Схема VVT-iW - цепной привод ГРМ на оба распредвала, механизм изменения фаз с лопастными роторами на звездочках впускного и выпускного распредвалов, расширенный диапазон регулировки на впуске. Применялась на двигателях 6AR-FSE, 8AR-FTS, 8NR-FTS, 2GR-FKS...

Система VVT-iW (Variable Valve Timing intelligent Wide) позволяет плавно изменять фазы газораспределения в соответствии с условиями работы двигателя. Это достигается путем поворота распределительного вала впускных клапанов относительно звездочки привода в диапазоне 75-80° (по углу поворота коленвала).

Расширенный, по сравнению с обычным VVT, диапазон приходится главным образом на угол задержки. На втором распредвалу в этой схеме установлен привод VVT-i.

Система VVT-i (Variable Valve Timing intelligent) позволяет плавно изменять фазы газораспределения в соответствии с условиями работы двигателя. Это достигается путем поворота распределительного вала выпускных клапанов относительно звездочки привода в диапазоне 50-55° (по углу поворота коленвала).

Совместная работа VVT-iW на впуске и VVT-i на выпуске обеспечивает следующий эффект.
1. Режим пуска (EX - опережение, IN - промежуточное положение). Для обеспечения надежного запуска используются два независимых фиксатора, удерживающих ротор в промежуточном положении.
2. Режим частичной нагрузки (EX - задержка, IN - задержка). Обеспечивается возможность работы двигателя по циклу Миллера/Аткинсона, при этом уменьшаются насосные потери и улучшается экономичность. Подробнее - .
3. Режим между средней и высокой нагрузкой (EX - задержка, IN - опережение). Обеспечивается режим т.н. внутренней рециркуляции отработавших газов и улучшаются условия выпуска.

Управляющий клапан встроен в центральный болт крепления привода (звездочки) к распредвалу. При этом управляющий масляный канал имеет минимальную длину, обеспечивая максимальную скорость отклика и срабатывания при низких температурах. Управляющий клапан приводится штоком плунжера э/м клапана VVT-iW.

Конструкция клапана позволяет независимо управлять двумя фиксаторами, по отдельности для контуров опережения и задержки. Это позвоялет фиксировать ротор в промежуточном положении управления VVT-iW.

Э/м клапан VVT-iW установлен в крышке цепи привода ГРМ и соединен непосредственно с приводом изменения фаз впускного распредвала.

Опережение

Задержка

Удержание

Привод VVT-i

На выпускном распредвалу установлен привод VVT-i лопастным ротором (традиционного или нового образца - с управляющим клапаном, встроенным в центральный болт). При заглушенном двигателе фиксатор удерживает распредвал в положении максимального опережения для обеспечения нормального запуска.

Вспомогательная пружина прикладывает момент в направлении опережения для возврата ротора и надежного срабатывания фиксатора после выключения двигателя.

Блок управления посредством э/м клапана контролирует подачу масла в полости опережения и задержки привода VVT, основываясь на сигналах датчиков положения распредвалов. На заглушенном двигателе золотник перемещается пружиной таким образом, чтобы обеспечить максимальный угол опережения.

Опережение . Э/м клапан по сигналу ECM переключается в позицию опережения и сдвигает золотник управляющего клапана. Моторное масло под давлением поступает к ротору со стороны полости опережения, проворачивая его вместе с распредвалом в направлении опережения.

Задержка . Э/м клапан по сигналу ECM переключается в позицию задержки и сдвигает золотник управляющего клапана. Моторное масло под давлением поступает к ротору со стороны полости задержки, проворачивая его вместе с распредвалом в направлении задержки.

Удержание . ECM рассчитывает необходимый угол опережения в соответствии с условиями движения, и после установки заданного положения переключает управляющий клапан в нейтральную позицию до следующего изменения внешних условий.

Разрезная шестерня, позволяющая регулировать фазы открытия/закрытия клапанов, ранее считалась принадлежностью лишь спортивных автомобилей. Во многих современных двигателях система изменения фаз газораспределения используется штатно и работает не только на благо повышения мощности, но и для снижения расхода топлива и выбросов вредных веществ в окружающую среду. Рассмотрим, как работает Variable Valve Timing (международное название систем такого типа), а также некоторые особенности устройства VVT на автомобилях BMW, Toyota, Honda.

Фиксированные фазы

Фазами газораспределения принято называть моменты открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов, выраженные в градусах поворота коленчатого вала относительно НМТ и ВМТ. В графическом выражении период открытия и закрытия приято показывать диаграммой.

Если мы говорим о фазах, то изменению могут поддаваться:

• момент начала открытия впускных и выпускных клапанов;
• продолжительность нахождения в открытом состоянии;
• высота подъема (величина, на которую опускается клапан).

