CN100523469C - 斯特林发动机和具有该发动机的混合系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种斯特林发动机，它能够减少摩擦损失并且消除由于施加到活塞环和其他类似物上的润滑油带来的热交换器恶化的可能。斯特林发动机包括气缸(22，32)和活塞(21，31)，当依靠气体轴承(48)在活塞和气缸之间保持气密状态时活塞在气缸内往复运动，还包括直接或间接连接到活塞的近似直线机构(50)，并且布置它使得活塞在气缸内往复运动时可以作近似直线运动。斯特林发动机拥有活塞发动机，它处于无环(也就是没有活塞环)和无油(也就是没有润滑油)的状态，以此来减少摩擦损失和防止由润滑油带来的热交换器的恶化。因为近似直线机构使活塞能够作近似直线运动，所以实际上消除了活塞上的侧向力。斯特林发动机和对侧向力抗压性低的气体轴承一起有效的使用。

Description

斯特林发动机和具有该发动机的混合系统

技术领域

本发明涉及一种斯特林发动机和具有该发动机的混合系统，并且特别的涉及一种减少摩擦损失的斯特林发动机和具有该发动机的混合系统。

背景技术

斯特林发动机有着期望更高热效率的优势。此外，作为外燃机的斯特林发动机，其工作流体在外部加热，因为它可以不管热源而可以利用广泛的具有低温度梯度的各种可替代能源，如太阳能、地热和废热，所以它还有着有益于节能的优势。

传统上，已知的斯特林发动机如图41所示。将高温气缸102和低温气缸103以突起的形式设置在发动机室101中。加热器104与高温气缸102的上侧相连，冷却器105与低温气缸103相连。加热器104与冷却器105通过回热器106相互连接。膨胀活塞107和压缩活塞108可往复运动的分别处于高温气缸102和低温气缸103中。活塞107、108分别依靠连杆109、110与曲轴111连接，从而以一个预定的相位差，如相互之间呈90度角的往复运动。

工作流体，如He、H₂或N₂，填充于高温气缸102、低温气缸103、加热器104、冷却器105、回热器106和连接它们的管路系统(plumpingsystem)内。高温气缸102上侧的膨胀空间和低温气缸103上侧的压缩空间分别依靠连在活塞107、108上的活塞环112、113被密封起来。

当在加热器104中被热源(未示出)加热时，工作流体膨胀并且把膨胀活塞107向下压，由此曲轴旋转。另一方面，当膨胀活塞将其运动切换到上升行程时，工作流体经过加热器104被送到回热器106中。在回热器106，工作流体将其热量传递到填充的存热介质中，流出到冷却器105以冷却，并且在压缩活塞108上升时被压缩。在这种方式下被压缩的工作流体当从回热器106内的存热介质吸热时流回到加热器104内，使其温度升高，并且流入到加热器104内，在这里它被热源加热从而再次膨胀。

已公开的日本专利申请H04-311656(专利文件1)公开了一种斯特林发动机，其中依靠一种瓦特Z字形的近似直线连接机构来导向活塞销。

此外，在已公开的日本专利申请2002-89985(专利文件2)中公开了一种技术，其中一种气体轴承被插入到活塞和气缸之间。在专利文件2中描述了一种斯特林发动机，它被设计成：通过形成于气缸的气体轴承垫上的孔向活塞输送的气体为活塞提供了浮力，从而保证了活塞和气缸之间的非接触状态或轻微载荷，从而消除或减少摩擦力。

另外，日本专利文献特开平8-93547公开了一种斯特林发动机，其包括两个气缸、分别在两个气缸中往复运动的两个活塞、活塞杆和曲柄机构，其中该两个活塞设有活塞环和多个滚子，该滚子沿着活塞环方向支撑该活塞。它也是本发明的接近的现有技术。

专利文件1：已公开的日本专利申请H04-311656

专利文件2：已公开的日本专利申请2002-89985

专利文件3：已公开的日本专利申请H05-256367

发明内容

本发明要解决的问题

斯特林发动机的缺点是内摩擦大。

为了保证斯特林发动机的输出，气缸内的工作流体必须被高度压缩。于是，必须加强密封元件。然而，密封元件的加强，尤其是对活塞环的加强，导致摩擦的进一步增加。摩擦的增加要求热源能够产生更多数量的热，并且进一步压缩工作流体，以保证足够的输出。此外，从活塞环渗出的润滑油侵入热交换器中，使其恶化。

在斯特林发动机中可能发生不同形式的摩擦损失，其中最大的摩擦损失出现在活塞和气缸之间。在前面所述的专利文件1中没有描述在活塞和气缸之间的摩擦损失，并且用于减少摩擦以提高其性能的措施不够。特别是，如果在难以从热源保留足够热量的环境中使用斯特林发动机，比如将由安装在车辆上的内燃机排出的气体用作热源时，那么必须尽可能的减小摩擦。

气体轴承对侧向力的抗压性低。尤其在专利文件2中公开的气体轴承，它依靠横向分布于留在它和物体之间微小间隙的气体压力来支撑物体，而不是依靠强制供应的气体，这种气体轴承对侧向力的抗压性更低。因此，当用这种气体轴承来支持活塞时，必须采取措施来防止侧向力施加在活塞上。然而，专利文件2没有公开任何用于防止活塞上的侧向力的措施。特别当使用上述利用气体压力分布的气体轴承时，必须采取措施来防止活塞上侧向力的不好的影响。

本发明的首要目的是提供一种斯特林发动机，其中能够减少摩擦损失，和具有该发动机的混合系统。

本发明的另一目的是提供一种斯特林发动机，其中能够减少摩擦损失，并且热交换器不会由于施加在诸如活塞环之类的元件上的润滑剂而恶化，和具有该发动机的混合系统。

本发明还有另一目的是提供一种斯特林发动机，其中能够减少摩擦损失并且能够缩小外壳的尺寸，和具有该发动机的混合系统。

解决问题的方法

本发明提供了一种斯特林发动机包括：

气缸，

在气缸内往复运动的活塞，依靠空气轴承在活塞和气缸之间保持气密状态，和

与活塞直接或间接连接的近似直线机构，它使得活塞在气缸内往复运动时作近似直线运动，

其中，内燃机的排气系统提供用于所述斯特林发动机的热源，并且

空气轴承通过分布的气体的压力支撑所述活塞。

本发明的斯特林发动机还包括：绕驱动轴旋转的曲轴；从活塞向下延伸的延伸件；和连接延伸件和曲轴的连杆，其中近似直线机构连接到在延伸件和连杆之间的连接元件，以控制连接元件的运动，使得连接元件沿着气缸的中心轴线作近似直线运动。

本发明的斯特林发动机的特征还在于，其中活塞和延伸件相互可旋转的连接。

本发明的斯特林发动机的特征还在于，其中近似直线机构设置为使得在活塞的上止点连接元件从气缸中心轴线的第一个偏移小于在活塞的下止点连接元件从气缸中心轴线的第二个偏移。

本发明的斯特林发动机的特征还在于，其中近似直线机构是蚱蜢机构。蚱蜢结构包括第一、第二横向杆和纵向杆。第一横向杆的第一个末端可旋转的连接到在延伸件和连杆之间的连接元件。第一横向杆的第二个末端可旋转的连接到纵向杆的第一个末端。纵向杆的第二个末端可旋转的固定到斯特林发动机的一个预定位置。第二横向杆的第一个末端在第一横向杆中间的一个预定位置可旋转的连接到第一横向杆上。第二横向杆的第二个末端可旋转的固定到斯特林发动机的一个预定位置。

本发明的斯特林发动机的特征还在于，其中在蚱蜢结构中，第二横向杆的第一个末端有一个具有两个叉状末端的二叉式结构，并且第一横向杆的第一个末端设置为在叉状末端之间通过。

本发明的斯特林发动机的特征还在于，其中在蚱蜢结构中，第一横向杆的第一个末端和在延伸件和连杆之间的连接元件通过一个单个活塞销连接。

本发明的斯特林发动机的特征还在于，其中在蚱蜢结构中，在第一横向杆的第一个末端、延伸件的在延伸件和连杆之间的连接元件处的一个末端和连杆的一个末端之中，两个末端有具有两个叉状末端的二叉式结构，并且这三个末端中的剩下一个的末端处于其他两个末端的两个叉状末端之间。

本发明的斯特林发动机的特征还在于，其中它还包括旋转的曲轴；和连接曲轴与活塞的连杆，其中近似直线机构有第一横向臂、第二横向臂和直线移动引导件。第一横向臂设置成使得第一横向臂与连杆交叉，并且在相对于气缸中心轴线偏移的一个位置上，可以绕处于活塞与曲轴之间的一个支点旋转。第二横向臂有第一个末端和第二个末端，其中在第一个末端放置直线往复运动的第一运动结合点。在第二个末端，放置连接到活塞的第二运动结合点。在第一运动结合点和第二运动结合点之间，放置第三运动结合点，在第三运动结合点，第一横向臂的与支点相反的一个末端可旋转的连接。直线移动引导件支承第一运动结合点，并且为第一个运动结合点导向使得它作直线运动。

本发明的斯特林发动机的特征还在于，其中直线移动引导件包括圆柱引导件和在圆柱引导件内滑动的滑动活塞，并且直线移动引导件有用作压缩器的功能，它依靠滑动活塞在圆柱引导件内的往复运动压缩圆柱引导件内的气体。

本发明的斯特林发动机的特征还在于，其中它包括多个活塞和分别对应于多个活塞而布置的多个近似直线机构，其中分别对应于多个近似直线机构提供了多个压缩器，并且压缩器成直线连接，使得压缩器逐步增加作用在气体上的压力。

