Napjainkban az új autó értékesítések kb. 55-60%-ában dízel modellek kerülnek eladásra. Az egykori adagolós, nyomatékszegény dízel típusok helyét átvették a környezetbarát, erős, takarékos dízelek. Cikkünkben a korszerű dízel-technikákat mutatjuk be, vázlatosan. 


Adagoló-porlasztós rendszer (köznyelven: a "PD TDI"...)

A 90-es évek második felétől a VW csoport idestova másfél évtizede építi az adagoló-porlasztós dízel-rendszert különböző motorjaiba, Európában több tízmillióra 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. A PD elemek mechanikus meghajtást a vezérmű-tengelyről kapnak, elektronikus vezérlést pedig természetesen a motorvezérlő egységtől. Nagy nyomás (max. 2000 bar) kizárólag a PD elem belsejében lép fel. 

Amellett, hogy egy alapvetően megbízható konstrukcióról van szó, a PD rendszernek sajnos vannak olyan korlátai, amik napjainkban már nem teszik igazán versenyképessé a Common Rail technológiával szemben. 

A Common Rail - a közös nyomócsöves megoldás


Az eredetileg olasz fejlesztésű ős 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 (nyomásterű) rendszerrel. 
Abban, hogy a Common Rail mára egy ennyire sikeres rendszerré vált, meghatározó szerepe van a "Dízelpápának", hazánk fiának, dr. Anisits Ferencnek. A ma eladott dízelek 90%-a Common Rail rendszerű: a TDCi, CDI, DCI, CDTI, CRDI, HDI megjelölések mind common rail rendszert takarnak. 
A Common Rail változatok száma mára valószínűleg százas nagyságrendű: több cég fejleszt közös nyomócsöves rendszereket, és persze mindegyik más és más filozófia mentén halad. 
A legismertebb gyártók: Bosch, Siemens, Delphi, Denso. 

A legfontosabb különbség a Common Rail és a PD rendszer között a nyomás létrehozásának és szabályozásának megoldásában rejlik. A Common Rail egy közös nagynyomású szivattyú segítségével hozza létre a befecskendezési nyomást, szemben a PD-technikával, amelynél ez hengerenként történik. Előnye, hogy amíg a PD-nél nem szabályozható pontosan a befecskendezési nyomás, addig a Common Rail esetében ez igen tág határok között, és nagyon precízen illeszthető az éppen aktuális terhelési tartományhoz. 


A common rail üzemanyag rendszer két részből áll. 

Az alacsony-nyomású rész első eleme alapesetben a tartályban elhelyezett előtápszivattyú, ami nem sokban különbözik a benzines modellektől. Egyes rendszerek viszont mellőzik az előtápszivattyút. 

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 hajt meg. 
Abban az esetekben, ha nincs tankon belüli előtápszivattyú, a gázolajat a nagynyomású szivattyú belépő oldala szivattyúzza fel és továbbítja a belső oldal felé. Ez esetben az alacsony nyomású rész tömörzárásra fokozottan érzékeny. A nagynyomású szivattyúból az üzemanyag magába a "Common Rail"-be kerül. (Az elterjedt "közös nyomócsöves" megjelölés nem túl szerencsés, mivel a Delphi pl. elosztó cső helyett gyakran elosztó gömböt használ.) 
Az elosztócsőben minden esetben megtaláljuk a nyomásszenzort. 
Az újabb fejlesztésű nagynyomású szivattyúk 2000 bar feletti nyomás előállítására képesek. 

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 nagynyomású részben uralkodó magas nyomás miatt korábban ismeretlen biztonsági és javítástechnológiai előírásokat vezettek be... 




...amelyeket gyakran nem tartanak be. Megbontás után a nyomócsöveket pl. újra kell(ene) cserélni, de költségvonzatuk miatt ez általában elmarad. A fotón jól láthatóan a nyomócsöveket "megpöttyözték", hogy visszaszerelésnél ne kelljen gondolkozni, melyik honnan jött le. 


