Variabilní časování ventilů

Proměnné časování ventilů je technologie využívaná u čtyřdobých spalovacích motorů. Výrobci využívají proměnného časování ventilů k optimalizaci parametrů motorů, čímž dosahují nižší spotřeby či vyšších výkonů. Přestože vycházejí ze stejného principu, různí výrobci používají více či méně rozdílné mechanismy pro změnu časování a také rozdílné obchodní označení u svých motorů s variabilním časováním.

V čem spočívá hlavní výhoda moderních motorů s proměnlivým časováním ventilů? Variabilní rozvody jsou používány ke zdokonalení výměny náplně válců pístového spalovacího motoru. Konstruktéři se snaží pomocí proměnného časování docílit co nejlepších provozních vlastností, ať už se jedná o vysoký výkon, vysoký krouticí moment v širokém rozsahu otáček, nižší spotřebu paliva, nebo nižší emise výfukových plynů.

Proměnné časování je častěji využíváno u benzínových motorů. Zážehové motory pracují s větším rozsahem otáček, a proto je využití takového systému větší a logičtější. V honbě za technicky dokonalejšími a ekologicky čistšími motory se variabilní rozvody prosazují i do oblasti vznětových motorů. Prvním naftovým představitelem využívajícím tuto techniku byl v roce 2010 motor automobilky Mitsubishi 1.8 DI-D MIVEC.

Princip funkce
Průběh výměny plynů v motoru a množství škodlivin ve výfukových plynech jsou výrazně ovlivňovány časováním a zdvihem ventilů. Klasické rozvodové mechanismy se stejným zdvihem a konstantním časováním ventilů (otevírání i zavírání je neměnné a závislé na pohybu pístu) jsou vždy určitým kompromisem, plně vyhovujícím pouze v určitém úzkém rozmezí otáček motoru. Spalovací motor však pracuje s poměrně širokým rozsahem provozních otáček.

 

 schematické znázornění ventilového rozvodu

Okamžik uzavření sacího ventilu výrazně ovlivňuje kvalitu naplnění válce v závislosti na otáčkách motoru.  Sací ventil je uzavírán až za dolní úvratí pístu po sacím zdvihu, díky setrvačnosti sloupce čerstvé směsi se proto dosáhne přídavného plnění válce. Plnění je tím větší, čím rychleji plyn (směs) proudí, tedy čím jsou vyšší otáčky motoru. Naopak při nižších otáčkách motoru je výhodnější dřívější uzavření, aby nedocházelo k vytlačování směsi zpět do sacího potrubí.

Sladit tyto dva protichůdné požadavky (vysoký výkon a vhodný průběh točivého momentu) znamená zavést variabilní časování ventilů měnící se podle aktuálních podmínek chodu motoru. Nejčastěji používaným způsobem je natáčení vačkové hřídele sacích ventilů vůči klikové hřídeli. Natáčením vačkové hřídele se dá posouvat fáze sání a tedy překrytí ventilů („střih“). Zdvih a doba otevření ventilů zůstává neměnná. Vačkový hřídel výfukových ventilů zůstává se stejné poloze, viz obrázek.

Nastavení ventilů
Nastavení vačkového hřídele se mění podle předem definovaných vztahů zátěže a otáček. Při volnoběhu a při vysokých otáčkách je vačkový hřídel sacích ventilů nastaven tak, že sací ventil zavírá později. V tomto případě nedochází k překrývání s výfukovými ventily („střih“ ventilů), což napomáhá stabilnímu chodu motoru ve volnoběžných otáčkách a dobrému využití výkonu při vysokých otáčkách. 

Při nízkých a středních otáčkách je vačkový hřídel sacích ventilů nastaven tak, že sací ventil zavírá dříve (mírné překrytí ventilů). Dosahuje se tím většího naplnění válců a zlepšení točivého momentu.

 
sací ventil uzavírá později            sací ventil uzavírá dříve

A1 – výfukový ventil otevírá

B1 – sací ventil otevírá

A2 – výfukový ventil zavírá

B2 – sací ventil zavírá

Princip
K realizaci variabilního časování využívají různé automobilky různá technická řešení, umožňující skokovou nebo plynulou změnu časování. Také způsoby dosažení variabilnosti časování jsou různé. Nejčastější je už zmíněné natáčení vačkové hřídele (stavitelný napínák rozvodového řetězu, systém Vanos, CVVT, MIVEC), nebo úpravou geometrie rozvodového mechanismu (V-TEC, Valvetronic, VarioCAM, Valvematic), či úplně bez mechanické vazby mezi sacími ventily a vačkovou hřídelí.

Video

 

 

Text: Jan Sajdl
Foto:
archiv
Klíčová slova:
variabilní časování, proměnné časování, motor, rozvod, ventilový rozvod