A PD Elemek és a PPD TDI Rendszer: Működés, Diagnosztika és Jellemző Hibák
A PDTDI a VW csoport turbó dízel motorjaiban használt közvetlen befecskendező rendszer, amely minden egyes hengerbe külön kis befecskendező szivattyúval lövelli a dízel üzemanyagot. A PDTDI adagoló/porlasztó tehát az adagoló és az injektor egybeépítésével jött létre. Minden dízel hengerhez egy-egy ilyen elemet építenek be.
A PDTDI rendszer a hagyományos dízel adagolókhoz képest lényegesen nagyobb befecskendezési nyomást képes biztosítani (2000 bar a 900-1200 bar helyett). Ez a technológia a közelmúltban - több mint egy évtizeden át - tündökölt, míg napjainkban lassú kimúlásának vagyunk szemlélői. E technikát sikerre vivő VAG PD TDI motorjainak lelke az adagolóporlasztó egység, vagy ahogy az angol szaknyelv mondja, a Unit Injector.
A Piezó Adagolóporlasztó (PPD) Rendszer: A Technikai Fejlődés Újabb Szakasza
A technikai fejlődés ezt a szerkezetet sem kerülte el, a mágnesszelepes generációk után itt is megjelent a piezotechnika. Miután szép számmal futnak útjainkon is piezós PD, azaz PPD TDI-k, nagy mulasztás lenne részünkről, ha nem mutatnánk be a megszokott elemző részletességgel. Megismerve működését és ízekre szedve, az első benyomásunk, hogy rendkívül szellemes, nagyszerű mérnöki alkotás.
2003-ban alapították és 2004 novemberében kezdték a piezós vezérlőszelep beavatkozójú adagolóporlasztó, a PPD első generációját gyártani a Siemens VDO-val a németországi Stollbergben létrehozott Volkswagen Mechatronic GmbH & Co. KG joint venture cégnél. A VW 2006-ban ezt a cégét eladta.
A mágnesszelepes változatokat egyes motortípusoknál azért kellett piezósra váltani, mert a mágnesszelepes nem tudott egyszeri előadagnál (pilot-befecskendezés) többet létrehozni a főadag előtt, és nem tudta annak szöghelyzetét változtatni, valamint vezérelten nem tudott utóadagot sem képezni a koromszűrő regenerálása céljából. A piezotechnika gyors szelepműködtetésre, szelepkapcsolásra képes, ezáltal válik lehetővé a többszörös befecskendezés.
A PD elem eltérések felismerése és vizsgálata
A Piezó Adagolóporlasztó (PPD) Működési Elve
A Piezooszlop és a Vezérlés
Nézzük először a piezo működtető elemet és a szelepet. A piezooszlop (Piezo-Stack) kristálylap rétegekből épül fel, rétegek között elektróda található. Az elektróda egyben a villamos csatlakozás. Ezen keresztül ha töltést kap a kristálylapka, geometriai alapméretét (L) megváltoztatja: vastagságát növeli (ΔL), illetve célszerűen megválasztott feszültség/áram értékpárral és iránnyal visszaállítja.
A vezérlőfeszültség 100 és 200 V között van. Egy kristálylapka 0,08 mm vastagságú. Méretváltozása ennek 0,15%-a, tehát 0,12 mm. A PPD-ben a gázolaj útját nyitó/záró szelep elmozdulása kb. 0,1 mm. A piezooszlop teljes hossza kb. 26,7 mm. Ebbe kb. 334 lapka fér el (26,7:0,08). Ez az oszlop ennek révén 0,04 mm-t tud megnyúlni (334x0,12x10-3). Mivel ez kevés, mechanikai emelőkarra van szükség, ennek áttétele: 2,5. Az alábbi képek a mechanikai áttétel kialakítását mutatják be.
A befecskendezések száma (2 pilot + 1 főadag + 2 utóbefecskendezés) tehát maximálisan öt lehet. A befecskendezések az adagolóporlasztó dugattyújának (plunger) folyamatos befelé menetében jönnek létre, a piezoszelep (visszafolyás/nyomás) vezérlése hatására. A dugattyút a vezérlőbütyök meredek bütyökoldala, görgős himbán keresztül mozgatja.
A Porlasztótű-Rugókamra Szerepe
A porlasztótűrugónak természetesen az adagolóporlasztónál is fontos szerep jut. A befecskendezés végén gyorsan és határozottan kell ülékére leszorítania a tűt, tehát zárnia. A porlasztócsúcs-kamrában pedig a nyomás növekedésénél csak egy meghatározott értéknél - a tervezett nyitónyomásnál - szabad engednie a tűt megemelkedni, nyitni.
A dízelbefecskendezés technikájában az elő- vagy pilotbefecskendezés nyitónyomása és a főadagbefecskendezés nyitónyomása között jó, ha különbség van. A pilotadagnál határozottan legyen kisebb a nyitónyomás, mint a főadagnál, de mindkettőnél a zárás legyen gyors és határozott. Az adagolóporlasztónál nincs elegendő hely arra, hogy rugókombinációt helyezzünk el, tehát trükközni kell.
A rugókamrában, ha a gázolajnyomás értékét befolyásolni tudjuk, és a szeleptű rugótányérja egyben dugattyú is, akkor ez sikerül. Az alábbi ábra a gázolajtereket és a csatornákat mutatja. A „körforgást” a pilotbefecskendezés végével kezdjük. Ilyenkor a piezo vezérlőszelep nyit, a nagynyomású térből a gázolaj visszaáramlik a feltöltőcsatornába.
Az adagolóporlasztó házán a gázolaj furatmezőn lép be, mint azt egy ábra mutatja. A feltöltőcsatornában lévő fojtás azonban gátolja a visszafolyást, ezzel növeli a nyomást. Ha a nyomás eléri a visszacsapószelep nyitásához szükséges értéket, az nyit, és a rugókamrába engedi a gázolajat. Az itt kialakuló nagy folyadéknyomás a tűzárást gyorsítja. A továbbiakban azonban lassan leépül a nyomás a feltöltőágban, a visszacsapószelep visszazár.
A rugókamrában a gázolaj előbb kialakult nagy nyomása - mert zárt tér alakul ki - állandósul. A főbefecskendezés kezdetekor ez a nyomás hat a rugótányérra, és a rugóerővel együtt növeli a nyitónyomást, a főbefecskendezés végén pedig segíti a tűzárást. A következő befecskendezési ciklus bekövetkeztéig azonban a rugókamra nyomása a résveszteség miatt leépül, így a következő pilotbefecskendezés nyitónyomását (kb. 130 bar) csak a rugóerő határozza meg.
Zajkibocsátás a PPD Rendszerben
A TDI motorok alapjárati zajkibocsátása - mint azt a gyártó állítja - nem égési, motormechanikai forrású, hanem azt az adagolóporlasztó kelti. A porlasztóban a gyors és nagy nyomásváltozás gerjeszt, és viszi át az adagolóhajtáson keresztül a rezgést a motortestre, mely bocsátja ki a jellegzetes motortesthangot. A PPD-rendszer több okból is csökkenti a zajt:
- a nyomásvezérlés gyorsabb és határozottabb (a mágnesszelephez képest négyszer gyorsabb!),
- az alapjárati nyomás kisebb,
- és a PPD elemdugattyú átmérője a mágnesszelepes egységhez képest kisebb, ezzel kisebb a rendszerműködtetés erőigénye.
BIP (Beginning of Injection Period) Elemzése és Diagnosztikája
Itt is a befecskendezés kezdetét (BIP, azaz Beginning of Injection Period) a piezósnál is villamosjel változási eseménnyel azonosítjuk. A vezérlőszelep felütközése után a piezó-oszlop feszültsége megugrik, ezt értelmezi a motorirányítás (és a diagnosztika!) a befecskendezéskezdet eseményeként.
