NG C CHUYấN DNG
1. Lch s phỏt trin ng c Stirling
ng c Stirling do ụng Robert Stirling - mc s ngi Scotland - sỏng
ch vo nm 1816 vi tờn gi ban u l ng c khớ núng. Trong h thng
phõn loi ng c nhit, ng c Stirling c xp vo nhúm ng c t
ngoi, ú l loi mỏy cú chc nng chuyn hoỏ nhit nng thnh c nng,
trong ú nhit c sinh ra bng cỏch t chỏy nhiờn liu bờn ngoi khụng
gian cụng tỏc ca ng c.
Hỡnh 1.1. ng c Stirling do Robert Stirling sỏng ch nm 1816.
ng c Stirling u tiờn Robert Stirling sỏng ch vo nm 1816 (H.
1.1). ú l ng c kiu con trt, xy lanh n, cụng sut 1500 W, nhiờn liu
l than ỏ. Xy lanh cú ng kớnh 0,6 m, chiu di 2m. Lỳc mi ra i, ng
c Stirling c ỏnh giỏ rt cao v tớnh an ton vỡ nú khụng b n nh trng
hp ni hi ca ng c hi nc ph bin vo thi gian ú.
Thnh cụng rc r ca ng c Stirling do J. Ericsson - k s ngi
Thy in mang li vi vic ch to ng c Stirling cú cụng sut t 0,5 ữ 5
HP v ó bỏn c gn 2000 chic Anh v M vo khong nm 1850. Sau
thi gian ny, ng c Stirling tip tc c ch to v hon thin v kt cu
cng nh nõng cao cụng sut v hiu sut. Tuy nhiờn, sau khi xut hin ng
HVTT: Ló Trung_ Lồùp: K26-Kyợ Thuỏỷt ọỹng Cồ Nhióỷt Trang:
1
ĐỘNG CƠ CHUYÊN DỤNG
cơ xăng (năm 1878) và động cơ Diesel (năm 1893), động cơ Stirling mất dần
ưu thế và gần như bị lãng quên một thời gian dài trong suốt nửa đầu thế kỷ
XX.
Hình 1.2. Tổ hợp động cơ Stirling – máy phát điện của công ty Philips.
Vào khoảng những năm 1940, động cơ Stirling lại xuất hiện khá phổ
biến dưới dạng tổ hợp máy phát điện xách tay do công ty Philips (Hà Lan) chế
tạo. Động cơ Stirling đã được áp dụng lai máy phát điện cỡ nhỏ, có thể hoạt
động trong một thời gian dài mà không cần đến sự chăm sóc của con người,
rất phù hợp ở các vùng xa, miền núi, hải đảo. Công suất phát điện từ vài Watt

đến vài kilô Watt, nhưng phổ biến nhất là từ 200 ÷ 500 W. Các máy phát điện
này được dùng ở nhiều mục đích nhưng chủ yếu là các trạm hải đăng, các
trạm khí tượng tự động, các trạm khuếch đại tín hiệu thông tin.v.v.
Cũng trong thời gian này, động cơ Stirling được nghiên cứu và thử
nghiệm như là một loại máy lạnh. Rất nhiều loại máy làm lạnh của công ty
Phillips được đưa ra thị trường có công suất một phần của Watt đến các máy
HVTT: Lã Trung_ Låïp: K26-Kyî Thuáût Âäüng Cå Nhiãût Trang:
2
ĐỘNG CƠ CHUYÊN DỤNG
công nghiệp lớn có năng lực làm lạnh tới hàng ngàn kilô Watt. Bên cạnh công
ty Phillips Bắc Mỹ, còn có các công ty khác nhanh chóng đưa ra thị trường
các loại động cơ – máy làm lạnh cỡ nhỏ, như công ty Malaker Laboraties,
công ty hàng không The Hughes ở California Nhưng chỉ một thời gian ngắn
sau đó, một lần nữa động cơ Stirling dưới dạng máy phát điện cỡ nhỏ lại bị
loại bỏ dần bởi sự xuất hiện của acqui. Vì acqui có khả năng dự trữ và cung
cấp điện năng tiện dụng hơn nhiều so với động cơ Stirling – máy phát.
Mặc dù vậy, động cơ Stirling vẫn được quan tâm trong suốt thế kỷ XIX
bởi tín chất có một không hai của nó. Nếu chu trình nhiệt động được thực tiễn
hoá thì hiệu suất nhiệt của động cơ Stirling sẽ tương đương với hiệu suất chu
trình Carnot. Tức là hiệu suất nhiệt của động cơ Stirling cao hơn hiệu suất
nhiệt của bất kỳ loại động cơ nhiệt nào đã được sáng chế vào thời kỳ đó.
Hình 1.3.

