Vvti Toyota — что это за зверь? Технология VVT-i Как устроен данный мотор

10.07.2006

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).

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.

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.

· 20.08.2013

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.

Двигатель Тойота Королла 1.6 литра является одним из самых популярных и удачных движков на Toyota Corolla. Модель мотора по внутренней классификации производителя — 1ZR-FE. Это бензиновый атмосферник, 4-цилиндровый, 16 клапанный мотор с цепным приводом ГРМ и алюминиевым блоком цилиндров. Конструкторы Тойота постарались сделать так, что бы потребитель вообще не заглядывал под капот. Моторесурс и надежность силового агрегата очень приличные. Тут главное вовремя менять масло и лить качественное топливо.

Устройство двигателя Тойота Королла 1.6

Двигатель Toyota Corolla 1.6 вобрал в себя все лучшие разработки предыдущих поколений моторов японского производителя. Мотор имеет передовые системы изменения фаз газораспределения Dual VVT-i, систему изменения высоты подъема клапанов Valvematic, кроме того впускной тракт имеет особую конструкцию позволяющую изменять скорость потока воздуха. Все эти технологии сделали мотор максимально эффективным силовым агрегатом.

Головка блока цилиндров двигателя Тойота Королла 1.6

Головка блока цилиндров представляет собой пастель для двух распредвалов с «колодцами» по центру для свечей зажигания. Клапана расположены V-образно. Особенностью данного движка является наличие гидрокомпенсаторов. То есть лишний раз регулировать клапанный зазор не придется. Единственная проблема связана с использованием некачественного масла, в этом случае каналы могут быть забиты и гидрокомпенсаторы перестанут исполнять свою функцию. В этом случае из под клапанной крышки будет исходить характерный неприятный звук.

Привод ГРМ двигателя Тойота Королла 1.6

Цепной привод двигателя конструкторы и инженеры Тойота решили сделать максимально простым, без всевозможных промежуточных валов, дополнительных натяжителей, успокоителей. В приводе ГРМ кроме звездочек коленвала и распредвалов участвует только башмак натяжителя, сам натяжитель и успокоитель. Схема ГРМ чуть ниже.

Для правильного совмещения всех меток ГРМ, на самой цепи имеются звенья окрашенные в желто-оранжевый цвет. Достаточно при установке совместить метки на звездочках распредвалов и коленвала с окрашенными пластинами цепи.

Технические характеристики двигателя Тойота Королла 1.6

• Рабочий объем – 1598 см3
• Количество цилиндров – 4
• Количество клапанов – 16
• Диаметр цилиндра – 80,5 мм
• Ход поршня – 78.5 мм
• Привод ГРМ – цепь
• Мощность л.с.(кВт) – 122 (90) при 6000 об. в мин.
• Крутящий момент – 157 Нм при 5200 об. в мин.
• Максимальная скорость – 195 км/ч
• Разгон до первой сотни – 10.5 секунд
• Тип топлива – бензин АИ-95
• Расход топлива по городу – 8.7 литров
• Расход топлива в смешанном цикле – 6.6 литра
• Расход топлива по трассе – 5.4 литра

Кроме своевременной замены качественного масла внимательно следите за тем, чем заправляете машину. Если не лить в мотор что попало, то двигатель будет вас радовать долгие годы. На практике моторесурс составляет до 400 тысяч километров. Правда ремонтных размеров для поршневой группы не предусмотрено. Пожалуй еще одно слабое место, это резкие перепады температуры. Если вы перегреете мотор, то возможна деформация ГБЦ или даже блока, а это существенные финансовые потери. Двигатель 1ZR-FE устанавливался практически на все Короллы 1.6 литра (и другие модели Тойота) выпущенные с 2006-2007 года.

Эффективность двигателя внутреннего сгорания зачастую зависит от процесса газообмена, то есть наполнения воздушно-топливной смеси и отвода уже отработанных газов. Как мы уже с вами знаем, этим занимается ГРМ (газораспределительный механизм), если правильно и «тонко» настроить его под определенные обороты, можно добиться очень не плохих результатов в КПД. Инженеры давно бьются над этой проблемой, решать ее можно различными способами, например воздействием на сами клапана или же поворотом распределительных валов …

Чтобы клапана ДВС работали всегда правильно и не были подвержены износу, вначале появились просто «толкатели», затем , но этого оказалось мало, поэтому производители начали внедрение так называемых «фазовращателей» на распределительные валы.

Зачем вообще нужны фазовращатели?

