JP2012172672A - Gas introduction structure of stirling engine - Google Patents

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Masaaki Katayama
正章 片山
Daisaku Sawada
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas introduction structure of a stirling engine capable of preferably taking a gas spouted between a piston and a cylinder performing gas lubrication in the inside of the piston while preventing heat expansion of the piston from being promoted.SOLUTION: The gas introduction structure 1 is adopted to the stirling engine 10 performing gas lubrication between an expansion piston 21 and a high-temperature side cylinder 22. The gas introduction structure 1 is provided on the outer peripheral part of the expansion piston 21 out of the stirling engine 10, and has a gas introduction part 2 for making the inside of the expansion piston 21 communicate with the inside of a crankcase 62 while the expansion piston 21 reaches a prescribed position and introducing the gas spouted between the expansion piston 21 and the high-temperature side cylinder 22 from the inside of the crankcase 62 to the inside of the expansion piston 21.

Description

本発明はスターリングエンジンの気体導入構造に関する。   The present invention relates to a gas introduction structure for a Stirling engine.

近年、乗用車やバス、トラック等の車両に搭載される内燃機関の排熱や工場排熱を回収するために、スターリングエンジンが注目されてきている。シリンダとの間で気体潤滑を行うピストンを備え、ピストンの内部に気体を導入するとともに、導入した気体をピストン、シリンダ間に噴出する技術が例えば特許文献１から３で開示されている。このほかクランクケースの構造上、本発明と関連性があると考えられる技術が例えば特許文献４で開示されている。   In recent years, Stirling engines have attracted attention in order to recover exhaust heat and factory exhaust heat of internal combustion engines mounted on vehicles such as passenger cars, buses, and trucks. For example, Patent Documents 1 to 3 disclose a technique that includes a piston that performs gas lubrication with a cylinder, introduces gas into the piston, and jets the introduced gas between the piston and the cylinder. In addition, for example, Patent Document 4 discloses a technique that is considered to be related to the present invention in terms of the structure of the crankcase.

特開２００９−１２１３３７号公報JP 2009-121337 A 特開２００９−１２７５１８号公報JP 2009-127518 A 特開２００７−２７１１４４号公報JP 2007-271144 A 特開２００９−９２０７９号公報JP 2009-92079 A

ピストン、シリンダ間に噴出する気体をピストンの内部に取り込むにあたっては、ピストンの往復運動に伴い発生する気体の圧力変動を利用して取り込むことができる。そしてこれにより、例えばポンプによってピストンの内部に気体を強制的に供給する場合よりも、スターリングエンジンの構成を簡素化することができる。   In taking the gas ejected between the piston and the cylinder into the piston, the gas can be taken in using the pressure fluctuation of the gas generated with the reciprocating motion of the piston. And thereby, the structure of a Stirling engine can be simplified rather than the case where gas is forcibly supplied to the inside of a piston, for example with a pump.

しかしながら、例えば熱交換によって受熱した高温の作動流体をピストンの内部に取り込む場合には、ピストンの熱変形が助長される虞がある。また、取り込む気体が存在する空間に対し、気体導入口を常時、露出させている場合には、ピストンの内部に取り込んだ気体が圧力変動に応じて逆流しないよう、チェック弁を設ける必要がある。このため、チェック弁を設ける分、コスト面で不利になり易くなったり、チェック弁が抵抗になる分、ピストンの内部に取り込むことが可能な気体の圧力が減少したりする。   However, for example, when a high-temperature working fluid received by heat exchange is taken into the piston, there is a risk that thermal deformation of the piston is promoted. Further, when the gas inlet is always exposed to the space where the gas to be taken in exists, it is necessary to provide a check valve so that the gas taken into the piston does not flow backward according to the pressure fluctuation. For this reason, since the check valve is provided, the cost tends to be disadvantageous, and the pressure of the gas that can be taken into the piston is reduced by the resistance of the check valve.

本発明は上記課題に鑑み、ピストンの熱膨張が助長されることを防止しつつ、気体潤滑が行われるピストン、シリンダ間に噴出する気体をピストンの内部に好適に取り込むことが可能なスターリングエンジンの気体導入構造を提供することを目的とする。   In view of the above problems, the present invention provides a piston in which gas lubrication is performed while preventing the piston from being thermally expanded, and a Stirling engine capable of suitably taking the gas ejected between the cylinders into the piston. An object is to provide a gas introduction structure.

本発明はシリンダと、前記シリンダとの間で気体潤滑が行われるピストンと、前記ピストンの往復運動を回転運動に変換する出力軸が設けられるクランクケースと、を備えるスターリングエンジンに適用され、前記スターリングエンジンのうち、少なくとも前記ピストンの外周部に設けられ、前記ピストンが所定の位置に到達した状態で、前記ピストンの内部と前記クランクケースの内部とを連通状態にし、前記ピストンの内部から前記ピストンと前記シリンダとの間に噴出する気体を、前記クランクケースの内部から前記ピストンの内部に導入する気体導入部を備えるスターリングエンジンの気体導入構造である。   The present invention is applied to a Stirling engine including a cylinder, a piston in which gas lubrication is performed between the cylinder, and a crankcase provided with an output shaft that converts a reciprocating motion of the piston into a rotational motion. Among the engines, provided at least on the outer peripheral portion of the piston, with the piston reaching a predetermined position, the interior of the piston and the interior of the crankcase are brought into communication with each other, and the piston is connected to the piston from the interior of the piston. It is a gas introduction structure of a Stirling engine provided with a gas introduction part which introduces the gas injected between the cylinders from the inside of the crankcase into the piston.

