Rozrząd - rodzaje napędu
W samochodzie jest wiele elementów, które mają znaczący wpływ na poprawną pracę jednostki napędowej. Można do nich zaliczyć na przykład olej smarujący, uszczelniacze czy filtry. Jest jednak układ, bez którego żadna spalinowa jednostka napędowa nie mogłaby pracować. Chodzi o układ rozrządu. Przez lata rozwoju silników stosowano różne rozwiązania, ale zasada jego działania zawsze była podobna.
Silnik typu boxer z rozrządem napędzanym łańcuchem
Wałek rozrządu obraca się z dwukrotnie mniejszą prędkością obrotową niż wał korbowy. Wynika to z tego, że na cykl pracy silnika przypadają dwa obroty wału korbowego. Na wałku rozrządu znajdują się krzywki. Ich liczba jest związana z liczbą zaworów.
Obrót wałka, a co za tym idzie - krzywki, powoduje wychylanie się dźwigienki zaworowej, która następnie otwiera zawory. Aby zawory zostały zamknięte, w niektórych konstrukcjach montuje się sprężyny umożliwiające powrót do pozycji początkowej. W starszej konstrukcji wykorzystującej wałek królewski nie potrzeba stosować dodatkowych elementów do zamknięcia zaworów.
Kiedyś stosowano rozwiązania dolnozaworowe. Zawory były umieszczone w bloku silnika. Powodowało to mniej efektywne napełnienie cylindra i mniejszą sprawność ogólną silnika. W historii motoryzacji były różne rozwiązania, na przykład rozrząd mieszany, w którym zawory zasilające znajdowały się w głowicy, a zawory wydechowe w bloku silnika.
Obecne jednostki napędowe wyposażone są w tzw. szklanki (metalowe cylindry) popychające popychacze hydrauliczne. Dzięki temu unika się nadmiaru elementów w układzie rozrządu. Stosuje się też czujniki położenia wałka rozrządu, których zadaniem jest zoptymalizowanie sterowania zmiennymi fazami rozrządu.
Układ rozrządu może być napędzany przez pasek albo łańcuch napędowy. Wykorzystywano również wałek królewski, który pojawił się na przykład w niektórych modelach Jaguara. Rozwiązanie to polegało na połączeniu przekładniami stożkowymi wału korbowego z wałkiem rozrządu. Jego główne zalety to niezawodność oraz zmniejszone ryzyko występowania zjawiska opóźnionego zamykania się zaworów podczas pracy silnika przy wysokich prędkościach obrotowych. Jednak jak każde rozwiązanie miało ono również wady, do których można zaliczyć głośną pracę oraz wysoką cenę wykonania.
Napęd paskowy
Najpopularniejszym i najtańszym sposobem przenoszenia napędu z wału korbowego na wałek/wałki rozrządu jest pasek rozrządu. Jest on zrobiony z syntetycznej gumy, odpornej na rozciąganie, ściskanie i ścinanie. Dla zapewnienia lepszych właściwości jest on wzmacniany wewnętrzną warstwą z kevlaru bądź poliamidu. Tak wykonany pasek napędowy jednak nie wystarczy, dlatego powierzchnie zębów są pokryte tworzywem odpornym na ścieranie. Dzięki połączeniu kształtowemu współczynnik tarcia pomiędzy kołem a paskiem jest bardzo niski. Ograniczona jest również emisja ciepła. W związku z tym niepotrzebne jest dodatkowe smarowanie zmniejszające tarcie i ograniczające wydzielanie się ciepła.
Napęd paskowy ma wiele zalet. Do podstawowych można zaliczyć cichą pracę i łatwą obsługę serwisową. Pasek jest tani (od około 20 zł), ale podzespoły takie jak na przykład pompa wody czy kompletny rozrząd to już wydatek kilkuset złotych.
W opisywanym układzie i pasek, i jego zestaw napinający wymagają regularnego sprawdzania. Brak okresowej kontroli stanu paska napędowego może doprowadzić do nieprawidłowego napięcia i w efekcie do przeskoczenia bądź zerwania paska. Biorąc pod uwagę, że większość obecnie stosowanych jednostek napędowych jest kolizyjna, ewentualne spotkanie się zaworów z tłokiem może skutkować wykrzywieniem zaworów, uszkodzeniem tłoków, prowadnic zaworów, głowicy silnika czy nawet pogięciem korbowodów. Efektem tego może być nawet konieczność wymiany silnika. W związku z tym należy przeprowadzać kontrolę jego napięcia i stanu mniej więcej co 15-20 tys. km oraz wykonywać okresowe wymiany zgodnie z zaleceniami producenta.
Napęd łańcuchowy
Wcześniej rozwiązanie to nie było zbyt popularne, ponieważ łańcuch (przeważnie stosowany dwurzędowy) miał tendencje do rozciągania się, wyrabiały się również zęby kół zębatych. Powstawanie i pogłębianie się luzu wpływało na synchronizację otwarcia/zamknięcia zaworów w stosunku do suwów tłoków. Dlatego zaczęto używać napinaczy. Na początku problemem nie do przeskoczenia był generowany hałas. Tego typu kłopoty występowały w popularnym w naszym kraju Fiacie 126p. W tym samochodzie trzeba było wymieniać łańcuch co 50 tys. km.
Obecnie, po dopracowaniu tej technologii, w wielu nowoczesnych jednostkach napędowych stosuje się napęd rozrządu łańcuchem.
Przemawia za tym przede wszystkim jego niezawodność (wytrzymałość do ok. 250-300 tys. km). Jego długowieczność jest w dużej mierze zależna od jakości wykonania i może znacznie odbiegać od przytoczonej wartości.
Łańcuch jest używany przeważnie w silnikach: o dużych objętościach skokowych ze zmiennymi fazami rozrządu oraz w niektórych nowoczesnych konstrukcjach o mniejszym litrażu. Łańcuch jest zamknięty w obudowie, w której jest smarowany olejem silnikowym. Dodatkowo dla poprawnej pracy zestawu po jednej ze stron (lub w niektórych konstrukcjach po obydwu) umieszczone są ślizgi napinaczy hydraulicznych. Służą one do napinania łańcucha. Zapobiegają również powstawaniu drgań i hałasu.
Podczas wymiany łańcucha przeważnie wymienia się napinacze. Trwałość wszystkich tych elementów jest podobna. Obecnie tego typu rozwiązanie wykorzystują praktycznie wszyscy producenci. Co ciekawe, firma Mercedes-Benz nigdy nie wyposażyła żadnego ze swoich modeli w pasek napędowy. Zawsze stosowała łańcuch.
