JP2013234637A

JP2013234637A - Stirling engine

Info

Publication number: JP2013234637A
Application number: JP2012109121A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Katayama; 正章片山; Manabu Tateno; 学立野; Satoshi Komori; 聡小森
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-05-11
Filing date: 2012-05-11
Publication date: 2013-11-21

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a Stirling engine which can suppress the occurrence of an energy loss by generating static pressure higher than needed when the gas lubrication of a piston is executed by forcibly supplying gas into the piston.SOLUTION: A Stirling engine 10 includes pistons 21, 31, a crankshaft 61 which converts reciprocating motions of pistons 21, 31 into linear motions, introduction pipes 23, 33 which introduce gas into the pistons 21, 31, a gas supply pump 65 which forcibly supply gas into the pistons 21, 31 through the introduction pipes 23, 33, a motor 66, gas supply piping 67, and an ECU 70 which attains a control part for controlling the motor 66 according to the rotation speed of the crankshaft 61.

Description

本発明はスターリングエンジンに関する。 The present invention relates to a Stirling engine.

ピストン内部に気体を導入するとともに、導入した気体を対応するシリンダとの間に噴出することで、ピストンの気体潤滑を行うスターリングエンジンが知られている。かかるスターリングエンジンでは例えばピストン内部に気体を導入する導入部と、当該導入部を介してピストン内部に強制的に気体を供給する気体供給部とを備えることで、ピストン内部に気体を導入することができる。 A Stirling engine that performs gas lubrication of a piston by introducing gas into the piston and ejecting the introduced gas between the corresponding cylinders is known. In such a Stirling engine, for example, a gas can be introduced into the piston by including an introduction part that introduces gas into the piston and a gas supply part that forcibly supplies gas into the piston through the introduction part. it can.

この点、かかる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１で開示されている。このほかスターリングエンジンに関し、回転数に基づき気体の制御を行う点で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、３で開示されている。また、圧力制御を行う点で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４で開示されている。 In this regard, for example, Patent Document 1 discloses a technique that is considered to be related to the present invention in this configuration. In addition, with regard to the Stirling engine, techniques that are considered to be related to the present invention in that the gas is controlled based on the rotational speed are disclosed in Patent Documents 2 and 3, for example. Further, for example, Patent Document 4 discloses a technique that is considered to be related to the present invention in that pressure control is performed.

特開２００７−２７０６６２号公報JP 2007-270662 A 特開２０１０−１３８７６１号公報JP 2010-133871 A 特開２０１０−１４４５８５号公報JP 2010-144585 A 特開２００９−９１９５９号公報JP 2009-91959 A

ピストンは運動速度が遅い場合ほど、上死点や下死点で停止する時間が長くなる。このため、ピストンは運動速度が遅い場合ほど対応するシリンダと接触し易くなる。これに対し、スターリングエンジンではピストンが停止している場合でも、ピストンの浮上に必要な静圧が得られるようにピストン内部に気体を供給することができる。ところが、ピストンの運動速度がより高い場合にはピストンの停止時間がより短くなる分、ピストンとシリンダが接触する可能性は低くなる。このため、この場合には同じようにピストン内部に気体を供給し続けると、必要以上に大きな静圧を発生させる分、エネルギ損失が生じることになる。 The slower the piston moves, the longer it takes to stop at the top dead center or the bottom dead center. For this reason, the lower the movement speed of the piston, the easier it is to contact the corresponding cylinder. On the other hand, in the Stirling engine, even when the piston is stopped, gas can be supplied into the piston so as to obtain a static pressure necessary for the floating of the piston. However, when the movement speed of the piston is higher, the possibility that the piston and the cylinder come into contact with each other is reduced because the stop time of the piston becomes shorter. For this reason, in this case, if the gas is continuously supplied into the piston in the same manner, an energy loss is generated as much static pressure as necessary is generated.

