JP5304946B2 - スターリングエンジンの気体潤滑構造 - Google Patents
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Description
本発明はスターリングエンジンの気体潤滑構造に関する。
近年、乗用車やバス、トラック等の車両に搭載される内燃機関の排熱や工場排熱を回収するためにスターリングエンジンが注目されてきている。スターリングエンジンは高い熱効率が期待できる上に、作動流体を外から加熱する外燃機関であるために、熱源を問わず、ソーラー、地熱、排熱といった各種の低温度差代替エネルギーを活用でき、省エネルギーに役立つという利点がある。
スターリングエンジンに関し、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から6までで開示されている。
スターリングエンジンに関し、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から6までで開示されている。
特許文献1が開示する技術では、作動空間から導入した作動流体でピストンの静圧気体潤滑を行ういわば自立型の静圧気体潤滑を行っている。このため特許文献1が開示する技術では、静圧気体潤滑を行うにあたってピストンの内部に加圧した作動流体を供給するための加圧ポンプを別途必要としない点で、コスト的に有利な構成とすることができる。しかしながら、作動空間からピストンの内部に作動流体を導入する場合、高温側気筒側の作動空間では加熱器で受熱した作動流体が流入してくることから、作動流体の温度が非常に高くなっている。このため特許文献1が開示する技術では、例えば導入した作動流体がピストンの熱変形を助長し、この結果、気体潤滑に影響を及ぼすことが考えられる。
また高温側気筒側の作動空間からピストンの内部に導入した作動流体の温度は、給気孔から噴出される際には導入時よりも低下することになる。このためこの場合には、噴出時の作動流体の容積が導入時よりも小さくなり、この結果、気体潤滑に必要な作動流体の量を確保することが困難であることが考えられる。
また高温側気筒側の作動空間からピストンの内部に導入した作動流体の温度は、給気孔から噴出される際には導入時よりも低下することになる。このためこの場合には、噴出時の作動流体の容積が導入時よりも小さくなり、この結果、気体潤滑に必要な作動流体の量を確保することが困難であることが考えられる。
そこで本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、好適な自立型の静圧気体潤滑を実現可能なスターリングエンジンの気体潤滑構造を提供することを目的とする。
上記課題を解決するための本発明は一対の気筒として、高温側シリンダおよび前記高温側シリンダ内を往復運動する高温側ピストンを備える高温側気筒と、低温側シリンダおよび前記低温側シリンダ内を往復運動する低温側ピストンを備える低温側気筒と、を備え、前記高温側ピストンおよび前記低温側ピストンのうち、少なくとも高温側ピストンが、中空部と、前記中空部から前記高温側シリンダおよび前記低温側シリンダのうち、対応するシリンダとの間に形成されるクリアランスに作動流体を噴出する給気部とを備えたスターリングエンジンの気体潤滑構造において、前記高温側気筒および前記低温側気筒間を往復流動するにあたって作動流体が流通する作動空間のうち、機関動作時に前記高温側シリンダ内の作動空間よりも作動流体の温度が低くなる低温作動空間に存在する作動流体を、前記高温側ピストンおよび前記低温側ピストンのうち、少なくとも高温側ピストンの内部に導入する作動流体の流通構造を備えたスターリングエンジンの気体潤滑構造である。
また本発明は一対の気筒として高温側シリンダおよび前記高温側シリンダ内を往復運動する高温側ピストンを備える高温側気筒と、低温側シリンダおよび前記低温側シリンダ内を往復運動する低温側ピストンを備える低温側気筒と、を備え、前記高温側ピストンおよび前記低温側ピストンのうち、少なくとも高温側ピストンが、中空部と、前記中空部から前記高温側シリンダおよび前記低温側シリンダのうち、対応するシリンダとの間に形成されるクリアランスに作動流体を噴出する給気部とを備えたスターリングエンジンの気体潤滑構造において、前記高温側気筒および前記低温側気筒間を往復流動するにあたって作動流体が流通する作動空間のうち、機関動作時に前記高温側シリンダ内の作動空間よりも作動流体の温度が低くなる低温作動空間と、前記高温側ピストンが備える前記中空部とを連通する作動流体の流通構造を備えたスターリングエンジンの気体潤滑構造である。
また本発明は前記スターリングエンジンが前記一対の気筒を複数有する4気筒以上の多気筒スターリングエンジンである場合に、前記流通構造が、複数の前記一対の気筒それぞれについての前記低温作動空間のうち、最も温度が低い低温作動空間と、複数の前記一対の気筒それぞれにおいて前記高温側ピストンが備える前記中空部それぞれとを連通する構成であることが好ましい。
また本発明は前記スターリングエンジンが、前記一対の気筒が備える前記高温側気筒および前記低温側気筒それぞれにつき、前記高温側ピストンおよび前記低温側ピストンのうち、対応するピストンを直線状に往復運動させる近似直線リンク機構をさらに備えており、前記流通構造を前記中空部に接続するにあたり、対応する前記近似直線リンク機構として、前記高温側ピストンおよび前記低温側ピストンのうち、接続する前記中空部を備えるピストンに対応する近似直線リンク機構に沿って前記流通構造を設けるとともに、前記流通構造のうち、対応する前記近似直線リンク機構に沿って設けた部分を、対応する前記近似直線リンク機構の動作に応じて回動可能な間接部と、前記間接部を介して互いに連結される配管部とを備えた可動部とし、前記間接部の回動中心を対応する前記近似直線リンク機構の支点に一致させるようにして設けた構成であることが好ましい。
また本発明は前記スターリングエンジンが備えるクランクケースの内部空間と、前記一対の気筒として、前記流通構造が連通する前記低温作動空間が形成される一対の気筒において、前記高温側気筒および前記低温側気筒間を往復流動する作動流体が流通する作動空間と、を連通する連通手段をさらに備えた構成であることが好ましい。
本発明によれば、好適な自立型の静圧気体潤滑を実現できる。
以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。
図1は本実施例にかかるスターリングエンジンの気体潤滑構造を備えるスターリングエンジン10Aの概略構成図である。スターリングエンジン10Aは、一対の気筒として、高温側気筒20と低温側気筒30とを備えた2気筒α型のスターリングエンジンとなっており、気筒20、30はクランク軸線CLの延伸方向と気筒配列方向Xとが互いに平行になるように直列平行に配置されている。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とをそれぞれ備えている。低温側シリンダ32内を往復運動する圧縮ピストン31は、高温側シリンダ22内を往復運動する膨張ピストンに対して、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。
