Zmienne fazy rozrządu w motocyklu – co to jest i jak działają?

Zmienne fazy przez lata kojarzyły się głównie z samochodami. Dziś coraz częściej pojawiają się również w motocyklach, choć każdy producent rozwiązuje ten temat po swojemu. Tylko o co w tym wszystkim chodzi i czy motocyklista naprawdę odczuje różnicę podczas jazdy?

Zmienne fazy rozrządu w motocyklu – co to jest?

Żeby dobrze zrozumieć zmienne fazy rozrządu, trzeba najpierw powiedzieć, czym w ogóle zajmuje się rozrząd. To właśnie on odpowiada za otwieranie i zamykanie zaworów dolotowych oraz wydechowych. Przez zawory dolotowe do cylindra trafia mieszanka paliwowo-powietrzna albo samo powietrze, a przez zawory wydechowe opuszczają go spaliny. Moment, w którym zawór się otwiera, jak długo pozostaje otwarty i kiedy się zamyka, ma ogromny wpływ na charakterystykę pracy silnika.

Problem polega na tym, że klasyczny rozrząd jest kompromisem. Innych ustawień potrzebuje silnik pracujący nisko, spokojnie i pod małym obciążeniem, a innych jednostka kręcona wysoko, agresywnie i z gazem odkręconym do oporu. Jeżeli rozrząd ustawimy pod niskie i średnie obroty, motocykl może być przyjemny, elastyczny i łatwy w prowadzeniu, ale straci część potencjału w górnym zakresie. Jeżeli ustawimy go pod wysokie obroty, silnik będzie mocny w górnym zakresie krzywej, ale może stać się słabszy na dole i mniej przyjazny w codziennej jeździe.

Zmienne fazy rozrządu mają ten problem rozwiązać. W uproszczeniu chodzi o to, żeby kierujący nie był skazany na jedno ustawienie zaworów w całym zakresie obrotów. System może przestawiać wałek rozrządu, zmieniać moment otwarcia zaworów, zmieniać ich wznios, czas otwarcia albo przełączać się między różnymi profilami krzywek. Efekt ma być taki, że jednostka zachowuje się inaczej przy spokojnej jeździe, inaczej podczas przyspieszania, a jeszcze inaczej wtedy, gdy wskazówka obrotomierza zbliża się do czerwonego pola.

Warto jednak od razu zaznaczyć jedną rzecz. Pod potocznym określeniem zmienne fazy rozrządu wrzuca się dziś kilka różnych technologii. Klasyczne VVT oznacza zmianę faz, czyli przestawianie momentu pracy wałka względem wału korbowego. Systemy takie jak Yamaha VVA czy Honda VTEC to bardziej zmienne sterowanie zaworami, bo aktywują inny profil krzywki albo dodatkowe zawory. BMW ShiftCam i KTM Camshift łączą temat faz rozrządu, wzniosu i profilu krzywek.

Po co stosuje się zmienne fazy rozrządu?

Zmienne fazy rozrządu stosuje się dla lepszego przebiegu krzywej momentu obrotowego i większej użyteczności silnika w szerokim zakresie obrotów. To oznacza, że motocykl może mieć lepsze przyspieszenie na dole, lepiej reagować w średnim zakresie i nadal nie będzie się dusił przy wysokich obrotach. To szczególnie ważne w dużych motocyklach turystycznych, sportowo-turystycznych i adventure, gdzie silnik musi być jednocześnie mocny, elastyczny i łatwy do opanowania. W mieście oczekujemy płynności, w trasie chcemy mieć rezerwę mocy, a na wyjściu z zakrętu – mocne przyspieszenie.

Drugi powód jest bardziej prozaiczny. Chodzi o normy emisji spalin, ekonomię i hałas. Producenci muszą dziś wyciągać z silników dużo mocy, ale jednocześnie spełniać coraz ostrzejsze wymagania homologacji. Dzięki zmiennym fazom rozrządu silnik może pracować spokojniej i efektywniej tam, gdzie nie jest potrzebna pełna moc, a jednocześnie oddychać pełną piersią wtedy, gdy kierowca naprawdę tego oczekuje.

