A Common Rail Dízel Befecskendezők Világa: Technológia, Működés és Karbantartás

Napjainkban az új autó értékesítések kb. 55-60%-ában dízel modellek kerülnek eladásra. 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.) Cikkünkben a korszerű dízel-technikákat mutatjuk be, vázlatosan, különös tekintettel a Common Rail rendszerekre és azok befecskendezőire.

A Common Rail Rendszer Fejlődése és Jelentősége

A Common Rail (CR) rendszerek elterjedését az elektronikus szabályzások költségeinek csökkenése és az egyre tovább szigorodó környezetvédelmi követelmények okozzák. 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.

A modern dízelmotorok működésének egyik alapköve az üzemanyag-befecskendezés precizitása. Ez a komplex technológia a Common Rail rendszerek szívét képezi, lehetővé téve a motorvezérlő egység (ECU) számára, hogy valós időben szabályozza az égési folyamat minden aspektusát. Ezek az innovációk nemcsak a motorok hatékonyságát növelték, hanem jelentősen csökkentették a károsanyag-kibocsátást is. Növekszik a nyomás a dízelmotorok károsanyag-kibocsátásának csökkentésére. Kisebb térfogatú, gyakrabban és erősebben porlasztott üzemanyag befecskendezése kevesebb el nem égett tüzelőanyagot eredményez, és ezáltal tisztább égés, kevesebb károsanyag-kibocsátás.

A Common Rail rendszer lényege, hogy egy közös nagynyomású csőben (rail) tárolja az üzemanyagot, amelyet egy nagynyomású szivattyú táplál. Az ECU vezérli az egyes porlasztók nyitását és zárását. A porlasztótű mozgásának monitorozása lehetővé teszi a rendszer számára, hogy valós időben korrigálja a befecskendezési paramétereket. A Common Rail dízel befecskendező rendszerek egyik fontos jellemzője, hogy a nyomáslétrehozás teljesen el van választva a befecskendezéstől. Ez a technika nagyobb teljesítményt és nyomatékot kölcsönöz a dízelmotornak, ugyanakkor csökkenti az üzemanyag fogyasztást, a zajkibocsátást és az emissziós értékeket.

Common Rail vs. Adagoló-porlasztó (PD TDI) rendszerek

A 90-es évek második felétől a VW csoport közel másfél évtizedig építette az adagoló-porlasztós dízel-rendszert (köznyelven: a "PD TDI") 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.

Minőségi felnik a Sparco-tól - Megéri?

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 PD elemek mechanikus meghajtást a vezérmű-tengelyről kapnak, elektronikus vezérlést pedig természetesen a motorvezérlő egységtől. 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 Common Rail Rendszer Főbb Elemei és Működése

A Common Rail rendszer főbb elemei:

• Alacsony nyomású üzemanyag-szivattyú (az üzemanyagtartályban található vagy a nagynyomású szivattyúba van beépítve)
• Üzemanyagszűrő
• Nagynyomású üzemanyag-szivattyú
• Üzemanyag-adagoló szelep
• Üzemanyagnyomás-érzékelő
• Üzemanyag-vezeték
• Üzemanyagnyomás-szabályzó szelep
• Injektorok

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. 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.

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.

Nagynyomású Szivattyú

A nagynyomású szivattyú feladata, hogy meghatározott nyomáson megfelelő mennyiségű üzemanyagot biztosítson a közös nyomócsövön keresztül az injektoroknak. A motor által hajtott nagynyomású szivattyú a nagynyomású tüzelőanyagot egy közös gyűjtőcsőbe (Common Rail) juttatja. A nagynyomású szivattyú meghajtását a motor főtengelyéről kapja, szabályzását a motorvezérlő elektronika végzi. A szivattyú meghajtása konstrukciótól függően történhet fogaskerékkel, hajtólánccal vagy fogasszíjjal. A nagynyomású szivattyút általában a vezérműszíj, vagy a vezérműtengely hajtja meg.

Kuplungok Subaru típusokhoz

A rail nyomás szabályozása egyes rendszereknél a kezdetekben a nagynyomású térbe szerelt, ECU által vezérelt nyomásszabályzó mágnesszeleppel történt. Mára ez túlhaladott megoldásnak számít, 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. Ebben az esetben a nagynyomású szivattyúnak csak annyi gázolajat kell szállítania, amennyire a motornak ténylegesen szüksége van.

Nagynyomású szivattyúk típusai és jellemzőik

A common rail rendszerekben használt nagynyomású szivattyúk folyamatosan fejlődnek, egyre nagyobb nyomásokat képesek előállítani a hatékonyabb befecskendezés érdekében.

Common Rail (Nyomócső)

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 nyomás alá helyezett tüzelőanyag a common rail rendszer nyomástárolójában várja a befecskendezés pillanatát. 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 a hajtó nyomatéka is lényegesen kisebb lehet, mint az a hagyományos befecskendező rendszerek esetében szokásos.

A common rail rendszernek vannak további lényeges elemei is: nagyobb nyomás és kisebb nyílású porlasztócsúcs. Az injektorok egy közös elosztócsőről kapják az üzemanyagot. Ennek előnye, hogy a befecskendezési nyomás és időpontok széles határok közt változtatható. Ezt úgy érték el, hogy a common rail rendszerben szétválasztották a nyomást előállító és a befecskendezést megvalósító egységeket.

Versenyautó gyújtógyertya útmutató

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.

A Common Rail rendszerekben zárt porlasztókat alkalmaznak, két fő típus az mágnes szelepes, illetve a piezo aktuátoros porlasztók. A motorvezérlő egység (ECU) vezérli az egyes porlasztók nyitását és zárását. A befecskendező szelepek nyitását és zárását a központi vezérlőegységtől kapott jelek felhasználásával a mágnesszelep vagy piezoelektromos elem vezérli. Ez a rendszer teszi lehetővé, hogy a befecskendezés kezdetét adott fordulaton belül nagy pontossággal meg lehessen választani, illetve magát a befecskendezést több szakaszra lehet bontani akár hengerenként eltérő értékekkel.

A hengerbe jutó tüzelőanyag-mennyiséget a rendszernyomás és az injektor nyitási ideje határozza meg. Az injektorok a tüzelőanyagot közvetlenül a motor égésterébe fecskendezi be. A porlasztók a befecskendező rendszernek legutolsó tagjai, összekötő kapcsok a befecskendező rendszer és a motor között.

Elektromágneses injektorok

Az elektromágneses befecskendezők esetén zárt helyzetben a vezérlőkamra rail-nyomáson van, mivel az elektromágnes aktuátor által mozgatott szervoszelep lezárja annak eleresztő csatornáját. A befecskendezés kezdetén az aktuátor kinyitja a vezérlőkamra eleresztő csatornáját, a vezérlőkamra nyomása csökken és a felboruló erő egyensúly miatt a fúvókatű kinyit és elkezdődik a befecskendezés. Ez addig tart, amíg az aktuátor ismét le nem zárja az eleresztő csatornát, ekkor elkezd nőni a nyomás a vezérlőkamrában és zár a befecskendező szelep.

Piezo Injektorok

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. A common rail diesel motorok legújabb generációjánál a befecskendezéshez piezo injektor került alkalmazásra. A piezo kristályrétegek sajátosságai miatt az injektorok vezérlése ez esetben összetettebb feladat, mint hagyományos szelepeknél.

A piezo injektor belsejében egy kerámia egységet használnak, amelyet feszültség alá helyezve megváltozik annak kristályszerkezete. Ez olyan geometriai változást hoz létre, amely mechanikusan kiváltja a befecskendező fúvókatű megnyitását. Működés során az aktuátorra egy elektromos feszültség kerül, ami piezoelektromos jelenséget indukál a kristályban. Ennek hatására a kristály megváltoztatja a méretét, ami nyomást gyakorol a szelep vezérlő mechanizmusára. Common rail rendszerben a piezo-kristályos injektor tű tömege kb. a negyedére csökkenthető, ami jelentős sebességnövekedést eredményez.

Amikor az ECU feszültséget küld a piezo kristályra, az azonnal megváltoztatja alakját, és rendkívül gyorsan kinyitja a befecskendező szelepet. A piezo befecskendezők sebessége és precizitása lehetővé teszi a rendkívül rövid befecskendezési időtartamokat és a még finomabb adagolást. 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 aktuátoros porlasztóknál alkalmazott úgynevezett 2/3-as szervoszelep segítségével a befecskendezést megelőzően a fúvókát a vezérlőkamrában uralkodó rail-nyomás zárva tartja. A működtető elem vezérlésével kinyit a szervoszelep és lezárja a megkerülő furatot. A kilépő- és a belépő fojtófuratok átfolyási mennyiségei közötti különbség hatására lecsökken a nyomás a vezérlő kamrában, a fúvóka pedig kinyit. A zárási folyamat bevezetéséhez a szervoszelep újra kinyitja a megkerülő csatornát. A bemenő és a kilépő fojtásokon való fordított áramlással a vezérlőkamra újra feltöltődik, a vezérlőkamrában pedig megnő a nyomás. A piezo aktuátoros porlasztók kiegészülnek egy un. hidraulikus csatolóval, melynek feladata a működtető elem löketének erősítése, a holtjáték kiegyenlítése és a vészleállítás.

Injektorok kódolása

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 legtöbb ilyen típusú injektor ma már kódolt illesztésű.

Dízelmotorok égési folyamata és a befecskendezés szerepe

A Diesel-motorok belső keverékképzésű motorok, az égési folyamat elindításához külső energiára nincs szükség. Az ehhez szükséges nagy hőmérséklet eléréséhez az Ottó-motoroknál nagyobb kompresszió viszonnyal működnek (ε=16-24). Emiatt az előállításuk drágább, az anyag és megmunkálási költségek magasabbak, viszont hatásfokuk jobb. Szabályzásuk minőségi, így részterhelésen is jobb hatásfokkal rendelkeznek.

A Diesel-motoroknál az égést a kompresszió során felmelegedő közeg (levegő) párologtatja el az -általában a felsőholtpont előtt- befecskendezett tüzelőanyagot és gyújtja meg a levegő-tüzelőanyag keveréket. Mind a tüzelőanyag elpárologtatásához, mind annak keverékképzéséhez és égéséhez az Ottó-motorokhoz képest igen jelentős időre van szükség. 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.

Többszörös befecskendezés

A korszerű Common Rail rendszerek további lehetősége a korai előbefecskendezés. Ebben az esetben lényegesen korábban szintén egy kisebb tüzelőanyag dózist juttatnak az égéstérbe. Ez a tüzelőanyag nem feltétlen a befecskendezés után ég el, hanem jelentős késsel is eléghet. Segítségével egy belső füstgáz visszavezetést lehet megvalósítani, egy tüzelőanyagban szegény homogénhez közelítő égési folyamat zajlik le, amely elkészíti az égési folyamatot.

Szintén a Common Rail rendszerek lehetősége az utó-befecskendezések alkalmazása. A fő dózis után befecskendezett kisebb tüzelőanyag segítségével a részecske kibocsátás csökkenthető a kiégési folyamat növelésével. Ehhez kapcsolódik a kései utó-befecskendezés, amely célja elsősorban a füstgáz hőmérséklet növelése, ezzel a részecskeszűrő regenerálása.

Injektorok Hibái és Tünetei

A jeladós porlasztók, mint minden precíziós alkatrész, idővel meghibásodhatnak. A CR rendszer meglehetősen sérülékeny, alkotóelemeinek élettartama korántsem végtelen. Ha egy common rail injektor meghibásodik, gyakran felmerül a kérdés: javítsuk, felújítsuk vagy cseréljük ki egy újra?

Gyakori hibajelenségek:

• Motor egyenetlen járása (különösen alapjáraton)
• Teljesítménycsökkenés
• Rossz gyorsulás
• Megnövekedett üzemanyag-fogyasztás
• Szokatlan színű kipufogógáz (fekete vagy fehér füst)
• Nehéz indítás, különösen hideg időben, vagy egyáltalán nem indul (indítózáskor nem épül fel a szükséges 250-400 bar nyomás)
• Motorhiba jelzőlámpa (Check Engine Light) megjelenése
• Megváltozott motorhang (kopogó vagy kattogó hang)
• Üzemanyag szaga az utastérben
• A befecskendező tű tömítése, működése, szorulása.
• Mechanikai szennyeződés (a nagynyomású szivattyú meghibásodása és a nem megfelelő minőségű üzemanyag használata eredményezi)
• Használatból eredő kopás
• Elektronika hiba/zárlat (inkább a piezós injektorokra jellemző)

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.

