JP2008128190A - Piston device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To surely avoid contact between a piston and a cylinder, and to restrain the consumption of gas for forming a gas bearing in a piston device for forming the gas bearing by supplying the gas between the piston and the cylinder. <P>SOLUTION: A Stirling engine 1 is provided with the cylinder 11 and the piston 10 reciprocating inside of the cylinder 11. The piston 10 is equipped with a piston inner space 10IN surrounded by a piston top part 10T, a piston side part 10S and a piston bottom part 10Bo. Air G is supplied into the space 10IN through a pump 25 and a pressure accumulating tank 24, and the air G flows-out between the piston 10 and the cylinder 11, and forms the gas bearing. A pressure of the air G intervening between the piston 10 and the cylinder 11 is changed according to whether the piston 10 and the cylinder 11 are brought into contact or not. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、気体軸受を介してピストンをシリンダ内に保持するピストン装置に関する。   The present invention relates to a piston device that holds a piston in a cylinder via a gas bearing.

熱機関の一種である排熱回収用熱機関を用いることにより、乗用車やバス、トラック等の車両に搭載される熱機関である内燃機関の排熱を回収する技術がある。このような用途に用いられる排熱回収用熱機関としては、例えば、理論熱効率に優れたスターリングエンジンがある。   There is a technique for recovering exhaust heat of an internal combustion engine that is a heat engine mounted on a vehicle such as a passenger car, a bus, or a truck by using a heat engine for exhaust heat recovery that is a kind of heat engine. As a heat engine for exhaust heat recovery used for such applications, for example, there is a Stirling engine with excellent theoretical thermal efficiency.

スターリングエンジンを排熱回収用熱機関として用いて内燃機関等の排熱を回収しようとする場合、低質な熱源から熱を回収するので、摺動部の摩擦をできる限り低減して、排熱の回収効率を向上させる必要がある。このため、ピストン装置を用いて構成されるスターリングエンジンが備えるピストンとシリンダとの間に気体を介在させて気体軸受を形成し、両者の摩擦を低減するものがある。   When using a Stirling engine as an exhaust heat recovery heat engine to recover exhaust heat from an internal combustion engine, etc., heat is recovered from a low-quality heat source. It is necessary to improve the recovery efficiency. For this reason, a gas bearing is formed by interposing a gas between a piston and a cylinder included in a Stirling engine configured using a piston device to reduce friction between the two.

気体軸受によってシリンダ内にピストンを浮上させるスターリングエンジンにおいては、過負荷や気体の供給不足等の理由により、ピストンとシリンダとが接触すると、ピストンやシリンダの摩耗が進行するので、両者の接触を確実に判定し、両者が接触した場合には、例えば、スターリングエンジンの運転を中止する等の対策を講ずる必要がある。特許文献１には、気体軸受において、軸受と軸との間の電気導通を検知して、軸受と軸との接触を判定する技術が開示されている。   In a Stirling engine in which a piston is lifted into a cylinder by a gas bearing, if the piston and cylinder come into contact with each other for reasons such as overload or insufficient gas supply, the piston or cylinder wears out. If both are in contact with each other, it is necessary to take measures such as stopping the operation of the Stirling engine, for example. Patent Document 1 discloses a technique for determining contact between a bearing and a shaft by detecting electrical continuity between the bearing and the shaft in a gas bearing.

特開平８−９３７６８号公報JP-A-8-93768

例えばスターリングエンジンのようなピストン装置を構成するピストンとシリンダとの間に気体を供給することによって気体軸受を形成して両者の摩擦を低減する場合、ピストン装置の運転中は、気体軸受を形成するための気体を常に供給する必要がある。気体軸受を形成するための気体を供給するためにポンプ等を用いると、ポンプを駆動するためのエネルギ消費が増加してしまう。このため、ピストンとシリンダとの間に気体を供給することによって気体軸受を形成するピストン装置においては、気体軸受を形成するために用いる気体の消費量を低減できることが好ましい。   For example, when a gas bearing is formed by supplying gas between a piston and a cylinder constituting a piston device such as a Stirling engine to reduce friction between the two, the gas bearing is formed during operation of the piston device. It is necessary to always supply the gas for. If a pump or the like is used to supply gas for forming the gas bearing, energy consumption for driving the pump will increase. For this reason, in the piston apparatus which forms a gas bearing by supplying gas between a piston and a cylinder, it is preferable that the consumption of the gas used in order to form a gas bearing can be reduced.

特許文献１に開示されている技術は、軸受内を軸が回転するものを対象とするものであり、上記問題点やその解決手段は開示されておらず、気体軸受を形成するために用いる気体の消費量を低減することについては改善の余地がある。そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ピストンとシリンダとの間に気体を供給して気体軸受を形成するピストン装置において、ピストンとシリンダとの接触をより確実に回避するとともに、前記気体軸受を形成するための気体の消費量を抑制できるピストン装置を提供することを目的とする。   The technique disclosed in Patent Document 1 is intended for a rotating shaft in a bearing, and the above-mentioned problems and the means for solving them are not disclosed. Gas used for forming a gas bearing is disclosed. There is room for improvement in reducing consumption. Accordingly, the present invention has been made in view of the above, and in a piston device that forms a gas bearing by supplying gas between a piston and a cylinder, contact between the piston and the cylinder is more reliably avoided. Another object of the present invention is to provide a piston device capable of suppressing gas consumption for forming the gas bearing.

上述の目的を達成するために、本発明に係るピストン装置は、シリンダの内部に配置されて往復運動し、かつ頂部と側部と底部とで囲まれる空間を備えるピストンと、前記ピストンの前記側部に設けられ、前記空間に供給された気体を前記ピストンと前記シリンダとの間に介在させる給気口と、前記ピストンと前記シリンダとが接触したことを判定する接触判定手段と、前記空間を介して前記ピストンと前記シリンダとの間へ前記気体を供給するとともに、前記ピストンと前記シリンダとの接触状態に基づき、前記空間へ供給する気体の圧力を変更する気体供給手段と、を備えることを特徴とする。   In order to achieve the above-described object, a piston device according to the present invention includes a piston that is disposed inside a cylinder and reciprocates and includes a space surrounded by a top portion, a side portion, and a bottom portion, and the side of the piston. An air supply port provided between the piston and the cylinder, contact determination means for determining that the piston and the cylinder are in contact with each other, and the space Gas supply means for changing the pressure of the gas supplied to the space based on the contact state between the piston and the cylinder, and supplying the gas between the piston and the cylinder via Features.

このピストン装置は、ピストンの側部に設けられた給気口から、ピストンの内部に形成される空間の気体をピストンとシリンダとの間に供給することによって構成した気体軸受によってシリンダ内にピストンを保持するピストン装置である。そして、このピストン装置が備える気体供給手段は、ピストンとシリンダとの接触状態によって、前記ピストンの内部の空間へ供給する気体の圧力を変更することにより、ピストンとシリンダとの間に介在する気体の圧力（静圧）を変更する。これによって、例えば、ピストンとシリンダとが接触した場合や接触するおそれが高い場合には、ピストンとシリンダとの間に介在する気体の圧力を増加させることにより、ピストンとシリンダとの接触をより確実に回避することができる。また、ピストンとシリンダとが完全に非接触である場合には、ピストンとシリンダとの間に介在する気体の圧力を低減することにより、気体軸受を形成するための気体の消費量を抑制できる。   This piston device is configured to supply a piston in a cylinder by a gas bearing configured by supplying gas in a space formed inside the piston between the piston and the cylinder from an air supply port provided on a side of the piston. It is a piston device to hold. The gas supply means included in the piston device changes the pressure of the gas supplied to the space inside the piston according to the contact state between the piston and the cylinder, so that the gas intervening between the piston and the cylinder is changed. Change the pressure (static pressure). Thus, for example, when the piston and the cylinder are in contact with each other or when there is a high possibility of contact, the pressure between the piston and the cylinder is increased to increase the contact between the piston and the cylinder. Can be avoided. Further, when the piston and the cylinder are completely in non-contact, the gas consumption for forming the gas bearing can be suppressed by reducing the pressure of the gas interposed between the piston and the cylinder.

次の本発明に係るピストン装置のように、前記ピストン装置において、前記気体供給手段は、前記ピストンと前記シリンダとが接触した場合には、前記ピストンと前記シリンダとの間に介在する前記気体の圧力を増加させ、前記ピストンと前記シリンダとが非接触である場合には、前記ピストンと前記シリンダとの間に介在する前記気体の圧力を減少させることが好ましい。これによって、ピストンとシリンダとの接触をより確実に回避するとともに、気体軸受を形成するための気体の消費量を抑制できる。   As in the piston device according to the next aspect of the present invention, in the piston device, when the piston and the cylinder are in contact with each other, the gas supply means is configured to supply the gas interposed between the piston and the cylinder. When the pressure is increased and the piston and the cylinder are not in contact with each other, it is preferable to reduce the pressure of the gas interposed between the piston and the cylinder. As a result, the contact between the piston and the cylinder can be avoided more reliably, and the consumption of gas for forming the gas bearing can be suppressed.

次の本発明に係るピストン装置のように、前記ピストン装置において、少なくとも前記ピストンの側部及び前記シリンダの内面は導電体で構成されるとともに、前記ピストンの側部と前記シリンダの内面との間には一定の大きさの電位差が与えられ、前記接触判定手段は、前記電位差に基づいて、前記ピストンと前記シリンダとが接触しているか否かを判定してもよい。このようにすれば、確実かつ迅速にピストンとシリンダとの接触を判定することができる。   As in the piston device according to the next invention, in the piston device, at least the side portion of the piston and the inner surface of the cylinder are made of a conductor, and between the side portion of the piston and the inner surface of the cylinder. A potential difference of a certain magnitude may be given to the contact point, and the contact determination means may determine whether or not the piston and the cylinder are in contact based on the potential difference. In this way, the contact between the piston and the cylinder can be determined reliably and quickly.

次の本発明に係るピストン装置のように、前記ピストン装置において、前記気体供給手段は、前記電位差に応じて、前記ピストンと前記シリンダとの間に介在する前記気体の圧力の変化分を変更することが好ましい。前記電位差によってピストンとシリンダとの接触状態を推定することができるので、ピストンとシリンダとの間に介在する気体の圧力を変化させる場合には、過剰な圧力増加あるいは低下を抑制できる。その結果、ピストンとシリンダとの接触回避、気体軸受を形成するために供給する気体量の抑制により効果的である。   As in the piston device according to the next invention, in the piston device, the gas supply means changes a change in the pressure of the gas interposed between the piston and the cylinder in accordance with the potential difference. It is preferable. Since the contact state between the piston and the cylinder can be estimated from the potential difference, when the pressure of the gas interposed between the piston and the cylinder is changed, an excessive increase or decrease in pressure can be suppressed. As a result, it is more effective in avoiding contact between the piston and the cylinder and suppressing the amount of gas supplied to form a gas bearing.

次の本発明に係るピストン装置のように、前記ピストン装置において、前記気体供給手段は、前記ピストン装置の負荷に応じて、前記ピストンと前記シリンダとの間に介在する前記気体の圧力の変化分を変更することが好ましい。このように、気体軸受が支持する荷重と相関の高いピストン装置の負荷を用いてピストンとシリンダとの間に介在する気体の圧力を変化させるので、ピストンとシリンダとの接触を迅速に回避できる。   As in the piston device according to the next aspect of the present invention, in the piston device, the gas supply means changes the pressure of the gas interposed between the piston and the cylinder according to the load of the piston device. Is preferably changed. Thus, since the pressure of the gas interposed between the piston and the cylinder is changed using the load of the piston device having a high correlation with the load supported by the gas bearing, the contact between the piston and the cylinder can be quickly avoided.

次の本発明に係るピストン装置のように、前記ピストン装置において、前記ピストンと前記シリンダとを完全に非接触としたときにおける、前記ピストンの側部と前記シリンダの内面との間の電位差に基づき、前記ピストンと前記シリンダとが接触したか否かを判定してもよい。これによって、より高精度にピストンとシリンダとの接触を判定できるので、信頼性をより向上させることができる。   As in the piston device according to the next invention, in the piston device, based on the potential difference between the side of the piston and the inner surface of the cylinder when the piston and the cylinder are completely in non-contact. It may be determined whether the piston and the cylinder are in contact with each other. Thereby, since the contact between the piston and the cylinder can be determined with higher accuracy, the reliability can be further improved.

次の本発明に係るピストン装置のように、前記ピストン装置において、前記ピストン装置は、スターリングエンジンに適用することが好ましい。この場合、次の本発明に係るピストン装置のように、前記スターリングエンジンが熱機関からの排熱を回収する場合に前記ピストン装置を適用することがより好ましい。スターリングエンジンで排熱を回収する場合、熱源が低質であるため、スターリングエンジンの内部損失が大きいと、排熱の回収効率が低下するので、気体軸受により内部損失を低減させる。このとき、上記本発明に係るピストン装置を適用すれば、ピストンとシリンダとの接触を確実に回避することができるので、安定してスターリングエンジンを運転でき、排熱の回収効率の向上に寄与する。   As in the piston device according to the present invention, the piston device is preferably applied to a Stirling engine. In this case, it is more preferable to apply the piston device when the Stirling engine recovers exhaust heat from the heat engine as in the piston device according to the present invention. When exhaust heat is recovered with a Stirling engine, the heat source is of low quality, so if the internal loss of the Stirling engine is large, the exhaust heat recovery efficiency is reduced, so the internal loss is reduced by the gas bearing. At this time, if the piston device according to the present invention is applied, it is possible to reliably avoid contact between the piston and the cylinder, so that the Stirling engine can be stably operated and contribute to the improvement of exhaust heat recovery efficiency. .

次の本発明に係るピストン装置のように、前記ピストン装置において、前記気体供給手段は、前記熱機関によって駆動されるようにしてもよい。この場合、前記スターリングエンジンのピストンとシリンダとの間に気体を供給する気体供給手段を、スターリングエンジンの排熱回収対象である熱機関によって駆動する。このとき、上記本発明に係るピストン装置を適用すれば、気体軸受を形成するための気体の消費量を抑制できるので、気体供給手段の駆動に要するエネルギを低減できる。その結果、気体供給手段である熱機関の燃料消費を抑制できる。   As in the piston device according to the next aspect of the present invention, in the piston device, the gas supply means may be driven by the heat engine. In this case, the gas supply means for supplying the gas between the piston and the cylinder of the Stirling engine is driven by the heat engine that is the exhaust heat recovery target of the Stirling engine. At this time, if the piston device according to the present invention is applied, the amount of gas consumed to form the gas bearing can be suppressed, so that the energy required for driving the gas supply means can be reduced. As a result, fuel consumption of the heat engine that is the gas supply means can be suppressed.

本発明に係るピストン装置によれば、ピストンとシリンダとの間に気体を供給して気体軸受を形成するピストン装置において、ピストンとシリンダとの接触をより確実に回避するとともに、前記気体軸受を形成するための気体の消費量を抑制できる。   According to the piston device according to the present invention, in the piston device in which gas is supplied between the piston and the cylinder to form the gas bearing, contact between the piston and the cylinder is more reliably avoided, and the gas bearing is formed. The consumption of the gas for doing so can be suppressed.

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この発明を実施するための最良の形態（以下実施形態という）によりこの発明が限定されるものではない。また、下記発明を実施するための最良の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited by the best mode for carrying out the invention (hereinafter referred to as an embodiment). In addition, constituent elements in the best mode for carrying out the present invention include those that can be easily assumed by those skilled in the art, those that are substantially the same, and those in a so-called equivalent range.

なお、以下においては、ピストン装置を備える装置の一例として熱機関であるスターリングエンジンを取り上げるが、この発明に係るピストン装置が適用できる装置はこれに限定されるものではない。また、以下においては、スターリングエンジンを用いて車両等に搭載される内燃機関の排熱を回収する例を説明するが、排熱の回収対象は内燃機関に限られない。例えば工場やプラント、あるいは発電施設の排熱を回収する場合にも本発明は適用できる。   In the following, a Stirling engine, which is a heat engine, is taken as an example of a device including a piston device, but a device to which the piston device according to the present invention can be applied is not limited to this. In the following, an example in which exhaust heat of an internal combustion engine mounted on a vehicle or the like is recovered using a Stirling engine will be described, but the exhaust heat recovery target is not limited to the internal combustion engine. For example, the present invention can also be applied to recovering waste heat from a factory, plant, or power generation facility.

本実施形態に係るピストン装置は、気体軸受を介してシリンダ内にピストンを保持するピストン装置において、前記ピストンと前記シリンダとの接触状態によって、前記ピストンと前記シリンダとの間に介在して前記気体軸受を形成する気体の圧力を変更する点に特徴がある。   The piston device according to this embodiment is a piston device that holds a piston in a cylinder via a gas bearing, and is interposed between the piston and the cylinder depending on a contact state between the piston and the cylinder. It is characterized in that the pressure of the gas forming the bearing is changed.

図１〜図３は、本実施形態に係るピストン装置であるスターリングエンジンにより熱機関である内燃機関の排熱を回収する構成例を示す説明図である。本実施形態に係るピストン装置であるスターリングエンジン１を内燃機関７０の排熱回収に使用する際には、図１に示すように、スターリングエンジン１に備えられる熱交換器２を、例えばガソリンエンジンやディーゼルエンジン等といった内燃機関７０の排気通路４２内に配置する。これにより、熱交換器２で、排気通路４２を排気通路出口４３へ向かって流れる排ガスＥｘから熱エネルギを回収する。   1 to 3 are explanatory views showing a configuration example in which exhaust heat of an internal combustion engine that is a heat engine is recovered by a Stirling engine that is a piston device according to the present embodiment. When the Stirling engine 1 which is a piston device according to the present embodiment is used for exhaust heat recovery of the internal combustion engine 70, as shown in FIG. 1, a heat exchanger 2 provided in the Stirling engine 1 is, for example, a gasoline engine or It arrange | positions in the exhaust passage 42 of internal combustion engines 70, such as a diesel engine. As a result, the heat exchanger 2 recovers thermal energy from the exhaust gas Ex flowing through the exhaust passage 42 toward the exhaust passage outlet 43.