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は本実施例では具体的には車両に搭載されたガソリンエンジンの排気管100の内部に配置されている。この点、スターリングエンジン10Aは、排気ガスの流通方向V1に対して、クランク軸線CLの延伸方向(換言すれば気筒配列方向X)が平行になるように配置されている。加熱器47において、作動流体は高温熱源を構成する流体である排気ガスから回収した熱エネルギーにより加熱される。
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。
再生器46は、作動空間である膨張空間および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。
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。
再生器46は、作動空間である膨張空間および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。
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で作動流体が加熱されると、膨張して膨張ピストン21が圧下され、これによりクランク軸113Aの回動が行われる。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を通過して再生器46に移送され、そこ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の上昇行程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へ流れ込み、そこで再び加熱膨張せしめられる。すなわち、かかる作動流体の往復流動を通じてスターリングエンジン10Aが動作する。
ところで、本実施例ではスターリングエンジン10Aの熱源が車両の内燃機関の排気ガスとなっていることから、得られる熱量に制約があり、その得られる熱量の範囲でスターリングエンジン10Aを作動させる必要がある。そこで本実施例では、スターリングエンジン10Aの内部フリクションを可能な限り低減させることとしている。具体的にはスターリングエンジン10Aの内部フリクションのうち、最も摩擦損失が大きいピストンリングによる摩擦損失を無くすため、シリンダ22、32とピストン21、31との間で気体潤滑を行っている。
気体潤滑ではシリンダ22、32とピストン21、31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は摺動抵抗が極めて小さいため、スターリングエンジン10Aの内部フリクションを大幅に低減できる。
気体潤滑が行われるシリンダ22、32とピストン21、31との間のクリアランスは数十μmとなっている。そして、このクリアランスにはスターリングエンジン10Aの作動流体が介在している。ピストン21、31それぞれは気体潤滑によりシリンダ22、32と非接触の状態、または許容できる接触状態で支持されている。したがってピストン21、31の周囲には、ピストンリングは設けられておらず、また一般にピストンリングと共に使用される潤滑油も使用されていない。気体潤滑では、微小クリアランスにより膨張空間、圧縮空間それぞれの気密が保たれ、リングレスかつオイルレスでクリアランスシールが行われる。
さらにピストン21、31とシリンダ22、32とはともに金属製であり、本実施例では具体的には対応するピストン21、31およびシリンダ22、32同士で線膨張率が同じ金属(ここではSUS)が適用されている。これにより、熱膨張があっても適正なクリアランスを維持して気体潤滑を行うことができる。
気体潤滑が行われるシリンダ22、32とピストン21、31との間のクリアランスは数十μmとなっている。そして、このクリアランスにはスターリングエンジン10Aの作動流体が介在している。ピストン21、31それぞれは気体潤滑によりシリンダ22、32と非接触の状態、または許容できる接触状態で支持されている。したがってピストン21、31の周囲には、ピストンリングは設けられておらず、また一般にピストンリングと共に使用される潤滑油も使用されていない。気体潤滑では、微小クリアランスにより膨張空間、圧縮空間それぞれの気密が保たれ、リングレスかつオイルレスでクリアランスシールが行われる。
さらにピストン21、31とシリンダ22、32とはともに金属製であり、本実施例では具体的には対応するピストン21、31およびシリンダ22、32同士で線膨張率が同じ金属(ここではSUS)が適用されている。これにより、熱膨張があっても適正なクリアランスを維持して気体潤滑を行うことができる。
ところで気体潤滑の場合、負荷能力が小さいことから、ピストン21、31のサイドフォースを実質的にゼロにしなくてはならない。すなわち、気体潤滑を行う場合にはシリンダ22、32の直径方向(横方向,スラスト方向)の力に耐える能力(耐圧能力)が低くなるため、シリンダ22、32の軸線に対するピストン21、31の直線運動精度が高い必要がある。
このため、本実施例ではピストン・クランク部にグラスホッパの機構50を採用している。直線運動を実現する機構にはグラスホッパの機構50のほか例えばワットの機構があるが、グラスホッパの機構50は他の機構に比べて、同じ直線運動精度を得るために必要な機構のサイズが小さくて済むため、装置全体がコンパクトになるという効果が得られる。特に本実施例のスターリングエンジン10Aは、自動車の床下といった限られたスペースに設置されることになるため、装置全体がコンパクトである方が設置の自由度が増す。またグラスホッパの機構50は、同じ直線運動精度を得るために必要な機構の重量が他の機構よりも軽量で済むため、燃費の点で有利である。さらにグラスホッパの機構50は機構の構成が比較的簡単であるため、構成(製造・組み立て)し易いという利点も有する。
図2はスターリングエンジン10Aのピストン・クランク部の概略構成を模式的に示す図である。なお、ピストン・クランク部には高温側気筒20側と低温側気筒30側とで共通の構成を採用しているため、以下では、高温側気筒20側についてのみ説明し、低温側気筒30側についての説明は省略する。近似直線リンク機構は、グラスホッパの機構50と、コネクティングロッド110と、エクステンションロッド111と、ピストンピン112とを備えている。膨張ピストン21は、コネクティングロッド110、エクステンションロッド111およびピストンピン112を介してクランク軸113Aに接続されている。具体的には膨張ピストン21は、ピストンピン112を介してエクステンションロッド111の一端側に接続されている。そして、エクステンションロッド111の他端側にはコネクティングロッド110の小端部110aが接続されている。そして、コネクティングロッド110の大端部110bがクランク軸113Aに接続されている。なお、近似直線リンク機構は、エクステンションロッド111およびピストンピン112間にさらにリンク部材を設けた構成であってもよい。
膨張ピストン21の往復運動は、コネクティングロッド110によってクランクケース120Aに設けられたクランク軸113Aに伝達され、ここで回転運動に変換される。コネクティングロッド110はグラスホッパの機構50によって支持されており、膨張ピストン21を直線状に往復運動させる。このように、コネクティングロッド110をグラスホッパの機構50によって支持することにより、膨張ピストン21のサイドフォースFがほとんどゼロになる。このため、負荷能力の小さい気体潤滑を行う場合でも十分に膨張ピストン21を支持することができる。
