El funcionamiento con carga estratificada (mezcla pobre) se describe tomando como ejemplo el motor de 6 cilindros N53. También el nuevo motor de gasolina de 4 cilindros N43 dispone de funcionamiento con carga estratificada.
La base constructiva del N53 (p. ej., N53B30O0) la constituye el N52. El N53 dispone, igual que el N54, de inyección directa. Pero el N53 no está sobrealimentado. Además, el N53 funciona en algunas gamas de servicio con carga estratificada (Lambda de hasta 2,5). El motor de 6 cilindros está desarrollado para el mercado europeo (ACEA: Asociación Europea de Fabricantes de Automóviles). El sistema de escape dispone de un catalizador de óxido de nitrógeno.
La inyección directa por chorro dirigido (HPI: High Precision Injection - inyección de alta precisión) proporciona grados de libertad adicionales:
De esta forma se puede influir positivamente en la potencia, en el par del motor, en el consumo y en las emisiones.
Mediante el funcionamiento con carga estratificada, la dinámica eficiente (término de marketing de BMW: EfficientDynamics) alcanza un nuevo nivel. El motor descubre su potencial de rendimiento con un menor consumo de combustible.
Se describen los siguientes componentes:
En la inyección directa, el inyector está ubicado en el centro entre las válvulas y directamente al lado de la bujía de encendido. En esta posición, el inyector, que abre hacia fuera, puede distribuir el combustible de forma circular (esfera hueca) y especialmente homogénea en la cámara de combustión. De esta forma se consigue una dosificación más exacta de la mezcla al mismo tiempo que un efecto de refrigeración. Esto da lugar a una mayor compresión optimizando así el rendimiento del proceso de combustión.
Índice |
Explicación |
Índice |
Explicación |
|---|---|---|---|
1 |
Inyector |
2 |
Culata |
3 |
Pistones |
4 |
la cámara de combustión |
5 |
Bujía de encendido |
6 |
Bobina de encendido |
El inyector inyecta el combustible bajo la alta presión de la cámara de combustión. El inyector abre la punta de la aguja del inyector hacia fuera y forma una abertura circular de hasta 40 micrómetros. La abertura circular forma la inyección directa por chorro dirigido y se encarga de que su propagación sea uniforme y esférica. El accionamiento piezoeléctrico presenta las siguientes ventajas con respecto al accionamiento mediante bobinas magnéticas:
De esta forma mejoran claramente las emisiones, así como el consumo de combustible.
Índice |
Explicación |
Índice |
Explicación |
|---|---|---|---|
1 |
Inyector |
2 |
Sensor de presión de raíl |
3 |
Raíl |
4 |
Sensor de baja presión de combustible |
5 |
Válvula reguladora de caudal |
6 |
Bomba de alta presión |
Un elemento piezoeléctrico es un convertidor electromecánico. El elemento piezoeléctrico es una cerámica que convierte energía eléctrica directamente en energía mecánica (fuerza/recorrido). El elemento piezoeléctrico se expande cuando se aplica una tensión. Se origina así la carrera de la aguja del inyector. Para lograr una carrera mayor, se puede construir un elemento piezoeléctrico con varias capas o estratos.
Índice |
Explicación |
Índice |
Explicación |
|---|---|---|---|
1 |
Elemento piezoeléctrico sin tensión |
2 |
Capas de elementos piezoeléctricos |
3 |
Elemento piezoeléctrico, tensión aplicada |
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Óxido de nitrógeno es un término colectivo que agrupa los diferentes compuestos de nitrógeno con oxígeno. Los óxidos de nitrógeno se forman a raíz de las reacciones secundarias que tienen lugar en todos los procesos de combustión con aire que contiene nitrógeno. El nitrógeno no interviene en la combustión propiamente dicha del carbono. No obstante, las altas temperaturas y la presión que reinan en la cámara de combustión dan lugar a procesos de oxidación con el oxígeno del aire. En estos procesos se producen principalmente monóxido de nitrógeno (NO), dióxido de nitrógeno (NO2) y, en menor medida, óxido nitroso (N2O).
