간접주사

Indirect injection

내연기관에서 간접주입은 연료를 연소실로 직접 분사하지 않는 연료주입이다. 연료 인젝터가 흡기 밸브 전 어느 시점에 연료를 공급하는 간접 분사 시스템이 장착된 가솔린 엔진은 대부분 직분사에 대한 호의에서 벗어났다. 그러나 폭스바겐, 도요타, 포드 등 일부 제조사는 직분사기와 포트(간접) 인젝터를 결합해 두 종류의 연료주입의 장점을 결합한 '이중주입' 시스템을 개발했다. 직접 분사를 통해 고압에서 연료를 연소실로 정밀하게 계량할 수 있어 출력 및 연료 효율이 향상될 수 있다. 직분사의 문제는 일반적으로 더 많은 양의 입자 물질로 이어지고 연료가 더 이상 흡기 밸브에 닿지 않게 되면 탄소가 시간이 지남에 따라 흡기 밸브에 축적될 수 있다는 것이다. 간접분사를 추가하면 연료가 흡기 밸브에 분사되어 흡기 밸브의 탄소 축적을 줄이거나 제거하며 저부하 조건에서 간접분사를 통해 연료와 공기 혼합을 개선할 수 있다. 이 시스템은 추가 비용과 복잡성으로 인해 주로 고비용 모델에 사용된다.

좌현주입이란 연료가 흡착밸브 뒤쪽에 분사되어 증발속도를 높이는 것을 말한다.[1]

간접 분사 디젤 엔진은 연료를 전실 또는 스월실 중 하나에서 연소실로 공급하며, 연소실은 연소가 시작된 다음 주 연소실로 확산된다. 프리 챔버는 원자화된 연료와 압축 가열된 공기가 적절히 혼합되도록 세심하게 설계되어 있다.

가솔린 엔진

직분사 가솔린 엔진 대비 간접주입 가솔린 엔진의 장점은 크랭크케이스 환기 시스템의 흡기 밸브에 침전물이 연료에 의해 세척된다는 것이다.[2]

디젤엔진

개요

분할된 연소실의 목적은 연소 프로세스의 속도를 높이고, 엔진 속도를 높여 출력량을 증가시키는 것이다.[3] 프리 챔버를 추가하면 냉각 시스템에 대한 열 손실이 증가하여 엔진 효율이 낮아진다. 엔진은 시동을 위해 예열 플러그를 필요로 한다. 간접 분사 시스템에서 공기는 연료와 공기를 혼합하여 빠르게 이동한다. 이를 통해 인젝터 설계를 단순화하고 제조가 간편하고 신뢰성이 높은 소형 엔진과 엄격한 공차가 적은 설계를 사용할 수 있다. 반대로 직접 분사에는 천천히 움직이는 공기와 빠르게 움직이는 연료가 사용된다. 인젝터의 설계와 제조 모두 더 어렵다. 실린더 내 공기 흐름의 최적화는 프리 챔버 설계보다 훨씬 어렵다. 인젝터 설계와 엔진 설계는 훨씬 더 통합적이다.[4] 강력한 CFD 시뮬레이션 시스템의 가용성이 직접주입의 채택을 실현하기 전까지는 자동차 디젤 엔진은 거의 모두 간접주입이었다.[citation needed]

갤러리

소형 쿠보타 간접 분사 디젤 엔진의 실린더 헤드.

