Методика нормирования расхода топлива автомобилей с отключаемыми цилиндрами двигателя – тема научной статьи по механике и машиностроению читайте бесплатно текст научно-исследовательской работы в электронной библиотеке КиберЛенинка

Содержание

Методика нормирования расхода топлива автомобилей с отключаемыми цилиндрами двигателя Текст научной статьи по специальности « Механика и машиностроение»

CC BY

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Зеер В. А., Мартынов А. А.

Предложена методика расчета и нормирования расхода топлива автомобилей-такси с отключаемыми цилиндрами двигателя на холостом ходу. Представлены результаты расчетов топливно-экономических показателей автомобиля ГАЗ-3110.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Зеер В. А., Мартынов А. А.

THE TECHNIQUE OF NORMALIZATION OF FUEL CONSUMPTION IN CARS WITH VARIABLE ENGINE CYLINDERS

The technique of calculation and normalizations of fuel consumption in taxi-cabs with variable engine cylinders at idling is offered. The calculation results of fuel-economic parameters of the vehicle GAZ-3110 are presented.

Текст научной работы на тему «Методика нормирования расхода топлива автомобилей с отключаемыми цилиндрами двигателя»

МЕТОДИКА НОРМИРОВАНИЯ РАСХОДА ТОПЛИВА АВТОМОБИЛЕЙ С ОТКЛЮЧАЕМЫМИ ЦИЛИНДРАМИ ДВИГАТЕЛЯ

В.А. Зеер, А.А. Мартынов

Сибирский федеральный университет, г. Красноярск Е-таУ; muromcev_aleksei@mail.ru

Предложена методика расчета и нормирования расхода топлива автомобилей-такси с отключаемыми цилиндрами двигателя на холостом ходу. Представлены результаты расчетов топливно-экономических показателей автомобиля ГАЗ-3110.

Себестоимость перевозок во многом зависит от технического состояния подвижного состава и соответствующих затрат на топливо, шины, техническое обслуживание и ремонт автомобилей [1]. Затраты на приобретение топлива вносят значительный вклад в себестоимость перевозок (табл. 1), особенно в настоящее время с учетом роста стоимости топлива. Поэтому автотранспортным предприятиям необходимо решать задачи, связанные с экономией топлива автотранспортных средств (АТС) в условиях эксплуатации: осуществление контроля за расходованием горюче-смазочных материалов (ГСМ); обновление автопарка более современными и экономичными автомобилями; внедрение мероприятий и технических решений, позволяющих снизить расход топлива и др.

Таблица 1. Распределение статей затрат в себестоимости перевозок, %

Себестоимость по видам

№ Элементы себестоимости перевозок

п/п Грузо- Авто- Таксомо-

вые бусные торные

1 Топливо 18,5 13,7 11,0

2 Смазочные материалы 1,6 1,0 0,92

3 Шины 8,6 4,5 4,65

4 Техническое обслуживание и текущий ремонт 22,2 11,4 9,63

5 Амортизационные отчисления 9,1 14,5 20,5

6 Зарплата водителей 21,7 41,2 32,9

7 Накладные расходы 18,3 13,7 20,4

ИТОГО; 100 100 100

Для исследования влияния отключения цилиндров (ОЦ) двигателя на топливную экономичность автомобиля расчетно-экспериментальным путем были найдены значения абсолютного циклового расхода топлива Оц при различных алгоритмах ОЦ [2].

Городские условия эксплуатации достаточно точно описываются европейским испытательным циклом [3], который для АТС массой до 3,5 т включает в себя 16 режимов работы автомобиля. Результирующими являются 6-9 режимы, табл. 2.

