เครื่องยนต์สเตอร์ลิงรุ่นใดมีการออกแบบที่ดีที่สุดเพื่อประสิทธิภาพสูงสุด เครื่องยนต์สันดาปภายนอกแบบโรตารี่ เครื่องยนต์สันดาปภายนอกในยุคของเรา

เมื่อประมาณร้อยปีที่แล้ว เครื่องยนต์ สันดาปภายในฉันต้องชนะในที่ที่พวกเขาครอบครองในอุตสาหกรรมยานยนต์สมัยใหม่ในการแข่งขันที่ดุเดือด จากนั้นความเหนือกว่าของพวกเขาก็ไม่ชัดเจนเหมือนในทุกวันนี้ แท้จริงแล้วเครื่องจักรไอน้ำ คู่แข่งหลัก เครื่องยนต์เบนซิน- มีข้อได้เปรียบอย่างมากเมื่อเทียบกับมัน: ไม่มีเสียง, ง่ายต่อการควบคุมพลังงาน, ยอดเยี่ยม ลักษณะการฉุดลากและ "กินไม่เลือก" ที่น่าทึ่ง ช่วยให้คุณทำงานกับเชื้อเพลิงทุกประเภทตั้งแต่ไม้ไปจนถึงน้ำมันเบนซิน แต่ในท้ายที่สุด ประสิทธิภาพ ความเบา และความน่าเชื่อถือของเครื่องยนต์สันดาปภายในก็มีชัย และทำให้เรายอมรับข้อบกพร่องที่หลีกเลี่ยงไม่ได้
ในทศวรรษ 1950 ด้วยการกำเนิดของกังหันก๊าซและเครื่องยนต์โรตารี่ การโจมตีเริ่มขึ้นในตำแหน่งผูกขาดที่ครอบครองโดยเครื่องยนต์สันดาปภายในในอุตสาหกรรมยานยนต์ ซึ่งเป็นการโจมตีที่ยังไม่ประสบความสำเร็จ ในเวลาเดียวกันก็มีความพยายามพาขึ้นเวที เครื่องยนต์ใหม่ซึ่งผสมผสานประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของเครื่องยนต์เบนซินเข้ากับการติดตั้งไอน้ำแบบ "กินไม่เลือก" ที่ไร้เสียงรบกวน นี่คือเครื่องยนต์ที่มีชื่อเสียง การเผาไหม้ภายนอกซึ่งนักบวชชาวสก็อต Robert Stirling จดสิทธิบัตรเมื่อวันที่ 27 กันยายน พ.ศ. 2359 (สิทธิบัตรอังกฤษหมายเลข 4081)

ฟิสิกส์กระบวนการ

หลักการทำงานของเครื่องยนต์ความร้อนทั้งหมดโดยไม่มีข้อยกเว้นนั้นขึ้นอยู่กับความจริงที่ว่าเมื่อก๊าซร้อนขยายตัว การทำงานเชิงกลจะดำเนินการมากกว่าที่จำเป็นในการอัดก๊าซเย็น เพื่อแสดงให้เห็นสิ่งนี้ น้ำร้อนและเย็นหนึ่งขวดและสองหม้อก็เพียงพอแล้ว ขั้นแรกให้จุ่มขวดลงในน้ำเย็นจัด และเมื่ออากาศเย็นลง คอก็ถูกเสียบด้วยจุกไม้ก๊อกและถ่ายโอนไปยังน้ำร้อนอย่างรวดเร็ว หลังจากนั้นไม่กี่วินาที ก็มีเสียงป๊อบดังขึ้นและก๊าซที่ร้อนในขวดดันจุกก๊อกออกมา ทำให้ งานเครื่องกล. ขวดสามารถคืนสู่น้ำแข็งได้อีกครั้ง - วัฏจักรจะเกิดซ้ำ
กระบอกสูบ ลูกสูบ และคันโยกที่สลับซับซ้อนของเครื่องจักรสเตอร์ลิงเครื่องแรกสร้างกระบวนการนี้ขึ้นใหม่เกือบทุกประการ จนกระทั่งนักประดิษฐ์ตระหนักว่าความร้อนส่วนหนึ่งที่ถ่ายจากแก๊สในระหว่างการทำความเย็นสามารถนำมาใช้เพื่อให้ความร้อนบางส่วนได้ สิ่งที่จำเป็นคือภาชนะบางชนิดที่สามารถเก็บความร้อนที่นำออกจากแก๊สในระหว่างการทำความเย็น และคืนความร้อนให้กับมันเมื่อถูกความร้อน
แต่อนิจจาแม้การปรับปรุงที่สำคัญมากนี้ไม่ได้ช่วยเครื่องยนต์สเตอร์ลิง ภายในปี พ.ศ. 2428 ผลลัพธ์ที่ได้นั้นอยู่ในระดับปานกลางมาก: ประสิทธิภาพ 5-7 เปอร์เซ็นต์, 2 ลิตร กับ. กำลังไฟฟ้า 4 ตัน และพื้นที่ครอบครอง 21 ลูกบาศก์เมตร
เครื่องยนต์สันดาปภายนอกไม่ได้รับการช่วยเหลือแม้แต่จากความสำเร็จของการออกแบบอื่นที่พัฒนาโดยวิศวกรชาวสวีเดน Erickson ต่างจากสเตอร์ลิง เขาเสนอให้ความร้อนและความเย็นของแก๊สไม่ใช่ในปริมาตรคงที่ แต่ใช้แรงดันคงที่ ในปี พ.ศ. 2430 เครื่องยนต์ Erickson ขนาดเล็กหลายพันเครื่องทำงานได้อย่างสมบูรณ์แบบในโรงพิมพ์ ในบ้าน ในเหมือง บนเรือ พวกเขาเติมน้ำในถัง ขับเคลื่อนลิฟต์ Erickson พยายามปรับให้เข้ากับทีมขับรถ แต่กลับกลายเป็นว่าหนักเกินไป ในรัสเซียก่อนการปฏิวัติ เครื่องยนต์ดังกล่าวจำนวนมากถูกผลิตขึ้นภายใต้ชื่อ "ความร้อนและพลัง"
อย่างไรก็ตาม พยายามเพิ่มกำลังเป็น 250 ลิตร กับ. จบลงด้วยความล้มเหลวอย่างสมบูรณ์ เครื่องจักรที่มีกระบอกสูบขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 4.2 เมตรพัฒนาน้อยกว่า 100 แรงม้า นั่นคือห้องเผาไหม้ถูกไฟไหม้และเรือที่ติดตั้งเครื่องยนต์เสียชีวิต
วิศวกรกล่าวคำอำลากับมาสโทดอนที่อ่อนแอเหล่านี้โดยไม่ต้องเสียใจทันทีที่เครื่องยนต์เบนซินและดีเซลทรงพลัง กะทัดรัด และน้ำหนักเบาปรากฏขึ้น และทันใดนั้น ในปี 1960 เกือบ 80 ปีต่อมา Stirlings และ Ericksons (เราจะเรียกพวกเขาอย่างมีเงื่อนไขว่าด้วยการเปรียบเทียบกับเครื่องยนต์ดีเซล) ถูกพูดถึงว่าเป็นคู่แข่งที่น่าเกรงขามของเครื่องยนต์สันดาปภายใน บทสนทนาเหล่านี้ไม่ได้ลดลงมาจนถึงทุกวันนี้ อะไรอธิบายมุมมองที่เฉียบแหลมเช่นนี้?

ราคาของวิธีการ

เมื่อคุณได้ยินเกี่ยวกับแนวคิดทางเทคนิคแบบเก่าที่ฟื้นคืนชีพใน เทคโนโลยีที่ทันสมัย, คำถามเกิดขึ้นทันที: อะไรทำให้ไม่สามารถดำเนินการได้มาก่อน? ปัญหานั้นคืออะไร "เบ็ด" ที่ไม่มีวิธีแก้ปัญหาที่เธอไม่สามารถเข้าสู่ชีวิตได้? และเกือบทุกครั้งมันกลายเป็นว่าความคิดเก่าเป็นหนี้การฟื้นฟูไม่ว่าจะด้วยวิธีทางเทคโนโลยีใหม่หรือ การออกแบบใหม่ซึ่งรุ่นก่อนไม่ได้คิดหรือวัสดุใหม่ เครื่องยนต์สันดาปภายนอกถือได้ว่าเป็นข้อยกเว้นที่หายากที่สุด
การคำนวณทางทฤษฎีแสดงว่าประสิทธิภาพ Stirlings และ Ericssons สามารถเข้าถึง 70 เปอร์เซ็นต์ - มากกว่าเครื่องยนต์อื่น ๆ และนี่หมายความว่าความล้มเหลวของรุ่นก่อนนั้นอธิบายโดยหลักการรองโดยปัจจัยที่ถอดออกได้ ทางเลือกที่เหมาะสมของพารามิเตอร์และขอบเขตการใช้งาน การศึกษาอย่างเข้มงวดเกี่ยวกับการทำงานของแต่ละยูนิต การประมวลผลอย่างระมัดระวังและการปรับแต่งรายละเอียดแต่ละส่วนทำให้สามารถตระหนักถึงประโยชน์ของวงจร ตัวอย่างทดลองแรกมีประสิทธิภาพถึง 39 เปอร์เซ็นต์! (ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์เบนซินและดีเซลซึ่งทำงานมาหลายปีแล้ว อยู่ที่ 28-30 และ 32-35 เปอร์เซ็นต์ตามลำดับ) โอกาสใดบ้างที่ทั้งสเตอร์ลิงและเอริคสัน “มองข้ามไป” ในช่วงเวลาของพวกเขา?
ภาชนะเดียวกันซึ่งเก็บความร้อนสลับกันแล้วปล่อยออก การคำนวณเครื่องกำเนิดใหม่ในสมัยนั้นเป็นไปไม่ได้เลย: วิทยาศาสตร์การถ่ายเทความร้อนไม่มีอยู่จริง ขนาดของมันถูกมองด้วยตาและจากการคำนวณแสดงให้เห็นว่า ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์การเผาไหม้ภายนอกขึ้นอยู่กับคุณภาพของเครื่องกำเนิดใหม่ จริงอยู่ที่ประสิทธิภาพที่ไม่ดีสามารถชดเชยได้ในระดับหนึ่งโดยการเพิ่มแรงกดดัน
เหตุผลประการที่สองของความล้มเหลวคือการติดตั้งครั้งแรกทำงานในอากาศที่ความดันบรรยากาศ: ขนาดของมันใหญ่โตและความจุมีขนาดเล็ก
ให้เกิดประสิทธิภาพ กำเนิดใหม่มากถึง 98 เปอร์เซ็นต์และเติมไฮโดรเจนหรือฮีเลียมในวงจรปิดที่บีบอัดถึง 100 บรรยากาศวิศวกรในสมัยของเราได้เพิ่มประสิทธิภาพและพลังของสเตอร์ลิงซึ่งแม้แต่ในรูปแบบนี้ก็ยังแสดงประสิทธิภาพ สูงกว่าเครื่องยนต์สันดาปภายใน
เพียงเท่านี้ก็เพียงพอแล้วที่จะพูดถึงการติดตั้งเครื่องยนต์สันดาปภายนอกในรถยนต์ แต่การทำกำไรที่สูงเท่านั้นไม่เคยทำให้ข้อดีของเครื่องจักรเหล่านี้หมดลงจากการถูกลืมเลือน

