Toto je úvodná časť zo série článkov venovaných Motor s vnútorným spaľovaním, čo je krátky exkurz do histórie evolúcie spaľovacieho motora. Článok sa bude dotýkať aj prvých áut.

Nasledujúce časti budú podrobne popisovať rôzne ICE:

Ojnica-piest
Rotačné
Turbojet
Reaktívny

Motor bol nainštalovaný na lodi, ktorá bola schopná vyliezť po rieke Sona. O rok neskôr, po testovaní, bratia dostali patent na svoj vynález, podpísaný Napoleonom Bonopartom, na obdobie 10 rokov.

Bolo by správnejšie nazvať tento motor prúdovým motorom, pretože jeho práca spočívala vo vytláčaní vody z potrubia pod dnom lode ...

Motor pozostával zo zapaľovacej komory a spaľovacej komory, mechu na vstrekovanie vzduchu, dávkovača paliva a zapaľovacieho zariadenia. Ako palivo pre motor slúžil uhoľný prach.

Mech vháňal prúd vzduchu zmiešaného s uhoľným prachom do zapaľovacej komory, kde tlejúci knôt zapálil zmes. Potom sa čiastočne zapálená zmes (uhoľný prach horí pomerne pomaly) dostala do spaľovacej komory, kde úplne vyhorela a expandovala.
Ďalej tlak plynov vytlačil vodu z výfukového potrubia, čo prinútilo loď pohnúť sa, po čom sa cyklus opakoval.
Motor pracoval v pulznom režime s frekvenciou ~ 12 a/min.

Po nejakom čase bratia vylepšili palivo pridaním živice a neskôr ho nahradili olejom a navrhli jednoduchý vstrekovací systém.
Počas nasledujúcich desiatich rokov sa projekt nijako nerozvíjal. Claude odišiel do Anglicka propagovať myšlienku motora, ale premárnil všetky peniaze a nič nedosiahol a Joseph sa dal na fotografovanie a stal sa autorom prvej fotografie na svete „Pohľad z okna“.

Vo Francúzsku je v domácom múzeu Niepses vystavená replika "Pyreolophore".

O niečo neskôr de Riva namontoval svoj motor na štvorkolesové vozidlo, ktoré bolo podľa historikov prvým autom so spaľovacím motorom.

O Alessandrovi Voltovi

Volta bola prvá, ktorá vložila zinkové a medené platne do kyseliny, aby vytvorila nepretržitý elektrický prúd, čím vytvorila prvý zdroj chemického prúdu na svete ("voltaický stĺp").

V roku 1776 Volta vynašiel plynovú pištoľ, „Volta pištoľ“, v ktorej plyn explodoval z elektrickej iskry.

V roku 1800 zostrojil chemickú batériu, ktorá umožňovala získavať elektrinu chemickými reakciami.

Po Voltovi je pomenovaná jednotka na meranie elektrického napätia – Volt.

A- valec, B- "zapaľovacia sviečka, C- piest, D- "balón" s vodíkom, E- račňa, F- výfukový ventil výfukových plynov, G- rukoväť na ovládanie ventilu.

Vodík bol uložený vo „vzduchovom“ balóne spojenom potrubím s valcom. Prívod paliva a vzduchu, ako aj zapaľovanie zmesi a vypúšťanie výfukových plynov sa uskutočňovali ručne pomocou pák.

Princíp činnosti:

Vzduch vstupoval do spaľovacej komory cez vypúšťací ventil výfukových plynov.
Ventil sa zatváral.
Ventil na prívod vodíka z gule sa otvoril.
Kohútik sa zatváral.
Stlačením tlačidla sa na „sviečku“ aplikoval elektrický výboj.
Zmes zablikala a zdvihla piest.
Otvoril sa vypúšťací ventil výfukových plynov.
Piest vlastnou váhou spadol (bol ťažký) a potiahol lano, ktoré otáčalo kolesá cez blok.

Potom sa cyklus opakoval.

V roku 1813 postavil de Riva ďalšie auto. Bol to vozeň dlhý asi šesť metrov, s kolesami v priemere dva metre a vážil takmer tonu.
Auto dokázalo prejsť 26 metrov s nákladom kameňov (asi 700 libier) a štyroch mužov, rýchlosťou 3 km/h.
S každým cyklom sa auto posunulo o 4-6 metrov.

Len máloktorý z jeho súčasníkov bral tento vynález vážne a Francúzska akadémia vied tvrdila, že spaľovací motor nikdy nebude konkurovať vo výkone parnému stroju.

V roku 1833, americký vynálezca Lemuel Wellman Wright, si zaregistroval patent na vodou chladený dvojtaktný plynový spaľovací motor.
(Pozri nižšie) napísal o Wrightovom motore vo svojej knihe Gas and Oil Engines:

„Výkres motora je veľmi funkčný a detaily sú precízne. Výbuch zmesi pôsobí priamo na piest, ktorý otáča kľukovým hriadeľom cez ojnicu. Vzhľadom motor pripomína vysokotlakový parný stroj, v ktorom sa plyn a vzduch čerpajú zo samostatných nádrží. Zmes v guľovitých nádobách sa zapálila počas stúpania piesta v TDC (horná úvrať) a tlačila ho dole/nahor. Na konci zdvihu sa ventil otvorí a výfukové plyny vypustia do atmosféry."

Nie je známe, či bol tento motor niekedy vyrobený, ale existuje jeho plán:

V roku 1838, anglický inžinier William Barnett získal patent na tri spaľovacie motory.

Prvý motor je jednočinný dvojtakt (palivo spálené iba na jednej strane piestu) so samostatnými čerpadlami na plyn a vzduch. Zmes sa zapálila v samostatnom valci a potom horiaca zmes tiekla do pracovného valca. Vstup a výstup sa uskutočňoval cez mechanické ventily.

Druhý motor opakoval prvý, ale bol dvojčinný, to znamená, že k spaľovaniu dochádzalo striedavo na oboch stranách piestu.

Tretí motor bol tiež dvojčinný, ale mal vstupné a výstupné otvory v stenách valca, ktoré sa otvorili v momente, keď piest dosiahol extrémny bod (ako v moderných dvojtaktoch). To umožnilo automaticky vypustiť výfukové plyny a pripustiť novú náplň zmesi.

Charakteristickým znakom motora Barnett bolo, že čerstvá zmes bola pred zapálením stlačená piestom.

Návrh jedného z motorov Barnett:

V rokoch 1853-57, talianski vynálezcovia Eugenio Barzanti a Felice Matteucci vyvinuli a patentovali dvojvalcový spaľovací motor s objemom 5 l/s.
Patent udelil londýnsky úrad, pretože talianske právo nedokázalo zaručiť dostatočnú ochranu.

Konštrukciou prototypu bola poverená spoločnosť Bauer & Co. z Milána" (Helvetica) a dokončená začiatkom roku 1863. Úspech motora, ktorý bol oveľa efektívnejší ako parný stroj, bol taký veľký, že spoločnosť začala dostávať objednávky z celého sveta.

Skorý jednovalcový motor Barzanti-Matteucci:

Model dvojvalcového motora Barzanti-Matteucci:

Matteucci a Barzanti uzavreli dohodu o výrobe motora s belgickou spoločnosťou. Barzanti odišiel do Belgicka osobne dohliadať na prácu a náhle zomrel na týfus. Po smrti Barzantiho boli všetky práce na motore prerušené a Matteucci sa vrátil k svojej bývalej práci hydraulického inžiniera.

V roku 1877 Matteucci tvrdil, že on a Barzanti boli hlavnými tvorcami spaľovacieho motora a motor skonštruovaný Augustom Ottom bol veľmi podobný motoru Barzanti-Matteucciho.