  • 머리 위

  • 피스톤

  • 인젝터 구멍

  • 실린더 헤드

  • 분사 펌프

  • 머리 클로즈업

  • 연소실

  • 예열 플러그

간접 연소실 분류

스월 챔버

스월 챔버는 실린더 헤드에 위치하고 접선 목구멍에 의해 엔진 실린더에서 분리되는 구형 캐비티이다. 엔진의 압축 행정 중 약 50%의 공기가 스월 챔버로 들어가 스월(swirl)을 생성한다.[5] 연소 후 제품은 같은 목구멍을 통해 주 실린더로 훨씬 더 높은 속도로 돌아가기 때문에 통로의 벽까지 더 많은 열이 손실된다. 이 유형의 챔버는 연비보다 연료 제어와 엔진 안정성이 더 중요한 엔진에서 응용 프로그램을 찾는다. 이들은 발명가 해리 리카도 경의 이름을 딴 리카르도 챔버라고도 불린다.[6][7]

프리컴버스티온실

이 챔버는 실린더 헤드에 위치하며 작은 구멍에 의해 엔진 실린더와 연결된다. 전체 실린더 부피의 40%를 차지한다. 압축 행정 중에 주 실린더에서 나오는 공기는 결합 전 챔버로 들어간다. 이 순간 연료가 전연실 안으로 주입되어 연소가 시작된다. 압력이 증가하고 연료 방울이 작은 구멍을 통해 메인 실린더로 강제 유입되어 연료와 공기가 매우 잘 혼합된다. 연소의 대부분은 실제로 메인 실린더에서 발생한다. 이 유형의 연소실은 주 연소 사건이 발생하기 전에 전실 온도가 연료를 증발시키기 때문에 다중 연료 능력이 있다.[8]

공기 셀 챔버

공기전지는 한쪽 끝에 구멍이 뚫린 작은 원통형 방이다. 이 기구는 피스톤 크라운과 평행하게 인젝터와 함께 다소 동축적으로 장착되며, 이때 인젝터가 실린더에 개방된 작은 구멍을 가로질러 공기 셀 끝의 구멍으로 분사된다. 공기 셀은 머리의 질량과의 열 접촉을 최소화하도록 탑재된다. 분사 패턴이 좁은 핀틀 인젝터가 사용된다. 상단의 데드 중심(TDC)에서 충전 중량의 대부분은 캐비티와 공기 셀에 포함된다.[citation needed]

인젝터가 발사되면 연료 분사기가 공기 셀로 들어가 점화된다. 이로 인해 공기 셀에서 분사기로부터 여전히 방출되는 연료 제트 속으로 불꽃이 다시 발사되는 결과를 초래된다. 열과 난류는 뛰어난 연료 기화 및 혼합 특성을 제공한다. 또한 대부분의 연소는 실린더와 직접 통신하는 캐비티 내 공기 셀 바깥에서 발생하기 때문에 연소 전하를 실린더로 전달하는 데 수반되는 열 손실이 적다.

공기 셀 주입은 간접 주입과 직접 주입의 절충안으로 간주할 수 있으며, 간접 주입의 단순성과 개발 용이성을 유지하면서 직접 주입의 효율성 이점을 어느 정도 얻을 수 있다.[citation needed]

에어셀 챔버는 일반적으로 라노바 에어 챔버로 불린다.[9] 라노바 연소 시스템은 1929년 프란츠 랑, 고타르트 비엘리치, 알버트 비엘리치가 설립한 라노바 회사가 개발했다.[10]

미국에서 라노바 시스템은 맥 트럭에 의해 사용되었다. 맥 NR 트럭에 장착된 맥-라노바 ED 디젤 엔진이 그 예다.

