Quasiturbine Rotative Motorisée par Combustion Continue

Caractéristiques, couple, puissance et consommation

Que diriez-vous d'un moteur à essence dont :

- L'ingéniosité le rend en plus ... compatible à l'hydrogène, dans les dispositifs hybrides de demain.

Voilà la Quasiturbine, un moteur universelle par rapport aux sources d'énergie : Carburants liquides et gazeux, hydrogène, vapeur, pneumatique, hydraulique...

Brève comparaison : Piston - Wankel - Quasiturbine

Parmi les nombreux critères permettant de comparer les moteurs entre eux, on ne peut ignorer l'intégrité des volumes de détente, et le facteur d'utilisation propulsif. Il faut se rappeler que tout volume est engendré par le déplacement d'une surface (le cube est engendré par le déplacement d'un carré, le cylindre par le déplacement d'un cercle), et que pour avoir un rendement géométrique optimum, le volume de détente doit être engendré seulement par la surface effective de poussé des gaz. Le facteur d'utilisation propulsif est le pourcentage du temps (ou de l'angle) pendant lequel la composante contribue positivement à la propulsion moteur.

L'intégrité du volume de détente est la caractéristique implacable du moteur à pistons, et celle qui lui a permis de résister pendant plus d'un siècle à tous autres concepts moteurs. En effet, imaginer un cylindre perforé latéralement à l'intérieur de multiples cavités (cavités dont la somme des volumes serait par exemple égale à 2 fois celui du cylindre considéré) et dans lequel se déplacerait un piston. Comme le cycle de poussé moteur s'étale du volume minimal (piston haut) au volume maximal (piston bas), le volume maximal ne serait plus celui engendré par la surface circulaire de poussé du piston, soit 1 cylindre, mais 3 fois plus due aux cavités latérales qui seraient évidemment aussi responsables d'une perte substantielle de pression. Un tel moteur fonctionnerait encore bien, mais son efficacité énergétique serait médiocre. Le piston conventionnel a donc un faible facteur d'utilisation propulsif (120 / 720 degrés = 17%), mais un volume final de détente rigoureusement égal à celui engendré par le mouvement de la surface du piston, ce qui lui assure une bonne efficacité géométrique.

Qu'en est-il du Wankel ? Puisque son rotor n'a que 3 fois 30 degrés de temps mort par tour, le facteur d'utilisation passe à (270 / 360 degrés) 75% dans le cas du Wankel, ce qui est considérablement meilleur. Cependant, le Wankel présente plusieurs déficiences théoriques, voir http://quasiturbine.promci.qc.ca/FQTpasWankel.html . Le Wankel ne peut donc avoir une efficacité énergétique aussi bonne que celle du piston.

Et la Quasiturbine alors ? Comme à la fin de chaque cycle de détente, le cycle suivant est prêt à faire feu, le temps mort est réduit à zéro, et le facteur d'utilisation propulsif de la Quasiturbine est de 100% (combustion continue). D'autre part, comme le contour de confinement du rotor a été soigneusement sélectionné pour que le volume final de détente soit rigoureusement égal à celui engendré par le mouvement de la surface variable de poussé tangentielle, l'efficacité géométrique est identique à celle du piston. Pour arriver à ce double optimum, la Quasiturbine n'utilise pas le principe du volume inscrit entre une surface de courbure variable et une corde fixe, mais a plutôt recourt à un rotor de total degré de liberté confiné dans un contour en forme de patinoire, qui permet de plus un couple optimum sur un large déplacement angulaire, et la suppression du vilebrequin et du volant d'inertie.

Description sommaire :
L'invention est un nouveau concept de moteur hybride, à mi-chemin entre le moteur à piston et la turbine,
qui présente les caractéristiques suivantes:

• Centre de gravité immobile durant la rotation
• Comprend relativement peu de composants:

  1 Stator avec couvercles
  4 pales rotatives (faisant office de pistons)
  4 chariots basculants
  8 roulettes
  Des joints

• Aucune soupape, aucun piston
  (pales rotatives pivotantes)
• Combustion continue: allumage requis
  seulement au lancement (par bougie non synchronisée)
• Possibilité de surcompression dynamique
  (implique une meilleure combustion)
• Excellente continuité de couple (4 impulsions par rotation)
• Aucune cavité passive (…tel carter)
• Léger, moins bruyant, faibles vibrations
• Pas besoin de vanne anti-retour en mode compresseur
• Compact, symétrique, sans dessus ni dessous
  peut opérer dans toutes les positions.

