เครื่องยนต์สันดาปภายนอกแบบสเตอร์ลิง หลักการทำงานของเครื่องยนต์สันดาปภายนอก หลักการทำงานของเครื่องยนต์สันดาปภายนอก

1. บทนำ………………………………………………………………………3

2. ประวัติ……………………………………………………………………4

3. คำอธิบาย……………………………………………………………………………………………… 4

4. การกำหนดค่า…………………………………………………………………… 6

5. ข้อเสีย……………………………………………………………………….. 7

6. ข้อดี……………………………………………………………… 7

7. การสมัคร………………………………………………………………………………… 8

8. บทสรุป…………………………………………………………………… สิบเอ็ด

9. รายการอ้างอิง……………………………………………………….. 12

การแนะนำ

ในช่วงต้นศตวรรษที่ 21 มนุษยชาติมองไปสู่อนาคตด้วยการมองโลกในแง่ดี มีเหตุผลที่น่าสนใจที่สุดสำหรับเรื่องนี้ ความคิดทางวิทยาศาสตร์ไม่หยุดนิ่ง วันนี้เรานำเสนอการพัฒนาใหม่ๆ มากขึ้นเรื่อยๆ เทคโนโลยีที่ประหยัด เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และมีแนวโน้มที่จะเข้ามาในชีวิตของเราเพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ

ประการแรกเกี่ยวข้องกับการก่อสร้างเครื่องยนต์ทางเลือกและการใช้เชื้อเพลิงทางเลือกที่เรียกว่า "ใหม่" ได้แก่ ลม แสงอาทิตย์ น้ำ และแหล่งพลังงานอื่น ๆ

ต้องขอบคุณเครื่องยนต์ประเภทต่างๆ ที่ทำให้บุคคลได้รับพลังงาน แสง ความร้อน และข้อมูล เครื่องยนต์เป็นหัวใจที่เต้นทันเวลากับการพัฒนาของอารยธรรมสมัยใหม่ ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการเติบโตของการผลิตและลดระยะทาง เครื่องยนต์ทั่วไปในปัจจุบัน สันดาปภายในมี ทั้งบรรทัดข้อบกพร่อง: การทำงานมาพร้อมกับเสียง การสั่นสะเทือน ปล่อยก๊าซไอเสียที่เป็นอันตราย ซึ่งก่อให้เกิดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อมของเรา และใช้เชื้อเพลิงจำนวนมาก แต่ปัจจุบันมีทางเลือกอื่นสำหรับพวกเขาอยู่แล้ว เครื่องยนต์ประเภทที่ทำให้เกิดอันตรายน้อยที่สุดคือเครื่องยนต์สเตอร์ลิง พวกมันทำงานในวงจรปิด โดยไม่มีการระเบิดเล็กๆ อย่างต่อเนื่องในกระบอกสูบทำงาน โดยแทบไม่มีการปล่อยมลพิษ ก๊าซที่เป็นอันตรายและต้องใช้เชื้อเพลิงน้อยกว่ามาก

คิดค้นมานานก่อนเครื่องยนต์สันดาปภายในและดีเซล เครื่องยนต์สเตอร์ลิงถูกลืมไปอย่างไม่สมควร

การฟื้นตัวของความสนใจในเครื่องยนต์สเตอร์ลิงมักจะเกี่ยวข้องกับกิจกรรมของฟิลิปส์ งานเกี่ยวกับการออกแบบเครื่องยนต์สเตอร์ลิงกำลังขนาดเล็กเริ่มต้นที่บริษัทในช่วงกลางทศวรรษที่ 30 ของศตวรรษที่ยี่สิบ เป้าหมายของงานคือการสร้างเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดเล็กที่มีเสียงรบกวนต่ำและไดรฟ์ความร้อนเพื่อจ่ายพลังงานให้กับอุปกรณ์วิทยุในพื้นที่ต่างๆ ของโลกโดยไม่ต้องใช้แหล่งจ่ายไฟปกติ ในปี พ.ศ.2501 บริษัท เจนเนอรัลมอเตอร์สได้ทำข้อตกลงใบอนุญาตกับ Philips และความร่วมมือของพวกเขาดำเนินต่อไปจนถึงปี 1970 การพัฒนามุ่งเน้นไปที่การใช้เครื่องยนต์สเตอร์ลิงสำหรับโรงไฟฟ้าในอวกาศและใต้น้ำ รถยนต์ และเรือ รวมถึงระบบจ่ายไฟแบบอยู่กับที่ บริษัท United Stirling ของสวีเดน ซึ่งมุ่งเน้นความพยายามในด้านเครื่องยนต์สำหรับยานยนต์ที่ใช้งานหนักเป็นหลัก ได้ขยายความสนใจไปยังด้านเครื่องยนต์สำหรับรถยนต์นั่งส่วนบุคคล ความสนใจอย่างแท้จริงในเครื่องยนต์สเตอร์ลิงได้รับการฟื้นฟูเฉพาะในช่วงที่เรียกว่า "วิกฤตพลังงาน" เท่านั้น ตอนนั้นเองที่ความสามารถที่เป็นไปได้ของเครื่องยนต์นี้ที่เกี่ยวข้องกับการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงเหลวแบบธรรมดานั้นดูน่าดึงดูดเป็นพิเศษซึ่งดูเหมือนสำคัญมากเมื่อเกี่ยวข้องกับราคาเชื้อเพลิงที่สูงขึ้น

เรื่องราว

เครื่องยนต์สเตอร์ลิงได้รับการจดสิทธิบัตรครั้งแรกโดยนักบวชชาวสก็อตแลนด์ โรเบิร์ต สเตอร์ลิง เมื่อวันที่ 27 กันยายน พ.ศ. 2359 (สิทธิบัตรภาษาอังกฤษ เลขที่ 4081) อย่างไรก็ตาม "เครื่องยนต์ลมร้อน" ขั้นพื้นฐานเครื่องแรกเป็นที่รู้จักเมื่อปลายศตวรรษที่ 17 ก่อนสเตอร์ลิงเป็นเวลานาน ความสำเร็จของสเตอร์ลิงคือการเพิ่มเครื่องกรอง ซึ่งเขาเรียกว่า "เศรษฐกิจ" ในวรรณกรรมทางวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ เครื่องฟอกนี้เรียกว่า “เครื่องสร้างใหม่” (เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน) ช่วยเพิ่มสมรรถนะของเครื่องยนต์โดยกักเก็บความร้อนไว้ในส่วนอุ่นของเครื่องยนต์ในขณะที่ของเหลวทำงานเย็นตัวลง กระบวนการนี้ช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของระบบอย่างมาก ในปี 1843 James Stirling ใช้เครื่องยนต์นี้ในโรงงานที่เขาทำงานเป็นวิศวกรในขณะนั้น ในปี พ.ศ. 2481 ฟิลิปส์ได้ลงทุนในเครื่องยนต์สเตอร์ลิงซึ่งมีความจุมากกว่าสองร้อยเครื่อง พลังม้าและผลตอบแทนมากกว่า 30% เครื่องยนต์สเตอร์ลิงมีข้อดีหลายประการและมีการใช้อย่างแพร่หลายในยุคของเครื่องจักรไอน้ำ

คำอธิบาย

เครื่องยนต์ของสเตอร์ลิง- เครื่องยนต์ความร้อนซึ่งของไหลทำงานที่เป็นของเหลวหรือก๊าซเคลื่อนที่ในปริมาตรปิดซึ่งเป็นเครื่องยนต์สันดาปภายนอกประเภทหนึ่ง มันขึ้นอยู่กับการให้ความร้อนและความเย็นเป็นระยะของของไหลทำงานด้วยการสกัดพลังงานจากการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในปริมาตรของของไหลทำงาน สามารถทำงานได้ไม่เพียงแต่จากการเผาไหม้เชื้อเพลิงเท่านั้น แต่ยังมาจากแหล่งความร้อนอีกด้วย

ในศตวรรษที่ 19 วิศวกรต้องการสร้างทางเลือกที่ปลอดภัย เครื่องยนต์ไอน้ำซึ่งหม้อต้มมักระเบิดเนื่องจากแรงดันไอน้ำสูงและวัสดุที่ไม่เหมาะสมในการก่อสร้าง ทางเลือกที่ดี เครื่องยนต์ไอน้ำปรากฏขึ้นพร้อมกับการสร้างเครื่องยนต์สเตอร์ลิงซึ่งสามารถแปลงความแตกต่างของอุณหภูมิให้เป็นงานได้ หลักการพื้นฐานของการทำงานของเครื่องยนต์สเตอร์ลิงคือการสลับการให้ความร้อนและความเย็นของของไหลทำงานในกระบอกสูบปิดอย่างต่อเนื่อง โดยปกติแล้วของไหลทำงานคืออากาศ แต่ใช้ไฮโดรเจนและฮีเลียมด้วย ฟรีออน ไนโตรเจนไดออกไซด์ โพรเพนบิวเทนเหลว และน้ำ ได้รับการทดสอบในตัวอย่างทดลองจำนวนหนึ่ง ในกรณีหลัง น้ำยังคงอยู่ในสถานะของเหลวในทุกส่วนของวงจรอุณหพลศาสตร์ ลักษณะเฉพาะของการกวนกับของไหลทำงานที่เป็นของเหลวคือขนาดที่เล็ก กำลังจำเพาะสูง และแรงกดดันในการทำงานสูง นอกจากนี้ยังมีสเตอร์ลิงพร้อมของไหลทำงานสองเฟส นอกจากนี้ยังมีลักษณะเฉพาะด้วยความหนาแน่นของกำลังสูงและแรงดันใช้งานสูง

จากอุณหพลศาสตร์เป็นที่ทราบกันว่าความดัน อุณหภูมิ และปริมาตรของก๊าซมีความสัมพันธ์กันและเป็นไปตามกฎของก๊าซในอุดมคติ

• P - แรงดันแก๊ส
• V - ปริมาณก๊าซ
• n คือจำนวนโมลของก๊าซ
• R คือค่าคงที่ของก๊าซสากล
• T คืออุณหภูมิของก๊าซในเคลวิน

ซึ่งหมายความว่าเมื่อแก๊สถูกให้ความร้อน ปริมาตรของมันจะเพิ่มขึ้น และเมื่อมันเย็นลง ก็จะลดลง คุณสมบัติของก๊าซนี้รองรับการทำงานของเครื่องยนต์สเตอร์ลิง

เครื่องยนต์สเตอร์ลิงใช้วัฏจักรสเตอร์ลิงซึ่งไม่ได้ด้อยกว่าในด้านประสิทธิภาพทางอุณหพลศาสตร์กับวัฏจักรคาร์โนต์ และยังมีข้อได้เปรียบอีกด้วย ความจริงก็คือวัฏจักรคาร์โนต์ประกอบด้วยไอโซเทอร์มและอะเดียแบตที่แตกต่างกันเพียงเล็กน้อย การนำวัฏจักรนี้ไปใช้ในทางปฏิบัตินั้นไม่มีท่าว่าจะดี วัฏจักรสเตอร์ลิงทำให้ได้เครื่องยนต์ที่ใช้งานได้จริงในขนาดที่ยอมรับได้

