Ішкі жану қозғалтқыштарында отын инжекциясының ерекшеліктері

Жанармай инжекциясы: ішкі жану қозғалтқыштарында отынды жіберу жүйесі. Тарихы, дизель және бензин қозғалтқыштарындағы қолданысы, даму жолы.

#жанармайинжекциясы

8 мин оқу

100%

Дереккөз: Fuel injection — Wikipedia

Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.

Мазмұны

Кіріспе

Ішкі жанатын қозғалтқыштардың ерекшелігі

Отынды инжекциялау – отынды ішкі жанатын қозғалтқышқа, ең көп кездесетіні – автомобиль қозғалтқыштарына, инжектор арқылы енгізу. Бұл мақалада поршеньдік және Ванкель роторлық қозғалтқыштардағы отын инжекциялауға назар аударылады. Барлық қысыммен жанатын қозғалтқыштар (мысалы, дизельдік қозғалтқыштар) және көптеген жалынмен жанатын қозғалтқыштар (мысалы, бензин (газолин) қозғалтқыштары, Отто немесе Ванкель сияқты) отынды бір немесе басқа түрде инжекциялайды. Жолаушылар автокөліктеріне арналған дизельдік қозғалтқыштар (мысалы, Mercedes Benz OM 138) 1930 жылдардың соңы мен 1940 жылдардың басында қолжетімді болды, бұл жолаушылар көлігі үшін алғашқы отынмен инжекцияланатын қозғалтқыштар еді. Жолаушылар автомобильдерінің бензиндік қозғалтқыштарында отын инжекциялау 1950 жылдардың басында енгізілді және 1990 жылдардың басына дейін карбюраторларды толығымен алмастырғанға дейін біртіндеп кең таралды. Карбюрациялау мен отын инжекциялаудың басты айырмашылығы – отын инжекциялау отынды кішкентай саптама арқылы жоғары қысыммен ұсақ тамшыларға айналдырады, ал карбюрациялау Вентури түтігі арқылы үрленген ауаның құратын сору күшіне сүйене отынды ауа ағынына тартады. "Отын инжекциялау" термині бұрыс түсінікті және түбегейлі түрлі функционалдық принциптері бар әртүрлі жүйелерді қамтиды. Әдетте, барлық отын инжекциялау жүйелерінің ортақ белгісі – карбюратордың болмауы. Ішкі жанатын қозғалтқыштарда қоспаны қалыптастыру жүйелерінің екі негізгі функционалдық принципі бар: ішкі қоспа қалыптастыру және сыртқы қоспа қалыптастыру. Сыртқы қоспа қалыптастыруды пайдаланатын отын инжекциялау жүйесі коллекторлық инжекциялау жүйесі деп аталады. Коллекторлық инжекциялау жүйелері екі түрлі: көп нүктелі (немесе портты) және бір нүктелі (немесе дроссельдік инжекциялау). Ішкі қоспа қалыптастыру жүйелерін тікелей және жанама инжекцияның бірнеше түрлеріне бөлуге болады, ең көп таралғаны – ортақ шиналы инжекциялық жүйе, тікелей инжекцияның бір түрі. "Электрондық отын инжекциялау" термині қозғалтқышты басқару блогымен басқарылатын кез келген отын инжекциялау жүйесін білдіреді.

Fuel injection is the introduction of fuel in an internal combustion engine, most commonly automotive engines, by the means of an injector. This article focuses on fuel injection in reciprocating piston and Wankel rotary engines. All compression ignition engines (e. g. diesel engines), and many spark ignition engines (i. e. petrol (gasoline) engines, such as Otto or Wankel), use fuel injection of one kind or another. Mass produced diesel engines for passenger cars (such as the Mercedes Benz OM 138) became available in the late 1930s and early 1940s, being the first fuel injected engines for passenger car use. In passenger car petrol engines, fuel injection was introduced in the early 1950s and gradually gained prevalence until it had largely replaced carburetors by the early 1990s. The primary difference between carburetion and fuel injection is that fuel injection atomizes the fuel through a small nozzle under high pressure, while carburetion relies on suction created by intake air accelerated through a Venturi tube to draw fuel into the airstream. The term "fuel injection" is vague and comprises various distinct systems with fundamentally different functional principles. Typically, the only thing all fuel injection systems have in common is a lack of carburetion. There are two main functional principles of mixture formation systems for internal combustion engines: internal mixture formation and external mixture formation. A fuel injection system that uses external mixture formation is called a manifold injection system. There exist two types of manifold injection systems: multi point injection (or port injection) and single point injection (or throttle body injection). Internal mixture formation systems can be separated into several different varieties of direct and indirect injection, the most common being the common rail injection system, a variety of direct injection. The term "electronic fuel injection" refers to any fuel injection system controlled by an engine control unit.