วิธีการทำงานของสเตอร์ลิง

แผนผังของเครื่องยนต์สันดาปภายนอก:
1 - หัวฉีดน้ำมันเชื้อเพลิง;
2 - ท่อทางออก;
3 - องค์ประกอบของเครื่องทำความร้อนอากาศ;
4 - เครื่องทำความร้อนอากาศ;
5 - ก๊าซร้อน
6 - พื้นที่ร้อนของกระบอกสูบ
7 - ตัวสร้างใหม่;
8 - กระบอกสูบ;
9 - ครีบเย็น;
10 - พื้นที่เย็น;
11 - ลูกสูบทำงาน;
12 - ไดรฟ์ขนมเปียกปูน;
13 - ก้านสูบของลูกสูบทำงาน;
14 - เกียร์ซิงโครไนซ์;
15 - ห้องเผาไหม้;
16 - ท่อฮีตเตอร์;
17 - อากาศร้อน
18 - ลูกสูบแทนที่;
19 - ช่องอากาศเข้า;
20 - น้ำหล่อเย็น;
21 - ตราประทับ;
22 - ปริมาณบัฟเฟอร์;
23 - ตราประทับ;
24 - ลูกสูบดัน - ดิสเพลสเซอร์;
25 - ตัวดันลูกสูบทำงาน;
26 - แอกของลูกสูบทำงาน;
27 - นิ้วของแอกของลูกสูบทำงาน;
28 - ก้านสูบของลูกสูบ - ดิสเพลสเซอร์;
29 - แอกของลูกสูบดิสเพลสเซอร์;
30 - เพลาข้อเหวี่ยง
พื้นหลังสีแดง - วงจรความร้อน;
พื้นหลังประ - วงจรระบายความร้อน

ในการออกแบบที่ทันสมัยของ "สเตอร์ลิง" ที่ใช้เชื้อเพลิงเหลว มีสามวงจรที่มีการสัมผัสกันทางความร้อนเท่านั้น เหล่านี้คือวงจรของของไหลทำงาน (โดยปกติคือไฮโดรเจนหรือฮีเลียม) วงจรความร้อนและวงจรทำความเย็น วัตถุประสงค์หลักของวงจรทำความร้อนคือการรักษาอุณหภูมิสูงในส่วนบนของวงจรการทำงาน วงจรทำความเย็นรองรับ อุณหภูมิต่ำที่ด้านล่างของเวิร์กโฟลว์ รูปร่างของของไหลทำงานนั้นปิดอยู่
รูปร่างของร่างกายการทำงาน. ลูกสูบสองตัวเคลื่อนที่ในกระบอกสูบ 8 - ลูกสูบทำงาน 11 และลูกสูบแบบแทนที่ 18 การเคลื่อนตัวขึ้นของลูกสูบทำงานทำให้เกิดการบีบอัดของของไหลทำงาน การเคลื่อนที่ลงนั้นเกิดจากการขยายตัวของแก๊สและมาพร้อมกับงานที่มีประโยชน์ การเคลื่อนที่ขึ้นของลูกสูบดิสเพลสเซอร์จะบีบแก๊สเข้าไปในช่องด้านล่างที่ระบายความร้อนของกระบอกสูบ การเคลื่อนลงของมันสอดคล้องกับความร้อนของก๊าซ ไดรฟ์ขนมเปียกปูน 12 บอกให้ลูกสูบเคลื่อนที่ตามรอบสี่รอบ ((แผนภาพแสดงรอบเหล่านี้)
บาร์ไอ- การระบายความร้อนของของไหลทำงาน ลูกสูบดิสเพลสเซอร์ 18 เคลื่อนขึ้นด้านบน บีบของเหลวทำงานผ่านรีเจนเนอเรเตอร์ 7 ซึ่งเก็บความร้อนของก๊าซร้อนไว้ในส่วนล่างของกระบอกสูบที่ระบายความร้อน ลูกสูบทำงาน 11 อยู่ที่ BDC
บาร์II- การบีบอัดของไหลทำงาน พลังงานที่เก็บไว้ในแก๊สอัดของปริมาตรบัฟเฟอร์ 22 แจ้งลูกสูบทำงาน 11 ของการเคลื่อนที่ขึ้นข้างบน พร้อมกับการอัดของของไหลสำหรับการทำงานที่เย็น
บาร์ III- ความร้อนของของไหลทำงาน ลูกสูบแบบแทนที่ 18 ซึ่งเกือบจะเชื่อมต่อกับลูกสูบที่ทำงาน 11 แล้ว จะแทนที่แก๊สไปยังพื้นที่ร้อนผ่านเครื่องกำเนิดใหม่ 7 ซึ่งความร้อนที่เก็บไว้ระหว่างการทำความเย็นจะถูกส่งกลับไปยังแก๊ส
บาร์ IV- การขยายตัวของร่างกายการทำงาน - รอบการทำงาน เมื่อถูกความร้อนในพื้นที่ร้อน ก๊าซจะขยายตัวและทำงานที่มีประโยชน์ ส่วนหนึ่งของมันถูกเก็บไว้ในปริมาตรบัฟเฟอร์แก๊สอัด 22 สำหรับการบีบอัดของไหลทำงานเย็นในภายหลัง ส่วนที่เหลือจะถูกลบออกจากเพลามอเตอร์
วงจรทำความร้อน. อากาศถูกพัดลมเป่าเข้าไปในช่องอากาศ 19 ผ่านองค์ประกอบ 3 ของเครื่องทำความร้อนทำให้ร้อนขึ้นและเข้า หัวฉีดน้ำมันเชื้อเพลิง. ก๊าซร้อนที่เกิดขึ้นให้ความร้อนแก่ท่อ 16 ของฮีตเตอร์ของของไหลทำงาน ไหลรอบองค์ประกอบ 3 ของเครื่องทำความร้อน และเมื่อปล่อยความร้อนไปยังอากาศที่จะไปเผาเชื้อเพลิง พวกมันจะถูกขับผ่านท่อไอเสีย 2 เข้าไป บรรยากาศ.
วงจรทำความเย็น. น้ำถูกจ่ายผ่านหัวฉีด 20 ไปยังส่วนล่างของกระบอกสูบ และไหลไปรอบๆ ซี่โครงตัวทำความเย็น 9 ทำให้เย็นลงอย่างต่อเนื่อง

"สเตอร์ลิง" แทน ICE

การทดสอบครั้งแรกเมื่อครึ่งศตวรรษก่อนแสดงให้เห็นว่า "สเตอร์ลิง" เกือบจะเงียบสนิท ไม่มีคาร์บูเรเตอร์, หัวฉีดแรงดันสูง, ระบบจุดระเบิด, วาล์ว, หัวเทียน ความดันในกระบอกสูบถึงแม้จะเพิ่มขึ้นเป็นเกือบ 200 atm แต่ไม่ใช่จากการระเบิด เช่นเดียวกับในเครื่องยนต์สันดาปภายในแต่ราบรื่น ไม่จำเป็นต้องใช้ตัวเก็บเสียงในเครื่องยนต์ ไดรฟ์ลูกสูบจลนศาสตร์รูปเพชรมีความสมดุลอย่างสมบูรณ์ ไม่สั่น ไม่สั่น.
พวกเขาบอกว่าแม้จะใช้มือบนเครื่องยนต์ก็ไม่สามารถระบุได้ว่าเครื่องยนต์ทำงานหรือไม่ คุณสมบัติเหล่านี้ เครื่องยนต์ของรถมีความสำคัญเป็นพิเศษเพราะ เมืองใหญ่มีปัญหาเฉียบพลันของการลดเสียงรบกวน
แต่คุณภาพอีกประการหนึ่งคือ "กินไม่เลือก" อันที่จริงไม่มีแหล่งความร้อนดังกล่าวที่ไม่เหมาะสำหรับการขับ "สเตอร์ลิง" รถยนต์ที่มีเครื่องยนต์ดังกล่าวสามารถวิ่งบนไม้ บนฟาง บนถ่านหิน บนน้ำมันก๊าด บนเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ แม้กระทั่งในแสงแดด มันสามารถทำงานกับความร้อนที่เก็บไว้ในการละลายของเกลือหรือออกไซด์บางชนิด ตัวอย่างเช่น การหลอมอะลูมิเนียมออกไซด์ 7 ลิตรจะแทนที่น้ำมันเบนซิน 1 ลิตร ความเก่งกาจดังกล่าวไม่เพียงแต่จะสามารถช่วยคนขับที่มีปัญหาได้เสมอ เธอจะแก้ไขอย่างเฉียบขาด ปัญหาที่แท้จริงสูบบุหรี่ในเมือง เมื่อเข้าใกล้เมือง คนขับจะเปิดเตาและละลายเกลือในถัง เชื้อเพลิงไม่เผาไหม้ภายในเมือง: เครื่องยนต์ทำงานเมื่อละลาย
แล้วระเบียบล่ะ? เพื่อลดพลังงานก็เพียงพอที่จะปล่อยก๊าซในปริมาณที่ต้องการจากวงจรปิดของเครื่องยนต์ลงในกระบอกสูบเหล็ก อัตโนมัติจะลดการจ่ายเชื้อเพลิงลงทันทีเพื่อให้อุณหภูมิคงที่โดยไม่คำนึงถึงปริมาณก๊าซ เพื่อเพิ่มพลังงาน ก๊าซจะถูกสูบจากกระบอกสูบกลับเข้าไปในวงจร
นั่นเป็นเพียงในแง่ของต้นทุนและน้ำหนัก "สเตอร์ลิง" ยังคงด้อยกว่าเครื่องยนต์สันดาปภายใน สำหรับ 1 ลิตร กับ. คิดเป็น 5 กก. ซึ่งมากกว่าน้ำมันเบนซินและ เครื่องยนต์ดีเซล. แต่เราไม่ควรลืมว่านี่ยังเป็นครั้งแรกที่ไม่ได้นำมาให้ ระดับสูงความสมบูรณ์แบบของโมเดล
การคำนวณทางทฤษฎีแสดงให้เห็นว่า ceteris paribus, Stirlings ต้องการแรงกดดันที่ต่ำกว่า มัน - ศักดิ์ศรีที่สำคัญ. และหากพวกเขามีข้อได้เปรียบในการออกแบบด้วย ก็เป็นไปได้ว่าพวกเขาจะกลายเป็นคู่แข่งที่น่ากลัวที่สุดของเครื่องยนต์สันดาปภายในในอุตสาหกรรมยานยนต์ ไม่ใช่กังหันเลย

