Różne sposoby działania zmiennych faz rozrządu zostały opracowane już w epoce pary. W konwencjonalnych samochodowych silnikach spalinowych zmienne fazy rozrządu (Variable Valve Timing – VVT) zostały po raz pierwszy opatentowane przez Fiata pod koniec lat 60, ale dopiero Alfa Romeo był pierwszym producentem, który wprowadził zmienne fazy rozrządu do produkcji seryjnej w modelu Spider 2000 z 1980 roku. Od tego czasu wielu producentów zaprojektowało i wcieliło w życie zasady działania zmiennych faz rozrządu. Wraz z pojawieniem się wielu wariantów producenci wprowadzili nowe nazwy dla tego systemu, a w następstwie tego pojawiło się wiele określających go akronimów.
Pojazdy ze standardowym silnikiem bez zmiennych faz rozrządu posiadają wałki rozrządu, których nie da się regulować. Oznacza to, że skok zaworu, moment i czas trwania są niezmienne. Gdy wałki rozrządu i wał korbowy zostają zsynchronizowane za pomocą specjalnych narzędzi lub znaków odniesienia, fazy rozrządu pozostają niezmienne.
Zmienne fazy rozrządu stosuje się w celu poprawienia osiągu, aby ograniczyć zużycie paliwa i obniżyć emisję spalin. Większy zakres przekrycia zaworów i skoku zaworów, regulację momentu i czasu trwania można osiągnąć zależnie od liczby obrotów silnika, obciążenia i temperatury. Optymalizuje to pracę silnika przy różnych obciążeniach i w różnych warunkach.
Na przykład, przy niskich obrotach silnika fazy rozrządu mogą być przyspieszone, co wpływa na lepszą reakcję przepustnicy i moment obrotowy. Natomiast przy dużym obciążeniu fazy rozrządu mogą być opóźnione, co pomaga w zredukowaniu emisji spalin.
Gdy silnik pracuje na wysokich obrotach, czas otwarcia zaworu jest dłuższy, co pozwala na zwiększenie mocy.
Na rynku występują różne rodzaje zmiennych faz rozrządu, ale najbardziej rozpowszechnione jest przesunięcie kątowe wałka rozrządu, w którym stosuje się regulator lub przestawiacz umieszczony na kole zębatym lub łańcuchowym wałka rozrządu. Wczesne wersje tego systemu miały prostą konstrukcję i stosowane były jedynie na wałkach rozrządu zaworów ssących. Określane jako „nieciągłe” systemy te posiadają jedynie dwa ustawienia (wyłączone i włączone), a zmiana faz rozrządu następuje przy określonej liczbie obrotów silnika (np. system Single VANOS w BMW). Większość tego typu systemów jest regulowana mechanicznie za pomocą stożkowej przekładni śrubowej z regulatorem.
Nowocześniejsze wersje systemu przesunięcia kątowego wałka rozrządu, w zależności od producenta, stosują pojedyncze lub podwójne regulatory i są regulowane elektronicznie a napędzane hydraulicznie. Ten typ określany jest jako „ciągły”. Ciśnienie oleju, kontrolowane przez zawór elektromagnetyczny sterowany przez komputer sterujący silnika, zmienia położenie kątowe wałków rozrządu, kierując ruchem oleju w kanałach wewnętrznego wirnika, który napiera na łopatki.
Zaletą tego systemu jest ciągłe dostrajanie faz rozrządu do dowolnej prędkości obrotowej silnika oraz ogólna płynność przełączania w porównaniu z systemem „nieciągłym”.
| 1 | Obudowa sterująca |
| 2 | Wałek rozrządu |
| 3 | Strona opóźnienia |
| 4 | Zawracanie oleju |
| 5 | Ciśnienie doprowadzania oleju |
| 6 | Zawracanie oleju |
| 7 | Nastawnik wałka rozrządu |
| 8 | Strona przyspieszenia |
| 9 | Kanał olejowy opóźnienia |
| 10 | Kanał olejowy przyspieszenia |
| 11 | Wirnik wewnętrzny |
| 12 | Wirnik zewnętrzny |
| 13 | Kanały pierścieniowe |
Zmiana krzywek
Niektórzy producenci, np. Honda w systemie VTEC, stosują oddzielne krzywki dla każdego z zaworów na wałku rozrządu zaworów ssących i wydechowych (chociaż wczesne silniki SOHC z jednym wałkiem rozrządu w głowicy stosowały tę metodę tylko dla zaworów ssących). Pod wpływem ciśnienia olejowego dźwigienka zaworowa wysokiego skoku i dłuższego czasu trwania zostaje zespolona z dźwigienkami zaworu niskiego skoku i krótkiego czasu trwania przy pomocy trzpienia. Mimo że jest to dostrojenie raczej „nieciągłe” niż „ciągłe”, metoda ta jest najbardziej popularna na rynku samochodowym, gdyż pozwala osiągnąć duży przyrost mocy.
System ten jest bardziej skomplikowany i kosztowny. Połączenie przesunięcia kątowego i zmiany krzywek może prowadzić do poprawy wydajności, zwiększenia mocy i lepszego działania układu emisji spalin.
Producentem, który opracował taki system, jest Porshe i nosi on nazwę „Variocam Plus”. Na wałkach rozrządu zaworów ssących umieszczony jest regulator i dwa rodzaje krzywek o różnym kształcie oraz popychacze hydrauliczne posiadające wewnętrzny i zewnętrzny podnośnik. Wewnętrzny podnośnik styka się ze środkową krzywką (mniejszy skok i krótszy czas trwania). Gdy wymagany jest wyższy skok, wewnętrzny i zewnętrzny podnośnik zostają zespolone za pomocą trzpienia, który jest uruchamiany przy pomocy sterowanego elektronicznie zaworu hydraulicznego. Po zespoleniu podnośników do działania przystępują zewnętrzne krzywki, które zapewniają większy skok zaworu i dłuższy czas trwania. Systemy przesunięcia kątowego wałka rozrządu i zmiany krzywek są regulowane oddzielnie przez komputer sterujący silnika. Najważniejsze stosowane parametry to prędkość obrotowa silnika, wybór biegu, położenie pedału przyspieszenia, temperatura oleju silnikowego oraz temperatura płynu chłodzącego.
| 1 | Kierunek obrotu |
| 2 | Regulator |
| 3 | Przyspieszanie |
| 4 | Opóźnianie |
| 5 | Wałek rozrządu zaworów ssących |
| 6 | Wewnętrzny podnośnik |
| 7 | Popychacz hydrauliczny (zewnętrzny podnośnik) |
Fiat posiada już system „Twin Air”, w którym zastosowano układ zaworów hydraulicznych, który wprawia w ruch tłoki hydrauliczne, które otwierają obydwa zawory ssące jednocześnie. Zawory wydechowe działają w sposób konwencjonalny używając wału korbowego i popychaczy.
W ciągu ostatnich lat producenci zaczęli prowadzić badania, eksperymentować i opracowywać silniki spalinowe bez wałków rozrządu. Może to oznaczać koniec mechanizmu zaworowego i zmiennych faz rozrządu, z jakimi mieliśmy do tej pory do czynienia.