A Dízel Befecskendező Rendszerek Nyomástartományai és Technológiai Fejlődése
A dízelmotorok az elmúlt évtizedekben óriási fejlődésen mentek keresztül, és ma már az autópiac jelentős részét teszik ki. Napjainkban az új autó értékesítések kb. 55-60%-ában dízel modellek kerülnek eladásra. Korábban a dízel ekkora térnyerésére senki sem számított. Az egykori adagolós, nyomatékszegény dízel típusok helyét átvették a környezetbarát(nak hitt), erős, takarékos dízelek. A statisztikai adatok ismeretében is meglepő hír: "Európában másodpercenként egy új dízelüzemű jármű kerül forgalomba helyezésre." (Forrás: Robert Bosch Kft.) Ez a cikk a korszerű dízel-technikákba, különös tekintettel a befecskendezési nyomásokra és rendszerekre, nyújt vázlatos betekintést.
A Dízelmotorok Térnyerése és a Korszerű Technikák
A modern dízelmotorok sikerének kulcsa a kifinomult üzemanyag-befecskendezési technológiákban rejlik, amelyek extrém nyomásokon működve biztosítják az üzemanyag optimális porlasztását és elégetését.
Az Adagoló-Porlasztós Rendszer (PD TDI)
A 90-es évek második felétől a VW csoport közel másfél évtizedig építette az adagoló-porlasztós dízel-rendszert különböző motorjaiba, Európában több tíz millióra tehető a "PD TDI" jelzésű gépkocsik száma. Maga a "PD" rövidítés az adagoló-porlasztó egységre utal (Pumpe-Düse), ami a rendszer lelke: ez az elem hozza létre a befecskendezési nyomást, és juttatja be a gázolajat az égéstérbe. A PD elemek mechanikus meghajtást a vezérmű-tengelyről kapnak, elektronikus vezérlést pedig természetesen a motorvezérlő egységtől.
A Common Rail - A Közös Nyomócsöves Megoldás
Az eredetileg olasz fejlesztésű ős common rail rendszer alapjait mára gyakorlatilag az összes gyártó átvette, és saját elképzelései szerint fejleszti. Az első common rail rendszerrel ellátott motor az utakon először 1997-ben jelent meg, az Alfa Romeo 156 1,9 JTD illetve 2,4 JTD típusaiban (Bosch EDC 15). Közvetlenül ezután jött ki a BMW 530 D illetve 730 D, szintén Bosch eredetű közös nyomócsöves (nyomásterű) rendszerrel. Abban, hogy a common rail mára egy ennyire sikeres rendszerré vált, meghatározó szerepe van a "Dízelpápának", hazánk fiának, dr. Anisits Ferencnek. Talán a legfontosabb különbség a common rail és a PD rendszer között a nyomás létrehozásának és szabályozásának megoldásában rejlik. Előbbi egy közös nagynyomású szivattyú segítségével hozza létre a befecskendezési nyomást, szemben a PD-technikával, amelynél ez hengerenként történik.
A Common Rail Rendszer Működése és Nyomástartományai
A common rail rendszerben az üzemanyag útja egy komplex folyamat, amely során a nyomás fokozatosan épül fel és szabályozottan jut el a befecskendező szelepekhez. Az alacsony-nyomású rész első eleme alapesetben a tartályban elhelyezett elő tápszivattyú, ami nem sokban különbözik a benzines modellektől. A tüzelőanyag következő állomása az akár 5 mikron szűrési finomságú üzemanyag szűrő/vízleválasztó/előmelegítő egység. Innen kerül az üzemanyag a nagynyomású szivattyúhoz, melyet általában a vezérműszíj, vagy a vezérműtengely hajt meg. Abban az esetekben, ha nincs tankon belüli elő tápszivattyú, a gázolajat a nagynyomású szivattyú belépő oldala szivattyúzza fel és továbbítja a belső oldal felé. Ez esetben az alacsony nyomású rész tömörzárásra fokozottan érzékeny.