A rail nyomás szabályozása először a nagynyomású térbe szerelt, ECU által vezérelt mágnesszeleppel történt. 
Mára ez túlhaladott megoldás, fordítottak egyet a dolgon, csak az aktuálisan szükséges mennyiségű / nyomású üzemanyag kerül az elosztó térbe, amit a nagynyomású szivattyú belépő oldalára szerelt mennyiségszabályzó szelep biztosít. Így a nagynyomású szivattyú nyomatékfelvétele alacsony terhelésnél érthető módon sokkal kisebb lehet. Egyes ilyen rendszerekben ennek ellenére megtaláljuk a nagynyomású térben a szabályzószelepet is, más rendszereknél már csak biztonsági szelepet építenek be. 

A mindennapokon 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 (pl: Pichler) 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. 





Képünkön egy dízel Renault motorvezérlője látható: a nagy terhelésen 1000 bar feletti nyomás kezelése nem kis feladat: az injektorok nyitásához 80V körüli feszültség, és kb. 20A áramerősség szükséges. Ezt egy igen trükkös megoldással a kép jobb oldalán látható MOSFET-csoport, ill. a szögletes kék kondenzátor segít realizálni. 




A kb. 80V feszültség előállítása (legtöbb esetben) az injektorok önindukciós feszültségének "kihasználásával" történik. A képen a piros színű jel egy adott henger pilot, ill. fő befecskendezése. Szürke színben látható az ezeket követő kondenzátortöltő folyamat: ilyenkor az ECU egy másik henger injektorának áramát kapcsolja, az indukciós feszültséget pedig a kondenzátorba engedi. Fontos megjegyezni, hogy ezek a jelalakok egy adott rendszerre jellemzőek, egy másik változatnál ettől szignifikánsan eltérő áram-alakokkal is találkozhatunk. 

Képünk egy common rail injektor-sor résolaj-tesztjéről készült. A visszafolyó-mennyiség mérése elterjedt gyakorlat az injektorok ellenőrzésére. 

Egy Common Rail dízel diagnosztizálása legtöbbször nem kis feladat, előfordul, hogy egy adott típusra specializálódott nagy szerviznek is feladja a leckét. (Lásd: XII. esetleírás: Honda Accord 2,2i CTDi írásunkat.) Átlagosan kb. 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... A dízel-rendszerek bevizsgálása / hibafeltárása még akkor is könnyen beletelhet egy teljes munkanapba, ha célzottan egy konkrét, állandó hibára koncentrálunk. 




A dízelmotor és a turbófeltöltés

Nincs korszerű dízelmotor feltöltés nélkül: a megemelkedő levegőmennyiséghez több gázolajat adagolhatunk, ez természetesen nyomatéknövekedést eredményez. 
A turbófeltöltő vezérlése, ill. a vezérlés összehangolása az EGR-körrel igen problémás. Ezért találunk a legtöbb mai dízelen légtömegárammérőt, és feltöltőnyomás-érzékelőt egyaránt. A vezérlőegységgel együtt ez a négy-öt periféria (a járulékos elemeit nem számítva) olyan szabályzástechnikai alrendszert alkot, ami gyakorlatilag összetettségben gyakran felülmúlja a teljes gázolaj-kör bonyolultságát. 



DÍZEL KÖRNYEZETVÉDELEM

A kipufogógázok itt merőben más összetételűek, mint az Otto-motor esetében. A HC és CO emisszió a dízelmotorok esetén kedvezőbb, alacsonyabb szintű. Viszont a NOx kibocsájtás jelentősen túllépi az Otto-motorét, és ami még ennél is nehezebb feladatot jelent, itt szilárd részecskék is megjelennek a kipufogógázban. Ennek súlyos következménye, hogy - egyes források szerint - csak Németországban évente 800.000 olyan megbetegedés kerül regisztrálásra, ami a dízelüzemű gépkocsik számlájára írható. Elgondolkoztató, döbbenetes adat. 

