Kdy byl vynalezen motor s vnějším spalováním? Najdou Stirlingovy motory uplatnění v ruské ekonomice? Lukyanov motor s vnějším spalováním

20.10.2019

1. Úvod………………………………………………………………………………………………3

2. Historie……………………………………………………………………………………………… 4

3. Popis……………………………………………………………………………………………… 4

4. Konfigurace…………………………………………………………………………. 6

5. Nevýhody……………………………………………………………………………….. 7

6. Výhody……………………………………………………………………… 7

7. Žádost………………………………………………………………………………………. 8

8. Závěr………………………………………………………………………………. 11

9. Seznam referencí……………………………………………………………….. 12

Zavedení

Na začátku 21. století se lidstvo dívá do budoucnosti s optimismem. Existují pro to nejpádnější důvody. Vědecké myšlení nestojí na místě. Dnes se nám nabízí stále více novinek. Do našich životů se zavádí stále více úsporných, ekologicky šetrných a perspektivních technologií

Jedná se především o alternativní konstrukci motorů a využití tzv. „nových“ alternativních paliv: větru, slunce, vody a dalších zdrojů energie.

Díky motorům různých typů člověk přijímá energii, světlo, teplo a informace. Motory jsou srdcem, které bije v čase s rozvojem moderní civilizace. Zajišťují růst produkce a snižují vzdálenosti. V současné době běžné motory vnitřní spalování mají řadu nevýhod: jejich provoz je doprovázen hlukem a vibracemi, vypouštějí škodlivé výfukové plyny, čímž znečišťují naše životní prostředí, a spotřebovávají velké množství paliva. Ale dnes k nim již existuje alternativa. Třídou motorů, u kterých je škoda minimální, jsou Stirlingovy motory. Pracují v uzavřeném cyklu, bez nepřetržitých mikrovýbuchů v pracovních válcích, prakticky bez emisí škodlivých plynů a vyžadují mnohem méně paliva.

Stirlingův motor, vynalezený dávno před spalovacím motorem a dieselem, byl nezaslouženě zapomenut

Oživení zájmu o Stirlingovy motory bývá spojeno s aktivitami Philipsu. Práce na konstrukci Stirlingových motorů s malým výkonem začaly ve společnosti v polovině 30. let dvacátého století. Cílem práce bylo vytvořit malý elektrický generátor s nízká úroveňšumový a tepelný pohon pro napájení rádiových zařízení v oblastech světa bez pravidelného napájení. V roce 1958 uzavřel General Motors licenční smlouvu se společností Philips a jejich spolupráce pokračovala až do roku 1970. Vývoj se soustředil na použití Stirlingových motorů pro vesmírné a podvodní elektrárny, automobily a lodě a také pro stacionární napájecí systémy. Švédská společnost United Stirling, která své úsilí soustředila především na motory pro vozidel těžké nosnosti, rozšířily své zájmy do oblasti motorů pro osobní automobily. Skutečný zájem o Stirlingův motor byl obnoven až během takzvané „energetické krize“. Právě tehdy se potenciální schopnosti tohoto motoru ve vztahu k ekonomické spotřebě klasického kapalného paliva jevily jako obzvláště atraktivní, což se v souvislosti s rostoucími cenami pohonných hmot jevilo jako velmi důležité.

Příběh

Stirlingův motor byl poprvé patentován skotským duchovním Robertem Stirlingem 27. září 1816 (anglický patent č. 4081). První elementární „horkovzdušné motory“ však byly známy na konci 17. století, dávno před Stirlingem. Stirlingovým úspěchem bylo přidání čističky, kterou nazval „ekonomika“. V moderní vědecké literatuře se tento čistič nazývá „regenerátor“ (výměník tepla). Zvyšuje výkon motoru tím, že zadržuje teplo v teplé části motoru, zatímco se pracovní kapalina ochlazuje. Tento proces výrazně zlepšuje účinnost systému. V roce 1843 použil James Stirling tento motor v továrně, kde v té době pracoval jako inženýr. V roce 1938 Philips investoval do Stirlingova motoru s výkonem více než dvě stě koňských sil a účinností vyšší než 30 %. Stirlingův motor má mnoho výhod a byl široce používán během éry parních strojů.

Popis

Stirlingův motor- tepelný stroj, ve kterém se kapalná nebo plynná pracovní tekutina pohybuje v uzavřeném objemu, druh motoru vnější spalování. Je založena na periodickém ohřevu a chlazení pracovní tekutiny s odebíráním energie z výsledné změny objemu pracovní tekutiny. Může fungovat nejen ze spalování paliva, ale také z jakéhokoli zdroje tepla.

V 19. století chtěli inženýři vytvořit bezpečnou alternativu k tehdejším parním strojům, jejichž kotle často explodovaly kvůli vysokému tlaku páry a nevhodným materiálům pro jejich konstrukci. Dobrá alternativa k parním strojům se objevila s vytvořením Stirlingových motorů, které dokázaly přeměnit jakýkoli teplotní rozdíl na práci. Základním principem činnosti Stirlingova motoru je neustále střídavé zahřívání a chlazení pracovní tekutiny v uzavřeném válci. Obvykle je pracovní tekutinou vzduch, ale používá se také vodík a helium. V řadě experimentálních vzorků byly testovány freony, oxid dusičitý, zkapalněný propan-butan a voda. V druhém případě zůstává voda ve všech částech termodynamického cyklu v kapalném stavu. Zvláštností míchání kapalnou pracovní kapalinou je její malá velikost, vysoký měrný výkon a vysoké provozní tlaky. Existuje také Stirling s dvoufázovou pracovní kapalinou. Vyznačuje se také vysokou hustotou výkonu a vysokým provozním tlakem.

Z termodynamiky je známo, že tlak, teplota a objem plynu spolu souvisí a řídí se zákonem ideálních plynů

, kde:

P - tlak plynu;
V - objem plynu;
n je počet molů plynu;
R je univerzální plynová konstanta;
T je teplota plynu v Kelvinech.

To znamená, že když se plyn zahřívá, jeho objem se zvětšuje a když se ochladí, zmenšuje se. Tato vlastnost plynů je základem činnosti Stirlingova motoru.

Stirlingův motor využívá Stirlingův cyklus, který není termodynamickou účinností horší než Carnotův cyklus, a dokonce má výhodu. Faktem je, že Carnotův cyklus se skládá z izoterm a adiabatů, které se od sebe jen málo liší. Praktické provedení tento cyklus má malou perspektivu. Stirlingův cyklus umožnil získat prakticky pracující motor v přijatelných rozměrech.

