La inyección indirecta en un motor de combustión interna es la inyección de combustible en la que el combustible no se inyecta directamente en la cámara de combustión . En la última década, [ ¿cuándo? ] Los motores de gasolina equipados con sistemas de inyección indirecta, en los que un inyector de combustible entrega el combustible en algún punto antes de la válvula de admisión , en su mayoría han perdido el favor de la inyección directa.. Sin embargo, ciertos fabricantes como Volkswagen, Toyota y Ford han desarrollado un sistema de 'inyección dual', que combina inyectores directos con inyectores de puerto (indirectos), combinando los beneficios de ambos tipos de inyección de combustible. La inyección directa permite que el combustible se dosifique con precisión en la cámara de combustión a alta presión, lo que puede conducir a una mayor potencia y eficiencia del combustible. El problema con la inyección directa es que, por lo general, conduce a una mayor cantidad de partículas.y como el combustible ya no entra en contacto con las válvulas de admisión, el carbón se puede acumular en las válvulas de admisión con el tiempo. La inyección indirecta mantiene la pulverización de combustible en las válvulas de admisión, lo que reduce o elimina la acumulación de carbono en las válvulas de admisión y, en condiciones de baja carga, la inyección indirecta permite una mejor mezcla de aire y combustible. Este sistema se utiliza principalmente en modelos de mayor costo debido al costo adicional y la complejidad.
La inyección en el puerto se refiere a la pulverización del combustible en la parte posterior del puerto de admisión, lo que acelera su evaporación. [1]
Un motor diesel de inyección indirecta entrega combustible a una cámara fuera de la cámara de combustión, llamada precámara, donde comienza la combustión y luego se extiende a la cámara de combustión principal. La precámara está cuidadosamente diseñada para asegurar una mezcla adecuada del combustible atomizado con el aire calentado por compresión.
Motores de gasolina
Una ventaja de los motores de gasolina de inyección indirecta frente a los motores de gasolina de inyección directa es que el combustible lava los depósitos en las válvulas de admisión del sistema de ventilación del cárter . [2]
Motores diesel
Descripción general
El propósito de la cámara de combustión dividida es acelerar el proceso de combustión para aumentar la potencia de salida aumentando la velocidad del motor. [3] Sin embargo, la adición de una precámara aumenta la pérdida de calor al sistema de enfriamiento y, por lo tanto, reduce la eficiencia del motor. El motor requiere bujías incandescentes para arrancar. En un sistema de inyección indirecta, el aire se mueve rápido, mezclando el combustible y el aire. Esto simplifica el diseño del inyector y permite el uso de motores más pequeños y diseños con tolerancias menos estrictas que son más simples de fabricar y más confiables. La inyección directa , por el contrario, utiliza aire de movimiento lento y combustible de movimiento rápido; tanto el diseño como la fabricación de los inyectores es más difícil. La optimización del flujo de aire en el cilindro es mucho más difícil que diseñar una precámara. Hay mucha más integración entre el diseño del inyector y el motor. [4] Es por esta razón que los motores diésel de los automóviles eran casi todos de inyección indirecta hasta que la rápida disponibilidad de potentes sistemas de simulación CFD hizo que la adopción de la inyección directa fuera práctica. [ cita requerida ]
Galería
Culata de un pequeño motor diesel de inyección indirecta Kubota .
Clasificación de cámaras de combustión indirecta.
Cámara de turbulencia
Las cámaras de turbulencia son cavidades esféricas ubicadas en la culata y separadas del cilindro del motor por una garganta tangencial. Aproximadamente el 50% del aire ingresa a la cámara de turbulencia durante la carrera de compresión del motor, produciendo una turbulencia. [5] Después de la combustión, los productos regresan por la misma garganta al cilindro principal a una velocidad mucho mayor, por lo que se pierde más calor en las paredes del conducto. Este tipo de cámara encuentra aplicación en motores en los que el control de combustible y la estabilidad del motor son más importantes que el ahorro de combustible. También se llaman cámaras de Ricardo, que llevan el nombre del inventor, Sir Harry Ricardo . [6] [7]
Cámara de precombustión
Esta cámara está ubicada en la culata y está conectada al cilindro del motor mediante pequeños orificios. Ocupa el 40% del volumen total del cilindro. Durante la carrera de compresión, el aire del cilindro principal ingresa a la cámara de precombustión. En este momento, se inyecta combustible en la cámara de precombustión y comienza la combustión. La presión aumenta y las gotitas de combustible pasan a través de los pequeños orificios del cilindro principal, lo que da como resultado una muy buena mezcla de combustible y aire. La mayor parte de la combustión tiene lugar realmente en el cilindro principal. Este tipo de cámara de combustión tiene capacidad multicombustible porque la temperatura de la precámara vaporiza el combustible antes de que ocurra el evento de combustión principal. [8]
Cámara de celda de aire
La celda de aire es una pequeña cámara cilíndrica con un orificio en un extremo. Se monta más o menos coaxialmente con el inyector, siendo dicho eje paralelo a la corona del pistón, con el inyector disparando a través de una pequeña cavidad abierta al cilindro en el orificio del extremo de la celda de aire. La celda de aire está montada para minimizar el contacto térmico con la masa de la cabeza. Se utiliza un inyector de pivote con un patrón de pulverización estrecho. En su punto muerto superior (TDC), la mayor parte de la masa de carga está contenida en la cavidad y la celda de aire. [ cita requerida ]
Cuando el inyector dispara, el chorro de combustible entra en la celda de aire y se enciende. Esto da como resultado un chorro de llama que sale disparado de la celda de aire directamente al chorro de combustible que aún sale del inyector. El calor y la turbulencia proporcionan excelentes propiedades de mezcla y vaporización del combustible. Además, dado que la mayor parte de la combustión tiene lugar fuera de la celda de aire en la cavidad, que se comunica directamente con el cilindro, hay menos pérdida de calor involucrada en la transferencia de la carga de combustión al cilindro.
