Toyota Valvematic Motor Nedir? Nasıl Çalışır?

Toyota Valvematic Motor Özellikleri

Toyota valvematic, emme supaplarının açılma miktarlarını (supap kaldırma miktarı: valve lift) ve bunu sonucunda silindirlere alınan hava miktarını sürekli olarak ayarlayan supap teknolojisine verdiği yeni isimdir.  Sürücün gaz pedalına basarak talep ettiği güce göre, yol ve yük şartlarına göre;valvematicsilindirlere alınan hava miktarını değiştirir.Valvematic(valfmatik)sistemi motorun çalışma durumuna göre hem yakıt ekonomisi hem de performans sunar. Toyota’nın 2017 1,6 atmosferik benzinli motorlarında hem Dual VVT-i hem Valvematic sistemi vardır. Yani Dual VVT-i sistemine valvematic ilave edilmiştir. Toyota’nın 1.6, 1.8 ve 2 litrelik valvematic motorları kullanılmaktadır. 1.33 litrelik motorlardaysa sadece VVT-i vardır. 

Toyota Valvematic Motorun Avantajları

*%5-10 daha düşük yakıt ekonomisi.

*10-12 daha iyi hızlanma

*Motorun daha verimli çalışması

*Daha fazla motor gücü (HP)

*Daha iyi gaz pedalı tepkisi. Gaz pedalına basıldığında motorun buna çok daha hızlı tepki vermesi.

*Daha düşük zararlı egzoz emisyonu. Daha düşük karbondioksit (CO2) salınımı.

Toyota Valvematic Çalışma Prensibi Nedir?  Valvematic Motor Nasıl Çalışır?

Toyota valvematic motorlarda devrimsel iki özellik var:

*Supap açılma miktarları sürekli değişken olarak değiştirilebiliyor.

*Motor çalışırken gaz kelebeği sürekli açık halde tutuluyor, motor devri supapların açılma miktarıyla kontrol ediliyor. Gaz pedalı, gaz kelebeğini değil, supap açıklığını kumanda ediyor. Aşağıda teknik detayları açıklanmıştır.

 

Değişken supap açıklığı sistemi olmayan motorlarda, emme supapları her zaman aynı miktarda açılır, bu hiç değişmez.

Bu kısımda ilk bilinmesi gereken şey, valvematic bir değişken supap zamanlaması teknolojisi değildir. Toyota’da akıllı değişken supap zamanlama sistemi VVT-i ‘dır. VVT-i ile Valvematic sistemi farklıdır.

VVT-i sadece supapların açılma zamanlamasını (supap bindirme süresini) değiştirir.

Valvematic ise; emme supaplarının açılma miktarlarını değiştirir ve silindire emilen havanın miktarını belirler. Valvematic motorlarda halihazırda  Dual VVT-i sistemi de bulunur (Dual VVT-i +Valvematic). 

Valvematic motorlarda emme supaplarının açılma aralığı sürekli olarak değiştirilebilir. Valvematic sistemi, supap açılma miktarını iki sabit değerde değiştirmez, yani kısa ve uzun olarak iki supap açıklık değeri yoktur. Gaz pedalına basılma miktarı, motor yükü ve devrine göre; supap açılma miktarını 1 milimetre ile 11 milimetre değerleri arasında değişken olarak çok hassas şekilde değiştirebilir. Bu sayede silindirlere alınan havanın miktarı çok hassas şekilde ayarlanabilir.

Toyota’nın daha önceki supap açıklığı kontrol sisteminden (VVTL-i) ve Honda’nın i-VTECsisteminden farklı – daha iyi yaptığı şey şudur: Valvematic; supap kaldırma miktarını “sürekli değişken” olarak ayarlayabilmektedir.  Diğerlerinde supap açıklığının iki kademesi-konumu vardı: az açıklık ve çok açıklık; sistem devreye girdiğinde supap açıklığı maksimum oluyordu ve bu iki konum (faz) arasında bir değer yoktu; sistem devreye girmediğinde supap açıklığı normal (az açıklık) değerinde oluyordu, yüksek performans durumunda supaplar çok fazla açılırken (fazla yakıt tüketimi), düşük güç durumunda standart bir açıklıkta çalışıyordu,  sistem ya hep ya hiç şeklinde çalışıyordu. Supap açıklığının sadece iki konumu vardı, ara değerler yoktu. Bu bakımdan valvematic teknolojisi, toyota’nın kendi eski sistemi VVTL-i ve Honda’nın i-VTEC sisteminden çok daha gelişmiş bir sistemdir.

