Zmienne fazy rozrządu – lepsza dynamika kosztem częstszych awarii?
Dzisiaj zdecydowana większość silników spalinowych wyposażona jest w zmienne fazy rozrządu. I choć dzięki nim silnik zużywa mniej paliwa, w razie awarii może zamienić się w skarbonkę. Czym są, jak działają i czy można sprawdzić ich sprawność przed zakupem auta?
Zmienne fazy rozrządu to jak sama nazwa wskazuje aktywny układ sterowania otwarciem i zamknięciem zaworów. Dzięki nim ilość mieszanki, jaka trafia do cylindrów, zmienia się w zależności od obciążenia silnika i jego prędkości obrotowej.
Jakie są rodzaje rozrządu?
Żeby zrozumieć jednak, jak działają zmienne fazy rozrządu, warto najpierw wiedzieć, czym w silniku jest sam rozrząd. To kluczowy układ z jednej strony dostarczający mieszankę paliwowo-powietrzną do cylindrów z drugiej odprowadzający spaliny z komór do kanałów wylotowych.
Współcześnie stosowane są trzy podstawowe rodzaje rozrządu:
- OHV (Overhead Valves), rozrząd górnozaworowy popychaczowy,
- OHC (Overhead Camshaft) lub SOHC (single Overhead Camshaft) – rozrząd górnozaworowy z jednym wałkiem w głowicy
- DOHC (Double Overhead Camshaft), czyli najbardziej popularny dzisiaj rozrząd górnozaworowy z podwójnym wałkiem rozrządu w głowicy.
Po co są zmienne fazy rozrządu
Wymyślono je po to, by uzyskać lepsze parametry silnika. Układ zmiennych faz rozrządu pozwala bardziej precyzyjnie dawkować mieszankę paliwową, co przekłada się z jednej strony na bardziej wydajną pracę silnika, lepsze osiągi samochodu, mniejsze spalanie a w efekcie niższą emisję spalin.
Trochę historii
Pierwszy układ zmiennych faz rozrządu pojawił się w 1981 roku w Alfie Romeo Spider. Jednak dopiero osiem lat później Honda rozpropagowała zmienne fazy rozrządu w silnikach VTEC (Variable Valve Timing and Lift Electronic Control System). Nie dość, że z tych samych pojemności uzyskiwano większe moce, to silniki kręciły się znacznie wyżej, miały lepszą dynamikę i niższe spalanie.
Do zmiennych faz rozrządu przekonali się także inżynierowie Toyoty, którzy nazwali je układem VVT-i.
Jak działają zmienne fazy rozrządu?
Przestawiają one moment otwarcia i zamknięcia zaworów w zależności od obciążenia silnika i jego prędkości obrotowej. Przy niskich prędkościach obrotowych silnika zawór dolotowy jest otwierany nieco później i zamykany nieco wcześniej niż dzieje się to przy wyższych prędkościach. Zatem zmianie podlegają czasy napełniania i opróżniania cylindra paliwem.
Chwila, z którą otwiera się, albo zamyka zawór, określana jest tak zwanym kątem ułożenia wału korbowego przed martwym górnym albo martwym dolnym ułożeniem tłoka. Kąty otwierania i zamykania zaworów mają szczególny wpływ na liczbę zasysanej mieszanki do cylindrów, właściwą kompresję, a później również na sprawne opróżnianie cylindrów ze spalin.
Niby proste, ale jakoś trzeba tę zmianę przeprowadzić. W zasadzie sposób działania zmiennych faz rozrządu może być różny. Od mechanicznych po układy elektro-hydrauliczne.
Honda i VTEC
Mechaniczny układ zmiennych faz rozrządu stosowała np. Honda w silnikach VTEC (m.in. Accord, Civic, S2000). Na wałku znajdowały się trzy zestawy krzywek, które sterują dwoma zaworami: 2 krzywki o jednakowym wzniosie pracują dla niskich prędkości obrotowych oraz na małym obciążeniu, natomiast krzywka o większym wzniosie i bardziej ostrej charakterystyce steruje dwa zawory jednocześnie poprzez spięcie dźwigni zaworowych w jedną całość dzięki dostarczeniu ciśnienia oleju do ich mechanizmu.
Silnik VTEC, Honda S2000
Po przekroczeniu danego zakresu obrotów (najczęściej ok. 4-4,5 tys. obr.) i przy spełnionych podstawowych warunkach (właściwa temperatura, ciśnienie oleju oraz prędkość pojazdu powyżej 70 km/h) system przełącza sterowanie zaworami na krzywki wałków rozrządu o dłuższym czasie otwarcia i większym wzniosie.
Przez lata Honda oczywiście rozwinęła system zmiennych faz rozrządu, stosując różne jego rodzaje.