วัฏจักรสเตอร์ลิงประกอบด้วยสี่ขั้นตอนและแบ่งออกเป็นสองขั้นตอนการเปลี่ยนแปลง: การทำความร้อน การขยายตัว การเปลี่ยนไปสู่แหล่งความเย็น การทำความเย็น การบีบอัด และการเปลี่ยนไปสู่แหล่งความร้อน ดังนั้นเมื่อเคลื่อนที่จากแหล่งอุ่นไปยังแหล่งเย็น ก๊าซในกระบอกสูบจะขยายและหดตัว ความแตกต่างของปริมาตรก๊าซสามารถแปลงเป็นงานได้ ซึ่งเป็นสิ่งที่เครื่องยนต์สเตอร์ลิงทำ รอบการทำงานของเครื่องยนต์สเตอร์ลิงชนิดเบต้า:

1

2

3

4

โดยที่: a - ลูกสูบดิสเพลสเมนต์; b - ลูกสูบทำงาน; ค - มู่เล่; d - ไฟ (บริเวณทำความร้อน); e - ครีบระบายความร้อน (บริเวณทำความเย็น)

1. แหล่งความร้อนภายนอกจะทำให้ก๊าซร้อนที่ด้านล่างของกระบอกแลกเปลี่ยนความร้อน แรงดันที่สร้างขึ้นจะดันลูกสูบดิสเพลสเมนต์ขึ้นด้านบน (โปรดทราบว่าลูกสูบดิสเพลสเมนต์ไม่พอดีกับผนัง)
2. มู่เล่จะดันลูกสูบดิสเพลสเมนต์ลง เพื่อเคลื่อนอากาศร้อนจากด้านล่างเข้าสู่ห้องทำความเย็น
3. อากาศเย็นลงและหดตัว ลูกสูบจะเคลื่อนตัวลง
4. ลูกสูบดิสเพลสเมนต์จะลอยขึ้นด้านบน จึงเคลื่อนอากาศเย็นไปที่ส่วนล่าง และวงจรจะเกิดซ้ำ

ในเครื่องสเตอร์ลิง การเคลื่อนที่ของลูกสูบทำงานจะเลื่อนไป 90° สัมพันธ์กับการเคลื่อนที่ของลูกสูบดิสเพลสเซอร์ เครื่องจักรอาจเป็นเครื่องยนต์หรือปั๊มความร้อนก็ได้ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับสัญญาณของการเปลี่ยนแปลงนี้ ที่กะที่ 0 เครื่องจักรจะไม่สร้างงานใดๆ (ยกเว้นการสูญเสียความเสียดทาน) และไม่สร้างงานใดๆ

เบต้า สเตอร์ลิง- มีเพียงกระบอกเดียวเท่านั้น ร้อนที่ปลายด้านหนึ่ง และเย็นอีกด้านหนึ่ง ลูกสูบ (ซึ่งกำลังถูกถอดออก) และ "ตัวแทนที่" เคลื่อนที่ภายในกระบอกสูบ โดยเปลี่ยนปริมาตรของช่องร้อน ก๊าซถูกสูบจากส่วนที่เย็นของกระบอกสูบไปยังส่วนที่ร้อนผ่านรีเจนเนอเรเตอร์ รีเจนเนอเรเตอร์อาจเป็นภายนอก เป็นส่วนหนึ่งของตัวแลกเปลี่ยนความร้อน หรือรวมกับลูกสูบดิสเพลสเซอร์

แกมมา-สเตอร์ลิง- นอกจากนี้ยังมีลูกสูบและ "ดิสเพลสเซอร์" แต่ในเวลาเดียวกันก็มีสองกระบอกสูบ - อันหนึ่งเย็น (ลูกสูบเคลื่อนที่ไปที่นั่นซึ่งกำลังถูกถอดออก) และอันที่สองร้อนที่ปลายด้านหนึ่งและเย็นที่ปลายด้านหนึ่ง อีกอัน ("ผู้แทนที่" ย้ายไปที่นั่น) รีเจนเนอเรเตอร์จะเชื่อมต่อส่วนที่ร้อนของกระบอกสูบที่สองกับส่วนที่เย็น และในเวลาเดียวกันกับกระบอกสูบแรก (เย็น)

หลักการพื้นฐานของการทำงานของเครื่องยนต์สเตอร์ลิงคือการสลับการให้ความร้อนและความเย็นของของไหลทำงานในกระบอกสูบปิดอย่างต่อเนื่อง โดยปกติแล้วของไหลทำงานคืออากาศ แต่ใช้ไฮโดรเจนและฮีเลียมด้วย

วงจรการทำงานของเครื่องยนต์สเตอร์ลิงประกอบด้วยสี่เฟสและแบ่งออกเป็นสองขั้นตอนการเปลี่ยนแปลง ได้แก่ การทำความร้อน การขยายตัว การเปลี่ยนไปใช้แหล่งความเย็น การทำความเย็น การบีบอัด และการเปลี่ยนไปเป็นแหล่งความร้อน ดังนั้นเมื่อเคลื่อนที่จากแหล่งอุ่นไปยังแหล่งเย็น ก๊าซในกระบอกสูบจะขยายและหดตัว ในขณะเดียวกันความกดดันก็เปลี่ยนไปเนื่องจากสามารถรับงานที่เป็นประโยชน์ได้ เนื่องจากการอธิบายทางทฤษฎีเป็นเรื่องของผู้เชี่ยวชาญ บางครั้งการฟังคำอธิบายเหล่านี้ก็อาจเป็นเรื่องที่น่าเบื่อ ดังนั้น เรามาดูการสาธิตการทำงานของเครื่องยนต์สเตอร์ลิงกันดีกว่า

เครื่องยนต์สเตอร์ลิงทำงานอย่างไร?
1.แหล่งความร้อนภายนอกจะทำให้ก๊าซร้อนที่ด้านล่างของกระบอกแลกเปลี่ยนความร้อน แรงดันที่สร้างขึ้นจะดันลูกสูบที่ทำงานขึ้น
2. มู่เล่จะดันลูกสูบดิสเพลสเมนต์ลง เพื่อเคลื่อนอากาศร้อนจากด้านล่างไปยังห้องทำความเย็น
3. อากาศเย็นลงและบีบอัด ลูกสูบทำงานจะเลื่อนลง
4. ลูกสูบดิสเพลสเมนต์จะเพิ่มขึ้นซึ่งจะเคลื่อนอากาศเย็นไปที่ส่วนล่าง และวงจรจะเกิดซ้ำ

ในเครื่องสเตอร์ลิง การเคลื่อนที่ของลูกสูบทำงานจะเลื่อนไป 90 องศาสัมพันธ์กับการเคลื่อนที่ของลูกสูบดิสเพลสเซอร์ เครื่องจักรอาจเป็นเครื่องยนต์หรือปั๊มความร้อนก็ได้ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับสัญญาณของการเปลี่ยนแปลงนี้ ที่การเปลี่ยนแปลง 0 องศา เครื่องจักรจะไม่สร้างงานใดๆ (ยกเว้นการสูญเสียความเสียดทาน) และจะไม่สร้างงานนั้น

อีกหนึ่งสิ่งประดิษฐ์ของสเตอร์ลิงซึ่งเพิ่มขึ้น ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์กลายเป็นรีเจนเนอเรเตอร์ซึ่งเป็นห้องที่เต็มไปด้วยลวด เม็ดเล็ก กระดาษฟอยล์ลูกฟูกเพื่อปรับปรุงการถ่ายเทความร้อนของก๊าซที่ไหลผ่าน (ในรูป รีเจนเนอเรเตอร์ถูกแทนที่ด้วยครีบหม้อน้ำระบายความร้อน)

ในปี 1843 James Stirling ใช้เครื่องยนต์นี้ในโรงงานที่เขาทำงานเป็นวิศวกรในขณะนั้น ในปี 1938 Philips ลงทุนในเครื่องยนต์สเตอร์ลิงที่มีกำลังมากกว่า 200 แรงม้าและมีประสิทธิภาพมากกว่า 30%

ข้อดีของเครื่องยนต์สเตอร์ลิง:

1. กินไม่เลือก คุณสามารถใช้เชื้อเพลิงใดก็ได้สิ่งสำคัญคือการสร้างความแตกต่างของอุณหภูมิ
2. เสียงรบกวนต่ำ เนื่องจากงานจะขึ้นอยู่กับแรงดันตกคร่อม ของไหลทำงานและไม่ได้เกิดจากการจุดระเบิดของส่วนผสม เสียงเมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องยนต์สันดาปภายในจึงลดลงอย่างมาก
3. การออกแบบที่เรียบง่าย จึงมีความปลอดภัยสูง

อย่างไรก็ตาม ในกรณีส่วนใหญ่ข้อดีทั้งหมดเหล่านี้จะถูกขีดฆ่าด้วยข้อเสียใหญ่สองประการ:

1. ขนาดใหญ่ สารทำงานจะต้องได้รับการระบายความร้อน ซึ่งจะทำให้น้ำหนักและขนาดเพิ่มขึ้นอย่างมากเนื่องจากหม้อน้ำที่ขยายใหญ่ขึ้น
2. ประสิทธิภาพต่ำ ความร้อนไม่ได้ถูกส่งไปยังของเหลวทำงานโดยตรง แต่ผ่านผนังของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเท่านั้น ดังนั้น การสูญเสียประสิทธิภาพจึงมีมาก

ด้วยการพัฒนาเครื่องยนต์สันดาปภายใน เครื่องยนต์สเตอร์ลิงได้ก้าว...ไม่ ไม่ใช่ในอดีต แต่เข้าสู่เงามืด มันถูกใช้เป็นหน่วยพลังงานเสริมบนเรือดำน้ำในปั๊มความร้อนที่โรงไฟฟ้าพลังความร้อนได้สำเร็จในฐานะตัวแปลงพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานความร้อนใต้พิภพเป็นไฟฟ้าและมีความเกี่ยวข้องกับโครงการอวกาศเพื่อสร้างหน่วยพลังงานที่ทำงานด้วยเชื้อเพลิงไอโซโทปรังสี (การสลายกัมมันตภาพรังสีเกิดขึ้นพร้อมกับการปล่อย อุณหภูมิใครไม่รู้) ใครจะรู้ สักวันหนึ่งเครื่องยนต์สเตอร์ลิงอาจมีอนาคตที่ดี!