De plus, ce dispositif:

Utilise un carburateur ou un injecteur conventionnel non synchronisé
Peut être démarré à l'air comprimé
Peut fonctionner complètement immergé
Offre un potentiel de grande fiabilité
Production à des coûts compétitifs

We also run our prototype on steam or pressurized air, or fluid flow, and also as a compressor.
Very large units (well over 1000 HP) are very feasible.

1999 Prototype data :
Diam. max. = 5.57"
Thickness = 2.00"
Aspirated volume =200 cc per revolution
Average pressure 120 lbs/sq.in (not actually measured)
Rated speed: 3000 RPM
(Please do not rate maximum < Shaft Power > at more than 3000 RPM
for small engine, and much less for larger engine)
(Note that theoretically, the rotor perimeter would reach sound speed in atmospheric air at about 30,000 RPM, which is far from 3000 expected)
(Note: 1 lbforce = 4.44 N; 1 foot = 0.303 m; 1 HP = 746 watts)

A - Internal combustion - Power through pressure calculation :
The average torque < Torque > on a complete rotation
is proportional to the average pressure in the engine.
The average torque < Torque > is given by (one chamber pressurized):

< Torque > = 4.84 X < Engine thickness (cm)> X < Diam. max (cm)>**2  X < average Pressure (bar) >

And the shaft power is (in all unit system):   < Shaft Power >   proportional to < RPM/60 >  X  < Torque >
English:      HP = T (lb.in.) x S (RPM) x .0000159
Metric:      HP = T (kg.cm.) x S (RPM) x .0000138
SI:             HP = T (N.m.) x S (RPM) x .00014
Watts = HP x 746

Applied to the 1999 prototype case (1 pressurized chambers at 8 bar = 125 psi average at 3000 RPM) :
< Torque > =  35 N-m or 25 lb-ft
For a < Shaft power > in the range of  14.0 HP or 10.5 kW

B - Internal combustion - Power through consumption calculation :
A 200 cc/rev aspirated volume require about 0,0224 cc/rev of gasoline.
At 3000 rpm => 0,0224 * (3000/60) = 1.12 cc/s of gasoline.
Assuming 32,4 kj/cc as heat power of commercial gasoline,
the maximum heat power that comes from the combustion of 1.12 cc/s is:
          1.12cc/s * 32,4 = 36.3 Kw (thermal) or
         29% * 36.3 Kw = 10.5 Kw (mechanical) or 14.0 HP

BSFC (Brake specific fuel consumption) will be at worst:
             = (1.12 cc/s) / (10.5Kw)     = 0.107 cc/s-Kw (of gasoline)
or,         = 0.107 * 0.746                  = 0.080 cc/s-HP (of gasoline)
Which is close to 260 gr / kW-h.

(This at only 3000 RPM. In most applications you can almost forget the gearbox !).
As a general thumbs rule, internal combustion Quasiturbine power is about 1 / 8 of the power 
produced by external pressurized fluids given on this graph:

Assumant un différentiel de pression de 500 lb/po.ca., ce graphique donne pour chaque rpm :
le couple moteur, la puissance et de débit géométrique à l'entrée.
Ces résultats peuvent être ajustés linéairement pour d'autres différentiels de pression.

C - Pour une comparaison calculée avec le moteur Wankel de la Mazda RX7, référer à la section:
Pourquoi la Quasiturbine n'est pas un moteur Wankel ?
http://quasiturbine.promci.qc.ca/FQTpasWankel.html

Quasiturbine Agence Inc., Agence promotionnelle pour Quasiturbine Rotative Motorisée par Combustion Continue
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