DE102007055933A1

DE102007055933A1 - Sterlingmotor und Steuerverfahren für diesen

Info

Publication number: DE102007055933A1
Application number: DE102007055933A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Toyota Yaguchi; Daisaku Toyota Sawada
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-01-09
Filing date: 2007-12-28
Publication date: 2008-07-24
Anticipated expiration: 2027-12-29
Also published as: JP4978198B2; DE102007055933B4; JP2008169713A; US20080163620A1; US7805935B2

Abstract

In einem Sterlingmotor (100) nimmt ein Gehäuse (10 (100) auf, einschließlich eines hochtemperaturseitigen Zylinders (101), eines hochtemperaturseitigen Kolbens (103), einer Verbindungsstange (109), einer Kurbelwelle (110) etc. Eine Drucksteuerungsvorrichtung (30) bestimmt, ob der Druck des in das Gehäuse (100C) gefüllten Gases abgenommen hat. Falls der Druck des Gases abgenommen hat, treibt die Drucksteuerungsvorrichtung (30) eine Pumpe (115) an, um das in das Gehäuse (100C) gefüllte Gas druckzubeaufschlagen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf einen Kolbenmotor, in dem sich ein Kolben in einem Zylinder hin und her bewegt.
2. Beschreibung des Stands der Technik
In den vergangenen Jahren haben Sterlingmotoren, die einen exzellenten theoretischen Wärmewirkungsgrad haben, bei der Rückgewinnung von Abwärme von einer Brennkraftmaschine, die in einem Fahrzeug, wie einem PKW, einem Bus, einem LKW, etc., montiert ist, oder von Abwärme einer Fabrik Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Die Japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2005-106009 ( JP-A-2005-106009 ) offenbart einen Sterlingmotor, in dem ein hoher Druck im Inneren eines Kurbelgehäuses aufrecht erhalten wird, um eine hohe Abgabe von dem Sterlingmotor zu erhalten.
Jedoch wird bei dem Sterlingmotor, der in der Japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2005-106009 ( JP-A-2005-106009 ) offenbart ist, bspw. die Druckabnahme des in das Kurbelgehäuse (Gehäuse) gefüllten Gases aufgrund einer Leckage des Gases nicht berücksichtigt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung im Wesentlichen zu verhindern, dass ein Sterlingmotor, in dem eine Druckbeaufschlagung in einem Gehäuse durchgeführt wird, eine Abnahme der Abgabe erfährt, die durch eine Abnahme des Drucks des in das Gehäuse gefüllten Gases verursacht wird.
Ein erster Aspekt der Erfindung bezieht sich auf einen Sterlingmotor. Dieser Sterlingmotor hat: ein Gehäuse, das wenigstens ein Komponentenbauteil des Sterlingmotors aufnimmt, eine Bestimmungsvorrichtung, die auf der Basis eines Index, der einen Soll-Druck des Gases repräsentiert, bestimmt, ob ein Druck eines ins Innere des Gehäuses gefüllten Gases abgenommen hat; und eine Druckeinstellvorrichtung, die eine Abnahme des Drucks des Gases durch Druckbeaufschlagen des Gases ausgleicht. Hier kann das Gas Luft sein.
Das wenigstens eine Komponentenbauteil kann Folgendes umfassen: einen Zylinder; einen Kolben, der über ein Gaslager in dem Zylinder abgestützt ist; und einen annähernd linearen Mechanismus, der den Kolben abstützt.
Deshalb, selbst falls eine Abnahme des Drucks de Gases im Inneren des Gehäuses aufgrund einer Änderung der Betriebsumgebung oder einer Leckage auftritt, kann die Abnahme des Drucks durch die Druckeinstellvorrichtung kompensiert werden. Als eine Folge ist es möglich, die Abnahme der Abgabe des Sterlingmotors zu beschränken, die durch eine Abnahme des Drucks des in das Gehäuse gefüllten Gases verursacht wird.
Der Index kann der Druck des in das Gehäuse gefüllten Gases sein, der auf der Basis einer Temperatur des Gases bestimmt wird, und die Druckeinstellvorrichtung kann das Gas so druckbeaufschlagen, dass der Druck des Gases den Index erreicht.
Der Index kann auf der Basis eines Verhältnisses des Drucks des Gases zu einer Temperatur des Gases oder eines Verhältnisses einer Temperatur des Gases zu dem Druck des Gases bestimmt werden, und die Druckeinstellvorrichtung kann das Gas so druckbeaufschlagen, dass das Verhältnis des Drucks des Gases zu der Temperatur des Gases oder das Verhältnis der Temperatur des Gases zu dem Druck des Gases den Index erreicht.
In dem vorstehenden Aufbau kann, bevor der Sterlingmotor gestartet wird, die Bestimmungsvorrichtung bestimmen, ob der Druck des Gases abgenommen hat.
Der Index kann der Druck des in das Gehäuse gefüllten Gases sein, der auftritt, wenn der Sterlingmotor eine Abgabe erzeugt, die von einer Spezifikation des Sterlingmotors bestimmt ist.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung bezieht sich auf eine Sterlingmotor. Dieser Sterlingmotor hat: einen Zylinder; einen Kolben, der über ein Gaslager in dem Zylinder abgestützt ist; einen annähernd linearen Mechanismus, der den Kolben abstützt; ein Gehäuse, das den Zylinder, den Kolben und den annähernd linearen Mechanismus aufnimmt; eine Bestimmungsvorrichtung, die auf der Basis eines Index, der einen Soll-Druck des Gases repräsentiert bestimmt, ob ein Druck eines in das Gehäuse gefüllten Gases abgenommen hat; und eine Druckeinstellvorrichtung, die das Gas druckbeaufschlagt.
Deshalb, selbst falls eine Abnahme des Drucks des Gases im Inneren des Gehäuses aufgrund einer Änderung der Betriebsumgebung oder einer Leckage auftritt, kann die Abnahme des Drucks durch die Druckeinstellvorrichtung ausgeglichen werden. Als eine Folge ist es möglich, die Abnahme der Abgabe des Sterlingmotors zu beschränken, die durch eine Abnahme des Drucks des in das Gehäuse gefüllten Gases verursacht wird. Darüber hinaus kann aufgrund des Gaslagers und des annähernd linearen Mechanismus der Reibungsverlust zwischen dem Kolben und dem Zylinder verringert werden, und deshalb kann die Abnahme der Abgabe noch wirksamer beschränkt werden.
Ein dritter Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Sterlingmotorsteuerverfahren. Das Sterlingmotorsteuerverfahren hat: den Schritt des Bestimmens, ob ein Druck eines Gases, das in ein Gehäuse gefüllt ist, das wenigstens ein Komponentenbauteil eines Sterlingmotors aufnimmt, abgenommen hat, auf Basis eines Index, der einen Soll-Druck des Gases repräsentiert; und den Schritt des Ausgleichens einer Abnahme des Drucks des Gases durch Druckbeaufschlagen des Gases.