ところで、冷却器45や再生器46や加熱器47などの熱交換器内には製造時に除去し切れなかった微小な金属片などの異物が残存している場合がある。また、金網を内蔵する再生器46からは、微小な金属片が機関運転中に異物として剥がれ落ちる場合もある。かかる異物はスターリングエンジン10Aの作動の際に、作動流体とともに膨張空間や圧縮空間に流入し、さらにピストン21、31とシリンダ22、32間のクリアランスに侵入、成長して凝着に至ることがある。これに対してスターリングエンジン10Aでは、高温となるが故に熱膨張や温度の影響を考慮する必要があり、クリアランスを管理することが難しい。この高温環境下での凝着対策として膨張ピストン21の外周面に層60が設けられている。
層60は樹脂をコーティングすることによって設けられている。樹脂は金属製の膨張ピストン21の母材よりも線膨張率が高く、且つ柔軟性のある材料となっている。樹脂は本実施例では具体的にはフッ素系の樹脂である。樹脂は一般に金属よりも線膨張率が4倍から10倍程度高いため、半径クリアランスが数十μm程度となる膨張ピストン21の外周面に樹脂を適用することには困難を伴う。層60の線膨張率は温度上昇に応じて高温側シリンダ22との間に形成されるクリアランスを小さくすることが可能な線膨張率となっている。
常温下の層60の厚さは、半径クリアランスの大きさ以上となっている。本実施例では層60の厚さはさらに半径クリアランスの大きさの2倍以上となっている。かかる層60の厚さは、樹脂を複数回に亘って重ねてコーティングすることで実現されている。さらに常温下の層60の厚さは、使用条件下で発生する熱膨張があっても、高温側シリンダ22との間に形成されるクリアランスを維持可能な厚さとなっている。この点、作動流体の温度は大気温度から数百℃まで変化し、常温は最低で例えば−40℃程度、使用温度は最高で例えば400℃程度となる。
膨張ピストン21と高温側シリンダ22とには、前述の通り線膨張率が同じ金属(ここではSUS)が適用されている。このため、金属部半径クリアランスは熱膨張の前後でほぼ変化しない一方で、金属よりも線膨張率が高い層60の厚さは熱膨張後に大きくなることから、半径クリアランスは熱膨張後に小さくなる。
一方、半径クリアランスに侵入可能な異物の大きさは、基本的に常温時の半径クリアランスより小さな異物に限られ、例外的に層60が高温側シリンダ22に接触した状態を想定して最大で半径クリアランスの大きさの2倍程度となる。
一方、半径クリアランスに侵入可能な異物の大きさは、基本的に常温時の半径クリアランスより小さな異物に限られ、例外的に層60が高温側シリンダ22に接触した状態を想定して最大で半径クリアランスの大きさの2倍程度となる。
そして、かかる異物が半径クリアランスに侵入し、膨張ピストン21(より正確には層60)および高温側シリンダ22間に介在した場合であっても、介在した異物は例えば熱膨張の際に層60の柔軟性により層60に食い込み、捕集される。そして、さらにその後の機関運転中に膨張ピストン21(より正確には層60)が高温側シリンダ22に近接、或いは場合によっては接触した場合に柔軟性のある層60に埋収される。これにより、介在した異物で面圧が高まることが防止されるため、凝着が発生することを防止できる。
また、侵入した異物同士が結合して成長する場合でも、異物が半径クリアランスと層60の厚さとを足した大きさになるまで、異物の侵入、成長を許容できる。
また、層60は固体潤滑機能を持つ材料であるフッ素系の樹脂で形成されているため、層60そのものに起因して凝着が発生することも防止される。
また、侵入した異物同士が結合して成長する場合でも、異物が半径クリアランスと層60の厚さとを足した大きさになるまで、異物の侵入、成長を許容できる。
また、層60は固体潤滑機能を持つ材料であるフッ素系の樹脂で形成されているため、層60そのものに起因して凝着が発生することも防止される。
なお、スターリングエンジン10Aでは、異物を埋収可能な層61が圧縮ピストン31にも設けられている。この点、層61は層60と比較した場合に、低温側気筒30側の使用条件下で厚さを設定できる。また、層60が加熱器47や高温側シリンダ22の作動空間に存在する作動流体からの熱害を回避すべく、膨張ピストン21の下端から上端に到達する前までの所定の範囲内に設けられるのに対して、層61は圧縮ピストン31の上端から下端にかけて全般的に設けることができる。
ところで気体潤滑に関し、スターリングエンジン10Aでは、さらに具体的には加圧流体を噴出させ、発生した静圧で物体を浮上させる静圧気体潤滑を行う。
この点、静圧気体潤滑を行うにあたり、膨張ピストン21には蓄圧室R1が、圧縮ピストン31には蓄圧室R2がそれぞれ設けられている。蓄圧室R1、R2はピストン21、31の側壁部に沿って設けられており、一周に亘ってリング状に形成された空間を有している。蓄圧室R1、R2はそれぞれ中空部に相当している。
この点、静圧気体潤滑を行うにあたり、膨張ピストン21には蓄圧室R1が、圧縮ピストン31には蓄圧室R2がそれぞれ設けられている。蓄圧室R1、R2はピストン21、31の側壁部に沿って設けられており、一周に亘ってリング状に形成された空間を有している。蓄圧室R1、R2はそれぞれ中空部に相当している。
また膨張ピストン21には給気孔S1が、圧縮ピストン31には給気孔S2がそれぞれ設けられている。給気孔S1、S2はピストン21、31の側壁部に設けられており、また給気孔S1、S2は周方向に等間隔で複数設けられている。給気孔S1は蓄圧室R1からシリンダ22、32のうち、対応するシリンダ(すなわち高温側シリンダ22)との間に形成されるクリアランスに作動流体を噴出し、給気孔S2は蓄圧室R2からシリンダ22、32のうち、対応するシリンダ(すなわち低温側シリンダ32)との間に形成されるクリアランスに作動流体を噴出する。給気孔S1、S2はそれぞれ給気部に相当している。
またスターリングエンジン10Aは、気筒20、30間を往復流動するにあたって作動流体が流通する作動空間のうち、機関動作時に高温側シリンダ22内の作動空間(すなわち膨張空間)よりも作動流体の温度が低くなる低温作動空間に存在する作動流体を、膨張ピストン21および圧縮ピストン31のうち、少なくとも膨張ピストン21の内部に導入する導入管70Aをさらに備えている。
この点、導入管70Aは具体的には低温作動空間に存在する作動流体をピストン21、31の内部それぞれに導入するように設けられている。
そしてこのように設けられた導入管70Aは、低温作動空間と膨張ピストン21が備える蓄圧室R1とを連通しており、また低温作動空間と圧縮ピストン31が備える蓄圧室R2とを連通している。
この点、導入管70Aは具体的には低温作動空間に存在する作動流体をピストン21、31の内部それぞれに導入するように設けられている。
そしてこのように設けられた導入管70Aは、低温作動空間と膨張ピストン21が備える蓄圧室R1とを連通しており、また低温作動空間と圧縮ピストン31が備える蓄圧室R2とを連通している。
低温作動空間は、気筒20、30間を往復流動するにあたって作動流体が流通する作動空間のうち、機関動作時に作動流体の温度が最も低くなる部分であることが好ましい。この点、低温作動空間は具体的には低温側シリンダ32内に形成される作動空間(すなわち圧縮空間)となっている。そしてスターリングエンジン10Aではさらに具体的には、導入管70Aの低温作動空間側の端部を低温側シリンダ32のうち、冷却器45側の端部に接続することで、導入管70Aが、低温側シリンダ32内に形成される作動空間のうち、冷却器45で冷却された直後の作動流体が流入する冷却器45側の部分と蓄圧室R1、R2とを連通するようにしている。なお、低温作動空間は例えば冷却器45内に形成される作動空間や、低温側シリンダ32および冷却器45内に形成される作動空間それぞれからなる作動空間であってもよい。
