Subkategoria 2
[PM] Rozrząd silnika - Najważniejsze informacje
- Drukuj
- 19 wrz 2013
- PORADY MOTORYZACYJNE
- 22062 czytań
- 0 komentarzy
Każdy silnik tłokowy bez względu na to, czy napędza samochód, ciągnik rolniczy czy ogromny statek posiada układ rozrządu. Jego konstrukcja zmieniała się wraz z rozwojem jednostek napędowych
i różniła się trwałością, efektywnością oraz kulturą pracy przejawiającą się m. in. poziomem głośności. Jest to złożony mechanizm wymagający szczególnej opieki serwisowej. Wszelkie zaniedbania powodują poważne, często kosztowne w naprawie uszkodzenia silnika.
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.
Schemat układu rozrządu: wałek rozrządu (1), krzywki (2), dźwignia zaworowa (3), zawór (4), sprężyna (5).
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.
Na zdjęciu widoczna osłona wałka królewskiego Kawasaki W800
Rodzaje rozrządu: SV, OHV, OHC, SOHC, DOHC, 16V
W dzisiejszych jednostkach napędowych czterosuwowych ze względu na rodzaj konstrukcji wyróżniamy kilka rodzajów rozrządu:
SV - ( side valve - Silnik dolnozaworowy )
Nazywany także boczno - zaworowym, silnik tłokowy, w którym wałek rozrządu umieszczony jest poniżej bloku silnika (najczęściej w skrzyni korbowej), a zawory w bloku silnika, co wiąże się z innym systemem rozrządu niż w silniku górnozaworowym.
Silniki dolnozaworowe z racji prostszego rozrządu (np. smarowanie krzywek rozrządu w skrzyni korbowej jest proste i skuteczne) były masowo produkowane do lat 50. XX wieku. Jednak rosnące zapotrzebowanie na coraz wyższą moc i nacisk na ograniczenie zużycia paliwa sprawiło, że zostały stopniowo wypierane przez silniki górnozaworowe.
Obecnie silniki dolnozaworowe są rzadko stosowane w prostych urządzeniach takich jak np: kosiarki.
Plusy :
+ Bardzo prosta budowa głowicy - brak w niej elementów ruchomych, niska wysokość głowicy.
+ Bardzo dobra elastyczność silnika, ściśle związana z jego małym wysileniem.
+ Możliwość stosowania paliwa o mniejszej liczbie oktanowej
Minusy :
- Mniejsza moc silnika z danej pojemności skokowej (małe wysilenie silnika).
- Większe jednostkowe zużycie paliwa (niższa sprawność).
- Gorsza szybkobieżność silnika (leniwa reakcja na "dodanie gazu") spowodowane gorszym napełnianiem cylindrów mieszanką palną i utrudnionym wylotem spalin.
- Niemożność stosowania mokrych tulei cylindrowych.
- Odkształcanie cylindra, który styka się bezpośrednio z chłodnym kanałem ssącym oraz z gorącym kanałem wydechowym.
- Osiąganie niższych stopni sprężania - co wiąże się z budową głowicy silnika (większa powierzchnia ścianek, niekorzystny kształt) i mniejszym ładunkiem.
W silniku dolnozaworowym stopień sprężania jest zawsze mniejszy od 8, co oznacza że ten typ rozrządu możemy spotkać tylko w silnikach z zapłonem iskrowym (silnik samochodu FSO Warszawa M-20 posiadał stopień sprężania 6,2)
Schemat silnika dolnozaworowego
Ogromna przewaga wad nad zaletami sprawia, że silnik dolnozaworowy (czasem równoznaczne jest określenie rozrząd dolnozaworowy) jest praktycznie nieprodukowany.
Bywa też spotykany układ, gdzie zawory ssące umieszczone są w głowicy silnika, zaś wydechowe w bloku silnika, co wiąże się z innym systemem rozrządu tzw. rozrząd mieszany oznaczany symbolem IOE (Inlet Over Exhaust) stosowany m in. w niektórych modelach Harleya.
OHV (overhead valve - rozrząd górnozaworowy popychaczowy)
Rodzaj rozrządu silników tłokowych, w których wałek rozrządu umieszczony w bloku silnika, steruje zaworami znajdującymi się w głowicy poprzez popychacze. Jest to rozrząd górnozaworowy (tzw. "zawory wiszące"). Obecnie układ ten wyparty został przez rozrząd OHC. Używany jest sporadycznie w pojazdach produkowanych w Ameryce Północnej.
