Arabalarda Stirling motoru ve daha fazlası - henüz her şey söylenmedi!

Sürücüler tarafından iyi bilinen ICE kısaltmasını deşifre etmeyi düşünürseniz, şu soru ortaya çıkabilir: İçten yanmalı motorlar olduğu için, dıştan yanmalı birimler de olmalı mı? İki yüz yıldan fazla bir süre önce İskoç rahip Robert Stirling tarafından patenti alınan tam da bu cihazdı. Ve bir buhar ünitesinden bahsetmiyoruz.


Adını yaratıcısından alan motor daha sonra mucit Erickson tarafından geliştirildi. Geliştirilen model yirminci yüzyılın başlarında su depolarının doldurulmasında, baskı makinelerinin tahrikinde ve asansörlerde başarıyla kullanıldı. Stirling motorları devrim öncesi Rusya'da iyi biliniyordu - “Isı ve Güç” markası altında üretildiler.


O zaman bile bu ünitenin tekerlekli araçlara uyarlanması için girişimlerde bulunuldu. Ancak bu alanda başarıya biraz sonra ulaşıldı. Ama bu ne tür bir motor?

Basit adımlarla sürecin fiziği

Biri soğuk suyla, diğeri sıcak suyla birkaç tava alın. Artık mantarla kapatılmış bir şişeye ihtiyacınız var. Önce buzlu su dolu bir kaba, ardından ısıtılmış bir tavaya bir süre batırın. İş gerçekleşecek: birkaç saniye sonra bir pop duyulacak ve mantar boynundan uçacak. Bu, Stirling motorunun çalışmasının basitleştirilmiş özüdür. Doğru, mucit bazı iyileştirmeler yaptı: kısmi yeniden ısıtma için havadan (gazdan) alınan ısıyı ayrı bir tankta biriktirmeye karar verdi.

Stirling birimi nasıl çalışır?

Silindirin içinde iki piston vardır: altta çalışan piston, üstte deplasman pistonu. Tabanda hava (daha sonra hidrojen, helyum) ısıtılarak basınç oluşturulur. Bu nedenle çalışan piston yukarı kalkar: onun üzerine yerleştirilen "meslektaşı" da yükselir ve volanı döndürür. Buradaki her şey içten yanmalı bir motordaki gibidir.


Daha sonra, basitleştirilmiş bir krank mili aracılığıyla çubuk, üst pistonu aşağı doğru iterken alt piston yukarı kalkar. Silindir duvarlarının gevşek oturması nedeniyle sıcak hava daha yükseğe çıkar.


Orada soğur ve küçülür. Bu işlem sonucunda çalışan piston alçalır, tekrar ısınır ve çevrim devam eder.

Geçmişten gelen gerçek sonuçlar

Ne yazık ki, etkileyici denemezler. Stirling zamanında %7'den fazla verim elde etmek mümkün değildi. Bu da yalnızca birkaç beygir gücü üreten, 2 ton ağırlığında ve 21 metreküp yer kaplayan bir cihaz için geçerli. m: Isıtma ve soğutma sırasında aynı hacmi değil aynı basıncı kullanan İsveçli Ericson'un gerçekleştirdiği modernizasyon bile Stirling motorunu çökmekten kurtarmadı. Ünite yalnızca sabit biçimde pratik kullanıma uygundu.


Evet, toplam gücü 250 hp olan birkaç motor kurma girişimini biliyoruz. İle. gemi başına 4,2 m silindir çapına sahiptir. Ancak ocaklar yandı, gemi battı, deney başarısızlıkla sonuçlandı ve yirminci yüzyılda benzinli içten yanmalı motor, yavaş yavaş buhar sistemlerinin yerini alarak lider konum kazanmaya başladı. Ve sonra, 1960'larda birdenbire mühendisler ve otomobil tasarımcıları dikkatlerini yeniden Ericsson'lara ve Stirling'lere çevirdiler. Neden oldu? Cevap basit: Bu tür birimlerin çok ilginç avantajları var. Aynı zamanda teknoloji alanındaki başarılar ve yeni malzemelerin yaratılması da dikkate alındığında mekanizmanın eksikliklerini en aza indirmek mümkün oldu.

Avantajları hakkında

Sizi cezbeden ilk şey tasarımın göreceli sadeliğidir. Enjeksiyon rayı, karbüratör, triger kayışı, bujiler, valfler, egzoz sistemi yoktur. Klasik bir içten yanmalı motora göre çok daha az yağa ihtiyaç duyulur. Evet, silindirlerde 200 atm'lik bir basınç yaratılıyor ancak artışı patlayıcı değil, çok yumuşak bir şekilde gerçekleşiyor.


Yukarıdaki avantajlar "otomatik olarak" başka bir avantaj oluşturur: gürültüsüzlük. Bir Stirling motorunun çalışmasını görme fırsatı bulan herkes, gövdesine dokunduktan sonra bile içinde bir tür işlemin olup olmadığını anlamanın hemen imkansız olduğunu söylüyor. Ünitenin en son modelleri oldukça gelişmiştir - yanma, içten yanmalı bir motorda olduğu gibi patlamalarla değil, sorunsuz bir şekilde gerçekleştiği için içlerinde titreşim yoktur.