Жүйелік функциялары

Отын құю жүйесінің негізгі функциялары төмендегі бөлімдерде сипатталған. Кейбір жүйелерде бір компонент бірнеше функцияны атқарады.

Қысымды отын

Отын инъекциясы қозғалтқышқа қысыммен шашыратылған отын арқылы жұмыс істейді. Сондықтан, отынды қысымдау үшін, отын сорғысы сияқты құрылғы қажет.

Өлшеу отыны

Жүйе тиісті отын мөлшерін анықтап, осы мөлшерді беру үшін отын ағынын басқаруы керек. Алғашқы механикалық инъекциялық жүйелердің бірнешеуі салыстырмалы түрде күрделі спиральмен басқарылатын инъекциялық сорғыларды пайдаланды, олар отынды өлшеп және инъекциялық қысымды жасады. 1980 жылдан бері отын мөлшерін басқару үшін электрондық жүйелер қолданылып келеді. Көбірек жаңа жүйелер электрондық қозғалтқыш басқару блогын пайдаланады, ол отын мөлшерін өлшейді, тұтану уақытын және қозғалтқыштың басқа да әртүрлі функцияларын басқарады.

Отын құю

Отын инжекторы – отынды қозғалтқышқа берудің соңғы сатысын атқаратын шашырату сорғысы. Инжектор жану камерасында, кіріс коллекторында немесе сирек жағдайларда газ педалі корпусында орналасады. Отын мөлшерін де реттейтін инжекторлар «инжекция клапандары» деп аталады, ал барлық үш функцияны атқаратын инжекторлар – бірлік инжекторлары.

Тікелей инъекциялау жүйелері

Тікелей инъекция дегеніміз – отын әр цилиндрдің негізгі жану камерасына жіктеледі. Ауа мен отын тек жану камерасының ішінде араласады. Сондықтан, сору кезінде қозғалтқышқа тек ауа ғана тартылады. Инъекция схемасы үзіліспен болады (көзге тікелей немесе цилиндр бойынша жеке). Бұл ауа арқылы немесе гидравликалық жолмен жасалуы мүмкін, екінші әдіс автомобильдердің қозғалтқыштарында көбірек таралған. Әдетте, гидравликалық тікелей инъекция жүйелері отынды цилиндрдің немесе жану камерасының ішіндегі ауаға шашыратады. Тікелей инъекцияны спиральдық басқарылатын инъекциялық сорғымен, жеке инъекторлармен немесе күрделі ортақ рельстік инъекциялық жүйемен іске асыруға болады. Соңғысы – қазіргі заманғы автомобильдердің қозғалтқыштарында ең көп қолданылатын жүйе.

Бензинді қозғалтқыштарға тікелей саптау

ХХ ғасырда бензинді қозғалтқыштардың көпшілігі карбюратор немесе жанама отын шашыратуды пайдаланды. Бензинді қозғалтқыштарда тікелей отын инъекциясын қолдану XXI ғасырда кеңінен таралды.

Инъекция

Манифольдты инжекциялау жүйелері бензинмен жұмыс істейтін қозғалтқыштарда, мысалы Отто және Ванкель қозғалтқыштарында кең таралған. Манифольдты инжекциялау жүйесінде ауа мен отын жану камерасының сыртында араластырылады, содан кейін ауа-отын қоспасы қозғалтқышқа сорылады. Манифольдты инжекциялау жүйелерінің негізгі түрлері – көп нүктелі инжекция және бір нүктелі инжекция. Бұл жүйелер үздіксіз немесе аралық инжекциялау схемасын қолданады.

