Vše o ventilových rozvodech

Ventilový rozvod motoru je naladěn na určité otáčky a určité zatížení. Ideálně tedy pracuje jen v jednom určitém bodě výkonové křivky. Ve všech ostatních provozních režimech jsou vlastnosti motoru více či méně limitovány pávě časováním a zdvihem ventilů. Časováním rozumíme okamžik, kdy se otevírají a zavírají sací či výfukové ventily. Hodnoty časování se udávají ve stupních otočení klikového hřídele a jsou dány natočením vačkové hřídele oproti hřídeli klikové a tvarem vačky. Průběh zdvihu ventilů je pak dán samotným tvarem vačky. U klasického spalovacího motoru jsou tyto hodnoty neměnné.
Tento stav je nevýhodný především u zážehového motoru. Množství vzduchu nasávané během jednoho pracovního zdvihu v jednotlivých režimech se značně liší. Při nízkém zatížení je množství nasávaného vzduchu omezeno škrticí klapkou a sacími ventily tak proudí mnohem méně vzduchu a to mnohem menší rychlostí než při zatížení maximálním. A právě rychlost proudění vzduchu sacím ventilem má své hranice. Příliš malá rychlost znamená nedostatečné rozvíření směsi a její špatné hoření. Příliš velká rychlost znamená velké ztráty.
Také okamžik otevření ventilů je různý pro různé otáčky motoru. Jde o to, dostat směs do válce v pravý čas s ohledem na tlakové vlny v sacím potrubí a nenechat ji proudit zpět. Neméně důležité je překrytí sacích a výfukových ventilů, což je doba, během níž jsou otevřeny zároveň ventily na sací i výfukové straně. Opět se ideální hodnota mění a nesprávné naladění zde může znehodnotit jak výkonové parametry, tak emise ve výfukových plynech.
Samozřejmě, že chování motoru je také vnímáno řidičem a odtud také pramení dnes již populární hláška o tom, že motor „táhne“, popřípadě „netáhne odspodu“. Pokud je ventilový rozvod naladěn na vysoký výkon, je při nízkých otáčkách motor lenivý. Ve sportovních nebo závodních vozech o své nespokojenosti dává dokonce vědět syrovým chrapotem a pokašláváním nebo dokonce práskáním do výfuku. Opakem jsou pak motory příjemné v nízkých a středních otáčkách, které se však začnou dusit, pokud od nich chcete pořádnou porci výkonu.
Tohle vše samozřejmě trápilo vývojáře a ti postupem času nacházeli různá vylepšení v podobě variabilních systémů. Nejdříve světlo světa spatřilo řešení, které umožnilo měnit časování sacích ventilů. V sériové produkci se takovýto systém objevil v roce 1980 pod kapotou vozu Alfa Romeo Spider. V osmdesátých a devadesátých letech následovali další výrobci, když s variabilním časováním ventilů přišel Nissan, Porsche či BMW. V dnešní době nabízí motory s proměnlivým časováním všichni významní výrobci.
Variabilní rozvody fungují tak, že nehledě na stálý převodový poměr mezi klikovým a vačkovým hřídelem se může vačkový hřídel v určitém rozsahu pootáčet. To je zajištěno například šroubovicí a hydraulickým pístkem mezi řetězovým kolem vačkové hřídele a samotným hřídelem jako u systémů VANOS a double VANOS používaným v BMW. Jinou možností je napínání řetězu mezi sacím a výfukovým vačkovým hřídelem, který zapříčiňuje jejich vzájemné natáčení. Tento systém najdete na vozidlech Porsche (Vario Cam) nebo VW.
Motor vybavený výše popsaným systémem má plnější výkonovou křivku a je pružnější v širším spektru otáček. Má také předpoklady být úspornější a čistší z hlediska exhalací. Stále však zůstává na polovině cesty, protože variabilní časování není schopno měnit zdvih ventilu a jeho průběh.
