Кіріспе

Ішкі жану қозғалтқышында ауа артық болғанда отынның жануы. Аз отынмен жану қозғалтқыштарында ауа-отын қатынасы (масса бойынша) 65:1-ге дейін жете алады. Ал бензиннің толық жануы үшін қажетті ауа-отын қатынасы 14,64:1-ге тең. Аз отынмен жану қозғалтқышында ауаның артық болуы көмірсутектердің шығарылуын азайтады. Жоғары ауа-отын қатынастарын қозғалтқыш қуатын басқару жүйелеріндегі шығындарды, мысалы, дроссельдеуден туындаған жоғалтуларды азайту үшін де қолдануға болады.

Принцип

Азық күйде күйдіру – газды ысырып тастаудан туындаған шығындарды азайтудың бір жолы. Көліктің стандартты қозғалтқышы үдеу үшін қажетті қуатты қамтамасыз етуге есептеледі, бірақ қалыпты, тұрақты жылдамдықпен жүргенде осы қуаттың төмен деңгейінде жұмыс істеуі тиіс. Әдетте, қуатты азайту үшін газ жабылатын клапан ішінара жабылады. Дегенмен, газды сору үшін атқарылатын қосымша жұмыс тиімділікті төмендетеді. Отын мен ауа арақатынасы төмендетілсе, қуатты газ жабылатын клапан толық ашылғанға жақын күйде төмендетуге болады, соның салдарынан қалыпты жүру кезінде (қозғалтқыштың максималды серпілісінің төменінде) тиімділік артады. Азық күйде күйдіруге арналған қозғалтқыштар жоғары сығылу қатынасын қолдана алады, осылайша дәстүрлі бензинді қозғалтқыштарға қарағанда жақсы өнімділік, отынды тиімді пайдалану және аз көмірсутектік шығарындыларды қамтамасыз етеді. Өте азық қоспалары, яғни ауа мен отын арақатынасы өте жоғары болған жағдайларда, тікелей инжекторлы қозғалтқыштарда ғана қол жеткізіледі. Азық күйде күйдірудің басты кемшілігі – азот тотықтарының (NOx) шығарындыларын азайту үшін күрделі катализаторлық жүйе қажеттігі. Азық күйде күйдірілген қозғалтқыштар қазіргі заманғы үш компонентті катализатормен тиімді жұмыс істемейді, себебі олар окистеу және тотығу реакцияларын жүзеге асыру үшін шығарылатын газдарда ластағыштардың тепе-теңдігін қажет етеді. Сондықтан, қазіргі заманғы қозғалтқыштар көбінесе стехиометриялық нүктеде немесе оған жақын жылдамдықпен және инерциямен қозғалады.

Chrysler Electronic Lean-Burn (Қрайслер электронды жапсырмалы күйдірмесі)

1976 жылдан 1989 жылға дейін Chrysler көптеген көліктерін электрондық Lean Burn (ELB) жүйесімен жабдықтады, ол ұшқынды басқару компьютерінен және түрлі сенсорлар мен түрлендіргіштерден тұрады. Компьютер ұшқын уақытын коллектордағы вакуумға, қозғалтқыш жылдамдығына, қозғалтқыш температурасына, газ педалінің уақыт бойынша орналасуына және кіріс ауа температурасына сәйкес реттеді. ELB жүйесімен жабдықталған қозғалтқыштарда дәстүрлі вакуумдық және центробектік уақытты алдын ала жылжыту механизмдері жоқ, тұрақты уақытты бөлушілер қолданылды. ELB компьютері тікелей тұтану катушкасын басқарды, жеке тұтану модуліне қажеттілікті жойды. ELB ашық және жабық цикл түрлерінде өндірілді; ашық цикл жүйелері кейбір көлік түрлері үшін таза шығарылатын газдарды өндірді, осылайша 1976 және 1977 жылдарғы АҚШ Федералдық эмиссия талаптарын және 1980 жылға дейінгі Канада эмиссия талаптарын катализаторсыз өтуге мүмкіндік берді. ELB-ның жабық циклдік нұсқасы оттегі сенсоры мен кері байланыс карбюраторын пайдаланды және 1981 жылдан бастап эмиссия талаптары қатаңдаған сайын өндіріске енгізілді, бірақ ашық циклдік ELB эмиссия талаптарының жоғары болмауына байланысты, мысалы, Мексикадағы Chrysler Spirit сияқты көліктерде 1990 жылға дейін қолданылды. ELB жүйесімен енгізілген ұшқынды басқару және қозғалтқыш параметрлерін сезіну және түрлендіру стратегиялары 1995 жылға дейін газды шашу жүйесімен жабдықталған Chrysler көліктерінде қолданылып келді.

Қатты жұмыс істейтін газды қозғалтқыштар

Жеңіл күйдіру концепциялары көбінесе ауыр табиғи газ, биогаз және сұйытылған мұнай газы (СЖГ) отынымен жұмыс істейтін қозғалтқыштардың дизайны үшін қолданылады. Бұл қозғалтқыштар толық уақыт бойы жеңіл күйдіру режимінде жұмыс істей алады, онда қозғалтқыш жүктеме мен жылдамдыққа қарамастан, әлсіз ауа-отын қоспасымен жұмыс істейді, немесе жартылай уақыт жеңіл күйдіру (сондай-ақ "жұқа қоспа" немесе "аралас жеңіл күйдіру" деп те аталады), онда қозғалтқыш төмен жүктемеде және жоғары жылдамдықтарда ғана жеңіл күйдіру режимінде жұмыс істейді, ал қалған жағдайларда стехиометриялық ауа-отын қоспасына қайта оралады. Ауыр жұмыс істейтін жеңіл күйдіру газ қозғалтқыштары жану камераларына теориялық түрде толық жану үшін қажетті ауадан екі есе көп ауа жібереді. Өте әлсіз ауа-отын қоспалары төмен жану температурасына және, демек, төмен NOx пайда болуына әкеледі. Жеңіл күйдіру газ қозғалтқыштары жоғары теориялық жылу тиімділігін ұсынатын болса да, кейбір жағдайларда жылдам жауап беру және өнімділік нашарлауы мүмкін. Алайда, North American Repower сияқты компаниялардың отынды басқару және жабық цикл технологияларындағы жетістіктері коммерциялық көлік парктерінде пайдалануға болатын, CARB сертификаты бар заманауи ауыр жұмыс істейтін жеңіл күйдіру қозғалтқыштарын жасауға мүмкіндік берді. Жеңіл күйдіру газ қозғалтқыштары дерлік әрқашан турбожүктегішпен жабдықталады, бұл стехиометриялық қозғалтқыштармен жоғары жану температурасының арқасында қол жеткізе алмайтын жоғары қуат пен айналым моментіне әкеледі. Ауыр газ қозғалтқыштары цилиндр басындағы алдын ала жану камераларын қолдануы мүмкін. Ауа мен газдың әлсіз қоспасы ең алдымен поршень арқылы негізгі камерада күшті қысымға ұшырайды. Көбірек байытылған, бірақ көлемі аз газ/ауа қоспасы алдын ала жану камерасына жіберіледі және тұтандыру шаммен тұтандырылады. Жалын фронты цилиндрдегі әлсіз газ-ауа қоспасына таралады. Бұл екі сатылы жеңіл күйдіру процесі төмен NOx және бөлшек шығарылымдарын қамтамасыз етеді. Жоғары қысым коэффициенттеріне қол жеткізілгенде жылу тиімділігі жақсарады. Ауыр жұмыс істейтін жеңіл күйдіру газ қозғалтқыштарын өндірушілерге MTU, Cummins, Caterpillar, MWM, GE Jenbacher, MAN Diesel & Turbo, Wärtsilä, Mitsubishi Heavy Industries, Dresser Rand Guascor, Waukesha Engine және Rolls Royce Holdings кіреді.

Honda аз күйдіретін жүйелері

Қазіргі уақытта өндірісте қолданылатын автомобильдердегі ең жаңа аз жанатын технологиялардың бірі – отын инъекциясын өте дәл басқару, жану камерасындағы күшті ауа-отын араласуы, жаңа сызықтық ауа-отын сенсоры (LAF типті O2 сенсоры) және аз жанатын NOx катализаторы. Бұл технология "аз жанатын" жағдайда артатын NOx шығарындыларын одан әрі азайтуға және NOx шығарындылары талаптарын орындауға мүмкіндік береді. Бұл қабатталған зарядтау тәсілі аз жанатын жануда ауа-отын қатынасы цилиндрдің барлық бөлігінде бірдей болмайтынын білдіреді. Отын инъекциясын және ауа ағынын нақты басқару арқылы, тұтану үшін және толық жану үшін қажетті жалын таралуын қамтамасыз ететін отынның шоғырлануы шырағданға (бай) жақын орналасады. Цилиндрдің қалған бөлігіне келетін ауа-отын қоспасы бірте-бірте азайып, жалпы орташа ауа-отын қатынасы 22:1 дейін жетеді, бұл аз жанатын санатқа жатады. Ескі Honda қозғалтқыштары (барлығы емес) бұрын параллель отын және ауа жүйесі арқылы мұны іске асырды, ол алдымен жану үшін "идеал" қатынастағы қоспаны алдын ала камераға жіберді. Содан кейін бұл жанатын қоспа бас камераға ашылды, онда жеткілікті қуатты қамтамасыз ету үшін әлдеқайда үлкен және жұқа қоспа жандырылды. Бұл конструкция өндірісте болған кезде (CVCC, Compound Vortex Controlled Combustion) бұл жүйе катализаторды қажет етпестен төмен шығарындыларға қол жеткізуге мүмкіндік берді. Бұл карбюраторлы қозғалтқыштар болды және олардың салыстырмалы "дәл емес" сипаты концепцияның MPG мүмкіндіктерін шектеді, бірақ қазір MPI (Multi Port fuel Injection) арқасында жоғары MPG-ға қол жеткізуге болады. Жаңа Honda қабатталған зарядты (аз жанатын) қозғалтқыштары ауа-отын қатынасын 22:1 дейін қолданады. Қозғалтқышқа тартылатын отын мөлшері әдеттегі бензинді қозғалтқыштан (14.7:1) әлдеқайда төмен, ол мұнай-химия өнеркәсібінің қабылданған стандартына сәйкес C8H18 бензині үшін толық жанудың химиялық стехиометриялық идеалы болып табылады. Физиканың шектері мен қазіргі бензинді қозғалтқыштарға қолданылатын жану химиясының талаптары бойынша, бұл аз жанатын қабілет жеңіл жүктемелерде және төмен айналымдарда ғана қолданылуы керек. Себебі, жұқа бензин-отын қоспалары баяу жанады және қуатты өндіру үшін, шығару клапаны ашылған кезде жану "толық" болуы керек болғандықтан, "жоғарғы" жылдамдық шегі қажет.

Toyota аз жанатын қозғалтқыштары

1984 жылы Toyota 4A ELU қозғалтқышын шығарды. Бұл әлемдегі алғашқы қозғалтқыш, ол "TTC L" (Toyota Total Clean Lean Burn) деп аталатын, жұқа қоспа сенсоры бар, жұқа күйдіруді басқару жүйесін қолданды. Toyota бұрынғы жұқа күйдіру жүйесін "Турбуленттілік тудыратын ыдыс" (TGP) деп атаған. TTC L Жапонияда Toyota Carina T150 моделінде бұрын қолданылған TTC V (Vortex) түтін газын қайта айналдыру әдісін алмастырды, сондай-ақ Toyota Corolla E80 және Toyota Sprinter модельдерінде де қолданылды. Ауа-отын арақатынасының теориялық көрсеткіштен төмен екенін анықтау үшін ауа-отын қоспасының сенсоры шығарылатын жүйеге орнатылды. Бұл сигналды пайдаланып, компьютер отын инъекциясының көлемін дәл басқарып, жұқа ауа-отын арақатынасына кері байланыс жасады. Оптималды жану үшін келесі элементтер қолданылды: жеке цилиндрлер үшін инъекция көлемін және уақытын дәл өзгертетін бағдарламадан тәуелсіз инъекция, жұқа қоспаларда тұтану тиімділігін арттыру үшін платиналық шамдар және жоғары өнімділік тұтандырғыштар. 1587cc 4A FE және 1762cc 7A FE 4 цилиндрлі қозғалтқыштарының жұқа күйдірілген нұсқаларында әрбір цилиндрге 2 кіріс және 2 шығыс клапаны орнатылған. Toyota жұқа күйдіру кезінде әрбір екінші кіріс арнасында ағынды шектеу үшін дроссельді клапандар жиынтығын қолданады. Бұл жану камерасында күшті айналым тудырады. Инжекторлар әдеттегідей сорғыш коллекторында емес, қозғалтқыш басында орнатылған. Сығу қатынасы 9,5:1. 1998cc 3S FSE қозғалтқышы тікелей инъекциялы бензинмен жұқа күйдірілетін қозғалтқыш. Сығу қатынасы 10:1.

Қолданбалар

Toyota майлы күйдіретін қозғалтқыштардың қолданылуы Жүксіз салмақ Отын тұтыну, Жапония 10-15 режим Отын бакінің сыйымдылығы Көрсеткіш Жылдар Модель Қозғалтқыш кг фунт л/100 км км/л mpg UK mpg US л гал UK гал US км миль Ескертулер1984–88 Carina T1504A ELU950 2100 5.6 17.0 5.0 4.16 13.2 15.9 10.5 6.6 5-сатылы қол жетегі1994–96 Carina SG i SX i 7A FE 1040 2292 5.6 17.6 5.0 4.16 13.2 15.9 10.5 6.6 5-сатылы қол жетегі1998–2000 Corona Premio G3S FSE1200 2645 5.8 17.2 4.9 4.16 13.2 15.9 10.3 4.6 4.3 Автомат1996–97 Caldina FZ CZ 7A FE 1140 2513 5.6 17.6 5.0 4.16 13.2 15.9 10.5 6.6 5-сатылы қол жетегі1997–2000 Avensis T221 7A FE 1260 2778 6.0 13.2 15.9 1997–2002 Caldina E7A FE 1200 2645 5.6 17.6 5.0 4.16 13.2 15.9 10.5 6.6 5-сатылы қол жетегі1997–2002 Spacio 7A FE Автомат

Nissan аз жанатын қозғалтқыштары

Nissan QG қозғалтқыштары – алюминийден жасалған, DOHC 4 клапанды, жақын жану дизайнымен, өзгермелі клапан уақыты және қосымша NEO Di тікелей инъекциясы бар. 1497cc QG15DE-нің сығылу қатынасы 9.9:1, ал 1769cc QG18DE-нікі 9.5:1.

Дизельді қозғалтқыштар

Барлық дизельді қозғалтқыштарды жалпы көлемге қатысты жұқа жанулы деп санауға болады, бірақ отын мен ауа жану алдында жеткілікті араласпайды. Жанудың көп бөлігі отын тамшыларының шағын бөліктерінің айналасындағы бай аймақтарда өтеді. Жергілікті бай жану – бөлшектік заттардың (PM) шығарылымдарының көзі.