สเตอร์ลิง โดย GM

งานหนักเพื่อปรับปรุงเครื่องยนต์สันดาปภายนอกซึ่งเริ่มขึ้น 150 ปีหลังจากการประดิษฐ์ได้เกิดผลแล้ว หลากหลาย ตัวเลือกการออกแบบเครื่องยนต์วงจรสเตอร์ลิง มีโครงการของมอเตอร์ที่มีแผ่นซัดเพื่อควบคุมจังหวะของลูกสูบเครื่องยนต์โรตารี่ได้รับการจดสิทธิบัตรแล้วในส่วนของโรเตอร์ที่มีการบีบอัดในส่วนอื่น ๆ - การขยายตัวและความร้อนถูกจ่ายและกำจัดในช่อง เชื่อมต่อฟันผุ แรงดันสูงสุดในกระบอกสูบของตัวอย่างแต่ละรายการสูงถึง 220 กก./ซม. 2 และแรงดันใช้งานเฉลี่ยสูงสุด 22 และ 27 กก./ซม. 2 และอื่นๆ ความสามารถในการทำกำไรเพิ่มขึ้นเป็น 150 กรัม/แรงม้า/ชั่วโมง
บริษัทมีความก้าวหน้ามากที่สุด เจนเนอรัล มอเตอร์สซึ่งในปี 1970 ได้สร้าง "สเตอร์ลิง" รูปตัววีด้วยกลไกข้อเหวี่ยงแบบเดิม กระบอกหนึ่งกำลังทำงาน อีกกระบอกหนึ่งกำลังอัด เฉพาะลูกสูบทำงานเท่านั้นที่อยู่ในลูกสูบทำงาน และลูกสูบดิสเพลสเซอร์อยู่ในกระบอกสูบอัด ฮีตเตอร์ รีเจนเนอเรเตอร์ และเครื่องทำความเย็นจะอยู่ระหว่างกระบอกสูบ มุมเฟส กล่าวอีกนัยหนึ่ง มุมเอียงของกระบอกสูบหนึ่งจากอีกกระบอกหนึ่ง สำหรับ "สเตอร์ลิง" นี้คือ 90 ° ความเร็วของลูกสูบตัวหนึ่งควรสูงสุดในขณะที่อีกอันหนึ่งเป็นศูนย์ (ที่ด้านบนและ ตายล่างคะแนน) การเปลี่ยนเฟสในการเคลื่อนที่ของลูกสูบทำได้โดยการจัดกระบอกสูบที่มุม 90° โครงสร้างนี้เป็น "สเตอร์ลิง" ที่ง่ายที่สุด แต่จะด้อยกว่าเครื่องยนต์ที่มีขนมเปียกปูน กลไกข้อเหวี่ยงในความสมดุล. เพื่อปรับสมดุลแรงเฉื่อยใน เครื่องยนต์วีต้องเพิ่มจำนวนกระบอกสูบจากสองเป็นแปด

แผนผังของ "สเตอร์ลิง" รูปตัววี:
1 - กระบอกสูบทำงาน;
2 - ลูกสูบทำงาน;
3 - เครื่องทำความร้อน;
4 - เครื่องกำเนิดใหม่;
5 - ปลอกหุ้มฉนวนความร้อน;
6 - คูลเลอร์;
7 - กระบอกอัด

รอบการทำงานในเครื่องยนต์ดังกล่าวดำเนินการดังนี้
ในกระบอกสูบทำงาน 1 ก๊าซ (ไฮโดรเจนหรือฮีเลียม) จะถูกทำให้ร้อน ในอีกทางหนึ่งคือการบีบอัด 7 จะถูกทำให้เย็นลง เมื่อลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้นในกระบอกสูบ 7 แก๊สจะถูกอัด - จังหวะการอัด ในเวลานี้ ลูกสูบ 2 เริ่มเคลื่อนลงในกระบอกสูบ 1 แก๊สจากกระบอกสูบเย็น 7 จะไหลเข้าสู่กระบอกสูบร้อน 1 ผ่านเครื่องทำความเย็น 6, รีเจนเนอเรเตอร์ 4 และเครื่องทำความร้อน 3 - จังหวะความร้อนอย่างต่อเนื่อง แก๊สร้อนขยายตัวในกระบอกสูบ 1 ทำงาน - จังหวะการขยายตัว เมื่อลูกสูบ 2 เคลื่อนขึ้นไปในกระบอกสูบ 1 ก๊าซจะถูกสูบผ่านเครื่องกำเนิดใหม่ 4 และตัวทำความเย็น 6 เข้าไปในกระบอกสูบ 7 - รอบการทำความเย็น
รูปแบบ "สเตอร์ลิง" ดังกล่าวสะดวกที่สุดสำหรับการย้อนกลับ ในตัวเรือนรวมของฮีตเตอร์ รีเจนเนอเรเตอร์ และคูลเลอร์ (อุปกรณ์ของพวกเขาจะกล่าวถึงในภายหลัง) แดมเปอร์ถูกสร้างขึ้นมาเพื่อสิ่งนี้ หากคุณย้ายพวกมันจากตำแหน่งสุดขั้วหนึ่งไปอีกตำแหน่งหนึ่ง กระบอกสูบเย็นก็จะร้อน และอันที่ร้อนก็จะเย็น และเครื่องยนต์จะหมุนไปในทิศทางตรงกันข้าม
ฮีตเตอร์เป็นชุดของท่อที่ทำจากสแตนเลสทนความร้อนซึ่งผ่านก๊าซที่ใช้งานได้ ท่อถูกทำให้ร้อนด้วยเปลวไฟของหัวเผาที่ดัดแปลงเพื่อเผาเชื้อเพลิงเหลวต่างๆ ความร้อนจากก๊าซร้อนจะถูกเก็บไว้ในเครื่องกำเนิดใหม่ โหนดนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการได้รับ ประสิทธิภาพสูง. มันจะบรรลุวัตถุประสงค์หากถ่ายเทความร้อนมากกว่าในตัวทำความร้อนประมาณสามเท่า และกระบวนการนี้ใช้เวลาน้อยกว่า 0.001 วินาที กล่าวโดยสรุป มันคือตัวสะสมความร้อนที่ออกฤทธิ์เร็ว และอัตราการถ่ายเทความร้อนระหว่างเครื่องกำเนิดใหม่และก๊าซคือ 30,000 องศาต่อวินาที รีเจนเนอเรเตอร์ซึ่งมีประสิทธิภาพเท่ากับ 0.98 ยูนิต ประกอบด้วยตัวเครื่องทรงกระบอกซึ่งมีวงแหวนหลายอันที่ทำจากลวดพันกัน (เส้นผ่านศูนย์กลางลวด 0.2 มม.) เรียงเป็นชุด เพื่อป้องกันไม่ให้ความร้อนถูกถ่ายโอนไปยังตู้เย็น มีการติดตั้งปลอกฉนวนความร้อนระหว่างหน่วยเหล่านี้ และในที่สุดก็เย็นลง มันทำในรูปแบบของแจ็คเก็ตน้ำบนท่อ
พลังสเตอร์ลิงถูกควบคุมโดยการเปลี่ยนความดันของแก๊สทำงาน ด้วยเหตุนี้เครื่องยนต์จึงติดตั้งถังแก๊สและคอมเพรสเซอร์พิเศษ

ข้อดีข้อเสีย

เพื่อประเมินโอกาสในการใช้ "สเตอร์ลิง" ในรถยนต์ เราวิเคราะห์ข้อดีและข้อเสียของมัน มาเริ่มกันที่สิ่งที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่ง เครื่องยนต์ความร้อนพารามิเตอร์ที่เรียกว่าประสิทธิภาพเชิงทฤษฎี สำหรับ "สเตอร์ลิง" ถูกกำหนดโดยสูตรต่อไปนี้:

η \u003d 1 - Tx / Tg

โดยที่ η คือประสิทธิภาพ Tx คืออุณหภูมิของปริมาตร "เย็น" และ Tg คืออุณหภูมิของปริมาตร "ร้อน" ในเชิงปริมาณ พารามิเตอร์นี้สำหรับ "สเตอร์ลิง" คือ 0.50 นี่เป็นมากกว่าเครื่องยนต์กังหันก๊าซ เบนซิน และดีเซลที่ดีที่สุดอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งมีประสิทธิภาพเชิงทฤษฎีที่ 0.28 ตามลำดับ 0.30 น.; 0.40.
เหมือนเครื่องยนต์สันดาปภายนอก สเตอร์ลิงสามารถใช้เชื้อเพลิงต่างๆ ได้: น้ำมันเบนซิน น้ำมันก๊าด ดีเซล ก๊าซ และแม้กระทั่งของแข็ง ลักษณะเชื้อเพลิง เช่น ซีเทนและ เลขออกเทน, ปริมาณเถ้า, จุดเดือดระหว่างการเผาไหม้นอกกระบอกสูบเครื่องยนต์ สำหรับ "สเตอร์ลิง" นั้นไม่สำคัญ เพื่อให้ทำงานกับเชื้อเพลิงชนิดต่างๆ ได้ ไม่จำเป็นต้องดัดแปลงอะไรมาก แค่เปลี่ยนหัวเตา
เครื่องยนต์สันดาปภายนอกที่การเผาไหม้ดำเนินไปอย่างเสถียรด้วยอัตราส่วนอากาศส่วนเกินคงที่ที่ 1.3 ปล่อยคาร์บอนมอนอกไซด์ ไฮโดรคาร์บอน และไนโตรเจนออกไซด์น้อยกว่าเครื่องยนต์สันดาปภายในอย่างมีนัยสำคัญ
เสียงเบาของ "สเตอร์ลิง" เกิดจากอัตราส่วนการอัดต่ำ (จาก 1.3 ถึง 1.5) แรงดันในกระบอกสูบเพิ่มขึ้นอย่างราบรื่น และไม่มีการระเบิด เช่นเดียวกับในน้ำมันเบนซินหรือ เครื่องยนต์ดีเซล. การไม่มีความผันผวนของคอลัมน์ก๊าซในท่อไอเสียจะเป็นตัวกำหนดความไม่มีเสียงของไอเสีย ซึ่งได้รับการยืนยันโดยการทดสอบเครื่องยนต์ที่พัฒนาโดย Phillips ร่วมกับ Ford สำหรับรถบัส
"สเตอร์ลิง" มีลักษณะการใช้น้ำมันต่ำและมีความทนทานต่อการสึกหรอสูงเนื่องจากไม่มีกระบอกสูบ สารออกฤทธิ์และอุณหภูมิที่ค่อนข้างต่ำของก๊าซทำงาน และความน่าเชื่อถือของมันนั้นสูงกว่าเครื่องยนต์สันดาปภายในที่เรารู้จัก เนื่องจากไม่มีกลไกการจ่ายก๊าซที่ซับซ้อนเช่นกัน
ข้อได้เปรียบที่สำคัญของสเตอร์ลิงในฐานะเครื่องยนต์ของรถยนต์คือความสามารถในการปรับตัวที่เพิ่มขึ้นเพื่อรองรับการเปลี่ยนแปลงน้ำหนักบรรทุก ตัวอย่างเช่น สูงกว่าของ . 50 เปอร์เซ็นต์ เครื่องยนต์คาร์บูเรเตอร์, เนื่องจากสามารถลดจำนวนขั้นตอนในกระปุกเกียร์ได้ อย่างไรก็ตาม ละทิ้งคลัตช์และกระปุกเกียร์โดยสิ้นเชิงเช่นเดียวกับใน รถไอน้ำ, มันเป็นสิ่งต้องห้าม.
แต่ทำไมเครื่องยนต์ที่มีข้อได้เปรียบที่เห็นได้ชัดเช่นนี้ยังไม่พบการใช้งานจริง? เหตุผลง่าย ๆ - มีข้อบกพร่องมากมายที่ยังไม่ได้รับการแก้ไข หัวหน้าในหมู่พวกเขาคือความยากลำบากอย่างมากในการจัดการและปรับตัว มี “แนวปะการัง” อื่นๆ ที่ทั้งนักออกแบบและผู้ผลิตเลี่ยงไม่ง่ายนัก โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ลูกสูบต้องการซีลที่มีประสิทธิภาพมากซึ่งต้องทนต่อแรงดันสูง (สูงถึง 200 กก. / ซม. 2) และป้องกันไม่ให้น้ำมันเข้าไปในโพรงการทำงาน ไม่ว่าในกรณีใด การทำงาน 25 ปีของ Phillips ในการปรับแต่งเครื่องยนต์อย่างละเอียดยังไม่สามารถทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานจำนวนมากในรถยนต์ได้ ที่สำคัญคือ ลักษณะเด่น"สเตอร์ลิง" - ความจำเป็นในการขจัดความร้อนจำนวนมากด้วยน้ำหล่อเย็น ในเครื่องยนต์สันดาปภายใน ความร้อนส่วนหนึ่งจะถูกปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศพร้อมกับก๊าซไอเสีย ในสเตอร์ลิง ความร้อนเพียง 9 เปอร์เซ็นต์ที่เกิดจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงจะเข้าสู่ไอเสีย หากในเครื่องยนต์สันดาปภายในน้ำมันเบนซินที่มีน้ำหล่อเย็นจากความร้อน 20 ถึง 25 เปอร์เซ็นต์จะถูกลบออกจากนั้นใน "สเตอร์ลิง" - มากถึง 50 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งหมายความว่ารถยนต์ที่มีเครื่องยนต์ดังกล่าวควรมีหม้อน้ำที่ใหญ่กว่าเครื่องยนต์เบนซินที่คล้ายกันประมาณ 2-2.5 เท่า ข้อเสียของ "สเตอร์ลิง" คือความถ่วงจำเพาะสูงเมื่อเทียบกับเครื่องยนต์สันดาปภายในทั่วไป ข้อเสียที่สำคัญอีกประการหนึ่งคือความยากลำบากในการเพิ่มความเร็ว: ที่ 3600 รอบต่อนาที การสูญเสียไฮดรอลิกเพิ่มขึ้นอย่างมากและการถ่ายเทความร้อนแย่ลง และในที่สุดก็. "สเตอร์ลิง" ด้อยกว่า เครื่องยนต์ธรรมดาการเผาไหม้ภายในในการฉีด
ยังคงทำงานเกี่ยวกับการสร้างและปรับแต่งรถยนต์ "สเตอร์ลิง" รวมถึงรถยนต์นั่งส่วนบุคคล ถือได้ว่าในปัจจุบันปัญหาพื้นฐานได้รับการแก้ไขแล้ว อย่างไรก็ตาม ยังมีงานอีกมากที่ต้องทำ การใช้โลหะผสมเบาสามารถลดแรงโน้มถ่วงจำเพาะของเครื่องยนต์ได้ แต่จะยังสูงขึ้นอยู่ มากกว่าเครื่องยนต์สันดาปภายในเนื่องจากแรงดันของแก๊สทำงานสูงกว่า มีแนวโน้มว่าเครื่องยนต์สันดาปภายนอกจะพบการใช้งานเป็นหลักใน รถบรรทุกโดยเฉพาะอย่างยิ่งด้านการทหาร - เนื่องจากเชื้อเพลิงที่ไม่ต้องการมาก