Stirlingův cyklus se skládá ze čtyř fází a je rozdělen na dvě přechodové fáze: ohřev, expanze, přechod na zdroj chladu, chlazení, komprese a přechod na zdroj tepla. Při přechodu z teplého zdroje na studený se tedy plyn ve válci rozpíná a smršťuje. Rozdíl v objemech plynu lze převést na práci, což dělá Stirlingův motor. Pracovní cyklus Stirlingova motoru typu beta:

kde: a - výtlačný píst; b - pracovní píst; c - setrvačník; d - oheň (otopná plocha); e - chladicí žebra (oblast chlazení).

Externí zdroj tepla ohřívá plyn na dně teplosměnného válce. Vytvořený tlak tlačí výtlačný píst nahoru (všimněte si, že výtlačný píst nedoléhá těsně ke stěnám).
Setrvačník tlačí výtlačný píst dolů, čímž se ohřátý vzduch pohybuje ode dna do chladicí komory.
Vzduch se ochlazuje a smršťuje, píst se pohybuje dolů.
Výtlačný píst stoupá vzhůru, čímž se ochlazený vzduch pohybuje do spodní části. A cyklus se opakuje.

U Stirlingova stroje je pohyb pracovního pístu posunut o 90° vzhledem k pohybu vytlačovacího pístu. Podle znamení tohoto posunu může být strojem motor nebo tepelné čerpadlo. Při směně 0 stroj nevyrábí žádnou práci (kromě ztrát třením) a nevyrábí ji.

Beta Stirling- je pouze jeden válec, na jednom konci horký a na druhém studený. Uvnitř válce se pohybuje píst (ze kterého se odebírá energie) a „přetlačovač“ a mění objem horké dutiny. Plyn je čerpán ze studené části válce do horké části přes regenerátor. Regenerátor může být externí, součástí výměníku tepla, nebo kombinovaný s vytlačovacím pístem.

Gamma-Stirling- je zde také píst a „přetlačovač“, ale zároveň jsou zde dva válce - jeden je studený (kde se pohybuje píst, ze kterého je odebírána síla) a druhý je na jednom konci horký a na konci studený jiné (kde se pohybuje „vytlačovač“). Regenerátor spojuje horkou část druhého válce se studenou a zároveň s prvním (studeným) válcem.

Z minulosti do budoucnosti! V roce 1817 obdržel skotský kněz Robert Stirling... patent na nový typ motoru, který byl později pojmenován, stejně jako dieselové motory, po vynálezci - Stirling. Farníci malého skotského města se na svého duchovního pastýře dlouho dívali bokem se zjevným podezřením. Samozřejmě! Syčení a rachot, který pronikal zdmi stodoly, kde otec Stirling často mizel, dokázal zmást nejen jejich bohabojnou mysl. Neustále se šuškalo, že ve stodole je strašlivý drak, kterého svatý otec ochočil a krmil netopýry a petrolejem.

Ale Robert Stirling, jeden z nejosvícenějších lidí ve Skotsku, se nenechal zahanbit nepřátelstvím svého stáda. Světské záležitosti a starosti ho zaměstnávaly stále více, ke škodě služby Pánu: odnesly faráře... auta.

V té době zažívaly Britské ostrovy průmyslovou revoluci: výroba se rychle rozvíjela. A duchovní nezůstávají lhostejní k obrovskému příjmu, který slibuje nový způsob výroba.

S požehnáním kostela a ne bez pomoci výrobců bylo postaveno několik Stirlingových strojů, a nejlepší z nich, 45 hp. s., pracovala tři roky na dole v Dundi.

Další vývoj Stirlings byl zpožděn: v 60. letech minulého století vstoupil do arény nový motor Erickson.

Oba návrhy měly mnoho společného. Jednalo se o motory s vnějším spalováním. U obou strojů byl pracovní kapalinou vzduch a u obou strojů byl základem motoru regenerátor, kterým procházel horký odpadní vzduch veškeré teplo. Čerstvá část vzduchu, prosakující hustou kovovou sítí, odebrala toto teplo před vstupem do pracovního válce.

Podle schématu na obrázku 1 můžete vidět, jak vzduch přes sací potrubí 10 a ventil 4 vstupuje do kompresoru 3, je stlačován a vystupuje ventilem 5 do mezinádrže. V tomto okamžiku cívka 8 uzavře výfukové potrubí 9 a vzduch přes regenerátor vstupuje do pracovního válce 1, ohřívaného topeništěm 11. Zde vzduch expanduje a vykonává užitečnou práci, která je částečně zaměřena na zvedání těžkého pístu, částečně při stlačování studeného vzduchu v kompresoru 3. Když píst klesá, tlačí výfukový vzduch přes regenerátor 7 a cívku 8 do výfukového potrubí. Když je píst spuštěn, je do kompresoru nasávána čerstvá část vzduchu.

1 - pracovní válec, 2 - píst; 3 - kompresor; 4 - sací ventil; 5 - vypouštěcí ventil; 6 - mezinádrž; 7 - regenerátor; 8 - obtokový ventil; 9 - výfukové potrubí; 10 - sací potrubí; 11 - topeniště.

Oba návrhy nebyly ekonomické. Ale z nějakého důvodu bylo více problémů s motorem Scot a byl méně spolehlivý než Ericksonův motor. Možná proto přehlédli jeden velmi důležitý detail: při stejném výkonu byl Stirlingův motor kompaktnější. Navíc měla značnou výhodu v termodynamice...

Komprese, zahřívání, expanze, chlazení - to jsou čtyři hlavní procesy nezbytné pro provoz jakéhokoli tepelný motor. Každý z nich může být proveden různými způsoby. Například ohřev a chlazení plynu lze provádět v uzavřené dutině konstantního objemu (izochorický proces) nebo pod pohyblivým pístem při konstantním tlaku (izobarický proces). Stlačení nebo expanze plynu může nastat při konstantní teplotě (izotermický proces) nebo bez výměny tepla s okolím (adiabatický proces). Vytvořením uzavřených řetězců různých kombinací takových procesů není obtížné získat teoretické cykly, podle kterých pracují všechny moderní tepelné motory. Řekněme, že kombinace dvou adiabatů a dvou izochór tvoří teoretický cyklus benzinového motoru. Pokud nahradíte izochoru, přes kterou se ohřívá plyn, izobarou, získáte dieselový cyklus. Dva adiabaty a dvě izobary poskytnou teoretický cyklus plynové turbíny. Mezi všemi myslitelnými cykly hraje v termodynamice zvláště důležitou roli kombinace dvou adiabatů a dvou izoterm, protože v takovém cyklu by měl pracovat motor s nejvyšší účinností - Carnotův cyklus.

Jestliže ve Stirlingově motoru bylo teplo přiváděno podél izochór, pak u Ericksona tento proces probíhal podél izobary a procesy komprese a expanze probíhaly podél izoterm.

Na začátku tohoto století našly motory Erickson s nízkým výkonem (asi 10-20 k) použití v různých zemích. Tisíce takových zařízení pracovaly v továrnách, tiskárnách, dolech a dolech, na hřídelích soustružnických strojů, při čerpání vody, zvedání výtahů. Byli také známí v Rusku pod názvem „teplo a síla“.

Byly učiněny pokusy vyrobit velký lodní motor, ale výsledky testů odradily nejen skeptiky, ale i samotného Ericksona. Na rozdíl od proroctví prvního se loď „pohnula ze svého místa“ a dokonce překročila Atlantický oceán. Ale očekávání vynálezce byla také oklamána: čtyři gigantické motory místo 1000 koní. S. vyvinuto pouze 300 hp. S. Spotřeba uhlí byla stejná jako u parních strojů. Navíc na konci plavby prohořely dna pracovních válců a v Anglii musely být odstraněny motory a tajně nahrazeny konvenčními parní stroj. K dovršení všech neštěstí při cestě zpět do Ameriky loď utrpěla nehodu a celá posádka zahynula.

1 - pracovní píst 2 - výtlačný píst; 3 - chladič; 4 - ohřívač; 5 - regenerátor; 6 - studený prostor; 7 - horký prostor.

Erickson opustil myšlenku stavby vysoce výkonných „kalorických strojů“ a zahájil sériovou výrobu malých motorů. Faktem je, že tehdejší úroveň vědy a techniky nám nedovolila navrhnout a postavit ekonomický a výkonný stroj.

Hlavní ránu Ericksonovi ale přinesli vynálezci spalovacího motoru. Rychlý vývoj naftových motorů a karburátorových motorů donutil dobrý nápad do zapomnění.

...Uplynulo století. Ve 30. letech jedno z vojenských oddělení pověřilo společnost Philips vývojem elektrárny o výkonu 200-400 wattů pro cestující radiostanici. Kromě toho musí být motor všežravý, to znamená, že běží na jakýkoli druh paliva.

Specialisté společnosti se pustili do práce se vší vážností. Začali jsme zkoumáním různých termodynamických cyklů a ke svému překvapení jsme zjistili, že teoreticky nejekonomičtější byl dávno zapomenutý Stirlingův motor.

Válka výzkum pozastavila, ale koncem 40. let práce pokračovaly. A pak, v důsledku četných experimentů a výpočtů, byl učiněn nový objev - uzavřený okruh, ve kterém je tlak asi 200 atm. pracovní tekutina cirkulovala (vodík nebo helium, protože mají nejnižší viskozitu a nejvyšší tepelnou kapacitu). Pravda, po uzavření cyklu byli inženýři nuceni postarat se o umělé chlazení pracovní tekutiny. Tak se objevil chladič, který první spalovací motory neměly. A přestože ohřívač a chladič, bez ohledu na to, jak jsou kompaktní, dělají stirling těžší, dávají mu jednu velmi důležitou vlastnost.

Izolováno od vnější prostředí, jsou na něm prakticky nezávislé. Stirling může fungovat z jakéhokoli zdroje tepla kdekoli: pod vodou, pod zemí, ve vesmíru – tedy tam, kde nemohou pracovat spalovací motory vyžadující vzduch. V takových podmínkách se v podstatě nelze obejít bez topidel a chladičů, které přenášejí teplo stěnou. A tady Stirlingové porazili své rivaly i na váze. První prototypy měly měrnou hmotnost na jednotku výkonu asi 6-7 kg na litr. s., jako lodní dieselové motory. Moderní Stirlingy mají poměr ještě nižší – 1,5-2 kg na litr. S. Jsou ještě kompaktnější a lehčí.

Schéma se tedy stalo dvouokruhovým: jeden okruh s pracovním činidlem a druhý - dodávka tepla; to umožnilo zvýšit spotřebu energie na 200 litrů. S. na litr pracovního objemu a účinnost - až 38-40 procent. Pro srovnání: moderní

nové dieselové motory mají účinnost 34-38 procent a karburátorové motory- 25-28. Kromě toho je proces spalování Stirlingova paliva kontinuální, což prudce snižuje toxicitu – pokud jde o produkci oxidu uhelnatého 200krát, a pokud jde o oxid dusíku – o 1-2 řády. Tady je možná jeden z radikální řešení problémy městského znečištění ovzduší.

Pracovní část moderní Stirling je uzavřený objem naplněný pracovním plynem (obr. 2). Horní část objemu je horká, průběžně se zahřívá. Spodní je studená, neustále chlazená vodou. Ve stejném objemu je válec se dvěma písty: přetlačovacím a pracovním. Když píst jde nahoru, objem plynu je stlačen; dolů - rozšiřuje se. Pohyb pístu-přetlačovače nahoru a dolů vytváří střídavou distribuci ohřátého a ochlazeného plynu. Když je vytlačovací píst v horní poloze (v horké zóně), většina plynu je vytlačena do studené zóny. V tomto okamžiku se pracovní píst začne pohybovat nahoru a stlačuje studený plyn. Nyní se vytlačovací píst řítí dolů, aby se dostal do kontaktu s pracovním pístem, a stlačený studený plyn je čerpán do horkého prostoru. Expanze ohřátého plynu - pracovní zdvih. Část energie zdvihu se ukládá pro následnou kompresi studeného plynu a přebytek jde na hřídel motoru.

Regenerátor je umístěn mezi studeným a horkým prostorem. Když je expandovaný horký plyn čerpán do studené části pohybem pístu-přetlačovače, prochází hustým svazkem tenkých měděných drátů a dává jim teplo, které obsahuje. Při zpětném zdvihu se stlačí studený vzduch, před vstupem do horké části odebírá toto teplo zpět.

1 - vstřikovač paliva; 2 - odvod ochlazených plynů, 3 - ohřívač vzduchu; 4 - výstup horkých plynů; 5 - horký prostor; 6 - regenerátor; 7 - válec; 8 - trubky chladiče; 9 - studený prostor; 10 - pracovní píst; 11 - kosočtverečný pohon; 12 - spalovací komora; 13 - ohřívací trubky; 14 - píst-přetlačovač; 15 - přívod vzduchu pro spalování paliva; 16 - vyrovnávací dutina.

Samozřejmě v skutečné auto věci nevypadají tak jednoduše (obr. 3). Je nemožné rychle ohřát plyn přes silnou stěnu válce, to vyžaduje mnohem větší topnou plochu. Proto se horní část uzavřeného objemu mění v soustavu tenkých trubiček ohřívaných plamenem trysky. Pro co nejúplnější využití tepla zplodin hoření je studený vzduch přiváděný do vstřikovače předehříván výfukovými plyny - vzniká tak poměrně složitý spalovací okruh.

