что это за система на Toyota, как работает VVTi
Компания Toyota известна своими высокотехнологичными решениями, которые можно приводить в качестве образца инженерного искусства. Один из таких примеров — система динамического газораспределения VVT-i или Variable Valve Timing with intelligence. Благодаря её работе автомобили Toyota могут похвастать выдающимися показателями мощности, экономичности, бережного отношения к окружающей среде. Давайте посмотрим, как работает VVT-i, и почему она так эффективна.
Что такое VVT-i на Toyota
Для начала вспомним, как работает газораспределение на обычных двигателях. На фазе впуска цилиндр через открывшийся впускной клапан наполняется воздушно-топливной смесью, после чего наступает фаза её сжатия поршнем. В фазе рабочего хода смесь воспламеняется, в фазе выпуска — удаляется из цилиндра через открывшийся выпускной клапан. В теории — довольно просто, но на практике возникает ряд проблем.
Так, автомобилисты хотят больше мощности, экономичности и экологичности одновременно, но эти желания противоречат друг другу. Ведь для наращивания мощности нужно дольше держать открытым впускной клапан, чтобы цилиндр получил больше топливной смеси. При этом закономерно падает экономичность и чистота выхлопа. Найти золотую середину очень трудно из-за того, что условия работы двигателя постоянно меняются.
Есть и более прозаическая проблема — фазы газораспределения отрабатывают не мгновенно, а с некоторой задержкой. Например, между открытием впускного клапана и впуском топливной смеси проходит некоторое, хоть и довольно малое, время. И задержки эти меняются в зависимости от оборотов и прочих факторов. Сделать в таких условиях фиксированную высокоэффективную настройку газораспределения практически невозможно.
Поэтому Toyota в 1996 году внедрила в свои двигатели VVT-i — интеллектуальную систему газораспределения, которая регулирует настройки фаз на ходу, в зависимости от текущих условий работы двигателя. VVT-i первого поколения позволил добиться ощутимых улучшений:
- мощность и крутящий момент выросли на 10% в среднем;
- расход топлива в городском цикле снизился на 6-8 процентов;
- концентрация оксида азота в выхлопе упала на 40%;
- улучшилось поведение автомобиля на низких оборотах;
- более эффективное использование турбонаддува.
Как работает VVT-i
Есть несколько условных поколений системы, их устройство несколько различается в деталях. Но в целом, принцип работы системы VVT-i один и тот же. Привод VVT-i размещается в шкиве распредвала. При этом корпус привода соединяется со звездочкой или зубчатым шкивом, а ротор привода соединяется с распредвалом. Масло подается в привод с одной или другой стороны каждого из лепестков ротора. В результате ротор и распредвал поворачиваются на нужный угол.
Когда двигатель работает на холостых оборотах, VVT-i удерживает распределительный вал на минимальном углу наклона. Благодаря этому впускные клапаны открываются точно в момент начала фазы впуска, при этом длина их выбега относительно мала. Так достигается стабильная работа двигателя без необходимости повышать обороты, и сводится до нуля вероятность перекрытия клапанов впуска и выпуска. Расход топлива в этом случае минимален.
При движении со средней скоростью VVT-i поворачивает распределительный вал так, чтобы добиться упреждающего открытия впускных клапанов и их перекрытия с выпускными. Вследствие этого цилиндры получают полноценное насыщение топливной смесью, а поршни в фазе выпуска — минимальное сопротивление, так как впускной клапан в этот момент тоже приоткрыт. Это приводит к уменьшению расхода топлива и более чистому выхлопу.
Наконец, в максимальном режиме, когда педаль газа нажата «в пол», вал ГРМ поворачивается на максимальный угол. При этом впускные клапаны продолжают открываться раньше начала фазы впуска, а закрываться — наоборот, с запаздыванием. Так двигатель выходит на максимальную мощность и крутящий момент, одновременно удерживая более умеренный расход топлива.
