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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Stirlingmotor und insbesondere
auf einen Stirlingmotor, der dazu geeignet ist, einen Arbeitsgasdruck
des Stirlingmotors zu erhöhen.
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In
den vergangenen Jahren haben Stirlingmotoren, die eine exzellente
theoretische thermische Effizienz aufweisen, die Aufmerksamkeit
als eine Kraftmaschine mit äußerer Verbrennung
auf sich gezogen, die eine Abwärme
von einer an einem Fahrzeug, wie zum Beispiel einem Automobil, einem
Bus oder einem Lastkraftwagen montierten Kraftmaschine mit innerer
Verbrennung ebenso wie die Abwärme von
Fabriken sammelt.
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Die
Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. S64-342 offenbart ein Ausgabesteuergerät für einen
Stirlingmotor, der ein Verbindungsrohr aufweist, das einen Arbeitsraum
und ein Kurbelgehäuse
und einen Akkumulator verbindet.
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Es
ist eine effiziente Erhöhung
des Arbeitsgasdrucks des Stirlingmotors erwünscht. Insbesondere dann, wenn
eine Druckbeaufschlagungsvorrichtung, wie zum Beispiel eine Druckbeaufschlagungspumpe,
verwendet werden soll, ist eine Verringerung der zur Druckbeaufschlagung
aufzuwendenden Energie erwünscht.
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In
Hinsicht auf das oben genannte ist es eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, einen Stirlingmotor zu schaffen, der in der Lage ist,
einen Arbeitsgasdruck effizient zu erhöhen.
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Ein
Stirlingmotor gemäß einem
Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung hat einen Strömungspfad,
der einen Arbeitsraum des Stirlingmotors und eine Außenseite
des Stirlingmotors verbindet. Von der Außenseite des Stirlingmotors
wird ein Arbeitsgas über
den Strömungspfad
auf Grundlage eines Differenzdrucks des Arbeitsraums und der Außenseite
des Stirlingmotors zu dem Arbeitsraum zugeführt.
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In
dem Stirlingmotor ist der Strömungspfad mit
einem Filter versehen, der verhindert, dass Verunreinigungen über den
Strömungspfad
von der Außenseite
den Arbeitsraum betreten.
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In
dem Stirlingmotor wird das Arbeitsgas von der Außenseite des Stirlingmotors über den
Strömungspfad
in den Arbeitsraum zugeführt,
wenn ein Druck des Arbeitsgases in dem Arbeitsraum niedriger als
ein Durchschnittswert des Drucks des Arbeitsgases in dem Arbeitsraum
in einem Zyklus bzw. Kreislauf ist.
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In
dem Stirlingmotor wird von der Außenseite des Stirlingmotors
ein Arbeitsgas eines Åtmosphärendrucks über den
Strömungspfad
in den Arbeitsraum zugeführt.
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Der
Stirlingmotor weist ferner eine Druckfluidzuführeinheit auf, die an der Außenseite
des Stirlingmotors an dem Strömungspfad
angeschlossen ist, um ein druckbeaufschlagtes Arbeitsgas zuzuführen.
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In
dem Stirlingmotor ist die Druckfluidzuführeinheit eine Kolbenpumpe.
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In
dem Stirlingmotor ist die Kolbenpumpe so vorgesehen, dass eine Phase
eines Innenzylinderdrucks der Kolbenpumpe eine zu dem Druck des
Arbeitsgases in dem Arbeitsraum entgegengesetzte Phase ist.
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Der
Stirlingmotor hat ferner ein Verbindungsrohr, das den Arbeitsraum
mit einem Kurbelgehäuse des
Stirlingmotors verbindet und er hat eine Öffnungs- und Schließeinheit,
die das Verbindungsrohr öffnet
und schließt.
Die Öffnungs-
und Schließeinheit ist
in einen Zustand gebracht, in den das Verbindungsrohr offen ist,
wenn der Druck des Arbeitsgases in dem Arbeitsraum höher als
ein Druck des Kurbelgehäuses
ist.
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In
dem Stirlingmotor ist der Strömungspfad so
vorgesehen, dass der Strömungspfad
den Arbeitsraum an einer Niedertemperaturseite des Stirlingmotors
mit der Außenseite
des Stirlingmotors verbindet.
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Der
Stirlingmotor hat ferner einen Zylinder und einen Kolben, der sich
in dem Zylinder hin- und herbewegt. Der Kolben bewegt sich in dem
Zylinder hin und her, wobei der Zylinder mit einem zwischen dem
Zylinder und dem Kolben vorgesehenen Luftlager luftdicht gehalten
wird.
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Der
Stirlingmotor hat ferner einen Nahezu-Linear-Mechanismus, der an den Kolben angeschlossen
ist, so dass der Nahezu-Linear-Mechanismus eine nahezu lineare Bewegung
macht, wenn sich der Kolben in dem Zylinder hin und herbewegt.
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Ein
Hybridsystem gemäß einem
weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung weist einen Stirlingmotor
gemäß der vorliegenden
Erfindung und eine Kraftmaschine mit innerer Verbrennung bzw. Brennkraftmaschine
eines Fahrzeugs auf. Der Stirlingmotor ist an dem Fahrzeug montiert
und eine Heizvorrichtung des Stirlingmotors ist vorgesehen, um Wärme von
einem Abgassystem der Brennkraftmaschine zu erhalten.
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In
dem Hybridsystem hat der Stirlingmotor zumindest zwei Zylinder und
einen Wärmetauscher, der
eine Kühleinrichtung,
einen Generator und die Heizeinrichtung aufweist. Der Wärmetauscher
ist so konfiguriert, dass zumindest ein Abschnitt des Wärmetauschers
eine Kurve bildet, die die beiden Zylinder verbindet. Die Kurve
ist dazu angepasst, die oberen Abschnitte der beiden Zylinder zu
verbinden, wobei eine Abmessung eines Innendurchmessers des Abgasrohrs
der Brennkraftmaschine nahezu gleich wie ein Abstand zwischen einem
Endabschnitt der Heizeinrichtung und einem obersten Abschnitt der Heizeinrichtung
ist.
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In
dem Hybridsystem ist der Stirlingmotor an dem Fahrzeug angebracht,
so dass sich die Kolben des Stirlingmotors im wesentlichen horizontal
hin und herbewegen.
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In
Hinsicht auf das vorgenannte ist es eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung einen Stirlingmotor zu schaffen, der in der Lage ist,
einen Arbeitsgasdruck effizient zu erhöhen.
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Gemäß dem Stirlingmotors
der vorliegenden Erfindung ist eine effiziente Erhöhung des
Arbeitsgasdrucks ermöglicht.
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Die
vorgenannten und weitere Aufgaben, Merkmale, Vorteile und technische
und industrielle Bedeutungen dieser Erfindung werden durch ein Studium
der nachstehenden ausführlichen
Beschreibung der gegenwärtig
bevorzugten Ausführungsbeispiele
der Erfindung unter Berücksichtigung
der beiliegenden Zeichnungen besser verstanden.
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1 ist
eine schematische Schnittansicht einer Struktur eines Stirlingmotors
gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
ein Graph eines Innenzylinderdrucks vor dem Druckbeaufschlagen eines
Kurbelgehäuses
in dem Stirlingmotor gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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3 ist
ein Graph eines Innenzylinderdrucks nach dem Druckbeaufschlagen
des Kurbelgehäuses
in dem Stirlingmotor gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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4 ist
eine schematische Schnittansicht eines Stirlingmotors gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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5 ist
eine schematische Schnittansicht einer Struktur eines Stirlingmotors
gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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6A ist
ein Graph eines Innenzylinderdrucks vor dem Schließen eines
Ventils in dem Stirlingmotor gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung und
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6B ist
ein Graph des Innenzylinderdrucks nach dem Schließen des
Ventils in dem Stirlingmotor gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung;
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7 ist
ein Graph eines Innenzylinderdrucks vor der Druckbeaufschlagung
eines Kurbelgehäuses
in einem Stirlingmotor gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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8 ist
eine schematische Schnittansicht einer Struktur des Stirlingmotors
gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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9 ist
eine schematische Schnittansicht einer Struktur des Stirlingmotors
gemäß einem
fünften
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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10 ist
ein Graph eines Innenzylinderdrucks des Stirlingmotors und des Innenzylinderdrucks
einer Kolbenpumpe in dem Stirlingmotor gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung;
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11 ist
eine Schnittansicht einer bekannten Grundstruktur des Stirlingmotors
gemäß den Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung;
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12 ist
eine Draufsicht eines Montagezustands einer Brennkraftmaschine und
des Stirlingmotors der Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung;
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13 ist
ein Graph des Innenzylinderdrucks des Stirlingmotors gemäß den Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung; und
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14 ist
ein erläuterndes
Schaubild eines Nahezu-Linear-Mechanismus,
der auf den Stirlingmotor gemäß den Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung angewandt wird.
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Im
folgenden werden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen
Stirlingmotoren gemäß den Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Die
nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele
beziehen sich auf die Druckbeaufschlagung eines Arbeitsraums, d.h.,
auf das Erhöhen des
Arbeitsgasdrucks, und auf die Druckbeaufschlagung eines Kurbelgehäuses 41.
Zunächst
wird eine in allen Ausführungsbeispielen
gleiche Struktur beschrieben und danach werden Beschreibungen der Druckbeaufschlagung
des Arbeitsraums (d.h., Erhöhung
des Arbeitsgasdrucks) und des Kurbelgehäuses 41 gemäß den Ausführungsbeispielen
beschrieben.
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11 ist
eine Frontschnittansicht eines Stirlingmotors der Ausführungsbeispiele.
