Családi tervező és feltaláló csoport
nyelv nyelv

Photos by magaieu

FORGÓ DUGATTYÚS MOTOR

FDM

+20 % effektív hatásfok = 40 % üzemanyag megtakarítás !!!

(hasonlítva a 30 %-os átlagos belsőégésű motor hatásfokhoz)


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).



kép1
kép2

A működés.

A kompresszor egység a környezetből szívja a munkaközeget (levegőt) és a hevítőbe nyomja.


kompressor
motor


A kompresszorral közös hajtó tengelyen elhelyezett expanderben kitáguló hevített, sűrített munkaközeg a szabadba pufog ki az expanzió végén.



A hevítő egység

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.


Az FDM alábbi ábráján egy szerkezeti egység részeit mutatjuk be.

(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.)


metszet


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)


graf1


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)



graf2


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.)



graf3