Új generációs elektromos pickup
A nagynyomású szivattyúból az üzemanyag magába a "common rail"-be kerül. Tervezési szempontból a common rail rendszerek egyik legérdekesebb kérdése az elosztócső méretezése. A rail tervezésénél ugyanis rengeteg szempontot kell figyelembe vennie a gyártónak: legyen nyomásálló, legyen kellően kis belső térfogatú, hogy indítózáskor minél gyorsabban felépülhessen a nyomás, mindemellett legyen meg a hidraulikai csillapító szerepe is.
A Rail Nyomás Szabályozása
A rail nyomás szabályozása egyes rendszereknél a kezdetekben a nagynyomású térbe szerelt, ECU által vezérelt nyomásszabályzó mágnesszeleppel történt. Mára ez túlhaladott megoldásnak számít, fordítottak egyet a dolgon, a legtöbb korszerűbb alkalmazásnál csak az aktuálisan szükséges mennyiségű üzemanyag kerül az elosztó térbe, amit a nagynyomású szivattyú belépő oldalára szerelt mennyiségszabályzó szelep biztosít. A nagynyomású szivattyú nyomatékfelvétele érthető módon sokkal kisebb lehet, ha a belépő oldali szabályzást alkalmazzuk.
A common rail rendszerek működése során extrém magas nyomások keletkeznek. Egy első generációs CR dízel Renault motorvezérlője látható: a nagy terhelésen 1000 bar feletti nyomás kezelése nem kis feladat. A mai trendek a piezoelektromos vezérlésű porlasztók felé mutatnak, amelyek extrém gyors reakcióidőt biztosítanak, valamint a nagy nyomású befecskendező rendszerek (2500-3000 bar) terjedése is folyamatos. A befecskendezési nyomás a porlasztó működésének egyik legfontosabb paramétere, mivel közvetlenül befolyásolja az üzemanyag porlasztását, az égés hatékonyságát és a motor teljesítményét.
Common Rail Diesel befecskendező rendszer működése
Common Rail Nyomástartományok Fejlődése
| Rendszer Generáció | Jellemző Nyomás | Megjelenés |
|---|---|---|
| Első generációs CR | 1000 bar felett | 1997 (Alfa Romeo) |
| Korszerű rendszerek | 2500-3000 bar | Napjainkban |
A Befecskendező Szelepek (Injektorok/Porlasztók) Technológiai Fejlődése
A befecskendező szelepek (injektorok, porlasztók) az elmúlt - viszonylag rövid - idő alatt jelentős fejlődésen mentek keresztül. A common rail megjelenésekor kizárólag mágnestekercs működtetésű injektorok léteztek, de alapjaiban más működési módon működtek, mint amit az Otto-motorok esetén megszoktunk. Az itt előforduló extrém magas nyomások miatt a hagyományos működtetésű szelepek nem jöhetnek számításba, ezért egy bonyolult szerkezetű, hidraulikus szervórendszert is tartalmazó befecskendező szelepet dolgozott ki a Bosch.
Alig néhány év után már megjelent a befecskendező szelepek újabb generációja, a jóval gyorsabb működésű, piezoelektromos vezérlésű. Az első piezo befecskendező szelepek 2000-ben kerültek gyártásba. Mivel ezek jóval gyorsabbak, mint a mágnestekercses porlasztók, lehetővé vált a többszakaszos befecskendezés megvalósítása, ami a gyakorlatban azt jelenti, hogy egy befecskendezési ciklus akár öt szakaszból is állhat (egy, vagy két előbefecskendezés, egy főbefecskendezés, egy, vagy két utóbefecskendezés). A piezo kristályrétegek sajátosságai miatt az injektorok vezérlése ez esetben összetettebb feladat, mint hagyományos szelepeknél. Az injektorok nyitásához 80V körüli feszültség, és kb. 20A áramerősség szükséges. A kb. 80V feszültség előállítása (legtöbb esetben) az injektorok önindukciós feszültségének "kihasználásával" történik.