スターリングエンジン１が直列のα型である場合は、高温側のシリンダと低温側のシリンダとの配列方向が、クランク軸の回転軸と平行になる。車両４１の床４１Ｂの下を取り回される排気通路４２にスターリングエンジン１を取り付けるような場合には、スターリングエンジン１の出力軸であるクランク軸が、車両４１の床４１Ｂと略平行に配置される。これにより、スターリングエンジン１の出力は、車両４１の上下方向ではなく、車両４１の上下方向に対して略垂直方向に取り出されるので、車両４１の上下方向に対する省スペース化を図ることができる。また、車両４１に対する搭載性も向上する。次に、本実施形態に係るピストン装置であるスターリングエンジン１の詳細な構成を説明する。   When the Stirling engine 1 is an α type in series, the arrangement direction of the high temperature side cylinder and the low temperature side cylinder is parallel to the rotation axis of the crankshaft. When the Stirling engine 1 is attached to the exhaust passage 42 routed under the floor 41B of the vehicle 41, the crankshaft that is the output shaft of the Stirling engine 1 is disposed substantially parallel to the floor 41B of the vehicle 41. The As a result, the output of the Stirling engine 1 is taken out in a direction substantially perpendicular to the vertical direction of the vehicle 41, not in the vertical direction of the vehicle 41, so that space saving in the vertical direction of the vehicle 41 can be achieved. Moreover, the mounting property with respect to the vehicle 41 is also improved. Next, the detailed structure of the Stirling engine 1 which is a piston apparatus which concerns on this embodiment is demonstrated.

図４は、本実施形態に係るピストン装置であるスターリングエンジンを示す断面図である。図５−１は、図４に示すスターリングエンジンのピストンとシリンダとの構成を示す説明図である。図５−２は、図５−１のＹ−Ｙ矢視図である。本実施形態に係るピストン装置である熱機関のスターリングエンジン１は、いわゆるα型のスターリングエンジンである。   FIG. 4 is a cross-sectional view showing a Stirling engine which is a piston device according to the present embodiment. 5-1 is explanatory drawing which shows the structure of the piston and cylinder of the Stirling engine shown in FIG. FIG. 5-2 is a view on arrow YY in FIG. 5-1. A Stirling engine 1 of a heat engine that is a piston device according to the present embodiment is a so-called α-type Stirling engine.

このスターリングエンジン１は、高温側シリンダ１１Ａと、この内部に収められて往復運動する高温側ピストン１０Ａと、低温側シリンダ１１Ｂと、この内部に収められて往復運動する低温側ピストン１０Ｂとを備える。なお、以下の説明において、高温側と低温側とを特に区別する必要がない場合には、高温側ピストン１０Ａ及び低温側ピストン１０Ｂを単にピストン１０といい、高温側シリンダ１１Ａ及び低温側シリンダ１１Ｂを単にシリンダ１１という。   The Stirling engine 1 includes a high temperature side cylinder 11A, a high temperature side piston 10A that is housed therein and reciprocates, a low temperature side cylinder 11B, and a low temperature side piston 10B that is housed therein and reciprocates. In the following description, when there is no need to distinguish between the high temperature side and the low temperature side, the high temperature side piston 10A and the low temperature side piston 10B are simply referred to as the piston 10, and the high temperature side cylinder 11A and the low temperature side cylinder 11B are This is simply referred to as cylinder 11.

高温側シリンダ１１Ａと低温側シリンダ１１Ｂとは、熱交換器２によって接続される。高温側シリンダ１１Ａと低温側シリンダ１１Ｂとには作動流体（ここでは空気）が封入されており、ヒータ２Ｈから供給される熱によってスターリングエンジン１を駆動する。高温側シリンダ１１Ａ及び低温側シリンダ１１Ｂは、ともにスターリングエンジン１のシリンダケース６内に格納されている。シリンダケース６は、基準体である基板５及びクランクケース８に取り付けられる。ここで、基板５、シリンダケース６及びクランクケース８が、スターリングエンジン１の筺体を構成する。なお、少なくともクランクケース８は、金属等の導電体で構成される。   The high temperature side cylinder 11A and the low temperature side cylinder 11B are connected by the heat exchanger 2. A working fluid (air here) is sealed in the high temperature side cylinder 11A and the low temperature side cylinder 11B, and the Stirling engine 1 is driven by heat supplied from the heater 2H. Both the high temperature side cylinder 11 </ b> A and the low temperature side cylinder 11 </ b> B are stored in the cylinder case 6 of the Stirling engine 1. The cylinder case 6 is attached to the substrate 5 and the crankcase 8 which are reference bodies. Here, the substrate 5, the cylinder case 6, and the crankcase 8 constitute a housing of the Stirling engine 1. At least the crankcase 8 is made of a conductor such as metal.

基板５は、スターリングエンジン１を構成する高温側ピストン１０Ａや高温側シリンダ１１Ａその他の構成要素の位置基準となる。このように構成することで、前記構成要素の相対的な位置精度を確保できる。また、スターリングエンジン１を排熱回収対象である排気通路等へ取り付けるときの基準として、この基板５を使用することもできる。   The substrate 5 serves as a position reference for the high temperature side piston 10 </ b> A, the high temperature side cylinder 11 </ b> A, and other components that constitute the Stirling engine 1. By comprising in this way, the relative positional accuracy of the said component can be ensured. Further, the substrate 5 can also be used as a reference when the Stirling engine 1 is attached to an exhaust passage or the like that is a target for heat recovery.

高温側シリンダ１１Ａは、高温側の絶縁体（以下高温側絶縁体）１６Ａを介して筺体を構成する基板５とクランクケース８とに挟持され、支持される。また、低温側シリンダ１１Ｂは、クランクケース８側に配置される低温側の絶縁体（以下低温側絶縁体）１６Ｂとクーラー２Ｃ側に配置される低温側絶縁体１６Ｂとによって挟持される。クーラー２Ｃは基板５に取り付けられるので、低温側シリンダ１１Ｂは、低温側絶縁体１６Ｂを介して筺体を構成する基板５とクランクケース８とに挟持され、支持されることになる。このように、本実施形態に係るスターリングエンジン１では、高温側シリンダ１１Ａ及び低温側シリンダ１１Ｂは、スターリングエンジン１の筺体内に配置されるとともに、絶縁体を介して前記筺体内に支持される。   The high temperature side cylinder 11A is sandwiched and supported by the substrate 5 and the crankcase 8 constituting the housing via a high temperature side insulator (hereinafter, high temperature side insulator) 16A. The low temperature side cylinder 11B is sandwiched between a low temperature side insulator (hereinafter referred to as a low temperature side insulator) 16B disposed on the crankcase 8 side and a low temperature side insulator 16B disposed on the cooler 2C side. Since the cooler 2C is attached to the substrate 5, the low temperature side cylinder 11B is sandwiched and supported by the substrate 5 and the crankcase 8 constituting the housing via the low temperature side insulator 16B. As described above, in the Stirling engine 1 according to the present embodiment, the high temperature side cylinder 11A and the low temperature side cylinder 11B are arranged in the housing of the Stirling engine 1 and supported by the housing through the insulator.

高温側ピストン１０Ａの往復運動は、高温側ピストン１０Ａに設けられる高温側伝達部材１２Ａ、高温側コンロッド１３Ａを介して、クランク軸９へ伝達される。また、低温側ピストン１０Ｂの往復運動は、低温側ピストン１０Ｂに設けられる低温側伝達部材１２Ｂ、低温側コンロッド１３Ｂを介して、クランクケース８内に格納されるクランク軸９へ伝達される。ここで、低温側ピストン１０Ｂは、高温側ピストン１０Ａに対して、クランク角で９０°程度の位相差が設けられている。   The reciprocating motion of the high temperature side piston 10A is transmitted to the crankshaft 9 via the high temperature side transmission member 12A and the high temperature side connecting rod 13A provided in the high temperature side piston 10A. The reciprocating motion of the low temperature side piston 10B is transmitted to the crankshaft 9 housed in the crankcase 8 via the low temperature side transmission member 12B and the low temperature side connecting rod 13B provided on the low temperature side piston 10B. Here, the low temperature side piston 10B is provided with a phase difference of about 90 ° in crank angle with respect to the high temperature side piston 10A.

高温側シリンダ１１Ａと低温側シリンダ１１Ｂとを接続する熱交換器２は、ヒータ２Ｈと再生器２Ｒとクーラー２Ｃとで構成される。ヒータ２Ｈの一端は、高温側ヒータ接続部材３によって高温側シリンダ１１Ａに接続され、他端は低温側ヒータ接続部材４によって再生器２Ｒに接続される。再生器２Ｒは、一端がヒータ２Ｈに接続され他端はクーラー２Ｃに接続される。クーラー２Ｃの一端は再生器２Ｒに接続され、他端は低温側シリンダ１１Ｂに接続される。高温側ヒータ接続部材３及び低温側ヒータ接続部材４は、それぞれ基板５に取り付けられる。また、高温側ヒータ接続部材３は、ヒータ２Ｈと高温側シリンダ１１Ａとを接続するとともに、スターリングエンジン１の運転中には内部に高温側ピストン１０Ａが入り込む。すなわち、高温側ヒータ接続部材３は、高温側シリンダの一部を構成する。   The heat exchanger 2 that connects the high temperature side cylinder 11A and the low temperature side cylinder 11B includes a heater 2H, a regenerator 2R, and a cooler 2C. One end of the heater 2H is connected to the high temperature side cylinder 11A by the high temperature side heater connecting member 3, and the other end is connected to the regenerator 2R by the low temperature side heater connecting member 4. The regenerator 2R has one end connected to the heater 2H and the other end connected to the cooler 2C. One end of the cooler 2C is connected to the regenerator 2R, and the other end is connected to the low temperature side cylinder 11B. The high temperature side heater connection member 3 and the low temperature side heater connection member 4 are each attached to the substrate 5. The high temperature side heater connecting member 3 connects the heater 2H and the high temperature side cylinder 11A, and the high temperature side piston 10A enters inside the Stirling engine 1 during operation. That is, the high temperature side heater connecting member 3 constitutes a part of the high temperature side cylinder.

本実施形態に係るスターリングエンジン１は、例えば車両４１において、上述したように、ガソリンエンジンのような内燃機関７０とともに用いられて、内燃機関７０の排ガスＥｘを熱源として駆動される。この場合、スターリングエンジン１のヒータ２Ｈは、車両に搭載される内燃機関の排気通路４２の内部に配置される。そして、内燃機関の排気ガスから回収した熱エネルギにより作動流体が加熱されて、スターリングエンジン１が作動する。   The Stirling engine 1 according to the present embodiment is used, for example, in the vehicle 41 together with the internal combustion engine 70 such as a gasoline engine as described above, and is driven using the exhaust gas Ex of the internal combustion engine 70 as a heat source. In this case, the heater 2H of the Stirling engine 1 is disposed inside the exhaust passage 42 of the internal combustion engine mounted on the vehicle. Then, the working fluid is heated by the heat energy recovered from the exhaust gas of the internal combustion engine, and the Stirling engine 1 is operated.

本実施形態に係るスターリングエンジン１は、排気通路４２の内部にヒータ２Ｈが収容される。このように、このスターリングエンジン１は、車両４１内の限られたスペースに設置されるため、装置全体がコンパクトである方が設置の自由度が増し、好ましい。そのために、このスターリングエンジン１では、高温側及び低温側シリンダ１１Ａ、１１Ｂを、Ｖ字形ではなく、直列に配置した構成を採用している。   In the Stirling engine 1 according to the present embodiment, the heater 2H is accommodated in the exhaust passage 42. Thus, since this Stirling engine 1 is installed in a limited space in the vehicle 41, it is preferable that the entire device is compact because the degree of freedom of installation increases. Therefore, in this Stirling engine 1, the structure which has arrange | positioned the high temperature side and low temperature side cylinder 11A, 11B in series instead of V shape is employ | adopted.

図５−１、図５−２に示すように、高温側ピストン１０Ａと低温側ピストン１０Ｂとは、それぞれ気体軸受ＧＢを介して高温側シリンダ１１Ａと低温側シリンダ１１Ｂ内に浮いた状態で支持されている。すなわち、ピストンリングを使用せず、また潤滑油も使用しないで、ピストン１０をシリンダ１１内で往復運動させる構造である。これによって、ピストン１０とシリンダ１１との摩擦を低減して、スターリングエンジン１の熱効率を向上させることができる。また、ピストン１０とシリンダ１１との摩擦を低減することにより、内燃機関の排熱回収のような低温度差の運転条件下においても、スターリングエンジン１による排熱回収効率の低下を抑制できる。   As shown in FIGS. 5A and 5B, the high temperature side piston 10A and the low temperature side piston 10B are supported in a state of floating in the high temperature side cylinder 11A and the low temperature side cylinder 11B via the gas bearing GB, respectively. ing. That is, the piston 10 is reciprocated in the cylinder 11 without using a piston ring and without using lubricating oil. Thereby, the friction between the piston 10 and the cylinder 11 can be reduced, and the thermal efficiency of the Stirling engine 1 can be improved. Further, by reducing the friction between the piston 10 and the cylinder 11, it is possible to suppress a reduction in exhaust heat recovery efficiency by the Stirling engine 1 even under low temperature difference operation conditions such as exhaust heat recovery of an internal combustion engine.

高温側ピストン１０Ａ、低温側ピストン１０Ｂの往復運動は、それぞれ高温側コンロッド１３Ａ及び低温側コンロッド１３Ｂによってクランク軸９に伝達され、ここで回転運動に変換される。なお、クランクケース８内は、加圧手段により加圧してもよい。これは、高温側及び低温側シリンダ１１Ａ、１１Ｂ、及びヒータ２Ｈ内の作動流体（本実施形態では空気）を加圧して、スターリングエンジン１からより多くの出力を取り出すためである。   The reciprocating motion of the high temperature side piston 10A and the low temperature side piston 10B is transmitted to the crankshaft 9 by the high temperature side connecting rod 13A and the low temperature side connecting rod 13B, respectively, and is converted into rotational motion here. Note that the inside of the crankcase 8 may be pressurized by a pressurizing means. This is because the working fluid (air in this embodiment) in the high temperature side and low temperature side cylinders 11A and 11B and the heater 2H is pressurized to extract more output from the Stirling engine 1.

ここで、高温側及び低温側ピストン１０Ａ、１０Ｂの往復運動は、例えばグラスホッパ機構のような近似直線機構を介して、クランク軸９に伝達してもよい。このようにすれば、高温側及び高温側ピストン１０Ａ、１０Ｂのサイドフォース（ピストンの径方向に向かう力）Ｆをほとんど０にできるので、負荷能力の小さい気体軸受ＧＢを用いても、十分に高温側及び低温側ピストン１０Ａ、１０Ｂを支持することができる。   Here, the reciprocating motion of the high temperature side and low temperature side pistons 10A and 10B may be transmitted to the crankshaft 9 via an approximate linear mechanism such as a grasshopper mechanism. In this way, the side force (force toward the radial direction of the piston) F of the high temperature side and high temperature side pistons 10A and 10B can be made almost zero, so that even if a gas bearing GB having a small load capacity is used, the temperature is sufficiently high. The side and low temperature side pistons 10A, 10B can be supported.

気体軸受ＧＢを形成するにあたり、本実施形態においてはスターリングエンジン１の作動流体に空気を用い、ピストン１０とシリンダ１１との間に前記空気を介在させ、気体軸受ＧＢの機能を発揮させる。なお、シリンダ１１の内面１１Ｉに固体潤滑材を付してもよい。これによって、ピストン１０とシリンダ１１との摺動抵抗をさらに低減させることができる。   In forming the gas bearing GB, in the present embodiment, air is used as the working fluid of the Stirling engine 1 and the air is interposed between the piston 10 and the cylinder 11 to exert the function of the gas bearing GB. A solid lubricant may be attached to the inner surface 11I of the cylinder 11. Thereby, the sliding resistance between the piston 10 and the cylinder 11 can be further reduced.

気体軸受ＧＢを構成するために、ピストン１０とシリンダ１１との間隔ｓは、全周にわたって数十μｍとする（本実施形態では約１０μｍ〜２０μｍ）。本実施形態において、ピストン１０は、作動流体の圧力を受けるピストンの頂部（以下ピストン頂部という）１０Ｔと、シリンダ１１の内面１１Ｉと対向するピストンの側部（以下ピストン側部という）１０Ｓと、ピストンの頂部（以下ピストン頂部という）１０Ｔと対向する位置に設けられるピストン底部１０Ｂｏとで構成される。そして、ピストン頂部１０Ｔと、ピストン側部１０Ｓと、ピストン底部１０Ｂｏとで囲まれる空間（以下ピストン内空間という）１０ＩＮに、気体軸受ＧＢを形成するための空気Ｇが供給される。   In order to configure the gas bearing GB, the interval s between the piston 10 and the cylinder 11 is set to several tens of μm over the entire circumference (about 10 μm to 20 μm in the present embodiment). In the present embodiment, the piston 10 includes a piston top portion (hereinafter referred to as piston top portion) 10T that receives the pressure of the working fluid, a piston side portion (hereinafter referred to as piston side portion) 10S facing the inner surface 11I of the cylinder 11, and a piston. And a piston bottom portion 10Bo provided at a position facing the top portion (hereinafter referred to as piston top portion) 10T. Then, air G for forming the gas bearing GB is supplied to a space (hereinafter referred to as piston inner space) 10IN surrounded by the piston top portion 10T, the piston side portion 10S, and the piston bottom portion 10Bo.

