DIY斯特林发动机设计制作原理

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什么是斯特林热机？

热气机（即斯特林发动机）的理想热力循环，为19世纪苏格兰人R.斯特林所提出，因而得名。它是由两个定容吸热过程和两个定温膨胀过程组成的可逆循

1)环，而且定容放热过程放出的热量恰好为定容吸热过程所吸收。热机在定温(T(T1)

膨胀过程中从高温热源吸热，而在定温(T2)压缩过程中向低温热源放热。

斯特林循环的热效率为

公式中W为输出的净功；Q1为输入的热量。根据这个公式，只取决于T1和T2，T1越高、T2越低时，则越高，而且等于相同温度范围内的卡诺循环热效率。因此，斯特林发动机是一种很有前途的热力发动机。斯特林循环也可以反向操作，这时它就成为最有效的制冷机循环。

斯特林循环可以分为4个过程：

①定温压缩过程:配气活塞停留在上止点附近，动力活塞从它的下止点向上压缩工质，工质流经冷却器时将压缩产生的热量散掉，当动力活塞到达它的上止点时压缩过程结束。

②定容回热过程:动力活塞仍停留在它的上止点附近,配气活塞下行，迫使冷腔内的工质经回热器流入配气活塞上方的热腔，低温工质流经回热器时吸收热量，使温度升高。

③定温膨胀过程：配气活塞继续下行，工质经加热器加热，在热腔中膨胀，推动动力活塞向下并对外作功。

④定容储热过程：动力活塞保持在下止点附近，配气活塞上行，工质从热腔经回热器返回冷腔，回热器吸收工质的热量，工质温度下降至冷腔温度。

在理论上，定容储热量等于回热量，其循环效率等于卡诺循环效率。两个活塞的运动规律是由菱形传动机构来保证的。

—1878）斯特林（RobertStirling，17901790—

英国物理学家，热力学研究专家。

斯特林对于热力学的发展有很大贡献。他的科学研究工作主要是热机。热机的研制工作，是18世纪物理学和机械学的中心课题，各种各样的热机殊涌而出，不断互相借鉴，取长补短，热机制造业兴旺起来，工业革命处于高潮时期。

随着热机发展，热力学理论研究提到了重要位置，不少科学家致力于热机理论的研究工作，斯特林便是其中著名的一位。他所提出的斯特林循环，是重要的热机循环之一，亦称“斯特林热气机循环”。这种循环，是封闭式的，采用定容下吸热的气体循环方式。循环过程是：①等容吸热加热；②由外热源等温加热；③等容放热，供吸热用；④向冷体等温放热，完成一个循环。在理想吸热的条件下，这种循环的热效率，等于温度上下限相同的卡诺循环。利用这种循环的“斯特林热机”，具有很多特点，如采用外燃，或外热源供热等。由于这种循环是封闭式循环，可采用传热性能好的工质，同时，工质的腐蚀性也可以很小，如氮气、氢气等气体。充入的气体工质，还可以加大压力，视封闭系统的情况，能够采用远远大于大气压力的高压气体工作，这样可以提高发动机的单位重量的功率，减小发动机的体积和重量。斯特林热机在逆向运转时，可以作为制冷机或热泵机，这种设想在现代已进入了实用研究阶段。

斯特林循环热空气发动机不排废气，除燃烧室内原有的空气外，不需要其他空气，所以适用于都市环境和外层空间。

18世纪末和19世纪初，热机普遍为蒸汽机，它的效率是很低的，只有3％一

5％左右，即有95％以上的热能没有得到利用。到1840年，热机的效率也仅仅提高到8％。斯特林对于热力学理论的研究，就是从提高热机效率的目的出发的。他所提出的斯特林循环的效率，在理想状况下，可以无限提高。当然受实际可能的限制，不可能达到100％，但提供了提高热效率的努力方向。