Historia zmiennych faz rozrządu w motocyklach

W motocyklach ten temat rozwijał się wolniej niż w samochodach. Powód był prosty – motocyklowy silnik musi być mały, lekki, zwarty i odporny na wysokie obroty, a każdy dodatkowy mechanizm oznacza dodatkową masę, wyższe koszty, komplikację konstrukcji i kolejne elementy do zmieszczenia w ciasnej przestrzeni.

Jednym z pierwszych szeroko kojarzonych rozwiązań była Honda Hyper VTEC, pokazana pod koniec lat 90. w CB400 Super Four. To nie był taki system, jak samochody VTEC, ale zasada działania była podobna. Przy niższych obrotach silnik pracował spokojniej, a przy wyższych aktywował pełniejszą pracę zaworów. Później VTEC trafił m.in. do VFR800, gdzie stał się jednym z najbardziej rozpoznawalnych, ale też najczęściej dyskutowanych elementów tego motocykla. Jedni lubili charakterystyczne przejście, inni uważali, że mogłoby być łagodniejsze. W świecie miłośników samochodów marki Honda utarło się nawet słynne hasło „The VTEC has kicked in, yo!”

Kolejne lata przyniosły bardziej zaawansowane rozwiązania. Kawasaki zastosowało VVT w dużym 1400 GTR, Suzuki wprowadziło inspirowany MotoGP mechaniczny system SR-VVT w GSX-R1000, Ducati pokazało Testastretta DVT w Multistradzie 1200, BMW rozwinęło ShiftCam w bokserach i silnikach sportowych, a Harley-Davidson wyposażył w VVT nowoczesny silnik Revolution Max, a potem wprowadził to rozwiązanie do Milwaukee-Eight 121.

Zmienne fazy rozrządu – BMW ShiftCam

BMW nazwało swój system ShiftCam i zastosowało go najpierw szeroko w bokserach R 1250, a później również w wybranych silnikach sportowych. Działa on przez zmianę sposobu pracy zaworów dolotowych. Układ może korzystać z różnych profili krzywek, dzięki czemu silnik inaczej zachowuje się przy spokojnej jeździe, a inaczej wtedy, gdy kierowca mocniej odkręca gaz. W bokserach dało to bardzo wyraźny efekt w postaci mocniejszego środka, lepszej elastyczności i bardziej mięsistej reakcji na gaz.

W dużym GS-ie czy RT różnica ma znaczenie praktyczne, bo takie motocykle często jeżdżą z pasażerem, kuframi i w bardzo różnych warunkach. Silnik ma ciągnąć od dołu, ale nie może być ospały na górze. W S 1000 RR i M 1000 RR ta sama idea służy sportowej jeździe – jednostka ma zachować użyteczność w średnim zakresie, ale jednocześnie oddawać pełną moc tam, gdzie zaczyna się prawdziwa zabawa na torze.

Zmienne fazy rozrządu – Ducati DVT i IVT

Ducati od lat idzie własną drogą, bo marka kojarzy się z desmodromicznym sterowaniem zaworami, mocnym charakterem silników i sportowym DNA. System DVT, czyli Desmodromic Variable Timing, pojawił się m.in. w Multistradzie 1200 i późniejszych konstrukcjach. Jego zadaniem była płynna regulacja faz rozrządu, żeby dwucylindrowy silnik nie był tylko mocny i efektowny, ale też stał się bardziej elastyczny, łagodniejszy przy niskich obrotach i łatwiejszy w codziennym użyciu.

Nowszym rozdziałem jest IVT, czyli Intake Variable Timing w nowym silniku V2 Ducati. Tutaj regulacja dotyczy strony dolotowej i ma poprawiać liniowość momentu od niskich obrotów, reakcję na gaz i osiągi przy wyższym kręceniu. To ważna zmiana także z innego powodu – Ducati w nowej jednostce V2 odeszło od swojego układu desmodromicznego. Zamiast tego mamy rozrząd oparty na sprężynach zaworowych.