Что такое Dual VVT-i и VVT-iE
Разумеется, Toyota не остановилась на достигнутом и совершенствовала систему динамического газораспределения. Следующим эволюционным этапом стала система Dual VVT-i, которая научилась управлять распределительным валом не только впускных, но и выпускных клапанов. Последняя же модификация — VVT-iE, её отличия куда глубже. Так, регулировка углов поворота валов ГРМ теперь производится не давлением масла, а специальным электромотором. Все эти усовершенствования дали ряд преимуществ:
- показатели расхода топлива снизились ещё больше, до 10-12 процентов;
- получен дополнительный прирост мощности и крутящего момента;
- электронное управление в VVT-iE позволило избавиться от задержек;
- по этой же причине VVT-iE научилась работать с момента запуска двигателя;
- подстройка фаз газораспределения стала более тонкой и динамичной.
Читайте также: Что такое TFSI двигатель, его устройство и принцип работы.
Видео на тему
Похожие статьи
Что такое Двигателя VVT-i
Эта система обеспечивает оптимальный момент впуска в каждом цилиндре для данных конкретных условий работы двигателя. VVT-i практически устраняет традиционный компромисс между большим крутящим моментом на низких оборотах и большой мощностью на высоких. Также VVT-i обеспечивает большую экономию топлива и настолько эффективно снижает выбросы вредных продуктов сгорания, что отпадает необходимость в системе рециркуляции выхлопных газов.
Двигатели VVT-i устанавливаются на всех современных автомобилях Toyota. Аналогичные системы разрабатываются и применяются рядом других производителей (например, система VTEC от Honda Motors). Система VVT-i разработки Toyota заменяет предыдущую систему VVT (2-ступенчатая система управления с гидравлическим приводом), используемую с 1991 г. на 20-клапанных двигателях 4A-GE. VVT-i используется с 1996 г. и управляет моментом открытия и закрытия впускных клапанов путем изменения передачи между приводом распредвала (ремнем, шестерней или цепью) и собственно распредвалом. Для управления положением распредвала используется гидравлический привод (двигательное масло под давлением).
В 1998 г. появился Dual («двойной») VVT-i, управляющий и впускными, и выпускными клапанами (впервые устанавливался на двигателе 3S-GE на RS200 Altezza). Также двойной VVT-i используется на новых V-образных двигателях Toyota, например, на 3,5-литровом V6 2GR-FE. Такой двигатель устанавливается на Avalon, RAV4 и Camry в Европе и Америке, на Aurion в Австралии и на различных моделях в Японии, в т. ч. Estima. Двойной VVT-i будет использоваться в будущих двигателях Toyota, в том числе новом 4-цилиндровом двигателе для нового поколения Corolla. Кроме того, двойной VVT-i используется в двигателе D-4S 2GR-FSE на Lexus GS450h.
За счет изменения момента открытия клапанов пуск и стоп двигателя практически незаметны, т. к. компрессия минимальна, а катализатор очень быстро нагревается до рабочей температуры, что резко снижает вредные выбросы в атмосферу. VVTL-i (расшифровывается как Variable Valve Timing and Lift with intelligence) Основанная на VVT-i, система VVTL-i использует распредвал, обеспечивающий также регулирование величины открытия каждого клапана при работе двигателя на высоких оборотах. Это позволяет обеспечить не только более высокие обороты и большую мощность двигателя, но и оптимальный момент открытия каждого клапана, что приводит к экономии топлива.
Система разработана при сотрудничестве с компанией Yamaha. Двигатели VVTL-i устанавливаются на современных спортивных автомобилях Toyota, таких как Celica 190 (GTS). В 1998 г. Toyota начала предлагать новую технологию VVTL-i для двухраспредвального 16-клапанного двигателя 2ZZ-GE (один распредвал управляет впускными, а другой выпускными клапанами). На каждом распредвале имеется по два кулачка на цилиндр: один для низких оборотов, а другой для высоких (с большим открытием). На каждом цилиндре – два впускных и два выпускных клапана, и каждая пара клапанов приводится в движение одним качающимся рычагом, на который воздействует кулачок распредвала. На каждом рычаге есть подпружиненный скользящий толкатель (пружина позволяет толкателю свободно скользить по «высокооборотному» кулачку, не воздействуя при этом на клапаны). Когда частота вращения вала двигателя ниже 6000 об./м, на качающийся рычаг воздействует «низкооборотный кулачок» через обычный роликовый толкатель (см. рис.). Когда же частота превышает 6000 об./м, компьютер управления двигателем открывает клапан, и давление масла сдвигает шпильку под каждым скользящим толкателем. Шпилька подпирает скользящий толкатель, в результате чего он уже не движется свободно на своей пружине, а начинает передавать качающемуся рычагу воздействие от «высокооборотного» кулачка, и клапаны открываются больше и на большее время.
