Переменный объем
Переменный рабочий объем — это технология автомобильного двигателя, которая позволяет рабочий объем двигателя изменять , обычно путем отключения цилиндров , для повышения экономии топлива . Эта технология в основном используется в больших многоцилиндровых двигателях. Многие производители автомобилей приняли эту технологию с 2005 года, хотя эта концепция существовала некоторое время до этого.
Теория работы
[ редактировать ]Деактивация цилиндров используется для снижения расхода топлива и выбросов двигателя внутреннего сгорания при работе с малой нагрузкой. При типичном вождении с малой нагрузкой водитель использует лишь около 30 процентов максимальной мощности двигателя. В этих условиях дроссельная заслонка практически закрыта, и двигателю приходится работать, чтобы всасывать воздух. Это вызывает неэффективность, известную как потери накачки. Некоторые двигатели большой мощности при небольшой нагрузке требуют настолько сильного дросселирования, что давление в цилиндре в верхней мертвой точке составляет примерно половину от давления в небольшом 4-цилиндровом двигателе . Низкое давление в цилиндре приводит к снижению эффективности использования топлива . Использование отключения цилиндров при небольшой нагрузке означает, что меньшее количество цилиндров всасывает воздух из впускного коллектора , что приводит к увеличению давления жидкости (воздуха). Эксплуатация без регулируемого рабочего объема является расточительной, поскольку топливо непрерывно закачивается в каждый цилиндр и сгорает, даже если максимальная производительность не требуется. Заглушив половину цилиндров двигателя, количество потребляемого топлива становится значительно меньше. Между уменьшением насосных потерь, что повышает давление в каждом рабочем цилиндре, и уменьшением количества перекачиваемого в цилиндры топлива, Расход топлива может быть снижен на 8–25 процентов в условиях шоссе. [1] [2]
Деактивация цилиндров достигается путем удержания впускных и выпускных клапанов закрытыми для конкретного цилиндра. создается «воздушная пружина» Удерживая впускной и выпускной клапаны закрытыми, в камере сгорания : захваченные выхлопные газы (сохранившиеся от сгорания предыдущего заряда) сжимаются во время хода поршня вверх и давят на поршень во время его хода вниз. Сжатие и декомпрессия захваченных выхлопных газов оказывают выравнивающий эффект – в целом дополнительная нагрузка на двигатель практически отсутствует. В новейших системах отключения цилиндров система управления двигателем также используется для прекращения подачи топлива в отключенные цилиндры. Переход между нормальной работой двигателя и отключением цилиндров также сглаживается за счет изменения угла опережения зажигания , угла опережения кулачков и положения дроссельной заслонки (благодаря электронному управлению дроссельной заслонкой ). В большинстве случаев деактивация цилиндров применяется к двигателям с относительно большим рабочим объемом, которые особенно неэффективны при небольшой нагрузке. В случае V12 , можно отключить до 6 цилиндров. [1]
Две проблемы, которые необходимо решить при использовании всех двигателей с переменным рабочим объемом, — это несбалансированное охлаждение и вибрация. [ нужна ссылка ]
История
[ редактировать ]Старейшим технологическим предшественником двигателя переменного рабочего объема является двигатель с переменным рабочим объемом , разработанный в конце 19 века. Эти одноцилиндровые стационарные двигатели имели центробежный регулятор , который отключал цилиндр до тех пор, пока двигатель работал со скоростью выше заданной, обычно путем удержания выпускного клапана открытым.
