Ahogy néhány éve a forgóelosztós adagoló kihalásának, illetve
a képzeletbeli dízeles világtérkép távol-keleti partvonalára
szorulásának lehettünk szemtanúi, úgy vált nemrég a természetes
kiválasztódás következő áldozatává a Pumpe-Düse befecskendező
rendszer. De miért?
Az elmúlt évezred végén pedig még szájtátva csodálkoztunk,
hűűűdemegy az az egykilences, és a kutyát sem érdekelte, hogy
kerreg-kattog-zörög. Istenem, dízel. Az elmúlt tíz évben azonban nem
csak a vájtfülű nyugaton, hanem a lassan (és bizonytalanul)
növekvő életszínvonalú vadkeleten is megváltoztak az igények. Ma már
alapkövetelmény, hogy egy dízel ne
(oké: ne nagyon) zörögjön, ne
(oké: ne nagyon) füstöljön, és ne
(oké: ne nagyon) maradjon le egy hasonló kaliberű benzines
mögött.
A dolgok pontosabb megértéséhez vessünk egy pillantást az égéstérbe.
A korszerű, közvetlen befecskendezéses dízelek hengerfeje teljesen
sík, az égéstér gyakorlatilag nem más, mint egy, a dugattyúban
kialakított szép, szimmetrikus üreg. Itt sűrűsödik össze és forrósodik
fel a turbó által benyomott levegő. A forró levegőbe érkezik
a rendszerint középen elhelyezett befecskendező fúvókából
a gázolaj, s konstatálva, milyen iszonyú meleg van odabent, rövid
töprengés után meggyullad és elég.
Eddig az elmélet a tankönyvekből, a lényeg azonban – mint
mindig – itt is a részletekben rejlik. Mert nem mindegy, hogy
mennyit, mikor, és hogyan.
Teljes terhelésen viszonylag egyszerű a helyzet:
hosszabb-rövidebb idővel a felső holtpont előtt kell minél több
gázolajat minél finomabban elporlasztani az égéstérben. A nagy,
sőt még nagyobb befecskendezési nyomás itt duplán fontos: egyrészt
finomabb az üzemanyag eloszlatása, ami jótékony hatással van
a koromkibocsátásra, másrészt a befecskendezés nem tarthat
túl sokáig, mert a kipufogóütemig elhúzódó égés gyorsan
túlmelegítheti a turbót.
Sok üzemanyagot kevés idő alatt befecskendezni pedig csak nagy, sőt
még nagyobb nyomáson lehet. Ez az oka a szinte minden katalógusban
megjelenő befecskendezési nyomások közti versenyfutásnak. Végre egy
olyan szám, melynek nem csak marketingszempontból van jelentősége,
hanem valódi, tényleges haszon (kevesebb korom, nagyobb teljesítmény)
állhat mögötte. Egy jó befecskendező rendszer fontos jellemzője tehát
a minél magasabb befecskendezési nyomás.
Részterhelésen a dolog összetettebb. Mivel
a károsanyag-kibocsátás (nitrogén-oxid, korom) nagyban függ
a befecskendezés időpontjától (azaz
a befecskendezés-kezdettől), minimális elvárás, hogy
a befecskendezés-kezdet szabadon megválasztható, és
hajszálpontosan beállítható legyen. EU4 – EU5-ös emissziós normák
környékén egy főtengely-foknyi befecskendezés-kezdet eltolódás akár
15-20%-os NOx-emisszió növekedést okozhat. Akinek van mutatós óra
a közelében, vessen egy pillantást a számlapra. Egy másodperc
hat fok: ennek a hatodrészénél kell sokkal pontosabban összerakni
és szabályozni az egész cuccot.