Система Toyota VVT-i
Рассмотрим здесь принцип функционирования системы VVT-i второго поколения, которая применяется сейчас на большинстве тойотовских двигателей. Система VVT-i (Variable Valve Timing intelligent — изменения фаз газораспределения) позволяет плавно изменять фазы газораспределения в соответствии с условиями работы двигателя. Это достигается путем поворота распределительного вала впускных клапанов относительно вала выпускных в диапазоне 40-60° (по углу поворота коленвала). В результате изменяется момент начала открытия впускных клапанов и величина времени «перекрытия» (то есть времени, когда выпускной клапан еще не закрыт, а впускной — уже открыт).1. Конструкция
Исполнительный механизм VVT-i размещен в шкиве распределительного вала — корпус привода соединен со звездочкой или зубчатым шкивом, ротор — с распредвалом.
Масло подводится с одной или другой стороны каждого из лепестков ротора, заставляя его и сам вал поворачиваться. Если двигатель заглушен, то устанавливается максимальный угол задержки (то есть угол, соответствующий наиболее позднему открытию и закрытию впускных клапанов). Чтобы сразу после запуска, когда давление в масляной магистрали еще недостаточно для эффективного управления VVT-i, не возникало ударов в механизме, ротор соединяется с корпусом стопорным штифтом (затем штифт отжимается давлением масла).
 |
Управление VVT-i осуществляется при помощи клапана VVT-i (OCV — Oil Control Valve).
По сигналу блока управления электромагнит через плунжер перемещает основной золотник, перепуская масло в том или ином направлении. Когда двигатель заглушен, золотник перемещается пружиной таким образом, чтобы установился максимальный угол задержки.
 |
2. Функционирование
Для поворота распределительного вала масло под давлением при помощи золотника направляется к одной из сторон лепестков ротора, одновременно открывается на слив полость с другой стороны лепестка. После того, как блок управления определяет, что распредвал занял требуемое положение, оба канала к шкиву перекрываются и он удерживается в фиксированном положении.
 При повороте распредвала в сторону более раннего открытия клапанов |
 При повороте распредвала в сторону более позднего открытия клапанов |
 В режиме удержания |
Функционирование системы VVT-i определяется условиями работы двигателя на различных режимах.
 |
|
Режим |
№ |
Фазы |
Функции |
Эффект |
|
Холостой ход |
1 |
|
Установлен угол поворота распределительного вала, соответствующий самому позднему началу открытия впускных клапанов (максимальный угол задержки). «Перекрытие» клапанов минимально, обратное поступление газов на впуск минимально. | Двигатель стабильнее работает на холостом ходу, снижается расход топлива |
|
Низкая нагрузка |
2 |
|
Перекрытие клапанов уменьшается для минимизации обратного поступление газов на впуск. | Повышается стабильность работы двигателя |
|
Средняя нагрузка |
3 |
|
Перекрытие клапанов увеличивается, при этом снижаются «насосные» потери и часть отработавших газов поступает на впуск | Улучшается топливная экономичность, снижается эмиссия NOx |
|
Высокая нагрузка, частота вращения ниже средней |
4 |
|
Обеспечивается раннее закрытие впускных клапанов для улучшения наполнения цилиндров | Возрастает крутящий момент на низких и средних оборотах |
|
Высокая нагрузка, высокая частота вращения |
5 |
|
Обеспечивается позднее закрытие впускных клапанов для улучшения наполнения на высоких оборотах | Увеличивается максимальная мощность |
|
При низкой температуре охлаждающей жидкости |
— |
|
Устанавливается минимальное перекрытие для предотвращения потерь топлива | Стабилизируется повышенная частота вращения холостого хода, улучшается экономичность |
|
При запуске и остановке |
— |
|
Устанавливается минимальное перекрытие для предотвращения попадания отработавших газов на впуск | Улучшается запуск двигателя |
3. Вариации
Приведенный выше 4-лепестковый ротор позволяет изменять фазы в пределах 40° (как, например, на двигателях серий ZZ и AZ), но если требуется увеличить угол поворота (до 60° у SZ) — применяется 3-лепестковый или расширяются рабочие полости.