Преобладающее большинство двигателей имеют фиксированные фазы газораспределения. Это значит, что описанные выше параметры определяются лишь формой кулачка распределительного вала. Недостаток такого конструктивного решения в том, что рассчитанная конструкторами форма кулачков для работы двигателя будет оптимальной только в узком диапазоне оборотов. Гражданские двигатели проектируются таким образом, чтобы фазы газораспределения соответствовали обычным условиям эксплуатации автомобиля. Ведь если сделать двигатель, который очень хорошо будет ехать «с низов», то на оборотах выше средних крутящий момент, как и пиковая мощность, будет слишком низким. Именно эту проблему решает система изменения фаз газораспределения.

Принцип действия VVT

Суть работы системы VVT в том, чтобы в реальном времени, ориентируясь на режим работы двигателя, корректировать фазы открытия клапанов. В зависимости от конструктивных особенностей каждой из систем, реализовывается это несколькими путями:

• поворотом распределительного вала относительно шестерни распредвала;
• включением в работу на определенных оборотах кулачков, форма которых подходит для мощностных режимов;
• изменением высоты подъема клапанов.

Наибольшее распространение получили системы, в которых регулировка фаз осуществляется изменением углового положения распределительного вала относительно шестерни. Несмотря на то что в работу разных систем положен схожий принцип, многие автоконцерны используются индивидуальные обозначения.

• Рено – Variable Cam Phases (VCP).
• БМВ – VANOS. Как и у большинства автопроизводителей, изначально подобной системой укомплектовывался только распределительный вал впускных клапанов. Система, в которой гидромуфты изменения фаз газораспределительного механизма устанавливается и на выпускной распредвал, называется Double VANOS.
• Тойота - Variable Valve Timing with intelligence (VVT-i). Как в случае с БМВ, наличие системы на впускном и выпускном распредвалах именуется Dual VVT.
• Хонда - Variable Timing Control (VTC).
• Фольксваген в данном случае поступили более консервативно и выбрали международное название - Variable Valve Timing (VVT).
• Хюндай, Киа, Вольво, GM - Continuous Variable Valve Timing (CVVT).

Как фазы влияют на работу двигателя

На низких оборотах максимальное наполнение цилиндров будет обеспечивать позднее открытие выпускного клапана и раннее закрытие впускного. В таком случае перекрытие клапанов (положение, в котором выпускные и впускные клапаны одновременно открыты) минимально, поэтому исключается возможность выталкивания оставшихся в цилиндре выхлопных газов обратно во впуск. Именно из-за широкофазных («верховых») распределительных валов на форсированных моторах часто приходится устанавливать повышенные обороты холостого хода.

На высоких оборотах для получения максимальной отдачи от двигателя фазы должны быть максимально широкими, так как за единицу времени поршни будут прокачивать намного больше воздуха. При этом перекрытие клапанов будет положительно влиять на продувку цилиндров (выход оставшихся выхлопных газов) и последующую наполняемость.

Именно поэтому установка системы, позволяющей подстроить фазы газораспределения, а в некоторых системах и высоту подъема клапанов, под режим работы двигателя, делает двигатель эластичней, мощней, экономичней и в то же время дружелюбней к окружающей среде.

Устройство, принцип работы VVT

За угловое смещение распределительного вала отвечает фазовращатель, представляющий собой гидромуфту, работой которой управляет ЭБУ двигателя.

Конструктивно фазовращатель состоит из ротора, который соединен с распредвалом, и корпуса, наружная часть которого является шестерней распределительно вала. Между корпусом гидроуправляемой муфты и ротором находятся полости, заполнение которых маслом приводит к перемещению ротора, а, следовательно, и смещению распредвала относительно шестерни. В полости масло подается по специальным каналам. Регулировка количества поступающего через каналы масла осуществляется электрогидравлическим распределителем. Распределитель представляет собой обычный электромагнитный клапан, который управляется ЭБУ посредством ШИМ-сигнала. Именно ШИМ-сигнал делает возможным плавное изменение фаз газораспределения.

Система управления, в образе ЭБУ двигателя, использует сигналы следующих датчиков:

• ДПКВ (рассчитывается частота вращения коленчатого вала);
• ДПРВ;
• ДПДЗ;
• ДМРВ;
• ДТОЖ.

Системы с разной формой кулачков

Ввиду более сложной конструкции, система изменения фаз газораспределения посредством воздействия на коромысла клапанов кулачков разной формы получила меньшее распространение. Как и в случае с Variable Valve Timing, автоконцерны используют разные обозначения для обозначения схожих по принципу работы систем.

