Sisepõlemismootoriga sisepõlemismootor. Millisel Stirlingi mootoril on parim disain ja maksimaalne efektiivsus? Mõned detailid mootori kohta

See artikkel on pühendatud leiutisele, mille üheksateistkümnendal sajandil patenteeris Šoti preester Stirling. Nagu kõik eelkäijad, oli see mootor välispõlemine... Ainus erinevus selle ja teiste vahel on see, et see võib töötada bensiini, kütteõli ning isegi kivisöe ja puiduga.

19. sajandil tekkis vajadus asendada aurumasinad millegi ohutuma vastu, kuna katlad plahvatasid sageli kõrgsurve paar ja mõned tõsised disainivead.

Hea võimalus oli välispõlemismootor, mille patenteeris 1816. aastal Šoti preester Robert Stirling.

Tõsi, "kuumaõhumootoreid" valmistati varem, 17. sajandil. Kuid Stirling lisas seadmesse puhastusvahendi. Tänapäeva mõistes on see taastaja.

Ta suurendas paigalduse tootlikkust, hoides soojust masina soojas tsoonis töövedeliku jahutamise hetkel. See on oluliselt suurendanud süsteemi tõhusust.

Leiutis leidis laialdast praktilist rakendust, oli tõusu- ja arenguetapp, kuid siis unustati Stirlingid teenimatult.

Nad tegid teed aurumootorid ja mootorid sisepõlemine, ja kahekümnendal sajandil sündisid uuesti.

Arvestades asjaolu, et see välispõlemise põhimõte on iseenesest väga huvitav, töötavad täna USA, Jaapani ja Rootsi parimad insenerid ja amatöörid uute mudelite loomisel ...

Välispõlemismootor. Toimimispõhimõte

"Stirling" - nagu me juba mainisime, omamoodi välispõlemismootor. Selle tööpõhimõtteks on töövedeliku kuumutamise ja jahutamise pidev vaheldumine suletud ruumis ning energia saamine sellest tuleneva töövedeliku mahu muutumise tõttu.

Töövedelikuks on reeglina õhk, kuid kasutada võib vesinikku või heeliumi. Prototüüpides proovisid nad lämmastikdioksiidi, freoone, veeldatud propaan-butaani ja isegi vett.

Muide, vesi on kogu termodünaamilise tsükli vältel vedelas olekus. Ja vedela töövedelikuga "stiil" ise on kompaktse suurusega, suure võimsustihedusega ja kõrge töörõhuga.

Stiili tüübid

Stirlingi mootoreid on kolme klassikalist tüüpi:

Rakendus

Stirlingi mootorit saab kasutada juhtudel, kui on vaja lihtsat kompaktset soojusenergia muundurit või kui muud tüüpi soojusmasinate kasutegur on madalam: näiteks kui temperatuuride erinevus on ebapiisav gaasi- või.

Siin on konkreetsed kasutusnäited:

• Turistidele mõeldud autonoomseid generaatoreid toodetakse juba täna. On mudeleid, mis töötavad gaasipõletiga;

NASA on tellinud versiooni stirling-generaatorist, mis töötab tuuma- ja radioisotoopsoojusallikatel. Seda kasutatakse kosmosemissioonidel.

• "Stirling" vedeliku pumpamiseks on palju lihtsam kui "mootorpumba" paigaldamine. Töökolbina saab kasutada pumbatavat vedelikku, mis samal ajal ka töövedelikku jahutab.Selle pumbaga saab päikesesoojust kasutades vett kastmiskanalitesse pumbata, päikesekollektorist sooja vett majja anda, pumpa keemilised reaktiivid, kuna süsteem on täielikult suletud;
• Kodumajapidamiste külmikute tootjad tutvustavad stiilimudeleid. Need on säästlikumad ja külmutusagensina peaks kasutama tavalist õhku;
• Soojuspumbaga kombineeritud Stirling optimeerib maja küttesüsteemi. See eraldab "külma" silindri heitsoojuse ja tekkivat mehaanilist energiat saab kasutada keskkonnast tuleva soojuse pumpamiseks;
• Tänapäeval on kõik Rootsi mereväe allveelaevad varustatud Stirlingi mootoritega. Nad töötavad vedelal hapnikul, mida seejärel kasutatakse hingamiseks. Paadi jaoks väga oluline tegur, madal müratase ja puudused nagu "suur suurus", "jahutusvajadus" ei ole allveelaeva puhul olulised. Soryu klassi uusimad Jaapani allveelaevad on varustatud sarnaste paigaldistega;
• Stirlingi mootorit kasutatakse päikeseenergia muundamiseks elektrienergiaks. Selleks on see paigaldatud paraboolpeegli fookusesse. Stirling Solar Energy ehitab päikesekollektoreid kuni 150 kW võimsusega peegli kohta. Neid kasutatakse Lõuna-Californias asuvas maailma suurimas päikeseelektrijaamas.

Eelised ja miinused

Kaasaegne disaini ja tootmistehnoloogia tase võimaldab koefitsienti suurendada kasulik tegevus"Stirling" kuni 70 protsenti.

• Üllataval kombel on mootori pöördemoment praktiliselt sõltumatu väntvõlli pöörlemiskiirusest;
• Elektrijaam ei sisalda süütesüsteemi, klapisüsteemi ja nukkvõlli.
• Kogu kasutusaja jooksul ei ole vaja reguleerida ega seadistusi teha.
• Mootor ei "seisku" ja disaini lihtsus võimaldab sellel pikka aega töötada autonoomses režiimis;
• Võite kasutada mis tahes soojusenergia allikaid, alates küttepuudest kuni uraanikütuseni.
• Kütuse põlemine toimub väljaspool mootorit, mis aitab kaasa selle täielikule järelpõlemisele ja minimeerib mürgiste heitkoguste.

• Kuna kütus põleb väljaspool mootorit, eemaldatakse soojus radiaatori seinte kaudu, mis on lisamõõtmed;
• Materjali tarbimine. Stirlingi masina kompaktseks ja võimsaks muutmiseks on vaja kalleid kuumakindlaid teraseid, mis taluvad kõrget töörõhku ja millel on madal soojusjuhtivus;
• Vaja on spetsiaalset määrdeainet, tavaline Stirlingsi jaoks ei sobi, kuna koksiseerub kõrgel temperatuuril;
• Suure võimsustiheduse saavutamiseks kasutatakse Stirlingites vesinikku ja heeliumi.

Vesinik on plahvatusohtlik ja võib kõrgel temperatuuril lahustuda metallides, moodustades metallihüdriite. Teisisõnu, mootori silindrid hävivad.

Samuti on vesinik ja heelium hästi läbilaskvad ning imbuvad kergesti läbi tihendite, alandades töörõhku.

Kui soovite pärast meie artikli lugemist osta seadet - välispõlemismootorit, siis ärge jookske lähimasse poodi, kahjuks pole sellist asja müügil ...

Saate aru, et need, kes tegelevad selle masina täiustamise ja juurutamisega, hoiavad oma arendusi saladuses ja müüvad neid ainult usaldusväärsetele ostjatele.

Vaadake seda videot ja tehke seda ise.

See on sissejuhatav osa artiklite sarjast, mis on pühendatud Sisepõlemismootor, mis on lühike ekskursioon sisepõlemismootori evolutsiooni ajalukku. Samuti puudutab artikkel esimesi autosid.

Järgmistes jaotistes kirjeldatakse üksikasjalikult erinevaid ICEsid:

Ühendusvarras-kolb
Rotary
Turboreaktiivmootor
Reaktiivne

Mootor paigaldati paadile, mis suutis Sona jõest üles ronida. Aasta hiljem, pärast katsetamist, said vennad oma leiutisele patendi, millele kirjutas alla Napoleon Bonopart, 10 aastaks.

Õigem oleks seda mootorit nimetada reaktiivmootoriks, kuna selle töö seisnes paadi põhja all olevast torust vee väljatõukamises ...

Mootor koosnes süütekambrist ja põlemiskambrist, õhu sissepritse lõõtsast, kütusepaagist ja süüteseadmest. Söetolm oli mootori kütuseks.

Lõõts süstis söetolmuga segatud õhujoa süütekambrisse, kus hõõguv taht segu süütas. Pärast seda sisenes osaliselt süttinud segu (söetolm põleb suhteliselt aeglaselt) põlemiskambrisse, kus see täielikult läbi põles ja paisus.
Lisaks surus gaasirõhk vee välja väljalasketoru, mis pani paadi liikuma, peale seda korrati tsiklit.
Mootor töötas sisse impulsi režiim sagedusega ~ 12 ja / minut.

Mõne aja pärast täiustasid vennad kütust, lisades sellele vaiku, hiljem asendasid selle õliga ja kujundasid lihtsa sissepritsesüsteemi.
Järgmise kümne aasta jooksul ei saanud projekt mingit arendust. Claude läks Inglismaale mootori ideed propageerima, kuid ta raiskas kogu raha ega saavutanud midagi ning Joseph asus pildistama ja temast sai maailma esimese foto "Vaade aknast" autor.

Prantsusmaal Niepsese majamuuseumis eksponeeritakse "Pyreolophore" koopiat.

Veidi hiljem monteeris de Riva oma mootori neljarattalisele sõidukile, mis oli ajaloolaste sõnul esimene sisepõlemismootoriga auto.

