Układy zmiennych faz rozrządu zrewolucjonizowały silniki spalinowe, a popularność zyskały dzięki japońskim modelom lat 90-tych. Ale czym najbardziej znane systemy różnią się od siebie w działaniu?
Silniki spalinowe nie były tak wydajne, jak to możliwe od momentu ich powstania. Średnia sprawność takich silników wynosi 33 procent - cała reszta energii wytworzonej przez spalanie mieszanki paliwowo-powietrznej jest marnowana. W związku z tym potrzebny był jakikolwiek sposób na zwiększenie efektywności energetycznej silnika spalinowego, a system zmiennych faz rozrządu stał się jednym z najbardziej udanych rozwiązań.
System zmienia rozrząd (moment, w którym każdy zawór otwiera się i zamyka podczas cyklu pracy), czas ich trwania (moment, w którym zawór jest otwarty) i skok (ile zawór może otworzyć).
Jak wiadomo, zawór dolotowy w silniku przesyła mieszankę paliwowo-powietrzną do cylindra, która jest następnie sprężana, spalana i wpychana do otwierającego się zaworu wydechowego. Zawory te są napędzane popychaczami, które są sterowane przez wałek rozrządu za pomocą zestawu krzywek dla idealnego stosunku zamknięcia do otwarcia.
Niestety konwencjonalne wałki rozrządu są wykonane w taki sposób, że można sterować tylko otwarciem zaworów. Na tym polega problem, ponieważ zawory muszą otwierać się i zamykać w różny sposób przy różnych prędkościach obrotowych silnika, aby uzyskać maksymalną wydajność.
Na przykład przy wysokich obrotach silnika zawór wlotowy należy otworzyć nieco wcześniej, ponieważ tłok porusza się tak szybko, że nie wpuszcza wystarczającej ilości powietrza do środka. Jeśli zawór zostanie otwarty nieco wcześniej, do cylindra dostanie się więcej powietrza, co zwiększy wydajność spalania.
Dlatego zamiast kompromisu pomiędzy wałkami rozrządu na wysokie i niskie obroty pojawił się układ zmiennych faz rozrządu, uznawany za jeden z najskuteczniejszych w tej dziedzinie. Różne firmy interpretują tę technologię na różne sposoby, więc przyjrzyjmy się najpopularniejszym z nich.
Vanos (lub Variable Nockenwellensteuerung) to podjęta przez BMW próba stworzenia układu zmiennych faz rozrządu, po raz pierwszy zastosowana w silniku M50 zainstalowanym w serii 5 w latach 90. ubiegłego wieku. Wykorzystuje również zasadę opóźnienia lub przyspieszenia interakcji mechanizmów rozrządu, ale za pomocą przekładni zębatej wewnątrz koła pasowego wałka rozrządu, która porusza się razem lub przeciw wałkowi, zmieniając fazy pracy. Proces ten jest kontrolowany przez elektroniczną jednostkę sterującą, która wykorzystuje ciśnienie oleju do przesuwania biegu do przodu lub do tyłu.
Podobnie jak w przypadku innych systemów, przekładnia porusza się do przodu, otwierając zawory nieco wcześniej, zwiększając ilość powietrza wchodzącego do cylindrów i zwiększając moc silnika. W rzeczywistości BMW po raz pierwszy wprowadziło pojedynczy Vanos, który działał tylko na wałku rozrządu zaworów dolotowych w niektórych trybach przy różnych prędkościach obrotowych silnika. Niemiecka firma opracowała później system z dwoma Vanami, który jest uważany za bardziej zaawansowany, ponieważ wpływa na oba wałki rozrządu, a także reguluje położenie przepustnicy. Double Vanos został stworzony dla S50B32, który został zainstalowany w BMW M3 z tyłu E36.
Teraz prawie każdy liczący się producent ma własną nazwę dla układu rozrządu – Rover ma VVC, Nissan VVL, a Ford opracował VCT. I nie jest to zaskakujące, biorąc pod uwagę, że jest to jedno z najbardziej udanych znalezisk dla silników spalinowych. Dzięki niej producenci byli w stanie zarówno zmniejszyć zużycie, jak i zwiększyć moc swoich silników.
Jednak wraz z pojawieniem się pneumatycznego sterowania zaworami systemy te zostaną wycofane. Jednak teraz jest tylko ich czas.
