JP2013160165A - スターリングエンジン - Google Patents

Abstract

【課題】クランクケースの温度上昇に起因する部品の信頼性の低下を抑制可能なスターリングエンジンを提供する。
【解決手段】スターリングエンジン１０Ａは内燃機関５０の排気を高温熱源とするとともに、内燃機関５０に設けられている。スターリングエンジン１０Ａは出力軸であるクランクシャフト６１と、クランクシャフト６１のクランク部を収容するクランクケース６２と、クランクケース６２に設けられ、内燃機関５０の冷却液を流通させる冷却通路部６２ｃとを備えている。冷却通路部６２ｃはクランクケース６２の壁部内に冷却通路を形成するように設けられるとともに、クランクケース６２の底壁部Ｂ側からクランクケース６２の内部空間を覆うように設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明はスターリングエンジンに関する。

スターリングエンジンに関し、本発明と関連性があると考えられる技術が例えば特許文献１で開示されている。特許文献１では車両において内燃機関とともに用いられてハイブリットシステムを構成するとともに、内燃機関の排気ガスを熱源とするスターリングエンジンが実施例で開示されている。

このほか冷却の構成上、本発明と関連性があると考えられる技術が例えば特許文献２から４で開示されている。特許文献２では凹部によって冷却風通路を形成する内燃機関のクランクケース構造が開示されている。特許文献２ではこのクランクケース構造をクランクケースの底部にオイルパンが一体形成され、オイルパンのオイルレベルよりも下方に冷却風通路が配置される構成とすることで、オイルパン内のオイルを冷却できることが開示されている。

特許文献３では冷却水通路がクランクケースカバーとの間に設けられている内燃機関のクランクケースが開示されている。特許文献３では、このクランクケースが下部にオイルパンが一体化されているとともに、クランクケースカバーが少なくともオイルパン部分をカバーする構成となっており、冷却水通路が暖機運転終了後にオイルクーラの役割を果たすことができることが開示されている。

特許文献４ではクランクケース内冷却水通路を備えるウェバストヒータ付きエンジンが開示されている。特許文献４では、このエンジンがクランクケース内冷却水通路に連通路を介してシリンダヘッド内冷却水通路を接続する構成となっており、クランクケースの上部にクランクケース内冷却水通路を備える例が図面で開示されている。

特開２００９−９２０７９号公報 特開２０１１−７４８５３号公報 特開２００７−２７８２４０号公報 実開平１−８３１７７号公報

内燃機関の排気を高温熱源とするスターリングエンジンでは、排気の熱量自体が小さいことから、内燃機関との間の距離をできるだけ短くすることで得られる熱量が大きくなるようにすることが望ましい。

ところがこの場合には、例えば内燃機関からの放熱によってスターリングエンジン本体が加熱される結果、クランクケースの温度が上昇し易くなる。そしてこれにより、クランクシャフトの軸受の温度が上昇する結果、樹脂グリースの流出および油膜切れによる軸受の摩耗を招く虞や、クランクケースのシールに用いられる樹脂製やゴム製の部品の温度が上昇する結果、これらの部品の劣化を招く虞がある。また、例えばクランクケース内でピストン、クランクシャフト間のリンク機構に用いられるアルミ合金製の部品など耐熱性が低い部品の温度が上昇する結果、当該部品の脆性疲労破壊の発生に繋がる虞がある。

本発明は上記課題に鑑み、クランクケースの温度上昇に起因する部品の信頼性の低下を抑制可能なスターリングエンジンを提供することを目的とする。

本発明は内燃機関の排気を高温熱源とするとともに、前記内燃機関に設けられ、出力軸であるクランクシャフトと、前記クランクシャフトのクランク部を収容するクランクケースと、前記クランクケースに設けられ、冷却媒体を流通させる冷却通路部とを備えるスターリングエンジンである。

本発明は前記冷却通路部が前記クランクケースの壁部内に冷却通路を形成するように設けられるとともに、前記クランクケースの底壁部側から前記クランクケースの内部空間を覆うように設けられている構成とすることができる。

本発明は作動流体と冷却媒体との間で熱交換を行う冷却器と前記冷却通路部と前記冷却器とへの冷却媒体の供給を制御可能な制御弁とをさらに備え、前記内燃機関の運転状態が低負荷運転状態である場合に前記冷却通路部に冷却媒体を優先的に供給し、前記内燃機関の運転状態が前記低負荷運転状態よりも負荷が高い高負荷運転状態である場合に前記冷却器に冷却媒体を優先的に供給する構成とすることができる。