A porlasztók többféle kivitelben léteznek, attól függően, hogy dízel- vagy benzines motorban használják őket, és milyen technológiai szintet képviselnek. Elektromágneses befecskendezők a legtöbb common rail dízelmotorban megtalálhatók. Az elektromágnes egy tűszelepet nyit-zár, amely szabályozza az üzemanyag átfolyását. Piezoelektromos porlasztók nagy sebességű és rendkívül pontos befecskendezést tesznek lehetővé. A piezoelektromos kristályok feszültség hatására változtatják méretüket, ezáltal nyitják a szelepet. Régi soros pumpás injektorok mechanikus működésűek, a befecskendezési nyomást maga a szivattyú állítja elő minden egyes hengerhez.
Az Injektorok Kódolásának Fontossága
Nem várt fejleményeket okoz az is, ha nem vesszük figyelembe az injektorok kódolásának szükségességét. Új injektor beépítésénél - legtöbb esetben - az injektorokon található ún. IMA-kódot be kell táplálni a motorirányító egységbe. Az IMA-kódot a porlasztó gyártója generálja, ugyanis a jelenlegi gyártástechnológia nem alkalmas arra, hogy teljesen egyforma paraméterekkel rendelkező injektorokat hozzanak létre. Ez a kód viszont tartalmazza a porlasztó olyan sajátosságait, amit az ECU a működés során figyelembe vesz. A dízel porlasztók (injektorok) nemcsak mechanikai alkatrészek, hanem az elektronikus vezérlés szempontjából is kulcsfontosságú elemek. Az injektor kódolás során az ECU memóriájába beírják a porlasztó egyedi azonosítóját.
Diagnosztika és Hibaelhárítás: A Rendszer Érzékenysége
Ha korszerű dízel befecskendező rendszert bontunk meg, elsődleges szempont a tisztaság. Abban az esetben, ha a gázolajszűrő utáni térbe szennyeződés kerül, károsodhat a nagynyomású szivattyú, az injektorok úgyszintén. Kerüljük a csatlakozók motor járása alatti lehúzását, mert az injektorok egy részénél ez nem várt következményekkel járhat. A CR rendszer meglehetősen sérülékeny, alkotóelemeinek élettartama korántsem végtelen. A visszafolyásmérés (más néven „visszaáramlás-teszt” vagy leak-off test) egy egyszerű és gyors módszer annak megállapítására, hogy a dízel porlasztók között van-e hibás vagy túlzottan kopott darab.
Common Rail Diesel befecskendező rendszer működése
Gyakori Problémák és Megoldásaik
A mindennapokban nem mindig örömteli esemény egy-egy CR befecskendező szelep kiszerelése, gyakran szinte megoldhatatlannak tűnő feladatot jelent, a szelepek nemegyszer több tonna (!) húzóerő hatására mozdulnak meg. A problémát felismerve vállalkozások (pl: Pichler) álltak rá speciális célszerszámok gyártására, de még ezek megléte esetén is előfordul, hogy jól megszokott helyét a befecskendező szelep csak a hengerfej egy darabjával együtt hajlandó elhagyni, nem kis kárt okozva ezzel.
Egy másik izgalmas mutatvány az izzógyertyák kiszerelése. Ha akár egy is beleszakad (ami sajnos előfordulhat, legyen az bármilyen gyártmányú motor) akkor következhet a hengerfej leszerelése. Kiszerelés előtt mindenképp ajánlott az izzógyertya (I.) menetéhez csavarlazítót, vagy WD 40-et juttatni. Néhány óra múlva egy speciálisan erre a feladatra méretezett légkulccsal (II.) kitartóan rezegtetni az izzógyertyát. Előfordul, hogy már ez is elég. Ha mégsem, akkor kis nyomatékkulccsal, (III.) M9 menet estén legfeljebb 20 Nm nyomatékkal próbáljuk megindítani. Vigyázat, 22 Nm-nél már beleszakadhat a menet, mi 18 Nm-nél megállunk, és tovább rezegtetünk! Van rá eset, hogy egy órát is eltöltünk egy izzógyertyával, ami hosszú idő ugyan, de töredéke a hengerfej leszerelésnek! Az új visszaszerelésnél mindenképp kenjük be vékonyan az izzógyertya teljes, hengerfejjel majd érintkező felületét egy speciális zsírral (IV.) (Glühkerzen Montagefett, Glow plug mounting grease). Ha ezt nem tesszük - márpedig csak kevesek teszik - akkor a következő alkalommal rezgetés ide, vagy oda, kínkeserves lehet a kiszerelés.
