Непрямой впрыск в двигателе внутреннего сгорания — это впрыск топлива , при котором топливо не впрыскивается непосредственно в камеру сгорания .
Бензиновые двигатели, оснащенные системами непрямого впрыска, в которых топливный инжектор подает топливо в какой-то момент до впускного клапана , в основном вышли из моды по сравнению с прямым впрыском . Однако некоторые производители, такие как Volkswagen, Toyota и Ford, разработали систему «двойного впрыска», сочетающую прямые форсунки с портовыми (непрямыми) форсунками, объединяя преимущества обоих типов впрыска топлива. Прямой впрыск позволяет точно дозировать топливо в камеру сгорания под высоким давлением, что может привести к большей мощности и топливной экономичности. Проблема с прямым впрыском заключается в том, что он обычно приводит к большему количеству твердых частиц , и поскольку топливо больше не контактирует с впускными клапанами, на впускных клапанах со временем может накапливаться углерод. Добавление непрямого впрыска сохраняет распыление топлива на впускных клапанах, уменьшая или устраняя накопление углерода на впускных клапанах, а в условиях низкой нагрузки непрямой впрыск обеспечивает лучшее смешивание топлива и воздуха. Эта система в основном используется в более дорогих моделях из-за дополнительных расходов и сложности.
Впрыск во впускной канал означает распыление топлива на заднюю часть впускного клапана, что ускоряет его испарение. [1]
Дизельный двигатель с непрямым впрыском подает топливо в камеру сгорания, либо в предкамеру, либо в вихревую камеру, где начинается сгорание, а затем оно распространяется в основную камеру сгорания. Предкамера тщательно спроектирована для обеспечения адекватного смешивания распыленного топлива с воздухом, нагретым сжатием.
Преимущество бензиновых двигателей с непрямым впрыском по сравнению с бензиновыми двигателями с прямым впрыском заключается в том, что отложения на впускных клапанах из системы вентиляции картера смываются топливом. [2] Двигатели с непрямым впрыском также, как правило, производят меньшее количество твердых частиц по сравнению с двигателями с прямым впрыском, поскольку топливо и воздух смешиваются более равномерно.
Непрямой впрыск с использованием камер предварительного сгорания также используется в двигателях с высокими эксплуатационными характеристиками, например, в автомобилях Формулы-1 , где он позволяет двигателю вырабатывать больше мощности при большей эффективности.
Целью разделенной камеры сгорания является ускорение процесса сгорания и увеличение выходной мощности за счет увеличения частоты вращения двигателя. [3] Добавление предварительной камеры увеличивает потери тепла в системе охлаждения и, таким образом, снижает эффективность двигателя. Для запуска двигателя требуются свечи накаливания . В системе непрямого впрыска воздух движется быстро, смешивая топливо и воздух. Это упрощает конструкцию двигателя (поршневой головки, клапанов, инжектора, предварительной камеры и т. д.) и позволяет использовать менее жесткие конструкции, которые проще в производстве и надежнее. Прямой впрыск , напротив, использует медленно движущийся воздух и быстро движущееся топливо; как проектирование, так и производство инжекторов сложнее. Оптимизация потока воздуха в цилиндре намного сложнее, чем проектирование предварительной камеры. Между конструкцией инжектора и двигателя существует гораздо большая интеграция. [4] Именно по этой причине почти все автомобильные дизельные двигатели имели непрямой впрыск, пока доступность мощных систем моделирования CFD не сделала принятие прямого впрыска практичным. [ необходима цитата ]
Вихревые камеры представляют собой сферические полости, расположенные в головке блока цилиндров и отделенные от цилиндра двигателя тангенциальным горлом. Около 50% воздуха поступает в вихревую камеру во время такта сжатия двигателя, создавая вихрь. [5] После сгорания продукты возвращаются через то же горло в главный цилиндр с гораздо более высокой скоростью, поэтому больше тепла теряется на стенках канала. Этот тип камеры находит применение в двигателях, в которых контроль топлива и стабильность двигателя важнее экономии топлива. Их также называют камерами Рикардо, названными в честь изобретателя сэра Гарри Рикардо . [6] [7]
Эта камера расположена в головке цилиндра и соединена с цилиндром двигателя небольшими отверстиями. Она занимает 40% от общего объема цилиндра. Во время такта сжатия воздух из главного цилиндра поступает в предкамеру. В этот момент топливо впрыскивается в предкамеру и начинается сгорание. Давление увеличивается, и капли топлива выдавливаются через небольшие отверстия в главный цилиндр, в результате чего получается очень хорошая смесь топлива и воздуха. Основная часть сгорания фактически происходит в главном цилиндре. Этот тип камеры сгорания имеет многотопливную способность, поскольку температура предкамеры испаряет топливо до того, как происходит основное событие сгорания. [8]
Воздушная камера представляет собой небольшую цилиндрическую камеру с отверстием на одном конце. Она установлена более или менее соосно с инжектором, причем указанная ось параллельна головке поршня, при этом инжектор стреляет через небольшую полость, которая открыта для цилиндра в отверстие на конце воздушной камеры. Воздушная камера установлена таким образом, чтобы минимизировать тепловой контакт с массой головки. Используется штифтовая форсунка с узким рисунком распыления. В ее верхней мертвой точке (ВМТ) большая часть массы заряда содержится в полости и воздушной камере. [ необходима цитата ]
Когда инжектор срабатывает, струя топлива попадает в воздушную камеру и воспламеняется. Это приводит к тому, что струя пламени вырывается из воздушной камеры прямо в струю топлива, все еще выходящую из инжектора. Тепло и турбулентность обеспечивают превосходные свойства испарения и смешивания топлива. Кроме того, поскольку большая часть сгорания происходит вне воздушной камеры в полости, которая напрямую сообщается с цилиндром, потери тепла при передаче горящего заряда в цилиндр меньше.
Впрыск воздуха в камеру сгорания можно рассматривать как компромисс между непрямым и прямым впрыском, позволяющий получить некоторые преимущества эффективности прямого впрыска, сохранив при этом простоту и легкость разработки непрямого впрыска. [ необходима ссылка ]
Камеры с воздушными ячейками обычно называют воздушными камерами Lanova. [9] Система сгорания Lanova была разработана компанией Lanova, которая была основана в 1929 году Францем Лангом, Готтхардом Вилихом и Альбертом Вилихом. [10]
В США система Lanova использовалась компанией Mack Trucks . Примером может служить дизельный двигатель Mack-Lanova ED, установленный на грузовике Mack NR .