Как заглушить цилиндр двигателя?

Система управления цилиндрами двигателя

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

Содержание статьи:

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

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

Как появилась системы отключения цилиндров

Старая закономерность, чем больший объем двигателя и больше крутящий момент, тем больше лошадок под капотом, но и соответственно он прожорлив. В наши дни такая закономерность не всегда работает, а двигатель малого объема может быть прожорливей, нежели большого объема. Примером экономии топлива и снижения вредных выбросов считается система управления цилиндрами агрегатами.

Основным предназначением системы управления цилиндрами (ACC – Active Cylinder Control), является изменение рабочего объема агрегата, путем отключения части цилиндров во время работы. По предварительным данным экономия топлива составляет порядка 20%, при этом значительно уменьшается вредные выбросы вместе с выхлопными газами.

Поводом для разработки системы управления цилиндрами, является типичный режим эксплуатации машины. Зачастую максимальная мощность агрегата используется до 30-40% за весь период работы. Это главный показатель того, что двигатель всегда работает с неполной нагрузкой. Как правило, дросильная заслонка немного приоткрыта, агрегат постоянно подтягивает воздух для работы. В результате получаем насосные потери (работа в холостую), и в дальнейшем снижение эффективности работы агрегата.

Каждый производитель, который внедряет данную систему, по-своему разрабатывает или дорабатывает существующие механизмы, естественно и называет системы по-разному. Но все же, как не называй, а главный принцип работы и назначение будет одинаковым.

С чего состоит система управления цилиндрами

Система управления цилиндрами работает в большинстве случаев на многоцилиндровых, мощных двигателях (как правило, это 6, 8 или 12 цилиндров). Именно их работа неэффективна при небольших нагрузках, особенно при езде по городу.

Первые упоминания о системе были в 1981 году на автомобилях марки Cadillac. В основе механизма были электромагнитные катушки, которые устанавливались на коромыслах. Управление электроникой осуществлял специальный электронный блок. За счет срабатывания, коромысла становились неподвижными, а клапаны за счет мертвой хватки пружин оставались закрытыми. Как правило, в ГБЦ отключались противоположные пары цилиндров двигателя. Для того, чтоб понять водителю сколько цилиндров работает и исправны ли они, на панель приборов выводилась информация. Но широкого применения система не получила, имелись проблемы с подачей топлива, а так же с выключением.

Таким образом, в основе современной системы управления цилиндрами лежит как минимум три главных компонента — это электроника, блок управления и механическая часть, которая управляет цилиндрами.

Как работает отключение цилиндров двигателя

Само название: отключение цилиндров, говорит о том, что механизм не будет простым, так как изначально агрегат – это сердце машины. После неудачного эксперимента в 1981 году, доработанная система управления цилиндрами была установлена на Mercedes-Benz в 1999 году, под названием Active Cylinder Control (ACC). Клапана цилиндров закрывались за счет коромысла особой формы, оно состояло с двух рычагов, которые соединены между собой фиксаторами. В рабочем положении они соединялись в одно целое.

Инженеры Mercedes-Benz не только доработали систему управления цилиндрами, но и придумали, чтоб характерный звук выхлопной системы мощного мотора не менялся. Для этого, при выключении цилиндров они установили управляемый электроникой клапан, который может менять размер выпускного тракта. Таким образом, отключение цилиндров не меняло характерный, грубый звук выхлопной системы.

Второй системой отключения цилиндров агрегата от компании General Motors считается Dod (Displacement on Demand), в её основе лежит предыдущая система. Начиная с 2004 года, система устанавливается на машины компании GM. Не отстали в разработке и японские инженеры, в 2005 году Honda начали применять систему VCM (Variable Cylinder Management). Как правило, система устанавливается на V-образные двигателя. Во время равномерного движения с небольшой скорости система VCM автоматически отключает один блок цилиндров (к примеру, 3 из 6 имеющихся). Если же идет переход от максимальной нагрузки к неполной, то система оставляет рабочими четыре цилиндра из 6-ти.

