A teljesítményesés okait a gázlengések vizsgálatakor találjuk meg, ugyanis sem a szívó-, sem a kipufogócsatornában nem folyamatosan áramlanak a gázok, hanem szakaszosan, impulzusszerűen. Ez azt jelenti, hogy meg kell indítanunk őket, ami időt vesz igénybe, valamint áramlásuk az őket mozgásba hozó erők megszűnte után sem áll meg azonnal, mert tömeggel rendelkeznek, s a tehetetlenség még viszi tovább őket egy ideig. Leegyszerűsítve a dolgot elmondható, hogy ha az áramlásra rendelkezésre álló időt és a keresztmetszetet hatékonyan akarjuk kihasználni, egyrészt korábban el kell kezdenünk nyitni a szelepeket, hogy maga az áramlás már bőséges átmérőn történhessen, másrészt később zárni őket, hogy a gázoszlop lendületét is kihasználjuk.
Minden fordulatszámhoz egyedi vezérműtengely?
Legegyszerűbben talán a szívószelep helyes zárási pillanatának problémájával tudnám szemléltetni a dolgot. A dugattyú halad az alsó holtpont irányába, a gázok áramlanak a hengerbe a nyitott szelepen keresztül. Mikor helyes bezárni? Pontosan az alsó holtpontban? Balgaság lenne, mert a lendületbe hozott gázoszlop még továbbra is törekedne befelé, pedig a dugattyú áll, azaz elméletileg szívóütem véget ért. Hagyjuk még nyitva azt a szelepet, de meddig? Logikusnak tűnik a válasz, ameddig a gázoszlop törekszik befelé, azaz addig, míg meg nem áll. És itt van a kutya elásva. Ez a pillanat a fordulatszámtól függ, s korántsem biztos, hogy ideális főtengelyállásnál, illetve dugattyúhelyzetnél történik.
Alapjárathoz közeli esetekben a helyes zárási pillanat közel esik az alsó holtponthoz, növekvő fordulatszám esetén azonban érdemes lenne késleltetnünk. Igen ám, de vagy konstruálunk egy alacsony fordulaton nyomatékos motort (a korai zárást választva), vagy később zárjuk a szelepet, és - nagy csúcsteljesítményű, pörgős gépet kapva - kedvezőbbé tesszük az áramlási viszonyokat magas fordulaton. Választás elé állít minket a fizika: enduró vagy gyorsasági? Ez minden hagyományos vezérlésű motornál eldöntendő kérdés, már a tervezési fázisban. A mérnököket azonban foglalkoztatta a kérdés, hogyan lehetne ötvözni a két tulajdonságot, az alsó tartományban kiaknázható nagy nyomatékot és a felül jelentkező nagy teljesítményt? Hogyan lehetne a nyitási és zárási időket, pillanatokat üzem közben rugalmasan változtatni? Ha beírjátok a keresőbe: variable valve timing, a képözön szépen illusztrálja a tervezők igyekezetét. A gépjárműtechnika számos megoldást alkalmaz, lássuk a motorkerékpárokon előfordulókat!
YCC-I: Yamaha Chip Controlled Intake
A Yamaha egyszerű megoldást választott, nem bonyolítja a hengerfejet. A levegőszűrő házban találjuk az elmés szerkezetet, a változtatható hosszúságú szívócsövet. Az elgondolás alapja az, hogy ha a gázoszlop a szívócsőben impulzusszerűen közlekedik, akkor a csővégeknél visszaverődik. Ha az ide-oda verődő nyomáshullám megfelelő időpontban érkezik a szelephez, a szívóütem kezdeténél, akkor segíti a feltöltést, ha rosszkor, akkor pedig rontja azt.
Egy hagyományos szívórendszernél a fordulatszám emelkedésével „javít és ront” periódusok mutatkoznak a nyomatékgörbén, itt azonban kihasználják azt a jelenséget, hogy a lengést, azaz a frekvenciát a szívócső hossza befolyásolja. Ha pedig változtatni tudjuk a cső hosszát, akkor kedvezően tudjuk befolyásolni a nyomáshullám visszaverődési pillanatát.
