JP2665334B2 - スターリングエンジンの出力制御機構 - Google Patents

スターリングエンジンの出力制御機構

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はスターリングエンジンに関し、特に作動空
間の平均圧力を加圧または減圧して出力制御を行う出力
制御機構に関するものである。 〔従来の技術〕 第3図は例えばジー・ワーカー(G.Walker)著スター
リングエンジン(Stirling Engine),オックスフォー
ド大学刊行物(Oxford University Press 1980)に示さ
れたような従来のスターリングエンジンの断面構成図で
あり、図において、1はヒータ、2は再生器、3はクー
ラ、4は高温側空間、5は低温側空間、7はディスプレ
ーサ、8はディスプレーサ7に連結されたディスプレー
サロッド、9は動力ピストン、10は動力ピストン9に連
結された動力ピストンロッド、11は動力ピストンロッド
10を介して動力ピストン9に連結され該動力ピストン9
と連動するクロスヘッド、19はクランク軸であり、動力
ピストンコンロッド12,13,クロスヘッド11,及び動力ピ
ストンコンロッド10を介して動力ピストン9と連結さ
れ、ディスプレーサコンロッド16及びディスプレーサロ
ッド8を介してディスプレーサ7と連結されている。20
はクランク軸19に取り付けられたメカニカルシール、21
は軸受、22は潤滑油、6は動力ピストン9とクロスヘッ
ド11間に形成される反動室、18はクランクケースであ
る。 次に従来のスターリングエンジンの動作について説明
する。第3図に示したようなスターリングエンジンで
は、高温側空間4,ヒータ1,再生器2,クーラ3及び低温側
空間5によって作動空間が形成され、この作動空間中の
作動ガスに生じた圧力変動が動力ピストン9に作用す
る。そして上記圧力変動は力として動力ピストンロッド
10、クロスヘッド11、動力ピストンコンロッド12,13に
伝達されて回転仕事に変換され、この回転仕事がクラン
ク軸19により外部に取り出される。また、この回転仕事
の一部でディスプレーサ7を駆動し、スターリングエン
ジンとしての動作をさせている。 ここで、上記ヒータ1は加熱,クーラ3は冷却されて
おり、従ってディスプレーサ7及び動力ピストン9の往
復運動によって、作動ガスを作動空間内(高温側空間
4、ヒータ1、再生器2、クーラ3、及び低温側空間
5)で交ばんさせれば、上記作動ガスの圧力変動が生ず
ることになる。 〔発明が解決しようとする問題点〕 従来のスターリングエンジンは以上のように構成され
ているので、クランク軸19から取り出される回転仕事を
変化させたい場合、ヒータ1の加熱量を変えなければな
らない。しかし、ヒータ1と再生器2は大きな熱容量を
有するため応答性が悪く、また、加熱量を減らして高温
側空間4の作動ガスの温度を下げて回転仕事の低下を図
ろうとすると、回転仕事の低下だけでなく、エンジンの
効率が大幅に低下するなどの問題点があった。 この発明は上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、応答性が良く、しかも大幅なエンジン効率
の低下を招くことがなくエンジンの出力制御が行なえる
スターリングエンジンの出力制御機構を得ることを目的
とする。 〔問題点を解決するための手段〕 この発明に係るスターリングエンジンの出力制御機構
は、上記動力ピストン下部の反動室から上記作動空間へ
の方向を順方向とする逆止弁及び開閉弁を有し、上記反
動室と上記作動空間とを連通する第1の連通路と、シリ
ンダ外部に設けられたバッファ室と、上記作動空間から
上記バッファ室への方向を順方向とする逆止弁及び2個
の開閉弁を有し、上記作動空間と上記バッファ室とを連
通する第2の連通路と、上記第1の連通路の上記開閉弁
と上記反動室との間と、上記第2の連通路の2個の開閉
弁の間に、上記第1の連通路と上記第2の連通路との連
通状態を制御する開閉弁と通路とを備え、上記作動空間
から上記各開閉弁の開閉時期の制御により上記作動空間
の圧力を調節してエンジンの出力制御を行なうようにし
たものである。 〔作用〕 この発明においては、反動室から作動空間への方向を
順方向とする逆止弁と開閉弁を介して上記反動室と上記
作動空間とを連通することにより、上記作動空間の平均
圧力が上記反動室の平均圧力より常に高くなり、反動室
と作動空間との間のシールに方向性を持たせることがで
き、上記作動空間からバッファ室への方向を順方向とす
る逆止弁と開閉弁を介して上記作動空間と上記バッファ
室とを連通することにより、上記バッファ室の平均圧力
が上記作動空間の平均圧力より高くなり、上記バッファ
室から上記反動室への方向を順方向とする逆止弁と開閉
弁を介して上記バッファ室と上記反動室とを連通するこ
とにより、上記反動室の平均圧力が上記バッフア室の平
均圧力より高くなる。 即ち作動ガスのバッファ室への抜き取り量を変え、さ
らに作動空間と反動室の圧力レベルを変えることによ
り、エンジン出力を変えるので、作動空間の高温側の作
動ガスの温度を変えなくてもよく、従って、熱効率の低
下もほとんどなく、任意にエンジン出力を制御できる。 〔実施例〕 以下、この発明の一実施例を図について説明する。 第1図は本発明の一実施例によるスターリングエンジ
ンの出力制御機構を示し、図において、30は作動空間
(低温側空間)5又は反動室6内の圧力を制御するため
のバッファ室、23は低温側作動空間5とバッファ室30と
を連通する通路中に設けられた逆止弁、24は反動室6と
低温側作動空間5とを連通する通路中に設けられた逆止
弁、25はバッファ室30と低温側作動空間5とを連通する
