Mitől hígulhat fel a motorolaj?

Az autók mechatronikáját gyakran hasonlítjuk élő szervezetekhez, beszélünk érzékelőkről, ingerületről, „agyról”, mesterséges intelligenciáról, beavatkozó „izomzatról”, sőt már az ide is behatoló biomechanikai modellekről

 A dízelmotor koromszűrője, pontosabb fogalmazással a részecskeszűrője (DPF – Diesel Particulate Filter) környezetünk védelme, ismét fogalmazzunk pontosabban, saját egészségünk védelme érdekében, nélkülözhetetlen. Ez ma már az Euro 5 és Euro 6 előírások teljesítéshez is feltétlenül szükséges.

A DPF befogja, kiszűri a kipufogógázból a részecskéket, és magában tárolja. Hatásfoka a teljes szemcseméret tartományban eléri a 95%-ot. Tisztítása – regenerálása – a részecske szén és szénhidrogén tartalmának oxidációját jelenti, ezekből széndioxid és víz keletkezik. Az oxidáció beindításához oxigén és hő, egy meghatározott hőmérséklet-küszöbnél nagyobb kipufogógázgázhőmérséklet kell. Oxigén a dízelmotorból bőségesen kerül ki, főleg a részterhelési tartományban, és a kipufogógáz is meleg. Ekkor az oxidáció spontán végbemegy, a DPF szűr és szinte folyamatosan regenerálódik is.

1.ábra
 

Akkor mi - és mikor - lehet a baj?

Városi, erős forgalmi gátlású üzemben van baj. A kipufogógáz részecske nagyobb mennyiségben nagyobb dózisnál keletkezik, igaz, hogy ez nagy kipufogógáz hőmérséklettel is együtt jár. Igen, de városban, szaggatott haladásnál „kövérebb” gázzal indulunk, nagy gázzal zárkózunk fel, meghúzzuk, hogy még a halványzöldön átérjünk, majd ismét állunk. Erősen szaggatott a terhelés, komoly gázadások és alapjárat váltják egymást. A korom berakodik a szűrőbe és nem tud begyulladni, mert a kipufogógáz átlaghőfoka 100 – 150 °C. És kellene normál szűrőnél 600 – 650 °C, katalitikus anyaggal bevont szűrőnél (CSF, CDPF) vagy folyékony katalizátornál (FAP) is 450 °C.

A feladat adott: hőt kell termelni

A kipufogógáz hőmérsékletét kell motorikus intézkedésekkel a fenti értékre felhozni. Cikkünk tárgyához a legfontosabb hőfoknövelési eljárás, a késői befecskendezés kapcsolódik.

Kézenfekvő, hogy a szükséges hőt a gázolaj elégetéséből állítsuk elő. A kipufogógáz hőmérsékletét az elhúzódó égésfolyamat megnöveli, tehát az égéslefolyást kell a főtengelyelfordulás mentén késleltetni, erősen belenyúlóan a terjeszkedési ütembe. Az egyébként szükséges motormunka (hiszen a regenerálás alatt az autóval haladunk) az elhúzódó égéssel lecsökken, ezt dózisnöveléssel kompenzáljuk (fogyasztásnövekedés!).

A CR technika azonban más megoldást is lehetővé tesz, és ma ez a gyakorlat. A motormunkát adó fő égéshez szükséges befecskendezést a helyén hagyják, vagy csak kicsit késleltetik és szokásosan eléje helyezik a pilotbefecskendezést. A főadag befecskendezése után, szükség szerint jön egy utóbefecskendezés és egy második, vagy más néven egy késői befecskendezés. Ezt az ábrán jól nyomon követhetjük (1. ábra). A főadag a dugattyúkamra peremére érkezik, oda, ahová azt az optimalizált elégetési eljárás megkívánja (2. ábra). Az utóbefecskendezés már a szabad hengertéri gázba jut (3. ábra). Ott megy végbe a gázolaj keveredése és égése. A sugár elérheti a hengerfalat, de a nagy gázhőmérséklet hamar elpárologtatja. Ez az energia jobbára már csak a gázhőmérsékletet növeli, effektív munka alig lesz belőle.