A környezetvédelem kérdése itt igen összetett: a kipufogógáz NOx tartalmának csökkentése a részecske kibocsájtás növekedésével jár, a részecske emisszió csökkentése pedig NOx emelkedést okoz. A szakirodalom ebben a vonatkozásban is megdöbbentő adatokat hoz nyilvánosságra: "A koromszűretlen gépkocsimotorokból, a gépkocsi által megtett út minden milliméteres szakaszára, százmillió részecske jut. A dízelkoromszemcsékre el nem égett szénhidrogén-részecskék tapadnak, amelyek igazoltan rákkeltő anyagok" (Forrás: Autótechnika, Petrók János) Ha ezek a riasztó adatok jobban bekerülnének a köztudatba, a társadalom kevésbé tolerálná a tömény füstködöt okádó dízeleket, vagy a ledugózott EGR-szelepeket. 

A környezetvédelmi szabványok pontosan a leírtak miatt szigorodnak. Az ez évben, 2010-ben (pontosabban: 2009 szeptembertől, tehát 2010-es modellév) életbelépő Euro5 által szgk. dízelmotorra megengedett 0,005 g/km részecsketartalom például éppen egy tizede annak, mint amit az Euro3 még megengedett. Néhány dízel környezetvédelmi eljárást, innovációt érintünk dióhéjban. 



A dízelmotor és a kipufogógáz-visszavezetés

Egy dízelmotor vezérlése merőben más "stratégiával" dolgozik, mint egy benzines modellé. Dízelmotornál ugyanis - alapvetően - nincsen fojtásos szabályzás, dízelmotor szívócsövében alapesetben nem fordul elő vákuum. A motor beszívja azt a maximális levegőmennyiséget, amit be tud, az irányító rendszere pedig ehhez adagolja a gázolajat, méghozzá a terhelési viszonyoknak megfelelően. Így a dízelmotor legtöbb üzemállapotában nagy légfelesleggel dolgozik, ami - ahogyan a benzinmotornál már taglaltuk - NOx kibocsájtással jár. 

Ezt a nagy NOx kibocsájtást a legtöbb esetben kipufogógáz-visszavezetéssel (EGR) orvosolják. Dízel rendszereknél a visszavezetett kipufogógázok aránya a tiszta levegőhöz képest meghaladhatja a 60%-ot, ez az arány benzines modelleknél már igen nagy gondot okozna. 

A visszavezetés megvalósítása több módon lehetséges: vákuumvezérléssel, potméteres vezérlőszeleppel, stb. 



A dízelmotor és a részecskeszűrő


Az Euro5 előírások teljesítése esélytelen részecskeszűrő alkalmazása nélkül. 

A részecske (korom) kibocsájtás mérséklésére fejlesztették ki az ún. részecskeszűrőket (FAP, DPF, stb.). Az igen ígéretes megoldás valóban hatékonyan tárolja el magában a koromrészecskéket, viszont ezzel a dolgok még nincsenek megoldva: a részecskeszűrő nem katalizátor, a részecskék a szűrőt előbb-utóbb megtelítik. Sajnos, inkább előbb, mint utóbb. A kipufogógáz útjába egy porózus kerámiaréteg kerül ("falszűrő"), amely kb. 90%-os hatékonysággal szűri ki a koromrészecskéket, de nem az idők végezetéig. A ma még közel sem kiforrott stádiumban lévő szűrők élettartama -jó esetben- 200e km. Ennyi futásteljesítmény után telítődik a szűrő motorolajhamuval, ezután a szűrőt cserélni kell. Ez a -mérsékelt- élettartam is csak akkor érhető el, ha a részecskeszűrős motorba kizárólag un. "Low SAPS" olajat töltöttek. (Alacsony szulfát-hamu, foszfor, kéntartalom) 
Emelkedett olajfogyasztás esetén ez a várható élettartam jelentősen csökkenhet. 
(Itt ismét utalni szeretnénk a befecskendező porlasztók, a nagynyomású szivattyú nagy átlagban hasonló élettartamára. Murphy szerint: A dolgok rosszabbra fordulásának nincs végső határa. Úgy gondoljuk, ez a korszerű dízelüzemnél 200-250e km után kezdődik.) 

A részecskeszűrők telítettségével kezdődnek a problémák. Kevesebb a gond, ha a kocsi gyakrabban jut ki autópályára, ahol a kipufogógázok elérik a kb. 600°C értéket, amikor a részecsketartalom oxidációja beindul. 
Ezt a hőmérsékletet elérve a korom gyakorlatilag elég, és a porózus szűrőfalon keresztül gáz halmazállapotban elhagyja a szűrőt. Erre városi forgalomban esély sincs. 