Elementy składowe systemu sterowania zaworami poprzez popychacze
Zasada Działania
W czasie obrotu wałka rozrządu za pomocą krzywki podnoszony jest popychacz zaworowy. Wprawiony w ruch, przekazuje swoją energię poprzez laskę (drążek) na śrubę regulacyjną umieszczoną w dźwigni zaworu. Dźwignia działa na trzonek zaworu (wykonując ruch wahadłowy), który następnie otwiera lub zamyka wlot do kanałów dolotowych. Zawory dociskane są do swoich gniazd za pomocą sprężyn. Gniazda zaworów, jak i prowadnice w których zawory pracują, umieszczone są w głowicy silnika. Rozwiązanie to utrudnia instalację więcej niż dwóch zaworów na cylinder.
Mała odległość wałka rozrządu od wału korbowego pozwala na skrócenie drogi przeniesienia napędu. Silniki OHV charakteryzują się skomplikowanym napędem zaworów, z tego powodu masa ruchomych elementów układu rozrządu jest większa, pociąga to za sobą wzrost siły bezwładności. Z powodu rozbudowanego układu rozrządu, praca silnika jest głośniejsza niż w przypadku konstrukcji OHC, dodatkowo układ wymaga częstszej regulacji luzu zaworów (nie dotyczy silników z popychaczami hydraulicznymi).
OHC (overhead camshaft- rozrząd górnozaworowy z wałkiem w głowicy)
(Ang. Wałek ponad głowicą ) - Rodzaj układu rozrządu silnika górnozaworowego, w którym wałek rozrządu znajduje się nad głowicą. Napędzany jest on zwykle za pomocą zębatego, elastycznego paska rozrządu lub w innych typach i mocnych silnikach łańcuchem. Wyjątkowo zdarza się również napęd za pomocą kół zębatych. Dla tego typu rozwiązania stosuje się dwa układy:
SOHC (Single Over Head Camshaft)
(Ang.: dosł: jeden wałek rozrządu w głowicy cylindrów) - skrót ten oznacza silnik z jednym wałkiem rozrządu umieszczonym w głowicy.
Timing Belt - Pasek Rozrządu
Camshaft - Wałek Rozrządu
Valves - Zawory
Pistons - Tłoki
Crankshaft - Wał korbowy
DOHC - (ang. Double OverHead Camshaft )
Schemat zaworów głowicy w układzie DOHC
Powszechnie w świecie używane rozwiązanie konstrukcyjne silnika tłokowego, w głowicy którego znajdują się dwa wałki rozrządu, przypadające na jeden rząd cylindrów. Jeden z wałków steruje zaworami ssącymi, a drugi wydechowymi. Konstrukcja silnika DOHC, ułatwia zmiany fazy rozrządu, w zależności od prędkości obrotowej i obciążenia silnika. Zawory umieszczone są pod kątem naprzeciw siebie, dają tym samym większą swobodę w kształtowaniu komory spalania. Silnik DOHC umożliwia także zwiększenie liczby zaworów przypadających na cylinder, co wpływa na powiększenie sprawności napełniania i opróżniania cylindra i umożliwia uzyskanie wyższego stopnia sprężania i zmniejszenie oporów przepływu. Dzieje się tak poprzez zwiększenie powierzchni zaworów w stosunku do dostępnej powierzchni w głowicy wynikającej z średnicy cylindra i ew. pochylenia ścianek komory spalania w głowicy. Dzięki zwiększeniu powierzchni przylegania wielu zaworów do głowicy - w stosunku do zaworów pojedynczych o tej samej powierzchni przepływu - poprawia się odprowadzanie ciepła z zaworów. Kolejną zaletą tego rozwiązania jest zmniejszenie bezwładności elementów rozrządu - pojedyncze zawory są mniejsze, mogą mieć cieńsze trzonki i grzybki.