本発明は上記課題に鑑み、ピストン内部に強制的に気体を供給することでピストンの気体潤滑を行う場合に、必要以上に大きな静圧を発生させることでエネルギ損失が発生すること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。 In view of the above problems, the present invention can suppress the occurrence of energy loss by generating a static pressure greater than necessary when gas lubrication of the piston is performed by forcibly supplying gas into the piston. The object is to provide a Stirling engine.

本発明は内部に気体を導入するとともに、導入した気体を対応するシリンダとの間に噴出するピストンと、前記ピストンの内部に気体を導入する導入部と、前記導入部を介して前記ピストンの内部に強制的に気体を供給する気体供給部と、前記ピストンの平均移動速度に応じて前記気体供給部を制御する制御部とを備えるスターリングエンジンである。 The present invention introduces a gas into the interior, and a piston that ejects the introduced gas between the corresponding cylinders, an introduction portion that introduces the gas into the piston, and the interior of the piston via the introduction portion. It is a Stirling engine provided with the gas supply part which supplies gas forcibly to the inside, and the control part which controls the said gas supply part according to the average moving speed of the said piston.

本発明は前記ピストンの平均移動速度が高い場合ほど、前記ピストンの内部に供給する気体の量が減少するように前記制御部が前記気体供給部を制御する構成とすることができる。 The present invention may be configured such that the control unit controls the gas supply unit such that the amount of gas supplied to the inside of the piston decreases as the average moving speed of the piston increases.

本発明は前記ピストンの往復運動を直線運動に変換するクランクシャフトをさらに備え、前記ピストンの平均移動速度として前記クランクシャフトの回転数を用いる構成とすることができる。 The present invention may further include a crankshaft that converts a reciprocating motion of the piston into a linear motion, and the number of revolutions of the crankshaft may be used as an average moving speed of the piston.

本発明によれば、ピストン内部に強制的に気体を供給することでピストンの気体潤滑を行う場合に、必要以上に大きな静圧を発生させることでエネルギ損失が発生することを抑制できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when performing gas lubrication of a piston by forcibly supplying gas inside a piston, it can suppress that an energy loss generate | occur | produces by generating a static pressure larger than necessary.

スターリングエンジンの概略構成図である。It is a schematic block diagram of a Stirling engine. 必要静圧を示す図である。It is a figure which shows a required static pressure. 制御動作の一例をフローチャートで示す図である。It is a figure which shows an example of 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の概略構成図である。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。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２２とを、低温側気筒３０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３２とを備えている。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a 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 high temperature side cylinder 20 includes an expansion piston 21 and a high temperature side cylinder 22 which are high temperature side pistons, and the low temperature side cylinder 30 includes a compression piston 31 and a low temperature side cylinder 32 which are low temperature side pistons.

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１０では内燃機関の排気が高温熱源を構成している。 The upper space of the high temperature side cylinder 22 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. In this regard, in the Stirling engine 10, the exhaust gas from the internal combustion engine constitutes a high-temperature heat source.

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は冷却媒体である冷却水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。 The upper space of the low temperature side cylinder 32 is a compression space. The working fluid cooled by the cooler 45 flows into the compression space. The cooler 45 cools the working fluid by exchanging heat with cooling water that is a cooling medium. 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.

膨張空間と圧縮空間とは冷却器４５、再生器４６および加熱器４７における作動流体の流通空間とともに作動空間を構成している。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。 The expansion space and the compression space constitute a working space together with a working fluid circulation space in the cooler 45, the regenerator 46 and the heater 47. 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。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。 Next, the operation of the Stirling engine 10 will be described. When the heater 47 heats the working fluid, the working fluid expands and compresses the expansion piston 21. 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. And it is heated again and expands. Thus, the pistons 21 and 31 move according to the reciprocating flow of the working fluid.

ところで、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２２、３２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とシリンダ２２、３２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。気体潤滑は摺動抵抗が極めて小さいため、スターリングエンジン１０の内部フリクションを大幅に低減させることができる。 By the way, in the Stirling engine 10, gas lubrication is performed between the pistons 21 and 31 and the corresponding cylinders 22 and 32. In gas lubrication, the pressure (distribution) of air generated by a minute clearance between the pistons 21 and 31 and the cylinders 22 and 32 is used to make the pistons 21 and 31 float in the air. Since the gas lubrication has extremely small sliding resistance, the internal friction of the Stirling engine 10 can be greatly reduced.

