Сторінка
2

Двигун зовнішнього згорання - двигун Стірлінга

Двигун Стірлінга з витіснювачем

Замість використання двох поршнів, цей тип двигунів має один поршень і витіснювач. Витіснювач керує переміщенням газу між охолоджуваною і частинами двигуна, який нагрівається. Цей тип двигунів найчастіше використовують при демонстраціях.

Цей двигун може працювати навіть від тепла людської руки.

Для роботи двигун потребує тільки різницю температур між верхньою і нижньою частинами великого циліндра. У цьому випадку тепла долоня знизу й охолодження повітрям зверху цілком достатньо.

На вищенаведеній схемі є два поршні:

1. Робочий поршень - менший з поршнів у верхній частині двигуна. Цей поршень щільно прилягає до стінок циліндра і рухається, коли газ усередині розширюється, під його тиском.

2. Витіснювач - більший з поршнів на схемі. Він вільно ходить у циліндрі, так що газ може легко переходити між охолоджуваною і частинами циліндра, що нагрівається, коли поршень рухається нагору і вниз.

Витіснювач рухається нагору і вниз і в такий спосіб керує процесом чи нагрівання охолодження газу. У нього дві основних позиції:

· Коли витіснювач поблизу верхньої частини більшого циліндра, основна частина газу нагрівається джерелом тепла і розширюється, роблячи тиск на малий поршень, що робить роботу, рухаючи нагору.

· Коли витіснювач поблизу нижньої частини більшого циліндра, основна частина газу прохолоджується і тиск падає, а робочому поршню легшає рухатися вниз і стискати газ.

Двигун повторює цикли нагрівання й охолодження газу, виділяючи енергію з розширення і стиску газу.

Тепер розглянемо двухпоршневий двигун Стірлінга.

Двохпоршневий двигун Стірлінга

У цьому двигуні один циліндр нагрівається, наприклад полум'ям, а іншої прохолоджується повітрям, для чого на ньому є ребра, що збільшують площу охолоджуваної поверхні і прискорюють процес охолодження. Шатуни від кожного з поршнів йдуть до невеликого диска, розміщеному на одній осі з маховиком. Це дозволяє поршням рухатися в ході тих частин циклу Стірлінга, коли не виробляється робота.

Вогонь постійно нагріває нижній циліндр.

1. У першій частині циклу зростаюче тиск газу змушує поршень рухатися вліво, роблячи роботу. Охолоджуваний поршень залишається майже нерухомим, тому що він знаходиться поблизу крапки зміни напрямку руху (мертвої крапки).

2. На наступному етапі обидва поршні рухаються. Поршень у циліндрі, що нагрівається

3. рухається вправо, а поршень в охолоджуваному рухається нагору. Цей рух змушує газ перетікати через регенератор усередину охолоджуваного циліндра. Регенератор тимчасово зберігає тепло, для цього використовується дротяна сітка, через которую тече газ, віддаючи їй своє тепло. Велика площа поверхні сітки швидко поглинає основну кількість тепла,а залишок легше може бути відведений за допомогою ребер охолодження від верхнього циліндра.

4. Потім поршень в охолоджуваному циліндрі починає стискати газ. При цьому виділяється тепло, що поглинається охолодними ребрами циліндра.

5. У заключній фазі циклу обидва поршні рухаються - охолоджений рухається вниз, а нагрітий вліво. При цьому газ проходить через регенератор у зворотному напрямку і віднімає від нього частина тепла, збереженого раніше, а потім попадає в циліндр, який нагрівається. Отут цикл починається знову.

Ймовірно хтось буде здивований тим, що двигуни Стірлінга практично не представлені на ринку. У наступній частині ми спробуємо розглянути деякі причини цього.

Чому двигуни Стірлінга так мало поширені?

Є декілька важливих характеристик, що роблять застосування двигунів Стірлінга непрактичним для багатьох застосувань, включаючи використання в автомобілях.

Те, що джерело тепла розташоване зовні, обумовлює повільне реагування двигуна на зміну теплового потоку, який підводиться до циліндра. Потрібен час на те, щоб стінка циліндра нагрілася сильніше або остудилася при зменшенні подачі тепла. А це означає що

• Двигун повинен якийсь час розігріватися до того, як він зможе почати робити роботу.
• Потужність двигуна не може швидко змінюватися.

Ці недоліки сильно утрудняють застосування двигуна Стірлінга там, де зараз використовуються двигуни внутрішнього згоряння. Однак застосування двигунів Стірлінга в гібридних автомобілях цілком можливо.