- Jedną z podstawowych czynności obsługowych jest wymiana paska rozrządu, której nie można lekceważyć
- Niestety – teoretycznie trwalsze łańcuchy często są przyczyną poważnych kosztów
- Coraz częściej w układzie rozrządu spotkać możemy ciekawe rozwiązania zmieniające tzw. fazy rozrządu lub skok zaworów
- Bardzo duże znaczenie dla wielu elementów rozrządu ma jakość i rodzaj stosowanego oleju
- Więcej takich informacji znajdziesz na stronie głównej Onet.pl
Układ rozrządu odpowiada za wymianę ładunku w cylindrze. W przypadku silników dwusuwowych nie trzeba stosować zaworów i całego układu sterującego otwieraniem i zamykaniem ich, gdyż wymianą ładunku steruje tłok, odsłaniając w cylindrze odpowiednie okna (choć istnieją też dwusuwy wykorzystujące zawory). Zupełnie inaczej jest w przypadku jednostek czterosuwowych – zawory odpowiadają za dostarczenie świeżego powietrza (lub mieszanki w przypadku benzyniaków z wtryskiem pośrednim) i odbiór spalin.
Jak to działa? W dużym przybliżeniu: gdy mamy suw ssania, musi być otwarty zawór dolotowy, podczas sprężania oraz suwu pracy oba zawory są zamknięte, a podczas wydechu trzeba otworzyć zawór wylotowy. Musi to nastąpić w ściśle określonym czasie – to tzw. fazy rozrządu, czyli czas otwarcia zaworów w stosunku do położenia wału korbowego (nie otwierają się dokładnie w momencie rozpoczęcia przez tłok np. suwu ssania a najczęściej kilka stopni obrotu wału korbowego przed górnym położeniem tłoka). Dlatego tak ważne jest wzajemne ustawienie wałka (lub wałków) rozrządu i wału korbowego. Nie stosuje się tu np. paska wielorowkowego, bo dopuszcza on poślizg. Pasek zębaty, łańcuch, koła lub wałek nie dopuszczają – przynajmniej teoretycznie – zmiany ustawienia pomiędzy wałem korbowym a wałkiem rozrządu. Już przestawienie o kilka stopni ("jeden ząbek") spowoduje pogorszenie pracy silnika i może doprowadzić do kolizji tłoka z zaworami. W silniku czterosuwowym każdy cykl pracy zajmuje – jak nazwa wskazuje – 4 suwy, czyli dwa obroty wału korbowego. W tym czasie zawory muszą się otworzyć raz, więc wałek(-ki) kręci(-ą) się dwa razy wolniej – koło napędzające jest dwa razy mniejsze od napędzanego, co widać na schematach pokazanych w galerii.
Układ rozrządu: wałki
W starszych silnikach (jeszcze z lat 90. XX w.) można spotkać wałki rozrządu umieszczone w kadłubie (jak w Polonezie czy Maluchu) – to system zwany OHV (Over Head Valves). Długie laski popychaczy mocno komplikują budowę (o rozrządzie dolnozaworowym, z zaworami w kadłubie, nie ma już co wspominać). Obecnie wykorzystuje się tylko konstrukcje OHC (nazwa zamienna z SOHC) lub DOHC – z jednym lub dwoma wałkami rozrządu w głowicy (Over Head Camshaft, ew. Single lub Double). Ostatnie lata przyniosły kolejne ciekawe rozwiązania: systemy zmiennych faz rozrządu, regulację skoku zaworów czy konstrukcje pozbawione wałka (patrz galeria). Poprawiają one pracę silnika, ale też przyczyniają się do wzrostu kosztów obsługi. W wielu przypadkach zaleca się wymianę kół zmiennych faz rozrządu (np. z powodu skłonności do usterek, jak w silnikach Renault, Forda lub Mercedesa) wraz z napędem wałka rozrządu. Dochodzi też do uszkodzeń zaworów sterujących zmianą faz. W przypadku konstrukcji zmieniających skok zaworów może pojawić się problem ze sterowaniem lub elementami wykonawczymi (np. w VTi zużywa się wycinek koła zębatego wałka pośredniego).