Dokumenty týkajúce sa patentov Barzantiho a Matteucciho sú uložené v archívoch knižnice Museo Galileo vo Florencii.

Najdôležitejším vynálezom Nikolausa Otta bol motor s štvortaktný cyklus- Ottov cyklus. Tento cyklus je dodnes jadrom väčšiny benzínových a benzínových motorov.

Štvortaktný cyklus bol Ottov najväčší technický úspech, no čoskoro sa zistilo, že niekoľko rokov pred jeho vynálezom presne rovnaký princíp motora opísal francúzsky inžinier Beau de Roche. (viď vyššie)... Skupina francúzskych priemyselníkov napadla Ottov patent na súde, súd považoval ich argumenty za presvedčivé. Ottove práva podľa jeho patentu boli výrazne obmedzené, vrátane zrušenia jeho monopolu na štvortaktný cyklus.

Napriek tomu, že konkurenti rozbehli výrobu štvortaktných motorov, model Otto, vypracovaný dlhoročnými skúsenosťami, bol stále najlepší a dopyt po ňom neustával. Do roku 1897 bolo vyrobených asi 42 tisíc týchto motorov rôznych objemov. Skutočnosť, že sa ako palivo používal svetelný plyn, však značne zúžila rozsah ich použitia.
Počet závodov na osvetlenie a plyn bol zanedbateľný aj v Európe, zatiaľ čo v Rusku boli len dve - v Moskve a Petrohrade.

V roku 1865, francúzsky vynálezca Pierre Hugo získal patent na stroj, ktorý bol vertikálnym, jednovalcovým, dvojčinným motorom, ktorý na zásobovanie zmesou využíval dve gumové čerpadlá poháňané kľukovým hriadeľom.

Hugo neskôr navrhol horizontálny motor podobný motoru Lenoir.

Vedecké múzeum, Londýn.

V roku 1870, rakúsko-uhorský vynálezca Samuel Marcus Siegfried skonštruoval spaľovací motor na kvapalné palivo a nainštaloval ho na štvorkolesový vozík.

Dnes je toto auto dobre známe ako „prvé Marcusovo auto“.

V roku 1887 Markus v spolupráci s Bromovským & Schulzom postavil druhé auto, Second Marcus Car.

V roku 1872, americký vynálezca patentoval dvojvalcový konštantný tlakový spaľovací motor poháňaný petrolejom.
Brighton pomenoval svoj motor „Ready Motor“.

Prvý valec slúžil ako kompresor, ktorý tlačil vzduch do spaľovacej komory, do ktorej bol nepretržite dodávaný petrolej. V spaľovacej komore sa zmes zapálila a cez cievkový mechanizmus vstúpila do druhého - pracovného valca. Podstatným rozdielom oproti iným motorom bolo, že zmes vzduchu a paliva dohorela postupne a pri konštantnom tlaku.

Záujemcovia o termodynamické aspekty motora si môžu prečítať o Brightonovom cykle.

V roku 1878, škótsky inžinier Sir (v roku 1917 pasovaný za rytiera) vyvinul prvý dvojtaktný motor so zapaľovaním na stlačený vzduch. Patentoval si ho v Anglicku v roku 1881.

Motor fungoval kurióznym spôsobom: vzduch a palivo sa privádzali do pravého valca, tam sa miešalo a táto zmes sa tlačila do ľavého valca, kde sa zapálila zmes zo sviečky. Prebehla expanzia, oba piesty išli dole, z ľavého valca (cez ľavú odbočnú rúrku) vypúšťali výfukové plyny a do pravého valca sa nasávala nová časť vzduchu a paliva. Po zotrvačnosti sa piesty zdvihli a cyklus sa opakoval.

V roku 1879, postavil úplne spoľahlivý benzín dvojtakt motor a dostal naň patent.

Benzov skutočný génius sa však prejavil v tom, že v následných projektoch dokázal kombinovať rôzne zariadenia. (plyn, batériové zapaľovanie, zapaľovacia sviečka, karburátor, spojka, prevodovka a chladič) na ich produktoch, ktoré sa následne stali štandardom pre celé strojárstvo.

V roku 1883 Benz založil spoločnosť Benz & Cie na výrobu plynových motorov a v roku 1886 si nechal patentovať štvortakt motor, ktorý používal vo svojich autách.

Vďaka úspechu Benz & Cie mohol Benz začať navrhovať kočiare bez koní. Spojením svojich skúseností s výrobou motorov a dlhoročného koníčka navrhovať bicykle v roku 1886 zostrojil svoj prvý automobil a nazval ho „Benz Patent Motorwagen“.

Dizajn silne pripomína trojkolku.

Jednovalcový štvortaktný spaľovací motor s pracovným objemom 954 cm3. Inštalovaný na " Benz Patent Motorwagen".

Motor bol vybavený veľkým zotrvačníkom (používaným nielen na rovnomerné otáčanie, ale aj na štartovanie), 4,5-litrovou plynovou nádržou, karburátorom odparovacieho typu a posúvačom, cez ktorý sa palivo dostávalo do spaľovacej komory. Zapaľovanie bolo realizované zapaľovacou sviečkou vlastnej konštrukcie Benz, ktorej napätie bolo privádzané z Rumkorfovej cievky.

Chladenie bolo vodné, ale nie uzavretý cyklus, ale odparovanie. Para unikla do atmosféry, a tak bolo potrebné do auta tankovať nielen benzín, ale aj vodu.

Motor vyvinul 0,9 hp. pri 400 ot./min a zrýchlil auto na 16 km/h.

Karl Benz šoféruje svoje auto.

O niečo neskôr, v roku 1896, Karl Benz vynašiel motor typu boxer (alebo plochý motor), v ktorom sa piesty súčasne dostanú do hornej úvrate, čím sa navzájom vyvažujú.

Múzeum Mercedes-Benz v Stuttgarte.

V roku 1882 Anglický inžinier James Atkinson vynašiel Atkinsonov cyklus a Atkinsonov motor.

Atkinsonov motor je v podstate štvortaktný motor Ottov cyklus, ale s upraveným kľukovým mechanizmom. Rozdiel bol v tom, že v Atkinsonovom motore nastali všetky štyri zdvihy pri jednej otáčke kľukového hriadeľa.

Použitie Atkinsonovho cyklu v motore znížilo spotrebu paliva a hluk počas prevádzky vďaka nižšiemu tlaku výfukových plynov. Okrem toho tento motor nevyžadoval prevodovku na pohon mechanizmu distribúcie plynu, pretože otvorenie ventilov uviedlo do pohybu kľukový hriadeľ.

Napriek množstvu výhod (vrátane obchádzania Ottových patentov) motor nebol široko používaný kvôli zložitosti výroby a niektorým ďalším nevýhodám.
Atkinsonov cyklus poskytuje lepší environmentálny výkon a hospodárnosť, ale vyžaduje vysoké otáčky. V nízkych otáčkach vydáva relatívne malý krútiaci moment a môže sa zadrhávať.

Atkinsonov motor sa v súčasnosti používa v hybridných vozidlách Toyota Prius a Lexus HS 250h.

V roku 1884 Britský inžinier Edward Butler na londýnskej výstave bicyklov „Stanley Cycle Show“ ukázal kresby trojkolesového auta s benzínový spaľovací motor, a v roku 1885 ho postavil a ukázal na tej istej výstave s názvom „Velocyklus“. Tiež Butler bol prvý, kto použil toto slovo benzín.

Velocycle bol patentovaný v roku 1887.

Velocycle bol vybavený jednovalcovým štvortaktným benzínovým motorom vybaveným zapaľovacou cievkou, karburátorom, škrtiacou klapkou a kvapalinovým chladením. Motor vyvinul výkon asi 5 koní. s objemom 600 cm3 a zrýchlil auto na 16 km/h.