Suzuki VC
A 400-as Banditokon és RF-eken található megoldás lényege, hogy a vezérműtengelyeken kétféle kialakítású bütyök található. Mindkét bütyökprofilhoz kapcsolódik egy-egy himba, az egyik azonban kiiktatható. A himbatengely excentrikusan lett kialakítva, ennek elfordításával hol távolodik, hol közeledik a himba a vezérműtengelytől. Ha a magasabb emelésű bütyök himbáját eltávolítjuk a vezérműtengelytől, az alacsonyabb emelésű profil működteti a szelepeket - egyszerűnek tűnik így leírva, maga a szerkezet azonban igen komplikált.
A himbatengelyeket a motor kenőrendszeréből vett olajnyomás fordítja el, méghozzá hidraulikus dugattyú, valamint fogaslécek segítségével. A vezérlőimpulzust a motor gyújtáselektronikája szolgáltatja nagyjából hétezres fordulatszám környékén. Bonyolultsága ellenére meglepően hibamentesen működik a rendszer. Csak szelepállítás kísérlete esetén szokott „azta…va, tegyük vissza gyorsan a szelepfedelet” felkiáltással végződni a tevékenység, pedig hálás darabok, megérdemlik a procedúra pontos végrehajtását.
Ha rászánjuk magunkat, tudnunk kell, hogy 16 darab hagyományos, 7,48 mm-es átmérőjű lapkát, valamint 16 teljesen egyedi, rajszög alakút alkalmaz a Suzuki. Ezekre azért van szükség, mert nem a felső rugótányérban helyezkednek el, így kiesésüket csak a lapkából kiálló kis pecek akadályozza meg. Emiatt a síkköszörülés kizárt, tehát készüljünk fel, hogy alkatrészrendelős, kivárós munkába kezdünk.
A himbák túloldalán található egy csavaros hézagállítási lehetőség is, mellyel az épp nem dolgozó himba „lifegését” tarthatjuk kordában. Szelepenként tehát három hézagállítás, kettő lapka és egy csavar, az összesen annyi, mint 36 hézag belövése. Hab a tortán, hogy egy szeleprendszeren belül az egyik hézag állítása változtatja a másik hézagot, a sorrend ezért kulcsfontosságú, valamint az egyes hézagok az excenteres himbatengely meghatározott állásainál mérhetőek, állíthatóak. Tapasztalt szerelőknek is kemény feladat, egy javítási útmutató erősen javallott!
Honda VFR VTEC
A Honda teljesen más utat választott a cél eléréséhez. Egyes szelepeket, pontosabban azok emelését ki tudják iktatni, így a hengerenkénti két-két szívó- és kipufogószelepből az ún. szabályozási fordulatszám alatt csak egy-egy működik. Ezt a Honda mérnökei úgy oldották meg, hogy a szelepemelő-tőke a szelep szárához képest - annak tengelyirányában - eltolható, illetve működtetéskor reteszelhető, tehát kikapcsolt állapotban csak az emelőtőke mozdul el a bütyökprofilnak megfelelően. A szabályozott szelepeknél a szelep szárának hossza éppen annyival rövidebb, amennyi a vezértengely bütyök csúcsa és alapköre közötti távolság (ez megegyezik a szelep löketével).
Gyakorlatilag hatalmas szelephézagot alkalmazunk, melyet a vezérműtengely emelése nem képes áthidalni. Ezért működés közben az emelőtőke éppen nem éri el a szelepszárat, így a szelep mindig zárva marad. Hétezres percenkénti főtengelyfordulatnál a szelepemelő-tőkében keresztirányban elhelyezett munkahengerben elmozdul egy retesz, melynek magassága a szelepszár meghosszabbításául szolgál, az éppen előbb említett mértékben. Ez a rendszer is megbízható, jellemző hibák nélkül működik, viszont a karbantartást, pontosabban a szelephézag-ellenőrzést jelentősen megnehezíti.
Szelepenként két rugót alkalmaz a gyártó, ezekből a kisebb méretű belső magát a szelepet nyomja, míg a külső az emelőtőkét tolja a vezérműtengely felé. Ebből kifolyólag nem mérhető hagyományos módon szelephézag a vezérműtengely és az emelőtőke között. A méréshez el kell távolítanunk a külső rugót, majd a kis, normális működés közben eredetileg olajnyomással betolt reteszt egy célszerszám segítségével be kell tolnunk abba a helyzetbe, ahol egyébként nagy fordulaton található. Csak ezután vehetjük kézbe a hézagmérőt. Cifrázza a helyzetet, hogy ezeknél a szelepeknél nem találhatóak hagyományos lapkák, állításra a különböző magasságú emelőtőkék cseréjével van lehetőségünk.
