这些发动机属于所谓的模块化发动机。取决于机动化装置投入使用不同规格的排气系统。除了排气歧管和废气涡轮增压器以外,排气装置设计与各个模块化发动机十分相似。排气系统基本上通过不同大小的容积和排气尾管的数量加以区分。
例如:F56 中发动机排气系统 Bx8 概述
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说明 |
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说明 |
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1 |
排气歧管 |
2 |
废气涡轮增压器 |
3 |
废气触媒转换器 |
4 |
去耦元件 |
5 |
中间消音器 |
6 |
后消音器 |
3 缸汽油发动机具有一个铝质水冷排气歧管。4 缸汽油发动机以及 6 缸汽油发动机配有一个铸钢排气歧管。3、4 和 6 缸汽油发动机各自具有一个气缸列。在所有发动机中设计排气歧管与废气涡轮增压器壳体作为一个完整的铸件,并且因此无法单独进行更新。8 缸汽油发动机以及 12 缸发动机具有 2 个气缸列。发动机由此具有 2 个未集成在排气歧管内的废气涡轮增压器。
直至 3 缸汽油发动机为止涉及废气涡轮增压器作为 Twin-Scroll 双涡轮增压器,以便能实现快速直接的反应。发动机每气缸列具有一个靠近发动机的氧化废气触媒转换器。每废气涡轮增压器增压压力通过电动废气门进行调节。
下图显示 8 缸汽油发动机的两个气缸列。相应的,在 3、4 和 6 缸汽油发动机中仅存在一个气缸列。
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说明 |
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说明 |
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A |
第 2 列气缸 |
B |
第 1 列气缸 |
1 |
节气门 |
2 |
增压压力传感器和温度传感器 |
3 |
增压空气冷却器 |
4 |
进气消音器 |
5 |
热膜式空气质量计 |
6 |
废气涡轮增压器 |
7 |
电气减压装置阀门 |
8 |
废气触媒转换器前氧传感器,调控用传感器 |
9 |
废气触媒转换器后氧传感器,监控用传感器 |
10 |
废气触媒转换器 |
11 |
数字式发动机电子伺控系统 (DME) |
12 |
增压空气温度传感器 |
每气缸列使用 2 个氧传感器进行空燃比控制。一个氧传感器用作发动机附近的废气触媒转换器前的调控用传感器。第二个氧传感器作为监控用传感器。安装位置介于载体 1 和载体 2 之间。
示例:氧传感器的示范排列
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说明 |
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说明 |
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1 |
5 芯插头连接 |
2 |
5 芯插头连接 |
3 |
废气触媒转换器前氧传感器 |
4 |
发动机附近的废气触媒转换器 |
5 |
废气触媒转换器后的氧传感器 |
化学计算空燃比 (λ = 1) 时,废气中的氧气含量对于 3 通道废气触媒转换器内的有害物质转换而言是理想的。通过测量废气中的氧气含量,数字式发动机电子伺控系统 (DME) 的氧传感器提供混合气形成的重要信息。使用一个宽带氧传感器作为空燃比调节探头。
氧传感器的传感机构由一个二氧化锆陶瓷表面 (层压板) 组成。层压板中插入的加热元件确保快速加热到至少 750 °C 的必要工作温度。宽带氧传感器拥有两个元件,即一个通常所说的泵元件和一个测量元件。这两个元件上涂有铂电极。在两个元件之间存在一个通过扩散通道与废气相连的测量间隙。在测量间隙中应将空燃比调整为 λ = 1。为此,测量元件将测量间隙中的剩余氧气含量并将该值与 450 mv 的标准值相比较。如果此时出现偏差,则在泵元件上调整将氧离子吸入测量间隙或从测量间隙中抽出的电流。一直维持此抽吸过程,直至测量元件上的测量值重新变为 450 mv 或 λ = 1。所需的泵电流此时描述了废气中的空燃比。
在废气触媒转换器后安装有第二个氧传感器 (监控用传感器)。监控用传感器设计作为跃变传感器。它用于监控发动机附近的废气触媒转换器的功能作用。废气触媒转换器具有一个高氧气存储能力,因为在废气触媒转换器中需要氧气用于转换碳化合物和氮氧化合物。因此,监控用传感器作为废气触媒转换器前氧传感器测量少许氧气。随着不断老化,废气触媒转换器的氧气存储能力下降。废气触媒转换器后的氧传感器于是越来越频繁地通过波动对空气过量系数偏差作出反应。这种特性可通过一项专用的诊断功能用于废气触媒转换器监控。
模块发动机每气缸列具有一个发动机附近的废气触媒转换器。废气触媒转换器降低下列有害物质的排放:
一氧化碳 (CO) 与氧气 (O2) 反应转化为二氧化碳 (CO2)。
碳氢化合物 (HC) 与氧气 (O2) 反应转化为二氧化碳 (CO2) 和水 (H2O)。
氮氧化物 (NOx) 转化为氮气 (N2) 和氧气 (O2)。
数字式发动机电子伺控系统 (DME) 可随时根据下列标准调节油气混合气:
废气排放
油耗
功率扩展
废气触媒转换器保护
为此,数字式发动机电子伺控系统 (DME) 通过氧传感器探测废气中的残余氧气含量,并根据这些数据校正喷油量。此外,一个集成在数字式发动机电子伺控系统 (DME) 中的废气温度模型满足下列规定:
废气触媒转换器加热装置确保发动机起动后快速加热和废气触媒转换器的转换。
废气触媒转换器保护确保正确调整特别是满负荷时的废气温度,避免废气触媒转换器热过载。
废气风门已集成在后消音器中。在带 2 个气缸列的发动机中,在左侧和右侧后消音器中装有 2 个废气风门。废气风门降低怠速下和接近怠速的转速范围中的噪声级。
废气风门通过一个轴向布置的电动马达来驱动,马达带集成式变速箱和集成式电子装置。废气风门由数字式发动机电子伺控系统 (DME) 按脉冲宽度调制进行控制。输入端参数为:
发动机转速
负荷
行驶速度
示例:后消音器中集成的废气风门
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说明 |
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说明 |
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1 |
电气废气风门 |
2 |
5 芯插头连接 |
废气风门无法起动中间位置。废气风门或完全打开,或已关闭。识别故障或取消控制时的优选位置以及发动机熄火后的已关闭位置。在带 M Sport 排气装置的车辆中,运动模式下已打开废气风门。
为了实现完全而完美的燃烧,需要的空燃比为 1 千克燃油和约 14.7 千克空气。此空气量约等于 11 立方米。实现输送的空气量与化学计算的空气量之比被称作空气过量系数。在车辆正常运行时,空气过量系数值波动变化。发动机在空气不足 (空气过量系数约 0.9 = 浓混合气) 时具有最佳功率。发动机在空气过量 (空气过量系数约 1.1 = 稀混合气) 时油耗最低。当油气混合气在空气过量系数 = 1 的范围内时,废气触媒转换器可最佳地减少有害物质的排放。废气触媒转换器的转换 (即已转换的有害物质部分) 在先进的废气触媒转换器上达 98 至几乎 100 %。油气混合气的最佳成份由数字式发动机电子伺控系统 (DME) 控制。氧传感器这时提供关于废气成分的基本信息。
废气触媒转换器前的氧传感器不断测量废气中的残余氧含量。波动的残余氧含量值被作为电压信号转发至数字式发动机电子伺控系统 (DME)。数字式发动机电子伺控系统 (DME) 通过燃油喷射校正混合气成分。
提示! 氧传感器需要探头内部的大气。大气经插头连接通过电缆进入内部。因此,必须防止插头连接受污染,例如被蜡或防腐剂污染。空燃比控制有故障时,必须检查氧传感器的插头连接是否被污染。如有必要,必须清洁插头连接。插头连接不要与触点喷雾、清洁剂或溶剂接触,因为这可能会损坏氧传感器。 |
提示! 在关闭的废气风门损坏时,在较高发动机转速时排气装置中会发出嘶嘶声。在部分打开的废气风门损坏时,在怠速时会发出隆隆声。 |
下列监控功能检查排气系统的状态:
氧传感器调校值
废气触媒转换器诊断
空燃比调校 (混合气调校) 用于补偿影响油气混合气的部件公差和老化情况。诸如过剩空气和燃油压力等因素同样会影响空燃比调校 (部分补偿)。由于这些原因,无法将准确的空燃比调节极限定义成故障原因。
利用服务功能 "调校值复位" 可以将调校值以及装备系列复位到交货状态。然后必须重新学习调校值。为了学习混合气调校值,必须在怠速和部分负荷之间运行较长时间。
废气触媒转换器诊断检查废气触媒转换器的氧气存储能力。氧气存储能力是废气触媒转换器的转换的一个指标。
为此,在废气触媒转换器诊断的第 1 阶段 (约 3 秒钟) 设置浓混合气,直到氧传感器电压达到一个规定值为止。因为浓废气含氧量少,废气触媒转换器中存储的氧气减少。
在第 2 阶段时设置稀混合气与含氧量高的废气。根据废气触媒转换器后的氧传感器对设置的废气作出反应所需的时间,可计算出废气触媒转换器的氧气存储能力。这里假设,在废气触媒转换器中不能再存储氧气时,氧传感器电压才会发生变化。
如果计算出的废气触媒转换器氧气存储能力低于一个规定的阈值,则识别到废气触媒转换器损坏。通过排放警示灯显示废气触媒转换器的功能异常。
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