JP2013044304A - Control device of stirling engine - Google Patents

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正章 片山
Manabu Tateno
学 立野
Satoshi Komori
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a control device of a Stirling engine capable of controlling torque which should be generated by a starter when starting the Stirling engine.SOLUTION: An ECU 1A is an electronic control device corresponding to the control device of the Stirling engine, and used for the Stirling engine 10 having a starter 70 for driving an output shaft 60. The ECU 1A has a control unit which drives the starter 70 so as to rotate the output shaft 60 in the forward direction when starting the Stirling engine 10, stops the drive of the starter 70 when the torque of the output shaft 60 reaches a predetermined value to be generated according to the drive of the starter 70, and thereafter, drives the starter 70 again while the rotational direction of the output shaft 60 is changed to the forward direction through the reverse direction.

Description

本発明はスターリングエンジンの制御装置に関し、特にスターリングエンジンの始動を行うスターリングエンジンの制御装置に関する。   The present invention relates to a control device for a Stirling engine, and more particularly to a control device for a Stirling engine that starts the Stirling engine.

スターリングエンジンの始動に関する技術は例えば特許文献１で開示されている。また、本発明と関連性があると考えられる機関始動に関する技術が例えば特許文献２から５で開示されている。   For example, Patent Literature 1 discloses a technique related to starting a Stirling engine. Further, for example, Patent Documents 2 to 5 disclose techniques related to engine starting that are considered to be related to the present invention.

特開昭６２−２４７１６０号公報JP-A-62-247160 特開２００８−２４０６１６号公報JP 2008-240616 A 特開２００７−１９８１８５号公報JP 2007-198185 A 国際公開第０２／２７１８２号パンフレットInternational Publication No. 02/27182 Pamphlet 特開平６−１４７０６８号公報JP-A-6-147068

スターリングエンジンでは、出力軸を駆動するスタータでスターリングエンジンの始動をアシストすることがある。ところが、スタータの駆動を成り行きで開始する場合、出力軸の位相によってはピストンに大きな圧縮力が作用することがある。このためこの場合には、かかる場合に対応可能な大きさの始動トルクをスタータで発生させる必要性が生じてくる。結果、スタータの大型化や重量の増大を招く虞がある。また、これらに伴いコストが増大する虞がある。   In a Stirling engine, a starter that drives an output shaft may assist the start of the Stirling engine. However, when starting the starter according to circumstances, a large compressive force may act on the piston depending on the phase of the output shaft. For this reason, in this case, it becomes necessary to generate a starting torque having a magnitude that can cope with such a case. As a result, there is a possibility that the starter is increased in size and weight. Moreover, there exists a possibility that cost may increase with these.

本発明は上記課題に鑑み、スターリングエンジンを始動するにあたり、スタータで発生させることが必要となるトルクを抑制可能なスターリングエンジンの制御装置を提供することを目的とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a control device for a Stirling engine that can suppress a torque that needs to be generated by a starter when the Stirling engine is started.

本発明は出力軸を駆動するスタータが設けられているスターリングエンジンに用いられ、前記スターリングエンジンを始動するにあたり、前記出力軸を正転方向に回転させるようにスタータを駆動するとともに、前記出力軸のトルクが前記スタータの駆動に応じて発生可能な所定値に達する場合に前記スタータの駆動を停止し、その後前記出力軸の回転方向が逆転方向を経て正転方向に変化した状態で前記スタータを再駆動する制御部を備えるスターリングエンジンの制御装置である。   The present invention is used in a Stirling engine provided with a starter for driving an output shaft. When starting the Stirling engine, the starter is driven to rotate the output shaft in the forward rotation direction, and the output shaft When the torque reaches a predetermined value that can be generated according to the drive of the starter, the drive of the starter is stopped, and then the starter is restarted in a state in which the rotation direction of the output shaft changes from the reverse direction to the forward direction. It is a control apparatus of a Stirling engine provided with the control part which drives.

本発明は前記出力軸が正転方向に回転している状態で前記出力軸の位相が前記出力軸の揺動中心となる位相に到達した時点で、前記制御部が再駆動する場合を含め、前記スタータの駆動を開始する構成とすることができる。   The present invention includes a case where the control unit is re-driven at the time when the phase of the output shaft reaches a phase that becomes the oscillation center of the output shaft while the output shaft is rotating in the forward rotation direction, The starter can be driven.

本発明は前記制御部が前記出力軸の運転エネルギーを前記スターリングエンジンで行われる圧縮仕事以上にすることが可能な回転速度を始動回転速度として前記スタータを駆動する構成とすることができる。   The present invention may be configured such that the control unit drives the starter with a rotational speed at which the operating energy of the output shaft can be made equal to or higher than the compression work performed by the Stirling engine.

本発明は前記スタータの駆動に応じて、前記スターリングエンジンのトルクが前記スターリングエンジンで行われる作動流体の圧縮動作に応じて現れる変曲点トルクに対処できた後、前記スタータを再駆動することなく、次のサイクルで作動流体の圧縮動作に応じて現れる変曲点トルクに対処できないと判断される場合に、前記制御部が前記スタータを再駆動する構成とすることができる。   According to the present invention, after the starter is driven, the torque of the Stirling engine can cope with the inflection point torque that appears according to the compression operation of the working fluid performed in the Stirling engine, and then the starter is not driven again. When it is determined that the inflection point torque that appears according to the compression operation of the working fluid in the next cycle cannot be dealt with, the control unit can re-drive the starter.

本発明によればスターリングエンジンを始動するにあたり、スタータで発生させることが必要となるトルクを抑制できる。   According to the present invention, when starting the Stirling engine, the torque required to be generated by the starter can be suppressed.

スターリングエンジンを含む各構成の全体図である。It is a general view of each composition containing a Stirling engine. スタータの駆動方法の説明図である。It is explanatory drawing of the drive method of a starter. 第１の駆動開始方法の説明図である。It is explanatory drawing of the 1st drive start method. 第２の駆動開始方法の説明図である。It is explanatory drawing of the 2nd drive start method. 第３の駆動開始方法の説明図である。It is explanatory drawing of the 3rd drive start method. 第１の制御動作をフローチャートで示す図である。It is a figure which shows a 1st control operation with a flowchart. 運動エネルギーと圧縮仕事との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a kinetic energy and a compression work. スタータのトルク変化の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the torque change of a starter. 第２の制御動作をフローチャートで示す図である。It is a figure which shows a 2nd control operation with a flowchart.