本発明によれば、クランクケースの温度上昇に起因する部品の信頼性の低下を抑制できる。

実施例１のスターリングエンジンを示す図である。 スターリングエンジンの搭載例を示す図である。 実施例２のスターリングエンジンを示す図である。 冷却回路を示す図である。 ＥＣＵの制御動作をフローチャートで示す図である。

図面を用いて、本発明の実施例について説明する。

図１はスターリングエンジン１０Ａを示す図である。スターリングエンジン１０Ａ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３０Ａを備えている。また、冷却器４５、再生器４６および加熱器４７を備えている。高温側気筒２０は高温側ピストンである膨張ピストン２１と高温側シリンダライナである高温側シリンダ２２とを備え、低温側気筒３０Ａは低温側ピストンである圧縮ピストン３１と低温側シリンダライナである低温側シリンダ３２Ａとを備えている。

高温側シリンダ２２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５０（図２参照）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。この点、スターリングエンジン１０Ａでは内燃機関５０の排気が高温熱源を構成している。

低温側シリンダ３２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。冷却器４５は作動流体と冷却媒体との間で熱交換を行うことで作動流体を冷却する。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、Ｈ_２、Ｎ_２等の気体を適用することができる。

次にスターリングエンジン１０Ａ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。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。このようにピストン２１、３１は作動流体の往復流動に応じて運動する。

スターリングエンジン１０Ａはさらに基盤部材１１とシリンダケース１２と第１の断熱部材１３と第２の断熱部材１４と第３の断熱部材１５とを備えている。基盤部材１１には加熱器４７とシリンダケース１２とが固定されている。この点、シリンダケース１２は具体的には第１の断熱部材１３を介して基盤部材１１に間接的に固定されている。第１の断熱部材１３は例えばガスケットで実現できる。

シリンダケース１２はシリンダ２２、３２を収容しており、シリンダケース１２内にはシリンダ２２、３２が基盤部材１１に当接するように設けられている。また、第２の断熱部材１４が高温側シリンダ２２の外周部に設けられている。第３の断熱部材１５は膨張ピストン２１の頂部に設けられており、第２の断熱部材１４とともに膨張空間の断熱性を高めている。断熱部材１４、１５には例えば樹脂やセラミックを適用できる。シリンダケース１２はシリンダ２２、３２を個別に収容するシリンダケースそれぞれであってもよい。

スターリングエンジン１０Ａはさらにクランクシャフト６１とクランクケース６２とファン６３と導風部６４と第４の断熱部材１６とを備えている。クランクシャフト６１はクランクケース６２に軸受を介して設けられている。クランクシャフト６１はリンク機構を介してピストン２１、３１と接続されており、ピストン２１、３１の往復運動を回転運動に変換する。クランクケース６２はクランクシャフト６１のクランク部を収容している。クランクケース６２は第４の断熱部材１６を介してシリンダケース１２に設けられている。第４の断熱部材１６は例えばガスケットで実現できる。

クランクケース６２には隔壁部６２ａと連通部６２ｂとが設けられている。隔壁部６２ａはクランクケース６２の内部空間を高温側気筒２０側の内部空間と低温側気筒３０Ａ側の内部空間とに区分する。連通部６２ｂは隔壁部６２ａが区分するクランクケース６２の高温側気筒２０側の内部空間と低温側気筒３０Ａ側の内部空間とを連通する。隔壁部６２ａはクランクケース６２の一部で構成されている。連通部６２ｂは具体的にはクランクケース６２の底壁部Ｂに隣接する連通路を形成するように設けられている。連通部６２ｂを設けることで、隔壁部６２ａによって区分されたクランクケース６２の内部空間それぞれで圧力変化が大きくなることを防止できる。

ファン６３と導風部６４とはクランクケース６２内に設けられている。ファン６３はクランクシャフト６１とともに回転することで、クランクケース６２内の気体を攪拌する。導風部６４はクランクケース６２内で気体が循環するようにファン６３からの送風を導くことで、ファン６３とともにクランクケース６２内の気体を攪拌する。ファン６３と導風部６４とは具体的には次のように設けられている。

