Режим послойного смесеобразования при непосредственном впрыске

Режим послойного смесеобразования (обедненная смесь) описывается на примере 6-цилиндрового двигателя N53. 4-цилиндровые бензиновые двигатели N43 также имеют режим послойного смесеобразования.

Конструктивной базой двигателя N53 (например,. N53B30O0) является двигатель N52. Двигатель N53, как и двигатель N54 имеют непосредственный впрыск. Однако, двигатель N53 не загружен. Кроме того, двигатель N53 в большом диапазоне работает в режиме послойного смесеобразования (лямбда до 2,5). 6-цилиндровый двигатель разработан для европейского рынка (ACEA: Союз европейских автопроизводителей). Система выпуска ОГ имеет один катализатор оксидов азота.

Струйный непосредственный впрыск (HPI: High Precision Injection) дает дополнительную свободу:

в регулировании количества и времени впрыска (многократный впрыск, в зависимости от нагрузки и оборотов - до 3 раз),
а также в распределении смеси в камере сгорания.

Это положительно отражается на мощности, крутящем моменте, расходе и токсичности двигателя.

С помощью режима послойного смесеобразования эффективная динамика (Маркетинговое понятие BMW: EfficientDynamics) достигает нового уровня. Двигатель раскрывает весь свой потенциал мощности при пониженном расходе топлива.

Краткое описание узлов

Ниже описываются следующие узлы:

головка блока цилиндров при непосредственном впрыске;
форсунки;
катализатор оксидов азота с датчиком оксидов азота, а также датчиком температуры ОГ.

Головка блока цилиндров при непосредственном впрыске

При непосредственном впрыске форсунка располагается посредине между клапанами и в непосредственной близости от свечи зажигания. В этом положении открывающаяся наружу форсунка может распределять топливо в камере сгорания в форме кольца (вогнутый конус) и особенно равномерно. Это позволяет осуществлять не только точное дозирование смеси, но, в то же время, и охлаждение. Это позволяет достичь высокой степени сжатия и, таким образом, оптимизирует коэффициент полезного действия процесса сгорания.

Индекс	Пояснение	Индекс	Пояснение
1	Форсунка	2	Головка блока цилиндров
3	Поршни	4	Камера сгорания
5	Свеча зажигания	6	Катушка зажигания

Форсунки

Форсунка впрыскивает топливо под высоким давлением в камеру сгорания. Кончик иглы выдвигается наружу и открывает форсунку. При этом образуется кольцевой зазор до 40 микрон. Кольцевой зазор формирует струйный непосредственный впрыск и обеспечивает равномерное расширение в форме вогнутого конуса. По сравнению с электромагнитными катушками пьезоэлектрическое управление имеет следующие преимущества:

быстрое срабатывание оптимизирует возможности многократного впрыска.

Это значительно улучшает значения эмиссии и расхода топлива.

Индекс	Пояснение	Индекс	Пояснение
1	Форсунка	2	Датчик давления в магистрали Rail
3	Рампа Rail	4	Датчик низкого давления топлива
5	Клапан регулировки количества	6	Насос высокого давления

Пьезоэлемент представляет собой электромеханический преобразователь. Пьезоэлемент - это керамическая деталь, которая непосредственно преобразует электрическую энергию в механическую (сила/путь). Пьезоэлемент расширяется, когда на него подается напряжение. Расширяющийся пьезоэлемент приводит в движение иглу форсунки. Для увеличения хода иглы пьезоэлемент составляется из нескольких слоев.

Индекс	Пояснение	Индекс	Пояснение
1	Пьезоэлемент при отсутствии напряжения	2	Слои пьезоэлементов
3	Пьезоэлемент при приложенном напряжении

Катализатор оксидов азота с датчиком оксидов азота, а также датчиком температуры ОГ

Оксид азота является общим понятием для различных соединений азота и кислорода. Оксиды азота образуются вследствие сопутствующих реакций при всех процессах сгорания воздуха, в котором содержится кислород. Азот не участвует в сгорании собственно углеводорода. Возникающие в камере сгорания высокие температура и давление приводят к процессам окисления с участием кислорода воздуха. При этом, в основном, образуется оксид азота (NO) диоксид азота (NO₂), а также небольшое количество двуокиси азота (N₂O).