図面を用いて、本発明の実施例について説明する。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１はスターリングエンジン１０を含む各構成の全体図である。スターリングエンジン１０は多気筒（ここでは２気筒）α型のスターリングエンジンである。スターリングエンジン１０は、直列平行に配置された高温側気筒２０および低温側気筒３０を備えている。スターリングエンジン１０は例えば出力軸６０に対し、気筒２０、３０を複数組（ここでは２組）備える４気筒以上の多気筒α型のスターリングエンジンであってもよい。   FIG. 1 is an overall view of each configuration including the Stirling engine 10. The Stirling engine 10 is a multi-cylinder (here, two-cylinder) α-type Stirling engine. The Stirling engine 10 includes a high temperature side cylinder 20 and a low temperature side cylinder 30 arranged in series and parallel. The Stirling engine 10 may be, for example, a four-cylinder or more multi-cylinder α-type Stirling engine having a plurality (two in this case) of cylinders 20 and 30 with respect to the output shaft 60.

高温側気筒２０は膨張ピストン２１を、低温側気筒３０は圧縮ピストン３１をそれぞれ備えている。圧縮ピストン３１は対応する膨張ピストン２１に対してクランク角で９０°程度遅れて動くように位相差が設けられている。ピストン２１、３１はリンク機構を介して出力軸６０に連結されている。ピストン２１、３１の往復運動は出力軸６０によって回転運動に変換される。出力軸６０はクランクケース６１に設けられている。   The high temperature side cylinder 20 includes an expansion piston 21, and the low temperature side cylinder 30 includes a compression piston 31. The compression piston 31 is provided with a phase difference so as to move with a delay of about 90 ° in crank angle with respect to the corresponding expansion piston 21. The pistons 21 and 31 are connected to the output shaft 60 via a link mechanism. The reciprocating motion of the pistons 21 and 31 is converted into rotational motion by the output shaft 60. The output shaft 60 is provided in the crankcase 61.

高温側気筒２０内の上部空間は膨張空間となっている。膨張空間には加熱器４７で加熱された作動流体が流入する。加熱器４７は流通する作動流体と内燃機関の排気との間で熱交換を行う。そしてこれにより、排気から回収した熱エネルギーで作動流体を加熱する。内燃機関の排気はスターリングエンジン１０の高温熱源を構成している。   The upper space in the high temperature side cylinder 20 is an expansion space. The working fluid heated by the heater 47 flows into the expansion space. The heater 47 exchanges heat between the circulating working fluid and the exhaust gas of the internal combustion engine. Thus, the working fluid is heated with the thermal energy recovered from the exhaust. The exhaust from the internal combustion engine constitutes a high-temperature heat source for the Stirling engine 10.

低温側気筒３０内の上部空間は圧縮空間となっている。圧縮空間には冷却器４５で冷却された作動流体が流入する。再生器４６は膨張空間、圧縮空間の間を往復する作動流体との間で熱の授受を行う。再生器４６は具体的には作動流体が膨張空間から圧縮空間へと流れる時には作動流体から熱を受け取り、作動流体が圧縮空間から膨張空間へと流れる時には蓄えられた熱を作動流体に放出する。作動流体には空気が適用されている。但しこれに限られず、作動流体には例えばＨｅ、Ｈ２、Ｎ２等の気体を適用することができる。 The upper space in the low temperature side cylinder 30 is a compression space. The working fluid cooled by the cooler 45 flows into the compression space. The regenerator 46 exchanges heat with the working fluid reciprocating between the expansion space and the compression space. Specifically, the regenerator 46 receives heat from the working fluid when the working fluid flows from the expansion space to the compression space, and releases the stored heat to the working fluid when the working fluid flows from the compression space to the expansion space. Air is applied to the working fluid. However, the present invention is not limited to this, and a gas such as He, H 2 , or N 2 can be applied to the working fluid.

次にスターリングエンジン１０の動作について説明する。加熱器４７が作動流体を加熱すると作動流体が膨張し、膨張ピストン２１を圧下する。そしてこれにより出力軸６０が回転する。次に膨張ピストン２１が上昇行程に移ると、作動流体は加熱器４７を通過し、再生器４６に移送される。そして、再生器４６で熱を放出して冷却器４５へと流れる。冷却器４５で冷却された作動流体は圧縮空間に流入し、さらに圧縮ピストン３１の上昇に伴って圧縮される。このようにして圧縮された作動流体は、今度は再生器４６から熱を奪いながら温度を上昇して加熱器４７へ流れ込む。そして再び加熱され、膨張する。スターリングエンジン１０はかかる作動流体の往復流動を通じて動作する。   Next, the operation of the Stirling engine 10 will be described. When the heater 47 heats the working fluid, the working fluid expands and presses down the expansion piston 21. As a result, the output shaft 60 rotates. Next, when the expansion piston 21 moves up, the working fluid passes through the heater 47 and is transferred to the regenerator 46. Then, heat is released by the regenerator 46 and flows to the cooler 45. The working fluid cooled by the cooler 45 flows into the compression space and is further compressed as the compression piston 31 rises. The working fluid compressed in this way then rises in temperature while taking heat from the regenerator 46 and flows into the heater 47. It is heated again and expands. The Stirling engine 10 operates through the reciprocating flow of such working fluid.

スターリングエンジン１０では、ピストン２１、３１と対応するシリンダとの間で気体潤滑を行っている。気体潤滑ではピストン２１、３１と対応するシリンダとの間の微小なクリアランスで発生する空気の圧力（分布）を利用して，ピストン２１、３１を空中に浮いた形にする。空中に物体を浮上させる気体潤滑には、具体的には例えば加圧流体を噴出させ、発生した静圧によって物体を浮上させる静圧気体潤滑を適用することができる。但しこれに限られず、気体潤滑は例えば動圧気体潤滑であってもよい。   In the Stirling engine 10, gas lubrication is performed between the pistons 21 and 31 and the corresponding cylinders. In gas lubrication, the pressure (distribution) of air generated by a minute clearance between the pistons 21 and 31 and the corresponding cylinder is used to make the pistons 21 and 31 float in the air. Specifically, for example, static pressure gas lubrication in which a pressurized fluid is ejected and the object is floated by the generated static pressure can be applied to the gas lubrication that floats the object in the air. However, the present invention is not limited to this, and the gas lubrication may be, for example, dynamic pressure gas lubrication.

