W czasie pracy wałek rozrządu zużywa się podobnie jak każdy inny element ruchomy silnika. Oprócz sił powodujących gięcie i skręcanie wałka, należy wziąć pod uwagę także tarcie powstające w miejscach styku powierzchni par roboczych, czyli krzywek i szklanek zaworowych oraz czopów i łoża wału. Aby zapewnić jak najmniejsze zużycie współpracujących ze sobą powierzchni, stosuje się odpowiednie materiały. I tak, wałki rozrządu są kute lub odlewane. W pierwszym przypadku odkuwa się je ze stali chromowej lub węglowej do nawęglania lub ze stali do ulepszania cieplnego. Podwyższoną twardość czopów i krzywek wału od 55 do 65 HRC uzyskuje się przez nawęglanie lub hartowanie powierzchniowe, np. indukcyjne bądź płomieniowe. Poprawia to wytrzymałość wałka na obciążenia zmęczeniowe. Pozostała część nie jest poddawana procesom utwardzania. Krzywki i czopy wałka są utwardzane przez nawęglanie na głębokość ok. 1,5 mm z uwzględnieniem naddatku na szlifowanie. Drążone wałki rozrządu są odlewane metodą odśrodkową. Umożliwia to redukcję masy własnej wału, wprowadzenie kanału olejowego do smarowania czopów łożysk oraz ogranicza występowanie naprężeń jednostkowych. Głębokość warstwy zahartowanej na odcinku walcowym wynosi ok. 2 mm, a w innych częściach, np. obrębie czopa, może przekroczyć nawet 2,5 mm. W układach rozrządu przenoszących duże obciążenia wałek jest odlewany z żeliwa stopowego. Wałki odlewane nie są poddawane obróbce cieplnej, a dużą twardość uzyskuje się poprzez kontrolowany proces schładzania powierzchni czynnych prowadzący do uzyskania powierzchniowej warstwy cementytu o grubości około 1 mm. Kształt krzywek wałka jest dobierany w oparciu o charakter przenoszonych obciążeń i proces sterowania chwilą otwarcia i zamknięcia zaworów oraz ustalany na drodze obróbki przy pomocy szlifierek sterowanych numerycznie. Krzywki wałka mogą być również osadzane na wcisk lub zgrzewane. Umożliwia to wprowadzenie różnych materiałów na krzywki i wałek rozrządu.

Panewki
Czopy wałka rozrządu są utwardzane powierzchniowo i współpracują z żeliwnymi otworami w kadłubie silnika lub panewkami wciśniętymi w gniazda jako tuleje ślizgowe. Współczesne panewki wałka rozrządu charakteryzują się podwyższoną nośnością, trwałością oraz wytrzymałością zmęczeniową dzięki zastosowaniu próżniowego napylania ich warstwy ślizgowej materiałem o podważonej twardości - ok. 90 HV, np. AlSn40. Dla porównania tradycyjne panewki wykonane ze stopu aluminium osiągają twardość ok. 45 HB, a trójwarstwowe panewki pokrywane galwanicznie do ok. 20 HV. Powierzchnia ślizgowa panewki jest bardzo wrażliwa na zanieczyszczenia oleju cząstkami stałymi (produktami zużycia). Kadłuby wykonane ze stopów lekkich, np. stopu aluminium, są wyposażone w ślizgowe tuleje wciskane w otwory łożysk wałka rozrządu w ustawieniu osiowym. Wałki rozrządu umieszczone w głowicy są ułożyskowane osiowo na każdym z cylindrów - dotyczy to silników rzędowych o większej niż jeden liczbie cylindrów. Pokrywy i wsporniki łożysk są utwierdzone na płycie głowicy. Wsporniki dodatkowo wbudowane są między krzywki obsługujące zawory dolotowe i wylotowe jednego cylindra. Układ ten jest stosowany dla dwóch wałków rozrządu umieszczonych w głowicy, z których jeden uruchamia dwa lub trzy zawory jednocześnie. Zabieg ten prowadzi do ograniczenia wartości momentu gnącego obciążającego wałek rozrządu pochodzący od współpracy powierzchni roboczej krzywek z trzonkami zaworów lub cylinderkami popychaczy hydraulicznych. W przypadku umieszczenia jednego wałka rozrządu w głowicy silnika jest on ułożyskowany w co drugim cylindrze, tzn. w czterocylindrowym znajdują się silniku trzy łożyska ślizgowe. We współczesnych, znacznie obciążonych, doładowanych silnikach spalinowych charakteryzujących się dużymi prędkościami obrotowymi wałki rozrządu są kute, a wydrążenia kanału olejowego wykonuje się przez wiercenie. Na wartość przenoszonych obciążeń wpływa głównie struktura materiału bazowego wałka oraz sposób jego obróbki. Rozmieszczenie kątowe krzywek umieszczonych na powierzchni wałka wynika z kolejności pracy cylindrów, tzn. kolejności zapłonu determinowanej wykorbieniem wału korbowego. Osoba przystępująca do weryfikacji wału rozrządu musi mieć wiedzę dotyczącą nie tylko samej procedury badania, lecz również możliwych rozwiązań konstrukcyjnych układu rozrządu i wynikających z tego założenia przenoszonych obciążeń w poszczególnych układach, sposobu ułożyskowania oraz metod uszlachetniania powierzchni współpracujących. Definiując warunki pracy oraz materiał wałka, można określić, która część powierzchni wału jest najbardziej narażona na zużycie. W wyniku wystąpienia znacznych sił gnących, wałek może ulec skrzywieniu na skutek nieprawidłowego przebiegu montażu lub przekroczenia dopuszczalnych prędkości obrotowych. Najczęściej zużyciu ulegają czopy łożysk wałka oraz powierzchnie styku krzywek z dźwigienką zaworową. Przed wykonaniem pomiarów należy przeprowadzić oględziny wizualne wałka, krzywek i czopów oraz innych elementów podatnych na zużycie. W ten sposób można od razu zauważyć ubytek materiału lub zwiększenie chropowatości

Więcej w wydaniu 9/2014 „autoEXPERTA”

mgr inż. Piotr Wróblewski
Nauczyciel ZSZ w Słupcy

Jakie metody naprawcze stosujesz podczas obsługi zużytych łożysk wałka rozrządu?
tel. 71 78 23 190
e-mail: [email zakodowany]