محرك هوائي

لتحقيق حركة خطية باستخدام الهواء المضغوط، يُستخدم نظام المكابس في أغلب الأحيان. يُضخ الهواء المضغوط إلى حجرة محكمة الإغلاق تحتوي على عمود المكبس. يوجد داخل هذه الحجرة نابض ملفوف حول عمود المكبس لإبقاء الحجرة مفتوحة تمامًا عندما لا يُضخ الهواء إليها. مع ضخ الهواء إلى الحجرة، تبدأ القوة المؤثرة على عمود المكبس بالتغلب على القوة المؤثرة على النابض. ^{[ 2 ]} ومع زيادة كمية الهواء المضخ إلى الحجرة، يزداد الضغط ويبدأ المكبس بالتحرك لأسفل الحجرة. عندما يصل إلى أقصى طول له، يُفرغ ضغط الهواء من الحجرة، ويكمل النابض الدورة بإغلاق الحجرة ليعود إلى وضعه الأصلي؛ وتتكرر هذه الدورة طالما استمر ضخ الهواء.

تُعد محركات المكابس الأكثر شيوعًا في الأنظمة الهيدروليكية. وهي في الأساس مماثلة للمحركات الهيدروليكية ، إلا أنها تُستخدم لتحويل الطاقة الهيدروليكية إلى طاقة ميكانيكية. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

تُستخدم محركات المكابس عادةً في سلسلة من أسطوانتين أو ثلاث أو أربع أو خمس أو ست أسطوانات مُغلّفة في غلاف. وهذا يسمح بتوليد طاقة أكبر من المكابس لأن عدة محركات تعمل بتزامن تام في أوقات محددة من دورتها.

تتراوح الكفاءة الميكانيكية العملية التي يحققها محرك الهواء ذو ​​المكبس بين 40-50%. ^{[ 5 ]}

يستخدم نوع من المحركات الهوائية، يُعرف بمحرك الريش الدوار، الهواء لتوليد حركة دورانية لعمود. يتكون العنصر الدوار من دوار مشقوق مثبت على عمود إدارة. كل شق في الدوار مزود بريشة مستطيلة تنزلق بحرية. ^{[ 4 ]} تمتد الريش إلى جدران الغلاف باستخدام نوابض أو آلية كامة أو ضغط هواء، وذلك حسب تصميم المحرك. يُضخ الهواء عبر مدخل المحرك، دافعًا الريش ومولدًا الحركة الدورانية للعمود المركزي. تتراوح سرعات الدوران بين 100 و25000 دورة في الدقيقة، اعتمادًا على عدة عوامل، منها مقدار ضغط الهواء عند مدخل المحرك وقطر الغلاف. ^{[ 6 ]}

يُستخدم محرك الهواء ذو ​​الريش في تشغيل محركات الديزل أو الغاز الطبيعي الصناعية الكبيرة. تدخل الطاقة المخزنة على شكل هواء مضغوط أو نيتروجين أو غاز طبيعي إلى حجرة المحرك المغلقة، وتُمارس ضغطًا على ريش الدوار، مما يؤدي إلى دورانه بسرعة عالية. ولأن دولاب الموازنة في المحرك يتطلب عزم دوران كبير لبدء تشغيله، تُستخدم تروس تخفيض السرعة. تُنتج هذه التروس مستويات عالية من عزم الدوران باستخدام كميات أقل من الطاقة المُدخلة. تسمح هذه التروس بتوليد عزم دوران كافٍ بواسطة دولاب الموازنة أثناء تعشيقه مع ترس المحرك الهوائي أو بادئ التشغيل الهوائي.

تُستخدم التوربينات الهوائية لتدوير المثقاب في مقابض الأسنان عالية السرعة ، بسرعات تتجاوز 180,000 دورة في الدقيقة، ولكن بعزم دوران محدود . التوربين صغير بما يكفي ليناسب طرف المقبض دون أن يُضيف وزنًا يُذكر.

كانت شركة "إنرجين" شركة كورية جنوبية زعمت أنها تُورّد سيارات مُجمّعة بالكامل تعمل بمحرك هجين يعمل بالهواء المضغوط والكهرباء. يُستخدم محرك الهواء المضغوط لتشغيل مولد كهربائي ، مما يُطيل من قدرة السيارة على القيادة الذاتية. وقد أُلقي القبض على الرئيس التنفيذي بتهمة الترويج الاحتيالي لمحركات الهواء بادعاءات كاذبة. ^{[ 18 ]}

تقوم شركة EngineAir الأسترالية بتصنيع محرك دوار يعمل بالهواء المضغوط، يُطلق عليه اسم محرك دي بيترو . يعتمد تصميم محرك دي بيترو على مكبس دوار. وبخلاف المحركات الدوارة الموجودة، يستخدم محرك دي بيترو مكبسًا دوارًا أسطوانيًا بسيطًا (عمود إدارة) يدور، باحتكاك ضئيل، داخل الجزء الثابت الأسطواني. ^{[ 19 ]}

يمكن استخدامه في القوارب والسيارات وناقلات البضائع وغيرها من المركبات. يكفي ضغط مقداره 1 رطل لكل بوصة مربعة (≈ 6.8 كيلو باسكال ) للتغلب على الاحتكاك. ^{[ 20 ] [ 21 ]} كما عُرض المحرك في برنامج "المخترعون الجدد" على قناة ABC الأسترالية في 24 مارس 2004. ^{[ 22 ]}

كان من المقرر تسويق مركبات K'Airmobiles تجارياً انطلاقاً من مشروع طُوّر في فرنسا عامي 2006-2007 من قبل مجموعة صغيرة من الباحثين. إلا أن المشروع لم يتمكن من جمع التمويل اللازم.

ينبغي على الناس أن يلاحظوا أنه في الوقت نفسه، أدرك الفريق الاستحالة المادية لاستخدام الهواء المضغوط المخزن على متن المركبة بسبب ضعف قدرته على توليد الطاقة والخسائر الحرارية الناتجة عن تمدد الغاز.

في هذه الأيام، وباستخدام مولد "K'Air" الحاصل على براءة اختراع قيد الانتظار، والذي تم تحويله ليعمل كمحرك يعمل بالغاز المضغوط، من المتوقع إطلاق المشروع في عام 2010، بفضل مجموعة من المستثمرين من أمريكا الشمالية، ولكن بهدف تطوير نظام طاقة خضراء في المقام الأول. ^{[ 23 ]}

في محرك نيغر الهوائي الأصلي ، يقوم مكبس واحد بضغط الهواء من الغلاف الجوي ليختلط مع الهواء المضغوط المخزن (الذي يبرد بشدة عند تمدده). يدفع هذا المزيج المكبس الثاني، موفرًا بذلك قوة المحرك الفعلية. يعمل محرك MDI بعزم دوران ثابت، والطريقة الوحيدة لتغيير عزم الدوران الموجه إلى العجلات هي استخدام ناقل حركة بكرات ذي تغير ثابت، مما يؤدي إلى فقدان بعض الكفاءة. عند توقف المركبة، كان محرك MDI يعمل باستمرار، مما يؤدي إلى فقدان الطاقة. في الفترة ما بين 2001 و2004، تحولت MDI إلى تصميم مشابه للتصميم الموصوف في براءات اختراع ريغوسكي (انظر أدناه)، والتي يعود تاريخها إلى عام 1990.

أُفيد في عام 2008 أن شركة تاتا الهندية لصناعة السيارات كانت تدرس استخدام محرك MDI يعمل بالهواء المضغوط كخيار إضافي لسياراتها نانو منخفضة السعر. ^{[ 24 ]} وأعلنت تاتا في عام 2009 أن تطوير سيارة تعمل بالهواء المضغوط كان صعباً بسبب مداها القصير ومشاكل انخفاض درجة حرارة المحرك.

محرك التوربين شبه الهوائي هو محرك دوار بدون مكبس يعمل بالهواء المضغوط ويستخدم دوارًا على شكل معين تكون جوانبه مفصلية عند الرؤوس.

تم إثبات أن التوربين شبه الهوائي يعمل كمحرك هوائي باستخدام الهواء المضغوط المخزن. ^{[ 25 ]}

ويمكنها أيضاً الاستفادة من تضخيم الطاقة الممكن من خلال استخدام الحرارة الخارجية المتاحة، مثل الطاقة الشمسية . ^{[ 26 ]}

تدور التوربينة شبهية من ضغط منخفض يصل إلى 0.1 ضغط جوي (1.47 رطل لكل بوصة مربعة).

بما أن محرك كوازيتوربين هو محرك تمدد بحت، على عكس محرك وانكل ومعظم المحركات الدوارة الأخرى، فإنه مناسب تمامًا كمحرك يعمل بالسوائل المضغوطة أو محرك هواء أو محرك كهربائي يعمل بالهواء. ^{[ 26 ]}

يربط تصميم أرماندو ريغوسكي لمحرك الهواء نظام النقل مباشرةً بالعجلة، ويتميز بعزم دوران متغير من الصفر إلى الحد الأقصى، مما يعزز الكفاءة. تعود براءات اختراع ريغوسكي إلى عام 1990. ^{[ 27 ]}

تعمل شركة Psycho-Active على تطوير هيكل هجين متعدد الوقود/الهواء، يُراد له أن يكون أساسًا لسلسلة من السيارات. ويُزعم أن أداءه يبلغ 50  حصانًا لكل لتر. ويُطلق على محرك الهواء المضغوط الذي تستخدمه الشركة اسم DBRE أو المحرك الدوار ذو الشفرات الموجهة. ^{[ 28 ] [ 29 ]}

حصل ميلتون إم. كونجر في عام 1881 على براءة اختراع، ويُزعم أنه بنى محركًا يعمل بالهواء المضغوط أو البخار باستخدام أنبوب مرن يشكل جدارًا إسفينيًا أو مائلًا أو دعامة في الجزء الخلفي من المحمل المماسي للعجلة، ويدفعها بسرعة أكبر أو أقل وفقًا لضغط وسيط الدفع. ^{[ 30 ]}