エアインジェクションシステムを理解する

空気噴射は、エンジンの各排気ポートに空気を噴射することを含む、排気ガスを低減するための技術です。空気はそこで高温の排気と混合し、HC と CO を酸化します。H2O と CO2 が形成されます。排出ガス制御の初期の頃は、空気注入によって必要な排出要件を達成するのは簡単でした。排気ガス中の HC と CO を酸化する最初のアドオン デバイスの 1 つは、エア ポンプ システムとも呼ばれるエア インジェクションでした。

この記事では、空気噴射システムの定義、コンポーネント、図、動作、利点、および欠点について学びます。

空気注入システムとは?

HC と CO の排出量を削減するために、空気噴射システムが新鮮な空気をエンジンの排気ポートに送り込みます。エンジンの排気ガスには、未燃焼および部分的に燃焼した燃料が含まれています。この燃料は、空気噴射システムからの酸素により燃焼し続けます。エアポンプ、ダイバータバルブ、エア分配マニホールド、エアチェックバルブがシステムの主要コンポーネントです。

アイデアを思いついたのはルドルフ・ディーゼルでした。図 1 は、システムの構成を示しています。ガソリンの供給中、空気と燃料の両方がこの配置でシリンダーに噴射されます。燃料噴射に必要な空気圧は、約 70 バール以上です。

内燃機関において、燃料噴射は燃料と空気を混合するための機構です。燃料噴射システムにはさまざまな機能上の目的がありますが、共通点が 1 つあります。それは、燃焼プロセスに燃料を供給することです。電力生産、燃料消費、排出性能、信頼性、円滑な運用、始動、継続コスト、保守コストなど、さまざまな競合する目標があり、すべて考慮すべき要素です。

空気注入システムのコンポーネント

以下は、空気注入システムの主要コンポーネントです:

• フィルター付きの空気供給ポンプ
• エア マニホールドとノズル
• 逆火防止弁
• 逆止弁
• ホースの接続

空気供給ポンプ:

エアポンプはクランクシャフトからベルト駆動され、エンジンの前部に配置されています。ポンプは外部フィルターから新鮮な空気を取り込み、接続ホースを介して低圧で各排気ポートに送ります。この余分な空気が排気マニホールド内の加熱された HC および CO 排出物に追加されると、それらは酸化し、これらの元素を H2O および CO2 に変換します。

エア マニホールドとノズル:

エンジンの排気システムに空気を供給するために、初期の空気噴射システムは次の 2 つの方法のいずれかを使用していました。

• 小型エンジンでは、外部空気マニホールドが、噴射管を介して各排気バルブ近くの排気ポートに空気を供給します。
• シリンダー ヘッドまたはエキゾースト マニホールドのトンネルを通じて、内部のエア マニホールドが大型エンジンの各エキゾースト バルブ近くのエキゾースト ポートに空気を送り込みます。

逆火防止バルブ:

インテークマニホールドの真空度が高いと、エンジン減速時に混合気が燃料リッチになります。減速時にエキゾースト マニホールドに注入された新鮮な空気が、排気ガス中の未燃ガソリンと混ざり合い、エンジンのバックファイアが発生します。この逆火は、マフラーを破壊する可能性のある未燃ガスの急速な燃焼によって引き起こされます。逆火防止弁または逆火防止弁を使用して、減速時に気流を遮断することでこれを防ぎます。気流を止めるために、ガルプバルブとダイバーターバルブの両方が利用されます.

逆止弁:

一方向逆止弁は、エンジンからの排気ガスがエアポンプを介して逆流するのを防ぎます。エアマニホールドとダイバーターバルブまたはガルプバルブの間にチェックバルブがあります。チェックバルブスプリングは、排気圧がエア噴射圧を超えた場合やエアポンプが故障した場合にバルブを閉じ、排気の逆流を防ぎます。逆止弁は、直列型エンジンでは 1 個の場合が多いが、V 型エンジンでは 2 個 (シリンダー バンクごとに 1 個) 配置されるのが一般的です。一方、一部の V 型エンジンにはチェック バルブが 1 つしかありません。

二次空気噴射システムにはいくつかの追加パーツがあります:

• エアフィルター
• 二次空気ポンプ
• エンジン制御ユニット
• 制御リレー
• 切り替えバルブ
• コンビネーションバルブ。

二次空気噴射システムの図:

動作原理

空気噴射システムの動作はそれほど複雑ではなく、簡単に理解できます。その動作中、エンジンが作動しているときに、エアポンプの回転するベーンが空気をダイバーターバルブに送り込みます。車両が減速していない場合、空気はダイバータ バルブ、チェック バルブ、空気噴射マニホールドを通ってエンジンに送り込まれます。排気バルブは新鮮な空気によって吹き飛ばされます。ダイバータ バルブは、減速中に空気がエンジンのエキゾースト マニホールドに入るのを防ぎます。これにより、車両の排気システムに損傷を与える可能性のある逆火を回避できます。ダイバータ バルブは、必要に応じてシステム内の余剰圧力を解放します。

二次空気噴射システム:

触媒コンバーターがまだ機能していないコールド スタート段階では、このシステムは HC と CO のレベルをさらに低下させます。化学量論的に駆動されるガソリン エンジンでは、三元触媒コンバーターは 90% を超える変換率を達成します。コールド スタート時には、車両の排出ガスの最大 80% が放出されます。ただし、触媒コンバーターは 300°C から 350°C の間でしか効果がないため、さまざまな方法を使用してコールド スタート段階での排出量を削減する必要があります。二次空気システムの仕事は、まさにそれを行うことです。

排気システムに十分な残留酸素があり、温度が十分に高い場合、HC と CO が反応して、二次反応で CO2 と H2O が生成されます。

コールド スタート段階で混合気の濃度が非常に高い場合、排気流に空気が注入され、反応に十分な酸素が確保されます。三元触媒コンバーターとラムダ コントロールを装備した車両では、約 100 秒後に 2 次エア システムがオフになります。二次反応で生成された熱は、触媒コンバーターの作動温度を即座に上昇させます。

補助空気の能動的または受動的な供給が可能です。パッシブシステムは、排気システムの圧力振動を利用しています。排気管の流量によって引き起こされる真空により、追加の空気がタイミングバルブを介して取り込まれます。二次空気は、アクティブ システム内のポンプによって吹き込まれます。このシステムにより、より詳細に制御できます。

空気噴射システムの詳細については、以下のビデオをご覧ください:

空気注入システムの長所と短所

利点:

以下は、さまざまな用途における空気注入システムの利点です:

• これにより、燃料の噴霧化と分配が改善されます。
• 燃焼がより完全であるため、BMEP は他のタイプの噴射システムよりも高くなります。
• より安価な燃料の使用が可能になります。

短所:

空気注入システムの優れた利点にもかかわらず、いくつかの制限が依然として発生します。以下は、さまざまな用途における空気注入システムの欠点です:

• コンプレッサーの動作には複雑なメカニズムが必要です。
• エンジンの重量が増加します。
• エンジンの動力の一部はコンプレッサーの作動に必要なため、エンジンの B.H.P.

この記事では、二次空気噴射システムの定義、コンポーネント、図、動作原理、利点、および欠点について説明しました。読書から多くのことを学べることを願っています。もしそうなら、親切に他の学生と共有してください。読んでくれてありがとう。また会いましょう!