エンジンの設計は、次の3つの要素の合流点にあります。自動車の排出物が環境にどのように影響するかについての懸念。ガス価格の上昇と化石燃料資源の節約の必要性。そして、水素を動力源とする自動車（水素燃料電池を動力源とするか、水素内燃機関を動力源とするか）は、近い将来、その約束を果たさないだろうという認識。その結果、多くのエンジニアが内燃エンジンの改善に関心を寄せています。
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1996年に特許を取得した準タービンエンジンは、まさにそのような改良です。この記事では、準タービンエンジンを紹介し、次の質問に答えます。
いくつかのエンジンの基本を見てみましょう。
準タービンエンジンがどのように機能するかを確認するには、いくつかのエンジンの基本を理解する必要があります。
詳細内燃機関の背後にある基本原理は単純です。小さな密閉された空間に少量の空気と高エネルギー燃料（ガソリンなど）を入れて点火すると、ガスは急速に膨張し、信じられないほどの量のエネルギーを放出します。
エンジンの最終的な目標は、この膨張するガスのエネルギーを回転（回転）運動に変換することです。車のエンジンの場合、具体的な目標はドライブシャフトを回転させることです。 急速。ドライブシャフトは、回転運動を車のホイールに渡すさまざまなコンポーネントに接続されています。
このように膨張するガスのエネルギーを利用するには、エンジンは、多くの小さなガス爆発を引き起こす一連のイベントを循環する必要があります。この燃焼サイクル 、エンジンは次のことを行う必要があります：
その後、サイクルが最初からやり直します。
エンジンのしくみは、これが従来のピストンエンジンでどのように機能するかを詳細に説明しています。基本的に、燃焼サイクルはピストンを上下に押し、クランクシャフトを経由してドライブシャフトを回転させます。
ピストンエンジンは自動車に見られる最も一般的なタイプですが、準タービンエンジンはロータリーエンジンのように動作します。ロータリーエンジンは、一般的な自動車エンジンのようにピストンを使用する代わりに、三角ローターを使用します。 燃焼サイクルを達成するため。燃焼圧力は、片側のハウジングの一部と反対側の三角ローターの面によって形成されたチャンバーに含まれています。
ローターの経路により、3つのローターピークのそれぞれがハウジングと接触した状態に保たれ、3つの別々の量のガスが生成されます。ローターがチャンバー内を移動すると、3つのガス量のそれぞれが交互に膨張および収縮します。空気と燃料をエンジンに引き込み、圧縮し、ガスが膨張して排気を排出するときに有用な力を生み出すのは、この膨張と収縮です。 （詳細については、ロータリーエンジンの仕組みを参照してください）。
次のいくつかのセクションでは、準タービンがロータリーエンジンのアイデアをさらに発展させる方法を見ていきます。
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サンティレール家は1996年に最初に準タービン燃焼エンジンの特許を取得しました。準タービンの概念は、すべてのエンジンの概念を徹底的に評価して、長所、短所、および改善の機会に注目することから始まった研究から生まれました。この探索的プロセスの間に、Saint-Hilaireチームは、独自のエンジンソリューションが、標準のワンケルまたはロータリーエンジンを改善したものであることに気づきました。
ロータリーエンジンと同様に、準タービンエンジンはローターとハウジングの設計に基づいています。しかし、3つのブレードの代わりに、準タービンローターには4つの要素がチェーンされており、各要素とハウジングの壁の間に燃焼室があります。
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シンプルなQuasiturbineデザイン
4面ローター 準タービンをワンケルと一線を画すものです。この設計を構成するには、実際には2つの異なる方法があります。1つはキャリッジ キャリッジのないもの 。後で説明するように、この場合のキャリッジは単純な機械部品です。
まず、より単純な準タービンモデルのコンポーネント（キャリッジなしのバージョン）を見てみましょう。
より単純な準タービンモデルは、従来のロータリーエンジンに非常によく似ています。ローターは、ほぼ楕円形のハウジング内で回転します。ただし、準タービンローターには3つではなく4つの要素があることに注意してください。ローターの側面はハウジングの側面をシールし、ローターのコーナーは内周をシールして、4つのチャンバーに分割します。
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ピストンエンジンでは、1回の完全な4ストロークサイクルでクランクシャフトが2回転します（自動車エンジンの仕組み：内燃機関を参照）。つまり、ピストンエンジンの出力は、ピストン1回転あたりの出力ストロークの半分です。
一方、準タービンエンジンはピストンを必要としません。代わりに、典型的なピストンエンジンの4ストロークは、楕円形のハウジングの周りに順番に配置されます。クランクシャフトが回転変換を行う必要はありません。
このアニメーショングラフィックは、各サイクルを識別します。この図では、スパークプラグがハウジングポートの1つにあることに注意してください。
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この基本モデルでは、内燃機関の4つのサイクルを非常に簡単に確認できます。
キャリッジを備えた準タービンエンジンは、この単純な設計と同じ基本的な考え方に基づいて動作しますが、光爆轟を可能にする設計変更が追加されています。 。光爆轟は、ピストンまたはロータリーエンジンが提供できるよりも多くの圧縮とより高い頑丈さを必要とする優れた燃焼モードです。それでは、この燃焼モードとは何かを見てみましょう。
内燃機関は、燃焼室内で空気と燃料がどの程度よく混合されているか、および燃料がどのように点火されるかに基づいて、4つのカテゴリに分類されます。 タイプI 空気と燃料が完全に混合して、いわゆる均質混合気を形成するエンジンが含まれます 。火花が燃料に点火すると、高温の炎が混合気を一掃し、燃料を燃焼させます。もちろん、これはガソリンエンジンです。
タイプII -ガソリン直噴エンジン-部分的に混合された燃料と空気（つまり、不均一な混合気）を使用し、吸気ポートではなくシリンダーに直接噴射します。次に、スパークプラグが混合気に点火し、より多くの燃料を燃焼させ、廃棄物を減らします。
タイプIII 、空気と燃料は燃焼室内で部分的にしか混合されません。次に、この不均一な混合物が圧縮され、自己発火が起こるまで温度が上昇します。ディーゼルエンジンはこのように作動します。
最後に、タイプIV 、ガソリンエンジンとディーゼルエンジンの最高の属性が組み合わされています。予混合された燃料と空気のチャージは、燃料が自己発火するまで非常に圧縮されます。これは光爆轟エンジンで起こることであり、予混合圧縮着火を採用しているため、 HCCIエンジンと呼ばれることがよくあります。 。 HCCI（Homogeneous Charge Compression Ignition）燃焼は、実質的に排出物がなく、優れた燃料効率をもたらします。これは、光爆発エンジンが燃料を完全に燃焼させ、触媒コンバーターで処理したり、単に空気中に放出したりする炭化水素を残さないためです。
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出典：Green Car Congress
もちろん、光爆轟に必要な高圧は、エンジン自体にかなりのストレスをかけます。ピストンエンジンは爆発の激しい力に耐えることができません。また、Wankelなどの従来のロータリーエンジンは、燃焼室が長く、達成できる圧縮量が制限されているため、光爆轟の発生に必要な高圧環境を作り出すことができません。
馬車で準タービンに入ります。この設計だけが、光爆発の力に耐え、圧力加熱による自己発火に必要なより高い圧縮比を可能にするのに十分な強度とコンパクトさを備えています。
次のセクションでは、この設計の主要なコンポーネントについて説明します。
住宅 「サンティレールスケートリンク」として知られるほぼ楕円形の（固定子）は、ローターが回転する空洞を形成します。ハウジングには 4つのポートがあります ：
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ハウジングは、両側が2つのカバーで囲まれています。 。カバーには 3つのポートがあります 独自のものであり、エンジンの構成方法に最大限の柔軟性をもたらします。たとえば、1つのポートは、従来のキャブレターからの吸気口として機能するか、ガスまたはディーゼルインジェクターを取り付けることができ、別のポートは、スパークプラグの代替場所として機能することができます。 3つのポートの1つは、排気ガス用の大きな出口です。
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さまざまなポートがどのように使用されるかは、自動車エンジニアが従来の内燃エンジンを必要とするか、光爆発に必要な超高圧縮を実現するエンジンを必要とするかによって異なります。
4つのブレードで構成されたローターは、一般的な内燃エンジンのピストンに取って代わります。各ブレードにはフィラーチップがあります およびトラクションスロット カップリングアームを受け取ります。 ピボット 各ブレードの端を形成します。ピボットの役割は、あるブレードを次のブレードに結合し、ブレードとロッキングキャリッジの間に接続を形成することです。 。ブレードごとに1つずつ、合計4つのロッキングキャリッジがあります。各キャリッジは同じピボットを中心に自由に回転できるため、常にハウジングの内壁と接触したままになります。
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各キャリッジは、2つのホイールと緊密に連携します 、つまり、全部で8つのホイールがあります。ホイールは、ローターがハウジングの壁の輪郭のある表面上でスムーズに回転することを可能にし、接触点での圧力を減らすために広く作られています。
準タービンエンジンは、作動するために中央シャフトを必要としません。しかしもちろん、車はエンジンからホイールに動力を伝達するために出力シャフトを必要とします。 出力軸 2つのカップリングアームによってローターに接続されています 、トラクションスロットに収まり、4つのアームブレース 。
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すべてのパーツを組み合わせると、エンジンは次のようになります。
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キャリッジ付き準タービンエンジン
準タービンエンジンには、一般的なピストンエンジンのような複雑な部品がないことに注意してください。クランクシャフト、バルブ、ピストン、プッシュロッド、ロッカー、カムはありません。また、ローターブレードがキャリッジとホイールに「乗る」ため、摩擦が少なく、オイルとオイルパンが不要です。
キャリッジを備えた準タービンの主要コンポーネントを確認したので、すべてがどのように組み合わされるかを見てみましょう。このアニメーションは、燃焼サイクルを示しています。
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最初に気付くのは、ローターブレードが回転するときにチャンバーの容積がどのように変化するかです。まず、体積が増加します。これにより、混合気が膨張します。次に、体積が減少し、混合物がより小さなスペースに圧縮されます。
次に気付くのは、次の燃焼行程が発火する準備ができたときに、ある燃焼行程がどのように終了するかです。スパークプラグの隣の内部ハウジング壁に沿って小さなチャネルを作成することにより、各キャリッジシールがチャネルを通過するときに、少量の高温ガスが次のすぐに燃焼できる燃焼室に逆流することができます。その結果、連続燃焼が実現します。 、飛行機のガスタービンと同じように！
準タービンエンジンでこれがすべて意味するのは、効率とパフォーマンスの向上です。 4つのチャンバーは2つの連続した回路を生成します。最初の回路は、燃焼中に圧縮および膨張するために使用されます。 2つ目は、排気と吸気を排出するために使用されます。ローターの1回転で、4つのパワーストロークが作成されます。これは、通常のピストンエンジンの8倍です。ローターの回転ごとに3つのパワーストロークを生成するワンケルエンジンでさえ、準タービンの性能に匹敵することはできません。
明らかに、準タービンエンジンの出力の増加は、それをワンケルおよびピストンエンジンよりも優れたものにしますが、それはまた、ワンケルによって提示された問題の多くを解決しました。たとえば、ワンケルエンジンは、燃料と空気の混合気の不完全燃焼を引き起こし、残りの未燃炭化水素が排気ガスに放出されます。準タービンエンジンは、30％伸びの少ない燃焼室でこの問題を克服します。これは、準タービン内の混合気がより大きな圧縮とより完全な燃焼を経験することを意味します。また、未燃燃料が少なくなると、準タービンは燃料効率を向上させることを意味します。 劇的に。
準タービンのその他の重要な利点は次のとおりです。
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現代の内燃機関が1886年にカールベンツによって発明され、120年近くの設計の改良を楽しんできたことを考えると、準タービンエンジンはまだ初期段階にあります。このエンジンは、ピストンエンジン（またはロータリーエンジン）の代替品としての適合性をテストする実際のアプリケーションでは使用されません。それはまだプロトタイプ段階にあります-これまでのところ誰もが得た最高の外観は、2004年にゴーカートでデモンストレーションされたときです。準タービンは何十年もの間競争力のあるエンジン技術ではないかもしれません。
ただし、将来的には、Quasiturbineが車だけでなく使用されるようになる可能性があります。中央エンジンエリアは広大で中央シャフトを必要としないため、発電機、プロペラ、その他の出力装置を収容でき、パワーチェーンソー、パワーパラシュート、スノーモービル、エアコンプレッサー、船舶推進システム、発電所に最適なエンジンになります。
準タービンエンジン、その他のエンジンタイプ、および関連トピックの詳細については、次のページのリンクを確認してください。
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