Bir sonraki ciddi avantaj, omnivorluktur. Motor yanan ve ısınabilen her şeyle çalışır. Ve ne olduğu önemli değil: saman, gazyağı, nükleer yakıt veya güneş ışığı. Motor, örneğin erimiş oksit veya tuzda depolanan termal enerjiyi kullanarak çalışabilir. Ve bu çevresel açıdan çok çekici. Düşünün: bir araba bir şehre yaklaşıyor, sürücü brülörü kapatıyor - motor eriyikte depolanan enerjiyle çalışıyor. Egzoz yok, duman sesi yok! Ve son olarak, silindirler benzin gibi agresif maddeler içermediğinden Stirling prensibine göre çalışan üniteler içten yanmalı motorlardan daha güvenilirdir.

Eksileri

Bunlardan ilki iyi conta kullanma ihtiyacıdır. Hava yerine helyum veya hidrojen kullanılırsa daha iyi sonuçlar elde edilir. Ve bu gazlar, özellikle de ikincisi yüksek "akışkanlığa" sahiptir. Ayrıca contanın 200 atm'lik bir basınç sağlaması gerekir. Bir sonraki dezavantaj, büyük bir soğutma sistemi gerektirecek olan büyük miktarda ısıyı giderme ihtiyacıdır. Ve bu zaten ünitenin sağlam bir kütlesini "garanti ediyor".


Diğer bir dezavantaj ise zayıf gaz tepkisidir: Böyle bir motor muhtemelen "trafik ışıklarından uzaklaşmayı" sevenler tarafından beğenilmeyecektir. Isıtmanın olumsuz bir tarafı da var. Sürekli çalıştığından motorun bir kısmı her zaman yaklaşık 700° sıcaklıkta olacaktır. Bu, ucuz olmayan, ısıya dayanıklı malzemelere ihtiyacınız olacağı anlamına gelir. Birisi içten yanmalı motorun da ısındığını söyleyecektir. Aslında bu doğrudur ama çok kısa sürer. Daha sonra her şey açma vanaları aracılığıyla soğutulur. Bununla birlikte, bu tasarımı tekerlekli bir araca uyarlamak için pratik girişimlerde bulunulmuştur. taşıma hâlâ vardı.

Arabalar için Stirling motoru

Chevrolet Celebrity modeli en başarılı model olarak kabul ediliyor. Elbette seride benzinli motorla üretildi. Bir deney yaptılar: Zaten ciddi şekilde değiştirilmiş olan bir fabrika arabasına (NASA MOD II tarafından yaratıldı) bir Stirling ünitesi kuruldu.


İkincisi için sonuçlar hiç de kötü değildi - standarda kıyasla gelişmeler aşağıdadır arabayla:

✅ 60 mph hızlanma 13 saniyeden 12,4 saniyeye düşürüldü
✅ Kombine çevrimdeki yakıt tüketimi 7,57'den 5,71 l/100 km'ye düştü
✅ şehir dışında "yüz" kişi başına yakıt maliyeti 5,85'ten 4,04 l'ye düştü

Stirling motoru, gücü düşük olmasına rağmen düşük uçta iyi çekiş yaptı. Aracın ağırlığı bir miktar artarak 1,252 tondan 1,297 tona çıktı ve aynı zamanda %38,5 verimlilik elde edildi. 80'li ve 90'lı yıllarda bu rakam benzinli motorda %25, dizel motorda ise %40'a kadar çıkıyordu.


Bir Stirling motorunun bir AMC Spirit DL'ye (1979 model yılı) kurulumu da başarılı sayılabilir. Deney, NASA tarafından United Stirling AB (İsveç) ile birlikte gerçekleştirildi.


Ancak zaman geçti ve benzinli içten yanmalı motorlar da gelişti. 2010'larda Çinliler ve Japonlar verimliliklerini %41'e çıkarmayı başardılar! Yetenekli mühendisler gaz değişimini, karışım oluşumunu, daha yüksek basınç altında enjeksiyon yapılmasını vb. daha iyi organize ettiler. Ancak bu, Stirling'in icadının terk edildiği anlamına gelmez. Ana değil, ek bir ünite olarak kullanılması ilgi çekicidir. Ve bu yönde ilk adım 1969'da atıldı. Daha sonra GM tasarımcıları Opel Kadett üretim otomobiline arka aksı döndüren bir elektrik motoru yerleştirdiler. Kaputun altında bulunan pillerle çalıştırılıyordu. Ancak arka tarafa, aküyü şarj eden bir jeneratörü döndüren bir Stirling motoru yerleştirdiler.


İkinci proje ise Segway'in yaratıcısı olarak bilinen Dean Kamen tarafından gerçekleştirildi. Bunu Norveççe koydu elektrikli araba Menzili artırmak için Ford TH!NK Stirling ünitesi.


Ancak proje “konveyör” geliştirmesini almadı. Yukarıdakilerin hepsini özetlemek gerekirse, güvenle şunu söylemeye değer: Stirling motorunun yetenekleri henüz tam olarak araştırılmamıştır ve% 100 gerçekleştirilmemiştir.


Peki, dünya biliminin sonuçlarını bekleyeceğiz. Bu arada: DIY meraklıları beklemiyor ve bu motoru tüm güçleriyle deniyorlar.