JP5533713B2 - Output control device for Stirling engine for exhaust heat recovery - Google Patents

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Description

本発明は排熱回収用スターリングエンジンの出力制御装置に関する。   The present invention relates to an output control device for a Stirling engine for exhaust heat recovery.

近年、乗用車やバス、トラック等の車両に搭載される内燃機関の排熱や工場排熱を回収するために、スターリングエンジンが注目されてきている。スターリングエンジンの出力制御に関する技術として、本発明と関連性があると考えられる技術が、例えば特許文献１から３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. As a technique related to output control of the Stirling engine, techniques considered to be related to the present invention are disclosed in Patent Documents 1 to 3, for example.

特開平０５−１８７３１５号公報JP 05-187315 A 特開２００７−２３１８５８号公報JP 2007-231858 A 特開２００５−３３７１７９号公報JP 2005-337179 A

排熱回収用のスターリングエンジンは、加熱器が高温熱源から回収する排熱を利用して動作する。このため、必要に応じてスターリングエンジンの出力を制御しようとしても、排熱を回収する構成上、要求出力に応じて高温熱源を任意に変更できない。また、加熱器の熱容量が大きい場合には、加熱器の温度が高い場合にスターリングエンジンの出力を要求出力まで素早く減少させることができない。   A Stirling engine for exhaust heat recovery operates using exhaust heat recovered by a heater from a high-temperature heat source. For this reason, even if it is going to control the output of a Stirling engine as needed, on the structure which collect | recovers exhaust heat, a high temperature heat source cannot be changed arbitrarily according to a request | requirement output. Further, when the heat capacity of the heater is large, the output of the Stirling engine cannot be quickly reduced to the required output when the temperature of the heater is high.

これに対し、排熱回収用のスターリングエンジンの出力を制御するには、例えば外部タンクやクランクケースとの間でスターリングエンジンの作動流体を吸排し、作動空間の内外で圧力を調節することができる。しかしながら、この場合には装置が大掛かりで、その操作に多大なエネルギーを要することに加え、必要な応答性が得られない虞がある。   On the other hand, in order to control the output of the Stirling engine for exhaust heat recovery, for example, the working fluid of the Stirling engine can be sucked and discharged between the external tank and the crankcase, and the pressure can be adjusted inside and outside the working space. . However, in this case, the apparatus is large and requires a large amount of energy for its operation, and the necessary responsiveness may not be obtained.

また、特にクランクケース一体加圧型のスターリングエンジンの場合、例えばスターリングエンジンの出力軸に対して変速機やクラッチを設け、スターリングエンジンの回転数を変更することで、熱交換を行う作動流体の量を変更し、これにより出力を制御することもできる。しかしながら、この場合には寿命の低下や騒音振動の発生やシステムの複雑化を招くことに繋がる。また、クラッチでは出力の断続のみしか制御できない。   In particular, in the case of a crankcase-integrated pressurized Stirling engine, for example, a transmission or a clutch is provided on the output shaft of the Stirling engine, and the amount of working fluid for heat exchange is reduced by changing the rotation speed of the Stirling engine. It is also possible to change and control the output. However, in this case, the life is shortened, noise and vibration are generated, and the system is complicated. In addition, the clutch can only control output interruption.

本発明は上記課題に鑑み、排熱回収用のスターリングエンジンの出力を任意の出力に応答性良く制御可能な排熱回収用スターリングエンジンの出力制御装置を提供することを目的とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide an output control device for an exhaust heat recovery Stirling engine that can control the output of the exhaust heat recovery Stirling engine to an arbitrary output with good responsiveness.

本発明の第１の排熱回収用スターリングエンジンの出力制御装置は、２気筒α型の排熱回収用のスターリングエンジンが備える高温側気筒と低温側気筒とを連通するとともに、高温側ピストンを備える前記高温側気筒の側に高温側開口部を、低温側ピストンを備える前記低温側気筒の側に低温側開口部を備え、前記スターリングエンジンの作動流体を流通させる通路部と、前記通路部に設けられ、作動流体の流通を制御する制御弁と、を備え、前記制御弁が、前記スターリングエンジンの加熱器を流通する作動流体の流量を減少させることで、前記スターリングエンジンの出力を制御し、前記制御弁を回転駆動式の開閉弁とし、前記制御弁が、回転動作によって作動流体の流通を許可、禁止するシール部を備えており、前記シール部のうち、閉弁時に前記高温側気筒の側で作動流体の流通を禁止する高温側シール部の径が、前記シール部のうち、閉弁時に前記低温側気筒の側で作動流体の流通を禁止する低温側シール部の径よりも小さく設定されている排熱回収用スターリングエンジンの出力制御装置である。 A first exhaust heat recovery Stirling engine output control apparatus according to the present invention communicates a high temperature side cylinder and a low temperature side cylinder of a 2-cylinder α-type exhaust heat recovery Stirling engine, and includes a high temperature side piston. A high temperature side opening is provided on the high temperature side cylinder side, a low temperature side opening is provided on the low temperature side cylinder provided with the low temperature side piston, and a passage portion for circulating the working fluid of the Stirling engine is provided in the passage portion. And a control valve for controlling the flow of the working fluid, wherein the control valve controls the output of the Stirling engine by reducing the flow rate of the working fluid flowing through the heater of the Stirling engine , The control valve is a rotationally driven on-off valve, and the control valve includes a seal portion that permits and prohibits the flow of the working fluid by a rotating operation, and among the seal portions, The temperature of the high temperature side seal portion that prohibits the flow of the working fluid on the high temperature side cylinder side during the valve operation is the low temperature side seal that prohibits the flow of the working fluid on the low temperature side cylinder side when the valve is closed. This is an output control device of a Stirling engine for exhaust heat recovery that is set smaller than the diameter of the part .

