罐頭裡的斯特林發動機，破銅爛鐵新動力手工電子DIY教程

DIYer:PKM 製作時間:兩小時 製作難度:★★★☆☆ GEEK指數:★★★☆☆

作為一個熱愛DIY的愛好者，我習慣處理自己DIY剩下的廢料。現在，我將使用廢棄不用的破銅爛鐵製備一個小功率引擎。自從我2003年認識了斯特林引擎，一直在我腦海揮之不去，取材簡單，原理也不難，做出來的東西又運轉良好，這是DIY的境界之一吧。恰巧某工作室剛好可以給我加工器件的良機，為檢驗自己DIY水平是否退步，我花上一個週末的時間，從廢棄物中取材，超強動力製備動力超強的引擎工作開始了！

如果對斯特林引擎原理部分有疑難部分，請 維基百科 。

 

 

1   工具和材料1.1   材料○ 移氣器氣缸，其中一個是有錐形底的契形罐，組裝在一起

○ 兩個空的不鏽鋼湯罐，至少一個擁有錐形底

○ 移氣器

○ 可以剛好被移氣缸無摩擦納住的鋁製飲料罐。

○ 兩個薄的金屬碟片（例如食物罐的蓋子）

○ 動力活塞缸

○ 銅管或者青銅管，儘量圓，約40-50mm長

○ 動力活塞

○ 飛輪

○ 具有較低摩擦係數的球軸承

○ CD片，或者其他類似的圓片，製備輪圈

○ 硬幣（配重）

○ 橫樑

○ 金屬片或者木頭（12”厚），要保證足夠厚，有一定剛度

○ 引擎支架

○ 支撐小木頭（1”×1/2”也可以稍大），至少24”(600mm)長

○ 一塊木頭作為支承座，至少12"長4"寬（300 x 100mm）

其他

○ 青銅管（內徑1/8”）、不鏽鋼絲（直徑1/8”）-每個約12”長（上述值並不需要非常精確，只需要不鏽鋼絲可以在管內可以緊貼滑行）

○ 衣架 鐵絲

○ 兩個接線端子

○ JB環氧膠

○ 快乾環氧膠（例如Araldite）

 

1.2   工具必要工具

● 鋼鋸

● 電鑽

● 木工鋸

特別工具

● 可以打磨去料的拋光工具

 

2   設計

γ型斯特林引擎（偽愛因斯坦說：γ型斯特林引擎——具有兩個獨立氣缸，其中一缸中配備動力活塞，一缸配備移氣器）的“核心”乃是一個大的移氣缸納住一個移氣器（也可以稱作轉換器，是斯特林引擎的核心裝備），該移氣缸與另一個動力缸連通，動力活塞缸同時還納住一個動力活塞，動力活塞通過一系列傳動裝置，反過來再為移氣器提供動力。在曲柄設計中，我採用了Darryl Boyd’s設計，加入了一個“平衡木”的系統。利用該平衡木可以實現動力活塞和移氣器的動力轉換。不是多新奇或者多巧妙，僅僅是因為……我手上就那點材料，而且看起來效果也可圈可點。

踏破鐵鞋，驀然發現，鋁製易拉罐可以與不鏽鋼的湯罐配合的很好。因此移氣缸我決定選用不鏽鋼湯罐，而移氣器則使用鋁製的飲料罐，至於理由嘛，便宜（重點）、輕便、易安裝。不鏽鋼湯罐成為了整個引擎穩固的軀體，同時我可以將底部設計成可拆卸的以維持平衡。

關於剩下的部分，廢棄的底板用來製作底座，一個1”×1/2”的松木製備整個引擎裝置的支撐體，一片3/4”的鋁條用作平衡杆。總結起來，整個引擎就是一個零件的凌亂集合體。如果你是筆耕不輟，並且熱衷廢棄物品的DIY者，你懂的。

 