Zmienne fazy rozrządu – Yamaha VVA

Yamaha stosuje rozwiązanie o nazwie VVA, czyli Variable Valve Actuation. To system znany przede wszystkim z mniejszych, popularnych jednostek. Stosuje się go m.in. w modelach R15, MT-15, NMAX czy Aerox na wybranych rynkach. Nie jest to klasyczne płynne przestawianie faz rozrządu, ale układ zmiennego sterowania zaworami, który pozwala silnikowi korzystać z innej charakterystyki pracy zależnie od obrotów.

Yamaha pokazuje, że takie rozwiązania mają sens nie tylko w drogich motocyklach klasy premium. W małych pojemnościach każdy niutonometr i każdy koń mechaniczny są na wagę złota, ale silnik nadal musi być oszczędny, trwały i przyjazny dla użytkownika. VVA pozwala pogodzić spokojniejszą jazdę na niskich obrotach z lepszym przyspieszeniem na górze.

Zmienne fazy rozrządu – Suzuki SR-VVT

Suzuki w GSX-R1000 zastosowało system SR-VVT, czyli Suzuki Racing Variable Valve Timing. To jedno z ciekawszych rozwiązań, bo działa mechanicznie i wykorzystuje siłę odśrodkową. System znajduje się przy kole wałka dolotowego i wraz ze wzrostem obrotów zmienia ustawienie wałka, poprawiając oddychanie silnika w górnym zakresie. Brzmi prosto? Właśnie w tym tkwi jego urok.

W motocyklu sportowym liczy się masa, niezawodność, kompaktowa konstrukcja i przewidywalność działania. Suzuki nie poszło więc w rozbudowany, ciężki i bardzo skomplikowany układ, tylko w mechaniczne rozwiązanie wywodzące się z MotoGP. Efekt jest taki, że litrowy GSX-R może zachować mocny dół i środek, a jednocześnie nie tracić oddechu przy wysokich obrotach.

Zmienne fazy rozrządu – Honda VTEC i Hyper VTEC

Honda w motocyklach najmocniej kojarzy się z systemami VTEC i Hyper VTEC. W CB400 Super Four Hyper VTEC pozwalał na zmianę sposobu pracy zaworów zależnie od obrotów, a w VFR800 system aktywował pełniejszą pracę zaworów przy wyższym zakresie. To rozwiązanie miało poprawiać elastyczność, spalanie i emisję przy spokojnej jeździe, a jednocześnie zostawiać mocniejszy charakter na górze.

Trzeba jednak uważać z nazewnictwem. Motocyklowy VTEC Hondy nie jest prostym odpowiednikiem wszystkich współczesnych systemów zmiennych faz rozrządu. To bardziej zmienne sterowanie zaworami niż płynna regulacja faz rozrządu. Dla motocyklisty najważniejsze było jednak to, że silnik miał dwa oblicza. W niskim zakresie potrafił być spokojniejszy i bardziej użytkowy, a po przekroczeniu określonego pułapu obrotów dostawał wyraźnie innego charakteru.

Zmienne fazy rozrządu – Kawasaki VVT

Kawasaki nie jest marką, którą przeciętny motocyklista od razu kojarzy ze zmiennymi fazami rozrządu, ale taki system pojawił się w dużym 1400 GTR, znanym też jako Concours 14. To sportowo-turystyczny motocykl z potężnym silnikiem, który musiał łączyć osiągi z elastycznością, komfortem i łatwością jazdy na długich trasach. VVT idealnie pasowało do takiego zadania.

