Direct injection un Stratified charge

Pirms pāriet pie interesantākām lietām, ļoti īsi pastāstīšu N43/N53 dzinēju fundamentālās atšķirības.
Kas ir Direct injection?

Attēlā redzams BMW realizētais Direct injection (tiešās iesmidzināšanas) benzīna dzinēja šķērsgriezums. Galvenās atšķirības:

• sprauslas (injectors) atrodas nevis ieplūdes traktā pirms ieplūdes vārstiem, bet tieši degkamerā
• degviela uz sprauslām tiek padota ar 200bar (normālā režīmā) spiedienu, pretstatā pāris bar spiedienam ''parastos'' benzīna dzinējos
• izsmidzināšana notiek tieši pirms degvielas aizdedzināšanas un pat tās degšanas laikā, ar 1..3 gab. porcijām, mazas un vidējas slodzes gadījumā: 2 - 3 posmos un lielu gaisa ''pārpalikumu'': šo sauc par Stratified charge režīmu
• sprauslās (lai nodrošinātu nepieciešamo ātrdarbību) tiek izmantoti pjezo elementi elektriskas spoles + atsperes vietā
• aizdedzes sveces ar palielinātu (ap 1,6 mm) gaisa spraugu lielākai enerģijas dzirkstelei
• tiek izmantota 1 dzirkstele degvielas aizdedzināšanai un papildus līdz 4 gab izlādēm degvielas degšanas laikā
• aizdedzes spoles ar palielinātu (līdz 45..50KV) spriegumu un būtiski lielāku uzkrāto enerģiju

Piezīme: aprakstā minēts viens no daudziem dzinēja darbības režīmiem. Kad un kādu režīmu izmanto N43/N53, aprakstīšu detalizētāk.


Stratified charge (dzinēja darbs ar liesu maisījumu, t.i.: Lambda virs 1.0).
N43 un N53 ir vienīgie BMW dzinēji, kas izmanto Stratified charge.
Kā zināms, sekmīgai benzīna aizdedzināšanai nepieciešama gaiss/degviela proporcijā 14,6/1. Nepieciešamo degvielas daudzumu nosaka sprauslu atvēršanās ilgums. Savukārt nepieciešamo gaisa daudzumu regulē ar droseļvārstu (vai Valvetronic, kas pilda analogu funkciju). Mazas un vidējas slodzes gadījumā ieplūdes kolektorā veidojas retinājums (dzinējs ''sūc'' gaisu izplešanās ciklā, bet tam ''pretojas'' droseļvārsts). Lai radītu šo retinājumu, dzinējam jāveic papildus darbs. Šis darbs ir ''nelietderīgs'', t.i., patērē papildus enerģiju (degvielu), un vilinoša bija doma šos enerģijas zudumus samazināt.

Tiešā iesmidzināšana ļauj realizēt  ''nedaudz'' citu darbības principu:

• droseļvārstu atvērt plašāk un šādi mazināt retinājumu ieplūdes kolektorā un tā radīšanai nepieciešamo enerģiju. N53, piemēram, ļauj ieplūst līdz pat 3 - 3,5 reizēm vairāk gaisa kā tas būtu nepieciešams degvielas sadedzināšanai, t.i., Lambda=3- 3,5;
• ja sprauslas smidzina degvielu mirkli pirms tās aizdedzināšanas un tiešā sveces tuvumā, iespējama degvielas normāla aizdedzināšana: kaut arī vidējais (visā degkamerā) maisījums ir liess (ar Lambda līdz 3 - 3,5, t.i., gaisa pārpalikumu līdz 3 - 3,5 reizēm), sveces tuvumā tas ir pietiekoši ''trekns'' (ar Lambda zem 1) - deg ļoti labi.

Stratified charge ieguvums N53 dzinējam ir būtisks: 25% degvielas ekonomija 0 - 10% slodzes apstākļos, 20% degvielas ekonomija 10 - 30% apstākļos, un pakāpeniski tā samazinās līdz 0, pārsniedzot 60% slodzes atzīmi. Piemēram, braucot ar ātrumu 90 - 120km/h, N53 strādā ar slodzi līdz 30%, t.i., 20% ekonomiju, salīdzinot ar ''parastu'' BMW dzinēju. N43 degvielas ekonomija ir nedaudz mazāka, bet vidēji sastāda ap 15%.

Papildus degvielas ekonomijai, šāds dzinējs ļauj maksimizēt veikstspēju vidējas slodzes apgabalā - degvielas iesmidzināšana katrā ciklā tiek veikta 2 - 3 porcijās, katrai porcijai atvēlot savu - optimālāko iesmidzināšanas brīdi.

Stratified charge ''cena''. 
Ne velti ievadā pieminēju ''treknos'' gadus. Katra šāda dzinēja izplūdes sistēma ražotājam (un, protams, arī pircējam) izmaksāja vairākus tūkstošus EUR. Speciālā NOx katalizatora cena - virs 3000 EUR, resurss; ap 50 - 80 tūkstošiem km. NOx sensora cena - 450 līdz 500 EUR, resurss - ne vairāk kā 80 - 100 tūkstoši km. Sprauslas - būtiski dārgākas kā ''parastās''; augstspiediena sūknis, kuru (tāpat kā sprauslas) tā uzstādīšanas sākumā vajāja ''neveiksmes'' (sekoja atsaukumi), u.t.t.
Par katru no problēmām (un risinājumiem) detalizēta informācija sekos.