空中に物体を浮上させる気体潤滑には具体的には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が適用されている。この点、膨張ピストン２１には内部に気体を導入する高温側導入管２３と、対応するシリンダ２２との間に気体を噴出する噴出部２１ａとが設けられている。また、圧縮ピストン３１にも膨張ピストン２１と同様に低温側導入管３３と噴出部３１ａとが設けられている。導入管２３、３３は例えばチューブで実現できる。ピストン２１、３１は内部に気体を導入するとともに、導入した気体を対応するシリンダ２２、３２との間に噴出する気体潤滑ピストンとなっている。 For gas lubrication that floats an object in the air, specifically, hydrostatic gas lubrication that jets a pressurized fluid and floats the object by the generated static pressure is applied. In this regard, the expansion piston 21 is provided with a high-temperature side introduction pipe 23 that introduces gas into the inside and an ejection portion 21 a that ejects gas between the corresponding cylinders 22. Further, similarly to the expansion piston 21, the compression piston 31 is also provided with a low temperature side introduction pipe 33 and an ejection portion 31 a. The introduction pipes 23 and 33 can be realized by tubes, for example. The pistons 21 and 31 are gas-lubricated pistons that introduce gas into the interior and eject the introduced gas between the corresponding cylinders 22 and 32.

スターリングエンジン１０はさらにクランクシャフト６１とクランクケース６２とを備えている。クランクシャフト６１はピストン２１、３１の往復運動を回転運動に変換する。クランクシャフト６１はクランクケース６２に設けられている。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には隔壁部６２ａ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３０側の内部空間とに区分する。隔壁部６２ａはこれらの内部空間を互いに連通するように設けることができる。 The Stirling engine 10 further includes a crankshaft 61 and a crankcase 62. The crankshaft 61 converts the reciprocating motion of the pistons 21 and 31 into rotational motion. The crankshaft 61 is provided in the crankcase 62. The crankcase 62 accommodates the crank portion of the crankshaft 61. The crankcase 62 is provided with a partition wall 62a. The partition wall 62a divides the internal space of the crankcase 62 into an internal space on the high temperature side cylinder 20 side and an internal space on the low temperature side cylinder 30 side. The partition wall 62a can be provided so that these internal spaces communicate with each other.

スターリングエンジン１０はさらに気体供給ポンプ６５とモータ６６と気体供給配管６７とを備えている。気体供給ポンプ６５はピストン２１、３１の内部に強制的に気体を供給する。気体供給ポンプ６５は具体的にはスターリングエンジン１０の作動流体を供給することができる。モータ６６はアクチュエータであり、気体供給ポンプ６５を駆動する。気体供給ポンプ６５とモータ６６とはスターリングエンジン１０の外部に設けられている。気体供給ポンプ６５やモータ６６は例えばスターリングエンジン１０の内部に設けられてもよい。 The Stirling engine 10 further includes a gas supply pump 65, a motor 66, and a gas supply pipe 67. The gas supply pump 65 forcibly supplies gas into the pistons 21 and 31. Specifically, the gas supply pump 65 can supply the working fluid of the Stirling engine 10. The motor 66 is an actuator and drives the gas supply pump 65. The gas supply pump 65 and the motor 66 are provided outside the Stirling engine 10. The gas supply pump 65 and the motor 66 may be provided inside the Stirling engine 10, for example.

