JP2003535262A - スターリングエンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、少なくとも１つの作動ピストン（５２）および少なくとも１つの排除ピストン（４）を有するスターリングエンジン（１０、５０、７２）に関する。本発明によれば、入力部分（２）の直線運動を出力部分（８）の直線運動に伝達することにより出力制御を行なうためのレバー（５）が設けられており、該レバー（５）は、これに関連する調節可能な枢着点（７）を有しかつ駆動部分および被駆動部分（２、８）に枢着されている。運動伝達中に、レバー（５）の支持点が枢着点（７）上の特定湾曲に沿って移動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 （技術分野） 本発明は、少なくとも１つの作動ピストンおよび少なくとも１つの排除ピスト
ンを備えたスターリングエンジンに関する。

【０００２】 （背景技術） 回転駆動装置にいかなる形式の駆動ユニットを設けるかによって、回転駆動装
置の出力制御を行なう多くの可能な方法がある。燃焼エンジンでは、出力は燃料
供給により非常に良く制御でき、一方スターリングエンジンでは、効率損失のな
い出力制御がかなりの時間に亘って大きい問題となっている。スターリングエン
ジンの出力制御方法として、一方ではすきま容積を変えること、および他方では
作動ガスの圧力を変えることが知られている。しかしながら、これらの両形式の
出力制御方法には、効率損失または比較的長い短縮時間がそれぞれ生じる。

【０００３】 例えば米国特許３ ８８６ ７４４ Ａから、高温空気の入口圧力が、存在する
差圧に基いて入口を開閉する環状制御要素を介して制御される構造のスターリン
グエンジン用出力制御システムが知られているが、このシステムは、構造が非常
に複雑であり、かつ圧力制御の結果としてスターリングエンジンの効率が低下す
るという欠点を有している。

【０００４】 米国特許２ ８７３ ６１１ Ａからは、円弧型レバーアームの補助によりピス
トンのストロークを変えることができ、従って被駆動側クランクの出力を調節で
きる構造の燃焼エンジンが知られている。この目的のため、レバーアームは、コ
ネクティングヘッドが摺動可能に取り付けられているコネクティングリンクガイ
ドを有している。しかしながら、燃焼エンジンでは、効率的な出力制御のために
他の多くの優れた可能性を利用できるため、このような構造は燃焼エンジンには
適していない。

【０００５】 （発明の開示） 本発明の目的は、効率を低下させることなく迅速な出力制御を行なうことがで
きる、冒頭に述べた形式のスターリングエンジンを提供することにある。

【０００６】 本発明による冒頭に述べた形式のスターリングエンジンは、駆動部分の直線運
動を被駆動部分の直線運動に伝達することにより出力制御を行なうための、駆動
部分および被駆動部分に関節連結されたレバーが設けられており、該レバーは、
これに関連する変位可能な枢着点を有し、レバーの支持点が、運動伝達中に１つ
の湾曲に従って枢着点上で移動することを特徴とする。湾曲は、運動伝達の条件
およびそれぞれのスターリングエンジンの形式に基いて任意の形状にすることが
できる。

【０００７】 スターリングエンジン（等温膨張および等温圧縮を行なうと考えられる）の理
論的出力は、下記のように表すことができる。

【０００８】

【数１】

【０００９】 ここで、 Ｐ…出力 τ…圧縮空間と膨張空間との間の温度比 ｎ…回転数［Ｕ／分］ Ｖ_E,_max…膨張空間の最大容積 Ｖ_C,_max…圧縮空間の最大容積 Ｐ_m…平均有効圧力 δ…エンジンの圧力比

【００１０】

【数２】

【００１１】 ここで、φ＝作動ピストンと排除ピストンとの間の位相角、および

【００１２】

【数３】

【００１３】 は、最大圧縮容積と最大膨張容積との比、並びに

【００１４】

【数４】

【００１５】 は、圧縮容積と膨張容積との間の温度比である。出力制御は、特許請求の範囲の
請求項１の特徴部分に記載のレバー構造により、いかなる効率損失もなく行なわ
れる。なぜならば、好ましくはエンジンの最大圧縮容積Ｖ_C,_max従ってエンジン
の圧力比δを非常にうまく制御できるからである。

【００１６】 枢着点（該枢着点上で、運動伝達中にレバーまたはその支持点がそれぞれ移動
する）を調節することにより、従って、被駆動部分の速度および加速度を調節す
ることにより、引き起こされる圧縮空間の最大容積の変化が非常に簡単な態様で
得られ、これにより、スターリングエンジンの出力を制御することができる。