Układ rozrządu: zawory
Elementem mocno narażonym na zużycie są zawory, znajdujące się w komorze spalania. W szczególnie trudnych warunkach pracują wylotowe – są one z każdej strony omywane gorącymi spalinami, dlatego ich temperatura sięga 750 stopni C! Dlatego w konstrukcji stosuje się stale żaroodporne (najczęściej chromowo-niklowe), często chłodzone wewnętrznie sodem. Ma on niską temperaturę topnienia i dobrze przewodzi ciepło, dlatego przestrzeń we wnętrzu zaworu wypełnia się w 60-70 proc. – w czasie pracy sód przechodzi w stan ciekły i, przemieszczając się w trzonku, odprowadza ciepło w okolicę prowadnicy. Starsze silniki (i nieliczne współczesne) mają 2 zawory na cylinder – dolotowy i wylotowy. W nowszych znajdziecie 3, 4 lub 5 zaworów. To ostatnie rozwiązanie stosował Volkswagen m.in. w silnikach 1.8 i 2.0, ale komplikacja konstrukcji nie miała odzwierciedlenia w polepszeniu osiągów. Niesprawność (nieszczelność, wypalenie) zaworów można stwierdzić podczas badania ciśnienia sprężania z próbą olejową – jeśli po zalaniu oleju do cylindra ciśnienie nie wzrasta, często winne są właśnie zawory, które mogą być pęknięte lub wypalone (lub mają wypalone gniazdo).
Pamiętać trzeba też o regulacji zaworów. Co prawda, wiele konstrukcji korzysta z bezobsługowych kompensatorów hydraulicznych, ale nie brak też silników z regulacją manualną – płytkową (bardziej kosztowna) lub śrubową. Z kolei zużyte uszczelniacze zaworowe mogą odpowiadać za zwiększone zużycie oleju silnikowego. Elementem podatnym na zużycie są też prowadnice zaworów.
Galeria zdjęć
1/11 Wszystkie stosowane obecnie silniki mają wałek (lub wałki) rozrządu w głowicy – to konstrukcje OHC (SOHC) lub DOHC. Pomijając sporadycznie spotykane silniki dwusuwowe, we wszystkich pojazdach rozrząd ma więc zbliżoną budowę. Zadaniem rozrządu jest dostarczanie do cylindra świeżego powietrza (lub mieszanki paliwo-powietrze) i odprowadzanie spalin. W komorze spalania umieszczone są zawory (1), które otwierają się i zamykają w ściśle określonych momentach. W silniku na fot. zawory nie są sterowane bezpośrednio wałkiem, tylko za pośrednictwem dźwigienek (2) z hydraulicznym kompensowaniem luzu (3). Otwieraniem i zamykaniem zaworów steruje wałek rozrządu (4), który jest napędzany najczęściej łańcuchem lub paskiem (5) od wału korbowego (6). Wał korbowy to część układu korbowo-tłokowego zamieniający ruch posuwisto-zwrotny tłoków na ruch obrotowy. Na zdjęciu widać też dodatkowy krótki łańcuch – to napęd pompy oleju (7). Pokazana konstrukcja to układ OHC – z jednym wałkiem rozrządu w głowicy. W tym przypadku (Polo 1.2 TSI) mamy po 2 zawory na cylinder.
2/11 Przez ostatnie lata pasek był bardzo popularny, choć uchodził za mniej wytrzymały niż łańcuch. Najnowsze paski mają wydłużone interwały wymiany (powyżej 200 tys. km), nowe konstrukcje wykorzystują pasek zanurzony w oleju. Łańcuchy niegdyś były synonimem trwałości (nawet przy dużym obciążeniu), bardzo popularnym przed „erą pasków”, obecnie znów są coraz częściej stosowane. Zużywają się, ale praktycznie nie zrywają ani nie przeskakują bez wcześniejszego wysyłania sygnałów ostrzegawczych. Pasek rozrządu – zalety: łatwa i tania wymiana, lekki – redukcja mas ruchomych, wytrzymały (nowe, dobrze dopracowane konstrukcje), niski hałas, elastyczność. Pasek rozrządu – wady: nie ostrzega przed zerwaniem, konieczność regularnej kontroli i wymiany, mniejsze obciążenia. Łańcuch rozrządu – zalety: brak konieczności terminowej wymiany, charakterystyczne objawy świadczące o zużyciu, przenoszenie większych sił. Łańcuch rozrządu – wady: wiele niedopracowanych konstrukcji (kosztowna wymiana), konieczność niwelowania drgań (stosowania prowadnic).
