Na układ rozrządu składają się zawory, wałki rozrządu, napęd wałków rozrządu oraz wszystkie elementy, które pośredniczą w przekazywaniu sił otwierających zawory. Należą do nich dźwigienki zaworowe, szklanki zaworowe i popychacze.

Powiązane firmy

Zadaniem układu rozrządu jest otwieranie i zamykanie zaworów dolotowych oraz wydechowych w odpowiednim momencie. Ma to zapewnić napełnienie cylindra mieszanką lub usunięcie z niego gazów spalinowych.

W silniku czterosuwowym cykl pracy wymaga dwóch obrotów wału korbowego. W tym czasie cylinder musi zostać napełniony mieszanką, która zostaje zapalona. Zapalona mieszanka zwiększa ciśnienie w cylindrze, generując gazy spalinowe poruszające tłok w dół cylindra. W kolejnym kroku otwarcie zaworów wydechowych wypycha gazy spalinowe do układu wydechowego.

Otwarcie zaworów dolotowych i wydechowych musi być więc ściśle zsynchronizowane z pozycją tłoka w cylindrze. To oznacza, że wałek rozrządu sterujący pracą zaworów musi być zsynchronizowany z obrotami wału korbowego napędzanego przez tłoki. Czas otwarcia zaworów oraz właściwy moment ich otwarcia jest determinowany przez ukształtowanie krzywek, które otwierają zawory na wałku rozrządu.

Aby więc otwarcie i zamykanie zaworów przebiegało w sposób założony przez producenta silnika, konieczna jest dokładna synchronizacja wałka/wałków rozrządu z wałem korbowym silnika, a także zachowanie odpowiednich luzów zaworowych.

Synchronizacja wałka rozrządu z wałem korbowym może być realizowana na kilka sposobów. Może być to przekładania zębata, pasowa lub łańcuchowa. Przekładnie zębate stosuje się bardzo rzadko, ponieważ ich wykonanie jest dość drogie. Najczęściej spotykane są napędy realizowane za pośrednictwem łańcucha lub paska zębatego.

Na czym polega obsługa układu rozrządu?

Napęd rozrządu w zależności od zastosowanej techniki wymaga okresowej wymiany. W przypadku napędu kołami zębatymi lub łańcuchem żywotność napędu jest określona jako równa żywotności silnika zakładanej przez konstruktorów. To oznacza, że taki napęd bez problemu powinien prawidłowo działać przynajmniej przez przebieg ok. 250–300 tys. km. Stąd pogląd, że rozrząd na łańcuchu i rozrząd na kołach zębatych są bezobsługowe. Praktyka pokazuje jednak, że rozrząd łańcuchowy zużywa się podczas pracy. Najczęściej wytarciu ulegają prowadnice łańcucha rozrządu, co powoduje zmianę synchronizacji wałków rozrządu względem wału korbowego.

W przypadku pasków rozrządu okresowe wymiany muszą być przeprowadzane częściej – w odstępach co około 100 tys. km przebiegu. Zależnie od producenta samochodu interwał może być mniejszy lub większy.

Pamiętać trzeba przy tym, że podczas wymiany napędu rozrządu konieczna jest również wymiana prowadnic, napinaczy i rolek prowadzących. W przypadku napędu łańcuchowego często zachodzi również potrzeba wymiany kół zębatych napędzających i odbierających napęd.

Andrzej Kowalski, specjalista ds. produktu i szkoleń technicznych, NTN-SNR Polska Sp. z o.o., zwraca uwagę, że w starszych konstrukcjach układów łańcuchowych nie było konieczności używania specjalnych blokad podczas synchronizacji elementów układu rozrządu. W powszechnym użyciu były konstrukcje proste z elementami, które nie zmieniały położenia względem siebie. Zastosowanie oznaczeń określających ustawienie elementów układu w zupełności wystarczało.