Alessandro Volta kohta

Volta pani esimesena tsink- ja vaskplaadid happesse, et tekitada pidev elektrivool, luues sellega maailmas esimese keemiline allikas praegune ("Voltaic sammas").

Aastal 1776 leiutas Volta gaasipüstoli, "Volta püstoli", milles gaas plahvatas elektrisädemest.

1800. aastal ehitas ta keemiapatarei, mis võimaldas keemiliste reaktsioonide kaudu elektrit saada.

Elektripinge mõõtmise ühik - Volt - on oma nime saanud Volta järgi.

A- silinder, B- "Süüteküünal, C- kolb, D- "õhupall" vesinikuga, E- põrkmehhanism, F- heitgaaside tühjendusventiil, G- käepide klapi juhtimiseks.

Vesinikku hoiti "õhk" balloonis, mis oli toruga ühendatud silindriga. Kütuse ja õhu juurdevool, samuti segu süütamine ja heitgaaside vabastamine viidi läbi käsitsi hoobade abil.

Toimimispõhimõte:

Õhk sisenes põlemiskambrisse heitgaaside väljalaskeklapi kaudu.
Klapp oli sulgumas.
Avati kuulist vesiniku tarnimise klapp.
Kraan läks kinni.
Nupu vajutamisega pandi "küünlale" elektrilahendus.
Segu sähvatas ja tõstis kolvi üles.
Heitgaasi väljalaskeklapp oli lahti.
Kolb kukkus oma raskuse all (oli raske) ja tõmbas trossi, mis keeras rattad läbi ploki.

Pärast seda korrati tsüklit.

1813. aastal ehitas de Riva teise auto. See oli umbes kuue meetri pikkune vagun, mille rataste läbimõõt oli kaks meetrit ja kaal ligi tonni.
Auto suutis kivikoormaga sõita 26 meetrit (umbes 700 naela) ja neli meest, kiirusega 3 km/h.
Iga tsikliga liikus auto 4-6 meetrit.

Vähesed tema kaasaegsed võtsid seda leiutist tõsiselt ja Prantsuse Teaduste Akadeemia väitis, et sisepõlemismootor ei konkureeri kunagi jõudluses aurumasinaga.

Aastal 1833, Ameerika leiutaja Lemuel Wellman Wright, registreeris patendi vesijahutusega kahetaktilise gaasilise sisepõlemismootori jaoks.
(vt allpool) kirjutas oma raamatus Gas and Oil Engines Wrighti mootori kohta järgmist:

«Mootori joonis on väga funktsionaalne ja detailid pedantsed. Segu plahvatus mõjub otse kolvile, mis pöörab väntvõlli läbi ühendusvarda. Kõrval väline väljanägemine mootor meenutab kõrgsurveaurumasinat, milles gaas ja õhk pumbatakse eraldi paakidest. Sfäärilistes anumates olev segu süüdati kolvi tõusmise ajal TDC-s (ülemine surnud keskpunkt) ja lükati seda alla/üles. Löögi lõpus avaneks klapp ja väljutaks heitgaasid atmosfääri.

Pole teada, kas seda mootorit kunagi ehitati, kuid selle jaoks on plaan:

Aastal 1838, Inglise insener William Barnett sai patendi kolmele sisepõlemismootorile.

Esimene mootor on ühetoimeline kahetaktiline (kütus põles ainult kolvi ühel küljel) eraldi pumpadega gaasi ja õhu jaoks. Segu süüdati eraldi silindris ja seejärel voolas põlev segu töösilindrisse. Sisse- ja väljalaskeava viidi läbi mehaaniliste ventiilide kaudu.

Teine mootor kordas esimest, kuid oli kahetoimeline, see tähendab, et põlemine toimus vaheldumisi mõlemal pool kolvi.

Kolmas mootor oli samuti kahetoimeline, kuid silindri seintes oli sisse- ja väljalaskeavad, mis avanesid hetkel, mil kolb jõudis äärmuslikku punkti (nagu tänapäevastes kahetaktilistes). See võimaldas heitgaasid automaatselt vabastada ja lisada segule uut laadimist.

Barnetti mootori eripäraks oli see, et värske segu suruti enne süütamist kolvi poolt kokku.

Ühe Barnetti mootori plaan:

Aastatel 1853-57, Itaalia leiutajad Eugenio Barzanti ja Felice Matteucci töötasid välja ja patenteerisid kahesilindrilise sisepõlemismootori võimsusega 5 l/s.
Patendi andis Londoni büroo, kuna Itaalia seadused ei suutnud tagada piisavat kaitset.

Prototüübi ehitamine usaldati Bauer & Co-le. Milano" (Helvetica) ja valmis 1863. aasta alguses. Mootori edu, mis oli aurumasinast palju tõhusam, oli nii suur, et ettevõte hakkas saama tellimusi kõikjalt maailmast.

Varajane ühesilindriline Barzanti-Matteucci mootor:

Barzanti-Matteucci kahesilindrilise mootori mudel:

Matteucci ja Barzanti sõlmisid mootori tootmiseks lepingu Belgia ettevõttega. Barzanti lahkus Belgiasse tööd isiklikult juhendama ja suri ootamatult tüüfusesse. Barzanti surmaga katkestati kogu töö mootoriga ja Matteucci naasis endisele töökohale hüdroinsenerina.

1877. aastal väitis Matteucci, et tema ja Barzanti olid sisepõlemismootori peamised loojad ning August Otto ehitatud mootor sarnanes vägagi Barzanti-Matteucci mootoriga.

Barzanti ja Matteucci patente puudutavaid dokumente hoitakse Firenzes asuva Museo Galileo raamatukogu arhiivis.

Nikolaus Otto tähtsaim leiutis oli mootor koos neljataktiline tsükkel- Otto tsükkel. See tsükkel on tänapäevani enamiku gaasi- ja bensiinimootorite keskmes.

Neljataktiline tsükkel oli Otto suurim tehniline saavutus, kuid peagi avastati, et paar aastat enne tema leiutist kirjeldas täpselt sama mootoripõhimõtet prantsuse insener Beau de Roche. (vt eespool)... Grupp Prantsuse tööstureid vaidlustas Otto patendi kohtus, kohus pidas nende argumendid veenvaks. Otto patendist tulenevaid õigusi piirati oluliselt, sealhulgas tühistati tema monopoli neljataktilise tsikli osas.

Vaatamata asjaolule, et konkurendid on alustanud neljataktiliste mootorite tootmist, oli aastatepikkuse kogemusega välja töötatud Otto mudel endiselt parim ja nõudlus selle järele ei lõppenud. 1897. aastaks toodeti neid mootoreid umbes 42 tuhat. erinev võimsus... Asjaolu, et kütusena kasutati helendavat gaasi, ahendas aga oluliselt nende rakendusala.
Valgustite- ja gaasitehaste arv oli tühine isegi Euroopas, samas kui Venemaal oli neid vaid kaks - Moskvas ja Peterburis.

Aastal 1865, Prantsuse leiutaja Pierre Hugo sai patendi masinale, mis oli vertikaalne, ühesilindriline kahetoimeline mootor, mis kasutas segu varustamiseks kahte väntvõlliga käitatavat kummipumpa.

Hugo ehitas hiljem horisontaalne mootor sarnane Lenoiri mootoriga.

Teadusmuuseum, London.

Aastal 1870, konstrueeris Austria-Ungari leiutaja Samuel Marcus Siegfried vedelkütusel töötava sisepõlemismootori ja paigaldas selle neljarattalisele kärule.

Tänapäeval tuntakse seda autot kui "esimest Marcuse autot".

1887. aastal ehitas Markus koostöös Bromovsky & Schulziga teise auto, teise Marcuse auto.

Aastal 1872, patenteeris Ameerika leiutaja kahesilindrilise konstantse rõhuga sisepõlemismootori, mis töötab petrooleumiga.
Brighton andis oma mootorile nimeks "Ready Motor".

Esimene silinder toimis kompressorina, mis surus õhku põlemiskambrisse, millesse toodi pidevalt petrooleumi. Põlemiskambris segu süüdati ja poolimehhanismi kaudu siseneti teise - töösilindrisse. Märkimisväärne erinevus teistest mootoritest oli see, et õhu-kütuse segu põles järk-järgult ja püsiva rõhu all.

Need, kes on huvitatud mootori termodünaamilistest aspektidest, võivad lugeda Brightoni tsükli kohta.

Aastal 1878, Šoti insener Sir (rüütliks 1917) töötas välja esimese kahetaktiline mootor kokkusurutud segu süütamisega. Ta patenteeris selle Inglismaal 1881. aastal.

Mootor töötas kurioossel kombel: paremasse silindrisse juhiti õhku ja kütust, seal see segati ja see segu lükati vasakusse silindrisse, kus süüdati küünlast saadud segu. Toimus paisumine, mõlemad kolvid läksid alla, vasakust silindrist (läbi vasaku haru toru) väljutati heitgaase ning parempoolsesse silindrisse imeti uus osa õhku ja kütust. Pärast inertsi kolvid tõusid ja tsüklit korrati.

Aastal 1879, ehitas täiesti töökindla bensiini kahetaktiline mootorit ja sai sellele patendi.