Półbieg, który pozwala regulować fazy otwierania/zamykania zaworów, był wcześniej uważany za akcesorium tylko do samochodów sportowych. W wielu nowoczesnych silnikach system zmiennych faz rozrządu jest stosowany rutynowo i działa nie tylko w celu zwiększenia mocy, ale także zmniejszenia zużycia paliwa i emisji szkodliwych substancji do środowiska. Zastanówmy się, jak działa Variable Valve Timing (międzynarodowa nazwa tego typu systemów), a także niektóre funkcje urządzenia VVT w samochodach BMW, Toyota, Honda.
Fazy stałe
Czas otwierania i zamykania zaworów ssących i wydechowych, wyrażony w stopniach obrotu wału korbowego względem BDC i GMP, jest zwykle nazywany fazami rozrządu. Graficznie okres otwarcia i zamknięcia jest zwykle przedstawiany za pomocą diagramu.
Jeśli mówimy o fazach, to można dokonać zmian:
- moment, w którym zawory dolotowe i wydechowe zaczynają się otwierać;
- czas przebywania w stanie otwartym;
- wysokość podnoszenia (o ile zawór jest opuszczony).
Zdecydowana większość silników ma stały rozrząd. Oznacza to, że opisane powyżej parametry są determinowane jedynie kształtem krzywki wałka rozrządu. Wadą takiego konstruktywnego rozwiązania jest to, że kształt krzywek obliczony przez konstruktorów dla silnika będzie optymalny tylko w wąskim zakresie obrotów. Silniki cywilne są projektowane w taki sposób, aby rozrząd zaworowy odpowiadał normalnym warunkom eksploatacji pojazdu. W końcu, jeśli zrobisz silnik, który będzie jeździł bardzo dobrze „od dołu”, to przy ponadprzeciętnych obrotach moment obrotowy, jak i moc szczytowa będą zbyt niskie. To właśnie ten problem rozwiązuje układ zmiennych faz rozrządu. 
Jak działa VVT
Istotą systemu VVT jest regulacja faz otwierania zaworów w czasie rzeczywistym, skupiając się na trybie pracy silnika. W zależności od cech konstrukcyjnych każdego z systemów jest to realizowane na kilka sposobów:
- obracając wałek rozrządu względem koła zębatego wałka rozrządu;
- włączenie krzywek przy określonych prędkościach, których kształt jest odpowiedni dla trybów mocy;
- zmieniając skok zaworu.
Najbardziej rozpowszechnione są systemy, w których fazy są regulowane poprzez zmianę kątowego położenia wałka rozrządu względem koła zębatego. Pomimo tego, że podobna zasada obowiązuje w różnych systemach, wiele koncernów samochodowych stosuje indywidualne oznaczenia.
- Renault – Zmienne fazy krzywki (VCP).
- BMW - VANOS. Podobnie jak większość producentów samochodów, początkowo tylko wałek rozrządu zaworów dolotowych był wyposażony w taki system. System, w którym na wałku rozrządu zaworów wylotowych są zamontowane sprzęgła hydrokinetyczne do zmiany rozrządu, nosi nazwę Double VANOS.
- Toyota - Zmienne fazy rozrządu z inteligencją (VVT-i). Podobnie jak w przypadku BMW, obecność systemu na wałkach rozrządu zaworów dolotowych i wydechowych określana jest jako Dual VVT.
- Honda – zmienna kontrola rozrządu (VTC).
- Volkswagen w tym przypadku zachował się bardziej konserwatywnie i wybrał międzynarodową nazwę – Variable Valve Timing (VVT).
- Hyundai, Kia, Volvo, GM - Ciągły zmienny faza rozrządu (CVVT).
Jak fazy wpływają na osiągi silnika
Przy niskich obrotach maksymalne napełnienie cylindra zapewni późne otwarcie zaworu wydechowego i wczesne zamknięcie zaworu wlotowego. W tym przypadku nakładanie się zaworów (pozycja, w której zawory wydechowy i wlotowy są jednocześnie otwarte) jest zminimalizowane, tak aby pozostałe spaliny w cylindrze nie mogły zostać wepchnięte z powrotem do wlotu. To z powodu szerokofazowych („górnych”) wałków rozrządu w silnikach wymuszonych często konieczne jest ustawienie zwiększonej prędkości biegu jałowego.
Przy wysokich obrotach, aby jak najlepiej wykorzystać silnik, fazy powinny być jak najszersze, ponieważ tłoki będą pompować znacznie więcej powietrza na jednostkę czasu. W takim przypadku zachodzenie na siebie zaworów będzie miało pozytywny wpływ na przedmuchiwanie cylindrów (wylot pozostałych spalin) i późniejsze napełnianie.
