Variabel forskyvning - Variable displacement

Variabel slagvolum er en bilmotorteknologi som gjør at motorens slagvolum kan endres, vanligvis ved å deaktivere sylindere , for bedre drivstofføkonomi . Teknologien brukes hovedsakelig i store flersylindrede motorer. Mange bilprodusenter har tatt i bruk denne teknologien fra 2005, selv om konseptet har eksistert en stund før dette.

Operasjonsteori

Sylinderdeaktivering brukes til å redusere drivstofforbruket og utslippene fra en forbrenningsmotor under lett belastning. Ved typisk lettlastkjøring bruker sjåføren bare rundt 30 prosent av motorens maksimale effekt. Under disse forholdene, er strupe ventilen nesten lukket, og motoren må arbeide for å trekke luft. Dette forårsaker ineffektivitet kjent som pumpetap. Noen motorer med stor kapasitet må strykes så mye ved lett belastning at sylindertrykket på topp dødpunkt er omtrent halvparten av det til en liten 4-sylindret motor . Lavt sylindertrykk gir lavere drivstoffeffektivitet . Bruken av sylinder deaktiveres ved lett last betyr at det er færre sylindere trekker luft fra inntaksmanifolden , som arbeider for å øke dets fluid (luft) trykk. Drift uten variabel forskyvning er sløsing fordi drivstoff kontinuerlig pumpes inn i hver sylinder og brennes selv om maksimal ytelse ikke er nødvendig. Ved å slå av halvparten av en motorsylindere er mengden drivstoff som forbrukes mye mindre. Mellom å redusere pumpetapene, som øker trykket i hver driftssylinder, og redusere mengden drivstoff som pumpes inn i sylindrene, kan drivstofforbruket reduseres med 8 til 25 prosent under motorvei.

Sylinderdeaktivering oppnås ved å holde inntaks- og eksosventilene lukket for en bestemt sylinder. Ved å holde inntaks- og eksosventilene lukket, skaper det en "luftfjær" i forbrenningskammeret - de fangede eksosgassene (holdt fra den forrige ladningsforbrenningen) komprimeres under stempelets slag og presses ned på stempelet under nedslaget. Komprimering og dekomprimering av de fangede eksosgassene har en utjevningseffekt - totalt sett er det praktisk talt ingen ekstra belastning på motoren. I den siste rasen av sylinderdeaktiveringssystemer brukes motorstyringssystemet også til å kutte drivstofftilførselen til de deaktiverte sylindrene. Overgangen mellom normal motordrift og sylinderdeaktivering glattes også ut ved hjelp av endringer i tenningstid , kamtiming og gassposisjon (takket være elektronisk gassregulering ). I de fleste tilfeller brukes sylinderdeaktivering på relativt store deplasjonsmotorer som er spesielt ineffektive ved lett belastning. For en V12 kan opptil 6 sylindere deaktiveres.

To problemer å overvinne med alle motorer med variabel deplacement er ubalansert kjøling og vibrasjon.

Historie

Den eldste motorteknologiske forgjengeren for motoren med variabel slagvolum er treff-og-savn-motoren , utviklet på slutten av 1800-tallet. Disse ensylindrede stasjonære motorene hadde en sentrifugal regulator som kuttet sylinderen ut av drift så lenge motoren kjørte over en angitt hastighet, vanligvis ved å holde avtrekksventilen åpen.

Cadillac L62 V8-6-4

Cadillac V8-6-4 emblem

Første forsøk med flersylindrede motorer under andre verdenskrig , ble re-forsøk i 1981 på Cadillac 's skjebnesvangre l62 'V8-6-4' motor. Teknologien ble gjort til en standardfunksjon på alle Cadillac-modeller bortsett fra Sevilla , som hadde 350 diesel V-8-motoren som basismotor. Cadillac, sammen med Eaton Corporation , utviklet det innovative V-8-6-4-systemet som brukte bransjens første motorstyringsenhet til å bytte motor fra 8 til 6- til 4-sylindret drift, avhengig av mengden kraft som trengs. Det originale flerskiftesystemet slo av motsatte sylinderpar, slik at motoren kunne ha tre forskjellige konfigurasjoner og forskyvninger. Bilene hadde en forseggjort diagnostikkprosedyre, inkludert visning av motorfeilkoder på klimaanlegget. Imidlertid var systemet plagsomt, misforstått av kunder, og et utslett av uforutsigbare feil førte til at teknologien ble raskt pensjonert.