ピストン底部１０Ｂｏには、ピストン内空間１０ＩＮとピストン１０の外部とを連通する気体通路２１が設けられる。気体通路２１には、気体供給配管２２が接続されており、気体供給手段である蓄圧タンク２４から空気が供給される。気体通路２１は、気体供給配管２２と接続されており、気体供給配管２２及び気体通路２１を介して、気体供給手段を構成する蓄圧タンク２４からピストン内空間１０ＩＮへ空気Ｇが供給される。   The piston bottom portion 10Bo is provided with a gas passage 21 that communicates the piston inner space 10IN with the outside of the piston 10. A gas supply pipe 22 is connected to the gas passage 21 and air is supplied from a pressure accumulation tank 24 which is a gas supply means. The gas passage 21 is connected to the gas supply pipe 22, and the air G is supplied from the pressure accumulation tank 24 constituting the gas supply means to the piston inner space 10 IN via the gas supply pipe 22 and the gas passage 21.

図５−１、図５−２に示すように、ピストン側部１０Ｓには、給気口２０が設けられる。給気口２０は、ピストン側部１０Ｓの周方向に向かって複数設けられる。また、給気口２０は、ピストン１０が往復運動する方向と平行な方向に向かって複数設けられる。なお、給気口２０の数や配置位置は、スターリングエンジン１の仕様等によって適宜変更できる。蓄圧タンク２４からピストン内空間１０ＩＮへ供給された空気Ｇは、給気口２０からピストン１０とシリンダ１１との間に流出して、ピストン１０とシリンダ１１との間に気体軸受ＧＢを形成する。   As illustrated in FIGS. 5A and 5B, the piston side portion 10 </ b> S is provided with an air supply port 20. A plurality of air supply ports 20 are provided in the circumferential direction of the piston side portion 10S. A plurality of air supply ports 20 are provided in a direction parallel to the direction in which the piston 10 reciprocates. Note that the number and arrangement positions of the air supply ports 20 can be changed as appropriate according to the specifications of the Stirling engine 1. The air G supplied from the pressure accumulation tank 24 to the piston internal space 10IN flows out between the piston 10 and the cylinder 11 from the air supply port 20, and forms a gas bearing GB between the piston 10 and the cylinder 11.

次に、図４を用いて、気体軸受ＧＢを形成するための空気をピストン１０へ供給する構成を説明する。気体供給手段は、蓄圧タンク２４と、蓄圧タンク２４へ気体を供給する加圧手段であるポンプ２５とを含んで構成される。加圧手段としては、ポンプ２５の他、圧縮機を用いてもよい。本実施形態において、ポンプ２５は、動力断続手段であるクラッチ２６を介して内燃機関７０と接続される。   Next, the structure which supplies the air for forming the gas bearing GB to the piston 10 is demonstrated using FIG. The gas supply means includes a pressure accumulation tank 24 and a pump 25 that is a pressure means for supplying gas to the pressure accumulation tank 24. As the pressurizing means, a compressor other than the pump 25 may be used. In this embodiment, the pump 25 is connected to the internal combustion engine 70 via a clutch 26 that is a power interrupting means.

ここで、気体供給手段は、気体軸受ＧＢを形成するために、ピストン１０とシリンダ１１との間に介在する気体の圧力（静圧）を変更できるものであればよい。すなわち、気体供給手段は、気体軸受ＧＢを形成するため、ピストン内空間１０ＩＮへ供給される気体（本実施形態では空気）の圧力を変更できるものであればよく、本実施形態に係る構成に限定されるものではない。気体供給手段は、例えば、吐出する気体の圧力を変更できる圧縮機やポンプのような加圧手段を用いてもよいし、ポンプのような加圧手段から吐出される気体の圧力を、例えば、圧力調整弁のような圧力調整手段によって変更するように構成してもよい。さらに、蓄圧タンクに蓄えられた気体の圧力を圧力調整弁で調整してから、ピストン内空間１０ＩＮへ供給するようにして、気体供給手段を構成してもよい。   Here, the gas supply means may be any means that can change the pressure (static pressure) of the gas interposed between the piston 10 and the cylinder 11 in order to form the gas bearing GB. That is, the gas supply means may be any device that can change the pressure of the gas (air in the present embodiment) supplied to the piston inner space 10IN in order to form the gas bearing GB, and is limited to the configuration according to the present embodiment. Is not to be done. The gas supply means may use, for example, a pressurizing means such as a compressor or a pump that can change the pressure of the gas to be discharged, or the gas pressure discharged from the pressurizing means such as a pump, for example, You may comprise so that it may change with pressure regulation means like a pressure regulation valve. Further, the gas supply means may be configured such that the pressure of the gas stored in the pressure accumulating tank is adjusted by a pressure adjusting valve and then supplied to the piston inner space 10IN.

クラッチ２６を係合させると、内燃機関７０の出力軸とポンプ２５の入力軸とが連結されて、内燃機関７０によってポンプ２５が駆動される。これによって、蓄圧タンク２４内へ空気が供給されて、蓄圧タンク２４内に蓄えられる空気の圧力が上昇する。また、クラッチ２６を解放すると、内燃機関７０の出力軸とポンプ２５の入力軸との連結が解除されて、ポンプ２５の駆動が停止する。クラッチ２６の動作は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０が備える気体軸受の気体供給制御装置３０によって制御される。   When the clutch 26 is engaged, the output shaft of the internal combustion engine 70 and the input shaft of the pump 25 are connected, and the pump 25 is driven by the internal combustion engine 70. As a result, air is supplied into the pressure accumulating tank 24 and the pressure of the air stored in the pressure accumulating tank 24 increases. When the clutch 26 is released, the connection between the output shaft of the internal combustion engine 70 and the input shaft of the pump 25 is released, and the driving of the pump 25 is stopped. The operation of the clutch 26 is controlled by a gas supply control device 30 of a gas bearing provided in an ECU (Electronic Control Unit) 50.

また、蓄圧タンク２４には、蓄圧タンク２４内に蓄えられる空気の圧力を測定するための圧力センサ２７が取り付けられ、圧力センサ２７によって検出された前記圧力を、気体軸受の気体供給制御装置３０が取得する。気体軸受の気体供給制御装置３０は、圧力センサ２７から取得した蓄圧タンク２４内に蓄えられる空気の圧力に基づき、前記圧力が設定した値になるように、クラッチ２６の動作を制御して、ポンプ２５の運転を制御する。   In addition, a pressure sensor 27 for measuring the pressure of air stored in the pressure accumulation tank 24 is attached to the pressure accumulation tank 24, and the pressure detected by the pressure sensor 27 is supplied to the gas supply control device 30 of the gas bearing. get. The gas supply control device 30 of the gas bearing controls the operation of the clutch 26 so that the pressure becomes a set value based on the pressure of the air stored in the pressure accumulating tank 24 acquired from the pressure sensor 27, and the pump 25 operations are controlled.

蓄圧タンク２４と高温側ピストン１０Ａとは高温側気体供給配管２２Ａで接続されており、また、蓄圧タンク２４と低温側ピストン１０Ｂとは低温側気体供給配管２２Ｂで接続されている。蓄圧タンク２４と高温側ピストン１０Ａとの間には、高温側開閉弁２３Ａが配置され、また、蓄圧タンク２４と低温側ピストン１０Ｂとの間には、低温側開閉弁２３Ｂが配置される。なお、高温側気体供給配管２２Ａと低温側気体供給配管２２Ｂとを特に区別しない場合には、単に気体供給配管２２という。また、高温側開閉弁２３Ａと低温側開閉弁２３Ｂとを特に区別しない場合には、単に開閉弁２３という。   The pressure accumulation tank 24 and the high temperature side piston 10A are connected by a high temperature side gas supply pipe 22A, and the pressure accumulation tank 24 and the low temperature side piston 10B are connected by a low temperature side gas supply pipe 22B. A high temperature side opening / closing valve 23A is disposed between the pressure accumulation tank 24 and the high temperature side piston 10A, and a low temperature side opening / closing valve 23B is disposed between the pressure accumulation tank 24 and the low temperature side piston 10B. The high temperature side gas supply pipe 22 </ b> A and the low temperature side gas supply pipe 22 </ b> B are simply referred to as the gas supply pipe 22 when not particularly distinguished from each other. Further, when the high temperature side on / off valve 23A and the low temperature side on / off valve 23B are not particularly distinguished, they are simply referred to as the on / off valve 23.

高温側及び低温側開閉弁２３Ａ、２３Ｂの動作は、気体軸受の気体供給制御装置３０により制御される。例えば、スターリングエンジン１が停止している場合には、高温側及び低温側開閉弁２３Ａ、２３Ｂを閉じて蓄圧タンク２４内に蓄えられる空気の消費を抑制する。なお、本実施形態では、気体供給配管２２を介してピストン１０へ空気を供給し、ピストン１０とシリンダ１１との間に気体軸受を形成する。この他にも、クランク軸９やコンロッド１３等を中空とし、ピストン１０へ空気を供給してもよい。   The operation of the high temperature side and low temperature side opening / closing valves 23A, 23B is controlled by the gas supply control device 30 of the gas bearing. For example, when the Stirling engine 1 is stopped, the high temperature side and low temperature side on-off valves 23A and 23B are closed to suppress the consumption of air stored in the pressure accumulation tank 24. In the present embodiment, air is supplied to the piston 10 via the gas supply pipe 22, and a gas bearing is formed between the piston 10 and the cylinder 11. In addition, the crankshaft 9 and the connecting rod 13 may be hollow and air may be supplied to the piston 10.

上述したように、蓄圧タンク２４内に蓄えられる空気は、ピストン１０（すなわち高温側ピストン１０Ａ及び低温側ピストン１０Ｂ）内へ供給される。このため、蓄圧タンク２４内に蓄えられる空気の圧力を変更することによって、ピストン１０へ供給される空気の圧力を変更することができる。例えば、ピストン１０へ供給される空気の圧力を現状よりも高くしたい場合、気体軸受の気体供給制御装置３０が、蓄圧タンク２４内に蓄えられる空気の圧力の設定値を要求された値に変更し、この値になるように加圧手段であるポンプ２５を駆動して、蓄圧タンク２４内に蓄えられる空気の圧力を上昇させる。   As described above, the air stored in the pressure accumulation tank 24 is supplied into the piston 10 (that is, the high temperature side piston 10A and the low temperature side piston 10B). For this reason, the pressure of the air supplied to the piston 10 can be changed by changing the pressure of the air stored in the pressure accumulation tank 24. For example, when the pressure of the air supplied to the piston 10 is desired to be higher than the current pressure, the gas supply control device 30 of the gas bearing changes the set value of the air pressure stored in the pressure accumulation tank 24 to the requested value. Then, the pump 25, which is a pressurizing means, is driven to reach this value, and the pressure of the air stored in the pressure accumulating tank 24 is increased.

ピストン１０へ供給される空気の圧力を現状よりも低くしたい場合、気体軸受の気体供給制御装置３０によって制御される圧力解放手段（例えばリリーフ弁）を蓄圧タンク２４に設け、蓄圧タンク２４内に蓄えられる空気の圧力を解放してもよい。しかし、本実施形態においては、スターリングエンジン１の運転中においては、常に気体軸受ＧＢを構成するために蓄圧タンク２４からピストン１０へ気体を供給するので、蓄圧タンク２４内に蓄えられる空気の圧力の設定値を要求される値に変更した上で、要求される圧力まで蓄圧タンク２４内に蓄えられる空気の圧力が低下するまで、蓄圧タンク２４内の空気をピストン１０に供給し続ければよい。   When the pressure of the air supplied to the piston 10 is desired to be lower than the current pressure, pressure release means (for example, a relief valve) controlled by the gas supply control device 30 of the gas bearing is provided in the pressure accumulation tank 24 and stored in the pressure accumulation tank 24. The air pressure generated may be released. However, in the present embodiment, during operation of the Stirling engine 1, gas is always supplied from the pressure accumulation tank 24 to the piston 10 in order to configure the gas bearing GB, so that the pressure of the air stored in the pressure accumulation tank 24 is reduced. After changing the set value to the required value, the air in the pressure accumulation tank 24 may be continuously supplied to the piston 10 until the pressure of the air stored in the pressure accumulation tank 24 is reduced to the required pressure.

また、高温側及び低温側開閉弁２３Ａ、２３Ｂの代わりに、圧力調整機能を有する圧力調節弁を、蓄圧タンク２４と高温側ピストン１０Ａの間及び蓄圧タンク２４と低温側ピストン１０Ｂの間へ配置してもよい。これによって、ピストン１０へ供給される空気の圧力をより精密に制御することができる。また、圧力調節弁でピストン１０へ供給する空気の圧力を調整するようにすれば、加圧手段から供給される空気の圧力を直接調整することもできる。   Further, instead of the high temperature side and low temperature side opening / closing valves 23A and 23B, pressure control valves having a pressure adjustment function are arranged between the pressure accumulation tank 24 and the high temperature side piston 10A and between the pressure accumulation tank 24 and the low temperature side piston 10B. May be. Thereby, the pressure of the air supplied to the piston 10 can be controlled more precisely. Further, if the pressure of the air supplied to the piston 10 is adjusted by the pressure control valve, the pressure of the air supplied from the pressurizing means can be directly adjusted.

本実施形態に係るスターリングエンジン１は、気体軸受ＧＢを介してシリンダ１１内にピストン１０を浮上させ、これを往復運動させる。上述したように、図５−１、図５−２に示すピストン１０とシリンダ１１との間隔ｓは、ピストン１０の全周にわたって約１０μｍ〜２０μｍ程度と極めて小さい。したがって、ピストン１０の変位を計測することによりピストン１０がシリンダ１１内に浮上したか、又はピストン１０とシリンダ１１とが接触したかを判定することは困難である。   The Stirling engine 1 according to this embodiment floats the piston 10 in the cylinder 11 via the gas bearing GB, and reciprocates it. As described above, the interval s between the piston 10 and the cylinder 11 shown in FIGS. 5A and 5B is as small as about 10 μm to 20 μm over the entire circumference of the piston 10. Therefore, it is difficult to determine whether the piston 10 has floated in the cylinder 11 or whether the piston 10 and the cylinder 11 are in contact with each other by measuring the displacement of the piston 10.

このため、本実施形態に係るスターリングエンジン１では、ピストン側部１０Ｓとシリンダ１１の内面１１Ｉとの間に一定の大きさの電位差を与える。そして、ピストン側部１０Ｓとシリンダ１１の内面１１Ｉとの間に電気の導通があった場合には、ピストン側部１０Ｓとシリンダ１１の内面１１Ｉとの間に与えられた一定の大きさの電位差が変化すること、具体的には前記電位差が小さくなることを利用して、ピストン１０の浮上、又はピストン１０とシリンダ１１との接触を判定する。次に、この構成について説明する。   For this reason, in the Stirling engine 1 according to this embodiment, a constant potential difference is applied between the piston side portion 10S and the inner surface 11I of the cylinder 11. When there is electrical continuity between the piston side portion 10S and the inner surface 11I of the cylinder 11, there is a certain potential difference between the piston side portion 10S and the inner surface 11I of the cylinder 11. It is determined that the piston 10 floats or contacts between the piston 10 and the cylinder 11 by utilizing the change, specifically, the decrease in the potential difference. Next, this configuration will be described.

図４に示す、本実施形態に係るスターリングエンジン１は、高温側ピストン１０Ａ、低温側ピストン１０Ｂ、高温側シリンダ１１Ａ及び低温側シリンダ１１Ｂが、いずれも導電体で構成される。導電体としては、例えばアルミニウムや銅、あるいは鉄等の金属材料を用いることができる。これによって、ピストン１０の側部１０Ｓ、及びピストン１０の側部１０Ｓに対向するシリンダ１１の内面１１Ｉは、少なくとも導電体で構成される。   In the Stirling engine 1 according to the present embodiment shown in FIG. 4, the high temperature side piston 10A, the low temperature side piston 10B, the high temperature side cylinder 11A, and the low temperature side cylinder 11B are all made of a conductor. As the conductor, for example, a metal material such as aluminum, copper, or iron can be used. Accordingly, the side portion 10S of the piston 10 and the inner surface 11I of the cylinder 11 that faces the side portion 10S of the piston 10 are made of at least a conductor.

高温側シリンダ１１Ａ及び低温側シリンダ１１Ｂには、それぞれ第１接触判定回路４０Ａ、第２接触判定回路４０Ｂが接続される。本実施形態において、第１接触判定回路４０Ａ及び第２接触判定回路４０Ｂは抵抗と電圧を利用しており、図４に示すように、抵抗１８と電源１９とがシリンダ１１に直列に接続される。   A first contact determination circuit 40A and a second contact determination circuit 40B are connected to the high temperature side cylinder 11A and the low temperature side cylinder 11B, respectively. In the present embodiment, the first contact determination circuit 40A and the second contact determination circuit 40B use resistance and voltage, and the resistor 18 and the power source 19 are connected to the cylinder 11 in series as shown in FIG. .

高温側ピストン１０Ａに取り付けられる高温側伝達部材１２Ａと高温側コンロッド１３Ａとの摺動部には、第１軸受１４Ａが設けられており、第１軸受１４Ａを介して高温側伝達部材１２Ａと高温側コンロッド１３Ａとが連結される。また、高温側コンロッド１３Ａとクランク軸９との摺動部には第２軸受１５Ａが設けられており、第２軸受１５Ａを介して高温側コンロッド１３Ａとクランク軸９とが連結される。   A sliding portion between the high temperature side transmission member 12A and the high temperature side connecting rod 13A attached to the high temperature side piston 10A is provided with a first bearing 14A, and the high temperature side transmission member 12A and the high temperature side via the first bearing 14A. The connecting rod 13A is connected. Further, a second bearing 15A is provided at a sliding portion between the high temperature side connecting rod 13A and the crankshaft 9, and the high temperature side connecting rod 13A and the crankshaft 9 are connected via the second bearing 15A.