Dlatego zainstalowanie systemu pozwalającego na regulację rozrządu, a w niektórych układach skoku zaworów do trybu pracy silnika, sprawia, że silnik jest bardziej elastyczny, mocniejszy, oszczędniejszy i jednocześnie bardziej ekologiczny przyjazny.
Urządzenie, zasada działania VVT
Przesuwnik fazowy odpowiada za kątowe przemieszczenie wałka rozrządu, który jest sprzęgłem hydrodynamicznym, którego działaniem steruje ECU silnika.
Strukturalnie przesuwnik fazowy składa się z wirnika, który jest połączony z wałkiem rozrządu i obudowy, której zewnętrzna część jest kołem zębatym wałka rozrządu. Pomiędzy obudową sprzęgła hydraulicznego a wirnikiem znajdują się wnęki, których wypełnienie olejem prowadzi do ruchu wirnika, a w konsekwencji do przesunięcia wałka rozrządu względem przekładni. We wnęce olej dostarczany jest specjalnymi kanałami. Ilość oleju wpływającego kanałami jest kontrolowana przez rozdzielacz elektrohydrauliczny. Dystrybutor to konwencjonalny zawór elektromagnetyczny sterowany przez ECU za pomocą sygnału PWM. To właśnie sygnał PWM umożliwia płynną zmianę rozrządu.
Układ sterowania w postaci ECU silnika wykorzystuje sygnały z następujących czujników:
- DPKV (obliczana jest prędkość wału korbowego);
- KRLD;
- DPDZ;
- DMRV;
- DTOŻ.
Systemy o różnych kształtach krzywek
Ze względu na bardziej złożoną konstrukcję, system zmiany rozrządu poprzez oddziaływanie na wahacze krzywek o różnych kształtach stał się mniej rozpowszechniony. Podobnie jak w przypadku zmiennych faz rozrządu, producenci samochodów używają różnych oznaczeń w odniesieniu do systemów, które są w zasadzie podobne.
- Honda – zmienny rozrząd zaworów i elektroniczne sterowanie podnoszeniem (VTEC). Jeśli w silniku stosowane są zarówno VTEC, jak i VVT, taki system jest określany skrótem i-VTEC.
- BMW - System podnoszenia zaworów.
- Audi - System podnoszenia zaworów.
- Toyota - zmienny rozrząd i podnoszenie zaworów z inteligencją Toyoty (VVTL-i).
- Mitsubishi - Mitsubishi Innovative Elektroniczne sterowanie rozrządu (MIVEC).
Zasada działania
System VTEC Hondy jest prawdopodobnie jednym z najbardziej znanych, ale inne systemy działają w podobny sposób. 
Jak widać na schemacie, w trybie niskiej prędkości siła na zawory przez wahacze przenoszona jest przez zbliżające się dwie zewnętrzne krzywki. W tym przypadku środkowy przełącznik porusza się „bezczynnie”. Podczas przełączania w tryb wysokiej prędkości ciśnienie oleju powoduje wysunięcie pręta blokującego (mechanizmu blokującego), co zamienia 3 wahacze w jeden mechanizm. Zwiększenie skoku zaworu uzyskuje się dzięki temu, że krzywka wałka rozrządu o największym profilu odpowiada środkowemu wahaczowi.
Odmianą systemu VTEC jest konstrukcja, w której różne wahacze i krzywki odpowiadają trybom: niskim, średnim i wysokim obrotom. Przy niskich obrotach tylko jeden zawór otwiera się z mniejszą krzywką, przy średnich krzywkach dwie mniejsze krzywki otwierają 2 zawory, a przy wysokich obrotach największa krzywka otwiera oba zawory.
Ekstremalna runda rozwoju
Stopniowa zmiana czasu otwarcia i wysokości skoku zaworu pozwala nie tylko na zmianę rozrządu, ale także na prawie całkowite usunięcie funkcji regulacji obciążenia silnika z przepustnicy. Chodzi przede wszystkim o system Valvetronic od BMW. Takie wyniki pierwsi osiągnęli specjaliści BMW. Teraz podobne rozwiązania mają: Toyota (Valvematic), Nissan (VVEL), Fiat (MultiAir), Peugeot (VTI).
Przepustnica otwarta pod niewielkim kątem stawia znaczny opór ruchowi prądów powietrza. W efekcie część energii uzyskanej ze spalania mieszanki paliwowo-powietrznej jest przeznaczana na pokonanie strat pompowania, co negatywnie wpływa na moc i ekonomię samochodu.