すなわち、ファン６３はクランクケース６２内におけるクランクシャフト６１の両端部それぞれに設けられている。導風部６４は底壁部Ｂ側でクランクケース６２の内壁に沿って、また、連通部６２ｂが形成する連通路を底壁部Ｂ側とその反対側とに区分しつつ連通部６２ｂを介して、一方のファン６３から他方のファン６３に到達するように設けられている。そして、ファン６３それぞれは導風部６４とともに一方のファン６３から他方のファン６３に向かって流通する気体の流れを発生させることで、クランクケース６２内で気体を循環させ、これによりクランクケース６２内の気体を攪拌するようになっている。

スターリングエンジン１０Ａはさらに冷却通路部６２ｃを備えている。冷却通路部６２ｃはクランクケース６２に設けられている。冷却通路部６２ｃは冷却媒体を流通させることでクランクケース６２を冷却する。冷却通路部６２ｃは具体的にはクランクケース６２の壁部内に冷却通路を形成するように設けられている。このように設けられた冷却通路部６２ｃはクランクケース６２の壁部のうち、冷却通路を形成する部分で実現されている。冷却通路部６２ｃは底壁部Ｂ側からクランクケース６２の内部空間を覆うように設けられている。

この点、冷却通路部６２ｃはさらに具体的には底壁部Ｂから破線で示すようにクランクケース６２の側壁部のうち、気筒配列方向に直交する方向に位置する側壁部それぞれにかけて、クランクケース６２の内部空間に応じた平面状の広がりを有して設けられている。また、気筒配列方向に直交する方向に位置する一方の側壁部に設けられた部分から他方の側壁部に設けられた部分に接続するかたちで、隔壁部６２ａにクランクケース６２の内部空間に応じた平面状の広がりを有して設けられている。

スターリングエンジン１０Ａはさらに入口部６５と出口部６６とを備えている。入口部６５と出口部６６とはクランクケース６２に設けられている。入口部６５は冷却通路部６２ｃに冷却媒体を流入させ、出口部６６は冷却通路部６２ｃから冷却媒体を流出させる。入口部６５は具体的にはクランクケース６２のうち、クランクケース６２内を流動する気体が接触する部分である流動接触部に設けられている。流動接触部は例えばクランクシャフト６１の回転に応じて流動する気体が当たる部分とすることができる。

これに対し、スターリングエンジン１０Ａでは底壁部Ｂがファン６３と導風部６４とが循環させる気体が接触する流動接触部となっている。このため、入口部６５はさらに具体的には底壁部Ｂに設けられている。出口部６６はクランクケース６２の側壁部のうち、気筒配列方向において低温側気筒３０Ａ側に位置する側壁部であって、底壁部Ｂとは反対側の部分に設けられている。このように設けることで冷却通路部６２ｃの各部に冷却媒体を流通させることができる。

図２はスターリングエンジン１０Ａの搭載例を示す図である。図２に示すように、スターリングエンジン１０Ａは支持部材７０を介して内燃機関５０に設けられている。支持部材７０は具体的にはスターリングエンジン１０Ａのうち、シリンダケース１２と内燃機関５０とを連結している。支持部材７０は例えば基盤部材１１と内燃機関５０とを連結してもよい。このように内燃機関５０に設けられたスターリングエンジン１０Ａは内燃機関５０とともに図示しない車両に搭載されるとともに、エンジンルーム壁Ｗによって区画された当該車両のエンジンルームに設けられている。

内燃機関５０はシリンダブロック５１とシリンダヘッド５２を備えている。内燃機関５０には冷却液を循環させる冷却系が設けられており、シリンダブロック５１やシリンダヘッド５２は冷却液によって適宜冷却される。この点、冷却器４５および冷却通路部６２ｃを流通する冷却媒体は具体的にはともに内燃機関５０の冷却液となっている。

スターリングエンジン１０Ａは内燃機関５０に対しクランクケース６２がシリンダヘッド５２側に、加熱器４７がシリンダブロック５１側に配置されるように設けられている。このように設けることで、排気管の取り回しに無理や無駄が生じないようにすることができる。この点、内燃機関５０はシリンダブロック５１が重力作用方向において下側に、シリンダヘッド５２が重力作用方向において上側に配置されるように設けられている。このため、スターリングエンジン１０Ａはクランクケース６２が重力作用方向において上側に、加熱器４７が重力作用方向において下側にそれぞれ配置されるように設けられている。