เครื่องยนต์ไอน้ำที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในศตวรรษที่สิบเก้าไม่ได้ให้ความปลอดภัยเพียงพอในการใช้งาน กลไกดังกล่าวมีข้อบกพร่องในการออกแบบหลายประการ ซึ่งไม่สามารถทนต่อแรงดันไอน้ำสูง ซึ่งทำให้หม้อไอน้ำแตก ได้รับการจดสิทธิบัตรในปี พ.ศ. 2359 โดยบาทหลวงชาวสก็อตชื่อโรเบิร์ต สเตอร์ลิง กลายเป็น การตัดสินใจที่ดีสำหรับเวลานั้น เอกลักษณ์อยู่ที่การใช้งาน น้ำยาทำความสะอาดพิเศษ(regenerator) ใน "เครื่องยนต์ลมร้อน" ที่รู้จักกันก่อนหน้านี้

ไดอะแกรมที่นำเสนอในรูปแบบที่เข้าถึงได้แสดงให้เห็นถึงอุปกรณ์ของกลไกลูกสูบและขั้นตอนการทำงาน

แก่นแท้ของการประดิษฐ์ของสเตอร์ลิง

ในแผนภาพ เครื่องยนต์ความร้อนประกอบด้วยสองกระบอกสูบและกระบอกสูบทำงาน ด้านซ้ายและด้านขวาของกระบอกสูบที่ยืดออกจะถูกคั่นด้วยผนังกันความร้อน ลูกสูบแบบพิเศษจะวิ่งเข้าไปข้างในซึ่งไม่ได้สัมผัสกับผนังด้านข้าง

1. ความร้อนถูกจ่ายไปทางด้านซ้ายของอุปกรณ์ ความเย็นจะถูกจ่ายไปทางขวา
2. เมื่อลูกสูบเคลื่อนไปทางซ้าย ลมร้อนจะถูกผลักเข้าไปในโซนเย็นด้านขวาและทำให้เย็นลง
3. ส่งผลให้ปริมาตรของก๊าซลดลง
4. ลูกสูบทำงานจะหดไปทางซ้าย
5. เมื่อลูกสูบดิสเพลสเมนต์เคลื่อนที่ไปทางขวา อากาศเย็นจะถูกดันเข้าไปในโซนร้อน ซึ่งจะร้อนขึ้นและขยายตัว
6. ดันลูกสูบทำงานไปทางขวา
7. ลูกสูบทำงานและแทนที่เชื่อมต่อกันผ่านเพลาข้อเหวี่ยงที่มีมุมการกระจัดที่ 90 องศา

สำคัญ: - นี่คือกลไก ชนิดลูกสูบด้วยการจ่ายความร้อนจากแหล่งภายนอก ตัวเครื่องทำงานอย่างต่อเนื่องในพื้นที่จำกัดและไม่สามารถเปลี่ยนได้ สำหรับการจัดส่ง จำนวนเงินที่ต้องการสามารถใช้แหล่งความร้อนต่อไปนี้:

• ไฟฟ้า;
• ดวงอาทิตย์;
• พลังงานนิวเคลียร์ เป็นต้น

ประวัติการพัฒนาเครื่องยนต์สันดาปภายนอก

ต่างจากเครื่องยนต์สันดาปภายใน (ICE) ซึ่งพลังงานถูกปล่อยออกมาจากการขยายตัวของปริมาตรอากาศระหว่างการเผาไหม้ เชื้อเพลิงผสม, ที่นี่ความร้อนของวัสดุทำงานจะดำเนินการผ่านผนังด้านนอกของกระบอกสูบ นี่คือที่มาของชื่อ "เครื่องยนต์สันดาปภายนอก"

เนื่องจากการปรากฏตัวขององค์ประกอบสร้างใหม่ในการออกแบบเครื่องยนต์ ความร้อนจะถูกเก็บไว้เป็นเวลานานในเขตปฏิบัติการเมื่อของเหลวทำงานเย็นลง ซึ่งทำให้ประสิทธิภาพการทำงานของเครื่องยนต์เพิ่มขึ้นอย่างมาก การประดิษฐ์นี้ทำให้สามารถเพิ่มประสิทธิภาพของกลไกได้จึงเริ่มมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตภาคอุตสาหกรรม

เมื่อเวลาผ่านไป อุปกรณ์สเตอร์ลิงสูญเสียความนิยม แต่ด้วยความเฉื่อยยังคงถูกใช้ในบางอุตสาหกรรม เครื่องจักรไอน้ำได้หลีกทางให้กับขั้นตอนชั้นนำของกลไกรุ่นใหม่:

• เครื่องยนต์สันดาปภายใน
• เครื่องยนต์ไอน้ำ;
• มอเตอร์ไฟฟ้า

ข้อดีของอุปกรณ์ระบายความร้อนนั้นจำได้อีกครั้งในศตวรรษที่ยี่สิบเท่านั้น การนำเครื่องยนต์สเตอร์ลิงมาใช้ในการพัฒนาที่ทันสมัยดำเนินการโดยทีมวิศวกรที่ดีที่สุด ผู้ผลิตที่มีชื่อเสียงอเมริกา สวีเดน ญี่ปุ่น ฯลฯ

เครื่องยนต์ความร้อนสเตอร์ลิงทำงานอย่างไร

หลักการทำงานของเครื่องยนต์สันดาปภายนอกอยู่ในการเปลี่ยนแปลงโหมดอย่างต่อเนื่อง - การทำความร้อน / ความเย็นของวัสดุการทำงานที่อยู่ในพื้นที่จำกัด ตามกฎฟิสิกส์ เมื่อก๊าซถูกทำให้ร้อน ปริมาตรของแก๊สจะเพิ่มขึ้น และเมื่ออุณหภูมิลดลง แก๊สก็จะลดลงตามไปด้วย ปริมาณพลังงานที่สร้างขึ้นขึ้นอยู่กับค่าสัมประสิทธิ์การเปลี่ยนแปลงปริมาตรของของไหลทำงาน

คำว่า "ของเหลวทำงาน" หมายถึงสารต่อไปนี้:

1. อากาศ.
2. แก๊ส (ฮีเลียม ไฮโดรเจน ฟรีออน ไนโตรเจนไดออกไซด์)
3. ของเหลว (น้ำ บิวเทนเหลว หรือโพรเพน)

ขอบเขตการใช้งานเครื่องยนต์สันดาปภายนอก

เป็นผลมาจากการปรับปรุงในภายหลังในการออกแบบของมอเตอร์ ก๊าซถูกทำให้ร้อน / เย็นลงที่แรงดันคงที่ในระบบ (แทนที่จะรักษาปริมาตร) การประดิษฐ์ของวิศวกรจากสวีเดนชื่อ Erickson ทำให้สามารถสร้างเครื่องยนต์สำหรับคนงานในเหมือง โรงพิมพ์ เรือ ฯลฯ ได้ เครื่องยนต์ทำความร้อนไม่ได้ถูกใช้ในผู้โดยสารในขณะนั้น เนื่องจากมีน้ำหนักค่อนข้างมาก

เครื่องยนต์สันดาปภายนอกมักถูกใช้เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าในพื้นที่ที่ไม่มีพลังงานไฟฟ้า

ที่น่าสนใจ: ในปี 1945 ผู้ชื่นชอบการประดิษฐ์ของ Philips ได้ใช้อุปกรณ์ระบายความร้อนแบบย้อนกลับ เมื่อหมุนเพลา มอเตอร์ไฟฟ้า, ฝาสูบถูกทำให้เย็นลงถึงลบ 190°C ทำให้สามารถใช้เครื่องยนต์สันดาปภายนอกแบบลูกสูบสเตอร์ลิงที่ได้รับการปรับปรุงในหน่วยทำความเย็นได้

เป็นไปได้ไหมที่จะใช้เครื่องยนต์สเตอร์ลิงแทนเครื่องยนต์สันดาปภายใน

ตั้งแต่ช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 20 เจเนอรัล มอเตอร์สได้เริ่มนำการกวนรูปตัววีสำหรับกลไกข้อเหวี่ยงมาใช้ในการผลิต เมื่อทำการทดสอบเครื่องยนต์สันดาปภายนอก พบว่าเครื่องยนต์ทำงานได้อย่างสมบูรณ์โดยไม่มีเสียงและเสียงรบกวน ไม่มีคาร์บูเรเตอร์ ระบบจุดระเบิด หัวฉีดที่ต้องใช้แรงดันสูง เทียน วาล์ว ฯลฯ เพื่อสร้างแรงดันที่เพียงพอในกระบอกสูบเครื่องยนต์ ไม่จำเป็นต้องระเบิดเชื้อเพลิง เช่นเดียวกับในเครื่องยนต์สันดาปภายใน ด้วยการใช้รถยนต์ที่ติดตั้งเครื่องยนต์สันดาปภายนอก ปัญหาการลดเสียงรบกวนในเมืองใหญ่สามารถแก้ไขได้

จากการทดสอบพบว่ามีข้อดีและข้อเสียของเครื่องยนต์สันดาปภายนอกดังต่อไปนี้

• ข้อดีของอุปกรณ์เหล่านี้:
• การทำงานแบบเงียบ (ไม่จำเป็นต้องติดตั้งเครื่องเก็บเสียง)
• ขาดการสั่นสะเทือน
• ไม่จำเป็นต้องสร้างแรงดันสูงในระบบ
• ความเก่งกาจความสามารถในการทำงานจากแหล่งความร้อนต่างๆ
• ความสะดวกในการปรับ

ข้อเสียของเครื่องยนต์ ได้แก่ :

• โครงสร้างน้ำหนักค่อนข้างใหญ่
• เศรษฐกิจต่ำ
• ค่าใช้จ่ายสูงของกลไก

แผนภาพแบบง่ายของเครื่องยนต์สันดาปภายนอกรูปตัววี:

กระบอกสูบเครื่องยนต์อันหนึ่งกำลังทำงาน (1) อีกอันหนึ่งตามลำดับคือกำลังอัด (7) แต่ละคนมีลูกสูบของตัวเอง (2) ในส่วนกลางของโครงร่าง: ตัวทำความเย็น (6), ตัวแลกเปลี่ยนความร้อน (4), องค์ประกอบความร้อน (3) ที่ ความเร็วสูงสุดลูกสูบตัวหนึ่งอีกตัวหนึ่งอยู่ในสถานะหยุดนิ่งความเร็วเป็นศูนย์ มุมการกระจัดของเฟสคือ 90° เนื่องจากการจัดเรียงในแนวตั้งฉากร่วมกันของกระบอกสูบ

เครื่องยนต์สันดาปภายนอกทำงานอย่างไรและใช้งานที่ไหน?

แม้ว่าเครื่องยนต์สเตอร์ลิงจะถูกลืมไปชั่วระยะเวลาหนึ่งก็ตาม การผลิตที่ทันสมัยเมื่อสร้างการดัดแปลงใหม่ สิ่งประดิษฐ์ที่โดดเด่นกำลังได้รับความนิยมใหม่ ช่างฝีมือชื่นชมข้อดีของเครื่องยนต์สันดาปภายนอกและสร้างอุปกรณ์ต่างๆ ด้วยตัวเองที่บ้านตามการใช้งาน สำหรับการผลิตเครื่องยนต์ความร้อนด้วยมือของพวกเขาเองในการประชุมเชิงปฏิบัติการที่บ้าน วัสดุต่างๆและเครื่องมือช่าง:

1. ภาชนะขนาดใหญ่และขนาดกลางที่ยืมมาจากครัวเรือน
2. ตลับลูกปืนจากกลไกเก่า
3. ดิสก์
4. แท่งโลหะขนาดต่างๆ สำหรับเพลา ชั้นวาง
5. แผ่นโลหะ แผ่นไม้สำหรับทำแท่น

อุปกรณ์เหล่านี้ใช้ใน ครัวเรือนสำหรับงานที่หลากหลาย:

1. การสร้างพลังงานไฟฟ้าในระดับขนาดเล็ก
2. การสร้างพลังงานความร้อน

ปริมาณพลังงานของตัวอย่างบางส่วน เครื่องยนต์ทำเองสเตอร์ลิง พอสำหรับการจัด เครือข่ายไฟฟ้าและให้ความร้อนแก่บ้านส่วนตัว โรงเรียนขนาดเล็ก อาคารแพทย์ สถานกีฬา โรงงานอุตสาหกรรม เป็นต้น

เครื่องยนต์ทำเองทำงานจากแหล่งความร้อนต่างๆ:

• ก๊าซธรรมชาติ;
• ฟืน;
• ถ่านหิน;
• พีท;
• โพรเพนและเชื้อเพลิงหรือแร่ธาตุอื่นๆ ที่ผลิตในท้องถิ่น

เนื่องจากความเรียบง่ายของการออกแบบ อุปกรณ์ระบายความร้อนที่ทำเองจึงไม่จำเป็นต้องบำรุงรักษาเครื่องเป็นประจำ การเผาไหม้ของเชื้อเพลิงเกิดขึ้นนอกตัวถัง ดังนั้นสารทำงานจึงไม่ปนเปื้อนด้วยผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้ คราบสกปรกที่เป็นอันตรายจะไม่สะสมที่ผนังภายในของอุปกรณ์

เมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องยนต์สันดาปภายใน การออกแบบนี้ประกอบด้วยชิ้นส่วนและส่วนประกอบที่เคลื่อนไหวได้ครึ่งหนึ่ง ต้องใช้การหล่อลื่นน้อยกว่ามากในการดูแลชิ้นส่วนที่มีการสึกหรอสูง ข้อกำหนดด้านคุณภาพ น้ำมันหล่อลื่น- มีน้อยที่สุด

ในการเชื่อมต่อโครงข่ายไฟฟ้ากับผู้บริโภค ไม่จำเป็นต้องซื้ออุปกรณ์ราคาแพง การเชื่อมต่อสายไฟเข้ากับเครือข่ายไฟฟ้าทำได้โดยวิธีง่ายๆ ที่คุ้นเคย

เครื่องยนต์สันดาปภายนอกที่ผลิตในสภาพภายในประเทศนั้นติดตั้งได้ง่ายบนพื้นที่ราบที่ปกคลุมด้วยกรวด โดยไม่ต้องยึดติดอย่างแน่นหนา การติดตั้งเหล่านี้ไม่อยู่ภายใต้อิทธิพลของบรรยากาศที่เป็นอันตราย เพื่อให้แน่ใจว่าการทำงานมีความเสถียรอย่างต่อเนื่อง เครื่องยนต์จึงไม่ต้องการกล่องป้องกันพิเศษ

1. บทนำ……………………………………………………………………………… 3

2. ประวัติ ……………………………………………………………………………… 4

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

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

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

6. ผลประโยชน์ ……………………………………………………………………………… 7

7. การสมัคร …………………………………………………………………………………. แปด

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

9. เอกสารอ้างอิง ……………………………………………………………….. 12

บทนำ

ในตอนต้นของศตวรรษที่ 21 มนุษยชาติมองไปสู่อนาคตด้วยการมองโลกในแง่ดี มีเหตุผลที่น่าสนใจที่สุดสำหรับเรื่องนี้ ความคิดทางวิทยาศาสตร์ไม่หยุดนิ่ง วันนี้เรานำเสนอการพัฒนาใหม่ ๆ มากขึ้นเรื่อย ๆ มีการนำเทคโนโลยีที่ประหยัด เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และมีแนวโน้มเข้ามาในชีวิตของเรามากขึ้นเรื่อยๆ

ประการแรก ประเด็นนี้เกี่ยวข้องกับการสร้างเครื่องยนต์ทางเลือกและการใช้เชื้อเพลิงทางเลือก "ใหม่" ได้แก่ ลม แสงแดด น้ำ และแหล่งพลังงานอื่นๆ

ขอบคุณเครื่องยนต์ประเภทต่างๆ ที่บุคคลได้รับพลังงาน แสง ความร้อน และข้อมูล เครื่องยนต์คือหัวใจที่เต้นไปตามจังหวะการพัฒนาของอารยธรรมสมัยใหม่ พวกเขารับประกันการเติบโตของการผลิต ลดระยะทาง เครื่องยนต์สันดาปภายในที่แพร่หลายในปัจจุบันมีข้อเสียหลายประการ: การทำงานของเครื่องยนต์นั้นมาพร้อมกับเสียง การสั่นสะเทือน พวกมันปล่อยก๊าซไอเสียที่เป็นอันตราย ทำให้เกิดมลพิษต่อธรรมชาติของเรา และสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงจำนวนมาก แต่ตอนนี้มีทางเลือกอื่นสำหรับพวกเขา ประเภทของเครื่องยนต์ที่อันตรายน้อยที่สุดคือเครื่องยนต์สเตอร์ลิง พวกมันทำงานเป็นวงจรปิด โดยไม่มีการระเบิดขนาดเล็กต่อเนื่องในกระบอกสูบทำงาน โดยแทบไม่มีการปล่อยก๊าซที่เป็นอันตราย และพวกมันต้องการเชื้อเพลิงน้อยกว่ามาก

คิดค้นมานานก่อนเครื่องยนต์สันดาปภายในและดีเซล เครื่องยนต์สเตอร์ลิงถูกลืมไปอย่างไม่สมควร

การฟื้นตัวของความสนใจในเครื่องยนต์สเตอร์ลิงมักเกี่ยวข้องกับฟิลิปส์ งานเกี่ยวกับการออกแบบเครื่องยนต์สเตอร์ลิงกำลังขนาดเล็กเริ่มขึ้นในบริษัทในช่วงกลางทศวรรษที่ 30 ของศตวรรษที่ยี่สิบ เป้าหมายของงานคือเพื่อสร้างเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดเล็กที่มีเสียงรบกวนต่ำและขับเคลื่อนด้วยความร้อนเพื่อใช้ส่งพลังงานให้กับอุปกรณ์วิทยุในพื้นที่ต่างๆ ของโลกที่ไม่มีแหล่งจ่ายไฟปกติ ในปีพ.ศ. 2501 เจเนอรัล มอเตอร์สได้ลงนามในข้อตกลงใบอนุญาตกับฟิลิปส์ และความร่วมมือของพวกเขายังคงดำเนินต่อไปจนถึงปี พ.ศ. 2513 การพัฒนาเกี่ยวข้องกับการใช้เครื่องยนต์สเตอร์ลิงสำหรับโรงไฟฟ้าในอวกาศและใต้น้ำ รถยนต์และเรือ ตลอดจนระบบจ่ายไฟแบบอยู่กับที่ บริษัท United Stirling ของสวีเดนซึ่งเน้นความพยายามเป็นหลักในเครื่องยนต์สำหรับ ยานพาหนะงานหนักขยายความสนใจไปยังสาขาเครื่องยนต์สำหรับรถยนต์นั่งส่วนบุคคล ความสนใจที่แท้จริงในเครื่องยนต์สเตอร์ลิงได้รับการฟื้นฟูในช่วงที่เรียกว่า "วิกฤตพลังงาน" เท่านั้น ในตอนนั้นเองที่ศักยภาพของเครื่องยนต์นี้สัมพันธ์กับการบริโภคเชื้อเพลิงเหลวแบบธรรมดาที่ประหยัดได้นั้นดูน่าสนใจเป็นพิเศษ ซึ่งดูมีความสำคัญมากเมื่อเทียบกับราคาเชื้อเพลิงที่พุ่งสูงขึ้น

เรื่องราว

เครื่องยนต์สเตอร์ลิงได้รับการจดสิทธิบัตรครั้งแรกโดยโรเบิร์ต สเตอร์ลิง นักบวชชาวสก็อตเมื่อวันที่ 27 กันยายน พ.ศ. 2359 (สิทธิบัตรอังกฤษหมายเลข 4081) อย่างไรก็ตาม "เครื่องยนต์ลมร้อน" ระดับประถมศึกษาเครื่องแรกเป็นที่รู้จักกันเมื่อปลายศตวรรษที่ 17 นานก่อนสเตอร์ลิง ความสำเร็จของสเตอร์ลิงคือการเพิ่มตัวทำความสะอาด ซึ่งเขาเรียกว่า "เศรษฐกิจ" ในวรรณคดีทางวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ เครื่องกรองนี้เรียกว่า "ตัวสร้างใหม่" (ตัวแลกเปลี่ยนความร้อน) เพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องยนต์โดยรักษาความร้อนในส่วนที่อบอุ่นของเครื่องยนต์ในขณะที่น้ำมันทำงานเย็นลง กระบวนการนี้ช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของระบบอย่างมาก ในปี ค.ศ. 1843 เจมส์ สเตอร์ลิงใช้เครื่องยนต์นี้ในโรงงานที่เขาทำงานเป็นวิศวกรในขณะนั้น ในปี 1938 Philips ลงทุนในเครื่องยนต์สเตอร์ลิงที่มีกำลังมากกว่า 200 แรงม้าและประสิทธิภาพมากกว่า 30% เครื่องยนต์สเตอร์ลิงมีข้อดีหลายประการและมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในยุคของเครื่องยนต์ไอน้ำ

คำอธิบาย

เครื่องยนต์ของสเตอร์ลิง- เครื่องยนต์ความร้อนซึ่งของเหลวทำงานหรือของเหลวทำงานที่เป็นก๊าซเคลื่อนที่ในปริมาตรปิด ซึ่งเป็นเครื่องยนต์สันดาปภายนอกชนิดหนึ่ง มันขึ้นอยู่กับการให้ความร้อนและความเย็นเป็นระยะของของไหลทำงานด้วยการดึงพลังงานจากการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในปริมาตรของของไหลทำงาน สามารถทำงานได้ไม่เพียงแค่จากการเผาไหม้เชื้อเพลิงเท่านั้น แต่ยังทำงานได้จากแหล่งความร้อนด้วย

ในศตวรรษที่ 19 วิศวกรต้องการทางเลือกที่ปลอดภัยกว่า เครื่องยนต์ไอน้ำซึ่งหม้อต้มน้ำมักจะระเบิดเนื่องจาก ความกดดันสูงไอน้ำและวัสดุที่ไม่เหมาะสมสำหรับการก่อสร้าง ทางเลือกที่ดีสำหรับเครื่องยนต์ไอน้ำคือการสร้างเครื่องยนต์สเตอร์ลิง ซึ่งสามารถแปลงความแตกต่างของอุณหภูมิให้เป็นงานได้ หลักการพื้นฐานของเครื่องยนต์สเตอร์ลิงคือการให้ความร้อนและความเย็นสลับกันอย่างต่อเนื่องของของไหลในกระบอกสูบแบบปิด โดยปกติอากาศจะทำหน้าที่เป็นของเหลวทำงาน แต่ไฮโดรเจนและฮีเลียมก็ถูกใช้เช่นกัน ฟรีออน ไนโตรเจนไดออกไซด์ โพรเพน-บิวเทนเหลว และน้ำ ถูกทดสอบในตัวอย่างทดลองจำนวนหนึ่ง ในกรณีหลัง น้ำยังคงอยู่ในสถานะของเหลวในทุกส่วนของวัฏจักรเทอร์โมไดนามิก คุณลักษณะของ Stirling กับของเหลวทำงานที่เป็นของเหลวคือขนาดที่เล็ก ความหนาแน่นของพลังงานสูงและแรงดันใช้งานสูง นอกจากนี้ยังมีการกวนด้วยสารทำงานสองเฟส มันยังมีลักษณะเฉพาะด้วยพลังงานเฉพาะสูง ความดันการทำงานสูง

จากอุณหพลศาสตร์เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าความดัน อุณหภูมิ และปริมาตรของก๊าซนั้นเชื่อมโยงถึงกันและเป็นไปตามกฎของก๊าซในอุดมคติ

• P - แรงดันแก๊ส
• V คือปริมาตรของก๊าซ
• n คือจำนวนโมลของก๊าซ
• R คือค่าคงที่แก๊สสากล
• T คืออุณหภูมิของก๊าซในหน่วยเคลวิน

ซึ่งหมายความว่าเมื่อก๊าซถูกทำให้ร้อน ปริมาตรของแก๊สจะเพิ่มขึ้น และเมื่อเย็นลง ก๊าซจะลดลง คุณสมบัติของก๊าซนี้เป็นพื้นฐานของการทำงานของเครื่องยนต์สเตอร์ลิง

เครื่องยนต์สเตอร์ลิงใช้วัฏจักรสเตอร์ลิงซึ่งไม่ได้ด้อยกว่าวัฏจักรคาร์โนต์ในแง่ของประสิทธิภาพทางอุณหพลศาสตร์ และยังมีข้อได้เปรียบอีกด้วย ความจริงก็คือวัฏจักรคาร์โนต์ประกอบด้วยไอโซเทอร์มและอะเดียบัตที่ต่างกันเพียงเล็กน้อย การใช้งานจริงของวงจรนี้ไม่มีท่าว่าจะดี วัฏจักรสเตอร์ลิงทำให้ได้เครื่องยนต์ที่ใช้งานได้จริงในขนาดที่ยอมรับได้

วัฏจักรสเตอร์ลิงประกอบด้วยสี่ขั้นตอนและแยกจากกันโดยขั้นตอนการเปลี่ยนผ่านสองขั้นตอน: การให้ความร้อน การขยายตัว การเปลี่ยนไปใช้แหล่งความเย็น การทำความเย็น การอัด และการเปลี่ยนเป็นแหล่งความร้อน ดังนั้นเมื่อผ่านจากแหล่งอุ่นไปยังแหล่งเย็น ก๊าซในกระบอกสูบจะขยายตัวและหดตัว ความแตกต่างของปริมาตรก๊าซสามารถแปลงเป็นงานได้ ซึ่งเป็นสิ่งที่เครื่องยนต์สเตอร์ลิงทำ รอบการทำงานของเครื่องยนต์สเตอร์ลิงชนิดเบต้า:

1

2

3

4

โดยที่: a - ลูกสูบดิสเพลสเมนต์; b - ลูกสูบทำงาน; c - มู่เล่; d - ไฟ (พื้นที่ทำความร้อน); e - ครีบระบายความร้อน (บริเวณระบายความร้อน)

1. แหล่งความร้อนภายนอกทำให้ก๊าซร้อนที่ด้านล่างของถังแลกเปลี่ยนความร้อน แรงดันที่เกิดขึ้นจะดันลูกสูบทำงานขึ้น (โปรดทราบว่าลูกสูบที่ขับออกมาไม่พอดีกับผนัง)
2. มู่เล่ผลักลูกสูบดิสเพลสเมนต์ลง ซึ่งจะทำให้อากาศร้อนจากด้านล่างไปยังห้องทำความเย็น
3. อากาศเย็นตัวลงและหดตัว ลูกสูบจะเคลื่อนลง
4. ลูกสูบดิสเพลสเมนต์สูงขึ้น ส่งผลให้อากาศเย็นลงสู่ด้านล่าง และวงจรจะเกิดซ้ำ

ในเครื่องสเตอร์ลิง การเคลื่อนที่ของลูกสูบทำงานจะขยับไป 90° เมื่อเทียบกับการเคลื่อนที่ของลูกสูบแบบแทนที่ เครื่องอาจเป็นเครื่องยนต์หรือปั๊มความร้อนทั้งนี้ขึ้นอยู่กับสัญญาณของกะนี้ ด้วยกะ 0 เครื่องจักรจะไม่ผลิตงานใด ๆ (ยกเว้นการสูญเสียความเสียดทาน) และไม่ผลิต

เบต้า สเตอร์ลิง- มีกระบอกเดียว ปลายด้านหนึ่งร้อนและอีกข้างเย็น ลูกสูบ (ซึ่งกำลังถูกถอดออก) และ "ดิสเพลสเซอร์" เคลื่อนที่ภายในกระบอกสูบทำให้ปริมาตรของช่องร้อนเปลี่ยนไป ก๊าซถูกสูบจากส่วนที่เย็นของกระบอกสูบไปยังส่วนที่ร้อนผ่านเครื่องกำเนิดใหม่ ตัวสร้างใหม่สามารถเป็นแบบภายนอก เป็นส่วนหนึ่งของตัวแลกเปลี่ยนความร้อน หรือใช้ร่วมกับลูกสูบแบบแทนที่

แกมมาสเตอร์ลิง- นอกจากนี้ยังมีลูกสูบและ "ดิสเพลสเซอร์" แต่ในขณะเดียวกันก็มีกระบอกสูบสองกระบอก - อันหนึ่งเย็น (ลูกสูบเคลื่อนที่ไปที่นั่นซึ่งกำลังถูกถอดออก) และอันที่สองร้อนจากปลายด้านหนึ่งและเย็นจากอีกด้านหนึ่ง ("displacer" ย้ายไปที่นั่น) ตัวสร้างใหม่เชื่อมต่อส่วนที่ร้อนของกระบอกสูบที่สองกับส่วนที่เย็นและพร้อมกันกับกระบอกสูบแรก (เย็น)

แม้ว่าพวกเขาจะ ประสิทธิภาพสูง, เครื่องยนต์ที่ทันสมัยการเผาไหม้ภายในเริ่มล้าสมัย ประสิทธิภาพของมันอาจถึงขีดจำกัดแล้ว เสียง การสั่นสะเทือน ก๊าซที่เป็นพิษในอากาศ และข้อบกพร่องโดยธรรมชาติอื่นๆ ทำให้นักวิทยาศาสตร์ต้องมองหาวิธีแก้ปัญหาใหม่ๆ เพื่อพิจารณาความเป็นไปได้ของวัฏจักรที่ถูกลืมไปนาน หนึ่งในเครื่องยนต์ที่ "ฟื้นคืนชีพ" คือสเตอร์ลิง

ย้อนกลับไปในปี พ.ศ. 2359 นักบวชและนักวิทยาศาสตร์ชาวสก็อต โรเบิร์ต สเตอร์ลิง ได้จดสิทธิบัตรเครื่องยนต์ที่เชื้อเพลิงและอากาศเข้าสู่เขตการเผาไหม้ไม่เคยเข้าไปในกระบอกสูบ เมื่อถูกเผาไหม้จะทำให้ความร้อนของแก๊สทำงานเท่านั้น นี่เป็นเหตุผลที่เรียกสิ่งประดิษฐ์ของสเตอร์ลิงว่าเป็นเครื่องยนต์สันดาปภายนอก

โรเบิร์ต สเตอร์ลิง สร้างเครื่องยนต์หลายเครื่อง สุดท้ายมีความจุ 45 ลิตร กับ. และทำงานที่เหมืองแห่งหนึ่งในอังกฤษมานานกว่าสามปี (จนถึงปี 1847) เครื่องยนต์เหล่านี้มีน้ำหนักมาก ใช้พื้นที่มาก และดูเหมือนเครื่องยนต์ไอน้ำ

สำหรับการนำทาง เครื่องยนต์สันดาปภายนอกถูกใช้ครั้งแรกในปี 1851 โดย John Erickson ชาวสวีเดน เรือ "Erickson" ที่เขาสร้างได้ข้ามมหาสมุทรแอตแลนติกจากอเมริกาไปยังอังกฤษอย่างปลอดภัยด้วยโรงไฟฟ้าที่ประกอบด้วยเครื่องยนต์สันดาปภายนอกสี่ตัว ในยุคของเครื่องจักรไอน้ำ นี่คือความรู้สึก อย่างไรก็ตาม จุดไฟ Erickson พัฒนาเพียง 300 แรงม้า s. ไม่ใช่ 1,000 ตามที่คาดไว้ เครื่องยนต์มีขนาดใหญ่ (เส้นผ่านศูนย์กลางกระบอกสูบ 4.2 ม. จังหวะลูกสูบ 1.8 ม.) ปริมาณการใช้ถ่านหินไม่ต่ำกว่าเครื่องยนต์ไอน้ำ เมื่อเรือมาถึงอังกฤษ ปรากฏว่าเครื่องยนต์ไม่เหมาะสำหรับการใช้งานต่อไป เนื่องจากก้นกระบอกสูบของมันถูกไฟไหม้ เพื่อกลับไปอเมริกา ฉันต้องเปลี่ยนเครื่องยนต์ด้วยเครื่องยนต์ธรรมดา รถจักรไอน้ำ. ระหว่างทางกลับ เรือประสบอุบัติเหตุและจมลงพร้อมกับลูกเรือทั้งหมด

เครื่องยนต์สันดาปภายนอกที่ใช้พลังงานต่ำในช่วงปลายศตวรรษที่ผ่านมาถูกนำมาใช้ในโรงเรือนสำหรับสูบน้ำ ในโรงพิมพ์ ที่สถานประกอบการอุตสาหกรรม รวมถึงโรงงานโนเบลแห่งเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก (ปัจจุบันคือ Russian Diesel) พวกเขายังได้รับการติดตั้งบนเรือลำเล็กด้วย สเตอร์ลิงถูกผลิตขึ้นในหลายประเทศ รวมถึงรัสเซียซึ่งพวกเขาถูกเรียกว่า "ความอบอุ่นและความแข็งแกร่ง" พวกเขามีค่าสำหรับความไร้เสียงและความปลอดภัยในการทำงานซึ่งทำให้พวกเขาเปรียบเทียบได้ดีกับเครื่องยนต์ไอน้ำ

ด้วยการพัฒนาเครื่องยนต์สันดาปภายใน ทำให้สเตอร์ลิงส์ถูกลืมไป ในพจนานุกรมสารานุกรมของ Brockhaue และ Efron มีการเขียนเกี่ยวกับพวกเขาดังต่อไปนี้: “ความปลอดภัยจากการระเบิดเป็นข้อได้เปรียบหลักของเครื่องจักรแคลอรี่ ซึ่งสิ่งเหล่านี้สามารถนำมาใช้ได้อีกครั้งหากพบวัสดุใหม่สำหรับการก่อสร้างและการหล่อลื่นที่สามารถทำได้ ทนต่ออุณหภูมิสูงได้ดีกว่า”

ประเด็นคือ ไม่เพียงแต่ในกรณีที่ไม่มีวัสดุที่เกี่ยวข้องเท่านั้น หลักการทางอุณหพลศาสตร์สมัยใหม่โดยเฉพาะอย่างยิ่งความเท่าเทียมกันของความร้อนและการทำงานยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัดโดยที่เราไม่สามารถกำหนดอัตราส่วนที่ได้เปรียบที่สุดขององค์ประกอบหลักของเครื่องยนต์ได้ ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนถูกสร้างขึ้นด้วยพื้นผิวขนาดเล็กเนื่องจากเครื่องยนต์ทำงานที่ห้ามปราม อุณหภูมิสูงและพังทลายลงอย่างรวดเร็ว

ความพยายามที่จะปรับปรุงสเตอร์ลิงเกิดขึ้นหลังสงครามโลกครั้งที่สอง ที่สำคัญที่สุดคือก๊าซทำงานเริ่มถูกบีบอัดถึง 100 atm และไม่ใช้อากาศ แต่เป็นไฮโดรเจนซึ่งมีการนำความร้อนสูงกว่า ความหนืดต่ำและนอกจากนี้สารหล่อลื่นที่ไม่ออกซิไดซ์

อุปกรณ์ของเครื่องยนต์สันดาปภายนอกในรูปแบบที่ทันสมัยแสดงในรูปที่ 1. มีลูกสูบสองตัวในกระบอกสูบปิดที่ด้านหนึ่ง อันบน - ลูกสูบ - ใน displacer ทำหน้าที่เร่งกระบวนการให้ความร้อนและความเย็นเป็นระยะของแก๊สทำงาน เป็นกระบอกสเตนเลสสตีลแบบปิดกลวง ซึ่งนำความร้อนได้ไม่ดี และเคลื่อนที่ภายใต้การกระทำของแกนที่เชื่อมต่อกับกลไกข้อเหวี่ยง

ลูกสูบตัวล่างใช้งานได้ (แสดงในส่วนในรูป) มันส่งแรงไปยังกลไกข้อเหวี่ยงผ่านแกนกลวงซึ่งภายในซึ่งแกนดิสเพลสเซอร์ผ่าน ลูกสูบทำงานมีวงแหวนปิดผนึก

ใต้ลูกสูบทำงานจะมีถังบัฟเฟอร์ซึ่งสร้างเบาะที่ทำหน้าที่เป็นมู่เล่ - เพื่อขจัดความไม่สม่ำเสมอของแรงบิดอันเนื่องมาจากการเลือกส่วนหนึ่งของพลังงานระหว่างจังหวะการทำงานและการกลับสู่เพลาเครื่องยนต์ในระหว่างการอัด จังหวะ. เพื่อแยกปริมาตรของกระบอกสูบออกจากพื้นที่โดยรอบ ใช้ตราประทับของประเภท "ถุงน่องแบบห่อ" เหล่านี้เป็นท่อยางที่ติดอยู่ที่ปลายด้านหนึ่งกับก้านและปลายอีกด้านหนึ่งกับลำตัว

ส่วนบนของกระบอกสูบสัมผัสกับฮีตเตอร์ และส่วนล่างสัมผัสกับตู้เย็น ดังนั้นปริมาณที่ "ร้อน" และ "เย็น" จึงมีความโดดเด่นในการสื่อสารซึ่งกันและกันอย่างอิสระผ่านท่อที่มีเครื่องกำเนิดใหม่ (เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน) รีเจนเนอเรเตอร์นั้นเต็มไปด้วยลวดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กพันกัน (0.2 มม.) และมีความจุความร้อนสูง (เช่น ประสิทธิภาพของตัวสร้างใหม่ Filipe เกิน 95%)

ขั้นตอนการทำงานของเครื่องยนต์สเตอร์ลิงสามารถดำเนินการได้โดยไม่ต้องมี displacer โดยพิจารณาจากการใช้ตัวจ่ายสปูลของค่าใช้จ่ายการทำงาน

ที่ด้านล่างของเครื่องยนต์มีกลไกข้อเหวี่ยงที่ทำหน้าที่เปลี่ยนการเคลื่อนที่แบบลูกสูบของลูกสูบให้เป็น การเคลื่อนที่แบบหมุนเพลา. คุณลักษณะของกลไกนี้คือการมีเพลาข้อเหวี่ยงสองตัวที่เชื่อมต่อกันด้วยเฟืองสองตัวที่มีฟันเฟืองหมุนเข้าหากัน ก้านดิสเพลสเซอร์เชื่อมต่อกับเพลาข้อเหวี่ยงโดยใช้แขนโยกที่ต่ำกว่าและก้านสูบแบบลาก ก้านลูกสูบที่ใช้งานได้เชื่อมต่อกับเพลาข้อเหวี่ยงผ่านแขนโยกส่วนบนและก้านต่อพ่วง ระบบของก้านสูบที่เหมือนกันจะสร้างรูปสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูนที่เคลื่อนย้ายได้ ดังนั้นชื่อของเฟืองนี้จึงเรียกว่าขนมเปียกปูน เกียร์แบบขนมเปียกปูนให้การเปลี่ยนเฟสที่จำเป็นเมื่อลูกสูบเคลื่อนที่ มีความสมดุลอย่างสมบูรณ์ไม่มีแรงด้านข้างบนก้านลูกสูบ

ในพื้นที่จำกัดโดยลูกสูบทำงาน มีแก๊สทำงาน - ไฮโดรเจนหรือฮีเลียม ปริมาณรวมของก๊าซในกระบอกสูบไม่ได้ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของ displacer การเปลี่ยนแปลงปริมาตรที่เกี่ยวข้องกับการบีบอัดและการขยายตัวของก๊าซทำงานเกิดขึ้นเนื่องจากการเคลื่อนที่ของลูกสูบทำงาน

ระหว่างการทำงานของเครื่องยนต์ ส่วนบนของกระบอกสูบจะได้รับความร้อนอย่างต่อเนื่อง เช่น จากห้องเผาไหม้ซึ่งมีการฉีดเชื้อเพลิงเหลว ด้านล่างของกระบอกสูบจะถูกทำให้เย็นลงอย่างต่อเนื่อง ตัวอย่างเช่น โดยน้ำเย็นที่สูบผ่านแจ็คเก็ตน้ำที่อยู่รอบๆ กระบอกสูบ วัฏจักรสเตอร์ลิงแบบปิดประกอบด้วยสี่รอบที่แสดงในรูปที่ 2.

Stroke I - คูลลิ่ง. ลูกสูบทำงานอยู่ในตำแหน่งต่ำสุด ดิสเพลสเซอร์จะเลื่อนขึ้น ในกรณีนี้ ก๊าซทำงานจะไหลจากปริมาตร "ร้อน" เหนือ displacer ไปยังปริมาตร "เย็น" ด้านล่าง เมื่อผ่านไปตามทางผ่านเครื่องกำเนิดใหม่ ก๊าซที่ใช้งานได้จะให้ความร้อนแก่มัน แล้วทำให้เย็นลงในปริมาณที่ "เย็น"

บาร์ II - การบีบอัด. displacer ยังคงอยู่ใน ตำแหน่งสูงสุด, ลูกสูบทำงานเลื่อนขึ้น, อัดแก๊สทำงานที่อุณหภูมิต่ำ

Stroke III - ความร้อน. ลูกสูบทำงานอยู่ในตำแหน่งบน ดิสเพลสเซอร์จะเลื่อนลง ในกรณีนี้ ก๊าซทำงานเย็นที่ถูกบีบอัดจะไหลจากใต้รางเลื่อนไปยังพื้นที่ว่างด้านบน ระหว่างทางก๊าซทำงานจะไหลผ่านเครื่องกำเนิดใหม่ซึ่งถูกทำให้ร้อนก่อนเข้าสู่โพรงของกระบอกสูบ "ร้อน" และทำให้ร้อนมากขึ้น

Stroke IV - การขยายตัว (จังหวะการทำงาน). เมื่อถูกความร้อน แก๊สทำงานจะขยายตัว ขณะที่ขยับ displacer และลูกสูบทำงานลงด้วย กำลังดำเนินการงานที่เป็นประโยชน์

สเตอร์ลิงมีกระบอกปิด ในรูป 3a แสดงแผนภาพวงจรตามทฤษฎี (แผนภาพ V - P) abscissa แสดงปริมาตรของกระบอกสูบ และตัวกำหนดจะแสดงความดันในกระบอกสูบ จังหวะแรกคือไอโซเทอร์มอล I-II ครั้งที่สองเกิดขึ้นที่ปริมาตรคงที่ II-III ครั้งที่สาม - ไอโซเทอร์มอล III-IV ครั้งที่สี่ - ที่ปริมาตรคงที่ IV-I เนื่องจากแรงดันระหว่างการขยายตัวของก๊าซร้อน (III-IV) มากกว่าแรงดันระหว่างการบีบอัดของก๊าซเย็น (I-II) การขยายตัวจึงทำงาน การทำงานมากขึ้นการบีบอัด งานที่เป็นประโยชน์ของวัฏจักรสามารถแสดงเป็นภาพกราฟิกเป็นรูปสี่เหลี่ยมมุมฉากโค้ง I-II-III-IV