【００１７】 運動伝達中のレバーの支持点の変化を簡単な構造で実現するためには、レバー
が、所与の湾曲を形成するコネクティングリンクであって、運動伝達中に、例え
ば枢着点を形成するローラを介して枢着点上を摺動コネクティングリンクを有す
ることが有効である。

【００１８】 スターリングエンジンを首尾良く出力制御するには、湾曲またはコネクティン
グリンクが円弧の形状を有することが特に有効であることが判明している。もち
ろん、或る使用目的のためには、他の湾曲形状、例えば接線方向に連結された円
弧セグメントまたは楕円形を使用することも考えられる。

【００１９】 枢着点の簡単な調節が行なえるようにするには、枢動アーム上に枢着点を配置
することが有効である。

【００２０】 枢動アームが調節装置に連結されるならば、構造的に特に簡単な方法で枢着点
のシフトを実現できる。

【００２１】 少なくとも２つのシリンダを使用する場合に、２つのレバーの各回転点を等し
く調節するためには、調節装置を１つのリンクを介して枢動アームに連結しかつ
調節装置を少なくとも２つのレバー間に対称的に設けることが有効である。

【００２２】 調節装置を構造に関して簡単化するためには、調節装置としてスピンドル駆動
装置を設けるのが適している。

【００２３】 コネクティングリンクガイドが設けられ、枢動アームとは反対側に配置された
リンクの端部が、コネクティングリンクガイド内に変位可能かつ固定可能に受け
入れられるならば、枢動アームの位置を簡単かつ迅速に変化させることができ、
従って、スターリングエンジンの出力を調節できる。

【００２４】 作動ピストンの運動がサイン（正弦）形態で行なわれる複動作動ピストンを備
えたスターリングエンジンでは、排除ピストンを出力制御用レバーに関連させ、
これによりダイナミックなストローク変化並びに排除ピストンの不連続運動が生
じるようにするのが有効である。

【００２５】 他の形式のスターリングエンジンよりも一般に高い機械的効率が得られるβス
ターリングエンジンでは、排除ピストンおよび作動ピストンが共通シリンダ内に
配置され、これにより、理論的には、全ガス質量を、膨張フェーズ中にはホット
空間内に、かつ圧縮フェーズ中にはコールド空間内に配置することができる。こ
の場合、効率中立出力制御（efficiency-neutral power control）を行なうには
、作動ピストンを、変位可能な枢着点を備えたレバーに関連させ、排除ピストン
を、変位不可能な枢着点を備えたレバーに関連させるのが有効である。

【００２６】 スターリングエンジンの構造を簡単にする目的で、作動ピストンおよび排除ピ
ストンが１つのユニットを形成している複動エンジンでは、このユニットがレバ
ーに関連付けられて、有効な出力制御を行なう。

【００２７】 排除ピストンおよび作動ピストンの信頼できる運動を行なわせるには、駆動部
分は、直線ガイド内で直線的に案内されるピストンロッドに関節連結され、かつ
それぞれ排除ピストンおよび作動ピストンに連結されることが適している。

【００２８】 ヒータ表面とクーラ表面との間で作動ガスの必要な熱交換を行なうためには、
排除ピストンの両側および作動ピストンの片側に、隣接するヒータ表面およびク
ーラ表面内に係合する薄膜波型セクションを設けるのが適している。この態様で
は、平坦表面に比べてかなり大きい表面を作動ガスと接触させることができる。
排除ピストンの強度を大きくすることに関しては、排除ピストンの薄膜波型セク
ションを互いに９０°回転して配置することが適している。また、強度を大きく
するには、作動ピストンまたはヒータヘッドの薄膜波型セクションが、それぞれ
バーナ側およびクーラント側で補強リブにより支持されるのが有効である。ヒー
タ表面、再生器表面およびクーラ表面を作動空間内に直接的に一体化することは
、スターリングエンジンの効率および有害な容積の最小化に関して特に有効であ
る。

【００２９】 理想的な円運動（circle process）への最大のアプローチのための運動学に関
して、被駆動側で慣用クランクシャフトと協働させるのではなく、被駆動部分の
直線運動が、クランクとして機能するコネクティングリンクにより回転運動に変
換されることが有効である。

【００３０】 （発明を実施するための最良の形態） 以下、添付図面に示す好ましい例示実施形態を参照して本発明をより詳細に説
明する。尚、添付図面に示す例示の実施形態は本発明を限定するものではない。

