الحقن غير المباشر

الحقن غير المباشر في محرك الاحتراق الداخلي هو حقن الوقود حيث لا يتم حقن الوقود مباشرة في غرفة الاحتراق .

لقد فقدت محركات البنزين المجهزة بأنظمة الحقن غير المباشر، حيث يقوم حاقن الوقود بتوصيل الوقود في مرحلة ما قبل صمام السحب ، شعبيتها لصالح الحقن المباشر . ومع ذلك، طورت بعض الشركات المصنعة مثل فولكس فاجن وتويوتا وفورد نظام "الحقن المزدوج"، الذي يجمع بين الحاقنات المباشرة وحاقنات المنفذ (غير المباشرة)، مما يجمع بين فوائد كلا النوعين من حقن الوقود. يسمح الحقن المباشر بقياس الوقود بدقة في غرفة الاحتراق تحت ضغط مرتفع مما قد يؤدي إلى زيادة الطاقة وكفاءة الوقود. تكمن المشكلة في الحقن المباشر في أنه يؤدي عادةً إلى كميات أكبر من المواد الجسيمية ومع عدم ملامسة الوقود لصمامات السحب، يمكن أن يتراكم الكربون على صمامات السحب بمرور الوقت. يؤدي إضافة الحقن غير المباشر إلى استمرار رش الوقود على صمامات السحب، مما يقلل أو يزيل تراكم الكربون على صمامات السحب وفي ظروف التحميل المنخفضة، يسمح الحقن غير المباشر بخلط أفضل للوقود والهواء. يستخدم هذا النظام بشكل أساسي في النماذج ذات التكلفة الأعلى بسبب التكلفة الإضافية والتعقيد.

يشير حقن المنفذ إلى رش الوقود على الجزء الخلفي من صمام السحب، مما يسرع من تبخره. ^[1]

يقوم محرك الديزل ذو الحقن غير المباشر بتوصيل الوقود إلى غرفة خارج غرفة الاحتراق، إما غرفة ما قبل الاحتراق أو غرفة الدوامة، حيث يبدأ الاحتراق ثم ينتشر إلى غرفة الاحتراق الرئيسية. تم تصميم غرفة ما قبل الاحتراق بعناية لضمان الاختلاط المناسب للوقود المذرّر بالهواء الساخن بالضغط.

من مزايا محركات البنزين ذات الحقن غير المباشر مقارنة بمحركات البنزين ذات الحقن المباشر أن الرواسب الموجودة على صمامات السحب من نظام تهوية علبة المرافق يتم غسلها بواسطة الوقود. ^[2] تميل محركات الحقن غير المباشر أيضًا إلى إنتاج كميات أقل من الجسيمات مقارنة بمحركات الحقن المباشر حيث يتم خلط الوقود والهواء بشكل أكثر تجانسًا.

يتم أيضًا استخدام الحقن غير المباشر باستخدام غرف الاحتراق المسبق في المحركات عالية الأداء، مثل تلك الموجودة في الفورمولا 1 ، حيث يمكنها السماح للمحرك بإنتاج المزيد من الطاقة بكفاءة أكبر.

الغرض من غرفة الاحتراق المقسمة هو تسريع عملية الاحتراق وزيادة خرج الطاقة عن طريق زيادة سرعة المحرك. ^[3] تؤدي إضافة غرفة احتراق مسبقة إلى زيادة فقدان الحرارة لنظام التبريد وبالتالي خفض كفاءة المحرك. يتطلب المحرك شمعات توهج للبدء. في نظام الحقن غير المباشر يتحرك الهواء بسرعة ويخلط الوقود والهواء. هذا يبسط تصميم المحرك (تاج المكبس والرأس والصمامات والحاقن وغرفة الاحتراق المسبقة وما إلى ذلك) ويسمح باستخدام تصميمات أقل تسامحًا وأسهل في التصنيع وأكثر موثوقية. على النقيض من ذلك، يستخدم الحقن المباشر هواءً بطيئ الحركة ووقودًا سريع الحركة؛ كل من تصميم وتصنيع الحاقنات أكثر صعوبة. يعد تحسين تدفق الهواء داخل الأسطوانة أكثر صعوبة بكثير من تصميم غرفة احتراق مسبقة. هناك تكامل أكبر بكثير بين تصميم الحاقن والمحرك. ^[4] ولهذا السبب كانت محركات الديزل للسيارات كلها تقريبًا تعمل بالحقن غير المباشر حتى جعل التوافر الجاهز لأنظمة محاكاة ديناميكا الموائع الحسابية القوية اعتماد الحقن المباشر عمليًا. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

