汽車科專題製作:史特林引擎 簡單的概念 成就偉大的發明 周遭隨手可得的材料 將隨著我們的智慧發揚光大

報告大綱 製作過程與說明 成員與任務分配 史特林引擎熱力來源 專題製作進度 測試影片 研究目的 檢討與改進 史特林引擎的特色 未來研究的方向 史特林引擎應用範圍

成員與任務分配 任務分配 倪笙鈞(組長) 林敬閑 倪笙鈞:統籌工作進度、書面資料編輯 劉文祥:引擎製作與測試、資料蒐集 劉文祥 張家偉 謝博勳 林敬閑 王凱群 倪笙鈞:統籌工作進度、書面資料編輯 劉文祥:引擎製作與測試、資料蒐集 張家偉:引擎製作與測試、資料蒐集 謝博勳:引擎製作與測試、資料蒐集 張家偉:引擎製作與測試、拍攝照片 王凱群:引擎製作與測試、工具與材料管理 林敬閑:引擎製作與測試、會議主持人

專題製作進度 六月 五月 四月 三月 二月 資料蒐集 文獻研讀與探討 工具與材料整備 照片與影片拍攝 書面資料編輯 引擎製作與調整 師生交流與發表 引擎製作與調整 書面資料編輯 照片與影片拍攝 工具與材料整備 文獻研讀與探討 資料蒐集 六月 五月 四月 三月 二月 月份 內容 ● 資料蒐集

研究目的 化石燃料是遠古時期的動物埋藏在地底下經過長時間所形成,人類自工業革命以來不斷的改良開發機器設備或移動運輸工具均仰賴化石燃料,才短短的數百年間即將枯竭,同時伴隨著是環境污染問題像是溫室效應、酸雨與空氣污染等問題,如果不加以解決人類建立在碳基的文明即將崩潰。能源與污染對人類永續生存具有重大的意義,所以各國政府與民間企業相繼投入開發希望有朝一日能解決困擾人類的問題。

研究目的 基於環境與生態的平衡要求，各種替代能源相繼問世，像是生質能源、太陽能、氫燃料等，並隨著使用的產業有不同的偏好。就汽車產業而言；汽車能量輸出必須具備瞬間大功率輸出，才能滿足駕駛所需，因此新世代汽車有往電動車發展之趨勢，使用電動車的優勢是產生電力的來源多樣化容易產生電力，而其缺點是電力設備儲存目前尚未達到滿意的程度。史特林引擎在汽車產業的應用上可以朝向發電系統發展，原因在於其效率高，熱力來源多樣化，但其功率輸出缺乏爆發力，不適合直接應用於汽車上。

史特林引擎的特色 史特林引擎(STIRLING ENGINE)是一種氣體工作引擎屬於外燃機，利用氣體的熱漲冷縮原理進行做工，其效率遠高於目前的內燃機引擎，對於能量來源則具有多元的特色，除了可使用傳統的火源加熱外，當然也可以利太能熱能或地熱做為熱源，解決目前人類能源問題的困境。

史特林引擎的特色 史特林引擎循環理論 A→B等容加熱過程 B→C等溫膨漲過程 B C→D等容排熱過程 D→A等溫壓縮過程 C P 淨功 A V A B C D 淨功 為了提高其效率,可以 將排熱過程的熱量回 收利用於A→B

史特林引擎應用範圍 發電機 空調機 動力裝置

史特林引擎熱力來源 化石燃料燃燒的熱能 聚焦太陽熱能 生質燃料熱能 地熱 媒或木頭燃燒熱能 工業或家庭廢棄物燃燒的熱能

製作過程與說明 支架與底板要保持 垂直，可以使用瞬 間膠先固定找到正 確角度後再用螺絲 或AB膠固定 使用鋁管當曲軸頸，其角度不能偏斜 底板與支架製作 曲軸頸與引擎架組合