また本発明の第２の排熱回収用スターリングエンジンの出力制御装置は、２気筒α型の排熱回収用のスターリングエンジンが備える高温側気筒と低温側気筒とを連通するとともに、高温側ピストンを備える前記高温側気筒の側に高温側開口部を、低温側ピストンを備える前記低温側気筒の側に低温側開口部を備え、前記スターリングエンジンの作動流体を流通させる通路部と、前記通路部に設けられ、作動流体の流通を制御する制御弁と、を備え、前記制御弁が、前記スターリングエンジンの加熱器を流通する作動流体の流量を減少させることで、前記スターリングエンジンの出力を制御し、前記高温側開口部と前記低温側開口部との気筒延伸方向の幅が、前記通路部を流通する作動流体の流量を最大にする前記高温側ピストンおよび前記低温側ピストンの位相に対応させて設定されている排熱回収用スターリングエンジンの出力制御装置である。 The second exhaust heat recovery Stirling engine output control device of the present invention communicates the high temperature side cylinder and the low temperature side cylinder of the 2-cylinder α-type exhaust heat recovery Stirling engine, and also connects the high temperature side piston. A passage portion for providing a high-temperature side opening on the high-temperature side cylinder side, a low-temperature side opening on the low-temperature side cylinder side having a low-temperature piston, and for circulating the working fluid of the Stirling engine; And a control valve for controlling the flow of the working fluid, and the control valve controls the output of the Stirling engine by reducing the flow rate of the working fluid flowing through the heater of the Stirling engine, The width of the high temperature side opening and the low temperature side opening in the cylinder extending direction maximizes the flow rate of the working fluid flowing through the passage portion and the low temperature side piston and the low temperature side opening. An output control device of the exhaust heat recovery Stirling engine is set corresponding to the side piston phase.

また本発明の第３の排熱回収用スターリングエンジンの出力制御装置は、２気筒α型の排熱回収用のスターリングエンジンが備える高温側気筒と低温側気筒とを連通するとともに、高温側ピストンを備える前記高温側気筒の側に高温側開口部を、低温側ピストンを備える前記低温側気筒の側に低温側開口部を備え、前記スターリングエンジンの作動流体を流通させる通路部と、前記通路部に設けられ、作動流体の流通を制御する制御弁と、を備え、前記制御弁が、前記スターリングエンジンの加熱器を流通する作動流体の流量を減少させることで、前記スターリングエンジンの出力を制御し、前記高温側開口部のうち、前記スターリングエンジンの気筒配列方向および気筒延伸方向に直交する方向の幅が、前記低温側開口部のうち、前記スターリングエンジンの気筒配列方向および気筒延伸方向に直交する方向の幅よりも小さく設定されている排熱回収用スターリングエンジンの出力制御装置である。The third exhaust heat recovery Stirling engine output control apparatus of the present invention communicates the high temperature side cylinder and the low temperature side cylinder of the 2-cylinder α-type exhaust heat recovery Stirling engine, and also connects the high temperature side piston. A passage portion for providing a high-temperature side opening on the high-temperature side cylinder side, a low-temperature side opening on the low-temperature side cylinder side having a low-temperature piston, and for circulating the working fluid of the Stirling engine; And a control valve for controlling the flow of the working fluid, and the control valve controls the output of the Stirling engine by reducing the flow rate of the working fluid flowing through the heater of the Stirling engine, Of the high temperature side opening, the width in the direction orthogonal to the cylinder arrangement direction and the cylinder extending direction of the Stirling engine has a width in the low temperature side opening. An output control device of the exhaust heat recovery Stirling engine is set smaller than the width in the direction perpendicular to the cylinder arrangement direction and the cylinder extending direction of the ring engine.

第１または第３の排熱回収用スターリングエンジンの出力制御装置において、前記高温側開口部と前記低温側開口部との気筒延伸方向の幅が、前記通路部を流通する作動流体の流量を最大にする前記高温側ピストンおよび前記低温側ピストンの位相に対応させて設定されている構成とすることができる。 In the output control device of the first or third exhaust heat recovery Stirling engine, the width in the cylinder extending direction between the high temperature side opening and the low temperature side opening maximizes the flow rate of the working fluid flowing through the passage. It can be set as the structure set corresponding to the phase of the said high temperature side piston and the said low temperature side piston.

第１の排熱回収用スターリングエンジンの出力制御装置において、前記高温側開口部のうち、前記スターリングエンジンの気筒配列方向および気筒延伸方向に直交する方向の幅が、前記低温側開口部のうち、前記スターリングエンジンの気筒配列方向および気筒延伸方向に直交する方向の幅よりも小さく設定されている構成とすることができる。 In the output control device of the first exhaust heat recovery Stirling engine, the width in the direction perpendicular to the cylinder arrangement direction and the cylinder extending direction of the Stirling engine among the high temperature side openings is the low temperature side openings. The Stirling engine can be configured to have a width smaller than the width in the direction orthogonal to the cylinder arrangement direction and the cylinder extending direction.

上記構成において、前記スターリングエンジンの要求出力と、前記スターリングエンジンの実際の出力とを比較し、前記制御弁を制御する制御手段をさらに備える構成とすることができる。 The said structure WHEREIN: It can be set as the structure further provided with the control means which compares the request output of the said Stirling engine, and the actual output of the said Stirling engine, and controls the said control valve.

上記構成において、前記スターリングエンジンが、内燃機関の排気を高温熱源としており、前記スターリングエンジンの要求出力と、前記スターリングエンジンの実際の出力と前記内燃機関の出力との合計出力とを比較し、前記制御弁を制御する制御手段をさらに備える構成とすることができる。 In the above configuration, the Stirling engine uses the exhaust gas of the internal combustion engine as a high-temperature heat source, compares the required output of the Stirling engine with the total output of the actual output of the Stirling engine and the output of the internal combustion engine, It can be set as the structure further provided with the control means which controls a control valve.

上記構成において、前記高温側ピストンの上死点位置と、前記低温側ピストンの上死点位置とが揃えられている構成とすることができる。 The said structure WHEREIN: It can be set as the structure by which the top dead center position of the said high temperature side piston and the top dead center position of the said low temperature side piston are arrange | equalized.

本発明によれば、排熱回収用のスターリングエンジンの出力を任意に応答性良く制御できる。   According to the present invention, the output of the Stirling engine for exhaust heat recovery can be arbitrarily controlled with good responsiveness.

実施例１のスターリングエンジンの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a Stirling engine of Embodiment 1. FIG. 実施例１の排気回収用スターリングエンジンの出力制御装置の拡大図である。1 is an enlarged view of an output control device of an exhaust recovery Stirling engine according to Embodiment 1. FIG. 実施例２の通路部の説明図である。It is explanatory drawing of the channel | path part of Example 2. FIG. 実施例３の出力制御装置を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an output control apparatus according to a third embodiment. 実施例３の開口部の正面図である。6 is a front view of an opening of Example 3. FIG. 実施例３の開閉弁の拡大図である。6 is an enlarged view of an on-off valve of Example 3. FIG. 実施例４の出力制御装置を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an output control apparatus according to a fourth embodiment. 実施例５のスターリングエンジンの概略構成図である。FIG. 10 is a schematic configuration diagram of a Stirling engine of Example 5. 実施例５のＥＣＵの動作をフローチャートで示す図である。It is a figure which shows operation | movement of ECU of Example 5 with a flowchart. 実施例６のスターリングエンジンの概略構成図である。FIG. 10 is a schematic configuration diagram of a Stirling engine of Example 6. 実施例６のＥＣＵの動作をフローチャートで示す図である。It is a figure which shows operation | movement of ECU of Example 6 with a flowchart.

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

図１はスターリングエンジン１０Ａの概略構成図である。図２は排熱回収用スターリングエンジンの出力制御装置（以下、出力制御装置と称す）５０Ａの拡大図である。スターリングエンジン１０Ａは、２気筒α型の排熱回収用のスターリングエンジンである。スターリングエンジン１０Ａは、直列平行に配置された２つの気筒である高温側気筒２０Ａおよび低温側気筒３０を有している。高温側気筒２０Ａは膨張ピストン２１Ａと高温側シリンダ２２とを、低温側気筒３０は圧縮ピストン３１と低温側シリンダ３２とをそれぞれ備えている。圧縮ピストン３１は、膨張ピストン２１Ａに対して、クランク角で９０°程度遅れて動くように位相差が設けられている。膨張ピストン２１Ａの上死点位置と圧縮ピストン３１の上死点位置とは揃えられている。また、高温側シリンダ２２の上端と低温側シリンダ３２の上端も揃えられている。膨張ピストン２１Ａは高温側ピストンに、圧縮ピストン３１は低温側ピストンに相当する。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a Stirling engine 10A. FIG. 2 is an enlarged view of an output control device (hereinafter referred to as an output control device) 50A of a Stirling engine for exhaust heat recovery. The Stirling engine 10A is a 2-cylinder α type exhaust heat recovery Stirling engine. The Stirling engine 10A has a high temperature side cylinder 20A and a low temperature side cylinder 30 which are two cylinders arranged in series and parallel. The high temperature side cylinder 20A includes an expansion piston 21A and a high temperature side cylinder 22, and the low temperature side cylinder 30 includes a compression piston 31 and a low temperature side cylinder 32, respectively. The compression piston 31 is provided with a phase difference so as to move with a delay of about 90 ° in crank angle with respect to the expansion piston 21A. The top dead center position of the expansion piston 21A and the top dead center position of the compression piston 31 are aligned. The upper end of the high temperature side cylinder 22 and the upper end of the low temperature side cylinder 32 are also aligned. The expansion piston 21A corresponds to a high temperature side piston, and the compression piston 31 corresponds to a low temperature side piston.

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１０Ａ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 10A.

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１０Ａ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２１Ａを圧下する。そしてこれにより、クランクシャフトが回転する。次に膨張ピストン２１Ａ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１０Ａは、かかる作動流体の往復流動を通じて動作する。そして、作動流体が往復流動する空間が作動空間となっている。   Next, the operation of the Stirling engine 10A will be described. When the heater 47 heats the working fluid, the working fluid expands and reduces the expansion piston 21A. As a result, the crankshaft rotates. Next, when the expansion piston 21 </ b> A moves to the upward stroke, 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 10A operates through the reciprocating flow of the working fluid. The space in which the working fluid reciprocates is the working space.

スターリングエンジン１０Ａには、出力制御装置５０Ａが設けられている。出力制御装置５０Ａは気筒２０Ａ、３０間に設けられている。出力制御装置５０Ａは通路部５１Ａと開閉弁５２Ａとを備えている。   The Stirling engine 10A is provided with an output control device 50A. The output control device 50A is provided between the cylinders 20A and 30. The output control device 50A includes a passage portion 51A and an on-off valve 52A.

通路部５１Ａは、気筒配列方向に沿って延伸する通路を形成している。通路部５１Ａは、高温側気筒２０Ａと低温側気筒３０とを連通している。具体的には、高温側気筒２０Ａ内に形成されている膨張空間と、低温側気筒３０内に形成されている圧縮空間とを連通している。通路部５１Ａは、気筒２０Ａ、３０間でスターリングエンジン１０Ａの作動流体を流通させる。通路部５１Ａは、高温側気筒２０Ａ側に高温側開口部５１ａＡを、低温側気筒３０側に低温側開口部５１ｂＡを備えている。   The passage 51A forms a passage extending along the cylinder arrangement direction. The passage 51A communicates the high temperature side cylinder 20A and the low temperature side cylinder 30. Specifically, the expansion space formed in the high temperature side cylinder 20 </ b> A and the compression space formed in the low temperature side cylinder 30 communicate with each other. The passage 51A allows the working fluid of the Stirling engine 10A to flow between the cylinders 20A and 30. The passage 51A includes a high temperature side opening 51aA on the high temperature side cylinder 20A side and a low temperature side opening 51bA on the low temperature side cylinder 30 side.

開閉弁５２Ａは、通路部５１Ａに設けられている。開閉弁５２Ａは制御弁であり、通路部５１Ａを流通する作動流体の流通を制御する。開閉弁５２Ａは通路部５１Ａを流通する作動流体の流通を許可、禁止することができる。また、作動流体の流通を許可する際、全閉、全開の間の開度である中間開度で作動流体の流通を許可することができる。開閉弁５２Ａは開度を連続的に変更することができる。開閉弁５２Ａは、加熱器４７を流通する作動流体の流量を減少させることで、スターリングエンジン１０Ａの出力を制御する。   The on-off valve 52A is provided in the passage 51A. The on-off valve 52A is a control valve and controls the flow of the working fluid flowing through the passage portion 51A. The on-off valve 52A can permit or prohibit the working fluid flowing through the passage 51A. Moreover, when permitting the circulation of the working fluid, the circulation of the working fluid can be permitted at an intermediate opening that is an opening between the fully closed state and the fully opened state. The opening / closing valve 52A can continuously change the opening degree. The on-off valve 52A controls the output of the Stirling engine 10A by reducing the flow rate of the working fluid flowing through the heater 47.