導入管70Aを蓄圧室R1、R2に接続するにあたり、導入管70Aは、接続する蓄圧室R1、R2に対して近似直線リンク機構が設けられている側から取り回すようにして設けられている。そして、導入管70Aを蓄圧室R1、R2に接続するにあたり、導入管70Aは、ピストン21、31のうち、接続する蓄圧室を備えるピストン(例えば蓄圧室R1を備える膨張ピストン21)の往復運動による位置の変化を吸収可能な可動部C1を備えている。この点、スターリングエンジン10Aでは、ピストン21、31のうち、接続する蓄圧室を備えるピストンが上死点に位置する場合に、張力がかからないように、或いは軽い張力がかかる程度に長さが設定された樹脂チューブを可動部C1に適用している。かかる樹脂チューブは例えばシリコン製とすることができ、樹脂チューブからなる可動部C1はピストン21、31のうち、接続する蓄圧室を備えるピストンが上死点から下死点側に向かって移動するに従って、次第に弛んでくるようになっている。かかる可動部C1は図3に示すように、弛んだ際に直線近似リンク機構と絡み合わないように設けられている。
図1に戻り、導入管70Aには第1のチェック弁81が設けられている。第1のチェック弁81は低温作動空間からの作動流体の流通を許可するとともに、低温作動空間への作動流体の流通を禁止するように設けられている。この点、第1のチェック弁81は具体的には、低温作動空間側の端部から蓄圧室R1、R2に向かって導入管70Aが分岐するまでの間の部分に設けられている。
そしてこのように設けられた第1のチェック弁81は、膨張ピストン21の内部(具体的には蓄圧室R1)に導入した作動流体の加圧状態を保持できるように設けられており、また圧縮ピストン31の内部(具体的には蓄圧室R2)に導入した作動流体の加圧状態を保持できるように設けられている。そして第1のチェック弁81は、導入管70Aが導入した作動流体の加圧状態を保持する加圧流体保持手段となっている。
なお、導入管70Aが導入した作動流体の加圧状態を保持するにあたり、ピストン21、31およびシリンダ22,32間のクリアランスは数十μmであることから、蓄圧室R1、R2内に導入された作動流体は、蓄圧室R1、R2内の圧力がある程度高まるまでの間は給気孔S1、S2から流出し難くなっている。
導入管70Aは作動流体の流通構造に相当しており、スターリングエンジン10Aでは、静圧気体潤滑を行うにあたり、導入管70Aと第1のチェック弁81とを備えたスターリングエンジンの気体潤滑構造が実現されている。
そしてこのように設けられた第1のチェック弁81は、膨張ピストン21の内部(具体的には蓄圧室R1)に導入した作動流体の加圧状態を保持できるように設けられており、また圧縮ピストン31の内部(具体的には蓄圧室R2)に導入した作動流体の加圧状態を保持できるように設けられている。そして第1のチェック弁81は、導入管70Aが導入した作動流体の加圧状態を保持する加圧流体保持手段となっている。
なお、導入管70Aが導入した作動流体の加圧状態を保持するにあたり、ピストン21、31およびシリンダ22,32間のクリアランスは数十μmであることから、蓄圧室R1、R2内に導入された作動流体は、蓄圧室R1、R2内の圧力がある程度高まるまでの間は給気孔S1、S2から流出し難くなっている。
導入管70Aは作動流体の流通構造に相当しており、スターリングエンジン10Aでは、静圧気体潤滑を行うにあたり、導入管70Aと第1のチェック弁81とを備えたスターリングエンジンの気体潤滑構造が実現されている。
次に本実施例にかかるスターリングエンジンの気体潤滑構造の作用効果について説明する。この気体潤滑構造では、静圧気体潤滑を行うにあたって、導入管70Aが低温作動空間から膨張ピストン21の内部(具体的には蓄圧室R1)に作動流体を導入する。このためこの気体潤滑構造は、加熱器47で受熱した作動流体が流入する膨張空間から作動流体を導入する場合と比較して、膨張ピストン21の熱変形が助長されることを防止できる。そしてこれによりこの気体潤滑構造は、気体潤滑に影響を及ぼすことを防止或いは抑制できる点で、好適な自立型の静圧気体潤滑を実現できる。
またこの気体潤滑構造は、高温側気筒20側で静圧気体潤滑に起因して層60に影響を及ぼすことを防止或いは抑制できる点でも、好適な自立型の静圧気体潤滑を実現できる。
またこの気体潤滑構造は、高温側気筒20側で静圧気体潤滑に起因して層60に影響を及ぼすことを防止或いは抑制できる点でも、好適な自立型の静圧気体潤滑を実現できる。
またこの気体潤滑構造では、圧縮空間を低温作動空間としている。この点、圧縮空間には冷却器45で冷却された作動流体が流入してくることから、作動流体の温度が低くなっている。このためこの気体潤滑構造は、熱害の発生を好適に防止或いは抑制できるとともに、加熱器47で受熱した直後の作動流体を静圧気体潤滑に利用する場合に生じるような熱損失の発生も抑制できる点で、好適な自立型の静圧気体潤滑を実現できる。さらにこの気体潤滑構造は、導入管70Aの低温作動空間側の端部を低温側シリンダ32のうち、冷却器45側の端部に接続することで、静圧気体潤滑を行うにあたり、より温度が低い状態にある作動流体を導入できる点で、より好適な自立型の静圧気体潤滑を実現できる。
またこの気体潤滑構造では、低温作動空間から膨張ピストン21の内部(具体的には蓄圧室R1)に作動流体を導入することで、膨張ピストン21の内部に導入されてから噴出されるまでの間に、作動流体が温度上昇することになり、この結果、噴出時の作動流体の容積が導入時よりも大きくなる。このためこの気体潤滑構造は、高温側気筒20側においてより少ない作動流体の量で静圧気体潤滑を行うことが可能になる。そしてこれによりこの気体潤滑構造は、作動流体の量を確保し易くできるとともに、作動空間から作動流体を一部抜き取るかたちで導入することで、スターリングエンジン10Aの出力低下が発生することを抑制できる点でも、好適な自立型の静圧気体潤滑を実現できる。
またこの気体潤滑構造では、導入管70Aがさらに低温作動空間から圧縮ピストン31の内部(具体的には蓄圧室R2)に作動流体を導入している。そしてこれによりこの気体潤滑構造は、低温側気筒30側で静圧気体潤滑を行うにあたり、加圧流体を保持する第1のチェック弁81を気筒20、30間で共用することができ、これにより構成の簡素化を図ることができる点でも、好適な自立型の静圧気体潤滑を実現できる。
またこの気体潤滑構造では、連通する蓄圧室R1、R2に対して導入管70Aを設けるにあたり、導入管70Aがピストン21、31の往復運動に対して長さに余裕を持たせた樹脂チューブからなる可動部C1を備えている。そしてこれによりこの気体潤滑構造は、簡素な構成で低温作動空間からピストン21、31の内部に作動流体を導入できる点でも、好適な自立型の静圧気体潤滑を実現できる。
またこの気体潤滑構造では、連通する蓄圧室R1、R2に対して導入管70Aを設けるにあたり、導入管70Aがピストン21、31の往復運動に対して長さに余裕を持たせた樹脂チューブからなる可動部C1を備えている。そしてこれによりこの気体潤滑構造は、簡素な構成で低温作動空間からピストン21、31の内部に作動流体を導入できる点でも、好適な自立型の静圧気体潤滑を実現できる。
