CN1409802A - 折叠导向杆斯特林发动机 - Google Patents

Abstract

一种用于联接一根曲轴(106)和一个沿着纵轴线作至直线往复运动的活塞(101)的折叠联动机构(100)。这种联动机构(100)有一根导向杆(103)，该导向杆的第一端与活塞(101)联接。一根连杆(105)把导向杆(103)的远端联接在绕着轴线旋转的曲轴(106)上，该轴线与活塞运动的纵轴线(120)垂直，并且位于导向杆(103)的近端与远端之间。一个导向杆的导向部件支承着作用在导向杆(103)远端上的侧向载荷。这种折叠联动机构(100)可用于把斯特林循环机械的压缩活塞(311)和泵气活塞(301)联接在一根共同的曲轴(106)上。

Description

折叠导向杆斯特林发动机

技术领域

本发明涉及对一种发动机的改进，更具体的说，涉及对斯特林循环的高温发动机或致冷机的机械零件的改进，这种改进能增进发动机的工作效率和寿命，并且能减小尺寸，降低复杂程度和成本。

背景技术

斯特林循环的机械，包括发动机和致冷机，在技术上具有很长时期的传统，在Walker所著的“斯特林发动机”，牛津大学出版社，(1980)中有详细的描述，此书作为本申请的参考文献。作为斯特林循环发动机的原理的是在机械上实现斯特林热动力循环：在气缸内对气体进行等体积加热；气体的绝热膨胀(在此过程中通过驱动活塞作功)；等体积冷却；以及绝热压缩。斯特林循环致冷机也是在机械上实现接近于理想斯特林热动力循环的热动力循环。在理想的斯特林热动力循环中，工作流体进行连续的循环：等体积加热；绝热膨胀；等体积冷却和绝热压缩。在各个阶段中既不是等体积的也不是绝热的这种循环的具体实现，都在本发明的范围之内，并且在本说明书中都可以称之为理想的情况，而不会限制本发明所要求保护的范围。

本发明的各个方面既可以应用于斯特林循环发动机，也可以应用于斯特林循环致冷机，在本申请的说明书和权利要求书中，这两种机械总称为斯特林循环机械。按照阿尔发(alpha)结构设计并且使用一个第一“压缩”活塞和一个第二“膨胀”活塞的斯特林循环机械的工作原理，在1998年7月14日申请的美国专利09/115,383中有详细的描述，此专利申请文件作为本申请的参考文献。

下面，参照图1a-1e简要描述斯特林发动机的工作原理，在这些附图中，相同或类似的零件采用同样的标号。斯特林循环机械的许多机械设计方案是本技术领域公知的，图中标号10所指的具体的斯特林发动机只是为了说明用的。在图1a-1d中，活塞12和泵气活塞14在两个气缸16内按阶段作往复运动，在一些斯特林发动机实施方式中，也可以是单独一个气缸。通常，泵气活塞14没有密封件。不过，也可以使用带有密封件的泵气活塞(平常称为膨胀活塞)。无论是带有密封件的泵气活塞还是膨胀活塞，都在斯特林发动机的“膨胀”气缸中工作。气缸16中所含有的工作流体被密封件所限制，不能从活塞12和泵气活塞14的周围泄漏出去。如下文中所说明的，工作流体是根据它的热动力性能来选择的，典型地是在若干个大气压下的氦气。泵气活塞14的位置控制上述工作流体是与热界面18还是与冷界面20接触，也就是相应地与要供应热量的界面和从工作流体中吸取热量的界面接触。供应热量与吸取热量的过程将在下面详细描述。由活塞12的位置决定的工作流体的体积称为压缩空间22。

图1a表示发动机循环的第一阶段中的初始状态，此时，活塞12压缩处于压缩空间22中的流体。压缩是在基本上恒定的温度下进行的，因为热量从流体中排出到大气中。在实践中，采用了冷却剂(图中未表示)。发动机10在压缩后的状态示于图1b。在循环的第二阶段，泵气活塞14沿着冷界面20的方向运动，同时工作流体从冷却界面20的区域流向热界面18。这个阶段可以称为转移阶段。在转移阶段终了时，由于工作流体在恒定的体积下被加热了，所以流体处于较高的压力下。这种增高的压力象征性地由图1c中的压力表24的读数来表示。

在发动机循环的第三阶段(膨胀行程)中，随着从发动机10外部吸收热量，压缩空间22的体积增大，从而把热量转换成功。在实践中，热量是借助于加热器(图中未表示)供给流体的。在膨胀阶段终了时，压缩空间22中充满了冷的流体，如图1d所示。在发动机循环的第四阶段中，由于泵气活塞14向相反的方向运动，流体便从热界面18区域流向冷界面20区域。在这个第二转移阶段终了时，如图1a所示，流体充满了压缩空间22和冷界面20，并准备好再次进行压缩阶段。图1e表示斯特林循环的P-V(压力一体积)曲线图。

