A Common Rail rendszerek nyomásviszonyai és működési elve
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. épül fel. 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 Common Rail, azaz közös nyomócsöves rendszerek kulcsszerepet töltenek be a modern dízelmotorok fejlődésében, lehetővé téve a nagy forgatónyomatékot alacsony fordulatszámon és a kiemelkedő gazdaságos üzemelést.
A Common Rail rendszer működési elve
A FIAT a kilencvenes évek közepén fejlesztette ki az első common-rail, azaz közös nyomócsöves dízelmotort. 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. A Common Rail nyomástárolós befecskendező rendszer esetében a nyomás előállítása és a befecskendezés szét vannak választva.
A befecskendezési nyomás a motor fordulatszámától és a befecskendezett mennyiségtől függetlenül hozható létre. 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. Az elektronikus dízel szabályozás (EDC) az egyes részegységeket külön-külön hajtja meg.
Az üzemanyagot az üzemanyag-tartályban található elektromos üzemanyag-szivattyú mágneses üzemanyagszűrőn keresztül üzemanyag előmelegítéssel szállítja a nagynyomású szivattyúhoz. A nagynyomású szivattyú biztosítja a szükséges nyomást a Rail-ben. Az üzemanyagnyomás értéke a Rail-ben cc. 1350 bar-ig terjedhet.
Tünetek: Common Rail hibák BMW
Nyomás előállítása a Common Rail rendszerekben
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 és 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. A nagynyomású szivattyú általában radiál dugattyús kialakítású, a haszongépjárműveknél egyes esetekben soros szivattyút találunk.
Nyomásszabályzás Common Rail rendszerekben
Az adott rendszertől függően különféle nyomásszabályozási eljárásokat alkalmaznak.
Szabályozás a nagynyomású oldalon
A személygépkocsi-rendszereknél a kívánt rail-nyomást egy nyomásszabályozó-szelep a nagy nyomás oldalán állítja be. 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 common rail rendszereknél a nagynyomású oldali szabályzást alkalmazták. A nyomásszabályzó-szelep ezekben az esetekben többnyire a railen van elhelyezve, egyes alkalmazásoknál közvetlenül a nagynyomású szivattyúra szerelik.
Betáplálás oldali mennyiségszabályzás
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. Meghibásodás esetén egy nyomáskorlátozó szelep akadályozza meg a túlságosan nagy rail-nyomás kialakulását. A szívóoldalon megvalósított mennyiségszabályozással kevesebb tüzelőanyagot kell nagy nyomásra sűríteni, ezáltal a szivattyú teljesítményfelvétele is kisebb. Ennek pozitív hatása van a tüzelőanyag-fogyasztásra. Az eljárás további kedvező hatása, hogy a tartályba visszafolyó tüzelőanyag hőmérséklete alacsonyabb, mint a nagy nyomás oldalán végzett szabályzás esetében.
Befecskendező rendszer részletei
Két szabályzóelemes rendszer
A két szabályzóelemes rendszer az adagoló egységgel megvalósított szívóoldali nyomásszabályozást és a nyomásszabályzó-szeleppel végzett nagy nyomású szabályzást kombinálva egyesíti a két rendszer előnyeit.
Common Rail Diesel befecskendező rendszer működése
A befecskendezés mechanizmusa és előnyei
Az injektorok a tüzelőanyagot közvetlenül a motor égésterébe fecskendezi 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 fúvókat 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 hengerek mindegyikéhez mágnesszelep által vezérelt injektor van hozzárendelve. Az injektor-mágnesszelepen az EDC-vezérlőegység által történő beáramláskor kinyílik a fúvókatű és megkezdődik a befecskendezés. Az injektor-mágnesszelep mágneszára nincs mechanikusan összekötve a fúvókatűvel, ezeket kizárólag rugó-, és hidraulikus erők mozgatják. A befecskendező-nyomás növelésével tovább csökken az emisszió.
Hidraulikus teljesítménypotenciál és emissziócsökkentés
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. A maximális befecskendezési nyomás jelenleg 1600 bar, a jövőben 1800 bar lesz.
