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。

間接噴射システムを備えたガソリンエンジンは、燃料インジェクターが吸気バルブの前のある時点で燃料を供給するもので、ほとんどが直接噴射に取って代わられています。しかし、フォルクスワーゲン、トヨタ、フォードなどの一部のメーカーは、直接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、両方のタイプの燃料噴射の利点を組み合わせています。直接噴射により、燃料を高圧下で燃焼室に正確に計量できるため、パワーと燃料効率が向上します。直接噴射の問題は、通常、粒子状物質の量が多くなり、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炭素が蓄積する可能性があることです。間接噴射を追加すると、燃料が吸気バルブに噴霧され続けるため、吸気バルブへの炭素の蓄積が軽減または排除され、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、追加費用と複雑さのため、主に高価格モデルで使用されます。

ポート噴射とは、燃料を吸気バルブの裏側に噴射して蒸発を促進することです。^[1]

間接噴射ディーゼルエンジンは、燃焼室から離れたチャンバー（プレチャンバーまたはスワールチャンバー）に燃料を送り込み、そこで燃焼が始まり、メイン燃焼室に広がります。プレチャンバーは、霧状燃料と圧縮加熱された空気が適切に混合されるように注意深く設計されています。

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、直噴エンジンと比較して}粒子状物質の発生量が少なくなる傾向があります。

予燃焼室を使用する間接噴射は、F1などの高性能エンジンにも使用されており、エンジンはより高い効率でより多くのパワーを生み出すことができます。

分割された燃焼室の目的は、燃焼プロセスを高速化し、エンジン速度を上げて出力を高めることです。^[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。エンジンは始動するために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、公差の厳しくない設計を使用できます。対照的に、直接噴射では、動きの遅い空気と高速で移動する燃料を使用します。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]このため、強力な}CFDシミュレーションシステムがすぐ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。^[要出典]

スワールチャンバーは、シリンダーヘッドにある球状の空洞で、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、スワールを生成します。^[5] 燃焼後、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、通路の壁でより多くの熱が失われます。このタイプのチャンバーは、燃料制御とエンジンの安定性が燃費よりも重要なエンジンに使用されます。これらは、発明者のハリー・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]}

このチャンバーはシリンダーヘッドにあり、小さな穴で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い混合が実現します。燃焼の大部分は実際にはメインシリンダーで起こります。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、多燃料対応が可能です。^[8]

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、その軸はピストンクラウンと平行です。インジェクターは、シリンダーに開いた小さな空洞を横切ってエアセルの端の穴に噴射します。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。狭いスプレーパターンのピントル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空洞とエアセルに含まれています。^[要出典]

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入り、点火します。その結果、エアセルから噴射された炎のジェットが、インジェクターからまだ噴射されている燃料のジェットに直接戻ります。熱と乱流により、燃料の気化と混合に優れた特性が生まれます。また、燃焼の大部分は、シリンダと直接つながっているキャビティ内のエアセルの外側で行われるため、燃焼している燃料をシリンダに送る際に生じる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。^[要出典]

エアセルチャンバーは一般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、ゴットハルト・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、Lanova システムはMack Trucksで使用されていました。一例として、 Mack NRトラックに搭載された Mack-Lanova ED ディーゼル エンジンがあります。

• より小型のディーゼルエンジンを生産することができます。
• 必要な注入圧力が低いため、インジェクターの製造コストが安くなります。
• 注入方向はそれほど重要ではありません。
• 間接噴射は、特にガソリンエンジンの場合、設計と製造がはるかに簡単です。インジェクターの開発が少なくて済み、噴射圧力も低くなります（直接噴射の場合は 5000 psi/345 bar 以上ですが、1500 psi/100 bar です）。
• 間接噴射により内部部品に生じるストレスが少ないため、同じ基本エンジンのガソリンバージョンと間接噴射ディーゼル バージョンを製造できます。このようなタイプは、せいぜいシリンダー ヘッドと、ガソリン バージョンにはディストリビューターとスパーク プラグを取り付ける必要がある点、ディーゼル バージョンには噴射ポンプとインジェクターを取り付ける必要がある点だけが異なります。例としては、BMC A シリーズおよびB シリーズエンジン、ランド ローバー2.25/2.5リットル4 気筒タイプなどがあります。このような設計により、同じ車両のガソリン バージョンとディーゼル バージョンを、最小限の設計変更で製造できます。
• 燃焼は予燃焼室で継続されるため、より高いエンジン速度を達成できます。
• バイオディーゼルや廃植物油などの代替燃料は、高い噴射圧力が必要ないため、間接噴射ディーゼルエンジンの燃料システムを損傷する可能性が低くなります。直噴エンジン（特に高圧コモンレール燃料システムを使用する最新のエンジン）では、廃植物油や廃エンジンオイルを使用すると破片がポンプやインジェクターを損傷する可能性があるため、燃料フィルターを良好な状態に保つことがより重要になります。

• ディーゼル エンジンの燃料効率は、露出面積が大きいため熱が放散しやすく、ポートを通過する空気によって圧力降下が大きくなる傾向があるため、直接噴射の場合よりも低くなります。ただし、より高い圧縮比を使用すると、この非効率性はある程度相殺されます。
• ディーゼルエンジンの冷間始動にはグロープラグが必要です。多くの間接噴射ディーゼルエンジンは、グロープラグがないと寒冷時にはまったく始動できません。
• 燃焼の熱と圧力は、予燃焼室または渦流室から出るときにピストンの非常に狭い領域に加えられるため、このようなエンジンは、直噴ディーゼルよりも高比出力（ターボチャージャー、スーパーチャージャー、チューニングなど）に適していません。ピストンクラウンの一部の温度と圧力が上昇すると、不均一な膨張が発生し、ひび割れ、歪み、またはその他の損傷につながる可能性があります。ただし、製造技術の進歩により、メーカーは不均一な膨張の影響を大幅に軽減できるようになり、間接噴射ディーゼルでターボチャージャーを使用できるようになっています。
• 間接エンジンは、直接噴射コモンレールエンジンよりもはるかに騒音が大きいことがよくあります。
• 間接噴射ディーゼルエンジンでは、直接噴射ディーゼルエンジンに比べてグロープラグによって早期点火のリスクが大幅に高まるため、始動液（「エーテル」）を使用できないことがよくあります。

• ハリー・リカルド
• プロスパー・ロランジュ
• 予混合炎