出力軸６０にはスタータ７０が設けられている。スタータ７０はスターリングエンジン１０で発生可能な最大トルクが始動に必要なトルクよりも小さいことから、スターリングエンジン１０の始動をアシストするために設けられている。スタータ７０は電力供給によって出力軸６０を駆動する駆動モータとして機能するとともに、出力軸６０によって駆動される場合に発電機として機能する。出力軸６０には出力軸６０の回転速度や出力軸６０の位相であるクランク角度を検出可能な回転数センサ８１が設けられている。   The output shaft 60 is provided with a starter 70. The starter 70 is provided to assist the start of the Stirling engine 10 because the maximum torque that can be generated by the Stirling engine 10 is smaller than the torque required for the start. The starter 70 functions as a drive motor that drives the output shaft 60 by supplying electric power, and also functions as a generator when driven by the output shaft 60. The output shaft 60 is provided with a rotational speed sensor 81 that can detect the rotational speed of the output shaft 60 and the crank angle that is the phase of the output shaft 60.

ＥＣＵ１Ａはスターリングエンジンの制御装置に相当する電子制御装置であり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータを備えている。ＥＣＵ１Ａには回転数センサ８１など各種のセンサ・スイッチ類が電気的に接続されている。また、スタータ７０が制御対象として電気的に接続されている。ＥＣＵ１Ａはスタータ７０の電力を検出することで、スタータ７０のトルクを検出することができる。ＥＣＵ１Ａにはこのほか例えば後述する通過検知センサ８３、８４や圧力センサ８５が電気的に接続される。   The ECU 1A is an electronic control device corresponding to a control device for the Stirling engine, and includes a microcomputer including a CPU, a ROM, a RAM, and the like. Various sensors and switches such as a rotational speed sensor 81 are electrically connected to the ECU 1A. The starter 70 is electrically connected as a control target. The ECU 1 </ b> A can detect the torque of the starter 70 by detecting the electric power of the starter 70. In addition, for example, passage detection sensors 83 and 84 and a pressure sensor 85 described later are electrically connected to the ECU 1A.

ＲＯＭはＣＰＵが実行する種々の処理が記述されたプログラムやマップデータなどを格納するための構成である。ＣＰＵがＲＯＭに格納されたプログラムに基づき、必要に応じてＲＡＭの一時記憶領域を利用しつつ処理を実行することで、ＥＣＵ１Ａでは例えば以下に示す制御部など各種の機能部が実現される。   The ROM is configured to store a program describing various processes executed by the CPU, map data, and the like. The CPU 1A executes various processes based on a program stored in the ROM while using a temporary storage area of the RAM as necessary, thereby realizing various functional units such as the following control unit.

制御部はスターリングエンジン１０を始動するにあたり、出力軸６０を正転方向に回転させるようにスタータ７０を駆動するとともに、出力軸６０のトルクがスタータ７０の駆動に応じて発生可能な所定値に達する場合にスタータ７０の駆動を停止し、その後出力軸６０の回転方向が逆転方向を経て正転方向に変化した状態でスタータ７０を再駆動する。   When starting the Stirling engine 10, the control unit drives the starter 70 to rotate the output shaft 60 in the forward rotation direction, and the torque of the output shaft 60 reaches a predetermined value that can be generated according to the drive of the starter 70. In such a case, the drive of the starter 70 is stopped, and then the starter 70 is re-driven in a state where the rotation direction of the output shaft 60 changes to the forward rotation direction through the reverse rotation direction.

図２はスタータ７０の駆動方法の説明図である。図２（ａ）はスタータ７０初駆動時における圧縮ピストン３２の様子を、図２（ｂ）は一度目のスタータ７０再駆動時における圧縮ピストン３２の様子を、図２（ｃ）は二度目のスタータ７０再駆動時における圧縮ピストン３２の様子を、図２（ｄ）はスタータ７０の二度目の再駆動が終了した後の圧縮ピストン３２の様子をそれぞれ示す。始動に必要なトルクが得られていない場合、スターリングエンジン１０では圧縮ピストン３２が圧縮動作の途中で反動する。結果、出力軸６０が正転方向と逆転方向との間で回転方向を変化させるようにして揺動する。   FIG. 2 is an explanatory diagram of a method for driving the starter 70. 2A shows the state of the compression piston 32 when the starter 70 is first driven, FIG. 2B shows the state of the compression piston 32 when the starter 70 is redriven for the first time, and FIG. 2C shows the second time. The state of the compression piston 32 when the starter 70 is redriven is shown in FIG. 2D, and the state of the compression piston 32 after the second redrive of the starter 70 is completed. When the torque necessary for starting is not obtained, in the Stirling engine 10, the compression piston 32 recoils during the compression operation. As a result, the output shaft 60 swings so as to change the rotation direction between the forward rotation direction and the reverse rotation direction.

このとき、出力軸６０を正転方向に回転させるようにスタータ７０を駆動すると、図２（ａ）に示すようにスタータ７０の駆動に応じた分、圧縮ピストン３２の圧縮動作を進行させることができる。また、出力軸６０のトルクがスタータ７０の駆動に応じて発生可能な所定値に達する場合にスタータ７０の駆動を停止することで、圧縮動作を最大限進行させることができる。このようにスタータ７０を駆動するにあたって、制御部は具体的には出力軸６０が正転方向に回転している状態でスタータ７０を駆動する。   At this time, when the starter 70 is driven so as to rotate the output shaft 60 in the forward rotation direction, the compression operation of the compression piston 32 can be advanced by an amount corresponding to the drive of the starter 70 as shown in FIG. it can. In addition, when the torque of the output shaft 60 reaches a predetermined value that can be generated according to the drive of the starter 70, the drive of the starter 70 is stopped, so that the compression operation can proceed to the maximum. In driving the starter 70 as described above, the control unit specifically drives the starter 70 with the output shaft 60 rotating in the forward rotation direction.