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. A rendkívül gyors működésű kapcsolószelepek többszörös vezérlésével egyetlen munkaciklus során akár öt részre bontott befecskendezés gyors befejezését biztosítja.
A káros anyagok kisebb mértékű képződése annak is köszönhető, hogy az injektor speciális geometriai kiképzése révén a tüzelőanyag nem hirtelen kerül az égéstérbe, mint ahogyan az eddig történt, hanem emelkedő nyomással fecskendezik be. Ez a befecskendezési eloszlás az égés egyenletesebb lefutását biztosítja kisebb csúcshőmérsékletekkel, ennek megfelelően kevesebb nitrogénoxid képződésével. Javul ugyanakkor a tüzelőanyag-keverék előkészítése is, így csökken a koromképződés.
A Common Rail rendszerek fejlődése
A közvetlen befecskendezésű korszerű dízelmotorok az alacsony fordulatszámon elérhető nagy forgatónyomatéknak köszönhetően jelentős menetbiztonságot és nagyszerű vezetési élményt nyújtanak. Ugyanakkor ezek a motorok kiemelkedően gazdaságos üzemelésük révén is kitűnnek. Egy dízelmotoros gépkocsi használata a dinamikus és komfortos vezetés örömét alacsony költségek mellett nyújtja. Ebben a fejlődésben kulcsszerepet töltenek be a Bosch által kifejlesztett Common-Rail rendszerek.
Az innovatív piezo-inlinetechnikán és az 1600 bar-os rendszernyomáson alapuló 3. generációs Common-Rail rendszert 2003-ban dobták piacra. Egészen napjainkig impozáns módon mutatta a fejlődés dinamikáját. Az égéskor keletkező káros anyagok mennyiségének csökkentése érdekében a Bosch ezt a generációt fejleszti tovább, a 2000 bar-os befecskendezési nyomás elérésére. Jelenleg a 3. generációs rendszerek maximális befecskendezési nyomása 2000 bar. Korábban már írtunk róla, hogy a diesel motor működését alapvetően határozza meg a diesel üzemanyag befecskendezés hatékonysága. A befecskendezés hatékonyságát pedig alapvetően a rendszer nyomása határozza meg. A jelenleg legelterjedtebb common rail rendszer 1600-2000 atmoszféra nyomást is képes létrehozni, így kiváló, egészen apró szemcséjű porlasztás lehetséges.
Az összes személygépkocsi-osztálynál használható, mégis igényesebb megoldások érdekében a Bosch jelenleg a 4. generációs Common-Rail rendszerek kifejlesztésén dolgozik. Ezek piaci bevezetésére előreláthatólag 2008-ban került sor. Személygépkocsiknál először alkalmaztak olyan dízel befecskendező injektort, amelyben hidraulikus erősítés van. Az injektorba egy átalakító dugattyút építenek, ami a Rail-ben kialakuló nyomást erősíti fel, így akár 2500 bar-os befecskendezési nyomást is lehetővé tesz. Ezzel a technológiával a személygépkocsiknál jóval alacsonyabb értékeken tartható a vezetékekben szükséges nyomás, így az könnyebben ellenőrizhető. A nyomás értékét csak az injektorban emelik a szükséges rendkívül magas szintre. A 4. generációs rendszerek beszerelési helyigénye alapjában véve megegyezik a 2. generációs rendszerekével. A jelenleg beépített rendszerekhez hasonlóan a 4. generációs Common-Rail is lehetővé teszi a többszörös befecskendezést, ami a részecskeszűrők regenerálásához szükséges.