【００３１】 図１〜図３には、直線運動の制御された変換を行なう構造１が示されている。
この構造では、駆動部分として機能するコネクティングロッド２が設けられてお
り、該コネクティングロッド２は、スターリングエンジン（図６参照）の排除ピ
ストン４のピストンロッド３に関節連結されている。コネクティングロッド２は
更に、軸線２′を介してレバー５に関節連結されており、該レバー５は、コネク
ティングリンク６の形態の所与の制御湾曲形状を有している。コネクティングリ
ンク６内には、軸線７′の回りで自由に回転できかつレバー５の枢着点として機
能するロールフォーミングが設けられている（従って、以下、レバーを「ロール
レバー」とも呼ぶ）。ほぼ９０°だけ曲げられたレバー５の他端部は、軸線８′
の回りで被駆動ロッド８に関節連結されており、該被駆動ロッド８には、排除ピ
ストンロッド３の直線運動が伝達される。被駆動ロッド８は次に直線運動を行な
うが、この直線運動は、排除ピストンロッド３の直線運動に対して直交している
。

【００３２】 図１〜図３に示すように、レバー５の支持点は、それぞれ、排除ピストンロッ
ド３またはコネクティングロッド２の位置に基いて、コネクティングリンク６に
より定められた湾曲６′に沿って移動する。

【００３３】 排除ピストンロッド３と被駆動ロッド８との間の運動の伝達を決定する１つの
重要なパラメータは、レバー５と被駆動ロッド８との間の回転軸線８′と、ロー
ラ７が回転可能に取り付けられた回転軸線７′との間の距離ＬＲ（図２参照）で
ある。この距離ＬＲは次のように表すことができる。

【００３４】

【数５】

【００３５】 ここで、ｘは、回転軸線８′の水平位置（従って、被駆動ロッド８の変位）、ｙ₁ は、回転軸線８′、７′との間の垂直距離、ｚ₁は、両回転軸線８′、７′間の
水平距離である。

【００３６】 また、垂線と、両回転軸線７′、８′間の仮想連結線とにより形成される角度
αも運動の伝達にとって重要であり、この角度αは次のように表される。

【００３７】

【数６】

【００３８】 ここで、この角度の変化Δαは次のように表される。

【００３９】

【数７】

【００４０】 ここで、レバー５の一方の脚が水平で、他方の脚が垂直である図２に示す中間位
置またはゼロ位置を基準位置とみなすものとする。

【００４１】 また、回転軸線７′、８′間の連結線と、回転軸線７′、２′間の連結線との
間の角度βも運動の伝達にとって重要であり、ここで、それぞれ、

【００４２】

【数８】

【００４３】 または

【００４４】

【数９】

【００４５】 と表され、また、

【００４６】

【数１０】

【００４７】 である。ここで、Ｒは、ローラ７の調節可能な転がり半径であり、“ａ”は、被
駆動ロッド８の中心線からの転がり半径の仮想中心の垂直距離である。また、回
転軸線２′の位置も重要であり、この位置は、駆動ロッドおよび被駆動ロッドの
それぞれの位置に基いて定まり、次のように表される。

【００４８】

【数１１】

【００４９】 および

【００５０】

【数１２】

【００５１】 ここで、角度φは、それぞれ異なる角度Δα、Δβを用いて次のように表される
。

【００５２】

【数１３】

【００５３】 ここで、中間位置は、

【００５４】

【数１４】

【００５５】 であり、“ｂ”は、仮想ロール−サーキット中心Ｒと中間位置における軸線２′
との間の水平距離である。ＬＲ′は回転軸線８′、２′間の距離であり、次のよ
うに表される。

【００５６】

【数１５】

【００５７】 排除ピストンロッド３とコネクティングロッド２との間の回転軸線３′を用い
て、排除ピストンロッド３の位置は次のように表される。

【００５８】

【数１６】

【００５９】 ここで、図２に示す位置での回転軸線は、次式で示す位置にある。

【００６０】

【数１７】

【００６１】 ここで、“ｌ”（エル）はコネクティングロッド２の長さを表し、“ｃ”は、排
除ピストンロッド３の中心軸線からの基準位置の軸線８′の水平距離を表す。

【００６２】 図３には、排除ピストンロッド３がその最上方位置にあるところが示されてお
り、ローラ７が、この極端位置または図１に示した極端位置のいずれにおいても
コネクティングリンク６のリムに当らないことが理解されよう。