Studenou částí pracovního objemu je také soustava trubek, do kterých je čerpána chladicí voda.

Pod pracovním pístem je uzavřená dutina nárazníku naplněná stlačeným plynem. Během pracovního zdvihu se tlak v této dutině zvyšuje. Energie uložená v tomto případě postačuje ke stlačení studeného plynu v pracovním objemu.

Jak se zlepšovali, teplota a tlak se nekontrolovatelně zvyšovaly. 800° Celsia a 250 atm. - to je velmi obtížný úkol pro konstruktéry, to je hledání obzvláště odolných a tepelně odolných materiálů, obtížný problém chlazení, protože vývin tepla je zde jeden a půl až dvakrát větší než u klasických motorů.

Výsledky těchto experimentů někdy vedou k nejneočekávanějším zjištěním. Například specialisté z firmy Philips, běžící jejich motor volnoběh(bez topení) jsme si všimli, že hlava válců velmi chladne. Zcela náhodně objevený efekt vedl k celé řadě vývoje a nakonec ke zrodu nového chladicího stroje. V dnešní době jsou takové výkonné a malé chladicí jednotky široce používány po celém světě. Ale vraťme se k tepelným motorům.

Následující události rostou jako sněhová koule. V roce 1958, kdy získaly licence jiné společnosti, Stirling vstoupil do zámoří. Začalo se testovat v různých oblastech techniky. Vyvíjí se projekt využití motoru k pohonu vybavení kosmických lodí a satelitů. Pro polní radiostanice vznikají elektrárny, které fungují na jakýkoli druh paliva (o výkonu cca 10 hp), a mají tak nízkou hladinu hluku, že není slyšet na 20 kroků.

Obrovskou senzaci způsobila demonstrační jednotka fungující na dvacet druhů paliv. Bez vypnutí motoru, pouhým otočením kohoutku, benzín, nafta, ropa, olivový olej, hořlavý plyn - a stroj dokonale „sežral“ jakékoli „jídlo“. V zahraničním tisku se objevily zprávy o projektu motoru o objemu 2,5 tisíce litrů. S. s jaderným reaktorem. Odhadovaná účinnost 48-50 %. Všechny rozměry energetického bloku jsou výrazně zmenšeny, což umožňuje využít uvolněnou hmotnost a plochu pro biologickou ochranu reaktoru.

Dalším zajímavým vývojem je pohon pro umělé srdce o hmotnosti 600 g s výkonem 13 wattů. Slabě radioaktivní izotop mu poskytuje prakticky nevyčerpatelný zdroj energie.

Stirlingův motor byl testován na některých autech. Pokud jde o jeho provozní parametry, nebyl horší než karburátor, hladina hluku a toxicita výfukové plyny výrazně klesla.

Auto se Stirlingem může jezdit na jakýkoli druh paliva a v případě potřeby na taveninu. Představte si: před vjezdem do města řidič zapne hořák a roztaví několik kilogramů oxidu hlinitého nebo hydridu lithného. Jezdí po městských ulicích „bez kouření“: motor běží na teplo uložené v tavenině. Jedna z firem vyrobila skútr, jehož nádrž je naplněna asi 10 litry roztaveného fluoridu lithného. Tato náplň vystačí na 5 hodin provozu při výkonu motoru 3 litry. S.

Práce na Stirlingových pokračují. V roce 1967 byl vyroben prototyp poloprovozu o výkonu 400 koní. S. na válec. Provádí se komplexní program, podle kterého se do roku 1977 plánuje sériová výroba motorů s rozsahem výkonu od 20 do 380 koní. S. V roce 1971 uvedla společnost Philips na trh čtyřválcový průmyslový motor s výkonem 200 koní. S. s celkovou hmotností 800 kg. Jeho rovnováha je tak vysoká, že mince (velikost niklu) umístěná hranou na pouzdru stojí bez pohybu.

Mezi výhody nového typu motoru patří dlouhá životnost kolem 10 tisíc hodin. (existují samostatné údaje o 27 tisících) a hladký provoz, protože tlak ve válcích se zvyšuje plynule (po sinusovce), a ne při explozích, jako u dieselového motoru.

Provádíme také slibný vývoj nových modelů. Vědci a inženýři pracují na kinematice různých možností a využívají elektronické počítače k výpočtu různých typů „srdce“, Stirlingova regenerátoru. Probíhá hledání nových inženýrská řešení, který bude tvořit základ úsporných a výkonných motorů schopných nahradit klasické naftové a benzínové motory, čímž napraví nekalou chybu historie.

A. ALEXEEV

Všimli jste si chyby? Vyberte jej a klikněte Ctrl+Enter abyste nám dali vědět.

Parní stroje, hojně používané v devatenáctém století, neposkytovaly při svém provozu dostatečnou bezpečnost. Mechanismy měly více konstrukčních chyb a nemohly odolat vysokému tlaku páry, což vedlo k prasknutí kotle. , patentovaný v roce 1816 knězem ze Skotska jménem Robert Stirling, byl na tu dobu úspěšným řešením. Jeho jedinečnost spočívala v použití speciální čističky (regenerátoru) v dříve známých „horkovzdušných motorech“.

V diagramu uvedeném v přístupnou formou Je znázorněna struktura pístového mechanismu a pořadí jeho činnosti.

Podstata Stirlingova vynálezu

V diagramu se tepelný motor skládá ze dvou válců, kompresního a pracovního. Vlevo a pravá strana podlouhlý válec jsou odděleny tepelně izolační stěnou. Uvnitř je speciální výtlačný píst, který nepřichází do kontaktu s bočními stěnami.

Teplo je přiváděno na levou stranu zařízení, chlazení je přiváděno na pravou stranu.
Když se píst pohybuje doleva, horký vzduch je vytlačován do studené zóny vpravo a ochlazuje se.
Současně se snižuje objem plynu.
Pracovní píst se zasouvá doleva.
Při pohybu výtlačného pístu doprava je studený vzduch vytlačován do horké zóny, kde se ohřívá a expanduje.
Tlačí pracovní píst doprava.
Pracovní a výtlačný píst jsou vzájemně propojeny skrz klikový hřídel s úhlem odsazení 90 stupňů.

Důležité: – jedná se o pístový mechanismus s teplem dodávaným z externího zdroje. Pracovní kapalina zařízení je neustále v omezeném prostoru a nelze ji vyměnit. Pro dodávku potřebného množství tepla lze použít následující zdroje:

elektřina;
Slunce;
jaderná energie atd.

Historie vývoje spalovacích motorů

Na rozdíl od spalovacích motorů (ICE), kde se energie uvolňuje v důsledku expanze objemu vzduchu při spalování palivové směsi Zde se ohřev pracovního materiálu provádí přes vnější stěny válce. Odtud pochází název „motor s vnějším spalováním“.

Díky vzhledu regeneračního prvku v konstrukci motoru je teplo dlouhodobě zadržováno v akční zóně při chlazení pracovní kapaliny, což přispívá k výraznému zvýšení výkonu motoru. Vynález umožnil zvýšit účinnost mechanismů a začal být široce používán v průmyslové výrobě.

Postupem času Stirlingova zařízení ztratila na popularitě, ale setrvačností se nadále používala v několika málo průmyslových odvětvích. Parní stroje ustoupily vedoucímu kroku k mechanismům nové generace:

spalovací motory;
parní stroje;
elektromotory.

Na výhody tepelných zařízení se začalo znovu vzpomínat až ve dvacátém století. Zavedení Stirlingových motorů do moderního vývoje provádějí nejlepší inženýrské týmy známých výrobců v Americe, Švédsku, Japonsku atd.

Jak funguje Stirlingův tepelný motor?

Principem činnosti motoru s vnějším spalováním je neustálá změna režimů - ohřev / chlazení pracovního materiálu umístěného ve stísněném prostoru. Na základě fyzikálních zákonů, když se plyn zahřívá, jeho objem se zvětšuje, a když teplota klesá, odpovídajícím způsobem klesá. Množství vytvořené energie závisí na koeficientu změny objemu pracovní tekutiny.

Pojem „pracovní kapalina“ znamená následující látky:

Vzduch.
Plyn (helium, vodík, freon, oxid dusičitý).
Kapalina (voda, zkapalněný butan nebo propan).

Rozsah použití motorů s vnějším spalováním

V důsledku následných vylepšení konstrukce motoru se plyn ohřívá/ochlazuje při konstantním tlaku v systému (místo udržování objemu). Tento vynález inženýra ze Švédska jménem Erickson umožnil vytvořit motory určené pro použití dělníky v dolech, tiskárnách, lodích atd. Tepelné motory se v tehdejších posádkách cestujících nepoužívaly, protože byly poměrně těžké.

Motory s vnějším spalováním byly často používány k pohonu generátorů v oblastech, kde nebylo žádné elektrické napájení.

Zajímavost: V roce 1945 přišli nadšení vynálezci ve společnosti Philips s obráceným využitím tepelných zařízení. Při odvíjení hřídele elektrický motor, hlava válců se ochladí na -190°C. To umožnilo používat vylepšené pístový motor vnější spalování Stirling v chladicích jednotkách.

Je možné použít Stirlingovy motory místo spalovacích motorů?

Od druhé poloviny dvacátého století začal General Motors zavádět do výroby stirlingy ve tvaru V pro klikové mechanismy. Při testování motorů s vnějším spalováním bylo pozorováno, že fungují perfektně bez zvuků a hluku. Není zde karburátor, zapalovací systém, vstřikovače vyžadující vysoký tlak, zapalovací svíčky, ventily atd. Pro vytvoření dostatečného tlaku ve válcích motoru není potřeba explodovat palivo, jako u spalovacího motoru. Použitím vozů vybavených vnějšími spalovacími motory je možné vyřešit problém spojený se snižováním hluku ve velkých městech.

Na základě testů byly identifikovány následující výhody a nevýhody spalovacích motorů.

Výhody těchto zařízení:
tichý provoz (není třeba instalovat tlumič výfuku);
žádné vibrace;
není třeba vytvářet vysoký tlak v systému;
všestrannost, schopnost pracovat z různých zdrojů tepla;
snadnost úprav.

Mezi nevýhody motorů patří:

poměrně velká hmotnost konstrukce;
nízká účinnost;
vysoká cena mechanismu.

Zjednodušené schéma spalovacího motoru ve tvaru V:

Jeden z válců motoru je pracovní (1), druhý je kompresní (7). Každý z nich má svůj vlastní píst (2). Ve střední části okruhu jsou: chladič (6), výměník tepla (4), topné těleso (3). Na maximální rychlost jeden z pístů, druhý je zároveň ve stacionárním stavu, jeho otáčky jsou nulové. Úhel fázového posunu je 90°, díky vzájemně kolmému uspořádání válců.

Jak funguje spalovací motor a kde se používá?

Navzdory skutečnosti, že Stirlingovy motory byly na nějakou dobu zapomenuty, v moderní výrobě s vytvářením nových modifikací získává vynikající vynález novou popularitu. Řemeslníci oceníte přednosti motorů s vnějším spalováním a na základě jejich použití si sami doma postavíte různá zařízení. K výrobě tepelného motoru vlastníma rukama v domácích dílnách se používají různé materiály a improvizované prostředky:

Velké a střední nádoby zapůjčené z domácnosti.
Ložiska ze starých mechanismů.
Disky.
Kovové tyče různých průměrů na nápravy, hřebeny.
Kovové plechy, dřevěné desky pro výrobu plošin.

Tato zařízení se používají v domácnost pro provádění nejrůznějších prací:

Výroba elektrická energie v malém měřítku.
Tvorba tepelné energie.

Výkonové veličiny některých vzorků domácí motory Stirling stačí k vybavení elektrické sítě a zajištění tepla pro soukromé domy, malé školy, zdravotnické budovy, sportovní zařízení, průmyslové dílny atd.

Vlastní motory pracují z různých zdrojů tepla:

zemní plyn;
palivové dříví;
uhlí;
rašelina;
propan a další místně vyráběná nebo minerální paliva.

Vzhledem k jednoduchosti designu nevyžadují domácí tepelná zařízení pravidelné údržba jednotka. Spalování paliva se provádí mimo tělo válce, takže pracovní tekutina není kontaminována produkty spalování a na vnitřních stěnách zařízení se nehromadí škodlivé usazeniny.

Ve srovnání se spalovacím motorem obsahuje tato konstrukce o polovinu méně pohyblivých součástí a dílů. Pro péči o rychle opotřebované prvky je zde zapotřebí mnohem méně mazání. Požadavky na kvalitu maziva- minimální.

Pro připojení elektrické sítě ke spotřebitelům není třeba kupovat drahé zařízení. Připojení vodičů k elektrické síti se provádí pomocí jednoduchých, známých metod.

Spalovací motory vyráběné v domácích podmínkách se snadno montují na rovné plochy pokryté štěrkem, bez silné fixace. Tato zařízení nejsou vystavena škodlivým atmosférickým vlivům. Aby bylo zajištěno nepřetržité stabilní provoz motor nevyžaduje speciální ochranné pouzdro.

