Λειτουργία στρωμάτωσης σε άμεσο ψεκασμό

Η λειτουργία στρωμάτωσης (φτωχό μίγμα) περιγράφεται στο παράδειγμα του 6-κύλινδρου κινητήρα N53. Ακόμη και ο νέος 4-κύλινδρος βενζινοκινητήρας N43 διαθέτει λειτουργία στρωμάτωσης.

Η δομική βάση του N53 (π.χ. N53B30O0) είναι ο N52. Ο N53 διαθέτει όπως και ο N54 άμεσο ψεκασμό. Ο N53 όμως δεν διαθέτει υπερπλήρωση. Επιπλέον ο N53 λειτουργεί σε ένα ευρύ φάσμα λειτουργίας με στρωμάτωση (λάμδα έως 2,5). Ο 6-κύλινδρος κινητήρας έχει εξελιχθεί για την ευρωπαϊκή αγορά (ACEA: Σύνδεσμος Ευρωπαίων Κατασκευαστών Αυτοκινήτων). Η εγκατάσταση καυσαερίων διαθέτει έναν καταλύτη οξιδίων του αζώτου.

Ο ακτινωτός άμεσος ψεκασμός (HPI: Ψεκασμός Υψηλής Ακρίβειας) παρέχει πρόσθετους βαθμούς ελευθερίας:

με τον υπολογισμό της ποσότητας ψεκασμού και διάρκειας ψεκασμού (Πολλαπλός ψεκασμός ανάλογα με το φορτίο και τις στροφές μέχρι και 3 φορές)
με την κατανομή του μίγματος στο χώρο καύσης

Με αυτό τον τρόπο η ισχύς, η ροπή του κινητήρα, η κατανάλωση και οι εκπομπές ρύπων επηρεάζονται θετικά.

Με τη λειτουργία στρωμάτωσης επιτυγχάνει η αποδοτική δυναμική (Ορολογία BMW Marketing: EfficientDynamics) ένα νέο επίπεδο. Ο κινητήρας επιτυγχάνει την εκμετάλλευση ισχύος με μειωμένη κατανάλωση καυσίμου.

Σύντομη περιγραφή του εξαρτήματος

Περιγράφονται τα παρακάτω εξαρτήματα:

Κυλινδροκεφαλή με άμεσο ψεκασμό
Εγχυτήρες (μπεκ)
Καταλύτης οξιδίων του αζώτου με αισθητήρα οξιδίων του αζώτου καθώς και αισθητήρα θερμοκρασίας καυσαερίων

Κυλινδροκεφαλή με άμεσο ψεκασμό

Στον άμεσο ψεκασμό το μπεκ είναι τοποθετημένο κεντρικά ανάμεσα στις βαλβίδες και πολύ κοντά στο μπουζί. Σε αυτή τη θέση το προς τα έξω ανοιγόμενο μπεκ μπορεί να κατανέμει το καύσιμο σε δακτυλιοειδή μορφή (κοίλος κώνος) και ιδιαίτερα ομοιόμορφα στο χώρο καύσης. Με αυτό τον τρόπο δεν επιτυγχάνεται μόνο μια ακριβείς δοσολογία μίγματος, αλλά επιπλέον μια επίδραση ψύξης. Αυτό επιτρέπει μια υψηλότερη συμπίεση και βελτιστοποιεί έτσι το βαθμό απόδοσης της διαδικασίας καύσης.

Ευρετήριο	Επεξήγηση	Ευρετήριο	Επεξήγηση
1	Μπεκ ψεκασμού	2	Κυλινδροκεφαλή
3	Έμβολα	4	Χώρος καύσης
5	Μπουζί	6	Πολλαπλασιαστής

Μπεκ

Το μπεκ ψεκάζει το καύσιμο με υψηλή πίεση στο χώρο καύσης. Το μπεκ ανοίγει προς τα έξω την μύτη της βελόνας του ακροφυσίου και δημιουργεί έτσι ένα δακτυλιοειδές άνοιγμα μέχρι 40 μικρομέτρων. Το δακτυλιοειδές άνοιγμα διαμορφώνει τον με μορφή δέσμης άμεσο ψεκασμό και φροντίζει για την συμμετρική, κοίλη κωνική διεύρυνσή του. Ο πιεζοηλεκτρικός έλεγχος έναντι του ελέγχου μέσω ηλεκτρομαγνητικών πηνίων έχει τα παρακάτω πλεονεκτήματα:

βελτιωμένες δυνατότητες για πολλαπλό ψεκασμό μέσω γρήγορων χρόνων ενεργοποίησης και εξαιρετικά μικρούς νεκρούς χρόνους.

