Diagnostyka i naprawa elementów motocyklowego układu rozrządu

Diagnostyka i naprawa napędu układu rozrządu Raven Media – Maciej Blum

Silnik spalinowy (ICE) jest optymalizowany od ponad pół wieku. Jednak podejście i cel optymalizacji zmieniały się na przestrzeni lat. Zmiany w polityce, ulepszenie technologii, zmienione paliwo oraz zmniejszone rozmiary pojazdów i silników wskazuje się jako możliwe sposoby poprawy oszczędności paliwa. To z kolei zmniejsza emisję zanieczyszczeń.

 

  • Wałek rozrządu jest ważnym elementem silnika spalinowego. 
  • Określa on moment otwarcia zaworu oraz czas trwania otwarcia. 
  • Napęd wałka rozrządu realizowany jest między innymi za pośrednictwem łańcucha.
  • Zużycie łańcucha rozrządu prowadzi do nieprawidłowego napełniania cylindrów.
  • Użytkowanie silnika ze zużytym łańcuchem rozrządu grozi poważną i drogą w naprawie awarią.
Reklama

Aby uzyskać maksymalną wydajność wolumetryczną w celu wytworzenia najbardziej optymalnej mocy, można stosować modyfikację sposobu napełniania cylindra i wymiany ładunku. Jest to możliwe do zrealizowania dzięki modyfikacji lub wymianie wałka rozrządu.

Wałek rozrządu jest ważnym elementem silnika spalinowego. To on określa czas otwarcia zaworu, ustawia czas otwarcia zaworu, określa długość czasu otwarcia zaworu wlotowego i wydechowego oraz głównych elementów mechanizmu rozrządu zaworowego. Prawidłowe otwieranie i zamykanie zaworów podczas pracy silnika ma bardzo duży wpływ na moc silnika. Brak synchronizacji lub odstępstwa od niej powodują nieprzyjemny hałas, zwiększone zużycie i niewłaściwą pracę mechanizmu sterowania zaworów, co odbija się na ogólnej pracy silnika.

Bardzo ważnym i często pomijanym układem podczas diagnostyki silników spalinowych w motocyklach jest układ rozrządu, który należy do najważniejszych elementów 4-suwowego silnika spalinowego. Elementy układu rozrządu mają za zadanie zsynchronizowane obrotów wałków rozrządu z wałem korbowym silnika. Do głównych elementów tego układu zaliczamy wałki rozrządu wraz z kołami zębatymi, ślizgi łańcucha, łańcuch i napinacz. Uszkodzenie któregokolwiek z elementów będzie skutkować złą synchronizacją w otwieraniu poszczególnych zaworów, a tym samym problemami z pracą silnika spalinowego.

Napędy łańcuchowe są szeroko stosowane w różnych układach mechanicznych do przenoszenia mocy. Ich popularność, zwłaszcza w przemyśle motoryzacyjnym, jest uzasadniona ze względu na liczne zalety, m.in.:

  • nieznaczną rozciągliwość łańcucha w czasie,
  • niezawodność, ponieważ części kinematyczne łańcucha są pokryte filmem olejowym,
  • możliwość pracy w nieprzyjaznych środowiskach, takich jak wysokie temperatury, miejsca o dużej wilgotności lub dużym zaolejeniu w otoczeniu korozyjnej atmosfery,
  • brak poślizgu między zębami łańcucha i koła zębatego.

Zapewnienie niezawodnego działania motocykla wymaga stałego monitorowania stanu technicznego napędów łańcuchowych. Napinacze łańcucha rozrządu to elementy, których uszkodzenie może doprowadzić do poważnej awarii silnika. Ponadto uszkodzenie napinacza w silniku motocykla może spowodować niekontrolowane zatrzymanie silnika, narażając w ten sposób życie lub zdrowie motocyklisty w przypadku pęknięcia łańcucha rozrządu. Użytkownik motocykla stale odczuwa każdą zmianę stanu technicznego silnika, ponieważ wibracje generowane przez silnik są przenoszone bezpośrednio na pozostałe elementy motocykla.

Elementami silnika motocykla, które w niektórych modelach ulegają przedwczesnym uszkodzeniom, są napinacze w układzie łańcucha rozrządu. Ich uszkodzenie jest spowodowane utratą szczelności, co skutkuje tymczasowym spadkiem wymaganego ciśnienia oleju w napinaczu. Powoduje to utratę płynności działania łańcucha rozrządu, która w konsekwencji prowadzi do zwiększenia drgań i hałasu motocykla, a także zmniejszenia jego mocy. W sytuacjach krytycznych takie uszkodzenie może prowadzić do pęknięcia łańcucha.

Reklama

Podobnie jak łańcuch napędowy łańcuchy rozrządu wydłużają się, ulegają zmęczeniu i zużyciu. W porównaniu z łańcuchami napędowymi nie ulegają zabrudzeniu, lecz mają zapewniony ciągły film olejowy. Podstawowym błędnym przekonaniem niedoświadczonych użytkowników jest stwierdzenie, że łańcuchy rozrządu nie ulegają rozciągnięciu technicznemu. Zużywają się sworznie i elementy obrotowe łańcucha. Gdy kołki się zużywają, ich średnice zmniejszają się, a ich współpracujące otwory powiększają się, co prowadzi do zwiększenia prześwitów i wydłużenia łańcucha.

