O funcionamento de carga estratificada (mistura pobre) é descrito no exemplo do motor de 6 cilindros N53. Também o novo motor a gasolina de 4 cilindros N43 dispõe de um funcionamento de carga estratificada.
A base construtiva do N53 (p.ex., N53B30O0) é formada pelo N52. O N53 dispõe, tal como o N54, de uma injecção directa. No entanto, o N53 não é sobrealimentado. Para além disso, o N53 é explorado em extensos regimes de funcionamento com carga estratificada (lambda até 2,5). O motor de 6 cilindros foi desenvolvido para o mercado europeu (ACEA: Associação dos Construtores Europeus de Automóveis). O sistema de escape dispõe de um catalisador de óxido de nitrogénio.
A injecção directa conduzida por jacto (HPI: High Precision Injection) fornece adicionalmente graus de liberdade:
Deste modo, o desempenho, binário do motor, consumo e emissões de substâncias nocivas são influenciados de forma positiva.
Através do funcionamento de carga estratificada, a dinâmica eficiente (intervenção no mercado BMW: EfficientDynamics) atinge um novo nível. O motor atinge o seu potencial de desempenho com reduzido consumo de combustível.
São descritos os seguintes componentes:
Na injecção directa, o injector está localizado ao centro, entre as válvulas e nas proximidades da vela de ignição. Nesta posição, o injector com abertura para fora, consegue distribuir o combustível de forma circular (cone oco) e especialmente uniforme na câmara de combustão. Deste modo consegue-se não só uma dosagem da mistura mais exacta, como também um efeito de refrigeração. Isto permite uma compressão mais elevada e optimiza a eficiência do processo de combustão.
Índice |
Explicação |
Índice |
Explicação |
|---|---|---|---|
1 |
injector |
2 |
Culassa |
3 |
Pistões |
4 |
Câmara de combustão |
5 |
Vela de ignição |
6 |
Bobina de ignição |
O injector projecta combustível sob alta pressão para dentro da câmara de combustão. O injector abre a ponta da agulha do injector para fora, formando uma abertura anular com um tamanho de até 40 micrómetros. A abertura anular forma a injecção directa conduzida por jacto e providencia uma difusão uniforme através de um cone oco. Da activação piezoeléctrica surgem as seguintes vantagens em comparação com a activação através de bobinas electromagnéticas:
Deste modo, surgem notórias melhorias com respeito a emissões de substâncias nocivas e consumo de combustível.
Índice |
Explicação |
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Explicação |
|---|---|---|---|
1 |
injector |
2 |
Sensor da pressão Rail |
3 |
Rail |
4 |
Sensor de baixa pressão do combustível |
5 |
Válvula de regulação do débito |
6 |
Bomba de alta pressão |
Um elemento piezoeléctrico é um conversor electromecânico. O elemento piezoeléctrico é uma cerâmica, que converte a energia eléctrica directamente em energia mecânica (força/deslocação). O elemento piezocerâmico expande-se quando se aplica uma tensão. Gera-se assim o curso da agulha do injector. Para obter um curso maior, o elemento piezoeléctrico pode ser formado em várias camadas.
Índice |
Explicação |
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Explicação |
|---|---|---|---|
1 |
Elemento piezoeléctrico, sem tensão |
2 |
Camadas de elementos piezoeléctricos |
3 |
Elemento piezoeléctrico, tensão aplicada |
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O óxido de nitrogénio representa um termo colectivo para as diferentes ligações do nitrogénio com o oxigénio. Óxidos de nitrogénio formam-se como consequência de reacções secundárias em todos os processos de combustão com ar, no qual existe nitrogénio. O nitrogénio não toma parte na combustão propriamente dita do carbono. Devido ao surgimento de elevadas temperaturas e à pressão na câmara de combustão, irão ocorrer processos de oxidação com o oxigénio do ar. Nesta situação surgem essencialmente o monóxido de nitrogénio (NO) e o dióxido de nitrogénio (NO2) e também, em proporções reduzidas, óxido nitroso (N2O).