本发明的斯特林发动机的特征还在于，其中后一个压缩器的排量比前一个压缩器的排量小。

本发明的斯特林发动机的特征还在于，其中它包括内部至少放置有曲轴的外壳，其中通过压缩器对外壳的内部加压。

本发明还提供了一种混合系统，包括：

上述的斯特林发动机和车辆内燃机，

其中斯特林发动机安装在车辆上，并且布置斯特林发动机的加热器，使其从内燃机的排气系统吸收热量。

本发明还提供了一种活塞发动机，包括：

气缸；

在气缸内往复运动的活塞，依靠空气轴承在气缸和活塞之间保持气密状态；

可旋转的曲轴；

连接曲轴和活塞的连杆；和

与活塞直接或间接连接的近似直线机构，它布置的使得活塞在气缸内往复运动时作近似直线运动，

其中，内燃机的排气系统提供用于所述活塞发动机的热源，并且

空气轴承通过分布的气体的压力支撑所述活塞。

本发明还提供了一种活塞发动机，包括：

气缸；

在气缸内往复运动的活塞，依靠空气轴承在活塞和气缸之间保持气密状态；

可旋转的曲轴；

连接曲轴和活塞的连杆；

第一横向臂；

第二横向臂；和

直线移动引导件，

其中第一横向臂设置成使得第一横向臂与连杆交叉，并且在相对于气缸中心轴线偏移的一个位置上，绕处于活塞与曲轴之间的支点作旋转运动，

第二横向臂有第一个末端和第二个末端，

在第一个末端，放置直线往复运动的第一运动结合点，

在第二个末端，第二运动结合点被连接到活塞，

在第一运动结合点和第二运动结合点之间，放置第三运动结合点，

在第三运动结合点，第一横向臂的与支点相反的一个末端可旋转的连接，并且，

直线移动引导件支承第一运动结合点，并且为第一个运动结合点导向使得它作直线运动。

本发明的活塞发动机的特征在于，它是斯特林发动机，并且从具有加热器、回热器和冷却器的热交换器供给的工作流体被引入气缸内，以驱动活塞。

本发明的活塞发动机的特征在于，至少热交换器的加热器处于内燃机的排气通道上，以回收内燃机排出的热。

本发明的活塞发动机具有，其中直线移动引导件有圆柱引导件和在圆柱引导件内滑动的滑动活塞。直线移动引导件还有用作压缩器的功能，它依靠滑动活塞在圆柱引导件内的往复运动，压缩圆柱引导件内的气体。

发明效果

本发明的斯特林发动机能够减少摩擦损失，从而即使在低温热源和低温度梯度下也工作并且增加其输出。

附图说明

图1是表示依据本发明实施例1的斯特林发动机的正视图。

图2是表示依据本发明实施例1的斯特林发动机的正视图，它处于废气管道上。

图3是表示依据本发明实施例1的斯特林发动机的侧视图。

图4是表示传统活塞—曲轴机构的示意图。

图5是示意图，表示可应用到依据本发明实施例1的斯特林发动机的活塞—曲轴机构。

图6A到6C是示意图，表示依据本发明实施例1的斯特林发动机内的活塞—曲轴机构的杆结构。

图7是第一个示意图，表示在依据本发明实施例1的斯特林发动机内的活塞行程中，活塞—曲轴机构在形状上的差别。

图8是另一个示意图，表示在依据本发明实施例1的斯特林发动机内的活塞行程中，活塞—曲轴机构在形状上的差别。

图9是又一个示意图，表示在依据本发明实施例1的斯特林发动机内的活塞行程中，活塞—曲轴机构在形状上的差别。

图10是又一个示意图，表示在依据本发明实施例1的斯特林发动机内的活塞行程中，活塞—曲轴机构在形状上的差别。

图11是一个表，表示依据本发明实施例1的斯特林发动机的活塞—曲轴机构特定尺寸的一个例子。

图12是示意图，表示由依据本发明实施例1的斯特林发动机的运动结合点A所绘出的轨迹。

图13是相关零件的纵向截面图，表示依据本发明实施例1的斯特林发动机的活塞—曲轴机构的特性形状的一个例子。

图14是图13中所示活塞—连杆机构的相关零件的横向截面图。

图15是在曲轴由图13中所示状态旋转运动到一个位置时，活塞—曲轴机构相关部件的纵向截面图。

图16是图15中所示活塞—曲轴机构的相关零件的横向截面图。

图17是横向截面图，表示依据本发明实施例1的斯特林发动机的活塞—曲轴机构的修改后的连接元件的相关零件。

图18是横向截面图，表示依据本发明实施例1的斯特林发动机的活塞—曲轴机构的另一个修改后连接元件的相关零件。

图19是横向截面图，表示依据本发明实施例1的斯特林发动机的活塞—曲轴机构的又一个修改后连接元件的相关零件。

图20是横向截面图，表示依据本发明实施例1的斯特林发动机的活塞—曲轴机构的又再修改后连接元件的相关零件。

图21是横向截面图，表示依据本发明实施例1的斯特林发动机的活塞—曲轴机构的又再修改后连接元件的相关零件。

图22是另一横向截面图，表示依据本发明实施例1的斯特林发动机的活塞—曲轴机构的连接元件的第六种样子。

图23是示意图，表示依据本发明实施例1的斯特林发动机的活塞—曲轴机构的另一变型。

图24是示意图，表示依据本发明实施例1的斯特林发动机的活塞—曲轴机构的又一变型。

图25是截面图，表示依据本发明实施例2的具有气缸支撑的斯特林发动机。

图26是从图25中所示箭头D方向所得到的截面图。

图27A和27B是示意图，表示依据本发明实施例2的活塞发动机的近似直线机构。

图28是表示典型蚱蜢机构的示意图。

图29是示意图，表示依据本发明实施例2的活塞发动机的近似直线机构的直线移动引导件。

图30是示意图，表示依据本发明实施例2的活塞发动机的近似直线机构的直线移动引导件。

图31是示意图，表示依据本发明实施例2，当活塞冲程时，活塞发动机的近似直线机构的位移。

图32是示意图，表示依据本发明实施例2，当活塞冲程时，活塞发动机的近似直线机构的位移。

图33是示意图，表示依据本发明实施例2，当活塞冲程时，活塞发动机的近似直线机构的位移。

图34是示意图，表示依据本发明实施例2，当活塞冲程时，活塞发动机的近似直线机构的位移。

图35是示意图，表示依据本发明实施例2的安装后的活塞发动机的一个例子。

图36是截面图，表示依据本发明实施例3的活塞发动机。

图37是截面图，表示依据本发明实施例3的活塞发动机。

图38是示意图，表示依据本发明实施例3的活塞发动机的第一个变型。

图39是示意图，表示依据本发明实施例3的活塞发动机的第一个变型。

图40是示意图，表示依据本发明实施例3的活塞发动机的第二个变型。

图41是局部截面侧视图，表示传统斯特林发动机构造的一个例子。

附图标记说明

10 斯特林发动机

21 膨胀活塞

22 高温气缸

31 压缩活塞

32 低温气缸

45 冷却器

46 回热器

47  加热器

48  气体轴承

50  近似直线机构

60  活塞销

62  曲轴销

64  活塞支撑件

65  连杆

67  销

90  热交换器

100 废气管道

301 活塞

302 气缸

303 活塞连接元件

304 曲轴

305 连杆

310 直线近似机构

311 第一横向臂

312 第二横向臂

320，320₁，320₂，321，322 直线移动引导件

320g，320₁g，320₂g，321g 引导件

325，325’ 滑动活塞

326 trank滚轮

330，330₁，330₂ 压缩器

400 斯特林发动机

418 曲轴箱

420 内燃机

422 废气通道

A   第一运动结合点

B   第二运动结合点

M   第三运动结合点

Q   支点

具体实施方式

现在，参考附图，下面来详细描述本发明的斯特林发动机的实施例。

实施例1

图1是表示依据实施例1的斯特林发动机的正视图。图3是表示依据实施例1的斯特林发动机的侧视图。如图1和图3所示，依据实施例1的斯特林发动机为具有两个动力活塞的α型式(双活塞型式)的斯特林发动机。对于低温动力活塞的活塞31，相对于高温动力活塞的活塞21已形成一个相位差。这使得前者冲程能够比后者晚等于大约90度曲轴角的量。

由加热器47加热的工作流体流入高温压力活塞的气缸(以下称作高温气缸)22上面的空间(膨胀空间)内。由冷却器45冷却的工作流体流入低温压力活塞的气缸(以下称作低温气缸)32上面的空间(压缩空间)内。当工作流体流入或流出膨胀和压缩空间时，回热器46储存热。具体地说，当工作流体由膨胀空间流出到压缩空间内时，回热器46从工作流体吸热，而当流体从压缩空间流出到膨胀空间内时，回热器46将所储存的热传递给工作流体。

当两个活塞21、31往复运动时，工作流体的流动也往复运动，由此不仅在高温气缸22上的膨胀空间和在低温气缸32上的压缩空间之间工作流体的比例，而且工作流体的整体内部体积都改变，产生压力差。当比较两个活塞21、31处于相同高度时施加的压力时，可以知道膨胀活塞21在它下降时所施加的压力比在它上升时的压力要高的多。相反的，在压缩活塞31，当它下降时所施加的压力比它上升时的压力低。因为这个原因，膨胀活塞21对外做大量的正功，而压缩活塞31需要吸收外来的功(压缩做功)。膨胀做功的一些功用作压缩做功，剩下的依靠输出轴40作为输出而送出。

高温气缸22和低温气缸32中的每一个都是圆柱形状，处于长方盒形状的曲轴箱41内的垂直位置。高温气缸22和低温气缸32固定到曲轴箱41的顶部32。低温气缸32完全容纳于曲轴箱41内。高温气缸22的一部分容纳于曲轴箱41内，其余的部分从曲轴箱突出到外边。

在低温气缸22的上侧放置有冷却器45，在它上面座落着回热器46和在其上连接的加热器47的一端。加热器47的另一端连接到高温气缸22的顶部。在冷却器45中使用冷却水。

