Система управления цилиндрами: насколько полезна

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.

Дефекты гильз цилиндров

Гильзы цилиндров изнашиваются вследствие трения между поршнем и зеркалом (внутренней стенкой цилиндра). Как правило повышенный износ может происходить вследствие таких причин:

— не достаточно масла на стенках цилиндров

-двигатель долго не работал, и все масло стекло в картер

-применение масла не соответствующей вязкости

— коррозия, возникает вследствии применения воды, как охлаждающей жидкости

-сколы, царапины возникают вследствие не правильного монтажа, демонтажа ( все действия по съемке гильз цилиндров нужно проводить согласно правил специальным съемником)

-при не правильной эксплуатации двигателя

Особенности системы управления цилиндрами

Система дает возможность отключить часть клапанов при работе двигателя при незначительной нагрузке. Зачастую она отключает цилиндры в многоцилиндровых двигателях, в которых установлено от 6 до 12 цилиндров.

Отключение любого цилиндра происходит путем закрытия клапанов впуска и выпуска и прекращения подачи топливной смеси в цилиндр. Основной сложностью в реализации системы является постоянное удержание клапанов на отдельном цилиндре.

В настоящее время применяется три основных способа технического решения подобной проблемы.

1. Применение кулачков распредвала, имеющих различную форму (реализовано в системе Active Cylinder Technology);
2. Выключение коромысла (реализовано в системах Variable Cylinder Management, а также Active Cylinder Control);
3. Применение специального толкателя (реализовано в системах Displacement on Demand и Multi-Displacement System)

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.

Немного истории

Впервые двигатели с системой, позволяющей отключать цилиндры в процессе эксплуатации, появился в 1981 году. Установлены они были на автомобилях Cadillac. Впускные и выпускные клапана на этих моторах закрывались электромагнитными катушками по команде, полученной от блока управления. Срабатывание катушек обеспечивало неподвижность клапанов.

В 1999 году аналогичная система появилась и на автомобилях Mercedes. Инженеры компании разработали оригинальные составные коромысла, части которых при срабатывании электромагнитного клапана разъединялись. При этом удерживались клапаны в закрытом состоянии специальными пружинами, а блок электронного управления прекращал подачу топлива в отключаемые цилиндры.

Концерн GM в 2004 году также оснастил ряд двигателей аналогичной системой, получившей название Displacement-on-Demand (рабочий объем по требованию). В них разъединение распределительного вала и соответствующих клапанов газораспределительного механизма происходит при помощи специальных толкателей.

Наиболее интересная конструкция была разработана конструкторами компании Honda в 2005 году. Система отключения цилиндров двигателя VCM (Variable Cylinder Management) самостоятельно отключает необходимое количество цилиндров при работе двигателя в различных режимах. Кроме того, она работает совместно с системой регулирования фаз и оснащена вспомогательными системами, которые:

• снижают вибрации силового агрегата;
• подавляют шум мотора в салоне.

Все разработанные в этот период (1981-2005) конструкции работали только с моторами, имеющими 6 или 8 цилиндров, объем которых составлял не менее трёх литров.

Система управления цилиндрами двигателя

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ — «DIGIFANT»
(принцип работы и функциональные параметры)

Комплексная система управления двигателем «Digifant» фирмы Volkswagen, состоит из двух подсистем: управления впрыском топлива и управления углом опережения зажигания. Работа всех подсистем управляется электронным контроллером, который является специализированным микрокомпьютером.

Подсистема управления впрыском топлива

Подсистема отвечает за подготовку топливной смеси и ее подачу в двигатель. При этом, к каждому цилиндру, топливная смесь подается отдельной форсункой. Работает подсистема следующим образом:

Топливный эл.насос под давлением 2,5 кг/см2, подает топливо из бензобака через топливный фильтр к топливному тракту и далее к форсункам. В конце топливного тракта установлен регулятор давления топлива в системе, который поддерживает постоянное давление впрыска и осуществляет слив излишков топлива обратно в топливный бак, тем самым, обеспечивая циркуляцию топлива в системе и исключает образование в ней паров топлива.