此外，在流体从热界面18流向冷界面20的过程中，流体还可以通过一个热回收器(图中未表示)。这种热回收器可以是一块具有巨大表面/体积比的材料，当热的流体从热界面18进入时，用于吸收热量，而当流经过冷界面20的区域时，则用于加热流体。

斯特林循环致冷机的工作原理也可以参照图1a-1e来描述，此时，同一个标号表示相同或相似的零件。以上描述过的斯特林发动机与用作致冷机的斯特林循环机械的区别在于，一般它的压缩容积22与环境温度连通，而膨胀容积24则与外部的冷却负载(图中未表示)连通。致冷机的运转要求输入纯功。

斯特林循环发动机还没有广泛地用于实际的应用中，而斯特林循环致冷机则由于研制这种机械的令人却步的工程难题，仅限于应用在专门的低温技术领域中。上述难题包括下列各种具体问题：效率、振动、寿命，以及成本。本发明将在下面陈述这些问题。

在设计某种发动机(包括小型斯特林发动机)时所遇到的主要问题是，由于活塞在气缸中不对中，以及将活塞联接在旋转的曲轴上的连杆作用在活塞上的侧向力所产生的摩擦。在如图2所示的典型现有技术的活塞—曲轴结构中，活塞10沿着纵向12在气缸14内作往复运动。活塞10与连杆16的一个端部连接在一根枢轴，例如一根销子18上。连杆16的另一端20，在离开曲轴的旋转轴线26固定的距离24处，与曲轴22连接。当曲轴22绕着旋转轴线26旋转时，连接在曲轴上的连杆端部20在一条圆形轨道上运动，而连接在活塞10上的连杆端部28则沿着线性轨道30运动。由连杆的纵轴线34与活塞的轴线30所形成的连杆角32将随着曲轴的旋转而变化。最大的连杆角决定于连杆相对于曲轴的偏移和连杆的长度。由连杆所传递的力可以分解成一个纵向分量38和一个横向分量40，都通过销子18作用在活塞10上。把最大连杆角32减小到最小，就能减小作用在活塞上的侧向力40，从而减少摩擦，提高发动机的机械效率。借助于减少连杆在曲轴22上的偏移24，或者增大连杆的长度，就能最大限度地减小连杆角。然而，减小连杆相对于曲轴的偏移，就将减小活塞的行程长度，结果，每一次活塞循环所作的功Δ(pV)就会减少。增长连杆的长度并不能将连杆角减少到零，但却要使曲轴箱的尺寸增大，使发动机的可携带性和紧凑程度变差。

下面，请参阅图3中的现有技术的发动机结构。这一点是公知的，即，为了减少作用在活塞上的侧向力，可以用一根导向杆42作为导向装置来承受侧向力，同时限制活塞10的运动为直线运动。在一种导向杆的结构中，上述连杆16用导向杆42和连杆16的组合件来代替。导向杆42与活塞的气缸14的壁44对中，并且用两对辊子或导轨，前辊46和后辊48限制其作直线运动。导向杆42的端部50与连杆16连接，而连杆16又在偏离曲轴的旋转轴线26一定的距离上与曲轴22连接。导向杆42起活塞10的延长部分的作用，而在活塞上的，平常要传递给气缸壁44的侧向力则改由两对辊子46和48来承受。为了保持导向杆42对中和承受由连杆传递给导向杆的侧向力，需要两对辊子46和48。前面一对辊子和后面一对辊子之间的距离d可以减小，以便减小曲轴箱(图中未表示)的尺寸。但是，减小两对辊子之间的距离，将增大作用在前一对辊子上的侧向载荷54，因为后面这一对辊子的作用就像是一根由导向杆和连杆16的连接点52所形成的杠杆58的支点56。

一般，导向杆会增大曲轴箱的尺寸，因为，当活塞在最大限度进入气缸时，这种导向杆必须足够的长，以使导向杆能延伸在气缸外部，这样，这两对辊子才能与导向杆保持接触并与其对中。

发明内容

按照本发明的一个方面，在一个实施例中，提供了一种联动机构，它用于把沿着一条纵轴线作往复直线运动的活塞联接在一根绕着曲轴的旋转轴线作旋转运动的曲轴上。纵轴线和旋转轴线基本上互相垂直。联动机构有一根导向杆，其第一端靠近活塞，并连接在该活塞上，其第二端远离活塞，使得旋转轴线处于这根导向杆的近端和远端之间。联动机构有一根连杆，该连杆有一个连接端和一个曲轴端，连接端在一个连接点处可转动地连接在导向杆远离活塞的端部，而曲轴端则在偏离曲轴的旋转轴线的曲轴连接点上与曲轴联接。最后，联动机构还有一导向杆的导向部件，用于支承导向杆远端的侧向载荷。导向杆的导向部件还有一个第一辊子，它有相对于曲轴的旋转轴线固定的旋转中心，以及一圈与导向杆的远端滚动接触的边缘。

