DOHC, OHV, SV… Jak fungují automobilové rozvody

Čtyřtaktní spalovací motor – jak je koneckonců v jeho názvu obsaženo – funguje ve čtyřech pracovních fázích. Těmi jsou sání, komprese, expanze a výfuk. Aby mohly tyto fáze běžet ve správném sledu za sebou, musí mít čtyřtaktní motory ventily, které ve správnou chvíli vpustí čerstvou směs do válce, a naopak vypustí výfukové spaliny z válce ven. Dnes si povíme, co znamenají nejčastěji používané zkratky SV, OHV, OHC a DOHC. Výše zmíněné zkratky jsou označením pro různé konstrukce rozvodů čtyřtaktního motoru. Aby totiž čtyřtaktní motor zejména v automobilu nebo motocyklu pracoval účinně – tedy aby ideálně měl nízkou spotřebu a zároveň vysoký výkon – vstupuje do hry obrovská spousta faktorů. Po stránce rozvodů najednou nejde jen o to, pustit do válce směs a vypustit spaliny. Řešíme časování, třecí a setrvačné síly motoru, ale i mísení nebo víření směsi a tvar spalovací komory. Rozvody, tak jako všechny části spalovacích motorů, používaných v auto-moto průmyslu, proto v posledních sto letech ušly nesmírně dlouhou cestu.

Nejstarším a nejjednoduším typem rozvodu u čtyřtaktního motoru je ten s postranními ventily. Zde se ventily vůbec nenachází v hlavě motoru, ale v bloku, případně v samostatném válci. Nachází se vlastně vedle pístu. O jejich otevírání se potom stará vačková hřídel umístěná v bloku motoru.



SV rozvody jsou levné na výrobu, a to zejména kvůli jednoduché hlavě a minimu pohyblivých dílů. Velkým problém však spočívá ve tvaru spalovací komory, která se nenachází přímo nad pístem. Výsledkem je neúčinné spalování a většinou nízký výkon. U automobilů se motory s postranními ventily objevovaly jen historicky – většinou u předválečných strojů.

Tento typ rozvodů můžeme vidět například u některých amerických osmiválců, vyráběných dodnes. Jde o konstrukci, kdy jsou ventily umístěné již v hlavě motoru (takže odpadá problém s tvarováním spalovacího prostoru), jsou ovšem ovládány vačkovou hřídelí v bloku motoru. Vačková hřídel působí na tyčky zdvihátek, které působí na vahadla, otevírající ventily.



Velkou výhodou je stále relativní jednoduchost, byť s větším množstvím dílů – specificky je možné mít jen jednu vačkovou hřídel i u motorů se dvěma řadami válců. Umístění hřídele v bloku poblíž klikového hřídele navíc znamená absenci dlouhého rozvodového řemenu či řetězu – stačí ozubené soukolí nebo krátký řetěz. OHV motory jsou zároveň relativně kompaktní, protože hlavy nemusí pojmout tolik dílů. Na druhou stranu jsou zde i omezení – OHV motory obecně nezvládají vysoké otáčky, a to kvůli vysokým setrvačným silám dlouhých zdvihátek. Umístění vačkové hřídele navíc poměrně pevně omezuje umístění ventilů, proto je jen minimum motorů, které by měly víc než dva ventily na válec.

Motory, které mají vačkové hřídele umístěné přímo v hlavě motoru, jsou dnes nejpoužívanějším typem. Dále se dělí na ty s jednou hřídelí (SOHC – Single Overhead Cam, jedna vačková hřídel v hlavě), a ty se dvěma hřídelemi (DOHC – Dual Overhead Cam, dvě vačkové hřídele v hlavě). U takto koncipovaných motorů se v každé hlavě nachází jeden nebo dva vačkové hřídele, které ovládají ventily přímo (působí většinou na jednoduché válcové zdvihátko), případně přes vahadla.



Výhodou motorů, které mají vačkové hřídele přímo v hlavě, je nižší počet dílů samotných rozvodů, a také jejich nižší setrvačnosti. Zejména DOHC motory jsou vhodné i pro vysokootáčkové aplikace, neboť zde tolik nehrozí „plavání“ ventilů, které by při vysokých otáčkách mohly být vlivem těžkých zdvihátek a vahadel otevřené i tehdy, kdy otevřené být nemají. Výhodou DOHC je také možnost zvlášť upravovat časování sacích a výfukových vačkových hřídelí – motor tak může mít variabilní časování na obou stranách, a každé lze ovládat zvlášť.



Nevýhodou tohoto řešení rozvodů je vyšší konstrukce hlavy a také vyšší nákladnost – u motorů, které mají více než jednu řadu válců, a tedy více hlav, musíme mít drahé vačkové hřídele v každé hlavě. Vačkové hřídele, jejichž otáčky a poloha musí být synchronizovány s otáčkami a polohou klikové hřídele, je také nutné nějak pohánět. U drtivé většiny automobilových motorů je pohon rozvodů řešen buď řemenem, nebo řetězem – oboje má svoje výhody a nevýhody. Dodnes se u některých motocyklových motorů používá pohon takzvanou „královskou hřídelí“, která přenáší otáčky z klikové hřídele na vačkovou.

Faktem je, že ovládání ventilů vačkovými hřídelemi je koncept starý skoro jako samotný spalovací motor. Už mnoho let se tedy hovoří o tom, kdy někdo přivede na svět „bezvačkový“ motor, u nějž by byly ventily ovládány elektronicky řízenými „aktuátory“ – ty by mohly být elektromagnetické, elektropneumatické nebo elektrohydraulické. Kdyby se to podařilo, odpadla by nutnost vačkových hřídelí, ale i dalších dílů, které musíme pohánět samotnou prací motoru, a které přidávají vnitřní ztráty. U takového motoru bychom mohli ovládat zdvih a časování všech ventilů zcela individuálně, což by umožnilo mnohem různorodější pracovní režimy motoru.



Nejznámějším projektem tohoto zaměření je švédský Freevalve, za kterým stojí Christian von Koenigsegg, zakladatel malosériové značky Koenigsegg. Freevalve dokonce v minulosti představili funkční koncept a o svém systému mluvili jako o revoluci, která by byla srovnatelná s přechodem z karburátorů na vstřikování paliva. Již mnoho let je ovšem ticho po pěšině, a je otázkou, zda se někdo pustí do velkých inovací u motorů, které to vlivem přicházející elektromobility mají s celou svou existencí poněkud nahnuté.