斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)制作方法

簡(jiǎn)介：斯特林引擎（Stirling Engine）的優(yōu)勢(shì)特色與問(wèn)題

從 Stirling Engine 的原理與結(jié)構(gòu)來(lái)看，它有幾項(xiàng)頗具優(yōu)勢(shì)的特點(diǎn)：

1.、其使用外部熱源，因此只要是能夠產(chǎn)生熱，皆可用來(lái)做為推動(dòng)的能源，

所以并不僅限于可燃燒的燃料。而由于內(nèi)燃機(jī)常令人詬病其排放的廢氣，會(huì)產(chǎn)環(huán)境污染的問(wèn)題，因此能夠使用地?zé)帷⑻?yáng)能等自然的能源來(lái)運(yùn)作StirlingEngine，顯然在此方面是具有優(yōu)勢(shì)的。

斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)原理

2.、雖然Stirling Engine 常被歸類于外燃機(jī)，但實(shí)際上，只要能夠產(chǎn)生溫差，

就能夠成為運(yùn)作的能源，因此使用低溫流體，如乾冰、或冰水，同樣可使Stirling Engine 進(jìn)行運(yùn)作。

3.、由于Stirling Engine 外部熱源與工作氣體（Working gas）是分開的，因

此沒有燃燒廢棄物堆積于內(nèi)部的問(wèn)題，使用的潤(rùn)滑油周期較持久。

4、由于熱源位于外部，因此在調(diào)整控制上，比內(nèi)燃機(jī)容易得多。

5、 熱源的提供是連續(xù)性的，較不會(huì)有燃料燃燒不全的情形。

6、比起其他引擎，它的構(gòu)造很簡(jiǎn)單，不需要閥門，也沒有化油器等機(jī)構(gòu)。

7、運(yùn)作的溫度與壓力比起蒸氣引擎或內(nèi)燃式引擎要低且安全的多，因此引擎強(qiáng)度與重量不需要很要求很高。

8、沒有燃燒爆炸的作用，運(yùn)作也很安靜，沒有劇烈的震動(dòng)。

以上就是 Stirling Engine 的發(fā)展優(yōu)勢(shì)。然而，既然Stirling Engine 具有優(yōu)勢(shì)，但為何當(dāng)初它并沒有成為普遍的動(dòng)力系統(tǒng)？顯然它仍然有一些問(wèn)題有待克服或替代方桉：

斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)原理

1、無(wú)法避免熱源對(duì)熱室的侵蝕。畢竟高溫差使得其運(yùn)作效率提高，但也相對(duì)的會(huì)使活塞機(jī)構(gòu)產(chǎn)生高溫或低溫侵蝕性的影響，引響運(yùn)作壽命。

2、雖然在低溫差可以運(yùn)作，但要在低溫差下產(chǎn)生大量的動(dòng)能時(shí)，引擎的體積就會(huì)很巨大。

3、高低溫差的控制很困難，尤其取決于引擎的隔熱包裝技術(shù)。如果無(wú)法有效控制，會(huì)徒增能源的散逸，減低效率。

4、剛開始Stirling Engine 無(wú)法迅速運(yùn)轉(zhuǎn)，它必須經(jīng)過(guò)一段“暖機(jī)時(shí)間”。

5、要改變它的能量輸出等級(jí)是很難的，它無(wú)法像內(nèi)燃機(jī)一樣用燃油多寡直接去控制動(dòng)力的大小。

6. 最好的工作氣體是使用氫等分子量小的氣體，但這些氣體不易保存。

所以，以上的這些特性與問(wèn)題，造成了 Stirling Engine 發(fā)展的興衰。以目

盡管如此，Stirling Engine 仍被利用在進(jìn)行乾淨(jìng)、環(huán)保的長(zhǎng)時(shí)期穩(wěn)定運(yùn)作的電力生產(chǎn)與低溫冷凍上。

斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)原理

第一步：材料與工具準(zhǔn)備：首先要準(zhǔn)備的材料與工具如表1、表2 所示。

表1 材料表

名稱 規(guī)格 數(shù)量 備注

試管 18 x 150mm 1支 附橡皮塞

玻璃針筒 10 ml 1 支 作為活塞

銅管 內(nèi)徑約φ2mm 2段

銅棒 φ2mm 1根

光碟片 1片

鉛線 約φ1.5mm 1包 曲軸

鐵絲 細(xì) 固定鋼絲絨用

鋼絲絨 1包 移氣活塞

塑膠軟管 φ3 mm 1段

木條 180 x 10 x 8 mm 1支 木條

木板 若干 基座

熱熔膠 若干

橡皮筋 2 條 固定試管及針筒

小螺帽 內(nèi)徑約φ1.5mm 若干

小鐵釘 約φ1.5mm 若干 軸用

冰棒棍 若干

表二：工具表

名稱 數(shù)量 備注

剪刀 1

美工刀 1

剪嘴鉗 1 制作曲軸

虎鉗 1 制作曲軸

線鋸 1 切割木板

電鉆 1

直尺 1

記號(hào)筆 1 做記號(hào)

實(shí)驗(yàn)室酒精燈 3~5組 亦可用蠟燭代替

工業(yè)酒精 2瓶

鐵鎚 1 釘制基架

材料圖：

第二步：制作步驟

（一）利用手搖鉆（或小電鉆）將橡皮塞鉆出兩個(gè)孔，一為連通氣室用，一為交換器用

（二）將鋼絲絨以小鐵絲綁繞在銅棒上，製成移氣活塞?；钊L(zhǎng)度約為試管

長(zhǎng)度的一半。

（三）將做好的移氣活塞組合上試管。并裝上塑膠軟管與鉆孔的小木塊（連

結(jié)軸用）。

（四）將玻璃針筒以熱熔膠固定在木條上，并用橡皮筋加強(qiáng)固定。針筒后方

黏上鉆孔的小木塊，以備之后連結(jié)軸用。

斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)

（五）同樣將試管固定在木條上。然后以塑膠軟管連接。

（六）此時(shí)可以稍作測(cè)試。加熱試管前端，拉動(dòng)移氣活塞，看看針筒是否會(huì)前后伸縮移動(dòng)。如沒有，則應(yīng)該檢查是否出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象。

（七）在木條前 10mm 鉆一φ1.5mm 的孔，接著依下列尺寸，將鉛線彎曲制作曲軸，并黏合光碟片。要注意針筒與移氣活塞必須有相差90 度的相位角。

（八）計(jì)算移氣活塞的活動(dòng)長(zhǎng)度，在冰棒棍上適當(dāng)鉆孔以符合，將木條與

冰棒棍切割鉆孔。

（九）最后將鉆孔完畢的冰棒棍以小鐵釘組合上去，即完成本次活動(dòng)制作。

第三步：測(cè)試與完成

要使自制的Stirling Engine運(yùn)作，首先在試管下至一酒精燈，待燒熱約1

分鐘，試著轉(zhuǎn)動(dòng)光碟片即可。如果旋轉(zhuǎn)不夠順利，試著微調(diào)相位角度;又或者

旋轉(zhuǎn)的連續(xù)性（貫性）不夠，可在光碟片上夾上小夾子，以增加其慣性轉(zhuǎn)動(dòng)力

量。

注意事項(xiàng)：

雖然，本次制作的 Stirling Engine 教具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但整個(gè)史特靈引擎制作

的關(guān)鍵，就在曲軸與活塞，因此有幾點(diǎn)影響制作成功與否的關(guān)鍵要點(diǎn)要注意：

1. 氣體交換室（試管）的密閉性要高，盡量不要有漏氣現(xiàn)象。

2. 曲軸角度要呈90 度，移氣活塞的相位角要比活塞提前90 度。

3. 移氣活塞的銅棒管接合處，要盡量能滑順，但又不能有大量漏氣現(xiàn)象，

挑選銅管與銅棒時(shí)，公差要配合好。

4. 曲軸旋轉(zhuǎn)的流暢度是關(guān)鍵，這個(gè)部份需要的精密度較高，盡量能以模

具或電動(dòng)工具製作。

5. 連結(jié)曲軸的冰棒棍要盡量平行推動(dòng)，不要有分向力量減低推動(dòng)。

6. 光碟片的目的是要增加其旋轉(zhuǎn)慣性，如慣性不足，可用小夾子夾住光

碟片來(lái)調(diào)整。斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)