Silniki spalinowe to konstrukcje niezbyt sprawne. Dzięki miliardom dolarów wpompowanych w ich rozwój najbardziej wydajne osiągają dziś ok. 40% sprawności. Oznacza to, że aż 60% energii zawartej w paliwie jest zwyczajnie marnowane, nie przekładając się na napęd pojazdu. Natomiast silniki elektryczne bez problemu osiągają sprawność energetyczną na poziomie 90%, a niektórzy ich producenci chwalą się wynikami nawet ponad 99%. Patrząc choćby pod tym kątem, przyszłość silników spalinowych wydaje się być przesądzona. Jednak wytwórcy pojazdów nie poddają się bez walki i, angażując zaawansowane technologie oraz coraz szybszą elektronikę i mechatronikę, opracowują kolejne sposoby na poprawienie parametrów silników spalinowych.

Wiąże się to nie tylko ze zwiększeniem wydajności, ale także z ekologią. Obecnie niezbyt miłościwie dla motocykli panuje norma Euro 4, ale już na horyzoncie widać szybko zbliżające się widmo kolejnej, jeszcze bardziej restrykcyjnej „piątki”. Aby być przygotowanym na spełnienie kolejnych norm emisji, już teraz trzeba mieć gotowe rozwiązania, które pozwolą na redukcję toksycznych związków w spalinach. Inną kwestią jest presja na coraz wyższe osiągi generowane przez nowoczesne jednostki, a wtórować im zawsze powinna możliwie jak najwyższa, przekładająca się na komfort jazdy kultura pracy. Aby to wszystko osiągnąć i połączyć ze sobą nieraz przeciwstawne potrzeby, trzeba sięgnąć po nowe technologie. Jedną z nich jest układ rozrządu ze zmiennymi fazami. Co prawda jest on znany w przemyśle motoryzacyjnym już od bardzo dawna, jednak w dzisiejszych, skomplikowanych konstrukcjach ze starych rozwiązań pozostała jedynie koncepcja.

System VVT w motocyklach

Układ zmiennych faz rozrządu (VVT) ma za zadanie obniżenie zużycia paliwa i emisji toksycznych związków, ale kolejnym z aspektów jego stosowania jest poprawienie dynamiki napędu oraz jego charakterystyki. Przez długi czas prawie żaden z producentów motocykli nie zaprzątał sobie tym tematem głowy. Brak restrykcji dotyczących składu spalin, w połączeniu z dążeniem do maksymalnego uproszczenia konstrukcji, powodowały, że jedynie Honda na poważnie próbowała swoich sił z zaczerpniętym z samochodowych silników systemem VTEC. Choć pierwszym seryjnym motocyklem z takim rozwiązaniem było pokazane w 1991 roku Suzuki Bandit VC 400, które zresztą trafiło jedynie na rynek japoński, okrojona wariacja układu pojawiła się dopiero w roku 2002 w napędzie Hondy VFR800. Rozwiązanie to jednak nawet w poprawionej wersji dalekie było od ideału. Poza tym w motocyklowym VTEC-u Hondy sam kąt otwarcia zaworów pozostawał stały, a system dołączał jedynie poprzez mechaniczny zawór kolejną parę zaworów, gdy obroty silnika przekraczały wartość ok. 6800.

Dziś coraz większa rzesza producentów sięga po zmienne fazy rozrządu, angażując do zawiadowania pracą układu zaawansowaną elektronikę. Kolejny krok w tym kierunku również należał do Japończyków. Tym razem inżynierowie Kawasaki, korzystając z bardziej zaawansowanych technologii, przygotowali w 2007 roku układ, w którym sterujący zaworami ssącymi wałek wyposażono w specjalny regulator hydrauliczny pozwalający na obrót w zakresie 24°. Tak jak w przypadku VTEC-a, czynnikiem aktywującym układ był znajdujący się pod ciśnieniem olej w układzie smarowania, jednak sterowanie odbywa się już za pomocą zaworu elektromagnetycznego, którego pracą zawiaduje komputer (ECU). Była to już pełnoprawna wersja układu zmiennych faz rozrządu, która pozwalała nie tylko na zmianę kąta otwarcia zaworów ssących, ale także na aktywację poprzedzoną odczytami z czujników kotrolujących aktualny stan pracy silnika.

Kolejny z dużych kroków w tym temacie postawili Włosi. W 2014 roku specjaliści z Ducati zaprezentowali silnik Testastretta z układem DVT (Desmodromic Variable Timing). W tym przypadku desmodromiczny rozrząd otrzymał sterowanie kątami otwarcia zaworów zarówno dla wałków po stronie ssącej, jak i wydechowej. Tym samym był to pierwszy silnik motocyklowy, w którym fazy rozrządu sterowane są w całym zakresie obrotów – i to niezależnie. Ustawienia rozrządu są tu zmieniane w czasie rzeczywistym za pomocą specjalnych wariatorów przy każdym z wałków. Układ zapewnia płynną pracę, a jego sterowaniem zajmuje się – korzystająca z armii czujników i aktuatorów – sztuczna inteligencja.

Wzrost popularności

Obecnie, by sprostać coraz ostrzejszym wymaganiom, za ciosem ruszają kolejni producenci, a w ofertach modelowych na 2019 r. pojawiło się co najmniej kilka nowych propozycji jednośladów z silnikami wyposażonymi w autorskie wersje systemów sterujących fazami rozrządu. Świetnym przykładem jest BMW, które zastosowało taki system zarówno w bokserach nowej serii 1250, jak i w sportowym czterocylindrowcu najświeższej wersji S1000RR. Niemcy w obu jednostkach wykorzystują ten sam patent, a jest nim system Shift Cam, czyli przesuwny i wyposażony w dwa komplety krzywek wałek rozrządu w układzie dolotowym. W zależności od warunków jazdy i zapotrzebowania na moc lub łagodniejszą reakcję na gaz wałek ustawiany jest za pomocą specjalnych pinów w zadanej pozycji, tak by odpowiedni komplet krzywek współpracował z dźwigienką zaworową. Jest to proste rozwiązanie, które, jak wiemy po pierwszych testach, bardzo dobrze sprawdza się nie tylko podczas codziennej eksploatacji.

Kolejne patenty

Do tematu systemów VVT powraca także Honda. Jest już niemal pewne, że analogiczny do niemieckiego systemu Shift Cam, ale poszerzony również o obsługę wałka rozrządu po stronie wydechowej układ pojawi się we flagowym CBR 1000 RR Fireblade już w następnym sezonie. Honda opatentowała już swoje rozwiązania. Podobne informacje docierają z biur konstrukcyjnych Suzuki, gdzie oparty na hydraulicznych wariatorach system ma pojawić się w nowej wersji GSX-R 1000, a także – idąc za Multistradą 1260 oraz GS-em 1250 – w podróżnym V-strom 1000. Warto także zauważyć, że technologia związana z układami zmiennych faz rozrządu jest wprowadzana nie tylko w drogich czy wyczynowych jednośladach. Przykładem są chociażby skutery Yamaha N-Max 125, X-Max 250 czy tegoroczna wersja sportowej YZF R-125. Wszystko wskazuje na to, że zanim motocyklowe silniki spalinowe odejdą w zapomnienie, czeka nas dalsza popularyzacja rozwiązań technologicznych wpływających na ekologię i poprawę osiągów. Jednym z nich z pewnością jest układ zmiennych faz rozrządu.