Чем выше температура и чем больше воздуха находится в горючей смеси, тем больше образуется оксидов азота. Поэтому двигатели, работающие в режиме послойного смесеобразования, должны оснащаться катализатором оксидов азота.

Индекс	Пояснение	Индекс	Пояснение
1	Лямбда-зонды (регулирующие зонды).	2	Датчик оксидов азота
3	Заслонка глушителя	4	Катализатор оксидов азота, ряд 2
5	Катализатор оксидов азота, ряд 1	6	Датчик температуры ОГ
7	Катализатор тройного действия, ряд 2	8	Лямбда-зонды (контрольные зонды).
9	Катализатор тройного действия, ряд 1

Катализатор оксидов азота по конструкции напоминает катализатор тройного действия. На несущий слой нанесены благородный металл с каталитическим действием, а также материал, аккумулирующий оксиды азота. Катализатор оксидов азота работает в диапазоне температуры от 220 °C до 450 °C. В этом температурном диапазоне возможно, как накапливать оксиды азота, так и регенерировать их. Для обессеривания необходима более высокая температура от 600 °C до 650 °C. Эта температура контролируется датчиком температуры ОГ. Управление и контроль регенерации осуществляет система управления двигателем (MSD80). Для этого система управления двигателем использует математическую модель и результаты измерения датчика оксидов азота.

Датчик оксидов азота состоит из собственно измерительного зонда и соответствующего электронного блока обработки. Электронный блок обработки через шину Local-CAN (локальная шина CAN) осуществляет связь с блоком управления двигателем.

Индекс	Пояснение	Индекс	Пояснение
1	Датчик оксидов азота	2	Электронный блок обработки данных

Датчик оксидов азота по своему принципу действия сравним с трехполосным лямбда-зондом. Только измеряется содержание оксида азота. Процесс измерения основан на идее выполнения измерения содержания оксидов азота на основании измерения содержания кислорода. Датчик оксидов азота имеет неразъемное соединение с электронным блоком обработки.

Функции системы

Ниже описываются следующие функции:

режим послойного смесеобразования;
накопление и регенерация катализатора оксидов азота

Режим послойного смесеобразования

Примечание! Пояснения к послойному смесеобразованию.

Послойное смесеобразование является процессом в бензиновых двигателях. При этом топливо впрыскивается таким образом, чтобы в районе свечи зажигания образовывалась горючая смесь (лямбда = 0,5-1,0). В остальной части камеры сгорания находится очень бедная смесь, которая гореть не может (лямбда = 1,5-2,5).

При непосредственном впрыске выход форсунки расположен непосредственно в камере сгорания. Воздух для сгорания поступает почти без дросселирования (через дроссельную заслонку). Топливо впрыскивается позднее, во время такта сжатия. Только в районе свечи зажигания в форме кольца образуется горючая смесь. Основная часть камеры сгорания заполняется воздухом и остаточными газами. Вследствие избытка воздуха получается такой состав ОГ, при котором обычный катализатор тройного действия не обеспечивает снижения содержания оксидов азота в ОГ. По этой причине необходим катализатор оксидов азота.

Режим с послойным смесеобразованием невозможен во всем рабочем диапазоне двигателя. Имеются следующие физические ограничения:

При увеличении нагрузки требуется впрыск дополнительного количества топлива. Область вокруг свечи зажигания с горючей смесью становится больше.
При увеличении частоты вращения время для изменения нагрузки и образования смеси уменьшается.