Чтобы это понять что такое фазовращатели и зачем они нужны, прочтите для начала полезную информацию. Все дело в том, что двигатель работает не одинаково на различных оборотах. Для холостых и не высоких оборотов идеальными будут «узкие фазы», а для высоких – «широкие».

Узкие фазы – если коленчатый вал вращается «медленно» (холостой ход), то объем и скорость отвода отработанных газов также невелики. Именно здесь идеально применять «узкие» фазы, а также минимальное «перекрытие» (время одновременного открытия впускных и выпускных клапанов) – новая смесь не проталкивается в выпускной коллектор, через открытый выпускной клапан, но и соответственно отработанные газы (почти) не проходят во впускной. Это идеальное сочетание. Если же сделать «фазирование» — шире, именно при невысоких вращениях коленчатого вала, то «отработка» может смешаться с поступающими новыми газами, снизив тем самым ее качественные показатели, что однозначно снизит мощность (мотор станет неустойчиво работать или даже заглохнет).

Широкие фазы – когда обороты растут, соответственно растет и объем и скорость перекачиваемых газов. Здесь уже важно быстрее продувать цилиндры (от отработки) и быстрее загонять в них поступающую смесь, фазы должны быть «широкими».

Конечно же руководит открытиями обычный распределительный вал, а именно его «кулачки» (своеобразные эксцентрики), у него есть два конца – один как бы острый, он выделяется, другой просто сделан полукругом. Если конец острый — то происходит максимальное открытие, если округлый (с другой стороны) – максимальное закрытие.

НО у штатных распределительных валов – НЕТ регулировки фаз, то есть они их не могут расширить или сделать уже, все же инженеры задают усредненные показатели – что-то среднее между мощностью и экономичностью. Если завалить валы в одну из сторон, то эффективность, либо экономичность двигателя упадет. «Узкие» фазы, не дадут ДВС развивать максимальную мощность, а вот «широкие» — не буде нормально работать на малых оборотах.

Вот бы регулировать в зависимости от оборотов! Это и было изобретено – по сути это и есть система регулирования фаз, ПОПРОСТОМУ — ФАЗОВРАЩАТЕЛИ.

Принцип работы

Сейчас не будем лезть вглубь, наша задача понять, как они работают. Собственно обычный распредвал на конце имеет распределительную шестерню, которая в свою очередь соединяется с .

Распредвал с фазовращателем на конце имеет немного другую, измененную конструкцию. Здесь располагаются две «гидро» или электроуправляемые муфты, которые с одной стороны также зацепляются за привод ГРМ, а с другой стороны с валами. Под воздействием гидравлики или электроники (есть специальные механизмы) внутри этой муфты могут происходить сдвиги, таким образом, она может немного поворачиваться, тем самым меняя открытие или закрытие клапанов.

Нужно отметить, что не всегда фазовращатель устанавливается на два распредвала сразу, бывает что один находится на впускном или на выпускном, а на втором просто обычная шестерня.

Как обычно процессом руководит , которая собирает данные с различных , таких как положения коленчатого вала, холла, частота вращения двигателя, скорости и т.д.

Сейчас я вам предлагаю рассмотреть основные конструкции, таких механизмов (думаю так у вас больше проясниться в голове).

VVT (Variable Valve Timing), KIA-Hyundai (CVVT), Toyota (VVT-i), Honda (VTC)

Одними из первых предложили поворачивать коленвал (относительно начального положения), компания Volkswagen, со своей системой VVT (на ее основе построили свои системы много других производителей)

Что в нее входит:

Фазовращатели (гидравлические), установлены на впускном и выпускном валу. Они подключены к системе смазки мотора (собственно это масло и закачивается в них).

Если разобрать муфту то внутри есть специальная звездочка наружного корпуса, которая неподвижно соединена с валом ротора. Корпус и ротор при накачивании масла могут смещаться относительно друг друга.

Механизм закрепляется в головке блока, в ней есть каналы для подводки масла к обеим муфтам, контролируются потоки двумя электрогидравлическими распределителями. Они кстати также закрепляются на корпусе головки блока.

Помимо этих распределителей в системе много датчиков – частоты коленчатого вала, нагрузки на двигатель, температуре охлаждающей жидкости, положения распред и колен валов. Когда нужно повернуть откорректировать фазы (например — высокие или низкие обороты), ЭБУ считывая данные дает приказания распределителям подавать масла в муфты, они открываются и давление масла начинает накачивать фазовращатели (тем самым они поворачиваются в нужную сторону).