スターリングエンジン１０Ａはさらにフィン６２ｄを備えている。フィン６２ｄはクランクケース６２に設けられている。フィン６２ｄはクランクケース６２内の気体に接触する接触面積を増加させる。フィン６２ｄは具体的にはクランクケース６２のうち、流動接触部に設けられている。この点、フィン６２ｄは底壁部Ｂに内側から設けられるとともに、気筒配列方向に沿って互いに平行に延伸するように複数設けられている。そして、フィン６２ｄそれぞれはさらに具体的には底壁部Ｂに内側から設けられるとともに、気筒配列方向に沿って平行に延伸するように設けられた凹部に設けられている。スターリングエンジン１０Ａではこの凹部のうち、気筒配列方向において隔壁部６２ａに対応する部分が連通部６２ｂとなっている。

スターリングエンジン１０Ａはさらに内燃機関５０との間に遮熱板７１が設けられた構成となっている。遮熱板７１は具体的には内燃機関５０が備えるエキゾーストマニホールドからシリンダケース１２やクランクケース６２に向かって放出される輻射熱Ｑ１を遮ることができるように設けられている。スターリングエンジン１０Ａはエンジンルームに設けられることで、エンジンルームの熱Ｑ２によってクランクケース６２の温度が上昇するようになっている。また、クランクケース６２が重力作用方向において上側に、加熱器４７が重力作用方向において下側にそれぞれ配置されるように設けられることで、排気管を含む加熱器４７周りの高温部からの上昇気流の熱Ｑ３によってクランクケース６２の温度が上昇するようになっている。

次にスターリングエンジン１０Ａの主な作用効果について説明する。スターリングエンジン１０Ａは内燃機関５０の排気を高温熱源とし、内燃機関５０に設けられるとともに冷却通路部６２ｃを備えている。このため、スターリングエンジン１０Ａはクランクケース６２を冷却することで、内燃機関５０の放熱によってスターリングエンジン１０Ａ本体が加熱される結果、クランクケース６２の温度およびクランクケース６２内の気体の温度が上昇することを抑制できる。そしてこれにより、クランクケース６２の温度上昇に起因する部品の信頼性の低下を抑制できる。

スターリングエンジン１０Ａはクランクケース６２を冷却することで、クランクケース６２内の気体の温度が上昇することを抑制できるところ、これによりクランクケース６２内の気体の温度を低く維持することで、膨張空間と圧縮空間との間での作動流体の温度差を十分確保できるようにすることもできる。また、クランクケース６２内の気体に対する圧縮、膨張仕事を小さくすることもできる。このため、スターリングエンジン１０Ａはクランクケース６２を冷却することで、出力性能が低下することも抑制できる。

スターリングエンジン１０Ａは冷却通路部６２ｃをクランクケース６２の壁部内に冷却通路を形成するように設けるとともに、底壁部Ｂ側からクランクケース６２の内部空間を覆うように設けることで、冷却通路部６２ｃによるクランクケース６２の高い冷却性を確保できる。そしてこれにより、クランクケース６２の温度上昇に起因する部品の信頼性の低下や出力性能の低下を好適に抑制できる。

スターリングエンジン１０Ａは入口部６５を気体流動部に設けることで、受熱が行われていない分、温度が低い状態にある冷却液によってクランクケース６２内の気体を好適に冷却できる。この点、スターリングエンジン１０Ａは具体的には入口部６５を底壁部Ｂに設けることで、冷却通路部６２ｃを底壁部Ｂ側からクランクケース６２の内部空間を覆うように設ける場合に、冷却通路部６２ｃの各部に冷却液を好適に流通させることもできる。

スターリングエンジン１０Ａはフィン６２ｄを気体流動部に設けることで、クランクケース６２内の気体を好適に冷却できる。この点、スターリングエンジン１０Ａは具体的にはフィン６２ｄを底壁部Ｂに内側から設けることで、入口部６５を底壁部Ｂに設ける場合にクランクケース６２内の気体をさらに好適に冷却できる。

スターリングエンジン１０Ａはファン６３を備えることで、クランクシャフト６１の回転に応じた気体流動だけの場合よりも、クランクケース６２内の気体を大きく攪拌することができる。そしてこれにより、冷却通路部６２ｃによるクランクケース６２内の気体の冷却を効果的に行うことで、部品の信頼性の低下や出力性能の低下をさらに好適に抑制することもできる。

