Nasza Loteria SR - pasek na kartach artykułów

Zmienne fazy rozrządu. Jakie korzyści? Co się psuje?

Dariusz Dobosz
Stałe fazy rozrządu w całym zakresie obrotów silnika to rozwiązanie tanie, ale nieefektywne. Zmienność faz daje wiele korzyści.fot. BMW
Stałe fazy rozrządu w całym zakresie obrotów silnika to rozwiązanie tanie, ale nieefektywne. Zmienność faz daje wiele korzyści.fot. BMW
Stałe fazy rozrządu w całym zakresie obrotów silnika to rozwiązanie tanie, ale nieefektywne. Zmienność faz daje wiele korzyści.

W poszukiwaniu możliwości usprawnienia tłokowych, czterosuwowych silników spalinowych konstruktorzy sukcesywnie wprowadzają nowe rozwiązania, pozwalające poprawić dynamikę, poszerzyć zakres obrotów użytkowych, obniżyć zużycie paliwa i ograniczyć toksyczność spalin. W walce o optymalizację procesów spalania paliwa inżynierowie sięgnęli swego czasu po zmienne fazy rozrządu, by konstruować sprawniejsze i bardziej ekologiczne silniki. Mechanizmy sterujące rozrządem, wydatnie poprawiające proces napełniania i oczyszczania przestrzeni nad tłokami okazały się wielkimi sprzymierzeńcami konstruktorów i otworzyły przed nimi zupełnie nowe możliwości 

Stałe fazy rozrządu w całym zakresie obrotów silnika to rozwiązanie tanie, ale nieefektywne. Zmienność faz daje wiele korzyści.fot. BMW
Stałe fazy rozrządu w całym zakresie obrotów silnika to rozwiązanie tanie, ale nieefektywne. Zmienność faz daje wiele korzyści.

fot. BMW

W klasycznych rozwiązaniach bez zmiennych faz rozrządu zawory czterosuwowej jednostki napędowej otwierają się i zamykają w pewnym określonym cyklu. Ten cykl powtarza się w sposób identyczny przez cały czas pracy silnika. W całym zakresie obrotów nie zmienia się ani położenie wałka rozrządu (lub wałków) ani położenie, kształt i liczba krzywek na wałku rozrządu, ani położenie i kształt dźwigienek zaworowych (jeśli są zastosowane). Efekt jest taki, że idealne czasy otwarcia i skoki zaworów pojawiają się tylko w pewnym, bardzo wąskim zakresie obrotów. Poza nim „rozmijają” się z optymalnymi wartościami i silnik pracuje mniej efektywnie. Ustawione fabrycznie fazy rozrządu stanowią zatem daleko idący kompromis, przy którym silnik co prawda działa poprawnie, ale nie może wykazać swoich rzeczywistych możliwości w zakresie dynamiki, elastyczności, zużycia paliwa i toksyczności spalin.

Jeśli w ten stały, kompromisowy układ wprowadzimy elementy, pozwalające zmieniać parametry rozrządu, sytuacja zmieni się diametralnie. Skrócenie czasów rozrządu i zmniejszenie skoku zaworów w zakresie niskich i średnich obrotów, wydłużenie czasów rozrządu i zwiększenie skoku zaworów w zakresie wysokich obrotów i ponowne „skrócenie” czasów rozrządu przy obrotach bliskich maksymalnym pozwala uzyskać znacznie szerszy zakres obrotów, przy których parametry rozrządu mają optymalne wartości. W praktyce oznacza to wyższy moment obrotowy osiągany przy niższych obrotach (lepsza elastyczność silnika, większa łatwość przyśpieszania bez redukcji biegu) a także osiąganie najwyższej wartości momentu obrotowego w szerokim zakresie obrotów. To dlatego dawniej w danych technicznych maksymalny moment obrotowy powiązany był z konkretnymi obrotami silnika, a obecnie najczęściej występuje w pewnym zakresie obrotów.

