間接注入

内燃機関における間接噴射は、燃料が燃焼室に直接噴射されない燃料噴射です。

燃料噴射装置が吸気バルブの前のある時点で燃料を供給する間接噴射システムを搭載したガソリンエンジンは、直噴システムに比べてほとんど人気が落ちています。しかし、フォルクスワーゲン、トヨタ、フォードなどのメーカーは、直噴インジェクターとポート（間接）インジェクターを組み合わせた「デュアル噴射」システムを開発し、両方の燃料噴射の利点を融合させています。直噴は、燃料を高圧下で燃焼室に正確に計量供給することを可能にし、より高い出力と燃費効率をもたらします。直噴の問題点は、通常、粒子状物質の量が増加し、燃料が吸気バルブに接触しなくなるため、時間の経過とともに吸気バルブにカーボンが蓄積する可能性があることです。間接噴射を追加することで、吸気バルブへの燃料の噴霧が維持され、吸気バルブへのカーボンの蓄積が軽減または解消されます。また、低負荷状態では、間接噴射によって燃料と空気の混合が改善されます。このシステムは、費用と複雑さが増すため、主に高価格帯のモデルで使用されています。

ポート噴射とは、吸気バルブの裏側に燃料を噴射して蒸発を促進することを指します。[ 1 ]

間接噴射式ディーゼルエンジンは、燃料を燃焼室から離れた副室または渦流室に送り込み、そこで燃焼が始まり、主燃焼室へと広がります。副室は、霧化された燃料と圧縮加熱された空気が適切に混合されるよう、綿密に設計されています。

ガソリンエンジン

直噴ガソリンエンジンと比較した間接噴射ガソリンエンジンの利点は、クランクケース換気システムからの吸気バルブの堆積物が燃料によって洗い流されることです。[ 2 ]また、間接噴射エンジンは燃料と空気がより均一に混合されるため、直噴エンジンに比べて 粒子状物質の排出量が少ない傾向があります。

ディーゼルエンジン

概要

分割された燃焼室の目的は、燃焼プロセスを高速化し、エンジン回転数を上げて出力を向上させることです。[ 3 ]プレチャンバーを追加すると、冷却システムへの熱損失が増加し、それによってエンジン効率が低下します。エンジンを始動するにはグロープラグが必要です。間接噴射システムでは、空気が高速で移動し、燃料と空気が混合します。これにより、エンジン（ピストンクラウン、ヘッド、バルブ、インジェクター、プレチャンバーなど）の設計が簡素化され、製造がより簡単で信頼性の高い、公差の緩い設計を使用できるようになります。対照的に、直接噴射では、動きの遅い空気と動きの速い燃料を使用します。インジェクターの設計と製造はどちらもより困難です。シリンダー内の空気の流れを最適化することは、プレチャンバーの設計よりもはるかに困難です。インジェクターとエンジンの設計の間には、はるかに多くの統合があります。[ 4 ]この理由により、強力なCFDシミュレーション システムが容易に利用できるようになり、直接噴射の採用が現実的になるまで、自動車のディーゼル エンジンはほぼすべて間接噴射でした。

間接燃焼室の分類

渦流室

リカルド・コメット渦流室

スワールチャンバーはシリンダーヘッドに設けられた球状の空洞で、接線方向のスロートによってエンジンシリンダーから分離されています。エンジンの圧縮行程中に約50%の空気がスワールチャンバーに入り、スワールを発生させます。[ 5 ] 燃焼後、燃焼生成物は同じスロートを通ってメインシリンダーに非常に高速で戻るため、より多くの熱が通路の壁から失われます。このタイプのチャンバーは、燃費よりも燃料制御とエンジンの安定性が重視されるエンジンに使用されます。これらは発明者であるハリー・リカード卿にちなんでリカルドチャンバーとも呼ばれます。[ 6 ] [ 7 ]

予燃焼室

この燃焼室はシリンダーヘッドに位置し、小さな穴によってエンジンシリンダーに接続されています。シリンダー全体の容積の40%を占めています。圧縮行程中、メインシリンダーからの空気が予燃焼室に入ります。この瞬間、燃料が予燃焼室に噴射され、燃焼が始まります。圧力が上昇し、燃料の液滴が小さな穴を通ってメインシリンダーに押し出され、燃料と空気の非常に良好な混合が実現します。燃焼の大部分は実際にはメインシリンダー内で行われます。このタイプの燃焼室は、主燃焼が起こる前に予燃焼室の温度によって燃料が気化するため、多燃料対応能力を備えています。[ 8 ]

エアセルチャンバー

ラノバの前身であるアクロ型噴射システムもフランツ・ラングが設計した。

エアセルは、一端に穴が開いた小さな円筒形のチャンバーです。インジェクターとほぼ同軸上に取り付けられており、インジェクターの軸はピストンクラウンと平行です。インジェクターは、シリンダーに通じる小さなキャビティを通してエアセル端の穴に燃料を噴射します。エアセルは、ヘッドの質量との熱接触を最小限に抑えるように取り付けられています。狭い噴霧パターンを持つピントル型インジェクターが使用されています。上死点（TDC）では、充填質量の大部分がキャビティとエアセルに収容されます。

インジェクターが点火すると、燃料のジェットがエアセルに流入し、点火します。その結果、エアセルから噴出した炎のジェットが、インジェクターから噴出する燃料のジェットに直接逆流します。この熱と乱流により、燃料の気化と混合が優れた特性を発揮します。また、燃焼の大部分はエアセル外のキャビティ内で行われ、キャビティはシリンダーと直接連通しているため、燃焼した燃料をシリンダー内に送り込む際の熱損失が少なくなります。

エアセル噴射は、間接噴射と直接噴射の妥協案として考えられ、間接噴射のシンプルさと開発の容易さを維持しながら、直接噴射の効率上の利点の一部を獲得します。

エアセルチャンバーは一般的にラノバエアチャンバーと呼ばれます。[ 9 ]ラノバ燃焼システムは、1929年にフランツ・ラング、ゴッタルド・ヴィーリッヒ、アルバート・ヴィーリッヒによって設立されたラノバ社によって開発されました。[ 10 ]

米国では、マック・トラックがラノバシステムを採用していました。一例として、マックNRトラックに搭載されたマック・ラノバEDディーゼルエンジンが挙げられます。

間接噴射燃焼室の利点

デメリット

参照

参考文献

  1. ^ジム・カー、「直接注入 vs. ポート注入」。クロニクル・ヘラルド。 2016年6月28日閲覧。
  2. ^スミス、スコット；ギンサー、グレゴリー（2016年10月17日）「ガソリン直噴エンジンにおける吸気バルブデポジットの形成」 SAE国際燃料潤滑油ジャーナル9 (3): 558–566 . doi : 10.4271/2016-01-2252 . ISSN 1946-3960 . 
  3. ^ストーン、リチャード「ICE入門」パルグレース・マクミラン、1999年、224ページ
  4. ^ 2ストロークエンジン
  5. ^電気機械原動機：電動モーターマクミラン国際高等教育 1971年6月18日 pp. 21–. ISBN 978-1-349-01182-7。
  6. ^ “Sir Harry Ricardo” . oldengine.org. 2010年10月17日時点のオリジナルよりアーカイブ。2017年1月8日閲覧。
  7. ^ Dempsey, P. (1995).ディーゼルエンジンのトラブルシューティングと修理. TABブックス. p. 127. ISBN 9780070163485. 2017年1月8日閲覧。
  8. ^デンプシー、ポール（2007年）『ディーゼルエンジンのトラブルシューティングと修理』マグロウヒル・プロフェッショナル、ISBN 9780071595186. 2017年12月2日閲覧。
  9. ^ Dempsey, P. (1995).ディーゼルエンジンのトラブルシューティングと修理. TABブックス. p. 128. ISBN 9780070163485. 2017年1月8日閲覧。
  10. ^ 「ラノバ燃焼システム」『コマーシャル・モーター』誌、1933年1月6日。 2017年11月11日閲覧。
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