W systemie Valvetronic ilość powietrza wchodzącego do cylindrów jest kontrolowana przez stopień wzniosu i czas otwarcia zaworu. Zrealizowano to poprzez wprowadzenie do projektu wałka mimośrodowego i dźwigni pośredniej. Dźwignia jest połączona przekładnią ślimakową z serwonapędem sterowanym przez ECU. Zmiany położenia dźwigni pośredniej przesuwają działanie wahacza w kierunku większego lub mniejszego otwarcia zaworów. Zasada działania jest pokazana bardziej szczegółowo w filmie.
Układ zmiennych faz rozrządu (powszechna nazwa międzynarodowa) Zmienny czas zaworu, VVT) służy do regulacji parametrów mechanizmu dystrybucji gazu w zależności od trybów pracy silnika. Zastosowanie tego systemu zapewnia zwiększoną moc i moment obrotowy silnika, oszczędność paliwa i zmniejszoną emisję.
Regulowane parametry mechanizmu dystrybucji gazu obejmują:
- moment otwarcia (zamknięcia) zaworów;
- czas trwania otwarcia zaworów;
- skok zaworu.
Razem te parametry składają się na rozrząd - czas trwania suwów ssania i wydechu, wyrażony kątem obrotu wału korbowego względem punktów „martwych”. Rozrząd jest określony przez kształt krzywki wałka rozrządu działającej na zawór.
Różne tryby pracy silnika wymagają różnych faz rozrządu. Tak więc przy niskich prędkościach obrotowych rozrząd powinien mieć minimalny czas trwania („wąskie” fazy). Natomiast przy wysokich obrotach rozrząd powinien być jak najszerszy, a jednocześnie zapewniać nakładanie się suwów ssania i wydechu (naturalna recyrkulacja spalin).
Krzywka wałka rozrządu ma określony kształt i nie może jednocześnie zapewniać wąskiego i szerokiego rozrządu zaworowego. W praktyce kształt krzywki jest kompromisem pomiędzy wysokim momentem obrotowym przy niskich obrotach a dużą mocą przy wysokich obrotach. Ta sprzeczność została właśnie rozwiązana przez system zmiennych faz rozrządu.
W zależności od regulowanych parametrów mechanizmu dystrybucji gazu rozróżnia się następujące metody zmiennych faz rozrządu:
- obracanie wałka rozrządu;
- zastosowanie krzywek o różnych profilach;
- zmiana skoku zaworu.
Najczęściej spotykane są układy zmiennych faz rozrządu, które wykorzystują obrót wałka rozrządu:
- VANOS (Podwójny vanos) od BMW;
- VVT-i(Dual VVT-i), zmienny rozrząd z inteligencją Toyoty;
- VVT Zmienne rozrządy zaworów firmy Volkswage n;
- VTC, zmienna kontrola rozrządu od Hondy;
- CVVT, Ciągły zmienny rozrząd zaworów Hyundai, Kia, Volvo, General Motors;
- VCP, Zmienne fazy rozrządu od Renault.
Zasada działania tych układów opiera się na obrocie wałka rozrządu w kierunku obrotu, co powoduje wczesne otwarcie zaworów w porównaniu z pozycją wyjściową.
Konstrukcja układu zmiennych faz rozrządu tego typu obejmuje sprzęgło sterowane hydraulicznie oraz układ sterowania tym sprzęgłem.
Sprzęgło hydrauliczne(powszechna nazwa przesuwnika fazowego) bezpośrednio obraca wałek rozrządu. Sprzęgło składa się z wirnika połączonego z wałkiem rozrządu i obudowy, która jest kołem napędowym wałka rozrządu. Między wirnikiem a obudową znajdują się wnęki, do których kanałami doprowadzany jest olej silnikowy. Wypełnienie wnęki olejem zapewnia, że wirnik obraca się względem obudowy i odpowiednio obraca wałek rozrządu pod pewnym kątem.
Większość sprzęgła hydraulicznego jest zainstalowana na wałku rozrządu zaworów dolotowych. Aby rozszerzyć parametry kontrolne w poszczególnych konstrukcjach, na wałkach rozrządu zaworów dolotowych i wydechowych montowane są sprzęgła.