Gemäß dem Sterlingmotor und dem Sterlingmotorsteuerverfahren der vorstehenden Aspekte ist es in einem Sterlingmotor, in dem das in das Gas gefüllte Gehäuse druckbeaufschlagt wird, möglich, die Abnahme der Abgabe des Motors zu beschränken, die durch eine Abnahme des Drucks des in das Gehäuse gefüllten Gases verursacht wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUGNEN
Das vorstehende und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden von der folgenden Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen offensichtlich, wobei gleiche Bezugszeichen verwendet werden, um gleiche Bauteile darzustellen, und wobei:
1 ein veranschaulichendes Diagramm ist, das einen Abschnitt eines Sterlingmotors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
2 ein veranschaulichendes Diagramm ist, das einen Abschnitt eines Beispiels eines Aufbau eines Luftlagers zeigt, das in dem Sterlingmotor gemäß der Ausführungsform vorgesehen ist;
3 ein veranschaulichendes Diagramm ist, das einen annähernd linearen Mechanismus zeigt, der Kolben des Sterlingmotors gemäß der Ausführungsform abstützt;
4 ein schematisches Diagramm ist, das ein Beispiel eines Aufbaus zeigt, in dem ein Sterlingmotor gemäß der Ausführungsform für die Rückgewinnung einer Abwärme von einer Brennkraftmaschine verwendet wird;
5 ein veranschaulichendes Diagramm ist, das eine Drucksteuerungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform zeigt;
6 ein Flussdiagramm ist, das einen Ablauf einer Drucksteuerung gemäß der Ausführungsform zeigt; und
7 ein Konzeptdiagramm ist, das ein Druck-Sollwert-Bestimmungskennfeld für eine Verwendung in der Drucksteuerung gemäß der Ausführungsform zeigt.
DETAILIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Erfindung wird nachstehend im Detail mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Eine Ausführungsform der Erfindung ist in der folgenden Hinsicht gekennzeichnet. Das heißt die Ausführungsform ist ein Sterlingmotor, in der das Gas, das ins Innere eines Gehäuses gefüllt ist, das Komponentenbauteile des Sterlingmotors aufnimmt, im Voraus druckbeaufschlagt ist. In diesem Sterlingmotor wird auf der Basis eines Index, der einen Solldruck des in das Gehäuse gefüllten Gases repräsentiert, bestimmt, ob der Druck des Gases abgenommen hat. Dann, falls der Druck des Gases niedriger als der Druck ist, der von dem Index gefunden worden ist, wird das Gas druckbeaufschlagt, um den Abnahmebetrag des Drucks des Gases von dem Druck-Sollwert auszugleichen. Zuerst wird ein Aufbau eines Sterlingmotors gemäß der Erfindung beschrieben. Im Übrigen wird die folgende Beschreibung in Verbindung mit einem Beispiel gemacht, wo der Sterlingmotor als eine Abwärmrückgewinnungsvorrichtung verwendet wird, um thermische Energie von einem Abgas rückzugewinnen, das von einer Brennkraftmaschine abgegeben wird, die eine Wärmemaschine ist. Im Übrigen kann die Wärmemaschine von beliebiger Art sein. Hier kann Luft als das Gas verwendet werden.
1 ist ein veranschaulichendes Diagramm, das einen Abschnitt eines Sterlingmotors gemäß dieser Ausführungsform zeigt. 2 ist ein veranschaulichendes Diagramm, das einen Abschnitt eines Beispiels eines Aufbaus eines Luftlagers zeigt, das in dem Sterlingmotor gemäß dieser Ausführungsform vorgesehen ist. 3 ist ein veranschaulichendes Diagramm, das einen annähernd linearen Mechanismus zeigt, der Kolben des Sterlingmotors gemäß der Ausführungsform abstützt. Ein Sterlingmotor 100, der eine Abwärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform ist, ist ein sogenannter Reihen-Zweizylinder-Sterlingmotor der α-Bauart. Das heißt, ein hochtemperaturseitiger Kolben 103, der ein erster Kolben genannt wird, und der in einem hochtemperaturseitigen Zylinder 101 aufgenommen ist, der als ein erster Zylinder bezeichnet ist, und ein niedertemperaturseitiger Kolben 104, der als ein zweiter Kolben bezeichnet ist, und der in einem niedrigtemperaturseitigen Zylinder 102 aufgenommen ist, der ein zweiter Zylinder genannt wird, sind in Reihe angeordnet.
Der hochtemperaturseitige Zylinder 101 und der niedertemperaturseitige Zylinder 102 sind direkt oder indirekt durch ein Basisboard 111, das ein Referenzkörper ist, abgestützt und an diesem fixiert. In dem Sterlingmotor 100 gemäß dieser Ausführungsform dient das Basisboard 111 als eine Positionsreferenz für verschiedene Komponentenbauteile des Sterlingmotors 100. Dieser Aufbau sichert eine Genauigkeit der relativen Positionen der Komponentenbauteile. Daneben ist in dem Sterlingmotor 100 gemäß dieser Ausführungsform ein Gaslager GB zwischen dem hochtemperaturseitigen Zylinder 101 und dem hochtemperaturseitigen Kolben 103 und auch zwischen dem niedertemperaturseitigen Zylinder 102 und dem niedertemperaturseitigen Kolben 104 angeordnet. Genauer gesagt sind der hochtemperaturseitige Kolben 103 und der niedertemperaturseitige Kolben 104 in Reihe in der Richtung angeordnet, in der sich eine Kurbelwelle 110 erstreckt.
In dem Sterlingmotor gemäß der Ausführungsform kann, da der hochtemperaturseitige Zylinder 101 und der niedertemperaturseitige Zylinder 102 direkt oder indirekt an dem Basisboard 111 montiert sind, das der Referenzkörper ist, der Abstand zwischen dem Kolben und dem Zylinder genau aufrecht erhalten werden. Dies gestattet, dass die Funktion jedes Gaslagers GB in vollem Umfang durchgeführt werden kann. Daneben erleichtert dies die Montage des Sterlingmotors 100.
Ein Wärmetauscher 108, der aus einem im Allgemeinen U-förmigen Heizer 105, einem Regenerator 106 und einem Kühler 107 aufgebaut ist, ist zwischen dem hochtemperaturseitigen Zylinder 101 und dem niedertemperaturseitigen Zylinder 102 angeordnet. Da der Heizer 105 im Allgemeinen eine U-Form hat, kann der Heizer 10 leicht angeordnet werden, selbst in solch einem relativ engen Raum wie einer Abgaspassage einer Brennkraftmaschine. Daneben macht es, wie in diesem Sterlingmotor 100, die Reihenanordnung des hochtemperaturseitigen Zylinders 101 und des niedertemperaturseitigen Zylinders 102 relativ leicht, den Heizer 105 selbst in solch einem rohrförmigen Raum wie der Abgaspassage der Brennkraftmaschine anzuordnen.
Einer von zwei Endabschnitten des Heizers 105 ist an einer Seite des hochtemperaturseitigen Zylinders 101 angeordnet, und der andere Endabschnitt von diesem ist an einer Seite eines Regenerators 106 angeordnet. Einer von zwei Endabschnitten des Regenerators 106 ist an der Seite des Heizers 105 angeordnet, und der andere Endabschnitt von diesem ist an einer Seite eines Kühlers 107 angeordnet. Einer von zwei Endabschnitten des Kühlers 107 ist an der Seite des Regenerators 106 angeordnet, und der andere Endabschnitt von diesem ist an einer Seite des niedertemperaturseitigen Zylinders 102 angeordnet.