  

Valvematic sistemi, gaz pedalı az basıldığında, düşük motor gücü taleplerinde; örneğin sabit hız düz yol sürüşlerde ve fazla motor gücü gerektirmeyen durumlarda, emme supaplarının açılma miktarını düşük tutar, böylece düşük motor gücü ve yakıt ekonomisi sağlanır. Yüksek güç taleplerindeyse; yani gaz pedalına daha fazla basılması durumunda, ani hızlanma, yokuş çıkma, yüksek hızlarda ve yüksek motor devirlerinde performanslı sürüşlerde; valvematic sistemi emme supaplarının açılma miktarını (supap kaldırma yüksekliğini) arttırarak, emme kanalının daha büyük açılmasını ve daha uzun süre açık kalmasını sağlar. Böylece silindir içerisine (yanma odasına) daha fazla hava-yakıt karışımı girer ve motor gücü-devri arttırılmış olur. Motor devri-gücü, motora binen yük ve gaz pedalına basılma miktarına göre; supap açıklık miktarı hassas olarak ayarlanır. Bu durumda ateşleme zamanlaması ve enjeksiyon süresi de bu çalışma moduna göre uyarlanır. 

Ekonomik ve performans sürüşleri ve bu iki sürüş karakterinin arasındaki her sürüş modunda, supap açıklığı en uygun aralıkta olacak şekilde anında değiştirilir. Supaplar 1mm de 4mm de 10mm de açılabilir, tüm sistemi Motor elektronik kontrol ünitesi (ECU) yönetir.
(Bakınız: Benzinli Motorlarda Yakıt Enjeksiyon Sistemleri)

Artık motor devrini gaz kelebeğinin açılma miktarı belirlemiyor!

Atmosferik benzinli motorlarda motor devri ve güç, silindirlere alınan havanın miktarının ayarlanmasıyla belirlenir, bunu gaz pedalı kumandasındaki gaz kelebeği yapar. Yani atmosferik benzinli motorlar hava miktarının dozajlanmasıyla devirlerini değiştirirler. Gaz kelebeğinin açılma miktarına bağlı olarak motor devri artar veya azalırdı.

Valvematic motorda, artık motorun çalışma devrini gaz kelebeği belirlemiyor; motor çalıştırıldığı andan itibaren gaz kelebeği tamamen açık halde tutuluyor. Motorun çalışma devri, emme supaplarının açılma miktarı değiştirilerek kumanda ediliyor. Yani gaz kelebeğinin görevini de emme supapları ve valvematic sistemi almış oluyor. Gaz pedalına basılma miktarı, artık gaz kelebeği yerine valvematic mekanizmasını elektronik olarak kumanda ediyor. Toyota buna “akıllı elektronik gaz kontrol sistemi” diyor, (ETCS-i).

Supapların 1mm ile 11mm arasındaki sürekli değişken açılma miktarı, silindirlere alınan hava-yakıt karışımı miktarını belirliyor, bu da motorun devrini-gücünü belirliyor. Supap açıklık miktarı arttırıldıkça motor devri artıyor, supap açıklık miktarı azaltıldıkça motor devri-gücü azaltılıyor. Sistemde bir gaz kelebeği güvenlik amacıyla halen var, fakat silindirlere alınan havayı dozajlamıyor. 

Klasik çok noktadan enjeksiyonlu (MPI) atmosferik benzinli motorlarda, motor devri gaz kelebeğinin açılma miktarına göre belirlenir. Orta-alt devirlerde yani gaz kelebeği az miktarlarda açıkken emme manifoldunda sürekli olarak “alçak basınç – vakum” bulunur.

Emme manifoldunda vakum oluşmasının iki temel sebebi:

*Silindirlerdeki “emme zamanında” oluşan vakum etkisi,

*Gaz kelebeğinin genelde çok az veya az miktarda açık olması durumudur. (Gaz pedalına tamamen basılsa, gaz kelebeği sonuna kadar açık olsa, emme manifoldundaki basınç yükseliyor ve atmosfer basıncına (1bar) yaklaşıyor ama yine de 1 bar’a eşit olamıyor, çünkü boğazdan yeterince fazla hava giriş yapamıyor).

Vakumu; bir ortamdaki havanın eksikliği olarak tanımlarsak (basıncın 1 bar’ın altında olma durumu), aslında emme manifoldunda her zaman eksik miktarda hava bulunduğunu söyleyebiliriz.

