Modern dízel befecskendező rendszerek: PD elem és Common Rail technológia
Napjainkban az új autó értékesítések körülbelül 55-60%-ában dízel modellek kerülnek eladásra. Vannak olyan típusok, ahol benzinmotorral szerelt példány szinte csak elvétve fordul elő. Korábban a dízel ekkora térnyerésére senki sem számított. Az egykori adagolós, nyomatékszegény dízel típusok helyét átvették a környezetbarát(nak hitt), erős, takarékos dízelek. Cikkünkben a korszerű dízel-technikákat mutatjuk be.
A statisztikai adatok ismeretében is meglepő hír: "Európában másodpercenként egy új dízelüzemű jármű kerül forgalomba helyezésre." (Forrás: Robert Bosch Kft.)
A korszerű dízelmotorok feltöltés nélkül ma már elképzelhetetlenek. Nincs korszerű dízelmotor feltöltés nélkül: a nagyobb levegőmennyiséghez több gázolajat adagolhatunk, ez természetesen nyomatéknövekedést eredményez. A turbófeltöltő vezérlése és a többi "légzési" funkció összehangolása néha nem kis feladat: a légtömegmérés, a füstölési határ kalkuláció, a kipufogógáz visszavezetés, a szívótéri áramlás módosítók a vezérlőegységgel együtt olyan szabályzástechnikai rendszert alkotnak, ami gyakorlatilag összetettségben rendszerint felülmúlja a teljes gázolaj-kör bonyolultságát. A feltöltés előnyei nem vitathatók, de néhány szót érdemes ejteni ennek anyagi vonzatáról is. A feltöltött motor összetettebb, előállítási költségei magasabbak, a turbó cseréje már eddig sem volt elhanyagolható költség. A fejlődés persze nem áll meg, ma már meglehetősen gyakori a két turbó alkalmazása.
PD elem (Pumpe-Düse) rendszer
Az adagoló-porlasztós rendszer köznyelven a "PD TDI" néven ismert. A PD-elemnek több megnevezésével is találkozhattál már. Van, aki röviden csak PD TDI-ként, míg mások teljes nevén, Pumpe-Düse-ként hivatkoznak rá. 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. A technológia használata a közvetlen befecskendezésű turbódízel motoroknál volt jellemző. Az autóiparban bekövetkező változások következtében azt tapasztalhatjuk, hogy más megoldások irányába mozdult el az egész iparág, de még mindig jelentős számú azon gépjárművek száma, amelyek PD-elemmel vannak felszerelve.
A PD elem működése
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. Rendkivül precízen megmunkált, mechanikus-hidraulikus egység. A PD elemek mechanikus meghajtást a vezérmű-tengelyről kapnak, elektronikus vezérlést pedig természetesen a motorvezérlő egységtől. A PD-elemről még tudni érdemes, hogy minden hengerhez egy-egy PD-elemet építenek be. A porlasztás kifejezetten precíz és kiváló, ami annak köszönhető, hogy a PD-elem nagyobb befecskendezési nyomás biztosítására alkalmas. A korábbiak 2000 BAR-t, a harmadik generációs egységek elérik a 2200 BAR-t, ami a gázolja kisebb szemcsékre történő porlasztását teszi lehetővé. Ennek eredményeként javul az égés hatásfoka, tehát ugyanakkora teljesítmény leadásához kisebb fogyasztás párosul. A unit injector (egység injektor) rendszer (UIS) hengermodulokból épül fel, ami azt jelenti, hogy minden hengerhez egy unit injector tartozik. Az injektorokat a felül található szelep-vezérműtengely működteti himbamechanikán keresztül. Az üzemanyag-ellátás a hengerfejbe épített elosztócsövön keresztül történik. Az üzemanyagrendszer-nyomást a vezérműtengelyre erősített tandemszivattyú biztosítja.
A modernebb PD-elemek arra is képesek, hogy előzetes befecskendezést hajtsanak végre, ami előmelegíti a levegőt és könnyedebbé teszi az égési folyamatot. Megkülönböztetünk mágnesszelepes (PD TDI) és piezoelektromos (PPD TDI) befecskendezőket. 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 porlasztók elvi szinten vitathatatlanul előnyös tulajdonságokkal rendelkeznek.
PD elem előnyei és hátrányai
Az igazsághoz hozzátartozik, hogy a PD-elem nemcsak előnyökkel, hanem hátrányokkal is rendelkezik. A PDTDI rendszer a hagyományos dízel adagolókhoz képest lényegesen nagyobb befecskendezési nyomást képes biztosítani (2000 bar a 900-1200 bar helyett). A modern PDTDI adagoló-porlasztó elem képes az ún. előzetes befecskendezésre is. A magas nyomásból adódóan értelemszerű, hogy maga a folyamat is hangosabb lesz. Ez van, akit zavar, de persze olyan is akad, aki legyint rá, sőt, kifejezetten kedveli ezt a hanghatást. Mivel a nagy nyomás miatt komolyabb igénybevételnek vannak kitéve az alkatrészek, ezért aztán azok élettartama is lerövidül. Nagy hengerszám esetén bizony komoly költségeket termelhet. A PDTDI rendszer hátránya, hogy kivitelezése, javítása lényegesen drágább, mivel a hengerenkénti adagoló/befecskendező rendszer, illetve a mechanikus vezérlés megvalósítása magasabb költséget jelent pl. a common rail rendszerrel szemben, főként több henger esetén.
Gyakori problémák és karbantartás
Gyakori probléma a PD elemek kábeleinek sérülése: ezek a kábelek ugyanis a szelepfedél alatt futnak, kitéve a motorolaj káros hatásainak. Rendkivül érzékeny az üzemanyag minőségére. Érdemes tudni, hogy ha Siemens gyártmányú PD-elem van egy autóban, akkor az általában hamarabb szorul javításra, mint a Bosch alkatrészei. További rossz hír a Siemens PD-elemmel rendelkezők számára, hogy nem felújíthatók, ami többletköltséget jelent, ha probléma adódik velük. A PD elemek cseréjénél, illetve beszerelésénél elengedhetetlenül szükséges a lefogató csavarok (cikkszám: 038103385A) cseréje! Hengerenként két szeleppel ellátott PDTDI motorokhoz kedvező árú, jó minőségű O-gyűrű készlet érkezett BOSCH PD elemekhez!
PD TDI Motor működése
Common Rail (Közös nyomócsöves) rendszer
Az eredetileg olasz fejlesztésű 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 rendszerrel. Abban, hogy a common rail mára egy ennyire sikeres rendszerré vált, meghatározó szerepe van a "Dízelpápának", hazánk fiának, dr. Anisits Ferencnek.
Működési elv és komponensek
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.
Útmutató a Peugeot 106 csomagtartó javításához
Alacsony nyomású rész
- 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.
Nagynyomású rész és a "Rail"
- 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.
- Megbontás után a nyomócsöveket például újra kellene cserélni, de költségvonzatuk miatt ez általában elmarad.
Nyomásszabályozás
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 oldalához szerelt mennyiségszabályzó szelep biztosít. A nagynyomású szivattyú nyomatékfelvétele érthető módon sokkal kisebb lehet, ha a belépő oldali szabályzást alkalmazzuk. Egyes rendszerekben megtaláljuk a nagynyomású térben a szabályzószelepet is, más rendszereknél már csak biztonsági szelepet építenek be. Felmerülhet a kérdés, hogy csupán a nagynyomású szivattyú belépő oldalához való hozzáfolyás korlátozásával szabályozzuk a rail-nyomást, az hogyan teszi lehetővé a rail-nyomás esetleges gyors csökkenését, hiszen ha nincs a railből visszafolyási lehetőség, elvileg a nyomás csak a porlasztókon keresztül, vagy azok résolajcsövén tud távozni.
Befecskendező szelepek (injektorok)
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. Az injektorok nyitásához 80V körüli feszültség, és kb. 20A áramerősség szükséges. A kb. 80V feszültség előállítása (legtöbb esetben) az injektorok önindukciós feszültségének "kihasználásával" történik.
Mágnestekercses befecskendező
A mágnesszelepes befecskendező esetén a porlasztás két fázis során megy végbe:
- Előbefecskendezés (a jobb égés érdekében)
- Fő befecskendezés
Piezoelektromos befecskendező
Alig néhány év után már megjelent a befecskendező szelepek újabb generációja, a jóval gyorsabb működésű, piezoelektromos vezérlésű. 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 piezo kristályrétegek sajátosságai miatt az injektorok vezérlése ez esetben összetettebb feladat, mint hagyományos szelepeknél. A piezoelektromos befecskendező esetében a porlasztás három fázisban megy végbe:
- Előbefecskendezés (Pilot-befecskendezés)
- Fő befecskendezés
- Utóbefecskendezés
Common Rail rendszerek karbantartása és diagnosztikája
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. 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 visszafolyó mennyiség mérése elterjedt gyakorlat az injektorok ellenőrzésére: ha ezen a teszten az injektor elbukik, mindenképpen hibás, viszont önmagában ez a vizsgálat még nem elégséges az injektor állapotának megítélésére.
Kerekdíszítés Swift modellekhez
A CR rendszer meglehetősen sérülékeny, alkotóelemeinek élettartama korántsem végtelen. Ennél a rendszernél a négy befecskendező porlasztó, az előszállító tápszivattyú és a nagynyomású szivattyú együttes ára vastagon 1 Millió Ft felett van. Nemritkán egyszerre válnak csereéretté, és nincs védőoltás arra sem, hogy a kocsi várható életciklusa alatt csak egyszer kell majd cserélni ezeket. Egy common rail dízel diagnosztizálása legtöbbször nem kis feladat, előfordul, hogy egy adott típusra specializálódott nagy szerviznek is feladja a leckét. Átlagosan körülbelül 10-12 alkatrész helyes működése szükséges a megfelelő rail-nyomás kialakulásához, és ekkor még nem beszéltünk olyan funkciókról, mint a turbófeltöltés, terhelés-érzékelés, kipufogógáz-visszavezetés, izzítás, stb.
PD TDI Motor működése
Az izzítógyertyák kiszerelése
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 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. A már leszerelt hengerfej esetén botorság nem ellenőrizni, ha kell, javítani, cserélni szelepet, vezetőt, szimmeringet, stb..., a számla meg szépen dagad. Kiszerelés előtt mindenképp ajánlott az izzógyertya menetéhez csavarlazítót, vagy WD 40-et juttatni. Néhány óra múlva egy speciálisan erre a feladatra méretezett légkulccsal kitartóan rezegtetni az izzógyertyát. Előfordul, hogy már ez is elég. Ha mégsem, akkor kis nyomatékkulccsal, 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 leszerelnek! Az új visszaszerelésnél mindenképp kenjük be vékonyan az izzógyertya teljes, hengerfejjel majd érintkező felületét egy speciális zsírral (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.
Összehasonlítás és gyártói sajátosságok
Az alábbi táblázatban összefoglaljuk a két fő befecskendezési rendszer, a PD elem és a Common Rail, valamint a különböző gyártók által kínált PD elemek jellemzőit:
| Rendszer / Elem típusa | Befecskendezési nyomás (BAR) | Működési elv | Főbb jellemzők | Felújíthatóság / Élettartam |
|---|---|---|---|---|
| Hagyományos dízel adagolók | 900-1200 | Mechanikus | Alacsonyabb nyomás, egyszerűbb, régebbi technológia | Változó, korlátozott |
| PD elem (korábbi generáció) | Akár 2000 | Hengerenkénti adagoló-porlasztó egység, mechanikus hajtás | Magas befecskendezési nyomás, precíz porlasztás, előbefecskendezés | Típusfüggő, Bosch általában felújítható |
| PD elem (harmadik generáció) | Akár 2200 | Hengerenkénti adagoló-porlasztó egység, mechanikus hajtás | Még magasabb nyomás, javult égés hatásfoka | Típusfüggő, Bosch általában felújítható |
| Common Rail (maximum) | 1350 - 2500 | Közös nyomócső, nagynyomású szivattyú | Rugalmas befecskendezés, többfázisú befecskendezés, csendesebb működés | Általában felújítható |
| Bosch PD-elem | Akár 2200 | Mágneses vagy piezo | Megszokott német minőség és megbízhatóság | Jól javítható, felújítható |
| Delphi PD-elem (tehergépjármű) | Magas | Mechanikus-hidraulikus | Jellemzően tehergépjárművekben | Szerencsére felújíthatóak |
| Siemens/VDO/Continental PD-elem | Magas | Mechanikus-hidraulikus | Hamarabb tönkremegy, mint a Bosch | Általában nem felújítható, ami többletköltséget jelent |
Szerviz és felújítási tanácsok
A PD-elem meghibásodásakor fel kell keresni egy szervizt. Létezik utángyártott alkatrészekből felújított Pd-elem, és gyári is. Vállaljuk befecskendezők bevizsgálását és javítását, továbbá gyári új és gyári felújított csere alkatrészek beszerzését. Min. Gyári próbapadon vizsgáljuk be az alkatrészeket, és a megadott referencia értékek alapján tudjuk megmondani, hogy megfelelően működnek-e vagy sem. Mindig adunk mérési jegyzőkönyvet a bevizsgálásról. Enélkül meg sem tudnánk csinálni a bevizsgálást, hiszen adatokat kell összehasonlítani a gyártó által meghatározott értékekkel. Ha az Ön autójában Siemens/VDO/Continental pd-elem van, bevizsgálás után gyári újat tudunk adni Önnek, amennyiben van készleten.
Milyen kérdéseket tegyünk fel egy felújító cégnek?
- Milyen márkájú alkatrészekből dolgoznak?
- Mennyi garanciát vállalnak a felújításra? A gyári új termékekre körülbelül 1 év szokott lenni.
- Ha injektorról van szó: Adnak-e mérési jegyzőkönyvet?
- A feltüntetett ár számlás ár? Nehogy abba a hibába essen, hogy ez nem lett kitisztázva és a teljesítéskor még 30%-al többet kell fizetnie.
- Mit tartalmaz az ár? Amikkel számolni kell: munkadíj, alkatrész költségek, szállítási díj.
- Az Ön által kapott árban mi van benne?
- Önnek hova kell vinnie az olajos, gázolaj szagú alkatrészeket?
- Ez a munkavállaló egy cég?
- Referencia munkák? Érdemes megnézni, hogy a honlap az internetről leszedett képekkel és szövegekkel van-e tele, vagy vannak saját fotók, esetleg konkrét forgalmazott termékek is?
- A felújító cég megtalálható-e a Google rendszerében természetes találatként is?
- Lehet-e a google rendszerében véleményezni a céget? Ezt sokan nem engedik, félve a rossz hírnévtől. Illetve ha lehet, milyen vélemények vannak a cégről?
Fontos, hogy Ön csak begurul a szerelőhöz, aztán kigurul onnan. A lényegen tartsuk a figyelmet, Önnek jó alkatrészre van szüksége. Ha az Ön autójában PDTDI rendszer van, és szervize megmondja, hogy pontosan melyik PDTDI alkatrészre van szüksége, akkor vegye fel a kapcsolatot a megfelelő szolgáltatóval.