低温側ピストン１０Ｂに取り付けられる低温側伝達部材１２Ｂと低温側コンロッド１３Ｂとの摺動部には、第１軸受１４Ｂが設けられており、第１軸受１４Ｂを介して低温側伝達部材１２Ｂと低温側コンロッド１３Ｂとが連結される。また、低温側コンロッド１３Ｂとクランク軸９との摺動部には第２軸受１５Ｂが設けられており、第２軸受１５Ｂを介して低温側コンロッド１３Ｂとクランク軸９とが連結される。   A sliding portion between the low temperature side transmission member 12B and the low temperature side connecting rod 13B attached to the low temperature side piston 10B is provided with a first bearing 14B, and the low temperature side transmission member 12B and the low temperature side via the first bearing 14B. The connecting rod 13B is connected. Moreover, the 2nd bearing 15B is provided in the sliding part of the low temperature side connecting rod 13B and the crankshaft 9, and the low temperature side connecting rod 13B and the crankshaft 9 are connected via the 2nd bearing 15B.

高温側伝達部材１２Ａ、高温側コンロッド１３Ａ、低温側伝達部材１２Ｂ、低温側コンロッド１３Ｂ、クランク軸９、第１軸受１４Ａ、１４Ｂ、第２軸受１５Ａ、１５Ｂ及びクランク軸受７は、いずれも金属等の導電体で構成される。また、上述したように、クランクケース８も金属等の導電体で構成される。そして、クランク軸９は、クランク軸受７を介してクランクケース８へ回転可能に支持される。   The high temperature side transmission member 12A, the high temperature side connecting rod 13A, the low temperature side transmission member 12B, the low temperature side connecting rod 13B, the crankshaft 9, the first bearings 14A and 14B, the second bearings 15A and 15B, and the crank bearing 7 are all made of metal or the like. Consists of a conductor. As described above, the crankcase 8 is also made of a conductor such as metal. The crankshaft 9 is rotatably supported on the crankcase 8 via the crank bearing 7.

このような構成により、高温側及び低温側ピストン１０Ａ、１０Ｂとクランクケース８とは、高温側伝達部材１２Ａ、第１軸受１４Ａ、高温側コンロッド１３Ａ、第２軸受１５Ａ、クランク軸９、クランク軸受７を介して、例えばこれらの金属接触を利用することにより、電気的に接続される。これによって、簡易な構成で確実に高温側及び低温側ピストン１０Ａ、１０Ｂと筺体を構成するクランクケース８との導通を確保することができる。   With such a configuration, the high temperature side and low temperature side pistons 10A and 10B and the crankcase 8 include the high temperature side transmission member 12A, the first bearing 14A, the high temperature side connecting rod 13A, the second bearing 15A, the crankshaft 9, and the crank bearing 7. For example, these metal contacts are used for electrical connection. Accordingly, it is possible to ensure the conduction between the high temperature side and low temperature side pistons 10A and 10B and the crankcase 8 constituting the housing with a simple configuration.

このような構成により、ピストン１０（高温側ピストン１０Ａ及び低温側ピストン１０Ｂ）とシリンダ１１（高温側シリンダ１１Ａ及び低温側シリンダ１１Ｂ）とが接触していない場合、ピストン１０の側部の電位は、シリンダ１１の内面の電位よりも高くなる。電源１９の電圧及び抵抗１８の大きさは一定なので、ピストン１０の側部と、シリンダ１１の内面との間には、一定の電位差が与えられる。   With such a configuration, when the piston 10 (the high temperature side piston 10A and the low temperature side piston 10B) and the cylinder 11 (the high temperature side cylinder 11A and the low temperature side cylinder 11B) are not in contact, the potential of the side portion of the piston 10 is It becomes higher than the potential of the inner surface of the cylinder 11. Since the voltage of the power source 19 and the resistance 18 are constant, a constant potential difference is applied between the side of the piston 10 and the inner surface of the cylinder 11.

図６は、電圧測定点の電圧変化を示す説明図である。ピストン１０とシリンダ１１との浮上又は接触を判定するときには、第１接触判定回路４０Ａ、第２接触判定回路４０Ｂの電圧測定点Ｐｍの電圧を、それぞれ第１電圧測定器１７Ａ、第２電圧測定器１７Ｂで測定する。ここで、第１接触判定回路４０Ａ及び第１電圧測定器１７Ａ、第２接触判定回路４０Ｂ及び第２電圧測定器１７Ｂが、後述する気体軸受の気体供給制御装置３０が備える接触判定部３１（図７参照）とともに、それぞれ高温側、低温側における接触判定手段として機能する。なお、第１電圧測定器１７Ａと第２電圧測定器１７Ｂとを区別する必要がない場合には、単に電圧測定器１７という。   FIG. 6 is an explanatory diagram showing changes in voltage at voltage measurement points. When determining the floating or contact between the piston 10 and the cylinder 11, the voltage at the voltage measurement point Pm of the first contact determination circuit 40A and the second contact determination circuit 40B is set to the first voltage measurement device 17A and the second voltage measurement device, respectively. Measure at 17B. Here, the first contact determination circuit 40A, the first voltage measurement device 17A, the second contact determination circuit 40B, and the second voltage measurement device 17B are provided with a contact determination unit 31 (see FIG. 7) and function as contact determination means on the high temperature side and the low temperature side, respectively. In addition, when it is not necessary to distinguish between the first voltage measuring device 17A and the second voltage measuring device 17B, the voltage measuring device 17 is simply referred to.

ここで、クランクケース８は、アースに接続される。これによって、接触判定手段である第１及び第２電圧測定器１７Ａ、１７Ｂは、筺体を構成するクランクケース８とシリンダ１１の内面との間で、ピストン１０の側周面とシリンダ１１の内面との間の電気の導通を判定する。この構成によれば、クランクケース８とシリンダ１１との電位差を測定すればよいので、ピストン１０のような動作している部材をアースする場合と比較して、簡単かつ容易に構成できるとともに、電圧を安定して測定することができる。ここで、電圧測定点Ｐｍの電圧が、ピストン１０とシリンダとの間の電位差に相当する。   Here, the crankcase 8 is connected to the ground. As a result, the first and second voltage measuring devices 17A and 17B, which are contact determination means, are arranged between the side circumferential surface of the piston 10 and the inner surface of the cylinder 11 between the crankcase 8 constituting the housing and the inner surface of the cylinder 11. The electrical continuity between is determined. According to this configuration, since it is only necessary to measure the potential difference between the crankcase 8 and the cylinder 11, it can be configured easily and easily as compared with the case where the operating member such as the piston 10 is grounded. Can be measured stably. Here, the voltage at the voltage measurement point Pm corresponds to a potential difference between the piston 10 and the cylinder.

ピストン１０がシリンダ１１から浮上している場合、電圧測定点Ｐｍの電圧はＶ１となる。ピストン１０がシリンダ１１に接触すると、電圧測定点Ｐｍの電圧はアースと等しくなるので、０となる。これによって、ピストン１０とシリンダ１１との接触、浮上を確実に判定することができる。   When the piston 10 floats from the cylinder 11, the voltage at the voltage measurement point Pm is V1. When the piston 10 comes into contact with the cylinder 11, the voltage at the voltage measurement point Pm becomes equal to the ground, and thus becomes zero. Thereby, it is possible to reliably determine contact between the piston 10 and the cylinder 11 and floating.

ピストン１０がシリンダ１１から浮上している場合、すなわち、電圧測定点Ｐｍの電圧がＶｆである場合には、ピストン１０がシリンダ１１から完全に浮上しているので、スターリングエンジン１の運転を継続する。ピストン１０とシリンダ１１とが完全に接触すると、電圧測定点Ｐｍの電圧が０になる。あるいは、ピストン１０に供給する空気の圧力を現状よりも高くすることによって、シリンダ１１からピストン１０を浮上させる。これにより、ピストン１０とシリンダ１１との接触を回避して、スターリングエンジン１の運転を継続することができる。   When the piston 10 is levitated from the cylinder 11, that is, when the voltage at the voltage measurement point Pm is Vf, the piston 10 is completely levitated from the cylinder 11, so that the operation of the Stirling engine 1 is continued. . When the piston 10 and the cylinder 11 completely contact, the voltage at the voltage measurement point Pm becomes zero. Alternatively, the piston 10 is lifted from the cylinder 11 by increasing the pressure of the air supplied to the piston 10 from the current level. As a result, contact between the piston 10 and the cylinder 11 can be avoided, and the operation of the Stirling engine 1 can be continued.

ピストン１０に供給する空気の圧力を現状よりも高くしたにもかかわらず、電圧測定点Ｐｍの電圧が０を示し続ける場合には、何らかの原因でピストン１０がシリンダ１１から浮上できなくなったと考えられるので、スターリングエンジン１の運転を中止する。これにより、ピストン１０やシリンダ１１の摩耗の進行を抑制したり、スターリングエンジン１の破損を抑えたりすることができる。   Even if the pressure of the air supplied to the piston 10 is higher than the current pressure, if the voltage at the voltage measurement point Pm continues to indicate 0, it is considered that the piston 10 cannot float from the cylinder 11 for some reason. The operation of the Stirling engine 1 is stopped. Thereby, progress of wear of piston 10 and cylinder 11 can be controlled, or damage to Stirling engine 1 can be controlled.

ピストン１０やシリンダ１１の表面は、完全に平滑ではなく、ある程度の表面粗さを有している。このため、例えば、ピストン１０に供給される空気の圧力が低下した場合、微視的に見た場合にはピストン１０とシリンダ１１との間隔ｓが接近して接触を開始している場合がある。このような場合、電圧測定点Ｐｍの電圧は、０とＶ１との間の電圧を示す。したがって、電圧測定点Ｐｍの電圧が０とＶ１との間の電圧を示す場合、ピストン１０とシリンダ１１とが接触をし始めた状態であると判断できる。本実施形態では、電圧測定点Ｐｍの電圧がＶｃである場合には、ピストン１０とシリンダ１１とが接触し始めたと判定する。ここで０＜Ｖｃ＜Ｖｆであり、Ｖｃを接触判定電圧とする。そして、例えば、ピストン１０に供給する空気の圧力を現状よりも高くすることによって、シリンダ１１からピストン１０を浮上させる。これにより、ピストン１０とシリンダ１１との接触を回避して、スターリングエンジン１の運転を継続することができる。   The surfaces of the piston 10 and the cylinder 11 are not completely smooth and have a certain degree of surface roughness. For this reason, for example, when the pressure of the air supplied to the piston 10 decreases, when viewed microscopically, the interval s between the piston 10 and the cylinder 11 may approach and start contact. . In such a case, the voltage at the voltage measurement point Pm indicates a voltage between 0 and V1. Therefore, when the voltage at the voltage measurement point Pm indicates a voltage between 0 and V1, it can be determined that the piston 10 and the cylinder 11 are in contact with each other. In the present embodiment, when the voltage at the voltage measurement point Pm is Vc, it is determined that the piston 10 and the cylinder 11 have started to contact each other. Here, 0 <Vc <Vf, and Vc is a contact determination voltage. Then, for example, the pressure of the air supplied to the piston 10 is made higher than the current state, so that the piston 10 is levitated from the cylinder 11. As a result, contact between the piston 10 and the cylinder 11 can be avoided, and the operation of the Stirling engine 1 can be continued.

この実施例に係るスターリングエンジン１では、高温側絶縁体１６Ａ及び低温側絶縁体１６Ｂを介して、高温側シリンダ１１Ａ及び低温側シリンダ１１Ｂを筺体内に取り付ける。これによって、簡易な構造で、高温側シリンダ１１Ａ、及び低温側シリンダ１１Ｂ以外の部分に対する電気の導通が防止される。その結果、簡易な構造で、確実にピストン１０とシリンダ１１との導通を検出して、両者の接触、浮上を判定できる。また、高温側シリンダ１１Ａには第１接触判定回路４０Ａを接続し、低温側シリンダ１１Ｂには第２接触判定回路４０Ｂを接続するので、シリンダ毎にピストンの接触、浮上を判定できる。   In the Stirling engine 1 according to this embodiment, the high temperature side cylinder 11A and the low temperature side cylinder 11B are attached to the housing via the high temperature side insulator 16A and the low temperature side insulator 16B. Accordingly, electrical conduction to portions other than the high temperature side cylinder 11A and the low temperature side cylinder 11B is prevented with a simple structure. As a result, with a simple structure, it is possible to reliably detect continuity between the piston 10 and the cylinder 11 and determine the contact and levitation of both. Further, since the first contact determination circuit 40A is connected to the high temperature side cylinder 11A and the second contact determination circuit 40B is connected to the low temperature side cylinder 11B, it is possible to determine the piston contact and floating for each cylinder.

ここで、高温側シリンダ１１Ａは高温側絶縁体１６Ａを介して、低温側シリンダ１１Ｂは低温側絶縁体１６Ｂを介してスターリングエンジン１の筺体に取り付けられる。このとき、高温側及び低温側絶縁体１６Ａ、１６Ｂには、断熱材又は作動流体のシール材の少なくとも一方の機能を兼用させてもよい。このようにすれば、断熱材やシール材を別個に用意する必要はないので、スターリングエンジン１の構成を簡略化できるとともに、製造コストを低減できる。高温側及び低温側絶縁体１６Ａ、１６Ｂとしては、例えば、ゴムや樹脂等の材料や、非導電体のガスケット等を用いることができる。ここで、高温側絶縁体１６Ａは、より耐熱性に優れる材料を用いることが好ましい。   Here, the high temperature side cylinder 11A is attached to the casing of the Stirling engine 1 via the high temperature side insulator 16A, and the low temperature side cylinder 11B is attached via the low temperature side insulator 16B. At this time, the high-temperature side and low-temperature side insulators 16A and 16B may also function as at least one of a heat insulating material or a working fluid sealing material. In this way, it is not necessary to separately prepare a heat insulating material and a sealing material, so that the configuration of the Stirling engine 1 can be simplified and the manufacturing cost can be reduced. As the high temperature side and low temperature side insulators 16A and 16B, for example, a material such as rubber or resin, a non-conductive gasket, or the like can be used. Here, it is preferable to use a material having higher heat resistance for the high temperature side insulator 16A.

この実施例に係るスターリングエンジン１は、筺体とは別の構造体として高温側シリンダ１１Ａ及び低温側シリンダ１１Ｂを用意し、高温側シリンダ１１Ａ及び低温側シリンダ１１Ｂを筺体内に取り付ける。これによって、高温側及び低温側シリンダ１１Ａ、１１Ｂの組み付け精度を高くすることができるので、ピストン１０とシリンダ１１との間に形成される気体軸受用の微小な間隔ｓ（図５−１、図５−２）を、確実に設定することができる。   In the Stirling engine 1 according to this embodiment, a high temperature side cylinder 11A and a low temperature side cylinder 11B are prepared as structures different from the housing, and the high temperature side cylinder 11A and the low temperature side cylinder 11B are attached to the housing. As a result, the assembly accuracy of the high-temperature side and low-temperature side cylinders 11A and 11B can be increased, so that the minute interval s for the gas bearing formed between the piston 10 and the cylinder 11 (FIGS. 5A and 5B). 5-2) can be set reliably.

そして、このスターリングエンジン１では、筺体とは別の構造体として高温側シリンダ１１Ａ及び低温側シリンダ１１Ｂを用意するので、筺体とシリンダとを絶縁するためには、高温側シリンダ１１Ａ及び低温側シリンダ１１Ｂと筺体との間に高温側及び低温側絶縁体１６Ａ、１６Ｂを配置するだけでよい。これによって、筺体とシリンダとを絶縁するための新たな構成が不要になる。その結果、クランクケース８等の加工や設計変更等が不要になるか、加工等が必要である場合でも簡易な加工等で済む。次に、本実施形態に係る気体軸受の気体供給制御を実行する気体軸受の気体供給制御について説明する。   In the Stirling engine 1, the high temperature side cylinder 11A and the low temperature side cylinder 11B are prepared as separate structures from the housing, and therefore the high temperature side cylinder 11A and the low temperature side cylinder 11B are used to insulate the housing from the cylinder. It is only necessary to arrange the high temperature side and low temperature side insulators 16A and 16B between the housing and the housing. This eliminates the need for a new configuration for insulating the housing from the cylinder. As a result, processing of the crankcase 8 or the like, design change, or the like is not necessary, or simple processing or the like is sufficient even when processing or the like is necessary. Next, the gas supply control of the gas bearing which performs the gas supply control of the gas bearing which concerns on this embodiment is demonstrated.

図７は、本実施形態に係る気体軸受の気体供給制御装置の構成を示す説明図である。図７に示すように、本実施形態に係る気体軸受の気体供給制御装置（以下気体供給制御装置という）３０は、ＥＣＵ５０に組み込まれて構成されている。ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算装置）５０ｐと、記憶部５０ｍと、入力ポート５５、出力ポート５６と、入力インターフェース５７、出力インターフェース５８とから構成される。   FIG. 7 is an explanatory diagram showing the configuration of the gas supply control device for the gas bearing according to the present embodiment. As shown in FIG. 7, a gas supply control device (hereinafter referred to as a gas supply control device) 30 for a gas bearing according to the present embodiment is built into an ECU 50. The ECU 50 includes a CPU (Central Processing Unit) 50p, a storage unit 50m, an input port 55, an output port 56, an input interface 57, and an output interface 58.

なお、ＥＣＵ５０とは別個に、本実施形態に係る気体供給制御装置３０を用意し、これをＥＣＵ５０に接続してもよい。そして、本実施形態に係る気体軸受の気体供給制御を実現するにあたっては、ＥＣＵ５０が備える、スターリングエンジン１００等に対する制御機能を、前記気体供給制御装置３０が利用できるように構成してもよい。   In addition, separately from ECU50, the gas supply control apparatus 30 which concerns on this embodiment may be prepared, and this may be connected to ECU50. And in implement | achieving the gas supply control of the gas bearing which concerns on this embodiment, you may comprise so that the said gas supply control apparatus 30 can utilize the control function with respect to the Stirling engine 100 grade | etc. With which ECU50 is provided.