A késői vagy második utóbefecskendezésre az alsó holtpont előtt, közvetlenül a kipufogószelep nyitás előtt kerül sor. Ez a sugár eléri a hengerfalat (4. ábra), már a hővédő pajzs, a fal melletti meleg gáz sem akadályozza meg ebben.

 2. ábra

 3. ábra

Ez a gázolaj is párolog, és a kipufogógáz árammal a kipufogócsőbe kerül. Eljut az oxidációs katalizátorig és ott oxidálódik, ezzel növelve meg a kipufogógáz hőmérsékletét. Eddig baj nem lenne, ha csak nem az, hogy a tüzelőanyagfogyasztás nagyobb lesz.

A késő befecskendezés falat elérő gázolajának egy rész azonban a hengerfalról a karterba, és így a kenőolajba jut. A kenőolajat felhígítja. Az első és második utóbefecskendezés mennyiségéből átlagosan kb. 6% kerül a motorolajba (Renault adat). Ez az a mellékhatás, mely ma a DPF-fel szerelt a dízelmotorok alapvető gondját jelenti.

Ha minden tökéletesen működik, akkor a gépkocsi vezetőjének a kényszerregenerációs üzemet észre sem lenne szabad vennie. Amennyiben e folyamat alatt nézi a fedélzeti fogyasztásmérő kijelzését, látnia kell a fogyasztás növekedését. Például alapjáraton az eddigi 0,6 l/h érték akár 3 l/h-ra növekedhet. Zajnövekedés, csekély rángatás lehet mellékhatás.

 4. ábra

Milyen gyakran következik be a kényszerregenerálás?

Tág km-futás határok között változhat. Elsősorban a gépkocsi menetkörülményeinek milyenségétől függ, a városi üzemtől, annak gátoltságától. Jó hatással van, ha valaki a belvárosból kikerülve tud gyorsabban haladni az otthonáig, például teljes utazási idejének 25%-ban. Függ attól, hogy két, három naponta van-e országúti menete. Tehát adott időtartamon keresztül (10-15 perc) eléri-e a kipufogógáz hőfoka a maga természete szerint a fenti határértéket, vagy csak városban jár az autó.

A kényszerregenerálás erősen gátolt városi üzemben akár 350-400 km-ként, elővárosi üzemet is tartalmazó utazásnál 1000-1500 km-ként megtörténik. Ha azonban van közben hosszabb országúti, autópálya üzem, akkor normálisan kiég a DPF, a kényszerregenerálások intervalluma is meghosszabbodik.

5. ábra

Most, amikor Magyarországon a „zöldkártya” vizsgálatok körül átszervezési, de szakmai vita is folyik, engedtessék meg a CASTROL cég egy összefoglaló tanulmányából idéznünk. A CASTROL a DPF élettartam-növeléséhez előállított motorkenőolaját tárgyalja, mikor megjegyzi: Németországban évente kb. 7000 a közúti balesetben elhalálozottak száma és ennek kétszerese a dízelmotorrészecskekibocsátás miatti haláleseteké. Idehaza nagy buszüzemeltetők műhelyeiben járva sok tragikus esetről hallani, tüdőrák, bőrrák. Biztos, hogy jó részben a kipufogógáz részecske, a korom okozza. Az emberek az óvatosságra nem sokat adnak. Miért pont velük történne baj?

Miért baj az olajhígulás?

Ez nem egy jó kérdés, hiszen mindenki tudja, hogy a motorolaj sokféle, szigorúan meghatározott tulajdonsága, képessége leértékelődik, sőt megszűnik, ha tüzelőanyag kerül bele. A hígulás határértékeként 8%-ot adnak meg a szakemberek, de a gyakorlatban tapasztalt hígulás eléri a 20-25%-ot is, ami hamarosan motorkárosodáshoz (csapágyhibákhoz) vezet. A kenőanyag viszkozitáscsökkenése az egyik nem kívánatos hatás.

A felhígult olajat cserélni kell, így megnő a szükséges olajcserék száma. A hígulást az üzemeltető – ha van nívópálca - az olajszint növekedésén észleli. A DPF dízelmotornál Long Life olajat használni nem érdemes, mert annak élettartamát az olajhígulás miatt nem lehet kihasználni.

