Időzítés mesterfokon

A dugattyús motorokban a szelepek vezérlése az egyik, ha nem a legfontosabb alrendszere az egész egységnek. Hajlamosak vagyunk gondozásmentes elemekként tekinteni rájuk, ám a valóság az, hogy sokkal érdemesebb törődni a szervizelésükkel, még ha adott esetben nem is olcsó – ugyanis a károsodásuk jelentősen nagyobb problémákat, egyúttal költségeket jelenthet számunkra.

Ebben a cikkben azokat a vezérlési módozatokat mutatjuk be, melyek a leggyakoribbak a gépkocsik világában.

A feladat

A vezérlés igényét definiálni viszonylag egyszerű: a dugattyúk mozgásával a szelepek nyitási és zárási időpontjával összhangban kell lennie, hiszen ha mondjuk a kipufogószelep akkor lenne zárva, amikor a dugattyú pont kifelé tolja a kipufogógázt, a motor képtelen lenne működni.

Amikor még nem volt semmilyen visszajelzés arról, hogy hol járnak a dugattyúk az adott pillanatban (pl. főtengely-jeladó), addig pusztán a mechanikai kapcsolatra volt bízva, hogy az időzítés mindig megfelelő legyen.

A vezérlés a forgattyústengelyt és a vezérműtengelyt (vagy vezérműtengelyeket) forgását kapcsolja össze egy meghatározott áttétel szerint – ez minden alkalommal 2:1, ugyanis a főtengely mindig kettőt fordul, amíg a vezérlés egyet.

Felépítés, típusok

A hajtás átvitelének leggyakoribb eszközei a fogazott gumiszíjak, fém vezérműláncok vagy fogaskerekek. Az ékszíj/lánc/fogaskerekek fogai a főtengellyel és a vezérműtengely(ek)hez is illeszkednek, ezáltal szinkronizálva mozgásukat.

Sok régebbi felülszelepelt motorban a vezérműtengely a főtengely közelében lévő blokkban található, ezért gyakran egyszerű hajtóműrendszert használnak a vezérműtengely meghajtására. A felső vezérműtengelyes motorok többnyire vezérműszíjat vagy vezérműláncot használnak, mivel ezek alkalmasabbak a hajtás nagyobb távolságra történő átadására.

A vezérlés és a forgattyús mechanizmus egymáshoz képest való elhelyezkedése alapján megkülönböztetjük a motorokat:

• SV (Side Valve) – Alul vezérelt, oldalt szelepelt
• IOE (Inlet Over Exhaust) – Alul vezérelt, oldalt szelepelt, a függő szívószelep az álló kipufogószelep fölött
• OHV (Over Head Valve) – Alul vezérelt, felül szelepelt
• OHC (Over Head Camshaft) – Felül vezérelt, felül szelepelt

Ezeknek különböző alváltozatai is ismertek. A ma leggyakrabban megtalálható kialakítás a DOHC (Dual Over Head Camshaft), ami annyiban különbözik az OHC-től, hogy két vezérműtengelyes a vezérlés kialakítása.

Ezen túl számos más változat is napvilágot látott – például az SOHC (Single Over Head Camshaft), amiben felül helyezkedik el a (hengerenként általában két) szelep és a bütyköstengely is. A bütyköstengely hajtása a forgattyústengelyről függőleges tengellyel (királytengely) vagy vezérműláncal, fogasszíjjal készül.

Vezérműlánc

A vezérműláncok az 1970-es és 1980-as évekig viszonylag ritkák voltak a sorozatgyártású autókon, de az 1990-es évektől egyre gyakoribbá váltak a vezérműszíjak használatakor szükséges csereintervallumok miatt.

Nem nehéz kitalálni, hogy a vezérműláncok jelentősen tovább bírják – vannak gyártók, amelyek élethosszig tartó garanciát vállalnak a vezérlésükre; ezek kivétel nélkül láncos változatok.

Ezzel szemben a gumi vezérműszíj cseréjének rendszeres karbantartási feladatának létjogosultsága a mai napig megkérdőjelezhetetlen.