Cuanto más altas son las temperaturas y cuanto más aire se encuentra en la mezcla de combustión, mayor es la proporción de óxidos de nitrógeno que se producen. Por esta razón, los motores con funcionamiento de carga estratificada deben estar equipados con un catalizador de óxido de nitrógeno.
Índice |
Explicación |
Índice |
Explicación |
|---|---|---|---|
1 |
Sondas Lambda (sondas de regulación) |
2 |
Sensor de óxido nítrico |
3 |
Chapaleta de gases de escape |
4 |
Catalizador de óxido de nitrógeno Bancada 2 |
5 |
Catalizador de óxido de nitrógeno Bancada 1 |
6 |
Sensor de temperatura de gases de escape |
7 |
Catalizador de tres vías Bancada 2 |
8 |
Sondas Lambda (sondas monitor) |
9 |
Catalizador de tres vías Bancada 1 |
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La estructura del catalizador de óxido de nitrógeno es similar a la del catalizador de tres vías. Sobre una capa de soporte se aplica un metal noble de efecto catalítico, así como un material para el almacenamiento intermedio de los óxidos de nitrógeno. El catalizador de óxido de nitrógeno funciona en una gama de temperaturas de entre 220 °C y 450 °C. En esta gama de temperaturas es posible almacenar y regenerar óxidos de nitrógeno. La desulfuración requiere una gama de temperaturas aún más elevada, entre 600 °C y 650 °C. Estas gamas de temperatura están controladas por el sensor de temperatura de los gases de escape. El sistema de control del motor (MSD80) se encarga del mando y control de la regeneración. Para ello, el sistema de control del motor utiliza un modelo de cálculo y los valores de medición del sensor de óxido de nitrógeno.
El sensor de óxido de nitrógeno consta de la sonda de medición propiamente dicha y el correspondiente sistema electrónico de evaluación. El sistema electrónico de evaluación se comunica con la unidad de control del motor a través del Local-CAN (bus CAN local).
Índice |
Explicación |
Índice |
Explicación |
|---|---|---|---|
1 |
Sensor de óxido nítrico |
2 |
Electrónica de evaluación |
El funcionamiento del sensor de óxido de nitrógeno es comparable al de una sonda Lambda de banda ancha. Pero lo que se mide es óxido de nitrógeno. El método de medición se basa en realizar la medición del óxido de nitrógeno a partir de una medición del oxígeno. La conexión del sensor de óxido de nitrógeno con el sistema electrónico de evaluación no se puede separar.
Se describen las siguientes funciones del sistema:
Indicación Explicación del concepto carga estratificada.
La carga estratificada es un procedimiento para motores de gasolina. Consiste en inyectar el combustible de forma que en la zona de la bujía de encendido se produzca una mezcla inflamable (Lambda = 0,5 a 1,0). El resto de la cámara de combustión presenta una mezcla muy pobre que no es inflamable (Lambda = 1,5 a 2,5).
En la inyección directa, el inyector desemboca directamente en la cámara de combustión. El aire de combustión se succiona prácticamente sin estrangular (a través de la válvula de admisión). El combustible se inyecta más tarde, durante el tiempo de compresión. Solo en la zona de la bujía de encendido se produce una mezcla inflamable distribuida de forma circular. La mayor parte de la cámara de combustión está llena de aire y gases residuales. El exceso de aire da lugar a una composición de gases de escape en la que no se puede lograr una reducción de los óxidos de nitrógeno con un catalizador de tres vías convencional. Por esta razón se requiere un catalizador de óxido de nitrógeno.
