Nous avons l'injection de carburant, pourquoi pas l'injection d'air?

Je termine mes études sur les systèmes EFI, ce qui m'a fait penser à l'induction de manière plus générale.

Nous injectons du carburant à partir d'une rampe commune haute pression pour de nombreuses bonnes raisons. Nous sommes capables de faire des brûlures stratifiées dans un cylindre, à condition d'avoir un contrôle total sur le papillon des gaz. Nous utilisons parfois la recirculation des gaz d'échappement pour retarder la combustion et abaisser la température du cylindre.

Compte tenu de ces scénarios, pourquoi ne pas ajouter une rampe commune d'air atmosphérique à haute pression et utiliser des injecteurs pour introduire de l'air et évacuer si nécessaire, de manière similaire au carburant?

Cela me donnerait sûrement un moteur qui peut répondre plus rapidement car il n'y a pas de retard dans le flux d'air d'admission, moins de pièces mécaniques et potentiellement réduire les émissions en me permettant de contrôler plus facilement la teneur en oxygène du catalyseur?

Raison simple: le volume. @ 14,7: 1 stoich, votre entrée dans le cylindre devrait être 14,7x plus grande (ou pousser beaucoup plus) à travers une buse que vous ne le feriez avec le fluide qui est le carburant.

Vous dites qu'il aurait moins de pièces mécaniques, mais est-ce vrai? Il faudrait fournir une méthode mécanique pour créer l'air à haute pression et l'introduire dans le système. Il faudrait avoir un type de réservoir qui retiendrait l'air à haute pression. Ensuite, cette «haute pression» devrait se situer dans la plage de 3 000 à 5 000 psi au moins pour garantir un débit correct. Pensez à un compresseur d'air qui pourrait répondre à la demande dont vous parlez.

Disons que nous jetons un peu de maths dans le mélange (et supposons que je ne suis pas seulement complètement stupide ... bien que le jury soit sur celui-là):

Un moteur 2L a un volume balayé de 2L. Si ce moteur théorique fonctionnait, aspirait naturellement et atteignait une efficacité volumétrique (VE) de 80%, il absorberait 0,8 L d'air à chaque tour du vilebrequin. Les maths:

• 2,0 LX 0,8 = 1,6 L - Volume d'admission pour les quatre cylindres à 80% VE
• 1,8 L x 0,5 = 0,8 L - Volume d'admission pour chaque révolution dans un moteur à 4 temps
• 600 tr / min x 0,8 L = 480 L - Quantité d'air au ralenti nécessaire pour maintenir le ralenti
• 6000 tr / min x 0,8 L = 4800 L - Quantité d'air à la ligne rouge pour maintenir le régime moteur le plus rapide

Votre système devrait déplacer 4800 L d'air par minute afin de maintenir ce régime moteur. C'est environ 170CFM. Si vous pouvez transporter quelque chose comme ça:

à l'arrière de votre voiture, cela pourrait être faisable. Le 170CFM est un chiffre pour la petite puissance inférieure de l'équation. Qu'en est-il des voitures de performance où vous avez trois fois plus de volume balayé (moteur Chevrolet LT1 de 6,3 L) avec un VE plus élevé (~ 85% à deviner). Ces chiffres sont extrêmement supérieurs. Vous tripleriez la quantité d'air nécessaire, ce qui signifie que le triple de la quantité que vous remorqueriez derrière le véhicule.

Oui, cela pourrait être fait, mais à quel prix? La façon dont l'air est introduit dans le moteur est maintenant beaucoup plus efficace et introduit beaucoup plus d'air que vous ne pourriez continuer à pomper de manière fiable l'air dans un moteur comme vous le suggérez.

Vous avez presque mais pas tout à fait décrit le fonctionnement d'un turbocompresseur ou d'un compresseur. L'idée que l'air sous pression soit injecté à partir d'une rampe d'alimentation commune ne fonctionnerait probablement pas car il serait difficile de garantir une atomisation décente.

À bien des égards, vous décrivez un moteur à 5 temps

Les moteurs à 5 temps utilisent un piston pour fournir un moyen de compression secondaire à l'AFR. Bien que n'injectant pas d'air, ils compressent l'air par des moyens mécaniques. Ce que vous décrivez avec l'injection d'air nécessite des volumes massifs d'air.

Pensez à un moteur de 5,0 litres nécessitant 5 litres d'air tous les 720 degrés de révolution. À 4 000 tr / min, vous auriez besoin de 10 000 litres d'air à «injecter» chaque minute.

Injection d'air pour les émissions

L'idée d'injecter de l'air n'est pas unique. De nombreux fabricants ont injecté de l'air dans les gaz d'échappement afin d'aider à l'oxydation du carburant imbrûlé à bas régime dans les convertisseurs catalytiques. Il s'agissait bien sûr de premières versions, pensez au milieu des années 70.