按照本发明的另一个实施例，设置了一个弹簧机构，用以迫使第一辊子的边缘与导向杆的远端接触。在又一个实施例中，导向杆的导向部件还包括一个与第一辊子相对的第二辊子，该第二辊子有一个旋转中心，和一圈与导向杆的远端滚动接触的边缘。该第二辊子还包括一个确定第二辊子的旋转中心相对于纵轴线的位置的精密定位器。在一个优选实施例中，精密定位器是一种具有偏心轴的微调机构，用于改变第二辊子的旋转中心与纵轴线之间的距离。导向杆的两个端部可以用不同的材料制成，而且可以拆卸下来，以便于更换磨损的端部。

按照本发明的另一个方面，提供了一种机械，它有一个带有纵向移动轴线的活塞，和一根能绕着旋转轴线旋转的曲轴，该旋转轴线基本上与纵向轴线垂直。上述机械有一根导向杆，该导向杆具有一个长度，一个靠近活塞并与该活塞连接的第一端，以及一个远离活塞的第二端，使得旋转轴线处于导向杆的近端和远端之间。这种机械有一根带有一连接端和一曲轴端的连杆，连接端与导向杆上远离活塞的这一端连接，能够转动，而曲轴端则在偏离曲轴的旋转轴线的曲轴连接点上与曲轴联接。最后，导向杆在沿着它的长度的若干分散的点上，被限定在沿着一条基本上呈直线的路径上移动。

按照本发明的又一个方面，提供一种类型的斯特林循环机械的改进型，在这种斯特林循环机械中，一个泵气活塞沿着一条第一纵轴线作往复运动，而一个压缩活塞则沿着一条第二纵轴线作往复运动。在本说明书中和权利要求书中所使用的泵气活塞，或者是没有密封件的活塞，或者是带有密封件的活塞(通常称为“膨胀”活塞)。这种改进型有一根折叠的导向联杆，用于把各个活塞连接在曲轴上。在另一个实施例中，这种改进型有一个精确定位的导向杆的导向部件。在又一个实施例中，这种改进型有一个曲轴的联接部件，用于把第一连杆和第二连杆连接在曲轴上，使得其沿着第一和第二纵轴线的往复运动基本上在同一个平面上。这种曲轴的联接部件可以是一种“叉子和叶片”式的部件。

按照本发明的另一个方面，提供了斯特林循环发动机的另一种改进型。这种改进型有一个连接在至少一个支承托架上的轴承支架，该支承托架联接在一个压力罩壳上，使得该压力罩壳的尺寸变化基本上使它与轴承支架分离。在另一个实施例中，提供了一种使活塞与气缸对中的方法，活塞沿着一条纵轴线作往复运动，并与具有一定长度的导向杆联接，这种方法包括：提供一个沿导向杆长度的第一导向元件，该第一导向元件有一个弹簧机构，用于迫使导向元件与导向杆接触，并且提供一个沿导向杆长度的第二导向元件，该第二导向元件的位置与上述第一导向元件相对，并且有一个精密定位器，用于确定第二导向元件相对于纵轴线的位置。在一个优选实施例中，精密定位器是一种微调机构，它有一根偏心轴，用于改变第二元件与纵轴线之间的距离。

在又一个实施例中，提供了一种对中装置，它有一个设置成沿导向杆长度的第一导向元件，该第一导向元件有一个弹簧机构，用于迫使该导向元件与导向杆接触，还有一个与第一导向元件相对的第二导向元件，该第二导向元件有一个精密定位器，用于确定第二导向元件相对于纵轴线的位置。