在由冷却器45和加热器47产生的相同的温度差下，当工作流体的平均压力较高时，压力差值随之增加，由此能够得到较高的输出。因此，高温气缸22和低温气缸32内的工作流体保持在高压状态下。依据实施例1，曲轴箱41的内部全部保持在高压状态下。换而言之，曲轴箱作为高压容器使用。

活塞21、31是圆柱形。在活塞21、31外表面与气缸22、32内表面之间，分别形成有几十μm的微小间隙，其中在间隙内填充有用于斯特林发动机的工作流体(气体)。如后面所述，活塞21、31由气缸22、32依靠空气轴承48以非接触状态支持。因此，在活塞21、31周围没有放置活塞环，也没有使用通常与活塞环一起使用的润滑油。作为替代，施加固定的润滑剂到气缸22、32的内表面。虽然空气轴承48对工作流体的滑动阻力本身很低，但施加的润滑剂则进一步减小滑动阻力。如上所述，空气轴承48依靠工作流体在膨胀和压缩空间都保持气密状态，其中在没有使用环和润滑油的情况下成功的密封间隙。

实施例1的斯特林发动机与车辆中的汽油机(内燃机)一起组成混合系统。斯特林发动机10使用汽油机排出的气体作为其热源。如图2所示，斯特林发动机10的加热器47处于安装在车辆上的汽油机的废气管道100上。当由废气吸出的热能加热工作流体时，斯特林发动机开始冲程工作。注意斯特林发动机10的加热器47可以处于车辆内燃机排气系统的任意点上，不一定在废气管道的位置。

依据实施例1，由其加热器47容纳于废气管道100内的构造看出，斯特林发动机10处于车辆内的有限位置内。因此，当所使用的设备较小时，布置的可能性增加。因此，斯特林发动机10使用两个气缸22、23并排布置成直线而不是V形排列的构造。

加热器47处于废气管道100内，因此加热器47的高温气缸22一侧可以处于上游侧(也就是离汽油机近的位置)100a，相对高温的废气在其内流动，而加热器47的低温气缸32一侧可以处于下游侧(也就是离汽油机远的位置)，相对低温的废气在其内流动。

如上所述，斯特林发动机10的热源是安装在车上的汽油机排出的气体，而不是专为斯特林发动机10开发的热源。因此，可获得的热的数量不是特别高，并且斯特林发动机需要在废气的热量，也就是大约800℃下运行。依据实施例1，为了取得这样的工作，斯特林发动机10内的内摩擦要尽可能的小。

依据实施例1，为了避免由活塞环而来的摩擦损失，它是在斯特林发动机10内发生的不同型式摩擦损失中最大的一个，空气轴承48分别放置于气缸22、32与活塞21、31之间以替代活塞环。

有很小滑动阻力的空气轴承48可以显著的减少斯特林发动机内的内摩擦。如上所述，虽然使用了空气轴承48，但还要保持在气缸22、32和活塞21、31之间的气密状态。于是，即使当膨胀/压缩空间膨胀/压缩时，高压状态下的工作流体也不会分别从膨胀和压缩空间泄漏。

空气轴承48利用形成于气缸22、32和活塞21、31之间的微小间隙上产生的空气压力(分布的空气压力)来使活塞21、31浮在空气中。在依据实施例1的空气轴承48中，在气缸22、32和活塞21、31之间形成的径向间隙的尺寸为几十μm。

为了使物体浮在空气中，空气轴承可以对特定部分机械的施加强气压(产生压力梯度)，或者如后面所述吹动高压气体。

此外，因为空气轴承48的使用消除了对用于活塞环的润滑油的需求，所以在斯特林发动机10中不会发生由润滑油的侵入而产生热交换器90(回热器46、加热器47和类似的)的恶化。注意，依据实施例1，只要如上所述的考虑到滑动阻力和活塞环的润滑油而成功的解决了这些问题，就可以使用在流体轴承中除油轴承以外的任何型式的气体轴承，因此可应用的轴承并不限于空气轴承48。

依据实施例1，可以在活塞21、31和气缸22、32之间使用静态空气轴承。静态空气轴承使物体(在实施例1中是活塞21、31)浮于空气中，通过喷出增压后的流体来产生静态压力。作为选择，可以使用动态空气轴承来替代静态空气轴承。

当使用空气轴承48来使活塞21、31在气缸22、32内往复运动时，活塞21、31直线运动的精度必须在等于空气轴承径向间隙的范围内。另外，因为空气轴承48的承载能力小，所以需要基本上消除活塞21、31上的侧向力。换而言之，因为空气轴承48对施加在气缸22、32直径方向(横向和推力方向)的压力的抗压性低，所以要求保证活塞21、31相对气缸22、32横向轴线的直线运动的精度较高。

依据实施例1所使用的空气轴承48，尤其它使用微小间隙上的空气压力来浮动和支持活塞，对从推力方向施加的压力的抗压性比用高压气体喷射型式的抗压性低。因此，对活塞直线运动的精度要求更高。

依据实施例1，由于以上原因，在活塞—曲轴元件中使用蚱蜢机构50(近似直线连杆)，如图3所示。使用蚱蜢机构50有一个优点，因为用比其他近似直线机构(如瓦特机构)小的机构能够取得同样级别的精度，所以整个系统可以缩小尺寸。依据实施例1，特别的，由其加热器47容纳于安装在车辆上的汽油机废气管道100内的构造得知，斯特林发动机10处于车辆内的有限位置内。因此，设备总体构造较小使得斯特林发动机10的布置有更多灵活性。

另外，因为取得同样级别直线运动精度所需的蚱蜢机构的重量比其他机构轻，所以蚱蜢机构50在油耗上具有优势。另外，蚱蜢机构50的构造相对简单，便于设计(制造和装配)。

现在，以下参考图3到15来详细描述蚱蜢近似直线机构50。

A.活塞—曲轴机构概述：

图4是表示传统斯特林发动机的活塞—曲轴机构的示意图。图5是表示依据本发明实施例1的斯特林发动机10的活塞—曲轴机构的示意图。如图4所示，传统机构包括气缸110、活塞120、连杆130和曲轴140。曲轴140包括曲轴颈、曲柄臂和曲轴销162。活塞120与连杆130依靠置于活塞120中点附近的活塞销160相互连接。连杆130与曲轴140依靠曲轴销162相互连接。当活塞120上下往复运动时，曲轴140围绕轴142(也称作输出轴)旋转。

图5表示斯特林发动机10活塞—曲轴机构的整体机构。依据实施例1，同样构造的活塞—曲轴机构不但用于高温动力活塞一侧，还用于低温动力活塞一侧。因此，以下仅描述低温动力活塞一侧，而略去高温动力活塞一侧的解释。

斯特林发动机10的活塞—曲轴机构有气缸32、活塞31、连杆65和曲轴61，以及近似直线机构50。如上所述，近似直线机构50是蚱蜢近似直线机构。曲轴61包括曲轴颈、曲柄臂和曲轴销62。

如图3和5所示，活塞31连接到活塞支撑件64。活塞31和活塞支撑件64分别成形。活塞31的底部和活塞支撑件64的顶部依靠销67可旋转的相互连接。活塞支撑件64在其底部依靠活塞销60相互连接。连杆65和曲轴61依靠曲轴销62相互连接。当活塞31上下往复运动时，曲轴61绕轴40(也称作输出轴)旋转。

近似直线机构50有两个横向杆52、54和一个纵向杆56。第一横向杆52的一个末端在活塞销60的位置上可旋转的连接到在活塞支撑件64的底部。第二横向杆54的一端在第一横向杆52中间的预定位置上可旋转的连接到第一横向杆52。第二横向杆54的另一个末端在预定位置上可旋转的固定到活塞—曲轴机构。纵向杆56的一个末端在第一横向杆52的活塞销60的相对侧可旋转的连接到第一横向杆52。纵向杆56的另一个末端在预定位置上可旋转的固定到活塞—曲轴机构。

在图4和图5中，黑点所示的连接元件(输出轴40和类似的)围绕轴旋转或旋转运动，并且是相对于气缸32位置保持不变的连接点(以下简称为支点)。白点所示的连接元件(如活塞销60)围绕轴旋转或旋转运动，并且是相对于气缸32位置变化的连接点(以下简称为运动结合点)。这里的“旋转”指的是物体旋转360°或更多，而“旋转运动”指的是物体旋转少于360°。

注意在图4和5中，未示出斯特林发动机10的除了活塞—曲轴机构和气缸32以外的其他元件。

图6(A)到(C)是示意图，表示依据实施例1的斯特林发动机内的活塞—曲轴机构的连杆结构。在图6(A)中只示出了气缸32、活塞31、连杆65和曲轴61。在图6(B)中只示出了近似直线机构50。在图6(C)中示出了与图5所示的同样机构，其中合并了图6(A)和(B)中的所示设置。

在图6(A)到(C)中表示了不同型式的连接点：

(1)运动结合点A：活塞销60的中心轴(图5)；

(2)运动结合点B：在第一横向杆52的运动结合点A相对侧的结合点；

(3)运动结合点C：在连杆65的运动结合点A相对侧的结合点；

(4)运动结合点M：在第一横向杆52中点的结合点；

(5)支点P：曲轴61的中心轴(驱动轴)；

(6)支点Q：在第二横向杆54的运动结合点M相对侧的结合点；和

(7)支点R：在纵向杆56的运动结合点B相对侧的结合点。

运动结合点A在活塞销60的中心轴上，并且在活塞31往复运动时，沿着箭头Z(见图6(B))所示的竖直方向上下运动。在说明书中，竖直方向Z表示沿气缸32中心轴线(轴的中心)的方向。运动结合点A和B是在第一横向杆52末端的结合点。当纵向杆56围绕支点R旋转运动时，运动结合点B在弧形轨迹上移动。布置运动结合点B使得，它在竖直方向上与第二横向杆54的支点Q基本呆在同一水平的X上。