Абсолютные расходы топлива по составляющим цикла определяются по формулам, см3:

• замедление с включенным сцеплением

• замедление с выключенным сцеплением

где Ош — часовой расход топлива двигателя, работающего на холостом ходу, кг/ч, Ой, Оа — начальный и конечный часовые расходы топлива в расчетном интервале, кг/ч, п1, п2 — начальная и конечная частоты вращения коленчатого вала двигателя в расчетном интервале, мин-1, гк — кинематический радиус качения ведущего колеса, м, ы0, ик — передаточные числа главной передачи и коробки передач, ]ср — среднее ускорение при разгоне автомобиля в расчетном интервале, м/с2, С — коэффициент, учитывающий увеличение расхода топлива в зависимости от углового ускорения коленчатого вала, с2, т,, тпп, ту, т3, тх — время режимов холостого хода, переключения передач, постоянной скорости, замедления при включенном сцеплении и передачи, замедления при выключенном сцеплении, с; рш -плотность топлива, г/см3.

Таблица 2. Фрагмент операционной карты имитации городского цикла на стенде для АТС массой до 3,5 т

№ пп Наименование режима работы Ускорение, м/с2 Скорость, км/ч Время, с Используемая передача

1 Холостой ход — — 21 Н

Разгон 0,83 0. 15 5 К1

2 Переключение передач — — 2 —

Разгон 0,94 15.32 5 К2

3 Постоянная скорость — 32 24 К2

Замедление -0,75 32.10 8 К2

4 Замедление с выключенным сцеплением -0,92 10.0 3 Н

Для учета влияния ОЦ двигателя на холостом ходу на часовой расход топлива в выше представленные зависимости введен экспериментально полученный коэффициент Ксш:

где (Сгха — часовой расход топлива двигателем без ОЦ, кг/ч, (Сгххс г — часовой расход топлива двигателем с ОЦ по /-му алгоритму.

Результаты расчетов Оц автомобиля с ОЦ двигателя на холостом ходу приведены на рис. 1.

Для количественной оценки влияния ОЦ двигателя на цикловой расход топлива автомобиля введем коэффициент Кцц, соответственно /-му алгоритму ОЦ:

Учитывая значения коэффициентов Кщ и Кст для автомобиля ГАЗ-3110 с двигателем ЗМЗ-406.2, а также результаты исследований других авторов, путем экстраполяции получены обобщающие зависимости Кст (рис. 2, а)и Кцц (рис. 2, б) от алгоритма ОЦ двигателя:

Кцц=0,154х+0,846, где х — алгоритм отключения цилиндров, х=(/-к)//,

где / — суммарное число цилиндров за период, к -число отключаемых цилиндров за период.

Путевой расход топлива автомобиля в городском цикле движения находится по формулам, л/100 км:

• без отключения цилиндров

так как £ц=сош11, то

• с отключением цилиндров по различным алгоритмам

где — путь, пройденный за время составляющих цикла, м.

Рис. 1. Зависимость абсолютного расхода топлива от времени при стандартизованном городском цикле движения автомобиля с ОЦ двигателя на холостом ходу: 1) без ОЦ; 2) с ОЦ по алгоритму «1 через 1»; 3) с ОЦ по алгоритму «1 через 2»

2/5 1/2 2/3 3/4 7/8 1

Алгоритмы отключения цилиндров, X а

Рис. 2. Зависимости коэффициентов Коц (а) и Кст (б) от алгоритма ОЦ

2/5 1/2 3/5 5/7 4/5 8/9 1 Алгоритмы отключения цилиндров, X б

Путь, пройденный за время режима работы автомобиля по составляющим цикла можно определить, м:

• замедление с включенным сцеплением

• замедление с выключенным сцеплением

где /ъ и /ж — ускорения замедления автомобиля с включенным и выключенным сцеплением, м/с2, ¥пп и ¥у -средние скорости движения автомобиля при переключении передач и установившемся режиме, м/с.

На рис. 3 представлена зависимость путевого расхода топлива автомобиля ГАЗ-3110 в городских условиях эксплуатации от алгоритма ОЦ двигателя на холостом ходу. 13,2

2/5 1/2 3/5 5/7 4/5 8/9 1 Алгоритм отключения цилиндров

Зависимость Qsц от алгоритма ОЦ

Цикловой расход топлива автомобиля отличается от эксплуатационного на величину неучтенных расходов топлива, не связанных с движением автомобиля. Доля таких режимов особенно ощутима для автомобилей-такси, работающих в зимнее время года в городе (для поддерживания комфортной для человека температуры воздуха в салоне автомобиля).

