Luchtinjectiesysteem begrijpen

Luchtinjectie is een techniek om uitlaatemissies te verlagen, waarbij lucht wordt ingespoten in elk van de uitlaatpoorten van een motor, waar het zich vermengt met de hete uitlaat en HC en CO oxideert. H2O en CO2 worden gevormd. In de begindagen van de emissiebeheersing was het eenvoudig om de vereiste emissie-eisen te bereiken door middel van luchtinjectie. Een van de eerste aanvullende apparaten om HC en CO in de uitlaat te oxideren, was luchtinjectie, ook bekend als het luchtpompsysteem.

In dit artikel leer je de definitie, componenten, diagram, werking, voor- en nadelen van een luchtinjectiesysteem.

Wat is een luchtinjectiesysteem?

Om de HC- en CO-emissies te verlagen, pompt een luchtinjectiesysteem verse lucht in de uitlaatpoorten van de motor. Onverbrande en gedeeltelijk verbrande brandstof bevindt zich in de uitlaatgassen van een motor. Deze brandstof blijft branden door zuurstof uit het luchtinjectiesysteem. De luchtpomp, wisselklep, luchtverdeelspruitstuk en luchtterugslagklep zijn de belangrijkste componenten van het systeem.

Rudolf Diesel was degene die op het idee kwam. Afbeelding 1 toont de configuratie van het systeem. Tijdens de toevoer van benzine wordt in deze opstelling zowel lucht als brandstof in de cilinder gespoten. De luchtdruk die nodig is voor brandstofinjectie is ongeveer 70 bar of meer.

In een verbrandingsmotor is brandstofinjectie een mechanisme om brandstof met lucht te combineren. Brandstofinjectiesystemen hebben verschillende functionele doelen, maar ze hebben allemaal één ding gemeen:ze voeden het verbrandingsproces met brandstof. Er zijn verschillende concurrerende doelen, waaronder stroomproductie, brandstofverbruik, emissieprestaties, betrouwbaarheid, soepele werking, opstarten, lopende kosten en onderhoudskosten zijn allemaal factoren waarmee rekening moet worden gehouden.

Onderdelen van een luchtinjectiesysteem

Dit zijn de belangrijkste componenten van een luchtinjectiesysteem:

• Luchttoevoerpomp met filter.
• Luchtverdeelstukken en sproeiers.
• Anti-terugslagklep.
• Terugslagklep.
• Slangen aansluiten.

Luchttoevoerpomp:

De luchtpompen worden door een riem aangedreven vanaf de krukas en bevinden zich aan de voorzijde van de motor. De pomp zuigt verse lucht naar binnen via een extern filter en stuurt deze door verbindingsslangen onder lage druk naar elke uitlaatpoort. Wanneer deze extra lucht wordt toegevoegd aan de verwarmde HC- en CO-emissies in het uitlaatspruitstuk, oxideren ze, waardoor deze elementen worden omgezet in H2O en CO2.

Luchtverdeelstukken en sproeiers:

Om lucht naar het uitlaatsysteem van de motor te voeren, gebruikten vroege luchtinjectiesystemen een van de volgende twee methoden:

• Bij kleinere motoren levert een extern luchtspruitstuk lucht aan de uitlaatpoort bij elke uitlaatklep via injectiebuizen.
• Door tunnels in de cilinderkop of het uitlaatspruitstuk transporteert een intern luchtspruitstuk lucht naar de uitlaatpoort bij elke uitlaatklep van grotere motoren.

Anti-terugslagklep:

Een hoog vacuüm in het inlaatspruitstuk zorgt ervoor dat het lucht-brandstofmengsel tijdens het vertragen van de motor brandstofrijk wordt. Verse lucht die tijdens het vertragen in het uitlaatspruitstuk wordt geïnjecteerd, vermengt zich met onverbrande benzine in de uitlaat, wat resulteert in een terugslag van de motor. Deze terugslag wordt veroorzaakt door de snelle verbranding van onverbrande gassen, die een geluiddemper kunnen vernietigen. Een anti-terugslagklep of terugslagonderdrukker wordt gebruikt om dit te voorkomen door de luchtstroom tijdens het vertragen af ​​te sluiten. Om de luchtstroom te stoppen, worden zowel de slikklep als de wisselklep gebruikt.