A "regenerációnak" nevezett folyamat hivatott a részecskeszűrőben eltárolt korom kiégetésére. Ezt a legtöbb gyártó különböző módon oldotta meg. Legtöbb esetben egy kb. 5-15 perces folyamatról van szó, amikor pl. utóbefecskendezés(ek) segítségével (vagy számos egyéb módon) a kipufogógázok hőmérsékletét jelentősen megnöveljük. Ez viszont csak bizonyos körülmények fennállása esetén teljesülhet: nagy sebesség, állandósult üzem, magas vízhőmérséklet, stb. Ha egy autó pl. taxi-üzemben kizárólag a belvárosban közlekedik, szinte biztos, hogy az ECU nem fogja tudni elvégezni a regenerációs folyamatokat, és ezt hibajelző lámpával hálálja meg, esetleg lekorlátozott nyomatékkal, stb. A pesti taxisok ezért szoktak kijárni az M5-ös pályára, hogy 20-30 kilométer, és egy sikeres regeneráció után ismét hibajelző fény nélkül közlekedhessenek tovább. 

További probléma, hogy a regeneráció során a többlet-gázolaj nem ég el rendesen, egy része annak a motorolajat higítja. A Mazda korszerű típusainál például tudatnunk kell a vezérlőegységgel, ha a motorba friss olaj került. 

Gyakran a szervizek ajánlanak olyan tüzelőanyag-adalékokat, melyek használata esetén a korom gyulladási hőmérséklete lecsökken, így esély lehet városi használat mellett is a részecskeszűrő koromtartalmának kiégésére. Ez a módszer viszont elősegíti a fal gázcsatornáinak fokozatos eltömítődését, ami visszavonhatatlan folyamat, egyet jelent a részecskeszűrő amúgy is igen korlátozott élettartamának további csökkenésével. 



AdBlue, Eolys, SCR, ...

A szigorodó környezetvédelmi előírások újabb és újabb megoldásokat szülnek: a részecskeszűrő regenerációja, ill. az ún. NOx-katalizátor (SCR) hatékony működtetésére különböző adalékanyagok használatát teszi szükségessé. Egyes technológiák az üzemanyaghoz keverik hozzá a regenerációt segítő adalékot, más gyártók más modelleiben a kipufogócsőben elhelyezett járulékos injektor segít a szigorodó határértékek betartásában. 




Piezo befecskendező szelepek és a környezetvédelem

Az első piezo befecskendező szelepek 2000-ben kerültek gyártásba. A mágnestekercs működtetésű porlasztókkal összevetve ezeknek sokkal kisebb a holtidejük, azaz sokkal gyorsabbak. Ezzel 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). Az így finomított égésfolyamat eredménye az akár ötödrésszel csökkentett NOx illetve részecske kibocsájtás. 


Egy tényleg korszerű, az Euro5 előírásait teljesítő CR motort már -a mai lehetőségeink szerint- "környezetbarátnak" tekinthetünk. Számos egyéb, a környezetvédelmet szolgáló megoldás mellett a motorból távozó kipufogógázok kezelésének ma elfogadott egyik módja szerint az égéstermékek először oxidációs katalizátorba, majd részecskeszűrőbe kerülnek, ezt követi az AdBlue befecskendező szelep, majd az SCR katalizátor (szelektív katalizátoros redukció) 

Így a motor teljesíti (pontosabban: teljesítHETI) az Euro5-ös normákat. 
Meddig is? Csupán addig a pillanatig, ameddig minden eleme tökéletesen működik. Ez lehet 200e km, de akár éppencsak 20e km is. 
Vannak kétségeink, hogy -főleg a világ szegényebb országaiban- a kocsi második, harmadik vagy sokadik tulajdonosa képes lesz-e arra, hogy ezt a bonyolult, érzékeny, öregedésre, meghibásodásra hajlamos rendszert hatékony, működőképes állapotban tartsa.

Forrás: Injektor.hu