Έτσι προκύπτουν σημαντικές βελτιώσεις σε σχέση με τις εκπομπές ρύπων καθώς και την κατανάλωση καυσίμου.

Ευρετήριο	Επεξήγηση	Ευρετήριο	Επεξήγηση
1	Μπεκ ψεκασμού	2	Αισθητήρας πίεσης μπεκιέρας
3	Μπεκιέρα	4	Αισθητήρας χαμηλής πίεσης καυσίμου
5	Μαγνητική ρυθμιστική βαλβίδα	6	Αντλία υψηλής πίεσης

Ένα πιεζοηλεκτρικό στοιχείο είναι ένας ηλεκτρομηχανικός μετατροπέας. Το πιεζοηλεκτρικό στοιχείο είναι ένα κεραμικό, το οποίο μετατρέπει απευθείας την ηλεκτρική ενέργεια σε μηχανική ενέργεια (Δύναμη/Διαδρομή). Το πιεζοηλεκτρικό στοιχείο διαστέλλεται όταν εφαρμόζεται σε αυτό τάση. Έτσι επιτυγχάνεται η διαδρομή της βελόνας του μπεκ. Για να επιτευχθεί μια μεγαλύτερη διαδρομή, το πιεζοηλεκτρικό στοιχείο είναι διαμορφωμένο σε πολλαπλές στρώσεις.

Ευρετήριο	Επεξήγηση	Ευρετήριο	Επεξήγηση
1	Πιεζοηλεκτρικό στοιχείο χωρίς τάση	2	Στρώσεις πιεζοηλεκτρικών στοιχείων
3	Πιεζοηλεκτρικό στοιχείο, εφαρμόζεται τάση

Καταλύτης οξιδίων του αζώτου με αισθητήρα οξιδίων του αζώτου καθώς και αισθητήρα θερμοκρασίας καυσαερίων

Οξίδια του αζώτου είναι έναν συλλογικός όρος που αναφέρεται σε διαφορετικές ενώσεις αζώτου με οξυγόνο. Τα οξίδια του αζώτου δημιουργούνται ως συνέπεια παράλληλων αντιδράσεων σε όλες τις διαδικασίες καύσης με αέρα, που περιέχει άζωτο. Το άζωτο δε συμμετέχει στην καύση του άνθρακα. Με την παρουσία υψηλών θερμοκρασιών και πίεσης στο χώρο καύσης προκαλούνται ωστόσο διαδικασίες οξίδωσης από το οξυγόνο του αέρα. Έτσι δημιουργούνται κυρίως μονοξίδιο του αζώτου (NO) και διοξίδιο του αζώτου (NO₂) καθώς και μικρές ποσότητες πρωτοξιδίου του αζώτου (N₂O).

Όσο υψηλότερες είναι οι θερμοκρασίες και όσο περισσότερος αέρας βρίσκεται στο μίγμα καύσης, τόσο υψηλότερη είναι η αναλογία των δημιουργούμενων οξιδίων του αζώτου. Για το λόγο αυτό πρέπει οι κινητήρες με λειτουργία στρωμάτωσης να εξοπλίζονται με έναν αισθητήρα οξιδίων του αζώτου.

Ευρετήριο	Επεξήγηση	Ευρετήριο	Επεξήγηση
1	Αισθητήρες λάμδα (Αισθητήρες ρύθμισης)	2	Αισθητήρας οξιδίων του αζώτου
3	Κλαπέτο καυσαερίων	4	Καταλύτης οξιδίων του αζώτου σειρά κυλίνδρων 2
5	Καταλύτης οξιδίων του αζώτου σειρά κυλίνδρων 1	6	Αισθητήρας θερμοκρασίας καυσαερίων
7	Τριοδικός καταλύτης σειρά κυλίνδρων 2	8	Αισθητήρες λάμδα (Αισθητήρες επιτήρησης)
9	Τριοδικός καταλύτης σειρά κυλίνδρων 1

