¿Por qué los automóviles no diseñan un concentrador de oxígeno para mejorar la eficiencia del motor?

Creo que ésta es una pregunta interesante. En comparación con el "motor de agua-hidrógeno" que fue muy popular hace unos días, la integración de un generador de oxígeno en un automóvil no viola los principios físicos básicos y no requiere transportar otras sustancias como materia prima. Es un tema que vale la pena discutir. La conclusión es simple: instalar un concentrador de oxígeno en un automóvil no puede aumentar la potencia ni la eficiencia (reducir el consumo de combustible).

La naturaleza de la combustión

En primer lugar, hay que tener claro que sólo el exceso de oxígeno y sólo el exceso de combustible no aumentarán la potencia del coche. Sólo el oxígeno y el combustible que participan. En reacciones químicas se puede aumentar la potencia del coche. Liberar calor y finalmente convertirlo en potencia. Usemos el hidrógeno más simple como ejemplo. 2 volúmenes de hidrógeno deben reaccionar con 1 volumen de oxígeno para producir agua y liberar calor.

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Si la hay. Si hay 3 volúmenes de hidrógeno y 1 volumen de oxígeno, entonces un volumen de hidrógeno no participará en la reacción y se desperdicia. Lo mismo ocurre si hay exceso de oxígeno. Por lo tanto, no importa qué método se utilice, simplemente aumentar el oxígeno dentro del motor no aumentará la potencia del automóvil.

¿Por qué no mejorará la potencia?

Si utiliza un concentrador de oxígeno para introducir más oxígeno dentro del motor y luego aumenta el combustible proporcionalmente, el motor, por supuesto, aumentará. su poder. Entonces, ¿por qué no simplemente utilizar turbo? El uso de turbocompresor aumenta la presión de admisión y aumenta la masa de oxígeno por unidad de volumen, lo que permite inyectar proporcionalmente más combustible. Esta es la razón más fundamental por la que el turbocompresor mejora la potencia.

Entonces la pregunta es: ¿el uso de un generador de oxígeno para proporcionar oxígeno tiene alguna ventaja sobre la turbocompresor?

Puedo decir sin hacer ningún cálculo cuantitativo que no debe haber ninguna ventaja. Después de una breve búsqueda, el generador de oxígeno más común es un generador de oxígeno de tamiz molecular. Primero se presuriza el aire y ingresa al generador de oxígeno, y luego el nitrógeno en el aire se enriquece a través del tamiz molecular, y lo que queda es oxígeno con mucho. alta pureza. [1] Entonces surge la pregunta, ¿por qué necesito separar el nitrógeno del aire? De hecho, el nitrógeno no tiene mucho impacto en la combustión en el motor (en términos generales), y la separación del nitrógeno tiene poca importancia. Sin embargo, el consumo de energía para separar el nitrógeno es enorme, lo que está determinado por la segunda ley de la termodinámica. Es como si pusieras un grano de sal en agua, se convertiría en una taza de agua salada, pero no al revés. El proceso inverso no es espontáneo y consume energía. Entonces, ¿cuánta energía consume esto?

Los cálculos cuantitativos que siguen son para niveles de química de secundaria.

Tome un motor de aspiración natural de 2,0 L como ejemplo. Suponiendo que el motor funciona a 3000 rpm, el motor inhalará cada segundo.

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Eso es 10 L de oxígeno por segundo. ¿Cuánta potencia tiene el motor en este momento? La combustión de 10 L de oxígeno y octanaje (que se puede considerar gasolina) puede producir

El problema clave es que necesito energía sólo para separar oxígeno y nitrógeno, y es mucha energía, y la separación no tiene sentido.

¿Por qué rociar N2O en un coche de carreras puede aumentar significativamente la potencia?

Debido a que el N2O es inestable a altas temperaturas, se descompondrá en N2 y O2. Con un exceso de oxígeno, se puede inyectar más combustible, lo que naturalmente aumentará la potencia. Hay dos puntos a tener en cuenta aquí.

Primer punto, el N2O se coloca en el coche en forma de cilindro, por lo que no es necesario prepararlo in situ y no hay problema de consumo energético.

El segundo punto es que el N2O se descompone para producir N2 y O2. Se puede observar que la presencia de nitrógeno realmente no importa.

Entonces, suponiendo que el consumo de energía del generador de oxígeno es 0, ¿se puede mejorar la eficiencia?

Teóricamente se puede, pero en realidad no se puede. De hecho, aumentar la concentración de oxígeno puede aumentar la eficiencia de la combustión de 99 a 99,9? Esto no parece tener sentido. Pero el aumento de las concentraciones de oxígeno no está exento de inconvenientes. Un aumento en la concentración de oxígeno hará que el combustible se encienda antes, lo que reducirá la relación de compresión del motor (para motores de gasolina), lo que a su vez reduce la eficiencia térmica. Por supuesto, existen métodos de optimización para resolver este problema y los motores diésel no tienen este problema. Pero, en resumen, no mejorará la eficiencia.