В этой связи абсолютный эксплуатационный расход топлива Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

где / — температура воздуха, °С.

Расход топлива во время длительных остановок в ожидании пассажиров с работающим двигателем находится, л:

Онхх ^1ххТст 5/рт,

где 0ха — часовой расход топлива на холостом ходу, кг/ч, тотщ — общее время стоянок за смену, ч, рт -плотность топлива, г/см3, 5 — доля времени стоянок автомобиля с работающим двигателем:

Доля времени стоянок автомобиля-такси с работающим двигателем 5 от общего времени стоянок ттТЩ зависит от температуры воздуха и марки автомобиля. Зависимость 5 от / для автомобиля ГАЗ-3110, согласно экспертным оценкам, представлена на рис. 4. Полученная зависимость с достаточной точностью описывается уравнением: 5=(15-)/45.

На рис. 5 представлены расчетные зависимости нормы расхода топлива за смену автомобилем-такси (ГАЗ-3110) в городе от температуры окружающей среды с различными алгоритмами ОЦ двигателя на холостом ходу. Отсюда следует, что:

разработанная методика позволяет уменьшить норму расхода топлива автомобиля-такси в зимний период года относительно нормы полученной по руководящему документу (на 4. 8 %); применение ОЧЦ двигателя на холостом ходу снижает норму расхода топлива автомобиля-такси на 11. 13 %, причем с понижением температуры воздуха эффект увеличивается.

-30 -25 -20 -15 -10 -5 0

Температура воздуха, °С

Рис. 4. Доля времени стоянок автомобиля-такси с работающим двигателем от температуры окружающей среды

^ 25 | 24 8 23 § 22 I 21

Температура окружающей среды, «С

Рис. 5. Зависимость нормативного расхода топлива автомобиля ГАЗ-3110 от температуры воздуха и алгоритма ОЦ двигателя: 1) по руководящему документу без ОЦ; 2) по предлагаемой методике без ОЦ; 3) с ОЦ по алгоритму «1 через 1»; 4) с ОЦ по алгоритму «1 через 2»

Применение предлагаемой методики нормирования расхода топлива и метода ОЦ двигателя на холостом ходу позволило таксомоторному предприятию ООО «Авангард» сберечь более 3,5 тыс. р на 1 автомобиль за декабрь 2007 г.

1. Аринин И.Н. Техническая эксплуатация автомобилей. — Ростов н/Д.: Феникс, 2004. — 320 с.

2. Пат. 2227838 РФ. МПК7 F02D 17/04. Способ управления двигателем внутреннего сгорания с отключаемыми цилиндрами / А.А. Мартынов, Ю.В. Краснобаев, В.А. Зеер. КГТУ. Заявлено 19.06.2002; Опубл. 27.04.2004, Бюл. № 12. — 6 с.: ил.

3. ГОСТ 20306-90. Автотранспортные средства. Топливная экономичность. Методы испытаний. — М.: Изд-во стандартов, 1991. — 32 с.

4. Нормы расхода топлив и смазочных материалов на автомобильном транспорте. Руководящий документ Р 3112194-0366-03. -М.: Минтранс России, 2004. — 80 с.

5. Говорущенко Н.Я. Экономия топлива и снижение токсичности на автомобильном транспорте. — М.: Транспорт, 1990. — 135 с.

Поступила 19.02.2008 г.

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ГАЗОВЫХ ТУРБИН НА ТЭС ДЛЯ ПРИВОДА СОБСТВЕННЫХ НУЖД

Томский политехнический университет E-mail: gal@tpu.ru

Показаны условия эффективности замены электропривода механизмов собственных нужд ТЭС газовыми турбинами. Определено влияние на экономический эффект тепловых и стоимостных показателей газовых турбин и стоимости электроэнергии и топлива. Приведены уравнения, позволяющие при проектировании ТЭС определить экономическую целесообразность замены электропривода ряда механизмов собственных нужд газовыми турбинами.