A motor nagy terhelésénél (nagy olajhőmérséklet) a gázolajjal felhígult motorolaj némileg regenerálódik, mert a gázolaj kigőzölög belőle. A ma használt, biokomponens tartalmú kúti gázolajak a felhígulás szempontjából nem kedvezőek. A gázolaj biokomponense lényegesen nehezebben tud a gázolajból kigőzölögni, tehát tartósabban benne marad. Ha növelik a kúti gázolaj biokomponens tartalmát, vagy biogázolajjal üzemeltetik a gépjárművet, a hatás fokozódik.

2009 januárjától a Mazdának igen nagy számban kellett márkaszervizeibe visszahívnia kétliteres dízelmotorral szerelt autóit. Az érintett modellek és gyártási időszakok:
– Mazda3 2.0 MZR-CD (2006. 12. 26-tól 2008 11. 5-ig),
– Mazda5 (CR) 2.0 MZR-CD (2005. 4. 19-től 2007. 9. 3-ig),
– Mazda6 első generáció 2.0 MZR-CD (2005. 4. 27-től 2007. 9. 28-ig),
– Mazda6 Kombi első generáció 2.0 MZR-CD (2005. 4. 26-tól 2007. 11. 1-ig).

Ezeknél az autóknál a koromszűrő- (DPF) regenerálás motorvezérlő által elindított folyamata sokszor megkezdődik, de nem fejeződik be teljes mértékben, tehát a regenerálás nem megy végbe maradéktalanul. Mindez elsősorban rövid autóhasználatnál, rövid idejű városi futásnál tapasztalható, és együtt jár a motorolaj felhígulásával, a motorolajszint emelkedésével.

A felhígult motorolaj, egyéb motorkárosító hatása mellett az égéstérbe feljut és elég. A felhígult motorolajat a dugattyúgyűrűk felpumpálják, illetve a regeneráláshoz szükséges, a kipufogógáz hőfoknövelését eredményező szívócsőfojtás, a kialakuló hengertéri depresszió „felhúzza”. Mindez erőteljes fehérfüst-kibocsátással, a motor felpörgésével és túlpörgésével, az autó felgyorsulásával jár együtt. Szerencsétlen esetben a motor a gyújtáskulcs elfordításával nem állítható le. (A kedves Olvasónak bizonyára „beugrik”, hogy a zöldkártyás füstölésmérésnél is lehetséges, hogy a motor túlpörög, a fordulatszám-szabályozó ugyan leveszi a porlasztókról a dózist, de a motor a felhígult, felpumpált motorolajjal tovább jár. Rémálmunkban se jöjjön elő ez a jelenség.)

A visszahívott autóknál a DPF-regenerálás szoftverét programozzák újra, hogy a regenerálási ciklust optimalizálják. Ezzel együtt a DPF műszerfali figyelmeztető lámpáját már akkor kigyújtják, ha a káros mértékű olajfelhígulás valószínűsíthető. Ekkor – még időben – olajcserét kell végezni.

6. ábra

Mit tesznek a konstruktőrök, hogy az olajhígulást mérsékeljék?

Amíg alkalmazni kell a késő befecskendezést, addig az olajhígulás nem kerülhető el, legfeljebb mérsékelhető.

Ma ennek egyik módja, hogy a lehető legpontosabban igyekeznek meghatározni az éppen szükséges késői befecskendezés dózisát. (Tehát nem az, az elv, hogy adjunk neki, biztos, ami biztos…)

Másodszor igyekeznek elkerülni, hogy a késői befecskendezés sugara elérje a hengerfalat. Ennek legjobb megoldása a késői befecskendezés megkettőzése (5. ábra). A kisebb adag sugarának behatolóképessége kisebb, így remélhetőleg nem vagy csak alig éri el a hengerfalat. Ez az a megoldás – a késői befecskendezés megkettőzése -, melyet utólag, az autók visszahívásánál programozással is életbe tudnak léptetni. nA még nem így működőknél számos műszaki probléma léphet fel, főleg a szervizekben végzett, „agyon” keresztüli, rendszerteszterrel kiváltott kényszerregenerálásnál. A túltöltődött koromszűrőben a begyulladó korom szabályosan szétéget mindent a környezetében (6. ábra).