Ein Arbeitsfluid (Luft in dieser Ausführungsform) ist in dem hochtemperaturseitigen Zylinder 101, dem niedertemperaturseitigen Zylinder 102 und dem Wärmetauscher 108 eingeschlossen. Die von dem Heizer 105 zugeführte Wärme und die von dem Kühler 107 abgegebene Wärme bilden den Sterlingzyklus, und treiben somit den Sterlingmotor 100 an. Es sei hier angemerkt, dass bspw. der Heizer 105 und der Kühler 107 jeweils aus einem Bündel einer Vielzahl von Rohren aufgebaut sein können, die aus einem Material gemacht sind, das eine hohe thermische Leitfähigkeit und einen exzellenten Wärmewiderstand hat. Der Kühler 107 kann von einer luftgekühlten Bauart oder von einer wassergekühlten Bauart sein. Daneben kann der Regenerator 106 aus einem porösen thermischen Speicherkörper aufgebaut sein. Im Übrigen sind der Aufbau von jedem von dem Heizer 105, dem Kühler 107 und dem Regenerator 106 nicht auf die vorstehend genannten Beispiele beschränkt. Stattdessen kann jeder bevorzugter Aufbau in Abhängigkeit der thermischen Bedingungen eines Objekts der Abwärmerückgewinnung, den Spezifikationen des Sterlingmotors 100, etc. ausgewählt werden.
Der hochtemperaturseitige Kolben 103 und der niedertemperaturseitige Kolben 104 sind im Inneren des hochtemperaturseitigen Zylinders 101 bzw. des niedertemperaturseitigen Zylinders 102 über die Gaslager GB abgestützt. Das heißt, die Kolben sind im Inneren der Zylinder ohne eine Verwendung eines Kolbenrings zwischen diesen abgestützt. Dieser Aufbau verringert die Reibung zwischen den Kolben und den Zylindern, und verbessert den Abwärmerückgewinnungswirkungsgrad des Sterlingmotors 100. Daneben, falls die Reibung zwischen den Kolben und den Zylindern verringert ist, wird es leichter, den Sterlingmotor 100 zu betreiben, um thermische Energie von einer Abwärme in Form von kinetischer Energie selbst unter Betriebsbedingungen einer geringen Wärmequelle und einem geringen Temperaturunterschied rückzugewinnen, so wie den Bedingungen in dem Fall der Abwärmerückgewinnung in einer Brennkraftmaschine.
Um das Gaslager GB zu gestalten, ist ein Abstand tc zwischen dem hochtemperaturseitigen Kolben 103 und dem hochtemperaturseitigen Zylinder 101 auf mehrere 10 μm um den Umfang des hochtemperaturseitigen Kolbens 103 herum oder dergleichen festgelegt, wie in 2 gezeigt ist. Der niedertemperaturseitige Kolben 104 und der niedertemperaturseitige Zylinder 102 sind im Wesentlichen in der selben Weise angeordnet. Der hochtemperaturseitige Zylinder 101, der hochtemperaturseitige Kolben 103, der niedertemperaturseitige Zylinder 102 und der niedertemperaturseitige Kolben 104 können bspw. durch Verwenden eines Metallmaterials hergestellt sein, das leicht zu bearbeiten ist.
Die Hin- und Herbewegung von jedem von dem hochtemperaturseitigen Kolben 103 und dem niedertemperaturseitigen Kolben 104 werden durch einen Verbindungsstab 109 zu einer Kurbelwelle 110 übertragen, die eine Abgabewelle ist, und wird dadurch in eine Drehbewegung umgewandelt. In dieser Ausführungsform sind der hochtemperaturseitige Kolben 103 und der niedertemperaturseitige Kolben 104 durch einen annähernd linearen Mechanismus (bspw. einen Schwinhebelmechanismus) 113 abgestützt, wie in 3 gezeigt ist. Auf diese Weise können der hochtemperaturseitige Kolben 103 und der niedertemperaturseitige Kolben 104 annähernd linear hin und her bewegt werden. Als eine Folge wird die Seitenkraft F an dem hochtemperaturseitigen Kolben 103 (d. h. die Kraft, die in eine Richtung des Durchmessers des Kolbens gerichtet ist) im Wesentlichen null. Deshalb kann der Kolben selbst durch das Gaslager GB ausreichend abgestützt werden, dessen Vermögen, der Seitenkraft zu widerstehen, gering ist.
Wie in 1 gezeigt ist, sind die Komponentenbauteile, die den Sterlingmotor 100 bilden, einschließlich des hochtemperaturseitigen Zylinders 101, des hochtemperaturseitigen Kolbens 103, des Verbindungsstabs 109, der Kurbelwelle 110, etc. in einem Gehäuse 110C aufgenommen. Das Gehäuse 100C des Sterlingmotors 100 hat ein Kurbelgehäuse 114A und einen Zylinderblock 114B. Das in das Gehäuse 100C gefüllte Gas (das das selbe ist, wie das Arbeitsfluid in dieser Ausführungsform) wird durch eine Pumpe 115 druckbeaufschlagt. Die Pumpe 115 kann als eine Druckeinstellvorrichtung der Erfindung betrachtet werden. Die Pumpe 115 kann bspw. durch eine Brennkraftmaschine angetrieben werden, die das Objekt der Abwärmerückgewinnung des Sterlingmotors 100 ist, oder kann durch Verwendung eines Elektromotors oder dergleichen angetrieben werden.
Bei dem Sterlingmotor 100 ist es so, dass je höher der Durchschnittsdruck des Arbeitsfluids ist, desto größer ist der Druckunterschied zwischen der Hochtemperaturseite und der Niedertemperaturseite, und deshalb wird die höhere Abgabe erhalten, vorausgesetzt, dass der Temperaturunterschied zwischen dem Heizer 105 und dem Kühler 107 festgelegt ist. Der Sterlingmotor 100 gemäß der Ausführungsform ist so aufgebaut, dass ein größerer Abgabebetrag von dem Sterlingmotor 100 durch Druckbeaufschlagen des in das Gehäuse 100C gefüllten Gases entnommen werden kann, um einen hohen Druck des Arbeitsfluids aufrecht zu erhalten. Dieser Aufbau macht es möglich, einen größeren Abgabebetrag von dem Sterlingmotor 100 selbst in dem Fall zu entnehmen, wo nur eine Wärmequelle von niederer Qualität verwendet werden kann, wie in dem Fall einer Abwärmerückgewinnung. Im Übrigen erhöht sich die Abgabe des Sterlingmotors 100 im Wesentlichen proportional zu dem Druck des in das Gehäuse 100C gefüllten Gases.
