Les voitures brûlent de l’essence. C’est l’accord de base. Mais la combustion est une réaction chimique qui nécessite de l’oxygène. Habituellement, nous aspirons simplement l’air qui nous entoure. L’atmosphère contient environ 21 pour cent d’oxygène. Le reste ? Surtout de l’azote. L’azote ne se soucie pas de brûler. C’est inerte. Il traîne simplement dans la bouteille, occupant un espace qui pourrait être utilisé pour plus d’oxygène.
L’oxygène détermine la quantité de carburant qu’un moteur peut consommer. Le rapport stœchiométrique pour l’essence est d’environ 1:14. Un gramme de carburant a besoin de 14 grammes d’oxygène pour brûler complètement. Si vous avez un excès de carburant, il sort simplement du pot d’échappement sous forme d’hydrocarbures non brûlés. Polluant. Déchets.
Voici l’expérience de pensée. Et si une voiture ne dépendait pas de l’air ambiant ? Et s’il transportait son propre approvisionnement ? De l’oxygène pur.
Inhaler 100 % d’oxygène au lieu de 21 % change les calculs. Vous envisagez un apport en oxygène environ cinq fois supérieur. Plus d’oxygène signifie que plus de carburant peut être brûlé à chaque course. Et plus de carburant brûlé signifie plus de puissance.
Un moteur de 100 chevaux deviendrait effectivement un moteur de 500 chevaux.
Cela ressemble à la mise à niveau ultime. Plus de puissance. Moins de gaspillage de carburant. Mais il y a un piège. Un gros.
Le problème de la chaleur
Le feu aime l’oxygène. Plus d’oxygène rend le feu plus chaud. Et plus vite.
Les moteurs à combustion interne fonctionnent déjà à des températures qui font fondre l’acier. Ils y parviennent grâce à des systèmes de refroidissement, des matériaux spécialisés et un timing minutieux. Pomper de l’oxygène pur dans ce mélange ? Il va faire chaud. Vraiment chaud.
“La température de combustion monterait en flèche, détruisant probablement les composants du moteur presque instantanément.”
Vous auriez besoin de matériaux capables de résister à des contraintes thermiques extrêmes. Les pistons en aluminium standard fondraient probablement. Les valves en acier pourraient se déformer ou se fissurer. Le bloc moteur pourrait tomber en panne sous la charge thermique.
Stockage et sécurité
L’oxygène n’est pas seulement un gaz que vous pouvez conserver dans un réservoir de carburant standard. Cela nécessite des réservoirs de stockage à haute pression. Pensez aux réservoirs composites robustes. Cela ajoute du poids. Beaucoup.
Ensuite, il y a l’aspect sécurité. L’oxygène favorise la combustion. Cela permet aux incendies de démarrer plus facilement et de brûler plus fort. Une fuite dans le système d’oxygène à proximité de composants d’échappement chauds ? Il ne s’agit pas seulement d’un risque d’incendie. C’est un risque d’explosion.
La manipulation de l’oxygène pur nécessite un équipement spécialisé. Les joints doivent être propres à l’oxygène. Les lubrifiants doivent être incombustibles. La graisse ordinaire peut s’enflammer dans un environnement riche en oxygène. Les frais de maintenance d’un tel système seraient énormes.
Efficacité vs praticité
Sur le papier, les gains d’efficacité sont réels. Vous pouvez brûler plus de carburant et extraire plus d’énergie. Mais les obstacles pratiques sont immenses. La gestion thermique à elle seule nécessiterait une refonte complète des systèmes de refroidissement et d’échappement du moteur.
La plupart des voitures ne transportent pas d’oxygène pur. Ils comptent sur l’approvisionnement gratuit en air. Le compromis est la simplicité. Et la fiabilité.
Si vous pouviez résoudre les problèmes de chaleur et de stockage, vous auriez un moteur hyper efficace. Mais pour l’instant, les défis techniques l’emportent sur les gains de puissance. L’air que nous respirons est dilué pour une raison. Il agit comme un tampon naturel.