Ducati Desmodrómikus vezérlés (DESMO)
Igaz, ez alapvetően nem változó szelepvezérlés, de nem hagyhatjuk ki a különleges vezérlések sorából, már csak azért sem, mert az elmúlt években változtatható verzióját is kifejlesztette a gyár. Amúgy olyan kényszervezérlésről van szó, amelynél a szelep zárását nem rugó biztosítja, sőt szeleprugó, mint szerkezeti elem nem is szerepel a rendszerben. A szelepet ugyanolyan bütyök nyitja, mint más vezérlés esetén, zárásáról viszont inverz bütyök gondoskodik, amely külön himbán keresztül kényszeríti zárásra a nyitott szelepet.
Hatalmas előnye, hogy rugó hiányában nem kell félnünk annak ellebegésétől, így igen meredek vezérlési karakterisztikák valósíthatók meg. A rendkívül rövid nyitási-zárási időknek köszönhetően hosszabb ideig áll rendelkezésre a teljesen nyitott áramlási keresztmetszet. További jelentős előny a vezértengely hajtási nyomatékának igen jelentős csökkenése, így ez a hasznos munka is a jármű mozgatására használható fel, bordásszíj is elegendő az erőátvitelhez. Hátrányként említeném a kissé zajos működést, valamint a nehézkes és sűrűbben végzendő szelepállítást. Utóbbi okozója a szelep és a szelepülés közötti nyomástartó zárás, melyet nem előfeszített rugó segít, hanem az inverz bütyök által mozgatott himba.
Természetesen záráskor itt is szükséges némi szelephézag. Jól beállított hézagok esetén azért nem kell számolnunk nyomásveszteséggel, mert a gyár beépít egy gyenge ollórugót, amely a szükséges minimális zárási hézag esetén is segíti a biztos zárást. Így megkímélhetjük a vezérművet az esetleges megfeszüléstől, tehát kisebb a törés esélye. Túl nagy zárási hézag esetén a szelep mellett gázátfúvás jöhet létre, ami annak beégését eredményezheti. Ezek az okok magyarázzák a Desmodromic vezérlés lecsökkent szelepállítási intervallumát. Leszámítva a hátrányait ez a megoldás teljesítményleadás szempontjából igen hatásos, nem csodálkoznék, ha a jövőben minden Ducati megkapná.
Utószó
A változtatható paraméterű szelepvezérlés nemcsak teljesítményleadás, hanem károsanyag-kibocsátás szempontjából is hasznos, hiszen egy ilyen rendszer alkalmazásával jelentősen csökkenthető az emisszió. Mivel a gyártók napjainkban egyre nagyobb hangsúlyt fektetnek a légszennyezettség mérséklésére, gépjárműveikben idővel elengedhetetlen lesz a változtatható paraméterű vezérlés használata. Ez főként az autóiparban jelentős, mert kipufogógáz-mennyiségük jóval nagyobb, mint a motorkerékpároké, elvégre a kétkerekűeknél kis hengerűrtartalom mellett is a minél nagyobb teljesítmény az elsődleges cél, gyakran a használhatóságtól függetlenül.
A gyártók időnként olyan nagy teljesítményű, szériában gyártott motorokat dobnak piacra utcai használatra szánva, amelyek teljesítményét csak kis százalékban tudjuk kihasználni. Ezért a változtatható paraméterű vezérlés alkalmazása ebben az esetben kevéssé indokolt. Megfigyelhető, hogy ezek a rendszerek (VC, VTEC) jellemzően túrára szánt motorkerékpárokban kaptak helyet, ahol nem a csúcsteljesítmény a legfontosabb. Levonhatjuk tehát a következtetést, hogy a jövőben a változtatható paraméterű szelepvezérlés alkalmazása az autókban szinte alapkövetelmény lehet, míg motorkerékpároknál inkább csak a túra- és sporttúra gépeknél hódíthat teret.