TDI-tuning: ki kell számolni!

2011.01.10. 06:15
Korábbi írásunkban a manapság annyira népszerű közvetlen befecskendezéses dízelmotorok szoftveres tuningjáról írtunk. Aki belekezd a tuningolásba, ritkán áll meg ennyinél, és nem is jó, ha itt hagyja abba. Elmondjuk miért, a koromszűrő maszkot tegye fel az olvasó.

A dízelmotor minőségi szabályozással működik, az állandó fordulaton közel állandó légnyeléshez változó mennyiségű tüzelőanyagot adagolunk, így változtatjuk a motor teljesítményét. Ez régebben forgóelosztós adagolóval (TDI) vagy Bosch rendszerű adagolóval történt, megspékelve kis elektromos felügyelettel, aztán jött a mechanikusan nagy nyomást előállító adagológúvókás (PD – Pumpe Düse) rendszer, mostanában pedig a CR, a common rail, azaz a közös nyomócsöves motorok vannak színpadon.

A rendszerek megítélése nagyon sok szempont szerint történhet, az első adagolós tdi motorok egyszerűek és jól tuningolhatók voltak, amihez hozzájárult a gyári erős túlméretezésük is, a PD rendszer takarékos és hatékony volt, de zajos, a CR rendszer pedig nagyon jól szabályozható. Ez utóbbi azt is jelenti, hogy a környezetre gyakorolt hatása, mind a zaj-, mind a gázemissziót tekintve nagyon jól kordában tartható. Ez a legfontosabb, mert a gyártókat, mint akasztott embert a kötélhurok, annyira szorítják a környezetvédelmi normák. A PD rendszer halálát is ez, valamint a magas gyártási költségek okozták. A korai TDI rendszernek meg a befecskendezési nyomása volt alacsony az EURO4-es normához, az adagolót pedig nem lehet tovább feszíteni, nem lehet finomabb, többlépcsős befecskendezést alkalmazni, és a tüzelőanyag égéstérbe juttatása nagyon primitív egy CR rendszerhez képest. A közös nyomócsöves tüzelőanyag-ellátó rendszer elektromos fúvókáival a többlépcsős befecskendezés csak egy szoftver kérdése, és bárminek a függvényében változtatható. Ezekből a motorokból az elektronika kiirtása, ahogy azt a tuningosok megtették a TDI adagolós motorokkal, teljesen lehetetlen.

A dízelmotorokat egyre támadják a károsanyag-emissziójuk miatt. Régen szinte jobbnak számítottak, mint a benzinesek, azonban a karcinogén (rákkeltő) nano részecskék felfedezésével kicsit más megvilágításba került a dolog. Hiába a dízel katalizátor, hiába a dízel részecskeszűrő, a nanométer méretkategóriába eső részecskék kijutnak, és máig hangosak a vitatermek arról, hogy ez mennyire káros, hogyan jut a véráramba és mit lehet tenni ellene.

Nem célunk a környezetre gyakorolt hatás vizsgálata, mi akkor tekintjük magunkat sikeresnek, hogy ha a tuningolt autó tudja azt a környezetvédelmi normát, amit tuning nélkül tudnia kell. Az EURO2-esből nem lesz EURO4-es, de ha okosan módosítjuk, akkor a környezetvédelmi paraméterek nem romlanak látványosan, nem húzunk koromcsíkot és nem ködölünk folyamatosan.

Az igazsághoz azonban az is hozzátartozik, hogy a járművön bárminemű, az emissziós rendszerébe történő beavatkozás engedélyköteles, így a chiptuning és a hardveres átalakítás sem engedélyezett. Ezt mindenkinek szem előtt kell tartani. A szigorodó szabályok miatt ami még 10 évvel ezelőtt elfogadott volt, az ma már tiltott, ahogy egy chiptuningos ismerősöm mondta, nem lenne büszke azokra az autókra, amelyekre 10 évvel ezelőtt írt programot. De ne felejtsük el, hogy a 70-es évek végén a Ladák alapjárati CO-ját 4 vol%-ra állítottuk, és a későbbi, külön alapjárati rendszerrel működő Ózon karburátornál, a kockaladán is csak 1,5 vol% volt a minimális értéke. Ha ma ennek a tizedét nyomja egy autó, akkor katalizátorhibára gyanakszunk, és nem teljesíti az előírt normákat.

Tudhatja egy tuningolt, 50%-kal erősebb dízelautó azt a normát, amit gyárilag produkál? Igen, de ahhoz nem elég egy szoftveres beavatkozás, ahhoz ennél sokkal több kell.

A dízel keverékképzés alapja, hogy adott mennyiségű levegőhöz adagoljuk a dízelolajat, ha ez megfelelő arányban történik, akkor az emisszió keretek között tartható. Amennyiben nagyobb teljesítményt szeretnénk kinyerni a motorból, többlet-tüzelőanyagra van szükség, ha pedig az emissziót is azonos vagy közel azonos szinten szeretnénk tartani, akkor ehhez többletlevegőre van szükség. Ha a légfelesleg tényező közel azonos, akkor elméletben a károsanyag-kibocsátás is azonos. Sajnos csak azért elméleti a feltevés, mert a többlet-tüzelőanyaggal más lesz az égés hőmérséklete, a többletlevegőtől pedig az áramlástani viszonyok változnak meg a szívócsőben, a szívócsatornában és az égéstérben is. Amit a gyárban valós üzemi körülményekkel tesztelnek, számítógépes szimulációval ellenőriznek, azt mi egy laza mozdulattal áthúzzuk. Olyan paraméterek változnak meg, amit nem látunk, esetleg mérni tudunk, de nem fogjuk… Bizonyos dolgokat kiszámolhatunk, de a tuning kicsit orosz rulett jellegűvé változik az üzemi kísérletek nélkül. Persze az ős TDI motorokkal van már tapasztalata a tuningosoknak, ha Pistának kibírta az 1,8 bart, akkor neked is ki fogja, ne törődj vele. A valós üzemi teszteknek ez a nevetséges megközelítése.

