JPH039058A - スターリングエンジンの燃焼制御装置 - Google Patents

スターリングエンジンの燃焼制御装置

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JPH039058A
JPH039058A JP13988089A JP13988089A JPH039058A JP H039058 A JPH039058 A JP H039058A JP 13988089 A JP13988089 A JP 13988089A JP 13988089 A JP13988089 A JP 13988089A JP H039058 A JPH039058 A JP H039058A
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JP
Japan
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temperature
fuel
combustion chamber
flow rate
combustion
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Pending
Application number
JP13988089A
Other languages
English (en)
Inventor
Kazuaki Yamaguchi
和明 山口
Soichi Kurazono
藏薗 宗一
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Aisin Corp
Original Assignee
Aisin Seiki Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH039058A publication Critical patent/JPH039058A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Regulation And Control Of Combustion (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、スターリングエンジンの燃焼制御装置に関す
る。
(従来の技術) 従来のスターリングエンジンの燃焼制御装置として第4
図に示されるものがある。
このスターリングエンジン1は、4つのシリンダ2と各
シリンダ2に往復摺動可能に嵌装された(1) t 9 ) パワーピストン3の一端面によって形成される膨張空間
4と、隣合うシリンダ2とパワーピストン3の他端面に
よって形成される圧縮空間5とが、ヒータチューブ6、
蓄熱器7及び放熱器8を介U7で接続され、それらの内
部には水素、ヘリウム等の作動ガスが封入されている。
ここで、ヒータチューブ6は断熱カバー9とシリンダ2
との間に形成される燃焼室10内に延在していて、この
燃焼室IO内で燃料ノスル11より燃焼室10内に噴射
される燃料と空気予熱器12及びスワラ−13を介して
燃焼室10内に導入される空気とが燃焼し、その燃焼熱
によって加熱されることにより、作動ガスは熱を受ける
。また、蓄熱器7は作動カスが膨張空間4から圧縮空間
5へ移動する際にヒフチューブ〔5で受りた熱を蓄熱し
、この蓄えられた熱を作動ガスか圧縮空間5から膨張空
間4へ移動する際に作動ガスに与える。放熱器8は水等
の媒体と接触し、作動カスと媒体とで熱交換するもので
、圧縮によって作動ガスに生しる熱を捨てものである。
膨張空間4及び圧縮空間5内での作動ガスの膨張と圧縮
によって生した力は、各ピストン3を往復摺動させ、各
ピストン3に連結された図示せぬ回転斜板機構により動
力を得るようになっている。
しかして、この従来のスターリングエンジンにおいては
、ヒータデユープ6の管壁温度を、熱電対等の’/Mλ
度センザセン4により検出し、温度ナン′す°−14に
より検出された管壁温度と予め設定されたヒータチュー
フロの管壁温度(−船釣な金属の祠料’f’+ l’l
とし−(、温度がL昇するにつれて引張り強度が低下す
るという傾向があることと、スタリツクエンソン1の全
負荷状態で作動ガス圧力が最大となるため、ヒータチュ
ーブ6に作用する応力もこの状態で最大となることを考
