История технических инноваций: учебное пособие. А. П. Усольцев
сих пор с переменным успехом.
Одноцилиндровые двигатели сменились многоцилиндровыми, надежность, мощность, отношение мощности к массе бензиновых двигателей стали недосягаемыми для паровых машин. Появилась возможность поставить двигатель на аэроплан. Началась эпоха моторов…
Конкурентом двигателей внутреннего сгорания являются двигатели внешнего сгорания. Наиболее известен двигатель, изобретенный Робертом Стирлингом, запатентованный им в 1816 г. Двигатель внешнего сгорания является старшим братом более удачливого двигателя внутреннего сгорания. В 1845 г. на литейном заводе в Дании была пущена машина Стирлинга мощностью 50 лошадиных сил, проработавшая в течение трех лет. Но «младший брат» оказался на редкость проворным, и изобретенная Стирлингом машина была совершенно забыта.
Принцип 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