Wie in 11 gezeigt ist, ist der Stirlingmotor
der Ausführungsbeispiele
ein Stirlingmotor 10 einer α-Bauweise (Bauweise mit zwei
Kolben) und ist mit zwei Kraftkolben 20 und 30 versehen.
Die beiden Kraftkolben 20 und 30 sind parallel
in Reihe angeordnet. Ein Kolben 31 des Kraftkolbens 30 an
einer Niedertemperaturseite ist so angeordnet, dass sich der Kolben 31 mit einer
Phasendifferenz von 90 Grad eines Kurbelwinkels mit Bezug auf einen
Kolben 21 des Kraftkolbens 20 an einer Hochtemperaturseite
bewegt, wie dies in 13 gezeigt ist.
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Ein
durch eine Heizeinrichtung 47 aufgewärmtes Arbeitsfluid strömt in einen
Raum (Expansionsraum) in einem oberen Bereich eines Zylinders 22 (im
Weiteren als hochtemperaturseitiger Zylinder bezeichnet) des Kraftkolbens 20 an
der Hochtemperaturseite. Ein durch eine Kühleinrichtung 45 gekühltes Arbeitsfluid
strömt
in einen Raum (Kompressionsraum) in einem oberen Bereich eines Zylinders 32 (im Weiteren
als niedertemperaturseitiger bezeichnet) des Kraftkolbens 30 an
der Niedertemperaturseite.
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Ein
Regenerator (regenerativer Wärmetauscher) 46 speichert
eine Wärme
während
das Arbeitsfluid zwischen dem Expansionsraum und dem Kompressionsraum
vor und zurück
strömt.
Mit anderen Worten nimmt der Regenerator 46 Wärme von dem
Arbeitsfluid auf, wenn das Arbeitsfluid von dem Expansionsraum zu
dem Kompressionsraum strömt, wohingegen
die gespeicherte Wärme
zu dem Arbeitsfluid übertragen
wird, wenn das Arbeitsfluid von dem Kompressionsraum zu dem Expansionsraum strömt.
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Das
durch die beiden Kolben 21 und 31 (im Weiteren
auch als Expansionskolben 21 und Kompressionskolben 31 bezeichnet)
verursachte Hin- und Herströmen
des Arbeitsfluids ändert
das Verhältnis
des Arbeitsfluids in dem Expansionsraum des hochtemperaturseitigen
Zylinders 22 und in dem Kompressionsraum des niedertemperaturseitigen Zylinders 32 so
wie das Gesamtvolumen des Fluids in den Räumen, so dass Druckänderungen
verursacht werden. Wenn die Beziehung zwischen dem Druckniveau und
den Stellungen der Zylindern 21 und 31 verglichen
wird, ist der Druck im Wesentlichen dann höher, wenn sich der Expansionskolben 21 in einer
niedrigeren Stellung befindet, als wenn er sich in einer höheren Stellung
befindet, wohingegen der Druck im Wesentlichen dann niedriger ist,
wenn sich der Kompressionskolben 31 in einer niedrigeren
Stellung befindet, als wenn er sich in einer höheren Stellung befindet. Somit
führt der
Expansionskolben 21 eine positive Arbeit (Expansionsarbeit)
einer beträchtlichen
Menge zur Außenseite
durch, wohingegen der Kompressionskolben 31 von der Außenseite einer
Arbeit empfangen muss. Die Expansionsarbeit wird teilweise für die Kompressionsarbeit
verwendet und der Rest wird über
eine Antriebswelle 40 als eine Ausgabe gewonnen.
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Der
Stirlingmotor der Ausführungsbeispiele wird
mit einer Hauptkraftmaschine 200, beispielsweise einer
Dieselkraftmaschine oder einer Brennkraftmaschine, in einem Fahrzeug
verwendet, wie dies in 12 gezeigt ist, wodurch ein
Hybridsystem gebildet wird. Mit anderen Worten ist der Stirlingmotor 10 eine
Abgaswärmesammeleinheit,
die das Abgas von der Hauptkraftmaschine 200 als eine Wärmequelle verwendet.
Mit der in einem Abgasrohr 100 der Hauptkraftmaschine 200 des
Fahrzeugs platzierten Wärmeeinrichtung 47 des
Stirlingmotors 10 wärmt die
von dem Abgas gesammelte Wärmeenergie
das Arbeitsfluid auf, wodurch der Stirlingmotor 10 gestartet
wird.
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Da
der Stirlingmotor 10 der Ausführungsbeispiele in einem beschränkten Raum
in dem Fahrzeug platziert ist, d.h., die Heizeinrichtung 47 in
dem Abgasrohr 100 aufgenommen ist, ist dessen Gesamtstruktur
bevorzugter Weise kompakt gefertigt, um den Freiheitsgrad bei der
Installation zu erhöhen.
Zu diesem Zweck sind die beiden Zylinder 22 und 32 in dem
Stirlingmotor 10 nicht in einer V-Konfiguration angeordnet,
sondern sie sind in einem Parallelreihenlayout platziert.
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Die
Heizeinrichtung 47 ist so in dem Abgasrohr 100 angeordnet,
dass sich eine Seite der Heizeinrichtung 47 an der Seite
des hochtemperaturseitigen Zylinders an einer stromaufwärtigen Seite 100a (eine
Seite, die der Hauptkraftmaschine 200 näher ist) des Abgases befindet,
wo das Abgas mit einer relativ hohen Temperatur in dem Abgasrohr 100 strömt, wohingegen
sich eine Seite der Heizvorrichtung 47 an der Seite des
niedertemperaturseitigen Zylinders 32 an einer stromabwärtigen Seite 100b (eine
Seite, die von der Hauptkraftmaschine 20 weiter weg ist) befindet,
wo ein Abgas einer relativ niedrigen Temperatur strömt. Eine
solche Anordnung soll die Seite der Heizeinrichtung 47 an
der Seite des hochtemperaturseitigen Zylinders 22 auf ein
höheres
Niveau aufwärmen.
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Sowohl
der hochtemperaturseitige Zylinder 22 als auch der niedertemperaturseitige
Zylinder 32 sind in einer Zylindergestalt ausgebildet und
durch eine Grundplatte 42 gestützt, die als eine Grundlinie dient.
In den Ausführungsbeispielen
dient die Grundplatte 42 dazu, eine Referenzposition für jeweilige Komponenten
des Stirlingmotors 10 bereitzustellen. Mit einer solchen
Struktur kann eine relative Lagegenauigkeit jeweiliger Komponenten
des Stirlingmotors 10 sichergestellt werden. Außerdem kann
die Grundplatte 42 als Referenz zum Anbringen des Stirlingmotors 10 an
dem Abgasrohr 100 (Abgaspfad), das die zu sammelnde Abgaswärme bereitstellt,
verwendet werden.
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Die
Grundplatte 42 ist an einem Flansch 100f des Abgasrohrs 100 über ein
wärmeisolierendes
Material (einen nicht gezeigten Abstandshalter) befestigt. Zudem
ist die Grundplatte 42 an einem Flansch 22f befestigt,
der an einer Seitenfläche
(Außenumfangsfläche) 22c des
hochtemperaturseitigen Zylinders 22 vorgesehen ist. Die
Grundplatte 42 ist zudem an einem Flansch 46f befestigt,
der an einer Seitenfläche
(Außenumfangsfläche) 46c des
Regenerators 46 vorgesehen ist.
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Das
Abgasrohr 100 ist über
die Grundplatte 42 an dem Stirlingmotor 10 angebracht.
Der Stirlingmotor 10 ist so an der Grundplatte 42 angebracht, das
eine Endfläche
(eine obere Fläche
eines oberen Abschnitts 22b) des hochtemperaturseitigen
Zylinders 22, an der die Heizeinrichtung 47 angeschlossen
ist, und eine Endfläche
(eine obere Fläche 32a) des
niedertemperaturseitigen Zylinders 32, an der die Kühleinrichtung 45 angeschlossen
ist, im Wesentlichen parallel zu der Grundplatte 42 sind.
Alternativ ist der Stirlingmotor 10 so an der Grundplatte 42 angebracht,
dass die Grundplatte 42 parallel zu einer Drehwelle einer
Kurbelwelle 61 (oder der Antriebswelle 40) ist,
oder so, dass eine Mittelachse des Abgasrohrs 100 parallel
zu der Drehwelle der Kurbelwelle 61 ist. Somit kann der
Stirlingmotor 10 einfach an dem Abgasrohr 100 einer
bestehenden Bauweise angebracht werden, ohne dass größere Gestaltungsänderungen
nötig sind.
Als ein Ergebnis kann der Stirlingmotor 10 an dem Abgasrohr 100 angebracht werden,
ohne die Charakteristiken, wie zum Beispiel die Leistung, die Montierbarkeit
und ein Geräuschverringerungsmerkmal
der Brennkraftmaschine des Fahrzeugs zu verschlechtern, von der
das Abgas gesammelt wird. Da der Stirlingmotor 10 einer
gleichen Spezifikation außerdem
an verschiedenen Abgasrohren angebracht werden kann, wobei lediglich
eine Änderung
der Spezifikation der Heizeinrichtung 47 nötig ist,
kann die Vielseitigkeit des Stirlingmotors verbessert werden.
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Der
Stirlingmotor 10 ist in einem Raum, der dem unter einem
Fahrzeugboden platzierten Abgasmotor 100 nah ist, horizontal
angeordnet. Mit anderen Worten ist der Stirlingmotor 10 so
angeordnet, dass die Achsen des hochtemperaturseitigen Zylinders 22 und
des niedertemperaturseitigen Zylinders 32 im Wesentlichen
parallel zu dem (nicht gezeigten) Fahrzeugboden sind. Die beiden
Kolben 21 und 31 bewegen sich horizontal hin und
her. In den Ausführungsbeispielen
werden eine obere Totpunktseite und eine unter Totpunktseite der
beiden Kolben 21 und 31 zur Vereinfachung der
Beschreibung als eine obere Richtung bzw. eine untere Richtung bezeichnet.