ปัญหาระดับโลกที่รุนแรงขึ้นซึ่งจำเป็นต้องมีการแก้ไขอย่างเร่งด่วน (การขาดแคลนทรัพยากรธรรมชาติ มลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม ฯลฯ ) นำไปสู่ความจำเป็นที่จะต้องนำกฎหมายระหว่างประเทศและรัสเซียจำนวนหนึ่งมาใช้ในด้านนิเวศวิทยา การจัดการสิ่งแวดล้อม และ การประหยัดพลังงาน. ข้อกำหนดหลักของกฎหมายเหล่านี้มุ่งเป้าไปที่การลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ การอนุรักษ์ทรัพยากรและพลังงาน การแปลงยานพาหนะเป็นเชื้อเพลิงที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ฯลฯ

หนึ่งในวิธีที่มีแนวโน้มในการแก้ปัญหาเหล่านี้คือการพัฒนาและการใช้งานระบบแปลงพลังงานที่ใช้เครื่องยนต์สเตอร์ลิง (เครื่องจักร) อย่างแพร่หลาย หลักการทำงานของเครื่องยนต์ดังกล่าวถูกเสนอในปี พ.ศ. 2359 โดยชาวสก็อตโรเบิร์ตสเตอร์ลิง เหล่านี้เป็นเครื่องจักรที่ทำงานในวงจรอุณหพลศาสตร์แบบปิดซึ่งกระบวนการบีบอัดและการขยายตัวแบบวงจรเกิดขึ้นในระดับอุณหภูมิที่แตกต่างกันและการไหลของของไหลทำงานจะถูกควบคุมโดยการเปลี่ยนปริมาตร

เครื่องยนต์สเตอร์ลิงเป็นเครื่องยนต์ความร้อนที่มีลักษณะเฉพาะเนื่องจากมีกำลังทางทฤษฎีเท่ากับ กำลังสูงสุดเครื่องยนต์ความร้อน (วัฏจักรคาร์โนต์) มันทำงานได้เนื่องจาก การขยายตัวทางความร้อนก๊าซ ตามด้วยการบีบอัดของก๊าซในขณะที่เย็นตัวลง เครื่องยนต์ประกอบด้วยก๊าซใช้งานในปริมาณคงที่ ซึ่งเคลื่อนที่ระหว่างส่วน "เย็น" (โดยปกติจะเป็นอุณหภูมิแวดล้อม) และส่วน "ร้อน" ซึ่งได้รับการให้ความร้อนจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงต่างๆ หรือแหล่งความร้อนอื่นๆ การทำความร้อนจะดำเนินการจากภายนอก ดังนั้นเครื่องยนต์สเตอร์ลิงจึงจัดเป็นเครื่องยนต์สันดาปภายนอก (ECE) เนื่องจากเมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องยนต์สันดาปภายใน ในเครื่องยนต์สเตอร์ลิง กระบวนการเผาไหม้เกิดขึ้นนอกกระบอกสูบทำงานและดำเนินต่อไปในภาวะสมดุล วงจรการทำงานจะเกิดขึ้นในวงจรภายในแบบปิดที่อัตราความดันที่เพิ่มขึ้นในกระบอกสูบเครื่องยนต์ค่อนข้างต่ำ ความราบรื่น ลักษณะของกระบวนการความร้อน - ไฮดรอลิกของของไหลในวงจรภายในและในกรณีที่ไม่มีวาล์วกลไกการกระจายก๊าซ

ควรสังเกตว่าการผลิตเครื่องยนต์สเตอร์ลิงได้เริ่มต้นแล้วในต่างประเทศ ข้อมูลจำเพาะซึ่งเหนือกว่าเครื่องยนต์สันดาปภายในและ หน่วยกังหันก๊าซ(จีทียู) ดังนั้นเครื่องยนต์สเตอร์ลิงจาก Philips, STM Inc., เดมเลอร์ เบนซ์, "Solo", "United Stirling" ที่มีกำลังตั้งแต่ 5 ถึง 1200 kW มีประสิทธิภาพ มากกว่า 42% อายุการใช้งานมากกว่า 40,000 ชั่วโมง และความถ่วงจำเพาะตั้งแต่ 1.2 ถึง 3.8 กก./กิโลวัตต์

ในบทวิจารณ์ทั่วโลกเกี่ยวกับเทคโนโลยีการแปลงพลังงาน เครื่องยนต์สเตอร์ลิงถือเป็นเครื่องยนต์ที่มีแนวโน้มมากที่สุดในศตวรรษที่ 21 ระดับเสียงต่ำ ความเป็นพิษของก๊าซไอเสียต่ำ ความสามารถในการทำงานกับเชื้อเพลิงชนิดต่างๆ ทรัพยากรที่ดีลักษณะแรงบิดที่ดี - ทั้งหมดนี้ทำให้เครื่องยนต์สเตอร์ลิงแข่งขันได้มากขึ้นเมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องยนต์สันดาปภายใน

เครื่องยนต์สเตอร์ลิงสามารถใช้ได้ที่ไหน?

โรงไฟฟ้าอัตโนมัติที่ใช้เครื่องยนต์สเตอร์ลิง (เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสเตอร์ลิง) สามารถนำไปใช้ได้ในภูมิภาคของรัสเซียซึ่งไม่มีแหล่งพลังงานแบบดั้งเดิมอย่างน้ำมันและก๊าซ พีท ไม้ หินดินดาน ก๊าซชีวภาพ ถ่านหิน ขยะทางการเกษตร และของเสียจากอุตสาหกรรมแปรรูปไม้สามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงได้ ปัญหาการจัดหาพลังงานในหลายภูมิภาคจึงหมดไป

โรงไฟฟ้าดังกล่าวเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมเนื่องจากมีความเข้มข้น สารอันตรายในผลิตภัณฑ์ที่เผาไหม้นั้นมีขนาดที่ต่ำกว่าเกือบสองเท่า โรงไฟฟ้าดีเซล. ดังนั้นจึงสามารถติดตั้งเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบสเตอร์ลิงได้ใกล้กับผู้ใช้บริการ ซึ่งจะช่วยลดการสูญเสียในการส่งกระแสไฟฟ้า เครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาด 100 กิโลวัตต์สามารถจ่ายไฟฟ้าและความร้อนให้กับอะไรก็ได้ ท้องที่โดยมีประชากรมากกว่า 30-40 คน

โรงไฟฟ้าอัตโนมัติที่ใช้เครื่องยนต์สเตอร์ลิงจะพบกับการใช้งานอย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซของสหพันธรัฐรัสเซียในระหว่างการพัฒนาแหล่งพลังงานใหม่ (โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาวะทางเหนือสุดและหิ้งทะเลอาร์กติก ซึ่งจำเป็นต้องมีแหล่งจ่ายไฟจำนวนมากสำหรับ การสำรวจ การขุดเจาะ การเชื่อม และงานอื่นๆ) เชื้อเพลิงไม่บริสุทธิ์สามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงได้ที่นี่ ก๊าซธรรมชาติก๊าซปิโตรเลียมที่เกี่ยวข้องและก๊าซคอนเดนเสท

ขณะนี้ในสหพันธรัฐรัสเซียมีการสูญเสียมากถึง 10 พันล้านลูกบาศก์เมตรต่อปี m ของก๊าซที่เกี่ยวข้อง การรวบรวมเป็นเรื่องยากและมีราคาแพงไม่สามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงของเครื่องยนต์สำหรับเครื่องยนต์สันดาปภายในได้เนื่องจากองค์ประกอบเศษส่วนที่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลา เพื่อป้องกันไม่ให้ก๊าซสร้างมลภาวะต่อบรรยากาศ จึงต้องเผาแก๊สเพียงอย่างเดียว ในขณะเดียวกันการใช้เป็นเชื้อเพลิงมอเตอร์จะให้ผลทางเศรษฐกิจที่สำคัญ

ขอแนะนำให้ใช้โรงไฟฟ้าที่มีกำลังการผลิต 3-5 กิโลวัตต์ในระบบอัตโนมัติ การสื่อสาร และการป้องกันแคโทดบนท่อส่งก๊าซหลัก และอุปกรณ์ที่ทรงพลังกว่า (ตั้งแต่ 100 ถึง 1,000 กิโลวัตต์) มีไว้สำหรับจ่ายพลังงานและความร้อนให้กับค่ายหมุนเวียนขนาดใหญ่สำหรับคนงานก๊าซและน้ำมัน การติดตั้งที่มีกำลังมากกว่า 1,000 kW สามารถใช้ในสถานที่ขุดเจาะบนบกและนอกชายฝั่งในอุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซ

ปัญหาในการสร้างเครื่องยนต์ใหม่

เครื่องยนต์ที่เสนอโดย Robert Stirling เองนั้นมีลักษณะน้ำหนักและขนาดที่สำคัญและมีประสิทธิภาพต่ำ เนื่องจากความซับซ้อนของกระบวนการในเครื่องยนต์ซึ่งสัมพันธ์กับการเคลื่อนที่อย่างต่อเนื่องของลูกสูบ เครื่องมือทางคณิตศาสตร์แบบง่ายเครื่องแรกจึงได้รับการพัฒนาในปี พ.ศ. 2414 โดยศาสตราจารย์ G. Schmidt แห่งปรากเท่านั้น วิธีการคำนวณที่เขาเสนอนั้นมีพื้นฐานมาจาก โมเดลในอุดมคติวัฏจักรสเตอร์ลิงและทำให้สามารถสร้างเครื่องยนต์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ มากถึง 15% เฉพาะในปี พ.ศ. 2496 บริษัท ดัตช์ Philips ได้สร้างเครื่องยนต์สเตอร์ลิงประสิทธิภาพสูงเครื่องแรกซึ่งมีสมรรถนะเหนือกว่าเครื่องยนต์สันดาปภายใน

ในรัสเซียมีความพยายามที่จะสร้าง เครื่องยนต์ในประเทศสเตอร์ลิงพยายามหลายครั้งแต่ไม่ประสบผลสำเร็จ มีปัญหาหลักหลายประการที่เป็นอุปสรรคต่อการพัฒนาและการใช้งานอย่างแพร่หลาย

ประการแรก นี่คือการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่เหมาะสมของเครื่องสเตอร์ลิงที่ออกแบบไว้และวิธีการคำนวณที่เกี่ยวข้อง ความซับซ้อนของการคำนวณถูกกำหนดโดยความซับซ้อนของการใช้วัฏจักรสเตอร์ลิงทางอุณหพลศาสตร์ในเครื่องจักรจริงเนื่องจากธรรมชาติของการแลกเปลี่ยนความร้อนและมวลในวงจรภายในไม่คงที่ - เนื่องจากการเคลื่อนที่อย่างต่อเนื่องของลูกสูบ

ขาดแบบจำลองทางคณิตศาสตร์และวิธีการคำนวณที่เพียงพอ - เหตุผลหลักความล้มเหลวของวิสาหกิจทั้งในและต่างประเทศจำนวนหนึ่งในการพัฒนาเครื่องยนต์และเครื่องทำความเย็นสเตอร์ลิง หากไม่มีการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่แม่นยำ การพัฒนาเครื่องจักรที่ออกแบบไว้ก็จะกลายเป็นการวิจัยเชิงทดลองที่ใช้เวลาหลายปี

ปัญหาอีกประการหนึ่งคือการออกแบบส่วนประกอบแต่ละชิ้น ปัญหาในการซีล การควบคุมกำลังไฟ ฯลฯ ความยากลำบากในการออกแบบเกิดจากการใช้ของเหลวในการทำงาน ซึ่งรวมถึงฮีเลียม ไนโตรเจน ไฮโดรเจน และอากาศ ตัวอย่างเช่น ฮีเลียมมีความไหลยิ่งยวด ซึ่งกำหนดความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับองค์ประกอบการปิดผนึกของลูกสูบทำงาน เป็นต้น

ปัญหาที่สามก็คือ ระดับสูงเทคโนโลยีการผลิต ความต้องการใช้โลหะผสมและโลหะทนความร้อน วิธีการเชื่อมและบัดกรีแบบใหม่

อีกประเด็นหนึ่งคือการผลิตรีเจนเนอเรเตอร์และหัวฉีดเพื่อให้แน่ใจว่าความจุความร้อนสูงในด้านหนึ่ง และอีกด้านหนึ่งมีความต้านทานไฮดรอลิกต่ำ