Động cơ Stirling ứng dụng vào những năm 1860.
Kiểu con trượt (piston phụ) xylanh đơn
Đường kính xylanh dxl = 370mm; hành trình piston s = 175mm; tốc độ vòng
quay trục n = 100v/ph; công suất N = 0,97kW.
HVTT: Lã Trung_ Låïp: K26-Kyî Thuáût Âäüng Cå Nhiãût Trang:
3
ĐỘNG CƠ CHUYÊN DỤNG

Hình 1.4. Động cơ Stirling kiểu con trượt (piston phụ) hai xylanh.
Đường kính piston lực d1 = 16,7mm; đường kính piston phụ d2 = 31,7 mm;
hành trình chung cho cả hai piston s = 22,2 mm.
HVTT: Lã Trung_ Låïp: K26-Kyî Thuáût Âäüng Cå Nhiãût Trang:
4
ĐỘNG CƠ CHUYÊN DỤNG
Hình 1.5 Động cơ Stirling do Toshiba chế tạo năm 1987.
Động cơ kiểu chữ V, góc kẹp 60
o
. Môi chất công tác là Helium, áp suất nén
60at,tốc độ quay trục khuỷu n = 1500v/ph; công suất N = 3kW; nhiên liệu là
khí đốt
Năm 1938, công ty N.V. Phillips Glaxilampen Fabrieken của Hà Lan
mới bắt đầu nghiên cứu chế tạo và sản xuất động cơ Stirling cung cấp cho thị
trường. Và cùng với công ty Phillips, nhiều nhà khoa học trên thế giới đã trở
lại đầu tư, nghiên cứu động cơ Stirling. Tại thời điểm này, đối với động cơ
Stirling có thể đạt hiệu suất khoảng 40%, và công suất có thể đạt được 82 kW
tương ứng với một lít thể tích quét của xylanh.
HVTT: Lã Trung_ Låïp: K26-Kyî Thuáût Âäüng Cå Nhiãût Trang:
5
ĐỘNG CƠ CHUYÊN DỤNG
Những nghiên cứu phát triển và ứng dụng động cơ Stirling trên phương
tiện vận tải cũng đã được các nhà sản xuất ô tô quan tâm từ nửa đầu thế kỷ
XX. Mặt khác, do có thể biến đổi trực tiếp năng lượng mặt trời thành cơ năng,
nên động cơ Stirling rất được quan tâm nghiên cứu ứng dụng trên các con tàu
không gian từ năm 1995.
Ngày nay, nghiên cứu động cơ Stirling để sử dụng các nguồn năng
lượng tái sinh cũng đang được đẩy mạnh. Đặc biệt là trong lĩnh vực năng
lượng sạch, động cơ Stirling sử dụng năng lượng mặt trời sẽ được quan tâm
đúng mức và phát triển phục vụ nhu cầu đa dạng trong sản xuất và phát triển

kinh tế xã hội.
2. Nguyên lý hoạt động của động cơ Stirling.
Động cơ Stirling do ông Robert Stirling - mục sư người Scotland - sáng
chế vào năm 1816 với tên gọi ban đầu là “Động cơ khí nóng”. Trong suốt lịch
sử tồn tại và phát triển của mình, động cơ Stirling đã không ngừng được cải
tiến và hoàn thiện cả về cấu trúc và cách thức hoạt động. Nguyên lý hoạt động
tổng quát của động cơ Stirling tương tự như hoạt động của cặp xylanh - piston
chứa không khí bên trong được cấp nhiệt và làm mát như trên H. 2.1. Không
khí được chứa trong không gian kín được giới hạn bởi đỉnh piston, nắp và
thành xylanh. Giả sử lúc đầu toàn bộ thiết bị có nhiệt độ bằng nhiệt độ môi
trường, không khí bên trong có áp suất tạo ra lực cân bằng với lực đẩy của lò
xo. Với điều kiện đó, piston sẽ đứng yên ở vị trí cân bằng (H. 2.1a).
HVTT: Lã Trung_ Låïp: K26-Kyî Thuáût Âäüng Cå Nhiãût Trang:
6
ĐỘNG CƠ CHUYÊN DỤNG
Hình 2.1. Các quá trình cấp nhiệt và làm mát không khí trong xylanh.
a - Vị trí ban đầu; b - Quá trình cấp nhiệt; c - Vị trí ngừng cấp nhiệt
và bắt đầu làm mát; d. Quá trình làm mát
Nếu cấp nhiệt cho không khí trong xylanh bằng cách đốt nóng một đầu
xylanh, nhiệt độ và áp suất không khí trong xylanh sẽ tăng lên. Áp suất tăng
cao sẽ đẩy piston chuyển động và sinh ra công cơ học (H. 2.1b). Khi piston
chuyển động đến gần phía cuối xylanh, ngừng cấp nhiệt, đồng thời tiến hành
làm mát khí trong xylanh (H. 2.1c). Khi được làm mát, nhiệt độ và áp suất của
không khí trong xylanh giảm xuống, piston chuyển động ngược lại về vị trí
ban đầu dưới tác dụng của lò so (H. 2.1d). Lặp lại các quá trình cấp nhiệt và
làm mát như trên sẽ thu được công cơ học, tức là đã biến được nhiệt năng
thành cơ năng.
Vấn đề đặt ra là làm thế nào để các quá trình cấp nhiệt và làm mát diễn
ra một cách liên tục, đồng thời phải được phối hợp nhịp nhàng với chuyển
động của piston một cách tự động. H. 2.2 trình bày sơ đồ cấu tạo và nguyên lý

hoạt động cơ bản của động cơ Stirling.
HVTT: Lã Trung_ Låïp: K26-Kyî Thuáût Âäüng Cå Nhiãût Trang:
7
ĐỘNG CƠ CHUYÊN DỤNG
Hình 2.2. Mô hình hoạt động của động cơ Stirling.
1 - Lò xo; 2 - Nguồn nhiệt; 3 - Cặp xylanh - piston;
4 - Thanh truyền; 5 - Bánh đà; 6 - Dây cáp; 7 – Puli
Nguồn nhiệt (2) được điều khiển một cách tự động nhờ sự liên động
với trục khuỷu thông qua dây cáp (6), cấp nhiệt đúng giai đoạn cần thiết để
giúp cho khí công tác giãn nở, đẩy piston đi từ bên trái sang bên phải sinh
công có ích. Khi piston đi đến tận cùng bên phải và bắt đầu đi ngược lại,
nguồn nhiệt được lò xo kéo về, không thực hiện đốt nóng khí trong xylanh
nữa, đồng thời khí công tác được làm mát nhờ trao đổi nhiệt với môi trường
bên ngoài.
3. Đặc điểm cấu tạo và nguyên lý hoạt động của một số động cơ
Stirling điển hình
3.1. Động cơ Stirling kiểu Alpha
3.1.1. Đặc điểm cấu tạo
HVTT: Lã Trung_ Låïp: K26-Kyî Thuáût Âäüng Cå Nhiãût Trang:
8
ĐỘNG CƠ CHUYÊN DỤNG
H. 3.1. giới thiệu cấu tạo động cơ Stirling kiểu Alpha, còn được gọi là
động cơ Stirling kiểu hai piston (two pistons type Stirling engine), chức năng
của các bộ phận cơ bản như sau:
- Bộ cấp nhiệt là bộ phận có chức năng cấp nhiệt cho MCCT. Nguồn
nhiệt cấp cho động cơ Stirling có thể được cung cấp từ việc đốt cháy nhiên
liệu là xăng, dầu, than, củi… hoặc từ năng lượng mặt trời, v.v.
Hình 3.1.
S đ c u t o đ ng c Stirling ki u ơ ồ ấ ạ ộ ơ ể
Alpha.