In dem Sterlingmotor 100 gemäß der Ausführungsform ist ein Dichtungslager 116 an dem Gehäuse 110 montiert, und das Dichtungslager 116 stützt die Kurbelwelle 110 ab. In dem Sterlingmotor 100 gemäß der Ausführungsform minimiert, obwohl das in das Gehäuse 100C gefüllte Gas druckbeaufschlagt ist, das Dichtungslager 116 die Leckage des in das Gehäuse 100C gefüllten Gases. Die Abgabe der Kurbelwelle 110 wird über eine flexible Kupplung 118, wie eine Oldham-Kupplung, zu der Außenseite gebracht.
Der Betrieb der Pumpe 115 wird durch eine Drucksteuerungsvorrichtung 30 gesteuert, die in einer Motor-ECU (elektronische Steuereinheit) 50 vorgesehen ist. Der Druck des in das Gehäuse 100C gefüllten Gases wird durch einen Drucksensor 40 gemessen, der ein Druckerfassungsabschnitt ist. Die Temperatur des in das Gehäuse 100C gefüllten Gases wird durch einen Temperatursensor 41 gemessen, der ein Temperaturerfassungsabschnitt ist. Der Druck P und die Temperatur T des in das Gehäuse 100C gefüllten Gases, die durch den Drucksensor 40 und den Temperatursensor 41 gemessen werden, werden zu der Drucksteuerungsvorrichtung 30 geliefert, die in der Motor-ECU 50 vorgesehen ist, und werden für die Drucksteuerung des in das Gehäuse 100C gefüllten Gases verwendet.
In dem Sterlingmotor 100 gemäß der Ausführungsform wird die Leckage des in das Gehäuse 100C gefüllten Gases durch das Dichtungslager 116 minimiert, aber eine geringfügige Leckage tritt auf. Deshalb nimmt mit Verstreichen der Zeit der Druck P des in das Gehäuse 100C gefüllten Gases ab. Daneben kann der Druck P des in das Gehäuse 100C gefüllten Gases auch in Abhängigkeit der Betriebsumgebung des Sterlingmotors 100 abnehmen.
Falls bspw. die Temperatur der Betriebsumgebung des Sterlingmotors 100 abnimmt und deshalb die Temperatur T des in das Gehäuse 100C gefüllten Gases abnimmt, dann nimmt auch der Druck P des in das Gehäuse 100C gefüllten Gases ab. Falls der Druck P des in das Gehäuse 100C gefüllten Gases abnimmt, nimmt die Abgabe des Sterlingmotors 100 ab. Um die Abnahme der Abgabe des Sterlingmotors 100 zu verhindern, ist es notwendig, einen Druck P des in das Gehäuse 100C gefüllten Gases auf einem vorbestimmten Wert zu halten.
In dieser Ausführungsform wird in dem Fall, wo der Druck P des in das Gehäuse 100C gefüllten Gases unter einen vorbestimmten Drucksollwert abnimmt, eine Menge des Gases durch die Pumpe 115 in das Gehäuse 100C zugeführt, um den Druck P des in das Gehäuse 100C gefüllten Gases auf den Drucksollwert anzuheben. Dies beschränkt die Abnahme der Abgabe des Sterlingmotors 100, die durch eine Leckage oder eine Änderung der Betriebsumgebung verursacht wird. Der Drucksollwert ist ein Index, der einen Sollwert des in das Gehäuse 100C gefüllten Gases repräsentiert, und kann bspw. auf den Druck des in das Gehäuse 100C gefüllten Gases in einem Standardbetriebszustand des Sterlingmotors 100 festgelegt sein. Im Übrigen bezieht sich der Standardbetriebszustand des Sterlingmotors 100 auf bspw. einen Zustand, wo der Sterlingmotor 100 die Abgabe erzeugt, die von den Spezifikationen des Sterlingmotors 100 bestimmt ist.
4 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines Aufbaus zeigt, in dem ein Sterlingmotor gemäß der Ausführungsform für die Rückgewinnung von Abwärme von einer Brennkraftmaschine verwendet wird. In dieser Ausführungsform wird die Abgabe des Sterlingmotors 100 über ein Sterlingmotorgetriebe 5 in ein Brennkraftmaschinengetriebe 4 eingegeben, und wird deshalb mit der Abgabe der Brennkraftmaschine 1 kombiniert, und die kombinierte Leistung wird entnommen.
In dieser Ausführungsform ist die Brennkraftmaschine 1 bspw. in einem Fahrzeug montiert, wie einem PKW, einem LKW oder dergleichen, um als eine Antriebsquelle des Fahrzeugs zu dienen. Die Brennkraftmaschine 1 erzeugt eine Abgabe als eine Hauptantriebsquelle während eines Fahrens des Fahrzeugs. Andererseits kann der Sterlingmotor 100 nicht eine minimal notwendige Abgabe vorsehen, bis die Temperatur des Abgases EX ein gewisses Temperaturniveau erreicht. Deshalb gewinnt der Sterlingmotor 100 in dieser Ausführungsform, nachdem die Temperatur des von der Brennkraftmaschine 1 abgegebenen Abgases EX eine vorbestimmte Temperatur übersteigt, thermische Energie von dem Abgas EX der Brennkraftmaschine 1 zurück und erzeugt eine Abgabe, um das Fahrzeug zusammen mit der Brennkraftmaschine 1 anzutreiben. Auf diese Weise dient der Sterlingmotor 100 als eine Hilfsantriebsquelle des Fahrzeugs.
Der Heizer 105 des Sterlingmotors 100 ist in einer Abgaspassage 2 der Brennkraftmaschine 1 angeordnet. Im Übrigen kann in der Abgaspassage 2 auch der Regenerator (siehe 1) 106 des Sterlingmotors 100 angeordnet sein.
Der Heizer 105 des Sterlingmotors 100 ist in einem hohlen Heizergehäuse 3 vorgesehen, das an der Abgaspassage 2 vorgesehen ist.
In dieser Ausführungsform wird die thermische Energie des Abgases EX, die durch die Verwendung des Sterlingmotors 100 rückgewonnen wird, durch den Sterlingmotor 100 in kinetische Energie umgewandelt. Eine Kupplung 6, die eine Leistungs-Verbindungs-Trennungsvorrichtung ist, ist an der Kurbelwelle 110 angebracht, die eine Abgabewelle des Sterlingmotors 100 ist. Somit wird die Abgabe des Sterlingmotors 100 über die Kupplung 6 zu dem Sterlingmotorgetriebe 5 übertragen.
Die Abgabe der Brennkraftmaschine 1 wird über eine Abgabewelle 1s der Brennkraftmaschine 1 zu dem Brennkraftmaschinengetriebe 4 eingegeben. Dann kombiniert das Brennkraftmaschinengetriebe 4 die Abgabe der Brennkraftmaschine 1 und die Abgabe des Sterlingmotors 100, die zu diesem über das Sterlingmotorgetriebe 5 eingegeben wird, und gibt die kombinierte Leistung zu einer Getriebeabgabewelle 9 aus. Die Kupplung 6, die die Leistungs-Verbindungs-Trennungsvorrichtung ist, ist zwischen dem Brennkraftmaschinengetriebe 4 und dem Sterlingmotor 100 vorgesehen. In dieser Ausführungsform ist die Kupplung 6 zwischen einer Eingabewelle 5s des Sterlingmotorgetriebes 5 und der Kurbelwelle 110 des Sterlingmotors 100 vorgesehen. Die Kupplung 6 wird eingerückt und ausgerückt, um die mechanische Verbindung zwischen der Kurbelwelle 110 des Sterlingmotors 100 und der Eingabewelle 5s des Sterlingmotorgetriebes 5 herzustellen und aufzuheben. Im Übrigen wird die Kupplung 6 durch eine Motor-ECU 50 gesteuert.
