La progettazione del motore è alla confluenza di tre fattori:preoccupazioni su come le emissioni delle auto influiranno sull'ambiente; l'aumento dei prezzi del gas e la necessità di conservare le risorse di combustibili fossili; e la consapevolezza che l'auto alimentata a idrogeno, sia essa alimentata da una cella a combustibile a idrogeno o da una combustione interna a idrogeno, non manterrà le sue promesse nel prossimo futuro. Di conseguenza, molti ingegneri stanno dando più interesse al miglioramento del motore a combustione interna.
Foto per gentile concessione di Quasiturbine.com
Motore quasiturbina. Guarda altre immagini dei motori.
Il motore Quasiturbine, brevettato nel 1996, è proprio un tale miglioramento. In questo articolo presenteremo il motore Quasiturbine e risponderemo alle seguenti domande:
Iniziamo osservando alcune nozioni di base sui motori.
Per vedere come funziona un motore Quasiturbine, devi comprendere alcune nozioni di base sul motore.
Ulteriori informazioniIl principio di base di qualsiasi motore a combustione interna è semplice:se metti una piccola quantità di aria e carburante ad alta energia (come la benzina) in un piccolo spazio chiuso e lo accendi, il gas si espande rapidamente, rilasciando un'incredibile quantità di energia.
L'obiettivo finale di un motore è convertire l'energia di questo gas in espansione in un movimento rotatorio (rotazione). Nel caso dei motori delle auto, l'obiettivo specifico è quello di far ruotare un albero di trasmissione rapidamente. L'albero di trasmissione è collegato a vari componenti che trasmettono il moto di rotazione sulle ruote dell'auto.
Per sfruttare l'energia dell'espansione del gas in questo modo, un motore deve scorrere una serie di eventi che provocano molte minuscole esplosioni di gas. In questo ciclo di combustione , il motore deve:
Poi il ciclo ricomincia da capo.
Come funzionano i motori spiega in dettaglio come funziona nei motori a pistoni convenzionali. In sostanza, il ciclo di combustione spinge su e giù un pistone, che fa ruotare l'albero di trasmissione tramite un albero a gomiti.
Mentre il motore a pistoni è il tipo più comune che si trova nelle auto, il motore Quasiturbine funziona più come un motore rotativo. Invece di utilizzare il pistone come un tipico motore di un'auto, un motore rotativo utilizza un rotore triangolare per realizzare il ciclo di combustione. La pressione di combustione è contenuta in una camera formata da parte dell'alloggiamento da un lato e dalla faccia del rotore triangolare dall'altro.
Il percorso del rotore mantiene ciascuno dei tre picchi del rotore in contatto con l'alloggiamento, creando tre volumi separati di gas. Quando il rotore si muove all'interno della camera, ciascuno dei tre volumi di gas si espande e si contrae alternativamente. È questa espansione e contrazione che aspira aria e carburante nel motore, lo comprime, produce potenza utile mentre i gas si espandono e quindi espelle lo scarico. (Vedi Come funzionano i motori rotativi per maggiori informazioni).
Nelle prossime sezioni, vedremo come Quasiturbine porta ancora più in là l'idea di un motore rotativo.
Contenuti
La famiglia Saint-Hilaire ha brevettato per la prima volta il motore a combustione Quasiturbine nel 1996. Il concetto Quasiturbine è il risultato di una ricerca iniziata con un'intensa valutazione di tutti i concetti di motore per rilevare vantaggi, svantaggi e opportunità di miglioramento. Durante questo processo esplorativo, il team di Saint-Hilaire si è reso conto che una soluzione motore unica sarebbe quella che apportasse miglioramenti al motore Wankel standard, o motore rotativo.
Come i motori rotativi, il motore Quasiturbine si basa su un design del rotore e dell'alloggiamento. Ma invece di tre pale, il rotore Quasiturbine ha quattro elementi incatenati, con camere di combustione situate tra ciascun elemento e le pareti dell'alloggiamento.
