ры» и является сигналом датчи­ка расхода воздуха. Измерители массы воздуха, где воздух обду­вает нагреваемый проводник, получили название термоанемо-метрических.Датчик углового положения дроссельной заслонки представ­ляет собой потенциометр, уста­новленный на оси заслонки.

Читать еще:  Цена нового кроссовера DS 7 Crossback 2018 для России

Датчик детонации обеспечивает защиту двигателя от детонации. При этом имеется ввиду не детона­ция, вызванная низкооктановым бензином, а детонация, связанная с ре­жимом работы двигателя. Например, при высокой температуре наруж­ного воздуха в случае превышения нормальной рабочей температуры охлаждающей жидкости датчик детонации подает импульсы на контрол­лер, который вырабатывает команды на смещение угла опережения за­жигания в сторону запаздывания до наступления детонации. Есть также датчики детонации, которые реагируют на увеличение жесткости сгора­ния смеси в цилиндрах двигателя. Общей особенностью датчиков дето­нации является то, что они предупреждают детонацию, реагируя на при­знаки скорого ее появления.

Система самодиагностики обнаруживает нарушения работы конт­роллера, элементов системы «Мотроник» и вводит их в запоминающее устройство контроллера.

При неисправности датчиков температуры охлаждающей жидкости, температуры поступающего воздуха, потенциометра измерителя рас­хода воздуха, контроллер начинает работать согласно величинам, при­нимаемым по «умолчанию» («умолчание» — это выбор программой сре­днего значения переменной при отсутствии указаний извне). После возвращения контроллера к нормальному режиму использование вели­чин, принимаемых по «умолчанию», прекращается.

Для облегчения поиска неисправностей предусмотрена возмож­ность затребования текущих параметров с помощью контроллера и приведения в действие того или иного элемента системы.

Для поиска неисправностей, введенных в запоминающее устройст­во контроллера, необходимо использование диагностических стендов на фирменных СТОА.

В системе «Мотроник» (см. рис. 21) установлено дополнительное оборудование для пуска холодного двигателя. Горючая смесь обогаща­ется при помощи электромагнитной пусковой форсунки, которая рабо­тает до тех пор, пока температура охлаждающей жидкости остается ниже определенного значения. Продолжительность работы пусковой форсунки ограничивается тепловым реле времени.

Бесперебойная работа двигателя на холостом ходу во время прогре­ва обеспечивается специальным клапаном, управляемым регулятором холостого хода и подводящим к двигателю дополнительное количество воздуха, минуя дроссельную заслонку.При работе прогретого двигателя на холостом ходу воздух подво­дится также по дополнительному воздушному каналу параллельно дроссельной заслонке.

|следующая лекция ==>
Электронное управление подвеской|ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБМОТОК

Дата добавления: 2017-09-19 ; просмотров: 1038 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Система управления цилиндрами ДВС

Зачем необходима система управления, или как ее еще называют, система отключения цилиндров? Ответ на этот вопрос содержится в самом названии данной системы.

За счет того, что некоторые цилиндры могут быть исключены из работы, расход топлива может быть существенно уменьшен – до 20%. При этом снижается и количество вредных выбросов.

Основной предпосылкой для создания этой системы стал типовой режим эксплуатации авто, при которой за все время работы используется максимум 30% его мощности. Выходит, что основную часть времени силовая установка не работает на полной нагрузке, даже близко. Дроссельная заслонка закрывается, что приводит к существенным насосным потерям, так как мотор не способен втягивать нужные объемы воздуха для эффективной работы.

Когда некоторые цилиндры отключаются в моменты незначительной нагрузки на ДВС, дроссельная заслонка открывается. Чаще всего система дезактивации цилиндров применяется на моторах с 6, 8 и 12 цилиндрами, если эти мощные двигатели работают недостаточно эффективно при незначительных нагрузках.

Как выключить цилиндр? Для этого требуется выполнить 2 действия. Во-первых, произвести закрытие впускного и выпускного клапанов, тем самым будет перекрыт доступ воздуха, а во-вторых, необходимо перекрыть подачу топлива в цилиндр.

Чтобы эффективно регулировать уровень подачи топлива, в двигателях применяются электромагнитные форсунки с электронным управлением. С технической точки зрения довольно затруднительно удерживать клапаны в закрытом состоянии, но различные производители силовых агрегатов решают данную проблему каждый собственным методом. Они используют системы Active Cylinder Control, Active Cylinder Technology, либо применяют толкатель, обладающий специальной конструкцией.

Конечно же, преимущества отключения цилиндров кажутся очевидными, но при этом не следует забывать и о некоторых недостатках, таких как появление шума, нежелательной вибрации и серьезная нагрузка на мотор.

Чтобы предупредить появление чрезмерной нагрузки на силовую установку, определенный заряд отработавших ранее газов из прошлого цикла продолжает оставаться в камере сгорания при отключенном двигателе. Поршень приводится в движение, газы сжимаются, а когда поршень уходит вниз, газы давят на него, что позволяет достичь уравнивающего эффекта.

Двухмассовый маховик и гидравлические опоры двигателя используют с целью уменьшения интенсивности вибраций. Понижение уровня шума достигается в выпускной системе. В данной системе использованы задний и передний глушители с различными по размерам резонаторами, а также специально подобраны необходимые длины труб.

Если мы обратимся к истории, то узнаем, что впервые система управления цилиндрами была использована еще компанией Cadillac в далеком 1981 году.

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 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.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector