Konstrukce motoru je na soutoku tří faktorů:obavy z toho, jak emise automobilů ovlivní životní prostředí; rostoucí ceny plynu a potřeba šetřit zdroje fosilních paliv; a uvědomění si, že auto na vodíkový pohon – ať už je poháněno vodíkovým palivovým článkem nebo vodíkovým vnitřním spalováním – nesplní svůj slib v blízké budoucnosti. V důsledku toho se mnoho inženýrů více zajímá o vylepšení spalovacího motoru.
Foto s laskavým svolením Quasiturbine.com
Kvaziturbinový motor. Podívejte se na další obrázky motorů.
Quasiturbine motor, patentovaný v roce 1996, je právě takovým vylepšením. V tomto článku představíme Quasiturbine engine a odpovíme na následující otázky:
Začněme tím, že se podíváme na některé základy motoru.
Abyste viděli, jak motor Quasiturbine funguje, musíte pochopit některé základy motoru.
Další informaceZákladní princip každého spalovacího motoru je jednoduchý:Pokud dáte malé množství vzduchu a vysokoenergetického paliva (jako je benzín) do malého uzavřeného prostoru a zapálíte jej, plyn se rychle rozpíná a uvolňuje neuvěřitelné množství energie.
Konečným cílem motoru je přeměnit energii tohoto expandujícího plynu na rotační (točivý) pohyb. V případě automobilových motorů je specifickým cílem otáčení hnacího hřídele rychle. Hnací hřídel je spojena s různými součástmi, které přenášejí rotační pohyb na kola automobilu.
Aby motor využil energii expandujícího plynu tímto způsobem, musí procházet řadou událostí, které způsobí mnoho drobných výbuchů plynu. V tomto cyklu spalování , motor musí:
Poté cyklus začíná znovu.
Jak motory fungují podrobně vysvětluje, jak to funguje v konvenčním pístovém motoru. Spalovací cyklus v podstatě tlačí píst nahoru a dolů, který otáčí hnací hřídel prostřednictvím klikové hřídele.
Zatímco pístový motor je nejběžnějším typem, který se vyskytuje v automobilech, kvaziturbinový motor funguje spíše jako rotační motor. Namísto použití pístu jako typického automobilového motoru používá rotační motor trojúhelníkový rotor k dosažení spalovacího cyklu. Spalovací tlak 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 se skříní a vytváří tři samostatné objemy plynu. Jak se rotor pohybuje po komoře, každý ze tří objemů plynu se střídavě rozšiřuje a smršťuje. Právě tato expanze a kontrakce nasává vzduch a palivo do motoru, stlačuje jej, vytváří užitečný výkon, když se plyny rozpínají a pak vytlačují výfukové plyny. (Další informace naleznete v části Jak fungují rotační motory).
V několika následujících částech uvidíme, jak Quasiturbine posune myšlenku rotačního motoru ještě dále.
Obsah
Rodina Saint-Hilaire si poprvé patentovala spalovací motor Quasiturbine v roce 1996. Koncepce Quasiturbine vyplynula z výzkumu, který začal intenzivním hodnocením všech koncepcí motorů s cílem zjistit výhody, nevýhody a příležitosti ke zlepšení. Během tohoto průzkumného procesu si tým Saint-Hilaire uvědomil, že jedinečné řešení motoru bude takové, které vylepší standardní Wankelův, neboli rotační motor.
Stejně jako rotační motory je i motor Quasiturbine založen na konstrukci rotoru a skříně. Ale místo tří lopatek má kvaziturbinový rotor čtyři prvky spojené dohromady se spalovacími komorami umístěnými mezi každým prvkem a stěnami krytu.
Foto s laskavým svolením Quasiturbine.com
Jednoduchý kvaziturbine design
Čtyřstranný rotor je to, co odlišuje kvaziturbinu od Wankelu. Ve skutečnosti existují dva různé způsoby konfigurace tohoto návrhu – jeden s vozíky a jeden bez vozíků . Jak uvidíme, kočár je v tomto případě jen jednoduchý stroj.
Nejprve se podívejme na součásti jednoduššího modelu Quasiturbine – verze bez pojezdů.
Jednodušší model Quasiturbine vypadá velmi podobně jako tradiční rotační motor:Rotor se otáčí uvnitř téměř oválného krytu. Všimněte si však, že kvaziturbinový rotor má čtyři prvky místo tří. Boky těsnění rotoru proti stranám skříně a rohy těsnění rotoru proti vnitřnímu obvodu, čímž je rozděluje na čtyři komory.
U pístového motoru jeden úplný čtyřtaktní cyklus vyvolá dvě úplné otáčky klikového hřídele (viz Jak fungují motory automobilů:Vnitřní spalování). To znamená, že výstupní výkon pístového motoru je polovina zdvihu výkonu na jednu otáčku pístu.
Kvasiturbine motor na druhé straně nepotřebuje písty. Místo toho jsou čtyři zdvihy typického pístového motoru uspořádány sekvenčně kolem oválného krytu. Není potřeba, aby klikový hřídel prováděl rotační konverzi.
