திறன்பேட்ட எஞ்சின் திறனை மேம்படுத்துகிறதா?

காற்று உள்ளீட்டு மேனிஃபோல்டு வடிவமைப்பு கனஅளவு மற்றும் வெப்ப திறனை நேரடியாக எவ்வாறு பாதிக்கிறது

கனஅளவு திறன் எரிதல் திறனின் அடிப்படை இயக்கியாகும்

கனஅளவு திறன், அல்லது VE என்று சுருக்கமாகக் கூறப்படுவது, ஒரு எஞ்சின் உள்ளிடு சிலிண்டர் அறைகளில் காற்றை எவ்வளவு நன்றாக நிரப்புகிறது என்பதை, அதன் இயற்பியல் தன்மையின்படி ஏற்றுக்கொள்ளக்கூடிய அதிகபட்ச கனஅளவுடன் ஒப்பிடுகிறது. VE அதிகரிக்கும்போது, எரிப்பு அறையின் உள்ளே காற்று-எரிபொருள் கலவையின் அடர்த்தியும் அதிகரிக்கிறது; இது சிறந்த எரிதலையும், வெளியே அதிக சக்தியையும் வழங்குகிறது. உள்ளிடு மேனிஃபோல்டுகளின் வடிவமும் அளவும் இங்கு மிகப்பெரிய பங்கு வகிக்கின்றன. ரன்னர் நீளங்களும் பிளீனம் அளவுகளும், கண்டறியப்பட்ட இயற்பியல் கொள்கைகளான சீரான இயக்கம் (inertia) மற்றும் அழுத்த அலைகள் ஆகியவற்றை அடிப்படையாகக் கொண்டு வெவ்வேறு காற்றோட்ட வடிவங்களை உருவாக்குகின்றன. உதாரணமாக, நீளமான ரன்னர்கள் குறைந்த RPM வீச்சில் சிறப்பாகச் செயல்படுகின்றன, ஏனெனில் அவை ஒலியியல் ஒத்ததிர்வு (acoustic resonance) விளைவுகளைப் பயன்படுத்துகின்றன. மாறாக, குறுகிய ரன்னர்கள் எஞ்சின் அதிக RPM-இல் சுறுசுறுப்பாகச் சுற்றும்போது காற்று வேகமாக இயங்க அனுமதிக்கின்றன; இருப்பினும், இதில் எப்போதும் சில பரிந்துரைக்கப்பட்ட சமநிலைகள் (compromise) உள்ளன. பெரும்பாலானோர், VE-ஐ சுமார் 10 சதவீதம் அதிகரிப்பது, எரிபொருள் முழுமையாக எரியும் வகையில் சிறந்த எரிதலை வழங்குவதால், சுமார் 3 முதல் 5 கூடுதல் குதிரைத்திறன் (horsepower) புள்ளிகளை வழங்குகிறது என்று கண்டறிந்துள்ளனர். ஆனால், மோசமான மேனிஃபோல்டு வடிவமைப்புகளை கவனமாக நோக்கவும். இவை காற்றோட்டத்தில் குழப்பம் (turbulence) ஏற்படுத்துவது போன்ற பல்வேறு சிக்கல்களை ஏற்படுத்தலாம்; சில சமயங்களில் காற்று உள்ளிடு வழியில் பின்னோக்கி ஓடுவது (reverse flow) போன்ற நிகழ்வுகளும் ஏற்படலாம். இதனால் சில சிலிண்டர்களுக்கு எரிபொருள் போதுமான அளவில் கிடைக்காமல் போகலாம்; மேலும் அவை அவசியத்தை விட அதிக அளவிலான எரியாத ஹைட்ரோகார்பன்களை (unburned hydrocarbons) வெளியிடலாம்.

உச்ச கனஅளவு திறன் எப்போதும் உச்ச வெப்ப திறனை உறுதிப்படுத்துவதில்லை: சார்ஜ் வெப்பநிலை மற்றும் எரிபொருள் எரிதல் நேரம் ஆகியவற்றின் பங்கு