Ο καταλύτης οξιδίων αζώτου περιέχει έναν τριοδικό καταλύτη. Σε μια επίστρωση φορέα έχει εφαρμοστεί ένα ευγενές μέταλλο το οποίο έχει καταλυτική δράση καθώς και ένα υλικό για την ενδιάμεση αποθήκευση των οξιδίων του αζώτου. Ο καταλύτης οξιδίων αζώτου λειτουργεί σε μια περιοχή θερμοκρασιών από 220 °C έως 450 °C. Σε αυτή την περιοχή θερμοκρασιών είναι εφικτό να αποθηκευθούν τα οξίδια αζώτου αλλά και να γίνει αναγέννηση. Για την αποθείωση απαιτείται μια ακόμη υψηλότερη περιοχή θερμοκρασιών από 600 °C έως 650 °C. Αυτές οι περιοχές θερμοκρασιών επιτηρούνται μέσω του αισθητήρα θερμοκρασίας καυσαερίων. Ο έλεγχος και η επιτήρηση της αναγέννησης πραγματοποιούνται από τον έλεγχο του κινητήρα (MSD80). Για το σκοπό ο έλεγχος κινητήρα χρησιμοποιεί ένα υπολογιστικό μοντέλο και τις τιμές μέτρησης του αισθητήρα οξιδίων του αζώτου.

Ο αισθητήρας οξιδίων του αζώτου αποτελείται από το αισθητήριο μέτρησης και τα αντίστοιχα ηλεκτρονικά αξιολόγησης. Τα ηλεκτρονικά αξιολόγησης επικοινωνούν μέσω του διαύλου Local-CAN (τοπικός δίαυλος CAN) με τη μονάδα ελέγχου κινητήρα.

Ευρετήριο	Επεξήγηση	Ευρετήριο	Επεξήγηση
1	Αισθητήρας οξιδίων του αζώτου	2	Ηλεκτρονικά αξιολόγησης

Ο αισθητήρας οξιδίου του αζώτου είναι ως προς την αρχή λειτουργίας του συγκρίσιμος με έναν αισθητήρα λάμδα ευρείας ζώνης. Μετριούνται όμως οξίδιας του αζώτου. Η μέθοδος μέτρησης βασίζεται στην αναγωγή της μέτρησης οξιδίων αζώτου σε μέτρηση οξυγόνου. Ο αισθητήρας οξιδίων αζώτου συνδέεται αδιαχώριστα με τα ηλεκτρονικά αξιολόγησης.

Λειτουργίες συστήματος

Περιγράφονται οι παρακάτω λειτουργίες συστήματος:

Λειτουργία στρωμάτωσης
Αποθήκευση και αναγέννηση του καταλύτη οξιδίων αζώτου

Λειτουργία στρωμάτωσης

Οδηγία! Εξήγηση αρχής πλήρωσης με στρωμάτωση.

Η πλήρωση στρωμάτωσης είναι μια διαδικασία για τους βενζινοκινητήρες. Σε αυτή, το καύσιμο ψεκάζεται με τέτοιο τρόπο, ώστε στην περιοχή του μπουζί να δημιουργείται ένα αναφλέξιμο μίγμα (λάμδα = 0,5 έως 1,0). Ο υπόλοιπος θάλαμος καύσης έχει ένα πολύ φτωχό, μη αναφλέξιμο μίγμα (λάμδα = 1,5 έως 2,5).

Στον άμεσο ψεκασμό το μπεκ ψεκάζει απευθείας μέσα στο θάλαμο καύσης. Ο αέρας καύσης αναρροφάται σχεδόν χωρίς στραγγαλισμό (μέσω της πεταλούδας). Το καύσιμο ψεκάζεται αργότερα κατά το χρόνο συμπίεσης. Μόνο στην περιοχή του μπουζί υπάρχει ένα αναφλέξιμο μίγμα με τη μορφή δακτυλίου. Το υπόλοιπο τμήμα του χώρου καύσης αποτελείται από αέρα και κατάλοιπα αέρια. Μέσω της περίσσειας του αέρα προκύπτει μια σύνθεση καυσαερίων, στην οποία ένας συμβατικός τριοδικός καταλύτης δεν μπορεί να μειώσει τα οξίδια αζώτου στα καυσαέρια. Για το λόγο αυτό απαιτείται ένας καταλύτης οξιδίων του αζώτου.