気体供給制御装置３０は、接触判定部３１と、圧力制御部３２とを含んで構成される。これらが、本実施形態に係る気体軸受の気体供給制御を実行する部分となる。本実施形態において、気体供給制御装置３０は、ＥＣＵ５０を構成するＣＰＵ５０ｐの一部として構成される。また、ＣＰＵ５０ｐには、総合制御部５３ｈが備えられており、これによって内燃機関７０の運転等を制御する。   The gas supply control device 30 includes a contact determination unit 31 and a pressure control unit 32. These are the parts that execute the gas supply control of the gas bearing according to the present embodiment. In the present embodiment, the gas supply control device 30 is configured as a part of the CPU 50 p that constitutes the ECU 50. Further, the CPU 50p is provided with a general control unit 53h, which controls the operation of the internal combustion engine 70 and the like.

ＣＰＵ５０ｐと記憶部５０ｍとは、バス５４3を介して接続される。また、気体供給制御装置３０と総合制御部５３ｈとは、入力ポート５５、バス５４1、出力ポート５６、バス５４3を介して接続される。これにより、気体供給制御装置３０を構成する接触判定部３１と、圧力制御部３２とは、相互に制御データをやり取りしたり、一方に命令を出したりできるように構成される。また、気体供給制御装置３０は、ＥＣＵ５０が有する内燃機関７０やスターリングエンジン１等の運転制御データを取得し、これを利用することができる。さらに、気体供給制御装置３０は、本実施形態に係る気体軸受の気体供給制御を、ＥＣＵ５０が予め備えている運転制御ルーチンに割り込ませたりすることができる。 The storage unit 50 m CPU 50p, are connected via a bus 54 3. Further, the total control unit 53h and the gas supply controller 30, an input port 55, the bus 54 1, the output port 56 are connected via a bus 54 3. Thereby, the contact determination part 31 and the pressure control part 32 which comprise the gas supply control apparatus 30 are comprised so that a control data can be mutually exchanged and a command can be issued to one side. In addition, the gas supply control device 30 can acquire operation control data of the internal combustion engine 70, the Stirling engine 1 and the like that the ECU 50 has and can use them. Furthermore, the gas supply control device 30 can interrupt the gas supply control of the gas bearing according to the present embodiment into an operation control routine provided in advance in the ECU 50.

入力ポート５５には、入力インターフェース５７が接続されている。入力インターフェース５７には、電圧測定器１７、圧力センサ２７、排ガス温度センサ２８その他の、気体軸受の気体供給制御に必要な情報を取得する情報検出手段が接続されている。これらの情報検出手段から出力される信号は、入力インターフェース５７内のＡ／Ｄコンバータ５７ａやディジタル入力バッファ５７ｄにより、ＣＰＵ５０ｐが利用できる信号に変換されて入力ポート５５へ送られる。これにより、ＣＰＵ５０ｐは、内燃機関７０の運転制御や、気体軸受の気体供給制御に必要な情報を取得することができる。   An input interface 57 is connected to the input port 55. The input interface 57 is connected to information detection means for acquiring information necessary for gas supply control of the gas bearing, such as the voltage measuring device 17, the pressure sensor 27, the exhaust gas temperature sensor 28, and the like. Signals output from these information detection means are converted into signals that can be used by the CPU 50 p by the A / D converter 57 a and the digital input buffer 57 d in the input interface 57 and sent to the input port 55. Thereby, CPU50p can acquire information required for operation control of internal-combustion engine 70, and gas supply control of a gas bearing.

出力ポート５６には、出力インターフェース５８が接続されている。出力インターフェース５８には、クラッチ２６、開閉弁２３等の、気体軸受の気体供給制御に必要な制御対象が接続されている。出力インターフェース５８は、制御回路５８1、５８2等を備えており、ＣＰＵ５０ｐで演算され、生成された制御信号に基づき、前記制御対象を動作させる。このような構成により、ＥＣＵ５０のＣＰＵ５０ｐは、前記センサ類からの出力信号に基づき、内燃機関７０、スターリングエンジン１等を制御することができる。 An output interface 58 is connected to the output port 56. Control objects required for gas supply control of the gas bearing, such as the clutch 26 and the on-off valve 23, are connected to the output interface 58. The output interface 58 includes control circuits 58 1 , 58 2 and the like, and operates the control target based on a control signal calculated and generated by the CPU 50p. With such a configuration, the CPU 50p of the ECU 50 can control the internal combustion engine 70, the Stirling engine 1 and the like based on output signals from the sensors.

記憶部５０ｍには、本実施形態に係る気体軸受の気体供給制御の処理手順を含むコンピュータプログラムや制御マップ、あるいは本実施形態に係る気体軸受の気体供給制御に用いる制御データマップ等が格納されている。ここで、記憶部５０ｍは、ＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性のメモリ、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ、あるいはこれらの組み合わせにより構成することができる。   The storage unit 50m stores a computer program and a control map including processing procedures for gas supply control of the gas bearing according to the present embodiment, or a control data map used for gas supply control of the gas bearing according to the present embodiment. Yes. Here, the storage unit 50m can be configured by a volatile memory such as a RAM (Random Access Memory), a nonvolatile memory such as a flash memory, or a combination thereof.

上記コンピュータプログラムは、ＣＰＵ５０ｐへ既に記録されているコンピュータプログラムと組み合わせによって、本実施形態に係る気体軸受の気体供給制御の処理手順を実現できるものであってもよい。また、この気体供給制御装置３０は、前記コンピュータプログラムの代わりに専用のハードウェアを用いて、接触判定部３１及び圧力制御部３２との機能を実現するものであってもよい。次に、本実施形態に係る気体軸受の気体供給制御の例を説明する。次の説明では、適宜図４〜図７を参照されたい。   The computer program may be capable of realizing the gas supply control processing procedure of the gas bearing according to the present embodiment in combination with the computer program already recorded in the CPU 50p. Moreover, this gas supply control apparatus 30 may implement | achieve the function with the contact determination part 31 and the pressure control part 32 using a dedicated hardware instead of the said computer program. Next, an example of gas supply control of the gas bearing according to the present embodiment will be described. In the following description, please refer to FIGS.

（第１制御例）
図８は、本実施形態に係る空気軸受の気体供給制御における第１制御例の手順を示すフローチャートである。図９は、本実施形態に係る空気軸受の気体供給制御における第１制御例を実行した場合の電圧変化、気体軸受の圧力変化を示す概念図である。本制御例は、ピストン１０とシリンダ１１とが接触した場合には、気体軸受ＧＢの静圧を増加させ、ピストン１０とシリンダ１１とが接触していない場合には、気体軸受ＧＢの静圧を減少させる点に特徴がある。 (First control example)
FIG. 8 is a flowchart showing a procedure of a first control example in the gas supply control of the air bearing according to the present embodiment. FIG. 9 is a conceptual diagram showing a voltage change and a pressure change of the gas bearing when the first control example in the gas supply control of the air bearing according to the present embodiment is executed. This control example increases the static pressure of the gas bearing GB when the piston 10 and the cylinder 11 contact each other, and increases the static pressure of the gas bearing GB when the piston 10 and the cylinder 11 do not contact each other. It is characterized in that it is reduced.

本制御例では、ステップＳ１０１において、気体供給制御装置３０の接触判定部３１が、電圧測定器１７によって測定された電圧測定点Ｐｍにおける現在の電圧Ｖを取得する。次に、ステップＳ１０２において、接触判定部３１は、取得した電圧Ｖが、接触判定電圧Ｖｃよりも小さいか否かを判定する。ステップＳ１０２でＹｅｓと判定された場合、すなわち、接触判定部がＶ＜Ｖｃであると判定した場合（図９の時間ｔ1、ｔ2、ｔ3）、ピストン１０とシリンダ１１との接触が発生したと考えられる。したがって、ステップＳ１０３において、気体供給制御装置３０の圧力制御部３２は、図５−１や図５−２に示すピストン１０とシリンダ１１との間に形成される気体軸受ＧＢの静圧（以下気体軸受静圧という）Ｐｓを増加させる。これによって、ピストン１０とシリンダ１１との接触を回避する。 In this control example, in step S <b> 101, the contact determination unit 31 of the gas supply control device 30 acquires the current voltage V at the voltage measurement point Pm measured by the voltage measuring device 17. Next, in step S102, the contact determination unit 31 determines whether or not the acquired voltage V is smaller than the contact determination voltage Vc. If it is determined Yes in step S102, i.e., (time t 1, t 2, t 3 in FIG. 9) when the contact determination unit determines that a V <Vc, contact between the piston 10 and the cylinder 11 occurs It is thought that. Therefore, in step S103, the pressure control unit 32 of the gas supply control device 30 determines the static pressure (hereinafter referred to as gas) of the gas bearing GB formed between the piston 10 and the cylinder 11 shown in FIGS. Ps) (called bearing static pressure) is increased. This avoids contact between the piston 10 and the cylinder 11.

ここで、気体軸受静圧Ｐｓは、図４や図５−２に示すピストン１０に供給される空気の圧力とほぼ等しいため、気体軸受静圧Ｐｓを増加させるためには、前記ピストン１０に供給される空気の圧力を増加すればよい。本実施形態では、蓄圧タンク２４内に蓄えられる空気の圧力（以下蓄圧タンク内圧力）Ｐｔを増加させる。このためには、例えば、圧力制御部３２が、蓄圧タンク内圧力Ｐｔの現状における設定値Ｐｔ＿ｓに、タンク内圧力増加分ΔＰｔを加算し、蓄圧タンク内圧力がＰｔ＿ｓ＋ΔＰｔになるように、ポンプ２５を駆動する。ポンプ２５の駆動にあたっては、クラッチ２６を係合する。   Here, since the gas bearing static pressure Ps is substantially equal to the pressure of the air supplied to the piston 10 shown in FIG. 4 or FIG. 5-2, the gas bearing static pressure Ps is supplied to the piston 10 in order to increase the gas bearing static pressure Ps. What is necessary is just to increase the air pressure. In the present embodiment, the pressure of air stored in the pressure accumulation tank 24 (hereinafter referred to as pressure in the pressure accumulation tank) Pt is increased. For this purpose, for example, the pressure control unit 32 adds the tank internal pressure increase ΔPt to the current set value Pt_s of the pressure accumulation tank pressure Pt, and the pump 25 is set so that the pressure accumulation tank internal pressure becomes Pt_s + ΔPt. To drive. In driving the pump 25, the clutch 26 is engaged.

ステップＳ１０２でＮｏと判定された場合、すなわち、接触判定部３１がＶ≧Ｖｃであると判定した場合、ピストン１０とシリンダ１１とは非接触状態である。したがって、気体軸受静圧Ｐｓを現状より低減しても、ピストン１０とシリンダ１１との非接触状態を維持できる可能性がある。この場合、ステップＳ１０４において、圧力制御部３２は、気体軸受静圧Ｐｓを現状よりも低減する。これによって、図５−１等に示す気体軸受ＧＢを形成するためにピストン１０へ供給する空気の量を低減できる。その結果、気体軸受ＧＢを形成するために要する動力、本実施形態ではピストン１０へ供給する空気を供給するポンプ２５を駆動する動力を低減でき、気体軸受ＧＢを形成するための動力供給手段、本実施形態では内燃機関７０の燃料消費を抑制できる。   When it determines with No by step S102, ie, when the contact determination part 31 determines with it being V> = Vc, the piston 10 and the cylinder 11 are a non-contact state. Therefore, there is a possibility that the non-contact state between the piston 10 and the cylinder 11 can be maintained even when the gas bearing static pressure Ps is reduced from the current level. In this case, in step S104, the pressure control unit 32 reduces the gas bearing static pressure Ps from the current level. Accordingly, the amount of air supplied to the piston 10 to form the gas bearing GB shown in FIG. As a result, the power required to form the gas bearing GB, that is, the power to drive the pump 25 that supplies the air supplied to the piston 10 in this embodiment can be reduced, and the power supply means for forming the gas bearing GB In the embodiment, the fuel consumption of the internal combustion engine 70 can be suppressed.

このように、第１制御例では、電圧測定点Ｐｍにおける電圧Ｖ、すなわちピストン１０とシリンダ１１との電位差に基づき、ピストン１０とシリンダ１１とが接触した場合には、気体軸受静圧Ｐｓを増加させる。一方、ピストン１０とシリンダ１１とが接触していない場合には、気体軸受静圧Ｐｓを減少させる。これによって、気体軸受ＧＢを形成するために要する動力を低減できるので、気体軸受ＧＢを形成するための動力供給手段の燃料消費を抑制できる。   Thus, in the first control example, the gas bearing static pressure Ps is increased when the piston 10 and the cylinder 11 are in contact with each other based on the voltage V at the voltage measurement point Pm, that is, the potential difference between the piston 10 and the cylinder 11. Let On the other hand, when the piston 10 and the cylinder 11 are not in contact with each other, the gas bearing static pressure Ps is decreased. As a result, the power required to form the gas bearing GB can be reduced, so that the fuel consumption of the power supply means for forming the gas bearing GB can be suppressed.

（第２制御例）
図１０は、本実施形態に係る空気軸受の気体供給制御における第２制御例の手順を示すフローチャートである。図１１は、本実施形態に係る空気軸受の気体供給制御における第２制御例に用いる制御マップの一例を示す概念図である。本制御例は、ピストン１０とシリンダ１１との電位差に基づいて、少なくとも、ピストン１０とシリンダ１１とが接触した場合における気体軸受ＧＢの静圧の増加量を変更する点に特徴がある。 (Second control example)
FIG. 10 is a flowchart showing a procedure of a second control example in the gas supply control of the air bearing according to the present embodiment. FIG. 11 is a conceptual diagram showing an example of a control map used in the second control example in the gas supply control of the air bearing according to the present embodiment. This control example is characterized in that, based on the potential difference between the piston 10 and the cylinder 11, at least the amount of increase in the static pressure of the gas bearing GB when the piston 10 and the cylinder 11 are in contact with each other is changed.

本制御例では、ステップＳ２０１において、接触判定部３１が、電圧測定器１７によって測定された電圧測定点Ｐｍにおける現在の電圧Ｖを取得する。次に、ステップＳ２０２において、接触判定部３１は、取得した電圧Ｖが、接触判定電圧Ｖｃよりも小さいか否かを判定する。ステップＳ２０２でＹｅｓと判定された場合、すなわち、接触判定部がＶ＜Ｖｃであると判定した場合、ピストン１０とシリンダ１１との接触が発生したと考えられる。したがって、ステップＳ２０３において、圧力制御部３２は、気体軸受静圧Ｐｓを増加させる。これによって、ピストン１０とシリンダ１１との接触を回避する。   In this control example, in step S201, the contact determination unit 31 acquires the current voltage V at the voltage measurement point Pm measured by the voltage measuring device 17. Next, in step S202, the contact determination unit 31 determines whether or not the acquired voltage V is smaller than the contact determination voltage Vc. When it is determined Yes in step S202, that is, when the contact determination unit determines that V <Vc, it is considered that contact between the piston 10 and the cylinder 11 has occurred. Accordingly, in step S203, the pressure control unit 32 increases the gas bearing static pressure Ps. This avoids contact between the piston 10 and the cylinder 11.

ステップＳ２０３において気体軸受静圧Ｐｓを増加させるにあたり、本制御例では、ピストン１０とシリンダ１１との電位差に基づいて、気体軸受静圧Ｐｓの変化分（以下静圧変化分という）ΔＰｓを変更する。気体軸受静圧Ｐｓを静圧変化分ΔＰｓだけ増加させた場合の気体軸受静圧は、Ｐｓ＋ΔＰｓとなる。ここで、ピストン１０とシリンダ１１との電位差は、電圧測定器１７によって測定される電圧測定点Ｐｍにおける電圧Ｖである。本実施形態に係るスターリングエンジン１の構成では、ピストン１０とシリンダ１１とが接触する程度が大きくなると、前記電圧Ｖが減少、すなわち、ピストン１０とシリンダ１１との電位差が小さくなる。   In increasing the gas bearing static pressure Ps in step S203, in this control example, a change amount (hereinafter referred to as a static pressure change) ΔPs of the gas bearing static pressure Ps is changed based on a potential difference between the piston 10 and the cylinder 11. . The gas bearing static pressure when the gas bearing static pressure Ps is increased by the static pressure change ΔPs is Ps + ΔPs. Here, the potential difference between the piston 10 and the cylinder 11 is the voltage V at the voltage measurement point Pm measured by the voltage measuring device 17. In the configuration of the Stirling engine 1 according to this embodiment, when the degree of contact between the piston 10 and the cylinder 11 increases, the voltage V decreases, that is, the potential difference between the piston 10 and the cylinder 11 decreases.

ピストン１０とシリンダ１１との電位差が小さくなるにしたがって、ピストン１０とシリンダ１１とが接触する程度は大きくなるので、気体軸受静圧Ｐｓを大きくして、迅速かつ確実にピストン１０とシリンダ１１との接触を回避する。一方、ピストン１０とシリンダ１１との電位差が大きくなると、ピストン１０とシリンダ１１とが接触する程度は小さくなるので、気体軸受静圧Ｐｓを無闇に大きくすると、気体軸受ＧＢを形成するために供給する空気を無駄に消費することになる。この場合には、気体軸受静圧Ｐｓを増加させるが、ピストン１０とシリンダ１１とが接触する程度が大きい場合と比較して、気体軸受静圧Ｐｓの増加分は小さくなる。   As the potential difference between the piston 10 and the cylinder 11 becomes smaller, the degree of contact between the piston 10 and the cylinder 11 becomes larger. Therefore, the gas bearing static pressure Ps is increased, and the piston 10 and the cylinder 11 can be quickly and reliably increased. Avoid contact. On the other hand, when the potential difference between the piston 10 and the cylinder 11 is increased, the degree of contact between the piston 10 and the cylinder 11 is decreased. Therefore, when the gas bearing static pressure Ps is increased unnecessarily, it is supplied to form the gas bearing GB. Air is wasted. In this case, although the gas bearing static pressure Ps is increased, the increase in the gas bearing static pressure Ps is small as compared with the case where the degree of contact between the piston 10 and the cylinder 11 is large.