開閉弁５２Ａは回転駆動式の開閉弁となっている。開閉弁５２Ａは作動流体の流通を許可、禁止するシール部である高温側シール部Ｈ１と低温側シール部Ｃ１とを備えている。シール部Ｈ１、Ｃ１は、回転動作によって作動流体の流通を許可、禁止する。高温側シール部Ｈ１は閉弁時に高温側気筒２０Ａ側で、低温側シール部Ｃ１は閉弁時に低温側気筒３０側でそれぞれ作動流体の流通を禁止する。シール部Ｈ１、Ｃ１は、対応する気筒２０Ａ、３０側に断面円弧状の形状を有している。また、対応する気筒２０Ａ、３０とは反対側に互いに平行となる断面直線状の形状を有している。そして、シール部Ｈ１、Ｃ１の間には、開弁時に作動流体の流通を許可する通路が形成されている。この通路は、開弁時に通路部５１Ａが形成する通路に連なるように設けられている。高温側シール部Ｈ１の径ｒＨは、低温側シール部Ｃ１の径ｒＣよりも小さく設定されている。 The on-off valve 52A is a rotary drive type on-off valve. The on-off valve 52A includes a high temperature side seal portion H1 and a low temperature side seal portion C1, which are seal portions that permit or prohibit the flow of the working fluid. The seal portions H1 and C1 permit or prohibit the flow of the working fluid by a rotating operation. The high temperature side seal portion H1 prohibits the flow of the working fluid on the high temperature side cylinder 20A side when the valve is closed, and the low temperature side seal portion C1 prohibits the flow of the working fluid on the low temperature side cylinder 30 side when the valve is closed. The seal portions H1 and C1 have a circular arc shape on the corresponding cylinders 20A and 30 side. Moreover, it has the shape of the cross-sectional linear form which becomes mutually parallel on the opposite side to corresponding cylinder 20A, 30. As shown in FIG. A passage is formed between the seal portions H1 and C1 to allow the working fluid to flow when the valve is opened. This passage is provided so as to be continuous with the passage formed by the passage portion 51A when the valve is opened. Diameter r H of the high-temperature side seal portions H1 is set to be smaller than the diameter r C of the low-temperature side sealing portion C1.

次に出力制御装置５０Ａの作用効果について説明する。２気筒α型のスターリングエンジン１０Ａでは、気筒２０Ａ、３０が互いに近接して配置されている。これに対し、通路部５１Ａと開閉弁５２Ａとを備える出力制御装置５０Ａは、互いに近接して配置されている気筒２０Ａ、３０間で作動流体を流通させるとともに、作動流体の流通を制御する。   Next, the function and effect of the output control device 50A will be described. In the two-cylinder α-type Stirling engine 10A, the cylinders 20A and 30 are arranged close to each other. On the other hand, the output control device 50A including the passage portion 51A and the on-off valve 52A allows the working fluid to flow between the cylinders 20A and 30 disposed close to each other and controls the flow of the working fluid.

このため出力制御装置５０Ａは、通路部５１Ａが形成する通路が大きなデッドボリュームになることを回避できる。結果、応答性良く出力を制御できる。またこれにより、開閉弁５２Ａ閉弁時の圧縮比低下による出力低下も抑制できる。同時にこれにより、外部に熱や圧力を逃がすことも抑制できる。また、出力制御装置５０Ａは加熱器４７を流通する作動流体の流量を開閉弁５２Ａで適宜減少させることで、スターリングエンジン１０Ａの出力を任意に制御できる。   Therefore, the output control device 50A can avoid the passage formed by the passage portion 51A from becoming a large dead volume. As a result, the output can be controlled with good responsiveness. Thereby, the output fall by the compression ratio fall at the time of the on-off valve 52A closing can also be suppressed. At the same time, it is possible to suppress heat and pressure from being released to the outside. Further, the output control device 50A can arbitrarily control the output of the Stirling engine 10A by appropriately reducing the flow rate of the working fluid flowing through the heater 47 with the on-off valve 52A.

出力制御装置５０Ａは開閉弁５２Ａを回転駆動式の開閉弁としている。このため、開閉弁５２Ａ閉弁時に通路部５１Ａが形成する通路のデッドボリュームを小さくすることができる。そしてこれにより、さらに応答性良く出力を制御するとともに、開閉弁５２Ａ閉弁時の圧縮比低下による出力低下を好適に抑制できる。また、高温側シール部Ｈ１の径ｒＨを低温側シール部Ｃ１の径ｒＣよりも小さく設定することで、熱膨張による干渉を回避し、応答性を確保できる。また、出力制御装置５０Ａは通路部５１Ａと開閉弁５２Ａとを備える簡素な構造なため、コストも低く抑制できる。 The output control device 50A uses the on-off valve 52A as a rotary drive type on-off valve. For this reason, the dead volume of the passage formed by the passage portion 51A when the on-off valve 52A is closed can be reduced. As a result, the output can be controlled with better responsiveness, and a decrease in output due to a decrease in the compression ratio when the on-off valve 52A is closed can be suitably suppressed. Further, by setting smaller than the diameter r C of the low-temperature side sealing portion C1 diameter r H of the high-temperature side sealing portion H1, avoiding interference due to thermal expansion, it can be ensured response. Further, since the output control device 50A has a simple structure including the passage portion 51A and the on-off valve 52A, the cost can be suppressed low.

出力制御装置５０Ａはピストン２１Ａ、３１の上死点位置を揃えることで、通路部５１Ａが形成する通路の下端をピストン２１Ａ、３１の上死点位置に揃えつつ、気筒配列方向に沿って延伸する通路部５１Ａで高温側気筒２０Ａ内に形成されている膨張空間と、低温側気筒３０内に形成されている圧縮空間とを連通することができる。そしてこれにより、作動流体を好適に流通させつつ、通路部５１Ａの長さを最短にすることができる。結果、作動流体を好適に流通させつつ、通路部５１Ａが形成する通路が最小のデッドボリュームになるようにすることができる。   The output control device 50A aligns the top dead center positions of the pistons 21A, 31 so that the lower end of the passage formed by the passage portion 51A is aligned with the top dead center positions of the pistons 21A, 31 and extends along the cylinder arrangement direction. The expansion space formed in the high temperature side cylinder 20A and the compression space formed in the low temperature side cylinder 30 can be communicated with each other through the passage portion 51A. Thus, the length of the passage 51A can be minimized while allowing the working fluid to flow properly. As a result, it is possible to make the passage formed by the passage portion 51A have a minimum dead volume while suitably circulating the working fluid.