本発明は前記所定の位置を下死点とする構成とすることができる。   In the present invention, the predetermined position may be a bottom dead center.

本発明は前記気体導入部が、前記ピストンの外周部に設けられるとともに、前記ピストンが下死点に到達した状態で、前記クランクケースの内部に露出するように設けられている構成とすることができる。   The present invention may be configured such that the gas introduction portion is provided on an outer peripheral portion of the piston and is exposed to the inside of the crankcase in a state where the piston has reached bottom dead center. it can.

本発明は前記スターリングエンジンがα型のスターリングエンジンであり、前記クランクケースの内部を気筒間で区分する隔壁部を備えている構成とすることができる。   In the present invention, the Stirling engine may be an α-type Stirling engine, and may include a partition portion that divides the inside of the crankcase between cylinders.

本発明は前記スターリングエンジンが高温側気筒および低温側気筒を備えるα型のスターリングエンジンであり、前記クランクケースの内部を前記高温側気筒、前記低温側気筒間で区分する隔壁部と、前記隔壁部に設けられ、前記高温側気筒に対応する前記クランクケースの内部の圧力が、前記低温側気筒に対応する前記クランクケースの内部の圧力よりも高くなるように前記クランクケースの内部の圧力を調節可能な圧力調節部と、を備えている構成とすることができる。   The present invention is an α-type Stirling engine in which the Stirling engine includes a high-temperature side cylinder and a low-temperature side cylinder, and a partition portion that divides the inside of the crankcase between the high-temperature side cylinder and the low-temperature side cylinder; And the internal pressure of the crankcase corresponding to the high temperature side cylinder can be adjusted to be higher than the internal pressure of the crankcase corresponding to the low temperature side cylinder. And a pressure adjusting unit.

本発明によれば、ピストンの熱膨張が助長されることを防止しつつ、気体潤滑が行われるピストン、シリンダ間に噴出する気体をピストンの内部に好適に取り込むことができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the gas which blows out between the piston and gas cylinder in which gas lubrication is performed can be taken in suitably inside a piston, preventing the thermal expansion of a piston being encouraged.

スターリングエンジンの概略構成図である。It is a schematic block diagram of a Stirling engine. 気体導入構造の説明図である。It is explanatory drawing of a gas introduction structure. クランク角度に応じた膨張ピストンの位置とクランクケースの内部の圧力との関係を示す図であるIt is a figure which shows the relationship between the position of the expansion piston according to a crank angle, and the pressure inside a crankcase. 気体導入構造の変形例の説明図である。It is explanatory drawing of the modification of a gas introduction structure.

図面を用いて、本発明の実施例について説明する。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１はスターリングエンジン１０の概略構成図である。スターリングエンジン１０は多気筒（ここでは２気筒）α型のスターリングエンジンである。スターリングエンジン１０は、直列平行に配置された高温側気筒２０および低温側気筒３０を備えている。高温側気筒２０は高温側ピストンである膨張ピストン２１と高温側シリンダ２２とを、低温側気筒３０は低温側ピストンである圧縮ピストン３１と低温側シリンダ３２とを備えている。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a Stirling engine 10. The Stirling engine 10 is a multi-cylinder (here, two-cylinder) α-type Stirling engine. The Stirling engine 10 includes a high temperature side cylinder 20 and a low temperature side cylinder 30 arranged in series and parallel. The high temperature side cylinder 20 includes an expansion piston 21 and a high temperature side cylinder 22 which are high temperature side pistons, and the low temperature side cylinder 30 includes a compression piston 31 and a low temperature side cylinder 32 which are low temperature side pistons.

スターリングエンジン１０は、出力軸６１とクランクケース６２とを備えている。出力軸６１はピストン２１、３１の往復運動を回転運動に変換する。出力軸６１はピストン２１、３１間に位相差を設けている。具体的には、圧縮ピストン３１が膨張ピストン２１に対して、クランク角で９０°程度遅れて動くように位相差を設けている。出力軸６１はクランクケース６２に設けられている。クランクケース６２には、クランクケース６２の内部を気筒２０、３０間で区分する隔壁部６２ａが設けられている。   The Stirling engine 10 includes an output shaft 61 and a crankcase 62. The output shaft 61 converts the reciprocating motion of the pistons 21 and 31 into rotational motion. The output shaft 61 has a phase difference between the pistons 21 and 31. Specifically, a phase difference is provided such that the compression piston 31 moves with a crank angle delayed by about 90 ° with respect to the expansion piston 21. The output shaft 61 is provided in the crankcase 62. The crankcase 62 is provided with a partition wall 62 a that divides the inside of the crankcase 62 between the cylinders 20 and 30.