Jedním ze slibných zdrojů mechanické energie pro automobily je motor s vnějším spalováním, který před několika staletími vyvinul skotský rodák Robert Stirling. Princip činnosti Stirlingova spalovacího motoru je velmi odlišný od běžného spalovacího motoru. Ale na nějakou dobu po vývoji byl bezpečně zapomenut.

Historie stvoření

V roce 1816 si nechal skotský rodák Robert Stirling patentovat tepelný motor, který je dnes pojmenován po svém tvůrci. Samotnou myšlenku horkovzdušných motorů však nevymyslel on. Ale první vědomý projekt na vytvoření takové jednotky realizoval Stirling.

Systém vylepšil přidáním čističky, které se v odborné literatuře říkalo výměník tepla. Díky tomu se velmi zvýšil výkon motoru jeho udržováním v teple. Tento model byl v té době považován za nejodolnější, protože nikdy nevybuchl.

Navzdory tak rychlému úspěchu v prosazování modelu se na počátku dvacátého století od další vývoj Od motoru s vnějším spalováním bylo upuštěno kvůli jeho ceně ve prospěch motoru s vnitřním spalováním.

Stirlingův motor: princip činnosti a modifikace

Princip činnosti každého tepelného motoru spočívá v tom, že k výrobě plynu v expandovaném stavu je zapotřebí značné mechanické úsilí. Názorným příkladem je pokus se dvěma pánvemi, podle kterých se plní studenou a horkou vodou. Vložte láhev se šroubovacím uzávěrem do studené vody. Poté se láhev přenese do horké vody.

Plyn v láhvi tímto pohybem vykonává mechanickou práci a vytlačuje korek z hrdla. První model motoru s vnějším spalováním fungoval na úplně stejném principu. Později si však tvůrce uvědomil, že část vytvořeného tepla lze využít k vytápění. Produktivita jednotky se tím jen zvýšila.

O něco později inženýr ze Švédska, Erickson, vylepšil design a předložil myšlenku chlazení a ohřevu plynu při konstantním tlaku namísto objemu. To umožnilo motoru „postoupit po kariérním žebříčku“ a začít se používat v dolech a tiskárnách. Jednotka se ukázala být příliš těžká pro posádky a vozidla.

Obrázek jasně ukazuje pracovní cyklus Stirlingova motoru.

Jak funguje Stirlingův motor? Přeměňuje tepelnou energii přiváděnou zvenčí na užitečnou mechanickou práci. K tomuto procesu dochází v důsledku změn teploty plynu nebo kapaliny cirkulující v uzavřeném prostoru. Ve spodní části agregátu se pracovní látka zahřívá, zvětšuje svůj objem a tlačí píst nahoru.

Horký vzduch vstupuje do horní části motoru a je chlazen chladičem. Tlak pracovní tekutiny klesá a píst se snižuje, aby se celý cyklus opakoval. Systém je zcela utěsněn, díky čemuž se pracovní látka nespotřebovává, ale pouze se pohybuje v rámci cyklu.

Kromě toho existují motory s otevřeným cyklem, ve kterých je řízení průtoku realizováno pomocí ventilů. Tyto modely se nazývají Ericksonův motor. Obecně je princip činnosti motoru s vnějším spalováním podobný motoru s vnitřním spalováním. Na nízké teploty dochází v něm ke kompresi a naopak. Zahřívání se provádí různými způsoby.

Teplo v motoru s vnějším spalováním je přiváděno stěnou válce zvenčí. Stirling přišel s myšlenkou použití periodické změny teploty s výtlačným pístem. Tento píst přenáší plyny z jedné dutiny válce do druhé. Přitom se na jedné straně neustále udržují nízké teploty a na druhé straně vysoké. Když se píst pohybuje nahoru, plyn se pohybuje z horké do studené dutiny.

Výtlačný systém v motoru je spojen s pracovním pístem, který za studena stlačuje plyn a za tepla umožňuje jeho expanzi. Užitečná práce se provádí přesně díky kompresi při nižších teplotách. Kontinuita je zajištěna klikový mechanismus. Mezi fázemi cyklu nejsou žádné zvláštní hranice. Díky tomu neklesá účinnost Stirlingova motoru.

Nějaké detaily motoru

Teoreticky může každý zdroj tepla (slunce, elektřina, palivo) dodávat energii externímu spalovacímu motoru. Princip fungování těla motoru spočívá v použití helia, vodíku nebo vzduchu. Ideální cyklus má nejvyšší možnou tepelnou účinnost. Účinnost je od 30 do 40 %. Účinný regenerátor může zajistit vyšší účinnost. Vestavěné výměníky tepla zajišťují regeneraci, výměnu a chlazení moderní motory. Jejich výhodou je, že fungují bez olejů. Obecně platí, že motor vyžaduje malé mazání. Průměrný tlak ve válci se pohybuje od 10 do 20 MPa. Nutný je dobrý těsnící systém a možnost vniknutí oleje do pracovních dutin.

Podle teoretických výpočtů je účinnost Stirlingova motoru vysoce závislá na teplotě a může dosáhnout i 70 %. Úplně první vzorky motoru implementované v kovu měly nízkou účinnost, protože možnosti chlazení byly neúčinné a omezovaly maximální teplotu ohřevu, nebyly odolné žádné konstrukční materiály vysoký krevní tlak. V druhé polovině 20. století motor s kosočtvercovým pohonem při testech překročil 35% účinnost s vodním chladivem a teplotou 55 stupňů Celsia. Zlepšení konstrukce u některých experimentálních vzorků umožnilo dosáhnout téměř 39% účinnosti. Téměř všechny moderní benzinové motory, mající podobný výkon, mají účinnost 28 - 30 %. Turbodmychadlem přeplňované diesely dosahují zhruba 35 %. Nejmodernější Stirlingovy motory vyvinuté společností Mechanical Technology Inc v USA vykazují účinnost až 43 %.

Po vývoji žáruvzdorné keramiky a dalších inovativních materiálů bude možné dále zvyšovat teplotu prostředí. Za takových podmínek může účinnost dosáhnout i 60 %.

Existuje několik modifikací Stirlingova spalovacího motoru.

Modifikace "Alpha"

Takový motor se skládá z horkých a studených samostatných výkonových pístů umístěných ve vlastních válcích. Teplo se do válce přivádí horkým pístem a studené je umístěno v chladicím výměníku tepla.

Modifikace "Beta"

V této verzi motoru je válec, ve kterém je umístěn píst, na jedné straně ohříván a na druhé chlazen. Uvnitř válce se pohybuje přetlačovač a hnací píst. Vytlačovač je určen ke změně objemu pracovního plynu. Regenerátor vrací ochlazenou pracovní látku zpět do vyhřívané dutiny motoru.

