miniatura|Fiat Turbina. Un automòbil de turbina és un automòbil propulsat per una turbina de gas. Pel fet que l'arbre primari de sortida d'una turbina de gas gira a un nombre de rpm molt elevat, les unitats aplicades a un automòbil necessiten un sistema reductor que permeti la seva aplicació a la transmissió d'un automòbil.
Introducció miniatura|Figura 1. Esquema general d'una turbina de gas. En general, es tracta d'un eix muntat amb compressor C i turbina T, al qual s'intercala una cambra de combustió B Les turbines de gas aplicades als vehicles automòbils consten de diverses parts (vegeu figura 1) que cal identificar abans d'entrar en detalls. Segons la figura 1, el conjunt C representa el compressor. El compressor aspira i comprimeix una certa quantitat d'aire atmosfèric. La potència necessària la proporciona un arbre o eix, “l'arbre del compressor”, mogut per una turbina situada a la sortida de la cambra de combustió. A la sortida del compressor, l'aire comprimit entra en la cambra de combustió B. Allí hom hi afegeix combustible (amb un sistema d'injecció adequat) i es produeix la combustió del mateix. Els gasos calents resultat de la combustió surten de la cambra de combustió per un passatge expressament dissenyat a l'efecte. Els gasos calents esmentats mouen la turbina del compressor (unida al compressor mitjançant l'arbre del compressor) i van a parar a la sortida de la turbina (T). La turbina motriu pot coincidir amb la turbina del compressor. En aquest cas només hi ha un arbre motriu i de compressor. És freqüent que hi hagi dos arbres separats, moguts per dues turbines: l'arbre de compressor (mogut per la turbina de compressor) i l'arbre motriu (mogut per la turbina motriu). L'arbre motriu està representat per un segment de línia negra horitzontal a la dreta de la turbina amb una fletxa que indica la rotació.
Detalls interessants A l'entrada del compressor hi ha una obertura física que permet el cabal d'aire i el limita si és massa petita. La secció de pas és una superfície (que es pot mesurar en cm2). Aquest paràmetre ha estat aprofitat en els reglaments de competició perquè permet limitar la potència d'una turbina determinada. Com més alta és la relació de compressió i la temperatura dels gasos a la sortida de la cambra de combustió, millor és el rendiment de la turbina. A la pràctica hi ha un problema de materials relacionats amb les turbines. Cal limitar la temperatura dels gasos. Generalment s'aconsegueix usant un excés d'aire (que rebaixa la temperatura dels gaso però rebaixant el rendiment de la turbina). És possible millorar el rendiment emprant un bescanviador que escalfa l'aire comprimit (a la sortida del compressor) amb els gasos d'escapament.
Resum general Les turbines de gas tenen un consum específic al fre més alt que els motors de pistó. Aquest és el motiu principal que dificulta la seva aplicació als automòbils.
Història 1948. Rover P4 Turbine El gener de 1940 hi va haver la primera reunió entre Sir Frank Whittle (un dels inventors del motor de reacció i directiu de la companyia Power Jet) i Maurice Wilks (enginyer en cap de la firma BRM) amb l'objectiu de col·laborar en un automòbil amb motor de turbina. Després de molts anys de proves i de treballs conjunts amb Rolls-Royce, a principis de 1947 Rover va finalitzar satisfactòriament les proves d'un motor de turbina adaptat a l'automòbil.
Es tractava d'un motor de 100 CV de potència a 55.000 rpm. Hi havia un compressor centrífug (mogut per una turbina) que enviava l'aire a dues cambres combustió. Un cop iniciada la combustió gairebé qualsevol combustible que hom hi injectés cremava sense problemes (gasolina, dièsel, parafina…). El consum era excessiu i fou evident que caldria afegir un bescanviador per a millorar el rendiment. Un aspecte interessant era que la versió millorada del motor (amb 230 CV) tenia un règim de funcionament que variava entre les 7.000 rpm del ralentí fins a les 55.000 rpm de velocitat màxima. Calia un motor auxiliar per a engegar la turbina però, un cop en marxa, no necessitava de cap caixa de canvis, ni d'embragatge. La turbina actuava com un enorme convertidor de parell integrat en el conjunt.