Emme manifoldunda vakum (alçak basınç) olması ve gaz kelebeğinde oluşan akış direnci gibi etkenler; motor silindirlerinde emme zamanında yeterince havanın silindirlere alınamamasına sebep olur, havanın silindirlere zamanında ve yeterince alınamamasına “pompalama kayıpları” denir. Bu da volümetrik verimi düşürür. 

Valvematic motorda gaz kelebeği sürekli açık tutuluyor, böylece havanın emme manifolduna girişindeki akış direnci azaltılmış oluyor, ayrıca emme manifoldunda da vakum oluşmuyor. Emme manifoldunda vakum oluşmaması ve havanın hazır bir şekilde emme supaplarının arkasında hazır bir şekilde bekliyor oluşu, pompalama kayıplarını azaltır, motora her şartta ihtiyacı olan yeterli hava alınmış olur, volümetrik verim yükselir, gaz pedalı tepkisi iyileşir, yakıt tüketimi azalır, motorun daha verimli çalışması sağlanır. Ayrıca hava-yakıt karışımı daha hızlı bir şekilde silindirlerin içine akar, daha homojen bir karışım oluşur, daha verimli yanmayla birlikte egzoz emisyonları düşer.  

(Toyota Valvematic Motorun Çalışması: Video anlatım)

Valvematic Çalışma Prensibi

Sistem mekanik olarak mevcut motor düzenine kolayca ilave edilmiştir. Silindir kapağındaki emme eksantrik miline ilave olarak bir “yardımcı mil” eklenmiştir. Yardımcı milin ucuna valfmatik mekanizması eklenmiştir.

Temel olarak supaplar, supap yayları, eksantrik mili, manivela (piyano kolları) klasik sisteme benzemektedir.

Supapları açan külbütör kollarını, yardımcı mildeki “salınımlı kamlar” iterler. Salınımlı kamlar, supapların itilme miktarını değiştiren esas elemanlardır. İtici makaralara göre salınıp pozisyon değiştirerek, külbütör kollarına basma miktarını değiştirirler.

Supap açıklığını değiştiren elektronik mekanizma “yardımcı mil”’in ucuna eklenmiştir. Sistem elektronik kontrol ünitesi tarafından yazılımla kumanda edilir. Supap açıklığını bir elektrik motorunun ürettiği hareket değiştirir, yani sistem eskisi gibi hidrolik değildir, hidrolik yağ basıncıyla çalışan bir kısmı yoktur, bu sayede daha basit bir yapıdadır.

Hareketini krank milinden alan Emme eksantrik mili (kam mili) her çevrimde bir tur atarak döner, --> eksantrik milindeki kamlar dönüş sırasında, --> tam karşısındaki yardımcı mildeki itici makarayı iterler, -->yardımcı mildeki itici makara, iki adet “salınımlı kam” arasında bulunur, --> itici makara ile bu iki salınımlı kam arasındaki açı değiştirilir, --> böylece eksantrik milindeki kam, makarayı hep aynı miktarda iterken, ve itici makara hep aynı miktarda hareket ederken, iki yanında bulunan salınımlı kamlar, salınım miktarlarını değiştirirler,--> salınımlı kamlar külbütor manivelasını daha fazla veya daha az iterler, -->külbütör manivelası emme supaplarının başına bastırarak aşağı iterler ve supapları daha fazla veya daha az açarlar.(külbütör manivelası: itici parmak: piyano)

Burada supap açılma miktarını değiştiren parça: salınımlı kamlardır. Bu kamların salınım yaparak pozisyonlarını değiştirmeleri, supapların açılma miktarını değiştirir.

Salınımlı kamlar, supapları açan itici parmaklara hareket verir. Eğer salınımlı kamlar, itici parmaklara yakın pozisyonda durursa; emme supapları daha  fazla açılır. Eğer salınımlı kamlar, itici parmaklara uzak pozisyonda durursa; emme supapları daha az açılır. (1 mm ile 11mm arasında değişken açılma miktarı sağlanabilir).

Salınımlı kamların hareket etmesi için, yani pozisyonlarını değiştirmeleri için; yardımcı milin içinden geçmiş halde bulunan kontrol milinin üzerinde helisel dişliler vardır. Elektrik motoru, kontrol milini ileri-geri hareket ettirir, bu hareket helisel dişli sayesinde salınımlı kamın salınım yapmasına, pozisyon değiştirmesine sebep olur.
Ana konu için (Bakınız: Değişken Supap Zamanlaması Teknolojisi)