Venttiilien ajoitusta on muutettu erityyppisillä menetelmillä jo höyrykoneiden aikakaudella. Tavallisten ajoneuvojen polttomoottoreihin tarkoitettu muuttuva venttiilien ajoitus (VVT) patentoitiin ensimmäisen kerran 1960-luvun lopulla Fiatin toimesta, mutta ensimmäisen tuotantoversion esitteli Alfa Romeo vuonna 1980 käyttöön otetussa mallissa Spider 2000. Tämän jälkeen useat valmistajat ovat kehittäneet omia VVT-järjestelmiä. Koska eri valmistajat ovat kehittäneet lukuisia erityyppisiä järjestelmiä, käytössä olevien lyhenteiden määrä on kasvanut varsin suureksi.
Tavanomaisessa auton moottorissa, jossa ei ole VVT-järjestelmää, nokka-akselit eivät ole säädettävissä – venttiilien noston, aukioloajan ja ajoituksen arvot ovat kiinteitä. Kun kampi- ja nokka-akselien välinen ajoitus on kerran säädetty kohdalleen joko erikoistyökaluilla tai ajoitusmerkeillä, venttiilien ajoitus ei ole enää muutettavissa.
Muuttuva venttiilien ajoitus parantaa moottorin suorituskykyä, polttoainetaloutta ja päästöjä. Kun venttiilien limitystä, nostoa, aukioloaikaa ja ajoitusta säädellään käyntinopeuden, kuormituksen ja lämpötilan perusteella, moottorin suorituskyky voidaan optimoida kaikkiin kuormitus- ja toimintatilanteisiin.
Alhaisilla käyntinopeuksilla venttiilien ajoitusta voidaan tarvittaessa aikaistaa, jolloin saavutetaan parempi kaasuvaste ja vääntömomentti, ja tietyissä kuormitustilanteissa ajoitusta voidaan myös myöhentää pakokaasupäästöjen pienentämiseksi.
Korkeilla käyntinopeuksilla saavutetaan suurempi moottoriteho pidentämällä venttiilien aukioloaikoja.
Vaikka käytössä on lukuisia erityyppisiä VVT-järjestelmiä, useimmat niistä perustuvat nokka-akselin ajoituksen muuttamiseen, joka toteutetaan jakoketju- tai hihnapyörälle asennetulla säätimellä. Ensimmäisissä varsin yksinkertaisissa versioissa säädeltiin vain imunokka-akselia. Ne olivat luonteeltaan kiinteiden säätöarvojen järjestelmiä, jotka vaihtoivat venttiilien ajoitusta kahden eri asennon välillä (päällä tai pois) ja aina samalla käyntinopeudella (esim. BMW:n yhden VANOS-yksikön järjestelmä). Toimintaperiaate oli useimmiten täysin mekaaninen – jousikuormitettu vinohampainen hammaspyörä säätimen sisällä.
Uudemmissa nokka-akselien ajoitusjärjestelmissä käytetään yhtä tai kahta säädintä, joiden toimintaa ohjataan valmistajan mukaan joko hydraulisesti tai elektronisesti. Tämäntyyppinen järjestelmä on luonteeltaan jatkuvasti säätyvä. Nokka-akselin asentoa säätelee moottorin ohjausyksikön ohjaama magneettiventtiili, nokka-akselin asennon (CMP) käyttölaite. Se ohjaa sisäroottorin eri kammioihin öljynpainetta, jonka voimalla sisäroottorin siivet kiertyvät eri asentoihin.
Järjestelmän etuja kiinteiden säätöarvojen järjestelmään verrattuna ovat venttiilien ajoituksen jatkuva säätö kaikilla käyntinopeuksilla ja pehmeämmät siirtymät säätöalueen ääripäiden välillä.
| 1 | Säätökotelo |
| 2 | Nokka-akseli |
| 3 | Myöhennyspuoli |
| 4 | Öljyn paluu |
| 5 | Öljyn syöttöpaine |
| 6 | Öljyn paluu |
| 7 | Nokka-akselin asennon (CMP) käyttölaite |
| 8 | Aikaistuspuoli |
| 9 | Myöhentävä öljykammio |
| 10 | Aikaistava öljykammio |
| 11 | Sisäroottori |
| 12 | Ulkoroottori |
| 13 | Rengaskanavat |
Nokkaprofiilin muuttaminen
Joidenkin valmistajien järjestelmissä, esimerkiksi Hondan muuttuvan ajoituksen ja noston VTEC (Variable Valve Timing and Lift), on erilliset nokka-akselin nokat kullekin venttiilille sekä imu- että pakonokka-akselilla (aiemmissa SOHC-moottoreissa kuitenkin vain imuventtiileille). Öljynpaineen avulla kytketään tarvittaessa kiinni tappi, joka lukitsee korkean noston ja pitkän aukioloajan keinuvivun viereiseen matalan noston ja lyhyen aukioloajan keinuvipuun. Vaikka kyse onkin kiinteiden säätöarvojen toimintaperiaatteesta jatkuvien säätöarvojen sijasta, tästä moottorityypistä on tullut erittäin suosittu autoharrastajien parissa sen mahdollistaman suuren tehon vuoksi.
Järjestelmistä on tulossa yhä monimutkaisempia ja kalliimpia. Nokka-akselin ajoitusta ja nokkaprofiilia yhdessä muuttamalla saavutetaan parempi hyötysuhde ja teho sekä pienemmät pakokaasupäästöt.
Yksi tällaisen järjestelmän kehittäneistä valmistajista on Porsche, joka on antanut sille nimen Variocam Plus. Järjestelmässä on säädin imunokka-akseleissa, joihin on asennettu myös kaksi eri nokkaprofiilia sekä muuttuvat hydraulinostimet sisemmillä ja ulommilla nostimilla. Sisemmät nostimet käyttävät keskellä olevaa nokkaa (pienempi nosto ja aukioloaika). Kun tarvitaan enemmän nostoa, sisemmät ja ulommat nostimet lukitaan kiinni toisiinsa tapilla, jota käyttää elektronisesti ohjattava hydrauliventtiili. Lukittuna ollessaan ulommat nokat tulevat mukaan toimintaan lisäten venttiilien nostoa ja aukioloaikaa. Moottorin ohjausyksikkö (ECM) säätelee nokka-akselin ajoitusta ja nokkaprofiilia muuttavia järjestelmiä erillisesti. Tärkeimmät säätöparametrit ovat moottorin käyntinopeus, valittu vaihde, kaasupolkimen asento, moottoriöljyn lämpötila ja jäähdytysnesteen lämpötila.
| 1 | Pyörimissuunta |
| 2 | Säädin |
| 3 | Aikaistus |
| 4 | Myöhennys |
| 5 | Imunokka-akseli |
| 6 | Sisempi nostin |
| 7 | Hydraulinostin (ulompi nostin) |
Tulevaisuus
Fiat on jo ottanut käyttöön hydraulisen Twin Air -järjestelmän, jossa molemmat imuventtiilit avataan hydraulisylintereillä. Pakoventtiilejä käytetään edelleen tavanomaisilla nostimilla, joissa on hydraulinen välyksentasaus.
Viime vuosien aikana eri valmistajat ovat tehneet paljon tutkimus-, kokeilu- ja kehitystyötä täysin ilman nokka-akselia toimivista polttomoottoreista. Jos työ alkaa tuottaa tuloksia, perinteisten venttiilikoneistojen ja muuttuvien venttiilinajoitusten aikakausi päättyy.
