Меню
Предыдущая     |         Содержание     |    следующая

Автомобильные двигатели

Двигатель с внешним подводом теплоты

В последнее время в качестве энергетической установки па автомобиле применяют опытные конструкции двигателей с внешним подводом теплоты. Известны такие конструкции паровых двигателей. Ведутся разработки конструкций двигателей с внешним подводом

теплоты, работающих по циклу, предложенному Р. Стерлингом (1816 г.). Отличительной особенностью этого двигателя является то, что теплота к рабочему телу, находящемуся в замкнутом цилиндровом объеме, подводится через специальный теплообменник нагреватель. Теплота отводится через теплообменник охладитель. Получение теплоты в автомобильных и других модификациях двигателя происходит в специальной камере сгорания, находящейся вне рабочего объема. В эту камеру поступает топливо и воздух, и в ней происходит непрерывный процесс сгорания.

Теоретический цикл этого двигателя (рис. 322) состоит из двух изотерм и двух изохор и его термический КПД, как и в цикле Карно, определяется уравнением

соответственно температура рабочего тела в горячей и холодной зонах объема.

В действительности не удается осуществить в точности указанный цикл, и индикаторная диаграмма имеет вид эллипса.

На рис. 323, с и б показаны конструктивная схема двигателя и схема его рабочей части, иллюстрирующая принцип работы. Рабочая часть представляет собой замкнутый объем, состоящий из двух отсеков: верхнего (горячая зона), расположенного над поршнем-вытеснителем 2 в пространстве расширения А, где циркулирует горячий газ, непрерывно нагреваемый в кольцевом газопроводе 1; нижнего отсека (холодная зона), расположенного между рабочим поршнем 5 и поршнем-вытеснителем пространство сжатия.

При нахождении рабочего поршня в н. м. т. большая часть газа (рабочего тела) находится в нижнем отсеке (положение /, рис. 323, б). Когда рабочий поршень движется вверх, происходит процесс сжатия (положение //, рис. 323, б). При движении поршня-вытеснителя вниз (положение рис. 323, б) происходит перекачка газа из нижнего отсека в верхний. На своем пути газ вначале охлаждается в охладителе 17, затем подогревается в регенераторе 16 за счет аккумулированной в предыдущем цикле тепловой энергии. Затем газ нагревается в подогревателе 13, где газу передается теплота, образующаяся при сгорании топлива. При совместном движении рабочего поршня и поршня-вытеснителя вниз нагретый газ расширяется (положение IV, рис. 323, б). После этого цикл повторяется.

Под рабочим поршнем размещена герметизированная буферная полость В, наполненная сжатым газом. Когда при движении рабочего поршня вниз совершается рабочий ход, давление в этой полости повышается и при возвратном движении поршня за счет запасенной энергии производится сжатие холодного газа в рабочем объеме.

На рис. 323, б показан также путь S обоих поршней в зависимости от угла поворота ф вала.

Для утилизации энергии продуктов сгорания, поступающих для осуществления процесса сгорания, воздух, поступающий в камеру

сгорания, предварительно подогревается в теплообменнике за счет теплоты продуктов сгорания, выбрасываемых в атмосферу.

Для превращения тепловой энергии в механическую работу и осуществления необходимой синхронизации движепия поршней, при котором поршень-вытеснитель на некоторый угол поворота вала должен опережать движение рабочего поршня, в рассматриваемой схеме применен специальный ромбический механизм. Он позволяет обеспечить близкую к оптимальной кинематику механизма. Привод состоит из двух щютивоиоложно вращающихся валов, соединенных один с другим двумя синхронизирующими шестернями 19, четырех шатунов (двух рабочего поршня 12 и двух похлння-вытеснителя 13) и двух кривошипов 20.

Из рабочей полости двигателя в картер выходит прямолинейно движущийся шток рабочего поршня 6, внутри которого проходит шток поршня-вытеснителя 4. Механизм с прямолинейно движущимся штоком позволяет создать надежное уплотнение и предотвратить утечки газа в полость картера. Для полного уравновешивания инерционных сил установлены противовесы 18, движущиеся противоположно цапфам кхшвошипа.

В последнее время для транспортных двигателей разработаны более компактные механизмы, осуществляющие синхронное движение поршней и передачу энергии потребителю (например, бескривошипный механизм с косой шайбой).

Двигатель Стерлинга имеет ряд преимуществ, из которых применительно к автомобильным модификациям, главными являются следующие:

высокий и малозависящий от нагрузки КПД (его значения приближаются к значениям КПД дизелей);

меньшая но сравнению с двигателем внутреннего сгорапия токсичность отработавших газов. Следует также отметить, что эти двигатели не выбрасывают в атмосферу картерные газы;

малый шум при работе. Плавное изменение давлений между па-чалом и концом сжатия (давление в рабочей полости вначале сжатия составляет 10 МПа, а в конце 20 МПа) способствует отсутствию вибраций механизма. По опубликованным данным, уровень шума двигателя Стерлинга примехшо па 20 дБ меньше, чем у дизеля;

возможность применения различных топлив, низкий расход масла, отсутствие его старения при работе двигателя;

низкая температура отработавших газов;

более высокий по сравнению с двигателями внутреннего сгорания коэффициент приспособляемости;

хорошие пусковые качества и простота пуска;

К недостаткам двигателя нужно отнести следующее:

относительно невысокую приемистость из-за наличия тепловой инерции всех его контуров;

сложность конструкции большинства систем (похшшевого криво-шиино-шатунного механизма, тенлообменных аппаратов, автоматического регулирования);

худшие по сравнению с двигателями виутренпего сгорания массовые и габаритные показатели установки;

сложность обеспечения надежного уплотнения зон раздела хзабо-чего и картетшого щюстранства двигателя.

Реклама