У нас есть впрыск топлива, почему не впрыск воздуха?

Я заканчиваю изучение систем EFI, что заставляет меня задуматься об индукции в более общем плане.

Мы впрыскиваем топливо из общей топливной магистрали высокого давления по многим веским причинам. Мы способны производить многослойный ожог в цилиндре при условии полного контроля над дроссельной заслонкой. Иногда мы используем рециркуляцию выхлопных газов, чтобы замедлить сгорание и снизить температуру цилиндра.

С учетом этих сценариев, почему бы нам не добавить общую магистраль атмосферного воздуха высокого давления и не использовать инжекторы для подачи воздуха и выпуска при необходимости, аналогично топливу?

Конечно, это дало бы мне двигатель, который мог бы реагировать быстрее, потому что нет никакого запаздывания во входном потоке воздуха, было бы меньше механических частей и потенциально уменьшало бы выбросы, позволяя мне легче контролировать содержание кислорода в катализаторе?

Простая причина: объем. @ 14,7: 1, ваш вход в цилиндр должен быть в 14,7 раза больше (или толкать его намного больше) через сопло, чем если бы вы были жидкостью, являющейся топливом.

Вы утверждаете, что у него будет меньше механических частей, но так ли это? Вам нужно будет предоставить механический метод для создания воздуха под высоким давлением, а также ввести его в систему. Вы должны иметь какой-то тип резервуара, который будет держать воздух под высоким давлением. Тогда это «высокое давление» должно быть в диапазоне 3000-5000 фунтов на квадратный дюйм, чтобы обеспечить правильный поток. Подумайте о воздушном компрессоре, который мог бы удовлетворить спрос, о котором вы говорите.

Скажем, мы добавляем немного математики в микс (и предположим, что я не просто тупой ... хотя жюри об этом не говорит):

Двигатель 2 л имеет рабочий объем 2 л. Если бы этот теоретический двигатель работал, без наддува и достигал 80% объемного КПД (VE), он потреблял бы 0,8 л воздуха при каждом обороте коленчатого вала. Математика:

• 2.0LX .8 = 1.6L - Объем впуска для всех четырех цилиндров при 80% VE
• 1,8 л x .5 = 0,8 л - объем впуска на каждый оборот в 4- тактном двигателе
• 600 об / мин x .8L = 480L - количество воздуха на холостом ходу, необходимое для поддержания скорости холостого хода
• 6000 об / мин x .8L = 4800L - количество воздуха на красной линии для поддержания максимальной скорости двигателя

Ваша система должна перемещать 4800 л воздуха в минуту , чтобы поддерживать эту частоту вращения двигателя. Это около 170CFM. Если вы можете взять что-то вроде этого:

на задней части вашего автомобиля, это может быть выполнимо. 170CFM - это цифра для маленькой, более низкой лошадиной силы уравнения. А как насчет высокопроизводительных автомобилей, у которых объем в три раза больше (6,3 л, двигатель Chevrolet LT1) с большим VE (~ 85% по предположению). Эти цифры намного больше. Вы бы утроили количество необходимого воздуха, а это значит, в три раза больше, чем буксируемый позади автомобиля.

Да, это можно сделать, но какой ценой? Способ подачи воздуха в двигатель теперь намного более эффективен и дает гораздо больше воздуха, чем вы могли бы надежно продолжать нагнетать воздух в двигатель, как вы предлагаете.

Вы почти описали работу турбокомпрессора или нагнетателя. Идея воздуха под давлением, впрыскиваемого из общей топливной рампы, скорее всего, не сработает, поскольку будет трудно гарантировать достойное распыление.

Во многих отношениях вы описываете 5-тактный двигатель

В 5-тактных двигателях поршень используется для обеспечения вторичных средств сжатия для AFR. Хотя, не впрыскивая воздух, они сжимают воздух механическими средствами. То, что вы описываете с впрыском воздуха, требует огромных объемов воздуха.

Подумайте о 5,0-литровом двигателе, требующем 5 литров воздуха на каждые 720 градусов оборота. При 4000 об / мин вам потребуется 10 000 литров воздуха для «впрыскивания» каждую минуту.

Впрыск воздуха для выбросов

Идея впрыскивания воздуха не уникальна. Многие производители впрыскивают воздух в выхлопные газы , чтобы помочь окислению несгоревшего топлива при низких оборотах в каталитических нейтрализаторах. Конечно, это были ранние версии, думаю, в середине 70-х.

Газ под высоким давлением очень трудно создать, намного сложнее, чем жидкость под высоким давлением. Это потому, что жидкости не сжимаются, поэтому вы можете сжать их практически так сильно, как вам хочется, в то время как газ просто поглощает большую часть ваших усилий по сжатию и преобразует остальную часть в тепло (адиабатическое нагревание). Для сжатия воздуха до необходимого давления потребуется поршневой насос, немного больший, чем сам цилиндр. Таким образом, вместо того, чтобы делать это с помощью специального насоса, мы сжимаем воздух компонентом, который у нас уже есть. Сжатие на месте дает дополнительное преимущество утилизации адиабатического тепла.

То, что вы предлагаете, прекрасно подошло бы для двухтактного двигателя. Он уже имеет общую направляющую воздуха среднего давления, впуск воздуха в цилиндр может контролироваться впускным клапаном (если он есть) так же, как форсунки Common Rail открыты для впрыска топлива. Но мощность, необходимая для впрыскивания воздуха, будет огромной, просто чтобы представить ваши потребности в перспективе: для двухвального Junkers Jumo 205 теоретически необходимы очень мощные шестерни, чтобы передавать половину своей мощности с нижнего вала на верхний, где бралась мощность, но компрессор работал на нижнем валу и потреблял столько энергии, что на самом деле оставалось очень мало. Почти половина валовой производительности была взята компрессором, и этот двигатель достигал давления во впускном коллекторе, которое было далеко от того, что вам нужно.

Вот вариант, о котором я долго думал. Даже делаю предварительную математику.

Двигатели IC не нуждаются в воздухе. Им нужен кислород . Итак ... полностью исключите клапанный механизм и получите два набора инжекторов: один для жидких углеводородов, а другой для жидкого кислорода.

Конечно, я не рассматриваю проблемы расходов или безопасности в этом мозговом штурме (я редко делаю.) Я также не нашел инжектор пьезо или соленоидного типа, или даже дизельный тип HPOP, который работал бы на частоте и ширине импульса необходимо при температуре LOx около -300 градусов по Фаренгейту, с частотой вращения коленчатого вала в диапазоне 7000.

Тем не менее, это больше, чем устранение клапанной системы. Представьте себе адиабатическое охлаждение от LOx, возвращающегося к газу в камере сгорания. Я уверен, что с правильными материалами шатунов, шатунов и поршней вы могли бы безопасно выполнять сжатие 15: 1 или 20: 1, а также иметь прекрасный профиль выбросов. Голова будет уменьшена до не более чем толстой прочной пластины для инъекций ... без движущихся частей. Выхлоп может быть обработан двухтактным или вискелевым стилем «раскрытия», с модифицированным циклом Аткинсона с более длинным ходом выхлопа.

Это очень далеко от реальности (так же, как и я), но я думаю, что это иллюстрирует практическую вариацию концепции ОП. Сжатие воздуха для впрыскивания его через очень маленькое отверстие, вероятно, будет стоить больше энергии, чем реализованная прибыль. Но в бак с жидким кислородом уже заложена «работа», он достаточно мобильный / переносной и обладает таким огромным дополнительным охлаждающим эффектом - возможно, настолько драматичным, что сокращает или практически устраняет систему охлаждения вода / гликоль.

Через десять лет я буду принимать добровольцев для официальных летчиков-испытателей. Слава будет твоей. Потому что ни за что я не буду ездить на нем ...

Я думаю, что концепция была бы похожа на использование поршневого компрессора для нагнетания воздуха в поршневой двигатель, поэтому энергия для накачки поршней воздушного компрессора будет противодействовать энергии, вырабатываемой поршнями двигателя. Добавление потерь в двигателе к нагреву может показаться отрицательным.

Но возможно ли, что выигрыш мог бы быть реализован в этой концепции в компактной и автономной форме, если бы взять половину поршней в V8 и превратить их в компрессоры для накачки воздуха в ведомые поршни. вещь в два цикла с соседними поршнями с использованием продувочного отверстия для впуска, привязанного к выходу поршня насоса.

Прямо в цилиндр Топливные форсунки, используемые для добавления немного большего количества воздуха в цилиндры сразу после закрытия впускных клапанов и до того, как воздух сжимается (что должно быть быстрым включением / выключением), воздушный бак не требуется, если он работает только при работающем двигателе ( через ремень). И если он остановится, это не повлияет на нормальную работу двигателей, потому что это односторонний клапан, а не помехи. Это должно дать чуть больше энергии в зависимости от размера используемых инжекторов.