Układ zaworowy – działanie i konsekwencje zaniedbań

Istotnym elementem układu rozrządu są zawory umieszczone w głowicy silnika (w silnikach górnozaworowych) albo w bloku silnika (w silnikach dolnozaworowych). Sterują przepływem powietrza (w silnikach wysokoprężnych) lub mieszanki paliwowo-powietrznej (w silnikach o zapłonie iskrowym) oraz spalin.

Artykuł ukazał się w numerze 21/2022 "Lasu Polskiego".

Od stanu oraz prawidłowej pracy zaworów zależy sprawność silnika, spalanie, moc oraz zużycie oleju.

Rodzaje rozrządów

W dzisiejszych silnikach czterosuwowych ze względu na rodzaj konstrukcji wyróżniamy trzy rodzaje rozrządu:

• OHV (overhead valve) – rozrząd górnozaworowy popychaczowy, oznaczenie rodzaju rozrządu silników tłokowych z wałkiem rozrządu, umieszczony jest w bloku silnika i steruje przez popychacze zaworami znajdującymi się w głowicy cylindrów. Jest to rozrząd górnozaworowy z „zaworami wiszącymi”. Obecnie układ ten jest rzadziej stosowany, głównie pojawia się w pojazdach produkowanych w USA.

• SOHC (single overhead camshaft) – rozrząd górnozaworowy z wałkiem w głowicy, w którym wałek rozrządu służący do napędzania zaworów znajduje się w głowicy silnika. Napędzany jest za pomocą koła zębatego, elastycznego paska rozrządu lub łańcucha. Zaletą tego rozwiązania jest brak pośrednich elementów rozrządu (popychaczy, dźwigni zaworowych) oraz dobra szybkobieżność silnika. Wadą jest złożona konstrukcja głowicy silnika.

• DOHC (double overhead camshaft) – rozrząd górnozaworowy z podwójnym wałkiem rozrządu, w głowicy znajdują się dwa wałki rozrządu do sterowania pracą zaworów. Jeden z wałków steruje zaworami ssącymi, a drugi wydechowymi. Zawory umieszczone są pod kątem, naprzeciw siebie. Silnik DOHC umożliwia zastosowanie większej liczby zaworów na cylinder, wpływa to na powiększenie sprawności napełniania i opróżniania cylindra oraz umożliwia osiągnięcie wyższego stopnia sprężania i zmniejszenie oporów przepływu. Konstrukcja umożliwia zastosowanie zmiennych faz rozrządu (pod wpływem wzrostu prędkości obrotowej i obciążenia silnika).

Podział zaworów

Zawory dzielimy na ssące (dolotowe) i wydechowe (wylotowe). Zawór ssący otwiera się w stosownym momencie cyklu ssania silnika w celu zassania mieszanki paliwowo-powietrznej lub powietrza do cylindra silnika. Po jego napełnieniu mieszanką następuje zamknięcie zaworu (uszczelnienie cylindra) umożliwiające sprężenie mieszanki. Temperatura zaworów ssących w czasie pracy silnika z pełną mocą wynosi od 450 do 550°C. Zawór wydechowy otwiera się, umożliwiając odprowadzenie rozprężonych w suwie pracy gazów. Po wyrzuceniu spalin z cylindra zawór wydechowy zostaje zamknięty. Temperatura zaworów wydechowych dochodzi nawet do 750°C. Temperatura zaworów dolotowych jest mniejsza, gdyż są omywane świeżo dostarczanym powietrzem i paliwem, wydechowe zaś – gorącymi spalinami. Zawory ssące silnika mają zawsze większe średnice (przekroje) niż zawory wydechowe, jest to efekt dążenia do zwiększenia masy ładunku podczas cyklu pracy silnika (generowana większa moc). Z tego też powodu, jeśli liczba zaworów na cylinder jest nieparzysta, to zaworów ssących jest więcej.

Obsługa zaworów

Obsługa zaworów polega na okresowej regulacji luzów zaworowych zgodnie z interwałem zaleconym przez producenta silnika w wypadku występowania zaworów z regulacją ręczną. Nie dotyczy to silników wyposażonych w układy samoregulacyjne, w których wykorzystuje się ciśnienie oleju smarującego silnik i stosuje się popychacze hydrauliczne lub urządzenia hydrauliczne dociskające dźwignię do zaworu i drążka popychacza. Sposób ręcznej regulacji uzależniony jest od zastosowanego rozwiązania, możemy kasować luz zaworowy:

•
śrubą regulacyjną (metoda najtańsza, niewymagająca stosowania żadnych dodatkowych materiałów, oprócz nowej uszczelki pod pokrywę zaworów),

•
przez wymianę płytek regulacyjnych w popychaczach zaworowych (szklankach), oprócz uszczelki pokrywy zaworów możemy potrzebować dodatkowych płytek o innej grubości,

•
przez wymianę całych popychaczy zaworowych (szklanek), jest to najdroższa metoda z uwagi na cenę samych szklanek zaworowych (różna wysokość) oraz
drogą robociznę (konieczność demontażu wałków rozrządu).

