Amikor a klasszikus időzítés már nem elég

A belső égésű motorok egyik legnagyobb problémája, hogy normál esetben egyetlen optimális munkaponton működnek jól, amihez egy konkrét állapothalmaz (fordulatszámtartomány, szelepállás, szelepnyitás stb.) tartozik.

A valóságban azonban rengeteg különböző üzemállapot előfordul, melyekhez a vezérlés képtelen volt alkalmazkodni – egészen addig, amíg el nem terjedtek azok a megoldások, melyek a látszólagosan teljesen kötött mechanikai kapcsolat mellett is képesek valós időben módosítani a vezérlést valamilyen módon.

Történeti áttekintés

Ahogyan a bevezetőben említettük, a cél, hogy a szelep nyitási időtartamát a motor fordulatszámához igazítsák – ez először az 1920-as években vált nyilvánvalóvá, amikor a megengedett legnagyobb fordulatszám-határértékek általános értelemben emelkedni kezdtek.

Körülbelül addig az időpontig egy motor alapjárati fordulatszáma és üzemi fordulatszáma nagyon hasonló volt, ami azt jelenti, hogy nem volt szükség a változó szelepidőre. A változtatható szelep-időzítést először az 1903-as Cadillac Runabout és Tonneau modelleken használták, amelyeket az Alanson Partridge Brush 767 794 számú szabadalma hozott létre „INLET VALVE GEAR FOR INTERNAL EXBUSTION ENGINES”, amelyet 1903. augusztus 3-án nyújtottak be, és 1904. augusztus 16-án adtak át.

Valamivel 1919 előtt Lawrence Pomeroy, a Vauxhall főtervezője egy 4,4 literes motort tervezett a meglévő 30-98 modell cseréjére, amelyet H-Type-nak neveztek el. Ebben a motorban az egyetlen felső vezérműtengelynek hosszirányban kellett elmozdulnia, hogy lehetővé tegye a különböző vezérműtengely-profilok bekapcsolását. Az 1920-as években kezdtek megjelenni az első szabadalmak a változó időtartamú szelepnyitásra – például az 1 527 456 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalom.

1958-ban a Porsche német szabadalom iránti kérelmet nyújtott be, amelyet 1959-ben GB861369 brit szabadalomként is közzétettek. A Porsche szabadalom oszcilláló bütyköt használt a szelepemelés és az időtartam növelésére. A dezmodromikus bütyök egy excentertengelyről vagy lengőlemezről toló/húzó rúddal hajtott. Nem ismert, hogy készült-e valaha működő prototípus.

A Fiat volt az első autógyártó, amely szabadalmaztatott funkcionális, változó emelést is magában foglaló, változó szelepvezérlésű autóipari rendszert. A Giovanni Torazza által az 1960-as évek végén kifejlesztett rendszer hidraulikus nyomást használt a bütyökkövetők támaszpontjának változtatására (3 641 988 számú amerikai szabadalom). A hidraulikus nyomás a motor fordulatszámának és a szívónyomásnak megfelelően változott. A tipikus nyitási eltérés legfeljebb 37% volt.

Az Alfa Romeo volt az első gyártó, amely változó szelepvezérlésű rendszert alkalmazott sorozatgyártású autókban (4 231 330 számú amerikai szabadalom). Az 1980-as Alfa Romeo Spider 2000 üzemanyag-befecskendezéses modelljei mechanikus VVT rendszerrel rendelkezett. A rendszert Giampaolo Garcea tervezte az 1970-es években. 1983-tól minden Alfa Romeo Spider modell elektronikus VVT-t használt.

1989-ben a Honda kiadta a VTEC rendszert. Míg a korábbi Nissan NVCS megváltoztatja a vezérműtengely fázisát, a VTEC külön bütykös profilra vált nagy motorfordulatszámon a csúcsteljesítmény javítása érdekében. Az első VTEC-motor, amelyet a Honda gyártott, a B16A volt, amelyet a Japánban és Európában kapható Integra, CRX és Civic ferdehátú modellekbe szereltek be.