Wadą tego rozwiązania jest możliwość rozsynchronizowania wałków (np. wskutek pęknięcia łańcucha/paska rozrządu), czego konsekwencją może być zniszczenie głowicy silnika. Ale ta uwaga dotyczy każdego silnika, gdzie jest możliwość zetknięcia się tłoków z zaworami niezależnie od ich ilości. Faktem jest skomplikowanie napędu rozrządu i większe opory w wynikające z napędu dwóch wałków. Ponadto, rozdzielenie napędu na wałek wydechowy i ssący powoduje powstanie większych naprężeń na pasku/łańcuchu napędu - wtedy gdy jest to wspólny napęd obu wałków. Spowodowane jest to "odbijaniem" wałków w wyniku nacisku sprężyn zaworowych. Przy jednym wałku siły te są w znacznym stopniu zniwelowane. Dlatego częstym rozwiązaniem jest napędzanie tylko jednego wałka, a drugi jest napędzany za pośrednictwem pierwszego. Przy takim rozwiązaniu siły na napędzie rozrządu pomiędzy wałem korbowym a wałkiem są porównywalne z rozwiązaniem SOHC.
Ponadto często obserwuje się zwiększone zużycie oleju silnikowego, zwłaszcza przy dużych przebiegach.
16V
W motoryzacji oznaczenie silnika spalinowego 4-cylindrowego, posiadającego po 4 zawory na cylinder. Ogólniejszym pojęciem jest angielskie Multi-valve, mówiące, że silnik posiada więcej niż 2 zawory na cylinder.
Konwencjonalne rozwiązanie to 2 zawory na cylinder – ssący (dolotowy) i wydechowy (wylotowy). Od późnych lat 80. zaczęto stosować rozwiązanie z czterema zaworami, aby zmniejszyć opory ssania i wydechu, a co za tym idzie, zwiększyć moc silnika i osiągi. Obecnie wiele produkowanych silników do aut osobowych wykorzystuje technologię czterech zaworów na cylinder.
Silniki o 4 zaworach na cylinder mają nieco bardziej wysokoobrotową charakterystykę, niż silniki o 2 zaworach na cylinder, co niekorzystnie wpływa na ekonomikę jazdy przy niskich obrotach.
Istnieją też silniki z trzema, a nawet sześcioma zaworami na cylinder - przykładem jest Maserati 2.0L turbo-V6, czy też motocykl Honda NR750, która posiada 8 zaworów na każdy cylinder, a w sumie jest ich aż 32.
HONDA NR750
.jpg)
Dodatkowe informacje
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.
Jak działa system zmiennych faz rozrządu?
„Zmienne fazy rozrządu to rozwiązanie stosowane coraz powszechniej we wszystkich nowoczesnych konstrukcjach. Zapewnia lepsze napełnienie cylindrów mieszanką paliwowo-powietrzną w stosunku do rozwiązań standardowych, które zostały zaprojektowane optymalnie dla uśrednionej wartości prędkości obrotowej i obciążenia silnika”
Możliwość obrotu wałka rozrządu względem koła napędzającego ten wałek lub najnowsze konstrukcje, w których zawory sterowane są elektromagnetycznie (bez udziału wałka) zapewniają znacznie lepsze dostosowanie czasu otwarcia zaworów do chwilowego obciążenia silnika.
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.
Koła zębate, łańcuch a może pasek ?
Najstarsze konstrukcje silników posiadały rozrząd, w których napęd przenoszony był za pomocą kół zębatych. Rozwiązanie to najlepiej sprawdzało się w silnikach ciągników rolniczych i w zasadzie było bezobsługowe. Zdziwić może jednak fakt, że koła zębate stosowano jeszcze do niedawna w niektórych silnikach do samochodów dostawczych. Kolejnym rozwiązaniem został łańcuch rozrządu. Co starsi kierowcy małego czy też dużego fiata z pewnością pamiętają ile mógł przysporzyć kłopotu. Jego trwałość pozwalała na przejechanie niejednokrotnie tylko 20 tys. kilometrów po czym rozciągał się, dochodziło do obcierania rozciągniętego łańcucha o obudowę i wymiana była konieczna. Pod warunkiem naturalnie, że w ogóle udało się kupić nowy.
Czasy te jednak bezpowrotnie minęły i łańcuch rozrządu z powodzeniem jest stosowany
w najnowocześniejszych silnikach. W latach siedemdziesiętych ubiegłego wieku zaczęto stosować gumowe, zbrojone paski zębate. Jest to rozwiązanie, które prawdopodobnie sukcesywnie będzie wypierało łańcuch rozrządu.
