Bosch CP4

Az első CPx (ez volt az első, „titkos azonosítója”) „deszka modelljét”, még csak nem is prototípust, 2000-ben mutatták be gyáron belül, hogy ezzel megkezdődjön a konstrukciós munka. A CP3 szivattyúsorozat után logikus volt, hogy ez a CP4 nevet kapja. A tervezési projekt 2003 nyarán zárult. A CP4 nevet kapott nagynyomású szivattyú 2 ezer órás próbapadi tesztjét 2005 nyarán futtatták le. A próbagyártás 2006 tavaszán indult. A Bosch bízott az új szivattyú biztonságában, mutatja ezt az is, hogy a 2006. évi Le Mans-i autóverseny győztes Audi R10 TDI-t már ezzel szerelték.

A szériagyártás 2006 szeptemberében indult, az első beépítés a BMW N47-es motorjában volt.

Az első versenysikereket további Le Mans-i sikerek követték, így például 2007-ben az első helyet elért Audin és a második helyet megszerző Peugeot motorján is ez a szivattyútípus volt.

A 2013. évi Le Mans-i futamon is a CP4 győzött, egy motoron kettő is. A versenyautó CR-rendszerében a maximális nyomás 3000 bar.

A szivattyú műszaki adatai

A CP4 common rail nagynyomású szivattyú család két tagból áll:

– CP4.1 – egy adagolóhengerű szivattyú (1 plunger), 4 hengerű személygépkocsi-dízelmotorokban való felhasználáshoz; gyártáskezdet (SOP): 2006. szeptember ➊,

➊ Bosch CP4.1 CR-szivattyú

– CP4.2 – két, V alakban elhelyezett adagolóhengerű szivattyú (2 plunger), 5 hengerű dízelmotoroktól felfelé a haszongépjármű-motorokig, 350 kW teljesítményig; SOP: 2007. február ➋.

➋ Bosch CP4.2 CR-szivattyú

A CP4 maximális nyomása 1800 bar, a CP4h maximális gázolajnyomása 2000 bar, azonos szivattyú külső méretek mellett. Ez motorkonstrukciós előnyt ad, mert azonos lehet a szivattyúbeépítés nagyobb teljesítményű motorok esetén is.

Egy szivattyútengely-körülfordulás alatt két adagolóelem (plunger) munkaütem van.

Elemdugattyú- (plunger) átmérő: 6,5 mm.

Elemlöket: bütyökméretfüggő, maximális értéke: 7,5 mm.

Egy adagolóelem lökettérfogata (maximális érték): 248 mm3.

Az elem görgős emelőtőkével csatlakozik a bütyökhöz.

Bütykök száma: 2 (180 fokkal elékelve).

Az adagolótengely és a motorfőtengely hajtási áttétele soros, 4 hengerű motornál: 1:1.

Szivattyútengely-hajtás: lehet szíj-, lánc- vagy fogaskerékhajtás.

Forgásirány: lehet jobbos vagy balos.

Kenés: gázolaj – a házba vezetett tüzelőanyag látja el a kenést. (Ez a motorkonstruktőr számára jelentős előny, mert nem kell a kenőolajkört kiépítenie.)

A szivattyúház anyaga: alumínium.

Adagolóegység (henger+hengerfej) anyaga: acél.

Az adagoló tömege:

– CP4.1 ~ 2,8 kg (a CP3.2 ~ 4,7 kg),

– CP4.2 ~ 3,6 kg (a CP3.3 ~ 6,8 kg).

Az előszállító tápszivattyú lehet elektromos tápszivattyú, ebből akár kettő is, vagy a CP4-be integrált fogaskerék-szivattyú ➌.

➌ Bosch CP4.2 CR-szivattyú fogaskerekes előszállító szivattyúval

A szállításimennyiség-szabályozást és ezzel részben a nyomás megadott értéken tartását is a CP4 szivattyúba épített, elektromosan vezérelt, szívóoldali hozamszelep (mennyiségszabályozó szelep) végzi.

A szivattyú élettartamára vonatkozó adatot a gyár általában nem ad ki, szerkesztőségünk „jól értesültsége” szerint legalább 400 ekm.

A Bosch cég még feljogosított adagolós szervizeinek sem adta ki a CP4 család javítására, próbapadi ellenőrzésére vonatkozó technológiát és mérési adatlapot, ez várhatóan idén ősszel már rendelkezésre fog állni.

