valvematic что это такое
Система Valvematic
Проблема управления клапанами в бензиновых двигателях долгое время ставила японские силовые агрегаты на посредственные позиции в гонке технического оснащения среди мировых лидеров производства. Система VVT-I и Dual VVT-I оправдала свои надежды лишь на некоторых типах авто, в частности, на мощных и объемистых двигателях.
Для наиболее популярных агрегатов объемом от 1.6 до 2.0 литров в 2007 году инженеры Toyota разработали новую систему управления клапанов – Valvematic. Система получила широкое распространение на самых популярных бензиновых двигателях Toyota.
Принцип управления системой клапанов
Новая разработка частично решает проблемы с использованием некачественного топлива. Valvematic автоматически подстраивается под стиль вождения и под другие условия, что позволяет ей контролировать не только эффективность работы клапанов, но и безопасность эксплуатации двигателя.
С помощью контроля подъема клапанов японцам удалось добиться отличных результатов в эксплуатационных характеристиках двигателей. Но Valvematic не работает с объемистыми двигателями свыше 2 литров. На данный момент Toyota использует технологию на 1.6, 1.8 и 2-литровых бензиновых силовых агрегатах.
Принцип работы системы прост – происходит контроль количества воздуха, который поступает в ДВС в процессе работы. Так изменяется обогащение топливной смеси и регулируется потенциал двигателя в разных ситуациях.
Преимущества технологии
После разработки новой системы управления клапанами Toyota смогла сделать свои моторы более универсальными. Предыдущее поколение бензиновых агрегатов практически на всех седанах и хэтчбеках показало значительные неполадки при эксплуатации в сложных условиях, использовании плохого топлива и так далее.
Двигатель Valvematic обладает следующими вескими преимуществами:
Система Valvematic Toyota получила массу положительных отзывов специалистов, ведь инженерам японской корпорации удалось значительно повысить КПД агрегатов, уменьшив при этом их реальный расход топлива.
Есть ли недостатки?
Как у любого технологического новшества, у Valvematic также есть негативные отзывы водителей и экспертов. Одной из причин таких отзывов является посторонний звук в работе двигателя. Этот звук напоминает цоканье плохо настроенных клапанов. Но он проходит после 10-15 тысяч пробега мотора.
Еще одной проблемой для автомобилей с большим пробегом стал контроллер системы, который не подлежит ремонту. Замена его обходится в большую сумму денег, но автомобилям с пробегом до 200 тысяч километров подобная неисправность не грозит.
Подобные недостатки с лихвой перекрываются преимуществами системы.
Конкуренты и будущее
Еще в 2001 году немецкий концерн BMW начал внедрять систему Valvetronic, которая также управляла высотой подъема клапана и обогащением смеси во время движения. Но эффективность немецкой технологии значительно меньше. Немцы направили потенциал системы на обеспечение долгосрочной эксплуатации двигателя.
В ближайшем будущем японские инженеры планируют обеспечить использование Valvematic в более объемистых агрегатах концерна Toyota. Это может обеспечить водителей экономией топлива на уровне 13-17% и значительным увеличением максимальной отдачи двигателя.
Система Valvematic в двигателях серии ZR
В дополнение к материалу о двигателях серии ZR отдельно приведем описание системы с фирменным обозначением Valvematic (VM) — бесступенчатого изменения высоты подъема впускных клапанов.
Valvematic позволяет изменять высоту подъема впускного клапана в диапазоне 0,9.10,9 мм. Соответственно, угол открытого состояния клапана изменяется в пределах 106.260° поворота коленчатого вала.
Управление VM неразрывно связано с управлением изменением фаз газораспределения (VVT-i) и электронным управлением дроссельной заслонкой (ETCS-i).
На индикатороной диаграмме показано, каким образом рабочий процесс в двигателе с VM отличается от обычного (в данном случае — на режимах холостого хода и при нагрузке 30%).
— В отличие от обычного двигателя, при работе VM дроссельная заслонка практически постоянно поддерживается в положении полного открытия, при этом дозирование топливовоздушной смеси осуществляется изменением высоты подъема клапанов.
Механизм привода ГРМ. 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.
Контроллер VM
— 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 направлени, управляя высотой подъема клапанов.
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.
1 — сателлит 1, 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.
— 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.
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.
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.
Евгений, Москва
© Легион-Автодата
Большая заочная Признательность
Автору статьи за столь Полное и
Информативное изложение материала))
Авто-потроха: что у машинок внутри?
Устройство и принцип действия автомобильных технологий, узлов и агрегатов
Технология Valvematic
Valvematic: система управления фазами газораспределения и подъемом клапанов фирмы Toyota, разновидность технологий CVVT и CVVL. Представляет собой DVVT, комбинированный с механизмом плавного изменения высоты подъема впускных клапанов. Предыстория: Технология VVT-i.
Была впервые была применена в 2007 году на модели Toyota Noah и далее в 2009 году на семействе двигателей ZR (1ZR-FAE, 2ZR-FAE, 3ZR-FAE).
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 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.