Míg maguk a láncok minimális kopásnak vannak kitéve, a lánc kenése vagy a feszítő és a láncvezetők meghibásodása karbantartási problémákat okozhat. A vezérműlánc rendszer elhasználódásának korai tünetei közé tartozik a motor eleje felől érkező zörgő zaj.

A legtöbb tolórúdas motornál, ahol a főtengely és a vezérműtengely nagyon közel van egymáshoz, rövid lánchajtást használnak a közvetlen fogaskerékhajtás helyett. Ennek az az oka, hogy a fogaskerekes hajtások gyakori nyomatékváltástól szenvednek, mivel a bütykös profilok a hajtórúdtól „visszaütődnek” a hajtáshoz, ami túlzott zajhoz és kopáshoz vezet.

Vezérműszíj

A “vezérműszíj” kifejezés általában gumi fogazatú, keresztbordás szíjra utal. A vezérműszíjak előnyei jellemzően az alacsonyabb költség, a kisebb súrlódási veszteségek, a kisebb zajszint, valamint az, hogy a szíjak hagyományosan nem igényelnek kenést.

A fő hátrány az, hogy az övek idővel elkopnak, megnyúlnak, ezért bizonyos időközönként javasolt a cseréjük. Általános szabály, hogy a vezérműszíj cserénél érdemes a görgőket és a motor vízszivattyúját is egyidőben cserélni, mivel a vízszivattyú is ki van téve a kopásnak és könnyen hozzáférhető a vezérműszíj csere során.

A vezérműszíjak általában a motor előtt vagy mellett helyezkednek el, és gyakran a burkolat mögött vannak, hogy megvédjék a portól és a törmeléktől. 2008 óta azonban néhány motor „nedves vezérműszíjat” használ, ahol a szíjat motorolajjal kenik a súrlódás csökkentése érdekében. Egyes motorkonstrukcióknál a vezérműszíj más alkatrészek, például a vízszivattyú és az olajszivattyú vagy klímakompresszor meghajtására is használható.

Fogaskerekes vezérlés

Személyautóknál ma már nem gyakori, versenyautóknál viszont manapság is általánosan elfogadott konstrukció a fogaskerekes vezérlés.

A vezérműtengely és a főtengely közvetlen közelsége miatt különféle felsőszelepes motorokban vezérműfogaskerekeket használnak – versenymotoroknál jellemzően a nagy teherbírás miatt választják.

A szálas vagy nylon borítású, nagyobb rugalmasságú fogaskerekeket gyakran használnak acél fogaskerekek helyett, ahol közvetlen hajtást használnak. A kereskedelmi hajtóművek és a repülőgép-hajtóművek azonban csak acél fogaskerekeket használnak, mivel ezek az egyéb anyagok hirtelen és figyelmeztetés nélkül meghibásodhatnak.

Meghibásodás

Szélsőséges esetben előfordulhat, hogy a vezérműszíj vagy a vezérműlánc átugrik vagy elszakad. Az eset súlyosságától függően a komplett vezérlés széteshet, és amennyiben a szelepek beérnek a dugattyú mozgásterébe, a jelenség rendkívül súlyos károkat okozhat a motorban.

Változó szelepvezérlésű motorok esetén (erről majd külön cikket közlünk) jellemzően hibajelzés előzi meg a valós problémát, a vezérműlánc elnyúlásánál/átugrásánál pedig szinte mindig tapasztalunk valamilyen zajt a motortérből. Vezérműszíjnál nehezebb észlelni a problémát, ezért mindenképp javasolt a csereintervallumok betartása, valamint az időközi ellenőrzés.

Továbbá azokban a motorokban, ahol a vezérműszíj hajtja meg a vízszivattyút, a vízszivattyú meghibásodása a szivattyú beszorulását okozhatja, ami elszakíthatja a vezérműszíjat vagy a láncot. Emiatt a vezérműszíjakat és láncokat gyakran egy készlet részeként árusítják a vízszivattyúval, a feszítővel és a feszítőgörgőkkel, így ezek az alkatrészek is kicserélhetők a vezérműszíj vagy lánc meghibásodásának elkerülése érdekében.