Luz zaworowy to dystans pomiędzy końcem trzonka zaworu a współpracującą z nim częścią mechanizmu rozrządu, jest on potrzebny do prawidłowej pracy silnika. Zbyt duży lub zbyt mały wpływa niekorzystnie na trwałość silnika i jego prawidłową pracę. Duże luzy powodują dodatkowy metaliczny hałas i przyspieszone zużycie zaworów, krzywek wałka rozrządu i dźwigienek, a zbyt mały luz lub jego brak może doprowadzić do niepełnego zamykania zaworu i spadku ciśnienia w komorze spalania. Jeśli zawory nie będą się stykać z gniazdami zaworowymi, nie będą miały się jak ochłodzić, ich temperatura będzie coraz wyższa i konsekwencją może być uszkodzenie (wypalenie) grzybka zaworu. Jest on mierzony za pomocą szczelinomierza, przy zamkniętym zaworze i zimnym silniku. Wartość luzu musi być zgodna z instrukcją producenta danego modelu samochodu. W razie braku dokładnych danych przyjmuje się, że luz zaworu dolotowego powinien wynosić ok. 0,2 mm, a wylotowego – ok. 0,3 mm, w silniku o normalnej temperaturze pracy.

Interwał regulacji

Częstotliwość regulacji luzów jest bardzo różna. W niektórych autach trzeba ją wykonywać przy każdym przeglądzie, a w innych tylko przy wymianie paska rozrządu, czyli rozrzut jest od 10 do 100 tys. km. Standardowo jednak zalecana jest kontrola luzu (regulacja) co 50–60 tys. km. Jeśli silnik jest zasilany LPG, to regulację zaworów należy wykonywać nawet dwa razy częściej.

Awarie i objawy

Typowe objawy braku luzu zaworowego są następujące: niestabilne obroty silnika, nieprawidłowe, niskie ciśnienie sprężania, wypadanie zapłonu, niższa moc silnika, charakterystyczne „dzwonienie” podczas dodawania gazu i wysokie zużycie paliwa.

Podsumowanie

Regulacja luzu zaworowego jest operacją konieczną, mającą wpływ na sprawność i trwałość silnika oraz na spalanie paliwa. Nie dotyczy to aut z hydrauliczną regulacją zaworów, jednak i tu zdarzają się awarie hydropopychaczy (zachodzi wówczas konieczność wymiany całej „szklanki”). Pamiętajmy, że ile zaworów, tyle szklanek. Po raz kolejny przypomnę o terminowej zmianie oleju – zużyty olej w pracującym silniku to w efekcie przyśpieszone zużycie zaworów i ich osprzętu. Cena regulacji zaworów jest zależna od zastosowanego układu zaworowego. Najtańsza będzie regulacja dokonywana za pomocą stosownych śrub (od 200–300 zł), bardziej pracochłonna jest regulacja za pomocą płytek (często musimy dokupić płytki o odpowiedniej grubości), najdroższa jest regulacja luzu oparta na wymianie całych szklanek. W tym wypadku oprócz konieczności zakupienia szklanek o wymaganej wysokości dodatkowo musimy demontować układ rozrządu (cena regulacji od 1000 zł). Pamiętajmy, że ile zaworów, tyle pojedynczych regulacji bądź wymian zużytych hydropopychaczy… Cena jednej szklanki hydraulicznej rozpoczyna się od ok. 20 zł do ponad 100 zł za sztukę. Pamiętajmy więc o okresowej kontroli i regulacji zaworów, pozwoli nam to utrzymać silnik w dobrej kondycji przez wiele kilometrów przebiegu i unikniemy kosztownych (potencjalnych) napraw. C

Pozdrawiam terenowo.

Sebastian Kołacz

Uwagi, sugestie lub zapotrzebowanie na tematy proszę kierować na adres: seba4x4@o2.pl.

Fot. www.adobe.stock.com; www.gazeo.pl