斯特林發(fā)動機在汽車上應(yīng)用

1、什么什么概念車當斯特林發(fā)動機偶遇現(xiàn)代汽車一 斯特林發(fā)動機概述1 熱氣機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)動機。2 國內(nèi)熱氣機的發(fā)展歷史 上海齊耀動力技術(shù)有限公司利用近 3 年的時間研制成功 50kW 級燃氣熱氣機熱電聯(lián)供系統(tǒng)，該系統(tǒng)屬于上海市重大科技攻關(guān)項 目“燃用天然氣 的熱氣機 能源 島關(guān)鍵技術(shù)研究與示范 ”(編號 ：0230 12004 )的核心 技術(shù) ，具有完全的 自主知識產(chǎn)權(quán)。二 斯特林發(fā)動機的原理和特點1 原理概要 熱氣機是一種閉式循環(huán)往復(fù)式外燃機 ，按斯特林循環(huán)工作，與柴油機和蒸汽機等不同的是：它的工作氣體是封閉在機器 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 個過程組成。其工作原理如圖 1所示零件數(shù)比內(nèi)燃機少40，降價空間大，同時還運轉(zhuǎn)平穩(wěn) 、振動小 、噪音低 ；小功率情況下的熱效率較高。2 斯特林發(fā)動機的主要技術(shù)特點 2.1 對熱氣機而言 ，最好的工質(zhì)應(yīng)具有高 的換熱系數(shù)及低的摩擦或泵動損失的氣體。在解決安全問題的前提下氫氣是熱氣機最理想的工質(zhì)，既要保證氣體密封和阻隔機油又要保證活塞桿的滑動 ，這是一個難點，現(xiàn)在熱氣機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 的熱氣機在工作時的工質(zhì)泄漏

3、量控制在 51ON Lh 之 內(nèi)，通過微量的工質(zhì)補充 ，可以完全滿足熱氣機持續(xù)正常運行的要求。 2.2 單作用熱氣機又可分為三種類型：雙活塞熱氣機 ；動力活塞和配氣活塞在同一氣缸的熱氣機 ；動力活塞和配氣活塞分置在兩個氣缸的熱氣機。而雙作用熱氣機的活塞既是配氣活塞也是動力活塞 ，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)動機中重點系統(tǒng) 斯特林發(fā)動機 的換熱系統(tǒng)包括吸熱器 、回熱器和冷卻器三部分 ，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)受熱膨脹進人 回熱器儲熱 ，然后流經(jīng)冷卻器冷卻 ，最

4、后進入做功活塞推動活塞運轉(zhuǎn) ，其原理圖如圖 所示 1 吸熱器的設(shè)計 對吸熱器的設(shè) 計 ，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 同時不能一味增大吸熱面積 ，因為隨著吸熱面積的增大 ，必然會造成系統(tǒng)內(nèi)部死體積增加，反而會影響最后的效率 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 ，同時吸熱管的尺寸和位置分布形式對發(fā)動機的性能影響很大，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 ：50 cm ；吸熱器有效 吸熱 長度 ：45cm ；吸熱器管束數(shù) ：30 個 熱腔溫度的計算方法：2 回熱器設(shè)計 2.1 回熱器的功能及要 求 回熱器裝配在 吸熱器與冷卻器之 間，回熱器在工作過程中，其內(nèi)部溫度變化率很 大，每秒鐘高達 30 000 、溫度 比f一般在 030 035之間 ，同時會造成很大的熱應(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 ，回熱器需要有一定的孔隙率 ，以保證在工質(zhì)循環(huán)流動 的沖刷 中不至于產(chǎn)生明顯的變形 ；最后 ，回熱器需要有足夠的換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、的流阻損失相對立 回熱器選材上考慮最多的是 目數(shù)在 200 350 之間的不銹鋼絲網(wǎng)，此外 ，一般回熱器會有 向外 的輻射熱損失 ，隨著外界溫度 的變化，有時需要對其進行補熱 ，或者在回熱器外部套一個隔熱裝置。 2.2 回熱器的設(shè)計 回熱器和冷卻器設(shè)計為一個整體，都采用內(nèi)徑為100mm的空腔，其中回熱腔的有效長度為55mm，并將回熱器套人配氣活塞下端，這樣可以通過熱腔的高溫對回熱器進行自行加熱而不需要另外設(shè)置補熱裝置絲網(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 ，同時為了保證 回熱器在使用中不

7、至于變形嚴重，將燒結(jié)好 的柱狀絲網(wǎng)片體裝入兩端開了120個孔的套筒內(nèi)，并在外部套個與冷卻器連成一個整體的腔 ，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熱器分體圖 23冷卻器設(shè)計 231冷卻器的設(shè)計要求 冷卻裝置應(yīng) 串聯(lián)在做功活塞腔與 回熱 器之間，對冷卻器 的設(shè)計要求是在保證 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 降低冷卻介質(zhì) 的流動而影響冷卻效果 ； (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 設(shè)計 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 毛細管 ，其有效換熱長度為 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700 K )如 圖5所示 ，殼體也采用紫銅材料 ，圖6 為 回熱器和冷卻器 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)動機活塞的工作條件是配氣式活塞和動 力式 活塞 工作條件 的綜合 ，活塞兩端 同時具有大的溫差和壓差，其工作條件相對惡劣?；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絕對密封裝置 絕對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，下方是潤滑油。結(jié)構(gòu)如圖： 3.2.2 滑動密封裝置 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，同時有一個軸向彈簧提供初始壓力 在密封環(huán)的上方有一個刮油環(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，油氣會進 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 進入 21 世紀