چرا موتورهای استرلینگ متداول نیستند

دو ویژگی وجود دارد که ساخت موتورهای استرلینگ را برای استفاده در بسیاری از کاربردها مانند بسیاری از ماشین ها و کامیون ها غیر عملی می کند .
به دلیل اینکه منبع حرارت در خارج است برای موتور مقداری طول می کشد تا به تغییرات گرمایی داخل سیلندر عکس العمل نشان دهد. برای انتقال حرارت بین دیواره های سیلندر و گاز داخل موتور زمانی صرف می شود . این بدین معناست که :
• موتورقبل از اینکه کار مفید را ایجاد کند به مقدارزمانی نیاز دارد تا گرم شود . موتور برق
• موتور نیروی خروجی اش را نمی تواند به سرعت تغییر دهد .
این نقایص باعث شده است که این موتور با موتورهای احتراق داخلی اتومبیل جایگزین نشود. هر چند که وجود موتور استرلینگی که به ماشین هیبریدی نیرو می دهد امکان پذیر است .
موتورهای استرلینگ علیرغم مزایای ویژه ای که نسبت به موتورهای احتراق داخلی دارند، دارای این عیب عمده هستند که به خاطر نحوه انتقال انرژی گرمایی، توان مورد نیاز را با تاخیر تامین می کنند. کندی عکس العمل موتورهای استرلینگ در مقابل تغییرات بار ورودی باعث محدودیت کاربردهای صنعتی آنها خاصه در مواردی که نظیر خودرو، نیاز به تغییرات سریع بار وجود دارد گردیده است. مقاله حاضر روشی را برای این حل مشکل در کلاس وسیعی از موتورهای استرلینگ ارایه می نماید. در این مقاله طراحی سیستم کنترلی، بر روی مدل ریاضی غیر خطی موتور استرلینگ نوع گاما که با استفاده از نتایج تجربی به دست آمده، اعمال شده است. سیستم کنترلی پیشنهادی بر مبنای تنظیم دو عامل دما و فشار به عنوان ورودی های کنترلی طراحی و ارایه شده است. نشان داده شده است که این سیستم دو ورودی – یک خروجی، توانایی پاسخگویی به تغییرات سریع توان را دارد
در موتورهای استرلینگ، علت اصلی کندی عکس العمل موتور نسبت به تامین توان مورد نیاز آن است که تامین انرژی سیستم به وسیله انتقال انرژی حرارتی از طریق پوسته گرمکن به گاز عامل داخل سیلندر انجام می شود. چون انتقال انرژی حرارتی از طریق پوسته به کندی انجام می شود، برخلاف اکثر سیستمهای کنترلی، درموتورهای استرلینگ عملگر سیستم خود دارای بیشترین تاخیر زمانی است. ، به منظور افزایش سرعت عکس العمل موتور استرلینگ به تغییرات توان مورد نیاز، علاوه بر ورودیهای کنترلی دما و فشار، سرعت پیستون جابجایی نیز در نظر گرفته شده است. به این ترتیب، سیستم کنترلی نخست درشرایط دما ثابت، براساس توان مورد تقاضا، ازجداول سرعت- توان، سرعت مناسب موتور را انتخاب می نماید. این سرعت در ابتدا توسط یک موتور الکتریکی کمکی DC تامین می شود. سپس، با مقایسه سیگنال خروجی، توان حاصله با توان مورد نیاز، فرامین کنترلی برای تنظیم فشار و دمای گاز عامل تعیین می شوند. در مدلسازی موتور استرلینگ فرض ایزوترم بودن فرایند حذف شده است تا رفتار مدل به موتور واقعی نزدیکترباشد. نتایج شبیه سازی سیستم مدار بسته با کنترلر طراحی شده نشان دهنده افزایش موثر سرعت عکس العمل موتور است. همچنین، نشان داده شده که سیستم کنترلی در مقابل اغتشاشات خارجی و داخلی نیز مقاوم است. این اغتشاشات به صورت تغییر در دمای منبع سرد و تغییر در پارامترهای سیستم اعمال شده است. به دلیل ثابت بودن گشتاور موتور های استرلینگ در محدوده وسیعی از سرعت، در سیستم کنترلی فرض شده راندمان موتور کمتر دستخوش تغییر می شود
دانشمندان تلاش میکنند موتورهای گرمایی را به بالاترین بازده ممکن یعنی بازده کارنو ( بازدهی که موتور گرمایی بتواند بدون اتلاف انرژی در جهت عکس(یخچال) هم کار کند یعنی یخچالی که به همان خوبی ای که یخچال است بتواند موتور هم باشد یا بر عکس !) برسانند.موتور استر لینگ نمونه عینی قانون ترمودینامیک در مورد موتورهای گرمایی است( حتی بهتر از موتور بخار پیستونی) چون دقیقآ همان تعاریفی که در ترمودینامیک از ان می شود را می توان بدون هیچ تغییری در مورد موتور استرلینگ به کار برد( مثلآ موتورهای چهار زمانه کار براتوری مرحله تخلیه را مترادف بامرحله سرد شدن گاز محبوس( ! در ترمودینامیک گاز کاری یا سیستم درون استوانه ای محبوس شده و هیچ ارتباط مستقیمی با محیط بیرون ندارد ضمن اینکه در شرایط ایدئال همیشه گاز در تعادل(شرایط استاندارد)است)در نظر می گیریم) ولی در موتور استرلینگ واقعآ گاز محبوس را سرد می کنیم و احتیاج به هیچگونه تطبیق دادن فرایند ها و فرض انگاری نیست.
پس موتور استرلینگ برای یاد گیری اصول ترمودینامیک مدلی بسیار عالی است به همین خاطر در کشورهای غربی برای یادگیری بهتر اصول ترمودینامیک دانش اموزان را با این موتورها اشنا می کنند ومثلآ دانش اموزان ترغیب می شوند که خودشان با وسایل ابتدایی مانند قوطیهای کنسروو..کار دستی هایی از موتورهای استرلینگ بسازند وقتی بچه ها می بینند موتوری که با دست خودشون ساخته اند و سر کلاس معلم قواعد حاکم بر ان را توضیح داده واقعآ کار می کند اشتیاق به یادگیری زیادی درونشان به وجود می یاد
به عنوان یک مدل می توان گفت یخچال شما توسط یک موتور استرلینگ کار می کند.
قبلآ گفته بودم که پمپها وموتورهای شیمیایی و به طور کلی انبساطی دارای اصول کار کرد یکسانی هستندواقعآ مهیج است وقتی می بینید مطالب تئوری اینگونه و بدون هیچ اشتباه و خطایی به عمل تبدیل می شوندصرفآ با چند فرمول و قاعده که بر مبنای اصول ریاضی است در اکثر مورد وسیلهای اختراع می شود و سپس قوانین و فرمولها برای توجیه رفتار ان کشف می شوند ولی اینکه از رابطه یا فرمولی وسیله ای ساخته شود کاری به مراتب مشکلتر است و فقط از پس افراد خاصی بر می اید.