A TDI motorok kormolása: okok és a tuning hatása a károsanyag-kibocsátásra
Aki belekezd a tuningolásba, ritkán áll meg ennyinél, és nem is jó, ha itt hagyja abba. A dízelmotor minőségi szabályozással működik, az állandó fordulaton közel állandó légnyeléshez változó mennyiségű tüzelőanyagot adagolunk, így változtatjuk a motor teljesítményét.
A TDI rendszerek fejlődése és a környezetvédelmi kihívások
A rendszerek megítélése nagyon sok szempont szerint történhet. Az első adagolós TDI motorok egyszerűek és jól tuningolhatók voltak, amihez hozzájárult a gyári erős túlméretezésük is. A PD rendszer takarékos és hatékony volt, de zajos, a CR rendszer pedig nagyon jól szabályozható. Ez utóbbi azt is jelenti, hogy a környezetre gyakorolt hatása, mind a zaj-, mind a gázemissziót tekintve nagyon jól kordában tartható. Ez a legfontosabb, mert a gyártókat, mint akasztott embert a kötélhurok, annyira szorítják a környezetvédelmi normák. A PD rendszer halálát is ez, valamint a magas gyártási költségek okozták. A korai TDI rendszernek meg a befecskendezési nyomása volt alacsony az EURO4-es normához, az adagolót pedig nem lehet tovább feszíteni, nem lehet finomabb, többlépcsős befecskendezést alkalmazni, és a tüzelőanyag égéstérbe juttatása nagyon primitív egy CR rendszerhez képest. A közös nyomócsöves tüzelőanyag-ellátó rendszer elektromos fúvókáival a többlépcsős befecskendezés csak egy szoftver kérdése, és bárminek a függvényében változtatható. Ezekből a motorokból az elektronika kiirtása, ahogy azt a tuningosok megtették a TDI adagolós motorokkal, teljesen lehetetlen.
A dízelmotorokat egyre támadják a károsanyag-emissziójuk miatt. Régen szinte jobbnak számítottak, mint a benzinesek, azonban a karcinogén (rákkeltő) nano részecskék felfedezésével kicsit más megvilágításba került a dolog. Hiába a dízel katalizátor, hiába a dízel részecskeszűrő, a nanométer méretkategóriába eső részecskék kijutnak, és máig hangosak a vitatermek arról, hogy ez mennyire káros, hogyan jut a véráramba és mit lehet tenni ellene.
Nem célunk a környezetre gyakorolt hatás vizsgálata, mi akkor tekintjük magunkat sikeresnek, hogy ha a tuningolt autó tudja azt a környezetvédelmi normát, amit tuning nélkül tudnia kell. Az EURO2-esből nem lesz EURO4-es, de ha okosan módosítjuk, akkor a környezetvédelmi paraméterek nem romlanak látványosan, nem húzunk koromcsíkot és nem ködölünk folyamatosan. Az igazsághoz azonban az is hozzátartozik, hogy a járművön bárminemű, az emissziós rendszerébe történő beavatkozás engedélyköteles, így a chiptuning és a hardveres átalakítás sem engedélyezett. Ezt mindenkinek szem előtt kell tartani. A szigorodó szabályok miatt ami még 10 évvel ezelőtt elfogadott volt, az ma már tiltott. Ha ma ennek a tizedét nyomja egy autó, akkor katalizátorhibára gyanakszunk, és nem teljesíti az előírt normákat. Tudhatja egy tuningolt, 50%-kal erősebb dízelautó azt a normát, amit gyárilag produkál? Igen, de ahhoz nem elég egy szoftveres beavatkozás, ahhoz ennél sokkal több kell.
Why Diesel Engines Lose Power & Efficiency Over Time
A dízel égés alapjai és a koromképződés
A dízel keverékképzés alapja, hogy adott mennyiségű levegőhöz adagoljuk a dízelolajat, ha ez megfelelő arányban történik, akkor az emisszió keretek között tartható. Amennyiben nagyobb teljesítményt szeretnénk kinyerni a motorból, többlet-tüzelőanyagra van szükség, ha pedig az emissziót is azonos vagy közel azonos szinten szeretnénk tartani, akkor ehhez többletlevegőre van szükség. Ha a légfelesleg tényező közel azonos, akkor elméletben a károsanyag-kibocsátás is azonos. Sajnos csak azért elméleti a feltevés, mert a többlet-tüzelőanyaggal más lesz az égés hőmérséklete, a többletlevegőtől pedig az áramlástani viszonyok változnak meg a szívócsőben, a szívócsatornában és az égéstérben is.
