Tenemos inyección de combustible, ¿por qué no inyección de aire?

Razón simple: volumen. @ 14.7: 1 estoico, su entrada en el cilindro debería ser 14.7 veces más grande (o empujar mucho más) a través de una boquilla de lo que lo haría con el fluido que es combustible.

Dices que tendría menos piezas mecánicas, pero ¿es eso cierto? Tendría que proporcionar un método mecánico para crear el aire a alta presión e introducirlo en el sistema. Tendrías que tener algún tipo de tanque que contuviera el aire a alta presión. Entonces, esa "alta presión" tendría que estar en el rango de 3000-5000 psi para asegurar un flujo adecuado. Piense en un compresor de aire que pueda satisfacer la demanda de la que está hablando.

Digamos que agregamos algo de matemáticas a la mezcla (y supongamos que no estoy siendo completamente estúpido... aunque el jurado está deliberando sobre eso):

Un motor de 2L tiene un volumen barrido de 2L. Si este motor teórico estuviera funcionando, aspirado naturalmente y alcanzando una eficiencia volumétrica (VE) del 80 %, estaría absorbiendo 0,8 L de aire por cada revolución del cigüeñal. Las matemáticas:

• 2.0LX .8 = 1.6L - Volumen de admisión para los cuatro cilindros @ 80% VE
• 1.8L x .5 = .8L - Volumen de admisión por cada revolución en un motor de 4 tiempos
• 600 rpm x 0,8 l = 480 l : cantidad de aire en ralentí necesaria para mantener la velocidad de ralentí
• 6000 rpm x 0,8 l = 4800 l : cantidad de aire en la línea roja para mantener la velocidad del motor más rápida

Su sistema necesitaría mover 4800 L de aire por minuto para mantener esa velocidad del motor. Eso es alrededor de 170 CFM. Si puedes transportar algo como esto:

en la parte trasera de su automóvil, podría ser factible. El 170CFM es una cifra para el extremo pequeño y de menor potencia de la ecuación. ¿Qué pasa con los autos de alto rendimiento donde tiene tres veces más volumen de barrido (motor Chevrolet LT1 de 6.3L) con un VE mayor (~85% aproximado). Esos números son enormemente mayores. Estaría triplicando la cantidad de aire necesaria, lo que significa el triple de la cantidad que estaría remolcando detrás del vehículo.

Sí, se podría hacer, pero ¿a qué costo? La forma en que se introduce aire en el motor ahora es mucho más eficiente e introduce mucho más aire del que podría continuar bombeando aire en un motor de la manera que sugiere.

Ha descrito casi, pero no del todo, el funcionamiento de un turbocompresor o un supercargador. La idea de que el aire a presión se inyecte desde un riel de combustible común probablemente no funcione, ya que sería difícil garantizar una atomización decente.

En muchos sentidos, estás describiendo un motor de 5 tiempos

Los motores de 5 tiempos utilizan un pistón para proporcionar un medio secundario de compresión para el AFR. Aunque, al no inyectar aire, están comprimiendo el aire por medios mecánicos. Lo que describe con la inyección de aire requiere volúmenes masivos de aire.

Piense en un motor de 5,0 litros que requiere 5 litros de aire cada 720 grados de revolución. A 4.000 RPM necesitaría 10.000 litros de aire para 'inyectarse' cada minuto.

Inyección de aire para emisiones

La idea de inyectar aire no es única. Muchos fabricantes han estado inyectando aire en el escape para ayudar con la oxidación del combustible no quemado a bajas RPM en convertidores catalíticos. Estas fueron las primeras versiones, por supuesto, creo que a mediados de los 70.

El gas a alta presión es muy difícil de crear, mucho más difícil que el líquido a alta presión. Es porque los líquidos no son comprimibles, por lo que puede arrojarlos a chorros prácticamente tan fuerte como desee, mientras que el gas solo absorberá la mayor parte de su esfuerzo de compresión y convertirá el resto en calor (calentamiento adiabático). Para comprimir el aire a la presión necesaria se necesitaría una bomba alternativa un poco más grande que el propio cilindro. Entonces, en lugar de hacerlo a través de una bomba dedicada, comprimimos el aire con un componente que ya tenemos. La compresión en el lugar brinda el beneficio adicional de reciclar el calor adiabático.

