Actuador rotativo LiquidPiston: Wankel invertido – Tech

Una empresa de Nueva Jersey está trabajando en algunos prototipos de motores térmicos atípicos, con una arquitectura que contrasta con los planos convencionales. LiquidPiston, así se llama la empresa americana, ofrece un motor de combustión particularmente compacto y ligero, que en movilidad puede llegar a ser relevante para los vehículos híbridos en el papel de extensor de autonomía, pero si es necesario puede elevarse a una potencia de mil. caballo de fuerza. A partir de la estructura giratoria básica, el impulsor hereda otras ventajas, incluida la ausencia de válvulas y piezas móviles adicionales.

Al mismo tiempo, LiquidPiston aborda los problemas típicos de los motores rotativos, proponiendo una nueva arquitectura que la propia compañía presenta como un “Wankel invertido”. La primera subversión radica en la geometría: el motor está realmente equipado con Estator triangular y rotor de dos lóbulos, a diferencia de un Wankel donde el estator tiene una forma de dos lóbulos, mientras que el rotor tiene un contorno triangular. Otro golpe radica en los procesos de intercambio de aire. De hecho, en Wankel, los puertos de admisión y escape se obtienen dentro del estator, mientras que LiquidPiston mueve todo dentro del rotor.

Esta es una diferencia fundamental que lleva a otra gran noticia. Las cámaras de combustión de las unidades Wankel giran con el rotor, mientras que en el rotor americano quedan limitadas a los tres “vértices” del triángulo obtenido en el estator. Esto le da más libertad para controlar las diferentes etapas, Extensión de la fase de estiramiento en relación a la fase de compresión Maximizar el trabajo beneficioso de la combustión, basado en el principio que rige el ciclo Atkinson.

la operacion
En el prototipo LiquidPiston, el flujo de aire pasa por el motor a lo largo de su eje. Gran parte de este flujo pasa el motor de un lado a otro y es útil para enfriarlo, Pero parte del aire se mete dentro del eje hacia el motor.. El aire de admisión se envía de vez en cuando a las cámaras de combustión individuales que se encuentran durante la rotación del rotor.

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En este punto, de manera similar a lo que sucede en las unidades Wankel, el movimiento del rotor comprime y expande las cámaras de combustión, llevándose a cabo las etapas de compresión, combustión y expansión. en este punto Los gases quemados fluyen hacia el segundo conducto de escape formado en el rotor.cuando este se encuentra con la cámara de combustión única a medida que gira.

LiquidPiston destaca que es su propio motor Mantener las ventajas de compacidad, ligereza, sencillez y equilibrio típicas de las máquinas rotativas. Sin embargo, en comparación con el motor Wankel, el motor estadounidense tiene cámaras de combustión con una mejor relación volumen-superficie, lo que mejora la propagación de la llama y reduce la pérdida de calor hacia las paredes. El beneficio final es una mayor eficiencia del motor. Además, gracias a la forma bilobular del rotor, los sellos entre las diferentes cámaras de combustión se colocan directamente en el estator. Esto permite lubricar localmente la zona de acceso desde el estator, sin necesidad de introducir aceite en la cámara, reduciendo su consumo respecto a un Wankel convencional y reduciendo en más de tres veces las fugas de gas de una cámara a otra.

Prototipos en el banco: gasolina y diésel
Se probaron dos modelos diferentes en LiquidPiston Labs. Uno de estos es el X-Mini.Unidad de gasolina de cuatro tiempos con inyección indirectacon un desplazamiento de 70 centímetros cúbicos y un peso de tan solo 2 kilogramos. Con una relación de compresión de 9:1, la potencia máxima es de 3,6 hp a 9000 rpm, con una eficiencia térmica del 22 %. En su versión madura, sin embargo, se estima que el motor alcance los 5 CV a 140.000 rpm, con una eficiencia del 25 % y una potencia específica de unos 71 CV/l.

Entonces allí Pruebas de unidades diésel, que opera según el ciclo termodinámico patentado HEHC, abreviatura de High Efficiency Hybrid Cycle, que tiene características típicas de los ciclos Otto, Atkinson y Diesel. El encendido es automático, pero a diferencia de los motores diesel, la combustión se completa a un volumen constante, seguida de una fase de expansión prolongada en comparación con la fase de compresión. En la actualidad, el prototipo de 750 cc y 27 kg entrega 40 CV a 7.000 rpm, con una relación de compresión entre 16 y 18: 1. Sin embargo, el objetivo final es reducir el peso a 18 kg. y elevando la relación de compresión a 26:1. Esto debería permitir aumentar la potencia a 50 hp, Elevar la eficiencia térmica del 33 al 45%.

Tanto para las unidades de gasolina como para las diésel, existe la posibilidad de ampliar la potencia, variando el grosor y el diámetro del rotor, así como aumentando el número de rotores, como también se ve en los sistemas de propulsión Wankel de Mazda. También está presente para descargas parciales. Estrategias de control para la desactivación del encendido en cámaras individuales en orden alterno. Esta lógica es similar al principio de desactivación de cilindros, que tiene como objetivo reducir el número de cámaras activas para aumentar la carga y la eficiencia. Por último, LiquidPiston proporciona inyección directa de agua en la cámara de combustión, tanto con una acción refrigerante como con el objetivo de aumentar la presión interna mediante vapor.

posibles puertos
Entre las ventajas mencionadas por LiquidPiston, además de la compacidad y ligereza, se destaca la ausencia de válvulas y del sistema de distribución, lo que aumenta la eficiencia mecánica, simplifica la estructura y contiene los costos de producción. Además, gracias a la etapa de admisión extendida, la turbulencia en el flujo de escape se reduce considerablemente, eliminando la necesidad de un silenciador. Finalmente, al igual que otros motores rotativos, las vibraciones son mitigadas por el excelente equilibrio general, sin embargo A diferencia de Wankels, el consumo de aceite y los fenómenos de soplado entre cámaras se han reducido significativamente..

Las aplicaciones potenciales planteadas por la empresa americana son numerosas: Extensor de alcance en vehículos híbridos, generadores portátiles, drones, vehículos de jardín, go-karts, propulsión marina y unidades auxiliares de potencia para barcos y aeronaves. La electrificación predominante en la industria automotriz desalienta a los principales fabricantes a invertir en tecnologías que socavan más de 100 años de arquitectura de motores térmicos y cuyo futuro parece cada vez más incierto. Sin embargo, LiquidPiston continúa probando sus prototipos, a la espera de encontrar una salida comercial para su invento.