VVT-i motorvezérlés működése

A modern belső égésű motorok fejlesztésének egyik legizgalmasabb és legfontosabb területe a szelepvezérlés optimalizálása. Évtizedekig a mérnököknek kompromisszumokat kellett kötniük a teljesítmény, a fogyasztás és a károsanyag-kibocsátás között. A Toyota mérnökei erre a problémára alkották meg a forradalmi VVT-i technológiát, amely intelligens módon képes alkalmazkodni a változó körülményekhez, ezáltal optimalizálva a motor viselkedését a teljes fordulatszám- és terhelési tartományban.

A japán autógyártó egyik legismertebb és legelterjedtebb ilyen rendszere a VVT-i technológia, amely a “Variable Valve Timing with intelligence” rövidítése. Ez a rendszer forradalmasította a Toyota motorok működését, lehetővé téve, hogy a motor folyamatosan a legoptimálisabb üzemállapotban dolgozzon, függetlenül a fordulatszámtól és a terheléstől.

A VVT-i nem csupán egy egyszerű mechanikai megoldás, hanem egy komplex, intelligens rendszer, amely a motorvezérlő elektronika (ECU) és precíziós hidraulikus alkatrészek együttműködésével valósul meg.

A VVT-i technológia alapjai

Mielőtt belemerülnénk a VVT-i részleteibe, érdemes megérteni, miért is volt szükség egy ilyen fejlett rendszerre.

A hagyományos szelepvezérlés korlátai

A hagyományos, fix szelepvezérlésű motorokban a szívó- és kipufogószelepek nyitási és zárási időpontjai, valamint a szelepemelés mértéke mechanikusan rögzített. Ez a rögzített időzítés kompromisszumot jelentett. A mérnököknek el kellett dönteniük, hogy a motort inkább alacsony fordulatszámon optimalizálják a jobb nyomaték és a gazdaságosabb működés érdekében, vagy magas fordulatszámon a maximális teljesítmény eléréséért.

Alacsony fordulatszámon a túl hosszú szelepfedés (amikor a szívó- és kipufogószelep egyszerre nyitva van) a kipufogógázok visszajutásához vezethetett a szívócsatornába, rontva a friss levegő beáramlását és csökkentve az égés hatékonyságát.

Megane 16V VVT motor vezérlésének rögzítése

A Toyota, felismerve ezt a korlátot, az 1990-es évek elején kezdte el bevezetni a változó szelepvezérlés technológiáját, amelynek első generációja a VVT volt, majd ezt követte a fejlettebb, intelligens VVT-i.

A VVT-i rendszer működési elve

A VVT-i rendszer lényege, hogy képes a szívó vezérműtengely (és a Dual VVT-i esetében a kipufogó vezérműtengely) szöghelyzetét eltolni a főtengelyhez képest. Ez az eltolás rendkívül finoman és gyorsan történik, lehetővé téve a szelepek nyitási és zárási időpontjainak folyamatos módosítását. A rendszer képes a szelepvezérlést késleltetni (retard) vagy előre hozni (advance), a motor aktuális igényeinek megfelelően.

A VVT-i technológia elsődleges célja az üzemanyag-fogyasztás csökkentése és a motor hatékonyságának növelése, miközben a teljesítményt is javítja.

A VVT-i rendszer főbb alkatrészei

A VVT-i rendszer egy komplex, de jól integrált egység, amely több kulcsfontosságú komponensből áll. Ezek összehangolt működése teszi lehetővé a dinamikus szelepvezérlést:

VVT-i vezérlő (phaser): Ez a vezérműtengely végére szerelt hidraulikus egység felelős a tengely elforgatásáért.
Olajnyomás-szabályozó szelep (OCV - Oil Control Valve): Az ECU parancsára ez a szelep irányítja a motorolaj áramlását a VVT-i vezérlő kamráiba.
Motorvezérlő elektronika (ECU): Az ECU a szenzorok adatait feldolgozva vezérli az OCV-t, és optimalizálja a szelepvezérlést.

Amikor az ECU úgy ítéli meg, hogy változtatni kell a szelepvezérlésen - például a motor fordulatszáma vagy a terhelés megváltozik -, jelet küld az OCV-nek. Az OCV kinyitja vagy bezárja az olajcsatornákat, ami olajat juttat a VVT-i vezérlő kamráiba.

