直接喷射系统的分层进气运行

直接喷射系统的分层进气运行

分层进气运行 (稀混合气) 以 6 缸发动机 N53 为例进行描述。新的 4 缸汽油发动机 N43 也具有分层进气运行功能。

N52 构成 N53 (例如 N53B30O0) 的设计基础。N53 象 N54 一样具有直接喷射系统。然而 N53 不采用增压技术。此外，N53 在广泛的运行范围内以分层进气方式 (空气过量系数至 2.5) 运行。此 6 缸发动机是为欧洲市场开发的 (ACEA：欧洲汽车制造商协会)。排气装置具有一个氧化氮废气触媒转换器。

射流控制的直接喷射系统 (HPI：High Precision Injection，高精准缸内直喷) 提供附加自由度：

• 在测量喷射量和喷射持续时间时 (多次喷射依负荷和转速而定，最多 3 次)
  
• 在燃烧室内分配混合气时
  

因此能够对功率、发动机扭矩、油耗和有害物质的排放施加正面影响。

通过分层进气运行，有效动态性 (BMW 营销概念：高效动力) 达到一个全新高度。发动机在降低耗油量的同时充分发掘功率潜力。

部件简短描述

将描述下列部件：

• 直接喷射系统的气缸盖
  
• 喷油嘴
  
• 氧化氮废气触媒转换器与氧化氮传感器以及废气温度传感器
  

直接喷射系统的气缸盖

在直接喷射系统上，喷油嘴定位在气门之间的中心，就在火花塞附近。在这个位置上，向外打开的喷油嘴可以呈环形 (空心锥形) 和特别均匀地在燃烧室内分配燃油。因此不仅能够特别精确地进行混合气定量，而且同样能够获得冷却效果。从而允许更高的压缩并提高燃烧过程的效率。

喷油嘴

喷油嘴把高压燃油喷射到燃烧室中。喷油嘴向外打开喷嘴针阀的尖部，此时形成一个最大 40 微米的环状间隙。此环状间隙决定直接喷射系统的射流形状，并通过一个空心锥形保证均匀扩散。压电控制相对于通过电磁线圈的控制具有下列优点：

• 转换时间和静止时间短，能够改善多次喷射能力。
  

因此在有害物质的排放以及耗油量方面产生显著改善。

一个压电元件就是一个电动机械式转换器。此压电元件是一个把电能直接转换成机械能 (力 / 位移) 的陶瓷元件。在上面施加电压时，压电元件膨胀。因此产生喷嘴针阀的行程。为了获得更大的行程，压电元件可以由多层构成。

氧化氮废气触媒转换器与氧化氮传感器以及废气温度传感器

氧化氮是氮与氧的不同化合物的总称。氮氧化物在所有燃烧过程中作为空气中包含的氮的副反应结果而产生。氮不参与碳的真正燃烧。然而由于燃烧室内出现的高温和高压，可能与大气氧气发生氧化过程。这时主要产生一氧化氮 (NO) 和二氧化氮 (NO₂) 以及少量一氧化二氮 (N₂O)。

温度越高和燃烧混合气中所含空气越多，形成的氮氧化物的比例就越大。因此具有分层进气功能的发动机必须配备氧化氮废气触媒转换器。

氧化氮废气触媒转换器的结构与三元废气触媒转换器类似。在基质层上涂有一种起催化作用的贵金属以及一种用于缓冲存储氮氧化物的材料。氧化氮废气触媒转换器在从 220 °C 至 450 °C 的温度范围内工作。在这个温度范围内能够对氮氧化物进行存储以及还原。脱硫需要从 600 °C 至 650 °C 的更高温度范围。通过废气温度传感器监控这些温度范围。发动机控制 (MSD80) 执行还原的控制和监控。发动机控制对此使用一个计算模型和氧化氮传感器的测量值。

氧化氮传感器由真正的测量用探针和一个相应的电子分析装置组成。此电子分析装置通过局部 CAN (局部 CAN 总线) 与发动机控制单元通信。

氧化氮传感器的功能方式与宽带氧传感器类似。但测量的是氧化氮。测量方法的原理是，根据氧气测量进行氧化氮测量。氧化氮传感器与电子分析装置连接，不可分割。

系统功能

将描述下列系统功能：

• 分层进气运行
  
• 氧化氮废气触媒转换器的存储和再生
  
  

