JPH0442536B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、スターリング機関の出力制御装置に
関し、更に詳細には作動空間内の作動媒体の圧力
によつて出力を制御するスターリング機関の出力
制御装置に関する。

（従来の技術） スターリング機関の出力は、作動空間内の作動
媒体の圧力により制御可能であり、高出力を得た
い場合は圧力を増し、出力を減じたい場合は圧力
を減じる。

しかしながら、増圧時、作動サイクル全行程に
わたり連続的に作動媒体を供給すると、その初期
において、一時的に機関出力が低下する。この現
象は、特に低速低出力時から急激に増圧する場合
に顕著であり、その原因は、サイクルが圧縮過程
にある場合にも、作動媒体が供給されることによ
る圧縮仕事の増大にある。

この初期出力低下を防止する為、従来特開昭56
−69441号に記載されているような、作動空間内
の圧力が、第２図に示すように、主に最大サイク
ル圧力近傍になつた時、作動媒体を供給するのを
目的とした分配器が用いられている。第１図は、
４気筒スターリング機関に該分配器を用いた出力
制御装置の構成を示すものであり、１は作動媒体
のリザーバ、２，３，４，５は第１、第２、第
３、第４の作動空間、６〜１７は逆止弁、１８は
増圧弁、１９は減圧弁、２０は圧縮機、２１は主
供給導管、２２は分配器、２３は導管である。分
配器２２は、作動空間の圧力が比較的低い場合
は、主供給導管２１と導管２３を閉塞し、作動空
間が最大サイクル圧力近傍の時、媒体を供給する
が、作動空間内の圧力がある値以上になると、低
圧時閉塞されていた主供給導管２１と導管２３が
連通し、作動サイクル全行程に媒体を供給する機
能も備えている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述した分配器は、機関と同期
回転しながら、無潤滑で高圧の作動媒体をシール
することが必要であるが、そのシールが困難であ
り、無潤滑での耐久性にも問題がある。また、機
関の回転を伝導する為の機関等により取付部所の
制約を受けると共に、嵌合部が多く、機構や配管
が複雑になり、コストも高い。

ところで、増圧時の初期出力低下量は、第３図
及び第４図に示すように、機関回転数、作動空間
に供給される作動媒体の流量によつて決定され
る。即ち、機関回転数が高い程、供給する媒体の
流量が小さい程、増圧時の初期出力（トルク）低
下量は小さくなり、ある領域に達すると無視でき
るようになる。第３〜５図は初期出力低下の起こ
る回転数と供給流量の領域を示すものである。

そこで本発明は、当該スターリング機関の出力
制御装置において、装置の耐久性の低下、構成の
複雑化及びコストの増大を招くことなく、且つ取
付部所の制約を招くことなく、増圧初期の出力低
下を防止することを、その技術的課題とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上記した技術的課題を解決するために講じた手
段は、作動空間内の作動媒体の圧力によつて出力
を制御するスターリング機関の出力制御装置にお
いて、出力制御装置を、機関の回転数を検知する
機関回転数センサと、作動空間内の作動媒体の圧
力を検知する圧力センサと、増圧要求の度合いを
検知するスロツトル開度センサと、増圧時に作動
空間へ供給される作動媒体の流量を可変とする弁
機構と、スロツトル開度センサと圧力センサの信
号に応じて作動空間へ供給される作動媒体の供給
流量を算出し、この算出した供給流量に対して供
給流量が作動空間内へ供給されることによつて機
関の初期出力が低下しない機関回転数を設定し、
この設定機関回転数と機関回転数センサが検知し
た機関回転数とを比較する演算器とから構成し、
機関の初期出力が低下しないように作動空間への
作動媒体の供給流量を弁機構の流量可変作動を用
いて制限することである。

（作用） 上記手段は次のように作用する。

機関の出力を増したい場合、増圧要求の度合が
スロツトル開度センサにより検知されると、スロ
ツトル開度センサと圧力センサの信号により、作
動空間へ供給されようとする作動媒体の流量が演
算器により算出される。演算器は、この算出した
流量が作動空間内へ供給されることによつて初期
出力が低下しない回転数を設定し、この設定回路
転と機関回転数センサからの信号を比較する。そ
して、機関回転数が設定回転数よりも低い場合、
演算器は弁機構を作動空間へ供給される流量が減
少するように制御し、増圧時に作動空間へ供給さ
れる作動媒体の流量が初期出力低下が起きない流
量の範囲まで、減少される。

機関回転数が設定回転数よりも高い場合、演算
器は弁機構を作動空間へ供給される流量が増加す
るように制御し、増圧時に作動空間へ供給される
作動媒体の流量を増加し、出力を増大させる。

