Принцип работы системы отключения цилиндров двигателя

Автопроизводители стремятся обеспечить высокую мощность и одновременно низкий уровень потребления топлива на двигателях. Во многом вопрос решается с помощью гибридных силовых установок.

Но и на обычных ДВС это возможно. Нужно лишь отключить часть цилиндров. Подобные разработки появились уже достаточно давно. Ещё в 50-х годах прошлого века. Но в настоящее время удалось достичь действительно серьёзного прогресса. Многие современные автомобили успешно выпускаются с эффективными системами отключения цилиндров.

Что это такое и как работает

Отключение цилиндров ДВС — это система, с помощью которой можно регулировать подачу горючего в определённые цилиндры. То есть происходит отключение условно ненужных цилиндров от всей системы. Ведь они лишь перегружают двигатель и заставляют потреблять больше топлива.

Дополнительно закрываются или блокируются клапана ГРМ, чтобы закрыть доступ кислорода. Есть и такие системы, где эти клапаны закрыты постоянно.

Смысл простой. Когда не требуется задействовать всю мощность, часть цилиндров отключается. Причём у 8 и 4-цилиндровых ДВС обычно отключают 4 и 2 цилиндра соответственно. А у 6-цилиндровых моторов это может быть 2 или 3 единицы. Активация происходит в ситуациях, когда не нужно использовать весь потенциал. К примеру, на холостом ходу или во время движения на малой скорости.

Для ДВС существуют разные системы отключения цилиндров. Но суть у них одна. Это закрывание впускных/выпускных клапанов и блокировка подачи топлива в эти отсечённые цилиндры.

На современных автомобилях это достигается за счёт электромагнитных форсунок и ЭБУ. Сложности вызывает необходимость правильно регулировать текущее положение клапанов.

Как достигается экономия и за счёт чего

В системах отключения части цилиндров двигателя большинство людей интересует другой вопрос. Это то, какое количество топлива реально можно будет сэкономить.

Имея на автомобиле отключаемые цилиндры, вопрос количества сэкономленного топлива всё равно остаётся неоднозначным.

Системы адаптированы под работу в достаточно ограниченном диапазоне оборотов. Оптимальные показатели экономичности достигаются при 2000-3500 об/мин. Если же двигатель будет работать на более высоких оборотах, тогда польза от отключённых цилиндров и эффективность будут снижаться. И причина вполне очевидная.

Отключение в двигателе цилиндров рассчитано на то, что водитель будет ехать спокойно и размерено, на небольшой скорости. Это и способствует экономии. Но если поднять обороты, то оставшиеся 4 рабочих цилиндра (из 8) будут тянуть на себе весь мотор. А это сложно. В итоге система начнёт приносить обратный результат и начнётся перерасход топлива.

Также водителям нужно изменить свой стиль вождения, стараясь держать обороты не выше отметки в 3000. Даже если это разгон или какой-то обгонный манёвр. В идеале нужно плавно ускоряться и так же тормозить. Если имеются навыки, двигаться накатом.

Есть несколько факторов, которые и обеспечивают экономию.

• Отключая часть цилиндров, начинается перераспределение воздуха из отключённых элементов в оставшиеся рабочие. Это способствует значительному повышению КПД.
• Повышается эффективность работы системы охлаждения двигателя. Ведь получается, что охлаждать достаточно 4 цилиндра, а не все 8. Так что и тут КПД растёт.
• Изменяется подача топлива. Насосу приходится меньше подкачивать горючее, подавая только на рабочие элементы. В итоге снижается давление и повышается экономичность.

В сумме это может обеспечить порядка 30% экономии топлива.

Сами же разработчики отмечают, что их системы ориентированы на городскую езду, когда приходится долго стоять в пробках, останавливаться на светофорах. Чтобы на холостом ходу и при малых оборотах не перерасходовать топливо, часть цилиндров попросту деактивируется.

При этом существуют разные системы для отключения половины или трети цилиндров на ДВС.

Схемы работы

Различают 3 основные разновидности:

1. Механические. Отключение реализуется с помощью распредвала. Запуская систему, вал как бы смещается и работает в других зонах. Он отвечает за регулировку подачи топлива в поршни. Впускные клапаны находятся в постоянно закрытом положении, и в них горючее не поступает. Выпускные клапана при этом открытые. Это позволяет поршням просто гонять внутри них воздух. В итоге функционирует только половина силового агрегата. Отсюда и ожидаемая экономия топлива.
2. Система отключения подачи топлива. Здесь тоже всё довольно просто. В определённые цилиндры топливо попросту не поступает. Оно ограничено по уровню «подачи». Грубо говоря, такая система перекрывает топливные магистрали в определённых точках, и горючее не поступает в часть цилиндров. Интересно и то, что поршни в такой системе могут чередоваться. С механической точки зрения это такая же система. Клапана не перекрываются, распредвалы не двигаются и так далее. Но при этом в определённых цилиндрах топливо отсутствует. Они работают фактически впустую, перекачивая только воздух.
3. Электронные. Такие системы считаются более современными и продвинутыми. Одна из лучших реализована компанией BMW. Тут реализовано смещение валов и электронное перекрытие топливопровода. Система может включаться и отключаться автономно, то есть автоматически, без участия водителя. Допустим, двигаясь по городу на малой скорости, электронный блок управления фиксирует это и подаёт команду на активацию системы. Выехав на трассу и надавив на педаль газа, система так же автоматически отключается и все цилиндры вступают в работу.