A nagyobb nem mindig jobb – ez különösen igaz a befecskendezési
nyomásra
részterhelésen. A túlságosan nagy nyomáson befecskendezett
üzemanyag hangosan kopogva ég el, ráadásul az egészen kis dózisok
pontos adagolása problémás az ehhez szükséges hihetetlenül rövid
befecskendezési idő miatt. Jó lenne tehát, ha a befecskendezési
nyomás többé-kevésbé szabadon megválasztható lenne: részterhelésen
kisebb, teljes gázon pedig ahogy láttuk, jó nagy.
A jellegzetes, kopogó-kerregő dízelzaj elleni első számú
csodafegyver (a vastag hangszigetelés mellett) az elő- vagy
pilotbefecskendezés. A főbefecskendezés előtt egy (két, három)
adagban beporlasztott nagyon kis mennyiségű gázolaj hasznos munkát nem
végez, de égése során emelkedik a nyomás és a hőmérséklet
a hengerben, melynek hatására a főbefecskendezéssel indított
égés kisebb késedelemmel, kevésbé robbanásszerűen, lágyabban,
csendesebben zajlik.
Összefoglalva tehát egy jó befecskendező rendszer:
- Maximális befecskendezési nyomása minél nagyobb
- A befecskendezési nyomás állítható, szabályozható
- A befecskendezés időpontja és mennyisége szabadon állítható
- Többszörös befecskendezés lehetséges
Ennyi elméleti bevezető után jöjjön a Ki mit tud!
A common rail rendszer gyakorlatilag az összes felsorolt előnnyel
rendelkezik, és a ma elérhető legnagyobb szabadságot nyújtja
a dízelbefecskendezés finomhangolására. Magas, akár 1800-2000 bart
is elérő, szabadon megválasztható befecskendezési nyomás és többszöri
befecskendezés lehetősége szinte megkötések nélkül – ezek tették
egyeduralkodóvá.
Mindezek ismeretében inkább az a kérdés, hogyan terjedhetett
egyáltalán el a PD-rendszer? Hiszen a kezdetek kezdetén még
az előbefecskendezés elektronikus vezérlésére sem volt lehetőség.
Ráadásul jól kifundált, de mégiscsak rugalmatlan mechanikus-hidraulikus
trükkel kellett megoldani, hogy ne legyen
annyira hangos. Persze hangos volt így is: alapjáraton
a mágnesszelepek csattogása kelt versenyre az égés zajával, míg
nagy terhelésen az emelkedő befecskendezési nyomás és a messze nem
optimális időben zajló előbefecskendezés miatt kerregett. Ha mindehhez
hozzávesszük a nagyobb mechanikus veszteségeket és az aprócska
tényt, hogy a szivattyúfóvókák beépítéséhez gyakorlatilag minden
dízelmotorhoz új hengerfejet kellett tervezni, tényleg alig érthető,
a VW miért tette le a PD mellett a garast.
Műszaki szempontból két dolog szólt mellette: egyrészt az akár 2000
baros befecskendezési csúcsnyomás jóval magasabb volt, mint
a korabeli common rail (CR) rendszerek 1400 baros határa, s ez
addig nem látott lehetőségeket nyitott meg a teljesítmény
fokozására. Mentek is a VW dízelek, mint az olajozott villám.
Másrészt az előbefecskendezés időpontja ugyan nem volt változtatható,
de a minden egyes munkaütemben fokozatosan felépülő nyomásnak
köszönhetően viszonylag alacsony (a főbefecskendezésénél jóval
alacsonyabb) nyomáson történt, ami jó, és amiről a CR rendszer
a csőben uralkodó közel állandó nyomás miatt hiába álmodik.
A tisztánlátáshoz azt is figyelembe kell venni, hogy
a kilencvenes évek végén, az új befecskendező rendszerek
robbanásszerű elterjedésekor egyszerűen nem volt a világon akkora
gyártókapacitás, ami az összes, korszerű dízelhez egyszerre tudott
volna CR-alkatrészeket készíteni. Valószínűleg városi legenda csupán,
de talán nem minden alapot nélkülöz a történet, hogy amikor
a VW ura, Piëch értesült róla, hogy a CR-rendszer gyártója
a wolfsburgiak helyett egy másik nagy német autógyárnak szállít
a szűkös készletből, akkor született meg a stratégiai döntés:
márpedig ellesznek ők közös nyomócső nélkül is.
