Photos by magaieu
A belsőégésű motoroknál szokásos henger-dugattyú-hajtókar-főtengely erőátvitel helyett forgó dugattyús, excenteres erőátvitelt alkalmazunk. Az expandáló gáz energiáját mechanikai energiává alakító mechanizmust gördülő csapágyakon ágyazott, egyenes főtengely, és az excentrikusan forgó dugattyú képezi. A tipikus FDM kompresszorból, hevítőből (heater) és expanderből áll. A környezetből szív (intake), és oda pufog (exhaust).
A kompresszor egység a környezetből szívja a munkaközeget (levegőt) és a hevítőbe nyomja.
A kompresszorral közös hajtó tengelyen elhelyezett expanderben kitáguló hevített, sűrített munkaközeg a szabadba pufog ki az expanzió végén.
A hevítő egységben a sűrített munkaközeget gáz-gáz, folyadék-gáz hőcserélő segítségével hasznosítjuk a napsugárzás, gáz, vagy folyadék által leadott hőenergiát, illetve a külső, vagy belső égésből származó égéstermék hőenergiáját.
(A főtengelyre fűzve több szerkezeti egység is összekapcsolható. Egy részük sűrítő, más részük munkát végző expander lehet - az igények szerint. Ekkor legalább két darab segéd - excenteres- hajtás szükséges az elválasztók mozgatására.)
Expander funkció esetén a hengeres ház, az elválasztó elem valamint a forgó dugattyú által bezárt térbe a beömlő nyíláson az expandáló térbe beáramlott munkaközeg nyomása elnyomja maga előtt a dugattyút, amely a hozzá csatlakozó tengelyt megforgatja.
Az elválasztó elem nem ér hozzá a forgó dugattyúhoz, csupán egy dilatációs hézagnyi távolságra követi a mozgását a vékonyabb tengelyre épített excenteres hajómű segítségével. A dilatációs rést csúszó tömítés (piros szín) zárja le.
Az expanzió és az előzőleg expandált töltet kipufogása párhuzamosan történik. A forgó tömegek dinamikus kiegyensúlyozása teljes egészében megvalósítható.
A fent ismertetett szerkezetet kompresszorként is használhatjuk. Ekkor a tengelyt fordítva forgatjuk, és ekkor a munkaközeg áramlási iránya is értelemszerűen megfordul.
Egy kompresszor egységet és egy motor egységet (single cycle) alkalmazva az expander főtengelyről levehető elméleti nyomatékot mutatja az alábbi diagram. A fekete görbe a nyomaték alakulását mutatja a főtengely fordulat függvényében.
(expanzió=kék görbe, kompresszió= bordó görbe)
Alább 2 sűrítőt és 2 expandert alkalmazunk (DOUBLE CYCLE) a teljesítmény növelés és az egyenletesebb nyomatékeloszlás érdekében. A fekete görbe itt is a nyomaték alakulását mutatja a főtengely fordulat függvényében.
(expanzió=kék görbe, kompresszió= bordó görbe)
Látható, hogy a motor mindig pozitív nyomatékot szolgáltat. A nyomaték ingadozás kevesebb, mint 12%, a névleges értékre vonatkoztatva.
A következő diagramon egy 4 ütemű szikra gyújtású, egy hengeres motor egyszerűsített nyomatéki diagramját mutatjuk. Látható, hogy itt nincs szó monoton pozitív nyomatékról a főtengely forgásának függvényében.
(Egy hengeres kivitel esetében még negatív nyomaték is adódik a sűrítési ütem miatt. A 4 hengeres soros kivitelre is igaz a 100%-os ingadozás, mivel a főtengely minden 180 fokos elfordulásakor 0 -ra esik a nyomaték.)