엔진 설계는 세 가지 요소의 합류점에 있습니다. 자동차 배기가스가 환경에 미치는 영향에 대한 우려; 가스 가격 상승 및 화석 연료 자원 보존의 필요성; 그리고 수소로 움직이는 자동차(수소 연료 전지로 구동되거나 수소 내부 연소로 구동됨)가 가까운 장래에 약속을 이행하지 않을 것이라는 인식. 그 결과 많은 엔지니어들이 내연기관 개선에 더 많은 관심을 기울이고 있습니다.
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사진 제공 Quasiturbine.com
준터빈 엔진. 더 많은 엔진 이미지 보기
1996년에 특허를 받은 Quasiturbine 엔진은 바로 그러한 개선 사항입니다. 이 기사에서는 Quasiturbine 엔진을 소개하고 다음 질문에 답할 것입니다.
몇 가지 엔진 기본 사항을 살펴보고 시작하겠습니다.
Quasiturbine 엔진이 어떻게 작동하는지 보려면 몇 가지 엔진 기본 사항을 이해해야 합니다.
자세히 알아보기모든 내연 기관의 기본 원리는 간단합니다. 작은 밀폐 공간에 소량의 공기와 고에너지 연료(예:가솔린)를 넣고 점화하면 가스가 빠르게 팽창하여 엄청난 양의 에너지를 방출합니다.
엔진의 궁극적인 목표는 이 팽창하는 가스의 에너지를 회전(회전) 운동으로 변환하는 것입니다. 자동차 엔진의 경우 구체적인 목표는 구동축을 회전시키는 것입니다. 급속히. 구동축은 회전 운동을 자동차 바퀴에 전달하는 다양한 구성 요소에 연결됩니다.
이러한 방식으로 팽창하는 가스의 에너지를 이용하려면 엔진이 여러 개의 작은 가스 폭발을 일으키는 일련의 이벤트를 순환해야 합니다. 이 연소 주기에서 , 엔진은 다음을 충족해야 합니다.
그런 다음 주기가 다시 시작됩니다.
엔진 작동 방식에서는 이것이 기존 피스톤 엔진에서 어떻게 작동하는지 자세히 설명합니다. 기본적으로 연소 사이클은 피스톤을 위아래로 밀어 크랭크축을 통해 구동축을 회전시킵니다.
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피스톤 엔진이 자동차에서 볼 수 있는 가장 일반적인 유형인 반면, Quasiturbine 엔진은 로터리 엔진처럼 작동합니다. 일반 자동차 엔진처럼 피스톤을 사용하는 대신 로터리 엔진은 삼각 로터를 사용합니다. 연소 사이클을 달성합니다. 연소 압력은 하우징의 한 면과 다른 면의 삼각형 로터 면으로 구성된 챔버에 포함됩니다.
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로터의 경로는 3개의 로터 피크 각각을 하우징과 접촉하도록 유지하여 3개의 개별 부피의 가스를 생성합니다. 로터가 챔버 주위를 이동할 때 3가지 부피의 가스 각각이 교대로 팽창 및 수축합니다. 이 팽창과 수축은 공기와 연료를 엔진으로 끌어들이고 압축하며 가스가 팽창할 때 유용한 동력을 생성한 다음 배기가스를 배출합니다. (자세한 내용은 로타리 엔진 작동 방식 참조).
다음 몇 섹션에서는 Quasiturbine이 회전식 엔진의 개념을 어떻게 더 발전시키는지 살펴보겠습니다.
콘텐츠
Saint-Hilaire 제품군은 1996년에 처음으로 Quasiturbine 연소 엔진에 대한 특허를 받았습니다. Quasiturbine 개념은 장점, 단점 및 개선 기회를 기록하기 위해 모든 엔진 개념에 대한 집중적인 평가로 시작된 연구에서 비롯되었습니다. 이 탐색 과정에서 Saint-Hilaire 팀은 고유한 엔진 솔루션이 표준 Wankel 또는 회전식 엔진을 개선하는 솔루션이라는 것을 깨닫게 되었습니다.
로터리 엔진과 마찬가지로 Quasiturbine 엔진은 로터 및 하우징 설계를 기반으로 합니다. 그러나 3개의 블레이드 대신에 Quasiturbine 로터에는 4개의 요소가 함께 연결되어 있으며 각 요소와 하우징 벽 사이에 연소실이 있습니다.
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사진 제공 Quasiturbine.com
단순한 준터빈 디자인
4면 로터 이것이 Quasiturbine을 Wankel과 구별하는 것입니다. 실제로 이 디자인을 구성하는 두 가지 다른 방법이 있습니다. 하나는 캐리지입니다. 캐리지가 없는 것 . 이 경우 마차는 단순한 기계 부품일 뿐입니다.
먼저, 더 단순한 Quasiturbine 모델인 캐리지가 없는 버전의 구성 요소를 살펴보겠습니다.
더 단순한 Quasiturbine 모델은 전통적인 로터리 엔진과 매우 흡사합니다. 로터는 거의 타원형의 하우징 내부에서 회전합니다. 그러나 Quasiturbine 로터에는 3개가 아닌 4개의 요소가 있습니다. 로터 씰의 측면은 하우징 측면에, 로터 씰의 모서리는 내부 주변에 대해 4개의 챔버로 나눕니다.
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피스톤 엔진에서 완전한 4행정 사이클은 크랭크축의 완전한 두 회전을 생성합니다(자동차 엔진 작동 방식:내부 연소 참조). 즉, 피스톤 엔진의 출력은 피스톤 1회전당 파워 스트로크의 절반입니다.
반면에 준터빈 엔진은 피스톤이 필요하지 않습니다. 대신에 전형적인 피스톤 엔진의 4행정은 타원형 하우징 주위에 순차적으로 배열됩니다. 회전 변환을 수행하기 위해 크랭크축이 필요하지 않습니다.
이 애니메이션 그래픽은 각 주기를 식별합니다. 이 그림에서 점화 플러그는 하우징 포트 중 하나에 있습니다.
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이 기본 모델에서는 내연의 4가지 주기를 매우 쉽게 볼 수 있습니다.
캐리지가 있는 준터빈 엔진은 광폭발을 허용하는 추가 설계 수정과 함께 이 단순한 설계와 동일한 기본 아이디어로 작동합니다. . 광폭발은 피스톤이나 로터리 엔진이 제공할 수 있는 것보다 더 많은 압축과 더 큰 견고성을 요구하는 우수한 연소 모드입니다. 이제 이 연소 모드가 무엇인지 봅시다.
내연 기관은 연소실에서 공기와 연료가 얼마나 잘 혼합되고 연료가 점화되는지에 따라 4가지 범주로 나뉩니다. 유형 I 공기와 연료가 완전히 혼합되어 균질한 혼합물을 형성하는 엔진이 포함됩니다. . 스파크가 연료에 점화되면 뜨거운 불꽃이 혼합물을 스쳐 지나가면서 연료를 태웁니다. 물론 이것은 가솔린 엔진입니다.
유형 II -- 가솔린 직분사 엔진 -- 부분적으로 혼합된 연료와 공기(즉, 불균일 혼합물)를 사용하여 흡기 포트가 아닌 실린더에 직접 분사됩니다. 그런 다음 점화 플러그가 혼합물을 점화하여 연료를 더 많이 태우고 폐기물을 덜 생성합니다.
유형 III에서 , 공기와 연료는 연소실에서 부분적으로만 혼합됩니다. 이 불균질한 혼합물은 압축되어 자체 점화가 발생할 때까지 온도가 상승합니다. 디젤 엔진은 이러한 방식으로 작동합니다.
마지막으로 유형 IV에서 , 가솔린 엔진과 디젤 엔진의 장점이 결합되어 있습니다. 미리 혼합된 연료-공기 충전물은 연료가 자체 점화될 때까지 엄청난 압축을 겪습니다. 이것은 광폭발 엔진에서 일어나는 일이며, 균질 충전 및 압축 점화를 사용하기 때문에 종종 HCCI 엔진으로 설명됩니다. . HCCI(균질 충전 압축 점화) 연소로 배기 가스가 거의 발생하지 않고 연료 효율성이 뛰어납니다. 이는 광폭발 엔진이 연료를 완전히 연소시켜 촉매 변환기에 의해 처리되거나 단순히 공기 중으로 배출되는 탄화수소를 남기지 않기 때문입니다.