Der Sterlingmotor 100 gewinnt thermische Energie von dem Abgas EX zurück, das durch die Brennkraftmaschine 1 abgegeben wird. Im Übrigen kann in dem Fall, wo die Temperatur des Abgases EX niedrig ist, bspw. zu der Zeit eines Kaltstarts der Brennkraftmaschine 1 oder dergleichen, eine thermische Energie von dem Abgas EX nicht zurück gewonnen werden, und deshalb erzeugt der Sterlingmotor 100 keine Abgabe. Deshalb wird, bis es möglich ist, dass der Sterlingmotor 100 eine Abgabe erzeugt, die Kupplung ausgerückt, um den Sterlingmotor 100 und die Brennkraftmaschine 1 voneinander zu trennen. Somit wird der Energieverlust aufgrund des Sterlingmotors 100, der durch die Brennkraftmaschine 1 angetrieben wird, beschränkt.
Wenn die Kupplung 6 eingerückt ist, sind die Kurbelwelle 110 des Sterlingmotors 100 und die Abgabewelle 1s der Brennkraftmaschine 1 über das Sterlingmotorgetriebe 5 und das Brennkraftmaschinengetriebe 4 direkt verbunden. Als eine Folge davon werden die durch den Sterlingmotor 100 erzeugte Abgabe und die durch die Brennkraftmaschine 1 erzeugte Abgabe durch das Brennkraftmaschinengetriebe 4 kombiniert, und die kombinierte Leistung wird über die Getriebeabgabewelle 9 entnommen. Andererseits, wenn die Kupplung 6 ausgerückt ist, dreht die Abgabewelle 1s der Brennkraftmaschine 1 getrennt von der Kurbelwelle 110 des Sterlingmotors 100. Als nächstes wird der Aufbau der Drucksteuerungsvorrichtung 30 beschrieben.
5 ist ein veranschaulichendes Diagramm, das eine Drucksteuerungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform zeigt. Wie in 5 gezeigt ist, ist die Drucksteuerungsvorrichtung 30 gemäß der Ausführungsform in der Motor-ECU 50 aufgenommen. Die Motor-ECU 50 besteht aus einer CPU (zentralen Verarbeitungseinheit) 50p, einem Speicherabschnitt 50m, einem Eingabeanschluss 55, einem Ausgabeanschluss 56, einem Eingabeinterface 57 und einem Ausgabeinterface 58.
Im Übrigen kann stattdessen eine Drucksteuerungsvorrichtung 30 gemäß der Ausführungsform separat von der Motor-ECU 50 vorgesehen sein, und kann mit der Motor-ECU 50 verbunden sein. Dann, um die Drucksteuerung des Gases zu realisieren, das in das Gehäuse 100C des Sterlingmotors 100 gemäß der Ausführungsform gefüllt ist, ist es möglich, einen Aufbau vorzusehen, in dem es gestattet ist, dass die Steuerfunktionen, die die Motor-ECU 50 für den Sterlingmotor 100 und dergleichen hat, durch die Drucksteuerungsvorrichtung 30 verwendet werden.
Die Drucksteuerungsvorrichtung 30 hat einen Druckbestimmungsabschnitt 31, einen Steuerzustandsbestimmungsabschnitt 32 und einen Drucksteuerungsabschnitt 33. Diese Abschnitte bilden Abschnitte, die Betriebssteuerungen gemäß der Ausführungsform ausführen. In der Ausführungsform ist die Drucksteuerungsvorrichtung 30 als ein Abschnitt der CPU 50p aufgebaut, die die Motor-ECU 50 bildet. Darüber hinaus ist die CPU 50p mit einem Motorsteuerabschnitt 50h versehen, wodurch der Betrieb der Brennkraftmaschine 1 und des Sterlingmotors 100 gesteuert wird.
Die CPU 50p, der Speicherabschnitt 50m, der Eingabeanschluss 55 und der Ausgabeanschluss 56 sind über Busse 54₁ bis 54₃ miteinander verbunden. Deshalb können der Druckbestimmungsabschnitt 31, der Steuerzustandbestimmungsabschnitt 32 und der Drucksteuerungsabschnitt 33, die die Drucksteuerungsvorrichtung 30 bilden, Steuerdaten miteinander austauschen und können einen Befehl zu einem geeigneten von diesen Abschnitten ausgeben. Darüber hinaus kann die Drucksteuerungsvorrichtung 30 Betriebssteuerungsdaten ermitteln, die die Motor-ECU 50 bezüglich der Brennkraftmaschine 1, dem Sterlingmotor 100 etc. hat, und kann die Daten verwenden. Darüber hinaus kann die Drucksteuerungsvorrichtung 30 eine Betriebssteuerroutine, die im Voraus in der Motor-ECU 50 festgelegt ist, mit der Betriebssteuerung gemäß der Ausführungsform unterbrechen.
Das Eingabeinterface 57 ist mit dem Eingabeanschluss 55 verbunden. Sensoren und dergleichen, die für die Steuerung des Aufrechterhaltens eines vorbestimmten Druck des in das Gehäuse 100C des Sterlingmotors 100 gefüllten Gases notwendig sind, sind mit dem Eingabeinterface 57 verbunden. In dieser Ausführungsform umfassen diese Sensoren und dergleichen den Drucksensor 40 und den Temperatursensor 41. Zusätzlich umfassen die Sensoren und dergleichen, die mit dem Eingabeinterface 57 verbunden sind, auch Sensoren und dergleichen, die zum Ermitteln von Information vorgesehen sind, die für die Betriebssteuerung der Brennkraftmaschine 1 und des Sterlingmotors 100 und die Steuerung des Brennkraftmaschinengetriebes 4 und des Sterlingmotorgetriebes 5 notwendig sind.
Die Signale von diesen Sensoren und dergleichen werden durch einen A/D-Wandler 57a und einen Digitaleingabepuffer 57d in dem Eingabeinterface 57 in Signale umgewandelt, die durch die CPU 50p verwendbar sind, und die zu dem Eingabeanschluss 55 gesendet werden. Deshalb kann die CPU 50p eine Information ermitteln, die für die Betriebssteuerung der Brennkraftmaschine 1 und die Drucksteuerung des in das Gehäuse 100C gefüllten Gases notwendig ist.
