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.

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.

VVTi Toyota что это и как она устроена? VVT-i – так назвали конструкторы автоконцерна Toyota систему управления фазами газораспределения, которые придумали свою систему повышения эффективности работы двигателей внутреннего сгорания.

Это не говорит о том, что такие механизмы только у Тойоты, но рассмотрим этот принцип на её примере.

Начнём с расшифровки.

Аббревиатура VVT-i звучит на языке оригинала как Variable Valve Timing intelligent, что переводим как интеллектуальное изменение фаз газораспределения.

Впервые на рынке эта технология представлена компанией Toyota десять лет назад, в 1996 году. Аналогичные системы есть у всех автоконцернов и брендов, что говорит об их пользе. Называются они, правда, все по-разному, путая рядовых автолюбителей.

Что же привнесла VVT-i в моторостроение? В первую очередь – повышение мощности, равномерной во всём диапазоне оборотов. Моторы стали экономичнее, а следовательно более эффективнее.

Управление фазами газораспределения или управление моментом поднятия и опускания клапанов, происходит при помощи поворота на нужный угол .

Как это реализовано технически, рассмотрим далее.

Vvti toyota что это или как работает газораспределение VVT-i?

Система VVT-i Toyota что это такое и для чего, мы поняли. Время углубиться в её внутренности.

Главные элементы этого инженерного шедевра:

• муфта VVT-i;
• электромагнитный клапан (OCV — Oil Control Valve);
• блок управления.

Алгоритм работы всей этой конструкции прост. Муфта, представляющая собой шкив с полостями внутри и ротором, закреплённым на распредвале, заполняется маслом под давлением.

Полостей несколько, и за это наполнение отвечает VVT-i клапан (OCV), действующий по командам блока управления.

Под напором масла ротор вместе с валом может поворачиваться на определённый угол, а вал уже, в свою очередь, определяет, когда подниматься и опускаться клапанам.

В стартовом положении позиция распредвала впускных клапанов обеспечивает максимальную тягу на низких оборотах мотора.

С повышением частоты вращения , система поворачивает распредвал таким образом, чтобы клапаны открывались раньше и закрывались позже – это помогает увеличить отдачу на высоких оборотах.

Как видим, технология VVT-i, принцип работы которой рассмотрели, довольно проста, но, тем не менее, эффективна.

Развитие технологии VVT-i: что ещё придумали японцы?

Есть и другие разновидности этой технологии. Так, к примеру, Dual VVT-i управляет работой не только распредвала впускных клапанов, но и выпускных.

Это позволило достичь ещё более высоких параметров двигателей. Дальнейшее развитие идеи получило название VVT-iE.

Здесь уже инженеры Toyota полностью отказались от гидравлического способа управления положением распредвала, который имел ряд недостатков, ведь для поворота вала необходимо было, чтобы давление масла поднялось до определённого уровня.

Устранить данный недостаток удалось благодаря электромоторам – теперь они поворачивают валы. Вот так вот.

Спасибо за внимание, теперь вы сами можете ответить кому угодно на вопрос «VVT-i Toyota что это такое и как оно работает».

Не забывайте подписываться на наш блог и до новых встреч!

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.

Режим	№	Фазы	Функции	Эффект
Холостой ход			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
		Перекрытие клапанов уменьшается для минимизации обратного поступление газов на впуск.	Повышается стабильность работы двигателя
		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			Обеспечивается раннее закрытие впускных клапанов для улучшения наполнения цилиндров	Возрастает крутящий момент на низких и средних оборотах
		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.