Yurii Mongol
8 
4163
676
Konstrukce motoru je na soutoku tří faktorů: obavy, jak emise automobilů ovlivní životní prostředí; rostoucí ceny plynu a potřeba zachovat zdroje fosilních paliv; a uvědomění si, že vůz poháněný vodíkem - ať už je poháněn vodíkovým palivovým článkem nebo vodíkovým spalováním - nesplní svůj slib v blízké budoucnosti. Výsledkem je, že mnoho inženýrů věnuje větší pozornost zdokonalení spalovacího motoru.
 Foto s laskavým svolením Quasiturbine.com Kvasiturbinový motor. Podívejte se na další obrázky motorů. |
Motor Quasiturbine, patentovaný v roce 1996, je jen takovým vylepšením. V tomto článku představíme motor Quasiturbine a odpovíme na následující otázky:
- Odkud pocházela myšlenka na motor?
- Jaké jsou součásti motoru Quasiturbine?
- Jak funguje motor Quasiturbine?
- Jak to srovnává výkon s ostatními spalovacími motory?
Začněme tím, že se podíváme na některé základy motoru.
Abyste viděli, jak funguje motor Quasiturbine, musíte porozumět některým základům motoru.
-Další informace
|
-Základní princip každého spalovacího motoru je jednoduchý: Pokud umístíte malé množství vzduchu a vysokoenergetického paliva (jako benzín) do malého uzavřeného prostoru a zapálíte ho, plyn se rychle rozpíná a uvolňuje neuvěřitelné množství energie..
Konečným cílem motoru je přeměnit energii tohoto expandujícího plynu na rotační (spřádací) pohyb. V případě motorů automobilů je specifickým cílem otáčet se hnací hřídel rychle. Hnací hřídel je spojena s různými komponenty, které přenášejí rotační pohyb na kola automobilu.
Aby bylo možné takto využít energii expandujícího plynu, musí motor projít řadou událostí, které způsobí mnoho výbuchů malých plynů. V tomhle spalovací cyklus, motor musí:
- Nechte směs paliva a vzduchu do komory
- Stlačit palivo a vzduch
- Zapalte palivo a vytvořte explozi
- Uvolněte vyčerpat (považujte to za vedlejší produkt exploze)
Potom se cyklus začíná znovu.
Jak motory fungují podrobně vysvětluje, jak to funguje u konvenčních pístových motorů. Spalovací cyklus v podstatě tlačí píst nahoru a dolů, který otáčí hnací hřídelí klikovým hřídelem.
 |
Zatímco pístový motor je nejčastějším typem, který se vyskytuje v automobilech, motor Quasiturbine funguje spíše jako rotační motor. Namísto použití pístu jako typický motor automobilu používá rotační motor a trojúhelníkový rotor k dosažení spalovacího cyklu. Tlak spalování je obsažen v komoře tvořené částí skříně na jedné straně a čelem trojúhelníkového rotoru na druhé straně.
Dráha rotoru udržuje každý ze tří vrcholů rotoru v kontaktu s pouzdrem a vytváří tři oddělené objemy plynu. Jak se rotor pohybuje kolem komory, každý ze tří objemů plynu se střídavě rozšiřuje a smršťuje. Právě toto rozšíření a kontrakce vtahuje vzduch a palivo do motoru, stlačuje jej, vytváří užitečnou energii, jak se plyny rozšiřují a poté vypuzují výfukové plyny. (Další informace viz Jak rotační motory pracují).
V několika dalších sekcích uvidíme, jak Quasiturbine ještě více posouvá myšlenku rotačního motoru.
Rodina Saint-Hilaire poprvé patentovala spalovací motor Quasiturbine v roce 1996. Koncept Quasiturbine vycházel z výzkumu, který začal intenzivním hodnocením všech konceptů motoru, aby byly zaznamenány výhody, nevýhody a příležitosti ke zlepšení. Během tohoto průzkumného procesu si tým Saint-Hilaire uvědomil, že jedinečné řešení motoru by bylo řešením, které by zlepšilo standardní Wankelův nebo rotační motor.
Stejně jako točivé motory, i motor Quasiturbine je založen na konstrukci rotoru a skříně. Ale místo tří lopatek má Quasiturbine rotor čtyři prvky zřetězené dohromady, přičemž spalovací komory jsou umístěny mezi každým prvkem a stěnami krytu..
 Foto s laskavým svolením Quasiturbine.com Jednoduchý design Quasiturbine |
čtyřstranný rotor je to, co odlišuje kvasiturbíny od Wankelu. Ve skutečnosti existují dva různé způsoby, jak tento design nakonfigurovat - jeden s kočáry a jeden bez kočáry. Jak uvidíme, kočár je v tomto případě jen jednoduchý kus stroje.
