Nowa strona 1

Rozrządy

Bardzo ważnymi częściami układów rozrządu silników czterosuwowych są wałki rozrządu, ponieważ posiadają krzywki, które za pośrednictwem popychaczy lub dźwigienek sterują pracą zaworów ssących i wydechowych, mając ogromny wpływ na osiągi i charakterystykę silnika. Krzywki mają różne kształty (profile), a zależą one od: współpracujących z krzywkami części, wielkości występującego między nimi luzu oraz pożądanej charakterystyki silnika jaką mają współtworzyć wraz z pozostałą konstrukcją silnika. Zasadniczo profile krzywek dzielą się na symetryczne i niesymetryczne.

Ze względu na charakter drgań własnych sprężyn zaworowych przebieg wzniosu zaworów powinien być symetryczny. Aby to osiągnąć w przypadku współpracy krzywki w popychaczem płaskim, rolkowym lub dwustronną dźwigienką, wymagana jest krzywka symetryczna. Natomiast w przypadku współpracy krzywki z dźwigienką jednostronnie podpartą, wymagana jest krzywka niesymetryczna, przy czym wielkość wymaganej niesymetrii zależy od wielkości wzniosu krzywki.

Ważnymi parametrami opisującymi krzywkę są: efektywny kąt otwarcia wraz ze stosownym kontrolnym luzem zaworowym, efektywny wznios i wypełnienie*. Zaś wykres każdej krzywki rozrządu składa się z trzech części: nabiegu, efektywnego wzniosu i zbiegu. Nabieg służy do łagodnego kasowania luzu zaworowego, zapobiegając hałasowi i wybijaniu się krzywki oraz współpracującej z nią części. Efektywny wznios służy do współtworzenia charakterystyki silnika wraz z jego mocą maksymalną, natomiast zbieg do łagodnego osadzania zamykającego się zaworu w gnieździe zaworowym, zapobiegając wybijaniu się przylgni zaworowych w gnieździe i na zaworze oraz w skrajnych przypadkach ew. urywaniu się grzybków zaworowych. W kwestii osiągów silnika owe nabiegi i zbiegi zdecydowanie bardziej szkodzą niż pomagają i bez przesady można uznać, że są niejako złem koniecznym. Rozszczelniają jedynie zawory nie umożliwiając efektywnego przepływu, a skracając czas styku grzybka zaworu z gniazdem, skracają czas oddawania ciepła przez grzybek do gniazda co niekorzystnie podnosi temperaturę zaworów i w skrajnych przypadkach może prowadzić do ich wypalenia. Na wykresach wzniosu krzywki w funkcji jej obrotu nabiegi i zbiegi w zasadzie są liniami prostym nachylonymi pod niewielkimi kątami do osi poziomej X. W zależności od zastosowania krzywki ich nabiegi i zbiegi mają różne nachylenia i długości kątowe. Im są one dłuższe i przebiegają pod mniejszymi kątami, tym rozrząd z ręczną regulacją luzu ciszej pracuje i jest bardziej odporny na niedokładności regulacji luzu zaworowego, ale tym bardziej niekorzystnie wpływają na charakterystykę silnika. Punkt przejścia nabiegu w efektywny wznios wyznacza efektywny czas otwarcia zaworu, natomiast punkt przejścia efektywnego wzniosu w zbieg wyznacza efektywny czas zamknięcia zaworu, a razem punkty te wyznaczają tzw. luz kontrolny wałka. W praktyce i w zastosowaniu do sportu wielkości luzów zaworowych powinny być nieco mniejsze od luzu kontrolnego.

