Wyłączanie cylindrów w silniku samochodu
Autor: Jerzy Dyszy
Liczba odwiedzin: 2500
Wydaje się naturalne, że gdy w silniku naszego samochodu przestają pracować niektóre cylindry, mamy do czynienia z awarią, czasami bardzo poważną. Bywa jednak, że nie oznacza to konieczności wizyty w serwisie. Są silniki, w których zaplanowane, samoczynne wyłączanie cylindrów, spowoduje obniżenie zużycia paliwa. Pomysł z wyłączaniem z pracy części cylindrów pojawił się w przemyśle 
motoryzacyjnym USA, czyli tam, gdzie produkowano masowo auta z wielkimi, ale niezbyt wysilonymi silnikami benzynowymi, natomiast sam ruch drogowy jest wyjątkowo ślamazarny. Chodziło o wyeliminowanie takiego stanu pracy silnika, gdy zapotrzebowanie na moment napędowy jest znacznie mniejsze od rzeczywistej, pełnej wydajności jednostki. Przy małym obciążeniu dużego silnika wymaga to prawie całkowitego zamknięcia przepustnicy, skutkiem czego pojawiają się istotne straty pompowania, a silnik pracuje z wyjątkowo niską sprawnością na skutek bardzo niskiego ciśnienia ładunku w układzie dolotowym. Wyłączenie z pracy np. połowy cylindrów powoduje – ciągle w przy tym samym zapotrzebowaniu na moment napędowy – korzystne, podwójne dociążenie pozostałych w pracy cylindrów. Teoretyczny spadek zużycia paliwa może sięgać wtedy ok. 20 proc.
Funkcja ta będzie skuteczna jedynie wtedy, gdy wyłączone cylindry nie będą pompowały ładunku, co czyni się całkowicie zamykając zawory wylotowe i dolotowe odłączonych cylindrów. Pozostałe w cylindrze powietrze jest wtedy tylko sprężane i rozprężane, co w całym cyklu nie powoduje istotnych strat. Wyłączeniu cylindrów towarzyszyć musi oczywiście przerwanie zasilania ich w paliwo oraz odpowiednie dostosowanie sterowania pracą pozostałych, tych nie wyłączonych.
Rozwiązanie takie zastosowano po raz pierwszy 1981 w ośmiocylindrowych jednostkach Cadillaca i nazwano je Cadillac V-8-6-4. Układ nie miał jednak dobrego sterowania i był awaryjny, więc firma wycofała się z jego stosowania. Kolejne próby podjęło Mitsubishi, konstruując w latach 80. czterocylindrowe i sześciocylindrowe silniki o symbolu MD (Modulated Displacement), a potem, w latach 90. rozwijając konstrukcję jednostek o nazwie MIVEC-MD. Redukcja zużycia paliwa w tych jednostkach rzeczywiście wynosiła granicach 10 do 20 proc.
CZYTAJ TAKŻE
System dezaktywacji cylindrów w silnikach 1.4 TSI
Silnik 1.6 EcoBoost w Fordach
Już obecnym stuleciu, wobec sporych nacisków na ekologię i poprawę ekonomii, do pomysłu powróciło kilka firm oferujących limuzyny z dużymi, wielocylindrowymi silnikami: Cadillac w ramach General Motors, DaimlerChrysler (obecnie Chrysler), Mercedes Benz i Honda. Dziś system dezaktywacji sterowania zaworami w dużych jednostkach realizuje się zasadniczo na dwa sposoby – w silnikach popychaczowych (OHV) odłączane jest zwykle hydrauliczne zasilanie popychaczy wybranych cylindrów współpracujących z wałkiem rozrządu, natomiast w silnikach OHC (z wałkami rozrządu w głowicy) stosuje się podwójne dźwignie zaworowe, łączone lub rozłączane sterowanym hydraulicznie trzpieniem.
W ostatnich latach nie stosowano jednak takiego rozwiązania w silnikach czterocylindrowych, a już na pewno w silnikach z bezpośrednim wtryskiem. Tymczasem konstruktorzy Volkswagena stwierdzili, że będzie to korzystne rozwiązanie także w małych, już z założenia bardzo ekonomicznych jednostkach. Dlatego opracowali odłączanie dwóch cylindrów (CSO czyli cylinder cut-off) w popularnej jednostce 1,4 TSI DOHC 16V z turbosprężarką i na wiosnę przyszłego roku Volkswagen wprowadzi do swej oferty kolejną odmianę tej jednostki, tym razem z mocą maksymalną 140 KM.