Butler v priebehu rokov zlepšil výkon svojho vozidla, ale nemohol ho otestovať kvôli "zákonu červenej vlajky" (vydané v roku 1865), podľa ktorého by vozidlá nemali prekročiť rýchlosť viac ako 3 km/h. V aute sa navyše museli nachádzať tri osoby, z ktorých jedna musela ísť pred auto s červenou vlajkou. (také sú bezpečnostné opatrenia) .

V časopise English Mechanic z roku 1890 Butler napísal - "Úrady zakazujú používanie auta na cestách, v dôsledku čoho sa odmietam ďalej rozvíjať."

Kvôli nedostatku záujmu verejnosti o auto ho Butler rozobral do šrotu a predal patentové práva Harrymu J. Lawsonovi. (výrobca bicyklov), ktorá pokračovala vo výrobe motora pre použitie na lodiach.

Sám Butler pokračoval vo vytváraní stacionárnych a lodných motorov.

V roku 1891, Herbert Aykroyd Stewart v spolupráci s Richardom Hornsby and Sons zostrojil motor Hornsby-Akroyd, v ktorom sa palivo (petrolej) vstrekovalo pod tlakom do prídavná kamera (pre svoj tvar sa mu hovorilo "horúca guľa"), namontovaný na hlave valca a spojený so spaľovacou komorou úzkym priechodom. Palivo bolo zapálené horúcimi stenami prídavnej komory a vrhlo sa do spaľovacej komory.

1. Prídavná kamera (horúca guľa).
2. Valec.
3. Piest.
4. Carter.

Na spustenie motora sa použila fúkacia lampa, pomocou ktorej bola vyhrievaná prídavná komora. (po naštartovaní sa zahrieval výfukovými plynmi)... Kvôli tomu motor Hornsby-Akroyd ktorý bol predchodcom naftového motora skonštruovaného Rudolfom Dieslom, často označovaný ako „polodiesel“. O rok neskôr však Aykroyd svoj motor vylepšil tak, že k nemu pridal „vodný plášť“ (patent z roku 1892), ktorý zvyšoval teplotu v spaľovacej komore zvýšením kompresného pomeru a teraz už nebol potrebný ďalší zdroj vykurovania.

V roku 1893 Rudolph Diesel získal patenty na tepelný motor a upravený „Carnotov cyklus“ s názvom „Metóda a prístroj na premenu vysokej teploty na prácu“.

V roku 1897 v „Augsburgskom strojárskom závode“ (od roku 1904 MAN) s finančnou spoluúčasťou firiem Friedricha Kruppa a bratov Sulzerovcov vznikol prvý funkčný dieselový motor Rudolfa Diesela.
Výkon motora bol 20 koní pri 172 otáčkach za minútu, účinnosť 26,2 % pri hmotnosti päť ton.
Tým ďaleko prekonali doterajšie Ottovo motory s účinnosťou 20 % a námorné parné turbíny s účinnosťou 12 %, čo vzbudilo v rôznych krajinách veľký záujem priemyslu.

Dieselový motor bol štvortaktný. Vynálezca zistil, že účinnosť spaľovacieho motora sa zvyšuje zvýšením kompresného pomeru horľavej zmesi. Nie je však možné silne stlačiť horľavú zmes, pretože potom stúpa tlak a teplota a spontánne sa vznieti skôr. Diesel sa preto rozhodol stlačiť nie horľavú zmes, ale čistý vzduch a na konci kompresie pod silným tlakom vstreknúť palivo do valca.
Pretože teplota stlačeného vzduchu dosiahla 600 - 650 ° C, palivo sa samovoľne vznietilo a plyny, expandujúce, pohybovali piestom. Dieselovi sa tak podarilo výrazne zvýšiť účinnosť motora, zbaviť sa systému zapaľovania a namiesto karburátora použiť vysokotlakové palivové čerpadlo.
V roku 1933 Elling prorocky napísal: "Keď som v roku 1882 začal pracovať na plynovej turbíne, bol som pevne presvedčený, že môj vynález bude žiadaný v leteckom priemysle."

Bohužiaľ, Elling zomrel v roku 1949, nikdy pred érou prúdového letectva.

Jediná fotka, ktorú sa nám podarilo nájsť.

Možno niekto nájde niečo o tomto mužovi v Nórskom múzeu techniky.

V roku 1903, Konstantin Eduardovič Ciolkovskij v časopise „Scientific Review“ publikoval článok „Skúmanie svetových priestorov pomocou prúdových zariadení“, kde prvýkrát dokázal, že zariadením schopným uskutočniť vesmírny let je raketa. Článok tiež navrhoval prvý projekt rakety dlhého doletu. Jeho telo bola podlhovastá kovová komora, vybavená o kvapalinový prúdový motor (čo je tiež spaľovací motor)... Navrhol použiť kvapalný vodík a kyslík ako palivo a oxidačné činidlo.

Asi na túto raketovo-vesmírnu nôtu stojí za to dokončiť historickú časť, keďže prišlo 20. storočie a všade sa začali vyrábať spaľovacie motory.

Filozofický doslov...

K.E. Ciolkovskij veril, že v dohľadnej budúcnosti sa ľudia naučia žiť, ak nie navždy, tak aspoň veľmi dlho. V tomto smere bude na Zemi málo miesta (zdrojov) a lode sa budú musieť premiestniť na iné planéty. Bohužiaľ, v tomto svete sa niečo pokazilo a s pomocou prvých rakiet sa ľudia rozhodli jednoducho zničiť svoj vlastný druh ...

Ďakujem všetkým, ktorí si to prečítali.

Všetky práva vyhradené © 2016
Akékoľvek použitie materiálov je povolené len s aktívnym odkazom na zdroj.

Len asi pred sto rokmi si spaľovacie motory museli v ostrom konkurenčnom boji vydobyť miesto, ktoré zaujímajú v modernom automobilovom priemysle. Vtedy ich prevaha v žiadnom prípade nebola taká zjavná ako dnes. Parný stroj – hlavný rival benzínového motora – mal v porovnaní s ním totiž obrovské výhody: nehlučnosť, jednoduchosť regulácie výkonu, vynikajúce trakčné vlastnosti a úžasnú „všežravosť“, umožňujúcu pracovať na akomkoľvek druhu paliva od dreva až po benzín. Nakoniec však účinnosť, ľahkosť a spoľahlivosť spaľovacích motorov zvíťazili a boli nútené vyrovnať sa s ich nedostatkami, ako nevyhnutné.
V päťdesiatych rokoch, s príchodom plynových turbín a rotačných motorov, sa začal útok na monopolné postavenie spaľovacích motorov v automobilovom priemysle, útok, ktorý ešte nebol korunovaný úspechom. Približne v tých istých rokoch sa uskutočnili pokusy uviesť na scénu nový motor, ktorý nápadne spája účinnosť a spoľahlivosť benzínového motora s tichou a „všežravou“ parnou inštaláciou. Ide o slávny motor s vonkajším spaľovaním, ktorý si škótsky kňaz Robert Stirling nechal patentovať 27. septembra 1816 (anglický patent č. 4081).