Bárhogy is volt, a gyártókapacitás időközben szép lassan
kiépült, a költségek csökkentek, a technológia fejlődésével
a közös csőben a nyomás lassan, de biztosan emelkedett.
A részecskeszűrő bevezetésével nem csak elő- hanem
utóbefecskendezések pontos végrehajtása is szükségessé vált, és bár
a piezoszelepes PD-egységgel ezt még megoldották úgy-ahogy, egyre
egyértelműbbé vált a CR-rendszer fölénye. Még alacsonyabb
emisszióra és még kevesebb zajra volt igény, a pumpe-düsének tehát
mennie kellett.
A közös nyomócsöves (common rail, CR) befecskendező
rendszerben egy fogasszíjjal hajtott, vagy közvetlenül
a vezérműtengely végére szerelt nagynyomású szivattyú
hozza létre a befecskendezéshez szükséges irtózatos
nyomást. Ehhez kapcsolódik a névadó „közös cső”, ami
gyakorlatilag egy vasdarab, a közepén furattal.
A benne levő néhány köbcenti gázolaj teszi lehetővé, hogy
a rendszerben folyamatosan stabil nyomásviszonyok
uralkodjanak a befecskendezés hosszától és időpontjától
közel függetlenül. Innen nyomócsövek vezetik tovább az
üzemanyagot az egyes befecskendező szelepekhez, ahol
a vezérlőegységtől kapott elektromos impulzus hatására egy
mágnesszelep, vagy egy piezokristály elmozdulása hidraulikus
áttételen keresztül nyitja a szeleptűt, és megtörténik
a befecskendezés. A csőben uralkodó nyomást
a motorvezérlő egy szabályozószelep segítségével szabadon
változtathatja 250 és akár 2000 bar között.
A szivattyúfúvókás (pumpe-düse, PD) befecskendező rendszer
alapvetően más elvet követ. Nincs központi, nagynyomású pumpa,
ehelyett minden egyes hengerhez tartozik egy-egy,
a hengerfejbe épített befecskendező szivattyú, amit egybe
építettek a befecskendező fúvókával. Innen
a szivattyú-fúvókás elnevezés. A PD-egységeket
a vezérműtengelyen külön e célra kialakított bütyök
mozgatja a felső holtpont közelében újra és újra
összesűrítve az üzemanyagot.
Befecskendezés azonban csak akkor történik, ha
a vezérlőegységtől kapott elektromos impulzus hatására egy
mágnesszelep (vagy piezokristály) zárja a megfelelő
furatokat: az üzemanyag ilyenkor a fúvókán keresztül az
égéstérbe jut. Fontos látni, hogy a befecskendezési nyomás
itt közel sem állandó: azt minden egyes munkaütemben újra fel
kell építeni. A nyomás nagyságát a mechanikai
konstrukció és a fordulatszám határozza meg, arra
a motorvezérlőnek közvetlen befolyása nincs.
A hangos reklámkampány szép lassan elhalkult, és 2005-ben
a Volkswagen csendben bejelentette: felhagy a korábban oly
kiválónak hirdetett technológia fejlesztésével.
Műszaki szempontból nézve érdekes, imponáló kísérlet volt ugyanazon
probléma más módszerrel való megoldására, ami talán kicsit hasonlít
a Wankel-motort fejlesztők hősies, de alapvetően reménytelen
küzdelmére a hagyományos dugattyús motorral szemben.
A világnak e kísérletből néhány millió fürge, de hangosan kerregő
autó jut emlékül, gyerekeinknek pedig újabb érdekes kütyü, amit
a közlekedési múzeumban lehet majd nézegetni a gőzgép
mellett.
További cikkeink