Mankamenty wynikające z niekorzystnego wpływu nabiegów i zbiegów na osiągi silnika niemal usuwa hydrauliczna regulacja luzów zaworowych, ponieważ przynajmniej teoretycznie umożliwia współpracę krzywki bez luzu co z kolei umożliwia skrócenie nabiegu i zbiegu do niezbędnego minimum. Jednak w większości przypadków elementy hydraulicznego kasowania luzu zaworowego umieszczone są w popychaczach i są na tyle ciężkie, że uniemożliwiają zastosowanie ich do wysokokręconych silników sportowych, a w szczególności wyczynowych. Wyjątek stanowią konstrukcje z dźwigienkami jednostronnie podpartymi, w których cieżkie elementy hydraulicznej regulacji nie biorą udziału w ruchu zaworów, ponieważ stanowią podparcie dźwigienki.

Teoretycznie ustawienie krzywek ssących i wydechowych względem siebie i względem wału korbowego silnika mierzone w stopniach obrotu wału korbowego przedstawiają tzw. czasy rozrządu, których standardowa forma zapisu wygląda w następujący sposób: OS/ZS OW/ZW, gdzie

OS, to kąt otwarcia ssania oznaczający ile stopni przed GMP (górnym martwym punkcie) położenia tłoka otwiera się zawór ssący. Jeżeli przed wartością OS znajduje się znak minus (-) oznacza to, że zawory ssące otwierają się po GMP.

ZS, to kąt zamknięcia ssania oznaczający ile stopni po DMP (dolnym martwym punkcie) położenia tłoka zamyka się zawór ssący.

OW, to kąt otwarcia wydechu oznaczający ile stopni przed DMP otwiera się zawór wydechowy

ZW, to kąt zamknięcia wydechu oznaczający ile stopni po GMP zamyka się zawór wydechowy

Jednak w praktyce czasy rozrządu podawane w opisach technicznych niemal zawsze odbiegają od ich rzeczywistych wartości, ponieważ mają służyć co najwyżej do sprawdzenia poprawności ustawienia rozrządu przy określonym luzie. Niestety nie ma jednego, obowiązującego wszystkich sposobu określania czasów wałków rozrządu i producenci z różnych powodów określają je różnie, czyli tak jak chcą. A ponieważ w przypadku modyfikacji silnika, której zakres ma obejmować wymianę wałka (lub wałków) rozrządu podstawową sprawą jest znajomość rzeczywistych czasów rozrządu silnika przeznaczonego do modyfikacji, ponieważ stanowia one punkt wyjścia do obliczeń, więc rzeczywisty przebieg wzniosu zaworu w funkcji kąta obrotu wałka rozrządu należy zmierzyć samodzielnie. Można to zrobić na kilka sposobów, ale najdokładniejszy pomiar najlepiej uzyskać na specjalnie do tego celu przygotowanym przyrządzie (np. takim jak niżej), który umożliwia sporządzenie tzw. tabeli wzniosów, a na jej podstawie wykresu.

Tabela wzniosu może służyć również do wykonania krzywki. Aby tabela przedstawiała rzeczywisty przebieg wzniosu zaworów występujący w silniku, przed pomiarem należy dorobić do czujnika zegarowego końcówkę odzwierciedlającą współpracującą w silniku z krzywką część. A więc np. w przypadku, gdy krzywka w silniku współpracuje z płaskim popychaczem powinien to być płaski talerzyk o identycznej jak popychacz średnicy (podobny do tego ze zdjęcia poniżej). W celu zmierzenia wzniosu czujnik należy ustawić w osi wałka rozrządu, wyzerować go na kole podstaw i wykonać pomiar obracając wałek co 1° stopień z możliwie największą dokładnością zapisując wyniki np. w Excelu. Arkusz kalkulacyjny umożliwi nam nie tylko szybkie i bezproblemowe uzyskanie wykresu przebiegu wzniosu, ale również wyliczenie i sporządzenie wykresu prędkości współpracującej z krzywką części rozrządu.

