شبه توربين كالسكه اي
موتور شبه توربين كالسكه اي با وجود پيچيدگي بخش هاي اضافه اش،طرح ساده اي دارد.اجزاي آن در ادامه توضيح داده شده است:
استاتور (همان بدنه ي موتور) با شكل تقريبا تخم مرغي خود فضايي كه روتور در آن مي چرخد را تشكيل مي دهد.بدنه چهار روزنه دارد:
- يك روزنه براي شمع(البته شمع مي تواند روي درپوش بدنه نيز قرار گيرد.)
- يك روزنه كه توسط درپوشي بسته شده است.
- يك روزنه براي ورود هوا
- يك روزنه براي خروج گازهاي احتراق
بدنه از دو طرف توسط دو درپوش بسته مي شود.درپوش ها نيز سه روزنه دارند كه بيشترين انعطاف پذيري را به موتور در نحوه ي استفاده مي دهند.مثلا يك روزنه مي تواند به عنوان ورودي از كاربراتور يا براي انژكتور ديزل يا بنزين استفاده شود.روزنه ي ديگر مي تواند مكان جايگزين براي شمع باشد.و از روزنه ي سوم كه بزرگتر است مي توان به عنوان خروجي دود استفاده كرد.
چگونگي استفاده از روزنه ها بسته به اين است كه مهندس خودرو مي خواهد از موتور به عنوان يك موتور احتراق داخلي معمولي استفاده كند و يا به عنوان موتوري با ضريب تراكم بسيار بالا و احتراقي از نوع انفجار نوري(photo-detonation).
روتور از چهار تيغه (به جاي پيستون در موتور معمولي) تشكيل شده است.هر تيغه يك بخش پر كننده و يك شكاف براي قرارگيري بازوي گشتاور دارد.هر تيغه با اتصال مفصلي به تيغه ي بعدي و كالسكه اي متصل شده است.در كل چهار كالسكه اي(براي هر تيغه يك عدد) وجود دارد.هر كالسكه اي حول مفصل خود آزاد مي چرخد و بنابراين هميشه با سطح داخلي بدنه در تماس باقي مي ماند.
هر كالسكه اي دو چرخ دارد.يعني در كل هشت چرخ داريم.چرخ ها به روتور اجازه مي دهند به نرمي بر روي ديواره ي استاتور دوران كند.همچنين پهناي جرخ ها باعث كاهش فشار در نقطه ي تماس روتور با بدنه مي شود.
موتور شبه توربين براي كار كردن نيازي به محور مركزي ندارد اما براي يك خودرو نياز به محور خروجي داريم تا قدرت را از موتور به چرخ ها منتقل كنيم.محور خروجي به كمك بازوهاي گشتاور به روتور متصل شده اند.بازوهاي گشتاور در شكاف تيغه ها قرار دارند و به چهار عدد نگه دارنده ي بازو ها متصل اند.
وقتي همه ي قطعات را كنار هم قرار دهيم موتور به شكل زير در مي آيد:
توجه كنيد كه موتور شبه توربين هيچ يك از بخش هاي پيچيده ي يك موتور پيستوني را ندارد.ميل لنگ،سوپاپ،پيستون،ميل بادامك و... ندارد. و چون تيغه هاي روتور بر روي كالسكه اي و چرخ ها سوار شده اند اصطكاك كمي وجود دارد و اين بدان معناست كه روغن و كارتل غير ضروري است.
تا اينجا به بخش هاي اصلي موتور شبه توربين كالسكه اي نگاهي انداختيم.بياييد ببينيم اين بخش ها چگونه با هم حركت مي كنند.پويا نمايي زير چرخه ي احتراق را نشان مي دهد.
نخستين چيزي كه بايد به آن توجه داشته باشيد اين است كه تيغه هاي روتور وقتي مي چرخند چگونه حجم محفظه ها را تغيير مي دهند.در ابتدا حجم افزايش مي يابد و در نتيجه مخلوط سوخت و هوا وارد مي شود.سپس حجم كاهش مي يابد و در نتيجه مخلوط فشرده مي شود.
