एयर-ब्लास्ट इंजेक्शन



एयर-ब्लास्ट इंजेक्शन डीजल इंजन के लिए एक ऐतिहासिक ईंधन इंजेक्शन प्रणाली है। आधुनिक डिजाइनों के विपरीत, एयर-ब्लास्ट इंजेक्टेड डीजल इंजन में इंजेक्शन पंप नहीं होता है। ईंधन के साथ इंजेक्शन नोजल की आपूर्ति के अतिरिक्त साधारण कम दबाव वाले ईंधन-फीड-पंप का उपयोग किया जाता है। इंजेक्शन पर, संपीड़ित वायु का विस्फोट ईंधन को दहन कक्ष में दबाता है, इसलिए इसका नाम 'एयर-ब्लास्ट इंजेक्शन' है। संपीड़ित वायु संपीड़ित-वायु टैंक से आती है जो इंजेक्शन नोजल को भरती है। इन टैंकों को फिर से भरने के लिए एक बड़े क्रैंकशाफ्ट-संचालित संपीडक का उपयोग किया जाता है; संपीडक के आकार और इंजन के क्रैंकशाफ्ट की कम घूर्णी आवृत्ति का मतलब है कि एयर-ब्लास्ट इंजेक्टेड डीजल इंजन आकार और द्रव्यमान में बहुत बड़े हैं, यह इस समस्या के साथ संयुक्त है कि एयर-ब्लास्ट इंजेक्शन त्वरित भार परिवर्तन की अनुमति नहीं देता है यह मात्र स्थिर अनुप्रयोगों और जलयान के लिए उपयुक्त बनाता है। पूर्व-दहन कक्ष इंजेक्शन के आविष्कार से पूर्व, एयर-ब्लास्ट इंजेक्शन एक ठीक से कार्य करने वाला आंतरिक वायु ईंधन मिश्रण प्रणाली बनाने का एकमात्र विधि थी, जो डीजल इंजन के लिए आवश्यक था। 1920 के दशक के समय, एयर-ब्लास्ट इंजेक्शन को उच्च इंजेक्शन प्रणाली डिजाइनों द्वारा अप्रचलित कर दिया गया था जो बहुत छोटे परन्तु अधिक शक्तिशाली इंजनों की अनुमति देता था। रुडोल्फ डीजल को नवंबर 1893 (डीआरपी 82 168) में एयर-ब्लास्ट इंजेक्शन पर एकस्वीकृत दिया गया था।

इतिहास
एयर-ब्लास्ट इंजेक्शन प्रणाली का पहली बार उपयोग जॉर्ज ब्रेटन ने 1890 में चार-स्ट्रोक केरोसिन ईंधन वाले इंजन के लिए किया था। रुडोल्फ डीजल प्रत्यक्ष इंजेक्शन के साथ एक इंजन बनाना चाहते थे जिसके लिए उन्होंने 1893 में संचयन का उपयोग करने की कोशिश की। अत्यधिक चिपचिपे ईंधन के कारण डीजल का उपयोग और उष्ण बाद में जलन होने के कारण संचय का सिद्धांत पर्याप्त रूप से कार्य नहीं कर पाया। इसलिए, डीजल को इंजेक्शन प्रणाली में सुधार करना पड़ा। जर्मन इंजीनियर फ्रेडरिक सैस का कहना है कि डीजल को ब्रेटन के आविष्कार के विषय में पता था और इसलिए यह बहुत संभव है कि डीजल ने ब्रेटन के समान एक एयर-ब्लास्ट इंजेक्शन प्रणाली के साथ अपनी हीन इंजेक्शन प्रणाली को बदलने का निश्चय किया। फरवरी 1894 डीजल ने  में ऐसा किया, क्योंकि वह ठीक समाधान के साथ नहीं आ सका, यद्यपि, डीजल तब से एयर-ब्लास्ट इंजेक्शन प्रणाली को एक उच्च प्रणाली से बदलना चाहता था; 1905 में डीजल और रुडोल्फ ब्रैंडस्टेटर द्वारा एक उच्च संचय प्रणाली का  एकस्वीकृत कराया गया था, जिसमें एक विशाल संपीडक के बिना सीधे इंजेक्शन की अनुमति थी। फिर भी, यह सुधार प्रणाली अभी भी अपर्याप्त थी और डीजल को एक विशाल संपीडक के बिना प्रत्यक्ष इंजेक्शन "अव्यवहार्य" माना जाता था। 1915 में पहली बार कार्य करने वाले प्रत्यक्ष इंजेक्टेड डीजल इंजनों को दिखाने में दस साल लग गए, जो एयर-ब्लास्ट इंजेक्टेड नहीं थे; पूर्व दहन कक्ष, जिसने मोटर वाहन डीजल इंजन को संभव बनाया, इसका आविष्कार 1909 में किया गया था।

