Przedmioty:
- Zarys ogólny
- Górny wałek rozrządu
- Podstawowy wałek rozrządu
- Szybkie wałki rozrządu
- Nakładanie się zaworów
- Zmienny rozrząd zaworowy i skok zaworów
- Smarowanie
Ogólne:
Wałek rozrządu jest ważną częścią silnika. Wałek rozrządu zapewnia, że zawory są otwierane i zamykane, umożliwiając przepływ powietrza do i z cylindra. Wałek rozrządu obraca się w taki sposób, że krzywka otwiera zawór wbrew sile sprężyny zaworu. Sprężyna zaworu zapewnia zamknięcie otwartego zaworu, gdy krzywka nadal się obraca.
Wałek rozrządu znajduje się w górnej lub dolnej części głowicy cylindrów lub w dolnej części bloku silnika. Wałek rozrządu napędzany jest paskiem rozrządu, łańcuchem lub zębatkami. Więcej na ten temat w rozdziale dystrybucja.
Górny wałek rozrządu:
Górny wałek rozrządu jest używany tylko obecnie. Następnie wałek rozrządu umieszcza się w głowicy cylindrów. Zaletą silników z górnym wałkiem rozrządu jest to, że mogą one pracować z większymi prędkościami niż silniki z górnym wałkiem rozrządu.
Na lewym zdjęciu widać, że zawór jest zamknięty, ponieważ sprężyna zaworu dociska zawór do zamknięcia, a wałek rozrządu obraca się w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara. Na prawym zdjęciu wałek rozrządu jest skręcony, co powoduje, że krzywka popycha zawór w dół. Sprężyna jest teraz ściśnięta i popycha zawór w dół. Gdy wałek rozrządu zostanie obrócony dalej, sprężyna zaworu wypchnie zawór ponownie do góry. Sprężyna zaworu wywiera przeciwciśnienie o wartości około 20 kg.
Zawory silnika czterosuwowego otwierają się za pomocą 1 lub 2 wałków rozrządu. W wersji z 1 wałkiem rozrządu steruje zarówno zaworami dolotowymi, jak i wydechowymi.
W wersji z 2 wałkami rozrządu, jeden wałek rozrządu steruje zaworem(ami) dolotowymi, a drugi zaworem(ami) wydechowym. 2 wałki rozrządu mogą być napędzane jeden po drugim za pomocą 1 paska rozrządu, ale zdarzają się również układy, w których jeden wałek rozrządu napędza drugi za pomocą osobnego paska lub łańcucha (patrz zdjęcia poniżej)
Poniższe zdjęcia przedstawiają jedynie przykłady konstrukcji paska rozrządu. Zasada jest taka sama w przypadku łańcucha rozrządu.
Zdjęcie powyżej po lewej stronie przedstawia silnik wyposażony w pojedynczy wałek rozrządu. Działa to zarówno na zaworach dolotowych, jak i wydechowych. Zwykle dotyczy to na przykład silników czterocylindrowych z 8 lub 12 zaworami (tj. z 2 lub 3 zaworami na cylinder).
