Zmienne fazy rozrządu - w zmienności siła

Mechanizmy sterujące rozrządem to urządzenia niezwykle pożyteczne. Muszą jednak działać niezawodnie, a to nie jest regułą

Konstruktorzy cały czas poszukują możliwości usprawnienia silników, w trosce o coraz lepsze parametry eksploatacyjne. Szczególny nacisk kładą na zmniejszenie zużycie paliwa, redukcję toksyczności spalin i poprawienie charakterystyki. Wszystko po to, by jednostki napędowe były oszczędniejsze, czystsze i bardziej dynamiczne w szerszym zakresie obrotów. Prawdziwymi sprzymierzeńcami inżynierów w ich działaniach są mechanizmy sterujące rozrządem, dzięki którym wydatnie można poszerzyć zakres obrotów użytkowych.

Jak to działa?

Mówiąc o rozrządzie silnika nie sposób uniknąć odrobiny techniki, która zapewne mało obchodzi przeciętnego kierowcę, ale bez której ów przeciętny kierowca nie może się przecież obejść. Problem w tym, że w klasycznych rozwiązaniach zawory czterosuwowej jednostki napędowej otwierają się i zamykają w pewnym określonym cyklu. Ten cykl powtarza się w sposób identyczny przez cały czas pracy silnika. Decyduje o tym fakt, że nie zmienia się ani położenie wałka rozrządu (lub wałków) ani położenie, kształt i liczba krzywek na wałku ani położenie i kształt dźwigienek zaworowych, jeśli w ogóle są zastosowane. Efekt jest taki, że o idealnych parametrach rozrządu (czasy otwarcia zaworów, skok zaworów) można mówić tylko w pewnym, i to niezbyt szerokim zakresie obrotów. Poniżej i powyżej tego zakresu parametry rozrządu nie są optymalne i silnik nie pracuje efektywnie.

Nowy Mercedes SL
Samochody, które niebawem wjadą do polskich samochodów

Jeśli w ten skostniały układ wprowadzimy element, który pozwoli zmieniać parametry rozrządu, sytuacja zmieni się diametralnie. Skrócenie czasów rozrządu i zmniejszenie skoku zaworów w zakresie niskich i średnich obrotów oraz wydłużenie czasów rozrządu i zwiększenie skoku zaworów w zakresie wysokich obrotów pozwoli uzyskać znacznie szerszy zakres obrotów użytkowych (przy obrotach bliskich maksimum czasy są znowu skracane). W praktyce oznacza to większy moment obrotowy od niższych obrotów, a więc lepszą elastyczność silnika (większa łatwość przyśpieszania), oraz lepszą dynamikę na obrotach wysokich, sprzyjającą szybkiej jeździe. Tak „wysterowany” rozrząd zapewnia niższe zużycie paliwa, mniejszą toksyczność spalin i wygodniejszą jazdę (rzadziej zmienia się biegi).

Zmienne parametry rozrządu nie są czymś nowym. Takie rozwiązania stosowano już w latach osiemdziesiątych. Powszechnie zaczęły być stosowane w drugiej połowie lat dziewięćdziesiątych i dzisiaj są standardem u wielu producentów samochodowych. 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 montowany jest w kole napędzającym wałek rozrządu. Pod wpływem ciśnienia oleju w specjalnie zaprojektowanych komorach wewnątrz koła mechanizm może obrócić piastę wraz z osadzonym w niej wałkiem rozrządu względem obudowy koła, na której pracuje pasek zębaty lub łańcuch napędzający rozrząd. Ze względu na swoją prostotę rozwiązania jest bardzo tanie, ale efekty jego pracy nie są znaczące. Stosuje je między innymi koncern Fiata, koncern PSA, Ford, Renault oraz Toyota w niektórych modelach. Znacznie lepsze rezultaty daje system stosowany przez Hondę już od ćwierć wieku (VTEC). Do pewnych obrotów zawory otwierane są przez krzywki o profilach sprzyjających spokojnej i oszczędnej jeździe. Powyżej określonej granicy obrotów dźwigienki trafiają na inny zestaw krzywek, zapewniających silnikowi sportową charakterystykę. 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 w drugiej pełny układ czterozaworowy. W tym przypadku zmieniane są nie tylko czasy otwarcia zaworów, ale również ich skok. Honda ma podobne rozwiązanie, ale z płynną zmianą parametrów rozrządu (i-VTEC).

Opel
LED-owe reflektory Opla | Wideo

To właśnie płynne zmiany faz rozrządu są najbardziej pożądane i dają najlepsze efekty. Takie systemy są bardziej skomplikowane, ale w codziennej eksploatacji lepiej się sprawdzają. Nie ma mowy o skokowej zmianie dynamiki silnika a 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, ale to właśnie najnowsze dzieło stawiane jest za wzór. Idea Valvetronic sprowadza się do wprowadzenia dodatkowej kształtki między krzywkę wałka rozrządu a dźwigienkę zaworową. Oś obrotu dodatkowej kształtki 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 właśnie na pracy zaworów dolotowych.

Awarie się zdarzają

Zgodnie z regułą, że nie psuje się tylko to, czego nie ma, systemy zmiennych faz rozrządu również ulegają awariom. Kupując samochód warto zwrócić uwagę, czy jego silnik ma takie rozwiązanie i przy okazji spróbować się dowiedzieć (artykuły o używanych autach, internet, kluby, inni użytkownicy) jak wygląda jego trwałość. Czasami trzeba się pogodzić z bolesną prawdą. Niektóre firmy słyną wręcz z wadliwych wariatorów systemu zmiennych faz rozrządu a ich awarie powtarzają się regularnie w różnych modelach. Najlepszym tego przykładem są Alfy Romeo. Powszechne defekty wariatorów przysporzyły im złej sławy. Objawem problemów z wariatorem jest jego głośna praca zanim podejmie swoje normalne funkcje. Jeśli definitywnie odmówi posłuszeństwa silnik zachowuje się ospale i wzrasta zużycie paliwa. Producent poprawiał konstrukcję elementów, dlatego powinny być one dużo trwalsze a pierwsza wymiana powinna raz na zawsze rozwiązać problem. Niestety, awarie wariatorów w Alfach wciąż występują. Kapryśny jest również mechanizm zmiennych faz rozrządu w silnikach Fiata. W innych firmach doniesienia o kłopotach tego typu nie są tak częste, ale też się zdarzają. Eksploatując samochód albo kupując auto używane trzeba zwrócić uwagę na działanie zmiennych faz rozrządu. Warto zauważyć, że wymianie wariatora kosztującego kilkaset złotych powinna towarzyszyć wymiana elementów napędu rozrządu (pasek zębaty, napinacz, koła zębate), co kosztuje kolejne kilkaset złotych. Naprawa powinna być dokonywana w dobrym, fachowym warsztacie z wykorzystaniem dobrej jakości części, co również nie jest tanie.

Dariusz Dobosz

ZOBACZ TAKŻE:

Wiosenne porządki | Poradnik

Opony | Poradnik dla kupujących

Samochody - ogłoszenia