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Eine
höhere
Ausgabe kann erhalten werden, wenn ein mittlerer Druck (später beschriebenes
Pmean) des Arbeitsfluids höher
ist, da ein durch die Kühleinrichtung 45 und
die Heizeinrichtung 47 verursachter Differenzdruck bei
dem gleichen Temperaturunterschied größer ist. Folglich wird, wie
dies vorstehend beschrieben ist, das Arbeitsfluid in dem Arbeitsraum
des hochtemperaturseitigen Zylinders 22 und des niedertemperaturseitigen
Zylinders 32 bei einem hohen Druck beibehalten.
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Die
Kolben 21 und 31 sind in einer zylindrischen Gestalt
ausgebildet. Zwischen den Außenumfangsflächen der
Kolben 21 und 31 und der Innenumfangsflächen der
Zylinder 22 und 32 ist jeweils in winziger Spalt
von einigen zehn Mikrometern (μm)
vorgesehen. Das Arbeitsfluid (Luft) des Stirlingmotors 10 ist
in dem Spalt vorhanden. Die Kolben 21 und 31 sind
durch ein Luftlager 48 gestützt, so dass die Kolben jeweils
nicht mit den Zylindern 22 und 32 in Kontakt kommen.
Folglich sind um die Kolben 21 und 31 keine Kolbenringe
vorgesehen und es wird kein Schmiermittel eingesetzt, das gewöhnlicher
Weise zusammen mit den Kolbenringen verwendet wird. Jedoch ist an
der Innenumfangsfläche
der Zylinder 22 und 32 ein Reibungsminderer befestigt.
Obwohl der durch das Arbeitsfluid verursachte Widerstand des Luftlagers 48 gegen
die Gleitbewegung ursprünglich extrem
niedrig ist, ist der Reibungsminderer vorgesehen, um den Widerstand
noch mehr zu verringern. Wie vorstehend beschrieben ist, dient das
Luftlager 48 dazu, den Expansionsraum und den Kompressionsraum
mit dem Arbeitsfluid (Luft) luftdicht beizubehalten und es dichtet
den Spalt ohne Kolbenring und Schmiermittel.
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Die
Heizeinrichtung 47 hat eine Vielzahl von Wärmeübertragungsrohren
(Rohrgruppe) 47t, von denen jedes im Allgemeinen in einer
U-Gestalt ausgebildet ist. Ein erster Endabschnitt 47ta eines
jeden Wärmeübertragungsrohrs 47t ist
an dem oberen Abschnitt (Endfläche
an der Seite einer oberen Fläche 22a) 22b des
hochtemperaturseitigen Zylinders 22 angeschlossen. Ein
zweiter Endabschnitt 47tb eines jedes Wärmeübertragungsrohrs 47t ist
an einem oberen Abschnitt (Endfläche
an der Seite der Heizeinrichtung 47) 46a des Regenerators 46 angeschlossen.
Der Grund, warum die Heizeinrichtung 47 im Wesentlichen
in einer U-Gestalt ausgebildet ist, wie dies vorstehend beschrieben
ist, wird später
beschrieben.
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Der
Regenerator 46 weist ein Wärmespeichermaterial (nicht
gezeigtes Grundgerüst)
und ein das Grundgerüst
aufnehmendes Regeneratorgehäuse 46h auf.
Da das Regeneratorgehäuse 46h das
Arbeitsfluid mit hohem Druck aufnimmt, ist das Regeneratorgehäuse 46h als
ein luftdichter Behälter
ausgebildet. Der hier verwendete Regenerator 46 weist laminierte
Metallnetze als das Grundgerüst
auf.
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Der
Regenerator 46 muss die nachstehenden Bedingungen erfüllen, um
die vorstehend beschriebenen Funktionen zu realisieren. Der Regenerator 46 muss
eine hohe Wärmeübertragungsleistung,
eine hohe Wärmespeicherkapazität, einen niedrigen
Strömungswiderstand
(Strömungsverlust, Druckverlust),
eine niedrige Wärmeleitfähigkeit
in einer Richtung des Arbeitsfluidstroms und einen großen thermischen
Gradienten haben. Das Metallnetz kann aus rostfreiem Stahl ausgebildet
sein. Wenn das Arbeitsfluid jedes der laminierten Metallnetze passiert,
wird eine Wärme
des Arbeitsfluids übertragen
und in dem Metallnetz gespeichert.
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Ein
Verbindungsabschnitt (Gestalt eines Querschnitts) der Heizeinrichtung 47 mit
dem hochtemperaturseitigen Zylinder 22 ist in der selben
Gestalt und Größe wie der
Gestalt einer Öffnung
(perfekten Kreises) des oberen Abschnitts (eines Verbindungsabschnitts
mit der Heizvorrichtung 47) des hochtemperaturseitigen
Zylinders 22 ausgebildet. Auf ähnliche Weise ist ein Verbindungsabschnitt
der Heizeinrichtung 47 mit dem Regenerator 46 in
der gleichen Gestalt und Größe wie die
der oberen Fläche
des Regenerators 46 ausgebildet. Somit sind die Querschnitte
der Heizeinrichtung 47 und des Regenerators 46 in
der gleichen Gestalt und Größe wie die der Öffnungen
des hochtemperaturseitigen Zylinders 22 bzw. des niedertemperaturseitigen
Zylinders 32 ausgebildet. Mit einer solchen Struktur wird
der Widerstand eines Strömungspfads
(Strömungswiderstand)
des Arbeitsfluids verringert.
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Die
Kurbelwelle 61 ist mit Bezug auf das Kurbelgehäuse 41 durch
ein Lager drehbar gestützt.
In den Ausführungsbeispielen
ist an einer Seite des hochtemperaturseitigen Zylinders 22 ein
Gegengewicht 90 vorgesehen. Die Lage des Gegengewichts 90 ist
so ausgewählt,
dass der Einfluss auf die vertikale Größe des gesamten Stirlingmotors 10 minimiert wird.
In dem Raum an einer Seite des hochtemperaturseitigen Zylinders 22 kann
ein ausreichender Raum sichergestellt sein.
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Als
nächstes
wird der Grund beschrieben, warum die Heizeinrichtung 47 im
Wesentlichen in einer U-Gestalt (gekrümmten Gestalt) ausgebildet
ist, wie dies vorstehend beschrieben ist.
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Die
Wärmequelle
des Stirlingmotors 10 ist das Abgas der Hauptkraftmaschine 200 des
Fahrzeugs, wie dies vorstehend beschrieben ist, und nicht eine Wärmequelle,
die dem Stirlingmotor exklusiv gewidmet ist. Folglich ist die zu
erhaltene Wärmemenge nicht
sehr groß.
Der Stirlingmotor 10 muss mit einer kleinen von dem Abgas
erhaltenen Wärmemenge, beispielsweise
circa 800°C
anlaufen. Somit muss die Heizeinrichtung 47 des Stirlingmotors 10 die
Wärme von
dem Abgas in dem Abgasrohr 100 effizient aufnehmen.
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Ein
Volumen eines Wärmetauschers,
der die Heizeinrichtung 47, den Regenerator 46 und
die Kühleinrichtung 45 aufweist,
ist ein Leervolumen, das die Ausgabe nicht direkt beeinträchtigt.
Wenn das Volumen des Wärmetauschers
zunimmt, nimmt die Ausgabe des Stirlingmotors 10 ab. Wenn
andererseits der Wärmetauscher
ein kleines Volumen aufweist, wird der Wärmeaustausch schwierig und
die Menge von aufgenommener Wärme
nimmt ab, wodurch die Ausgabe des Stirlingmotors 10 verringert
wird. Folglich muss die Effizienz des Wärmetauschers verbessert werden,
um sowohl die Verringerung des Leervolumens als auch die Erhöhung der
aufgenommenen Wärmemenge
zu realisieren. Mit anderen Worten ist eine effiziente Aufnahme
von Wärme
durch die Heizeinrichtung 47 erforderlich.
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Um
eine effiziente Wärmeaufnahme
von dem Abgas in dem Abgasrohr 100 und den effizienten
Wärmetausch
zu realisieren, muss die Gesamtstruktur der Heizeinrichtung 47 in
einer angemessenen Situation in dem Abgasrohr 100 aufgenommen werden,
und die Kühleinrichtung 45 muss
sich außerhalb
des Abgasrohrs 100 befinden, um zu verhindern, dass sie
Wärme von
dem Abgas aufnimmt. Somit ist dann, wenn der Flansch 100f,
an dem das Abgasrohr 100 an dem Stirlingmotor 10 angebracht
ist, als Referenz genommen wird, eine Anbringstelle des niedertemperaturseitigen
Zylinders 32 zumindest um die Höhe der Kühleinrichtung 45 niedriger
als eine Anbringstelle des hochtemperaturseitigen Zylinders 22.
Somit ist eine Lage des in dem oberen Bereichs des niedertemperaturseitigen
Zylinders 32 ausgebildeten Kompressionsraums niedriger
als die Lage des in dem oberen Bereich des hochtemperaturseitigen Zylinders 22 ausgebildeten
Expansionsraums, und ein oberer Totpunkt des Kompressionskolbens 31 ist niedriger
als eine Lage eines oberen Totpunkts des Expansionskolbens 21.
