stirlingmotor

Motoren kjennetegnes av et lukket, regenerativt kretsløp (med varmegjenvinning) der arbeidsmediet komprimeres og ekspanderer ved forskjellige temperaturnivåer, og der arbeidsmediets strømning styres av volumendringer (ikke av ventiler). Stirlingmotoren kan utføres som motor, varmepumpe, trykkgenerator og kjølemaskin. Som motor har den lukket kretsløp med ytre forbrenning, det vil si indirekte oppvarming av arbeidsmediet utenfor arbeidssylinderen, og er strengt tatt ikke en forbrenningsmotor.

Arbeidsmediet, nå oftest hydrogen eller helium, blir vekselvis oppvarmet og avkjølt utenfra, og det avgir arbeid ved en forandring av gassvolumet gjennom bevegelse av arbeidsstempelet. Teoretisk kan stirlingprosessen fremstilles ved en idealprosess i et trykkvolum diagram (se figur) der temperaturforhøyelse og temperatursenkning foregår ved konstant volum 2–3 henholdsvis 4–1, og der kompresjon 1–2 og ekspansjon 3–4 foregår ved konstante temperaturer, henholdsvis T_min og T_maks.

Stirling foreslo en rasjonell utførelse av denne ytre varmevekslingen basert på en syklisk forflytning av gassen mellom en sone med konstant lav temperatur og en sone med konstant høy temperatur. Som vist i figuren kan man bruke et fortrengerstempel til å forskyve hoveddelen av gassen fra den ene temperatursonen til den andre. Når fortrengerstempelet beveger seg oppover, fortrenges arbeidsmediet fra varmsonen og går via varmeveksler, regenerator og kjøler til kaldsonen. Regeneratoren opptar varme fra arbeidsmediet og magasinerer den, for siden å avgi varme til det kalde arbeidsmediet når fortrengerbevegelsen forskyver gassen tilbake til varmsonen igjen. Derved kan gassen pendles vekselvis fra varm til kald tilstand (og fra høyt til lavt trykk) uten store varmetap. Gasstrykket i systemet er høyt (maks. ca. 15 000 kPa) når mesteparten av gassen er i varmsonen, og lavt når mesteparten er i kaldsonen. Gassen utfører arbeid når den under høyt trykk skyver arbeidsstempelet nedover og overfører ekspansjonsarbeid til drivmekanismen. Arbeidsstempelets og fortrengerstempelets bevegelse er ikke i takt, men er sammenkoblet gjennom drivmekanismen med en innbyrdes faseforskyvning slik at man oppnår den ønskede fortrengerbevegelsen.

Da stirlingmotoren har kontinuerlig forbrenning utenfor motorsylinderen, er den meget støysvak, avgassene er relativt rene, og den kan forbrenne nesten hvilket som helst brennstoff, eller nytte eksterne varmekilder. Dessuten er brennstofføkonomien god. Av disse grunner er stirlingmotoren vurdert som mulig alternativ til den konvensjonelle ottomotoren. Blant annet for å gjøre motoren bedre egnet for motorkjøretøy, søker man enklere og mer kompakte utførelser, f.eks. ved å lage flersylindermotorer der man sammenkobler den varme oversiden og kalde undersiden av nabosylindrenes dobbeltvirkende stempler (se figuren). Slik unngås rombisk veivdrift og separat fortrengerstempel. Stirlingmotoren har også en viss interesse når det gjelder dekning av kraftbehov i undervannsbåter og isolerte undervannsinstallasjoner.

• motor