Большинство механизмов собственных нужд ТЭС и АЭС в качестве привода имеют асинхронные электродвигатели. Основным недостатком такого электропривода является постоянное число оборотов, что затрудняет регулирование производительности механизмов и приводит к перерасходу мощности на собственные нужды электростанции в переменных режимах.

В настоящее время на мощных энергоблоках для привода питательных насосов эффективнее электропривода показал себя паровой турбопривод [1]. Имея много достоинств, паровой турбопривод имеет и недостатки, главным из которых является сложность пуска и обслуживания.

Достоинства, которые дает паровой турбопри-вод, обеспечивает также газовая турбина, но она

Как заглушить цилиндр двигателя?

Система отключения цилиндров двигателя. Вся правда.

Сегодня реально интересная статья, будем опять говорить про двигатель, а именно об одной из его систем. Как вы уже поняли из названия это «отключение цилиндров». Многие задаются вопросом – а такое вообще возможно? Как отключить несколько или один цилиндр, ведь они все работают в определенной последовательности и закономерности? Ребята можно! И причем такая конструкция применяется, и по сей день многими производителями …

ОГЛАВЛЕНИЕ СТАТЬИ

Для начала определение.

«Отключения цилиндров» – это система при помощи, которой, отключается подача топлива в 1 или несколько цилиндров двигателя. В свою очередь чтобы «нерабочие» не тормозили работу других, клапана ГРМ (газораспределительного механизма) в них — открываются, не препятствуют порождению воздуха. Также есть конструкции, где они постоянно закрыты. Эта система призвана экономить топливо, как заверяют некоторые производители – она может быть очень существенной.

Как становится понятно, устройство двигателя усложняется, причем значительно! Нужно учесть многие факторы, это и работа ГРМ, и подача топлива, и работа цилиндров и т.д. Однако применяемость системы доказала свою экономичность, поэтому применяется на многих автомобилях, например компаний Volkswagen, SKODA, Chevrolet, BMW и т.д.

Конструктивные особенности

Вначале хочется отметить, что такие двигатели существуют с 1950 годов прошлого века. Именно тогда, как ни странно, стали задумываться над экономией топлива у очень мощных и «прожорливых» автомобилей. Однако разработчики столкнулись с непредвиденной проблемой:

Все дело в том, что (изначально) применять ее можно только на автомобилях с большим количеством поршней, от 5 и выше. Идеальное применение 8 и более. Если устанавливалась на обычный мотор с 4 цилиндрами, то он начинает работать неравномерно, очень сильно детонировал. Таким образом, первые применения получили моторы V8.

Однако сейчас в современных реалиях, конструкции реально шагнули вперед, изменились как топливо, так и строение самого двигателя. Поэтому некоторые компании имеют разработки двигателей с 4 поршнями, у которых может отключаться 1 или 2 цилиндра.

Так сколько можно сэкономить?

Знаете тут все не однозначно. Такие конструкции работают в «узком» диапазоне оборотов двигателя, наиболее хорошая экономичность достигается с 2000 до 3500. Если нужна работа при более «высоких» оборотах, то полезное действие и экономия снижаются в геометрической прогрессии и вот почему – «отключение цилиндров двигателя» рассчитано на спокойную езду, так например если из «8» — отключить «4», то при высоких оборотах им придется «тащить» весь двигатель. Что однозначно для них будет сложно, в них будет перерасход.

Стиль езды при включенной системе, должен поменяться – так например обороты не должны выходить за пределы 3000, даже при разгонах и маневрах. Идеально будет плавное ускорение и длинное торможение, можно подключить и «движение накатом» (при определенном опыте).

Экономия обусловлена некоторыми факторами:

1) При отключении цилиндров, воздух перераспределяется из «нерабочих» его отводят и подают в «рабочие». Таким образом, их КПД намного возрастает, эксперты заверяют что удваивается.

2) Система охлаждения начинает работать также эффективнее, ведь охлаждать нужно только рабочие цилиндры, что также немного повышает КПД.

3) Подача топлива. Насос начинает меньше качать бензина (только в рабочие поршни), таким образом — его давление уменьшается, что также сказывается на экономичности.