Көп нүктелі инъекция

Көп нүктелі инъекция (кейде "портты инъекция" деп те аталады) отынды сорғы коллекторының орталық бөлігінде емес, әрбір цилиндрдің сорғы клапанының алдындағы сорғы порттарына шашыратады. Әдетте, көп нүктелі инъекциялық жүйелерде бірнеше отын инжекторлары қолданылады.

Бір нүктелі инъекция

Бір нүктелік инъекция (сонымен қатар "дроссель корпусының инъекциясы" деп те аталады) дроссель корпусына орнатылған, карбюраторға ұқсас бір инжекторды пайдаланады. Карбюраторлы индукциялық жүйедегідей, отын ауамен араластырылып, содан кейін құбырға енгізіледі. Бір нүктелік инъекция автоөндірушілер үшін қатаң талаптарға сәйкес келу үшін шығатын газдардың мөлшерін төмендетудің салыстырмалы түрде арзан жолы болды, сонымен қатар карбюраторға қарағанда жақсы "жүргізуге қолайлылықты" (оңай іске қосу, тегіс жұмыс, қозғалтқыштың дірілдемеуі) қамтамасыз етті. Карбюратордың көптеген қосалқы компоненттері – мысалы, ауа сүзгісі, құбыр және отын құбырының орналасуы – аз немесе еш өзгеріссіз қолданылуы мүмкін. Бұл аталған компоненттерді қайта жобалау және жабдық құрастыру шығындарын кейінге шегерді. Бір нүктелік инъекция 1980–1995 жылдары американдық жолаушылар автомобильдері мен жеңіл жүк көліктерінде, сондай-ақ 1990 жылдардың басында және ортасында кейбір еуропалық автомобильдерде кеңінен қолданылды. АҚШ-та 2000 жылғы Chevrolet Metro көлігіндегі G10 қозғалтқышы американдық нарықта сатылатын көліктерде дроссель корпусының инъекциясын пайдаланған соңғы қозғалтқыш болды.

1940-1950 жылдар: Екінші дүниежүзілік соғыс ұшақтары және тікелей инъекциялы бензиндік қозғалтқыштар

Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде ұшақтарға арналған бірнеше бензиндік қозғалтқыштар тікелей инжекция жүйелерін қолданды, мысалы, еуропалық Junkers Jumo 210, Daimler Benz DB 601, BMW 801 және Shvetsov ASh 82FN (M 82FN). Германияның тікелей инжекция жүйелері Bosch, Deckel, Junkers және l'Orange компаниялары қолданатын дизельдік инжекция жүйелеріне негізделген. 1943 жылға қарай Rolls Royce Merlin және Wright R 3350 дәстүрлі карбюраторлардан отын инжекциясына (сол кезде "қысым карбюраторлары" деп аталды) ауысты, бірақ бұл қозғалтқыштар неміс қозғалтқыштарының тікелей инжекциялық жүйелерінің орнына газ тарату корпусының көп нүсқалы инжекциясын қолданды. 1940 жылдан бастап Mitsubishi Kinsei 60 сериялы қозғалтқышы, ал 1941 жылдан бастап Mitsubishi Kasei қозғалтқышы тікелей инжекция жүйесін қолданды. 1943 жылы Nakajima Homare Model 23 радиалды қозғалтқышына төмен қысымды отын инжекциясы жүйесі қосылды. Алғашқы жапсарыспен өндірілген бензиндік тікелей инжекция жүйесін Bosch әзірледі және бастапқыда шағын автомобильдерге арналған екі тактілі бензиндік қозғалтқыштарда қолданылды. 1950 жылғы Goliath GP700 шағын седанында пайда болған бұл жүйе 1952 жылы Gutbrod Superior қозғалтқышына да орнатылды. Бұл механикалық басқарылатын жүйе негізінен арнайы майланған, жоғары қысымды дизельдік тікелей инжекция сорғысы болды, ол сорғы клапаны артындағы вакууммен басқарылады. Bosch механикалық тікелей инжекция жүйесі 1954 жылғы Mercedes Benz W196 Formula One жарыс машинасының тік сегіз цилиндрлі қозғалтқышында да қолданылды. Төрт тактілі тікелей инжекциялық бензиндік қозғалтқыш алғаш рет келесі жылы, Mercedes Benz 300SL спорттық машинасының моделінде пайда болды. Алайда, қозғалтқыш бензиннің майды сұйылтуына байланысты майлау проблемаларына тап болды, содан кейін Mercedes Benz қозғалтқыштары көп нүсқалы инжекциялық конструкцияға көшті. Сол сияқты, 2000 жылға дейінгі бензиндік инжекция жүйелерінің көпшілігі арзан коллекторлық инжекциялық конструкцияны қолданды.

1950-1970 жылдар: бензинді қозғалтқыштарға коллекторды енгізу

1950 жылдары бірнеше өндірушілер бензиндік қозғалтқыштарға арналған өздерінің көптемелік инжекциялық жүйелерін ұсынды. Lucas Industries компаниясы 1941 жылы отын инжекциялық жүйесін әзірлеуді бастады, ал 1956 жылы ол Jaguar жарыс машиналарын да қолданды. 1957 жылғы Ле-Манның 24 сағаттық жарысында 1-ден 4-ке дейінгі орындарды Lucas отын инжекциялық жүйесімен жабдықталған Jaguar D Type машиналары иеленді. Сондай-ақ 1957 жылы General Motors Chevrolet Corvette V8 қозғалтқышы үшін отын инжекциялық жүйесін құрайтын Rochester Ramjet опциясын ұсынды. 1960 жылдары отын инжекциялық жүйелерін Hilborn, SPICA және Kugelfischer де өндірді. Осы уақытқа дейін отын инжекциялық жүйелері механикалық басқару жүйесін пайдаланды. 1957 жылы американдық Bendix Electrojector жүйесі енгізілді, ол басқару жүйесі үшін аналогтық электрониканы қолданды. Electrojector Rambler Rebel орта класты автомобильдер үшін қолжетімді болуы тиіс еді, бірақ сенімділік мәселелері салдарынан отын инжекциялық опциясы ұсынылмады. 1958 жылы Chrysler 300D, DeSoto Adventurer, Dodge D 500 және Plymouth Fury Electrojector жүйесін ұсынды, бұл электрондық отын инжекциясы (EFI) жүйесін қолданған алғашқы автомобильдер болды. Electrojector патенттері кейіннен Bosch компаниясына сатылды, ол Electrojector-ды Bosch D Jetronic-қа жетілдірді. D Jetronic 1967-1976 жылдары өндірілді және алғаш рет VW 1600TL/E моделінде қолданылды. Жүйе жылдамдық/тығыздық жүйесі болып табылды, отын мөлшерін есептеу үшін қозғалтқыштың айналу жылдамдығы және сорғыш ауасының тығыздығы қолданылды. 1974 жылы Bosch K Jetronic жүйесін ұсынды, ол инжекторлардан отынның үздіксіз ағынын пайдаланды (D Jetronic жүйесінің импульстік ағынынан айырмасы). K Jetronic – механикалық инжекциялық жүйе, онда инжекторларға отын ағынын басқаратын сорғыш қысымымен иеленетін поршень қолданылды. Сондай-ақ 1974 жылы Bosch L Jetronic жүйесін ұсынды, бұл қажетті отын мөлшерін есептеу үшін ауа ағынын өлшегішті қолданған импульстік ағынды жүйе. L Jetronic 1970 және 1980 жылдары еуропалық автомобильдерде кеңінен қолданылды. L Jetronic жүйесі қозғалтқышқа кіретін отын мөлшерін басқару үшін ашылып, жабылатын электрондық басқарылатын отын инжекторларын пайдаланатын жүйе ретінде, қазіргі заманғы электрондық отын инжекциясы (EFI) жүйелерінің негізгі принциптерін қолданады.

Throughout the 1950s, several manufacturers introduced their manifold injection systems for petrol engines. Lucas Industries had begun developing a fuel injection system in 1941 and by 1956 it was used in the Jaguar racing cars. At the 1957 24 Hours of Le Mans, the 1st to 4th placed cars were Jaguar D Type entries using a Lucas fuel injection system. Also in 1957, General Motors introduced the Rochester Ramjet option, consisting of a fuel injection system for the V8 engine in the Chevrolet Corvette. During the 1960s, fuel injection systems were also produced by Hilborn, SPICA and Kugelfischer. Up until this time, the fuel injection systems had used a mechanical control system. In 1957, the American Bendix Electrojector system was introduced, which used analogue electronics for the control system. The Electrojector was intended to be available for the Rambler Rebel mid size car, however reliability problems meant that the fuel injection option was not offered. In 1958, the Chrysler 300D, DeSoto Adventurer, Dodge D 500 and Plymouth Fury offered the Electrojector system, becoming the first cars known to use an electronic fuel injection (EFI) system. The Electrojector patents were subsequently sold to Bosch, who developed the Electrojector into the Bosch D Jetronic. The D Jetronic was produced from 1967 1976 and first used on the VW 1600TL/E. The system was a speed/density system, using engine speed and intake manifold air density to calculate the amount of fuel to be injected. In 1974, Bosch introduced the K Jetronic system, which used a continuous flow of fuel from the injectors (rather than the pulsed flow of the D Jetronic system). K Jetronic was a mechanical injection system, using a plunger actuated by the intake manifold pressure which then controlled the fuel flow to the injectors. Also in 1974, Bosch introduced the L Jetronic system, a pulsed flow system which used an air flow meter to calculate the amount of fuel required. L Jetronic was widely adopted on European cars during the 1970s and 1980s. As a system that uses electronically controlled fuel injectors which open and close to control the amount of fuel entering the engine, the L Jetronic system uses the same basic principles as modern electronic fuel injection (EFI) systems.

1980 жылдар қазіргі заман: цифрлық электроника және ортақ рельсті инъекция

1979 жылға дейін отын құю жүйелеріндегі электроника басқару жүйесі үшін аналогты электроника қолданды. Bosch Motronic көп нүктелі отын құю жүйесі (сондай-ақ тұтандыру жүйесі отын құю жүйесімен бір құрылғымен басқарылатын алғашқы жүйелердің бірі) цифрлық электрониканы қолданатын алғашқы жаппай өндірілген жүйе болды. Ford EEC III бір нүктелі отын құю жүйесі, 1980 жылы ұсынылған, тағы бір ерте цифрлық отын құю жүйесі еді. Бұл және басқа да электронды көпқұбырлы инжекциялық жүйелер (портты инжекция немесе дроссельдік корпусты инжекция қолдана отырып) 1980-жылдары кеңінен тарады, ал 1990-жылдардың басында дамыған елдерде сатылатын жаңа бензинді қозғалтқыштардың көп бөлігінде карбюраторларды ығыстырды. Аталған бензинді жолаушылар автомобильдерінің қозғалтқыштарына арналған инжекциялық жүйелердің барлығы – 1954-1959 жылдарғы Mercedes Benz 300 SL-ден басқа – көпқұбырлы инжекцияны қолданды (яғни инжекторлар жану камерасының ішінде емес, сору портында немесе дроссельдік корпуста орналасқан). Бұл 1997 жылы Mitsubishi 6G74 V6 қозғалтқышында ұсынылған жолаушылар автомобильдері үшін алғашқы жаппай өндірілген бензинді тікелей инжекция жүйесі пайда болғанда өзгерді. Жолаушылар көлігінің дизельдік қозғалтқышы үшін алғашқы ортақ рельс жүйесі 1999 жылы Alfa Romeo 156 1.9 JTD моделінде ұсынылған Fiat Multijet тік төрт қозғалтқышы болды. 2010 жылдан бері көптеген бензинді қозғалтқыштар тікелей инжекцияға көшті (кейде әрбір цилиндр үшін жеке көпқұбырлы инжекторлармен бірге). Сол сияқты, көптеген қазіргі дизельдік қозғалтқыштар да ортақ рельс конструкциясын пайдаланады. Қабатталған зарядты инжекция 2000 жылдардың басында бірнеше бензинді қозғалтқыштарда қолданылды, мысалы, 2000 жылы ұсынылған Volkswagen 1.4 FSI қозғалтқышында. Дегенмен, қабатталған зарядтау жүйелері 2010 жылдың соңына қарай NOx газдары мен бөлшектердің шығарындыларының артуына, сондай-ақ жүйелердің құны мен күрделілігінің жоғарылауына байланысты кеңінен қолданылмады.