隔壁部６２ａにはチェック弁６５が設けられている。チェック弁６５は圧力調節部であり、高温側気筒２０に対応するクランクケース６２の内部から低温側気筒３０に対応するクランクケース６２の内部への作動流体の流通を禁止し、その逆の流通を許可するように設けられている。そしてこれにより、高温側気筒２０に対応するクランクケース６２の内部の圧力が、低温側気筒３０に対応するクランクケース６２の内部の圧力よりも高くなるようにクランクケース６２の内部の圧力を調節できるようになっている。   A check valve 65 is provided in the partition wall 62a. The check valve 65 is a pressure adjusting unit that prohibits the flow of the working fluid from the inside of the crankcase 62 corresponding to the high temperature side cylinder 20 to the inside of the crankcase 62 corresponding to the low temperature side cylinder 30 and vice versa. It is provided to allow. Accordingly, the pressure inside the crankcase 62 can be adjusted so that the pressure inside the crankcase 62 corresponding to the high temperature side cylinder 20 is higher than the pressure inside the crankcase 62 corresponding to the low temperature side cylinder 30. It is like that.

高温側シリンダ２２の上部空間は膨張空間となっている。膨張空間には加熱器４７で加熱された作動流体が流入する。加熱器４７は熱交換器であり、流通する作動流体と図示しない内燃機関の排気との間で熱交換を行う。そしてこれにより、排気から回収した熱エネルギーで作動流体を加熱する。内燃機関の排気はスターリングエンジン１０の高温熱源を構成する。   The upper space of the high temperature side cylinder 22 is an expansion space. The working fluid heated by the heater 47 flows into the expansion space. The heater 47 is a heat exchanger, and performs heat exchange between a circulating working fluid and exhaust gas of an internal combustion engine (not shown). Thus, the working fluid is heated with the thermal energy recovered from the exhaust. The exhaust from the internal combustion engine constitutes a high-temperature heat source for the Stirling engine 10.

低温側シリンダ３２の上部空間は圧縮空間となっている。圧縮空間には冷却器４５で冷却された作動流体が流入する。再生器４６は、膨張空間、圧縮空間の間を往復する作動流体との間で熱の授受を行う。再生器４６は具体的には、作動流体が膨張空間から圧縮空間へと流れる時には作動流体から熱を受け取り、作動流体が圧縮空間から膨張空間へと流れる時には蓄えられた熱を作動流体に放出する。作動流体には空気が適用されている。但しこれに限られず、作動流体には例えばＨｅ、Ｈ２、Ｎ２等の気体を適用することができる。 The upper space of the low temperature side cylinder 32 is a compression space. The working fluid cooled by the cooler 45 flows into the compression space. The regenerator 46 exchanges heat with the working fluid reciprocating between the expansion space and the compression space. Specifically, the regenerator 46 receives heat from the working fluid when the working fluid flows from the expansion space to the compression space, and releases the stored heat to the working fluid when the working fluid flows from the compression space to the expansion space. . Air is applied to the working fluid. However, the present invention is not limited to this, and a gas such as He, H 2 , or N 2 can be applied to the working fluid.

次にスターリングエンジン１０の動作について説明する。加熱器４７が作動流体を加熱すると、作動流体が膨張し、膨張ピストン２１を圧下する。そしてこれにより、出力軸６１が回転する。次に膨張ピストン２１が上昇行程に移ると、作動流体は加熱器４７を通過し、再生器４６に移送される。そして、再生器４６で熱を放出して冷却器４５へと流れる。冷却器４５で冷却された作動流体は圧縮空間に流入し、さらに圧縮ピストン３１の上昇に伴って圧縮される。このようにして圧縮された作動流体は、今度は再生器４６から熱を奪いながら温度を上昇して加熱器４７へ流れ込む。そして、再び加熱され、膨張する。スターリングエンジン１０は、かかる作動流体の往復流動を通じて動作する。   Next, the operation of the Stirling engine 10 will be described. When the heater 47 heats the working fluid, the working fluid expands and compresses the expansion piston 21. As a result, the output shaft 61 rotates. Next, when the expansion piston 21 moves up, the working fluid passes through the heater 47 and is transferred to the regenerator 46. Then, heat is released by the regenerator 46 and flows to the cooler 45. The working fluid cooled by the cooler 45 flows into the compression space and is further compressed as the compression piston 31 rises. The working fluid compressed in this way then rises in temperature while taking heat from the regenerator 46 and flows into the heater 47. And it is heated again and expands. The Stirling engine 10 operates through the reciprocating flow of such working fluid.

本実施例ではスターリングエンジン１０の熱源が内燃機関の排気ガスとなっていることから、得られる熱量に制約があり、その得られる熱量の範囲でスターリングエンジン１０を作動させる必要がある。そこで本実施例では、スターリングエンジン１０の内部フリクションを可能な限り低減させることとしている。具体的にはスターリングエンジン１０の内部フリクションのうち、最も摩擦損失が大きいピストンリングによる摩擦損失を無くすため、シリンダ２２、３２とピストン２１、３１との間で気体潤滑を行っている。   In the present embodiment, since the heat source of the Stirling engine 10 is the exhaust gas of the internal combustion engine, the amount of heat obtained is limited, and it is necessary to operate the Stirling engine 10 within the range of the obtained heat amount. Therefore, in this embodiment, the internal friction of the Stirling engine 10 is reduced as much as possible. Specifically, gas lubrication is performed between the cylinders 22 and 32 and the pistons 21 and 31 in order to eliminate the friction loss due to the piston ring having the largest friction loss among the internal friction of the Stirling engine 10.

