Wałek rozrządu - projekt. Jakie jest zadanie krzywek wałka rozrządu?

Wałki rozrządu są stosowane w czterosuwowych pojazdach benzynowych lub wysokoprężnych. Ich głównym zadaniem jest kontrolowanie czasów podnoszenia i otwierania zaworów dolotowych i wlotowych. Praca ta wymaga niesamowitej precyzji i przekłada się na sprawność urządzenia oraz jego prawidłowe funkcjonowanie. Najpierw przyjrzymy się, jak rozmieszczone są wałki rozrządu.

Konstrukcja wałka rozrządu

Patrząc z góry, wałek rozrządu przypomina podłużny kawałek metalu z widocznymi występami. Często posiada również zewnętrzne oraz większe i mniejsze wewnętrzne koło zębate. Dodatkowo każdy wałek rozrządu posiada sworznie, na których umieszczane są podpory. Wałek rozrządu może napędzać zarówno zawory dolotowe, jak i wydechowe, a samochody z głowicami cylindrów z 4 lub 5 zaworami mogą mieć dwa wałki rozrządu napędzające tylko jeden rodzaj zaworów.

Wałki rozrządu – z czego są zrobione?

Siły działające na te części decydują o produkcji bardzo mocnych i twardych materiałów. Wałki rozrządu są najpierw kute ze stali niskostopowej i węglowej, a następnie ich powierzchnie są nawęglane i utwardzane. Pomaga to zapobiegać szybszemu zużyciu komponentów podczas pracy. Innym sposobem jest narysowanie wałka na zimno. Po tym procesie krzywki są wciskane na maszynę po uprzednim utwardzeniu powierzchni roboczych wału.

Konstrukcja krzywki wałka rozrządu

Położenie i profil krzywek wałka rozrządu ma kluczowe znaczenie dla działania całego układu zasilania. Odpowiadają one liniowo momentowi i czasowi otwarcia i zamknięcia zaworów. Ich forma zależy głównie od charakteru danej jednostki. Najczęściej stosowane są trzy rodzaje krzywek:

• styczny;
• harmonia;
• syntetyczny.

Wpływają bezpośrednio na napełnianie i opróżnianie gazów z komory spalania. 

Jak przebiega ten proces?

Krzywki wałka rozrządu – jakie jest ich zadanie?

Kiedy spojrzysz na krzywki wałków rozrządu, zauważysz, że bez względu na ich typ, każdy jest zbudowany w ten sam sposób. Z jednej strony ma niski i ażurowy profil, z drugiej bardzo wysoki i szybko opadający profil, który nazywa się nosem. Łopatki wałków rozrządu podane są w milimetrach i w niektórych przypadkach ich wartości są takie same jak skok zaworów.

Jaki jest czas otwarcia zaworu?

Oczywiście nie jest to określone w jednostkach czasu. Jest on podawany na podstawie kąta obrotu wału korbowego. Mówiąc najprościej, cały proces polega na przestawieniu zaworu z pozycji spoczynkowej w celu napełnienia komory spalania odpowiednią mieszanką gazów. W tej chwili decydujące są dwie wartości - TDC i BDC (górny i dolny martwy punkt tłoka).

Silniki czterosuwowe mają cztery cykle pracy:

• ssanie;
• kompresja;
• praca;
• wydechowy.

Podczas biegu roboczego wał korbowy wykonuje dwa pełne obroty. W tym czasie wałek rozrządu musi otwierać zawory dolotowe, zamykać je, otwierać zawory wydechowe i zamykać. Po tym procesie cały cykl zaczyna się od nowa. Suw dolotowy polega na wprowadzeniu sprężonych gazów z wlotu przez zawory dolotowe. Niestety mechanika gazowa nie pozwala im szybko zapełnić komory spalania, więc krzywki odpowiedzialne za zawory dolotowe muszą je otworzyć, zanim tłok osiągnie GMP. Czas otwarcia zaworu do osiągnięcia tego punktu obejmuje pewną kątową wartość obrotu wału korbowego.

Tak samo jest z DMP. Gazy nie mogą wydostać się natychmiast po osiągnięciu tego punktu, więc zawór wydechowy musi pozostać otwarty przez pewien czas po przejściu tłoka przez DMP. Mając na uwadze, że na odcinku między GMP a BDC wał korbowy obraca się o 180 stopni, można dodać wartości opisane powyżej i w ten sposób uzyskać czas otwarcia zaworu. W zależności od modelu silnika i wału przekracza 250^o obrót wału.

Czy większy zawsze jest lepszy, jeśli chodzi o wałki rozrządu?

Zadaniem sterowania zaworem jest wtłaczanie mieszanki paliwowo-powietrznej do komory spalania i usuwanie gazów podczas suwu wydechu. Jest to ściśle związane z mocą osiąganą przez dany silnik, ponieważ im więcej mieszanki znajduje się w komorze spalania, tym więcej energii jest w stanie wytworzyć. Niektórzy uważają, że warto zainstalować kamery sportowe lub pożyczyć je od innego samochodu o większej mocy. Co to powoduje? 