1949-1950. Rover JET1 Rover JET1
1952. Socema-Gregoire miniatura|Protipus Socema-Grégoire amb motor de turbina. 1952. La companyia francesa SOCEMA (Société de construction et d'équipements mécaniques pour l'aviation), fabricant turbines de gas per al sector aeronàutic, volia fabricar un automòbil per a batre el rècord mundial per a cotxes amb turbina de gas. Per al motor va dissenyar una turbina petita amb una potència de 100 CV que pesava 130 kg (model TGV 1 Cema Turbo). Es tractava d'un turbina que constava d'un turbocompressor centrífug mogut per una turbina d'alta pressió (45.000 rpm) i d'una turbina motriu de baixa pressió (a unes 23.000 rpm) que accionava un arbre motor mitjançant un sistema reductor.
La part automòbil (xassís i carrosseria) fou encarregada a l'enginyer Jean-Albert Grégoire. Sobre un xassís d'alumini colat (Alpax), adaptat de l'automòbil Hotchkiss-Grégoire, va dissenyar una carrosseria molt aerodinàmica i característica de planxa d'alumini.
El projecte va fracassar abans de començar quan Rover va batre un rècord que superava el màxim previst per al Socema-Grégoire.RÉTROMOBILE 2005. Socema-Gregoire turbine car.
1953. General Motors Firebird miniatura|GM Firebird XP-21, també anomenat Firebird 1. General Motors Firebird
El prototipus XP-21 Firebird era un monoplaça que es va presentar per primer cop a l'hotel Waldorf Astoria de Nova York (General Motors Motorama, 1954). Es tractava d'un vehicle de 2.500 lliures de pes, d'aspecte semblant a un avió, que disposava una potència de 370 CV a 13.000 rpm. La caixa de canvis era de dues velocitats. La carrosseria era de resina reforçada amb fibra de vidre. El dipòsit de combustible (querosè), d'una capacitat de 35 galons estava situat a la part davantera, en el morro del vehicle (!!). Les imatges i les crítiques escrites de l'època mostren un disseny molt poc pràctic. Els frens de tambor estaven situats a l'exterior de les rodes per a un millor refredament. Amb les rodes davanteres exteriors i no carenades el conjunt devia ser molt poc aerodinàmic.
1954. Plymouth Turbine Chrysler turbine engines
El 1954 Chrysler va presentar a l'hotel Waldorf Astoria un automòbil model Plymouth equipat amb motor de turbina. Es tractava d'un disseny amb bescanviador de calor (“regenerator”) que, escalfant l'aire comprimit amb els gasos d'escapament abans d'entrar a la cambra de combustió, reduïa el consum de combustible.Plymouth Turbine.
En la travessa del continent americà s'obtingué un rendiment de 13,5 milles/galó.
1954. Fiat Turbina miniatura|Una part del circuit de proves de la fàbrica Lingotto de FIAT a Torí. miniatura|Fiat Turbina. Fiat Turbina
Fiat va investigar sobre una turbina aplicada a l'automòbil des de 1948. L'any 1954 va fer les primeres proves d'un prototipus al circuit construït al sostre de la fàbrica Lingotto. La turbina disposava d'un compressor de dues etapes i una turbina única. La turbina motriu, separada de la turbina del compressor també era d'un rodet únic. El motor equipava un sistema reductor des de la turbina fins a l'arbre motor de sortida. La carrosseria i el xassís foren el projecte de l'enginyer Luigi Fabio Rapi. La potència declarada era de 250 CV (220kW) a 22.000 rpm. La velocitat màxima estimada era d'uns 250 km/h. El coeficient aerodinàmic de penetració ((normalment indicat per: , or )) era de 0,14, un rècord –com a més baix – que va durar trenta anys.
1956. Rècords. Renault Étoile filante miniatura|Renault Étoile filante. Renault Étoile Filante
Renault va experimentar sobre els automòbils de turbina amb el model “Étoile filante”. Aquest vehicle fou projectat per l'enginyer Albert Lory (creador dels victoriosos Delage dels Grands Prix amb motor de 1,5 litres).
Es tractava d'un vehicle amb xassís tubular, rodes independents i frens de disc Dunlop suspesos a l'interior, separats de les rodes. El motor era una turbina Turbomeca, model Turmo 1, de 270 CV. La carrosseria era monoplaça, oberta i sense portes. Molt aerodinàmica i destinada als rècords. L'any 1956, al llac salat de Bonneville a Utah (USA), va establir el rècord mundial de velocitat en 307,8 km/h.
1963. Chrysler Turbine Car Chrysler Turbine Car
Des dels anys 50 del segle passat, Chrysler va experimentar amb la possibilitat d'automòbils propulsats per una turbina de gas. L'any 1963 va fabricar 55 unitats d'un vehicle normal de carrer, amb carrosseria Ghia (dissenyada i fabricada a Itàlia) i un motor de turbina amb regeneració de fabricació Chrysler. La majoria d'unitats (50) es varen cedir gratuïtament a persones particulars per a provar-les durant un període de tres mesos. Uns 200 usuaris tingueren la possibilitat d'usar un cotxe de turbina en la seva rutina normal diaria i informar dels resultats. El programa fou un èxit a nivell publicitari i va demostrar la viabilitat d'aquell model d'automòbil.Chrysler Turbine car. Índex de documents.The Chrysler Turbine car of 1963. History.Jay Leno’s 1964 Chrysler Turbine carTruth About Why Chrysler Destroyed The Turbine Cars. Paul Niedermeyer. 25 de novembre, 2009.
La turbina miniatura|Turbina Chrysler. Es tracta d'una turbina de gas amb dos rodets de turbina separats: un rodet acciona el compressor centrífug i l'altre rodet transmet la potència a les rodes motrius passant per un reductor d'engranatges. Una part important de la calor dels gasos d'escapament es recupera mitjançant dos discs ceràmics recuperadors.Croquis de la turbina (Español).
Segons el croquis de la referència adjunta (no inclòs en aquest article), el funcionament és el següent: L'aire és aspirat passant per l'entrada d'aire (A) i és comprimit en el compressor (B). Un difusor envia l'aire a la cambra de combustió (E) barrejat amb el combustible injectat per (C) i encès per la bugia o encenedor (D). A la cambra de combustió (E) es produeix la combustió de la mescla aire-combustible. Els gasos surten de la cambra de combustió i accionen el rodet del compressor, unit per un arbre al compressor (i els accessoris). Després actuen sobre el rodet de força o motriu, unit per un arbre al sistema reductor d'engranatges. Els regeneradors (H), dos discs ceràmics que giren lentament, s'escalfen amb els gasos d'escapament i transmeten la calor a l'aire comprimit a la sortida del compressor. Els gasos d'escapament, un cop han passat pels regeneradors, són expulsats per dos conductes d'escapament cap a l'atmosfera.
Temperatures Cambra de combustió: Uns 1700 F (927 C). Una referència indica 1400F (760 C). Gasos d'escapament a la sortida: Uns 140 F (60 C)Jay Leno Drives One of the Last Chrysler Turbines
Potència 130 CV (97kW), parell 576 Nm. Ralentí 22.000 rpm. Revolucions màximes de disseny 44.600 rpm. Arbre de sortida 3600 rpm.
Transmissió L'arbre de sortida de la turbina anava connectat a una caixa automàtica Torqueflite (de tres velocitats més reversa) sense convertidor de parell. La mateixa turbina motriu actuava com a convertidor de parell.
Emissions La combustió era molt neta. En els gasos d'escapament no hi havia monòxid de carboni, partícules de carbó sense cremar ni hidrocarburs. Però els òxids de nitrogen eren un problema difícil de solucionar degut a les altes temperatures de combustió.
La carrosseria Segons disseny de l'enginyer Elwood Engel, 55 unitats foren fabricades manualment per l'empresa Ghia a Itàlia. El color escollit fou el “Turbine bronze” metalitzat, amb sostre de vinil negre. Un dels exemplars es va pintar completament de blanc i va protagonitzar el film "The Lively Set" (Jack Arnold. 1964).Chrysler Turbine.
1963. Competició. Rover-BRM miniatura|Rover-BRM de turbina. 1965. Rover-BRM