• Хонда - Variable Valve Timing and Lift Electronic Control (VTEC). Если на двигателе одновременно используется и VTEC, и VVT, то такая система носит аббревиатуру i-VTEC.
• БМВ – Valvelift System.
• Ауди - Valvelift System.
• Тойота - Variable Valve Timing and Lift with intelligence от Toyota (VVTL-i).
• Митсубиши - Mitsubishi Innovative Valve timing Electronic Control (MIVEC).

Принцип работы

Система VTEC от Honda является, пожалуй, одной из самых известных, но и остальные системы работают по схожему типу.

Как вы можете увидеть из схемы, в режиме низких оборотов усилие на клапаны через коромысла передается набеганием двух крайних кулачков. При этом среднее коромысло двигается «вхолостую». При переходе в режим высоких оборотов давлением масла выдвигается запорный шток (блокирующий механизм), который превращает 3 коромысла в единый механизм. Увеличение хода клапанов достигается за счет того, что среднему коромыслу соответствует кулачок распредвала с наибольшим профилем.

Разновидность системы VTEC является конструкция, в которой режимам: низких, средних и высоких оборотов соответствуют разные коромысла и кулачки. На низких оборотах кулачком меньшей формы открывается только один клапан, в режиме средних оборотов два меньших по форме кулачка открывают 2 клапаны, а на больших оборотах наибольший кулачок открывает оба клапаны.

Крайний виток развития

Ступенчатое изменение продолжительности открытия и высоты подъема клапанов позволяет не только изменять фазы газораспределения, но и практически полностью снять с дроссельной заслонки функцию регулирования нагрузки на двигатель. Речь в первую очередь о системе Valvetronic от BMW. Именно специалисты БМВ впервые добились подобных результатов. Сейчас схожими разработками обладают: Toyota (Valvematic), Nissan (VVEL), Fiat (MultiAir), Peugeot (VTI).

Открытая на небольшой угол дроссельная заслонка создает значительное противодействие движению воздушных потоков. В итоге часть полученной от сгорания топливовоздушной смеси энергии уходит на преодоление насосных потерь, что негативно сказывается на мощности и экономически автомобиля.

В системе Valvetronic количество поступающего в цилиндры воздуха регулируется степенью подъема и продолжительностью открытия клапанов. Реализовать это получилось при помощи внедрения в конструкцию эксцентрикового вала и промежуточного рычага. Рычаг связан червячной передачей с сервоприводом, управляет которым ЭБУ. Изменения положения промежуточного рычага смещает воздействие коромысла в сторону большего или меньшего открытия клапанов. Более подробно принцип работы показан на видео.

VVTI - это разработанная «Тойотой» система изменения фаз газораспределения. Если перевести эту аббревиатуру с английского языка, то данная система отвечает за интеллектуальное смещение фаз. Сейчас на современных японских двигателях установлено второе поколение механизмов. А впервые VVTI начали устанавливать на автомобили с 1996 года. Система представляет собой муфту и специальный VVTI-клапан. Последний выполняет роль датчика.

Устройство клапана системы VVTI автомобилей "Тойота"

Элемент состоит из корпуса. В наружной части находится управляющий соленоид. Он отвечает за движение клапана. Также в устройстве имеются уплотнительные кольца и разъем для подключения датчика.

Общий принцип работы системы

Главное управляющее устройство в данной системе смещения фаз газораспределения - это муфта VVTI. По умолчанию разработчики двигателя проектировали фазы открытия клапанов так, чтобы получить хорошую тягу на низких оборотах мотора. По мере роста оборотов растет и давление масла, за счет которого открывается клапан VVTI. «Тойота-Камри» и ее двигатель 2,4 литра работает по такому же принципу.

После того как этот клапан откроется, распределительный вал повернется в определенное положение относительно шкива. Кулачки на валу имеют специальную форму, и в процессе поворота элемента впускные клапаны будут открываться немного раньше. Соответственно, позже закрываться. Это должно самым лучшим образом сказаться на мощности и крутящем моменте двигателя на высоких оборотах.

Подробное описание работы

Главный управляющий механизм системы (а это муфта) устанавливается на шкиву распределительного вала двигателя. Корпус его соединяется со звездочным либо Ротор соединяется непосредственно с распределительным валом. Масло из подается с одной либо с двух сторон к каждому лепестку ротора на муфте, заставляя тем распределительный вал поворачиваться. Когда двигатель не запущен, система автоматически устанавливает максимальные углы задержки. Они соответствуют самому позднему открытию и закрытию впускных клапанов. Когда мотор запустится, давление масла недостаточно сильное, чтобы открыть VVTI-клапан. Чтобы избежать любых ударов в системе, ротор соединяется с корпусом муфты штифтом, который при росте давления смазки будет отжиматься самим маслом.

