Mechanizm rozrządu – co w silniku pracuje

 Silnik to serce naszego samochodu. Dlatego powinniśmy jak najlepiej o nie dbać. Nie wystarczy tylko raz do roku wymienić olej i kilka filtrów. Musimy pamiętać też o rozrządzie. Wprawdzie jego serwis przeprowadza się średnio raz na pięć lat, ale jeśli go nie zrobimy, może mieć to bardzo poważne konsekwencje.

Dla wielu z nas samochód jest jedynie obiektem ułatwiającym codzienne życie. Rzadko zgłębiamy tajemnice, jakie skrywa niepozorny na pierwszy rzut oka pojazd. Dopóki jest on sprawny – traktujemy go wyłącznie jak narzędzie. Gdy coś się zepsuje, tworzymy swego rodzaju podział, mający pomóc nam zrozumieć i określić usterkę. I tak kreujemy sobie w głowie pewne układy: lakier (o tym myślimy, gdy przez chwilę nieuwagi otrzemy zderzak o słupek), zawieszenie (gdy jazda przypomina podróż latającym dywanem lub wjazd w byle dziurę w nawierzchni sprawia, że zastanawiamy się, czy wszystkie cztery koła są nadal z nami) i wreszcie – silnik. Najbardziej tajemniczy i jednocześnie, szczególnie dla laika, nieco straszny: wielki, nerwowo podrygujący, żeliwny kloc, który w czarodziejski niemal sposób przerabia paliwo na kręcenie kołami. Dla osoby nieobeznanej z mechaniką silnik jest pojedynczym obiektem. Wystarczy jednak baczniej mu się przyjrzeć, by zauważyć, że to tylko zbiór układów, które składają się z mniejszych układów, a te z jeszcze mniejszych. Jednym z najistotniejszych jest właśnie mechanizm rozrządu.
 
 

Praca silnika spalinowego
 
Aby móc rzetelnie wyjaśnić działanie mechanizmu rozrządu, najpierw trzeba krótko opisać pracę silnika spalinowego. Pomijając rozważania dotyczące dostarczania mieszanki paliwowo-powietrznej oraz źródeł zapłonu, skupmy się tylko na wzajemnej współpracy poszczególnych elementów. 
 
Na samym dole silnika mamy wał korbowy. Do niego, za pośrednictwem panewek, przymocowane są korbowody, a do nich tłoki – po jednym na każdy cylinder. Tłoki, dzięki obrotom wału, poruszają się w tulejach do góry i do dołu w odpowiednich suwach. W silnikach, które znajdziemy pod maskami naszych aut, mamy ich cztery: ssanie (zasysanie bądź wtryskiwanie mieszanki paliwowo-powietrznej – suw do dołu), sprężanie (wytworzenie odpowiedniego ciśnienia – w przypadku wysokoprężnych jednostek napędowych – lub ściśnięcie mieszanki i wytworzenie iskry – w wariantach benzynowych, aby umożliwić zapłon całego paliwa znajdującego się w cylindrze – suw do góry), praca (inaczej rozprężanie, wybuch mieszanki, w wyniku którego otrzymywana jest energia – do dołu) oraz wydech (inaczej wylot, odprowadzenie spalin z cylindra – do góry). Po wykonaniu całego cyklu ssania, sprężania, pracy i wydechu wszystko zaczyna się od nowa. 
 
Teraz pora na wyjaśnienie, co się dzieje powyżej intensywnie pracujących tłoków. Znajdziemy tam głowicę pełną zaworów. Starsze generacje silników spalinowych miały ich po dwa na każdy cylinder – ssący i wylotowy, nazywany również wydechowym. Obecne głowice rzadko mają ich mniej niż cztery, w postaci dwóch powyższych duetów. Łatwo znaleźć powiązanie między zaworem ssącym a suwem ssania oraz zaworem wydechowym a ostatnim w cyklu pracy tłoka. I tu właśnie docieramy do sedna sprawy. Mechanizm rozrządu umożliwia perfekcyjne zgranie w czasie poszczególnych suwów z otwieraniem i zamykaniem określonych zaworów. System złożony z kół pasowych, rolek, napinaczy oraz paska (albo w niektórych konstrukcjach działający za pośrednictwem łańcucha), odpowiada za prawidłową pracę całej jednostki napędowej. Nie ma tu miejsca na błąd! Nawet najmniejsza pomyłka może zakończyć się dla nas bardzo kosztowną naprawą lub nawet wymianą całego silnika.
 
 

Rodzaje rozrządu
 
Możemy wyróżnić trzy rodzaje rozrządów spotykanych we współczesnych silnikach spalinowych: 
 
OHV (ang. Over Head Valve) – rozrząd górnozaworowy (wałek rozrządu znajdujący się w bloku silnika steruje zaworami w głowicy za pomocą popychaczy). Jest to najrzadziej spotykana obecnie odmiana tego układu.

