Машины, работающие по циклу Стирлинга
ГИБРИДНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ СО СВОБОДНЫМ ВЫТЕСНИТЕЛЕМ И КРИВОШИПНО-ШАТУННЫМ ПРИВОДОМ РАБОЧЕГО ПОРШНЯ
Исследования свободнопоршневых двигателей Била стимулировали изобретение в университете Калгари гибридной машины со свободным вытеснителем и кривошипно-шатунным приводом рабочего поршня. Свободнопоршневые двигатели заманчивы своей простотой. Однако если они не предназначены для работы в качестве насосов Или компрессоров, то затруднительно использовать энергию возвратно-поступательного движения его отдельных элементов, поскольку многие агрегаты приводятся в действие вращающимися валами.
Гибридная машина является попыткой объединить достоинства простой конструкции свободнопоршневого двигателя с распространенностью и большой применяемостью цилиндропоршневого блока и кривошипно-шатунного узла. Одна из привлекательных сторон гибридной машины заключается в том, что ее нижняя часть — рабочий поршень, цилиндр и кривошипно-шатунный механизм могут быть обычными узлами двигателей внутреннего сгорания. Имеющийся производственный опыт, сборочные приспособления и инструменты, а также различная арматура обычных двигателей внутреннего сгорания могут быть использованы и для гибридной машины, позволяя тем самым снизить стоимость двигателей Стирлинга до уровня, почти сравнимого со стоимостью других поршневых машин.
Схема поперечного сечения гибридного одноцилиндрового двигателя показана на рис. 10-5. Картер, коленчатый вал, шатун, цилиндр и рабочий поршень (часть двигателя ниже линии X—X) могут быть обычными узлами двигателей внутреннего сгорания, работающих на газообразном или жидком топливе. Для постановки газонепроницаемого уплотнения рабочий поршень изменен;
|
Рис. 10-5. Гибридный двигатель Стирлинга со свободным вытеснителем и кривошипно-шатун - ным приводом рабочего поршня 1 — полость расширения; 2 — вытеснитель; 3 - - теплозащитный экран; 4 — Уплотнение вытеснителя; о — полость сжатия; 6 — ■фиктивный поршень; 7 -- уплотнение поршня; 8 — буферная полость. |
Он имеет удлиненный вертикальный стержень, являющийся в своей верхней части пустотелым штоком вытеснителя, на котором находится фиктивный поршень. Полость между фиктивным и рабочим порш-
|
Рис. 10-6. Прототип гибридного двигателя с использованием картера от серийно выпускаемого двигателя фирмы «Хонда». |
Нями соединена с внутренним объемом вытеснителя и вместе с ним составляет буферную полость. Рабочий объем — это объем в цилиндре выше фиктивного поршня; он подразделен (вытесни-
1 Эта машина динамически подобна свободнопоршневому двигателю и Дает возможность отводить полезную работу двигателя на вращающийся вал.
Телем) на полость сжатия (ниже вытеснителя) и полость расширения (над вытеснителем).
Двигатель работает точно так же, как и описанный выше сво - боднопоршневой двигатель Била. Легкий вытеснитель быстро реагирует на перепад давления между буферной и рабочей полостями. Рабочий поршень, коленчатый вал, маховик и шатун скомбинированы так, чтобы создать динамический эквивалент тяжелого поршня с большой инерцией, характерный для двигателя Била.
На рис. 10-6 показан опытный вариант гибридного двигателя, сконструированного в университете Калгари, в котором был использован обычный картер от серийно выпускаемого одноцилиндрового двигателя фирмы «Хонда» (Honda). Этот двигатель был куплен за 97 долл. в 1970 г., и, по крайней мере, половина его узлов была
|
Рис. 10-7. Схема гибридного двигателя Стирлинга, выполненная по типу обычных V-образных двигателей. 1 — камера сгорания; 2 — тепловая труба с жидкометаллическнм теплоносителем; 3 — тепловая изоляция; 4 — полость расширения; 5 — свободно движущийся вытеснитель; 6 — полость сжатия; 7 — поршень; 8 — система охлаждения; 9 — буферная полость. |
Заменена с целью приспособить его для работы в качестве преобразователя. До сих пор гибридный двигатель с электроподогревом не показал удовлетворительной работы из-за того, что после нескольких оборотов нарушается фазовое смещение поршней. Двигатель не имеет предпочтительного направления вращения и работает одинаково хорошо (или, возможно, плохо) при любом направлении вращения. Кроме того, на ранней стадии разработки двигатель имел неудовлетворительные характеристики при останове в одном направлении и повторном пуске в другом. Ожидается, что все эти проблемы по мере понимания работы двигателя будут разрешаться.
Общий вид возможного варианта гибридного двигателя показан на рис. 10-7, где дано поперечное сечение обычного двигателя внутреннего сгорания, выполненного по схеме V8 и переделанного в гибридный двигатель. В схеме предусмотрена общая камера сгорания (по типу камер авиационных двигателей), соединяемая с каждым из цилиндров тепловыми трубами с жидкометаллическнм теплоносителем. Буферные полости всех цилиндров объединены
в один общий объем. Для двигателя с номинальной мощностью 14,7— 22 кВт (20—30 л. е.), что составляет десятую часть мощности двигателя V8, рабочим телом может быть воздух с давлением в несколько атмосфер. Ожидается, что эффективный к. п. д. будет составлять примерно 20%.
