DOI: https://doi.org/10.32515/2664-262X.2023.8(39).2.144-149

Theoretical calculations of the relative additional fuel consumed when shutting down the cylinder

Andrii Molodan, Oleksandr Polianskyi, Yevhen Dubinin, Oleh Sokolovskyi, Maksym Krasnokutskyi

About the Authors

Andrii Molodan, Professor, Doctor in Technics (Doctor of Technic Sciences), Kharkiv National Automobile and Higway University, Kharkiv, Ukraine, e-mail: tmirm@ukr.net, ORCID ID: 0000-0002-0017-740X

Oleksandr Polianskyi, Professor, Doctor in Technics (Doctor of Technic Sciences), Kharkiv National Automobile and Higway University, Kharkiv, Ukraine, e-mail:khadi.pas@gmail.com

Yevhen Dubinin, Professor, Doctor in Technics (Doctor of Technic Sciences), Kharkiv National Automobile and Higway University, Kharkiv, Ukraine, e-mail:dubinin-rmn@ukr.net, ORCID ID: 0000-0002-6176-7358

Oleh Sokolovskyi, post-graduate, Kharkiv National Automobile and Higway University, Kharkiv, Ukraine, e-mail:oleh.sokolovskyi@nure.ua

Maksym Krasnokutskyi, post-graduate, Kharkiv National Automobile and Higway University, Kharkiv, Ukraine, e-mail:simson1988@ukr.net, ORCID ID: 0009-0002-0132-4245

Abstract

Cylinder deactivation is a technique used to improve the efficiency of an engine by shutting down a certain number of engine cylinders. Cylinder deactivation allows the remaining cylinders to operate more efficiently, increasing their load and improving efficiency. This technique has gained interest both domestically and internationally, particularly for automotive engines, as it helps improve fuel economy at idle and light loads. The process of calculating effective cylinder deactivation in a multi-cylinder engine and its effect on additional fuel consumption is discussed. The need to improve engine efficiency in various speed and load modes is driven by requirements for fuel economy, reduced exhaust toxicity, and the need to improve engine transients while maintaining other characteristics. In order to effectively utilize engine power and maintain performance, the fuel supply to operating cylinders must be increased. However, deactivating cylinders during engine operation results in a decrease in engine power, which in turn reduces crankshaft speed and torque. In summary, cylinder deactivation is a technique that has the potential to improve the economic performance of engines, particularly at idle and light loads. A method for effectively deactivating cylinders in multi-cylinder engines has been developed based on the dependence of indicator efficiency on load changes. The study examined the effect of cylinder deactivation on mechanical losses and efficiency when load is reduced from 100% to 30%. The results showed that it is possible to use only two cylinders of a four-cylinder engine at 30% load, resulting in reduced mechanical losses and improved efficiency. A proposed method for determining the relative additional fuel consumption when cylinders are deactivated is presented. Deactivated cylinders do not supply air to the exhaust manifold, which reduces pumping losses and creates less rolling resistance, resulting in up to a 25% reduction in fuel consumption. This reduction is especially noticeable in urban driving.

Keywords

car, deactivated cylinders, fuel consumption, engine irregularity, dynamics

Full Text:

PDF

References

1. Kutsiy, P. V. (2015). Polipshennia ekspluatatsijnykh pokaznykiv transportnykh zasobiv v neustalenykh rezhymakh optymizatsiieiu sposobu rehuliuvannia dyzeliv [Improvement of operational indicators of vehicles in unstable modes by optimizing the method of regulating diesel engines]. Candidate’s thesis [in Ukrainian]. http://diser.ntu.edu.ua/Kutsyi_dis.pdf

2. Molodan, A. O. (2016). Ekonomiia palyva za rakhunok vyznachennia ratsional'noho vidkliuchennia tsylindriv v dvyhuni [Fuel savings due to the determination of the rational shutdown of cylinders in the engine]. The latest technologies in the automotive industry, transport and in the training of specialists: naukovi pratsi mizhnarodnoi naukovo-praktychnoi ta naukovo-metodychnoi konferentsii prysviachenoi 85-richchiu kafedry avtomobiliv ta 100-richchiu z Dnia narodzhennia profesora A.B. Hredeskula – scientific works of the international scientific-practical and scientific-methodological conference dedicated to the 85th anniversary of the automobile department and the 100th anniversary of the birthday of professor A.B. Gredeskula (с. 149–150) [in Ukrainian].

3. Molodan, A. O., Polyanskyi, O. S., & Potapov, M. M. (2018). Change of power and mechanical losses of a wheel vehicle engine with cylinders cutout. MOTROL. Commission of Motorization and Energetics in Agriculture, Vol.20, Issue 1, P. 99-103 [in English].

4. Molodan, A. O., Polyanskyi, O. S., & Potapov, M. M. (2020). Cause and investigative failure analysis in nominal engine operation and partial disabling of cylinders. Транспорт, екология – устойчиво развитие. Сборник доклади XXVI научно –техническа конференция с междунароно участие, 8-10 Октомври 2020. Варна: Технически университет, 2020. Vol. 1, No.. 27. P. 132-137 [in English].