スターリングエンジン１０Ｂは出力制御装置５０Ａの代わりに出力制御装置５０Ｂが設けられている点以外、スターリングエンジン１０Ａと実質的に同一である。このため、スターリングエンジン１０Ｂの概略構成図については図示省略する。   The Stirling engine 10B is substantially the same as the Stirling engine 10A except that an output control device 50B is provided instead of the output control device 50A. For this reason, a schematic configuration diagram of the Stirling engine 10B is omitted.

出力制御装置５０Ｂは通路部５１Ｂと開閉弁５２Ｂとを備えている。通路部５１Ｂは、開口部５１ａＡ、５１ｂＡに対して、さらに具体的に以下に示すように設けた開口部５１ａＢ、５１ｂＢを備えている点以外、通路部５１Ａと実質的に同一である。また、開閉弁５２Ｂはこれに応じてシール部Ｈ１、Ｃ１の代わりに、シール部Ｈ２、Ｃ２を備えている点以外、開閉弁５２Ａと実質的に同一である。シール部Ｈ２、Ｃ２は、開弁時に通路部５１Ｂが形成する通路に連なる通路を形成するように設けられている点以外、シール部Ｈ１、Ｃ１と実質的に同一である。このため、出力制御装置５０Ｂの全体図については図示省略する。   The output control device 50B includes a passage portion 51B and an on-off valve 52B. The passage 51B is substantially the same as the passage 51A except that the openings 51aA and 51bA are provided with openings 51aB and 51bB provided more specifically as described below. The on-off valve 52B is substantially the same as the on-off valve 52A, except that the seal portions H2 and C2 are provided instead of the seal portions H1 and C1. The seal portions H2 and C2 are substantially the same as the seal portions H1 and C1, except that the seal portions H2 and C2 are provided so as to form a passage continuing to the passage formed by the passage portion 51B when the valve is opened. For this reason, illustration of the overall view of the output control device 50B is omitted.

図３は通路部５１Ｂの説明図である。図３はピストン２１Ａ、３１の位相と、通路部５１Ｂを流通する作動流体の流量との関係、およびピストン２１Ａ、３１の位相と、開口部５１ａＢ、５１ｂＢとの関係を示している。通路部５１Ｂを流通する作動流体の流量は、膨張ピストン２１Ａが上昇を始めた後から次第に上昇する。そして、膨張ピストン２１Ａの上死点通過後、ピストン２１Ａ、３１が同位相になる位相Ｐで最大となる。   FIG. 3 is an explanatory diagram of the passage portion 51B. FIG. 3 shows the relationship between the phase of the pistons 21A and 31 and the flow rate of the working fluid flowing through the passage 51B, and the relationship between the phase of the pistons 21A and 31 and the openings 51aB and 51bB. The flow rate of the working fluid flowing through the passage portion 51B gradually increases after the expansion piston 21A starts to rise. Then, after passing through the top dead center of the expansion piston 21A, the piston 21A, 31 becomes the maximum at the phase P in which the phase is the same.

これに対し、開口部５１ａＢ、５１ｂＢは対応する気筒２０Ａ、３０の周方向に沿って延伸する長穴状の形状を有している。そして、気筒延伸方向の幅Ｗ１は、通路部５１Ｂを流通する作動流体の流量を最大にするピストン２１Ａ、３１の位相に対応させて設定されている。具体的には、幅Ｗ１はシリンダ２２、３２の上端部（例えば上死点に位置するピストン２１Ａ、３１の頂面以上の部分）と位相Ｐとに対応させて設定されている。そしてこれにより、作動流体の最大流量時に最大開口面積が得られるようにしている。   On the other hand, the openings 51aB and 51bB have a long hole shape extending along the circumferential direction of the corresponding cylinders 20A and 30. The width W1 in the cylinder extending direction is set in correspondence with the phases of the pistons 21A and 31 that maximize the flow rate of the working fluid flowing through the passage portion 51B. Specifically, the width W1 is set in correspondence to the upper end portions of the cylinders 22 and 32 (for example, the portions of the pistons 21A and 31 located at the top dead center above the top surfaces) and the phase P. Thus, the maximum opening area can be obtained at the maximum flow rate of the working fluid.

次に出力制御装置５０Ｂの作用効果について説明する。出力制御装置５０Ｂは、通路部５１Ｂを流通する作動流体の流量を最大にするピストン２１Ａ、３１の位相に対応させて幅Ｗ１を設定している。このため、出力制御装置５０Ｂによれば、通路部５１Ｂを流通する作動流体の流量を大きく確保することで、応答性良く出力を制御できる。   Next, the function and effect of the output control device 50B will be described. The output control device 50B sets the width W1 corresponding to the phase of the pistons 21A and 31 that maximize the flow rate of the working fluid flowing through the passage portion 51B. For this reason, according to the output control device 50B, the output can be controlled with good responsiveness by ensuring a large flow rate of the working fluid flowing through the passage portion 51B.

図４は出力制御装置５０Ｃを示す図である。図５は開口部５１ａＣ、５１ｂＣの正面図である。図６は開閉弁５２Ｃの拡大図である。図４は出力制御装置５０Ｃをスターリングエンジン１０Ｃの要部とともに示す。図５は（ａ）で高温側開口部５１ａＣを、（ｂ）で低温側開口部５１ｂＣを示す。スターリングエンジン１０Ｃは高温側気筒２０Ａの代わりに高温側気筒２０Ｂを備えている点と、出力制御装置５０Ａの代わりに出力制御装置５０Ｃが設けられている点以外、スターリングエンジン１０Ａと実質的に同一である。なお、同様の変更を例えばスターリングエンジン１０Ｂと出力制御装置５０Ｂとに適用してもよい。   FIG. 4 is a diagram showing the output control device 50C. FIG. 5 is a front view of the openings 51aC and 51bC. FIG. 6 is an enlarged view of the on-off valve 52C. FIG. 4 shows the output control device 50C together with the main part of the Stirling engine 10C. 5A shows the high temperature side opening 51aC in FIG. 5A, and FIG. 5B shows the low temperature side opening 51bC in FIG. The Stirling engine 10C is substantially the same as the Stirling engine 10A except that the Stirling engine 10C is provided with a high temperature side cylinder 20B instead of the high temperature side cylinder 20A and that an output control device 50C is provided instead of the output control device 50A. is there. Similar changes may be applied to the Stirling engine 10B and the output control device 50B, for example.

