Realizácia variabilného časovania ventilov v motore Honda K20 (systém i-VTEC)

Variabilné časovanie ventilov, alebo rozvod s premenlivým časovaním (v angličtine Variable Valve Timing - VVT) je konštrukčné riešenie ventilového rozvodu piestového spaľovacieho motora, ktoré umožňuje prispôsobiť okamih otvárania a zatvárania ventilov podľa potreby, nezávisle od polohy kľukového hriadeľa.

Pri štandardnom rozvode je časovanie dané jeho geometriou a pohyb ventilov je pevne zviazaný s polohou kľukového hriadeľa.

Pri variabilnom časovaní sa prihliada na otáčky motora, zaťaženie, podmienky okolia a iné faktory. Technicky to znamená vniesť do konštrukcie rozvodu ďalší stupeň voľnosti, ktorý umožňuje dynamicky meniť parametre časovania podľa vhodného algoritmu.

Konštrukčné riešenie

Konštrukčne možno variabilné časovanie ventilov dosiahnuť napríklad nasledovnými spôsobmi:

• mechanicky ovládaný vačkový hriadeľ,
• hydraulické presúvače vačkového hriadeľa,
• hydraulické ovládanie ventilov,
• elektromagneticky ovládané ventily.

História

Počiatky variabilného časovania ventilov spadajú do roku 1903, kedy bol v USA podaný patent na zlepšenie spaľovacieho motora variabilným mechanizmom.

Výhody

Variabilné časovanie ventilov sa používa hlavne pri zážihových motoroch. Ich zásadnou nevýhodou je regulácia škrtením, ktorá spôsobuje pokles účinnosti pri nízkych zaťaženiach. Variabilným časovaním je možné redukovať, alebo odstrániť škrtiacu klapku, čím sa zvýši hydraulická čistota sacieho potrubia a zvýši sa plniaca účinnosť najmä pri nízkych zaťaženiach.

Ďalším faktorom u piestových spaľovacích motorov sú dynamické javy nestacionárneho prúdenia pri plnení a vyprázdňovaní valcov. Tieto javy sú závislé od otáčok motora, preto motor s pevným časovaním, pracuje efektívne len v úzkom rozpätí otáčok, kedy vlnové efekty podporujú plnenie alebo vyprázdňovanie valcov. V iných režimoch môžu vlnové efekty plnenie a vyprázdňovanie zhoršovať. Variabilné časovanie umožňuje prispôsobiť prácu ventilového rozvodu tak, aby využíval pozitívne vplyvy vlnových efektov v čo najširšom rozmedzí otáčok.

Výsledkom je dosiahnutie lepšej momentovej charakteristiky motora. Konkrétne použitie variabilného časovania ventilov môže priniesť:

• 10 - 30 % zníženie spotreby paliva,
• 20 - 25 % zníženie produkcie emisií výfukových plynov (najmä nespálených uhľovodíkov)
• 10 - 15 % zvýšenie efektívneho výkonu a krútiaceho momentu.

Zdroje

• Dickens J.N. : VVT variables. (in) Engine technology international, November 1997, UIP UK & International Press UK, 1997.
• Goldstein R.J. : Variables of electromagnetic valve actuator performance. (in) Engine technology international, November 1997, UIP UK & International Press UK, 1997.