[其他]双活塞V型斯特林发动机

说明书

本发明是提供一个斯特林发动机，特别是双活塞V型斯特林发动机。

随着斯特林发动机效益的恢复和进一步地扩大，人们在尽力不断地改善他们的设计，G·Walker在《斯特林发动机》（1980第一版，一书中阐述了基本斯殊林发动机的工作原理。其要点是：斯特林发动机是根据加热和冷却工作流体（气体）的原理来工作的，通过气体的膨胀和压缩来做有用功。该书图解地说明了各种各样的斯特林发动机的设计，并附加说明了它们各自的优点。

一个典型的斯特林循环，由一个受控容积组成，而该受控容积分为下面毗邻的几部分，压缩腔（或冷腔）、冷却器、加热器和膨胀腔（或热腔）。在实际的结构中，这些腔往往要通过无效容腔或连接管道连接起来。由热力学原理可知，当这些无用空腔或连接窄道处于工作流体密度较大的冷空腔时，其结构要比这些无效空腔或连接管道处于工作流体受热且密度较小的热空腔时紧凑。在大多数情况下，最大的连接容积是在加热器与膨胀腔以及冷却器与冷空腔之间，这两部分之间的冷却管道对功率密度和效率最无益处，所以，本设计的目的之一就是要减小这部分的容积。

此外，这种发动机大多使用比空气轻的气体，如氢气，氦气作为工作流体。因为这些气体的导热性好，比热大而且粘度小，但是，轻于空气的气体的发动机的缺点之一是需要一固定的气体存贮量，因此在工作气体和周围空间之间的密封就变得相当复杂。常见的氢气和氦气发动机在活塞和滑块（吸收侧壁截荷）之间的杆上来用滑动密封，其目的是防止油液从曲柄轴箱泄漏进入工作腔，以及工作流体从工作腔泄漏进入曲柄轴箱，这样的结构增加了发动机的复杂性，且使重量和体积增大。

其它的设计设想采用空气作为工作流体，由于这些空气循环发动机避免了轻于空气的气体的发动机所需要的一些密封要求，有补偿空气相对恶劣的流体特性的优点。因为许多空气循环发动机相对地要重一些，有必要改善这一点且使其简化。为此必须克服各种设计上的困难，特别是要提供一个有效的功率重量比。

无论是空气循环发动机还是轻于空气的气体循环发动机，都希望使其趋于合理化，同时，简化其设计，减少它们的重量，还要保持或者提高它们的效率。

由于在一些应用中，原先的斯特林发动机设计已经被实践所认可，所以现在的问题是基于这种设计尽可能提高其效率和降低其成本。

本发明的主要目的之一是提供一个结构比较简单，成本低且效率高的斯特林发动机。

本发明的另一个目的是减少斯特林发动机中的无效容积借以改善和提高它们的热力学效率。

本发明还有一个目的是消除以前所采用的活塞密封设计的复杂性和一些伴随问题。

本发明的另一目的是简化发动机的控制系统，从而使其更加简易并降低它的成本。

本发明所设计的斯特林发动机，特别适用于单动式两活塞90°V型结构，把冷却器和回热器直接在靠近压缩腔处围在冷活塞上从而减少了冷却压缩管道的容积，同时提供了一个对曲柄轴箱实现密封的密封结构，从而省去了活塞密封，滑块或活塞杆。此外，也包含一个简化的功率控制系统。

所提出的设计是比较简单而且有效的，在工作中可以使用空气或轻于空气的气体作为工作流体。此外，由于设计的本质是模块化设计，很容易成组使用以产生一个较大的功率发动机。

这里通过结合几个视图对本发明所做的说明，上述斯特林发动机的设计意图，优点以及其它的特点将显而易见。

图1，是单动式双活塞V型斯特林发动机的简图。

图2、是斯特林循环发动机主要部分的部件分解图。

图3、压缩控制的简图。

参照视图，图1表示双活塞发动机或工作循环10的基本布局，可以看出，为了在工作循环过程中得到最大的体积变化，没有使用驱气活塞而使用双活塞结构。该活塞发动机包含一个平头压缩活塞12和一个园顶形膨胀活塞14，两活塞由一对连杆16和18驱动，连杆16和18与同一曲轴20相连，两活塞轴线按曲柄转角分离排列，曲柄转角等于两活塞间的理想分离角。典型的理想角度大约为90°，使得膨胀腔壁容易加工且提高了平衡性。

如图所示，压缩活塞12设置在园柱形压力腔22中腔24形成膨胀腔，每一个活塞都装有活塞环25，该环用来在工作循环和曲柄轴箱间起密封作用。紧挨着压缩腔22，有一个冷却器26，和一个回热器28，这两个部分都按标准工序制造。此外，尽管可以使用各种各样的冷却器以满是不同的要求，但这里一般选用根据我1984年4月30日递交的题为“斯特林发动机热交换器”的美国相关专利（605，473号）制造出的冷却器为合适。回热器28装在腔30中，而冷却器26大多具有它自己的空腔32。