La inyección con celda de aire se puede considerar como un compromiso entre la inyección directa e indirecta, obteniendo algunas de las ventajas de eficiencia de la inyección directa al tiempo que conserva la simplicidad y facilidad de desarrollo de la inyección indirecta. [ cita requerida ]
Las cámaras de aire se denominan comúnmente cámaras de aire Lanova. [9] El sistema de combustión Lanova fue desarrollado por la empresa Lanova, que fue fundada en 1929 por Franz Lang, Gotthard Wielich y Albert Wielich. [10]
En los EE. UU., Mack Trucks utilizó el sistema Lanova . Un ejemplo es el motor diésel Mack-Lanova ED instalado en el camión Mack NR .
Ventajas de las cámaras de combustión de inyección indirecta
- Se pueden producir motores diesel más pequeños.
- La presión de inyección requerida es baja, por lo que el inyector es más económico de producir.
- La dirección de inyección es de menor importancia.
- La inyección indirecta es mucho más sencilla de diseñar y fabricar; se requiere menos desarrollo del inyector y las presiones de inyección son bajas (1500 psi / 100 bar frente a 5000 psi / 345 bar y más para inyección directa)
- Las menores tensiones que la inyección indirecta impone a los componentes internos significa que es posible producir versiones de gasolina y diésel de inyección indirecta del mismo motor básico. En el mejor de los casos, estos tipos solo se diferencian en la culata y en la necesidad de instalar un distribuidor y bujías en la versión de gasolina mientras se instala una bomba de inyección e inyectores en el diésel. Los ejemplos incluyen las BMC de la serie A y B de la serie motores y los Land Rover 2,25 / 2.5- litros tipos de 4 cilindros. Dichos diseños permiten construir versiones de gasolina y diesel del mismo vehículo con cambios mínimos de diseño entre ellos.
- Se pueden alcanzar velocidades de motor más altas, ya que la combustión continúa en la precámara.
- Es menos probable que los combustibles alternativos como el biodiésel y el aceite vegetal de desecho obstruyan el sistema de combustible en un motor diésel de inyección indirecta. En los motores de inyección directa, los residuos de un uso anterior en la industria alimentaria pueden obstruir los inyectores cuando se utiliza aceite vegetal de desecho.
Desventajas
- La eficiencia del combustible con los motores diesel es menor que con la inyección directa, ya que las áreas expuestas más grandes tienden a disipar más calor y el aire que se mueve a través de los puertos tiende a aumentar las caídas de presión. Sin embargo, los motores de inyección indirecta suelen tener relaciones de compresión mucho más altas, lo que anula un poco esta ineficiencia.
- Se necesitan bujías incandescentes para el arranque en frío del motor en motores diésel; muchos motores diesel de inyección indirecta no pueden arrancar en tiempo frío sin bujías incandescentes.
- Debido a que el calor y la presión de la combustión se aplican a un área muy pequeña del pistón cuando sale de la cámara de precombustión o de la cámara de turbulencia, estos motores son menos adecuados para salidas de potencia específicas altas (como turboalimentación , sobrealimentación o sintonización) que la inyección directa. diesel. El aumento de temperatura y presión en una parte de la corona del pistón provoca una expansión desigual que puede provocar grietas, distorsión u otros daños (aunque las nuevas técnicas de fabricación han permitido a los fabricantes mitigar en gran medida los efectos de la expansión desigual, lo que permite el uso de motores diesel de inyección indirecta). turboalimentación).
- El fluido de arranque ("éter") a menudo no se puede utilizar en motores diésel de inyección indirecta, ya que las bujías incandescentes aumentan el riesgo de preignición en comparación con los motores diésel de inyección directa.
Ver también
- Harry Ricardo
- Prosper L'Orange
- Llama premezclada
Referencias
- ^ Kerr, Jim. "Inyección directa vs. puerto" . The Chronicle Herald . Consultado el 28 de junio de 2016 .
- ^ Smith, Scott; Guinther, Gregory (17 de octubre de 2016). "Formación de depósitos de válvulas de admisión en motores de inyección directa de gasolina" . Revista internacional SAE de combustibles y lubricantes . 9 (3): 558–566. doi : 10.4271 / 2016-01-2252 . ISSN 1946-3960 .
- ^ Piedra, Richard. "Una introducción a ICE", Palgrace Macmillan, 1999, p. 224
- ^ Motor de dos tiempos
- ^ Motores primarios electromecánicos: Motores eléctricos . Macmillan International Higher Education. 18 de junio de 1971. págs. 21–. ISBN 978-1-349-01182-7.
- ^ "Sir Harry Ricardo" . oldengine.org. Archivado desde el original el 18 de noviembre de 2010 . Consultado el 8 de enero de 2017 .
- ^ Dempsey, P. (1995). Solución de problemas y reparación de motores diesel . Libros TAB. pag. 127. ISBN 9780070163485. Consultado el 8 de enero de 2017 .
- ^ Dempsey, Paul (2007). Localización de averías y reparación de motores diesel . Profesional de McGraw Hill. ISBN 9780071595186. Consultado el 2 de diciembre de 2017 .
- ^ Dempsey, P. (1995). Solución de problemas y reparación de motores diesel . Libros TAB. pag. 128. ISBN 9780070163485. Consultado el 8 de enero de 2017 .
- ^ "El sistema de combustión Lanova" . El motor comercial . 6 de enero de 1933 . Consultado el 11 de noviembre de 2017 .