Procesná fyzika

Princíp činnosti všetkých tepelných motorov bez výnimky je založený na skutočnosti, že pri expanzii ohriateho plynu sa vykoná viac mechanickej práce, ako je potrebné na stlačenie studeného. Na preukázanie toho stačí fľaša a dva hrnce s horúcou a studenou vodou. Najprv sa fľaša ponorí do ľadovej vody a keď sa vzduch v nej ochladí, hrdlo sa upchá korkom a rýchlo sa prenesie do horúcej vody. Po niekoľkých sekundách sa ozve bavlna a plyn zohriaty vo fľaši vytlačí korok von a vykoná mechanickú prácu. Fľašu je možné vrátiť do ľadovej vody – cyklus sa bude opakovať.
tento proces bol takmer presne reprodukovaný vo valcoch, piestoch a zložitých pákach prvého Stirlingovho stroja, kým si vynálezca neuvedomil, že časť tepla odoberaného z plynu počas chladenia môže byť využitá na čiastočný ohrev. Stačí nejaká nádoba, v ktorej by bolo možné uchovávať teplo odobraté z plynu pri chladení a pri zahriatí mu ho dávať späť.
Ale bohužiaľ, ani toto veľmi dôležité vylepšenie nezachránilo Stirlingov motor. V roku 1885 boli dosiahnuté výsledky veľmi priemerné: 5-7 percentná účinnosť, 2 litre. s výkon, 4 tony hmotnosti a 21 metrov kubických obsadeného priestoru.
Motory s vonkajším spaľovaním nezachránil ani úspech ďalšej konštrukcie vyvinutej švédskym inžinierom Ericksonom. Na rozdiel od Stirlinga navrhol ohrievať a chladiť plyn nie pri konštantnom objeme, ale pri konštantnom tlaku. 8 V roku 1887 niekoľko tisíc malých motorov Erickson perfektne fungovalo v tlačiarňach, v domoch, v baniach, na lodiach. Plnili vodné nádrže a obsluhovali výťahy. Erickson sa ich dokonca snažil prispôsobiť pre jazdné posádky, no ukázali sa ako príliš ťažké. V Rusku sa pred revolúciou vyrábalo veľké množstvo takýchto motorov pod názvom „Heat and Power“.
Pokusy však zvýšiť výkon na 250 koní. s skončilo úplným neúspechom. Stroj s valcom s priemerom 4,2 metra vyvinul necelých 100 litrov. To znamená, že požiarne komory vyhoreli a plavidlo, na ktorom boli nainštalované motory, sa stratilo.
Inžinieri sa bez ľútosti rozlúčili s týmito slabými mastodontmi hneď, ako sa objavili výkonné, kompaktné a ľahké benzínové a naftové motory. A zrazu, v šesťdesiatych rokoch, takmer o 80 rokov neskôr, Stirlingovci a Ericksonovci (bežne ich tak budeme nazývať analogicky s naftovým motorom) začali hovoriť ako o impozantných rivaloch spaľovacích motorov. Tieto rozhovory neutíchajú dodnes. Čo vysvetľuje taký prudký obrat v názoroch?

Metodické náklady

Keď sa dozviete o starom technickom nápade, ktorý ožil v moderných technológiách, okamžite vyvstáva otázka: čo bránilo jeho realizácii skôr? V čom spočíval problém, tá „nápoveda“, bez vyriešenia ktorej si nevedela vydláždiť cestu do života? A takmer vždy sa ukáže, že stará myšlienka vďačí za svoje oživenie buď novej technologickej metóde, alebo novému dizajnu, ktorý predchodcovia nenapadli, alebo novému materiálu. Za najvzácnejšiu výnimku možno považovať motor s vonkajším spaľovaním.
Teoretické výpočty ukazujú, že účinnosť je Stirlingy a Ericksony môžu dosiahnuť 70 percent – ​​viac ako ktorýkoľvek iný motor. To znamená, že zlyhania ich predchodcov sa vysvetľovali sekundárnymi, v zásade odstrániteľnými faktormi. Správny výber parametrov a oblastí použitia, starostlivé štúdium činnosti každej jednotky, starostlivé spracovanie a jemné doladenie každého detailu umožnilo realizovať výhody cyklu. Už prvé experimentálne vzorky poskytli účinnosť 39 percent! (Účinnosť benzínových motorov a naftových motorov, ktoré boli vypracované v priebehu rokov, je 28-30, respektíve 32-35 percent.) Aké príležitosti Stirling a Erickson svojho času „prehliadli“?
samotná nádoba, v ktorej sa striedavo ukladá a potom vydáva teplo. Výpočet regenerátora v tých dňoch bol jednoducho nemožný: veda o prenose tepla neexistovala. Jeho rozmery boli vzaté od oka a ako ukazujú výpočty, účinnosť motorov s vonkajším spaľovaním veľmi závisí od kvality regenerátora. Pravda, jeho slabý výkon sa dá do určitej miery kompenzovať zvýšením tlaku.
Druhým dôvodom zlyhania bolo, že prvé zariadenia fungovali vo vzduchu pri atmosférickom tlaku: ich rozmery boli obrovské a ich kapacita bola malá.
Prináša efektivitu regenerátorom až na 98 percent a naplnením uzavretej slučky vodíkom alebo héliom stlačeným na 100 atmosfér, inžinieri našej doby zvýšili účinnosť a silu "stylingu", ktorý aj v tejto podobe ukázal účinnosť. vyššia ako u spaľovacích motorov.
Už len toto by stačilo na to, aby sa hovorilo o montáži vonkajších spaľovacích motorov do áut. Prednosti týchto strojov, oživených zo zabudnutia, však v žiadnom prípade nie sú vyčerpané iba vysokou účinnosťou.

Ako Stirling funguje

Schematický diagram motora s vonkajším spaľovaním:
1 - vstrekovač paliva;
2 - výstupná odbočná rúrka;
3 - prvky ohrievača vzduchu;
4 - ohrievač vzduchu;
5 - horúce plyny;
6 - horúci priestor valca;
7 - regenerátor;
8 - valec;
9 - rebrá chladiča;
10 - studený priestor;
11 - pracovný piest;
12 - kosoštvorcový pohon;
13 - ojnica pracovného piestu;
14 - synchronizačné ozubené kolesá;
15 - spaľovacia komora;
16 - rúrky ohrievača;
17 - horúci vzduch;
18 - výtlačný piest;
19 - prívod vzduchu;
20 - prívod chladiacej vody;
21 - tesnenie;
22 - objem vyrovnávacej pamäte;
23 - tesnenie;
24 - posunovač piestu;
25 - posúvač pracovného piestu;
26 - strmeň pracovného piestu;
27 - prst strmeňa pracovného piesta;
28 - ojnica výtlačného piesta;
29 - strmeň výtlačného piesta;
30 - kľukové hriadele.
Červené pozadie - vykurovací okruh;
bodkované pozadie - chladiaci okruh

