24 autótechnika 2004/6

Nyomásviszonyok a commonrail rendszereknél

A mechanikus, illetve hidraulikus részletek ismerete nélkülnem érthetjük meg igazán a rendszer mûködését, ezértdiagnosztizálni, illetve javítani sem tudjuk azt megfelelõenés költséghatékonyan. A cikkbõl kiderül majd az is, hogy acommon-rail befecskendezõrendszerek gyártóinak leg-hasznosabb diagnosztikai eljárásai is elõször a hagyomá-nyos mérõhengerek és nyomásmérõk világába kalauzol-nak bennünket. Nézõpont kérdése tehát, hogy a mechani-kus/hidraulikus rendszer szolgálja-e ki az elektronikát,vagy éppen fordítva. Az alábbiakban az �éppen fordítva�vélemény jegyében � mondhatnám úgy is, hogy gépészszemmel � ismerkedünk a közös nyomásterû Dieselbefecskendezõrendszerekkel.A cikkben az európai Ford gépkocsikban manapságalkalmazott Bosch, Delphi és Siemens common-railrendszerek sajátosságai szerepelnek. Ezen rendszerekbizonyos tulajdonságai azonban � a jármûgyártó igényeiés az állandó fejlesztések miatt � évjárat és típus szerintmég a Ford gépkocsikon belül is eltérnek. Ezért, amennyi-ben az olvasó eltéréseket fedez fel a leírtak, és saját eddigi(fõleg más gyártmányokon szerzett) tapasztalatai között,

akkor az nem a véletlen mûve. Kezdjük egy pár érdekesadattal, mely a common-rail befecskendezõ rendszerekmûködésére általánosan jellemzõ:

� A nagynyomású szivattyúelemeknél alkalmazott kb.3 mikronos illesztés egy hajszál vastagságánakcsupán kb. 20�30-ad része. Az ilyen tûréssel rendel-kezõ alkatrészeket a gyárban a mai napig sem egy-szerûen legyártják és összerakják, hanem egymáshozválogatják illetve párosítják azokat.

� A különbözõ common-rail rendszerekben manapságjellemzõen alkalmazott 1400�1600 bar maximálisrendszernyomásról tudjuk, hogy �sok�. Belegondol-tunk-e azonban abba, hogy ekkora nyomás akkoralakulna ki, ha egy 1400�1600 kg tömegû testet (kb.egy középkategóriás autót) a kisujjunk körmérehelyeznénk?

� Befecskendezéskor a hengerbe kerülõ gázolajcsep-pecskék jellemzõ sebessége 25 cm/msec (250 m/s),mely sebesség megegyezik 900 km/h sebességgel, ésamely egy mai utasszállító repülõgépnek is dicséreté-re válik.

� Egy manapság átlagos értékûnek mondható leszabá-lyozási fordulatszámnál (4800 min-1) 4 hengeres 4ütemû motornál másodpercenként (annyi idõ alatt,amíg kimondunk egy kétjegyû számot) 160 fõbefecs-kendezés jön létre.

� Ha egy fõadag bejuttatására szánt idõt átlagosan kb. 1ezredmásodpercnek vesszük, akkor 750 min-1 alapjá-rati fordulatszámon a fõtengely ezidõ alatt 4,5 fokotfordul el, mely azonban az elõbbiekben említett 4.800min-1 leszabályozási fordulatszámon már 28,8 fok,azaz majdnem 30 fok.

� Egy teljes terhelési viszonyok között bejuttatott dózistérfogata kb. 50�60 köbmilliméter, mely kb. egyvízcsepp térfogatával egyezik meg. Alapjáratonazonban ennek csupán 1/10-ed része, azaz kb. 5köbmilliméter kerül a motorba, mely kb. megegyezikegy gombostûfej térfogatával, és akkor még nememlítettük egy átlagos pilotadag térfogatát, amely kb.1,5�2 köbmilliméter � ha csak egyet alkalmazunkbelõle. Még szemléletesebb talán, ha elképzeljük,hogy egy alapjáraton üzemelõ négyhengeres sze-mélygépkocsi dízel-motor egyetlen porlasztója egy óraalatt mindössze kb. másfél deciliter gázolajat adagol ahengerbe � mindezt befecskendezésenként minimumkét részletben, azaz 45000 kisebb (pilot-) / nagyobb(fõ-) dózisra osztja ezt a mennyiséget. Bárki kipróbál-hatja, hogy egy félig telt 3 decis pohár tartalmátállandó sugárban mennyi idõ alatt tölti ki, ha azt alehetõ leglassabban teszi. A mért idõ és az egy óra