本制御例では、図１１に示す気体軸受静圧変更用マップ６０にしたがって、気体軸受静圧Ｐｓを増加させる。気体軸受静圧変更用マップ６０は、電圧測定点Ｐｍにおける電圧Ｖが小さくなるにしたがって、静圧変化分ΔＰｓを増加させる。なお、気体軸受静圧変更用マップ６０のＶｆは、ピストン１０とシリンダ１１とが完全に非接触状態における電圧であり、図６のＶｆである。また、気体軸受静圧変更用マップ６０は、図７に示すＥＣＵ５０の記憶部５０ｍに格納されている。   In this control example, the gas bearing static pressure Ps is increased according to the gas bearing static pressure change map 60 shown in FIG. The gas bearing static pressure change map 60 increases the static pressure change ΔPs as the voltage V at the voltage measurement point Pm decreases. Note that Vf of the gas bearing static pressure change map 60 is a voltage when the piston 10 and the cylinder 11 are completely in a non-contact state, and is Vf in FIG. 6. The gas bearing static pressure changing map 60 is stored in the storage unit 50m of the ECU 50 shown in FIG.

ステップＳ２０３において、圧力制御部３２は、ステップＳ２０１で取得した電圧測定点Ｐｍにおける電圧Ｖを、図１１の気体軸受静圧変更用マップ６０に与え、対応する静圧変化分ΔＰｓを取得する。そして、現在の気体軸受静圧Ｐｓ＿ｉに、取得した静圧変化分ΔＰｓを加算した値（Ｐｓ＿ｉ＋ΔＰｓ）を、目標気体軸受静圧Ｐｓ＿ｓとする。圧力制御部３２は、目標気体軸受静圧Ｐｓ＿ｓとなるように蓄圧タンク内圧力を設定し、蓄圧タンク内圧力が設定した圧力になるように、ポンプ２５を駆動する。   In step S203, the pressure control unit 32 gives the voltage V at the voltage measurement point Pm acquired in step S201 to the gas bearing static pressure change map 60 of FIG. 11, and acquires the corresponding static pressure change ΔPs. Then, a value (Ps_i + ΔPs) obtained by adding the acquired static pressure change ΔPs to the current gas bearing static pressure Ps_i is set as a target gas bearing static pressure Ps_s. The pressure control unit 32 sets the pressure in the pressure accumulation tank so as to be the target gas bearing static pressure Ps_s, and drives the pump 25 so that the pressure in the pressure accumulation tank becomes the set pressure.

ステップＳ２０２でＮｏと判定された場合、すなわち、接触判定部３１がＶ≧Ｖｃであると判定した場合、ピストン１０とシリンダ１１とは非接触状態である。したがって、気体軸受静圧Ｐｓを現状より低減しても、ピストン１０とシリンダ１１との非接触状態を維持できる可能性がある。この場合、ステップＳ２０４において、圧力制御部３２は、気体軸受静圧Ｐｓを現状よりも低減する。この場合、圧力制御部３２は、現在の気体軸受静圧Ｐｓ＿ｉから、所定の静圧減少分αを減算した値（Ｐｓ＿ｉ−α）を、目標気体軸受静圧Ｐｓ＿ｓとする。ここで、静圧減少分αは、実験や解析等に応じて予め定められた定数である。   When it determines with No by step S202, ie, when the contact determination part 31 determines with it being V> = Vc, the piston 10 and the cylinder 11 are a non-contact state. Therefore, there is a possibility that the non-contact state between the piston 10 and the cylinder 11 can be maintained even when the gas bearing static pressure Ps is reduced from the current level. In this case, in step S204, the pressure control unit 32 reduces the gas bearing static pressure Ps from the current level. In this case, the pressure control unit 32 sets a value (Ps_i−α) obtained by subtracting a predetermined static pressure decrease α from the current gas bearing static pressure Ps_i as the target gas bearing static pressure Ps_s. Here, the static pressure decrease α is a constant determined in advance according to experiments, analysis, and the like.

ステップＳ２０４において、気体軸受静圧Ｐｓを現状よりも低減する場合、ステップＳ２０３において気体軸受静圧Ｐｓを増加させる場合と同様に、ピストン１０とシリンダ１１との電位差に基づいて、静圧変化分ΔＰｓを変更してもよい。この場合、例えば、圧力制御部３２は、ステップＳ２０１で取得した電圧測定点Ｐｍにおける電圧Ｖを、図１１の気体軸受静圧変更用マップ６０に与え、対応する静圧変化分ΔＰｓを取得する。そして、現在の気体軸受静圧Ｐｓ＿ｉから、取得した静圧変化分ΔＰｓを減算した値（Ｐｓ＿ｉ−ΔＰｓ）を、目標気体軸受静圧Ｐｓ＿ｓとする。   In step S204, when the gas bearing static pressure Ps is reduced from the current level, the static pressure change ΔPs is based on the potential difference between the piston 10 and the cylinder 11 as in the case where the gas bearing static pressure Ps is increased in step S203. May be changed. In this case, for example, the pressure control unit 32 gives the voltage V at the voltage measurement point Pm acquired in step S201 to the gas bearing static pressure change map 60 of FIG. 11, and acquires the corresponding static pressure change ΔPs. Then, a value (Ps_i−ΔPs) obtained by subtracting the acquired static pressure change ΔPs from the current gas bearing static pressure Ps_i is set as the target gas bearing static pressure Ps_s.

このようにすれば、ピストン１０とシリンダ１１との接触状態に応じて気体軸受静圧を制御できるので、ピストン１０とシリンダ１１との接触回避、供給する空気量の抑制により効果的である。なお、ピストン１０とシリンダ１１との電位差に基づいて、気体軸受静圧Ｐｓを現状よりも低減させる場合、図１１に示す気体軸受静圧変更用マップ６０を用いてもよいし、気体軸受静圧Ｐｓの低減に用いる制御マップを別個に用意してもよい。   In this way, since the static pressure of the gas bearing can be controlled according to the contact state between the piston 10 and the cylinder 11, it is more effective in avoiding the contact between the piston 10 and the cylinder 11 and suppressing the amount of air supplied. When the gas bearing static pressure Ps is reduced from the current level based on the potential difference between the piston 10 and the cylinder 11, the gas bearing static pressure changing map 60 shown in FIG. 11 may be used, or the gas bearing static pressure may be used. A control map used for reducing Ps may be prepared separately.

このように、第２制御例では、電圧測定点Ｐｍにおける電圧Ｖ、すなわちピストン１０とシリンダ１１との電位差に基づき、少なくとも、ピストン１０とシリンダ１１とが接触した場合における気体軸受ＧＢの静圧の増加量を変更する。これによって、ピストン１０とシリンダ１１との接触状態を考慮するので、より迅速にピストン１０とシリンダ１１との接触を回避できる。また、ピストン１０とシリンダ１１との接触状態を考慮して、気体軸受ＧＢを形成するために必要な空気量を変更する。これによって、空気量を変更する精度が向上するので、より効果的に気体軸受ＧＢを形成するために必要な空気量を抑制できる。   Thus, in the second control example, based on the voltage V at the voltage measurement point Pm, that is, the potential difference between the piston 10 and the cylinder 11, at least the static pressure of the gas bearing GB when the piston 10 and the cylinder 11 are in contact with each other. Change the amount of increase. Accordingly, since the contact state between the piston 10 and the cylinder 11 is taken into consideration, the contact between the piston 10 and the cylinder 11 can be avoided more quickly. In addition, in consideration of the contact state between the piston 10 and the cylinder 11, the amount of air necessary for forming the gas bearing GB is changed. Thereby, since the precision which changes air quantity improves, the air quantity required in order to form gas bearing GB more effectively can be controlled.

（第３制御例）
図１２は、本実施形態に係る空気軸受の気体供給制御における第３制御例の手順を示すフローチャートである。図１３は、本実施形態に係る空気軸受の気体供給制御における第３制御例に用いる気体供給制御装置の構成を示す概念図である。図１４は、本実施形態に係る空気軸受の気体供給制御における第３制御例で用いるスターリングエンジンの負荷推定マップを示す概念図である。図１５−１、図１５−２は、本実施形態に係る空気軸受の気体供給制御における第３制御例に用いる制御マップの一例を示す概念図である。 (Third control example)
FIG. 12 is a flowchart illustrating a procedure of a third control example in the gas supply control of the air bearing according to the present embodiment. FIG. 13 is a conceptual diagram showing a configuration of a gas supply control device used in a third control example in the gas supply control of the air bearing according to the present embodiment. FIG. 14 is a conceptual diagram showing a load estimation map of the Stirling engine used in the third control example in the gas supply control of the air bearing according to the present embodiment. FIGS. 15A and 15B are conceptual diagrams illustrating an example of a control map used in the third control example in the gas supply control of the air bearing according to the present embodiment.

図１３に示すように、第３制御例に用いる気体供給制御装置３０ａは、図７を用いて説明した、第１及び第２制御例に用いる気体供給制御装置３０に、負荷算出部３３をさらに備えた構成である。他の構成は、第１及び第２制御例に用いる気体供給制御装置３０と同様である。また、第３制御例に用いる気体供給制御装置３０ａは、図７に示すＥＣＵ５０内に設けられる。次に、第３制御例の手順を説明する。   As shown in FIG. 13, the gas supply control device 30 a used in the third control example further includes a load calculation unit 33 in addition to the gas supply control device 30 used in the first and second control examples described with reference to FIG. 7. This is a configuration provided. Other configurations are the same as those of the gas supply control device 30 used in the first and second control examples. Further, the gas supply control device 30a used in the third control example is provided in the ECU 50 shown in FIG. Next, the procedure of the third control example will be described.

本制御例は、スターリングエンジンの負荷に基づいて、少なくとも、ピストン１０とシリンダ１１とが接触した場合における気体軸受ＧＢの静圧の増加量を変更する点に特徴がある。本制御例では、ステップＳ３０１において、気体供給制御装置３０ａの負荷算出部３３が、スターリングエンジン１の現在における負荷ＫＬを求める。前記負荷ＫＬは、例えば、図４に示す熱交換器２へ流入する排ガスＥｘの温度（以下排ガス温度という）Ｔｅｘから推定する。前記排ガス温度Ｔｅｘは、図４に示す排ガス温度センサ２８によって測定される。   This control example is characterized in that, based on the load of the Stirling engine, at least the amount of increase in the static pressure of the gas bearing GB when the piston 10 and the cylinder 11 are in contact with each other is changed. In this control example, in step S301, the load calculation unit 33 of the gas supply control device 30a obtains the current load KL of the Stirling engine 1. The load KL is estimated from, for example, the temperature of the exhaust gas Ex flowing into the heat exchanger 2 shown in FIG. 4 (hereinafter referred to as exhaust gas temperature) Tex. The exhaust gas temperature Tex is measured by an exhaust gas temperature sensor 28 shown in FIG.

排ガス温度Ｔｅｘとスターリングエンジン１の負荷ＫＬとは相関があるので、実験や解析により排ガス温度Ｔｅｘに対するスターリングエンジン１の負荷ＫＬとの関係を、図１４に示す負荷推定マップ６１に記述しておく。負荷推定マップ６１は、ＥＣＵ５０の記憶部５０ｍに格納される。スターリングエンジン１の負荷ＫＬを求めるにあたっては、負荷算出部３３が、図４に示す排ガス温度センサ２８から取得した排ガス温度Ｔｅｘを負荷推定マップ６１に与え、対応するスターリングエンジン１の負荷ＫＬを取得する。なお、スターリングエンジン１の負荷ＫＬは、排ガス温度Ｔｅｘから推定する他、スターリングエンジン１の作動流体の圧力から推定してもよい。スターリングエンジン１の負荷ＫＬを求めたら、ステップＳ３０２へ進む。   Since there is a correlation between the exhaust gas temperature Tex and the load KL of the Stirling engine 1, the relationship between the exhaust gas temperature Tex and the load KL of the Stirling engine 1 is described in a load estimation map 61 shown in FIG. The load estimation map 61 is stored in the storage unit 50m of the ECU 50. In obtaining the load KL of the Stirling engine 1, the load calculation unit 33 gives the exhaust gas temperature Tex acquired from the exhaust gas temperature sensor 28 shown in FIG. 4 to the load estimation map 61, and acquires the corresponding load KL of the Stirling engine 1. . The load KL of the Stirling engine 1 may be estimated from the pressure of the working fluid of the Stirling engine 1 in addition to being estimated from the exhaust gas temperature Tex. When the load KL of the Stirling engine 1 is obtained, the process proceeds to step S302.

ステップＳ３０２においては、接触判定部３１が、電圧測定器１７によって測定された電圧測定点Ｐｍにおける現在の電圧Ｖを取得する。次に、ステップＳ３０３において、接触判定部３１は、取得した電圧Ｖが、接触判定電圧Ｖｃよりも小さいか否かを判定する。ステップＳ３０３でＹｅｓと判定された場合、すなわち、接触判定部がＶ＜Ｖｃであると判定した場合、ピストン１０とシリンダ１１との接触が発生したと考えられる。したがって、ステップＳ３０４において、圧力制御部３２は、気体軸受静圧Ｐｓを増加させる。これによって、ピストン１０とシリンダ１１との接触を回避する。   In step S <b> 302, the contact determination unit 31 acquires the current voltage V at the voltage measurement point Pm measured by the voltage measuring device 17. Next, in step S303, the contact determination unit 31 determines whether or not the acquired voltage V is smaller than the contact determination voltage Vc. When it is determined Yes in step S303, that is, when the contact determination unit determines that V <Vc, it is considered that contact between the piston 10 and the cylinder 11 has occurred. Accordingly, in step S304, the pressure control unit 32 increases the gas bearing static pressure Ps. This avoids contact between the piston 10 and the cylinder 11.

ステップＳ３０４において気体軸受静圧Ｐｓを増加させるにあたり、本制御例では、スターリングエンジン１の負荷ＫＬに基づいて、気体軸受静圧Ｐｓの増加分（以下静圧増加分という）ΔＰｓ１を変更する。気体軸受静圧Ｐｓを静圧増加分ΔＰｓ１だけ増加させた場合の気体軸受静圧は、Ｐｓ＋ΔＰｓ１となる。ここで、スターリングエンジン１の負荷ＫＬが増加すると、それだけ図５−１等に示す気体軸受ＧＢの荷重支持負荷も大きくなるため、ピストン１０とシリンダ１１との接触を回避するための気体軸受静圧Ｐｓは大きくなる。このため、本制御例では、スターリングエンジン１の負荷ＫＬが大きくなるにしたがって、静圧増加分ΔＰｓ１を大きくする。これによって、より確実、かつ迅速にピストン１０とシリンダ１１との接触を回避できる。   In increasing the gas bearing static pressure Ps in step S304, in the present control example, an increase amount (hereinafter referred to as a static pressure increase) ΔPs1 of the gas bearing static pressure Ps is changed based on the load KL of the Stirling engine 1. The gas bearing static pressure when the gas bearing static pressure Ps is increased by the static pressure increase ΔPs1 is Ps + ΔPs1. Here, as the load KL of the Stirling engine 1 increases, the load supporting load of the gas bearing GB shown in FIG. 5A or the like increases accordingly, so that the static pressure of the gas bearing for avoiding contact between the piston 10 and the cylinder 11 is increased. Ps increases. Therefore, in this control example, the static pressure increase ΔPs1 is increased as the load KL of the Stirling engine 1 increases. As a result, the contact between the piston 10 and the cylinder 11 can be avoided more reliably and quickly.

静圧増加分ΔＰｓ１とスターリングエンジン１の負荷ＫＬとの関係は、予め実験や解析により求めておき、静圧増加用マップ６２に記述しておく。なお、静圧増加用マップ６２は、ＥＣＵ５０の記憶部５０ｍに格納される。静圧増加分ΔＰｓ１を求めるにあたって、接触判定部３１は、ステップＳ３０１で求められたスターリングエンジン１の負荷ＫＬを静圧増加用マップ６２に与え、対応する静圧増加分ΔＰｓ１を取得する。そして、現在の気体軸受静圧Ｐｓ＿ｉに、取得した静圧増加分ΔＰｓ１を加算した値（Ｐｓ＿ｉ＋ΔＰｓ１）を、目標気体軸受静圧Ｐｓ＿ｓとする。圧力制御部３２は、目標気体軸受静圧Ｐｓ＿ｓとなるように蓄圧タンク内圧力を設定し、蓄圧タンク内圧力が設定した圧力になるように、ポンプ２５を駆動する。   The relationship between the static pressure increase ΔPs1 and the load KL of the Stirling engine 1 is obtained in advance by experiments and analysis and described in the static pressure increase map 62. The static pressure increasing map 62 is stored in the storage unit 50m of the ECU 50. In obtaining the static pressure increase ΔPs1, the contact determination unit 31 applies the load KL of the Stirling engine 1 obtained in step S301 to the static pressure increase map 62, and acquires the corresponding static pressure increase ΔPs1. Then, a value (Ps_i + ΔPs1) obtained by adding the acquired static pressure increase ΔPs1 to the current gas bearing static pressure Ps_i is set as the target gas bearing static pressure Ps_s. The pressure control unit 32 sets the pressure in the pressure accumulation tank so as to be the target gas bearing static pressure Ps_s, and drives the pump 25 so that the pressure in the pressure accumulation tank becomes the set pressure.