دومين چيزي كه بايد در نظر داشته باشيد اين است كه چگونه احتراق در يك محفظه هنگامي كه محفظه ي ديگر آماده ي احتراق است به پايان مي رسد.با ايجاد كانال كوجكي در ديواره ي داخلي بدنه(نزديك شمع) هگامي كه كالسكه اي از روي آن رد مي شود مقدار كمي از گاز داغ به محفظه احتراق بعدي كه آماده ي مشتعل شدن است راه مي يابد و در نتيجه احتراق پيوسته، مشابه توربين گازي هواپيما، رخ مي دهد.
در ادامه به مسايلي كه كارايي و بازدهي موتور شبه توربين را افزايش مي دهند اشاره مي كنيم.چهار محفظه ي احتراق دو حالت پي در پي را ايجاد مي كنند.حالت اول انقباض و انبساط در مرحله ي تراكم و احتراق است.حالت دوم تغيير حجم هنگام ورود هوا و خروج دود است.در يك گردش روتور،چهار احتراق رخ مي دهد كه هشت برابر تعداد احتراق ها به ازاي يك دور گردش ميل لنگ در موتور چهار سيلندر معمولي است.حتي در يك موتور ونكل(مكانيك خودرو دوراني) در هر دور گردش روتور سه احتراق رخ مي دهد پس از اين نظر موتور شبه توربين بهتر است.
مزايا و معايب:
بديهي است كه قدرت خروجي بيشتر موتور شبه توربين آن را برتر از موتور پيستوني و دوراني كرده است.اما موتور شبه توربين بسياري از مشكلات موتور دوراني را نيز حل كرده است.مثلا موتور دوراني با احتراق ناقص كمي هيدروكربن نسوخته توليد مي كند.موتور شبه توربين با اتاق احتراقي كه 30 درصد كوتاهتر است اين مشكل را حل كرده است.چون ضريب تراكم بالاتري دارد و سوخت كاملتر مي سوزد.و به همين دليل موتور شبه توربين بازده سوخت بالاتري دارد.
ديگر مزاياي مهم موتور شبه توربين عبارتند از:
- لرزش ناچيز چون موتور كاملا بالانس است.
- شتاب بيشتر بدون وجود چرخ طيار
- گشتاور بيشتر در دور موتور پايين تر
- تقريبا بدون نياز به روغن كاري
- سر و صداي كمتر
- انعطاف پذيري كامل در جهت گيري موتور.حتي واژگون
- قطعات متحرك كمتر و در نتيجه استهلاك كمتر
در نهايت موتور شبه توربين مي تواند با انواع مختلف سوخت ها كار كند. متانول،بنزين،نفت سفيد،گاز طبيعي،گازوييل.حتي مي تواند براي استفاده از هيدروژن نيز تنظيم شود.در نتيجه موتور شبه توربين تطبيق پذيري بالايي با سوخت هاي جديد و جايگزين دارد.
كاربرد:
با توجه به اينكه موتور درون سوز توسط كارل بنز در 1885 اختراع شد و حدود 120 سال اصلاحات طراحي را تجربه كرده است مي توان گفت موتور شبه توربين در دوره ي كودكي خود به سر مي برد.اين موتور هنوز در جهان واقعيت به كار گرفته نشده تا بتوان گفت جايگزين مناسبي براي موتور پيستوني است.هنوز در حد نمونه ي آزمايشي ساخته مي شود.خوش بينانه ترين پيش بيني اين است كه تا 2004 در خودرو هاي كارتينگ به كار گرفته شود.موتور شبه توربين تا دهه هاي آينده توانايي رقابت با موتور پيستوني را ندارد.
در آينده موتور هاي شبه توربين را در چيزهايي جز خودرو نيز خواهيد ديد.چون قسمت وسط موتور خالي است ونيازي به وجود محور مركزي ندارد،مي تواند محل قرار گيري ژنراتور باشد.ممكن است در آينده اين نوع موتور را در كشتي ها، نيروگاهها، كمپرسورهاي هوا،خودرو هاي برف رو و اره موتوري ها ببينيد.
منبع : پارسي خودرو (داريوش رضايي ميانرودي)