Fotki:

Silnik Stirlinga-Philipsa
Autor: Inż. Andrzej Moldenhawer <>
Źródło: Młody Technik 2/1969 <http://www.mt.com.pl>

Zanieczyszczenie atmosfery wielkich miast spalinami samochodowymi staje się
tak groźne, że przemysł motoryzacyjny rozpoczął poszukiwania innych
rozwiązań silnika cieplnego znacznie mniej zanieczyszczającego powietrze.
Jednym z takich rozwiązań jest silnik cieplny opatentowany jeszcze w 1816
roku przez Stirl.nga w Anglii, a rozwinięty przez koncern Philipsa dopiero
po ostatniej wojnie.
Koncern General Motors, który zakupił licencją od Philipsa, prowadzi
obecnie próby nad zastosowaniem tego silnika do samochodu przyszłości. Poza
zmniejszonym znacznie wydzielaniem spalin, charakteryzowałby się on również
n:e spotykaną w innych silnikach spalinowych ci-chobieżnością. Ta właśnie
jego zaleta zainteresowała Philipsa poszukującego w 1937 roku bardzo
cichego silnika do napędu prądnic dla urządzeń radiowych.
Pomysł Stirlinga opierał się w znacznym stopniu na działaniu maszyn
parowych, jednakże parę zastąpił on powietrzem znajdującym się w obiegu
zamkniętym, do którego — podobnie jak w kotle maszyny parowej — w sposób
ciągły doprowadzane było ciepło. Ażeby ciepło to zamienić na pracę,
Stirling zastosował układ dwóch tłoków połączonych mechanizmem powodującym
ich złożone ruchy Schemat działania silnika unowocześnionego i rozwiniętego
przez Philipsa pokazano na okładce.
Prześledźmy teraz uważnie działanie silnika.
W silniku znajduje się pewna ilość powietrza lub innego gazu, np. wodoru,
odznaczającego się znakomitą zdolnością przewodzenia ciepła. Gaz,
stanowiący czynnik roboczy znajdujący się pomiędzy tłokami (l i 2) (cykl
I), zostaje przepchany przez poruszający się w górą dolny tłok do
przestrzeni po-między górnym tłokiem a głowicą. Na swojej drodze gaz ten
spotyka akumulator cieplny (12) w postaci metalowych płyt nagrzanych w
czasie poprzedniego cyklu i przepływając podnosi swoją temperaturę.
Następnie gaz ten przepływa do komory ogrzewania, której ścianki pobierają
ciepło z komory spalania (10) przekazując je czynnikowi roboczemu. Teraz
skomplikowany mechanizm sterujący tłokami (7 i 8) pozwala górnemu tłokowi
(1) przesunąć się w dół (cykl II), zasysając do górnej komory ogrzewania
dalszą porcje gazu. Gaz podgrzewając się w tej komorze powoduje wzrost
ciśnienia w całym układzie, a ponieważ można przyjąć, że górny tłok ma
jednakowe ciśnienie z góry i z doiu, siły gazowe powodują nacisk na tłok
dolny wykonywający suw roboczy (cykl 111). Gaz przepływając przez
akumulator ochładza się. o-grzewając jednocześnie jego płyty. Mechanizm
sterujący tłokami powoduje przesunięcie się tłoka górnego w dół,
rozpoczynając rozprężanie, a co za tym idzie ochłodzenie gazu przy
równoczesnym przepływie jego do górnej komory ogrzewania.
Źródłem ciepła dostarczanego do silnika jest komora spalania, w której —
podobnie jak np. w prymusie — miesza się i spala w sposób ciągły paliwo i
powietrze. Paliwo dostarczane może być w postaci gazu, cieczy lub też ciała
stałego (pył węglowy). Źródłem ciepła może być także promieniowanie
słoneczne lub przepływ gorącego powietrza czy spalin z innego silnika. W
każdym z tych układów silnik Stirlinga pracować będzie przy dostateczne
dużej wymianie ciepła. Może on nawet pracować przy wykorzystaniu ciepła
otaczającego nas powietrza, jeżeli bardzo intensywnie oziębimy dolną część
jego cylindra. Na pokazanym schemacie dół cylindra jest chłodzony wodą.
W każdym z tych przypadków na cykl roboczy składać się będzie okresowe
ogrzewanie gazu w komorze górnej, wykorzystanie powstałego w ten sposób
wzrostu ciśnienia do wytworzenia siły na tłoku, a następnie oziębienie gazu
przez rozprężenie i wychłodzenie. Wewnętrzny przepływ gazu nie wywołujący
efektów dźwiękowych oraz stwarzający możliwość zastosowania dowolnego
źródła ciepła stanowią główną atrakcyjność tego silnika. W przemyśle
samochodowym mogłaby komora spalania być opalana benzyną, ale pon:eważ jest
to spalanie ciągle, nie zachodzi konieczność używania dodatków
przeciwstukowych, ponadto spalanie może być wykonane bardzo prawidłowo, a
co za tym idzie — bez produkcji tlenku węgla, sadzy itp. — tak więc spaliny
nie będą już tak groźne.
Ważnym zagadnieniem w tych silnikach jest oczywiście mechaniczna strona
systemu rozrządu, czyli sterowania tłokami. Na pokazanych planszach
mechanizm ten składa się z dwóch jarzm (5 i 6). połączonych z tłoczyskami
(3 i 4) oraz romboidalnym mechanizmem kolbowym sprzęgniętym z parą kół
zębatych, za których pośrednictwem ruch posuwisty tłoka roboczego
zamieniany jest w ruch obrotowy wału (B).
Poza opisanymi już zaletami silnik ten ma też wiele wad. Trudno w tej
chwili wyobrazić sobie np. szybką zmianę mocy w silniku Stirlinga-Philipsa,
co zapewnia silnik tłokowy o sterowanym dopływie paliwa spalanego
bezpośrednio w komorze. W pierwszym więc doświadczalnym, zbudowanym przez
General Motors samochodzie, w którym zastosowano taki silnik, służy on do
napędu prądnicy, która z kolei jest źródłem zasilania elektrycznych
silników napędzających koła.

Inż. Andrzej Moldenhawer