Het ontwerp van de motor hangt samen met drie factoren:bezorgdheid over de invloed van auto-emissies op het milieu; stijgende gasprijzen en de noodzaak om fossiele brandstoffen te sparen; en het besef dat de auto op waterstof -- of hij nu wordt aangedreven door een waterstofbrandstofcel of door interne verbranding van waterstof -- zijn belofte in de nabije toekomst niet zal waarmaken. Als gevolg hiervan zijn veel ingenieurs meer geïnteresseerd in het verbeteren van de verbrandingsmotor.
Foto met dank aan Quasiturbine.com
Quasiturbine-motor. Bekijk meer afbeeldingen van motoren.
De Quasiturbine-motor, gepatenteerd in 1996, is zo'n verbetering. In dit artikel introduceren we de Quasiturbine-engine en beantwoorden we de volgende vragen:
Laten we beginnen door enkele basisprincipes van de motor te bekijken.
Om te zien hoe een Quasiturbine-motor werkt, moet u enkele basisprincipes van de motor begrijpen.
Meer informatieHet basisprincipe achter elke verbrandingsmotor is eenvoudig:als je een kleine hoeveelheid lucht en energierijke brandstof (zoals benzine) in een kleine, afgesloten ruimte doet en deze ontsteekt, zet het gas snel uit en komt er een ongelooflijke hoeveelheid energie vrij.
Het uiteindelijke doel van een motor is om de energie van dit uitzettende gas om te zetten in een roterende (draaiende) beweging. In het geval van automotoren is het specifieke doel het roteren van een aandrijfas snel. De aandrijfas is verbonden met verschillende componenten die de roterende beweging doorgeven aan de wielen van de auto.
Om de energie van uitzettend gas op deze manier te benutten, moet een motor een reeks gebeurtenissen doorlopen die vele kleine gasexplosies veroorzaakt. In deze verbrandingscyclus , de motor moet:
Dan begint de cyclus helemaal opnieuw.
How Engines Work legt in detail uit hoe dit werkt in conventionele zuigermotoren. In wezen duwt de verbrandingscyclus een zuiger op en neer, die de aandrijfas door middel van een krukas laat draaien.
Hoewel de zuigermotor het meest voorkomende type is in auto's, werkt de Quasiturbine-motor meer als een rotatiemotor. In plaats van een zuiger te gebruiken zoals een typische automotor, gebruikt een rotatiemotor een driehoekige rotor om de verbrandingscyclus te bereiken. De verbrandingsdruk bevindt zich in een kamer die wordt gevormd door een deel van de behuizing aan de ene kant en het oppervlak van de driehoekige rotor aan de andere kant.
Het pad van de rotor houdt elk van de drie rotorpieken in contact met de behuizing, waardoor er drie afzonderlijke gasvolumes ontstaan. Terwijl de rotor door de kamer beweegt, zet elk van de drie gasvolumes afwisselend uit en samen. Het is deze uitzetting en samentrekking die lucht en brandstof in de motor trekt, deze comprimeert, nuttige kracht levert terwijl de gassen uitzetten en vervolgens de uitlaat verdrijft. (Zie Hoe roterende motoren werken voor meer informatie).
In de volgende paragrafen zullen we zien hoe de Quasiturbine het idee van een rotatiemotor nog verder brengt.
Inhoud
De familie Saint-Hilaire patenteerde de Quasiturbine-verbrandingsmotor voor het eerst in 1996. Het Quasiturbine-concept was het resultaat van onderzoek dat begon met een intensieve evaluatie van alle motorconcepten om voordelen, nadelen en mogelijkheden voor verbetering vast te stellen. Tijdens dit verkenningsproces kwam het Saint-Hilaire-team tot het besef dat een unieke motoroplossing er een zou zijn die verbeteringen aanbracht aan de standaard Wankel- of roterende motor.
Net als rotatiemotoren is de Quasiturbine-motor gebaseerd op een ontwerp met rotor en behuizing. Maar in plaats van drie bladen heeft de Quasiturbine-rotor vier aan elkaar geketende elementen, met verbrandingskamers tussen elk element en de wanden van de behuizing.