Tato animovaná grafika identifikuje každý cyklus. Všimněte si, že na tomto obrázku je zapalovací svíčka umístěna v jednom z portů krytu.
V tomto základním modelu je velmi snadné vidět čtyři cykly vnitřního spalování:
Kvaziturbinové motory s podvozky fungují na stejné základní myšlence jako tato jednoduchá konstrukce s přidanými konstrukčními úpravami, které umožňují foto-detonaci . Fotodetonace je vynikající spalovací režim, který vyžaduje větší kompresi a větší tuhost, než jaké mohou poskytnout pístové nebo rotační motory. Nyní se podívejme, o čem tento režim spalování je.
Spalovací motory spadají do čtyř kategorií podle toho, jak dobře jsou vzduch a palivo smíchány ve spalovací komoře a jak je palivo zapáleno. Typ I zahrnuje motory, ve kterých se vzduch a palivo důkladně mísí a tvoří takzvanou homogenní směs . Když jiskra zapálí palivo, horký plamen prochází směsí a spaluje palivo, jak to jde. Toto je samozřejmě benzínový motor.
Typ II -- benzinový motor s přímým vstřikováním -- používá částečně smíšené palivo a vzduch (tj. heterogenní směs), která je vstřikována přímo do válce spíše než do sacího otvoru. Zapalovací svíčka pak zapálí směs, spálí více paliva a vytvoří méně odpadu.
V Typu III vzduch a palivo se ve spalovací komoře mísí jen částečně. Tato heterogenní směs je následně stlačena, což způsobí nárůst teploty, dokud nedojde k samovznícení. Vznětový motor funguje tímto způsobem.
Nakonec v Typu IV kombinují nejlepší atributy benzínových a naftových motorů. Předem smíchaná náplň paliva se vzduchem podléhá ohromné kompresi, dokud se palivo samovznítí. To se děje v motoru s fotodetonací, a protože využívá homogenní náplň a kompresní zapalování, je často popisován jako motor HCCI . Díky spalování HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition) nevznikají prakticky žádné emise a vynikající spotřeba paliva. Je to proto, že fotodetonační motory zcela spálí palivo a nezanechají za sebou žádné uhlovodíky, které by bylo možné zpracovat katalyzátorem nebo jednoduše vypudit do vzduchu.
Zdroj:Green Car Congress
Vysoký tlak potřebný pro fotodetonaci samozřejmě značně zatěžuje samotný motor. Pístové motory nemohou odolat prudké síle detonace. A tradiční rotační motory jako Wankel, které mají delší spalovací komory, které omezují míru komprese, které mohou dosáhnout, nejsou schopny vytvořit vysokotlaké prostředí nezbytné pro fotodetonaci.
Vstupte do Quasiturbine s kočáry. Pouze tato konstrukce je dostatečně pevná a dostatečně kompaktní, aby vydržela sílu fotodetonace a umožnila vyšší kompresní poměr nezbytný pro tlakově zahřáté samovznícení.
V další části se podíváme na hlavní součásti tohoto návrhu.
Bydlení (stator), což je téměř ovál známý jako „kluziště Saint-Hilaire“, tvoří dutinu, ve které se rotor otáčí. Kryt obsahuje čtyři porty :
Pouzdro je na každé straně uzavřeno dvěma kryty . Kryty mají tři porty své vlastní, což umožňuje maximální flexibilitu při konfiguraci motoru. Například jeden port může sloužit jako sání z konvenčního karburátoru nebo může být vybaven vstřikovačem plynu nebo nafty, zatímco jiný může sloužit jako alternativní místo pro zapalovací svíčku. Jeden ze tří portů je velký výstup pro výfukové plyny.
Způsob použití různých portů závisí na tom, zda automobilový inženýr chce tradiční spalovací motor nebo motor, který poskytuje super vysokou kompresi požadovanou pro fotodetonaci.
Rotor, vyrobený ze čtyř lopatek, nahrazuje písty typického spalovacího motoru. Každá čepel má výplňový hrot a trakční sloty pro přijetí spojovacích ramen. Pivot tvoří konec každé čepele. Úkolem čepu je spojit jednu lopatku s druhou a vytvořit spojení mezi lopatkou a houpacími vozíky . K dispozici jsou celkem čtyři houpací vozíky, jeden pro každou čepel. Každý vozík se může volně otáčet kolem stejného čepu, takže zůstává neustále v kontaktu s vnitřní stěnou pouzdra.
Každý vozík úzce spolupracuje se dvěma koly , což znamená, že je celkem osm kol. Kola umožňují hladké odvalování rotoru po tvarovaném povrchu stěny skříně a jsou vyrobena široká, aby se snížil tlak v místě kontaktu.
Quasiturbine motor nepotřebuje k provozu centrální hřídel; ale samozřejmě, auto vyžaduje výstupní hřídel pro přenos výkonu z motoru na kola. Výstupní hřídel je spojen s rotorem dvěma spojovacími rameny , které se vejdou do trakčních slotů, a čtyři pažní výztuhy .
