Принцип работы моновпрыска: Моновпрыск — система одноточечного (центрального) впрыска топлива

Моновпрыск — система одноточечного (центрального) впрыска топлива

Системы моновпрыска различаются между собой по конструкции блока центрального впрыска. В них форсунка располагается над дроссельной заслонкой. В отличие от систем распределенного (многоточечного) впрыска, они часто работают при низком давлении (0,7…1 бар). Это позволяет устанавливать недорогой топливный насос с электроприводом, размещаемый в топливном баке. Форсунка непрерывно охлаждается потоком топлива, предотвращая образование воздушных пузырьков. Такое охлаждение необходимо в топливных системах с низким давлением. Обозначение «Одноточечный впрыск» (SPI) соответствует терминам «Центральный впрыск топлива» (CFI), «Впрыск на дроссельную заслонку» (TBI).

Моновпрыск – принцип работы системы Mono-Jetronic

Это электронно-управляемая одноточечная система впрыска низкого давления для 4-х цилиндровых двигателей, особенностью моновпрыска является наличие топливной форсунки центрального расположения, работой которой управляет электромагнитный клапан.

Система использует дроссельную заслонку для дозирования воздуха на впуске, в то время, как впрыск топлива осуществляется распыливанием над дроссельной заслонкой. Распределение топлива по цилиндрам осуществляется во впускном трубопроводе. Различные датчики контролируют все основные рабочие характеристики двигателя; они используются для расчета управляющих сигналов для форсунок и других исполнительных устройств системы.

Работа блока центрального впрыска Форсунка располагается над дроссельной заслонкой. Струя топлива направляется непосредственно в серпообразное отверстие между корпусом и дроссельной заслонкой, где за счет большой разности давления обеспечивается оптимальное смесеобразование, исключающее возможность осаждения топлива на стенках впускного тракта.

1 — регулятор давления; 2 — форсунка; 3 — возврат топлива; 4 — шаговый электродвигатель для управления работой двигателя на холостом ходу; 5- к впускному трубопроводу двигателя; 6 — дроссельная заслонка; 7 — вход топлива.

Форсунка работает при избыточном давлении 1 бар. Распыливание топлива позволяет получить однородное распределение смеси даже в условиях полных нагрузок. Впрыск топлива через форсунку синхронизирован с импульсами зажигания.

Управление работой системы

Помимо частоты вращения коленчатого вала двигателя, к основным переменным, от которых зависит работа системы моновпрыска, можно отнести следующие: отношение объема воздуха к его массе в потоке, абсолютное давление в трубопроводе и положение угла открытия дроссельной заслонки. Соблюдение отношения угла открытия дроссельной заслонки к частоте вращения коленчатого вала в системе моновпрыска Mono-Jetronic может обеспечить соответствие даже наиболее строгим требованиям к содержанию токсичных веществ в отработавших газах, когда эта система используется с обратной связью – с кислородным датчиком (лямбда-зондом) и трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором.

Сигнал от лямбда-зонда, поступающий в само адаптивную систему, используется для компенсации изменений в условиях работы двигателя, а также для поддержания стабильности работы во время всего срока службы.

Функции адаптации

Во время пуска холодного двигателя, а также непосредственно после пуска и в режиме прогрева время впрыскивания топлива увеличивается для обогащения топливовоздушной смеси. При холодном двигателе привод дроссельной заслонки устанавливает ее в такое положение, при котором подается большее количество смеси в двигатель, таким образом поддерживая частоту вращения коленчатого вала двигателя на холостом ходу и содержание вредных веществ в отработавших газах на постоянном уровне. Потенциометр, закрепленный на оси дроссельной заслонки, фиксирует положение заслонки и на основе этих данных ECU увеличивает количество подаваемого топлива. Таким же способом система обеспечивает обогащение рабочей смеси при ускорении и на режиме полного дросселя.

В режиме принудительного холостого хода обеспечивается отключение подачи топлива. Адаптивное регулирование частоты вращения коленчатого вала на холостом ходу позволяет уменьшить и стабилизировать частоту вращения. ECU при помощи приводных устройств обеспечивает соответствие положения дроссельной заслонки изменениям частоты вращения коленчатого вала двигателя и температуры.

Другие статьи по системам питания двигателя

Что такое моновпрыск, принцип работы, отличия от инжектора | Простожизнь#

66Всем наверно известно, что существует два типа бензиновых двигателей-это инжектор и карбюратор. Но есть ещё один, который попадается не часто, это моновпрыск, принцип его работы похож как на инжектор так и карбюратор.Моновпрыск – это один из вариантов инжекторной подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания. Его характерной особенностью является подача топлива в общую для всех цилиндров камеру. В ней смешивается воздушно-топливная смесь и направляется в тот цилиндр, который находится в открытом состоянии.

В настоящий момент выпуска автомобилей с одной топливной форсункой не ведётся, однако можно встретить относительного много машин старого производства, работающих по такому принципу.

Моновпрыск был разработан и введён в эксплуатацию в процессе ухода автопроизводителей от карбюраторов. Сначала изобрели систему с одной форсункой, а позднее – распределённый впрыск для каждого цилиндра, используемый сейчас.

Конструкция прибора включает в себя непосредственно форсунку, работающую под давлением, датчик температуры воздуха, регулятор давления топлива и возвратную топливную магистраль. По современным рамкам давление топлива для работы моновпрыска довольно низкое. Для управления открытием и закрытием форсунки применяется электронный контроллер. За дозирование топлива отвечает электромагнитный клапан, а воздуха – дроссельная заслонка.

Регулятор давления в моновпрыске выполняет задачу стабилизации давления и предотвращения пропуска воздушных пробок после выключения двигателя (это облегчает пуск двигателя в дальнейшем).

Ключевое отличие моновпрыска от распределённого инжектора заключается в том, что здесь используется одна форсунка для всех цилиндров. У распределённого инжектора форсунки стоят на каждом цилиндре отдельно. Благодаря этому при его использовании топливо расходуется экономичнее. Кроме того, использование общей форсунки снижает срок эксплуатации двигателя.

Дело в следующем. Если форсунка начинает работать неправильно, создаётся плохая топливно-воздушная смесь, ухудшается работа двигателя, появляется дополнительный нагар, внутрь камер сгорания попадает влага и т.д. Таким образом, ухудшение состояния форсунки сказывается на всём блоке цилиндров. В случае с распределённой подачей горючего износ одной из форсунок сказывается на работе только одного цилиндра.

По сравнению с карбюраторными системами, моновпрыск позволяет быстро запустить двигатель за счёт специального клапана, запускающего все необходимые процессы.

Инжекторные системы подачи топлива (включая моновпрыск) не «страдают» таким типичными для карбюраторов болезнями, как частое засорение, забивание жиклёров, залипание иглы, необходимость регулировки в соответствии с пробегом.

Если понравилась статья, ставьте лайки и подписывайтесь на канал)

Настройка моновпрыска своими руками

Сегодня на дорогах СНГ можно встретить различные модели с инжекторным двигателем и карбюраторные автомобили. Намного реже встречаются машины с так называемым моноинжектором или моновпрыском, так как указанный тип ДВС является ранней разработкой, выступая переходным решением от карбюратора к привычному инжектору.

Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое инжекторный двигатель. Из этой статьи вы узнаете об особенностях и принципах работы инжекторной системы питания силовой установки.

Что касается моновпрыска, такая система использовалась в конструкции немецких автомобилей конца 80-х. Например, моноинжектор стоит на версиях хорошо известной модели Audi 80, популярного Volkswagen B3 и т.д. Также моноинжектор встречается на многих моделях японских авто. Далее мы поговорим об устройстве и принципах работы моновпрыска, а также рассмотрим, как настроить систему моновпрыска своими руками.

Содержание статьи

Устройство моновпрыска: особенности

Как уже было сказано, моноинжектор уже не является карбюратором, при этом сильно отличается от современного инжектора с распределенным впрыском. Особенностью данного решения является то, что в его основе лежит всего одна инжекторная форсунка, которая осуществляет впрыск топлива. Если сравнивать моновпрыск с карбюраторами, преимущества очевидны, так как моноинжектор обеспечивал простоту запуска двигателя, снижался расход топлива, отпадала необходимость гибкой настройки, чего нельзя сказать о карбюраторной дозирующей системе. Водители с моновпрыском отмечали лучшую отдачу от мотора при одновременной экономии топлива.

Сам моновпрыск представляет собой систему одноточечного впрыска топлива под низким давлением с электронным управлением, которая используется на бензиновых двигателях. В устройстве имеется одна форсунка, которой управляет электромагнитный клапан. Воздух дозируется посредством дроссельной заслонки.

Указанная форсунка установлена над дроссельной заслонкой, а распыляемое топливо попадает прямо в отверстие, которое присутствует между корпусом и заслонкой. Параллельно впрыск горючего через форсунку дополнительно синхронизируется с зажиганием (импульс зажигания). В устройстве также использованы различные датчики, которые помогают оптимизировать впрыск применительно к разным режимам работы ДВС для получения необходимого состава топливно-воздушной смеси. Распределение горючего по цилиндрам мотора происходит во впуске.

Стоит добавить, что определенные преимущества моновпрыска позволяли решению выгодно отличаться от  карбюратора на начальном этапе, при этом дальнейшее развитие инжекторных систем питания двигателя привело к быстрому отказу от моноинжекторного впрыска и его замене на распределенный впрыск.

Это одна из главных причин, по которым моноинжектор встречается реже, так как в свое время система просто не успела получить действительно  широкого и массового распространения. Значительным минусом решения также справедливо считается низкая ремонтопригодность и дороговизна отдельных запчастей. Еще система моновпрыска не обеспечивала должного соответствия постоянно изменяющимся экологическим стандартам, в результате чего была вскоре заменена на более совершенные решения.

Настройка моновпрыска в гаражных условиях

Корректная работа системы моновпрыска зависит от частоты вращения коленвала, от соотношения объема поступающего воздуха и его массы, от угла, на который открыта дроссельная заслонка, от показателя абсолютного давления во впуске и т.д. Также имеется связь с кислородным датчиком (лямбда-зонд). Сигнал от кислородного датчика подается на систему адаптации, которая корректирует работу моновпрыска, внося необходимые изменения на разных режимах работы ДВС. Вполне очевидно, что в процессе эксплуатации автомобиля в указанной системе возникают неисправности.

Одной из наиболее распространенных проблем на машинах с моновпрыском является то, что обороты начинают плавать. В результате двигатель может неустойчиво работать под нагрузкой, на ХХ, на переходных режимах и т.д. В подобной ситуации необходим ремонт и настройка моновпрыска. Сразу отметим, что определить причину не просто, так как компьютерная диагностика для таких машин не предусмотрена. Дело в том, что диагностический разъем отсутствует.

С учетом того, что определить ошибку сканером не удается, необходимо поочередно проверять отдельные элементы, которые могут влиять на работу моноинжектора. В списке неисправностей отмечены следующие поломки:

• нарушена плотность прокладки, установленной под моноинжектором. Потеря герметичности приводит к неравномерному распределению горючего. В этом случае прокладку следует заменить на новую.
• проблемы с контактной группой или проводкой к отдельным электрическим элементам моновпрыска. Возможно повреждение, обрыв, нарушение целостности изоляции и т. д. Для проверки каждый элемент и его проводку необходимо «прозванивать» мультиметром.
• на работу моновпрыска влияет тип установленных свечей зажигания. Если после замены свечей мотор стал работать со сбоями, тогда для проверки можно вкрутить старые свечи и оценить стабильность работы ДВС.
• зависимость моноинжектора и зажигания предполагает необходимость осмотра трамблера и его крышки. Незначительные дефекты или пробой крышки является поводом для замены.
• дополнительно следует проверять датчик ДПДЗ, определяющий положение дроссельной заслонки. Проверка осуществляется мультиметром.
• также следует уделить внимание давлению, которое выдает бензонасос. Если устройство неисправно или работает со сбоями, тогда необходим ремонт или замена бензонасоса. Не следует забывать и о топливных фильтрах, которые могут быть забиты.
• нагар и отложения на дроссельной заслонке необходимо удалить (чистка доссельной заслонки), так как загрязнения способны оказывать значительное влияние на работоспособность моновпрыска.

Выше были рассмотрены наиболее распространенные неполадки, которые связаны с моноинжектором. В случае, когда самостоятельная проверка ничего не дает, лучше посетить автосервис. Также систему моновпрыска после ремонта, чистки или в результате сбоев нужно настраивать и дополнительно диагностировать. Давайте рассмотрим, как это делается на примере Volkswagen B3 с моноинжектором.

1. Первым делом поверяется сопротивление датчика температуры поступающего воздуха. Замер производится при помощи мультиметра, после чего полученные значения сравниваются с номинальными в специальной таблице. Если температура воздуха находится в пределах от 20 до 25 градусов по Цельсию, тогда сопротивление должно составлять от 1800 до 1900 Ом. Нагрев датчика означает, что сопротивление должно понижаться, охлаждение приведет к росту сопротивления. Это необходимо проверить, самостоятельно нагревая и охлаждая датчик.
2. Также при помощи мультиметра измеряется и сопротивление на форсунке моноинжектора. Нормальным рабочим показателем является сопротивление в рамках от 1.2 до 1.6. Небольшие отклонения допустимы, так как мультиметр может иметь погрешность.
3. Следующим этапом является настройка холостого хода на моновпрыске. Для такой настройки от АКБ  подается напряжение на контакты регулятора (12 В). Параллельно с этим акселератор выставляется в крайнее положение. Далее при помощи мультиметра следует проверить наличие короткого замыкания. Чтобы это сделать, понадобится щуп мультиметра  поставить в зазор, который имеется между концевиком акселератора и штоком.  Если зазор слишком большой, тогда короткого замыкания на мультиметре видно не будет. Это значит, что указанный зазор нужно регулировать. Это делается при помощи выполненного для этих целей винта, который находится в нижней части моноинжектора. Винт изменяет положение концевика.
4. После чистки или проведения других работ с моноинжектором необходимо настраивать положение дроссельной заслонки моновпрыска. Для такой настройки моноинжектор необходимо установить на автомобиль, после чего подключается разъем инжекторной форсунки, разъем датчика положения дроссельной заслонки, разъем датчика температуры поступающего воздуха и т. д. Далее следует подсоединить топливные магистрали. Теперь от АКБ отсоединяются клеммы, после чего следует повернуть ключ в замке зажигания. Указанные действия позволяют обнулить настройки моноинжектора. Затем аккумулятор можно подключить, после чего моновпрыск начнет свою работу с исходными заводскими параметрами.

Добавим, что после сброса системы моновпрыска следует перепроверить напряжение на разъеме дроссельной заслонки. Если точнее, замер осуществляется на контакте 1 и 5.  Для измерения зажигание включается, после чего на мультиметре должны отобразиться 5 или 6 Вольт. Теперь замер производится на контактах 1 и 2, показания должны составлять 0,186 Вольта. В том случае, если данные отличаются от указанных параметров, следует провести корректировку.

Для решения задачи потребуется немного открутить винт 4 на крышке дроссельной заслонки, после чего мультиметр подключатся к контактам 1 и 2. Затем крышку медленно проворачивают в разные стороны, фиксируя изменения напряжения на мультиметре при каждом смещении. Такими действиями необходимо добиться рекомендуемых показаний напряжения. В итоге, исправный моновпрыск со всеми работоспособными и подключенными датчиками после настройки и чистки дросселя будет нормально функционировать.

Читайте также

Как устроен моновпрыск, принцип работы системы и особенности настройки

Автомобили, колесящие по дорогам всего мира, в большинстве своем имеют инжекторные двигатели, но встречаются и более старые авто – с карбюраторами. Машины с моновпрыском составляют совсем незначительную долю в общем количестве, так как являются промежуточным звеном в автопроме. Автолюбителям, ездящим на подобных моделях, стоит знать, как устроен моновпрыск и как он работает, как его настроить, если возникнет такая необходимость.

Понятие моновпрыска

Моновпрыск – разновидность инжекторной системы. Его отличительная черта связана с подачей топлива. Оно сначала попадает в камеру, общую для всех имеющихся цилиндров, а оказавшись в камере, перемешивается с воздухом. Полученная смесь проникает в цилиндр, готовый к ее приему.

Систему моновпрыска придумали как альтернативу карбюраторам. Сначала изобрели однофорсуночную конструкцию, а потом стали изготавливать распределительный впрыск, рассчитанный на каждый из цилиндров. Сегодня осталось совсем немного авто с моновпрыском, но все-таки они по-прежнему остаются в эксплуатации.

На заметку! 

Авто с моновпрыском полностью сняты с производства.

Как работает система

Моновпрыск, помимо форсунки, состоит из температурного датчика, регулятора и обратной топливной магистрали. Если сравнить с современными параметрами, для моновпрыска требуется совсем небольшое давление.

Принцип работы:

1. Форсунка, по которой топливо направляется в камеру, открывается специальным контроллером.
2. Дозировка топлива управляется посредством клапана, а поступление воздуха – дроссельной заслонкой (ДЗ), управляемой электроприводом. Готовая ТВС оказывается в цилиндре, открывшемся раньше других.
3. Стабилизация давления осуществляется одноименным регулятором. Он же не позволяет воздушным пробкам проникнуть в систему, когда ДВС выключен. Благодаря такому конструктивному решению облегчается запуск мотора.

Форсунка – электромагнитный клапан, обеспечивающий впрыск горючего импульсами. Она состоит из распыляющего сопла, пружины, клапана и соленоида.

Преимущества и недостатки

Моновпрыск снят с производства, так как имеет определенные недостатки и уступает по многим параметрам инжекторной системе. Тем не менее он обладает и рядом преимуществ:

1. Моновпрыск превосходит карбюраторные системы по экономичности. Он позволяет быстрее запускать мотор за счет особого клапана, отвечающего за процесс включения.
2. Во всех инжекторах, в том числе и в моноинжекторах, нет проблем, характерных для карбюраторов – засорений, забивания жиклеров, потребности в регулировке, чтобы система не сжигала слишком много топлива.
3. Моноинжекторы отличаются пониженным уровнем выхлопов. Они выделяют меньше углекислоты и не так вредят атмосфере, как карбюраторные авто.

Когда-то моновпрыск позиционировался как удобная система, избавляющая водителей от ручной настройки. Сейчас моноинжектор является устаревшей конструкцией, уступающей системе распределения.

Минусы:

• высокая цена запчастей, и найти их довольно сложно;
• из-за плохого качества топлива наблюдается «плавание» оборотов ДВС;
• ремонт моновпрыска требует спецоборудования, которое совершенно невыгодно приобретать для индивидуального пользования;
• ТВС находится в камере неодинаковое время и преодолевает разное расстояние до того, как попадает в цилиндр, поэтому ее качество снижается, а расход повышается.

На заметку! 

Моновпрыск проигрывает инжекторам в части экономии топлива, а его единственная форсунка сокращает эксплуатацию ДВС.

Настройка моновпрыска

Когда система моновпрыска выходит из строя, чаще всего наблюдается «плавание» оборотов ДВС, из-за этого авто становится плохо управляемым на дороге.

Если двигатель без проблем заводится и легко стартует, а через пару минут обороты начинают падать, значит, устройство моновпрыска нуждается в чистке и регулировке.

Прежде чем приступить к настройке моноинжектора, необходимо выяснить, в чем именно проблема. Это лучше всего было бы сделать на компьютере, но в системе моновпрыска отсутствует устройство, через которое можно его подключить. Нужно искать проблему вручную.

Диагностика

Возможные причины некорректной работы моноинжектора:

1. Нарушена целостность прокладки, стоящей под системой моновпрыска. При потере герметичности прокладки нарушается равномерность распределения топлива.
2. Система работает от электричества, поэтому соединена со множеством проводов, которые могут повредиться во время эксплуатации. Снимите с моновпрыска датчик жёлтого цвета и посмотрите, целые ли под ним провода.
3. Если вы производили замену свечей, а мотор стал плохо работать, поставьте старые: причина может крыться в том, что новые свечи не подходят.
4. Посмотрите на крышку трамблера. Достаточно малейшей трещины, чтобы нарушилась функция моновпрыска. Поврежденную крышку надо поменять на новую.
5. Проверьте показания датчика, отвечающего за положение дроссельной заслонки (ДПДЗ). Если отклонения существенные, проблема в проводах.
6. Впрыск зависит от состояния бензонасоса. Когда компрессия отличается от нормы, надо заменить запчасть на более подходящую.
7. Проверьте топливный фильтр, если он забился, поменяйте его, а затем проверьте работу авто – возможно, проблема была именно здесь.
8. Нарушение впрыска может быть связано с засоренностью и нагаром в ДЗ. Ее нужно демонтировать и почистить.

Если проблема обнаружена и устранена, а ДВС по-прежнему работает некорректно, необходимо провести настройку моноинжектора.

Настройка «Фольксваген»

Описанный порядок настройки подходит для авто «Фольксваген Гольф» 1984-1998 гг. выпуска, «Фольксваген Пассат» 1988-1997 гг. выпуска, «Фольксваген Джетта» 1984-1992 гг. выпуска и «Фольксваген Венто» 1992-1998 гг. выпуска. Чтобы самостоятельно настроить моновпрыск, необходимо не спеша и аккуратно следовать инструкции.

Порядок настройки:

• Мультиметром измерьте сопротивление на датчике температуры поглощаемого воздуха. Значение сопоставьте с тем, что рекомендует производитель. Если температура находится в диапазоне +20…+25°С, сопротивление составляет 1,8-1,9 кОм.
• Если датчик температуры греется сверх нормы, сопротивление падает, если остывает – растет. Протестируйте систему – наблюдается ли подобная ситуация, если умышленно повышать и понижать температуру.
• Тестером измерьте сопротивление форсунок. Норма – 1,2-1,6 Ом. Если показатель чуть больше нормы, возможно, прибор просто дает погрешность.

• Установите зазор холостого хода (ХХ). Чтобы сделать это, вам придется подать 12 В от аккумуляторной батареи к регулятору. Акселератор поставьте в граничную позицию. На тестере поставьте «КЗ» и соедините аккумуляторную батарею с регулятором акселератора.
  В результате шток и концевик акселератора должны разделиться зазором. В образовавшуюся щелку вставьте щуп (0,45-0,5 мм). Если прибор не покажет «КЗ», значит, зазор слишком большой и надо отрегулировать местоположение концевика. Это делают посредством специального винта, расположенного под моноинжектором.
• Настройте положение ДЗ. Установите на ДВС моноблок и подключите разъемы на форсунку, ДПДЗ и датчик воздуха. Затем подсоедините все шланги и обязательно снимите клемму с аккумуляторной батареи. Включите зажигание, после этого настройки на бортовом устройстве будут стерты. Когда вы подключите аккумулятор и начнете эксплуатировать блок, будут записаны новые настройки, учитывающие обновленный моновпрыск.
  Настроив моноинжектор, замерьте напряжение на 1-м и 5-м контактах – они отходят от разъема ДЗ. Если включить зажигание, напряжение должно находиться в диапазоне от 5 до 6 В. Иначе надо продолжить настройку. Отпустите 4-й винт крышки ДЗ и подключите тестер к 1 и 2 контактам. Не торопясь, повертите крышку в обе стороны, следите за напряжением, добиваясь требуемых значений.

На заметку! 

Моноблок в авто – устройство, содержащее усилитель мощности, блоки коммутации и обработки сигналов, преобразователь напряжения. Все устройства находятся в едином корпусе.

После настройки работа моноинжектора должна быть безупречной. Чтобы удостовериться в корректности работы впрыска, соберите конструкцию и заведите машину. Если все сделано правильно, двигатель будет работать равномерно, обороты не будут падать при езде.

Настройка «Ауди»

При настройке моновпрыска «Ауди» приходится снимать воздушный фильтр, чтобы добраться до нужного узла. Следует произвести осмотр зазора концевого выключателя в регуляторе ХХ.

Порядок настройки:

1. Выключите зажигание. Со штекера регулятора холостого хода (РХХ) снимите колодку. К верхним контактам подайте 6 В, шток при этом задвигается.
2. Чтобы правильно настроить моновпрыск, отрегулируйте амортизатор.
3. К нижним контактам РХХ присоедините тестер. Желательно использовать прибор с звуковым сигналом – так проще определять КЗ.
4. Щупами 0,45 и 0,5 мм измерьте расстояние между дроссельным винтом и штоком. КЗ происходит, когда вставляется щуп 0,5 мм. При вставке второго щупа КЗ быть не должно.

Замерьте настройки моновпрыска. Использование разъема РХХ для замеров не потребуется. Включите зажигание и измерьте опорное напряжение. Если система неисправна, значение будет отличаться от 5 В. Если разница небольшая – около 0,2 В, значит, проблема кроется в электросистеме. Лучше обратитесь к специалистам, они выявят причину дефекта и настроят систему.

При неисправности ДПДЗ в «Ауди» наблюдаются провалы при трогании на малых оборотах, провалы в работе ДВС вплоть до его полной остановки, повышенный расход топлива.

Обладателям старых авто марок «Фольксваген», «Ауди» или «Опель» проблему моновпрыска часто приходится решать своими силами. При наличии элементарных навыков ремонта и настройки автомобиля с этой проблемой вполне можно справиться без помощи мастеров.