Если подвести итоговые значения, можно получить экономию до 30%. Как заверяют производители основное назначение таких конструкций это «городская езда» по пробкам.

Схема работы

Хочется отметить — что системы «отключения» бывают различными, сейчас различают до трех основных видов:

1) Механическое отключение. Происходит по средствам распределительного вала, при включении системы он как бы смещается и работает на других «орбитах». Именно он регулирует подачу топлива в поршни мотора, так впускные клапана постоянно закрыты, в них не поступает топливо, а вот выпускные клапана открыты, таким образом поршни просто гоняют воздух внутри. Получается, что работает ровно половина двигателя, именно так достигается экономия.

2) Отключение подачи топлива. Также все элементарно — в определенные цилиндры не поступает топливо, оно ограничивается на уровне «подачи». Если можно так выразиться — система перекрывает «топливопроводы» в определенных местах, и топливо просто не идет в нужные поршни. Причем поршни могут чередоваться. Нужно отметить — что механически это такая же система, здесь не перекрываются клапана, не двигаются распредвалы и т.д., однако в какие-то цилиндры идет топливо в какие-то нет, и они работают в пустую, качая обычный воздух. Небольшое видео.

3) Электронная система. Есть и более продвинутые электронные варианты, применяемые сейчас у компании BMW. Здесь выполняются как «движения» валов, так и электронное перекрытие топливопроводов. Нужно отметить — что может включаться-выключаться автоматически. Например, в городе — когда скорость малая и обороты тоже, ЭБУ дает команду на «включение», если вы выехали на трассу, и надавили «акселератор» система отключается, задействовав весь мотор.

Минусы

Конечно же, есть и существенные минусы, именно из-за них многие производители не применяют ее на своих автомобилях.

1) Сложная конструкция двигателя. Особенно если использовать первый вариант, со смежающимися валами.

2) Дороговизна. Всех вариантов, причем самый дорогой считается электронный.

3) Ремонт и запчасти. Как вы поняли отремонтировать намного сложнее и дороже, также найти запчасти сложно, под заказ и ждать до нескольких месяцев.

4) В случае поломки, может не работать половина мотора, ездить на таком авто неудобно, нужно ставить на стоянку.

5) Последнее что хочется отметить это сложность конструкции балансировки. Здесь применяется множество подушек, подпоров и т.д. За ними также нужно следить, потому как если они выйдут из строя работа такого мотора будет неравномерной!

В заключении хочется сказать, что многие производители опять начали разработку в этой области потому как направление перспективное. Представьте, что будете экономить на 30% меньше топлива по пробкам и в городе! Тут как говориться есть над чем подумать.

НА этом заканчиваю, искренне ваш АВТОБЛОГГЕР.

(8 голосов, средний: 4,50 из 5)

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.

Отключение цилиндров двигателя: для чего и как?

Отключение цилиндров двигателя для снижения расхода топлива автомобилем, как теория, появилась во второй половине прошлого века. Эта теория появилась в нескольких странах с небольшим временным разрывом, и сразу же стала воплощаться в жизнь.

Для чего нужно отключение цилиндров

Первая особенность, с которой столкнулись разработчики идеи отключения цилиндров на тот момент, заключалась в том, что отключение цилиндров можно было производить у многоцилиндровых двигателей. То есть шесть и более цилиндров. Отключение цилиндров в двигателях с меньшим количеством цилиндров приводило к неравномерной работе двигателя.

Первой причиной, которая побудила производителей к разработке и внедрению такой опции, как отключение цилиндров, явилась её величество «экономия топлива». Нет смысла заниматься перечислением автопроизводителей, которые внедряли или внедряют на своих авто опцию отключения.

И японцы, и американцы, и европейцы, соревнуясь за рынок и потребителя, модернизируют и улучшают систему отключения цилиндров. Фольксваген, Ауди, Мерседес. У каждого бренда существуют и планируются модели с функцией отключения цилиндров.

Хотя, возникает резонный вопрос именно с функцией отключения цилиндров. Для чего покупать автомобиль Лексус, чтобы затем превращать его в Дэу Матиз. Вопрос риторический.