Poniżej typowy wykres wzniosu krzywki współpracującej z płaskim popychaczem i mechanicznie regulowanym luzem zaworowym w funkcji kąta jej obrotu. Na pionowej osi Y znajdują się wartości wzniosu w mm, a na poziomej osi X wartości kąta obrotu krzywki w stopniach. Wykres powstał na bazie przykładowej tabeli wzniosu wygenerowanej przez stosowny program komputerowy. Przebieg wzniosu w funkcji obrotu krzywki przedstawia linia niebieska. Natomiast linia zielona przedstawia wyliczoną na podstawie przebiegu wzniosu generowaną przez krzywkę prędkość współpracującej z nią części rozrządu.

Jak widać wykres dla krzywek współpracujących z mechanicznie regulowanym luzem, zaczyna się i kończy liniami niemal prostymi, nachylonymi pod niewielkim kątem do osi X. Linie te obrazują od lewej strony, czyli od strony otwierającej zawór tzw. nabieg, a od prawej strony, zamykającej zawór tzw. zbieg. Długość kątowa nabiegów i zbiegów oraz ich pochylenie wzgl. osi X zależy od typu i rodzaju wałka rozrządu. Generalnie obowiązuje zasada, że im bardziej sportowy (dłuższy) wałek rozrządu, tym krótsze nabiegi i zbiegi. Z powyższego wykresu wynika, że przy luzie zaworowym równym 0, całkowity kąt otwarcia krzywki (mierzony na krzywce) wynosi 180 stopni co oznacza, że w silniku (np. z hydraulicznym kasowaniem luzu) sterowany przez nią bez luzu zawór otwarty byłby przez 360 stopni obrotu wału korbowego. Oczywiście byłoby to bez sensu i dlatego w przypadku krzywek z długimi nabiegami i zbiegami niezbędny jest stosowny luz zaworowy, a wałków z krzywkami do ręcznej regulacji luzu nie należy montować do silników z hydraulicznym kasowaniem luzu.

Aby ustalić tzw. luz kontrolny krzywki będący jednocześnie graniczną wartością luzu roboczego, musimy poznać efektywny kąt otwarcia krzywki. W tym celu korzystając z wartości w sporządzonej podczas pomiaru wałka tabeli wzniosu, obliczamy i nakładamy na wykres wzniosu wykres prędkości z odpowiednim mnożnikiem. Pierwszy punkt oderwania się krzywej prędkości od krzywej wzniosu wyznacza nam efektywny kąt otwarcia krzywki pokazując jednocześnie na osi Y jaka jest graniczna wielkość luzu zaworowego. Poniżej powiększony fragment wykresu, na którym widać, że krzywa prędkości odrywa się od krzywej wzniosu na 21 stopniu obrotu krzywki. A ponieważ krzywka jest symetryczna, efektywny kąt otwarcia zaworu w przypadku tej krzywki wynosi: całkowity kąt 180 stopni - nabieg 21 stopnia - zbieg 21 stopnia =138 stopni obrotu krzywki, czyli 139*2=276 stopni obrotu wału korbowego silnika.

----------------------------------------------------------------------------------------------------

Wypełnienie* krzywki (zwane niekiedy dobrocią, lub doskonałością krzywki) jest liczbą, która określa stosunek powierzchni pod krzywą wzniosu krzywki do powierzchni prostokąta na tej krzywej opisanego. Prostokąta, którego jednym bokiem (na osi x) jest całkowity kąt otwarcia, a drugim bokiem (oś y) jest maksymalny wznios krzywki. Tak więc w myśl definicji najlepsze wypełnienie o wartości 1 miałaby krzywka, której wykresem byłby prostokąt. Oczywiście jest to z wielu powodów niemożliwe i... bardzo dobrze, bo choć w konstruowaniu krzywek dąży się do tego, aby owe wypełnienie było możliwie duże, to w praktyce nie zawsze najlepsze wypełnienie powoduje najlepsze rezultaty i nierzadko celowo "pogarsza" się owe wypełnienie, aby uzyskać lepszy przebieg charakterystyki silnika.

Poniżej wykresy krzywek o takim samym wzniosie i kącie otwarcia, lecz różnym wypełnieniu.

cdn.