気体潤滑ではシリンダ２２、３２とピストン２１、３１の間の微小なクリアランスで発生する空気の圧力（分布）を利用して，ピストン２１、３１を空中に浮いた形にする。気体潤滑は摺動抵抗が極めて小さいため、スターリングエンジン１０の内部フリクションを大幅に低減させることができる。空中に物体を浮上させる気体潤滑には、具体的にはピストン２１、３１とシリンダ２２、３２との間に気体（加圧流体）を噴出させ、発生した静圧によって物体を浮上させる静圧気体潤滑が適用されている。   In the gas lubrication, the pistons 21 and 31 are made to float in the air by using the pressure (distribution) of air generated by a minute clearance between the cylinders 22 and 32 and the pistons 21 and 31. Since the gas lubrication has extremely small sliding resistance, the internal friction of the Stirling engine 10 can be greatly reduced. For the gas lubrication that causes an object to float in the air, specifically, a static pressure gas that jets a gas (pressurized fluid) between the pistons 21 and 31 and the cylinders 22 and 32 and causes the object to float by the generated static pressure. Lubrication is applied.

スターリングエンジン１０では、クランクケース６２内を加圧している。この点、クランクケース６２内を加圧するにあたり、スターリングエンジン１０は加圧ポンプ５１、加圧用配管５２および加圧用開閉弁５３を備えている。加圧ポンプ５１はクランクケース６２内を加圧する。加圧用配管５２は加圧ポンプ５１とクランクケース６２とを接続する。加圧用開閉弁５３は加圧用配管５２に介在するようにして設けられており、クランクケース６２内の加圧の許可、禁止を切り替える。   In the Stirling engine 10, the inside of the crankcase 62 is pressurized. In this regard, the Stirling engine 10 includes a pressurizing pump 51, a pressurizing pipe 52, and a pressurizing on-off valve 53 when pressurizing the crankcase 62. The pressurizing pump 51 pressurizes the inside of the crankcase 62. The pressurizing pipe 52 connects the pressurizing pump 51 and the crankcase 62. The pressurization on-off valve 53 is provided so as to be interposed in the pressurization pipe 52 and switches between permitting and prohibiting pressurization in the crankcase 62.

スターリングエンジン１０では、運転にあたりクランクケース６２内を加圧した場合であっても、ピストン２１、３１およびシリンダ２２、３２間に形成された微小クリアランスを通じて、膨張空間や圧縮空間に存在する作動流体の平均圧力と、クランクケース６２内に存在する作動流体の平均圧力とが時間経過とともにほぼ等しくなるようになっている。このためスターリングエンジン１０では、クランクケース６２内を加圧することで作動流体を高圧にし、これによってより大きな出力を得られるようにしている。   In the Stirling engine 10, even when the inside of the crankcase 62 is pressurized during operation, the working fluid existing in the expansion space and the compression space is passed through the minute clearance formed between the pistons 21 and 31 and the cylinders 22 and 32. The average pressure and the average pressure of the working fluid existing in the crankcase 62 are substantially equal with time. For this reason, in the Stirling engine 10, the working fluid is pressurized to a high pressure by pressurizing the inside of the crankcase 62, thereby obtaining a larger output.

スターリングエンジン１０にはスターリングエンジンの気体導入構造（以下、気体導入構造）１が適用されている。気体導入構造１は気筒２０、３０にそれぞれ適用されている。気体導入構造１はスターリングエンジン１０が備える複数（ここでは２つ）の気筒２０、３０のうち、少なくともいずれか１つに対して適用することができる。   A Stirling engine gas introduction structure (hereinafter referred to as a gas introduction structure) 1 is applied to the Stirling engine 10. The gas introduction structure 1 is applied to the cylinders 20 and 30, respectively. The gas introduction structure 1 can be applied to at least one of a plurality (here, two) cylinders 20 and 30 included in the Stirling engine 10.

図２は気体導入構造１の説明図である。図２では、高温側気筒２０における気体導入構造１を示している。また、下死点に位置する膨張ピストン２１を実線で、上死点に位置する膨張ピストン２１を破線で示している。   FIG. 2 is an explanatory diagram of the gas introduction structure 1. In FIG. 2, the gas introduction structure 1 in the high temperature side cylinder 20 is shown. The expansion piston 21 located at the bottom dead center is indicated by a solid line, and the expansion piston 21 located at the top dead center is indicated by a broken line.

気体導入構造１は気体導入部２を備えている。気体導入部２は膨張ピストン２１の外周部に設けられている。具体的には、気体導入部２は膨張ピストン２１のスカート下部に設けられている。気体導入部２は膨張ピストン２１の内外を連通する気体導入口を形成している。気体導入部２は膨張ピストン２１の周方向に沿って均等に複数設けられている。   The gas introduction structure 1 includes a gas introduction part 2. The gas introduction part 2 is provided on the outer peripheral part of the expansion piston 21. Specifically, the gas introduction part 2 is provided at the lower part of the skirt of the expansion piston 21. The gas introduction part 2 forms a gas introduction port that communicates the inside and outside of the expansion piston 21. A plurality of gas introduction portions 2 are provided uniformly along the circumferential direction of the expansion piston 21.

