Rozvody motorů: Proč rozvodový řetěz není věčný?

Vačkový hřídel (hřídele), který ovládá ventily za účelem řízení chodu motoru, je poháněn od klikového hřídele převodem 1:2. To znamená, že na dvě otáčky klikového hřídele připadá pouze jedna otáčka hřídele vačkového. Točí se tudíž polovičními otáčkami. Řetězové (řemenové) kolo na vačkovém hřídeli se tak vyznačuje dvojnásobným počtem zubů než obdobné kolo na klikovém hřídeli.

Kola i Královský hřídel

K přenesení pohybu z klikového hřídele na vačkový lze použít kromě obvyklého řetězu či ozubeného řemenu dále soukolí s ozubenými koly. Posledně uvedené řešení pohonu je obvyklé u motorů těžkých užitkových vozidel, méně již u motorů osobních aut. Napadá nás pouze legendární vznětový čtyřválec o objemu 2,5 litru od italského výrobce VM Motori. Poháněl starší luxusní italská auta, například Alfu Romeo 164 či původní Lancii Themu a ozubených kol bylo celkem čtyři. Jde v zásadě o to nejodolnější řešení pohonu rozvodů.

K selhání tady může dojít pouze v případě opotřebení zubů. I to se bohužel v minulosti stalo a to na motoru Renault 2.2 diesel, později dCi. Tento čtyřválec kombinoval pohon rozvodů soustavou ozubených kol s krátkým ozubeným řemenem a poháněl třeba MPV Espace či avantgardní „kupé“ Avantime. A dále luxusní Vel Satis.

Alternativou k soustavě ozubených kol je řešení s takzvaným Královským hřídelem v kombinaci s kuželovými koly. Jde o techniku používanou v dávné minulosti u motorů sportovních motocyklů a je to tudíž velice okrajová záležitost.

I rozvodový řetěz může selhat (1. část)

Není řetěz jako řetěz

Kdysi se u motorů běžně používal pro pohon vačkového hřídele řetěz. U rozvodu OHV stačí pouze krátký řetěz, který se obejde bez napínacího mechanismus. U vačkového hřídele v hlavě ale již napínák s vodícími lištami – kluzáky, potřebujeme.

Do dnešních dnů se můžeme setkat hned se třemi typy řetězů, používaných pro pohon vačkových hřídelů. Rozlišujeme válečkový řetěz, pouzdrový řetěz a ozubený řetěz. Každý z nich má jiné vlastnosti a tudíž i odlišné použití.

Ozubený řetěz se používá například u motocyklů a dále některých automobilových motorů. Příkladem může být motor VW 1.6 FSI, který lze najít také v Octavii II. Předností těchto řetězů je nízká hlučnost, neboť se odvalují po řetězových kolech s evolventním profilem zubů.

Druhým typem řetězu je válečkový. Kromě celé řady motorů jej najdeme také u jízdního kola. Vyniká nízkým třením, což je nejen při šlapání na kole výhodné. Pokud je navíc vhodně mazán olejem, který se dostává pod válečky, je i poměrně tichý a prostý vibrací. A také příliš nenamáhá zuby řetězového kola. Používá se téměř výhradně u zážehových motorů.

Rozvodové ozubené řemeny: Spolehlivější cesta?

Posledním typem je pouzdrový řetěz. Ten naopak nachází uplatnění u dieselů, kde pohání také vysokotlaké čerpadlo common-railu. Čepy, spojující články řetězu, jsou u tohoto typu řetězu větší, než je tomu u válečkového řetězu. Díky tomu lépe snáší zatížení vysokými momenty. Nevýhodou je vyšší hlučnost a větší náchylnost k opotřebení. Pro snížení hlučnosti jsou u těchto typů řetězů někdy potaženy boky zubů řetězových kol tlumicí vrstvou. Příkladem je třeba motor Iveco 2.3 (ve vozech Fiat Ducato známý jako MultiJet 130).

Dále existují jednořadé řetězy, jimž se říká simplex, případně dvouřadé (neboli duplex). Příkladem motoru využívajícím simplex je třeba první německý poválečný dvanáctiválec BMW M70. Duplex mají naopak někdejší bavorské osmiválce 3.0 a 4.0, respektive pozdější 3.5 a 4.4 BMW M60 a M63.

Věčný není a nikdy nebyl

V minulosti se za největší přednost rozvodových řetězů považovala jejich životnost, násobně vyšší v porovnání s ozubenými řemeny. To však bylo v době, kdy interval výměny rozvodů činil třeba u čtyřválců BMW M40 pouhých 40.000 km, u soudobých motorů Opel pak o pouhých 20.000 km více. Ani tehdy nebyl řetěz věčný. Jeho životnost se však obyčejně pohybovala na proběhu 250.000 až 300.000 km.