Das Ausgabeinterface 58 ist mit dem Ausgabeanschluss 56 verbunden. Steuerobjekte, die für die Steuerung des Aufrechterhaltens eines vorbestimmten Drucks des in das Gehäuse 100C des Sterlingmotors 100 gefüllten Gases notwendig sind, sind mit dem Ausgabeinterface 58 verbunden. In dieser Ausführungsform umfassen diese Steuerobjekte die Pumpe 115. Andere Steuerobjekte, die mit dem Ausgabeinterface 58 verbunden sind, sind Steuerobjekt (bspw. die Kupplung 6) die für die Betriebssteuerung der Brennkraftmaschine 1 und des Sterlingmotors 100 und die Steuerung des Brennkraftmaschinengetriebes 4 und des Sterlingmotorgetriebes 5 notwendig sind.
Das Ausgabeinterface 58 hat Steuerschaltkreise 58₁ , 58₂ und dergleichen, und bewirkt, dass die Steuerobjekte auf der Basis des Steuersignals arbeiten, das durch die Berechnung erzeugt wird, die durch die CPU 50p durchgeführt wird. Aufgrund des Aufbaus, wie er vorstehend beschrieben ist, kann die CPU 50p der Motor-ECU 50 auf der Basis der Ausgabesignale der vorstehend genannten Sensoren und dergleichen die Pumpe 115 und die Kupplung 6 und auch den Sterlingmotor 100, die Brennkraftmaschine 1, etc. steuern.
Der Speicherabschnitt 50m speichert Computerprogramme, einschließlich eines Prozessablaufs der Drucksteuerung gemäß der Ausführungsform, und auch Datenkennfelder und dergleichen. Im Übrigen kann der Speicherabschnitt 50m aus einem flüchtigen Speicher, wie einem RAM (Speicher mit wahlfreiem Zugriff), einem nicht flüchtigen Speicher, wie einem Flash-Speicher oder dergleichen, oder einer Kombination aus diesen Speichern bestehen.
Die Computerprogramme können Programme sein, die einen Prozessablauf der Drucksteuerung gemäß der Ausführungsform durch Kombinieren mit einem Computerprogramm realisieren, das im Voraus in der CPU 50p aufgezeichnet worden ist. Darüber hinaus kann die Drucksteuerungsvorrichtung 30 auch die Funktionen des Druckbestimmungsabschnitts 31, des Steuerzustandsbestimmungsabschnitts 32 und des Drucksteuerungsabschnitts 33 durch Verwenden von bestimmten Hardwarevorrichtungen oder dergleichen anstelle der Computerprogramme realisieren. Als nächstes wird die Drucksteuerung gemäß der Ausführungsform beschrieben. Die Drucksteuerung gemäß der Ausführungsform kann durch die Drucksteuerungsvorrichtung 30 realisiert werden. Die nachfolgende Beschreibung wird am Besten mit geeignetem Bezug auf 1 bis 5 verstanden.
6 ist ein Flussdiagramm, das einen Ablauf der Drucksteuerung gemäß der Ausführungsform zeigt. 7 ist ein Konzeptdiagramm, das ein Drucksollwertbestimmungskennfeld für eine Verwendung in der Drucksteuerung gemäß der Ausführungsform zeigt. Die Drucksteuerung gemäß der Ausführungsform, die nachstehend beschrieben wird, wird ausgeführt, bevor der Sterlingmotor 100 gestartet wird. Jedoch kann die Drucksteuerung auch während eines Betriebs des Sterlingmotors 100 ausgeführt werden. Falls die Drucksteuerung ausgeführt wird, bevor der Sterlingmotor 100 gestartet wird, kann eine vorfestgelegte Abgabe sichergestellt werden, sofort nachdem der Sterlingmotor 100 gestartet worden ist.
Um die Drucksteuerung gemäß der Ausführungsform auszuführen, ermittelt der Druckbestimmungsabschnitt 31 der Drucksteuerungsvorrichtung 30 in Schritt S101 die Temperatur T des in das Gehäuse 100C des Sterlingmotor 100 gefüllten Gases (nachstehend als die tatsächliche Gastemperatur bezeichnet) von dem Temperatursensor 41, der in 1 und 4 gezeigt ist.
In Schritt S102 bestimmt der Druckbestimmungsabschnitt 31 einen Drucksollwert Pc. Wie vorstehend beschrieben ist, ist der Drucksollwert der Druck des in das Gehäuse 100C gefüllten Gases während des Standardbetriebszustands. Um den Drucksollwert zu bestimmen, gibt der Druckbestimmungsabschnitt 31 die tatsächliche Gastemperatur T, die in Schritt S101 ermittelt wird, zu einem Drucksollwertbestimmungskennfeld 45, das in 7 gezeigt ist, und ermittelt auf diese Weise einen entsprechenden Drucksollwert Pc. Falls bspw. der tatsächliche Druck des in das Gehäuse 100C gefüllten Gases ein Drucksollwert Pm in dem Fall ist, wo die Temperatur des in das Gehäuse 100C gefüllten Gases Tm ist, kann der Sterlingmotor 100 eine vorfestgesetzte Abgabe erzeugen. Im Übrigen ist das Drucksollwertbestimmungskennfeld 45 in dem Speicherabschnitt 50m der Motor-ECU 50 gespeichert.
In dem Drucksollwertbestimmungskennfeld 45 sind Kombinationen des Drucksollwerts Pc und der Temperatur T des in das Gehäuse 100C gefüllten Gases während des Standardbetriebszustands gemäß einer Vielzahl von Bedinungen beschrieben. In dieser Ausführungsform ist die Temperatur bspw. als T1 < T2 < ... < Tm < ... < Tn beschrieben, und der Drucksollwert Pc ist als Pc1 > Pc2 > ... > Pcm > ... > Pcn beschrieben. Das heißt je größer die Temperatur T ist, desto kleiner ist der Drucksollwert Pc festgelegt. Im Übrigen sind die Temperatur T und der Drucksollwert Pc des in das Gehäuse 100C gefüllten Gases während des Standardbetriebszustands nicht auf die Einstellung begrenzt, die in dem Drucksollwertbestimmungskennfeld 45 vorgesehen ist. Darüber hinaus, da die Temperatur T und der Drucksollwert Pc diskret beschrieben sind, erfordert eine Temperatur T, die in dem Drucksollwertbestimmungskennfeld 45 nicht beschrieben ist, bspw. eine lineare Interpolation, um einen entsprechenden Drucksollwert Pc zu bestimmen.
Durch Bestimmen des Drucksollwerts Pc durch die Verwendung der Temperatur des in das Gehäuse 100C gefüllten Gases auf diese Weise, kann der Druck P des in das Gehäuse 100C gefüllten Gases mit höherer Genauigkeit gesteuert werden. Als eine Folge kann eine ungenügende Druckbeaufschlagung beschränkt werden, und deshalb kann die Abnahme der Abgabe des Sterlingmotors 100 noch zuverlässiger beschränkt werden. Darüber hinaus, da eine übermäßige Druckbeaufschlagung auch beschränkt werden kann, kann ein unnötiges Antreiben der Pumpe 115 vermieden werden, um den Energieverbrauch zu beschränken.
