A 18 perces YouTube-videó az egész projektet bemutatja: a kezdeti asztali kísérletektől a rövid, de teljesen önálló tesztvezetésig. A videó valós időben mutatja be azokat az akadályokat, amelyek miatt a Stirling-motorok a modern közlekedés peremvidékére szorultak.
A modelltől a kerékpárvázba épített motorig
Stanton azzal kezdi a videót, hogy felhevít egy üvegfecskendőt: ahogy a benne lévő levegő tágul, kinyomja a dugattyút – ez egy „légmotor” kicsiben.
Egy második fecskendő, amely egy szabadon mozgó kiszorítóval (egy olyan alkatrész, amely a levegőt a motor meleg és hideg része között mozgatja anélkül, hogy összenyomná) van felszerelve, megmutatja, hogy a levegő gyors áramlása a meleg és hideg zónák között hogyan gyorsítja fel a ciklust.
Ezen az elven és egy kis asztali Stirling-motor sikeres működésén felbuzdulva Stanton elhatározza, hogy egy olyan teljes méretű szerkezetet épít, amely elég nagy ahhoz, hogy elférjen egy kerékpár vázában, és 100-150 watt teljesítményt adjon le, ami nagyjából 25 km/órás sebességet tenne lehetővé sík terepen.
A motor főblokkját alumíniumból esztergálták; a „forró” fedele, amelynek ki kell bírnia az izzó fém hőmérsékletét, egyedileg készült acélból. A tervezés korai szakaszában Stanton elvetette azt az ötletet, hogy egy számítógép-processzor hűtőbordáját használja hűtésre, mivel az érintkezési felület túl kicsi volt, és inkább egy belső vízhűtéses kör mellett döntött. A legfőbb problémát a súrlódás jelenti, mivel még a legkisebb veszteség is veszélyezteti a szerény célkitűzésként kitűzött teljesítmény elérését.
A munkadugattyú feszítőkkel ellátott PTFE (politetrafluoretilén, azaz teflon – egy rendkívül alacsony súrlódási együtthatójú polimer) gyűrűkkel van felszerelve, a kiszorító rúdjának központosítására pedig 3D-nyomtatók alkatrészeiből kölcsönzött lineáris csapágyakat használnak.
Egy 3D-nyomtatóval készült konzol segítségével a részben összeszerelt motort a váz első háromszögében helyezik el, miközben Stanton elkészíti a hátsó alumínium tartót a két főtengely számára.
Ezek a tengelyek, amelyeket először tömör alumíniumból vágtak ki, majd később a tesztekhez könnyű polimerből alakítottak át, egy fogasszíjtárcsát forgatnak. A kiszorító és a munkadugattyú szinkronizálására fogaskerekek helyett egy szíjat választott.
A szivárgások, a súrlódás és a túlzott kompresszió megszüntetése
Az első indítási kísérletek kudarcba fulladtak. Annak ellenére, hogy a forró rész vörösen izzott, a vízzel hűtött vég hőmérséklete pedig körülbelül 40 °C volt, a motor nem működött.
Stantonnak szét kellett szednie a motort, hogy ellenőrizze a szilikon tömítéseket, és megkenje a kiszorító tengelyén lévő tömítőgyűrűt. A kompresszió ellenőrzése komoly gázszivárgást mutatott ki a PTFE gyűrűk mentén.
A mérnök kísérletezett egy gumi tömítőgyűrűvel (túl nagy volt a súrlódás), majd tervezett és kinyomtatott egy rugalmas dugattyúgyűrűt TPU-ból (hőre lágyuló poliuretán – rugalmas és kopásálló műanyag).
Az új gyűrű olyan tömítést biztosított, hogy a dugattyú elkezdett visszapattanni a főtengely kézi tekerésekor – ez a helyreállt nyomás biztos jele.
A motor második leállása további diagnosztikát igényelt: a probléma a dugattyú lökethosszában volt. Az elemzés kimutatta, hogy a 30 mm-es főtengelylöket messzebbre tolja a dugattyút, mint amennyire a levegőnek van ideje hatékonyan kitágulni.
Stanton 25 mm-re rövidítette a főtengely löketét, és megnövelte a kiszorító löketét, hogy több levegőt mozgasson a meleg és a hideg vég között. A módosított geometriával és a beszerelt polimer főtengelyekkel a motor végre beindult és magától kezdett el járni, szinte hangtalanul pörögve egy kis égőfej hatására.
Egy koncepció nyilvánvaló korlátokkal
A sikeres indítás után Stanton vékonyabbra vette a fogasszíjat, hogy csökkentse a hajlítási veszteségeket, a hátsó kerék meghajtó szíjtárcsáját pedig egy lendkerékre cserélte, hogy a motor felpöröghessen a sebességváltó csatlakoztatása előtt.
Ennek ellenére a prototípus továbbra is egy kis teljesítményű érdekesség marad: hosszú bemelegedést igényel, korlátozott a nyomatéka, és nem teszi lehetővé a vonóerő egyszerű szabályozását.
Stanton a következő lépéseket tervezi: egy regenerátor (egy hőcserélő, amely a munkaközeg hőjének megtartásával növeli a hatásfokot) hozzáadása, a munkalevegő nyomásának növelése a teljesítmény fokozása érdekében, a hűtőkör továbbfejlesztése egy hűtőbordával, valamint egy tengelykapcsoló létrehozása, hogy a kerékpár praktikusabb legyen.
Bár ezt a szerkezetet nem az elektromos kerékpárok alternatívájaként pozicionálják, a projekt jól demonstrálja, hogy a modern hobbi technológiák – a gépi megmunkálás, a 3D nyomtatás és az egyedi CNC (számítógépes numerikus vezérlés) szolgáltatások – hogyan teszik lehetővé egy magányos mérnök számára, hogy újraélesszen egy évszázados termodinamikai ötletet.
A videó a járó motor képeivel zárul, amely csupán az acélfedelében felhalmozott hőnek köszönhetően forog tovább, bizonyítva a szerkezet működőképességét, amely addig üzemel, amíg van hőkülönbség.