Common Rail gyártók és általános problémák
Jelenleg 4 cég foglalkozik CR (Common Rail) rendszerek gyártásával, melyek mindegyike saját fejlesztési utat és jellegzetes megoldásokat alkalmaz. Mivel az elektronika és a kis méretű befecskendezés nyílás megvalósítása technikailag sokkal bonyolultabb, az új rendszer „természetesen” sokkal drágább. Elképesztő anyagárakkal találkozunk ezeknél a rendszereknél. Érthető tehát az igény az injektorok javítására.
| Gyártó | Jellemzés |
|---|---|
| Bosch | Régi cég nagy múlttal, rendszerei javíthatóak, bár nem mondhatók olcsónak. Kulcsszerepet tölt be a Common-Rail rendszerek fejlesztésében. |
| Denso | Ugyancsak nagy múltú gyártó, javítástechnológia már van, de sok az olyan injektor van, amit nem enged javítani. |
| Delphi | Kezdetben Rotodiesel, aztán Lucas, majd TRW. Gyors, pontos rendszert fejlesztett, ami azonban hosszú távon nem vált be. |
| Siemens | A felhasználói visszajelzések alapján minőségi problémákkal küzd, az alkatrészárak rendkívül magasak. |
Gyakori hibajelenségek és diagnosztika
A Common Rail rendszerek sajátos hibajelenségekkel is járhatnak, melyek felismerése és orvoslása kulcsfontosságú a motor optimális működéséhez.
- A motor nehezen indul és/vagy terheléskor leáll: Magas résolaj veszteség.
A résolaj szükséges dolog, mivel hűti az injektort. Amikor azonban visszaáramló mennyiség megnő, akkor gyakorlatilag a rail nyomás egyszerűen elszökik, és az üzemanyag visszafolyóágon az üzemanyagtankba kerül. Akárcsak egy injektornál is jelentkezik a hiba, akkor a motor leállhat. Magyarázat: a rendszerben az injektorok sorba vannak kötve. Ha egynél elszökik a nyomás, akkor a többihez sem jut el, tehát a motor működésképtelenné válik. Ilyenkor cserélni kellene a common rail rendszer nagynyomású szivattyúját és a porlasztócsúcsokat. A márkaszervizek általában jelentős árréssel adják tovább a diesel alkatrészeket. A nagynyomású szivattyúk többnyire bírják a strapát, nem kell 150 000 után cserélni őket.
Elég gyakori probléma, hogy a dízel autó nem indul, vagy nehezen indul. Ilyen esetben mi a legelső kérdések egyike? Az alap dolgok között szerepel az is, hogy üzemanyagot kap-e? Common rail, azaz magasnyomású közös nyomócsöves rendszereknél indítózáskor kb. 250-400 bar nyomást kell létrehoznia a nagynyomású szivattyúnak.
- Egyenetlen motorjárás.
Az injektorokat ma már nem a sugárkép, hanem a szállított üzemanyag mennyiség jellemzi. Az egyes injektorok mind-mind más mennyiséget produkálhatnak ugyanazon üzemi körülmények között. Alapjáraton az ECU (vezérlőegység) képes korrekcióra a hengerek közt. Amennyiben azonban a szállított mennyiség túl alacsony vagy túl magas, akkor az ECU nem képes korrigálni, a motor egyenetlenül jár. Ennél a problémánál vagy a fúvóka hibás, vagy az injektor mágnesszelepe.
A nyomásszabályzó szelep rossz működése is okozhatja a problémát. A koszos, rosszul záródó szelep nyomásingadozást okoz és amikor az ECU már nem „tolerálja” dolgot, akkor a motor leáll.
IMA kódok szerepe
Minden gyártó egyedi kóddal (IMA kód) látja el az injektorait. A kód 16-32 karakterből áll, mely számjegyek és betűk kombinációja. Ez a kód tartalmazza az injektor gyártási hibájából eredő paraméter különbségek jelleggörbe seregeit. Ez azt jelenti, hogy nincs két egyforma injektor. Viszont adott egy motor és szeretnénk, hogy minél csendesebben, egyenletesebben üzemeljen. Adnak tehát egy kódot minden injektornak, amit az ECU-ban tárolt algoritmus felismer és kezelni tud. Az eredmény, hogy az injektorok hibáit a vezérlőegység minden hengernél illeszteni tudja.
tags: #nyomasviszonyok #common #rail #rendszereknel #információk