подогрев двигателя автомобиля электрический с помпой

Начнем с того, что на рынке сегодня представлено достаточно большое количество автономных отопителей, а также предпусковых подогревателей двигателя. Существуют как проверенные временем решения известных иностранных марок (например, Вебасто или Гидроник), так и отечественные (Бинар, Планар, Теплостар и т.д).

Также среди устройств для предпускового подогрева следует выделить автомобильные электроподогреватели двигателя и поддона. Хотя такие устройства не являются автономными, однако также позволяют эффективно подогреть охлаждающую жидкость или смазку в поддоне двигателя перед запуском силового агрегата при условии доступа к электросети. Далее мы рассмотрим популярное сегодня решение Лунфэй.

Содержание статьи

• Подогреватель двигателя Лунфэй: особенности
• Модели подогревателей Лунфей: комплект, установка
• Что в итоге

Подогреватель двигателя Лунфэй: особенности

Опытные автолюбители знают, что наиболее сильно изнашиваются детали двигателя именно в момент его холодного пуска, а топливо расходуется в достаточно больших количествах во время прогрева (катализатор и лямбда-зонд не работают эффективно на холодном моторе).

При этом двигатель все же нужно прогревать перед поездкой, так как, с одной стороны, езда на холодном ДВС позволяет ускорить прогрев и уменьшает выбросы вредных веществ, а с другой увеличивается износ и сокращается срок службы силовой установки.

Также перед началом поездки в холодное время года салон желательно прогреть, так как значительно повышается комфорт эксплуатации ТС, снижаются риски для здоровья водителя и пассажиров. Простыми словами, начать поездку на прогретом автомобиле приятнее и безопаснее, чем ждать, пока машина прогреется частично на холостых и затем догревается в движении.

Казалось бы, проблему можно решить автозапуском, однако автозапуск никак не защищает двигатель от холодного пуска. Что касается автономных подогревателей, такие решения отличаются высокой стоимостью, а отдельные отопители салона прогревают салон, но не греют сам ДВС.

Получается, оптимальным вариантом по соотношению цена/качество, комфорт и увеличение ресурса мотора является электрический подогреватель. Если говорить о подогревателях, в продаже имеются российские и китайские решения.

При этом «китаец» намного дешевле и функциональнее. Многие пользователи отмечают, что это недорогое устройство, однако отличается высокой эффективностью. Более того, такой подогреватель вполне можно установить своими руками, что минимизирует затраты.

Добавим, что данный производитель предлагает  разные модели автомобильных предпусковых электрических подогревателей. При  этом все подогреватели имеют встроенную помпу в своей конструкции (в отличие от российских), что упрощает их установку и снижает требования к качеству монтажа.

Кстати, особенно помпа важна в том случае, если на машине уже стоит ГБО, где теплообменник врезан в систему охлаждения. Получается, без помпы в этом случае подогреватель ставить и вовсе запрещено, так как ОЖ будет циркулировать по самому короткому пути, то есть ее циркуляции фактически не будет. В результате нагреватель без встроенной помпы перегреется, а ОЖ будет кипеть в отопителе.

Так как подогреватель Лунфей имеет встроенную помпу, никаких проблем, описанных выше, возникать не должно. Далее, в продаже чаще всего представлены модели Лунфэй Little Q и Dragon, Bros, King, Decepticon, Explorer. Указанные подогреватели имеют встроенную помпу с изолированной крыльчаткой и электрический термостат.

Крыльчатка помпы вращается от двигателя ЭДС, который производитель надежно изолировал от охлаждающей жидкости. Такой решение позволяет продлить срок службы самого устройства, а также исключает вероятность появления течи из-под оси крыльчатки. Обратите внимание, если крыльчатка имеет прямой контакт, в это случае вероятность течи намного выше.

Специальный термостат не дает возможности охлаждающей жидкости перегреваться, производя отключение нагревательного элемента тогда, когда ОЖ прогревается до 70 градусов Цельсия. Повторное включение ТЭНа происходит тогда, когда температура понижается до 60 градусов.

Такая конструкция позволяет оставлять нагреватель включенным без необходимости выключать его строго через определенное время, при этом температура двигателя будет поддерживаться. Это значит, что водитель может включить подогрев и начать готовить ТС к поездке. Однако оставлять включенным подогреватель на долгий срок без присмотра (например, на несколько часов или на ночь) категорически запрещено!

Модели подогревателей Лунфей: комплект, установка

Итак, в комплекте подогреватель Лунфей имеет тройник для врезки в систему охлаждения, хомуты для патрубков и крепления для простой установки данного нагревателя в автомобиль. Как уже было сказано, есть несколько моделей, которые имеют определенные отличия друг от друга.

• Лунфэй Little Q наиболее слабый по производительности (1.5 Квт), при этом самый компактный (весит меньше 1 кг.) и доступный по цене. Корпус  выполнен из 2 частей. В одной части находится крыльчатка встроенной помпы и расположена вместе с нагревательным элементом. Во второй стоит термостат и двигатель помпы.

Такой подогреватель хорош подойдет для малолитражных авто, которые имеют моторы объемом 1.0-1.4 литра. Такой подогреватель лучше всего врезать в систему охлаждения в разрыв радиатора отопителя. Благодаря небольшим размерам устройство можно  легко и быстро поставить практически в любом месте в подкапотном пространстве.

Рекомендуем также прочитать статью о том, что лучше выбрать, Гидроник, Вебасто или Бинар/Планар. Из этой статьи вы узнаете о преимуществах и недостатках данных типов предпусковых подогревателей двигателя автомобиля, а также об особенностях выбора того или иного решения.

• Модель Little Dragon отличается от предыдущей версии тем, что нагревательный элемент имеет не прямой контакт с ОЖ, а отдает тепло через специальный теплообменник. То, что в устройстве есть теплообменник и нет контакта нагревательного элемента с ОЖ, позволяет увеличить срок службы нагревательного элемента.

Такое устройство имеет мощность 2.0 Квт, что позволяет ставить данный подогреватель на моторы с объемом около 2-х литров. Врезать оптимально в систему охлаждения в нижней точке (в сливной кран на блоке ДВС для забора ОЖ.). Подачу реализуют через тройник в ГБЦ, где имеется выход жидкости для радиатора отопителя.

Кстати, если сливного крана нет,  врезку можно сделать последовательной или параллельной к радиатору печки автомобиля.

• Модель Decepticon похожа на Лунфей Little Dragon, но мощнее (3Квт.) и больше по размерам. Подходит для авто с ДВС от 3.0 литров и более. Врезка производится последовательно радиатора отопителя или же через сливной кран в БЦ.

Версия King также на 3 Квт, однако расположение входного патрубка не спереди, как на предыдущих аналогах, а снизу корпуса. Также подойдет для машин с двигателями от 2.0 литров и более.  Врезать нужно или последовательно отопителя, или через сливной кран. При этом запрещена врезка параллельно радиатора отопителя.

• Подогреватель Лунфей Bros является средним по производительности решением в линейке, имеет мощность 2Квт, при этом по конструкции несколько отличается от аналогов.

Прежде всего, корпус не из двух, а из трех частей.  В первой части находится крыльчатка встроенной помпы, во второй электрическая начинка, защищенная от контакта с ОЖ, двигатель помпы и термостат.

В оставшейся третьей части корпуса стоит элемент для нагрева.

Врезка данного подогревателя может быть последовательной или параллельной, через тройники радиатора отопителя, через сливной кран блока. Устройство можно ставить на любой ДВС от 1.4 до 2.5 литра. Как видно, эта модель универсальная и подходит для разных моторов. За пол часа или даже меньше этот подогреватель способен прогреть охлаждающую жидкость до 40-45 градусов.

• Версия Explorer похожа на Bros по конструкции, однако этот вариант самый производительный в линейке. При врезке нужно учитывать, что допускается только последовательная врезка относительно радиатора печки, или же через сливной кран.

При этом вся продукция данного производителя по качеству изготовления не вызывает нареканий, сборка находится на уровне, при изготовлении использованы прочные и надежные материалы. Подогреватели сертифицированы, имеются российский и китайский сертификаты. Также в комплекте идет расширенная инструкция на русском языке.

Что в итоге

Как видно, наличие бытовой розетки в гараже или в том месте, где находится автомобиль, является весомым аргументом в  пользу установки электрического предпускового подогревателя. Данное решение позволит уменьшить износ двигателя во время холодных пусков, создает комфортные условия эксплуатации машины зимой, экономит топливо и время на прогрев.

На практике электроэнергия, которую потребляет подогреватель, обходится заметно дешевле, чем бензин или даже солярка, затраченные на прогревы на холостом ходу. То же самое можно сказать и тогда, когда автомобилист практикует езду с холодным мотором и прогрев ДВС в движении.

