Kami memiliki injeksi bahan bakar, mengapa tidak injeksi udara?

Saya selesai mempelajari sistem EFI, yang membuat saya berpikir tentang induksi secara lebih umum.

Kami menyuntikkan bahan bakar dari common rail bertekanan tinggi untuk banyak alasan. Kami mampu membuat luka bakar berstratifikasi di dalam sebuah silinder, asalkan kami memiliki kontrol penuh terhadap throttle butterfly. Kami terkadang menggunakan resirkulasi gas buang untuk memperlambat pembakaran dan menurunkan suhu silinder.

Dengan skenario itu, mengapa kita tidak menambahkan rel biasa udara atmosfer bertekanan tinggi, dan menggunakan injektor untuk memasukkan udara, dan buang saat dibutuhkan, dengan cara yang mirip dengan bahan bakar?

Tentunya ini akan memberi saya sebuah mesin yang dapat merespons lebih cepat karena tidak ada lag dalam aliran udara masuk, memiliki lebih sedikit bagian mekanik dan berpotensi mengurangi emisi dengan memungkinkan saya untuk mengontrol kandungan oksigen pada katalis lebih mudah?

Alasan sederhana: volume. @ 14.7: 1 stoich, input Anda ke dalam silinder harus 14,7x lebih besar (atau mendorong lebih banyak) melalui nozzle daripada cairan yang berbahan bakar.

Anda menyatakan akan memiliki lebih sedikit komponen mekanis, tetapi apakah itu benar? Anda harus memberikan metode mekanis untuk menciptakan udara bertekanan tinggi serta memasukkannya ke dalam sistem. Anda harus memiliki beberapa jenis tangki yang dapat menahan udara bertekanan tinggi. Maka "tekanan tinggi" itu perlu berada dalam kisaran 3000-5000 psi pada perkiraan untuk memastikan aliran yang tepat. Pikirkan kompresor udara yang dapat memenuhi permintaan yang Anda bicarakan.

Katakanlah kita memasukkan beberapa matematika ke dalam campuran (dan menganggap saya tidak hanya benar-benar bodoh ... meskipun juri keluar pada yang satu):

Mesin 2L memiliki volume 2L. Jika mesin teoretis ini berjalan, disedot secara alami, dan mencapai efisiensi volumetrik (VE) 80%, ia akan menerima .8L udara setiap putaran poros engkol. Matematika:

• 2.0LX .8 = 1.6L - Volume pemasukan untuk keempat silinder @ 80% VE
• 1.8L x .5 = .8L - Volume pemasukan untuk setiap putaran dalam mesin 4 siklus
• 600rpm x .8L = 480L - Jumlah udara saat idle diperlukan untuk mempertahankan kecepatan idle
• 6000rpm x .8L = 4800L - Jumlah udara di redline untuk mempertahankan kecepatan engine tercepat

Sistem Anda perlu menggerakkan 4800L udara per menit untuk mempertahankan kecepatan engine itu. Itu tentang 170CFM. Jika Anda dapat mengangkut sesuatu seperti ini:

sekitar di belakang mobil Anda, mungkin bisa dilakukan. 170CFM adalah angka untuk persamaan tenaga kuda kecil dan rendah. Bagaimana dengan mobil performa di mana Anda memiliki volume menyapu tiga kali lebih banyak (mesin 6.3L Chevrolet LT1) dengan VE yang lebih besar (~ 85% pada tebakan). Angka-angka itu sangat besar. Anda akan melipattigakan jumlah udara yang dibutuhkan, yang berarti tiga kali lipat jumlah yang akan Anda tarik di belakang kendaraan.

Ya itu bisa dilakukan, tetapi berapa biayanya? Cara udara dimasukkan ke dalam mesin sekarang jauh lebih efisien dan memperkenalkan udara jauh lebih banyak daripada yang Anda bisa terus memompa udara ke dalam mesin seperti yang Anda sarankan.

Anda hampir tetapi belum cukup menggambarkan operasi Turbocharger atau Supercharger. Gagasan bahwa udara di bawah tekanan yang disuntikkan dari rel bahan bakar umum kemungkinan tidak akan berfungsi karena akan sulit untuk menjamin atomisasi yang layak.

Dalam banyak hal, Anda menggambarkan mesin 5 langkah

5 mesin Stroke menggunakan piston untuk menyediakan sarana kompresi sekunder untuk AFR. Meskipun, tidak menyuntikkan udara mereka menekan udara dengan cara mekanis. Apa yang Anda gambarkan dengan injeksi udara membutuhkan volume udara yang sangat besar.

Pikirkan mesin 5.0 Liter yang membutuhkan 5 liter udara setiap 720 derajat revolusi. Pada 4.000 RPM Anda akan membutuhkan 10.000 liter udara untuk 'disuntikkan' setiap menit.

Injeksi udara untuk emisi

Gagasan menyuntikkan udara bukanlah ide yang unik. Banyak produsen telah menyuntikkan udara ke dalam knalpot untuk membantu oksidasi bahan bakar yang tidak terbakar pada RPM rendah dalam catalytic converter. Ini adalah versi awal tentu saja, pikirkan pertengahan 70-an.

