Технология Valvematic

Valvematic: система управления фазами газораспределения и подъемом клапанов фирмы Toyota, разновидность технологий CVVT и CVVL. Предыстория: Технология VVT-i.

Была впервые была применена в 2007 году на модели Toyota Noah и далее в 2009 году на семействе двигателей ZR.

Принцип Valvematic

Valvematic является дальнейшим развитием технологии VVT-i с непрерывным изменением фаз газораспределения. Относительно аналогов (Valvetronic и VVEL) обходится той же высотой головки блока цилиндров. По заявлению компании Toyota, обеспечивает на 5-10% лучшую экономичность, на 12% лучшую экологичность и около 10% рост мощности относительно технологии VVT-i. Соль технологии — в управлении соотношением топливо/воздух в топливной смеси посредством управления клапанами, а не дроссельной заслонкой.

Valvematic

Valvematic включает в себя управление изменением фаз газораспределения (VVT-i) и электронное управление дроссельной заслонкой (ETCS-i). Механизмы VVT-i помещены внутрь распределительных валов. Корпуса приводов соединяются с зубчатыми шкивами, а ротор — с распределительными валами. Поворот ротора и вала обеспечивается подводом давления масла с разных сторон лепестков ротора. Чтобы исключить удары, при запуске двигателя ротор прижат стопорным штифтом к корпусу (затем штифт отходит под давлением масла). На новых двигателях с небольшим пробегом работа системы может сопровождаться слегка заметным цокающим звуком.

Привод Valvematic

Valvematic позволяет изменять высоту подъема впускного клапана в диапазоне 0,9..10,9 мм, что обеспечивает угол открытого состояния клапана в пределах 106..260° поворота коленвала:

Углы сдвига фаз в технологии Valvematic

На диаграмме ниже показано, каким образом рабочий процесс в двигателе с Valvematic отличается от обычного (в данном случае — на режимах холостого хода и при нагрузке 30%):

Индикаторная диаграмма

В отличие от обычного двигателя, при работе Valvematic дроссельная заслонка практически постоянно поддерживается в положении полного открытия, при этом дозирование топливовоздушной смеси осуществляется изменением высоты подъема клапанов.

В начале такта впуска давление во впускном коллекторе Valvematic близко к атмосферному, благодаря чему значительно уменьшаются насосные потери при ходе поршня вниз.
После того, как необходимое количество смеси поступило в цилиндр, впускные клапаны закрываются. Поскольку поршень продолжает движение вниз, то разрежение в цилиндре увеличиватся, насосные потери растут и в двигателе с Valvematic.
Хотя к концу ходя поршня разрежение в цилиндрах обоих двигателей сравнивается, однако у Valvematic наполнение необходимым объемом смеси произошло эффективнее.
 ValvematicVVT-i
ФазыИзменяются бесступенчатоИзменяются бесступенчато
Высота подъема клапановИзменяется бесступенчатоНе изменяется
Ключевая фишкаКонтроль фаз и высоты подъема клапанов, исходя из условий движения, та же мощность с меньшими затратамиКонтроль фаз либо для большей мощности, либо для лучшей экономичности, исходя из условий движения

Режимы работы Valvematic

СостояниеДиаграммаФункционированиеЭффект
Запуск двигателя / Глушение двигателяРабочий угол впускных клапанов 200 градусов. Впускные клапаны закрываются в точке, близкой к НМТ, уменьшая перекрытие для улучшения компрессииУлучшение пусковых характеристик
Холостой ход (повышенные обороты)Рабочий угол впускных клапанов 250 градусов. Высота подъема клапанов увеличивается для увеличения перекрытия, усиливается внутренняя рециркуляция отработавших газовСнижение выбросов NOx и CH
До прогрева двигателя (кроме повышенных оборотов холостого хода)Рабочий угол впускных клапанов 240 градусов. Увеличение эффективности на такте впуска.Увеличение мощности, снижение расхода топлива
Двигатель прогрет (нагрузка от низкой до средней)Рабочий угол впускных клапанов 106-245 градусов. Согласованная работа с VVT-i и ETCS-i. Высота подъема клапанов изменяется с целью более раннего закрытия для уменьшения насосных потерь. Изменяются фазы выпускных клапановСнижение расхода топлива
Двигатель прогрет (нагрузка высокая)Рабочий угол впускных клапанов 230-260 градусов. Согласованная работа с VVT-i и ETCS-i. Высота подъема клапанов изменяется с целью более позднего закрытия для улучшения наполнения. Изменяются фазы выпускных клапанов.Увеличение мощности, снижение расхода топлива, уменьшение температуры выхлопа

Конструкция системы Valvematic

Конструкция системы Valvematic

Механизм привода ГРМ, на рисунке ниже: 1 — привод VVT (выпуск), 2 — привод VVT (впуск), 3 — распределительный вал выпускных клапанов, 4 — распределительный вал впускных клапанов, 5 — контроллер Valvematic, 6 — рокер, 7 — гидрокомпенсатор, 8 — клапан, 9 — впускной клапан, 10 — выпускной клапан, 11 — демпфер цепи, 12 — башмак натяжителя, 13 — гидронатяжитель цепи.

