基于创新方法的斯特林发动机改进概要

本科毕业设计（论文）

基于创新方法的斯特林发动机改进

学院机电工程学院

专业机械设计制造及其自动化

（机械电子工程方向）

年级班别2008级（2）班

学号

学生姓名

指导教师

2012年6 月

基于创新方法的斯特林发动机改进

机电工程学院

摘要

斯特林发动机由于具有燃料来源广、低噪声、低污染、安全性能高等诸多优点而受到越来越广泛的重视。但由于斯特林发动机在功率效率及结构的技术和发展还不是特别地成熟，还不能成为完全替代内燃机的新型动力机器，需要对斯特林发动机进行改进设计。本文在介绍了基于TRIZ理论的机构创新设计方法的基础上，针对现有斯特林发动机工作效率低、功率不高、结构庞大等方面问题，应用TRIZ理论的技术矛盾矩阵法对斯特林发动机进行创新设计，利用TRIZ法40条原理中的嵌套原理提出了β型斯特林发动机结构、分离与分开原理提出γ型斯特林发动机结构和周期性作用原理提出了复动型发动机结构，从结构、原理和工作循环方法上实现了产品不同角度的创新设计。用TRIZ 理论改进所得出的方案为斯特林发动机的发展方向提供实用价值的参考。

关键词：TRIZ，机构创新设计，斯特林发动机

Abstract

The Stirling engine gets more and more extensive attention，because it has a lot of advantage such as the wide fuel source, low noise , low pollution, high thermal efficiency and higher safety. The technology and development of Stirling engine in power efficiency and structure is not particularly mature, which can not completely replace the internal combustion engine and become the new dynamic machine. It need to improve the design of the Stirling engine. This paper introduces the institutional innovative design method on the basis of the TRIZ theory. Since the low efficiency of the existing Stirling engine power structure low thermal efficiency and huge structure, the Author applyed technical contradiction matrix method of TRIZ on the Stirling engine to innovative design. The structure of the β-type Stirling engine, γ-type Stirling engine structure and the complex dynamic engine structure turned out. It bring about the product of innovative design from the structure, principle and duty cycle method. The improved program that obtained by TRIZ theory provide a reference of practical value for the development direction of the Stirling engine.

Key words:TRIZ, Institution innovation design, The Stirling engine

目录

第一章绪论 (1)

1.1 斯特林发动机的历史和现状 (2)

1.2 机构创新设计国内外的研究现状 (2)

1.3 TRIZ理论的发展及其应用状况 (3)

1.4 本文的研究内容 (5)

第二章TRIZ理论 (6)

2.1 TRIZ理论的核心思想 (6)

2.2 TRIZ理论的基本原理 (6)

2.3 TRIZ理论技术矛盾解决问题的一般过程 (7)

第三章斯特林发动机的工作原理及其改进方案 (8)

3.1 斯特林发动机结构分析 (8)

3.2 工作原理分析 (9)

3.3 基于TRIZ的斯特林发动机的创新设计 (11)

3.3.1 热效率的改进 (11)

3.3.2 功率的改进 (12)

3.3.3 结构的改进 (16)

总结 (19)

参考文献 (20)

致谢 (21)

第一章绪论

本论文主要选择斯特林发动机进行机构创新设计。主要选用的机构创新方法是利用TRIZ理论做机构方案创新改进设计。

引擎是一种将热能转换成机械能的装置，它需要通过热交换引起内部压力和容积的变化。引擎的主要部件是气缸，一般汽缸包括缸体、进气孔、输油孔、出气孔、活塞和火花塞(汽油机)等。而发动机是一整套动力输出设备，包括变速齿轮、引擎和传动轴等等，可见引擎只是整个发动机的一个部分，但却是整个发动机的核心部分，因此把引擎称为发动机也不为过。

斯特林发动机是一种闭循环活塞式热机，因它是在1816年为苏格兰的R.斯特林所发明，故又称斯特林发动机。闭循环的意思是工作燃气一直保存在气缸内，从外部燃烧和冷却使其产生压力变化，得到动能输出的外燃机。而开循环则如内燃机和一些蒸气机需要与大气交换气体。斯特林发动机被归为外燃机。斯特林发动机因其无声操作和能源效率享有盛誉。

内燃机是一种动力机械，它是通过使燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转换为动力的热力发动机。活塞式内燃机将燃料和空气混合，在其气缸内燃烧，释放出的热能使气缸内产生高温高压的燃气。燃气膨胀推动活塞做功，再通过曲柄连杆机构或其他机构将机械功输出，驱动从动机械工作。

外燃机使用工质(传递能量的媒介物质叫工质)，在封闭的气缸内充有一定容积的工质。气缸一端为热腔，另一端为冷腔。工质在低温冷腔中压缩，然后流到高温热腔中迅速加热，膨胀做功。燃料在气缸外的燃烧室内连续燃烧，通过加热器传给工质，工质不直接参与燃烧，也不更换。所以斯特林发动机是外燃机。

斯特林发动机是一种新型动力机械，虽然早在19世纪初其雏型已被发明，但是由于当时技术水平的限制，而未能得到实际应用。近几十年来，由于斯特林发动机具有环保，低噪声、低污染和优良的环境特性等优点，斯特林发动机重新受到人们的重视，并得到了较快的发展，其应用前景十分广阔。但由于斯特林发动机在功率及其结构和可靠性等方面各项性能指标与技术已经十分成熟的内燃机相比，还有更大的改进空间。本文利用TRIZ理论对原有斯特林发动机结构设计改进，进而使用TRIZ理论对斯特林发动机做出改进，重点是使用技术矛盾矩阵法解决技术冲突。