Способы и технология подогрева масла в картере двигателя :: информационная статья компании Полимернагрев

В официальных технических руководствах большинства автомобилей обычно нет ни слова о прогреве авто перед стартом при минусовой температуре. Все потому, что производители не заинтересованы в том, чтобы автомобиль проработал как можно дольше, вполне достаточно обеспечить идеальную работу двигателя в гарантийный срок.

Но с приходом зимы все чаще возникает вопрос о том,

нужно ли подогревать масло в картере перед запуском. Попробуем разобраться.

Масло на морозе подвергается загустеванию, причем, чем ниже будет температура, тем гуще будет масло. Холодный пуск приводит к тому, что замерзшее масло не прокачивается насосом и оно остается в поддоне. При этом двигатель работает частично без смазки, потому как того, что прокачалось, не достаточно. Прогревание масла в картере в зимний период исключит нагрузки при пуске и будет способствовать быстрой прокачке жидкости по магистралям.

Как можно прогреть масло в картере?

Для подогрева масла в картере можно выделить два способа – механического типа и агрегатного. И не смотря на то, что способы отличны друг от друга, масло они все-таки быстро и эффективно прогревают до нужной температуры.

Рассмотрим их подробнее.

Механическое прогревание масла в картере

Механический подогрев масла в картере

Для подогрева масла данным методом применяется внешние источники тепла. К ним можно отнести строительный фен, бензиновую горелку или даже просто разведенный костер. Главное – быстро нагреть двигатель и исключить повреждение проводки и патрубков.

Преимущества механического способа подогрева масла

Низкая стоимость

Простое использование

Очень быстро набирается температура

Недостатки

Открытый огонь опасен, особенно возле топливных магистралей

Превышение максимально допустимой температуры может привести к возгоранию машины и повредить проводку или патрубки

Последствия неумелого подогрева открытым огнем

К механическим способам подогрева масла в картере также можно отнести старый метод прогрева электрогрелкой.

Это не так опасно, как открытый огонь, однако следить за температурой нагрева также нужно, чтобы не доводить до кипения масла, ведь это приведет к изменению рабочей формулы.

Агрегатный способ нагрева масла в картере

Данные способы более современны и безопасны. Агрегатный способ – это подключение ТЭНа, который погружается в поддон картера, зачастую прямо в жидкость. ТЭН может размещаться в специальном отверстии, если таковое имеется в конструкции авто. Если же такого отверстия нет, можно использовать отверстие для сливной пробки или же добавить новое специальное отверстие, куда монтировать нагреватель.

Различные нагреватели для картера двигателя

Принцип нагрева ТЭНом подразумевает подачу напряжения на нагревательный элемент прямо перед запуском мотора. Источником питания для нагревателя может служить домашняя электросеть, если авто находится в гараже, или автономно  от АКБ.

Типов электрических нагревателей для подогрева масла картера несколько:

• Силиконовый нагреватель. Гибкий силиконовый нагревательный элемент имеет клейкую сторону и легко прикрепляется снаружи на крышку двигателя. Питаться он может от напряжения 12, 24 или 220 В.

• Гибкий щуп. Прогрев электрощупом осуществляется через отверстие для масляного щупа. Гибкий нагревательный элемент погружается в картер и нагревает масло при прохождении через него электротока с напряжением 12 В.

• Встроенный в сливную пробку нагреватель. Вместо стандартной заглушки применяется деталь с встроенным ТЭНом.

• Электрический ТЭН. Нагреватель встраивается в поддон и производит подогрев прямым (для стандартных металлических ТЭНов) или косвенным (для керамических сухих ТЭНов) способом.

При выборе способа подогрева нужно руководствоваться такими факторами, как скорость нагрева и тип питания. Считается, что электрощуп греет лучше всего, а ТЭН – максимально быстро.

При подогреве ТЭНом нужно либо точно засекать время нагрева, но лучше использовать термостат, который будет контролировать температуру и не допустит перегрева.

Еще одно важное замечание при прогреве масла ТЭНами. Если вы будете использовать стандартный металлический ТЭН – следите за тем, чтобы он был полностью погружен в жидкость, иначе нагреватель быстро перегорит. Сухой керамический ТЭН избавлен от этих недостатков – он быстро и качественно прогреет масло, находясь в специальной защитной колбе, которая приваривается в поддон (смотрите фото ниже). Однако и стоимость сухого ТЭНа выше, чем обычного, хотя это окупается его долговечностью и эффективностью.

Использование силиконовых нагревателей и керамических сухих ТЭНов для нагрева масла в картере

На видео можно посмотреть отзыв клиента, приобретшего сухой ТЭН керамический от производителя Полимернагрев и установившего его на свое авто.

Установить ТЭН для нагрева картера двигателя достаточно быстро, но установка должна производиться только специалистами, ведь все должно быть сделано с особой внимательностью и аккуратностью. Неправильная установка ТЭНа  может повредить проводку или хрупкие элементы в авто.

Вывод

Прогревать масло в двигателе зимой – это необходимая процедура. Выбор способа прогрева зависит от вашего бюджета и особенностей автомобиля: от установки автономки или ТЭНа с терморегулятором до обычного механического прогрева. Перед покупкой нагревателя для подогрева двигателя авто проконсультируйтесь со специалистами для выбора максимально подходящего варианта.

Как сделать свои собственные двигатели Стирлинга, чертежи и комплекты • Двигатель Стирлинга

своими руками

Основы двигателя Стирлинга

Как сделать чертежи двигателя Стирлинга своими руками, основы цикла теплового двигателя и множество самодельных примеров.

Эта информация предназначена для того, чтобы помочь вам принять более взвешенное решение при выборе двигателя Стирлинга своими руками. Кроме того, чтобы помочь вам понять различные типы двигателей Стирлинга и как они работают.

Изображение Арсделла (собственная работа) [GFDL или CC-BY-SA-3.0-2.5-2.0-1.0], через Wikimedia Commons

Что такое двигатель Стирлинга?

Двигатель Стирлинга представляет собой тепловую машину замкнутого цикла. Обычно он полностью изолирован от внешней среды и работает за счет расширения и сжатия газа (обычно воздуха), заключенного в герметичном двигателе. Топливо не движется через двигатель, как в обычном двигателе внутреннего сгорания. Это означает, что нет ни впуска, ни выхлопа.

Одна сторона двигателя нагревается, а другая охлаждается. Это заставляет газ проходить циклы расширения и сжатия. Это означает, что он может производить движение, преобразовывая тепловую энергию непосредственно в кинетическую энергию или механическую работу.

Внешний вид двигателя показывает только его движущиеся части, источник тепла и источник охлаждения. Помните, что топливо не проходит через двигатель, потому что он полностью герметизирован снаружи.

Существует множество типов двигателей Стирлинга. Существуют двигатели высокого давления, которые используются в коммерческих целях. Есть отреставрированные двигатели низкого давления, которые используются для демонстрации. Есть двигатели настольных моделей, построенные любителями и студентами.

Вы можете найти модели или комплекты почти для всех конфигураций двигателей Стирлинга, включая двигатели LTD (низкотемпературный перепад). LTD может работать от тепла вашей ладони.

Используемое топливо

Двигатель Стирлинга традиционно классифицируется как двигатель внешнего сгорания. Хотя при правильном применении любой источник тепла будет работать для питания двигателя Стирлинга. Это означает, что источник тепла не ограничивается только сжиганием.

Вот список некоторых возможных источников тепла:

• Солнечная энергия
• Геотермальная энергия
• Атомная энергия
• Уголь
• Бензин
• Алкоголь
• Природный газ
• Пропан
• Дерево
• Все, что может гореть

Различные типы тепловых двигателей

Пользователь английской Википедии Andrew. Ainsworth [GFDL или CC-BY-SA-3.0], через Wikimedia Commons

Тепловые двигатели обычно считаются двигателями Стирлинга. Они названы в честь Роберта Стирлинга, который был изобретателем, создавшим первую практичную и полезную тепловую машину в 1816 году. Однако существует много типов тепловых двигателей или двигателей внешнего сгорания, разработанных многими другими изобретателями. Некоторые из них используют пар в качестве газообразного рабочего тела. В других используется вода под высоким давлением, ограниченная таким образом, чтобы она не превращалась в пар.

Имена для поиска

• Тепловой двигатель Robinson
• Тепловой двигатель Хейнрици
• Двигатель Ericsson
• Двигатель Мэлоуна
• Двигатель с циклом Ренкина

Понимание основных операций

YK Times в en.wikipedia [GFDL, CC-BY-SA-3.0 или CC-BY-2.5], из Викисклада

Во многих двигателях Стирлинга давление газа внутри них почти равно внешнему атмосферному давлению. Существует фиксированная масса газа, обычно воздуха, гелия или водорода. Когда вы нагреваете двигатель снаружи, газ расширяется и выталкивает поршень наружу. Когда вы охлаждаете его, газ сжимается, и поршень выталкивается обратно под действием внешнего атмосферного давления. Это преобразует тепловую энергию в механическую энергию или работу.