Le gaz haute pression est très difficile à créer, beaucoup plus dur que le liquide haute pression. C'est parce que les liquides ne sont pas compressibles, vous pouvez donc les injecter pratiquement aussi fort que vous le souhaitez, tandis que le gaz absorbera la plupart de vos efforts de compression et convertira le reste en chaleur (chauffage adiabatique). Pour comprimer l'air à la pression nécessaire, il faudrait une pompe à piston légèrement plus grande que le cylindre lui-même. Ainsi, au lieu de le faire via une pompe dédiée, nous compressons l'air avec un composant que nous avons déjà. La compression en place offre l'avantage supplémentaire de recycler la chaleur adiabatique.

Ce que vous proposez conviendrait parfaitement à un moteur 2 temps. Il a déjà une rampe commune d'air modérément haute pression, l'admission d'air dans le cylindre peut être contrôlée par la soupape d'admission (s'il y en a une) tout comme les injecteurs à rampe commune s'ouvrent pour injecter du carburant. Mais la puissance requise pour injecter de l'air serait énorme, juste pour mettre vos besoins en perspective: le Junkers Jumo 205 à 2 arbres devrait théoriquement nécessiter des engrenages très puissants pour transférer la moitié de sa puissance de l'arbre inférieur à l'arbre supérieur où la puissance a été prise, mais le compresseur fonctionnait sur l'arbre inférieur et prenait tellement de puissance qu'il n'en restait en réalité que très peu. Près de la moitié de la production brute a été absorbée par un compresseur et ce moteur a atteint la pression du collecteur d'admission loin de ce dont vous avez besoin.

Voici une variation à laquelle j'ai longuement réfléchi. Même en faisant quelques calculs préliminaires.

Les moteurs à circuit intégré n'ont pas besoin d'air. Ils ont besoin d' oxygène . Alors ... éliminez entièrement la soupape de valorisation et disposez de deux ensembles d'injecteurs: un pour les hydrocarbures liquides et un pour l'oxygène liquide.

Certes, je ne considère pas les problèmes de dépenses ou de sécurité dans ce brainstorming (je le fais rarement). nécessaire à la température LOx autour de -300 degrés F, avec un régime de manivelle dans la gamme 7000.

Cependant, il y a plus que l'élimination du train de soupapes. Imaginez le refroidissement adiabatique de LOx retournant à un gaz dans la chambre de combustion. Je suis confiant avec les bons matériaux de manivelle, de tige et de piston, vous pouvez exécuter en toute sécurité une compression de 15: 1 ou 20: 1, et avoir un merveilleux profil d'émissions. La tête serait réduite à rien de plus qu'une plaque d'injection durable et épaisse ... pas de pièces mobiles. L'échappement pourrait être géré par un orifice "révélateur" à deux temps ou de style wankel, avec un cycle Atkinson modifié avec une course d'échappement plus longue.

C'est très loin de la réalité (un peu comme moi), mais je pense que cela illustre une variation pratique du concept de l'OP. La compression de l'air pour l'injecter à travers un très petit orifice coûterait probablement plus de puissance que les gains réalisés. Mais un réservoir d'oxygène liquide a déjà le «travail», est raisonnablement mobile / portable, et a cet énorme effet de refroidissement supplémentaire - peut-être si dramatique qu'il réduit ou élimine pratiquement un système de refroidissement eau / glycol.

Je prendrai des volontaires dans une dizaine d'années pour les pilotes d'essai officiels. La gloire sera à vous. parce que je ne vais pas y monter ...

Je pense que le concept serait comme prendre un compresseur à piston pour pomper de l'air dans un moteur à piston, donc l'énergie pour pomper les pistons du compresseur d'air contrebalancerait l'énergie développée par les pistons du moteur. Ajouter une perte de chaleur au moteur semble être un gain négatif.

Mais est-il possible qu'un gain puisse être réalisé dans ce concept sous une forme compacte et autonome serait de prendre la moitié des pistons dans un V8 et de les transformer en compresseurs pour pomper l'air dans les pistons entraînés .. Peut-être tourner l'ensemble chose en deux cycles avec des pistons adjacents en utilisant l'orifice de récupération pour l'admission liée à la sortie du piston de la pompe.

Directement au cylindre Les injecteurs de carburant ajoutaient un peu plus d'air dans les cylindres juste après la fermeture des soupapes d'admission et avant que l'air ne soit comprimé (qui doit être mis en marche / arrêté rapidement), aucun réservoir d'air n'est nécessaire s'il ne fonctionne que lorsque le moteur tourne ( via une ceinture). Et si cela s'arrête, cela n'aura aucun effet sur les performances normales des moteurs car c'est une soupape unidirectionnelle et non une interférence. Cela devrait donner un peu plus de puissance en fonction de la taille des injecteurs utilisés.