V modernom dizajne kvapalného paliva „stirling“ sú tri okruhy, ktoré majú medzi sebou iba tepelný kontakt. Ide o okruh pracovnej tekutiny (zvyčajne vodík alebo hélium), vykurovací okruh a chladiaci okruh. Hlavným účelom vykurovacieho okruhu je udržiavať vysokú teplotu v hornej časti pracovného okruhu. Chladiaci okruh udržuje nízku teplotu v spodnej časti pracovného okruhu. Obrys samotnej pracovnej tekutiny je uzavretý.
Pracovný obrys tela... Vo valci 8 sa pohybujú dva piesty - pracovný piest 11 a výtlačný piest 18. Pohyb pracovného piestu nahor vedie ku stláčaniu pracovného média, jeho pohyb nadol je spôsobený expanziou plynu a je sprevádzaný výkon užitočnej práce. Pohyb výtlačného piesta smerom nahor vtláča plyn do spodnej, chladenej dutiny valca. Jeho pohyb nadol zodpovedá ohrevu plynu. Kosoštvorcový pohon 12 udeľuje piestom pohyb zodpovedajúci štyrom zdvihom cyklu ((tieto zdvihy sú znázornené na diagrame).
Miera I- chladenie pracovnej tekutiny. Výtlačný piest 18 sa pohybuje nahor, pričom tlačí pracovnú tekutinu cez regenerátor 7, v ktorom je uložené teplo zohriateho plynu, do spodnej, chladenej časti valca. Pracovný piest 11 je v BDC.
Opatrenie II- stlačenie pracovnej tekutiny. Energia uložená v stlačenom plyne vyrovnávacieho objemu 22 udeľuje pracovnému piestu 11 pohyb nahor, sprevádzaný stláčaním studenej pracovnej tekutiny.
Bar III- ohrev pracovnej tekutiny. Hnací piest 18, takmer priliehajúci k pracovnému piestu 11, vytláča plyn do horúceho priestoru cez regenerátor 7, v ktorom sa teplo nahromadené pri chladení vracia do plynu.
Bar IV- expanzia pracovnej tekutiny - pracovný cyklus. Pri zahrievaní v horúcom priestore sa plyn rozpína ​​a vykonáva užitočnú prácu. Časť je uložená v stlačenom plyne vyrovnávacieho objemu 22 na následné stlačenie studenej pracovnej tekutiny. Zvyšok je odstránený z hriadeľov motora.
Vykurovací okruh... Vzduch je vháňaný ventilátorom do prívodu vzduchu 19, prechádza prvkami 3 ohrievača, ohrieva sa a vstupuje do vstrekovačov paliva. Výsledné horúce plyny ohrievajú rúrky 16 ohrievača pracovnej tekutiny, prúdia okolo prvkov 3 ohrievača a po odovzdaní tepla vzduchu, ktorý ide na spaľovanie paliva, sú vyvrhované cez výstupné potrubie 2 do atmosféry.
Chladiaci okruh... Voda cez rúrky 20 sa privádza do spodnej časti valca a prúdi okolo rebier chladiča 9 a nepretržite ich ochladzuje.

"Stirlings" namiesto ICE

Úplne prvé testy, ktoré sa uskutočnili pred polstoročím, ukázali, že „styling“ je takmer dokonale tichý. Nemá karburátor, vysokotlakové vstrekovače, zapaľovací systém, ventily, zapaľovacie sviečky. Tlak vo valci síce stúpa na takmer 200 atm, no nie výbuchom, ako pri spaľovacom motore, ale plynulo. Motor nepotrebuje tlmiče. Kinematický piestový pohon v tvare diamantu je plne vyvážený. Žiadne vibrácie, žiadne drnčanie.
Hovorí sa, že ani s rukou na motore nie je vždy možné zistiť, či funguje alebo nie. Tieto vlastnosti automobilového motora sú obzvlášť dôležité, pretože problém zníženia hluku je akútny vo veľkých mestách.
Ale iná vlastnosť je „všežravec“. V skutočnosti neexistuje zdroj tepla, ktorý by nebol vhodný pre pohon Stirling. Auto s takýmto motorom môže jazdiť na drevo, slamu, uhlie, petrolej, jadrové palivo, dokonca aj slnečné svetlo. Môže pracovať na teple uloženom v tavenine nejakej soli alebo oxidu. Napríklad tavenina 7 litrov oxidu hlinitého nahradí 1 liter benzínu. Takáto všestrannosť bude nielen schopná vždy pomôcť vodičovi v problémoch. Vyrieši akútny problém znečistenia dymom v mestách. Keď sa vodič blíži k mestu, zapne horák a roztopí soľ v nádrži. Palivo sa nespaľuje v rámci mesta: motor beží na taveninu.
Ako je to s reguláciou? Na zníženie výkonu stačí vypustiť potrebné množstvo plynu z uzavretej slučky motora do oceľového valca. Automatizácia okamžite zníži dodávku paliva tak, aby teplota zostala konštantná bez ohľadu na množstvo plynu. Na zvýšenie výkonu sa plyn čerpá z valca späť do okruhu.
Z hľadiska nákladov a hmotnosti sú však Stirlingy stále horšie ako spaľovacie motory. Na 1 liter. s majú 5 kg, čo je oveľa viac ako benzínové a naftové motory. Netreba však zabúdať, že ide stále o prvé modely nedotiahnuté do vysokého stupňa dokonalosti.
Teoretické výpočty ukazujú, že ak sú ostatné veci rovnaké, "stirlingy" vyžadujú nižšie tlaky. To je dôležitá výhoda. A ak majú aj konštrukčné prednosti, je možné, že sa stanú najobávanejším rivalom spaľovacích motorov v automobilovom priemysle. A už vôbec nie turbíny.

Stirling z GM

Seriózna práca na zdokonalení motora s vonkajším spaľovaním, ktorá sa začala 150 rokov po jeho vynáleze, už priniesla svoje ovocie. Navrhujú sa rôzne konštrukčné varianty motora pracujúceho podľa Stirlingovho cyklu. Existujú projekty motorov s výkyvnou doskou na reguláciu zdvihu piestov, patentovaný rotačný motor, v jednej z rotačných sekcií nastáva kompresia, v druhej expanzia a prívod a odvod tepla sa vykonáva v kanály spájajúce dutiny. Maximálny tlak vo valcoch jednotlivých vzoriek dosahuje 220 kg / cm 2 a priemerný efektívny tlak - až 22 a 27 kg / cm 2 a viac. Účinnosť sa zvýšila na 150 g / hp / hodinu.
Najväčší pokrok zaznamenal General Motors, ktorý v 70. rokoch postavil „styling“ v tvare V s konvenčným kľukovým mechanizmom. Jeden valec je funkčný, druhý je kompresný. Pracovný piest obsahuje iba pracovný piest a výtlačný piest je v kompresnom valci. Medzi valcami je umiestnený ohrievač, regenerátor a chladič. Uhol fázového posunu, inými slovami, uhol oneskorenia jedného valca od druhého, pre tento "stirling" sa rovná 90 °. Rýchlosť jedného piesta by mala byť maximálna v momente, keď je rýchlosť druhého nulová (v hornej a dolnej úvrati). Fázový posun v pohybe piestov sa dosiahne umiestnením valcov pod uhlom 90 °. Štrukturálne ide o najjednoduchší „styling“. Je to však horšie ako kosoštvorcový kľukový motor. Aby sa úplne vyrovnali zotrvačné sily v motore v tvare V, musí sa zvýšiť počet jeho valcov z dvoch na osem.

Schematický diagram "stirlinga" v tvare V:
1 - pracovný valec;
2 - pracovný piest;
3 - ohrievač;
4 - regenerátor;
5 - tepelne izolačná manžeta;
6 - chladič;
7 - kompresný valec.

