Wir haben Benzineinspritzung, warum nicht Lufteinspritzung?

Ich bin mit dem Studium der EFI-Systeme fertig, was mich dazu veranlasste, allgemeiner über Induktion nachzudenken.

Aus vielen guten Gründen spritzen wir Kraftstoff von einer Hochdruck-Common-Rail. Wir sind in der Lage, geschichtete Verbrennungen in einem Zylinder zu verursachen, vorausgesetzt, wir haben die volle Kontrolle über die Drosselklappe. Wir verwenden manchmal eine Abgasrückführung, um die Verbrennung zu verzögern und die Zylindertemperatur zu senken.

Warum fügen wir angesichts dieser Szenarien keine Common Rail mit atmosphärischer Hochdruckluft hinzu und verwenden Injektoren, um Luft und Abluft bei Bedarf auf ähnliche Weise wie Kraftstoff einzuleiten?

Würde mir das sicher einen Motor geben, der schneller reagiert, weil der Einlassluftstrom nicht verzögert wird, weniger mechanische Teile aufweist und möglicherweise die Emissionen verringert, indem ich den Sauerstoffgehalt am Katalysator einfacher steuern kann?

Einfacher Grund: Lautstärke. @ 14.7: 1 stoich, Ihre Eingabe in den Zylinder müsste 14.7x größer sein (oder so viel mehr durch eine Düse drücken) als die Flüssigkeit, die Kraftstoff ist.

Sie sagen, es hätte weniger mechanische Teile, aber stimmt das? Sie müssten eine mechanische Methode bereitstellen, um die Hochdruckluft zu erzeugen und in das System einzuführen. Sie müssten einen Tank haben, der die Hochdruckluft aufnehmen kann. Dann müsste dieser "hohe Druck" im Bereich von 3000-5000 psi liegen, um einen ordnungsgemäßen Durchfluss zu gewährleisten. Stellen Sie sich einen Luftkompressor vor, der mit der von Ihnen angesprochenen Nachfrage mithalten kann.

Nehmen wir an, wir mischen ein bisschen Mathe mit (und nehmen an, ich bin nicht nur total dumm ... obwohl die Jury darüber nicht einverstanden ist):

Ein 2-Liter-Motor hat ein Hubvolumen von 2 Litern. Wenn dieser theoretische Motor lief, auf natürliche Weise angesaugt wurde und einen Volumenwirkungsgrad von 80% (VE) erreichte, würde er bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle 0,8 l Luft aufnehmen. Die Mathematik:

• 2.0LX .8 = 1.6L - Ansaugvolumen für alle vier Zylinder bei 80% VE
• 1,8 l x 0,5 = 0,8 l - Einlassvolumen für jede Umdrehung in einem 4-Takt-Motor
• 600 U / min x 0,8 l = 480 l - Luftmenge im Leerlauf, die zur Aufrechterhaltung der Leerlaufdrehzahl benötigt wird
• 6000 U / min x .8L = 4800L - Luftmenge bei Redline, um die schnellste Motordrehzahl beizubehalten

Ihr System müsste 4800 l Luft pro Minute bewegen, um diese Motordrehzahl aufrechtzuerhalten. Das ist ungefähr 170CFM. Wenn Sie so etwas mitnehmen können:

auf der Rückseite Ihres Autos herum, könnte es machbar sein. Der 170CFM ist eine Zahl für das kleine, niedrigere PS-Ende der Gleichung. Was ist mit Performance-Autos, bei denen Sie dreimal so viel Hubraum haben (6,3 l Chevrolet LT1-Motor) und eine höhere VE (~ 85%). Diese Zahlen sind enorm größer. Sie würden die benötigte Luftmenge verdreifachen, was das Dreifache der Menge bedeutet, die Sie hinter dem Fahrzeug abschleppen würden.

Ja, es könnte getan werden, aber zu welchem ​​Preis? Die Art und Weise, wie Luft in den Motor eingeleitet wird, ist jetzt weitaus effizienter und führt weitaus mehr Luft ein, als Sie auf die von Ihnen vorgeschlagene Weise weiterhin zuverlässig in einen Motor pumpen könnten.

Sie haben den Betrieb eines Turboladers oder eines Kompressors fast, aber nicht ganz beschrieben. Die Vorstellung, dass Druckluft von einer gemeinsamen Kraftstoffleitung eingespritzt wird, würde wahrscheinlich nicht funktionieren, da es schwierig wäre, eine angemessene Zerstäubung zu gewährleisten.

In vielerlei Hinsicht beschreiben Sie einen 5-Takt-Motor

5-Takt-Motoren verwenden einen Kolben als sekundäres Kompressionsmittel für den AFR. Obwohl sie keine Luft einblasen, komprimieren sie die Luft durch mechanische Mittel. Was Sie mit Luftinjektion beschreiben, erfordert massive Luftmengen.

Stellen Sie sich einen 5,0-Liter-Motor vor, der alle 720 Umdrehungen 5 Liter Luft benötigt. Bei 4.000 U / min müssten 10.000 Liter Luft pro Minute eingespritzt werden.

Lufteinblasung für Emissionen

Die Idee, Luft einzublasen, ist nicht einzigartig. Viele Hersteller haben Luft in die Abgase eingespritzt, um die Oxidation von unverbranntem Kraftstoff bei niedrigen Drehzahlen in Katalysatoren zu unterstützen. Das waren natürlich frühe Versionen, denke Mitte der 70er.