慮して、設定温度を全負荷状態で充分な強度が保てるよ
うに設定されている。)との偏差を電気制御装置15で
求め、この偏差にP I D動作(比例、積分、微分動
作)を与えて、この偏差が無くなるように、燃焼用空気
の量を変化させ空気流量調整弁16の開度を制御する。
空気流量調整弁16で調整される燃焼用空気は、ブロア
17から強制的に送られており、この調整された燃焼用
空気は、空燃比設定器18に送られて、空燃比設定器1
8は調整された燃焼用空気の空気流量で燃焼できる燃料
流量を制御する。この作動を繰り返し、ヒータチューフ
ロの管壁温度が設定温度になるように燃焼を制御してい
る。尚、燃料は空燃比設定器18・\燃料a21から燃
料供給開閉弁19を介して供給されるようになっている
(発明が解決しようとする課題) スターリングエンジンにおいては、燃焼が−・般の炉の
ように連続的に行われているため、火炎が消えた時に燃
料の流出を防止する必要があり、そのために、火炎を検
出することが必要となる。
そこで、」二記した従来のスターリングエンジンにおい
ては第4図に示すように燃焼室10内にフレームロフト
20を配置し、火炎中に発生するイオンによって生しる
電流を検知し、該電流が検知できなくなった時に火炎が
消失したと判断して、電気制御装置15により燃料供給
開閉弁19を強制的に閉作動させている。
しかしながら、スターリングエンジンにおいては、エン
ジン効率を向上させるために、空気予熱器にて燃焼用空
気によって排気熱を回収しているので、火炎温度が非常
に高くなっている。そのため、火炎中に配置されたフレ
ーJ、 IJフット表面が酸化して絶縁され、イオン電
流が検出不可能になったり、最悪の場合には焼き切れて
しまい、信頼性が低いという問題があった。火炎を検出
する別の手段として、燃焼室内の紫外線や赤外線を検知
ずろ光セン1ナーを用いることが考えられるが、光セン
ザー自体が高温に弱(、はぼ室温に維持してやる必要が
ある。そのためには、光センサーを燃焼室外に配置し、
光センサーに燃焼室内の紫外線や赤外線を導く窓をエン
ジンに設ける必要があり、構造が複雑となり製造コスト
が増大するという問題がある。
そこで本発明は、当該スターリングエンジンの燃焼制御
装置において、構造の複雑化及び製造二1ストの増大を
招くことな(、燃焼室内における失(5) (〔5) 火を検出し、失火時の燃料の流出を防止することを、そ
の技術的課題とする。
〔発明の構成〕
上記した技術的課題を解決するために謁したE手段は、
当該スターリングエンジンの燃焼制御装置を、膨張空間
と該膨張空間と所定の位相差をイ1して容積変化する圧
縮空間とを燃焼室内に配されるヒータチューブ、蓄熱器
及び放熱器を介して連通してなるスターリングエンジン
であって、前記す燃焼室内へ導入される燃焼用空気の流
星を調整する空気流量調整手段と、該空気流量調整手段
により調整された空気流量に応して前記燃焼室内に導入
される燃料流量を調整する空燃比設定手段と、該空燃比
設定手段上燃料源とを連通ずる燃料(1給路を開閉する
燃料供給路開閉手段と、前記ヒータチューブの温度を検
出する温度検出手段と、該温度検出手段からの信号によ
り前記空気流量調整手段の作動を前記ヒータチューブの
温度か設定温度になるように制御する制御手段と、前記
温度検出手段からの信号の所定時間での変化量が所定値
以下の時に+iiJ記燃料供給路開閉手段を閉作動させ
る禁11−手段とを備えてなる構成とすることである。
111記所定値は、燃料供給路開閉手段の開作動後前記
スターリングエンジンの始動装置が起動されるまでの区
間にお番)る第1の所定値と、前記始動装置が起動し−
(設定時間経過するま−(の区間における第2の所定値
と、前記設定時間経過後におi〕る第3の所定値とする
ことが望ましい。
(作用及び発明の効果) 上記構成にまれは、ヒータチューブの温度を制御するこ
とるこよりスターリングエンジンの燃焼を制御するため
に設りられている既設の温度検出手段によ−、)で、燃
焼室内の火炎の消失を検出することができる。そのため
、従来装置のように火炎を検出するだめの装置を別途設
し」る必要がなく、スターリングエンジンの燃焼制御装
置全体の構造の複雑化及び製造:1ストの増大を招くこ
となく、燃焼室内における失火を検出し、失火時の燃料
の流出を防止することができる。