この点、スターリングエンジン１０Ａはクランクケース６２内で気体が循環して流通するようにファン６３からの送風を導く導風部６４をさらに備えることで、クランクケース６２内の気体を好適に攪拌できる。またこの場合には、底壁部Ｂ側でクランクケース６２の内壁に沿って導風部６４を設けることで、底壁部Ｂをクランクシャフト６１の回転に応じて流動する気体が当たる流動接触部としてよりも気体の接触が良好になる流動接触部とすることができる。そしてこれにより、入口部６５やフィン６２ｄが底壁部Ｂに設けられている場合にクランクケース６２内の気体をさらに好適に冷却することもできる。

スターリングエンジン１０Ａはさらにクランクケース６２が第４の断熱部材１６を介してシリンダケース１２に設けられている構成であることが、クランクケース６２の温度が上昇することを抑制するにあたって好適である。また、隔壁部６２ａを備える場合に隔壁部６２ａに連通部６２ｂが設けられている構成であることが、出力性能の低下を抑制するにあたって好適である。

スターリングエンジン１０Ａは内燃機関５０とともに車両のエンジンルームに設けられる場合に輻射熱Ｑ１やエンジンルームの熱Ｑ２によってクランクケース６２の温度が特に上昇し易くなる。このため、スターリングエンジン１０Ａは内燃機関５０とともに車両のエンジンルームに設けられる場合に特に適している。この場合、スターリングエンジン１０Ａはさらに内燃機関５０との間に遮熱板７１が設けられる構成となっていることが好適である。

スターリングエンジン１０Ａはクランクケース６２が重力作用方向において上側に、加熱器４７が重力作用方向において下側にそれぞれ配置されるように設けられる場合に、高温部からの上昇気流の熱Ｑ３によってクランクケース６２の温度が特に上昇し易くなる。このため、スターリングエンジン１０Ａはこのように設けられる場合にも特に適している。また、この場合にはエンジンルームに熱がこもることで、クランクケース６２の温度がさらに上昇し易くなることから、スターリングエンジン１０Ａは内燃機関５０とともに車両のエンジンルームに設けられるとともにこのように設けられる場合に特に適している。

スターリングエンジン１０Ａはクランクケース６２が重力作用方向において上側に、加熱器４７が重力作用方向において下側にそれぞれ配置されるように設けられる場合に、底壁部Ｂがクランクケース６２内で温度が高い気体が上昇し、到達する部分となる。このため、入口部６５やフィン６２ｄを底壁部Ｂに設けることは、さらに具体的にはスターリングエンジン１０Ａがこのように設けられる場合に特に好適である。また、この場合には底壁部Ｂに内側から設けられた凹部にフィン６２ｄを設けることが特に好適である。

図３はスターリングエンジン１０Ｂを示す図である。図３（ａ）はスターリングエンジン１０Ｂの高温側気筒２０側の部分を示す。図３（Ｂ）はスターリングエンジン１０Ｂの低温側気筒３０Ｂ側の部分を示す。スターリングエンジン１０Ｂは低温側気筒３０Ａの代わりに低温側気筒３０Ｂを備える点と、シリンダケース１２の代わりにシリンダケース１２Ａ、１２Ｂを備える点と、第４の断熱部材１６の代わりに第４の断熱部材１６´を備える点と、第５の断熱部材１７をさらに備える点以外、スターリングエンジン１０Ａと実質的に同一となっている。

低温側気筒３０Ｂは低温側シリンダ３２Ａの代わりに低温側シリンダ３２Ｂを備える点以外、低温側気筒３０Ａと実質的に同一となっている。低温側シリンダ３２Ｂは冷却通路部３２ａがさらに設けられている点以外、低温側シリンダ３２Ａと実質的に同一となっている。冷却通路部３２ａは冷却媒体を流通させる。冷却媒体には具体的には内５０の冷却液を適用できる。