간접 분사 연소실의 장점

  • 더 작은 다이젤이 생산될 수 있다.
  • 필요한 주입 압력이 낮기 때문에 인젝터를 생산하는 것이 더 저렴하다.
  • 주사 방향은 덜 중요하다.
  • 간접 주입은 설계 및 제조가 훨씬 간단하다. 인젝터 개발이 덜 필요하고 주입 압력이 낮음(1500psi/100bar 대 5000psi/345bar 이상)
  • 간접주입이 내부 부품에 부과된다는 낮은 스트레스는 동일한 기본 엔진의 가솔린 및 간접주입 디젤 버전을 생산할 수 있음을 의미한다. 기껏해야 그러한 유형은 실린더 헤드에서만 다르며 디젤에 분사 펌프와 인젝터를 장착하면서 가솔린 버전에 분배기와 스파크 플러그를 장착할 필요가 있다. BMC A-Series 및 B-Series 엔진과 Land Rover 2.25/2.5리터 4기통 유형을 예로 들 수 있다. 그러한 설계는 동일한 차량의 가솔린 및 디젤 버전을 그들 사이에 최소한의 설계 변경으로 제작할 수 있게 한다.
  • 프리 챔버에서 연소가 계속되기 때문에 엔진 속도가 더 빨라질 수 있다.
  • 바이오 디젤과 폐 식물성 기름과 같은 대체 연료는 간접 분사 디젤 엔진에서 연료 시스템을 막힐 가능성이 적다. 직분사 엔진에서, 식품 산업에서 이전에 사용한 이물질은 폐 식물성 오일을 사용할 때 주입기가 막힐 수 있다.

단점들

  • 디젤 엔진의 연료 효율은 노출 영역이 클수록 더 많은 열을 방출하고 공기가 압력 강하를 증가시키기 때문에 직분사보다 낮다. 그러나 간접주입 엔진은 전형적으로 압축비가 훨씬 높기 때문에 이러한 비효율성을 다소 부정할 것이다.
  • 디젤 엔진의 냉간 엔진 시동을 위해 예열 플러그가 필요하다. 많은 간접 분사 디젤 엔진은 예열 플러그가 없으면 추운 날씨에는 전혀 시동이 걸리지 않는다.
  • 연소 열과 압력은 결합 전 챔버나 스월 챔버를 빠져나올 때 피스톤의 매우 작은 영역에 적용되기 때문에, 그러한 엔진은 직접 분사 다이엘보다 높은 특정 출력(터보충전, 슈퍼차징 또는 튜닝 등)에 덜 적합하다. 피스톤 크라운의 한 부분에 대한 온도와 압력이 증가하면 균열, 왜곡 또는 기타 손상으로 이어질 수 있는 불균일한 팽창이 발생한다(새로운 제조 기법으로 인해 제조업체는 불균일한 팽창의 영향을 크게 완화하여 간접 분사 다이젤이 터보차징을 사용할 수 있게 되었다).
  • 직분사 디젤 엔진에는 예열 플러그가 직분사 다이엘에 비해 예열 위험을 크게 증가시키기 때문에 시동액("에더")을 사용할 수 없는 경우가 많다.

참고 항목

참조

  1. ^ Kerr, Jim. "Direct vs. port injection". The Chronicle Herald. Retrieved 28 June 2016.
  2. ^ Smith, Scott; Guinther, Gregory (2016-10-17). "Formation of Intake Valve Deposits in Gasoline Direct Injection Engines". SAE International Journal of Fuels and Lubricants. 9 (3): 558–566. doi:10.4271/2016-01-2252. ISSN 1946-3960.
  3. ^ 스톤, 리처드 "ICE 소개", Palgrace Macmillan, 1999, 페이지 224
  4. ^ 투 스트로크 엔진
  5. ^ Electromechanical Prime Movers: Electric Motors. Macmillan International Higher Education. 18 June 1971. pp. 21–. ISBN 978-1-349-01182-7.
  6. ^ "Sir Harry Ricardo". oldengine.org. Archived from the original on 18 November 2010. Retrieved 8 January 2017.
  7. ^ Dempsey, P. (1995). Troubleshooting and Repairing Diesel Engines. TAB Books. p. 127. ISBN 9780070163485. Retrieved 8 January 2017.
  8. ^ Dempsey, Paul (2007). Troubleshooting and Repair of Diesel Engines. McGraw Hill Professional. ISBN 9780071595186. Retrieved 2 December 2017.
  9. ^ Dempsey, P. (1995). Troubleshooting and Repairing Diesel Engines. TAB Books. p. 128. ISBN 9780070163485. Retrieved 8 January 2017.
  10. ^ "The Lanova Combustion System". The Commercial Motor. 6 January 1933. Retrieved 11 November 2017.