Szóba kerülhet, hogy a porlasztóból kilépő gázolajsugár szöge a hengertengelyhez viszonyítva kisebb legyen, így a sugár nem éri el a hengerfalat (7/a és 7/b ábrák). Ez azonban a teljes keverékképzési, elégetési eljárás és ennek megfelelően a dugattyúkamra átalakításával jár együtt, ezt ma a gyártók nem vállalják, és biztos, hogy nem is ad optimumot.

7/a, és 7/b ábrák

8. ábra

Kipufogócső-befecskendezés

Olvasóink előtt nem ismeretlen az a megoldás, melynél a DPF felmelegítéséhez szükséges gázolajat a kipufogócsőbe, közvetlenül a DPF előtti oxidációs katalizátor elé fecskendezik be. A megoldás úttörője a Renault, korábbi cikkünk is, „Az 5. adagoló elem” címmel Renault technikáját ismertette (2006/8. szám, p. 44.). A Toyota D-DCAT megoldása is használ kipufogócső gázolajbefecskendezést, a felmelegítésen túl még további célokkal.

A kipufogócsőbe történő befecskendezés angol rövidítése EFI – Exhaust Fuel Injection. A Renault az EURO 5-ös motorjainál veti be ezt a technikát, az 1,5 dCi-től a 3,0 dCi motorokig. Korábban, már 2006-tól alkalmazta az Euro 4-es, 1,5 dCi 78 kW-os motornál. Ez a kialakítás még tartalmazott egy, a kipufogóleömlő után közvetlenül elhelyezett DOC-ot, és ez után fecskendezték be a gázolajat (8. ábra). A gázolajat önálló villamos szivattyú szállította. A porlasztóegységet vízzel hűtötték. A mai rendszernél ez a DOC már nincs, csak a közvetlenül a DPF elé, vele egybeépített DOC maradt meg (9. ábra). A turbótöltő turbinája után elhelyezett befecskendezőhöz a gázolaj a CR nagynyomású szivattyútól érkezik. A porlasztó léghűtésű (10. ábra).

9. ábra

10. ábra

Vajon ez teljesen kizárja az olajhígítást?

Ha elegendő lenne csak a kipufogóbefecskendező dózisa a kipufogógáz felmelegítéshez, akkor természetesen igen. De sajnos nem elegendő! Legalább 400 °C hőmérsékletűnek kell lennie a kipufogógáznak ahhoz, hogy a gázolaj kellőképpen elpárologjon. Kis terhelésű motor kipufogógázhőfoka ennél kisebb, így szükséges a motorban az utóbefecskendezés. A késői vagy második utóbefecskendezés azonban elhagyható. Ezzel a Renault elérte, hogy az olajhígulás a korábbi – kipufogóbefecskendezés nélküli - érték felére essen vissza. Ezt komoly eredménynek könyvelik el!

Mi a teendő, ha hígul az olaj?

Először is célszerű gyakran ellenőrizni a motorolajszintet. Az olajszintet a motor leállítása után csak minimum negyed óra elteltével nézzük meg. Ha megnövekedett az olajszint és sokat járunk városban, tanácsos egy legalább 30 km-es autópálya üzemet, a KRESZ által megengedett legnagyobb sebességgel befutnunk. „Izzadjon ki” az olaj, tisztuljon a DPF. Ha ez nem segített, bizony olajat kell cserélnünk. (Itt kérem, minden pénzbe kerül…). Az autógyárak a szükségessé váló utólagos beavatkozási műveleteket sajnos nem mindig kiértesítéses visszahívási akcióik keretei között csináltatják meg márkaszervizeikkel. Van úgy, hogy akkor végzik el csendesen a szükséges beavatkozást, ha az autó szervizre érkezik. A koromszűrő és a felhígult motorolaj esetében csak ne legyen későn!

Ha a műszerfalon az OBD lámpa vagy a DPF visszajelzője kigyullad, kiemelten akkor, ha villog, feltétlenül szervizbe kell vinni az autót. Kedves mester urak, erre hangsúllyal hívják fel ügyfeleik figyelmét.