斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)在汽車上應(yīng)用

1、什么什么概念車當(dāng)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)偶遇現(xiàn)代汽車一 斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)概述1 熱氣機(jī)是一種外燃的閉式循環(huán)往復(fù)活塞式能量轉(zhuǎn)換裝置 ，羅伯特斯特林所發(fā) 明，故又稱斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)。2 國(guó)內(nèi)熱氣機(jī)的發(fā)展歷史 上海齊耀動(dòng)力技術(shù)有限公司利用近 3 年的時(shí)間研制成功 50kW 級(jí)燃?xì)鉄釟鈾C(jī)熱電聯(lián)供系統(tǒng)，該系統(tǒng)屬于上海市重大科技攻關(guān)項(xiàng) 目“燃用天然氣 的熱氣機(jī) 能源 島關(guān)鍵技術(shù)研究與示范 ”(編號(hào) ：0230 12004 )的核心 技術(shù) ，具有完全的 自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。二 斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的原理和特點(diǎn)1 原理概要 熱氣機(jī)是一種閉式循環(huán)往復(fù)式外燃機(jī) ，按斯特林循環(huán)工作，與柴油機(jī)和蒸汽機(jī)等不同的是：它的工作氣體是封閉在機(jī)器 內(nèi)的，并在各

2、腔室間循環(huán) ，反復(fù)使用。斯特林循環(huán)由等容加熱 一等溫膨脹一等容冷卻一等溫壓縮4 個(gè)過程組成。其工作原理如圖 1所示零件數(shù)比內(nèi)燃機(jī)少40，降價(jià)空間大，同時(shí)還運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn) 、振動(dòng)小 、噪音低 ；小功率情況下的熱效率較高。2 斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)特點(diǎn) 2.1 對(duì)熱氣機(jī)而言 ，最好的工質(zhì)應(yīng)具有高 的換熱系數(shù)及低的摩擦或泵動(dòng)損失的氣體。在解決安全問題的前提下氫氣是熱氣機(jī)最理想的工質(zhì)，既要保證氣體密封和阻隔機(jī)油又要保證活塞桿的滑動(dòng) ，這是一個(gè)難點(diǎn)，現(xiàn)在熱氣機(jī)采用聚四氟乙稀填充物作為密封材料 ，該密封結(jié)構(gòu)主要由桿密封和帽式密封組成 ，這種密封結(jié)構(gòu)可以將最高工質(zhì)壓力接近 20M Pa 的熱氣機(jī)在工作時(shí)的工質(zhì)泄漏

3、量控制在 51ON Lh 之 內(nèi)，通過微量的工質(zhì)補(bǔ)充 ，可以完全滿足熱氣機(jī)持續(xù)正常運(yùn)行的要求。 2.2 單作用熱氣機(jī)又可分為三種類型：雙活塞熱氣機(jī) ；動(dòng)力活塞和配氣活塞在同一氣缸的熱氣機(jī) ；動(dòng)力活塞和配氣活塞分置在兩個(gè)氣缸的熱氣機(jī)。而雙作用熱氣機(jī)的活塞既是配氣活塞也是動(dòng)力活塞 ，即活塞的上部起著膨脹做功的作用 ，下部起著壓縮配氣的作用。熱氣機(jī)采用了 4 缸雙作用的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)如圖 所示：三 斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)中重點(diǎn)系統(tǒng) 斯特林發(fā)動(dòng)機(jī) 的換熱系統(tǒng)包括吸熱器 、回?zé)崞骱屠鋮s器三部分 ，其 中吸熱器連接配氣活塞 ，接收外部熱量并加熱封閉系統(tǒng)內(nèi)的工質(zhì) ，工質(zhì)受熱膨脹進(jìn)人 回?zé)崞鲀?chǔ)熱 ，然后流經(jīng)冷卻器冷卻 ，最

4、后進(jìn)入做功活塞推動(dòng)活塞運(yùn)轉(zhuǎn) ，其原理圖如圖 所示 1 吸熱器的設(shè)計(jì) 對(duì)吸熱器的設(shè) 計(jì) ，主要考慮的是使結(jié)構(gòu) 能最大化吸收能源并傳遞給工質(zhì) ，但 同時(shí)不能一味增大吸熱面積 ，因?yàn)殡S著吸熱面積的增大 ，必然會(huì)造成系統(tǒng)內(nèi)部死體積增加，反而會(huì)影響最后的效率 J吸熱器與化工 上用 的換熱器 比較類似 ，一般 采用管狀或肋片狀 ，主要解決吸熱管組的通流容積 、工質(zhì)的流阻損失和吸熱管傳熱能力 之間的矛盾 ，同時(shí)吸熱管的尺寸和位置分布形式對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能影響很大，管的通流容積 和工質(zhì)的流阻損失應(yīng)盡可能小 ，外部細(xì)彎管為吸熱器 的吸熱管，吸熱器參數(shù)為 ： 吸熱器類 型 ：列管式 ；管外徑 ：8 m m ；管 內(nèi)徑

5、 ：6m m ；吸熱器 總長(zhǎng) ：50 cm ；吸熱器有效 吸熱 長(zhǎng)度 ：45cm ；吸熱器管束數(shù) ：30 個(gè) 熱腔溫度的計(jì)算方法：2 回?zé)崞髟O(shè)計(jì) 2.1 回?zé)崞鞯墓δ芗耙?求 回?zé)崞餮b配在 吸熱器與冷卻器之 間，回?zé)崞髟诠ぷ鬟^程中，其內(nèi)部溫度變化率很 大，每秒鐘高達(dá) 30 000 、溫度 比f(wàn)一般在 030 035之間 ，同時(shí)會(huì)造成很大的熱應(yīng)力其次要求導(dǎo)熱率較大而且具有滿足使用要求的耐熱性能等等 ；此外 ，在結(jié)構(gòu)上 ，回?zé)崞餍枰幸欢ǖ目紫堵?，以保證在工質(zhì)循環(huán)流動(dòng) 的沖刷 中不至于產(chǎn)生明顯的變形 ；最后 ，回?zé)崞餍枰凶銐虻膿Q熱面積以保證其基本 的功能，但換熱面積往往與工質(zhì)的流通容積及工質(zhì)