また、温度検出手段は吸熱源であり、燃焼室内(7) (Σ() における最も温度の低い部位であるヒータチュブに取り
(=Jけられているため、燃焼室内の火炎の消失を検出
する温度検出手段の耐久的な信頼性を高くすることがで
きる。
(実施例) 以下、本発明に従ったスターリングエンジンの一実施例
を図面に基づき説明する。
第1回において、第4図の各部に対応する構成には、第
4図で用いた番号符号と同し番号省−υが付しである。
第1図において、スターリングエンジンlばエンジン回
転が安定した状態にて、ヒータチューブ6の管壁温度を
ヒータチューブ6の祠料特性とエンジンの全負荷状態で
の作動ガス圧力によって決められる設定温度になるよう
に、温度センサー14からの信号に応して電気制御装置
15により空気流量調整弁16を制御し、その燃焼を制
御されている。尚、ヒータチューブ6の管壁温度Tば、
第2図に示すように経時変化し、温度上昇率は大きく分
LJで3段階に変化し、温度センサー14からの信号は
電気制御装置15に常時送られ、その所定時間における
変化率Tdを常時監視している。また、燃料供給開閉弁
19は2ボ一ト2位置電磁弁で構成されていて、消磁時
には燃料源21と空燃比設定器18との間の連通を遮断
する第1位置を保持し、励磁時には両者を連通ずる第2
位置を保持する。
そして、燃焼室10内の火炎の消失時の対応は、第3l
6こ示ノーよう乙こ電気制御装置15の燃焼制御のメイ
ンルーチンに組み込まれ燃焼制御の一環として所定時間
毎に処理される。
即ち、第3図の制御ルーチンが開始されると、ステップ
100において燃料供給開閉弁19が第2位置を保持し
ているかを判定し、保持していればエンジンが燃焼可能
状態にあると判断され、ステップ101以降に進む。ス
テップ101では、エンジンの図示せぬ始動装置が起動
(ON)されたかが判定され、起動されていなげれば、
ステップ102に進み、温度センサー14により検出さ
れた温度イ1]】号の所定時間にJ唇ノる変化率T d
が第1の所定の温度変化率1゛lと比較される。ここで
(f]) (10) 第1の所定の温度変化率TIは、第2図において区間I
での所定時間における最小温度変化率である。ステップ
102で温度変化率Tdが第1の所定の温度変化率TI
よりも小ざい時には、燃焼室10内の火炎が消失したと
判断され、ステップ103に進み、燃料供給開閉弁19
が電気制御装置I5により強制的に第1位置に作動され
−(、燃焼室10への燃料の供給を禁止し、燃料の流出
を防止する。温度変化率Tdが第1の所定の温度変化率
TIよりも大きい時には、燃焼室10内の火炎が消失し
ていないと判断され、燃焼制御のメインルーチンに戻る
ステップ101にて、始動装置が起動されていると判断
されると、ステップ104に進み、始動装置が起動後、
設定時間も経過したか否かが判定される。ステップ10
4にて、設定時間[経過していないと判断されると、ス
テップ105へ進め、温度センサー14により検出され
た温度信号の所定時間における変化率Tdが第2の所定
の温度変化率T2と比較される。ここで第2の所定の温
度変化率T Iは、第2図において区間■での所定時間
における最小温度変化率である。ステップ105で温度
変化率Tdが第2の所定の温度変化率T2よりも小さい
時には、燃焼室10内の火炎が消失したと判断され、ス
テップ106に進み、燃料供給開閉弁19が電気制御装
置15により強制的に第1位置に作動されて、燃焼室1
0への燃料の供給を禁止し、燃料の流出を防止する。温
度変化率Tdが第1の所定の温度変化率T2よりも大き
い時には、燃焼室10内の火炎が消失していないと判断
され、燃焼制御のメインルーチンに戻る。
ステップ104にて、始動装置の起動後設定時間も経過
していると判断されると、ステップ107へ進み、温度
センサー14により検出された温度信号の所定時間にお
ける変化率Tdが第3の所定の温度変化率T3と比較さ
れる。ここで第3の所定の温度変化率T3ば、第2図に
おいて区間■での所定時間におりる最小温度変化率であ
る。ステップ107で温JR変化率Tdが第3の所定の
温度変化率T3よりも小さい時には、燃焼室10内の火
炎が消失したと判断され、ステップ108に進み、燃料
供給開閉弁19が電気制御装置15により強制的に第1
位置に作動されて、燃焼室10への燃料の供給を禁止し
、燃料の流出を防止する。
温度変化率Tdが第3の所定の温度変化率T3よりも大