การพัฒนาเครื่องจักรสเตอร์ลิงในประเทศ

ปัจจุบัน รัสเซียได้สะสมศักยภาพทางวิทยาศาสตร์เพียงพอที่จะสร้างเครื่องยนต์สเตอร์ลิงที่มีประสิทธิภาพสูง ผลลัพธ์ที่สำคัญเกิดขึ้นที่ Stirling Technologies Innovation and Research Center LLC ผู้เชี่ยวชาญได้ทำการศึกษาเชิงทฤษฎีและเชิงทดลองเพื่อพัฒนาวิธีการใหม่ในการคำนวณเครื่องยนต์สเตอร์ลิงที่มีประสิทธิภาพสูง งานหลักเกี่ยวข้องกับการใช้เครื่องยนต์สเตอร์ลิงในโรงงานโคเจนเนอเรชั่นและระบบที่ใช้ความร้อนของก๊าซไอเสีย เช่น ใน mini-CHP เป็นผลให้เกิดวิธีการพัฒนาและต้นแบบของมอเตอร์ขนาด 3 kW

ความสนใจเป็นพิเศษในหลักสูตรการวิจัยได้จ่ายให้กับการพัฒนาส่วนประกอบแต่ละส่วนของเครื่องจักรสเตอร์ลิงและการออกแบบรวมถึงการสร้างแผนผังใหม่ของการติดตั้งเพื่อวัตถุประสงค์การใช้งานต่างๆ วิธีแก้ปัญหาทางเทคนิคที่นำเสนอโดยคำนึงถึงข้อเท็จจริงที่ว่าเครื่องจักร Stirling มีราคาถูกกว่าในการใช้งาน ทำให้สามารถเพิ่มขึ้นได้ ประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจการใช้มอเตอร์ใหม่เมื่อเปรียบเทียบกับตัวแปลงพลังงานแบบเดิม

การผลิตเครื่องยนต์สเตอร์ลิงมีความเป็นไปได้ในเชิงเศรษฐกิจ เนื่องจากความต้องการอุปกรณ์ไฟฟ้าที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมและมีประสิทธิภาพสูงมีไม่จำกัดทั้งในรัสเซียและต่างประเทศ อย่างไรก็ตามหากปราศจากการมีส่วนร่วมและการสนับสนุนจากรัฐและธุรกิจขนาดใหญ่ ปัญหาการผลิตจำนวนมากก็ไม่สามารถแก้ไขได้ทั้งหมด

จะช่วยการผลิตเครื่องยนต์สเตอร์ลิงในรัสเซียได้อย่างไร?

เห็นได้ชัดว่ากิจกรรมเชิงนวัตกรรม (โดยเฉพาะการพัฒนานวัตกรรมขั้นพื้นฐาน) เป็นกิจกรรมทางเศรษฐกิจประเภทที่ซับซ้อนและมีความเสี่ยง ดังนั้นจึงควรอาศัยกลไกการสนับสนุนจากรัฐโดยเฉพาะในช่วงเริ่มต้น และต่อมาจะมีการเปลี่ยนแปลงไปสู่สภาวะตลาดปกติ

กลไกในการสร้างการผลิตเครื่องจักรสเตอร์ลิงและระบบแปลงพลังงานขนาดใหญ่ในรัสเซียอาจรวมถึง:
- การจัดหาเงินทุนงบประมาณที่ใช้ร่วมกันโดยตรงสำหรับโครงการนวัตกรรมเกี่ยวกับเครื่องจักรสเตอร์ลิง
- มาตรการสนับสนุนทางอ้อมโดยการยกเว้นผลิตภัณฑ์ที่ผลิตภายใต้โครงการสเตอร์ลิงจากภาษีมูลค่าเพิ่มและภาษีอื่น ๆ ในระดับรัฐบาลกลางและภูมิภาคในช่วงสองปีแรกตลอดจนการให้เครดิตภาษีสำหรับผลิตภัณฑ์ดังกล่าวในอีก 2-3 ปีข้างหน้า (โดยคำนึงถึงว่า ต้นทุนการพัฒนา ไม่เหมาะสมที่จะรวมผลิตภัณฑ์ใหม่ที่เป็นพื้นฐานไว้ในราคาเช่น ในต้นทุนของผู้ผลิตหรือผู้บริโภค)
- การยกเว้นจากฐานภาษีเงินได้จากการสนับสนุนขององค์กรในการจัดหาเงินทุนสำหรับโครงการสเตอร์ลิง

ในอนาคต ในขั้นตอนของการส่งเสริมอุปกรณ์พลังงานที่ใช้เครื่องสเตอร์ลิงอย่างยั่งยืนในตลาดภายในประเทศและต่างประเทศ การเติมทุนเพื่อขยายการผลิต อุปกรณ์ทางเทคนิคใหม่และการสนับสนุนโครงการปกติสำหรับการผลิตอุปกรณ์ประเภทใหม่สามารถทำได้ผ่านการทำกำไรและการขายหุ้นของการผลิตที่พัฒนาแล้วที่ประสบความสำเร็จ แหล่งสินเชื่อจากธนาคารพาณิชย์ รวมถึงการดึงดูดการลงทุนจากต่างประเทศ

สันนิษฐานได้ว่าด้วยการมีฐานเทคโนโลยีและศักยภาพทางวิทยาศาสตร์ที่สะสมในการออกแบบเครื่องจักรสเตอร์ลิงด้วยนโยบายทางการเงินและทางเทคนิคที่สมเหตุสมผล รัสเซียสามารถเป็นผู้นำระดับโลกในการผลิตใหม่ที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมและสูงในอนาคตอันใกล้นี้ เครื่องยนต์ที่มีประสิทธิภาพ

นี่เป็นส่วนเบื้องต้นของบทความชุดหนึ่งที่กล่าวถึง เครื่องยนต์สันดาปภายในซึ่งเป็นการท่องประวัติศาสตร์สั้นๆ โดยเล่าถึงวิวัฒนาการของเครื่องยนต์สันดาปภายใน นอกจากนี้บทความนี้จะกล่าวถึงรถยนต์คันแรกด้วย

ส่วนต่อไปนี้จะอธิบายโดยละเอียดเกี่ยวกับเครื่องยนต์สันดาปภายในต่างๆ:

ก้านสูบและลูกสูบ
โรตารี
เทอร์โบเจ็ท
เจ็ต

เครื่องยนต์ถูกติดตั้งบนเรือซึ่งสามารถแล่นขึ้นไปในแม่น้ำ Saône ได้ หนึ่งปีต่อมา หลังจากการทดสอบ พี่น้องทั้งสองได้รับสิทธิบัตรการประดิษฐ์ของพวกเขา ซึ่งลงนามโดยนโปเลียน โบโนปาร์ต เป็นระยะเวลา 10 ปี

คงจะถูกต้องกว่าถ้าจะเรียกเครื่องยนต์นี้ว่าเครื่องยนต์ไอพ่น เนื่องจากหน้าที่ของมันคือสูบน้ำออกจากท่อที่อยู่ใต้ท้องเรือ...

เครื่องยนต์ประกอบด้วยห้องจุดระเบิดและห้องเผาไหม้ เครื่องสูบลมสำหรับการฉีดอากาศ ตู้จ่ายน้ำมันเชื้อเพลิง และอุปกรณ์จุดระเบิด เชื้อเพลิงสำหรับเครื่องยนต์คือฝุ่นถ่านหิน

เครื่องสูบลมฉีดกระแสอากาศผสมกับฝุ่นถ่านหินเข้าไปในห้องจุดระเบิด ซึ่งไส้ตะเกียงที่คุกรุ่นอยู่จุดไฟส่วนผสม หลังจากนั้น ส่วนผสมที่ติดไฟได้บางส่วน (ฝุ่นถ่านหินเผาไหม้ค่อนข้างช้า) เข้าไปในห้องเผาไหม้ซึ่งเผาไหม้จนหมดและเกิดการขยายตัว
จากนั้นแรงดันของก๊าซก็ดันน้ำออกมา ท่อไอเสียซึ่งทำให้เรือเคลื่อนที่ หลังจากนั้นวงจรก็เกิดขึ้นซ้ำอีก
เครื่องยนต์กำลังทำงานอยู่ที่ โหมดชีพจรด้วยความถี่ ~12 i/นาที

หลังจากนั้นไม่นาน สองพี่น้องก็ได้ปรับปรุงน้ำมันเชื้อเพลิงโดยเติมเรซินลงไป และต่อมาก็เปลี่ยนเป็นน้ำมันและออกแบบระบบหัวฉีดที่เรียบง่าย
ผ่านไปสิบปี โครงการไม่ได้รับการพัฒนาใดๆ Claude ไปอังกฤษเพื่อส่งเสริมแนวคิดเรื่องเครื่องยนต์ แต่ใช้เงินไปจนหมดและไม่ประสบผลสำเร็จ โจเซฟเริ่มถ่ายภาพและกลายเป็นผู้เขียนภาพถ่ายภาพแรกของโลกชื่อ "View from a Window"

ในฝรั่งเศส พิพิธภัณฑ์บ้าน Niepce มีการจัดแสดงแบบจำลอง "ไพเรโอโลฟอร์"

หลังจากนั้นไม่นาน de Riva ก็ติดตั้งเครื่องยนต์ของเขาบนรถเข็นสี่ล้อซึ่งตามที่นักประวัติศาสตร์กล่าวว่ากลายเป็นรถคันแรกที่มีเครื่องยนต์สันดาปภายใน

เกี่ยวกับ อเลสซานโดร โวลต้า

เป็นครั้งแรกที่ Volta วางแผ่นสังกะสีและทองแดงลงในกรดเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าต่อเนื่อง ทำให้เกิดแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้าทางเคมีแห่งแรกของโลก ("คอลัมน์โวลตา").

ในปี พ.ศ. 2319 โวลตาได้ประดิษฐ์ปืนพกที่ใช้แก๊ส - "ปืนพกโวลตา" ซึ่งก๊าซระเบิดจากประกายไฟไฟฟ้า

สร้างขึ้นในปี 1800 แบตเตอรี่เคมีซึ่งทำให้สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าโดยใช้ปฏิกิริยาเคมีได้

หน่วยวัดตั้งชื่อตามโวลตา แรงดันไฟฟ้า- โวลต์

ก- กระบอกสูบ บี- "หัวเทียน, ค- ลูกสูบ ดี- “บอลลูน” ที่มีไฮโดรเจน อี- วงล้อ เอฟ- วาล์วปล่อยก๊าซไอเสีย ช- ด้ามจับสำหรับควบคุมวาล์ว

ไฮโดรเจนถูกเก็บไว้ใน "บอลลูน" ที่เชื่อมต่อกันด้วยท่อเข้ากับกระบอกสูบ การจ่ายเชื้อเพลิงและอากาศตลอดจนการจุดระเบิดของส่วนผสมและการปล่อยก๊าซไอเสียดำเนินการด้วยตนเองโดยใช้คันโยก

หลักการทำงาน:

อากาศเข้าไปในห้องเผาไหม้ผ่านทางวาล์วปล่อยก๊าซไอเสีย
วาล์วกำลังปิด
เปิดวาล์วจ่ายไฮโดรเจนจากบอลลูน
ก๊อกน้ำกำลังปิดอยู่
เมื่อกดปุ่ม จะมีการจ่ายกระแสไฟฟ้าไปที่ "เทียน"
ส่วนผสมลุกเป็นไฟและยกลูกสูบขึ้น
วาล์วปล่อยก๊าซไอเสียเปิดอยู่
ลูกสูบตกลงตามน้ำหนักของมันเอง (มันหนัก) แล้วดึงเชือกซึ่งหมุนล้อผ่านบล็อก

