Wałek rozrządu – budowa. Na czym polega praca krzywek wałka rozrządu?

W pojazdach czterosuwowych zasilanych benzyną lub olejem napędowym występują wałki rozrządu. Ich podstawowym zadaniem jest sterowanie wzniosem i czasem otwarcia zaworów ssących i dolotowych. Praca ta wymaga niebywałej precyzji i odbija się na sprawności jednostki oraz jej prawidłowym funkcjonowaniu. Na początku przyjrzymy się, jak zbudowane są wałki rozrządu.

Budowa wałka rozrządu

Patrząc od góry, wałek rozrządu przypomina podłużny fragment metalu z widocznymi wypustkami. Często posiada też zewnętrzne oraz większe i mniejsze, wewnętrzne koło zębate. Dodatkowo na każdym wałku rozrządu znajdują się czopy, na których osadza się podpory. Wałek rozrządu może sterować zarówno zaworami ssącymi, jak i wydechowymi, a w pojazdach wyposażonych w głowicę z 4 lub 5 zaworami na cylinder mogą występować dwa wałki rozrządu sterujące tylko jednym rodzajem zaworów.

Wałki rozrządu – z czego się je robi?

Siły, jakie oddziałują na te części, determinują produkowania z bardzo wytrzymałych i twardych materiałów. Wałki rozrządu w pierwszej kolejności są odkuwane ze stali niskostopowej i węglowej, a następnie ich powierzchnie są nawęglane i hartowane. Pomaga to zapobiec szybszemu zużyciu się elementów podczas pracy. Innym sposobem jest ciągnienie wałka na zimno. Po tym procesie maszynowo wprasowuje się krzywki po wcześniejszym wzmocnieniu powierzchni roboczych wałka.

Budowa krzywek wałka rozrządu

Kluczowe dla funkcjonowania całego układu zasilania jest umiejscowienie i wyprofilowanie krzywek wałka rozrządu. Odpowiadają one w liniowy sposób za moment i czas otwarcia oraz zamknięcia zaworów. Ich kształt jest zależny głównie od charakteru danej jednostki. Najczęściej stosowane są 3 typy krzywek:

• styczne;
• harmoniczne;
• syntetyczne.

To one bezpośrednio wpływają na napełnianie i opróżnianie gazami komór spalania. 

W jaki sposób odbywa się ten proces?

Krzywki wałka rozrządu – na czym polega ich praca?

Gdy przyjrzysz się krzywkom wałków rozrządu dostrzeżesz, że bez względu na ich rodzaj każda zbudowana jest w podobny sposób. Z jednej strony ma niski i delikatny profil, z drugiej bardzo wysoki i szybko opadający, który nazywa się nosem. Krzywki wałka rozrządu mają określone parametry podawane w milimetrach i w pewnych przypadkach ich wartości są takie same jak skok zaworu.

Na czym polega czas otwarcia zaworu?

Nie jest oczywiście określany w jednostkach czasu. Podaje się go na podstawie kąta obrotu wału korbowego. W uproszczeniu cały proces polega na wysunięciu zaworu z położenia spoczynkowego celem napełnienia komory spalania odpowiednią mieszanką gazów. Kluczowe są w tym momencie dwie wartości – GMP i DMP (górne i dolne martwe położenie tłoka).

W silnikach czterosuwowych występują cztery suwy pracy:

• ssanie;
• sprężanie;
• praca;
• wydech.

Podczas suwu pracy wał korbowy wykonuje dwa pełne obroty. W tym czasie wałek rozrządu musi otworzyć zawory ssące, zamknąć je, otworzyć wydechowe i je zamknąć. Po tym procesie cały cykl rozpoczyna się od nowa. Suw ssania polega na wprowadzeniu pod ciśnieniem gazów z dolotu poprzez zawory ssące. Niestety mechanika gazów nie pozwala na błyskawiczne wypełnienie nimi komory spalania, więc krzywki wałka rozrządu odpowiedzialne za zawory ssące muszą otworzyć je zanim tłok osiągnie GMP. Moment otwarcia zaworu do osiągnięcia tego punktu obejmuje pewną wartość kątową obrotu wału korbowego.

Podobnie jest z DMP. Gazy nie są w stanie ulecieć natychmiast po osiągnięciu tego punktu, więc zawór wydechowy musi być otwarty jeszcze przez jakiś czas po przekroczeniu DMP przez tłok. Pamiętając, że podczas dystansu między GMP, a DMP wał korbowy wykonuje obrót o 180o, możesz zsumować wartości opisane powyżej i dzięki temu uzyskać czas otwarcia zaworu. W zależności od modelu silnika i wałka przekracza on 250^o obrotu wału.

Czy w przypadku wałków rozrządu więcej zawsze oznacza lepiej?

Sterowanie zaworami ma na celu wtłoczenie mieszanki paliwowo-powietrznej do komory spalania i usunięcie gazów w trakcie suwu wydechu. Ma to ścisły związek z mocą osiąganą przez dany silnik, bo im więcej jest w komorze spalania mieszanki, tym więcej energii jest on w stanie wygenerować. Niektórzy dochodzą do wniosku, że warto zamontować sportowe wałki rozrządu lub zapożyczyć je z innego auta o większej mocy. Co to powoduje? 

