Wie würde die Drossel eines Stirlingmotors funktionieren?

Die Steuerung der Drehzahl eines Stirlingmotors ist problematisch, und eine schlechte Gasannahme ist einer der Hauptgründe, warum dieser Motortyp in Automobilanwendungen nicht verwendet wurde. Im Allgemeinen hat der Stirlingmotor relativ große Wärmeaustauschflächen, und die Reaktion des Motors auf das Erhöhen oder Verringern der Wärmezufuhrrate ist langsam, da die Temperatur aller inneren Teile des Motors und insbesondere die Temperatur der gesamten Wärmeübertragung geändert werden müssen Oberflächen, bevor sich die Arbeitsgastemperaturen und -drücke ausreichend ändern, um das Ausgangsdrehmoment und die Drehzahl des Motors zu beeinflussen. Daher werden andere Verfahren zur Steuerung der Geschwindigkeit verwendet.

Ein Verfahren besteht darin, Gase einfach von den Kompressions- zu den Expansionsräumen umzuleiten, wodurch der höchste Druck gesenkt und der niedrigste Druck erhöht wird, der durch das Motorarbeitsgas während des Zyklus erreicht wird. Dadurch sinkt die innermotorisch erzielte Druckdifferenz und die Drehmomentabgabe des Motors und damit die Drehzahl. Heißes Gas in einen kalten Raum zu entlüften, ohne Arbeit zu leisten, ist offensichtlich keine effizienzsteigernde Methode zur Steuerung der Motordrehzahl, aber auch nicht die Kraftstoff-/Luftzufuhr eines Verbrennungsmotors mit einer Drosselklappendrosselklappe zu drosseln und die parasitären Pumpverluste im zu erhöhen Verfahren. Es hat den Vorteil, dass es einfach ist.

Ein weiteres komplizierteres, aber effizienteres Verfahren besteht darin, Arbeitsgas aus dem Arbeitszyklus des Motors zu entfernen oder hinzuzufügen, um ihn zu verlangsamen oder zu beschleunigen. Mehr Gas in den aktiven Teilen des Motors bedeutet höhere Drücke und mehr Gasmoleküle, die verfügbar sind, um Energie durch den Motor zu bewegen, mehr von ihnen zu verrichtende Arbeit, eine höhere Drehmomentabgabe und im Allgemeinen eine höhere Motordrehzahl.

Lassen Sie also Gas mit höherem Druck aus dem Kompressionsraum in einen Zwischendrucktank ab und der Motor wird langsamer. Lassen Sie Gas aus diesem Zwischendrucktank in den Expansionsraum mit niedrigerem Druck ab, und der Motor beschleunigt wieder. All dies kann relativ schnell und ohne schnelles Ändern der Motorwärmeeintragsrate oder der internen Motorteiltemperaturen geschehen.

Die Temperaturen der Motorteile ändern sich mit der Zeit, und die Eingangswärmerate muss für den Langzeitbetrieb bei einer anderen Drehzahl angepasst werden, da die maximalen Innentemperaturen, denen Motorteile ausgesetzt sind, begrenzt werden müssen. Eine Verringerung der Motordrehzahl erhöht jedoch im Allgemeinen die hohen Temperaturen und verringert die niedrigen Temperaturen, es erweitert daher die Temperaturdifferenz, mit der der Motor betrieben wird, und es erhöht dementsprechend den thermischen Umwandlungswirkungsgrad des Motors. Dies ist daher ein besserer Ansatz, als einfach ein Ventil hinzuzufügen, um Arbeitsgas vom heißen zum kalten Teil zu leiten.

Wenn ich einen Stirlingmotor drosseln würde, würde ich eine pneumatische oder elektrische regenerative Bremse am Schwungrad verwenden. Wenn Sie den Motor verlangsamen möchten, zieht der elektrische Generator oder Luftkompressor eine Last und speichert sie, wenn Sie ihn wieder beschleunigen möchten. Viele der Elektromotoren, an denen ich arbeite, sind so konzipiert, dass sie schnell starten und stoppen. Sie haben eine Kondensatorbank, die Energie speichert, um sicherzustellen, dass sie beim Stoppen nicht abdriften, und ermöglicht es ihnen, schnell ohne Überhitzung zu starten.

Ein Stirling-Triebwerk in einem Kraftfahrzeug würde wahrscheinlich sowieso am besten mit einem elektrischen Getriebe funktionieren, sodass dies dem System kein Gewicht hinzufügen würde. Dadurch könnte auch der Motor gestartet werden. Die Verwendung eines Kompressors, um dies zu erreichen, könnte es verlangsamen und noch schneller beschleunigen. Die Verwendung dieser Art von System würde einen Großteil der Energie einsparen, die durch Pumpverluste beim Drosseln eines Ottomotors verloren geht.

Nur meine zwei Cent, ich bin keineswegs ein Ingenieur, aber das erinnerte mich nur an die Systeme, die ich in meiner Erfahrung gesehen habe. Die Elektromotoren, an denen ich arbeite, verwenden eine Kondensatorbank, und als ich früher an Flugzeugen gearbeitet habe, wurden die APUs durch eine Luftflasche gestartet. Gott bewahre, dass der Pilot seine Schalter nicht richtig hatte, dann steckten Sie fest, um es mit einer Brechstange wieder hochzupumpen. Sprechen Sie über ein Training.

Bearbeiten: Ich habe gerade darüber nachgedacht, wie schwierig es sein würde, die Geschwindigkeit über einen längeren Zeitraum niedrig zu halten oder sogar schnell wieder zu beschleunigen. Dies wäre kein großes Problem, wenn Sie einen gedrosselten Brennstoff wie Propan, Kerosin oder Solar verwenden, aber ein fester Brennstoff wie Kohle oder Holz wäre schwer zu drosseln. Leiten Sie entweder Wärme zur kalten Seite um oder entfernen Sie Wärme von der heißen Seite, dies würde Wärme verschwenden, es sei denn, Sie könnten sie speichern.

So wie ich es mit meinem Stirlingmotor mache. Ich ändere das Totvolumen, um die Menge des Arbeitsmediums zu steuern, das aufgeheizt und abgekühlt wird, während der gleiche Temperaturgradient beibehalten wird. Dies ändert die Ausgangsleistung sofort und hält gleichzeitig den Wirkungsgrad relativ gleich.