Stałe fazy rozrządu w całym zakresie obrotów silnika to rozwiązanie tanie, ale nieefektywne. Zmienność faz daje wiele korzyści.fot. BMW
Stałe fazy rozrządu w całym zakresie obrotów silnika to rozwiązanie tanie, ale nieefektywne. Zmienność faz daje wiele korzyści.

fot. BMW

Regulacja rozrządu realizowana jest na różne sposoby. O zaawansowaniu systemu decyduje konstrukcja wariatora, czyli elementu wykonawczego odpowiedzialnego za zmianę parametrów. W najbardziej skomplikowanych rozwiązaniach jest to cały system, którym steruje komputer uwzględniając wiele rozmaitych czynników. Wszystko zależy od tego, czy zmieniane mają być tylko czasy otwarcia zaworów, czy także ich skok. Istotne jest również, czy zmiany będą odbywały się w sposób skokowy czy płynny.

W najprostszym układzie (VVT) wariator, czyli element dokonujący przesunięcia kątowego wałka rozrządu, montowany jest w kole napędzającym wałek rozrządu. Pod wpływem ciśnienia oleju i dzięki specjalnie zaprojektowanym komorom wewnątrz koła, mechanizm może obrócić piastę wraz z osadzonym w niej wałkiem rozrządu względem obudowy koła, na której pracuje element napędzający rozrząd (łańcuch lub pasek zębaty). Ze względu na swoją prostotę taki układ jest bardzo tani, ale mało efektywny. Zastosował je między innymi koncern Fiata, koncern PSA, Ford, Renault oraz Toyota w niektórych modelach. Znacznie lepsze efekty zapewnia system Hondy (VTEC). Do pewnych obrotów zawory otwierane są przez krzywki o profilach sprzyjających spokojnej i oszczędnej jeździe. Powyżej określonej granicy obrotów zestaw krzywek zostaje przesunięty i dźwigienki trafiają na krzywki sprzyjające dynamicznej, sportowej jeździe. Przesunięcia dokonuje układ hydrauliczny, sygnał daje elektroniczny sterownik. Hydraulika odpowiada również za to, by w pierwszej fazie pracowały tylko dwa zawory w każdym cylindrze, a dopiero w drugiej wszystkie cztery zawory. W tym przypadku zmieniane są nie tylko czasy otwarcia zaworów, ale również ich skok. Podobne rozwiązanie Hondy, ale z płynną zmianą parametrów rozrządu nosi nazwę i-VTEC. Rozwiązania zbliżone do pomysłów Hondy można znaleźć w Mitsubishi (MIVEC) i Nissanach (VVL).

Warto wiedzieć: Fałszywe oferty. W sieci grasują oszuści! Źródło: TVN Turbo/x-news

[page_break]

Stałe fazy rozrządu w całym zakresie obrotów silnika to rozwiązanie tanie, ale nieefektywne. Zmienność faz daje wiele korzyści.fot. BMW
Stałe fazy rozrządu w całym zakresie obrotów silnika to rozwiązanie tanie, ale nieefektywne. Zmienność faz daje wiele korzyści.

fot. BMW

Bezstopniowy proces zmian faz rozrządu jest znacznie lepszy od stopniowego i daje lepsze efekty w praktyce, bo charakterystyka jednostki napędowej ma równomierny przebieg. Obecnie jednym z najbardziej zaawansowanych rozwiązań w dziedzinie zmiennych faz rozrządu jest Valvetronic opracowany przez BMW. Bawarczycy mieli już wcześniej układ Vanos działający podobnie jak VVT. Valvetronic ma specjalną kształtki między krzywkami wałka rozrządu a dźwigienkami zaworowymi. Oś, wokół której obraca się dodatkowa kształtka, mocowana jest w wycinku koła zębatego poruszanego silnikiem elektrycznym. Elektroniczny sterownik wysyła sygnały do silnika, a ten ustawia wycinek koła zębatego w odpowiednich pozycjach. Zmienia się przy tym położenie osi obrotu kształtki, odbierającej naciski od krzywki wałka rozrządu. Te zmiany decydują o tym, że kształtka zupełnie inaczej porusza dźwigienkę zaworową, otwierając zawór wcześniej lub później i z większym lub mniejszym skokiem. Regulacja skoku zaworów w zakresie od 0,3 do 10 mm pozwala przy okazji wyeliminować tradycyjną przepustnicę. Jej rolę przejmuje system dławienia powietrza w kolektorze ssącym, oparty na pracy zaworów ssących.

