CN101878362B - 活塞式发动机及斯特林发动机 - Google Patents

活塞式发动机及斯特林发动机 Download PDF

Info

Publication number
CN101878362B
CN101878362B CN200880117934.6A CN200880117934A CN101878362B CN 101878362 B CN101878362 B CN 101878362B CN 200880117934 A CN200880117934 A CN 200880117934A CN 101878362 B CN101878362 B CN 101878362B
Authority
CN
China
Prior art keywords
sleeve
piston
cylinder
heater
high temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN200880117934.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101878362A (zh
Inventor
矢口宽
泽田大作
片山正章
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Publication of CN101878362A publication Critical patent/CN101878362A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101878362B publication Critical patent/CN101878362B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G5/00—Profiting from waste heat of combustion engines, not otherwise provided for
    • F02G5/02—Profiting from waste heat of exhaust gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
    • 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
    • F02G1/053—Component parts or details
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2253/00—Seals
    • F02G2253/02—Reciprocating piston seals
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

斯特林发动机(100)的高温侧气缸(30H)由套筒(30HR)与气缸体(30HB)构成。套筒(30HR)中，高温侧活塞(20H)在内部往复运动。另外，套筒(30HR)构成为，与对斯特林发动机(100)的工作流体进行加热的加热器(105)连接，传递加热器(105)的热。气缸体(30HB)配置在套筒(30HR)的外侧。另外，在套筒(30HR)与气缸体(30HB)之间，设置规定间隔而形成空气层。