Der Druck P des in das Gehäuse 100C gefüllten Gases kann auch auf der Basis des Verhältnisses zwischen dem Druck P und der Temperatur T des in das Gehäuse 100C gefüllten Gases P/T (als das Druck/Temperatur-Verhältnis bezeichnet)gesteuert werden. Falls bspw. ein Drucksollwert Pc_p auf eine Temperatur Tc_p gerichtet ist, ist das Verhältnis P/T Pc_t/Tc_p = A (konstant). Diese Konstante A ist im Voraus auf der Basis des Verhältnisses zwischen dem Druck P und der Temperatur T des Gases in dem Gehäuse 100C festgelegt, und ist ein Index, der einen Solldruck des Drucks P des in das Gehäuse 100C gefüllten Gases repräsentiert. Hier kann die Temperatur T als eine absolute Temperatur ausgedrückt sein. Nachstehend wird die Konstante A als der Drucksollindex bezeichnet.
In dem Fall, wo der Druck P des in das Gehäuse 100C gefüllten Gases durch die Verwendung des Druck-/Temperatur-Verhältnisses P/T gesteuert wird, findet der Druckbestimmungsabschnitt 31 das Druck-/Temperaturverhältnis P/T zu dem derzeitigen Zeitpunkt von dem Druck P und der Temperatur T des in das Gehäuse 100C gefüllten Gases, die von dem Drucksensor 40 und dem Temperatursensor 41 ermittelt werden. Dann steuert der Drucksteuerungsabschnitt 33 der Drucksteuerungsvorrichtung 30 den Druck P des in das Gehäuse 100C gefüllten Gases so, dass das Verhältnis P/T zu dem derzeitigen Zeitpunkt größer oder gleich dem Drucksollindex A wird. Deshalb kann der Druck P des in das Gehäuse 100C gefüllten Gases bei oder über dem vorstehend genannten Drucksollwert Pc aufrecht erhalten werden.
Darüber hinaus kann der Druck P des in das Gehäuse 100C gefüllten Gases auch auf der Basis des Verhältnisses zwischen der Temperatur T und dem Druck P des in das Gehäuse 100C gefüllten Gases T/P (als Temperatur/Druck-Verhältnis bezeichnet) gesteuert werden. Falls bspw. ein Druck Pc_p auf eine Temperatur Tc_p gerichtet ist, ist das Verhältnis T/P Tc_p/Pc_p = B (konstant). Diese Konstante B ist im Voraus auf der Basis des Verhältnisses zwischen dem Druck P und der Temperatur T des in das Gehäuse 100C gefüllten Gases festegelegt, und ist ein Index, der einen Soll-Druck des Drucks P des in das Gehäuse 100C gefüllten Gases repräsentiert. Nachstehend wird die Konstante B als der Drucksollindex bezeichnet.
In dem Fall, wo der Druck des Gases in dem Gehäuse 100C durch die Verwendung des Temperatur-/Druck-Verhältnisses T/P gesteuert wird, findet der Druckbestimmungsabschnitt 31 das Temperatur-/Druck-Verhältnis T/P zu dem derzeitigen Zeitpunkt von dem Druck P und der Temperatur T des in das Gehäuse 100C gefüllten Gases, die von dem Drucksensor 40 und dem Temperatursensor 41 ermittelt werden. Dann steuert der Drucksteuerungsabschnitt 33 den Druck P des Gases in dem Gehäuse 100C so, dass das Verhältnis T/P zu dem derzeitigen Zeitpunkt geringer oder gleich dem Drucksollindex B wird. Deshalb kann der Druck P des Gases in dem Gehäuse 100C bei oder über dem vorstehend genannten Drucksollwert Pc aufrecht erhalten werden.
Somit kann in dieser Ausführungsform der Druck P des in das Gehäuse 100C gefüllten Gases auch auf der Basis des Druck-/Temperatur-Verhältnisses P/T oder des Temperatur-/Druck-Verhältnisses T/P und auf der Basis des voreingestellten Drucksollindex gesteuert werden. Diese Weise der Steuerung beseitigt die Notwendigkeit, das Drucksollwertbestimmungskennfeld 45 zu verwenden, und schränkt deshalb die Verwendung des Speicherabschnitts 50M ein, der in der Motor-ECU 50 vorgesehen ist. Darüber hinaus können die Zeit und der Aufwand verringert werden, die zur Schaffung des Drucksollwertsbestimmungskennfeld 45 notwendig sind.
Nachdem der Gasdruck in dem Gehäuse während des Standardbetriebszustands bestimmt worden ist, ermittelt der Steuerungszustandsbestimmungsabschnitt 32 der Drucksteuerungsvorrichtung 30 in Schritt S103 den Druck P des in das Gehäuse 100C des Sterlingmotors 100 gefüllten Gases (als der tatsächliche Gasdruck P bezeichnet) von dem Drucksensor 40, der in 1 und 4 gezeigt ist. Im Übrigen kann der Steuerungszustandsbestimmungsabschnitt 32 als eine Bestimmungsvorrichtung der Erfindung betrachtet werden. In Schritt S104 vergleicht der Steuerungszustandsbestimmungsabschnitt 32 den tatsächlichen Gasdruck P, der in Schritt S103 ermittelt worden ist, mit dem in Schritt S102 bestimmten Drucksollwert Pc.
Falls die Antwort der Bestimmung in Schritt S104 „JA" ist, d. h. falls der Steuerungszustandsbestimmungsabschnitt 32 P < Pc bestimmt, kann der Sterlingmotor 100 nicht die vorfestgelegte Abgabe erzeugen. Deshalb treibt der Drucksteuerungsabschnitt 33 der Drucksteuerungsvorrichtung 30 in Schritt S105 die Pumpe 115 an, die in 1 und 4 gezeigt ist, um das in das Gehäuse 100C des Sterlingmotors 100 gefüllte Gas Druck zu beaufschlagen.
In dem Fall, in dem das in das Gehäuse 100C gefüllte Gas druckbeaufschlagt wird, wird die Druckbeaufschlagung durch die Pumpe 115 fortgeführt, bis der Druck des in das Gehäuse 100C gefüllten Gases, der bspw. durch den Drucksensor 40 erfasst wird, den Drucksollwert Pc erreicht. Die Druckbeaufschlagung durch die Pumpe 115 kann auch auf der Basis des notwendigen Betrags einer Druckbeaufschlagung durchgeführt werden, die aus einem Unterschied zwischen dem Drucksollwert Pc und dem Druck P des in das Gehäuse 100C gefüllten Gases zu dem derzeitigen Zeitpunkt berechnet wird.
In dem Fall, in dem der Druck P des in das Gehäuse 100C gefüllten Gases auf der Basis des Druck/Temperatur-Verhältnisses P/T und des voreingestellten Drucksollindex A gesteuert wird, wird das Gas durch die Pumpe 115 druckbeaufschlagt, bis das Druck-/Temperatur-Verhältnis P/T größer als oder gleich dem Drucksollindex wird. In dem Fall, wo der Druck P des in das Gehäuse 100C gefüllten Gases auf der Basis des Temperatur/Druckverhältnisses T/P und des voreingestellten Drucksollindex B gesteuert wird, wird das Gas durch die Pumpe 115 druckbeaufschlagt, bis das Druck-/Temperaturverhältnis P/T gleich oder geringer als der Drucksollindex wird. Darüber hinaus kann die Druckbeaufschlagung durch die Pumpe 115 auch auf der Basis des notwendigen Betrags einer Druckbeaufschlagung durchgeführt werden, die von einem Unterschied zwischen dem Druck-/Temperatur-Verhältnis P/T und dem Drucksollindex A oder von einem Unterschied zwischen dem Temperatur-/Druck-Verhältnis T/P und dem Drucksollindex B berechnet wird.