高温側気筒２０Ｂは膨張ピストン２１Ａの代わりに膨張ピストン２１Ｂを備えている点以外、高温側気筒２０Ａと実質的に同一である。膨張ピストン２１Ｂは、頂面側の径を小さくする段差部２１ａを備えている点以外、膨張ピストン２１Ａと実質的に同一である。膨張ピストン２１Ｂのうち、段差部２１ａよりも頂面側の部分の径は、反対側の部分の径よりも小さく設定されている。段差部２１ａよりも頂面側の部分の径は、高温側シリンダ２２との間のクリアランスの熱膨張による縮小を考慮して小さく設定されている。   The high temperature side cylinder 20B is substantially the same as the high temperature side cylinder 20A except that an expansion piston 21B is provided instead of the expansion piston 21A. The expansion piston 21B is substantially the same as the expansion piston 21A except that the expansion piston 21B includes a step portion 21a that reduces the diameter on the top surface side. Of the expansion piston 21B, the diameter of the portion on the top surface side of the stepped portion 21a is set smaller than the diameter of the portion on the opposite side. The diameter of the portion on the top surface side with respect to the stepped portion 21 a is set to be small in consideration of the reduction due to the thermal expansion of the clearance with the high temperature side cylinder 22.

通路部５１Ｃは開口部５１ａＡ、５１ｂＡの代わりにさらに具体的に以下に示すように設けた開口部５１ａＣ、５１ｂＣを備えている点以外、通路部５１Ａと実質的に同一である。また、開閉弁５２Ｃはこれに応じてシール部Ｈ１、Ｃ１の代わりに、シール部Ｈ３、Ｃ３を備えている点以外、開閉弁５２Ａと実質的に同一である。   The passage portion 51C is substantially the same as the passage portion 51A except that the passage portions 51C are provided with openings 51aC and 51bC which are provided as described below more specifically in place of the openings 51aA and 51bA. The on-off valve 52C is substantially the same as the on-off valve 52A, except that the seal portions H3 and C3 are provided instead of the seal portions H1 and C1.

開口部５１ａＣ、５１ｂＣは対応する気筒２０Ａ、３０の周方向に沿って延伸する長穴状の形状を有している。そして、高温側開口部５１ａＣの下端は、低温側開口部５１ｂＣの下端よりも低く設定されている。結果、高温側開口部５１ａＣの幅Ｗ１１は、低温側開口部５１ｂＣの幅Ｗ１２よりも大きく設定されている。開口部５１ａＣ、５１ｂＣの上端は、シリンダ２２、３２の上端部に対応させて設定することができる。出力制御装置５０Ｂに同様の変更を適用する場合、高温側開口部５１ａＣの下端は、実施例２で前述した位相Ｐよりも低く設定することができる。   The openings 51aC and 51bC have a long hole shape extending along the circumferential direction of the corresponding cylinders 20A and 30. And the lower end of the high temperature side opening part 51aC is set lower than the lower end of the low temperature side opening part 51bC. As a result, the width W11 of the high temperature side opening 51aC is set larger than the width W12 of the low temperature side opening 51bC. The upper ends of the openings 51aC and 51bC can be set corresponding to the upper ends of the cylinders 22 and 32. When the same change is applied to the output control device 50B, the lower end of the high temperature side opening 51aC can be set lower than the phase P described in the second embodiment.

高温側開口部５１ａＣのうち、スターリングエンジン１０Ａの気筒配列方向および気筒延伸方向に直交する方向の幅Ｗ２１は、低温側開口部５１ｂＣのうち、スターリングエンジン１０Ａの気筒配列方向および気筒延伸方向に直交する方向の幅Ｗ２２よりも小さく設定されている。このため、高温側開口部５１ａＣは、低温側開口部５１ｂＣよりも太くて短い長穴状の形状を有している。高温側開口部５１ａＣは、上死点に位置する膨張ピストン２１Ｂのうち、段差部２１ａよりも頂面側の部分に対応させて設けられている。   The width W21 of the high temperature side opening 51aC in the direction orthogonal to the cylinder arrangement direction and the cylinder extending direction of the Stirling engine 10A is orthogonal to the cylinder arrangement direction and cylinder extending direction of the Stirling engine 10A of the low temperature side opening 51bC. It is set smaller than the width W22 in the direction. For this reason, the high temperature side opening 51aC has an oblong shape that is thicker and shorter than the low temperature side opening 51bC. The high temperature side opening 51aC is provided corresponding to a portion on the top surface side of the stepped portion 21a in the expansion piston 21B located at the top dead center.

シール部Ｈ３、Ｃ３は、開弁時に通路部５１Ｃが形成する通路に連なる通路を形成するように設けられている。具体的には、シールＨ３、Ｃ３は、低温側気筒３０から高温側気筒２０Ｂに向かって次第に拡大する通路を形成するように設けられている。そして、シール部Ｈ３、Ｃ３は、高温側気筒２０Ｂ側で作動流体の流通を禁止する領域ＳＨが、低温側気筒３０側で作動流体の流通を禁止する領域ＳＣよりも小さく設定されている。これらの点以外、シール部Ｈ３、Ｃ３はシール部Ｈ１、Ｃ１と実質的に同一である。 The seal portions H3 and C3 are provided so as to form a passage continuing to the passage formed by the passage portion 51C when the valve is opened. Specifically, the seals H3 and C3 are provided so as to form a passage that gradually expands from the low temperature side cylinder 30 toward the high temperature side cylinder 20B. Then, the sealing portion H3, C3, the region S H to prohibit the flow of the working fluid in the high temperature side cylinder 20B side is set smaller than the region S C that prohibits the flow of hydraulic fluid in the low temperature side cylinder 30 side . Except for these points, the seal portions H3 and C3 are substantially the same as the seal portions H1 and C1.