غرف الدوامات هي تجاويف كروية تقع في رأس الأسطوانة ويفصلها عن أسطوانة المحرك حلق مماسي. يدخل حوالي 50٪ من الهواء إلى غرفة الدوامات أثناء شوط الانضغاط للمحرك، مما ينتج عنه دوامة. ^[5] بعد الاحتراق، تعود المنتجات من خلال نفس الحلق إلى الأسطوانة الرئيسية بسرعة أعلى بكثير، وبالتالي يتم فقدان المزيد من الحرارة على جدران الممر. يجد هذا النوع من الغرف تطبيقًا في المحركات التي يكون فيها التحكم في الوقود واستقرار المحرك أكثر أهمية من الاقتصاد في استهلاك الوقود. تسمى أيضًا غرف ريكاردو، التي سميت على اسم المخترع، السير هاري ريكاردو . ^{[6] [7]}

تقع هذه الغرفة عند رأس الأسطوانة وهي متصلة بأسطوانة المحرك من خلال فتحات صغيرة. وهي تشغل 40% من إجمالي حجم الأسطوانة. أثناء شوط الانضغاط، يدخل الهواء من الأسطوانة الرئيسية إلى غرفة الاحتراق المسبق. في هذه اللحظة، يتم حقن الوقود في غرفة الاحتراق المسبق ويبدأ الاحتراق. يزداد الضغط ويتم دفع قطرات الوقود عبر الفتحات الصغيرة إلى الأسطوانة الرئيسية، مما ينتج عنه مزيج جيد جدًا من الوقود والهواء. يحدث الجزء الأكبر من الاحتراق في الأسطوانة الرئيسية. يتمتع هذا النوع من غرف الاحتراق بقدرة متعددة على الوقود لأن درجة حرارة غرفة الاحتراق المسبق تبخر الوقود قبل حدوث حدث الاحتراق الرئيسي. ^[8]

تتكون الخلية الهوائية من حجرة أسطوانية صغيرة ذات ثقب في أحد طرفيها. وهي مثبتة بشكل محوري تقريبًا مع الحاقن، حيث يكون هذا المحور موازيًا لتاج المكبس، مع إطلاق الحاقن عبر تجويف صغير مفتوح على الأسطوانة في الفتحة الموجودة في نهاية الخلية الهوائية. يتم تثبيت الخلية الهوائية بحيث يتم تقليل التلامس الحراري مع كتلة الرأس. يتم استخدام حاقن محوري بنمط رش ضيق. في مركزه الميت العلوي (TDC) توجد غالبية كتلة الشحنة في التجويف والخلية الهوائية. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

عندما يتم إشعال المحقن، يدخل نفاثة الوقود إلى خلية الهواء ويشتعل. وينتج عن هذا نفاثة من اللهب تنطلق من خلية الهواء مباشرة إلى نفاثة الوقود التي لا تزال تصدر من المحقن. وتمنح الحرارة والاضطرابات خصائص تبخر وخلط الوقود الممتازة. كما أن أغلب عملية الاحتراق تتم خارج خلية الهواء في التجويف، الذي يتصل مباشرة بالأسطوانة، وبالتالي فإن فقدان الحرارة أثناء نقل الشحنة المحترقة إلى الأسطوانة يكون أقل.

يمكن اعتبار حقن الخلايا الهوائية بمثابة حل وسط بين الحقن المباشر وغير المباشر، حيث يتم الحصول على بعض مزايا الكفاءة للحقن المباشر مع الحفاظ على بساطة وسهولة تطوير الحقن غير المباشر. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

تُسمى غرف الخلايا الهوائية عادةً بغرف هواء Lanova. ^[9] تم تطوير نظام احتراق Lanova بواسطة شركة Lanova، التي أسسها فرانز لانج وجوتهارد ويليش وألبرت ويليش في عام 1929. ^[10]

في الولايات المتحدة، تم استخدام نظام Lanova بواسطة شركة Mack Trucks . ومن الأمثلة على ذلك محرك الديزل Mack-Lanova ED المثبت في شاحنة Mack NR .