注意如果在实际上将纵向杆56的长度设为无限大，使得运动结合点B可以在竖直方向上与支点Q同一水平X上直线运动，那么运动结合点A在竖直方向Z上基本上沿着直线移动。在实际中，因为纵向杆56的长度有限，运动结合点A在稍微偏离直线运动轨迹的轨迹上移动(后面详细提到)。虽然通过使用引导件可以得到实现基本上完全直线运动的机构，该引导件替代纵向杆56而为运动结合点B作直线导向，但是引导件和运动结合点B之间的摩擦将增加。因此，为了减少摩擦，更加优选依据实施例1的近似直线机构，而不是实现完全直线运动的机构。

设置在第一横向件52中点上的运动结合点M的位置以满足以下关系：

AM×QM＝BM²

这里，AM、QM和BM表示结合点A和M之间、结合点Q和M之间和结合点B和M之间的距离。

图7到图10表示在活塞31的运动中活塞—曲轴机构在形状上的变化。从图中可以看出，在三个运动结合点A、B和M中，在活塞31运动时，运动结合点A和M移动相当大的量，而在纵向件56顶部的运动结合点B移动很少。在图7中示出了两个角度θ和φ，用来表示近似直线机构50在形状上的变化度。第一角度θ是第二横向杆54相对水平方向X所测得的角度∠MQX。第二角度φ是纵向杆56相对竖直方向Z所测得的倾斜角∠BRZ。角度θ和φ可用值的区域取决于运动结合点A可移动的范围(也就是活塞31的行程)和近似直线机构50每根杆的长度的设置。

如上所述，活塞31的底部和活塞支撑件64的顶部依靠销67可旋转的连接。这种构造的优势是即使活塞支撑件64底部绘出的轨迹稍微偏移直线，这个偏移也不会起到使活塞31倾斜的力的作用。(也就是说，活塞支撑件64底部的偏移对活塞31不会有实际影响)。换而言之，为了吸收在蚱蜢机构50往复运动时可能产生的从直线运动的偏移，活塞31和活塞支撑件64依靠相对可以移动，而不是相互刚性连接(在自由状态下)。例如，在实施例1中，活塞31和活塞支撑件64依靠销67相互连接。实施例1的连接还有一个优势，就是整体形成的活塞和活塞支撑件相比，能够更容易实现活塞到近似直线机构和连杆的装配。另一方面，活塞31和活塞支撑件64整体形成同样也有优势，就是即使活塞31相对气缸32倾斜，在活塞支撑件64作近似直线运动时，也可以纠正这个倾斜。

图11是一个表，表示依据实施例1的活塞—曲轴机构的特定尺寸的一个例子。图12是示意图，表示运动结合点A绘出的轨迹。如图11所示，图中所示的尺寸满足上述关系(AM×QM＝BM²)。如图12所示，运动结合点A绘出的轨迹有一段近似直线的线段，依次利用它作为活塞31的行程的覆盖范围。设置行程的覆盖范围使得在上止点时从直线的偏移比在下止点时的偏移小。在这里，句子“从直线的偏移”中的“直线”指的是气缸32轴线的中心线。在图12所示的例子中，偏移分别在上止点时为近似5μm，在下止点时为20μm。

必须将在上止点时运动结合点A从直线的偏移设置成比在下止点的偏移小，因为压缩空气的压力在上止点附近工作在活塞31上(类似的，在高温动力活塞中，因为膨胀空气的压力在上止点附近工作在活塞21上)。当在上止点的偏移较小时，由此较小推力(侧向力)由压缩空气的压力产生并且在活塞31上工作(或者由膨胀空气的压力产生并且在活塞21上工作)，因此使在活塞31和气缸32之间(或者在活塞21和气缸22之间)产生的摩擦减少。另一方面，因为压缩空气(或者膨胀空气)的压力在下止点时不在活塞上工作，所以与在上止点时的影响相比，轻微的偏移对摩擦的影响很小。

注意，通过增加杆52、54和56的长度，可以加长由运动结合点A画出轨迹中的近似直线线段。杆长度的增加导致近似直线机构50更大。换而言之，在上止点或下止点时从直线50的偏移与近似直线机构50的尺寸之间存在着交替的关系。从上面可以看到，当在室温下测量时，优选设置近似直线机构使得运动结合点A在上止点和下止点时从直线的偏移可以分别近似为10μm或更少和20μm或更少。

当将活塞31的行程的覆盖范围设置为图12中所示时，第二横向杆54的角θ取值在8.8°到-17.9°的范围内(图11)。当活塞31处于上止点时(图7)，得到角θ的最大值(8.8°)，而当活塞31处于下止点时(图9)，得到角θ的最小值(-17.9°)。纵向杆56的角φ取值在0°到2.2°的范围内。当结合点Q、A、M和B基本处于一条直线上时，得到角φ的最小值(0°)，而当角θ的绝对值取最大值时(在该例子中在下止点时)，得到角φ的最大值(2.2°)。注意，角θ和φ的取值范围取决于近似直线机构50的每根杆的尺寸，和活塞31的行程覆盖范围的设置。

B.特定形状的例子

图13和14表示依据实施例1的活塞—曲轴机构的特定形状的一个例子。如上所述，活塞31为圆柱形。在活塞31的外表面没有设置用于活塞环的沟槽和活塞环本身。在平面视图(横向截面视图)内活塞31的形状为高精度圆形。活塞32为圆柱形，并且在平面视图内其内表面的形状为高精度圆形。如上所述，空气轴承48处于活塞31的外表面和气缸32的内表面之间。活塞31的外表面和气缸32的内表面在平面视图内形状的高精度圆度，使得空气轴承的高密封性能得以实现。

为了保证活塞销60和活塞31之间的距离等于或大于预定尺寸，在活塞销60和活塞31之间布置活塞支撑件64。因为依靠活塞支撑件64在活塞销60和活塞31之间保持了给定尺寸或者更大距离，所以在活塞31的往复运动中，防止了活塞31与近似直线机构50接触。

优选的设置活塞支撑件64的长度使得从活塞31顶部到活塞销60的长度近似为1/2×(活塞31的行程)或者大于它并小于1×(活塞31的行程)。这是因为如果活塞支撑件64过短，在上止点时近似直线机构50可能碰到气缸32或活塞31。另一方面，如果活塞支撑件64过长，由于重量的增加会损失更多的能量。

如图14所示，设置活塞支撑件64、连杆65、第一和第二横向杆52、54使得当活塞31上下冲程运动时，它们相互之间不干涉。具体地说，在图14的例子中，活塞支撑件64处于气缸32的中心轴上，并且连杆65的两个盘元件从两边将活塞支撑件64夹在中间。第一横向杆52的两个盘元件处于连杆65的外侧。这三种型式的元件52、64和65依靠活塞销60相互连接。在第一横向杆52的更外侧，放置有第二横向杆54的两个盘元件。简而言之，在这个例子中，连杆65和两个横向杆52和54中的每个都有一个叉状末端，叉子的每个叉都由盘元件形成，并且布置为从两边将活塞支撑件64夹在中间。

图15是纵向截面图，表示在曲轴由图13中所示位置旋转运动并且横向杆52、54处于水平位置的一个位置时活塞—曲轴机构的相关部件。图16是沿图15中线C—C的截面图。注意在图16中，为了便于辨认，给连杆65和活塞支撑件64打上了阴影。

图17到21表示活塞支撑件64、连杆65和第一横向件52的物理关系(连接条件)和可能形状的不同形式。图17表示连杆65和活塞支撑件64之间的物理关系，其中互换了图16中连杆65和活塞支撑件64的位置。换而言之，在图17中，连杆65处于中间，在它外侧布置活塞支撑件64的二叉式元件，在其更外侧布置第一横向杆52的二叉式元件。在最外的位置，布置第二横向杆54的二叉式元件。

图18表示连杆65和第一横向杆52之间的物理关系，其中互换了图16中连杆65和第一横向杆52的位置。换而言之，在图18中，活塞支撑件64处于中间，在它外侧布置第一横向杆52的二叉式元件，在其更外侧布置连杆65的二叉式元件。

图19表示活塞支撑件64和第一横向杆52之间的物理关系，其中互换了图17中活塞支撑件64和第一横向杆52的位置。换而言之，在图19中，连杆65处于中间，在它外侧布置第一横向杆52的二叉式元件，在其更外侧布置活塞支撑件64的二叉式元件。

图20表示活塞支撑件64和第一横向杆52之间的物理关系，其中互换了图18中活塞支撑件64和第一横向杆52的位置。换而言之，在图20中，第一横向杆52处于中间，在它外侧布置活塞支撑件64的二叉式元件，在其更外侧布置连杆65的二叉式元件。

图21表示活塞支撑件64和连杆65之间的物理关系，其中互换了图17中活塞支撑件64和连杆65的位置。换而言之，在图21中，第一横向杆52处于中间，在它外侧布置连杆65的二叉式元件，在其更外侧布置活塞支撑件64的二叉式元件。

在图16到21的任意一个中，第二横向杆54有二叉式末端，并且处于其他元件64、65、52和60的外侧。当近似直线机构工作时，第一横向杆52的末端从第二横向杆54的叉状末端之间通过。依据这样的构造，即使连杆较短，第一和第二横向杆52和54的末端也不会相互干涉。因此，能够防止活塞—曲轴机构纵向尺寸的增加。

另外，在图16到21所示的构造中，第一横向杆的末端、活塞支撑件64的底部(活塞的底部)和连杆65的顶部依靠单个活塞销60相互连接。依据这种依靠单个活塞销来相互连接第一横向杆52、活塞支撑件64和连杆65的构造，结合点的机构可以简化并且变得紧凑。

此外，在图16到21所示的构造中，三个末端，也就是第一横向杆52的末端、活塞支撑件64的底部和连杆65的顶部，中的两个是二叉式结构，而剩下的一个被其他两个末端的叉子夹在中间。在这样的构造中，第一横向杆52、活塞支撑件64和连杆65中的结合点对称放置。因此，防止了由于不对称布置而产生的侧向力。