Układ sterowania zapewnia automatyczną regulację pracy sprzęgła hydraulicznego. Strukturalnie obejmuje czujniki wejściowe, elektroniczną jednostkę sterującą i siłowniki. System sterowania wykorzystuje czujniki Halla, które oceniają położenie wałków rozrządu, a także inne czujniki układu sterowania silnikiem: prędkość wału korbowego, temperaturę płynu chłodzącego, przepływomierz powietrza. Jednostka sterująca silnika odbiera sygnały z czujników i generuje działania sterujące na siłowniku - zaworze elektrohydraulicznym. Dystrybutor jest zaworem elektromagnetycznym i zapewnia doprowadzenie oleju do i ze sprzęgła hydraulicznego w zależności od warunków pracy silnika.
Układ zmiennych faz rozrządu zapewnia z reguły pracę w następujących trybach:
- na biegu jałowym ( minimalna prędkość wału korbowego);
- maksymalna moc;
- maksymalny moment obrotowy.
Inny rodzaj układu zmiennych faz rozrządu opiera się na zastosowaniu krzywek o różnych kształtach, co pozwala na skokową zmianę czasu otwarcia i skoku zaworu. Znane takie systemy to:
- VTEC, zmienne fazy rozrządu i elektroniczne sterowanie podnoszeniem od Hondy;
- VVTL-i, Zmienny Rozrząd i Podnoszenie Zaworów z inteligencją Toyoty;
- MIVEC Mitsubishi Innovative Elektroniczne sterowanie zaworami firmy Mitsubishi;
- System podnoszenia zaworów od Audi.
Systemy te mają zasadniczo tę samą konstrukcję i zasadę działania, z wyjątkiem systemu Valvelift. Na przykład jeden z najbardziej znanych systemów VTEC obejmuje zestaw krzywek o różnych profilach oraz system sterowania.
Wałek rozrządu ma dwie małe i jedną dużą krzywkę. Małe krzywki są połączone z parą zaworów wlotowych za pomocą odpowiednich wahaczy. Duża krzywka porusza wolnym ramieniem wahacza.
System sterowania zapewnia przełączanie z jednego trybu pracy na inny poprzez uruchomienie mechanizmu blokującego. Mechanizm blokujący jest napędzany hydraulicznie. Przy niskich obrotach silnika (małym obciążeniu) zawory dolotowe są sterowane małymi krzywkami, natomiast rozrząd charakteryzuje się krótkim czasem działania. Gdy prędkość obrotowa silnika osiągnie określoną wartość, system sterowania aktywuje mechanizm blokujący. Ramiona zaworowe małej i dużej krzywki są połączone ze sobą kołkiem blokującym, podczas gdy siła jest przenoszona na zawory wlotowe z dużej krzywki.
Kolejna modyfikacja systemu VTEC posiada trzy tryby sterowania, określone działaniem jednej małej krzywki (otwieranie jednego zaworu ssącego, niska prędkość obrotowa silnika), dwóch małych krzywek (otwieranie dwóch zaworów ssących, średnia prędkość) i dużej krzywki (wysoka prędkość ).
Nowoczesny system zmiennych faz rozrządu Hondy to system I-VTEC, który łączy systemy VTEC i VTC. Ta kombinacja znacznie rozszerza parametry sterowania silnikiem.
Najbardziej zaawansowany z konstruktywnego punktu widzenia rodzaj układu zmiennych faz rozrządu opiera się na regulacji skoku zaworu. Ten system eliminuje potrzebę stosowania zaworu dławiącego w większości trybów pracy silnika. Pionierem w tej dziedzinie jest BMW i jego system Valvetronic... Podobna zasada stosowana jest w innych systemach:
- Valvematic od Toyoty;
- VEL System zmiennych zdarzeń i podnoszenia zaworów Nissana
- MultiAir od Fiata;
- VTI, Zmienny zawór i wtrysk rozrządu od Peugeota.
W systemie Valvetronic zmianę wzniosu zaworu zapewnia złożony schemat kinematyczny, w którym tradycyjne połączenie krzywka-kołysanka-zawór jest uzupełnione wałem mimośrodowym i dźwignią pośrednią. Wał mimośrodowy otrzymuje obrót z silnika elektrycznego poprzez przekładnię ślimakową. Obrót wału mimośrodowego zmienia położenie dźwigni pośredniej, która z kolei ustawia pewien ruch wahacza i odpowiadający mu ruch zaworu. Skok zaworu zmienia się w sposób ciągły w zależności od warunków pracy silnika.
System Valvetronic jest instalowany tylko na zaworach dolotowych.