A motor a gyárból kikerülve egy olyan komplex rendszert alkot, amelynek elemei egymáshoz méretezettek, azért van rajta akkora turbó, mert ezt indokolják a motor egyéb paraméterei, azért van rajtra akkora befecskendező fúvóka, mert ezzel lesz optimális a porlasztás. Ha valahol belenyúlunk, akkor megbomlik a rendszer egysége és bizonyos paraméterek biztosan romlanak, esetleg egynéhány dolog javul. A romló paramétereket javítani kell, a rendszert több ponton módosítani szükséges.

A tuning tehát ott kezdődik, hogy többlet-tüzelőanyagot kell bejuttatni. Ez mehet az elektromos rendszereknél (PD és CR) chiptuninggal, a TDI adagolós motoroknál chiptuninggal és az adagoló átalakításával is. A tisztán mechanikusra épített adagolóknak megvannak az előnyei, azonban építésükhöz tapasztalat és műszerezettség kell. Egy 2,8-as, hullámos tárcsás, 10-es adagolóelemű szerkezet majdnem azonos egy 3,1-es tárcsás 9-essel, de a viselkedése más lesz, talán más furatméretű porlasztókat is igényel. A gyárban ezt illesztik, figyelembe véve a tartósságot, a porlasztási képet és még sok egyéb paramétert. Optimális esetben egy adagolós is illeszti, de én azt mondom, elégedjünk meg, ha van legalább tapasztalata vele. A befecskendezés időbeni lezajlása alapvetően befolyásolja a motor teljesítményét, hangját és emisszióját. Az előbefecskendezési szög, a porlasztó mérete és az adagoló rendszert alkot, ezen alkatrészeknek és beállításoknak harmonizálni kell.

Ha PD rendszerről beszélünk, amit szoftveresen húzunk, akkor is figyelembe kell venni a porlasztó méretét, hiszen itt is felborul a gyárban pontosan kiszámított egység. A PD egyébként is érzékeny a mennyiségre, mert a mechanikusan előállított nagy nyomása olyan erőhatásokat eredményez, ami akár a vezérműszíjat képes lefogazni. Nem is lehet határok nélkül büntetlenül emelni a mennyiséget, azonban itt is vannak lehetőségek más profilú vezérműtengely beépítésére, ami máshogy építi fel a nyomást az adagolófúvókában.

Ha a befecskendezett mennyiséget megemeltük, a rendszerben részt vevő alkatrészek egymáshoz illesztettek, akkor a következő lépcső a beszívott, turbó által betolt levegőmennyiség növelése.

A turbó egy egyszerű szerkezet, a kipufogógázok mozgási energiája megforgat egy járókereket, az ezzel közös tengelyen lévő kompresszorkerék pedig a szívócsőben sűríti a levegőt, így térfogategység alatt több levegő jut be az égéstérbe. A töltöttségi fok tovább növelhető, ha a sűrítés alatt megnövekvő hőmérsékletű gázokat visszahűtjük, erre szolgál a köztes töltőlevegő-hűtő, ismertebb nevén az intercooler.

Amikor a gyáriak megterveznek egy motort, akkor meghatározzák azt az üzemi fordulatszám-tartományt, amiben a motor általában üzemelni fog. Ez nagyjából az 1500–3000 1/min közötti tartomány, ahol az átlagos dízelmotor életének 70%-át tölti. A lökettérfogat és üzemi fordulatszám ismeretében meghatározható a motor légnyelése, ehhez pedig a turbófeltöltő illeszthető. Persze ehhez még sok egyéb dolgot hozzávesznek, de a lényeg ennyi.

A turbófeltöltőket gyártó pedig az asztalra tesz egy katalógust, amiben szerepelnek a feltöltői pontosan paraméterezve, ebből a motorgyártó kiválasztja az elképzeléseihez az ideális méretű és jellemzőkkel bíró feltöltőt. Ahogy a fotómodelleket a derék-, csípő-, mellméret számhármassal jelöljük, úgy a feltöltőket a nyomásviszony és a szállított mennyiség grafikonjára rajzolt töltő hatásfokkal jellemezzük. Ez az első ránézésre kicsit áttekinthetetlen diagram a mérnökök számára az alap, ezzel illesztik a feltöltőt a motorhoz.

Aki ezt a diagramot nem ismeri, az nem lehet igazi tuningos a feltöltött motorok területén.

Az ábra szűk középső területe a töltő legmagasabb hatásfoka, ideális esetben itt kell járatni a feltöltőt, ennél a szállított mennyiségnél és légviszonynál. Ha a motort jobban pörgetjük, jobban pörög a turbó is, akkor kimegy ebből a területből, hatásfoka romlik. Pontosan ez történik, amikor a gyártó által optimálisan választott turbót elektronikus beavatkozással nagyobb légviszony (nagyobb nyomás) elérésére sarkalljuk. Kismértékben emelhetjük a nyomást, főleg kisebb fordulaton nyerünk vele, de nagyobb fordulatnál a kis hatásfok miatt a turbó fog bekorlátozni, nem beszélve arról, hogy a nagyobb terheléssel együtt járó mechanikai igénybevétel szétrepíti a kompresszort, a lapátokat beszórja az égéstérbe, akár az intercooleren keresztül is.