附图简述

下面，参照附图详细描述本发明，将使本发明更加易于理解。附图中：

图1a-1e表示在先技术中的斯特林循环机械的工作原理；

图2是在先技术的发动机的联杆的截面图；

图3是第二种在先技术的发动机的联杆的截面图，该联杆有一根导向杆；

图4是本发明优选实施例所述的发动机的折叠导向联杆的截面图；

图5a是本发明优选实施例所述的活塞和使用微调对中机构使活塞的运动精密对中的导向部件的截面图；

图5b是本发明实施例所述的精密对中机构的侧视图；

图5c是图5b中本发明实施例所述的精密对中机构的立体图；

图5d是图5b中本发明实施例所述的精密对中机构的俯视图；

图5e是图5b中本发明实施例所述的精密对中机构的俯视图，示出了锁定孔和托架孔；

图6是本发明优选实施例所述的用于双活塞机械，例如斯特林循环机械的折叠导向联杆的截面图；

图7是本发明优选实施例所述的“叉子和叶片”式曲轴联接部件的截面图；

图8是图6中的双折叠导向联杆的一个实施例的立体图；

图9a是本发明优选实施例所述的斯特林发动机的立体图；以及

图9b是图9a中本发明优选实施例所述的冷区底板和下托架的立体图，其中下托架安装在冷区底板上。

优选实施例详述

参阅图4，图中表示了折叠导向联杆的示意图，它在整体上用标号100表示。活塞101在活塞连接点102处刚性地连接在导向杆103的活塞端上。导向杆103的连杆连接点104连接在连杆105上，能够转动。活塞连接点102和连杆连接点104构成了导向杆103的纵轴线120。

连杆105的偏离曲轴旋转轴线107一定距离的曲轴连接点108，连接在曲轴106上，能够转动。曲轴的旋转轴线107与导向杆103的纵轴线120垂直，并且旋转轴线107处于连杆连接点104与活塞连接点102之间。在一个优选实施例中，曲轴的旋转轴线107与纵轴线120相交。

导向杆103的一个端部114被限制在第一辊子109和相对的第二辊子111之间。辊子109和111的中心分别用标号110和112表示。图4中所示的导向杆一活塞联接装置100的位置是循环中的行程中点的位置。这是在曲轴连接点108与曲轴的旋转轴线107之间的半径116，与由曲轴的旋转轴线107和导向杆103的纵轴线所形成的平面垂直时的情形。在一个优选实施例中，辊子109、111与导向杆103的相对位置是这样设定的，即，连杆连接点104处于由辊子109、111的中心在行程中点时所形成的直线上。当辊子109、111在使用过程中磨损时，导向杆的错位将增大。在一个优选实施例中，第一辊子109用弹簧加压，以使它保持与导向杆103的滚动接触。按照本发明的这些实施例，导向杆103可以由分部件组成，以使导向杆靠近活塞的那一部分113可以用诸如铝的轻型材料制成，而导向杆的远离活塞的“尾部”114则可以用诸如钢的耐用的材料制成，以减少由于与辊子109和111的摩擦所造成的磨损。

导向杆103的纵轴线120与气缸14的对中通过辊子109、111和活塞101来保持。当曲轴106绕着曲轴旋转轴线107旋转时，连杆连接点104便沿着导向杆103的纵轴线120作直线运动。活塞101和导向杆103形成一根杠杆，活塞处于这根杠杆的一端，而导向杆103的连杆端部114处于这根杠杆的另一端。这根杠杆的支点在由辊子109、111的中心110、112所形成的直线上。这根杠杆由施加在连杆连接点104上的力进行加载。当连杆连接点104沿着导向杆103的纵轴线运动时，连杆连接点104与支点之间的距离，即第一杠杆臂，是变化的，它从零变化到活塞101行程距离的一半。第二杠杆臂与第一杠杆臂的杠杆比始终大于1，通常在5～15的范围内。作用在活塞101上的侧向力将被迫以杠杆比的比例作用在连杆连接点104上，杠杆比越大，作用在活塞101上的侧向力就越小。

借助于把连接点移动到远离活塞的曲轴轴线一侧，就不必增大曲轴轴线与活塞的气缸之间的距离来容纳辊子的壳体。此外，为使活塞对中只需要一对辊子，因而有利于减小辊子壳体的尺寸和发动机的整体尺寸。按照本发明，当活塞所承受的侧向力不是零时(与标准的导向杆结构不同，该标准的导向杆结构中完全对中的活塞的侧向力为零)，由于导向杆所形成的很长的杠杆臂，这种侧向力要比简单的曲轴连杆装置所承受的侧向力小一个数量级。

作用在活塞上的侧向力会产生噪音，增加磨损。活塞在气缸中不对中将会产生额外的摩擦。下面，参照图5a-5e说明一种解决对中问题的技术方案。图5a表示本发明的一个优选实施例所述的活塞201和使用微调对中装置使活塞的运动能精密地对中的导向部件209的示意图。活塞201沿着一条纵轴线202在气缸200内作往复运动。一根导向杆204连接在活塞201上。导向杆204的一端被限制在第一辊子205和相对的第二辊子207之间。辊子205和207的中心分别用标号206和208表示。在活塞201的一端可以用一个活塞导向环203来防止它碰到气缸200。但是，如果活塞201没有对准沿着纵轴线202的这条直线运动，则沿着活塞201的长度上那些没有与导向环联接的其他的点，就可能与气缸200接触。在一个优选实施例中，活塞201是利用辊子205和207，以及导向杆204以这样的方式来对中的，即，活塞201沿着纵轴线202在一条直线上运动，并且基本上处于气缸200的中心。