気体導入部２は、膨張ピストン２１が所定の位置に到達した状態で、膨張ピストン２１の内部（具体的には図示しない蓄圧室）とクランクケース６２の内部とを連通状態にする。そして、膨張ピストン２１の内部から図示しない気体噴出孔を介して膨張ピストン２１と高温側シリンダ２２との間に噴出する気体を、クランクケース６２の内部から膨張ピストン２１の内部に導入する。   The gas introduction unit 2 brings the inside of the expansion piston 21 (specifically, a pressure accumulating chamber (not shown)) and the inside of the crankcase 62 into a communicating state with the expansion piston 21 reaching a predetermined position. And the gas which injects between the expansion piston 21 and the high temperature side cylinder 22 from the inside of the expansion piston 21 via the gas injection hole which is not illustrated is introduce | transduced from the inside of the crankcase 62 to the inside of the expansion piston 21.

所定の位置は下死点となっている。そして、気体導入部２は膨張ピストン２１が下死点に到達した状態で、クランクケース６２の内部に露出するように設けられている。クランクケース６２の内部は具体的には隔壁部６２ａによって区分されている内部空間それぞれのうち、気体導入部２が気体を導入する膨張ピストン２１に対応する内部空間となっている。   The predetermined position is the bottom dead center. The gas introduction part 2 is provided so as to be exposed to the inside of the crankcase 62 in a state where the expansion piston 21 has reached the bottom dead center. Specifically, the inside of the crankcase 62 is an internal space corresponding to the expansion piston 21 into which the gas is introduced by the gas introduction portion 2 among the internal spaces divided by the partition wall portion 62a.

次に気体導入構造１の作用効果について説明する。なお、ここでは高温側気筒２０における気体導入構造１を例にして作用効果を説明するが、低温側気筒３０における気体導入構造１についても同様である。気体導入構造１では、気体導入部２がクランクケース６２の内部から膨張ピストン２１の内部に気体を導入する。このため、気体導入構造１は例えば膨張空間に存在する作動流体など、高温の作動流体を膨張ピストン２１の内部に導入する場合とは異なり、膨張ピストン２１の熱変形が助長されることを防止できる。同時に、膨張ピストン２１の内部に取り込まれた後、作動流体の体積が温度低下によって減少する分、気体潤滑性能が低くなることも回避できる。   Next, the effect of the gas introduction structure 1 is demonstrated. Here, the operation and effect will be described by taking the gas introduction structure 1 in the high temperature side cylinder 20 as an example, but the same applies to the gas introduction structure 1 in the low temperature side cylinder 30. In the gas introduction structure 1, the gas introduction part 2 introduces gas from the inside of the crankcase 62 into the expansion piston 21. For this reason, the gas introduction structure 1 can prevent the thermal deformation of the expansion piston 21 from being promoted, unlike the case where a high-temperature working fluid such as a working fluid existing in the expansion space is introduced into the expansion piston 21. . At the same time, after being taken into the expansion piston 21, it is possible to avoid the gas lubrication performance from being lowered as much as the volume of the working fluid decreases due to the temperature drop.

気体導入構造１では、気体導入部２が、膨張ピストン２１が所定の位置に到達した状態で、膨張ピストン２１の内部とクランクケース６２の内部とを連通状態にする。このため、気体導入構造１は膨張ピストン２１の内部とクランクケース６２の内部とが常時連通した状態になることを回避できる。結果、チェック弁を用いることなく、膨張ピストン２１の内部に導入した気体の逆流を防止できる。そしてこれにより、膨張ピストン２１の内部に気体を好適に取り込むことができる。   In the gas introduction structure 1, the gas introduction part 2 brings the inside of the expansion piston 21 and the inside of the crankcase 62 into communication with each other with the expansion piston 21 reaching a predetermined position. For this reason, the gas introduction structure 1 can avoid the state where the inside of the expansion piston 21 and the inside of the crankcase 62 are always in communication. As a result, the backflow of the gas introduced into the expansion piston 21 can be prevented without using a check valve. And thereby, gas can be suitably taken in the inside of the expansion piston 21.

気体導入構造１は、所定の位置を下死点とすることで、クランクケース６２の内部から膨張ピストン２１の内部に構造上、合理的に気体を導入することができる。また、膨張ピストン２１が下死点に到達した状態で、クランクケース６２の内部に露出するように設けることで、より簡素な構成で気体を導入することができる。また、気体導入部２を膨張ピストン２１の周方向に沿って均等に複数設けることで、気体導入時に膨張ピストン２１に偏った力が作用することを抑制できる。   The gas introduction structure 1 can rationally introduce gas from the inside of the crankcase 62 to the inside of the expansion piston 21 by setting the predetermined position as a bottom dead center. Further, by providing the expansion piston 21 so as to be exposed to the inside of the crankcase 62 in a state where the expansion piston 21 has reached the bottom dead center, the gas can be introduced with a simpler configuration. Further, by providing a plurality of gas introduction portions 2 evenly along the circumferential direction of the expansion piston 21, it is possible to suppress a biased force from acting on the expansion piston 21 when the gas is introduced.

