К ним относятся роторно-поршневые двигатели (РПД), газотурбинные двигатели (ГТД), двигатель Стирцного, паровые двигатели, различные гибридные установки и др. Из перечисленных альтернативных силовых установок наиболее "древнюю" историю имеют РПД. Первьм вариантом, РПД, реализованном в металле, следует, видимо считать шестеренчатый паровой двигатель Мердока, созданный в 1799г. Первьм работоспособным вариантом был РПД, созданный инженером Ф.Ванкелем (ФРГ). В 1957г. прошли испытания экспериментальной модели. Однако первый серийный образец, предназначенный для 2-х местной модели автомобиля, был освоен только в 1964г.
Однако для освоения серийного производства роторных автомобилей необходимо было решить сложные проблемы, связанные с уплотнением вершин и торцов ротора, охлаждение двигателя, волнообразным износом трохондальных рабочих поверхностей статора, организацией рабочего процесса и др., а также с долговечностью и надежностью двигателя в целом. Все это требовало достаточно глубоких теоретических и экспериментальных исследований, а, следовательно, и больших затрат времени и средств.
В начале 70-х годов интерес к РПД стал резко снижаться. Это было вызвано двумя основными причинами: 1-относительно высокой концентрацией токсичных компонентов в ОГ, 2 – сравнительно низкой топливной экономичностью. Эти факторы не играли существенной роли до начала широкой компании по защите окружающей среды и экономии энергетических ресурсов, но приобрели первостепенное значение в 70 годы.
Однако в последние годы интерес к РПД стал вновь возрастать, что обусловлено известными успехами в совершенствовании их конструкции и более трезвым подходом к оценке их возможностей, преимуществ и недостатков. Например, была выпущена партия автомобилей ВАЗ 21018 с односекционным двигателем мощностью 70 л.с. (52кВт), опытные образцы мотоциклов "Урал". Ведутся испытания опытных образцов двигателей на автомобиле "Волга" и автобусе РАФ.
Одним из возможных претендентов на частичную замену классических ДВС можно считать газотурбинный двигатель (ГТД), работы по созданию автомобильных вариантов которые ведутся уже не одно десятилетие.
К преимуществам ПД относятся достаточная простота конструкции, меньшее количество деталей, меньшая удельная месса, а, следовательно, и большая удельная мощность по сравнению с ДВС непритязательность к топливу, непрерывность процесса сгорания смеси, низкая концентрация СН и СО в ОГ и др. Последние два преимущества имеют в современных условиях особое значение. Немаловажную роль играет и то, обстоятельство, что ГТД в течение многих лет и даже десятилетий широко применяются в авиации, следовательно, имеют достаточно отработанные и проведенные принципиальные и конструктивные решения.
Однако до сих пор в качестве автомобильных силовых установок ГТД находят крайне ограниченное применение, причем только на тяжелых грузовых автомобилях, типа карьерных самосвалов, некоторых моделях автобусов, а так же на специальных автомобилях.
При всех своих преимуществах ГТД обладает некоторыми серьезными недостатками, не решенными до сих пор, исключающими возможность их применения.
1. Проблема токсичности, главным образом по NOx
2. Проблема топливной экономичности
3. Проблема шумов
4. Проблема стоимости
Трудности снижения токсичности обусловлены прежде всего тем, что использование ГТД связано с работой на постоянно меняющихся переходных режимах, характерных для городской езды, т.е. в наиболее неблагоприятных условиях, это не исключает по крайней мере частичного решения проблем путем повышения параметров рабочего тела, что одновременно приводит и к решению проблемы топливной экономичности. В частности, повышение температуры газа на входе турбины до 1370-1400° С позволяет снизить расход топлива до 70% по сравнению с сопоставимым ДВС.
Активизация исследований, направленных на поиски альтернативных вариантов силовых установок обусловила ревизию ряда идей, отвергнутых в свое время по тем или иным причинам. Одной из них является двигатель запатентованный в 181бг шотландцем Р. Стирмингом.
Принцип действия двигателя основан на попеременном нагревании и охлаждении рабочего тела при внешнем подводе тепла и регенерации тепловой энергии в теплообменнике. Современные двигатели Стирменга работают по замкнутому регенеративному циклу с использованием водорода или гелия в качестве рабочего тела (первый двигатель работал на воздухе по замкнутому циклу.)
Рабочее тело находится в замкнутом пространстве, разделяемом теплообменником на горячую (верхнюю) и холодную (нижнюю) зоны. Двигатель работает по 4-х тактному циклу. Первый такт - сжатие рабочего тела рабочим поршнем в холодной зоне при неподвижном поршне - вытеснителе.
Второй такт - вытеснение рабочего тела в горячую зону при движении вытеснителя вниз и неподвижном рабочем поршне. При вытеснении рабочего теле происходит его нагрев сначала в регенераторе, а затем в горячей зоне. Третий такт - расщепление нагреваемого рабочего тела при движении обоих поршней вниз - рабочий ход. Четвертый такт - вытеснение двигающимся вверх поршнем - вытеснителем рабочего тела из горячей зоны в холодную при неподвижном рабочем поршне.
Идея Стерлинга настолько опережала время, что о реализации ее в промышленном производстве в тот период не могло быть и речи. Впервые практический интерес в ней появился только в 1938г, когда радиотехническая компания Филипс попыталась использовать этот двигатель для привода генератора системы питания радиостанции в неэлектрофицированных районах.
Двигатель Стерлинга представляет собой случай идеального соответствия принципиального решения всем основным требованиям общества. Поскольку он является тепловой машиной внешнего сгорания с замкнутой системой, это обеспечивает достаточную бесшумность его работы. Отсутствие связи камеры сгорания с рабочим пространством двигателя позволяет использовать самые различные жидкие, газообразные и твердые топлива. Кроме того, он способен работать на любом источнике тепла, не связанным с производством тепловой энергии посредством сжигания топлива (например, на солнечной энергии).
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.