BMW i Vanos
Elektro-hydrauliczny układ zmiennych faz rozrządu jest jeszcze bardziej precyzyjny i działa płynniej, jednak jego budowa jest bardziej skomplikowana. Czasem otwarcia i zamknięcia zaworów sterują nie zestawy krzywek, lecz hydrauliczny popychacz fazowy, który ustawia kąt pochylenia wałka, na którym są umieszczone krzywki. Proste układy mają kilka stałych kątów nachylenia wałka, które zmieniają się w zależności od obrotów. Te doskonalsze zmieniają kąt płynnie.
Jeszcze bardziej skomplikowany układ to podwójny Vanos (Double Vanos), stosowany m.in. przez BMW. Ten wymaga jednk co pewien czas synchronizacji.
Kto stosuje zmienne fazy rozrządu?
W zasadzie wszyscy producenci i wszystkie marki. Trudno wymienić konkretne silniki, które wykorzystują zmienne fazy rozrządu, bo jest ich zwyczajnie zbyt dużo. Pionierami w tej technologii są bez wątpienia Japończycy. Pierwszy układ zmiennych faz rozrządu pojawił się w 1981 roku w Alfie Romeo Spider. Jednak dopiero osiem lat później Honda rozpropagowała zmienne fazy rozrządu w silnikach VTEC (Variable Valve Timing and Lift Electronic Control System).
Konkurencyjnymi rozwiązaniami zmiennych faz rozrządu stosują inni. Układ o nazwie VVT-i spotykany jest w modelach Toyoty, Vanos w Mercedesachi i BMW (również Double Vanos), Valvetronic w BMW, Super Fire w Alfach Romeo, Zetec SE w Fordach, MIVEC w Mitsubishi, VVL w Nissanie a VarioCam w Porsche. Zmienne fazy rozrządu to także system Multiair we Fiacie.
Przykłądowe nazwy zmiennych faz rozrządu:
- Honda VTEC (Variable Valve Timing and Lift Electronic Control),
- BMW VANOS (Variable Nockenwellen Steuerung),
- Toyota WT-i (Variable Valve Timing with intelligence),
- Audi AVS (Audi Velvelift System) – układ zmiennych faz nowej generacji.
Zalety i wady silników ze zmiennymi fazami rozrządu
W bardzo dużym skrócie, silnik ze zmiennymi fazami rozrządu pracuje lepiej, bardziej wydajnie. Te same pojemności pozwalają uzyskać większa moc przy niższym zużyciu paliwa.
W jakim celu stosuje się zmienne fazy rozrządu?
Konkretnie przekłada się to na znacznie większy moment obrotowy, dostępny już przy niewielkich prędkościach obrotowych. Krzywa momentu obrotowego jest dzięki zmiennym fazom rozrządu bardziej płaska.
Zmienne fazy rozrządu w Toyocie.
Przekłada się to także bezpośrednio na zwiększenie dynamiki silnika przy jednoczesnym zminimalizowaniu ilości zużywanego paliwa. Przekłada się to również na polepszenie dynamiki jednostki napędowej przy jednoczesnej optymalizacji zużycia paliwa.
Co może ulec awarii i jakie są objawy?
Podstawowym minusem tego rozwiania jest duże skomplikowania całego układu. Jednym z droższych elementów jest wariator oraz elektro-hydrualiczne popychacze, których cena uzależniona jest od marki i rodzaju silnika. Warto także pamiętać, że naprawa zmiennych faz rozrządu wiąże się także z otwarciem głowicy i sprawdzeniem wałków rozrządu. A to generuje spore koszty. W przypadku awarii należy się zatem liczyć ze sporymi kosztami napraw, które w wielu przypadkach mogą być dokonane wyłącznie w autoryzowanym serwisie.
Zmienne fazy rozrządu. Elementu układu BMW – Vanos
Warto jednak pamiętać, że technologia zmiennych faz rozrządu ma już ponad 30 lat i w wielu przypadkach została dopracowana niemal do perfekcji. W wielu przypadkach układy są mało awaryjne i jeśli nie doszło do mechanicznego uszkodzenia mogą działać przez wiele lat i wiele tys. km przebiegu . Ten okres z pewnością wydłuży regularne serwisowanie samochodu a przede wszystkim regularna wymiana oleju.
Jak sprawdzić zmienne fazy rozrządu?
Silniki ze zmiennymi fazami rozrządu cieszą się bardzo dużą popularnością przede wszystkim dlatego, że są bardzo oszczędne. Pytanie jednak, czy można sprawdzić, czy układ działa poprawnie? Owszem, każdy silnik można poddać testowi, w któym sprawdza się jak działa układ zmiennych faz rozrządu.
Diagnostyka układu zmiennych faz rozrządu jest jednak dość skomplikowana, co wynika z faktu, że należy dokonać sprawdzenia wielu elementów elektrycznych (zawory, nastawniki, czujniki położenia), a także szeregu elementów mechanicznych (m.in. wałki rozrządu, układ rozrządu, wariatory), aby postawić poprawną diagnozę. Czasami jest jednak możliwość przeprowadenia dedykowanego testu. W przypadku BMW i rozwiązania Vanos prawidłowość pracy mozna sprawdzic za pomocą specjalnego testu DIS.