気体供給配管６７は気体供給ポンプ６５と導入管２３、３３とを接続する。気体供給配管６７は具体的には外部で気体供給ポンプ６５に接続されるとともに、外部からクランクケース６２内に導入されている。そして、クランクケース６２内で気筒配列方向に沿って延伸し、高温側気筒２０側の内部空間で高温側導入管２３に、低温側気筒３０側の内部空間で低温側導入管３３にそれぞれ接続されている。 The gas supply pipe 67 connects the gas supply pump 65 and the introduction pipes 23 and 33. Specifically, the gas supply pipe 67 is externally connected to the gas supply pump 65 and introduced into the crankcase 62 from the outside. The crankcase 62 extends in the cylinder arrangement direction and is connected to the high temperature side introduction pipe 23 in the internal space on the high temperature side cylinder 20 side and to the low temperature side introduction pipe 33 in the internal space on the low temperature side cylinder 30 side. ing.

気体供給ポンプ６５、モータ６６および気体供給配管６７は気体供給部に相当する。導入管２３、３３それぞれは導入部に相当する。気体供給部は例えば気体供給ポンプ６５およびモータ６６によって構成されていると把握されてもよい。この場合、導入部は導入管２３、３３および気体供給配管６７のうち、膨張ピストン２１または圧縮ピストン３１から気体供給ポンプ６５までの部分それぞれによって構成されていると把握することができる。 The gas supply pump 65, the motor 66, and the gas supply pipe 67 correspond to a gas supply unit. Each of the introduction pipes 23 and 33 corresponds to an introduction part. For example, the gas supply unit may be understood to be configured by the gas supply pump 65 and the motor 66. In this case, it can be understood that the introduction part is constituted by each of the parts from the expansion piston 21 or the compression piston 31 to the gas supply pump 65 in the introduction pipes 23 and 33 and the gas supply pipe 67.

スターリングエンジン１０はさらにＥＣＵ７０を備えている。ＥＣＵ７０は電子制御装置であり、ＥＣＵ７０にはスターリングエンジン１０の回転数（以下、ＳＥ回転数と称す）を検出可能なＳＥ回転数センサ８１や、高温熱源とする排気を排出する内燃機関の回転数ＮＥを検出可能なクランク角センサ８２がセンサ・スイッチ類として電気的に接続されている。また、モータ６６が制御対象として電気的に接続されている。クランク角センサ８２の出力または回転数ＮＥは例えば内燃機関制御用のＥＣＵを介して取得されてもよい。或いはＥＣＵ７０が内燃機関制御用のＥＣＵであってもよい。ＳＥ回転数は具体的にはクランクシャフト６１の回転数である。 The Stirling engine 10 further includes an ECU 70. The ECU 70 is an electronic control unit. The ECU 70 includes an SE rotation speed sensor 81 that can detect the rotation speed of the Stirling engine 10 (hereinafter referred to as SE rotation speed) and the rotation speed of the internal combustion engine that discharges exhaust gas as a high-temperature heat source. A crank angle sensor 82 capable of detecting NE is electrically connected as sensors and switches. The motor 66 is electrically connected as a control target. The output or the rotational speed NE of the crank angle sensor 82 may be acquired through, for example, an ECU for controlling the internal combustion engine. Alternatively, the ECU 70 may be an internal combustion engine control ECU. The SE rotation speed is specifically the rotation speed of the crankshaft 61.

ＥＣＵ７０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、例えば以下に示す制御部が実現される。 In the ECU 70, for example, the following control unit is realized by executing processing while the CPU uses a temporary storage area of the RAM as needed based on a program stored in the ROM.

制御部はピストンの平均移動速度に応じてモータ６６を制御する。ピストンの平均移動速度は膨張ピストン２１または圧縮ピストン３１の平均移動速度とすることができる。以下では、ピストンの平均移動速度としてＳＥ回転数を用いる場合について説明する。制御部はＳＥ回転数に基づきモータ６６を制御する。また、ＳＥ回転数が高い場合ほど、ピストン２１、３１の内部に供給する気体の量が減少するようにモータ６６を制御する。そしてこれにより、ピストン２１、３１を浮上させる静圧（以下、供給静圧と称す）が低下するようにモータ６６を制御する。制御部はさらに具体的には次に説明するようにモータ６６を制御する。 The control unit controls the motor 66 according to the average moving speed of the piston. The average moving speed of the piston can be the average moving speed of the expansion piston 21 or the compression piston 31. Below, the case where SE rotation speed is used as an average moving speed of a piston is demonstrated. The control unit controls the motor 66 based on the SE rotation speed. Further, the motor 66 is controlled so that the amount of gas supplied into the pistons 21 and 31 decreases as the SE rotation speed increases. And thereby, the motor 66 is controlled so that the static pressure (henceforth a supply static pressure) which floats the pistons 21 and 31 falls. More specifically, the control unit controls the motor 66 as described below.