Benzi tõeline geniaalsus avaldus aga selles, et järgnevates projektides suutis ta erinevaid seadmeid kombineerida. (gaas, aku sädesüüde, süüteküünal, karburaator, sidur, käigukast ja radiaator) oma toodetele, millest sai omakorda kogu masinaehituse standard.

1883. aastal asutas Benz tootmiseks ettevõtte Benz & Cie gaasimootorid ja patenteeriti 1886. aastal neljataktiline mootor, mida ta oma autodes kasutas.

Tänu Benz & Cie edule sai Benz alustada hobusteta vankrite projekteerimist. Kombineerides oma kogemused mootorite valmistamisel ja pikaajalist jalgrataste disainimist, ehitas ta 1886. aastaks oma esimese auto ja pani sellele nimeks "Benz Patent Motorwagen".

Disain meenutab kangesti kolmerattalist jalgratast.

Ühesilindriline neljataktiline sisepõlemismootor töömahuga 954 cm3. Paigaldatud " Benz Patent Motorwagen".

Mootor oli varustatud suure hoorattaga (kasutati mitte ainult ühtlaseks pöörlemiseks, vaid ka käivitamiseks), 4,5-liitrise gaasipaagi, aurustus-tüüpi karburaatori ja liugventiiliga, mille kaudu kütus põlemiskambrisse sisenes. Süütamine viidi läbi Benzi enda disainitud süüteküünlaga, mille pinge saadi Rumkorfi mähist.

Jahutus oli vesi, kuid mitte suletud tsükkel, vaid aurustamine. Aur pääses atmosfääri, mistõttu tuli autot tankida mitte ainult bensiini, vaid ka veega.

Mootor arendas 0,9 hj. kiirusel 400 p/min ja kiirendas auto kiiruseni 16 km/h.

Karl Benz juhib oma autot.

Veidi hiljem, 1896. aastal, leiutas Karl Benz boksermootori (või tühi mootor), milles kolvid jõuavad samaaegselt ülemisse surnud punkti, tasakaalustades seeläbi üksteist.

Mercedes-Benzi muuseum Stuttgardis.

Aastal 1882, inglise insener James Atkinson leiutas Atkinsoni tsükli ja Atkinsoni mootori.

Atkinsoni mootor on sisuliselt neljataktiline mootor Otto tsükkel, kuid muudetud vändamehhanismiga. Erinevus seisnes selles, et Atkinsoni mootoris toimusid kõik neli takti ühel väntvõlli pöördel.

Atkinsoni tsükli kasutamine mootoris vähendas kütusekulu ja müra töö ajal tänu madalamale heitgaasirõhule. Lisaks ei vajanud see mootor gaasijaotusmehhanismi käitamiseks käigukasti, kuna klappide avanemine pani väntvõlli liikuma.

Vaatamata paljudele eelistele (sealhulgas Otto patentidest kõrvalehoidmine) mootorit ei kasutatud laialdaselt tootmise keerukuse ja mõne muu puuduse tõttu.
Atkinsoni tsükkel tagab parema keskkonnasäästlikkuse ja ökonoomsuse, kuid nõuab kõrgeid pööreid minutis. Madalatel pööretel annab see välja suhteliselt väikese pöördemomendi ja võib seiskuda.

Nüüd kasutatakse Atkinsoni mootorit hübriidsõidukid « Toyota Prius"Ja" Lexus HS 250h ".

Aastal 1884, Briti insener Edward Butler näitas Londoni jalgrattanäitusel "Stanley Cycle Show" jooniseid kolmerattalisest autost koos bensiini sisepõlemismootor 1885. aastal ehitas ta selle ja näitas seda samal näitusel, nimetades seda "Velocycle". Samuti oli Butler esimene, kes seda sõna kasutas bensiin.

Velocycle patenteeriti 1887. aastal.

Velocycle oli varustatud ühesilindrilise neljataktilise bensiinimootoriga, mis oli varustatud süütepooli, karburaatori, õhuklapi ja vedelikuga jahutatud... Mootor arendas võimsust umbes 5 hj. mahuga 600 cm3 ja kiirendas auto kiiruseni 16 km/h.

Aastate jooksul parandas Butler oma sõiduki jõudlust, kuid ei saanud seda punase lipu seaduse tõttu katsetada. (avaldatud 1865), Millega sõidukid kiirus ei tohiks ületada 3 km/h. Lisaks pidi autos viibima kolm inimest, kellest üks pidi punase lipuga auto ette kõndima. (sellised on turvameetmed) .

1890. aasta ajakirjas English Mechanic kirjutas Butler – "Võimud keelavad auto kasutamise teel, mille tulemusena keeldun edasi arendamast."

Kuna avalikkuse huvi auto vastu puudus, võttis Butler selle vanarauaks lahti ja müüs patendiõigused Harry J. Lawsonile. (jalgrattatootja), mis jätkas mootori tootmist paatides kasutamiseks.

Butler ise hakkas looma statsionaarseid ja laevamootoreid.

Aastal 1891, Herbert Aykroyd Stewart ehitas koostöös Richard Hornsby ja Sonsiga Hornsby-Akroydi mootori, millesse süstiti surve all kütust (petrooleumi). lisakaamera (oma kuju tõttu nimetati seda "kuumaks palliks"), mis on paigaldatud silindripeale ja ühendatud põlemiskambriga kitsa läbipääsu kaudu. Kütus süttis lisakambri kuumadest seintest ja tormas põlemiskambrisse.

1. Lisakaamera (kuum pall).
2. Silinder.
3. Kolb.
4. Carter.

Mootori käivitamiseks kasutati puhurit, millega soojendati lisakambrit. (pärast käivitamist soojendati väljaheite gaasid) ... Selle tõttu Hornsby-Akroydi mootor mis oli Rudolf Dieseli disainitud diiselmootori eelkäija, mida sageli nimetatakse pooldiisliks. Aasta hiljem täiustas Aykroyd aga oma mootorit, lisades sinna "veesärgi" (patent dateeritud 1892), mis tõstis põlemiskambris temperatuuri, suurendades surveastet ja nüüd puudus vajadus täiendava kütteallika järele.

1893. aastal aastal sai Rudolph Diesel patendid soojusmasinale ja modifitseeritud "Carnot' tsüklile" nimega "Meetod ja aparaat kõrge temperatuuri tööks muutmiseks".

1897. aastal Augsburgis masinaehitustehas» (alates 1904. aastast MAN), Friedrich Kruppi ja vendade Sulzerite ettevõtete rahalisel osalusel loodi Rudolf Dieseli esimene töötav diiselmootor.
Mootori võimsus oli 20 Hobujõud kiirusel 172 p/min, kasutegur 26,2% kaaluga viis tonni.
See ületas tunduvalt olemasolevaid 20% kasuteguriga Otto mootoreid ja 12% efektiivsusega mereauruturbiine, mis tekitas tööstuse vastu elavat huvi. erinevad riigid.

Diiselmootor oli neljataktiline. Leiutaja on leidnud, et sisepõlemismootori efektiivsus suureneb põleva segu surveastme suurendamisega. Põlevsegu aga tugevalt kokku suruda on võimatu, sest siis tõusevad rõhk ja temperatuur ning see süttib spontaanselt enne tähtaega. Seetõttu otsustas Diisel mitte põlevsegu, vaid puhast õhku kokku suruda ja kompressiooni lõpus tugeva surve all kütust silindrisse süstida.
Kuna suruõhu temperatuur jõudis 600–650 ° C-ni, süttis kütus iseeneslikult ja gaasid paisudes liigutasid kolvi. Seega õnnestus diislil märkimisväärselt tõsta mootori efektiivsust, vabaneda süütesüsteemist ja kasutada karburaatori asemel kütusepump kõrgsurve
Aastal 1933 kirjutas Elling prohvetlikult: "Kui ma 1882. aastal gaasiturbiini kallal töötama hakkasin, olin kindlalt veendunud, et minu leiutisele on lennukitööstuses nõudlus."

Kahjuks suri Elling 1949. aastal, mitte kunagi enne turboreaktiivlennunduse ajastut.

Ainus foto, mis meil õnnestus leida.

Võib-olla leiab keegi Norra tehnikamuuseumist midagi selle mehe kohta.

Aastal 1903, Konstantin Eduardovitš Tsiolkovski avaldas ajakirjas "Scientific Review" artikli "Maailma kosmose uurimine reaktiivseadmetega", kus ta tõestas esmakordselt, et kosmoselendu sooritav seade on rakett. Artiklis pakuti välja ka esimene kaugmaaraketi projekt. Selle keha oli piklik metallkamber, mis oli varustatud vedel reaktiivmootor (mis on ka sisepõlemismootor)... Ta tegi ettepaneku kasutada kütusena ja oksüdeerijana vastavalt vedelat vesinikku ja hapnikku.

Ilmselt tasub selle raketi-kosmose noodiga lõpetada ajalooline osa, sest käes on 20. sajand ja kõikjal on hakatud tootma sisepõlemismootoreid.

Filosoofiline järelsõna...

K.E. Tsiolkovski uskus, et lähitulevikus õpivad inimesed elama kui mitte igavesti, siis vähemalt väga kaua. Sellega seoses jääb Maal vähe ruumi (ressursse) ja laevad peavad ümber asuma teistele planeetidele. Kahjuks läks siin maailmas midagi valesti ja esimeste rakettide abil otsustasid inimesed omasugused lihtsalt hävitada ...

