Inyección indirecta

La inyección indirecta en un motor de combustión interna es una inyección de combustible donde 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 , han caído en desuso en su mayoría ante la inyección directa . Sin embargo, ciertos fabricantes como Volkswagen, Toyota y Ford han desarrollado un sistema de "doble inyección", 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 generalmente genera mayores cantidades de material particulado y, como el combustible ya no entra en contacto con las válvulas de admisión, el carbono puede acumularse en las válvulas de admisión con el tiempo. Agregar la inyección indirecta mantiene el combustible rociando 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 combustible y aire. Este sistema se usa principalmente en modelos de mayor costo debido al gasto y la complejidad adicionales.

La inyección en el puerto se refiere a la pulverización del combustible en la parte posterior de la válvula de admisión, lo que acelera su evaporación. ^[1]

Un motor diésel de inyección indirecta suministra combustible a una cámara que se encuentra fuera de la cámara de combustión, ya sea una precámara o una cámara de remolino, donde comienza la combustión y luego se propaga a la cámara de combustión principal. La precámara está cuidadosamente diseñada para garantizar una mezcla adecuada del combustible atomizado con el aire calentado por compresión.

Una ventaja de los motores de gasolina de inyección indirecta frente a los motores de gasolina de inyección directa es que los depósitos en las válvulas de admisión del sistema de ventilación del cárter son lavados por el combustible. ^[2] 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.

La inyección indirecta mediante cámaras de precombustión también se utiliza en motores de alto rendimiento, como los de Fórmula 1 , donde pueden permitir al motor producir más potencia con mayor eficiencia.

El propósito de la cámara de combustión dividida es acelerar el proceso de combustión y aumentar la potencia de salida al aumentar la velocidad del motor. ^[3] 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 rápidamente, mezclando el combustible y el aire. Esto simplifica el diseño del motor (corona del 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 de movimiento lento y combustible de movimiento rápido; tanto el diseño como la fabricación de los inyectores son más difíciles. 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 fácil disponibilidad de potentes sistemas de simulación CFD hizo que la adopción de la inyección directa fuera práctica. ^{[ cita requerida ]}

Las cámaras de remolino son cavidades esféricas ubicadas en la cabeza del cilindro y separadas del cilindro del motor por una garganta tangencial. Alrededor del 50% del aire ingresa a la cámara de remolino durante la carrera de compresión del motor, lo que produce un remolino. ^[5] 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 en las paredes del paso. 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 denominan cámaras Ricardo, en honor al inventor, Sir Harry Ricardo . ^{[6] [7]}

Esta cámara está ubicada en la culata y está conectada al cilindro del motor por 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 pasar por los pequeños orificios hacia el cilindro principal, lo que da como resultado una muy buena mezcla de combustible y aire. 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. ^[8]

La celda de aire es una pequeña cámara cilíndrica con un orificio en un extremo. Está montada más o menos coaxialmente con el inyector, siendo dicho eje paralelo a la corona del pistón, y el inyector dispara 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 de la cabeza. Se utiliza un inyector de pivote con un patrón de rociado estrecho. En su punto muerto superior (PMS), la mayor parte de la masa de carga está contenida en la cavidad y la celda de aire. ^{[ cita requerida ]}

Cuando se activa el inyector, 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 hacia el chorro de combustible que sigue saliendo del inyector. El calor y la turbulencia proporcionan excelentes propiedades de vaporización y mezcla del combustible. Además, dado que la mayor parte de la combustión se produce 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 aire en celdas puede considerarse como un compromiso entre la inyección indirecta y la directa, obteniendo algunas de las ventajas de eficiencia de la inyección directa mientras se 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, fundada en 1929 por Franz Lang, Gotthard Wielich y Albert Wielich. ^[10]

En Estados Unidos, el sistema Lanova fue utilizado por Mack Trucks . Un ejemplo es el motor diésel Mack-Lanova ED instalado en el camión Mack NR .

• Se podrán fabricar motores diésel más pequeños.
• La presión de inyección requerida es baja, por lo que el inyector es más barato de producir.
• La dirección de la inyección tiene menos importancia.
• La inyección indirecta es mucho más sencilla de 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 frente a 5000 psi/345 bar y más para la inyección directa).
• Las menores tensiones que la inyección indirecta impone a los componentes internos significan que es posible producir versiones de gasolina y diésel de inyección indirecta del mismo motor básico. En el mejor de los casos, estos tipos se diferenciaban solo en la culata y en la necesidad de montar un distribuidor y bujías en la versión de gasolina, mientras que en la versión diésel se montaban una bomba de inyección e inyectores . Algunos ejemplos son los motores BMC de las series A y B y los modelos Land Rover de 4 cilindros de 2,25/2,5 litros . Estos diseños permiten fabricar versiones de gasolina y diésel del mismo vehículo con cambios mínimos de diseño entre ellas.
• Se pueden alcanzar velocidades del motor más altas, ya que la combustión continúa en la precámara.
• Los combustibles alternativos, como el biodiésel y el aceite vegetal usado , tienen menos probabilidades de dañar el sistema de combustible en un motor diésel de inyección indirecta, ya que no se necesitan presiones de inyección altas. En los motores de inyección directa (especialmente los motores modernos que utilizan sistemas de combustible common rail de alta presión ), es más importante mantener los filtros de combustible en buenas condiciones, ya que los residuos pueden dañar las bombas y los inyectores cuando se utilizan aceite vegetal usado o aceite de motor usado.

• La eficiencia de combustible con motores diésel es menor que con 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, el uso de relaciones de compresión más altas contrarrestará en cierta medida esta ineficiencia.
• Las bujías incandescentes son necesarias para arrancar el motor en frío en los motores diésel; muchos motores diésel de inyección indirecta no pueden arrancar en absoluto en clima frío sin bujías incandescentes.
• Debido a que el calor y la presión de la combustión se aplican a un área muy pequeña en el pistón cuando sale de la cámara de precombustión o cámara de remolino, estos motores son menos adecuados para salidas de alta potencia específica (como turbocompresor , sobrealimentación o ajuste) que los diésel de inyección directa. El aumento de temperatura y presión en una parte de la corona del pistón provoca una expansión desigual que puede provocar grietas, deformaciones 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, lo que permite que los diésel de inyección indirecta utilicen turbocompresor.
• Los motores indirectos suelen ser mucho más ruidosos que los motores common-rail de inyección directa.
• El líquido de arranque ("éter") a menudo no se puede utilizar en un motor diésel de inyección indirecta, ya que las bujías incandescentes aumentan en gran medida el riesgo de preignición en comparación con los diésel de inyección directa.

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