図２はＳＥ回転数に応じた必要静圧を示す図である。縦軸は必要静圧、横軸はＳＥ回転数を示す。ここで、ピストン２１、３１が上死点や下死点に位置する場合には運動速度がほぼゼロとなる。このためこの場合には、ピストン２１、３１を静圧のみで浮上させる必要がある。一方、ＳＥ回転数が高くなれば、ピストン２１、３１の運動速度がほぼゼロとなる時間（以下、ピストン停止時間と称す）も短くなる。そしてこれにより、対応するシリンダ２２、３２と接触する前にピストン２１、３１が動き始めるようになることで、接触が回避されやすくなる。結果、必要静圧も低くなる。 FIG. 2 is a diagram showing the required static pressure according to the SE rotation speed. The vertical axis represents the required static pressure, and the horizontal axis represents the SE rotation speed. Here, when the pistons 21 and 31 are located at the top dead center or the bottom dead center, the movement speed becomes substantially zero. Therefore, in this case, the pistons 21 and 31 need to be lifted only by static pressure. On the other hand, when the SE rotational speed increases, the time during which the movement speeds of the pistons 21 and 31 are substantially zero (hereinafter referred to as piston stop time) is also shortened. Thus, the pistons 21 and 31 start to move before contacting the corresponding cylinders 22 and 32, so that the contact is easily avoided. As a result, the required static pressure is also lowered.

この点、ピストン停止時間はＳＥ回転数に比例して減少する。このため、必要静圧は例えば直線Ｌ１、Ｌ２またはＬ３で示すようにＳＥ回転数に比例して減少する。一方、ＳＥ回転数が高まると、ピストン２１、３１の浮上に寄与する動圧も大きくなる。そして、動圧はピストン２１、３１および対応するシリンダ２２、３２間のクリアランスで発生する気体の流速の２乗に比例して大きくなる。また、この流速はピストン２１、３１の運動速度に比例して大きくなる。したがって、ＳＥ回転数に比例して大きくなる。このため、必要静圧は曲線Ｃで示すようにＳＥ回転数の２乗に比例して減少する。 In this respect, the piston stop time decreases in proportion to the SE rotation speed. For this reason, the required static pressure decreases in proportion to the SE rotation speed as indicated by a straight line L1, L2 or L3, for example. On the other hand, when the SE rotation speed increases, the dynamic pressure contributing to the floating of the pistons 21 and 31 also increases. The dynamic pressure increases in proportion to the square of the flow velocity of the gas generated by the clearance between the pistons 21 and 31 and the corresponding cylinders 22 and 32. Further, this flow velocity increases in proportion to the movement speed of the pistons 21 and 31. Therefore, it increases in proportion to the SE rotation speed. For this reason, the required static pressure decreases in proportion to the square of the SE rotation number as shown by curve C.

したがって、必要静圧はピストン停止時間の観点から必要となる第１の静圧と、動圧の観点から必要となる第２の静圧とのうち、少なくともいずれかによって決まってくる。この点、直線Ｌ１で示すように第１の静圧がＳＥ回転数の使用回転数域全般に亘って曲線Ｃで示す第２の静圧を上回る場合には、必要静圧は第１の静圧によって決まってくる。また、直線Ｌ３で示すように第１の静圧がＳＥ回転数の使用回転数域全般に亘って直線Ｃで示す第２の静圧を下回る場合には、必要静圧は第２の静圧によって決まってくる。 Therefore, the required static pressure is determined by at least one of the first static pressure required from the viewpoint of piston stop time and the second static pressure required from the viewpoint of dynamic pressure. In this regard, when the first static pressure exceeds the second static pressure indicated by the curve C over the entire operating rotational speed range of the SE rotational speed as indicated by the straight line L1, the required static pressure is the first static pressure. It depends on the pressure. Further, when the first static pressure is lower than the second static pressure indicated by the straight line C over the entire operating rotational speed range of the SE rotational speed as indicated by the straight line L3, the required static pressure is the second static pressure. It depends on.

