Injeção indireta - Indirect injection
A injeção indireta em um motor de combustão interna é a injeção de combustível em que o combustível não é injetado diretamente na câmara de combustão . Os motores a gasolina equipados com sistemas de injeção indireta, em que um injetor de combustível fornece o combustível em algum ponto antes da válvula de admissão , caíram em desuso para a injeção direta . No entanto, alguns fabricantes como Volkswagen, Toyota e Ford desenvolveram um sistema de 'injeção dupla', combinando injetores diretos com injetores de porta (indiretos), combinando os benefícios de ambos os tipos de injeção de combustível. A injeção direta permite que o combustível seja medido com precisão na câmara de combustão sob alta pressão, o que pode levar a uma maior potência e eficiência de combustível. O problema com a injeção direta é que normalmente leva a maiores quantidades de partículas e, como o combustível não entra mais em contato com as válvulas de admissão, o carbono pode se acumular nas válvulas de admissão ao longo do tempo. Adicionar injeção indireta mantém a pulverização de combustível nas válvulas de admissão, reduzindo ou eliminando o acúmulo de carbono nas válvulas de admissão e, em condições de baixa carga, a injeção indireta permite uma melhor mistura de ar e combustível. Este sistema é usado principalmente em modelos de custo mais alto devido ao custo adicional e à complexidade.
A injeção de porta se refere à pulverização do combustível na parte de trás da válvula de admissão, o que acelera sua evaporação.
Um motor a diesel com injeção indireta fornece combustível para uma câmara fora da câmara de combustão, seja uma pré-câmara ou uma câmara de turbulência, onde a combustão começa e então se espalha para a câmara de combustão principal. A pré-câmara é cuidadosamente projetada para garantir a mistura adequada do combustível atomizado com o ar aquecido por compressão.
Motores a gasolina
Uma vantagem dos motores a gasolina de injeção indireta em relação aos motores a gasolina de injeção direta é que os depósitos nas válvulas de admissão do sistema de ventilação do cárter são lavados pelo combustível.
Motores a diesel
Visão geral
O objetivo da câmara de combustão dividida é acelerar o processo de combustão e aumentar a potência de saída aumentando a velocidade do motor. A adição de uma pré-câmara aumenta a perda de calor para o sistema de arrefecimento e, portanto, reduz a eficiência do motor. O motor requer velas incandescentes para dar partida. Em um sistema de injeção indireta, o ar se move rapidamente, misturando o combustível e o ar. Isso simplifica o projeto do injetor e permite o uso de motores menores e projetos com tolerância menos rígida, que são mais simples de fabricar e mais confiáveis. A injeção direta , por outro lado, usa ar lento e combustível rápido; tanto o projeto quanto a fabricação dos injetores são mais difíceis. A otimização do fluxo de ar no cilindro é muito mais difícil do que projetar uma pré-câmara. Há muito mais integração entre o design do injetor e o motor. É por esta razão que os motores diesel dos automóveis eram quase todos de injeção indireta até que a disponibilidade de poderosos sistemas de simulação CFD tornasse prática a adoção da injeção direta.
Galeria
Cabeça de cilindro de um pequeno motor diesel Kubota com injeção indireta.
Topo da cabeça
Pistão
Furos injetores
Cabeça do cilindro
Bomba de injeção
Cabeça de perto
Câmaras de combustão
Velas incandescentes
Classificação das câmaras de combustão indireta
Câmara de redemoinho
As câmaras de redemoinho são cavidades esféricas localizadas na cabeça do cilindro e separadas do cilindro do motor por uma garganta tangencial. Cerca de 50% do ar entra na câmara de redemoinho durante o curso de compressão do motor, produzindo um redemoinho. Após a combustão, os produtos retornam pela mesma garganta para o cilindro principal em uma velocidade muito maior, de modo que mais calor é perdido para as paredes da passagem. Este tipo de câmara encontra aplicação em motores nos quais o controle de combustível e a estabilidade do motor são mais importantes do que a economia de combustível. Também são chamadas de câmaras Ricardo, em homenagem ao inventor, Sir Harry Ricardo .
Câmara de pré-combustão
Esta câmara está localizada na cabeça do cilindro e é conectada ao cilindro do motor por pequenos orifícios. Ocupa 40% do volume total do cilindro. Durante o curso de compressão, o ar do cilindro principal entra na câmara de pré-combustão. Nesse momento, o combustível é injetado na câmara de pré-combustão e a combustão é iniciada. A pressão aumenta e as gotas de combustível são forçadas através dos pequenos orifícios no cilindro principal, resultando em uma mistura muito boa de combustível e ar. A maior parte da combustão realmente ocorre no cilindro principal. Este tipo de câmara de combustão tem capacidade de multicombustível porque a temperatura da pré-câmara vaporiza o combustível antes que ocorra o evento de combustão principal.
Câmara de célula de ar
A célula de ar é uma pequena câmara cilíndrica com um orifício em uma das extremidades. É montado mais ou menos coaxialmente com o injetor, sendo o referido eixo paralelo à coroa do pistão, com o injetor disparando através de uma pequena cavidade que é aberta para o cilindro no orifício na extremidade da célula de ar. A célula de ar é montada de forma a minimizar o contato térmico com a massa da cabeça. É usado um injetor de pino com um padrão de pulverização estreito. Em seu ponto morto superior (TDC), a maioria da massa de carga está contida na cavidade e na célula de ar.
Quando o injetor dispara, o jato de combustível entra na célula de ar e acende. Isso resulta em um jato de chama voltando da célula de ar diretamente para o jato de combustível que ainda sai do injetor. O calor e a turbulência proporcionam excelentes propriedades de vaporização e mistura do combustível. Além disso, como a maior parte da combustão ocorre fora da célula de ar na cavidade, que se comunica diretamente com o cilindro, há menos perda de calor envolvida na transferência da carga de combustão para o cilindro.
A injeção de células de ar pode ser considerada como um compromisso entre a injeção indireta e direta, ganhando algumas das vantagens de eficiência da injeção direta, mantendo a simplicidade e facilidade de desenvolvimento da injeção indireta.
As câmaras de células de ar são comumente chamadas de câmaras de ar Lanova. O sistema de combustão Lanova foi desenvolvido pela empresa Lanova, fundada em 1929 por Franz Lang, Gotthard Wielich e Albert Wielich.
Nos EUA, o sistema Lanova foi usado pela Mack Trucks . Um exemplo é o motor diesel Mack-Lanova ED instalado no caminhão Mack NR .
Vantagens das câmaras de combustão de injeção indireta
- Podem ser produzidos motores diesel menores.
- A pressão de injeção necessária é baixa, então o injetor é mais barato de produzir.
- A direção da injeção é menos importante.
- A injeção indireta é muito mais simples de projetar e fabricar; menos desenvolvimento de injetor é necessário e as pressões de injeção são baixas (1500 psi / 100 bar contra 5000 psi / 345 bar e mais para injeção direta)
- As tensões mais baixas que a injeção indireta impõe aos componentes internos significa que é possível produzir versões a gasolina e diesel com injeção indireta do mesmo motor básico. Na melhor das hipóteses, esses tipos diferem apenas na cabeça do cilindro e na necessidade de instalar um distribuidor e velas de ignição na versão a gasolina, enquanto se instalam uma bomba injetora e injetores no diesel. Os exemplos incluem os motores BMC A-Series e B-Series e os tipos de 4 cilindros Land Rover 2,25 / 2,5 litros . Tais designs permitem que versões a gasolina e diesel do mesmo veículo sejam construídas com mudanças mínimas de design entre eles.
- Velocidades mais altas do motor podem ser alcançadas, uma vez que a queima continua na pré-câmara.
- Combustíveis alternativos como biodiesel e óleo vegetal residual têm menos probabilidade de obstruir o sistema de combustível em um motor a diesel com injeção indireta. Em motores de injeção direta, resíduos de uso anterior na indústria de alimentos podem entupir os injetores quando óleo vegetal residual é usado.
Desvantagens
- A eficiência do combustível com motores a diesel é menor do que com injeção direta, pois as áreas expostas maiores tendem a dissipar mais calor e o ar que se move através das portas tende a aumentar as quedas de pressão. No entanto, os motores de injeção indireta normalmente têm taxas de compressão muito mais altas, o que de certa forma anula essa ineficiência.
- As velas incandescentes são necessárias para uma partida a frio em motores a diesel; muitos motores a diesel com injeção indireta não podem dar partida em climas frios sem velas de incandescência.
- Como o calor e a pressão da combustão são aplicados a uma área muito pequena do pistão conforme ele sai da câmara de pré-combustão ou da câmara de turbulência, esses motores são menos adequados para altas saídas de potência específicas (como turboalimentação , superalimentação ou ajuste) do que injeção direta diesel. O aumento da temperatura e pressão em uma parte da coroa do pistão causa expansão desigual que pode levar a rachaduras, distorção ou outros danos (embora novas técnicas de fabricação tenham permitido aos fabricantes mitigar amplamente os efeitos da expansão desigual, permitindo o uso de motores diesel de injeção indireta turbocompressor).
- O fluido de partida ("éter") geralmente não pode ser usado em motores a diesel de injeção indireta, pois as velas de incandescência aumentam muito o risco de pré-ignição em comparação com os motores a diesel de injeção direta.