El funcionamiento con carga estratificada no es factible en todos los estados de carga de un motor. Se derivan los siguientes límites físicos:
Índice |
Explicación |
Índice |
Explicación |
|---|---|---|---|
1 |
Funcionamiento con carga estratificada ampliado: |
2 |
Zona de transición: |
3 |
Estado de carga homogéneo: |
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La capacidad de almacenamiento del catalizador de óxido de nitrógeno es limitada. Cuando el material de almacenamiento está completamente saturado no admite más óxido de nitrógeno. El sistema de control del motor detecta esta saturación de la siguiente forma:
Índice |
Explicación |
Índice |
Explicación |
|---|---|---|---|
1 |
Catalizador de óxido de nitrógeno |
2 |
Material de almacenamiento (bario) |
3 |
Sensor de óxido nítrico |
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Si en el catalizador de almacenamiento se determina una cantidad máxima almacenada, el sistema de control del motor inicia la regeneración de los óxidos de nitrógeno. Para ello se enriquece ligeramente la mezcla (Lambda = 0,8). En la regeneración se convierten los óxidos de nitrógeno en el catalizador. Después de la conversión finaliza de nuevo el funcionamiento enriquecido del motor. También en este caso se recurre a un modelo de cálculo y al sensor de óxido de nitrógeno. El sensor de óxido de nitrógeno mide la concentración de oxígeno en los gases de escape. Un salto de tensión de ”pobre” a ”rica” indica cuándo termina la regeneración.
Atención: Sistema de alta presión del combustible
Los trabajos en este sistema de combustible solo están autorizados con el motor enfriado. La temperatura del refrigerante no debe superar los 40 °C. De lo contrario existe peligro de lesiones debido a la presión residual en el sistema de alta presión del combustible.
Indicación: Observar el Manual de reparaciones.
Observar una limpieza absoluta al efectuar trabajos en el sistema de alta presión del combustible. Las presencia de pequeñas impurezas y unos daños mínimos en las atornilladuras de las conducciones de alta presión pueden provocar faltas de estanqueidad.
Indicación: Programa de emergencia.
En caso de darse valores de emisión de gases de escape no plausibles, se inicia el programa de emergencia. Adicionalmente, el motor funciona con mezcla homogénea.
Hay 2 programas de emergencia: Programa de emergencia con 5 bar de presión de inyección y programa de emergencia con 100 bar de presión de inyección.
Posibles causas para el programa de emergencia con 5 bar:
Posibles causas para el programa de emergencia con 100 bar:
Indicación: Función de servicio Igualación del inyector.
Cuando se cambia la unidad de control del motor o un inyector, en la unidad de control del motor deberá asignarse el código impreso en cada uno de los inyectores al cilindro correspondiente. Ejecutar la función de servicio ”Igualar inyector” en el Sistema de Diagnóstico BMW.
Indicación: Funciones de servicio del catalizador de óxido de nitrógeno.
Cuando se cambia la unidad de control del motor debe transferirse el estado de envejecimiento y de sulfuración de los catalizadores de óxido de nitrógeno.
Cuando se cambian los catalizadores de óxido de nitrógeno debe inicializarse el estado de envejecimiento y de sulfuración.
Indicación: Sulfuración del catalizador de óxido de nitrógeno.
El combustible desulfurado también contiene un mínimo de azufre. El azufre reduce la capacidad de almacenamiento de los catalizadores de óxido de nitrógeno. La sulfuración del catalizador de óxido de nitrógeno da lugar a que el motor funcione solo con mezcla homogénea, ya que los óxidos de nitrógeno no se asimilan. El sistema de control del motor detecta la sulfuración del catalizador de óxido de nitrógeno. Para su desulfuración, el catalizador de óxido de nitrógeno se calienta a entre 600 °C y 650 °C y se le hace funcionar con mezcla rica (Lambda = 0,94).
Para el calentamiento activo del catalizador de óxido de nitrógeno es necesario que el vehículo funcione de la siguiente forma:
En caso de darse un registro en la memoria de defectos (catalizador NOx sulfurado), se puede activar un calentamiento más frecuente mediante una función de servicio. Esta conexión permanece activa hasta que la desulfuración del catalizador de óxido de nitrógeno concluya con éxito.
Salvo error u omisión; sujeto a modificaciones técnicas.