Ezért pontos szivattyúadatokkal mi sem rendelkezünk. (Ha valakinek mégis ilyen adatokra lenne szüksége, talán nézzen körül az olasz adagolóspiacon…)

A CP4 szerkezete

A CP4 szivattyú elvi működési vázlatát a ➍. kép mutatja. A gázolaj az előszállító szivattyútól (vagy szivattyúktól) a CP4 (bütykös tengely – 9) házába lép be (5). Kenési és hűtési funkciót lát el. A görgős emelőtőke (10) csészéjét hengerfuratában, palástja mentén szintén a gázolaj keni, egy (!) hengerfalfuraton (ablakon) éri el a gázolaj a csészepalástot. Ez az elvi vázlaton is megfigyelhető (11).

➍ A CP4 nagynyomású CR-szivattyú belső gázolajköre

A házból a tüzelőanyag a hozamszelepbe jut (8). A hozamszelep (3) vagy mennyiségszabályzó szelep (angolul Volume Control Valve vagy Fuel Metering Valve, németül Ventil für Kraftstoffdosierung vagy ZM – Zumesseinheit) nyitása PWM jellel szabályozott. A rajta átjutó gázolaj az acél hengerfejben (1) található szívószelepen (14) keresztül jut a dugattyú (12) munkaterébe. A nagynyomású gázolaj a nyomó/visszacsapó szelepen (13) keresztül távozik a rail felé (2). A házból a gázolajfojtásokon és a kb. 4,3 bar értéken nyitó nyomáshatároló szelepen (6) keresztül jut vissza a tankba (4). Mind a hozamszelepnél, mind a nyomáshatároló szelepnél szitaszűrőt találunk (8, 7).

Kívülről egy CP4.1 fő elemeit, a gázolaj hozzá- és elvezetését az ➎. ábrán látjuk, míg a CP4.2 esetében ezt a ➏. ábra mutatja.

➎ A CP4.1 szivattyú gázolajköri fő elemei, csatlakozásai

➏ A CP4.2 gázolajköri csatlakozásai

Mivel a belső teret a gázolaj keni, ezért nagyon vigyáznak, hogy ne fusson szárazon a szivattyú és – ez természetesen a szivattyúdugattyúnak (plungernek) és az injektoroknak is életbiztosítás – ne legyen részecskeszennyezett a gázolaj. Az elsőről az előszállító szivattyúknak kell gondoskodniuk, a másodikról pedig a tüzelőanyag-szűrőnek, akár megduplázva is, így kétszeres biztonsággal.

A szivattyú szerelvényezésében a legnagyobb különbözőség a hajtás módja miatt lehetséges (szíj, lánc vagy fogaskerék).

A szivattyú hengerfej gázolaj-kilépőcsonkja abba az irányba néz, amely a beépítéshez a legmegfelelőbb volt, tehát működéstől függetlenül ez szabadon választható.

A szivattyú szerkezeti elemeit – ábraszámozás nélkül – képgalériánk mutatja. „Szétszereltük, hogy megmutassuk…” – rovatunkba illően most elmondhatjuk, hogy a szivattyú autószerelői készséggel bontható. Sok értelme ma még nincs a szerelésének, mert alkatrész nem szerezhető be hozzá, és például a meghúzási nyomatékokat sem tudjuk. Ha tönkrement, és nem garanciás, szétszerelés után legfeljebb a hibát konstatálhatjuk. A tengelytömítések cseréjére azonban már találunk példát a műhelygyakorlatban.

Felszerelési tudnivalók

Fontos!

A CP4 nem foroghat szárazon! Indítás előtt gázolajjal fel kell tölteni!
A CP4 bütykös tengely motorfőtengelyhez vett fázishelyzete kötött!

A szöghelyzetet illetően a főtengelyhez vett bütyköstengely-pozicionálásnak (azaz magyarul: a szivattyútengelynek a főtengelyhez képest van meghatározott szöghelyzete) van ésszerű magyarázata. Mivel az áttétel 1:1 és egy körülfordulás alatt kétszer emel a tengely (180 fokkal elékelve kétbütykös), ezért lehetséges, hogy a nyomólöket helyzetét a munkaütemhez rendeljék. Az 1800 vagy 2000 bar csúcsnyomáshoz bizony kell forgatónyomaték. A gyártó konstrukciós megoldása olyan, hogy csak egyféleképpen lehessen felszerelni. A VW-csoportnál a „közreműködőket” stifttel rögzítjük – főtengely, vezértengely, CP4, ha ilyen az adott motoron hajtás.

