Układ

rozrządu

silnika

spalinowego

Zadaniem

układu rozrządu

jest sterowanie

urządzeniami, które mają na celu
doprowadzenie ładunku do silnika i usunięcie
z nich spalin.
Rozrząd może być:
zaworowy - sterowanie zaworami ssącymi i
wydechowymi - momentem i czasem
otwarcia.
tulejowy, gdzie tuleja przesuwno-obrotowa
otwiera i zamyka zawory ssące i wydechowe.
tłokowy - tłok otwiera i zamyka okna do
kanałów: ssących i wydechowych.
sterowany przepustnicą obrotową która
otwiera i zamyka okna dolotowe dla ładunku
(mieszanki).
Dwa pierwsze są stosowane w silniku
czterosuwowym, dwa pozostałe w silniku
dwusuwowym.

Przekrój silnika z dwoma wałkami rozrządu w

głowicy.

Spis treści

1. Rozrząd zaworowy

1.1. Podział
1.2. Napęd rozrządu
1.3. Zmienne fazy rozrządu
1.4. Luz zaworowy

2. Rozrząd suwakowy

1. Rozrząd zaworowy

Najczęściej stosowany jest rozrząd
zaworowy.

1.1. Podział:

Ze względu na umiejscowienie zaworów w
silniku wyróżniamy:

• IOE lub F - zawór ssący w głowicy, a
wydechowy w bloku silnika,

• SV - zawory znajdują się w bloku
silnika,
Ze względu na umiejscowienie wałka
rozrządu:

• SOHC(lub OHC) - silnik z jednym
wałkiem rozrządu, znajdującym się w
głowicy

• DOHC - silnik z dwoma wałkami
rozrządu, znajdującymi się w głowicy

• OHV - wałek rozrządu znajduje się w
bloku silnika

Ruchome części silnika - układ

rozrządu oraz wał korbowy z

tłokami.

Schemat przedstawia częściej
spotykane rozwiązanie z
wałkiem rozrządu w głowicy.
Sam wałek rozrządu obraca
się z prędkością dwukrotnie
mniejszą od wału korbowego,
gdyż na jeden pełen cykl
silnika czterosuwowego
przypadają 2 obroty wału
korbowego. Wałek rozrządu
napędzany jest przez wał
napędowy silnika typowo za
pośrednictwem przekładni
pasowej z paskiem zębatym,
bądź łańcucha i kół
łańcuchowych, czasem za
pomocą przekładni zębatej.
Na wałku rozrządu (1)
zainstalowane są krzywki (2),
po jednej dla każdego zaworu.
Obracając się powodują
wychylanie dźwigni zaworowej
(3), która otwiera zawór (4).
Powrót zaworu do pozycji
zamkniętej zapewnia sprężyna
(5). W przypadku rozrządu
tulejowego i z użyciem wałka
królewskiego nie stosuje się
sprężyn, co jest zaletą.

Schemat układu

rozrządu: wałek

rozrządu (1), krzywki

(2), dźwignia

zaworowa (3), zawór

(4), sprężyna (5).

W silnikach historycznych był stosowany rozrząd
dolnozaworowy z zaworami umieszczonymi w
bloku silnika (a nie w głowicy). Zapewniał on
gorsze napełnienie cylindra (mniejszy ładunek),
przez co wysilenie silnika było nieduże i
sprawność jego niższa. Czasem był też
stosowany rozrząd mieszany - zasilanie było
zaworem umieszczonym w głowicy, wydech -
zaworem w bloku silnika.
Obecnie w samochodach spotykane jest
najczęściej rozwiązanie bez dźwigni zaworowej -
krzywki wału rozrządu naciskają na tzw. szklanki
- metalowe cylindry, które naciskają na
popychacze hydrauliczne. Unika się poprzez to
elementów pośrednich w pracy rozrządu.
W nowoczesnych silnikach stosuje się czujniki
(min. czujnik położenia wałka rozrządu) w celu
optymalnego sterowania fazami rozrządu -
samochody z tzw. zmiennymi fazami rozrządu.