Nejprve se podívejme na komponenty jednoduššího modelu Quasiturbine - verze bez kočárů.
Jednodušší model Quasiturbine vypadá velmi podobně jako tradiční rotační motor: Rotor se otáčí uvnitř téměř oválného pouzdra. Všimněte si však, že kvaziturbinový rotor má čtyři prvky místo tří. Strany těsnění rotoru proti stranám pouzdra a rohy těsnění rotoru proti vnitřnímu obvodu, které dělí na čtyři komory.
 |
V pístovém motoru vytváří jeden úplný čtyřdobý cyklus dvě úplné otáčky klikového hřídele (viz Jak fungují automobilové motory: vnitřní spalování). To znamená, že výkon pístového motoru je poloviční zdvih na jednu otáčku pístu.
Na druhou stranu motor Quasiturbine nepotřebuje písty. Místo toho jsou čtyři zdvihy typického pístového motoru uspořádány postupně kolem oválného pouzdra. Není nutné, aby klikový hřídel prováděl rotační převod.
Tato animovaná grafika identifikuje každý cyklus. Všimněte si, že na tomto obrázku je zapalovací svíčka umístěna v jednom z portů pouzdra.
 |
V tomto základním modelu je velmi snadné vidět čtyři cykly vnitřního spalování:
- Přívod, který nasává směs paliva a vzduchu
- Komprese, který stlačí směs paliva a vzduchu do menšího objemu
- Spalování, který používá k zapálení paliva jiskru ze zapalovací svíčky
- Vyčerpat, který vytlačuje odpadní plyny (vedlejší produkty spalování) z motorového prostoru
Kvazimurbine motory s vozy pracují na stejné základní myšlence jako tento jednoduchý design, s přidanými konstrukčními úpravami, které to umožňují detonace fotografií. Foto-detonace je vynikající spalovací režim, který vyžaduje větší kompresi a větší pevnost, než mohou poskytnout pístové nebo rotační motory. Nyní se podívejme, o čem tento spalovací režim je.
Spalovací motory spadají do čtyř kategorií na základě toho, jak dobře se mísí vzduch a palivo ve spalovací komoře a jak se palivo zapálí. Typ I zahrnuje motory, ve kterých se vzduch a palivo důkladně promísí, aby vytvořily tzv homogenní směs. Když jiskra zapálí palivo, horký plamen zametá směsí a spaluje palivo, jak to jde. Toto je samozřejmě benzínový motor.
| Čtyři typy spalovacích motorů | ||
| Homogenní směs paliva a vzduchu | Heterogenní směs paliva a vzduchu | |
| Jiskrové zapalování | Typ I Benzínový motor | Typ II Motor s přímým vstřikováním benzínu (GDI) |
| Tlakově vyhřívané samovznícení | Typ IV Foto detonační motor | Typ III Dieselový motor |
Typ II -- benzínový přímý vstřikovací motor - používá částečně smíšené palivo a vzduch (tj. heterogenní směs), která je vstřikována přímo do válce spíše než do sacího portu. Zapalovací svíčka pak zapálí směs, spálí více paliva a vytvoří méně odpadu.
v Typ III, vzduch a palivo se ve spalovací komoře mísí jen částečně. Tato heterogenní směs je pak stlačena, což způsobuje, že teplota stoupá, dokud nedochází k samovznícení. Takto pracuje dieselový motor.
Konečně v roce Typ IV, nejlepší vlastnosti benzínových a naftových motorů jsou kombinovány. Předběžně smíchaná náplň palivo-vzduch podléhá ohromné kompresi, dokud se palivo samovznící. To je to, co se děje ve foto-detonačním motoru, a protože používá homogenní náboj a kompresní zapalování, je často popisován jako HCCI motor. Spalování HCCI (homogenní zapalovací kompresní zapalování) má za následek prakticky žádné emise a vynikající spotřebu paliva. Důvodem je to, že foto-detonační motory zcela spálí palivo a nezanechávají žádné uhlovodíky, které by měly být zpracovávány katalyzátorem nebo jednoduše vypuzovány do vzduchu..
 Zdroj: Green Car Congress |
Vysoký tlak potřebný pro foto-detonaci samozřejmě vyvolává značné zatížení motorem samotným. Pístové motory nemohou odolat násilné síle detonace. A tradiční rotační motory, jako je Wankel, které mají delší spalovací komory, které omezují množství komprese, které mohou dosáhnout, nejsou schopny produkovat vysokotlaké prostředí nutné k tomu, aby došlo k fotodetonaci.