Alfa Romeo Alfetta CEM

I 1981 utviklet Alfa Romeo i samarbeid med Universitetet i Genova en semi-eksperimentell versjon med variabel deplacement av Alfa Romeo Alfetta , kalt Alfetta CEM ( Controllo Elettronico del Motore , eller Electronic Engine Management), og viste den på Frankfurt Motor Show . Den 130 PS (96 kW; 128 hk) 2,0-liters modulmotoren inneholdt drivstoffinnsprøytning og tenningssystemer styrt av en motorstyringsenhet, som kunne slå av to av fire sylindere etter behov for å redusere drivstofforbruket. En første gruppe på 10 eksempler ble tildelt drosjesjåfører i Milano for å verifisere drift og ytelse i virkelige situasjoner. Ifølge Alfa Romeo under disse testene ble det funnet at sylinderdeaktivering reduserte drivstofforbruket med 12% sammenlignet med en CEM-drivstoffinnsprøytet motor uten variabel forskyvning, og nesten med 25% i forhold til den vanlige produksjonen forgasset 2,0-liter. Etter den første rettssaken, i 1983, ble en liten serie på 1000 eksempler lagt ut for salg til utvalgte kunder. 991 eksempler ble produsert. Til tross for denne andre eksperimentelle fasen, hadde prosjektet ingen videre utvikling.

Mitsubishi MD

I 1982 utviklet Mitsubishi sin egen variable deplacement i form av MD (Modulated Displacement) som beviste at teknologien, som først ble brukt i Mitsubishis 1,4 L 4G12 straight-four- motor, kan fungere vellykket. Fordi Cadillacs system viste seg å være en feil og en firesylindret motor ble brukt, hyllet Mitsubishi sitt eget som en verdens først. Teknologien ble senere brukt i Mitsubishis V6 -motorer.

Systemet fungerte ved å deaktivere ventilene på sylindere nummer 1 og 4 ved hastigheter under 70 km/t (43,5 mph), ved tomgang og under bremsing. Drivstofforbruket var generelt rundt 20 prosent bedre enn den vanlige 4G12 -motoren. Periodekilder klaget imidlertid over at motoren gikk veldig grovt i to-sylindret modus, til tross for spesielle motorfester med hydraulisk demping. Andre forsøk på å minimere vibrasjoner og hardhet inkluderte en del av fleksibelt eksosrør, som ikke drev systemet før kjølevæsketemperaturen nådde 70C, og et 70 prosent tyngre svinghjul. Mitsubishis innsats forble kortvarig, hovedsakelig på grunn av mangel på respons fra bilkjøpere.

I 1993, et år etter at Mitsubishi utviklet sin egen teknologi for variabel ventiltiming , ble MIVEC -MD -varianten introdusert. Den gjenopplivet MD -teknologien var nå i sin andre generasjon med forbedrede elektroniske motorkontroller som gjør det mulig å bytte fra 4 til 2 sylindere nesten umerkelig. I MD -modus bruker MIVEC -motoren bare to av sine fire sylindere, noe som reduserer energiforbruket betydelig på grunn av pumpetap. I tillegg reduseres også effekttap på grunn av motorfriksjon. Avhengig av forholdene kan MIVEC-MD-systemet redusere drivstofforbruket med 10–20 prosent; selv om noe av denne forsterkningen er fra det variable ventiltids-systemet, ikke fra funksjonen med variabel forskyvning. Modulert forskyvning ble droppet rundt 1996.

Ettermarkedssystemer

En rekke selskaper har utviklet ettermarkedet sylinderdeaktiveringssystemer, med ulik grad av suksess. EPA-evalueringen fra 1979 av Automotive Cylinder Deactivation System (ACDS), som tillot åtte-sylindrede motorer å kjøre på fire sylindere, fant at utslipp av karbonmonoksid og nitrogenoksid ble økt utover de lovlige grensene for utslippsstandardene som da gjaldt. Mens drivstofføkonomien ble økt, ble akselerasjonen alvorlig kompromittert, og tapet av motorvakuum førte til et farlig tap av bremsehjelp når systemet var i firesylindret modus. I tillegg til disse problemene, mens selskapet foreslo et hydraulisk kontrollert system som kunne kobles fra bilen, måtte versjonen de implementerte endres manuelt i motorrommet ved hjelp av håndverktøy.