一方、直線Ｌ２で示すようにＳＥ回転数が所定回転数αよりも低い場合に第１の静圧が曲線Ｃで示す第２の静圧を下回り、ＳＥ回転数が所定回転数αよりも高い場合に第１の静圧が曲線Ｃで示す第２の静圧を上回る場合には、必要静圧は第１および第２の静圧によって決まってくる。具体的にはＳＥ回転数が所定回転数αよりも低い場合には必要静圧が第２の静圧によって決まり、ＳＥ回転数が所定回転数αよりも高い場合には必要静圧が第１の静圧によって決まってくる。ＳＥ回転数が所定回転数αである場合はいずれかの場合に含むことができる。 On the other hand, when the SE rotational speed is lower than the predetermined rotational speed α as indicated by the straight line L2, the first static pressure is lower than the second static pressure indicated by the curve C, and the SE rotational speed is higher than the predetermined rotational speed α. In the case where the first static pressure exceeds the second static pressure indicated by the curve C, the required static pressure is determined by the first and second static pressures. Specifically, when the SE rotational speed is lower than the predetermined rotational speed α, the required static pressure is determined by the second static pressure, and when the SE rotational speed is higher than the predetermined rotational speed α, the required static pressure is the first. It depends on the static pressure. The case where the SE rotational speed is the predetermined rotational speed α can be included in any case.

この点、第１の静圧と第２の静圧との関係はスターリングエンジン１０の設計要件によって異なってくる。このため、制御部は具体的には第１の静圧がＳＥ回転数の使用回転数域全般に亘って第２の静圧を上回る場合には、ＳＥ回転数に比例して供給静圧が低下するようにモータ６６を制御することができる。また、第１の静圧がＳＥ回転数の使用回転数域全般に亘って第２の静圧を下回る場合には、ＳＥ回転数の２乗に比例して供給静圧が低下するようにモータ６６を制御することができる。 In this regard, the relationship between the first static pressure and the second static pressure varies depending on the design requirements of the Stirling engine 10. For this reason, the control unit specifically determines that the supply static pressure is proportional to the SE rotational speed when the first static pressure exceeds the second static pressure over the entire operating rotational speed range of the SE rotational speed. The motor 66 can be controlled to decrease. In addition, when the first static pressure is lower than the second static pressure over the entire operating rotational speed range of the SE rotational speed, the motor is configured so that the supplied static pressure decreases in proportion to the square of the SE rotational speed. 66 can be controlled.

一方、ＳＥ回転数が所定回転数αよりも低い場合に第１の静圧が第２の静圧を下回り、ＳＥ回転数が所定回転数αよりも高い場合に第１の静圧が第２の静圧を上回る場合には、制御部はＳＥ回転数が所定回転数αよりも低い場合にＳＥ回転数の２乗に比例して供給静圧が低下するようにモータ６６を制御することができる。また、ＳＥ回転数が所定回転数αよりも高い場合にＳＥ回転数に比例して供給静圧が低下するようにモータ６６を制御することができる。 On the other hand, when the SE rotational speed is lower than the predetermined rotational speed α, the first static pressure is lower than the second static pressure, and when the SE rotational speed is higher than the predetermined rotational speed α, the first static pressure is the second static pressure. When the static pressure exceeds the static pressure, the control unit may control the motor 66 so that the supplied static pressure decreases in proportion to the square of the SE rotational speed when the SE rotational speed is lower than the predetermined rotational speed α. it can. Further, when the SE rotation speed is higher than the predetermined rotation speed α, the motor 66 can be controlled so that the supply static pressure decreases in proportion to the SE rotation speed.

