Technologie v čase: jak funguje proměnné časování ventilů
Srdcem většiny dnešních vozidel je spalovací motor, který během své stoleté historie značně pokročil.
V tomto seriálu jsou popsány některé klíčové inovace v technologii motorů a poté se podíváme na alternativy ke spalovacímu motoru. Tento týden se dozvíte, jak funguje proměnné časování ventilů.
Podívejte se na další díly tohoto seriálu:
Technologie v čase: Vstřikování paliva
Technologie v čase: Přeplňování
Technologie v čase: Přeplňování turbodmychadlem
Technologie v čase: Aby spalovací motor mohl produkovat výkon, musí do komory válců vstupovat vzduch a z komory válců musí vystupovat výfukové plyny
Účel
Vznikne-li spalovací motor, musí do něj vstupovat vzduch a z komory válců musí vystupovat výfukové plyny. Otevírání a zavírání těchto sacích a výfukových cest je řízeno ventily, známými jako sací, resp. výfukové ventily.
Bez proměnného časování ventilů by tyto sací a výfukové ventily pracovaly stejným způsobem bez ohledu na otáčky motoru (otáčky za minutu) nebo jízdní prostředí. To není ideální, protože řidič může chtít od motoru odlišné chování v celém rozsahu otáček. Například při vysokých otáčkách si řidič může přát vyšší výkon, zatímco při nízkých otáčkách s nižším zatížením motoru může být prioritou úspora paliva.
Jednoduchý průřez ventilu a motoru.
Variabilní časování ventilů umožňuje toto rozdílné chování tím, že mění způsob práce sacích a výfukových ventilů při různých otáčkách motoru. Pomáhá tak optimalizovat výkon motoru a zároveň zlepšuje spotřebu paliva a emise.
Historie
Alfa Romeo Spider 2000 byla prvním sériově vyráběným vozidlem s proměnným časováním ventilů.
Potřeba proměnného časování ventilů byla rozpoznána již v roce 1924, kdy Američané patentovali ventil s proměnnou dobou otevření pro spalovací motor. Model Alfa Romeo Spider 2000 byl v roce 1980 prvním sériovým vozidlem na světě, které bylo vybaveno systémem proměnného časování ventilů.
Jak to funguje?
Výrobci automobilů mají pro technologii proměnného časování ventilů obvykle vlastní názvy. Například Toyota používá systém „VVT-I“ (Variable Valve Timing with Intelligence), zatímco Honda poněkud familiárně nazývá svůj systém „VTEC“ (Variable Valve Timing and Lift Electronic Control).
Toyota Chaser byla jedním z prvních vozů, které obdržely svou verzi technologie VVT-i.
Ačkoli se tyto systémy mohou lišit v provedení, všechny mají stejnou základní technologii a technické principy.
Aby se sací a výfukové ventily otevíraly a zavíraly, jsou spojeny s rotující vačkovou hřídelí, která je umístěna nad ventily.
Proslulá technologie VTEC společnosti Honda se používá v celé její řadě.
Technologie variabilního časování ventilů řídí tři klíčové charakteristiky sacích a výfukových ventilů:
- Časování ventilů – body v pohybu pístu, ve kterých se ventily otevírají a zavírají.
- Doba trvání ventilů – jak dlouho zůstávají ventily otevřené.
- Zdvih ventilů – jak moc jsou ventily fyzicky otevřené (jejich otevírací otvor).
K tomu slouží různé snímače, jako jsou snímače průtoku vzduchu a polohy vačkového hřídele, které předávají informace řídicí jednotce motoru (ECU) vozidla, která pak pomocí různých mechanismů řídí výše uvedené charakteristiky ventilů. Například systém VTEC společnosti Honda fyzicky pohybuje vačkovým hřídelem, aby ventily měly větší zdvih.
Velmi základní přehled fungování systému VTEC.
Budoucnost
Současné systémy proměnného časování ventilů se spoléhají na manipulaci s vačkovým hřídelem, aby nepřímo změnily tři výše uvedené klíčové charakteristiky ventilů. To následně omezuje variabilitu ventilů. Místo toho mohou budoucí systémy proměnného časování ventilů umožnit přímé ovládání každého ventilu (někdy označované jako motor „bez vačky“ nebo „s volným ventilem“), což umožní nekonečnou variabilitu a následně lepší výkon motoru.