Foto met dank aan Quasiturbine.com
Eenvoudig quasiturbine-ontwerp
De vierzijdige rotor is wat de Quasiturbine onderscheidt van de Wankel. Er zijn eigenlijk twee verschillende manieren om dit ontwerp te configureren -- een met rijtuigen en een zonder rijtuigen . Zoals we zullen zien, is een koets in dit geval slechts een eenvoudig stuk machine.
Laten we eerst eens kijken naar de componenten van het eenvoudigere Quasiturbine-model -- de versie zonder wagens.
Het eenvoudigere Quasiturbine-model lijkt erg op een traditionele rotatiemotor:een rotor draait in een bijna ovaalvormige behuizing. Merk echter op dat de Quasiturbine-rotor vier elementen heeft in plaats van drie. De zijkanten van de rotor afdichting tegen de zijkanten van de behuizing, en de hoeken van de rotor afdichting tegen de binnenste periferie, waardoor deze in vier kamers wordt verdeeld.
In een zuigermotor produceert één volledige viertaktcyclus twee volledige omwentelingen van de krukas (zie Hoe automotoren werken:interne verbranding). Dat betekent dat het vermogen van een zuigermotor een halve arbeidsslag per zuigeromwenteling is.
Een quasiturbinemotor daarentegen heeft geen zuigers nodig. In plaats daarvan zijn de vier slagen van een typische zuigermotor opeenvolgend rond de ovale behuizing aangebracht. De krukas is niet nodig om de roterende conversie uit te voeren.
Deze geanimeerde afbeelding identificeert elke cyclus. Merk op dat in deze afbeelding de bougie zich in een van de behuizingspoorten bevindt.
In dit basismodel is het heel gemakkelijk om de vier cycli van interne verbranding te zien:
Quasiturbinemotoren met rijtuigen werken volgens hetzelfde basisidee als dit eenvoudige ontwerp, met toegevoegde ontwerpaanpassingen die foto-ontploffing mogelijk maken . Foto-detonatie is een superieure verbrandingsmodus die meer compressie en grotere stevigheid vereist dan zuiger- of rotatiemotoren kunnen bieden. Laten we nu eens kijken waar deze verbrandingsmodus over gaat.
Verbrandingsmotoren vallen in vier categorieën op basis van hoe goed lucht en brandstof worden gemengd in de verbrandingskamer en hoe de brandstof wordt ontstoken. Type I omvat motoren waarin de lucht en de brandstof grondig vermengen tot een zogenaamd homogeen mengsel . Wanneer een vonk de brandstof ontsteekt, veegt een hete vlam door het mengsel en verbrandt de brandstof terwijl het gaat. Dit is natuurlijk de benzinemotor.
Type II -- een benzinemotor met directe injectie -- gebruikt gedeeltelijk gemengde brandstof en lucht (d.w.z. een heterogeen mengsel) dat rechtstreeks in de cilinder wordt geïnjecteerd in plaats van in een inlaatpoort. Een bougie ontsteekt vervolgens het mengsel, waardoor meer brandstof wordt verbrand en er minder afval ontstaat.
In Type III , lucht en brandstof worden slechts gedeeltelijk gemengd in de verbrandingskamer. Dit heterogene mengsel wordt vervolgens samengeperst, waardoor de temperatuur stijgt tot zelfontbranding plaatsvindt. Een dieselmotor werkt op deze manier.
Tot slot, in Type IV worden de beste eigenschappen van benzine- en dieselmotoren gecombineerd. Een voorgemengde brandstof-luchtlading ondergaat een enorme compressie totdat de brandstof zelfontbrandt. Dit is wat er gebeurt in een foto-detonatiemotor, en omdat deze een homogene lading en compressieontsteking gebruikt, wordt deze vaak beschreven als een HCCI-motor . HCCI-verbranding (Homogeneous Charge Compression Ignition) resulteert in vrijwel geen emissies en een superieure brandstofefficiëntie. Dit komt omdat foto-detonatiemotoren de brandstof volledig verbranden, waardoor er geen koolwaterstoffen achterblijven die door een katalysator moeten worden behandeld of gewoon in de lucht kunnen worden uitgestoten.