Pracovný cyklus v takomto motore prebieha nasledovne.
V pracovnom valci 1 sa plyn (vodík alebo hélium) ohrieva, v druhom, v kompresnom valci 7, sa chladí. Keď sa piest pohybuje nahor vo valci 7, plyn je stlačený - kompresný zdvih. V tomto čase sa začne pohybovať nadol piest 2 vo valci 1. Plyn zo studeného valca 7 prúdi do horúceho valca 1, pričom postupne prechádza cez chladič 6, regenerátor 4 a ohrievač 3 - cyklus ohrevu. Horúci plyn expanduje vo valci 1 a vykonáva prácu - expanzný zdvih. Keď sa piest 2 pohybuje vo valci 1 smerom nahor, plyn sa čerpá cez regenerátor 4 a chladič 6 do valca 7 - chladiaceho cyklu.
Táto „stirlingova“ schéma je najvhodnejšia na cúvanie. V kombinovanom kryte ohrievača, regenerátora a chladiča (o ich konštrukcii si povieme neskôr) sú na to ako stvorené tlmiče. Ak ich presuniete z jednej extrémnej polohy do druhej, potom sa studený valec zahreje a horúci - studený a motor sa bude otáčať opačným smerom.
Ohrievač je sústava žiaruvzdorných nerezových rúrok, ktorými prúdi pracovný plyn. Rúrky sú ohrievané plameňom horáka prispôsobeného na spaľovanie rôznych kvapalných palív. Teplo z ohriateho plynu sa ukladá v regenerátore. Táto jednotka má veľký význam pre dosiahnutie vysokej účinnosti. Svoj účel splní, ak odovzdá asi trikrát viac tepla ako v ohrievači a proces trvá menej ako 0,001 sekundy. Stručne povedané, je to rýchlo pôsobiaci akumulátor tepla a rýchlosť prenosu tepla medzi regenerátorom a plynom je 30 000 stupňov za sekundu. Regenerátor, ktorého účinnosť je 0,98 jednotiek, pozostáva z valcového telesa, v ktorom je za sebou usporiadaných niekoľko podložiek vyrobených z drôteného závitu (priemer drôtu 0,2 mm). Aby sa zabránilo prenosu tepla do chladničky, medzi tieto jednotky je inštalovaná tepelná izolácia. Nakoniec je tu chladič. Je navrhnutý ako vodný plášť na potrubí.
Stirlingov výkon sa reguluje zmenou tlaku pracovného plynu. Na tento účel je motor vybavený plynovým valcom a špeciálnym kompresorom.

Výhody a nevýhody

Na posúdenie vyhliadok na aplikáciu „stirlingu“ na autách analyzujme jeho výhody a nevýhody. Začnime jedným z najdôležitejších parametrov tepelného motora, takzvanou teoretickou účinnosťou, ktorá sa pre „stirling“ určuje podľa nasledujúceho vzorca:

η = 1 - Tx / Tg

Kde η je účinnosť, Tx je teplota „studeného“ objemu a Tg je teplota „horúceho“ objemu. Kvantitatívne je tento parameter pre „stirling“ 0,50. To je výrazne vyššie ako u najlepších plynových turbín, benzínových a naftových motorov, ktoré majú teoretickú účinnosť 0,28, resp. 0,30; 0,40.
Ako motor s vonkajším spaľovaním. Stirling "môže pracovať na rôznych palivách: benzín, petrolej, nafta, plynné a dokonca aj pevné látky. Charakteristiky paliva ako cetánové a oktánové číslo, obsah popola, bod varu pri spaľovaní mimo valca motora nie sú pre „styling“ dôležité. Aby fungoval na rôzne palivá, nie sú potrebné žiadne veľké úpravy – stačí vymeniť horák.
Motor s vonkajším spaľovaním, v ktorom je spaľovanie stabilné s konštantným pomerom prebytku vzduchu 1,3. emituje podstatne menej ako spaľovací motor, oxid uhoľnatý, uhľovodíky a oxidy dusíka.
Nízky hluk „stirlingu“ sa vysvetľuje nízkym kompresným pomerom (od 1,3 do 1,5). Tlak vo valci stúpa plynule, namiesto toho, aby explodoval ako v benzínovom alebo naftovom motore. Absencia kolísania stĺpca plynov vo výfukovom trakte rozhoduje o nehlučnosti výfuku, čo potvrdzujú aj testy motora vyvinutého Phillipsom v spolupráci s Fordom pre autobus.
"Stirling" sa vyznačuje nízkou spotrebou oleja a vysokou odolnosťou proti opotrebovaniu v dôsledku absencie aktívnych látok vo valci a relatívne nízkej teploty pracovného plynu a jeho spoľahlivosť je vyššia ako spoľahlivosť nám známych spaľovacích motorov, pretože nemá zložitý mechanizmus distribúcie plynu.
Dôležitou výhodou Stirlinga ako automobilového motora je jeho zvýšená prispôsobivosť zmenám zaťaženia. Je napríklad o 50 percent vyšší ako u karburátorového motora, vďaka čomu sa môže znížiť počet prevodových stupňov v prevodovke. Nie je však možné úplne opustiť spojku a prevodovku, ako v parnom aute.
Prečo však motor s takými zjavnými výhodami stále nenašiel praktické uplatnenie? Dôvod je jednoduchý – stále má veľa nedoriešených nedostatkov. Hlavnou z nich je veľká zložitosť ovládania a regulácie. Existujú aj ďalšie „útesy“, ktoré nie je také ľahké obísť pre konštruktérov ani pracovníkov vo výrobe. Najmä piesty potrebujú veľmi účinné tesnenia, ktoré musia odolávať vysokým tlakom (až 200 kg / cm2) a zabrániť vniknutiu oleja do pracovnej dutiny . V každom prípade Phillipsova 25-ročná práca na dolaďovaní jeho motora ho zatiaľ nedokázala urobiť vhodným pre masové použitie v automobiloch. Nemenej dôležitá je charakteristická vlastnosť „stirlingu“ - potreba odvádzať veľké množstvo tepla chladiacou vodou. V spaľovacích motoroch sa značná časť tepla uvoľňuje do atmosféry spolu s výfukovými plynmi. Pri „librách“ ide do výfuku iba 9 percent tepla vytvoreného spaľovaním paliva. Ak sa v benzínovom spaľovacom motore s chladiacou vodou odoberie 20 až 25 percent tepla, potom pri „miešaní“ - až 50 percent. To znamená, že auto s takýmto motorom musí mať chladič asi 2-2,5 krát väčší ako podobný benzínový motor. Nevýhodou „stirlingu“ je jeho vysoká merná hmotnosť v porovnaní s bežným spaľovacím motorom. Ďalšou dosť výraznou nevýhodou je obtiažnosť zvyšovania otáčok: už pri 3600 ot./min výrazne narastajú hydraulické straty a zhoršuje sa prenos tepla. A nakoniec. „Stirling“ je v odozve na plyn horší ako bežný spaľovací motor.
Pokračujú práce na vytváraní a zdokonaľovaní automobilového „stylingu“, a to aj pre osobné automobily. Možno konštatovať, že v súčasnosti sú základné otázky vyriešené. Čaká nás však ešte veľa práce. Použitie ľahkých zliatin môže znížiť špecifickú hmotnosť motora, no stále bude vyššia. ako pri spaľovacom motore, v dôsledku vyššieho tlaku pracovného plynu. Motor s vonkajším spaľovaním pravdepodobne nájde uplatnenie predovšetkým v nákladných automobiloch, najmä vojenských, pre svoju nízku náročnosť na palivo.

Prehlbovanie globálnych problémov vyžadujúcich si urgentné riešenia (vyčerpávanie prírodných zdrojov, znečisťovanie životného prostredia a pod.) viedlo koncom 20. storočia k potrebe prijať množstvo medzinárodných a ruských legislatívnych aktov v oblasti ekológie, manažmentu prírody a pod. uchovávanie energie. Hlavné požiadavky týchto zákonov sú zamerané na znižovanie emisií CO2, šetrenie zdrojov a energie, prestavbu vozidiel na ekologické motorové palivá atď.

Jedným zo sľubných spôsobov riešenia týchto problémov je vývoj a rozsiahle zavádzanie systémov na premenu energie založených na Stirlingových motoroch (strojoch). Princíp fungovania takýchto motorov navrhol v roku 1816 Škót Robert Stirling. Ide o stroje pracujúce v uzavretom termodynamickom cykle, v ktorých prebiehajú cyklické procesy stláčania a rozťahovania pri rôznych teplotných úrovniach a prietok pracovnej tekutiny je riadený zmenou jej objemu.