Но нагрев всего двигателя с последующим его охлаждением неэффективен. Потому что для этого потребуется, чтобы источник нагрева и охлаждения снова и снова перемещался в нужное положение. Поэтому должен быть способ одновременно нагревать и охлаждать двигатель. Это делается путем перемещения или циклического перемещения газа внутри двигателя с горячей стороны на холодную.

Вытеснитель механически перемещает газ между нагретой и охлажденной зонами. Вытеснитель представляет собой легкий поршень, который не соприкасается с внутренней частью двигателя Стирлинга. Газ может двигаться вдоль вытеснителя. Он движется вперед и назад, занимая место внутри двигателя, перемещая газ из стороны в сторону.

Когда буек находится на холодной стороне, газ выталкивается на горячую сторону и расширяется. Когда вытеснитель находится на горячей стороне, газ выталкивается на холодную сторону и сжимается. Это упрощенное объяснение цикла Стирлинга, который является типом термодинамического цикла. Это циклическое действие должно быть правильно рассчитано по времени. Это может быть механически синхронизировано многими различными способами. Вот почему существует так много типов и конфигураций тепловых двигателей.

Типы двигателей Стирлинга

• Двигатель Альфа Стирлинга
• Бета-двигатель Стирлинга
• Гамма Двигатель Стирлинга
• Свободнопоршневой двигатель Стирлинга
• Роторно-поршневой двигатель Стирлинга
• Двигатель с низким перепадом температур

Отличное видео, объясняющее некоторые принципы работы гамма-двигателя Стирлинга

Детали тепловой машины

Вот краткое описание частей двигателя Стирлинга. Чтобы помочь вам лучше понять, что входит в двигатель Стирлинга, сделанный своими руками.

Теплообменник горячей стороны

Это горячая сторона двигателя, с которой контактирует внешний источник тепла. Обычно это внешняя стенка камеры расширения и сжатия. Это также точка контакта для охлажденного газа. Иногда для сбора как можно большего количества тепла площадь поверхности увеличивают с помощью внутренних и/или внешних ребер. Это работает как теплоотвод.

Теплообменник холодной стороны

Это часть двигателя, с которой контактирует нагретый газ. Он обменивает тепло в газе с наружным воздухом или охлаждающей жидкостью. У него также могут быть плавники для повышения эффективности. В зависимости от конфигурации двигателя теплообменник холодной стороны может находиться на противоположном конце того же цилиндра, что и теплообменник горячей стороны, или в другой части двигателя.

Регенератор

Расположение регенератора зависит от конфигурации двигателя. Обычно регенератор представляет собой внутренний теплообменник, в котором временно накапливается тепло, которое в противном случае было бы потеряно между горячим и холодным теплообменниками. Иногда вытеснитель изготавливается из материалов, которые позволяют ему также действовать как регенератор. Регенераторы реализованы в попытке повысить эффективность.

Вытеснитель

Это часть двигателя, которая перемещает или вытесняет газ (рабочее тело) из горячего теплообменника в холодный теплообменник.

Радиатор

Обычно используется на холодной стороне, это может быть просто внешняя стенка двигателя, контактирующая с температурой окружающего воздуха. Хотя добавление плавников более эффективно. Также может быть добавлен радиатор для включения воды или охлаждающей жидкости.

Маховик

По сравнению с двигателем маховик представляет собой большое тяжелое колесо. Он механически связан с поршнем (поршнями) двигателя. Его работа состоит в том, чтобы увеличить скорость машины и помочь выполнить цикл Стирлинга на всем протяжении. В большинстве тепловых двигателей используется маховик.

Поршень

Поршень обычно такой же, как и любой другой поршень, который скользит внутри цилиндра. Хотя в некоторых конструкциях двигателей Стирлинга гибкая мембрана используется в качестве силового поршня. Поршень выталкивается, когда рабочая жидкость (газ) расширяется настолько, что превышает внешнее атмосферное давление. Это действие часто помогает вместе с использованием маховика.

Видео самодельного двигателя Стирлинга

Конфигурации

Alpha Stirling

Alpha Stirling имеет два силовых поршня, отдельные теплообменники горячего и холодного воздуха, регенератор и маховик. Теплообменник горячей стороны содержит поршень, а теплообменник холодной стороны содержит поршень. Обычно вытеснитель не используется. Между двумя поршнями обычно существует большая разница температур. Это означает более высокую эффективность и больше энергии, преобразуемой в работу. Alpha Stirling обычно предлагает более высокое соотношение мощности к весу и более быстрые обороты в минуту.