Что такое моновпрыск, как он устроен, как работает и чем отличается от инжектора и карбюратора

Современный автопром уже давно перешел на изготовление автомобилей с инжекторными двигателями, однако по нашим дорогам до сих пор катается много автомобилей с карбюраторами. Но все же, речь в нашей статье пойдет ни о тех, ни о других, а о системе, которая считается переходной между карбюраторами и инжекторами. Думаем, многие из вас догадались, что речь идет о системе моновпрыска, которая и сегодня еще встречается на некоторых автомобилях. Владельцам таких машин мы собираемся поведать об устройстве и принципе работы моновпрыска, а также об особенностях настройки этой системы.

• 1. О самом главном: устройство моновпрыска, его преимущества и недостатки.
• 2. Принцип работы моновпрыска – чем система отличается от карбюратора и современного инжектора?
• 3. Как настроить моновпрыск на собственном автомобиле: практические советы.

1. О самом главном: устройство моновпрыска, его преимущества и недостатки.

Моновпрыск уже давно перестали использовать в производстве автомобильных двигателей, поэтому на современных авто вам не удастся его встретить. По своей сути это та же инжекторная система подачи топлива в камеру сгорания двигателя. Однако ее устройство нельзя назвать совершенным, что и привело к некоторым изменениям, которые позже были внесены в ее конструкцию.

Главная особенность моновпрыска заключается в том, что вместо карбюратора в данной системе используется одна форсунка, благодаря которой и осуществляется подача топлива. Если быть точнее, то она распрыскивает горючее в цилиндры двигателя. Но подобная система совсем не соответствует действующим экологическим стандартам, в связи с чем, ее впоследствии и заменил способ распределенного впрыска топлива.

Хотя моновпрыск и уступает современной инжекторной системе, однако в сравнении с карбюраторами у него есть целый ряд преимуществ. В частности, к числу главных достоинств моновпрыска необходимо отнести следующие:

– благодаря нему обеспечивается упрощенный запуск автомобильного мотора. Дело в том, что моновпрыск, а вернее все его процессы, контролируется при помощи специального электромагнитного клапана. Данный элемент обеспечивает более плавный запуск мотора, поскольку часть процессов клапан забирает на себя;

– после перехода с карбюраторов на моновпрыск многие автолюбители сразу же оценили его за сниженный расход горючего. Ведь если карбюратор настроен неправильно, он будет буквально «поглощать» бензин, расходуя его без остановки. Преимущество моновпрыска заключается в том, что он экономит бензин не только на старте, но и непосредственно во время движения;

– с моновпрыском водители забыли, что такое ручная настройка двигателя. Ведь, чтобы отрегулировать правильную подачу топлива на карбюраторном автомобиле, зачастую приходилось обращаться за помощью к специалисту. Настройка моновпрыска осуществляется через информацию, которая поступает на него с датчиков воздуха. Подобная необходимость возникает только в случае обнаружения неполадок в процессе эксплуатации;

– экологичность моновпрыска, поскольку во время его работы в атмосферу выбрасывается в разы меньше углекислого газа;

– улучшенные динамические характеристики автомобиля в целом и слаженность работы его систем, которые обеспечиваются только благодаря описываемой системе.

К сожалению, устройство моновпрыска все же нельзя назвать совершенным. У него также есть ряд своих недостатков, что и вынудило специалистов искать новый способ подачи топлива:

– в случае поломки автовладельцу приходилось отдавать огромные деньги на ремонт системы и покупку новых комплектующих. Конечно же, об этом никто не думал в самом начале, когда автомобили с моновпрыском только ставились на конвейер. Но со временем данный факт очень сильно разочаровал владельцев таких машин;

– очень мало элементов, которые составляют систему моновпрыска двигателя, поддаются ремонту. А как уже говорилось выше, покупка новых – дело дорогостоящее;

– добиться хорошей работы от моновпрыска можно только тогда, когда двигатель работает на качественном топливе. А поскольку приобрести такое в нашей стране можно не всегда, то система рано или поздно выходит из строя.

– прямая зависимость от электричества, поскольку ее работа не может осуществлять без питания. В отличие от карбюратора, который можно просто прокрутить, подать искру и услышать гул мотора, здесь без электричества никак не обойтись. Поэтому, если аккумулятор разрядился – автомобиль вы не заведете;

– самостоятельный ремонт системы моновпрыска практически невозможен. Чтобы определить, какая именно поломка с ним произошла, приходится обращаться в специализированный автосервис, где есть необходимое для диагностики оборудование.

2. Принцип работы моновпрыска – чем система отличается от карбюратора и современного инжектора?

Используется моновпрыск только на бензиновых двигателях. Как уже говорилось, основа этой системы – форсунка, управляемая электромагнитным клапаном. Еще один элемент моновпрыска – дроссельная заслонка, благодаря которой воздух перед попаданием в камеру сгорания дозируется, то есть создается оптимальная пропорция топливной смеси.

Стоит также упомянуть, что в распределении горючей смеси по цилиндрам участвуют также специальные датчики, которые по сути и контролируют данный процесс и все характеристики работы двигателя. В конструкции моновпрыска форсунка расположена над дроссельной заслонкой. Бензин же подается в цилиндры между корпусом двигателя и дроссельной заслонкой. Слаженность работы автомобиля обеспечивается еще и благодаря тому, что подача топлива в системе моновпрыска слажена с импульсами, которые поступают от зажигания.

Особенности управления системой моновпрыска

В целом на работу системы моновпрыска влияет несколько очень важных факторов. К их числу необходимо отнести:

– частоту, с которой осуществляются вращения коленчатого вала автомобильного мотора;

– соотношение между объемом потока воздуха и его массой в потоке;

– угол открытия дроссельной заслонки;

– абсолютный показатель давления в трубопроводе.

Несмотря на то, что систему монопрыска очень сильно критикуют из-за выброса слишком большого количества токсичных веществ в атмосферу, если правильно отрегулировать соотношение угла открытия дроссельной заслонки и частоту, с которой происходят вращения коленчатого вала, система может работать корректно с точки зрения экологии, и все выбросы будут соответствовать нормам закона.

Стоит также упомянуть, что система моновпрыска очень тесно связана с лямбда-зондом, то есть кислородным датчиком. В частности, она использует обратную связь с ним, а также с каталитическим нейтрализатором (трехкомпонентным). Сигнал от лямбда-зонда поступает на самоадаптивную систему, которая учитывает в работе моновпрыска все параметры и изменения, которые происходят с мотором. Благодаря этому на протяжении всего периода использования двигателя обеспечивается его равномерная работа.

3. Как настроить моновпрыск на собственном автомобиле: практические советы.

Встретить систему моновпрыска сегодня не так уж легко, однако владельцы таких автомобилей как Volkswagen Passat B3 с такой проблемой точно не сталкиваются. Проблем у них другая: как отремонтировать и настроить моновпрыск, если система вдруг вышла из строя.

Поскольку данная модель автомобиля является достаточно распространенной на наших дорогах, на ее примере мы этот вопрос и рассмотрим. Тем более, что инструкции, как настроить моновпрыск, будут аналогичными и для других машин с такой системой.

Так вот, самая распространенная проблема, с которой приходится сталкиваться владельцам Volkswagen Passat B3, – это так называемое плаванье оборотов двигателя. Как результат, машина на дороге становится плохо контролируемой, непослушно ведет себя при переключении передач. К примеру, даже если автомобиль хорошо завелся и легко пошел на старт, то через несколько минут обороты могут начать резко падать, а педаль газа вообще может западать.

Все вышеописанные проблемы непосредственно продуцируются из-за некорректной работы системы моновпрыска автомобиля. Если у вашего автомобиля проявляются те же симптомы – необходимо срочно браться за ремонт и настройку моновпрыска.

Однако определить, что именно случилось с этой системой, не так уж и легко. Можно, конечно, было бы загнать автомобиль на компьютерную диагностику, но и здесь есть своя загвоздка – на такой системе нет модуля, через который можно было бы подключить компьютер. Поэтому приходится гадать даже специалистам и по порядку проверять все элементы, которые могут стать причиной неравномерной работы моновпрыска двигателя:

1. Нарушение плотности прокладки, которая стоит под устройством моновпрыска. Если она не герметична – топливо будет распределяться неравномерно, и поэтому прокладку необходимо в срочном порядке заменить.

2. Поскольку моновпрыск работает от электрической сети, к нему подсоединено большое количество проводов. В процессе эксплуатации может нарушаться их целостность. Чтобы узнать, действительно ли проблема заключается в этом, необходимо снять с устройства моновпрыска желтый датчик и проверить, в каком состоянии находятся расположенные под ним провода.

3. Для нормального функционирования моновпрыска необходимо правильно подбирать тип свечей. К примеру, может возникнуть ситуация, когда после их замены двигатель вдруг начал плохо работать. Для того чтобы определить истинную причину неисправности, вставьте старые свечи обратно и проверьте, как мотор будет работать с ними.

4. Проверьте целостность крышки трамплера. Даже самая незаметная трещина, которую трудно найти невооруженным глазом, может стать причиной неисправной работы моновпрыска. Если крышка пробита – ее следует немедленно заменить.

5. Проверьте, какие значения показывает датчик, который отвечает за положение дроссельной заслонки. Если есть значительные провалы – скорее всего дело в проводке.

6. Работа моновпрыска очень сильно зависит от компрессии бензонасоса. Если она не подходит системе – вы будете наблюдать описанные в начале симптомы неисправности. В таком случае необходимо будет заменить бензонасос и подобрать подходящий.

7. Обязательно проверьте состояние топливного фильтра. Если он забит – замените его и проверьте, как после этого будет работать автомобиль.

8. Засоренность и появление большого количества нагара на дроссельной заслонке, которую в таком случае рекомендуется просто снять с устройства и самостоятельно почистить.

Мы описали наиболее распространенные и частые проблемы, которые могут появляться на моновпрыске. Если же после проверки и устранения всех неточностей работа двигателя вас все равно не радует – лучше всего обратиться за консультацией к специалисту. Что делать после ремонта моновпрыска? Систему еще необходимо правильно настроить под новые параметры. Выполнять все необходимые действия необходимо очень четко, согласно нижеприведенной инструкции:

1. При помощи мультиметра проверьте показатель сопротивления на датчике температуры всасываемого воздуха. Полученный результат необходимо сверить с значением таблицы. При температуре в границах 20-25°С показатель сопротивления должен находиться в пределах от 1,8 до 1,9кОм.

2. Когда описанный в предыдущем пункте датчик нагревается, показатель сопротивления будет падать; если охлаждается – сопротивление, соответственно, будет расти. Проверьте, происходит ли подобное при искусственном повышении или понижении температуры.

3. При помощи того же мультиметра проверьте, какое давление отображается на форсунках. В норме этот показатель должен находиться в границе между 1,2 и 1,6 Ом. Если значение лишь немного превышает норму, это может быть просто погрешность мультиметра.

4. Выставляем необходимый зазор холостого хода моновпрыска. Для этого необходимо от аккумулятора подвести напряжение в 12 Вольт к контактам регулятора. Одновременно с этим акселератор необходимо поставить в крайнее положение. На мультиметре ставим положение «короткое замыкание» и подключаем контакты аккумулятора к регулятору акселератора.

В итоге должно получиться следующее: между штоком и концевиком акселератора должен появиться зазор. В эту щель необходимо вставить щуп размерами 0,45-0,5мм. Если в этот момент мультиметр не отобразит «короткое замыкание» – расстояние между ними слишком большое. В таком случае необходимо отрегулировать положение концевика акселератора.Делается это при помощи специального винта, который расположен под моновпрыском.

5. Настраиваем правильное положение дроссельной заслонки. Для этого устанавливаем на мотор наш моноблок и подключаем к нему: разъем на форсунку, датчик, определяющий положение дроссельной заслонки и датчик всасываемого воздуха. После этого необходимо подключить на место топливные шланги и ни в коем случае не забыть снять клемму с аккумулятора. Поворачиваем ключ в замке зажигания – благодаря этому с бортового устройства сотрутся все настройки.

После подключения аккумулятора и начала эксплуатации отремонтированного блока настройки запишутся заново, уже с учетом работы в некотором роде обновленного моновпрыска.

Но и это еще не все. После настройки системы моновпрыска необходимо проверить напряжение на первом и пятом контакте, которые идут от разъема дроссельной заслонки. При включенном зажигании этот показатель должен быть равен 5-6 В. Между первым и вторым контактом этот показатель должен быть равен 0,186 В.

Если результаты вашей диагностики не совпадают с указанными цифрами – необходимо осуществить дополнительную настройку: отпускаем четвертый винт крышки дроссельной заслонки и подключаем мультиметр к первому и второму контактам. Не спеша пробуем повернуть крышку в одну и в другую стороны, наблюдая при этом за изменением напряжения, и доводим его до нужных показателей.

Вот и все. После этого ваш моновпрыск должен работать на твердую «5». Чтобы это проверить, нужно собрать устройство до конца и, конечно же, завести автомобиль. Надеемся, он у вас начнет работать ровно и без падения оборотов в процессе движения.

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.

Так контакты располагаются в разъёме дроссельной заслонки Volkswagen Passat B3 Если этих значений напряжения не наблюдается, то производится настройка:

Регулировка ДПДЗ. как отрегулировать датчик ДПДЗ VW passat

В таком случае необходимо отрегулировать положение концевика акселератора. В таком случае, все работает исправно.

Регулировка моновпрыска. Загружено 27 ноября сайт по ремонту vw passat.  Моно впрыск терморегулятор входящего воздуха…

Диагностика — визуально и на слух. Ее нужно только менять.

Как только будет найдено положение крышки с оптимальным напряжением, болты затягиваются. Замена не помогает, виной всему изношенная мембрана. Однако определить, что именно случилось с этой системой, не так уж и легко.

На своем рабочем месте форсунка держится за счет уплотнительных резиновых колец, которые удерживают бензин в определенных рамках. Но еще существует круглая уплотнительная пластина с защелкой. Она надета на форсунку поверх большого резинового кольца, обычно имеет рыжий окрас и добавляет герметичности впрыску.

О ней следует помнить в процессе замены. Окончательное уплотнение происходит в момент установки контактной колодки на форсунку и затяжки крепежного болта. Стоит добавить, что все болты завинчиваются с помощью отвертки с насадкой в форме звездочки.

Несмотря на возраст, шлицы болтов обычно в хорошем состоянии.

При затяжке болтов потенциометр немного смещается и напряжение “уходит”. Поэтому, его нужно постоянно контролировать и при необходимости легкими постукиваниями корректировать положение потенциометра, чтобы напряжение оставалось в заданных рамках.

Подключаем разъем РХХ, одеваем на место резиновый колпачок разъема потенциометра и возвращаем на место сам разъем. Напряжение там должно составлять 0. Так контакты располагаются в разъёме дроссельной заслонки Volkswagen Passat B3 Если этих значений напряжения не наблюдается, то производится настройка: Напряжение, фиксируемое мультиметром, при этом меняется.

Как только будет найдено положение крышки с оптимальным напряжением, болты затягиваются. На этом регулировка завершается. Выставляем необходимый зазор холостого хода моновпрыска. Для этого необходимо от аккумулятора подвести напряжение в 12 Вольт к контактам регулятора.

Одновременно с этим акселератор необходимо поставить в крайнее положение.

Passat b3 1.8 RP Монотроник плавают обороты

В итоге должно получиться следующее: В эту щель необходимо вставить щуп размерами 0,,5мм. В таком случае необходимо отрегулировать положение концевика акселератора. Делается это при помощи специального винта, который расположен под моновпрыском. Настраиваем правильное положение дроссельной заслонки.

Для этого устанавливаем на мотор наш моноблок и подключаем к нему: После этого необходимо подключить на место топливные шланги и ни в коем случае не забыть снять клемму с аккумулятора. Поворачиваем ключ в замке зажигания — благодаря этому с бортового устройства сотрутся все настройки.

После подключения аккумулятора и начала эксплуатации отремонтированного блока настройки запишутся заново, уже с учетом работы в некотором роде обновленного моновпрыска. Но и это еще не все. После настройки системы моновпрыска необходимо проверить напряжение на первом и пятом контакте, которые идут от разъема дроссельной заслонки. При включенном зажигании этот показатель должен быть равен В.

Однако следует иметь в виду, что она не избавляет от проблем в работе двигателя связанных с неисправностями компонентов системы, например, датчиков, утечек воздуха во впускном тракте, плохим качеством соединения с массой и т.

Итак, что следует сделать. Заглушить двигатель и выключить зажигание.

Это необходимо для того, чтобы содержимое оперативной памяти блока управления было гарантированно стерто потеряно. Подключить разъем обратно к блоку управления.

Видео: Регулировка реле и датчика холостого хода, а также настройка моновпрыска Пассат б3

Теоретически можно заменить действия пп. На форуме вычитал, что если завышенное напряжение, то это скорей всего убитый лямба зонд или позднее зажигание.

Не пытайтесь добиться 0. Все зависит от системы в целом, это просто показатель исправности впрыска не чего более.

Вот это все что касается метода когда прочитал и начал делать ,а если снял и не померил здесь еще добавляется несколько пунктов. Теперь про то если сняли, а как наместо установить незнаем! Здесь будет соответственно все опущено связанное с чисткой ДПДЗ и в какой последовательности! При таком раскладе, что бы выставить и выяснить что неисправно очень сложно, так что опишу, что можно предпринять и если получится, значит вам повезло.

Признаки и причины неисправности

Симптом неравномерного моновпрыска чаще всего один: обороты двигателя внезапно начинают «плавать», и он плохо реагирует на нажатие педали газа. Это может произойти как непосредственно после запуска мотора, так и в ходе поездки. Сам ремонт системы моновпрыска занимает не так много времени. Значительно больше времени уходит на выявление причины поломки. Эта задача в Volkswagen Passat B3 серьёзно осложняется тем, что на этой машине отсутствует модуль подключения компьютера, а следовательно, нельзя быстро провести полноценную диагностику.

Перечислим самые распространённые причины неравномерного впрыска:

• Прокладка, установленная прямо под моновпрыском, утратила свою герметичность.
• Отошли контакты проводов, находящихся под датчиком моновпрыска.
• Неполадка возникла после того, как свечи зажигания заменили новыми.
• Нарушена герметичность крышки трамблёра (причём трещина может быть не видна невооружённым глазом, но её будет достаточно для появления сбоев в распределении топлива).
• Компрессия, создаваемая бензонасосом, слишком высока (или наоборот — слишком низка).
• Дроссельная заслонка засорилась или покрылась толстым слоем нагара.
• Нарушена целостность проводов, идущих к датчику, следящему за положением дроссельной заслонки.

Плюсы и минусы моновпрыска

Главными преимуществами использования моновпрыска для подачи горючего в двигатель являются:

• Простой и быстрый запуск мотора (по сравнению с карбюраторными вариантами).
• Уменьшение расхода топлива с увеличением КПД двигателя, как при движении машины, так при запуске и работе вхолостую.
• Отсутствие необходимости настраивать систему подачи топлива и создания топливно-воздушной смеси вручную. Всё регулируется автоматически в соответствии с данными датчиков температуры, кислорода и т.п.
• Моновпрыск, как и другие инжекторные системы, сниженным уровнем выброса углекислого газа в атмосферу.
• В отличие от инжектора, моновпрыск имеет более простую конструкцию.

На момент своего внедрения моновпрыск стал системой, которая позволила «посадить» за руль ещё большее количество обычных людей, далёких от понимания внутренних процессов автомобиля. Теперь состав топливной смеси регулировался автоматически, снижал расходы на горючее, улучшал КПД и снижал износ двигателя. Ранее, в эпоху карбюраторных двигателей, расход топлива зависел от настроек, которые нужно было задавать вручную и регулировать в зависимости от стиля вождения, дорожных условий, поведения двигателя и других факторов.

Но сегодня моновпрыск – устаревшая технология, проигрывающая системам с распределённым вбросом горючего практически во всём:

• Комплектующие и запасные части для моновпрыска редки и дорого стоят. Для некоторых элементов сейчас уже невозможно найти замену.
• Отклонения в качестве топлива приводят к сильному «плаванию» оборотов двигателя.
• Для диагностики, ремонта и настройки моновпрыска необходимо специальное оборудование, которое нецелесообразно приобретать для гаражного использования.
• В моновпрыске топливно-воздушная смесь разное время находится в камере и проходит разное расстояние до попадания в цилиндр. Это снижает качество его прогорания и увеличивает расходы на бензин.

В целом, распределённые инжекторы – это современные топливные системы, которые менее требовательны к качеству топлива, снижают износ элементов системы, делают работу двигателя более стабильной и полезной (по КПД). 

Читайте также: Что такое лямбда зонд и как он работает.

Вам также может быть интересно

Обязательно проверить установку меток ГРМ, выставить зажигание строго по мануалу не важно что у вас машина при таком зажигании не едет, на Мономотронике МА1.

Проверить ошибки ошибок быть не должно желательно, чтобы и ДПДЗ тоже не было. Выставляем между 1 и 2 напряжение равное 0. Все следующие регулировки производить при отключенных энергопотребителях, даже при включении вентилятора не стоит не чего регулировать так как все переменные начинают уплывать!!!

Не крутите быстро ДПДЗ система очень медленно реагирует на поворот ДПДЗ и ей надо какое то время чтобы все стабилизировалось обычно 10 сек вполне хватает, подтягиваем болты датчика и смотрим за показаниями обычно уплывают, если так повторяем регулировку.

Данные сходятся все ок, не сходятся меняем датчик, отсутствуют прозваниваем провода на датчик возможно просто обрыв и паяльником это лечится на ура. Форсунка проверяется измерением сопротивления с центральных контактов коричневой клеммы на моновпрыске. Сопротивление должно быть 1.

А далее начинаем основные развлечения. Внимательно осмотрите свой моновпрыск на наличие пломб они должны быть на 1.

  Этот отрывок (второй) взят из статьи: https://pol-z.ru/samostoyatelno-remontiruem-monovpryisk-na-volkswagen-passat/

Ремонт и регулировка (с фото)

1. Открывается капот, с помощью торцовой головки на 10 откручивается моновпрыск, прокладка под ним заменяется новой.

   Моновпрыск снимается торцовой головкой

2. Тщательно проверяются контакты датчика моновпрыска. Если они окислились — зачищаются наждачной бумагой.
3. Если проблемы наблюдаются после замены свечей зажигания, в двигатель возвращаются старые свечи и он вновь проверяется на стабильность работы. Если выясняется, что проблема именно в свечах, в двигатель устанавливается другой комплект новых свечей (лучше, если они будут от другого производителя) и снова проводится проверка.
4. Крышка трамблёра заменяется новой.
5. Откручивается бензонасос, дроссельная заслонка очищается от копоти.

   Бензонасос снят, можно осматривать провода и датчик

6. Проводится визуальный анализ проводов на датчике заслонки и оценивается целостность их изоляции и плотность контактов. В повреждённых местах провода датчика обматываются изолентой.
7. Как правило, после какого-то из вышеперечисленных действий проблема неравномерного впрыска решается. Но перед установкой на автомобиль моновпрыск обязательно настраивается. С помощью мультиметра измеряется сопротивление на выходах датчика температуры поступающего воздуха. Результат замера сравнивается со значением, указанным в инструкции по эксплуатации автомобиля (ориентировочно: если температура воздуха в момент замера комнатная и составляет 25°С, то сопротивление должно составлять 1.8 кОм).

   Сопротивление на выходах датчика измеряется мультиметром

8. Далее датчик поступающего воздуха немного нагревается с помощью обычной зажигалки, при этом отслеживается изменение его сопротивления. Если оно при нагреве датчика снижается, а при охлаждении увеличивается, значит, датчик исправен и проблем с ним после установки не будет.
9. Тем же мультиметром измеряется сопротивление форсунки (на этой модели Volkswagen оно варьируется в пределах от 1,3 до 1,6 Ом).
10. Теперь в моновпрыске выставляется точный зазор холостого хода. С автомобильного аккумулятора на контакты регулятора впрыска подаётся напряжение в 12 В. Акселератор при этом устанавливается в крайнее положение. Мультиметр переключается в режим «короткого замыкания» и его контакты подключаются к регулятору на акселераторе. Необходимо добиться того, чтобы между концевиком акселератора и штоком появился небольшой зазор, ширина которого не должна превышать 0.5 мм (это расстояние проверяется плоским щупом, который вставляется в образовавшийся зазор). На мультиметре при этом должно отобразиться короткое замыкание. Если его нет, значит, зазор слишком велик и он уменьшается с помощью регулировочного болта (он находится под моновпрыском).
11. Теперь регулируется дроссельная заслонка. Блок моновпрыска устанавливается на двигатель, разъём подключается к форсунке. Также подключаются датчики положения заслонки и поступающего воздуха. Подключаются топливные трубки. После этого с аккумулятора снимается отрицательная клемма, а ключ в замке зажигания поворачивается. При этом происходит сброс всех настроек в бортовом устройстве, в том числе и настроек положения заслонки. Они автоматически устанавливаются на значения, установленные производителем по умолчанию. После сброса отрицательная клемма снова подключается.

    Моновпрыск установлен, проверяются контакты заслонки

12. Мультиметром измеряется напряжение на пятом и первом контактах в разъёме заслонки (зажигание при этом включено). Оно не должно превышать 6 В. Затем мультиметр переключается на первый и второй контакты разъёма заслонки. Напряжение там должно составлять 0.184 В.

    Так контакты располагаются в разъёме дроссельной заслонки Volkswagen Passat B3

13. Если этих значений напряжения не наблюдается, то производится настройка: 4 винта на крышке заслонки ослабляются, мультиметр подключается к первому и второму контакту разъёма, крышка при этом поворачивается либо в одну, либо в другую сторону. Напряжение, фиксируемое мультиметром, при этом меняется. Как только будет найдено положение крышки с оптимальным напряжением, болты затягиваются. На этом регулировка завершается.

Видео о работе с системой

Как видно из этой статьи, при ремонте моновпрыска на Volkswagen Passat B3 автомобилисту придётся действовать методом исключения, раз за разом проверяя и отбрасывая возможные причины неравномерной подачи топлива до тех пор, пока не будет установлен настоящий «виновник». Это занимает много времени, но это единственный способ точно выявить причину неполадок. А дальше всё зависит от показаний мультиметра, который обязательно должен быть качественным (пользоваться дешёвыми китайскими приборами при выполнении этой работы категорически не рекомендуется).

Фольксваген Пассат моновпрыск видео

На автомобилях Фольксваген Пассат В3 самые простые и не убиваемые двигателя оснащались системой моновпрыска Фольксваген.

Фольксваген Пассат моновпрыск очень надёжен, неприхотлив, практически не требует обслуживания при эксплуатации.

Тем не менее, для поддержания автомобиля Фольксваген Пассат В3 в исправном состоянии, нужно понимать и знать как работают те или иные системы автомобиля.

Это относиться и к моновпрыску Фольксваген,  поэтому для обслуживания и эксплуатации нужно знать принцип работы моновпрыска Фольксваген, устройство моновпрыска Фольксваген, ремонт моновпрыска Фоьксваген и регулировка моновпрыска Фольксваген.

На этом сайте уже есть статьи по отдельным узлам моновпрыска Фольксваген, например:

Моновпрыск Фольксваген Пассат В3

Моновпрыск, версии мономотроника VW Passat B3

Вакуумные трубки моновпрыска двигателя Фольксваген Пассат В3

Регулировка датчика положения дроссельной заслонки Пассат В3

Регулятор давления топлива РДТ Фольксваген Пассат В3

Регулятор холостого хода РХХ Фольксваген Пассат В3

Что бы это всё подытожить, хочу выложить два видео устройство моновпрыска Фольксваген, ремонт моновпрыска Фоьксваген и регулировка моновпрыска Фольксваген, всё это относится к моновпрыску MonoMotronic, двигатель ААМ:

 

Если есть какие либо вопросы или комментарии, прошу не стесняться и писать в комментарии.

Видео выложены с разрешения автора Евгения.

Ремонт моновпрыска фольксваген пассат б3 tnvd-auto.ru

Что такое моновпрыск в автомобиле

Главная особенность этой системы, из-за чего и произошло название – использование всего одной форсунки. Топливная смесь впрыскивается в общую камеру, а уже из неё попадает в тот цилиндр, в котором открыт клапан.

Сейчас автомобили, работающие на бензине, используют распределённую подачу, когда в каждый цилиндр подача смеси происходит индивидуально, отдельной форсункой. Но так расходуется больше топлива.

Устройство моновпрыска

Устройство и принцип работы этой системы довольно сложны и отличаются от других, более популярных. Её работа поддерживается большим количеством датчиков, регулирующим подачу топлива, но это позволяет легко запускать холодный двигатель.

Единственная форсунка устанавливается над дроссельной заслонкой, которой регулируется подача воздуха. Топливо впрыскивается между корпусом и заслонкой, и этот процесс синхронизирован с зажиганием.

Схема устройства

Для дозирования топлива на разных режимах работы двигателя используются датчики. Открытие форсунки происходит под управлением электронного контроллера, а его количество дозируется электромагнитным клапаном. В цилиндры смесь из общей камеры поочерёдно попадает при открытии соответствующих клапанов, где и воспламеняется.

Принцип работы

В общем, разобраться, как работает моновпрыск, несложно. Процесс состоит из нескольких этапов.

1. Датчики, в зависимости от режима работы двигателя, регулируют количество топлива, которое выдаст форсунка.
2. Топливо поступает через форсунку в общую камеру, где смешивается с воздухом.
3. Готовая смесь поступает в первый открывшийся цилиндр.
4. Лишнее неиспользованное топливо по обратной магистрали возвращается назад.

Форсунка имеет распылительное сопло и запорный клапан. Подача топлива происходит в импульсном режиме, под управлением электромагнита. Подача воздуха регулируется дроссельной заслонкой, которая, в свою очередь, управляется с помощью механического или электрического привода.

Схема работы моновпрыск регулятор топлива

Но в реальности моновпрыск требует тщательной регулировки и синхронизации. К тому же, такое устройство сложно ремонтировать, и это важные причины, почему такая схема не получила распространения.

Видео на тему

Двигатели современных автомобилей используют инжекторную систему подачи топлива («впрыск» — перевод английского «injection»). Моновпрыск и инжектор пришли на смену карбюраторным двигателям, поэтому сейчас эксплуатируется множество автомобилей, созданных около 15 лет назад, которые могут быть оснащены одной из этих систем. При покупке подержанной машины перед автолюбителем ставится вопрос выбора автомобиля по множеству разнообразных параметров и не последнюю роль играет дилемма: что лучше выбрать, моновпрыск или инжектор. Большинство водителей слышали об этих устройствах, но лишь малая часть знает об особенностях их отличий. В данной статье представлены рекомендации по выбору того или иного вида подготовки топливной смеси.

Принцип действия обеих систем одинаков, отличия заключаются только в конструкции устройств и в различных режимах работы. Механизмы впрыска топлива начали широко внедряться автопроизводителями в 1970-х годах.

Существовавшие в то время карбюраторные двигатели перестали отвечать требованиям экономичности и экологичности, поставленные техническим прогрессом. Поэтому на смену карбюраторам пришел моновпрыск. Практически одновременно с ним начали внедрять инжекторы. Оба способа подачи топлива полностью вытеснили карбюраторы и, на сегодняшний день, все серийно выпускающиеся машины снабжаются устройством впрыска топлива. Машины, на которых распространены данные системы – Ауди и Фольксваген, как раз и составляют большую часть подержанных иномарок.

Чем моновпрыск отличается от инжектора и карбюратора

Основное, чем отличается моновпрыск от обычного инжектора – использование единственной форсунки, в остальном разница небольшая. Но и это влечёт за собой много последствий, главное из которых – снижение ресурса двигателя.

Если топливная смесь будет некачественной из-за проблем с форсункой, то она попадёт во все цилиндры, и вызовет их одновременный повышенный износ. Использование отдельных форсунок для каждого цилиндра позволяет минимизировать последствия – в крайнем случае пострадает один цилиндр. Этим обычная инжекторная система лучше моновпрыска. В остальном отличия инжектора и моновпрыска чисто конструктивные.

А вот по сравнению с карбюраторными двигателями такое решение имеет больше отличий:

• Двигатель легче запускается, особенно холодный.
• Расход топлива меньше, и остаётся постоянным. Карбюратор периодически надо настраивать, иначе расход сильно возрастает.
• Ручной настройки не требуется, при поездке всё регулируется датчиками.
• Двигатель работает в наиболее оптимальных условиях, что хорошо сказывается на его характеристиках.

Поэтому моновпрыск и стал дальнейшим развитием карбюраторной системы. Но инжекторная, с распределённой подачей топлива, оказалась еще перспективнее.

Как настроить моновпрыск с нуля! — бортжурнал Volkswagen Passat Корабель 1991 года на DRIVE2

Надеюсь многим будет полезна эта информация, ибо поработал сам дай поработать другим)

Прежде чем лезть в моновпрыск убедитесь что у вас в порядке все датчики которые влияют на его работу.1. Лямбда2. ДТОЖ (синий)3. Датчик холла4. Датчик температуры всасываемого воздуха5. Форсунку6. Правильность УОЗ

Особенное внимание пунктам 1 и 2, а так же проверьте вакуумные шланги и прокладку под моновпрыском.

Прежде чем лезть к машине снимать показания проверьте свой мультиметр, если батарея в нем разряжена то он будет врать! (дешевая крона стоит 50р не экономьте)

Чтобы проверить лямбду подключаем один провод мультиметра на контакт лямбды а второй провод мультиметра на массу. При включеном зажигании должно покалывать 0.45В+- (двигатель должен быть холодным) далее прогреваем двигатель и смотрим за тем что показывает мультиметр если показания начинают быстро меняться то все в порядке если же показания зависают или вообще не изменяются то значит что лямбду пора менять.

ДТОЖ (синий) проверяется по таблице, чем выше температура тем меньше сопротивление.

С датчиком холла все совсем просто, искра есть значит работает, нет значит замыкаем на центральный контакт клеммы ДХ массу и смотрим на центральном бронепроводе искру. Искра есть — ДХ умер. Искры нет копаем в катушку и тд.ДТВВ (Датчик Температуры Всасываемого Воздуха) проверяется мультиметром на сопротивление, таблицу прилагаю. Данные сходятся все ок, не сходятся меняем датчик, отсутствуют прозваниваем провода на датчик (возможно просто обрыв и паяльником это лечится на ура).

Форсунка проверяется измерением сопротивления с центральных контактов коричневой клеммы на моновпрыске. Сопротивление должно быть 1.2-1.6 Ом, выше — ниже пробуем ее чистить не помогает меняем Лучший способ это дать машине просраться минут 10 по трассе на скорости 120-130.

А далее начинаем основные развлечения. Внимательно осмотрите свой моновпрыск на наличие пломб они должны быть на1. болт ограничения дроссельной заслонки (залит эпоксидкой)

2. Болт регулировки зазора концевика РХХ

3. На болтах потенциометра (ДПДЗ).

Если есть все и не тронуты то вызывайте священника пусть изгоняет из машины злых духов ибо моновпрыск скорее всего здоров хотя проверить ДПДЗ все же стоит. Если есть хоть одна то от нее и нужно плясать, у меня же моновпрыск похож на распутную женщину с которой не только сорвали все пломбы но и внесли свои изменения в конструкцию. Ну а дальше выполняем не сложные действия.1. Прогреваем двигатель до срабатывания вентилятора после чего глушим его.2. Сбрасываем память ЭБУ (Электронный Блок Управления) — скидываем клемму АКБ после скидываем клемму и ждем 10 минут, после чего собираем все в обратном порядке.3. Ослабляем 4 болта ДПДЗ и выставляем его строго по середине(так он должен стоять с завода), затягваем болты.4. Включаем зажигание убераем концевик РХХ до упора и снимаем с РХХ клемму.5. Вкручиваем болт ограничения дроссельной заслонки так что бы машина не заглохла на холостых без РХХ6. Запускаем двигатель, если для работы не хватает оборотов то повторяем пункт 5.7. Если все сделанно правильно то двигатель будет работать на повышенных оборотах, и теперь выкручиваем болт ограничения дроссельной заслонки понижая обороты до тех пор пока двигатель не заглохнет после чего вкручиваем 0.5 оборота болта обратно. Если двигатель запуститься без педали газа и не заглохнет то все отлично и вы можете залить болт поксиполом или эпоксидкой.

8. Далее нужно отрегулировать зазора концевика ДХХ,

он должен быть чуть больше 0.45 мм но не больше 0.5мм, если у вас нет щупа то толщина стенки пластиковой бутылки равна 0.3мм. Включаем мультиметр в режим прозвонки и цепляемся на нижние контакты РХХ после чего вставляем щуп 0.45 между болтом регулировки и концевиком РХХ. Вращаем болт регулировки зазора концевика РХХ так чтобы появилось замыкание на мультиметре, после чего откручиваем болт на 0.3 оборота. Должно получиться так чтоб при щупе 0.45мм замыкания не было, а при 0.5мм оно было. Заливаем болт поксиполом чтоб не выкрутился)9. Включаем зажигание и замеряем напряжение на клемме ДПДЗ между 1 и 5должно быть 5В +- 0.2В, если показания выше или ниже то сбрасываем память ЭБУ (пункт 2) не помогло значит накрывается стабилизатор напряжения в ЭБУ(лечится паяльником), отсутствуют — копаем проводку.10. Замеряем напряжение между контактами 1 и 2 на клемме ДПДЗ должно быть 0.18В — 0.2В но идеально 0.186В если показания сразу не совпали с нужными то ослабляем болты ДПДЗ и вращаем его так чтоб все совпало(при затяжке болтов результат чуть сместиться учитывайте это). Результаты сильно не сходятся или их нет снимаем ДПДЗ и проверяем истертость дорожек.11. Делаем ИНИЦИАЛИЗАЦИЮ1. Ставим все клеммы датчиков на место и сбрасываем ЭБУ.2.Запускаем двигатель не нажимая на педаль газа и даем ему поработать минут 103. Глушим и повторяем пункт 2. суммарно 3 раза.

Вот и все дальше закрываем капот и наслаждаемся проделанной работой.

если перевернуть моновпрыск с нетронутым ДПДЗ то мы увидим что углы потенциометра совпадают с углами на моновпрыске. Выставив так свой ДПДЗ вы установите его в положение в котором он должен быть с завода.

www.drive2.ru

Плюсы и минусы системы

Двигатель с моновпрыском в своё время решал множество проблем, так как обладал явными преимуществами перед карбюраторным:

• Автовладельцу необязательно было даже знать устройство двигателя, так как его работа регулируется автоматически с помощью датчиков. Это увеличило число обладателей автомобилей, простых в обслуживании – заправился и поехал.
• Расход топлива меньше, а КПД двигателя больше, причём как при движении в разных режимах, так и на холостом ходу.
• По сравнению с карбюраторными двигателями уменьшено количество вредных выбросов в атмосферу.
• Простая конструкция.
• Быстрый запуск двигателя в любых условиях.

Однако такая конструкция была вытеснена более совершенным инжекторным двигателем. И причинами для этого стали:

• Сложности с ремонтом и настройкой – требуется специальное оборудование. Дома в гараже это не делается.
• Запчасти не только редкие, но и дорогие.
• Требуется качественный бензин. Если смесь недостаточно хороша, мотор начинает «капризничать». Для отечественных условий это особенно важно, так как качество бензина не гарантируется ни на одной автозаправке, и оно обычно не очень соответствует требованиям.
• Цилиндры находятся на разном расстоянии от форсунки, и смесь попадает в них за разное время. Поэтому бензин прогорает не полностью, а его расход увеличивается.
• Для работы требуется электричество, тогда как карбюратору нужна искра только при старте, а потом топливо подаётся механическим путём. Если аккумулятор некачественный или имеет слабый заряд, запустить мотор не получится.

Конструкция инжекторного двигателя
Именно поэтому современные инжекторы и потеснили моновпрыск, так как обладают его преимуществами, но лишены его недостатков.

Недостатки использования одной форсунки

Отсутствие на сегодняшний день серийного производства моновпрыска связано с рядом недостатков, не позволившим выйти ему победителем в конкурентной борьбе. Основными из минусов рассматриваемой системы являются:

• высокая стоимость комплектующих, особенно на фоне карбюраторной системы питания;
• низкая ремонтопригодность, связанная как с конструктивными особенностями узлов, так и с малым количеством специалистов, способных выполнить ремонт моновпрыска;
• сильно плавают обороты при любых отклонениях в качестве топлива;
• невозможность завести автомобиль при разряженном аккумуляторе, так как система моновпрыска управляется электронным контроллером;
• диагностика, ремонт и настройка моновпрыска очень сильно затруднены в гаражных условиях, так как требуют специального оборудования.

Если автомобиль не заводится то при карбюраторной системе питания автовладелец проверит не переливает ли топливо и может запустить мотор. В случае с моновпрыском о том, как отрегулировать топливоподачу знают только единицы, поэтому проверить работоспособность системы для большинства становится непостижимой задачей. Усложнение электросхемы сделало невозможным прозвонку ее мультиметром, теперь выявить неисправность можно только подключением диагностического сканера.

Какие могут возникнуть поломки в работе моновпрыска

Так как в системе используется всего одна форсунка и множество электронных датчиков и узлов управления, владельца могут поджидать разные неприятности:

• Проблемы с запуском мотора – не заводится или заводится с трудом, сразу глохнет.
• Неустойчивая работа на холостом ходу.
• Нарушения в динамике, при движении. Может увеличиться расход топлива, ухудшиться тяга при разгоне, появляются перебои в работе мотора.

Всё это требует диагностики, и провести её сейчас можно с помощью ноутбука и специального программного обеспечения. Делать это лучше специалисту, тем более, что и настраивать своими руками ничего не надо, не обладая специальными знаниями. Неверные настройки могут еще ухудшить работу мотора или он вообще перестанет запускаться.

Использование одной форсунки также не является хорошим вариантом. Стоит ей выйти из строя или засориться, и машина тут же встанет. В этом плане распределенная подача гораздо надёжнее и безопаснее, так как доехать до места в крайнем случае можно и без одного работающего цилиндра.

Стоит иметь в виду, что эта система устаревшая и с большим количеством электроники, которая тоже имеет свойство ломаться. Учитывая, что используется моновпрыск на старых машинах, проблемы с электронной частью тоже вполне вероятны.

впрыск — неисправности, принцип действия и свойства

Моновжиск — сложное техническое устройство, которое входит в систему впрыска топлива. Эта деталь устанавливается практически на все современные автомобили зарубежного и отечественного производства, в том числе и на ВАЗ Приоры. На «Ауди-80» тоже есть моновпрыск. Главное, что отличает его от «средневекового» карбюратора, — это возможность впрыска топлива прямо в цилиндр с помощью специальных форсунок. И все автомобили, которые оснащены этой деталью, имеют исключительно инжекторный тип мощности.

Таким образом, однокорпусная система представляет собой одноточечную систему с электронным управлением, которая подает топливо в цилиндры под чрезвычайно низким давлением. Как уже было отмечено выше, отличительной чертой этой детали является наличие насадки. Этот элемент управляется специальным электромагнитным клапаном и является неотъемлемой частью такой детали, как моновпрыск.

Неисправности

Как известно, отечественный бензин содержит всевозможные посторонние примеси в виде серы, грязи и подобных материалов.Так что неисправности моновпрыска могут возникнуть именно из-за некачественного топлива. Еще одна причина выхода из строя — сильно загрязненный топливный фильтр, что приводит к перебоям в работе двигателя внутреннего сгорания.

Почему не работает моновпрыск?

Неисправности этой детали возникают по одной простой причине — форсунка впускного коллектора начинает впитывать много грязи и тем самым забивает всю систему моновпрыска.

От чего зависит эта деталь?

В основном техническое состояние этой детали зависит от частоты вращения коленчатого вала, а также угла открытия дроссельной заслонки.Такие детали, как моновпрыск неисправности, могут возникнуть именно из-за неправильной частоты вращения коленчатого вала и неисправности заслонки. Еще одна важная характеристика, существенно влияющая на состояние этой детали, — это оптимальное соотношение горючей смеси перед ее поступлением в камеру сгорания.

Как устранить неполадки в системе, такой как моновпрыск?

Неисправности этой детали могут возникнуть не только при регулярном контроле дроссельной заслонки.В том случае, если последняя деталь всегда исправна и обеспечивает оптимальное соотношение воздуха и газа, моновпрыск не только обеспечит бесперебойную работу двигателя, но и улучшит экологические характеристики его выхлопных газов. И даже отечественный ВАЗ можно настроить так, чтобы он соответствовал европейскому стандарту ЕВРО-5. Также такая деталь, как моновпрыск, может быть устранена, если датчик кислорода в хорошем состоянии, который также играет важную роль в системе впрыска топлива.

Ремонт

Если данная запчасть не подлежит самостоятельному ремонту, значит, с этим могут справиться только профессионалы. СТО, конечно, будет много выставлять счет за свои услуги, но куда деваться? Получается, что дешевле соблюдать правила эксплуатации, своевременно менять фильтры, а также заливать двигатель только качественным бензином, что, к сожалению, на наших дорогах является исключением.

Motronic — что такое система впрыска топлива Motronic

Для работоспособности двигателя на разных оборотах и ​​нагрузках необходимо правильно распределить подачу топлива, воздуха, а также изменить угол опережения зажигания.В более старых карбюраторных двигателях такой точности добиться нельзя. А в случае смены зажигания потребуется сложная процедура модернизации распредвала (эта система описывалась ранее).

С появлением электронных систем управления появилась возможность тонкой настройки работы двигателя внутреннего сгорания. Одна такая система была разработана компанией Bosch в 1979 году. Она называется Motronic. Подумайте, что это такое, по какому принципу работает, а также каковы его плюсы и минусы.

Устройство Motronic

Motronic — это модификация системы впрыска топлива, которая также может одновременно управлять распределением зажигания. Он является частью топливной системы и имеет три основные группы элементов:

• Датчики состояния двигателя внутреннего сгорания и систем, влияющих на его работу;
• Электронный контроллер;
• Исполнительные механизмы.

Датчики регистрируют состояние двигателя и узлов, влияющих на его работу.В эту категорию входят следующие датчики:

• ДПКВ;
• Детонация;
• Расход воздуха;
• Температура охлаждающей жидкости;
• Лямбда-зонд;
• ДПРВ;
• Температура воздуха во впускном коллекторе;
• Положение дроссельной заслонки.

Компьютер улавливает сигналы от каждого датчика. На основании этих данных он дает соответствующие команды исполнительным элементам для оптимизации двигателя. Дополнительный компьютер выполняет следующие функции:

• Управляет дозировкой топлива в зависимости от количества поступающего воздуха;
• Подает сигнал на образование искры;
• Регулирует наддув;
• Изменяет рабочие фазы газораспределительного механизма;
• Контролирует токсичность выхлопных газов.

В категорию механизмов управления входят такие элементы:

• Форсунки топливные;
• Катушки зажигания;
• Электрический топливный насос;
• Выхлопная система и ГРМ.

Типы систем Motronic

На сегодняшний день существует несколько разновидностей системы Motronic. Каждый из них имеет свое обозначение:

1. Обезьяна;
2. СО;
3. ТО;
4. М;
5. ME.

Каждый сорт работает по своему принципу.Вот основные отличия.

Mono-Motronic

Данная модификация работает по принципу однократного впрыска. Это означает, что бензин так же, как и в карбюраторном двигателе, подается во впускной коллектор (там он смешивается с воздухом), а оттуда всасывается в нужный цилиндр. В отличие от карбюраторной версии, моносистема подает топливо под давлением.

MED-Motronic

Это тип системы прямого впрыска. В этом случае часть топлива подается непосредственно в рабочий цилиндр.Эта модификация будет иметь несколько форсунок (в зависимости от количества цилиндров). Устанавливаются в головке блока цилиндров возле свечей зажигания.

KE-Motronic

В такой системе форсунки устанавливаются на впускном коллекторе рядом с каждым цилиндром. При этом топливовоздушная смесь образуется не в самом цилиндре (как модификация МЭД), а перед впускным клапаном.

M-Motronic

Это улучшенный тип многоточечного впрыска. Его особенность заключается в том, что контроллер определяет обороты двигателя, а датчик объема воздуха фиксирует нагрузку на двигатель и отправляет сигнал в ЭБУ.Эти показатели влияют на количество бензина, необходимого на данный момент. Благодаря такой системе обеспечивается минимальный расход при максимальном КПД двигателя внутреннего сгорания.

ME-Motronic

Последняя модификация системы оснащена электрическим дросселем. По сути, это тот же M-Motronic, только полностью управляемый электроникой. Педаль газа в таких автомобилях не имеет физической связи с демпфером. Благодаря этому более точно проверяется положение каждого компонента системы.

Как работает система Motronic

У каждой модификации свой принцип работы. В основном система работает следующим образом.

Параметры, необходимые для эффективной работы конкретного двигателя, программируются в памяти контроллера. Датчики регистрируют положение и частоту вращения коленчатого вала, положение воздушной заслонки и количество поступающего воздуха. Исходя из этого, определяется необходимый объем топлива. Остаток неизрасходованного бензина возвращается через возврат в бак.

Автомобиль может использоваться в следующей системе:

• DME M1.1-1.3. такие модификации сочетают не только распределение впрыска, но и изменение угла опережения зажигания. В зависимости от частоты вращения двигателя зажигание может быть установлено на несколько более поздний или более ранний момент открытия клапанов. Подача топлива регулируется в зависимости от объема и температуры поступающего воздуха, частоты вращения коленчатого вала, нагрузки двигателя, температуры охлаждающей жидкости. Если машина оборудована автоматической коробкой передач, количество топлива регулируется в зависимости от включенной скорости.
• DME M1.7 Эти системы имеют действие импульсной подачи топлива. Рядом с воздушным фильтром расположен счетчик воздуха (заслонка, отклоняющаяся в зависимости от объема воздуха), по которому определяется время впрыска и объем бензина.
• DME M3.1. Это модификация системы первого типа. Отличие в наличии массового расходомера (а не объемного) воздуха. Благодаря этому работа двигателя адаптируется к температуре окружающей среды и разреженности воздуха (чем выше уровень моря, тем ниже концентрация кислорода).Такие модификации устанавливаются на автомобили, которые часто эксплуатируются в горных районах. По изменению степени охлаждения нагретого змеевика (меняется ток накала), motronic также определяет массу воздуха, а его температуру определяет датчик, установленный возле дроссельной заслонки.

В каждом случае при ремонте следить, чтобы деталь соответствовала модели контроллера. В противном случае система будет работать неэффективно или вообще отказываться.

Поскольку наличие точно настроенных датчиков часто может приводить к неисправностям (датчик может выйти из строя в любой момент), блок управления системой также запрограммирован на средние значения.Например, при выходе из строя расходомера воздуха компьютер переключается на индикаторы положения дроссельной заслонки и частоты вращения коленчатого вала.

Большинство этих аварийных изменений не отображаются на панели приборов как ошибки. По этой причине необходимо провести полную диагностику электроники автомобиля. Это позволит вовремя обнаружить неисправность и устранить ее.

Советы по поиску и устранению неисправностей

Каждая модификация системы Motronic имеет свои особенности и в то же время свои методы устранения неисправностей.Рассмотрим их по очереди.

KE-Motronic

Эта система устанавливается на Audi 80. Для вывода кода неисправности на экран бортового компьютера необходимо взять контакт, расположенный рядом с рычагом КПП, и замкнуть его на массу. В результате на приборке будет мигать код ошибки.

Общие неисправности:

• Двигатель не запускается;
• Из-за того, что МТК переобогащен, мотор стал работать тяжелее;
• На определенных оборотах двигатель глохнет.

Такие неисправности могут быть связаны с тем, что заедает пластина расходомера воздуха. Частая причина этого — неправильная установка воздушного фильтра (его нижняя часть цепляется за пластину, не позволяя ей свободно перемещаться).

Чтобы добраться до этой части, необходимо демонтировать резиновые шланги, которые проходят над ней и подсоединяются к впускному коллектору. После этого необходимо выяснить причины блокировки свободного колеса пластины (иногда она установлена ​​неправильно, и она не может открываться / закрываться, регулируя поток воздуха), и устранять их.Также необходимо проверить, не деформируется ли эта деталь, так как это может произойти из-за отдачи, которая резко увеличила противодавление во впускной системе. Этот элемент должен иметь идеально ровную форму.

Если пластина деформирована, ее снимают (это потребует больших усилий, так как крепежи фиксируются специальным клеем, чтобы штифт не выкручивался). После демонтажа плита выравнивается. Для этого следует использовать молоток и деревянный брусок, чтобы продукт не пролился.Если образовались заусенцы или края были повреждены, их обрабатывают напильником, но так, чтобы заусенцы не образовывались. Попутно следует осмотреть и очистить дроссельную заслонку, клапан холостого хода.

Далее проверяется чистота распределителя зажигания. Он может собирать пыль и грязь, что нарушает распределение момента зажигания в соответствующем цилиндре. Редко, но все же происходит пробой высоковольтных проводов. Если эта неисправность присутствует, их необходимо заменить.

Следующим предметом, который необходимо проверить, является соединение линии всасываемого воздуха и дозирующей головки в системе впрыска.Если в этой части произойдет даже малейшая потеря воздуха, система выйдет из строя.

Также в двигателях, оснащенных данной системой, часто наблюдается нестабильная частота вращения холостого хода. В первую очередь проверяются свечи, высоковольтные провода, чистота крышки распределителя. Затем следует обратить внимание на работоспособность форсунок. Дело в том, что эти устройства работают от давления топлива, а не за счет электромагнитного клапана. Стандартная очистка этих форсунок не поможет, так как для этого требуется специальное оборудование.Самый дешевый способ — заменить элементы на новые.

Еще одна неисправность, влияющая на холостой ход — загрязнение топливной системы. Этого всегда следует избегать, так как даже незначительное загрязнение отрицательно повлияет на работу счетчика топлива. Чтобы убедиться, что в магистрали нет грязи, необходимо снять трубу, идущую от топливной рампы, и проверить, нет ли в ней отложений или посторонних частиц. О чистоте магистрали можно судить по состоянию топливного фильтра.При плановой замене его можно разрезать и посмотреть состояние фильтрующего элемента. Если в нем много грязи, то велика вероятность, что какие-то частицы все же попали в топливопровод. При обнаружении загрязнения топливопровод тщательно промывается.

Часто с этой системой возникают проблемы с холодным или горячим запуском двигателя. Основная причина такой неисправности — совокупность неисправностей:

• Снижение КПД ТНВД из-за износа его деталей;
• Засоренные или сломанные топливные форсунки;
• Обратный клапан неисправен.

Если не работают клапаны, то, как опция, элемент, отвечающий за холодный пуск, можно синхронизировать с работой стартера. Для этого можно подключить плюс стартера к плюсовой клемме клапана, а минус заземлить на корпус. Благодаря такому подключению устройство всегда будет активировано при включении стартера в обход блока управления. Но в этом случае есть риск перелива топлива. По этой причине не следует сильно нажимать на педаль газа, а крутить стартер на гораздо более короткий промежуток времени.

M1.7 Motronic

Некоторые модели BMW, такие как 518L и 318i, оснащены этой топливной системой. Поскольку данная модификация топливной системы чрезвычайно надежна, сбои в ее работе в основном связаны с выходом из строя механических элементов, а не с неисправностями электроники.

Самая частая причина поломок — это засоренные элементы, а также те устройства, которые подвергаются чрезмерному нагреванию или воздействию воды. Ошибки в блоке управления появляются именно по этим причинам.Это приведет к нестабильной работе двигателя.

Нередки сбои в работе мотора, его вибрация и перебои вне зависимости от режима работы агрегата. В основном это связано с загрязнением крышки распределителя зажигания. Он прикрыт несколькими пластиковыми крышками, куда со временем попадает смешанная со смазкой пыль. По этой причине происходит пробой тока высокого напряжения на землю и, как следствие, перебои в подаче искры. При возникновении этой неисправности необходимо снять крышку распределителя, а также тщательно очистить ее и бегунок.Как правило, сами кожухи менять не нужно. Достаточно содержать их в чистоте.

Сами высоковольтные провода в таких автомобилях заключены в специальные туннели, защищающие высоковольтную линию от грязи, влаги и воздействия высоких температур. Поэтому проблемы с проводами часто связаны с неправильной фиксацией наконечников на свечах. Если в процессе работы автомобилист повредит наконечник или место крепления проводов в крышке трамблера, то система зажигания сработает с перебоями или вообще перестанет работать.

Забитая форсунка (топливные форсунки) — еще одна причина нестабильной работы ДВС (вибрация). По опыту многих автомобилистов силовые агрегаты марки BMW отличаются тем, что постепенный износ топливных форсунок приводит к большему истощению BTC. Обычно эту проблему исправляют с помощью специальных смывок для форсунок.

Все двигатели, оснащенные системой Motronic, характеризуются нестабильностью холостого хода при возникновении неисправности.Одна из причин этого — плохое удержание дроссельной заслонки. Во-первых, прибор нужно хорошо почистить. Кроме того, следует обратить внимание на положение ограничителя хода заслонки. Вы можете увеличить скорость, изменив положение ограничителя. Но это временная мера и не решает проблемы. Причина в том, что повышенные обороты холостого хода отрицательно сказываются на работе потенциометра.

Причиной неравномерной работы двигателя на холостом ходу может быть засорение клапана ХХ (он установлен на задней части двигателя).Легко чистится. Попутно могут появиться сбои в работе расходомера воздуха. В нем изнашивается контактная дорожка, что может вызвать скачки напряжения на выходе устройства. Рост напряжения в этом узле должен быть максимально плавным. В противном случае это повлияет на работу блока управления. Это может привести к пропускам зажигания и чрезмерному обогащению топливовоздушной смеси. В результате двигатель теряет мощность и автомобиль имеет плохую динамику.

Диагностика исправности расходомера осуществляется с помощью мультиметра, установленного в режим измерения напряжения.Само устройство активируется при подаче тока 5В. При выключенном двигателе и включенном зажигании контакты мультиметра подключаются к контактам расходомера. Необходимо вручную повернуть расходомер. При исправном приборе на вольтметре стрелка будет отклоняться в пределах 0,5-4,5В. Эта проверка должна выполняться как на холодных, так и на горячих двигателях внутреннего сгорания.

Чтобы убедиться, что контактная дорожка потенциометра не повреждена, необходимо аккуратно протереть ее спиртовой салфеткой.К подвижному контакту нельзя прикасаться, чтобы не погнуть его и тем самым не сбить настройки регулировки состава топливовоздушной смеси.

Сложность запуска двигателя, оснащенного системой Motronic M1.7, может быть связана с неисправностями штатной противоугонной системы. Иммобилайзер подключен к блоку управления, и его неисправность может неправильно распознать микропроцессор, что приведет к сбою в работе системы Motronic. Проверить эту неисправность можно следующим образом.Иммобилайзер отключается от блока управления (контакт 31) и запускается силовой агрегат. Если ДВС запустился успешно, то нужно искать неисправности в электронике противоугонной системы.

Преимущества и недостатки

Среди преимуществ усовершенствованной системы впрыска можно отметить следующие:

• Достигается идеальный баланс между производительностью двигателя и экономичностью;
• Блок управления не нужно перепрошивать, так как система сама исправляет ошибки;
• Несмотря на наличие множества тонко настроенных датчиков, система достаточно надежна;
• Водителю не нужно беспокоиться об увеличении расхода топлива при одинаковых условиях эксплуатации — система регулирует впрыск в соответствии с особенностями изношенных деталей.

Несмотря на то, что система Motronic имеет несколько недостатков, они существенные:

• Устройство системы включает в себя большое количество датчиков. Чтобы найти неисправность, необходимо обязательно провести глубокую диагностику компьютера, даже если компьютер не выдает ошибки.
• Из-за сложности системы ее ремонт стоит довольно дорого.
• Сегодня не так много специалистов, разбирающихся в тонкостях каждой модификации, поэтому для ремонта придется обращаться в официальный сервисный центр.Их услуги намного дороже обычных мастерских.

Как бы то ни было, передовые технологии призваны облегчить жизнь автомобилиста, повысить комфорт вождения, повысить безопасность движения и уменьшить загрязнение окружающей среды.

Дополнительно предлагаем посмотреть небольшой видеоролик о работе системы Motronic:

Вопросы и ответы:

Зачем вам система Motronic. Это система, выполняющая одновременно две функции, важные для работы силового агрегата.Во-первых, он управляет образованием и распределением воспламенения в бензиновом силовом агрегате. Во-вторых, Motronic контролирует момент впрыска топлива. Существует несколько модификаций этой системы, включающих как моновпрыск, так и многоточечный впрыск.

В чем преимущества системы Motronic. Во-первых, электроника способна более точно контролировать момент зажигания и подачу топлива. Благодаря этому двигатель внутреннего сгорания может потреблять минимальное количество бензина без потери мощности.Во-вторых, за счет полного сгорания BTC автомобиль выделяет меньше вредных веществ, содержащихся в несгоревшем топливе. В-третьих, в системе есть алгоритм, позволяющий настраивать исполнительные механизмы на возникающие сбои в электронике. В-четвертых, в некоторых случаях блок управления системой способен самостоятельно устранять некоторые ошибки, благодаря чему система не нуждается в перепрошивке.

АНАЛОГИЧНЫЕ ИЗДЕЛИЯ

Центральная система впрыска топлива, моновпрыск

Центральная система впрыска (система моновпрыска) называется CFI и является одним из нескольких решений, используемых в топливной системе бензиновых двигателей.

Эта система впрыска оснащена относительно простым и легкодоступным механизмом управления подачей топлива. Может работать при низком давлении топлива. Основное назначение этой системы — обеспечить впрыск топлива с помощью топливной форсунки, которая расположена во впускном коллекторе. Если центральная система впрыска перестала работать из-за аварии, а другие части автомобиля пришли в негодность по той же причине, то отдайте машину на утилизацию. За это будут хорошие деньги: https: // scrap4cash.com.

Как работает центральная система впрыска топлива

Система моновпрыска имеет удобную и понятную конструкцию. Он может состоять из следующих элементов:

Центральная форсунка для впрыска топлива;

клапан дроссельный;

Электропривод

;

входных датчиков;

блок управления электронный;

регулятор давления

центральная форсунка

Основное назначение форсунки — обеспечение впрыска топлива.Это небольшой магнитный клапан, который открывается электромагнитными импульсами, посылаемыми блоком управления. Сама форсунка состоит из спирали, возвратной пружины, форсунки для распыления топлива и запорного клапана.

Дроссельная заслонка

Дроссель используется для регулировки желаемого объема воздушной массы, поступающей в камеру. Заслонка может иметь механическое или электрическое управление.

Сервопривод

Электрический сервопривод демпфера обеспечивает постоянную скорость холостого хода путем принудительного открытия дроссельной заслонки.

Регулятор давления

Основная функция регулятора давления — поддерживать необходимое давление 0,1 МПа внутри системы и предотвращать образование воздушных карманов в камере сгорания после выключения двигателя. Отсутствие воздушных карманов — залог легкого запуска двигателя.

Блок управления

Блок управляет центральной системой впрыска через центральный инжектор и сервопривод. Блок состоит из процессора и блока памяти, который содержит информацию обо всех важных характеристиках впрыска топлива при различных оборотах двигателя.

Входные датчики

Датчики фиксируют изменения в работе всех основных и вспомогательных элементов ДВС. Входные датчики включают датчики впрыска, температуры воздуха и хладагента, оборотов двигателя, уровня кислорода и отключения электрического сервопривода.

Каждый из датчиков предназначен для выполнения своей функции.

Например, датчики температуры воздуха и начального положения клапана можно использовать для расчета необходимого объема воздуха, подаваемого в систему впрыска топлива.

Температура воздуха измеряется, потому что она определяет плотность воздушной массы и, следовательно, ее вес на единицу объема. Чем холоднее воздух, тем он тяжелее и плотнее. Датчик для измерения температуры установлен под центральным соплом.

Датчик положения дроссельной заслонки передает данные о том, сколько воздуха необходимо пропустить через дроссельную заслонку. Он установлен на ведущей оси демпфера.

Объем воздушной массы регулируется путем установки определенного положения заслонки, которая изменяет площадь проточного канала.Чем больше угол открытия заслонки, тем больше воздуха будет попадать в цилиндр двигателя.

Если по какой-либо причине оба вышеупомянутых датчика выйдут из строя, их функции берут на себя датчики частоты вращения и температуры охлаждающей жидкости (охлаждающей жидкости или антифриза).

Топливная смесь впрыскивается, а затем воспламеняется на основании электронных сигналов датчика крутящего момента впрыска.

Когда двигатель работает на холостом ходу, датчик крутящего момента сервопривода обеспечивает плавную работу системы впрыска, посылая в закрытом состоянии (указывающем на режим холостого хода) соответствующий сигнал сервоприводу демпфера, выставляя его на требуемый угол.

Датчик кислорода — датчик, который измеряет уровень кислорода, поддерживает необходимый уровень и соотношение всех компонентов топлива. Его часто устанавливают непосредственно в коллекторе выхлопной системы или перед нейтрализатором (каталитическим).

Принцип работы системы моновпрыска

Головным центром системы является электронный блок управления, который собирает данные с датчиков и сравнивает их с эталонными значениями, внесенными в память производителем.

Рассчитывая разницу между фактическим и эталонным значениями, рассчитывается необходимое количество топлива и воздуха для приготовления оптимальной топливно-воздушной смеси для текущего режима работы ДВС.

На основании этих расчетов определяется момент начала и продолжительность открытия форсунки, а также угол и продолжительность открытия дроссельной заслонки.

Затем открывается клапан на форсунке, после чего топливо под высоким давлением попадает в коллектор через форсунку и смешивается с воздушной массой. В итоге подготовленный ТВС попадает в камеры сгорания ДВС.

Влияние различных стратегий впрыска и условий впуска на характеристики выбросов в дизельном двигателе

Выбор различных стратегий впрыска и условий впуска является потенциально эффективными методами снижения выбросов выхлопных газов из дизельных двигателей.Целью этого исследования является изучение влияния различных углов входа распылителя, разных углов конуса распыления, разных моментов впрыска и разных температур на впуске вместе с характеристиками выбросов на тяжелый дизельный двигатель с помощью процедур трехмерной вычислительной гидродинамики (CFD). Кроме того, изучается влияние камеры сгорания с несколькими форсунками и ее преимущества в снижении выбросов загрязняющих веществ. Основные результаты показывают значительные различия в количестве сажи и образовании во время сжигания между вышеуказанными различными стратегиями.

1. Введение

Автомобили и грузовики представляют собой такое удобное средство передвижения, что они и дальше будут востребованы нашим мобильным обществом. В результате в ближайшие годы требования к решению задачи по производству более чистых и эффективных электростанций будут еще более возрастать. Эта задача требует от транспортной отрасли большей приверженности исследованиям. Промышленность уже значительно улучшила характеристики двигателя за счет использования новых технологий, таких как топливные спреи сверхвысокого давления впрыска (например.g., чтобы снизить уровень выбросов загрязняющих веществ) и использование современных материалов (например, керамики, чтобы влиять на потери теплопередачи двигателя). В последнее время передовые компьютерные модели находят все более широкое применение в отрасли в качестве инструмента для ускорения темпов изменений. Двигатель внутреннего сгорания представляет собой одну из наиболее сложных проблем механики жидкости для моделирования, потому что поток является сжимаемым, низким числом Маха, турбулентным, нестационарным, циклическим и нестационарным как в пространстве, так и во времени. На характеристики сгорания в значительной степени влияют детали процесса подготовки топлива и распределение топлива в двигателе, которое, в свою очередь, контролируется механикой жидкости в цилиндре.Впрыск топлива вводит сложность описания физики плотных парообразных двухфазных потоков.

Выбросы загрязняющих веществ контролируются деталями турбулентного смешения топлива и воздуха и процессов сгорания, и требуется детальное понимание этих процессов, чтобы улучшить рабочие характеристики и снизить выбросы, не снижая при этом экономии топлива. Потребность в максимальной экономии топлива и минимальном уровне загрязнения и шума в дизельных двигателях требует детального исследования экспериментальных, численных и теоретических характеристик систем впрыска топлива [1–4], но необходимо многое сделать для разработки очень точных математических моделей. сократить длительные и дорогостоящие экспериментальные испытания [5, 6].

Несмотря на детальный характер даже самых полных кодов двигателей, они не будут полностью предсказуемыми в обозримом будущем из-за большого диапазона продолжительности и временных масштабов, необходимых для описания механики жидкости двигателя. Таким образом, необходимо ввести подмодели для процессов, которые происходят в масштабах времени и длины, которые слишком короткие, чтобы их можно было разрешить, таких как атомизация, сопротивление и испарение капли, дробление и слияние капель, дисперсия турбулентности капли и эффекты модуляции турбулентности, взаимодействие струи и стенки. , и турбулентное горение.Использование подмоделей для описания неразрешенных физических процессов обязательно вносит эмпиризм в вычисления. Однако компромисс между точностью и осуществимостью вычислений оправдывается пониманием, которое предлагают модельные расчеты. Уверенность в предсказаниях модели и знание их ограничений достигается путем сравнения с экспериментами [7–10].

В целом, в конструкцию впрыска и условия впуска внесены некоторые изменения для снижения выбросов. Целью данного исследования является изучение этих модификаций.Таким образом, на указанном дизельном двигателе прямого впрыска DI исследуются такие параметры, как количество форсунок, угол подачи топлива, угол конуса распыления, время впрыска и температура на впуске.

Моделирование здесь выполнено с помощью AVL-fire (надежный коммерческий код). В следующих разделах представлены подробные сведения о применяемых моделях и подмоделях, а также статус проверки, достоверное состояние моделирования, а также результаты различных стратегий закачки и условий впуска.

2.Анализ Модель

Моделирование распыления включает явления многофазного потока и, как таковые, требует одновременного численного решения уравнений сохранения для газа и жидкой фазы. Что касается жидкой фазы, расчеты распыления основаны на статистическом методе, называемом методом дискретных капель (DDM) [11]. Это работает путем решения обыкновенных дифференциальных уравнений для траектории, количества движения, тепла и массопереноса отдельных капель, каждая из которых является членом группы идентичных невзаимодействующих капель, называемой пакетом.Таким образом, один член группы представляет поведение всего участка. Пакеты капель вводятся в область потока с начальными условиями положения, размера, скорости, температуры и количества частиц в пакете. Введение капель происходит из сопла в виде брызг и попадает в область потока через входные области в виде газожидкостной смеси. Процесс распыления спреев учитывается с помощью различных подмоделей. Обмен импульсом между каплей и газом, турбулентное рассеяние, испарение капель, вторичный распад, столкновение капель и взаимодействие капель со стенкой охватываются исчерпывающим набором моделей.Пар испаряющихся капель используется в качестве источника дополнительного уравнения переноса для паровой паросодержащей фракции в формулировке Эйлера.

Капли отслеживаются лагранжевым способом через вычислительную сетку, используемую для решения уравнений в частных производных для газовой фазы. Учитывается полное двустороннее сопряженное взаимодействие газовой и жидкой фаз. В ситуациях незначительного влияния дисперсной фазы на непрерывную, поток газовой фазы может быть смоделирован заранее, а капельное моделирование может быть выполнено после.

2.1. Подмодели

В этой работе в качестве платформы моделирования используется моделирование вычислительной гидродинамики. Наши усовершенствования критических подмоделей, включая подмодели распыления, горения и выбросов, заключаются в следующем.

(i) Модели распыления : модель взаимодействия со стенками — это стеновая струя [12], модель испарения — это модель Дуковича [13], а модель развала — волновой стандарт [14]. (ii) Модели выбросов : модель NO — это модель Зельдовича [15, 16], а модель сажи — модель Кеннеди-Хироясу-Магнуссена [17].(iii) Модель турбулентности на распыляемых частицах : Госман и Лоаннидес [18]. (iv) Модель турбулентности : стандартная [19].

2.2. Моделирование Двигатель

Моделирование двигателя проводилось с использованием одноцилиндровой версии двигателя грузовика (грузовик Caterpillar 3406). Подробная информация о технических характеристиках двигателя представлена ​​в таблице 1.

9 Центральная и Перед Верхней Мертвая точка соответственно.Для повышения вычислительной эффективности использовалась -секторная вычислительная сетка (рисунок 1). В осевом направлении -секторной расчетной сетке предполагались периодические граничные условия. На рисунке 2 показана расчетная сетка -сектора в ВМТ (верхней мертвой точки).

2.3. Порядок расчета

2.3.1. Действительность модели

На рисунках 3 и 4 сначала было проведено сравнение текущего моделирования и измеренного [20] давления в цилиндре и скорости тепловыделения.Это было сделано для того, чтобы сделать прогноз, сделанный с помощью этой работы, достоверным. Диаграмма давления разделена на две части: первая — до начала закачки, вторая — после начала закачки. В первой части настоящая работа хорошо совпадает с результатами измерений, однако во второй части наблюдается очень тривиальная разница.

Диаграмма скорости тепловыделения имеет две основные зоны: горение с предварительным смешиванием и диффузионное горение.В зоне предварительного смешения большое количество топлива воспламеняется немедленно, в то время как в диффузионной зоне топливо зажигается плавно с диффузионным пламенем. В этой работе зона предварительного перемешивания хорошо предсказана, но в диффузной зоне разница между настоящей работой и измеренными данными составляет максимум 4,8% при угле поворота коленчатого вала 370 градусов, однако тенденции измеренной и текущей работы относительно схожи.

Результаты показывают, что сравнения между текущим моделированием и измеренным [20] относительно хорошо согласуются, таким образом, настоящее моделирование надежно предсказывает рабочие характеристики двигателя, близкие к реальным условиям.В этом разделе для подтверждения настоящей работы экспериментальными результатами [20] тетрадекан используется в качестве впрыскиваемого топлива.

2.3.2. Независимость от сетки

Как упоминалось выше, расчеты распыления основаны на статистическом методе, относящемся к методу дискретных капель (DDM) [11]. Известно, что модель струи имеет ограничение на работу с мелкими сетками, и реальная проблема заключается в отсутствии статистической сходимости на расчетную ячейку [21]. Согласно Далену [22] для сопла форсунки диаметром 0 мм.2 мм, эквивалентный средний размер ячейки при КНИ (начало впрыска), рекомендуется 0,6 мм (3 раза). В данной работе для сопла инжектора диаметром 0,259 мм, эквивалентного среднему размеру ячейки при КНИ, принимается значение 0,797 мм.

Этот размер применяется для сеток , представленных и с оребрением , однако сетка с оребрением более сглажена в осевом направлении. Другая сетка с крупной сеткой (, грубая, ) используется для сравнения.

Сетка в настоящее время имеет 60400, а сетка с оребрением имеет 84800 ячеек в нижней мертвой точке (оба имеют одинаковую сетку в ВМТ).Сетка грубая имеет 39400 ячеек в нижней мертвой точке (далее — впрыскиваемое топливо).

Рисунки 5 и 6 показывают, что текущая сетка является хорошим выбором для нашей цели, потому что она более экономична, чем сетка со штрафом, , а сетка грубая слишком грубая для хороших прогнозов.

3. Результаты и обсуждение

Существует множество параметров, определяющих поведение дизельного двигателя. Эти параметры влияют на теплопередачу, топливно-воздушную смесь, горение и т. Д.

В работе рассматриваются различные условия впрыска топлива, исследуются угол въезда топлива и угол конуса топлива. Кроме того, исследуется влияние нескольких форсунок. Учитываются разные моменты впрыска и разные начальные условия камеры сгорания. Следует отметить, что при исследовании вышеуказанных параметров все параметры, кроме одного, считались неизменными. В первую очередь обратим внимание на влияние разных углов въезда топлива в камеру сгорания.

3.1. Входящий угол

В этом разделе исследуются различные углы впрыска для повышения производительности и оптимизации двигателя. В соответствии с рисунком 7 входной угол показан как угол между направлением впрыска и осевым направлением на. Для этой работы были рассмотрены различные углы 125 и 135 градусов.

На рисунках 8 и 9 показаны изменения температуры и давления в цилиндрах соответственно. При увеличении угла впрыска температура и давление в цилиндрах немного увеличиваются.Это происходит из-за лучшего смешивания топлива с воздухом и, следовательно, лучшего сгорания.

Взглянув на рисунки 10 и 11, очевидно, что при увеличении угла впрыска образование NO увеличивается, а образование сажи уменьшается; это связано с тем, что при увеличении угла впрыска впрыскиваемое топливо удаляется от стенки и проходит к головке поршня, поэтому топливо подвергается воздействию более горячего воздуха, что приводит к большему образованию NO. Кроме того, повышение температуры в цилиндрах — еще одна причина увеличения выработки NO.

Обычно количество загрязняющих веществ сажей увеличивается из-за ослабления диффузионного пламени. Когда угол впрыскиваемого топлива увеличивается, топливо распространяется намного лучше и монотонно, и эффективность сгорания в зоне диффузного пламени увеличивается, поэтому загрязняющее вещество сажи уменьшается. Это связано с тем, что чем больше увеличивается угол впрыска топлива, тем больше он подвергается воздействию кислорода и, следовательно, тем больше сгорает образующаяся сажа.

При увеличении угла впрыска давление и температура в цилиндре увеличиваются, но это не очень существенно.

3.2. Угол конуса впрыска

Угол конуса впрыска топлива при распылении в цилиндр показан на рисунке 12.

Угол конуса впрыска является функцией плотности воздуха в цилиндре, плотности впрыскиваемого топлива и геометрической константы, как показано ниже [23] :

где — функция длины () и диаметра () отверстия форсунки (рисунок 13).

идентифицируется следующим образом:

Таким образом, при изменении геометрии сопла (и) будут наблюдаться разные углы конуса.

Что касается экспериментального исследования, проведенного Payri et al. [24] геометрия сопла может влиять на характеристики распыления (испарение, смешивание и длину жидкости). В этом разделе изучается влияние геометрии сопла на поведение упомянутого двигателя по выделению загрязняющих веществ. Таким образом, сравниваются три угла конуса 14 и 18 градусов, полученные из-за разной геометрии сопла.

При увеличении угла конуса впрыска улучшается топливно-воздушная смесь, это условие вместе с более высоким и легким доступом кислорода приводит к более высокому образованию NO.

Как показано на Рисунке 15, при увеличении угла конуса впрыска при углах поворота первичного коленчатого вала образуется большее количество сажи, в то время как при последних углах поворота коленчатого вала происходит более сильное окисление. Эти два противоречивых явления приводят к одинаковому образованию сажи во всех трех случаях при угле поворота коленвала выпускного клапана. Действительно, после начала сгорания топлива загрязняющая сажа образуется из-за термического пиролиза, а при более поздних углах поворота коленчатого вала сажа сгорает из-за окисления. Увеличение угла конуса приводит к увеличению термического пиролиза и, следовательно, образования сажи, с другой стороны, на последних стадиях увеличение угла конуса приводит к более быстрому сжиганию сажи из-за более легкого и лучшего доступа к кислороду.

Таким образом, в этом двигателе увеличение угла конуса с 10 до 18 градусов приводит к увеличению массовой доли NO на 8%, в то время как количество массовой доли отработанной сажи было одинаковым для всех трех случаев, однако процедура производства и окисления разные.

3.3. Задержка времени впрыска

Одним из наиболее эффективных параметров работы двигателя и выхлопных газов является регулировка момента впрыска.Здесь применяются различные тайминги впрыска, как показано ниже.

Начало впрыска при 350,5, 349,5 и 346,5 градусах, которые представлены как adv0, adv3 и adv6 соответственно. Продолжительность инъекции одинакова для всех трех случаев.

Как показано на рисунках выше, различная синхронизация впрыска вызывает значительные изменения в состоянии цилиндров и выбросах выхлопных газов. Когда время впрыска опережает время впрыска, вероятность смешивания топлива с воздухом выше, что может привести к повышению температуры и давления.

Более высокая температура в цилиндре приводит к большему производству NO на основе механизма Зельдовича. Связь между образованием NO и температурой в цилиндре следующая [15]:

Из рисунков 19 (a) и 19 (b) понятно, что, когда угол впрыска увеличивается с угла поворота кривошипа с 351,5 до 349,5 и 346,5 градусов, образование сажи снижается. Как показано на Рисунке 19 (a), хотя при увеличении времени впрыска образование сажи увеличивается при углах поворота коленчатого вала в первичной обмотке, она уменьшается с большей скоростью при углах поворота коленчатого вала на более поздних этапах из-за более высокого окисления из-за более высокой температуры в цилиндре.Другая причина заключается в том, что замедление времени впрыска приводит к тому, что сажа не попадает в головку поршня и, следовательно, вызывает меньшее окисление из-за воздействия более холодного воздуха из днища поршня. Кроме того, за счет замедления времени впрыска уменьшается время, достаточное для окисления при последних углах поворота коленчатого вала. Это связано с меньшим промежутком времени между началом впрыска и углом открытия выпускного клапана.

3.4. Температура на впуске

При увеличении температуры на впуске температура в цилиндрах увеличивается, что приводит к увеличению выработки NO по механизму Зельдовича.

Как показано на Рисунках 22 (a) и 22 (b), повышение температуры на входе влияет на образование сажи. Это связано с повышением температуры в цилиндре. При первичных углах поворота коленчатого вала сажа увеличивается, а при более поздних углах поворота коленчатого вала сажа уменьшается из-за большего окисления. Эти два неблагоприятных явления в конечном итоге приводят к уменьшению образования сажи.

3.5. Мультиинжекторы

Теперь перейдем к рассмотрению камеры сгорания с более чем одним инжектором (мультиинжекторная система сгорания).

На рисунке 23 показаны две камеры сгорания (вид сверху). Левая часть представляет собой схематический вид камеры сгорания с одним инжектором и 6 отверстиями, а правая представляет собой схематический вид камеры сгорания с 6 инжекторами, каждая из которых имеет по одному отверстию.

Как упоминалось ранее, для простоты и экономической эффективности моделируется только -сектор камеры сгорания (рисунки 23 и 24).

Обычно стенки цилиндра намного холоднее, чем в цилиндре. В случае 6 форсунок впрыск намного ближе к стене, чем в случае 1 форсунки.Эта близость впрыска к стенке приводит к значительному снижению температуры в цилиндре. Более глубокое рассмотрение рисунка 25 показывает, что в случае 6 форсунок сразу после ВМТ происходит внезапное снижение температуры. Это явление происходит из-за большой близости впрыска к стенке в углах поворота коленчатого вала после ВМТ. Действительно, из-за удара пламени топлива о холодную стенку некоторое количество топлива не воспламеняется при углах поворота коленчатого вала первичной обмотки. Это приводит к еще одному внезапному возгоранию при последнем угле поворота коленчатого вала ().Таким образом, во время впрыска наблюдается еще одно резкое повышение температуры в цилиндрах.

На рисунке 26 показано, как производится в камере сгорания. Результаты показывают, что в случае 6 инжекторов произведенный NO значительно ниже, чем в случае 1 инжектора. Это явление оправдано наблюдением за рис. 25. Как показано на этом рисунке, температура в цилиндре для случая 1 форсунки выше, чем для случая 6 форсунок, что приводит к более высокому образованию NO.

На рисунке 27 показана средняя массовая доля сажи для случаев с 1 форсункой и 6 форсунками.Как показано на этом рисунке, массовая доля сажи исчезает для 6 форсунок, в то время как она составляет около 0,0002 для случая 1 форсунки под углом поворота коленчатого вала выпускного клапана. Это связано с очень хорошей смесью топлива с воздухом в случае 6 форсунок.

4. Выводы

В этом исследовании различные стратегии впрыска, такие как разные углы впрыска, разные углы конуса впрыска, различное время впрыска и разная температура на впуске, а также влияние камеры сгорания с несколькими форсунками были исследованы и обсуждены численно.

Также сообщалось об исследовании, касающемся температуры в цилиндрах, давления в цилиндрах и выбросов сажи.

Прежде всего, настоящая работа была сопоставлена ​​с экспериментальными данными, а затем были исследованы различные сетки на предмет достоверности. Это было сделано для обеспечения надежности. Путем изменения различных параметров одноцилиндровой версии двигателя серийного грузовика Caterpillar 3406 были получены следующие результаты.

Было показано, что при увеличении угла впрыска в камеру сгорания образование NO резко возрастает, а образование сажи снижается.Это происходит из-за того, что впрыск попадает в головку поршня, которая находится в условиях более высокой температуры.

Угол конуса распыления варьировался для сравнения производимых загрязнителей. Было показано, что при увеличении угла конуса впрыска производство NO увеличивается из-за лучшей смеси, но нет никакой разницы в выходящей саже, хотя скорость образования и окисления сажи различается.

Кроме того, показано, что при увеличении времени впрыска температура, давление и образование NO в цилиндрах увеличиваются, а образование сажи снижается.Однако следует отметить, что вычет ограничен смоделированными условиями. При увеличении температуры на впуске количество температуры в цилиндрах и образование NO увеличиваются, тогда как количество сажи на выходе уменьшается.

Было показано, что в случае системы сгорания с несколькими инжекторами (здесь в случае с 6 инжекторами) количество загрязняющих веществ, таких как NO и сажа, уменьшилось. Это было связано с более низкой температурой в цилиндрах и улучшенной топливно-воздушной смесью в данном случае.

Наконец, в этом документе показаны преимущества систем сгорания с несколькими форсунками, особенно в снижении количества загрязняющих веществ в выбранном дизельном двигателе, а также влияние различных стратегий и условий впуска.

Направляющая винтового насоса с эксцентриситетом и конструкция мононасоса с эксцентриковым винтом

Как работают винтовые насосы с эксцентриком w ork?

Винтовые насосы винтового типа, иначе называемые насосами со спиральным ротором, эксцентриковыми винтовыми насосами или мононасосами, являются частью семейства поршневых насосов прямого вытеснения. Объемные насосы прямого вытеснения характеризуются работой, при которой жидкость перемещается путем захвата фиксированного объема и нагнетания этой захваченной жидкости в нагнетательную трубу.

Принцип работы с прогрессирующей полостью состоит, в частности, из спирального винтового ротора (например, пробкового винта, отсюда их названия — эксцентриковый винтовой насос), который плотно сидит внутри резинового статора / втулки.Когда ротор вращается внутри статора, он образует набор полостей фиксированной формы, которые продвигаются по длине статора и заставляют жидкость внутри перемещаться вместе с ними при их вращении.

Преимущества конструкции

Вязкие и абразивные жидкости — Винтовые насосы с прогрессивным двигателем часто рассматриваются как решение, когда многие другие типы выходят из строя из-за их способности работать с трудными жидкостями. Его конструкция с низкой внутренней скоростью означает, что можно эффективно обрабатывать вязкие жидкости и жидкости, содержащие твердые частицы. E.грамм. сточные воды, шламы, сточные воды и пищевые отходы. Кроме того, статор обладает некоторой гибкостью, что снижает количество частиц износа, возникающих при их контакте. По этой причине мононасос часто выбирается по сравнению с центробежными насосами; конструкция, наиболее подходящая для воды или жидкостей с аналогичной толщиной, или для лопастных и шестеренчатых насосов, которые просто забивались бы твердыми частицами из-за их жестких допусков.

Плавный, малопульсирующий поток — По мере того, как жидкость движется через перекрывающиеся полости с предсказуемой скоростью, прогрессивная конструкция полости выигрывает от перекачивания с низкой пульсацией.Эта плавная работа означает, что при дозировании может быть выполнено чрезвычайно точное дозирование. Меньшие пульсации в потоке жидкости также ограничивают величину напряжения, которому подвергаются другие компоненты установки.

Работа с низким усилием сдвига — Благодаря низкой внутренней скорости по сравнению с насосами других конструкций, винтовой насос с продольным сдвигом обеспечивает низкий уровень сдвига перекачиваемой среды. Это делает его идеальным для работы с продуктами, чувствительными к сдвигу, которым необходимо сохранять свою структуру в процессе перекачивания.Примеры включают пищевые продукты, такие как оливки, клеи, которые могут потерять свою липкость, и смеси воды и масла, которые должны сохранять неизменными размеры капель масла, чтобы сепаратор работал наиболее эффективно. Другим примером продуктов, чувствительных к сдвигу, являются тиксотропные жидкости; те, которые становятся густыми в статике, но становятся менее вязкими при встряхивании, взбалтывании или перемешивании, например кетчуп томатный и реопектичный; те, которые при взбалтывании становятся толще, например кремовый цвет. Благодаря низкой частоте вращения и плавному перекачивающему движению винтовые насосы с продольным перемещением сводят к минимуму перемешивание перекачиваемой среды.

Постоянный расход — Поскольку винтовой насос с прогрессивным ротором может обеспечивать одинаковый расход независимо от вязкости перекачиваемой среды, он является идеальным решением, когда требуется постоянный расход, но толщина жидкости может быть меньше. Переменная.

Высокое давление — Высокое давление может быть достигнуто с помощью эксцентриковых винтовых насосов, что позволяет перекачивать даже трудно перекачиваемые жидкости на значительные расстояния.

Большая высота всасывания — Конструкция винтового мононасоса с прогрессирующей полостью отличается низким чистым положительным напором на всасывании (LPSH), что означает, что для работы насоса в требуемой рабочей точке требуется меньшее давление на входе.Следовательно, они являются хорошим решением, когда условия всасывания в приложении не идеальны.

Типичные области применения винтового насоса

С учетом вышеуказанных конструктивных преимуществ, винтовые насосы часто используются, но никоим образом не ограничиваются следующими областями применения:

• Перекачивание сточных вод и осадка
• Грязные сточные воды
• Удаление трюмных вод
• Перекачивание вязких химикатов
• Продукты, чувствительные к сдвигу
• Обработка целлюлозы, бумажной пасты и крахмала
• Перекачка биомассы
• Перекачка нефти
• Применение дозирования жидкости

Винтовые насосы прогрессируют по своей длинной и тонкой конструкция, как статор, часто примерно в десять раз длиннее своей ширины, как показано на рисунке справа.Это означает, что обычно внутри установки требуется довольно много места, что иногда является недостатком. Доступны модели с более компактной конструкцией, однако это обычно достигается за счет максимального давления, при котором они могут работать.

Важно отметить, что винтовые насосы следует тщательно выбирать в зависимости от температуры жидкости и не являются хорошим решением при значительных колебаниях температуры. Статор и винтовой ротор иногда могут иметь зазор всего в несколько мм, чтобы насос мог работать эффективно и перекачивать жидкости с требуемой скоростью потока.Поскольку статор резиновый, большие колебания температуры могут вызвать небольшое разбухание, что означает разницу в эффективности, скорости потока и давлении. Эксцентриковые винтовые насосы обычно имеют размеры, соответствующие требуемому расходу и давлению при определенной температуре, и если это изменение, то насос может продолжать работать, но с пониженной эффективностью.

Устранение неисправностей

Винтовые насосы винтового типа имеют прочную и надежную конструкцию, но, как и во всем, могут возникнуть проблемы.Если у вас возникнет проблема, существует вероятное объяснение, которое можно найти, используя приведенную ниже таблицу поиска и устранения неисправностей полости.

903 Диаметр цилиндра 137,19 мм Давление на впуске 1.85 бар Ход 165,1 мм Время закрытия впускного клапана 147 град. передаточное число 15 Расход топлива Головка поршня Мексиканская шляпа Обороты двигателя 1600 об / мин

D4 UE расход Faulty490 Faulty490 Faulty490 винтовой ротор

A	Насос не запускается
B	Насос не имеет всасывания
C	Неправильный расход
E	Чрезмерная вибрация или шум
F	Насос заклинило / остановил подачу
G
I	Уплотнение негерметично
J	Привод выделяет слишком много тепла
K		Недостаточное давление

903 84 G

B	C	D	E	F	H	I	J	K	Возможная проблема
X									X helator	из-за пролонгированной активности ротора и адгезии.Смажьте и переместите статор с помощью специального инструмента.
X		X	X		X	X	X		X		Чрезмерное давление на выпускном отверстии насоса.
X	X	X			X	X	X	X			Постороннее тело внутри насоса. Разберите насос, удалите предмет и замените все поврежденные детали.
X	X				X	X			X		Слишком большое расширение статора и блокирование винтового ротора. Проверьте температуру жидкости.
X	X			X	X	X	X	X			Размер твердых частиц в жидкости слишком велик. Уменьшите скорость вращения или установите фильтр на всасывании насоса.
X	X				X	X	X				Продукт имеет тенденцию осаждаться и / или кристаллизоваться, когда насос неактивен. Промойте насос; при необходимости разобрать и почистить.
	X	X	X	X							Утечка воздуха через всасывающий кожух или через уплотнение.
X	X					X	X	X			Температура слишком низкая и вызывает затвердевание жидкости.Нагрейте насос. Увеличьте входное сечение или размер сетки фильтра. Откройте впускные клапаны.
		X	X								Воздушные включения в технологической жидкости.
	X	X									Слишком низкая скорость для жидкостей с низкой вязкостью и слишком большие всасывающие секции.
	X		X	X		X	X	X			Слишком высокая скорость для очень вязких жидкостей и слишком маленькие секции всасывания. Риск кавитации.
	X							X			Неправильное направление вращения. Проверьте паспортную табличку и технические характеристики насоса. При необходимости поменяйте полярность двигателя.
	X			X		X	X				Доступный NPSH ниже потребности насоса.Риск кавитации.
				X	X						Проверьте движение приводного вала. Неправильное положение трансмиссионной щетки.
	X	X	X		X	X					Насос работает всухую, частично или полностью. В случае неисправности замените статор. Установите датчик защиты от сухого хода.
	X	X	X	X	X	X				X	Статор неисправен или изношен.Заменять.
	X	X	X	X	X		X			X	Винтовой ротор неисправен или изношен. Заменять.
X						X					Материал статора не подходит. Проверить заказ.
							X				Материал спирального ротора не подходит.Проверить заказ.
		X		X	X						Сломана часть трансмиссии. Изношенный или неисправный сустав.
				X	X						Подшипники в корпусе подшипника или в приводе больше не подходят. Заменять.
X		X		X		X	X		X		Неправильная скорость насоса.Проверьте число оборотов и мощность, потребляемую двигателем. Проверьте частоту и напряжение.
X	X	X	X		X			X			Слишком высокая вязкость. Сверьтесь с техническими характеристиками насоса.
X	X	X						X	X		Сальник требует регулировки. Заменить и изношенные детали (кольца и полый вал).
		X						X			Торцевое уплотнение. Проверьте поверхности и уплотнительное кольцо на износ. Проверить сжатие уплотнения. Заменить изношенные детали.
		X						X			Неподходящая система уплотнения.

Многоточечный впрыск топлива (MPFI)

Что такое система многоточечного впрыска топлива (MPFI)?

MPFI — это система или метод впрыска топлива в двигатель внутреннего сгорания через несколько каналов, расположенных на впускном клапане каждого цилиндра.Он подает точное количество топлива в каждый цилиндр в нужное время. Существует три типа систем MPFI — пакетная, одновременная и последовательная.

В дозированной системе MPFI топливо впрыскивается в группы или партии цилиндров без совмещения их хода впуска. В системе с одновременной подачей топлива топливо подается во все цилиндры одновременно, в то время как последовательный впрыск системы синхронизируется с тактом впуска каждого цилиндра.

Многоточечный впрыск топлива

Как работает система впрыска топлива?

MPFI включает регулятор давления топлива, топливные форсунки, цилиндры, нажимную пружину и регулирующую диафрагму.Он использует несколько отдельных форсунок для подачи топлива в каждый цилиндр через впускной канал, расположенный перед входным отверстием цилиндра. Регулятор давления топлива, соединенный с топливной рампой посредством впуска и выпуска, направляет поток топлива. Регулирующая диафрагма и нажимная пружина контролируют открытие выпускного клапана и количество топлива, которое может вернуться. Давление во впускном коллекторе существенно меняется в зависимости от оборотов двигателя и нагрузки.

Преимущества системы многоточечного впрыска топлива ?

• Технология многоточечного впрыска топлива повышает топливную экономичность автомобилей.MPFI использует индивидуальную топливную форсунку для каждого цилиндра, что исключает потери газа с течением времени. Это снижает расход топлива и делает автомобиль более эффективным и экономичным.
• Автомобили с автомобильной технологией MPFI имеют более низкие выбросы углерода, чем автомобили, которым несколько десятилетий назад. Снижает выбросы вредных химикатов или дыма при сжигании топлива. Более точная подача топлива очищает выхлоп и производит менее токсичные побочные продукты. Таким образом, двигатель и воздух остаются чище.
• Система MPFI улучшает характеристики двигателя. Он распыляет воздух в маленькой трубке вместо дополнительного воздухозаборника и улучшает распределение топлива между цилиндрами, что способствует повышению производительности двигателя.
• Он способствует распределению более однородной топливовоздушной смеси по каждому цилиндру, что снижает разницу в мощности, развиваемую в отдельном цилиндре.
• Автомобильная технология MPFI улучшает реакцию двигателя при резком ускорении и замедлении.
• Двигатели MPFI меньше вибрируют, и их не нужно проверять дважды или трижды в холодную погоду.
• Повышает функциональность и долговечность компонентов двигателя.
• Система MPFI способствует эффективному использованию и распределению топлива. .

Прочие льготы

• Плавность хода и управляемость
• Надежность
• Компетентны для использования альтернативных видов топлива
• Легкий тюнинг двигателя
• Диагностические возможности
• Первоначальная и эксплуатационная стоимость

Инжекция, транспорт и обнаружение электрического спина в ван-дер-ваальсовых гетероструктурах графен-гексагональный нитрид бора: прогресс и перспективы

Спин-инжекция, транспортировка и обнаружение — три фундаментальных процесса в спинтронике, и контроль над этими процессами имеет решающее значение для разработки новых типов спинтронных устройств.Для реализации этих явлений для практических приложений спинтроники были исследованы различные материалы. Графен нашел свое место в спинтронике благодаря своим благоприятным свойствам, таким как низкое спин-орбитальное взаимодействие и небольшие сверхтонкие взаимодействия [1, 2]. Кроме того, графен обладает большой подвижностью носителей и регулируемой плотностью носителей с электростатическим затвором от электронов до дырочного режима. За последнее десятилетие было проведено огромное количество исследований, направленных на то, чтобы воплотить предсказанные ожидания графена в практические приложения.Большая часть усилий была направлена ​​на поиск решений ключевых проблем в спинтронике графена, включая, среди прочего, поиск эффективных туннельных барьеров для эффективной инжекции и детектирования спина, а также чистую среду для переноса спина на большие расстояния в графене. Попутно открытие различных двумерных (2D) материалов с отличительными физическими свойствами и возможность изготовления ван-дер-ваальсовых (vdW) гетероструктур с графеном повысило добротность графеновых устройств спинтроники.В частности, большое внимание привлекли недавние открытия использования гексагонального нитрида бора (hBN) в качестве подложки и в качестве туннельного барьера для устройств с графеновым спиновым клапаном.

В этом обзоре мы представляем последние разработки в области спинового транспорта в гетероструктурах графен-hBN-vdW и обсуждаем роль hBN как затворной диэлектрической подложки и как барьер для туннельной инжекции / детектирования спина для графеновых устройств спинтроники. Сначала мы сосредоточимся на ранних исследованиях графеновых спиновых клапанов с обычными подложками SiO ₂ / Si и обсудим недостатки подложек из оксидных диэлектриков.Затем мы даем отчет о прогрессе в различных методах, разработанных для изготовления гетероструктур графен-hBN, и в хронологическом порядке исследуем прогресс в графеновых спиновых клапанах на основе hBN. Далее мы описываем недостатки различных оксидных туннельных барьеров и обсуждаем недавнее появление атомно тонких слоев hBN в качестве туннельных барьеров для улучшенной инжекции и детектирования спина в графене. Наконец, мы поделимся несколькими интересными перспективами будущего спинтроники с гетероструктурами графен-hBN.

Спиновый транспорт в графене обычно изучается в нелокальной четырехконцевой геометрии, схематично показанной на рисунке 1 (а). Зарядный ток и подается между контактами C1 – C2, и нелокальное падение напряжения измеряется на контактах C3 – C4. Обычно нелокальный сигнал определяется в терминах нелокального сопротивления. Накопление ненулевого спина создается в графене под C1 и C2 из-за спин-поляризованного тока через ферромагнитные (FM) электроды, входящего в графен, и он диффундирует как в положительном, так и в отрицательном направлениях x .В идеале зарядный ток присутствует только в локальной части между C1 – C2, поэтому нелокальное напряжение возникает только из-за накопления спина, рассеянного за пределами пути зарядного тока. Для измерения переноса спина необходимо по крайней мере два ферромагнитных электрода: один для инжекции спина, а другой — для обнаружения спинового напряжения. Внешние электроды C1 и C4 также могут быть немагнитными и служить электродами сравнения. Для простоты анализа данных измерений они могут быть спроектированы далеко от внутренних электродов и не вносят вклад в перенос спина.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

Для измерений спинового клапана прикладывают плоское магнитное поле вдоль легкой оси ферромагнетика в направлении y (рисунок 1 (a)). Первоначально все электроды имеют одинаковую намагниченность. Эта конфигурация называется параллельной (P) конфигурацией.Затем наносится в обратном направлении. Когда намагниченность FM-электрода C2 или C3 меняет свое направление на противоположное, наблюдается резкий переход, зарегистрированный в R _nl , и намагниченности электродов в C2 – C3 выравниваются в антипараллельной (AP) конфигурации с уважение друг к другу. При дальнейшем увеличении второй электрод также меняет направление намагничивания, и теперь оба электрода снова выровнены в P-конфигурации. Это завершает измерение спинового клапана (рисунок 1 (b)).Разница между величиной нелокального сигнала в P- и AP-состояниях, т.е. называется нелокальным спиновым сигналом или нелокальным магнитосопротивлением, и возникает из-за диффузии спинового накопления в нелокальной части.

Наличие накопления спина подтверждается измерениями прецессии спина Ханле (рисунки 1 (c) — (e)). Здесь магнитное поле приложено перпендикулярно плоскости графена. Спины, инжектированные через C2 в плоскости x-y графена, прецессируют вокруг и сбрасываются по фазе, диффундируя к C3.Расфазировка спинов видна в уменьшенной функции от. Параметры спинового переноса, такие как время жизни спина, константа спиновой диффузии и длина спиновой релаксации (=), получаются путем подгонки данных Ханле к стационарному решению одномерного уравнения Блоха:, где — накопление спина, — ларморовская частота с g = 2, фактором Ланде, магнетоном Бора и приведенной постоянной Планка.

Значения и полученные из измерений спинового переноса часто используются для идентификации механизма спиновой релаксации в графене [3–6].Есть два возможных механизма, которые, как полагают, вызывают релаксацию спина в графене. Одним из них является механизм Эллиотта – Яфета (EY) [7, 8], в котором спины электронов релаксируют через рассеяние импульса на примесях / дефектах и, как результат, пропорциональны времени релаксации импульса. Другой — это механизм Д’Яканова – Переля (ДП) [9], в котором спины электронов сдвигаются по фазе между двумя событиями рассеяния под действием локальных спин-орбитальных полей и обратно пропорциональны.

Из-за двумерной природы однослойного графена плотность его носителей ограничена одной атомной толщиной, что делает его поверхность чрезвычайно восприимчивой к воздействию окружающей среды. Эта чувствительность графена представляет собой большую проблему при измерении его внутренних свойств. С другой стороны, в то же время, чувствительность важна для включения физических свойств через эффекты близости, которых вообще нет в чистом графене [10, 11].

Для изготовления полевого транзистора (FET) необходима диэлектрическая среда.Наличие подложки необходимо для поддержки графена и использования его в устройствах. Однако среда, которая поставляется с подложкой, играет решающую роль в определении электронных транспортных свойств графена.

Возможность изображения атомно-толстых областей графена на поверхности SiO ₂ с помощью оптического микроскопа привела к открытию однослойного графена [12]. Вскоре после открытия новаторская работа Томброса и др. [13] впервые продемонстрировала инжекцию и обнаружение электрического спина в нелокальной четырехконцевой геометрии на микрометровом расстоянии в монослойном графене на SiO ₂ / Si подложка при комнатной температуре (RT) (устройство A1 на фиг.2).Кроме того, с помощью измерений прецессии спина Ханле было доказано, что сигнал спина действительно был обусловлен переносом электронных спинов в графене.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 2. Прогресс в архитектуре устройства в направлении гетероструктур графен-hBN для исследования переноса электрического спина в графене. Ранние измерения спинового переноса в графене были выполнены с использованием устройства геометрии (A0) с прозрачными контактами FM / графен.Затем в конструкции спинового клапана (A1) были введены туннельные барьеры. С этого момента прогресс в архитектуре устройства можно разделить на три категории, обозначенные тремя стрелками. Поляризации спиновой инжекции и детектирования, усиленные атомарно тонкими туннельными барьерами hBN, представленными через маршрут A1 – A2 – A3. Улучшение качества графена за счет инкапсуляции толстыми диэлектриками hBN сверху и снизу представлено по маршруту A1 – B1 – B2 – B3 – B4 – A4, а с использованием различных сред подложки представлено по маршруту A1 – C1 – C2– C3 – C4.Во всех устройствах, кроме A1, C1 и C2, hBN используется для различных целей, таких как подложка (A3 – A4, B1 – B4, C3 – C4), верхний затвор (B2 – B4) и туннельный барьер (A2– A3, B4, C4). Легенды обозначают различные материалы, из которых изготовлены устройства. Эта геометрия устройства использовалась во многих исследованиях, например, A0 в [96–99], A1 в [3, 4, 13–17, 87, 90, 104, 110, 111, 116, 167, 175, 179– 183], A2 в [128–131, 138, 139], A3 в [6, 80, 82], A4 в [78], B1 в [5], B2 в [59, 60, 95], B3 в [ 93], C1 в [28–32, 40], C2 в [26, 27], C3 в [58, 62, 170], а B4 и C4 — это предложенные новые геометрии.

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

Характеристики переноса заряда и спина ранее описанных устройств с графеновым спиновым клапаном на подложке SiO ₂ / Si, а именно подвижность мкм ниже 5000 см ² В ^-1 с ^-1 , время жизни спина ниже 500 пс, а длина спиновой релаксации до 2 мкм [13, 14] была на несколько порядков ниже прогнозируемых значений 1 мкм с и 100 мкм м [1, 2].Считалось, что такие низкие значения связаны с рассеянием на примесях, внесенных во время изготовления устройства, и лежащей под ним подложкой SiO ₂ / Si. Впоследствии были опубликованы аналогичные экспериментальные наблюдения [14–18], в которых указывалось, что зарядовые примеси и адатомы на подложке SiO ₂ / Si являются возможными источниками усиленного спинового рассеяния в графене.

Подложка SiO ₂ / Si, как показано, ухудшает электронное качество графена из-за (i) гофр, обусловленных шероховатостью поверхности, (ii) рассеяния, вызванного ловушками примесных зарядов в оксиде [19, 20], (iii) ) поверхностные фононы, вызывающие слабую релаксацию спина, зависящую от температуры [21], и (iv) электронно-дырочные лужи из-за зарядового примесного беспорядка на подложке [22, 23].Эти наблюдения показывают, что, помимо примесей, нижележащая диэлектрическая подложка SiO ₂ / Si также влияет на изначальные зарядовые и спиновые свойства графена.

Было предпринято несколько попыток улучшить архитектуру графенового спинового клапана для преодоления вышеупомянутых проблем, связанных с подложкой SiO ₂ / Si. На рисунке 2 представлена ​​информация о различных геометриях устройств, разработанных за последнее десятилетие. Во избежание примесей и беспорядка, исходящих от нижележащей подложки SiO ₂ / Si, ее следует либо удалить, либо заменить.Один из способов полностью устранить влияние подложки — подвесить графен (устройство C2 на рисунке 2), что привело к очень высокой подвижности (∼10 ⁵ см ² V ⁻¹ s ⁻¹ ) устройств [ 24]. Однако подвешенные области подвержены волнам и деформации [25] и являются очень хрупкими, что создает проблемы при изготовлении. Транспорт спина в этих устройствах ограничен областями подвешенного графена, поддерживаемыми полимером, что дает –250 пс и –4,7 мкм м [26, 27].Другой способ преодолеть недостатки SiO ₂ / Si — это эпитаксиальное выращивание графена непосредственно на такой подложке, как карбид кремния (SiC) [28, 29] (устройство C1 на рисунке 2). Однако было обнаружено, что локализованные состояния, присутствующие в SiC, влияют на спиновой диффузионный перенос через механизмы межслоевых прыжков [30].

За последние годы несколько других подложек также использовались для устройств с графеновым спиновым клапаном, чтобы добавить графену дополнительные функции. К ним относится подложка SrTiO ₃ (STO) для эпитаксиального роста сильно поляризованного по спину La _0.67 Sr _0,33 MnO ₃ (LSMO) контакты для графена [31], a Y ₃ Fe ₂ (FeO ₄ ) ₃ (YIG) подложка как ферромагнитный изолятор с магнитной бесконтактной связью [ 32, 33] и недавно использованные подложки из дихалькогенидов переходных металлов (TMDC), чтобы их близость индуцировала спин-орбитальное взаимодействие в графене [34–45].

Среди всех различных подложек, предложенных для изучения спинового транспорта в графене, было обнаружено, что hBN толщиной несколько нанометров может служить отличной диэлектрической подложкой для решения некоторых из вышеупомянутых проблем для улучшения транспортных характеристик и изучения внутренних свойств графена. .Атомно тонкий hBN принадлежит к семейству 2D слоистых материалов и представляет собой изоморф графита с аналогичной гексагональной слоистой структурой с небольшим рассогласованием решеток [46] ~ 1,8%. Это изолятор с широкой запрещенной зоной [47] ~ 5,7 эВ, который может расслаиваться от кристаллов нитрида бора до монослоя [48, 49], подобно графену. В отличие от подложек SiO ₂ / Si, поверхность hBN атомарно гладкая, имеет мало неоднородностей заряда [50], химически инертна, не имеет оборванных связей из-за сильной связи гексагональной структуры в плоскости и проявляет меньшая нагрузка на графен [51].Более того, диэлектрические свойства [52, 53] hBN, включая диэлектрическую проницаемость ∼4 и напряжение пробоя ∼1,2 В · нм ⁻¹ , сопоставимы с SiO ₂ , что позволяет использовать hBN в качестве альтернативной подложки без потеря диэлектрической функции.

Действительно, среди 2D-материалов hBN оказался отличной диэлектрической подложкой для графеновых полевых транзисторов [54–57] и спиновых вентилей [5, 58–60], демонстрируя отличные характеристики переноса заряда и спина там, где графен на hBN показал очень высокое электронное качество с подвижностью, достигающей ∼15 000–60 000 см ² V ⁻¹ с ⁻¹ [54, 61] (устройство B1 на рисунке 2) и улучшенными параметрами переноса спина: время жизни спина –12.6 нс [62] и длина спиновой релаксации –30,5 мкм м [59, 60, 62].

Чтобы использовать вышеупомянутые превосходные свойства подложки hBN, необходимо иметь возможность размещать графен на поверхности hBN. Были разработаны различные методы переноса графена на другие 2D-материалы или подложки. Эти методы можно разделить на две категории; методы, которые требуют выращивания графена непосредственно поверх других 2D-материалов или подложек, и методы, требующие переноса графена с одной подложки на поверх желаемых 2D-материалов или подложек.Первые методы представляют значительный интерес для серийного производства и все еще находятся в стадии разработки для приложений [63–66]. Последние методы были разработаны в лабораторных масштабах и в настоящее время используются для изготовления устройств на основе vdW-гетероструктур, сочетающих различные 2D-материалы. Здесь мы кратко рассмотрим прогресс в разработке методов переноса для изготовления гетероструктур графен-hBN vdW (рис. 2) для исследований спинового переноса.

Возможность переноса расслоенного графена с подложки SiO ₂ / Si на другие подложки была впервые продемонстрирована Рейна и др. [67].Первое описанное устройство с двумерной гетероструктурой, графеновый полевой транзистор на hBN, было изготовлено Дином и др. [54] путем переноса отслоившейся чешуйки графена на отслоившуюся пластинку hBN. Этот метод включает отшелушивание графена на полимерную стопку, полиметилметакрилат (ПММА) / водорастворимый слой (aquaSAVE) с последующим растворением водорастворимого слоя в ванне с деионизированной водой перед переносом на субстрат hBN, и, таким образом, называется «методом переноса полимера».Для достижения высокого качества графена важно защитить его поверхность от контакта с любыми растворителями. Поэтому те же авторы [54] позже усовершенствовали этот метод, чтобы избежать любого возможного контакта с водой, заменив водорастворимый слой слоем поливинилхлорида (ПВХ), который позволил отслоить слой ПММА без необходимости обнажать графен / ПММА в воду и, таким образом, достигается полностью «метод сухого переноса» [68]. В методе сухого переноса поверхности раздела, за исключением верхней поверхности, не контактируют с литографическими полимерами или любыми растворителями, используемыми во время подготовки устройства.Однако контакт полимера с графеном или чешуей hBN оставляет остатки, которые необходимо удалить с помощью стадии термического отжига, обычно в промежуточной атмосфере Ar / H ₂ при 300 ° C [54] или в Ar / O ₂ при 500 ° C [69] в течение нескольких часов.

Для изготовления многослойных (> 2 слоев) гетероструктур был предложен метод послойного переноса [70], который эквивалентен повторению стадии сухого переноса [68] с последующим этапом отжига для переноса каждого слоя.Этот метод послойной укладки в принципе не позволяет контролировать кристаллографическую ориентацию кристаллов. Более того, это приводит к образованию пузырей, морщин и оставляет некоторое количество неизбежных адсорбатов на границах раздела скрепленных слоев, что ухудшает внутреннее качество гетероструктуры. Даже в процессе изготовления устройства области графена для металлизации подвергаются воздействию полимеров для литографии и оставляют некоторые остатки, которые трудно удалить, что приводит к низкому качеству границ раздела электрод-графен [70, 71].

Наличие пузырьков и морщин в устройстве гетероструктуры hBN-графен-hBN [72] ограничивает подвижность чешуйки графена [73]. Проблемы со складками и пузырьками в графене на hBN могут быть уменьшены с помощью техники переноса с помощью оптической маски, разработанной Зомером и др. [61], с использованием которой только до 5% области перенесенных чешуек графена появились пузыри или морщинки. Устройства со спиновым клапаном, изготовленные с использованием этого метода [5], показали усиленную диффузию носителей заряда с подвижностью до 40 000 см ² V ⁻¹ с ⁻¹ и сигнатуры спинового переноса на длинах до 20 μ м.Этот метод требует отшелушивания графена на полимерной маске перед переносом на целевую подложку. Позже этот метод был протестирован Леоном и др. [74] с небольшой модификацией, когда чешуйку графена на подложке с полимерным покрытием можно перенести в желаемое место на другой подложке. Одним из недостатков этих методов [61, 74] является сложность обнаружения отслоившихся на полимерном слое чешуек графена. Более того, наличие пузырьков и морщин из-за процессов многократного переноса-отжига в устройстве графен-hBN [72] ограничивает подвижность графена [73] и качество границы раздела электрода с графеном [75, 76].

Для сборки нескольких слоев графена и hBN, не подвергая интерфейсы полимерам и для минимизации межфазных пузырьков, Ван и др. [77] разработали «метод переноса vdW», в котором одна чешуйка hBN на полимерном слое наносится используется для захвата других 2D-материалов на подложках SiO ₂ / Si посредством ван-дер-ваальсовых взаимодействий, которые между hBN и графеном сильнее, чем между графеном и SiO ₂ или hBN и SiO ₂ . Область графенового канала, заключенная между верхней и нижней чешуей hBN, не вступает в контакт с каким-либо полимером, ограничивая межфазные пузырьки, и не требует стадии отжига, в отличие от ранее описанных инкапсулированных графеновых устройств [70, 74].Однако этот метод полезен только для изготовления одномерных контактов по краям графена (устройство A4 на рисунке 2), и еще предстоит доказать пригодность одномерных ферромагнитных контактов [78, 79] для изготовления устройств спинтроники вместо традиционно используемых (2D ) ферромагнитные туннельные контакты [13, 80]. Более того, этот метод неэффективен для улавливания хлопьев графена, более длинных, чем хлопья верхнего hBN на полимерном слое.

Позже Зомер и др. [81] разработали «метод быстрого захвата и передачи», с помощью которого можно изготавливать высококачественные, инкапсулированные в hBN графеновые устройства без каких-либо ограничений по размеру для последовательного захвата 2D-кристаллов.Этот метод успешно реализован для изготовления устройств спинового клапана из графена, инкапсулированных hBN, которые продемонстрировали длительное время жизни спина до 2,4 (1,9) нс в монослойном графене и 2,5 (2,9) нс в двухслойном графене при комнатной температуре (4,2 К) и спиновой релаксации. длины до 12,1 (12,3) мкм м в монослойном графене [59] и 13 (24) мкм м в двухслойном графене [60] при комнатной температуре (4,2 К). Этот метод также используется для изготовления полностью инкапсулированных hBN устройств со спиновым клапаном из графена [80, 82].

За последние годы было разработано несколько других методов захвата и передачи для изготовления двумерных vdW-гетероструктур, которые могут использоваться для изготовления устройств с графеновым спин-клапаном в зависимости от геометрии устройства и требований к типу материала.К ним относятся «метод горячего захвата» для периодической сборки 2D-кристаллов [83], «детерминированный перенос» 2D-кристаллов путем сухой вязкоупругой штамповки [84], «сухой перенос PMMA» хлопьев с использованием нагрева / охлаждения. система для беспузырьковых интерфейсов [85] и «метод сухого переноса в сочетании с термическим отжигом» [86].

Возможность изготовления гетероструктур графен-hBN с использованием вышеупомянутых технологий изготовления позволила исследователям изучить внутренние транспортные свойства графена в высококачественной среде.Благодаря более гладкой поверхности и меньшему количеству захваченных зарядовых примесей, чем подложка SiO ₂ / Si [50], подложка hBN обеспечивает улучшенный транспорт носителей в графене с большой подвижностью [54] и, как ожидается, будет демонстрировать улучшенный спиновой транспорт [22]. . Первые зарегистрированные характеристики переноса заряда графена на подложке hBN показали высокую подвижность ≈ 140 000 см ² V ⁻¹ с ⁻¹ , что обычно на два порядка выше, чем у графена на SiO ₂ , и точка нейтральности заряда близка к нулевому напряжению затвора [54].Таким образом, влияние зарядовых примесей на спиновый транспорт в графене оценивается ниже для графена на hBN [22].

Первые графеновые спиновые клапаны, изготовленные на подложке hBN Зомером и др. [5] (рисунки 1 (b) и (c)), показали улучшенный перенос заряда с высокой подвижностью ≈40 000 см ² V ^{— 1} с ^-1 и увеличенная длина спиновой релаксации до 4,5 мкм м при RT (устройство B1 на рисунке 2). Кроме того, были обнаружены спиновые сигналы на большом расстоянии до 20 мкм м.Несмотря на увеличение подвижности графена, по-видимому, не наблюдалось значительного влияния использования подложки hBN на время спиновой релаксации, значения которого по порядку величины аналогичны тем, которые наблюдаются при использовании подложки SiO ₂ / Si [13,14, 16]. Исследование спинового транспорта в графене с разной подвижностью согласуется с этими результатами [87]. Следовательно, это означает, что нет сильной корреляции между наблюдаемой подвижностью графена. Это также предполагает, что рассеяние заряда на подложке не играет большой роли в изменении времени спиновой релаксации.

Несмотря на то, что подложка hBN обеспечивает гладкую и свободную от примесей среду для нижней поверхности графена, верхняя поверхность подвергается воздействию химикатов на этапах изготовления устройства, аналогично устройствам, приготовленным на подложке SiO ₂ / Si [ 5]. Возможным доминирующим источником спиновой релаксации в этой геометрии (устройство B1 на рисунке 2) считается спиновое рассеяние из-за остатков от этапов изготовления с помощью полимера [88], а также зарядовых примесей и адатомов, уже присутствующих на графене.Аналогичные времена спиновой релаксации наблюдались в графене на подложках SiO ₂ / Si и hBN, что указывает на то, что подложка и ее шероховатость, по-видимому, не сильно влияют на спиновую релаксацию в графене. Было также показано, что механизмы спиновой релаксации EY и DP играют одинаково важную роль в возникновении дефазировки спина в графене на hBN, а также в графене на SiO ₂ [5].

Остатки полимера и другие загрязнения из-за изготовления образца могут быть механически очищены от графена на подложке hBN путем сканирования наконечника АСМ в контактном режиме, который удаляет загрязнения с поверхности графена [73, 89].Однако во время этого процесса ферромагнитные электроды подвергаются воздействию воздуха и могут окисляться. Чтобы избежать остатков литографии на канале переноса спина графена, при этом все еще применяя обычные оксидные туннельные барьеры, на протяжении многих лет исследовались два возможных пути; один — метод изготовления снизу вверх [58] (устройство C3 на рисунке 2), а другой — инкапсуляция графена как сверху, так и снизу [59, 60] (устройство B2 на рисунке 2).

Первый путь состоит в том, чтобы полностью изменить традиционный процесс изготовления устройства сверху вниз путем переноса стопки hBN / графен поверх уже нанесенных электродов оксидного барьера / FM на подложку, как продемонстрировали Drögeler et al [58] (устройство C3 на рисунке 2).Такой восходящий подход имеет два преимущества. Во-первых, в отличие от графеновых спиновых клапанов, изготовленных традиционным методом сверху вниз на подложках SiO ₂ [13] или hBN [5], в этом методе графен не вступает в прямой контакт с литографическим полимером ПММА во время изготовления устройства. Другое преимущество состоит в том, что процедура изготовления не включает прямого роста оксидных туннельных барьеров на графене, который, как считается, вызывает рост островков и последующие поры в барьере [90], действующие как центры спиновой дефазировки.Вместо этого здесь барьер MgO выращивается эпитаксиально на кобальте [91], что дает более гладкую поверхность [92] для переноса графена непосредственно поверх него. Из-за высококачественной границы раздела барьера с графеном и его свободной от литографии среды, результирующие значения подвижности превысили 20000 см ² В ⁻¹ с ⁻¹ , а время спиновой релаксации до 3,7 нс было достигнуто в трехслойный графен, инкапсулированный hBN сверху [58].

Ранее устройства спинового клапана из двухслойного графена на подложке SiO ₂ / Si [17] демонстрировали времена спиновой релаксации до 30 пс для подвижности до 8000 см ² V ⁻¹ с ⁻¹ и до 1 нс для подвижности всего 300 см ² В ⁻¹ с ⁻¹ .Тогда как время жизни спина 3,7 нс было получено [58] для устройств с подвижностью на два порядка выше, 20 000 см ² В ⁻¹ с ⁻¹ . Увеличение подвижности графена в устройстве, изготовленном снизу вверх, объясняется отсоединением графена от SiO ₂ , в то время как увеличение времени жизни спина объясняется чистой границей контакта графен / MgO за счет переноса графена непосредственно на предварительно сформированные туннельные электроды [58, 92].Позже было обнаружено, что при изготовлении устройства «снизу вверх» растворители для литографии все еще могут достигать области контактов графен / MgO под инкапсулирующей чешуей с верхним hBN [62]. Было обнаружено, что загрязнения, исходящие от растворителя во время изготовления устройства, играют существенную роль в влиянии на срок службы центрифуги. Следовательно, когда использовалась крупная чешуйка hBN, чтобы избежать контакта графена с растворителями, контакты с аналогичными значениями произведения контактного сопротивления и площади приводили к увеличению срока службы спина на порядок величины [62], вплоть до 12.6 нс, по сравнению с ранее описанным устройством, изготовленным снизу вверх [58] (рисунок 1 (e)). Эти результаты показывают, что литографические примеси являются основным ограничивающим фактором для спинового транспорта в графене.

Еще один способ избежать загрязнения полимером графена, закрепленного на hBN, — это защита канала переноса спина графена путем инкапсуляции его сверху второй чешуей hBN (устройство B2 на рисунке 2). Инкапсулирующий слой верхнего hBN имеет несколько преимуществ: (i) он защищает канал переноса графена от прямого контакта с литографическими полимерами или растворителями [59], (ii) его можно использовать в качестве диэлектрика верхнего затвора для настройки плотность носителей в инкапсулированном транспортном канале графена и создает p — n переходов [80], а также позволяет изучать перенос спина через переход p — n [80, 93, 94] и (iii ) он создает возможность электрического управления спиновой информацией в графене через СОЦ Рашбы [59].

Guimarães и др. [59] изготовили устройство с вращающимся клапаном, в котором центральная часть чешуйки графена на подложке hBN покрыта чешуей с верхним hBN (устройство B2 на рис. 2). Инкапсулированная область показала большую подвижность до 15000 см ² V ⁻¹ с ⁻¹ при комнатной температуре и привела к увеличению времени жизни спина около 2 нс и длине спиновой релаксации около 12 мкм м для монослоя. -графен [59] (рисунок 1 (г)) при RT. Это комбинированный эффект улучшенного транспорта носителей () и времени спиновой релаксации.Однако некапсулированная область показала время жизни спина около 0,3 нс в той же чешуйке [59], как и в случае голого графена на hBN [5]. В этой геометрии устройства (устройство B2 на рисунке 2) канал переноса спина также состоит из неинкапсулированных областей, где графен подвергается воздействию полимерных остатков за пределами верхнего hBN, с подвижностью и временами спиновой релаксации ниже, чем инкапсулированный верхний hBN. регион [59, 60]. Такой неравномерно легированный графеновый канал затрудняет анализ измерений спинового переноса в центральной области [26, 59, 60, 95] и требует сложного моделирования.

Дальнейшее понимание влияния полимерных остатков на свойства переноса спина может быть достигнуто за счет уменьшения размера областей графена, открытых для полимерных остатков. Авсар и др. [93] изучали роль внешних полимерных остатков в спиновой релаксации в двухслойном графене, инкапсулированном повсюду, кроме под контактами, предварительно сформированным толстым верхним слоем hBN и нижней подложкой hBN (устройство B3 на рисунке 2). Авторы сообщили о почти пятикратном увеличении ≈420 пс для инкапсулированных областей hBN по сравнению с ≈90 пс для неинкапсулированных областей того же устройства.Это свидетельствует о том, что литографические остатки на канале переноса спина оказывают существенное влияние на свойства переноса спина. Сообщаемое значение ≈ 90 пс для неинкапсулированного графена сравнимо с таковым для голого графена на подложках SiO ₂ [13] и hBN [5] с аналогичной подвижностью. Это подтверждает выводы Зомера и др. [5] о том, что примеси, поверхностные фононы и шероховатость подстилающей подложки не являются ограничивающими факторами спиновой релаксации в графене.Таким образом, низкие значения параметров спинового переноса могут быть объяснены контактными областями графена, которые подвергаются воздействию полимеров, и качеством интерфейса туннельного барьера оксида с графеном.

Необходимо найти способ избежать загрязнения графена полимером даже под контактами. Это улучшает интерфейс туннельного барьера с графеном. В принципе, и то и другое может быть достигнуто путем полной инкапсуляции канала переноса спина графена сверху и снизу. Однако один из инкапсулирующих слоев должен состоять всего из нескольких атомных слоев, чтобы его также можно было использовать в качестве туннельного барьера для инжекции электрического спина и обнаружения через ферромагнитные электроды.Фактически, атомарно тонкий hBN оказался уникальным туннельным барьером для устройств на графеновых полевых транзисторах [55] в дополнение к его превосходным свойствам диэлектрической подложки. Более того, полная инкапсуляция графена hBN на сегодняшний день доказала свою эффективность для эффективной инжекции / детектирования спина в графене, что будет обсуждаться в разделе 7.

До сих пор мы обсуждали влияние качества графена на его спиновой транспорт и постепенное улучшение за счет адаптации различных геометрических форм устройства гетероструктуры графен-hBN, а именно.устройства A1, A2, A4, B1 – B3 и C1 – C3 на рис. 2. Еще одним фактором, который считается основной причиной спиновой релаксации в графене, который мы до сих пор не обсуждали, является спиновая релаксация, обусловленная к контактам инжекции и детектирования ферромагнитного туннельного спина и их интерфейсу с нижележащим графеном.

В базовом устройстве со спиновым клапаном из графена (устройство A0 на рисунке 2) ток заряда, проходящий через контакт FM / графен, может создавать накопление спина в графене под контактом.Признаки нелокальной инжекции спина и детектирования в графене через прозрачные контакты FM / графен (устройство A0 на рис. 2) сообщалось в ранних исследованиях спинового транспорта [96–99]. Однако из-за хорошо известной проблемы несоответствия проводимости [100] с этими контактами происходит поглощение спина и релаксация спина через ферромагнитные электроды, а эффективность инжекции спина в графен снижается [101].

Фундаментальная проблема спиновой инжекции, которая является проблемой несоответствия проводимости, была впервые подчеркнута Филипом и др. [100] для спиновой инжекции в полупроводники, согласно которым сопоставимые удельные сопротивления ферромагнитного металлического электрода и графена приводят к пренебрежимо малому спину. инжекционная поляризация в графене.Решение этой проблемы, согласно Рашбе [102], Ферту и Яффресу [103], заключается во введении высокоомного туннельного барьера на границе раздела FM-графен, который ограничит обратный поток спинов из графена в FM, и избежать спиновой релаксации, вызванной контактом. Таким образом, первый экспериментально зарегистрированный однозначный нелокальный перенос спинов с помощью измерений прецессии спина Ханле в устройствах с графеновым спиновым клапаном был достигнут с использованием туннельных барьеров Al ₂ O ₃ между FM и графеном [13] i.е. с туннельными контактами FM / Al ₂ O ₃ / графен. Несмотря на то, что сигнал прецессии спина Ханле позже был измерен с помощью прозрачных контактов [101], эффективность инжекции спина была сильно ограничена проблемой несоответствия проводимости [16, 101, 104].

Несмотря на введение тонкого слоя оксидных туннельных барьеров, показатели спинового транспорта в графене, то есть время жизни спина и длина спиновой релаксации, намного ниже оценочных значений для собственного графена [1, 105, 106].Считается, что эти значения страдают от комбинированного эффекта качества туннельного барьера и его границы раздела с графеном, помимо примесей, присутствующих в транспортном канале.

Теперь мы рассмотрим в хронологическом порядке развитие оксидных туннельных барьеров для инжекции и детектирования спина в графене. В целом время спиновой релаксации в графене ограничивается ферромагнитными туннельными контактами двумя способами. Один из способов — через поглощение спина графена на ФМ-электродах через отверстия в туннельном барьере.Отверстия обеспечивают короткое замыкание между FM электродом и графеном, что приводит к проблеме несоответствия проводимости [100]. Этот эффект можно количественно оценить с помощью значений параметров () [107–110], где — контактное сопротивление, — спиновое сопротивление графена, а также с помощью квадрата сопротивления и ширины Вт графена. Даже когда нет проблемы рассогласования проводимости, все же может иметь место влияние контактов на спиновые транспортные свойства транспортного канала.Другой способ повлиять на время спиновой релаксации — это эффекты, связанные с множеством туннельных барьеров и границ раздела графен, такие как ухудшение поверхности графена из-за прямого осаждения барьерного материала, что может привести к островковому росту оксидного барьера и аморфизации графена, где растет барьер [111], магнитостатические краевые поля от ферромагнетиков [112], рассеяние с переворотом спина на неоднородной границе раздела между барьером и графеном [113–115] и сложное взаимодействие между d-орбиталями ферромагнетика и графеном π — орбитали [116, 117].

В последние годы большая часть исследований посвящена пониманию потенциальных источников спиновой релаксации в графене по отношению к ферромагнитным туннельным контактам, особенно роли оксидных барьеров. Он сосредоточился на двух аспектах туннельных барьеров. Один из них — это тип материала, например, Al ₂ O ₃ , MgO, TiO ₂ и SrO. Другой — метод выращивания, например электронно-лучевое испарение, осаждение атомного слоя (ALD), рост молекулярно-лучевой эпитаксии (MBE) и распыление.

Несколько исследований показали, что в случае оксидных барьеров, помимо выбора материала барьера, метод испарения или роста барьера также важен для достижения эффективной спиновой инжекции. Туннельные барьеры из Al ₂ O ₃ , выращенные Томбросом и др. [13], включают сначала осаждение Al путем испарения электронным пучком, а затем стадию окисления, которая, вероятно, дает поры в барьере, как сообщается далее. отчеты той же группы [15, 16].Наблюдается увеличение времени жизни спина с барьерами TiO ₂ [5, 13], выращенными испарением электронным пучком, которые считаются более гладкими, чем барьеры Al ₂ O ₃ . Однако систематического исследования роста и качества барьеров TiO ₂ в зависимости от времени спиновой релаксации в графене не проводилось.

Ранние результаты спиновой инжекции с барьерами MgO, выращенными электронно-лучевым испарением, показали наличие микроотверстий, вызванных высокой поверхностной диффузией MgO на графене, что привело к неоднородному росту островков MgO на поверхности графена [14, 118].Dlubak и др. [111] показали, что распыление MgO вызывает большее повреждение решетки графена из-за аморфизации углерода, чем распыление Al ₂ O ₃ . Рост MgO методом МЛЭ, по-видимому, не влияет на качество графена [17] и дает относительно свободный, однородный и сплошной слой MgO на графене [119]. Несмотря на наличие случайных пор в этих барьерах из MgO, Ян и др. [17] сообщили о большом времени спиновой релаксации до 2 нс в расслоенном двухслойном графене на подложке SiO ₂ / Si.Однако туннельные характеристики и эффективность спиновой инжекции этих контактов авторами не обсуждались. Прямое наблюдение увеличения времени жизни спина с увеличением произведения контактного сопротивления на площадь барьерных контактов MgO указывает на то, что поры в барьерных контактах существенно влияют на спиновую релаксацию в графене под контактами [116]. Кроме того, путем последовательной обработки кислородом контакты с низким содержанием MgO и прозрачными областями или микроотверстиями могут быть успешно преобразованы в высококонтактные контакты с уменьшенной плотностью точечных отверстий [117].Такое поведение контактов свидетельствует о том, что время жизни и эффективность спиновой инжекции ограничиваются наличием в барьере микроотверстий.

Было показано, что добавление буферного слоя Ti между MgO и графеном ограничивает подвижность поверхностных атомов и делает возможным рост атомно-гладкого слоя барьера MgO с помощью МПЭ [90]. Действительно, TiO ₂ барьеры MgO с затравкой, как сообщалось [14], демонстрируют туннельные характеристики, приводящие к большой спиновой поляризации до 30% и большому времени спиновой релаксации до 500 пс, по сравнению с ранее сообщавшимися прозрачными [96–99, 101 ] и точечных [16, 104] контактов, что свидетельствует об уменьшении спиновой релаксации из-за улучшенного качества туннельных контактов [14].Однако не было достигнуто хорошего контроля воспроизводимости высокого качества роста туннельных барьеров MgO с затравкой TiO ₂ , и было трудно последовательно достичь высокой спиновой поляризации инжекции [14].

Для эффективного использования барьеров MgO и предотвращения роста контактов непосредственно на графене был введен новый обходной путь [58], «метод изготовления снизу вверх» (устройство C3 на рисунке 2), при котором контакты MgO / Co были сначала наносится методом МБЭ на голую подложку SiO ₂ / Si с последующим переносом стопки hBN / графен наверх.Кроме того, эта геометрия также блокирует соприкосновение остатков полимера с графеном на границе раздела барьер / графен и приводит к высокому времени спиновой релаксации до 3,7 нс в трехслойном графене. Такая производительность была приписана чистой границе раздела барьера с графеном и высокому уровню контактов. Эти результаты означают, что качество и прямой рост оксидного барьера, а также остатки полимера на границе раздела барьер-графен играют важную роль в расфазировке спина в графене, особенно под контактами.

За последние годы несколько других туннельных барьеров также использовались для устройств с графеновым спин-клапаном. К ним относятся выращивание контактов LSMO на основе ферромагнитного оксида для графена на подложке STO [31] с помощью импульсного лазерного осаждения (PLD), выращивание методом ALD диазониевой соли с затравкой HfO ₂ туннельный барьер для эпитаксиального графена на подложке SiC [120], рост методом термического испарения барьера оксида иттрия (YO) для графена на подложке SiO ₂ / Si [121], МЛЭ-рост барьеров SrO для графена на подложке SiO ₂ / Si [122–124], гидрогенизированные графеновые барьеры для графена на SiO ₂ / Si подложка [125], фторированный графен для графена на SiO ₂ / Si подложка [126], электронно-лучевое осаждение межфазного слоя из аморфного углерода на границе раздела FM / графен [127], расслоение [127]. 33, 80, 82, 128, 129] и выращенные методом CVD [6, 130, 131] барьеры hBN для графена на подложках SiO ₂ , hBN и YIG, а также барьер из расслоенного TMDC [39] для графена на SiO ₂ субстрат.

Вышеупомянутые работы подчеркивают важность выращивания туннельного барьера, который является атомарно плоским, однородно покрывающим графен с однородной толщиной, без микроотверстий, лишенный проблемы несоответствия проводимости и эффективный для инжекции и обнаружения спиновой поляризации в графене. Среди всех различных туннельных барьеров или межфазных слоев, предложенных для изучения спиновой инжекции в графене, было обнаружено, что тонкий слой атомарно плоского hBN с такой же структурой решетки, как графен, может служить отличным туннельным барьером для преодоления вышеупомянутых проблем [80, 82, 128, 132].

Перспективная природа hBN в качестве туннельного барьера раскрывается в проводящих АСМ измерениях туннелирования электронов через тонкие слои hBN [133], где было показано, что моно-, би- и трехслойные слои эксфолиированного hBN демонстрируют однородную изоляционные свойства по всей поверхности хлопьев без каких-либо заряженных примесей и дефектов. Кроме того, было обнаружено, что напряжение пробоя hBN увеличивается с увеличением количества слоев [133], и расчетная диэлектрическая прочность на пробой оказалась равной [53, 133–136] ∼0.8–1,2 В нм ^–1 . Эти результаты были дополнительно подтверждены Бритнеллом и др. [134], которые сообщили, что сопротивление интерфейса hBN / графен экспоненциально возрастает с увеличением количества слоев hBN, а характеристики туннелирования подтверждаются нелинейным поведением ВАХ (рис. 3). Эти результаты также демонстрируют возможность использования атомарно тонкого hBN в качестве сверхгладкого туннельного барьера без микроотверстий для инжекции спина в графен. Более того, первопринципные расчеты показывают, что эффективность спиновой инжекции в гетероструктурах Ni / hBN / графен может быть достигнута до 100% при увеличении количества слоев hBN [137].

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 3. Трехполюсная вольт-амперная характеристика ферромагнитных контактов с туннельным барьером из hBN. ВАХ ферромагнитных контактов с моно-, би- и трехслойными (1L, 2L и 3L соответственно) туннельных барьеров из вспученного hBN, толщина которых, полученная с помощью атомно-силовой микроскопии (АСМ), составляет 0,52 нм, 0,7 нм. , и 1,2 нм соответственно.На вставке показано произведение трехконтактного дифференциального контактного сопротивления на площадь в зависимости от смещения постоянного тока I , приложенного к контакту. Данные для 1L-hBN воспроизведены с разрешения [80], © Американское физическое общество, 2016; 2L-hBN из [82], © 2017 Nature Publishing Group.

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

Yamaguchi и др. [128] были первыми, кто экспериментально продемонстрировал инжекцию электрического спина и детектирование через туннельный барьер из монослоя эксфолиативного hBN в двухслойном графене.Однако время жизни спина ≈56 пс и спиновая поляризация ≈1–2% того же порядка, что и у приборов с прозрачными контактами ФМ / графен [101]. Помимо небольших кристаллических чешуек hBN, выращенный hBN с большой площадью в качестве туннельного барьера для изучения переноса спина методом химического осаждения из газовой фазы (CVD) был также исследован Камалакаром и др. [138] и Fu и др. [139].

Камалакар и др. [130, 138] использовали барьеры CVD-hBN с расслоенным графеном на подложке SiO ₂ / Si и систематически исследовали спиновой транспорт в графене для различных значений продукта контактов Co / CVD-hBN / графен. в диапазоне от прозрачного до высокого сопротивления, и показал, что при увеличении время жизни спина увеличивается до 500 пс, а спиновая поляризация — до 14%, что на порядок выше по сравнению с предыдущими попытками с барьерами из расслоенного hBN [128].Параллельно Fu и др. [139] изучали спиновой транспорт в крупномасштабных устройствах с барьером CVD-hBN и транспортным каналом CVD-графена на подложках SiO ₂ / Si. Графен с монослойным барьером CVD-hBN [139] показал небольшой спиновый сигнал, величина которого аналогична величине, полученной с барьером монослойного эксфолиативного hBN [128]. Тогда как графен с двухслойным барьером CVD-hBN [139] давал относительно большие спиновые сигналы (с поляризацией ≈5%). Однако время жизни спина ≈ 260 пс сравнимо с приборами с голым расслоенным или CVD-графеном на подложке SiO ₂ / Si [16, 119].

В другом отчете Камалакар и др. [131] впервые наблюдали новый эффект инверсии спинового сигнала в графене, изменяя толщину (1-3 слоя) барьеров CVD-hBN и соответствующее сопротивление интерфейса. переходов Co / CVD-hBN / графен. Увеличенная величина спиновой поляризации до ≈65% на порядок выше по сравнению с ранее опубликованными результатами с оксидными барьерами [10, 140] и барьерами hBN [80, 128, 139]. Действительно, эти результаты были дополнительно улучшены и подтверждены более поздними усилиями других групп [6, 80, 82, 129, 141] в инкапсулированном графене, установив тот факт, что более толстые барьеры hBN приведут к большим значениям времени жизни спина и спиновой поляризации.

В ряде сообщений об исследованиях спинового транспорта в графене с туннельными барьерами CVD-hBN использовалась голая подложка SiO ₂ / Si [130, 131, 138, 139]. Более того, влажный перенос CVD-hBN с помощью PMMA может повлиять на качество графена. Поэтому для дальнейшего улучшения параметров спинового транспорта при использовании барьера CVD-hBN было рекомендовано [138] использовать высокоподвижный графен, такой как графен, на hBN [5] или инкапсулированном графене hBN [59]. Хотя не сообщалось, что подложка hBN увеличивает время спиновой релаксации в графене по сравнению с подложкой SiO ₂ / Si [5], она может увеличить константу диффузии и, следовательно, длину спиновой релаксации (=).Gurram и др. [6] изучали инжекцию и обнаружение электрического спина в графене на толстой подложке из расслоенного hBN с использованием двухслойного туннельного барьера из двухслойного CVD-hBN (устройство A3 на рисунке 2). . Однако подвижность графена оказалась ниже 3400 см ² V ⁻¹ с ⁻¹ , а время спиновой релаксации менее 400 пс и сопоставимо со значениями, сообщенными Камалакаром и др. [131 , 138]. Следовательно, такие низкие значения параметров спинового переноса указывают на исключительную важность чистого процесса переноса с использованием материалов CVD.

Чтобы изучить спин-инъекцию через барьер hBN в более чистой среде, можно использовать метод сухого захвата и переноса [81] для изготовления инкапсулированных графеновых устройств с хлопьями расслоенного hBN. Ранние попытки изучить спиновой транспорт в инкапсулированном hBN графене [59, 60] (устройство B2 на рисунке 2) привели к увеличению длины спиновой релаксации до 12 мкм и м и времени жизни спина до 2 нс. Заметим, однако, что эти значения соответствуют собственным значениям графена в инкапсулированной области hBN, но эффективное время спиновой релаксации спинового транспортного канала уменьшается из-за неинкапсулированных областей [26, 59, 60, 95].Это указывает на то, что, возможно, полная инкапсуляция графена улучшит спиновой транспорт и предоставит доступ к прямым измерениям внутренних спинтронных свойств инкапсулированного графена.

Полностью инкапсулированный графен с различными толстыми 2D-материалами был исследован на предмет характеристик переноса заряда с одномерными или квазиодномерными контактами [77, 142]. Возможности краевых контактов 1D FM (устройство A4 на рис. 2) были изучены только недавно [78, 79] для изучения спинового переноса, и эти контакты еще не доказали свою жизнеспособность для эффективной инжекции / детектирования спина в графене.С другой стороны, чтобы использовать обычную контактную геометрию, атомарно тонкий слой hBN можно использовать в качестве верхнего инкапсулирующего слоя (устройство A3 на фиг. 2). Тонкий слой hBN может служить двум целям в этой геометрии устройства. Во-первых, в качестве инкапсулирующего слоя для защиты канала графена от примесей литографии, а во-вторых, в качестве туннельного барьера для инжекции и обнаружения электрического спина в графене с помощью ферромагнитных электродов.

Gurram и др. [80] сообщили о переносе спина в новой геометрии устройства с боковым спиновым клапаном (устройство A3 на рис. 2), где графен полностью заключен между двумя хлопьями hBN, чтобы вместе преодолеть проблемы, связанные с подложкой, туннелем барьер и неоднородность, которая может быть внесена во время подготовки образца.В этой геометрии устройства значения подвижности заряда (≈8200–11 800 см ² В ⁻¹ с ⁻¹ ) лежат близко друг к другу для разных областей инкапсулированного графена, что подразумевает однородный перенос заряда через графеновая чешуйка. Более того, измерения спинового переноса (рисунок 4 (а)) привели к согласованным параметрам спиновой релаксации, которые не сильно различаются для разных областей одного и того же устройства. Такой однородности трудно достичь в устройстве с частично инкапсулированным hBN графеном [59, 60, 95] с оксидными барьерами.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 4. Четырехполюсные нелокальные измерения прецессии спина Ханле с использованием ферромагнитных контактов с атомарно тонкими слоями туннельных барьеров из вспученного hBN. Сигналы Ханле на (a) — (c) измерены в полностью инкапсулированных hBN графеновых устройствах с толстой нижней подложкой hBN и верхним монослойным, двухслойным и трехслойным туннельными барьерами hBN, соответственно, как функция магнитного поля, приложенного перпендикулярно. к плоскости спиновой инъекции.где — нелокальное сопротивление, измеренное как функция, когда относительная намагниченность контактов инжектора и детектора выровнена в параллельной P (антипараллельной, AP) конфигурации. Сплошные линии представляют подгонки к данным с использованием одномерного решения уравнения Блоха, а соответствующие параметры подгонки, и (=) приведены на каждом рисунке. Для измерения, показанного в (а), смещения не применялось. Применяемые значения смещения тока впрыска приведены в легенде для (b) и (c).Обратите внимание, что изменение знака сигнала Ханле для устройства с двухслойным барьером hBN происходит из-за обратной спиновой поляризации инжектора для отрицательного смещения. Сигнал Ханле для устройства с трехслойным hBN измеряется в точке A. Рисунок (a) воспроизводится с разрешения [80], © 2016 American Physical Society; (b) из [82], © 2017 Nature Publishing Group.

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

Ферромагнитные туннельные контакты с низким значением продукта указывают на прозрачную природу барьеров, обычно приписываемую наличию микроотверстий [107].Такое поведение обычно наблюдается с обычными оксидными туннельными барьерами и, как обсуждалось ранее, пагубно сказывается на эффективной инжекции спинов из-за возможности обратного потока инжектированных спинов [107–110]. Более того, слабые контакты с обычными оксидными туннельными барьерами, как сообщается, демонстрируют перенос спина только на небольших масштабах длины, которые ограничиваются разделением инжектор-детектор из-за поглощения спина через микроотверстия в контактах [107]. Устройство с полностью инкапсулированным hBN графеновым клапаном [80] показало перенос спина на большие расстояния в инкапсулированном в монослой hBN графеновом канале до длины 12.5 мкм м, при наличии множества низкоконтактных [80] в спиновом транспортном канале. Такое поведение было объяснено совместным эффектом отсутствия микроотверстий в барьере монослой-hBN и чистой границе раздела hBN / графен [80].

Даже после полной инкапсуляции графена сверху монослойным hBN и снизу толстым hBN, графен по-прежнему составляет менее 300 пс [80, 128], что сравнимо с графеном на SiO ₂ или hBN [5], а спиновая поляризация составляет менее 2%, что аналогично значениям, полученным с обычными оксидными барьерами [140].Ограниченные значения параметров спинового переноса обусловлены комбинированным эффектом (i) низких значений контактов FM / 1L-hBN / графен, приводящих к низкой спиновой поляризации инжекции, и (ii) близости полимерных остатков, которые только один слой hBN от графена, который может привести к рассеянию спинов в графене, что приведет к малому времени спиновой релаксации. Следовательно, увеличение толщины туннельного барьера hBN должно решить проблемы, связанные с несоответствием проводимости и близостью полимерных остатков.

Согласно Бритнеллу и др. [134], продукт контактов может быть увеличен путем увеличения количества слоев туннельного барьера hBN, что может решить проблему несоответствия проводимости. Таким образом, по оценкам, может быть достигнута до 100% спиновая поляризация [137]. С экспериментальной стороны, Сингх и др. [129] продемонстрировали, что двухслойный hBN является лучшим выбором для туннельного барьера, чем монослойный hBN, чтобы достичь более длительного времени жизни спина, превышающего наносекунды в графене, и более высоких значений поляризации спиновой инжекции.

7.1. Инжекция спина, индуцированная смещением, и поляризация детектирования

Смещение ферромагнитных туннельных контактов для инжекции спина в графене было предсказано, чтобы продемонстрировать богатую физику с точки зрения изучения инжекции спина в графен в присутствии электрического поля и потенциально индуцирования магнитного обменного расщепления близости в графене [143 , 144]. Первое сообщение о зависящей от смещения спиновой инжекционной поляризации барьеров hBN [131] выявило большую величину поляризации до 65%, а также новое поведение инверсии знака при изменении толщины барьеров CVD-hBN.В недавнем эксперименте Gurram и др. [82] (рис. 4 (b)) показали, что беспрецедентное усиление дифференциальной спиновой поляризации может быть достигнуто за счет смещения контактов инжектора или детектора с помощью двухслойных туннельных барьеров hBN. Авторы [82] сообщили, что применение смещения через контакты FM / бислой-hBN / графен / hBN (рис. 5 (a)) привело к неожиданно большим значениям дифференциальной спиновой инжекции и поляризаций детектирования до ± 100%, а также уникальному результату. изменение знака спиновой поляризации как функции смещения, близкое к нулевому.Более того, несмещенная спиновая поляризация контактов оказалась как положительной, так и отрицательной (см. Рисунок 6).

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 5. Вызванный смещением нелокальный спиновой сигнал и спиновая инжекционная поляризация с использованием ферромагнитных туннельных контактов с двухслойно-расслоенным-hBN, толстым (1-3 слоя) -CVD-hBN и двухслойным-CVD-hBN туннельные заграждения. Схема геометрии устройства для (а) полностью инкапсулированного в hBN графена с нижней подложкой из толстого расслоенного hBN и верхними туннельными барьерными контактами из двухслойного расслоенного hBN, (б) графена на подложке SiO ₂ / Si с толстой (1-3 слоя) -CVD-hBN барьерные контакты и (c) полностью инкапсулированный hBN графен с нижней толстой подложкой из расслоенного hBN и верхним двухслойным барьером-CVD-hBN.Для устройств в (a) и (c) переменный ток i подается на контакты инжектора, и нелокальное напряжение обнаруживается с использованием стандартной низкочастотной технологии блокировки, а нелокальное дифференциальное сопротивление равно определяется при каждом желаемом значении смещения постоянного тока, приложенного к одним и тем же контактам форсунки. Для устройства в (b) чистые измерения постоянного тока были выполнены с использованием источника постоянного тока I и вольтметра постоянного тока, где нелокальное сопротивление постоянному току равно. Туннельный барьер на (а) получен путем механического расщепления кристаллических чешуек hBN.Туннельный барьер на (b) получен методом химического осаждения из паровой фазы, неоднородно, с вариацией толщины в 1–3 слоя, тогда как барьер на (c) образован послойным наложением двух отдельных монослоев химического осаждения из паровой фазы. hBN. Схематично неоднородность в выращенном CVD-hBN на (b) изображена областями разной толщины под кобальтовыми электродами, а некристаллическая природа двухслойного CVD-hBN на (c) изображена небольшим вертикальным рассогласование атомов. (d) — (f) Покажите четырехконтактное нелокальное сопротивление, измеренное в конфигурации спинового клапана, как функцию магнитного поля для устройств, показанных в (a) — (c), соответственно.Относительная ориентация намагниченности кобальтовых электродов обозначена стрелками вверх, () и вниз, (↓). (g) Показывает усиленную смещением поляризацию дифференциальной спиновой инжекции и нелокальный дифференциальный спиновой сигнал (вставка) в зависимости от смещения тока инжекции (или эквивалентного смещения напряжения) для устройства с туннельными барьерами из двухслойного эксфолиативного hBN. (h) показывает нелокальный спиновой сигнал и поляризацию инжекции спина постоянного тока (вставка) в зависимости от I и, соответственно, для устройства с туннельными барьерами из толстого CVD-hBN.(i) Показаны и как функция для устройства с двухслойными туннельными барьерами CVD-hBN. Рисунки (d) и (g) воспроизведены с разрешения [82], © 2017 Nature Publishing Group; (e) и (h) из [131], © 2016 Nature Publishing Group; (f) и (i) из [6], © Американское физическое общество, 2018 г.

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

Позже те же авторы сообщают, что зависимость от смещения для высоких контактов с туннельными барьерами двухслойного CVD-hBN [6], как было обнаружено, отличается от барьера двухслойного hBN [82] двумя способами.Во-первых, нет изменения знака в пределах приложенного диапазона смещения постоянного тока ± 0,3 В (рисунок 5 (i)). Во-вторых, величина увеличивается только при более высоком отрицательном смещении, близком к -0,3 В. Такое поведение указывает на различную природу туннельных барьеров двухслойного эксфолиированного hBN [82] и двухслойного CVD-hBN [6] по отношению к спину процесс впрыска. Более того, эти результаты подчеркивают важность кристаллографической ориентации двух слоев туннельного барьера hBN. Зависимость спиновой поляризации от смещения различна для разных толщин туннельного барьера hBN [82, 131, 141], и ее необходимо понимать в рамках надлежащих теоретических рамок.

7.2. Двухпозиционный спиновый клапан и сигналы Hanle

Двухканальный впрыск отжима и обнаружение в боковой геометрии устройства с поворотным клапаном технологически более актуален, чем при четырехконтактном поворотном клапане. Обычно измерение спин-зависимых сигналов в двухполюсной геометрии затруднительно либо из-за наличия большого фонового сигнала, зависящего от зарядового тока, либо из-за низкой эффективности контактов спинового инжектора и детектора. Первые двухполюсные измерения спинового транспорта в графене были проведены с использованием прозрачных контактов пермаллой (Py) / графен [96], затем были опубликованы три других исследования с использованием MgO [118] и Al ₂ O ₃ туннельных барьеров [13, 29]. ].Однако эффекты магнитосопротивления могут имитировать эти сигналы спинового клапана в локальной конфигурации измерения. Более того, ни одно из этих исследований не показало доказательств однозначной сигнатуры спинового транспорта в двухконцевой конфигурации с помощью измерений прецессии спина Ханле [13].

Недавний отчет [82] показал, что индуцированная смещением спиновая инжекция и поляризация детектирования двухслойных туннельных барьерных контактов [82] достаточно велики (рисунок 6), чтобы можно было детектировать спиновый транспорт в двухполюсной конфигурации с спиновые сигналы до 800 Ом и коэффициент магнитосопротивления до 2.7%. Более того, авторы также наблюдали недвусмысленное свидетельство переноса спина в двухполюсной измерительной геометрии с помощью измерений прецессии спина Ханле с использованием контактов двухслойного туннельного барьера hBN [141] (рисунок 7 (b)). Это первая демонстрация двухполюсного сигнала Ханле. Однако до сих пор это был только один экспериментальный отчет, и существует потребность в дополнительных экспериментах, чтобы установить потенциал барьеров hBN для двухконцевых спиновых клапанов.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

В этом разделе мы описываем текущие проблемы в выяснении механизмов спиновой релаксации в графене в гетероструктурах с hBN.Спин-релаксация в графене обычно анализируется с учетом наличия механизмов EY или DP, которые связывают время спиновой релаксации со временем рассеяния импульса электронов в графене. Для реальных значений и силы спин-орбитальной связи эти механизмы оцениваются порядка микросекунд [1, 2]. Однако для сверхчистых инкапсулированных образцов hBN, где можно минимизировать влияние примесей, индуцированных подложкой и литографией, наилучший результат составляет 12,6 нс при высоких плотностях носителей [62] в соответствии с механизмом спиновой релаксации EY.Полученное значение все еще на два порядка ниже ожидаемого при наличии только механизма EY и указывает на роль дополнительных механизмов спиновой релаксации, которые до сих пор не учитывались при описании спиновой релаксации в графене.

Теоретически Туан и др. [22] изучали спиновую динамику и релаксацию в чистом графене, чтобы понять влияние индуцированных подложкой зарядовых неоднородностей, таких как электронно-дырочные лужи, на механизм спиновой релаксации. Для подложек SiO ₂ авторы численно продемонстрировали наличие механизма ДП, обусловленного случайной дефазировкой спина электронно-дырочными лужами.Для подложек с меньшим количеством неоднородностей, таких как hBN, спиновая релаксация для графена на hBN вызывается уширением, вызванным подложкой, на частоте прецессии спина, как показано ниже. Более того, спины релаксируют под действием спин-орбитальной связи Рашбы, индуцированной подложкой. Следовательно, для графена на суспстрате hBN спиновая релаксация ожидается из-за уширения по энергии и из-за индуцированного подложкой SOC, а не влияния примесей. Экспериментально Зомер и др. [5] изучали спиновую релаксацию в зависимости от качества графена на устройстве hBN, которое загрязнено остатками полимера на верхней поверхности графена (рисунок 8 (а)).Авторы [5] показывают, что данные спинового переноса лучше всего описываются равным вкладом механизмов спиновой релаксации EY и DP, указывая на то, что ни один из этих механизмов не доминирует в спиновой релаксации в графене на hBN в присутствии остатков полимера.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

В других теоретических рамках, Fabian и др. [145] исследовали роль примесей и предположили, что резонансное рассеяние является доминирующим механизмом спиновой релаксации в графене, где магнитные примеси, присутствующие даже в небольшом количестве, могут сильно влиять на спиновой перенос.Экспериментальные попытки в этом направлении с помощью измерений слабой локализации [146] и спинового шума [147, 148] предполагают то же самое. Был только один эксперимент по переносу спина [93], в котором авторы могли получить доступ к режиму очень высокой плотности носителей в двухслойном графене (∼10 ¹³ см ⁻² ). Здесь, при низких плотностях носителей, поведение демонстрирует механизм DP, как и ожидалось в системах с чистым графеном, и возрастает при более высоких концентрациях носителей в соответствии с механизмом резонансного рассеяния.Однако следует отметить, что нет единого мнения о точной природе механизма спиновой релаксации в двухслойном графене [3, 145].

Роль спин-псевдоспинового взаимодействия в графене также была предложена как возможный механизм спиновой релаксации в чистых образцах графена [149]. Можно исследовать сигнатуры такого механизма в полностью инкапсулированных hBN графеновых устройствах, где примеси не играют важной роли. Чтобы уменьшить размер областей графена, открытых для остатков полимера, можно использовать геометрию полной инкапсуляции [80, 82] (устройство A3 на рисунке 2).

Даже несмотря на то, что верхний слой тонкого (1-2L) туннельного барьера hBN в полностью инкапсулированном hBN устройстве спинового клапана [80, 82] действует как инкапсулирующий слой, результирующие свойства переноса заряда и спина графена не оптимально. Несмотря на обнаружение подходящей геометрии устройства (устройство A3 на рис. 2) для увеличения эффективности дифференциальной инжекции спина до 100% в полностью инкапсулированном hBN графене, время жизни спина достигло лишь 0,9–1,86 нс с двухслойными туннельными барьерами hBN [82, 129] (рис. 4), все еще на два порядка меньше предсказанного значения для чистого графена [1, 2].Об интересном исследовании спиновой релаксации в графене с моно- и бислоем hBN, инкапсулирующим туннельный барьер, сообщили Singh и др. [129]. Авторы сообщают о более чем 1 нс для двухслойной инкапсуляции hBN, в то время как для монослойной инкапсуляции он составляет менее 0,6 нс. Эти наблюдения показывают, что очень тонкий (∼0,3–0,7 нм) верхний слой однослойного или двухслойного туннельного барьера hBN может не обеспечивать достаточной инкапсуляции для графена, возможно, из-за плохого экранирования полимерных загрязнений на верхней поверхности.Более того, экранирующий эффект у бислоя сильнее, чем у монослоя-hBN. Кроме того, релаксация, индуцированная контактом, ожидаемо ниже с барьером двухслойный hBN из-за его более высокого продукта. Фактически, эти наблюдения подтверждаются независимыми исследованиями Gurram и др. , которые сообщили о 0,3 нс, 0,9 нс и 1,3 нс с моно [80], би [82] и трехслойным (рисунок 4 (c)) верхней инкапсуляции hBN барьера соответственно (рис. 4). Из этих отчетов кажется, что увеличение толщины верхнего герметизированного туннельного барьера может улучшить экранирование загрязнений и улучшить инкапсулированный графен.Фактически, это поведение подтверждается более ранними работами Drögeler и др. [58, 62] с изготовленными снизу вверх устройствами (устройство C3 на рис. 2), в которых для покрытия чешуйки графена использовалась большая и толстая чешуйка hBN. во избежание контакта с растворителями и остатками полимера время спиновой релаксации составило 12,6 нс, что является самым высоким показателем на сегодняшний день.

Однако существующая в настоящее время литература о полностью инкапсулированных в hBN графеновых устройствах [80, 82] ограничена и не сообщает о зависимости времени спиновой релаксации от плотности носителей, которая необходима для исследования механизма спиновой релаксации [5, 93].Следовательно, существует потребность в дополнительных экспериментах, чтобы подтвердить зависимость толщины барьера hBN от спинового транспорта в графене и выяснить внутренний механизм спиновой релаксации.

Для достижения конечных целей устройств спинтроники [10, 11] необходимо понять несколько недавно появившихся явлений спинтроники и включить их в будущие исследования переноса спина графена. Далее мы описываем несколько перспектив, которые могут быть использованы в гетероструктурах графен-hBN для содействия прогрессу графеновой спинтроники в ближайшем будущем.

9.1. Решение текущих проблем

Возможное решение для уменьшения влияния остатков на верхней поверхности тонкого (1-3 слоя) туннельного барьера hBN на спиновую релаксацию в графене (устройство A3 на рисунке 2) состоит в использовании следующих трех геометрия устройства для исследования переноса спина в графене: (i) устройство B4 на рисунке 2, где предварительно сформированный толстый слой hBN поверх туннельного барьера hBN действует как слой защиты от литографических остатков, за исключением областей осаждения электродов, (ii) устройство A4 на рисунке 2 с краевыми контактами 1D FM, которое полностью удерживает остатки от графена за счет полной инкапсуляции толстыми слоями hBN.Недавние сообщения [78, 79] показали возможность инжекции спина через контакты 1D FM, и эти контакты еще предстоит доказать, что они пригодны для эффективной инжекции и детектирования спина. (iii) даже несмотря на то, что изготовленные снизу вверх устройства с барьерами MgO (устройство C3 на рисунке 2) показали самый высокий зарегистрированный уровень, и, избегая загрязнения полимером, оксидные барьеры все еще могут влиять на перенос спина на их границе с графеном. Следовательно, перенос пакетов hBN-барьер / графен / толстый-большой-hBN на предварительно нанесенные электроды FM (устройство C4 на рис. 2) может полностью избежать проблем с оксидными барьерами и полимерами.

9.2. Спиновая фильтрация через интерфейсы hBN / графен

Спиновая фильтрация является технологически привлекательной, поскольку дает эффективную спин-инжекцию только с одним типом переноса спин-поляризованных носителей. Спиновая фильтрация через двумерный материал была впервые теоретически предложена Карпаном и др. [150, 151], которые предсказали, что графен или графит на поверхности никеля или кобальта с согласованной решеткой ведет себя как полуметалл и может использоваться для введения 100 % спин-поляризованный ток в немагнитных проводниках.Экспериментально обнаружены довольно низкие значения магнитосопротивления из-за беспорядка на границе ФМ / графен [152–155]. Впоследствии было предсказано, что из-за почти совпадения постоянных решетки графена и hBN в плоскости переход FM / малослойный графен / hBN может действовать как идеальный спиновый фильтр с увеличенным произведением [156–158], что важно для устранение проблемы несоответствия проводимости для эффективной инжекции спина в графен [159]. В этом направлении расчеты из первых принципов, выполненные Wu и др. [137], предсказали, что переход FM / hBN / графен позволяет туннелировать только один тип спина и приводит к увеличению спиновой поляризации инжекционного тока до 100% с увеличением в количестве слоев hBN до трех слоев.

Недавние экспериментальные результаты на устройствах с боковым спиновым клапаном с толстыми (2–3 слоя) и высокоомными туннельными барьерами CVD-hBN [131] показали очень большую и инвертированную спиновую поляризацию в графене, которая была приписана процессам спиновой фильтрации поперек Туннельные контакты Co / толстый слой-CVD-hBN / графен. С другой стороны, результаты с туннельными контактами Co / расслоенный-бислой-hBN / графен [82] показали усиление дифференциальной спиновой инжекции / детектирования поляризации до 100% в зависимости от смещения и изменение знака поляризации, близкое к нулю. предвзятость.Эти результаты показывают, что гетероструктуры графен / hBN предоставляют платформу для изучения возможности глубокой спиновой фильтрации.

9.3. Spin gating

Электрическое манипулирование зарядовым током в графене возможно с помощью электростатического (зарядового) стробирования, например, в полевых транзисторах [12, 55], одноэлектронных туннельных транзисторах [160, 161] и квантовых точках [ 162]. Похожая аналогия может быть применена к манипулированию накоплением спина в графене за счет спин-орбитального взаимодействия (SOC) посредством «спинового стробирования» [163].

Нетронутый графен немагнитен [164] и имеет небольшой SOC [105], что затрудняет электрический контроль спинов в графене. Одним из механизмов достижения спинового стробирования в графене является спин-орбитальное поле Рашбы, которое может быть создано приложением верхнего и нижнего напряжения затвора в гетероструктуре hBN / графен / hBN, как сообщается Guimarães и др. [59] ( устройство B2 на рисунке 2). Модуляция силы спин-орбитальной связи, создаваемая в инкапсулированной hBN части графена, может использоваться для управления спин-поляризованными токами и, таким образом, для достижения явления спинового затвора.По сути, можно реализовать устройство спинтронной логики, такое как спиновый транзистор Датта-Даса [165], с графеном, реализовав три его важных принципа работы [166]: (i) эффективная и контролируемая смещением инжекция спина [82, 131] и (ii) обнаружение [ 82], и (iii) манипуляции со спином посредством спинового стробирования [59].

9.4. Спиновый дрейф

Спиновый транспорт в графене широко изучался с точки зрения диффузии спинового накопления. В общем, процесс диффузии равномерно распределяет накопление спинов во всех направлениях, позволяя только части инжектированных спинов достигать детектора, расположенного вдали от инжектора.Эксперименты по переносу спина в графене проводились в узких (типичная ширина ∼1–5 мкм м) транспортных каналах и анализировались, предполагая равномерную инжекцию спина по ширине чешуйки графена и, таким образом, ограничивая диффузию спина одним измерением вдоль длина графена. Даже в этом случае накопление спина распространяется по обе стороны от инжектора, в результате чего только 50% инжектируемого спина направляется к детектору.

Из-за диффузионного движения информация о вращении не является направленной и передается только на ограниченные расстояния.С другой стороны, когда электрическое поле прикладывается к каналу переноса спинов, спины электронов приобретают дополнительную скорость дрейфа, которая является однонаправленной вдоль (противоположно) электрического поля для дырок (электронов) и позволяет переносить спин на большие расстояния. . Обратите внимание, что скорость дрейфа пропорциональна подвижности носителей μ ,. Поскольку сообщалось, что графен, заключенный между верхним и нижним диэлектриками толстого hBN, демонстрирует высокую подвижность [54, 70], гетероструктуры графен-hBN привлекательны для экспериментов со спиновым дрейфом.Первое экспериментальное доказательство спинового дрейфа в графене было предоставлено Йозой и др. [167], результаты которых были ограничены более низкой подвижностью графена на подложке SiO ₂ (устройство A1 на рисунке 2). Недавние эксперименты со спиновым дрейфом, о которых сообщили Ingla-Ayńes и др. [95], с использованием инкапсулированного толстым hBN высокоподвижного канала спинового транспорта двухслойного графена (устройство B2 на рисунке 2) привели к сильной модуляции длины спиновой релаксации вплоть до 90 μ м, и эффективное управление накоплением спина с эффективностью до 88% (рисунок 7 (b)), которая, по прогнозам, достигнет 100% в полностью инкапсулированном hBN графене.Такой эффективный контроль над направленностью спинового тока и переносом спина на большие расстояния обеспечивается высокой подвижностью графеновых устройств, инкапсулированных в hBN. Кроме того, рассмотрение геометрии устройства (например, B4 на рисунке 2), которое сочетает в себе графен с высокой подвижностью (например, устройство A2 на рисунке 2) с большими поляризованными контактами для инжекции / детектирования спина (например, устройство A3 на рисунке 2), является очень привлекательным для приложений в более сложные устройства на основе спиновой логики.

9.5. Эффекты близости

Недавние теоретические исследования [143, 144] пролили свет на возможность индуцирования магнитных обменных взаимодействий посредством электростатического стробирования в гетероструктурах кобальт / (1-4 слой) hBN / графен.Первопринципные расчеты [144] уже показали, что, настраивая внешнее электрическое поле, можно изменить знак индуцированной близостью равновесной спиновой поляризации в графене. Также было предсказано [143], что даже очень тонкий слой hBN может быть использован в качестве диэлектрика затвора, и, настраивая электрическое поле затвора в структуре кобальт / hBN / графен, можно определить как знак, так и величину наведенной намагниченности в графене. может быть изменено. Эти два исследования имеют отношение к геометрии устройства спинового клапана, инкапсулированного через туннельный барьер hBN (устройства A3, B4 и C4 на рисунке 2), о котором сообщалось в недавнем исследовании [82].В принципе, обменное взаимодействие в графене также должно отражаться в измененной форме сигнала прецессии спина Ханле [32]. Следовательно, необходимы дальнейшие исследования, чтобы понять эти результаты, а также выяснить влияние знака носителей заряда, то есть электронов или дырок. Интересно, что недавние экспериментальные исследования [79, 168] показали возможность индуцирования состояний спинового расщепления в графене путем приближения к ферромагнетику.

9.6. Крупномасштабные устройства

С момента зарождения графеновой спинтроники значительный прогресс в ее исследованиях был достигнут с использованием расслоенных чешуек графена и hBN.С другой стороны, рост количества этих материалов с использованием процесса CVD — многообещающий путь для приложений спинтроники промышленного масштаба. Первый отчет о спин-клапанных устройствах на основе CVD-графена [119] показал многообещающий путь к спинтронике в масштабе пластин. Более того, комнатная температура до 1,2 нс и до 6 мкм мкм достигаются в крупномасштабном графене CVD, который имеет границы зерен, с длинной длиной спинового транспортного канала до 16 мкм м [169]. На данный момент самое длинное время жизни спина — 1.75 нс достигается для хлопьев CVD-графена без границ зерен (не для крупномасштабного графена с границами зерен) [170] в устройствах с обратным спиновым клапаном, изготовленных методом сухого переноса [171].

Первоначальные усилия по интеграции крупномасштабного выращенного методом CVD hBN в качестве туннельного барьера для графеновых устройств со спиновым клапаном успешно продемонстрировали спин-инжекцию и детектирование [138, 139]. Недавно сообщалось о большой величине спиновой инжекционной поляризации до 65% при смещении выше 1,5 В с использованием контактов с толстыми туннельными барьерами (1-3L) -слой-CVD-hBN [131] и до 15% при -0.Смещение 2 В с использованием двухуровневых барьеров CVD-hBN [6] указывает на многообещающую природу CVD-hBN для крупномасштабных приложений спинтроники.

Однако из-за проблем, связанных с беспримесным переносом и изготовлением устройств, пока имеется лишь несколько отчетов об исследованиях спинового переноса с графеном, выращенным методом CVD, и hBN. Следовательно, чтобы установить роль графена на основе CVD и hBN в спинтронике, важно приготовить высококачественные гетероструктуры графен-hBN. Для этого контролируемый рост CVD-hBN [172] с последующим его сухим переносом поверх недавно полученного высококачественного CVD-графена [171] может способствовать повышению роли материалов, выращенных методом CVD [6], для практических устройств спинтроники. .Более того, прямой рост hBN на графене решит проблемы качества [6], связанные с традиционным методом влажного переноса на основе полимеров [173].

9.7. Выводы. структуры hBN / графен [58, 62], большая длина спиновой релаксации за счет эффекта спинового дрейфа в инкапсулированном hBN графене [95] и эффективная спиновая инжекция / детекционная поляризация до 100% за счет внешнего смещения через кобальт / 2L-hBN / графеновые контакты [82].Кроме того, все еще необходимо прояснить дискуссию о том, какой из механизмов EY, DP и недавно предложенных механизмов спиновой релаксации доминирует в графене [140, 145, 149, 174]. Поскольку влияние окружающей среды минимально в полностью инкапсулированной hBN гетероструктуре графена, она обеспечивает идеальную платформу для демистификации внутреннего механизма спиновой релаксации в графене [62, 110, 175].

Кроме того, чувствительность графена может быть использована при изучении эффектов близости путем интеграции с другими 2D-материалами.Появление в последнее время ряда публикаций в литературе по исследованию близости говорит о его важности. Эффекты магнитной близости могут быть изучены в графене в непосредственной близости от 2D-ферромагнетиков, таких как CrI ₃ [176], Cr ₂ Ge ₂ Te ₆ , [177] и MnSe ₂ [178]. В будущем было бы интересно продемонстрировать гетероструктуру графенового спинового клапана, полностью изготовленную из 2D-материалов. Например, CrI ₃ / (1-3L) hBN / графен / толстый-hBN, где CrI ₃ действует как 2D-ферромагнитный источник для инжекции накопления спина в графен, 1-3L hBN действует как 2D-туннельный барьер и толстый hBN действует как нижний субстрат.Кроме того, близость TMDC для индукции спин-орбитального взаимодействия в графене добавит новые функциональные возможности устройствам спинтроники [34–45].

В заключение, гетероструктуры графен-hBN стали ступенькой в ​​революции и переосмыслении исследований спинового транспорта в графене, позволив на порядок улучшить параметры спиновой инжекции / детектирования и переноса. Полученные результаты являются многообещающими, и при наличии доступной технологии и понимания, а также адаптации новой геометрии устройств, предложенных в этом обзоре, добротность графеновых устройств спинтроники может быть улучшена в дальнейшем.

No related posts.