Rozrząd

Rozrząd do ciągników i maszyn rolniczych

Każdy silnik spalinowy, napędzany benzyną lub dieslem posiada swój własny bardziej lub mniej skomplikowany układ rozrządu. Jego podstawowym zadaniem jest synchronizacja otwierania się i zamykania zaworów (ssącego i wydechowego) w taki sposób, aby w trakcie trwania jednego cyklu pracy zawór ssący otworzył się wpuszczając do komory silnika świeże powietrze (mieszankę paliwowo – powietrzną), następnie doprowadził do jego zamknięcia a po wybuchu, na skutek sprężania powietrza z odpowiednią dawką paliwa w komorze silnika ma za zadanie otworzyć zawór wydechowy i za jego pomocą wypchnąć powstałe spaliny z cylindra. Jak widać proces ten nie wygląda na bardzo złożony, jednak jeżeli dodamy do tego fakt, że musi to wszystko zrobić w ułamku sekundy to możemy dojść do wniosku, że jest to bardzo precyzyjny i skomplikowany mechanizm, który stale jest unowocześniany. Wraz z upływem czasu i rozwojem nowych technologii budowa układu zmieniała swoją formę. Dzięki temu dzisiejsze rozrządy są zdecydowanie cichsze, trwalsze i cechują się zdecydowanie lepszą kulturą pracy. Bardzo ważnym jest aby dbać o nasz rozrząd, ponieważ jego awaria powoduje bezwzględne unieruchomienie pojazdu, a zerwanie się paska lub łańcucha rozrządu w trakcie jazdy zwłaszcza przy dużych obrotach silnika może mieć tragiczne w skutkach konsekwencje.

Rodzaje rozrządów

Rozrząd zaworowy – układ, w którym za jego pośrednictwem odbywa się sterowanie zaworami wydechowymi i ssącymi. Prawidłowo ustawiony rozrząd w trakcie swojej pracy w odpowiednim momencie otwiera i zamyka poszczególne zawory.

Rozrząd tulejowy – w tym układzie zadaniem specjalnej tulejki jest kierowanie pracą zaworów. Przykładem jest rozrząd Knighta, opatentowany w 1905 roku, najczęściej stosowany w konstrukcjach silników lotniczych. Historycznie pomiędzy tłokiem a cylindrem silnika znajdowały się dwie tulejki, które poruszały się ruchem posuwisto – zwrotnym. W 1907 roku wyjechały z fabryki pierwsze samochody wyposażone w silniki z takim właśnie rozwiązaniem. Dzięki jego zastosowaniu praca silników była cichsza i cechowała się większą elastycznością pracy od silników z rozrządem zaworowym.

Rozrząd tłokowy – w klasycznym ujęciu rozwiązanie to stosowane jest w silnikach dwusuwowych, w których tłok podczas ruchu zasłania i odsłania okna na obwodzie cylindra. Również za jego pomocą dochodzi do napełniania komory mieszanką paliwowo – powietrzną, przepłukiwania cylindra oraz wydechu spalin. Jego najpoważniejszą wadą jest  fakt, że charakteryzuje się on symetrią to znaczy, że otwarcie i zamknięcie okna odbywa się w tym samym przedziale kąta . Z tego powodu można go zastosować wyłącznie w silnikach dwusuwowych o zapłonie iskrowym. Posiada też kilka zalet między innymi jest układem praktycznie bezobsługowym o prostej budowie i nie ma możliwości wystąpienia kolizji, czyli uderzenia tłoka w otwarty zawór w razie awarii rozrządu.