Olajfogyasztás a Toyota Corolla VVT-i motorokban

A VVT-i működése különböző üzemállapotokban

A VVT-i rendszer különböző üzemállapotokban eltérően működik, hogy a motor minden helyzetben a lehető leghatékonyabban működjön:

Alacsony terhelésen: A VVT-i a szívószelepek korábbi zárását (early intake valve closing - EIVC) alkalmazhatja.
Magas terhelésen: A VVT-i a szívószelepek későbbi zárását (late intake valve closing - LIVC) alkalmazza.

Ebben az üzemállapotban, például városi forgalomban vagy egyenletes országúti haladáskor, a VVT-i a szívószelepek korábbi zárását (early intake valve closing - EIVC) alkalmazhatja. Az EIVC lényege, hogy a szívószelep még a dugattyú alsó holtpont elérése előtt bezárul a szívási ütemben. Ennek következtében a tényleges sűrítési arány (amikor a sűrítés elkezdődik) alacsonyabb lesz, mint a geometriai sűrítési arány, ami csökkenti a sűrítési munkát és a pumpálási veszteségeket.

Amikor a vezető maximális teljesítményt kér a motortól, például gyorsításkor vagy autópályán előzéskor, a VVT-i a szívószelepek későbbi zárását (late intake valve closing - LIVC) alkalmazza. Ennek eredményeként növekszik a motor volumetrikus hatásfoka, vagyis több levegő-üzemanyag keverék jut a hengerbe, ami nagyobb teljesítményt és nyomatékot eredményez.

A VVT-i rendszer generációi

A Toyota folyamatosan fejlesztette a VVT-i technológiát, hogy még jobb hatékonyságot és teljesítményt érjen el.

VVT-i: A hagyományos VVT-i rendszer a szívóoldali vezérműtengely időzítését szabályozza.
Dual VVT-i: A Dual VVT-i ezzel szemben mind a szívó, mind a kipufogó vezérműtengely pozícióját képes függetlenül változtatni.
Valvematic: A Valvematic technológia egy még fejlettebb lépést jelent a változó szelepvezérlés terén.
VVT-iE: A VVT-iE (Variable Valve Timing with intelligence by Electric motor) a VVT-i technológia legújabb generációja, amely a hidraulikus vezérlés helyett vagy kiegészítéseként elektromos motorokat használ a vezérműtengelyek pozíciójának beállítására.

A Dual VVT-i jelentősen hozzájárul a modern Toyota motorok kiemelkedő teljesítmény-fogyasztás arányához és a szigorú emissziós normák teljesítéséhez. A Valvematic technológia nem csupán a szelepek nyitási idejét (időzítését) szabályozza, hanem a szelepemelés mértékét is. A VVT-iE (Variable Valve Timing with intelligence by Electric motor) a VVT-i technológia legújabb generációja, amely a hidraulikus vezérlés helyett vagy kiegészítéseként elektromos motorokat használ a vezérműtengelyek pozíciójának beállítására.

Yaris 1.3 VVT-i vezérműlánc információk

HOGYAN MŰKÖDIK A TOYOTA VVTi MOTOR

A VVT-i rendszer előnyei

A VVT-i technológia számos előnnyel jár, amelyek hozzájárulnak a Toyota motorok kiemelkedő teljesítményéhez és hatékonyságához:

Optimalizált teljesítmény: A VVT-i képes a szelepvezérlést a motor aktuális igényeihez igazítani, így minden fordulatszám-tartományban a lehető legjobb hengertöltést és égést biztosítja.
Csökkentett üzemanyag-fogyasztás: A VVT-i által biztosított hatékonyabb égés és a pumpálási veszteségek minimalizálása jelentősen csökkenti az üzemanyag-fogyasztást.
Alacsonyabb károsanyag-kibocsátás: A VVT-i hozzájárul a szigorú károsanyag-kibocsátási normák teljesítéséhez.
Javított motorjárás: A VVT-i által biztosított finom és pontos szelepvezérlés jelentősen javítja a motor járáskultúráját.
Nagyobb rugalmasság: A VVT-i-vel felszerelt Toyota motorok sokkal rugalmasabbak és alkalmazkodóbbak.

