A Common Rail Rendszer: Modern Dízelmotorok Hajtóereje

A Common Rail (CR) egy nagynyomású befecskendező rendszer a modern, közvetlen befecskendezésű dízelmotorokhoz. A rendszer egyik fontos jellemzője, hogy a nyomáslétrehozás teljesen el van választva a befecskendezéstől. Ez egy közös nagynyomású tároló (Common Rail) által válik lehetővé, amely az összes befecskendező szelepet nagy nyomás alatt üzemanyaggal látja el. A ma eladott dízel üzemű járművek szinte kivétel nélkül közös nyomócsöves rendszerűek.

A dízelmotor szerkezetében hasonlít a nála ismertebb mechanizmusú benzinmotor (Otto-motor) felépítéséhez, hiszen alapvetően mindkettő henger(ek)ből, dugattyú(k)ból, főtengelyből, kiegyenlítő-tömeg(ek)ből, vezérműből, szelepekből stb. áll. A fő különbség, hogy a dízelnél a tüzelőanyag (leginkább gázolaj) gyújtószikra segítsége nélkül, a legalább hússzoros kompresszió (légsűrítés) miatti felmelegedés hatására öngyulladással ég el és végez munkát a hengerben.

A közös nyomócsöves dízelek koncepcióját Robert Huber svájci mérnök alapozta meg a hatvanas években. Az ötlet feledésbe merült, míg nem a kilencvenes években a FIAT, az Elasis illetve a Magneti Marelli újra nem gondolta elképzeléseit. A FIAT a kilencvenes évek közepén fejlesztette ki az első common-rail, azaz közös nyomócsöves dízelmotort. A tömeggyártás előkészítésében pedig a Bosch GmbH jeleskedett a FIAT oldalán, hogy 1997-ben az első szériagyártású autóban (Alfa Romeo 156 1.9 JTD) megjelenjen a közös nyomócsöves dízelmotor. Nem sokkal később pedig a Mercedes Benz C 220 CDI erőforrásaként mutatták be a dízelek történetében jelentős technikai ugrást biztosító erőforrásokat, melyek paramétereik alapján a térfogat-kategóriatárs benzines erőforrások méltó vetélytársaivá léptek elő.

Ezeket a különböző gyártók különböző módon jelölik (TDCi, CDI, DCI, CDTI, CRDI, HDI), de a jelzések minden esetben a common rail rendszert takarják.

Működési Elv és Főbb Alkotóelemek

A Common Rail nyomástárolós befecskendező rendszer esetében a nyomás előállítása és a befecskendezés szét vannak választva. A nyomás előállítását és a befecskendezést egy tároló térfogat segítségével lehet megvalósítani. A nyomás alá helyezett tüzelőanyag a common rail rendszer nyomástárolójában várja a befecskendezés pillanatát.

Baleno acélfelni specifikációk

A kívánt befecskendezési nyomást egy a dízelmotorról hajtott, folyamatosan üzemelő nagynyomású szivattyú állítja elő. Ez a rail-ben kialakuló nyomást a motor fordulatszámától és a befecskendezett mennyiségtől teljesen függetlenül adott értéken tartja. A hozzávetőleg állandó hozamú szállításnak köszönhetően a nagynyomású szivattyú mérete a hajtó nyomatéka is lényegesen kisebb lehet, mint az a hagyományos befecskendező rendszerek esetében szokásos. Ennek következményeként a szivattyú hajtása is kisebb terhelésnek van kitéve. Az elektronikus dízel szabályozás (EDC) az egyes részegységeket külön-külön hajtja meg.

A Common Rail rendszer főbb elemei:

• Alacsony nyomású üzemanyag-szivattyú (az üzemanyagtartályban található vagy a nagynyomású szivattyúba van beépítve)
• Üzemanyagszűrő
• Nagynyomású üzemanyag-szivattyú
• Üzemanyag-adagoló szelep
• Üzemanyagnyomás-érzékelő
• Üzemanyag-vezeték
• Üzemanyagnyomás-szabályzó szelep
• Injektorok

A Befecskendezési Nyomás Szabályozása

Az adott rendszertől függően különféle nyomásszabályozási eljárásokat alkalmaznak a rail nyomásának fenntartására és módosítására.