В основе VCM лежит система VTEC. Основными частями считаются коромысла, работающие в пару с кулачками разной формы. В случае необходимости коромысла выключаются или включаются за счет блокирующего механизма фиксаторов. Для того, чтоб улучшить работу двигателя, в пару разработаны системы AEM (Active Engine Mounts), которая регулирует величину вибрации двигателя. Система ASC (Active Sound Control) – предназначена для шумоподавления, избавит от нежелательных шумов в салоне машины.

Прогресс не остановился на месте и компания Volkswagen внесла свои поправки, разработав систему ACT (Active Cylinder Technology) в 2012 году. Целью для установки стали двигателя TSI 1,4 л. Управление цилиндрами двигателя работает в пределах оборотов от 1400 до 4000, отключая два цилиндра из четырех. Часть конструкции системы ACT перекочевала на двигателя автомобилей Audi, к технологии газораспределения Valvelift System. Для работы используются кулачки разной формы, все без исключения расположены на скользящей муфте по распределительному валу.

Муфта и кулачки образуют так званый блок кулачков, всего четыре блока в двигателе, два на выпускном вале и два на впускном. Блоки кулачков управляются за счет четырех исполнительных механизмов. Чтоб перемещать блоки, используется стержень, который скользит по спиралевидной канаве главного блока. Все команды на изменения передаются от блока управления двигателем.

Как видно, описанная поверхностно система на самом деле устроена намного сложней. Экономия топлива с наличием системы управления цилиндрами двигателя существенно заметна, но вот и стоимость таких двигателей значительно больше.

Плюсы и минусы системы управления цилиндрами

Как и в любом механизме, система управления цилиндрами двигателя имеет свои плюсы и минусы. Неоспоримо, плюсом считается экономия топлива, и меньший износ двигателя. Но вот с минусов это дополнительная нагрузка на двигатель, нежелательный шум и вибрация.

Для того, чтоб избежать нагрузок на агрегат, в отключенных поршнях остаются отработанные газы, которые остались от предыдущих рабочих моментов. Таким образом, газы сжимаются во время работы поршня и давят на поршень, когда тот движется вниз. За счет такого цикла обеспечивается уравнение давления и мощности. Но все же малейший дефект сплава может привести к самым неожиданным последствиям, поэтому во время ремонта необходимо ставить только оригинальные детали и ремонт проводить на специализированных, фирменных СТО.

Помимо нагрузок на двигатель, так же увеличивается вибрация, за счет неравномерного воспламенения топлива в двигателе. Инженеры решили устанавливать специальные опоры двигателя на основе гидравлики и двухмассовый маховик. Подавление шума и вибрации происходит в выпускной системе, для этого подбираются трубы специальной длины, используются два глушителя, привычный задний и еще один передний в пару с резонаторами разных размеров.

На современные автомобили устанавливают систему управления цилиндрами двигателя, но все же оставляют право выбора за покупателем, нужна ли она ему или нет. Так как главным остается не наличие, а будущее её обслуживание. Цена на ремонт такого двигателя в два раза выше, чем аналог без системы.

Видео-обзор работы управления цилиндрами на Dodge (двигатель HEMI 5.7 л):

Работа системы на автомобиле Honda Accord:

Работа системы ACT на двигателях компании Volkswagen:

Отключение цилиндров для экономии топлива

Борьба за экономичность моторов толкает автопроизводителей на внедрение в двигатели всевозможных систем, позволяющих снизить расход топлива. Один из наиболее очевидных способов уменьшить аппетит силового агрегата – отключение цилиндров при условии, что водителю не требуется максимальная мощность.

Таким образом, компании, выпускающие многоцилиндровых «монстров», например, Порше или Дженерал Моторс, с данной проблемой не столкнулись, а производители, ориентирующиеся на покупателей с умеренным достатком (а стало быть, куда больше заботящихся об экономии горючего), вынуждены были искать решение этой проблемы. В настоящее время система отключения цилиндров успешно применяется и на четырехцилиндровых моторах.

