Незважаючи на ті переваги, що властиві ДВЗ, вони вже досягли межі своєї досконалості і подальші зміни, спрямовані на покращення їх показників, особливо з огляду токсичності, потребують значних витрат. Тому дедалі частіше йдеться про застосування на транспорті силових установок нових типів,

Двигуни Стірлінга. Двигуни названі іменем міністра у справах церкви Шотландії Роберта Стірлінга, який у 1816 p. отримав патент на машину, яка створює рушійну силу за допомогою нагрітого повітря,

Двигуни Стірлінга – це двигуни із зовнішнім підведенням теплоти, або їх ще називають – двигуни зовнішнього згоряння, в яких робоче тіло переміщується у замкнутому контурі, а теплота до нього підводиться ззовні від будь-якого джерела енергії, в тому числі сонячного та ядерного. Навіть якщо використовувати енергію нафтового палива, викиди шкідливих речовин у таких двигунах значно менші порівняно з поршневими двигунами внутрішнього згоряння (рис. 2.2). Відбувається це завдяки постійному горінню палива при достатній кількості кисню і якісному сумішоутворенні.

Рис. 2.. Токсичні показники двигуна Стірлінга

З рисунку видно, що із збідненням суміші вміст CO, NOх та СmHn у відпрацьованих газах зменшується. Це свідчить про стабільність процесу згоряння суміші і зменшення температури у камері згоряння.

Принцип роботи двигуна зовнішнього згоряння схожий на двигун внутрішнього згоряння. Для одержання корисної роботи необхідно використовувати процес стискання робочого тіла при низькій температурі (тобто і за меншого тиску), а процес розширення має відбуватися при високій температурі (за високого тиску).

В сучасних двигунах Стірлінга робочим тілом є водень і гелій. Результати порівняльних досліджень токсичності двигуна Стірлінга і ДВЗ наведено в таблиці 2.4. За всіма основними токсичними речовинами двигун Стірлінга значно "чистіший" ніж дизель і бензиновий двигун.

Таблиця 2.

Питомі викиди основних шкідливих речовин різними типами двигунів, мг/кДж

Шкідлива речовина | Двигун Стірлінга | Дизель | Бензиновий двигун

Оксид вуглецю, CO | 0,136…0,408 | 0,272…6,6 | 19,0…80,0

Вуглеводні, СmHn | 0,004…0,008 | 0,8 | 3,8

Оксиди азоту, NOх | 0,136…0,270 | 0,55..,0.27 | 3,8…7,6

Окрім значно меншої токсичності і хороших економічних показників двигун Стірлінга має і інші переваги, що робить його прийнятним для застосування на транспортних засобах: низький рівень шуму під час роботи, незначну вібрацію. Окрім того він має високий ККД і питому потужність, прийнятний перебіг кривої крутного моменту, (що дозволяє спростити трансмісію), здатність працювати на різних видах палива і, практично, не витрачається олива для мащення.

Двигунам Стірлінга властиві і деякі недоліки; велика питома маса, висока вартість виробництва, складність конструкції, потреба у нових матеріалах і недовговічність деяких вузлів. Проте ці недоліки є наслідком недостатнього їх дослідження і можуть бути усуненими в процесі проведення подальших робіт і завдяки розвитку нових технологій.

Роторні двигуни. Ідея створення роторного двигуна, в якому ротор виконує функції поршня, здійснює обертальний або обертально-поступальний рух відносно корпуса, відома давно. В останній час особлива увага приділяється двигунам з планетарним рухом ротора, який забезпечується двома шестернями – одна з яких маленька, нерухомо закріплена в корпусі двигуна, а друга – велика, сполучена з ротором.

Роторні двигуни мають переваги порівняно з поршневими двигунами традиційних схем: меншу кількість деталей (в роторних двигунах відсутні дві системи: клапанний газорозподіл і кривошипно-шатунний силовий механізм), меншу на 30…40% металомісткість, кращу зрівноваженість (що дає можливість розвивати вищу частоту обертання), низький рівень шуму.

Основним недоліком цих двигунів є більша експлуатаційна витрата палива. Пояснюється це незручною формою камери згоряння, що підсилює схильність до детонації. Крім того, через більше відношення об'єму камери згоряння до загального об'єму в роторних двигунах відбувається збільшення утворення вуглеводнів, у тому числі і канцерогенних. Тому ці двигуни, як правило, облагоджуються термічними або каталітичними нейтралізаторами.

Окрім того в роторних двигунах важко здійснити дизельний цикл, внаслідок низького геометричного ступеня стискання, який неможливо підвищити через ненадійні ущільнення, та складність виготовлення епітрохоїдальноі робочої поверхні.

Через ці недоліки деякі фірми, які довгий час займалися розробкою і виробництвом роторних двигунів, повністю відмовилися від них у зв'язку з неперспективністю. В той же час, японська фірма Mazda, володіючи високими технологіями виробництва, серійно виготовляє такий двигун, вважаючи, що роторний – це специфічний двигун, що передбачає створення під нього відповідного автомобіля, а не навпаки.

Газотурбінні двигуни (ГТД). Створення досконалих авіаційних ГТД сприяло розгортанню робіт щодо створення ГТД для автомобільного, залізничного та морського транспорту.

Газотурбінні двигуни мають переваги порівняно з поршневими ДВЗ; менша питома маса і габаритні розміри, краща залежність крутного моменту від частоти обертання, легший запуск в холодну пору року, менші вимоги до палив, можливість отримати в одному агрегаті великі потужності завдяки роботі на високих частотах обертання.

Перешкодою для широкого впровадження ГТД на наземному транспорті, в першу чергу автомобільному, є такі властиві їм недоліки як велика, навіть в порівнянні з поршневими бензиновими двигунами, питома витрата палива, нижча прийомистість, шумність роботи. Окрім того, для виготовлення ГТД необхідні сплави хрому, нікелю, кобальту; деталі цих двигунів мають виготовлятися з високою точністю, що, звичайно, зумовлює високу вартість їх виробництва.

Численні науково-дослідні та конструкторські роботи щодо удосконалення ГТД дозволили усунути деякі перелічені недоліки. Застосування теплообмінників (регенерація теплоти) забезпечило поліпшення економічних показників ГТД до рівня поршневих бензинових ДВЗ. Для покращання прийомистості застосовують поворотні лопаті в сопловому апараті і дифузорі компресора.

Із застосуванням нових шумопоглинальних матеріалів знижується рівень шуму під час роботи ГТД. Ці та інші заходи дозволяють розглядати ГТД як один з перспективних джерел енергії на транспорті.

В ГТД паливо згорає в стійкому факелі за достатньої кількості