Falls die Antwort der Bestimmung in Schritt S104 „NEIN" ist, das heißt falls der Steuerungszustandbestimmungsabschnitt 32 P ≥ Pc bestimmt, kann der Sterlingmotor 100 die vorfestgelegte Abgabe erzeugen, und deshalb beaufschlagt der Drucksteuerungsabschnitt 33 das in das Gehäuse 100C des Sterlingmotors 100 gefüllte Gas nicht mit Druck. Der Motorsteuerabschnitt 50h der Motor-ECU 50 startet den Betrieb des Sterlingmotors 100. Übrigens, falls der Zustand von P < Pc während des Betriebs des Sterlingmotors 100 auftritt, kann das in das Gehäuse 100C des Sterlingmotors 100 gefüllte Gas druckbeaufschlagt werden.
Wie vorstehend beschrieben ist, wird gemäß der Ausführungsform in dem Sterlingmotor, in dem das Gas, das ins Innere des Gehäuses des Sterlingmotors gefüllt ist, im Voraus druckbeaufschlagt ist, bestimmt, ob der Druck des das in das Gehäuse gefüllten Gases bezüglich dem Drucksollwert des Gases abgenommen hat. Falls der Druck des Gases niedriger als der Drucksollwert ist, wird das Gas druckbeaufschlagt, um die Abnahme des Drucks des Gases bezüglich dem Drucksollwert auszugleichen. Deshalb kann die Abnahme der Abgabe des Sterlingmotors beschränkt werden, die durch eine Abnahme des Drucks des in das Gehäuse gefüllten Gases verursacht wird.
Wie vorstehend beschrieben ist, ist der Sterlingmotor gemäß der Erfindung nützlich als ein Sterlingmotor, in dem das in das Gehäuse gefüllte Gas im Voraus druckbeaufschlagt ist, und ist besonders geeignet, um die Abnahme der Abgabe zu beschränken, die durch eine Abnahme des Drucks des in das Gehäuse gefüllten Gases verursacht wird.
Während die Erfindung mit Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen von dieser beschrieben worden ist, ist es zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen oder Aufbauten beschränkt ist. Andererseits ist es beabsichtigt, dass die Erfindung verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen abdeckt. Zusätzlich, während die verschiedenen Bauteile der offenbarten Erfindung in verschiedenen beispielhaften Kombinationen und Aufbauten gezeigt sind, sind andere Kombinationen und Aufbauten, einschließlich mehr, weniger oder nur ein einzelnes Bauteil, auch innerhalb des Umfangs der angehängten Ansprüche.
In einem Sterlingmotor (100) nimmt ein Gehäuse (100C) in sich Komponentenbauteile des Sterlingmotors (100) auf, einschließlich eines hochtemperaturseitigen Zylinders (101), eines hochtemperaturseitigen Kolbens (103), einer Verbindungsstange (109), einer Kurbelwelle (110), etc. Eine Drucksteuerungsvorrichtung (30) bestimmt, ob der Druck des in das Gehäuse (100C) gefüllten Gases abgenommen hat. Falls der Druck des Gases abgenommen hat, treibt die Drucksteuerungsvorrichtung (30) eine Pumpe (115) an, um das in das Gehäuse (100C) gefüllte Gas druckzubeaufschlagen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2005-106009 [0002, 0003]
- JP 2005-106009 A [0002, 0003]

Claims

Sterlingmotor (100) mit: einem Gehäuse (100c), das wenigstens ein Komponentenbauteil des Sterlingmotors aufnimmt; einer Bestimmungsvorrichtung (30), die auf der Basis eines Index, der einen Sollwert des Gases repräsentiert, bestimmt, ob ein Druck eines Gases abgenommen hat, das ins Innere des Gehäuses gefüllt ist; und einer Druckeinstellvorrichtung (115), die eine Abnahme des Drucks des Gases durch Druckbeaufschlagen des Gases kompensiert.
Sterlingmotor gemäß Anspruch 1, wobei das wenigstens eine Komponentenbauteil Folgendes aufweist: einen Zylinder (101, 102); einen Kolben (103, 104), der über ein Gaslager (GB) in dem Zylinder abgestützt ist; und einen annähernd linearen Mechanismus (113), der den Kolben abstützt.
Sterlingmotor gemäß Anspruch 1, wobei der Index der Druck des in das Gehäuse gefüllten Gases ist, der auf der Basis der Temperatur des Gases bestimmt wird; und wobei die Druckeinstellvorrichtung das Gas so druckbeaufschlagt, dass der Druck des Gases den Index erreicht.
Sterlingmotor gemäß Anspruch 1, wobei der Index auf der Basis eines Verhältnisses des Drucks des Gases zu einer Temperatur des Gases oder eines Verhältnisses einer Temperatur des Gases zu dem Druck des Gases bestimmt wird, und wobei die Druckeinstellvorrichtung das Gas so druckbeaufschlagt, dass das Verhältnis des Drucks des Gases zu der Temperatur des Gases oder das Verhältnis der Temperatur des Gases zu dem Druck des Gases den Index erreicht.
Sterlingmotor gemäß einem, der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Bestimmungsvorrichtung bestimmt, ob der Druck des Gases abgenommen hat, bevor der Sterlingmotor gestartet wird.
Sterlingmotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Index der Druck des in das Gehäuse gefüllten Gases ist, der auftritt, wenn der Sterlingmotor eine Abgabe erzeugt, die von einer Spezifikation des Sterlingmotors bestimmt ist.
Sterlingmotor gemäß Anspruch 3 oder 6, wobei die Bestimmungsvorrichtung einen tatsächlichen Gasdruck mit dem Index vergleicht.
Sterlingmotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Gas Luft ist.
Sterlingmotor mit: einem Zylinder; einem Kolben, der über ein Gaslager in dem Zylinder abgestützt ist; einen annähernd linearen Mechanismus, der den Kolben abstützt; einem Gehäuse, das den Zylinder, den Kolben und den annähernd linearen Mechanismus aufnimmt; einer Bestimmungsvorrichtung, die auf der Basis eines Index, der einen Solldruck des Gases repräsentiert, bestimmt, ob ein Druck eines in das Gehäuse gefüllten Gases abgenommen hat; und einer Druckeinstellvorrichtung, die das Gas druckbeaufschlagt.
Steuerverfahren für einen Sterlingmotor (100), das folgende Schritte aufweist: Bestimmen auf der Basis eines Index, der einen Solldruck des Gases repräsentiert, ob ein Druck eines Gases abgenommen hat, das in ein Gehäuse gefüllt ist, das wenigstens ein Komponentenbauteil eines Sterlingmotors aufnimmt; und Kompensieren einer Abnahme des Drucks des Gases durch Druckbeaufschlagen des Gases.