図4は本実施例にかかるスターリングエンジンの気体潤滑構造を備えるスターリングエンジン10Bの概略構成図である。スターリングエンジン10Bは、高温側気筒20と低温側気筒30とからなる一対の気筒を複数(ここでは2つ)有する4気筒の多気筒スターリングエンジンとなっている点と、これに伴いクランク軸113Aの代わりにクランク軸113Bを、クランクケース120Aの代わりにクランクケース120Bをそれぞれ備えるとともに、導入管70Aの代わりに導入管70Bを備えている点以外、スターリングエンジン10Aと実質的に同一のものとなっている。
クランク軸113Bおよびクランクケース120Bは、4気筒の多気筒スターリングエンジンに対応したものとなっている点以外、クランク軸113Aおよびクランクケース120Aと実質的に同一のものとなっている。この点、クランク軸113Bは具体的には、複数の一対の気筒が備える気筒20、30のピストン21、31それぞれの往復運動を回転運動に変換するものとなっている。また、クランクケース120Bは具体的には、複数の一対の気筒が備える気筒20、30が、複数の一対の気筒間においても互いに直列平行に設けられたものとなっている。
導入管70Bは、スターリングエンジン10Bで静圧気体潤滑を行うにあたり、複数の一対の気筒それぞれについてではなく、複数の一対の気筒それぞれについての低温作動空間のうち、いずれかの低温作動空間に存在する作動流体を複数の一対の気筒それぞれが備えるピストン21、31のうち、少なくとも膨張ピストン21の内部それぞれに導入するようになっている。
この点、導入管70Bは具体的には、上述の低温作動空間に存在する作動流体を複数の一対の気筒それぞれが備えるピストン21、31の内部それぞれに導入するように設けられている。
そしてこのように設けられた導入管70Bは、上述の低温作動空間と、複数の一対の気筒それぞれにおいて膨張ピストン21が備える蓄圧室R1それぞれとを連通しており、また上述の低温作動空間と、複数の一対の気筒それぞれにおいて圧縮ピストン31が備える蓄圧室R2それぞれとを連通している。
この点、導入管70Bは具体的には、上述の低温作動空間に存在する作動流体を複数の一対の気筒それぞれが備えるピストン21、31の内部それぞれに導入するように設けられている。
そしてこのように設けられた導入管70Bは、上述の低温作動空間と、複数の一対の気筒それぞれにおいて膨張ピストン21が備える蓄圧室R1それぞれとを連通しており、また上述の低温作動空間と、複数の一対の気筒それぞれにおいて圧縮ピストン31が備える蓄圧室R2それぞれとを連通している。
低温作動空間は、実施例1の場合と同様に膨張空間となっている。この点、スターリングエンジン10Bでも、上述の低温作動空間から作動流体を導入するにあたって、導入管70Bの低温作動空間側の端部を低温側シリンダ32のうち、冷却器45側の端部に接続している。スターリングエンジン10Bでは、上述の低温作動空間が、具体的には複数の一対の気筒それぞれのうち、排気流通方向V1において上流側に位置する一対の気筒についての低温作動空間となっている。但しこれに限られず、導入管70Bが連通する低温作動空間は、例えば複数の一対の気筒それぞれのうち、排気流通方向V1において下流側に位置する一対の気筒についての低温作動空間であってもよい。この点、導入管70Bが連通する低温作動空間は、例えば複数の一対の気筒それぞれについての低温作動空間のうち、最も温度が低い低温作動空間とすることができる。
導入管70Bを蓄圧室R1、R2に接続するにあたり、導入管70Bも実施例1の場合と同様に可動部C1を備えている。
また導入管70Bにも、実施例1の場合と同様に第1のチェック弁81が設けられており、第1のチェック弁81は導入管70Bのうち、上述の低温作動空間側の端部から、導入管70Bが分岐するまでの間の部分に設けられている。
そしてこのように設けられた第1のチェック弁81は、複数の一対の気筒それぞれが備える膨張ピストン21の内部(具体的には蓄圧室R1)に導入した作動流体の加圧状態を保持できるように設けられており、また複数の一対の気筒それぞれが備える圧縮ピストン31の内部(具体的には蓄圧室R2)に導入した作動流体の加圧状態を保持できるように設けられている。
導入管70Bは作動流体の流通構造に相当しており、スターリングエンジン10Bでは、静圧気体潤滑を行うにあたり、導入管70Bと第1のチェック弁81とを備えたスターリングエンジンの気体潤滑構造が実現されている。
また導入管70Bにも、実施例1の場合と同様に第1のチェック弁81が設けられており、第1のチェック弁81は導入管70Bのうち、上述の低温作動空間側の端部から、導入管70Bが分岐するまでの間の部分に設けられている。
そしてこのように設けられた第1のチェック弁81は、複数の一対の気筒それぞれが備える膨張ピストン21の内部(具体的には蓄圧室R1)に導入した作動流体の加圧状態を保持できるように設けられており、また複数の一対の気筒それぞれが備える圧縮ピストン31の内部(具体的には蓄圧室R2)に導入した作動流体の加圧状態を保持できるように設けられている。
導入管70Bは作動流体の流通構造に相当しており、スターリングエンジン10Bでは、静圧気体潤滑を行うにあたり、導入管70Bと第1のチェック弁81とを備えたスターリングエンジンの気体潤滑構造が実現されている。
次に本実施例にかかるスターリングエンジンの気体潤滑構造の作用効果について説明する。この気体潤滑構造は、導入管70Bを備えることで実施例1の場合と同様の作用効果を奏することができる。
一方、この気体潤滑構造では、導入管70Bが複数の一対の気筒それぞれについて形成される低温作動空間のうち、いずれかの低温作動空間に存在する作動流体を複数の一対の気筒それぞれが備えるピストン21、31の内部それぞれに導入するようになっている。このためこの気体潤滑構造は、低温作動空間から作動流体を導入するにあたって、1つの導入管70Bで済ますことができ、これにより複数の一対の気筒それぞれにつき導入管70Aを適用する場合と比較して、部品点数の削減や構成の簡素化を図ることができる点で、好適な自立型の静圧気体潤滑を実現できる。またこれによりこの気体潤滑構造は、加圧流体を保持する第1のチェック弁81をすべての気筒20、30間で共用することができ、以って部品点数の削減や構成の簡素化を図ることができる点でも、好適な自立型の静圧気体潤滑を実現できる。
また導入管70Bが連通する低温作動空間を、複数の一対の気筒それぞれについての低温作動空間のうち、最も温度が低い低温作動空間とすることで、この気体潤滑構造は熱害の発生を好適に防止或いは抑制できるとともに、熱損失の発生を好適に抑制できる点でも、好適な自立型の静圧気体潤滑を実現できる。
一方、この気体潤滑構造では、導入管70Bが複数の一対の気筒それぞれについて形成される低温作動空間のうち、いずれかの低温作動空間に存在する作動流体を複数の一対の気筒それぞれが備えるピストン21、31の内部それぞれに導入するようになっている。このためこの気体潤滑構造は、低温作動空間から作動流体を導入するにあたって、1つの導入管70Bで済ますことができ、これにより複数の一対の気筒それぞれにつき導入管70Aを適用する場合と比較して、部品点数の削減や構成の簡素化を図ることができる点で、好適な自立型の静圧気体潤滑を実現できる。またこれによりこの気体潤滑構造は、加圧流体を保持する第1のチェック弁81をすべての気筒20、30間で共用することができ、以って部品点数の削減や構成の簡素化を図ることができる点でも、好適な自立型の静圧気体潤滑を実現できる。