В зависимости от информации полученной от датчиков установленных на двигателе, эл.контроллер управляет форсунками, таким образом, регулируя количество топливной смеси подаваемой в цилиндры. При этом, учитывается объем и температура всасываемого воздуха, частота вращения и угол положения колен-вала, нагрузка двигателя и температура его охлождающей жидкости. Кроме того, при установленном лямбда-зонде, эл.контроллер учитывает и его информацию, таким образом, оптимально поддерживая содержание вредных примесей в выхлопных газах . Основным параметром, определяющим дозировку топлива, является объем всасываемого воздуха. Поступающий через фильтр воздушный поток отклоняет на определенный угол напорную заслонку, которая связана с потенциометрическим датчиком угла отклонения этой заслонки. Сигнал с датчика положения воздушной заслонки поступает в эл.контроллер, а он определяет какое количество топлива необходимо в данный момент и выдает соответствующие сигналы управления открытия форсунок на необходимое время.

Независимо от положения впускных клапанов впрыск топлива производится дважды на каждый оборот колен-вала. Если впускной клапан закрыт, топливо остается во впускном коллекторе до следующего открытия впускного клапана данного цилиндра.

Обогащение топливной смеси в пусковых режимах может производится посредством подачи дополнительного топлива основными форсунками, как например в двигателях «РВ» или дополнительными форсунками управляемыми эл.контроллером, как в двигателе «2Е».

При превышении заданной частоты вращения двигателя и на принудительном холостом ходу эл.контроллер прекращает управление форсунками, таким образом, прекращая подачу топлива в цилиндры двигателя.

Дозирование подачи воздуха при пуске, прогреве и на холостом ходу осуществляется клапаном стабилизации холостого хода.

Функциональные параметры:

Топливный насос.

Электрический погружной роликовый топливный насос. Установлен в топливном баке в одном блоке с датчиком уровня топлива.

Марка и каталожный номер: BOSCH 0 580 453 012.
Давление подачи топлива — 3 кг/см 2 . Производительность при напряжении питания на выводах:
— 9в: 275 см 3 /30сек.
— 10в: 350 см 3 /30сек.
— 11в: 425 см 3 /30сек.
— 12в: 500 см 3 /30сек
. по всем параметрам +/- 10см 3 /30сек.

Регулятор давления топлива.

Регулятор давления топлива диафрагменного типа. Установлен на топливном тракте и служит для обеспечения постоянного давления топлива в системе.

Давление регулирования на холостом ходу:
— при подсоединенной вакуумной трубке: 2,5 кг/см 2 ;
— при отсоединенной вакуумной трубке: 3,0 кг/см 2 .
Давление тарировки: +/- 0,2 кг/см 2 .
Остаточное давление в системе через 10мин. после выключения топливного насоса, не менее 2кг/см 2 .

Измеритель расхода воздуха.

Измеритель расхода воздуха с напорным диском для измерения количества воздуха поступающего в двигатель. Потенциометрический. Установлен на оси напорного диска, с встроенным в корпус, датчиком температуры всасываемого воздуха резистивного типа и отрицательным температурным коэффициентом (при повышении температуры уменьшается сопротивление).

Марка: BOSCH.
Номера по каталогу:
заводская установка — 0 280 200 241;
запчасть — 0 289 200 242.
Сопротивление потенциометрического датчика при измерении между выводами разъема измерителя расхода воздуха:
— «3» и «4»: 500-1000 ом;
— «2» и «3»: плавно изменяется в зависимости от положения напорного диска.

Сопротивление датчика температуры всасываемого воздуха при измерении между выводами «1» и «4» разъема измерителя расхода воздуха и при температуре воздуха:
— 0С: 5,5 +/- 0,7 кОм;
— 20С: 2,5 +/- 0,5 кОм;
— 30С: 1,8 +/- 0,2 кОм;
— 50С: 0,8 +/- 0,1 кОм;
— 80С: 0,35 +/- 0,05 кОм;
— 100С: 0,2 +/- 0,025 кОм.

Датчик температуры охлаждающей жидкости.

Датчик температуры охлаждающей жидкости того же типа, что и датчик температуры всасываемого воздуха и с теми же характеристиками.

Датчики положения дроссельной заслонки.

Вариант 1.

Установлены датчик холостого хода и датчик полной нагрузки. Оба датчика позиционного типа. Установлены на оси дроссельной заслонки. Служат для определения режима работы двигателя.

Сопротивление датчика холостого хода при зазоре 0,2-0,6 мм. между рычагом управления дроссельной заслонкой и упором холостого хода — 0,5 Ом.

Сопротивление датчика полной нагрузки при угле 10 +/- 2 градусов между дроссельной заслонкой и упором полной нагрузки — бесконечность.

Вариант 2.

Датчик положения дроссельной заслонки потенциометрического типа. Установлен на оси дроссельной заслонки.