Autópálya és kormányremegés: Peugeot 307 probléma
Amit a gyárban valós üzemi körülményekkel tesztelnek, számítógépes szimulációval ellenőriznek, azt mi egy laza mozdulattal áthúzzuk. Olyan paraméterek változnak meg, amit nem látunk, esetleg mérni tudunk, de nem fogjuk… Bizonyos dolgokat kiszámolhatunk, de a tuning kicsit orosz rulett jellegűvé változik az üzemi kísérletek nélkül. A valós üzemi teszteknek ez a nevetséges megközelítése.
A motor a gyárból kikerülve egy olyan komplex rendszert alkot, amelynek elemei egymáshoz méretezettek, azért van rajta akkora turbó, mert ezt indokolják a motor egyéb paraméterei, azért van rajta akkora befecskendező fúvóka, mert ezzel lesz optimális a porlasztás. Ha valahol belenyúlunk, akkor megbomlik a rendszer egysége és bizonyos paraméterek biztosan romlanak, esetleg egynéhány dolog javul. A romló paramétereket javítani kell, a rendszert több ponton módosítani szükséges.
A koromképződés nem más, mint az égéstérben bekövetkező égés után megmaradó szénszemcsék tömege. Ez bonyolult átalakulások következménye és sok tényező hatására történik. Hatással van a koromképződésre a befecskendezés minősége és időbeni lefolyása, itt megint visszautalnék a befecskendezett dózis és a porlasztó-furatméret kapcsolatára. Érdekes megfigyelés, hogy a motor teljesítménye bizonyos légviszony esetében a maximális, ilyenkor már erősen kormoz, de tovább növelve a befecskendezett mennyiséget, a teljesítmény már nem nő, azonban a motor termikus terhelése és koromkibocsátása ugrásszerűen megnő.
Azt is meg kell említsük, hogy a károsanyag-kibocsátás szempontjából a korom az egyetlen, ami a dízelmotor esetében szemmel látható, de a szén-monoxid és a nitrogén-oxidok is jelen vannak. Az égés minősége, hőfoka ezt is befolyásolja, és nagyon ritka az az eset, amikor a nagyobb teljesítményű motor azonos kibocsátási értékekkel rendelkezik, mint a kisebb teljesítményű gyári testvére. Gondoljunk csak a neves dízel tuningolókra, alig 10-15%-ot tesznek rá egy-egy modellre, azonban a károsanyag-emissziójuk így is kategórián belül marad.
A tuning beavatkozások: Üzemanyag és levegő
Üzemanyagrendszer módosítások
A tuning tehát ott kezdődik, hogy többlet-tüzelőanyagot kell bejuttatni. Ez mehet az elektromos rendszereknél (PD és CR) chiptuninggal, a TDI adagolós motoroknál chiptuninggal és az adagoló átalakításával is. A tisztán mechanikusra épített adagolóknak megvannak az előnyei, azonban építésükhöz tapasztalat és műszerezettség kell. A gyárban ezeket illesztik, figyelembe véve a tartósságot, a porlasztási képet és még sok egyéb paramétert. Optimális esetben egy adagolós is illeszti, de én azt mondom, elégedjünk meg, ha van legalább tapasztalata vele. A befecskendezés időbeni lezajlása alapvetően befolyásolja a motor teljesítményét, hangját és emisszióját. Az előbefecskendezési szög, a porlasztó mérete és az adagoló rendszert alkot, ezen alkatrészeknek és beállításoknak harmonizálni kell.
Hibaelhárítás: Benzinmotor kopogás
Ha PD rendszerről beszélünk, amit szoftveresen húzunk, akkor is figyelembe kell venni a porlasztó méretét, hiszen itt is felborul a gyárban pontosan kiszámított egység. A PD egyébként is érzékeny a mennyiségre, mert a mechanikusan előállított nagy nyomása olyan erőhatásokat eredményez, ami akár a vezérműszíjat képes lefogazni.
