Введение
Квазитурбинный двигатель, или Qurbine, – это предлагаемый роторный двигатель без поршней, использующий ромбовидный ротор, стороны которого соединены шарнирно в вершинах. Объем, заключенный между сторонами ротора и корпусом ротора, обеспечивает сжатие и расширение аналогично более известному двигателю Ванкеля, однако шарнирное соединение на краях позволяет увеличить объемное отношение. Геометрическая неопределенность (неоднозначность) формы статора камеры сгорания Quasiturbine допускает использование различных профилей (включая асимметричные) и конструктивных особенностей. В отличие от лопастных насосов, где вылет лопасти обычно важен и давление действует против него для создания вращения, контурные уплотнения Quasiturbine имеют минимальный вылет, и вращение не возникает из-за давления на эти уплотнения. Поскольку вращающая сила внутри Quasiturbine создается давлением на всю поворотную лопасть, а не на выдвижные лопасти, которые создают геометрический обратный поток при перекрытии камер, высокоэксцентричные статоры QT значительно увеличивают объемы хода, которые могут превышать общий объем двигателя за один оборот. Такое высокое отношение рабочего объема к внешнему объему двигателя, близкое к единице, обеспечивает исключительную удельную мощность двигателя по объему и весу, сохраняя при этом высокий крутящий момент. Патенты на Quasiturbine (в наиболее общей концепции с каретками) принадлежат семье Жиля Сен-Илера из Квебека. Помимо двигателя внутреннего сгорания, Quasiturbine был предложен в качестве возможной конструкции насоса и двигателя Стирлинга. Он был продемонстрирован как пневматический двигатель, использующий запас сжатого воздуха, и как паровой двигатель. Существует как минимум четыре предлагаемых конструкции: двухканальная с каретками, подходящая для использования в качестве двигателя внутреннего сгорания; четырехканальная без кареток, подходящая для использования в качестве пневматического или гидравлического двигателя, парового двигателя или насоса; двухканальная без кареток – концептуальная конструкция, которая, как ожидается, объединит некоторые преимущества существующих двух- и четырехканальных прототипов; и еще одна концептуальная конструкция, использующая фиксированный заряд газа, без каналов и кареток, в качестве двигателя Стирлинга (но пока не упоминается двигатель Малоуна, несмотря на схожую функцию).
Two port with carriages, suitable for use as an internal combustion engine. Four port without carriages, suitable for use as a pneumatic engine or hydraulic engine, steam engine or pump. Two port without carriages, a conceptual design which is hoped to combine some of the advantages of the existing two and four port prototypes. Another conceptual design using a fixed charge of gas, with no ports and without carriages, as a Stirling engine. (But not yet referring Malone engine in spite of similar function to Stirling engine)
Двухпортовый с вагонами
Самый ранний дизайн квазитурбины использовал трехколесную повозку (французский chariot, отсюда avec chariots или AC – с повозками) для поддержки каждой вершины ротора. Колеса этих четырех повозок, в общей сложности двенадцать колес, двигались по периферии камеры двигателя. Был построен прототип двигателя внутреннего сгорания по этой конструкции, который с энтузиазмом был рассмотрен в журнале European Automotive Design в сентябре 1999 года. Прототип вращался внешним двигателем в течение 40 часов. Однако добиться воспламенения топлива так и не удалось. Если такие попытки и предпринимались, результаты не были обнародованы, и разработка этого дизайна не была поставлена в приоритет, несмотря на испытания квазитурбины с двигателем внутреннего сгорания.
Фотодетонация
Два порта с направляющими были предложены для реализации нового и более эффективного режима сгорания, названного изобретателями квазитурбины фотодетонацией. Это явление напоминает детонацию, используемую в двигателе Bourke, схожую с детонационным стуком и звоном, нежелательными в обычных двигателях внутреннего сгорания. По состоянию на 2005 год, никаких исследований, подтверждающих данное утверждение, опубликовано не было. Аналогичная идея о возможности переноса пламени через специальные порты также не имеет подтверждений.
Четырехпортовый без вагонов
Вторая конструкция Quasiturbine значительно упрощена за счет исключения кареток (французские sans chariots или SC). Одновременно порты были продублированы на противоположной стороне корпуса, что преобразовало рабочий цикл с четырех тактов до двух и удвоило количество циклов на оборот ротора. Этот механизм был продемонстрирован в работе как пневматический двигатель, использующий накопленный сжатый воздух, а также как паровой двигатель, о чем сообщалось в Scholar Papers. Эта конструкция также предлагается для использования в качестве насоса, и особенно в качестве нагнетателя. В этой конструкции используются переработанные лопатки, более длинные, чем у корпуса первого типа аналогичного размера, из-за отсутствия кареток и лишенные характерного коронообразного профиля. Только базовая геометрия ротора осталась общей с более ранней конструкцией. Пневматический двигатель этой конструкции был продемонстрирован на го-карте в ноябре 2004 года, а другой – на небольшом автомобиле в сентябре 2005 года; оба транспортных средства использовали накопленный сжатый воздух для питания двигателя. По состоянию на 2005 год разрабатывалась пневматическая цепная пила, приводимая в действие воздушным шлангом от обычного внешнего компрессора. При соответствующей переработке корпуса для компенсации теплового расширения, та же конструкция ротора была продемонстрирована в качестве парового двигателя. Другая потенциальная модификация этой конструкции использует два набора портов независимо друг от друга, один как двигатель, а другой как насос, потенциально интегрируя функции насоса и его привода в единый безвальный агрегат. Ограничением этого применения является требование к схожести рабочих жидкостей; например, невозможно использовать гидравлическую жидкость для привода интегрированного воздушного насоса, поскольку конструкция ротора существенно отличается. По состоянию на 2005 год прототип этой модификации не был продемонстрирован. Quasiturbine в режиме Отто использует искровое зажигание, в то время как фотодетонационная Quasiturbine устраняет необходимость в свечах зажигания и электрической системе зажигания. В режиме фотодетонации топливовоздушная смесь самовоспламеняется под воздействием короткого, мощного импульса давления в камере сгорания Quasiturbine.
Двухпортовый без вагонов
Этот третий дизайн объединяет элементы первых двух. По состоянию на 2005 год эта конструкция существует только в виде концепции. Она не была реализована, но используется для иллюстрации. В случае постройки она не поддерживала бы фотодетонацию. В рамках запатентованной модели Quasiturbine возможны многочисленные другие конструкции, как с каретами, так и без них, и с различным количеством портов. По состоянию на 2005 год не было объявлено, какая конструкция будет использована для дальнейшей разработки версии с двигателем внутреннего сгорания.
История
Профессор Игнасио Мартинес Артахо (1907-1984) из Университета Папского Комилласа (Мадрид, Испания) в середине семидесятых годов разработал эскизы адаптивного роторного компрессора, что привело к созданию железнодорожной модели, лишенной адекватных решений в области динамики ротора. Впоследствии исследования проводились доктором Жилем Сен-Илером, физиком-термоядерщиком, и членами его семьи. Первоначальной целью было создание турбовального турбинного двигателя, в котором компрессорная и силовая части располагались бы в одной плоскости. Для этого необходимо было отсоединить лопасти от главного вала и соединить их последовательно таким образом, чтобы один и тот же ротор выполнял функцию компрессора на четверти оборота и функцию двигателя на следующей четверти оборота. Общая концепция квазитурбинного двигателя была впервые запатентована в 1996 году. Владельцы патента предлагают для продажи или аренды небольшие пневматические и паровые установки для проведения исследований, учебного процесса и промышленных демонстраций, а также книгу (преимущественно на французском языке), описывающую концепцию и разработку конструкции. Демонстрации проводились на Air Gokart в 2004 году, на APUQ Air Car в 2005 году, на Brash Steam Car в Университете Коннектикута в 2010 году, а также на других изделиях (бензопила и генератор). Владельцы патента заявили о намерении представить для демонстрации аналогичные прототипы двигателей внутреннего сгорания.