Odłączanie cylindrów

Schaeffler
16.4.2015

Jednym ze sposobów zmniejszenia zużycia paliwa przez samochody jest downsizing ich silników, czyli zmniejszanie pojemności skokowej przy zachowaniu wysokiej mocy. Innym sposobem jest odłączenie cylindrów, gdy pełna moc silnika nie jest potrzebna.

Ograniczenia pojemności skokowej cylindrów ma swoje granice, których podstawy leżą w termodynamice procesu spalania mieszanki paliwowo-powietrznej. Optymalną pojemnością skokową cylindra jest taka, która zawiera się w przedziale między 400 a 500 cm3. W praktyce downsizing silnika oznacza redukcję liczby cylindrów przy zachowaniu odpowiedniej pojemności skokowej każdego z nich. Ciekawą alternatywą dla tej praktyki jest downsizing czasowy polegający na odłączaniu części cylindrów w taki sposób, żeby w pewnym zakresie obrotów silnika oraz jego obciążenia osiągnąć korzystniejsze wartości zużycia paliwa. Jednocześnie w razie pojawienia się zapotrzebowania na pełną moc sterownik może włączyć do pracy wszystkie cylindry silnika.

Efektywna oszczędność paliwa przy wyłączeniu części cylindrów z pracy nie jest możliwa tylko przy wyłączeniu zapłonu i wtrysku, ponieważ cylindry, które aktualnie nie biorą udziału w generowaniu mocy działają jak pompa ssąco-tłocząca. Zasysane jest do nich powietrze, po czym jest ono sprężane i oddawane do wydechu. Sprężanie powietrza generuje straty, które muszą pokryć cylindry pracujące, co w efekcie nie przekłada się na oszczędność. Aby wykorzystać pełny potencjał tego rozwiązania, konieczne jest jeszcze zastosowanie odpowiedniego sterowania zaworami, aby zminimalizować opory ruchu niepracujących cylindrów.

Jednym z rozwiązań, które przynosi dobre efekty, jest rotacyjne odłączanie cylindrów, które zapobiega lokalnemu wychłodzeniu silnika (sprężanie i rozprężanie gazu w niepracującym cylindrze doprowadza do jego wystudzenia). W związku z tym po jednym cyklu zapłonu w danym cylindrze następuje odłączenie go i przełączenie zapłonu na kolejny cylinder. Dla kolejnego cylindra cykl ten jest powtarzany i przenoszony na dalszy cylinder, co powoduje utrzymanie temperatury silnika i jej wyrównanie. Sam proces przełączenia cylindrów musi być niezauważony dla kierowcy, w związku z czym w tym czasie przestawiany jest punkt zapłonu oraz czas napełniania cylindra.
Aby zmienić czas napełniania cylindra oraz precyzyjnie sterować otwieraniem zaworów, konieczne jest zastosowanie systemu ich odłączania. Stosuje się do tego przestawne dźwigienki zaworowe lub sterowane hydraulicznie popychacze zaworowe. W obu przypadkach sterowane są hydraulicznie. Olej sterujący doprowadzany jest do nich kanałem olejowym, w którym przepływem oleju steruje zawór elektrohydrauliczny. Dzięki takiemu sterowaniu możliwe jest uniezależnienie skoku zaworu od wałka rozrządu w czasie 180o obrotu wałka rozrządu. Teoretyczna szybkość sterowania dźwigienką zaworową wynosi 20 ms przy prędkości obrotowej równej 3000 min-1. Aby zminimalizować czas przełączania z wykorzystaniem wspólnego zasilania elementów olejem, zaczęto stawać system Uni Air, w którym zawory każdego cylindra dolotowego są sterowane osobną sekcją regulującą, co pozwala na zrównoważenie biegu silnika przy odłączaniu cylindrów oraz na indywidualne czasy napełniania dla każdego z nich.

Fot. 1. Sterowana dźwigienka zaworowa pozwala na zredukowanie skoku zaworu.
Fot. Schaeffler

 

 

 Fot. 2. System Uni Air pozwalający na indywidualne sterowanie zaworami dolotowymi.
Fot. Schaeffler

 

 

 Fot. 3. Element wykonawczy systemu Uni Air przesuwa tuleję na wale, powodując aktywację dźwigienki zaworowej.
Fot. Schaeffler

O Autorze

autoEXPERT – specjalistyczny miesięcznik motoryzacyjny, przeznaczony dla osób zajmujących się zawodowo naprawą, obsługą, diagnostyką i sprzedażą samochodów oraz produkcją i sprzedażą akcesoriów motoryzacyjnych, części zamiennych i materiałów eksploatacyjnych.

Tagi artykułu

autoExpert 1–2 2025

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę