Daniel

Wir haben eine Kraftstoffeinspritzung, warum nicht Lufteinspritzung?


Motor Motor-theorie Kraftstoffeinspritzung Auto

Ich beende gerade das Studium von EFI-Systemen, was mich dazu brachte, generell über Induktion nachzudenken.

Wir spritzen aus vielen guten Gründen Kraftstoff aus einem Hochdruck-Common-Rail. Wir sind in der Lage, eine Schichtverbrennung in einem Zylinder durchzuführen, vorausgesetzt, wir haben die volle Kontrolle über die Drosselklappe. Manchmal verwenden wir die Abgasrückführung, um die Verbrennung zu verzögern und die Zylindertemperatur zu senken.

Angesichts dieser Szenarien, warum fügen wir keine Common-Rail von atmosphärischer Hochdruckluft hinzu und verwenden Injektoren, um Luft einzuleiten, und, wenn erforderlich, auf ähnliche Weise wie Treibstoff zu evakuieren?

Sicher würde dies mir einen Motor geben, der schneller reagieren kann, weil es keine Verzögerung im Einlassluftstrom gibt, weniger mechanische Teile hat und möglicherweise Emissionen reduziert, indem ich den Sauerstoffgehalt am Katalysator leichter kontrollieren kann?

spicetraders
Patent US 5381760 A wurde eingereicht.

Chloe
Wir tun es. Es heißt Turbo oder Supercharger .

Moab
Die Verwendung einer "Common-Rail", um all dies zu tun, wäre aufgrund der zu injizierenden Luftmenge unpraktisch.

Lightness Races in Orbit
@ Chloe: Keiner der Antworten weist darauf hin. Könntest du einen schreiben?

Benj
Ein anderer Gedanke: Denken Sie über "Einspritzung" nur Hochdruck Einlass (nicht Saugen) oder wirklich mit irgendeiner Art von kontrollierten Injektor wie Einspritzdüsen?

Antworten


Pᴀᴜʟsᴛᴇʀ2

Einfacher Grund: Lautstärke. @ 14,7: 1 stoich, Ihre Eingabe in den Zylinder müsste 14,7x größer sein (oder soviel mehr drücken) durch eine Düse als die Flüssigkeit, die Brennstoff ist.

Sie sagen, es würde weniger mechanische Teile haben, aber ist das wahr? Sie müßten eine mechanische Methode schaffen, um die Hochdruckluft zu erzeugen und sie in das System einzuführen. Sie müssten eine Art Tank haben, der die Hochdruckluft hält. Dann müsste dieser "Hochdruck" im Bereich von 3000 bis 5000 psi liegen, um einen korrekten Durchfluss zu gewährleisten. Stellen Sie sich einen Luftkompressor vor, der mit der Nachfrage Schritt halten kann.

Nehmen wir an, wir werfen etwas Mathe in den Mix (und nehmen an, dass ich nicht nur total dumm bin ... obwohl die Jury darüber spricht):

Ein 2L-Motor hat ein Hubvolumen von 2L. Wenn dieser theoretische Motor mit Saugleistung betrieben würde und einen 80% igen volumetrischen Wirkungsgrad (VE) erreicht, 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
  • 1.8L x .5 = .8L - Ansaugvolumen für jede Umdrehung in einem 4-Takt-Motor
  • 600rpm x .8L = 480L - Luftmenge im Leerlauf, die zur Aufrechterhaltung der Leerlaufdrehzahl benötigt wird
  • 6000rpm x .8L = 4800L - Luftmenge an der Redline, um die schnellste Motordrehzahl zu erhalten

Ihr System müsste 4800 Liter Luft pro Minute bewegen, um die Motordrehzahl beizubehalten. Das ist ungefähr 170CFM. Wenn du so etwas transportieren kannst:

Bildbeschreibung hier eingeben

auf der Rückseite Ihres Autos, könnte es machbar sein. Der 170CFM ist eine Zahl für das kleine, untere Pferdestärkenende der Gleichung. Was ist mit Performance-Autos, wo Sie dreimal so viel Hubraum (6,3 l Chevrolet LT1-Motor) mit einem größeren VE (~ 85% bei einer Schätzung) haben. Diese Zahlen sind enorm größer. Du verdreifachst die Menge an benötigter Luft, was soviel bedeutet wie die Menge, die du hinter dem Fahrzeug ziehen würdest.

Ja, es könnte gemacht werden, aber um welchen Preis? Die Art und Weise, wie Luft in den Motor eingeführt wird, ist jetzt viel effizienter und führt viel mehr Luft ein, als Sie zuverlässig weiter Luft in einen Motor pumpen könnten, wie Sie es vorschlagen.

brichins
Natürlich, wenn Sie eine andere Art der Luftversorgung haben , bauen Sie einige wirklich coole Motoren - aber sie wären für die meisten Anwendungen mit einem normalen Verbrennungsmotor immer noch unpraktisch.

Dan Neely
170 CFM ist nicht annähernd so viel Luftstrom, wie Sie mit diesem towable, was auch immer es ist implizieren. Ein etwas überdimensionierter Computer-Gehäuselüfter kann mehr bewegen. Abhängig von den statischen Druckanforderungen ist ein solcher Lüfter möglicherweise nicht geeignet. aber ein bisschen schnelles googeln legt ein paar hundert CFM für die Luftmenge eines Turboladers nahe; Das ist ein bisschen größer als ein 120x38mm Lüfter, aber nicht so viel.

Pᴀᴜʟsᴛᴇʀ2♦
@DanNeely - Sie mischen Äpfel und Orangen. Kein Fan-Fan würde in diesem Fall einen Unterschied machen. Du hast Druck und Flow zu berücksichtigen. Vor allem, wenn Sie versuchen, Luft durch ein System zu pumpen, das es direkt in einen Zylinder einspritzt. Bei jedem Gegendruck würde der Gehäuselüfter überhaupt keine Luft mehr abgeben.

Pᴀᴜʟsᴛᴇʀ2♦
@AL - Die Mathematik ist allgemein. Fügen Sie die Motorgröße, den volumetrischen Wirkungsgrad des Motors und die maximalen Motordrehzahlen ein, um jedem Motor zu entsprechen, den Sie im Sinn haben. Dieses Beispiel ist für einen 4-Takt-Motor gedacht. Ein 2-Takt-Motor wird anders berechnet.

A.L
@ Pᴀᴜʟsᴛᴇʀ2 Ich habe in meinem letzten Kommentar "unmögliche" durch "praktisch sehr schwer" ersetzt.

Steve Matthews

Sie haben fast, aber nicht ganz den Betrieb eines Turboladers oder eines Superchargers beschrieben. Die Vorstellung, dass die unter Druck stehende Luft von einer gemeinsamen Kraftstoffleitung eingespritzt wird, würde wahrscheinlich nicht funktionieren, da es schwierig wäre, eine anständige Zerstäubung zu garantieren.

Pᴀᴜʟsᴛᴇʀ2♦
Wie verwendet TC und / oder SC Injektoren, um Luft in das System einzuführen. Nach meinem Verständnis will der OP den Ventiltrieb abschaffen und nur zwei Einspritzdüsen haben: eine für Kraftstoff und eine für Luft. Ein Turbo kommt nicht einmal annähernd an das heran, was gewünscht wird.

Pᴀᴜʟsᴛᴇʀ2♦
Könnte sein. Wir haben nur verschiedene Routen genommen, denke ich. Sollte das OP klären lassen.

mbrig
@ Pᴀᴜʟsᴛᴇʀ2, IMO, Sie (und vielleicht OP?) Sehen einen Unterschied, wo es keinen gibt. Wenn ich das Kraftstoffeinspritzsystem eines Autos nahm, die Komponenten, die mit Flüssigkeiten handeln, gegen die für Gase bestimmten Pumpen (Pumpe -> Kompressor, Tank -> Einlass, Wechselventilkonstruktionen usw.) auswählte, dann die Rohre expandierte, um die erforderliche Luftströmung aufzunehmen, Ich denke, ich würde mit einem gewöhnlichen Turbosystem enden. Ich sehe keinen Grund in Ihrer Antwort, warum Sie 2k + psi benötigen würden, wenn 5-10 psi den Zylinder in einem normalen Motor gut füllt.

Pᴀᴜʟsᴛᴇʀ2♦
@Mbrig - Niemals genommen, es sei denn, es ist ein persönlicher Affront. Du versuchst nur zu erklären, so gut, yah! Ich schätze immer unterschiedliche Meinungen und Gedanken dazu ... Ich glaube definitiv nicht, dass ich das Zeug dazu habe! Ihre Meinung ist genauso wertvoll, wenn nicht noch wichtiger als meine. Danke für die Eingabe.

RemarkLima
Ist die Common Rail in diesem Szenario nicht nur der Ansaugkrümmer?

DucatiKiller

In vielerlei Hinsicht beschreiben Sie einen 5-Takt-Motor

5-Takt-Motoren verwenden einen Kolben, um eine sekundäre Kompressionseinrichtung für das AFR bereitzustellen. Obwohl sie keine Luft einblasen, komprimieren sie die Luft mit mechanischen Mitteln. Was Sie mit Lufteinspritzung beschreiben, erfordert massive Luftmengen.

Denken Sie an einen 5,0-Liter-Motor, der bei 720 Grad Umdrehungen 5 Liter Luft benötigt. Bei 4.000 U / min würden Sie 10.000 Liter Luft benötigen, die jede Minute "injiziert" wird.

Lufteinspritzung für Emissionen

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

Moab
Ich denke, du bist der einzige, der die Frage versteht.

Agent_L
OP fragt, ob vor oder während der Zündung Luft in die Brennkammer eingespritzt werden soll. "5-Takt" nimmt Nachverbrennungs-, Nachexpansionsgase aus der Verbrennungskammer, um sie ein zweites Mal zu expandieren. "Exhaust Reusing" ist so ziemlich das genaue Gegenteil von "Air Injection".

Agent_L

Hochdruckgas ist sehr schwer zu erzeugen, viel härter als Hochdruckflüssigkeit. Weil Flüssigkeiten nicht komprimierbar sind, können Sie sie praktisch so hart spritzen, wie Sie möchten, während Gas nur den größten Teil Ihrer Kompressionsleistung absorbiert und den Rest in Wärme umwandelt (adiabatische Erwärmung). Um Luft auf den erforderlichen Druck zu komprimieren, würde eine Kolbenpumpe erforderlich sein, die etwas größer als der Zylinder selbst ist. Anstatt dies über eine dedizierte Pumpe zu tun, komprimieren wir die Luft mit einer Komponente, die wir bereits haben. Die In-Place-Kompression bietet den zusätzlichen Vorteil, adiabatische Wärme zu recyceln.

Was Sie vorschlagen, würde gut zu einem 2-Takt-Motor passen. Es hat bereits eine Common-Rail-Luft mit mäßig hohem Druck, die Luftzufuhr in den Zylinder kann durch ein Einlassventil (falls vorhanden) gesteuert werden, genauso wie Common-Rail-Injektoren zum Einspritzen von Kraftstoff öffnen. Aber die Kraft, die benötigt wird, um Luft einzuspritzen, wäre riesig, nur um Ihre Bedürfnisse zu relativieren: Die Junkers Jumo 205 mit zwei Wellen sollte theoretisch sehr starke Zahnräder benötigen, um die Hälfte ihrer Leistung vom unteren zum oberen zu übertragen, aber der Kompressor wurde von der unteren Welle abgeführt und nahm so viel Kraft auf, dass tatsächlich nur sehr wenig übrig blieb. Fast die Hälfte der Bruttoleistung wurde von einem Kompressor übernommen, und dieser Motor erreichte den Ansaugkrümmerdruck nicht annähernd, was Sie benötigen.


SteveRacer

Hier ist eine Variation, über die ich in großer Länge nachgedacht habe. Sogar ein Teil der vorläufigen Mathematik.

IC-Motoren benötigen keine Luft. Sie brauchen Sauerstoff . Also ... eliminiere den Ventiltrieb komplett und habe zwei Einspritzdüsensätze: Einen für flüssige Kohlenwasserstoffe und einen für flüssigen Sauerstoff.

Zugegeben, ich denke nicht über die Kosten oder Sicherheitsaspekte in diesem Brainstorming nach (ich tue es selten). Ich habe auch nicht wirklich einen Piezo- oder Solenoid-Injektor oder sogar einen HPOP-Dieseltyp gefunden, der mit den Frequenz- und Impulsbreiten arbeiten würde benötigt bei der LOx-Temperatur um -300 Grad F, mit Kurbel-RPM in der 7000-Reihe.