Czas wzniosu zaworu jest dłuższy, przez co cylinder może zostać napełniony większą ilością mieszanki. Jednocześnie pokonuje on dłuższą drogę, bo wysokość nosa krzywki jest większa. Z tego powodu powrót zaworu do pozycji spoczynkowej odbywa się w krótszym czasie i z większą prędkością. Ma to liniowy wpływ na generowanie większych przeciążeń i temperatur.

Jeżeli zawór ma krótszy kontakt z gniazdem, nie zdąży odprowadzić nadmiaru ciepła. W konsekwencji może dojść do przepalenia się zaworów, nieszczelności i spadku kompresji. A to już bardzo poważne problemy, bo wtedy musisz liczyć się wręcz z kapitalnym remontem głowicy. Budowa wałka rozrządu może też wpływać na zbyt długi czas otwarcia zaworów, przez co spotkają się one z tłokami, co także doprowadzi do zniszczenia jednostki.

Czy sportowy wałek rozrządu daje przyrost mocy?

Zdecydowanie tak. Jednak nie zawsze jest to moc użyteczna. Dlaczego? Wymiana gazów przy jednoczesnym otwarciu obu zaworów (tak jak w przypadku sportowych wałków) zdecydowanie poprawia osiągi, ale wpływa też na większą konsumpcję paliwa. Dzieje się tak z powodu nieprzepalania całej dawkowanej ilości benzyny, która zostaje zassana razem ze spalinami do wydechu.

Co równie ważne, sportowe lub rajdowe wałki rozrządu utrudniają pracę silnika na wolnych obrotach i spadek mocy w dolnej ich partii. A to w jeździe na co dzień jest bardzo uciążliwe. Rozwiązania tego typu stosuje się głównie w motosporcie, ponieważ zysk mocy widoczny jest generalnie w wysokich partiach obrotów.

Jeżeli decydujesz się na zmianę wałków rozrządu celem podniesienia mocy jednostki, pamiętaj o wzmocnieniu innych części silnika. 

Wałek rozrządu a wał korbowy

Co wspólnego wałek rozrządu i wał korbowy? Wiele, gdyż musi on przenieść wygenerowany moment obrotowy do skrzyni biegów. Dlatego przynajmniej zajrzyj do panewek, by sprawdzić ich stan i uniknąć ich obrócenia. Przydałoby się też zmienić tłoki i zawory na bardziej wytrzymałe. Oczywiście możesz rozważyć zmianę samych wałków, ale z czasem może się okazać, że silnik będzie nadawał się jedynie do kapitalnego remontu.

Przyczyny zużycia wałka rozrządu

Wszystko zaczyna się od wręcz prozaicznej czynności mianowicie interwału olejowego. Dlaczego? W kontakcie metal-metal, jaki występuje w głowicy między zaworami a krzywkami wałka rozrządu dochodzi do tarcia. Olej słabej jakości lub wyeksploatowany może powodować przyspieszone zużycie gładzi krzywek. Jak temu zaradzić? Oto wskazówki: 

1. przede wszystkim dobieraj odpowiedni olej według wskazań producenta i zawsze zmieniaj go na czas;
2. wybieraj też bardzo dobre filtry, aby nie dopuścić do krążenia po obiegu zanieczyszczeń.

Rzadziej przyczyna leży po stronie konstruktora. Zdarza się jednak, że projektant nie przewidzi wszystkiego i tak np. w Hondzie Accord VIII implementowany był bardzo słaby wałek wydechowy. W modelach Mazdy SkyActiv-D produkowanych przed 2014 rokiem również dochodziło do usterek. Wałki rozrządu nie dawały rady w silnikach 1.6 HDI i 2.2 od grupy PSA. Przypadki te jednak zdarzają się sporadycznie w porównaniu do zaniedbań eksploatacyjnych.

Po czym poznać zużycie wałka rozrządu?

Zużycie wałków rozrządu odczujesz po spadku mocy. Dodatkowo jednostki diesla będą miały problemy z dymieniem w górnym zakresie obrotów. Aby ostatecznie potwierdzić lub wykluczyć tego typu awarię, powinieneś zdjąć pokrywę zaworów. To rozwieje wszelkie twoje wątpliwości. Możesz też zajrzeć przez korek wlewu oleju, jednak nie w każdym modelu pojazdu cokolwiek zobaczysz.

Wałki rozrządu – cena

Są auta, w których wałek rozrządu możesz nabyć nawet za 100 zł. Oczywiście mowa o egzemplarzu używanym. Najczęściej jest to koszt kilkuset złotych, a nawet przekraczający tysiąc. Chodzi o jedną sztukę i nowy egzemplarz. Dlatego niektórzy decydują się na regenerację. 

Regeneracja wałka rozrządu – na czym polega i ile kosztuje? 

Polega ona na wykorzystaniu procesu napawania, czyli nałożeniu dodatkowej warstwy materiału na krzywki. Dochodzi do tego obróbka i nadawanie odpowiedniej wytrzymałości. Do ceny regeneracji wałka rozrządu musisz doliczyć też koszt renowacji głowicy, wymianę uszczelniaczy, często również zaworów. Kwota więc może przekroczyć 1500 zł.

Kluczem do oszczędności w powyższej kwestii jest regularna zmiana oleju i dobór odpowiednich filtrów. Pamiętaj też o konsekwencjach zwiększania mocy poprzez zmiany wałków rozrządu. Jeżeli będziesz odpowiednio dbać o swój silnik, ten odwdzięczy się długotrwałą i bezproblemową eksploatacją. Życzymy szerokiej drogi!