Mobil membakar bensin. Itulah kesepakatan dasarnya. Tapi pembakaran adalah reaksi kimia yang membutuhkan oksigen. Biasanya kita hanya menghisap udara di sekitar kita. Atmosfer mengandung sekitar 21 persen oksigen. Sisanya? Sebagian besar nitrogen. Nitrogen tidak peduli dengan pembakaran. Itu tidak aktif. Ia hanya menempel di dalam silinder, mengambil ruang yang bisa digunakan untuk menampung lebih banyak oksigen.
Oksigen menentukan berapa banyak bahan bakar yang dapat dikonsumsi mesin. Rasio stoikiometri bensin adalah sekitar 1:14. Satu gram bahan bakar membutuhkan 14 gram oksigen untuk terbakar sempurna. Jika Anda memiliki kelebihan bahan bakar, ia akan keluar dari pipa knalpot sebagai hidrokarbon yang tidak terbakar. Polutan. Limbah.
Inilah eksperimen pemikirannya. Bagaimana jika mobil tidak bergantung pada udara sekitar? Bagaimana jika negara itu membawa persediaannya sendiri? Oksigen murni.
Menghirup oksigen 100 persen, bukan 21 persen, mengubah perhitungan. Anda melihat asupan oksigen sekitar lima kali lebih banyak. Lebih banyak oksigen berarti lebih banyak bahan bakar yang dapat dibakar dalam setiap langkah. Dan lebih banyak bahan bakar yang dibakar berarti lebih banyak tenaga.
Mesin 100 tenaga kuda secara efektif akan menjadi mesin 500 tenaga kuda.
Kedengarannya seperti peningkatan terakhir. Lebih banyak kekuatan. Lebih sedikit limbah bahan bakar. Tapi ada batasannya. Yang besar.
Masalah panas
Api menyukai oksigen. Lebih banyak oksigen membuat api semakin panas. Dan lebih cepat.
Mesin pembakaran internal sudah beroperasi pada suhu yang melelehkan baja. Mereka mengelolanya dengan sistem pendingin, material khusus, dan pengaturan waktu yang cermat. Memompa oksigen murni ke dalam campuran itu? Ini akan menjadi panas. Sangat panas.
“Suhu pembakaran akan meroket, kemungkinan besar akan menghancurkan komponen mesin seketika.”
Anda memerlukan bahan yang tahan terhadap tekanan panas ekstrem. Piston aluminium standar kemungkinan besar akan meleleh. Katup baja mungkin melengkung atau retak. Blok mesin bisa rusak karena beban termal.
Penyimpanan dan keamanan
Oksigen bukan hanya gas yang dapat Anda simpan di tangki bahan bakar standar. Hal ini membutuhkan bejana penyimpanan bertekanan tinggi. Pikirkan tank komposit tugas berat. Itu menambah bobot. Banyak sekali.
Lalu ada aspek keamanan. Oksigen mendukung pembakaran. Hal ini membuat api lebih mudah menyala dan membakar lebih keras. Kebocoran pada sistem oksigen di dekat komponen knalpot yang panas? Itu bukan hanya bahaya kebakaran. Ini merupakan bahaya ledakan.
Penanganan oksigen murni memerlukan peralatan khusus. Segel harus bersih oksigen. Pelumas harus tidak mudah terbakar. Gemuk biasa dapat terbakar di lingkungan yang kaya oksigen. Biaya pemeliharaan untuk sistem seperti itu akan sangat besar.
Efisiensi vs. kepraktisan
Di atas kertas, peningkatan efisiensi ini nyata. Anda dapat membakar lebih banyak bahan bakar, mengekstrak lebih banyak energi. Namun hambatan praktisnya sangat besar. Manajemen panas saja memerlukan desain ulang menyeluruh pada sistem pendingin dan pembuangan mesin.
Kebanyakan mobil tidak membawa oksigen murni. Mereka mengandalkan pasokan gratis di udara. Pengorbanannya adalah kesederhanaan. Dan keandalan.
Jika Anda dapat mengatasi masalah panas dan penyimpanan, Anda akan memiliki mesin yang sangat efisien. Namun untuk saat ini, tantangan teknis lebih besar daripada peningkatan tenaga kuda. Udara yang kita hirup menjadi encer karena suatu alasan. Ini bertindak sebagai penyangga alami.