Принцип действия и режимы работы этих механизмов абсолютно аналогичны, разве что за счет расширенного диапазона регулировки становится возможным вообще исключить перекрытие клапанов на холостом ходу, при низкой температуре или запуске.
|
|
|
| При повороте распредвала в сторону более раннего открытия клапанов | При повороте распредвала в сторону более позднего открытия клапанов | В режиме удержания |
Евгений, Москва
© Легион-Автодата
Комментарии и вопросы
можно направлять на
[email protected]
Системы ГРМ VVT-i от корпорации Тойота
В этом блоге подробно расскажу Вам о разновидностях Тойотовской системы сдвига фаз газораспределения ДВС.
Система VVT-i.
VVT-i — это фирменная система газораспределительного механизма от корпорации Toyota. От английского Variable Valve Timing with intelligence, что в переводе означает — интеллектуальное изменение фаз газораспределения. Это второе поколение системы изменения фаз газораспределения Toyota. Устанавливается на автомобили начиная с 1996-го года.
Принцип работы достаточно простой: основным управляющим устройством является муфта VVT-i. Изначально фазы открытия клапанов спроектированы, что хорошая тяга присутствует при низких оборотах. После того, как обороты значительно поднимаются, а вместе с ними увеличивается и давление масла, которое открывает клапан VVT-i. После того как клапан открыт, распредвал поворачивается на определенный угол относительно шкива. Кулачки имеют определенную форму и при повороте коленвала открывают впускные клапана немного раньше, а закрывают позже, что благоприятно сказывается на увеличении мощности и крутящего момента на высоких оборотах.
Система VVTL-i.
VVTL-i — это фирменная система газораспределительного механизма TMC. От английского Variable Valve Timing and Lift with intelligence, что в переводе означает интеллектуальное изменение фаз газораспределения и подъема клапанов.
Третье поколение системы VVT. Отличительная особенность от второго поколения VVT-i кроется в английском слове Lift — подъем клапанов. В этой системе распредвал не просто поворачивается в муфте VVT относительно шкива, плавно регулируя время открытия впускных клапанов, но и еще при определенных условиях работы двигателя опускает клапана глубже в цилиндры. Причем подъем клапанов реализован на обоих распредвалах, т.е. для впускных и выпускных клапанов.
Если внимательно посмотреть на распредвал, то можно увидеть, что для каждого цилиндра и для каждой пары клапанов имеется одно коромысло, по которому отрабатывают сразу два кулачка — один обычный, а другой увеличенный. При нормальных условиях — увеличенный кулачек отрабатывает в холостую, т.к. в коромысле под ним предусмотрен, так называемый, тапочек, который свободно входит внутрь коромысла, тем самым не позволяя большому кулачку передавать силу нажатия на коромысло. Под тапочком находится стопорный штифт, который приводится в действие давлением масла.
Принцип работы следующий: при повышенной нагрузке на высоких оборотах ЭБУ подает сигнал на дополнительный клапан VVT — он практически такой же как и на самой муфте, за исключением небольших отличий по форме. Как только клапан открылся — в магистрали создается давление масла, которое механически воздействует на стопорный штифт и сдвигает его в сторону основания тапочка. Все, теперь тапочек заблокирован в коромысле и не имеет свободного хода. Момент от большого кулачка начинает передаваться коромыслу, тем самым опуская клапан глубже в цилиндр.
Основные преимущества системы VVTL-i заключаются в том, что двигатель хорошо тянет на низах и выстреливает на верхах, улучшается топливная экономичность. Недостатками является пониженная экологичность, из-за чего система в такой конфигурации не долго просуществовала.
Система Dual VVT-i.
Dual VVT-i — это фирменная система газораспределительного механизма TMC. Система имеет общий принцип работы с системой VVT-i, но распространенная на распределительный вал выпускных клапанов. В головке блока цилиндров на каждом шкиве обоих распределительных валах располагаются муфты VVT-i. Фактически это обычная двойная система VVT-i.
