Непрямой впрыск
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 увеличению 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 ]
с непрямым впрыском Дизельный двигатель 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.
Бензиновые двигатели
[ редактировать ]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.
Непрямой впрыск с использованием камер предварительного сгорания также используется в высокопроизводительных двигателях, например, в Формуле 1 , где они позволяют двигателю производить больше мощности с большей эффективностью.
Дизельные двигатели
[ редактировать ]Обзор
[ редактировать ]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. При прямом впрыске , напротив, используется 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 ссылка ]
Классификация камер косвенного сгорания
[ редактировать ]Вихревая камера
[ редактировать ]
Камеры вихря представляют собой сферические полости, расположенные в головке блока цилиндров и отделенные от цилиндра двигателя тангенциальной горловиной. Около 50% воздуха поступает 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 подачи топлива и стабильность двигателя важнее экономии топлива. Их также называют камерами Рикардо, в честь изобретателя сэра Гарри Рикардо . [ 6 ] [ 7 ]
Предварительная камера сгорания
[ редактировать ]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 ]
Камера воздушной камеры
[ редактировать ]
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 ссылка ]
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 в эффективности прямого впрыска, сохраняя при этом простоту и легкость разработки непрямого впрыска. [ нужна ссылка ]
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 .
Преимущества камер сгорания с непрямым впрыском
[ редактировать ]- Возможно производство дизелей меньшего размера.
- Требуемое давление впрыска низкое, поэтому производство инжектора обходится дешевле.
- Направление инъекции имеет меньшее значение.
- Непрямой впрыск намного проще спроектировать и изготовить, особенно для бензиновых двигателей. Требуется меньше разработки форсунок и низкое давление впрыска (1500 фунтов на квадратный дюйм/100 бар против 5000 фунтов на квадратный дюйм/345 бар и выше для прямого впрыска).
- Меньшие 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 эти типы отличались только головкой блока цилиндров и необходимостью установки распределителя и свечей зажигания в бензиновой версии, а в дизельной версии — ТНВД и форсунок . BMC A-серии и B-серии Примеры включают двигатели Land Rover объемом 2,25/2,5 литра , а также 4-цилиндровые двигатели . Такие конструкции позволяют создавать бензиновые и дизельные версии одного и того же автомобиля с минимальными конструктивными изменениями между ними.
- Могут быть достигнуты более высокие обороты двигателя, поскольку горение продолжается в форкамере.
- Альтернативные виды топлива, такие как биодизель и отработанное растительное масло, с меньшей вероятностью повредят топливную систему дизельного двигателя с непрямым впрыском, поскольку не требуется высокое давление впрыска. высокого давления В двигателях с непосредственным впрыском (особенно в современных двигателях, использующих топливные системы Common Rail ) поддержание топливных фильтров в хорошем состоянии более важно, поскольку мусор может повредить насосы и форсунки при использовании отработанного растительного масла или отработанного моторного масла.
Недостатки
[ редактировать ]- Топливная эффективность дизельных двигателей ниже, чем при прямом впрыске, поскольку большие открытые поверхности имеют тенденцию рассеивать больше тепла, а воздух, проходящий через порты, имеет тенденцию увеличивать перепад давления. Однако использование более высоких степеней сжатия несколько сведет на нет эту неэффективность.
- Свечи накаливания нужны для холодного запуска дизельных двигателей; многие дизельные двигатели с непрямым впрыском вообще не могут запуститься в холодную погоду без свечей накаливания.
- Поскольку тепло и давление сгорания воздействуют на очень небольшую область поршня , когда он выходит из форкамеры или вихревой камеры, такие двигатели менее подходят для работы с высокой удельной мощностью (например, турбонаддувом , наддувом или тюнингом), чем прямой впрыск. дизели. Повышенная температура и давление на одну часть днища поршня вызывают неравномерное расширение, которое может привести к растрескиванию, деформации или другим повреждениям, хотя достижения в технологиях производства позволили производителям в значительной степени смягчить последствия неравномерного расширения, позволяя дизельным двигателям с непрямым впрыском использовать турбонаддув.
- Двигатели с непрямым впрыском часто намного шумнее, чем двигатели с прямым впрыском топлива и системой Common Rail.
- Пусковую жидкость («эфир») часто нельзя использовать в дизельных двигателях с непрямым впрыском, поскольку свечи накаливания значительно увеличивают риск преждевременного зажигания по сравнению с дизелями с прямым впрыском.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Керр, Джим. «Прямая и портовая инъекция» . Вестник Хроники . Проверено 28 июня 2016 г.
- ^ Смит, Скотт; Гюнтер, Грегори (17 октября 2016 г.). «Образование отложений на впускных клапанах бензиновых двигателей с непосредственным впрыском» . Международный журнал топлива и смазочных материалов SAE . 9 (3): 558–566. дои : 10.4271/2016-01-2252 . ISSN 1946-3960 .
- ^ Стоун, Ричард. «Введение в ICE», Палгрейс Макмиллан, 1999, стр. 224
- ^ Двухтактный двигатель
- ^ Электромеханические первичные двигатели: электродвигатели . Международное высшее образование Макмиллана. 18 июня 1971 г., стр. 21–. ISBN 978-1-349-01182-7 .
- ^ «Сэр Гарри Рикардо» . сайт oldengine.org. Архивировано из оригинала 17 октября 2010 года . Проверено 8 января 2017 г.
- ^ Демпси, П. (1995). Устранение неисправностей и ремонт дизельных двигателей . ТАБ Книги. п. 127. ИСБН 9780070163485 . Проверено 8 января 2017 г.
- ^ Демпси, Пол (2007). Устранение неисправностей и ремонт дизельных двигателей . МакГроу Хилл Профессионал. ISBN 9780071595186 . Проверено 2 декабря 2017 г.
- ^ Демпси, П. (1995). Устранение неисправностей и ремонт дизельных двигателей . ТАБ Книги. п. 128. ИСБН 9780070163485 . Проверено 8 января 2017 г.
- ^ «Система сгорания Ланова» . Коммерческий мотор . 6 января 1933 года . Проверено 11 ноября 2017 г.