1.2. Napęd rozrządu

Układ jest mechanizmem napędzanym wałem korbowym silnika
najczęściej poprzez pasek zębaty lub łańcuch. Po opanowaniu technologii
pasków zębatych przez pewien czas to rozwiązanie dominowało (jako
najtańsze i ciche), jednak napęd rozrządu za pomocą łańcucha nigdy nie
odszedł zupełnie do lamusa, a obecnie nawet powraca w
zmodernizowanych wersjach. Ulepszono jego konstrukcję aby
wyeliminować nadmierny hałas i tendencję do wyciągania się łańcuchów -
poprzez wprowadzenie ślizgowych prowadnic i różnej konstrukcji
napinaczy.
W starszych silnikach (przy rozrządzie OHV) do napędu rozrządu bywały
stosowane zespoły kół zębatych, w niektórych silnikach (niektóre modele
Jaguara) spotyka się napęd rozrządu za pomocą wałka królewskiego. Były
to rozwiązania najbardziej kosztowne i hałaśliwe, ale niezwykle
niezawodne i trwałe.

Koło założone na wał korbowy jest źródłem napędu dla kół wałka/wałków
rozrządu; czasem od układu rozrządu (koła wału albo wałka rozrządu)
napędzany jest także inny osprzęt silnika np. pompa wody, oleju, aparat
zapłonowy, itp. Dodatkowymi elementami prowadzącymi w przypadku
przekładni pasowej lub łańcuchowej są prowadnice, rolki, napinacze itp.
osprzęt poprawiający pracę i likwidujący skutki rozciągania się paska czy
łańcucha. Idealne zsynchronizowanie otwarcia i zamknięcia zaworów jest
niezbędne nie tylko dla prawidłowej, ale także bezpiecznej pracy silnika.
Zerwanie paska rozrządu powoduje natychmiastowe rozsynchronizowanie
ruchów tłoków i zaworów, i w tzw. silnikach kolizyjnych (płaskie komory
spalania w głowicy, zawory "wchodzące" w przestrzeń pracy tłoka)
powoduje uderzenie tłoków w zawory i ich wykrzywienie - zniszczenie.
Oprócz zaworów, uszkodzeniu ulegają tłoki, prowadnice zaworów a
czasami może dojść do uszkodzenia głowicy silnika i korbowodu.

Rozrząd w systemie DOHC napędzany
łańcuchem.

1.3. Zmienne fazy rozrządu

W silnikach czterosuwowych fazy rozrządu, czyli moment
otwarcia i zamknięcia zaworu (podawane w postaci kąta
obrotu wałka rozrządu) są ustalone konstrukcyjnie przez
napęd wałka rozrządu od wału korbowego. Fazy rozrządu
mają decydujący wpływ na charakterystykę silnika, to
znaczy wysoki moment obrotowy występuje albo przy
niskich obrotach (wczesne zamknięcie zaworu ssącego),
albo przy wysokich, jeśli następuje opóźnione zamknięcie
tego zaworu.

Stosując konstrukcję ze zmiennymi fazami rozrządu
(zależnie od obrotów lub obciążenia), uzyskuje się w
szerokim zakresie obrotów optymalne napełnienie cylindra
mieszanką i w ten sposób wysoki moment obrotowy jest
osiągany zarówno przy niskich, jak i wysokich obrotach
silnika. Pierwszą firmą stosującą układ zmiennych faz
rozrządu była Alfa Romeo, której konstruktorzy jako pierwsi
już w w 1981 r. zastosowali taki układ w dwulitrowej wersji
silnika modelu Spider 2.0 Veloce.

1.4. Luz zaworowy

Nagrzewanie się zaworów w czasie pracy silnika powoduje ich
wydłużanie. Na skutek tego zawór może nie zamykać się
całkowicie. Również zużycie gniazda zaworowego następuje
szybciej, niż krzywki na wałku rozrządu, co może przyczyniać się
do utraty szczelności zaworu i spadku mocy silnika.