Lo que propone encajaría muy bien en un motor de 2 tiempos. Ya cuenta con common rail de aire a presión moderadamente alta, la entrada de aire al cilindro se puede controlar mediante válvula de entrada (si la hay) al igual que los inyectores common rail se abren para inyectar combustible. Pero la potencia requerida para inyectar aire sería enorme, solo para poner sus necesidades en perspectiva: el Junkers Jumo 205 de 2 ejes teóricamente debería requerir engranajes muy fuertes para transferir la mitad de su potencia desde el eje inferior al superior donde se tomó la potencia, pero el compresor salía del eje inferior y consumía tanta energía que en realidad quedaba muy poca. Casi la mitad de la producción bruta fue tomada por un compresor y ese motor alcanzó la presión del colector de admisión ni cerca de lo que necesita.

Aquí hay una variación en la que he pensado mucho. Incluso haciendo algunas de las matemáticas preliminares.

Los motores IC no necesitan aire. Necesitan oxígeno . Entonces ... elimine el tren de válvulas por completo y tenga dos juegos de inyectores: uno para hidrocarburos líquidos y otro para oxígeno líquido.

De acuerdo, no estoy considerando los gastos o los problemas de seguridad en esta lluvia de ideas (rara vez lo hago). Tampoco he encontrado un inyector piezoeléctrico o de tipo solenoide, o incluso un tipo diesel HPOP, que funcione en la frecuencia y anchos de pulso necesario a la temperatura LOx alrededor de -300 grados F, con RPM del cigüeñal en el rango de 7000.

Sin embargo, hay más que eliminar el tren de válvulas. Imagine el enfriamiento adiabático de LOx que regresa a un gas en la cámara de combustión. Confío en que con los materiales correctos del cigüeñal, la biela y el pistón, podría ejecutar con seguridad una compresión de 15:1 o 20:1, y también tener un perfil de emisiones maravilloso. La cabeza se reduciría a nada más que una placa de inyección gruesa y duradera... sin partes móviles. El escape podría ser manejado por un puerto de "revelación" estilo wankel o de dos tiempos, con un ciclo Atkinson modificado con una carrera de escape más larga.

Esto está muy lejos de la realidad (al igual que yo), pero creo que ilustra una variación práctica del concepto de OP. Comprimir el aire para inyectarlo a través de un orificio muy pequeño probablemente costaría más energía que las ganancias obtenidas. Pero un tanque de oxígeno líquido ya tiene el "trabajo" puesto en él, es razonablemente móvil/portátil y tiene ese enorme efecto de enfriamiento adicional, quizás tan dramático como para reducir o eliminar virtualmente un sistema de enfriamiento de agua/glicol.

Tomaré voluntarios en una década más o menos para los pilotos de prueba oficiales. La gloria será tuya. porque de ninguna manera voy a viajar en él ...

Creo que el concepto sería como tomar un compresor de pistón para bombear aire a un motor de pistón, por lo que la energía para bombear los pistones del compresor de aire contrarrestaría la energía desarrollada por los pistones del motor. Agregar la pérdida en el motor al calor parecería ser una ganancia negativa.

Pero, ¿es posible que se pueda obtener una ganancia en este concepto en una forma compacta y autónoma? Tomando la mitad de los pistones en un V8 y convirtiéndolos en compresores para bombear el aire a los pistones impulsados. Tal vez convertir todo cosa en un ciclo de dos con pistones adyacentes usando el puerto de barrido para la entrada ligada a la salida del pistón de la bomba.

Directo al cilindro Los inyectores de combustible se usan para agregar solo un poco más de aire a los cilindros inmediatamente después de que se cierran las válvulas de entrada y antes de que el aire se comprima (que debe encenderse/apagarse rápidamente), no se necesita tanque de aire si funciona solo cuando el motor está en marcha ( a través de un cinturón). Y si se detiene, no afectará el rendimiento normal del motor porque se trata de válvulas unidireccionales y no de interferencias. Eso debería dar un poco más de potencia dependiendo del tamaño de los inyectores utilizados.