また導入管70Bが連通する低温作動空間を、複数の一対の気筒それぞれについての低温作動空間のうち、最も温度が低い低温作動空間とすることで、この気体潤滑構造は熱害の発生を好適に防止或いは抑制できるとともに、熱損失の発生を好適に抑制できる点でも、好適な自立型の静圧気体潤滑を実現できる。
図5は本実施例にかかるスターリングエンジンの気体潤滑構造を備えるスターリングエンジン10Cの概略構成図である。スターリングエンジン10Cは、導入管70Aの代わりに導入管70Cを備えている点と、低温側気筒30の代わりに低温側気筒30´を備えている点以外、スターリングエンジン10Aと実質的に同一のものとなっている。この点、低温側気筒30´は、圧縮ピストン31の代わりに圧縮ピストン31´を備えている点以外、低温側気筒30と実質的に同一のものとなっている。また圧縮ピストン31´は、低温側気筒30´側で静圧気体潤滑を行うにあたり、圧縮ピストン31とは異なる方法で作動流体を導入するように構成されている点以外、圧縮ピストン31と実質的に同一のものとなっている。なお、同様の変更を例えば実施例2で前述したスターリングエンジン10Bに適用することも可能である。
低温側気筒30´側で静圧気体潤滑を行うにあたり、圧縮ピストン31´には第2のチェック弁82が設けられている。第2のチェック弁82は具体的には圧縮ピストン31´の上部、且つ圧縮ピストン31´の内部(具体的には蓄圧室R2)に設けられており、圧縮空間からの作動流体の流通を許可するとともに、圧縮空間への作動流体の流通を禁止するように設けられている。そしてこのように設けられた第2のチェック弁82は、低温側気筒30´側で静圧気体潤滑を行うにあたり、圧縮空間から圧縮ピストン31´の内部(具体的には蓄圧室R2)に作動流体を直接的に導入するとともに、圧縮ピストン31´の内部に導入した作動流体の加圧状態を保持できるように設けられている。
一方、導入管70Cは、低温作動空間に存在する作動流体をピストン21、31´のうち、膨張ピストン21の内部にのみ導入するように設けられている点以外、導入管70Aと実質的に同一のものとなっている。そしてこのように設けられた導入管70Cは、具体的には低温作動空間と膨張ピストン21が備える蓄圧室R1とを連通している。したがってスターリングエンジン10Cでは、第1のチェック弁81は、ピストン21、31´のうち、膨張ピストン21の内部(具体的には蓄圧室R1)に導入した作動流体の加圧状態を保持できるように設けられている。
導入管70Cは作動流体の流通構造に相当しており、スターリングエンジン10Cでは、静圧気体潤滑を行うにあたり、導入管70Cと第1のチェック弁81とを備えたスターリングエンジンの気体潤滑構造が実現されている。
導入管70Cは作動流体の流通構造に相当しており、スターリングエンジン10Cでは、静圧気体潤滑を行うにあたり、導入管70Cと第1のチェック弁81とを備えたスターリングエンジンの気体潤滑構造が実現されている。
次に本実施例にかかるスターリングエンジンの気体潤滑構造の作用効果について説明する。この気体潤滑構造では、導入管70Cが低温作動空間に存在する作動流体を、ピストン21、31´のうち、膨張ピストン21の内部(具体的には蓄圧室R1)にのみ導入するようになっている。このためこの気体潤滑構造では、第1のチェック弁81を気筒20、30´間で共用することはできないものの、導入管70Cを備えることで、その他の点において実施例1で前述した気体潤滑構造と同様の作用効果を奏することができる。
一方、この気体潤滑構造では、導入管70Cを備えることで、実施例1で前述した導入管70Aが備える可動部C1のうち、圧縮ピストン31に対応する可動部C1を不要化することができる。この点、樹脂チューブからなる可動部C1は長期に亘る使用を想定した場合に、耐久性などの面から妥当な信頼性を得られるか否かについて懸念が残ることが考えられる。したがってこの気体潤滑構造は、信頼性について懸念される可動部C1の数を減少させることによって信頼性を高めることができる点でも、好適な自立型の静圧気体潤滑を実現できる。
一方、この気体潤滑構造では、導入管70Cを備えることで、実施例1で前述した導入管70Aが備える可動部C1のうち、圧縮ピストン31に対応する可動部C1を不要化することができる。この点、樹脂チューブからなる可動部C1は長期に亘る使用を想定した場合に、耐久性などの面から妥当な信頼性を得られるか否かについて懸念が残ることが考えられる。したがってこの気体潤滑構造は、信頼性について懸念される可動部C1の数を減少させることによって信頼性を高めることができる点でも、好適な自立型の静圧気体潤滑を実現できる。
図6は本実施例にかかるスターリングエンジンの気体潤滑構造を備えるスターリングエンジン10Dの概略構成図である。スターリングエンジン10Dは、導入管70Aの代わりに導入管70Dを備えている点以外、スターリングエンジン10Aと実質的に同一のものとなっている。また導入管70Dは、可動部C1の代わりに可動部C2を備えている点以外、導入管70Aと実質的に同一のものとなっている。なお、同様の変更を例えば実施例2で前述したスターリングエンジン10B、10Cに適用することも可能である。
導入管70Dを蓄圧室R1、R2に接続するにあたり、スターリングエンジン10Dでは、図7に示すように対応する近似直線リンク機構として、ピストン21、31のうち、接続する蓄圧室(図7に示す例では蓄圧室R1)を備えるピストン(図7に示す例では膨張ピストン21)に対応する近似直線リンク機構に沿って導入管70Dを設けている。
そしてスターリングエンジン10Dでは、導入管70Dのうち、対応する近似直線リンク機構に沿って設けた部分を、対応する近似直線リンク機構の動作に応じて回動可能な間接部C21と、間接部C21を介して互いに連結される配管部C22とを備えた可動部C2とし、間接部C21の回動中心を対応する近似直線リンク機構の支点Pに一致させるようにして設けている。そしてかかる構成の可動部C2は、近似直線リンク機構の動作に追従した動作を行うようになっている。
そしてスターリングエンジン10Dでは、導入管70Dのうち、対応する近似直線リンク機構に沿って設けた部分を、対応する近似直線リンク機構の動作に応じて回動可能な間接部C21と、間接部C21を介して互いに連結される配管部C22とを備えた可動部C2とし、間接部C21の回動中心を対応する近似直線リンク機構の支点Pに一致させるようにして設けている。そしてかかる構成の可動部C2は、近似直線リンク機構の動作に追従した動作を行うようになっている。
間接部C21は、具体的には例えば図8に示すように間接部C21を介して互いに連結される2つの配管部C22のうち、一方の配管部C221の端部にリング状の接続部C211を設けるとともに、他方の配管部C222の端部にリング状の接続部C211に嵌合する円柱状の接続部C212を設け、リング状の接続部C211に円柱状の接続部C212を回動自在に固定することで構成することができる。この場合、2つの配管部C221、C222の流路それぞれは、間接部C21において、リング状の接続部C211の内周面に設けられた開口部(例えばリング状の開口部)と、円柱状の接続部C212の外周面に設けられた開口部(例えば円孔状の開口部)とを介して互いに連通するようにすることができる。なお、接続部C211と配管部C221とは一体の部品で構成されていてもよく、互いに別個の部品となっていてもよい。またこれは接続部C212と配管部C222についても同様である。
