Кіріспе
Қозғалтқышқа отын беру әдісі
Indirect injection in an internal combustion engine is fuel injection where fuel is not directly injected into the combustion chamber. Gasoline engines equipped with indirect injection systems, wherein a fuel injector delivers the fuel at some point before the intake valve, have mostly fallen out of favor to direct injection. However, certain manufacturers such as Volkswagen, Toyota and Ford have developed a 'dual injection' system, combining direct injectors with port (indirect) injectors, combining the benefits of both types of fuel injection. Direct injection allows the fuel to be precisely metered into the combustion chamber under high pressure which can lead to greater power, fuel efficiency. The issue with direct injection is that it typically leads to greater amounts of particulate matter and with the fuel no longer contacting the intake valves, carbon can accumulate on the intake valves over time. Adding indirect injection keeps fuel spraying on the intake valves, reducing or eliminating the carbon accumulation on intake valves and in low load conditions, indirect injection allows for better fuel air mixing. This system is mainly used in higher cost models due to the added expense and complexity. Port injection refers to the spraying of the fuel onto the back of the intake valve, which speeds its evaporation. An indirect injection diesel engine delivers fuel into a chamber off the combustion chamber, either a prechamber or swirl chamber, where combustion begins and then spreads into the main combustion chamber. The prechamber is carefully designed to ensure adequate mixing of the atomized fuel with the compression heated air.
Ішкі жану қозғалтқышында жанармайды тікелей жану камерасына емес, жанама түрде шашырату – отынды жіберу болып табылады. Жанама инжекциялық жүйелермен жабдықталған бензиндік қозғалтқыштар, онда отын инжекторлары отынды сору клапанынан бұрын жібереді, көбінесе тікелей инжекцияға қарағанда аз қолданылады. Дегенмен, Volkswagen, Toyota және Ford сияқты бірқатар өндірушілер «қос инжекциялық» жүйені жасады, ол тікелей инжекторларды порттық (жанама) инжекторлармен біріктіріп, екі типті отын инжекциясының артықшылықтарын ұштастырады. Тікелей инжекция отынды жоғары қысыммен жану камерасына дәл мөлшерде жіберуге мүмкіндік береді, бұл қуаттылығы мен отын тиімділігін арттырады. Тікелей инжекцияның мәселесі – көбінесе бөлшектердің көбеюіне және отын енді сору клапандарымен жанаспайтындықтан, уақыт өте келе сору клапандарында көміртек жиналуы мүмкін. Жанама инжекцияны қосу отынды сору клапандарына шашыратып, сору клапандарындағы көміртек жиналуын азайтады немесе тоқтатып, ал төмен жүктеме жағдайында жанармай мен ауаның жақсы араласуын қамтамасыз етеді. Бұл жүйе көбінесе қосымша шығын мен күрделілігіне байланысты жоғары бағалы модельдерде қолданылады. Порттық инжекция – отынды сору клапанының артқы жағына шашырату, бұл оның булануын жылдамдатады. Жанама инжекциялық дизельдік қозғалтқыш отынды жану камерасынан тыс камераға – алдын ала камераға немесе айналмалы камераға жібереді, онда жану басталып, содан кейін негізгі жану камерасына таралады. Алдын ала камера атомданылған отынның қысылған ауамен толық араласуын қамтамасыз ету үшін мұқият жобаланған.
Indirect injection in an internal combustion engine is fuel injection where fuel is not directly injected into the combustion chamber. Gasoline engines equipped with indirect injection systems, wherein a fuel injector delivers the fuel at some point before the intake valve, have mostly fallen out of favor to direct injection. However, certain manufacturers such as Volkswagen, Toyota and Ford have developed a 'dual injection' system, combining direct injectors with port (indirect) injectors, combining the benefits of both types of fuel injection. Direct injection allows the fuel to be precisely metered into the combustion chamber under high pressure which can lead to greater power, fuel efficiency. The issue with direct injection is that it typically leads to greater amounts of particulate matter and with the fuel no longer contacting the intake valves, carbon can accumulate on the intake valves over time. Adding indirect injection keeps fuel spraying on the intake valves, reducing or eliminating the carbon accumulation on intake valves and in low load conditions, indirect injection allows for better fuel air mixing. This system is mainly used in higher cost models due to the added expense and complexity. Port injection refers to the spraying of the fuel onto the back of the intake valve, which speeds its evaporation. An indirect injection diesel engine delivers fuel into a chamber off the combustion chamber, either a prechamber or swirl chamber, where combustion begins and then spreads into the main combustion chamber. The prechamber is carefully designed to ensure adequate mixing of the atomized fuel with the compression heated air.
Бензинді қозғалтқыштар
Тікелей инъекциялы бензиндік қозғалтқыштарға қарағанда жанама инъекциялы бензиндік қозғалтқыштардың бір артықшылығы – картерлік желдету жүйесінен сорғы клапандарына жиналған ластану отынмен жуылады. Сондай-ақ, жанама инъекциялы қозғалтқыштар отын мен ауа жақсы араласуының арқасында тікелей инъекциялы қозғалтқыштарға қарағанда аз мөлшерде бөлшек шығарады.
Шолу
Бөлінетін жану камерасының мақсаты – жану процесін жылдамдату, ал қозғалтқыштың айналу жылдамдығын арттыру арқылы қуатын ұлғайту. Алдын ала камераны қосу салқындату жүйесіне жылу шығынын арттырады, соның салдарынан қозғалтқыштың тиімділігі төмендейді. Қозғалтқышты іске қосу үшін қыздыру шамы қажет. Жа indirect инъекция жүйесінде ауа жылдам қозғалып, отынмен араласады. Бұл қозғалтқыштың (поршень басы, цилиндр қақпағы, клапандар, инжектор, алдын ала камера және т.б.) конструкциясын жеңілдетеді және өндіруі оңай, сенімділігі жоғары конструкцияларды пайдалануға мүмкіндік береді. Керісінше, тікелей инъекцияда ауа баяу, ал отын жылдам қозғалады; инжекторларды жобалау және өндіру қиын. Цилиндр ішіндегі ауа ағынын оңтайландыру алдын ала камераны жобалаудан әлдеқайда қиын. Инжектордың және қозғалтқыштың дизайны тығыз байланысты. Сондықтан автокөлік дизельдік қозғалтқыштарының көпшілігі жанама инъекциялы болды, бірақ қуатты CFD модельдеу жүйелерінің қолжетімділігі тікелей инъекцияны қолдануды мүмкін етті.
Сүрлеу камерасы
Свердловкалар – цилиндр басында орналасқан және қозғалтқыш цилиндрінен тангенциалды тамақпен бөлінген шар тәрізді қуыстар. Қозғалтқыштың сығылу жүрісі кезінде ауаның шамамен 50% свердловкаға еніп, айналмалы қозғалыс тудырады. Жанудан кейін, жану өнімдері сол тамақ арқылы негізгі цилиндрге әлдеқайда жоғары жылдамдықпен қайта оралады, нәтижесінде өту жолының қабырғаларына көбірек жылу шығындалады. Бұл типтегі камералар отынның үнемділігінен гөрі отынды басқару және қозғалтқыштың тұрақтылығы маңыздырақ қозғалтқыштарда қолданылады. Бұл камералар сондай-ақ ойлап тапқан ағылшын ғалымы, сэр Гарри Рикардоның есімімен аталған Рикардо камералары деп те аталады.
Алдын ала жану камерасы
Бұл камера цилиндр басында орналасқан және кішкентай тесіктер арқылы қозғалтқыш цилиндріне жалғасқан. Ол цилиндрдің жалпы көлемінің 40 пайызын құрайды. Сығу кезінде негізгі цилиндрден ауа жану алдындағы камераға енгізіледі. Осы сәтте отын жану алдындағы камераға шашыратылады және жану басталады. Қысым артып, отын тамшылары кішкентай тесіктер арқылы негізгі цилиндрге ителіп, отын мен ауаның өте жақсы араласуын қамтамасыз етеді. Жану процесінің басым бөлігі негізгі цилиндрде жүзеге асады. Бұл типтегі жану камерасы көп түрлі отынды пайдалануға қабілетті, себебі жану алдындағы камераның температурасы негізгі жану оқиғасы басталар алдында отынды буландырады.
Ауа камерасы
Ауа ұясы – бір шетінде тесігі бар кішкентай цилиндр тәрізді камера. Ол инжектормен шамалы коаксиалды орнатылады, бұл ось поршень басымен параллель, ал инжектор ауа ұясының соңындағы тесікке ашық кішкентай қуыс арқылы отынды шашады. Ауа ұясының бас корпусымен жылулық байланысын азайтуға ерекше назар беріледі. Тар бұрышта шашырату схемасы бар шүмекті инжектор қолданылады. Жоғарғы өлі нүктеде (TDC) зарядтың көп бөлігі қуыс пен ауа ұясында орналасады. Инжектор шашқанда, отын ағыны ауа ұясына еніп, тұтанады. Бұл ауа ұясынан тікелей инжектордан шығатын отын ағынына қайта шашылып, отты тудырады. Жылу және турбуленттілік отынның жақсы булануын және араласуын қамтамасыз етеді. Сонымен қатар, жану процесінің басым бөлігі цилиндрмен тікелей байланысатын қуыста, ауа ұясынан тыс жүзеге асырылатындықтан, жанған зарядты цилиндрге беру кезінде жылу шығыны азаяды. Ауа ұясы инъекциясын тікелей және жанама инъекция арасындағы шартты келісім ретінде қарастыруға болады, тікелей инъекцияның тиімділік артықшылықтарын сақтай отырып, жанама инъекцияның қарапайымдылығы мен даму оңайлығын ұсынады. Ауа ұялары әдетте Ланова ауа ұялары деп аталады. Ланова жану жүйесі 1929 жылы Франц Ланг, Готтард Вилих және Альберт Вилих құрған Lanova компаниясымен әзірленген. АҚШ-та Lanova жүйесі Mack Trucks компаниясы қолданған. Мысалы, Mack NR жүк көлігіне орнатылған Mack Lanova ED дизельдік қозғалтқышы.
Тікелей емес инъекциялық жану камераларының артықшылықтары
Кіші дизельді қозғалтқыштарды да жасауға болады. Инъекция қысымы төмен болғандықтан, инжекторды өндіруге арзан түседі. Инъекция бағыты аса маңызды емес. Есірткіш инъекция, әсіресе бензинді қозғалтқыштар үшін, жобалау және өндіру процесінде әлдеқайда оңай. Инжекторды жетілдіруге аз күш жұмсалады және инъекция қысымы төмен болады (1500 пси/100 бар, ал тікелей инъекция үшін 5000 пси/345 бар және одан да жоғары). Тікелей инъекцияның ішкі бөлшектерге түсіретін жүктемесі төмен болғандықтан, бірдей қозғалтқыштың бензин және есірткіш инъекциялық дизельдік нұсқаларын жасау мүмкін. Ең жақсы жағдайда, мұндай түрлері тек цилиндр басымен және бензин нұсқасына таратушы мен шамдарды, ал дизельге инъекциялық сорғы мен инжекторларды орнату қажеттігімен ғана ерекшеленеді. Мысалға, BMC A және B сериялы қозғалтқыштар, сондай-ақ Land Rover 2.25/2.5 литрлік 4 цилиндрлі түрлерін келтіруге болады. Мұндай конструкциялар бір көліктің бензин және дизельдік нұсқаларын жасауға мүмкіндік береді, олардың арасындағы жобалық өзгерістер минималды болады. Қозғалтқыш жылдамдығы жоғарылайды, себебі жанау камера алдында жалғаса береді. Биодизель және өсімдік майы сияқты балама отындар есірткіш инъекциялық дизельді қозғалтқышта отын жүйесіне зиян келтіруі аз, себебі жоғары инъекция қысымы қажет емес. Тікелей инъекциялық қозғалтқыштарда (әсіресе жоғары қысымды ортақ рельсті отын жүйелерін пайдаланатын заманауи қозғалтқыштарда) отын сүзгілерін жақсы күйде ұстау өте маңызды, өйткені өсімдік майы немесе мотор майы қолданылғанда қалдықтар сорғылар мен инжекторларды зақымдауы мүмкін.
The lower stresses that indirect injection imposes on internal components mean that it is possible to produce petrol and indirect injection diesel versions of the same basic engine. At best such types differed only in the cylinder head and the need to fit a distributor and spark plugs in the petrol version whilst fitting an injection pump and injectors to the diesel. Examples include the BMC A Series and B Series engines and the Land Rover 2.25/2.5 litre 4 cylinder types. Such designs allow petrol and diesel versions of the same vehicle to be built with minimal design changes between them. Higher engine speeds can be reached, since burning continues in the prechamber. Alternative fuels like bio diesel and waste vegetable oil are less likely to damage the fuel system in an indirect injection diesel engine, as high injection pressures are not needed. In direct injection engines (especially modern engines using high pressure common rail fuel systems), keeping fuel filters in good condition is more critical as debris can damage the pumps and injectors when waste vegetable oil or waste engine oil are used.
Кемшіліктер
Дизельді қозғалтқыштардың отын тиімділігі тікелей шашыратулы қозғалтқыштарға қарағанда төмен, себебі үлкен ашық беттері көбірек жылуды таратып, порттар арқылы өтетін ауа қысымның төмендеуіне себеп болады. Дегенмен, жоғары сығылу қатынастарын қолдану осы тиімсіздікті қамти алады. Дизельді қозғалтқыштарды суық күйде іске қосу үшін қыздыру шамы қажет; көптеген жанама шашыратулы дизельді қозғалтқыштар қыздыру шамысыз суық ауа райында іске қосыла алмайды. Жанудың жылуы мен қысымы поршеньге алдын ала жану камерасынан немесе айналмалы камерадан шыққанда өте кішкентай ауданда қолданылады, сондықтан мұндай қозғалтқыштар тікелей шашыратулы дизельдерге қарағанда жоғары қуаттылыққа (мысалы, турбонаддув, супернаддув немесе тюнинг) қолайсыз. Поршень басының бір бөлігіндегі жоғары температура мен қысым тепе-тең емес кеңеюге алып келеді, бұл жарылуға, деформацияға немесе басқа да зақымдануға әкелуі мүмкін, бірақ өндіріс технологияларының жетістіктері өндірушілерге тепе-тең емес кеңеюдің әсерін азайтуға мүмкіндік берді, соның арқасында жанама шашыратулы дизельдерде турбонаддувты қолдануға болады. Жанама қозғалтқыштар тікелей шашыратулы қозғалтқыштарға қарағанда көбінесе шулырақ болады. Жанама шашыратулы дизельді қозғалтқышта бастау сұйықтығын ("эфирді") қолдануға болмайды, себебі қыздыру шамдары тікелей шашыратулы дизельдерге қарағанда ерте тұтану қаупін күрт арттырады.