Stirlingov motor je jedinečný tepelný motor, pretože jeho teoretický výkon sa rovná maximálnemu výkonu tepelných motorov (Carnotov cyklus). Funguje tepelnou expanziou plynu, po ktorej nasleduje kompresia plynu, keď sa ochladzuje. Motor obsahuje určitý konštantný objem pracovného plynu, ktorý sa pohybuje medzi „studenou“ časťou (zvyčajne pri teplote okolia) a „horúcou“ časťou, ktorá je ohrievaná spaľovaním rôznych palív alebo inými zdrojmi tepla. Ohrev sa vykonáva externe, preto sa Stirlingov motor označuje ako motory s vonkajším spaľovaním (DVPT). Keďže v porovnaní so spaľovacím motorom sa v Stirlingových motoroch spaľovací proces uskutočňuje mimo pracovných valcov a prebieha v rovnováhe, pracovný cyklus sa realizuje v uzavretej vnútornej slučke pri relatívne nízkych rýchlostiach zvyšovania tlaku vo valcoch motora, hladký charakter tepelno-hydraulických procesov pracovnej tekutiny vnútornej slučky a pri absencii ventilov mechanizmu distribúcie plynu.

Treba poznamenať, že v zahraničí sa už začala výroba Stirlingových motorov, ktorých technické vlastnosti sú lepšie ako spaľovacie motory a jednotky s plynovou turbínou (GTU). Účinnosť majú napríklad Stirlingove motory od Philips, STM Inc., Daimler Benz, Solo, United Stirling s výkonom od 5 do 1200 kW. viac ako 42 %, životnosť viac ako 40 tisíc hodín a merná hmotnosť od 1,2 do 3,8 kg / kW.

Vo svetových prieskumoch technológie premeny energie je Stirlingov motor považovaný za najsľubnejší v 21. storočí. Nízka hlučnosť, nízka toxicita výfukových plynov, možnosť prevádzky na rôzne palivá, dlhá životnosť, dobrá krútiaci moment - to všetko robí Stirlingove motory konkurencieschopnejšími v porovnaní so spaľovacími motormi.

Kde sa dajú použiť Stirlingove motory?

Autonómne elektrárne so Stirlingovými motormi (stirlingovými generátormi) môžu byť použité v regiónoch Ruska, kde nie sú žiadne zásoby tradičných nosičov energie - ropy a plynu. Ako palivo možno použiť rašelinu, drevo, ropnú bridlicu, bioplyn, uhlie, poľnohospodársky a drevársky odpad. V dôsledku toho problém s dodávkami energie v mnohých regiónoch zmizne.

Takéto elektrárne sú šetrné k životnému prostrediu, pretože koncentrácia škodlivých látok v produktoch spaľovania je takmer o dva rády nižšia ako v dieselových elektrárňach. Preto je možné v bezprostrednej blízkosti spotrebiteľa inštalovať miešacie generátory, ktoré sa zbavia strát pri prenose elektriny. Generátor s výkonom 100 kW môže poskytnúť elektrinu a teplo akejkoľvek osade s počtom obyvateľov viac ako 30-40 ľudí.

Autonómne elektrárne so Stirlingovými motormi nájdu široké uplatnenie v ropnom a plynárenskom priemysle Ruskej federácie pri rozvoji nových polí (najmä na Ďalekom severe a šelfe arktických morí, kde je vážny pomer výkonu a hmotnosti). potrebné na prieskum, vŕtanie, zváranie a iné práce). Ako palivo možno použiť surový zemný plyn, pridružený ropný plyn a plynový kondenzát.

Teraz v Ruskej federácii ročne zmizne až 10 miliárd metrov kubických. m pridruženého plynu. Ťažko a nákladne sa zbiera, nedá sa použiť ako motorové palivo pre spaľovacie motory pre neustále sa meniace frakčné zloženie. Aby plyn neznečisťoval atmosféru, jednoducho sa spáli. Jeho použitie ako motorového paliva zároveň prinesie významný ekonomický efekt.

V systémoch automatizácie, komunikácie a katódovej ochrany na hlavných plynovodoch je vhodné použiť elektrárne s výkonom 3-5 kW. A výkonnejšie (od 100 do 1 000 kW) - na dodávku elektriny a tepla pre veľké smenové tábory pracovníkov v oblasti plynu a ropy. Inštalácie s výkonom nad 1 000 kW je možné použiť v pobrežných a pobrežných vrtných zariadeniach v ropnom a plynárenskom priemysle.

Problémy pri vytváraní nových motorov

Motor, ktorý navrhol sám Robert Stirling, mal výrazné hmotnostne-rozmerové charakteristiky a nízku účinnosť. Pre zložitosť procesov v takomto motore spojených s nepretržitým pohybom piestov vyvinul prvý zjednodušený matematický aparát až v roku 1871 pražský profesor G. Schmidt. Ním navrhovaná metóda výpočtu bola založená na ideálnom modeli Stirlingovho cyklu a umožnila vytvárať motory s účinnosťou. až 15 %. Až v roku 1953 holandská spoločnosť Philips vytvorila prvé vysoko účinné Stirlingove motory, ktoré vo výkone prevyšovali spaľovacie motory.

V Rusku sa niekoľkokrát pokúsili vytvoriť domáce Stirlingove motory, ale boli neúspešné. Existuje niekoľko hlavných problémov, ktoré brzdia ich vývoj a široké používanie.

V prvom rade ide o vytvorenie adekvátneho matematického modelu navrhnutého Stirlingovho stroja a zodpovedajúceho spôsobu výpočtu. Zložitosť výpočtu je daná zložitosťou implementácie Stirlingovho termodynamického cyklu v reálnych strojoch v dôsledku nestacionárnosti výmeny tepla a hmoty vo vnútornom okruhu - v dôsledku nepretržitého pohybu piestov.

Nedostatok adekvátnych matematických modelov a výpočtových metód je hlavnou príčinou neúspechov mnohých zahraničných a domácich podnikov pri vývoji motorov a chladničiek Stirling. Bez presného matematického modelovania sa dolaďovanie navrhnutých strojov mení na dlhodobý vyčerpávajúci experimentálny výskum.

Ďalší problém spočíva v dizajne jednotlivých jednotiek, ťažkostiach s tesneniami, reguláciou výkonu atď. Štrukturálne ťažkosti spôsobujú použité pracovné telesá, ktorými sú hélium, dusík, vodík a vzduch. Hélium má napríklad supratekutosť, čo si vyžaduje zvýšené požiadavky na tesniace prvky pracovných piestov atď.

Tretím problémom je vysoká úroveň technológie výroby, potreba používania žiaruvzdorných zliatin a kovov, nové spôsoby ich zvárania a spájkovania.

Samostatnou otázkou je výroba regenerátora a jeho tesnenia, aby sa zabezpečila na jednej strane vysoká tepelná kapacita a na druhej strane nízky hydraulický odpor.

Domáci vývoj Stirlingových strojov

V súčasnosti Rusko nahromadilo dostatočný vedecký potenciál na vytvorenie vysoko účinných Stirlingových motorov. Významné výsledky sa dosiahli v LLC „Inovačné a výskumné centrum“ Stirling Technologies. Odborníci vykonali teoretické a experimentálne štúdie s cieľom vyvinúť nové metódy na výpočet vysoko účinných Stirlingových motorov. Hlavné oblasti práce súvisia s využitím Stirlingových motorov v kogeneračných zariadeniach a systémoch na využitie tepla výfukových plynov, napríklad v minitepelných elektrárňach. Výsledkom boli vývojové metódy a prototypy 3 kW motorov.

Osobitná pozornosť bola v priebehu výskumu venovaná vývoju jednotlivých jednotiek Stirlingových strojov a ich dizajnu, ako aj tvorbe nových schematických schém inštalácií pre rôzne funkčné účely. Navrhované technické riešenia, berúc do úvahy skutočnosť, že Stirlingove stroje sú lacnejšie na prevádzku, umožňujú zvýšiť ekonomickú efektívnosť používania nových motorov v porovnaní s tradičnými meničmi energie.

Výroba Stirlingových motorov je ekonomicky realizovateľná vzhľadom na prakticky neobmedzený dopyt po ekologických a vysoko účinných energetických zariadeniach v Rusku aj v zahraničí. Bez účasti a podpory štátu a veľkopodnikateľov sa však problém ich sériovej výroby nedá úplne vyriešiť.

Ako pomôcť výrobe Stirlingových motorov v Rusku?

Je zrejmé, že inovačná činnosť (najmä zvládnutie základných inovácií) je zložitým a rizikovým typom ekonomickej činnosti. Preto by sa mala spoliehať najmä „na štart“ na mechanizmus štátnej podpory s následným prechodom na bežné trhové podmienky.

Mechanizmus na vytvorenie rozsiahlej výroby Stirlingových strojov a systémov na premenu energie v Rusku na nich založených by mohol zahŕňať:
- Priame zdieľané rozpočtové financovanie inovatívnych projektov pre stroje Stirling;
- nepriame podporné opatrenia prostredníctvom oslobodenia produktov vyrobených v rámci stylingových projektov od DPH a iných daní na federálnej a regionálnej úrovni počas prvých dvoch rokov, ako aj poskytnutím daňového úveru na takéto produkty počas nasledujúcich 2-3 rokov ( berúc do úvahy, že do nákladov na vývoj nie je vhodné zahrnúť zásadne nový výrobok do jeho ceny, t. j. do nákladov výrobcu alebo spotrebiteľa);
- vyňatie zo zdaniteľného základu dane z príjmov príspevku spoločnosti na financovanie stylingových projektov.

V budúcnosti, v štádiu udržateľného presadzovania energetických zariadení na báze Stirlingových strojov na domácom a zahraničnom trhu, môže doplnenie kapitálu pre rozšírenie výroby, technické dovybavenie a podpora ďalších projektov na výrobu nových typov zariadení. sa uskutočňujú prostredníctvom zisku a predaja akcií úspešne zvládnutej výroby, úverových zdrojov komerčných bánk, ako aj prilákania zahraničných investícií.

Dá sa predpokladať, že vďaka prítomnosti technologickej základne a nahromadeného vedeckého potenciálu v konštrukcii Stirlingových strojov, s rozumnou finančnou a technickou politikou, sa Rusko už v blízkej budúcnosti môže stať svetovým lídrom vo výrobe nových ekologických a vysoko účinné motory.

V motoroch s vonkajším spaľovaním je proces spaľovania paliva a zdroj tepla oddelený od pracovného zariadenia. Táto kategória zvyčajne zahŕňa parné a plynové turbíny, ako aj Stirlingove motory. Prvé prototypy takýchto inštalácií boli navrhnuté pred viac ako dvoma storočiami a používali sa takmer celé 19. storočie.

Keď boli pre prosperujúci priemysel potrebné výkonné a hospodárne elektrárne, konštruktéri prišli s náhradou výbušných parných strojov, kde pracovným médiom bola para pod vysokým tlakom. Tak sa objavili motory s vonkajším spaľovaním, ktoré sa rozšírili už začiatkom 19. storočia. Len o niekoľko desaťročí neskôr ich nahradili spaľovacie motory. Stoja podstatne menej ako ich široké využitie.

Dnes sa však dizajnéri bližšie pozerajú na nepoužívané motory s vonkajším spaľovaním. Je to kvôli ich výhodám. Hlavnou výhodou je, že takéto zariadenia nepotrebujú dobre vyčistené a drahé palivo.

Motory s vonkajším spaľovaním sú nenáročné, aj keď ich konštrukcia a údržba sú stále dosť drahé.

Stirlingov motor

Jedným z najznámejších členov rodiny motorov s vonkajším spaľovaním je Stirlingov stroj. Bol vynájdený v roku 1816, bol niekoľkokrát vylepšený, no neskôr sa naň na dlhý čas nezaslúžene zabudlo. Teraz sa Stirlingov motor dočkal znovuzrodenia. S úspechom sa používa aj pri prieskume vesmíru.

Prevádzka Stirlingovho stroja je založená na uzavretom termodynamickom cykle. Prebiehajú tu procesy periodickej kompresie a expanzie pri rôznych teplotách. Pracovný tok sa riadi zmenou jeho hlasitosti.

Stirlingov motor môže pracovať ako tepelné čerpadlo, tlakový generátor, chladiace zariadenie.

V tomto motore dochádza pri nízkych teplotách k stláčaniu plynu a pri vysokých teplotách k jeho expanzii. Periodická zmena parametrov nastáva v dôsledku použitia špeciálneho piesta, ktorý má funkciu pretláčača. V tomto prípade sa teplo privádza do pracovnej tekutiny zvonka cez stenu valca. Táto funkcia dáva právo

V minulom roku časopis, ktorého prvé číslo, privítal čitateľov A. Einstein, otočil 85 rokov.

Malá redakcia pokračuje vo vydávaní IR, ktorého čitateľmi je pre vás cťou byť. Aj keď je to každým rokom ťažšie. Už dávno, na začiatku nového storočia, musela redakčná rada opustiť svoj dom na Myasnitskej ulici. (No, v skutočnosti je to miesto pre banky, nie nejaký orgán vynálezcov). Nám však pomohol Y. Masľukov(v tom čase predseda Výboru Štátnej dumy Federálneho zhromaždenia Ruskej federácie pre priemysel) presunúť do NIIAA pri stanici metra Kalužskaja. Napriek dôslednému dodržiavaniu zmluvných podmienok zo strany redakcie a včasnému zaplateniu lízingu a inšpiratívnemu vyhláseniu kurzu pre inovácie zo strany prezidenta a vlády Ruskej federácie nás nový riaditeľ NIIIAA informoval o vysťahovaní redakčnej rade „kvôli produkčným potrebám“. A to pri takmer 8-násobnom poklese počtu zamestnancov na NIIAA a tomu zodpovedajúcemu uvoľneniu plôch a to aj napriek tomu, že plocha, ktorú redakcia zaberá, netvorila ani stotinu percenta z rozsiahlych plôch hl. NIIAA.

Prichýlilo nás MIREA, kde sme posledných päť rokov sídlili. Dvakrát sa hýb, čo raz horí, hovorí príslovie. Ale redaktori sa držia a držať budú, kým sa dá. A môže existovať tak dlho ako časopis "Vynálezca a inovátor" prečítať a prihlásiť sa na odber.

V snahe osloviť väčší počet záujemcov sme aktualizovali stránku časopisu, ktorá je podľa nášho názoru informačnejšia. Zaoberáme sa digitalizáciou edícií minulosti od r 1929 rok - čas založenia časopisu. Vydávame elektronickú verziu. Ale hlavné je papierové vydanie. IR.

Bohužiaľ, počet predplatiteľov, jediný finančný základ existencie IR klesajú organizácie aj jednotlivci. A moje početné listy na podporu časopisu štátnym predstaviteľom rôznych úrovní (obaja prezidenti Ruskej federácie, premiéri, obaja moskovskí primátori, obaja guvernéri Moskovskej oblasti, guvernér môjho rodného Kubáňa, šéfovia najväčších ruských spoločností) neprinieslo žiadne výsledky.

V súvislosti s vyššie uvedeným redakcia žiada vás, našich čitateľov, aby ste časopis podporili, samozrejme, ak je to možné. Potvrdenie, ktorým môžete previesť peniaze na štatutárnu činnosť, teda vydávanie časopisu, je zverejnené nižšie.