Кадиллак L62 V8-6-4
[ редактировать ]
Первые эксперименты с многоцилиндровыми двигателями во время Второй мировой войны . [3] были повторены в 1981 году на двигателе Cadillac злополучном L62 «V8-6-4» . Эта технология стала стандартной функцией всех моделей Cadillac, кроме Seville , у которой в качестве базового двигателя использовался дизельный двигатель V-8 350. Компания Cadillac совместно с корпорацией Eaton разработала инновационную систему V-8-6-4, в которой использовался первый в отрасли блок управления двигателем для переключения двигателя с 8-цилиндрового режима на 6-цилиндровый или 4-цилиндровый в зависимости от необходимой мощности. [3] Оригинальная многообъемная система отключала противоположные пары цилиндров, позволяя двигателю иметь три разные конфигурации и объемы. Автомобили прошли сложную процедуру диагностики, включая отображение кодов неисправностей двигателя на дисплее кондиционера. Однако система была проблемной, ее неправильно понимали клиенты, а череда непредсказуемых сбоев привела к быстрому отказу от технологии. [3]
Альфа Ромео Альфетта СЕМ
[ редактировать ]В 1981 году Alfa Romeo разработала в сотрудничестве с Генуэзским университетом полуэкспериментальную версию Alfa Romeo Alfetta с двигателем изменяемого рабочего объема , получившую название Alfetta CEM ( Controllo Elettronico del Motore , или Электронное управление двигателем), и продемонстрировала ее на Франкфуртском автосалоне . [4] 2,0-литровый модульный двигатель мощностью 130 л.с. (96 кВт; 128 л.с.) имел системы впрыска топлива и зажигания, управляемые блоком управления двигателем, который мог при необходимости отключать два из четырех цилиндров, чтобы снизить расход топлива. Первоначальная партия из 10 экземпляров была передана водителям такси в Милане для проверки работы и производительности в реальных ситуациях. [4] [5] По данным Alfa Romeo, в ходе этих испытаний было обнаружено, что отключение цилиндров снижает расход топлива на 12% по сравнению с двигателем CEM с впрыском топлива без переменного объема и почти на 25% по сравнению со стандартным 2,0-литровым карбюраторным двигателем . [5] После первых испытаний в 1983 году небольшая серия из 1000 экземпляров была выставлена на продажу избранным клиентам; [4] Был выпущен 991 экземпляр. Несмотря на вторую экспериментальную фазу, проект не получил дальнейшего развития.
Мицубиси МД
[ редактировать ]В 1982 году компания Mitsubishi разработала собственную систему регулируемого рабочего объема в форме MD (Modulated Displacement), которая доказала, что технология, впервые использованная в двигателе Mitsubishi объемом 1,4 л 4G12 рядном четырехцилиндровом , может успешно работать. [6] Поскольку система Cadillac оказалась неудачной и использовался четырехцилиндровый двигатель, Mitsubishi провозгласила свою систему первой в мире. [7] Позже эта технология была использована в двигателях Mitsubishi V6. [8]
Система работала путем отключения клапанов цилиндров № 1 и 4 на скорости ниже 70 км/ч (43,5 миль в час), на холостом ходу и при замедлении. Показатели расхода топлива в целом были улучшены примерно на 20 процентов по сравнению с обычным двигателем 4G12. [9] Источники журнала, однако, жаловались на очень грубую работу двигателя в двухцилиндровом режиме, несмотря на специальные опоры двигателя с гидравлическим демпфированием. [10] Другие усилия, предпринятые для минимизации вибраций и жесткости, включали в себя секцию гибкой выхлопной трубы, которая не включала систему до тех пор, пока температура охлаждающей жидкости не достигнет 70°C, а также утяжеление маховика на 70 процентов. [11] Усилия Mitsubishi продлились недолго, главным образом из-за отсутствия реакции со стороны покупателей автомобилей. [12]
В 1993 году, через год после того, как компания Mitsubishi разработала собственную технологию изменения фаз газораспределения , MIVEC был представлен вариант -MD. Возрожденная технология MD теперь находилась во втором поколении с улучшенным электронным управлением двигателем, позволяющим практически незаметно переключаться с 4 на 2 цилиндра. В режиме MD двигатель MIVEC задействует только два из четырех цилиндров, что значительно снижает потери энергии из-за насосных потерь. Кроме того, уменьшаются потери мощности из-за трения двигателя. [7] В зависимости от условий система MIVEC-MD позволяет снизить расход топлива на 10–20 процентов; хотя часть этого выигрыша достигается за счет системы изменения фаз газораспределения, а не за счет функции изменения рабочего объема. [8] Модулированное смещение было прекращено примерно в 1996 году. [8]
Системы послепродажного обслуживания
[ редактировать ]Ряд компаний с разной степенью успеха разработали системы дезактивации цилиндров для вторичного рынка. Оценка EPA в 1979 году автомобильной системы дезактивации цилиндров (ACDS), которая позволяла восьмицилиндровым двигателям работать на четырех цилиндрах, показала, что выбросы угарного газа и оксида азота увеличились за пределы законных пределов действовавших тогда стандартов выбросов. [13] Хотя экономия топлива была увеличена, ускорение было серьезно затруднено, а потеря вакуума в двигателе привела к опасной потере эффективности торможения, когда система работала в четырехцилиндровом режиме. [13] В дополнение к этим проблемам, хотя компания предлагала систему с гидравлическим управлением, которую можно было переключать изнутри автомобиля, реализуемую ими версию приходилось менять вручную в моторном отсеке с помощью ручных инструментов. [13]
Подарок
[ редактировать ]В настоящее время используются два основных типа механизмов отключения цилиндров, в зависимости от типа клапанного механизма двигателя. Первый предназначен для конструкций толкателей , в которых используются соленоиды для изменения давления масла, подаваемого на стопорные штифты в толкателях. Если стопорный штифт не на своем месте, подъемники складываются и не могут поднять сопутствующие толкатели под коромыслами клапанов, в результате чего клапаны остаются закрытыми, когда кулачок давит на потерянную деталь.