3   動力活塞

動力活塞和動力活塞缸的製作可以有好幾種方法。一種簡便方案就是到網上買石墨活塞和玻璃缸，可以保證良好的質量。另外，你還可以參照 路人甲的方法 ，就是在空心圓柱端部套上橡膠膜。這可能是最簡單的一種方法，但是他限制了行程，同時也會有摩擦過大的問題。

也可以用JB環氧膠水和空心圓管制備動力活塞，很簡單，就是用保鮮膜將空心圓管封裝起來，具體參看 路人乙的方法 。宣告，雖然我看過他們的製作，但是我不會這麼做的，我已經擁有了加工好的活塞/氣缸組合。不過他們的方法還是頗為流行的。

 

 

 

活塞尺寸是直徑２０ｍｍ×２０ｍｍ的實體圓柱。在圓柱的一端打了一個１/8”的小孔，一小段不鏽鋼條製作曲柄，熱焊在孔中，同時一段青銅管膠結在不鏽鋼曲柄上。用鉗子將銅管末端壓扁，鑽個2.5mm小孔，用來連線用衣架鐵絲製備的曲軸。在發動機術語中，它叫做“連桿小頭軸承”。

 

4   飛輪

飛輪是盒式錄影機上的某個零件。由於它和軸承可以完美的配合，同時其潔白無暇的胴體（好吧，我邪惡了），讓我對其愛不釋手。軸承中心又孔剛好與我手頭的青銅管的尺寸絕對配合，這絕不是一個巧合！因此它就充當飛輪的角色啦。

 

 

開始，我嘗試將一小段青銅管粘接在錄影帶盤的表面上，以充當凸輪軸。但是膠水連線金屬表面的表現實在讓人不敢恭維，總是粘接失效。因此我不得不在輪盤上鑽個小孔（給力的鑽機），然後使用衣架上的鐵絲穿在中間來製做凸輪軸。取一塊松木作為飛輪的支撐塊，然後在松木一端鑽一個小孔，用一小段青銅管將木頭和飛輪固定起來，把飛輪套在這個管子上。

 

5   移氣器 

移氣器是用一個鋁製啤酒罐做的。找一個比啤酒罐直徑略微偏大的蓋子，用熱熔膠將蓋子膠結在鋁製啤酒罐上，使移氣器成為是一個平整的空心圓柱。但是用熱熔膠密封會使移氣器密閉，為防止加熱加壓導致密閉的移氣器爆炸，繼而導致斯特林引擎失效，在移氣器頂部，我們用小針紮上幾個“出氣孔”。在正面頂部的中央，用鑽頭鑽一個小孔，然後把用不鏽鋼絲製備成的連桿粘接到孔中。我手頭上的不鏽鋼連桿，與青銅動力活塞配合的很好，保證較小摩擦力的同時，氣密性也不差。我手頭上的不鏽鋼連桿，與這個小孔配合的很好，保證較小摩擦力的同時，氣密性也不差。

移氣器的長度是非常重要的——理論上，它應該佔據移氣缸內2/3的空間。在此之前也還要計算一下曲柄行程（我的曲柄前進行程約為20mm），然後用氣缸尺寸（90mm）減去該行程，得到移氣器最大的尺寸為70mm。

實際上，在製備氣缸的過程中，我們才將曲柄粘接到移氣器上，否則要是移氣器與氣缸配合不好將很難修改。同樣，也不需要尺寸都量取精確，這都是為後來修改提供便利。膠合曲柄，我使用JB環氧膠。但是溫度稍高時，這種快乾膠就好像有發軟的跡象。

 

6   移氣缸 

移氣器氣缸製作：用開罐器把一個不鏽鋼罐的底面全部剪掉。拿起另外一個同樣規格的不鏽鋼罐，從同樣的底部網上剪掉2英尺，將邊緣整理成楔形。這樣楔形的設計比較靈活。他能夠與配合的第一個不鏽鋼罐形成良好的密閉條件。同時，在加入移氣器和動力活塞時也能夠順利取下。