Turbófeltöltő és intercooler szerepe
A turbó egy egyszerű szerkezet, a kipufogógázok mozgási energiája megforgat egy járókereket, az ezzel közös tengelyen lévő kompresszorkerék pedig a szívócsőben sűríti a levegőt, így térfogategység alatt több levegő jut be az égéstérbe. A töltöttségi fok tovább növelhető, ha a sűrítés alatt megnövekvő hőmérsékletű gázokat visszahűtjük, erre szolgál a köztes töltőlevegő-hűtő, ismertebb nevén az intercooler.
Amikor a gyáriak megterveznek egy motort, akkor meghatározzák azt az üzemi fordulatszám-tartományt, amiben a motor általában üzemelni fog. Ez nagyjából az 1500-3000 1/min közötti tartomány, ahol az átlagos dízelmotor életének 70%-át tölti. A lökettérfogat és üzemi fordulatszám ismeretében meghatározható a motor légnyelése, ehhez pedig a turbófeltöltő illeszthető. A turbófeltöltőket gyártó pedig az asztalra tesz egy katalógust, amiben szerepelnek a feltöltői pontosan paraméterezve, ebből a motorgyártó kiválasztja az elképzeléseihez az ideális méretű és jellemzőkkel bíró feltöltőt.
Ahogy a fotómodelleket a derék-, csípő-, mellméret számhármassal jelöljük, úgy a feltöltőket a nyomásviszony és a szállított mennyiség grafikonjára rajzolt töltő hatásfokkal jellemezzük. Ez az első ránézésre kicsit áttekinthetetlen diagram a mérnökök számára az alap, ezzel illesztik a feltöltőt a motorhoz. Aki ezt a diagramot nem ismeri, az nem lehet igazi tuningos a feltöltött motorok területén. Az ábra szűk középső területe a töltő legmagasabb hatásfoka, ideális esetben itt kell járatni a feltöltőt, ennél a szállított mennyiségnél és légviszonynál. Ha a motort jobban pörgetjük, jobban pörög a turbó is, akkor kimegy ebből a területből, hatásfoka romlik. Pontosan ez történik, amikor a gyártó által optimálisan választott turbót elektronikus beavatkozással nagyobb légviszony (nagyobb nyomás) elérésére sarkalljuk. Elkerülhetetlen a lépés, nagyobb turbó kell.
A diagramot megnézve, tudva a motor légnyelését (szállított mennyiség) és a tervezett fordulatszám-tartományt, adott lesz az a feltöltő, amelyik ezen működési tartományban lesz hatásfoka maximumán. Ahogy azt említettem, az egész rendszer egymáshoz méretezett alkatrészekből épül fel, nagyon ritkán lehet úgy előnyre szert tenni, hogy csak egy dolgot módosítunk. Ha nagyobb a feltöltő, nagyobb lesz a szállított mennyiség, és ha a nyomásviszony még marad is azonos, akkor is jobban melegszik majd a töltőlevegő, nagyobb intercooler kell. A nagyobb intercoolert el kell helyezni valahová, be kell csövezni. Az utólagos tuningot készítő is ki tud találni jó helyet, legfeljebb megfűrészeli a lökhárítót, a cél szentesíti az eszközt. Azzal is számolni kell, hogy megnövekszik a turbólyuk, és valószínű az is, hogy a turbó később fog hasznossá válni a rendszerben, ahogy fogalmazni szoktak, „később kapcsol be”. Eleve nagyobb lesz a geometriai mérete, a forgási tehetetlensége, ráadásul a kompresszorkerék után nagyobb térfogat lesz, amit komprimálni kell, lassabban épül fel a nyomás. Ha a turbót jól illesztettük, a tüzelőanyag-mennyiséget megnöveltük, akkor elméletileg elérhető az a légviszony, amely azonos koromképződést okoz, mint a gyári autó esetén.
Tuningolt motorok tartóssága és rejtett veszélyei
Két kérdés van még: hogyan megy egy ilyen autó és meddig bírja? Amennyiben a motor jól van hangolva, akkor elég jól megy, még benzines, turbós szemmel is. Egyes ügyes dízel tuningosok ki tudnak csalni olyan motorkarakterisztikákat, mint egy rosszabb benzines turbósnak van, tehát alul elindul és relatíve sokáig forog és egyenletesen tol. Gyárilag ezek a dízelek nagyon szűk fordulatszám-tartományban élnek, azt is eléggé alul, így nagy sütésre nem lehet számítani, azonban én magam is mentem olyan 4 hengeres ős TDI-vel, ami simán, dinamikusan beleforgott az 5000-be. Ez még mindig nem nagy szám benzines szemüvegen keresztül nézve, de az egyenletesen produkált nagy nyomaték viszi az autót, mint orkánszél a kishajót. Ha pedig normál tempóban autózgatunk, akkor ez az autó is elketyeg 5-6 literrel, de ha nyomják neki, is nehezen megy 10 fölé.
