Paskowy napęd rozrządu – co każdy kierowca wiedzieć powinien

Układ rozrządu w samochodach jest jednym z najważniejszych, gdyż odpowiada nie tylko za prawidłowe sterowanie elementami zapewniającymi dostarczenie paliwa do silnika oraz usunięcie spalin, ale także za właściwą synchronizację układu korbowo-tłokowego z układem sterowania zaworami. Brak właściwej synchronizacji zazwyczaj kończy się poważną i kosztowną awarią silnika, a nawet jego zniszczeniem.

Aby praca układu rozrządu była skuteczna, wszystkie jego elementy muszą pracować pewnie i niezawodnie. Obecnie napęd z wału korbowego na układ rozrządu najczęściej przenoszony jest przez:

• paski zębate,
• łańcuchy,
• koła zębate.

Koła zębate są głośne, ciężkie, co przy obecnej tendencji do „odchudzania” pojazdów postrzegane jest jako wada. Ze względu na opory tarcia między kołami układ taki wymaga też ciągłego smarowania. Jego zaletą jest natomiast duża trwałość, co dla przeciętnego użytkownika pojazdu oznacza, że praktycznie brak kosztów związanych z wymianą elementów układu przez cały okres eksploatacji samochodu. Dla producenta pojazdu jest to jednak rozwiązanie droższe niż np. pasek rozrządu.

Pasek jest tani w produkcji, lekki, cichy oraz nie wymaga smarowania. Celem poprawy właściwości oraz wydłużenia okresu eksploatacji konstrukcja pasków jest stale ulepszana. Obecnie wiele współczesnych silników wykorzystuje to rozwiązanie, choć nie sposób nie zauważyć rosnącego udziału napędów rozrządu realizowanych za pomocą łańcucha.

Układ rozrządu to nie tylko wałek/wałki rozrządu wraz z kołami zębatymi czy elementy przenoszące napęd. To także wszystkie dodatkowe komponenty współpracujące takie jak np.:

• rolki napinające (napinacze),
• rolki prowadzące,
• pompy wody,
• pompy wtryskowe,
• bieżnie ślizgowe (w układach z napędem łańcuchowym) itp.

Układ zawierający te elementy można nazwać napędem rozrządu.

Poniżej przedstawiono przykładowy układ rozrządu z napędem paskowym (rys. 1).

A oto uwagi eksperta firmy Continental dotyczące poszczególnych elementów w napędzie rozrządu, realizowanym za pomocą paska rozrządu.

1. Pasek zębaty rozrządu

Stanowi kluczowy element  tego typu napędzu. Jego zadaniem jest nie tylko przeniesienie napędu z wału korbowego na wałek/wałki rozrządu, ale także napędzanie innych elementów takich jak pompa wody czy pompa wtryskowa. Pasek ma pracować cicho, płynnie i bezawaryjnie.

Komponenty z jakich zbudowany jest pasek rozrządu zapewniają jego odpowiednią żywotność i wytrzymałość. Rys. 2 przedstawia podstawową budowę paska.

Grzbiet paska wykonany jest z kauczuku syntetycznego. Materiał ten charakteryzuje bardzo dobrą elastycznością. Jest też bardzo śliski, dzięki czemu w miejscu styku grzbietu paska z np. rolką prowadzącą czy napinaczem nie powstają duże siły oporu (tarcie). Jest to istotne, gdyż tarcie powoduje wydzielanie się znacznej ilości ciepła, mogącego nawet doprowadzić do stopienia paska bądź rolki, jeżeli jej bieżnia wykonana jest z tworzywa sztucznego. Niestety kauczuk syntetyczny, z którego wykonane są także zęby paska, nie jest odporny na działanie środków chemicznych, szczególnie na bazie węglowodorów (oleje, smary, paliwa, rozpuszczalniki itp.) oraz silikonów. Związki te powodują degradację paska. Następuje jego rozwulkanizowanie, czyli elementy paska rozdzielają się, pasek zaczyna „puchnąć”, z jednoczesnym spadkiem jego wytrzymałości. Dlatego nigdy nie wolno stosować żadnych środków chemicznych, które mają usunąć „piski paska”. Najczęściej kończy się to poważną awarią silnika, a jakakolwiek reklamacja nie zostanie uwzględniona.