„Wadą łańcucha jest jednak stawianie przez niego znacznych oporów ruchu oraz generowanie podwyższonego poziomu głośności. Coraz więcej konstruktorów silników wykorzystuje gumowe, zbrojone paski zębate. Ich trwałość rośnie i niektórzy producenci pojazdów zakładają jego wymianę dopiero po przejechaniu 240 tys. kilometrów” - mówi Robert Puchała z Grupy Motoricus S.A. „Są to jednak założenia nader optymistyczne i określone dla idealnych warunków jazdy. W praktyce zdecydowanie lepiej i bezpieczniej jest przyjąć, że wymiana paska powinna być wykonana znacznie wcześniej, nawet już po przejechaniu 75% zalecanego dystansu. Z tego powodu niektórzy mechanicy dla niektórych marek bezwzględnie zalecają serwis paska po 60 tys. kilometrów”
Gdy zerwie się pasek rozrządu
Zerwanie napędu rozrządu, łańcucha czy paska zazwyczaj nie wróży nic dobrego. Mniejszy problem jest w przypadku silników bezkolizyjnych, których na rynku ubywa. Wystarczy wtedy założyć nowy rozrząd i samochód powraca do pełnej sprawności. O wiele gorzej, gdy konstrukcja jest kolizyjna tzn. taka, gdzie po zerwaniu napędu rozrządu dochodzi do kolizji między zaworem a tłokiem. Najczęściej powoduje to zgięcie zaworów, często skrzywienie wałka rozrządu, a w ekstremalnych sytuacjach nawet wybicie dziury w tłoku. Zależy to od prędkości obrotowej i siły zderzenia.
Dlatego oczywistym wydaje się, że lepiej jest zapobiegać niż leczyć. Wymiana paska wraz z rolkami napinającymi
w klasycznym silniku benzynowym może kosztować ok. 500 zł, to kwota znacznie niższa niż poważny remont silnika. Jeżeli pompa wodna napędzana jest tym samym paskiem, należy ją również wymienić, aby nie była powodem nieprzewidzianych problemów.
Częstym powodem zerwania lub przeskoczenia paska napędu rozrządu jest próba rozruchu pojazdu na holu. Rozrusznik obraca wałem korbowym w sposób delikatny, zrównoważony a zupełnie inne siły działają kiedy holowaniu przy prędkości 40 km/ h na drugim biegu towarzyszy gwałtowne puszczenie sprzęgła. Wtedy rozrząd nie nadąża za rozpędzonym wałem korbowym, a pasek nie wytrzymuje tak silnych naprężeń. Takie przypadki są jeszcze częstsze, gdy panuje ujemna temperatura i olej staje się bardzo gęsty stawiając duże opory rozruchu silnika. Pamiętajmy zatem, gdy faktycznie musimy uruchomiać nasz pojazd poprzez jego holowanie, aby robić to na wyższym biegu delikatnie zwalniając sprzęgło.
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 dziesiętych 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.
i różniła się trwałością, efektywnością oraz kulturą pracy przejawiającą się m. in. poziomem głośności. Jest to złożony mechanizm wymagający szczególnej opieki serwisowej. Wszelkie zaniedbania powodują poważne, często kosztowne w naprawie uszkodzenia silnika.
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.
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.
W dzisiejszych jednostkach napędowych czterosuwowych ze względu na rodzaj konstrukcji wyróżniamy kilka rodzajów rozrządu:
Nazywany także boczno - zaworowym, silnik tłokowy, w którym wałek rozrządu umieszczony jest poniżej bloku silnika (najczęściej w skrzyni korbowej), a zawory w bloku silnika, co wiąże się z innym systemem rozrządu niż w silniku górnozaworowym.
Silniki dolnozaworowe z racji prostszego rozrządu (np. smarowanie krzywek rozrządu w skrzyni korbowej jest proste i skuteczne) były masowo produkowane do lat 50. XX wieku. Jednak rosnące zapotrzebowanie na coraz wyższą moc i nacisk na ograniczenie zużycia paliwa sprawiło, że zostały stopniowo wypierane przez silniki górnozaworowe.
Obecnie silniki dolnozaworowe są rzadko stosowane w prostych urządzeniach takich jak np: kosiarki.
Plusy :
+ Bardzo prosta budowa głowicy - brak w niej elementów ruchomych, niska wysokość głowicy.
+ Bardzo dobra elastyczność silnika, ściśle związana z jego małym wysileniem.
+ Możliwość stosowania paliwa o mniejszej liczbie oktanowej
Minusy :
- Mniejsza moc silnika z danej pojemności skokowej (małe wysilenie silnika).
- Większe jednostkowe zużycie paliwa (niższa sprawność).
- Gorsza szybkobieżność silnika (leniwa reakcja na "dodanie gazu") spowodowane gorszym napełnianiem cylindrów mieszanką palną i utrudnionym wylotem spalin.
- Niemożność stosowania mokrych tulei cylindrowych.
- Odkształcanie cylindra, który styka się bezpośrednio z chłodnym kanałem ssącym oraz z gorącym kanałem wydechowym.
- Osiąganie niższych stopni sprężania - co wiąże się z budową głowicy silnika (większa powierzchnia ścianek, niekorzystny kształt) i mniejszym ładunkiem.
W silniku dolnozaworowym stopień sprężania jest zawsze mniejszy od 8, co oznacza że ten typ rozrządu możemy spotkać tylko w silnikach z zapłonem iskrowym (silnik samochodu FSO Warszawa M-20 posiadał stopień sprężania 6,2)
Ogromna przewaga wad nad zaletami sprawia, że silnik dolnozaworowy (czasem równoznaczne jest określenie rozrząd dolnozaworowy) jest praktycznie nieprodukowany.
Bywa też spotykany układ, gdzie zawory ssące umieszczone są w głowicy silnika, zaś wydechowe w bloku silnika, co wiąże się z innym systemem rozrządu tzw. rozrząd mieszany oznaczany symbolem IOE (Inlet Over Exhaust) stosowany m in. w niektórych modelach Harleya.
Rodzaj rozrządu silników tłokowych, w których wałek rozrządu umieszczony w bloku silnika, steruje zaworami znajdującymi się w głowicy poprzez popychacze. Jest to rozrząd górnozaworowy (tzw. "zawory wiszące"). Obecnie układ ten wyparty został przez rozrząd OHC. Używany jest sporadycznie w pojazdach produkowanych w Ameryce Północnej.
W czasie obrotu wałka rozrządu za pomocą krzywki podnoszony jest popychacz zaworowy. Wprawiony w ruch, przekazuje swoją energię poprzez laskę (drążek) na śrubę regulacyjną umieszczoną w dźwigni zaworu. Dźwignia działa na trzonek zaworu (wykonując ruch wahadłowy), który następnie otwiera lub zamyka wlot do kanałów dolotowych. Zawory dociskane są do swoich gniazd za pomocą sprężyn. Gniazda zaworów, jak i prowadnice w których zawory pracują, umieszczone są w głowicy silnika. Rozwiązanie to utrudnia instalację więcej niż dwóch zaworów na cylinder.
Mała odległość wałka rozrządu od wału korbowego pozwala na skrócenie drogi przeniesienia napędu. Silniki OHV charakteryzują się skomplikowanym napędem zaworów, z tego powodu masa ruchomych elementów układu rozrządu jest większa, pociąga to za sobą wzrost siły bezwładności. Z powodu rozbudowanego układu rozrządu, praca silnika jest głośniejsza niż w przypadku konstrukcji OHC, dodatkowo układ wymaga częstszej regulacji luzu zaworów (nie dotyczy silników z popychaczami hydraulicznymi).
(Ang. Wałek ponad głowicą ) - Rodzaj układu rozrządu silnika górnozaworowego, w którym wałek rozrządu znajduje się nad głowicą. Napędzany jest on zwykle za pomocą zębatego, elastycznego paska rozrządu lub w innych typach i mocnych silnikach łańcuchem. Wyjątkowo zdarza się również napęd za pomocą kół zębatych. Dla tego typu rozwiązania stosuje się dwa układy:
(Ang.: dosł: jeden wałek rozrządu w głowicy cylindrów) - skrót ten oznacza silnik z jednym wałkiem rozrządu umieszczonym w głowicy.