Zużyty łańcuch rozrządu

Gdy silnik pracuje ze zużytym łańcuchem rozrządu, osiągi silnika są ograniczone, a prawdopodobieństwo awarii znacznie wzrasta. Główne problemy to mniej precyzyjne sterowanie zaworami, zwiększony luz łańcucha w układzie zaworowym, emitowanie zwiększonego hałasu przez napęd rozrządu. Charakterystycznym objawem zużytego łańcucha jest nadmierny hałas bądź wibracje przy gwałtownym zmniejszeniu prędkości obrotowej jednostki napędowej. W silnikach seryjnych, w których luz między tłokiem a zaworami jest duży, mniej precyzyjne sterowanie zaworami zwykle nie stanowi problemu ani nie jest poważnie niezgodne ze specyfikacją rozrządu.
Jednak w przypadku silników o wysokich osiągach wyposażonych w wyczynowe lub sportowe wałki rozrządu, które zmniejszają luz między tłokiem a zaworami, brak kontroli zaworów i nieprawidłowa synchronizacja rozrządu mogą doprowadzić do kolizji zaworów z tłokiem. Dobrą wiadomością jest to, że większość użytkowników nie stosuje mocno zmodyfikowanych silników, więc obawy o kontakt zaworów z tłokiem są minimalne przy zużytym łańcuchu rozrządu.

Inny problem wynikający ze zużycia łańcucha rozrządu, który ma miejsce niezależnie od tego, czy silnik jest fabryczny, czy zmodyfikowany, polega na tym, że napinacz łańcucha będzie miał nadmierny wysuw, próbując zniwelować długość łańcucha wydłużoną na skutek luzów. Kiedy łańcuch rozrządu się wydłuża, może nie robić tego w sposób jednolity, a części łańcucha mogą być napięte lub luźniejsze niż inne. Zużyty łańcuch rozrządu, który ma dodatkowe luzy i daje nierównomierne napięcie, z pewnością nie ułatwi pracy napinacza. Dlatego tak ważne jest, aby zgodnie z zaleceniami producenta śledzić stan samego łańcucha oraz elementów rozrządu.

łańcuch motocykowy do wymiany
Ilustracja 1. Znak stempla krzywki wydechowej jest zbyt wysoki w stosunku do obrobionej powierzchni głowicy cylindra, a krzywka wlotowa nie jest nawet widoczna. Źródło: Michał Wróblewski
Pomiar wydłużenia łańcucha przez zmierzenie odległości między 8 pinami.
Ilustracja 2. Pomiar wydłużenia łańcucha przez zmierzenie odległości między 8 pinami. Źródło: Michał Wróblewski

Z praktycznej części diagnostyki samego łańcucha można przeprowadzić kilka porównań, które dają nam obraz, jak mocno zużyty łańcuch wpływa na synchronizację rozrządu. Na ilustracji 1. widać różnicę, która wynika z rozciągnięcia łańcucha rozrządu. Zdjęcia zrobiono w pozycji prawidłowego ustawienia układu rozrządu (na wale korbowym ustawiona cecha na GMP oraz synchronizacja między wałkami rozrządu – rozrząd DOHC). Najpierw przy założonym zużytym łańcuchu sprawdzono położenie wałków rozrządu względem wału korbowego i pozycji GMP . Następnie założono nowy łańcuch i ponownie sprawdzono rozrząd. Po zmierzeniu odchylenia kątowego znacznika na kole zębatym poszczególnych wałków rozrządu stwierdzono, że przy zużytym łańcuchu odchylenie na wałku dolotowym wynosi w przybliżeniu 5,52°, a przy wylotowym – 7,50°.

Pomiar długości łańcucha

Kolejnym punktem porównawczym stanu łańcucha było zmierzenie jego długości. Kiedy położono na stole warsztatowym nowy i stary łańcuch, łatwo było zauważyć różnicę w długości łańcuchów. Wydłużenie starego łańcucha wyniosło ok. 5 mm, co miało przełożenie na wartości przestawienia synchronizacji wałków rozrządu.

Porównanie nowego (u góry) i zużytego (na dole) łańcucha
Ilustracja 3. Porównanie nowego (u góry) i zużytego (na dole) łańcucha. Zmiana długości jest widoczna gołym okiem. Źródło: Michał Wrócblewski

Zużycie materiału można zauważyć również, porównując ugięcie poprzeczne (boczne) łańcucha. Powstałe podczas eksploatacji luzy nie tylko wpłynęły na odległość między ogniwami, lecz również na nierównomierne luzy boczne, które podczas pracy negatywnie wpływają na trwałość kół zębatych wałka rozrządu czy też wału korbowego. Powstają wówczas wytarcia  zębów kół zębatych na skrajnych krawędziach, powodując w efekcie zmianę grubości  zębów i emisję nadmiernego hałasu. Można też łatwo sprawdzić, o ile bardziej elastyczny jest stary łańcuch w porównaniu z nowym.

Różnica w elastyczności łańcucha
Ilustracja 4. Różnica w elastyczności łańcucha (u góry nowy łańcuch, na dole – stary). Zużyte kołki łączące ogniwa pozwalają na większe wygięcie boczne. Źródło: Michał Wrócblewski

Wszystkie te porównania są poglądowe, jeżeli mamy drugi, nowy łańcuch. W celu weryfikacji zużycia naszego łańcucha rozrządu należy skorzystać z pomiaru odległości pomiędzy pinami (pin to pin). Metodą pomiaru zużycia łańcucha jest porównywanie odległości sworznia od sworznia nowych i starych łańcuchów. Aby to zrobić, trzeba znać całkowitą liczbę kołków w łańcuchu. Najłatwiej jest policzyć liczbę kołków przed założeniem łańcucha, jednak kołki można policzyć także w łańcuchu zainstalowanym w silniku. Należy zaznaczyć jedno z ogniw, obracając wałem i licząc ogniwa. Gdy znana jest całkowita liczba kołków, wykonuje się pomiar na zadanej liczbie kołków z zainstalowanym łańcuchem. Ważne jest, aby spróbować wykonać pomiar w kilku miejscach, ponieważ w ten sposób różnice między pomiarami nowego i starego łańcucha będą bardziej wyraźne.

Po zainstalowaniu nowego łańcucha zmierzono (46,89 mm) na ośmiu kołkach. Wymieniono nowy łańcuch na stary i powtórzono pomiar między pinami na ośmiu pinach (ilustracja 2). Tym razem zmierzono 47,24 mm. Zwiększenie długości łańcucha na ośmiu kołkach z pewnością nie robi wielkiego wrażenia, ale to tylko mała część łańcucha. Uzyskać lepsze wyobrażenie o całkowitym wzroście długości łańcucha i powadze problemu pomaga matematyka. Łańcuch ma 114 pinów, a ponieważ zmierzono tylko osiem pinów, należy podzielić 8 na 114, aby określić mnożnik długości.

Napinacz łańcucha rozrządu

Drugim sposobem zaobserwowania zużycia łańcucha jest porównanie pozycji tłoka napinacza łańcucha. Aby to zrobić, napinacz jest tymczasowo instalowany, ustawiany, a wał korbowy obracany co najmniej cztery razy, aby umożliwić samonapinanie napinacza. Gdy napinacz łańcucha zniweluje luz łańcucha, należy go usunąć i odnotować pozycję tłoka. Należy pamiętać, aby zainstalować narzędzie do blokowania napinacza łańcucha lub usunąć środkową śrubę i sprężynę (zależnie od konstrukcji napinacza), aby tłok nie wysunął się po zdjęciu napinacza. Na ilustracji 5. zaznaczono pozycję tłoka z zainstalowanym nowym łańcuchem. Jak widać, tłok jest prawie niewysunięty, a drugi ząb na tłoku jest zazębiony. W miarę zużywania się łańcucha tłok będzie musiał się coraz bardziej wysuwać, aby skasować wydłużenie łańcucha. Kiedy ustawiono tłok ze starym łańcuszkiem, dziewiąty ząb był zazębiony na tłoku. Tego typu obserwacje można wykorzystać do oceny zużycia łańcucha krzywkowego i określenia, kiedy należy wymienić łańcuch.

Stopień wysunięcia napinacza pracującego na starym i nowym łańcuchu.
Ilustracja 5. Stopień wysunięcia napinacza pracującego na starym i nowym łańcuchu. Źródło: Michał Wróblewski

Każdy silnik będzie miał określone oznaczenia zaprojektowane na komponentach, co pomaga w ocenie stanu rozrządu silnika. Po prawidłowym ustawieniu rozrządu wszystkie znaki powinny być ustawione prawie idealnie. Cechy do ustawiania rozrządu na kołach zębatych powinny być równo z powierzchnią głowicy. W miarę zużywania się łańcucha napinacz pochłania luz, a krzywki zmieniają położenie względem siebie. Na ilustracji 1. z zamontowanym starym łańcuchem znak stempla wałka wydechowego jest zbyt wysoki w stosunku do obrobionej powierzchni głowicy cylindra, a cecha na wałku dolotowym nie jest nawet widoczna. To dobra wskazówka, że ​​łańcuch jest zużyty i należy go wymienić. Wreszcie, podstawowe wyczucie napięcia łańcucha między zębatkami wałków rozrządu  można skontrolować, gdy mamy do czynienia z konstrukcją DOHC z dwoma wałkami rozrządu w głowicy.

Piotr Wróblewski, Michał Wróblewski

O Autorach

Ekspert w dziedzinie napraw i diagnostyki motocykli

Tagi artykułu

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę