La conception des moteurs est à la confluence de trois facteurs :les préoccupations concernant l'impact des émissions des voitures sur l'environnement; la hausse des prix du gaz et la nécessité de conserver les ressources en combustibles fossiles ; et la prise de conscience que la voiture à hydrogène - qu'elle soit alimentée par une pile à combustible à hydrogène ou par une combustion interne à hydrogène - ne tiendra pas ses promesses dans un proche avenir. En conséquence, de nombreux ingénieurs s'intéressent davantage à l'amélioration du moteur à combustion interne.
Photo courtoisie Quasiturbine.com
Moteur Quasiturbine. Voir plus d'images de moteurs.
Le moteur Quasiturbine, breveté en 1996, est une telle amélioration. Dans cet article, nous allons présenter le moteur Quasiturbine et répondre aux questions suivantes :
Commençons par examiner quelques notions de base sur le moteur.
Pour voir comment fonctionne un moteur Quasiturbine, vous devez comprendre certaines bases du moteur.
En savoir plusLe principe de base de tout moteur à combustion interne est simple :si vous mettez une petite quantité d'air et de carburant à haute énergie (comme l'essence) dans un petit espace clos et que vous l'allumez, le gaz se dilate rapidement, libérant une quantité incroyable d'énergie.
Le but ultime d'un moteur est de convertir l'énergie de ce gaz en expansion en un mouvement rotatif (tournant). Dans le cas des moteurs de voiture, l'objectif spécifique est de faire tourner un arbre de transmission rapidement. L'arbre de transmission est relié à divers composants qui transmettent le mouvement de rotation aux roues de la voiture.
Pour exploiter l'énergie du gaz en expansion de cette manière, un moteur doit passer par un ensemble d'événements qui provoquent de nombreuses petites explosions de gaz. Dans ce cycle de combustion , le moteur doit :
Ensuite, le cycle recommence.
How Engines Work explique en détail comment cela fonctionne dans un moteur à piston conventionnel. Essentiellement, le cycle de combustion pousse un piston de haut en bas, qui fait tourner l'arbre d'entraînement au moyen d'un vilebrequin.
Alors que le moteur à piston est le type le plus courant dans les voitures, le moteur Quasiturbine fonctionne plus comme un moteur rotatif. Au lieu d'utiliser un piston comme un moteur de voiture typique, un moteur rotatif utilise un rotor triangulaire pour réaliser le cycle de combustion. La pression de combustion est contenue dans une chambre formée par une partie du carter d'un côté et la face du rotor triangulaire de l'autre.
La trajectoire du rotor maintient chacun des trois pics du rotor en contact avec le boîtier, créant trois volumes de gaz distincts. Au fur et à mesure que le rotor se déplace dans la chambre, chacun des trois volumes de gaz se dilate et se contracte alternativement. C'est cette expansion et cette contraction qui aspirent l'air et le carburant dans le moteur, le compriment, produisent de la puissance utile lorsque les gaz se dilatent, puis expulsent les gaz d'échappement. (Voir Comment fonctionnent les moteurs rotatifs pour plus d'informations).
Dans les prochaines sections, nous verrons comment la Quasiturbine pousse encore plus loin l'idée d'un moteur rotatif.
Contenu
La famille Saint-Hilaire a breveté pour la première fois le moteur à combustion Quasiturbine en 1996. Le concept Quasiturbine est le résultat d'une recherche qui a commencé par une évaluation intense de tous les concepts de moteurs pour noter les avantages, les inconvénients et les possibilités d'amélioration. Au cours de ce processus exploratoire, l'équipe de Saint-Hilaire s'est rendu compte qu'une solution de moteur unique serait celle qui apporterait des améliorations au moteur Wankel standard, ou rotatif.
Comme les moteurs rotatifs, le moteur Quasiturbine est basé sur une conception à rotor et carter. Mais au lieu de trois pales, le rotor Quasiturbine a quatre éléments enchaînés, avec des chambres de combustion situées entre chaque élément et les parois du carter.
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Conception Quasiturbine simple
Le rotor à quatre côtés est ce qui distingue la Quasiturbine du Wankel. Il existe en fait deux manières différentes de configurer cette conception :une avec des chariots et une sans chariots . Comme nous le verrons, un chariot, dans ce cas, n'est qu'une simple pièce de machine.
Examinons d'abord les composants du modèle Quasiturbine plus simple -- la version sans chariots.
Le modèle Quasiturbine plus simple ressemble beaucoup à un moteur rotatif traditionnel :un rotor tourne à l'intérieur d'un boîtier de forme presque ovale. Notez cependant que le rotor de la Quasiturbine a quatre éléments au lieu de trois. Les côtés du rotor se scellent contre les côtés du boîtier et les coins du rotor se scellent contre la périphérie interne, le divisant en quatre chambres.
Dans un moteur à pistons, un cycle complet à quatre temps produit deux révolutions complètes du vilebrequin (voir Fonctionnement des moteurs de voiture :Combustion interne). Cela signifie que la puissance de sortie d'un moteur à piston est d'une demi-course de puissance par tour de piston.
Un moteur Quasiturbine, par contre, n'a pas besoin de pistons. Au lieu de cela, les quatre temps d'un moteur à piston typique sont disposés séquentiellement autour du boîtier ovale. Le vilebrequin n'a pas besoin d'effectuer la conversion rotative.
Ce graphique animé identifie chaque cycle. Notez que dans cette illustration, la bougie d'allumage est située dans l'un des orifices du boîtier.
Dans ce modèle de base, il est très facile de voir les quatre cycles de combustion interne :
Les moteurs Quasiturbine avec chariots fonctionnent sur la même idée de base que cette conception simple, avec des modifications de conception supplémentaires qui permettent la photo-détonation . La photo-détonation est un mode de combustion supérieur qui nécessite plus de compression et une plus grande robustesse que les moteurs à piston ou rotatifs peuvent fournir. Voyons maintenant en quoi consiste ce mode de combustion.
Les moteurs à combustion interne se répartissent en quatre catégories en fonction de la qualité du mélange de l'air et du carburant dans la chambre de combustion et de la manière dont le carburant est enflammé. Type I comprend les moteurs dans lesquels l'air et le carburant se mélangent parfaitement pour former ce qu'on appelle un mélange homogène . Lorsqu'une étincelle enflamme le carburant, une flamme chaude balaie le mélange, brûlant le carburant au fur et à mesure. Ceci, bien sûr, est le moteur à essence.
Type II - un moteur à essence à injection directe - utilise du carburant et de l'air partiellement mélangés (c'est-à-dire un mélange hétérogène) qui est injecté directement dans le cylindre plutôt que dans un orifice d'admission. Une bougie d'allumage enflamme ensuite le mélange, brûlant plus de carburant et créant moins de déchets.
En type III , l'air et le carburant ne sont que partiellement mélangés dans la chambre de combustion. Ce mélange hétérogène est alors comprimé, ce qui fait monter la température jusqu'à l'auto-inflammation. Un moteur diesel fonctionne de cette façon.
Enfin, dans le type IV , les meilleurs attributs des moteurs à essence et diesel sont combinés. Une charge air-carburant prémélangée subit une énorme compression jusqu'à ce que le carburant s'enflamme d'elle-même. C'est ce qui se passe dans un moteur à photo-détonation, et parce qu'il utilise une charge homogène et un allumage par compression, il est souvent décrit comme un moteur HCCI . La combustion HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition) entraîne pratiquement aucune émission et une efficacité énergétique supérieure. En effet, les moteurs à photo-détonation brûlent complètement le carburant, ne laissant aucun hydrocarbure à traiter par un convertisseur catalytique ou simplement expulsé dans l'air.
Source :Congrès de la voiture verte
Bien sûr, la haute pression requise pour la photo-détonation exerce une pression importante sur le moteur lui-même. Les moteurs à piston ne peuvent pas résister à la force violente de la détonation. Et les moteurs rotatifs traditionnels tels que le Wankel, qui ont des chambres de combustion plus longues qui limitent la quantité de compression qu'ils peuvent atteindre, sont incapables de produire l'environnement à haute pression nécessaire à la photo-détonation.
Entrez dans la Quasiturbine avec ses calèches. Seule cette conception est suffisamment solide et suffisamment compacte pour résister à la force de la photo-détonation et permettre le taux de compression plus élevé nécessaire à l'auto-allumage sous pression.
Dans la section suivante, nous examinerons les principaux composants de cette conception.
Le logement (stator), qui est un quasi-ovale connu sous le nom de "patinoire de Saint-Hilaire", forme la cavité dans laquelle tourne le rotor. Le boîtier contient quatre ports :
Le boîtier est fermé de chaque côté par deux couvercles . Les couvercles ont trois ports qui leur sont propres, permettant une flexibilité maximale dans la configuration du moteur. Par exemple, un orifice peut servir d'admission d'un carburateur conventionnel ou être équipé d'un injecteur de gaz ou de diesel, tandis qu'un autre peut servir d'emplacement alternatif pour une bougie d'allumage. L'un des trois ports est une grande sortie pour les gaz d'échappement.
La manière dont les différents orifices sont utilisés dépend du fait que l'ingénieur automobile souhaite un moteur à combustion interne traditionnel ou un moteur qui offre la compression super élevée requise pour la photo-détonation.
Le rotor, composé de quatre pales, remplace les pistons d'un moteur à combustion interne typique. Chaque lame a une pointe de remplissage et fentes de traction pour recevoir les bras d'attelage. Un pivot forme l'extrémité de chaque lame. Le travail du pivot est de joindre une lame à la suivante et de former une connexion entre la lame et les chariots basculants . Il y a quatre chariots à bascule au total, un pour chaque lame. Chaque chariot est libre de tourner autour d'un même pivot de sorte qu'il reste en contact permanent avec la paroi interne du boîtier.
Chaque chariot travaille en étroite collaboration avec deux roues , ce qui signifie qu'il y a huit roues en tout. Les roues permettent au rotor de rouler en douceur sur la surface profilée de la paroi du boîtier et sont larges pour réduire la pression au point de contact.
Le moteur Quasiturbine n'a pas besoin d'arbre central pour fonctionner; mais bien sûr, une voiture nécessite un arbre de sortie pour transférer la puissance du moteur aux roues. L'arbre de sortie est relié au rotor par deux bras d'accouplement , qui s'insèrent dans les fentes de traction, et quatre attelles de bras .
Lorsque vous assemblez toutes les pièces, le moteur ressemble à ceci :
Notez que le moteur Quasiturbine n'a aucune des pièces complexes d'un moteur à piston typique. Il n'a pas de vilebrequin, de soupapes, de pistons, de tiges de poussée, de culbuteurs ou de cames. Et parce que les pales du rotor "roulent" sur les chariots et les roues, il y a peu de frottement, ce qui signifie que l'huile et un carter d'huile ne sont pas nécessaires.
Maintenant que nous avons vu les principales composantes de la Quasiturbine avec chariots, voyons comment tout s'assemble. Cette animation illustre le cycle de combustion :
La première chose que vous remarquerez est la façon dont les pales du rotor, lorsqu'elles tournent, modifient le volume des chambres. D'abord, le volume augmente, ce qui permet au mélange air-carburant de se dilater. Ensuite, le volume diminue, ce qui comprime le mélange dans un espace plus petit.
La deuxième chose que vous remarquerez est la fin d'un coup de combustion juste au moment où le prochain coup de combustion est prêt à s'allumer. En créant un petit canal le long de la paroi interne du boîtier à côté de la bougie d'allumage, une petite quantité de gaz chaud peut refluer vers la prochaine chambre de combustion prête à l'emploi lorsque chacun des joints du chariot passe au-dessus du canal. Le résultat est une combustion continue , comme dans la turbine à gaz d'un avion !