注意从图16到21，这些构件64、65、52和54之间的物理关系可以是不同的。

图22到24是示意图，表示依据实施例1的活塞—曲轴机构的变型。在图22中，图6(A)到6(C)中所示机构的纵向杆56处于结合点B的上方，而其他部分由实施例1保持不变。图22中所示机构与依据实施例1的机构有着同样的效用。

在图23中，图6(A)到6(C)中所示依据实施例1的机构的支点Q向运动结合点B的一侧移动，使得支点Q处于连接运动结合点A(活塞销)和支点P(曲轴)的直线线段上，而其他部分由实施例1保持不变。在图24所示的机构里，支点Q进一步向右侧移动。在图23和24所示的机构里，第二横向杆比实施例1要短，因此机构在紧凑度上有优势。图23所示的机构有一个优势，它比图23和24所示机构提供更好的直线性。

从以上面描述可以看出，依据实施例1和它的变型，近似直线机构50合并在活塞—曲轴机构中，使得活塞31的底部在沿着气缸32中心轴线所绘的近似直线轨迹上运动。因此活塞31作高精度的直线运动，施加在活塞31上的侧向力基本上减少到零(0)。这就解决了当在活塞31和气缸32之间布置有对从推力方向施加的压力抗压性较低的空气轴承48时发生的问题。

蚱蜢型近似直线机构尤其适合用来控制斯特林发动机10的活塞的运动，因为在近似直线上运动的点(运动结合点A)偏向机构的一个末端附近。另外，通过紧凑的机构能够取得较好的直线性。

在实施例1和它的变型中公开了以下项目。

依据实施例的斯特林发动机包括气缸，当依靠气体轴承在活塞和气缸之间保持气密状态时在气缸内往复运动的活塞，和与活塞直接或间接连接、使得活塞在气缸内往复运动时作近似直线运动的近似直线机构。

为了在不使用活塞环(也就是无环结构)和润滑油(也就是无油结构)的情况下实现斯特林发动机的活塞机构，依据实施例的结构使用气体轴承，因此减少摩擦损失和避免由润滑油带来的热交换器的恶化。活塞在气缸内往复运动时，依靠近似直线机构来作近似直线运动。因此，实际上没有侧向力施加在活塞上。因此，当和对侧向力抗压力低的气体轴承联合使用时，近似直线机构是有效的。

气体轴承依靠填充在气体轴承和物体之间的微小间隙内的气体的压力来不接触的支持物体。一种型式的气体轴承有着所谓的间隙—密封。可以将斯特林发动机的工作流体用作填充在间隙内的气体。一种型式的气体轴承是空气轴承。从简化系统构造的观点看，优选依靠分布气体的压力来不接触的支持物体的气体轴承，胜于通过强制吹动气体而工作的气体轴承。因为前种型式的空气轴承对侧向力的抗压力还是较低，所以这样的轴承更适合与近似直线机构联合使用，这样基本上消除了施加在活塞上的侧向力。

依据实施例的斯特林发动机还包括绕驱动轴旋转的曲轴、从活塞向下延伸的延伸件和连接延伸件和曲轴的连杆，并且具有这样的特征，其中近似直线机构连接到在延伸件和连杆之间的连接元件，以控制连接元件的运动，使得连接元件沿着气缸的轴向中心线作近似直线运动。可以设置延伸件沿着气缸的轴向中心线向下延伸。连杆是连接活塞和曲轴的元件。近似直线机构连接到连杆和活塞之间的连接元件，该活塞有向下伸出的延伸件以控制连接元件的运动，使得连接元件可以沿着气缸轴向中心线作近似直线运动，其中连接元件处于延伸件中。

依据实施例，近似直线机构和活塞之间在延伸件上的连接能够减少近似直线机构和活塞之间以及近似直线机构和气缸之间的可能的干涉。这使近似直线机构能够拥有更紧凑的尺寸。

依据实施例的斯特林发动机的特征在于，活塞和延伸件可旋转的相互连接。在这样的构造中，即使由延伸件底部所绘的轨迹稍微偏移了直线，这个偏移也可以对活塞基本上没有影响。

依据实施例的混合系统包括依据实施例的斯特林发动机和车辆的内燃机，其中斯特林发动机安装在车辆上，并且布置斯特林发动机的加热器以从内燃机排气系统吸收热。

即使使用并且优先利用如内燃机排气系统的低温热源来回收低温热源的能量，依据实施例的斯特林发动机也可以良好工作，其中通过利用上述构造来减少它的摩擦损失。因此，依据实施例1的斯特林发动机适用于建立混合系统。

依据实施例的斯特林发动机包括气缸，当依靠空气轴承在活塞和气缸之间保持气密状态时在气缸内往复运动的活塞，绕驱动轴旋转的曲轴，连接活塞和曲轴的连杆，和连接到活塞和连杆之间的连接元件的近似直线机构。近似直线机构控制连接元件的运动，使得连接元件可以沿活塞的轴向中心线作近似直线运动。

依据实施例，活塞有活塞头，它是活塞顶部的零件，和在活塞头下沿气缸中心轴线延伸的活塞支撑件(延伸元件)，其中活塞和连杆之间的连接元件处于活塞支撑件的底部。活塞头和活塞支撑件相互可旋转的连接。

依据实施例，设置近似直线机构使得在活塞的上止点时连接元件从气缸中心轴线的第一个偏移小于在活塞的下止点时连接元件从气缸中心轴线的第二个偏移。在实施例中设置在上止点时的偏移小于在下止点时的偏移，因为在低温动力活塞中，压缩空气的压力在上止点附近时施加在压缩活塞上，类似的，在高温动力活塞中，膨胀空气的压力在上止点附近时施加在膨胀活塞上。这意味着在上止点时的偏移越小，由压缩空气和膨胀空气产生并且分别作用在压缩活塞和膨胀活塞上的推力(横向力)就越小。因此在上止点时的较小偏移用于使在活塞和各自的气缸之间的摩擦减小。另一方面，因为在下止点时没有压缩空气(或膨胀空气)的压力施加在活塞上，轻微的偏移比在上止点时对摩擦的影响要少。

依据实施例，优先使用蚱蜢型机构作为近似直线机构。蚱蜢机构，其中在近似直线上运动的点偏向机构的一个末端附近，尤其适合来控制活塞发动机的活塞运动，并通过紧凑的尺寸取得较好的直线性。因此，蚱蜢型机构适于和设置有气体轴承的斯特林发动机联合使用。

蚱蜢机构有第一横向杆、第二横向杆和纵向杆，其中第一横向杆的第一个末端可旋转的连接到在活塞和连杆之间的连接元件，第一横向杆的第二个末端可旋转的连接到纵向杆的第一个末端，纵向杆的第二个末端可旋转的固定到斯特林发动机的一个预定位置，第二横向杆的第一个末端在第一横向杆中间的一个预定位置可旋转的连接到第一横向杆上，并且第二横向杆的第二个末端可旋转的固定到斯特林发动机的一个预定位置。

在上述蚱蜢机构中，第二横向杆的第一个末端有着二叉式结构，其中第一横向杆的第一个末端设置为在叉状末端之间通过。在这种构造中，即使使用了较短的连杆，在第一横向杆的第一个末端和第二横向杆的第一个末端之间也没有干涉发生，因此能够控制斯特林发动机的活塞发动机的纵向尺寸的增加。

在蚱蜢机构中，第一横向杆的第一个末端和在活塞和连杆之间的连接元件可以依靠一个单个活塞销相互连接。依据这种构造，第一横向杆、活塞和连杆可以依靠单个活塞销相互连接，因此能够简化连接元件的结构。

在蚱蜢机构中，在三个末端，也就是第一横向杆的第一个末端、活塞的在活塞和连杆之间的连接元件处的末端和连杆的在连接元件处的末端之中，两个末端有着二叉式结构，其中剩下一个的末端可以置于其他两个末端的叉状末端之间。在这种构造中，因为第一横向杆的结合点、活塞和连杆采用了对称结构，所以能够防止由不对称结构而招致侧向力的产生。

实施例2

以下详细描述本发明的实施例2。实施例2涉及本发明的活塞装置。

现在，参考附图来详细描述本发明。注意本发明不限于以下面描述的实施例。应该注意到在实施例中包含的部件包括那些很容易被本领域技术人员理解的，和那些实际上等同于那些很容易被本领域技术人员理解的部件。注意虽然以下通过活塞发动机的例子来描述斯特林发动机，但本发明能够运用在其他发动机上。例如，本发明也可以应用到除斯特林发动机外的活塞发动机，和斯特林制冷机上。

在近些年，斯特林发动机，一种具有高的理论热效率的优异特性的活塞发动机，作为用于回收热的装置，广泛的吸引注意，其中回收的热诸如从由安装在包括汽车和公共汽车的车辆上的内燃机排出的热。为了提高斯特林发动机的热效率，必须减少摩擦损失。在专利文件1中，公开了一种技术，其中依靠有着瓦特连杆的近似直线机构，来使活塞在近似直线上往复运动，以减少在活塞和气缸之间产生的摩擦。

然而，专利文件1中公开的活塞发动机在近似直线机构中使用瓦特连杆，其结果是两个朝着垂直于活塞往复运动方向的方向的水平钳形(pincer)边缘突起。因为这个原因，要求较大的曲轴箱以容纳瓦特连杆，导致活塞发动机较重。由于上述不便利，实施例2的目标是提供一种活塞发动机，可以减小其外壳的尺寸。

实施例2涉及活塞发动机，可以减小其外壳的尺寸。

图25是截面图，表示依据实施例2的有气缸支撑件的斯特林发动机。图26是从图25中箭头D所示方向所得到的截面图。斯特林发动机400，它是活塞发动机，是所谓的α型式直列—双气缸斯特林发动机，并且包括在高温气缸401中的高温活塞402和在低温气缸403中的低温活塞404。

