Variabilno krmiljenje ventilov

Ventili omogočajo dihanje in prezračevanje valjev, torej je logična predpostavka, da se s povečevanje njihovega števila, izboljšuje tudi polnjenje in praznjenje valjev, posledično s tem pa tudi zmogljivost motorja. Krmiljenje ventilov opravlja odmična gred na kateri so nameščeni odmikači. Čas in dolžina odprtja ventilov, sta odvisna od oblike in naklona odmikačev. V preteklosti sta bila čas in dožina odprtja konstantna skozi celotno območje motornih vrtljajev, torej je bila oblika odmikačev kompromis.

Predstavljajte si delovanje ventilov v v enovaljnem motorju. Pri nizkih vrtljajih je tako pri standardnem krmiljenju ventilov čas odprtja ventilov predolg in količina zraka prevelika, pri višjih vrtljajih pa je čas odprtja prekratek, zaradi česar je polnjenje in praznjenje valja nepopolno. Torej, da bi bilo "dihanje" motorja bolj učinkovito, je potrebno nekako spreminjati čas in trajanje odprtja ventilov pri različnem številu motornih vrtljajev in tukaj nastopi variabilno krmiljenje ventilov ali na kratko VVT (variable valve timing). Z variabilnim časom in trajanjem odpiranja, v vsakem trenutku zagotovimo optimalno polnjenje in praznjenje motorja.

Pri variabilnem krmiljenju ventilov so pri nizkih vrtljajih časi in trajanje odprtja krajši, z naraščanjem vrtljajev pa se ventili oprejo hitreje in ostanejo dalj časa odprti. Tako se naprimer izpušni ventil zapre celo nekaj časa po pričetku sesalnega takta, sesalni ventil pa se odpre že v času izpušnega takta. Polnjenje valja se torej prične veliko hitreje, praznjenje valja pa se konča kasneje, kar pomeni, da je polnjenje bolj učinkovito. Nekateri VVT sistemi pa spreminjajo tudi hod ventila, ki se z večanjem motornih vrtljajev povečuje in tako omogoča večji pretok mešanice in izpušnih plinov. Tako motor z VVT sistemom dosega višje vrtljaje in je sposoben proizvesti več moči in izboljšajo navor pri nizkih vrtljajih. Nissanov VVL motor, proizvede 25% več moči, kot popolnoma enak motor brez VVT sistema.

Z uvajanjem VVT sistemov so pričeli japonski inženirji, tako da dandanes skorajda ni sodobnega motorja, ki bi prihajal iz dežele vzhajajočega sonca in ne bi bil opremljen s takšnim sistemom. Za razliko od japonskih so se evropski inženirji raje poslužili turbinskih polnilnikov, zaradi česar so VVT sistemi pod pokrovi evropskih avtomobilov zelo redek pojav. VVT sistemov je več vrst, v grobem pa lahko ločimo sisteme s spreminjanjem odmikačev, sisteme s spreminjanjem kota odmikačev in sisteme ki so kombinacija obeh. V nadaljevanju si bomo na kratko ogledali posamezne sisteme variabilnega krmiljenja valjev.

Sistemi s spreminjanjem faze odmikačev

Tovrstni sistemi so najenostavnejši, najcenejši in zato tudi največkrat uporabljeni, temu primeren pa je tudi njihov rezultat. Proizvajalci se namreč pri tovrstnih sistemih poslužujejo spreminjanja faznega zamika odmične gredi in s tem odmikačev. Če torej pri visokih hitrostih motorja zavrtite odmično gred, s tem lahko povzročite, da se bodo ventili odpirali predčasno. Slabost tega sistema je, da z njim ne morete vplivati na dolžino odpiranja in hod ventilov, kar je razlog za slabše rezultate v primerjavi s sistemi z več odmikači.

Preprostejši sistemi premorejo le 2 do 3 fiksno določene naklonske kote odmične gredi, boljši pa prilagajajo naklonski kot motornim vrtljajem.

BMWjev Double VANOS sistem krmili tako fazo odmične gredi sesalnih ventilov, kot tudi fazo odmične gredi izpušnih ventilov, kar še poveča učinkovitost. Naklon odmične gredi uravnava hidravlični sistem, naklonski koti pa se spreminjajo z motornimi vrtljaji.

Inteligentno krmiljenje ventilov ali VVT-i (variable valve timing – intelligent) je Toyotina različica sistema s spreminjanjem faze odmikačev in je v osnovi popolnoma enaka BMWjevi, le da so ga Japonci opremili še z inteligentno kontrolo, ki poleg vrtljajev upošteva še položaj pedala za plin in vrsti vožnje.