 

 

在移氣器頂部的中央鑽孔，用JB膠水將銅管與移氣器粘接起來，形成密閉空間。在不鏽鋼罐側壁部分掏個洞，尺寸與動力活塞的直徑相差無幾，這時就要用到打磨工具和各種套件。最後把將動力活塞粘接好。

 

組裝時需要把各個曲軸連線起來。在移氣器上面的連桿部分也需要加一小段青銅管，整平，像製作動力活塞連桿一樣製作一個移氣器連桿。連桿最終和曲軸連線起來。活塞外面的外套（用來接觸冷卻水，降低頂部溫度用）是用金槍魚罐頭做的。但是這個用起來其實比簡單的空氣散熱效率還要低，並且有滲水現象。最後，這個外套還是取消了。

 

7   曲柄製作 

曲柄連桿是用衣架鐵絲製作的。在上部的連線頭，只需要將衣架鐵絲折彎成90度角，然後插入2.5mm的定位孔當中。在孔的另一端（也就是衣架鐵絲的從孔中的突出部分）用熱粘膠將鐵絲和連桿固定起來。連桿將整個裝置連線成一個連貫的迴圈整體（從動力活塞出發，通過曲柄裝置將動力傳遞到飛輪），這些銅質的連線件都取材於廢舊的接線端子。

連線各個連桿時，其形狀和尺寸都是比較隨意的，但是要保證相互連線時儘量保持垂直。其中一顆連線螺栓整體被掏空，在側面還攻絲一個小螺紋，另外一顆螺栓用來夾緊聯結器中連桿的末端。這個想法參照路人丙。

為了在折彎過程中很好的控制有效長度，連桿中間部分都採用了“Z”型折彎。

 

8   裝配配件

在裝配之前，先在稿紙上畫個草圖，計算引擎各個零件所佔的空間。這樣可以避免裝配之後發現各個零件有干涉或者互相影響，導致引擎不能正常工作。在裁剪和粘接之前，按照裝配圖先量量，觀察哪些地方需要修改。底座用廢棄的甲板木製做，橫樑使用長度250mm，材料為金屬鋁條，鋁條中央鑽孔用來和支撐軸連線，兩端分別鑽取孔徑略小的孔，用來和曲軸連線。用松木做三個木條，較長的用來支撐鋁條橫樑，兩根較短的用來支撐氣缸和飛輪盤，用螺釘緊固在底座上。

儘管在著手裝配之前就計算了各個尺寸，並在木條和橫樑上劃了線。我的鑽孔無能加上我的“醉漢”便宜鑽床搞的最後甚至不能在木條上完整的鑽一個筆直通孔。總之，在經歷各種錯誤各種除錯後，終於將各個零件各安其位，各做其事。

 

9   根據效果修修補補

引擎第一次順利執行成功，但隨後也出現了幾個問題。首先，飛輪盤的位置不大合適，這會導致氣動活塞曲軸不水平，活塞和氣缸會產生強烈的摩擦。另外，飛輪盤自重還是太輕，轉動慣量太小，我在飛輪上增加了CD碟片（用以加大半徑），還增加了兩個硬幣（增加飛輪重量）。其次，引擎工作過程中，橫樑和飛輪盤稍微有點晃動，這個倒是加入幾個墊片就可以解決。

經歷各種修改和調整，在浪費了不少燃料之後，引擎終於看起來正常工作了。在蠟燭作為燃料的情況下，引擎轉速約為150~200轉/分，我不甘這個成績，弄來一臺酒精燈，引擎轉速達到了近500轉/分。而且在高速運轉下，引擎執行都灰常良好，我自我感覺也相當良好~但是我擔心的是，酒精燈太給力，會不會將環氧膠給點著，然後，噼裡啪啦，引擎也灰常良好的解體了……