高温气缸401和低温气缸403由热交换器408相互连接，热交换器408包括加热器405、回热器406和冷却器407。加热器405的一端连接到高温气缸401，另一端连接到回热器406。回热器406的一端连接到加热器405，另一端连接到冷却器407。冷却器407的一端连接到回热器406，另一端连接到低温气缸403。高温和低温气缸401、403填充有工作流体(这里是空气)并且利用由加热器405供给的热来建立斯特林循环，以驱动高温活塞402和低温活塞404。

依靠空气轴承412，分别将高温活塞402和低温活塞404支持在高温气缸401和低温气缸403内。这意味着，在空气轴承412，可以不用活塞环而将活塞支持在气缸内。这减少了在活塞和气缸之间产生的摩擦，使得能提高斯特林发动机400的热效率。在活塞和气缸之间摩擦的减少使斯特林发动机能够甚至在低温热源和低温度梯度(如当斯特林发动机回收内燃机420的废热时)的条件下工作。

为了组成空气轴承412，在活塞和气缸之间、在活塞的整个圆周上留出几十μm的间隙。注意，高温气缸401、高温活塞402、低温气缸403和低温活塞404可以由具有高弹性模量的任何材料制造，如陶瓷，但不限于玻璃。高温气缸401、高温活塞402、低温气缸403和低温活塞404可以由不同材料的组合制造。为了制造高温气缸401、高温活塞402、低温气缸403和低温活塞404，可以使用具有高可加工性的金属材料。

高温活塞402和低温活塞404中每个的往复运动依靠连杆409传到曲轴410，并且转化为转动。依靠图26中所示的近似直线机构310支持连杆409。因此，高温活塞402和低温活塞404中每个都在近似直线上往复运动。在后面详细描述近似直线机构310。因此，由于依靠近似直线机构310支撑的连杆409，高温和低温活塞402、404中的每个都有基本为零(0)的侧向力(施加在活塞半径方向的力)。因此，依靠具有低承载能力的空气轴承412，能够良好的支撑活塞。这里，连杆409、曲轴410和近似直线机构310装入曲轴箱418中，它是密封的外壳。通过对曲轴箱418的内部加压，间接的对高温气缸401、热交换器408和低温气缸403加压，以提高斯特林发动机400的输出。接下来描述依据实施例2的近似直线机构310。

图27A和27B是示意图，表示依据实施例2的斯特林发动机的近似直线机构。图28是表示蚱蜢机构的示意图。在接下来的叙述中，黑点所示的连接点(如支点Q)是围绕其轴旋转或旋转运动，但是其相对于气缸32的位置保持不变的连接点(以下称这样的连接点为“支点”)。白点所示的连接点(如第二运动结合点B)是围绕其轴旋转或旋转运动，并且其相对于气缸32的位置变化的连接点(以下称这样的连接点为“运动结合点”)。

如图27A所示，近似直线机构310是使用蚱蜢机构450(图28)的近似直线机构。更明确的，近似直线机构310通过直线移动引导件320来支持蚱蜢机构450的第一运动结合点A，以使第一运动结合点A作依据第二运动结合点B的近似直线运动的直线往复运动。因此，在依据实施例2的近似直线机构310中，消除了对用于蚱蜢机构450所需的纵向臂453(图28)的需求。这使斯特林发动机400的曲轴箱418能够进一步减小尺寸。特别的，在斯特林发动机中，它通过对曲轴箱418加压来增加在工作流体上的压力，较大的曲轴箱418伴随着重量的显著增加，以保证其抗压性。

相反的，依据实施例2，因为可以缩小曲轴箱418的尺寸，所以能够抑制重量的增加。此外，因为消除了对纵向臂453的需求，所以提高了曲轴箱418设计的灵活性，因此能够更容易设计虽然要有足够的抗压性、但有着更薄箱壁的曲轴箱418。另外，提高斯特林发动机400设计的灵活性，因此能够依据安装斯特林发动机在其上的机器来设计斯特林发动机400。

如图27A所示，依据实施例2的近似直线机构310设置有第一横向臂311和第二横向臂312。第一横向臂311绕支点Q可旋转的移动。第二横向臂312在体312b上有第三运动结合点M连接到第一横向臂311。布置第一横向臂311使得它可以与由第二运动结合点B的近似直线运动所绘轨迹的方向交叉。在第一横向臂311上支点Q的反向末端311m在第三运动结合点M可旋转的连接到第二横向臂312。

这里，支点Q处于相对气缸中心轴Z偏移的点上，并且相对气缸中心轴Z处于第一运动结合点A的相对侧。布置第一横向臂311使得它可以与连接活塞301(高温活塞402或低温活塞404)和曲轴304的连杆305交叉。注意如果有必要，为了便于描述，将高温活塞402或低温活塞404称作活塞301。

与第一横向臂311类似，布置第二横向臂312使得它可以与第二运动结合点B的近似直线运动的方向交叉。在第二横向臂312的一个末端，布置有第二运动结合点B。第二运动结合点B依靠活塞连接元件303连接到活塞301。在第二横向臂312的与第二运动结合点B相反的末端，布置有第一运动结合点A。

依靠直线移动引导件320来往复运动的支持第一运动结合点A。当第二运动结合点B作近似直线运动时，第一运动结合点A沿直线移动引导件320、在图27A中所示的直线X—X上往复运动。这里，直线X—X与活塞301往复运动的方向成直角交叉。设置第三运动结合点M使得可以满足以下等式：

BM×MQ＝AM²            (1)

这里，BM指第二运动结合点B与第三运动结合点M之间的距离，MQ指第三运动结合点M与支点Q的距离，AM指第一运动结合点A与第三运动结合点M的距离。

连接活塞301和曲轴304的连杆305在第二运动结合点B连接到第二横向臂312。这使活塞301的往复运动(在图中沿Z轴的运动)能够依靠活塞连接元件303而传递到曲轴304，并且曲轴304绕其旋转轴转动。因此，活塞301的往复运动依靠曲轴304转化成转动。可替代的，曲轴304的转动可以转化成活塞301的往复运动。

图29和30是示意图，表示依据实施例2的斯特林发动机的近似直线机构的直线移动引导件。如图29所示，直线移动引导件320包括圆柱引导件320g和在引导件320g内滑动的滑动活塞325(直线移动元件)。滑动活塞325和第二横向臂312在第一运动结合点A互相连接。当滑动活塞325在引导件320g内往复运动时，第一运动结合点A在引导件320g内做直线运动。因此，当直线移动元件设置有滑动活塞325时，滑动活塞325可用作压缩器。滑动活塞325作为压缩器使用在后面描述。注意引导件320g处于曲轴箱418内，曲轴箱是斯特林发动机400的外壳。

图30中所示的直线移动引导件321包括处于斯特林发动机400的曲轴箱内部的引导件321g和在引导件321g内可旋转移动的trank滚轮326(直线移动元件)。trank滚轮326和第二横向臂312在第一运动结合点A互相连接。当trank滚轮326在引导件321g内往复运动时，第一运动结合点A在引导件321g内做直线运动。因此，由于直线移动元件设置有trank滚轮326，可以减小在直线移动元件和引导件321g之间的摩擦。因此，能够减小整个斯特林发动机400中的摩擦损失，当从低温热源回收热时，这一点尤其优选。如上所述，因为第一运动结合点A在垂直于活塞301往复运动方向(图中的Z轴方向)的方向上在直线X—X上往复运动，所以引导件320g、321g处于直线X—X上。

图31到34是示意图，表示在活塞冲程中，依据实施例2的近似直线机构的运动。参考附图，以下描述依据实施例2的近似直线机构310的工作。注意虽然使用具有trank滚轮326的直线移动引导件321作为直线移动引导件，但是同样能够使用具有滑动活塞325的直线移动引导件320。

在图31中所示的状态中，也就是当活塞301在上止点时，第一运动结合点A离气缸2最近。当活塞301从图31中所示状态向曲轴304移动时，曲轴304在图31中所示箭头R所示的方向上转动。然后，第二运动结合点B向曲轴304侧运动，第二横向臂312和处于第二横向臂312上的第三运动结合点M绕第一运动结合点A向曲轴304做旋转运动。当第三运动结合点M绕第一运动结合点A向曲轴304做旋转运动时，第一横向臂311绕支点Q向曲轴304做旋转运动。

然后，第一运动结合点A在直线运动引导件320内远离气缸302移动(图32)。当活塞301达到下止点时，直线近似机构310为图33中所示的形状。当活塞301接近下止点时，第一运动结合点A在直线移动引导件320内向气缸302移动。在活塞301通过下止点并且再次接近上止点的进程中，第一运动结合点A在直线运动引导件320内远离气缸302移动(图34)。

第一横向臂311绕支点Q做旋转运动。在第二运动结合点B移动的覆盖范围内，也就是说，在活塞301在上止点和下止点之间往复运动的覆盖范围内，处于第一横向臂311相对于支点Q的末端的第三运动结合点M绕支点Q做旋转运动。因此，至少在上止点和下止点中的一个时，第一运动结合点A离气缸302最近，这取决于当活塞301呆在上止点时直线X—X和第一横向臂311之间所确定的角θ。当第一运动结合点A、第二运动结合点B和第三运动结合点M处于直线X—X上时，第一运动结合点A离气缸302最远。因此，第一运动结合点A在直线X—X上以步S往复运动(图31)。

在这种构造中，依据实施例2的近似直线机构310的第二运动结合点B基本上沿着气缸的中心轴Z在近似直线上往复运动。因此，活塞301也以同样方式往复运动。因此，因为可以将施加在活塞301上的侧向力(朝向活塞301半径方向的力)减少到基本为零(0)，所以在上述斯特林发动机400中，即使用有着低承载能力的小空气轴承412，也可以很好的支持活塞。