Aitäh kõigile, kes seda lugesid.

Kõik õigused kaitstud © 2016
Materjalide igasugune kasutamine on lubatud ainult aktiivse lingiga allikale.

Vaatamata kõrgele jõudlusele, kaasaegne mootor sisepõlemine hakkab vananema. Tema efektiivsus on jõudnud ehk oma piirini. Müra, vibratsioon, õhku mürgitavad gaasid ja muud omased miinused sunnivad teadlasi otsima uusi lahendusi, üle vaatama ammu unustatud tsüklite võimalusi. Stirling on üks "elustatud" mootoritest.

Veel 1816. aastal patenteeris Šoti preester ja teadlane Robert Stirling mootori, milles põlemistsooni sisenev kütus ja õhk ei sisene kunagi silindrisse. Põlemisel soojendavad nad ainult selles olevat töögaasi. See andis põhjuse nimetada Stirlingi leiutist välispõlemismootoriks.

Robert Stirling ehitas mitu mootorit; viimane neist oli 45 liitrise mahutavusega. koos. ja töötas Inglismaal kaevanduses üle kolme aasta (kuni 1847). Need mootorid olid väga rasked, võtsid palju ruumi ja nägid välja nagu aurumasinad.

Navigeerimiseks kasutas välispõlemismootoreid esmakordselt 1851. aastal rootslane John Erickson. Tema ehitatud laev "Erickson" ületas neljast välispõlemismootorist koosneva elektrijaamaga turvaliselt Atlandi ookeani Ameerikast Inglismaale. Aurumasinate ajastul oli see sensatsioon. aga toitepunkt Erickson arendas ainult 300 liitrit. c., mitte 1000, nagu oodatud. Mootorid olid tohutud (ava 4,2 m, kolvikäik 1,8 m). Söe tarbimine osutus aurumasinate omast väiksemaks. Laeva Inglismaale jõudes selgus, et mootorid ei sobi edasiseks tööks, kuna nende silindripõhjad olid läbi põlenud. Ameerikasse naasmiseks tuli mootorid asendada tavalise aurumasinaga. Tagasiteel juhtus laev õnnetusega ja uppus koos kogu meeskonnaga.

Möödunud sajandi lõpus kasutati väikese võimsusega välispõlemismootoreid vee pumpamiseks mõeldud majades, trükikodades, tööstusettevõtetes, sh Peterburi Nobeli tehases (praegu "Vene diisel"). Neid paigaldati ka väikestele. laevad. Stirlingeid toodeti paljudes riikides, sealhulgas Venemaal, kus neid kutsuti "soojuseks ja jõuks". Neid hinnati nende vaikse ja tööohutuse eest, mis andis neile soodsa võrdluse aurumasinatega.

Sisepõlemismootorite arenedes unustati stirlingid. Brockgaue ja Efroni entsüklopeediline sõnaraamat ütleb nende kohta järgmist: „Plahvatusohutus on kalorimasinate peamine eelis, tänu millele saab neid uuesti kasutada, kui nende ehitamiseks ja määrimiseks leitakse uued materjalid, mis paremini vastu peavad. kõrge palavik».

Asi polnud aga ainult asjakohaste materjalide puudumises. Kaasaegsed termodünaamika põhimõtted olid endiselt teadmata, eriti soojuse ja töö samaväärsus, ilma milleta oli võimatu kindlaks teha mootori põhielementide kõige soodsamaid suhteid. Soojusvahetid valmistati väikese pinnaga, mistõttu mootorid töötasid ebamõistlikult kõrgetel temperatuuridel ja ütlesid kiiresti üles.

Stirlingi täiustamise katseid tehti pärast Teist maailmasõda. Kõige olulisem neist seisnes selles, et töögaasi hakati kasutama surutuna kuni 100 atm ja mitte õhku, vaid vesinikku, millel on suurem soojusjuhtivuse koefitsient, madal viskoossus ja pealegi ei oksüdeeri määrdeaineid.

Välispõlemismootori seade selles kaasaegne vorm skemaatiliselt näidatud joonisel fig. 1. Ühelt poolt suletud silindris on kaks kolvi. Ülemine - kolb - s-pressis l aitab kiirendada töögaasi perioodilise kuumutamise ja jahutamise protsessi. See on õõnes, suletud roostevabast terasest silinder, mis ei juhi hästi soojust ja liigub väntmehhanismiga seotud varda toimel.

Alumine kolb on töötav kolb (näidatud joonisel jaotises). See edastab jõu vändamehhanismile läbi õõnsa varda, mille sees liigub nihutusvarras. Töökolb on varustatud tihendusrõngastega.

Töökolvi all on puhverpaak, mis moodustab padja, mis toimib hoorattana – et tasandada pöördemomendi ebatasasusi, mis tulenevad osa energia valikust töötakti ajal ja selle tagasipöördumisest mootori võllile. survekäik. Silindri ruumala ümbritsevast ruumist eraldamiseks kasutatakse "ümbritseva suka" tihendeid. Need on kummist torud, mis on kinnitatud ühest otsast varre ja teisest otsast korpuse külge.

Silindri ülaosa on kontaktis kütteseadmega ja alumine jahutiga. Sellest lähtuvalt vabanevad selles "kuumad" ja "külmad" mahud, mis suhtlevad üksteisega vabalt torujuhtme kaudu, milles asub regeneraator (soojusvaheti). Regeneraator on täidetud väikese läbimõõduga (0,2 mm) traadiga ja sellel on kõrge soojusmahtuvus (näiteks Filipe regeneraatorite kasutegur ületab 95%).

Stirlingi mootori tööprotsessi saab läbi viia ilma nihketa, tuginedes spoolventiili töötava laengujaoturi kasutamisele.

Mootori alumises osas on väntmehhanism, mis muudab kolvi edasi-tagasi liikumise võlli pöörlevaks liikumiseks. Selle mehhanismi eripäraks on kahe olemasolu väntvõllidühendatud kahe teineteise poole pöörleva spiraalse hammasrattaga. Nihutusvars on ühendatud väntvõllid alumise nookuri ja järelveetavate ühendusvarraste abil. Töötav kolvivarras on väntvõllidega ühendatud ülemise nookuri ja järelveetavate ühendusvarraste kaudu. Identsete ühendusvarraste süsteem moodustab liigutatava deformeeritava rombi, sellest ka selle ülekande nimi – rombiline. Rombiline jõuülekanne tagab kolbide liikumise ajal vajaliku faasinihke. See on täielikult tasakaalustatud ega avalda kolvivarrastele külgjõudu.

Töökolviga piiratud ruumis on töötav gaas - vesinik või heelium. Gaasi kogumaht silindris ei sõltu nihutaja asendist. Töögaasi kokkusurumise ja paisumisega seotud mahumuutused tekivad töökolvi liikumise tõttu.

Kui mootor töötab, soojendatakse pidevalt silindri ülaosa, näiteks põlemiskambrist, kuhu süstitakse vedelkütust. Silindri põhja jahutatakse pidevalt, näiteks külma veega, mis pumbatakse läbi silindrit ümbritseva veesärgi. Suletud Stirlingi tsükkel koosneb neljast joonisel fig. 2.

I tsükkel – jahutamine... Töökolb on kõige madalamas asendis, nihutaja liigub üles. Sel juhul voolab töögaas nihutaja kohal olevast “kuumast” mahust selle all olevasse “külma” ruumalasse. Regeneraatorist läbi minnes annab töögaas osa oma soojusest sellele ja seejärel jahtub "külmas" mahus.

II meede – kokkusurumine... Nihutaja jääb ülemisse asendisse, töökolb liigub ülespoole, surudes töögaasi madalal temperatuuril kokku.

III etapp - küte... Töökolb on ülemises asendis, nihutaja liigub alla. Sel juhul tormab kokkusurutud külm töögaas nihutaja alt selle kohal asuvasse vabasse ruumi. Teel läbib töögaas regeneraatorit, kus see eelsoojeneb, siseneb silindri "kuuma" õõnsusse ja soojeneb veelgi.

IV tsükkel – laiendamine (töökäik)... Töögaasi soojenemisel see paisub, liigutades nihutajat ja koos sellega töökolvi allapoole. Tehakse kasulikku tööd.

Stirlingil on suletud silinder. Joonisel fig. 3, a näitab teoreetilise tsükli diagrammi (skeem V - P). Abstsiss näitab silindri ruumalasid ja ordinaadid näitavad rõhku silindris. Esimene tsükkel on isotermiline I-II, teine ​​toimub konstantsel mahul II-III, kolmas isotermiline III-IV ja neljas konstantsel mahul IV-I. Kuna rõhk kuuma gaasi paisumisel (III-IV) on suurem kui rõhk külma gaasi kokkusurumisel (I-II), on paisumistöö suurem kui kokkusurumistöö. Tsükli kasulikku tööd saab graafiliselt kujutada kõvera nelinurga I-II-III-IV kujul.

Tegelikus protsessis liiguvad kolb ja nihutaja pidevalt, kuna need on ühendatud väntmehhanismiga, seega on tegeliku tsükli diagramm ümardatud (joonis 3, b).

