Двигатели стирлинга

Регулирование мертвого объема

С увеличением мертвого объема двигателя Стирлинга его мощность падает. Но это не обязательно связано с уменьшени­ем КПД. Однако в системе регулирования мертвого объема,
разработанной фирмой «Юнайтед Стерлинг», КПД уменьшается весьма значительно. В блоке двигателя этой системы при его отливке предусмотрены многочисленные полости для рабочего газа, соединяемые с основной рабочей полостью каналами с за порными клапанами [87]. Получая с помощью этих дополни­тельных полостей мертвый объем различной величины, можно ре­гулировать суммарный мертвый объем в широких пределах. Оче­видно, на практике число индивидуальных полостей, определяю­щих рабочий объем, ограничено требованиями компактности всей системы в целом, а это приводит к тому, что изменения мерт­вого объема можно осуществлять только ступенчато, и соот­ветственно крутящий момент на выходе двигателя тоже будет изменяться ступенчато, а не плавно (рис. 1.133).

Такая система использовалась для регулирования одного из перво­начальных двигателей фирмы «Юнайтед Стерлинг», установлен­ных на автомобиле «Форд пинто» [40]. Эта система регулирования вызывала трудности, связанные с необходимостью размещения боль­шого числа мертвых объемов, тре­буемых для регулирования мощ­ности во всем ее диапазоне, что привело к созданию весьма громоздкого и тяжелого двигателя. Ступенчатое изменение крутящего момента оказалось также ма­ло подходящим для работы трансмиссии и управления автомо­билем. Нам в точности не известно, какова была величина до­полнительного мертвого объема в этой конструкции, однако для двигателя 4-215 с косой шайбой совместного производства фирм «Форд» и «Филипс» потребовался мертвый объем, по крайней мере в четыре раза превышающий рабочий объем двигателя, чтобы регулировать двигатель в диапазоне от режима полной мощности до режима холостого хода [40]. Расчеты, выполнен­ные фирмами «Юнайтед Стерлинг» и «Филипс», показали, что, если ограничить мертвый объем величиной, равной трехкратно­му рабочему объему, можно добиться увеличения КПД на 2— 3 %. Тем не менее был сделан вывод, что регулирование мощ­ности путем изменения мертвого объема «в чистом виде» не является лучшим решением проблемы. Однако в работе [38] были получены другие результаты. Эта работа проводилась на автомобильном двигателе с косой шайбой с переменным углом накгона, что иногда смешивают с регулированием посредством изменения фазового угла рабочего объема. В этом двигателе величина хода поршня изменяется в процессе работы за счет
изменения угла наклона шайбы. Эта идея ранее была предме­том исследования в Редингском университете. Преимущество такого способа регулирования заключается в возможности отка­за от специального дополнительного мертвого объема, связан­ного с двигателем, поскольку этот объем образуется за счет ра­бочего объема двигателя при уменьшении хода поршня. Еще одно преимущество этого способа связано с тем, что один из

Основных источников потерь в дви­гателе Стирлинга — потери на пере­мещение рабочего тела, возникаю­щие из-за разности температур меж­ду стенками цилиндра и поршнем, прямо пропорциональны длине хода поршня; тем самым при уменьше­нии хода поршня уменьшаются и потери на такое перемещение. Тео­ретически этот способ регулирова­ния мертвого объема является бо­лее быстрым, чем способ с исполь­зованием дискретных объемов, и, как утверждают, позволяет улуч­шить характеристики крутящего момента двигателя при установке на автомобиле. Теоретическая ра­бочая диаграмма при этом виде регулирования показана на рис. 1.134.

Эта система регулирования была установлена на двигателе «Адвен - ко 4-290» фирмы «Филипс», одна­ко, насколько нам известно, экспе­риментальные данные, полученные на этом двигателе, не были опубликованы. Известно, что и другие организации заинте­ресованы в этом методе регулирования мощности, осо­бенно те, которые разрабатывают холодильные, машины, ос­нованные на цикле Стирлинга Действительно, метод представ­ляется весьма перспективным, поскольку отпадает необходи­мость в подкачке и стравливании рабочего тела, а также в до­полнительных полостях для размещения рабочего тела. Правда, требуется некоторое устройство для изменения длины хода поршня. Ранее механизм привода с косой шайбой служил также и приводом гидравлического насоса, что усложняло механизм привода.