Szabályozás a nagynyomású oldalon (Első Generáció)

Az első common rail rendszereknél a nagynyomású oldali szabályzást alkalmazták. A személygépkocsi-rendszereknél a kívánt rail-nyomást egy nyomásszabályozó-szelep a nagy nyomás oldalán állítja be. A nyomásszabályzó-szelep ezekben az esetekben többnyire a railen van elhelyezve, egyes alkalmazásoknál közvetlenül a nagynyomású szivattyúra szerelik. A fölösleges tüzelőanyag mennyiség a nyomásszabályozó-szelepen keresztül visszafolyik az alacsony nyomású körbe. Ez a szabályozási megoldás a rail-nyomás gyors módosítását teszi lehetővé a motor munkapont váltása (pl: terhelésváltozás) esetén. Az első generációs common-rail motorok hengerei egyetlen közös, a hengersor mellett futó csőből kapják a gázolajat, ahol a nyomás nagysága 600 és 1200 bar közötti.

Betáplálás oldali mennyiségszabályzás (Második Generáció)

A rail-nyomás szabályzásának egy másik módszerénél a betáplálási oldalon végeznek mennyiségszabályzást. A nagynyomású szivattyúra rögzített mennyiségszabályozó egység feladata, hogy a szivattyú pontosan annyi tüzelő anyagot szállítson az elosztócsőbe, amennyivel a rendszer az előírt befecskendezési nyomást tudja fenntartani. A szívóoldalon megvalósított mennyiségszabályozással kevesebb tüzelőanyagot kell nagy nyomásra sűríteni, ezáltal a szivattyú teljesítményfelvétele is kisebb. Ennek pozitív hatása van a tüzelőanyag-fogyasztásra. Meghibásodás esetén egy nyomáskorlátozó szelep akadályozza meg a túlságosan nagy rail-nyomás kialakulását.

Két szabályzóelemes rendszer (Harmadik Generáció)

A két szabályzóelemes rendszer az adagoló egységgel megvalósított szívóoldali nyomásszabályozást és a nyomásszabályzó-szeleppel végzett nagy nyomású szabályzást kombinálva egyesíti a két rendszer előnyeit. A második generációs rendszereknél a nyomást csak az alacsony nyomású oldalon lehet szabályozni, A terhelés csökkenése esetén túl hosszú időt vesz igénybe a nyomás lecsökkentése a rail-ben, túl nagy a nagynyomású rendszer tehetetlensége. Ezért a harmadik generációs Common Rail rendszernél az alacsony nyomású oldalon lévő adagoló szelep mellett egy nyomásszabályzó szeleppel egészül ki a rendszer. További előny, hogy hideg üzemmódban teljesen át lehet állni a nagynyomású szabályzásra, így elősegítve a rendszer bemelegedését.

Ismerje meg a Suzuki Hayabusát

Az Üzemanyag Befecskendezése: Injektorok és Működésük

Az injektorok a tüzelőanyagot közvetlenül a motor égésterébe fecskendezik be. Az injektorok a rail-ből kapnak nagy nyomású tápellátást, rövid tüzelőanyag-csöveken keresztül. A motor-vezérlőegység az injektorba integrált szelepet vezérli, aminek hatására a befecskendező fúvóka nyit és zár. A hengerbe jutó tüzelőanyag-mennyiséget a rendszernyomás és az injektor nyitási ideje határozza meg. Állandó nyomáson a mennyiség a kapcsolószelep bekapcsolási idejével arányos, ezáltal a motor, illetve a szivattyú fordulatszámától független (idővezérelt befecskendezés). A befecskendező szelepek nyitását és zárását a központi vezérlőegységtől kapott jelek felhasználásával a mágnesszelep vagy piezoelektromos elem vezérli. A kapott jel hatására beáramláskor kinyit a fúvókatű és megkezdődik a befecskendezés. A jel végeztével a fúvókatű bezár és véget ér a befecskendezés. Az üzemanyag-visszafolyó mennyisége (résolaj) az injektorokból, a nagynyomású szivattyúból és az üzemanyagszűrőből a visszafolyás gyűjtőn át az üzemanyagtartályba kerül vissza.