Stirlingi mootori teoreetiline kasutegur on 70%. Uuringud on näidanud, et praktikas on võimalik saavutada 50% efektiivsus. Seda on oluliselt rohkem kui parimatel gaasiturbiinidel (28%), bensiinimootoritel (30%) ja diiselmootoritel (40%).

Stirling võib töötada bensiini, petrooleumi, diislikütuse, gaasilise ja isegi tahkekütusega. Võrreldes teiste mootoritega on sellel sujuvam ja vaiksem sõit. Seda seletatakse madala surveastmega (1,3 ÷ 1,5), pealegi tõuseb rõhk silindris sujuvalt, mitte plahvatusega. Põlemissaadused juhitakse välja ka ilma mürata, kuna põlemine toimub pidevalt. Neis on suhteliselt vähe toksilisi komponente, sest kütuse põlemine toimub pidevalt ja pideva hapniku ülejäägiga (α = 1,3).

Rombilise ülekandega Stirling on täielikult tasakaalustatud ega tekita vibratsiooni. Seda kvaliteeti võtsid eriti arvesse Ameerika insenerid, kes paigaldasid Maa tehissatelliidile ühesilindrilise stiili, kus isegi kerge vibratsioon ja tasakaalustamatus võivad põhjustada orientatsiooni kadu.

Jahutamine on endiselt problemaatiline probleem. Heitgaasidega segades eemaldatakse kütusest saadavast soojusest vaid 9%, nii et näiteks autole paigaldades tuleks teha umbes 2,5 korda suurem radiaator kui sama võimsusega bensiinimootorit kasutades. Ülesannet on lihtsam lahendada laevapaigaldistes, kus tõhusa jahutuse tagab piiramatu kogus merevett.

Joonisel fig. 4 on 115 hj Philipsi kahesilindrilise paadimootori ristlõige. koos. 3000 p/min horisontaalsilindritega. Iga silindri kogu töömaht on 263 cm3. Vastupidised kolvid on ühendatud kahe traaversiga, mis võimaldas gaasijõude täielikult tasakaalustada ja ilma puhvermahtudeta. Kütteseade on valmistatud põlemiskambrit ümbritsevatest torudest, mille kaudu voolab töögaas. Jahuti on torujahuti, mille kaudu pumbatakse merevett. Mootoril on kaks väntvõlli, mis on tiguülekannete abil ühendatud sõukruvi võlliga. Mootori kõrgus on vaid 500 mm, mis võimaldab selle paigaldada teki alla ja seeläbi vähendada mootoriruumi suurust.

Stirlingi võimsust reguleeritakse peamiselt töögaasi rõhu muutmisega. Samal ajal reguleeritakse küttekeha temperatuuri ühtlasena hoidmiseks ka kütusevarustust. Välispõlemismootorile sobib peaaegu iga soojusallikas. Oluline on, et see suudab madala temperatuuriga energiat muuta kasulikuks tööks, milleks sisepõlemismootorid ei suuda. Joonisel fig. 5, on näha, et ainult 350 °C kuumutustemperatuuril on segamise efektiivsus endiselt ≈ 20%.

Stirling on ökonoomne – selle kütuse erikulu on vaid 150 g/l. koos. tund. Ameerika Maa satelliitidel kasutatavas elektrijaamas "Stirlingi mootori-soojusakumulaator" on soojusakumulaatoriks liitiumhüdriit, mis neelab "valgustuse" perioodil soojust ja annab selle satelliiti varjus viibides segamini. Maa pool. Satelliidil käitatakse mootorit 3 kW generaatoriga 2400 p/min juures.

Loodud on kogemustega tõukeratas Stirlingi ja soojusakumulaatoriga. Soojusakumulaatori ja segamisaine kasutamine allveelaeval lubab sellel vee all mitu korda kauem sõita.

Kirjandus

• 1. Smirnov GV Välispõlemismootorid. "Teadmised", M., 1967.
• 2. Dr. Ir. R. I. Meijer. Der Philips – Stirlingmotor, MTZ, N 7, 1968.
• 3. Curtis Anthony. Kuum õhk ja muutuste tuul. Stirlingi mootor ja selle taaselustamine. Mootor (ingl.) 1969, (135) nr 3488.

Vaid umbes sada aastat tagasi pidid sisepõlemismootorid ägedas konkurentsivõitluses vallutama koha, mis neil moodsas autotööstuses on. Siis polnud nende paremus sugugi nii ilmne kui praegu. Tõepoolest, aurumasinal - bensiinimootori peamisel rivaalil - oli sellega võrreldes tohutuid eeliseid: müramatus, võimsuse reguleerimise lihtsus, suurepärased veoomadused ja hämmastav "kõigesöömine", võimaldades sellel töötada mis tahes tüüpi kütusel puidust kuni puiduni. bensiin. Kuid lõpuks said ülekaalu sisepõlemismootorite kasutegur, kergus ja töökindlus ning sunniti paratamatusena leppima nende puudustega.
1950. aastatel algas gaasiturbiinide ja rootormootorite tulekuga rünnak sisepõlemismootorite monopoolsele positsioonile autotööstuses – rünnak, mida pole veel edu krooninud. Umbes samadel aastatel üritati lavale tuua uus mootor, mis ühendab silmatorkavalt bensiinimootori efektiivsuse ja töökindluse vaikse ja "kõigesööja" aurupaigaldusega. See on kuulus välispõlemismootor, mille Šoti preester Robert Stirling patenteeris 27. septembril 1816 (Inglise patent nr 4081).

Protsessi füüsika

Kõigi eranditult soojusmasinate tööpõhimõte põhineb asjaolul, et kuumutatud gaasi paisumisel tehakse rohkem mehaanilist tööd, kui on vaja külma kokkusurumiseks. Selle demonstreerimiseks piisab pudelist ja kahest potist kuuma ja külma veega. Esmalt kastetakse pudel jäävette ja kui õhk selles jahtub, suletakse kael korgiga ja viiakse kiiresti kuuma vette. Mõne sekundi pärast väljastatakse puuvill ja pudelis kuumutatud gaas surub korgi välja, tehes mehaaniline töö... Pudeli saab jäävette tagasi panna – tsükkel kordub.
seda protsessi korrati peaaegu täpselt esimese Stirlingi masina silindrites, kolvides ja keerulistes hoobades, kuni leiutaja mõistis, et osa jahutamisel gaasist võetud soojusest saab kasutada osaliseks soojendamiseks. Vaja on vaid mingit anumat, kuhu oleks võimalik jahutamisel gaasist võetud soojust talletada ja soojendamisel sellele tagasi anda.
Kuid paraku ei päästnud isegi see väga oluline täiustus Stirlingi mootorit. 1885. aastaks olid siin saavutatud tulemused väga kesised: kasutegur 5-7 protsenti, 2 liitrit. koos. võimsus, 4 tonni kaalu ja 21 kuupmeetrit hõivatud pinda.
Välispõlemismootoreid ei päästnud isegi Rootsi inseneri Ericksoni välja töötatud teise konstruktsiooni edu. Erinevalt Stirlingist tegi ta ettepaneku soojendada ja jahutada gaasi mitte konstantsel mahul, vaid konstantsel rõhul. 8 1887. aastal töötasid trükikodades, majades, kaevandustes ja laevadel suurepäraselt mitu tuhat väikest Ericksoni mootorit. Nad täitsid veepaake ja juhtisid lifte. Erickson üritas neid isegi meeskonna juhtimiseks kohandada, kuid need osutusid liiga raskeks. Venemaal toodeti enne revolutsiooni suur hulk selliseid mootoreid nimetuse "Soojus ja võimsus" all.
Küll aga üritatakse võimsust tõsta 250 hj-ni. koos. lõppes täieliku ebaõnnestumisega. 4,2-meetrise läbimõõduga silindriga masin arendas alla 100 liitri. See tähendab, et tulekambrid põlesid läbi ja laev, millele mootorid olid paigaldatud, läks kaduma.
Insenerid jätsid kahetsuseta nende nõrkade mastodonidega hüvasti niipea, kui ilmusid võimsad, kompaktsed ja kerged bensiini- ja diiselmootorid. Ja järsku, 1960. aastatel, peaaegu 80 aastat hiljem, hakkasid Stirlingid ja Ericksonid (nimetame neid nii analoogselt diiselmootoriga) rääkima kui sisepõlemismootorite kohutavatest rivaalidest. Need vestlused ei vaibu tänaseni. Mis seletab nii järsku vaadete pööret?