परमाणु डिजाइन
प्रारंभ में, छलनी-प्रकार के परमाणु इंजेक्शन नोजल के लिए उपयोग किए जाते थे, जब तक कि छलनी को व्यापक रूप से डिस्क द्वारा प्रतिस्थापित नहीं किया गया था। इसके अतिरिक्त, कुछ इंजनों के लिए वलय-प्रकार परमाणु का उपयोग किया गया था।

वलय-प्रकार परमाणु नोजल के अंदर होने वाली विभिन्न वायु वेगों के सिद्धांत पर आधारित है, जो ईंधन को वायु के साथ मिलाने के लिए विवश करता है। डिस्क-प्रकार के परमाणुओं में छोटे छिद्रित डिस्क होते हैं जो बीच में छोटे अंतराल के साथ एक दूसरे के ऊपर रखे जाते हैं (जैसा कि चित्र 6 में दाईं ओर अनुभागीय आरेखण में देखा गया है)। संकुचन बढ़ाने के लिए डिस्क को थोड़ा गलत विधि से रखा गया है। इंजन की क्षमता और इसलिए इंजेक्ट किए गए ईंधन की मात्रा के आधार पर, प्रत्येक इंजेक्शन नोजल में या तो दो, तीन या चार डीआईसी का उपयोग किया जाता है। डिस्क पदार्थ ईंधन के प्रकार पर निर्भर करती है। सामान्यतः, कांस्य प्रक्षेप और फॉस्फोर कांस्य प्रक्षेप का उपयोग किया जाता है; कोलतार पर चलने वाले इंजनों के लिए, डिस्क सामान्यतः इस्पात से बने होते हैं।

डिस्क-प्रकार के परमाणु वाले इंजनों के लिए, इंजेक्शन का दबाव क्रैंकशाफ्ट की घूर्णी आवृत्ति के साथ होना चाहिए। इसका अर्थ है कि घूर्णन आवृत्ति में वृद्धि के साथ-साथ वायु दाब में भी वृद्धि होनी चाहिए। सामान्यतः, इंजेक्शन में, 97% वायु और 3% ईंधन इंजेक्शन नोजल के माध्यम से इंजेक्ट किया जाता है। इंजेक्शन का दबाव 5 और 7 एमपीए के बीच होता है जो घूर्णी आवृत्ति को सीमित करता है। इसके अतिरिक्त, बढ़ते इंजन भार के साथ, ठीक से नहीं चलने को रोकने के लिए इंजेक्शन के दबाव को कम किया जाना चाहिए।

20वीं सदी की प्रारम्भ में न तो डिस्क छिद्र व्यास की गणना और न ही डिस्क के उचित आकार की अभियांत्रिकी की जानकारी थी। डिस्क डिजाइन सामान्यतः इंजीनियरों के अनुभव पर आधारित होते थे। जबकि बड़े छिद्रों को बहुत अधिक संपीड़ित वायु की आवश्यकता होती है और इसलिए अधिक इंजन शक्ति का उपभोग करते हैं, छिद्र बहुत छोटे होने से इंजन विद्युत्उ त्पादन कम हो जाता है। जूलियस मैग संकेतित सिलेंडर शक्ति आउटपुट के आधार पर डिस्क छिद्र व्यास की अनुग्रह करता है: $$D^2= 0,2 N$$। $$D$$ मिलीमीटर में छिद्र का व्यास है, $$N$$ PS(अश्वशक्ति) में शक्ति आउटपुट है।