3/11 Wiele konstrukcji łączy w układzie napędu wałków rozrządu łańcuch, pasek i koła zębate. Pierwsza grupa to silniki, w których jeden wałek rozrządu napędzany jest paskiem (np. pokazany na fot. po lewej jeden z wariantów 2.0 TFSI, ale też popularne 1.8T i 2.0 HDi/TDCi), zaś drugi wałek przejmuje napęd od pierwszego. Najczęściej wykorzystywany jest do tego właśnie łańcuch, ale zdarzają się też koła zębate. Inną konstrukcją jest zastosowanie w napędzie kół zębatych (od wału korbowego do koła pośredniego) oraz – od koła pośredniego do wałka rozrządu – paska (np. w silniku Renault 2.5 dCi G9U napęd od wału korbowego (2) przenoszony jest kołami zębatymi do koła pośredniego (1) oraz dalej paskiem) lub łańcucha (np. Opel 1.6 CDTI). Zalety: większa elastyczność konstrukcji (np. cichy długi pasek z przodu silnika i krótki łańcuch z tyłu), ułatwiająca zabudowę oraz wymianę. Wady: często wyższe koszty obsługi, bo wymieniać trzeba i pasek, i zużywający się łańcuszek łączący wałki.
4/11 Kiedy wałek rozrządu montowano w kadłubie, popularnym napędem były koła zębate – proste, niezawodne rozwiązanie. Można je zastosować również w przypadku wałków rozrządu w głowicy, ale trudno wtedy mówić o prostocie (w przekazaniu napędu bierze udział nawet kilkanaście kół zębatych). Na fot. pokazany jest silnik 2.5 TDI Volkswagena (ale nie V6, tylko R5, stosowany np. w modelu Touareg), który ma rozrząd napędzany kołami. Inną metodą napędu jest tzw. wałek królewski – napęd przekazywany jest wałkiem połączonym przekładniami stożkowymi z wałem korbowym i wałkiem rozrządu. Rozwiązanie stosowane niegdyś m.in. w motocyklach, nielicznych samochodach i… w czołgu T34. Zalety: wysoka trwałość i niezawodność, przenoszenie dużych obciążeń, bardzo precyzyjny napęd wałka(-ów) rozrządu. Wady: problematyczne ustawienie (w konstrukcjach jak V10), wysokie koszty podczas ewentualnej wymiany, komplikacja (poza OHV).
5/11 Przez wiele lat "jedynym słusznym" miejscem do umieszczenia napędu rozrządu była przednia część silnika (na fot. po lewej) – pod napędzanym paskiem wielorowkowym alternatorem czy kompresorem klimatyzacji. Takie umiejscowienie ułatwia serwisowanie i wydawało się optymalne. W ostatnich latach, gdy do łask stopniowo wracał łańcuchowy napęd rozrządu, zaczęły pojawiać się konstrukcje z łańcuchem umieszczonym z tyłu silnika (od strony skrzyni biegów – na fot po prawej stronie). Za rozwiązaniem przemawiać mają lepsze wykorzystanie przestrzeni pod maską i korzystniejsze ukształtowanie przodu samochodu (początkowo rozwiązanie wykorzystywano w autach z silnikami ustawionymi wzdłużnie). Bardzo droga wymiana! Rozrząd od strony skrzyni biegów znajdziecie m.in. w takich silnikach: BMW 2.0d, Audi 3.0 TDI, Mercedes 2.1 d, Opel 1.6 CDTI.
6/11 Jeszcze 25 lat temu rozwiązanie było w sferze innowacji, obecnie stosowane jest przez chyba wszystkie firmy. Koła łańcuchowe lub pasowe nie są połączone na stałe z wałkiem rozrządu (na schemacie po lewej stronie – wałek sterujący zaworami wydechowymi), lecz poprzez tzw. koła zmiennych faz rozrządu (po prawej, wałek "ssący"). Składają się one np. z dwóch wirników, które mogą zmieniać położenie względem siebie. Wałek rozrządu sterowany jest wtedy inaczej – zmienia się czas otwarcia i zamknięcia zaworów. Koła względem siebie „ustawia” ciśnienie oleju kontrolowane przez elektronicznie sterowany zawór. Kolorem żółtym na schemacie oznaczony jest wlot oleju do zaworu sterującego, pomarańczowym – ruch oleju w celu opóźnienia otwarcia zaworów, czerwonym – w celu przyspieszenie otwarcia zaworów. Silniki mają zmienne fazy tylko zaworów ssących (jak na fot.) lub ssących i wydechowych.