Metoodiline maksumus

Kui saad teada vanast kaasaegses tehnikas ellu ärganud tehnilisest ideest, tekib kohe küsimus: mis takistas selle elluviimist varem? Mis oli see probleem, see "vihje", mille lahenduseta ei saaks ta oma teed ellu sillutada? Ja peaaegu alati selgub, et vana idee võlgneb oma elavnemise kas uuele tehnoloogilisele meetodile või uuele disainile, millele eelkäijad ei mõelnud, või uuele materjalile. Välispõlemismootorit võib pidada kõige haruldasemaks erandiks.
Teoreetilised arvutused näitavad, et kasutegur on Stirlingid ja Ericksons võivad jõuda 70 protsendini – rohkem kui ükski teine ​​mootor. See tähendab, et nende eelkäijate ebaõnnestumisi seletati sekundaarsete, põhimõtteliselt eemaldatavate teguritega. Parameetrite ja kasutusalade õige valik, iga üksuse töö täpne uurimine, iga detaili hoolikas töötlemine ja peenhäälestus võimaldas realiseerida tsükli eeliseid. Juba esimesed katseproovid andsid efektiivsuseks 39 protsenti! (Aastate jooksul välja töötatud bensiinimootorite ja diiselmootorite kasutegur on vastavalt 28-30 ja 32-35 protsenti.) Millised võimalused Stirlingil ja Ericksonil omal ajal “tähistasid”?
just see anum, milles vaheldumisi soojust hoitakse ja seejärel eraldatakse. Regeneraatori arvutamine oli neil päevil lihtsalt võimatu: soojusülekande teadust ei eksisteerinud. Selle mõõdud on võetud silma järgi ja nagu arvutused näitavad, sõltub välispõlemismootorite kasutegur väga palju regeneraatori kvaliteedist. Tõsi, selle kehva jõudlust saab teatud määral kompenseerida rõhu suurenemisega.
Teine rikke põhjus oli see, et esimesed paigaldised töötasid õhus atmosfäärirõhul: nende mõõtmed olid tohutud ja võimsused väikesed.
Efektiivsuse toomine regeneraator kuni 98 protsenti ja suletud ahela täitmine 100 atmosfäärini kokkusurutud vesiniku või heeliumiga, suurendasid meie aja insenerid "stiili" efektiivsust ja võimsust, mis isegi sellisel kujul näitas tõhusust. kõrgem kui sisepõlemismootoritel.
Ainuüksi sellest piisaks, et rääkida autodele välispõlemismootorite paigaldamisest. Kuid nende unustusest ellu äratatud masinate eelised ei ammenda sugugi ainult kõrge efektiivsusega.

Kuidas Stirling töötab

Välispõlemismootori skemaatiline diagramm:
1 - kütusepihusti;
2 - väljalaske haru toru;
3 - õhusoojendi elemendid;
4 - õhukütteseade;
5 - kuumad gaasid;
6 - silindri kuum ruum;
7 - regeneraator;
8 - silinder;
9 - jahedamad ribid;
10 - külm ruum;
11 - töökolb;
12 - rombiline ajam;
13 - töökolvi ühendusvarras;
14 - sünkroniseerivad käigud;
15 - põlemiskamber;
16 - küttetorud;
17 - kuum õhk;
18 - nihke kolb;
19 - õhu sisselaskeava;
20 - jahutusveevarustus;
21 - tihend;
22 - puhvri maht;
23 - tihend;
24 - nihkekolvi tõukur;
25 - töökolvi tõukur;
26 - töökolvi ike;
27 - töökolvi ikke sõrm;
28 - nihkekolvi ühendusvarras;
29 - nihkekolvi ike;
30 - väntvõllid.
Punane taust - küttekontuur;
punktiir taust – jahutusahel

V kaasaegne disain"Stirling", mis töötab vedelkütusel, - kolm ahelat, millel on üksteisega ainult termiline kontakt. See on töövedeliku ringlus (tavaliselt vesinik või heelium), küttekontuur ja jahutusahel. Kütteringi põhieesmärk on hoida kõrget temperatuuri töökontuuri ülaosas. Jahutusring hoiab töökontuuri põhjas madalat temperatuuri. Töövedeliku enda kontuur on suletud.
Töötav keha kontuur... Silindris 8 liiguvad kaks kolvi - töökolb 11 ja nihutav kolb 18. Töökolvi ülesliikumine viib töökeskkonna kokkusurumiseni, selle allapoole liikumise põhjustab gaasi paisumine ja sellega kaasneb kasuliku töö tegemine. Nihkekolvi ülespoole liikumine surub gaasi silindri alumisse jahutatud õõnsusse. Selle allapoole liikumine vastab gaasi kuumutamisele. Rombiline ajam 12 annab kolbidele liikumise, mis vastab neljale tsüklitaktile ((need käigud on näidatud diagrammil).
Mõõt I- töövedeliku jahutamine. Nihkekolb 18 liigub ülespoole, surudes töövedeliku läbi regeneraatori 7, milles hoitakse kuumutatud gaasi soojust, silindri alumisse, jahutatud ossa. Töökolb 11 asub BDC-s.
II meede- töövedeliku kokkusurumine. Puhvermahu 22 kokkusurutud gaasis salvestatud energia annab töökolvile 11 ülespoole liikumise, millega kaasneb külma töövedeliku kokkusurumine.
Baar III- töövedeliku kuumutamine. Peaaegu töökolvi 11 kõrval asuv raketikütuse kolb 18 tõrjub gaasi läbi regeneraatori 7 kuuma ruumi, milles jahutamisel kogunenud soojus suunatakse tagasi gaasile.
Baar IV- töövedeliku laiendamine - töötsükkel. Kuumas ruumis kuumutamisel gaas paisub ja teeb kasulikku tööd. Osa sellest hoitakse puhvermahu 22 kokkusurutud gaasis külma töövedeliku järgnevaks kokkusurumiseks. Ülejäänud osa eemaldatakse mootori võllidelt.
Küttekontuur... Õhk puhutakse ventilaatori abil õhu sisselaskeavasse 19, see läbib küttekeha elemente 3, soojeneb ja siseneb kütusepihustitesse. Tekkivad kuumad gaasid soojendavad töövedeliku soojendi torusid 16, voolavad ümber küttekeha elementide 3 ja, andnud oma soojuse kütuse põlemiseks minevale õhule, paisatakse läbi väljalasketoru 2 atmosfääri.
Jahutusring... Vesi juhitakse torude 20 kaudu silindri alumisse ossa ja jahutusribide 9 ümber voolates jahutab neid pidevalt.

"Stirlingid" ICE asemel

Esimesed pool sajandit tagasi tehtud katsed näitasid, et "stiil" on peaaegu täiesti vaikne. Sellel puudub karburaator, kõrgsurvepihustid, süütesüsteem, klapid, küünlad. Rõhk silindris tõuseb küll peaaegu 200 atm-ni, kuid mitte plahvatuse teel, nagu sisepõlemismootoris, vaid sujuvalt. Mootor ei vaja summutit. Rombikujuline kinemaatiline kolviajam on täielikult tasakaalustatud. Ei mingit vibratsiooni, ei ragista.
Nad ütlevad, et isegi käega mootoril pole alati võimalik kindlaks teha, kas see töötab või mitte. Need omadused auto mootor eriti oluline, sest suurtes linnades on müra vähendamise probleem terav.
Kuid teine ​​omadus on "kõigesööja". Tegelikult pole ühtegi soojusallikat, mis ei sobiks segamissõiduks. Sellise mootoriga auto võib sõita nii puidul, põhul, kivisöel, petrooleumil, tuumakütusel, isegi päikesevalgusel. See võib töötada mõne soola või oksiidi sulas salvestatud soojusel. Näiteks 7 liitri alumiiniumoksiidi sulatis asendab 1 liitri bensiini. Selline mitmekülgsus ei aita alati hädas olevat juhti. See lahendab terava suitsusaaste probleemi linnades. Linnale lähenedes lülitab juht põleti sisse ja sulatab paagis oleva soola. Linna piirides kütust ei põletata: mootor töötab sula pealt.
Aga reguleerimine? Võimsuse vähendamiseks piisab, kui vabastada mootori suletud ahelast vajalik kogus gaasi terassilindrisse. Automaatika vähendab koheselt kütuse juurdevoolu, et temperatuur püsiks konstantsena olenemata gaasi kogusest. Võimsuse suurendamiseks pumbatakse gaas silindrist tagasi vooluringi.
Kuid oma maksumuse ja kaalu poolest jäävad Stirlingid endiselt alla sisepõlemismootoritele. 1 liitri kohta. koos. neil on 5 kg, mis on palju rohkem kui bensiin ja diiselmootorid... Kuid me ei tohiks unustada, et need on ikkagi esimesed, mitte toodud kõrge aste mudeli täiuslikkus.
Teoreetilised arvutused näitavad, et kui muud tegurid on võrdsed, vajavad "stirlingid" madalamat rõhku. See on oluline eelis. Ja kui neil ka on konstruktiivsed eelised, on võimalik, et just nemad osutuvad sisepõlemismootorite kõige hirmuäratavamaks rivaaliks autotööstuses. Ja üldse mitte turbiinid.