設計要件によって異なってくるこれらの場合にモータ６６を制御するにあたり、制御部はさらに具体的にはＳＥ回転数に比例して必要静圧を低く設定する直線Ｌ（直線Ｌ１、Ｌ２およびＬ３のうちいずれか）と、ＳＥ回転数の２乗に比例して必要静圧を低く設定する曲線Ｃとのうち少なくともいずれかとＳＥ回転数とに基づき、供給静圧が必要静圧になるようにモータ６６を制御する。直線Ｌと曲線Ｃとは例えばマップデータで予め設定しておくことができる。 In controlling the motor 66 in these cases, which vary depending on the design requirements, the control unit more specifically sets a straight line L (of the straight lines L1, L2, and L3) that sets the required static pressure low in proportion to the SE rotational speed. 1) and a curve C that sets the required static pressure low in proportion to the square of the SE rotational speed, and the motor 66 so that the supplied static pressure becomes the required static pressure based on at least one of the SE and the SE rotational speed. To control. The straight line L and the curve C can be set in advance by map data, for example.

次にＥＣＵ７０の制御動作の一例を図３に示すフローチャートを用いて説明する。なお、図３ではスターリングエンジン１０の設計要件上、ＳＥ回転数が所定回転数αよりも低い場合に第１の静圧が第２の静圧を下回り、ＳＥ回転数が所定回転数αよりも高い場合に第１の静圧が第２の静圧を上回る場合について説明する。ＥＣＵ７０はＳＥ回転数を検出するとともに（ステップＳ１）、検出したＳＥ回転数が所定回転数αよりも低いか否かを判定する（ステップＳ２）。 Next, an example of the control operation of the ECU 70 will be described using the flowchart shown in FIG. In FIG. 3, due to the design requirements of the Stirling engine 10, when the SE rotation speed is lower than the predetermined rotation speed α, the first static pressure is less than the second static pressure, and the SE rotation speed is lower than the predetermined rotation speed α. A case where the first static pressure exceeds the second static pressure when the pressure is high will be described. The ECU 70 detects the SE rotation speed (step S1) and determines whether or not the detected SE rotation speed is lower than the predetermined rotation speed α (step S2).

肯定判定であれば、ＥＣＵ７０は検出したＳＥ回転数と曲線Ｃとに基づき、供給静圧が必要静圧になるようにモータ６６を制御する（ステップＳ３）。そしてこれにより、ＳＥ回転数の２乗に比例して静圧が小さくなるようにモータ６６を制御する。否定判定であれば、ＥＣＵ７０は検出したＳＥ回転数と直線Ｌ（具体的にはここでは直線Ｌ２）とに基づき、供給静圧が必要静圧になるようにモータ６６を制御する（ステップＳ４）。そしてこれにより、ＳＥ回転数に比例して静圧が小さくなるようにモータ６６を制御する。ステップＳ３またはＳ４の後には本フローチャートを一旦終了する。 If the determination is affirmative, the ECU 70 controls the motor 66 based on the detected SE rotation speed and the curve C so that the supply static pressure becomes the required static pressure (step S3). As a result, the motor 66 is controlled so that the static pressure decreases in proportion to the square of the SE rotation speed. If the determination is negative, the ECU 70 controls the motor 66 based on the detected SE rotation speed and the straight line L (specifically, the straight line L2 here) so that the supply static pressure becomes the required static pressure (step S4). . And thereby, the motor 66 is controlled so that a static pressure becomes small in proportion to SE rotation speed. After step S3 or S4, this flowchart is once ended.