Nowoczesne konstrukcje łańcuchowych układów rozrządu bardzo często uzupełnia się o dodatkowe urządzenia, które pozwalają na płynną zmianę faz rozrządu podczas pracy silnika. Stosuje się różnego rodzaju rozwiązania konstrukcyjne. Wspólną cechą zdecydowanej większości z nich jest konieczność ustawienia pozycji jałowej względem współpracujących elementów – tak, aby ich zakres pracy był odpowiednio dopasowany do określonych warunków. Stąd wynika konieczność stosowania blokad.

Andrzej Kowalski Specjalista ds. produktu i szkoleń technicznych, NTN-SNR Polska Sp. z o.o.

Nowoczesne konstrukcje łańcuchowych układów rozrządu bardzo często uzupełnia się o dodatkowe urządzenia, które pozwalają na płynną zmianę faz rozrządu podczas pracy silnika. Stosuje się różnego rodzaju rozwiązania konstrukcyjne. Wspólną cechą zdecydowanej większości z nich jest konieczność ustawienia pozycji jałowej względem współpracujących elementów, tak aby zakres ich pracy był odpowiednio dopasowany do określonych warunków. Stąd wynika konieczność stosowania blokad, w szczególności do nastawników (wariatorów) zmiennych faz rozrządu.

Aby prawidłowo zsynchronizować cały układ, najczęściej wykorzystuje się kilka blokad. Pozwalają one bezpiecznie i z możliwie maksymalną dokładnością dopasować ustawienie wszystkich elementów układu względem siebie i określić zakres ich pracy.

Paweł Powszedniak, technical manager w Schaeffler Automotive Aftermarket, jako przykład podaje zestaw narzędzi blokujących 400 0478 10 przygotowany do silników, które występują w samochodach VW, Audi, Seat i Škoda. Walizka zawiera 2 zestawy narzędzi. Pierwszy przeznaczony jest do silników 1.0, 1.2 6 V, 1.2 12 V (silnik trzycylindrowy), 1.2 TSI/TFSI, 1.4 FSI/TSI/TFSI i 1.6 FSI. Drugi zestaw przeznaczony jest do silników z układem rozrządu łańcuchowego 1.8 i 2.0 TSI/TFSI. Zestaw ten najlepiej pokazuje, że już nawet w przypadku jednego producenta w zależności od rozwiązań wymagane są różne blokady wału korbowego czy wałków rozrządu oraz inne narzędzia niezbędne do takiej operacji. Nowe rozwiązania, które znajdują się w nowoczesnych silnikach, wymagają użycia wielu elementów składowych dla poprawnej pracy silnika, tak jak w przypadku silnika EA 888. Silnik ma 3 łańcuchy i 3 napinacze łańcuchów, 2 koła zmiennych faz rozrządu oraz system zmiennego wzniosu zaworów wydechowych.

W dzisiejszych czasach podstawą poprawnej naprawy samochodu (w tym wymiany elementów układu rozrządu pasowego i łańcuchowego) są narzędzia specjalne i dostęp do dokumentacji technicznej. Co bardzo ważne, Schaeffler dostarcza nie tylko części i narzędzia, ale również dokumentację techniczną i wsparcie techniczne przez portal www.repxpert.pl czy aplikację dostępną na smartfon i tablet. Mechanik, dzięki zalogowaniu się w portalu lub aplikacji, ma dostęp do obszernej bazy informacji na temat montażu rozrządu czy wskazówek montażowych produktów Schaeffler.

Paweł Powszedniak Technical manager, Schaeffler Automotive Aftermarket

Poprawny montaż wymaga użycia narzędzi do zablokowania wałków rozrządu (żeby uniknąć ich przestawienia) czy ustawienia wału korbowego we właściwym miejscu. To wymaga użycia czujnika zegarowego w celu ustalenia GMP tłoka pierwszego. W tym przypadku brak specjalnych narzędzi i dostępu do dokumentacji technicznej może skończyć się awarią silnika podczas jego uruchomienia po naprawie.

Tomasz Maciejasz, regionalny product manager w firmie Robert Bosch, także zwraca uwagę na łatwość pracy z blokadami, podkreślając, że dzięki blokadom wszystkie obracające się wałki są zablokowane w odpowiedniej pozycji i nie musimy się martwić, że podczas zakładania paska jeden z wałków się obróci i proces trzeba będzie powtórzyć. Również dzięki blokadom proces wymiany rozrządu można przeprowadzić szybciej, ponieważ nie trzeba wyszukiwać odpowiednich znaków na kołach i sprawdzać po montażu, czy wszystkie znaki trafiły na miejsce. W przypadku niektórych silników było to irytujące, ponieważ przy zakładaniu paska często przestawiał się wał korbowy.

Wraz z podnoszeniem sprawności silnika spalinowego konieczność precyzyjnego ustawienia czasów otwarcia i zamknięcia zaworów w stosunku do ruchu posuwisto-zwrotnego tłoków rośnie. Między innymi dlatego występują blokady wałka rozrządu i wału korbowego. Po zablokowaniu wałków w odpowiednich pozycjach mamy możliwość zluzowania zębatki wałka rozrządu i precyzyjnego ustawienia czasów otwarcia i zamknięcia zaworów. Dodatkowym aspektem wprowadzania blokad jest wygoda i precyzja wykonania usługi.

Tomasz Maciejasz, Regionalny product manager, Robert Bosch

Jak działają zmienne fazy rozrządu?

W rozrządzie jednym z ważniejszych pojęć jest kąt wyprzedzenia i opóźnienia otwarcia i zamknięcia zaworu. Wartość tych kątów mówi, o ile wcześniej ma się otworzyć i później zamknąć odpowiedni do danego cyklu pracy zawór. Na przykład zawór dolotowy otwiera się jeszcze przed zakończeniem wydalania mieszanki, tak jak zawór wylotowy zamyka się już po rozpoczęciu napełniania cylindra świeżą mieszanką.

Dziś w silnikach kąty te są zmienne, co oznacza, że czas i moment otwarcia zaworu mogą się zmieniać w zależności od obciążenia silnika czy jego obrotów. Istnieje wiele metod, dzięki którym jest to realizowane. Stosuje się rozwiązania, które polegają na zmianie kąta obrotu między zdawczym kołem zębatym a wałkiem rozrządu, zmianie punktu podparcia dźwigienki zaworowej czy przesunięciu dźwigienki i wymuszeniu jej współpracy z drugą krzywką o innym zarysie na wałku rozrządu. Oprócz zmiany faz rozrządu coraz częściej stosowanym zabiegiem jest też zmiana wzniosu zaworów. Wpływa to na zmianę parametrów napełniania cylindra.

Stosowany np. w Audi valvelift system (AVS) różnicuje skok zaworów ssących i wydechowych. Sprawia, że czas otwarcia zaworów jest zmienny, co zmniejsza straty zachodzące podczas wtrysku do komory spalania i zapewnia optymalny przepływ spalin do turbosprężarki, zwłaszcza przy niskich obrotach. Gazy wydechowe są wtedy w całości odprowadzane z cylindrów i w ten sposób możliwe jest lepsze ich napełnienie świeżym powietrzem. W efekcie otrzymujemy wyższy moment obrotowy, bardziej dynamiczne reakcje po naciśnięciu pedału gazu oraz wyraźnie zwiększoną moc i elastyczność.

Audi valvelift system wykorzystuje się także do dezaktywacji cylindrów w turbodoładowanym silniku V8 i w jednostkach 1.4 TFSI. Tutaj wskutek przełączania zaworów na połowie z wszystkich cylindrów uaktywniony zostaje tzw. kontur skoku zerowego krzywek na wałkach strony ssącej i wydechowej. Sprawia to, że aktywne cylindry przy większych obciążeniach pracują z wyższą wydajnością, a cylindry nieaktywne poruszają się bez strat, niczym sprężyna gazowa. Dzięki temu zabiegowi, znacznie usprawniono wydajność silnika pod względem zużycia paliwa, zwłaszcza w dolnym zakresie obciążeń.