Es gibt jedoch mehr als die Eliminierung des Ventiltriebs. Stellen Sie sich die adiabatische Kühlung von LOx vor, die zu einem Gas in der Brennkammer zurückkehrt. Ich bin mit den richtigen Kurbel-, Stangen- und Kolbenmaterialien sicher, Sie können 15: 1- oder 20: 1-Kompression sicher ausführen und haben ein wunderbares Emissionsprofil. Der Kopf wäre auf nichts mehr als eine dicke haltbare Einspritzplatte reduziert ... keine beweglichen Teile. Die Auspuffanlage könnte mit einem "Enthüllungs" -Anschluss in einem Zweitakt- oder Wankel-Stil behandelt werden, mit einem modifizierten Atkinson-Zyklus mit einem längeren Auslasstakt.

Dies ist ein sehr langer Weg von der Realität (ähnlich wie ich), aber ich denke, es illustriert 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" hineingesteckt, ist einigermaßen mobil / tragbar und hat diesen enormen zusätzlichen Kühleffekt - vielleicht so dramatisch, dass ein Wasser- / Glykol-Kühlsystem zurückgeht oder praktisch eliminiert wird.

Ich werde Freiwillige in einem Jahrzehnt für offizielle Testpiloten nehmen. Der Ruhm wird dir gehören. Denn ich werde nicht damit fahren ...

Hobbes
ULA arbeitet daran im Rahmen ihres Integrated Vehicle Fluids (IVF) -Konzepts für ihre ACES-Raketenstufe: Sie betreiben im Wesentlichen einen Verbrennungsmotor von der Treibstoff- und Sauerstoffversorgung einer Raketenstufe. ( Ulalaunch.com/uploads/docs/Published_Papers/Extended_Durati on / ... )

SteveRacer
Nett! wahrscheinlich nicht in meinem Leben

Hobbes
Der große Nachteil der Verwendung von LOX hier auf der Erde ist, dass der Tank kalt gehalten werden muss. Sie benötigen eine dicke Isolierung und ein aktives Kühlsystem, um den Boiloff auf ein Minimum zu reduzieren. Auch Raketenmotoren, die mit Kerosin / LOX betrieben werden, laufen mit einer Mischung von ~ 2,2 LOX: 1 Kerosin, also für je 50 Liter Treibstoff benötigen Sie 110 l LOX. Ein LPG-Tank dieser Größe würde die Hälfte des Kofferraums einnehmen, ein isolierter Tank ist noch schlimmer.

spicetraders

Ich denke, das Konzept wäre so, als würde man einen Kolbenkompressor nehmen, um Luft in einen Kolbenmotor zu pumpen, so dass Energie, um die Kolben des Luftkompressors zu pumpen, der von den Motorkolben entwickelten Energie entgegenwirken würde. Das Hinzufügen von Verlusten in der Maschine, um Wärme zu erzeugen, würde wahrscheinlich ein negativer Gewinn sein.

Aber ist es möglich, dass ein Gewinn in diesem Konzept in einer kompakten und in sich geschlossenen Form verwirklicht werden könnte, würde 1/2 der Kolben in einem V8 nehmen und sie in Kompressoren verwandeln, um die Luft in die angetriebenen Kolben zu pumpen. Vielleicht drehen Sie das Ganze in zwei Zyklen mit benachbarten Kolben unter Verwendung der Spülöffnung für den Einlass, der an den Ausgang des Pumpenkolbens gebunden ist.

Benj
Ich beantworte die Frage des OPs nicht wirklich, aber nette Idee :) Es benötigt etwas eine Berechnung der Verlustleistung und der Überhitzung der Luft, vielleicht einen Ladeluftkühler wie in Turbo-Systemen. Ich frage mich auch, wie man mit den Nocken und Nockenwellen umgeht, um eine unnötige Kompression dieser Luft in der "Kompressionsphase" zu vermeiden, die mit Ihrer Technik vermieden werden würde.

Mat

Direkt zum Zylinder Einspritzdüsen, die unmittelbar nach dem Schließen der Einlassventile und vor der Verdichtung der Luft (die schnell ein- / ausgeschaltet werden muss) ein wenig mehr Luft in die Zylinder geben, kein Lufttank benötigt, wenn er nur bei laufendem Motor läuft ( über einen Gürtel). Und wenn es aufhört, hat das keine Auswirkung auf die normale Leistung der Motoren, da es sich um eine Möglichkeit handelt, Ventile zu schalten und nicht um Störungen. Das sollte abhängig von der Größe der verwendeten Injektoren etwas mehr Leistung bringen.

For any question please email answer.adv@gmail.com