（実施例） 以下、本発明に従つたスターリング機関の出力
制御装置の一実施例を図面に基づき説明する。

第６図は、本発明を４気筒スターリング機関に
応用した一実施例を示し、第６図において、１０
１は作動媒体のリザーバで、該リザーバ１０１は
導管１１４で増圧弁１３０の一端に接続されてい
る。増圧弁１３０の他端は、導管１１５にてオリ
フイス１３３の一端に連通し、該オリフイス１３
３の他端は、導管１１６〜１２０及び逆止弁１０
６〜１０９を介して、作動空間１０２〜１０５に
連通する。

オリフイス１３３の両端には、導管１２８，１
２９によつて本発明における弁機構である供給流
量制御弁１３４がオリフイス１３３に並列に接続
されている。作動空間１０２〜１０５は、さらに
逆止弁１１０〜１１３及び導管１２１〜１２５に
より、減圧弁１３２の一端に接続され、該減圧弁
１３２の他端は、導管１２６により、圧縮機１３
５の吸入口に連通する。圧縮機１３５の吐出口
は、導管１２７によりリザーバ１０１に連通す
る。尚、作動空間１０２〜１０５の内、少なくと
も１つの空間には作動空間内の作動媒体の圧力を
検知する圧力センサ１３６を設け、作動空間の代
表的な圧力を検出する。また、増圧弁１３０には
その開度を検知するスロツトル開度センサ１３１
が設けられており、スターリング機関には第６図
を図示されていないが機関の回転数を検知する機
関回転数センサが設けられている。

第７図は、第６図における供給流量制御弁１３
４の駆動を制御する本発明における演算器を含む
制御機構を示す。演算器は、圧力センサ１３６及
びスロツトル開度センサ１３１からの信号に応じ
て、作動空間１０２〜１０５へ供給されようとす
る作動媒体の流量を算出する流量演算器１３８
と、該流量演算器１３８により算出された流量が
作動空間１０２〜１０５内へ供給されることによ
つて初期出力が低下しない限界回転数を設定する
限界回転数設定器１３９と、該限界回転数設定器
１３９による設定値と機関回転数センサ１３７に
より検出された回転数とを比較する比較器１４０
とから成り、比較器１４０の判断結果に基づき供
給流量制御弁駆動回路１４１への駆動電流を制御
するものである。

以上の構成から成る本実施例の作用を第６図及
び第７図に基づき説明する。

機関が定常運転の場合、増圧弁１３０及び減圧
弁１３２は閉じたままであり、供給流量制御弁１
３４も閉じている。しかして、機関の出力を増し
たい場合、増圧弁１３０が開かれる。増圧弁１３
０と開度と作動空間１０２〜１０５内の圧力で増
圧弁１３０を流れる媒体の流量は決まる。故に、
スロツトル開度センサ１３１と圧力センサ１３６
の信号により、流量演算器１３８は、増圧弁１３
０を流れる媒体の流量を算出し、限界回転数設定
器１３９により初期出力低下の起こらない回転数
（第５図における流量Q1に対する回転数R1）を
設定し、該設定値を機関回転数センサ１３７の信
号と比較器１４０で比較する。機関回転数がこの
設定値より低い場合、供給流量制御弁１３４は閉
じられた状態を保つ。

この時、増圧弁１３０を通過した作動媒体は、
オリフイス１３３により、初期出力低下が起きな
い流量の範囲までその流量を拘束される。しかし
て、オリフイス１３３により供給される作動媒体
により、機関は初期出力低下を起こすことなく、
その回転数が増し、その回転数が設定値に達し、
しかる後、供給流量制御弁駆動回路１４１、供給
流量制御弁１３４を開き、増圧弁１３０を流れる
作動媒体は流量の拘束を受けず、作動空間１０２
〜１０５に向かつて流れる。増圧初期から機関回
転数が高い場合は、供給流量制御弁１３４は最初
から開く。

以上のようにして、作動媒体の供給流量を制御
することにより、機関のあらゆる条件下における
出力増の要求に対して、初期出力低下を防止する
ことが可能となる。

第８図〜第１０図は、本発明の変形実施例を示
すもので、第８図は第６図における増圧弁１３０
とオリフイス１３３及び供給流量制御弁１３４を
１個の流量制御弁１４２ａに置き変え、該流量制
御弁１４２ａとは別に設けた増圧要求の度合を検
知するスロツトル開度センサ１４３を第６図のス
ロツトル開度センサ１３１と置き換えたものであ
る。