Systemy zmiennych faz rozrządu w codziennej eksploatacji spisują się bardzo różnie. Są modele aut, w których pracują zupełnie bezawaryjnie, w innych psują się często, mimo prostej konstrukcji. Kupując samochód warto zwrócić uwagę, czy jego silnik ma zmienne fazy rozrządu, jeśli tak to jakie, i jak wygląda jego trwałość. Objawem problemów z wariatorem jest jego głośna praca zanim dokona on zmiany faz. Jeśli wariator zupełnie przestaje działać silnik traci dynamikę i zużywa więcej paliwa. Sam wariator to wydatek rzędu 600-700 zł, ale jego wymianie powinna towarzyszyć wymiana elementów napędu rozrządu (pasek zębaty, napinacz, koła zębate) a to z reguły wymaga wyłożenia 500-700 zł na części i robociznę. W przypadku skomplikowanych rozrządów koszty takiej wymiany mogą sięgnąć nawet 3000-4000 zł, przy konieczności wyjęcia i ponownego zamontowania silnika jeszcze o 500-1000 zł drożej. Jak widać lepiej sprawić sobie samochód, w którym elementy systemu zmiennych faz rozrządu nie są awaryjne. 

Łyk historii

Stałe fazy rozrządu w całym zakresie obrotów silnika to rozwiązanie tanie, ale nieefektywne. Zmienność faz daje wiele korzyści.fot. BMW
Stałe fazy rozrządu w całym zakresie obrotów silnika to rozwiązanie tanie, ale nieefektywne. Zmienność faz daje wiele korzyści.

fot. BMW

Korzyści płynące ze zmienności faz rozrządu znali już twórcy silników parowych. Mechanizmy zmieniające fazy można znaleźć na przykład w parowozach. W latach dwudziestych XX w. podjęto próby montowania takich systemów w samolotach (Clerget, Bristol Jupiter, Lycoming), a w latach czterdziestych zaczęto stosować je w silnikach okrętowych (Deutz, MAN, Mercedes-Benz). Pierwsze patenty na zmienne fazy rozrządu w przemyśle samochodowym pojawiły się w 1920 r. Firma Porsche opatentowała swoje rozwiązanie w 1959 r., ale i tym razem skończyło się na rozwiązaniach prototypowych. Pionierem zmiennych faz rozrządu w wydaniu produkcyjnym był koncern Fiata. Pierwszy taki system z 1960 r. opracowano w 1960 r., kolejny typu VVT dziesięć lat później. I to właśnie on trafił w 1980 r. do seryjnego modelu Alfa Romeo Spider 2000. W 1987 r. Nissan wprowadził system NVCS z elektronicznym sterowaniem, a w 1989 r. zadebiutował system VTEC Hondy. Pierwszy układ zmiennych faz rozrządu działający bezstopniowo zastosowało w 1992 r. Porsche (VarioCam). Lata dziewięćdziesiąte były okresem, w którym coraz większa liczba producentów usprawniała rozrządy swoich silników. W ostatnich 10 latach systemy zmiennych faz rozrządu stały się powszechnie stosowanym rozwiązaniem.

Przykłady nazw systemów zmiennych faz rozrządu w różnych firmach:
AVCS, AVLS - Subaru
CPS, VVT - Proton
NVCS, N-VCT, VVL - Nissan 
CVTCS, VVEL - Nissan, Infiniti
CVVT - Alfa Romeo, Citroen, Hyundai, Kia, Peugeot, Renault, Volvo
DCVCP - General Motors
DVVT - Daihatsu
MIVEC - Mitsubishi
Multi Air - Fiat
S-VT - Mazda
Ti-VCT, VCT - Ford
VANOS, Valvetronic - BMW
VarioCam - Porsche
VTEC, i-VTEC - Honda, Acura
VVC - MG, Rover
Valvelift -Audi
VVT - Chrysler, GM, Proton, Suzuki, Isuzu, Volkswagen Group
VVTL-i, VVT-i  - Toyota, Lexus
VTVT - Hyundai, Kia

emisja bez ograniczeń wiekowych
Wideo

Droga księżycowa w Gdyni, czyli Marszewska Góra

Dołącz do nas na Facebooku!

Publikujemy najciekawsze artykuły, wydarzenia i konkursy. Jesteśmy tam gdzie nasi czytelnicy!

Polub nas na Facebooku!

Kontakt z redakcją

Byłeś świadkiem ważnego zdarzenia? Widziałeś coś interesującego? Zrobiłeś ciekawe zdjęcie lub wideo?

Napisz do nas!

Polecane oferty

Materiały promocyjne partnera
Wróć na motofakty.pl Motofakty