Description

活塞式发动机及斯特林发动机
技术领域
本发明涉及不使用活塞环及润滑油而使活塞在气缸内往复运动的活塞式发动机及斯特林发动机。 
背景技术
近年来，为了回收搭载在乘用车、公共汽车、卡车等车辆上的内燃机的废热或工厂废热，理论热效率优良的斯特林发动机受到关注。专利文献1中公开了下述斯特林发动机：使气体轴承介于活塞及气缸之间，并且由近似直线机构支承活塞而使之往复运动。 
专利文献1：日本特开2005-106009号公报(0013，图1，图5) 
发明内容
但是，斯特林发动机中，由于活塞的顶面与工作流体接触，因此特别是与高温的工作流体接触的活塞其顶部发生热膨胀。如专利文献1中公开的斯特林发动机那样使气体轴承介于活塞及气缸之间时，需要使活塞和气缸之间的间隙非常小。因此，如果在斯特林发动机运转中活塞发生热膨胀，则担心活塞与气缸接触。本发明鉴于以上问题而提出，目的在于使气体轴承介于活塞及气缸之间时降低活塞与气缸接触的可能。 
为了实现上述目的，本发明的活塞式发动机的特征在于，包括：气缸，具有套筒，经过加热工作流体的加热器后的所述工作流体流入所述套筒，并且所述套筒与所述加热器热连接；活塞，根据所述工作流体的压力变化而在所述套筒的内部往复运动；以及气体轴承，形成在相对配置的所述套筒的内周面与所述活塞的外周面之间。 
为了实现上述目的，本发明的活塞式发动机的特征在于，包括：气缸，具有套筒与外壳，经过加热工作流体的加热器后的所述工作流体流入所述套筒，并且所述套筒与所述加热器热连接，所述外壳配置在所述套筒的外侧；活塞，根据所述工作流体的压力变化而在所述套筒的内部往复运动；以及气体轴承，形成在相对配置的所述套筒的内周面与所述活塞的外周面之间。 
为了实现上述目的，本发明的活塞式发动机的特征在于，包括：气缸，由具有套筒与外壳的双层结构构成，经过加热工作流体的加热器后的所述工作流体流入所述套筒，所述外壳配置在所述套筒的外侧；活塞，根据所述工作流体的压力变化而在所述套筒的内部往复运动；以及气体轴承，形成在相对配置的所述套筒的内周面与所述活塞的外周面之间。 
作为本发明的优选实施方式，优选在所述的活塞式发动机中，至少可形成所述气体轴承的部分为在所述套筒的外侧配置所述外壳的双层结构。 
优选的是，所述套筒与所述外壳分别由不同的结构体构成，并且，所述套筒在所述加热器侧的端部设有套筒支承部，所述套筒通过在所述外壳的一端部安装所述套筒支承部而安装在所述外壳上，并且与所述加热器连结。 
作为本发明的优选实施方式，优选在所述活塞式发动机中，形成所述气体轴承的部分，使得所述套筒与所述外壳不发生金属接触。 
作为本发明的优选实施方式，优选在所述活塞式发动机中，所述套筒与所述外壳具有规定间隔而配置。 
作为本发明的优选实施方式，优选在所述活塞式发动机中，所述外壳支承作用于所述气缸的与所述气缸的中心轴平行的方向上的力，另外，所述套筒承受存在于所述套筒内部的所述工作流体的压力。 
为了实现上述目的，本发明的斯特林发动机的特征在于，包括：热交换器，构成为包括加热器、再生器及冷却器，所述加热器加热工作流体，所述再生器与所述加热器连接，并且所述工作流体经过所述再生器，所述冷却器与所述再生器连接且冷却所述工作流体；气缸，具有套筒与外壳，经过所述加热器后的所述工作流体流入所述套筒，并且所述套筒与所述加热器热连接，所述外壳配置在所述套筒的外侧；活塞，根据所述工作流体的压力变化而在所述套筒的内部往复运动；以及气体轴承，形成在相对配置的所述套筒的内周面与所述活塞的外周面之间。 
作为本发明的优选实施方式，优选在上述斯特林发动机中，至少可形成所述气体轴承的部分为在所述套筒的外侧配置所述外壳的双层结构。 
作为本发明的优选实施方式，优选在所述斯特林发动机中，所述活塞由近似直线机构支承。 
作为本发明的优选实施方式，在上述斯特林发动机中，在所述斯特林发动机具备多个气缸及活塞的情况下，至少一个所述气缸使所述加热器与所述套筒热连接，并且由具有所述套筒及配置在所述套筒外侧的外壳的双层结构构成。 
本发明在使气体轴承介于活塞及气缸之间的情况下，能够降低活塞与气缸接触的可能性。 
附图说明
图1是表示本实施方式的活塞式发动机即斯特林发动机的构成的剖视图。 
图2是表示本实施方式的活塞式发动机即斯特林发动机所具备的气体轴承的构成例及活塞的支承结构的说明图。 
图3是表示本实施方式的活塞式发动机即斯特林发动机所具备的高温侧气缸的构成的说明图。 
图4是表示从高温侧工作空间侧观察加热器/气缸连结部件的俯视图。 
图5是构成高温侧活塞的套筒的剖视图。 
图6是表示本实施方式的活塞式发动机即斯特林发动机所具备的高温侧气缸的其他构成的说明图。 
图7是表示将本实施方式的斯特林发动机用于内燃机的废热回收时的构成例的示意图。 
标号说明 
20 活塞 
20B 顶面相反侧端部 
20H 高温侧活塞 
20L 低温侧活塞 
20S 侧周面 
20T 顶面 
30 气缸 
30H 高温侧气缸 
30HB、30LB 气缸体 
30HR、30LR 套筒 
30L 低温侧气缸 
31 反加热器侧端部 
32 套筒支承部 
40 垫片 
41 定位部件 
42 放热抑制部件 
60 蚱蜢机构(近似直线机构) 
100 斯特林发动机 
100C 壳体 
105 加热器 
106 再生器 
107 冷却器 
108 热交换器 
110 曲轴 
111 基板 
120 加热器/气缸连结部件 
120B 加热器相反侧端部 
121 冷却器/气缸连结部件 
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明。另外，本发明不局限于用于实施本发明的最佳实施方式(以下称为“实施方式”)。而且，下述实施方式中的构成要素包括对本领域技术人员显而易见的构成要素、实质上相同的构成要素、所谓的等同范围的构成要素。 
另外，以下选取作为外燃机的斯特林发动机作为活塞式发动机的一例。这样，在本实施方式中，优选活塞式发动机为外燃机，但是不限于此。此外，以使用作为活塞式发动机的斯特林发动机回收搭载在车辆等上的内燃机的废热为例进行说明，但是废热的回收对象不限于内燃机。本发明也能够适用于回收例如工厂、车间或发电设施的废热的情况。 
本实施方式为使气体轴承介于活塞与气缸之间的活塞式发动机，其特征在于，具备套筒，经过加热所述活塞式发动机的工作流体的加热器后的所述工作流体流入所述套筒，并且所述套筒与所述加热器热 连接。另外，在本实施方式中，在所述套筒的外侧配置外壳，由所述套筒与所述外壳的双层结构构成气缸。 
图1是表示本实施方式的活塞式发动机即斯特林发动机的构成的剖视图。图2是表示本实施方式的活塞式发动机即斯特林发动机所具备的气体轴承的构成例及活塞的支承结构的说明图。本实施方式的活塞式发动机即斯特林发动机100是所谓的α型直列双气缸斯特林发动机。直列双气缸是指两个气缸在与斯特林发动机100的输出轴即曲轴110的旋转轴平行的方向上并列的结构。在本实施方式中，斯特林发动机100作为废热回收装置使用，其中，将热交换器108配置在作为使内燃机的废气Ex通过的通路起作用的加热器壳体3上，从内燃机的废气Ex回收热能。 
斯特林发动机100直列配置有收容于高温侧气缸30H内的高温侧活塞20H与收容于低温侧气缸30L内的低温侧活塞20L。高温侧气缸30H与低温侧气缸30L之间配置有热交换器108。另外，以下在不区分高温侧气缸30H与低温侧气缸30L时称为气缸30，在不区分高温侧活塞20H与低温侧活塞20L时称为活塞20。 
高温侧气缸30H与低温侧气缸30L直接或间接地支承、固定在作为基准体的基板111上。在本实施方式的斯特林发动机100中，所述基板111作为斯特林发动机100的各构成要素的位置基准。通过这样构成，能够确保所述各构成要素的相对位置精度。另外，如以下所述，本实施方式的斯特林发动机100在高温侧气缸30H与高温侧活塞20H之间、以及低温侧气缸30L与低温侧活塞20L之间设有气缸轴承GB。 