A VVT-i rendszer karbantartása

A VVT-i technológia rendkívül megbízható és tartós, ahogy az a Toyota motoroktól elvárható. Azonban, mint minden precíziós mechanizmus, ez is igényli a megfelelő karbantartást és odafigyelést.

Rendszeres olajcsere: A VVT-i rendszer hidraulikus alapon működik, ami azt jelenti, hogy a motorolaj kulcsfontosságú szerepet játszik a működésében.
Olajszint ellenőrzése: A túl alacsony olajszint problémákat okozhat a VVT-i rendszer működésében.
Szűrők cseréje: A levegőszűrő és az olajszűrő rendszeres cseréje elengedhetetlen a motor és a VVT-i rendszer védelme érdekében.

Ha az olaj szennyezett, elhasználódott vagy nem megfelelő viszkozitású, az komolyan befolyásolhatja a VVT-i működését. Az eltömődött olajcsatornák, az OCV meghibásodása vagy a VVT-i vezérlő nem megfelelő működése mind az olaj minőségére vezethető vissza.

Gyakori hibajelek

Motorhiba lámpa (Check Engine) világít: Ez a leggyakoribb jel, amely a VVT-i rendszerrel kapcsolatos problémára utal.
Teljesítményvesztés: Ha a VVT-i nem működik megfelelően, a motor teljesítménye csökkenhet, különösen alacsony fordulatszámon.
Megnövekedett üzemanyag-fogyasztás: A VVT-i hibája miatt a motor nem tudja optimálisan szabályozni a szelepeket, ami növeli az üzemanyag-fogyasztást.
Egyenetlen alapjárat: A VVT-i problémái egyenetlen vagy ingadozó alapjáratot okozhatnak.
Zörgő, csattogó hangok a motorból: A VVT-i vezérlőben lévő kopás vagy az olajhiány mechanikai zajokat okozhat, különösen indításkor vagy leállításkor.

Ha a fenti tünetek bármelyike jelentkezik, célszerű szakemberhez fordulni.

Lehetséges javítások

OCV tisztítása vagy cseréje: Az olajnyomás-szabályozó szelep gyakran eltömődik olajsártól, vagy egyszerűen meghibásodik.
VVT-i vezérlő egység cseréje: Ez a legdrágább alkatrész a rendszerben.

A VVT-i a versenytársakhoz képest

A változó szelepvezérlés nem egyedülálló a Toyota számára; számos más autógyártó is kifejlesztette a maga megoldásait.

BMW Valvetronic: A BMW Valvetronicja a Valvematichez hasonlóan a fojtószelep nélküli működést célozza meg, ami a pumpálási veszteségek minimalizálásával javítja a hatékonyságot.
Honda VTEC: Két lépcsős szelepemelés és időzítés változtatás.
BMW VANOS: Folyamatos vezérműtengely időzítés állítás (szívó és/vagy kipufogó).

A Toyota VVT-i rendszere kiemelkedik a megbízhatóságával és a széles körű alkalmazhatóságával, különösen a hibrid hajtásláncokban.

A VVT-i jövője

A világ az elektromos autózás felé mozdul, de a belső égésű motoroknak még hosszú ideig lesz szerepük, különösen a hibrid hajtásláncokban. A Toyota hibrid rendszerei, mint például a Hybrid Synergy Drive, maximálisan kihasználják a VVT-i képességeit. Az Atkinson ciklusú benzinmotorok, amelyek a hibridekben dolgoznak, a VVT-i segítségével valósítják meg a rendkívül magas termikus hatásfokot.

A Dynamic Force motorok, amelyek a Toyota legújabb generációs belső égésű motorjai (gyakran a TNGA platform részeként), még tovább finomították a VVT-i és VVT-iE rendszereket. A jövőben a VVT-i, vagy annak továbbfejlesztett változatai valószínűleg továbbra is alapvető elemei lesznek a Toyota plug-in hibrid (PHEV) és hidrogén üzemanyagcellás (FCEV) járműveinek is, ahol a belső égésű motor még mindig kiegészítő vagy hatótávnövelő szerepet játszhat.