Jadi, meskipun gagasan peningkatan lima kekuatan itu menggiurkan, kenyataannya adalah mimpi buruk logistik. Kami bertahan dengan udara. Ini berantakan. Itu
Masalah Volume dengan Oksigen Murni
Anda mungkin bertanya-tanya mengapa kita tidak hanya memasang tangki oksigen murni ke kap mobil agar mobil bisa bernapas lebih lega. Jawaban singkatnya adalah fisika. Oksigen sangatlah besar. Bahkan ketika Anda mengompresnya, volume yang dibutuhkan untuk membakar bahan bakar membuatnya tidak praktis.
Mari kita lihat angkanya. Satu galon bensin beratnya 6,2 pon. Untuk membakar bahan bakar tersebut sepenuhnya, sebuah mesin membutuhkan 86,8 pon oksigen. Itu adalah rasio berat 14 banding 1. Namun berat bukanlah masalah penyimpanan; ruang adalah. Oksigen adalah gas, artinya ringan dan ekspansif. Satu pon oksigen menempati 11,2 kaki kubik.
Hitunglah satu galon gas dan Anda mendapatkan 972,16 kaki kubik oksigen yang dibutuhkan. Sekarang, bayangkan tangki bensin standar berukuran 20 galon. Anda perlu membawa hampir 20.000 kaki kubik oksigen untuk memenuhi bahan bakar tersebut. Volume tersebut akan memenuhi rumah dengan luas lantai 2.500 kaki persegi hanya untuk oksidator.
Kompresi Tidak Menyelesaikan Masalah Ruang
Mengompresi gas memang membantu, tetapi tidak cukup. Jika Anda menekan oksigen hingga 3.000 psi, Anda mengurangi kebutuhan penyimpanan menjadi sekitar 100 kaki kubik. Apakah itu bisa dikelola?
Pertimbangkan tangki scuba standar. Ini menampung sekitar 80 kaki kubik udara. Untuk menyimpan oksigen untuk satu tangki bensin penuh, Anda memerlukan 250 tangki scuba. Itu bukan tabung kecil. Itu gudang.
Nitrous Oxide: Kompromi Praktis
Inilah sebabnya mengapa pembalap dan tuner menggunakan nitrous oxide sebagai gantinya. Nitrous oksida ($N_2O$) adalah gas yang mencair di bawah tekanan. Perubahan fase ini memungkinkan Anda menyimpan sejumlah besar oksidator dalam botol yang relatif kecil. Ketika disuntikkan ke dalam asupan, itu terurai menjadi nitrogen dan oksigen. Mesin peduli dengan oksigen. Nitrogen sebagian besar merupakan pengisi inert.
Imbalannya adalah durasi. Sistem nitrous pada umumnya hanya memberikan tambahan satu hingga tiga menit sebelum botol kosong. Namun dalam waktu singkat itu, ia dapat menambah sekitar 100 tenaga kuda ke mesin blok besar.
Bahaya Terlalu Banyak Udara
Ada tangkapan. Menambahkan oksigen sebanyak itu memungkinkan mesin menyuntikkan lebih banyak bahan bakar. Lebih banyak bahan bakar berarti lebih banyak tenaga, tetapi tekanan silinder juga jauh lebih tinggi. Kecuali jika mesin dibuat untuk mengatasi tekanan tersebut, tekanan ekstra dapat menghancurkannya.
Ini adalah masalah mendasar yang sama yang Anda hadapi dengan oksigen murni. Komponen mesin harus lebih besar, lebih kuat, dan lebih berat agar dapat menahan beban. Bagi pengemudi harian, banyaknya tangki oksigen dan kerapuhan mesin membuatnya tidak bisa distarter. Nitrous oksida menawarkan solusi yang manjur, meskipun hanya sementara, tanpa memerlukan pembangunan kembali mesin secara menyeluruh.
Kenyataan teknisnya adalah bahwa udara sudah menjadi oksidator termurah dan paling banyak tersedia. Memodifikasinya lebih mudah daripada membawanya.
Ke Mana Harus Pergi Dari Sini
Jika Anda ingin menggali lebih dalam mekanisme pembakaran internal, mulailah dengan dasar-dasar bagaimana gas terbakar dan bagaimana tenaga kuda dihasilkan. Memahami batasan kekuatan mesin Anda sama pentingnya dengan memahami potensinya.
- Cara Kerja Mesin Mobil
- Cara Kerja Bensin
- Berapa Tenaga Kuda