OHC (ang. Over Head Camshaft, inaczej SOHC – Single Over Head Camshaft) – rozrząd górnozaworowy z wałkiem w głowicy.

DOHC (ang. Double Over Head Camshaft) – rozrząd górnozaworowy z dwoma wałkami w głowicy.
 
 

Elementy układu
 
Można by z czystym sumieniem powiedzieć, że ile na świecie modeli silników, tyle odmiennych schematów układów rozrządu. Choć zasada działania jest zawsze taka sama, to kształt, jaki przyjmuje pasek wijąc się pomiędzy rolkami, kółkami i napinaczami, bywa różny. Od prostych i intuicyjnych po niezwykle trudne to odtworzenia bez pomocy odpowiednich instrukcji i dokumentacji „esy-floresy”. Zawsze jednak jedno z kół zębatych znajduje się na wale korbowym, a kolejne jedno lub dwa – na wałku bądź wałkach rozrządu. Pomiędzy nimi znajdziemy rolki prowadzące, napinacz oraz często pompę wody lub oleju, która wykorzystuje układ rozrządu jako siłę napędzającą do działania. Pomiędzy tymi wszystkimi elementami niczym wąż wije się pasek zębaty lub wspomniany łańcuch.
Różne oblicza rozrządu
 
Nie są to jedyne rodzaje napędzania tego układu, jakie zna historia motoryzacji. Przodkowie dzisiejszych aut posiadali rozrząd, w którym napęd był przekazywany za pomocą zespołu kół zębatych. Z punktu widzenia dzisiejszej technologii to niemal prehistoryczne rozwiązanie nie pozwalało osiągnąć wyśmienitych wyników, ale było praktycznie bezobsługowe. Dzięki temu koła zębate na długo zadomowiły się pod maskami ciągników i maszyn rolniczych. 
 
Wraz z rozwojem motoryzacji pojawiły się łańcuchy rozrządu w towarzystwie kół łańcuchowych, które w niektórych autach możemy spotkać do dziś. Choć kultura pracy tych obecnych jest niczym niebo a ziemia w porównaniu do poprzedników (dzięki nowym technologiom znacznie zmniejszył się poziom emitowanego przez układ hałasu), daleko im do trwałości dawnych rozwiązań. Stare Mercedesy potrafiły na liczniku wskazać przebieg pół miliona przejechanych kilometrów, a łańcuch rozrządu dopiero zaczynał sygnalizować potrzebę wymiany lub jedynie wymagał napięcia. Dzisiejsze auta są pod tym względem bardziej problematyczne, ponieważ nieraz już po 50-60 tys. kilometrów pojawia się konieczność wymiany rozrządu. A nie jest to sprawa tania. Za naprawę w serwisie trzeba zapłacić około 200-600 złotych, jeżeli decydujemy się na wymianę samego łańcucha. Koszty wzrastają przy zakupie całego układu. 
 
Ostatnim, odchodzącym już w zapomnienie rodzajem napędu rozrządu, jest wałek królewski. W niektórych silnikach spalinowych napęd z wału korbowego jest przekazywany za pomocą przekładni stożkowych na wałki rozrządu. Taki rodzaj konstrukcji, mimo że trwały i mało awaryjny, nie jest już obecnie stosowany ze względu na głośną pracę i wysokie koszty produkcji oraz ewentualnej wymiany.
Houston, mamy problem…
 
Jak wszyscy dobrze wiemy, nie ma urządzeń niezawodnych. Dotyczy to również (a może szczególnie) świata motoryzacji. Mechanizm rozrządu jest jednym z tych uporczywych elementów, które w żaden sposób nie zasygnalizują nam swojego zużycia. Jesteśmy więc zdani jedynie na intuicję – własną lub mechaników. 
 
Podstawową awarią układu rozrządu jest zerwanie się paska. Choć ten element produkuje się z najlepszej jakości materiałów, mimo wszystko jest to guma, która w wyniku upływu czasu oraz warunków atmosferycznych może tracić swoje właściwości, a w efekcie ulec rozciągnięciu i zsunięciu się z któregoś z kół. Podobny skutek nastąpi, jeżeli tworzywo sparcieje. Staje się wówczas bardziej podatne na uszkodzenia, co może łatwo doprowadzić do jego zerwania. Może to być również spowodowane zatarciem się łożyska w którejś z rolek prowadzących. Łatwo można się domyślić, co się wtedy wydarzy – cała synchronizacja pracy poszczególnych elementów zostanie zachwiana. Wał swoje, zawory swoje. Nieunikniona jest wtedy kolizja tłoków z zaworami, które otwierają i zamykają się w sobie tylko znanym porządku, nie mającym nic wspólnego z pożądanymi cyklami. W najlepszym wypadku czeka nas wtedy zakup głowicy z zaworami. Wariant znacznie gorszy (choć równie prawdopodobny), to wymiana całego silnika. W wyniku uderzenia z dużą siłą tłoków w zawory może dodatkowo nastąpić zgięcie korbowodów. Taki remont z reguły znacznie przewyższa ceną zakup nowej jednostki napędowej. Jeśli chodzi o liczby, trudno podać orientacyjną kwotę takiej czynności dla każdego z aut. Na pewno musimy liczyć ją w grubych tysiącach złotych, ponieważ nawet w przypadku starszych aut wymiana silnika to około dwóch tysięcy złotych (plus wymiana płynów eksploatacyjnych, filtrów i innych elementów koniecznych do zmiany przy zakupie nowej jednostki). Jak łatwo się domyślić – im nowsze lub bardziej zaawansowane technologicznie auto, tym wyżej pną się koszty. 
 