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In
den Ausführungsbeispielen
sind an den Kolben 21 und 31 jeweils Kolbenstifte 60a und 60b mit
Verlängerungen
(Kolbenstützen) 64a und 64b unterschiedlicher
Größe angeschlossen,
um die Lagen der oberen Totpunkte des Druckbeaufschlagungskolbens 31 und
des Expansionskolbens 21 zu ändern. Da die Lage des oberen
Totpunkts des Expansionskolbens 21 höher als die des oberen Totpunkts
des Kompressionskolbens 31 ist, ist die an den Expansionskolbens 21 angeschlossene
Verlängerung 64a um
die Höhenlagendifferenz
der oberen Totpunkte länger
als die an dem Kompressionskolben 31 angeschlossene Verlängerung 64b.
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In
den Ausführungsbeispielen
sind der Expansionskolben 21 und der Kompressionskolben 31 so
ausgebildet, dass deren Längen
gleich sind. Mit anderen Worten sind die Abstände zwischen den oberen Flächen der
Kolben 21 und 31 und den Verbindungspunkten 21c und 31c mit
den Verlängerungen 64a und 64b der
Kolben 21 und 31 jeweils gleich gemacht. Daher
sind die Verlängerungen 64a und 64b mit
unterschiedlichen Längen
ausgebildet, um die oberen Totpunkte der Kolben 21 und 31 an
unterschiedlichen Stellen anzuordnen. Alternativ können die
Verlängerungen
des Expansionskolbens und des Kompressionskolbens mit der gleichen
Länge ausgebildet
sein und die Längen
des Expansionskolbens und des Kompressionskolbens können unterschiedlich
gefertigt sein. Somit können
die Lagen der oberen Totpunkte des Expansionskolbens und des Kompressionskolbens
unterschiedlich gemacht sein. Ein technischer Vorteil einer solchen
Struktur, bei der die vertikale Länge des Expansionskolbens an
sich länger
als die des Kompressionskolbens an sich gemacht ist, wird nachstehend
beschrieben.
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Um
eine Verschlechterung der Effizienz des Stirlingmotors 10 zu
unterdrücken
muss ein Raum außerhalb
des Expansionsraums in dem hochtemperaturseitigen Kraftkolben 20 und
ein Raum außerhalb des
Kompressionsraums in dem niedertemperaturseitigen Kraftkolben 30,
d.h. ein Raum um die Kurbelwelle 61 herum sowohl in dem
hochtemperaturseitigen Kraftkolben 20 als auch in dem niedertemperaturseitigen
Kraftkolben 30 bei einer Raumtemperatur beibehalten werden.
Folglich muss zwischen dem hochtemperaturseitigen Zylinders 22 und
dem Expansionskolben 21 und zwischen dem niedertemperaturseitigen
Zylinder 32 und dem Kompressionskolben 31 eine
sichere Dichtung vorgesehen sein, so dass das Arbeitsfluid einer
hohen Temperatur in dem Expansionsraum nicht in den Raum um die
Kurbelwelle 61 herum an der Seite des hochtemperaturseitigen
Kraftkolbens 20 strömt,
und so dass das Arbeitsfluid einer niedrigen Temperatur in dem Kompressionsraum
nicht in dem Raum um die Kurbelwelle 61 herum an der Seite
des niedertemperaturseitigen Kraftkolbens 20 strömt. Wie
später
beschrieben ist, wird das Luftlager 48 verwendet, um eine
solche Dichtung zu erreichen.
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Da
einerseits der obere Abschnitt 22b und die Seitenfläche 22c des
hochtemperaturseitigen Zylinders 22 in dem Abgasrohr 100 aufgenommen
sind, wie dies vorstehend beschrieben ist, dehnen sich der obere
Abschnitt des temperaturseitigen Zylinders 22 und der obere
Abschnitt des Expansionskolbens 21 thermisch aus. Dann
kann es sein, dass die Dichtung in einem Bereich, in dem sich die
oberen Abschnitte des hochtemperaturseitigen Zylinders 22 und
des Expansionskolbens 21 ausdehnen, nicht sichergestellt
ist. Um solche Missstände
zu verhindern können
der Expansionskolben 21 und der hochtemperaturseitige Zylinder 22 in
der Vertikalrichtung länger ausgebildet
sein, um einen thermischen Gradienten in der Vertikalrichtung des
Expansionskolbens 21 bereitzustellen. Dann kann die sichere Dichtung
garantiert werden, wobei der Bereich durch die thermische Expansion,
d.h., durch den unteren Abschnitt des Expansionskolbens 21 nicht
beeinträchtigt
wird. Da ferner die Dichtung zwischen dem hochtemperaturseitigen
Zylinder 22 und dem Expansionskolben 21 mit dem
unteren Abschnitt des Expansionskolbens 21 bereitgestellt
ist, d.h., da der Bereich nicht durch die thermische Ausdehnung
beeinträchtigt
wird, kann der hochtemperaturseitige Zylinder 22 in der
Vertikalrichtung länger
ausgebildet werden, um die ausreichende Bewegungsstrecke für den Dichtungsbereich zu
garantieren und um den Expansionsraum zufriedenstellend mit Druck
zu beaufschlagen.
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Die
Struktur der Ausführungsbeispiele
ist ungeachtet der Bauweise der Wärmequelle zu bevorzugen, da
diese Struktur eine effiziente Aufnahme der Wärme von der Wärmequelle
und einen effizienten Wärmetausch
ermöglicht,
indem die Heizeinrichtung mit einer großen Wärmeübertragungsfläche zur
Aufnahme der Wärmeenergie
und die Kühleinrichtung, die
in einer nicht aufgewärmten
Position angeordnet werden kann, bereitgestellt werden.
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Insbesondere
dann, wenn die Abgaswärme zu
verwenden ist, wird die Wärmeenergie
im Allgemeinen durch das Abgas durch ein Rohr zugeführt. Dann
ist eine Fläche,
an der die Wärme
aufgenommen werden kann (beispielsweise das Rohrinnere) relativ
eingeschränkt.
In diesem Fall ist die Struktur des vorstehend beschriebenen Stirlingmotors 10 besonders
zu bevorzugen, da er eine große
Wärmeübertragungsfläche bereitstellt
und da eine Kühleinrichtung
an einer nicht erwärmten
Stelle angeordnet ist. Nachstehend wird ein technischer Vorteil
der Struktur des Stirlingmotors 10 beschrieben.
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Wie
vorstehend beschrieben ist, ist ein kleineres Leervolumen (die Kühleinrichtung,
der Regenerator und die Heizeinrichtung) vorzuziehen. Außerdem wird
dann, wenn der Leervolumenbereich eine gekrümmte Gestalt aufweist, der
Widerstand in dem Strömungspfad
groß,
wenn viele solcher gekrümmter Abschnitte
vorhanden sind, wohingegen der Widerstand in dem Strömungspfad
zunimmt, wenn die Krümmung
des gekrümmten
Abschnitts klein ist. Mit anderen Worten ist unter Berücksichtigung
des Druckverlusts des Arbeitsfluids bevorzugter Weise ein einzelner
gekrümmter
Abschnitt mit einer großen Krümmung vorgesehen.
Obwohl die Heizeinrichtung 47 im Wesentlichen eine U-Gestalt
aufweist, hat die Heizeinrichtung 47 lediglich einen gekrümmten Abschnitt.
Außerdem
ist die Kühleinrichtung 45 so
ausgebildet, dass sie einen gekrümmten
Abschnitt hat, um den Stirlingmotor 10 zu verkleinern (um
die vertikale Abmessungen zu reduzieren), wodurch die Struktur mit
den vorstehend beschriebenen Merkmalen realisiert wird.
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Zusätzlich ist,
wie in 11 gezeigt ist, die Krümmung des
Leervolumenabschnitts in den Ausführungsbeispielen gemäß der Anordnung
festgelegt, mit der die oberen Abschnitte der beiden Zylinder 22 und 32,
die parallel und in Reihe angeordnet sind, gekoppelt sind, und der
vertikale Abstand zwischen dem oberen Abschnitt 22b des
hochtemperaturseitigen Zylinders 22 bzw. der unteren Fläche 46a des
Regenerators 46, der nahezu in der selben Ebene angeordnet
ist, um die Erhöhung
des Strömungswiderstands
des Arbeitsfluids in dem Abgasrohr 100 zu unterdrücken, und
der oberen Innenfläche
des Abgasrohrs 100 ist auf eine Höhe h festgelegt, die im Wesentlichen
gleich zu dem Abstand zwischen den Endabschnitten 47ta bzw. 47tb und
dem obersten Abschnitt des zentralen Abschnittes 47c der
Heizeinrichtung 47 ist. Um eine große Kontaktfläche mit
der Fluidwärmequelle,
wie zum Beispiel dem Abgas, in einem beschränktem Bereich, wie zum Beispiel
dem Inneren des Abgasrohrs 100, sicherzustellen, ist eine gekrümmte Gestalt,
wie sie vorstehend beschrieben ist, wünschenswert.
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Mit
Berücksichtigung
dieser Vorteile ist die Heizeinrichtung in dem Leervolumenabschnitt
bevorzugterweise in einer gekrümmten
Gestalt, wie zum Beispiel einer U-Gestalt oder einer J-Gestalt,
ausgebildet, so dass die Gesamtheit der Heizeinrichtung in einem
beschränkten
Raum (Wärmeaufnahmeraum) aufgenommen
ist, der die Wärme
von der Wärmequelle
aufnimmt, wie zum Beispiel in dem Inneren des Abgasrohrs, und eine
maximale Fläche
zum Aufnehmen der Wärme
von der Wärmequelle
kann sichergestellt werden und der Widerstand des Strömungspfads
in dem Wärmeaufnahmeraum
ist minimiert.
