VVT-i – co to jest i jak to działa?

Systemy zmiennych faz rozrządu są stosowane przez wielu producentów, niemieckich, włoskich, francuskich, a także japońskich. Tym razem przyjrzymy się bliżej jak zbudowane jest i jak funkcjonuje system VVT-i Toyoty oraz jego bardziej rozwinięte generacje.

VVT – Początki

W Toyotach wszystko zaczęło się od systemu Variable Valve Timing (w skrócie VVT), co po przetłumaczeniu oznacza po prostu system zmiennych faz rozrządu. Po raz pierwszy system ten pojawił się w silniku 4A-GE o pojemności 1,6 l, który generuje moc 160 KM. Motor ten dostępny był tylko w modelach oferowanych na rynku japońskim, w tym między innymi w Toyotach: Corolla Levin (1991-1995) czy Corolla Ceres (1992-1995). W roku 1996 zadebiutowała nowocześniejsza wersja tego systemu VVT-i, czyli Variable Valve Timing with intelligence.

VVT-i – budowa i zasada działania

Aby zrozumieć zasadę działania układu zmiennych faz rozrządu VVT-i, musimy najpierw wyjaśnić jak jest zbudowany i gdzie znajduje się w silniku. Najważniejszym elementem systemu jest wariator zmiennych faz rozrządu umieszczony na końcu wałka rozrządu po stronie kolektora ssącego zwanego również dolotowym. Wariator z zewnątrz wygląda jak bardziej rozbudowana zębatka z ukrytym ruchomym elementem zwanym wirnikiem, który jest regulowany hydraulicznie, czyli przez ciśnienie oleju.

Przy niskich obrotach silnika wałek rozrządu obraca się z określoną prędkością otwierając i zamykając zawory za pośrednictwem krzywek naciskających na popychacze, które otwierają zawory wpuszczając przy tym powietrze do komór spalania. Przy wyższych obrotach silnika przedostający się do środka wariatora olej pod większym ciśnieniem przestawia wirnik wypychając trzpień, który dociska wałek rozrządu. W tym momencie następuje kolejna faza, wałek rozrządu zaczyna obracać się szybciej zwiększając częstotliwość otwierania zaworów. Dzięki czemu do cylindrów trafia więcej powietrza, przez co zwiększa się też częstotliwość wybuchów mieszanki paliwowo-powietrznej. To przekładnia się na wzrost mocy i moment obrotowego oraz lepsze przyspieszenie auta w przy wyższych obrotach silnika. System VVT-i zadebiutował zadebiutował między innymi w Toyocie Suprze II w 2,5-litrowym silnik 1JZ-GTE o mocy 280 KM z podwójnym doładowaniem.

VVTL-i – odmiana sportowa

Rozwinięcie skrótu VVTL-i to Variable Valve Timing Lift with intelligence. Wprowadzone do nazwy słowo ,,Lift’’ oznacza w kontekście ,,wznios’’ i dotyczy to zmiennego wzniosu zaworów. System ten zastosowano w 2000 roku w 192-konnym silniku 1,8 l z fabrycznym oznaczeniem 2ZZ-GE. Jednostka ta była dostępna w ostatniej generacji modelu Celica oraz w usportowionej wersji TS dziewiątej generacji Toyoty Corolli. Oferowany był również w odmianie z kompresorem, w tej wersji generował moc 224 KM.

W silnikach z systemem VVTL-i wariator działa na bardzo podobnej zasadzie jak ten w motorach VVT-i. Główna różnica pomiędzy VVT-i a VVTL-i to fakt, że ten drugi system działa nie tylko na ssący wałek rozrządu, ale także i na wydechowy. Ponadto w jednostkach VVTL-i wałki rozrządu mają dodatkowo bardziej ,,agresywne’’ krzywki, które naciskają popychacze zaworów (w tym przypadku zarówno dolotowe jak i wydechowe) z jeszcze większą częstotliwością niż w silnikach VVT-i. Dzięki temu do komór spalania dostaje się jeszcze więcej powietrza i paliwa, a co za tym idzie przekłada się to na jeszcze wyższą moc i moment obrotowy oraz oczywiście na skuteczniejsze przyspieszenie.

Jako, że system działa też po stronie wydechowej spaliny są szybciej usuwane z komory spalania, co również wpływa na wydajniejszą pracę i lepsze przyspieszenie. Wariator jest jeden i umieszczono go na końcu wałka rozrządu po stronie ssącej, ale połączono go łańcuchem z zębatką na wałku po stronie wydechowej. W motorach VVTL-i trzpień dociskający wałek rozrządu ,,zmieniający’’ krzywki jest sterowany nie hydraulicznie jak w VVT-i, ale przez komputer ECU, który analizuje również obroty silnika i prędkość auta. Wszystko po to, aby jeszcze bardziej poprawić osiągi jednostki napędowej. Takie rozwiązane znacznie ułatwia też podniesienie mocy oraz maksymalnego momentu obrotowego silnika. Jednostki VVTL-i zostały wycofane z produkcji z chwilą wejścia w życie norm emisji spalin Euro IV w 2006 roku.

