Mamy wtrysk paliwa, dlaczego nie wtrysk powietrza?

Kończę studia nad systemami EFI, dzięki czemu myślę o indukcji bardziej ogólnie.

Z wielu dobrych powodów wtryskujemy paliwo z wysokociśnieniowej szyny common rail. Jesteśmy w stanie spowodować straty warstwowe w cylindrze, pod warunkiem, że mamy pełną kontrolę nad motylkiem przepustnicy. Czasami używamy recyrkulacji spalin, aby opóźnić spalanie i obniżyć temperaturę cylindra.

Biorąc pod uwagę te scenariusze, dlaczego nie dodamy wspólnej szyny wysokociśnieniowego powietrza atmosferycznego i nie użyjemy wtryskiwaczy, aby w razie potrzeby wprowadzić powietrze i wydech w podobny sposób jak paliwo?

Z pewnością dałoby mi to silnik, który może szybciej reagować, ponieważ nie ma opóźnień w dopływie powietrza, ma mniej części mechanicznych i potencjalnie zmniejsza emisje, umożliwiając łatwiejszą kontrolę zawartości tlenu w katalizatorze?

Prosty powód: objętość. @ 14,7: 1 stoich, twój wkład do cylindra musiałby być 14,7x większy (lub przepchnąć to znacznie więcej) przez dyszę niż płyn, który jest paliwem.

Twierdzisz, że miałoby mniej części mechanicznych, ale czy to prawda? Trzeba będzie dostarczyć metodę mechaniczną, aby wytworzyć powietrze pod wysokim ciśnieniem, a także wprowadzić je do systemu. Musiałbyś mieć jakiś zbiornik, który utrzymywałby powietrze pod wysokim ciśnieniem. Wtedy to „wysokie ciśnienie” musiałoby mieścić się w zakresie 3000-5000 psi, aby zapewnić właściwy przepływ. Pomyśl o sprężarce powietrza, która może nadążyć za popytem, ​​o którym mówisz.

Powiedzmy, że wrzucamy trochę matematyki do miksu (i załóżmy, że nie jestem po prostu głupi ... chociaż nie ma jury):

Silnik o pojemności 2 litrów ma pojemność skokową 2 litry. Gdyby ten teoretyczny silnik pracował, z wolnossącym napędem i osiągnął 80% wydajność objętościową (VE), pobierałby 0,8 l powietrza na każdy obrót wału korbowego. Matematyka:

• 2,0 LX. 8 = 1,6 L - Objętość pobierana dla wszystkich czterech cylindrów przy 80% VE
• 1,8L x .5 = .8L - Objętość dolotowa dla każdego obrotu w silniku 4- cyklowym
• 600 rpm x .8L = 480L - Ilość powietrza na biegu jałowym potrzebna do utrzymania prędkości biegu jałowego
• 6000rpm x .8L = 4800L - objętość powietrza na redline do utrzymywania prędkości silnika najszybciej

Twój system musiałby przepuścić 4800 l powietrza na minutę , aby utrzymać tę prędkość silnika. To około 170 CM. Jeśli możesz ciągnąć coś takiego:

z tyłu samochodu, może to być wykonalne. 170CFM jest liczbą dla małego, niższego końca mocy równania. Co z samochodami wyczynowymi, w których trzy razy większa jest zamiatana objętość (silnik Chevrolet LT1 o pojemności 6,3 litra) z większym VE (~ 85% na pierwszy rzut oka). Te liczby są znacznie większe. Potroiłbyś potrzebną ilość powietrza, co oznacza trzykrotność ilości, którą holowałbyś za pojazdem.

Tak, można to zrobić, ale jakim kosztem? Sposób, w jaki powietrze jest teraz wprowadzane do silnika, jest o wiele bardziej wydajny i wprowadza znacznie więcej powietrza, niż można niezawodnie kontynuować pompowanie powietrza do silnika w sposób sugerowany przez użytkownika.

Prawie, ale nie do końca opisałeś działanie turbosprężarki lub doładowania. Pomysł wtryskiwania powietrza pod ciśnieniem ze wspólnej szyny paliwowej prawdopodobnie nie zadziałałby, ponieważ trudno byłoby zagwarantować przyzwoite rozpylenie.

Pod wieloma względami opisujesz silnik 5-suwowy

Silniki 5- suwowe wykorzystują tłok, aby zapewnić wtórny środek sprężania dla AFR. Chociaż nie wstrzykując powietrza, sprężają je mechanicznie. To, co opisujesz za pomocą wtrysku powietrza, wymaga ogromnych objętości powietrza.

Pomyśl o 5,0-litrowym silniku wymagającym 5 litrów powietrza co 720 stopni obrotu. Przy 4000 obr / min trzeba co 10.000 litrów powietrza „wstrzykiwać”.

Wtrysk powietrza pod kątem emisji

Pomysł wprowadzania powietrza nie jest wyjątkowy. Wielu producentów wstrzykuje powietrze do spalin , aby pomóc w utlenianiu niespalonego paliwa przy niskich obrotach w katalizatorach. Były to oczywiście wczesne wersje, pomyśl o połowie lat 70-tych.