高温侧气缸30H由双层结构构成，所述双层结构具有圆筒状的结构体即套筒30HR、套筒30HR的外周部的外侧上配置的外壳即气缸体30HB。套筒30HR在内部配置有高温侧活塞20H，由此，套筒30HR的内周面与高温侧活塞20H的外周面相对配置。气体轴承GB形成于 套筒30HR与高温侧活塞20H之间，高温侧活塞20H由气体轴承GB支承在套筒30HR内，同时在套筒30HR的内部往复运动。 
在套筒30HR的内部形成有斯特林发动机100的工作流体存在的工作空间(高温侧工作空间)MSH。高温侧工作空间MSH是由套筒30HR的内面、高温侧活塞20H的顶面、以及加热器105的与高温侧气缸30H连接一侧的端部围成的空间。在此，在本实施方式中，斯特林发动机100的工作流体是空气。在套筒30HR的内部、即高温侧工作空间MSH中，流入经过加热工作流体的加热器105后的工作流体。另外，工作流体从高温侧工作空间MSH流入加热器105。高温侧活塞20H根据高温侧工作空间MSH内的工作流体的压力变化而在套筒30HR的内部往复运动。 
低温侧气缸30L由圆筒状的结构体即套筒30LR、和套筒30LR的外周部的外侧上配置的外壳即气缸体30LB构成。另外，也可以不设置套筒30LR，而由同一结构体构成套筒30LR与气缸体30LB。套筒30LR在内部配置有低温侧活塞20L，由此，套筒30LR的内周面与低温侧活塞20L的外周面相对配置。气体轴承GB形成于套筒30LR与低温侧活塞20L之间，低温侧活塞20L由气体轴承GB支承在套筒30LR内，且在套筒30LR的内部往复运动。 
在套筒30LR的内部形成有斯特林发动机100的工作流体存在的工作空间(低温侧工作空间)MSL。低温侧工作空间MSL是由套筒30LR的内面、低温侧活塞20L的顶面、以及冷却器107的与低温侧气缸30L连接一侧的端部围成的空间。套筒30LR的内部、即低温侧工作空间MSL中，流入经过冷却工作流体的冷却器107后的工作流体。另外，工作流体从低温侧工作空间MSL流向冷却器107。低温侧活塞20L根据低温侧工作空间MSL内的工作流体的压力变化而在套筒30LR的内部往复运动。 
斯特林发动机100间接地将高温侧气缸30H及低温侧气缸30L安装在作为基准体的基板111上。根据这样的构成，使用基板111确保活塞20与气缸30之间的位置精度，能够高精度地保持活塞20与气缸30之间的间隙。由此，能够充分发挥气体轴承GB的功能。进而，斯特林发动机100的组装也变得容易。另外，也可以将高温侧气缸30H与低温侧气缸30L直接安装在基板111上。 
在高温侧气缸30H与低温侧气缸30L之间设置有由近似U字形的加热器105、再生器106以及冷却器107构成的热交换器108。这样，通过使加热器105为近似U字形，即使在如内燃机的废气通路内的较狭小空间中，也能够容易地配置加热器105。另外，通过像该斯特林发动机100那样直列配置高温侧气缸30H与低温侧气缸30L，即使在如内燃机的废气通路那样的筒状空间中，也能够比较容易地配置加热器105。 
加热器105的一侧的端部配置在高温侧气缸30H侧，另一侧的端部配置在再生器106侧。再生器106一侧的端部配置在加热器105侧，另一侧的端部配置在冷却器107侧，从加热器105或冷却器107流入的工作流体通过所述再生器106。冷却器107的一侧的端部配置在再生器106侧，另一侧的端部配置在低温侧气缸30L侧。 
在高温侧气缸30H侧配置的加热器105的端部上安装有加热器/气缸连结部件120。加热器/气缸连结部件120由金属之类的良好的导热体构成，并构成加热器105的一部分。加热器/气缸连结部件120的与加热器105连接一侧的相反侧的端部安装在高温侧气缸30H上，更具体的说，安装在构成高温侧气缸30H的套筒30HR上。由此，加热器105经由加热器/气缸连结部件120与高温侧气缸30H连接。而且，在斯特林发动机100的运转中，经过加热器105后的工作流体流入高温侧气缸30H的内部，并且高温侧气缸30H的内部的工作流体流入加热器105。 
低温侧气缸30L侧配置的冷却器107的端部上安装有冷却器/气缸连结部件121。冷却器/气缸连结部件121的与冷却器107连接一侧的相反侧的端部安装在低温侧气缸30L上。由此，冷却器107经由冷却器/气缸连结部件121与低温侧气缸30L连接。而且，在斯特林发动机100的运转中，经过冷却器107后的工作流体流入低温侧气缸30L的内部，并且低温侧气缸30L的内部的工作流体流入冷却器107。 
加热器/气缸连结部件120经由向其外周部伸出的凸缘120F安装在基板111上。由此，高温侧气缸30H经由加热器/气缸连结部件120安装在基板111上。另外，冷却器/气缸连结部件121经由向其外周部伸出的凸缘121F安装在基板111上。由此，低温侧气缸30L经由冷却器/气缸连结部件121安装在基板111上。 
加热器105加热斯特林发动机100的工作流体。冷却器107冷却工作流体。经过热交换器108后的工作流体流入、流出高温侧气缸30H及低温侧气缸30L。在高温侧气缸30H的套筒30HR、低温侧气缸30L的套筒30LR以及热交换器108内封入工作流体，通过由加热器105供给的热构成斯特林循环，驱动斯特林发动机100。 
在此，例如，能够将多个热传导率较高且耐热性优良的材料的管捆束而构成加热器105、冷却器107。冷却器107可以作为空冷，也可以作为水冷。另外，再生器106例如由多孔质的蓄热体构成。另外，加热器105、冷却器107以及再生器106的构成并不限于此例，能够根据废热回收对象的热条件及斯特林发动机100的规格等选择合适的构成。 
如上所述，高温侧活塞20H与低温侧活塞20L经由气体轴承GB支承在高温侧气缸30H与低温侧气缸30L的内部。即是不经由活塞环且不使用润滑油而将活塞支承在气缸内的结构。由此，能够减小活塞 20与气缸30之间的摩擦，提高斯特林发动机100的效率。另外，通过减小活塞20与气缸30之间的摩擦，即使在例如内燃机的废热回收之类的低热源、低温度差的运转条件下使用斯特林发动机100时，也能够通过斯特林发动机100从废热回收热能。 
为了构成气体轴承GB，如图2所示，在高温侧活塞20H、低温侧活塞20L与套筒30HR、30LR之间设置规定的间隙tc。间隙tc在活塞20的整个圆周上为数μm～数10μm。高温侧活塞20H及低温侧活塞20L的往复运动通过连杆61传递给作为输出轴的曲轴110，在此转换为旋转运动。 
在此，气体轴承GB由于承受活塞20的直径方向(横向、侧向)的力的能力(负荷能力)低，因此优选使活塞20的侧向力实质上为0。因此，有必要提高活塞20相对于气缸30的轴线(中心轴)的直线运动精度。为了实现这一点，在本实施方式中，高温侧活塞20H及低温侧活塞20L由图2所示的近似直线机构(例如蚱蜢机构)60支承。并且，高温侧活塞20H及低温侧活塞20L通过近似直线机构60近似直线状地往复运动，并且该往复运动经由连杆61传递给曲轴110。由此，由近似直线机构60支承的高温侧活塞20H及低温侧活塞20L的往复运动通过曲轴110转换为旋转运动，作为斯特林发动机100的输出被取出。即，斯特林发动机100将由近似直线机构60支承的高温侧活塞20H及低温侧活塞20L的往复运动通过曲轴110转换为旋转运动，从而得到输出。 
在本实施方式中，例如由近似直线机构60支承侧向力Fs的大部分，由气体轴承GB支承活塞20的往复运动偏离近似直线运动时产生的侧向力Fs。在本实施方式中，近似直线机构60中使用蚱蜢机构。以下，将近似直线机构60称为蚱蜢机构60。 
蚱蜢机构60由如下部件构成：第一臂部62，一端部能够转动地安装在斯特林发动机100的壳体100C上；第二臂部63，同样地一端部能够转动地安装在斯特林发动机100的壳体100C上；以及第三臂部64，一端部能够转动地与连杆61的端部连结，另一端部能够转动地与第二臂部63的另一端部连结。连杆61中，与能够转动地安装在曲轴110上的端部不同的端部能够转动地与第三臂部64的端部连结。另外，第一臂部62的另一端部能够转动地连结于第三臂部64的两端部之间。