கனஅளவு திறன் (VE) ஐ மட்டும் அதிகபட்சமாக்குவது சிறந்த வெப்ப திறனை உறுதிப்படுத்தாது, ஏனெனில் கலவை வெப்பநிலை மற்றும் எரிபொருள் எரிதல் நேரம் போன்ற காரணிகளும் அதே அளவு முக்கியத்துவம் வாய்ந்தவை. உள்ளீட்டு மேனிபோல்டுகள் வெப்பத்தால் சூடேறும்போது, அவை உள்ளீட்டு காற்று வெப்பநிலையை சுமார் 15 முதல் 20 டிகிரி செல்சியஸ் வரை உயர்த்தலாம். இது, VE பேப்பரில் நன்றாகத் தெரிந்தாலும், ஆக்ஸிஜன் அடர்த்தியைக் குறைக்கிறது. காப்பு ஏற்படுவதைத் தடுக்க இயந்திரங்கள் பொதுவாக அதிக எரிபொருள் கலவையைப் பயன்படுத்துகின்றன, இது சாத்தியமான ஆற்றல் பெறுதலில் சுமார் 7 முதல் 9 சதவீதத்தை வீணாக்குகிறது. அதே நேரத்தில், காற்றோட்டம் ரன்னர்கள் மூலம் சீராக பகிரப்படாத போது, வெவ்வேறு சிலிண்டர்களுக்கு காற்று மற்றும் எரிபொருளின் அளவுகள் மாறுபடுகின்றன. மிகக் குறைந்த எரிபொருள் கலவைகள் தேவையான நேரத்திற்கு முன்பாக எரியாமல் தாமதமாக எரிகின்றன, அதே நேரத்தில் அதிக எரிபொருள் கலவைகள் முன்கூட்டியே வெடிக்கலாம். இந்த இரண்டு நிலைமைகளும் மொத்த இயந்திர செயல்திறனை பாதிக்கின்றன. உண்மையான வெப்ப திறன் மேம்பாட்டிற்காக, பொறியாளர்கள் VE ஐ மேம்படுத்துவதை கலவை வெப்பநிலை மேலாண்மையுடன் சீராக இணைக்க வேண்டும். இந்த கூறுகள் ஒன்றின் உடன் ஒன்று சரியாக இயங்காத போது, சாத்தியமான வெப்ப திறனில் 10 முதல் 12 சதவீதம் வரை எந்த அளவு VE அதிகரித்தாலும் இழக்கப்படுகிறது. எனவே, தற்போதைய இயந்திர வடிவமைப்புகளில், வெப்ப தடை மெயின் மூடுதல்கள், காப்பு அளிக்கப்பட்ட பிளீனம் அறைகள் மற்றும் சிறப்பு விதமாக குளிரூட்டப்பட்ட ரன்னர் மேற்பரப்புகள் போன்றவை இந்த சவால்களை நேரடியாகச் சமாளிக்க சேர்க்கப்படுகின்றன.

சரிசெய்யப்பட்ட நீளமுள்ள காற்று உள்ளீட்டு மேனிஃபோல்டுகள்: சுழற்சி வேகத்திற்கு ஏற்ப சரிசெய்யப்பட்ட சீரமைப்பு மற்றும் உண்மையான உலக செயல்திறனுக்கான வரம்புகள்

அதிர்வு சரிசெய்தல், அழுத்த அலை இயக்கவியல் மற்றும் அவை பகுதி-திறப்பு எரிபொருள் பயன்திறனில் ஏற்படுத்தும் விளைவுகள்

