Wtrysk pośredni - Indirect injection
Wtrysk pośredni w silniku spalinowym to wtrysk paliwa, w którym paliwo nie jest bezpośrednio wtryskiwane do komory spalania . Silniki benzynowe wyposażone w układy wtrysku pośredniego, w których wtryskiwacz paliwa dostarcza paliwo w pewnym momencie przed zaworem wlotowym , w większości wypadły z łask na rzecz wtrysku bezpośredniego . Jednak niektórzy producenci, tacy jak Volkswagen, Toyota i Ford, opracowali system „podwójnego wtrysku”, łączący wtryskiwacze bezpośrednie z wtryskiwaczami portowymi (pośrednimi), łącząc zalety obu rodzajów wtrysku paliwa. Bezpośredni wtrysk umożliwia precyzyjne dozowanie paliwa do komory spalania pod wysokim ciśnieniem, co może prowadzić do większej mocy i wydajności paliwowej. Problem z wtryskiem bezpośrednim polega na tym, że zazwyczaj prowadzi to do większej ilości cząstek stałych, a gdy paliwo nie styka się już z zaworami dolotowymi, z czasem na zaworach dolotowych może gromadzić się węgiel. Dodanie wtrysku pośredniego utrzymuje rozpylanie paliwa na zaworach dolotowych, zmniejszając lub eliminując gromadzenie się węgla na zaworach dolotowych, a w warunkach niskiego obciążenia wtrysk pośredni pozwala na lepsze mieszanie paliwa z powietrzem. Ten system jest używany głównie w modelach o wyższych kosztach ze względu na dodatkowe koszty i złożoność.
Wtrysk portowy odnosi się do rozpylania paliwa na tylną część zaworu wlotowego, co przyspiesza jego parowanie.
Silnik wysokoprężny z wtryskiem pośrednim dostarcza paliwo do komory poza komorą spalania, albo komory wstępnej, albo komory wirowej, gdzie rozpoczyna się spalanie, a następnie rozprzestrzenia się do głównej komory spalania. Komora wstępna jest starannie zaprojektowana, aby zapewnić odpowiednie wymieszanie rozpylonego paliwa z podgrzanym powietrzem pod ciśnieniem.
Silniki benzynowe
Zaletą silników benzynowych z wtryskiem pośrednim w porównaniu z silnikami benzynowymi z wtryskiem bezpośrednim jest to, że paliwo wypłukuje osady na zaworach dolotowych z układu wentylacji skrzyni korbowej .
Silniki Diesla
Przegląd
Dzielona komora spalania ma na celu przyspieszenie procesu spalania oraz zwiększenie mocy poprzez zwiększenie prędkości obrotowej silnika. Dodanie komory wstępnej zwiększa straty ciepła do układu chłodzenia, a tym samym obniża sprawność silnika. Silnik wymaga świec żarowych do rozruchu. W systemie wtrysku pośredniego powietrze porusza się szybko, mieszając paliwo i powietrze. Upraszcza to konstrukcję wtryskiwacza i umożliwia stosowanie mniejszych silników i konstrukcji o mniejszej tolerancji, które są prostsze w produkcji i bardziej niezawodne. Natomiast wtrysk bezpośredni wykorzystuje wolno poruszające się powietrze i szybko poruszające się paliwo; zarówno projektowanie, jak i wykonanie wtryskiwaczy jest trudniejsze. Optymalizacja przepływu powietrza w cylindrze jest znacznie trudniejsza niż projektowanie komory wstępnej. Istnieje znacznie większa integracja między konstrukcją wtryskiwacza a silnikiem. Z tego powodu silniki Diesla w samochodach były prawie w całości z wtryskiem pośrednim, dopóki dostępność potężnych systemów symulacji CFD nie sprawiła, że zastosowanie wtrysku bezpośredniego stało się praktyczne.
Galeria
Głowica małego silnika wysokoprężnego Kubota z wtryskiem pośrednim.
Czubek głowy
Tłok
Otwory wtryskiwaczy
Głowica cylindra
Pompa wtryskowa
Głowa z bliska
Komory spalania
Świece żarowe
Klasyfikacja komór spalania pośredniego
Komora wirowa
Komory wirowe to sferyczne wnęki umieszczone w głowicy cylindrów i oddzielone od cylindra silnika gardzielą styczną. Około 50% powietrza wchodzi do komory wirowej podczas suwu sprężania silnika, wytwarzając wir. Po spaleniu produkty wracają tą samą gardzielą do głównego cylindra ze znacznie większą prędkością, dzięki czemu więcej ciepła jest tracone na ściankach przejścia. Ten typ komory znajduje zastosowanie w silnikach, w których kontrola paliwa i stabilność silnika są ważniejsze niż oszczędność paliwa. Są one również nazywane komorami Ricardo, nazwanymi na cześć wynalazcy, Sir Harry'ego Ricardo .
Komora wstępnego spalania
Komora ta znajduje się przy głowicy cylindra i jest połączona z cylindrem silnika małymi otworami. Zajmuje 40% całkowitej objętości cylindra. Podczas suwu sprężania powietrze z głównego cylindra dostaje się do komory wstępnego spalania. W tym momencie do komory wstępnego spalania wtryskiwane jest paliwo i rozpoczyna się spalanie. Ciśnienie wzrasta, a kropelki paliwa są przepychane przez małe otwory do głównego cylindra, co powoduje bardzo dobrą mieszankę paliwa i powietrza. W rzeczywistości większość spalania ma miejsce w głównym cylindrze. Ten typ komory spalania ma zdolność wielopaliwową, ponieważ temperatura komory wstępnej odparowuje paliwo przed wystąpieniem głównego zdarzenia spalania.