Rozrządy z przepustnicą obrotową – steruje ona otwieraniem i zamykaniem się okien dolotowych dla ładunku

Rozrządy mieszane – wykorzystywane w większości silników wodzikowych oraz niektórych silnikach rotacyjnych. Te pierwsze charakteryzuje specyficzna budowa. Mianowicie tłok, który w standardowym silniku połączony jest z korbowodem w tym przypadku łączy się z tłoczyskiem i dopiero za jego pomocą poprzez wodzik napędza właściwy korbowód. Zaletą takiego rozwiązania jest bardzo duża trwałość gładzi cylindrowych, pierścieni tłokowych i samego tłoka. Natomiast system posiada również bardzo dużo wad takich jak: duża wysokość silnika, zwiększenie mas wirujących przez co silnik pracuje pod większym obciążeniem i generuje odpowiednio mniej koni mechanicznych. Zmniejszeniu ulegają również możliwości obrotowe silnika z powodu długiego skoku tłoka i zwiększenia masy.

Najczęściej stosowany rozrząd

Najczęściej stosowanym rozrządem w silnikach spalinowych jest rozrząd zaworowy. Możemy podzielić go na dwie podkategorie ze względu na: Umiejscowienie zaworów w silniku dolnozaworowym – IOE lub F, w których zawór wydechowy znajduje się w bloku silnika a zawór ssący w głowicy oraz SV, w którym wszystkie zawory umiejscowione są w bloku silnika.

Umiejscowienie wałka rozrządu w silniku górnozaworowym – OHV, SOHC oraz DOHC. W tym pierwszym wałek rozrządu znajduje się w bloku, w drugim pojedynczy wałek znajduje się w głowicy, natomiast ostatni charakteryzuje się dwoma wałkami rozrządu zamontowanymi w głowicy silnika.

Na pojedynczy pełen cykl pracy silnika czterosuwowego przypadają dokładnie dwa obroty wałka korbowego. Wałek rozrządu obraca się dwukrotnie wolniej niż wał korbowy, wprawiany jest w ruch za pomocą wału napędowego silnika. W nowszych i mocniejszych jednostkach najczęściej za pomocą kół łańcuchowych i łańcucha, w starszych lub nieco słabszych silnikach za pomocą paska zębatego i przekładni. Za pomocą krzywek umiejscowionych na wałku rozrządu w czasie obrotu wałka wychylane są dźwigienki zaworowe, ich zadaniem jest otwieranie zaworów. Krzywek jest odpowiednio tyle ile znajduje się w naszym silniku zaworów. Najbardziej narażone na zużycie są sprężynki, których zadaniem jest przywrócenie zaworu do pozycji zamkniętej. Mogą ulegać szybszemu wyeksploatowaniu, ponieważ ich naprężanie i rozprężanie odbywa się bardzo szybko i wiele razy podczas pracy silnika. Zaletą rozrządu tulejowego jest fakt braku tychże sprężyn w jego budowie, ponieważ ich prace wykonują tulejki. W celu uniknięcia pośrednich elementów w pracy rozrządu, obecnie możemy spotkać w silnikach nowoczesne rozwiązania polegające na zastosowaniu tak zwanych „szklanek”, czyli metalowych cylinderków przypominających swoją budową właśnie to naczynie. W przypadku takiej budowy rozrządu, krzywki na wałku rozrządu napierają na popychacze hydrauliczne właśnie za ich pomocą. W celu zapewnienia jak największej precyzji i uniknięcia niechcianych sytuacji w nowszych konstrukcjach stosuje się bardzo dużo różnego rodzaju czujników, między innymi czujniki położenia wałka rozrządu stosowany w kombajnach zbożowych marki Fendt w modelach 5220 oraz 5250.

Układ napędowy rozrządu

Przez długi czas do napędzania układu rozrządu, a więc do połączenia jego kół zębatych z wałem korbowym silnika używano pasków zębatych, znanych również pod nazwą pasków klinowych. Głównymi przesłankami do stosowania tego rozwiązania były: cicha praca układu oraz tańsza, względem układów opartych na łańcuchach naprawa oraz eksploatacja. Łańcuchy stosowane w tych drugich układach miały tendencję do rozciągania się. Nie wyszły jednak całkowicie z użycia. Dzisiaj coraz częściej stosuje się układy oparte na pracy łańcucha i kół łańcuchowych. Przez wiele lat pracy udało się udoskonalić ten rodzaj sterowania zaworami. Ograniczono hałas generowany przez pracę łańcucha oraz zwiększono jego wytrzymałość na wyciąganie się za pomocą plastikowych ślizgów i zastosowaniu nowoczesnych napinaczy. Bardzo ciekawym rozwiązaniem było zastosowanie rozrządu opartego na działaniu tak zwanego Wałka Królewskiego. Wałek ten bezpośrednio za pomocą licznych przekładni stożkowych przekazywał napęd z wału korbowego na wałek rozrządu. Jest to jak dotąd najtrwalsze rozwiązanie, jednak ze względu na wysoki koszt produkcji i głośną pracę nie jest stosowane w nowoczesnej motoryzacji.