5. Molodan, A. (2021). Naukovi osnovy zabezpechennia nadijnosti i funktsional'noi stabil'nosti kolisnykh mashyn v rezhymi vidkliuchennia chastyny tsylindriv [Scientific bases of ensuring the reliability and functional stability of wheeled machines in the mode of disconnection of part of the cylinders]. Doctor’s thesis [in Ukrainian]. https://www.khadi.kharkov.ua/fileadmin/P_Vchena_rada/VR_64_059_02/dis_Molodan.pdf

6. Bazhynov, O., Smyrnov, O., & Sierikov, S. (2011). Synerhetychnyj avtomobil. Teoriia i praktyka. [Synergistic car. Theory and practice]. Kharkiv: KhNADU [in Ukrainian].

7. Kaidalov, R. (2016). Doslidzhennia mozhlyvosti znyzhennia enerhetychnykh vtrat avtomobilia pry vykorystanni hibrydnoho elektromekhanichnoho pryvodu veduchykh kolis [Research on the possibility of reducing the car's energy losses when using a hybrid electromechanical drive of the driving wheels]. Systemy obrobky informatsii – Information processing systems, 9(146), 13-17 [in Ukrainian].

8. Molodan, A. O., Polyanskyi, O. S., & Potapov, M. M. (2018). New approach to technical maintenance and repair of autotractor technics. Транспорт, екология – устойчиво развитие. Сборник доклади XXIV научно-техническа конференция с международно участие, 14-16 Юни 2018. Варна: Технически университет, № 25. P. 109-115 [in English].

9. Molodan, A. O. (2019). Pidvyschennia enerhetychnoi efektyvnosti kolisnykh mashyn metodom vidkliuchennia tsylindriv v avtotraktornomu dvyhuni [Increasing the energy efficiency of wheeled vehicles by the method of turning off the cylinders in the tractor engine]. Visnyk mashynobuduvannia ta transportu – Herald of mechanical engineering and transport, 2(10), 48-53 [in Ukrainian].

10. Molodan, A. O. (2019). Diahnostuvannia potuzhnosti okremykh tsylindriv avtotraktornykh dvyhuniv metodom ikh vidkliuchennia [Diagnostics of the power of individual cylinders of tractor engines by the method of their disconnection]. Visnyk Kharkivs'koho natsional'noho tekhnichnoho universytetu sil's'koho hospodarstva imeni Petra Vasylenka. Tekhnichni nauky – Bulletin of the Petro Vasylenko Kharkiv National Technical University of Agriculture. Technical sciences, 198, 130-136 [in Ukrainian].

Citations

1. Куций П. В. Поліпшення експлуатаційних показників транспортних засобів в неусталених режимах оптимізацією способу регулювання дизелів : дис. на здобуття наук. ступеня канд. техн. наук : 05.22.20 / НТУ. Київ, 2015. 206 с. http://diser.ntu.edu.ua/Kutsyi_dis.pdf

2. Молодан А. О. Економія палива за рахунок визначення раціонального відключення циліндрів в двигуні. Новітні технології в автомобілебудуванні, транспорті і при підготовці фахівців: наукові праці міжнародної науково-практичної та науково-методичної конференції присвяченої 85-річчю кафедри автомобілів та 100-річчю з Дня народження професора А.Б. Гредескула, 20-21 жовтня 2016 р. Харків : ХНАДУ, 2016. С. 149-150.

3. Molodan A. , Polyanskyi O. , Potapov M. Change of power and mechanical losses of a wheel vehicle engine with cylinders cutout. MOTROL. Commission of Motorization and Energetics in Agriculture. 2018. Vol.20. Issue 1, P. 99-103.

4. Molodan A., Polyanskii A., Potapov N. Cause and investigative failure analysis in nominal engine operation and partial disabling of cylinders. Транспорт, екология – устойчиво развитие. Сборник доклади XXVI научно –техническа конференция с междунароно участие, 8-10 Октомври 2020. Варна: Технически университет, 2020. Vol. 1, No.. 27. P. 132-137.

5. Молодан А. О. Наукові основи забезпечення надійності і функціональної стабільності колісних машин в режимі відключення частини циліндрів : дис. на здобуття наук. ступеня д-р техн. наук : 05.22.20 / ХНАДУ: Харків, 2021. 387 с. https://www.khadi.kharkov.ua/fileadmin/P_Vchena_rada/VR_64_059_02/dis_Molodan.pdf

6. Бажинов О. В., Смирнов О. П., Сєріков С. А. Синергетичний автомобіль. Теорія і практика. Харків: ХНАДУ, 2011. 236 с.

7. Кайдалов Р. О. Дослідження можливості зниження енергетичних втрат автомобіля при використанні гібридного електромеханічного приводу ведучих коліс. Системи обробки інформації. 2016. Вип. 9 (146). С. 13-17.

8. Polyanskii A., Molodan A., Potapov M. New approach to technical maintenance and repair of autotractor technics . Транспорт, екология – устойчиво развитие. Сборник доклади XXIV научно-техническа конференция с международно участие, 14-16 Юни 2018. Варна: Технически университет, 2018. № 25. P. 109-115.

9. Молодан А. О. Підвищення енергетичної ефективності колісних машин методом відключення циліндрів в автотракторному двигуні. Вісник машинобудування та транспорту. 2019. №2(10). С. 48-53.

10. Молодан А. О. Діагностування потужності окремих циліндрів автотракторних двигунів методом їх відключення . Вісник Харківського національного технічного університету сільського господарства імені Петра Василенка. Технічні науки. 2019. № 198. С. 130-136.

Copyright (c) 2023 Andrii Molodan, Oleksandr Polianskyi, Yevhen Dubinin, Oleh Sokolovskyi, Maksym Krasnokutskyi