導入管70Dは作動流体の流通構造に相当しており、スターリングエンジン10Dでは、静圧気体潤滑を行うにあたり、導入管70Dと第1のチェック弁81とを備えたスターリングエンジンの気体潤滑構造が実現されている。
導入管70Dは作動流体の流通構造に相当しており、スターリングエンジン10Dでは、静圧気体潤滑を行うにあたり、導入管70Dと第1のチェック弁81とを備えたスターリングエンジンの気体潤滑構造が実現されている。
次に本実施例にかかるスターリングエンジンの気体潤滑構造の作用効果について説明する。この気体潤滑構造では、導入管70Dを蓄圧室R1、R2に接続するにあたり、導入管70Dが近似直線リンク機構の動作に追従した動作を行う可動部C2を備えている。このためこの気体潤滑機構は、可動部C2を樹脂と比較して耐久性の高い金属製にすることが可能になり、これにより信頼性を高めることができる点で、好適な自立型の静圧気体潤滑を実現できる。
図9は本実施例にかかるスターリングエンジンの気体潤滑構造を備えるスターリングエンジン10Eの概略構成図である。スターリングエンジン10Eは、連通管71Aと第3のチェック弁83と絞り弁84とをさらに備えている点以外、スターリングエンジン10Aと実質的に同一のものとなっている。なお、同様の変更を例えば実施例2、3、4で前述した各スターリングエンジン10B、10C、10Dに適用することも可能である。
連通管71Aは、クランクケース120Aの内部空間と、導入管70Aが連通する低温作動空間が形成される一対の気筒において、高温側気筒20および低温側気筒30間を往復流動する作動流体が流通する作動空間と、を連通するように設けられており、連通手段に相当している。
この点、連通管71Aは具体的にはクランクケース120Aの内部空間と、導入管70Aが連通する低温作動空間とを連通するように設けられている。このため連通管71Aは、さらに具体的にはクランクケース120Aの内部空間と、圧縮空間を連通するように設けられており、このように設けられた連通管71Aの低温作動空間側の端部は、低温側シリンダ32のうち、冷却器45側の端部に接続されている。
この点、連通管71Aは具体的にはクランクケース120Aの内部空間と、導入管70Aが連通する低温作動空間とを連通するように設けられている。このため連通管71Aは、さらに具体的にはクランクケース120Aの内部空間と、圧縮空間を連通するように設けられており、このように設けられた連通管71Aの低温作動空間側の端部は、低温側シリンダ32のうち、冷却器45側の端部に接続されている。
第3のチェック弁83は連通管71Aに介在するようにして設けられており、またクランクケース120Aの内部空間からの作動流体の流通を許可するとともに、クランクケース120Aの内部空間への作動流体の流通を禁止するように設けられている。
そしてこのように設けられた第3のチェック弁83は、クランクケース120Aの内部空間への作動流体の流通を禁止しつつ、連通管71Aが連通する作動空間の圧力が、クランクケース120A内の内部空間の圧力よりも低い場合に、クランクケース120A内から連通管71Aが連通する作動空間に作動流体を補充可能な補充手段となっている。
そしてこのように設けられた第3のチェック弁83は、クランクケース120Aの内部空間への作動流体の流通を禁止しつつ、連通管71Aが連通する作動空間の圧力が、クランクケース120A内の内部空間の圧力よりも低い場合に、クランクケース120A内から連通管71Aが連通する作動空間に作動流体を補充可能な補充手段となっている。
絞り弁84は連通管71Aのうち、第3のチェック弁83よりもクランクケース120A側の部分に介在するようにして設けられており、連通管71Aを流通する作動流体の流量を調節する流量調節手段となっている。この点、絞り弁84の絞り度合いは、クランクケース120A内から連通管71Aが連通する作動空間に補充する作動流体の流量が適量になるように予め設定されている。
スターリングエンジン10Eでは、静圧気体潤滑を行うにあたり、導入管70Aと連通管71Aと第1のチェック弁81と第3のチェック弁83と絞り弁84とを備えたスターリングエンジンの気体潤滑構造が実現されている。
スターリングエンジン10Eでは、静圧気体潤滑を行うにあたり、導入管70Aと連通管71Aと第1のチェック弁81と第3のチェック弁83と絞り弁84とを備えたスターリングエンジンの気体潤滑構造が実現されている。
次に本実施例にかかるスターリングエンジンの気体潤滑構造の作用効果について説明する。この気体潤滑構造では、連通管71Aがクランクケース120Aの内部空間と、導入管70Aが連通する低温作動空間が形成される一対の気筒における作動空間とを連通している。このためこの気体潤滑構造では、導入管70Aを介した作動流体の導入を行う静圧気体潤滑に伴い、作動空間の圧力が低下した場合であっても、圧力差に応じてクランクケース120Aの内部空間から作動空間に連通管71Aを介した作動流体の補充を行うことで、かかる圧力低下を防止或いは抑制できる。このためこの気体潤滑構造は、導入管70Aを介した作動流体の導入を行う静圧気体潤滑に伴い、スターリングエンジン10Eの出力が低下することを防止或いは抑制できる点で、好適な自立型の静圧気体潤滑を実現できる。
またこの気体潤滑構造は、クランクケース120Aの内部空間と導入管70Aが連通する低温作動空間とを連通するように連通管71Aを設けることで、高い応答性で作動流体を補充できる点でも好適な自立型の静圧気体潤滑を実現できる。
またこの気体潤滑構造は、クランクケース120Aの内部空間と導入管70Aが連通する低温作動空間とを連通するように連通管71Aを設けることで、高い応答性で作動流体を補充できる点でも好適な自立型の静圧気体潤滑を実現できる。
またこの気体潤滑構造は、連通管71Aに第3のチェック弁83を設けることで、簡素な構成で作動空間の圧力を保持しつつ、作動流体の補充を行える点でも、好適な自立型の静圧気体潤滑を実現できる。
またこの気体潤滑構造は、連通管71Aに絞り弁84を設けることで、例えば大きな圧力差に応じてクランクケース120Aの内部空間から作動空間に必要以上に作動流体が補充される事態も防止或いは抑制でき、これにより所望するスターリングエンジン10Eの出力を得る上で、作動流体の補充量を適量にできる点でも、好適な自立型の静圧気体潤滑を実現できる。
またこの気体潤滑構造は、連通管71Aに絞り弁84を設けることで、例えば大きな圧力差に応じてクランクケース120Aの内部空間から作動空間に必要以上に作動流体が補充される事態も防止或いは抑制でき、これにより所望するスターリングエンジン10Eの出力を得る上で、作動流体の補充量を適量にできる点でも、好適な自立型の静圧気体潤滑を実現できる。
図10は本実施例にかかるスターリングエンジンの気体潤滑構造を備えるスターリングエンジン10Fの要部の概略構成図である。スターリングエンジン10Fは、導入管70Aの代わりに導入管70Eを、連通管71Aの代わりに連通管71Bをそれぞれ備えている点以外、スターリングエンジン10Eと実質的に同一のものとなっている。なお、同様の変更を例えば実施例5と同様の変更を適用したスターリングエンジン10B、10C、10Dに適用することも可能である。
導入管70Eおよび連通管71Bは、作動流体を流通させる流路の一部を共通化したものとなっている点以外、導入管70Aおよび連通管71Aと実質的に同一のものとなっている。この点、導入管70Eおよび連通管71Bは具体的には低温作動空間側の端部を共通化したものとなっている。
