Atuador giratório LiquidPiston: Wankel invertido – Tecnologia

Uma empresa de Nova Jersey está trabalhando em alguns protótipos atípicos de motores térmicos, com arquitetura em desacordo com os projetos convencionais. LiquidPiston, este é o nome da empresa americana, oferece um motor de combustão particularmente compacto e leve, que em mobilidade pode se tornar relevante para veículos híbridos no papel de extensor de autonomia, mas se necessário pode ser elevado a uma potência de mil cavalos de potência. A partir da estrutura de giro básica, o impulsor herda outras vantagens, incluindo a ausência de válvulas e peças móveis adicionais.

Ao mesmo tempo, o LiquidPiston aborda os problemas típicos dos motores rotativos, propondo uma nova arquitetura que a própria empresa apresenta como um “Wankel invertido”. A primeira subversão está na geometria: o motor está realmente equipado com Estator triangular e rotor de dois lóbulos, ao contrário de um Wankel, onde o estator tem uma forma de dois lóbulos, enquanto o rotor tem um contorno triangular. Outro golpe está nos processos de troca de ar. De fato, no Wankel as aberturas de admissão e exaustão são obtidas dentro do estator, enquanto LiquidPiston move tudo dentro do rotor.

Essa é uma diferença fundamental que leva a outra grande novidade. As câmaras de combustão das unidades Wankel giram com o rotor, enquanto no rotor americano ficam limitadas aos três “vértices” do triângulo obtido no estator. Isso lhe dá mais liberdade para controlar os diferentes estágios, Extensão da fase de alongamento em relação à fase de compressão Maximizar o trabalho benéfico da combustão, com base no princípio que rege o ciclo de Atkinson.

a operação
No protótipo LiquidPiston, o fluxo de ar passa pelo motor ao longo de seu eixo. Grande parte desse fluxo passa o motor de um lado para o outro e é útil para resfriá-lo, Mas parte do ar entra no eixo do motor. O ar de admissão é assim fornecido de tempos em tempos para as câmaras de combustão individuais que são encontradas durante a rotação do rotor.

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Neste ponto, de forma semelhante ao que ocorre nas unidades Wankel, o movimento do rotor comprime e expande as câmaras de combustão, realizando as etapas de compressão, combustão e expansão. neste ponto Os gases queimados fluem para o segundo duto de exaustão formado no rotorquando esta encontra a única câmara de combustão à medida que gira.

LiquidPiston enfatiza que é seu próprio motor Mantém as vantagens de compacidade, leveza, simplicidade e equilíbrio típicos das máquinas rotativas. No entanto, em comparação com o motor Wankel, o motor americano possui câmaras de combustão com melhor relação volume-superfície, o que melhora a propagação da chama e reduz a perda de calor para as paredes. O benefício final é o aumento da eficiência do motor. Além disso, graças ao formato bilobular do rotor, as vedações entre as diferentes câmaras de combustão são posicionadas diretamente no estator. Isso permite lubrificar localmente a área com acesso pelo estator, sem a necessidade de introduzir óleo na câmara, reduzindo seu consumo em relação a um Wankel convencional e reduzindo em mais de três vezes o vazamento de gás de uma câmara para outra.

Protótipos no banco: gasolina e diesel
Dois modelos diferentes foram testados no LiquidPiston Labs. Um deles é o X-MiniUnidade a gasolina de quatro tempos com injeção indiretacom um deslocamento de 70 centímetros cúbicos e um peso de apenas 2 quilos. Com taxa de compressão de 9:1, a potência máxima é de 3,6 cv a 9.000 rpm, com eficiência térmica de 22%. Em sua versão madura, porém, estima-se que o motor alcance 5 cv a 140.000 rpm, com rendimento de 25% e potência específica de cerca de 71 cv/l.

então lá Testes unitários a diesel, que opera de acordo com o ciclo termodinâmico patenteado HEHC, abreviação de High Efficiency Hybrid Cycle, que possui características típicas dos ciclos Otto, Atkinson e Diesel. A ignição é automática, mas ao contrário dos motores diesel, a combustão é arredondada a um volume constante, seguida de uma fase de expansão prolongada em comparação com a fase de compressão. Atualmente, o protótipo de 750 cc e 27 kg entrega 40 cv a 7.000 rpm, com uma taxa de compressão entre 16 e 18: 1. No entanto, o objetivo final é reduzir o peso para 18 kg e aumentando a taxa de compressão para 26:1. Isso deve permitir aumentar a potência para 50 hp, Aumente a eficiência térmica de 33 para 45%.

Tanto para as unidades a gasolina como para as unidades a gasóleo, existe a possibilidade de aumentar a potência, variando a espessura e o diâmetro do rotor, bem como aumentar o número de rotores, como também se verifica nas motorizações Wankel da Mazda. Também está presente para downloads parciais Estratégias de controle para desativação de ignição em câmaras individuais em ordem alternada. Essa lógica é semelhante ao princípio de desativação do cilindro, que visa reduzir o número de câmaras ativas para aumentar a carga e a eficiência. Finalmente, o LiquidPiston fornece injeção direta de água na câmara de combustão, tanto com uma ação de resfriamento quanto com o objetivo de aumentar a pressão interna por meio de vapor.

portas possíveis
Entre as vantagens apontadas pelo LiquidPiston, além da compacidade e leveza, destaca-se a ausência de válvulas e do sistema de distribuição, o que aumenta a eficiência mecânica, simplifica a estrutura e contém custos de produção. Além disso, graças ao estágio de admissão estendido, a turbulência no fluxo de escape é bastante reduzida, eliminando a necessidade de um silenciador. Finalmente, como outros motores rotativos, as vibrações são atenuadas pelo excelente equilíbrio geral, porém Ao contrário dos Wankels, o consumo de óleo e os fenômenos de sopro entre as câmaras foram significativamente reduzidos.

As potenciais aplicações propostas pela empresa americana são inúmeras: Extensor de alcance em veículos híbridos, geradores portáteis, drones, veículos de jardim, karts, propulsão marítima e unidades auxiliares de energia para barcos e aeronaves. A eletrificação predominante na indústria automotiva desencoraja os principais fabricantes de investir em tecnologias que prejudicam mais de 100 anos de arquitetura de motores térmicos e cujo futuro parece cada vez mais incerto. No entanto, o LiquidPiston continua testando seus protótipos, esperando encontrar uma saída comercial para sua invenção.