その後、出力軸６０の回転方向が逆転方向に変化した場合には、図２（ｂ）に示すように前回のスタータ７０の駆動に応じた分だけ、出力軸６０の揺動も大きくなる。そして、出力軸６０の回転方向が正転方向に変化した状態でスタータ７０を再駆動することで、再駆動時においてもスタータ７０の駆動に応じた分、圧縮ピストン３２の圧縮動作をさらに進行させることができる。また、再駆動時においても出力軸６０のトルクがスタータ７０の駆動に応じて発生可能な所定値に達する場合にスタータ７０の駆動を停止することで、圧縮動作を最大限進行させることができる。   Thereafter, when the rotation direction of the output shaft 60 changes in the reverse rotation direction, the swing of the output shaft 60 increases by the amount corresponding to the previous drive of the starter 70 as shown in FIG. Then, by re-driving the starter 70 with the rotation direction of the output shaft 60 changed to the forward rotation direction, the compression operation of the compression piston 32 is further advanced by the amount corresponding to the drive of the starter 70 even during the re-driving. be able to. Further, when the torque of the output shaft 60 reaches a predetermined value that can be generated according to the drive of the starter 70 even during the re-drive, the compression operation can be advanced to the maximum by stopping the drive of the starter 70.

その後、出力軸６０の回転方向が再度逆転方向に変化した場合には、出力軸６０の回転方向がさらに正転方向に変化した状態でスタータ７０を再駆動することで、図２（ｃ）に示すようにスタータ７０の駆動に応じた分、圧縮ピストン３２の圧縮動作をさらに進行させることができる。そしてその後、図２（ｄ）に示すように圧縮ピストン３２の圧縮動作が完了した場合には、スタータ７０の駆動を停止する。すなわち、制御部はこのように圧縮ピストン３２の圧縮動作が完了するまでの間、スタータ７０の再駆動を繰り返し行う。   After that, when the rotation direction of the output shaft 60 is changed again to the reverse rotation direction, the starter 70 is re-driven in a state where the rotation direction of the output shaft 60 is further changed to the normal rotation direction, so that FIG. As shown, the compression operation of the compression piston 32 can be further advanced by the amount corresponding to the drive of the starter 70. After that, as shown in FIG. 2D, when the compression operation of the compression piston 32 is completed, the drive of the starter 70 is stopped. That is, the controller repeatedly drives the starter 70 until the compression operation of the compression piston 32 is completed.

制御部はさらに出力軸６０が正転方向に回転している状態で出力軸６０の位相が出力軸６０の揺動中心となる位相に到達した時点で、再駆動する場合を含めスタータ７０の駆動を開始する。この点、出力軸６０の揺動中心となる位相は具体的には例えば２気筒α型のスターリングエンジン１０においては、圧縮空間における作動流体の圧力が最も低くなる位相（すなわち、圧縮ピストン３２の下死点に対応する位相）、或いはクランクケース６１内の作動流体の圧力が最も高くなる位相となっている。このようにスタータ７０の駆動を開始するにあたっては具体的には例えば以下に示すようにすることができる。   The control unit further drives the starter 70 when the output shaft 60 rotates in the forward direction and the phase of the output shaft 60 reaches the phase that becomes the oscillation center of the output shaft 60, including the case of re-driving. To start. In this regard, for example, in the two-cylinder α-type Stirling engine 10, the phase that becomes the oscillation center of the output shaft 60 is specifically the phase at which the pressure of the working fluid in the compression space becomes the lowest (that is, below the compression piston 32. The phase corresponding to the dead point), or the phase in which the pressure of the working fluid in the crankcase 61 is highest. Specifically, for example, the following operation can be performed when starting the starter 70.

図３は第１の駆動開始方法の説明図である。第１の通過検知センサ８３は出力軸６０のうち、所定の部分の通過を検知可能に設けられている。圧力センサ８５は圧縮空間における作動流体の圧力を検知可能に設けられている。第１の通過検知センサ８３は出力軸６０の位相が出力軸６０の揺動中心となる位相よりも揺動可能な範囲内で進角側にある場合に出力軸６０のうち、所定の部分を検知できるように設けられている。   FIG. 3 is an explanatory diagram of the first driving start method. The first passage detection sensor 83 is provided so as to detect passage of a predetermined portion of the output shaft 60. The pressure sensor 85 is provided so as to detect the pressure of the working fluid in the compression space. The first passage detection sensor 83 detects a predetermined part of the output shaft 60 when the phase of the output shaft 60 is on the advance side within a range in which the phase of the output shaft 60 can swing relative to the phase that becomes the swing center of the output shaft 60. It is provided so that it can be detected.

第１の駆動開始方法において制御部は次のようにスタータ７０の駆動を開始する。すなわち、出力軸６０のうち、所定の部分が正転方向に回転しながら第１の通過検知センサ８３を通過したときに通過回数をカウントし始める。出力軸６０のうち、所定の部分が正転方向に回転しながら第１の通過検知センサ８３を通過したことは、例えば第１の通過検知センサ８３の検出間隔の長短で判断できる。そして、通過回数が奇数である場合には出力軸６０の回転方向が正転方向から逆転方向に変化する過程にあると判断し、通過回数が偶数である場合には出力軸６０の回転方向が逆転方向から正転方向に変化する過程にあると判断する。そして、通過回数が偶数であり、且つ圧縮空間における作動流体の圧力が最も低くなる時点でスタータ７０の駆動を開始する。   In the first driving start method, the control unit starts driving the starter 70 as follows. That is, when the predetermined part of the output shaft 60 passes through the first passage detection sensor 83 while rotating in the forward rotation direction, the number of passages starts to be counted. That the predetermined part of the output shaft 60 has passed through the first passage detection sensor 83 while rotating in the forward rotation direction can be determined by, for example, the length of the detection interval of the first passage detection sensor 83. When the number of passes is an odd number, it is determined that the rotation direction of the output shaft 60 is changing from the normal rotation direction to the reverse direction. When the number of passes is an even number, the rotation direction of the output shaft 60 is determined. It is determined that the process is changing from the reverse direction to the normal direction. Then, the starter 70 starts to be driven when the number of passages is an even number and the pressure of the working fluid in the compression space becomes the lowest.