A VVT-i hatása a vezetés élményére

A technológiai innovációk végső soron a vezető és az utasok számára kell, hogy kézzelfogható előnyöket nyújtsanak. A VVT-i-vel felszerelt Toyota motorok sokkal rugalmasabbak és alkalmazkodóbbak. Nincs már szükség arra, hogy a motor fordulatszámát folyamatosan a “jó tartományban” tartsuk, mint a régebbi, fix szelepvezérlésű motoroknál.

Ez a rugalmasság különösen érezhető a nyomaték leadásában. A szélesebb, laposabb nyomatékgörbe azt jelenti, hogy a motor már alacsonyabb fordulatszámon is elegendő erőt biztosít, így kevesebb visszaváltásra van szükség, ami kényelmesebbé és pihentetőbbé teszi a vezetést.

A simább járás és a csendesebb működés szintén hozzájárul a prémiumabb érzethez. A motor vibrációi csökkennek, az alapjárat stabilabbá válik, ami különösen a prémium kategóriájú Lexus modellekben és a magasabb felszereltségű Toyota modellekben érezhető.

Az alacsonyabb üzemanyag-fogyasztás pedig nem csak a pénztárcának kedvez, hanem a környezettudatos autósok számára is fontos szempont. A kevesebb tankolás és a kisebb ökológiai lábnyom hozzájárul a gondtalanabb és felelősségteljesebb autózáshoz.

Következtetés

A VVT-i technológia története a Toyota folyamatos innovációs törekvéseinek egyik legszebb példája. Ez az elkötelezettség nem csupán a technológiai fölényt biztosítja, hanem hozzájárul a Toyota motorok legendás megbízhatóságához és tartósságához is.

A VVT-i nem egy elszigetelt fejlesztés, hanem szerves része a Toyota átfogó stratégiájának, amely a motorok, a sebességváltók és az egész hajtáslánc optimalizálására fókuszál. Ahogy a mobilitás jövője folyamatosan alakul, a Toyota továbbra is élen jár a hajtásláncok fejlesztésében, legyen szó elektromos, hidrogénes vagy továbbfejlesztett belső égésű rendszerekről. A VVT-i öröksége, a precíziós mérnöki munka, az intelligens vezérlés és a hatékonyság iránti elkötelezettség mind a jövőbeli innovációk alapját képezik.

A fojtószelepház elromolhat? Ez már teljesen elektromos vezérlésű,elektromos a gázpedál is / euro 4 /.Az autó jól megy , erős, gyorsul .alapjárat egyenletes 600 körüli. 2 hetente gondol egyet, meleg motornál leáll .Utána egyből indul. A fojtószelepház ki lett takarítva, igaz,nem lett leszerelve,hanem nyomva tartott gázpedálnál légtömegmérő tisztítóval - és törlőronggyal lett kitörölve ( amennyire lehetett ), és a pillangószelep pereme is ,-és ott is , ahol zárt állapotban hozzáér a fojtószelepházhoz ,körbe volt kokszosodás,bár nem sok.Lehet olyan lerakódás benne, amit csak leszerelés után lehet meglátni-hozzáférni, és ezért mindenképpen szedjem la a fojtószelepházat?A légtömegmérő ki lett takarítva.Gyertyák is frissek .Természetesen , ha házilag nem orvosolható a hibajelenség,elviszem élőadat kiolvasásra. De ha közismert a jelenség,megpróbálom megoldani.

Vezérműtengely kopás

Vannak olyan 25-30 éves motorok, amelyek vezértengelyén félmillió - vagy akár egy millió - km. lefutása után sem mérhető kopás, a bütykök felülete sok milliárd fordulat után is fényes, berágódás mentes, makulátlan. A fotó baloldalt egy DOHC motor kipufogó vezértengely (bütyköstengely) első hengerhez tartozó, kifogástalan állapotban lévő bütykének méret ellenőrzését mutatja.

Jobbra ugyanennek a tengelynek az utolsó bütykét látjuk, a tolómérő változatlan állása mellett. A jelentős mértékű kopást a piros körben figyelhetjük meg, esetünkben ez 3,5 mm. A vezértengely vizsgálatának sokkal pontosabb módját mutatja a fotónk.