通路中に設けられた逆止弁、26,27,28,29は例えば電磁
弁などの開閉弁である。この例では、上記逆止弁23は作
動空間5からバッファ室30への方向を,逆止弁24は反動
室6から作動空間5への方向を,逆止弁25はバッファ室
30から反動室6への方向をそれぞれ順方向としている。 次に作用・効果について第2図を用いて説明する。 まず開閉弁27のみが開の時、逆止弁24を介して作動空
間5内の作動ガスの最低圧力は反動室6内のガスの最高
圧力にほぼ等しくなる。この状態で、開閉弁26,29を開
とすると、エンジン内のガスは、(反動室6の最高圧
力)(作動空間5の最低圧力)で、(バッファ室30の
圧力)(作動空間5の最高圧力)の状態となるまで、
バッファ室30に抜き去られ、エンジン内に充填されてい
るガスは最少となる(第2図(c)参照)。この時、開
閉弁27と29が閉で、開閉弁28を開とすると、開閉弁26,2
8が開状態なので、(作動空間5の最高圧力)(反動
室6の最低圧力)となり、作動空間5内のガス圧力は最
低となり出力最低となる(第2図(d)参照)。次に開
閉弁27と29が開で、開閉弁26が閉の時、開閉弁27,28,29
が開状態なので、(作動空間5の最低圧力)(反動室
6の最高圧力)で、(反動室6の最低圧力)(バッフ
ァ室30の圧力)の状態となるまで、エンジン内のガスが
バッファ室30から充填され、エンジン内に充填されてい
るガスは最大となり、作動空間5のガス圧力は最高とな
って出力最大となる(第2図(a)参照)。 このような本実施例では、開閉弁を開閉するタイミン
グとその開閉時間を調節することにより、作動空間5内
のガスの平均圧力を変え、これによってエンジンの出力
を任意に調節できる。この際、ヒータを常に所定温度
(例えば最高温度)に加熱しておくことができるので、
大巾なエンジン効率の低下を招くこともない。 なお、上記実施例における逆止弁25はなくてもよく、
この場合でも上記実施例とほぼ同様の効果を奏する。 また、上記実施例ではディスプレーサ型スターリング
エンジンにこの発明を適用した場合について示したが、
他のタイプのスターリングエンジン、例えば2ピストン
型スターリングエンジンやダブルアクティング型スター
リングエンジン等にこの発明を適用してもよく、上記実
施例と同様の効果を奏する。 また、上記実施例における逆止弁と開閉弁、即ち23と
26,24と27,及び25と28は、それぞれ相対的な位置関係が
逆となってもよく、上記実施例と同様の効果を奏する。 〔発明の効果〕 以上のように、この発明に係るスターリングエンジン
の出力制御機構によれば、反動室から作動空間への方向
を順方向とする逆止弁と開閉弁を介して上記反動室と上
記作動空間を連通し、上記作動空間からバッファ室への
方向を順方向とする逆止弁と開閉弁を介して上記作動空
間と上記バッファ室を連通し、上記バッファ室と上記反
動室とを開閉弁を介して連通して各開閉弁のと開閉制御
により上記作動空間の圧力を調節するようにしたので、
大巾なエンジン効率の低下を招くことなく、任意にエン
ジン出力を制御でき、また、反動室と作動空間との間の
シールに方向性を持たせることができるという効果があ
る。
【図面の簡単な説明】 第1図はこの発明の一実施例によるスターリングエンジ
ンの出力制御機構を示す断面図、第2図は第1図のスタ
ーリングエンジンの動作を説明するための特性図、第3
図は従来のスターリングエンジンを示す断面図である。 図において、1はヒータ、2は再生器、3はクーラ、4
は高温側作動空間、5は低温側作動空間、6は反動室、
7はディスプレーサ、8はディスプレーサロッド、9は
動力ピストン、10は動力ピストンロッド、11はクロスヘ
ッド、12,13は動力ピストンコンロッド、14,15は動力ピ
ストンピン、16はディスプレーサコンロッド、17はディ
スプレーサピン、18はクランクケース、19はクランク
軸、20はメカニカルシール、21は軸受、22は潤滑油、23
〜25は逆止弁、26〜29は開閉弁、30はバッファ室であ
る。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.ディスプレーサの往復動によってディスプレーサ下
    部の作動空間に圧力変動を生じさせ、該圧力変動を動力
    ピストンに作用させて出力を得るスターリングエンジン
    の出力制御機構において、 上記動力ピストン下部の反動室から上記作動空間への方
    向を順方向とする逆止弁及び開閉弁を有し、上記反動室
    と上記作動空間とを連通する第1の連通路と、 シリンダ外部に設けられたバッファ室と、 上記作動空間から上記バッファ室への方向を順方向とす
    る逆止弁及び2個の開閉弁を有し、上記作動空間と上記
    バッファ室とを連通する第2の連通路と、 上記第1の連通路の上記開閉弁と上記反動室との間と、
    上記第2の連通路の2個の開閉弁の間に、上記第1の連
    通路と上記第2の連通路との連通状態を制御する開閉弁
    と通路とを備え、 上記各開閉弁の開閉時期の制御により上記作動空間の圧
    力を調節してエンジンの出力制御を行なうようにしたこ
    とを特徴とするスターリングエンジンの出力制御装置。 2.上記第1の連通路と上記2の連通路との連通状態を
    制御する開閉弁を備えた上記通路に、上記第2の連通路
    から上記第1の連通路への方向を順方向とする逆止弁が
    設けられていることを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載のスターリングエンジンの出力制御機構。
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