Отключение цилиндров как вид диагностики двигателя

Это интересно, но что нам практически даёт отключение цилиндров. Вернее так, как и зачем мы можем применить этот метод для своих, порой не совсем новых автомобилей.

В практической жизни отключение цилиндров может нам понадобится в двух случаях. Если вы затеваете (или уже требуется) ремонт двигателя, в частности ремонт ГБЦ или ремонт блока цилиндров, то всё начинается с диагностики двигателя.

Помимо применения таких методов диагностики в ручном режиме, как измерение компрессии двигателя или визуальное определение дефектов блока цилиндров, отключение цилиндров тоже выступает как метод диагностики.

Проводится он, как правило, народно-некорректными способами. Но, тем не менее, для настоящих автомастеров является подспорьем в определении неисправностей двигателя. Способы отключения цилиндров для тестирования работы цилиндров заключаются либо в отключении (блокировке) искры или отключении форсунок (когда речь идёт о дизельном двигателе).

Отключение цилиндров при форс-мажорных обстоятельствах

Ситуация, которая может произойти с каждым – упала мощность, троит, и в итоге просто невозможно двигаться. А рядом ни одной СТО, а ехать ещё… В общем все обстоятельства сконцентрировались в принципе «падающего бутерброда» именно с вами.

И если другой возможности транспортировать своё авто нет, то отключаем цилиндр, который является причиной неисправности. Вернее отключаем в него подачу топлива, если это дизель. Если же бензиновый двигатель, то убираем провод ВВ от свечи.

В этом случае расход топлива увеличится, но ведь вы и не собираетесь с отключенным цилиндром ехать в кругосветное путешествие. Всего лишь добраться до сервиса.

Удачи вам, и движения без необходимости отключать цилиндры.

Отключение цилиндров

Двигатель работает с минимальным расходом топлива лишь в определенной области своей характеристики, что хорошо показано на рис. ниже.

Рис. 1. Области удельных расходов топлива на внешней характеристике двигателя:
—- наибольшая мощность двигателя при минимальных удельных расходах топлива; g — кривые постоянных удельных расходов топлива.

При эксплуатации автомобиля мощность его двигателя должна всегда располагаться на кривой минимального удельного расхода топлива. В легковом автомобиле это условие выполнимо, если использовать четырех- и пятиступенчатую коробку передач (см. рис. 2), причем, чем меньше передач, тем труднее выполнить это условие. При движении по горизонтальному участку дороги двигатель не работает в оптимальном режиме даже при включении четвертой передачи. Поэтому для оптимальной загрузки двигателя автомобиль необходимо разгонять на высшей передаче вплоть до достижения максимально разрешенной законом скорости. Далее целесообразно перевести коробку передач в нейтральное положение, выключить двигатель и ехать по инерции до падения скорости, например до 60 км/ч, а затем следует снова включить двигатель и высшую передачу в коробке и при оптимальном нажатии на педаль управления двигателя вновь довести скорость до 90 км/ч.

Рис. 2. Мощностной баланс легкового автомобиля:
Nf — сопротивление качению; Nf + Nv — сопротивление движению по горизонтальному участку шоссе; – – – – наибольшая мощность на колесах автомобиля на III, IV и V передачах при минимальных расходах топлива двигателем.

Такое вождение автомобиля способом «разгон – накат» было описано ранее. Этот способ вождения приемлем для соревнований на экономичность, поскольку двигатель или работает в экономичной области характеристики, или отключен. Однако для реальной эксплуатации автомобиля при интенсивном движении он не пригоден.

Этот пример показывает один из способов уменьшения расхода топлива. Другой способ минимизации удельного расхода топлива – ограничение мощности двигателя при сохранении его хорошего механического КПД. Отрицательное влияние частичной нагрузки на механический КПД показано на рис. 3 и в табл. 1.

