[发明专利]一种小型热气机用配气活塞

说明书

技术领域

本发明涉及发动机活塞，尤其是关于小型热气机用配气活塞。

背景技术

热气机又称斯特林发动机，它是一种采用外部热源加热的外燃式发动机。传统的热气机特别是小型热气机一般有两个活塞，即动力活塞和配气活塞，配气活塞起到配气的作用。配气活塞一般由活塞顶、活塞座和活塞体组成，活塞座与配气活塞杆相连接。小型热气机如1千瓦以下特别是几瓦到几十瓦的小型热气机，其要求结构紧凑和工艺简单，成本低，因此常取消较为复杂的回热器，而在配气活塞与气缸套之间设置一定间隙用作回热器，为提高热气机的效率，需要增大配气活塞上下端温度梯度，因此配气活塞材料一般选用导热性能较差的材料如不锈钢材料制成，且活塞做得较长，其长度与直径之比往往达到2.0～3.0，以减少热量从活塞顶向活塞座的传递，增大从活塞顶到下端的温度梯度，根据卡诺循环原理，这样有助于提高热气机的效率；另外，还要求配气活塞质量尽量轻，以减少自耗功，因此配气活塞常做成薄壁筒体结构，壁厚为0.5～2mm。以上传统的配气活塞具有结构简单、成本低等优点，但存在以下不足之处：

1)为保证配气活塞上下端有的足够的温度梯度，配气活塞的长度较大，使得配气活塞的体积和重量都较大。

2)配气活塞靠采用导热性能较差的不锈钢材料和足够的长度保证配气活塞上下端的温度梯度，这种方式无法从根本上解决活塞内部的辐射导热和沿活塞壁的传导换热，对于减少从活塞顶到活塞座的热量，增大温度梯度的幅度的作用十分有限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种小型热气机用配气活塞，解决传统的热气机结构由于体积和重量相对较大，从活塞顶到活塞座热阻力小，热流密度大，温度梯度小的技术问题，其具有挡热效果好、温度梯度大、重量轻和结构简单的特点。

本发明的目的是通过以下的技术方案来解决的：

一种小型热气机用配气活塞，包括活塞座、薄壁筒体结构的活塞体和顶端封闭的薄壁筒体结构的活塞顶，所述的活塞体由多个薄壁筒体结构的薄壁环叠置组成，且在活塞座与薄壁环之间、上下薄壁环之间，以及薄壁环与活塞顶之间夹置有薄片型的挡热板；所述的挡热板由导热性能差的陶瓷薄片或铝箔制成。

上述的小型热气机用配气活塞，活塞体由多个分段的薄壁环组成，在上下结合面处放置了挡热板，且挡热板由导热性能差的陶瓷薄片或铝箔制成，这样有效减小从上到下的传热，特别是通过配气活塞内部的辐射传热，经过多层隔热，如设置5层挡热板，可使活塞内部纵向额辐射传热减小到传统的5％以下，可显著增大从活塞顶到活塞座的温度梯度。

上述的小型热气机用配气活塞，所述的活塞座、薄壁环、活塞顶，以及之间夹置的挡热板，通过贯穿配气活塞中心的长螺栓连接在一体。这种结构可靠性高。

上述的小型热气机用配气活塞，所述的活塞座、薄壁环、活塞顶，以及之间夹置的挡热板，通过粘接的方式固定连接成一体。这种结构，工艺比较简单，加工成本低。

上述的小型热气机用配气活塞，所述的薄壁环上、下端各有一个内外相对的阶梯；活塞座的上端和活塞顶的下端各有一个与薄壁环相适配的阶梯；活塞座、多个依次叠置的薄壁环、活塞顶通过阶梯相互配合，且在活塞座、薄壁环、活塞顶的阶梯内各配置有一个镜面铝箔制成的挡热板。该结构可以有效防止活塞外部热量通过叠置薄壁环的间隙向内部传热，有利于固定挡热板。

上述的小型热气机用配气活塞，所述的挡热板的数量为5～12个，镜面铝箔的厚度为0.03～0.10mm。

上述的小型热气机用配气活塞，所述的薄壁环、活塞顶由不锈钢材料制成，壁厚为0.2～1.0mm。这样可以使配气活塞在保证有一定的刚度的情况下具有较轻的质量。

总之，本发明具有下列优点：

1)配气活塞纵向热阻力大，挡热效果好，温度梯度大。经理论计算，以上结构每层挡热板可使轴向辐射引起的热传导降低50％以上，设置5层挡热板，就可以使轴向辐射引起的热传导降低到传统的5％以内，这样可以显著提高配气活塞的热阻力，降低热流密度，提高配气活塞上下的温度梯度，对提高热气机的性能有较好的效果。

2)采用以上结构后，在保证配气活塞上下一定的温度梯度情况下，可以显著减小配气活塞的纵向尺寸，降低质量，减小运行时的自耗功。

3)结构简单，易于实现，成本低。

附图说明

图1是传统的小型热气机配气活塞的结构图。

图2是本发明的结构剖视图。

图3是图2上下薄壁环连接部位的局部剖视图。

具体实施方式