ในกระบวนการจริง ลูกสูบและดิสเพลสเซอร์จะเคลื่อนที่อย่างต่อเนื่อง เนื่องจากพวกมันเชื่อมต่อกับกลไกข้อเหวี่ยง ดังนั้นแผนภาพของรอบจริงจึงถูกปัดเศษ (รูปที่ 3, b)

ประสิทธิภาพตามทฤษฎีของเครื่องยนต์สเตอร์ลิงคือ 70% จากการศึกษาพบว่าในทางปฏิบัติสามารถบรรลุประสิทธิภาพได้เท่ากับ 50% นี่เป็นมากกว่ากังหันก๊าซที่ดีที่สุด (28%) เครื่องยนต์เบนซิน (30%) และเครื่องยนต์ดีเซล (40%) อย่างมีนัยสำคัญ

สเตอร์ลิงสามารถใช้น้ำมันเบนซิน น้ำมันก๊าด ดีเซล ก๊าซและเชื้อเพลิงแข็งได้ เมื่อเทียบกับเครื่องยนต์อื่นๆ เครื่องยนต์จะวิ่งได้นุ่มนวลและเงียบเกือบ นี่คือคำอธิบายโดยอัตราส่วนการอัดต่ำ (1.3 ÷ 1.5) นอกจากนี้ความดันในกระบอกสูบจะเพิ่มขึ้นอย่างราบรื่นและไม่ใช่ด้วยการระเบิด ผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้ยังถูกปล่อยออกมาโดยไม่มีเสียงรบกวน เนื่องจากการเผาไหม้เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง มีส่วนประกอบที่เป็นพิษค่อนข้างน้อย เนื่องจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องและมีออกซิเจนมากเกินไปอย่างต่อเนื่อง (α=1.3)

สเตอร์ลิงด้วยเกียร์ขนมเปียกปูนมีความสมดุลอย่างสมบูรณ์ไม่มีการสั่นสะเทือน โดยเฉพาะอย่างยิ่งคุณภาพนี้ถูกนำมาพิจารณาโดยวิศวกรชาวอเมริกันซึ่งติดตั้งสเตอร์ลิงแบบกระบอกเดียวบนดาวเทียม Earth เทียม ซึ่งแม้แต่การสั่นสะเทือนและความไม่สมดุลเพียงเล็กน้อยก็อาจทำให้สูญเสียทิศทางได้

การระบายความร้อนยังคงเป็นปัญหาอย่างหนึ่ง สเตอร์ลิงที่มีก๊าซไอเสียจะขจัดความร้อนที่ได้รับจากเชื้อเพลิงเพียง 9% ตัวอย่างเช่น เมื่อติดตั้งบนรถยนต์ คุณจะต้องสร้างหม้อน้ำที่ใหญ่กว่าเมื่อใช้ประมาณ 2.5 เท่า เครื่องยนต์เบนซินพลังเดียวกัน ปัญหานี้แก้ไขได้ง่ายกว่าในการติดตั้งบนเรือ ซึ่งมีการระบายความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพจากน้ำภายนอกเรือในปริมาณไม่จำกัด

ในรูป 4 แสดงหน้าตัดของเครื่องยนต์เรือสองสูบของ Philips 115 แรงม้า กับ. ที่ 3000 รอบต่อนาทีด้วยการจัดเรียงกระบอกสูบในแนวนอน ปริมาณการทำงานรวมของแต่ละกระบอกสูบคือ 263 ซม. 3 . ลูกสูบฝั่งตรงข้ามเชื่อมต่อกับแนวขวางสองทาง ซึ่งทำให้สามารถปรับสมดุลของแรงแก๊สและจ่ายด้วยปริมาตรบัฟเฟอร์ได้อย่างสมบูรณ์ ฮีตเตอร์ทำจากท่อรอบๆ ห้องเผาไหม้ที่ก๊าซทำงานผ่าน คูลเลอร์เป็นคูลเลอร์ท่อซึ่งน้ำทะเลถูกสูบ เครื่องยนต์มีสอง เพลาข้อเหวี่ยงเชื่อมต่อกับเพลาใบพัดโดยใช้ เฟืองตัวหนอน. ความสูงของเครื่องยนต์เพียง 500 มม. ทำให้สามารถติดตั้งใต้ดาดฟ้ารถได้ จึงลดขนาดห้องเครื่องยนต์ลง

ส่วนใหญ่ควบคุมกำลังสเตอร์ลิงโดยการเปลี่ยนแรงดันของแก๊สทำงาน ในเวลาเดียวกัน เพื่อรักษาอุณหภูมิของฮีตเตอร์ให้คงที่ การจ่ายเชื้อเพลิงก็ถูกควบคุมเช่นกัน แหล่งความร้อนเกือบทุกชนิดเหมาะสำหรับเครื่องยนต์สันดาปภายนอก สิ่งสำคัญคือสามารถเปลี่ยนพลังงานอุณหภูมิต่ำให้เป็นงานที่มีประโยชน์ ซึ่งเครื่องยนต์สันดาปภายในไม่สามารถทำได้ จากโค้งตามรูป รูปที่ 5 แสดงว่าที่อุณหภูมิเครื่องทำความร้อนเพียง 350 องศาเซลเซียส ประสิทธิภาพของสเตอร์ลิงยังคงเป็น ≈ 20%

สเตอร์ลิงประหยัด - ปริมาณการใช้เชื้อเพลิงเฉพาะเพียง 150 g / l กับ. ชั่วโมง. ในโรงไฟฟ้า "ตัวสะสมความร้อนเครื่องยนต์สเตอร์ลิง" ที่ใช้กับดาวเทียม American Earth ลิเธียมไฮไดรต์ทำหน้าที่เป็นตัวสะสมความร้อนซึ่งดูดซับความร้อนในช่วง "การส่องสว่าง" และให้ความร้อนเมื่อดาวเทียมอยู่ด้านเงาของ โลก. บนดาวเทียม เครื่องยนต์นี้ใช้ขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีกำลัง 3 กิโลวัตต์ที่ 2400 รอบต่อนาที

สกู๊ตเตอร์ทดลองกับสเตอร์ลิงและตัวสะสมความร้อนได้ถูกสร้างขึ้น การใช้เครื่องสะสมความร้อนและการกวนบนเรือดำน้ำช่วยให้สามารถอยู่ใต้น้ำได้นานขึ้นหลายเท่า

วรรณกรรม

• 1. เครื่องยนต์สันดาปภายนอก Smirnov GV "ความรู้", ม., 2510.
• 2.ดร. ผบ. อาร์ ไอ ไมเยอร์ Der Philips - Stirlingmotor, MTZ, N 7, 1968.
• 3 เคอร์ติส แอนโธนี่ อากาศร้อนและลมแห่งการเปลี่ยนแปลง เครื่องยนต์สเตอร์ลิงและการฟื้นฟู มอเตอร์ (อังกฤษ), 1969, (135), N 3488.

ในเครื่องยนต์สันดาปภายนอก กระบวนการเผาไหม้เชื้อเพลิงและแหล่งที่มาของอิทธิพลทางความร้อนจะถูกแยกออกจากการติดตั้งที่ทำงาน หมวดหมู่นี้มักจะรวมถึงกังหันไอน้ำและก๊าซ เช่นเดียวกับเครื่องยนต์สเตอร์ลิง ต้นแบบแรกของการติดตั้งดังกล่าวสร้างขึ้นเมื่อสองศตวรรษก่อนและถูกใช้เกือบตลอดศตวรรษที่ 19 ทั้งหมด

เมื่ออุตสาหกรรมที่กำลังพัฒนาอย่างรวดเร็วต้องการโรงไฟฟ้าที่ทรงประสิทธิภาพและประหยัด นักออกแบบจึงได้คิดค้นเครื่องจักรไอน้ำแบบระเบิดขึ้นมาแทน โดยที่สารทำงานเป็นไอน้ำภายใต้แรงดันสูง นี่คือลักษณะที่ปรากฏของเครื่องยนต์สันดาปภายนอกซึ่งแพร่หลายไปเมื่อต้นศตวรรษที่ 19 แล้ว เพียงไม่กี่ทศวรรษต่อมาพวกเขาถูกแทนที่ด้วยเครื่องยนต์สันดาปภายใน พวกมันมีราคาน้อยกว่าการกระจายแบบกว้างอย่างมาก

แต่ในปัจจุบันนี้ นักออกแบบกำลังมองหาเครื่องยนต์สันดาปภายนอกที่ล้าสมัยอย่างใกล้ชิดมากขึ้น นี่เป็นเพราะผลประโยชน์ของพวกเขา ข้อได้เปรียบหลักคือการติดตั้งดังกล่าวไม่จำเป็นต้องทำความสะอาดอย่างดีและ น้ำมันแพง.

เครื่องยนต์สันดาปภายนอกนั้นไม่โอ้อวดแม้ว่าการก่อสร้างและการบำรุงรักษาจะยังค่อนข้างแพง

เครื่องยนต์ของสเตอร์ลิง

หนึ่งในตัวแทนที่มีชื่อเสียงที่สุดของตระกูลเครื่องยนต์สันดาปภายนอกคือเครื่องสเตอร์ลิง มันถูกประดิษฐ์ขึ้นในปี พ.ศ. 2359 ปรับปรุงหลายครั้ง แต่ต่อมาเป็นเวลานานก็ถูกลืมอย่างไม่สมควร ตอนนี้เครื่องยนต์สเตอร์ลิงได้รับการเกิดใหม่แล้ว ใช้สำเร็จแม้ในการสำรวจอวกาศ

การทำงานของเครื่องสเตอร์ลิงขึ้นอยู่กับวัฏจักรเทอร์โมไดนามิกแบบปิด กระบวนการบีบอัดและการขยายตัวเป็นระยะเกิดขึ้นที่นี่ที่อุณหภูมิต่างกัน การจัดการเวิร์กโฟลว์เกิดขึ้นโดยการเปลี่ยนปริมาณ

เครื่องยนต์สเตอร์ลิงสามารถทำงานเป็นปั๊มความร้อน เครื่องกำเนิดแรงดัน อุปกรณ์ทำความเย็น

ในเครื่องยนต์นี้ ก๊าซจะถูกบีบอัดที่อุณหภูมิต่ำ และขยายตัวที่อุณหภูมิสูง การเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์เป็นระยะ ๆ เกิดขึ้นเนื่องจากการใช้ลูกสูบพิเศษซึ่งมีหน้าที่ของดิสเพลสเซอร์ ความร้อนถูกส่งไปยังของเหลวทำงานจากภายนอก ผ่านผนังกระบอกสูบ คุณลักษณะนี้ให้สิทธิ์

บ้าน » ระบบทำความร้อน » เครื่องยนต์สเตอร์ลิงรุ่นใดมีการออกแบบที่ดีที่สุดเพื่อประสิทธิภาพสูงสุด เครื่องยนต์สันดาปภายนอกแบบโรตารี่ เครื่องยนต์สันดาปภายนอกในยุคของเรา