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Um
den Widerstand des Arbeitsfluids in dem Strömungspfad zu minimieren ist
der Regenerator 46 linear (entlang der gleichen Achse)
entlang einer Erstreckungsrichtung (Achsrichtung) des niedertemperaturseitigen
Zylinders 32 angeordnet. Somit ist der an einem zweiten
Endabschnitt 47tb der Heizeinrichtung 47 angeschlossene
Regenerator 46 entlang der Erstreckungsrichtung des niedertemperaturseitigen Zylinders 32 angeordnet.
Ein erster Endabschnitt 47ta der Heizeinrichtung 47 ist
nahtlos an dem oberen Abschnitt des hochtemperaturseitigen Zylinders 22 angeschlossen.
Somit hat die Heizeinrichtung 47 sich entlang den Erstreckungsrichtungen
des hochtemperaturseitigen Zylinders 22 und des niedertemperaturseitigen
Zylinders 32 erstreckende Abschnitte zumindest an den Seiten
des ersten Endabschnitts 47ta und des zweiten Endabschnitts 47tb der
Heizeinrichtung 47 und der zentrale Abschnitt 47c der Heizeinrichtung 47 hat
in vielen Fällen
eine gekrümmte
Gestalt, wie dies vorstehend beschrieben ist.
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In
Folge der vorstehend beschriebenen technischen Gründe ist
die Heizeinrichtung 47 in einer gekrümmten Gestalt zwischen den
beiden Zylindern 22 und 32 ausgebildet, die parallel
in Reihe angeordnet sind. Somit hat die Heizeinrichtung 47 einen
gekrümmten
Abschnitt, der die beiden Zylinder 22 und 32 verbindet.
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Als
nächstes
wird eine Dichtungsstruktur eines Kolben/Zylinderbereichs und ein
Mechanismus eines Kolben/Kurbelbereichs beschrieben.
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Da
die Wärmequelle
des Stirlingmotors 10 das Abgas von der Brennkraftmaschine
des Fahrzeugs ist, wie dies vorstehend beschrieben ist, ist die erhältliche
Wärmemenge
beschränkt
und der Stirlingmotor 10 muss in einem Bereich der erhältlichen Wärmemenge
funktionieren. Folglich ist in den Ausführungsbeispielen die interne
Reibung des Stirlingmotors 10 so weit wie möglich minimiert.
Um in den Ausführungsbeispielen
den Reibungsverlust durch den Kolbenring zu beseitigen, der normalerweise
den größten Reibungsverlust
in der internen Reibung des Stirlingmotors hervorruft, ist der Kolbenring
von der Struktur beseitigt. An Stelle des Kolbenrings ist zwischen
den Zylindern 22 und 32 und den Kolben 21 und 31 jeweils
ein Luftlager 48 vorgesehen.
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Das
Luftlager 48 kann die interne Reibung des Stirlingmotors 10 beträchtlich
verringern, da sein Gleitwiderstand extrem niedrig ist. Da die Zylinder 22 und 32 und
die Kolben 21 und 31 mit dem Luftlager 48 zudem
luftdicht gesichert sind, würde
das Arbeitsfluid einer hohen Temperatur zum Zeitpunkt der Expansion
und Kontraktion nicht entweichen.
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Das
Luftlager 48 verwendet den in den winzigen Spalten zwischen
den Zylindern 22 und 32 und den Kolben 21 und 31 erzeugten
Luftdruck dazu, um die Kolben 21 und 31 in einer
schwimmenden Stellung zu stützen.
Das Luftlager 48 der Ausführungsbeispiele hat einen Spalt
von wenigen zehn Mikrometern (μm)
in der Durchmesserrichtung zwischen den Zylindern 22 und 32 und
den Kolben 21 und 31. Um das Luftlager zu realisieren,
das ein Material in einer schwimmenden Stellung stützt, kann
ein Mechanismus mit einer solchen Struktur versehen sein, dass er
einen Lufthochdruckbereich hat (wodurch der Druckgradient erzeugt
wird). Alternativ kann eine mit hohem Druck beaufschlagte Luft eingesprüht werden,
wie dies später
beschrieben ist.
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Das
in den Ausführungsbeispielen
verwendete Luftlager ist nicht von der Bauweise, gemäß der die
mit hohem Druck beaufschlagte Luft eingesprüht wird, sondern es ist ein
Luftlager, das die gleiche Konfiguration wie ein Luftlager hat,
das zwischen einem Zylinder und einem Kolben für eine Glasinjektionsspritze
für medizinische
Anwendungen verwendet wird.
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Da
die Verwendung des Luftlagers 48 außerdem das Schmiermittel unnötig macht,
das für
den Kolbenring verwendet wird, wird durch das Schmiermittel keine
Verschlechterung des Wärmetauschers (des
Regenerators 46 und der Heizeinrichtung 47) des
Stirlingmotors 10 verursacht. Hier können, was die die Verwendung
des Schmiermittels und den Kolbenring begleitende Missstände, wie
zum Beispiel den Gleitwiderstand, betrifft, diese beseitigt werden, und
es können
jegliche Luftlager verwendet werden, die sich von dem Luftlager 48 unterscheiden,
mit Ausnahme eines Luftlagers der Bauweise eines dynamischen Fluidlagers,
das auch Öllager
genannt wird, welches ein Öl
verwendet.
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Alternativ
kann zwischen den Kolben 21 und 31 und den Zylindern 22 und 32 der
Ausführungsbeispiele
ein statisches Luftdrucklager verwendet werden. Das statische Luftdrucklager
lässt ein
Material (in den Ausführungsbeispielen
die Kolben 21 und 31) aufschwimmen, indem ein
druckbeaufschlagtes Fluid eingesprüht wird und ein erzeugter statischer
Druck verwendet wird. Alternativ kann ein dynamisches Luftdrucklager
an Stelle des statischen Luftdrucklagers verwendet werden.
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Wenn
sich die Kolben 21 und 31 in den Zylindern 22 und 32 unter
Verwendung des Luftlagers 48 hin und herbewegen, sollte
eine Linearbewegungsgenauigkeit beibehalten werden, die unterhalb
des Spalts in Durchmesserrichtung des Luftlagers 48 liegt.
Da ferner die Belastungskapazität
des Luftlagers 48 gering ist, muss eine auf die Kolben 21 und 31 aufgebrachte
Seitenkraft im Wesentlichen Null betragen. Da mit anderen Worten
das Luftlager 48 eine geringe Kapazität aufweist, die in einer Durchmesserrichtung
der Zylinder 22 und 32, d.h. in einer Querrichtung
oder einer Schubrichtung aufgebrachte Kraft zu lagern, muss die
Linearbewegungsgenauigkeit der Kolben 21 und 31 mit
Bezug auf die Achsen der Zylinder 22 und 32 besonders
hoch sein. Da insbesondere das Luftlager 48 der Ausführungsbeispiele, das
das Material mit dem durch den winzigen Spalt erzeugten Luftdruck
aufschwimmen lässt
und stützt, verglichen
mit der Lagerbauweise, die die hochdruckbeaufschlagte Luft einsprüht, eine
geringe Drucklagerkapazität
in der Schubrichtung aufweist, ist dementsprechend eine höhere Linearbewegungsgenauigkeit
des Kolbens erforderlich.
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Folglich
wird in den Ausführungsbeispielen ein
sogenannter „grasshopper"-Mechanismus 50, d.h.,
eine nahezu lineare Verbindung für
den Kolben/Kurbelbereich verwendet. Der „grasshopper"-Mechanismus 50 erreicht
die gleiche Linearbewegungsgenauigkeit in einem kleineren Mechanismus
verglichen mit einem anderen Nahezu-Linear-Bewegungs-Mechanismus (beispielsweise
dem Watt-Mechanismus), wodurch ein kompakteres Gesamtsystem bereitgestellt
ist. Da insbesondere der Stirlingmotor 10 der Ausführungsbeispiele
in einem beschränkten
Raum installiert ist, beispielsweise ist dessen Heizeinrichtung 47 in
dem Abgasrohr des Fahrzeugs aufgenommen, erhöht ein kompakteres Gesamtsystem
einen Installationsfreiheitsgrad. Außerdem kann der „grasshopper"-Mechanismus 50 die
gleiche Linearbewegungsgenauigkeit bei einem leichteren Mechanismus
verglichen mit anderen Mechanismen erreichen und ist in Bezug auf
den Kraftstoffverbrauch vorteilhaft. Ferner hat der „grasshopper"-Mechanismus 50 eine
relativ einfache Struktur und ist einfach zu bauen (herzustellen/zusammenzubauen).
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14 zeigt
eine schematische Struktur eines Kolben/Kurbelmechanismus des Stirlingmotors 10.
In den Ausführungsbeispielen
hat der Kolben/Kurbelmechanismus eine gemeinsame Struktur für den hochtemperaturseitigen
Kraftkolben 20 und den niedertemperaturseitigen Kraftkolben 30.
Im nachfolgenden wird eine Beschreibung lediglich bezüglich des
niedertemperaturseitigen Kraftkolbens 30 gegeben und eine
Beschreibung bezüglich
des hochtemperaturseitigen Kraftkolbens 20 wird ausgelassen.
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Wie
in 14 und 11 gezeigt
ist, wird eine Hin- und Herbewegung des Druckbeaufschlagungskolbens 31 über eine
Verbindungsstange 109 (65a und 65b) auf
die Antriebswelle 40 übertragen und
in eine Drehbewegung umgewandelt. Die Verbindungsstange 109 ist
durch den in 14 gezeigten Nahezu-Linear-Mechanismus 50 gestützt, um den
niedertemperaturseitigen Zylinder 31 linear hin- und herbewegen
zu lassen. Mit dem die Verbindungsstange 109 stützenden
Nahezu-Linear-Mechanismus 50 wird die durch den Kompressionskolben 31 erzeugte
Seitenkraft F nahezu zu Null. Folglich kann sogar das Luftlager 48 mit
einer geringen Lastlagerkapazität
den Kompressionskolben 31 zufriedenstellend stützen.