Komora komór powietrznych
Komora powietrzna to mała cylindryczna komora z otworem na jednym końcu. Jest on zamontowany mniej więcej współosiowo z wtryskiwaczem, przy czym wspomniana oś jest równoległa do dna tłoka, przy czym wtryskiwacz wystrzeliwuje przez małą wnękę, która jest otwarta do cylindra i wchodzi w otwór w końcu komory powietrznej. Komora powietrzna jest zamontowana tak, aby zminimalizować kontakt termiczny z masą głowy. Stosowany jest wtryskiwacz czopowy o wąskim wzorze natrysku. W górnym martwym punkcie (TDC) większość masy ładunku jest zawarta we wnęce i komórce powietrznej.
Gdy wtryskiwacz odpala, strumień paliwa wchodzi do komory powietrznej i zapala się. Powoduje to, że strumień płomienia wystrzeliwuje z powrotem z komory powietrznej bezpośrednio do strumienia paliwa nadal wydobywającego się z wtryskiwacza. Ciepło i turbulencje zapewniają doskonałe właściwości parowania i mieszania paliwa. Ponadto, ponieważ większość spalania odbywa się poza komorą powietrzną we wnęce, która komunikuje się bezpośrednio z cylindrem, straty ciepła związane z przenoszeniem palącego się ładunku do cylindra są mniejsze.
Wtrysk do komór powietrznych może być traktowany jako kompromis pomiędzy wtryskiem pośrednim i bezpośrednim, zyskując niektóre zalety wydajności wtrysku bezpośredniego, zachowując jednocześnie prostotę i łatwość opracowania wtrysku pośredniego.
Komory komórkowe są powszechnie nazywane komorami powietrznymi Lanova. System spalania Lanova został opracowany przez firmę Lanova, założoną w 1929 roku przez Franza Langa, Gottharda Wielicha i Alberta Wielicha.
W USA z systemu Lanova korzystała firma Mack Trucks . Przykładem jest silnik Diesla Mack-Lanova ED montowany w ciężarówce Mack NR .
Zalety komór spalania z wtryskiem pośrednim
- Można produkować mniejsze diesle.
- Wymagane ciśnienie wtrysku jest niskie, więc wtryskiwacz jest tańszy w produkcji.
- Kierunek wtrysku ma mniejsze znaczenie.
- Wtrysk pośredni jest znacznie prostszy w projektowaniu i produkcji; wymagany jest mniejszy rozwój wtryskiwaczy, a ciśnienia wtrysku są niskie (1500 psi/100 barów w porównaniu do 5000 psi/345 barów i więcej dla wtrysku bezpośredniego)
- Niższe naprężenia, jakie wtrysk pośredni wywiera na podzespoły wewnętrzne, umożliwiają produkcję wersji benzynowej i wysokoprężnej z wtryskiem pośrednim tego samego podstawowego silnika. W najlepszym wypadku takie typy różnią się tylko głowicą i koniecznością zamontowania rozdzielacza i świec zapłonowych w wersji benzynowej przy montażu pompy wtryskowej i wtryskiwaczy do diesla. Przykłady obejmują BMC serii A i serii B silniki i Land Rover 2,25 / 2.5- litrowych typu 4-cylindrowych. Takie projekty umożliwiają budowę wersji tego samego pojazdu z silnikami benzynowymi i wysokoprężnymi przy minimalnych zmianach konstrukcyjnych między nimi.
- Można osiągnąć wyższe prędkości obrotowe silnika, ponieważ spalanie trwa w komorze wstępnej.
- Paliwa alternatywne, takie jak biodiesel i odpadowy olej roślinny, mają mniejsze szanse na zatkanie układu paliwowego w silniku wysokoprężnym z wtryskiem pośrednim. W silnikach z bezpośrednim wtryskiem zanieczyszczenia pochodzące z poprzedniego zastosowania w przemyśle spożywczym mogą zatkać wtryskiwacze, gdy używany jest zużyty olej roślinny.
Niedogodności
- Zużycie paliwa w silnikach wysokoprężnych jest niższe niż w przypadku bezpośredniego wtrysku, ponieważ większe odsłonięte obszary mają tendencję do rozpraszania większej ilości ciepła, a powietrze przepływające przez porty ma tendencję do zwiększania spadków ciśnienia. Jednak silniki z wtryskiem pośrednim zazwyczaj mają znacznie wyższe stopnie sprężania, co nieco zniweluje tę nieefektywność.
- Świece żarowe są potrzebne do rozruchu zimnego silnika w silnikach wysokoprężnych; wiele silników wysokoprężnych z wtryskiem pośrednim nie może w ogóle uruchomić się w niskich temperaturach bez świec żarowych.
- Ponieważ ciepło i ciśnienie spalania są dostarczane do bardzo małej powierzchni na tłoku, gdy opuszcza on komorę wstępnego spalania lub komorę wirową, takie silniki są mniej przystosowane do wysokich jednostkowych mocy wyjściowych (takich jak turbodoładowanie , doładowanie lub tuning) niż wtrysk bezpośredni diesle. Podwyższona temperatura i ciśnienie w jednej części denka tłoka powoduje nierównomierne rozprężanie, które może prowadzić do pęknięć, odkształceń lub innych uszkodzeń (chociaż nowe techniki produkcyjne pozwoliły producentom w dużej mierze złagodzić skutki nierównomiernego rozprężania, umożliwiając stosowanie diesli z wtryskiem pośrednim turbodoładowanie).
- Płyn rozruchowy („eter”) często nie może być stosowany w silnikach wysokoprężnych z wtryskiem pośrednim, ponieważ świece żarowe znacznie zwiększają ryzyko przedwczesnego zapłonu w porównaniu z silnikami wysokoprężnymi z wtryskiem bezpośrednim.