一种低温差自由活塞斯特林发动的制造方法
【专利摘要】本发明是一种发动机系统，特别是一种低温自由活塞斯特林发动机。由配气活塞气缸加热面1，配气活塞气缸2，配气活塞气缸冷却面3，动力活塞气缸4，动力活塞5，动力活塞配重6，动力活塞磁铁7，配气活塞磁铁8，配气活塞9组成。配气活塞可以自由活动，没有连杆穿出封闭的循环系统，上表面中心装有一块磁铁；动力活塞底部中心装有一块磁铁，与配气活塞上的磁铁相互吸引，动力活塞上装有配重，通过调整配重的重量，使动力活塞两面的压力差与动力活塞整体的重力相等，动力活塞悬浮在平衡位置。当动力活塞处于平衡位置以下时，动力活塞底部压力大于顶部压力，动力活塞向上移动；位于平衡位置以上时则相反。当动力活塞处于平衡位置以下时，两块磁铁的相互吸引力大于配气活塞整体的重力，配气活塞向上移动；位于平衡位置以上时则相反。该发动机的实际循环接近理想循环，摩擦力小，效率高，发动机可以在较低温度下运转，可以广泛应用中低温热源的能量。
【专利说明】一种低温差自由活塞斯特林发动机
【技术领域】 [0001] 本发明是一种发动机系统，特别是一种低温自由活塞斯特林发动机系 统。
【背景技术】 [0002] 斯特林发动机又名热气机，通过工作气体的受热膨胀、遇冷压缩而产生 动力，其理论效率等于卡诺循环效率。图1是传统低温配气活塞式斯特林发动机结构示意 图。如图所示，其配气活塞通过配气传动结构与飞轮系统相连，通过飞轮系统来驱动配气传 动机构，从而控制配气活塞运动。配气活塞的运动是连续的，而配气传动结构中的配气活塞 杆须穿出闭式循环系统，因而需要进行动密封。配气活塞的连续运动使发动机的实际工作 循环大大偏离理想循环，而杆件的动密封是影响斯特林发动机实用化的难点之一。自由活 塞斯特林发动机是斯特林发动机的一种结构形式，它取消了传统斯特林发动机的曲轴和连 杆结构，引入"自由活塞"，配气活塞和动力活塞靠气体压力和弹簧悬挂系统工作在谐振状 态，从而减少机械磨损，提高效率。但弹簧悬挂系统调整困难，也对活塞有很大的约束作用， 刚性太强不谐振，刚性太弱容易使活塞超出形成范围，工作时还要精密的控制系统才能保 证配气活塞与动力活塞之间的相差，这增加了系统的复杂程度，也限制了自由活塞斯特林 发动机在低温时的应用。
【发明内容】
[0003] 因此，为了解决传统低温配气活塞式斯特林发动机和自由活塞斯特林发 动机的缺点，本发明提供一种低温自由活塞斯特林发动机系统。其配气活塞可以自由活动， 没有连杆穿出封闭的循环系统，上表面中心装有一块磁铁。其动力活塞底部中心装有一块 磁铁，与配气活塞上的磁铁相互吸引。动力活塞上装有配重，通过调整配重的重量，使动力 活塞两面的压力差与动力活塞整体的重力相等，动力活塞整体悬浮在平衡位置。当动力活 塞处于平衡位置以下时，动力活塞底部压力大于顶部压力，动力活塞向上移动；位于平衡位 置以上时则相反。当动力活塞处于平衡位置以下时，两块磁铁的相互吸引力大于配气活塞 整体的重力，配气活塞向上移动；位于平衡位置以上时则相反。
[0004] 配气活塞靠磁力和重力驱动，可以自由活动，没有连杆穿出密封的循环系统，避免 传统低温配气活塞式斯特林发动机的动密封问题，也没有配气机构和飞轮系统带来的摩擦 等问题。磁力和重力的互相作用可以使配气活塞快速移动到位，不会受到配气系统连续移 动的限制，更加接近理想循环。动力活塞靠重力和压力差保持平衡谐振，调整参数远比弹簧 悬挂系统简单得多。动力活塞的磁铁可以控制配气活塞移动，无需复杂的控制系统。