Индекс	Пояснение	Индекс	Пояснение
1	Расширенный режим послойного смесеобразования: лямбда много больше 1	2	Переходный диапазон: лямбда ненамного больше 1
3	Гомогенный режим: лямбда = 1

Накопление и регенерация катализатора оксидов азота

Емкость накопления катализатора оксидов азота ограничена. Когда аккумулирующий материал полностью насыщен, он больше не может впитывать оксид азота. Система управления двигателем распознает это насыщение следующим образом:

Количество накапливаемого оксида азота (NO_X) рассчитывается на основании имеющих место на модели процессов. При этом учитываются:
- температура катализатора оксидов азота;
- предшествующий характер движения;
- записанное значение температурного старения катализатора оксидов азота.
Датчик оксидов азота наложенный на накапливающие катализаторы распознает оксиды азота в потоке ОГ. Датчик оксидов азота выдает сигнал на систему управления двигателем.

Индекс	Пояснение	Индекс	Пояснение
1	Катализатор оксидов азота	2	Накапливающий материал (барий)
3	Датчик оксидов азота

При определении максимального количества. которое может быть накоплено катализатором, система управления двигателем проводит регенерацию оксидов азота. При этом смесь слегка обогащается (лямбда = 0,8). При регенерации оксиды азота преобразуются в катализаторе. После преобразования режим работы двигателя на обогащенной смеси заканчивается. При этом также происходит возврат к математической модели и датчику оксидов азота. Датчик оксидов азота измеряет при этом концентрацию кислорода в ОГ. Скачок напряжения от ”бедной” к ”богатой” указывает на окончание регенерации.

Указания по сервисному обслуживанию

Общие указания

Внимание: Топливная система высокого давления!

Работать с этой системой подачи топлива можно только после остывания двигателя. Температура охлаждающей жидкости не должна превышать 40 °C. В противном случае существует опасность травмирования вследствие остаточного давления в топливной системе.

Примечание: Соблюдайте Руководство по ремонту

При работах с топливной системой высокого давления необходимо тщательно следить за чистотой. Даже самое незначительное загрязнение и повреждение резьбовых креплений трубопроводов высокого давления могут привести к негерметичности.

Указания по диагностике

Примечание: Аварийная программа

При неправдоподобных показателях выброса ОГ запускается аварийная программа. Кроме того, двигатель начинает работать на гомогенной смеси.

Имеется 2 аварийные программы: Аварийная программа с давлением впрыска 5 бар и аварийная программа с давлением впрыска 100 бар.

Возможные причины аварийной программы с давлением 5 бар:

неправдоподобные значения датчиков;
неисправность клапана ограничения давления;
недостаточная подача топлива.

Возможные причины аварийной программы с давлением 100 бар:

слишком большая подача топлива (заело клапан регулировки количества)

Примечание: Сервисная функция ”Коррекция форсунки”.

В случае замены блока управления двигателем или форсунки следует убедиться, что выштампованный код каждой форсунки, сохраненное в памяти блока управления двигателем, приписано соответствующему цилиндру. Выполнить Сервисную функцию ”Коррекция форсунки” в диагностической системе BMW.

Примечание: Сервисные функции ”Катализатор оксидов азота”.

При замене блока управления двигателем необходимо переписать статусы старения и засеривания катализаторов оксидов азота.

При замене катализаторов оксидов азота необходимо инициализировать статусы старения и засеривания катализаторов оксидов азота.

Примечание: Засеривание катализатора оксидов азота.

Топливо, не содержащее серы, содержит, однако, минимальное количество серы. Сера снижает емкость накопления катализаторов оксидов азота. Засеривание катализатора оксидов азота ведет к тому, что двигатель работает только в режиме с гомогенной смесью, т. к. оксиды азота больше не могут быть приняты. Система управления двигателем распознает засеривание катализатора оксидов азота. Для обессеривания катализатор оксидов азота нагревается до 600-650 °C и включается режим работы на немного обогащенной смеси (лямбда = 0,94).

Для активного нагрева катализатора оксидов азота необходим следующий режим автомобиля:

скорость более 110 км/ч в течение 25 минут;
бак должен быть заполнен более, чем на 50 %.

При записи кода неисправности (Засеривание катализатора NOx) можно через Сервисную функцию чаще активизировать нагрев. Это разрешение активно до успешного обессеривания катализатора оксидов азота.

Оставляем за собой право на опечатки, смысловые ошибки и технические изменения.