· 20.08.2013
System ten zapewnia optymalny czas ssania dla każdego cylindra w określonych warunkach pracy silnika. VVT-i praktycznie eliminuje tradycyjny kompromis między wysokim momentem obrotowym przy niskich obrotach a wysoką mocą przy wysokich obrotach. VVT-i zapewnia również dużą oszczędność paliwa i tak skutecznie redukuje emisję szkodliwych produktów spalania, że nie ma potrzeby stosowania systemu recyrkulacji spalin.
Silniki VVT-i są montowane we wszystkich nowoczesnych pojazdach Toyoty. Podobne systemy są opracowywane i wykorzystywane przez wielu innych producentów (na przykład system VTEC firmy Honda Motors). System VVT-i Toyoty zastępuje poprzedni system VVT (Hydraulically Operated 2-Stage Control) stosowany od 1991 roku w 20-zaworowych silnikach 4A-GE. VVT-i jest używany od 1996 roku i kontroluje czas otwierania i zamykania zaworów dolotowych poprzez zmianę koła zębatego między napędem wałka rozrządu (pasek, koło zębate lub łańcuch) a samym wałkiem rozrządu. Pozycja wałka rozrządu jest sterowana hydraulicznie (olej silnikowy pod ciśnieniem).
W 1998 roku pojawił się Dual („podwójny”) VVT-i, kontrolujący zarówno zawory dolotowe, jak i wydechowe (po raz pierwszy został zainstalowany w silniku 3S-GE w RS200 Altezza). Podwójny VVT-i jest również stosowany w nowych silnikach V Toyoty, takich jak 3,5-litrowy V6 2GR-FE. Silnik ten jest używany w Avalonie, RAV4 i Camry w Europie i Ameryce, Aurion w Australii i różnych modelach w Japonii, w tym Estima. Podwójny VVT-i będzie stosowany w przyszłych silnikach Toyoty, w tym w nowym 4-cylindrowym silniku dla nowej generacji Corolli. Ponadto podwójny VVT-i jest używany w silniku D-4S 2GR-FSE w Lexusie GS450h.
Ze względu na zmianę momentu otwarcia zaworu rozruch i zatrzymanie silnika są praktycznie niewidoczne, ponieważ kompresja jest minimalna, a katalizator bardzo szybko nagrzewa się do temperatury roboczej, co znacznie zmniejsza szkodliwe emisje do atmosfery. VVTL-i (oznacza Variable Valve Timing and Lift z inteligencją) Oparty na VVT-i system VVTL-i wykorzystuje wałek rozrządu, który kontroluje również stopień otwarcia każdego zaworu, gdy silnik pracuje na wysokich obrotach. Pozwala to na zapewnienie nie tylko wyższych obrotów silnika i większej mocy, ale także optymalnego otwarcia każdego zaworu, co prowadzi do oszczędności paliwa.
System został opracowany we współpracy z firmą Yamaha. Silniki VVTL-i można znaleźć w nowoczesnych samochodach sportowych Toyoty, takich jak Celica 190 (GTS). W 1998 roku Toyota zaczęła oferować nową technologię VVTL-i dla 16-zaworowego silnika 2ZZ-GE z dwoma wałkami rozrządu (jeden wałek rozrządu steruje wlotem, a drugi wydechem). Każdy wałek rozrządu ma dwie krzywki na cylinder, jedną dla niskich obrotów, a drugą dla wysokich obrotów (duże otwarcie). Każdy cylinder ma dwa zawory dolotowe i dwa zawory wydechowe, a każda para zaworów jest napędzana pojedynczym wahaczem, na który działa krzywka wałka rozrządu. Każda dźwignia ma sprężynowy popychacz przesuwny (sprężyna umożliwia swobodne przesuwanie się popychacza po krzywce „wysokiej prędkości” bez wpływu na zawory). Gdy prędkość obrotowa silnika jest niższa niż 6000 obr/min, na ramię wahacza działa „krzywka niskiej prędkości” za pośrednictwem konwencjonalnego popychacza rolkowego (patrz ilustracja). Gdy prędkość przekracza 6000 obr/min, ECC otwiera zawór, a ciśnienie oleju przesuwa sworzeń pod każdym popychaczem przesuwnym. Trzpień podtrzymuje popychacz ślizgowy, w wyniku czego nie porusza się on już swobodnie na swojej sprężynie, ale zaczyna przenosić uderzenie z krzywki „szybkoobrotowej” na ramię wahadłowe, a zawory otwierają się bardziej i na dłużej .
Na tym blogu opowiem szczegółowo o odmianach układu rozrządu Toyota ICE.
System VVT-i.