【００６３】 図４には、それぞれの排除ピストンロッド３から関連被駆動ロッド８への制御
された直線運動伝達を行なう構造１を有するスターリングエンジン１０が示され
ている。スターリングエンジン１０は２つの排除ユニット１１を有しており、各
排除ユニット１１内で１つの排除ピストン４が往復運動する。それぞれのレバー
５が描く運動は、枢動アーム１２を介して調節されるローラ７の位置を調節する
ことにより変えることができる。枢動アーム１２の位置を調節するため、各数ア
ーム１２には１つのリンク１３が設けられており、該リンク１３は、調節ホイー
ル１５により、共通スピンドル駆動装置１４の補助を介して調節できる。調節ホ
イール１５を回転して上方に移動させると、図１１ａ〜図１１ｄから理解されよ
うが、ローラ７の位置は、出力変化が生じるように変えることができる。

【００６４】 スターリングエンジン１０の側面図である図５には、ダクト１７から供給を受
けている作動シリンダ１６が示されている。ダクト２１を介して供給される廃棄
ガスの熱の補助により加熱された新鮮空気が、燃焼の目的で、ダクト１９および
熱交換器２０を介して排除ユニット１１の燃焼空間１８（図１６参照）内に導入
される。この新鮮空気は、熱交換器２０に通された後、ダクト２２を介して大気
中に放出できる。

【００６５】 図６は、図５のＶＩ−ＶＩ線に沿うスターリングエンジン１０の断面図であり
、ここには、それぞれクーラ表面２４およびヒータ表面２５の波型セクション２
３が示され、これらの熱交換器表面２４、２５は例えばセラミックで作ることが
できる。ヒータ表面２５は燃焼空間１８に連続しており、各燃焼空間１８内には
、ダクト１９を介して導入される既に予熱された新鮮空気のそれぞれ加熱または
燃焼を行なう１つのバーナ２６が設けられている。排除ピストン４は、ホットチ
ャンバ２７とクールチャンバ２８との間で作動ガスを移動させ、排除ピストン４
の中間部には再生器が収容されている（図５参照）。

【００６６】 また図６から、コネクティングロッド２が、排除ピストン３を案内すべく真直
ガイド３０内で案内されるヒンジ３′に連結されていることが理解されよう。運
動を被駆動ロッド８からクランクシャフト３１（図５参照）に伝達するため、一
形式のクランク駆動装置３２（図６）が設けられている。

【００６７】 図７には、排除ユニット１１に連結されかつコネクティングロッド３の直線運
動の制御された伝達を行なう構造１を有するスターリングエンジン１０の斜視図
が示されている。また、ロッド１３によるローラ７の調節機構が示されており、
この機構では、調節ホイール１５を回転させることによりローラ７の位置を調節
でき、これにより、排除ピストン４の変更された往復運動によりスターリングエ
ンジン１０の出力制御が行なわれる。

【００６８】 図８には、排除ユニット１１の分解図が示されている。クーラ蓋領域には、排
除ピストンロッド３とコネクティングロッド２との関節連結部を受け入れるため
の実質的に直線状のガイド３０が示されており、該直線ガイド３０はクーラ側の
蓋３３に螺着される。冷却を行なうための熱交換器表面２４が、幾つかのねじ３
４を介してクーラ側の蓋３３に連結される。また、円筒体３５が設けられており
、該円筒体３５には、作動シリンダ１６との空間連結を行なうダクト１７が設け
られている。クール熱交換器表面２４と同様に、ホット熱交換器表面２５は、両
面に波型セクションを有しており、該波型セクションは、安定性を目的として好
ましくは９０°だけ回転され、それぞれホット表面およびクール表面と排除チャ
ンバとの間の熱交換を高めるためできる限り大きい表面が得られるようになって
いる。

【００６９】 図９および図１０から、排除ピストンロッド３のコネクティングロッド側の端
部にはローラ３６が設けられているのが理解されよう。このローラ３６は直線ガ
イド３０内で摺動し、排除ピストン４の直線ガイドを確保する。排除ピストン１
０は、３つの個別部品すなわちセクション半部３８からなり、各セクション半部
３８は再生器ディスク３７に螺着される。これらのセクション半部は、熱交換器
表面２４、２５の波型セクションとそれぞれ相互係合するための上記波型セクシ
ョンを有している。例えばセラミックで作ることができる再生器ディスク３７は
スロット型キャビティ３７′を有し、該キャビティ３７′内には、例えば約６０
〜７０％の空隙率を有する燒結スチールウールのような再生器材料が埋入されて
いる。

【００７０】 図１１ａ〜図１１ｄの４つの図面には、ロールレバー５を支持するローラ７の
位置の４つの異なる調節が示されている。図１１ａ〜図１１ｄの各図面には、ｐ
−Ｖ図Ｉと、それぞれ作動ピストンおよび排除ピストンの完全往復運動の間の変
化容積を示すグラフＩＩと、完全サイクルに亘る作動ピストン並びに排除ピスト
ンのピストン位置を示すグラフＩＩＩと、ローラ７の調節により可能となる作動
ピストンおよび排除ピストンの極端位置に関する、これらのピストンのピストン
位置を示す標準化したグラフＩＶとが示されている。

【００７１】 図１１ａから、ローラ７が垂直から非常に大きい量を枢動された位置で出力増
大が可能であることが理解されよう。この位置では、作動ピストンのコース４０
と排除ピストンのコース４１との間の位相シフトが９０°から約８５°に減少さ
れており（グラフＩＩＩ参照）、これにより、通常のサインコース４２と同じ最
大圧力４５（グラフＩ参照）が得られ、かつ図１１ａに示された例での出力は、
排除ピストン４２の慣用のサインコースでの９７．６ｋＷ（コンピュータシミュ
レーションによるｐ−Ｖコース４３を参照）から、１０２．６ｋＷ（コンピュー
タシミュレーションによるロール−レバー制御でのｐ−Ｖコース４４）へと増大
されている。

【００７２】 作動容積４６および排除容積４７のコースを示すグラフＩＩから、図１１ａに
示す調節位置では、作動ピストンおよび排除ピストンの全容積が使用されること
が理解されよう。また、図１１ａ〜図１１ｄの標準化したグラフＩＶには、作動
ピストンの相対ピストンコース４８および排除ピストンの相対ピストンコース４
９が示されている。

【００７３】 図１１ｂ〜図１１ｄから理解されようが、調節ホイール１５を回転して上方に
移動させると、ローラ７が垂直位置の方向に変位され、このローラ７の位置に基
いて排除ピストン４の最大ストロークが短縮される（図１１ｂおよび図１１ｃの
グラフＩＩＩ参照）。これにより、排除ピストン４の能動容積が縮小され（グラ
フＩＩ参照）、従ってスターリングエンジン１０の効率中立出力制御が達成され
る。

【００７４】 図１１ｄのグラフＩＩＩから、排除ピストンのストロークは負の範囲（湾曲４
１）にシフトして排除容積を更に減少でき（図１１ｄのグラフＩＩ参照）、従っ
て、出力を更に低下できることが理解されよう。図１１ｄによる調節は、６．７
ｋＷまでの出力低下を示している（図１１ｄのｐ−Ｖグラフをも参照されたい）
。

【００７５】 図１２には、直線運動の制御された変換を行なう構造１を有するβスターリン
グエンジン５０が示されている。この構造では、新鮮空気が、２つのブロワ５１
およびダクト１９を介して燃焼空間１８内に導入され、かつダクト２１を介して
供給される廃棄ガスの熱の補助により熱交換器２０を介して加熱される。熱交換
器２０に供給された廃棄ガスは、次に、βスターリングエンジン５０を出て、ダ
クト２２から大気中に放出される。

【００７６】 βスターリングエンジン５０の一部を破断した図１３の側面図には、排除ピス
トン４および作動ピストン５２が示されている。βエンジン５０により発生され
た出力は、クランクシャフト５３で受けられる。

【００７７】 図１４に示すβエンジン５０では、排除ピストン４および作動ピストン５２が
共通シリンダ５４内に設けられている。これにより、理論的にほぼ全てのガス質
量を、膨張フェーズ中はホット空間内に、および圧縮フェーズ中はコールド空間
内にそれぞれ留めておくことができる。排除ピストンロッド３および作動ピスト
ンロッド３′の両方がロール−レバー５に連結されており、排除ピストンロッド
３に関連するロール−レバー５′のローラ７′は固定して配置されている。これ
に対し、作動ピストン５２に関連するローラ７は、コネクティングリンクガイド
５７の補助により変位することができる。この目的のため、２つの螺旋状凹部５
８を備えたディスク５９が設けられており、凹部５８内にはローラ７とは反対側
に位置するリンク１３の端部１３′が受け入れられている。これにより、端部１
３′を受け入れるプレート６０を回転すると、ローラ−レバー５内のローラ７の
位置を変えることができる。かくして、ロール−レバー５、５′の補助により、
排除ピストン４および作動ピストン５２の不連続運動が達成され、これにより、
サイン型ピストン運動に比べてより理想的な態様で熱サークルプロセス（therma
l circle process）を実施できる。これにより、得られる機械的効率は大きく増
大する。かくして、レバー５のローラ７の位置を調節するコネクティングリンク
ガイド５７の補助により、ほぼ効率中立的でかつ迅速な出力調整を行なうことが
できる、ダイナミックストローク変化のための簡単な構造の一実施形態が得られ
る。

