Inyección indirecta

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.

Los motores de gasolina equipados con sistemas de inyección indirecta, en los que un inyector de combustible suministra el combustible en algún punto antes de la válvula de admisión, en su mayoría han perdido el favor de la inyección directa. Sin embargo, algunos fabricantes como Volkswagen, Toyota y Ford han desarrollado un sistema de 'doble inyección' Sistema 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 generar mayor potencia y eficiencia de combustible. El problema con la inyección directa es que normalmente genera mayores cantidades de partículas y, como el combustible ya no hace contacto con las válvulas de admisión, el carbón se puede acumular en las válvulas de admisión con el tiempo. Agregar inyección indirecta mantiene la pulverización de combustible en las válvulas de admisión, reduciendo o eliminando la acumulación de carbón en las válvulas de admisión y, en condiciones de carga baja, la inyección indirecta permite una mejor mezcla de aire y combustible. Este sistema se utiliza principalmente en modelos de mayor costo debido al gasto y la complejidad adicionales.

Inyección de puerto se refiere a la pulverización del combustible en la parte posterior de la válvula de admisión, lo que acelera su evaporación.

Un motor diésel de inyección indirecta suministra combustible a una cámara fuera de la cámara de combustión, ya sea una precámara o una cámara de turbulencia, donde comienza la combustión y luego se propaga 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. Los motores de inyección indirecta también tienden a producir menores cantidades de partículas en comparación con los motores de inyección directa, ya que el combustible y el aire se mezclan de manera más uniforme.

Motores diésel

Descripción general

El propósito de la cámara de combustión dividida es acelerar el proceso de combustión y aumentar la potencia al aumentar la velocidad del motor. La adición de una precámara aumenta la pérdida de calor hacia el sistema de refrigeración y, por tanto, reduce la eficiencia del motor. El motor requiere bujías incandescentes para arrancar. En un sistema de inyección indirecta, el aire se mueve rápidamente, mezclando el combustible y el aire. Esto simplifica el diseño del motor (corona de pistón, culata, válvulas, inyector, precámara, etc.) y permite el uso de diseños con tolerancias menos estrictas que son más simples de fabricar y más confiables. La inyección directa, por el contrario, utiliza aire que se mueve lentamente y combustible que se mueve rápidamente; tanto el diseño como la fabricación de los inyectores es más difícil. La optimización del flujo de aire dentro del cilindro es mucho más difícil que diseñar una precámara. Hay mucha más integración entre el diseño del inyector y el motor. Es por esta razón que los motores diésel de los automóviles eran casi todos de inyección indirecta hasta que la disponibilidad de potentes sistemas de simulación CFD hizo práctica la adopción de la inyección directa.

Clasificación de las cámaras de combustión indirecta

Cámara de turbulencia

Las cámaras de turbulencia son cavidades esféricas ubicadas en la culata del cilindro 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 un remolino. Después de la combustión, los productos regresan a través de la misma garganta al cilindro principal a una velocidad mucho mayor, por lo que se pierde más calor hacia las paredes del conducto. Este tipo de cámara encuentra aplicación en motores en los que el control del combustible y la estabilidad del motor son más importantes que el ahorro de combustible. También se llaman cámaras Ricardo, en honor al inventor Sir Harry Ricardo.

Cámara de precombustión

Esta cámara está ubicada en la culata del cilindro 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 gotas de combustible son forzadas a través de pequeños orificios hacia el cilindro principal, lo que da como resultado una muy buena mezcla de combustible y aire. En realidad, la mayor parte de la combustión tiene lugar en el cilindro principal. Este tipo de cámara de combustión tiene capacidad para múltiples combustibles porque la temperatura de la precámara vaporiza el combustible antes de que ocurra el evento de combustión principal.

Cámara de celdas de aire

La celda de aire es una pequeña cámara cilíndrica con un orificio en un extremo. Está montado más o menos coaxialmente con el inyector, siendo dicho eje paralelo a la cabeza del pistón, con el inyector disparando a través de una pequeña cavidad que está abierta al cilindro hacia el orificio en el extremo de la celda de aire. La celda de aire está montada de manera que se minimice el contacto térmico con la masa del cabezal. 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.