Bron:Green Car Congress
Natuurlijk legt de hoge druk die nodig is voor foto-detonatie een aanzienlijke hoeveelheid druk op de motor zelf. Zuigermotoren zijn niet bestand tegen de gewelddadige kracht van de ontploffing. En traditionele rotatiemotoren zoals de Wankel, die langere verbrandingskamers hebben die de hoeveelheid compressie die ze kunnen bereiken beperken, zijn niet in staat om de hogedrukomgeving te creëren die nodig is om foto-ontploffing te laten plaatsvinden.
Betreed de Quasiturbine met rijtuigen. Alleen dit ontwerp is sterk genoeg en compact genoeg om de kracht van foto-ontploffing te weerstaan en zorgt voor de hogere compressieverhouding die nodig is voor zelfontbranding onder druk.
In het volgende gedeelte zullen we kijken naar de belangrijkste componenten van dit ontwerp.
De behuizing (stator), een bijna ovaal dat bekend staat als de "Saint-Hilaire-schaatsbaan", vormt de holte waarin de rotor draait. De behuizing bevat vier poorten :
De behuizing is aan weerszijden omsloten door twee afdekkingen . De covers hebben drie poorten van hun eigen, waardoor maximale flexibiliteit in de manier waarop de motor is geconfigureerd. Een poort kan bijvoorbeeld dienen als inlaat van een conventionele carburateur of worden uitgerust met een gas- of dieselinjector, terwijl een andere kan dienen als alternatieve locatie voor een bougie. Een van de drie poorten is een grote uitlaat voor uitlaatgassen.
Hoe de verschillende poorten worden gebruikt, hangt af van of de auto-ingenieur een traditionele verbrandingsmotor wil of een motor die de superhoge compressie levert die nodig is voor foto-detonatie.
De rotor, gemaakt van vier bladen, vervangt de zuigers van een typische verbrandingsmotor. Elk mesje heeft een vulpunt en tractieslots om de koppelarmen te ontvangen. Een draaipunt vormt het uiteinde van elk blad. De taak van de spil is om het ene blad met het volgende te verbinden en een verbinding te vormen tussen het blad en de schommelende wagens . Er zijn in totaal vier schommelwagens, één voor elk blad. Elke wagen kan vrij rond hetzelfde draaipunt draaien, zodat hij te allen tijde in contact blijft met de binnenwand van het huis.
Elke wagen werkt nauw samen met twee wielen , wat betekent dat er in totaal acht wielen zijn. De wielen zorgen ervoor dat de rotor soepel over het geprofileerde oppervlak van de behuizingswand kan rollen en zijn breed gemaakt om de druk op het contactpunt te verminderen.
De Quasiturbine-motor heeft geen centrale as nodig om te werken; maar natuurlijk heeft een auto een uitgaande as nodig om het vermogen van de motor naar de wielen over te brengen. De uitgaande as is verbonden met de rotor door twee koppelarmen , die in tractiegleuven passen, en vier armbeugels .
Als je alle onderdelen bij elkaar zet, ziet de motor er als volgt uit:
Merk op dat de Quasiturbine-motor geen van de ingewikkelde onderdelen van een typische zuigermotor heeft. Het heeft geen krukas, kleppen, zuigers, stoterstangen, tuimelaars of nokken. En omdat de rotorbladen op de wagens en wielen "rijden" is er weinig wrijving, waardoor olie en een oliecarter niet nodig zijn.
Nu we de belangrijkste componenten van de quasiturbine met rijtuigen hebben bekeken, gaan we eens kijken hoe alles bij elkaar komt. Deze animatie illustreert de verbrandingscyclus:
Het eerste dat opvalt, is hoe de rotorbladen, terwijl ze draaien, het volume van de kamers veranderen. Eerst neemt het volume toe, waardoor het brandstof-luchtmengsel kan uitzetten. Dan neemt het volume af, waardoor het mengsel in een kleinere ruimte wordt samengeperst.
Het tweede dat opvalt, is hoe de ene verbrandingsslag precies eindigt wanneer de volgende verbrandingsslag klaar is om te vuren. Door naast de bougie een klein kanaal langs de binnenwand van de behuizing te maken, kan een kleine hoeveelheid heet gas terugstromen naar de volgende vuurklare verbrandingskamer wanneer elk van de wagenafdichtingen over het kanaal gaat. Het resultaat is continue verbranding , net als in de vliegtuiggasturbine!