按照本发明的一个优选实施例，通过调节第二辊子207的中心208的位置，就可以使活塞201与活塞的气缸200对中。第一辊子205用弹簧加压，以保持与导向杆204的滚动接触。第二辊子207安装在一个偏心凸缘上，使得凸缘的旋转能让第二辊子207相对于纵轴线202侧向移动。可以用一根单独的销子(图中未表示)把第二辊子207固定在它的位置上。第二辊子207的运动将使导向杆204和活塞201也相对于纵轴线202侧向移动。这样，活塞201就能对中，以便在气缸200中沿着基本上处于气缸200中心的直线运动。

图5b表示一种精密对中机构实施例的侧视图。一个辊子207安装在一跟锁定偏心轴212上，能够转动。该偏心轴有一个下端212和一个上端213。这根辊子安装在锁定偏心轴211的部分210上，该偏心轴有一根与锁定偏心轴211的旋转轴线错开的辊子旋转轴线。下端212安装在下托架(图中未表示)上，能够转动。上端213安装在上托架214上，能够转动。图5c表示图5b中所示的实施例的立体图。上托架214上有许多钻穿上托架214的托架孔220。在一个优选实施例中，钻有18个穿过上托架214的托架孔。托架孔220与锁定偏心轴211的旋转轴线错开一个距离，并且围绕着由该错开距离所确定的圆周均匀分布。

图5d表示图5b中所示的实施例的俯视图。锁定偏心轴211的上端213上有多个锁定孔215。锁定孔215的数量不应该与托架孔220相同。在一个优选实施例中，锁定孔215的数量是19个。锁定孔215与锁定偏心轴211的旋转轴线错开一个距离，这个距离与托架孔220的错开距离相同。锁定孔215围绕着由上述错开距离所确定的圆周均匀分布。图5d还表示了一个锁定螺母216，当锁定螺母216松开时，能让锁定偏心轴211旋转。当锁定螺母216拧紧时，它在锁定偏心轴211与上托架214之间形成坚固的联接。图5e是与图5d一样的视图，但其中表示了锁定孔215。

装配时，按照下列方式使活塞对中。先把锁定螺母216松松地装在折叠导向杆上。借助于旋转锁定偏心轴211，用肉眼观察，使活塞201(图5a)在活塞气缸200(图5a)中对中。在转动锁定偏心轴211时，辊子的旋转轴线208(图5a)将沿着侧向移动，并沿着轴向向导向杆的纵轴线202(图5a)移动。本发明的杠杆比很大，要使活塞气缸200(图5a)中的活塞201(图5a)对中，只需要让辊子的旋转轴线208(图5a)相对于纵轴线202(图5a)作很小的位移就行了。按照本发明的一个实施例，上述位移的最大值在0.000英寸到0.050英寸的范围内。在一个优选实施例中，这个最大值在0.010到0.030英寸的范围内。在锁定偏心轴211转动时，锁定孔215将与一个托架孔220对准。图5d表示了这种对准230。一旦当活塞201(图5a)在活塞气缸200(图5a)中对中时，就将一根销子(图中未表示)穿过对准的托架孔，并插入对准的锁定孔内，从而锁定了锁定偏心轴211。然后，拧紧锁定螺母216，从而把上托架214刚性地固定在锁定偏心轴211上。

按照本发明的一个优选实施例，可以把一种如图6截面图中所示的，并且整体用标号300表示的双折叠导向杆活塞联杆装在小型的斯特林发动机内。参阅图6，活塞301和311分别是斯特林循环发动机的泵气活塞和压缩活塞。在本说明书中和权利要求书中所说的泵气活塞，或者是没有密封件的活塞，或者是有密封件的活塞(通常称作“膨胀活塞”)。斯特林循环是在互相错开90度相位的两个活塞的基础上作直线往复运动。这种相位的调整是在两个活塞的运动方向成直角时，它们的相应的连杆共用一跟共同的曲轴销来实现的。这种定向方式还有减少振动和噪音的优点。此外，这两个活塞还可以有利地处于同一个平面上，消除垂直于这两个活塞的平面上的震动。按照一个优选实施例，采用了一种将在下文中描述的“叉子和叶片”式曲轴联接部件，分别把两根连杆306和316联接在曲轴308的曲轴连接销307和317上，从而，两个活塞301和311就能在同一个平面上运动。