Cuando el inyector dispara, el chorro de combustible ingresa a la celda de aire y se enciende. Esto da como resultado un chorro de llama que sale disparado de la celda de aire directamente hacia el chorro de combustible que aún sale del inyector. El calor y la turbulencia confieren 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 de celdas 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 y al mismo tiempo conservando la simplicidad y facilidad de desarrollo de la inyección indirecta.

Las cámaras de celdas de aire se denominan comúnmente cámaras de aire Lanova. El sistema de combustión Lanova fue desarrollado por la empresa Lanova, fundada en 1929 por Franz Lang, Gotthard Wielich y Albert Wielich.

En 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 diésel más pequeño.
• La presión de inyección es baja, por lo que el inyector es más barato para producir.
• La dirección de inyección es de menor importancia.
• La inyección indirecta es mucho más simple para diseñar y fabricar, especialmente para motores de gasolina. Se requiere menos desarrollo de inyectores y las presiones de inyección son bajas (1500 psi/100 bar versus 5000 psi/345 bar y superiores para inyección directa)
• La menor tensión que la inyección indirecta impone a los componentes internos significa que es posible producir gasolina e inyección indirecta versiones diésel del mismo motor básico. En el mejor de los casos, estos tipos sólo difieren en la cabeza del cilindro y la necesidad de encajar en un distribuidor y chispa en la versión de gasolina mientras se equipa una bomba de inyección e inyectores al diesel. Ejemplos incluyen los motores BMC A-Series y B-Series y los tipos Land Rover 2.25/2.5-litre de 4 cilindros. Tales diseños permiten construir versiones de gasolina y diesel del mismo vehículo con mínimos cambios de diseño entre ellos.
• Se pueden alcanzar velocidades de motor más altas, ya que la quema continúa en el precamber.
• Los combustibles alternativos como el biodiésel y el aceite vegetal de desecho son menos propensos a dañar el sistema de combustible en un motor diesel de inyección indirecta, ya que no se necesitan altas presiones de inyección. En motores de inyección directa (especialmente motores modernos usando sistemas de combustibles ferroviarios comunes de alta presión), mantener los filtros de combustible en buenas condiciones es más crítico ya que los desechos pueden dañar las bombas y los inyectores cuando se utilizan aceite vegetal o aceite de motor de desecho.

Desventajas

• La eficiencia del combustible con motores diesel es menor que con la inyección directa, ya que las zonas más expuestas tienden a disipar más calor y el aire que pasa por los puertos tiende a aumentar las caídas de presión. Sin embargo, el uso de ratios de compresión superiores negará algo esta ineficiencia.
• Los enchufes de flujo son necesarios para un arranque de motor frío en motores diesel; muchos motores diesel de inyección indirectos no pueden comenzar en absoluto en clima frío sin enchufes de brillo.
• Debido a que el calor y la presión de la combustión se aplican a una zona muy pequeña en el pistón, ya que sale de la cámara de precombustión o cámara giratoria, tales motores son menos adecuados a altas salidas de potencia específicas (como el turbocar, sobrecarga o ajuste) que diesel de inyección directa. El aumento de la temperatura y la presión en una parte de la corona del pistón causa una expansión desigual que puede conducir a la grieta, la distorsión u otros daños, aunque los avances en las técnicas de fabricación han permitido a los fabricantes mitigar en gran medida los efectos de la expansión desigual, permitiendo que los diesel de inyección indirectos utilicen el turbocarging.
• Los motores indirectos son a menudo mucho más ruidosos que los motores de inyección directa.
• El fluido inicial ("ether") a menudo no se puede utilizar en un motor diesel de inyección indirecta ya que los enchufes de brillo aumentan enormemente el riesgo de preignición en comparación con los diesel de inyección directa.