Foto per gentile concessione di Quasiturbine.com
Semplice design Quasiturbine
Il rotore a quattro lati è ciò che distingue il Quasiturbine dal Wankel. In realtà ci sono due modi diversi per configurare questo design:uno con carrelli e uno senza carrozze . Come vedremo, una carrozza, in questo caso, è solo un semplice pezzo di macchina.
Per prima cosa, diamo un'occhiata ai componenti del modello Quasiturbine più semplice:la versione senza carrozze.
Il più semplice modello Quasiturbine assomiglia molto a un tradizionale motore rotativo:un rotore gira all'interno di un alloggiamento di forma quasi ovale. Si noti, tuttavia, che il rotore Quasiturbine ha quattro elementi anziché tre. I lati del rotore sigillano contro i lati dell'alloggiamento e gli angoli del rotore sigillano contro la periferia interna, dividendola in quattro camere.
In un motore a pistoni, un ciclo completo a quattro tempi produce due giri completi dell'albero motore (vedi Come funzionano i motori per auto:combustione interna). Ciò significa che la potenza di un motore a pistoni è metà della corsa di potenza per un giro del pistone.
Un motore Quasiturbine, invece, non ha bisogno di pistoni. Invece, i quattro tempi di un tipico motore a pistoni sono disposti in sequenza attorno all'alloggiamento ovale. Non è necessario che l'albero a gomiti esegua la conversione rotativa.
Questa grafica animata identifica ogni ciclo. Notare che in questa illustrazione la candela si trova in una delle porte dell'alloggiamento.
In questo modello base, è molto facile vedere i quattro cicli di combustione interna:
I motori a quasiturbina con carrozze funzionano sulla stessa idea di base di questo semplice progetto, con modifiche al design aggiunte che consentono la detonazione fotografica . La foto-detonazione è una modalità di combustione superiore che richiede una maggiore compressione e una maggiore robustezza rispetto a quanto possono fornire i motori a pistoni o rotativi. Ora, vediamo in cosa consiste questa modalità di combustione.
I motori a combustione interna si dividono in quattro categorie in base al modo in cui aria e carburante vengono miscelati insieme nella camera di combustione e al modo in cui il carburante viene acceso. Digita I include motori in cui l'aria e il carburante si mescolano accuratamente per formare quella che viene chiamata una miscela omogenea . Quando una scintilla accende il carburante, una fiamma calda spazza la miscela, bruciando il carburante mentre va. Questo, ovviamente, è il motore a benzina.
Tipo II -- un motore a iniezione diretta di benzina -- utilizza carburante e aria parzialmente miscelati (cioè una miscela eterogenea) che viene iniettata direttamente nel cilindro anziché in una luce di aspirazione. Una candela accende quindi la miscela, bruciando più carburante e creando meno rifiuti.
In Tipo III , aria e carburante sono solo parzialmente miscelati nella camera di combustione. Questa miscela eterogenea viene quindi compressa, provocando un aumento della temperatura fino all'autoaccensione. Un motore diesel funziona in questo modo.
Infine, in Tipo IV , vengono combinate le migliori caratteristiche dei motori a benzina e diesel. Una carica aria-combustibile premiscelata subisce un'enorme compressione fino a quando il carburante non si accende automaticamente. Questo è ciò che accade in un motore a fotodetonazione e, poiché utilizza una carica omogenea e un'accensione a compressione, viene spesso descritto come un motore HCCI . La combustione HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition) produce praticamente nessuna emissione e un'efficienza del carburante superiore. Questo perché i motori a fotodetonazione bruciano completamente il carburante, senza lasciare idrocarburi da trattare con un convertitore catalitico o semplicemente espulsi nell'aria.