Pomysł zastosowany przez VW polega na użyciu zamontowanych na obu wałkach rozrządu przesuwnych tulei z krzywkami – standardową i o zerowym wzniosie, sterującymi poprzez dźwignie z rolkami, zaworami środkowych dwóch cylindrów. Tuleje przesuwane są w jedną lub drugą stronę, gdy do odpowiedniego śrubowego rowka w ich centralnej części wsuwa się sterowany elektromagnetycznie trzpień. Każde przesunięcie owych tulei, a więc załączenie lub wyłączenie sterowania zaworów, nastąpi w trakcie połowy obrotu wałków rozrządu, czyli trwać będzie 13 do 36 milisekund. Takim właśnie sposobem dokonuje się zmiany faz rozrządu w niektórych silnikach Porsche, a więc można domniemywać skąd rozwiązanie trafiło do samochodów VW.
Proces odłączania cylindrów ma przebiegać płynnie i niezauważalnie dla kierowcy. W silniku 1,4 TSI może on nastąpić w zakresie od 1400 do 4000 obr/min i gdy moment generowany przez silnik zawiera się w granicach od 25 do 75 Nm. Maksymalne osiągi tego silnika wynoszą 103 kW/140 KM i 250 Nm w zakresie od 1500 do 4000 obr/min. Nawet gdy kierowca wykorzystuje silnik w podanym zakresie obrotów i obciążenia, ale ulega ono szybkim zmianom, odłączanie cylindrów nie nastąpi.
Według danych producenta zastosowanie odłączania cylindrów CSO w cyklu pomiarowym NEDC powoduje spadek zużycia paliwa o 0,4 l/100 km, a po aktywacji systemu start/stop działającego w czasie jazdy (czyli wyłączającego silnik podczas wybiegu), oszczędność sięga 0,6 l/100 km. Przy stałej niewielkiej prędkości i obciążeniu, spadek zużycia paliwa sięga od 0,7 do prawie 1,0 l/100 km. Nowy silnik może spełnić założenia przyszłej normy czystości spalin Euro 6.
Rozwiązanie Volkswagena widoczne jest na poniższym filmie:
motoryzacyjnym USA, czyli tam, gdzie produkowano masowo auta z wielkimi, ale niezbyt wysilonymi silnikami benzynowymi, natomiast sam ruch drogowy jest wyjątkowo ślamazarny. Chodziło o wyeliminowanie takiego stanu pracy silnika, gdy zapotrzebowanie na moment napędowy jest znacznie mniejsze od rzeczywistej, pełnej wydajności jednostki. Przy małym obciążeniu dużego silnika wymaga to prawie całkowitego zamknięcia przepustnicy, skutkiem czego pojawiają się istotne straty pompowania, a silnik pracuje z wyjątkowo niską sprawnością na skutek bardzo niskiego ciśnienia ładunku w układzie dolotowym. Wyłączenie z pracy np. połowy cylindrów powoduje – ciągle w przy tym samym zapotrzebowaniu na moment napędowy – korzystne, podwójne dociążenie pozostałych w pracy cylindrów. Teoretyczny spadek zużycia paliwa może sięgać wtedy ok. 20 proc. Funkcja ta będzie skuteczna jedynie wtedy, gdy wyłączone cylindry nie będą pompowały ładunku, co czyni się całkowicie zamykając zawory wylotowe i dolotowe odłączonych cylindrów. Pozostałe w cylindrze powietrze jest wtedy tylko sprężane i rozprężane, co w całym cyklu nie powoduje istotnych strat. Wyłączeniu cylindrów towarzyszyć musi oczywiście przerwanie zasilania ich w paliwo oraz odpowiednie dostosowanie sterowania pracą pozostałych, tych nie wyłączonych.