Gaz pod wysokim ciśnieniem jest bardzo trudny do wytworzenia, znacznie trudniejszy niż ciecz pod wysokim ciśnieniem. To dlatego, że płyny nie są ściśliwe, więc możesz je wyciskać praktycznie tak mocno, jak chcesz, podczas gdy gaz po prostu pochłonie większość twojego wysiłku sprężania i przekształci resztę w ciepło (ogrzewanie adiabatyczne). Sprężenie powietrza do niezbędnego ciśnienia wymagałoby pompy tłokowej nieco większej niż sam cylinder. Zamiast tego robić to za pomocą dedykowanej pompy, sprężamy powietrze komponentem, który już mamy. Kompresja w miejscu zapewnia dodatkową korzyść z recyklingu ciepła adiabatycznego.

To, co proponujesz, pasuje dobrze do silnika 2-suwowego. Ma już wspólną szynę powietrza o umiarkowanie wysokim ciśnieniu, dopływ powietrza do cylindra może być kontrolowany przez zawór wlotowy (jeśli taki istnieje), podobnie jak wtryskiwacze Common Rail otwarte w celu wtrysku paliwa. Ale moc potrzebna do wtrysku powietrza byłaby ogromna, po prostu z punktu widzenia twoich potrzeb: perspektywa: 2-wałkowe Junko Jumo 205 powinny teoretycznie wymagać bardzo mocnych kół zębatych, aby przenieść połowę swojej mocy z dolnego wału na górny, na którym pobrano moc, ale sprężarka została spuszczona z dolnego wału i zużyła tyle mocy, że w rzeczywistości pozostało bardzo niewiele. Prawie połowę mocy brutto pochłonęła sprężarka, a silnik osiągnął ciśnienie w kolektorze dolotowym nigdzie w pobliżu tego, czego potrzebujesz.

Oto odmiana, o której myślałam bardzo długo. Nawet trochę wstępnej matematyki.

Silniki spalinowe nie potrzebują powietrza. Potrzebują tlenu . Więc ... całkowicie wyeliminuj Valvetrain i posiadaj dwa zestawy wtryskiwaczy: jeden do ciekłych węglowodorów i drugi do ciekłego tlenu.

To prawda, że ​​nie biorę pod uwagę kosztów ani problemów związanych z bezpieczeństwem podczas tej burzy mózgów (rzadko to robię). Tak naprawdę nie znalazłem też wtryskiwacza typu piezoelektrycznego lub solenoidu, ani nawet silnika wysokoprężnego typu HPOP, który działałby przy częstotliwości i szerokości impulsu potrzebne przy temperaturze LOx około -300 stopni F, z obrotami wału korbowego w zakresie 7000.

Jest jednak coś więcej niż eliminacja ciągu zaworów. Wyobraź sobie adiabatyczne chłodzenie z LOx powracającego do gazu w komorze spalania. Jestem przekonany, że dzięki odpowiednim materiałom korby, tłoczyska i tłoka możesz bezpiecznie pracować z kompresją 15: 1 lub 20: 1, a także mieć wspaniały profil emisji. Głowa zostałaby zredukowana do nic innego jak gruba, trwała płyta wtryskowa ... bez ruchomych części. Wydech może być obsługiwany przez port „odsłonięcia” w stylu dwusuwowym lub wankelowym, ze zmodyfikowanym cyklem Atkinsona z dłuższym skokiem wydechu.

Jest to bardzo daleka od rzeczywistości (podobnie jak ja), ale myślę, że ilustruje praktyczną odmianę koncepcji OP. Sprężanie powietrza w celu wstrzyknięcia go przez bardzo mały otwór prawdopodobnie kosztowałoby więcej energii niż zrealizowane zyski. Ale zbiornik ciekłego tlenu ma już w sobie „pracę”, jest względnie mobilny / przenośny i ma ten ogromny dodatkowy efekt chłodzenia - być może tak dramatyczny, że zmniejsza skalę lub praktycznie eliminuje układ chłodzenia woda / glikol.

Za około dziesięć lat będę przyjmował ochotników na oficjalnych pilotów testowych. Chwała będzie wasza. bo nie ma mowy, żebym tam jeździł ...

Myślę, że koncepcja byłaby taka, jak gdyby sprężarka tłokowa pompowała powietrze do silnika tłokowego, więc energia do pompowania tłoków sprężarki powietrza przeciwdziałałaby energii wytwarzanej przez tłoki silnika. Wydaje się, że dodanie straty w silniku do ciepła wydaje się być zyskiem ujemnym.

Ale czy to możliwe, że dzięki tej koncepcji można by osiągnąć zysk w zwartej i niezależnej formie, biorąc 1/2 tłoków w V8 i zamieniając je w sprężarki, aby pompować powietrze do napędzanych tłoków. Może obrócić całość coś w dwóch cyklach z sąsiednimi tłokami za pomocą portu oczyszczania dla wlotu związanego z wydajnością tłoka pompy.

Bezpośrednio do cylindra Wtryskiwacze paliwa dodawały nieco więcej powietrza do cylindrów bezpośrednio po zamknięciu zaworów wlotowych i zanim powietrze ulegnie sprężeniu (które musi być szybko włączane / wyłączane), zbiornik powietrza nie jest potrzebny, jeśli działa tylko przy pracującym silniku ( za pomocą paska). A jeśli się zatrzyma, nie będzie to miało wpływu na normalne osiągi silników, ponieważ jest to układ jednokierunkowy, a nie interferencja. To powinno dać nieco więcej mocy w zależności od wielkości zastosowanych wtryskiwaczy.