1. Tr
c khu uụ ỷ
; 2. Thanh truy
nề
; 3. Xylanh l
cự
; 4. Piston giãn n
ở
;
5. Không gian giãn n
ở
; 6. B
c p nhi tộ ấ ệ
; 7. B
h i (hoộ ồ
àn) nhi
tệ
;
8. B
lộ
àm mát; 9. Không gian nén; 10. Piston nén; 11.
Bánh đà
- Bộ hoàn nhiệt là bộ phận có chức năng thu nhận nhiệt của MCCT khi
nó đi từ không gian giãn nở có nhiệt độ cao sang không gian nén có nhiệt độ
thấp hơn và truyền lại phần nhiệt đã thu nhận cho MCCT khi MCCT đi ngược
trở lại. Có thể xem bộ hoàn nhiệt như một thiết bị tận dụng năng lượng. Động
HVTT: Lã Trung_ Låïp: K26-Kyî Thuáût Âäüng Cå Nhiãût Trang:
9
ĐỘNG CƠ CHUYÊN DỤNG
cơ Stirling vẫn có thể hoạt động khi không có bộ hoàn nhiệt, nhưng trường

hợp này hiệu suất của động cơ sẽ thấp hơn.
- Bộ làm mát là nơi MCCT thải nhiệt ra môi trường bên ngoài. Đối với
động cơ Stirling, MCCT có thể được làm mát bằng không khí hoặc nước.
- Piston giãn nở và piston nén: piston giãn nở là bộ phận tiếp nhận áp
lực của MCCT trong quá trình giãn nở để sinh công cơ học. Piston nén là bộ
phận có chức năng nén và đẩy MCCT từ không gian nén qua các bộ trao đổi
nhiệt về không gian giãn nở. Hai piston giãn nở và nén được đặt lệch pha
nhau một góc thường là 90
0
.
- Xylanh giãn nở và xylanh nén: xylanh giãn nở là bộ phận dẫn hướng
piston giãn nở và cùng với đỉnh piston giãn nở tạo ra không gian giãn nở.
Xylanh nén là bộ phận dẫn hướng piston nén và cùng với đỉnh piston nén tạo
ra không gian nén.
- Không gian giãn nở là không gian nằm giữa piston giãn nở và bộ cấp
nhiệt. Tại không gian giãn nở, MCCT có nhiệt độ và áp suất cao sẽ giãn nở
đồng thời đẩy piston giãn nở từ phía điểm chết trên đến điểm chết dưới để
sinh công.
- Không gian nén là nơi MCCT được được đẩy từ không gian giãn nở
qua sau khi được làm mát, sau đó MCCT được nén và đẩy trở lại không gian
giãn nở.
- Cơ cấu truyền lực: bao gồm các bộ phận có chức năng tiếp nhận lực
đẩy của MCCT và truyền lực đó đến các máy công tác, đồng thời nó có nhiệm
vụ phối hợp chuyển động của các piston. Cơ cấu truyền lực của động cơ
Stirling kiểu Alpha có thể có cấu tạo kiểu thanh truyền - trục khuỷu tương tự
như ở động cơ đốt trong hoặc có thể có các cấu trúc đặc biệt khác.
3.1.2. Nguyên lý hoạt động
Tương tự như động cơ xăng và động cơ Diesel thông dụng, động cơ
Stirling hoạt động theo kiểu chu kỳ, tức là có các chu trình công tác nối tiếp
HVTT: Lã Trung_ Låïp: K26-Kyî Thuáût Âäüng Cå Nhiãût Trang:

10
ĐỘNG CƠ CHUYÊN DỤNG
nhau. Mỗi chu trình công tác là một giai đoạn làm việc tương ứng với một lần
sinh công. Nguyên lý hoạt động của động cơ Stirling kiểu Alpha được thể
hiện trên H. 3.2. Mỗi chu trình công tác gồm 4 quá trình cơ bản.
Quá trình nén: Trong quá trình nén, cả hai piston giãn nở và piston nén
đều đi lên, MCCT được nén lại trong không gian giữa hai đỉnh của hai
piston). MCCT trong không gian nén được làm mát để duy trì nhiệt độ không
đổi tương ứng với mức nhiệt độ nhỏ nhất của chu trình (T
min
). Quá trình nén
kết thúc khi thể tích giữa hai không gian trên đỉnh piston nén và piston giãn
nở đạt giá trị nhỏ nhất, tức là khi piston giãn nở đi đến điểm chết trên (H. 3.2
a).
Hình 3.2. Biểu diễn nguyên lý hoạt động của động cơ Sirling kiểu Alpha
HVTT: Lã Trung_ Låïp: K26-Kyî Thuáût Âäüng Cå Nhiãût Trang:
11
ĐỘNG CƠ CHUYÊN DỤNG
a. Vị trí cuối quá trình nén; b. Vị trí cuối quá trình cấp nhiệt; c. Vị trí cuối
quá trình giãn nở sinh công; d. Vị trí cuối quá trình nhả nhiệt
Quá trình cấp nhiệt: Nhờ trục khuỷu tiếp tục quay, piston giãn nở bắt
đầu từ điểm chết trên (ĐCT) đi xuống, piston nén vẫn tiếp tục đi lên đẩy
MCCT từ không gian nén sang không gian buồng giãn nở. Trên đường lưu
thông từ không gian nén sang không gian giãn nở, MCCT được sấy nóng đến
nhiệt độ Thn trong bộ hoàn nhiệt, sau đó MCCT được đốt nóng trong bộ cấp
nhiệt đến nhiệt độ cao nhất của chu trình (T
max
) và áp suất của MCCT cũng
đạt được giá trị lớn nhất (p
max

) rồi đi vào không gian giãn nở. Quá trình cấp
nhiệt kết thúc khi piston nén đi tới điểm chết trên (H. 3.2 b). Trong quá trình
cấp nhiệt, piston giãn nở đi xuống, còn piston nén đi lên, thể tích của MCCT
coi như không đổi (cấp nhiệt đẳng tích).
Quá trình giãn nở sinh công: Ở trạng thái nhiệt độ T
max
và áp suất p
max
,
MCCT trong không gian giãn nở thực hiện quá trình giãn nở, đẩy piston
chuyển động về phía điểm chết dưới (ĐCD) và sinh công có ích. Đồng thời
piston nén bắt đầu đi xuống. Quá trình giãn nở kết thúc khi piston giãn nở đi
tới ĐCD (H. 3.2 c).
Quá trình nhả nhiệt: Piston giãn nở bắt đầu đi lên, piston nén tiếp tục đi
xuống. Sau khi giãn nở để sinh công, MCCT được piston giãn nở đẩy từ
không gian giãn nở sang không gian nén. Trên đường đi qua bộ hoàn nhiệt,
MCCT nhả nhiệt cho bộ hoàn nhiệt (một phần nhiệt còn lại của MCCT sau
giãn nở được bộ hoàn nhiệt thu và giữ lại). Đồng thời khi đi qua bộ làm mát,
MCCT còn được làm mát giảm nhiệt độ xuống giá trị Tmin. Trong quá trình
nhả nhiệt, piston giãn nở đi lên và piston nén đi xuống nên thể tích của
MCCT coi như không đổi. Quá trình nhả nhiệt kết thúc khi piston nén tới
ĐCD (H. 3.2 d). Sau đó chu trình mới lại được bắt đầu. Như vậy, trong mỗi
chu trình công tác, MCCT lưu thông một lần từ không gian nén sang không
HVTT: Lã Trung_ Låïp: K26-Kyî Thuáût Âäüng Cå Nhiãût Trang:
12
ĐỘNG CƠ CHUYÊN DỤNG
gian giãn nở và một lần ngược trở lại từ không gian giãn nở sang không gian
nén. Trong đó có một lần sinh công có ích.
3.2. Động cơ Stirling kiểu Beta
3.2.1. Đặc điểm cấu tạo