如果使用这样的蚱蜢机构60，则能够使高温侧活塞20H及低温侧活塞20L近似直线状地往复运动。其结果是，由于活塞20的侧向力Fs几乎为0，因此，通过负荷能力小的气体轴承GB也能够充分地支承活塞20。另外，支承活塞20的近似直线机构并不限于蚱蜢机构，也可以使用瓦特连杆等。 
在此，蚱蜢机构60与其他近似直线机构相比，由于为了获得相同的直线运动精度所需的机构的尺寸较小即可，因此具有斯特林发动机100的整体紧凑的优点。特别是在将斯特林发动机100用于车辆上搭载的内燃机的废热回收而将热交换器108配置在内燃机的废气通路上这种在限定的空间中设置斯特林发动机的情况下，斯特林发动机100的整体紧凑时，设置的自由度提高。另外，蚱蜢机构60为了获得相同的直线运动精度所需的机构的质量比其他机构轻，因此，在使热效率提高这一点上有利。而且，蚱蜢机构60由于机构的构成比较简单，因此，具有制造、组装容易且能够降低制造成本的优点。 
如图1所示，构成斯特林发动机100的高温侧活塞20H、连杆61、曲轴110等构成要素容纳在壳体100C中。在此，壳体100C包括曲轴箱114A、气缸体30HB、30LB以及壳体增强部件114B而构成。 
在本实施方式中，在构成斯特林发动机100的壳体100C的曲轴箱114A内填充有气体。在本实施方式中，所述气体与斯特林发动机100的工作流体相同。曲轴箱114A内填充的气体通过作为压力调整单元的泵115加压。泵115可以由例如作为斯特林发动机100的废热回收对象的内燃机驱动，也可以使用例如电动机之类的驱动单元驱动。 
斯特林发动机100在加热器105与冷却器107的温度差相同的情况下，工作流体的平均压力越高，则高温侧与低温侧的压力差越大，因此，能够得到较高的输出。斯特林发动机100如下构成：通过对曲轴箱114A内填充的气体加压，保持高温侧工作空间MSH、低温侧工作空间MSL内的工作流体为高压，从斯特林发动机100取出更多的输出。由此，即使在仅仅能够使用如废热回收的低质热源时，也能够从斯特林发动机100取出更多的输出。在此，斯特林发动机100的输出与曲轴箱114A内填充的气体的压力大致成正比例而增大。 
斯特林发动机100中，曲轴箱114A中安装有密封轴承116，曲轴110由密封轴承116支承。斯特林发动机100对曲轴箱114A内填充的气体加压，但是通过密封轴承116，能够将壳体100C内填充的气体的泄漏抑制在最小限度。曲轴110的输出经由例如欧式联轴器之类的弹性联轴器119向曲轴箱114A的外部取出。另外，也可以在曲轴箱114A的内部与外部之间设置与曲轴110连结的磁联轴器，经由该磁联轴器将曲轴110的输出向曲轴箱114A的外部取出。 
如图1、图2所示，在本实施方式中，从高温侧活塞20H及低温侧活塞20L的侧周部上设置的给气口HE喷出气体(本实施方式中为与工作流体相同的空气)A，形成气体轴承GB。如图1、图2所示，在高温侧活塞20H及低温侧活塞20L的内部，分别形成有高温侧活塞内空间20HI及低温侧活塞内空间20LI。 
在高温侧活塞20H中，设置有用于向高温侧活塞内空间20HI供给气体A的气体导入口HI，在低温侧活塞20L中，设置有用于向低温侧活塞内空间20LI供给气体A的气体导入口HI。在各个气体导入口HI上连接有气体供给管118。气体供给管118的一端与气体轴承用泵 117连接，将从气体轴承用泵117排出的气体A导向高温侧活塞内空间20HI及低温侧活塞内空间20LI。 
向高温侧活塞内空间20HI及低温侧活塞内空间20LI导入的气体A，从在高温侧活塞20H及低温侧活塞20L的侧周部上设置的给气口HE流出，形成气体轴承GB。另外，虽然该气体轴承GB是静压气体轴承，但在本实施方式中，气体轴承GB的结构并不限于此，也可以是动压气体轴承。 
另外，也可以在高温侧活塞20H及低温侧活塞20L的顶面上设置气体取入孔，从该气体取入孔向高温侧活塞内空间20HI及低温侧活塞内空间20LI取入作为工作流体的气体A，使气体A从给气口HE流出而构成气体轴承GB。另外，虽然本实施方式的气体轴承GB是静压气体轴承，但是也可以使用动压气体轴承。 
图3是表示本实施方式的活塞式发动机即斯特林发动机所具备的高温侧气缸的构成的说明图。图4是从高温侧工作空间侧观察加热器/气缸连结部件的俯视图。图5是构成高温侧活塞的套筒的剖视图。图6是表示本实施方式的活塞式发动机即斯特林发动机所具备的高温侧气缸的其他构成的说明图。图3至图6示出了图1所示的斯特林发动机100的高温侧活塞20H及高温侧气缸30H。另外，图3、图6示出了高温侧活塞20H处于TDC(Top Dead Center：上死点)的状态。 
高温侧活塞20H的顶面20T由于与由加热器105加热的高温的工作流体接触而热膨胀。图1所示的斯特林发动机100中，为了在高温侧活塞20H与构成高温侧气缸30H的套筒30HR之间设置气体轴承GB，两者的间隙tc被较小地设定为数μm～数10μm。因此，如果高温侧活塞20H在径向上热膨胀，则担心高温侧活塞20H与高温侧气缸30H的套筒30HR接触。 
因此，在本实施方式中，使从高温侧活塞20H的顶面20T至规定位置Kp的距离L1的部分的直径D1比从规定位置Kp至顶面相反侧端部20B的距离L2的部分的直径D2小。由此，从高温侧活塞20H的顶面20T至规定位置Kp的高温侧活塞20H与高温侧气缸30H的套筒30HR之间的间隙tch(图3的A所表示部分)比从高温侧活塞20H的规定位置Kp至顶面相反侧端部20B的高温侧活塞20H与高温侧气缸30H的套筒30HR的内周面33之间的间隙tc大。在此，高温侧气缸30H的套筒30HR的内径为Di，因此间隙tch为(Di-D1)/2，间隙tc为(Di-D2)/2。由此，即使高温侧活塞20H的顶面20T附近向径向热膨胀，也能够避免高温侧活塞20H与高温侧气缸30H的套筒30HR的接触。在此，上述规定位置Kp称为活塞侧台阶部(图3的B所表示的部分)。 
在本实施方式中，高温侧活塞20H到达TDC时，高温侧活塞20H进入到加热器/气缸连结部件120的内部。在图6所示的构成中，使从高温侧活塞20H的顶面20T至活塞侧台阶部Kp的距离L3比从图3所示的高温侧活塞20H上的顶面20T至活塞侧台阶部Kp的距离L1小。因此，图3所示的高温侧活塞20H，在TDC上，活塞侧台阶部Kp不进入加热器/气缸连结部件120的内部。另一方面，图6所示的高温侧活塞20H，在TDC上，活塞侧台阶部Kp进入到加热器/气缸连结部件120的内部。因此，在图6所示的构成中，在TDC上，由于高温侧活塞20H的向径向的热膨胀，担心高温侧活塞20H与加热器/气缸连结部件120接触。 
为了避免该接触，在TDC上活塞侧台阶部Kp进入到加热器/气缸连结部件120的内部的构成中，如图6所示，也可以使加热器/气缸连结部件120的内径Di1形成为比高温侧气缸30H的套筒30HR的内径Di大。由此，从高温侧活塞20H的顶面20T至活塞侧台阶部Kp的高温侧活塞20H与加热器/气缸连结部件120之间的间隙tch1，比高温侧活塞20H的侧周面20S与高温侧气缸30H的套筒30HR的内周面33之间的间隙tc大。在此，间隙tch1为(Di1-D1)/2，间隙tc为(Di-D2) /2。由此，即使高温侧活塞20H的顶面20T附近向径向热膨胀，也能够避免高温侧活塞20H与加热器/气缸连结部件120的接触。 
图1所示的斯特林发动机100的运转中，如上所述，作为热介质，例如通过内燃机的废气Ex在加热器105中加热的工作流体与高温侧活塞20H的顶面20T接触。工作流体的热从高温侧活塞20H的顶面20T流向与顶面连接的侧周面20S，其结果是，斯特林发动机100的运转时与停止时相比，高温侧活塞20H的温度上升。由此，在斯特林发动机100的运转时，高温侧活塞20H从顶面20T到顶面相反侧端部20B的全部向径向膨胀。 