シリンダケース１２Ａは高温側シリンダケースであり、高温側シリンダ２２を収容している。シリンダケース１２Ｂは低温側シリンダケースであり、低温側シリンダ３２Ｂを収容している。この点、クランクケース６２は第４の断熱部材１６´を介してシリンダケース１２Ａに設けられるとともに、断熱部材を介することなくシリンダケース１２Ｂに設けられることで、シリンダケース１２Ａ、１２Ｂに設けられている。シリンダケース１２Ａおよび断熱部材１４間にはクランクケース６２の内部空間に連なる隙間が形成されている。

冷却通路部３２ａは具体的には低温側シリンダ３２Ｂの外周部に溝状に設けられるとともにシリンダケース１２Ｂの内周部とともに冷却通路を形成するように設けられている。そしてこれにより、冷却媒体がシリンダケース１２Ｂに接して流通するように設けられている。第５の断熱部材１７はシリンダケース１２Ａ、１２Ｂの外周部それぞれに設けられている。第５の断熱部材１７には例えば樹脂を適用できる。

スターリングエンジン１０Ｂはスターリングエンジン１０Ａの代わりに内燃機関５０に設けることができる。また、スターリングエンジン１０Ａの代わりに内燃機関５０とともに車両のエンジンルームに設けることができる。この点、スターリングエンジン１０Ａの代わりにスターリングエンジン１０Ｂを内燃機関５０に設ける場合には、支持部材７０で基盤部材１１と内燃機関５０とを連結することができる。

次にスターリングエンジン１０Ｂの作用効果について説明する。スターリングエンジン１０Ｂは冷却通路部３２ａによってシリンダケース１２Ｂを介してクランクケース６２を冷却できる。同時にシリンダケース１２Ｂの外周部に第５の断熱部材１７を設けることで、シリンダケース１２Ｂが内燃機関５０からの放熱等によって加熱されることも防止できる。このため、スターリングエンジン１０Ｂはスターリングエンジン１０Ａと比較して、クランクケース６２の温度上昇に起因する部品の信頼性の低下や出力性能の低下をさらに好適に抑制できる。

スターリングエンジン１０Ｂはクランクケース１３Ａの外周部に第５の断熱部材１７を設けることで、次のようにしてクランクケース６２内の気体の温度が上昇することも抑制できる。すなわち、ここでシリンダケース１２Ａおよび断熱部材１４間にクランクケース６２の内部空間に連なる隙間が形成される場合には、この隙間で気体の温度が上昇する結果、クランクケース６２内の気体の温度が上昇することになる。これに対し、スターリングエンジン１０Ｂは第５の断熱部材１７を備えることで、シリンダケース１２Ａからの伝熱でクランクケース６２内の気体の温度が上昇することも抑制できる。そしてこれにより、部品の信頼性の低下や出力性能の低下をさらに好適に抑制することもできる。

スターリングエンジン１０Ｂは具体的には冷却通路部３２ａを低温側シリンダ３２Ｂの外周部に溝状に設けるとともに、シリンダケース１２Ｂの内周部とともに冷却通路を形成するように設けることで、シリンダケース１２Ｂを介してクランクケース６２を好適に冷却できる。

図４はスターリングエンジン１０Ｃの冷却回路１００を示す図である。冷却回路１００はウォータポンプ１０１と制御弁１０２と冷却器４５と冷却通路部６２ｃとラジエータ１０３とを有して構成されている。また、冷却回路１００に対してはＥＣＵ１１０が設けられている。

スターリングエンジン１０Ｃは冷却回路として具体的に冷却回路１００が設けられる点と、これに応じて制御弁１０２とＥＣＵ１１０とをさらに備える点以外、スターリングエンジン１０Ａと実質的に同一となっている。このため、スターリングエンジン１０Ｃについては図示省略する。スターリングエンジン１０Ｃはスターリングエンジン１０Ａの代わりに内燃機関５０に設けることができる。また、スターリングエンジン１０Ａの代わりに内燃機関５０とともに車両のエンジンルームに設けることができる。同様の変更はスターリングエンジン１０Ｂに対して行われてもよい。

冷却回路１００において、ウォータポンプ１０１は内燃機関５０の冷却液を吐出する。ウォータポンプ１０１が吐出した冷却液は制御弁１０２に供給される。制御弁１０２は冷却通路部６２ｃと冷却器４５とへの冷却液の供給を制御する。制御弁１０２は具体的には冷却通路部６２ｃと冷却器４５との間で供給する冷却液の流量割合を変更可能な流量調節弁となっている。