次にスターリングエンジン１０の作用効果について説明する。スターリングエンジン１０はピストン２１、３１と導入管２３、３３と気体供給ポンプ６５、モータ６６および気体供給配管６７とＥＣＵ７０とを備える構成で、ＳＥ回転数に応じて気体供給部の一部であるモータ６６を制御する。すなわち、スターリングエンジン１０はＳＥ回転数に応じて必要静圧が変化することに対し、ＳＥ回転数に応じてモータ６６を制御することで供給静圧を変化させる。そしてこれにより、ピストン２１、３１の内部に強制的に気体を供給することでピストン２１、３１の気体潤滑を行う場合に、必要以上に大きな静圧を発生させることでエネルギ損失が発生することを抑制できる。 Next, the effect of the Stirling engine 10 will be described. The Stirling engine 10 includes pistons 21 and 31, introduction pipes 23 and 33, a gas supply pump 65, a motor 66, a gas supply pipe 67, and an ECU 70, and a motor that is a part of a gas supply unit according to the SE rotation speed. 66 is controlled. That is, the Stirling engine 10 changes the supply static pressure by controlling the motor 66 according to the SE rotation speed, whereas the required static pressure changes according to the SE rotation speed. As a result, when performing gas lubrication of the pistons 21 and 31 by forcibly supplying gas into the pistons 21 and 31, energy loss is generated by generating a static pressure larger than necessary. Can be suppressed.

スターリングエンジン１０は具体的にはＳＥ回転数が高い場合ほど、ピストン２１、３１の内部に供給する気体の量が減少するようにモータ６６を制御する。すなわち、スターリングエンジン１０はＳＥ回転数が高い場合ほど必要静圧が低くなることに照らして、具体的にはこのようにモータ６６を制御することができる。 Specifically, the Stirling engine 10 controls the motor 66 so that the amount of gas supplied into the pistons 21 and 31 decreases as the SE rotational speed increases. That is, the Stirling engine 10 can specifically control the motor 66 in this manner in light of the fact that the required static pressure is lower as the SE rotational speed is higher.

スターリングエンジン１０はさらに具体的にはＳＥ回転数に比例して必要静圧を低く設定する直線Ｌと、ＳＥ回転数の２乗に比例して必要静圧を低く設定する曲線Ｃとのうち少なくともいずれかとＳＥ回転数とに基づき、供給静圧が必要静圧になるようにモータ６６を制御する。そしてこれにより、設計要件によって必要静圧が異なってくることに対し、エネルギ損失の発生を好適に抑制できる。 More specifically, the Stirling engine 10 includes at least a straight line L that sets the required static pressure low in proportion to the SE rotation speed and a curve C that sets the required static pressure low in proportion to the square of the SE rotation speed. Based on either and the SE rotation speed, the motor 66 is controlled so that the supply static pressure becomes the required static pressure. As a result, the generation of energy loss can be suitably suppressed against the required static pressure being different depending on the design requirements.

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.

スターリングエンジン１０
膨張ピストン２１
高温側シリンダ２２
高温側導入管２３
圧縮ピストン３１
低温側シリンダ３２
低温側導入管３３
クランクシャフト６１
気体供給ポンプ６５
モータ６６
気体供給配管６７
ＥＣＵ７０
Stirling engine 10
Expansion piston 21
High temperature side cylinder 22
High temperature side introduction pipe 23
Compression piston 31
Low temperature side cylinder 32
Low temperature side introduction pipe 33
Crankshaft 61
Gas supply pump 65
Motor 66
Gas supply piping 67
ECU 70

Claims

A piston that introduces gas into the interior and that jets the introduced gas between the corresponding cylinders;
An introduction part for introducing gas into the piston;
A gas supply unit that forcibly supplies gas into the piston through the introduction unit;
A Stirling engine comprising: a control unit that controls the gas supply unit according to an average moving speed of the piston.

The Stirling engine according to claim 1,
A Stirling engine in which the control unit controls the gas supply unit so that the amount of gas supplied to the inside of the piston decreases as the average moving speed of the piston increases.

The Stirling engine according to claim 1 or 2,
A Stirling engine further comprising a crankshaft that converts a reciprocating motion of the piston into a linear motion, and using a rotational speed of the crankshaft as an average moving speed of the piston.