Второй тип предназначен для двигателей с верхним расположением распредвала и использует пару сблокированных вместе коромысел, которые используются для каждого клапана. Один коромысл повторяет профиль кулачка, а другой приводит в действие клапан. Когда цилиндр деактивируется, давление масла, управляемое соленоидом, освобождает стопорный штифт между двумя коромыслами. Пока один рычаг все еще следует за распределительным валом, разблокированный рычаг остается неподвижным и не перемещает клапан. [14] Благодаря компьютерному управлению быстрая деактивация и повторная активация цилиндров происходят практически мгновенно. [15]
Некоторые производители автомобилей в настоящее время выпускают двигатели с отключением цилиндров.
(ACC) компании Daimler AG Технология переменного рабочего объема Active Cylinder Control дебютировала в 2001 году на 5,8-литровом двигателе V12 моделей CL600 и S600.
В конце 1990-х годов Mercedes-Benz разработал свою многоцилиндровую систему V12 , которая отключает все остальные цилиндры в порядке зажигания. Он широко использовался на двигателях V8 с толкателем, начиная с DaimlerChrysler Hemi 2004 года .
Начиная с 2003 года, Honda представила систему переменного управления цилиндрами на семейства J. двигателях Система Honda работает путем отключения ряда цилиндров, переключения с 6 на 4 на 3 цилиндра.
В 2005 году GM представила свою Active Fuel Management систему дезактивации цилиндров (в малоблоках поколения IV ), которая, подобно системе MDS Chrysler, отключала половину цилиндров. В 2018 году GM представила улучшенную систему под названием Dynamic Fuel Management. [16] который отключает любое количество цилиндров в различных комбинациях, в зависимости от насущных потребностей. Система основана на технологии Dynamic Skip Fire. [17] технология, разработанная калифорнийской компанией Tula Technology. [18] а двигатель объемом 6,2 л, включающий его, был назван одним из 10 лучших двигателей Ward в 2019 году.
В 2012 году Volkswagen представил технологию Active Cylinder Technology (ACT), став первым производителем, применившим эту технологию в четырехцилиндровых двигателях. [19]
В ноябре 2016 года Ford анонсировал компактный трехцилиндровый двигатель Ecoboost с отключением одного из цилиндров. На данный момент это самый маленький двигатель, в котором используется дезактивация, и он позволит применить все преимущества в небольших автомобилях. [20]
В ноябре 2017 года Mazda объявила о стандартной деактивации цилиндров во всех моделях CX-5 2018 года и о доступности моделей Mazda6 . [21] [22]
По состоянию на 2020 модельный год около 15% легковых автомобилей, проданных в США, использовали деактивацию цилиндров, преимущественно используемые Mazda (64%), GM (44%), Honda (24%) и FCA (23%). ). [23]
Связанные технологии
[ редактировать ]Переменная степень сжатия . Наиболее известной такой системой был экспериментальный двигатель Saab с переменной степенью сжатия , в котором использовался шарнирный блок для перемещения поршней ближе к головке или дальше от нее, изменяя таким образом размер камер сгорания. Другие экспериментальные системы включают двигатель Хефли, в котором используется скользящая обойма кривошипа на эксцентриковом валу. [24] и двигатель деактивации поршней Scalzo, в котором используется четырехзвенная рычажная связь, особенность которого заключается в том, что он может полностью останавливать отдельные поршни. [25] В настоящее время нет серийных автомобилей, в которых используется какая-либо из этих конструкций.
Cadillac Кроме того, некоторые двигатели, такие как серия двигателей Northstar и двигатели Ford Modular и Duratec, имеют отказоустойчивый режим, в котором, если двигатель перегревается или теряет охлаждающую жидкость, контроллер двигателя прекращает подачу топлива и искру в половине цилиндров. Если работа клапана останется неизменной, цилиндры, работающие на негорючих газах, будут охлаждать двигатель на воздухе.
Технологии переменного рабочего объема
[ редактировать ]- В 2015 году Bentley представила обновленный двигатель L-серии с переменным рабочим объемом.
- (MDS) DaimlerChrysler Система Multi-Displacement использовалась в Chrysler . моделях
- DaimlerChrysler Active Cylinder Control (ACC) использовался в Mercedes-Benz. моделях
- Дженерал Моторс V8-6-4 ( Кадиллак )
- Дженерал Моторс Кадиллак Шестнадцать ( Кадиллак )
- General Motors Активное управление топливом
- Honda Система переменного управления цилиндрами (VCM)
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б «Возрождение деактивации цилиндров — Часть 1, Autospeed, выпуск 342, Майкл Ноулинг» . 3 августа 2005 г. Архивировано из оригинала 28 июля 2011 г.
