斯特林发动机在汽车上应用

1、什么什么概念车当斯特林发动机偶遇现代汽车一 斯特林发动机概述1 热气机是一种外燃的闭式循环往复活塞式能量转换装置 ，罗伯特斯特林所发 明，故又称斯特林发动机。2 国内热气机的发展历史 上海齐耀动力技术有限公司利用近 3 年的时间研制成功 50kW 级燃气热气机热电联供系统，该系统属于上海市重大科技攻关项 目“燃用天然气 的热气机 能源 岛关键技术研究与示范 ”(编号 ：0230 12004 )的核心 技术 ，具有完全的 自主知识产权。二 斯特林发动机的原理和特点1 原理概要 热气机是一种闭式循环往复式外燃机 ，按斯特林循环工作，与柴油机和蒸汽机等不同的是：它的工作气体是封闭在机器 内的，并在各

2、腔室间循环 ，反复使用。斯特林循环由等容加热 一等温膨胀一等容冷却一等温压缩4 个过程组成。其工作原理如图 1所示零件数比内燃机少40，降价空间大，同时还运转平稳 、振动小 、噪音低 ；小功率情况下的热效率较高。2 斯特林发动机的主要技术特点 2.1 对热气机而言 ，最好的工质应具有高 的换热系数及低的摩擦或泵动损失的气体。在解决安全问题的前提下氢气是热气机最理想的工质，既要保证气体密封和阻隔机油又要保证活塞杆的滑动 ，这是一个难点，现在热气机采用聚四氟乙稀填充物作为密封材料 ，该密封结构主要由杆密封和帽式密封组成 ，这种密封结构可以将最高工质压力接近 20M Pa 的热气机在工作时的工质泄漏

3、量控制在 51ON Lh 之 内，通过微量的工质补充 ，可以完全满足热气机持续正常运行的要求。 2.2 单作用热气机又可分为三种类型：双活塞热气机 ；动力活塞和配气活塞在同一气缸的热气机 ；动力活塞和配气活塞分置在两个气缸的热气机。而双作用热气机的活塞既是配气活塞也是动力活塞 ，即活塞的上部起着膨胀做功的作用 ，下部起着压缩配气的作用。热气机采用了 4 缸双作用的结构，结构如图 所示：三 斯特林发动机中重点系统 斯特林发动机 的换热系统包括吸热器 、回热器和冷却器三部分 ，其 中吸热器连接配气活塞 ，接收外部热量并加热封闭系统内的工质 ，工质受热膨胀进人 回热器储热 ，然后流经冷却器冷却 ，最

4、后进入做功活塞推动活塞运转 ，其原理图如图 所示 1 吸热器的设计 对吸热器的设 计 ，主要考虑的是使结构 能最大化吸收能源并传递给工质 ，但 同时不能一味增大吸热面积 ，因为随着吸热面积的增大 ，必然会造成系统内部死体积增加，反而会影响最后的效率 J吸热器与化工 上用 的换热器 比较类似 ，一般 采用管状或肋片状 ，主要解决吸热管组的通流容积 、工质的流阻损失和吸热管传热能力 之间的矛盾 ，同时吸热管的尺寸和位置分布形式对发动机的性能影响很大，管的通流容积 和工质的流阻损失应尽可能小 ，外部细弯管为吸热器 的吸热管，吸热器参数为 ： 吸热器类 型 ：列管式 ；管外径 ：8 m m ；管 内径

5、 ：6m m ；吸热器 总长 ：50 cm ；吸热器有效 吸热 长度 ：45cm ；吸热器管束数 ：30 个 热腔温度的计算方法：2 回热器设计 2.1 回热器的功能及要 求 回热器装配在 吸热器与冷却器之 间，回热器在工作过程中，其内部温度变化率很 大，每秒钟高达 30 000 、温度 比f一般在 030 035之间 ，同时会造成很大的热应力其次要求导热率较大而且具有满足使用要求的耐热性能等等 ；此外 ，在结构上 ，回热器需要有一定的孔隙率 ，以保证在工质循环流动 的冲刷 中不至于产生明显的变形 ；最后 ，回热器需要有足够的换热面积以保证其基本 的功能，但换热面积往往与工质的流通容积及工质