[0005] 与公知技术相比本发明具有的优点及积极效果：该发动机的实际循环接近理想循 环，摩擦力小，效率高，发动机可以在较低温度下运转，可以广泛应用中低温热源的能量。
【专利附图】
【附图说明】 [0006] 图1是传统低温配气活塞式斯特林发动机结构示意图。
[0007] 图2是低温自由活塞斯特林发动机结构示意图。
[0008] 图3是低温自由活塞斯特林发动机工作过程示意图。
[0009] 附图标记说明：
[0010] 1、配气活塞气缸加热面
[0011] 2、配气活塞气缸
[0012] 3、配气活塞气缸冷却面
[0013] 4、动力活塞气缸
[0014] 5、动力活塞
[0015] 6、动力活塞配重
[0016] 7、动力活塞磁铁
[0017] 8、配气活塞磁铁
[0018] 9、配气活塞
【具体实施方式】
[0019] 下面结合附图3做进一步的描述低温自由活塞斯特林发动机工作过程。
[0020] 低温自由活塞斯特林发动机启动时，动力活塞5向下移动。
[0021] 过程1 - 2 :动力活塞5向下移动，动力活塞磁铁7与配气活塞磁铁8相互吸引， 配气活塞9向上移动，配气活塞气缸2内部的工作气体流动到配气活塞气缸加热面1，工作 气体被加热。
[0022] 过程2 - 3 :工作气体被加热，工作气体受热膨胀，动力活塞5受到压力差大子重 力向上运动,动力活塞磁铁7与配气活塞磁铁8相互距离增大，吸引力减小。
[0023] 过程3 - 4 :动力活塞磁铁7与配气活塞磁铁8相互距离增大，吸引力减小，配气 活塞9受到重力向下移动，配气活塞气缸2内部的工作气体流动到配气活塞气缸冷却面3， 工作气体被冷却。
[0024] 过程4 - 1 :工作气体被冷却，工作气体冷却收缩，动力活塞5受到压力差小于重 力向下运动，完成一个工作循环。
【权利要求】
1. 一种低温自由活塞斯特林发动机，由配气活塞气缸加热面1，配气活塞气缸2,配气 活塞气缸冷却面3,动力活塞气缸4,动力活塞5,动力活塞配重6,动力活塞磁铁7,配气活塞 磁铁8,配气活塞9组成。
2. 根据权利要求1所述的低温自由活塞斯特林发动机，其特征是：配气活塞9可以自 由活动，没有连杆穿出封闭的循环系统，上表面中心装有一块磁铁8。
3. 根据权利要求1所述的低温自由活塞斯特林发动机，其特征是：动力活塞5底部中 心装有一块磁铁7,与配气活塞9上的磁铁8相互吸引，动力活塞5上装有配重6,通过调整 配重6的重量，使动力活塞5两面的压力差与动力活塞5整体的重力相等，动力活塞5整体 悬浮在平衡位置。
4. 根据权利要求1所述的低温自由活塞斯特林发动机，其特征是：动力活塞5处于平 衡位置以下时，动力活塞5底部压力大于顶部压力，动力活塞5向上移动；位于平衡位置以 上时则相反。
5. 根据权利要求1所述的低温自由活塞斯特林发动机，其特征是：动力活塞5处于平 衡位置以下时，动力活塞磁铁7与配气活塞磁铁8的相互吸引力大于配气活塞9整体的重 力，配气活塞9向上移动；位于平衡位置以上时则相反。
【文档编号】F02G1/043GK104100410SQ201310123131
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2013年4月10日 优先权日:2013年4月10日
【发明者】陈观生, 高攀, 李风, 张仁元, 毛凌波, 张廷晟, 刘冲冲 申请人:广东工业大学