优选的将在上止点附近时活塞301从直线Y—Y(气缸中心轴Z)的偏移设置为比在下止点附近时活塞301从直线Y—Y的偏移小的值。这是因为在斯特林发动机400中，当活塞301(高温活塞402和类似的)到达上止点附近时，施加在活塞301上的工作流体的压力变大。因此，如果活塞301的偏移在上止点时小，那么施加在活塞301上的侧向力减小，使活塞301和气缸302之间的摩擦减小。另一方面，当活塞301呆在下止点附近时，施加在活塞301上的工作流体的压力变小。因此，即使在下止点时活塞301的偏移相对大，对活塞301和气缸302之间的摩擦影响也较小。注意，依靠第一和第二横向臂311、312的长度和第三运动结合点M的位置，可以调整偏移δlt和δlu。

图35是示意图，表示依据实施例2安装活塞发动机方式的一个例子。在例子中，依据实施例2是活塞发动机的斯特林发动机400用于回收内燃机的废热。如图35所示，至少斯特林发动机400的热交换器408的加热器405处于内燃机420如汽油机或柴油机的废气通道422内。这种构造使得可通过斯特林发动机400来回收内燃机420中废气G的废热。

前面讲清楚了，依据实施例2，因为用作近似直线机构的蚱蜢的纵向臂不是必须的，所以能够使容纳近似直线机构的活塞发动机外壳紧凑。其结果是，能够使整个活塞发动机更紧凑，并且抑制活塞发动机重量的增加。特别的，当活塞发动机通过对曲轴箱加压来增加施加到工作流体的压力时，因为可以缩小曲轴箱的尺寸，所以可以抑制由保证抗压性而带来的重量增加。另外，因为纵向臂是不必要的，所以增加曲轴箱设计的灵活性，因此能够更容易的设计出薄壁的曲轴箱，同时保证足够的抗压性。还有，反过来，因为增加了活塞发动机设计的灵活性，所以能够更容易的依据安装活塞发动机在其上的机器来设计活塞发动机。当用活塞发动机来回收内燃机的废热时，通常在安装位置的方面施加很多限制。然而，依据实施例2，布置的灵活性增加了。

实施例3

依据实施例3的活塞发动机拥有和依据实施例2的活塞发动机近似相同的构造，这些除外：直线移动引导件包括圆柱引导件和在圆柱引导件内滑动的滑动活塞；第一运动结合点处于能够做直线运动的状态下；依靠圆柱引导件和活塞设置压缩器。因为其他机构和实施例2的相同，所以忽略对其的描述，并且对同样的部件赋予同样的符号。

图36、37是表示依据实施例3的活塞发动机的截面图。在这里，压缩器330处于斯特林发动机(它是活塞发动机)的低温活塞404一侧。如图37所示，斯特林发动机使用处在低温活塞404上的近似直线机构310的直线移动引导件320来作为压缩器330。

直线移动引导件320包括圆柱引导件320g和在圆柱引导件320g内滑动的滑动活塞325(直线移动元件)。滑动活塞325和第二横向臂312在第一运动结合点A互相连接。当斯特林发动机400(它是活塞发动机)运转时，高温活塞402开始往复运动，并且滑动活塞325在圆柱引导件320g内往复运动。因此，引入到圆柱引导件320g和滑动活塞325之间的气体(在这里是气体)从形成于圆柱引导件320g的顶部320gt上的排气口341o排出。

为了显示作为压缩器330的性能，在圆柱引导件320g的顶部320gt，形成有进气口34li和排气口341o，进气单向阀342i和排气单向阀342o分别附连到它们上。进气单向阀342i阻挡从圆柱引导件320g跑出到外部空间内的气流，而排气单向阀342o阻挡跑到圆柱引导件320g内的气流。在这种构造中，当滑动活塞325向引导件320g顶部320gt的相反一侧移动时，滑动活塞325从进气口341i将气体吸入圆柱引导件320g内，反之，当滑动活塞325向顶部320gt一侧移动时，它通过排气口341o排出吸入的气体。这使得直线移动引导件320可以用作压缩器330。注意，为了显示直线移动引导件320作为压缩器330的性能，优选的在滑动活塞325的外表面和引导件320g的内表面之间、在可接受的滑动阻力范围内布置密封元件。

如前所述，在依据实施例3的斯特林发动机400中，第一运动结合点的用作压缩器330的直线移动引导件320可以用作斯特林发动机400的辅助机械。特别的，在斯特林发动机400的情况下，对曲轴箱418的内部加压以增加施加到工作流体的压力。在这种情况下，如图37所示，通过将从排气口341o排出的气体引入到曲轴箱418内，直线移动引导件320可以用作曲轴箱加压装置。因为这消除了对于作为曲轴箱加压装置(工作流体加压装置)的单独压缩器的需求，所以可以减少斯特林发动机400的制造成本。

图38、39是表示实施例3第一个变型的示意图。依据第一个变型的斯特林发动机400具有和依据实施例2的活塞发动机近似相同的构造，这些除外：压缩器处于高温活塞402和低温活塞404中的每个，并且连接成直线以通过多个步骤压缩气体。因为其他机构和依据实施例2的相同，所以忽略对其的描述，并且对同样的部件赋予同样的符号。注意，在有3个或更多气缸活塞套件的斯特林发动机中，可以设置三个或更多的压缩器。

高温活塞402和低温活塞404中的每个都有第一直线移动引导件320₁和第二直线移动引导件320₂，它们分别用作第一压缩器330₁和第二压缩器330₂。第一进气单向阀342_1i和第一排气单向阀342_1o处于第一压缩器330₁的引导件320_1g上。第二进气单向阀342_2i和第二排气单向阀342_2o处于第二压缩器330₂的引导件320_2g上。

在第一压缩器330₁压缩的气体经由第一排气单向阀342_1o传输到储存器343，然后，从储存器经由第二进气单向阀342_2i传输到第二压缩器330₂。在第二压缩器330₂中进一步压缩的气体经由第二排气单向阀342_2o传输到曲轴箱418内部，以对曲轴箱内部加压。因此，连成一列的第一压缩器330₁和第二压缩器330₂通过多个步骤压缩气体。

在第一压缩器330₁压缩的气体储存在储存器343中，然后传输到第二压缩器330₂。在第二压缩器330₂中进一步压缩的气体传输到曲轴箱418内部。因此，因为通过多个步骤(在这里是两步)压缩气体，所以可以将气体加压到比通过单个压缩器更高的水平。另外，因为可以优化作为压缩器的效率，所以还可以提高压缩效率。如图39中所示，在通过多个步骤压缩气体的情况下，在前一步中从第一压缩器330₁的排气量V1(体积)可以设置成比在后一步中从第二压缩器330₂的排气量V2(体积)大。这样能够可以有效的将气体压缩到更高水平。

图40是表示实施例3第二个变型的示意图。隔膜350用于斯特林发动机的压缩器。直线移动引导件322处于在曲轴箱418上的隔膜基座419上。直线移动引导件322有滑动活塞325’和滑动支持滑动活塞325’的支撑元件322g。滑动活塞325’和隔膜板351依靠连接元件352相互连接。设置隔膜基座419使得曲轴箱418内的压力P可以依靠连通孔419h作用在隔膜板351的后侧。滑动活塞325’依据高温活塞402和类似物的往复运动而往复运动，因此使隔膜板351往复运动，以从隔膜350排出气体。这里隔膜，以及风箱，可以用作压缩器。

如前所述，依据实施例3，用作压缩器的第一运动结合点的直线移动引导件可以用作活塞发动机的辅助机械。因为这消除了对单独辅助机械的需求，所以不仅可以降低活塞发动机的制造成本，还可以降低制造安装活塞发动机于其上的整个设备的总共成本。特别的，在在其内部对工作流体加压的活塞发动机的情况下，可以依靠压缩器对工作流体加压。这消除了对作为加压装置的单独压缩器的需求，节省了活塞发动机的制造成本。

在实施例2和3以及它们的变型中，公开了以下项目。

为了达到上述目的，依据实施例的活塞发动机是这样的活塞发动机，其中在气缸内往复运动的活塞和旋转运动的曲轴依靠连杆相互连接，它具有：第一横向杆，它与连杆交叉并且可以在相对气缸中心轴偏移的位置上、绕处于活塞和曲轴之间的支点旋转；第二横向杆，它在各末端具有直线往复运动的第一运动结合点和连接到活塞的第二运动结合点，在第一运动结合点之间和第二运动结合点之间，它具有第三运动结合点，第一横向臂的与支点相对的一端和该第三运动结合点可旋转的连接；和直线移动引导件，它支持第一运动结合点作直线运动。

依据上述构造的活塞发动机消除了对用于蚱蜢机构所需的纵向臂的需求，蚱蜢机构是近似直线机构，使得容纳近似直线机构的活塞发动机箱能够减小尺寸。因此，可以减小整个活塞发动机的尺寸，并且可以抑制活塞发动机重量的增加。

依据实施例的活塞发动机的特征在于，直线移动引导件包括圆柱引导件和在引导件内滑动的滑动活塞，并且直线移动引导件是压缩器，它依靠滑动活塞的往复运动压缩引导件内的气体。

活塞发动机使直线移动引导件可以用作压缩器，该直线移动引导件使第二横向臂的第一运动结合点直线往复运动。这使得可以减小活塞发动机的尺寸，并且进一步的可以将直线移动引导件用作活塞发动机的辅助机械。

依据实施例的活塞发动机的特征在于，在它拥有多个活塞的情况下，可以设置多个压缩器，并且将每个压缩器连成一列以逐步增加施加到气体上的压力。

因为活塞发动机通过将多个直线移动引导件连成一列来将它们用作压缩器，在多个步骤压缩气体，所以可以将施加到气体的压力增加到比由单个压缩器所能取得的要高的水平。

依据实施例的活塞发动机的特征在于，后一个压缩器的排量比前一个压缩器的要小。

这种构造使得可以气体可以有效率的加压到更高水平。

依据实施例的为斯特林发动机的活塞发动机的特征在于，将从有加热器、回热器和冷却器的热交换器流出的工作流体引入到气缸内以驱动活塞。

依据实施例3，因为消除了对用于直线近似机构—蚱蜢机构所需的纵向臂的需求，所以可以减少箱和斯特林发动机的整体尺寸，并且可以抑制斯特林发动机总重量的增加。特别的，在其中对工作流体加压的斯特林发动机的情况下，可以减少箱的尺寸以抑制由保证抗压性而带来的重量增加。