6、的流阻损失相对立 回热器选材上考虑最多的是 目数在 200 350 之间的不锈钢丝网，此外 ，一般回热器会有 向外 的辐射热损失 ，随着外界温度 的变化，有时需要对其进行补热 ，或者在回热器外部套一个隔热装置。 2.2 回热器的设计 回热器和冷却器设计为一个整体，都采用内径为100mm的空腔，其中回热腔的有效长度为55mm，并将回热器套人配气活塞下端，这样可以通过热腔的高温对回热器进行自行加热而不需要另外设置补热装置丝网是将约400片钢丝直径为35m的不锈钢丝网片冲出直径为90 mm的圆片，然后以大概510的角度分别堆叠成柱形 ，经稍微挤压后把四周略微焊接一下 ，同时为了保证 回热器在使用中不

7、至于变形严重，将烧结好 的柱状丝网片体装入两端开了120个孔的套筒内，并在外部套个与冷却器连成一个整体的腔 ，该腔一端是连接冷却器的挡板 ，另一端与吸热器下端焊接，使用材质为耐高温不锈钢图为回热器分体图 23冷却器设计 231冷却器的设计要求 冷却装置应 串联在做功活塞腔与 回热 器之间，对冷却器 的设计要求是在保证 足够 的冷却面积条件下 ，尽量减小死体积和流程阻力损失 设计要求主要有两方面： (1) 结构紧凑且通流容积尽可能小 ，但管与管之间要保持合理 的间隙，否则会 降低冷却介质 的流动而影响冷却效果 ； (2) 管与端板的连接部位密封处理很重要 ，不能出现漏气或毛刺过大的现象 J 23

8、2冷却 器的设计 设计 的冷却器采用 265 根 内径为 15 m m 、外径为 3 m m 的紫铜 T2 毛细管 ，其有效换热长度为 100 m m ，将它们 以正三角形排布方式并联在两块端盖之间，端盖直径为 120 m m ，毛 细管和端盖间的连接是外部采用真空钎焊 ，并在里端管连接处涂抹耐 高温胶水 ( 耐温达700 K )如 图5所示 ，壳体也采用紫铜材料 ，图6 为 回热器和冷却器 的一体化效果图3 活塞及活塞杆密封结构 双作用式斯特林发动机活塞的工作条件是配气式活塞和动 力式 活塞 工作条件 的综合 ，活塞两端 同时具有大的温差和压差，其工作条件相对恶劣。活塞下部设置的密封装置为采

9、用特殊 结构和材料 的活塞环 。双作用活塞环一般 为组合式环或附有涨簧 的活塞环 。所谓组合式环就 是在钢 质或铁质活塞环 的外表面镀上一层鲁 隆，厚度 115 毫米 。设置涨 簧的活塞环 ，具有 良好的密封能力 ，在鲁 隆环磨损 2030后仍具有 良好的密封性 能。 3.1活塞杆的密封 3.1.1绝对密封装置 绝对密封又称卷筒式密封或 套袜 式密封。这样橡胶卷筒就将冷腔和曲轴箱隔开，在橡胶卷筒上方是气体，下方是润滑油。结构如图： 3.2.2 滑动密封装置 这种密封装置的基本元件为采用鲁隆制造的密封环，环的上下两端有锥度，同时有一个轴向弹簧提供初始压力 在密封环的上方有一个刮油环，将密封环泄漏的少量油刮除。在刮油环的上方有一个较高的活塞杆行程 自由区，在 自由区内充满工质，压力等于最小循环压力，油气会进 入过滤器 ，分 离后的气和油分别返回冷腔和 曲轴箱 。结构如图四 结论 进入 21 世纪