Zmienne fazy rozrządu

Rozwiązanie to możemy coraz częściej spotkać w nowych jednostkach napędowych, dlatego warto przyjrzeć się temu zagadnieniu. W standardowych jednostkach czas i moment otwierania i zamykania się zaworów jest sterowany za pomocą wałka rozrządu połączonego z wałem korbowym. Praca jest zsynchronizowana i nie ma możliwości ani miejsca na odstępstwa w pracy zaworów. Natomiast w przypadku zastosowania konstrukcji ze zmiennymi fazami rozrządu, istnieje możliwość uzyskania optymalnego napełnienia cylindra mieszanką paliwowo – powietrzną w szerokim zakresie obrotowym. W wyniku czego wysoki moment obrotowy jest dostępny zarówno przy niskich jak i przy wysokich obrotach silnika.

Zerwany rozrząd

W przypadku silników tak zwanych bezkolizyjnych na przykład dwusuwowych, zerwanie się rozrządu nie sprawi większego problemu oprócz oczywiście konieczności wymiany paska czy łańcucha. Takich jednostek jednak na rynku jest już zdecydowanie coraz mniej. W przypadku standardowych silników spalinowych czterosuwowych skutki takiej awarii mogą być tragiczne, mogą zostać dodatkowo spotęgowane w przypadku, kiedy łańcuch lub pasek ulegnie zerwaniu przy wysokich obrotach naszego silnika. Przede wszystkim dojść może do tzw. spotkania się tłoka z zaworem. Jest to sytuacja w której zawór czy to ssący czy wydechowy nie zdąży się zamknąć przed momentem, w którym tłok znajdzie się w swoim górnym, martwym położeniu. Efektem tego zazwyczaj jest pogięcie się zaworów, skrzywienie wałka rozrządu a w najgorszej sytuacji zawór może wybić nam dziurę w tłoku. Dlatego zawsze zdecydowanie lepiej jest zapobiegać niż leczyć. W razie kontroli stanu naszego paska rozrządu i wykryciu wytarć lub drobnych pęknięć, lepiej jest możliwie jak najszybciej dokonać jego wymiany. Komplet rolek napinających wraz z paskiem kosztuje niekiedy w granicach tysiąca złotych i jest to zdecydowanie tańsza opcja niż generalny remont silnika. Dobrym nawykiem, zwłaszcza przy zakupie używanej maszyny do naszego gospodarstwa rolnego, jest dopytać poprzedniego właściciela kiedy wymieniany był rozrząd. Jeżeli od momentu wymiany do dnia zakupu nowy rozrząd nie przepracował za dużo to możemy być spokojni, jednak jeżeli sprzedawca nie będzie dokładnie pamiętał daty jego ostatniej wymiany, warto po zakupie przeprowadzić taką profilaktyczną akcję serwisową. Zwłaszcza by w trakcie żniw, czyli okresu wytężonej pracy nie tylko dla ludzi ale i dla naszych maszyn, kiedy to pracują praktycznie całą dobę pod ogromnymi obciążeniami, nie dochodziło do poważnych awarii, które mogłyby je wykluczyć z użytkowania przez dłuższy czas. Żeby zadbać o jak najdłuższe działanie naszego rozrządu i nie narażać go na zerwanie, powinniśmy ograniczać gwałtowne ruszanie naszym pojazdem oraz regularnie przeprowadzać jego wymianę.