Elektromágneses injektorok

Az elektromágneses befecskendezők esetén zárt helyzetben a vezérlőkamra rail-nyomáson van, mivel az elektromágnes aktuátor által mozgatott szervoszelep lezárja annak eleresztő csatornáját. A befecskendezés kezdetén az aktuátor kinyitja a vezérlőkamra eleresztő csatornáját, a vezérlőkamra nyomása csökken és a felboruló erő egyensúly miatt a fúvókatű kinyit és elkezdődik a befecskendezés. Ez addig tart, amíg az aktuátor ismét le nem zárja az eleresztő csatornát, ekkor el kezd nőni a nyomás a vezérlőkamrában és zár a befecskendező szelep.

Piezoelektromos injektorok

A piezo aktuátoros porlasztóknál alkalmazott úgynevezett 2/3-as szervoszelep segítségével a befecskendezést megelőzően a fúvókát a vezérlőkamrában uralkodó rail-nyomás zárva tartja. A működtető elem vezérlésével kinyit a szervoszelep és lezárja a megkerülő furatot. A kilépő- és a belépő fojtófuratok átfolyási mennyiségei közötti különbség hatására lecsökken a nyomás a vezérlő kamrában, a fúvóka pedig kinyit. A keletkező vezérlőmennyiség a szervoszelepen keresztül a teljes rendszer visszafolyó körébe kerül. A zárási folyamat bevezetéséhez a szervoszelep újra kinyitja a megkerülő csatornát. A bemenő és a kilépő fojtásokon való fordított áramlással a vezérlőkamra újra feltöltődik, a vezérlőkamrában pedig megnő a nyomás. Amint a rendszerben kialakult a szükséges nyomásszint, a fúvókatű mozgásba jön, a befecskendezési folyamat pedig befejeződik. A piezo aktuátoros porlasztók kiegészülnek egy un. hidraulikus csatolóval. A hidraulikus csatoló feladata a működtető elem löketének erősítése, a holtjáték kiegyenlítése és a vészleállítás.

A Common Rail Rendszer Előnyei és Kihívásai

A Common Rail rendszer technikai fejlődése számos előnnyel jár a dízelmotorok számára, azonban bizonyos kihívásokat is tartogat.

Előnyök

• Nagyobb teljesítmény és nyomaték: Ez a technika nagyobb teljesítményt és nyomatékot kölcsönöz a dízelmotornak.
• Üzemanyag-takarékosság: Csökkenti az üzemanyag fogyasztást.
• Környezetbarát jellemzők: Csökkenti az emissziós értékeket.
• Csendesebb működés: Lényegesen mérsékelhető az égés zajszintje, a közös nyomócsöves dízelek jelentősen halkabban járnak, mint előkamrás dízel elődeik.
• Többszörös befecskendezés: A common rail rendszer az elő-befecskendezés, illetve a többszörös befecskendezés alkalmazásának köszönhetően lehetővé teszi, hogy tovább lehessen csökkenteni az emissziós értékeket, valamint lényegesen mérsékelhető az égés zajszintje.
• Rugalmas befecskendezési paraméterek: A nyomás előállítás és a befecskendezés szétválasztása még nagyobb szabadságot ad a rendszernek az égési folyamat kialakításában: a befecskendezési nyomást a jellegmezőben tetszőlegesen lehet megválasztani.
• Nincs égéstér-felfűtési idő: A közös nyomócsöves dízeleknél nincs égéstér-felfűtési idő.

