Abbiamo l'iniezione di carburante, perché non l'iniezione di aria?

Sto finendo di studiare i sistemi EFI, il che mi ha fatto pensare all'induzione più in generale.

Iniettiamo carburante da un common rail ad alta pressione per molte buone ragioni. Siamo in grado di produrre bruciature stratificate all'interno di un cilindro, purché abbiamo il pieno controllo della farfalla. A volte utilizziamo il ricircolo dei gas di scarico per ritardare la combustione e abbassare la temperatura della bombola.

Dati questi scenari, perché non aggiungere una rotaia comune di aria atmosferica ad alta pressione e utilizzare iniettori per introdurre aria e scarico quando necessario, in modo simile al carburante?

Sicuramente questo mi darebbe un motore in grado di rispondere più rapidamente perché non vi è alcun ritardo nel flusso d'aria in ingresso, ha meno parti meccaniche e potenzialmente riduce le emissioni permettendomi di controllare più facilmente il contenuto di ossigeno nel catalizzatore?

Motivo semplice: volume. @ 14.7: 1 stoich, il tuo input nel cilindro dovrebbe essere 14.7x più grande (o spingere molto di più) attraverso un ugello di quanto faresti con il fluido che è carburante.

Afferma che avrebbe meno parti meccaniche, ma è vero? Dovresti fornire un metodo meccanico per creare l'aria ad alta pressione e introdurla nel sistema. Dovresti avere un tipo di serbatoio che trattenga l'aria ad alta pressione. Quindi quella "alta pressione" dovrebbe essere compresa nell'intervallo 3000-5000 psi per garantire un flusso adeguato. Pensa a un compressore d'aria che potrebbe tenere il passo con la domanda di cui stai parlando.

Diciamo che buttiamo un po 'di matematica nel mix (e supponiamo che non sia solo completamente stupido ... anche se la giuria è fuori su quello):

Un motore da 2 litri ha un volume di 2 litri. Se questo motore teorico fosse in funzione, aspirato naturalmente e raggiunto un 80% di efficienza volumetrica (VE), assorbirebbe .8L di aria ad ogni giro dell'albero motore. La matematica:

• 2.0LX .8 = 1.6L - Volume di aspirazione per tutti e quattro i cilindri @ 80% VE
• 1.8L x .5 = .8L - Volume di aspirazione per ogni giro in un motore a 4 cicli
• 600 rpm x .8L = 480L - Quantità di aria al minimo necessaria per mantenere il minimo
• 6000rpm x .8L = 4800L - Quantità di aria alla linea rossa per mantenere la massima velocità del motore

Il sistema dovrebbe spostare 4800 L di aria al minuto per mantenere quel regime motore. Sono circa 170 cm. Se riesci a trasportare qualcosa del genere:

in giro sul retro della tua auto, potrebbe essere fattibile. 170CFM è una figura per l'estremità dell'equazione piccola e con una potenza inferiore. Che dire delle auto ad alte prestazioni in cui hai un volume spazzato tre volte superiore (motore Chevrolet LT1 da 6,3 litri) con un VE maggiore (~ 85% a supposizione). Quei numeri sono enormemente più grandi. Triplichereste la quantità di aria necessaria, il che significa triplicare la quantità che rimorchiate dietro il veicolo.

Sì, si potrebbe fare, ma a quale costo? Il modo in cui l'aria viene introdotta nel motore ora è molto più efficiente e introduce molta più aria di quanto si possa continuare a pompare aria in un motore nel modo suggerito.

Hai quasi ma non del tutto descritto il funzionamento di un turbocompressore o di un compressore. L'idea che l'aria sotto pressione venga iniettata da una comune rotaia di carburante probabilmente non funzionerebbe in quanto sarebbe difficile garantire un'atomizzazione decente.

In molti modi, stai descrivendo un motore a 5 tempi

I motori a 5 tempi utilizzano un pistone per fornire un mezzo di compressione secondario per l'AFR. Sebbene, non iniettando aria, stiano comprimendo l'aria con mezzi meccanici. Quello che descrivi con l'iniezione di aria richiede enormi volumi di aria.

Pensa a un motore da 5,0 litri che richiede 5 litri di aria ogni 720 gradi di rivoluzione. A 4.000 giri / min occorrerebbe "iniettare" ogni minuto 10.000 litri d'aria.

Iniezione d'aria per emissioni

L'idea di iniettare aria non è unica. Molti produttori hanno iniettato aria nello scarico per favorire l'ossidazione del combustibile incombusto a bassi regimi nei convertitori catalitici. Queste erano ovviamente le prime versioni, penso a metà degli anni '70.