Ce que tout cela équivaut dans le moteur Quasiturbine, c'est une efficacité et des performances accrues. Les quatre chambres produisent deux circuits consécutifs. Le premier circuit sert à se comprimer et se dilater lors de la combustion. Le second est utilisé pour expulser l'air d'échappement et d'admission. En une révolution du rotor, quatre coups de puissance sont créés. C'est huit fois plus qu'un moteur à piston typique ! Même un moteur Wankel, qui produit trois temps de puissance par tour de rotor, ne peut égaler les performances d'une Quasiturbine.
De toute évidence, la puissance de sortie accrue du moteur Quasiturbine le rend supérieur aux moteurs Wankel et à pistons, mais il a également résolu bon nombre des problèmes présentés par le Wankel. Par exemple, les moteurs Wankel entraînent une combustion incomplète du mélange carburant-air, les hydrocarbures non brûlés restants étant rejetés dans les gaz d'échappement. Le moteur Quasiturbine surmonte ce problème avec une chambre de combustion 30 % moins allongée. Cela signifie que le mélange air-carburant dans la quasi-turbine subit une plus grande compression et une combustion plus complète. Cela signifie également qu'avec moins de carburant non brûlé, la Quasiturbine augmente le rendement énergétique dramatiquement.
D'autres avantages significatifs de la Quasiturbine incluent :
Considérant que le moteur à combustion interne moderne a été inventé par Karl Benz en 1886 et a bénéficié de près de 120 ans d'améliorations de conception, le moteur Quasiturbine en est encore à ses balbutiements. Le moteur n'est utilisé dans aucune application réelle qui testerait sa pertinence en remplacement du moteur à piston (ou du moteur rotatif, d'ailleurs). Il en est encore à sa phase de prototype - le meilleur look que quelqu'un ait obtenu jusqu'à présent est celui de sa démonstration sur un kart en 2004. La Quasiturbine ne sera peut-être pas une technologie de moteur compétitive avant des décennies.
À l'avenir, cependant, vous verrez probablement la Quasiturbine utilisée dans plus que votre voiture. Parce que la zone centrale du moteur est volumineuse et ne nécessite aucun arbre central, elle peut accueillir des générateurs, des hélices et d'autres dispositifs de sortie, ce qui en fait un moteur idéal pour alimenter les scies à chaîne, les parachutes motorisés, les motoneiges, les compresseurs d'air, les systèmes de propulsion des navires et les centrales électriques.
Pour plus d'informations sur le moteur Quasiturbine, d'autres types de moteurs et des sujets connexes, consultez les liens sur la page suivante.
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Sources
Photo courtoisie Quasiturbine.com
Moteur Quasiturbine avec chariots 
Photo courtoisie Quasiturbine.com
>Quasiturbines :avantages et inconvénients
Enfin, la Quasiturbine peut fonctionner avec différents types de carburant, dont le méthanol, l'essence, le kérosène, le gaz naturel et le diesel. Il peut même accueillir l'hydrogène comme source de carburant, ce qui en fait une solution de transition idéale alors que les voitures évoluent de la combustion traditionnelle vers des carburants alternatifs. 
Photo courtoisie Quasiturbine.com
>Beaucoup plus d'informations
http://www.findarticles.com/p/articles/mi_
m0FZX/is_4_66/ai_62371174/print
http://www.physicsdaily.com/physics/Quasiturbine(consulté le 14 mai 2005).
http://www.physicsdaily.com/physics/Wankel_engine (consulté le 14 mai 2005).
http://web.mit.edu/newsoffice/tt/2003/mar05/hydrogen.html
comme base d'un changement de paradigme simultané dans les systèmes de propulsion des véhicules. 15 décembre.
des bénéfices environnementaux optimaux. Visionengineer.com. 8 juin.
http://www.visionengineer.com/mech/quasiturbine.php
Brevet n° 6 659 065.
Scientific American :comment les choses fonctionnent aujourd'hui.
New York :Éditeurs de la Couronne.