Kihívások és Hátrányok

• Érzékenység az üzemanyag minőségére: Nagyon érzékeny az üzemanyag minőségére.
• Érzékenység a szennyeződésekre: Az injektorok érzékenyek a szennyeződésekre.
• Drága és bonyolult javítás: Drága és bonyolult a javításuk, egy meghibásodás akár 500.000-1.000.000 forintos tétel is lehet.
• Gyakori üzemanyagszűrő csere: Az üzemanyagszűrő gyakoribb cseréje szükséges.

Injektorok meghibásodási tünetei és okai:

• Nehezen indul az autó.
• Ingadozó alapjárat.
• Gyorsításnál megtorpan és egy bizonyos fordulat fölé nem pörög fel a motor.
• A motor hangja megváltozik, esetenként kopogó hang hallható.
• Erőtlenné válik a motor.
• Megnövekedett fogyasztás.
• Mechanikai szennyeződés (a nagynyomású szivattyú meghibásodása és a nem megfelelő minőségű üzemanyag használata eredményezi).
• Használatból eredő kopás.
• Elektronika hiba/zárlat (inkább a piezós injektorokra jellemző).

Common Rail Rendszer Gyártók és a Nagynyomású Szivattyúk

A legismertebb common rail rendszer gyártók/fejlesztők: Bosch, Siemens, Delphi, Denso, Continental. A common rail rendszer nyomásáért felelős egység egy általában radiál dugattyús szivattyú, amit nagynyomású szivattyúként ismerünk. A nagynyomású szivattyú feladata, hogy meghatározott nyomáson megfelelő mennyiségű üzemanyagot biztosítson a közös nyomócsövön keresztül az injektoroknak. A nagynyomású szivattyú meghajtását a motor főtengelyéről kapja, szabályzását a motorvezérlő elektronika végzi. A szivattyú meghajtása konstrukciótól függően történhet fogaskerékkel, hajtólánccal vagy fogasszíjjal.

Fogyasztási teszt: Suzuki Swift vs. Citroën C-Zero

Nagynyomású Szivattyú Típusok és Jellemzőik

A Nagynyomású Szivattyúk Meghibásodásai

Mivel a szivattyúk belsejét az üzemanyag keni, nem megfelelő minőségű üzemanyag okozza leggyakrabban a szivattyúk meghibásodását. Fontos, hogy a legkisebb gyanú esetén is vizsgáltassuk meg a szivattyút.

• Hosszas indítózás után is csak nehezen, vagy egyáltalán nem indul be (a szivattyú nem építi fel az indításhoz szükséges 250-300 BAR nyomást).
• Kívülről üzemanyag szivárgás nyomai fedezhetők fel (tömítéskészlet cseréje megoldja a problémát).
• A szivattyú, a tengely vagy a ház kopása, bemaródása, aminek következtében fémreszelék jelenik meg az üzemanyagszűrőben és az üzemanyagtankban (ami sajnos az injektorok meghibásodását is okozza).
• Nem megfelelő minőségű üzemanyag használata.
• Használatból eredő kopás.

Common Rail Rendszerek Tehergépjárművekben és Buszokban

Tehergépjárművek/kamionok/buszok esetében is alkalmazzák a Common Rail rendszereket, azonban a motor kapacitása és a jelentős igénybevétel miatt a szállított mennyiség és az előállított nyomás magasabb, mint a személy- és kishaszonjárműveknél. A közepes és nagy dízel motorok befecskendező rendszerénél jellemzően mágnesszelepes befecskendezőket alkalmaznak, a Bosch (CRS3-25) EURO 6-os rendszerét kivéve, amely az első piezo injektorokkal szerelt rendszer volt ebben a kategóriában.

A jelentős fejlesztések eredményeként a korábbi 2000-2200 bar rail-nyomás mára eléri és meg is haladja a 2500-2700 bart. A világon elsőként a Delphi által fejlesztett és bemutatott megosztott szivattyús közös nyomásterű rendszernek köszönhetően a rail nyomás 3000 bar, de az új rendszer egyes változatai elérhetik a 3400 bar rail-nyomást.