Czas skoku zaworu jest dłuższy, co pozwala na napełnienie butli większą ilością mieszanki. Jednocześnie pokonuje większą odległość, ponieważ wysokość krzywki jest większa. Z tego powodu zawór wraca do swojej pierwotnej pozycji w krótszym czasie iz większą prędkością. Ma to liniowy wpływ na generowanie wyższych sił g i temperatur.

Jeśli zawór ma krótszy kontakt z gniazdem, nie będzie miał czasu na odprowadzenie nadmiaru ciepła. W rezultacie może dojść do przepalenia zaworu, wycieku i utraty kompresji. A to są bardzo poważne problemy, bo wtedy trzeba liczyć się z całkowitym remontem głowicy. Konstrukcja wałka rozrządu może również wpływać na rozrząd zaworów, powodując ich kontakt z tłokami, co również zniszczy zespół.

Czy kamera sportowa zwiększa moc?

Zdecydowanie tak. Jednak nie zawsze jest to użyteczna moc. Czemu? Wymiana gazowa z jednoczesnym otwarciem obu zaworów (jak w przypadku sportowych wałków) znacznie poprawia osiągi, ale i zwiększa zużycie paliwa. Wynika to z faktu, że nie spala się cała dozowana ilość benzyny, która wraz ze spalinami jest zasysana do wydechu.

Co równie ważne, sportowe lub rajdowe wałki rozrządu utrudniają pracę silnika na biegu jałowym i zmniejszają moc na dole krzywek. A to jest bardzo męczące w codziennej jeździe. Rozwiązania tego typu stosowane są głównie w sportach motorowych, ponieważ wzrost mocy jest zwykle zauważalny przy wysokich obrotach.

Jeśli zdecydujesz się na wymianę wałków rozrządu w celu zwiększenia mocy jednostki, nie zapomnij o wzmocnieniu innych części silnika. 

Wałek rozrządu i wał korbowy

Co wspólnego mają wałki rozrządu i wały korbowe? Dużo, bo musi przenosić wygenerowany moment obrotowy na skrzynię biegów. Dlatego przynajmniej zaglądaj do kubków, aby sprawdzić ich stan i nie przewracaj ich. Przydałaby się też zmiana tłoków i zaworów na mocniejsze. Można oczywiście pomyśleć o wymianie samych wałków, ale z czasem może się okazać, że silnik nadaje się tylko do remontu.

Przyczyny zużycia wałka rozrządu

Wszystko zaczyna się od czynności niemal prozaicznej, a mianowicie interwału olejowego. Czemu? Kontakt metal-metal, który występuje w głowicy cylindrów między zaworami i wałkami rozrządu, powoduje tarcie. Zła jakość lub zużyty olej może powodować przyspieszone zużycie powierzchni krzywek. Jak to naprawić? Oto wskazówki: 

1. przede wszystkim wybierz odpowiedni olej zgodnie z zaleceniami producenta i zawsze wymieniaj go na czas;
2. wybierz również bardzo dobre filtry, aby zapobiec krążeniu zanieczyszczeń w obwodzie.

Rzadziej przyczyną jest konstruktor. Zdarza się jednak, że konstruktor nie jest w stanie wszystkiego przewidzieć i np. w Hondzie Accord VIII zastosowano bardzo słaby wałek wydechowy. Modele Mazdy SkyActiv-D wyprodukowane przed 2014 rokiem również miały wady. Awarie wałków rozrządu w silnikach 1.6 HDI i 2.2 z grupy PSA. Jednak takie przypadki są rzadkie w porównaniu z zaniedbaniami operacyjnymi.

Jak sprawdzić zużycie wałka rozrządu?

Po spadku mocy poczujesz zużycie wałków rozrządu. Ponadto jednostki wysokoprężne będą miały problemy z dymieniem w górnym zakresie obrotów. Aby ostatecznie potwierdzić lub wykluczyć tego typu awarię, należy zdjąć pokrywę zaworu. To rozwieje wszystkie Twoje wątpliwości. Możesz też zajrzeć przez korek wlewu oleju, ale nie w każdym modelu auta coś zobaczysz.

Wałki rozrządu - cena

Są samochody, w których można kupić wałek rozrządu za jedyne 10 euro, oczywiście mówimy o używanych. Najczęściej jest to koszt rzędu kilkuset złotych, a nawet ponad tysiąca. Mowa o jednej części i nowym egzemplarzu. Dlatego niektórzy decydują się na regenerację. 

Regeneracja wałka rozrządu – co to jest i ile kosztuje? 

Polega na wykorzystaniu procesu napawania, tj. nałożenie dodatkowej warstwy materiału na krzywki. Do tego dochodzi obróbka i nadanie odpowiedniej wytrzymałości. Do ceny regeneracji wałka rozrządu należy doliczyć koszt naprawy głowicy, wymiany uszczelek, a często także zaworów. Tym samym kwota może przekroczyć 150 euro.

Kluczem do oszczędności w tej kwestii jest regularna wymiana oleju i dobór odpowiednich filtrów. Należy również pamiętać o konsekwencjach zwiększania mocy poprzez wymianę wałków rozrządu. Jeśli odpowiednio dbasz o swój silnik, odwdzięczy Ci się on długą i bezawaryjną pracą. Życzymy szerokiej drogi!