Das Stirling Prinzip

Arbeitsprinzip

Das Arbeitsprinzip aller Kolbenmotoren ist, kaltes Gas in einem Zylinder zu verdichten, Wärme zuzuführen, um die Gastemperatur und damit den Druck zu erhöhen und anschließend das heiße Gas im Zylinder auszudehnen. Durch die Ausdehnung wird Kraft auf die Kurbelwelle übertragen.

Geschlossener Kreisprozess

Der Stirlingmotor basiert auf einem geschlossenen Kreisprozess, bei dem das Arbeitsgas, in der Regel komprimiertes He, H2, N2 oder Druckluft, abwechselnd im kalten Zylinderraum komprimiert und im heißen Zylinderraum wieder expandiert wird.

Die Wärme der Kraftstoffverbrennung wird bei einer Temperatur von 700 bis 750°C von außen dem Arbeitsgas zugeführt. Die Wärme, die nicht in Arbeitskraft umgewandelt wird, wird an das Kühlwasser, das eine Temperatur von 40°C - 85°C haben kann, abgegeben.

Die einzelnen Stufen

Das Grundprinzip des Stirling-Kreisprozesses kann in einem pV-Diagramm (Druck-Volumen-Diagramm) dargestellt werden. Die Stufen im Diagramm werden nebenstehend erklärt. In seiner Grundform besteht ein Stirlingmotor aus zwei Kolben in einem Zylinder.

 

 

 

Aktion 1-2

Der Arbeitskolben bewegt sich nach oben.
Ergebnis: Komprimierung des Arbeitsgases bei niedriger Temperatur und niedrigem Druck = Energiezufuhr.


 

Aktion 2-3

Der Verdrängerkolben bewegt sich nach unten und bewegt das Arbeitsgas vom kalten in den warmen Bereich.
Ergebnis: Temperatur und Druck steigen.

 

 

Aktion 3-1

Arbeits- und Verdrängerkolben bewegen sich nach unten.
Ergebnis: Das heiße Arbeitsgas dehnt sich bei hoher Temperatur und hohem Druck aus = Energie wird abgegeben.

 

 

Aktion 4-1

Der Verdrängerkolben bewegt sich nach oben und bewegt das Arbeitsgas vom heißen in den kalten Bereich.
Ergebnis: Temperatur und Druck nehmen ab