依据实施例的活塞发动机的特征在于，它至少有将曲轴装入在内的外壳，和压缩器对外壳内部加压。

这消除了对作为流体加压装置的单独压缩器的需求，节省了活塞发动机的制造成本。

依据实施例的活塞发动机的特征在于，至少热交换器的加热器处于内燃机的废气通道上，以回收从内燃机排出的热。

在依据实施例的活塞发动机中，可以减小箱或整个活塞发动机的尺寸。所以，如果用它来回收内燃机的废热，就增加了布置的灵活性。另外，因为可以抑制整个活塞发动机总重量的增加，所以当用活塞发动机来回收从安装在诸如汽车和公共汽车的车辆上的内燃机所排出的热时，同样可以抑制车辆总重量的增加。

工业适用性

如前所述，本发明的斯特林发动机能够利用不同类型的可替代能源，如废热，有益于节能。特别的，本发明的斯特林发动机适于用在难以从热源保存足够热的严酷环境下，如在将从车辆内燃机排出的气体用作热源的情况下。

Claims (20)

1.一种斯特林发动机(10)包括：

气缸(22，32)，

在气缸(22，32)内往复运动的活塞(21，31)，依靠空气轴承(48)在活塞(21，31)和气缸(22，32)之间保持气密状态，和

与活塞(21，31)直接或间接连接的近似直线机构(50)，它使得活塞(21，31)在气缸(22，32)内往复运动时作近似直线运动，

其中，内燃机(420)的排气系统提供用于所述斯特林发动机的热源，并且

空气轴承(48)通过分布的气体的压力支撑所述活塞(21，31)。

2.依据权利要求1的斯特林发动机(10)，还包括：

绕输出轴(40)旋转的曲轴(61)；

从活塞(21，31)向下延伸的延伸件(64)；和

连接延伸件(64)和曲轴(61)的连杆(65)，

其中近似直线机构(50)连接到在延伸件(64)和连杆(65)之间的连接元件(60)，以控制连接元件(60)的运动，使得连接元件(60)沿着气缸(22，32)的中心轴线作近似直线运动。

3.依据权利要求2的斯特林发动机(10)，其中活塞(21，31)和延伸件(64)相互可旋转地连接。

4.依据权利要求2的斯特林发动机(10)，其中，近似直线机构(50)设置成使得在活塞(21，31)的上止点时连接元件(60)从气缸(22，32)中心轴线的第一个偏移小于在活塞(21，31)的下止点时连接元件(60)从气缸(22，32)中心轴线的第二个偏移。

5.依据权利要求1到4任意一个的斯特林发动机(10)，其中近似直线机构(50)是蚱蜢机构。

6.依据权利要求2到4任意一个的斯特林发动机(10)，其中

近似直线机构(50)是蚱蜢机构，

该蚱蜢结构包括，

第一和第二横向杆(52，54)和纵向杆(56)，

其中第一横向杆(52)的第一个末端可旋转的连接到在延伸件(64)和连杆(65)之间的连接元件(60)，

第一横向杆(52)的第二个末端可旋转的连接到纵向杆(56)的第一个末端，

纵向杆(56)的第二个末端可旋转的固定到斯特林发动机(10)的一个预定位置，

第二横向杆(54)的第一个末端可旋转的连接到第一横向杆(52)的在第一横向杆(52)中间的一个预定位置，并且

第二横向杆(54)的第二个末端可旋转的固定到斯特林发动机(10)的一个预定位置。

7.依据权利要求6的斯特林发动机(10)，其中在蚱蜢结构中

第二横向杆(54)的第一个末端有一个具有两个叉状末端的二叉式结构，并且

第一横向杆(52)的第一个末端设置为在所述叉状末端之间通过。

8.依据权利要求6的斯特林发动机(10)，其中在蚱蜢结构中，第一横向杆(52)的第一个末端和在延伸件(64)和连杆(65)之间的连接元件(60)通过一个单个活塞销连接。

9.依据权利要求6的斯特林发动机(10)，其中

在蚱蜢结构中，在第一横向杆(52)的第一个末端、延伸件(64)的在延伸件(64)和连杆(65)之间的连接元件(60)处的一个末端和连杆(65)的一个末端之中，两个末端具有带有两个叉状末端的二叉式结构，并且

这三个末端中的剩下一个的末端放置于其他两个末端的两个叉状末端之间。

10.依据权利要求1的斯特林发动机(400)，还包括：

旋转的曲轴(304)；

连接曲轴(304)与活塞(301)的连杆(305；352)，

其中近似直线机构(310)有：

第一横向臂(311)，

第二横向臂(312)，和

直线移动引导件(320；321；322)，

其中第一横向臂(311)设置成使得第一横向臂(311)与连杆(305；352)交叉，并且在相对于气缸(302)中心轴线偏移的一个位置上，可绕处于活塞(301)与曲轴(304)之间的支点(Q)旋转，并且

第二横向臂(312)有第一个末端和第二个末端，

其中在第一个末端，放置直线往复运动的第一运动结合点(A)，

在第二个末端，放置连接到活塞(301)的第二运动结合点(B)，

在第一运动结合点(A)和第二运动结合点(B)之间，放置第三运动结合点(M)，

在第三运动结合点(M)，第一横向臂(311)的与支点(Q)相反的一个末端可旋转的连接，并且，

直线移动引导件(320；321；322)支承第一运动结合点(A)，并且为第一个运动结合点(A)导向使得它作直线运动。

11.依据权利要求10的斯特林发动机(400)，其中

直线移动引导件(320；321；322)包括圆柱引导件(320g)和在圆柱引导件(320g)内滑动的滑动活塞(325；325’)，并且

直线移动引导件(320；321；322)有用作压缩器(330，331)的功能，它依靠滑动活塞(325；325’)在圆柱引导件(320g)内的往复运动，压缩圆柱引导件(320g)内的气体。

12.依据权利要求11的斯特林发动机(400)，包括：

多个活塞(402，404)和分别对应于多个活塞(402，404)而布置的多个近似直线机构(310)，

其中分别对应于多个近似直线机构(310)提供了多个压缩器(330₁，330₂)，并且压缩器(330₁，330₂)成直线连接，使得压缩器(330₁，330₂)逐步的增加作用在气体上的压力。

13.依据权利要求12的斯特林发动机(400)，其中后一个压缩器的排量比前一个压缩器的排量小。

14.依据权利要求10到13之间任意一个的斯特林发动机(400)，还包括

内部至少放置有曲轴的外壳(418)，

其中通过压缩器(330；331)使压缩壳(418)的内部加压。

15.一种混合系统，包括：

依据权利要求1到4中任意一个的斯特林发动机(10)和车辆内燃机，

其中斯特林发动机(10)安装在车辆上，并且布置斯特林发动机(10)的加热器(47)，使其从内燃机的排气系统吸收热量。

16.一种活塞发动机，包括：

气缸(22，32)；

在气缸(22，32)内往复运动的活塞(21，31)，依靠空气轴承(48)在气缸(22，32)和活塞(21，31)之间保持气密状态；

可旋转的曲轴(61)；

连接曲轴(61)和活塞(21，31)的连杆(65)；和

与活塞直接或间接连接的近似直线机构(50)，它布置的使得活塞(21，31)在气缸(22，32)内往复运动时作近似直线运动，

其中，内燃机(420)的排气系统提供用于所述活塞发动机的热源，并且

空气轴承(48)通过分布的气体的压力支撑所述活塞(21，31)。

17.一种活塞发动机，包括：

气缸(302)；

在气缸(302)内往复运动的活塞(301)，依靠空气轴承在活塞(301)和气缸(302)之间保持气密状态；

可旋转的曲轴(304)；

连接曲轴和活塞的连杆(305；352)；

第一横向臂(311)；

第二横向臂(312)；和

直线移动引导件(320；321；322)，

其中第一横向臂(311)设置成使得第一横向臂(311)与连杆(305；352)交叉，并且在相对于气缸(302)中心轴线偏移的一个位置上，绕处于活塞(301)与曲轴(304)之间的支点(Q)作旋转运动，

第二横向臂(312)有第一个末端和第二个末端，

在第一个末端，放置直线往复运动的第一运动结合点(A)，

在第二个末端，第二运动结合点(B)被连接到活塞(301)，

在第一运动结合点(A)和第二运动结合点(B)之间，放置第三运动结合点(M)，

在第三运动结合点(M)，第一横向臂(311)的与支点(Q)相反的一个末端可旋转的连接，并且，

直线移动引导件(320；321；322)支承第一运动结合点(A)，并且为第一个运动结合点(A)导向使得它作直线运动。

18.依据权利要求16或17的活塞发动机，其中

活塞发动机为斯特林发动机(10)并且

从具有加热器(47)、回热器(46)和冷却器(45)的热交换器(90)供给的工作流体被引入气缸(22，32；302)内，以驱动活塞(21，31；301)。

19.依据权利要求18的活塞发动机，其中

在内燃机的排气通道上至少放置热交换器(90)的加热器(47)，以便回收内燃机排出的废热。

20.依据权利要求17的活塞发动机，其中

直线移动引导件(320；321；322)有圆柱引导件(320g)和在圆柱引导件(320g)内滑动的滑动活塞(325；325’)，并且

直线移动引导件(320；321；322)有用作压缩器(330；331)的功能，它依靠滑动活塞(325；325’)在圆柱引导件(320g)内的往复运动，压缩圆柱引导件(320g)内的气体。

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