Động cơ Stirling kiểu Beta còn được gọi là động cơ Stirling kiểu piston
phụ (hay con trượt). Các bộ phận cơ bản của động cơ Stirling kiểu Beta (H.
3.3) bao gồm: piston lực, piston phụ, bộ cấp nhiệt, bộ hoàn nhiệt, bộ làm mát,
cơ cấu truyền lực. Piston lực và piston phụ cùng được đặt trong một xylanh.
Piston phụ chỉ có nhiệm vụ đẩy MCCT từ không gian nén sang không gian
giãn nở. Các bộ phận khác có chức năng tương tự như ở động cơ Stirling kiểu
Alpha.
3.2.2. Nguyên lý hoạt động
Quá trình nén: Quá trình nén bắt đầu khi piston phụ đi từ ĐCT về phía
ĐCD, lúc này piston lực đang trong hành trình đi lên ĐCT (H. 3.4 a). MCCT
được nén lại và tiếp tục được làm mát để duy trì nhiệt độ không đổi tương
ứng với mức nhiệt độ nhỏ nhất của chu trình (T
min
). Quá trình nén kết thúc khi
piston lực lên đến ĐCT.
HVTT: Lã Trung_ Låïp: K26-Kyî Thuáût Âäüng Cå Nhiãût Trang:
13
ĐỘNG CƠ CHUYÊN DỤNG
Hình 3.3. Sơ đồ cấu tạo động cơ Stirling kiểu Beta.
1. Bộ làm mát; 2. Bộ hoàn nhiệt; 3. Bộ cấp nhiệt; 4. Không gian giãn nở;
5. Piston phụ (con trượt); 6. Không gian nén; 7. Piston lực
Hình 3.4. Biểu diễn nguyên lý hoạt động của động cơ Sirling kiểu Beta.
a. Vị trí đầu quá trình nén; b. Vị trí đầu quá trình cấp nhiệt; c. Vị trí đầu quá
HVTT: Lã Trung_ Låïp: K26-Kyî Thuáût Âäüng Cå Nhiãût Trang:
14
ĐỘNG CƠ CHUYÊN DỤNG
trình giãn nở; d. Vị trí đầu quá trình nhả nhiệt
Quá trình cấp nhiệt: Môi chất công tác từ không gian nén được piston
phụ tiếp tục đẩy sang không gian giãn nở (H. 3.4 b). Khi đi qua bộ hoàn nhiệt,
MCCT được sấy nóng lên đến nhiệt độ T

hn
, sau đó MCCT được bộ cấp nhiệt
đốt nóng đến nhiệt độ cao nhất của chu trình (T
max
) và áp suất của MCCT
cũng đạt được giá trị lớn nhất (p
max
), sau đó MCCT đi vào không gian giãn nở.
Quá trình cấp nhiệt kết thúc khi piston phụ tới ĐCD. Do cả hai piston cùng đi
xuống nên thể tích của MCCT trong quá trình cấp nhiệt coi như không đổi.
Quá trình giãn nở: MCCT trong không gian giãn nở có nhiệt độ và áp
suất cao đi qua phần trống giữa xylanh và piston phụ, đẩy piston lực đi xuống
thực hiện quá trình giãn nở và sinh công (H. 3.4 c). Quá trình giãn nở kết thúc
khi piston lực đi tới ĐCD.
Quá trình làm mát: Piston phụ đi lên và đẩy MCCT từ không gian giãn
nở sang không gian nén (H. 3.4 d). Trên đường đi qua các bộ trao đổi nhiệt,
một phần nhiệt của MCCT được truyền cho bộ hoàn nhiệt, một phần được
truyền cho môi chất làm mát trong bộ làm mát. Do ở giai đoạn này cả hai
piston cùng đi lên, thể tích của MCCT coi như không thay đổi. Giai đoạn làm
mát đẳng tích kết thúc khi piston phụ lên đến ĐCT. Sau đó chu trình mới lại
được bắt đầu.
Như vậy, trong một chu trình công tác của động cơ Stirling kiểu Beta,
các quá trình đẩy MCCT từ buồng giãn nở sang buồng nén và quá trình nén
đẩy MCCT từ buồng nén sang buồng giãn nở thực hiện không hoàn toàn. Vì
có một phần MCCT đi qua khoảng trống giữa piston phụ và xylanh. Điều này
sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến lưu lượng MCCT đi qua các bộ trao đổi nhiệt, làm
ảnh hưởng không tốt đến quá trình trao đổi nhiệt. Tuy nhiên động cơ Stirling
kiểu Beta vẫn được ứng dụng khá phổ biển vì có kết cấu đơn giản.
3.3. Động cơ Stirling kiểu Gamma
3.3.1. Đặc điểm cấu tạo