• يمكن إنتاج محركات ديزل أصغر حجمًا.
• إن ضغط الحقن المطلوب منخفض، وبالتالي فإن تكلفة إنتاج الحاقن أقل.
• إن اتجاه الحقن له أهمية أقل.
• إن الحقن غير المباشر أسهل كثيرًا في التصميم والتصنيع، وخاصةً لمحركات البنزين. كما يتطلب تطوير الحاقنات قدرًا أقل من الجهد، كما أن ضغوط الحقن منخفضة (1500 رطل/بوصة مربعة/100 بار مقابل 5000 رطل/بوصة مربعة/345 بار وأعلى للحقن المباشر).
• إن الضغوط المنخفضة التي يفرضها الحقن غير المباشر على المكونات الداخلية تعني أنه من الممكن إنتاج إصدارات تعمل بالبنزين وأخرى تعمل بالحقن غير المباشر من نفس المحرك الأساسي. وفي أفضل الأحوال، تختلف هذه الأنواع فقط في رأس الأسطوانة والحاجة إلى تركيب موزع وشمعات احتراق في إصدار البنزين بينما يتم تركيب مضخة حقن وحاقنات في محرك الديزل . ومن الأمثلة على ذلك محركات BMC من السلسلة A والسلسلة B وأنواع Land Rover ذات الأسطوانات الأربع بسعة 2.25/2.5 لتر . وتسمح مثل هذه التصميمات ببناء إصدارات تعمل بالبنزين والديزل من نفس السيارة مع الحد الأدنى من التغييرات التصميمية بينهما.
• يمكن الوصول إلى سرعات أعلى للمحرك، حيث يستمر الاحتراق في غرفة ما قبل الاحتراق.
• الوقود البديل مثل الديزل الحيوي وزيت الخضروات المستعمل أقل عرضة للتلف في نظام الوقود في محرك الديزل غير المباشر الحقن، حيث لا تكون هناك حاجة لضغوط حقن عالية. في محركات الحقن المباشر (خاصة المحركات الحديثة التي تستخدم أنظمة وقود السكك الحديدية المشتركة عالية الضغط )، فإن الحفاظ على مرشحات الوقود في حالة جيدة أمر أكثر أهمية حيث يمكن للحطام أن يتلف المضخات والحاقنات عند استخدام زيت الخضروات المستعمل أو زيت المحرك المستعمل.

• كفاءة الوقود في محركات الديزل أقل من تلك في حالة الحقن المباشر حيث تميل المناطق المكشوفة الأكبر إلى تبديد المزيد من الحرارة ويميل الهواء المتحرك عبر المنافذ إلى زيادة انخفاض الضغط. ومع ذلك، فإن استخدام نسب ضغط أعلى من شأنه أن ينفي هذا الانخفاض في الكفاءة إلى حد ما.
• تكون شمعات التوهج ضرورية لبدء تشغيل المحرك في الطقس البارد في محركات الديزل؛ ولا يمكن للعديد من محركات الديزل ذات الحقن غير المباشر أن تبدأ على الإطلاق في الطقس البارد بدون شمعات التوهج.
• نظرًا لأن الحرارة والضغط الناتجين عن الاحتراق يتم تطبيقهما على منطقة صغيرة جدًا على المكبس أثناء خروجه من غرفة الاحتراق المسبق أو غرفة الدوامة، فإن هذه المحركات أقل ملاءمة لمخرجات الطاقة النوعية العالية (مثل الشحن التوربيني أو الشحن الفائق أو الضبط) من محركات الديزل ذات الحقن المباشر. تتسبب درجة الحرارة والضغط المتزايدة على جزء واحد من تاج المكبس في تمدد غير متساوٍ يمكن أن يؤدي إلى التشقق أو التشويه أو أي ضرر آخر، على الرغم من أن التطورات في تقنيات التصنيع سمحت للمصنعين بتخفيف آثار التمدد غير المتساوي إلى حد كبير، مما يسمح لمحركات الديزل ذات الحقن غير المباشر باستخدام الشحن التوربيني.
• غالبًا ما تكون المحركات غير المباشرة أكثر ضوضاءً من محركات السكك الحديدية المشتركة ذات الحقن المباشر.
• في كثير من الأحيان لا يمكن استخدام سائل التشغيل ("الأثير") في محرك ديزل الحقن غير المباشر لأن شمعات التوهج تزيد بشكل كبير من خطر الاشتعال المسبق مقارنة بمحركات الديزل ذات الحقن المباشر.

• هاري ريكاردو
• بروسبر لورانج
• شعلة ممزوجة مسبقًا