图7是“叉子和叶片”式联接部件的截面图。曲轴400有一根曲轴销401。这根曲轴销401绕着曲轴的旋转轴线402旋转。第一联接元件403是一根“叶片”式联杆。换言之，如图7所示，这种“叶片”是一根单联杆，用于把第一连杆联接在曲轴销401上。第二联接元件404是一根“叉子”式联杆。如图7所示，这根“叉子”是一对联杆，用于把第二连杆联接在曲轴销401上。第一和第二联接元件403和404可用于把两根连杆联接在同一根曲轴上，以使连杆的运动基本上在同一个平面上。再请参阅图6，如图7所示的“叉子和叶片”式曲轴联接部件可用于把第一联杆306和第二联杆316分别连接在曲轴308的曲轴联接点307和317上。虽然本发明一般地是参考图6中所示的斯特林发动机加以描述，但应该理解，许多发动机和致冷机都同样能从本发明的主题的各种实施例和改进型中受益。

在图6中用截面图表示，在图8中用立体图表示的这种斯特林发动机的结构称之为阿尔发(alpha)结构，其特征在于，压缩活塞311和泵气活塞301分别在不同的气缸内作直线往复运动：压缩活塞311在压缩气缸320内运动，而泵气活塞301在膨胀气缸322内运动。导向杆303和导向杆313分别刚性地连接在泵气活塞301和压缩活塞311的活塞连接点302和312上。连杆306和316把导向杆303和313远端的连接点305和315可转动地联接在曲轴308的曲轴连接点307和317上。作用在导向杆303和313上的侧向载荷由成对的辊子304和314承受。如以上参照图4和图5所描述的，活塞301和311可以分别利用成对辊子304和314的精密对中装置在气缸320和322中对中。

如以上参照图1a-1f所描述的，斯特林发动机是在加压的状态下工作的。典型地，使用曲轴箱来支承曲轴，并保持斯特林发动机工作条件的加压状态。曲轴用安装在曲轴箱中的曲轴轴承支架来支承其两端。但是，当曲轴箱加压时，曲轴箱的尺寸和外形可能会发生变化或变形。如果使用同样的构件支承曲轴，那么曲轴箱的变形可能会导致曲轴的不对中，这将在轴承上形成巨大的负载，并将大大降低发动机的寿命。为了减小或防止由于曲轴箱的变形而造成的曲轴不对中，可以如图9a中所表示的那样，可以把曲轴箱的支承功能与曲轴箱的加压功能分离开来。

图9a是按照本发明的一个优选实施例所述的斯特林发动机的立体图。图中表示了在图4、7和8中描述过的一个活塞导向杆503和辊子507部件。一块冷区底板501连接在压力罩壳504上，形成一个曲轴箱，并限定了加压的容积。利用冷区底板501的托架底部安装架502上的托架安装孔509，把上托架506和下托架505固定在冷区底板501上。在一个优选实施例中，上托架506和下托架505是用螺钉固定在冷区底板501上的。曲轴508的两端由曲轴轴承支架(图中未表示)支承。曲轴轴承支架安装在上托架506和下托架505上。这种安装方式具有轴承支架不必直接安装在曲轴箱上的优点。辊子507也按照图5a-5e中所描述的方式联接在上托架506和下托架505上。

图9b是联接在图9a的下托架505上的冷区底板501的立体图。曲轴508与下托架505连接。下托架505安装在冷区底板501上。在冷区底板501上为活塞和气缸开设了一个孔510。如上所述，在一个优选实施例中，曲轴508的两端由曲轴轴承支架(图中未表示)支承。然后，将轴承支架安装在上托架506和下托架505上。这种结构能够有利地消除由于斯特林发动机的加压工作状态所造成的曲轴箱的变形对发动机对中的影响。虽然曲轴箱仍将在高压下变形，但是这种变形却不会影响曲轴的对中，因为曲轴不是直接安装在曲轴箱上。由于缩短了轴承支架之间的距离(上、下托架之间的距离代替了曲轴箱的相对两面之间的距离)，所以这种结构还有利于减小轴承的负载。在一个优选实施例中，还能局部加强冷底板区，以便进一步减小由于加压的工作状态导致的托架支架的局部变形。

在本说明书中所描述的装置和方法，除了本发明已经说明的斯特林发动机之外，还可以用在其他应用上。本发明中所描述的这些实施例只是为了举例，对于本技术领域的技术人员来说，大量的变型和改进型是显而易见的。所有这些变型和改进型都应该包括在本申请的权利要求书范围内。

Claims (24)

