BMW-emissziótechnika adaptív korrekció és koromszűrés

A BMW M47TU, M57TU motorok emissziótechnikája (az E60 és E61-ben), az Euro 4 teljesítéséhez külön házban lévő oxidációs katalizátort és részecskeszűrőt tartalmaz. Az igazi kifinomult műszaki csemegét a kipufogógáz-tisztítás minőségének hosszú távú fenntartása végett alkalmazott adaptív pilotadag és keverékösszetételszabályozás jelenti.

 Az oxidációs katalizátor (DOC) motorközeli (1. ábra), a DPF padló alatti (2. ábra) elhelyezésű. A rendszer jeladóit az oxidációs katalizátor ábrarajzán (3. ábra - 2) és részben a 4. alulnézeti fotón láthatjuk:
- hőmérő a DOC előtt (4),
- szélessávú lambdaszonda (1),
- kipufogási ellennyomás jeladó (3), valamint
- hőmérő a DPF előtt (1. ábra).

1. ábra


2. ábra

4. ábra

A kipufogógáz utókezelő emissziótechnikai rendszert az 5. ábra szemlélteti. A motor és az emissziótechnika elemeit együtt a 6. ábrán tanulmányozhatjuk.
A részecskeszűrő (lásd a címképet) katalizátor fémmel (platina) bevont, hogy a korom begyulladási hőmérsékletét jó 150 fokkal, és NO2 reakcióban pedig 350 ºC értékre lehozza. Az aktív regeneráláshoz szükséges kipufogógáz hőmérsékletet (600 ºC) a szívólevegő fojtásával, EGR lezárással és egy vagy két utóbefecskendezéssel érik el. Az aktív regenerálásra – a koromszőrő eltömődöttségétől függően – 700-2500 km-ként kerül sor. Ha nyomásmérő vagy hőmérő hiba van, az aktív regenerálásra a DDE 500 km-ként ad parancsot.
Ha szervizben végzendő kényszerregenerálás szükségességét a CBS funkció (Condition Based Service – szervizigény felügyelet) méri fel, és ad műszerfali kijelzést.
A DPF 0,01 mm (10 nm) szemcsét kiszűr, így az egészségre káros részecskék nem kerülnek a környezetbe. A DPF térfogata 4,5 liter és 45 gramm kormot tud tárolni a regenerálás megkezdéséig. Maximális hamutároló képessége 112 gramm.
A leírt kipufogógáztisztitási ennek az évszázadnak közismert dízel emissziótechnikai megoldása. Műszaki csemegét a kipufogógáztisztítás minőségének hosszútávú fenntartása végett alkalmazott adaptív pilotadag és keverékösszetétel szabályozás jelenti.

Pilot-adag adaptáció

A CR rendszerek alkalmasak arra, hogy egészen minimális, akár csak 1 – 2 mm3 gázolajmennyiséget is befecskendezzenek. A pilot adagok hozzávetőleg ilyen értékű befecskendezési mennyiséget jelentenek. A CR injektor – mint közismert – hidro-mechanika, és mint ilyen, a legprecízebb gyártás mellett sem tud adott nyomások és azonos időtartamú elektromos vezérlésre, egyedről-egyedre azonos átfolyású lenni, tehát azonos adagmennyiséget önmagán átereszteni. Kitaláltatott ezért, hogy egyedileg kalibrálni – ahogy mondjuk kódolni - kell. Euro 3-at teljesítő BMW-nél például hat digites (78SNGT), Euro 4-et teljesítő esetében már 7 digites (88S66NB) a kódolás azonosítója. A hidromechanikai eltéréseket tehát villamosan lehet kompenzálni.
A villamos kompenzálás azt az állapotot tükrözi, ami beméretett. A motorirányítás nem tudja, hogy a kódolt injektor egy idő után valóban beviszi-e azt az adagot, amit számára feladatul róttak ki, vagy nem. (Dízelműhelyesek indokkal beszélik rá az ügyfelet arra, hogy időnként újrakódoltassa az injektort, hogy finom legyen a gép.)
A fedélzeti adaptáció rendszere a BMW gyakorlatában ezen a problémán kíván úrrá lenni, azaz üzem közben is végez valamelyest kompenzálást. A funkció angol megnevezése: „Zero-quantity adaptation”.

Nézzük, miként teszi ezt!

A DDE (Digital Diesel Electronics) ezt a motor élettartama alatt, 1500 km-es bejáratási periódus után, folyamatosan végzi. Motorféküzemben, minden egyes hengerbe, külön-külön, a normál befecskendezés szöghelyzetében igen kis gázolaj mennyiséget fecskendeznek be. Ezt folyamatosan igen kis lépésekben addig növelik, amíg erre a motor nem reagál, tehát a befecskendezett mennyiség elégéséből nem keletkezik akkora nyomása, ami a főtengelyt már felgyorsítja. Ezt a főtengely szögjeladó jelsorozatának feldolgozásából állapítja meg a DDE. A DDE az injektor kódoláshoz tehát azt a vezérlési időt tekinti alapértéknek (mert „ő” nem tudja mennyi a tényleges dózis köbmillimétere), amelynél „megszólal” a henger. A DDE ezt az értéket a pilotbefecskendezési jellegmező korrekciójához használja fel.
Amennyiben a pilotbefecskendezés nem jön létre, az égésfolyamat lefolyása megváltozik. A motor járása keményebb lesz, nagyobb lesz a nyomásnövekedési sebesség. Ennek következménye növekvő nitrogénoxid képződés. Ezért van szükség a pilotadag „karbantartására”.
A pilotadag-adaptáció műveletét hengerenként egymás után, minden motorféküzemben elvégzi a rendszer, ha a motor fordulatszáma 1500 és 2500 min-1 érték között van és a motor üzemmeleg.
A fogyasztást ez a kis mennyiség érzékelhetően nem növeli meg.

Lambda adaptáció

A funkció angol megnevezése: „Mean quantity adaptation”, melyet a beavatkozás lényege okán neveztünk el „lambda-adaptációnak”. Ez a módosítás az ún. hosszútávú adaptációk közé sorolandó.
A dízelmotor légviszonya széles határok között, személyautó dízelmotoroknál akár 0,85 – 11 értéken belül alakul. A dízelmotor teljesítményszabályozása keverékösszetételt módosító minőségi szabályozás, ezért üresjárattól (l ~ 10) a teljes terhelésig (l ~ 1,3) folyamatosan csökken a légviszonytényező értéke. A l = 0,85 szélső érték, mely egyes emissziótechnikai rendszereknél – NOx tárolókatalizátor - a regenerációhoz szükséges dús keverék létrehozásához rövid ideig szükséges.
Valamikor régen a dízelmotor még úgy működött, hogy közel állandó levegőtömeget szívott be - fojtószelepe és EGR-je nem volt - és ehhez adagolták be a kívánt nyomaték létrehozásához szükséges gázolaj adagot. A motor pillanatnyi keverék összetételét, ennek megfelelően légviszony tényezőjét, az állandó levegőtömeghez adagolt, változó mennyiségű tüzelőanyag állította be. A mai dízelmotorokban. Egy részterhelési üzemi pontban, a hengertérben friss levegő és visszavezetett kipufogógáz van. Ehhez adagoljuk a tüzelőanyagot. A légviszony tényező a friss levegő tömege (a friss levegő oxigéntartalma) és a gázolaj tömege határozza meg. Tehát a régi (talán szép) időkhöz viszonyítva, ma egy részterhelési üzemi pontban ugyan még mindig „levegőfelesleges”, de dúsabb a keverék. Ez a nitrogénoxidok képződésének csökkentése miatt szükséges. A motorirányítás térképén üzemi pontról pontra megadott a légviszony értéke. A megkívánt légviszonyt a kipufogógáz visszavezetett mennyiségével állítják be. A visszavezetendő kipufogógáz mennyiségét egyrészről az EGR szeleppel, másrészről a szívólevegő beáramlásának fojtásával – egy elektromosan állított fojtószeleppel - lehet befolyásolni.
Azt, hogy ténylegesen milyen értékű légviszony alakult ki a frisslevegő beáramlásról tudósító légtömegmérő és a szélessávú lambdaszonda mondja meg. Ha a tényleges érték eltér a „térkép” adatától, korrekció, hosszú távú adaptáció szükséges. A korrigálást a visszavezetett kipufogógáz-mennyiség változtatásával érik el.
Ha légtömegmérőt, injektorokat vagy rail-nyomásmérőt kicseréljük, utána a „Mean quantity adaptation” memóriatárat törölnünk kell.