Példák specifikus rendszerekre tehergépjárművekben:

• IVECO - Bosch CP3.4 és CPN5 nagynyomású szivattyú
• DAF - Delphi F2P rendszer
• Renault - Bosch rendszer / EURO 3 - EURO 4 motoroknál (Bosch CP2 nagynyomású szivattyú)
• Renault/VOLVO - Delphi F2E rendszer / EURO 5 - EURO 6 motoroknál

Más rendszerek is léteznek, mint például a PLD (szivattyú-nyomócső-porlasztó) és az UI (Unit Injector) rendszerek. A railnyomást a hengerenkénti szivattyú-nyomócső-porlasztó (PLD) korszerű rendszereknél használt idővezérlésű ún. steck-pumpa (electronic unit pump - EUP) állítja elő. Az egyedi szivattyúkat a motor oldalán lévő bütykös tengely hajtja, és ezek dolgoznak a közös nyomócsőre. A szállítás- és nyomásszabályozás beavatkozója a szivattyú mágnesszelepe.

A nagy nyomás előállítására az UI rendszer, azaz az adagolóporlasztó nyomásfokozó munkahengerét használja. Ennél a rendszernél a CR-injektorokból kétféle van, az egyik a „non-pumping” a másik a „pumping” injektor. Hathengerű motornál 3-3 a típusmegoszlás. A „non-pumping” egy normális CR-injektor, a másik injektor kinézetre olyan, mint egy Unit Injektor, avagy PD elem. Bütykös tengely bütyke nyomja be rugó ellenében a dugattyút. Az így létrejött nyomás a railnyomást határozza meg, a gázolajhozam a közös nyomócsőbe megy. Minden hengerhez tartozik egy elektromosan vezérelt pumpa és mechanikus porlasztó, ezeket egymással nyomócső köti össze.

A PD elnevezés a német Pumpen Düse megnevezésből lett rövidítve, magyarul szivattyú-porlasztó egységet jelent. Az adagoló-porlasztó egység alapvető különbözősége a common-rail rendszertől, hogy hengerenként a szivattyú és a porlasztó, egy közös egységet képez. A nagynyomásnak közvetlenül a befecskendező egységben történő előállítása, lehetővé teszi akár a 2200 bar létrehozását. Az egység által befecskendezett üzemanyag mennyiséget, az elektronika vezérli. (Ezt a rendszert többnyire a VW csoport alkalmazta, azonban mára ők is áttértek a Common Rail rendszerre).

Diagnosztika és Szerviz

A motor hibás működése esetén fontos információ a vezérlőegységbe betárolt hibakódok ismerete, illetve gyakorlati mérések elvégzése. Cégünk Bosch, Delphi, Siemens VDO (Continental) és Denso nagynyomású befecskendező rendszerek, injektorok, porlasztók, szivattyúk bevizsgálásával, javításával, felújításával foglalkozik. Vállaljuk rail csövek (közös nyomócsövek) ultrahangos tisztítását, piezos injektorok bevizsgálását és gyári új alkatrészek beszerzését, valamint elektromágneses injektorok bevizsgálását, javítását és csere alkatrészek beszerzését személy- és haszonjárművekhez egyaránt, továbbá a haszonjárműveknél használt Smart injektorok bevizsgálását, javítását és a csere alkatrészek beszerzését. Vállaljuk a nagynyomású szivattyúk bevizsgálását és javítását továbbá gyári új és felújított, valamint utángyártott új és felújított csere alkatrészek beszerzését személy- és haszonjárművekhez egyaránt.

tags: #suzuki #kozos #nyomocsoves #rendszer

• Információs kijelző (DISP) eltávolítása Swiftben
• Vélemények a Volvo 244 D6-ról
• Első ablaktörlő lapát csere Golf 5
• Hogyan érhet el optimális hangzást Mazda 323F-jében?
• minőségi Starline féktárcsák Volkswagen modellekhez