VVT-i to zastrzeżony system dystrybucji gazu firmy Toyota Corporation. Z angielskiego Variable Valve Timing z inteligencją, czyli inteligentna zmiana rozrządu. Jest to druga generacja systemu zmiennych faz rozrządu Toyoty. Instalowany w samochodach od 1996 roku.
Zasada działania jest dość prosta: głównym urządzeniem sterującym jest sprzęgło VVT-i. Początkowo fazy otwierania zaworów są zaprojektowane tak, aby zapewnić dobrą przyczepność przy niskich obrotach. Po znacznym wzroście prędkości, a wraz z nimi wzrasta ciśnienie oleju, co otwiera zawór VVT-i. Po otwarciu zaworu wałek rozrządu obraca się pod pewnym kątem w stosunku do koła pasowego. Krzywki mają określony kształt i przy obracaniu wałem korbowym nieco wcześniej otwierają zawory dolotowe, a później zamykają, co korzystnie wpływa na zwiększenie mocy i momentu obrotowego przy wysokich obrotach.
System VVTL-i.
VVTL-i to autorski system rozrządu TMC. Z angielskiego Variable Valve Timing and Lift z inteligencją, co oznacza inteligentną zmianę rozrządu i skoku zaworu.
System VVT trzeciej generacji. Cechą charakterystyczną drugiej generacji VVT-i jest angielskie słowo Lift - valve lift. W tym układzie wałek rozrządu nie tylko obraca się w sprzęgle VVT względem koła pasowego, płynnie regulując czas otwarcia zaworów dolotowych, ale także, w określonych warunkach pracy silnika, obniża zawory głębiej w cylindry. Ponadto na obu wałkach rozrządu zaimplementowano skok zaworów, tj. do zaworów ssących i wydechowych.
Jeśli przyjrzysz się dokładnie wałkowi rozrządu, zobaczysz, że na każdy cylinder i na każdą parę zaworów jest jeden wahacz, wzdłuż którego pracują jednocześnie dwie krzywki - jedna normalna, a druga powiększona. W normalnych warunkach powiększona krzywka pracuje na biegu jałowym, ponieważ w bujaku pod nim znajdują się tzw. kapcie, które swobodnie wchodzą do środka bujaka, zapobiegając w ten sposób dużej krzywce przenoszenia siły docisku na bujak. Pod pantofelkiem znajduje się kołek blokujący, który aktywowany jest ciśnieniem oleju.
Zasada działania jest następująca: przy zwiększonym obciążeniu przy dużych prędkościach ECU wysyła sygnał do dodatkowego zaworu VVT - jest praktycznie taki sam jak na samym sprzęgle, z wyjątkiem niewielkich różnic w kształcie. Po otwarciu zaworu w przewodzie powstaje ciśnienie oleju, które mechanicznie oddziałuje na kołek blokujący i popycha go w kierunku podstawy pantofelka. To wszystko, teraz kapcie są zablokowane w bujaku i nie mają swobodnego toczenia. Moment z dużej krzywki zaczyna być przenoszony na wahacz, obniżając w ten sposób zawór głębiej w cylinder.
Głównymi zaletami systemu VVTL-i jest to, że silnik dobrze ciągnie na dole i strzela na górze, poprawiając oszczędność paliwa. Wadą jest zmniejszona przyjazność dla środowiska, dlatego system w tej konfiguracji nie działał długo.
Podwójny system VVT-i.
Dual VVT-i to autorski system rozrządu TMC. Układ ma ogólną zasadę działania z układem VVT-i, ale rozszerzony na wałek rozrządu wydechu. Sprzęgła VVT-i znajdują się w głowicy cylindrów na każdym kole pasowym obu wałków rozrządu. W rzeczywistości jest to konwencjonalny podwójny system VVT-i.
W rezultacie ECU silnika kontroluje teraz czasy otwarcia zaworów dolotowych i wydechowych, co pozwala na osiągnięcie większej oszczędności paliwa zarówno przy niskich, jak i wysokich obrotach. Silniki są bardziej elastyczne – moment obrotowy rozkłada się równomiernie w całym zakresie obrotów silnika. Biorąc pod uwagę fakt, że Toyota zdecydowała się zrezygnować z regulacji skoku zaworów jak w układzie VVTL-i, Dual VVT-i jest więc pozbawiony swojej wady, jaką jest stosunkowo niska przyjazność dla środowiska.
System został po raz pierwszy zainstalowany w silniku 3S-GE w RS200 Altezza w 1998 roku. Obecnie instalowany w prawie wszystkich nowoczesnych silnikach Toyoty, takich jak seria V10 LR, seria V8 UR, seria V6 GR, seria AR i ZR.