【００７８】 波型表面セクション２３により、できる限り大きい熱交換器表面が得られる（
この点に関しては、図６参照）。作動ピストン５２の波型表面セクションを冷却
するため、クーラントの供給ダクトおよびドレーンダクトが両作動ピストンロッ
ド３′に設けられており、クーラントは両作動ピストンロッド３′を通って流れ
る。その他の点で、作動ピストン５２は図９および図１０による排除ピストン４
と同様に構成されており、従ってこれ以上の説明は不要であろう。

【００７９】 図１５には、図１４によるβスターリングエンジン５０であって、ロール−レ
バー５内のローラの位置がコネクティングリンク手段５７の補助により変えられ
ている構造のβスターリングエンジンが示されている。この態様では、βエンジ
ン５０の実質的に効率中立で更に迅速出力調整を行なうことができる（この点に
関しては、図１９ａ〜図１９ｄのグラフ参照）。

【００８０】 図１６に示すβスターリングエンジン５０では、ロール−レバー５のローラ７
は、該ローラ７の出力最小化位置となる内側極端位置にある。この目的のため、
端部１３′は、内側ストップまで、ディスク５９の螺旋状コネクティングリンク
５８内に挿入されている。これにより生じる出力最小化は、図１９ｄに示すグラ
フから理解されよう。

【００８１】 図１７は、図１２〜図１６によるβスターリングエンジンの破断斜視図であり
、このエンジンでは、特に、ロール−レバー５および熱交換器２０のコンパクト
な構造が理解されよう。構造１の被駆動ロッド８により導入される直線運動は、
リニアクランク６１の補助により、クランクシャフト５３の回転運動に変換され
る。

【００８２】 図１８の分解図から理解されようが、排除ピストン４用として、中央に配置さ
れた１つのみの排除ピストンロッド３が設けられており、一方、作動ピストン５
２は、コネクティングロッド２（図１５参照）を介して、側方に配置された２つ
の作動ピストンロッド３′によりロール−レバー５に連結されている。

【００８３】 図１９ａ〜図１９ｄには、ロール−レバー５を支持するローラ７の位置の４つ
の異なる調節が、図１２〜図１８に示したβスターリングエンジン５０に従って
４つのグラフに示されている。図１９ａ〜図１９ｄの各図面には、ｐ−Ｖ図Ｉと
、それぞれ作動ピストン５２および排除ピストン４の完全往復運動の間の変化容
積を示すグラフＩＩと、完全サイクルに亘る作動ピストン５２並びに排除ピスト
ン４のピストン位置を示すグラフＩＩＩと、単一シリンダβスターリングエンジ
ン、図１２〜図１８による２シリンダβエンジンおよび４シリンダβエンジンの
トルクのコースを示すグラフＩＶとが示されている。

【００８４】 図１９ａから、図１４によるレバー５のローラの位置で非常に高い熱効率が得
られ、図１２〜図１８による２シリンダβエンジンのコンピュータシミュレーシ
ョンによるｐ−Ｖコースによれば、約１５９ｋＷの出力を発生することが理解さ
れよう。

【００８５】 グラフＩＩから、排除ピストン（ＶＫ）４のコース６４および作動ピストン（
ＡＫ）５２のコース６５から、図１４に示した調節位置では作動ピストン５２お
よび排除ピストン４の全容積が使用されることが理解されよう。また、圧力コー
ス６６から、過大圧力ピークは全く生じることがなく、このため、ローラ７を取
り付けることに過度の要求は全く行なわれないという長所があることも理解され
よう。

【００８６】 グラフＩＩに従って、それぞれ作動ピストン容積および排除ピストン容積の完
全利用により、グラフＩＩＩから、排除ピストンの位置のコース６７および作動
ピストンの位置のコース６８中に両ピストンが最大ストロークを実行することが
理解されよう。

【００８７】 グラフＩＶから、βスターリングエンジンのシリンダ数を２倍にすることによ
り、より均一なトルクコースが得られることが理解されよう。従って、単一シリ
ンダβエンジンのトルクのコース６９は最高の振幅を有し、図１２〜図１８に示
す２シリンダβスターリングエンジンは一層均一なトルクコース６８を有し、か
つ４シリンダβスターリングエンジンの補助により、比較的均一なトルクコース
７１が達成される。