Camshaft - Wałek Rozrządu
Valves - Zawory
Pistons - Tłoki
Crankshaft - Wał korbowy
Powszechnie w świecie używane rozwiązanie konstrukcyjne silnika tłokowego, w głowicy którego znajdują się dwa wałki rozrządu, przypadające na jeden rząd cylindrów. Jeden z wałków steruje zaworami ssącymi, a drugi wydechowymi. Konstrukcja silnika DOHC, ułatwia zmiany fazy rozrządu, w zależności od prędkości obrotowej i obciążenia silnika. Zawory umieszczone są pod kątem naprzeciw siebie, dają tym samym większą swobodę w kształtowaniu komory spalania. Silnik DOHC umożliwia także zwiększenie liczby zaworów przypadających na cylinder, co wpływa na powiększenie sprawności napełniania i opróżniania cylindra i umożliwia uzyskanie wyższego stopnia sprężania i zmniejszenie oporów przepływu. Dzieje się tak poprzez zwiększenie powierzchni zaworów w stosunku do dostępnej powierzchni w głowicy wynikającej z średnicy cylindra i ew. pochylenia ścianek komory spalania w głowicy. Dzięki zwiększeniu powierzchni przylegania wielu zaworów do głowicy - w stosunku do zaworów pojedynczych o tej samej powierzchni przepływu - poprawia się odprowadzanie ciepła z zaworów. Kolejną zaletą tego rozwiązania jest zmniejszenie bezwładności elementów rozrządu - pojedyncze zawory są mniejsze, mogą mieć cieńsze trzonki i grzybki.
Wadą tego rozwiązania jest możliwość rozsynchronizowania wałków (np. wskutek pęknięcia łańcucha/paska rozrządu), czego konsekwencją może być zniszczenie głowicy silnika. Ale ta uwaga dotyczy każdego silnika, gdzie jest możliwość zetknięcia się tłoków z zaworami niezależnie od ich ilości. Faktem jest skomplikowanie napędu rozrządu i większe opory w wynikające z napędu dwóch wałków. Ponadto, rozdzielenie napędu na wałek wydechowy i ssący powoduje powstanie większych naprężeń na pasku/łańcuchu napędu - wtedy gdy jest to wspólny napęd obu wałków. Spowodowane jest to "odbijaniem" wałków w wyniku nacisku sprężyn zaworowych. Przy jednym wałku siły te są w znacznym stopniu zniwelowane. Dlatego częstym rozwiązaniem jest napędzanie tylko jednego wałka, a drugi jest napędzany za pośrednictwem pierwszego. Przy takim rozwiązaniu siły na napędzie rozrządu pomiędzy wałem korbowym a wałkiem są porównywalne z rozwiązaniem SOHC.
Ponadto często obserwuje się zwiększone zużycie oleju silnikowego, zwłaszcza przy dużych przebiegach.
W motoryzacji oznaczenie silnika spalinowego 4-cylindrowego, posiadającego po 4 zawory na cylinder. Ogólniejszym pojęciem jest angielskie Multi-valve, mówiące, że silnik posiada więcej niż 2 zawory na cylinder.
Konwencjonalne rozwiązanie to 2 zawory na cylinder – ssący (dolotowy) i wydechowy (wylotowy). Od późnych lat 80. zaczęto stosować rozwiązanie z czterema zaworami, aby zmniejszyć opory ssania i wydechu, a co za tym idzie, zwiększyć moc silnika i osiągi. Obecnie wiele produkowanych silników do aut osobowych wykorzystuje technologię czterech zaworów na cylinder.
Silniki o 4 zaworach na cylinder mają nieco bardziej wysokoobrotową charakterystykę, niż silniki o 2 zaworach na cylinder, co niekorzystnie wpływa na ekonomikę jazdy przy niskich obrotach.
Istnieją też silniki z trzema, a nawet sześcioma zaworami na cylinder - przykładem jest Maserati 2.0L turbo-V6, czy też motocykl Honda NR750, która posiada 8 zaworów na każdy cylinder, a w sumie jest ich aż 32.
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.
„Zmienne fazy rozrządu to rozwiązanie stosowane coraz powszechniej we wszystkich nowoczesnych konstrukcjach. Zapewnia lepsze napełnienie cylindrów mieszanką paliwowo-powietrzną w stosunku do rozwiązań standardowych, które zostały zaprojektowane optymalnie dla uśrednionej wartości prędkości obrotowej i obciążenia silnika”
Możliwość obrotu wałka rozrządu względem koła napędzającego ten wałek lub najnowsze konstrukcje, w których zawory sterowane są elektromagnetycznie (bez udziału wałka) zapewniają znacznie lepsze dostosowanie czasu otwarcia zaworów do chwilowego obciążenia silnika.
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.