Utrata szczelności grozi nadtapianiem gniazd zaworowych (a
więc zużyciem przylgni zaworowej) oraz grzybka zaworu,
ponieważ gorące spaliny przepływając wokół niedomkniętego
zaworu powodują nadmierne grzanie się tych elementów.

Aby zapewnić szczelność zaworów przewidziany jest
konstrukcyjnie luz zaworowy, w postaci minimalnego odstępu
między określonymi elementami w mechanizmie rozrządu. Ten
odstęp w zależności od konstrukcji silnika, typu rozrządu,
zastosowanych materiałów, zmniejsza się lub zwiększa w miarę
wzrostu temperatury pracy silnika. Zbyt mały luz zaworowy (lub
jego brak) może powodować nie domykanie się zaworów,
natomiast luz nadmierny powoduje spadek mocy, zwiększa hałas
pracy silnika, i przyczynia się do nadmiernego zużycia układu
rozrządu.

W celu ustalenia luzu zaworowego stosuje się różne metody
regulacji. Powszechnie stosowana jest regulacja mechaniczna,
"ręczna", typowo za pomocą śrub, czasem płytek lub wymiany
innych elementów pośrednich - producent silnika podaje
zalecane wartości luzu zaworowego (w setnych i dziesiątych
częściach mm), przeważnie w odniesieniu do zimnego silnika.
Czasem stosuje się regulację automatyczną (właściwie -
kasowanie nadmiernego luzu) za pomocą rozwiązań
mechanicznych lub hydraulicznych. W niektórych rozwiązaniach
występuje hybryda regulacji ręcznej i automatycznego
kasowania (np. wstępnie ustala się luz ręcznie, "klasycznie", ale
w układzie występują popychacze hydrauliczne, kasujące luzy w
czasie pracy).

Luz zaworowy powinien być sprawdzany przy okresowych
przeglądach silnika w terminach określonych przez producenta
(zależnie od przebiegu lub okresu pracy silnika). Jeśli nie
przewidziano automatycznej korekty, to w miarę potrzeby należy
dokonać regulacji luzu zaworowego zgodnie z zaleceniami
obsługi danego typu silnika - należy przy tym szczególnie
zwracać uwagę na możliwe różnice w wymaganiach dla luzu
zaworów dolotowych i wylotowych, np. nie pomylić zaworów przy
zwartej zabudowie głowicy silnika. Luz zaworowy jest mierzony
przeważnie za pomocą szczelinomierza.

2. Rozrząd suwakowy

Firma NSU w silniku Max (250 cm³, 18 KM przy 6750 obr/min)
zastosowała napęd zaworów za pomocą korbowodów. Otwieranie i
zamykanie zaworów powodowały mimośrody znajdujące się w główkach
korbowodów. Sprężyny agrafkowe wspomagały pracę zaworów. W tym
rozwiązaniu wprowadzono układ umożliwiający płynną zmianę kątów
otwierania i zamykania zaworów w czasie pracy silnika. Umożliwiło to
lepsze wykorzystanie mocy silnika w szerszym zakresie obrotów.

Poszukiwanie rozwiązań, w którym istniałaby możliwość wyeliminowania
w układzie rozrządu elementów wykonujących ruch posuwisto-zwrotny,
pozwoliło inżynierom NSU opracować tzw. rozrząd suwakowy. Na głowicy
silnika znajdował się element napędzany wałkiem królewskim. W
obracającym się elemencie wykonane były dwa kanały: ssący i
wydechowy, które kolejno przesuwały się nad komorę spalania.
Konstrukcję sprawdzono w silniku wyścigowym NSU Rennmax i
motocyklu do bicia rekordów szybkości. Układ pracował prawidłowo przy
16000 obr/min wału korbowego.

Badania nad innym rodzajem rozrządu silników czterosuwowych
prowadziły także inne firmy. Zawsze były to elementy obrotowe w
postaci walca lub stożka. Tego typu rozrząd pozwalał na uzyskanie
bardzo wysokich mocy silników i obrotów powyżej 15000. Trudności
występowały z prawidłowym uszczelnieniem i smarowaniem
współpracujących elementów.

Wyk.

Rafał

Mucha

Kl. IV T4B