Az ECU Szerepe és Hibajelenségek
A modern autók működésében a motorvezérlő egység, azaz az ECU (Engine Control Unit), kulcsszerepet játszik. Ez az eszköz a motor működésének minden aspektusát felügyeli és irányítja, beleértve az üzemanyag-ellátást, a gyújtást és az emissziószabályozást. Ha az ECU meghibásodik, az autó teljesítménye jelentősen romolhat, sőt, akár működésképtelenné is válhat.
Az egyik legnyilvánvalóbb jele a motorvezérlő hibának, ha a műszerfalon a „Check Engine” lámpa vagy más figyelmeztető ikon világítani kezd. Ez a jelzés arra utal, hogy az ECU valamelyik rendszer működésében hibát érzékel. A motorvezérlő egység hibája esetén gyakran tapasztalható a motor teljesítményének csökkenése vagy akadozása. Ez abban nyilvánulhat meg, hogy az autó lassan reagál a gázpedál lenyomására, vagy hirtelen leáll menet közben. Ha a motorvezérlő hibás, az üzemanyag-keverék optimalizálása nem működik megfelelően. Ez a probléma gyakran vezet megnövekedett üzemanyag-fogyasztáshoz, mivel az ECU nem tudja pontosan szabályozni az üzemanyag-befecskendezést. A motorvezérlő hiba gyakran okoz problémát az autó indításakor is. A hibás ECU nem képes megfelelően szabályozni a motor égési folyamatait, ami megnövekedett károsanyag-kibocsátást eredményezhet. Ha az ECU nem működik megfelelően, előfordulhat, hogy a motor szokatlan zajokat kezd el produkálni, például kopogást, vagy erős vibrációt érezhetsz a járműben. A motorvezérlő hiba gyakran okozza az alapjárat szabálytalanságát is.
A motorvezérlő hibák javítása sokféleképpen történhet, a probléma súlyosságától és típusától függően. Néha elegendő egy szoftverfrissítés vagy egy egyszerű javítás, de előfordulhat, hogy az ECU-t teljes egészében ki kell cserélni.
Porlasztók Karbantartása és Élettartama
A porlasztók karbantartása kulcsfontosságú a jármű élettartama és megbízhatósága szempontjából. A porlasztó a motor egyik legfontosabb eleme, amely felelős az üzemanyag-levegő keverék előállításáért a megfelelő arányban. A porlasztók állapotának időszakos ellenőrzése kulcsfontosságú a motor teljesítményének megőrzése és a drága javítások elkerülése érdekében. A porlasztók tisztítása és karbantartása nem csupán a motor teljesítményét javítja, hanem a fogyasztás és a károsanyag-kibocsátás csökkentésében is kulcsszerepet játszik.
A tisztítás során a porlasztót speciális ultrahangos kádba helyezik, ahol a nagyfrekvenciás rezgések mikroszkopikus buborékokat hoznak létre. Minden porlasztó kiszerelésekor javasolt új tömítést és szűrőt használni. A porlasztók belső alkatrészei nagyon precízen illeszkednek, mikrométer pontossággal. A porlasztók nemcsak a belső precíziós alkatrészeik miatt érzékenyek, hanem a tömítéseik és kiegészítő alkatrészeik állapota is kulcsfontosságú. A porlasztók élettartama és teljesítménye nagymértékben függ attól, hogy milyen üzemanyagot tankolunk, és milyen gyakran használunk tisztítóadalékokat.
tags: #isuzu #porlasztocsucs #nyomastartomanyok