ステップＳ３０３でＮｏと判定された場合、すなわち、接触判定部３１がＶ≧Ｖｃであると判定した場合、ピストン１０とシリンダ１１とは非接触状態である。したがって、気体軸受静圧Ｐｓを現状より低減しても、ピストン１０とシリンダ１１との非接触状態を維持できる可能性がある。この場合、ステップＳ３０５において、圧力制御部３２は、気体軸受静圧Ｐｓを現状よりも低減する。   When it determines with No by step S303, ie, when the contact determination part 31 determines with it being V> = Vc, the piston 10 and the cylinder 11 are a non-contact state. Therefore, there is a possibility that the non-contact state between the piston 10 and the cylinder 11 can be maintained even when the gas bearing static pressure Ps is reduced from the current level. In this case, in step S305, the pressure control unit 32 reduces the gas bearing static pressure Ps from the current level.

本制御例では、スターリングエンジン１の負荷ＫＬに基づいて、気体軸受静圧Ｐｓの減少分（以下静圧減少分という）ΔＰｓ２を変更する。気体軸受静圧Ｐｓを静圧減少分ΔＰｓ２だけ減少させた場合の気体軸受静圧は、Ｐｓ−ΔＰｓ２となる。スターリングエンジン１の負荷ＫＬが減少すると、それだけ図５−１等に示す気体軸受ＧＢの荷重支持負荷も小さくなるため、気体軸受ＧＢを形成するためにピストン１０へ供給する空気の量を低減できると考えられる。このため、本制御例では、スターリングエンジン１の負荷ＫＬが小さくなるにしたがって、静圧減少分ΔＰｓ２を大きくする。これによって、気体軸受ＧＢを形成するためにピストン１０へ供給する空気の量をより精密に制御して、前記空気の供給量をより低減することができる。   In the present control example, a decrease amount of the gas bearing static pressure Ps (hereinafter referred to as a static pressure decrease amount) ΔPs2 is changed based on the load KL of the Stirling engine 1. The gas bearing static pressure when the gas bearing static pressure Ps is decreased by the static pressure decrease ΔPs2 is Ps−ΔPs2. When the load KL of the Stirling engine 1 is reduced, the load supporting load of the gas bearing GB shown in FIG. 5A and the like is reduced accordingly, and therefore the amount of air supplied to the piston 10 to form the gas bearing GB can be reduced. Conceivable. For this reason, in this control example, the static pressure decrease ΔPs2 is increased as the load KL of the Stirling engine 1 decreases. Thus, the amount of air supplied to the piston 10 to form the gas bearing GB can be controlled more precisely, and the amount of air supplied can be further reduced.

静圧減少分ΔＰｓ２とスターリングエンジン１の負荷ＫＬとの関係は、予め実験や解析により求めておき、静圧減少用マップ６３に記述しておく。なお、静圧減少用マップ６３は、ＥＣＵ５０の記憶部５０ｍに格納される。静圧減少分ΔＰｓ２を求めるにあたって、接触判定部３１は、ステップＳ３０１で求められたスターリングエンジン１の負荷ＫＬを静圧減少用マップ６３に与え、対応する静圧減少分ΔＰｓ２を取得する。そして、現在の気体軸受静圧Ｐｓ＿ｉから、取得した静圧減少分ΔＰｓ２を減算した値（Ｐｓ＿ｉ−ΔＰｓ２）を、目標気体軸受静圧Ｐｓ＿ｓとする。圧力制御部３２は、目標気体軸受静圧Ｐｓ＿ｓとなるように蓄圧タンク内圧力を設定する。なお、気体軸受静圧Ｐｓを現状よりも低減するにあたり、静圧減少分ΔＰｓ２を一定の定数としてもよい。このようにすれば、気体供給制御装置３０ａの計算負荷、すなわちＥＣＵ５０が備えるＣＰＵ５０ｐの計算負荷を低減できる。   The relationship between the static pressure decrease ΔPs2 and the load KL of the Stirling engine 1 is obtained in advance by experiments and analysis and described in the static pressure reduction map 63. The static pressure reduction map 63 is stored in the storage unit 50m of the ECU 50. In determining the static pressure decrease ΔPs2, the contact determination unit 31 applies the load KL of the Stirling engine 1 determined in step S301 to the static pressure decrease map 63, and acquires the corresponding static pressure decrease ΔPs2. Then, a value (Ps_i−ΔPs2) obtained by subtracting the acquired static pressure decrease ΔPs2 from the current gas bearing static pressure Ps_i is set as the target gas bearing static pressure Ps_s. The pressure control unit 32 sets the pressure in the pressure accumulation tank so as to be the target gas bearing static pressure Ps_s. Note that when the gas bearing static pressure Ps is reduced from the current level, the static pressure decrease ΔPs2 may be a constant. If it does in this way, the calculation load of gas supply control device 30a, ie, the calculation load of CPU50p with which ECU50 is provided, can be reduced.

このように、第３制御例では、スターリングエンジン１の負荷ＫＬに応じて、少なくとも静圧増加分ΔＰｓ１の大きさを変更する。これによって、気体軸受ＧＢが支持する荷重の負荷が大きい場合には、静圧増加分ΔＰｓ１を大きくして、より迅速かつ確実にピストン１０とシリンダ１１との接触を回避できる。また、スターリングエンジン１の負荷ＫＬに応じて、静圧減少分ΔＰｓ２の大きさを変更した場合には、気体軸受ＧＢを形成するためにピストン１０へ供給する空気の量をより精密に制御できるので、前記空気の供給量をより低減することができる。   Thus, in the third control example, at least the magnitude of the static pressure increase ΔPs1 is changed according to the load KL of the Stirling engine 1. Thereby, when the load of the load supported by the gas bearing GB is large, the increase in the static pressure ΔPs1 can be increased to avoid contact between the piston 10 and the cylinder 11 more quickly and reliably. Further, when the magnitude of the static pressure decrease ΔPs2 is changed in accordance with the load KL of the Stirling engine 1, the amount of air supplied to the piston 10 to form the gas bearing GB can be controlled more precisely. The supply amount of the air can be further reduced.

（第４制御例）
図１６は、本実施形態に係る空気軸受の気体供給制御における第４制御例の手順を示すフローチャートである。図１７は、本実施形態に係る空気軸受の気体供給制御における第４制御例を実行した場合の電圧変化、気体軸受の圧力変化を示す概念図である。本制御例は、ピストン１０やシリンダ１１の製造ばらつきを考慮して、一旦ピストン１０とシリンダ１１とが非接触時である場合におけるピストン１０とシリンダ１１との電位差を求めておき、これに基づいてピストン１０とシリンダ１１との接触を判定する点に特徴がある。本制御例は、図７に示す気体供給制御装置３０によって実現できる。 (Fourth control example)
FIG. 16 is a flowchart showing a procedure of a fourth control example in the gas supply control of the air bearing according to the present embodiment. FIG. 17 is a conceptual diagram showing a voltage change and a pressure change of the gas bearing when the fourth control example in the gas supply control of the air bearing according to the present embodiment is executed. In this control example, in consideration of manufacturing variations of the piston 10 and the cylinder 11, a potential difference between the piston 10 and the cylinder 11 is obtained once when the piston 10 and the cylinder 11 are not in contact with each other. It is characterized in that contact between the piston 10 and the cylinder 11 is determined. This control example can be realized by the gas supply control device 30 shown in FIG.

本制御例のステップＳ４０１において、接触判定部３１は、非接触状態実行パラメータＸＰｓ＿ｍａｘが０であるか否かを判定する。非接触状態実行パラメータＸＰｓ＿ｍａｘは、ピストン１０とシリンダ１１とを完全に非接触とする操作を実行したか否かを判定するためのパラメータである。非接触状態実行パラメータＸＰｓ＿ｍａｘが０である場合、ピストン１０とシリンダ１１とを完全に非接触とする操作は実行されていないことを示す。また、非接触状態実行パラメータＸＰｓ＿ｍａｘが１である場合、ピストン１０とシリンダ１１とを完全に非接触とする操作が実行されたことを示す。   In step S401 of this control example, the contact determination unit 31 determines whether or not the non-contact state execution parameter XPs_max is zero. The non-contact state execution parameter XPs_max is a parameter for determining whether or not an operation for completely non-contacting the piston 10 and the cylinder 11 has been executed. When the non-contact state execution parameter XPs_max is 0, it indicates that an operation for completely non-contacting the piston 10 and the cylinder 11 is not performed. Further, when the non-contact state execution parameter XPs_max is 1, it indicates that an operation for completely non-contacting the piston 10 and the cylinder 11 has been executed.

ステップＳ４０１でＹｅｓと判定された場合、すなわち接触判定部３１がＸＰｓ＿ｍａｘ＝０であると判定した場合、ステップＳ４０２に進む。ステップＳ４０２において、圧力制御部３２は、気体軸受静圧Ｐｓが、その最大値（以下最大気体軸受静圧という）Ｐｓ＿ｍａｘとなるようにする。このため、圧力制御部３２は、最大気体軸受静圧Ｐｓ＿ｍａｘとなるように蓄圧タンク内圧力を設定し、蓄圧タンク内圧力が設定した圧力になるように、ポンプ２５を駆動する。   When it determines with Yes by step S401, ie, when the contact determination part 31 determines with XPs_max = 0, it progresses to step S402. In Step S402, the pressure control unit 32 causes the gas bearing static pressure Ps to be the maximum value (hereinafter referred to as the maximum gas bearing static pressure) Ps_max. For this reason, the pressure control unit 32 sets the pressure in the pressure accumulation tank so as to become the maximum gas bearing static pressure Ps_max, and drives the pump 25 so that the pressure in the pressure accumulation tank becomes the set pressure.

ここで、最大気体軸受静圧Ｐｓ＿ｍａｘは、ピストン１０やシリンダ１１等の寸法公差や製造ばらつき等が最大であっても、ピストン１０がシリンダ１１から完全に浮上して、両者が完全な非接触状態となるために必要な圧力であり、例えば、通常の気体軸受静圧Ｐｓの１．５倍〜２倍程度に設定する。これによって、ピストン１０とシリンダ１１とが非接触になったときの電圧測定点Ｐｍにおける電圧Ｖのばらつきを吸収する。   Here, the maximum gas bearing static pressure Ps_max is completely in a non-contact state because the piston 10 is completely lifted from the cylinder 11 even if the dimensional tolerance or manufacturing variation of the piston 10 or the cylinder 11 is the largest. For example, it is set to about 1.5 to 2 times the normal gas bearing static pressure Ps. This absorbs variations in the voltage V at the voltage measurement point Pm when the piston 10 and the cylinder 11 are not in contact with each other.

ピストン１０へ最大気体軸受静圧Ｐｓ＿ｍａｘの空気を供給すると、ピストン１０はシリンダ１１から完全に浮上した状態となり、ピストン１０とシリンダ１１とは完全に非接触状態となる。したがって、ピストン１０とシリンダ１１とを完全に非接触とする操作が実行されたことになるので、ステップＳ４０３において、接触判定部３１は、非接触状態実行パラメータＸＰｓ＿ｍａｘを１とする。   When air of the maximum gas bearing static pressure Ps_max is supplied to the piston 10, the piston 10 is completely lifted from the cylinder 11, and the piston 10 and the cylinder 11 are completely in a non-contact state. Therefore, since the operation for completely bringing the piston 10 and the cylinder 11 into non-contact is executed, the contact determination unit 31 sets the non-contact state execution parameter XPs_max to 1 in step S403.

次に、ステップＳ４０４において、接触判定部３１は、非接触状態実行パラメータＸＰｓ＿ｍａｘが１のとき、すなわち、ピストン１０とシリンダ１１とが完全に非接触状態となったときの電圧測定点Ｐｍにおける電圧Ｖを取得する。そして、ステップＳ４０５において、接触判定部３１は、ピストン１０とシリンダ１１とが完全に非接触状態となったときの電圧測定点Ｐｍにおける電圧Ｖを、完全非接触時電圧Ｖｍａｘとする。そして、ステップＳ４０６において、接触判定部３１は、完全非接触時電圧Ｖｍａｘを接触判定電圧Ｖｃとし、ステップＳ４０７では、この接触判定電圧Ｖｃに基づいてピストン１０とシリンダ１１との接触を判定する。   Next, in step S404, the contact determination unit 31 determines that the voltage V at the voltage measurement point Pm when the non-contact state execution parameter XPs_max is 1, that is, when the piston 10 and the cylinder 11 are completely in the non-contact state. To get. In step S405, the contact determination unit 31 sets the voltage V at the voltage measurement point Pm when the piston 10 and the cylinder 11 are completely in a non-contact state as a complete non-contact voltage Vmax. In step S406, the contact determination unit 31 sets the complete non-contact voltage Vmax as the contact determination voltage Vc. In step S407, the contact determination unit 31 determines contact between the piston 10 and the cylinder 11 based on the contact determination voltage Vc.

ステップＳ４０７において、接触判定部３１は、ピストン１０とシリンダ１１との接触を判定する。接触判定部３１は、電圧測定点Ｐｍにおける接触判定時の電圧Ｖを取得し、接触判定時の電圧Ｖが、ステップＳ４０６で設定した接触判定電圧Ｖｃすなわち完全非接触時電圧Ｖｍａｘから所定の公差修正値γを減算した値よりも小さいか否かを判定する。公差修正値γは、図１７に示すように、ピストン１０やシリンダ１１の寸法公差や製造ばらつき等に起因する、完全非接触時電圧ＶｍａｘのばらつきΔＶよりも小さい値である。このような公差修正値γを接触判定電圧Ｖｃから減算することにより、ピストン１０やシリンダ１１の寸法公差や製造ばらつき等に起因する、完全非接触時電圧Ｖｍａｘのばらつきを考慮して、より正確な接触判定をすることができる。   In step S407, the contact determination unit 31 determines contact between the piston 10 and the cylinder 11. The contact determination unit 31 acquires the voltage V at the time of contact determination at the voltage measurement point Pm, and the voltage V at the time of contact determination is a predetermined tolerance correction from the contact determination voltage Vc set at step S406, that is, the complete non-contact voltage Vmax. It is determined whether or not the value is smaller than the value obtained by subtracting the value γ. As shown in FIG. 17, the tolerance correction value γ is a value smaller than the variation ΔV of the completely non-contact voltage Vmax caused by the dimensional tolerance of the piston 10 or the cylinder 11 or manufacturing variation. By subtracting such a tolerance correction value γ from the contact determination voltage Vc, it is possible to take into account variations in the complete non-contact voltage Vmax caused by dimensional tolerances, manufacturing variations, and the like of the piston 10 and the cylinder 11, and thus more accurate. Contact determination can be made.

ステップＳ４０７でＹｅｓと判定された場合、すなわち、接触判定部３１がＶ＜Ｖｃ−γであると判定した場合、図１７のｔ＝ｔ1においてピストン１０とシリンダ１１との接触が発生したと考えられる。この場合、ステップＳ４０８に進み、圧力制御部３２は、気体軸受静圧Ｐｓを増加させる。これによって、ピストン１０とシリンダ１１との接触を回避する。 When it is determined Yes in step S407, that is, when the contact determination unit 31 determines that V <Vc−γ, it is considered that contact between the piston 10 and the cylinder 11 occurs at t = t 1 in FIG. It is done. In this case, the process proceeds to step S408, and the pressure control unit 32 increases the gas bearing static pressure Ps. This avoids contact between the piston 10 and the cylinder 11.

ステップＳ４０７でＮｏと判定された場合、すなわち、接触判定部３１がＶ≧Ｖｃ−γであると判定した場合、ピストン１０とシリンダ１１とは非接触状態である。したがって、気体軸受静圧Ｐｓを現状より低減しても、ピストン１０とシリンダ１１との非接触状態を維持できる可能性がある。この場合、ステップＳ４０９において、圧力制御部３２は、気体軸受静圧Ｐｓを現状よりも低減する。ここで、気体軸受静圧Ｐｓを増加させる場合、あるいは減少させる場合には、上述した第２制御例や第３制御例を適用してもよい（以下同様）。   When it determines with No by step S407, ie, when the contact determination part 31 determines with it being V> = Vc-gamma, the piston 10 and the cylinder 11 are a non-contact state. Therefore, there is a possibility that the non-contact state between the piston 10 and the cylinder 11 can be maintained even when the gas bearing static pressure Ps is reduced from the current level. In this case, in step S409, the pressure control unit 32 reduces the gas bearing static pressure Ps from the current level. Here, when the gas bearing static pressure Ps is increased or decreased, the second control example or the third control example described above may be applied (the same applies hereinafter).

ステップＳ４０１でＮｏと判定された場合、すなわち、接触判定部３１がＸＰｓ＿ｍａｘ＝１であると判定した場合、既にピストン１０とシリンダ１１とを完全に非接触とする操作が実行されているので、ステップＳ４１０に進む。ステップＳ４１０において、接触判定部３１は、現時点における電圧測定点Ｐｍにおける電圧Ｖを取得する。次に、ステップＳ４１１において、接触判定部３１は、ステップＳ４１０で取得した現時点の電圧測定点Ｐｍにおける電圧Ｖが、現時点の接触判定電圧Ｖｃよりも大きいか否かを判定する。   If it is determined No in step S401, that is, if the contact determination unit 31 determines that XPs_max = 1, an operation for completely non-contacting the piston 10 and the cylinder 11 has already been performed. The process proceeds to S410. In step S410, the contact determination unit 31 acquires the voltage V at the current voltage measurement point Pm. Next, in step S411, the contact determination unit 31 determines whether or not the voltage V at the current voltage measurement point Pm acquired in step S410 is greater than the current contact determination voltage Vc.