図３はクランク角度に応じた膨張ピストン２１の位置とクランクケース６２の内部の圧力との関係を示す図である。図３では、クランクケース６２の内部の圧力について、隔壁部６２ａを設けている場合を実線で示すとともに、隔壁部６２ａを設けなかった場合を破線で示している。隔壁部６２ａを設けている場合におけるクランクケース６２の内部の圧力は、膨張ピストン２１に対応する内部空間の圧力を示す。   FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the position of the expansion piston 21 corresponding to the crank angle and the pressure inside the crankcase 62. In FIG. 3, as for the pressure inside the crankcase 62, the case where the partition wall portion 62a is provided is indicated by a solid line, and the case where the partition wall portion 62a is not provided is indicated by a broken line. The pressure inside the crankcase 62 in the case where the partition wall 62 a is provided indicates the pressure in the internal space corresponding to the expansion piston 21.

図３に示すように、隔壁部６２ａを設けなかった場合には、クランクケース６２の内部の圧力が下死点で最大とはならないことがわかる。これに対し、スターリングエンジン１０は隔壁部６２ａを設けることで、隔壁部６２ａを設けなかった場合よりも、平均圧を中心とした圧力の振幅を大きくすることができる。そして、クランクケース６２の内部の圧力を下死点で概ね最大になるように高めることができる。結果、気体潤滑への利用に適したより高圧の気体を膨張ピストン２１の内部に導入することができる。このため、気体導入構造１は隔壁部６２ａを備えているスターリングエンジン１０に好適である。   As shown in FIG. 3, when the partition wall 62a is not provided, it can be seen that the pressure inside the crankcase 62 does not reach the maximum at the bottom dead center. On the other hand, the Stirling engine 10 can increase the amplitude of the pressure centered on the average pressure by providing the partition wall 62a as compared with the case where the partition wall 62a is not provided. Then, the internal pressure of the crankcase 62 can be increased so as to be substantially maximized at the bottom dead center. As a result, a higher-pressure gas suitable for use in gas lubrication can be introduced into the expansion piston 21. For this reason, the gas introduction structure 1 is suitable for the Stirling engine 10 including the partition wall 62a.

気体導入構造１は、隔壁部６２ａにチェック弁６５を備えるスターリングエンジン１０に適用されることで、次のように膨張ピストン２１の静圧能力を確保できる点で好適である。すなわち、例えばピストン２１、３１を気体潤滑するにあたり、ピストン２１、３１に同じ流量の作動流体を供給しようとしても、高温になっている膨張ピストン２１内では作動流体が膨張する。結果、圧縮ピストン３１内と比較して、作動流体の量が少なくなる可能性がある。   The gas introduction structure 1 is suitable in that the static pressure capability of the expansion piston 21 can be secured as follows by being applied to the Stirling engine 10 including the check valve 65 in the partition wall 62a. That is, for example, when the pistons 21 and 31 are gas lubricated, even if an attempt is made to supply the working fluid at the same flow rate to the pistons 21 and 31, the working fluid expands in the expansion piston 21 that is at a high temperature. As a result, there is a possibility that the amount of working fluid may be smaller than in the compression piston 31.

これに対し、隔壁部６２ａにチェック弁６５を備えるスターリングエンジン１０に適用される気体潤滑構造１では、高温側気筒２０に対応するクランクケース６２内の圧力が、低温側気筒２０に対応するクランクケース６２内の圧力よりも高くなるようにチェック弁６５でクランクケース６２内の圧力を調節できる。このため、熱的に厳しい膨張ピストン２１の静圧能力を高めることで、膨張ピストン２１の静圧能力を確保することができる。   On the other hand, in the gas lubrication structure 1 applied to the Stirling engine 10 provided with the check valve 65 in the partition wall 62a, the pressure in the crankcase 62 corresponding to the high temperature side cylinder 20 is changed to the crankcase corresponding to the low temperature side cylinder 20. The pressure in the crankcase 62 can be adjusted by the check valve 65 so as to be higher than the pressure in the 62. For this reason, the static pressure capability of the expansion piston 21 can be ensured by increasing the static pressure capability of the expansion piston 21 that is thermally severe.

気体導入構造１は、クランクケース６２の内部が加圧されるスターリングエンジン１０に適用されることで、気体潤滑への利用に適したより高圧の気体を膨張ピストン２１の内部に好適に導入することができる。このため、気体導入構造１はクランクケース６２の内部が加圧されるスターリングエンジン１０に好適である。   The gas introduction structure 1 is suitably applied to the Stirling engine 10 in which the inside of the crankcase 62 is pressurized, so that a higher pressure gas suitable for use in gas lubrication can be suitably introduced into the expansion piston 21. it can. For this reason, the gas introduction structure 1 is suitable for the Stirling engine 10 in which the inside of the crankcase 62 is pressurized.

なお、膨張ピストン２１の熱変形が助長されることを防止するには、例えば圧縮空間から膨張ピストン２１の内部に作動流体を導入することも考えられる。ところが、この場合にはスターリングエンジン１０の構造が複雑化する。この点、気体導入構造１はこのような場合に対しても、膨張ピストン２１の熱変形が助長されることを防止しつつ、簡素な構成で気体を取り込むことができる点で、膨張ピストン２１の内部に気体を好適に取り込むことができる。   In order to prevent the thermal deformation of the expansion piston 21 from being promoted, for example, it is conceivable to introduce a working fluid from the compression space into the expansion piston 21. However, in this case, the structure of the Stirling engine 10 is complicated. In this respect, the gas introduction structure 1 can take in gas with a simple configuration while preventing the thermal deformation of the expansion piston 21 from being promoted in such a case. Gas can be taken in suitably inside.