図４は第２の駆動開始方法の説明図である。第１および第２の通過検知センサ８３、８４はそれぞれ出力軸６０のうち、所定の部分の通過を検知可能に設けられている。出力軸６０のうち、所定の部分を検知するにあたり、第１の通過検知センサ８３は第１の駆動開始方法で説明したのと同様に設けられている。第２の通過検知センサ８４は出力軸６０の位相が出力軸６０の揺動中心となる位相と第１の通過検知センサ８３との間に設けられた位相間隔と同じ分だけ、出力軸６０の揺動中心となる位相よりも遅角側にある場合に出力軸６０のうち、所定の部分を検知できるように設けられている。   FIG. 4 is an explanatory diagram of the second driving start method. The first and second passage detection sensors 83 and 84 are provided so as to be able to detect passage of a predetermined portion of the output shaft 60. In detecting a predetermined portion of the output shaft 60, the first passage detection sensor 83 is provided in the same manner as described in the first driving start method. The second passage detection sensor 84 has the same amount of the phase of the output shaft 60 as the phase interval provided between the first passage detection sensor 83 and the phase where the phase of the output shaft 60 is the oscillation center of the output shaft 60. It is provided so that a predetermined portion of the output shaft 60 can be detected when it is on the retard side with respect to the phase that is the center of oscillation.

第２の駆動開始方法において制御部は次のようにスタータ７０の駆動を開始する。すなわち、第２の通過検知センサ８４が出力軸６０のうち、所定の部分の通過を検知してから、続けて第１の通過検知センサ８３が出力軸６０のうち、所定の部分の通過を検知するまでの時間を計測する。そしてその後、出力軸６０のうち、所定の部分が正転方向に回転しながら第２の通過検知センサ８４を通過してから、計測した時間の半分の時間が経過した時点でスタータ７０の駆動を開始する。出力軸６０のうち、所定の部分が正転方向に回転しながら第２の通過検知センサ８４を通過したことは、通過検知センサ８３、８４のうち、第２の通過検知センサ８４が連続して所定の部分を検知したことで判断できる。   In the second driving start method, the control unit starts driving the starter 70 as follows. That is, after the second passage detection sensor 84 detects the passage of a predetermined portion of the output shaft 60, the first passage detection sensor 83 subsequently detects the passage of the predetermined portion of the output shaft 60. Measure the time to complete. Then, after the predetermined portion of the output shaft 60 rotates in the forward rotation direction and passes through the second passage detection sensor 84, the starter 70 is driven when half of the measured time has elapsed. Start. The fact that a predetermined portion of the output shaft 60 has passed through the second passage detection sensor 84 while rotating in the forward rotation direction means that the second passage detection sensor 84 of the passage detection sensors 83 and 84 continues. This can be determined by detecting a predetermined portion.

図５は第３の駆動開始方法の説明図である。圧力センサ８５は圧縮空間における作動流体の圧力を検知可能に設けられている。第３の駆動開始方法において、制御部はスタータ７０の回転方向が正転方向であり、且つ圧縮空間における作動流体の圧力が最も低くなる時点でスタータ７０の駆動を開始する。第１および第２の駆動開始方法はスタータ７０が例えば駆動時のみに動力を伝達可能な動力伝達機構付きのスタータである場合に特に適している。一方、スタータ７０が駆動モータ兼発電機である場合には第３の駆動開始方法も適用可能である。   FIG. 5 is an explanatory diagram of a third driving start method. The pressure sensor 85 is provided so as to detect the pressure of the working fluid in the compression space. In the third drive start method, the control unit starts driving the starter 70 when the rotation direction of the starter 70 is the forward rotation direction and the pressure of the working fluid in the compression space becomes the lowest. The first and second driving start methods are particularly suitable when the starter 70 is, for example, a starter with a power transmission mechanism that can transmit power only during driving. On the other hand, when the starter 70 is a drive motor / generator, a third drive start method is also applicable.

第１および第２の駆動開始方法では、出力軸６０の揺動中心となる位相からオフセットした位置に第１の通過検知センサ８３や第２の通過検知センサ８４を設けることで、出力軸６０の回転方向も判断できるようにしている。この点、例えば第３の駆動開始方法のようにスタータ７０の回転方向によって出力軸６０の回転方向が正転方向であるか逆転方向であるかを判断可能な場合には、圧縮空間における作動流体の圧力を検知する代わりに、出力軸６０の位相が所定の位相であることを検出する位相検出センサで出力軸６０の位相が出力軸６０の揺動中心となる位相であることを直接検知してもよい。   In the first and second drive start methods, the first passage detection sensor 83 and the second passage detection sensor 84 are provided at positions offset from the phase that is the oscillation center of the output shaft 60, thereby The direction of rotation can also be determined. In this regard, for example, when it is possible to determine whether the rotation direction of the output shaft 60 is the normal rotation direction or the reverse rotation direction based on the rotation direction of the starter 70 as in the third drive start method, the working fluid in the compression space Instead of detecting the pressure of the output shaft 60, a phase detection sensor that detects that the phase of the output shaft 60 is a predetermined phase directly detects that the phase of the output shaft 60 is a phase that is the center of oscillation of the output shaft 60. May be.

次に第１の制御動作であるＥＣＵ１Ａの動作について図６に示すフローチャートを用いて説明する。本フローチャートはスターリングエンジン１０を始動するにあたり、所定の始動開始条件（例えばスターリングエンジン１０の暖機が所定の状態まで進んでおり、スターリングエンジン１０が自立運転可能な状態にあること）が成立した場合に開始することができる。   Next, the operation of the ECU 1A as the first control operation will be described with reference to the flowchart shown in FIG. In this flowchart, when the Stirling engine 10 is started, a predetermined start start condition (for example, that the Stirling engine 10 is warmed up to a predetermined state and the Stirling engine 10 is in a state where it can operate independently) is satisfied. Can start.