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Als
nächstes
wird eine Druckbeaufschlagung des Arbeitsfluids in dem Arbeitsraum
des Stirlingmotors 10 und eine Druckbeaufschlagung des
Kurbelgehäuses 41 beschrieben.
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Wie
vorstehend beschrieben ist, kann eine höhere Ausgabe erhalten werden,
wenn der mittlere Arbeitsgasdruck Pmean des Arbeitsfluids in dem
Arbeitsraum des Stirlingmotors 10 bei einem hohen Niveau
beibehalten wird. Zudem wird in dem Stirlingmotor 10 der
Ausführungsbeispiele
der Druck in dem Kurbelgehäuse 41 auf
den mittleren Arbeitsgasdruck Pmean in dem Zylinder des Stirlingmotors 10 angehoben.
Die Erhöhung
des Drucks in dem Kurbelgehäuse 41 auf
den mittleren Arbeitsgasdruck Pmean in dem Zylinder des Stirlingmotors 10 ist
dazu beabsichtigt, die Notwendigkeit der Hochfestigkeit der Komponenten
(beispielsweise der Kolben) des Stirlingmotors 10 mit Bezug
auf deren Gestaltung zu beseitigen.
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Mit
anderen Worten kann dann, wenn der Druck des Kurbelgehäuses 41 bei
einem Niveau des mittleren Arbeitsgasdrucks Pmean in dem Zylinder des
Stirlingmotors 10 liegt, der Differenzdruck des Innenzylinderdrucks
des Stirlingmotors 10 und des Drucks in dem Kurbelgehäuse 41 auf
den Differenzdruck zwischen dem maximalen (oder minimalen) Innenzylinderdruck
und dem mittleren Arbeitsgasdruck Pmean als Maximum unterdrückt werden.
Somit kann durch die Unterdrückung
des Differenzdrucks zwischen dem Innenzylinderdruck des Stirlingmotors 10 und
dem Druck des Kurbelgehäuses 41 die
Festigkeit der Komponenten des Stirlingmotors 10 niedrig
sein. Wenn die Komponenten keine hohe Festigkeit aufweisen müssen, können leichtere
Komponenten realisiert werden.
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In
dem Stirlingmotor 10 der Ausführungsbeispiele wird das Kurbelgehäuse 41 vor
einem Normalbetrieb auf den mittleren Arbeitsgasdruck Pmean innerhalb
des Zylinders des Stirlingmotors 10 druckbeaufschlagt.
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Zunächst wird
die Druckbeaufschlagung des Arbeitsfluids in dem Arbeitsraum des
Stirlingmotors 10 und die Druckbeaufschlagung des Kurbelgehäuses 41 gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
beschrieben.
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Dazu
wird unter Bezugnahme auf 13 der vorstehend
erwähnte
mittlere Arbeitsgasdruck Pmean beschrieben.
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13 zeigt Änderungen
der oberen Position des hochtemperaturseitigen Kolbens 21 und
der oberen Position des niedertemperaturseitigen Kolbens 31.
Wie vorstehend beschrieben ist, ist die Phasendifferenz so vorgesehen,
dass sich der niedertemperaturseitige Kolben 31 um 90° Kurbelwinkel später als
der hochtemperaturseitige Kolben 21 bewegt. In 13 repräsentiert
eine kombinierte Welle W einer Wellenform des hochtemperaturseitigen
Kolbens 21 und einer Wellenform des niedertemperaturseitigen
Kolbens 31 den Innenzylinderdruck (Innenzylinderdruck P
aus 2). In 13 gibt
das Bezugszeichen „Pmean" den mittleren Arbeitsgasdruck an,
der ein mittlerer Wert des Innenzylinderdrucks ist.
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2 zeigt
einen Anfangszustand des Kurbelgehäuses 41 des Stirlingmotors 10 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
vor der Druckbeaufschlagung. Der Graph von 2 zeigt
die kombinierte Welle W, wobei die Vertikalachse den Innenzylinderdruck
wiedergibt und die Horizontalachse den Kurbelwinkel wiedergibt.
Wie in 2 gezeigt ist, ist der Druck Pc des Kurbelgehäuses 41 (=
mittlerer Arbeitsgasdruck Pmean) vor dem Druckbeaufschlagungskurbelgehäuses gleich
dem Atmosphärendruck
Po.
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In
dem ersten Ausführungsbeispiel
werden Änderungen
in dem Druck (Innenzylinderdruck P) des Arbeitsfluids des Stirlingmotors 10 zur
Erhöhung des
Drucks Pc des Kurbelgehäuses 41 verwendet, wie
dies später
beschrieben ist. Im Allgemeinen bewegt sich der Innenzylinderdruck
P von einem Bereich, der niedriger als der mittlere Arbeitsgasdruck Pmean
ist (von einer zweiten Hälfte
des Expansionsprozesses durch eine erste Hälfte des Kompressionsprozesses)
bis zu einem Bereich, der höher
als der mittlere Arbeitsgasdruck Pmean ist (von einer zweiten Hälfte des
Kompressionsprozesses durch eine erste Hälfte des Expansionsprozesses),
und zwar wiederholtermaßen,
wie dies durch das Bezugszeichen W in 13 angezeigt
ist. In dem ersten Ausführungsbeispiel
wird der Druck Pc des Kurbelgehäuses 41 zusammen
mit dem mittleren Arbeitsgasdruck Pmean unter Verwendung der Änderungen
in dem Innenzylinderdruck P erhöht.
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In
dem vorgenannten korrespondiert der Bereich des Innenzylinderdrucks
P, der niedriger als der mittlere Abwärtsgasdruck Pmean ist, mit
einer Periode in einem Zyklus der Expansion/Druckbeaufschlagung
des Arbeitsfluids, in der der Arbeitsgasdruck niedriger als der
mittlere Druck Pmean des Arbeitsgasdrucks in dem zugehörigen Zyklus
ist, wohingegen der Bereich, in dem der Innenzylinderdruck P höher als
der mittlere Arbeitsgasdruck Pmean ist, mit einer Periode korrespondiert,
in der der Arbeitsgasdruck höher
als der mittlere Druck Pmean des Arbeitsgasdrucks in dem zugehörigen Zyklus
ist. Das gleiche gilt nachstehend.
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1 ist
ein schematisches Schaubild einer Struktur des ersten Ausführungsbeispiels.
In 1 sind die Komponenten, die gleich wie die in 11 gezeigten
Komponenten sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und
eine ausführliche
Beschreibung davon wird nicht wiederholt.
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Wie
in 1 gezeigt ist, ist an einer Stelle, die einer
Stelle um den unteren Totpunkt des Kolbens 31 in dem niedertemperaturseitigen
Zylinder 32 entspricht, ein Pfad 71 vorgesehen,
um mit dem Kompressionsraum (in dem Zylinder) des niedertemperaturseitigen
Zylinders 32 in Verbindung zu sein. In dem Pfad 71 ist
ein Filter 72 vorgesehen. Der Pfad 71 dient dazu,
das Fluid (das Arbeitsfluid) des Atmosphärendruck Po von der Außenseite
des Stirlingmotors 10 in den Zylinder strömen zu lassen.
Der Pfad 71 ist so konfiguriert, dass er das Fluid lediglich
in einer Richtung, d.h., von außen
in den Zylinder strömen
lässt.
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Der
Filter 72 dient dazu, zu verhindern, dass Verunreinigungen
den Zylinder von außerhalb
des Stirlingmotors 10 über
den Pfad 71 betreten. Wie vorstehend beschrieben ist, ist
der Pfad nicht an dem hochtemperaturseitigen Zylinder 22 vorgesehen, sondern
ist an dem niedertemperaturseitigen Zylinder 32 vorgesehen.
Da die thermische Differenz zwischen der Außenseite des Stirlingmotors 10,
d.h. einer Raumtemperatur, und dem Arbeitsfluid für den Kompressionsraum
des niedertemperaturseitigen Zylinders 32 kleiner als für den Expansionsraum
des hochtemperaturseitigen Zylinders 22 ist, ist der Pfad 71 an
dem niedertemperaturseitigen Zylinder 32 angeschlossen,
um eine relative Verringerung des thermischen Verlusts zu dem Zeitpunkt,
zu dem die Außenluft
in den Zylinder kommt, zu verursachen.
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Wie
in 2 gezeigt ist, betritt das Fluid (die Luft) des
Atmosphärendrucks
Po den Zylinder über den
Pfad 71, wenn der Innenzylinderdruck P unter den Atmosphärendruck
Po fällt
(zu einem negativen Druck wird) (von der zweiten Hälfte des
Expansionsprozesses durch die erste Hälfte des Kompressionsprozesses),
und wird durch den Kompressionsprozess des Stirlingmotors 10 druckbeaufschlagt
(genauer gesagt, von der zweiten Hälfte des Kompressionsprozesses).
Der in dem Kompressionsprozess druckbeaufschlagte Druck (Fluid)
wird über
den Spalt CL zwischen dem Zylinder 32 und 22 und
den Kolben 31 und 21 zu dem Kurbelgehäuse 41 übertragen.
Somit wird das Kurbelgehäuse 41 mit
Druck beaufschlagt.