Rozwiązanie takie zastosowano po raz pierwszy 1981 w ośmiocylindrowych jednostkach Cadillaca i nazwano je Cadillac V-8-6-4. Układ nie miał jednak dobrego sterowania i był awaryjny, więc firma wycofała się z jego stosowania. Kolejne próby podjęło Mitsubishi, konstruując w latach 80. czterocylindrowe i sześciocylindrowe silniki o symbolu MD (Modulated Displacement), a potem, w latach 90. rozwijając konstrukcję jednostek o nazwie MIVEC-MD. Redukcja zużycia paliwa w tych jednostkach rzeczywiście wynosiła granicach 10 do 20 proc.
CZYTAJ TAKŻE
System dezaktywacji cylindrów w silnikach 1.4 TSI
Silnik 1.6 EcoBoost w Fordach
Już obecnym stuleciu, wobec sporych nacisków na ekologię i poprawę ekonomii, do pomysłu powróciło kilka firm oferujących limuzyny z dużymi, wielocylindrowymi silnikami: Cadillac w ramach General Motors, DaimlerChrysler (obecnie Chrysler), Mercedes Benz i Honda. Dziś system dezaktywacji sterowania zaworami w dużych jednostkach realizuje się zasadniczo na dwa sposoby – w silnikach popychaczowych (OHV) odłączane jest zwykle hydrauliczne zasilanie popychaczy wybranych cylindrów współpracujących z wałkiem rozrządu, natomiast w silnikach OHC (z wałkami rozrządu w głowicy) stosuje się podwójne dźwignie zaworowe, łączone lub rozłączane sterowanym hydraulicznie trzpieniem.
W ostatnich latach nie stosowano jednak takiego rozwiązania w silnikach czterocylindrowych, a już na pewno w silnikach z bezpośrednim wtryskiem. Tymczasem konstruktorzy Volkswagena stwierdzili, że będzie to korzystne rozwiązanie także w małych, już z założenia bardzo ekonomicznych jednostkach. Dlatego opracowali odłączanie dwóch cylindrów (CSO czyli cylinder cut-off) w popularnej jednostce 1,4 TSI DOHC 16V z turbosprężarką i na wiosnę przyszłego roku Volkswagen wprowadzi do swej oferty kolejną odmianę tej jednostki, tym razem z mocą maksymalną 140 KM.Pomysł zastosowany przez VW polega na użyciu zamontowanych na obu wałkach rozrządu przesuwnych tulei z krzywkami – standardową i o zerowym wzniosie, sterującymi poprzez dźwignie z rolkami, zaworami środkowych dwóch cylindrów. Tuleje przesuwane są w jedną lub drugą stronę, gdy do odpowiedniego śrubowego rowka w ich centralnej części wsuwa się sterowany elektromagnetycznie trzpień. Każde przesunięcie owych tulei, a więc załączenie lub wyłączenie sterowania zaworów, nastąpi w trakcie połowy obrotu wałków rozrządu, czyli trwać będzie 13 do 36 milisekund. Takim właśnie sposobem dokonuje się zmiany faz rozrządu w niektórych silnikach Porsche, a więc można domniemywać skąd rozwiązanie trafiło do samochodów VW.
Proces odłączania cylindrów ma przebiegać płynnie i niezauważalnie dla kierowcy. W silniku 1,4 TSI może on nastąpić w zakresie od 1400 do 4000 obr/min i gdy moment generowany przez silnik zawiera się w granicach od 25 do 75 Nm. Maksymalne osiągi tego silnika wynoszą 103 kW/140 KM i 250 Nm w zakresie od 1500 do 4000 obr/min. Nawet gdy kierowca wykorzystuje silnik w podanym zakresie obrotów i obciążenia, ale ulega ono szybkim zmianom, odłączanie cylindrów nie nastąpi.
Według danych producenta zastosowanie odłączania cylindrów CSO w cyklu pomiarowym NEDC powoduje spadek zużycia paliwa o 0,4 l/100 km, a po aktywacji systemu start/stop działającego w czasie jazdy (czyli wyłączającego silnik podczas wybiegu), oszczędność sięga 0,6 l/100 km. Przy stałej niewielkiej prędkości i obciążeniu, spadek zużycia paliwa sięga od 0,7 do prawie 1,0 l/100 km. Nowy silnik może spełnić założenia przyszłej normy czystości spalin Euro 6.
Rozwiązanie Volkswagena widoczne jest na poniższym filmie:
