การทำงานแบบแบ่งชั้นส่วนผสมอากาศ/เชื้อเพลิงด้วยระบบไดเร็กอินเจ็กชั่น

การทำงานแบบแบ่งชั้นส่วนผสมอากาศ/เชื้อเพลิงด้วยระบบไดเร็กอินเจ็กชั่น

ได้มีคำอธิบายการทำงานแบบแบ่งชั้นส่วนผสมอากาศ/เชื้อเพลิง (ส่วนผสมบาง) โดยใช้เครื่องยนต์ 6 สูบ ในรุ่น N53 เป็นตัวอย่างประกอบ เครื่องยนต์เบนซิน 4 สูบ ใหม่ ในรุ่น N43 ก็มีการทำงานแบบแบ่งชั้นส่วนผสมอากาศ/เชื้อเพลิงด้วยเช่นกัน

พื้นฐานโครงสร้างของ N53 (เช่น N53B30O0) คือรุ่น N52 N53 มีการฉีดเชื้อเพลิงแบบไดเร็กอินเจ็กชั่นเช่นเดียวกับ N54 อย่างไรก็ตาม N53 ไม่ได้มีการอัดฉีดส่วนผสมของเชื้อเพลิงกับอากาศแบบธรรมดา นอกจากนี้แล้ว N53 ยังมีการทำงานโดยการแบ่งชั้นส่วนผสมอากาศ/เชื้อเพลิง (ค่าแลมด้า ถึง 2.5) ในหลายช่วงการทำงานด้วย ทั้งนี้ เครื่องยนต์ 6 สูบได้ถูกพัฒนาขึ้นมาสำหรับ ประเทศในกลุ่มยุโรป (ACEA : สมาคมผู้ผลิตยานยนต์ ในกลุ่มประเทศยุโรป) ระบบไอเสียมีเครื่องฟอกไอเสียไนโตรเจนออกไซด์

ระบบฉีดเชื้อเพลิงแบบไดเร็กอินเจ็กชั่น (HPI : High Precision Injection หรือระบบฉีดเชื้อเพลิงที่มีความแม่นยำสูง) จะจ่ายเชื้อเพลิงได้อย่างอิสระมากขึ้น :

ทำให้เกิดผลดีในด้านของกำลังเครื่องยนต์, แรงบิดเครื่องยนต์, ความสิ้นเปลือง และการปล่อยสารมลพิษ

การทำงานแบบแบ่งชั้นส่วนผสมอากาศ/เชื้อเพลิงจะช่วยยกระดับไดนามิกการเคลื่อนที่ให้มีประสิทธิภาพสูงขึ้น (คำศัพท์ทางการตลาดของ BMW : ไดนามิกการเคลื่อนที่อย่างมีประสิทธิภาพ) เครื่องยนต์จะให้สมรรถนะที่ดีขึ้นในขณะที่ความสิ้นเปลืองน้ำมันเชื้อเพลิงลดลง

GR_FB1207006


คำอธิบายโดยย่อเกี่ยวกับอุปกรณ์

ได้มีคำอธิบายเกี่ยวกับอุปกรณ์ต่อไปนี้ :

ฝาสูบที่มีการฉีดเชื้อเพลิงแบบไดเร็กอินเจ็กชั่น

ในกรณีของการฉีดเชื้อเพลิงแบบไดเร็กอินเจ็กชั่น หัวฉีดจะอยู่ตรงกลางระหว่าง วาล์วและอยู่ใกล้กับหัวเทียนมาก ในตำแหน่งนี้ หัวฉีดที่เปิดออก จะสามารถจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิงเข้าไปในวงแหวน (กรวยแบบกลวง) และจ่ายเข้าไปในห้องเผาไหม้ได้ทั่วถึงสม่ำเสมอยิ่งขึ้น ทำให้ไม่เพียงแต่จะได้ระดับส่วนผสมที่แม่นยำเท่านั้น แต่ยังมีผลช่วยลดความร้อนในขณะเดียวกันด้วย ซึ่งทำให้ได้กำลังอัดมากขึ้น ดังนั้นจึงช่วยให้ประสิทธิภาพของ กระบวนการเผาไหม้เป็นไปด้วยดี

GR_FB1207007

ดัชนี

คำอธิบาย

ดัชนี

คำอธิบาย

1

หัวฉีด

2

ฝาสูบ

3

ลูกสูบ

4

ห้องเผาไหม้

5

หัวเทียน

6

คอยล์จุดระเบิด


หัวฉีดน้ำมันเชื้อเพลิง

หัวฉีดจะฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงเข้าไปในห้องเผาไหม้ภายใต้ความดันสูง หัวฉีดจะเปิดส่วนปลายของเข็มหัวฉีดออก และจะสร้างช่องว่างรูปวงแหวนซึ่งมีความกว้างไม่เกิน 40 ไมโครเมตร เท่านั้น ช่องว่างรูปวงแหวนจะปรับลักษณะการฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงแบบไดเร็กอินเจ็กชั่นให้สามารถฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงพุ่งเข้าสู่ห้องเผาไหม้ได้และมีการกระจายตัวของน้ำมันเชื้อเพลิงอย่างทั่วถึงผ่านทางช่องกรวยแบบกลวง การสั่งงานแบบพีเอโซอิเล็กทริกมีข้อดีเมื่อเปรียบเทียบกับการสั่งงานผ่านทางคอยล์โซลินอยด์ ดังต่อไปนี้ :

ทำให้เกิดการปรับปรุงที่มีความสำคัญที่เกี่ยวกับการปล่อยสารมลพิษตลอดจนความสิ้นเปลืองน้ำมันเชื้อเพลิง

GR_FB1207008

ดัชนี

คำอธิบาย

ดัชนี

คำอธิบาย

1

หัวฉีด

2

เซ็นเซอร์ความดันท่อหัวฉีด

3

ท่อหัวฉีด

4

เซ็นเซอร์ความดันน้ำมันเชื้อเพลิงต่ำ

5

วาล์วควบคุมการไหล

6

ปั๊มแรงดันสูง


ส่วนประกอบพีเอโซเป็นชุดแปลงไฟแบบอิเล็กโทรแม็คคานิก ส่วนประกอบพีเอโซเป็นเซรามิกประเภทหนึ่งซึ่งจะแปลงพลังงานไฟฟ้าไปเป็นพลังงานกลโดยตรง (กำลัง/ระยะเคลื่อนที่) ส่วนประกอบพีเอโซจะขยายตัวออกเมื่อมีแรงดันไฟ ซึ่งจะทำให้เข็มหัวฉีดยกขึ้น เพื่อให้สามารถยกได้สูงขึ้น ส่วนประกอบพีเอโซจึงมีโครงสร้างแบบมีหลายชั้น

GR_FB1106008

ดัชนี

คำอธิบาย

ดัชนี

คำอธิบาย

1

ส่วนประกอบพีเอโซที่ไม่มีแรงดันไฟ

2

ชั้นของส่วนประกอบพีเอโซ

3

ส่วนประกอบพีเอโซที่มีแรงดันไฟ

 

 


เครื่องฟอกไอเสียไนโตรเจนออกไซด์พร้อมเซ็นเซอร์ไนโตรเจนออกไซด์รวมทั้ง เซ็นเซอร์อุณหภูมิไอเสีย

ไนโตรเจนออกไซด์เป็นคำทั่วไปที่หมายถึงสารประกอบต่างๆ ระหว่างไนโตรเจนและออกซิเจน ไนโตรเจนออกไซด์เกิดขึ้นจากผลของปฏิกิริยาขั้นที่สองในกระบวนการเผาไหม้ทั้งหมดกับอากาศ ซึ่งมีไนโตรเจนรวมอยู่ด้วย ไนโตรเจนไม่ได้มีส่วนเกี่ยวข้องในการเผาไหม้คาร์บอนจริง อย่างไรก็ตาม อุณหภูมิและความดันที่เกิดขึ้นในห้องเผาไหม้ จะทำให้เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชั่นกับออกซิเจนในอากาศ ทำให้เกิดไนโตรเจนมอนอกไซด์ (NO) และไนโตรเจนไดออกไซด์ (NO2) เป็นส่วนใหญ่ รวมทั้งไดไนโตรเจนออกไซด์ (N2O) ด้วยในระดับเล็กน้อย

ถ้าอุณหภูมิยิ่งสูงและยิ่งมีอากาศในส่วนผสมของการเผาไหม้มากเท่าใด สัดส่วนของไนโตรเจนออกไซด์ที่เกิดขึ้นก็จะยิ่งมากขึ้น ด้วยเหตุนี้จึงต้องติดตั้งเครื่องฟอกไอเสียไนโตรเจนออกไซด์สำหรับเครื่องยนต์ที่มีการทำงานแบบแบ่งชั้นส่วนผสมอากาศ/เชื้อเพลิง

GR_FB1207009

ดัชนี

คำอธิบาย

ดัชนี

คำอธิบาย

1

ออกซิเจนเซ็นเซอร์ (เซ็นเซอร์ควบคุม)

2

เซ็นเซอร์ตรวจจับปริมาณไนโตรเจนออกไซด์

3

ลิ้นอากาศช่องไอเสีย

4

เครื่องฟอกไอเสียไนโตรเจนออกไซด์, กระบอกสูบ แถว 2

5

เครื่องฟอกไอเสียไนโตรเจนออกไซด์, กระบอกสูบ แถว 1

6

เซ็นเซอร์อุณหภูมิแก๊สไอเสีย

7

เครื่องฟอกไอเสีย 3 ทาง, กระบอกสูบ แถว 2

8

ออกซิเจนเซ็นเซอร์ (เซ็นเซอร์ควบคุม)

9

เครื่องฟอกไอเสีย 3 ทาง, กระบอกสูบ แถว 1

 

 

โครงสร้างของเครื่องฟอกไอเสียไนโตรเจนออกไซด์จะเหมือนกันกับโครงสร้างของเครื่องฟอกไอเสีย 3 ทาง โลหะมีค่าที่มีคุณสมบัติด้านคาตาไลติกและวัสดุที่เป็นตัวกลางในการดูดซับไนโตรเจนออกไซด์จะถูกนำมาใช้กับฐานรองรับ เครื่องฟอกไอเสียไนโตรเจนออกไซด์จะทำงานใน ช่วงอุณหภูมิ 220 °C ถึง 450 °C ในช่วงอุณหภูมินี้ จะสามารถดูดซับและรีเจนเนอเรทไนโตรเจนออกไซด์ได้ สำหรับกระบวนการสลายซัลเฟอร์ จำเป็นต้องใช้ช่วงอุณหภูมิสูงขึ้นที่เท่ากันตลอดในระหว่าง 600 °C ถึง 650 °C อุณหภูมิระหว่างช่วงดังกล่าวจะถูกควบคุมโดยเซ็นเซอร์อุณหภูมิไอเสีย ระบบควบคุมการทำงานเครื่องยนต์ (MSD80) จะควบคุมและตรวจสอบการรีเจนเนอร์เรชั่นนี้ โดยระบบควบคุมการทำงานเครื่องยนต์จะใช้รูปแบบโมเดลการคำนวณและค่าที่วัดได้ของเซ็นเซอร์ไนโตรเจนออกไซด์

เซ็นเซอร์ไนโตรเจนออกไซด์ประกอบด้วยเซ็นเซอร์การวัดในตัวและชุดประเมินผลอิเล็กทรอนิกส์ที่เกี่ยวข้อง ชุดประเมินผลอิเล็กทรอนิกส์จะทำหน้าที่ติดต่อกับชุดควบคุมเครื่องยนต์ผ่านทางโลคอล CAN (โลคอล CAN บัส)

GR_FB1207010

ดัชนี

คำอธิบาย

ดัชนี

คำอธิบาย

1

เซ็นเซอร์ตรวจจับปริมาณไนโตรเจนออกไซด์

2

ตัวประมวลผลแบบอิเล็กทรอนิกส์

หลักการทำงานของเซ็นเซอร์ตรวจจับปริมาณไนโตรเจนออกไซด์สามารถเทียบได้กับหลักการทำงานของออกซิเจนเซ็นเซอร์แบบบรอดแบนด์ อย่างไรก็ตาม เซ็นเซอร์ตรวจจับปริมาณไนโตรเจนออกไซด์จะทำหน้าที่ตรวจวัดไนโตรเจนออกไซด์ ขั้นตอนในการวัดคือการวัดปริมาณไนโตรเจนออกไซด์จริงโดยรับมาจากขั้นตอนในการวัดปริมาณออกซิเจน เซ็นเซอร์ตรวจจับปริมาณไนโตรเจนออกไซด์จะต่อเข้ากับชุดประเมินผลอิเล็กทรอนิกส์จนแนบสนิท

การทำงานต่างๆ ของระบบ

ในเอกสารนี้มีคำอธิบายเกี่ยวกับการทำงานต่างๆ ของระบบต่อไปนี้ :

การทำงานแบบแบ่งชั้นส่วนผสมอากาศ/เชื้อเพลิง

หมายเหตุ ! คำอธิบายคำศัพท์ของการแบ่งชั้นส่วนผสมอากาศ/เชื้อเพลิง

การแบ่งชั้นส่วนผสมอากาศ/เชื้อเพลิงเป็นกระบวนการทำงานสำหรับเครื่องยนต์เบนซิน น้ำมันเชื้อเพลิงจะถูกฉีดเข้าไปในลักษณะที่จะทำให้เกิด ส่วนผสมสำหรับการจุดระเบิด (ค่าแลมด้า = 0.5 ถึง 1.0) ในบริเวณหัวเทียน ห้องเผาไหม้ที่เหลือจะมีส่วนผสมบางมากและไม่สามารถเกิด การจุดระเบิดได้ (ค่าแลมด้า = 1.5 ถึง 2.5)

ในการฉีดเชื้อเพลิงแบบไดเร็กอินเจ็กชั่น หัวฉีดจะฉีดเชื้อเพลิงเข้าไปในห้องเผาไหม้โดยตรง อากาศสำหรับการเผาไหม้จะถูกดูดเข้าไปเสมือนว่าไม่ได้มีการควบคุม (ผ่านลิ้นปีกผีเสื้อ) น้ำมันเชื้อเพลิงจะถูกฉีดในระหว่างจังหวะอัดที่ขั้นแอดวานซ์ ส่วนผสมในการจุดระเบิดที่รวมกันอยู่โดยรอบจะเกิดขึ้นเฉพาะในบริเวณหัวเทียนเท่านั้น สำหรับห้องเผาไหม้โดยส่วนใหญ่จะเต็มไปด้วยอากาศและแก๊สที่เหลือต่างๆ อากาศส่วนที่เกินจะกลายเป็นองค์ประกอบหนึ่งในไอเสียที่ปล่อยออกมา ซึ่งการลดไนโตรเจนออกไซด์ในไอเสียไม่สามารถทำได้ด้วยเครื่องฟอกไอเสีย 3 ทางทั่วไป ด้วยเหตุนี้จึงจำเป็นต้องใช้เครื่องฟอกไอเสียไนโตรเจนออกไซด์

การทำงานด้วยการแบ่งชั้นส่วนผสมอากาศ/เชื้อเพลิงไม่สามารถทำได้ผ่านช่วงการทำงานทั้งหมดของเครื่องยนต์ ผลลัพธ์ของข้อจำกัดทางกายภาพในแง่ต่างๆ มีดังต่อไปนี้ :

GR_FB1207011

ดัชนี

คำอธิบาย

ดัชนี

คำอธิบาย

1

การทำงานแบบแบ่งชั้นส่วนผสมอากาศ/เชื้อเพลิงที่เพิ่มขึ้น :
ค่าแลมด้า สูงกว่า 1 มาก

2

ช่วงจุดเปลี่ยน :
ค่าแลมด้าเกือบจะสูงกว่า 1

3

ช่วงการทำงานที่ส่วนผสมระหว่างอากาศกับน้ำมันเชื้อเพลิงกลืนเป็นเนื้อเดียวกัน :
ค่าแลมด้า = 1

 

 


การดูดซับและการรีเจนเนอร์เรชั่นเครื่องฟอกไอเสียไนโตรเจนออกไซด์

ความจุในการดูดซับของเครื่องฟอกไอเสียไนโตรเจนออกไซด์มีจำกัด เมื่อวัสดุในการดูดซับได้ดูดซับอย่างเต็มที่แล้ว จะไม่สามารถดูดซับไนโตรเจนออกไซด์ไว้ได้อีกต่อไป ระบบควบคุมการทำงานเครื่องยนต์จะทำหน้าที่ตรวจจับการดูดซับที่เกินกว่าขีดความสามารถจะรองรับได้ดังนี้ :

GR_FB1207012

ดัชนี

คำอธิบาย

ดัชนี

คำอธิบาย

1

เครื่องฟอกไอเสียไนโตรเจนออกไซด์

2

วัสดุในการดูดซับ (แบเรียม)

3

เซ็นเซอร์ตรวจจับปริมาณไนโตรเจนออกไซด์

 

 

เมื่อตรวจหาปริมาณการดูดซับสูงสุดของเครื่องฟอกไอเสียสำหรับการดูดซับได้แล้ว ระบบควบคุมการทำงานเครื่องยนต์จะเริ่มการรีเจนเนอร์เรชั่นไนโตรเจนออกไซด์ โดยจะมีการปรับแต่งส่วนผสมเล็กน้อย (ค่า แลมด้า = 0.8) ในระหว่างการรีเจนเนอร์เรชั่น ไนโตรเจนออกไซด์ที่เครื่องฟอกไอเสียจะเปลี่ยนแปลงไป หลังจากเปลี่ยนแปลงแล้ว การทำงานของเครื่องยนต์ที่ได้มีการปรับแต่งก็จะสิ้นสุดลงอีกครั้ง ในกรณีนี้ จะมีการใช้รูปแบบโมเดลการคำนวณและเซ็นเซอร์ตรวจจับปริมาณไนโตรเจนออกไซด์ด้วยเช่นกัน เซ็นเซอร์ตรวจจับปริมาณไนโตรเจนออกไซด์จะวัดความเข้มข้นของออกซิเจนในแก๊สไอเสีย เมื่อการรีเจนเนอร์เรชั่นเสร็จสิ้นเรียบร้อยแล้ว แรงดันไฟฟ้าจะทำให้การแสดงค่าเปลี่ยนจาก ”lean” (ต่ำ) เพิ่มขึ้นเป็น ”rich” (สูง)

ข้อสังเกตสำหรับฝ่ายบริการ :

ข้อมูลทั่วไป

ข้อสำคัญ : ระบบน้ำมันเชื้อเพลิงแรงดันสูง !

ให้ทำงานกับระบบน้ำมันเชื้อเพลิงนี้หลังจากที่เครื่องยนต์เย็นลงแล้วเท่านั้น อุณหภูมิน้ำหล่อเย็นจะต้องไม่เกิน 40 °C มิฉะนั้น อาจเกิดการบาดเจ็บจากแรงดันที่เหลืออยู่ในระบบน้ำมันเชื้อเพลิงแรงดันสูงได้

หมายเหตุ : ให้ปฏิบัติตามคำแนะนำการซ่อม

เมื่อทำงานกับระบบน้ำมันเชื้อเพลิงแรงดันสูง ให้ระมัดระวังเรื่องความสะอาดเป็นพิเศษ แม้แต่สิ่งแปลกปลอมที่เล็กที่สุดและการชำรุดเสียหายของจุดต่อโบลท์ของท่อแรงดันสูงก็อาจทำให้เกิดการรั่วได้

คำแนะนำการวิเคราะห์

หมายเหตุ : โปรแกรมฉุกเฉิน

ในกรณีที่การปล่อยมลพิษในไอเสียไม่สอดคล้องกัน โปรแกรมฉุกเฉิน ก็จะเริ่มขึ้น นอกจากนี้ เครื่องยนต์จะทำงานด้วยส่วนผสมที่เป็นเนื้อเดียวกันด้วย

โปรแกรมฉุกเฉินมีอยู่ด้วยกัน 2 โปรแกรม : โปรแกรมฉุกเฉินที่ใช้ความดันในการฉีดเชื้อเพลิง 5 บาร์ และโปรแกรมฉุกเฉินที่ใช้ความดันในการฉีดเชื้อเพลิง 100 บาร์

สาเหตุที่เป็นไปได้ของการใช้งานโปรแกรมฉุกเฉิน ที่ระดับ 5 บาร์ :

สาเหตุที่เป็นไปได้ของการใช้งานโปรแกรมฉุกเฉิน ที่ระดับ 100 บาร์ :

หมายเหตุ : ฟังก์ชั่นบริการ 'การปรับหัวฉีด'

ถ้ามีการเปลี่ยนชุดควบคุมเครื่องยนต์หรือหัวฉีด ต้องกำหนดรหัสที่พิมพ์ไว้ของหัวฉีดแต่ละชุดให้ตรงกับกระบอกสูบที่ถูกต้องในชุดควบคุมเครื่องยนต์ สั่งงานฟังก์ชั่นบริการ ”การปรับหัวฉีด” ที่ระบบการวิเคราะห์ของ BMW

หมายเหตุ : ฟังก์ชั่นบริการ 'เครื่องฟอกไอเสียไนโตรเจนออกไซด์'

ถ้ามีการเปลี่ยนชุดควบคุมเครื่องยนต์ จะต้องโอนข้อมูลอายุการใช้งานและระดับการเกิดซัลเฟอร์ของเครื่องฟอกไอเสียไนโตรเจนออกไซด์มาด้วย

ถ้ามีการเปลี่ยนเครื่องฟอกไอเสียไนโตรเจนออกไซด์ จะต้องกำหนดการทำงานสำหรับอายุการใช้งานและระดับการเกิดซัลเฟอร์

หมายเหตุ : กระบวนการเกิดซัลเฟอร์ของเครื่องฟอกไอเสียไนโตรเจนออกไซด์

น้ำมันเชื้อเพลิงที่ไม่ผสมซัลเฟอร์จะมีซัลเฟอร์อยู่ต่ำมาก ซัลเฟอร์จะลดความจุในการดูดซับของเครื่องฟอกไอเสียไนโตรเจนออกไซด์ลง กระบวนการเกิดซัลเฟอร์ของเครื่องฟอกไอเสียไนโตรเจนออกไซด์ ทำให้เครื่องฟอกไอเสียไม่สามารถดูดซับไนโตรเจนออกไซด์เอาไว้ได้ ซึ่งหมายความว่า เครื่องยนต์จะสามารถทำงานได้เฉพาะกับส่วนผสมอากาศกับน้ำมันเชื้อเพลิงที่เป็นเนื้อเดียวกันเท่านั้น ระบบควบคุมการทำงานเครื่องยนต์จะทำหน้าที่ตรวจจับกระบวนการเกิดซัลเฟอร์ของเครื่องฟอกไอเสียไนโตรเจนออกไซด์ สำหรับกระบวนการสลายซัลเฟอร์ เครื่องฟอกไอเสียไนโตรเจนออกไซด์จะต้องได้รับความร้อนที่ 600 °C ถึง 650 °C และต้องทำงานกับส่วนผสมหนา (ค่าแลมด้า = 0.94)

ในการเร่งให้เครื่องฟอกไอเสียไนโตรเจนออกไซด์ร้อนขึ้นอย่างรวดเร็ว จำเป็นจะต้องให้รถมีการทำงานดังต่อไปนี้ :

ในกรณีที่เกิดข้อมูลหน่วยความจำรหัสความผิดปกติขึ้น (เครื่องฟอกไอเสีย NOx เกิดชั้นซัลเฟอร์ขึ้น) สามารถใช้ฟังก์ชั่นบริการสั่งให้มีการทำความร้อนถี่ขึ้นได้ วิธีการนี้จะยังดำเนินต่อไปจนกว่าเครื่องฟอกไอเสียไนโตรเจนออกไซด์จะได้รับการสลายซัลเฟอร์เสร็จเรียบร้อยแล้ว

อาจเกิดความผิดพลาดเนื่องจากการพิมพ์หรือความผิดพลาดอื่นๆ ได้ ข้อมูลทางเทคนิคอาจเปลี่ยนแปลงได้โดยไม่ต้องแจ้งให้ทราบล่วงหน้า