Tilstede

Det er for tiden to hovedtyper av sylinderdeaktiveringsmekanisasjoner som brukes i dag, avhengig av typen motorens ventiltrekk. Den første er for trykkstangkonstruksjoner som bruker solenoider for å endre oljetrykk levert for å låse pinner i løfterne. Med låsepinnen på plass, løfter løfterne seg sammen og klarer ikke å løfte sine ledsagerstøtter under ventilens vippearmer, noe som resulterer i ventiler som forblir stengt når kammen skyver på delen i tapt bevegelse.

Den andre typen er for overliggende kamemotorer, og bruker et par låste vippearmer som brukes for hver ventil. Den ene vipperen følger kamprofilen, mens den andre aktiverer ventilen. Når en sylinder er deaktivert, frigjør magnetventilert oljetrykk en låsestift mellom de to vippearmene. Mens den ene armen fortsatt følger kamaksel, forblir den ulåste armen ubevegelig og beveger ikke ventilen. Med datastyring skjer rask sylinderdeaktivering og reaktivering nesten umiddelbart.

Flere bilprodusenter har motorer med sylinderdeaktivering i dagens produksjon.

Callums Seat Cupra 1.4 turbo var den første masseproduserte bilen noensinne som fikk sylinderen slått av.

Daimler AGs Active Cylinder Control (ACC) teknologi for variabel forskyvning debuterte i 2001 på 5,8 L V12 i CL600 og S600.

Mercedes-Benz utviklet sitt Multi-Displacement System V12 på slutten av 1990-tallet, som slår av hver annen sylinder i avfyringsordren. Den ble mye distribuert på pushrod V8 -motorer som startet med DaimlerChrysler Hemi fra 2004 .

Fra 2003 introduserte Honda variabel sylinderstyring på motorene i J -familien . Hondas system fungerer ved å deaktivere sylinderbanker og bytte fra 6 til 4 til 3 sylindere.

I 2005 introduserte GM sitt Active Fuel Management sylinder deaktiveringssystem (i Generation IV liten blokk ) som, i likhet med Chrysler MDS, slo av halvparten av sylindrene. I 2018 introduserte GM et forbedret system kalt Dynamic Fuel Management som slår av et antall sylindere i en rekke kombinasjoner, avhengig av umiddelbare behov. Systemet er basert på Dynamic Skip Fire, en teknologi utviklet av California -selskapet Tula Technology og 6.2L -motoren som inneholder den, ble kåret til en av Wards 10 beste motorer for 2019.

I 2012 introduserte Volkswagen Active Cylinder Technology (ACT), den første produsenten som gjorde det i firesylindrede motorer.

I november 2016 kunngjorde Ford sin kompakte tresylindrede Ecoboost- motor med deaktivering på en av sylindrene. Dette er den minste motoren så langt for å bruke deaktivering, og vil tillate fordelene å bli brukt i små biler.

I november 2017 kunngjorde Mazda standard sylinderdeaktivering i alle 2018 CX-5- modeller, og tilgjengelighet på Mazda6- modeller.

Fra og med modellåret 2019 brukte omtrent 13%av lette kjøretøyer som ble solgt i USA sylinderdeaktivering, hovedsakelig brukt av Mazda (54%), GM (47%), Honda (21%) og FCA (19% ).

Relaterte teknologier

Variabelt kompresjonsforhold . Det mest kjente slikt systemet var den eksperimentelle Saab Variable Compression -motoren , som brukte en hengslet blokk for å flytte stemplene nærmere eller lenger fra hodet, og dermed endre størrelsen på forbrenningskamrene. Andre eksperimentelle systemer inkluderer Hefley-motoren, som bruker et glidende sveivløp på en eksentrisk aksel, og Scalzo Piston Deactivation Engine, som bruker en firestangers kobling, og har sondringen med å kunne stoppe individuelle stempler helt. Det er for tiden ingen produksjonsbiler som bruker noen av disse designene.

I tillegg inneholdt Cadillacs Northstar motorserie en "slapp hjem" feilsikker modus. Hvis motoren mistet kjølevæske, ville motorstyringen kutte drivstoff og gnist til halvparten av sylindrene. Når ventildriften forblir uendret, ville de ikke-brennende sylindrene luftkjølle motoren, slik at den kunne kjøre opptil 100 miles uten kjølevæske.

Variabel forskyvningsteknologi

Se også

Referanser