スターリングエンジン10Fでは、静圧気体潤滑を行うにあたり、導入管70Eと連通管71Bと第1のチェック弁81と第3のチェック弁83と絞り弁84とを備えたスターリングエンジンの気体潤滑構造が実現されている。
スターリングエンジン10Fでは、静圧気体潤滑を行うにあたり、導入管70Eと連通管71Bと第1のチェック弁81と第3のチェック弁83と絞り弁84とを備えたスターリングエンジンの気体潤滑構造が実現されている。
次に本実施例にかかるスターリングエンジンの気体潤滑構造の作用効果について説明する。この気体潤滑構造は、導入管70Eおよび連通管71B間で作動流体を流通させる流路の一部を共通化することで、部品点数削減によるコストの低減やスターリングエンジン10Fのコンパクト化を図ることができる点で、スターリングエンジン10Eと比較して好適な自立型の静圧気体潤滑を実現できる。
またこの気体潤滑構造では、導入管70Eおよび連通管71B間で低温作動空間側の端部を共通化することで、低温側シリンダ32に導入管70Eおよび連通管71Bの接続口を設けるにあたって、導入管70Eおよび連通管71Bの接続口を共通化できる。このためこの気体潤滑構造は、これにより低温側シリンダ32に導入管70Eおよび連通管71Bの接続口を設けるにあたって、接続口の共通化による低温側シリンダ32の製作容易化や低コスト化を図ることができる点でも、好適な自立型の静圧気体潤滑を実現できる。
またこの気体潤滑構造では、導入管70Eおよび連通管71B間で低温作動空間側の端部を共通化することで、低温側シリンダ32に導入管70Eおよび連通管71Bの接続口を設けるにあたって、導入管70Eおよび連通管71Bの接続口を共通化できる。このためこの気体潤滑構造は、これにより低温側シリンダ32に導入管70Eおよび連通管71Bの接続口を設けるにあたって、接続口の共通化による低温側シリンダ32の製作容易化や低コスト化を図ることができる点でも、好適な自立型の静圧気体潤滑を実現できる。
上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
例えば上述した各実施例では低温側気筒30側でも静圧気体潤滑が行われる場合について説明した。しかしながら、本発明においては必ずしもこれに限られず、低温側気筒側では例えば動圧気体潤滑が行われてもよい。また低温側気筒側では、例えば各実施例で前述した静圧気体潤滑以外のその他の静圧気体潤滑が適宜行われてもよい。
例えば上述した各実施例では低温側気筒30側でも静圧気体潤滑が行われる場合について説明した。しかしながら、本発明においては必ずしもこれに限られず、低温側気筒側では例えば動圧気体潤滑が行われてもよい。また低温側気筒側では、例えば各実施例で前述した静圧気体潤滑以外のその他の静圧気体潤滑が適宜行われてもよい。
10A、10B、10C、10D、10E、10F スターリングエンジン
20 高温側気筒
21 膨張ピストン
22 高温側シリンダ
30、30´ 低温側気筒
31、31´ 圧縮ピストン
32 低温側シリンダ
50 グラスホッパの機構
70A、70B、70C、70D、70E 導入管
71A、71B 連通管
81 第1のチェック弁
82 第2のチェック弁
83 第3のチェック弁
84 絞り弁
20 高温側気筒
21 膨張ピストン
22 高温側シリンダ
30、30´ 低温側気筒
31、31´ 圧縮ピストン
32 低温側シリンダ
50 グラスホッパの機構
70A、70B、70C、70D、70E 導入管
71A、71B 連通管
81 第1のチェック弁
82 第2のチェック弁
83 第3のチェック弁
84 絞り弁
Claims (5)
- 一対の気筒として、高温側シリンダおよび前記高温側シリンダ内を往復運動する高温側ピストンを備える高温側気筒と、低温側シリンダおよび前記低温側シリンダ内を往復運動する低温側ピストンを備える低温側気筒と、を備え、前記高温側ピストンおよび前記低温側ピストンのうち、少なくとも高温側ピストンが、中空部と、前記中空部から前記高温側シリンダおよび前記低温側シリンダのうち、対応するシリンダとの間に形成されるクリアランスに作動流体を噴出する給気部とを備えたスターリングエンジンの気体潤滑構造において、
前記高温側気筒および前記低温側気筒間を往復流動するにあたって作動流体が流通する作動空間のうち、機関動作時に前記高温側シリンダ内の作動空間よりも作動流体の温度が低くなる低温作動空間に存在する作動流体を、前記高温側ピストンおよび前記低温側ピストンのうち、少なくとも高温側ピストンの内部に導入する作動流体の流通構造を備えたスターリングエンジンの気体潤滑構造。 - 一対の気筒として、高温側シリンダおよび前記高温側シリンダ内を往復運動する高温側ピストンを備える高温側気筒と、低温側シリンダおよび前記低温側シリンダ内を往復運動する低温側ピストンを備える低温側気筒と、を備え、前記高温側ピストンおよび前記低温側ピストンのうち、少なくとも高温側ピストンが、中空部と、前記中空部から前記高温側シリンダおよび前記低温側シリンダのうち、対応するシリンダとの間に形成されるクリアランスに作動流体を噴出する給気部とを備えたスターリングエンジンの気体潤滑構造において、
前記高温側気筒および前記低温側気筒間を往復流動するにあたって作動流体が流通する作動空間のうち、機関動作時に前記高温側シリンダ内の作動空間よりも作動流体の温度が低くなる低温作動空間と、前記高温側ピストンが備える前記中空部とを連通する作動流体の流通構造を備えたスターリングエンジンの気体潤滑構造。 - 請求項2記載のスターリングエンジンの気体潤滑構造であって、
前記スターリングエンジンが前記一対の気筒を複数有する4気筒以上の多気筒スターリングエンジンである場合に、前記流通構造が、複数の前記一対の気筒それぞれについての前記低温作動空間のうち、最も温度が低い低温作動空間と、複数の前記一対の気筒それぞれにおいて前記高温側ピストンが備える前記中空部それぞれとを連通するスターリングエンジンの気体潤滑構造。 - 請求項2または3記載のスターリングエンジンの気体潤滑構造であって、
前記スターリングエンジンが、前記一対の気筒が備える前記高温側気筒および前記低温側気筒それぞれにつき、前記高温側ピストンおよび前記低温側ピストンのうち、対応するピストンを直線状に往復運動させる近似直線リンク機構をさらに備えており、
前記流通構造を前記中空部に接続するにあたり、対応する前記近似直線リンク機構として、前記高温側ピストンおよび前記低温側ピストンのうち、接続する前記中空部を備えるピストンに対応する近似直線リンク機構に沿って前記流通構造を設けるとともに、
前記流通構造のうち、対応する前記近似直線リンク機構に沿って設けた部分を、対応する前記近似直線リンク機構の動作に応じて回動可能な間接部と、前記間接部を介して互いに連結される配管部とを備えた可動部とし、前記間接部の回動中心を対応する前記近似直線リンク機構の支点に一致させるようにして設けたスターリングエンジンの気体潤滑構造。 - 請求項2または3記載のスターリングエンジンの気体潤滑構造であって、
前記スターリングエンジンが備えるクランクケースの内部空間と、前記一対の気筒として、前記流通構造が連通する前記低温作動空間が形成される一対の気筒において、前記高温側気筒および前記低温側気筒間を往復流動する作動流体が流通する作動空間と、を連通する連通手段をさらに備えたスターリングエンジンの気体潤滑構造。
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