ステップＳ４１１でＹｅｓと判定された場合、すなわち、接触判定部３１がＶ＞Ｖｃであると判定した場合、ステップＳ４１２に進む。既にピストン１０とシリンダ１１とを完全に非接触とする操作が実行されている状態で、Ｖ＞Ｖｃであるということは、ピストン１０とシリンダ１１とが完全に非接触の状態において、電圧測定点Ｐｍにおける電圧Ｖが、現時点の接触判定電圧Ｖｃよりも大きいということである。すなわち、現時点の接触判定電圧Ｖｃは、ピストン１０とシリンダ１１とが完全に非接触の状態における本来の電圧よりも小さく、現時点の接触判定電圧Ｖｃを継続して用いた場合には、ピストン１０とシリンダ１１との接触を確実に判定できないおそれがある。このため、ステップＳ４１２において、接触判定部３１は、ステップＳ４１０で取得した現時点における電圧測定点Ｐｍの電圧Ｖを、新たな接触判定電圧Ｖｃとし、ピストン１０とシリンダ１１との接触を確実に判定できるようにする。   When it determines with Yes by step S411, ie, when the contact determination part 31 determines with it being V> Vc, it progresses to step S412. V> Vc in a state where the operation of completely bringing the piston 10 and the cylinder 11 into non-contact is already performed means that the voltage measurement point is obtained when the piston 10 and the cylinder 11 are completely in non-contact. That is, the voltage V at Pm is larger than the current contact determination voltage Vc. That is, the current contact determination voltage Vc is smaller than the original voltage when the piston 10 and the cylinder 11 are completely in non-contact state, and when the current contact determination voltage Vc is continuously used, There is a possibility that contact with the cylinder 11 cannot be reliably determined. For this reason, in step S412, the contact determination unit 31 can reliably determine the contact between the piston 10 and the cylinder 11 by using the voltage V at the current voltage measurement point Pm acquired in step S410 as the new contact determination voltage Vc. Like that.

次にステップＳ４１３に進み、接触判定部３１は、新たに設定した接触判定電圧Ｖｃと、接触判定電圧上限値Ａとを比較する。接触判定電圧上限値Ａは、ピストン１０とシリンダ１１とが非接触である場合には、ピストン１０やシリンダ１１の寸法公差や製造ばらつき等を考慮しても、電圧測定点ＰｍにおいてはＡよりも大きい電圧は発生しないという値に設定される。   Next, in step S413, the contact determination unit 31 compares the newly set contact determination voltage Vc with the contact determination voltage upper limit A. When the piston 10 and the cylinder 11 are not in contact with each other, the contact determination voltage upper limit value A is higher than that at A at the voltage measurement point Pm even if dimensional tolerance or manufacturing variation of the piston 10 or cylinder 11 is taken into consideration. It is set to a value that does not generate a large voltage.

ステップＳ４１３でＹｅｓと判定された場合、すなわち、接触判定部３１がＶｃ＞Ａと判定した場合、ステップＳ４１４に進む。そして、ステップＳ４１４において、接触判定部３１は、接触判定電圧ＶｃをＡとする。これによって、接触判定電圧Ｖｃが実際にはあり得ない値になることを回避して、ピストン１０とシリンダ１１との接触判定の精度を向上させることができる。また、ステップＳ４１４において、接触判定部３１は、非接触状態実行パラメータＸＰｓ＿ｍａｘを０にリセットする。これによって、次回の本制御ルーチンにおいては、ピストン１０とシリンダ１１とを完全に非接触とする操作が実行され、接触判定電圧Ｖｃが再設定される。ステップＳ４１４が終了すると、ステップＳ４０７以降の接触判定に移行する。ステップＳ４０７以降の接触判定においては、ステップＳ４１４で設定された接触判定電圧Ｖｃを用いて、ピストン１０とシリンダ１１との接触が判定される。   When it determines with Yes by step S413, ie, when the contact determination part 31 determines with Vc> A, it progresses to step S414. In step S414, the contact determination unit 31 sets the contact determination voltage Vc to A. As a result, the contact determination voltage Vc can be avoided from becoming a value that is not actually possible, and the contact determination accuracy between the piston 10 and the cylinder 11 can be improved. In step S414, the contact determination unit 31 resets the non-contact state execution parameter XPs_max to 0. As a result, in the next control routine, an operation for completely bringing the piston 10 and the cylinder 11 into non-contact is executed, and the contact determination voltage Vc is reset. When step S414 ends, the process proceeds to contact determination after step S407. In the contact determination after step S407, the contact between the piston 10 and the cylinder 11 is determined using the contact determination voltage Vc set in step S414.

ステップＳ４１１でＮｏと判定された場合、すなわち、接触判定部３１がＶ≦Ｖｃであると判定した場合、ステップＳ４０７以降の接触判定においては、現時点における接触判定電圧Ｖｃを用いて、ピストン１０とシリンダ１１との接触が判定される。ステップＳ４１３でＮｏと判定された場合、すなわち、接触判定部３１がＶｃ≦Ａであると判定した場合、ステップＳ４０７以降の接触判定においては、現時点における接触判定電圧Ｖｃ、すなわち、ステップＳ４１２で設定された接触判定電圧Ｖｃを用いて、ピストン１０とシリンダ１１との接触が判定される。   When it is determined No in step S411, that is, when the contact determination unit 31 determines that V ≦ Vc, in the contact determination after step S407, the contact determination voltage Vc at the present time is used, and the piston 10 and the cylinder 11 is determined. When it is determined No in step S413, that is, when the contact determination unit 31 determines that Vc ≦ A, in the contact determination after step S407, the current contact determination voltage Vc, that is, set in step S412. The contact between the piston 10 and the cylinder 11 is determined using the contact determination voltage Vc.

以上、本実施形態は、気体軸受を介してシリンダ内にピストンを保持するピストン装置において、前記ピストンと前記シリンダとの接触状態によって、前記ピストンと前記シリンダとの間に介在する気体の圧力を変更する。これによって、前記ピストンと前記シリンダとの接触をより確実に回避するとともに、前記気体軸受を形成するための気体の消費量を抑制できる。その結果、ピストンやシリンダの摩耗等を抑制して、ピストン装置の耐久性低下を抑制でき、また、気体軸受を形成するための気体の消費を抑制できるので、前記気体を供給するための動力を低減できる。このため、例えば、本実施形態に係るピストン装置を熱機関の排熱を回収するスターリングエンジンに適用するとともに、排熱回収対象の前記熱機関が発生する動力で気体軸受を形成するための気体を供給する構成とした場合には、前記熱機関の燃料消費を抑制できるという効果も得られる。   As mentioned above, this embodiment changes the pressure of the gas interposed between the said piston and the said cylinder by the contact state of the said piston and the said cylinder in the piston apparatus which hold | maintains a piston in a cylinder via a gas bearing. To do. Accordingly, it is possible to more reliably avoid contact between the piston and the cylinder, and to suppress consumption of gas for forming the gas bearing. As a result, it is possible to suppress the wear of the piston and cylinder, etc., to suppress the deterioration of the durability of the piston device, and to suppress the consumption of gas for forming the gas bearing, so that the power for supplying the gas can be reduced. Can be reduced. Therefore, for example, the piston device according to the present embodiment is applied to a Stirling engine that recovers exhaust heat of a heat engine, and gas for forming a gas bearing is generated by power generated by the heat engine that is an exhaust heat recovery target. In the case of the supply configuration, an effect that fuel consumption of the heat engine can be suppressed is also obtained.

なお、上記においては、ピストン装置がスターリングエンジンである場合の例を用いて、その構成、作用、効果を説明したが、本実施形態に係るピストン装置は、スターリングエンジン以外のピストン装置に対しても容易に適用可能である。そして、適用された場合には、上記と同様の有用性を有する。   In the above description, the configuration, operation, and effect have been described using an example in which the piston device is a Stirling engine. However, the piston device according to the present embodiment can be applied to piston devices other than the Stirling engine. It is easily applicable. And when applied, it has the same utility as the above.

以上のように、本発明に係るピストン装置は、ピストン内に供給された気体をピストンとシリンダとの間に流出させて体軸受を形成するものに対して有用であり、特に、ピストンとシリンダとの接触をより確実に回避するとともに、前記気体軸受を形成するための気体の消費量を抑制することに適している。   As described above, the piston device according to the present invention is useful for the one in which the gas supplied into the piston flows out between the piston and the cylinder to form the body bearing, and in particular, the piston and the cylinder This is suitable for more reliably avoiding the contact and suppressing the consumption of gas for forming the gas bearing.

本実施形態に係るピストン装置であるスターリングエンジンにより、内燃機関の排熱を回収する構成例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structural example which collect | recovers exhaust heat of an internal combustion engine with the Stirling engine which is a piston apparatus which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るピストン装置であるスターリングエンジンにより、車両に搭載される内燃機関の排熱を回収する構成例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structural example which collect | recovers the exhaust heat of the internal combustion engine mounted in a vehicle with the Stirling engine which is a piston apparatus which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るピストン装置であるスターリングエンジンにより、車両に搭載される内燃機関の排熱を回収する構成例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structural example which collect | recovers the exhaust heat of the internal combustion engine mounted in a vehicle with the Stirling engine which is a piston apparatus which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るピストン装置であるスターリングエンジンを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the Stirling engine which is a piston apparatus which concerns on this embodiment. 図４に示すスターリングエンジンのピストンとシリンダとの構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the piston and cylinder of the Stirling engine shown in FIG. 図５−１のＹ−Ｙ矢視図である。It is a YY arrow line view of FIGS. 電圧測定点の電圧変化を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the voltage change of a voltage measurement point. 本実施形態に係る気体軸受の気体供給制御装置の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the gas supply control apparatus of the gas bearing which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る空気軸受の気体供給制御における第１制御例の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the 1st control example in the gas supply control of the air bearing which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る空気軸受の気体供給制御における第１制御例を実行した場合の電圧変化、気体軸受の圧力変化を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the voltage change at the time of performing the 1st control example in the gas supply control of the air bearing which concerns on this embodiment, and the pressure change of a gas bearing. 本実施形態に係る空気軸受の気体供給制御における第２制御例の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the 2nd control example in the gas supply control of the air bearing which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る空気軸受の気体供給制御における第２制御例に用いる制御マップの一例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows an example of the control map used for the 2nd control example in the gas supply control of the air bearing which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る空気軸受の気体供給制御における第３制御例の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the 3rd control example in the gas supply control of the air bearing which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る空気軸受の気体供給制御における第３制御例に用いる気体供給制御装置の構成を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the structure of the gas supply control apparatus used for the 3rd control example in the gas supply control of the air bearing which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る空気軸受の気体供給制御における第３制御例で用いるスターリングエンジンの負荷推定マップを示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the load estimation map of the Stirling engine used in the 3rd control example in the gas supply control of the air bearing which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る空気軸受の気体供給制御における第３制御例に用いる制御マップの一例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows an example of the control map used for the 3rd control example in the gas supply control of the air bearing which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る空気軸受の気体供給制御における第３制御例に用いる制御マップの一例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows an example of the control map used for the 3rd control example in the gas supply control of the air bearing which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る空気軸受の気体供給制御における第４制御例の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the 4th control example in the gas supply control of the air bearing which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る空気軸受の気体供給制御における第４制御例を実行した場合の電圧変化、気体軸受の圧力変化を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the voltage change at the time of performing the 4th control example in the gas supply control of the air bearing which concerns on this embodiment, and the pressure change of a gas bearing.

符号の説明Explanation of symbols

１ スターリングエンジン
２ 熱交換器
５ 基板
６ シリンダケース
７ クランク軸受
８ クランクケース
９ クランク軸
１０ ピストン
１０Ａ 高温側ピストン
１０Ｂ 低温側ピストン
１０Ｂｏ ピストン底部
１０ＩＮ ピストン内空間
１０Ｓ ピストン側部
１０Ｔ ピストン頂部
１１ シリンダ
１１Ａ 高温側シリンダ
１１Ｂ 低温側シリンダ
１１Ｉ 内面
１７ 電圧測定器
１７Ａ 第１電圧測定器
１７Ｂ 第２電圧測定器
１８ 抵抗
１９ 電源
２０ 給気口
２１ 気体通路
２２ 気体供給配管
２２Ａ 高温側気体供給配管
２２Ｂ 低温側気体供給配管
２３ 開閉弁
２３Ａ 高温側開閉弁
２３Ｂ 低温側開閉弁
２４ 蓄圧タンク
２５ ポンプ
２６ クラッチ
２７ 圧力センサ
２８ 排ガス温度センサ
３０、３０ａ 気体供給制御装置
３１ 接触判定部
３２ 圧力制御部
３３ 負荷算出部
４０Ａ 第１接触判定回路
４０Ｂ 第２接触判定回路
４１ 車両
５０ ＥＣＵ
６０ 気体軸受静圧変更用マップ
６１ 負荷推定マップ
６２ 静圧増加用マップ
６３ 静圧減少用マップ
７０ 内燃機関
１００ スターリングエンジン DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Stirling engine 2 Heat exchanger 5 Board | substrate 6 Cylinder case 7 Crank bearing 8 Crankcase 9 Crankshaft 10 Piston 10A High temperature side piston 10B Low temperature side piston 10Bo Piston bottom part 10IN Piston inner space 10S Piston side part 10T Piston top part 11 Cylinder 11A High temperature side Cylinder 11B Low temperature side cylinder 11I Inner surface 17 Voltage measuring device 17A First voltage measuring device 17B Second voltage measuring device 18 Resistance 19 Power supply 20 Air supply port 21 Gas passage 22 Gas supply piping 22A High temperature side gas supply piping 22B Low temperature side gas supply piping DESCRIPTION OF SYMBOLS 23 On-off valve 23A High temperature side on-off valve 23B Low temperature side on-off valve 24 Accumulation tank 25 Pump 26 Clutch 27 Pressure sensor 28 Exhaust gas temperature sensor 30, 30a Gas supply control device 31 Contact determination part 32 Pressure control 33 load calculation unit 40A first contact determination circuit 40B second contact determination circuit 41 vehicle 50 ECU
60 Gas Bearing Static Pressure Change Map 61 Load Estimation Map 62 Static Pressure Increase Map 63 Static Pressure Decrease Map 70 Internal Combustion Engine 100 Stirling Engine

Claims (9)

シリンダの内部に配置されて往復運動し、かつ頂部と側部と底部とで囲まれる空間を備えるピストンと、
前記ピストンの前記側部に設けられ、前記空間に供給された気体を前記ピストンと前記シリンダとの間に介在させる給気口と、
前記ピストンと前記シリンダとが接触したことを判定する接触判定手段と、
前記空間を介して前記ピストンと前記シリンダとの間へ前記気体を供給するとともに、前記ピストンと前記シリンダとの接触状態に基づき、前記空間へ供給する気体の圧力を変更する気体供給手段と、
を備えることを特徴とするピストン装置。 A piston which is disposed inside the cylinder and reciprocates, and has a space surrounded by a top portion, a side portion and a bottom portion;
An air supply port provided on the side portion of the piston and for interposing the gas supplied to the space between the piston and the cylinder;
Contact determining means for determining that the piston and the cylinder are in contact with each other;
Gas supply means for supplying the gas between the piston and the cylinder through the space and changing the pressure of the gas supplied to the space based on a contact state between the piston and the cylinder;
A piston device comprising: 前記気体供給手段は、
前記ピストンと前記シリンダとが接触した場合には、前記ピストンと前記シリンダとの間に介在する前記気体の圧力を増加させ、
前記ピストンと前記シリンダとが非接触である場合には、前記ピストンと前記シリンダとの間に介在する前記気体の圧力を減少させることを特徴とする請求項１に記載のピストン装置。 The gas supply means includes
When the piston and the cylinder come into contact, increase the pressure of the gas interposed between the piston and the cylinder,
2. The piston device according to claim 1, wherein, when the piston and the cylinder are not in contact with each other, the pressure of the gas interposed between the piston and the cylinder is reduced. 少なくとも前記ピストンの側部及び前記シリンダの内面は導電体で構成されるとともに、前記ピストンの側部と前記シリンダの内面との間には一定の大きさの電位差が与えられ、
前記接触判定手段は、前記電位差に基づいて、前記ピストンと前記シリンダとが接触しているか否かを判定することを特徴とする請求項１又は２に記載のピストン装置。 At least the side portion of the piston and the inner surface of the cylinder are made of a conductor, and a potential difference of a certain magnitude is given between the side portion of the piston and the inner surface of the cylinder.
The piston device according to claim 1, wherein the contact determination unit determines whether or not the piston and the cylinder are in contact with each other based on the potential difference. 前記気体供給手段は、
前記電位差に応じて、前記ピストンと前記シリンダとの間に介在する前記気体の圧力の変化分を変更することを特徴とする請求項３に記載のピストン装置。 The gas supply means includes
The piston device according to claim 3, wherein a change in pressure of the gas interposed between the piston and the cylinder is changed according to the potential difference. 前記気体供給手段は、
前記ピストン装置の負荷に応じて、前記ピストンと前記シリンダとの間に介在する前記気体の圧力の変化分を変更することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のピストン装置。 The gas supply means includes
The piston device according to any one of claims 1 to 4, wherein a change in pressure of the gas interposed between the piston and the cylinder is changed in accordance with a load of the piston device. . 前記ピストンと前記シリンダとを完全に非接触としたときにおける、前記ピストンの側部と前記シリンダの内面との間の電位差に基づき、前記ピストンと前記シリンダとが接触したか否かを判定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のピストン装置。   Determining whether or not the piston and the cylinder are in contact with each other based on a potential difference between a side portion of the piston and an inner surface of the cylinder when the piston and the cylinder are completely in contact with each other; The piston device according to any one of claims 1 to 5, wherein: 前記ピストン装置は、スターリングエンジンであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のピストン装置。   The said piston apparatus is a Stirling engine, The piston apparatus of any one of Claims 1-6 characterized by the above-mentioned. 前記スターリングエンジンは熱機関からの排熱を回収することを特徴とする請求項７に記載のピストン装置。   The piston device according to claim 7, wherein the Stirling engine recovers exhaust heat from a heat engine. 前記気体供給手段は、前記熱機関によって駆動されることを特徴とする請求項８に記載のピストン装置。   The piston device according to claim 8, wherein the gas supply means is driven by the heat engine.
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