Diagnosztika, Javítás és Karbantartás

Diagnosztizálás

Amikor a fenti tünetek bármelyike megjelenik, a pontos diagnózis elengedhetetlen. Az első lépés szinte mindig a hibakódok kiolvasása egy OBD-II szkennerrel vagy diagnosztikai szoftverrel. Az ECU számos hibakódot tárolhat, amelyek közvetlenül a befecskendező rendszerre, vagy az egyes hengerek égéskimaradására vonatkoznak. Az élő adatok elemzése szintén kulcsfontosságú. A diagnosztikai szoftverek valós időben képesek megjeleníteni a befecskendezési időzítést, a befecskendezett üzemanyag mennyiségét, az üzemanyagnyomást és a befecskendező korrekciós értékeit.

A visszafolyás mérés (résolaj-teszt) egy másik gyakori diagnosztikai eljárás. A Common Rail befecskendezőknek van egy bizonyos visszafolyó águk, amelyen keresztül az üzemanyag egy része visszajut a tartályba. 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. A befecskendezők ellenállásának mérése multiméterrel segíthet az elektromos hibák, például a tekercs szakadásának vagy rövidzárlatának felderítésében. A porlasztók kiszerelése és padon történő tesztelése a legátfogóbb diagnosztikai módszer. Egy speciális próbapadon a befecskendezők működését különböző nyomásokon és üzemállapotokban szimulálják. Fontos, hogy ezeket a diagnosztikai lépéseket képzett szakember végezze el, aki rendelkezik a megfelelő eszközökkel és tapasztalattal.

Javítás, Felújítás vagy Csere?

Amikor egy jeladós porlasztó meghibásodik, bizonyos esetekben a javítás, vagy inkább a felújítás gazdaságos és hatékony megoldás lehet. A felújítás során a befecskendezőt szétszedik, megtisztítják, a kopott alkatrészeket (pl. porlasztócsúcs, tömítések) kicserélik. A felújítás akkor jöhet szóba, ha a hiba elsősorban mechanikai jellegű, például a porlasztócsúcs kopott vagy eltömődött, vagy a belső mozgó alkatrészek szorulnak. Fontos, hogy a felújítást kizárólag erre szakosodott, engedéllyel rendelkező műhely végezze, amely rendelkezik a megfelelő célszerszámokkal és próbapadokkal. Azonban vannak olyan hibák, amelyek esetén a felújítás nem lehetséges vagy nem gazdaságos. Például, ha a befecskendező belső elektronikája sérült, vagy a ház mechanikusan deformálódott. A piezoelektromos befecskendezők felújítása bonyolultabb és drágább folyamat, mint az elektromágneseseké, így esetükben gyakrabban döntenek a csere mellett. Választhatunk gyári új, vagy utángyártott új alkatrészek közül is. A hibás jeladós porlasztó javítása vagy cseréje egy befektetés a motor élettartamába és hatékonyságába.

Karbantartás és Megelőzés

A jeladós porlasztók rendkívül precíziós alkatrészek, amelyek hosszú élettartamának biztosításához elengedhetetlen a megfelelő karbantartás és néhány alapvető óvintézkedés betartása. A legfontosabb tényező az üzemanyag minősége. A dízel üzemanyagban található szennyeződések, víz vagy paraffin lerakódások súlyosan károsíthatják a befecskendezőket. Az üzemanyagszűrő rendszeres cseréje kulcsfontosságú. Sokan esküsznek az üzemanyag-adalékok használatára. Ezek az adalékok segíthetnek tisztán tartani az üzemanyagrendszert, feloldják a lerakódásokat, és megköthetik a vizet. Fontos azonban, hogy csak minőségi, megbízható gyártóktól származó adalékokat használjunk, és kövessük az adagolási útmutatót.

Kerüljük az üzemanyagtartály teljes kiürítését. Ha az üzemanyagszint túl alacsony, a szivattyú levegőt szívhat, ami károsíthatja az üzemanyagrendszert. A rendszeres szervizelés, beleértve az olajcserét és a légszűrő cseréjét, szintén hozzájárul a motor általános egészségéhez. Figyeljünk a motor szokatlan hangjaira vagy viselkedésére. Mint korábban említettük, az egyenetlen járás, a teljesítménycsökkenés vagy a füstölés mind intő jelek. A vezetéstechnika is befolyásolhatja a befecskendezők élettartamát. A hirtelen gyorsítások és a gyakori rövid távú, hideg motorral való autózás növelheti a lerakódások képződését.

tags: #verseny #common #rail #porlasztócsúcs #információ

• A 90 LE-s 1.9 TDI motorokról
• Miért kopog a 320d motor?
• hangszeralkatrész információk
• 10 gyakori hibajel a Twingo alapjáratánál
• Kuplung szett árak