common-rail

Már megint common-rail? Hát mit lehetmég errõl beszélni? � gondolhatja azolvasó,amikor meglátja a címet. Valóban nagyonsok könyv, cikk, tudósítás és szakmaifórum foglalkozott már eddig is a közösnyomástárolós (közös nyomásterû) dízelbefecskendezõ-rendszerekkel, részletez-ve azok elõnyeit, szükségességét, felépí-tését, mûködési elvét stb. A common-railrendszerrõl azonban általában mindenki-nek az elektronikus vezérlés, a modulok,a vezetékek, a járáskiegyenlítés, a mág-neses mezõk, vagy éppen a piezo-elekt-romos hatás jut eszébe. Sokan azt vall-ják, hogy a common-rail rendszer mecha-nikusan és hidraulikusan azért olyanegyszerû, mert a nagy nyomás létrehozá-sán kívül minden funkciót az elektronikavett át. Az alábbiakban láthatjuk majd,hogy a fenti állítás alapvetõen téves.

25autótechnika 2004/6autótechnika 2004/3

közötti különbség legyen mindig intõ példa arra, hogymire képes egy ilyen rendszer, és ennek megfelelõenmilyen gondossággal és körültekintéssel kell nekünk,a rendszert megbontó embereknek eljárni diagnoszti-ka illetve javítás során.

Hogyan boldogul a common rail porlasztó a befecskende-zéshez rendelkezésre álló rövid idõ alatt ezekkel a hihetet-lenül kis mennyiségekkel? Természetesen rendkívül precízkialakítású és megmunkálású, apró alkatrészekkel. Az1.ábrán látható, hogy az alapvetõen ugyanazon célrahasznált porlasztók vezérlõtestének kialakítását mindháromgyártó másképpen oldotta meg. A Bosch (2.ábra) a Focus C-Max-nál egy rendkívül kisméretû (1,32 mm átmérõjû) golyót,a Siemens (3.ábra) a Fiesta/Fusion esetén egy (kb. 3 mmlegnagyobb átmérõjû) un. vezérlõgombát, a Delphi (4.ábra)pedig egy olyan vezérlõtestet alkalmaz a Mondeo/Transit-nál, mely egy (kb. 2 mm középátmérõjû) kúpos megoldástalkalmaz tömítõélként.A fényképeken jól látható, hogy a vezérlõelemek milyenrendkívül apró alkatrészek, a tömítésre használt felületpedig az összméretnek is csupán töredéke. A vezérlõtestekrendkívül kis méreténél talán még döbbenetesebb a mûkö-dés közbeni elmozdulásértékük. A Siemens porlasztókbanalkalmazott piezo kerámialapkák például állítólag 0,1 mmvastagságúak, melyekbõl 45 mm magasan �tornyot� építe-nek, és így is mindössze 0,08 mm a torony teljes hosszirá-nyú méretváltozása. A Delphi common-rail porlasztó hidrau-likus vezérlõelemének elmozdulása még ezt az értéket is�kenterbe veri�: 0,03 mm, azaz 30 mikron!Az apró méretbõl adódó csekély tömeg és a kismértékûelmozdulás együttesen biztosítja a hidraulikus vezérlõele-mek, illetve a mûködés közben mozgó alkatrészek lehetõlegkisebb tehetetlenségét. Hiába csökkentenénk ugyanisaz elektronikus vezérlõkör reakcióidejét pl. piezotagok

felhasználásával, ha a hidraulikus szervórendszert mûköd-tetõ hidraulikus vezérlõelem valamint a mozgó alkatrészekmegfelelõ elmozdulásához, azok nagy tehetetlenségemiatt �hosszú� idõre lenne szükség. A Bosch elektromág-neses és piezo vezérlõrendszeres porlasztóinak a 2. ábránlátható összehasonlításánál feltûnõ, hogy az utóbbimegoldásnál milyen nagymértékben csökkentették amozgó alkatrészek méretét, melynek eredményekéntegynegyedére sikerült csökkenteniük azok együttestömegét (Ford gépkocsikon jelenleg nem alkalmaznakBosch piezo-common rail rendszert). A Delphi pedig � mint

2. ábra

azt a késõbbiekben látni fogjuk � egyenesen kihasználja aporlasztótû tehetetlenségébõl származó nyitási késedelmet.A fentiek tudatában érthetjük meg igazán, hogy házikörülmények között miért ne próbálkozzunk szétszedettcommon-rail porlasztó megfelelõ mûködést biztosítóújraélesztésével. A másik rendkívül fontos tanulság, hogy acommon-rail porlasztóba bejutó legkisebb szilárd szennye-zõdés is a nagy nyomás és a rendkívül kis vezérlõrés miattkialakuló nagy sebesség következtében képletesen szólvaúgy viselkedik, mint egy gyémántvágó, mely a hidraulikusvezérlõelem hihetetlenül kisméretû és precíz kialakításútömítõélét azonnal roncsolja, így az adott porlasztó a szószoros értelmében másodpercek alatt menthetetlenültönkremegy. Emiatt nemcsak az adott henger fog leállni,hanem a nagynyomású rendszer tömítetlensége miatt amotor nem fog beindulni, illetve le fog állni. Így talán márjobban érthetõ, hogy a gyártók az alacsony- és nagynyo-mású tüzelõanyag-ellátó rendszer megbontásakor miértírják elõ a környezõ alkatrészek lehetõ legnagyobb tiszta-ságát és az egyszerhasználatos(!) védõkupakok megbon-tást követõ azonnali használatát. A common-rail dízelbefecskendezõrendszerek megjelenésekor éppen afentiek miatt a gyártók ragaszkodtak ahhoz, hogy az ilyenberendezések diagnosztikájához, illetve javításáhozhasznált helyiség hermetikusan el legyen zárva az ettõleltérõ tevékenységekre használt területektõl. Nem szabadelfelejteni, hogy annak a ténynek, hogy manapság agyártók ennél látszólag sokkal megengedõbbek, csupánmarketing, és nem mûszaki okai vannak. Ha már egyszeraz elkülönített szerelõtér falára (mivel ilyen a legtöbbmûhelyben nem létezik) nem is tudjuk felírni nagy, vastagbetûkkel a common-rail dízel befecskendezõrendszerekdiagnosztikája és javítása során betartandó legfontosabbhárom alapszabályt: �TISZTASÁG! TISZTASÁG! TISZTA-SÁG!�, akkor legalább a fejünkben legyen mindig elõtér-ben ez a szabályhármas. Ennek elmulasztása eseténugyanis az említett diagnosztikához, illetve javításhoz pon-tosan ugyanaz a három dolog kell majd, mint Montecuccoliszerint a háborúhoz: �PÉNZ, PÉNZ, PÉNZ�.

common-rail

1. ábra

26 autótechnika 2004/6

common-rail

Láttuk tehát, hogy milyen átkozottul nehéz munkakörülmé-nyek között dolgoznak a dízel common-rail befecskendezõ-rendszerek. Az alábbiakban foglaljuk össze, hogy azeurópai gyártású gépkocsikban legelterjedtebben alkalma-zott három dízel common-rail befecskendezõ-rendszer(Bosch, Delphi, Siemens) hogyan oldja meg ezeket anehézségeket. Kezdjük az azonosságokkal.Mint azt a common-rail befecskendezõrendszer mûködésielvébõl tudjuk, mindegyik rendszerben alapvetõ cél amotor indításához szükséges rendszernyomás lehetõleggyorsabb elérése. Egy egészséges rendszer indításkorkb. 0,4 s alatt eléri a 300 bar-os rendszernyomást. Vannakolyan hivatkozások, melyek 200 bar 1,5 motorfordulat alattielérésérõl beszélnek, de ez utánaszámolva kb. ugyanazaz érték, csak más szempontból nézve. Egyes Siemenskiadványok 150 bar minimális rendszernyomásigényrõl

beszélnek, a Delphi-irodalom 200 bar-nak veszi a porlasz-tómûködéshez szükséges minimális rendszernyomásértékét és tapasztalat szerint a Bosch porlasztóra iskörülbelül hasonló értékek jellemzõk. Ha egy ilyen por-lasztót nyomás alatt vizsgálunk, kiderül, hogy a megadottminimális nyomásértékek alatt kb. 50 barral a porlasztókténylegesen �üzemképtelenné� válnak. Egész egyszerûenhiába vezéreljük árammal nyomás alatt az adott porlasztóvezérlõtagját, nem jön létre befecskendezés, és ez � mintazt a késõbbiekben látni fogjuk � a rendszer alapvetõenfontos mûködési tulajdonsága. Ennek tudatában tehátbiztosak lehetünk abban, hogy pl. indítózás közben mértmaximálisan kb. 100 bar rendszernyomás valamilyenrendellenességre utal. Nagyon fontos diagnosztikaitudnivaló, hogy csupán ennek alapján még nem tudjukbiztosan megmondani, hogy az alacsony nyomásértéknekmechanikus, hidraulikus vagy elektronikus oka van! Azelektronikusan észlelt súlyos hiányosságok (jellemzõenösszeférhetetlen elektronikai jelértékek) ugyanis �durcás-sá� teszik a vezérlõelektronikát, melynek következtében azmegakadályozza a motor indíthatóságát. Ennek egyikmódja, hogy nem engedi felépülni a rendszernyomást,tehát esélyt sem ad a motor beindulásának.Másik alapvetõ mûködési sajátossága ezeknek a rendsze-reknek, hogy a nagynyomású szivattyúk alap hidraulikuskarakterisztikáját burkológörbeként használva az adottrendszerre jellemzõ módszerekkel terhelésfüggõ nyomás-értékké alakítják. Mindhárom rendszernél alapvetõ fontos-ságú, hogy a terhelésfüggõ nyomásérték minden körülmé-nyek között a lehetõ leggyorsabban és legprecízebbenkövesse az elméleti nyomásoptimumgörbét. Itt az idejetehát, hogy gyorsan eloszlassuk azt a tévhitet, hogy acommon-rail rendszerek minden körülmények közöttmaximális rendszernyomással üzemelnek, hiszen többekközött éppen a terhelésváltozás-követõ rendszernyomásváltoztatási tulajdonsága miatt olyan népszerû az autó-

gyártók körében a dízel common- railbefecskendezõ rendszer. Az 5. ábrána Bosch-rendszer menet közben,ugyanazon sebességfokozatban,felengedett kuplung és változógázpedálállás (APP) (terhelés,nyomatékigény � TORQUE) mellettmért railnyomás jelleggörbéje (FRP)látható, de a többi rendszer nyomás-lefutása is hasonló képet ad. Látható,hogy a közel állandó motorfordulat-szám érték (RPM) mellett milyengyorsan követi a rendszernyomásértéke (FRP) az aktuális terhelésiviszonyt (APP�TORQUE). Ha az adottrendszer valamilyen rendellenességmiatt erre a gyors változásra hidrauli-kusan nem képes, akkor az elektroni-ka képtelen a porlasztóknál a megfe-lelõ mennyiséghez tartozó befecs-kendezési idõt vezérelni, ezértazonnal vészüzemmódra áll át.Ennek valódi okát részletesen akövetkezõ Autótechnika számban4. ábra

3. ábra

27autótechnika 2004/6

common-rail

Érdeklõdni, ill. bõvebb felvilágosítást a köv. te.számon lehet: 06/70-9431-373 vagy 06/30-9531-373.

ÖNJÁRÓ AUTÓBUSZ ALVÁZ ELADÓ!

- 633.14 CUMMINS B-160 20, EU-II Rába

futómûves, Allison AT 54, automata, 4+1 fokozat.

- 854.06 CUMMINS C-280 20, EU-II Rába

futómûves ZF S6-85, mechanikus, 6+1 fokozat.

- 633.05 CNG CUMMINS B 5.9, EU-III Rába

futómûves, Midi Matt BR Voith 12m5".

common-rail

megjelenõ második részben tárgyaljuk majd.Alapvetõ cél, hogy az alkalmazott nagy nyomás miattlétrejövõ gázolaj-melegedést féken kell tartani. Enneklegelterjedtebb (manapság már a különbözõ gyártókrendszerei között is egységes) módszere az, hogy arendszernyomás értékét alapvetõen a kisnyomású rend-szerbõl a nagynyomású térbe bekerülõ gázolaj mennyisé-gének változó korlátozásával szabályozzák. Ezzel amódszerrel az is biztosítható, hogy a motor befecskende-zéshez biztosított energiája csak a szükséges mennyiségûnyomás létrehozására fordítódik. Ezenkívül a jól ismertkenési, önlégtelenítési és hûtési okok miatt az alacsonynyomású rendszerben lévõ gázolajat a befecskendezésiszükségletet nagymértékben meghaladó mennyiségbenállandóan keringetik a tank és a szivattyú között.Mi sem tükrözi jobban azt, hogy ez a módszer alkalmas alegjobban a rendszernyomás alapvetõ szabályozására,mint hogy a Bosch az �energiafaló� CP1 rendszerénél(melynél nem korlátozták szabályozható módon a szi-