用试管和玻璃注射器制作的斯特林发动机模型

用试管和玻璃注射器做个斯特林发动机,用蜡烛就可以转，用酒精灯大概转速在350左右，还有很大的改进余地。

医疗用品商店。。各种试管、注射器、胶管都有

经过改进，功率大增，体积减小。最高转速达到900转/分，用个小蜡烛就可以带动一个简易发电机点亮发光管。发电机就是用0.23的漆包线绕2000匝，铁芯用4个450电直的废主轴。磁铁就是用两个10mm的磁钢吸在铁质飞轮上。

咖啡杯上的斯特林发动机

这种“热回声”式斯特林发动机里的钢丝刷才起你说的冷热交换作用

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这个动力缸是玻璃的（玻璃注射器），所有发动机的动力缸都是玻璃的，塑料注射器的阻力太大。

这个玻璃上没有打孔，照片中的孔在铝合金上，这个孔通到后面的一个延伸到到动力缸的底部的一个槽，和动力缸的塑料堵头联通。

但是manson发动机的玻璃上有打孔（见下图），其实玻璃的切割和打孔很简单的，甚至简单过金属的切断，没想象的那么难，切割我是夹在车床上用金刚砂轮切割，打孔就是用小台钻夹上下面照片中塑料盒里的金刚砂魔头打

m孔，几分钟内就可以完成。后听人介绍有玻璃钻头买，下图是我买的3,4,5,6m3,4,5,6mm

的玻璃钻头，不过还没来得及用。加工玻璃的时候要加水，防止玻璃粉尘飞舞。

注射器上打的孔

manson发动机内部结构后视，注意气缸（注射器管）上有孔

manson发动机前视

原理大概给解释一下：

此发动机有两个冲程，且两个冲程都是做功冲程。

此发动机有两个活塞，图中左边的是配气活塞（活塞和气缸之间有间隙，以便空气在冷热端流动），右边是动力活塞，两活塞是刚性连接。并被动力活塞封闭成一个与外部隔绝的密封腔体。

当活塞从上止点往下止点（从左向右）移动时，将冷端的冷空气压向热端，冷空气在热端受热膨胀，腔体里气体压力高于大气压，故进一步推动活塞向下止点移动（做功冲程）。

当活塞运动到下止点时，图中管道C的X开口和动力气缸的开口X接通（exhaust处），热空气通过管道C排出到外部。由于飞轮的惯性作用，活塞将从下止点向上止点（从右向左）移动，此时残留在热端的热空气将被压向冷端，进入冷端的热空气被冷却后收缩，将引起腔体内的气体压力下降到低于大气压，故动力活塞在外部大气压的作用下进一步向上止点（向左）移动（也是做功冲程）。

当活塞移动到上止点时，管道B被接通，外部的冷空气通过此管道被吸入腔体（因为此时腔体内的气压低于大气压）。

如此往复循环。。。

下图，是分解图：对照我以前发的照片应该可以明白此发动机的原理和制作方法了吧？

斯特林发动机做模型注意几点;

我认为要效率高转速快，主要在于与气体温度差和活塞直径，它决定了活塞的最佳行程。假如冷却的气体温度为t1，加温后为t2，那么这个温差t，决定了气体的膨胀度V，再用V除以气缸的截面积，得出活塞行程L，然后再以这个L为参考值，考虑各种系数，最终决定L值，就得出了L1的长度了。不知道我这种思路对头吗？

请赐教。排气口大小也很重要。再者要考虑大小活塞的直径比，因为发动机运行时腔体的容积也在变化制作中注意几点：

1.一定确保将发动机的摩擦阻力减到最小，只要能转起来，获得经验后再考虑如果提高功率和转速。

我在所有连杆处都加了轴承，并且配气气缸堵头滑动摩擦处用了赛钢塑料（带自润滑），其实不用轴承和赛钢塑料也可以，不过第一次做还是努力点好。

2.L1和L2的夹角是90°

3.一般情况下L1大于L2，这样做的效果是小温差容易转动，制作容易成功，但是如果要追求大功率和高转速，L1＝L2或大于可能更好。我是试验出来的，分析起来估计是L2越大压缩比也越大。

4.连杆也不可以太短，要不配气活塞容易晃动，增加运行阻力。