Talán eddig úgy tudtuk, hogy a CR nagynyomású szivattyút, például a CP3-ast, motorra szerelésekor nem kell helyzetbe, azaz jelre állítani, mert azzal szemben csak az az egy követelmény van, hogy forogjon, állítsa elő a rail számára a mindenkor szükséges nyomást. Korábban sem volt ez így minden típusnál, zajcsökkentés és a nyomásegyenletesség növelése miatt jelre kellett állítani, érdemes tehát a gyári utasítást ez esetben is figyelni!

Nézzünk két beépítési példát európai gyártóktól! Milyen csatlakozásokkal épül be a CR tüzelőanyag-ellátó rendszerbe.

Beépítési példák

Úttörő volt a felhasználásban a BMW, első példánkban az N47-es motoron mutatjuk a csőcsatlakozásokat ➐. A piezo injektoroktól visszatérő ágat bekötötték az előszállító szivattyú utáni gázolaj „betáp” ágba. A CP4 szivattyúból a visszafolyó ágba csatlakozik a rail nyomásszabályzójának túlfolyócsöve, majd ez elvezet – gázolajhűtőn keresztül – a tüzelőanyag-tartályba.

➐ A BMW N47 motor tüzelőanyag-ellátó köre
A. kisnyomású tüzelőanyag-áram, B. tüzelőanyag-visszafolyás a tankba, C. nagynyomású tüzelőanyag-áram, 1. kisnyomás alatti résolajvezeték az injektoroktól, 2. nagynyomás a railtől az injektorokba, 3. rail-nyomás szabályzószelep, 4. CP4.1, 5. hozamszelep, 6. tüzelőanyag-visszaáramlás a tankba, 7. tüzelőanyag a tanktól, 8. kombinált nyomás/hőmérséklet jeladó, 9. nyomócső a railhez, 10. rail, 11. CR-injektor, 12. rail nyomásadó.

➑ In-line elektromos előszállító szivatytyú a motoron
➒ A CP4 szivattyú előtt található előszűrőszita és hőmérséklet-jeladó

Az előszállító elektromos tápszivattyú (EKP) is igény szerinti szállítású, tehát PWM jellel csak annyira hajtjuk, amennyi gázolaj szükséges. A szabályozás nyomásfüggő, a szállítási tényleges nyomásról a CP4 előtti nyomás- és hőmérséklet-jeladó (8) tájékoztatja a motorECU-t.

Az Audinál is van előszállító villamos szivattyú, kettő is: egy a tankban és egy „motorközeli”. A második elektromos tápszivattyú ➑ (tápnyomása kb. 5 bar) után, a csővezetékbe iktatva találunk egy szűrő- (34 μm) és hőmérőegységet ➒.

➓ Audi R4 motor tüzelőanyag-ellátó rendszere
1. tüzelőanyagtartály-előszállító elektromos tápszivattyúval, 2. gázolajszűrő-előmelegítés szabályozó- szeleppel, 3. in-line tüzelőanyag-előszállító elektromos tápszivattyú, 4. szűrőszita, 5. hőmérő, 6. CP4.1, 7. hozamszelep, 8. rail nyomásszabályozó szelep, 9. rail, 10. rail nyomásadó, 11. nyomástartó szelep, 12 CR-injektor

A tüzelőanyag-ellátórendszer vázlatát a ➓. kép mutatja. A visszatérő ágak (injektortól, railtől, CP4-től) a soros 4 hengerű motornál egyesülnek, és a szűrőházon keresztül jut a gázolaj a tankba. A piezo injektorok visszatérő ágában természetesen megtaláljuk a 10 bar-os „torlasztószelepet”. A V6-os motornál az elrendezés csak annyiban különbözik, hogy a visszatérő ágban van útváltószelepes leágazás a szűrőhöz, mely a gázolaj felmelegítését szolgálja hidegindításkor, valamint szintén a visszatérő ágban találunk gázolajhűtőt.

A CP4 felszerelése után alapbeállítás szükséges, lényege, hogy biztosan fel legyen töltve gázolajjal! A „Prüfung der Kraftstoff-pumpe für Vorförderung“ program szolgál erre, melyet háromszor kell elvégezni az első motorindítás előtt. Ha a kisnyomású kört bárhol megbontottuk, valamely elemét kicseréltük, akkor is szükséges ez a művelet.

Visszatérünk a témára

Mint láttuk, a CP4 nagynyomású CR-szivattyú nem vadonatúj termék, évek óta neves gyártók szerelik mind Európában, mind a tengeren túl. Szerkezetismereti cikkünk talán időben született, hiszen a független szervizekhez, dízelesekhez most kezd be-, benézni. Ha a Bosch cég kiadja a vizsgálati technológiát, és a rendelkezésre álló szakirodalom is bőségesebb lesz, visszatérünk a részletekkel.

A szivattyúház