Il gas ad alta pressione è molto difficile da creare, molto più duro del liquido ad alta pressione. È perché i liquidi non sono comprimibili, quindi puoi schizzarli praticamente quanto vuoi, mentre il gas assorbirà solo la maggior parte del tuo sforzo di compressione e convertirà il resto in calore (riscaldamento adiabatico). Per comprimere l'aria alla pressione necessaria richiederebbe una pompa alternativa leggermente più grande del cilindro stesso. Quindi, invece di farlo tramite una pompa dedicata, comprimiamo l'aria con un componente che già abbiamo. La compressione sul posto offre l'ulteriore vantaggio di riciclare il calore adiabatico.

Quello che stai proponendo si adatterebbe perfettamente a un motore a 2 tempi. Ha già una rotaia comune di aria a pressione moderatamente alta, l'ingresso dell'aria nel cilindro può essere controllato dalla valvola di ingresso (se ce n'è una) proprio come gli iniettori della rotaia comune aperti per iniettare carburante. Ma la potenza richiesta per iniettare aria sarebbe enorme, solo per mettere in prospettiva le tue esigenze: il Junkers Jumo 205 a 2 alberi dovrebbe teoricamente richiedere ingranaggi molto potenti per trasferire metà della sua potenza dall'albero inferiore a quella superiore dove è stata presa la potenza, ma il compressore fu fatto funzionare dall'albero inferiore e prese così tanta potenza che rimase davvero poco. Quasi la metà della produzione lorda è stata assorbita da un compressore e quel motore ha raggiunto la pressione del collettore di aspirazione in nessun luogo vicino a ciò di cui hai bisogno.

Ecco una variante a cui ho pensato a lungo. Anche facendo un po 'di matematica preliminare.

I motori IC non hanno bisogno di aria. Hanno bisogno di ossigeno . Quindi ... elimina completamente la valvetrain e disponi di due set di iniettori: uno per gli idrocarburi liquidi e uno per l'ossigeno liquido.

Certo, non sto prendendo in considerazione le spese o i problemi di sicurezza in questo lampo di genio (lo faccio raramente.) Inoltre non ho trovato un iniettore piezoelettrico o a solenoide, o persino un tipo diesel HPOP, che funzionerebbe alla frequenza e alla larghezza degli impulsi necessario alla temperatura LOx intorno a -300 gradi F, con giri motore nella gamma 7000.

Tuttavia, c'è di più oltre l'eliminazione del treno valvole. Immagina il raffreddamento adiabatico di LOx che ritorna a un gas nella camera di combustione. Sono fiducioso con la pedivella, l'asta e il materiale del pistone giusti, puoi eseguire in sicurezza la compressione 15: 1 o 20: 1 e avere anche un profilo di emissioni meraviglioso. La testa sarebbe ridotta a nient'altro che una spessa piastra di iniezione resistente ... senza parti in movimento. Lo scarico potrebbe essere gestito da una porta "rivelare" a due tempi o in stile wankel, con un ciclo Atkinson modificato con una corsa di scarico più lunga.

Questo è molto lontano dalla realtà (molto simile a me), ma penso che illustri una variazione pratica del concetto del PO. Comprimere l'aria per iniettarla attraverso un orifizio molto piccolo costerebbe probabilmente più potenza di quanto non si realizzasse. Ma un serbatoio di ossigeno liquido ha già il "lavoro" inserito, è ragionevolmente mobile / portatile e ha quell'enorme effetto di raffreddamento aggiunto - forse così drammatico da ridimensionare o praticamente eliminare un sistema di raffreddamento acqua / glicole.

Prenderò volontari tra circa un decennio per i Piloti ufficiali di prova. La gloria sarà tua. perché non ci andrò a cavalcare ...

Penso che il concetto sarebbe come prendere un compressore a pistoni per pompare aria in un motore a pistoni, quindi l'energia per pompare i pistoni del compressore d'aria contrasterebbe l'energia sviluppata dai pistoni del motore. L'aggiunta di perdite nel motore al calore sembrerebbe probabilmente un guadagno negativo.

Ma è possibile che in questo concetto si possa realizzare un guadagno in una forma compatta e autonoma sarebbe prendere 1/2 dei pistoni in un V8 e trasformarli in compressori per pompare l'aria nei pistoni condotti .. Forse trasformare l'intero cosa in un ciclo a due con pistoni adiacenti usando la porta di lavaggio per l'aspirazione legata all'uscita del pistone della pompa.

Diretti al cilindro Gli iniettori di carburante utilizzati per aggiungere solo un po 'più di aria ai cilindri subito dopo la chiusura delle valvole di aspirazione e prima che l'aria venga compressa (che deve essere accesa / spenta veloce), non è necessario il serbatoio dell'aria se funziona solo quando il motore è in funzione ( tramite una cintura). E se si ferma, non avrà alcun effetto sulle prestazioni normali dei motori perché è un modo valving e non interferenza. Ciò dovrebbe dare solo un po 'più di potenza a seconda delle dimensioni degli iniettori utilizzati.