Ainsi, même si l’idée d’une augmentation de cinq puissances est tentante, la réalité est un cauchemar logistique. Nous nous en tenons à l’air. C’est compliqué. C’est
Le problème du volume avec l’oxygène pur
Vous vous demandez peut-être pourquoi nous n’attachons pas simplement un réservoir d’oxygène pur au capot d’une voiture et ne la laissons pas respirer plus facilement. La réponse courte est la physique. L’oxygène est incroyablement volumineux. Même lorsque vous le comprimez, le volume nécessaire pour brûler du carburant le rend peu pratique.
Regardons les chiffres. Un seul gallon d’essence pèse 6,2 livres. Pour brûler complètement ce carburant, un moteur a besoin de 86,8 livres d’oxygène. Cela représente un rapport en poids de 14 pour 1. Mais le poids n’est pas le problème du stockage ; l’espace est. L’oxygène est un gaz, ce qui signifie qu’il est léger et expansif. Une livre d’oxygène occupe 11,2 pieds cubes.
Faites le calcul pour un gallon d’essence et vous obtenez 972,16 pieds cubes d’oxygène nécessaires. Imaginez maintenant un réservoir d’essence standard de 20 gallons. Vous auriez besoin de transporter près de 20 000 pieds cubes d’oxygène pour correspondre à ce carburant. Ce volume remplirait une maison de 2 500 pieds carrés de surface au sol rien que pour le comburant.
La compression ne résout pas le problème d’espace
Comprimer le gaz aide, mais pas suffisamment. Si vous mettez l’oxygène sous pression à 3 000 psi, vous réduisez les besoins de stockage à environ 100 pieds cubes. Est-ce gérable ?
Considérez une bouteille de plongée standard. Il contient environ 80 pieds cubes d’air. Pour stocker l’oxygène d’un réservoir plein d’essence, vous auriez besoin de 250 bouteilles de plongée. Ce n’est pas une petite cartouche. C’est un entrepôt.
Oxyde nitreux : le compromis pratique
C’est pourquoi les coureurs et les préparateurs utilisent plutôt du protoxyde d’azote. Le protoxyde d’azote ($N_2O$) est un gaz qui se liquéfie sous pression. Ce changement de phase vous permet de stocker une quantité massive de comburant dans une bouteille relativement petite. Lorsqu’il est injecté dans l’admission, il se décompose en azote et en oxygène. Le moteur se soucie de l’oxygène. L’azote est principalement une charge inerte.
Le compromis est la durée. Un système nitreux typique ne fournit qu’une à trois minutes de boost avant que la bouteille ne soit vide. Mais dans cette courte fenêtre, il peut ajouter environ 100 chevaux à un gros moteur à bloc.
Le danger de trop d’air
Il y a un piège. L’ajout d’autant d’oxygène permet au moteur d’injecter plus de carburant. Plus de carburant signifie plus de puissance, mais aussi une pression dans les cylindres nettement plus élevée. À moins que le moteur ne soit conçu pour supporter le stress, la pression supplémentaire peut le faire exploser.
C’est le même problème fondamental auquel vous seriez confronté avec l’oxygène pur. Les composants du moteur devraient être plus robustes, plus solides et plus lourds pour survivre à la charge. Pour un conducteur quotidien, l’encombrement des réservoirs d’oxygène et la fragilité du moteur en font un non-démarreur. L’oxyde nitreux offre une solution puissante, quoique éphémère, sans nécessiter une reconstruction complète du moteur.
La réalité technique est que l’air est déjà le comburant le moins cher et le plus disponible. Le modifier est plus facile que de le transporter.
Où aller à partir d’ici
Si vous souhaitez approfondir les mécanismes de la combustion interne, commencez par les bases de la combustion du gaz et de la génération de puissance. Comprendre les limites de la puissance de votre moteur est tout aussi important que comprendre son potentiel.
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