VVT-i — это фирменная система газораспределительного механизма Тойота. От английского Variable Valve Timing with intelligence, что в переводе означает интеллектуальное изменение фаз газораспределения.
Это второе поколение системы изменения фаз газораспределения Тойота. Устанавливается на автомобили начиная с 1996-го года.
Принцип работы: основным управляющим устройством является муфта VVT-i. Изначально фазы открытия клапанов спроектированы для хорошей тяги на низких оборотах. После того, как обороты значительно увеличиваются, а вместе с этим увеличивается давление масла, которое открывает клапан VVT-i. После того как клапан открыт распределительный вал* поворачивается на определенный угол относительно шкива. Кулачки имеют определенную форму и при повороте коленчатого вала* открывают впускные клапана немного раньше, а закрывают позже, что благоприятно сказывается на увеличении мощности и крутящего момента на высоких оборотах.
*Распределительный вал двигателя внутреннего сгорания предназначен для управления процессом впрыска в рабочую камеру топливной смеси и своевременного отвода из нее продуктов сгорания. Рабочие кулачки, расположенные по всей длине распредвала, совершают толкательные движения, и тем самым участвуют в процессе открытия и закрытия подпружиненных клапанов. Те в свою очередь в определенные рабочие фазы открывают и перекрывают впускные отверстия для подачи обогащенного кислородом топлива и выпуска выхлопных газов.
Распределительный вал при проектировании двигателей, как правило, всегда располагается в непосредственной близости от клапанных групп, то есть в блоке, объединяющем головки цилиндров. Такая компоновка обусловлена необходимостью снижения нагрузок связанных с инерционностью тел вращения, и повышения жесткости конструктивных элементов газораспределительного механизма.
В V-образных двигателях внутреннего сгорания каждый ряд цилиндров может обслуживаться одним или двумя распредвалами. Если в конструкцию двигателя заложена одновальная схема, то распределительный вал осуществляет управление впрыском топлива и выпуском продуктов сгорания. При такой схеме распределения на каждом цилиндре стоят два клапана. При использовании двухвального механизма распределения, один вал управляет клапанами впуска, а другой клапанами выпуска. При такой схеме распределения на каждом цилиндре стоит четыре клапана (два впускных и два выпускных).
Каждый распределительный вал конструктивно состоит из рабочих кулачков, имеющих сложную криволинейную форму, и опорных шеек. Шеек, как правило, на одну больше. Каждый клапан управляет одним кулачком. Кулачки, обладая сложной формой поверхности, при вращении вала обеспечивают в определенные фазы работы двигателя, закрытие клапанов и их открытие. Кулачки распределительного вала могут непосредственно взаимодействовать с толкателями клапанов, или воздействовать на них через коромысло.
Для изготовления распределительных валов применяют чугунные отливки, или поковки из высокопрочных и износостойких марок стали. Во время работы, распределительный вал совершает вращательное движение, базируясь в разъемных опорах выполняющих функции подшипников скольжения. Число опор всегда равно количеству опорных шеек распредвала, и всегда на одну превышает количество рабочих камер. В качестве разъемных опор применяются специальные тонкостенные стальные вкладыши, имеющие антифрикционное покрытие. Все вкладыши по мере износа подлежат периодической замене.
В конструкции опор распределительного вала кроме радиальных подшипников скольжения имеется один упорный подшипник. Его функция заключается в предотвращении возможного осевого смещения вала. Конструктивно этот подшипник располагается, как правило, в непосредственной близости от приводного механизма. Для обеспечения надежной и долговечной работы распределительного вала, рабочие кулачки и опорные шейки подвергаются принудительной смазке подаваемой под давлением от маслонасоса по специальным каналам. В современных конструкциях двигателей внутреннего сгорания, для повышения эффективности работы газораспределительного механизма очень часто применяют специальные системы, изменяющие во времени фазы впрыска топливной смеси и отвода отработанных газов, такие как VVT-i, VVT-iE, Valvematic и аналогичные. Внедрение подобных мер позволяет снизить объемы потребляемого топлива и уровень токсичности выхлопных газов. На практике используется несколько методов изменения фаз впрыска топливной смеси и выпуска продуктов сгорания:
Изменение угловой ориентации распредвала при разных режимах эксплуатации механизма
Использование для управления клапаном нескольких кулачков с различными криволинейными контурами
Смещение оси вращения коромысла.
Вращательное движение на распределительный вал подается от коленчатого вала. В двигателях внутреннего сгорания, работающих по четырехтактной схеме, скорость вращения распредвала в два раза ниже скорости коленчатого вала.
На подавляющем большинстве двигателей приводящих в движение легковые автомобили, крутящий момент на распредвал подается посредством сегментно-ременной либо цепной передачи. Эти виды передач хорошо себя зарекомендовали как на бензиновых, так и на дизельных двигателях. На старых моделях вращение на распредвал передавалось посредством шестеренчатой передачи.
Цепная передача представляет собой шарнирно соединенные металлические звенья, обегающие ведущую и ведомые звездочки. Для стабильной и надежной работы цепной передачи в данном приводе задействованы натяжной и успокоительный ролики. Одна цепная передача может приводить в движение два распредвала.