製作過程與說明 引擎架與支架 組合後檢查角 度與位置是否 恰當 引擎架要擺放試 管及注射筒，要 規劃適當的位置 引擎架製作 引擎架與支架組合

製作過程與說明 為減少曲軸端 移，可以用銅 套限制 曲軸角度呈垂直 ，半徑約1.5cm 曲軸製作 曲軸優化

製作過程與說明 曲軸與光 碟片要垂 直 使用銅棒 將曲軸固 定 光碟片安裝 光碟片安裝

製作過程與說明 使用AB膠 把銅棒黏住 旋轉光碟片 檢視是否偏搖 光碟片偏搖度檢查 銅棒與光碟片黏合

兩者的高度 要一致，必 要時墊高引 擎架 兩者的高度 要一致，必 要時墊高引 擎架 曲軸中心高度與 注射筒高度配合 移氣器銷中心高度 與試管高度配合

製作過程與說明 使用木頭切割強度較高 接頭要鑽孔與銷連接 注射筒接頭 移氣器接頭

製作過程與說明 接頭背面鑽孔 與移氣器銅棒 接合 連桿兩端畫上記號 連桿加工 移氣器接頭加工

製作過程與說明 孔徑與銅套 的外徑配合 銅套黏在孔徑上 連桿加工 連桿加工

製作過程與說明 注射筒與接頭使用AB膠 黏合，要注意保持正直 性 先使用小鑽頭鑽過 ，然後逐次擴大至 所須的孔徑 注射筒接頭 試管塞加工

製作過程與說明 使用鋁管替代軸套 ，鋁管位置要在中 心點上並且要保持 正直 氣體流通管接頭不 要接近塞子的邊緣 ，以免試管塞破裂 試管塞加工

製作過程與說明 移氣器桿與接頭使 用AB膠黏合，同時 要保持其正直性 氣體流通管 試管塞加工 移氣器桿加工

製作過程與說明 注射筒與曲軸角 度要垂直，兩者 的高度要一致 試管與塞子組合 注射筒定位

製作過程與說明 使用束環暫時固定 ，找出正確的角度 後再用AB膠黏合 試管與移氣器銷角 度要垂直，兩者的 高度要一致 試管定位 試管與注射筒位置調整

製作過程與說明 移氣器接頭 鋼絲絨直徑調整 移氣器桿 試管塞 鋼絲絨 移氣器總成 鋼絲絨加工

製作過程與說明 移氣器要能夠 自由落下 動力裝置總成側視圖 移氣器與試管配合

製作過程與說明 動力裝置總成俯視圖 後輪製作

製作過程與說明 後輪與光碟 片的角度要 一致 確認後輪的 位製無誤後 固定在身車 後輪與車身的結合 後輪與車身的結合

製作過程與說明 完成圖

測試影片

檢討與改進 本次專題製作是屬於高溫史特林引擎，功率輸出不夠大，在材料的選用上以輕量化為原則，而且是生活中可接觸到的，由於非工業材料所以其強度較低，零件也要經常保養與維修。模型結構較小在引擎功率輸出方面的表現較不理想，製造過程中尺度不夠精確、摩擦阻力過大都會造成運轉速度降低。經檢討後本組認為應該努力的地方如下: 1.角度與尺度的精確度要注意。 2.零件接合的位置要潤滑減少摩擦阻力。 3.可以使用軸承替代軸套以降低阻力。 4.移氣器桿若使用不銹鋼材質可增加耐用性。 5.光碟片黏配重可以儲存旋轉慣量，但其美觀性降低，可以使用多片光碟黏合增加重量。

未來研究的方向 本組對於高溫史特林引擎的製作已經具備基本的知識，未來有機會再製作則應該朝向精緻化的方向，並且著手研究下列的主題: 1.移氣器與曲軸角度誤差會有什麼影響？應如何校正？ 2.連桿的長度對運轉會產生那些影響。 3.熱力來源可以考濾使用電熱線圈。 4.如何校正車身左右重量的差異。 5.曲軸半徑的變化對速度的影響。