Непрямой впрыск в двигателе внутреннего сгорания - это впрыск топлива, при котором топливо не впрыскивается напрямую в камеру сгорания . В последнее десятилетие [ когда? ] бензиновые двигатели, оборудованные системами непрямого впрыска, в которых топливная форсунка подает топливо в какой-то момент перед впускным клапаном , в большинстве случаев не подходят для прямого впрыска. Однако некоторые производители, такие как Volkswagen, Toyota и Ford, разработали систему «двойного впрыска», в которой непосредственные форсунки сочетаются 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 эффективности. Проблема с прямым впрыском заключается в том, что он обычно приводит к увеличению количества твердых частиц.Поскольку топливо больше не контактирует с впускными клапанами, со временем на впускных клапанах может накапливаться углерод. Добавление непрямого впрыска обеспечивает распыление топлива на впускные клапаны, уменьшая или устраняя накопление углерода на впускных клапанах, а в условиях низкой нагрузки косвенный впрыск позволяет улучшить смешивание топлива с воздухом. Эта система в основном используется в моделях с более высокой стоимостью из-за дополнительных затрат и сложности.
Впрыск через порт относится к разбрызгиванию топлива на заднюю часть впускного отверстия, что ускоряет его испарение. [1]
Дизельный двигатель с непрямым впрыском подает топливо в камеру за пределами камеры сгорания, называемую форкамерой, где начинается сгорание и затем распространяется в основную камеру сгорания. Форкамера тщательно спроектирована для обеспечения адекватного смешивания распыленного топлива с воздухом, нагретым от сжатия.
Бензиновые двигатели
Преимущество бензиновых двигателей с непрямым впрыском по сравнению с бензиновыми двигателями с прямым впрыском заключается в том, что отложения на впускных клапанах системы вентиляции картера смываются топливом. [2]
Дизельные двигатели
Обзор
Разделенная камера сгорания предназначена для ускорения процесса сгорания, чтобы увеличить выходную мощность за счет увеличения частоты вращения двигателя. [3] Однако добавление форкамеры увеличивает теплопотери в систему охлаждения и тем самым снижает эффективность двигателя. Для запуска двигателя требуются свечи накаливания . В системе непрямого впрыска воздух движется быстро, смешивая топливо и воздух. Это упрощает конструкцию инжектора и позволяет использовать двигатели меньшего размера и конструкции с меньшими 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 более сложны. Оптимизация воздушного потока в цилиндре намного сложнее, чем проектирование форкамеры. Между конструкцией инжектора и двигателя гораздо больше интеграции. [4] Именно по этой причине почти все автомобильные дизельные двигатели использовали непрямой впрыск, пока доступность мощных систем моделирования CFD не сделала практическим внедрение прямого впрыска. [ необходима цитата ]
Галерея
Головка блока цилиндров небольшого дизельного двигателя Kubota с непрямым впрыском.
Классификация камер непрямого сгорания
Вихревая камера
Вихревые камеры представляют собой сферические полости, расположенные в головке блока цилиндров и отделенные от цилиндра двигателя тангенциальным горлом. 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 большей скоростью, поэтому больше тепла теряется на стенках канала. Этот тип камеры находит применение в двигателях, в которых контроль топлива и стабильность двигателя более важны, чем экономия топлива. Их также называют камерами Рикардо, названными в честь изобретателя сэра Гарри Рикардо . [6] [7]
Камера предварительного сгорания
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 попадает в камеру предварительного сгорания. В этот момент топливо впрыскивается в камеру предварительного сгорания 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 происходит в главном цилиндре. Этот тип камеры сгорания может работать с несколькими видами топлива, потому что температура форкамеры испаряет топливо до того, как произойдет основное сгорание. [8]
Камера с воздушной камерой
Воздушная камера представляет собой небольшую цилиндрическую камеру с отверстием на одном конце. Он установлен более или менее соосно с инжектором, указанная ось параллельна головке поршня, при этом инжектор работает через небольшую полость, которая открыта для цилиндра, в отверстие в конце воздушной камеры. Воздушная камера установлена так, чтобы минимизировать тепловой контакт с массой головы. Используется игольчатый инжектор с узкой формой распыления. В верхней мертвой точке (ВМТ) большая часть массы заряда содержится в полости и воздушной ячейке. [ необходима цитата ]
Когда форсунка срабатывает, струя топлива попадает в воздушную ячейку и воспламеняется. Это приводит к тому, что струя пламени вылетает из воздушной ячейки прямо в струю топлива, все еще выходящую из форсунки. Тепло и турбулентность обеспечивают отличные свойства испарения и смешивания топлива. Кроме того, поскольку большая часть сгорания происходит за пределами воздушной камеры в полости, которая сообщается непосредственно с цилиндром, при передаче горящего заряда в цилиндр возникают меньшие потери тепла.
Впрыск с воздушной камерой можно рассматривать как компромисс между непрямым и прямым впрыском, что дает некоторые преимущества эффективности прямого впрыска при сохранении простоты и легкости разработки непрямого впрыска. [ необходима цитата ]
Камеры с воздушными ячейками обычно называются воздушными камерами Lanova. [9] Система сжигания Lanova была разработана компанией Lanova, основанной в 1929 году Францем Лангом, Готтардом Вилихом и Альбертом Вилихом. [10]
В США систему Lanova использовала компания Mack Trucks . Примером может служить дизельный двигатель Mack-Lanova ED, установленный на грузовике Mack NR .
