Двигатель, названный именем его создателя, позже усовершенствовал изобретатель Эриксон. Разработанная модель в начале ХХ века успешно применялась для заполнения водонапорных баков, приведения в действие типографских машин и лифтов. Двигатели Стирлинга были хорошо известны в дореволюционной России – они производились под «брендом» «Тепло и сила».
![Двигатель Стирлинга в авто и не только – еще не все сказано!](/uploads/posts/2024-01/2024-01-29_13-40-42.jpg)
Уже тогда предпринимались попытки приспособить сей агрегат к колесной технике. Однако успехов на данном поприще удалось добиться чуть позже. Но что же это за двигатель такой?
Физика процесса простыми действиями
Возьмите пару кастрюль, в одной из которых холодная вода, во второй – горячая. Теперь понадобится закрытая пробкой бутылка. Опустите ее на некоторое время сначала в емкость с ледяной водой, потом – в кастрюлю с нагретой. Произойдет работа: спустя несколько секунд раздастся хлопок, и пробка вылетит из горлышка. Это и есть упрощенная суть действия двигателя Стирлинга. Правда, изобретатель внес некоторое усовершенствование: тепло, отбираемое у воздуха (газа), он решил накапливать для частичного повторного нагрева в отдельном резервуаре.
Как функционирует агрегат Стирлинга
Внутри цилиндра – два поршня: внизу – рабочий, вверху – вытеснительный. В основании нагревается воздух (позже – водород, гелий), создающий давление. Из-за него рабочий поршень идет вверх: размещенный над ним его вытеснительный «коллега» тоже поднимается и вращает маховик. Здесь все, как в ДВС.
![](/uploads/posts/2024-01/2024-01-29_12-43-29.jpg)
Далее через упрощенный коленвал штанга толкает верхний поршень вниз, нижний при этом поднимается вверх. Из-за неплотного прилегания к стенкам цилиндра горячий воздух идет выше.
![](/uploads/posts/2024-01/2024-01-29_14-13-32.jpg)
Там он остывает, сжимается. В итоге этого процесса рабочий поршень опускается, нагревается снова, цикл возобновляется.
Реальные результаты прошлого
Увы, впечатляющими их назвать нельзя. Во времена Стирлинга удалось добиться не более 7 % КПД. И это для устройства, выдававшего всего пару лошадиных сил мощности при массе в 2 тонны и занимаемом пространстве в 21 куб. м. От краха двигатель Стирлинга не спасла даже модернизация, проведенная шведом Эриксоном, который при нагреве и охлаждении использовать одно и то же давление, а не объем. Агрегат подходил для практического применения разве что в стационарном виде.
![](/uploads/posts/2024-01/2024-01-29_13-24-41.jpg)
Да, известно о попытке поставить несколько движков общей мощностью 250 л. с. с диаметром цилиндра в 4,2 м на корабль. Но топки прогорели, судно погибло, эксперимент окончился провалом и в ХХ веке бензиновый ДВС стал завоевывать лидирующие позиции, постепенно вытесняя паровые системы. И вот, внезапно, в 1960-е инженеры и автомобильные конструкторы вновь обратили свои взгляды к «эриксонами» и «стирлингам». С чего бы это? Ответ прост: агрегаты подобного типа имеют очень интересные преимущества. При этом, учитывая тогдашние достижения в области технологии, создания новых материалов, можно было минимизировать недостатки механизма.
О достоинствах
Первое, что привлекает – относительная простота конструкции. Здесь нет инжекторной рампы, карбюратора, ГРМ, свечей, клапанов, выхлопной системы. Даже масла требуется гораздо меньше, чем в классическом ДВС. Да, в цилиндрах создается давление в 200 атм., но его нарастание происходит не взрывообразно, а очень плавно.
![](/uploads/posts/2024-01/2024-01-29_13-09-34.jpg)
Вышеперечисленные плюсы «автоматически» формируют еще одно преимущество – бесшумность. Тот, кто имел возможность видеть работу двигателя Стирлинга говорят, что даже прикоснувшись к его корпусу, сразу невозможно понять: идет в нем какой-то процесс или нет. Последние модели агрегата достаточно совершенны – вибрации в них нет, т. к. горение идет плавно, а не со взрывами, как в ДВС.
Бесшумность агрегата Стирлинга привлекла внимание военных: такие движки использовались в шведской подлодке «Никкен» (1988 год) и японской «Сорю».
