Якість роботи двигуна — його ККД, потужність, крутний момент і економічність залежать від багатьох факторів, у тому числі і від фаз газорозподілу, тобто від своєчасності відкриття і закриття впускних і випускних клапанів.

Фази газорозподілу в поршневих двигунах внутрішнього згоряння - це моменти відкриття та закриття впускних та випускних клапанів (вікон). Фази газорозподілу зазвичай виражаються в градусах повороту колінчастого валу і відзначаються по відношенню до початкових або кінцевих моментів відповідних тактів.

Для поліпшення наповнення циліндрів, а також забезпечення більш інтенсивного очищення від вихлопних газів, спрацьовування клапанів відбувається не в момент досягнення поршня мертвих точок, а з невеликим випередженням або запізненням. Так, відкриття впускного клапана виконується до моменту проходження поршнем ВМТ (від 5° до 30°). Це дозволяє забезпечити інтенсивніше нагнітання свіжого заряду в камеру згоряння. У свою чергу, закриття впускного клапана відбувається із запізненням (після того, як поршень досяг нижньої мертвої точки), що дозволяє продовжити наповнення циліндра паливоповітряною сумішшю (повітрям) за рахунок сил інерції - так званий інерційний наддув.

Випускний клапан також відкривається з випередженням (від 40° до 80°) до досягнення поршнем НМТ, що дозволяє забезпечити вихід більшої частини відпрацьованих газів під дією власного тиску. Закриття випускного клапана, навпаки, відбувається із запізненням (після проходження поршнем верхньої мертвої точки), що дозволяє силам інерції продовжити видалення відпрацьованих газів з порожнини циліндра і робить більш ефективною його очищення.

Кути випередження та запізнення не є спільними для всіх двигунів. Більш потужні та швидкохідні мають більші значення цих інтервалів. Таким чином, їх фази газорозподілу будуть ширшими.

Етап роботи двигуна, при якому обидва клапани відкриті одночасно, отримав назву перекриття клапанів. Як правило, величина перекриття становить близько 10°. При цьому, оскільки тривалість перекриття дуже мала, а відкриття клапанів незначне, витоку не відбувається. Це досить сприятливий етап для наповнення та очищення циліндрів, що особливо важливо при високих обертах.

На початку відкриття впускного клапана поточний рівень тиску камери згоряння вище, ніж атмосферного. В результаті відпрацьовані гази дуже швидко переміщаються до випускного клапана. Коли двигун перейде до такту впуску, в камері встановиться високе розрідження, випускний клапан повністю закриється, а впускний відкриється достатньо для інтенсивного наповнення циліндра.

При високих швидкостях двигуну автомобіля необхідний більший обсяг повітря. І оскільки в нерегульованих ГРМ клапани можуть закритися до того, як у камеру згоряння надходить його достатня кількість, робота двигуна виявляється неефективною. Для вирішення цієї проблеми було розроблено різні способи регулювання фаз газорозподілу.

Способи зміни фаз газорозподілу

• Перемикання кулачків — у цій реалізації використовуються різні профілі кулачків. У певний момент (зазвичай, за певної швидкості роботи двигуна) з допомогою приводу відбувається перемикання між профілями. При такому способі реалізації зміни фаз газорозподілу також можлива зміна висоти підйому клапану і зміна тривалості відкриття клапанів, проте ця зміна завжди відбувається ступінчасто і бути плавною не може. Першим серійним представником таких систем стала система VTEC Honda. У системі VTEC за допомогою зміни гідравлічного тиску приводиться в дію штир, що замикає в роботу коромисло, яке відповідає за високий підйом клапанів і великий час відкриття, з коромислом, що знаходиться поблизу, яке відповідає за низький підйом клапанів і малий час відкриття.

• Фазування кулачків — багато сучасних систем зміни фаз газорозподілу працюють по принципу зміни фазування кулачків за допомогою пристроїв, відомих як фазорегулятори (англ. variator). Це дозволяє виконувати плавне регулювання, проте багато ранніх подібних систем могли виконувати тільки ступінчасте регулювання. Однак, регулювання тривалості відкриття та висоти підйому неможливе. Прикладами подібних систем є VVT-i (Toyota), VANOS (BMW)

• Коливальні кулачки — у цій реалізації використовуються коливальні рухи частин (важелів), які встановлюються між кулачками і клапанами та виступають у ролі штовхачів. У свою чергу, штовхачі відкривають та закривають клапани. У деяких реалізаціях таких систем використовується як традиційний профіль кулачків, так і ексцентрикові профілі та сполучні тяги. Перевага таких систем полягає в плавному характері регулювання висоти підйому клапанів та тривалості відкриття. Недоліком є ​​те, що підйом клапанів пропорційний тривалості відкриття, і їхнє незалежне регулювання неможливе. Прикладами подібних систем є Valvetronic (BMW), VVEL (Nissan) і Valvematic (Toyota), в них системи кулачків, що коливаються, встановлюються тільки на впускних клапанах.

• Ексцентриковий привід кулачків — системи з ексцентриковим приводом кулачків працюють за допомогою ексцентрикового дискового механізму, який зменшує та збільшує кутові швидкості профілю кулачків при їх обертанні. Зменшення цієї швидкості під час, коли клапан відкритий, відповідає збільшенню тривалості відкриття клапана. Перевагою такої системи є можливість незалежного регулювання тривалості відкриття клапанів і висоти підйому (проте, в них неможливе регулювання підйому). До недоліків цих систем відноситься їх складність (необхідно встановлювати два ексцентрикові приводи і два їх контролери на кожен циліндр - по одній парі пристроїв на впускні та випускні клапани), що збільшує вартість системи. Прикладом подібної системи є CVVD (Hyundai).

• Тривимірний профіль кулачків — у цих системах кулачки мають профіль, який також змінюється за їх довжиною у формі, подібною до конічної. На одному кінці кулачка представлений профіль з малою висотою підйому клапанів і малим часом відкриття, на іншому кінці профіль з великою висотою підйому клапанів і збільшеним часом відкриття. У середній частині довжини кулачка здійснюється плавний перехід між цими профілями. Плавне регулювання висоти підйому клапанів та тривалості відкриття може бути здійснено зміщенням місця контакту штовхача клапана з профілем кулачка. Це досягається шляхом осьового переміщення розподільного валу («ковзанням» вздовж двигуна), таким чином нерухомий штовхач клапанів буде контактувати з різними ділянками профілю кулачка, завдяки чому досягаються різні значення висоти підйому клапанів та тривалості відкриття. Недоліком цих систем є вкрай складне проектування профілю кулачків, оскільки конструкція повинна забезпечувати мінімальну контактну напругу, що виникає через зміни профілю. Зазвичай до тих, хто використовує таку систему відносять Ferrari, проте залишається достеменно невідомим, чи використовуються подібні системи в її серійних моделях.

• Двигуни без кулачків — до таких двигунів відносяться ті двигуни, яким не потрібний розподільний вал для керування клапанами. Клапани в таких системах мають широкі можливості для регулювання фаз газорозподілу і висоти підйому клапанів.

Виділяють такі типи двигунів без кулачків:

• електромеханічні (з використанням електромагнітів)

• гідравлічні

• пневматичні

• із використанням електричних (як правило крокових) двигунів.

Однією з основних причин впровадження систем з регулюванням ГРМ є посилення екологічних стандартів за рівнем токсичності відпрацьованих газів. Це означає, що для більшості виробників питання оптимізації фаз газорозподілу залишається одним із найважливіших.