VVT-i
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Das VVT-i-System = Abkürzung vom Variable Valve Timing-intelligent, übersetzt "adaptive intelligente Ventilsteuerung" kann die Ventilerhebungskurve der Einlassventile des Verbrennungsmotors je nach Betriebszustand verschieben.
Der Ventilhub und der Öffnungswinkel der Ventile (beides durch die Form der Nocken auf der Nockenwelle festgelegt) kann mit diesem System nicht verändert werden. Dazu sind andere Systeme nötig, z.B. das VVTL-i (Variable Valve Timing and Lift with intelligence).
Realisiert wird die Verschiebung der Ventilerhebungskurve durch Verdrehung der Nockenwelle. Dazu befindet sich an der Nockenwelle ein elektromagnetisch angetriebenes Ölsteuerventil.
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Funktion
Die Ein- und Auslassnockenwellen sind nach dem DOHC-Prinzip (doppelte obenliegende Nockenwellen über dem Zylinderkopf) angeordnet. Aufgabe der Nockenwellen ist die Betätigung der Ein- und Auslassventile nach einer vorgegebenen Reihenfolge. Der Antrieb erfolgt mittels Steuerkette, wodurch eine hohe Laufruhe und Verschleißfestigkeit erzielt wird.
Zur Verbesserung des Füllungsgrads der Zylinder reguliert die intelligente variable Ventilsteuerung VVT-i (Variable Valve Timing with intelligence) die Ventilerhebungskurven der Einlassventile u. a. auf Basis von Motordrehzahl und Lastzustand. Der dafür notwendige hydraulische Versteller ist direkt mit der Einlassnockenwelle verbunden. Durch ein Magnetventil steuert der Motorsteuerungscomputer den hydraulischen Druck innerhalb des Verstellers, was zu einer Positionsänderung der Einlassnockenwelle führt. Dadurch wird das Drehmoment im unteren und mittleren Drehzahlbereich erhöht, bei gleichzeitiger Reduzierung von Kraftstoffverbrauch und Schadstoffemissionen." (Originaltext von der Toyota Website)
Es gibt Systeme, welche nur eine Nockenwellenposition (Einlass-Seite), aber auch Systeme, welche beide Nockenwellenpostionen (Ein- und Auslass-Seite) verändern können.
Ausführung
Das von der Steuerkette angetriebene, drehbar auf dem Ende der Einlassnockenwelle gelagerte Rad besitzt einen Hohlraum, welcher in einzelne Kammern unterteilt ist. In diesen Kammern befinden sich die Flügel eines Flügelrades, welches fest mit der Nockenwelle verbunden ist. Über Bohrungen in der Nockenwelle können die Kammern mit Öl gefüllt werden. Je mehr Öl in die Kammern gepresst wird um so größer ist die Winkelverschiebung zwischen Antriebsrad und Flügelrad.
Das Öl wird dem Schmierkreislauf des Motors entnommen und über ein elektrisch betriebenes Ölsteuerventil in die Kammern des Verstellmechanismus gedrückt. Über das Verhältnis der Signale des Kurbelwinkelsensors und des Nockenwellenstellungssensors erfasst das Motorsteuergerät die Größe der Winkelverstellung der Einlassnockenwelle und gibt entsprechende Befehle an das Ölsteuerventil, um den für die aktuelle Betriebssituation erforderlichen Winkel einzustellen. Die Steuerung des Ölsteuerventils erfolgt nach dem Prinzip einer Feedback-Steuerung.
Der Verstellbereich des Öffnungswinkels der Einlassventile beträgt 18° v.OT bis 25° n.OT (Prius 1) bzw. 18° v.OT bis 15° n.OT (Prius 2).
Modifikationen
Das VVT-i Konzept wurde im Motor des GS450h - 2GR-FSE - zu einem Dual VVT-i erweitert. Der V6 D-4S Motor verfügt dadurch über einen extrem weit einstellbaren Bereich von Kompressionsfaktor (maximum 11,8:1), Einlass-Öffnungswinkel (Stellbereich 60° 1) und Auslass-Öffnungswinkel (Stellbereich 35° 1). Wie schon beim 1NZ-FXE Motor des Prius, wird während des Anlassens und Abstellens des Motors der Einlass-Öffnungswinkel auf minimale Kompression gestellt (spätes Schließen), um die Vibrationen des Motors in dieser Phase zu minimieren. Um den Katalysator nach einem Kaltstart schneller auf optimale Betriebstemperatur zu bringen, sowie um die in dieser Phase unvermeidbaren HC-Emissionen zu minimieren, wird das Auslassventil hier ebenfalls so spät wie möglich geöffnet.
| Stellbereich | Öffnungswinkel | Öffnungsdauer | |||
|---|---|---|---|---|---|
| 1NZ-FXE Prius 1 2 | |||||
| Einlassventil | 43° | 18° v.OT | - | 25° n.OT | 270° |
| Auslassventil | 0° | 34° v.UT | 216° | ||
| 1NZ-FXE Prius 2 2 | |||||
| Einlassventil | 33° | 18° v.OT | - | 15° n.OT | 270° |
| Auslassventil | 0° | 34° v.UT | 216° | ||
| 2GR-FSE GS450h 3 | |||||
| Einlassventil | 24° | 3° n.OT | - | 27° n.OT | 248° |
| Auslassventil | 30° | 64° v.UT | - | 34° v.UT | 216° |
1: Daten stammen aus dem Marketing-Prospekt zum Dynamic Launch des GS450h
2: Daten stammen aus der New Car Features Veröffentlichung des US-Prius aus 2003
3: Daten stammen aus einer Veröffentlichung eines Fachkongresses aus 2006.
Weblinks
Bilder-Links
(Da der Prius eine Steuerkette besitzt, stammen die Bilder mit Zahnriemen offenbar nicht von Toyota.)
http://www.toyota.ee/media/global/images/technology/IAA2001_entech_vvti_im_02.jpg http://www.billzilla.org/vvt1.gif http://www.billzilla.org/vvt2.gif http://www.ukcar.com/features/tech/pictures/tech_pic_eng_vtec_phasing_2.jpg