S prvním použitelným řešením na tomto poli přišla v roce 1989 Honda, když uvedla dnes již legendární systém VTEC. Každý ventil má k dispozici dvě vačky s rozdílným profilem a různým maximálním zdvihem. Profil s menším zdvihem je optimalizován na nízké otáčky a menší zatížení motoru pro dosažení ekonomického provozu. Profil s vyšším zdvihem je naproti tomu navržen pro dosažení maximálního výkonu. Hydraulický systém na základě údajů elektronické řídící jednotky přepíná mezi jednotlivými profily. Reklamní slogan na motor vybavený VTEC by tak mohl znít: „Dva motory v jednom“. Automobily Honda jsou díky systému VTEC pověstné svou výkonností, která není vykoupena nadměrnou spotřebou.
Podobnou cestou přepínání mezi dvěma profily vaček šlo také Porsche (Vario Cam Plus) a Nissan (VVL). Vývoj však pokročil a revoluce přišla v roce 2001 v podobě systému Valvetronic od BMW. Mnichovští konstruktéři vložili mezi vačku a ventilové zdvihátko složitě tvarovaný člen, jehož natáčením je možné měnit zdvih ventilu plynule. Ve spojení s variabilním časováním lze měnit průběh zdvihu ventilu v širokém rozsahu.
Plynulé ovládání zdvihu a časování ventilů je pro zážehový motor pravým požehnáním především pod tlakem ze strany dieselové konkurence. Právě nejvýraznější nevýhodou zážehového motoru je škrcení nasávaného vzduchu škrticí klapkou v režimu částečného zatížení. Sací ztráty pak dosahují značné výše, což se negativně projevuje na spotřebě. Škrticí klapka však byla až doposud ovládacím prvkem zážehového motoru. Právě plná variabilita při ovládání ventilů potřebu škrticí klapky eliminuje. Pokud šlapete na plynový pedál, neovládáte škrticí klapku, ale ovládáte nastavení ventilového rozvodu. Pokud plynový pedál „lechtáte“, sací ventily se otvírají jen částečně a na krátkou dobu. Navíc překrytí s otevřením výfukových ventilů umožňuje vnitřní recirkulaci výfukových plynů, z čehož těží emisní hodnoty. Když tlačíte pedál akcelerátoru blíže k podlaze, zdvih ventilů se zvětšuje a doba jejich otevření prodlužuje. Ventilový rozvod tak kopíruje potřeby motoru v každém okamžiku, z čehož těží jak průběh výkonové křivky, tak ekonomika a ekologičnost provozu.
BMW s úspěchem uvedlo Valvetronic do všech modelů napříč spektrem své nabídky. A zdá se, že ve svém úsilí nebude osamoceno. Na letošním ženevském autosalónu předvedl Fiat svůj systém Multiair. Plné kontroly nad zdvihem ventilů je zde dosaženo hydraulickým otevíráním ventilů. Vačky nepůsobí na zdvihátka ventilů přímo, ale prostřednictvím hydraulických pístků s ovládacími ventily. Systém Multiair by měl poskytovat ještě větší variabilitu než Valvetronic. Umožňuje dokonce vícenásobné otevření ventilu během jednoho pracovního zdvihu. Multiair se má poprvé objevit ve voze Alfa Romeo MiTo v září letošního roku. Alfa Romeo tak uzavře kruh, který v roce 1980 nastartovala.
Ovládání zážehových motorů prostřednictvím ventilového rozvodu zajisté podnítí i vývoj v oblasti dalších technologií. Konečně by například mohl umožnit ekonomický provoz zážehového motoru s turbodmychadlem. Zlepšení účinnosti zážehového motoru, které z toho vzejde bude zajímavé v kontextu nevyhlášené války mezi zážehovým a vznětovým motorem. Bude určitě zajímavé tento souboj dále sledovat. Prosadí se nakonec dieselový motor se složitým systémem odbourávání nečistot z výfukových plynů nebo zážehový motor se složitým systémem ventilového rozvodu? Nebo už do souboje zasáhne ten třetí vzadu, kterým je elektromotor? Klíčem k této hádance může být cena a spolehlivost jednotlivých systémů v praxi. Na výsledek si proto musíme ještě pár let počkat.