Напряжение при измерении между выводами «2» и «3» разъема датчика:
— при положении дроссельной заслонки на упоре холостого хода или полной нагрузки: 0-0,5в.
— при промежуточном положении дроссельной заслонки: 4,5-5,0в.

Клапан стабилизации холостого хода.

Воздушный клапан стабилизации холостого хода электромагнитный, ротационного типа. Установлен в воздушном тракте, параллельно корпусу дроссельной заслонки и обеспечивает постоянство оборотов двигателя на холостом ходу за счет изменения проходного сечения воздушного канала.

Датчик содержания кислорода в выхлопных газах (лямбда-зонд).

Датчик выдает на эл.контроллер информацию о содержании кислорода в выхлопных газах. Устанавливается на выпускном коллекторе двигателя.

Напряжение питания — 12В.
Выходной ток — 0,5-3,0А.

Подсистема управления углом опережения зажигания.

Основными элементами подсистемы управления углом опрежения зажигания являются: эл.контроллер, коммутатор, встроенный в распределитель зажигания датчик числа оборотов двигателя (датчик Холла), встроенный в контроллер датчик разрежения, датчик детонации, катушка и свечи зажигания. Датчик детонации обеспечивает контроль за нагрузкой двигателя и является основным для регулирования угла опережения зажигания.

Угол опережения зажигания вычисляется эл.контроллером в прямой зависимости от показаний датчиков, он же и осуществляет управление зажиганием.

Функциональные параметры:

Распределитель зажигания.

Распределитель зажигания с осевыми выводами, с встроенным датчиком Холла. Служит для распределения зажигания по цилиндрам, определения числа оборотов двигателя и момента искрообразования.

Номер по каталогу: BOSCH 0 237 520 010.

Начальный угол опережения зажигания до ВМТ при отключенном разъеме датчика температуры охлаждающей жидкости — 6 градусов +/-18 сек.

Выходное напряжение датчика Холла при измерении между выводами «4» и «6» разъема коммутатора — 0 -2В.

Сопротивление ротора датчика Холла — 0,6-1,4 Ом.

Коммутатор.

Номер по каталогу: BOSCH 0 227 100 142

Катушка зажигания.

Катушка зажигания с маркировкой серого или зеленого цвета.
Сопротивление первичной обмотки — 0,6-0,8 Ом.
Сопротивление вторичной обмотки — 6,9-8,5 кОм.

Элементы подавления радиопомех.

Сопротивление помехоподавительных резисторов — 0,6-1,4 кОм.
Сопротивление наконечников свечей зажигания — 4,0-6,0 кОм

Структурная схема системы управления двигателем — «DIGIFANT».

Использован материал сайта «ICars» WEB-Page

Выявить неисправность с помощью ЭБУ достаточно просто. Подключите автотестер с помощью разъема OBD и найдите расшифровку обнаруженных ошибок. Коды Р0301, Р0302, Р0303, Р0304 указывают на проблемы в одном из четырех цилиндров, бронепроводах, свечах или прокладках, связанных с ними в соответствии с последней цифрой шифра. Если тестер показывает ошибку Р0300, то проверить нужно всю систему в комплексе, включая фильтры и состав горючей смеси. О неполадках в форсунках говорят коды Р0201, Р0202, Р0203, Р0204 и т.д. (по числу цилиндров в силовом агрегате). Код Р0400 описывает проблему в выпускном коллекторе.

Отечественные модели зачастую оснащены ЭБУ старого поколения. Такую систему лучше поменять в авторизованных сервисных центрах на обновленную, совместимую с электроникой авто в целом. Современные блоки позволяют легко обнаружить пропуски зажигания в конкретных цилиндрах.

Без детонации – никак?

Но если для поломки от детонации требуются десятки или даже сотни тысяч ударов и оборотов коленвала, то вполне очевидно, что пара-тройка одиночных ударов никак не смогут повредить поршень. То есть детонация – это не кувалда, которая ломает двигатель с одного удара. Ломает его количество ударов. Тогда надо понимать, что детонация – это никакая не «чума» для двигателя внутреннего сгорания, в чем совершенно убеждены наши «мастера»-эксперты, а вполне нормальный рабочий процесс. Важно только правильно им управлять.

Сказано – сделано. Именно так, «по детонации», и работает система управления двигателем. Как это происходит? При появлении детонации характерный стук регистрируется датчиком детонации – и происходит автоматическая регулировка угла опережения зажигания, длительности импульса на форсунку и другие действия, чтобы на следующем обороте коленвала «убрать» этот нежелательный для двигателя эффект.