きい時には、燃焼室IO内の火炎が消失していないと判
断され、燃焼制御のメインルーチンに戻る。
このように、燃焼制御に用いられる温度センサー14を
利用して、ヒータチューブ6の温度変化率を監視するこ
とにより、火炎の消失を検出するための装置を別途設け
ることがない。それゆえ、構成簡素で、低コスト且つ高
倍転性なスターリングエンジンの燃焼制御装置を得るこ
とが可能となる。尚、本実施例においては、ヒータチュ
ーブの管壁温度をヒータチューブの材料特性とエンジン
の全負荷状態での作動ガス圧力によって決められる設定
温度になるように、温度センサーからの信号に応じて電
気制御装置により空気流量調整弁を制御し、スターリン
グエンジンの燃焼を制窃1するようにしたが、エンジン
の部分負荷状態において、高い効率と出力を得るために
、特開昭60−122255″;′J−公報に示される
ように、作動空間内の作動ガス圧力を検出し、該ガス圧
力に基づき設定温度を算出し、該設定温度になるように
電気制御装置により空気流量調整弁を制御し、スターリ
ングエンジンの燃焼を制御するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に従ったスターリングエンジンの燃焼制
御装置の一実施例を示す構成図、第2図はヒータチュー
ブの経時変化を表す特性図、第3図は第1図に示す一実
施例の制御ルーチンを示すフローチャーI・、第4図は
従来装置の構成図である。 ■ ・ ・ ンダ、3 間、5・ 、7・ ・ 燃焼室、 )、15 スターリングエンジン、2・・・シリ ・・パワービスI・ン、4・・・膨張空・圧縮空間、6
・・・ヒータチューブ 蓄熱器、8・・・放熱器、10・・・ 4・・・温度センサー(温度検出手段 ・・電気制御装置(制御手段、禁止手 (13) (I 4) 段)、16・・・空気流量調整弁(空気流量調整手段)
、18・・・空燃比設定手段、19・・燃料供給開閉ブ
i′(燃料供給路開閉手段)、21・・・燃料源。 特約出願人 1イレシ稙准a式会社 代表者 伊藤 清 (15) j−ペザート欝・黙ト

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)膨張空間と該膨張空間と所定の位相差を有して容
    積変化する圧縮空間とを燃焼室内に配されるヒータチュ
    ーブ、蓄熱器及び放熱器を介して連通してなるスターリ
    ングエンジンであつて、前記燃焼室内へ導入される燃焼
    用空気の流量を調整する空気流量調整手段と、該空気流
    量調整手段により調整された空気流量に応じて前記燃焼
    室内に導入される燃料流量を調整する空燃比設定手段と
    、該空燃比設定手段と燃料源とを連通する燃料供給路を
    開閉する燃料供給路開閉手段と、前記ヒータチューブの
    温度を検出する温度検出手段と、該温度検出手段からの
    信号により前記空気流量調整手段の作動を前記ヒータチ
    ューブの温度が設定温度になるように制御する制御手段
    と、前記温度検出手段からの信号の所定時間での変化量
    が所定値以下の時に前記燃料供給路開閉手段を閉作動さ
    せる禁止手段とを備えてなるスターリングエンジンの燃
    焼制御装置。
  2. (2)前記所定値は、燃料供給路開閉手段の開作動後前
    記スターリングエンジンの始動装置が起動されるまでの
    区間における第1の所定値と、前記始動装置が起動して
    設定時間経過するまでの区間における第2の所定値と、
    前記設定時間経過後における第3の所定値とから成るこ
    とを特徴とする請求項(1)に記載のスターリングエン
    ジンの燃焼制御装置。
JP13988089A 1989-06-01 1989-06-01 スターリングエンジンの燃焼制御装置 Pending JPH039058A (ja)

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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04113759U (ja) * 1991-03-20 1992-10-06 アイシン精機株式会社 熱ガスエンジンの温度検出装置
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