We wnętrzu paska zatopiony jest kord z włókna szklanego. Dzięki niemu uzyskuje się dużą odporność paska na rozciąganie (w temperaturze pracy silnika jest to materiał praktycznie nierozciągliwy) oraz zmianę długości pod wpływem ciepła (włókno szklane cechuje się brakiem zjawiska rozszerzalności cieplnej). Pozwala to uniknąć ryzyka przeskoczenia lub zerwania paska i w efekcie poważnej awarii silnika lub, w najlepszym razie, pogorszenia jego pracy. Niestety kord z włókna szklanego ma jedną podstawową wadę. Nie jest odporny na zbyt duże zagięcia. Istnieje wtedy groźba jego pęknięcia, i w efekcie gwałtownego spadku wytrzymałości na rozciąganie. Dlatego nigdy nie wolno wyciągać paska rozrządu z fabrycznego opakowania bez potrzeby, aby, choćby przez przypadek, nie spowodować jego uszkodzenia. Jeżeli pasek zostanie wyciągnięty, nie wolno ponownie próbować go wkładać do opakowania, gdyż także wtedy istnieje ryzyko jego zniszczenia. Gdy w pasku zastosowany został kord z włókna szklanego, na jego grzbiecie producenci umieszczają specjalne ostrzeżenie, najczęściej w języku angielskim i/lub niemieckim: „Nie zaginać” („Nicht knicken”, „Do not crimp”).

Kolejnym ważnym elementem paska są zęby. Jak wcześniej wspomniano, są one wykonane najczęściej z kauczuku syntetycznego. Oczywiście nie jest to czysty kauczuk, lecz ze specjalnymi dodatkami, takimi jak: filtry UVA i UVB, dodatki przeciwstarzeniowe, dodatki poprawiające odporność na temperaturę. Zadaniem zębów paska jest przenieść siły napędowe z wału korbowego na wszystkie napędzane elementy układu rozrządu.

Można rozróżnić 3 podstawowe profile (kształty) zębów. Pokazane zostały one na rys. 3.

Na niektórych paskach, o trapezowym profilu zębów,  można zauważyć specjalne rowki biegnące przez całą długość części wierzchniej zęba. Służą one do całkowitego usunięcia powietrza z przestrzeni międzyzębowej w czasie pracy silnika przy dużych i bardzo dużych prędkościach obrotowych. Dzięki temu rozwiązaniu uzyskano dodatkowe wyciszenie pracy paska i układu rozrządu.

Ostatnim elementem paska rozrządu jest specjalna tkanina lub teflon, którymi pokrywane są zęby. Mają one za zadanie dodatkowo wzmocnić i usztywnić konstrukcję zębów oraz zmniejszyć tarcie pomiędzy zębem paska a kołem zębatym (teflon). W niektórych przypadkach tkanina przed wulkanizacją jest szyta, albo zakładana na „zakładkę”.

Aby skutecznie i trwale połączyć wszystkie elementy, paski są wulkanizowane, czyli poddawane obróbce cieplnej przy odpowiedniej temperaturze i ciśnieniu. Dzięki temu zabiegowi uzyskuje się wzrost odporności, np. na temperaturę czy zrywanie.

Większość producentów na grzbiecie paska rozrządu umieszcza także specjalną zwulkanizowaną naklejkę, na której umieszczane są istotne informacje. Przykład oznaczenia paska rozrządu firmy Continental przedstawiona na rys. 4.