ரெசொனன்ஸ் டியூனிங் (ஒத்ததிர்வு ஒழுங்கமைப்பு) என்பது, குறிப்பிட்ட இயந்திர சுழற்சி வேகங்களில் உள்ளீட்டு வழிகள் வழியாக அழுத்த அலைகளைப் பயன்படுத்தி உள்ளீட்டு சிலிண்டர்களை சிறப்பாக நிரப்புவதை நோக்கமாகக் கொண்டுள்ளது. உள்ளீட்டு வால்வு மூடப்படும்போது, அந்த அழுத்த அலை உள்ளீட்டு வழியின் மேல் நோக்கி எதிர்திசையில் பயணிக்கிறது. அனைத்தும் சரியான நேரத்தில் ஒத்திருந்தால், அந்த அலை அடுத்த வால்வு திறக்கும் நேரத்தில் மீண்டும் வந்து சேர்கிறது; இது ஒரு வகையான 'தள்ளு விளைவை' (boost effect) ஏற்படுத்துகிறது. இதை 'காரிய மீதான மேல் சுவாசனம்' (inertial supercharging) என்று அழைக்கின்றனர், ஏனெனில் இது கூடுதல் இயந்திர பாகங்களைப் பயன்படுத்தாமலேயே இயந்திரத்திற்கு அதிக காற்றை உள்ளீடாக எடுத்துக்கொள்ள உதவுகிறது. துணை-துணை துடுப்பு (partial throttle) அமைப்புகளில், இயந்திரங்கள் துடுப்புத் தகட்டுக்கு எதிராக மிகுந்த ஆற்றலை வீணடிப்பதால், சிறந்த ரெசொனன்ஸ் டியூனிங் காற்றை உள்ளீடாக இழுப்பதற்காக இயந்திரம் செய்ய வேண்டிய வேலையைக் குறைக்கிறது. கடந்த ஆண்டு வெளியிடப்பட்ட சில SAE ஆய்வுகளின்படி, இத்தகைய அமைப்புகள் நகர்ப்புற ஓட்டத்தின்போது வாகனங்களின் எரிபொருள் நுகர்வை சுமார் 4% முதல் 6% வரை குறைக்க முடியும். இதற்கு முக்கிய காரணம் என்னவென்றால், இயந்திரம் அதிக சுழற்சி வேகத்தில் இயங்காத போது வீணாகும் ஆற்றல் குறைவதும், சிறந்த செயல்திறன் கிடைப்பதுமே ஆகும். ஆனால் இங்கே ஒரு குறிப்பிடத்தக்க விஷயம் உள்ளது: பெரும்பாலான நிலையான நீளமுள்ள உள்ளீட்டு மேனிஃபோல்டுகள் (intake manifolds) மிகக் குறுகிய இயந்திர சுழற்சி வேக வரம்புகளில் மட்டுமே சிறப்பாகச் செயல்படும். எனவே, பொறியியலாளர்கள் பொதுவாக, நல்ல குறைந்த வேக பதிலளிப்பு (low speed response) அல்லது வலுவான அதிக வேக சக்தி வெளியீடு (high speed power output) என இரண்டில் ஒன்றை மட்டுமே தேர்ந்தெடுக்க வேண்டியிருக்கிறது; ஏனெனில் சாதாரண வடிவமைப்புகளில் இரண்டையும் ஒரே நேரத்தில் பெறுவது சாத்தியமில்லை.

வழக்கு ஆய்வு: டர்போ சார்ஜ் செய்யப்பட்ட ஒற்றை வரிசை ஆறு-சிலிண்டர் எஞ்சினில் மாறும் நீளமுள்ள காற்று உள்ளீட்டு குழாய் மற்றும் அதன் குறைந்த சுழற்சி வேகத்தில் 7.2% டார்க் அதிகரிப்பு, மிகக் குறைந்த திறன் இழப்புடன்

குறிப்பிடப்பட்ட டர்போசார்ஜ்ட் இன்லைன்-ஆறு எஞ்சின், மின்னணு முறையில் கட்டுப்படுத்தப்படும் இரட்டை-பாதை உள்ளீட்டு மேனிஃபோல்டைக் கொண்டுள்ளது. தோராயமாக 3,500 ஆர்பிஎம்-க்கு கீழே இயங்கும்போது, இந்த அமைப்பு நீளமான உள்ளீட்டு ரன்னர்களைச் செயல்படுத்துகிறது, இது கூடுதல் காற்று அடர்த்தியை ஏற்படுத்தி குறைந்த வேகத்தில் டார்க்கை அதிகரிக்கிறது. சோதனைகள், இந்த அமைப்பு டார்க் வெளியீட்டில் தோராயமாக 7.2% மேம்பாட்டை வழங்குகிறது என்று காட்டின, இது சாதாரண சாலைகளில் தினசரி ஓட்டத்தை மிகவும் சுவாரஸ்யமாகவும் சுலபமாகவும் மாற்றுகிறது. சோதனை கட்டங்களின் போது எடுக்கப்பட்ட அளவீடுகளின்படி, அனைத்தும் சிறந்த நிலையில் இயங்கும்போது எரிபொருள் நுகர்வு உண்மையில் 1%-க்கும் குறைவாகவே அதிகரிக்கிறது. எஞ்சின் 3,500 ஆர்பிஎம்-ஐ மீறிய பின்னர், அது காற்று ஓட்டத்தின் தடைகளை நீக்குவதற்கும், உயர் வேகங்களில் நல்ல செயல்திறனை பராமரிப்பதற்கும் குறுகிய ரன்னர்களுக்கு மாறுகிறது. இந்த தொழில்நுட்பத்தை சுவாரஸ்யமாக்குவது, வேகமான பதிலளிப்பு நேரங்களுக்கும் எரிபொருள் திறனுக்கும் இடையேயான பொதுவான சமரசத்தை இது எவ்வாறு முறியடிக்கிறது என்பதே ஆகும். 2023-இல் சர்வதேச எஞ்சின் ஆராய்ச்சி இதழில் வெளியிடப்பட்ட ஆராய்ச்சி, மாறும் நீள உள்ளீட்டு அமைப்புகள் குறைந்த ஆர்பிஎம் வரம்பில் திறன் விநியோகத்தை மேம்படுத்த உதவுகின்றன என்றும், எரிபொருள் பயன்திறனை மிகவும் பாதிக்காமலேயே அது சாத்தியமாகிறது என்றும் இந்தக் கண்டுபிடிப்புகளை ஆதரிக்கிறது. எனவே, தற்போது பல உற்பத்தியாளர்கள் தங்கள் உற்பத்தி எஞ்சின்களுக்கு இத்தகைய அணுகுமுறையை ஏற்றுக்கொள்ளத் தொடங்கியுள்ளனர்.