Следующий серьезный плюс – всеядность. Мотор работает на всем, что горит и может нагревать. И неважно, что это: солома, керосин, ядерное топливо или солнечные лучи. Движок может функционировать, используя тепловую энергию, запасенную, например, в расплаве окисла, соли. И это очень привлекательно в плане экологии. Представьте себе: машина подъезжает к городу, водитель гасит горелку – мотор работает на энергии, запасенной в расплаве. Никаких выхлопов, задымления шумов! И последнее – агрегаты, работающие по принципу Стирлинга, надежнее ДВС, т. к. в цилиндрах отсутствуют такие агрессивные вещества, как, например, бензин.
Минусы
Первый из них заключается в необходимости применения хороших уплотнителей. Лучшие результаты достигаются, если вместо воздуха использовать гелий или водород. А эти газы, особенно последний, обладают высокой «текучестью». К тому же уплотнитель должен держать давление в 200 атм. Следующий минус – необходимость отвода большого количества тепла, для чего потребуется громоздкая система охлаждения. А это уже «гарантирует» солидную массу агрегата.
![](/uploads/posts/2024-01/2024-01-29_12-54-48.jpg)
Еще один недостаток – плохая приемистость: такой движок наверняка не понравится любителям «рвать со светофора». Есть и отрицательная сторона, связанная с нагревом. Он идет постоянно, следовательно, часть мотора будет всегда иметь температуру примерно в 700°. А это значит, что понадобятся жаропрочные материалы, которые недешевы. Кто-то скажет, что в ДВС тоже идет нагрев. Действительно, это так, но он длится очень короткое время. Затем все охлаждается через открывающиеся клапана. Тем не менее, практические попытки приспособить эту конструкцию к колесному транспорту все же были.
Двигатель Стирлинга на авто
Наиболее удачным считается модель Chevrolet Celebrity. Разумеется, в серии она выпускалась с бензиновым ДВС. Провели эксперимент: на заводскую машину установили агрегат Стирлинга (это был созданный НАСА MOD II), уже серьезно доработанный.
![](/uploads/posts/2024-01/2024-01-29_13-16-45.jpg)
Для последнего итоги были совсем неплохими – ниже приведены улучшения по сравнению со стандартным автомобилем:
✅ разгон до 60 миль в час уменьшился с 13 до 12,4 секунд
✅ расход горючего в смешанном цикле упал с 7,57 до 5,71 л/100 км
✅ затраты топлива на «сотню» за городом снизились с 5,85 до 4,04 л
Движок Стирлинга хорошо тянул на «низах», хотя и уступал в мощности. Масса автомобиля увеличилась ненамного: с 1,252 т до 1,297 т. При этом был достигнут КПД в 38,5 %. В 80-е и 90-е у бензинового мотора этот показатель был равен 25 %, дизельного – до 40 %.
![](/uploads/posts/2024-01/2024-01-29_14-02-26.jpg)
Также удачным можно считать установку двигателя Стирлинга на авто AMC Spirit DL (модельный ряд 1979-го года). Эксперимент проводился NASA совместно с компанией United Stirling AB (Швеция).
![](/uploads/posts/2024-01/2024-01-29_12-35-26.jpg)
Однако время шло и бензиновые ДВС тоже совершенствовались. В 2010-х их КПД китайцам и японцам удалось увеличить до 41 %! Талантливые инженеры лучше организовали газообмен, смесеобразование, сделали впрыск под более высоким давление и т. п. Но это не значит, что изобретение Стирлинга забросили. Вызывает интерес его использование в качестве не основного, а дополнительного агрегата. И первый шаг в этом направлении был сделан в 1969-м. Тогда на серийное авто Opel Kadett конструкторы GM поставили электродвигатель, вращавший заднюю ось. Его питали аккумуляторы, размещенные под капотом. А вот сзади установили двигатель Стирлинга, который раскручивал генератор, заряжавший АКБ.
![](/uploads/posts/2024-01/2024-01-29_12-23-17.jpg)
Второй проект осуществил Дин Кеймен, известный, как создатель сегвея. Он поставил на норвежский электромобиль Ford TH!NK агрегат Стирлинга, чтобы увеличить запас хода.
![](/uploads/posts/2024-01/2024-01-29_12-14-23.jpg)
Однако «конвейерного» развития проект не получил. Подводя итоги всему вышесказанному, стоит уверенно сказать: возможности двигателя Стирлинга пока еще до конца не изучены и на 100 % не реализованы.
![](/uploads/posts/2024-01/2024-01-29_13-12-23.jpg)
Что ж, будем ждать результатов от мировой науки. Кстати: самодельщики-энтузиасты не ждут и вовсю экспериментируют с этим двигателем.