नोजल लेआउट
20वीं शताब्दी की प्रारम्भ में, एयर-ब्लास्ट इंजेक्टेड इंजनों के लिए दो अलग-अलग इंजेक्शन नोज़ल डिज़ाइन आम थे: ओपन नोज़ल और क्लोज्ड नोज़ल डिज़ाइन। बंद नोजल डिजाइन प्रारंभिक और सबसे आम डिजाइन था, यह सामान्यतः लंबवत इंजनों में पाया जाता है (जैसे कि लैंगेन और वुल्फ इंजन जैसा कि दाईं ओर देखा गया है)। इसका उपयोग दो और चार स्ट्रोक इंजन दोनों के लिए किया जा सकता है। इंजेक्शन नोजल को ईंधन-फीड-पंप से ईंधन के साथ आपूर्ति की जाती है जबकि संपीड़ित वायु टैंक से संपीड़ित वायु के साथ लगातार खिलाया जाता है। इसका मतलब यह है कि फ्यूल-फीड-पंप को इंजेक्शन-वायु-दबाव के कारण होने वाले प्रतिरोध को दूर करना होगा। कैंषफ़्ट पर एक अलग कैम (जैसा कि चित्र 5 में देखा गया है और दाईं ओर दो-सिलेंडर जोहान-वीट्ज़र-इंजन पर) इंजेक्शन वाल्व को सक्रिय करेगा ताकि संपीड़ित वायु ईंधन को दहन कक्ष में दबाए। इंजेक्शन वाल्व खुलने से पूर्व, न तो ईंधन और न ही संपीड़ित वायु दहन कक्ष में प्रवेश कर सकती है। बंद नोजल डिज़ाइन ने उस समय एक अच्छे वायु-ईंधन-मिश्रण की अनुमति दी जिसने इसे उच्च क्षमता वाले इंजनों के लिए बहुत उपयोगी बना दिया। इसके परिणामस्वरूप खुले नोज़ल डिज़ाइन की तुलना में ईंधन की कम खपत हुई। सबसे बड़ा नुकसान उच्च निर्माण लागत और इंजेक्शन नोजल प्रतिबंध थे, जिसने क्षैतिज सिलेंडरों के साथ डिजाइनिंग इंजन को काफी कठिन बना दिया था, चूंकि क्षैतिज सिलेंडर इंजन में, संपीड़ित वायु दहन कक्ष में पर्याप्त मात्रा में ईंधन को दबाए बिना सिलेंडर में आसानी से प्रवेश कर सकती है, जिससे इंजन में आग लग जाती है या आग लग जाती है। खुले नोजल डिजाइन का उपयोग ज्यादातर क्षैतिज सिलेंडरों वाले इंजनों के लिए किया गया था और ऊर्ध्वाधर सिलेंडरों वाले इंजनों के लिए असामान्य था। इसका उपयोग मात्र चार स्ट्रोक इंजन के लिए किया जा सकता है। बंद नोजल डिजाइन की तरह, इंजेक्शन नोजल को ईंधन खिलाया जाता है। यद्यपि, इंजेक्शन वाल्व मात्र संपीड़ित वायु को सिलेंडर में प्रवेश करने से रोकता है; ईंधन लगातार सिलेंडर में दहन कक्ष के ऊपर प्रीचैम्बर में प्रवेश करता है। कक्षों को एक दूसरे से अलग करने के लिए पूर्वकक्ष और दहन कक्ष के बीच, डिस्क-प्रकार के परमाणुओं को रखा जाता है। इंजेक्शन पर, संपीड़ित वायु तब डिस्क-प्रकार के परमाणुओं के माध्यम से ईंधन को दहन कक्ष में दबाएगी। ओपन नोज़ल डिज़ाइन वाले मैन्युफैक्चरिंग इंजन उन्हें बंद नोज़ल डिज़ाइन के साथ बनाने की तुलना में काफी सस्ता और आसान था। यह टार को ईंधन के रूप में उपयोग करने की भी अनुमति देता है। यद्यपि, ईंधन की आपूर्ति अपर्याप्त है और इंजेक्शन की प्रारम्भ में, बहुत अधिक ईंधन दहन कक्ष में प्रवेश करता है जिससे सिलेंडर के अंदर बहुत अधिक दबाव बनता है। यह, साथ ही समस्या यह है कि उच्च क्षमता वाले इंजनों को ईंधन के साथ पर्याप्त रूप से आपूर्ति करना असंभव है, इसका मतलब है कि खुले नोजल डिजाइन का उपयोग मात्र छोटे इंजनों के लिए किया जा सकता है।