Miniaturizasyon Fiziği: Temel Ticaret-offs
Otto döngüsü motor güç mühendislerini termodinamikleri, sıvı dinamikleri ve ısı transferlerini yöneten sert ölçeklendirme yasalarıyla yüzleşmek için yoğunlaştırmak için, yüzeysel hızlar ve sürekli yanma oranı göksel hızlar haline gelir. Tipik bir otomotiv motoru, 10 mm'lik bir motorun 20 cm'yi aştığında, yüksek çözünürlükte ısınmış olan ısı kaybının tamamen kapanarak, yüksek çözünürlükte ısınır.
İlk Tasarım Challenges
1. Mikro-Scale'de Instability
Güvenilir ve tekrarlanabilir alev yayılımı küçük bir hacimde azaltılabilir, ancak yüksek ısıtılmış motorlarda daha yüksek ısıtılır, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bulunur.
2. Termal Yönetim ve Heat Rejeksiyon
Bu tür yüksek yüzeysel bir orantısızlığı gerektiren, küçük motorlar daha düşük duvar sıcaklıklarında ısı geçişi artırılırken, ısı geçişi veya ısı geçişi gibi hassas noktaların betona doğru çekilmesi için çok soğuk olabilir.Influences ile soğutma sistemleri, radyatörler ile atık ısı geçişi için çok soğuk olur.
3. Manufacturability and Assembly Tolerances
Mikrons'te ölçülen özellikleri azaltmak, geleneksel işlemenin ötesinde teknikler gerektirir. Piston-tocylinder algılamalar, örneğin, bu bileşenleri bozma veya kirlenme olmadan artırmak için 2-3 μm'ye kadar sıkıştırabilir. Temiz oda koşullarında böyle bir hassas montaj, genellikle yarı iletken üretimdeki ısıtılırken, otomatik olarak otomatik birleştirici bir şekilde genişletilmelidir.
4. Yakıt Teslimatı ve Air-Fuel Mix
Geleneksel otomobil sahipleri, bu koşullar altında stoklamalı karışımları doğru bir şekilde atomize edemezler.Bir mikro Otto motoru, saatte sadece birkaç gram yakıt tüketebilir, mikrosaniye aralığındaki enjeksiyon süresine rağmen, ultra-precise enjekte eden, sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık kullanılan bir hidrojen basınç regülatörü ile ısıtılır.
5. Titreşim ve Gürültü Kontrolü
Bu tür küçük bileşenleri uyumlu hale getirmek için gereken tek bir tek kişilik mini motor yoğun, yüksek frekanslı vibrasyonlar üretir.Demekle motorun düşük hacmi, en az sayıdaki boşluktan oluşan küçük bir titreşimli devreleri bile kolayca optimize edebilir.Bu tür taşınabilir cihazlarda, bu tür vitreuslar, hassas elektronikleri de kullanılabilir.
6. Yüksek RPM altında Giy ve Durability
Minik motorlar, küçük yerinden anlamlı bir güç çıkarmak için son derece hızlı bir şekilde geri dönmeli. 5 cc motor, elmas kaplamaları ile 25 bin RPM'de çalıştırmaya ihtiyaç duyabilir.Böyle hızlarda, geleneksel pistonlu halkalar flutter ve üflemeli-çaklı malzemelerle yüz yüzen, yüksek sıcaklıklar, minimum yağ sızıntıları kullanarak, yüksek yağda eğimli yağ temizleme sistemi ile deneyi sağlar.
Yüksek hacimli, hafif Bileşenleri için Malzeme Yeniliği
Alüminyumdan gelen geçiş ve yüksek performanslı seramiklere ve kompozitlere demir basmak, mikro motor tasarımında bir dönüm noktası işaret eder. Silikon nitrit ve silikon ışığı, düşük yoğunlukla olağanüstü ısı şok direncini birleştirir, onları mikro motor ortamında ideal kılar.Bu seramikler, aktif soğutma olmadan 1000 °C'yi koruyabilir, duvarların tekrar tekrar tekrar tekrarlanabilir bir şekilde yuvarlanır.
Gelişmiş Üretim ve Assembly Teknikleri
Katkı İmalatı
Metallerin 3D baskısı, özellikle lazer tozu yatağı füzyon yoluyla, mühendislerin iç soğutma kanallarını, uyumlu port geometrilerini ve Harvard'ın Microrobotics Lab gibi kurumlarda uygun olmayan yapılar, bu yaklaşımın milimetrik motorlara nasıl uzatılabileceğini gösteriyor. Ancak, yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte olan metalik yüzeylere birden fazla bileşen koyma yeteneği de sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık kullanılan metal işlemeye ihtiyaç duyar.
MEMS-Based Micromachining
Mikro-elektromechanical sistemler (MEMS) yarı iletkenler için geliştirilmiş olan bir silikon çekme tekniği, motor bileşenleri için uyarılır. Deep reaktif iyon veching, silikon bazlı yanma odaları ve alt-mikron doğrulukla kanallarını üretebiliyor. Son zamanlarda, silikonun üzerinde çalışan ve yüksek RPM'ler için kullanılan silikonun yüksek çözünürlükte olduğu bir şekilde ortaya çıktığını kanıtlıyor.
Lazer Kaynak ve Katılmak
Mikro motor alt sorumluların sürekli montajları genellikle lazer mikro havluya dayanır. Bu teknik, betona dayanıklı bileşenlere katılmanızı sağlar, tırnakları yapıştırabilir ve betona sokmak için paslanmaz çelik silindire katılabilir - betonu açmaz. Transient sıvı fazı, bakır veya nikel gibi metallerin en az ısıtılmış alanı kullanarak, daha yüksek ısıtılması için başka bir yöntem de incelenir.
Elektronik Kontroller ve Sensör Entegrasyonu
Mikro-ECU ve Adaptif Ignition
Bir Otto motoru, farklı yükler ve çevresel koşullar üzerinde verimli bir şekilde çalışabilmek için son derece akıllı bir kontrol sistemi talep ediyor. Modern mikro elektronik kontrol birimleri (ECUs) hızlı işlemci döngülerini ve modelleme tabanlı algoritmaların ateşleme süresini ayarlamasını sağlar, yakıt enjeksiyonu ve hatta değişken valf eylemi gerçek zamanlı olarak sabit durumda çalışır. Örneğin, bu tür ECU jeneratörünün otomatikleştirilmesi, 100 $ 'dan daha az hıza sahip olmak için, ECU'nun zamanlayıcı bir sistemden daha az hıza izin verir.
In-Situ Teşhisleri
Sensörler motorun kendi kendine dikkatsizliği daha da artırıyor. Mikro basınç transdüserleri silindir başında monte edilen yanma basıncı izlerini sağlar, bu da tom tok tom tokombi ve eksik yanma olayları teşhis etmek için kullanılabilir. Termo çiftleri ve MEMS, yakın-field iletişim veya düşük güç Bluetooth'ta kullanım verileri kullanarak, bu sensörlerin uzaktan kumandan için sıkıştırılması ve elektronik uyarı sistemleri korumak için kullanılan elektromanyetik müdahalelerden korumak için tasarlanmıştır.
Vaka Çalışmaları: Prototipler ve Breakthroughs
DARPA Micromühendis Programı
1990'ların sonlarında ve 2000'lerin başlarında, ABD Savunma Gelişmiş Araştırma Projeleri Ajansı (DARPA), taşınabilir ekipmandaki bataryaları, yüksek hızlı taşıma makinelerinde kullanılan motorlara sahip olan motorlar, ortalama 10 cc ile üretilen motorlar, tam entegre güç sistemleri gibi yakıtlar kullanılarak, yüksek çözünürlükte 50 $ değerinde bir motora ihtiyaç duyuyordu.
Üniversite Araştırma ve Ticari Spin-offs
Kaliforniya Üniversitesi, Berkeley'in yanma araştırma grubu, sadece 1.5 cc'nin yerinden ayrılmasıyla birlikte, 1 kW /kg'ın üzerinde bir güç yoğunluğuna sahip olmak üzere 5 cc iki vuruş motoru geliştirdi: örneğin, küçük iki yüz W sürekli çıktı.Bu prototipler, birkaç saat boyunca özel olarak alüminyum zeminleri kullanarak, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bulunan ve yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bir şekilde formüle edilebilir.
Future Outlook ve Gelişen Çözümler
Hidrojen Micro-Combustion
Hidrojenin geniş flammability aralığı ve yüksek alev hızı, mikro Otto motorlar için ideal bir yakıt haline getirir. Küçük hacimlerde güvenilir bir şekilde şarj edilebilir ve temiz yanmalı yakıtlar, hidrojenin sürekli olarak yüksek basınçlı tank veya metal hipnozdaki zorluklarını azaltır - yüksek basınçlı tanklar - yüksek basınçlı tanklar - yüksek basınçlı hava kirliliğini kullanarak düşük enerji hacminin daha düşük olması anlamına gelir.
Hibrit Mikro Güç Sistemleri
Pilleri yerine, minyatür Otto motoru genellikle bir aralık daha geniş veya hibrit bir ortak olarak en iyi şekilde çalışır.Böyle bir sistemde, motor, küçük bir batarya veya süper kapasite şarj etmek için en verimli bir noktaya sahiptir, bu yüzden üst düzey güç talep eder.Bu düzenleme, yanma motorunın da bu hıza kadar optimize edilmesine izin verir.
Alternatif Çevrim Yapıları
Otto döngüsü odak kalırken, bazı araştırmacılar Atkinson döngüsünü araştırıyorlar, bu da yüksek verimlilik için zirve gücü veya Miller döngüsü, bu tür bir sıkıştırma işi azaltmak için değişken valf zamanlamasını kullanıyor. Mikro motorlar için, ücretsiz-piston motor konsepti özellikle caziptir, çünkü 10 cc altında yerindenleri ortadan kaldırır ve bağlar, yüksek sıkıştırma oranlarına yakın olabilir.
Gelişmiş Simülasyon ve Modelleme Araçları
Mikro motorların hesaplamalı sıvı dinamiklerinin sınırlarını (CFD) ve yanma modellemesini tasarlar. Bu ölçeklerde, ayrıntılı kimyasal kinetiği, duvarların basınç etkisini dikkate almak için konjugate ısı transferine sahip olmalıdır. Makine öğrenimi, aynı zamanda ısıtımı ve kıvılcım yerini ele alırken çok ölçekli simülasyon çerçevelerini de optimize eder. Örneğin, yüksek çözünürlükte olan mikro sistemlerde ve dinamik sistemlerde daha iyi bir şekilde kontroller yapmak için tam 3D simülasyonlar gerekir.
Otto döngüsü motorunu miniyatürize etme arayışı, termodinamik, malzemeler biliminin sınırlarını zorlamaya devam ediyor ve hassas bir mühendislik haline gelebilir.Her engel - alevden gelen ısıtıcı çözümlere kadar genellikle taşınabilir güç ve verimli mikro motorların sürekli olarak geliştiğine dair fikirler, küçük bir yanma motorun sessiz humması, profesyonellere, Explorerlere ve ızgaralara güvenilir bir şekilde bir şekilde bir arayacak.