ＥＣＵ１Ａは出力軸６０の回転方向が正転方向であり、且つ出力軸６０の位相が出力軸６０の揺動中心となる位相に到達したか否かを判定する（ステップＳ１）。否定判定であればステップＳ１に戻る。肯定判定であれば、ＥＣＵ１Ａはスタータ７０の駆動を開始する（ステップＳ２Ａ）。この際、ＥＣＵ１Ａはスタータ７０のトルクがスターリングエンジン１０で発生可能な最大トルクよりも小さくなる適宜の回転速度でスタータ７０の駆動を開始することができる。   The ECU 1A determines whether or not the rotation direction of the output shaft 60 is the forward rotation direction and whether the phase of the output shaft 60 has reached a phase that is the oscillation center of the output shaft 60 (step S1). If a negative determination is made, the process returns to step S1. If the determination is affirmative, the ECU 1A starts driving the starter 70 (step S2A). At this time, the ECU 1 </ b> A can start driving the starter 70 at an appropriate rotational speed at which the torque of the starter 70 is smaller than the maximum torque that can be generated by the Stirling engine 10.

続いてＥＣＵ１Ａは出力軸６０のトルクがスタータ７０の駆動に応じて発生可能な所定値に達するか否かを判定する（ステップＳ３）。出力軸６０のトルクがスタータ７０の駆動に応じて発生可能な所定値に達するか否かを判定するには、例えば出力軸６０の回転速度が所定値よりも低下したか否かで判定できる。ステップＳ３で肯定判定であれば、ＥＣＵ１Ａはスタータ７０の駆動を停止する（ステップＳ４）。ステップＳ４の後にはステップＳ１に戻る。これにより、ステップＳ１で再び肯定判定された場合にステップＳ２Ａでスタータ７０が再駆動される。   Subsequently, the ECU 1A determines whether or not the torque of the output shaft 60 reaches a predetermined value that can be generated in accordance with the drive of the starter 70 (step S3). In order to determine whether or not the torque of the output shaft 60 reaches a predetermined value that can be generated according to the drive of the starter 70, for example, it can be determined by whether or not the rotational speed of the output shaft 60 has decreased below a predetermined value. If an affirmative determination is made in step S3, the ECU 1A stops driving the starter 70 (step S4). After step S4, the process returns to step S1. As a result, when an affirmative determination is again made in step S1, the starter 70 is redriven in step S2A.

ステップＳ３で否定判定であれば、ＥＣＵ１Ａは圧縮ピストン３２の圧縮動作が完了したか否かを判定する（ステップＳ５）。圧縮ピストン３２の圧縮動作が完了したか否かは例えばクランク角度が所定の位相よりも進んだか否かで判定できる。ステップＳ５で否定判定であればステップＳ３に戻る。ステップＳ５で肯定判定であれば、ＥＣＵ１Ａはスタータ７０の駆動を停止し（ステップＳ６）、本フローチャートを終了する。   If a negative determination is made in step S3, the ECU 1A determines whether or not the compression operation of the compression piston 32 has been completed (step S5). Whether or not the compression operation of the compression piston 32 has been completed can be determined, for example, based on whether or not the crank angle has advanced beyond a predetermined phase. If a negative determination is made in step S5, the process returns to step S3. If an affirmative determination is made in step S5, the ECU 1A stops driving the starter 70 (step S6), and ends the present flowchart.

次にＥＣＵ１Ａの作用効果について説明する。ＥＣＵ１Ａはスターリングエンジン１０を始動するにあたり、出力軸６０を正転方向に回転させるようにスタータ７０を駆動するとともに、出力軸６０のトルクがスタータ７０の駆動に応じて発生可能な所定値に達する場合にスタータ７０の駆動を停止し、その後出力軸６０の回転方向が逆転方向を経て正転方向に変化した状態でスタータ７０を再駆動する。   Next, the function and effect of the ECU 1A will be described. When starting the Stirling engine 10, the ECU 1 </ b> A drives the starter 70 to rotate the output shaft 60 in the forward rotation direction, and the torque of the output shaft 60 reaches a predetermined value that can be generated according to the drive of the starter 70. Then, the drive of the starter 70 is stopped, and then the starter 70 is redriven in a state where the rotation direction of the output shaft 60 has changed to the forward rotation direction through the reverse rotation direction.

すなわち、ＥＣＵ１Ａはスターリングエンジン１０を始動させるにあたり、分散的な態様でスタータ７０を駆動することで、スタータ７０で発生させることが必要となるトルクを抑制できる。また、出力軸６０のトルクがスタータ７０の駆動に応じて発生可能な所定値に達する場合にスタータ７０の駆動を停止することで、発生させたトルクを最大限有効に活用することによっても、スタータ７０で発生させることが必要となるトルクを抑制できる。そしてこれにより、具体的にはスタータ７０の大型化や重量の増大を抑制できる。また、同時にコストの増大も抑制できる。スタータ７０で発生させることが必要となるトルクを必要最小限に抑制できる。   That is, when starting the Stirling engine 10, the ECU 1 </ b> A can suppress the torque that needs to be generated by the starter 70 by driving the starter 70 in a distributed manner. In addition, when the torque of the output shaft 60 reaches a predetermined value that can be generated according to the drive of the starter 70, the starter 70 is stopped so that the generated torque can be used to the maximum extent possible. Torque that needs to be generated at 70 can be suppressed. Thus, specifically, an increase in size and weight of the starter 70 can be suppressed. At the same time, an increase in cost can be suppressed. Torque required to be generated by the starter 70 can be suppressed to the minimum necessary.

ＥＣＵ１Ａは出力軸６０が正転方向に回転している状態で出力軸６０の位相が出力軸６０の揺動中心となる位相に到達した時点で、再駆動する場合を含めスタータ７０の駆動を開始する。このため、ＥＣＵ１Ａはスターリングエンジン１０のトルクが相対的に小さくなっている状態で加速を行い、出力軸６０の運動エネルギーを蓄えることで、スタータ７０で発生させることが必要となるトルクを抑制することもできる。   The ECU 1A starts driving the starter 70, including when it is re-driven, when the phase of the output shaft 60 reaches a phase that becomes the oscillation center of the output shaft 60 while the output shaft 60 is rotating in the forward rotation direction. To do. For this reason, ECU1A suppresses the torque which needs to be generated with starter 70 by accelerating in the state where torque of Stirling engine 10 is relatively small, and storing the kinetic energy of output shaft 60. You can also.