Když složíte všechny díly dohromady, motor vypadá takto:
Všimněte si, že Quasiturbine motor nemá žádnou ze složitých částí typického pístového motoru. Nemá klikovou hřídel, ventily, písty, tlačné tyče, vahadla ani vačky. A protože listy rotoru „jezdí“ na pojezdech a kolech, dochází k malému tření, takže olej a olejová vana jsou zbytečné.
Nyní, když jsme se podívali na hlavní součásti kvaziturbiny s povozy, podívejme se, jak se vše snoubí. Tato animace ilustruje spalovací cyklus:
První věc, které si všimnete, je, jak listy rotoru při otáčení mění objem komor. Nejprve se zvětší objem, což umožňuje expanzi směsi paliva a vzduchu. Poté se objem zmenší, čímž se směs stlačí do menšího prostoru.
Druhá věc, které si všimnete, je, jak jeden spalovací zdvih končí právě ve chvíli, kdy je další spalovací zdvih připraven ke spalování. Vytvořením malého kanálu podél vnitřní stěny pouzdra vedle zapalovací svíčky je umožněno, aby malé množství horkého plynu proudilo zpět do další spalovací komory připravené k hoření, když každé z těsnění vozíku prochází přes kanál. Výsledkem je nepřetržité spalování , stejně jako v letadlové plynové turbíně!
To vše v motoru Quasiturbine znamená zvýšení účinnosti a výkonu. Čtyři komory vytvářejí dva po sobě jdoucí okruhy. První okruh se používá ke stlačování a rozpínání při spalování. Druhý slouží k vytlačení výfukového a nasávaného vzduchu. Během jedné otáčky rotoru vzniknou čtyři silové zdvihy. To je osmkrát více než u typického pístového motoru! Ani Wankelův motor, který produkuje tři výkonové zdvihy na otáčku rotoru, se nemůže rovnat výkonu kvaziturbiny.
Je zřejmé, že zvýšený výkon motoru Quasiturbine je lepší než Wankel a pístové motory, ale také vyřešil mnoho problémů, které Wankel představoval. Například u Wankelových motorů dochází k nedokonalému spalování směsi paliva a vzduchu, přičemž zbývající nespálené uhlovodíky se uvolňují do výfuku. Quasiturbine motor tento problém překonává se spalovací komorou, která je o 30 procent méně protáhlá. To znamená, že směs paliva a vzduchu v kvaziturbíně prodělává větší kompresi a úplnější hoření. Znamená to také, že díky menšímu množství nespáleného paliva kvaziturbina zvyšuje účinnost paliva dramaticky.
Mezi další významné výhody Quasiturbine patří:
Vzhledem k tomu, že moderní spalovací motor vynalezl Karl Benz v roce 1886 a prošel téměř 120 lety zdokonalování designu, je motor Quasiturbine stále v plenkách. Motor se nepoužívá v žádných reálných aplikacích, které by testovaly jeho vhodnost jako náhrada za pístový motor (nebo rotační motor). Je stále ve fázi prototypu – nejlepší vzhled, který kdo dosud získal, je, když byl v roce 2004 předveden na motokárách. Quasiturbine nemusí být konkurenceschopnou technologií motoru po celá desetiletí.
V budoucnu však pravděpodobně uvidíte Quasiturbine používat nejen ve svém autě. Protože oblast centrálního 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, lodních pohonných systémů a elektrických elektráren.
Pro více informací o Quasiturbine enginu, dalších typech motorů a souvisejících tématech se podívejte na odkazy na další stránce.
Související články HowStuffWorks
Další skvělé odkazy
Zdroje
Foto s laskavým svolením Quasiturbine.com
Kvaziturbínový motor s pojezdy 
Foto s laskavým svolením Quasiturbine.com
>Kvaziturbíny:Výhody a nevýhody
A konečně, Quasiturbine může běžet na různé druhy paliva, včetně metanolu, benzínu, petroleje, zemního plynu a nafty. Může dokonce pojmout vodík jako zdroj paliva, což z něj činí ideální přechodné řešení, protože automobily přecházejí z tradičního spalování na alternativní paliva. 
Foto s laskavým svolením Quasiturbine.com
>Spousta dalších informací
http://www.findarticles.com/p/articles/mi_
m0FZX/is_4_66/ai_62371174/print
http://www.physicsdaily.com/physics/Quasiturbine (přístup 14. května 2005).
http://www.physicsdaily.com/physics/Wankel_engine (přístup 14. května 2005).
studie říká. Informační kancelář Massachusettského technologického institutu. 5. března
http://web.mit.edu/newsoffice/tt/2003/mar05/hydrogen.html
jako základ pro simultánní změnu paradigmatu v pohonných systémech vozidel. 15. prosince.
optimální přínos pro životní prostředí. Visionengineer.com. 8. června
http://www.visionengineer.com/mech/quasiturbine.php
Patent č. 6 659 065.
Scientific American:Jak věci fungují dnes.
New York:Crown Publishers.
