斯特林发动机

在 19 世纪初期，人们繁重的体力劳动终于为有多种用途的蒸汽机所替代。然而糟糕的是，蒸汽机技术还相当不完善，效率很低，熟练的工程师不得不经常进行检修；更讨厌的是锅炉经常爆炸，造成严重损失和伤亡事故。这样的悲剧在海上尤为频繁。在海上，机器的重量被减到最小的程度，锅炉经常受到风暴的应力——这种情况是设计人员决不允许的。苏格兰工程师和发明家斯特林（1790～1878 年），在十几岁的时候就花了若干年来研制一种更好的无需锅炉的发动机。

不久他就产生了用空气代替蒸汽作工作介质的想法。一个叫萨迪·卡诺的法国人曾发表过关于理想的热力循环的论文，但是没有谈到怎样制造这样的发动机。斯特林用金属器具作实验，与此同时，夜以继日地在纸上进行计算。1817 年，他终于获得了一种以他的姓命名的发动机的专利。他未能制造出一台能工作的好样机，因为他的想法无疑超越了时代。

斯特林循环的理论基础是，一个体积的气体，会持续地在被带热源和回热器的汽缸和作往复运动的活塞所密封的容积内振动。在每一个循环开始时，气体在一个不变的容积内加热，进行恒温膨胀（温度不变），驱动输出活塞，在膨胀后的较大的容积内冷却，然后进行恒温压缩（在较低的不变的温度下压缩）。对他的发动机来说，重要的是从外面提供热能。他自己未能制造出一台有用的发动机的原因之一，是单就加热和冷却汽缸的外壁这一点就注定要失败。加热和冷却坚固的金属壁的速度不能达到要求，因此，产生的动力太小，不能用来驱动发动机。

到 19 世纪中期，勒努瓦和其他发明家已研制成功了燃氧发动机，在这种

发动机中，热量由工作液而不是由汽缸产生。到 1900 年，奥托和狄塞尔已制造出了燃烧液态燃料的发动机；在当今世界上，这些发动机的应用极为普遍。但是在 1938 年，当丹麦的菲利普斯 NV 公司寻求一种发动机，用来驱动用于偏僻地区的小发电机时，却逐渐得出了这样的结论：斯特林发动机可能有潜在的巨大意义，可是它被人们忽视了，受到了世人的冷遇。现在，许多公司都在制造斯特林发动机，一般都是得到菲利普斯公司的允许的。大多数的斯特林发动机都有合理的菱形联动装置，由沿同一汽缸独立地作往复运动的两个活塞提供输出的动力。气体——可以是空气、氦和氢——在每一个循环中都把自己热量的 99％传给一个多孔的金属回热器（热库），在回流时又将其带回。热源可以是任何热到有用程度的东西（例如营火），而这种发动机的一个最突出的特点，是其便携式样机既可以用高辛烷值的汽油作燃料，也可以用从油井获得的原油作燃料，甚至可以用色拉油作燃料。”

由于燃料继续不断地燃烧，这就有可能把不希望在外面产生的污染物降低到最小限度——这一点却是内燃机作不到的。斯特林发动机也可以造得运转平稳、噪声极小。适用于船只、车辆和其他各种用途的斯特林发动机，已经证明，其功率、成本、可靠性和使用寿命至少不逊于其他发动机。无疑， 这个有 160 年之久的原理正开始为人们所广泛应用。由于人们对奥托发动机和狄塞尔发动机造成的环境问题日益关注，就进一步推动了斯特林发动机的应用。