7/11 Rozwiązanie stosowane przez wielu producentów, m.in. BMW, Citroëna, Peugeota (VTi), Toyotę (VVTL-i), Hondę. Obok zmiennego sterowania czasami otwarcia zaworów układ rozrządu steruje tu również wzniosem zaworów. Może to robić skokowo (jak w Toyocie) lub płynnie (BMW-PSA). W tym ostatnim rozwiązaniu zastosowano dodatkowy wałek pośredni (1), który zmienia położenie dźwigni zaworów, dosuwając ją do wałka rozrządu zaworów ssących (2). Robi to wykorzystując mimośrodowe krzywki wskazane strzałką. Ustawieniem wałka pośredniego steruje elektronika, poprzez silnik krokowy i wycinek koła zębatego umieszczony na wałku pośrednim.
8/11 Rozwiązanie Toyoty – VVTL-i stosowane m.in. w Celice 1.8. Projekt jednak zarzucono, ze względu na trudności z "dogadaniem się" z emisją spalin. Zdecydowanie rozwijano za to układ zmiennych faz rozrządu, dodając m.in. elektroniczne, bardzo szybkie sterowanie. Jak działa VVTL-i, czyli Variable Valve Timing and Lift intelligent system (zmienne sterowanie czasami otwarcia zaworów oraz skokiem)? Krzywki na wałku rozrządu, przeznaczone dla każdego cylindra, mają różne zarysy (1 i 2) – obydwie sterują jednocześnie obydwoma zaworami. W trakcie pracy silnika na niskich i średnich obrotach pracuje "wolna" krzywka (1). Tłoczek (4) jest cofnięty, krzywka "szybka" naciska na popychacz (3), ale ruch popychacza jest "jałowy" (5). Za zwiększenie skoku odpowiada system hydrauliczny "zamknięty" w dźwigni popychacza. Przy wysokich obrotach ciśnienie hydrauliczne przepycha tłoczek (6) pod zawór, co blokuje popychacz (7). Nacisk "szybkiej" krzywki wałka rozrządu na popychacz przekłada się na większy ruch dźwigienki i skok zaworów. Do sterowania układem wykorzystywany jest olej, trzeba dbać o jego jakość, rodzaj i częstotliwość wymiany.
9/11 Czy wałek rozrządu w ogóle jest potrzebny? Grupa Fiata udowadnia, że nie. Od wielu lat do sterowania zaworami ssącymi z powodzeniem stosuje moduł hydrauliczny (na zdjęciu po lewej). Po prawej stronie widać klasyczny wałek rozrządu zaworów wydechowych oraz – w przekroju – moduł zaworów ssących. Daje on duże możliwości kształtowania czasów otwarcia i skoku zaworów. Uwaga: najstarsze moduły miały tendencję do zużywania się (m.in. wyrwane gniazda sekcji tłoczącej), koszt wymiany to około 4-5 tys. zł.
10/11 Zerwany pasek rozrządu? Na pewno będzie drogo! Bez wątpienia czyni on duże spustoszenie. Łańcuchy mają znacznie mniejszą tendencję do przeskoczenia ogniwa czy zerwania się, ale jeśli do tego dojdzie, uszkodzenia będą analogiczne. Uderzenie otwartych zaworów w tłoki często kończy się koniecznością remontu. Pogięte zawory to tylko wierzchołek góry lodowej uszkodzeń. Zawory wbite w tłok? Tu konieczna jest kompleksowa kontrola całego motoru i (zapewne) remont.
11/11 Rozrząd to nie tylko napęd wałka, dochodzi tu również do innych uszkodzeń. W niektórych silnikach skłonność do wycierania się mają krzywki wałków rozrządu sterujące otwieraniem i zamykaniem zaworów. Czasem kłopoty sprawia ułożyskowanie wałka rozrządu (np. wycierają się gniazda). Uszkodzeniom ulegają hydrauliczne i elektroniczne sterowniki systemu zmiany faz rozrządu. Typowe przypadłości silnika BMW 2.0d: pęknięte łoże wałków rozrząd, koło wałka rozrządu rozsypujące się w drobny mak (grozi zniszczeniem silnika). Dalsze uszkodzenia: połamane dźwigienki zaworowe oraz prowadnice łańcucha.