Beta Stirling

Beta Stirling имеет один силовой поршень и вытеснитель, которые используют один и тот же цилиндр. Горячий и холодный теплообменники также используют один и тот же цилиндр. На одном конце нагревается, а на другом охлаждается. Силовой поршень и вытеснитель часто соединены маховиком.

Гамма Стирлинг

Гамма Стирлинг — это разновидность Бета Стирлинга. Он имеет два цилиндра, один для силового поршня, а другой для вытеснителя. Цилиндр силового поршня расположен рядом с цилиндром, в котором находится поршень вытеснителя. Газ проходит через небольшой порт между двумя цилиндрами. Силовой поршень и вытеснитель часто соединены маховиком. Кто-то использует регенератор, а кто-то нет.

Двигатель Ringbom

Двигатель Ringbom Stirling является разновидностью Beta Stirling. Он также имеет два цилиндра и один силовой поршень. Силовой поршень расположен в собственном цилиндре, расположенном рядом с цилиндром, в котором находится поршень вытеснителя. Силовой поршень — единственный поршень, соединенный с маховиком. Вытеснитель не соединен с силовым поршнем или маховиком. Вместо этого он свободен в движении. Поршень вытеснителя плавно поднимается при расширении и опускается при сжатии.

Свободнопоршневой двигатель Стирлинга

Свободнопоршневой двигатель Стирлинга является относительно новой разработкой. Обычно он соответствует поршню Стирлинга типа Beta. Но маховика или механической связи такого типа нет. Скорее всего, они будут использоваться для выработки электроэнергии или для охлаждения. Это потому, что они отвечают только взаимностью. Это означает, что они идеально подходят для линейных генераторов переменного тока. Обычно это двигатели высокого давления.

Герметизация

Норберт Шницлер (собственная работа) [GFDL или CC-BY-SA-3.0], через Wikimedia Commons

Увеличение рабочего давления помогает повысить мощность и эффективность. Это означает, что двигатель запускается с большей массой газа. Больше молекул газа означает больше теплопередачи и больше работы. Philips MP1002 CA имеет рабочее давление выше атмосферного давления. Устройство в этом видео имеет начальное давление около 200 фунтов на квадратный дюйм. и рабочее давление около 160 фунтов на квадратный дюйм. Но это также означает, что двигатель должен быть изготовлен из более прочного материала и иметь более толстые стенки. Более толстые стенки затрудняют передачу тепла газу внутри двигателя. Большинство коммерчески доступных двигателей Стирлинга используют газ под давлением.

Тепловая машина, от которой вам становится холодно

Термодинамический цикл Стирлинга можно запустить в обратном направлении с помощью внешнего источника энергии. При этом одна сторона нагревается, а другая охлаждается. Проще говоря, двигатель Стирлинга может быть тепловым насосом. При вращении двигателя через его механические циклы газ внутри него сжимается и расширяется, нагревается и охлаждается соответственно. Охлаждение по циклу Стирлинга в настоящее время коммерчески используется в криогенной технике и холодильной технике.

Как работают двигатели Стирлинга | HowStuffWorks

Двигатель Стирлинга — это тепловой двигатель, который сильно отличается от двигателя внутреннего сгорания в вашем автомобиле. Изобретенный Робертом Стирлингом в 1816 году двигатель Стирлинга потенциально может быть намного более эффективным, чем бензиновый или дизельный двигатель. Но сегодня двигатели Стирлинга используются только в некоторых очень специализированных приложениях, таких как подводные лодки или вспомогательные генераторы энергии для яхт, где важна бесшумная работа. Хотя двигатель Стирлинга не получил успешного массового применения, над ним работают некоторые очень мощные изобретатели.

В двигателе Стирлинга используется цикл Стирлинга , который отличается от циклов, используемых в двигателях внутреннего сгорания.

Реклама

• Газы, используемые внутри двигателя Стирлинга, никогда не покидают двигатель. Нет выпускных клапанов, выпускающих газы под высоким давлением, как в бензиновом или дизельном двигателе, и не происходит взрывов. Из-за этого двигатели Стирлинга очень тихие.
• В цикле Стирлинга используется внешний источник тепла, которым может быть что угодно, от бензина до солнечной энергии и тепла, выделяемого разлагающимися растениями. В цилиндрах двигателя не происходит сгорания.

Существуют сотни способов собрать двигатель Стирлинга. В этой статье мы узнаем о цикле Стирлинга и посмотрим, как работают две разные конфигурации этого двигателя.