Modifikace "Gamma"

Celý jednoduchý design modifikace Gamma je tvořen dvěma válci. Ten první je úplně studený. Pohybuje se v něm silový píst. A druhý je studený jen z jedné strany a vyhřívaný z druhé. Slouží k pohybu posuvného mechanismu. Regenerátor cirkulace studeného plynu v této modifikaci může být společný pro oba válce a být součástí konstrukce vytlačovače.

Výhody motoru s vnějším spalováním

Tento typ motoru je nenáročný na palivo, protože základem jeho provozu je teplotní rozdíl. Co způsobilo tento rozdíl, není nijak zvlášť důležité. Stirlingův motor má jednoduchou konstrukci a nevyžaduje doplňkové systémy ah a příslušenství (startér, převodovka). Některé vlastnosti konstrukce motoru zaručují dlouhou životnost: motor může pracovat nepřetržitě přibližně sto tisíc hodin. Další velkou výhodou motoru s vnějším spalováním je jeho nehlučnost. Je to dáno tím, že ve válcích nedochází k detonaci a není potřeba odvádět výfukové plyny. V tomto parametru vyniká především modifikace „Beta“. Jeho konstrukce je vybavena klikovým mechanismem ve tvaru diamantu, který zajišťuje žádné vibrace během provozu. A nakonec šetrnost k životnímu prostředí. Ve válcích motoru nejsou žádné procesy, které by mohly negativně ovlivnit prostředí.

Při volbě alternativních zdrojů tepla (solární energie) se Stirlingův motor promění v typ šetrný k životnímu prostředí pohonná jednotka.

Nevýhody motoru s vnějším spalováním

Hromadná výroba takových motorů je v současné době nemožná. Hlavním problémem je spotřeba materiálu konstrukce. Chlazení pracovní kapaliny motoru vyžaduje instalaci chladičů s velkými objemy. V důsledku toho se rozměry zvětšují. Použití složitých typů pracovních kapalin, jako je vodík nebo helium, vyvolává otázku bezpečnosti motoru. Tepelná vodivost a teplotní odolnost musí být na vysoká úroveň. Teplo je dodáváno do pracovního objemu prostřednictvím výměníků tepla. Část tepla se tak cestou ztrácí. Při výrobě výměníků tepla je nutné používat žáruvzdorné kovy. V tomto případě musí být kovy odolné vůči vysokému tlaku. Všechny tyto materiály jsou drahé a jejich zpracování trvá dlouho. Principy změny režimů motoru s vnějším spalováním jsou velmi odlišné od tradičních. Je nutný vývoj speciálních ovládacích zařízení. Změna výkonu je způsobena změnou tlaku ve válcích a fázového úhlu mezi přetlačovačem a hnacím pístem. Kapacitu dutiny můžete také změnit pracovní kapalinou.

Příklady implementace spalovacích motorů v automobilech

Provozuschopné modely takového motoru byly vydány navzdory všem výrobním potížím. V 50. letech 20. století se o tento typ pohonné jednotky začaly zajímat automobilky. Prodej Stirlingových motorů do automobilů prováděly především Ford Motor Company a Volkswagen Group. Švédská společnost UNITED STIRLING vyvinula takový motor, u kterého se vývojáři snažili častěji používat sériové jednotky a komponenty (klikový hřídel, ojnice). Byl vyvinut čtyřválcový V-motor se specifickou hmotností 2,4 kg/kW. Kompaktní diesel má podobnou hmotnost. Motor se pokusili nainstalovat na sedmitunové nákladní dodávky.

Nejpozoruhodnějším úspěchem byl Philips 4-125DA, dostupný pro instalaci do osobních automobilů. Provozní výkon motoru byl 173 koňská síla. Rozměry se příliš nelišily od běžného benzínového spalovacího motoru.

General Motors vyvinula osmiválcový spalovací motor ve tvaru V se sériovým klikovým mechanismem. V roce 1972 limitovaná verze vozy Ford Turín byl vybaven takovým motorem. Navíc spotřeba paliva klesla až o 25 % ve srovnání s předchozími modely. Dnes se několik zahraničních společností snaží vylepšit konstrukci tohoto motoru, aby jej bylo možné přizpůsobit pro sériovou výrobu a instalaci do osobních automobilů.

Moderní automobilový průmysl dosáhl úrovně rozvoje, na které bez zásadních vědecký výzkum Je téměř nemožné dosáhnout zásadních zlepšení v konstrukci tradičních spalovacích motorů. Tato situace nutí designéry věnovat pozornost alternativní návrhy elektráren. Některá inženýrská centra zaměřila své úsilí na tvorbu a úpravu hybridních a elektrických modelů pro sériovou výrobu, jiné automobilky investují do vývoje motorů využívajících palivo z obnovitelných zdrojů (například bionaftu využívající řepkový olej). Existují další projekty pohonných jednotek, které by se nakonec mohly stát novým standardním pohonným systémem pro vozidla.

Mezi možné zdroje mechanické energie pro budoucí automobily patří motor s vnějším spalováním, který vynalezl v polovině 19. století Skot Robert Stirling jako tepelně expanzní motor.

Operační schéma

Stirlingův motor přeměňuje tepelnou energii dodávanou zvenčí na užitečnou mechanickou práci změny teploty pracovní kapaliny(plyn nebo kapalina) cirkulující v uzavřeném objemu.

V celkový pohled Provozní schéma zařízení je následující: ve spodní části motoru se pracovní látka (například vzduch) ohřívá a při zvětšování objemu tlačí píst nahoru. Horký vzduch vstupuje do horní části motoru, kde je chlazen chladičem. Tlak pracovní kapaliny klesá, píst klesá na další cyklus. V tomto případě je systém utěsněn a pracovní látka se nespotřebovává, ale pouze se pohybuje uvnitř válce.

Existuje několik možností konstrukce pohonných jednotek využívajících Stirlingův princip.

Stirlingova modifikace "Alpha"

Motor se skládá ze dvou samostatných výkonových pístů (horký a studený), z nichž každý je umístěn ve vlastním válci. Teplo je dodáváno do válce s horkým pístem a studený válec je umístěn v chladicím výměníku tepla.

Stirlingova modifikace "Beta"

Válec obsahující píst je na jednom konci ohříván a na druhém ochlazen. Ve válci se pohybuje silový píst a přetlačovač, určený ke změně objemu pracovního plynu. Regenerátor provádí zpětný pohyb ochlazené pracovní látky do horké dutiny motoru.