【００８８】 図１９ｂおよび図１９ｃには、ロール−レバー５のローラ７の中間位置に関す
るグラフが示されており、これらの位置は、コネクティングリンクガイド５７の
補助により簡単な態様で調節できる。ローラ７の位置に基いて、βスターリング
エンジン５０の出力は低下し、これは、作動ピストンのストローク６８が短縮し
、従って作動ピストン容積６５が減少するためであることが、図１９ｂおよび図
１９ｃのグラフＩＩおよびＩＩＩからも理解されよう。図１９ｂのコンピュータ
シミュレーションによるｐ−Ｖコース６３によれば、これにより約７３ｋＷの出
力が生じ、図１９ｃによれば約２１ｋＷの出力が生じる。

【００８９】 図１９ｄには、図１６に示したローラ７の出力最小化調節に関する対応グラフ
Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩおよびＩＶが示されている。この位置では、約４ｋＷの出力が
達成されるに過ぎない。グラフＩＩには、作動ピストンの容積が図１９ａに示し
た最大出力位置に比べて大幅に減少することが示されている。これは、図１９ｄ
に示すように、作動ピストン５２の最大ストローク６９が大幅に短縮されること
による。もちろん、図４に示すように、低下したトルクは、単一および２シリン
ダβエンジンだけでなく４シリンダβエンジンにも生じる。

【００９０】 図２０および図２１には、直線運動の制御された変換を行なう構造１を備えた
複動４シリンダスターリングエンジン７２が示されている。また、調節可能なロ
ーラ７を備えたロールレバー５が出力調節を行なう枢着点として示されており、
作動ピストンおよび排除ピストンは、特に簡単な構造のこのスターリングエンジ
ン７２内で１つのユニット７３として結合されている。この簡単な構造のため、
βエンジンに比べて機械的効率は低く、また出力調整により効率が更に低下する
ことがある。この場合の運動の変換は、慣用クランク７４の補助により駆動ロッ
ド８を介して行なわれる。

【００９１】 もちろん、構造１は、他の全てのスターリングエンジンの出力制御に使用する
こともできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 直線運動の制御された変換を行なう構造であって、駆動部分（該駆動部分の直
線運動が、１つの湾曲に従って枢着点上で支持点が移動するレバーを介して変換
される）が下端位置に設けられた構造を示す概略図である。

【図２】 図１の構造の駆動部分がそれぞれ中間位置またはゼロ位置にあるところを示す
概略図である。

【図３】 図１および図２の構造の駆動部分が上端位置にあるところを示す概略図である
。

【図４】 ２つの排除ユニットと、該排除ピストンの往復運動を制御する構造とを備えた
スターリングエンジンを示す図面である。

【図５】 図４の矢印Ｖの方向から見たスターリングエンジンの側面図である。

【図６】 図５のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である。

【図７】 図４〜図６に示したスターリングエンジンを示す斜視図である。

【図８】 波型セクションを備えたクーラ表面およびヒータ表面を有するスターリングエ
ンジンの排除ユニットを示す分解図である。

【図９】 図８の排除ユニット内で往復運動する排除ピストンを示す斜視図である。

【図１０】 図９の排除ピストンの分解図である。

【図１１ａ】 図４〜図７に示したスターリングエンジンの駆動部分の往復運動を制御するレ
バーの枢着点の種々の位置の１つに関するグラフである。

【図１１ｂ】 図４〜図７に示したスターリングエンジンの駆動部分の往復運動を制御するレ
バーの枢着点の種々の位置の１つに関するグラフである。

【図１１ｃ】 図４〜図７に示したスターリングエンジンの駆動部分の往復運動を制御するレ
バーの枢着点の種々の位置の１つに関するグラフである。

【図１１ｄ】 図４〜図７に示したスターリングエンジンの駆動部分の往復運動を制御するレ
バーの枢着点の種々の位置の１つに関するグラフである。

【図１２】 ２つの排除ユニットと、ストローク運動および作動ピストンの運動を制御する
１つの装置とを有するβスターリング２シリンダエンジンを示す図面である。

【図１３】 図１２のβエンジンの一部を破断した側面図である。

【図１４】 図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿う断面図であり、枢着点が最大出力位置にあり
かつ作動ピストンが最大ストロークに到達した状態を示すものである。