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Mit
der Wiederholung des vorstehend beschriebenen Prozesses steigt der
mittlere Arbeitsgasdruck Pmean (der gleich dem Druck Pc in dem Kurbelgehäuse 41 ist)
auf über
den Atmosphärendruck
Po an und der mittlere Arbeitsgasdruck Pmean erreicht das Niveau
des Drucks Pc des Kurbelgehäuses 41,
wie in 3 gezeigt ist. Wenn der Stirlingmotor 10 in
dem erhöhten
Zustand des mittleren Arbeitsgasdrucks (Pmean) arbeitet, kann der
Stirlingmotor 10 eine hohe Ausgabe erreichen.
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Als
nächstes
wird unter Bezugnahme auf 4 eine Druckbeaufschlagung
des Arbeitsfluids in dem Arbeitsraum des Stirlingmotors 10 und
eine Druckbeaufschlagung des Kurbelgehäuses 41 gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
beschrieben.
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4 zeigt
eine schematische Struktur eines Stirlingmotors gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel.
Die mit dem in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel
gleichen Komponenten sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet
und deren Beschreibung wird nicht wiederholt.
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Das
zweite Ausführungsbeispiel
unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel darin, dass
in dem Pfad 71 ein Rückschlagventil 73 vorgesehen
ist. Das Rückschlagventil 73 ist
so ausgebildet, dass sich das Rückschlagventil 73 lediglich
dann öffnet,
wenn ein Druck an der Seite des vorderen Abschnitts 71a des
Pfads 71 höher
als ein Druck an der Seite dessen Basisabschnitts 71b ist.
Folglich hat der Pfad 71 eine Struktur, mit der der Druck
(das Arbeitsfluid) lediglich in der Richtung von der Außenseite
in den Zylinder übertragen
wird. Außerdem
hat das zweite Ausführungsbeispiel
einen Pfad 81, der das Innere des Zylinders des Stirlingmotors 10 mit
dem Kurbelgehäuse 41 verbindet.
-
Wenn
gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
der Innenzylinderdruck P des Stirlingmotors 10 niedriger
als der Atmosphärendruck
Po ist, strömt das
Fluid des Atmosphärendrucks
Po an der Außenseite über den
Pfad 71 in den Zylinder ein und wird in dem Kompressionsprozess
des Stirlingmotors 10 druckbeaufschlagt. Der in dem Kompressionsprozess
erhöhte
Druck wird über
den Pfad 81 zu dem Kurbelgehäuse 41 übertragen.
Somit wird das Kurbelgehäuse 41 druckbeaufschlagt.
Mit der Wiederholung des Prozesses steigt der mittlere Arbeitsgasdruck
Pmean (Druck Pc in dem Kurbelgehäuse 41) über den
Atmosphärendruck
Po an und der mittlere Arbeitsgasdruck Pmean erreicht, wie in dem
ersten Ausführungsbeispiel,
das Niveau des Drucks Pc des Kurbelgehäuses 41, wie in 3 gezeigt
ist.
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Wenn
in dem ersten Ausführungsbeispiel
der Dichtungsdruck des winzigen Spalts zwischen den Zylindern 32 und 22 und
den Kolben 31 und 21 hoch ist, wird der in dem
Kompressionsprozess erhöhte Druck
(Fluid) nicht einfach über
den Spalt CL zu dem Kurbelgehäuse 41 übertragen
(oder die Übertragung dauert
lange). Da in dem zweiten Ausführungsbeispiel
der Druck jedoch über
den Pfad 81 zu dem Kurbelgehäuse 41 übertragen
wird, wird ein solcher Missstand nicht eintreten.
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Nun
wird unter Bezugnahme auf 5 bis 6B ein
Druckbeaufschlagen des Arbeitsfluids in dem Arbeitsraum des Stirlingmotors 10 und
ein Druckbeaufschlagen des Kurbelgehäuses 41 beschrieben.
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5 zeigt
eine schematische Struktur des dritten Ausführungsbeispiels. Die mit dem
in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel der gleichen
Komponenten sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und deren
ausführliche
Beschreibung wird nicht wiederholt. Das dritte Ausführungsbeispiel
unterscheidet sich von dem zweiten Ausführungsbeispiel darin, dass
in dem Pfad 81 ein Rückschlagventil 82 und
ein Ventil 83 vorgesehen sind. Das Rückschlagventil 82 ist
so ausgebildet, dass sich das Rückschlagventil
lediglich dann öffnet,
wenn ein Druck an dem Spitzenabschnitt 81a an der Seite
des Zylinders höher
als ein Druck an dem Spitzenabschnitt 81b an der Seite
des Kurbelgehäuses 41 ist.
-
Gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel wird
das Kurbelgehäuse 41 dann über den
Pfad 81 druckbeaufschlagt, wenn der Innenzylinderdruck
P höher
als der Druck Pc des Kurbelgehäuses 41 ist, während das
Ventil 83 offen ist, wie in 6A gezeigt ist.
Wenn der Innenzylinderdruck P niedriger als der Atmosphärendruck
Po ist, strömt
das Fluid des Atmosphärendrucks
Po über
den Pfad 71 in den Zylinder. Mit der Wiederholung dieses
Prozesses wird das Kurbelgehäuse 41 druckbeaufschlagt
und das Ventil 83 schließlich geschlossen. Dann nimmt
der mittlere Arbeitsgasdruck Pmean auf das Niveau des Drucks Pc
des Kurbelgehäuses 41 zu,
wie in 6B gezeigt ist.
-
Vergleicht
man das Volumen des Arbeitsfluids in dem Zylinder und das Volumen
des Kurbelgehäuses 41,
so ist das Volumen des Arbeitsfluids kleiner als das Volumen des
Kurbelgehäuses 41.
Folglich steigt der mittlere Arbeitsgasdruck Pmean auf den Druck
Pc des Kurbelgehäuses 41 an.
In dem dritten Ausführungsbeispiel
kann mit dem Rückschlagventil 82 und
dem Ventil 83 in dem Pfad 81 der Strom des Fluids
von der Seite des Kurbelgehäuses 41 in den
Zylinder über
den Pfad 81 sicher unterdrückt werden.
-
Nun
wird unter Bezugnahme auf 7 und 8 ein
Druckbeaufschlagen des Arbeitsfluids des Arbeitsraums des Stirlingmotors 10 und
ein Druckbeaufschlagen des Kurbelgehäuses 41 gemäß einem vierten
Ausführungsbeispiel
beschrieben.
-
In
den vorstehend beschriebenen ersten bis dritten Ausführungsbeispiel
wird der Druck Pc des Kurbelgehäuses 41 unter
Verwendung des Atmosphärendrucks
Po erhöht.
In dem vierten Ausführungsbeispiel
wird der Druck Pc des Kurbelgehäuses 41 unter
Verwendung einer Hilfsmaschine, etwa einer Druckquelle, wie zum
Beispiel einer Druckbeaufschlagungspumpe erhöht. In dem vierten Ausführungsbeispiel
wird beabsichtigt, den Energieverbrauch der Hilfsmaschine, die zum
Erhöhen
des Drucks Pc des Kurbelgehäuses 41 verwendet
wird, zu verringern und das Installationsausmaß zu verkleinern.
-
In
dem vierten Ausführungsbeispiel
werden die Energieverbrauchsverringerung der Hilfsmaschine und die
Verkleinerung des Installationsausmaßes durch Verwendung einer
Pumpenfunktion realisiert, die die Druckbeaufschlagung/Expansion
des vorstehend unter Bezugnahme auf das erste bis dritte Ausführungsbeispiel
beschriebenen Stirlingmotors 10 begleitet.
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8 zeigt
eine Struktur eines Stirlingmotors gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel.
Die mit dem in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel gleichen
Komponenten sind durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet und
deren ausführliche
Beschreibung wird nicht wiederholt. In dem vierten Ausführungsbeispiel
ist an dem Pfad 71 ein Abzweigungspfad 75 angeschlossen,
so dass der Abzweigungspfad 75 von dem Pfad 71 ableitet.
Der Abzweigungspfad 75 ist mit einer Druckbeaufschlagungspumpe 91 und
einem an einer stromabwärtigen
Seite der Druckbeaufschlagungspumpe 91 angeordneten Tank 92 versehen.
Der Tank 92 dient dazu, dass durch die Druckbeaufschlagungspumpe 91 oder
dergleichen druckbeaufschlagte Fluid zu speichern.
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Wie
in 7 gezeigt ist, wird in dem vierten Ausführungsbeispiel
der Außendruck
(Druck in dem Tank 92 und zudem der Atmosphärendruck
Po, wenn der Innenzylinderdruck P niedriger als der Atmosphärendruck
Po ist) in den Zylinder eingebracht. Der in den Zylinder eingebrachte
Druck wird in den Kompressionsprozess des Stirlingmotor 10 weiter
erhöht. Der
in dem Kompressionsprozess erhöhte
Druck (Fluid) wird über
den Spalt CL zwischen den Zylindern 32 und 22 und
den Kolben 31 und 21 zu dem Kurbelgehäuse 41 übertragen.
Somit wird das Kurbelgehäuse 41 druckbeaufschlagt.
-
In
dem vierten Ausführungsbeispiel
arbeitet bei der Druckbeaufschlagung des Kurbelgehäuses 41 nicht
nur der durch die Druckbeaufschlagungspumpe 91 erzeugte
Druck an dem Kurbelgehäuse 41,
sondern der durch eine weitere Druckbeaufschlagung in dem Kompressionsprozess
des Stirlingmotors 10 erzeugte Druck arbeitet zusätzlich zu
dem durch die Druckbeaufschlagungspumpe 91 erzeugten Druck
auf dem Kurbelgehäuse 41.
Folglich werden die Verringerung des Energieverbrauchs der Druckbeaufschlagungspumpe 91 und
die Verkleinerung des Installationsausmaßes realisiert.