Fonte:Green Car Congress
Naturalmente, l'alta pressione richiesta per la foto-detonazione sottopone il motore stesso a una notevole sollecitazione. I motori a pistoni non possono resistere alla forza violenta della detonazione. E i motori rotativi tradizionali come il Wankel, che hanno camere di combustione più lunghe che limitano la quantità di compressione che possono ottenere, non sono in grado di produrre l'ambiente ad alta pressione necessario affinché avvenga la fotodetonazione.
Entra nella Quasiturbine con le carrozze. Solo questo design è abbastanza forte e compatto da resistere alla forza della fotodetonazione e consentire il rapporto di compressione più elevato necessario per l'autoaccensione riscaldata a pressione.
Nella prossima sezione, esamineremo i componenti principali di questo design.
L'alloggio (statore), che è un quasi ovale noto come "pista di pattinaggio di Saint-Hilaire", forma la cavità in cui ruota il rotore. L'alloggiamento contiene quattro porte :
L'alloggiamento è racchiuso su ciascun lato da due coperchi . Le coperture hanno tre porte propri, consentendo la massima flessibilità nella configurazione del motore. Ad esempio, una porta può fungere da aspirazione da un carburatore convenzionale o essere dotata di un iniettore di gas o diesel, mentre un'altra può fungere da posizione alternativa per una candela. Una delle tre porte è una grande uscita per i gas di scarico.
Il modo in cui vengono utilizzate le varie porte dipende dal fatto che l'ingegnere automobilistico desideri un motore a combustione interna tradizionale o uno che offra l'altissima compressione richiesta per la fotodetonazione.
Il rotore, composto da quattro pale, sostituisce i pistoni di un tipico motore a combustione interna. Ogni lama ha una punta di riempimento e slot di trazione per ricevere i bracci di aggancio. Un perno forma l'estremità di ogni lama. Il compito del perno è quello di unire una lama all'altra e di formare un collegamento tra la lama e i carri a dondolo . Ci sono quattro carri a dondolo in totale, uno per ogni lama. Ciascun carrello è libero di ruotare attorno allo stesso perno in modo che rimanga sempre a contatto con la parete interna dell'alloggiamento.
Ciascun carrello lavora a stretto contatto con due ruote , il che significa che ci sono otto ruote in tutto. Le ruote consentono al rotore di rotolare uniformemente sulla superficie sagomata della parete dell'alloggiamento e sono larghe per ridurre la pressione nel punto di contatto.
Il motore Quasiturbine non necessita di un albero centrale per funzionare; ma, naturalmente, un'auto richiede un albero di uscita per trasferire la potenza dal motore alle ruote. L'albero di uscita è collegato al rotore da due bracci di accoppiamento , che si adattano alle fessure di trazione e quattro bracci .
Quando metti insieme tutte le parti, il motore si presenta così:
Si noti che il motore Quasiturbine non ha nessuna delle parti complesse di un tipico motore a pistoni. Non ha albero a gomiti, valvole, pistoni, aste di spinta, bilancieri o camme. E poiché le pale del rotore "cavalcano" sui carrelli e sulle ruote, c'è poco attrito, il che significa che l'olio e una coppa dell'olio non sono necessari.
Ora che abbiamo esaminato i componenti principali della Quasiturbine con le carrozze, vediamo come tutto si combina. Questa animazione illustra il ciclo di combustione:
La prima cosa che noterai è come le pale del rotore, mentre girano, cambiano il volume delle camere. Innanzitutto il volume aumenta, il che consente alla miscela aria-carburante di espandersi. Quindi il volume diminuisce, comprimendo la miscela in uno spazio più piccolo.
La seconda cosa che noterai è come un colpo di combustione sta finendo proprio quando il colpo di combustione successivo è pronto per sparare. Creando un piccolo canale lungo la parete interna dell'alloggiamento vicino alla candela, una piccola quantità di gas caldo può ritornare alla successiva camera di combustione pronta all'accensione quando ciascuna delle guarnizioni del carrello passa sopra il canale. Il risultato è una combustione continua , proprio come nella turbina a gas dell'aereo!
