Audi Valvelift - Změna zdvihu ventilů

Snahou konstruktérů je vyřešit funkci ventilového rozvodu čtyřdobého motoru tak, aby plnění spalovacích prostorů bylo pro každý jízdní režim ideální. K prvnímu průlomu v tomto směru došlo již před léty, a to zavedením systémů upravujících vzájemnou polohu vačkového hřídele ve vztahu k hřídeli klikovému, čímž bylo dosaženo plynulé změny časování ventilů. Dalším krokem je proměnný zdvih ventilů, ovlivňující průtočný průřez, pro který se používá už několik mechanismů, z nichž téměř každý je vázán vždy na určitou značku automobilů. Se zajímavým systémem, pojmenovaným Valvelift, resp. AVS (Audi Valvelift System), přišla německá automobilka Audi.

Společnost Audi tento nový systém začala využívat u vidlicových šestiválců FSI s přímým vstřikem benzinu (FSI). Oba vačkové hřídele na straně sání mají ozubení a na něm je uložena vždy trojice tzv.vačkových pouzder ve formě válcových objímek, na jejichž povrchu jsou kromě profilů vaček ještě spirálově vedené drážky. Struktury obou hlav válců motoru V6 dostaly integrované členy s kovovými kolíky, které se prostřednictvím rychle reagujících elektromagnetů vysunují o čtyři milimetry. Pro každé vačkové pouzdro jsou k dispozici dva integrované členy. V případě potřeby vysunutý kolík zajede do spirálové drážky a posune pouzdro na rotujícím hřídeli o sedm milimetrů, takže úzký otočný člen rozvodové páky přejde z jednoho excentrického profilu na druhý, příslušně měnící zdvih ventilu. Pouzdro je ve své koncové poloze zajištěno čepem, aktivovaným pružinou. Kovový kolík nyní bez elektrické aktivace se mechanicky zasune zpět.

Každé vačkové pouzdro má těsně vedle sebe dva vačkové profily, a to pro malý i velký zdvih ventilu. Posune‑li se směrem vpravo do polohy plného zatížení motoru, je s ventilem spojený profil, který dává oběma ventilům stejný zdvih, jenž činí 11 milimetrů. Tento zdvih je optimální pro velká plnicí množství a velké rychlosti proudění (na obrázku, vyjadřujícím princip systému Valvelift, jsou tyto vačky označeny červeně). Při dílčím zatížení motoru posouvá levý kolík vačkové pouzdro na levou stranu a aktivuje tak vačkové profily, které sacím ventilům dávají menší a v této dvojici rozdílný zdvih, konkrétně 2,0 a 5,7 milimetru. Asymetrické otevření způsobuje, že nasávaný vzduch rotuje ve válci, přičemž tento vír dále podporují hrany a nerovný povrch spalovacího prostoru spolu s tvarem pracovního pístu. Zážehové motory FSI s přímým vstřikem benzinu se tímto způsobem zbavily jinak nepostradatelných usměrňovacích klapek v sacím traktu.

Ke změně zdvihu ventilů dochází v rozmezí otáček 700 až 4000 min‑1 a uskutečňuje se během dvou otáček klikového hřídele. O to, aby přitom nedošlo zároveň ke skokové změně hodnoty točivého momentu, se stará řada krátkodobých zásahů do chodu motoru, kam patří například posunutí okamžiku zážehu, přestavení všech čtyř vačkových hřídelů a uzavření škrticí klapky. Řidič tak pociťuje pouze stejnoměrný nárůst hnací síly a spontánní odezvu na pohyb plynového pedálu. Nejdůležitějším důsledkem je samozřejmě snížení spotřeby paliva až o sedm procent, přičemž největší úsporný potenciál vykazuje systém AVS při konstantní rychlosti ve středních otáčkách. V takovém případě jede vůz Audi A6, vybavený motorem 2.8 FSI V6, na šestý rychlostní stupeň až do rychlosti 150 km/h s menším zdvihem ventilů.

U konvenčních zážehových agregátů jsou energetické ztráty škrcením nevyhnutelné, protože množství nasávaného vzduchu je třeba regulovat podle zátěže motoru. Motor nasává vzduch přes škrticí klapku v sacím potrubí, která je při dílčím zatížení pouze pootevřená, a toto škrcení proudu vzduchu samozřejmě účinnost motoru snižuje. Naopak systém AVS dovoluje množství nasávaného vzduchu ve velkém rozsahu řídit otevřením sacích ventilů. Škrticí klapka může většinou zůstat i při požadavku dílčího výkonu plně otevřena, a tak se ztráty škrcením redukují. Dosavadní systémy nasávání vzduchu do válce pomocí variabilního zdvihu ventilů pracují s přídavnými pákami, či s hrníčkovými zdvihátky mezi vačkami a ventily. S nimi však narůstají pohyblivé hmoty, stoupají třecí síly a tuhost ventilového rozvodu poněkud klesá. Konstruktéři motorů Audi však tvrdí, že jejich ve dvou stupních pracující Valvelift tyto problematické vedlejší účinky eliminuje. Jeho relativní jednoduchost snáší bez těžkostí otáčky až do 7000 min‑1, což dovoluje dosažení špičkových výkonů, navíc kompaktní provedení systému nepřidělává konstruktérům starosti, jak motor ve voze nejlépe umístit. Vývoj AVS trval šest let a jeho tvůrci v něm vidí značný příslib do budoucna. Teoreticky lze vyvíjet další stupně, které by vedly až k realizaci postupného vyřazení jednotlivých válců z provozu podle potřeby a zatížení motoru.

Princip systému Audi Valvelift:
A – jakmile se vačkové pouzdro posune kolíkem zasunutým do drážky (vyznačeno zeleně) směrem doleva, působí na sací ventily vačky udělující malý zdvih, pro každý ventil jiný, což je nastavení pro nízké otáčky;
B – při vysokých otáčkách se vačkové pouzdro přesouvá vpravo (červená drážka), čímž se aktivují ostré vačky, jež dávají oběma ventilům větší zdvih

Zdroj: Automobil 10/08
Autor: Pavel Biskup