Схема системы Valvematic

Контроллер Valvematic

Состоит из усилителя (EDU), электромотора и винтового механизма. Бесщеточный электродвигатель — 3-фазный, постоянного тока, с неодимовыми магнитами. Усилитель управляет работой электромотора, задает расчетный и определяет фактический угол поворота ротора. Для этого служат датчик угла (определяющий угол поворота ротора) и датчик положения (определяющий количество оборотов ротора). Винтовой механизм, имеющий конструкцию планетарной передачи, преобразует вращение ротора электромотора в поступательное перемещение управляющего штока. Смазка механизма осуществляется моторным маслом. Эпициклы с прямой нарезкой зубьев соединены с корпусом механизма, солнечные шестерни установлены на управляющем штоке, кроме того, водила сателлитов находятся в зацеплении с левосторонней винтовой резьбой на корпусе и правосторонней резьбой на штоке. Количество зубьев: эпицикл — 50, сателлит — 10, солнце — 31. Винтовая резьба: эпицикл — 5-заходная левосторонняя, сателлит — 1-заходная левосторонняя, солнце — 4-заходная правосторонняя.

Электромотор вращает корпус механизма с эпициклами, которые, в свою очередь, приводят во вращение сателлиты. Солнечные шестерни и шток перемещаются в осевом направлении, управляя высотой подъема клапанов.

Элементы контроллера Valvematic

1 — контроллер VM, 2 — выпуск масла, 3 — впуск масла, 4 — датчик положения, 5 — усилитель 6 — бесщеточный электродвигатель, 7 — статор, 8 — ротор, 9 — подшипник, 10 — винтовой механизм.

Элементы контроллера Valvematic

1 — сателлит, 2 — водило, 3 — корпус, 4 — винт водила, 5 — эпицикл 1, 6 — эпицикл 2, 7 — солнечная шестерня 1, 8 — солнечная шестерня 2, 9 — управляющий шток.

Привод VVL

Привод бесступенчатого изменения высоты подъема клапанов состоит из управляющего штока, ползуна, роликового и качающихся промежуточных рычагов, демпфера.

Привод VVL

Привод VVL

Управляющий шток передает поступательное перемещение от контроллера VM на ползуны. Ползуны имеют косые зубья, находящиеся в зацеплении с внутренними зубьями на роликовом и качающихся рычагах, они определяют взаимное положение этих рычагов.

Привод VVL

Роликовый рычаг находится в контакте с кулачком распредвала впускных клапанов, его перемещение передается через ползун на качающиеся рычаги, которые воздействуют на рокеры и открывают впускные клапаны. Демпфер постоянно поджимает роликовый рычаг и позволяет ему отслеживать профиль кулачка распредвала.

Схема привода VVL

1 — шток, 2 — ось рычагов, 3 — качающийся рычаг, 4 — роликовый рычаг, 5 — ползун, 6 — демпфер, 7 — распределительный вал впускных клапанов, 8 — рокер, 9 — впускной клапан, 10 — гидрокомпенсатор.

Увеличение высоты подъема клапанов Уменьшение высоты подъема клапанов

Особенности Valvematic на двигателях ZR

Двигатели серии ZR с системой Valvematic получили впускной коллектор с системой ACIS, изменяющей эффективную длину впускного тракта для повышения мощности. При низкой и средней частоте вращения и высокой нагрузке клапан ACIS закрыт и воздух поступает по длинному каналу, в других диапазонах клапан открыт и воздух идет по более короткому пути.

Изменение длины впускного тракта на двителях 2ZR-FAE

Также на двигателях серии ZR с системой Valvematic вакуумный насос (лопастной) усилителя тормозов приводится от задней части распредвала выпускных клапанов.

Привод вакуумного насоса усилителя тормозов на двигателе 2ZR-FAE

Первоисточники

2 комментария

Ответить

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

*