1992-ben a Porsche először mutatta be a VarioCam-et, amely az első rendszer volt, amely folyamatos beállítást biztosított (minden korábbi rendszer diszkrét beállítást használt). A rendszer a Porsche 968-ban jelent meg, és csak a szívószelepeken működött.

Gyakorlati megvalósítások

Profilváltás

Ez a módszer két bütyökprofilt használ, egy működtetővel a profilok közötti váltáshoz (általában egy adott motorfordulatszámon). A bütyökkapcsolás változtatható szelepemelést és változó időtartamot is biztosíthat, azonban a beállítás inkább diszkrét, mint folyamatos.

Ennek a rendszernek az első gyártási alkalmazása a Honda VTEC rendszere volt. A VTEC megváltoztatja a hidraulikus nyomást egy csap működtetéséhez, amely a magas emelésű, hosszú ideig tartó billenőkart reteszeli a szomszédos alacsony emelésű karokhoz.

Oszcilláló bütyök

Ezek a kialakítások oszcilláló vagy lengő mozgást alkalmaznak, egy profillal vezetik meg a bütyköket. Lényegében ez a profil nyitja és zárja a szelepet. Egyes oszcilláló bütykös rendszerek hagyományos bütyökprofilt használnak, míg mások excentrikus bütyökprofilt és hajtórudat. Az elv hasonló a gőzgépekhez, ahol a hengerbe belépő gőz mennyiségét a gőz “levágási” pontja szabályozta.

Excentrikus bütyökhajtás

Az excentrikus bütykös meghajtórendszerek egy excentertárcsa mechanizmuson keresztül működnek, amely lassítja és felgyorsítja a bütyök profiljának szögsebességét forgása közben.

Ennek a rendszernek az az előnye, hogy az időtartam az emeléstől függetlenül változtatható. Hátránya, hogy minden hengerhez két excenteres hajtás és vezérlő szükséges (egy a szívó- és egy a kipufogószelepekhez), ami növeli a bonyolultságot és a költségeket.

Az MG Rover az egyetlen gyártó, amely ezt a rendszert használó motorokat adott ki.

Háromdimenziós bütyökprofil

Ez a rendszer egy olyan bütykös profilból áll, amely a hossza mentén változik (hasonlóan a kúp alakjához). A bütykös profil egyik végén rövid időtartamú/csökkentett emelési profil van, a másik végén pedig hosszabb időtartamú/nagyobb emelési profil.

Ez zökkenőmentes, folytonos átmenetet biztosít a két profil között. A bütyök profiljának a követővel érintkező területének eltolásával az emelés és az időtartam folyamatosan módosítható. Ezt úgy érik el, hogy a vezérműtengelyt axiálisan mozgatják (a motoron keresztül csúsztatják), így az álló követőelem változó profilnak van kitéve, hogy különböző mértékű emelést és időtartamot eredményezzen.

Vezérműtengely nélküli motorok

Azok a motorkonstrukciók, amelyek nem támaszkodnak vezérműtengelyre a szelepek működtetéséhez, nagyobb rugalmasságot biztosítanak a változó szelepidőzítés és a változtatható szelepemelés elérésében. Az egyetlen szériaautó, amely eddig a bütyök nélküli kialakítást alkalmazza, a Koenigsegg Gemera.

Hidraulikus rendszer

Ez a rendszer a motor kenőolaját használja a szívószelep zárásának szabályozására. A szívószelep nyitómechanizmusa egy szelepemelőt és egy dugattyút tartalmaz egy kamrában. Van egy mágnesszelep, amelyet a motorvezérlő rendszer vezérel, amely feszültség alá kerül, és a bütykös emelés ideje alatt egy visszacsapó szelepen keresztül olajat szállít, és az olaj megtelik a kamrában, és az olajteknőbe vezető visszatérő csatornát a szelepcsap elzárja.