Zadejte Quasiturbine s kočárky. Pouze tato konstrukce je dostatečně pevná a dostatečně kompaktní, aby vydržela sílu foto-detonace a umožnila vyšší kompresní poměr nutný pro samovznícení se zahříváním pod tlakem..
V další části se podíváme na hlavní součásti tohoto návrhu.
I přes přidanou komplexnost má Quasiturbine motor s vozy relativně jednoduchou konstrukci. Každá část je popsána níže.bydlení (stator), což je téměř ovál známý jako „kluziště Saint-Hilaire“, tvoří dutinu, ve které se rotor otáčí. Pouzdro obsahuje čtyři porty:
- Port, kde normálně sedí zapalovací svíčka (zapalovací svíčka může být také umístěna v krytu pouzdra - viz níže).
- Port, který je uzavřen odnímatelnou zástrčkou.
- Port pro přívod vzduchu.
- Výfukový otvor používaný k uvolňování odpadních plynů ze spalování.
 |
Skříň je na každé straně uzavřena dvěma kryty. Kryty mají tři porty jejich vlastní, což umožňuje maximální flexibilitu při konfiguraci motoru. Například jeden port může sloužit jako přívod od konvenčního karburátoru nebo může být vybaven vstřikovačem plynu nebo nafty, zatímco druhý může sloužit jako alternativní místo pro zapalovací svíčku. Jedním ze tří portů je velká výpust pro výfukové plyny.
 |
Jak se používají různé porty, záleží na tom, zda automobilový inženýr chce tradiční spalovací motor nebo takový, který poskytuje mimořádně vysokou kompresi potřebnou pro detonaci fotografií.
Rotor, vyrobený ze čtyř lopatek, nahrazuje písty typického spalovacího motoru. Každá čepel má výplňový hrot a trakční sloty přijímat spojovací ramena. A pivot tvoří konec každé čepele. Úkolem čepu je připojit jednu čepel k další a vytvořit spojení mezi čepelí a kývavým pohybem kočáry. Celkem existují čtyři houpací vozy, jeden pro každou čepel. Každý vozík se může volně otáčet kolem stejného otočného čepu, takže zůstává vždy v kontaktu s vnitřní stěnou skříně.
 |
Každý kočár úzce spolupracuje se dvěma kola, což znamená, že je celkem osm kol. Kola umožňují rotoru hladce se valit po konturované ploše stěny pouzdra a jsou široké, aby se snížil tlak v místě kontaktu.
Motor Quasiturbine nepotřebuje k provozu centrální hřídel; ale auto samozřejmě vyžaduje výstupní hřídel pro přenos energie z motoru na kola. výstupní hřídel je spojen s rotorem dvěma spojovací ramena, které zapadají do trakčních slotů, a čtyři paže rovnátka.
 |
Když dáte všechny části dohromady, vypadá motor takto:
 Foto s laskavým svolením Quasiturbine.com Kvaziturbský motor s vozy |
Všimněte si, že motor Quasiturbine nemá žádnou složitou část typického pístového motoru. Nemá klikový hřídel, ventily, písty, táhla, kolébky nebo vačky. A protože lopatky rotoru „jezdí“ na vozech a kolech, dochází k malému tření, což znamená, že olej a olejová vana jsou zbytečné.
Nyní, když jsme se podívali na hlavní komponenty kvasiturbin s vozy, uvidíme, jak se všechno spojí. Tato animace ilustruje spalovací cyklus:
 Foto s laskavým svolením Quasiturbine.com |
První věc, kterou si všimnete, je, jak lopatky rotoru, jak se otáčejí, mění objem komor. Nejprve se zvětší objem, což umožní expanzi směsi paliva a vzduchu. Pak se objem sníží, což komprimuje směs do menšího prostoru.
Druhou věcí, kterou si všimnete, je to, jak jeden spalovací zdvih končí, když je další spalovací zdvih připraven ke střelbě. Vytvořením malého kanálu podél vnitřní stěny pouzdra vedle zapalovací svíčky může malé množství horkého plynu proudit zpět do další spalovací komory připravené k ohni, když každé z těsnění vozíku prochází kanálem. Výsledek je nepřetržité spalování, stejně jako v plynové turbíně letadla!
To vše v motoru Quasiturbine znamená zvýšení účinnosti a výkonu. Čtyři komory vytvářejí dva po sobě jdoucí okruhy. První obvod se používá ke kompresi a expanzi během spalování. Druhý se používá k vytlačení odsávaného a nasávaného vzduchu. V jedné otáčce rotoru se vytvoří čtyři silové tahy. To je osmkrát více než typický pístový motor! Ani motor Wankel, který produkuje tři výkonové zdvihy na otáčku rotoru, nemůže odpovídat výkonu quasiturbine.