Útmutató a Peugeot 106 csomagtartó javításához
A szelep tökéletes (gyors) zárását a diagnosztika pedig úgy vizsgálja meg, hogy a piezóra kiadott vezérlés kezdetétől számítva figyeli, mennyi idő múlva jelenik meg a BIP eseménye. Ha ez az idő túl rövid vagy túl hosszú, az hibára utal. Ezt az ellenőrzést a fedélzeti diagnosztika minden ötödik befecskendezési ciklus után, a ciklusok közötti szünetben, egy tesztimpulzus kibocsátásával vizsgálja. Azért a semleges periódusban, mert ekkor egy esetleges visszamaradó rendellenes nagy nyomást is fel tud tárni.
Impeachment Trial | Day 6
Összehasonlítás: Mágnesszelepes és Piezós Adagolóporlasztók
Az alábbi táblázatban összefoglaltuk a mágnesszelepes és a piezós adagolóporlasztók főbb paramétereinek összehasonlítását:
| Jellemző | Mágnesszelepes PD | Piezós PD (PPD) |
|---|---|---|
| **Befecskendezések száma** | Max. 1 pilot + 1 főadag | Max. 2 pilot + 1 főadag + 2 utóadag (összesen 5) |
| **Utóbefecskendezés** | Nem képes (koromszűrő regenerálás céljából) | Képes (koromszűrő regenerálás céljából) |
| **Pilot befecskendezés szöghelyzete** | Nem változtatható | Változtatható |
| **Szelepműködtetés sebessége** | Lassabb | Gyorsabb (négyszer gyorsabb a mágnesszelephez képest) |
| **Nyomásvezérlés** | Lassabb, kevésbé határozott | Gyorsabb, határozottabb |
| **Elemdugattyú átmérője** | Nagyobb | Kisebb |
| **Rendszerműködtetés erőigénye** | Nagyobb | Kisebb |
| **Vezérlőfeszültség** | Nincs magas feszültség | 100-200 V |
| **Gyártási és javítási költség** | Olcsóbb | Lényegesen drágább |
| **Zajkibocsátás (alapjáraton)** | Jellemzőbb, motormechanikai eredetű | Csökkentett |
PD Elemekkel Kapcsolatos Gyakori Problémák és Szervizelése
Sokan komoly tévhitben élnek a PD elemekkel kapcsolatban. A PD elemek rossz híre tulajdonképp a 2005-től gyártott, 2.0 TDI B6-os Passatoknál kezdődött. Az előző generációknál (Passat B5, Passat B5.5) ilyen jellegű, rendszeresen előforduló meghibásodás nem volt. A B6-nál annyi változás történt, hogy a kétliteres változatok nagy részébe a SIEMENS gyártotta a PD elemeket, míg az összes 1.9PD-nél a BOSCH maradt a beszállító. A rendszeres meghibásodások kizárólag a SIEMENS gyártmányú PD elemeknél fordultak-fordulnak elő!
Mára a gyártó elismerte ezt a hibát és a hét év alatti modelleknél, meghibásodás esetén bármelyik márkaszerviz köteles ingyen és bérmentve kicserélni a meghibásodott SIEMENS gyártmányú PD elemet. A hibás SIEMENS PD elemeket CONTINENTAL-ra cserélik, amit a cikkszáma képes elárulni. A 170 lóerős motoroknál pl. az "M"-es cikkszám végű SIEMENS-et "T"-s végződésű CONTINENTAL-ra cserélik.
Ha az Ön autójában PDTDI rendszer van, és szervize megmondja, hogy pontosan melyik PDTDI alkatrészre van szüksége, akkor hívjon minket!
PPD Beszerelés és Alkatrészcsere
A piezoporlasztó a második generációs mágnesszelepes porlasztó helyére behelyezhető, leszorítása - csavarral történő rögzítése - azonos módon történik. Azonban lehetetlen, hogy egy mágnesszelepeset piezósra cseréljünk, mert a piezós vezérlése természetesen más motorECU-t kíván (VAG Siemens/VDO Simos PPD 1.1 - 1.5). A piezósnak is két generációja van (PPD 1.0 és PPD 1.1). Az első a Passat 2,0 liter - 103 kW 4V, tehát 4-szelepes TDI-be került 2006-tól. Később ebben a modellben is felváltotta a régit a PPD 1.1-es változat. Ezek sem csereszabatosak, annak ellenére, hogy ránézésre azonosak! Motorjárási rendellenességeket okoz a nem odaillő változat. Figyeljük az alkatrészszámot!