1.一种联动机构，用于把沿着一条纵轴线作往复直线运动的活塞联接在一根绕着曲轴的旋转轴线作旋转运动的曲轴上，纵轴线和旋转轴线基本上互相垂直，该联动机构包括：

一根导向杆，该导向杆的第一端靠近活塞，并连接在该活塞上，其第二端远离活塞，使得旋转轴线处于这根导向杆的近端和远端之间；

一根连杆，该连杆有一个连接端和一个曲轴端，连接端在连杆的连接点处可转动地连接在导向杆远离活塞的端部上，而曲轴端则在偏离曲轴的旋转轴线的曲轴连接点上与曲轴联接；以及，

一个导向杆的导向部件，用于支承导向杆远端的侧向载荷，导向杆的导向部件有一个第一辊子，该第一辊子有相对于曲轴的旋转轴线固定的旋转中心，以及一圈与导向杆的远端滚动接触的边缘。

2.如权利要求1所述的联动机构，其特征在于，导向杆的导向部件还包括一个用于迫使第一辊子的边缘与导向杆的远端接触的弹簧机构。

3.如权利要求2所述的联动机构，其特征在于，导向杆的导向部件还包括一个与第一辊子相对的第二辊子，该第二辊子有一个旋转中心和一圈与导向杆的远端滚动接触的边缘。

4.如权利要求3所述的联动机构，其特征在于，第二辊子还包括一个确定第二辊子的旋转中心相对于纵轴线的位置的精密定位器。

5.如权利要求4所述的联动机构，其特征在于，精密定位器是一种微调机构，它具有一根用于改变第二辊子的旋转中心与纵轴线之间的距离的偏心轴。

6.如权利要求1所述的联动机构，其特征在于，当曲轴联接点处于行程的中间位置时，由第一和第二辊子的中心所形成的一条直线包括连杆连接点。

7.一种机械，它包括：

一个带有纵向移动轴线的活塞；

一根能绕着旋转轴线旋转的曲轴，这根旋转轴线基本上与纵向轴线垂直；

一根导向杆，该导向杆具有一个长度，一个靠近活塞并与该活塞连接的第一端，还有一个远离活塞的第二端，使得旋转轴线处于导向杆的近端和远端之间；以及

一根带有一连接端和一曲轴端的连杆，连接端与导向杆上远离活塞的这一端连接，能够转动，而曲轴端则在偏离曲轴的旋转轴线的曲轴连接点上与曲轴联接；

其特征在于，导向杆在沿着它的长度的若干分散的点上，被限定在沿着一条基本上呈直线的路径上移动。

8.一种用于把沿着纵轴线作直线往复运动的活塞联接在一根绕着曲轴的旋转轴线作旋转运动的曲轴上的导向杆，纵轴线和旋转轴线基本上互相垂直，该导向杆包括：

一个靠近活塞的第一端，该第一端联接在活塞上；以及

一个远离活塞并在某一点与曲轴联接的第二端，这一点偏离旋转轴线，并使旋转轴线处于导向杆的第一与第二端之间。

9.如权利要求8所述的导向杆，其特征在于，它还包括一个用于把第一端与第二端连接起来的联接器，以使得第一端能从第二端上脱开，以便更换磨损的第二端。

10.一种斯特林循环机械的改进型，在这种斯特林循环机械中，一个泵气活塞沿着一条第一纵轴线作往复运动，而一个压缩活塞则沿着一条第二纵轴线作往复运动，其改进之处包括：

一根绕着曲轴的旋转轴线作旋转运动的曲轴，用于把机械能传递给该机械；

一根第一导向杆和一根第二导向杆，第一导向杆有一个靠近泵气活塞并与泵气活塞联接的第一端，第二导向杆有一个靠近压缩活塞并与压缩活塞联接的第一端，各导向杆都有一个远离相应的活塞的第二端，使得各旋转轴线处于相应的导向杆近端和远端之间；

两根连杆，每一根连杆有一个连接端和一个曲轴端，连接端在连杆的连接点处与导向杆中远离相应活塞的那一根导向杆的一端连接，能够转动，而曲轴端则在偏离曲轴旋转轴线的曲轴连接点处与曲轴联接；以及

两个导向杆的导向部件，每一个导向杆的导向部件与导向杆的远端接触，用以支承导向杆远端处的侧向载荷。

11.如权利要求10所述的斯特林循环机械，其改进的特征在于，每一个导向杆的导向部件还包括一个第一辊子，该第一辊子有一个相对于曲轴的旋转轴线固定的旋转中心，和一个与相应的导向杆的远端接触的边缘。

12.如权利要求11所述的斯特林循环机械，其改进的特征在于，每一个导向杆的导向部件还包括一个用于将第一辊子的边缘与相应的导向杆的远端接触的弹簧机构。

13.如权利要求12所述的斯特林循环机械，其改进的特征在于，每一个导向杆的导向部件还包括一个与第一辊子相对的第二辊子，该第二辊子有一个旋转中心，和一个与导向杆的远端滚动接触的边缘。