本実施例にかかるＥＣＵ１Ｂは制御部がさらに以下に示すように実現される点以外、ＥＣＵ１Ａと実質的に同一となっている。このためＥＣＵ１Ｂについては図示省略する。ＥＣＵ１Ｂでは、制御部がさらに出力軸６０の運転エネルギーをスターリングエンジン１０で行われる圧縮仕事以上にすることが可能な回転速度を始動回転速度としてスタータ７０を駆動する。   The ECU 1B according to the present embodiment is substantially the same as the ECU 1A except that the control unit is further realized as described below. For this reason, the illustration of the ECU 1B is omitted. In the ECU 1B, the control unit further drives the starter 70 with a rotation speed at which the operation energy of the output shaft 60 can be made equal to or higher than the compression work performed by the Stirling engine 10 as a start rotation speed.

図７は回転速度に応じた運動エネルギーと圧縮仕事との関係を示す図である。縦軸はエネルギー、横軸は出力軸６０の回転速度を示す。図７に示すように、出力軸６０の運動エネルギー（１／２×Ｉ×ω２）は回転速度が上昇するに従って大きくなり、回転速度Ｎｓでスターリングエンジン１０の圧縮仕事ＰＶと等しくなる。そして、回転速度Ｎｓ以上の回転速度域がスターリングエンジン１０の始動域となる。これに対し、制御部は具体的には回転速度Ｎｓを始動回転速度としてスタータ７０を駆動する。この点、出力軸６０の断面二次モーメントＩと圧縮仕事ＰＶとは予め把握できることから、回転速度Ｎｓも予め把握できる。 FIG. 7 is a diagram showing the relationship between kinetic energy and compression work according to the rotational speed. The vertical axis represents energy, and the horizontal axis represents the rotational speed of the output shaft 60. As shown in FIG. 7, the kinetic energy (1/2 × I × ω 2 ) of the output shaft 60 increases as the rotational speed increases, and becomes equal to the compression work PV of the Stirling engine 10 at the rotational speed Ns. A rotation speed range equal to or higher than the rotation speed Ns is a start range of the Stirling engine 10. In contrast, the controller specifically drives the starter 70 with the rotational speed Ns as the starting rotational speed. In this respect, since the sectional secondary moment I of the output shaft 60 and the compression work PV can be grasped in advance, the rotational speed Ns can also be grasped in advance.

制御部はさらにスタータ７０の始動駆動に応じて、スターリングエンジン１０のトルクが作動流体の圧縮動作に応じて現れる変曲点トルクに対処できた後、スタータ７０を再駆動することなく、次のサイクルで作動流体の圧縮動作に応じて現れる変曲点トルクに対処できないと判断される場合にスタータ７０を再駆動する。   Further, the control unit can cope with the inflection point torque in which the torque of the Stirling engine 10 appears in response to the compression operation of the working fluid in accordance with the start driving of the starter 70, and then the next cycle without restarting the starter 70. When it is determined that the inflection point torque that appears according to the compression operation of the working fluid cannot be dealt with, the starter 70 is re-driven.

図８はスターリングエンジン１０の始動時に発生し得るスタータ７０のトルク変化の一例を示す図である。図８（ａ）は再駆動が必要な場合を示す。図８（ｂ）は図８（ａ）に対し、再駆動が不要な場合を参考として示す。スターリングエンジン１０のトルクが作動流体の圧縮動作に応じて現れる変曲点トルクに対処できないと判断される場合は、具体的には図８（ａ）に示すように、スタータ７０のトルクがマイナス値からプラス値に転じた後、再びマイナス値に転じると判断される場合となっている。   FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a torque change of the starter 70 that may occur when the Stirling engine 10 is started. FIG. 8A shows a case where re-driving is necessary. FIG. 8B shows a case where re-driving is not necessary with respect to FIG. When it is determined that the torque of the Stirling engine 10 cannot cope with the inflection point torque that appears according to the compression operation of the working fluid, specifically, the torque of the starter 70 is a negative value as shown in FIG. In this case, it is determined that the value is changed to a negative value again after changing from a positive value to a positive value.

スタータ７０のトルクが再びマイナス値に転じるか否かは、例えばスタータ７０のトルク曲線においてスタータ７０のトルクが再びマイナス値に転じるか否かの判断対象となる極小値の直前に現れる極大値から、その直前にスタータ７０のトルクが極大値から極小値に変化した際のトルク差を引いた値が負になるか否かで判断できる。この点、極大値や極小値は例えばこれらが現れる位相に対応させて位相検出センサを設けるとともに、位相検出センサが位相を検出した際のスタータ７０のトルクを検出することで検出できる。スターリングエンジン１０のトルクが作動流体の圧縮動作に応じて現れる変曲点トルクに対処できないと判断される場合は、例えばスタータ７０のトルクが再びマイナス値に転じたことを以って判断されてもよい。   Whether or not the torque of the starter 70 again turns to a negative value is determined from, for example, the local maximum value that appears immediately before the local minimum value that is the target of determination of whether or not the torque of the starter 70 turns to the negative value again in the torque curve of the starter 70 It can be determined whether or not the value obtained by subtracting the torque difference when the torque of the starter 70 changes from the maximum value to the minimum value immediately before is negative. In this respect, the maximum value and the minimum value can be detected by, for example, providing a phase detection sensor corresponding to the phase in which they appear, and detecting the torque of the starter 70 when the phase detection sensor detects the phase. If it is determined that the torque of the Stirling engine 10 cannot cope with the inflection point torque that appears in response to the compression operation of the working fluid, for example, it may be determined that the torque of the starter 70 has turned negative again. Good.

次に第２の制御動作であるＥＣＵ１Ｂの動作について図９に示すフローチャートを用いて説明する。なお、本フローチャートはステップＳ２Ａの代わりにステップＳ２Ｂが設けられている点と、ステップＳ６に続いてステップＳ７がさらに設けられている点以外、図６に示すフローチャートと同じになっている。このため、ここでは特にこれらについて説明する。   Next, the operation of the ECU 1B as the second control operation will be described using the flowchart shown in FIG. This flowchart is the same as the flowchart shown in FIG. 6 except that step S2B is provided instead of step S2A, and step S7 is further provided following step S6. For this reason, these are specifically described here.