A szereléshez különösebb célszerszámok nem szükségesek. A PPD beszerelésénél a két leszorító csavar meghúzása: 3 Nm a beültetéshez (célszerű szeleprugó lenyomatóval rásegítenünk!), majd 90° elfordítás, hagyjuk kicsit pihenni, majd húzzunk rá 180°-ot. A kihúzatáshoz a T10163 jelű kihúzató és a T10133 lengőtömeges kalapács, míg az O-gyűrűk felhúzásához a T10308 hüvelykészlet ajánlott (ez eltér a mágnesszelepesnél alkalmazandótól!). A kiszerelésnél a kábelkötegtartó sínt kompletten emeljük ki, ne csak a kábelt bontsuk ki a csatornából! Vezetéktörés veszélye áll fenn.
PPD TDI Hibadiagnosztika Oszcilloszkóppal és Multiméterrel
Cikkünkben egy háromhengerező PD TDI nyűgjeire keressük a választ. A mágnesszelepes PD elemek kivezérlésének megvalósítása viszonylag egyszerű. Nincs magas feszültség, az adagolóporlasztók meghajtása első ránézésre akár néhány primitív alkatrésszel is megoldható lenne. Ami miatt elismerően vélekedünk a rendszerről, az a BIP érzékelése, és az aránylag tartós, hibamentes működés.
Hengerkimaradás vizsgálata oszcilloszkóppal
Az időszakos hengerkimaradás gyakori hibajelenség lehet. A PD elemeknek a motorvezérlő felől a barna-sárga kábel a „közös” száluk. Ez azt jelenti, hogy a barna-sárga kábelen mindegyik PD elemen átfolyó áramalakot látnunk kell, magyarul két teljes főtengely fordulat alatt négy impulzust kell megfigyelnünk a lakatfogóval. Célszerű (praktikusan a körcsatlakozónál) ezzel kezdeni, egy gyors mérés után láthatóvá válik az összes impulzus.
Szkópos feszültségmérésnél vigyázzunk, a feszültségimpulzusok nem feltétlenül jelentik azt, hogy a mért hengerben épp befecskendezés történik. Mindegyik adagolóporlasztó saját kábelén is látható a többi kivezérlése is, mivel - leegyszerűsítve - a befecskendezések során a közös szálra kerül szakaszos táp, amit a sorban következő porlasztó fog „elfogyasztani” az ECU közreműködésével.
Az alábbi felvétel egyértelműen arról árulkodik, hogy valami nincs rendben. Nem csupán az a feltűnő, hogy egy áramfelvétel kimarad, a barna-piros kábel feszültsége is árulkodó. Figyeljük meg, hogy abban a ciklusban, amikor az 1-es PD elem kivezérlésének kellene megtörténnie, a szál alapfeszültsége is megemelkedik. További méréssel arra is fény derül, hogy a közös szál és az 1-es PD elem kábele között nincs potenciálkülönbség, ugyanazt a feszültséget mérjük a barna-piros és a barna-sárga kábelen. Ha nincs feszültségkülönbség a tekercs két végpontja között, akkor áram sem folyik át rajta.
Kábelköteg hibák felismerése multiméterrel
A szakadásról az ECU csatlakozóinak lebontásával győződhetünk meg: az A46-os láb és a körcsatlakozó közötti ellenállás változóan 100 Ohm és 5 kOhm közötti. A szakszerű módszer a kábelköteg csere lenne. Azonban, ha az anyagi lehetőségek korlátozottak, egy költséghatékony megoldás a by-pass módszer, ami új kábel behúzását jelenti a körcsatlakozó és az ECU között.