HVTT: Lã Trung_ Låïp: K26-Kyî Thuáût Âäüng Cå Nhiãût Trang:
15
ĐỘNG CƠ CHUYÊN DỤNG
Hình 3.5. Sơ đồ cấu tạo động cơ Stirling kiểu Gamma.
1. Bộ làm mát; 2. Bộ hoàn nhiệt; 3. Bộ cấp nhiệt; 4. Không gian giãn nở;
5. Xylanh giãn nở; 6. Piston phụ; 7. Không gian nén; 8. Xylanh lực; 9. Piston
lực
Động cơ Stirling kiểu Gamma thuộc nhóm động cơ Stirling kiểu piston
phụ. Có cấu tạo tương tự như động cơ Stirling kiểu Beta, nhưng piston lực và
piston phụ được đặt trong hai xylanh riêng biệt (H. 3.5). Cũng giống như
động cơ Stirling kiểu Beta, piston phụ chỉ có nhiệm vụ đẩy MCCT từ không
gian nén sang không gian giãn nở. Piston lực có nhiệm vụ tiếp nhận lực giãn
nở của MCCT và truyền ra ngoài dưới dạng công cơ học.
3.2.3. Nguyên lý hoạt động
Quá trình nén: Piston phụ bắt đầu đi xuống từ ĐCT (H. 3.6 a) và piston
lực đang đi lên, MCCT nén lại và được làm mát để giữ nhiệt độ không đổi.
Quá trình nén kết thúc khi piston lực lên đến ĐCT (H. 3.6 b).
HVTT: Lã Trung_ Låïp: K26-Kyî Thuáût Âäüng Cå Nhiãût Trang:
16
ĐỘNG CƠ CHUYÊN DỤNG
Hình 3.6. Biểu diễn nguyên lý hoạt động của động cơ Sirling kiểu Gamma.
a. Vị trí đầu quá trình nén; b. Vị trí đầu quá trình cấp nhiệt; c. Vị trí đầu quá
trình giãn nở; d. Vị trí đầu quá trình nhả nhiệt.
Quá trình cấp nhiệt: Piston lực bắt đầu đi xuống, piston phụ tiếp tục đi
xuống (H. 3.6 b), piston phụ đẩy MCCT trong không gian nén đi qua các bộ
trao đổi nhiệt sang không gian giãn nở. Tại bộ hoàn nhiệt, MCCT được sấy
nóng và tăng nhiệt độ lên đến T
hn
và khi đi qua bộ cấp nhiệt, MCCT tiếp tục
được nung nóng đến nhiệt độ T

max
. Ở giai đoạn này, cả hai piston cùng đi
xuống do đó thể tích MCCT coi như không đổi. Giai đoạn cấp nhiệt đẳng tích
kết thúc khi piston phụ xuống đến ĐCD (H. 3.6 c).
Quá trình giãn nở sinh công: Môi chất công tác sau khi được cấp nhiệt,
có nhiệt độ và áp suất cao, thực hiện giãn nở đẩy piston lực đi xuống sinh
HVTT: Lã Trung_ Låïp: K26-Kyî Thuáût Âäüng Cå Nhiãût Trang:
17
ĐỘNG CƠ CHUYÊN DỤNG
công có ích. Piston phụ bắt đầu từ ĐCD đi về phía ĐCT (H. 3.6 c). Quá trình
giãn nở sinh công kết thúc khi piston lực xuống đến ĐCD (H. 3.6 d).
Quá trình nhả nhiệt: Piston lực bắt đầu đi lên, piston phụ tiếp tục đi lên
và đẩy MCCT từ không gian giãn nở đi sang không gian nén (H. 3.6 d). Khi
đi qua bộ hoàn nhiệt, MCCT truyền nhiệt cho bộ hoàn nhiệt, đi qua bộ làm
mát để tiếp tục làm mát. Cả hai piston đi lên, thể tích coi như không đổi. Giai
đoạn làm mát đẳng tích kết thúc khi piston phụ lên đến điểm chết trên (H. 3.6
d). Sau đó chu trình mới lại được bắt đầu.
HVTT: Lã Trung_ Låïp: K26-Kyî Thuáût Âäüng Cå Nhiãût Trang:
18