Je zřejmé, že díky zvýšenému výkonu motoru Quasiturbine je tento motor lepší než u Wankel a pístových motorů, ale vyřešil také řadu problémů, které Wankel předstoupil. Například motory Wankel vedou k neúplnému spalování směsi paliva a vzduchu, přičemž zbývající nespálené uhlovodíky se uvolňují do výfukových plynů. Kvasiturbinový motor překonává tento problém spalovací komorou, která je o 30 procent méně prodloužená. To znamená, že směs paliva a vzduchu v kvaziturbinu zažívá větší stlačení a úplnější spálení. To také znamená, že s méně paliva nespáleným, Quasiturbine zvyšuje spotřebu paliva dramaticky.
Mezi další významné výhody Quasiturbine patří:
- Nulové vibrace, protože motor je dokonale vyvážený
- Rychlejší zrychlení bez setrvačníku
- Vyšší točivý moment při nižších otáčkách
- Téměř bezolejový provoz
- Méně hluku
- Úplná flexibilita pro provoz zcela ponořená nebo v jakékoli orientaci, dokonce i obráceně
- Méně pohyblivých částí pro menší opotřebení
 Foto s laskavým svolením Quasiturbine.com |
-Vzhledem k tomu, že moderní motor s vnitřním spalováním byl vynalezen Karlem Benzem v roce 1886 a má téměř 120 let zdokonalování designu, je motor Quasiturbine stále ještě v plenkách. Motor se nepoužívá v žádných reálných aplikacích, které by otestovaly jeho vhodnost jako náhrada za pístový motor (nebo rotační motor). Je stále ve své prototypové fázi - nejlepší vzhled, jaký dosud dostal, je, když byl předveden na motokárovém voze v roce 2004. Kvasiturbína nemusí být po desetiletí konkurenční technologií motoru..
V budoucnu však pravděpodobně uvidíte, že se Quasiturbine používá více než jen ve vašem autě. Protože centrální oblast motoru je objemná a nevyžaduje žádnou centrální hřídel, může pojmout generátory, vrtule a další výstupní zařízení, což z něj činí ideální motor pro pohon řetězových pil, poháněných padáků, sněžných skútrů, vzduchových kompresorů, pohonných systémů lodí a elektrických elektráren.
Další informace o motoru Quasiturbine, dalších typech motorů a souvisejících tématech naleznete v odkazech na následující stránce.
Související články
- Jak fungují automobilové motory
- Jak dieselové motory fungují
- Jak fungují motory s plynovou turbínou
- Jak fungují motory HEMI
- Jak fungují radiální motory
- Jak rotační motory fungují
- Jak fungují motory Stirling
Další skvělé odkazy
- Patent USA č. 6 164 263: Kvaziturbín AC (kompresor nebo čerpadlo s kvazimurbinovým spalovacím motorem s nulovými vibracemi a čerpadlem)
- MIT: Vodíkové vozidlo nebude brzy životaschopné, říká studie
Prameny
- Ashley, Steven. 2001. Řešení motoru s nízkým znečištěním. Vědecký Američan. červen.
- Bode, Dave. 2000. Motor pro nové tisíciletí? FindArticles.com. duben.
http://www.findarticles.com/p/articles/mi_
m0FZX / is_4_66 / ai_62371174 / print - Physics Daily: The Physics Encyclopedia, s.v. "quasiturbine,"
http://www.physicsdaily.com/physics/Quasiturbine (zpřístupněno 14. května 2005). - Physics Daily: The Physics Encyclopedia, s.v. "Wankelův motor,"
http://www.physicsdaily.com/physics/Wankel_engine (zpřístupněno 14. května 2005). - Quasiturbine.com, http://www.quasiturbine.com/EIndex.htm
- Stauffer, Nancy. 2003. Vodíkové vozidlo brzy nebude životaschopné,
studie říká. Massachusetts Institute of Technology News Office. 5. března.
http://web.mit.edu/newsoffice/tt/2003/mar05/hydrogen.html - Stokes, Myron D. 2003. Kvantová rovnoběžka: Saint-Hilaire "quasiturbine"
jako základ pro současný posun paradigmatu v pohonných systémech vozidel. 15. prosince. - Tse, Lawrence. 2003. Quasiturbine: Foto-detonační motor pro
optimální přínosy pro životní prostředí. Visionengineer.com. 8. června.
http://www.visionengineer.com/mech/quasiturbine.php - Webová stránka amerického patentového úřadu, Quasiturbine patentová přihláška.
Patent # 6,659,065. - Wright, Michael a Mukul Patel, eds. 2000.
Scientific American: Jak to funguje dnes.
New York: Crown Publishers.