Современные технологии

Говоря о том, как работает современная система отключения части цилиндров двигателя, нужно акцентировать внимание на 3 основных разработках. Это ACT, VCM и MDS.

Рассмотрим каждую из них более подробно:

1. MDS. Расшифровывается как Multi Displacement System. В переводе означает видоизменение объёма. Это электронная система, которую реализовали на американских автомобилях Dodge, Jeep и Chrysler с 8-цилиндровыми ДВС. Выполнена калибровка под работу двигателя в определённом спектре скоростей и оборотов. При активации системы цилиндры 1,4, 6 и 7 отключаются. В итоге с одной стороны остаются работать 2 внешних цилиндра, а с другой 2 внутренних. Для реализации такой системы были применены специальные толкатели, управляемые электромагнитными клапанами. Именно они отключают клапаны от распредвала. Такая система может работать только на машинах с АКПП.
2. VCM. Или Variable Cylinder Management. Разработка компании Honda. Принцип работы несколько иной. Заточена под 6-цилиндровые ДВС. При активации отключается треть или половина цилиндров, в зависимости от нагрузки. Система основана на изменениях фаз газораспределения (VTEC). Чтобы отключить цилиндры, происходит перемещение штифта, отсоединяющего коромысло. Последнее уже толкает вниз клапан.
3. ACT. Переводится как «технология активного цилиндра». Это немецкая разработка компании VAG. То есть Volkswagen. Применяется на двигателях объёмом 1,0-1,4 литра. Суть в том, чтобы отключать цилиндры в определённом диапазоне оборотов. Обычно это от 1400 до 4000 об/мин. На переключение уходит 13-36 миллисекунд. Основана система на специальных кулачках, которые имеют разную форму. Распределяются на скользящей по распредвалу муфте. Это формирует блоки кулачков. Всего их 4 на двигателе. Чтобы перемещать блок, используется стержень. Он скользит по канавке, что способствует перемещению. Исполнительные механизмы работают по командам от ЭБУ.

Другие компании также практикуют применения таких систем. Это отличная альтернатива гибридным силовым установкам, в которых экономия достигается за счёт перехода на электрическую тягу при малых скоростях и оборотах двигателя.

Зная, как работает подобная система с функцией отключения части цилиндров и какими они бывают, можно переходить к другим вопросам.

Преимущества и недостатки технологии

Как вы понимаете, отключение части цилиндров делается ради экономии топлива. Фактически они имеют 2 ключевых преимущества:

1. Экономия топлива. Как уже говорилось, расход может снижаться примерно на 30%. Это довольно внушительный показатель. Конечно, некоторые считают, что при отключении половины цилиндров и расход должен падать ровно в 2 раза. Это не так. Но и 30% показатель внушительный. Получить в городе расход в 10 литров на 100 км вместо 15 л более чем неплохо. Только учтите, что система актуальна именно для городского цикла. На трассе она бесполезная.
2. Улучшение экологичности. Происходит меньшая выработка оксидов углерода, оксидов азота и так далее. В основном это актуально для европейских стран, где предъявляются повышенные требования к экологичности автомобилей. Особенно в черте города.

Помимо экономии, частичное отключение цилиндров оборачивается следующими проблемами:

1. Сложная конструкция ДВС. Все системы усложняют конструкцию мотора. Это отражается на его последующем обслуживании и ремонте.
2. Высокая стоимость. Любой тип системы будет дорогим. А наиболее дорогостоящие — это электронные системы блокировки или отключения части цилиндров.
3. Ремонт и запчасти. Усложнённая конструкция автоматически усложняет ремонт и поиск нужных запчастей. Порой приходится ждать детали несколько месяцев.
4. Работа на 50% мощности при поломке. Если система выйдет из строя и вторая часть цилиндров не будет активироваться, на трассе ездить на такой машине будет крайне проблематично. Заметно увеличится расход топлива и нагрузка на мотор, пытаясь нормально разогнаться.
5. Сложность балансировки. Нужно использовать дополнительные подпоры, подушки и другие элементы. И за балансировкой двигателя придётся регулярно следить. Иначе мотор начнёт функционировать нестабильно, появятся вибрации.

К надёжности заводских систем вопросов нет. Они работают достаточно стабильно и эффективно. То есть постоянно сталкиваться с озвученными проблемами вряд ли придётся.

А вот солидная экономия топлива практически гарантируется. Поэтому стоит подумать о том, чтобы обзавестись автомобилем с таким дополнительным оснащением.

Ещё стоит добавить, что ведущие автокомпании продолжает развиваться в этом направлении, разрабатывают новые системы и решают ключевые проблемы. Это очень перспективные разработки. Так что в скором времени можно ждать улучшенной экономии и уменьшения списка недостатков.

Кто сталкивался с системами отключения цилиндров? Насколько это эффективно и полезно? Каким был расход в городе? Сильно ли менялись показатели потребления топлива?