另一方面，容纳高温侧活塞20H的高温侧气缸30H的外侧与外部空气接触。因此，高温侧气缸30H的温度中，与高温的工作流体流入的内部(即图1所示的高温侧工作空间MSH)相比，外侧较低。由此，与高温侧活塞20H的侧周面20S相对的高温侧气缸30H的内周面的温度比高温侧活塞20H低，与高温侧活塞20H的向径向的热膨胀相比，高温侧气缸30H的向径向的热膨胀较小。这样，由于产生高温侧活塞20H的热膨胀与高温侧气缸30H的热膨胀之差(以下称为活塞-气缸间热膨胀差)，担心最初设定的高温侧活塞20H与高温侧气缸30H之间的间隙减小，高温侧活塞20H与高温侧气缸30H接触。 
本实施方式中，为减小高温侧活塞20H的温度与高温侧气缸30H的温度之差(以下称为活塞-气缸间温度差)的构成。由此，由于活塞-气缸间热膨胀差减小，因此，能够避免高温侧活塞20H与高温侧气缸30H的接触。接着，详细说明减小活塞-气缸间温度差的构成。 
在本实施方式中，使构成高温侧气缸30H的套筒30HR与加热工作流体的加热器105热连接。即，套筒30HR是延长了加热器105的结构。在此，热连接是指将套筒30HR与加热器105经由传热结构连接以使加热器105的热良好地向套筒30HR传递的构成方式。 
作为传热结构有如下结构：由金属材料之类的优良导热体构成连接套筒30HR与加热器105的部分而连接两者，或进一步使优良导热体(如银膏、铜膏之类的金属膏)介于两者之间。另外，作为其他传热结构，例如有如下结构：使具有良好传热性的材料介于套筒30HR与加热器105之间而连接两者，或通过由作为优良导热体的金属材料构成的传热部件而连接两者。而且，使套筒30HR与加热器105成为同一结构体的结构也相当于本实施方式的传热结构。 
由此，例如由废气Ex加热的加热器105的热通过热传导传递到套筒30HR。套筒30HR由于是由例如金属之类的热传导率高的材料构成，因此，加热器105的热高效地传递到套筒30HR。由此，即使存在向套筒30HR的外部的放热，由于通过加热器105向套筒30HR供给热，因此，抑制了套筒30HR的温度下降。其结果，由于能够减小活塞-气缸间温度差，活塞-气缸间热膨胀差减小。另外，由于高温侧活塞20H与高温侧气缸30H之间的间隙维持在设定的值，因此，能够避免两者接触。由此，能够稳定发挥气体轴承GB的功能。 
在本实施方式中，在套筒30HR的外侧设定规定间隔而配置气缸体30HB。这样，高温侧气缸30H由在套筒30HR的外侧空出规定间隔配置有气缸体30HB的双层结构构成。由于在套筒30HR与气缸体30HB之间设置规定间隔，在套筒30HR的外周面34与气缸体30HB的内周面35之间形成有气体层(本实施方式中为空气层)，并且套筒30HR与气缸体30HB不接触。 
通过所述气体层能够大幅度抑制从套筒30HR向气缸体30HB的放热量，因此，抑制了套筒30HR的温度下降。其结果，由于能够减小活塞-气缸间温度差，因此，活塞-气缸间热膨胀差减小。另外，由于高温侧活塞20H与高温侧气缸30H之间的间隙维持在设定的值，因此，能够避免两者的接触。由此，能够稳定发挥气体轴承GB的功能。 
在此，在本实施方式中，在气缸体30HB与壳体增强部件114B之间设置有垫片40。由此，对气缸体30HB与壳体增强部件114B进行密封，确保曲轴114A的气密性。另外，也可以使垫片40具有作为绝热材料的功能。由此，抑制从气缸体30HB向壳体增强部件114B、曲轴箱114A的传热，以抑制壳体增强部件114B侧的气缸体30HB的温度下降。其结果，具有能够抑制套筒30HR的从曲轴箱114A侧的套筒30HR向气缸体30HB的放热的优点。 
通过上述构成，套筒30HR的反加热器侧端部31与气缸体30HB不接触。气缸体30HB随着离开加热器105而温度降低，但是在气缸体30HB内侧经由气体层配置的套筒30HR的温度下降比气缸体30HB小。因此，套筒30HR与气缸体之间的温度差在套筒30HR的反加热器侧端部31上变为最大。因此，在本实施方式中，通过使反加热器侧端部31与气缸体30HB不接触来避免两者之间的热传递。由此，抑制套筒30HR的温度下降，减小活塞-气缸间温度差。 
在此，如图6所示，也可以在以规定间隔配置的套筒30HR与气缸体30HB之间设置热传导率低的放热抑制部件42。由此，抑制从套筒30HR向气缸体30HB的传热，以抑制套筒30HR的温度下降。其结果，由于能够减小活塞-气缸间温度差，因此，活塞-气缸间热膨胀差减小，将高温侧活塞20H与高温侧气缸30H之间的间隙维持在设定的值。另外，对套筒30HR使用薄壁的金属时，也能够通过放热抑制部件42保持套筒30HR的形状，使其具有保持套筒30HR的形状的功能。 
放热抑制部件42例如可使用多孔质的陶瓷。设置放热抑制部件42时，为了防止其脱落，优选在套筒30HR的加热器105侧相反侧的端部(反加热器侧端部)31上安装定位部件41。定位部件41不仅防止放热抑制部件42的脱落，在由薄壁形成套筒30HR的情况下还具有将套筒30HR定位在气缸体30HB内的规定位置上的功能。因此，在由薄壁形成套筒30HR的情况下，优选在不使用放热抑制部件42的情况下也设置定位部件41。由此，即使在由薄壁形成套筒30HR的情况下，也容易将套筒30HR保持在气缸体30HB内的规定位置上。
另外，定位部件41由于抑制从套筒30HR向气缸体30HB的传热，因此优选由热传导率低的树脂、陶瓷等非金属材料构成。另外，定位部件41优选在套筒30HR的周方向上分割而配置。由此，能够减小从套筒30HR向气缸体30HB的传热面积，从而抑制从套筒30HR向气缸体30HB的传热。 
这样，在本实施方式中，在套筒30HR的外侧设置规定间隔而配置气缸体30HB，并且使两者为不发生金属接触的状态。由此，有效地抑制从套筒30HR向气缸体30HB的传热而抑制套筒30HR的温度下降，减小活塞-气缸间温度差，由此将高温侧活塞20H与高温侧气缸30H之间的间隙维持在设定的值。 
在本实施方式中，气缸体30HB是支承与高温侧气缸30H的中心轴Zc平行的方向的力(气缸轴力)、作用于高温侧气缸30H的弯矩等的结构部件。因此，气缸体30HB中壁厚较厚以能够经受气缸轴力、所述弯矩，从而确保强度。另一方面，套筒30HR承受内部存在的工作流体的压力，不承受气缸轴力、所述弯矩。因此，套筒30HR的壁厚为仅能够承受其内部存在的工作流体的压力的程度的厚度即可。 
一般地，圆筒形状相对于内压较强，即使壁厚较薄也能够承受相当的内压。因此，套筒30HR可以是薄壁结构。由此，由于套筒30HR的热容量变小，因此，对于从加热器105向套筒30HR传递的热的变化的响应性提高。由此，即使加热器105的温度变化而与高温侧活塞20H接触的工作流体的温度变化，由于套筒30HR的温度也追随加热器105的温度变化而迅速变化，因此，活塞-气缸间温度差迅速减小。其结果，即使加热器105的温度变化，也将高温侧活塞20H与高温侧气缸30H 之间的间隙维持在设定的值，从而可靠地发挥气体轴承GB的功能。 
在高温侧气缸30H中，优选至少能够形成气体轴承GB的部分(气体轴承部)GBA为在套筒30HR的外侧空出规定间隔配置气缸体30HB的双层结构。由此，在气体轴承部GBA中，通过减小活塞-气缸间温度差来减小活塞-气缸间热膨胀差，因此，高温侧活塞20H与高温侧气缸30H之间的间隙更可靠地维持在设定的值，从而发挥气体轴承GB的功能。 
气体轴承部GBA是在高温侧活塞20H的一个行程中，可形成为了形成气体轴承GB所需的、高温侧活塞20H与高温侧气缸30H的套筒30HR之间的间隙tc(数μm～数十μm)的部分。在图3所示的构成中，在与高温侧气缸30H的中心轴(与高温侧活塞20H的中心轴平行的轴)Zc平行的方向上，高温侧活塞20H位于TDC时的活塞侧台阶部Kp与套筒30HR的反加热器侧端部31之间的部分是气体轴承部GBA。 
另外，在图6所示的例子中，与高温侧活塞20H的中心轴Zp及高温侧气缸30H的中心轴Zc平行的方向上的、设置在支承套筒30HR的套筒支承部32上的气缸侧台阶部Kc与套筒30HR的反加热器侧端部31之间的部分是气体轴承部GBA。在此，气缸侧台阶部Kc是连接相比套筒30HR内径扩大的加热器/气缸连结部件120与套筒30HR时产生的部分。 
在本实施方式中，通过热连接套筒30HR与加热器105并且使高温侧气缸30H为上述的双层结构，抑制从向外部空气的放热量最大的高温侧气缸30H的侧周部放热。通过这些相互作用，有效地抑制了套筒30HR的温度下降，减小了活塞-气缸间温度差，由此减小活塞-气缸间热膨胀差，从而将两者之间的间隙维持在设定的值。其结果，因为能够避免两者的接触，所以在斯特林发动机100的运转中能够使气体 轴承GB的功能稳定发挥。 
另外，如图1所示的斯特林发动机100，在具备多个气缸及活塞时，至少一个气缸由将套筒与加热器热连接且在套筒的外侧空出规定间隔而配置气缸体的双层结构构成。在本实施方式中，如上所述，将该结构采用于图1所示的斯特林发动机100的高温侧气缸30H上，但是，也可以采用于低温侧气缸30L上。 
在本实施方式中，如图3、图5、图6所示，套筒30HR在加热器105侧的端部上设置有套筒支承部32。在本实施方式中，套筒30HR与套筒支承部32作为同一结构体一体地构成，但是，也可以将两者作为单独的结构体构成，在安装到斯特林发动机100上时形成一体。在本实施方式中，套筒30HR与套筒支承部32由优良的导热体，例如钢或铝合金等的金属材料构成。 
套筒30HR的轴向(图3、图6的气缸中心轴Zc的方向)上的尺寸是Lr2，套筒支承部32的轴向上的尺寸是Lr1。于是，套筒30HR的轴向上的套筒30HR与套筒支承部32的尺寸是Lr＝Lr1+Lr2。 
套筒支承部32中，设置有套筒30HR侧的相反侧的端部(加热器侧端部)32T与构成加热器105的加热器/气缸连结部件120的加热器相反侧端部120B接触，并热连接。由此，套筒30HR经由套筒支承部32与加热器105热连接。如上所述，由于套筒支承部32由优良导热体构成，因此，套筒30HR与加热器105热连接。 
在本实施方式中，加热器105是将多个工作流体通过的管捆束而构成。如图4所示，在加热器/气缸连结部件120上设置有多个所述管的开口部105TU。工作流体从该开口部105TU出入于套筒30HR的内部。 
套筒支承部32中，在套筒30HR与气缸体30HB之间设置规定间隔，将套筒30HR保持在气缸体30HB的内部。在本实施方式中，在气缸体30HB的加热器105侧的端部上安装有套筒支承部32。气缸体30HB的加热器105侧的端部具有开口部，并且在所述端部上形成有台阶部KDB。即，距离开口部近的部位内径形成得大。 
如图5所示，套筒支承部32中，安装在气缸体30HB上的部分具有台阶部KDR，所述台阶部KDR以对应于在气缸体30HB的所述端部上形成的台阶部KDB的形状形成。而且，如果将套筒支承部32安装在气缸体30HB上，则套筒支承部32的台阶部KDR与气缸体30HB的台阶部KDB嵌合。由此，由于套筒支承部32相对于气缸体30HB定位，因此，套筒30HR在其与气缸体30HB之间设置规定间隔而被配置在气缸体30HB的内部。 
也可以在套筒支承部32与气缸体30HB之间设置绝热部件。由此，由于能够抑制经过套筒支承部32而向气缸体30HB传递的加热器105的热，因此，加热器105的热向套筒30HR传递的比例增加。其结果，能够更加有效地抑制套筒30HR的温度下降，从而更加有效地减小活塞-气缸间温度差。 
套筒30HR的径向上的壁厚tr相对于套筒支承部32的径向上的壁厚、气缸体30HB的壁厚小。例如，如果加热器105的温度变化，则工作流体的温度变化，随之，高温侧活塞20H的温度也变化。如果加热器105的温度变化，则从加热器105向套筒30HR的传热量也变化，但是由于使套筒30HR的壁厚tr较小，由此使套筒30HR容易升温，因此套筒30HR的温度迅速对应于所述传热量的变化而变化。其结果，由于高温侧活塞20H的温度与套筒30HR的温度同样变化，因此，抑制了活塞-气缸间温度差的变化。由此，由于抑制了高温侧活塞20H与套筒30HR之间的间隙的变化，因此，能够使斯特林发动机100稳定运转。 
图7是表示将本实施方式的斯特林发动机用于内燃机的废热回收时的构成例的示意图。在本实施方式中，将斯特林发动机100的输出经由斯特林发动机用变速器5向内燃机用变速器4输入，与内燃机1的输出合成而取出。 
在本实施方式中，内燃机1搭载在例如乘用车、卡车等车辆上，作为所述车辆的动力源。内燃机1在所述车辆的行驶中作为主要动力源产生输出。另一方面，斯特林发动机100在废气Ex的温度没有达到某种程度的温度时，不能产生所需最低限度的输出。因此，在本实施方式中，斯特林发动机100在内燃机1排出的废气Ex的温度超过规定温度时，从内燃机1的废气Ex回收热能而产生输出，与内燃机1一起驱动所述车辆。这样，斯特林发动机100成为所述车辆的从动力源。 
斯特林发动机100所具备的加热器105配置在内燃机1的排气通路2内。另外，也可以在排气通路2内配置斯特林发动机100的再生器(参照图1)106。斯特林发动机100具备的加热器105设置在排气通路2上设置的中空的加热器箱3内。 
在本实施方式中，使用斯特林发动机100回收的废气Ex的热能，通过斯特林发动机100转换为动能。在斯特林发动机100的输出轴即曲轴110上，安装有作为动力断续单元的离合器6，斯特林发动机100的输出经由离合器6传递给斯特林发动机用变速器5。 
内燃机1的输出经由内燃机1的输出轴1s输入给内燃机用变速器4。并且，内燃机用变速器4将内燃机1的输出与从斯特林发动机用变速器5输出的斯特林发动机100的输出合成，输出给变速器输出轴9，经由差动齿轮10驱动驱动轮11。 
在此，作为动力断续单元的离合器6设置在内燃机用变速器4与斯特林发动机100之间。在本实施方式中，设置在斯特林发动机用变 速器5的输入轴5s与斯特林发动机100的曲轴110之间。离合器6通过卡合、释放而使斯特林发动机100的曲轴110与斯特林发动机用变速器5的输入轴5s之间的机械连接断续。在此，离合器6由发动机ECU50控制。 
如果卡合离合器6，则斯特林发动机100的曲轴110与内燃机1的输出轴1s经由斯特林发动机用变速器5及内燃机用变速器4直接连结。由此，斯特林发动机100产生的输出与内燃机1产生的输出由内燃机用变速器4合成，从变速器输出轴9被取出。另一方面，如果释放离合器6，则内燃机1的输出轴1s与斯特林发动机100的曲轴110断开而旋转。 
图7所示的斯特林发动机100所具备的气缸(至少高温侧气缸)是上述结构。由此，因为能够将活塞及气缸的温度维持在同等程度，因此，即使活塞从高温的工作流体受热而向径向热膨胀，气缸也与活塞同样地向径向热膨胀。由此，能够抑制活塞与气缸之间的间隙急剧减小，从而避免活塞与气缸的接触。其结果，即使车辆上搭载的斯特林发动机100接受振动而导致活塞与气缸之间的间隙发生变化，起因于朝向活塞的径向的热膨胀而产生的、所述台阶部的活塞与气缸之间的间隙急剧减小的影响也被降低。 
由此，在车辆行驶中使斯特林发动机100运转时，能够降低活塞与气缸接触的可能，因此，能够使斯特林发动机100稳定运转，并且能够抑制活塞及气缸的耐久性下降。这样，将本实施方式的斯特林发动机100用于车辆上搭载的内燃机1的废热回收时，能够稳定地回收废热，并且能够确保充分的耐久性。 
以上，在本实施方式中，提供一种使气体轴承介于活塞与气缸之间的活塞式发动机，具备经过加热所述活塞式发动机的工作流体的加热器后的所述工作流体流入的套筒，该套筒与所述加热器热连接，并 且在所述套筒的外侧配置外壳，由所述套筒与所述外壳的双层结构构成气缸。由此，能够减小构成气缸的套筒的温度与活塞的温度之间的温度差，抑制两者的热膨胀差，因此，能够避免两者的接触。并且，由于能够将套筒与活塞之间的间隙维持在设定的值，因此，能够可靠地发挥气体轴承的功能。特别是在使气体轴承介于活塞与气缸之间的构成中，活塞与气缸之间的间隙非常小，因此，由于活塞的热膨胀，活塞与气缸容易接触。但是，根据本实施方式，由于能够抑制活塞与气缸接触的可能，可靠地发挥气体轴承的功能，因此是优选的。 
如上所述，本发明的活塞式发动机及斯特林发动机，对于不使用活塞环而通过气体轴承将活塞支承在气缸内的活塞式发动机有用，特别适于避免活塞与气缸的接触。 

Claims (7)

1.一种活塞式发动机，其特征在于，包括：
气缸，具有套筒与外壳，经过加热工作流体的加热器后的所述工作流体流入所述套筒，并且所述套筒与所述加热器热连接，所述外壳配置在所述套筒的外侧；
活塞，根据所述工作流体的压力变化而在所述套筒的内部往复运动；以及
气体轴承，形成在相对配置的所述套筒的内周面与所述活塞的外周面之间，
形成所述气体轴承的部分，在所述套筒与所述外壳之间设有不同于所述工作流体的气体层，使得所述套筒与所述外壳不发生金属接触，
至少可形成所述气体轴承的部分为在所述套筒的外侧配置所述外壳的双层结构，
在此，热连接是指将所述套筒与所述加热器经由不同于所述工作流体的传热结构连接以使所述加热器的热良好地向所述套筒传递的构成方式，
遍及形成所述气体轴承的全长，在与所述气体层延伸的方向垂直的方向上，所述外壳及所述套筒相距大致相等的距离。
2.如权利要求1所述的活塞式发动机，其中，
所述套筒与所述外壳分别由不同的结构体构成，并且，所述套筒在所述加热器侧的端部设有套筒支承部，
所述套筒通过在所述外壳的一端部安装所述套筒支承部而安装在所述外壳上，并且与所述加热器连结。
3.如权利要求1或2所述的活塞式发动机，其中，所述套筒与所述外壳具有规定间隔而配置。
4.如权利要求1所述的活塞式发动机，其中，所述外壳支承作用于所述气缸的与所述气缸的中心轴平行的方向上的力，另外，所述套筒承受存在于所述套筒内部的所述工作流体的压力。
5.一种斯特林发动机，其特征在于，包括：
热交换器，构成为包括加热器、再生器及冷却器，所述加热器加热工作流体，所述再生器与所述加热器连接，并且所述工作流体经过所述再生器，所述冷却器与所述再生器连接且冷却所述工作流体；
气缸，具有套筒与外壳，经过所述加热器后的所述工作流体流入所述套筒，并且所述套筒与所述加热器热连接，所述外壳配置在所述套筒的外侧；
活塞，根据所述工作流体的压力变化而在所述套筒的内部往复运动；以及
气体轴承，形成在相对配置的所述套筒的内周面与所述活塞的外周面之间，
形成所述气体轴承的部分，在所述套筒与所述外壳之间设有不同于所述工作流体的气体层，使得所述套筒与所述外壳不发生金属接触，
至少可形成所述气体轴承的部分为在所述套筒的外侧配置所述外壳的双层结构，
在此，热连接是指将所述套筒与所述加热器经由不同于所述工作流体的传热结构连接以使所述加热器的热良好地向所述套筒传递的构成方式，
遍及形成所述气体轴承的全长，在与所述气体层延伸的方向垂直的方向上，所述外壳及所述套筒相距大致相等的距离。
6.如权利要求5所述的斯特林发动机，其中，所述活塞由近似直线机构支承。
7.如权利要求5所述的斯特林发动机，其中，
在所述斯特林发动机具备多个气缸及活塞的情况下，至少一个所述气缸使所述加热器与所述套筒热连接，并且由具有所述套筒及配置在所述套筒外侧的外壳的双层结构构成。
CN200880117934.6A 2007-11-29 2008-11-20 活塞式发动机及斯特林发动机 Expired - Fee Related CN101878362B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007309369A JP4858424B2 (ja) 2007-11-29 2007-11-29 ピストン機関及びスターリングエンジン
JP2007-309369 2007-11-29
PCT/JP2008/071150 WO2009069530A1 (ja) 2007-11-29 2008-11-20 ピストン機関及びスターリングエンジン