制御弁１０２から冷却器４５に供給される冷却液は冷却器４５を介して冷却通路部６２ｃに供給される。制御弁１０２から冷却通路部６２ｃに供給される冷却液は冷却器４５をバイパスするバイパス経路を介して冷却通路部６２ｃに供給される。冷却通路部６２ｃに供給された冷却液は流動接触部およびその他の壁部の順に冷却通路部６２ｃを流通し受熱する。そして、冷却通路部６２ｃを流通した冷却液はラジエータ１０３を介してウォータポンプ１０１に戻るようになっている。

ＥＣＵ１１０は電子制御装置であり、ＥＣＵ１１０には制御弁１０２が制御対象として電気的に接続されている。また、内燃機関５０の運転状態を検出可能なセンサ群１２０がセンサ・スイッチ類として電気的に接続されている。センサ群１２０は例えば内燃機関５０の運転状態がアイドル運転であることを検出可能なアイドルスイッチや、内燃機関５０の吸入空気量を計測するエアフロメータや、排気温度を検出可能な排気温センサを含む。

ＥＣＵ１１０では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、各種の機能部が実現される。この点、ＥＣＵ１１０では例えば以下に示す制御部が機能的に実現される。制御部は内燃機関５０の運転状態が低負荷運転状態である場合に冷却通路部６２ｃに冷却液を優先的に供給し、内燃機関５０の運転状態が低負荷運転状態よりも負荷が高い高負荷運転状態である場合に冷却器４５に冷却液を優先的に供給する。

内燃機関５０の運転状態が低負荷運転状態である場合は具体的には内燃機関５０の運転状態がアイドル運転状態である場合を含め、排気の熱量が所定量よりも小さい場合となっている。内燃機関５０の運転状態が高負荷運転状態である場合は排気の熱量が所定量よりも大きい場合（具体的にはここでは所定量以上の場合）となっている。所定量は具体的には回収領域熱量（出力を発生させることが可能な熱量の領域に含まれる熱量）の下限値αとなっている。

制御部は具体的には制御弁１０２を制御することで、上述のように冷却液を供給する。この点、制御部は具体的には冷却通路部６２ｃおよび冷却器４５のうち、冷却液を優先的に供給する対象に対する冷却液の流量割合を所定の割合よりも大きくすることで冷却液を優先的に供給することができる。供給する冷却液の流量割合を所定の割合よりも大きくすることには冷却通路部６２ｃおよび冷却器４５のうち、冷却液を優先的に供給する対象にのみ冷却液を供給することも含まれる。

次にＥＣＵ１１０の制御動作を図５に示すフローチャートを用いて説明する。ＥＣＵ１１０は内燃機関５０の運転状態がアイドル運転状態であるか否かを判定する（ステップＳ１）。肯定判定であれば内燃機関５０の運転状態が低負荷運転状態であると判断される。このため、肯定判定であればＥＣＵ１１０は制御弁１０２を制御することで、冷却通路部６２ｃに優先的に冷却液を供給する（ステップＳ５）。ステップＳ１で否定判定であれば、ＥＣＵ１１０は排気の熱量を算出する（ステップＳ２）。この点、ステップＳ１で内燃機関５０の運転状態がアイドル運転状態であるか否かを判定することで、内燃機関５０の運転状態がアイドル運転状態である場合には熱量の算出を省略できる。排気の熱量は例えば吸入空気量と排気温度との積で求めることができる。

ステップＳ２に続き、ＥＣＵ１１０は算出した排気の熱量が回収領域熱量の下限値α以上であるか否かを判定する（ステップＳ３）。そして、肯定判定であれば内燃機関５０の運転状態が高負荷運転状態であると判断され、否定判定であれば内燃機関５０の運転状態が低負荷運転状態であると判断される。このため、肯定判定であればＥＣＵ１１０は制御弁１０２を制御することで、冷却器４５に優先的に冷却液を供給し（ステップＳ４）、否定判定であればステップＳ５に進む。ステップＳ４またはＳ５の後にはステップＳ１に戻る。

次にスターリングエンジン１０Ｃの作用効果について説明する。ここで、排気の熱量は内燃機関５０の負荷に応じて変化する。そして、内燃機関５０の運転状態が低負荷運転状態である場合には例えば既に回収した熱の残熱でスターリングエンジン１０Ｃを運転することは可能であるものの、出力を発生させることが可能な熱量を得ることはできない。一方、内燃機関５０の運転状態が高負荷運転状態にある場合には排気の熱量が回収領域熱量となることから、排気から熱を有効に回収できる。そしてこの場合には、冷却器４５に冷却液を優先的に供給することで熱の回収性能を向上させることができる。