次に気体導入構造１の変形例について説明する。図４は気体導入構造１の変形例である気体導入構造１´の説明図である。図４では、高温側気筒２０´における気体導入構造１´を示している。また、下死点に位置する膨張ピストン２１´を実線で、上死点に位置する膨張ピストン２１´を破線で示している。気体導入構造１´は、気体導入構造１の代わりに低温側気筒３０に適用することもできる。   Next, a modified example of the gas introduction structure 1 will be described. FIG. 4 is an explanatory view of a gas introduction structure 1 ′ which is a modification of the gas introduction structure 1. FIG. 4 shows a gas introduction structure 1 ′ in the high temperature side cylinder 20 ′. Further, the expansion piston 21 ′ located at the bottom dead center is indicated by a solid line, and the expansion piston 21 ′ located at the top dead center is indicated by a broken line. The gas introduction structure 1 ′ can be applied to the low temperature side cylinder 30 instead of the gas introduction structure 1.

スターリングエンジン１０´は、気体導入構造１の代わりに気体導入構造１´が適用されている点と、これに応じて高温側気筒２０の代わりに高温側気筒２０´を備えるとともに、クランクケース６２の代わりにクランクケース６２´を備えている点以外、スターリングエンジン１０と実質的に同一である。気体導入構造１´は気体導入部２´を備えている。気体導入部２´は、スターリングエンジン１０´のうち、膨張ピストン２１´の外周部を含む部分に設けられている。気体導入部２´は第１の部分導入部２ａと、第２の部分導入部２ｂと、第３の部分導入部２ｃとを備えている。   The Stirling engine 10 ′ includes a gas introduction structure 1 ′ instead of the gas introduction structure 1, and according to this, includes a high temperature side cylinder 20 ′ instead of the high temperature side cylinder 20. Instead, it is substantially the same as the Stirling engine 10 except that a crankcase 62 'is provided. The gas introduction structure 1 ′ includes a gas introduction part 2 ′. The gas introduction part 2 ′ is provided in a part of the Stirling engine 10 ′ including the outer peripheral part of the expansion piston 21 ′. The gas introduction part 2 ′ includes a first partial introduction part 2a, a second partial introduction part 2b, and a third partial introduction part 2c.

第１の部分導入部２ａは膨張ピストン２１´の外周部に設けられている。第１の部分導入部２ａは膨張ピストン２１´の内外を連通する第１の部分導入口を形成している。第１の部分導入部２ａは膨張ピストン２１´が所定の位置に到達した状態で、クランクケース６２´の内部に露出しないように設けられている。所定の位置は下死点となっている。   The first partial introduction portion 2a is provided on the outer peripheral portion of the expansion piston 21 '. The 1st partial introduction part 2a forms the 1st partial introduction port which connects the inside and outside of expansion piston 21 '. The first partial introduction portion 2a is provided so as not to be exposed inside the crankcase 62 'when the expansion piston 21' has reached a predetermined position. The predetermined position is the bottom dead center.

第２の部分導入部２ｂは高温側シリンダ２２´に設けられている。第２の部分導入部２ｂは高温側シリンダ２２´の内外を連通する第２の部分導入口を形成している。第２の部分導入部２ｂは、高温側シリンダ２２´のうち、所定の位置にある場合の膨張ピストン２１´の第１の部分導入部２ａに対向する部分に設けられている。   The second partial introduction portion 2b is provided in the high temperature side cylinder 22 ′. The 2nd partial introduction part 2b forms the 2nd partial introduction port which connects the inside and outside of high temperature side cylinder 22 '. The second partial introduction portion 2b is provided in a portion of the high temperature side cylinder 22 'that faces the first partial introduction portion 2a of the expansion piston 21' when in a predetermined position.

第３の部分導入部２ｃはクランクケース６２´に設けられている。第３の部分導入部２ｃはクランクケース６２´の内部と第２の部分導入口とを連通する第３の部分導入口を形成している。気体導入部２´は、部分導入部２ｂ、２ｃを直接接続する代わりに、例えば部分導入部２ｂをクランクケース６２´の外部に開口させるとともに、部分導入部２ｂ、２ｃを接続する配管部をさらに備えてもよい。互いに対応する部分導入部２ａ、２ｂ、２ｃを備える気体導入部２´は、膨張ピストン２１´の周方向に沿って均等に複数設けられている。   The third partial introduction portion 2c is provided in the crankcase 62 ′. The third partial introduction portion 2c forms a third partial introduction port that communicates the inside of the crankcase 62 'with the second partial introduction port. For example, instead of directly connecting the partial introduction portions 2b and 2c, the gas introduction portion 2 'opens the partial introduction portion 2b to the outside of the crankcase 62' and further provides a piping portion for connecting the partial introduction portions 2b and 2c. You may prepare. A plurality of gas introduction portions 2 ′ including the partial introduction portions 2 a, 2 b, and 2 c corresponding to each other are equally provided along the circumferential direction of the expansion piston 21 ′.