Dla użytkowników samochodów oraz mechaników bardzo istotną informacją jest data produkcji paska. Zgodnie z zaleceniem większości producentów, maksymalny okres przechowywania pasków (w odpowiednich warunkach składowania), nie może być dłuższy niż 5 lat od daty produkcji. Po jego przekroczeniu pasek musi zostać poddany utylizacji. Jednak, jak wcześniej zostało powiedziane, nie wolno wyciągać paska rozrządu z opakowania, aby nie narazić go na uszkodzenie kordu z włókna szklanego. Jak więc uzyskać informację o dacie produkcji? Otóż na pudełkach z paskami rozrządu czy zestawach produkowanych przez Continental zawierających tego typu paski, wprowadzono specjalne oznaczenia, dzięki którym zarówno sprzedawca jak i kupujący wiedzą od razu, czy dany pasek/zestaw może być jeszcze zastosowany czy też nie. Na rys. 5 przedstawiono przykład takiego oznaczenia.

Dobierając pasek rozrządu należy kierować się jego przeznaczeniem do konkretnego modelu samochodu i silnika, uwzględniając także np. okres produkcji silnika lub numer nadwozia pojazdu. Warto wtedy skorzystać z odpowiednich katalogów doboru pasków, zarówno w wersji papierowej jak i elektronicznej, np. on-line na stronie producenta.

2. Rolka napinająca, czyli napinacz

Napinacz jest nieodzownym elementem układu. To on utrzymuje właściwe napięcie paska rozrządu, niezależnie od obrotów silnika czy obciążeń. Dodatkowo ma za zadanie tłumić drgania paska, dlatego często umieszcza się go jako następny element za wałem korbowym oraz wprowadza pasek na najbliższe koło zębate pod odpowiednim kątem, aby odpowiednia liczba zębów przeniosła założony moment obrotowy.
Rozróżnia się 2 rodzaje napinaczy w zależności od sposobu napinania:

• automatyczne – napinacz samoczynnie utrzymuje właściwy naciąg paska, np. za pomocą sprężyny lub siłownika hydraulicznego, więc nie jest wymagana jego regulacja ani sprawdzenia napięcia paska po wymianie (wyjątkiem jest m.in. silnik Fiata 1.2i typ 188 A4, w przypadku którego obowiązkowo należy sprawdzić naciąg paska przed pompą wody),
• nieautomatyczne (manualne) – o sile naciągu paska decyduje najczęściej mechanik, ustawiając odpowiednio napinacz. W przypadku napinaczy nieautomatycznych bardzo często producenci silników czy samochodów wymagają od użytkowników przeprowadzania okresowych przeglądów napędu rozrządu oraz ewentualnej korekcji siły naciągu.

Uszkodzenie napinacza powoduje problemy z napięciem paska, co skutkować może jego zerwaniem, zniszczeniem zębów lub przeskoczeniem na kołach zębatych, a w konsekwencji kosztowną naprawą silnika. Na rys. 6 przedstawiono pasek, który uległ spaleniu w wyniku zablokowanej rolki napinającej.

Na rys. 7 pokazano natomiast inne typy uszkodzeń napinaczy.

3. Pompa wody

Pompa wody zapewnia stały obieg cieczy chłodzącej pod odpowiednim ciśnieniem w układzie chłodzenia. Brak właściwego obiegu w krótkim czasie powoduje wzrost temperatury silnika, a w dalszej konsekwencji nawet jego zatarcie. Dlatego nie dziwi fakt, że sprawność pompy i układu chłodzenia jest „oczkiem w głowie” większości kierowców i mechaników.

Bardzo często pompa napędzana jest paskiem rozrządu, czy to za pomocą zębów czy odpowiednio wzmocnioną częścią grzbietową. Awaria pompy może więc także spowodować uszkodzenia napędu rozrządu, a przede wszystkim paska. Zatarcie/uszkodzenie łożysk pompy, awaria koła pasowego czy wycieki to najczęstsze typy uszkodzeń wpływających na żywotność paska i jego pracę. Spalenie, usztywnienie gumy, zerwanie zębów czy całego paska, są typowymi uszkodzeniami towarzyszącymi defektom pompy wodny. Na rys. 8 przedstawiono kilka typowych jej uszkodzeń.

4. Rolki prowadzące.

Rolki prowadzące mają za zadanie kierować pasek na odpowiednie koło zębate pod odpowiednim kątem (jak napinacz), ale nie mają funkcji napinania. Bardzo często zaopatrzone są w specjalne bieżnie z bocznymi krawędziami ograniczającymi, które dodatkowo osiowo prowadzą pasek w układzie. Awaria rolki najczęściej powoduje albo zmianę napięcia paska, albo jego spalenie (w przypadku zatarcia łożyska rolki). Konsekwencje są  łatwe do przewidzenia.

5. Pozostałe elementy

Pompa wtryskowa, koła zębate paska, śruby mocujące, uszczelniacze, obudowa rozrządu itp. także wpływają na napęd rozrządu. Wszelkiego rodzaju uszkodzenia, pęknięcia, nadmierne zużycie, starość czy wycieki mogą osłabić układ, przyczyniając się do szybszego zużycia lub zniszczenia napędu rozrządu. Na rys. 9 przedstawiono przykłady zużytych kół zębatych.

Jak często wymieniać napęd paskowy rozrządu?

Terminy wymiany paska rozrządu określa producent pojazdu i ASO. Ale jak często wymieniać paski? Na to pytanie trudno jest dać jednoznaczną odpowiedź, ponieważ istnieje wiele czynników, które wpływają na żywotność paskowego napędu rozrządu. Są to m.in.:

• styl użytkowania pojazdu przez kierującego,
• przeznaczenie pojazdu,
• miejsce użytkowania pojazdu (miasto, długie trasy itp.),
• zużycie elementów silnika (np. kół zębatych),
• wycieki,
• niepełna wymiana elementów napędu,
• jakość użytych części zamiennych.

Mechanicy samochodowi bardzo często, po analizie powyższych warunków, określają bezpieczny przebieg lub czas użytkowania napędu do kolejnej wymiany lub obowiązkowego przeglądu wskazanego przez producenta samochodu. Przeważnie jest przebieg niższy niż zalecany np. w książeczce serwisowej, albowiem producent samochodu zwykle określa tylko maksymalny, nieprzekraczalny przebieg lub czas użytkowania napędu. Skąd biorą się rozbieżności na linii producent samochodu – mechanik? Odpowiedź jest prosta – z doświadczenia. Producent pojazdu nie wie w jakich warunkach dany samochód będzie eksploatowany. Czy będzie nim jeździł niedzielny kierowca, czy kurier lub przedstawiciel handlowy?. Czy będzie poruszał się głównie w mieście (korki, krótkie trasy, dojazdy np. do szkoły lub na zakupy) czy po autostradach? Mechanicy podczas rozmowy z użytkownikiem informacje te natomiast są w stanie zebrać. Dlatego nie należy się dziwić, że jeżeli ktoś porusza się tylko po mieście, to mechanik automatycznie przebieg skraca. Bo doskonale wie, że wskazania drogomierza samochodu nijak się mają do przebiegu silnika i napędu paskowego rozrządu, ponieważ w trakcie przymusowych postojów w korkach silnika nikt nie wyłącza (pomijając auta z system Start-Stop) i cały czas on pracuje, a drogomierz ani drgnie. Również częste uruchomienia (system Start-Stop, praca kuriera, dostawcy, taksówkarza itp.) powodują szybsze zużycie elementów układu niż równomierna jego praca, bez nadmiernych obciążeń.

Poważnymi problemami mającymi wpływ na awaryjność napędu rozrządu czy częstotliwość jego wymiany są także:

• brak wymiany wszystkich współpracujących z paskiem elementów,
• uruchamianie silnika poprzez holowanie lub pchanie.

Często zdarzają się sytuacje, kiedy za namową klienta mechanik wymienia tylko niektóre elementy napędu, a nie wszystkie wskazane m.in. w dokumentacji naprawczej pojazdu. Typowa argumentacja, taka jak „nie wymieniamy, bo rolka nie hałasuje”, „pompa nie cieknie”, „śruby są jeszcze dobre”, „taki wyciek to żaden wyciek”, „jutro sprzedaję samochód i nie chcę inwestować”, to preludium większych problemów, często już w niedalekiej przyszłości. Jeżeli uszkodzenia nie są widoczne gołym okiem, trudno jest określić żywotność danego komponentu, czyli jak długo jeszcze będzie pracował prawidłowo. Może się okazać, że dzisiaj ktoś zaoszczędzi np. 200 zł na naprawie, a kilka dni później będzie musiał wydać na remont silnika kwotę co najmniej 10-krotnie wyższą. Każdy oczywiście podejmuje decyzje jakie chce, ale czy taka oszczędność się opłaca? Na to pytanie każdy musi sobie już sam odpowiedzieć.

Innym problemem jest uruchamianie silnika przez holowanie lub pchanie pojazdu, czyli dość częste działanie podejmowane w sytuacji, gdy w samochodzie „padł” akumulator. Niestety takie postępowanie też może mieć niekorzystny wpływ na napęd rozrządu. Co może się wydarzyć? W trakcie takiego uruchamiania silnika powstaje bardzo duże szarpnięcie paska poprzez koło zębate na wale korbowym. Niestety często napinacz nie jest w stanie całkowicie wytłumić takiego obciążenia. Pasek wchodząc na najbliższe koło zębate nie zazębia się całkowicie. Dochodzi wtedy albo do zerwania zębów paska, albo jego przeskoku (zmienia się wtedy synchronizacja wał korbowy – wałki rozrządu) lub też do całkowitego zerwania paska. Może się też zdarzyć, że pasek zostanie tylko delikatnie uszkodzony, np. nastąpi delikatne podcięcie zębów paska przy ich podstawach. W konsekwencji żywotność i wytrzymałość paska gwałtownie spada. Skutkować to może tym, że w najmniej oczekiwanym momencie, np. przy ruszaniu, gwałtownym przyspieszaniu czy redukcji biegów, pasek nagle „straci” wcześniej uszkodzone zęby lub ulegnie zerwaniu. Trzeba pamiętać, że przy tego typu uszkodzeniach paska mechanik bardzo szybko jest w stanie ustalić przyczynę ze względu na charakterystyczny sposób uszkodzenia paska i jego zębów. A skutki, szczególnie finansowe, dla właściciela pojazdu są dotkliwe.

Podsumowanie

Paskowy napęd rozrządu jest jednym z ważniejszych układów silnika, gdyż ma bezpośredni wpływ na właściwą pracę całego rozrządu. Dlatego należy o ten układ bardzo dbać. By zapewnić sobie bezawaryjną jego pracę należy bezwzględnie przestrzegać podstawowe zasady dotyczące zarówno jego eksploatacji jak i wymiany, a mianowicie:

• wymieniać wszystkie elementy napędu zgodnie z wymaganiami producenta silnika i doświadczeniem mechaników, czyli nie tylko pasek, ale również rolki napinające i prowadzące, pompę wody, śruby, nakrętki czy szpilki,
• usuwać wszelkiego rodzaju wycieki (olej, płyn chłodzący) mogące mieć niekorzystny wpływ na żywotność paska,
• nie montować części zamiennych niewiadomego pochodzenia, niezapakowanych w oryginalne pudełka lub po przekroczonym terminie przydatności do użycia,
• unikać uruchamiania silnika poprzez holowanie lub pchanie,
• nie stosować żadnych środków chemicznych, mających pozornie poprawić jakość pracy paska lub usunąć „piski”.