A bütykök kopásának okai lehetnek

anyaghiba
kenési elégtelenség
a kapcsolódó alkatész hibája.

Amikor elkezd kopni a bütyök, a hozzá tartozó szelep emelési magassága csökken. Ha ez szívószelepnél történik, csökken a beszívott friss keverék mennyisége, kipufogószelep esetén az elégett keverék nem tud az elvárt, tervezett mennyiségben távozni, ez is gátolja a töltetcserét. Ilyen esetben azt is célszerű átgondolni, hogy a büty(k)ök lekopott részének mi lett a további sorsa.

Finom fémszemcsék formájában az olaj az olajteknőbe juttatta azokat. Elméletileg lekerültek ezek a kis részecskék az olajteknő aljára, de semmi biztosíték nincs arra, hogy ott is maradnak.

További gyakori hibák

Kipufogó rendszer eltömődése: alattomos hiba.
Hamis levegő szívása: benzines motoroknál az egyik leggyakrabban előforduló hiba - aminek a hatása főleg alapjárat környékén tapasztalható.
Hűtőrendszer hibái: pl. a termosztát nem nyit ki megfelelően.
Olajnyomás problémák: Súlyos hibát jelenthet, ha az OLAJNYOMÁS jelző lámpa járó motornál parázslik, vagy ég.

Hideg indításos csörgő hang

Legtöbben ekkor halljuk meg először azt a szót, hogy “VVT-i kerék”. A “2-3-4GR motorvezérlése” című cikkben bemutattuk a vezérlés részeit nagy vonalakban, és azok működését.

A cikk egy 2GR motorkódú, 3.5 literes V6-os motorra kihegyezve mutatja be a VVT-i kerekeket. E kerekekből összesen 4 darab található a motorok vezérlésében, kettő szívó oldali, kettő kipufogó oldali. Feladatuk a szelepvezérlést változtatni felhasználásfüggően, így elérve azt, hogy másféle szelepvezérlést alkalmazzon az égési ciklus egyes fordulatszámokon.

A külső “ház”, amin a fogaskerék van (piros). Ezen belül helyezkedik el egy kisebb négyágú kerék, amire csatlakozik a szelepek vezérműtengelye (kék). Tehát a ház fixen mozog a lánctól függően, a belső kerék pedig képes (VVT-i keréken található) 4 fognyi szabad mozgást biztosítani.

Így könnyen vizualizálható, hogy mi is történik: alapjáraton a VVT-i kerék háza és a belső kerék “alap” pozícióban forognak, padlógáz esetében meg a belső kerék átáll a “vég” pozíciójába, tehát egyfajta késleltetett állásba, ezzel tovább nyitva hagyva a szelepeket, aminek köszönhetően több levegő jut be a hevesebb égéshez. Mindezt finoman, lineárisan.

Mekkora baj, ha csörög valamelyik VVT-i kerekem? Kétféle reakcióval találkoztam eddig, az egyik a teljes ignorálás, együttélés. Az igazság a kettő között van. Ha megcsörren az autó hidegen, és bevizsgálással megbizonyosodtunk arról, hogy ezt VVT-i kerék okozza, akkor nem muszáj azonnal cserélni.

A sokáig csörgő kerék okozhat bajt. Mivel induláskor egy minimális ellenállást gyakorol a láncokra, előfordul feszítőpatron vezetősín törés, ahogy az alábbi képen látható. Abban az esetben, amikor már szinte minden hideg indításnál csörög az autó, elkerülhetetlen a mielőbbi csere.

A fenti, első bekezdésben foglaltak alapján láthatjuk, hogy mennyire kritikus az olajnyomás által mozgatott belső kerék megfelelő kenése, működése. Csörgő indulás esetében fém-fém érintkezés van addig az 1-2 másodpercig, amíg nem kap olajat a kerék. Ne feledjük, hogy a csörgő kerék egy rövid ideig minimális ellenállást fejt ki a vezérműláncokra. Az idők során ez tovább kopik, gyorsabban kezdi engedni az olajat leállítás után.

A motor részleges megbontása után látható a 4 VVT-i kerék. Pirossal jelölve a két szívó oldal, zölddel a két kipufogó oldali.