Преимущества камер сгорания с непрямым впрыском
- Могут производиться дизели меньшего размера.
- Требуемое давление впрыска низкое, поэтому инжектор дешевле в производстве.
- Направление впрыска имеет меньшее значение.
- Непрямой впрыск намного проще спроектировать и изготовить; требуется меньшая разработка инжектора и низкое давление впрыска (1500 фунтов на квадратный дюйм / 100 бар против 5000 фунтов на квадратный дюйм / 345 бар и выше для прямого впрыска)
- Более низкие нагрузки, которые непрямой впрыск оказывает на внутренние компоненты, означают, что можно производить бензиновые и дизельные версии с непрямым впрыском одного и того же базового двигателя. В лучшем случае такие типы отличаются только головкой блока цилиндров и необходимостью установки распределителя и свечей зажигания в бензиновой версии при установке ТНВД и форсунок на дизель. Примеры включают двигатели BMC серии A и B, а также двигатели Land Rover объемом 2,25 / 2,5 литра с 4 цилиндрами. Такие конструкции позволяют строить бензиновые и дизельные версии одного и того же автомобиля с минимальными изменениями конструкции между ними.
- Могут быть достигнуты более высокие обороты двигателя, поскольку горение продолжается в форкамере.
- Альтернативные виды топлива, такие как биодизельное топливо и отработанное растительное масло , с меньшей вероятностью засорят топливную систему в дизельном двигателе с непрямым впрыском. В двигателях с прямым впрыском мусор от предыдущего использования в пищевой промышленности может засорить форсунки при использовании отработанного растительного масла.
Недостатки
- Топливная эффективность дизельных двигателей ниже, чем с прямым впрыском, поскольку большие открытые участки имеют тенденцию рассеивать больше тепла, а воздух, проходящий через порты, имеет тенденцию увеличивать перепады давления. Однако двигатели с непрямым впрыском обычно имеют гораздо более высокие степени сжатия, что в некоторой степени сводит на нет эту неэффективность.
- Свечи накаливания необходимы для запуска холодного двигателя на дизельных двигателях; многие дизельные двигатели с непрямым впрыском топлива вообще не могут запускаться в холодную погоду без свечей накаливания.
- Поскольку тепло и давление сгорания прикладываются к очень небольшой площади поршня, когда он выходит из камеры предварительного сгорания или вихревой камеры, такие двигатели менее подходят для работы с высокой удельной выходной мощностью (например, с турбонаддувом , наддувом или настройкой), чем с прямым впрыском. дизели. Повышенная температура и давление на одну часть днища поршня вызывают неравномерное расширение, которое может привести к растрескиванию, деформации или другому повреждению (хотя новые производственные технологии позволили производителям в значительной степени смягчить эффекты неравномерного расширения, что позволяет использовать дизели с непрямым впрыском топлива). турбонаддув).
- Пусковая жидкость («эфир») часто не может использоваться в дизельных двигателях с непрямым впрыском, поскольку свечи накаливания значительно увеличивают риск преждевременного воспламенения по сравнению с дизелями с прямым впрыском.
Смотрите также
- Гарри Рикардо
- Проспер L'Orange
- Предварительно смешанное пламя
Рекомендации
- ^ Керр, Джим. «Прямой или портовый впрыск» . Вестник Хроник . Проверено 28 июня +2016 .
- ^ Смит, Скотт; Гинтер, Грегори (2016-10-17). «Образование отложений на впускных клапанах в бензиновых двигателях с прямым впрыском» . Международный журнал SAE по топливам и смазочным материалам . 9 (3): 558–566. DOI : 10.4271 / 2016-01-2252 . ISSN 1946-3960 .
- ^ Стоун, Ричард. «Введение в ICE», Palgrace Macmillan, 1999, стр. 224
- ^ Двухтактный двигатель
- ^ Электромеханические первичные двигатели: электродвигатели . Международное высшее образование Macmillan. 18 июня 1971. С. 21–. ISBN 978-1-349-01182-7.
- ^ «Сэр Гарри Рикардо» . oldengine.org. Архивировано из оригинального 18 ноября 2010 года . Проверено 8 января 2017 года .
- ^ Демпси, П. (1995). Устранение неисправностей и ремонт дизельных двигателей . ВКЛАДКИ Книги. п. 127. ISBN 9780070163485. Проверено 8 января 2017 года .
- ^ Демпси, Пол (2007). Устранение неисправностей и ремонт дизельных двигателей . McGraw Hill Professional. ISBN 9780071595186. Дата обращения 2 декабря 2017 .
- ^ Демпси, П. (1995). Устранение неисправностей и ремонт дизельных двигателей . ВКЛАДКИ Книги. п. 128. ISBN 9780070163485. Проверено 8 января 2017 года .
- ^ «Система сгорания Ланова» . Коммерческий мотор . 6 января 1933 . Проверено 11 ноября 2017 года .