ステップＳ２Ｂで、ＥＣＵ１Ｂは回転速度Ｎｓでスタータ７０の駆動を開始する。この結果、ステップＳ３の否定判定およびステップＳ５の肯定判定を経て、ステップＳ６でスタータ７０の駆動を停止した場合、ＥＣＵ１Ｂはスタータ７０の再駆動の要否を判定する（ステップＳ７）。この点、スタータ７０の再駆動の要否を判定するにあたっては、例えばステップＳ７以前にスタータ７０のトルク検出など必要な処理が適宜組み込まれてよい。ステップＳ７で肯定判定であればステップＳ１に戻る。一方、ステップＳ７で否定判定であれば本フローチャートを終了する。   In step S2B, the ECU 1B starts driving the starter 70 at the rotational speed Ns. As a result, when the determination of step S3 is negative and the determination of step S5 is affirmative and the drive of the starter 70 is stopped in step S6, the ECU 1B determines whether or not the starter 70 needs to be redriven (step S7). In this regard, in determining whether or not the starter 70 needs to be redriven, for example, necessary processing such as torque detection of the starter 70 may be appropriately incorporated before step S7. If a positive determination is made in step S7, the process returns to step S1. On the other hand, if a negative determination is made in step S7, this flowchart ends.

次にＥＣＵ１Ｂの作用効果について説明する。ＥＣＵ１Ｂは出力軸６０の運転エネルギーをスターリングエンジン１０で行われる圧縮仕事以上にすることが可能な回転速度を始動回転速度としてスタータ７０を駆動する。このため、ＥＣＵ１Ｂはスターリングエンジン１０を始動するにあたり、スタータ７０で発生させることが必要となるトルクを必要最小限のトルクに抑制可能にすることができる。   Next, the function and effect of the ECU 1B will be described. The ECU 1B drives the starter 70 with a rotation speed at which the operation energy of the output shaft 60 can be made equal to or higher than the compression work performed by the Stirling engine 10 as a start rotation speed. For this reason, when starting the Stirling engine 10, the ECU 1B can suppress the torque required to be generated by the starter 70 to the minimum necessary torque.

ＥＣＵ１Ｂはスタータ７０の駆動に応じて、スターリングエンジン１０のトルクが作動流体の圧縮動作に応じて現れる変曲点トルクに対処できた後、スタータ７０を再駆動することなく、次のサイクルで作動流体の圧縮動作に応じて現れる変曲点トルクに対処できないと判断される場合にスタータ７０を再駆動する。このため、ＥＣＵ１Ｂはさらにスターリングエンジン１０の始動をより確実にすることもできる。   The ECU 1B can cope with the inflection point torque in which the torque of the Stirling engine 10 appears according to the compression operation of the working fluid in accordance with the driving of the starter 70, and then restarts the working fluid in the next cycle without driving the starter 70 again. When it is determined that the inflection point torque that appears in response to the compression operation is not handled, the starter 70 is driven again. For this reason, the ECU 1B can further make the start of the Stirling engine 10 more reliable.

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。   Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed.

ＥＣＵ １Ａ、１Ｂ
スターリングエンジン １０
高温側気筒 ２０
膨張ピストン ２１
低温側気筒 ３０
圧縮ピストン ３１
出力軸 ６０
スタータ ７０ ECU 1A, 1B
Stirling engine 10
High temperature side cylinder 20
Expansion piston 21
Low temperature side cylinder 30
Compression piston 31
Output shaft 60
Starter 70

Claims (4)

出力軸を駆動するスタータが設けられているスターリングエンジンに用いられ、
前記スターリングエンジンを始動するにあたり、前記出力軸を正転方向に回転させるようにスタータを駆動するとともに、前記出力軸のトルクが前記スタータの駆動に応じて発生可能な所定値に達する場合に前記スタータの駆動を停止し、その後前記出力軸の回転方向が逆転方向を経て正転方向に変化した状態で前記スタータを再駆動する制御部を備えるスターリングエンジンの制御装置。 Used in a Stirling engine equipped with a starter that drives the output shaft,
When starting the Stirling engine, the starter is driven to rotate the output shaft in the normal rotation direction, and the starter is driven when the torque of the output shaft reaches a predetermined value that can be generated according to the drive of the starter. A control device for a Stirling engine comprising a control unit that stops the driving of the starter and then re-drives the starter in a state where the rotation direction of the output shaft changes to the forward rotation direction through the reverse rotation direction. 請求項１記載のスターリングエンジンの制御装置であって、
前記出力軸が正転方向に回転している状態で前記出力軸の位相が前記出力軸の揺動中心となる位相に到達した時点で、前記制御部が再駆動する場合を含め、前記スタータの駆動を開始するスターリングエンジンの制御装置。 A control device for a Stirling engine according to claim 1,
Including the case where the control unit re-drives when the phase of the output shaft reaches the phase that becomes the oscillation center of the output shaft while the output shaft is rotating in the forward rotation direction. Stirling engine controller that starts driving. 請求項１または２記載のスターリングエンジンの制御装置であって、
前記制御部が前記出力軸の運転エネルギーを前記スターリングエンジンで行われる圧縮仕事以上にすることが可能な回転速度を始動回転速度として前記スタータを駆動するスターリングエンジンの制御装置。 A control device for a Stirling engine according to claim 1 or 2,
A control device for a Stirling engine that drives the starter with a rotation speed at which the control unit can make the operating energy of the output shaft equal to or higher than the compression work performed by the Stirling engine. 請求項１から３いずれか１項記載のスターリングエンジンの制御装置であって、
前記スタータの駆動に応じて、前記スターリングエンジンのトルクが前記スターリングエンジンで行われる作動流体の圧縮動作に応じて現れる変曲点トルクに対処できた後、前記スタータを再駆動することなく、次のサイクルで作動流体の圧縮動作に応じて現れる変曲点トルクに対処できないと判断される場合に、前記制御部が前記スタータを再駆動するスターリングエンジンの制御装置。 A control device for a Stirling engine according to any one of claims 1 to 3,
After the starter is driven, the torque of the Stirling engine can cope with the inflection point torque that appears in response to the compression operation of the working fluid performed in the Stirling engine. A control device for a Stirling engine in which the control unit re-drives the starter when it is determined that the inflection point torque that appears according to the compression operation of the working fluid in a cycle cannot be dealt with.
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