Quanto mais elevadas as temperaturas e mais ar existir na mistura de combustão, maior será a proporção de óxidos de nitrogénio que se formam. Por essa razão, é necessário que os motores com funcionamento de carga estratificada estejam equipados com um catalisador de óxido nitrogénio.
Índice |
Explicação |
Índice |
Explicação |
|---|---|---|---|
1 |
Sondas lambda (sondas de regulação) |
2 |
Sensor de óxido de nitrogénio |
3 |
Chapeleta dos gases de escape |
4 |
Catalisador de óxido de nitrogénio, bancada 2 |
5 |
Catalisador de óxido de nitrogénio, bancada 1 |
6 |
Sonda térmica dos gases de escape |
7 |
Catalisador de três vias, bancada 2 |
8 |
Sondas lambda (sondas de monitorização) |
9 |
Catalisador de três vias, bancada 1 |
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Em termos construtivos, o catalisador de óxido nitrogénio assemelha-se a um catalisador de três vias. Numa camada de suporte está aplicado um metal nobre de acção catalítica e um material para a acumulação intercalar dos óxidos de nitrogénio. O catalisador de óxido nitrogénio funciona numa intervalo de temperaturas entre 220 °C até 450 °C. Neste intervalo de temperaturas é possível acumular e regenerar óxidos de nitrogénio. Para a dessulfatação é necessário um intervalo de temperaturas ainda mais elevado, de 600 °C até 650 °C. Estes intervalos de temperatura são monitorizados através da sonda térmica dos gases de escape. O comando e monitorização da regeneração dá origem à gestão electrónica do motor (MSD80). Para o efeito, a gestão electrónica do motor utiliza um modelo de cálculo e os valores de medição do sensor de óxido de nitrogénio.
O sensor de óxido de nitrogénio é constituído pela sonda de medição propriamente dita e um sistema electrónico de exploração correspondente. O sistema electrónico de exploração comunica com a unidade de comando do motor através da Local-CAN (canal CAN local).
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Explicação |
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Explicação |
|---|---|---|---|
1 |
Sensor de óxido de nitrogénio |
2 |
Sistema electrónico de avaliação |
O modo de funcionamento do sensor de óxido de nitrogénio deve ser comparado com o de uma sonda lambda de faixa larga. Medido é o óxido de nitrogénio. No processo de medição, a medição de óxido de nitrogénio refere-se a uma medição de oxigénio. O
sensor de óxido de nitrogénio encontra-se conectado de forma inseparável com o sistema electrónico de exploração.
São descritas as seguintes funções do sistema:
Indicação! Clarificação do termo da carga estratificada.
Carga estratificada é um processo para motores a gasolina. Nessa ocasião, o combustível é injectado de modo a que ocorra uma mistura capaz de ignição no domínio da vela de ignição (lambda = 0,5 a 1,0). A restante câmara de combustão apresenta uma mistura muito pobre, não capaz de ignição (lambda = 1,5 a 2,5).
Na injecção directa, o injector desemboca directamente na câmara de combustão. O ar de combustão é aspirado quase sem estrangulamento (através da borboleta). O combustível só é injectado com atraso durante do ciclo de compressão. Só na zona da vela de ignição é originada uma mistura circular, capaz de ignição. A maior parte da câmara de combustão está repleta de ar e de gases residuais. Do excesso de ar resulta uma composição dos gases de escape para a qual, um catalisador de três vias convencional não permite uma redução dos óxidos de nitrogénio nos gases de escape. Por esta razão, é necessário um catalisador de óxido de nitrogénio.