Реклама

Содержание

1. Цикл Стирлинга
2. Двигатель Стирлинга вытеснительного типа
3. Двухпоршневой двигатель Стирлинга
4. Почему двигатели Стирлинга менее распространены?

Цикл Стирлинга

Ключевой принцип двигателя Стирлинга заключается в том, что фиксированное количество газа запечатано внутри двигателя . Цикл Стирлинга включает ряд событий, которые изменяют давление газа внутри двигателя, заставляя его совершать работу.

Существует несколько свойств газов, которые имеют решающее значение для работы двигателей Стирлинга:

Реклама

• Если у вас есть фиксированное количество газа в фиксированном объеме пространства, и вы повышаете температуру этого газа, давление увеличивается.
• Если у вас есть фиксированное количество газа и вы его сжимаете (уменьшаете объем его пространства), температура этого газа будет увеличиваться.

Давайте рассмотрим каждую часть цикла Стирлинга, рассматривая упрощенный двигатель Стирлинга. Наш упрощенный двигатель использует два цилиндра. Один цилиндр нагревается внешним источником тепла (например, огнем), а другой охлаждается внешним источником охлаждения (например, льдом). Газовые камеры двух цилиндров соединены, а поршни соединены друг с другом механически рычажным механизмом, который определяет, как они будут двигаться по отношению друг к другу.

Цикл Стирлинга состоит из четырех частей. Два поршня на анимации выше выполняют все части цикла:

1. Тепло добавляется к газу внутри нагретого цилиндра (слева), вызывая повышение давления. Это заставляет поршень двигаться вниз. Это часть цикла Стирлинга, которая выполняет работу.
2. Левый поршень движется вверх, а правый поршень движется вниз. Это выталкивает горячий газ в охлаждаемый цилиндр, который быстро охлаждает газ до температуры источника охлаждения, снижая его давление. Это облегчает сжатие газа в следующей части цикла.
3. Поршень в охлаждаемом цилиндре (справа) начинает сжимать газ. Тепло, выделяемое при этом сжатии, отводится источником охлаждения.
4. Правый поршень движется вверх, а левый поршень движется вниз. Это нагнетает газ в нагретый цилиндр, где он быстро нагревается, создавая давление, после чего цикл повторяется.

Двигатель Стирлинга развивает мощность только в первой части цикла. Есть два основных способа увеличить выходную мощность цикла Стирлинга:

• Увеличение выходной мощности на первой ступени — В первой части цикла давление нагретого газа, давит на поршень, совершает работу. Повышение давления во время этой части цикла увеличивает выходную мощность двигателя. Одним из способов повышения давления является повышение температуры газа. Когда мы рассмотрим двухпоршневой двигатель Стирлинга позже в этой статье, мы увидим, как устройство, называемое регенератором , может улучшить выходную мощность двигателя за счет временного накопления тепла.
• Уменьшение энергопотребления на третьем этапе — В третьей части цикла поршни выполняют работу на газе, используя часть мощности, произведенной в первой части. Снижение давления во время этой части цикла может снизить мощность, используемую на этой стадии цикла (эффективно увеличивая выходную мощность двигателя). Одним из способов снижения давления является охлаждение газа до более низкой температуры.

В этом разделе описан идеальный цикл Стирлинга. Фактические работающие двигатели немного изменяют цикл из-за физических ограничений их конструкции. В следующих двух разделах мы рассмотрим несколько различных типов двигателей Стирлинга. Двигатель вытеснительного типа, вероятно, проще всего понять, поэтому мы начнем с него.

Реклама

Двигатель Стирлинга вытеснительного типа

Вместо двух поршней двигатель вытеснительного типа имеет один поршень и вытеснитель. Буек служит для контроля нагрева газовой камеры и ее охлаждения. Этот тип двигателя Стирлинга иногда используется в демонстрациях в классе. Вы даже можете купить набор, чтобы собрать его самостоятельно!

Для запуска вышеуказанного двигателя требуется перепад температур между верхом и низом большого цилиндра. В этом случае разницы между температурой вашей руки и окружающего воздуха достаточно, чтобы двигатель заработал.

1. Силовой поршень — это меньший поршень в верхней части двигателя. Это плотно закрытый поршень, который движется вверх по мере расширения газа внутри двигателя.
2. Буек — это большой поршень на чертеже. Этот поршень очень свободен в своем цилиндре, поэтому воздух может легко перемещаться между нагретыми и охлаждаемыми частями двигателя, когда поршень движется вверх и вниз.