分层进气运行

提示！分层进气名词解释。

分层进气是汽油发动机的一种进气方法。喷射燃油时在火花塞区域内形成可燃混合气 (空气过量系数 = 0.5 至 1.0)。燃烧室内的其它区域有很稀的、不可燃的混合气 (空气过量系数 = 1.5 至 2.5)。

在直接喷射系统中，喷油嘴直接通到燃烧室内。燃烧空气被几乎未经节流地 (通过节气门) 吸入。迟至压缩冲程才喷射燃油。只在火花塞区域内产生环形可燃混合气。燃烧室的主要部分充有空气和残余气体。由于空气过剩产生废气成分，利用常规三元触媒转换器不能减少废气中的氮氧化物。由于这个原因，需要一个氧化氮废气触媒转换器。

分层进气运行不能在发动机的整个运行范围上实现。存在下列物理极限区域：

• 随着负荷的增时，必须增加喷射的燃油量。火花塞周围含有可燃混合气的区域增大。
  
• 在转速上升时，供负荷变化和混合气形成使用的时间减小。
  
  

氧化氮废气触媒转换器的存储和再生

氧化氮废气触媒转换器的存储容量有限制。当存储材料完全饱和时，不能再容纳其它氧化氮。发动机控制按如下方式识别此饱和：

• 利用一种模型辅助的方法计算存储的氮氧化物 (NO_X) 量。计算时考虑：
  
  • 氧化氮废气触媒转换器的温度
    
  • 过去的行车特点
    
  • 氧化氮废气触媒转换器热老化的存储值
    
• 位于废气触媒转换器下游的氧化氮传感器识别废气流中的氮氧化物。此氧化氮传感器向发动机控制提供信号。
  
  

在确定存储废气触媒转换器达到最大存储量时，发动机控制开始氮氧化物的还原。为此将混合气略微加浓 (空气过量系数 = 0.8)。在还原时转换废气触媒转换器上的氮氧化物。转换后重新结束混合气加浓的发动机运行。这时也使用一个计算模型和氧化氮传感器。氧化氮传感器这时测量废气中的氧气浓度。当还原结束时，显示一个从 ”稀” 到 ”浓” 的电压跃变。

售后服务提示

一般说明

注意：燃油高压系统！

当发动机已冷却后才允许在这个燃油系统上进行操作。冷却液温度不允许高于 40 °C。否则由于燃油高压系统中的剩余压力存在伤害危险。

提示：注意维修说明。

在燃油高压系统上进行操作时要特别注意清洁。高压管路螺栓连接处微不足道的污染和损坏也会造成泄漏。

诊断提示

提示：紧急程序。

在废气排放值不可信时将起动紧急程序。此外用均匀的混合气驱动发动机。

存在 2 个紧急程序：具有 5 bar 喷射压力的紧急程序和具有 100 bar 喷射压力的紧急程序。

具有 5 bar 喷射压力的紧急程序的可能原因：

• 传感器值不可信
  
• 限压阀损坏
  
• 燃油流量过低
  

具有 100 bar 喷射压力的紧急程序的可能原因：

• 燃油流量过高 (流量调节阀卡住)
  
  

提示：服务功能 ”喷油嘴匹配”。

如果更换发动机控制单元或一个喷油嘴，则必须在发动机控制单元中将每个喷油嘴上压印的代码分配到正确的气缸。在 BMW 诊断系统上执行服务功能 ”喷油嘴匹配”。

提示：服务功能 ”氧化氮废气触媒转换器”。

如果更换发动机控制单元，则必须转存氧化氮废气触媒转换器的老化状态和硫化状态。

如果更换氧化氮废气触媒转换器，则必须对老化状态和硫化状态进行初始化设置。

提示：氧化氮废气触媒转换器的硫化。

无硫燃油仍旧含有少量硫。硫会降低氧化氮废气触媒转换器的存储容量。氧化氮废气触媒转换器的硫化后，因为不能容纳氮氧化物，只能用均匀混合气驱动发动机。发动机控制识别氧化氮废气触媒转换器的硫化。脱硫时将氧化氮废气触媒转换器加热到 600 °C 至 650 °C，并用浓混合气驱动发动机 (空气过量系数 = 0.94)。

为了主动加热氧化氮废气触媒转换器，需要下列车辆行驶方式：

• 行驶速度持续 25 分钟大于 110 km/h
  
• 燃油箱油位大于 50 %
  

存在故障代码存储记录 (氮氧化物废气触媒转换器硫化) 时，可以通过服务功能激活一个更加频繁的加热。此许可在氧化氮废气触媒转换器成功脱硫前一直处于工作状态。

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