Рис. 3. Влияние нагрузки двигателя на его механический КПД при постоянной частоте вращения.
Табл. 1 Среднее давление различных видов механических потерь в бензиновом двигателе (n = 1600 мин -1 ) при различных нагрузках, МПа

В частности, из табл. 1 видно, что при снижении нагрузки двигателя с 100 % до 30 % доля механических потерь в индикаторной работе повышается с 12 % до 33 %, а механический КПД падает с 88 % до 67 %. Величина мощности, равная 30 % от максимальной, может быть достигнута при работе только двух цилиндров четырехцилиндрового двигателя.

Способы отключения цилиндров

Если при частичной нагрузке многоцилиндрового двигателя выключить несколько цилиндров, то остальные будут работать при большей нагрузке с лучшим КПД. Так, при работе восьмицилиндрового двигателя с частичной нагрузкой весь объем воздуха можно направить только четырем цилиндрам, их нагрузка увеличится вдвое и эффективный КПД двигателя повысится. Охлаждающая поверхность камер сгорания у четырех цилиндров меньше, чем у восьми, поэтому количество теплоты, отведенное системой охлаждения, снижается, и расход топлива может уменьшиться на 25 %.

Для отключения цилиндров обычно применяют управление приводом клапанов. Если оба клапана закрыты, то смесь в цилиндр не поступает и постоянно находящийся в нем газ последовательно сжимается и расширяется. Работа, затрачиваемая при этом на сжатие газа, вновь высвобождается при расширении в условиях небольшого отвода теплоты стенками цилиндра. Механический и индикаторный КПД в этом случае улучшаются по сравнению с КПД восьмицилиндрового двигателя, работающего на всех цилиндрах при той же эффективной мощности.

Этот способ отключения цилиндров очень удобен, так как цилиндр отключается автоматически при переходе двигателя на частичные нагрузки и включается практически мгновенно при нажатии на педаль управления. Следовательно, водитель в любой момент может использовать полную мощность двигателя для совершения обгона или быстрого преодоления подъема. При движении в городе экономия топлива проявляется особенно отчетливо. У выключенных цилиндров отсутствуют насосные потери, и они не подают воздух в выпускной трубопровод. При движении под уклон выключенные цилиндры оказывают меньшее сопротивление, торможение двигателем уменьшается, и автомобиль по инерции проходит больший путь, как при наличии муфты свободного хода.

Выключение цилиндра верхнеклапанного двигателя с нижним распределительным валом удобно осуществить с помощью перемещаемого электромагнитом упора коромысла клапана. При выключении электромагнита клапан остается закрытым, так как коромысло поворачивается кулачком распределительного вала вокруг точки касания с торцом стержня клапана, а упор коромысла может при этом свободно перемещаться.

У восьмицилиндрового двигателя два или четыре цилиндра выключают таким образом, чтобы чередование работающих цилиндров было по возможности равномерным. В шестицилиндровом двигателе выключается от одного до трех цилиндров. Сейчас проводят также испытания выключения двух цилиндров четырехцилиндрового двигателя.

Подобное отключение клапанов у двигателя с верхним расположением распределительного вала затруднительно, поэтому применяют иные способы отключения цилиндров. Например, половину цилиндров шестицилиндрового двигателя «BMW» (ФРГ) выключают так, что у трех цилиндров отключаются зажигания и впрыск, а отработавшие газы из трех работающих цилиндров отводятся через три отключенных цилиндра и могут расширяться далее. Этот процесс осуществляется клапанами во впускном и выпускном трубопроводах. Преимущество этого способа заключается в том, что выключенные цилиндры постоянно нагреваются проходящими отработавшими газами.

В восьмицилиндровом V-образном двигателе «Порше 928» [2] с отключением цилиндров имеются две практически полностью отделенные друг от друга четырехцилиндровые V-образные секции. Каждая из них снабжена самостоятельным впускным трубопроводом, механизм газораспределения при этом не имеет отключения приводов клапанов. Один из двигателей отключается закрыванием дроссельной заслонки и прекращением впрыска бензина, причем испытания показали, что насосные потери будут наименьшими при небольшом открытии дроссельной заслонки. Дроссельные заслонки обеих секций оснащены независимыми приводами. Отключаемая секция постоянно подает небольшое количество воздуха в общий выпускной трубопровод, которое используется для дожигания отработавших газов в термическом реакторе. Это исключает применение специального насоса для подачи вторичного воздуха.