Обладая множеством достоинств, цепной привод имеет один существенный недостаток. Он заключается в том, что со временем металлические звенья растягиваются, и тем самым увеличивают действительный шаг цепи. При этом шаг ведущей и ведомых звездочек остается неизменным. Не совпадение этих показателей ведет к повышенному износу цепной передачи и изменению кинематических характеристик цепного привода. По этой причине данный вид передачи требует регулярных профилактических осмотров и регулировок.
Альтернативой цепному приводу является ременная передача. Для поддержания постоянного передаточного соотношения, для ременного привода применяется сегментный ремень. Это изделие из резины имеет специальный армирующий слой и сегментные выступы, входящие в зацепление с аналогичными впадинами ведущего и ведомого шкивов. Данный привод тоже нуждается в дополнительном механизме регулировки натяжения. Однако он почти бесшумен, занимает небольшой объем. Современные модели сегментных ремней обладают огромным рабочим ресурсом, и пользуются заслуженной популярностью у производителей автомобильных двигателей. Приводной механизм распредвала может быть задействован также для передачи крутящего момента на такие механизмы как, масляные и топливные насосы, устройства управлением зажигания
*Во всех двигателях внутреннего сгорания наиболее нагруженной и ответственной деталью является коленчатый вал. Его основная функция – это преобразование возвратно-поступательного движения в движение вращательное. Особенностью работы этой детали является то, что на него действуют разные по характеру нагрузки (знакопеременные, передаваемые от поршневой группы, а также инерция сил возникающих при вращении самого коленчатого вала).
Заготовки для изготовления коленчатых валов могут быть получены двумя способами:
Чугунным литьем
Методом ковки из высокопрочных легированных марок стали
Для дизелей и двигателей с турбонаддувом коленчатые валы изготавливаются, как правило, из стали.
Конструкция всех коленчатых валов является типовой. Каждый вал состоит из следующих конструктивных элементов:
Коренные шейки
Шатунные шейки
Щеки
Противовесы
Название коренных шеек говорит само за себя. Они предназначены для базирования вала в корпусе двигателя. Этих конструктивных элементов, как правило, всегда больше чем шатунных шеек на одну коренную. Валы, выполненные по такой компоновке, являются полноопорными.
Шатунные шейки предназначены для установки шатунов, вторые концы которых закреплены пальцами в поршнях. Между собой шейки соединяются щеками, плавно переходящими в противовесы. Функциональное назначение последних конструктивных элементов заключается в компенсации возникающих на валу центробежных сил и обеспечение плавного вращения коленчатого вала.
Шейка шатуна, соединенная посредством щек с коренной шейкой образует так называемое колено. Число колен и их расположение зависит от количества камер сгорания, порядка воспламенения в них горючей смеси и показателя тактности мотора. Конструктивно колена располагаются так, чтобы обеспечить плавное вращение вала, своевременное воспламенение горючей смеси, минимальные изгибающие моменты.
На двигателях, выполненных по V-образной схеме, длина шейки шатуна проектируется с таким расчетом, чтобы она могла служить опорой для пары шатунов левого и правого рядов. В некоторых конструкциях двигателей, на коленчатых валах, для обеспечения более равномерного воспламенения горючей смеси в рабочих камерах, шейки спаренных шатунов сдвигают одну относительно другой на восемнадцать градусов.
Выше уже упоминалось о том, что коленчатый вал является наиболее нагруженной деталью двигателя. Наиболее уязвимыми на валу являются так называемые места концентрации напряжений, другими словами это переходы от шеек к щекам. Для плавного распределения нагрузок эти места выполняются в виде радиусных переходов (галтелей). Совокупная длинна галтелей в значительной мере увеличивает общую длину коленчатого вала, что чревато снижением общей жесткости конструкции вала. Решение возникшей проблемы удалось найти, утопив галтели в тело щеки или шейки.
Для снижения сил трения, возникающих в местах соединения шеек (опорных и шатунных) с опорными элементами корпуса и шатунами, применяются, выполненные из стальной ленты, разъемные подшипники скольжения, покрытые специальным покрытием, снижающим возникающее трение. Для предотвращения проворачивания этих конструктивных элементов, в их конструкции предусмотрен специальный выступ. Для ликвидации возможных осевых смещений на одной из коренных шеек устанавливается упорная антифрикционная опора.
Для снижения износа и увеличения ресурса работы, наиболее нагруженных участков коленчатого вала, в конструкции двигателей предусмотрена специальная система подачи смазки. По специальным каналам к каждой опоре коренной шейки и шатуна, насосом подается масло.
Передача крутящего момента с коленчатого вала в коробку передач происходит через хвостовую часть вала, на которой размещен маховик. В передней части вала расположены специальные шейки для крепления шестерни, приводящей в движение распределительный вал, шкив ременной передачи, приводящий в движение вспомогательные механизмы. В некоторых моделях в этой части коленчатого вала также устанавливается специальный механизм балансирных валов, предназначенный для гашения нежелательных вибраций возникающих при вращении вала.
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.
Читайте также: Что такое CRDI двигатель и как он работает.
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
Vvti Toyota – что это за зверь
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.
Управление фазами газораспределения по-японски
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 распределительного вала.
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 коленвала, 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!