O funcionamento com carga estratificada não é possível em todo o regime de funcionamento de um motor. Daqui resultam as seguintes faixas limite físicas:
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Explicação |
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Explicação |
|---|---|---|---|
1 |
Funcionamento de carga estratificada alargado: |
2 |
Zona de transição: |
3 |
Regime de funcionamento homogéneo: |
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A capacidade de acumulação do catalisador de óxido de nitrogénio é limitada. Quando o material acumulador está completamente saturado, não pode ser absorvido mais óxido de nitrogénio. A gestão electrónica do motor identifica esta saturação do seguinte modo:
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Explicação |
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Explicação |
|---|---|---|---|
1 |
Catalisador de óxido de nitrogénio |
2 |
Material acumulador (bário) |
3 |
Sensor de óxido de nitrogénio |
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Se for detectada uma quantidade acumulada máxima no catalisador de acumulação, a gestão electrónica do motor dá início à regeneração dos óxidos de nitrogénio. Para tal, a mistura é ligeiramente enriquecida (lambda = 0,8). Durante a regeneração os óxidos de nitrogénio são convertidos no catalisador. Após a conversão, o funcionamento do motor em regime enriquecido volta a ser terminado. Também, neste caso, se recorre a um modelo de cálculo e ao sensor de óxido de nitrogénio. O sensor de óxido de nitrogénio mede a concentração de oxigénio nos gases de escape. Um salto de tensão de ”pobre” para ”rico” indica quando a regeneração está concluída.
Atenção: sistema de combustível de alta pressão!
Só é permitido efectuar trabalhos neste sistema de combustível depois do motor arrefecer. A temperatura do líquido de refrigeração não deve ser superior a 40 °C. Caso contrário, existe perigo de ferimento devido à pressão residual no sistema de combustível de alta pressão.
Indicação: Observar o Manual de reparação.
Ao efectuar trabalhos no sistema de combustível de alta pressão, deve prestar particular atenção à limpeza. Mesmo sujidades ínfimas e a danificação nas uniões roscadas dos tubos de alta pressão podem dar origem a fugas.
Indicação: programa de emergência.
em caso de níveis das emissões dos gases de escape não plausíveis, é iniciado o programa de emergência. Para além disso, o motor é accionado com uma mistura homogénea.
existem 2 programas de emergência: o programa de emergência com 5 bar de pressão de injecção e o programa de emergência com 100 bar de pressão de injecção.
Causas possíveis para o programa de emergência com 5 bar:
Causas possíveis para o programa de emergência com 100 bar:
Indicação: função especial Adaptação injector.
Se a unidade de comando do motor ou um injector for substituído, o código impresso em cada um dos injectores na unidade de comando do motor deve ser atribuído ao cilindro certo. Executar a função especial ”Adaptar o injector” no sistema de diagnóstico BMW.
Indicação: Funções especiais Catalisador de óxido de nitrogénio.
Se a unidade de comando do motor for substituída, o estado de envelhecimento e de oxidação dos catalisadores de óxido de nitrogénio deve ser transferido.
Se os catalisadores de óxido de nitrogénio forem substituídos, é necessário inicializar o estado de envelhecimento e de oxidação.
Indicação: Oxidação do catalisador de óxido de nitrogénio.
Combustível isento de enxofre contém, ainda assim, uma quantidade mínima de enxofre. O enxofre diminui a capacidade de acumulação dos catalisadores de óxido de nitrogénio. Uma oxidação do catalisador óxido de nitrogénio faz com que o motor seja apenas accionado com uma mistura homogénea, visto que não podem ser absorvidos óxidos de nitrogénio. A gestão electrónica do motor identifica a oxidação do catalisador de óxido de nitrogénio. Para a dessulfatação, o catalisador de óxido de nitrogénio é aquecido até 600 °C a 650 °C e é accionado com uma mistura rica (lambda = 0,94).
Para o aquecimento activo do catalisador de óxido de nitrogénio é necessário o seguinte funcionamento da viatura:
No caso de um registo na memória de falhas (cat. NOx oxidado) pode ser activado um aquecimento mais frequente através de uma função especial. Esta validação permanece activa até à dessulfatação eficaz do catalisador de óxido de nitrogénio.
Reserva-se o direito a erros de impressão, lapsos e alterações técnicas.