6、的流阻損失相對(duì)立 回?zé)崞鬟x材上考慮最多的是 目數(shù)在 200 350 之間的不銹鋼絲網(wǎng)，此外 ，一般回?zé)崞鲿?huì)有 向外 的輻射熱損失 ，隨著外界溫度 的變化，有時(shí)需要對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)熱 ，或者在回?zé)崞魍獠刻滓粋€(gè)隔熱裝置。 2.2 回?zé)崞鞯脑O(shè)計(jì) 回?zé)崞骱屠鋮s器設(shè)計(jì)為一個(gè)整體，都采用內(nèi)徑為100mm的空腔，其中回?zé)崆坏挠行чL(zhǎng)度為55mm，并將回?zé)崞魈兹伺錃饣钊露?，這樣可以通過熱腔的高溫對(duì)回?zé)崞鬟M(jìn)行自行加熱而不需要另外設(shè)置補(bǔ)熱裝置絲網(wǎng)是將約400片鋼絲直徑為35m的不銹鋼絲網(wǎng)片沖出直徑為90 mm的圓片，然后以大概510的角度分別堆疊成柱形 ，經(jīng)稍微擠壓后把四周略微焊接一下 ，同時(shí)為了保證 回?zé)崞髟谑褂弥胁?/p>

7、至于變形嚴(yán)重，將燒結(jié)好 的柱狀絲網(wǎng)片體裝入兩端開了120個(gè)孔的套筒內(nèi)，并在外部套個(gè)與冷卻器連成一個(gè)整體的腔 ，該腔一端是連接冷卻器的擋板 ，另一端與吸熱器下端焊接，使用材質(zhì)為耐高溫不銹鋼圖為回?zé)崞鞣煮w圖 23冷卻器設(shè)計(jì) 231冷卻器的設(shè)計(jì)要求 冷卻裝置應(yīng) 串聯(lián)在做功活塞腔與 回?zé)?器之間，對(duì)冷卻器 的設(shè)計(jì)要求是在保證 足夠 的冷卻面積條件下 ，盡量減小死體積和流程阻力損失 設(shè)計(jì)要求主要有兩方面： (1) 結(jié)構(gòu)緊湊且通流容積盡可能小 ，但管與管之間要保持合理 的間隙，否則會(huì) 降低冷卻介質(zhì) 的流動(dòng)而影響冷卻效果 ； (2) 管與端板的連接部位密封處理很重要 ，不能出現(xiàn)漏氣或毛刺過大的現(xiàn)象 J 23

8、2冷卻 器的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì) 的冷卻器采用 265 根 內(nèi)徑為 15 m m 、外徑為 3 m m 的紫銅 T2 毛細(xì)管 ，其有效換熱長(zhǎng)度為 100 m m ，將它們 以正三角形排布方式并聯(lián)在兩塊端蓋之間，端蓋直徑為 120 m m ，毛 細(xì)管和端蓋間的連接是外部采用真空釬焊 ，并在里端管連接處涂抹耐 高溫膠水 ( 耐溫達(dá)700 K )如 圖5所示 ，殼體也采用紫銅材料 ，圖6 為 回?zé)崞骱屠鋮s器 的一體化效果圖3 活塞及活塞桿密封結(jié)構(gòu) 雙作用式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)活塞的工作條件是配氣式活塞和動(dòng) 力式 活塞 工作條件 的綜合 ，活塞兩端 同時(shí)具有大的溫差和壓差，其工作條件相對(duì)惡劣?；钊虏吭O(shè)置的密封裝置為采

9、用特殊 結(jié)構(gòu)和材料 的活塞環(huán) 。雙作用活塞環(huán)一般 為組合式環(huán)或附有漲簧 的活塞環(huán) 。所謂組合式環(huán)就 是在鋼 質(zhì)或鐵質(zhì)活塞環(huán) 的外表面鍍上一層魯 隆，厚度 115 毫米 。設(shè)置漲 簧的活塞環(huán) ，具有 良好的密封能力 ，在魯 隆環(huán)磨損 2030后仍具有 良好的密封性 能。 3.1活塞桿的密封 3.1.1絕對(duì)密封裝置 絕對(duì)密封又稱卷筒式密封或 套襪 式密封。這樣橡膠卷筒就將冷腔和曲軸箱隔開，在橡膠卷筒上方是氣體，下方是潤(rùn)滑油。結(jié)構(gòu)如圖： 3.2.2 滑動(dòng)密封裝置 這種密封裝置的基本元件為采用魯隆制造的密封環(huán)，環(huán)的上下兩端有錐度，同時(shí)有一個(gè)軸向彈簧提供初始?jí)毫?在密封環(huán)的上方有一個(gè)刮油環(huán)，將密封環(huán)泄漏的少量油刮除。在刮油環(huán)的上方有一個(gè)較高的活塞桿行程 自由區(qū)，在 自由區(qū)內(nèi)充滿工質(zhì)，壓力等于最小循環(huán)壓力，油氣會(huì)進(jìn) 入過濾器 ，分 離后的氣和油分別返回冷腔和 曲軸箱 。結(jié)構(gòu)如圖四 結(jié)論 進(jìn)入 21 世紀(jì)