Ciò che tutto ciò significa nel motore Quasiturbine è una maggiore efficienza e prestazioni. Le quattro camere producono due circuiti consecutivi. Il primo circuito viene utilizzato per comprimere ed espandere durante la combustione. Il secondo serve per espellere l'aria di scarico e di aspirazione. In un giro del rotore vengono creati quattro colpi di potenza. È otto volte più di un tipico motore a pistoni! Anche un motore Wankel, che produce tre colpi di potenza per giro del rotore, non può eguagliare le prestazioni di un Quasiturbine.
Ovviamente, la maggiore potenza del motore Quasiturbine lo rende superiore al Wankel e ai motori a pistoni, ma ha anche risolto molti dei problemi presentati dal Wankel. Ad esempio, i motori Wankel portano a una combustione incompleta della miscela aria-carburante, con i restanti idrocarburi incombusti rilasciati nello scarico. Il motore Quasiturbine risolve questo problema con una camera di combustione che è il 30 percento meno allungata. Ciò significa che la miscela aria-carburante nella quasiturbina subisce una maggiore compressione e una combustione più completa. Significa anche che, con meno carburante incombusto, Quasiturbine aumenta l'efficienza del carburante drammaticamente.
Altri vantaggi significativi della Quasiturbine includono:
Considerando che il moderno motore a combustione interna è stato inventato da Karl Benz nel 1886 e ha goduto di quasi 120 anni di perfezionamenti nel design, il motore Quasiturbine è ancora agli inizi. Il motore non viene utilizzato in nessuna applicazione del mondo reale che ne verificherebbe l'idoneità come sostituto del motore a pistoni (o del motore rotativo, se è per questo). È ancora nella sua fase di prototipo:l'aspetto migliore che chiunque abbia ottenuto finora è stato quando è stato dimostrato su un go-kart nel 2004. Il Quasiturbine potrebbe non essere una tecnologia di motore competitiva per decenni.
In futuro, tuttavia, probabilmente vedrai la Quasiturbine usata in qualcosa di più della tua auto. Poiché l'area del motore centrale è voluminosa e non richiede un albero centrale, può ospitare generatori, eliche e altri dispositivi di uscita, rendendolo un motore ideale per azionare motoseghe, paracadute a motore, motoslitte, compressori d'aria, sistemi di propulsione navale e centrali elettriche.
Per ulteriori informazioni sul motore Quasiturbine, altri tipi di motore e argomenti correlati, controlla i collegamenti nella pagina successiva.
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Fonti
Foto per gentile concessione di Quasiturbine.com
Motore a quasiturbina con carrelli 
Foto per gentile concessione di Quasiturbine.com
>Quasiturbine:vantaggi e svantaggi
Infine, il Quasiturbine può funzionare con diversi tipi di carburante, inclusi metanolo, benzina, cherosene, gas naturale e diesel. Può persino ospitare l'idrogeno come fonte di carburante, rendendolo una soluzione di transizione ideale poiché le auto evolvono dalla combustione tradizionale ai carburanti alternativi. 
Foto per gentile concessione di Quasiturbine.com
>Molte più informazioni
http://www.findarticles.com/p/articles/mi_
m0FZX/is_4_66/ai_62371174/print
http://www.physicsdaily.com/physics/Quasiturbine(visitato il 14 maggio 2005).
http://www.physicsdaily.com/physics/Wankel_engine (consultato il 14 maggio 2005).
afferma uno studio. Ufficio stampa del Massachusetts Institute of Technology. 5 marzo.
http://web.mit.edu/newsoffice/tt/2003/mar05/hydrogen.html
come base per un cambio di paradigma simultaneo nei sistemi di propulsione dei veicoli. 15 dicembre.
benefici ambientali ottimali. Visionengineer.com. 8 giugno.
http://www.visionengineer.com/mech/quasiturbine.php
Brevetto n. 6.659.065.
Scientific American:come funzionano le cose oggi.
New York:Crown Publishers.