Gas bertekanan tinggi sangat sulit dibuat, jauh lebih sulit daripada cairan bertekanan tinggi. Itu karena cairan tidak kompresibel, sehingga Anda dapat menyemprotkannya sekeras yang Anda inginkan, sementara gas hanya akan menyerap sebagian besar upaya kompresi Anda dan mengubah sisanya menjadi panas (pemanasan adiabatik). Untuk mengompres udara ke tekanan yang diperlukan akan membutuhkan pompa bolak-balik sedikit lebih besar dari silinder itu sendiri. Jadi alih-alih melakukannya melalui pompa khusus, kami mengompres udara dengan komponen yang sudah kami miliki. Kompresi di tempat memberikan manfaat tambahan dari mendaur ulang panas adiabatik.

Apa yang Anda usulkan akan pas untuk mesin 2-tak. Sudah memiliki common rail dengan udara bertekanan sedang, akses udara ke dalam silinder dapat dikontrol oleh inlet valve (jika ada) sama seperti injector common rail terbuka untuk menyuntikkan bahan bakar. Tetapi daya yang dibutuhkan untuk menyuntikkan udara akan sangat besar, hanya untuk menempatkan kebutuhan Anda ke dalam perspektif: Junkers Jumo 205 2-poros secara teoritis harus memerlukan roda gigi yang sangat kuat untuk mentransfer setengah dari kekuatannya dari poros yang lebih rendah ke yang atas di mana daya diambil, tetapi kompresor dijalankan dari poros yang lebih rendah dan mengambil begitu banyak daya sehingga sangat sedikit yang tersisa. Hampir setengah dari output kotor diambil oleh kompresor dan mesin itu mencapai tekanan intake manifold di dekat apa yang Anda butuhkan.

Berikut adalah variasi yang telah saya pikirkan panjang lebar. Bahkan melakukan beberapa matematika pendahuluan.

Mesin IC tidak membutuhkan udara. Mereka membutuhkan oksigen . Jadi ... hilangkan valvetrain sepenuhnya, dan miliki dua set injektor: Satu untuk hidrokarbon cair, dan satu untuk oksigen cair.

Memang, saya tidak mempertimbangkan masalah biaya atau keamanan dalam curah pendapat ini (saya jarang melakukannya). Saya juga belum benar-benar menemukan piezo atau injektor tipe solenoid, atau bahkan tipe diesel HPOP, yang akan beroperasi pada frekuensi dan lebar pulsa dibutuhkan pada suhu LOx sekitar -300 derajat F, dengan engkol RPM di kisaran 7000.

Namun, ada lebih dari itu selain eliminasi kereta katup. Bayangkan pendinginan adiabatik dari LOx kembali ke gas di ruang bakar. Saya yakin dengan bahan engkol, batang, dan piston yang tepat, Anda dapat menjalankan kompresi 15: 1 atau 20: 1 dengan aman, dan memiliki profil emisi yang luar biasa juga. Kepala akan dikurangi menjadi tidak lebih dari pelat injeksi tebal tahan lama ... tidak ada bagian yang bergerak. Knalpot dapat ditangani oleh port "mengungkapkan" gaya dua langkah atau wankel, dengan siklus Atkinson yang dimodifikasi dengan stroke buang yang lebih panjang.

Ini sangat jauh dari kenyataan (seperti saya), tetapi saya pikir itu menggambarkan variasi praktis pada konsep OP. Mengompresi udara untuk menyuntikkannya melalui lubang yang sangat kecil kemungkinan akan membutuhkan lebih banyak daya daripada keuntungan yang direalisasikan. Tetapi tangki oksigen cair sudah memiliki "pekerjaan" yang dimasukkan ke dalamnya, cukup mobile / portable, dan memiliki efek pendinginan tambahan yang besar - mungkin sangat dramatis untuk mengurangi atau hampir menghilangkan sistem pendingin air / glikol.

Saya akan mengambil sukarelawan dalam satu dekade atau lebih untuk Pilot Uji Resmi. Kemuliaan akan menjadi milikmu. karena tidak mungkin aku akan naik di dalamnya ...

Saya pikir konsepnya akan seperti mengambil kompresor piston untuk memompa udara ke mesin piston, sehingga energi untuk memompa piston kompresor udara akan melawan energi yang dikembangkan oleh piston mesin. Menambahkan kerugian di mesin untuk memanaskan sepertinya akan menjadi keuntungan negatif.

Tetapi mungkinkah keuntungan yang bisa direalisasikan dalam konsep ini dalam bentuk yang padat dan mandiri akan mengambil 1/2 dari piston dalam V8 dan mengubahnya menjadi kompresor untuk memompa udara ke piston yang digerakkan .. Mungkin mengubah keseluruhan Hal menjadi dua siklus dengan piston yang berdekatan menggunakan port mengais untuk asupan terkait dengan output piston pompa.

Langsung ke silinder Injektor bahan bakar yang digunakan untuk menambahkan sedikit lebih banyak udara ke dalam silinder langsung setelah katup inlet menutup dan sebelum udara dikompresi (yang harus dihidupkan / dimatikan dengan cepat), tidak ada tangki udara yang diperlukan jika berjalan hanya ketika mesin berjalan ( melalui ikat pinggang). Dan jika berhenti, itu tidak akan berpengaruh pada kinerja normal mesin karena itu katup satu arah dan bukan gangguan. Itu seharusnya memberi sedikit lebih banyak kekuatan tergantung pada ukuran injektor yang digunakan.