Masové nasazení řetězů také u ekonomicky pojatých agregátů (například Škoda 1.2 HTP) donutilo výrobce či přesněji subdodavatele vyrábět tuto důležitou součástku v nižší kvalitě, než v jaké byla dříve. A to se krutě vymstilo. Za kolabování rozvodů ale nemůže pouze řetěz, ale rovněž konstrukce a kvalita vodicích lišt – kluzáků. Ty jsou v mnoha případech příliš měkké, takže je řetěz rychle opotřebuje (obrousí). U napínáků řady motorů zase chyběla zubová aretace. Nebo sice byla použita, ale příliš subtilní. Hydraulické napínáky bez aretace jsou přímo závislé na tlaku oleje. Pokud neběží olejové čerpadlo, a tedy při vypnutém motoru, tlak klesne, čímž se napínák povolí. A tím dojde k povolení řetězu. Při spouštění motoru se napínák opět natlakuje olejem, čímž se řetěz napne. Když ale tohle opakujete po dobu několika let a desítek tisíc kilometrů, není divu, že to nemůže fungovat správně. Že je řetěz povolený, je u některých motorů (například původní šestiválec Audi 2.7 a 3.0 V6 TDI) slyšet po natočení motoru. Povolený řetěz znamená také lehce rozhozené časování rozvodu a tak lze zaznamenat mírně nepravidelný chod tohoto šestiválce v prvních sekundách po natočení motoru (třeba po celonočním parkování). To pak máte pocit, jakoby motor neběžel na všechny válce a ty se tak lidově řečeno „hádaly“. Napínák bez aretace byl „specialitou“ evropských výrobců motorů. Naopak Japonci či Korejci jej nepoužívali a tak neměli s rozvody nikdy masivní problémy (snad s výjimkou tříválců a čtyřválců Nissan řady HR).

Rozvodové řetězy II: Máme se jich pořád bát?

U pohonu rozvodů s napínákem bez aretace je nejkritičtějším okamžikem první natočení motoru po výměně oleje. Dokonce jsou známy případy, kdy se mechanikovi v autorizovaném servisu Audi někdejší šestiválce TDI či osmiválec TDI „potkaly“ přímo na zvedáku. Od roku 2011 mají motory Audi V6 a V8 namísto čtyř řetězů a jednoho ozubeného řemene k pohonu čerpadla common-railu na opačné straně agregátu pouze dva řetězy, což nejen snížilo hmotnost motoru o 4 kg, ale zvýšila se tím i spolehlivost rozvodů.

U zážehových motorů s přímým vstřikováním benzínu zase mnozí spatřují problém zvýšeného namáhání řetězu vinou pohonu vysokotlaké (zpravidla jednopístové) axiální pumpy. Ta je poháněna jedním z vačkových hřídelů přes zvláštní vačku s rolnou (až na výjimky). Tento pohyb údajně přináší zvýšené namáhání pohonu rozvodů. Jde však pouze o domněnky mechaniků, nikoliv o okolnosti, které by byly přímo podloženy exaktním měřením. Je možné, že to na životnost řetězu vliv má, ale je otázkou, jak k tomu přispívá snaha výrobců motorů o dosažení co nejnižšího tření (obecně sledující maximální snížení emisí). Vliv má jistě také používání velmi řídkých takzvaných lehkoběžných olejů SAE 0W-30 či 5W-30, dnes už dokonce i 5W-20.

Řemen se vrací. V oleji!

U nejnovějších motorů začínají být rozvodové řetězy opět nahrazovány ozubenými řemeny. Ovšem ve výrazně modifikované podobě. Pokud v minulosti platilo, že je třeba zamezit přístupu motorového oleje k řemenu, byť ten byl časem opatřen ochrannou vrstvou (oil resistance), dnes je tomu přesně obráceně.

Nejnovější motory tak mají naopak ozubený řemen „takzvaně v olejové lázni“. Co si pod tím máme představit? Ozubený řemen pro pohon rozvodů pracující s olejem, uvedla jako první specializovaná firmy Dayco v roce 2007.

Proti běžným a dříve hojně používaným ozubeným řemenům mají řemeny v oleji výrazně vyšší odolnost proti působení oleje, stejně jako proti vysoké teplotě. Často se totiž neukrývají pod plastovým krytem, jak to známe z motorů s běžným ozubeným řemenem, ale jsou vloženy do útrob bloku podobně jako řetěz, kde pracují v prostředí olejových par. Řemen tudíž není aktivně mazán olejem tak jako řetěz od olejové trysky.

Jaké jsou výhody rozvodových řemenů pracujících v olejovém prostředí? Japonský výrobce řemenů Mitsuboshi (nejde o překlep slova Mitsubishi) uvádí snížení hmotnosti řemenových rozvodů v oleji v porovnání s řetězem o přibližně 35 procent. Největší předností je ale snížení hluku, dle údajů zmíněné japonské firmy o 5 až 10 dB, což ale lidské ucho vnímá jako několikanásobné snížení hlučnosti. A dále se těmto rozvodům přisuzuje zhruba o tři procenta vyšší mechanická účinnost použitého převodu v porovnání s řetězy. Bohužel podklady nespecifikují, o jaký typ řetězu se v případě porovnání jedná. Navíc je jasné, že u konkrétních konstrukcí se to může lišit.

Stejně jako starší generace rozvodových řemenů, nejsou ani tyto nové pracující v olejovém prostředí bezúdržbové. Třeba Ford, který tento typ řemenu používá v motorech 1.0 EcoBoost, udává interval výměny rozvodů 240.000 km, nebo 120 měsíců (podle toho co nastane dříve).

Tento typ pohonu rozvodů využívá také skupina PSA u tříválců obchodně nazývaných PureTech, jinak řada EB. Na rozdíl od Fordu je PSA opatrnější, když požaduje výměnu rozvodů po ujetí 180.000 km, od roku 2013 dokonce po 175.000 km, nebo taktéž v obou případech po 120 měsících.

Když vzpomeneme, že dříve se konvenční rozvody poháněné řemenem měnily maximálně po ujetí 120 až 150.000 km, jde o pokrok. A co víc, tyto řemenové rozvody se zatím ukazují jako vzorně spolehlivé. Na rozdíl od předchozích řetězů.