気体導入構造１´でも、気体導入部２´によって膨張ピストン２１´が所定の位置に到達した状態で、膨張ピストン２１´の内部とクランクケース６２´の内部とを連通状態にし、クランクケース６２´の内部から膨張ピストン２１´の内部に気体を導入することができる。そしてこれにより、膨張ピストン２１´の熱変形が助長されることを防止しつつ、膨張ピストン２１´の内部に気体を好適に取り込むことができる。   Even in the gas introduction structure 1 ′, the expansion piston 21 ′ reaches the predetermined position by the gas introduction portion 2 ′, and the inside of the expansion piston 21 ′ and the inside of the crankcase 62 ′ are in communication with each other. The gas can be introduced into the expansion piston 21 'from the inside. And thereby, gas can be taken in suitably inside expansion piston 21 ', preventing thermal deformation of expansion piston 21' being encouraged.

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
例えば、気体導入構造は必ずしもα型のスターリングエンジンに限られず、その他のスターリングエンジンに適用されてもよい。また、スターリングエンジンがα型のスターリングエンジンである場合に、スターリングエンジンはクランクケースの内部を気筒間で区分する隔壁部を必ずしも備えていなくてもよい。この場合でも、クランクケースの内部の圧力変動が小さいことに対し、チェック弁の不要化によって取り込み可能な圧力の低下を抑制できる分、ピストンの内部に気体を好適に導入できる。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed.
For example, the gas introduction structure is not necessarily limited to the α-type Stirling engine, and may be applied to other Stirling engines. Further, when the Stirling engine is an α-type Stirling engine, the Stirling engine may not necessarily include a partition portion that divides the inside of the crankcase between the cylinders. Even in this case, the pressure fluctuation inside the crankcase is small, and the gas can be preferably introduced into the piston as much as the drop in pressure that can be taken in can be suppressed by eliminating the need for the check valve.

気体導入構造 １、１´
気体導入部 ２、２´
スターリングエンジン １０、１０´
膨張ピストン ２１、２１´
高温側シリンダ ２２、２２´
クランクケース ６２、６２´ Gas introduction structure 1, 1 '
Gas introduction part 2, 2 '
Stirling engine 10, 10 '
Expansion piston 21, 21 '
High temperature side cylinder 22, 22 '
Crankcase 62, 62 '

Claims (5)

シリンダと、
前記シリンダとの間で気体潤滑が行われるピストンと、
前記ピストンの往復運動を回転運動に変換する出力軸が設けられるクランクケースと、を備えるスターリングエンジンに適用され、
前記スターリングエンジンのうち、少なくとも前記ピストンの外周部に設けられ、前記ピストンが所定の位置に到達した状態で、前記ピストンの内部と前記クランクケースの内部とを連通状態にし、前記ピストンの内部から前記ピストンと前記シリンダとの間に噴出する気体を、前記クランクケースの内部から前記ピストンの内部に導入する気体導入部を備えるスターリングエンジンの気体導入構造。 A cylinder,
A piston that performs gas lubrication with the cylinder;
A crankcase provided with an output shaft that converts the reciprocating motion of the piston into a rotational motion, and is applied to a Stirling engine,
Of the Stirling engine, provided at least on the outer periphery of the piston, in a state where the piston has reached a predetermined position, the inside of the piston and the inside of the crankcase are brought into communication with each other from the inside of the piston. A gas introduction structure for a Stirling engine, comprising a gas introduction portion for introducing gas ejected between a piston and the cylinder from the inside of the crankcase into the piston. 前記所定の位置を下死点とする請求項１記載のスターリングエンジンの気体導入構造。 The gas introduction structure of a Stirling engine according to claim 1, wherein the predetermined position is a bottom dead center. 前記気体導入部が、前記ピストンの外周部に設けられるとともに、前記ピストンが下死点に到達した状態で、前記クランクケースの内部に露出するように設けられている請求項２記載のスターリングエンジンの気体導入構造。 3. The Stirling engine according to claim 2, wherein the gas introduction portion is provided on an outer peripheral portion of the piston, and is provided so as to be exposed to the inside of the crankcase in a state where the piston reaches a bottom dead center. Gas introduction structure. 前記スターリングエンジンがα型のスターリングエンジンであり、前記クランクケースの内部を気筒間で区分する隔壁部を備えている請求項１から３いずれか１項記載のスターリングエンジンの気体導入構造。 The gas introduction structure of a Stirling engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the Stirling engine is an α-type Stirling engine, and includes a partition portion that divides the inside of the crankcase between cylinders. 前記スターリングエンジンが高温側気筒および低温側気筒を備えるα型のスターリングエンジンであり、前記クランクケースの内部を前記高温側気筒、前記低温側気筒間で区分する隔壁部と、前記隔壁部に設けられ、前記高温側気筒に対応する前記クランクケースの内部の圧力が、前記低温側気筒に対応する前記クランクケースの内部の圧力よりも高くなるように前記クランクケースの内部の圧力を調節可能な圧力調節部と、を備えている請求項１から３いずれか１項記載のスターリングエンジンの気体潤滑構造。 The Stirling engine is an α-type Stirling engine having a high-temperature side cylinder and a low-temperature side cylinder, and is provided in a partition wall section that divides the inside of the crankcase between the high-temperature side cylinder and the low-temperature side cylinder; The pressure adjustment that can adjust the internal pressure of the crankcase so that the internal pressure of the crankcase corresponding to the high temperature side cylinder is higher than the internal pressure of the crankcase corresponding to the low temperature side cylinder. A gas lubrication structure for a Stirling engine according to any one of claims 1 to 3, further comprising a portion.
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