Stirlingova modifikace "Gamma"

Konstrukce se skládá ze dvou válců. První je zcela studený, ve kterém se pohybuje hnací píst, a druhý, na jedné straně horký a na druhé studený, slouží k pohybu přetlačovače. Regenerátor pro cirkulaci studeného plynu může být společný pro oba válce nebo může být součástí konstrukce vytlačovače.

Výhody Stirlingova motoru

Jako většina motorů s vnějším spalováním je Stirling charakterizován vícepalivový: motor pracuje v důsledku teplotních změn, bez ohledu na důvody, které to způsobily.

Zajímavý fakt! Jednou byla demonstrována instalace, která fungovala s dvaceti variantami paliva. Bez zastavení motoru byl do vnější spalovací komory přiváděn benzín, motorová nafta, metan, ropa a rostlinný olej - pohonná jednotka pokračovala v ustáleném provozu.

Motor má jednoduchost designu a nevyžaduje další systémy a přílohy(rozvod, startér, převodovka).

Vlastnosti zařízení zaručují dlouhou životnost: více než sto tisíc hodin nepřetržitého provozu.

Stirlingův motor je tichý, protože ve válcích nedochází k detonaci a není potřeba odstraňovat výfukové plyny. Modifikace „Beta“ vybavená kosočtvercovým klikovým mechanismem je dokonale vyvážený systém, který během provozu nemá žádné vibrace.

Ve válcích motoru neprobíhají žádné procesy, které by mohly mít negativní dopad na životní prostředí. Výběrem vhodného zdroje tepla (např. solární energie) může být Stirling absolutně šetrný k životnímu prostředí pohonná jednotka.

Nevýhody Stirlingova designu

Přes všechny pozitivní vlastnosti je okamžité hromadné použití Stirlingových motorů nemožné z následujících důvodů:

Hlavním problémem je spotřeba materiálu konstrukce. Chlazení pracovní kapaliny vyžaduje velkoobjemové radiátory, což výrazně zvyšuje velikost a spotřebu kovu instalace.

Současná technologická úroveň umožní Stirlingovu motoru srovnání ve vlastnostech s moderními benzinové motory pouze díky použití složitých typů pracovních kapalin (helium nebo vodík) pod tlakem více než sto atmosfér. Tato skutečnost vyvolává vážné otázky jak v oblasti materiálové vědy, tak při zajišťování bezpečnosti uživatelů.

Důležitý provozní problém souvisí s problematikou tepelné vodivosti a teplotní odolnosti kovů. Teplo je dodáváno do pracovního objemu prostřednictvím výměníků tepla, což vede k nevyhnutelným ztrátám. Kromě toho musí být výměník tepla vyroben z tepelně odolných kovů, které vydrží vysoký tlak. Vhodné materiály jsou velmi drahé a obtížně zpracovatelné.

Principy změny režimů Stirlingova motoru se také radikálně liší od tradičních, což vyžaduje vývoj speciálních řídicích zařízení. Pro změnu výkonu je tedy nutné změnit tlak ve válcích, fázový úhel mezi přetlačovačem a hnacím pístem nebo ovlivnit kapacitu dutiny pracovní kapalinou.

Jeden způsob, jak ovládat rychlost otáčení hřídele u modelu Stirlingova motoru, je vidět v následujícím videu:

Účinnost

V teoretických výpočtech závisí účinnost Stirlingova motoru na teplotním rozdílu pracovní tekutiny a může dosáhnout 70 % i více v souladu s Carnotovým cyklem.

První vzorky vyrobené z kovu však měly extrémně nízkou účinnost z následujících důvodů:

neúčinné možnosti chladicí kapaliny (pracovní kapaliny), které omezují maximální teplotu ohřevu;
ztráty energie v důsledku tření součástí a tepelné vodivosti skříně motoru;
nedostatek stavebních materiálů odolných vůči vysokému tlaku.

Technická řešení neustále zdokonalovala konstrukci pohonné jednotky. Tak ve druhé polovině 20. století čtyřválcový automobil Stirlingův motor s kosočtvercovým pohonem vykázal v testech účinnost 35 %. na vodní chladicí kapalině o teplotě 55 °C. Pečlivý vývoj konstrukce, použití nových materiálů a doladění pracovních jednotek zajistilo účinnost experimentálních vzorků 39 %.

Poznámka! Moderní benzínové motory podobného výkonu mají účinnost 28-30% a přeplňované dieselové motory v rozmezí 32-35%.

Moderní příklady Stirlingova motoru, jako je ten vytvořený americká společnost Mechanical Technology Inc vykazuje účinnost až 43,5 %. A s rozvojem výroby žáruvzdorné keramiky a podobných inovativních materiálů bude možné výrazně zvýšit teplotu pracovního prostředí a dosáhnout účinnosti 60 %.

Příklady úspěšné implementace automobilových Stirlingů

Přes všechny obtíže je známo mnoho účinných modelů Stirlingových motorů, které jsou použitelné v automobilovém průmyslu.

Zájem o Stirling, vhodný pro instalaci do auta, se objevil v 50. letech 20. století. Práce v tomto směru prováděly takové koncerny jako Ford Motor Company, Volkswagen Group a další.

Společnost UNITED STIRLING (Švédsko) vyvinula Stirling, který maximálně využil sériové jednotky a jednotky vyráběné výrobci automobilů (klikový hřídel, ojnice). Výsledný čtyřválcový V-motor měl specifickou hmotnost 2,4 kg/kW, což je srovnatelné s charakteristikou kompaktního vznětového motoru. Tento agregát byl úspěšně testován jako elektrárna pro sedmitunovou nákladní dodávku.

Jedním z úspěšných vzorků je čtyřválcový Stirlingův motor vyrobený v Nizozemsku, model „Philips 4-125DA“, určený k instalaci na auto. Motor měl pracovní výkon 173 koní. S. ve velikostech podobných klasickým benzínová jednotka.

Inženýři General Motors dosáhli významných výsledků tím, že v 70. letech postavili osmiválcový (4 pracovní a 4 kompresní válce) Stirlingův motor ve tvaru V se standardním klikovým mechanismem.

Podobný elektrárna v roce 1972 vybavena omezenou sérií vozů Ford Turín , jehož spotřeba paliva se oproti klasické benzinové osmičce ve tvaru V snížila o 25 %.

V současné době pracuje více než padesát zahraničních firem na vylepšení konstrukce Stirlingova motoru s cílem přizpůsobit jej sériové výrobě pro potřeby automobilového průmyslu. A jestli dokážeme odstranit nedostatky tohoto typu motory, při zachování svých předností, pak je to Stirling, a nikoli turbíny a elektromotory, které nahradí benzinové spalovací motory.

Související články: