Непрямой впрыск в двигателе внутреннего сгорания — это впрыск топлива , при котором топливо не впрыскивается напрямую в камеру сгорания .
Бензиновые двигатели, оснащенные системами непрямого впрыска, в которых топливная форсунка подает топливо в определенный момент перед впускным клапаном , в большинстве случаев вышли из моды прямого впрыска . Однако некоторые производители, такие как Volkswagen, Toyota и Ford, разработали систему «двойного впрыска», сочетающую прямые и портовые (непрямые) форсунки, сочетая в себе 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 эффективности. Проблема с прямым впрыском заключается в том, что он обычно приводит к увеличению количества твердых частиц , а поскольку топливо больше не контактирует с впускными клапанами, на впускных клапанах со временем может накапливаться углерод. Добавление непрямого впрыска сохраняет разбрызгивание топлива на впускные клапаны, уменьшая или устраняя накопление углерода на впускных клапанах, а в условиях низкой нагрузки непрямой впрыск обеспечивает лучшее смешивание топлива с воздухом. Эта система в основном используется в более дорогих моделях из-за дополнительных затрат и сложности.
Портовый впрыск 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 сгорание начинается, а затем распространяется в основную камеру сгорания. Форкамера тщательно спроектирована так, чтобы обеспечить адекватное смешивание распыленного топлива с нагретым от сжатия воздухом.
Преимущество бензиновых двигателей с непрямым впрыском перед бензиновыми двигателями с прямым впрыском состоит в том, что отложения на впускных клапанах из системы вентиляции картера вымываются топливом. [2] Двигатели с непрямым впрыском также имеют тенденцию производить меньше твердых частиц по сравнению с двигателями с прямым впрыском, поскольку топливо и воздух смешиваются более равномерно.
Целью разделенной камеры сгорания является ускорение процесса сгорания и увеличение выходной мощности за счет увеличения частоты вращения двигателя. [3] Добавление предкамеры увеличивает потери тепла в системе охлаждения и тем самым снижает эффективность двигателя. Для запуска двигателя необходимы свечи накаливания . В системе непрямого впрыска воздух движется быстро, смешивая топливо и воздух. Это упрощает конструкцию двигателя (коронку поршня, головку, клапаны, форсунки, предкамеру и т. д.) и позволяет использовать конструкции с менее жесткими допусками, которые проще в изготовлении и более надежны. Прямой впрыск , напротив, использует медленно движущийся воздух и быстро движущееся топливо; как конструкция, так и изготовление форсунок сложнее. Оптимизировать воздушный поток в цилиндрах гораздо сложнее, чем спроектировать предкамеру. Между конструкцией инжектора и двигателем 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 практическим внедрение прямого впрыска. [ нужна цитата ]
Камеры вихря представляют собой сферические полости, расположенные в головке блока цилиндров и отделенные от цилиндра двигателя тангенциальной горловиной. Около 50% воздуха попадает в вихревую камеру во время такта сжатия двигателя, создавая завихрение. [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 подачи топлива и стабильность двигателя важнее экономии топлива. Их также называют камерами Рикардо, в честь изобретателя сэра Гарри Рикардо . [6] [7]
Эта камера расположена в головке блока цилиндров и соединена с цилиндром двигателя небольшими отверстиями. Он занимает 40% от общего объема цилиндра. Во время такта сжатия воздух из главного цилиндра поступает в камеру сгорания. В этот момент топливо впрыскивается в форкамеру и начинается горение. Давление увеличивается, и капли топлива выталкиваются через небольшие отверстия в главный цилиндр, что приводит к очень хорошему смешиванию топлива и воздуха. Основная часть сгорания фактически происходит в главном цилиндре. Камера сгорания этого типа способна работать с несколькими видами топлива, поскольку температура форкамеры приводит к испарению топлива до того, как произойдет основное событие сгорания. [8]
Воздушная камера представляет собой небольшую цилиндрическую камеру с отверстием на одном конце. Он установлен более или менее соосно с форсункой, при этом указанная ось параллельна головке поршня, при этом форсунка стреляет через небольшую полость, открытую для цилиндра, в отверстие в конце воздушной камеры. Воздушная камера установлена так, чтобы минимизировать тепловой контакт с массой головы. Используется игольчатый инжектор с узким факелом распыла. В верхней мертвой точке (ВМТ) большая часть массы заряда содержится в полости и воздушной камере. [ нужна цитата ]
При срабатывании форсунки струя топлива попадает в воздушную камеру и воспламеняется. В результате струя пламени вылетает обратно из воздушной камеры прямо в струю топлива, все еще выходящего из форсунки. Тепло и турбулентность обеспечивают превосходные свойства испарения и смешивания топлива. Кроме того, поскольку большая часть сгорания происходит вне воздушной камеры в полости, которая сообщается непосредственно с цилиндром, потери тепла при передаче горящего заряда в цилиндр уменьшаются.
Впрыск с воздушными камерами можно рассматривать как компромисс между непрямым и прямым впрыском, позволяющий получить некоторые преимущества эффективности прямого впрыска, сохраняя при этом простоту и легкость разработки непрямого впрыска. [ нужна цитата ]
Камеры с воздушными камерами обычно называют воздушными камерами Lanova. [9] Система сгорания Lanova была разработана компанией Lanova, основанной в 1929 году Францем Лангом, Готхардом Велихом и Альбертом Велихом. [10]
В США систему Lanova использовала компания Mack Trucks . Примером может служить дизельный двигатель Mack-Lanova ED, установленный на грузовике Mack NR .