Η λειτουργία με στρωμάτωση δεν είναι εφικτή σε όλη την περιοχή λειτουργίας ενός κινητήρα. Υπάρχουν οι παρακάτω φυσικές οριακές περιοχές:

Με αυξανόμενο φορτίο πρέπει να αυξηθεί και η ψεκαζόμενη ποσότητα καυσίμου. Η περιοχή γύρω από το μπουζί με το αναφλέξιμο μίγμα γίνεται μεγαλύτερο.
Με αυξανόμενες στροφές ο διαθέσιμος χρόνος για την αλλαγή πλήρωσης και τη δημιουργία μίγματος γίνεται μικρότερος.

Ευρετήριο	Επεξήγηση	Ευρετήριο	Επεξήγηση
1	Διευρυμένη λειτουργία στρωμάτωσης: το λάμδα είναι πολύ μεγαλύτερο από 1	2	Περιοχή υπερκάλυψης: λάμδα σχεδόν μεγαλύτερο από 1
3	περιοχή ομογενούς λειτουργίας: λάμδα = 1

Αποθήκευση και αναγέννηση του καταλύτη οξιδίων αζώτου

Η χωρητικότητα αποθήκευσης του καταλύτη οξιδίων του αζώτου είναι περιορισμένη. Αν το υλικό αποθήκευσης είναι πλήρως κορεσμένο, δεν μπορεί να υποδεχθεί περαιτέρω οξίδια του αζώτου. Ο έλεγχος κινητήρα αναγνωρίζει αυτή τη συγκέντρωση ως εξής:

Με μια διαδικασία που βασίζεται σε μοντέλο υπολογίζεται η ποσότητα των αποθηκευμένων οξιδίων αζώτου (NO_X). Λαμβάνονται υπόψη:
- Η θερμοκρασία του καταλύτη οξιδίων του αζώτου
- Το προφίλ οδήγησης μέχρι εκείνη τι στιγμή
- Η αποθηκευμένη τιμή για τη θερμική γήρανση του καταλύτη οξιδίων του αζώτου
Ο αισθητήρας οξιδίων αζώτου που βρίσκεται μετά τον καταλύτη οξιδίων του αζώτου αναγνωρίζει την παρουσία οξιδίων του αζώτου στο ρεύμα καυσαερίων. Ο αισθητήρας οξιδίων του αζώτου μεταδίδει το σήμα στον έλεγχο κινητήρα.

Ευρετήριο	Επεξήγηση	Ευρετήριο	Επεξήγηση
1	Καταλύτης οξιδίων του αζώτου	2	Υλικό αποθήκευσης (Βάριο)
3	Αισθητήρας οξιδίων του αζώτου

Μόλις επιτευχθεί η μέγιστη ποσότητα αποθήκευσης του καταλύτης αποθήκευσης, ο έλεγχος κινητήρα πραγματοποιεί την αναγέννηση των οξιδίων του αζώτου. Για το σκοπό αυτό το μίγμα γίνεται ελαφρά πιο πλούσιο (λάμδα = 0,8). Κατά την αναγέννηση γίνεται μετατροπή των οξιδίων του αζώτου στον καταλύτη. Μετά την μετατροπή τερματίζεται και πάλι η λειτουργία του κινητήρα με πιο πλούσιο μίγμα. Και εδώ λαμβάνεται υπόψη ένα υπολογιστικό μοντέλο και ο αισθητήρας οξιδίων του αζώτου. Ο αισθητήρας οξιδίων του αζώτου μετρά την συγκέντρωση οξυγόνου στα καυσαέρια. Μια μεταπήδηση τάσης από ”φτωχό” σε ”πλούσιο” δείχνει, πότε έχει τερματίσει η αναγέννηση.

Οδηγίες για το σέρβις

Γενικές οδηγίες

Προσοχή: Σύστημα καυσίμου υψηλής πίεσης!

Εργασίες σε αυτό το σύστημα καυσίμου επιτρέπονται μόνο εφόσον έχει κρυώσει ο κινητήρας. Η θερμοκρασία του ψυκτικού δεν πρέπει να είναι μεγαλύτερη από 40 °C. Σε αντίθετη περίπτωση εξαιτίας της υπολειπόμενης πίεσης στο σύστημα καυσίμου υψηλής πίεσης υπάρχει κίνδυνος τραυματισμού.