W tym przypadku chodziło przede wszystkim o poprawę średniego zakresu obrotów i wygładzenie charakterystyki dużego, mocnego silnika. Sportowy turystyk nie może zachowywać się jak wyżyłowany superbike, który budzi się dopiero w wyższym zakresie obrotów. Ma płynnie przyspieszać, sprawnie wyprzedzać i nie zmuszać kierowcy do ciągłego operowania biegami. Kawasaki wykorzystało zmienne fazy rozrządu, żeby duży motocykl był po prostu bardziej przyjazny dla użytkownika.

Zmienne fazy rozrządu – KTM Camshift

KTM z kolei pokazał system Camshift w silniku LC8 najnowszej generacji, znanym m.in. z 1390 Super Duke R i 1390 Super Adventure. Zasada działania opiera się na dwóch profilach krzywek po stronie dolotowej. Przy niższych obrotach silnik korzysta z łagodniejszego profilu, z mniejszym wzniosem i krótszym czasem otwarcia zaworów, a przy wyższych przełącza się na ustawienie pozwalające na ostrzejszą, mocniejszą pracę.

To rozwiązanie bardzo pasuje do KTM-a, bo Austriacy zawsze lubili silniki z charakterem. Jednak współczesny motocykl nie może być tylko brutalny. Musi spełniać wymagania norm emisji spalin, być łagodny w mieście i przyjazny w turystyce, ale jednocześnie zachować dzikość, której oczekują fani marki. Camshift pozwala wygładzić dół i środek, ale zostawić zapas mocy na górze. W dużym nakedzie oznacza to jeszcze więcej zabawy, a w adventure – więcej elastyczności przy jeździe z bagażem i pasażerem.

Zmienne fazy rozrządu – Harley-Davidson VVT

Harley-Davidson przez lata kojarzył się z klasycznymi, chłodzonymi powietrzem widlakami, ale Revolution Max pokazał zupełnie inne oblicze marki. Silnik zastosowany m.in. w Pan America i Sportsterze S otrzymał komputerowo sterowane zmienne fazy rozrządu na wałkach dolotowych i wydechowych. To bardzo duża zmiana filozofii, bo Harley nie próbował tu tylko pielęgnować tradycji, ale stworzyć nowoczesną jednostkę o szerokim zakresie użytecznych obrotów.

W praktyce VVT w Revolution Max pomaga połączyć mocny moment na dole z wysoką mocą maksymalną i lepszą efektywnością. W Pan America ma to szczególne znaczenie, bo adventure od Harleya musi poradzić sobie zarówno na asfalcie, jak i poza nim, a do tego często jeździ z kuframi i pasażerem. Zmienne fazy rozrządu pomagają zbudować silnik, który nie zachowuje się jak klasyczny cruiser, ale nadal ma tę mięsistą reakcję, której wielu kierowców oczekuje od motocykli z Milwaukee.

Czy zmienne fazy rozrządu w motocyklach mają sens?

Tak, ale nie zawsze i nie w każdym motocyklu. Zmienne fazy rozrządu mają największy sens tam, gdzie silnik musi pogodzić skrajne wymagania – moc na górze, moment na dole, niskie spalanie, normy emisji, kulturę pracy i przyjemność z jazdy. Dlatego tak dobrze pasują do dużych adventure, sportowych turystyków, mocnych nakedów i nowoczesnych superbike’ów. W takich motocyklach użytkownik naprawdę korzysta z szerokiego zakresu obrotów silnika, a producent ma o co walczyć.

Podsumowanie

Zmienne fazy rozrządu w motocyklu to technologia, która ma jeden cel – sprawić, żeby silnik był mniej kompromisowy. Ma ciągnąć z dołu, nie tracić oddechu na górze, spełniać normy emisji splin, zużywać rozsądne ilości paliwa i dawać kierowcy więcej przyjemności z jazdy w każdych warunkach. BMW, Ducati, Yamaha, Suzuki, Honda, Kawasaki, KTM i Harley-Davidson pokazują, że do tego samego celu można dojść różnymi drogami. Dla motocyklisty najważniejsze jest jednak to, czy po odkręceniu manetki gazu motocykl robi dokładnie to, czego od niego oczekujemy.