Zdjęcie środkowe przedstawia silnik z podwójnym wałkiem rozrządu, napędzany dwoma paskami rozrządu. Koło zębate wałka rozrządu (1) napędzane jest bezpośrednio przez wał korbowy za pomocą dużego paska. Z tyłu koła zębatego nr 1 znajduje się mała zębatka, po której przebiega tylny pasek. Ten tylny (mały) pasek napędza koło zębate wałka rozrządu (2). Mały pasek wymaga osobnego napinacza. Zwykle stosuje się to do silników czterocylindrowych z 16 lub więcej zaworami. (czyli 4 lub więcej zaworów na cylinder)
Zdjęcie po prawej przedstawia silnik motocykla z dwoma wałkami rozrządu. Wałki rozrządu napędzane są zarówno paskiem, jak i łańcuchem. Wałek rozrządu 1 napędzany jest paskiem rozrządu, który napędzany jest przez wał korbowy. Wałek rozrządu 2 napędzany jest przez łańcuch, który napędzany jest przez wałek rozrządu 1. Łańcuch ten montowany jest pod pokrywą zaworów za pomocą napinacza lub mechanizmu regulacyjnego. Zwykle stosuje się to na przykład do silników czterocylindrowych z 16 lub więcej zaworami. (cztery lub więcej zaworów na cylinder)
Podstawowy wałek rozrządu:
W przeszłości silniki były wyposażone w umieszczony pod spodem wałek rozrządu. Obecnie silniki samochodów osobowych są wyposażone wyłącznie w górny wałek rozrządu. Zanika konstrukcja z leżącym pod spodem wałkiem rozrządu. Wadą tej konstrukcji jest to, że silniki te nie radzą sobie z dużymi prędkościami, ponieważ pomiędzy wałkiem rozrządu a zaworem znajduje się duża masa. Przy dużych prędkościach wystąpi zbyt duży luz i zawór nie będzie się już otwierał i zamykał we właściwym czasie.
Wał korbowy napędzany jest za pomocą mały łańcuch lub pasek rozrządu do znajdującego się pod spodem wałka rozrządu (patrz zdjęcie poniżej). Wałek rozrządu popycha popychacz zaworu i popychacz prosto do góry. Prawa strona wahacza jest wysunięta do góry. Wahacz „przewraca się” wokół osi wahacza, popychając lewą stronę w dół. Powoduje to dociśnięcie zaworu do dołu, wbrew sile sprężyny zaworu. Gdy wałek rozrządu obróci się dalej, sprężyna zaworu dociska zawór do zamknięcia, a wahacz powraca do pozycji wyjściowej.
Szybkie wałki rozrządu:
Jeśli krzywka jest bardziej owalna i dłuższa, zawór pozostanie otwarty dłużej. Do cylindra może wówczas wpłynąć więcej powietrza. Efektem tego są zyski kapitałowe. Zasadę tę stosuje się między innymi przy tuningu silników. Nazywa się to „szybkimi wałkami rozrządu”. Jeśli koniec jest ostrzejszy (bardziej punktowy), zawór zamknie się szybciej. Musi być również lekko wypukły, w przeciwnym razie zawór będzie uderzał z powrotem w gniazdo ze zbyt dużą prędkością, powodując mocne zużycie gniazd zaworów. Projektowanie silnika jest również dokładnie testowane, aby zamontować wałki rozrządu najbardziej optymalne pod względem mocy, zużycia paliwa i emisji.
Nakładanie się zaworów:
Podczas nakładania się zaworów zawory wlotowy i wylotowy są jednocześnie na krótko otwarte. Pod koniec suwu wydechu, gdy tłok znajduje się prawie w GMP, zawór dolotowy otwiera się przed zamknięciem zaworu wydechowego. W tej sytuacji prędkość spalin opuszczających komorę spalania jest tak duża, że powietrze dolotowe jest już zasysane przez efekt podciśnienia. Po zamknięciu zaworu wydechowego i przesunięciu tłoka do ODP, zawór dolotowy otwiera się całkowicie. W ten sposób zasysane powietrze wypełni przestrzeń spalania.
Zaletą nakładania się zaworów jest to, że prędkość napływającego powietrza zwiększa się, gdy zawór wlotowy się otwiera, co skutkuje wyższym stopniem napełnienia.
Rysunek przedstawia sytuację, w której zawór wlotowy (po lewej) i zawór wylotowy (po prawej) są otwarte w tym samym czasie.
Schemat pokazuje otwieranie i zamykanie zaworów wylotowych i wlotowych. Gdy wałek rozrządu się obraca, zawór wydechowy otwiera się i zamyka ponownie (niebieskie linie). Nakładanie się zaworów występuje w środku wykresu. Jest to pokazane na czerwono. Zawór wlotowy (pokazany zielonymi liniami) został już tutaj lekko otwarty.
Zachodzenie zaworów uzyskuje się poprzez kształt krzywki. Na poniższym obrazku widać, że na górnym wałku rozrządu najwyższe krzywki są oddalone od siebie o 114 stopni. Na środku rysunku zachodzi na siebie zachodzenie zaworów, ponieważ koniec krzywki dolotowej i początek krzywki wydechowej znajdują się wyżej niż okrągła część wałka rozrządu. Jest to część, w której zawory dolotowe i wydechowe są otwarte jednocześnie.
Im bliżej siebie znajdują się występy, tym większe jest nakładanie się na siebie. Można to zobaczyć na podstawie różnicy między górnym i dolnym wałkiem rozrządu, przy czym krzywki w dolnym wałku rozrządu są oddalone od siebie o 108 stopni.
Dlatego zawsze występuje nakładanie się zaworów i nie można tego zmienić ze względu na stały kształt krzywki na wałku rozrządu. Stopień zachodzenia zaworów określa producent silnika.
Zmienny rozrząd zaworowy i skok zaworów:
Moc silnika w dużej mierze zależy od wałka rozrządu. Jeśli ma długie i owalne krzywki, zawory pozostaną dłużej otwarte. Oznacza to, że więcej powietrza może wchodzić i wychodzić z silnika, co wytwarza większą moc. Jeśli krzywki są krótsze i bardziej spiczaste, zawór będzie otwierał się rzadziej i zamykał wcześniej, wpuszczając i wypływając mniej powietrza, a co za tym idzie, wytwarza również mniejszą moc. Zaletą jest to, że może to zmniejszyć zużycie paliwa.
Niskie prędkości obrotowe silnika przy małych obciążeniach wymagają:
- Zawory dolotowe otwierają się późno i zamykają wcześnie.
- Zawory wydechowe otwierają się późno i zamykają wcześnie.
Wysokie prędkości obrotowe silnika przy dużych obciążeniach wymagają:
- Otwórz zawory dolotowe wcześniej i zamknij późno.
- Otwórz zawory wydechowe wcześniej i zamknij późno.
Producenci samochodów zawsze szukają złotego środka. Zmienny rozrząd zaworowy ustawia wałek rozrządu w żądanym położeniu przy prędkości obrotowej silnika. Zmienny skok zaworu to także technika pozwalająca uzyskać różne korzyści poprzez zmianę odległości, na jaką zawór się otwiera.
W zmienne fazy rozrządu obraca wałek rozrządu względem regulowanego koła zębatego wałka rozrządu (patrz zdjęcie). W tym systemie można ustawić, że zawory otwierają się wcześniej lub później, ale nie można ustawić, aby zawory pozostawały otwarte dłużej. Jeśli zawór otworzy się wcześniej, zamknie się również wcześniej, ponieważ kształt wałka rozrządu pozostaje taki sam. Na stronie zmienne fazy rozrządu zostanie udzielonych więcej wyjaśnień na ten temat.
Zmienny skok zaworów to technika zapewniająca możliwość regulacji wysokości podnoszenia zaworu. Kontroluje to, jak daleko otwiera się zawór. Jest to korzystne zarówno ze względu na zużycie paliwa, jak i moc silnika. Poniższy obrazek jest tego przykładem. To jest Valvetronic BMW.
Zmienny skok zaworów dotyczy tylko wałka rozrządu zaworów dolotowych. Istnieje kilka technik stosowanych przez różnych producentów. Na stronie zmienny skok zaworów różne techniki zostały szczegółowo opisane.
Smarowanie:
Wałek rozrządu wymaga smarowania, podobnie jak wszystkie inne ruchome elementy silnika. Wałek rozrządu zasilany jest olejem w odpowiednich miejscach poprzez rurki z otworami lub dyszami. Działanie całego układu smarowania opisane jest na stronie system smarowania.