これに対し、スターリングエンジン１０Ｃは内燃機関５０の運転状態が低負荷運転状態である場合に冷却通路部６２ｃに冷却液を優先的に供給し、内燃機関５０の運転状態が低負荷運転状態よりも負荷が高い高負荷運転状態である場合に冷却器４５に冷却液を優先的に供給する。そしてこれにより、冷却通路部６２ｃと冷却器４５とに冷却液を供給するにあたって、さらに熱の回収性能と両立させつつクランクケース６２を冷却することで、クランクケース６２の温度上昇に起因する部品の信頼性の低下や出力性能の低下を抑制できる。

スターリングエンジン１０Ｃは内燃機関５０とともに車両のエンジンルームに設けられる場合に特に適している。これは以下の理由による。すなわち、この場合には内燃機関５０の運転状態が低負荷運転状態である場合に車速が低いか或いは車両が停止する結果、エンジンルームに熱がこもり易くなる。とりわけ、内燃機関５０の運転状態がアイドル運転状態である場合には車両停止によってエンジンルームに特に熱がこもり易くなる。このためこの場合には、内燃機関５０の運転状態が低負荷運転状態である場合にクランクケース６２の温度が特に上昇し易くなる。これに対し、スターリングエンジン１０Ｃは内燃機関５０の運転状態が低負荷運転状態である場合に冷却通路部６２ｃに優先的に冷却液を供給することで、このようにして冷却の必要性が高まるクランクケース６２を好適に冷却できる。

内燃機関５０の運転状態がアイドル運転状態である場合には排気温度が高いことから、クランクケース６２が重力作用方向において上側に、加熱器４７が重力作用方向において下側にそれぞれ配置されるように設けられる場合には、高温部からの上昇気流の熱Ｑ３でクランクケース６２の温度が上昇し易くなる。このため、スターリングエンジン１０Ｃはこのように設けられる場合にも特に適している。また、この場合にはエンジンルームに熱がこもることで、クランクケース６２の温度がさらに上昇し易くなることから、スターリングエンジン１０Ｃは内燃機関５０とともに車両のエンジンルームに設けられるとともにこのように設けられる場合に特に適している。

冷却回路１００をスターリングエンジン１０Ｂに設ける場合、例えばさらに冷却通路部６２ｃに対して下流側から冷却通路部３２ａを直列に設けることができる。そしてこれにより、冷却回路１００をスターリングエンジン１０Ｂに設ける場合に冷却通路部３２ａにも冷却通路部６２ｃと同様に冷却液を供給できる。

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。例えば本発明は必ずしもα型のスターリングエンジンに限られず、適宜のスターリングエンジンに適用されてよい。

スターリングエンジン １０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ
冷却器 ４５
内燃機関 ５０
クランクシャフト ６１
クランクケース ６２
冷却通路部 ６２ｃ、３２ａ
制御弁 １０２

Claims (3)

1. 内燃機関の排気を高温熱源とするとともに、前記内燃機関に設けられ、
   出力軸であるクランクシャフトと、
   前記クランクシャフトのクランク部を収容するクランクケースと、
   前記クランクケースに設けられ、冷却媒体を流通させる冷却通路部とを備えるスターリングエンジン。
2. 請求項１記載のスターリングエンジンであって、
   前記冷却通路部が前記クランクケースの壁部内に冷却通路を形成するように設けられるとともに、前記クランクケースの底壁部側から前記クランクケースの内部空間を覆うように設けられているスターリングエンジン。
3. 請求項１または２記載のスターリングエンジンであって、
   作動流体と冷却媒体との間で熱交換を行う冷却器と、
   前記冷却通路部と前記冷却器とへの冷却媒体の供給を制御可能な制御弁とをさらに備え、
   前記内燃機関の運転状態が低負荷運転状態である場合に前記冷却通路部に冷却媒体を優先的に供給し、前記内燃機関の運転状態が前記低負荷運転状態よりも負荷が高い高負荷運転状態である場合に前記冷却器に冷却媒体を優先的に供給するスターリングエンジン。
   

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