உள்ளீட்டு மேனிபோல்டில் ஒருங்கிணைந்த இன்டர்கூலர் மற்றும் சார்ஜ் வெப்பநிலை கட்டுப்பாடு

45°C-க்கு கீழான உள்ளீட்டு காற்று நன்மைகள்: சோதனையில் அடிப்படையிலான வெப்ப திறன் அதிகரிப்பு

வாயு உள்ளீட்டு வெப்பநிலையை 45°C (சுமார் 113°F) க்கு கீழே வைத்திருப்பது, டர்போ எஞ்சின்களில் வெப்ப திறனை மிகவும் அதிகரிக்கிறது என்பது ஆய்வுகளில் நிரூபிக்கப்பட்டுள்ளது. காற்று குளிர்ந்த நிலையில் இருக்கும்போது, ஒவ்வொரு சிலிண்டர் ஸ்ட்ரோக்கிலும் அதிக ஆக்ஸிஜனை அடர்த்தியாக நிரப்புகிறது; இது எரிபொருளை சிறப்பாக எரிக்க வழிவகுக்கிறது, ஸ்பார்க் டைமிங்-ஐ மிகுந்த துல்லியத்துடன் கட்டுப்படுத்த அனுமதிக்கிறது, மேலும் கண்டன் (knocking) ஏற்படாமல் தடுக்க கூடுதல் எரிபொருளைப் பயன்படுத்துவதையும் குறைக்கிறது. இதனை நாங்கள் 2.3 லிட்டர் டர்போ அமைப்பில், மாறும் வால்வ் டைமிங் மற்றும் மேனிஃபோல்டில் உள்ளேயே ஒருங்கிணைக்கப்பட்ட இன்டர்கூலருடன் சோதனை செய்தோம். விளைவுகள் உண்மையில் மிகவும் சிறப்பாக இருந்தன — எங்கள் தரநிலை டைனோ சோதனைகளின்படி, வெப்ப திறனில் சுமார் 2.3% அதிகரிப்பும், உற்பத்தி செய்யப்படும் ஒவ்வொரு அலகு சக்திக்கும் பயன்படுத்தப்படும் எரிபொருளில் சுமார் 3.1% குறைப்பும் கண்டறியப்பட்டது. இந்த அமைப்பு ஏன் இவ்வளவு நன்றாக செயல்படுகிறது? இது டர்போவிற்குப் பின் மிக அதிக வெப்பநிலையில் உள்ள (பொதுவாக 150°C முதல் 200°C வரை) காற்று ஓட்டத்தை, சிலிண்டர் போர்ட்களிலேயே கட்டுப்படுத்தக்கூடிய வெப்பநிலைக்கு குறைக்கிறது. நீண்ட குழாய்கள் வழியாக வெப்பம் இழக்கும் இழப்புகளோ அல்லது முன்புறம் பொருத்தப்பட்ட பாரம்பரிய இன்டர்கூலர்களுடன் தொடர்புடைய தாமதங்களோ இனி ஏற்படுவதில்லை. மேலும், வெப்பநிலைகள் விரைவில் நிலைப்படுவதும், குறுகிய வரம்பில் நிலையாக இருப்பதும், பல்வேறு இயக்க நிலைகளிலும் எரிதலை மிகவும் கணிசமாக முன்கூட்டியே கணிக்கக்கூடியதாக மாற்றுகிறது; இது நாங்கள் அளவிட்ட உண்மையான திறன் மேம்பாடுகளுக்கு வழிவகுக்கிறது.