【図１５】 図１４のβエンジンの側面図であり、枢着点が中間位置にあるところを示すも
のである。

【図１６】 図１４および図１５のβエンジンの側面図であり、枢着点が出力最小化位置に
あるところを示すものである。

【図１７】 図１４〜図１６の断面図で示したβエンジンの斜視図である。

【図１８】 図１２〜図１７のβエンジンを示す分解図である。

【図１９ａ】 図１２〜図１８に示したβエンジンの駆動シャフトの往復運動を制御するレバ
ーの枢着点の種々の位置の１つに関するグラフである。

【図１９ｂ】 図１２〜図１８に示したβエンジンの駆動シャフトの往復運動を制御するレバ
ーの枢着点の種々の位置の１つに関するグラフである。

【図１９ｃ】 図１２〜図１８に示したβエンジンの駆動シャフトの往復運動を制御するレバ
ーの枢着点の種々の位置の１つに関するグラフである。

【図１９ｄ】 図１２〜図１８に示したβエンジンの駆動シャフトの往復運動を制御するレバ
ーの枢着点の種々の位置の１つに関するグラフである。

【図２０】 直線運動の制御された変換を行なう構造を備えた複動スターリングエンジンを
示す図面である。

【図２１】 図２０のＸＸＩ−ＸＸＩ線に沿う断面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＯ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＣ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ， ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，Ｉ Ｎ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ， ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，Ｐ Ｌ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ， ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも１つの作動ピストン（５２）および少なくとも１
   つの排除ピストン（４）を有するスターリングエンジン（１０、５０、７２）に
   おいて、駆動部分（２）の直線運動を被駆動部分（８）の直線運動に伝達するこ
   とにより出力制御を行なうため、駆動部分および被駆動部分（２、８）に関節連
   結されたレバー（５）が設けられており、該レバーは、これに関連する変位可能
   な枢着点（７）を有し、レバー（５）の支持点が、運動伝達中に１つの湾曲に従
   って枢着点（７）上で移動することを特徴とするスターリングエンジン。
2. 【請求項２】 前記レバー（５）は所与の湾曲を形成するコネクティングリ
   ンク（６）を有し、該コネクティングリンクは、運動伝達中に、例えば枢着点（
   ７）を形成するローラを介して枢着点（７）上を摺動することを特徴とする請求
   項１記載のスターリングエンジン。
3. 【請求項３】 前記湾曲すなわちコネクティングリンク（６）は円弧の形状
   を有することを特徴とする請求項１または２記載のスターリングエンジン。
4. 【請求項４】 前記枢着点（７）は枢着アーム（１２）に配置されているこ
   とを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のスターリングエンジン。
5. 【請求項５】 前記枢着アーム（１２）は調節装置（１４、５７）に連結さ
   れていることを特徴とする請求項４記載のスターリングエンジン。
6. 【請求項６】 前記調節装置（１４、５７）は、枢着アーム（１２）を備え
   たリンク（１３）を介して連結されかつ少なくとも２つのレバー（５）間に対称
   的に設けられていることを特徴とする請求項５記載のスターリングエンジン。
7. 【請求項７】 前記調節装置としてスピンドル駆動装置（１４）が設けられ
   ていることを特徴とする請求項６記載のスターリングエンジン。
8. 【請求項８】 前記調節装置としてコネクティングリンクガイド（５７）が
   設けられていることを特徴とする請求項６記載のスターリングエンジン。
9. 【請求項９】 前記排除ピストン（４）は、出力制御を行なうレバー（５）
   に関連していることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載のスターリン
   グエンジン。
10. 【請求項１０】 前記作動ピストン（５２）は、出力制御を行なうレバー（
    ５）に関連していることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載のスター
    リングエンジン。
11. 【請求項１１】 前記排除ピストン（５２）は、変位できない枢着点を備え
    たレバー（５′）に関連していることを特徴とする請求項１０記載のスターリン
    グエンジン。
12. 【請求項１２】 前記作動ピストン（５２）および排除ピストン（４）は、
    レバー（５）に関連しているユニット（７３）を形成することを特徴とする請求
    項１〜８のいずれか１項記載のスターリングエンジン。
13. 【請求項１３】 前記駆動部分（２）は、直線ガイド（３０）内で直線的に
    案内されるピストンロッド（３、３′）に関節連結され、かつそれぞれ排除ピス
    トン（４）および作動ピストン（５２）に連結されていることを特徴とする請求
    項９〜１２のいずれか１項記載のスターリングエンジン。
14. 【請求項１４】 前記排除ピストン（４）の両側および作動ピストン（５２
    ）の片側に、ヒータ表面およびクーラ表面（２４、２５）に隣接する薄膜波型セ
    クション（２３）が設けられていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか
    １項記載のスターリングエンジン。
15. 【請求項１５】 排除ピストン（４）の薄膜波型セクション（２３）は、互
    いに９０°回転して配置されることを特徴とする請求項１４記載のスターリング
    エンジン。
16. 【請求項１６】 前記被駆動部分（８）の直線運動は、クランクとして機能
    するコネクティングリンク（３２）により回転運動に変換されることを特徴とす
    る請求項１〜１５のいずれか１項記載のスターリングエンジン。