Waar dit allemaal op neerkomt in de Quasiturbine-motor is verhoogde efficiëntie en prestaties. De vier kamers produceren twee opeenvolgende circuits. Het eerste circuit wordt gebruikt om te comprimeren en uit te zetten tijdens de verbranding. De tweede wordt gebruikt om uitlaat- en inlaatlucht te verdrijven. In één omwenteling van de rotor ontstaan vier krachtslagen. Dat is acht keer meer dan een typische zuigermotor! Zelfs een wankelmotor, die drie krachtslagen per rotoromwenteling produceert, kan de prestaties van een quasiturbine niet evenaren.
Het is duidelijk dat het verhoogde vermogen van de Quasiturbine-motor hem superieur maakt aan wankel- en zuigermotoren, maar het heeft ook veel van de problemen opgelost die door de wankel worden veroorzaakt. De wankelmotoren leiden bijvoorbeeld tot onvolledige verbranding van het brandstof-luchtmengsel, waarbij de resterende onverbrande koolwaterstoffen in de uitlaat vrijkomen. De Quasiturbine-motor overwint dit probleem met een verbrandingskamer die 30 procent minder langwerpig is. Dit betekent dat het brandstof-luchtmengsel in de quasiturbine een grotere compressie en een volledigere verbranding ervaart. Het betekent ook dat, met minder brandstof die onverbrand blijft, de Quasiturbine het brandstofverbruik verhoogt dramatisch.
Andere belangrijke voordelen van de Quasiturbine zijn:
Aangezien de moderne verbrandingsmotor in 1886 door Karl Benz werd uitgevonden en bijna 120 jaar aan ontwerpverfijningen heeft genoten, staat de Quasiturbine-motor nog in de kinderschoenen. De motor wordt niet gebruikt in echte toepassingen die zijn geschiktheid als vervanging voor de zuigermotor (of de rotatiemotor, wat dat betreft) zouden testen. Het bevindt zich nog in de prototypefase - de beste look die iemand tot nu toe heeft gekregen, is toen hij in 2004 op een skelter werd gedemonstreerd. De Quasiturbine is misschien al decennia geen concurrerende motortechnologie.
In de toekomst zult u de Quasiturbine echter waarschijnlijk in meer dan alleen uw auto zien worden gebruikt. Omdat het centrale motorgebied volumineus is en geen centrale as nodig heeft, is het geschikt voor generatoren, propellers en andere uitvoerapparaten, waardoor het een ideale motor is voor het aandrijven van kettingzagen, aangedreven parachutes, sneeuwscooters, luchtcompressoren, voortstuwingssystemen voor schepen en elektrische energiecentrales.
Bekijk de links op de volgende pagina voor meer informatie over de Quasiturbine-motor, andere motortypen en gerelateerde onderwerpen.
Gerelateerde HowStuffWorks-artikelen
Meer geweldige links
Bronnen
Foto met dank aan Quasiturbine.com
Quasiturbinemotor met rijtuigen 
Foto met dank aan Quasiturbine.com
>Quasiturbines:voor- en nadelen
Ten slotte kan de Quasiturbine op verschillende soorten brandstof rijden, waaronder methanol, benzine, kerosine, aardgas en diesel. Het is zelfs geschikt voor waterstof als brandstofbron, waardoor het een ideale overgangsoplossing is als auto's evolueren van traditionele verbranding naar alternatieve brandstoffen. 
Foto met dank aan Quasiturbine.com
>Veel meer informatie
http://www.findarticles.com/p/articles/mi_
m0FZX/is_4_66/ai_62371174/print
http://www.physicsdaily.com/physics/Quasiturbine(geraadpleegd op 14 mei 2005).
http://www.physicsdaily.com/physics/Wankel_engine (geraadpleegd op 14 mei 2005).
http://web.mit.edu/newsoffice/tt/2003/mar05/hydrogen.html
als basis voor een gelijktijdige paradigmaverschuiving in aandrijfsystemen voor voertuigen. 15 december.
optimale milieuvoordelen. Visionengineer.com. 8 juni
http://www.visionengineer.com/mech/quasiturbine.php
Patent # 6.659.065.
Scientific American:Hoe de dingen tegenwoordig werken.
New York:Crown Publishers.
