Двигун зовнішнього згоряння

Адіабатні дизелі

ПЕРСПЕКТИВИ РОЗВИТКУ ДВИГУНІВ НЕТРАДИЦІЙНИХ СХЕМ

( самостійне вивчення)

Як зазначалось вище, широке використання дизелів на автомобілях пояснюється їх високими економічними та екологічними показниками. Не менш інтенсивно ведуться пошуки і дослідження щодо їх вдосконалення. Один із основних напрямків таких досліджень - розробка адіабатного дизеля, або, як його часто називають, дизеля з обмеженим відведенням теплоти. Ідея створення такого двигуна полягає в зменшенні кількості теплоти, що непродуктивно відводиться в охолоджуюче середовище, тобто в наближенні процесів, що протікають в камері згоряння, до адіабатних. Це дає можливість збільшити роботу газів у циліндрі дизеля і використовувати гази, що виходять при високій температурі, для отримання енергії поза циліндром. Крім того, якщо вилучити систему охолодження і агрегати, що забезпечують її роботу (вентилятор, водяний насос), то з'являється додатковий приріст енергетичних та економічних показників, знижуються маса та габаритні розміри двигуна. Таким чином, адіабатний дизель може мати економічні показники значно вищі, ніж у існуючих дизелів. Однак розробка такого дизеля, який би мав високу надійність і достатню довговічність, є дуже складною проблемою. Для її вирішення необхідні деталі циліндро-поршневої групи із покриттям теплоізолюючими матеріалами, що довговічні в умовах високих тисків і температур. Використовують керамічні матеріали, двоокис цирконію і компонент, що складається із окису алюмінію і окису титану. Не менш важливим питанням є забезпечення змащування деталей тертя. Найбільш перспективним вважається тверде мастило.

Висока температура відпрацьованих газів дає можливість використовувати їх енергію як гарячого джерела теплоти в циклах парового двигуна або двигуна Стірлінга, для приводу газової турбіни, з'єднаної з валом дизеля. У результаті підвищується ефективність використання енергії палива, що згоряє. Токсичність адіабатного дизеля по оксидах азоту вища, але її можна знизити до рівня звичайних дизелів шляхом зменшення кута випередження впорскування. Викиди сажі в адіабатному дизелі нижчі, ніж у звичайному.

Ці двигуни названі іменем Роберта Стірлінга, який в 1816 р. одержав патент на "машину, яка виробляє рушійну силу за допомогою нагрітого повітря".

Двигуни Стірлінга є двигунами зовнішнього згоряння, у яких робоче тіло не змінюється, а підведення теплоти може здійснюватись від будь- якого джерела енергії, у тому числі сонячної і ядерної. Однак навіть у випадку використання палив нафтового походження викид токсичних речовин у таких двигунах значно нижчий порівняно з поршневими двигунами внутрішнього згоряння у результаті кращого сумішоутворення і безперервного горіння палива при достатній кількості кисню. Цим і пояснюється підвищений інтерес до цих двигунів.

Принцип роботи двигуна зовнішнього згоряння такий же, як і двигуна внутрішнього згоряння. Для одержання корисної роботи необхідно виконувати процес стиснення робочого тіла при низькій температурі (тобто і при меншому тискові), а процес розширення - при високій температурі (високому тискові).

Мал 1. Схема двигуна Стірлінга

Для здійснення цих процесів у двигуні Стірлінга (рис. 1) є дві порожнини - гаряча 5 і холодна 1. Для переміщення робочого тіла із однієї порожнини в іншу використовується спеціальний витискувач 6. При переміщенні робочого тіла із холодної порожнини в гарячу до нього в нагрівнику 4 підводиться теплота, при зворотному переміщенні в холодильнику 2 від нього відводиться теплота. Регенератор 3 застосовується для кращого використання теплоти і працює таким чином: при переміщенні робочого тіла з гарячої порожнини в холодну частина теплоти віддається в регенераторі, при зворотному переміщенні - від регенератора теплота повертається робочому тілу. Для стиску робочого тіла і сприйняття зусиль при його розширенні використовується робочий поршень 7.

Розглянемо робочий цикл двигуна Стірлінга (рис. 1).

У положенні «а» робоче тіло повністю витиснене з гарячої порожнини в холодну. В положенні «б» закінчується стиснення робочого тіла в холодній порожнині робочим поршнем. Далі витискувач 6 переміщує робоче тіло з холодної порожнини в гарячу, при цьому температура і тиск тіла підвищуються у результаті підведення до нього теплоти в регенераторі і нагрівачі (положення в). Робоче тіло переміщує витискувач і поршень вниз, виконуючи роботу за значенням більшу, ніж робота стиску (положення г). Потім витискувач переміщує робоче тіло з гарячої порожнини в холодну з відведенням теплоти в регенераторі і холодильнику і процес повторюється. На рис. 1, д показана схема двигуна Стірлінга з найбільш розповсюдженим ромбічним приводним механізмом, який забезпечує необхідні закони переміщення витискувача і робочого поршня. Крім того, такий механізм виключає виникнення бокових сил і дозволяє уникнути прориву газів під високим тиском в картер шляхом створення під робочим поршнем буферної порожнини із підвищеним тиском. Як робоче тіло в двигунах Стірлінга найбільш широко використовують водень і гелій, хоча останнім часом перевіряється можливість використання повітря і вуглекислого газу. Регулювання потужності двигунів здійснюється зміненням маси робочого тіла.

В наш час перспективними вважаються багатоциліндрові двигуни Стірлінга подвійної дії, у яких з'єднані гарячі і холодні порожнини різних циліндрів.

Переваги двигуна Стірлінга при використанні на автомобілях: високі ККД і питома потужність; високий (до 80% номінального) від'ємний крутний момент при гальмуванні; сприятливе протікання крутного моменту, що дозволяє спростити трансмісію; низька токсичність відпрацьованих газів; незначні вібрації і рівень шуму; можливість роботи на різних оливах і т.д.

Як вади двигунів Стірлінга, що стримують його широке розповсюдження, можуть бути названі висока вартість виготовлення, складність конструкції, невисока надійність ущільнень, недовговічність деяких вузлів. Ці недоліки поступово усуваються в процесі досліджень і розробки нових конструкцій.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Конструктивні особливості будови систем мащення	\|	Газотурбінні двигуни

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.005 сек.