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출처:그린카 의회
물론 광폭발에 필요한 높은 압력은 엔진 자체에 상당한 스트레스를 줍니다. 피스톤 엔진은 폭발의 격렬한 힘을 견딜 수 없습니다. 그리고 얻을 수 있는 압축량을 제한하는 더 긴 연소실을 가진 Wankel과 같은 전통적인 회전식 엔진은 광폭발에 필요한 고압 환경을 생성할 수 없습니다.
마차와 함께 Quasiturbine에 들어갑니다. 이 디자인만이 광폭발의 힘을 견디고 압력 가열식 자체 점화에 필요한 더 높은 압축비를 허용할 만큼 충분히 강하고 컴팩트합니다.
다음 섹션에서는 이 디자인의 주요 구성 요소를 살펴보겠습니다.
주택 "Saint-Hilaire 스케이트 링크"로 알려진 타원형에 가까운 (고정자)는 로터가 회전하는 공동을 형성합니다. 하우징에는 4개의 포트가 있습니다. :
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하우징은 양쪽에 2개의 커버로 둘러싸여 있습니다. . 덮개에는 3개의 포트가 있습니다. 엔진 구성 방식에 최대한의 유연성을 허용합니다. 예를 들어, 한 포트는 기존 기화기의 흡입구 역할을 하거나 가스 또는 디젤 인젝터에 장착할 수 있고 다른 포트는 점화 플러그의 대체 위치로 사용할 수 있습니다. 3개의 포트 중 하나는 배기 가스를 위한 대형 배출구입니다.
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다양한 포트가 사용되는 방식은 자동차 엔지니어가 전통적인 내연 기관을 원하는지 아니면 광폭발에 필요한 초고압축을 제공하는 엔진을 원하는지에 따라 다릅니다.
4개의 블레이드로 구성된 로터는 일반적인 내연 기관의 피스톤을 대체합니다. 각 블레이드에는 필러 팁이 있습니다. 및 트랙션 슬롯 커플링 암을 받습니다. 피봇 각 블레이드의 끝을 형성합니다. 피벗의 역할은 한 블레이드를 다음 블레이드에 연결하고 블레이드와 흔들리는 캐리지 사이를 연결하는 것입니다. . 각 블레이드에 하나씩 총 4개의 흔들 캐리지가 있습니다. 각 캐리지는 동일한 피벗을 중심으로 자유롭게 회전할 수 있으므로 항상 하우징의 내벽과 접촉 상태를 유지합니다.
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각 캐리지는 두 개의 바퀴와 긴밀하게 작동합니다. , 이것은 모두 8개의 바퀴가 있다는 것을 의미합니다. 바퀴는 로터가 하우징 벽의 윤곽이 있는 표면에서 부드럽게 굴러갈 수 있도록 하고 접촉 지점에서 압력을 줄이기 위해 넓게 만들어졌습니다.
Quasiturbine 엔진은 작동하기 위해 중앙 샤프트가 필요하지 않습니다. 그러나 물론 자동차는 엔진에서 바퀴로 동력을 전달하기 위해 출력 샤프트가 필요합니다. 출력 샤프트 두 개의 커플링 암으로 로터에 연결됩니다. , 견인 슬롯에 맞는 4개의 팔 버팀대 .
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모든 부품을 합치면 엔진은 다음과 같습니다.
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사진 제공 Quasiturbine.com
마차가 있는 준터빈 엔진
Quasiturbine 엔진에는 일반적인 피스톤 엔진의 복잡한 부분이 없습니다. 크랭크 샤프트, 밸브, 피스톤, 푸시 로드, 로커 또는 캠이 없습니다. 그리고 로터 블레이드가 캐리지와 휠에 "타기" 때문에 마찰이 거의 없으므로 오일과 오일 팬이 필요하지 않습니다.
이제 객차와 함께 Quasiturbine의 주요 구성 요소를 살펴보았으므로 모든 것이 어떻게 결합되는지 보겠습니다. 이 애니메이션은 연소 주기를 보여줍니다.
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사진 제공 Quasiturbine.com
가장 먼저 눈에 띄는 것은 로터 블레이드가 회전하면서 챔버의 부피를 변경하는 방식입니다. 먼저 부피가 증가하여 연료-공기 혼합물이 팽창합니다. 그런 다음 부피가 감소하여 혼합물을 더 작은 공간으로 압축합니다.
두 번째로 알 수 있는 것은 다음 연소 행정이 발사될 준비가 되었을 때 하나의 연소 행정이 바로 끝나는 방식입니다. 점화 플러그 옆의 내부 하우징 벽을 따라 작은 채널을 만들어 각 캐리지 씰이 채널을 지나갈 때 소량의 뜨거운 가스가 다음 연소 준비 연소실로 다시 흐를 수 있습니다. 결과는 연속 연소입니다. , 비행기 가스터빈처럼!
이 모든 것이 Quasiturbine 엔진에서 의미하는 바는 향상된 효율성과 성능입니다. 4개의 챔버는 2개의 연속적인 회로를 생성합니다. 첫 번째 회로는 연소 중에 압축 및 팽창하는 데 사용됩니다. 두 번째는 배기 및 흡입 공기를 배출하는 데 사용됩니다. 로터가 1회전하면 4개의 파워 스트로크가 생성됩니다. 이는 일반적인 피스톤 엔진보다 8배나 더 많습니다! 로터 회전당 3개의 파워 스트로크를 생성하는 Wankel 엔진조차도 Quasiturbine의 성능을 따라갈 수 없습니다.
분명히 Quasiturbine 엔진의 증가된 출력은 Wankel 및 피스톤 엔진보다 우수하지만 Wankel이 제시하는 많은 문제도 해결했습니다. 예를 들어, Wankel 엔진은 연료-공기 혼합물의 불완전 연소로 이어지며 나머지 미연 탄화수소는 배기 가스로 방출됩니다. Quasiturbine 엔진은 30% 덜 긴 연소실을 사용하여 이 문제를 해결합니다. 이것은 준터빈의 연료-공기 혼합물이 더 큰 압축과 더 완전한 연소를 경험한다는 것을 의미합니다. 또한 연소되지 않은 연료가 줄어들면서 Quasiturbine이 연비 효율성을 높입니다. 극적으로.
Quasiturbine의 다른 중요한 이점은 다음과 같습니다.
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사진 제공 Quasiturbine.com
현대식 내연기관은 1886년 칼 벤츠에 의해 발명되었고 거의 120년 동안 디자인 개선을 누렸음을 감안할 때 준터빈 엔진은 아직 초기 단계에 있습니다. 엔진은 피스톤 엔진(또는 로터리 엔진)의 대체품으로서의 적합성을 테스트하는 실제 응용 프로그램에는 사용되지 않습니다. 아직 프로토타입 단계에 있습니다. 지금까지 가장 멋진 모습은 2004년 고카트에서 시연되었을 때입니다. Quasiturbine은 수십 년 동안 경쟁력 있는 엔진 기술이 아닐 수 있습니다.
그러나 미래에는 Quasiturbine이 단순한 자동차 이상으로 사용되는 것을 보게 될 것입니다. 중앙 엔진 영역은 방대하고 중앙 샤프트가 필요하지 않기 때문에 발전기, 프로펠러 및 기타 출력 장치를 수용할 수 있어 사슬톱, 동력 낙하산, 설상차, 공기 압축기, 선박 추진 시스템 및 발전소에 동력을 공급하는 이상적인 엔진이 됩니다.
Quasiturbine 엔진, 기타 엔진 유형 및 관련 주제에 대한 자세한 내용은 다음 페이지의 링크를 확인하십시오.
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출처