次に出力制御装置５０Ｃの作用効果について説明する。出力制御装置５０Ｃは、高温側開口部５１ａＣの下端を低温側開口部５１ｂＣの下端よりも低く設定することで、高温側開口部５１ａＣへの作動流体の流入抵抗を減少させることができる。このため、出力制御装置５０Ｃによれば、応答性良く出力を制御できる。この点、出力制御装置５０Ｃは、膨張ピストン２１Ｂが段差部２１ａを備えている分、膨張空間の圧力が低下するスターリングエンジン１０Ｃにおいて、適切な応答性を確保するのに好適である。   Next, the function and effect of the output control device 50C will be described. The output control device 50C can reduce the inflow resistance of the working fluid to the high temperature side opening 51aC by setting the lower end of the high temperature side opening 51aC lower than the lower end of the low temperature side opening 51bC. For this reason, according to the output control device 50C, the output can be controlled with good responsiveness. In this regard, the output control device 50C is suitable for ensuring appropriate responsiveness in the Stirling engine 10C in which the pressure in the expansion space is reduced by the amount that the expansion piston 21B includes the step portion 21a.

図７は出力制御装置５０Ｄを示す図である。（ａ）はスターリングエンジン１０Ｄの水平断面で出力制御装置５０Ｄを示す。（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ断面で出力制御装置５０Ｄを示す。スターリングエンジン１０Ｄは、出力制御装置１０Ａの代わりに出力制御装置１０Ｄが設けられている点以外、スターリングエンジン１０Ａと実質的に同一である。   FIG. 7 is a diagram showing the output control device 50D. (A) shows output control device 50D in the horizontal section of Stirling engine 10D. (B) shows output control device 50D in the AA section shown in (a). The Stirling engine 10D is substantially the same as the Stirling engine 10A except that an output control device 10D is provided instead of the output control device 10A.

出力制御装置５０Ｄは通路部５１Ｄと開閉弁５２Ｄとを備えている。通路部５１Ｄは複数の小通路部５１ｃを備えている。各小通路部５１ｃが形成する通路は、気筒配列方向に沿って互いに平行に延伸している。各小通路部５１ｃは気筒２０Ａ、３０を連通している。このため、通路部５１Ｄは高温側気筒２０Ａ側に小通路部５１ｃ毎に設けられた複数の高温側開口部５１ａＤを備えている。また、低温側気筒３０側に小通路部５１ｃ毎に設けられた複数の低温側開口部５１ｂＤを備えている。   The output control device 50D includes a passage portion 51D and an on-off valve 52D. The passage portion 51D includes a plurality of small passage portions 51c. The passages formed by the small passage portions 51c extend parallel to each other along the cylinder arrangement direction. Each small passage 51c communicates with the cylinders 20A and 30. Therefore, the passage portion 51D includes a plurality of high temperature side openings 51aD provided for each small passage portion 51c on the high temperature side cylinder 20A side. In addition, a plurality of low temperature side openings 51bD provided for each small passage 51c are provided on the low temperature side cylinder 30 side.

開閉弁５２Ｄは通路部５１Ｄに設けられている。開閉弁５２Ｄはスライド式の開閉弁であり、気筒配列方向および気筒延伸方向に直交する方向にスライドするように設けられている。開閉弁５２Ｄは複数の開口部５２ａと複数の遮断部５２ｂとを備えている。複数の開口部５２ａと複数の遮断部５２ｂとは、スライド方向に沿って交互に設けられている。   The on-off valve 52D is provided in the passage 51D. The on-off valve 52D is a sliding on-off valve, and is provided to slide in a direction orthogonal to the cylinder arrangement direction and the cylinder extending direction. The on-off valve 52D includes a plurality of openings 52a and a plurality of blocking portions 52b. The plurality of openings 52a and the plurality of blocking portions 52b are provided alternately along the slide direction.

スライド方向に沿って順に隣り合う開口部５２ａと遮断部５２ｂとはセットになっている。そして、開口部５２ａと遮断部５２ｂのセットは、小通路部５１ｃに対応させて設けられている。開口部５２ａは、対応する小通路部５１ｃが形成する通路を連通可能な形状を有している。また、遮断部５２ｂは、対応する小通路部５１ｃが形成する通路を遮断可能な形状を有している。具体的には、開口部５２ａは小通路部５１ｃが形成する長方形状の通路に連なる長方形状の通路断面形状を有している。また、遮断部５２ｂは開口部５２ａの通路断面形状と同等の遮断断面形状を有している。   An opening 52a and a blocking part 52b that are adjacent to each other in the sliding direction are in a set. And the set of the opening part 52a and the interruption | blocking part 52b is provided corresponding to the small channel | path part 51c. The opening 52a has a shape capable of communicating with the passage formed by the corresponding small passage 51c. Moreover, the interruption | blocking part 52b has a shape which can interrupt | block the channel | path which the corresponding small channel | path part 51c forms. Specifically, the opening 52a has a rectangular passage cross-sectional shape that is continuous with the rectangular passage formed by the small passage 51c. Further, the blocking portion 52b has a blocking cross-sectional shape equivalent to the passage cross-sectional shape of the opening 52a.

開閉弁５２Ｄは制御弁であり、通路部５１Ｄを流通する作動流体の流通を制御する。開閉弁５２Ｄは、複数の開口部５２ａで作動流体の流通を許可するとともに、複数の遮断部５２ｂで作動流体の流通を禁止することができる。また、作動流体の流通を許可する際、全閉、全開の間の開度である中間開度で作動流体の流通を許可することができる。開閉弁５２Ｄは開度を連続的に変更することができる。開閉弁５２Ｄは、加熱器４７を流通する作動流体の流量を減少させることで、スターリングエンジン１０Ｄの出力を制御する。   The on-off valve 52D is a control valve, and controls the flow of the working fluid that flows through the passage portion 51D. The on-off valve 52D can permit the working fluid to flow through the plurality of openings 52a, and can prohibit the working fluid from flowing through the plurality of blocking portions 52b. Moreover, when permitting the circulation of the working fluid, the circulation of the working fluid can be permitted at an intermediate opening that is an opening between the fully closed state and the fully opened state. The opening / closing valve 52D can continuously change the opening degree. The on-off valve 52D controls the output of the Stirling engine 10D by decreasing the flow rate of the working fluid flowing through the heater 47.