Холостой ход – поворачивание происходит таким образом, чтобы «впускной» распредвал обеспечил более позднее открытие и позднее закрытие клапанов, а «выпускной» разворачивается так — чтобы клапан закрывался намного раньше до подхода поршня в верхнюю мертвую точку.

Получается, что количество отработанной смеси снижается почти до минимума, причем она практически не мешает на такте впуска, это благоприятно сказывается на работе мотора на холостых оборотах, его стабильности и равномерности.

Средние и высокие обороты – здесь задача выдать максимальную мощность, поэтому «поворачивание» происходит таким образом, чтобы задержать открытие выпускных клапанов. Таким образом, остается давление газов на такте рабочего хода. Впускные в свою очередь открываются после достижение поршня верхней мертвой точки (ВМТ), и закрываются после НМТ. Таким образом, мы как бы получаем динамический эффект «дозарядки» цилиндров двигателя, что несет за собой увеличение мощности.

Максимальный крутящий момент – как становится понятно, нам нужно как можно больше наполнять цилиндры. Для этого нужно намного раньше открывать и соответственно намного позже закрывать впускные клапана, сберечь смесь внутри и не допустить ее выхода обратно в впускной коллектор. «Выпускные» же в свою очередь, закрываются с некоторым опережением до ВМТ, чтобы оставить небольшое давление в цилиндре. Думаю это понятно.

Таким образом, сейчас работает много похожих систем, из них самые распространенные Renault (VCP), BMW (VANOS/Double VANOS), KIA-Hyundai (CVVT), Toyota (VVT-i), Honda (VTC).

НО и эти не идеальные, они могут только смещать фазы в одну или другую сторону, но не могут реально «сузить» или «расширить» их. Поэтому сейчас начинают появляться более совершенные системы.

Honda (VTEC), Toyota (VVTL-i), Mitsubishi (MIVEC), Kia (CVVL)

Чтобы дополнительно регулировать поднятие клапана, были созданы еще более продвинутые системы, но родоначальницей была компания HONDA, со своим мотором VTEC (Variable Valve Timing and Lift Electronic Control ). Суть в том, что кроме изменения фаз, эта система может больше поднимать клапана, тем самым улучшая наполнение цилиндров или отвод отработанных газов. У HONDA сейчас используется уже третье поколение таких моторов, которые впитали в себя сразу обе системы VTC (фазовращатели) и VTEC (поднятие клапана), и сейчас она называется – DOHC i- VTEC .

Система еще более сложная, она имеет продвинутые распредвалы в которых есть совмещенные кулачки. Два обычных по краям, которые нажимают на коромысла в обычном режиме и средний более выдвинутый кулачок (высокопрофильный), который включается и нажимает клапана скажем после 5500 оборотов. Эта конструкция имеется на каждую пару клапанов и коромысел.

Как же работает VTEC? Примерно до 5500 об/мин мотор работает в штатном режиме, используя только систему VTC (то есть крутит фазовращатели). Средний кулачок как бы не замкнут с двумя другими по краям, он просто вращается в пустую. И вот при достижении высоких оборотов, ЭБУ дает приказание на включение системы VTEC, начинает закачиваться масло и специальный штифт выталкивается вперед, это позволяет замкнуть все три «кулачка» сразу, начинает работать самый высокий профиль – теперь именно он давит пару клапанов, на которые рассчитана группа. Таким образом, клапан опускается намного больше, что позволяет дополнительно наполнить цилиндры новой рабочей смесью и отвести больший объем «отработки».

Стоит отметить, что VTEC стоит и на впускном и выпускном валах, это дает реальное преимущество и прирост мощности на высоких оборотах. Прирост примерно в 5 – 7%, это очень хороший показатель.

Стоит отметить, хотя ХОНДА была первой, сейчас похожие системы используются на многих автомобилях, например Toyota (VVTL-i), Mitsubishi (MIVEC), Kia (CVVL). Иногда как например в моторах Kia G4NA, используется лифт клапанов только на одном распредвалу (здесь только на впускном).

НО и у этой конструкции есть свои недостатки, и самый главный это ступенчатое включение в работу, то есть едите до 5000 – 5500 и дальше чувствуете (пятой точкой) включение, иногда как толчок, то есть нет плавности, а хотелось бы!