Terugslagklep:

Een eenrichtingsterugslagklep voorkomt de terugstroom van uitlaatgassen van de motor door de luchtpomp. Tussen het luchtspruitstuk en de wisselklep of slikklep bevindt zich de terugslagklep. De veer van de terugslagklep sluit de klep om de terugstroom van uitlaatgassen te blokkeren wanneer de uitlaatdruk de luchtinjectiedruk overschrijdt of als de luchtpomp uitvalt. Op lijnmotoren wordt vaak een enkele keerklep geplaatst, maar bij V-type motoren worden doorgaans twee kleppen (één per cilinderbank) geïnstalleerd. Sommige motoren van het V-type hebben daarentegen maar één keerklep.

Het secundaire luchtinjectiesysteem heeft enkele extra onderdelen:

• Luchtfilter
• Secundaire luchtpomp
• Motorregeleenheid
• Besturingsrelais
• Omschakelventiel
• Combinatieklep.

Diagram van een secundair luchtinjectiesysteem:

Werkingsprincipe

De werking van een luchtinjectiesysteem is minder complex en gemakkelijk te begrijpen. tijdens zijn werking stuwen de draaiende schoepen van de luchtpomp lucht in de wisselklep wanneer de motor draait. De lucht wordt door de wisselklep, de terugslagklep, het luchtinjectiespruitstuk en in de motor gedreven als het voertuig niet vertraagt. De uitlaatkleppen worden door verse lucht geblazen. De omschakelklep voorkomt dat er tijdens het vertragen lucht in het uitlaatspruitstuk van de motor komt. Dit voorkomt een mogelijke terugslag, die het uitlaatsysteem van het voertuig zou kunnen beschadigen. De wisselklep zal overtollige druk in het systeem laten ontsnappen wanneer dat nodig is.

Het secundaire luchtinjectiesysteem:

Tijdens de koude startfase, wanneer de katalysator nog niet werkt, verlaagt dit systeem de HC- en CO-niveaus nog meer. In stoichiometrisch aangedreven benzinemotoren haalt een 3-weg katalysator een conversieratio van meer dan 90%. Bij een koude start komt tot 80% van de uitstoot van een voertuig vrij. Omdat de katalysator echter alleen effectief is tussen 300 °C en 350 °C, moeten de emissies tijdens de koude startfase worden verminderd met behulp van verschillende methoden. Het is de taak van het secundaire luchtsysteem om precies dat te doen.

Wanneer er voldoende resterende zuurstof in het uitlaatsysteem is en de temperatuur hoog genoeg is, reageren de HC en CO om in een secundaire reactie CO2 en H2O te genereren.

Wanneer het mengsel tijdens de koude startfase zeer rijk is, wordt de lucht in de uitlaatstroom geïnjecteerd om ervoor te zorgen dat er voldoende zuurstof is voor de reactie. Bij voertuigen met driewegkatalysator en lambdaregeling wordt het secundaire luchtsysteem na circa 100 seconden uitgeschakeld. De warmte die ontstaat bij de secundaire reactie verhoogt onmiddellijk de werktemperatuur van de katalysator.

Een actieve of passieve toevoer van aanvullende lucht is mogelijk. Het passieve systeem maakt gebruik van drukschommelingen in het uitlaatsysteem. Vanwege het vacuüm dat wordt veroorzaakt door het debiet van de uitlaatpijp, wordt er extra lucht naar binnen gebracht via een getimede klep. De secundaire lucht wordt door een pomp in een actief systeem naar binnen geblazen. Dit systeem geeft je meer controle.

Bekijk de video hieronder voor meer informatie over het luchtinjectiesysteem:

Voor- en nadelen van een luchtinjectiesysteem

Voordelen:

Hieronder vindt u de voordelen van een luchtinjectiesysteem in zijn verschillende toepassingen:

• Het zorgt voor een betere verneveling en distributie van brandstof.
• De BMEP is hoger dan bij andere typen injectiesystemen omdat de verbranding vollediger is.
• Het maakt het gebruik van goedkopere brandstoffen mogelijk.

Nadelen:

Ondanks de goede voordelen van een luchtinjectiesysteem, doen zich toch enkele beperkingen voor. Hieronder staan ​​de nadelen van een luchtinjectiesysteem in zijn verschillende toepassingen:

• De werking van de compressor vereist een complex mechanisme.
• Het gewicht van de motor neemt toe.
• Omdat een deel van het motorvermogen nodig is om de compressor te laten werken, is de B.H.P. is verminderd.

Dat is alles voor dit artikel, waar de definitie, componenten, schema, werkingsprincipe, voor- en nadelen van een secundair luchtinjectiesysteem worden besproken. Ik hoop dat je veel leert van het lezen, zo ja, deel het dan met andere studenten. Bedankt voor het lezen, tot ziens!