Υπόδειξη: Προσέξτε το εγχειρίδιο επισκευής.

Κατά την πραγματοποίηση εργασιών στο σύστημα καυσίμου υψηλής πίεσης πρέπει να προσέχετε ιδιαίτερα για την καθαριότητα. Ακόμη και η παραμικρή βρομιά και ζημιά στις κοχλιοσυνδέσεις των σωληνώσεων υψηλής πίεσης μπορούν να οδηγήσουν έλλειψη στεγανότητας.

Οδηγίες διάγνωσης

Υπόδειξη: Πρόγραμμα ανάγκης.

Σε μη λογικές τιμές εκπομπών καυσαερίων ξεκινά το πρόγραμμα ανάγκης. Επιπρόσθετα ο κινητήρας λειτουργεί με ομογενές μίγμα.

Υπάρχουν 2 προγράμματα ανάγκης: Πρόγραμμα ανάγκης με πίεση ψεκασμού 5 bar και πρόγραμμα ανάγκης με πίεση ψεκασμού 100 bar.

Πιθανές αιτίες για το πρόγραμμα ανάγκης 5 bar:

Μη λογικές τιμές αισθητήρων
Βλάβη βαλβίδας περιορισμού πίεσης
Πολύ χαμηλή ροή καυσίμου

Πιθανές αιτίες για το πρόγραμμα ανάγκης 100 bar:

Πολύ υψηλή ροή καυσίμου (Κολλημένη βαλβίδα ρύθμισης ποσοτήτων)

Υπόδειξη: Λειτουργία σέρβις συγχρονισμός μπεκ.

Όταν γίνεται αντικατάσταση της μονάδας ελέγχου κινητήρα ή ενός μπεκ, πρέπει να γίνει αντιστοίχηση του τυπωμένου κωδικού κάθε μπεκ στη μονάδα ελέγχου κινητήρα στο σωστό κύλινδρο. Πραγματοποίηση λειτουργίας σέρβις ”Συγχρονισμός μπεκ” στο σύστημα Διάγνωσης BMW.

Υπόδειξη: Λειτουργίες σέρβις καταλύτη οξιδίων αζώτου.

Όταν γίνεται αντικατάσταση της μονάδας ελέγχου κινητήρα, πρέπει να μεταφέρεται η κατάσταση γήρανσης και θείωσης των καταλυτών οξιδίου του αζώτου.

Όταν γίνεται αντικατάσταση των καταλυτών οξιδίων του αζώτου, πρέπει να γίνει αρχικοποίηση της κατάστασης γήρανσης και θείωσης.

Υπόδειξη: Θείωση του καταλύτη οξιδίων του αζώτου.

Ακόμη και το χωρίς θείο καύσιμο περιέχει μια ελάχιστη ποσότητα θείου. Το θείο μειώνει τη χωρητικότητα αποθήκευσης των καταλυτών οξιδίου του αζώτου. Μια θείωση του καταλύτη οξιδίου του αζώτου οδηγεί τον κινητήρα να λειτουργήσει μόνο με ομογενές μίγμα, γιατί δεν μπορεί να αποθηκευθεί κανένα οξίδιο του αζώτου. Ο έλεγχος του κινητήρα αναγνωρίζει την θείωση του καταλύτη οξιδίων του αζώτου. Για την αποθείωση ο καταλύτης οξιδίου του αζώτου θερμαίνεται στους 600 °C έως 650 °C και η λειτουργία γίνεται με πλούσιο μίγμα (λάμδα = 0,94).

Για την ενεργή θέρμανση του καταλύτη οξιδίων αζώτου απαιτείται η παρακάτω λειτουργία του αυτοκινήτου:

Ταχύτητα αυτοκινήτου μεγαλύτερη από 110 km/h για 25 λεπτά
Στάθμη ρεζερβουάρ μεγαλύτερη από 50 %

Σε μια καταχώριση μνήμης βλαβών (Θείωση καταλύτη NOx) μπορεί να ενεργοποιηθεί μέσω μιας λειτουργίας σέρβις μια συχνότερη θέρμανση. Αυτή η ενεργοποίηση είναι ενεργή μέχρι την επιτυχή αποθείωση του καταλύτη οξιδίων του αζώτου.

Με κάθε επιφύλαξη για τυπογραφικά λάθη, σφάλματα και τεχνικές αλλαγές.