எரிபொருள் விநியோக ஒருங்கிணைப்பு: இன்ஜெக்டர் வைப்பிடம் மற்றும் உள்ளீட்டு மேனிஃபோல்டில் காற்று-எரிபொருள் பரவல் மேம்பாடு

எரிபொருள் செலுத்திகள் (injectors) உள்ளீட்டு மேனிபோல்டில் (intake manifold) எங்கு அமைந்துள்ளன என்பது, எரிதல் (combustion) எவ்வளவு நன்றாக நிகழ்கிறது என்பதை மிகவும் பாதிக்கிறது, ஏனெனில் இது எரிபொருளின் நுண்ணிய சிதறல் (fuel breakup) மற்றும் ஒவ்வொரு சிலிண்டருக்கும் சமமான கலவை கிடைக்கிறதா என்பதையும் பாதிக்கிறது. எரிபொருள் செலுத்திகள் நீண்ட குழாய்களின் மேல் பகுதியில் பொருத்தப்பட்டிருந்தால், எரிபொருள் எரிதல் அறையை (combustion chamber) அடைவதற்கு முன்பாக ஆவியாக மாறுவதற்கு அதிக நேரம் கிடைக்கிறது. இது உள்ளே வரும் காற்று கலவையை (air charge) உண்மையில் குளிர்வித்து, அதிகபட்ச திறன் வெளியீட்டை (maximum power output) அதிகரிக்கிறது. மறுபுறம், எரிபொருள் செலுத்திகளை உள்ளீட்டு வால்வுகளுக்கு (intake valves) அருகில் பொருத்துவது துடிப்பு பதிலளிப்பை (throttle response) மேம்படுத்துகிறது, ஏனெனில் இதனால் குழாய் சுவர்களில் எரிபொருள் ஒட்டிக்கொள்வது அல்லது இயங்கும் நிலை நின்ற பின்னரும் எரிபொருள் தங்கியிருப்பது குறைகிறது. தற்போதைய பெரும்பாலான பொறிவடிவமைப்புகள் (engine designs) இப்போது 'இரட்டை செலுத்தல் முறைகள்' (dual injection systems) எனப்படும் அமைப்புகளைப் பயன்படுத்துகின்றன. இவை, பொறி அதிக சுமையில் இயங்காத போது பொதுவான துளை எரிபொருள் செலுத்தலை (port fuel injection) பயன்படுத்தவும், அதிகபட்ச திறன் தேவைப்படும் போது நேரடி எரிபொருள் செலுத்தலை (direct injection) பயன்படுத்தவும் சேர்க்கின்றன. இருப்பினும், இந்த மேம்பட்ட அமைப்புகளைக் கொண்டிருந்தாலும், பொறியாளர்கள் அனைத்தையும் சரியாக சமன் செய்வதில் இன்றும் சிரமப்படுகின்றனர். உள்ளீட்டு ஓட்டுப்பாதைகளின் (intake runners) வடிவம் எப்போதும் சமச்சீராக (symmetrical) இருப்பதில்லை; எனவே, காற்று ஒவ்வொரு சிலிண்டருக்கும் சமமாக ஓடுவதை உறுதிப்படுத்த, நேரம் (timing) மற்றும் பிற அளவுகளை சரிசெய்ய வேண்டியிருக்கிறது. இந்த அசமன்பாடுகளைச் சரிசெய்யாவிட்டால், சில சிலிண்டர்கள் எரிபொருள் அதிகமாக கொண்டு (richer) இயங்கலாம், மற்றவை எரிபொருள் குறைவாக கொண்டு (leaner) இயங்கலாம் — இது SAE ஆராய்ச்சி படி, மொத்த பொறி திறனை (engine efficiency) அதிகபட்சம் 5% வரை குறைக்கும். அனைத்து ஓட்ட நிலைமைகளிலும் நிலையான எரிபொருள் விநியோகத்தை (consistent fuel delivery) பெறுவதற்கு, அடிப்படை ஓட்ட சோதனைகளை (basic flow tests) மட்டும் செய்வது போதாது. பொறியாளர்கள் உண்மையான இயக்கத்தின் போது அழுத்தம் மற்றும் வெப்பநிலையில் ஏற்படும் உலக நிலை மாற்றங்களை (real world changes) கணக்கில் கொள்ளும் கணினி மாதிரிகளை (computer simulations) பயன்படுத்தி, எரிபொருள் எங்கு செல்கிறது என்பதை வரைபடமாக (map) தயாரிக்க வேண்டும்.