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101878362A CN101878362A (zh) 2010-11-03
CN101878362B true CN101878362B (zh) 2014-05-21

Family

ID=40678431

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200880117934.6A Expired - Fee Related CN101878362B (zh) 2007-11-29 2008-11-20 活塞式发动机及斯特林发动机

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20100257858A1 (zh)
EP (1) EP2216535B1 (zh)
JP (1) JP4858424B2 (zh)
CN (1) CN101878362B (zh)
WO (1) WO2009069530A1 (zh)

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7866157B2 (en) 2008-05-12 2011-01-11 Cummins Inc. Waste heat recovery system with constant power output
US8544274B2 (en) 2009-07-23 2013-10-01 Cummins Intellectual Properties, Inc. Energy recovery system using an organic rankine cycle
US8627663B2 (en) 2009-09-02 2014-01-14 Cummins Intellectual Properties, Inc. Energy recovery system and method using an organic rankine cycle with condenser pressure regulation
JP5418358B2 (ja) * 2010-03-26 2014-02-19 トヨタ自動車株式会社 スターリングエンジン
CN103237961B (zh) 2010-08-05 2015-11-25 康明斯知识产权公司 采用有机朗肯循环的排放临界增压冷却
US8752378B2 (en) 2010-08-09 2014-06-17 Cummins Intellectual Properties, Inc. Waste heat recovery system for recapturing energy after engine aftertreatment systems
DE112011102675B4 (de) 2010-08-11 2021-07-15 Cummins Intellectual Property, Inc. Geteilter Radiatoraufbau zur Wärmeabfuhroptimierung für ein Abwärmeverwertungssystem
CN103180554B (zh) 2010-08-13 2016-01-20 康明斯知识产权公司 使用换能装置旁通阀进行兰金循环冷凝器压力控制
CN102094708B (zh) * 2010-12-20 2014-11-19 罗吉庆 自冷回热式活缸式燃料-空气发动机
DE112011104516B4 (de) 2010-12-23 2017-01-19 Cummins Intellectual Property, Inc. System und Verfahren zur Regulierung einer EGR-Kühlung unter Verwendung eines Rankine-Kreisprozesses
US8826662B2 (en) 2010-12-23 2014-09-09 Cummins Intellectual Property, Inc. Rankine cycle system and method
DE102012000100A1 (de) 2011-01-06 2012-07-12 Cummins Intellectual Property, Inc. Rankine-kreisprozess-abwärmenutzungssystem
WO2012096958A1 (en) 2011-01-10 2012-07-19 Cummins Intellectual Property, Inc. Rankine cycle waste heat recovery system
US8919328B2 (en) 2011-01-20 2014-12-30 Cummins Intellectual Property, Inc. Rankine cycle waste heat recovery system and method with improved EGR temperature control
US8707914B2 (en) 2011-02-28 2014-04-29 Cummins Intellectual Property, Inc. Engine having integrated waste heat recovery
JP5532034B2 (ja) * 2011-09-26 2014-06-25 トヨタ自動車株式会社 スターリングエンジン
CN102562355A (zh) * 2012-02-22 2012-07-11 罗吉庆 一种低排放套缸联合发动机
CN102678383B (zh) * 2012-06-05 2014-10-08 合肥工业大学 一种分置式自由活塞斯特林发动机
US8893495B2 (en) 2012-07-16 2014-11-25 Cummins Intellectual Property, Inc. Reversible waste heat recovery system and method
JP5972695B2 (ja) * 2012-07-19 2016-08-17 本田技研工業株式会社 スターリングエンジン
US9140209B2 (en) 2012-11-16 2015-09-22 Cummins Inc. Rankine cycle waste heat recovery system
US9845711B2 (en) 2013-05-24 2017-12-19 Cummins Inc. Waste heat recovery system
US10605209B2 (en) * 2015-10-28 2020-03-31 Cummins Inc. Thermal management via exhaust gas recirculation
US10781771B1 (en) * 2019-09-22 2020-09-22 Ghasem Kahe Automatic cooling system for combustion engine

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL158590B (nl) * 1973-01-02 1978-11-15 Philips Nv Heetgaszuigermotor.
NL7705363A (nl) * 1977-05-16 1978-11-20 Philips Nv Heetgasmotor.
JPS55104550A (en) * 1979-02-06 1980-08-11 Nissan Motor Co Ltd Expansion cylinder for thermal gas engine
JPS5712267A (en) * 1980-06-25 1982-01-22 Yoshihiro Ishizaki Cylinder construction of closed cycle gas engine
US4574591A (en) * 1983-08-29 1986-03-11 Helix Technology Corporation Clearance seals and piston for cryogenic refrigerator compressors
US4802332A (en) * 1987-11-20 1989-02-07 Sunpower, Inc. Sliding surface lubrication particularly advantageous for a free piston stirling engine
JPH04311656A (ja) * 1991-04-09 1992-11-04 Naoji Isshiki ワットリンクを持つスターリングサイクル機器
US6694731B2 (en) * 1997-07-15 2004-02-24 Deka Products Limited Partnership Stirling engine thermal system improvements
US20010042373A1 (en) * 1997-11-15 2001-11-22 Bliesner Wayne T. Apparatus and method for throttling a heat engine
JP2000045868A (ja) * 1998-07-28 2000-02-15 Sharp Corp スターリングエンジン
WO2003006812A1 (en) * 2001-07-13 2003-01-23 Wayne Thomas Bliesner Dual shell stirling engine with gas backup
GB0301718D0 (en) * 2003-01-24 2003-02-26 Microgen Energy Ltd A stirling engine assembly
CN1820169A (zh) * 2003-07-08 2006-08-16 夏普株式会社 斯特林发动机
JP3783706B2 (ja) 2003-10-01 2006-06-07 トヨタ自動車株式会社 スターリングエンジン及びそれを備えたハイブリッドシステム
JP4135608B2 (ja) * 2003-10-01 2008-08-20 トヨタ自動車株式会社 ピストン機関
JP3796498B2 (ja) * 2003-10-30 2006-07-12 独立行政法人 宇宙航空研究開発機構 スターリングエンジン
JP3765822B2 (ja) * 2004-06-03 2006-04-12 シャープ株式会社 スターリング機関
US7296408B2 (en) * 2004-09-21 2007-11-20 Pierce Michael R Heat engine
CN102278229B (zh) * 2004-12-27 2014-04-16 丰田自动车株式会社 活塞设备、斯特林发动机和外燃机
JP4059248B2 (ja) * 2004-12-27 2008-03-12 トヨタ自動車株式会社 ピストン装置、スターリングエンジン
JP4120643B2 (ja) * 2005-01-07 2008-07-16 トヨタ自動車株式会社 ピストン装置
JP4341593B2 (ja) * 2005-06-29 2009-10-07 トヨタ自動車株式会社 排熱回収装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
附图1-8.

Also Published As

Publication number Publication date
JP2009133246A (ja) 2009-06-18
EP2216535B1 (en) 2013-05-29
CN101878362A (zh) 2010-11-03
WO2009069530A1 (ja) 2009-06-04
US20100257858A1 (en) 2010-10-14
EP2216535A4 (en) 2012-04-25
EP2216535A1 (en) 2010-08-11
JP4858424B2 (ja) 2012-01-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101878362B (zh) 活塞式发动机及斯特林发动机
US7644581B2 (en) Stirling engine
AU728568B2 (en) Stirling engine
CN101283176A (zh) 具有两个双活塞单元的4循环斯特林机器
US5076058A (en) Heat transfer head for a Stirling cycle machine
JPS58500450A (ja) 並列流熱交換器を持つスタ−リングエンジン
WO1997027390A1 (en) Modular contruction stirling engine
WO1997027390A9 (en) Modular contruction stirling engine
CN100516492C (zh) 排气热回收装置
CN105756804A (zh) 一种用于自由活塞斯特林发动机的热端换热器
EP1739298A2 (en) Exhaust heat recovery apparatus
CN103644026B (zh) 余热加力气动内燃机
JP4609577B2 (ja) ピストン機関
US8776516B2 (en) Exhaust heat recovery system
JP4059248B2 (ja) ピストン装置、スターリングエンジン
CN101644205B (zh) 活塞式膨胀机及其活塞和二者的应用
KR101022456B1 (ko) 스터링 엔진
Gehlot et al. Development and fabrication of Alpha Stirling Engine
US20130061826A1 (en) Stirling engine gas lubrication structure
CN203756325U (zh) 余热加力气动内燃机
JP4301082B2 (ja) ピストン装置
RU2757746C1 (ru) Тепловой блок двигателя Стирлинга
JP2006188956A (ja) ピストン機関
JP2009127518A (ja) ピストン機関及びスターリングエンジン
JP4239900B2 (ja) スターリングエンジン

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20140521

Termination date: 20161120