Sistemi z menjavo odmikačev

Honda
Honda je prvi avtomobilski proizvajalec, ki je svoje motorje opremil z VVT sistemom, ko je konec 80ih let svetu predstavil elektronsko nadzorovano krmiljenje ventilov ali VTEC (valve timing electronic control).

VTEC v principu predstavlja par odmikačev, pri čemer je vsak izmed njiju drugačne oblike, s čimer omogoča različne čase odpiranja in različen hod ventila. Odmikač primeren za nizke vrtljaje tako ventil odpre manj in za krajši čas, kot odmikač namenjen visokim vrtljajem. Ta sistem sicer ne zagotavlja optimalnega obnašanja ventilov, vendar močno poveča vrtilne hitrosti (pri Hondi S2000 celo do 9.000 vrt./min) in poveča moč motorja tudi za 30 konjskih moči pri 1.6 litrskem motorju. Tako je zmogljivost VTEC motorjev pri nizkih vrtljajih povprečna, ko pa je število vrtljajev dovolj visoko, se motorju dobesedno "utrga". Torej, če hočete motor dobro izkoristiti, ga morate priganjati proti rdečem polju na merilniku vrtljajev, kar pomeni pogosta uporaba prestavne ročice. To sicer zna biti zabavno, vendar bo vaš nasmeh ob postankih na bencinski črpalki bolj grenak. Če na kratko sklenemo to razpravo, lahko ugotovimo, da je takšen sistem predvsem primeren za dirkalne motorje.

Honda je zato iz dvostopenjskega VTECa razvila tristopenjski VTEC, ki namesto dveh uporablja 3 vrste odmikačev, kar na žalost pomeni tudi večjo kompleksnost sistema in večjo možnost okvare. 1. odmikač za kratek čas minimalno odpre ventil. 2. odmikač bolj odpre ventil za malce daljši čas, kot 1. odmikač, 3. odmikač pa maksimalno odpre ventil za najdaljši možen čas. Pri nizkih hitrostih motorja tako sesalna ventila upravljata 1. in 2. odmikač, pri srednjih hitrostih oba ventila upravlja 2. odmikač, pri visokih vrtljajih, pa oba ventila upravlja 3. odmikač. Preklope odmikačev izvaja hidravlična tekočina znotraj odmične gredi, ki premika zatiče odmikačev. Podoben temu je tudi Nissanov VVL sistem.

Kombinirani sistemi

Tovrstni sistemi gotovo prinašajo najboljše rezultate, so pa tudi najdražji in najbolj zapleteni, kar se tiče izdelave. Med takšne kombinirane sisteme spada Toyotin VVTL-i sistem, ki trenutno velja za enega najbolj kompleksnih in najbolj izpopolnjenih. VVTL-i sestavlja sistem spreminjanja faze odmične gredi in dvostopenjski sistem, ki krmili tako hod ventilov, kot tudi dolžino odprtja ventilov, tako za sesalne, kot tudi izpušne ventile.

Princip delovanja VVTL-i, je podoben Hondinem VTECu. Par sesalnih ventilov sočasno upravlja eden izmed obeh odmikačev. 1. je namenjen nizkemu področju vrtljajev, saj ventila odpre manj in za krajši čas , 2. pa visokim vrtljajem in ventila odpre bolj in za dalj časa. Hidravlična tekočina aktivira posebne zatiče, ki omogočajo delovanje posameznim odmikačem.

Tudi pri Porscheju so razvili kombinirani VVT sistem in ga poimenovali Variocam Plus. Tudi ta sistem je dvostopenjski in omogoča tako fazno zamikanje odmične gredi in variabilne hode ventilov, kot tudi variabilne čase odpiranja.

Vsak ventil krmilijo trije odmikači, od katerih sta oba skrajna enaka, namenjena dolgim hodom ventila in dolgim časom odpiranja, srednji odmikač pa je namenjen kratkim hodom in časom odpiranja ventilov.

i-VTEC se imenuje Hondin kombiniran sistem, ki je zelo podoben Toyotinem VVTL-i sistemu.Odmična gred je praktično enaka kot tista pri VTEC sistemu, le da je opremljena z dvostopenjskim sistemom odmikačev, vendar so takšno odmično gred namenili le sesalnim ventilom.

Poglavje zase je Roverjev VVC sistem, ki velja za enega najboljših, saj omogoča tako brezstopenjsko regulirano trajanje odpiranja ventilov, kot tudi brezstopenjsko ragulirane hode ventilov. Poleg tega je ta sistem tudi ekonomičen, saj pri izgorevanju uporablja tudi del izpušnih plinov. Sesalni ventil se namreč odpre še preden se zapre izpušni ventil, s čimer v valju ostane nekaj izpušnih plinov, ki nadomestijo mešanico bencin/zrak, s čimer je poraba goriva manjša.