-
Nun
wird unter Bezugnahme auf 9 und 10 ein
Druckbeaufschlagen des Arbeitsfluids in dem Arbeitsraum des Stirlingmotors 10 und
ein Druckbeaufschlagen des Kurbelgehäuses 41 gemäß einem
fünften
Ausführungsbeispiel
beschrieben. Die mit den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen
gleichen Strukturen sind durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet
und deren ausführliche Beschreibung
wird nicht wiederholt.
-
Wie
in 9 gezeigt ist sind in dem Pfad 71, der
in dem niederdruckseitigen Zylinder 32 angeordnet ist,
zwei Rückschlagventile 76 und 77 vorgesehen.
Die Rückschlagventile 76 und 77 sind
so ausgebildet, dass sich die Rückschlagventile 76 und 77 lediglich
dann öffnen,
wenn ein Druck in einer stromaufwärtigen Seite des Pfad 71 höher als
ein Druck der stromabwärtigen
Seite des Pfads 71 ist.
-
Eine
Kolbenpumpe 95 ist zwischen den Rückschlagventilen 76 und 77 angeordnet.
-
Eine
Kurbelwelle der Kolbenpumpe 95 ist einstückig mit
einer Kurbelwelle des Stirlingmotors 10 ausgebildet und
sie ist so strukturiert, dass die Bewegung der beiden Kolben in
dem Stirlingmotor 10 und der Kolbenpumpe 95 in
Bezug auf die Phase entgegengesetzt sind. Ferner ist an einer noch
weiter stromaufwärtigen
Seite des Rückschlagventils 77 in dem
Pfad 71 ein Ventil 78 vorgesehen.
-
Der
obere Graph in 10 gibt den Innenzylinderdruck
P des Stirlingmotors 10 wieder, wohingegen der untere Graph
in 10 den Innenzylinderdruck der Kolbenpumpe 95 wiedergibt.
In beiden Graphen von 10 gibt die vertikale Achse
den Druck wieder und die horizontale Achse gibt den Kurbelwinkel
wieder.
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Wenn
das Ventil 78 aus 9 offen
ist und der Innenzylinderdruck der Kolbenpumpe 95 niedrig (oder
negativ) ist, wird der externe Druck über den Pfad 71 in
den Zylinder der Kolbenpumpe 95 eingebracht und wird in
dem Kompressionsprozess der Kolbenpumpe 95 weiter erhöht, wie
in 10 gezeigt ist.
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In
dem Kompressionsprozess der Kolbenpumpe 95 befindet sich
der Innenzylinderdruck P des Stirlingmotors 10 in dem Expansionsprozess
(in Folge der gegenphasigen Beziehung), wodurch der Differenzdruck
groß ist.
Das in dem Kompressionsprozess der Kolbenpumpe 95 druckbeaufschlagte
Fluid wird in den Zylinder eingebracht, wenn der Innenzylinderdruck
P des Stirlingmotors 10 niedrig ist (in dem Expansionsprozess)
und wird in dem Kompressionsprozess des Stirlingmotors 10 weiter
druckbeaufschlagt. Die Druck(Fluid)-Erhöhung in dem Kompressionsprozess
wird über
den Spalt CL zwischen den Zylindern 33 und 22 und
den Kolben 31 und 21 zu dem Kurbelgehäuse 41 übertragen.
Somit wird das Kurbelgehäuse 41 druckbeaufschlagt.
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Wie
vorstehend beschrieben ist, wird in dem Stirlingmotor 10 des
fünften
Ausführungsbeispiels der
Druck des Kurbelgehäuses 41 auf
den mittleren Arbeitsgasdruck Pmean in dem Zylinder des Stirlingmotors 10 angehoben.
Folglich ist die Wiederdruckbeaufschlagung des Kurbelgehäuses 41 in
irgendeiner Art und Weise nötig,
wenn es schwierig ist, die Druckentweichung durch die perfekte Dichtung
des Kurbelgehäuses 41 nach
der Druckbeaufschlagung des Kurbelgehäuses 41 bei der Auslieferung
auf Null zu unterdrücken.
Dann kann eine Druckbeaufschlagungsquelle, wie zum Beispiel die
Pumpe 91 oder die Kolbenpumpe 95 nötig sein.
Unter Berücksichtigung dieser
Notwendigkeiten ist es vorteilhaft, die Pumpfunktion des Stirlingmotors 10 nicht
einfach für
einen ursprünglichen
Zweck, wie zum Beispiel die Bereitstellung eines Drehmoments zu
verwenden, sondern für
die Erhöhung
des Druck des Kurbelgehäuses 41 zu
verwenden, wie dies vorstehend erwähnt wurde, um das Installationsausmaß und die
Energie der Druckbeaufschlagungsquelle zu minimieren.
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Hier
können
das erste bis fünfte
Ausführungsbeispiel
auf geeignete Weise kombiniert werden. Beispielsweise kann der Pfad 81 vorgesehen sein,
um das Innere des Zylinders und das Kurbelgehäuse 41 mit dem Stirlingmotor
des vierten und/oder fünften
Ausführungsbeispiels
wie in dem zweiten oder dem dritten Ausführungsbeispiel zu verbinden.
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Wie
vorstehend beschrieben ist, sind gemäß den vorstehend beschriebenen
Ausführungsbeispielen
die folgenden Merkmale offenbart.
- (1) Das Kurbelgehäuse wird
gemäß der Arbeitsgasdruckänderung
in dem Stirlingmotor druckbeaufschlagt.
- (2) In (1) wird das Kurbelgehäuse durch das Einlassen von
Luft von der Außenseite
in den Zylinder in dem Stirlingmotor druckbeaufschlagt, wenn der
Innenzylinderdruck P des Stirlingmotors niedriger als der Atmosphärendruck
Po ist.
- (3) In (1) wird das Kurbelgehäuse 41 durch die Übertragung
des Innenzylinderdruck P zu dem Kurbelgehäuse 41 druckbeaufschlagt,
wenn der Innenzylinderdruck P höher
als der Druck Pc in dem Kurbelgehäuse 41 ist. Das Kurbelgehäuse 41 wird
unter Verwendung des Differenzdrucks zwischen dem Druck Pc des Kurbelgehäuses 41 und
dem Innenzylinderdruck P druckbeaufschlagt.
- (4) In (2) ist der Pfad zum Einlassen der Luft an den niedertemperaturseitigen
Zylinder angeschlossen (um den thermischen Verlust zu verringern).
- (5) In (3) erreicht der mittlere Arbeitsgasdruck Pmean des Arbeitsgases
schließlich
das Niveau des Drucks Pc in dem Kurbelgehäuse 41.
- (6) In (3) wird der mittlere Arbeitsgasdruck Pmean durch das
Schließen
des Pfads, der das Innere des Zylinders mit dem Kurbelgehäuse 41 verbindet,
auf das Niveau des Drucks Pc in dem Kurbelgehäuse 41 angehoben.
- (7) In (2) wird verhindert, dass Verunreinigungen in den Zylinder
eindringen.
- (8) Die Druckbeaufschlagung des Kurbelgehäuses 41 wird durch
die Änderung
in dem Arbeitsgasdruck des Stirlingmotors ergänzt.
- (9) In (8) wird die Last auf der Vorrichtung, die das Kurbelgehäuse 41 druckbeaufschlagt, über das Einbringen
von Außendruck
von der Außenseite in
den Zylinder reduziert, wenn der Innenzylinderdruck P niedrig ist.
- (10) In (8) und (9) wird die Erhöhung des Drucks Pc des Kurbelgehäuses 41 durch
das Einbringen von externen Druck und durch die Druckbeaufschlagung
durch den Stirlingmotor beschleunigt.
- (11) Durch Hinzufügen
des Kolbens, der mit dem Kraftkolben des Stirlingmotors zur Druckbeaufschlagung
des Kurbelgehäuses 41 in
einer Gegenphase läuft,
wird eine Verringerung des Energieverbrauchs bei der Druckbeaufschlagung
des Kurbelgehäuses 41 erreicht.
- (12) In einem von (8) bis (11) ist der Pfad, der den Außendruck
einbringt, an dem niedertemperaturseitigen Zylinder angeschlossen
(für die
Verringerung eines thermischen Verlusts).
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In
den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist der Stirlingmotor 10 an
dem Auslassrohr 100 angeschlossen, um das Abgas von der Brennkraftmaschine
des Fahrzeugs als eine Wärmequelle
zu verwenden. Der Stirlingmotor der vorliegenden Erfindung ist jedoch
nicht auf eine Bauweise beschränkt,
die an dem Abgasrohr einer Brennkraftmaschine des Fahrzeugs angeschlossen
ist.
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Zusätzliche
Vorteile und Modifikationen sind dem Fachmann leicht eingängig. Daher
ist die Erfindung in ihren breiteren Gesichtspunkten nicht auf die hier
gezeigten und beschriebenen speziellen Einzelheiten und repräsentativen
Ausführungsbeispiele
beschränkt.
Dementsprechend können
verschiedene Modifikationen durchgeführt werden, ohne vom Bereich
des allgemeinen Erfindungskonzepts abzuweichen, wie es durch die
beiliegenden Ansprüchen
und deren Äquivalente
definiert ist.
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Ein
Stirlingmotor (10) hat einen Strömungspfad (71), der
einen Arbeitsraum des Stirlingmotors (10) und eine Außenseite
des Stirlingmotors verbindet. Von der Außenseite des Stirlingmotors
(10) wird über
den Strömungspfad
(71) auf Grundlage eines Differenzdrucks des Arbeitsraums
und der Außenseite
des Stirlingmotors (10) ein Arbeitsgas zu dem Arbeitsraum
zugeführt.