Насколько эффективно отключение цилиндров

Минимальный расход топлива достигается лишь в небольшом диапазоне оборотов коленвала. У бензиновых двигателей это обычно 2000 – 3000 об./мин. Затем для более сильной «раскрутки» коленчатого вала требуется все больше топлива, т.е. происходит падение КПД мотора. До определенной степени повысить топливную эффективность позволяет коробка передач. Логика проста: чем больше ступеней, тем больше топлива можно сэкономить.

Теоретически максимальной экономичности можно добиться, если плавно разгонять машину до максимально разрешенной скорости, после чего выключить передачу и зажигание и катиться, пока скорость не упадет слишком низко. Однако на практике этот метод не только неприменим, но и опасен.

1. Отключение цилиндров позволяет остальным работать более эффективно. Если в восьмицилиндровом моторе четыре цилиндра отключить, а весь воздух, проходящий через дроссельную заслонку, направить оставшимся четырем, их нагрузка возрастет в два раза, а КПД повысится.
2. Поскольку охлаждать придется также не восемь, а только четыре цилиндра, более эффективной становится и работа системы охлаждения.
3. Кроме того, выключенные цилиндры не несут насосных потерь, т.к. не подают воздух в выпускной коллектор, а при движении накатом создают гораздо меньшее сопротивление.

В итоге расход горючего может снизиться на 25 %. Особенно ощутима разница в расходе топлива при движении в городском цикле.

Первый серийный двигатель появился в 1981 году. Это был шестилитровый V8, устанавливавшийся на автомобили Cadillac. Американские моторы сами по себе никогда не отличались скромным аппетитом, а при таком рабочем объеме об экономичности и подавно мечтать не приходится. Благодаря системе отключения цилиндров, потребление топлива удалось сократить почти на четверть.

Как реализуется отключение цилиндров

У моторов с нижним расположением распредвала отключить цилиндры удобнее всего посредством перемещаемого электромагнитом упора коромысла клапана. Когда электромагнит включается, клапан остается закрытым, поскольку коромысло под воздействием кулачка распредвала поворачивается вокруг точки соприкосновения с торцом стержня клапана. При этом упор коромысла может свободно перемещаться.

У двигателей с верхним расположением распредвала в силу конструктивных особенностей такой способ неприменим, поэтому отключение цилиндров реализуется иными способами. Например, у моторов BMW отключается впрыск и зажигание. При этом через отключенные цилиндры выпускаются отработавшие газы из работающих. Благодаря этому в отключенных цилиндрах поддерживается рабочая температура.

Во всех двигателях, независимо от конструкции, отключаемые цилиндры по возможности равномерно чередуются с неотключаемыми, для обеспечения максимально сбалансированной работы.

Подводные камни

Система отключения цилиндров, безусловно, вносит важный вклад, как в экономичность автомобиля, так и в экологию, ведь чем меньше сгорает топлива, тем меньше продуктов его сгорания попадает в атмосферу. Однако владельца автомобиля с таким мотором могут подстерегать неожиданные сюрпризы.

• Наличие данной системы значительно усложняет конструкцию двигателя, что ведет к повышению его стоимости.
  Ремонт такого силового агрегата в случае поломки также обойдется дороже, да и не в каждом автосервисе за него возьмутся.
• В случае выхода системы из строя, в то время как половина цилиндров отключена (хотя вероятность такого стечения обстоятельств и невысока) дорога до мастерской будет не слишком приятной.
• Наконец, по мере износа автомобиля, а в частности, подушек двигателя и иных шумо- и вибропоглощающих устройств, при отключении цилиндров на кузов автомобиля будут передаваться вибрации от мотора – явление не смертельное, но не очень приятное.

Система отключения цилиндров. Лишь бы не работать

В начале 2012 года новейшая технология экономии топлива от Volkswagen — система отключения цилиндров — будет готова к применению и дебютирует в новом 1,4-литровом двигателе TSI

Volkswagen — первая в мире компания, применившая в массовом производстве систему отключения цилиндров в четырехцилиндровом моторе TSI. Основной ее целью является значительное сокращение потребления топлива путем временного отключения двух из четырех цилиндров при низких и средних нагрузках. Отключение цилиндров фактически сокращает расход топлива агрегата 1.4 TSI на 0,4 литра на каждые 100 км в новом европейском цикле движения (NEDC). В сочетании с системой «старт-стоп», останавливающей двигатель при остановке автомобиля, экономия топлива достигает 0,6 л/100 км.

Система отключения цилиндров
© Фото: Volkswagen

Максимальная экономия достигается при езде с постоянной скоростью. Вождение при 50 км/ч на 3-й или 4-й передаче помогает экономить до 1 литра бензина на 100 км. Благодаря новой системе отключения цилиндров топливной экономичности двигатель TSI уже сегодня соответствует будущему европейскому экологическому стандарту Евро-6. Высокая экономичность не исключает комфортное вождение: даже на двух цилиндрах 1.4 TSI отличается превосходной сбалансированностью, тишиной работы и низкой вибрацией.

Система отключения цилиндров работает в диапазоне оборотов коленчатого вала от 1400 до 4000 мин-1 при крутящем моменте от 25 до 75 Нм. Этому диапазону соответствует примерно 70% расстояния, которое проходит автомобиль в европейском экономичном испытательном цикле движения. Как только водитель достаточно активно нажимает на газ, неработающие 2-й и 3-й цилиндры незаметно включаются. Режим вождения определяется с помощью датчика педали акселератора. Система отключения цилиндров не работает в том случае, если стиль вождения не подпадает под определенную схему, например при спортивном вождении по шоссе.

Система отключения цилиндров
© Фото: Volkswagen

Алгоритм переключения режимов заложен в программу блока управления двигателем. Его разработка, по всей вероятности, потребовала многочисленных испытаний и последующей обработки результатов, но, с технической точки зрения, особой сложности не представляла. Куда интереснее не электронная, а гидромеханическая часть системы.

Основную идею Volkswagen позаимствовал у «старшего брата» — Audi. О системе изменения фаз газораспределения Audi мы писали уже неоднократно. По шлицам распределительного вала его кулачки, выполненные в виде отдельного блока деталей, могут перемещаться в осевом направлении. На каждый клапан приходится по два кулачка разного профиля. В зависимости от режима, по команде процессора гидропривод вводит в контакт с роликом коромысла клапана один из двух кулачков. Второй продолжает вращаться, но в работе не участвует.

Система отключения цилиндров
© Фото: Volkswagen

Этот механизм перенесли на крайние цилиндры двигателя TSI почти без изменений, установив вместо одного из кулачков круглую шайбу. Когда требуется отключить цилиндр, она занимает место кулачка, и клапан перестает закрываться. Чтобы снизить расход энергии (т.е. топлива) и не заставлять двигатель, уподобляясь компрессору, впустую качать воздух, открытыми оставляют все клапаны отключаемых цилиндров. Разумеется, прекращается и впрыск топлива через форсунки.

Конструкция получилась достаточно изящной, но возникли некоторые вопросы. Судя по всему, возрастут требования к качеству масла: кулачки и диски должны всегда легко перемещаться по шлицам. Сравнение с успешно работающими коробками передач. Внутри этих агрегатов нет продуктов сгорания топлива, а принудительная подача масла к валам встречается крайне редко. Не совсем понятно, как будет изменяться работоспособность двигателя по мере износа поршневых колец: открытые «наверху» клапаны не могут препятствовать «выкачиванию» масла из картера.

По всей вероятности, немецкие инженеры предусмотрели и такие теоретически возможные напасти. Что получилось в действительности, узнаем совсем скоро.

Заглушка головки блока цилиндров

Заглушка ГБЦ предназначается для того, чтобы предотвращать вытекание жидкости из соответствующего технологического узла. Она непосредственно не участвует в функционировании ДВС.

Иногда водители замечают, что данная заглушка протекает. Обыкновенно причиной течи является коррозийное воздействие. Устранить неполадку достаточно просто, поменяв деталь.

Что понадобится

Для проведения процедуры замены вам понадобится:

• зубило;
• молоток;
• отвертка;
• плоскогубцы;
• наждачка;
• герметизирующее средство;
• заглушка.

Отвинтите и демонтируйте «минусовую» клемму с аккумулятора. Выполните слив охладителя из ГБЦ и радиатора.

Процедура замены

Прежде всего, нужно сделать доступной область, в которой находится заглушка. Для этого выполните следующие действия (именно в таком порядке):

1. Отсоединение приемные трубы глушителя от коллектора выпуска.
2. Снятие кронштейна, на котором фиксируется насосная труба для подачи охладителя.
3. Отсоединение шлангов, обеспечивающих вентиляцию агрегата, от карбюратора и крышки ГБЦ. Закрытие карбюратора специальной крышкой.
4. Снятие воздухофильтра.
5. Отключение проводов от карбюратора, датчика распределения зажигания, свечей.
6. Демонтаж датчика, который распределяет зажигание.
7. Отсоединение шлангов от топливонасоса, патрубка отвода, вакуумного усилителя тормозной системы.
8. Отсоединение приводных тросов воздушной и дроссельной заслонки.
9. Демонтаж защитной крышки зубчатого ремня.
10. Извлечение шкива со шпонкой.
11. Демонтаж головки блока цилиндров.

Непосредственно замена заглушки включает в себя следующее:

1. Поворачивание заглушки в ГБЦ посредством зубила и молотка.
2. Поддевание заглушки плоскогубцами и ее извлечение. Если деталь очень ржавая и не проворачивается, нужно сделать отверстие, вкрутить в него вороток и вытащить заглушку.
3. Зачистка краев отверстия ГБЦ от коррозии посредством наждачки. Смазывание краев новой детали герметизирующим средством.
4. Запрессовка детали в отверстие ГБЦ посредством оправки и молотка.

Что сделать после замены

Итак, заглушка заменена и больше не течет, осталось вернуть ГБЦ на место. Для этого выполните такие действия:

1. Очистка ГБЦ от загрязнений и образований посредством дизеля либо керосина.
2. Удаление оставшегося охладителя из резьбовых отверстий.
3. Очистка привалочных плоскостей ГБЦ от старой прокладки, обезжиривание их растворителем.
4. Монтаж головки на БЦ.
5. Фиксация головки. Крепежные болты погружаются резьбой в автомасло. Когда смазка стекает (приблизительно за полчаса), фиксируется головка.
6. Надевание ремня на шкив коленвала.
7. Натягивание ремня против часовой стрелки.
8. Монтаж защитной крышки привода ремня (крепежные болты не закручиваются). Поворачивание коленвала на 2 оборота (ремень должен быть натянутым даже при остановке коленвала). Проверка совпадения отметок для монтажа на шкиве распредвала и крышке ГБЦ. Затягивание болтов, крепящих кронштейн натяжного ролика.
9. Монтаж приводных тросов карбюраторных заслонок.
10. Присоединение снятых шлангов.
11. Монтаж датчика, распределяющего зажигание.

Теперь необходимо выставить момент зажигания. Для этого проделайте такие действия:

1. Подсоединение проводов к карбюратору, датчику, распределяющему зажигание.
2. Установка воздухофильтра.
3. Заправка охлаждающего комплекса тосолом/водой.
4. Подключение «минусового» провода к аккумулятору.
5. Проверка функционирования ДВС.

Изготовление заглушек

Случается, что нет возможности купить новую заглушку либо стоимость детали больше, чем затраты на ее собственноручное изготовление. На предприятиях эту деталь обыкновенно делают, выдавливая ее из листа металла и обрезая контур.

Если вы решили сами сделать заглушку, воспользуйтесь круглым прокатом нужного размера. Изготовьте из него методом вытачивания диск толщиной 5 мм. Выполните его подгонку по диаметру посадки, намажьте клеем и монтируйте в отверстие, которое очищено и обезжирено. Собственноручное производство заглушки зачастую обходится дешевле, чем приобретение этой детали в магазине.

Заменяйте заглушку, когда это необходимо, чтобы избежать неполадок в работе ДВС. Внимательно прочтите представленный выше алгоритм, чтобы понять, как проводится процедура смены детали.