Hochdruckgas ist sehr schwer zu erzeugen, viel härter als Hochdruckflüssigkeit. Dies liegt daran, dass Flüssigkeiten nicht komprimierbar sind, sodass Sie sie praktisch so fest spritzen können, wie Sie möchten, während Gas nur einen Großteil Ihrer Kompressionsanstrengung aufnimmt und den Rest in Wärme umwandelt (adiabatische Erwärmung). Um Luft auf den erforderlichen Druck zu komprimieren, wäre eine Hubkolbenpumpe erforderlich, die etwas größer als der Zylinder selbst ist. Anstatt dies über eine spezielle Pumpe zu tun, komprimieren wir die Luft mit einer Komponente, die wir bereits haben. Die In-Place-Komprimierung bietet den zusätzlichen Vorteil der Rückführung von adiabatischer Wärme.

Was Sie vorschlagen, würde gut zu einem 2-Takt-Motor passen. Es gibt bereits eine Common-Rail-Pumpe mit mäßig hohem Luftdruck. Der Lufteinlass in den Zylinder kann über ein Einlassventil (falls vorhanden) gesteuert werden, genau wie Common-Rail-Einspritzdüsen geöffnet sind, um Kraftstoff einzuspritzen. Der Kraftaufwand für die Lufteinblasung ist jedoch enorm, um Ihre Bedürfnisse zu verdeutlichen: Der 2-Wellen-Junkers Jumo 205 benötigt theoretisch sehr starke Zahnräder, um die Hälfte seiner Kraft von der unteren auf die obere Welle zu übertragen, in der die Kraft aufgenommen wurde. Der Kompressor wurde jedoch von der unteren Welle heruntergefahren und nahm so viel Leistung auf, dass nur noch sehr wenig übrig blieb. Fast die Hälfte der Bruttoleistung wurde von einem Kompressor aufgenommen, und der Motor erreichte den Ansaugkrümmerdruck bei weitem nicht, was Sie benötigen.

Hier ist eine Variation, über die ich lange nachgedacht habe. Sogar einige der vorläufigen Berechnungen.

Verbrennungsmotoren brauchen keine Luft. Sie brauchen Sauerstoff . Beseitigen Sie also den Ventiltrieb vollständig und lassen Sie zwei Injektorsätze verwenden: einen für flüssige Kohlenwasserstoffe und einen für flüssigen Sauerstoff.

Zugegeben, ich berücksichtige die Kosten- oder Sicherheitsprobleme in diesem Brainstorming nicht (das tue ich selten.) Ich habe auch keinen richtigen Piezo- oder Solenoid-Injektor oder sogar einen HPOP-Dieseltyp gefunden, der mit der Frequenz und den Pulsbreiten arbeiten würde benötigt bei der LOx-Temperatur um -300 Grad F, mit Kurbeldrehzahl im Bereich von 7000.

Es geht jedoch um mehr als die Beseitigung von Ventiltrieben. Stellen Sie sich die adiabatische Abkühlung von LOx vor, die zu einem Gas in der Brennkammer zurückkehrt. Ich bin zuversichtlich, dass Sie mit den richtigen Materialien für Kurbel, Stange und Kolben eine 15: 1- oder 20: 1-Komprimierung mit einem hervorragenden Emissionsprofil durchführen können. Der Kopf würde auf nichts anderes als eine dicke, haltbare Einspritzplatte reduziert ... keine beweglichen Teile. Der Auspuff könnte durch einen Zweitakt- oder Wankelmuster-Enthüllungskanal mit einem modifizierten Atkinson-Zyklus mit einem längeren Auspuffhub gehandhabt werden.

Dies ist ein sehr langer Weg von der Realität (ähnlich wie ich), aber ich denke, er zeigt eine praktische Variation des OP-Konzepts. Das Komprimieren der Luft, um sie durch eine sehr kleine Öffnung zu injizieren, würde wahrscheinlich mehr Energie kosten als die realisierten Gewinne. Aber ein Tank mit flüssigem Sauerstoff hat bereits die "Arbeit", ist einigermaßen mobil / tragbar und hat diesen enormen zusätzlichen Kühleffekt - vielleicht so dramatisch, dass ein Wasser / Glykol-Kühlsystem reduziert oder praktisch eliminiert wird.

Ich werde in etwa einem Jahrzehnt Freiwillige für offizielle Testpiloten aufnehmen. Der Ruhm wird dir gehören. Weil ich auf keinen Fall damit fahren werde ...

Ich denke, das Konzept sieht so aus, als würde ein Kolbenkompressor Luft in einen Kolbenmotor pumpen. Die Energie zum Pumpen der Luftkompressorkolben würde also der von den Motorkolben entwickelten Energie entgegenwirken. Ein zusätzlicher Wärmeverlust im Motor dürfte ein negativer Gewinn sein.

Aber ist es möglich, dass ein Gewinn in diesem Konzept in einer kompakten und in sich geschlossenen Form realisiert werden könnte? Würde man die Hälfte der Kolben in einem V8 in Kompressoren verwandeln, um die Luft in die angetriebenen Kolben zu pumpen. Vielleicht das Ganze drehen sache in zwei zyklen mit benachbarten kolben unter verwendung des spülanschlusses für die ansaugung an den ausgang des pumpenkolbens gebunden.

Direkt zum Zylinder Kraftstoffinjektoren, mit denen direkt nach dem Schließen der Einlassventile und bevor die Luft komprimiert wird (muss schnell ein / aus sein), nur bei laufendem Motor ein wenig mehr Luft in die Zylinder eingefüllt wird ( über einen Gürtel). Und wenn es stoppt, hat es keine Auswirkung auf die normale Leistung des Motors, da es sich um ein Einwegventil und nicht um eine Störung handelt. Das sollte je nach Größe der verwendeten Injektoren etwas mehr Leistung bringen.