Stirling firmalt GM

Tõsine töö välispõlemismootori täiustamisel, mis algas 150 aastat pärast selle leiutamist, on juba vilja kandnud. Pakutakse välja erinevad Stirlingi tsükli järgi töötava mootori konstruktsioonivariandid. Kolbide käigu reguleerimiseks on olemas pöördplaadiga mootorite projektid, patenteeritud pöördmootor, mille ühes rootori sektsioonis toimub kokkusurumine, teises - paisumine ning soojuse tarnimine ja eemaldamine. õõnsusi ühendavad kanalid. Maksimaalne rõhk üksikute proovide silindrites ulatub 220 kg / cm 2 ja keskmine efektiivne surve- kuni 22 ja 27 kg / cm 2 ja rohkem. Tõhusust on suurendatud 150 g / hj / tunnis.
Suurima edu saavutas General Motors, kes 1970. aastatel ehitas V-kujulise "stiili" tavapärase vändamehhanismiga. Üks silinder töötab, teine ​​kompressioon. Töökolb sisaldab ainult töökolvi ja nihkekolb on survesilindris. Silindrite vahel asuvad kütteseade, regeneraator ja jahuti. Faasinihke nurk, teisisõnu ühe silindri mahajäämusnurk teisest, on selle "segamise" jaoks 90 °. Ühe kolvi kiirus peaks olema maksimaalne hetkel, mil teise kiirus on null (ülemises ja alumises surnud punktis). Faasi nihe kolbide liikumisel saavutatakse silindrite paigutamisega 90 ° nurga alla. Struktuuriliselt on see kõige lihtsam "stiil". Kuid see on tasakaalus rombikujulise vända mootorist halvem. V-kujulise mootori inertsiaalsete jõudude täielikuks tasakaalustamiseks tuleb selle silindrite arvu suurendada kahelt kaheksale.

V-kujulise "stirlingi" skemaatiline diagramm:
1 - töösilinder;
2 - töökolb;
3 - kütteseade;
4 - regeneraator;
5 - soojusisolatsioonihülss;
6 - jahuti;
7 - survesilinder.

Sellise mootori töötsükkel kulgeb järgmiselt.
Töösilindris 1 kuumutatakse gaasi (vesinik või heelium), teises, survesilindris 7, see jahutatakse. Kui kolb liigub silindris 7 üles, surutakse gaas kokku – survetakt. Sel ajal hakkab silindris 1 olev kolb 2 allapoole liikuma. Gaas külmast silindrist 7 voolab kuuma 1, läbides järjestikku läbi jahuti 6, regeneraatori 4 ja soojendi 3 – küttetsükkel. Kuum gaas paisub silindris 1, tehes tööd - paisumiskäik. Kui kolb 2 liigub silindris 1 ülespoole, pumbatakse gaas läbi regeneraatori 4 ja jahuti 6 silindrisse 7 – jahutustsükkel.
See "stirlingu" skeem on tagurdamiseks kõige mugavam. Küttekeha, regeneraatori ja jahuti kombineeritud korpuses (nende disainist räägime hiljem) tehakse selleks siibrid. Kui liigutate need ühest äärmisest asendist teise, muutub külm silinder kuumaks ja kuum - külmaks ning mootor pöörleb vastupidises suunas.
Keris on kuumuskindlate roostevabast terasest torude komplekt, mille kaudu voolab töötav gaas. Torusid soojendatakse erinevate vedelkütuste põletamiseks kohandatud põleti leegiga. Kuumutatud gaasist saadav soojus salvestatakse regeneraatorisse. Sellel seadmel on kõrge efektiivsuse saavutamiseks suur tähtsus. See täidab oma eesmärki, kui edastab umbes kolm korda rohkem soojust kui küttekehas ja protsess võtab aega vähem kui 0,001 sekundit. Lühidalt öeldes on tegemist kiiretoimelise soojusakumulaatoriga ning soojusülekande kiirus regeneraatori ja gaasi vahel on 30 000 kraadi sekundis. Regeneraator, mille kasutegur on 0,98 ühikut, koosneb silindrilisest korpusest, milles on järjestikku paigutatud mitu seibi, mis on valmistatud traatkeermest (traadi läbimõõt 0,2 mm). Et vältida soojuse kandumist külmikusse, paigaldatakse nende seadmete vahele soojusisolatsioonihülss. Lõpuks on olemas jahuti. See on kavandatud torujuhtme veesärgina.
Stirlingi võimsust reguleeritakse töögaasi rõhu muutmisega. Selleks on mootor varustatud gaasiballooni ja spetsiaalse kompressoriga.

Eelised ja miinused

Et hinnata "stirlingi" kasutamise väljavaateid autodel, analüüsime selle eeliseid ja puudusi. Alustame ühest kõige olulisemast soojusmootor parameetrid, niinimetatud teoreetiline efektiivsus "Stirlingi" puhul määratakse see järgmise valemiga:

η = 1 - Tx / Tg

Kus η on efektiivsus, Tx on "külma" ruumala temperatuur ja Tg on "kuuma" ruumala temperatuur. Kvantitatiivselt on see "stirlingi" parameeter 0,50. See on oluliselt kõrgem kui parimatel gaasiturbiinidel, bensiini- ja diiselmootoritel, mille teoreetiline kasutegur on vastavalt 0,28; 0,30; 0,40.
Välispõlemismootorina. segamine "saab edasi töötada erinevad kütused: bensiin, petrooleum, diisel, gaasiline ja isegi tahke. Kütuse omadused nagu tsetaan- ja oktaanarv, tuhasisaldus, keemistemperatuur põlemisel väljaspool mootori silindrit, ei oma “stirlingi” puhul tähtsust. Et see töötaks erinevatel kütustel, ei ole vaja suuri muudatusi teha – tuleb lihtsalt põleti välja vahetada.
Välispõlemismootor, milles põlemine on stabiilne ja pideva liigõhu suhtega 1,3. eraldub oluliselt vähem kui sisepõlemismootor, vingugaasi, süsivesinikke ja lämmastikoksiide.
"Stirlingi" madal müratase on seletatav madala tihendusastmega (1,3 kuni 1,5). Rõhk silindris tõuseb sujuvalt ja mitte plahvatuse teel, nagu bensiini või diiselmootor... Väljalasketorustikus gaasisamba kõikumiste puudumine määrab heitgaaside müratuse, mida kinnitavad Phillipsi koostöös Fordiga bussi jaoks välja töötatud mootori testid.
"Stirlingut" eristab madal õlikulu ja kõrge kulumiskindlus, mis on tingitud aktiivsete ainete puudumisest silindris ja töögaasi suhteliselt madalast temperatuurist ning selle töökindlus on kõrgem kui meile tuntud sisepõlemismootoritel, kuna sellel puudub keeruline gaasijaotusmehhanism.
Stirlingi kui automootori oluline eelis on selle suurem kohanemisvõime koormuse muutustega. See on näiteks 50 protsenti kõrgem kui karburaatormootoril, tänu millele saab käigukastis käikude arvu vähendada. Sidurist ja käigukastist on aga võimatu täielikult loobuda, nagu auruautos.
Miks pole aga selliste ilmsete eelistega mootor ikka veel praktilist rakendust leidnud? Põhjus on lihtne – sellel on veel palju lahendamata puudusi. Peamine neist on kontrolli ja reguleerimise suur keerukus. On ka teisi "riffe", millest ei ole nii projekteerijatel kui ka tootmistöötajatel nii lihtne liikuda.Eelkõige vajavad kolvid väga tõhusaid tihendeid, mis peavad taluma kõrget survet (kuni 200 kg / cm2) ja takistama õli sattumist tööõõnsusse. . Igal juhul ei ole Phillipsi 25-aastane töö mootori peenhäälestamisel veel suutnud seda autodes massiliseks kasutamiseks sobivaks muuta. Vähetähtis pole ka “stirlingi” iseloomulik tunnus – vajadus eemaldada jahutusveega suur hulk soojust. Sisepõlemismootorites eraldub koos heitgaasidega märkimisväärne osa soojusest atmosfääri. “Naelates” läheb heitgaasi vaid 9 protsenti kütuse põlemisel tekkivast soojusest. Kui sisse bensiini mootor sisepõlemine jahutusveega eemaldab 20-25 protsenti soojusest, seejärel "stirlingis" - kuni 50 protsenti. See tähendab, et sellise mootoriga autol peab radiaator olema umbes 2-2,5 korda suurem kui sarnasel bensiinimootoril. "Stirlingu" puuduseks on selle suur erikaal võrreldes tavalise sisepõlemismootoriga. Teine üsna oluline puudus on kiiruse suurendamise raskus: juba 3600 p / min suurenevad hüdraulilised kaod oluliselt ja soojusülekanne halveneb. Ja lõpuks. "Stiil" on madalam tavaline mootor sisepõlemine gaasipedaali reaktsioonis.
Töö autode stiilide loomise ja täiustamise kallal, sealhulgas sõiduautod, jätka. Võib arvata, et praeguseks on põhimõttelised küsimused lahendatud. Siiski on veel palju tööd teha. Kergsulamite kasutamine võib vähendada mootori erikaalu, kuid see on siiski suurem. kui sisepõlemismootori oma, töögaasi kõrgema rõhu tõttu. Tõenäoliselt leiab välispõlemismootor rakendust eeskätt veoautod, eriti sõjavägi – vähese kütusenõudluse tõttu.

Stirlingi mootor, mille tööpõhimõte erineb kvalitatiivselt kõikidel sisepõlemismootoritel tavapärasest, pakkus kunagi viimastele väärilist konkurentsi. Kuid nad unustasid ta mõneks ajaks. Kuidas seda mootorit tänapäeval kasutatakse, milline on selle tööpõhimõte (artiklist leiate ka Stirlingi mootori joonised, mis näitavad selgelt selle tööd) ja millised on selle kasutamise võimalused tulevikus, lugege allpool.

Ajalugu

1816. aastal Šotimaal patenteeris Robert Stirling selle nime tänapäeval selle leiutaja järgi. Esimesed kuumaõhumootorid leiutati enne teda. Kuid Stirling lisas seadmele puhasti, mida tehnilises kirjanduses nimetatakse regeneraatoriks ehk soojusvahetiks. Tänu temale suurenes mootori jõudlus, hoides seadet soojas.