Плавное включение или Fiat (MultiAir), BMW (Valvetronic), Nissan (VVEL), Toyota (Valvematic)

Хотите плавности пожалуйста, и тут первой в разработках была компания (барабанная дробь) – FIAT. Кто бы мог подумать, они первые создали систему MultiAir, она еще более сложная, но более точная.

«Плавная работа» здесь применена на впускных клапанах, причем распредвала здесь вообще нет. Он сохранился только на выпускной части, но он имеет воздействие и на впуск (наверное запутал, но постараюсь объяснить).

Принцип работы. Как я сказал, здесь есть один вал, и он руководит и впускными и выпускными клапанами. ОДНАКО если на «выпускные» он воздействует механически (то есть банально через кулачки), то вот на впускные воздействие передается через специальную электро-гидравлическую систему. На валу (для впуска) есть что-то типа «кулачков», которые нажимают не на сами клапана, а на поршни, а те передают приказания через электромагнитный клапан на рабочие гидроцилиндры открывать или закрывать. Таким образом, можно добиться нужного открытия в определенный период времени и оборотов. При малых оборотах, узкие фазы, при высоких – широкие, и клапан выдвигается на нужную высоту ведь здесь все управляется гидравликой или электрическими сигналами.

Это позволяет сделать плавное включение в зависимости от оборотов двигателя. Сейчас такие разработки есть также у многих производителей, таких как — BMW (Valvetronic), Nissan (VVEL), Toyota (Valvematic). Но и эти системы не идеальны до конца, что опять не так? Собственно здесь опять же есть привод ГРМ (который забирает на себя около 5% мощности), есть распредвал и дроссельная заслонка, это опять забирает много энергии, соответственно крадет КПД, вот бы от них отказаться.

Ну вот я и оказался за рулем своей первой Тоёты ! Как в своё время оказался за рулем своей первой и второй окушки, старенькой 1998 года мазды 323 (слепоглазки), нового Акцента , свеженького Ваза 1114... Ну и конечно сразу ощутил разницу между качеством очень старого японского, нового корейского и нашего отеч. автомобиля и сравнительно молодой японочки. Автоматическую коробку тоже до селе не эксплуатировал.

Авто досталась мне от родителей. Не хотел сначала брать авто, за рулем которого в нашем городе ездит очень много девушек. Да и цвет мне не нравился - серебристый... Да ещё и хэтч. Мне всегда нравились седаны. В общем оставив при себе свои претензии к авто, заглаженные очень приятной ценой на него, я купил-таки.

И уже через несколько дней виновато смотрел на свою японку: "как я мог думать о тебе такое, дорогая?" Серебристый цвет оказался очень практичным. Особенно после черного Хёндай Анкцента, когда после поездки от автомойки до стоянки машина сразу же покрывалась видимым слоем пыли. В каких только переулках я на ней не разворачивался, когда со свиданий девушек отвозил. На седанах это было бы сделать тяжелей!

АКПП просто сказка. Раньше боялся как огня (стереотипы). Двигатель шустрый, динамика отличная. А если нажать заветную кнопочку (она кажется отвечает за режим экономии топлива) то вообще "жарит" машинка айда ушёл! Ну и кушает в таком режиме прилично. До 17 литриков. Если ездит спокойно - в 8ку можно уложиться. Подвеска только немного расстроила. Жестко. Но оправдано отменной управляемостью. В повороты входит почти без крена. (Опять вспоминаю Акцент. При повороте сильный крен и снос задницы обеспечен. Но мягче на ходу - это да...)

Но машинку мне продали с проблемой. Не могли долго разобраться, почему чем сильней мороз - тем ей трудней завестись. Официальные дилеры мутозили меня и мою японку раза 4. Оставляя на ночь, меняя блоки сигнализации, релюшки... Бесполезно. Пока не поменяли всё зажигание по гарантии. Просто предыдущий хозяин частенько передерживал ключ зажигания, когда машина уже завелась.

Проездил на Тоёте около 15 000. Прошел ТО с опозданием в 5000. Поставили диагноз: замена зальника, передних тормозных дисков, задник накладок и ремня ГРМ. На всё про всё 18000р. Всё оригинал. Если честно, даже не жалко тратить на такую машину. Не сказать, конечно, что я каждое утро как Ромео к Джульете бегу к Короллине, но удовольствие от вождения и чуство надежности не отнять, однозначно. На Акценте вечно менял подшипники сцепления и тормозные колодки с завидным постоянством.

Кстати, в новой Королле понравилась более мягкая подвеска и шумоизоляция. А вот отделка салона разочаровала. Интересно прокатится на Аурисе.