Indirekt injektion - Indirect injection
Indirekt injektion i en förbränningsmotor är bränsleinsprutning där bränsle inte injiceras direkt i förbränningskammaren . Bensinmotorer utrustade med indirekta injektionssystem, där en bränsleinsprutare levererar bränslet någon gång före inloppsventilen , har mest fallit i oförmåga till direktinsprutning . Vissa tillverkare som Volkswagen, Toyota och Ford har emellertid utvecklat ett system med ”dubbelinsprutning” som kombinerar direktinsprutare med port (indirekt) injektorer, vilket kombinerar fördelarna med båda typerna av bränsleinsprutning. Direktinsprutning gör att bränslet kan doseras exakt i förbränningskammaren under högt tryck vilket kan leda till högre effekt, bränsleeffektivitet. Problemet med direktinsprutning är att det vanligtvis leder till större mängder partiklar och eftersom bränslet inte längre kommer i kontakt med insugningsventilerna kan kol ackumuleras på insugningsventilerna över tid. Genom att lägga till indirekt injektion hålls bränslesprutning på inloppsventilerna, vilket minskar eller eliminerar kolackumulering på insugningsventiler och vid låga belastningsförhållanden möjliggör indirekt injektion bättre blandning av bränsle och luft. Detta system används huvudsakligen i högre kostnadsmodeller på grund av de ökade kostnaderna och komplexiteten.
Portinsprutning avser sprutning av bränslet på insugningsventilens baksida, vilket påskyndar dess avdunstning.
Indirekt insprutning dieselmotor levererar bränsle in i en kammare utanför förbränningskammaren, antingen en förkammare eller virvelkammare, där förbränning börjar och sedan sprider in i huvudförbränningskammaren. Förkammaren är noggrant utformad för att säkerställa tillräcklig blandning av det finfördelade bränslet med den kompressionsuppvärmda luften.
Bensinmotorer
En fördel med indirekta bensinmotorer kontra direktinsprutade bensinmotorer är att avlagringar på insugningsventiler från vevhusets ventilationssystem tvättas av bränslet.
Dieselmotorer
Översikt
Syftet med den delade förbränningskammaren är att påskynda förbränningsprocessen och att öka effekten genom att öka motorvarvtalet. Tillägget av en förkammare ökar värmeförlusten till kylsystemet och sänker därmed motoreffektiviteten. Motorn kräver glödstift för start. I ett indirekt injektionssystem rör sig luften snabbt, blandar bränsle och luft. Detta förenklar injektorns design och möjliggör användning av mindre motorer och mindre tålt toleranser som är enklare att tillverka och mer tillförlitliga. Direktinsprutning använder däremot långsam luft och snabbt rörligt bränsle. både konstruktionen och tillverkningen av injektorerna är svårare. Optimeringen av luftflödet i cylindern är mycket svårare än att utforma en förkammare. Det finns mycket mer integration mellan injektorns konstruktion och motorn. Det är av den anledningen att bildieselmotorer nästan alla var indirekta insprutning tills den snabba tillgängligheten av kraftfulla CFD -simuleringssystem gjorde det möjligt att anta direktinsprutning.
Galleri
Cylinderhuvud på en liten Kubota indirekt dieselmotor.
Toppen av huvudet
Kolv
Injektorhål
Cylinderhuvud
Injektionspump
Huvud på nära håll
Förbränningskammare
Glödstift
Klassificering av indirekta förbränningskammare
Virvelkammare
Virvelkammare är sfäriska hålrum placerade i cylinderhuvudet och separerade från motorcylindern med en tangentiell hals. Ungefär 50% av luften kommer in i virvelkammaren under motorns kompressionsslag, vilket ger en virvel. Efter förbränning återvänder produkterna genom samma hals till huvudcylindern med mycket högre hastighet, så mer värme går förlorad till väggarna i passagen. Denna typ av kammare finner tillämpning i motorer där bränslekontroll och motorstabilitet är viktigare än bränsleekonomi. Dessa kallas också Ricardo -kammare, uppkallade efter uppfinnaren, Sir Harry Ricardo .
Förbränningskammare
Denna kammare är placerad vid cylinderhuvudet och är ansluten till motorcylindern med små hål. Den upptar 40% av den totala cylindervolymen. Under kompressionsslaget går luft från huvudcylindern in i förbränningskammaren. För närvarande injiceras bränsle i förförbränningskammaren och förbränningen börjar. Trycket ökar och bränsledropparna tvingas genom de små hålen in i huvudcylindern, vilket resulterar i en mycket bra blandning av bränsle och luft. Huvuddelen av förbränningen sker faktiskt i huvudcylindern. Denna typ av förbränningskammare har kapacitet för flera bränslen eftersom temperaturen i förkammaren förångar bränslet innan huvudförbränningshändelsen inträffar.
Luftcellkammare
Luftcellen är en liten cylindrisk kammare med ett hål i ena änden. Den är monterad mer eller mindre koaxiellt med injektorn, varvid axeln är parallell med kolvkronan, medan injektorn skjuter över ett litet hålrum som är öppet för cylindern in i hålet i luftcellens ände. Luftcellen är monterad för att minimera termisk kontakt med huvudets massa. En pintle -injektor med ett smalt sprutmönster används. Vid dess övre dödpunkt (TDC) finns majoriteten av laddningsmassan i hålrummet och luftcellen.
När injektorn skjuter kommer bränslestrålen in i luftcellen och antänds. Detta resulterar i att en flamstråle skjuter tillbaka ur luftcellen direkt in i bränslestrålen som fortfarande utgår från injektorn. Värmen och turbulensen ger utmärkta bränsleförångnings- och blandningsegenskaper. Eftersom majoriteten av förbränningen sker utanför luftcellen i hålrummet, som kommunicerar direkt med cylindern, är det mindre värmeförlust involverad i överföring av brännladdningen till cylindern.
Luftcellsinjektion kan betraktas som en kompromiss mellan indirekt och direkt injektion, vilket får några av effektivitetsfördelarna med direktinsprutning samtidigt som enkelheten och utvecklingen av indirekt injektion bibehålls.
Luftcellkammare kallas vanligen Lanova luftkammare. Förbränningssystemet Lanova utvecklades av företaget Lanova, som grundades 1929 av Franz Lang, Gotthard Wielich och Albert Wielich.
I USA användes Lanova -systemet av Mack Trucks . Ett exempel är Mack-Lanova ED-dieselmotorn monterad på Mack NR- lastbilen.
Fördelar med indirekta injektionsförbränningskammare
- Mindre dieslar kan produceras.
- Insprutningstrycket som krävs är lågt, så injektorn är billigare att producera.
- Injektionsriktningen är av mindre betydelse.
- Indirekt injektion är mycket enklare att designa och tillverka; mindre injektorutveckling krävs och injektionstrycket är lågt (1500 psi/100 bar kontra 5000 psi/345 bar och högre för direktinsprutning)
- De lägre påfrestningarna som indirekt injektion påför interna komponenter innebär att det är möjligt att producera bensin- och indirekta dieselversioner av samma grundmotor. I bästa fall skiljer sig dessa typer bara åt med cylinderhuvudet och behovet av att montera en fördelare och tändstift i bensinversionen samtidigt som en injektionspump och injektorer monteras på dieseln. Exempel är BMC- motorerna i A-serien och B-serien och Land Rover 2,25/2,5- liters 4-cylindriga typer. Sådana konstruktioner gör det möjligt att bygga bensin- och dieselversioner av samma fordon med minimala designändringar mellan dem.
- Högre motorvarvtal kan nås eftersom bränningen fortsätter i förkammaren.
- Alternativa bränslen som bio-diesel och spillolja är mindre benägna att täppa till bränslesystemet i en indirekt dieselmotor. I motorer med direktinsprutning kan skräp från tidigare användning inom livsmedelsindustrin täppa till injektorerna när vegetabilisk olja används.
Nackdelar
- Bränsleeffektiviteten med dieselmotorer är lägre än vid direktinsprutning, eftersom de större exponerade områdena tenderar att släppa ut mer värme och luften som rör sig genom portarna tenderar att öka tryckfall. Emellertid har indirekta injektionsmotorer vanligtvis mycket högre kompressionsförhållanden, vilket något kommer att förneka denna ineffektivitet.
- Glödstift behövs för en kall motorstart på dieselmotorer; många indirekta dieselmotorer kan inte starta alls i kallt väder utan glödstift.
- Eftersom värmen och förbränningstrycket appliceras på ett mycket litet område på kolven när den lämnar förförbränningskammaren eller virvelkammaren, är sådana motorer mindre lämpade för höga specifika effekteffekter (såsom turboladdning , överladdning eller inställning) än direktinsprutning dieslar. Den ökade temperaturen och trycket på en del av kolvkronan orsakar ojämn expansion som kan leda till sprickbildning, snedvridning eller andra skador (även om nya tillverkningstekniker har gjort det möjligt för tillverkare att i stor utsträckning mildra effekterna av ojämn expansion, vilket möjliggör indirekta injektionsdieslar att använda turboladdning).
- Startvätska ("eter") kan ofta inte användas i indirekta dieselmotorer eftersom glödstiftet kraftigt ökar risken för förbränning jämfört med direktinsprutade dieslar.