Управление работой системы осуществляется посредством специального клапана. По сигналу с ЭБУ, электрический магнит при помощи плунжера начнет перемещать золотник, тем самым пропуская масло в одном либо в другом направлении. Когда мотор остановлен, этот золотник двигается за счет пружины так, чтобы выставить максимальный угол задержки. Чтобы повернуть распределительный вал на определенный угол, масло под высоким давлением посредством золотника подводится к одной из сторон лепестков на роторе. Одновременно с этим открывается на слив специальная полость. Она расположена с другой стороны лепестка. После того как ЭБУ поймет, что распределительный вал повернут на нужный угол, каналы шкива перекрываются и он будет далее удерживаться в этом положении.

Типовые симптомы неполадок системы VVTI

Итак, система должна изменять фазы работы Если с ней возникают какие-либо проблемы, тогда автомобиль не сможет нормально функционировать в одном либо в нескольких рабочих режимах. Можно выделить несколько симптомов, которые скажут о неисправностях.

Так, автомобиль не удерживает холостые обороты на одном уровне. Это говорит о том, что VVTI-клапан не работает так, как нужно. Также о различных неполадках в системе скажет «торможение» двигателя. Часто при проблемах с этим механизмом изменения фаз отсутствует возможность мотора работать на низких оборотах. Еще о проблемах с клапаном может говорить ошибка P1349. Если на прогретом силовом агрегате высокие холостые обороты, автомобиль совсем не едет.

Возможные причины неисправности клапана

Основных причин неисправностей клапана не так уж и много. Можно выделить две, которые встречаются особенно часто. Так, VVTI-клапан может выходить из строя по причине того, что есть обрывы в катушке. В данном случае элемент не сможет верно реагировать на передачи напряжения. Диагностика неисправности легко осуществляется при помощи проверки измерения сопротивления обмотки катушки датчика.

Вторая причина, по которой клапан VVTI (Toyota) работает неправильно или же не работает вообще - это заедания в штоке. Причиной таких заеданий может быть банальная грязь, которая со временем скопилась в канале. Также возможно, деформирована уплотняющая резинка внутри клапана. В этом случае восстановить механизм очень просто - достаточно очистить грязь оттуда. Это можно сделать с помощью отмачивания или вымачивания элемента в специальных жидкостях.

Как очистить клапан?

Многие неисправности можно вылечить при помощи очистки датчика. Для начала нужно найти клапан VVTI. Где находится этот элемент, можно увидеть на фото ниже. Он обведен на картинке.

Очистку можно провести с помощью жидкостей для очистки карбюраторов. Чтобы полностью прочистить систему, снимают и фильтр. Этот элемент находится под клапаном - он представляет собой заглушку, в которой имеется отверстие под шестигранник. Фильтр также нужно очищать этой жидкостью. После всех операций остается только собрать все в обратном порядке, а затем установить не упираясь при этом в сам клапан.

Как проверить клапан VVTI?

Проверить, работает ли клапан, очень просто. Для этого подают на контакты датчика напряжение в 12 В. Необходимо помнить, что долго держать элемент под напряжением нельзя, так как он не может работать в таких режимах столько времени. В момент подачи напряжения шток втянется внутрь. А когда цепь разомкнется, он вернется обратно.

Если шток перемещается легко, то клапан полностью исправен. Его нужно только промыть, смазать и можно эксплуатировать. Если же он работает не так, как нужно, тогда поможет ремонт либо замена клапана VVTI.

Самостоятельный ремонт клапана

Сперва демонтируют регулирующую планку генератора. Затем снимают крепеж замка капота. Это откроет доступ к осевому болту генератора. Далее откручивают болт, который удерживает сам клапан, и снимают его. После снимают фильтр. Если последний элемент и клапан загрязнены, тогда эти детали очищают. Ремонт представляет собой проверку и смазку. Также можно заменить уплотняющее кольцо. Более серьезный ремонт не представляется возможным. Если деталь не работает, проще и дешевле заменить ее на новую.

Самостоятельная замена клапана VVTI

Часто очистка и смазка не обеспечивает необходимый результат, и тогда встает вопрос полной замены детали. К тому же многие автовладельцы после замены утверждают, что машина стала работать значительно лучше и снизился расход топлива.

Для начала снимают регулирующую планку генератора. Затем снимают крепеж и получают доступ к болту генератора. Откраивают болт, которым удерживается нужный клапан. Старый элемент можно вытащить и выбросить, а на место старого ставят новый. Затем закручивают болт, и автомобиль можно эксплуатировать.

Заключение

Современные автомобили одновременно и хорошие, и плохие. Плохие они тем, что не каждую операцию, связанную с ремонтом и обслуживанием, можно выполнить самостоятельно. Но вот замену этого клапана своими руками выполнить можно, и это большой плюс японскому производителю.

· 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.