Рис. 4. Автомобиль «Porsche 928»

При разделении восьмицилиндрового двигателя на две четырехцилиндровые секции одна из них отрегулирована на большой момент при низкой частоте вращения и постоянно находится в работе, а вторая – на максимальную мощность и включается только при необходимости иметь мощность, близкую к максимальной. Секции двигателя могут иметь различные фазы газораспределения и различной длины впускные трубопроводы.

Многопараметровые характеристики двигателя «Порше 928» при работе восьми (сплошные кривые) и четырех цилиндров (штриховые кривые) приведены на рис. 5. Области улучшения удельного расхода топлива за счет отключения четырех цилиндров двигателя заштрихованы. Например, при частоте вращения 2000 мин -1 и крутящем моменте 80 Н∙м удельный расход топлива при работе всех восьми цилиндров двигателя составляет 400 г/(кВт∙ч), тогда как у двигателя с четырьмя выключенными цилиндрами на том же режиме он немногим более 350 г/(кВт∙ч).

Рис. 5. Многопараметровые характеристики V-образного 8-цилиидрового бензинового двигателя «Porsche 928» с отключением цилиндров:
«——» включены 8 цилиндров; «—» включены 4 цилиндра.

Еще более заметную экономию топлива можно получить при низких скоростях движения автомобиля. Разница в расходе топлива при равномерном движении по горизонтальному участку шоссе дана на рис. 6. У двигателя с четырьмя выключенными цилиндрами (пунктирная кривая) при скорости 40 км/ч расход топлива падает на 25 % с 8 до 6 л/100 км.

Рис. 6. Топливная экономичность автомобиля, оборудованного двигателем «Porsche 928» с отключением цилиндров:
1 – включены все 8 цилиндров; 2 – включены 4 цилиндра.

Но экономия топлива в двигателе может достигаться не только выключением цилиндров. В новых двигателях «Порше» модели TOP («термодинамически оптимизированный двигатель Порше») были реализованы все возможные способы повышения индикаторного КПД традиционного бензинового двигателя. Степень сжатия была повышена сначала с 8,5 до 10, а затем, изменением формы днища поршня, – до 12,5 при одновременном повышении интенсивности вращения заряда в цилиндре при такте сжатия. У модернизированных таким образом двигателей «Порше 924» и «Порше 928» удельный расход топлива снизился на 6—12 %. Примененная при этом электронная система зажигания, устанавливая оптимальный угол опережения зажигания в зависимости от частоты вращения и нагрузки двигателя, повышает КПД двигателя при его работе на частичных нагрузках в условиях смесей бедного состава, а также исключает детонацию на режимах максимальных нагрузок [3].

Выключение двигателя при остановках автомобиля на перекрестках также приносит экономию топлива. При работе двигателя на холостом ходу с частотой вращения ниже, чем 1000 мин -1 , и температуре охлаждающей жидкости более 40 °C через 3,5 с зажигание выключается. Двигатель вновь пускается лишь после нажатия на педаль управления. Это снижает расход топлива на 26 – 35 %, и, следовательно, бензиновые двигатели «Порше» модели ТОР в части топливной экономичности могут конкурировать с дизелями.

Фирма «Мерседее-Бенц» также предприняла попытки снизить расход топлива в восьмицилиндровом двигателе методом отключения цилиндров. Отключение достигалось с помощью электромагнитного устройства, разрывающего жесткую связь между кулачком и клапаном. В условиях движения по городу расход топлива при этом снизился на 32 %.

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.

Источник http://cyberleninka.ru/article/n/metodika-normirovaniya-rashoda-topliva-avtomobiley-s-otklyuchaemymi-tsilindrami-dvigatelya
Источник http://avtoservis-rus.ru/voprosy-o-remonte-avto/kak-zaglushit-tsilindr-dvigatelya-2.html

Понравилась статья? Поделиться с друзьями: