See on sissejuhatav osa artiklite sarjast, mis on pühendatud Sisepõlemismootor, mis on põgus põik ajalukku, mis räägib sisepõlemismootori arengust. Samuti puudutab artikkel esimesi autosid.

Järgmistes osades kirjeldatakse üksikasjalikult erinevaid ICEsid:

Ühendusvarras ja kolb
Rotary
Turboreaktiivmootor
jet

Mootor paigaldati paati, mis suutis mööda Saône jõge üles navigeerida. Aasta hiljem, pärast katsetamist, said vennad oma leiutisele patendi, millele kirjutas alla Napoleon Bonoparte, 10 aastaks.

Kõige õigem oleks seda mootorit nimetada reaktiivmootoriks, kuna selle ülesanne oli paadi põhja all asuvast torust vett välja suruda ...

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

Lõõts süstis söetolmuga segatud õhujoa süütekambrisse, kus hõõguv taht segu süütas. Peale seda läks osaliselt süttinud segu (söetolm põleb suhteliselt aeglaselt) põlemiskambrisse, kus põles täielikult läbi ja toimus paisumine.
Edasi surus gaaside rõhk vee väljalasketorust välja, mis pani paadi liikuma, misjärel tsükkel kordus.
Mootor töötas impulssrežiimil sagedusega ~12 p/min.

Mõni aeg hiljem täiustasid vennad kütust, lisades sellele vaiku, hiljem asendasid selle õliga ja konstrueerisid 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 fotograafiasse ja temast sai maailma esimese foto "Vaade aknast" autor.

Prantsusmaal Niépce'i majamuuseumis eksponeeritakse "Pyreolophore" koopiat.

Veidi hiljem monteeris de Riva oma mootori neljarattalisele universaalile, millest ajaloolaste sõnul sai esimene sisepõlemismootoriga auto.

Alessandro Volta kohta

Volta asetas esmalt tsingi ja vase plaadid happesse, et toota pidevat elektrivoolu, luues sellega maailma esimese keemilise vooluallika. ("Voltaic Sammas").

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

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

Elektripinge mõõtühik Volt on oma nime saanud Volta järgi.

A- silinder, B- "Süüteküünal, C- kolb, D- "õhupall" vesinikuga, E- põrkmehhanism, F- heitgaasi ventiil, G- klapi juhtkäepide.

Vesinikku hoiti "õhupallis", mis oli toruga ühendatud silindriga. Kütuse ja õhu juurdevool, samuti segu süütamine ja heitgaaside eraldumine toimus käsitsi, hoobade abil.

Toimimispõhimõte:

Õhk sisenes põlemiskambrisse heitgaasiklapi kaudu.
Klapp oli suletud.
Avati kuulist vesiniku tarnimise klapp.
Kraan oli kinni.
Nupu vajutamisega pandi "küünlale" elektrilahendus.
Segu sähvatas ja tõstis kolvi üles.
Heitgaasi klapp avati.
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) Oma raamatus Gaasi- ja õlimootorid kirjutas Wright mootori kohta järgmist:

«Mootori joonis on väga funktsionaalne ja detailid hoolikalt läbi töötatud. Segu plahvatus mõjub otse kolvile, mis pöörab väntvõlli läbi ühendusvarda. Välimuselt meenutab mootor kõrgsurveaurumasinat, milles gaas ja õhk tarnitakse pumpade abil eraldi mahutitest. Sfäärilistes anumates olev segu süüdati, kui kolb tõusis TDC-ni (ülemine surnud keskpunkt) ja suruti seda alla/üles. Tsükli lõpus avaneb klapp ja eraldub heitgaasid atmosfääri.

Pole teada, kas seda mootorit kunagi ehitatud on, kuid selle kohta on joonis:

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

Esimene mootor on kahetaktiline ühetoimeline (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 sellel oli silindrite seintes sisse- ja väljalaskeaknad, mis avanevad, kui kolb jõuab äärmuslikku punkti (nagu tänapäevastel kahetaktilistel mootoritel). See võimaldas heitgaase automaatselt vabastada ja lasta sisse uus segu.

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

Ühe Barnetti mootori joonis:

Aastatel 1853-57, Itaalia leiutajad Eugenio Barzanti ja Felice Matteucci töötasid välja ja patenteerisid kahesilindrilise sisepõlemismootori võimsusega 5 l/s.
Patendi andis välja 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:

Kahe silindriga Barzanti-Matteucci mootorimudel:

Matteucci ja Barzanti sõlmisid mootori tootmiseks lepingu ühe Belgia ettevõttega. Barzanti lahkus Belgiasse tööd isiklikult juhendama ja suri ootamatult tüüfusesse. Barzanti surmaga jäeti kogu töö mootoriga pooleli ja Matteucci naasis oma eelmisele töökohale hüdroinsenerina.

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

Barzanti ja Matteucci patentidega seotud dokumente hoitakse Firenze Museo Galileo raamatukogu arhiivis.

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

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

Vaatamata asjaolule, et konkurendid alustasid neljataktiliste mootorite tootmist, oli paljude aastate kogemustega välja töötatud Otto mudel endiselt parim ja nõudlus selle järele ei lõppenud. 1897. aastaks toodeti neid erineva võimsusega mootoreid umbes 42 tuhat. Asjaolu, et kütusena kasutati kerget gaasi, ahendas aga oluliselt nende rakendusala.
Valgustus- ja gaasijaamade arv oli isegi Euroopas tühine ja Venemaal oli neid vaid kaks - Moskvas ja Peterburis.

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

Hugo konstrueeris hiljem Lenoiri omaga sarnase horisontaalse mootori.

Teadusmuuseum, London.

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

Tänapäeval tuntakse seda autot kui "esimest Marcuse autot".

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

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

Esimene silinder toimis kompressorina, mis surus õhku põlemiskambrisse, millesse toodi pidevalt juurde ka petrooleumi. Põlemiskambris segu süüdati ja poolimehhanismi kaudu siseneti teise - töösilindrisse. Märkimisväärne erinevus teistest mootoritest seisnes selles, et õhu-kütuse segu põles järk-järgult ja konstantsel rõhul.

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

Aastal 1878, Šoti insener Sir (rüütliks 1917) töötas välja esimese kahetaktilise sisepõlemismootori. Ta patenteeris selle Inglismaal 1881. aastal.

Mootor töötas kurioossel moel: õhku ja kütust juhiti paremasse silindrisse, kus see segati ja see segu lükati vasakusse silindrisse, kus segu süüdati küünlast. Toimus paisumine, mõlemad kolvid läksid alla, vasakust silindrist (läbi vasaku haru toru) heitgaasid paiskusid välja ning paremasse silindrisse imeti uus portsjon õhku ja kütust. Pärast inertsi tõusid kolvid üles ja tsükkel kordus.

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

Benzi tõeline geenius 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 masinatööstuse standard.

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

Tänu Benz & Cie edule suutis Benz sattuda hobusteta vankrite disaini. Ühendades mootorite valmistamise kogemuse ja kauaaegse hobi – jalgrataste disainimise, ehitas ta 1886. aastaks oma esimese auto ja pani sellele nimeks "Benz Patent Motorwagen".

Disain meenutab kangesti kolmerattalist.

Ühesilindriline neljataktiline sisepõlemismootor töömahuga 954 cm3., Paigaldatud " Benzi patent".

Mootor oli varustatud suure hoorattaga (kasutati mitte ainult ühtlaseks pöörlemiseks, vaid ka käivitamiseks), 4,5-liitrise gaasipaagi, aurustustüüpi karburaatori ja poolklapiga, mille kaudu kütus põlemiskambrisse sisenes. Süüte tootis Benzi enda disainitud süüteküünal, mille pinge andis Ruhmkorffi mähis.

Jahutus oli vesi, kuid mitte suletud tsükkel, vaid aurustamine. Aur pääses atmosfääri, nii et auto tuli täita mitte ainult bensiini, vaid ka veega.

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

Karl Benz oma autot juhtimas.

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 võimaldas madalama heitgaasirõhu tõttu vähendada kütusekulu ja vähendada töö ajal müra. 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 parima keskkonnatoime ja ökonoomsuse, kuid nõuab kõrgeid pöörete arvu. Madalatel pööretel tekitab see suhteliselt väikese pöördemomendi ja võib seiskuda.

Nüüd kasutatakse Atkinsoni mootorit hübriidautodes "Toyota Prius" ja "Lexus HS 250h".

Aastal 1884, Briti insener Edward Butler demonstreeris Londonis Stanley Cycle Show'il kolmerattalise auto jooniseid 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.

Patent "Velocycle'ile" anti välja 1887. aastal.

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

Aastate jooksul parandas Butler oma sõiduki jõudlust, kuid "punase lipu seaduse" tõttu ei saanud ta seda katsetada. (avaldatud 1865), mille kohaselt ei tohiks sõidukid ületada kiirust üle 3 km/h. Lisaks pidi autos olema kolm inimest, kellest üks pidi punase lipuga auto ette kõndima. (need on turvameetmed) .

Väljaandes The English Mechanic's 1890 kirjutas Butler: "Võimud keelavad auto kasutamise teedel, mistõttu ma loobun edasisest arendustegevusest."

Avalikkuse huvi puudumise tõttu auto vastu lõhkus Butler selle vanarauaks ja müüs patendiõigused Harry J. Lawsonile. (rattatootja), kes hakkas tootma mootorit paatides kasutamiseks.

Butler ise liikus edasi statsionaarsete ja laevamootorite loomiseni.

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

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

Mootori käivitamiseks kasutati puhurit, mis soojendas lisakambrit (pärast käivitamist soojendati seda heitgaasidega). Seetõttu on Hornsby-Akroydi mootor mis oli Rudolf Dieseli disainitud diiselmootori eelkäija, mida sageli nimetatakse pooldiisliks. Aasta hiljem täiustas Aykroyd aga oma mootorit, lisades sellele “veesärgi” (patent aastast 1892), mis võimaldas surveastet suurendades temperatuuri tõsta põlemiskambris ja nüüd polnud enam vaja. täiendav kütteallikas.

1893. aastal aastal sai Rudolf Diesel patendid soojusmasinale ja modifitseeritud "Carnot' tsüklile" nimega "Meetod ja aparaat soojuse tööks muundamiseks".

1897. aastal "Augsburgi tehnikatehases" (alates 1904. aastast MAN), Friedrich Kruppi ja vendade Sulzerite ettevõtete rahalisel osalusel loodi Rudolf Dieseli esimene töötav diiselmootor.
Mootori võimsus oli 20 hobujõudu 172 p/min juures, kasutegur 26,2% viietonnise massi juures.
See oli palju parem kui olemasolevad 20% tõhusad Otto mootorid ja 12% tõhusad laevaauruturbiinid, mis äratasid eri riikide tööstuse suurimat huvi.

Diiselmootor oli neljataktiline. Leiutaja leidis, et sisepõlemismootori efektiivsust tõstab põleva segu surveastme suurendamine. Põlevsegu aga tugevalt kokku suruda on võimatu, sest siis tõusevad rõhk ja temperatuur ning see süttib spontaanselt enne tähtaega. Seetõttu otsustas Diesel mitte suruda kokku põlevat segu, vaid puhastab õhku ja süstib tugeva surve all kompressiooni lõpus kütust silindrisse.
Kuna suruõhu temperatuur ulatus 600-650 °C-ni, süttis kütus iseeneslikult ja gaasid paisudes panid kolvi liikuma. Nii õnnestus Diislil oluliselt tõsta mootori efektiivsust, vabaneda süütesüsteemist ning kasutada karburaatori asemel kõrgsurvekütusepumpa.
Aastal 1933 kirjutas Elling prohvetlikult: "Kui ma 1882. aastal gaasiturbiini kallal töötama hakkasin, olin kindlalt veendunud, et minu leiutise järele on lennukitööstuses nõudlus."

Kahjuks suri Elling 1949. aastal, ilma et ta oleks kunagi näinud turboreaktiivmootorite ajastu tulekut.

Ainus foto, mille leidsime.

Ehk leiab keegi selle mehe kohta midagi "Norra tehnikamuuseumist".

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

Ilmselt tasub sellel raketi-kosmose noodil ajalooline osa lõpetada, sest kätte on jõudnud 20. sajand ja kõikjal hakati 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 liikuma teistele planeetidele. Kahjuks läks siin maailmas midagi valesti ja esimeste rakettide abil otsustasid inimesed omasugused lihtsalt hävitada...

Aitäh kõigile, kes lugesid.

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

Vaid umbes sada aastat tagasi pidid sisepõlemismootorid tänapäeva autotööstuses hõivatud koha pärast ägedalt võistlema. 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", mis võimaldab sellel töötada mis tahes tüüpi kütusel puidust kuni puiduni. bensiin. Kuid lõpuks said ülekaalu sisepõlemismootorite kasutegur, kergus ja töökindlus ning pani leppima nende puudustega kui paratamatusega.
1950. aastatel algas gaasiturbiinide ja rootormootorite tulekuga rünnak sisepõlemismootorite monopoolsele positsioonile autotööstuses – rünnak, mida pole veel krooninud edu. Ligikaudu samadel aastatel püüti lavale tuua uut mootorit, mis ühendab silmatorkavalt bensiinimootori efektiivsuse ja töökindluse müratuse ja "kõigesööja" aurupaigaldusega. See on kuulus välispõlemismootor, mille Šoti preester Robert Stirling patenteeris 27. septembril 1816 (Inglise patent nr 4081).

Protsessi füüsika

Kõigi erandita soojusmasinate tööpõhimõte põhineb sellel, et kuumutatud gaasi paisumisel tehakse rohkem mehaanilist tööd, kui külma kokkusurumiseks kulub. Selle demonstreerimiseks piisab pudelist ja kahest potist kuuma ja külma veega. Esmalt kastetakse pudel jäävette ja kui selles olev õhk jahtub, suletakse kael korgiga ja viiakse kiiresti kuuma vette. Mõne sekundi pärast kostab plõks ja pudelis kuumutatud gaas surub korgi välja, tehes mehaanilist tööd. Pudeli saab uuesti jäävette tagasi panna – tsükkel kordub.
esimese Stirlingi masina silindrid, kolvid ja keerulised hoovad reprodutseerisid seda protsessi peaaegu täpselt, kuni leiutaja taipas, et osa gaasist jahutamisel võetud soojusest saab kasutada osaliseks soojendamiseks. Vaja on vaid mingit anumat, kuhu oleks võimalik jahtumisel 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 pakkus ta välja gaasi soojendamise ja jahutamise mitte konstantsel mahul, vaid konstantsel rõhul. 1887. aastal töötasid trükikodades, majades, kaevandustes, laevadel suurepäraselt mitu tuhat väikest Ericksoni mootorit. Nad täitsid veepaake, andsid liftidele toite. 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 liitrini. Koos. lõppes täieliku ebaõnnestumisega. 4,2 meetrise läbimõõduga silindriga masin arendas alla 100 hj. See tähendab, et laskekambrid põlesid läbi ja laev, millele mootorid olid paigaldatud, suri.
Insenerid jätsid ilma kahetsuseta nende nõrkade mastodonidega hüvasti niipea, kui ilmusid võimsad, kompaktsed ja kerged bensiini- ja diiselmootorid. Ja järsku, 1960. aastatel, peaaegu 80 aastat hiljem, räägiti Stirlingsist ja Ericksonsist (nimetame neid tinglikult nii analoogiliselt diiselmootoriga) kui sisepõlemismootorite hirmuäratavatest rivaalidest. Need vestlused pole vaibunud tänaseni. Mis seletab nii järsku vaadete pööret?

Meetodi hind

Kui saad teada mõnest vanast tehnilisest ideest, mis on nüüdisaegses tehnikas taaselustatud, tekib kohe küsimus: mis takistas selle elluviimist varem? Mis oli see probleem, see “konks”, mille lahenduseta ta ellu ei pääsenud? Ja peaaegu alati selgub, et vana idee võlgneb oma elavnemise kas uuele tehnoloogilisele meetodile või uuele disainile, millele tema eelkäijad ei mõelnud, või uuele materjalile. Välispõlemismootorit võib pidada kõige haruldasemaks erandiks.
Teoreetilised arvutused näitavad, et efektiivsus Stirlingid ja Ericssonid võivad jõuda 70 protsendini – rohkem kui ükski teine ​​mootor. Ja see tähendab, et eelkäijate ebaõnnestumisi seletati sekundaarsete, põhimõtteliselt eemaldatavate teguritega. Õige parameetrite ja kasutusalade valik, iga sõlme töö täpne uurimine, iga detaili hoolikas töötlemine ja peenhäälestus võimaldas realiseerida tsükli eeliseid. Juba esimesed katseproovid andsid efektiivsuseks 39 protsenti! (Aastaid välja töötatud bensiini- ja diiselmootorite kasutegur on vastavalt 28-30 ja 32-35 protsenti.) Milliseid võimalusi nii Stirling kui Erickson omal ajal “läbi vaatasid”?
sama 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 surve suurendamisega.
Teine rikke põhjus oli see, et esimesed paigaldised töötasid õhus atmosfäärirõhul: nende mõõtmed osutusid tohututeks ja võimsused väikesed.
Efektiivsuse toomine regeneraator kuni 98 protsenti ja suletud ahela täitmine 100 atmosfäärini kokkusurutud vesiniku või heeliumiga, on meie päevade insenerid suurendanud Stirlingite efektiivsust ja võimsust, mis isegi sellisel kujul näitas tõhusust. kõrgem kui sisepõlemismootoritel.
Ainuüksi sellest piisaks, et rääkida välispõlemismootorite paigaldamisest autodele. Kuid ainult kõrge kasumlikkus ei ammenda nende unustusest taaselustatud masinate eeliseid.

Kuidas Stirling töötab

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

Vedelkütusel töötava "stirlingu" kaasaegses konstruktsioonis on kolm ahelat, millel on üksteisega ainult termiline kontakt. Need on töövedeliku ringlus (tavaliselt vesinik või heelium), küttekontuur ja jahutuskontuur. Kütteringi põhieesmärk on kõrge temperatuuri hoidmine töökontuuri ülemises osas. Külmutuskontuur hoiab töökontuuri põhjas madalat temperatuuri. Töövedeliku enda kontuur on suletud.
Töötava keha kontuur. Silindris 8 liiguvad kaks kolvi - töökolb 11 ja nihutav kolb 18. Töökolvi ülesliikumine viib töövedeliku kokkusurumiseni, selle allapoole liikumise põhjustab gaasi paisumine ja sellega kaasneb kasulik töö. Nihutuskolvi ülespoole liikumine surub gaasi silindri alumisse jahutatud õõnsusse. Selle allapoole liikumine vastab gaasi kuumutamisele. Rombiline ajam 12 käsib kolbidel liikuda vastavalt neljale tsüklitsüklile ((diagramm näitab neid tsükleid).
Baar I- töövedeliku jahutamine. Nihutuskolb 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 teavitab töökolvi 11 ülespoole liikumisest, millega kaasneb külma töövedeliku kokkusurumine.
Baar III- töövedeliku kuumutamine. Vahetuskolb 18, mis on peaaegu ühinenud töökolviga 11, tõrjub gaasi läbi regeneraatori 7 kuuma ruumi, milles jahutamisel salvestatud soojus suunatakse tagasi gaasile.
Baar IV- töökeha laiendamine - töötsükkel. Kuumas ruumis kuumutamisel paisub gaas ja teeb kasulikku tööd. Osa sellest hoitakse surugaasi puhvermahus 22 külma töövedeliku järgnevaks kokkusurumiseks. Ülejäänud osa eemaldatakse mootori võllidelt.
Küttekontuur. Õhk puhub ventilaator õhu sisselaskeavasse 19, läbib küttekeha elemente 3, soojeneb ja siseneb kütusepihustitesse. Tekkivad kuumad gaasid soojendavad töövedeliku küttekeha torusid 16, voolavad ümber küttekeha elementide 3 ja pärast oma soojuse loovutamist kütuse põletamiseks minevale õhule paiskuvad nad läbi väljalasketoru 2 õhkkond.
Jahutusring. Vesi juhitakse torude 20 kaudu silindri alumisse ossa ja jahuti ribide 9 ümber voolates jahutab neid pidevalt.

"Stirlingid" ICE asemel

Esimesed pool sajandit tagasi tehtud katsed näitasid, et "stirling" on peaaegu täiesti vaikne. Sellel puudub karburaator, kõrgsurvepihustid, süütesüsteem, klapid, süüteküünlad. Rõhk silindris tõuseb küll peaaegu 200 atm-ni, kuid mitte plahvatuse teel, nagu sisepõlemismootoris, vaid sujuvalt. Mootoril ei ole summutit vaja. Teemantkujuline 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 automootori omadused on eriti olulised, sest suurtes linnades on müra vähendamise probleem terav.
Kuid teine ​​omadus - "kõigesööja". Tegelikult pole sellist soojusallikat, mis "stirlinguga" sõitmiseks ei sobiks. 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 sulatamisel asendatakse 1 liiter bensiini. Selline mitmekülgsus ei aita alati hädas olevat juhti. See lahendab linnasuitsu ägeda probleemi. Linnale lähenedes lülitab juht põleti sisse ja sulatab paagis oleva soola. Linnas kütust ei põletata: mootor töötab sulaga.
Aga reguleerimine? Võimsuse vähendamiseks piisab, kui vabastada mootori suletud vooluringist vajalik kogus gaasi terassilindrisse. Automaatne vähendab koheselt kütuse juurdevoolu, et temperatuur püsiks konstantsena olenemata gaasi kogusest. Võimsuse suurendamiseks pumbatakse gaas silindrist tagasi vooluringi.
Seda just kulude ja kaalu poolest, "stirlingid" jäävad ikka alla sisepõlemismootoritele. 1 liitri kohta Koos. neil on 5 kg, mis on palju rohkem kui bensiini- ja diiselmootoritel. Kuid me ei tohiks unustada, et need on endiselt esimesed mudelid, mida pole saavutatud kõrgel tasemel.
Teoreetilised arvutused näitavad, et kui muud tegurid on võrdsed, vajavad "stirlingid" madalamat rõhku. See on oluline teene. Ja kui neil on ka disainieeliseid, siis on võimalik, et need osutuvad autotööstuse sisepõlemismootorite kõige hirmuäratavamaks rivaaliks. Üldse mitte turbiinid.

Stirling, GM

Tõsine töö välispõlemismootori täiustamiseks, mis algas 150 aastat pärast selle leiutamist, on juba vilja kandnud. Stirlingi tsüklis töötava mootori jaoks pakutakse välja erinevaid konstruktsioonivõimalusi. Kolbide käigu juhtimiseks on pöördplaadiga mootorite projektid, patenteeritud on pöörlev mootor, mille ühes rootori sektsioonis toimub kokkusurumine, teises - paisumine ning soojus tarnitakse ja eemaldatakse kanalites. õõnsuste ühendamine. Maksimaalne rõhk üksikute proovide silindrites ulatub 220 kg / cm 2 ja keskmine efektiivne rõhk - kuni 22 ja 27 kg / cm 2 ja rohkem. Kasumlikkus on viidud 150 g/hj/tunnis.
Suurima edu saavutas General Motors, kes 1970. aastatel ehitas tavapärase vändamehhanismiga V-kujulise "stirlingi". Üks silinder töötab, teine ​​kompressioon. Töökolvis on ainult töökolb ja survesilindris on nihutuskolb. Kütteseade, regeneraator ja jahuti asuvad silindrite vahel. Faasinurk, 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). Kolbide liikumise faasinihe saavutatakse silindrite paigutamisega 90° nurga all. Struktuuriliselt on see kõige lihtsam "stirling". Kuid see on halvem kui mootor, mille tasakaalus on rombikujuline vänt. V-kujulise mootori inertsjõudude täielikuks tasakaalustamiseks tuleb selle silindrite arvu suurendada kahelt kaheksale.

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

Sellise mootori töötsükkel kulgeb järgmiselt.
Töösilindris 1 soojendatakse gaasi (vesinik või heelium), teises, kompressioonis 7, see jahutatakse. Kui kolb liigub silindris 7 ülespoole, surutakse gaas kokku – survetakt. Sel ajal hakkab kolb 2 silindris 1 allapoole liikuma. Külmast silindrist 7 voolab gaas kuuma silindrisse 1, läbides järjestikku jahuti 6, regeneraatori 4 ja küttekeha 3 – soojendustakti. 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.
Selline "stirlingu" skeem on tagurdamiseks kõige mugavam. Küttekeha, regeneraatori ja jahuti kombineeritud korpuses (nende seadmest tuleb juttu hiljem) tehakse selleks siibrid. Kui liigutate need ühest äärmisest asendist teise, muutub külm silinder kuumaks ja kuum silinder külmaks ning mootor pöörleb vastupidises suunas.
Keris on kuumuskindlast roostevabast terasest torude komplekt, millest läbib töögaas. Torusid soojendatakse erinevate vedelkütuste põletamiseks kohandatud põleti leegiga. Kuumutatud gaasi soojus salvestatakse regeneraatorisse. Sellel sõlmel 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 paiknevad järjestikku mitmed traadipudrust (traadi läbimõõt 0,2 mm) seibid. Et vältida soojuse kandumist külmikusse, paigaldatakse nende seadmete vahele soojusisolatsioonihülss. Ja lõpuks jahedam. See on valmistatud torujuhtme veesärgi kujul.
Stirlingi võimsust juhitakse 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 soojusmasina kõige olulisemast parameetrist, nn teoreetilisest kasutegurist, Stirlingi jaoks määratakse see järgmise valemiga:

η \u003d 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. Seda on oluliselt rohkem kui parimatel gaasiturbiinidel, bensiini- ja diiselmootoritel, mille teoreetiline kasutegur on vastavalt 0,28; 0,30; 0,40.
Nagu välispõlemismootor. stirling võib töötada erinevatel kütustel: bensiin, petrooleum, diislikütus, gaasiline ja isegi tahke. Kütuse omadused, nagu tsetaan- ja oktaanarv, tuhasisaldus, keemistemperatuur põlemisel väljaspool mootori silindrit, ei oma "stingimisel" tähtsust. Et see töötaks erinevatel kütustel, ei ole vaja suuri muudatusi teha – lihtsalt vahetage põleti välja.
Välispõlemismootor, milles põlemine kulgeb stabiilselt konstantse liigõhu suhtega 1,3. eraldub oluliselt vähem süsinikmonooksiidi, süsivesinikke ja lämmastikoksiide kui sisepõlemismootor.
"Stirlingi" madal müratase on tingitud madalast surveastmest (1,3 kuni 1,5). Rõhk silindris tõuseb sujuvalt ja mitte plahvatusega, nagu bensiini- või diiselmootoris. Väljalasketorustikus gaasisamba kõikumiste puudumine määrab ära heitgaaside müratuse, mida kinnitavad Phillipsi koos Fordiga bussi jaoks välja töötatud mootori testid.
Stirlingit 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 see ei neil on keeruline gaasijaotusmehhanism.
Stirlingi kui automootori oluline eelis on selle suurem kohanemisvõime koormuse muutustega. See on näiteks 50 protsenti kõrgem kui karburaatormootoril, tänu millele on võimalik käigukastis astmete arvu vähendada. Sidurist ja käigukastist on aga võimatu täielikult loobuda, nagu auruautos.
Miks pole aga selliste ilmsete eelistega mootor veel praktilist rakendust leidnud? Põhjus on lihtne – sellel on palju veel lahendamata puudusi. Peamine neist on suured raskused juhtimisel ja kohanemisel. On ka teisi “riffe”, millest ei ole disaineritel ja tootjatel nii lihtne mööda minna.Eelkõige vajavad kolvid väga tõhusaid tihendeid, mis peavad vastu pidama kõrgele survele (kuni 200 kg/cm2) ja takistama õli sattumist tööõõnde. Igatahes ei ole Phillipsi 25-aastane töö mootori peenhäälestamisel veel suutnud seda autodes massiliseks kasutamiseks sobivaks muuta. Vähetähtis pole "stirlingu" iseloomulik tunnus - vajadus eemaldada jahutusveega suur kogus soojust. Sisepõlemismootorites eraldub koos heitgaasidega atmosfääri ka oluline osa soojusest. Naelsterlingites läheb heitgaasi vaid 9 protsenti kütuse põlemisel tekkivast soojusest. Kui jahutusveega bensiini sisepõlemismootoris eemaldatakse soojusest 20–25 protsenti, siis segamisel - kuni 50 protsenti. See tähendab, et sellise mootoriga autol peaks radiaator olema ligikaudu 2-2,5 korda suurem kui sarnasel bensiinimootoril. "Stirlingu" miinuseks 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. "Stirling" jääb gaasipedaalilt alla tavapärasele sisepõlemismootorile.
Jätkub töö autode "stirlingude", sealhulgas sõiduautode jaoks, loomise ja täiustamisega. 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 sisepõlemismootor, töögaasi kõrgema rõhu tõttu. Tõenäoliselt leiab välispõlemismootor oma vähenõudliku kütuse tõttu rakendust eelkõige veoautodes, eriti militaarautodes.

Kiireloomulisi lahendusi nõudvate globaalsete probleemide süvenemine (loodusressursside ammendumine, keskkonnareostus jne) tõi 20. sajandi lõpus kaasa vajaduse võtta vastu mitmeid rahvusvahelisi ja Venemaa seadusandlikke akte ökoloogia, loodusmajanduse ja looduskaitse valdkonnas. energiasääst. Nende seaduste põhinõuded on suunatud CO2 emissiooni vähendamisele, ressursside ja energia säästmisele, sõidukite üleminekule keskkonnasõbralikele mootorikütustele jne.

Üks paljutõotav viis nende probleemide lahendamiseks on Stirlingi mootoritel (masinatel) põhinevate energiat muundavate süsteemide väljatöötamine ja laialdane kasutuselevõtt. Selliste mootorite tööpõhimõtte pakkus 1816. aastal välja šotlane Robert Stirling. Tegemist on suletud termodünaamilises tsüklis töötavate masinatega, milles erinevatel temperatuuritasemetel toimuvad tsüklilised kokkusurumis- ja paisumisprotsessid ning töövedeliku voolu juhitakse selle mahtu muutes.

Stirlingi mootor on ainulaadne soojusmasin, kuna selle teoreetiline võimsus on võrdne soojusmasinate maksimaalse võimsusega (Carnot' tsükkel). See toimib gaasi soojuspaisumise teel, millele järgneb jahtumisel gaasi kokkusurumine. Mootor sisaldab teatud konstantse mahuga töögaasi, mis liigub "külma" osa (tavaliselt ümbritseva õhu temperatuuril) ja "kuuma" osa vahel, mida soojendatakse erinevate kütuste või muude soojusallikate põletamisel. Küte toodetakse väljastpoolt, mistõttu Stirlingi mootorit nimetatakse välispõlemismootoriks (DVPT). Kuna Stirlingi mootorites toimub põlemisprotsess võrreldes sisepõlemismootoritega väljaspool töösilindreid ja kulgeb tasakaalus, siis toimub töötsükkel suletud sisemises ahelas suhteliselt madala rõhutõusuga mootori silindrites, sisemise ahela töövedeliku termohüdrauliliste protsesside sujuv olemus ja gaasijaotusmehhanismi ventiilide puudumisel.

Tuleb märkida, et välismaal on juba alustatud Stirlingi mootorite tootmist, mille tehnilised omadused on paremad kui sisepõlemismootoritel ja gaasiturbiinidel (GTU). Seega on Philipsi, STM Inc., Daimler Benz, Solo, United Stirlingi Stirlingi mootorite tõhusus võimsusega 5–1200 kW. üle 42%, tööiga üle 40 tuhande tunni ja erikaal 1,2–3,8 kg / kW.

Energia muundamise tehnoloogia maailmaülevaadetes peetakse Stirlingi mootorit 21. sajandi kõige lootustandvamaks. Madal müratase, heitgaaside madal toksilisus, võime töötada erinevatel kütustel, pikk kasutusiga, head pöördemomendi omadused - kõik see muudab Stirlingi mootorid sisepõlemismootoritega võrreldes konkurentsivõimelisemaks.

Kus saab Stirlingi mootoreid kasutada?

Stirlingi mootoritega autonoomseid elektrijaamu (stirlingi generaatorid) saab kasutada Venemaa piirkondades, kus puuduvad traditsiooniliste energiaallikate - nafta ja gaasi - varud. Kütusena võib kasutada turvast, puitu, põlevkivi, biogaasi, kivisütt, põllumajandus- ja puidutööstuse jäätmeid. Sellest tulenevalt kaob paljude piirkondade energiavarustuse probleem.

Sellised elektrijaamad on keskkonnasõbralikud, kuna kahjulike ainete kontsentratsioon põlemisproduktides on peaaegu kaks suurusjärku madalam kui diiselelektrijaamadel. Seetõttu saab elektrigeneraatorid paigaldada tarbija vahetusse lähedusse, mis välistab kaod elektri edastamisel. 100 kW võimsusega generaator suudab varustada elektri ja soojusega iga asula, kus elab üle 30-40 inimese.

Stirlingi mootoritega autonoomsed elektrijaamad leiavad laialdast rakendust Venemaa Föderatsiooni nafta- ja gaasitööstuses uute maardlate väljatöötamisel (eriti Kaug-Põhjas ja Arktika mere šelfis, kus uurimiseks on vaja tõsist toiteallikat, puurimine, keevitamine ja muud tööd). Siin saab kütusena kasutada maagaasi, sellega seotud naftagaasi ja gaasikondensaati.

Nüüd läheb Vene Föderatsioonis aastas kaotsi kuni 10 miljardit kuupmeetrit. m seotud gaasi. Selle kogumine on keeruline ja kulukas, pidevalt muutuva fraktsioonilise koostise tõttu ei saa seda kasutada sisepõlemismootorite mootorikütusena. Et gaas atmosfääri ei saastaks, põletatakse see lihtsalt ära. Samal ajal annab selle kasutamine mootorikütusena märkimisväärse majandusliku efekti.

Gaasi magistraaltorustike automaatika-, side- ja katoodkaitsesüsteemides on soovitav kasutada elektrijaamu võimsusega 3-5 kW. Ja võimsamad (100 kuni 1000 kW) - gaasi- ja naftatöötajate suurte vahetuslaagrite elektri- ja soojusvarustuseks. Üle 1000 kW võimsusega rajatisi saab kasutada nafta- ja gaasitööstuse maal ja avamere puurimisrajatistes.

