(FDM)
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 (zöld jelölés) ágyazott, egyenes főtengely, és az excentrikusan forgó dugattyú képezi.
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.)
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)
(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)
(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.)
(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.)
ELŐNYÖK
- A jelenleg használt belső- és külsőégésű motorok és gázturbinák több előnyét egyesítve olyan hőerőgépet valósítunk meg, amely össz. hatásfoka 15-20%-kal felülmúlja azokét, részterhelésen is gazdaságosan működik, egyszerű erőátvitellel és jó nyomaték eloszlással rendelkezik. A külön kialakított hevítő (égéstér) szabályozható folyamatban égeti el a tüzelőanyagot, illetve megfelelő hőcserélővel napenergia, és más energiaforrás felhasználására is alkalmas.
- Nincs szükség hűtő egységre, mert a motor nem
tartalmaz kenést igénylő csúszó alkatrészt. A tömítések és a szekezeti
anyagok célszerű megválasztásával akár 1000 C fokos munaközeg
hőmérséklet is megengedhető. (kereskedelemben kapható anyagokat
használva) A hűtés elmaradása legalább 20%-kal növeli az öszz.
hatásfokot. Hűtési igény hiányában a motor körbe szigetelhető. Vannak
alkalmazások, ahol fontos, hogy motort tartalmazó jármű külső
hőmérséklete ne térjen el a környezetétől - akár egy infra kamera se
mutassa a meleg motorházfedelet.
- Elmarad a belsőégésű motoroknál meglévő égési csúcshő (1800-2500K) és csúcsnyomás (80-140bar), ezért a mechanikai szerkezetek igénybevétele jelentősen csökken az azonos teljesítményű és geometriájú belsőégésű motorokhoz képest. A hevítő elasztikus nyomáskiegyenlítőként csökkenti a belsőégésű motoroknál megszokott nyomáscsúcsokat, miközben a mechanikus energiát tárolja.
- A névlegesnél kisebb
teljesítmény esetén kevésbé esik a
hatásfok
- az otto motorhoz viszonyítva - és a rövid ideig
tartó
csúcsteljeseítmény
akár többszöröse is lehet a névleges
teljesítménynek. Ez a tulajdonság felveszi a
versenyt a hibrid (belső égésű / elektromos) motorok
üzemi tulajdonságaival, miközben a motor
egyszerűsége is jelentős előnyt nyújt.
- Az égéskamra alakja független a munkatértől, ezért a tökéletes égés jobban megközelíthető. Az égés időpontja és jellemzői függetlenül szabályozhatók a munkadugattyútól.
- Nincs szükség a tüzelőanyagba kopogásgátló, gyulladást segítő, és egyéb adalékot adni, mert az égés egyenletesebb, és hosszabb lehet, mint a munkatérben elégetett esetben.
- Bármely éghető anyag égéshője felhasználható a hevítőben történő hőközlésre a célszerűen kialakított hőcserélő alkalmazásával. Napenergia, geotermikus energia, és más sugárzó energiaforrás és azok kombinációja is felhasználható a hevítőben való hőközlésre.
- A forgó dugattyús motor – szemben a belsőégésű motorokkal, de főként a gázturbinákkal – kis fordulaton (a névleges fordulatszám 100-ad részén) is képes a maximális nyomatékot leadni. Álló helyzetből is képes indulni maximális nyomatékkal.
- A motor energia akkumulátorként is működtethető oly módon, hogy a célszerűen kialakított hevítőben lévő gáztöltés nyomásának növelésével tárolunk energiát, illetve a nyomásfokozás eredményeként létrehozott gáztöltetet tároljuk egy tartályban későbbi felhasználásra. Ezzel a kialakítással például napenergiával is lehet nagynyomású munkavégzésre alkalmas közeget létrehozni, miközben a hevítő hőenergiát átkonvertáltuk nyomási (mechanikai) energiává.
Pat. Pend. P1200014