Вот и получается, что наличие детонации является не вредным и фатальным, а напротив, совершенно необходимым условием работы системы управления современным двигателем. Разумеется, если это делается правильно. Более того, если детонация исчезает, то система управления просто «слепнет», не понимая, что ей делать. И начинает двигать угол опережения на более раннее зажигание – до тех пор пока детонация не появится или не сработают какие-то другие программные ограничения.

То есть сама по себе детонация не является причиной поломки, поскольку нормальный двигатель рассчитан на ее появление. Скажем больше – в нормально работающем двигателе она просто должна быть. И точка.

так выгладит не вполне характерный пример разрушения поршня в результате детонации — каверны буквально «съели» металл на краях

Но что происходит, если в бак залить низкооктановый бензин? Сразу появляется детонация? Ничего, это – вполне нормальное явление, и система управления начинает в штатном режиме уменьшать угол опережения зажигания. Но через несколько оборотов коленвала угол становится «на упор»: уменьшить его уже нельзя, поскольку программных возможностей нет. А детонация остается – и вот это является опасным режимом работы двигателя. Который даже фиксируется в памяти блока управления – там записывается соответствующий код ошибки.

Возможно, кто-то услышит эту детонацию. А возможно, и не услышит: сегодня звукоизоляция автомобилей находится на довольно высоком уровне. И вот здесь кроется вся сложность и опасность ситуации: например, водитель приглушил музыку в салоне, услышал стук – и принял меры. Но оказалось, что уже поздно: усталость металла сделала свое «черное дело», и какой-то из поршней уже сломан. Причем до момента наступления поломки ничто, как говорится, «не предвещало»…

Иногда на краях поршня, там, где и возникают детонационные взрывы, может появиться эрозия – и поверхность будет буквально «изъедена» кавернами. Такой эффект наблюдается чаще на турбированных двигателях. На «атмосферниках» эрозия не успевает проявиться: раньше рушатся перемычки колец, двигатель теряет компрессию, резко возрастает расход масла, и эксплуатацию такого двигателя прекращают, потому что он уже явно неисправен.

Некоторые «мастера»-эксперты убеждены: детонация настолько зла, что рушит все подряд, даже свечи зажигания. Аргумент, надо сказать, «так себе» – как бедной свече повредиться, если детонация возникает в самом дальнем «углу» камеры, наиболее удаленном от свечи? И нужны уникальные условия, чтобы такое повреждение все-таки произошло…

Та же история и с клапанами: во время возникновения детонации они закрыты и, как говорится, «и в ус себе не дуют», лежат спокойно в седле. Конечно, если они не герметичны, то их может «пристукнуть» и даже «прижечь», но в ином случае им ничего такого явно «детонационного» не грозит.

Вкладыши коленвала, конечно, тоже испытывают некие удары от детонации, однако она «бьет» через большое количество деталей: поршень, палец, шатун. И чтобы повредить вкладыш, необходим удар такой зубодробительной силы, который впору сравнить с ударом кувалды даже не по, а через наковальню – такой разрушил бы всю шатунно-поршневую группу, прежде чем смог бы достать до вкладыша. Возможен ли такой удар на практике, предоставим решить читателю самостоятельно в качестве «домашнего задания».

Топливные системы дизельных двигателей

Система подачи топлива дизельного двигателя имеет следующие особенности:

— Подача топлива в камеры сгорания осуществляется форсунками под высоким давлением (за счет которого происходит воспламенение топливно-воздушной смеси);
— Давление создается специальным топливным насосом высокого давления (ТНВД).

Таким образом, в топливной системе дизеля присутствует два насоса — низкого и высокого давления. Насос низкого давления (часто его называют подкачивающим насосом) обеспечивает подачу топлива к ТНВД, а ТНВД — подачу топлива в форсунки.

Принцип работы топливной системы дизельного двигателя сводится к следующему: топливо с помощью подкачивающего насоса подается к ТНВД (попутно проходя через фильтр тонкой очистки), откуда под высоким давлением поступает в установленные в головках цилиндров форсунки. Форсунки в определенные моменты открываются и распыляют топливо в камере сгорания, в которые через отдельный клапан (или клапаны) подается очищенный воздух. Излишки топлива от ТНВД и форсунок через трубки отлива топлива возвращаются в топливный бак.