หลังจากนั้นวงจรก็เกิดซ้ำ

ในปี 1813 de Riva ได้สร้างรถยนต์อีกคัน มันเป็นเกวียนยาวประมาณหกเมตร มีล้อเส้นผ่านศูนย์กลางสองเมตรและหนักเกือบหนึ่งตัน
รถสามารถเดินทางได้ไกล 26 เมตร พร้อมบรรทุกก้อนหิน (ประมาณ 700 ปอนด์)และชายสี่คนด้วยความเร็ว 3 กม./ชม.
แต่ละรอบเครื่องจะเคลื่อนที่ได้ 4-6 เมตร

ผู้ร่วมสมัยเพียงไม่กี่คนที่ให้ความสำคัญกับสิ่งประดิษฐ์นี้อย่างจริงจัง และ French Academy of Sciences แย้งว่าเครื่องยนต์สันดาปภายในจะไม่มีวันแข่งขันกับเครื่องยนต์ไอน้ำได้

ในปี พ.ศ. 2376นักประดิษฐ์ชาวอเมริกัน Lemuel Wellman Wright ได้จดทะเบียนสิทธิบัตรสำหรับเครื่องยนต์ก๊าซสันดาปภายในแบบ 2 จังหวะระบายความร้อนด้วยน้ำ
(ดูด้านล่าง)ในหนังสือของเขาเรื่อง "เครื่องยนต์แก๊สและน้ำมัน" เขาเขียนเกี่ยวกับเครื่องยนต์ของไรท์ดังต่อไปนี้:

“การวาดแบบเครื่องยนต์ใช้งานได้ดีมาก และรายละเอียดต่างๆ ก็ได้รับการประมวลผลอย่างระมัดระวัง การระเบิดของส่วนผสมจะกระทำโดยตรงต่อลูกสูบ ซึ่งจะหมุนเพลาข้อเหวี่ยงผ่านก้านสูบ รูปลักษณ์เครื่องยนต์มีลักษณะคล้ายเครื่องจักรไอน้ำ ความดันสูงซึ่งจ่ายก๊าซและอากาศโดยปั๊มจากถังแยกกัน ส่วนผสมที่อยู่ในภาชนะทรงกลมถูกจุดไฟในขณะที่ลูกสูบเพิ่มขึ้นถึง TDC (จุดศูนย์กลางตายบน) และดันลง/ขึ้น เมื่อสิ้นสุดจังหวะ วาล์วจะเปิดและปล่อยก๊าซไอเสียออกสู่บรรยากาศ”

ไม่ทราบว่าเครื่องยนต์นี้เคยสร้างมาหรือไม่ แต่มีภาพวาดอยู่:

ในปี ค.ศ. 1838วิศวกรชาวอังกฤษ William Barnett ได้รับสิทธิบัตรสำหรับเครื่องยนต์สันดาปภายในสามตัว

เครื่องยนต์แรกเป็นแบบสองจังหวะแบบออกฤทธิ์เดี่ยว (เชื้อเพลิงเผาไหม้เพียงด้านเดียวของลูกสูบ)มีปั๊มแยกแก๊สและลม ส่วนผสมถูกจุดไฟในกระบอกสูบที่แยกจากกัน จากนั้นส่วนผสมที่เผาไหม้จะไหลเข้าสู่กระบอกสูบทำงาน ไอดีและไอเสียดำเนินการผ่านวาล์วเชิงกล

เครื่องยนต์ที่สองทำซ้ำครั้งแรก แต่เป็น การแสดงสองครั้งกล่าวคือการเผาไหม้เกิดขึ้นสลับกันที่ลูกสูบทั้งสองข้าง

เครื่องยนต์ที่สามยังมีระบบดับเบิ้ลแอคชั่น แต่มีหน้าต่างทางเข้าและทางออกในผนังกระบอกสูบที่เปิดออกเมื่อลูกสูบถึงจุดสุดขั้ว (เช่นเดียวกับเครื่องยนต์สองจังหวะสมัยใหม่) ทำให้สามารถปล่อยก๊าซไอเสียได้โดยอัตโนมัติและยอมรับประจุใหม่ของส่วนผสม

คุณลักษณะที่โดดเด่นของเครื่องยนต์ Barnett คือส่วนผสมใหม่ถูกบีบอัดโดยลูกสูบก่อนจุดระเบิด

ภาพวาดเครื่องยนต์ตัวหนึ่งของ Barnett:

ในปี พ.ศ. 2396-57นักประดิษฐ์ชาวอิตาลี Eugenio Barzanti และ Felice Matteucci พัฒนาและจดสิทธิบัตรเครื่องยนต์สันดาปภายในสองสูบที่มีกำลัง 5 ลิตร/วินาที
สิทธิบัตรดังกล่าวออกโดยสำนักงานในลอนดอน เนื่องจากกฎหมายอิตาลีไม่สามารถรับประกันการคุ้มครองที่เพียงพอได้

การก่อสร้างต้นแบบได้รับความไว้วางใจจาก Bauer & Co. ของมิลาน" (เฮลเวติกา)และแล้วเสร็จเมื่อต้นปี พ.ศ. 2406 ความสำเร็จของเครื่องยนต์ซึ่งมีประสิทธิภาพมากกว่าเครื่องจักรไอน้ำนั้นยิ่งใหญ่มากจนบริษัทเริ่มได้รับคำสั่งซื้อจากทั่วทุกมุมโลก

เครื่องยนต์ Barzanti-Matteucci สูบเดียวในยุคแรก:

รุ่นเครื่องยนต์ 2 สูบ Barzanti-Matteucci:

Matteucci และ Barzanti ได้ทำข้อตกลงในการผลิตเครื่องยนต์กับบริษัทแห่งหนึ่งในเบลเยียม Barzanti ไปเบลเยียมเพื่อดูแลงานด้วยตนเองและเสียชีวิตกะทันหันด้วยโรคไข้รากสาดใหญ่ เมื่อ Barzanti เสียชีวิต งานด้านเครื่องยนต์ทั้งหมดก็หยุดลง และ Matteucci ก็กลับมาทำงานเดิมในตำแหน่งวิศวกรไฮดรอลิก

ในปี 1877 Matteucci อ้างว่าเขาและ Barzanti เป็นผู้สร้างเครื่องยนต์สันดาปภายในหลัก และเครื่องยนต์ที่สร้างโดย August Otto ก็คล้ายคลึงกับเครื่องยนต์ Barzanti-Matteucci มาก

เอกสารที่เกี่ยวข้องกับสิทธิบัตร Barzanti และ Matteucci ถูกเก็บไว้ในเอกสารสำคัญของห้องสมุด Museo Galileo ในฟลอเรนซ์

สิ่งประดิษฐ์ที่สำคัญที่สุดของ Nikolaus Otto คือเครื่องยนต์ที่มี รอบสี่จังหวะ- วงจรอ๊อตโต้ วัฏจักรนี้ยังคงรองรับการทำงานของเครื่องยนต์แก๊สและเบนซินส่วนใหญ่ในปัจจุบัน

วงจรสี่จังหวะเป็นความสำเร็จทางเทคนิคที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของ Otto แต่ไม่นานก็พบว่าไม่กี่ปีก่อนการประดิษฐ์ วิศวกรชาวฝรั่งเศส Beau de Rochas ได้อธิบายหลักการทำงานของเครื่องยนต์แบบเดียวกันทุกประการ (ดูด้านบน). นักอุตสาหกรรมชาวฝรั่งเศสกลุ่มหนึ่งท้าทายสิทธิบัตรของ Otto ในศาล และศาลพบว่าข้อโต้แย้งของพวกเขาน่าเชื่อถือ สิทธิของ Otto ภายใต้สิทธิบัตรของเขาลดลงอย่างมาก รวมถึงการยกเลิกการผูกขาดในวงจรสี่จังหวะ

แม้ว่าคู่แข่งจะเริ่มผลิตเครื่องยนต์สี่จังหวะ แต่โมเดลของ Otto ซึ่งได้รับการพิสูจน์แล้วจากประสบการณ์หลายปีก็ยังคงดีที่สุดและความต้องการก็ไม่ได้หยุดลง ในปี พ.ศ. 2440 มีการผลิตเครื่องยนต์ที่มีกำลังต่างกันประมาณ 42,000 เครื่อง อย่างไรก็ตาม ความจริงที่ว่าก๊าซส่องสว่างถูกใช้เป็นเชื้อเพลิงทำให้ขอบเขตการใช้งานแคบลงอย่างมาก
จำนวนโรงไฟส่องสว่างและก๊าซไม่มีนัยสำคัญแม้แต่ในยุโรปและในรัสเซียมีเพียงสองแห่งเท่านั้น - ในมอสโกและเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก

ในปี พ.ศ. 2408นักประดิษฐ์ชาวฝรั่งเศส ปิแอร์ อูโก ได้รับสิทธิบัตรเครื่องจักรที่เป็นเครื่องยนต์แบบดับเบิ้ลสูบเดี่ยวแนวตั้งซึ่งมีปั๊มยางสองตัวขับเคลื่อนด้วย เพลาข้อเหวี่ยง.

ฮิวโก้เป็นผู้ออกแบบในภายหลัง เครื่องยนต์แนวนอนคล้ายกับเครื่องยนต์เลอนัวร์

พิพิธภัณฑ์วิทยาศาสตร์ลอนดอน

ในปี พ.ศ. 2413ซามูเอล มาร์คัส ซิกฟรีด นักประดิษฐ์ชาวออสเตรีย-ฮังการีได้ออกแบบเครื่องยนต์สันดาปภายในที่ใช้เชื้อเพลิงเหลวและติดตั้งไว้บนรถเข็นสี่ล้อ

ปัจจุบันรถคันนี้เป็นที่รู้จักในนาม "รถ Marcus คันแรก"

ในปี 1887 Marcus ได้สร้างรถยนต์คันที่สองขึ้นในชื่อ Second Marcus Car โดยร่วมมือกับ Bromovsky & Schulz

ในปี พ.ศ. 2415นักประดิษฐ์ชาวอเมริกันได้จดสิทธิบัตรเครื่องยนต์สันดาปภายในแบบแรงดันคงที่สองสูบที่ทำงานด้วยน้ำมันก๊าด
Brayton เรียกเครื่องยนต์ของเขาว่า "Ready Motor"

กระบอกสูบแรกทำหน้าที่เป็นคอมเพรสเซอร์ บังคับให้อากาศเข้าไปในห้องเผาไหม้ซึ่งมีการจ่ายน้ำมันก๊าดอย่างต่อเนื่อง ในห้องเผาไหม้ส่วนผสมถูกจุดไฟและผ่านกลไกสปูลที่เข้าสู่กระบอกสูบที่สอง - กระบอกสูบทำงาน ความแตกต่างที่สำคัญจากเครื่องยนต์อื่นๆ ก็คือ ส่วนผสมอากาศและเชื้อเพลิงค่อยๆ เผาไหม้ด้วยแรงดันคงที่

ผู้ที่สนใจแง่มุมทางอุณหพลศาสตร์ของเครื่องยนต์สามารถอ่านเกี่ยวกับวัฏจักรเบรย์ตันได้

ในปี พ.ศ. 2421เซอร์ วิศวกรชาวสก็อต (เป็นอัศวินในปี พ.ศ. 2460)พัฒนาครั้งแรก เครื่องยนต์สองจังหวะด้วยการจุดระเบิดของส่วนผสมที่ถูกบีบอัด เขาจดสิทธิบัตรในประเทศอังกฤษในปี พ.ศ. 2424

เครื่องยนต์ทำงานในลักษณะที่แปลกประหลาด: อากาศและเชื้อเพลิงถูกส่งไปยังกระบอกสูบด้านขวา ซึ่งเป็นส่วนผสมและส่วนผสมนี้ถูกผลักเข้าไปในกระบอกสูบด้านซ้าย ซึ่งส่วนผสมถูกจุดประกายด้วยหัวเทียน การขยายตัวเกิดขึ้น ลูกสูบทั้งสองหลุดจากกระบอกสูบด้านซ้าย (ผ่านท่อด้านซ้าย)ก๊าซไอเสียถูกปล่อยออกมา และอากาศและเชื้อเพลิงส่วนใหม่ถูกดูดเข้าไปในกระบอกสูบด้านขวา ตามแรงเฉื่อย ลูกสูบจะสูงขึ้นและวงจรจะเกิดซ้ำ

ในปี พ.ศ. 2422สร้างน้ำมันเบนซินที่เชื่อถือได้อย่างสมบูรณ์ สองจังหวะเครื่องยนต์และได้รับสิทธิบัตรแล้ว

อย่างไรก็ตามอัจฉริยะที่แท้จริงของเบนซ์นั้นปรากฏให้เห็นในความจริงที่ว่าในโครงการต่อ ๆ ไปเขาสามารถรวมอุปกรณ์ต่าง ๆ ได้ (คันเร่ง, หัวเทียนแบตเตอรี่, หัวเทียน, คาร์บูเรเตอร์, คลัตช์, กระปุกเกียร์และหม้อน้ำ)เกี่ยวกับผลิตภัณฑ์ของตน ซึ่งกลายเป็นมาตรฐานสำหรับอุตสาหกรรมวิศวกรรมเครื่องกลทั้งหมด

ในปี พ.ศ. 2426 เบนซ์ได้ก่อตั้งบริษัท "Benz & Cie" เพื่อผลิตเครื่องยนต์ที่ใช้แก๊ส และในปี พ.ศ. 2429 ได้จดสิทธิบัตร สี่จังหวะเครื่องยนต์ที่เขาใช้ในรถของเขา

ต้องขอบคุณความสำเร็จของ Benz & Cie ที่ทำให้ Benz สามารถออกแบบรถม้าไร้ม้าได้ เมื่อรวมประสบการณ์ในการผลิตเครื่องยนต์เข้ากับงานอดิเรกในการออกแบบจักรยานมายาวนาน ในปี 1886 เขาจึงสร้างรถคันแรกและเรียกมันว่า "Benz Patent Motorwagen"

การออกแบบมีลักษณะคล้ายกับรถสามล้ออย่างมาก

กระบอกเดียว เครื่องยนต์สี่จังหวะการเผาไหม้ภายในด้วยปริมาตรการทำงาน 954 cm3. ติดตั้งบน " เบนซ์จดสิทธิบัตรมอเตอร์วาเกน".

เครื่องยนต์ติดตั้งมู่เล่ขนาดใหญ่ (ใช้ไม่เพียง แต่สำหรับการหมุนสม่ำเสมอเท่านั้น แต่ยังสำหรับการสตาร์ทด้วย), ถังแก๊สขนาด 4.5 ลิตร, คาร์บูเรเตอร์แบบระเหยและวาล์วเลื่อนซึ่งเชื้อเพลิงเข้าสู่ห้องเผาไหม้ การจุดระเบิดดำเนินการโดยหัวเทียน การออกแบบของตัวเองเบนซ์ ซึ่งเป็นแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายจากคอยล์ Ruhmkorff

การทำความเย็นคือน้ำ แต่ไม่ใช่วงจรปิด แต่เป็นการระเหย ไอน้ำระเหยออกสู่ชั้นบรรยากาศ ดังนั้นรถจึงต้องเติมน้ำมันไม่เพียงแต่ด้วยน้ำมันเบนซินเท่านั้น แต่ยังต้องเติมน้ำด้วย

เครื่องยนต์พัฒนากำลัง 0.9 แรงม้า ที่ 400 รอบต่อนาที และเร่งความเร็วรถได้ถึง 16 กม./ชม.

คาร์ล เบนซ์ อยู่หลังพวงมาลัยรถของเขา

ต่อมาในปี พ.ศ. 2439 คาร์ล เบนซ์ก็ได้ประดิษฐ์ขึ้นมา เครื่องยนต์บ็อกเซอร์ (หรือมอเตอร์แบบแบน)ซึ่งลูกสูบจะไปถึง ตายแล้วคะแนนไปพร้อมๆ กัน ทำให้เกิดความสมดุลระหว่างกัน

พิพิธภัณฑ์เมอร์เซเดส-เบนซ์ในสตุ๊ตการ์ท

ในปี พ.ศ. 2425วิศวกรชาวอังกฤษ James Atkinson เป็นผู้คิดค้นวงจร Atkinson และเครื่องยนต์ Atkinson

เครื่องยนต์ Atkinson นั้นเป็นเครื่องยนต์สี่จังหวะโดยพื้นฐานแล้ว วงจรของอ็อตโตแต่มีการปรับเปลี่ยน กลไกข้อเหวี่ยง. ความแตกต่างก็คือในเครื่องยนต์ Atkinson ทั้งสี่จังหวะเกิดขึ้นในการหมุนเพลาข้อเหวี่ยงครั้งเดียว

การใช้วงจรแอตกินสันในเครื่องยนต์ทำให้สามารถลดการสิ้นเปลืองน้ำมันเชื้อเพลิงและลดเสียงรบกวนในการทำงานเนื่องจากแรงดันไอเสียลดลง นอกจากนี้เครื่องยนต์นี้ไม่จำเป็นต้องมีกระปุกเกียร์เพื่อขับเคลื่อนกลไกการจ่ายก๊าซเนื่องจากการเปิดวาล์วทำให้เพลาข้อเหวี่ยงขับ

แม้จะมีข้อดีหลายประการ (รวมถึงการหลบเลี่ยงสิทธิบัตรของอ็อตโตด้วย)เครื่องยนต์ไม่ได้ใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากความซับซ้อนของการผลิตและข้อบกพร่องอื่นๆ
วงจรแอตกินสันช่วยให้มีประสิทธิภาพและประสิทธิผลด้านสิ่งแวดล้อมดีขึ้น แต่ต้องใช้ความเร็วสูง ที่ความเร็วต่ำจะทำให้เกิดแรงบิดค่อนข้างน้อยและอาจหยุดนิ่งได้

ตอนนี้ใช้เครื่องยนต์แอตกินสันอยู่ รถยนต์ไฮบริดโตโยต้า พริอุส และ เล็กซัส HS 250h.

ในปี พ.ศ. 2427เอ็ดเวิร์ด บัตเลอร์ วิศวกรชาวอังกฤษ ในงานนิทรรศการจักรยานลอนดอน “สแตนลีย์ ไซเคิล โชว์” สาธิตการวาดภาพรถสามล้อด้วย เครื่องยนต์เบนซินสันดาปภายในและในปี พ.ศ. 2428 เขาได้สร้างขึ้นและจัดแสดงในนิทรรศการเดียวกันโดยเรียกมันว่า “เวโลไซเคิล” บัตเลอร์ยังเป็นคนแรกที่ใช้คำนี้ น้ำมันเบนซิน.

สิทธิบัตรสำหรับ "Velocycle" ออกในปี พ.ศ. 2430

Velocycle ติดตั้งกระบอกสูบเดี่ยวและสี่จังหวะ เครื่องยนต์สันดาปภายในน้ำมันเบนซินติดตั้งคอยล์จุดระเบิด คาร์บูเรเตอร์ เค้นปีกผีเสื้อ และระบายความร้อนด้วยของเหลว เครื่องยนต์พัฒนากำลังประมาณ 5 แรงม้า ด้วยปริมาตร 600 cm3 และเร่งความเร็วรถได้ถึง 16 กม./ชม.

ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา บัตเลอร์ได้ปรับปรุงประสิทธิภาพของยานพาหนะของเขา แต่ถูกขัดขวางไม่ให้ทำการทดสอบเนื่องจาก "กฎหมายธงแดง" (เผยแพร่เมื่อ พ.ศ. 2408), โดยที่ ยานพาหนะไม่ควรเกินความเร็วเกิน 3 กม./ชม. นอกจากนี้ในรถยังต้องมีคนอยู่ 3 คน โดย 1 คนต้องเดินถือธงแดงอยู่หน้ารถ (นี่คือมาตรการรักษาความปลอดภัย) .

ในนิตยสาร English Mechanic ปี 1890 บัตเลอร์เขียนว่า "เจ้าหน้าที่ได้ห้ามการใช้รถยนต์บนท้องถนน และด้วยเหตุนี้ ฉันจึงปฏิเสธการพัฒนาต่อไป"

เนื่องจากไม่ได้รับความสนใจจากสาธารณะ บัตเลอร์จึงยกเลิกและขายสิทธิบัตรให้กับ Harry J. Lawson (ผู้ผลิตจักรยาน)ซึ่งยังคงผลิตเครื่องยนต์สำหรับใช้งานบนเรือต่อไป

บัตเลอร์เองก็ก้าวไปสู่การสร้างเครื่องยนต์นิ่งและเครื่องยนต์ทางทะเล

ในปี พ.ศ. 2434, Herbert Aykroyd Stewart ร่วมกับ Richard Hornsby และ Sons ได้สร้างเครื่องยนต์ Hornsby-Akroyd ซึ่งใช้เชื้อเพลิง (น้ำมันก๊าด) ถูกฉีดเข้าไปภายใต้แรงกดดันเข้าไป กล้องเพิ่มเติม (เนื่องจากรูปร่างของมันจึงถูกเรียกว่า “ลูกบอลร้อน”)ติดตั้งบนฝาสูบและเชื่อมต่อกับห้องเผาไหม้ผ่านทางแคบ เชื้อเพลิงถูกจุดไฟจากผนังร้อนของห้องเพิ่มเติมและพุ่งเข้าไปในห้องเผาไหม้

1. กล้องเพิ่มเติม (บอลร้อน).
2. กระบอกสูบ
3. ลูกสูบ.
4. คาร์เตอร์.