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:
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%):
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. |
| Valvematic | VVT-i | |
|---|---|---|
| Фазы | Изменяются бесступенчато | Изменяются бесступенчато |
| Высота подъема клапанов | Изменяется бесступенчато | Не изменяется |
| Ключевая фишка | Контроль фаз и высоты подъема клапанов, исходя из условий движения, та же мощность с меньшими затратами | Контроль фаз либо для большей мощности, либо для лучшей экономичности, исходя из условий движения |
 |  |
Режимы работы Valvematic
| Состояние | Диаграмма | Функционирование | Эффект |
|---|---|---|---|
| Запуск двигателя / Глушение двигателя |  | Рабочий угол впускных клапанов 200 градусов. Впускные клапаны закрываются в точке, близкой к НМТ, уменьшая перекрытие для улучшения компрессии | Улучшение пусковых характеристик |
| Холостой ход (повышенные обороты) |  | Рабочий угол впускных клапанов 250 градусов. Высота подъема клапанов увеличивается для увеличения перекрытия, усиливается внутренняя рециркуляция отработавших газов | Снижение 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 клапанов | Снижение 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
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Также на двигателях серии ZR с системой Valvematic вакуумный насос (лопастной) усилителя тормозов приводится от задней части распредвала выпускных клапанов.
Немного о системе valvematic в двигателях TOYOTA
Как и обещал, стараюсь наполнить БЖ своей машины интересными записями. Ну а так как пробеги у меня очень небольшие, в обслуживании авто нуждается не часто, буду периодически размещать различные статейки, касающиеся систем этого замечательного автомобиля. Возможно Вам это будет так же интересно как и мне.
Проблема управления клапанами в бензиновых двигателях долгое время ставила японские силовые агрегаты на посредственные позиции в гонке технического оснащения среди мировых лидеров производства. Система VVT-I и Dual VVT-I оправдала свои надежды лишь на некоторых типах авто, в частности, на мощных и объемистых двигателях.
Для наиболее популярных агрегатов объемом от 1.6 до 2.0 литров в 2007 году инженеры Toyota разработали новую систему управления клапанов – Valvematic. Система получила широкое распространение на самых популярных бензиновых двигателях Toyota.
Принцип управления системой клапанов
Новая разработка частично решает проблемы с использованием некачественного топлива. Valvematic автоматически подстраивается под стиль вождения и под другие условия, что позволяет ей контролировать не только эффективность работы клапанов, но и безопасность эксплуатации двигателя.
Разобраться в том, что это такое, и как действует вся система, поможет тезисное описание принципа ее действия:
бесступенчатое изменение фаз работы клапанов;
эффективное и уникальное изменение высоты подъема клапанов (главная особенность);
возможность подстраиваться под скорость и условия движения, обеспечивая необходимую мощность двигателя.
С помощью контроля подъема клапанов японцам удалось добиться отличных результатов в эксплуатационных характеристиках двигателей. Но Valvematic не работает с объемистыми двигателями свыше 2 литров. На данный момент Toyota использует технологию на 1.6, 1.8 и 2-литровых бензиновых силовых агрегатах.
Принцип работы системы прост – происходит контроль количества воздуха, который поступает в ДВС в процессе работы. Так изменяется обогащение топливной смеси и регулируется потенциал двигателя в разных ситуациях.
После разработки новой системы управления клапанами Toyota смогла сделать свои моторы более универсальными. Предыдущее поколение бензиновых агрегатов практически на всех седанах и хэтчбеках показало значительные неполадки при эксплуатации в сложных условиях, использовании плохого топлива и так далее.
Двигатель Valvematic обладает следующими вескими преимуществами:
— снижение расхода топлива в среднем на 10%;
— значительное увеличение мощности и эластичности работы агрегата;
— сокращение выброса CO2 на 12% (на примере ДВС 1.6 литра).
Система Valvematic Toyota получила массу положительных отзывов специалистов, ведь инженерам японской корпорации удалось значительно повысить КПД агрегатов, уменьшив при этом их реальный расход топлива.
Есть ли недостатки?
Как у любого технологического новшества, у Valvematic также есть негативные отзывы водителей и экспертов. Одной из причин таких отзывов является посторонний звук в работе двигателя. Этот звук напоминает цоканье плохо настроенных клапанов. Но он проходит после 10-15 тысяч пробега мотора.
Еще одной проблемой для автомобилей с большим пробегом стал контроллер системы, который не подлежит ремонту. Замена его обходится в большую сумму денег, но автомобилям с пробегом до 200 тысяч километров подобная неисправность не грозит.
Подобные недостатки с лихвой перекрываются преимуществами системы.
Конкуренты и будущее
Еще в 2001 году немецкий концерн BMW начал внедрять систему Valvetronic, которая также управляла высотой подъема клапана и обогащением смеси во время движения. Но эффективность немецкой технологии значительно меньше. Немцы направили потенциал системы на обеспечение долгосрочной эксплуатации двигателя.
В ближайшем будущем японские инженеры планируют обеспечить использование Valvematic в более объемистых агрегатах концерна Toyota. Это может обеспечить водителей экономией топлива на уровне 13-17% и значительным увеличением максимальной отдачи двигателя.
Информация была взята с очень познавательного ресурса: Двигатели Toyota в России
Всем спасибо за внимание, буду рад Вашим комментариям!