Экономия топлива изменением объема и отключением цилиндров
Регулирование нагрузки путем изменения рабочего объема цилиндров
Одним из способов снижения эксплуатационных расходов топлива и снижения выброса токсичных веществ
является регулирование нагрузки путем изменения рабочего объема цилиндров. Это достигается следующими
способами:
—изменением хода поршня;
—отключением части цилиндров;
—прекращением подачи топлива или рабочей смеси
в группу цилиндров.
Дпя изменения хода поршня были разработаны различные конструктивные решения, среди которых следует отметить два основных направления:
—введение в кинематическую схему шатунно-кривошипного механизма промежуточного элемента (кулисного механизма), позволяющего изменять ход поршня;
—применение аксиального двигателя с изменяемым углом наклона качающейся шайбы, расположенной на кривошипе, установленном под утлом к основному валу. При
этом необходимо изменять и объем камеры сгорания.
При выключении группы цилиндров на режимах частичных нагрузок остальные цилиндры переводятся на
работу при большей нагрузке. Из многочисленных способов отключения цилиндров следует выделить несколько основных:
—отключение топливоподачи, с одновременным сообщением неработающих цилиндров с атмосферой или
с выпускным трубопроводом (при соединении с выпускным коллектором поддерживается температурный режим отключенных цилиндров)
—отключение топливоподачи с сохранением переменной степени дросселирования неработающих цилиндров;
—отключение впрыскивания топлива по заданной в
электронном блоке программе (через один или несколько циклов) с целью поддержания температурного режима отключенных цилиндров. Эффект от применения
данной системы меньше, чем от приведенных выше способов, т.к. после отключения каждого цикла приходится
подавать несколько обогащенную смесь;
—отключение путем удержания впускных и выпускных клапанов в закрытом состоянии и прекращения газообмена в неработающих цилиндрах с периодическим
приоткрытием для предотвращения их от залипания.
Это более эффективный способ экономии топлива, но
его использование связано с существенным изменением
конструкции двигателя.
Снижение расхода топлива на частичных нагрузках
достигается за счет более эффективного протекания процесса сгорания при меньшем количестве отработавших
газов и большем давлении заряда. При некоторых способах отключения цилиндров снижаются потери на газообмен во время хода впуска и внутренние потери, что также
способствует уменьшению удельного расхода топлива.
Испытания автомобиля БМВ-323 с б-тицилиндровым
двигателем по ездовому циклу показали, что экономия
топлива достигает 26%. Отключение 4-х цилиндров из
8-ми двигателя Porsche с распределенным впрыском
бензина в сочетании с другими усовершенствованиями
позволили снизить расход топлива на 35%.
Выпускаемые
серийно автомобили Cadillak с 8-мицилиндровым двигателем с рабочим объемом 6 л имели систему отключения 2-ух или 4-х цилиндров с использованием микропроцессорной системы управления путем отключения
клапанов. По сигналу электронного блока с помощью
электромагнита опоры коромысел клапанов перемещаются вверх и коромысло перестает воздействовать на
клапан. При отключении 4-х цилиндров внутренние потери снижаются в 1,5 раза. Величины снижения расхода
топлива достигали на холостом ходу до 40%, на частичных нагрузках до 25%, при движении по шоссе до 20%.
Оригинальная система отключения цилиндров была создана для автомобиля Mercedes-Benz 500SE. В механизме,
привод клапана осуществляется
через тарелку с нажимными штангами и сегментный элемент. При его повороте втулка с сегментным элементом
выходит за пределы нажимных штанг и клапан остается в
закрытом положении. Снижение расхода топлива достигает 28%. Создан вариант 12-ти цилиндрового двигателя с
отключаемыми цилиндрами. Одной из важных проблем
при создании систем отключения цилиндров является
обеспечение хороших ездовых качеств. Современные
системы электронного управления позволяют добиться
плавных переходов без рывков и провалов во время отключения или включения цилиндров.
Наибольший эффект достигается при разъемном коленчатом вале, когда достигается полная остановка деталей поршневой группы. Однако при этом существенно
усложняется конструкция двигателя за счет дополнительного механизма сцепления и системы управления им, а также изменения
теплового режима отключаемых цилиндров. Поэтому, несмотря на разнообразие
конструкций двигателей с отключением цилиндров и достаточно
большой эффект, они
не нашли массового
применения.
Устройство для
отключения клапанов
двигателя Mercedes Benz 500 SE
1 — привод электрического исполнительного
механизма; 2 — тарелка
с нажимными штангами; 3 — поворотная
втулка с сегментным
элементом