«Возрождение деактивации цилиндров — Часть 2, Autospeed, выпуск 343, Майкл Ноулинг» . Автоспид АС . 10 августа 2005 г. Архивировано из оригинала 31 марта 2012 г. - ^ Сиуру, Билл. «Экономьте газ: баллоны становятся умнее» . www.greencar.com . Архивировано из оригинала 3 июля 2009 г.
- ^ Jump up to: а б с «FindArticles.com — CBSi» . www.findarticles.com .
- ^ Jump up to: а б с Сабадин, Витторио (15 апреля 1983 г.). «Альфа снижает расход за счет «отсоединения» цилиндров» . Ла Стампа (на итальянском языке). п. 25 . Проверено 6 марта 2015 г.
- ^ Jump up to: а б Фену, Мишель (7 мая 1982 г.). «Альфа, модульный двигатель для снижения потребления» . Ла Стампа (на итальянском языке). п. 19 . Проверено 6 марта 2015 г.
- ^ « Интернет-музей Mitsubishi Motors», веб-сайт Mitsubishi Motors» . Архивировано из оригинала 16 июля 2011 г.
- ^ Jump up to: а б « История Mitsubishi Motors», веб-сайт Mitsubishi Motors в Южной Африке» . Архивировано из оригинала 25 января 2007 г. Проверено 12 марта 2007 г.
- ^ Jump up to: а б с «Гора MIVEC». Архивировано 5 мая 2007 г. в Wayback Machine , Майкл Ноулинг, AutoSpeed , выпуск 346, 3 сентября 2005 г.
- ^ Кацумото, Такэхико; Данно, Ёсиаки ( ) . Фукуи, Тацуро ; 1983 .
- ^ Хартли, Джон (5 июня 1982 г.). «Оказание давления». Автокар . Том. 156, нет. 4459. IPC Business Press Ltd., стр. 35–36.
- ^ Фукуи и др. , стр.367.
- ^ Хигби, Артур (20 ноября 1992 г.). «Переключение цилиндров двигателя Mitsubishi» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 28 октября 2013 г.
- ^ Jump up to: а б с Агентство по охране окружающей среды, OAR, OTAQ, США. «Транспортные средства и двигатели» (PDF) . www.epa.gov .
- ^ «Деактивация цилиндра» , About.com, Кристина и Скотт Гейбл
- ^ Сиуру, Билл. «Переменный рабочий объем для лучшего расхода топлива на галлон» . www.greencar.com . Архивировано из оригинала 8 мая 2012 г. Проверено 30 ноября 2009 г.
- ^ «Сильверадо в 2019 году лидирует в отрасли благодаря динамическому управлению топливом» . media.gm.com . 18 мая 2018 г. Проверено 26 февраля 2019 г.
- ^ Трипати, Адья; Шост, Марк; Свиткес, Джошуа; Уилкаттс, Марк (08 апреля 2013 г.). «Конструкция и преимущества стратегий динамического пропуска огня для двигателей с отключенными цилиндрами» . Международный журнал двигателей SAE . 6 (1): 278–288. дои : 10.4271/2013-01-0359 . S2CID 110333295 .
- ^ «GM внедрила усовершенствованную систему деактивации цилиндров для Chevy Silverado V8 2019 года» . www.sae.org . Проверено 26 февраля 2019 г.
- ^ «Технология активных цилиндров (ACT)» . Архивировано из оригинала 21 июня 2017 г. Проверено 21 января 2018 г.
- ^ «Три цилиндра становятся двумя, что повышает эффективность двигателя EcoBoost» . newatlas.com . 30 ноября 2016 г. Проверено 25 октября 2017 г.
- ^ «Mazda CX-5 2018 года добавляет деактивацию цилиндров» . 22 ноября 2017 г.
- ^ «Новая система отключения цилиндров Mazda обеспечивает повышение топливной эффективности без ущерба для ходовых качеств» . 20 декабря 2017 г.
- ^ «Основные моменты отчета о тенденциях в автомобильной отрасли» . Ноябрь 2021 г.
- ^ «Lotte Entertainment_Lotte International Entertainment Platform Registration ㊣ Круглосуточная онлайн-услуга*Бонус за регистрацию* «Вход» . www.hefleyengine.com .
- ^ «Двигатель деактивации поршней» . www.scalzoautomotiveresearch.com .