vattyúba kerülõ gázolaj mennyiségét)számos esetben harmadik szivattyú-henger-lekapcsolást és gázolajhûtõtvolt kénytelen alkalmazni, melykoloncokat a fent említett módszerátvételekor (CP3 rendszer) egycsapásra elhagyhatta. A Delphimérései szerint a mennyiségszabály-zó szelep (IMV) áldásos tevékenysé-gének köszönhetõen 3500 min-1-nél,800 bar rendszernyomás mellettjellemzõen 10 g/kWh-val csökkenthe-tõ a fajlagos fogyasztás (egy olyanmotornál, melynek ilyen körülményekközött mért fajlagos fogyasztása 300g/kWh). Ez 3%-os fajlagos fogyasztás-csökkenést jelent, csak ezen módszeralkalmazásának köszönhetõen.Legalább ugyanilyen fontos az is,hogy a fent említett körülményekközött üzemelõ motornál a visszave-zetett gázolaj hõmérséklete jellemzõ-en 20 oC-kal alacsonyabb, mint az IMVnélküli alkalmazáskor. Szintén a

Delphi mérései szerint a szivattyú megfelelõ kenésének éshûtésének biztosítása érdekében óránként minimum 50 lgázolajat kell keringetni az alacsony nyomású rendszerben.A szivattyúba szerelt tápszivattyú jellemzõ szállítási értékeiennek megfelelõen 300 min-1 szivattyú(!) fordulatszámnál 90l/h, 2500 min-1-nél 650 l/h. A rendszernyomás létrehozását azösszes felsorolt gyártó dugattyús szivattyúval oldja meg,melynek gyakorlati megvalósítása már mutat eltéréseket, ezértezzel a témával a következõ számban foglalkozunk. A követke-zõ Autótechnika számban megjelenõ második részben a fentemlített rendszerek hidraulikus mûködési sajátosságainakrészletes ismertetésén keresztül fogunk megbizonyosodniarról, hogy a pontos illesztések, a mikroméretek, a hidrauliku-san összehangolt térfogatok és fojtások teremtik meg azelektronika számára azt a �kezelhetõ� környezetet, melyneksegítségével a common-rail rendszer mûködõképessé, illetveaz adott típushoz/motorhoz illeszthetõvé válik.

(Folytatjuk.)Szentmártony Gergely

5. ábra: 1. fordulatszám 2585 min-1, 2. gázpedálállás (APP), 3. nyomaték 84 Nm, 4. rend-szernyomás (FRP) 1027 bar

4 vezetékes alapjárati léptetõmotorhoz (Opel, Fiat, Renault stb.)vizsgálókészülék eladó. Mûszaki információ, internet:www.hartauto.webzona.hu. Tel.: 23/417-399.

* * *HOFMANN DYNALINER 322 típusú számítógépes futómûállítóeladó (zsinóros). Telefon: 06-20/465-7944.

* * *VW javítóprogram VAGCOM (magyar verzió) VW, Audi, Seat, Skodatípusokhoz eladó. Tel.: 06-70/511-3184.

* * *ELADÓK: Soros és forgóelosztós adagolóhoz EDC-szimulátor(próbapadi beállításhoz), KTS-520-as diagn. teszterhez Ford ésNissan kábel, KTS-300-as memóriamodul különállóan és KTS-300-asdiagn. teszter programmal és 24 V-os tehergépjármû-adapterrel(csere is érdekel). Alapjárati léptetõmotor teszteléséhez szimulátorés más diagnosztikai készülékek. Ugyanitt : BOSCH EPS�865(potméteres, forgóelosztós adagolószimulátor, próbapadibeállításhoz) átalakítása HDK-s rendszerhez!! Érdeklõdni : 30/475-2804 számon vagy az automobil@profil-net.hu címen.A

PR

ÓH

IRD

ET

ÉS