Двигатель внешнего сгорания представляет собой тепловой двигатель, в котором происходит сжатие (внутренней) рабочей жидкости и ее нагревание за счет сгораниея топлива через стенку двигателя или в теплообменнике. Далее жидкость расширяется и, действуя на механизм двигателя (поршень или турбину), приводит его в движение. Паровые двигатели и двигатели Стирлинга – наиболее известные двигатели внешнего сгорания.

Преимуществом двигателей внешнего сгорания перед двигателями внутреннего сгорания является их совместимость с широким спектром возобновляемых источников энергии и топлива. Они могут использовать тепло от любого источника: биомассы, продуктов, полученных из биомассы, бытовых отходов, ядерных, солнечных, геотермальных источников или экзотермических реакций без горения. В последнем случае двигатели относятся скорее к категории двигателей внешнего нагревания, чем к двигателям внешнего сгорания. Кроме того, важными преимуществами двигателей внешнего сгорания являются: низкий уровень выбросов благодаря непрерывному внешнему сгоранию и низкий уровень шума благодаря удалению отработанных газов продуктов сгорания под высоким давлением.

Перспективными двигателями внешнего сгорания являются двигатели Стирлинга, преобразующие тепловую энергию в механическую энергию поршней совершающих возвратно-поступательное движение. Поршни приводятся в движение благодаря циклическому изменению давления газовой фазы рабочего тела. Высокий теоретический тепловой КПД (КПД Карно), продолжительный эксплуатационный период, меньшее количество подвижных частей – дополнительные преимущества двигателей Стирлинга.

На практике термодинамический цикл двигателей отличается от теоретического цикла из-за потерь на трение, утечек рабочего тела, мертвого пространства и т.д. Широкому применению двигателей Стирлинга препятствуют технические проблемы, особенно балансирование поршней (или рабочего поршня и вытеснителя), двигающихся с фазовым запаздыванием, и уплотнение нагретого поршня.

Двигатели Стирлинга могут быть усовершенствованы, если вытеснитель будет неподвижно соединен с силовым поршнем. В таких двигателях блок «поршень-вытеснитель» приводится в движение вследствие циклического изменения давления рабочего тела под влиянием изменения его температуры и объема в камере двигателя. Такая конструкция двигателя обладает рядом преимуществ перед современным двигателем внешнего (двигатель Стирлинга) и особенно внутреннего сгорания. У такого двигателя только одна движущая часть, нет газовых пружин, поршневых колец и прочих трущихся компонентов, нуждающихся в смазке. Это снимает проблемы балансирования поршней и их уплотнения при высокой температуре и, а также снижает тепловые потери. Более того, в отличие от других видов поршневых двигателей, оба хода поршня являются рабочими.

Компания Encontech (ECT) инициировала разработку принципиально нового двигателя внешнего сгорания работающего по принципу двигателя Стирлинга. Отличительной чертой нового двигателя является совмещение в одном узле функции поршня и вытеснителя. Были разработаны термодинамическая и детальная математическая модели двигателя и численные программы для моделирования его работы (двигателя). С использованием теоретических результатов были определены конструктивные параметры и подготовлены рабочие чертежи. После изготовления деталей двигатель был собран и начаты первые испытания.

ECT двигатель внешнего сгорания.