Istnieje też – coraz rzadziej zresztą spotykany – bezkolizyjny typ silnika spalinowego. Tym, co odróżnia go od wariantu kolizyjnego (którymi są wszystkie silniki diesla i większość benzynowych), jest fakt, że nawet zerwanie się paska rozrządu nie oznacza spustoszenia w jednostce napędowej. Owszem, wszystkie wałki i zintegrowane układy stracą harmonię pracy, ale wystarczy tylko ustawić wszystko tak, jak zaplanowała fabryka, i wymienić pasek.
Jak uniknąć katastrofy?
 
Wymiana układu rozrządu sama w sobie brzmi banalnie. Po ułatwieniu sobie dostępu do tej części silnika luzujemy pasek, zdejmujemy go, odkręcamy stare rolki i napinacz, wymieniamy elementy na nowe i voilà! Brzmi niesamowicie prosto. Utrudnienia zaczynają się, gdy przed założeniem paska musimy samodzielnie ustawić wszystkie elementy we właściwych pozycjach. Dla laika czynność ta może być wręcz niewykonalna. Nawet profesjonalny mechanik po ustawieniu wszystkich kół zębatych „na znaki” ręcznie wykonuje kilka powolnych obrotów wałem korbowym. W razie złego ustawienia rozrządu tłoki zaprą się o zawory, co uniemożliwi dalsze kręcenie wałem. Jest to sygnał, że gdzieś został popełniony błąd i całą zabawę trzeba zacząć od początku. Przy wymianie rozrządu nie można pozwolić sobie na nawet najmniejszą pomyłkę! Przesunięcie raptem o jeden ząb może doprowadzić do opisanych wcześniej awarii. Lepiej więc nie zabierać się za taką wymianę samemu, tylko zlecić ją profesjonalnemu warsztatowi. 
 
Pozostaje kwestia częstotliwości wymiany całego układu rozrządu. Nie ma tu jednoznacznego kryterium. Pod uwagę musimy brać zarówno czas, mający niebagatelny wpływ na trwałość gumowego paska, oraz liczbę pokonanych kilometrów, z której wynika eksploatacyjne zużycie materiału. Podchodząc do sprawy bardzo ogólnie, można przyjąć, że jest to przebieg około 80-100 tysięcy kilometrów lub pięciu-sześciu lat. Wszystko zależy jednak od modelu i rodzaju pojazdu. Każdy producent podaje dokładne informacje na temat terminowej zmiany rozrządu. Dla jednego samochodu wynosi on raptem 60 tysięcy km, a dla drugiego niemal 150 tysięcy. Nie należy więc sugerować się ogólnymi opiniami, tylko stosować się do zaleceń dotyczących naszego modelu auta. Pasek rozrządu jest najtańszym elementem (około 20-30 złotych), ale również najbardziej zawodnym. Znajdziemy wielu zwolenników jego wymiany po około 30-40 tysiącach kilometrów. Ma to na celu wykluczenie najczęstszej usterki, czyli jego zerwania. Wówczas cały komplet (rolki, napinacz, pompę wody) możemy wymienić po przejechaniu kolejnego takiego dystansu. To jest już koszt znacznie większy, bo około 1000 złotych (razem z robocizną). Możemy w zasadzie uznać za regułę, że im pojazd nowszy i bardziej zaawansowany technologicznie, tym koszty są większe. Jeżeli chodzi o wymianę łańcucha rozrządu wraz z osprzętem, ceny te są jeszcze wyższe. Musimy się bowiem nastawić na wydatek rzędu około 3000 złotych. 
 
Z rozrządem nie warto zwlekać. Choć nie zawsze jesteśmy przygotowani na wydatek blisko tysiąca złotych na nowy rozrząd, warto zastanowić się, ile razy więcej przyjdzie nam zapłacić w przypadku jego zerwania. Wymiana tego układu jest również jedną z obowiązkowych czynności, której powinniśmy dokonać po zakupie używanego samochodu. Nie warto wierzyć sprzedawcom czy poprzednim właścicielom. Niejednokrotnie zapewnieniom, że „rozrząd to ma ledwo tysiąc kilometrów”, nie ma końca. A później zostaje nam tylko zgrzytanie zębów, żal do poprzedniego właściciela i pusty portfel.