Rozrząd

W czterosuwowym silniku spalinowym konieczne jest użycie odpowiedniego mechanizmu do synchronizacji obrotowego ruchu wału korbowego z otwieraniem i zamykaniem zaworów.

W pionierskich, dziewiętnastowiecznych konstrukcjach silników funkcję tę pełniły osadzane na wałach korbowych tarcze z rowkowymi prowadnicami, tworzącymi podwójne pętle i wymuszającymi raz na dwa obroty wzdłużne przemieszczenia współpracujących z nimi wodzików zaworowych.

Było to rozwiązanie mało precyzyjne i nietrwałe w eksploatacji, więc zastąpiono je szybko wyposażonymi w krzywki wałami rozrządu, sprzęganymi z wałami korbowymi za pomocą przekładni zębatych o przełożeniu 1:2. Ten wariant napędu rozrządu dominował w silnikach samochodowych do końca okresu międzywojennego. Jego główną wadą były znaczne masy, a zatem i bezwładności współpracujących ze sobą walcowych kół zębatych, oraz ich hałaśliwość – coraz bardziej istotna w miarę wzrostu szybkobieżności silników.

W związku z tym w konstrukcjach szybkobieżnych zaczęły pojawiać się stosowane niekiedy i dzisiaj łańcuchowe napędy rozrządu (Rys. 1). W 1946 roku Richard Case opatentował napęd paskiem zębatym, zastosowanym w maszynach do szycia. Ten wynalazek (Rys. 2) w latach 60. ubiegłego stulecia zaczął stopniowo wypierać napędy łańcuchowe z silników spalinowych używanych w motoryzacji. Zadecydowały o tym takie jego zalety, jak stosunkowo niskie koszty produkcji, cichobieżność i niewątpliwie też postęp techniczny w zakresie zwiększania mechanicznej wytrzymałości pasków, bardziej optymalnego profilowania zębów i wykorzystywania materiałów elastomerowych coraz odporniejszych na cierne zużycie. Obecnie łańcuchowe napędy rozrządu spotyka się w największych i najlepszych samochodach osobowych, takich jak Audi, BMW, Mercedes, ponieważ w porównaniu z paskowymi zapewniają one znacznie dłuższe okresy użytkowania bez stosowania kłopotliwych zabiegów obsługowych. Przy wysokiej cenie całego pojazdu mniej liczą się koszty związane z koniecznością stałego smarowania łańcucha olejem silnikowym, co wymaga zamknięcia całej przekładni w hermetycznej obudowie. Można też stosować wyrafinowane rozwiązania konstrukcyjne i materiałowe, ograniczające większą z reguły hałaśliwość pracy.

Rys. 1 Łańcuchowy napęd rozrządu

Stosowane najczęściej, zwłaszcza w Europie, napędy rozrządu z paskami zębatymi nie wymagają smarowania ani szczelnych obudów i pracują cicho (Rys. 3). Ich kolejne zalety to mała masa i niewielkie gabaryty oraz niskie koszty produkcji. Paski rozrządu należy jednak zmieniać po określonym przebiegu kilometrów lub po ustalonym czasie eksploatacji pojazdu. W zależności od modelu wymiany te potrzebne są w cyklach wynoszących od 50 000 do 240 000 km lub od 5 do 10 lat, jeśli samochód nie osiągnie w tym czasie odpowiedniego limitu kilometrów.

Firma NTN-SNR ma w dziedzinie obsługi napędów z paskami zębatymi bogate doświadczenie, ponieważ jej aktualna oferta obejmuje prawie 300 ich kompletnych zestawów. Zawierają one wszelkie elementy niezbędne do dokonania prawidłowej naprawy, czyli napinacze i ich rolki, rolki prowadzące, paski zębate (także do napędu pomp wtryskowych). Asortyment tych produktów odpowiada potrzebom ponad 98% pojazdów europejskich, łącznie z głównymi aplikacjami japońskimi.

Rys. 2. Paskowy napęd rozrządu i osprzętu silnika ZS

Eksperci firmy NTN-SNR opracowali szczegółowe instrukcje procedur montażowych dotyczących wyżej wymienionych części, spośród których newralgiczne znaczenie ma wymiana napinaczy pasków regulowanych ręcznie lub automatycznie. Mechanizmy te bowiem utrzymują prawidłowe naprężenie paska w całym okresie jego użytkowania. Zalecane przez NTN-SNR zasady i przebieg wymiany napędu rozrządu można przedstawić na konkretnym przykładzie silnika wysokoprężnego Renault G8T 2.2L (Rys. 4), ale mają one charakter w znacznym stopniu uniwersalny.

Rys. 3. Pasowe napędy rozrządu: A – silniki ZI dwuzaworowe, B – silniki ZI czterozaworowe, C – silniki ZS; oznaczenia elementów: 1 pasek zębaty, 2 napinacz, 3 rolka prowadząca, 4 koło wału korbowego, 5 koło wału rozrządu, 6 koło osprzętu

Przed rozpoczęciem prac montażowych silnik oraz napinacz muszą mieć tę samą temperaturę. Na wstępie trzeba obrócić wał korbowy, a tym samym też wał rozrządu w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara aż do położenia GMP tłoka w pierwszym cylindrze, na końcu suwu sprężania, co powinno potwierdzić odpowiednie ustawienie znaków na kołach pasowych i kadłubie silnika. W tej pozycji można bezpiecznie zdjąć stary pasek, ponieważ ani wał korbowy, ani wał rozrządu nie mają wówczas tendencji do samoczynnych przemieszczeń. W innych modelach silników konieczne jednak bywa w tym celu zastosowanie dodatkowej blokady koła zamachowego i/lub kół pasowych wałów rozrządu.

Rys. 4. Regulacja naprężenia paska zębatego

Przy montażu nowego napinacza należy jego śrubowy mechanizm dociskowy odsunąć możliwie najdalej w lewo, a potem naprowadzić do końca otwór jego dźwigni na kołkowy sworzeń o średnicy 6 mm. Następnie trzeba zgodnie ze schematem nałożyć nowy pasek na wszystkie koła pasowe zębate i gładkie, tak aby stosunkowo luźny pozostał tylko odcinek sąsiadujący z napinaczem. Potem dokręca się stopniowo docisk napinacza, co powoduje obrót jego dźwigni w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, i wstępnie napręża w ten sposób pasek rolką aż do pojawienia się znaku w okienku dźwigni i jego ustawienia się z tolerancją 1–2 mm względem linii środkowej. Silniejszy docisk napinacza może spowodować jego uszkodzenie, więc w urządzeniach o podwójnej regulacji ostateczne naprężenie paska ustala się mimośrodem rolki, obracanym specjalnym narzędziem do pojawienia się znaku w jego szczerbince.

Na koniec trzeba obrócić ręcznie wał korbowy o dwa pełne obroty aż do uzyskania ponownej zgodności znaków obu wałów. To powinno spowodować prawidłowe ułożenie się paska przy zachowaniu właściwej pozycji wszystkich znaków napinacza. Wówczas zdejmuje się narzędzie specjalne z mimośrodu i dokręca się blokującą go śrubę momentem 30 Nm przy użyciu klucza dynamometrycznego.

W trakcie uruchamiania silnika i podczas jego pracy na biegu jałowym w temperaturze pokojowej (20°C) szczerbinka mimośrodu napinacza nie powinna wychylać się bardziej niż od +2 do –4° względem odpowiadającego jej zna