Probleemid uute mootorite loomisel

Robert Stirlingi enda välja pakutud mootoril olid märkimisväärsed kaalu- ja suuruseomadused ning madal kasutegur. Sellises mootoris toimuvate protsesside keerukuse tõttu, mis on seotud kolbide pideva liikumisega, töötas esimese lihtsustatud matemaatilise aparaadi välja alles 1871. aastal Praha professor G. Schmidt. Tema pakutud arvutusmeetod põhines Stirlingi tsükli ideaalsel mudelil ja võimaldas luua tõhusaid mootoreid. kuni 15%. Alles 1953. aastal lõi Hollandi ettevõte Philips esimesed ülitõhusad Stirlingi mootorid, mis on sisepõlemismootoritest paremad.

Venemaal on korduvalt tehtud katseid luua kodumaiseid Stirlingi mootoreid, kuid need pole olnud edukad. Nende väljatöötamist ja laialdast kasutamist takistavad mitmed suured probleemid.

Esiteks on see projekteeritud Stirlingi masina adekvaatse matemaatilise mudeli ja vastava arvutusmeetodi loomine. Arvutamise keerukuse määrab Stirlingi termodünaamilise tsükli rakendamise keerukus reaalsetes masinates, mis on tingitud soojus- ja massivahetuse mittestatsionaarsusest sisemises ahelas - kolbide pideva liikumise tõttu.

Piisavate matemaatiliste mudelite ja arvutusmeetodite puudumine on peamiseks põhjuseks, miks paljud välis- ja kodumaised ettevõtted ebaõnnestuvad nii mootorite kui ka Stirlingi külmutusmasinate arendamisel. Ilma täpse matemaatilise modelleerimiseta muutub projekteeritud masinate peenhäälestus pikaajaliseks kurnavaks eksperimentaalseks uurimistööks.

Teiseks probleemiks on üksikute üksuste disainilahenduste loomine, raskused tihenditega, võimsuse reguleerimisega jne. Disaini raskused tulenevad kasutatavatest töövedelikest, milleks on heelium, lämmastik, vesinik ja õhk. Näiteks heeliumil on ülivoolavus, mis nõuab töökolbide tihenduselementide jms kõrgendatud nõudeid.

Kolmandaks probleemiks on tootmistehnoloogia kõrge tase, kuumakindlate sulamite ja metallide kasutamise vajadus, uued meetodid nende keevitamiseks ja jootmiseks.

Omaette teema on regeneraatori ja selle jaoks mõeldud otsiku valmistamine, mis tagavad ühelt poolt suure soojusmahtuvuse ja teisest küljest madala hüdraulilise takistuse.

Stirlingi masinate kodumaised arendused

Praeguseks on Venemaal kogunenud piisavalt teaduslikku potentsiaali ülitõhusate Stirlingi mootorite loomiseks. Stirling Technologies Innovation and Research Center LLC on saavutanud märkimisväärseid tulemusi. Spetsialistid viisid läbi teoreetilisi ja eksperimentaalseid uuringuid, et töötada välja uued meetodid suure jõudlusega Stirlingi mootorite arvutamiseks. Peamised töövaldkonnad on seotud Stirlingi mootorite kasutamisega koostootmisjaamades ja heitgaaside soojuse kasutamise süsteemidega, näiteks mini-koostootmisjaamades. Selle tulemusena loodi 3 kW mootorite arendusmeetodid ja prototüübid.

Erilist tähelepanu pöörati uuringute käigus Stirlingi masinate üksikute komponentide ja nende konstruktsiooni uurimisele, samuti erinevate funktsionaalse otstarbega paigaldiste uute skemaatiliste diagrammide loomisele. Kavandatavad tehnilised lahendused, võttes arvesse asjaolu, et Stirlingi masinate kasutamine on odavam, võimaldavad tõsta uute mootorite kasutamise majanduslikku efektiivsust võrreldes traditsiooniliste energiamuunduritega.

Stirlingi mootorite tootmine on majanduslikult tasuv, arvestades praktiliselt piiramatut nõudlust keskkonnasõbralike ja ülitõhusate jõuseadmete järele nii Venemaal kui ka välismaal. Kuid ilma riigi ja suurettevõtete osaluse ja toetuseta ei saa nende masstootmise probleemi täielikult lahendada.

Kuidas aidata Stirlingi mootorite tootmist Venemaal?

On ilmne, et uuendustegevus (eelkõige põhiinnovatsiooni arendamine) on keeruline ja riskantne majandustegevuse liik. Seetõttu peaks see põhinema riigipoolse toetuse mehhanismil, eriti „alguses“, koos hilisema üleminekuga tavapärastele turutingimustele.

Venemaal Stirlingi masinate ja nendel põhinevate energiamuundamissüsteemide suuremahulise tootmise loomise mehhanism võib hõlmata järgmist:
- Stirlingi masinate uuenduslike projektide otsene osaeelarveline rahastamine;
- kaudsed toetusmeetmed, mis tulenevad põnevate projektide raames valmistatud toodete vabastamisest käibemaksust ja muudest föderaal- ja piirkondlikest maksudest esimesel kahel aastal, samuti selliste toodete maksusoodustuse võimaldamine järgmiseks 2-3 aastaks (arvestades arvestama, et arenduskulude puhul ei ole soovitav võtta põhimõtteliselt uut toodet selle hinda, st tootja või tarbija kuludesse);
- ettevõtte panuse väljaarvamine põnevate projektide rahastamisel tulumaksubaasist.

Edaspidi saab Stirlingi masinatel põhinevate jõuseadmete jätkusuutliku edendamise etapis kodu- ja välisturgudel läbi viia kapitali täiendamine tootmise laiendamiseks, tehniline ümbervarustus ja regulaarsete projektide toetamine uut tüüpi seadmete tootmiseks. välja kasumi arvelt ja edukalt omandatud tootmise aktsiate müügi, kommertspankade krediidiressursside, samuti välisinvesteeringute kaasamise arvelt.

Võib eeldada, et tänu tehnoloogilise baasi kättesaadavusele ja Stirlingi masinate projekteerimisel kogunenud teaduslikule potentsiaalile võib Venemaa mõistliku finants- ja tehnilise poliitikaga tõusta uute keskkonnasõbralike ja ülitõhusate mootorite tootmisel maailmas liidriks. Lähitulevikus.

Välispõlemismootorites on kütuse põlemisprotsess ja termilise mõju allikas tööpaigaldist eraldatud. Sellesse kategooriasse kuuluvad tavaliselt auru- ja gaasiturbiinid, aga ka Stirlingi mootorid. Selliste installatsioonide esimesed prototüübid ehitati rohkem kui kaks sajandit tagasi ja neid kasutati peaaegu kogu 19. sajandi jooksul.

Kui kiiresti arenev tööstus vajas võimsaid ja säästlikke elektrijaamu, tulid disainerid välja plahvatusohtlike aurumasinate asendusega, kus töövedelikuks oli kõrge rõhu all olev aur. Nii tekkisid välispõlemismootorid, mis said laialt levinud juba 19. sajandi alguses. Vaid mõnikümmend aastat hiljem asendati need sisepõlemismootoritega. Need maksavad oluliselt vähem kui nende lai levik.

Kuid tänapäeval uurivad disainerid vananenud välispõlemismootoreid põhjalikumalt. See on tingitud nende eelistest. Peamine eelis on see, et sellised paigaldised ei vaja hästi puhastatud ja kallist kütust.

Välispõlemismootorid on vähenõudlikud, kuigi nende ehitus ja hooldus on siiski üsna kulukad.

Stirlingi mootor

Välispõlemismootorite perekonna üks kuulsamaid esindajaid on Stirlingi masin. See leiutati 1816. aastal, seda täiustati mitu korda, kuid hiljem unustati see pikka aega teenimatult unustusse. Nüüd on Stirlingi mootor saanud taassünni. Seda kasutatakse edukalt isegi kosmoseuuringutes.

Stirlingi masina töö põhineb suletud termodünaamilisel tsüklil. Siin toimuvad erinevatel temperatuuridel perioodilised kokkusurumis- ja paisumisprotsessid. Töövoo haldamine toimub selle mahtu muutes.

Stirlingi mootor võib töötada soojuspumbana, rõhugeneraatorina, jahutusseadmena.

Selles mootoris surutakse gaas madalatel temperatuuridel kokku ja kõrgel paisub. Perioodiline parameetrite muutumine toimub spetsiaalse kolvi kasutamise tõttu, millel on nihutaja funktsioon. Soojus suunatakse töövedelikku väljastpoolt, läbi silindri seina. See funktsioon annab õiguse

Eelmisel aastal ajakiri, mille esimeses numbris lugejaid tervitati A. Einstein, pööratud 85 aastat.

Toimetuse väike kollektiiv jätkab avaldamist IR, mille lugejateks teil on au olla. Kuigi seda on iga aastaga aina keerulisem teha. Pikka aega, uue sajandi alguses, pidi toimetajad lahkuma oma sünnikohast Mjasnitskaja tänaval. (Tegelikult on see koht pankadele, mitte mõnele leiutajakogule). Aitas meid siiski Y. Masljukov(sel ajal Vene Föderatsiooni Föderaalse Assamblee riigiduuma tööstuse komitee esimees) kolida Kalužskaja metroojaama lähedal asuvasse NIIAA-sse. Vaatamata sellele, et toimetus järgis rangelt lepingutingimusi ja maksis üüri õigeaegselt ning Venemaa Föderatsiooni presidendi ja valitsuse inspireerivalt kuulutasid välja innovatsioonikursi, teatas NIAA uus direktor meile toimetuse väljatõstmine "töövajaduse tõttu". Seda vaatamata NIIAA töötajate arvu ligi 8-kordsele vähenemisele ja vastavale ruumide vabanemisele ning vaatamata sellele, et toimetuse poolt hõivatud pind ei moodustanud NIIAA piiritutest pindadest sajandikku protsenti. .

Meile andis peavarju MIREA, kus oleme asunud viimased viis aastat. Liigu kaks korda, et põleda üks kord, ütleb vanasõna. Aga toimetajad peavad vastu ja peavad vastu nii kaua, kui jaksavad. Ja kas see võib eksisteerida nii kaua kui ajakiri "Leiutaja ja uuendaja" Loe ja kirjuta.

Püüdes katta rohkem huvilisi teabega, oleme uuendanud ajakirja kodulehte, muutes selle meie hinnangul informatiivsemaks. Tegeleme viimaste aastate väljaannete digiteerimisega alates 1929 aasta – ajakirja asutamise aeg. Anname välja elektroonilise versiooni. Kuid peamine on paberväljaanne IR.

Kahjuks tellijate arv, ainus rahaline alus eksisteerimiseks IR, ning organisatsioonide ja üksikisikute arv väheneb. Ja minu arvukad toetuskirjad ajakirjale erineva tasemega riigijuhtidele (mõlemad Vene Föderatsiooni presidendid, peaministrid, mõlemad Moskva linnapead, mõlemad Moskva oblasti kubernerid, tema kodumaa Kubani kuberner, Venemaa suurimate ettevõtete juhid ) ei andnud tulemust.

Seoses eelnevaga palub toimetus teil, meie lugejad: võimalusel ajakirja muidugi toetada. Allpool on välja antud kviitung, millega saate raha üle kanda põhikirjaliste tegevuste ehk ajakirja väljaandmise eest.