Подробно об устройстве автомобилей
В цилиндре рассматриваемого двигателя имеются два поршня. Поршень 2-й - рабочий, он передает давление горячих газов к кривошипному механизму, тогда как поршень 1-й служит для перемещения рабочего газа из верхней полости цилиндра в нижнюю. Полезная работа совершается при расширении сжатого воздуха, к которому подведено тепло. В цилиндре двигателя Стирлинга постоянно циркулирует один и тот же объем рабочего газа, поэтому отработавшие газы отсутствуют. В двигателях Стирлинга Могут быть использованы всевозможные источники тепла. В рассматриваемом случае предусмотрена топка с горелкой, работающей на жидком топливе, так что состав отработавших газов зависит от полноты сгорания этого топлива в котле подогревателя.
Поскольку речь идет о непрерывном процессе сгорания, происходящем при относительно невысокой температуре и значительном избытке воздуха, сгорание в топке происходит достаточно полное и эмиссия токсичных веществ невелика. При использовании иных источников тепла, например, электрических, ядерных или солнечных эмиссия токсичных веществ полностью отсутствует.
Возможность использования в двигателях Стирлинга различных источников тепла привела к тому, что такой двигатель был испытан на искусственных спутниках Земли, где он работал на солнечной энергии. Однако для автомобилей разрабатывают двигатели Стирлинга, работающие на углеводородном топливе. Двигатель Стирлинга — многотопливный; он может с равным успехом работать на дизельном топливе, бензине, керосине и т. д. В этих силовых установках применяют улучшенные виды горелок, которые почти исключают образование N02.
Для двигателей Стирлинга характерны очень высокие значения среднего эффективного давления. В двигателе мощностью J47 кВт (200 л. с.) при частоте вращения 3000 1/мин среднее эффективное давление достигает приблизительно 22 МПа (220 кгс/см2). Такое высокое давление в случае применения кривошипно-шатунного механизма классической схемы вызывает возникновение огромных боковых сил и чрезвычайно высоких потерь на трение. Поэтому для двигателей Стирлинга был разработан специальный (так называемый ромбический) механизм, образованный двойным симметричным кривошипным механизмом, при котором возвратно-поступательное движение кольца преобразуется во вращательное движение двух коленчатых валов. Поворот кривошипов относительно друг друга на определенный угол обеспечивает необходимое смещение поршней — рабочего и вытеснительного. Кроме того, для снижения потерь на трение в полости под рабочим цилиндром поддерживается рабочее давление газа, что позволяет разгрузить подшипники коленчатого вала. То же рабочее давление с обеих сторон рабочего поршня разгружает сальник, задачей которого является предотвращать перетекание рабочего газа из одной полости в другую. В рассматриваемом двигателе Стирлинга в качестве рабочего тела использован гелий, но так как это достаточно дорогой газ, то ведутся работы по применению водорода.
Регулировка мощности двигателя Стирлинга изменением количества топлива, подаваемого в камеру сгорания, удается ввиду значительной тепловой инерционности подогревателя. Для автомобильной силовой установки необходимо быстро варьировать мощность. В двигателях Стирлинга это достигается выпуском части рабочего газа из цилиндра и в случае необходимости возвратом его обратно. Выпуск части газа производится в специальную камеру низкого давления, в которой газ затем сжимается компрессором и нагнетается в ресивер высокого давления. В связи с этим Давление газа в ресивере должно превышать рабочее давление в Цилиндре.
Следующей стадией развития двигателей Стирлинга является двигатель с наклонной плитой, выполняющей роль кривошипно-шатунного механизма. Цилиндры расположены вокруг оси косой плиты, в каждом из них движутся поршни двойного действия. При соединении верхней полости одного цилиндра через регенератор' и холодильник с нижней полостью другого цилиндра, которые достигают мертвых точек со смещением фаз на 90° поворота наклонной плиты, обеспечивается необходимое взаимодействие обеих полостей без сложного ромбического механизма. Поскольку высокие] рабочие давления действуют на поршень с обеих сторон, на наклонную плиту передается только разница этих давлений. Все это позволило сделать конструкцию двигателя компактной и легкой. Двигатель Стирлинга описанной конструкции может конкурировать с современным восьмицилиндровым бензиновым двигателем. При; этом тепловой КПД у него такой же, как у дизелей, а значит и удельный расход топлива невелик.
Форд, которая закупила исключительное право на изготовление этих двигателей, изготовила такой четырехцилиндровый горизонтальный двигатель мощностью 127 кВт (172 л. с).