В итоге теперь ЭБУ двигателя управляет временем открытия впускными и выпускными клапанами, позволяя достигать большую топливную экономичность как на низких оборотах так и на высоких. Двигатели получились более эластичными — крутящий момент распределен равномерно по всему диапазону оборотов двигателя. Учитывая тот факт, что Toyota решила отказаться от регулировки высоты подъема клапанов как в система VVTL-i, поэтому Dual VVT-i лишена ее недостатка заключающегося в относительно невысокой экологичности.
Впервые система была установлена на двигатель 3S-GE автомобиля RS200 Altezza в 1998-м году. В настоящее время устанавливается практически на все современные двигатели Toyota, такие как V10 серия LR, V8 серия UR, V6 серия GR, серия AR и ZR.
Система VVT-iE.
VVT-iE — это фирменная система газораспределительного механизма Toyota Motor Corporation. От английского Variable Valve Timing — intelligent by Electric motor, что в переводе означает интеллектуальное изменение фаз газораспределения с помощью электромотора.
Ее смысл точно такой же как у системы VVTL-i. Отличие заключается в самой реализации системы. Распредвалы отклоняются на определенный угол для опережения или запаздывания относительно звездочек с помощью электродвигателя, а не давлением масла, как на предыдущих моделях VVT. Теперь работа системы не зависит от уровня оборотов двигателя и рабочей температуры в отличие от системы VVT-i, которая не способна работать при низких оборотах двигателя и не достигнув рабочей температуры двигателя. На низких оборотах давления масла небольшое и оно не способно сдвинуть лопасть муфты VVT.
VVT-iE не имеет недостатков предыдущих версий, т.к. никак не зависит от моторного масла и его давления. Так же у этой системы есть еще один плюс — способность точно позиционировать смещение распредвалов в зависимости от условий работы двигателя. Система начинает свою работу начиная с начала запуска мотора и до его полной остановки. Ее работа способствует высокой экологичности современных двигателей Toyota, максимальной топливной эффективности и мощности.
Принцип работы следующий: электромотор вращается вместе с распредвалом в режиме его скорости вращения. При необходимости электромотор либо притормаживается, либо наоборот ускоряется относительно звездочки распредвала, тем самым делая смещения распредвала на необходимый угол, опережая или задерживания фазы газораспределения.
Система VVT-iE впервые дебютировала в 2007-м году на Lexus LS 460, установленная в двигатель 1UR-FSE.
Система Valvematic.
Valvematic – это инновационная система газораспределения компании Toyota, которая позволяет плавно менять высоту подъема клапанов в зависимости от условий работы двигателя. Данная система применяется на бензиновых двигателях. Если разобраться, то система Valvematic – это, ни что иное как, усовершенствованная технология VVTi. При этом новый механизм работает совместно с уже привычной системой изменения времени открытия клапанов.
При помощи новой системы Valvematic двигатель становится экономичнее до 10 процентов, так как эта система контролирует количество впускаемого в цилиндр воздуха, и обеспечивает на выходе более низкое содержание углекислого газа, тем самым повышает мощность двигателя. Механизмы VVT-i, которые исполняют главную функцию, помещены внутрь распредвалов. Корпуса приводов соединяются с зубчатыми шкивами, а ротор — с распредвалами. Масло обволакивает либо одну сторону лепестков ротора, либо вторую, тем самым заставляя ротор и вал проворачиваться. Для того чтобы при запуске двигателя не появились удары, ротор делает соединяется стопорным штифтом к корпусу, затем штифт отходит под давлением масла.
Теперь о плюсах данной системы. Самым значимым из них является экономия топлива. А так же благодаря системе Valvematic увеличивается мощность двигателя, т.к. происходит постоянная регулировка высоты подъема клапана в момент открытия и закрытия впускных клапанов. И конечно же не забудем про экологию… Система Валвематик существенно сокращает выбросы углекислых газов в атмосферу, до 10-15% в зависимости от модели двигателя. Как у любого технологического новшества, у системы Valvematic также есть негативные отзывы. Одной из причин таких отзывов является посторонний звук в работе ДВС. Этот звук напоминает цоканье плохо отрегулированных зазоров клапанов. Но он проходит после 10-15тыс. км.
В настоящий момент система Valvematic устанавливается на автомобили Toyota с объемами двигателей 1.6, 1.8 и 2.0 литра. Впервые система была опробована на автомобилях Toyota Noah. А затем устанавливалась на двигатели серии ZR.