Mootorit tunnistati sel ajal kõige vastupidavamaks saadaolevaks aurumasinaks, kuna see ei plahvatanud kunagi. Enne teda tekkis see probleem teistel mootoritel sageli. Vaatamata kiirele edule 20. sajandi alguses loobuti selle arendamisest, kuna see muutus vähem ökonoomseks kui teised siis ilmunud sisepõlemismootorid ja elektrimootorid. Siiski jätkati Stirlingi kasutamist mõnes tööstuses.

Välispõlemismootor

Kõigi soojusmootorite tööpõhimõte seisneb selles, et paisutatud olekus gaasi saamiseks on vaja suuremaid mehaanilisi jõude kui külma kokkusurumisel. Selle demonstreerimiseks võib läbi viia katse kahe kuuma ja külma veega täidetud poti ning pudeliga. Viimane kastetakse külma vette, suletakse korgiga, seejärel viiakse kuuma vette. See paneb pudelis oleva gaasi tegema mehaanilist tööd ja lükkab korgi välja. Esimene välispõlemismootor tugines täielikult sellele protsessile. Tõsi, hiljem mõistis leiutaja, et osa soojusest saab kasutada kütteks. Seega on tootlikkus oluliselt kasvanud. Kuid isegi see ei aidanud mootoril laialdaselt levida.

Hiljem täiustas Rootsist pärit insener Erickson konstruktsiooni, tehes ettepaneku jahutada ja soojendada gaasi mahu asemel konstantsel rõhul. Selle tulemusena hakati paljusid eksemplare kasutama kaevandustes, laevadel ja trükikodades töötamiseks. Meeskondade jaoks osutusid need aga liiga raskeks.

Philipsi välispõlemismootorid

Selliseid mootoreid on järgmist tüüpi:

• aur;
• auruturbiin;
• Stirling.

Viimast tüüpi ei välja töötatud madala töökindluse tõttu ja ülejäänud ei ole teiste ilmunud seadmetüüpidega võrreldes kõrgeimad näitajad. Philips jätkas aga tegevust 1938. aastal. Mootoreid hakati kasutama generaatorite juhtimiseks elektrifitseerimata piirkondades. 1945. aastal leidsid firma insenerid neile vastupidise kasutuse: kui võlli pöörleb elektrimootor, siis silindripea jahutus ulatub miinussaja üheksakümne kraadini. Seejärel otsustati külmutusseadmetes kasutada täiustatud Stirlingi mootorit.

Toimimispõhimõte

Mootori ülesanne on töötada termodünaamilistes tsüklites, kus erinevatel temperatuuridel toimub kokkusurumine ja paisumine. Sel juhul realiseerub töövedeliku voolu reguleerimine muutuva mahu (või rõhu tõttu - sõltuvalt mudelist). See on enamiku nende masinate tööpõhimõte, millel võivad olla erinevad funktsioonid ja disainiskeemid. Mootorid võivad olla kolb- või pöörlevad. Masinad koos oma paigaldusega töötavad soojuspumpade, külmikute, rõhugeneraatoritena ja nii edasi.

Lisaks on avatud tsükliga mootoreid, kus voolu reguleerimine toimub ventiilide abil. Neid nimetatakse Ericksoni mootoriteks, välja arvatud üldnimetus Stirling. Sisepõlemismootoris tehakse kasulikku tööd pärast õhu esialgset kokkusurumist, kütuse sissepritse, saadud segu kuumutamist, mis on segatud põlemise ja paisumisega.

Stirlingi mootoril on sama tööpõhimõte: madalatel temperatuuridel toimub kokkusurumine ja kõrgetel temperatuuridel paisumine. Kuid kütmine toimub erineval viisil: soojust tarnitakse läbi silindri seina väljastpoolt. Seetõttu sai ta välispõlemismootori nime. Stirling kasutas perioodilist temperatuurimuutust nihkekolviga. Viimane liigutab gaasi ühest silindri õõnsusest teise. Ühelt poolt on temperatuur pidevalt madal, teisalt aga kõrge. Kui kolb liigub üles, liigub gaas kuumast külma õõnsusse ja allapoole naaseb kuuma poole. Esiteks annab gaas külmikusse palju soojust ja seejärel saab ta küttekehast sama palju soojust kui andis. Küttekeha ja külmiku vahele asetatakse regeneraator - õõnsus, mis on täidetud materjaliga, millele gaas soojust eraldab. Pöördvoolu korral tagastab regeneraator selle tagasi.

Nihutussüsteem on ühendatud töötava kolviga, mis surub külma ilmaga gaasi kokku ja võimaldab soojas paisuda. Kasulik töö tehakse kokkupressimisega madalamal temperatuuril. Kogu süsteem läbib neli tsüklit vahelduvate liigutustega. Väntmehhanism tagab seega järjepidevuse. Seetõttu ei täheldata tsükli etappide vahel teravaid piire ja Stirling ei vähene.

Kõike eelnevat arvesse võttes viitab järeldus sellele, et antud mootori puhul on tegemist välise soojusvarustusega kolbmasinaga, kus töövedelik ei välju kinnisest ruumist ega asendata. Stirlingi mootori joonised illustreerivad hästi seadet ja selle tööpõhimõtet.

Töö üksikasjad

Päike, elekter, tuumaenergia või mis tahes muu soojusallikas võivad Stirlingi mootorit energiaga varustada. Tema keha põhimõte on kasutada heeliumi, vesinikku või õhku. Ideaalsel tsüklil on maksimaalne võimalik termiline efektiivsus kolmkümmend kuni nelikümmend protsenti. Kuid tõhusa regeneraatoriga suudab see töötada rohkemaga kõrge efektiivsusega... Taastamist, kütmist ja jahutamist tagavad sisseehitatud õlivabad soojusvahetid. Tuleb märkida, et mootor vajab väga vähe määrimist. Silindri keskmine rõhk on tavaliselt 10–20 MPa. Seetõttu on siin vaja suurepärast tihendussüsteemi ja õli töökambritesse viimise võimalust.

Võrdlevad omadused

Enamik tänapäeval kasutatavaid seda tüüpi mootoreid kasutavad vedelkütuseid. Pidevat rõhku on lihtne kontrollida, mis aitab vähendada heitgaase. Ventiilide puudumine tagab vaikse töö. Võimsus ja kaalu suhe on võrreldav turboülelaaduriga mootoritega ning võimsuse ja kaalu suhe on selline diiselseade... Kiirus ja pöördemoment on üksteisest sõltumatud.

Mootori tootmiskulud on palju kõrgemad kui sisepõlemismootoril. Kuid töö ajal saadakse vastupidine indikaator.

Eelised

Igal Stirlingi mootori mudelil on palju eeliseid:

• Kaasaegse disaini efektiivsus võib ulatuda kuni seitsmekümne protsendini.
• Mootoris pole süsteemi kõrgepinge süüde, nukkvõll ja ventiilid. Seda ei ole vaja kogu kasutusaja jooksul reguleerida.
• Stirlingsis pole sellist plahvatust nagu sisepõlemismootoris, mis koormab tugevalt väntvõlli, laagreid ja kepsu.
• Neil pole seda mõju, kui nad ütlevad, et "mootor on seiskunud".
• Seadme lihtsuse tõttu saab seda pikka aega kasutada.
• See võib töötada nii puidul kui ka tuuma- ja mis tahes muu kütusega.
• Põlemine toimub väljaspool mootorit.

miinused

Rakendus

Praegu kasutatakse paljudes valdkondades Stirlingi mootorit koos generaatoriga. See on mitmekülgne elektrienergia allikas külmikutes, pumpades, allveelaevades ja päikeseelektrijaamades. See on tänu rakendusele erinevat laadi kütus on selle laialdase kasutamise võimalus.

Taaselustamine

Tänu Philipsile on need mootorid taas välja töötatud. Kahekümnenda sajandi keskel sõlmis General Motors temaga lepingu. Ta juhtis Stirlingi kosmose- ja veealustes seadmetes, laevades ja autodes kasutamise väljatöötamist. Pärast neid hakkas nende arendusega tegelema ka teine ​​Rootsi firma United Stirling

Täna lineaarne mootor Stirlingut kasutatakse allvee-, kosmose- ja päikesesõidukite paigaldustes. Suur huvi selle vastu on tingitud keskkonnaseisundi halvenemise küsimuste asjakohasusest, aga ka võitlusest müraga. Kanadas ja USA-s, Saksamaal ja Prantsusmaal, aga ka Jaapanis otsitakse aktiivselt selle kasutamise arendamiseks ja täiustamiseks.

Tulevik

Kolvi ja Stirlingi selged eelised, mis seisnevad pikas kasutuseas, erinevate kütuste kasutamises, müratuses ja madalas toksilisuses, muudavad selle sisepõlemismootori taustal väga paljulubavaks. Arvestades aga asjaolu, et sisepõlemismootorit on kogu aja jooksul täiustatud, ei saa seda lihtsalt nihutada. Nii või teisiti on just selline mootor, mis täna hõivab liidripositsiooni ega kavatse seda lähitulevikus üle anda.