действия этой машины заключается в том, что циклические процессы сжатия и расширения происходят при различных уровнях температур: сжатие при низкой температуре, а расширение – при высокой. Это приводит к разности давлений и, в конечном итоге, дает выигрыш в работе за один цикл. Нагрев в двигателе Стирлинга происходит не внутри цилиндра путем воспламенения смеси, а снаружи. Тепло к газу подводится извне, через стенку цилиндра. Поэтому это устройство и называется «двигатель внешнего сгорания». Принципиальное устройство его показано на рис. 4.
1 – вытеснительный поршень (далее – вытеснитель);
2 – поршень;
3 – регенератор;
верхняя нагревательная область цилиндра находится при постоянной высокой температуре;
нижняя охладительная область цилиндра находится при постоянной низкой температуре.
Рис. 4
Двигатель работает следующим образом.
I. В начальный момент вытеснитель находится в верхнем положении. Весь газ находится в области низкой температуры между поршнем и вытеснителем, поэтому он имеет низкое давление.
II. Вытеснитель остается в верхнем положении. Поршень сжимает газ при низкой температуре и при этом совершает работу.
III. Поршень остается в крайнем верхнем положении. Вытеснитель переталкивает газ из холодной полости в горячую. При этом газ, проходя через регенератор, получает от него запасенное в предыдущем цикле тепло и нагревается.
VI. Нагретый газ расширился. При этом он толкает вытеснитель с поршнем и совершает полезную работу. Это и есть рабочий такт двигателя. Так как давление в верхней части газа больше его давления в нижней части, то полезная работа перекрывает энергетические затраты на сжатие холодного газа в начальном такте.
I. Вытеснитель поднимается вверх и перемещает рабочий газ в нижнюю холодную часть цилиндра. При этом газ, проходя через регенератор, отдает ему тепло, которое будет возвращено в следующем цикле.
Затем цикл повторяется.
Движения поршня и вытеснителя в двигателе практически непрерывны, что обеспечивается посредством кривошипношатунного механизма. Таким образом, двигатель Стирлинга представляет собой поршневую машину с внешним подводом тепла, в которой рабочее тело постоянно находится в замкнутом пространстве и во время работы не заменяется.
Двигатель Стирлинга имеет неоспоримые преимущества, важность которых с ростом количества автомобилей все более повышается.
Во-первых, для подвода тепловой энергии можно использовать любой источник тепла: солнечную энергию, биотопливо, ядерную энергию, электроэнергию и проч. Поэтому для двигателя Стирлинга можно использовать и низкокачественное топливо, например, попутный газ, сжигаемый впустую в атмосфере при транспортировке нефти.
Во-вторых, в качестве рабочего тела в двигателе