Dual VVT-i – wersja ekologiczna

Dual VVT-i działa prawie tak samo jak tradycyjny system VVT-i, z tą różnicą, że został po prostu podwojony. Po stronach dolotowej i wydechowej na końcu wałków rozrządu znajdują się dwa wariatory z działającymi hydraulicznie wirnikami. Tu również podobnie jak w konwencjonalnym systemie VVT-i trzpienie dociskające wałki wysuwane są pod naporem oleju silnikowego. Strona ssąca odpowiada za lepsze osiągi, a wydechowa za poprawienie wypalania benzyny oraz spalin, które dostają się do cylindrów z układu ich recyrkulacji EGR (Exhaust Gas Recirculation). Połączenie systemu zmiennych faz rozrządu na wałku kolektora wydechowego z układem recyrkulacji spalin pozwala osiągnąć mniejszą emisję szkodliwych gazów. Przede wszystkim tlenków azotu. Rozwiązane to zadebiutowało w 2005 roku w Toyocie Avalon w 3,5-litrowym silniku 2GR-FE V6 o mocy 272 KM. Było dostępne też w mniejszych jednostkach takich jak 1.33 Dual VVT-i, 1.6 Dual VVT-i czy 1.8 Dual VVT-i. Motory te oferowano między innymi w modelach Auris I, Corolla E160, Yaris II czy Yaris III.

VVT-iE – dążenie do doskonałości

W roku 2007 swój debiut miała kolejna odsłona systemu zmiennych faz rozrządu Toyoty. Tym razem w silnikach marki pojawił się system Variable Valve Timing – intelligent by Electric motor, czyli w skrócie VVT-iE. Co po przetłumaczeniu oznacza inteligenty system zmiennych faz rozrządu z silnikiem elektrycznym. Rozwiązanie to po raz pierwszy zastosowano w czwartej generacji Lexusa LS 460 z silnikiem V8 1UR-FSE o pojemności 4,6 l i mocy od 381 do 387 KM.

W VVT-iE zastosowano podobne rozwiązania co w systemie Dual VVT-i. W obydwu przypadkach po stronie wydechowej na końcu wałka rozrządu jest wariator z hydraulicznie wysuwanym trzpieniem w uproszczeniu odpowiedzialny za obniżenie emisji szkodliwych gazów. Jednak po stronie ssącej zastosowano tutaj wariator z elektronicznie sterowanym trzpieniem (podobnie jak w ekstremalnej wersji VVTL-i. Dzięki takiemu rozwiązaniu komputer może jeszcze precyzyjnie regulować momenty otwierania zaworów, co przekłada się na: szybszą reakcję na wciśnięcie pedału gazu, szczególnie przy niskich obrotach i w niższych temperaturach. Dzięki temu można osiągnąć mniejsze zużycie paliwa oraz czystsze spaliny.

Valvematic – ugrzeczniona wersja VVTL-i

Valvematic to w uproszczeniu unowocześniona, ale też i ,,ugrzeczniona’’ wersja VVTL-i, a właściwie hybryda systemów VVTL-i i Dual VVT-i. Zarówno po stronie dolotowej jak i wydechowej na obydwu wałkach zastosowano wariatory hydrauliczne jak w Dual VVT-i. Oprócz tego jest tu jeszcze system zmiennego wzniosu zaworów, tylko, że w porównaniu do jednostek VVTL-i nie ma tu podwójnych krzywek na wałkach rozrządu agresywnie zmieniających charakterystykę pracy silnika. Zamiast tego zastosowano wałek pomocniczy przy wałku kolektora ssącego z ruchomymi krzywkami zmieniającymi pochylenie (góra-dół) za pośrednictwem komputera, który w środek tego wałka wsuwa specjalny trzpień. Takie rozwiązane ma służyć przede wszystkim obniżeniu zużycia paliwa, szczególnie przy niskich obrotach oraz lepszej kulturze pracy silnika.

System Valvematic zadebiutował w oferowanym na japońskim rynku modelu Noah z 2-litrowym silnikiem 3ZR-FAE o mocy 158 KM. Kilka lat później jednostki Valvematic pojawiły się jeszcze między innymi w Toyocie Avensis III oraz modelu RAV4 III.