A másik kérdés a tartósság. Az ős TDI motorok, akár négy, akár öt hengerrel még olyan műszaki szemléleti milliőben készültek, hogy megengedhették maguknak a tisztes mechanikai túlméretezést. Egy műszaki csoda, hogy ezek a motorok mai szemmel nézve mit kibírnak. A 90 lovas alapverziót lazán 150 környékére hozzák, és ésszel használva így is teljesít 100 E km-en felül. Nos, ilyen már többet nem lesz. A mai motorok már nem ilyen szemlélettel készülnek.
Feltételezzünk egy jól megépített motort, amelyen nem követett el sem a chiptuningos, sem a motorépítő nagy hibát. Mert ha például a chipes úgy írja meg a tüzelőanyag-adagolás programját, hogy alul sokat ad, a turbó meg még képes is hozzátolni levegőt, akkor elérhetjük azt, hogy a forgattyús mechanizmust olyan lökésszerű terhelések érik kis fordulaton, hogy a csapágyak feladják. Ahhoz ugyanis, hogy az alkalmazott siklócsapágyaknak megfelelő hidrodinamikus kenésük legyen, kell olajnyomás és fordulat. Ha bármelyik hiányzik, akkor a csap nem úszik fel az olajfilmre, szakszóval úgy mondják a gépészek, hogy megsüllyed, és vegyes vagy rosszabb esetben száraz súrlódás alakul ki, ez gyakorlatilag percek alatt tönkreteszi a motort. Ez a forgattyús mechanizmus halála.
Lényeges továbbá, hogy a maximális feltöltő nyomás emelésével a kompresszióviszonyt csökkentsük, hogy a teljes töltőnyomásnál se legyen túl nagy az égési végnyomás. Ezt azonban mechanikailag elég jól tolerálják a motorok, mert a nagyobb nyomásnál már általában fordulat is van, a kenés optimális. A vezérlés halála pedig az lesz, amikor a vezérműszíj hajtja az adagolót, vagy a vezérműtengelyen keresztül a PD elemeket, de a megnövekedett terhelésről nem veszünk tudomást és a gyári vezérműszíj-csereperiódust akarjuk tartani. Pedig az adagolónk duplaannyit nyom, a PD elem meg 50%-kal többet fecskendez be azonos idő alatt. Ez együtt jár a terhelés megnövekedésével.
Mégis, az első számú közellenség nem a mechanikai, hanem a termikus terhelés. A dízelmotor egyébként is kényes erre, hiszen magas hőfokon alapuló kompressziógyújtása van, a töltőnyomás növelésével, több tüzelőanyag adagolásával a termikus terhelés nő. Amennyiben a motort csúcsra járatjuk, a maximális terhelést kapja, akkor a gyári hűtés biztos, hogy nem lesz elegendő. A hűtés úgy van méretezve, hogy a gyári teljesítményű motor maximális terhelésen és extrém külső hőmérsékletnél, akár bekapcsolt klímával sem forrhat meg. A mi motorunk azonban nem gyári, tehát ha elkezdjük ostorozni, egyre nagyobb teljesítmény leadására sarkallni, akkor hamar eljutunk oda, hogy a dugattyúnk megolvad, a hengerfejünk megreped.
Gyakori problémák az üzemanyagrendszerrel: Egy valós példa
Egészen újkora óta használunk egy kombi, 4X4-es Octaviát. Még a fix turbós, EDC adagolós dízelt. 220000 kilométernél járunk, alapos és gondos szervizeléssel próbáltam a lelkem megnyugtatása mellett megbízható állapotban tartani az autót. Autós mondakörök megkerülhetetlen harcostársa az egykilences TDI. A motor valóban jó állapotban van. Semmi kétség, remekül megalkotott tervezői bravúr. Viszont nem a motorblokkon ülünk és bögréből locsoljuk a gázolajat a hengerfej arra alkalmas lyukaiba azon csodálkozva, hogy milyen jól harapja az aszfaltot a lendkerék fogaskoszorúja, hanem a perifériák istenének lelkiállapotától függően haladunk vagy káromkodunk. Hiába jó a motor, ha nem kap üzemanyagot, ha nem ad jelet a légtömegmérő, vagy ha már beszélgetni sem lehet a bordásszíj-feszítő zörgésétől. Az elmúlt kétszázhúszezer kilométer alatt, - a motorblokkon kívül - talán a generátor az egyetlen dolog, ami nem lett megbontva.