14.如权利要求13所述的斯特林循环机械，其改进的特征在于，第二辊子中至少一个辊子有一个精密定位器，以便将至少一个第二辊子的旋转中心定位在相应的纵轴线的位置上。

15.如权利要求14所述的斯特林循环机械，其改进的特征在于，精密定位器是一种微调机构，这种微调机构有一根偏心轴，用以改变第二辊子的旋转中心与相应的纵轴线之间的距离。

16.如权利要求10所述的斯特林循环机械，其改进的特征在于，第一和第二纵轴线基本上在同一个平面上。

17.一种斯特林循环机械的改进型，在这种斯特林循环机械中，一个泵气活塞沿着一条第一纵轴线作往复运动，而一个压缩活塞则沿着一条第二纵轴线作往复运动，其改进之处包括：

一根绕着曲轴的旋转轴线作旋转运动的曲轴，用于把机械能传递给该机械；

一根第一导向杆和一根第二导向杆，第一导向杆有一个靠近泵气活塞并与泵气活塞联接的第一端，第二导向杆有一个靠近压缩活塞并与压缩活塞联接的第一端，各导向杆都有一个远离相应的活塞的第二端，使得各旋转轴线处于相应的导向杆近端和远端之间；

一根第一连杆，这根第一连杆有一个连接端和一个曲轴端，连接端在连杆的连接点处与第一导向杆中远离泵气活塞的一端连接，能够转动，而曲轴端则在偏离曲轴旋转轴线的第一曲轴连接点处与曲轴联接；

一根第二连杆，这根第二连杆有一个连接端和一个曲轴端，连接端在连杆的连接点处与第二导向杆中远离压缩活塞的一端连接，能够转动，而曲轴端则在偏离曲轴旋转轴线的第二曲轴连接点处与曲轴联接；

一个曲轴联接部件，用于将第一连杆和第二连杆联接在曲轴上，使得沿着第一和第二纵轴线的往复运动基本上在一个平面上；以及

两个导向杆的导向部件，每一个导向杆的导向部件与导向杆的远端接触，用以支承导向杆远端处的侧向载荷。

18.如权利要求17所述的斯特林循环机械，其改进的特征在于，曲轴联接部件还包括一个连接在第一连杆与曲轴之间的叉子联接构件，和连接在第二连杆与曲轴之间的叶片联接构件。

19.一种斯特林循环机械的改进型，在这种斯特林循环机械中，一个泵气活塞沿着一个第一气缸中的一条第一纵轴线作往复运动，而一个压缩活塞则沿着一个第二气缸中的一条第二纵轴线作往复运动，其改进之处包括：

一个用于盛装工作流体的压力罩壳，工作流体进行连续的加热、膨胀、冷却和压缩封闭循环；

至少一个与压力罩壳联接的支承托架；以及

一个用于支承曲轴的轴承支架，这种轴承支架是这样与支承托架联接的，即，压力罩壳的尺寸变化基本上与轴承支架脱离关系。

20.一种用于对中活塞与气缸的方法，活塞沿着一条纵轴线作往复运动，并与具有一定长度的导向杆联接，该方法包括下列步骤：

提供一个位置处于沿导向杆长度的第一导向构件，该第一导向构件有一个用于迫使该导向构件与导向杆接触的弹簧机构；

提供一个位置与第一导向构件相对的第二导向构件，该第二导向构件有一个用于将第二导向构件定位在纵轴线上的精密定位器；

移动第二导向构件的位置，以改变导向杆和活塞相对于纵轴线的位置。

21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，第一导向构件是一个辊子，它有一个旋转中心，和一圈与导向杆滚动接触的边缘，并且第二导向构件也是一个辊子，它有一个旋转中心，和一圈与导向杆滚动接触的边缘。

22.如权利要求20所述的方法，其特征在于，精密定位器是一个微调机构，它有一根偏心轴，用于改变第二导向构件与纵轴线之间的距离。

23.一种用于使活塞在气缸内对中的对中装置，活塞沿着一条纵轴线作往复运动，并与一根具有一定长度的导向杆联接，这种对中装置包括：

一个位置放置成沿导向杆长度的第一导向构件，该第一导向构件有一个用于迫使该导向构件与导向构件接触的弹簧机构；

一个位置与第一导向构件相对的第二导向构件，该第二导向构件有一个用于将第二导向构件定位在纵轴线上的精密定位器。

24.如权利要求23所述的对中装置，其特征在于，精密定位器是一个微调机构，它有一根偏心轴，用于改变第二导向构件与纵轴线之间的距离。

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