Zmienne fazy rozrządu – co to jest i jak działa?

Jaki rozrząd?

We współczesnych jednostkach napędowych stosowane są trzy podstawowe rodzaje rozrządu: OHV (z ang. Overhead Valve, czyli rozrząd górnozaworowy popychaczowy), OHC (z ang. Overhead Camshaft – rozrząd górnozaworowy z jednym wałkiem w głowicy) oraz DOHC (z ang. Double Overhead Camshaft, czyli rozrząd górnozaworowy z podwójnym wałkiem rozrządu w głowicy). Ponadto w tradycyjnym rozrządzie może być zastosowany specjalny układ działania, którego zadaniem jest regulacja czasu otwarcia zaworów dolotowych – określany jest on mianem zmiennych faz rozrządu. Pierwszy taki układ pojawił się w 1981 roku w Alfie Romeo Spider. Osiem lat później zmienne fazy rozrządu (jako układ VTEC), zastały przedstawione przez Hondę, następnie zaś pojawiły się w BMW (Doppel-Vanos) oraz Toyocie (VVT-i).

Jak to działa?

Mechanizm zmiennych faz rozrządu reguluje przestawieniem momentów otwarcia i zamknięcia zaworów, w zależności od obciążenia silnika i jego prędkości obrotowej. Jest on załączany ciśnieniem oleju, jego dopływ do mechanizmu kontroluje natomiast zawór elektromagnetyczny, sterowany komputerem zarządzającym pracą silnika. Zmianie podlega czas napełniania i opróżniania cylindra: przy niskich prędkościach obrotowych silnika zawór dolotowy jest otwierany później i zamykany wcześniej, niż przy wyższych prędkościach. W konsekwencji uzyskiwana jest płaska krzywa momentu obrotowego, co w praktyce oznacza dostępność większego momentu już przy niższych prędkościach obrotowych. Przekłada się to na wzrost elastyczności silnika, przy jednoczesnym spadku zużycia paliwa.

Działanie mechanizmu zmiennych faz rozrządu rożni się w zależności od producenta. W przypadku systemu VTEC Hondy na wałku umieszczone są dwa zestawy krzywek sterujących zaworami. Przełączają się one po przekroczeniu 4500 obr./min, w związku z czym silnik jest dynamiczny na wysokich obrotach. Podobnie funkcjonują zmienne fazy rozrządu w pojazdach spod znaku Mitsubishi (oznaczone jako MIVEC) i Nissana (VVL). Z kolei w rozwiązaniach zaproponowanych przez Toyotę (VVT-i), Forda (Zetec SE), BMW (Double-Vanos) czy Alfę Romeo (Super Fire), czasem otwarcia i zamknięcia zaworów steruje hydrauliczny popychacz fazowy (a nie zestawy krzywek jak w przypadku VTEC Hondy). Ustawia on kąt pochylenia wałka, na którym są umieszczone krzywki: w przypadku prostszych układów zaprogramowano kilka stałych kątów nachylenia wałka, które zmieniają się w zależności od obrotów, bardziej rozbudowane zmieniają kąt nachylenia w sposób płynny. I na koniec jeszcze raz Honda i udoskonalony system i-VTEC. Połączono w nim krzywki na wałku z układem hydraulicznym, pozwalającym zmieniać w sposób dowolny kąt wałka rozrządu, czyli płynnie dostosowywać fazy pracy rozrządu do prędkości obrotowej silnika.

Po co się stosuje?

Zmienne fazy rozrządu stosowane są w celu zoptymalizowania parametrów spalania mieszanki paliwowo-powietrznej, co skutkuje polepszeniem dynamiki jednostki napędowej, przy jednoczesnym ograniczeniu zużycia paliwa. Obecnie rozwiązanie to jest stosowane coraz powszechniej we wszystkich nowoczesnych konstrukcjach silników. Mechanizm zmiennych faz rozrządu zapewnia bowiem lepsze napełnienie cylindrów mieszanką paliwowo-powietrzną w stosunku do rozwiązań standardowych, które są obarczone uśrednionymi wartościami prędkości obrotowej i obciążenia silnika.

Jakie są wady?

Ze względu na skomplikowaną budowę układów zmiennych faz rozrządu, ich potencjalna naprawa wiąże się ze sporymi kosztami wynikającymi również z faktu dokonania jej jedynie w wyspecjalizowanym warsztacie, bądź autoryzowanym serwisie. Minus stanowi również koszt zakupu pojazdu, zarówno fabrycznie nowego, jak i na rynku wtórnym: są one droższe od swoich odpowiedników bez zmiennych faz rozrządu.

Co się psuje?

Objawami niesprawności systemu może być hałas podczas pracy zimnego silnika, a także jego niestabilna praca (lub wyłączanie się) na biegu jałowym. Czasami mogą również występować problemy z uruchomieniem jednostki napędowej lub utrata mocy. Z kolei fizycznymi dowodami, świadczącymi o uszkodzeniu systemu zmiennych faz rozrządu, są wycieki oleju z regulatora faz rozrządu lub z zaworu elektromagnetycznego.