Egy alkalommal a motor nem kapott üzemanyagot. Tisztán látszott, hogy üres az adagoló felé menő üzemanyagcső. A kardántengely miatt nyeregtank van a Skoda alatt, egy szivattyú segítségével kerül át a gázolaj a megfelelő helyre. Negyed alatt volt a tank, ami problémát okozhatott. Tapasztalatom szerint, ha már sok levegő jutott az adagolóba, akkor kár kísérletezni az önindítóval. Húzásra tíz másodperc alatt beindul. Így történt most is, egyenletesen járt a motor. Ezzel kizártam a motor hibáját.
Valahol falsot szívott az adagoló. A tankból jövő vezeték gyanús volt. Feltöltöttem a szűrőt gázolajjal, de üresre szívta a motor indítózás közben. Rendben volt minden csatlakozás a motortérben. Egy huszárvágással átkötöttem az üzemanyagszűrőt. Tíz másodperc húzás és megint indult a motor. Akkor hol volt a hiba?
A TDI (PDTDI is) motorok üzemanyagrendszere előfűtött szűrővel rendelkezik. Ez annyit jelent, hogy az adagolóból/üzemanyagpumpából távozó gázolaj nem a tankba, hanem a szűrőházba tér vissza addig, amíg el nem ér egy bizonyos hőmérsékletet. A 30 (TDI) vagy 60 (PDTDI) Celsius fokos üzemanyag már mehet az útjára, de alatta maradjon csak közel a motorhoz. Ezáltal melegen tartható az üzemanyag télen is és nem válnak ki parafin kristályok a szűrőben. Az visszafolyó üzemanyag irányítását egy a szűrőházba nyomott, T alakú szelep biztosítja. Ezért van három, pontosabban négy csatlakozási pont a szűrőn. A szűrőház és a szelep csatlakozásánál két tömítőgyűrű van. Az egyikük a rakparton gondolta úgy, hogy átereszti a levegőt. Megnéztem, hogy működik-e a hőmérsékletfüggő átirányítás: természetesen nem. Már rég elnémulhatott ez a funkció.
A dízel részecskeszűrő (DPF) működése
Már több éve minden TDI részecskeszűrőt kap, az pedig magas hőfokon égeti ki magából a rabul ejtett koromrészecskéket. Olvasónk arról számolt be, hogy Audija néhány kilométeres út után is hűti magát TDI motoros Audija. Vajon normális ez? - tette fel a kérdést. A válasz egyértelmű igen. Ma már abban a korban vannak a részecskeszűrős, Euro 5-ös dízelek is, hogy viszonylag szép számban kerülnek használtan is az országba. Bár arra vonatkozóan különbözőek a rendszerek, hogy kell-e őket ütemezetten cserélni, hogy igényelnek-e bármilyen kiegészítő folyadékot, abban mind egyeznek, hogy koromcsapdaként működnek, majd a lerakódásokat magas hőfokon, a hajtóanyagként is szolgáló gázolaj égetésével tisztítják ki magukból.
Az is rendszerenként változik, hogy hány kilométernyi út, milyen fokú bemelegedés után indul a részecskeszűrő tisztítása. Van olyan, hogy akár már városi üzem során is elindul a regenerálás, amit a motor megállításával megszakítunk. Mivel ez nem jó, vannak olyan modellek, amelyek ki is írják, hogy a részecskeszűrő regenerációja miatt ne állítsuk le a motort, de vannak olyanok is, amelyek ilyenkor a motor leállítása után automatikusan, akár 10-15 percen keresztül is hűtik a részecskeszűrőt. Meg persze vannak olyanok is, amelyek nem írnak ki semmit, nem hűtik magukat, kvázi a használóra van bízva, hogy miként teszi tönkre autóját a nem ideális körülmények közötti használattal (dízelmotornál ez a hosszú távú üzemet jelentené).