Najstarsze konstrukcje silników posiadały rozrząd, w których napęd przenoszony był za pomocą kół zębatych. Rozwiązanie to najlepiej sprawdzało się w silnikach ciągników rolniczych i w zasadzie było bezobsługowe. Zdziwić może jednak fakt, że koła zębate stosowano jeszcze do niedawna w niektórych silnikach do samochodów dostawczych. Kolejnym rozwiązaniem został łańcuch rozrządu. Co starsi kierowcy małego czy też dużego fiata z pewnością pamiętają ile mógł przysporzyć kłopotu. Jego trwałość pozwalała na przejechanie niejednokrotnie tylko 20 tys. kilometrów po czym rozciągał się, dochodziło do obcierania rozciągniętego łańcucha o obudowę i wymiana była konieczna. Pod warunkiem naturalnie, że w ogóle udało się kupić nowy.
Czasy te jednak bezpowrotnie minęły i łańcuch rozrządu z powodzeniem jest stosowany
w najnowocześniejszych silnikach. W latach siedemdziesiętych ubiegłego wieku zaczęto stosować gumowe, zbrojone paski zębate. Jest to rozwiązanie, które prawdopodobnie sukcesywnie będzie wypierało łańcuch rozrządu.
„Wadą łańcucha jest jednak stawianie przez niego znacznych oporów ruchu oraz generowanie podwyższonego poziomu głośności. Coraz więcej konstruktorów silników wykorzystuje gumowe, zbrojone paski zębate. Ich trwałość rośnie i niektórzy producenci pojazdów zakładają jego wymianę dopiero po przejechaniu 240 tys. kilometrów” - mówi Robert Puchała z Grupy Motoricus S.A. „Są to jednak założenia nader optymistyczne i określone dla idealnych warunków jazdy. W praktyce zdecydowanie lepiej i bezpieczniej jest przyjąć, że wymiana paska powinna być wykonana znacznie wcześniej, nawet już po przejechaniu 75% zalecanego dystansu. Z tego powodu niektórzy mechanicy dla niektórych marek bezwzględnie zalecają serwis paska po 60 tys. kilometrów”
Zerwanie napędu rozrządu, łańcucha czy paska zazwyczaj nie wróży nic dobrego. Mniejszy problem jest w przypadku silników bezkolizyjnych, których na rynku ubywa. Wystarczy wtedy założyć nowy rozrząd i samochód powraca do pełnej sprawności. O wiele gorzej, gdy konstrukcja jest kolizyjna tzn. taka, gdzie po zerwaniu napędu rozrządu dochodzi do kolizji między zaworem a tłokiem. Najczęściej powoduje to zgięcie zaworów, często skrzywienie wałka rozrządu, a w ekstremalnych sytuacjach nawet wybicie dziury w tłoku. Zależy to od prędkości obrotowej i siły zderzenia.
Dlatego oczywistym wydaje się, że lepiej jest zapobiegać niż leczyć. Wymiana paska wraz z rolkami napinającymi
w klasycznym silniku benzynowym może kosztować ok. 500 zł, to kwota znacznie niższa niż poważny remont silnika. Jeżeli pompa wodna napędzana jest tym samym paskiem, należy ją również wymienić, aby nie była powodem nieprzewidzianych problemów.
Częstym powodem zerwania lub przeskoczenia paska napędu rozrządu jest próba rozruchu pojazdu na holu. Rozrusznik obraca wałem korbowym w sposób delikatny, zrównoważony a zupełnie inne siły działają kiedy holowaniu przy prędkości 40 km/ h na drugim biegu towarzyszy gwałtowne puszczenie sprzęgła. Wtedy rozrząd nie nadąża za rozpędzonym wałem korbowym, a pasek nie wytrzymuje tak silnych naprężeń. Takie przypadki są jeszcze częstsze, gdy panuje ujemna temperatura i olej staje się bardzo gęsty stawiając duże opory rozruchu silnika. Pamiętajmy zatem, gdy faktycznie musimy uruchomiać nasz pojazd poprzez jego holowanie, aby robić to na wyższym biegu delikatnie zwalniając sprzęgło.
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 dziesiętych 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
| Poleć ten artykuł | |
| Podziel się z innymi: |
|
| URL: |
Dodaj komentarz
Zaloguj się, aby móc dodać komentarz.
Oceny
Tylko zarejestrowani użytkownicy mogą oceniać zawartość strony
Zaloguj się lub zarejestruj, żeby móc zagłosować.
Zaloguj się lub zarejestruj, żeby móc zagłosować.
Brak ocen. Może czas dodać swoją?