System VVT-iE.
VVT-iE to zastrzeżony układ rozrządu Toyota Motor Corporation. Z angielskiego Variable Valve Timing - smart by Electric motor, co oznacza inteligentną zmianę rozrządu za pomocą silnika elektrycznego.
Jego znaczenie jest dokładnie takie samo, jak w systemie VVTL-i. Różnica polega na samej implementacji systemu. Wałki rozrządu są odchylane pod określonym kątem, aby przyspieszyć lub opóźnić koła zębate za pomocą silnika elektrycznego, a nie ciśnienia oleju, jak w poprzednich modelach VVT. System jest teraz niezależny od prędkości obrotowej silnika i temperatury roboczej, w przeciwieństwie do systemu VVT-i, który nie może działać przy niskich obrotach silnika i nie osiąga temperatury roboczej silnika. Przy niskich obrotach ciśnienie oleju jest małe i nie jest w stanie poruszyć łopatką sprzęgła VVT.
VVT-iE nie ma wad poprzednich wersji, ponieważ nie zależy w żaden sposób od oleju silnikowego i jego ciśnienia. Ponadto ten system ma jeszcze jeden plus - możliwość dokładnego ustawienia przesunięcia wałków rozrządu, w zależności od warunków pracy silnika. System rozpoczyna swoją pracę od początku uruchomienia silnika aż do całkowitego zatrzymania. Jego praca przyczynia się do wysokiej przyjazności dla środowiska nowoczesnych silników Toyoty, maksymalnej wydajności paliwowej i mocy.
Zasada działania jest następująca: silnik elektryczny obraca się razem z wałkiem rozrządu w trybie swojej prędkości obrotowej. W razie potrzeby silnik elektryczny albo zwalnia, albo, przeciwnie, przyspiesza w stosunku do koła zębatego wałka rozrządu, powodując w ten sposób przesunięcia wałka rozrządu pod wymaganym kątem, prowadząc lub opóźniając rozrząd rozrządu.
System VVT-iE po raz pierwszy zadebiutował w 2007 roku w Lexusie LS 460, zainstalowanym w silniku 1UR-FSE.
System Valvematic.
Valvematic to innowacyjny system rozrządu Toyoty, który umożliwia bezstopniową zmianę skoku zaworu w zależności od warunków pracy silnika. Ten system jest stosowany w silnikach benzynowych. Jeśli na to spojrzeć, system Valvematic to nic innego jak zaawansowana technologia VVTi. Jednocześnie nowy mechanizm działa w połączeniu ze znanym już systemem zmiany czasu otwarcia zaworu.
Dzięki nowemu systemowi Valvematic silnik jest do 10 procent oszczędniejszy, ponieważ kontroluje ilość powietrza wciąganego do cylindra i wytwarza niższą emisję dwutlenku węgla, zwiększając w ten sposób moc silnika. Mechanizmy VVT-i, które pełnią główną funkcję, są umieszczone wewnątrz wałków rozrządu. Obudowy napędów połączone są z zębatymi kołami pasowymi, a wirnik połączony jest z wałkami rozrządu. Olej otacza jedną lub drugą stronę płatków wirnika, powodując w ten sposób obrót wirnika i wału. W celu uniknięcia wstrząsów przy uruchamianiu silnika, wirnik połączony jest zawleczką blokującą z korpusem, następnie pod wpływem ciśnienia oleju kołek odsuwa się.
Teraz o zaletach tego systemu. Najważniejszym z nich jest oszczędność paliwa. A także dzięki systemowi Valvematic moc silnika wzrasta, ponieważ istnieje stała regulacja skoku zaworów w momencie otwierania i zamykania zaworów ssących. No i oczywiście nie zapominajmy o ekologii... System Valvematic znacząco ogranicza emisję dwutlenku węgla do atmosfery, nawet o 10-15%, w zależności od modelu silnika. Jak każda innowacja technologiczna, system Valvematic również ma negatywne recenzje. Jednym z powodów takich recenzji jest obcy dźwięk podczas pracy silnika spalinowego. Ten dźwięk przypomina stukot źle wyregulowanych luzów zaworowych. Ale mija po 10-15 tys. km.
Valvematic jest obecnie instalowany w pojazdach Toyoty z silnikami o pojemności 1,6, 1,8 i 2,0 litra. System został po raz pierwszy przetestowany w pojazdach Toyoty Noah. A potem został zainstalowany w silnikach serii ZR.