Буек перемещается вверх и вниз, чтобы контролировать нагревание или охлаждение газа в двигателе. Возможны два положения:

• Когда вытеснитель находится в верхней части большого цилиндра, большая часть газа внутри двигателя нагревается источником тепла и расширяется. Внутри двигателя создается давление, заставляющее рабочий поршень подниматься вверх.
• Когда вытеснитель находится в нижней части большого цилиндра, большая часть газа внутри двигателя охлаждается и сжимается. Это приводит к падению давления, что облегчает движение силового поршня вниз и сжатие газа.

Двигатель многократно нагревает и охлаждает газ, извлекая энергию из расширения и сжатия газа.

Далее мы рассмотрим двухпоршневой двигатель Стирлинга.

Реклама

htm»> Двухпоршневой двигатель Стирлинга

В этом двигателе нагретый цилиндр нагревается внешним пламенем. Охлаждаемый цилиндр имеет воздушное охлаждение и имеет ребра для облегчения процесса охлаждения. Шток, выходящий из каждого поршня, соединен с небольшим диском, который, в свою очередь, соединен с большим маховиком. Это удерживает поршни в движении, когда двигатель не вырабатывает мощность.

Пламя постоянно нагревает нижний цилиндр.

Объявление

1. В первой части цикла создается давление, заставляющее поршень двигаться влево, совершая работу. Охлажденный поршень остается примерно неподвижным, потому что он находится в точке своего вращения, где он меняет направление.
2. На следующем этапе двигаются оба поршня. Нагретый поршень движется вправо, а остывший поршень движется вверх. Это перемещает большую часть газа через регенератор 9.0190 и в охлаждаемый поршень. Регенератор — это устройство, которое может временно накапливать тепло — это может быть сетка из проволоки, через которую проходят нагретые газы. Большая площадь поверхности проволочной сетки быстро поглощает большую часть тепла. Это оставляет меньше тепла, отводимого охлаждающими ребрами.
3. Далее поршень в охлаждаемом цилиндре начинает сжимать газ. Тепло, выделяемое при этом сжатии, отводится охлаждающими ребрами.
4. В последней фазе цикла оба поршня перемещаются — охлажденный поршень движется вниз, а нагретый поршень движется влево. Это направляет газ через регенератор (где он забирает тепло, накопленное там во время предыдущего цикла) и в нагретый цилиндр. В этот момент цикл начинается снова.

Вам может быть интересно, почему двигатели Стирлинга еще не нашли массового применения. В следующем разделе мы рассмотрим некоторые причины этого.

Реклама

Почему двигатели Стирлинга менее распространены?

Есть несколько ключевых характеристик, которые делают двигатели Стирлинга непрактичными для использования во многих областях, в том числе в большинстве легковых и грузовых автомобилей.

Поскольку источник тепла внешний , двигателю требуется некоторое время, чтобы отреагировать на изменения количества тепла, подводимого к цилиндру — требуется время, чтобы тепло прошло через стенки цилиндра и попало в газ внутри двигателя. Это означает, что:

Реклама

• Двигателю требуется некоторое время для прогрева, прежде чем он сможет вырабатывать полезную мощность.
• Двигатель не может быстро изменить выходную мощность.

Эти недостатки почти гарантируют, что он не заменит двигатель внутреннего сгорания в автомобилях. Тем не менее, гибридный автомобиль с двигателем Стирлинга может быть реализован.

Для получения дополнительной информации о двигателях Стирлинга и смежных темах перейдите по ссылкам ниже.

Реклама

Часто задаваемые вопросы о двигателе Стирлинга

Для чего используется двигатель Стирлинга?

Существуют сотни способов использования двигателя Стирлинга. В настоящее время двигатели Стирлинга используются только в специализированных приложениях, таких как подводные лодки или вспомогательные электростанции для яхт.

Почему не используются двигатели Стирлинга?

Пока еще не было успешного массового применения двигателя Стирлинга.

Что можно привести в действие с помощью двигателя Стирлинга?

Двигатели Стирлинга можно использовать несколькими способами. Хотя они обычно используются на подводных лодках и яхтах, их также можно использовать для игрушек, дровяных печей, систем кондиционирования и отопления и многого другого.

Какой тип двигателя является двигателем Стирлинга?

В двигателе Стирлинга используется цикл Стирлинга, который отличается от циклов, используемых в двигателях внутреннего сгорания. В цикле Стирлинга используется внешний источник тепла, которым может быть что угодно, от бензина до солнечной энергии и тепла, выделяемого разлагающимися растениями.