第８図において、スロツトル開度センサ１４３
からの増圧要求信号、機関回転数センサ１３７の
回転数信号及び作動空間の圧力センサ１３６の圧
力信号は、演算器１４４に入力され、第１０図に
演算器１４４を含む制御機構を示すように、演算
器１４４は圧力センサ１３６及びスロツトル開度
センサ１４３からの信号に応じて、流量演算器１
３８にて作動空間へ供給されようとする作動媒体
の流量を算出し、該流量演算器１３８により算出
された流量が作動空間内へ供給されることによつ
て初期出力が低下しない限界回転数を限界回転数
設定器１３９にて設定し、該限界回転数設定器１
３９による設定値と機関回転数センサ１３７によ
り検知された回転数とを比較器１４０にて比較す
る。機関回転数が設定値よりも低い場合、流量制
御弁駆動回路１４１がスロツトル開度センサ１４
３からの増圧要求信号によらず初期出力低下の起
きない流量になるように流量制御弁１４２ａの開
度を調節する。この後、回転数が上昇すると、流
量制御弁駆動回路１４１が流量制御弁１４２ａを
前記増圧要求に見合った流量になるように調節す
る。その他の構成及び作用は、第６図に示す実施
例と同じであるため、詳細な説明は省略する。

また第９図に示す変形実施例は、第８図の流量
制御弁１４２ａをリザーバと作動空間との間に並
列に接続された複数個の電磁弁１４２ｂ，１４２
ｃに置き換えたものである。この例においては、
第１０図に示す流量制御弁駆動回路１４１は、開
状態となる電磁弁の数を調節し、増圧時の作動媒
体の流量を制御する。この制御の仕方について
は、上述した第６図及び第８図の実施例の説明か
ら容易に理解できると思われるため、その詳細な
説明は省略する。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、回転シ
ール部はなく、装置の信頼性、耐久性に優れ、作
動媒体の供給回路内を無潤滑に保つことも容易で
あり、また機関と全く別の箇所にも取付可能であ
る。その上、機構が簡単なので、コストが安く、
保守も容易である。従つて、当該スターリング機
関の出力制御装置において、装置の耐久性の低
下、構成の複雑化及びコストの増大を招くことな
く、且つ取付部所の制約を招くことなく、増圧初
期の出力低下を防止することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の増圧時の初期出力低下を防止す
る為の装置を用いた代表的なスターリング機関の
出力制御装置の構成を示す説明図、第２図は従来
の装置を用いた時の作動媒体の供給タイミングを
示す線図、第３図はスターリング機関のサイクル
全固定にわたり連続的に作動媒体を供給した時の
機関回転数と初期トルク低下量の関係を示す線
図、第４図は同じく供給流量と初期トルク低下量
の関係を示す線図、第５図は初期出力低下の起こ
る回転数と作動媒体の供給流量を領域を示す線
図、第６図は本発明に従つたスターリング機関の
出力制御装置の一実施例の構成を示す説明図、第
７図は第６図に示す一実施例の制御機構を示す説
明図、第８図及び第９図は本発明の変形実施例の
構成を示す説明図、第１０図は第８図及び第９図
に示す変形実施例の制御機構を示す説明図であ
る。 １０１……リザーバ、１０２〜１０５……作動
空間、１３０……増圧弁、１３１……スロツトル
開度センサ、１３３……オリフイス、１３４……
供給流量制御弁、１３６……圧力センサ、１３７
……機関回転数センサ、１３８……流量演算器、
１３９……限界回転数設定器、１４０……比較
器、１４１……供給流量制御弁駆動回路（流量制
御弁駆動回路）、１４２ａ……流量制御弁、１４
２ｂ，１４２ｃ……電磁弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 作動空間内の作動媒体の圧力によつて出力を
   制御するスターリング機関の出力制御装置におい
   て、 当該出力制御装置を、 機関の回転数を検知する機関回転数センサと、 作動空間内の作動媒体の圧力を検知する圧力セ
   ンサと、 増圧要求の度合いを検知するスロツトル開度セ
   ンサと、 増圧時に前記作動空間へ供給される作動媒体の
   流量を可変とする弁機構と、 前記スロツトル開度センサと前記圧力センサの
   信号に応じて前記作動空間へ供給される作動媒体
   の供給流量を算出し、この算出した供給流量に対
   して該供給流量が前記作動空間内へ供給されるこ
   とによつて機関の初期出力が低下しない機関回転
   数を設定し、この設定機関回転数と前記機関回転
   数センサが検知した機関回転数とを比較する演算
   器とから構成し、 前記機関の初期出力が低下しないように前記作
   動空間への作動媒体の供給流量を前記弁機構の流
   量可変作動を用いて制限することを特徴とするス
   ターリング機関の出力制御装置。