ในการสตาร์ทเครื่องยนต์ มีการใช้เครื่องเป่าลมเพื่อให้ความร้อนแก่ห้องเพิ่มเติม (หลังจากสตาร์ทก็วอร์มอัพ. ก๊าซไอเสีย) . ด้วยเหตุนี้เครื่องยนต์ Hornsby-Akroyd ซึ่งเป็นบรรพบุรุษของเครื่องยนต์ดีเซลที่ออกแบบโดยรูดอล์ฟ ดีเซลมักเรียกว่า "กึ่งดีเซล" อย่างไรก็ตามหนึ่งปีต่อมา Aykroyd ปรับปรุงเครื่องยนต์ของเขาโดยเพิ่ม "แจ็คเก็ตน้ำ" ลงไป (สิทธิบัตรตั้งแต่ปี พ.ศ. 2435) ซึ่งทำให้สามารถเพิ่มอุณหภูมิในห้องเผาไหม้ได้โดยการเพิ่มอัตราส่วนกำลังอัดและตอนนี้ก็ไม่จำเป็นต้องมี แหล่งความร้อนเพิ่มเติม

ในปี พ.ศ. 2436รูดอล์ฟ ดีเซลได้รับสิทธิบัตรสำหรับเครื่องยนต์ความร้อนและ "วงจรคาร์โนต์" ที่ได้รับการดัดแปลงซึ่งมีชื่อว่า "วิธีการและอุปกรณ์ในการแปลงความร้อนเป็นงาน"

ในปีพ.ศ. 2440 ที่เอาก์สบวร์ก โรงงานสร้างเครื่องจักร» (ตั้งแต่ปี 1904 MAN)ด้วยการมีส่วนร่วมทางการเงินของบริษัทของฟรีดริช ครุปป์ และพี่น้องซัลเซอร์ เครื่องยนต์ดีเซลรุ่นแรกของรูดอล์ฟ ดีเซลจึงถูกสร้างขึ้น
กำลังเครื่องยนต์ 20 แรงม้าที่ 172 รอบต่อนาที ประสิทธิภาพ 26.2% และมีน้ำหนัก 5 ตัน
นี่เหนือกว่ามาก เครื่องยนต์ที่มีอยู่ Otto ที่มีประสิทธิภาพ 20% และกังหันไอน้ำทางทะเลที่มีประสิทธิภาพ 12% ซึ่งกระตุ้นความสนใจอย่างมากจากอุตสาหกรรมในประเทศต่างๆ

เครื่องยนต์ดีเซลเป็นแบบสี่จังหวะ นักประดิษฐ์พบว่าประสิทธิภาพของเครื่องยนต์สันดาปภายในเพิ่มขึ้นโดยการเพิ่มอัตราส่วนการอัดของส่วนผสมที่ติดไฟได้ แต่เป็นไปไม่ได้ที่จะบีบอัดส่วนผสมที่ติดไฟได้มากเกินไปเพราะจากนั้นความดันและอุณหภูมิจะเพิ่มขึ้นและจะติดไฟได้เองล่วงหน้า ดังนั้นดีเซลจึงตัดสินใจที่จะบีบอัดไม่ใช่ส่วนผสมที่ติดไฟได้ แต่เป็นอากาศที่สะอาดและเมื่อสิ้นสุดการบีบอัดให้ฉีดเชื้อเพลิงเข้าไปในกระบอกสูบภายใต้ความกดดันที่รุนแรง
เนื่องจากอุณหภูมิของอากาศอัดสูงถึง 600-650 °C เชื้อเพลิงจึงติดไฟได้เองและก๊าซขยายตัวขยับลูกสูบ ดังนั้นดีเซลจึงสามารถเพิ่มประสิทธิภาพเครื่องยนต์ได้อย่างมาก กำจัดระบบจุดระเบิด และใช้คาร์บูเรเตอร์แทน ปั๊มน้ำมันเชื้อเพลิงความดันสูง
ในปี 1933 เอลลิงเขียนเชิงพยากรณ์ว่า: “เมื่อฉันเริ่มทำงานกับกังหันแก๊สในปี พ.ศ. 2425 ฉันเชื่อมั่นว่าสิ่งประดิษฐ์ของฉันจะเป็นที่ต้องการในอุตสาหกรรมเครื่องบิน”

น่าเสียดายที่ Elling เสียชีวิตในปี 1949 ก่อนการมาถึงของยุคการบินเทอร์โบเจ็ท

รูปเดียวที่ผมหาได้

บางทีอาจมีบางคนพบบางสิ่งเกี่ยวกับชายคนนี้ในพิพิธภัณฑ์เทคโนโลยีแห่งนอร์เวย์

ในปี พ.ศ. 2446, Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky ในวารสาร "Scientific Review" ตีพิมพ์บทความ "การสำรวจอวกาศโลกด้วยเครื่องมือไอพ่น" ซึ่งเขาได้พิสูจน์เป็นครั้งแรกว่าจรวดเป็นอุปกรณ์ที่สามารถบินในอวกาศได้ บทความนี้ยังเสนอการออกแบบขีปนาวุธพิสัยไกลครั้งแรกอีกด้วย ร่างกายของมันคือห้องโลหะรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าที่ติดตั้งไว้ ของเหลว เครื่องยนต์ไอพ่น (ซึ่งเป็นเครื่องยนต์สันดาปภายในด้วย). เขาเสนอให้ใช้ไฮโดรเจนเหลวและออกซิเจนเป็นเชื้อเพลิงและออกซิไดเซอร์ตามลำดับ

มันอาจจะคุ้มค่าที่จะจบส่วนประวัติศาสตร์ของบันทึกเกี่ยวกับอวกาศจรวดนี้ นับตั้งแต่ศตวรรษที่ 20 มาถึง และเครื่องยนต์สันดาปภายในเริ่มมีการผลิตขึ้นทุกหนทุกแห่ง

คำหลังปรัชญา...

เค.อี. Tsiolkovsky เชื่อว่าในอนาคตอันใกล้ผู้คนจะเรียนรู้ที่จะมีชีวิตอยู่หากไม่ใช่ตลอดไปอย่างน้อยก็เป็นเวลานานมาก ในเรื่องนี้พื้นที่ (ทรัพยากร) บนโลกจะมีน้อย และเรือต่างๆ จะต้องเคลื่อนที่ไปยังดาวเคราะห์ดวงอื่น น่าเสียดายที่มีบางอย่างผิดพลาดในโลกนี้ และด้วยความช่วยเหลือของขีปนาวุธลูกแรก ผู้คนจึงตัดสินใจที่จะทำลายเผ่าพันธุ์ของตนเอง...

ขอบคุณทุกคนที่อ่าน

สงวนลิขสิทธิ์ © 2016
อนุญาตให้ใช้เนื้อหาใดๆ ได้เฉพาะเมื่อมีลิงก์ที่ใช้งานไปยังแหล่งที่มาเท่านั้น

- เครื่องยนต์ความร้อนซึ่งของไหลทำงานที่เป็นของเหลวหรือก๊าซเคลื่อนที่ในปริมาตรปิดซึ่งเป็นเครื่องยนต์สันดาปภายนอกประเภทหนึ่ง มันขึ้นอยู่กับการให้ความร้อนและความเย็นเป็นระยะของของไหลทำงานด้วยการสกัดพลังงานจากการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในปริมาตรของของไหลทำงาน สามารถทำงานได้ไม่เพียงแต่จากการเผาไหม้เชื้อเพลิงเท่านั้น แต่ยังมาจากแหล่งความร้อนอีกด้วย

คุณสามารถดูลำดับเหตุการณ์ที่เกี่ยวข้องกับการพัฒนาเครื่องยนต์ในศตวรรษที่ 18 ได้ในบทความที่น่าสนใจ - "ประวัติความเป็นมาของการประดิษฐ์เครื่องยนต์ไอน้ำ" และบทความนี้จัดทำขึ้นเพื่อนักประดิษฐ์ผู้ยิ่งใหญ่ Robert Stirling และผลิตผลของเขา

สิทธิบัตรสำหรับการประดิษฐ์เครื่องยนต์สเตอร์ลิงนั้นแปลกพอสมควรเป็นของนักบวชชาวสก็อตโรเบิร์ตสเตอร์ลิง เขาได้รับเมื่อวันที่ 27 กันยายน พ.ศ. 2359 “เครื่องยนต์ลมร้อน” เครื่องแรกกลายเป็นที่รู้จักไปทั่วโลกในปลายศตวรรษที่ 17 นานก่อนสเตอร์ลิง ความสำเร็จที่สำคัญประการหนึ่งของสเตอร์ลิงคือการเพิ่มเครื่องกรอง ซึ่งเขาเองก็ได้รับฉายาว่า "เศรษฐกิจ"

ในวรรณคดีทางวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ เครื่องฟอกนี้มีชื่อที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง - “ผู้พักฟื้น” ด้วยเหตุนี้ ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์จึงเพิ่มขึ้น เนื่องจากน้ำยาทำความสะอาดยังคงรักษาความร้อนในส่วนอุ่นของเครื่องยนต์ และในขณะเดียวกัน สารทำงานก็เย็นลง ด้วยกระบวนการนี้ ประสิทธิภาพของระบบจึงเพิ่มขึ้นอย่างมาก เครื่องพักฟื้นเป็นห้องที่เต็มไปด้วยลวด เม็ดเล็ก และกระดาษฟอยล์ลูกฟูก (ลอนวิ่งไปตามทิศทางการไหลของก๊าซ) ก๊าซไหลผ่านตัวเติมตัวพักฟื้นไปในทิศทางเดียว ปล่อย (หรือรับ) ความร้อน และเมื่อเคลื่อนที่ไปในทิศทางอื่นให้นำออกไป (ปล่อยออกไป) ตัวพักฟื้นยังสามารถอยู่ภายนอกกระบอกสูบ และสามารถวางบนลูกสูบดิสเพลสเซอร์ในรูปแบบเบต้าและแกมมาได้ ขนาดและน้ำหนักของเครื่องในกรณีนี้มีขนาดเล็กลง ในระดับหนึ่งบทบาทของตัวพักฟื้นจะดำเนินการโดยช่องว่างระหว่างตัวแทนที่และผนังกระบอกสูบ (หากกระบอกสูบยาวแสดงว่าไม่จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ดังกล่าวเลย แต่เกิดการสูญเสียที่สำคัญเนื่องจากความหนืดของ แก๊ส). ในอัลฟ่าสเตอร์ลิง เครื่องพักฟื้นจะอยู่ภายนอกเท่านั้น มันถูกติดตั้งแบบอนุกรมพร้อมกับตัวแลกเปลี่ยนความร้อนซึ่งสารทำงานจะถูกให้ความร้อนจากด้านลูกสูบเย็น

ในปี 1843 James Stirling ใช้เครื่องยนต์นี้ในโรงงานที่เขาทำงานเป็นวิศวกรในขณะนั้น ในปี พ.ศ. 2481 ฟิลิปส์ได้ลงทุนในเครื่องยนต์สเตอร์ลิงซึ่งมีกำลังมากกว่า 200 แรงม้าและให้ผลตอบแทนมากกว่า 30% เพราะว่า เครื่องยนต์ของสเตอร์ลิงมีข้อดีหลายประการ แพร่หลายในยุคของเครื่องจักรไอน้ำ

ข้อบกพร่อง.

การใช้วัสดุเป็นข้อเสียเปรียบหลักของเครื่องยนต์ สำหรับเครื่องยนต์สันดาปภายนอกโดยทั่วไปและโดยเฉพาะเครื่องยนต์สเตอร์ลิง น้ำมันทำงานจะต้องถูกทำให้เย็นลง ซึ่งจะทำให้น้ำหนักและขนาดเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ โรงไฟฟ้าเนื่องจากหม้อน้ำขยายใหญ่ขึ้น

เพื่อให้เกิดประสิทธิภาพเทียบเท่ากับ ลักษณะของเครื่องยนต์สันดาปภายในจำเป็นต้องใช้แรงดันสูง (มากกว่า 100 atm) และสารทำงานชนิดพิเศษ - ไฮโดรเจน, ฮีเลียม

ความร้อนไม่ได้ถูกส่งไปยังของไหลทำงานโดยตรง แต่ผ่านผนังของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเท่านั้น ผนังมีค่าการนำความร้อนจำกัด ซึ่งส่งผลให้ประสิทธิภาพต่ำกว่าที่คาดไว้ เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนร้อนทำงานภายใต้สภาวะการถ่ายเทความร้อนที่รุนแรงมากและที่ความดันสูงมาก ซึ่งต้องใช้วัสดุคุณภาพสูงและมีราคาแพง การสร้างเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่ตอบสนองความต้องการที่ขัดแย้งกันนั้นเป็นเรื่องยากมาก ยิ่งพื้นที่แลกเปลี่ยนความร้อนสูง การสูญเสียความร้อนก็จะน้อยลง ในขณะเดียวกันขนาดของตัวแลกเปลี่ยนความร้อนและปริมาตรของของไหลทำงานที่ไม่มีส่วนร่วมในงานก็เพิ่มขึ้น เนื่องจากแหล่งความร้อนตั้งอยู่ภายนอก เครื่องยนต์จึงช้าในการตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของการไหลของความร้อนไปยังกระบอกสูบ และอาจไม่ผลิตพลังงานที่ต้องการทันทีเมื่อสตาร์ท

หากต้องการเปลี่ยนกำลังเครื่องยนต์อย่างรวดเร็วมีการใช้วิธีการที่แตกต่างจากที่ใช้ในเครื่องยนต์สันดาปภายใน: ถังบัฟเฟอร์ปริมาตรแปรผัน, การเปลี่ยนแปลงความดันเฉลี่ยของของไหลทำงานในห้อง, การเปลี่ยนแปลงมุมเฟสระหว่างลูกสูบทำงานและ ผู้พลัดถิ่น ในกรณีหลังนี้ การตอบสนองของเครื่องยนต์ต่อการควบคุมของผู้ขับขี่แทบจะเกิดขึ้นทันที

ข้อดี.

อย่างไรก็ตาม เครื่องยนต์สเตอร์ลิงมีข้อดีที่ทำให้จำเป็นต้องพัฒนา

“การกินทุกอย่าง” ของเครื่องยนต์ - เช่นเดียวกับเครื่องยนต์สันดาปภายนอกทั้งหมด (หรือมากกว่าการจ่ายความร้อนภายนอก) เครื่องยนต์สเตอร์ลิงสามารถทำงานได้จากความแตกต่างของอุณหภูมิเกือบทุกแบบ ตัวอย่างเช่น ระหว่างชั้นต่าง ๆ ในมหาสมุทร จากดวงอาทิตย์ จากนิวเคลียร์ หรือ เครื่องทำความร้อนไอโซโทป เตาถ่านหินหรือเตาไม้ และอื่นๆ

ความเรียบง่ายของการออกแบบ - การออกแบบเครื่องยนต์นั้นง่ายมากโดยไม่จำเป็นต้องใช้ ระบบเพิ่มเติมเช่นกลไกการจ่ายก๊าซ มันเริ่มต้นเองและไม่จำเป็นต้องสตาร์ทเตอร์ ลักษณะของมันทำให้สามารถกำจัดกระปุกเกียร์ได้ อย่างไรก็ตาม ตามที่ระบุไว้ข้างต้น มีการใช้วัสดุมากขึ้น

อายุการใช้งานที่เพิ่มขึ้น - การออกแบบที่เรียบง่าย การไม่มีหน่วย "ละเอียดอ่อน" จำนวนมากทำให้สเตอร์ลิงสามารถให้อายุการใช้งานต่อเนื่องได้หลายหมื่นชั่วโมงซึ่งไม่เคยมีมาก่อนสำหรับเครื่องยนต์อื่น ๆ

ประหยัด - ในกรณีที่แปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นไฟฟ้า บางครั้งสเตอร์ลิงให้ประสิทธิภาพที่สูงกว่า (มากถึง 31.25%) เครื่องยนต์ความร้อนสำหรับคู่รัก

เครื่องยนต์เงียบ - สเตอร์ลิงไม่มีไอเสียซึ่งหมายความว่ามันไม่ส่งเสียงดัง เบต้าสเตอร์ลิงที่มีกลไกขนมเปียกปูนเป็นอุปกรณ์ที่มีความสมดุลอย่างสมบูรณ์แบบและเพียงพอ คุณภาพสูงการผลิตไม่มีแม้แต่การสั่นสะเทือน (แอมพลิจูดการสั่นสะเทือนน้อยกว่า 0.0038 มม.)

เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม - สเตอร์ลิงไม่มีส่วนหรือกระบวนการใด ๆ ที่อาจก่อให้เกิดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม ไม่ใช้ของไหลในการทำงาน ความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมของเครื่องยนต์มีสาเหตุหลักมาจากความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมของแหล่งความร้อน นอกจากนี้ยังเป็นที่น่าสังเกตว่าการทำให้มั่นใจว่าการเผาไหม้เชื้อเพลิงโดยสมบูรณ์ในเครื่องยนต์สันดาปภายนอกนั้นง่ายกว่าในเครื่องยนต์สันดาปภายใน

ทางเลือกแทนเครื่องยนต์ไอน้ำ

ในศตวรรษที่ 19 วิศวกรพยายามสร้างทางเลือกที่ปลอดภัยแทนเครื่องจักรไอน้ำในยุคนั้น เนื่องจากหม้อไอน้ำของเครื่องยนต์ที่ประดิษฐ์ขึ้นแล้วมักจะเกิดการระเบิด ไม่สามารถทนต่อแรงดันไอน้ำสูงและวัสดุที่ไม่เหมาะสมเลย สำหรับการผลิตและการก่อสร้าง เครื่องยนต์ของสเตอร์ลิงกลายเป็นทางเลือกที่ดีเพราะสามารถแปลงความแตกต่างของอุณหภูมิให้เป็นงานได้ นี่คือหลักการทำงานของเครื่องยนต์สเตอร์ลิงขั้นพื้นฐาน การสลับการให้ความร้อนและความเย็นอย่างต่อเนื่องของของไหลทำงานในกระบอกสูบปิดจะทำให้ลูกสูบเคลื่อนที่ โดยปกติแล้วของไหลทำงานคืออากาศ แต่ใช้ไฮโดรเจนและฮีเลียมด้วย แต่ยังมีการทดลองด้วยน้ำด้วย คุณสมบัติหลักเครื่องยนต์สเตอร์ลิงที่มีสารทำงานที่เป็นของเหลวมีขนาดเล็ก มีแรงดันใช้งานสูง และมีกำลังจำเพาะสูง นอกจากนี้ยังมีสเตอร์ลิงพร้อมของไหลทำงานสองเฟส พลังเฉพาะและ ความดันใช้งานมันก็ค่อนข้างสูงเช่นกัน

คุณอาจจำได้จากหลักสูตรฟิสิกส์ว่าเมื่อก๊าซถูกทำให้ร้อน ปริมาตรของมันจะเพิ่มขึ้น และเมื่อมันเย็นลง ก๊าซจะลดลง มันเป็นคุณสมบัติของก๊าซที่รองรับการทำงานของเครื่องยนต์สเตอร์ลิง เครื่องยนต์ของสเตอร์ลิงใช้วัฏจักรสเตอร์ลิงซึ่งไม่ด้อยกว่าวัฏจักรคาร์โนต์ในแง่ของประสิทธิภาพทางอุณหพลศาสตร์ และในบางแง่ก็มีข้อได้เปรียบด้วยซ้ำ วัฏจักรการ์โนต์ประกอบด้วยไอโซเทอร์มและอะเดียแบตที่แตกต่างกันเพียงเล็กน้อย การดำเนินการตามวงจรดังกล่าวในทางปฏิบัติมีความซับซ้อนและไม่มีท่าว่าจะดี วัฏจักรสเตอร์ลิงทำให้ได้เครื่องยนต์ที่ใช้งานได้จริงในขนาดที่ยอมรับได้

วัฏจักรสเตอร์ลิงมีสี่ขั้นตอน คั่นด้วยขั้นตอนการเปลี่ยนแปลงสองขั้นตอน: การทำความร้อน การขยายตัว การเปลี่ยนไปสู่แหล่งความเย็น การทำความเย็น การบีบอัด และการเปลี่ยนไปสู่แหล่งความร้อน เมื่อย้ายจากแหล่งอุ่นไปยังแหล่งเย็น ก๊าซที่บรรจุอยู่ในกระบอกสูบจะขยายและหดตัว ในระหว่างกระบวนการนี้ ความดันจะเปลี่ยนแปลงและได้งานที่เป็นประโยชน์ งานที่เป็นประโยชน์ผลิตผ่านกรรมวิธีที่เกิดขึ้นเท่านั้น อุณหภูมิคงที่นั่นคือมันขึ้นอยู่กับความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างเครื่องทำความร้อนและเครื่องทำความเย็นเช่นเดียวกับในวงจรคาร์โนต์

การกำหนดค่า

วิศวกรแบ่งเครื่องยนต์สเตอร์ลิงออกเป็นสามส่วน หลากหลายชนิด:

ประกอบด้วยลูกสูบกำลังสองตัวแยกกันในกระบอกสูบแยกกัน ลูกสูบข้างหนึ่งร้อน ส่วนอีกลูกสูบเย็น กระบอกลูกสูบร้อนอยู่ในตัวแลกเปลี่ยนความร้อนที่มีอุณหภูมิสูงกว่า และกระบอกลูกสูบเย็นอยู่ในตัวแลกเปลี่ยนความร้อนที่เย็นกว่า อย่างไรก็ตามอัตราส่วนกำลังต่อปริมาตรค่อนข้างสูง ความร้อนลูกสูบ "ร้อน" ทำให้เกิดปัญหาทางเทคนิคบางประการ

เบต้า สเตอร์ลิง- มีกระบอกหนึ่งร้อนปลายข้างหนึ่งและเย็นอีกข้างหนึ่ง ลูกสูบ (ซึ่งกำลังถูกถอดออก) และ "ตัวแทนที่" เคลื่อนที่ภายในกระบอกสูบ โดยเปลี่ยนปริมาตรของช่องร้อน ก๊าซถูกสูบจากส่วนที่เย็นของกระบอกสูบไปยังส่วนที่ร้อนผ่านรีเจนเนอเรเตอร์ รีเจนเนอเรเตอร์สามารถอยู่ภายนอกโดยเป็นส่วนหนึ่งของตัวแลกเปลี่ยนความร้อน หรือสามารถใช้ร่วมกับลูกสูบดิสเพลสเซอร์ได้

มีลูกสูบและ "ดิสเพลสเซอร์" แต่ในขณะเดียวกันก็มีสองกระบอกสูบ - อันหนึ่งเย็น (โดยที่ลูกสูบเคลื่อนที่ซึ่งกำลังถูกถอดออก) และอันที่สองร้อนที่ปลายด้านหนึ่งและเย็นที่อีกด้านหนึ่ง ( โดยที่ "ตัวแทนที่" เคลื่อนที่) ตัวสร้างใหม่สามารถเป็นแบบภายนอกได้ ซึ่งในกรณีนี้จะเชื่อมต่อส่วนที่ร้อนของกระบอกสูบที่สองกับส่วนที่เย็น และในเวลาเดียวกันกับกระบอกสูบแรก (เย็น) ตัวสร้างใหม่ภายในเป็นส่วนหนึ่งของดิสเพลสเซอร์

บ้าน » ล็อค » เครื่องยนต์สันดาปภายนอกแบบสเตอร์ลิง หลักการทำงานของเครื่องยนต์สันดาปภายนอก หลักการทำงานของเครื่องยนต์สันดาปภายนอก