次に出力制御装置５０Ｄの作用効果について説明する。通路部５１Ｄと開閉弁５２Ｄとを備える出力制御装置５０Ｄは、開閉弁５２Ｄ閉弁時に通路部５１Ｄが形成する通路のデッドボリュームを小さくすることができる。また、スターリングエンジン１０Ｄの出力を制御するにあたり、加熱器４７を流通する作動流体の流量を適宜減少させることができる。そしてこれにより、開閉弁５２Ａを備える出力制御装置５０Ａと同様、スターリングエンジン１０Ｄの出力を任意に応答性良く制御できる。   Next, the function and effect of the output control device 50D will be described. The output control device 50D including the passage portion 51D and the opening / closing valve 52D can reduce the dead volume of the passage formed by the passage portion 51D when the opening / closing valve 52D is closed. Further, when controlling the output of the Stirling engine 10D, the flow rate of the working fluid flowing through the heater 47 can be appropriately reduced. As a result, the output of the Stirling engine 10D can be arbitrarily controlled with good responsiveness as in the output control device 50A including the on-off valve 52A.

また、出力制御装置５０Ｄでは、通路部５１Ｄが複数の小通路部５１ｃを備えるとともに、開閉弁５２Ｄが小通路部５１ｃに対応させてセットで設けられた開口部５２ａと遮断部５２ｂとを備えている。そしてこれにより、スライド式の開閉弁５２Ｄの開閉ストロークを短くしている。このため、出力制御装置５０Ｄはこれによっても応答性良く出力を制御することができる。   Further, in the output control device 50D, the passage portion 51D includes a plurality of small passage portions 51c, and the on-off valve 52D includes an opening portion 52a and a blocking portion 52b provided as a set corresponding to the small passage portions 51c. Yes. As a result, the opening / closing stroke of the slide type opening / closing valve 52D is shortened. For this reason, the output control device 50D can also control the output with good response.

図８はスターリングエンジン１０Ｅの概略構成図である。スターリングエンジン１０Ｅは出力制御装置５０Ａの代わりに出力制御装置５０Ｅが設けられている点以外、スターリングエンジン１０Ａと実質的に同一である。出力制御装置５０Ｅは、ＥＣＵ７０Ａをさらに備えている点以外、出力制御装置５０Ａと実質的に同一である。なお、同様の変更を例えばスターリングエンジン１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄに対して適用してもよい。   FIG. 8 is a schematic configuration diagram of the Stirling engine 10E. The Stirling engine 10E is substantially the same as the Stirling engine 10A except that an output control device 50E is provided instead of the output control device 50A. The output control device 50E is substantially the same as the output control device 50A except that it further includes an ECU 70A. Similar changes may be applied to the Stirling engines 10B, 10C, and 10D, for example.

ＥＣＵ７０Ａは電子制御装置であり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータや入出力回路を備えている。ＥＣＵ７０Ａにはスターリングエンジン１０Ｅの出力検出装置７１が電気的に接続されている。また、開閉弁５２Ａを駆動するためのアクチュエータ８１など各種の制御対象が電気的に接続されている。   The ECU 70A is an electronic control device, and includes a microcomputer and an input / output circuit including a CPU, a ROM, a RAM, and the like. The ECU 70A is electrically connected to the output detection device 71 of the Stirling engine 10E. Various control objects such as an actuator 81 for driving the on-off valve 52A are electrically connected.

ＲＯＭはＣＰＵが実行する種々の処理が記述されたプログラムやマップデータなどを格納するための構成である。ＣＰＵがＲＯＭに格納されたプログラムに基づき必要に応じてＲＡＭの一時記憶領域を利用しつつ処理を実行することで、ＥＣＵ７０Ａでは各種の制御手段や判定手段や検出手段などが機能的に実現される。例えばＥＣＵ７０Ａでは、以下に示す制御手段が機能的に実現される。   The ROM is configured to store a program describing various processes executed by the CPU, map data, and the like. The ECU 70A functionally realizes various control means, determination means, detection means, and the like by executing processing while using a temporary storage area of the RAM as required based on a program stored in the ROM. . For example, in the ECU 70A, the following control means is functionally realized.

制御手段は、スターリングエンジン１０Ｅの要求出力と、スターリングエンジン１０Ｅの実際の出力とを比較し、開閉弁５２Ａの開閉状態を制御するように実現される。具体的には、制御手段は要求出力が実際の出力よりも小さい場合に、開閉弁５２Ａを開弁するように実現される。また、要求出力が実際の出力以上である場合に、開閉弁５２Ａを閉弁するように実現される。開閉弁５２Ａを開弁或いは閉弁するにあたり、制御手段は開閉弁５２Ａを除々に開弁或いは閉弁するように実現される。   The control means is realized so as to control the open / close state of the on-off valve 52A by comparing the required output of the Stirling engine 10E with the actual output of the Stirling engine 10E. Specifically, the control means is realized to open the on-off valve 52A when the required output is smaller than the actual output. Further, when the required output is equal to or higher than the actual output, the on-off valve 52A is closed. When opening or closing the on-off valve 52A, the control means is realized to gradually open or close the on-off valve 52A.

次にＥＣＵ７０Ａの動作について図９に示すフローチャートを用いて説明する。本フローチャートの動作は、スターリングエンジン１０Ｅが高温熱源とする排気を排出する内燃機関の始動後、且つスターリングエンジン１０Ｅの始動後に行うことができる。本フローチャートを開始する際、開閉弁５２Ａは全閉状態となっている。   Next, the operation of the ECU 70A will be described using the flowchart shown in FIG. The operation of this flowchart can be performed after the start of the internal combustion engine that exhausts the exhaust gas that the Stirling engine 10E uses as a high-temperature heat source, and after the start of the Stirling engine 10E. When starting this flowchart, the on-off valve 52A is fully closed.

ＥＣＵ７０Ａは要求出力が実際の出力よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１Ａ）。否定判定であれば、ステップＳ４に進む。一方、肯定判定であれば、ＥＣＵ７０Ａは開閉弁５２Ａを開弁する（ステップＳ２）。ステップＳ２で開閉弁５２Ａを開弁するにあたっては、所定の度合いだけ開閉弁５２Ａを開弁することができる。ステップＳ２に続き、ＥＣＵ７０Ａは要求出力が実際の出力以上であるか否かを判定する（ステップＳ３Ａ）。そして、否定判定であればステップＳ２に戻る。これにより、開閉弁５２Ａを除々に開弁することができる。   The ECU 70A determines whether or not the requested output is smaller than the actual output (step S1A). If a negative determination is made, the process proceeds to step S4. On the other hand, if a positive determination is made, the ECU 70A opens the on-off valve 52A (step S2). In opening the on-off valve 52A in step S2, the on-off valve 52A can be opened by a predetermined degree. Following step S2, ECU 70A determines whether or not the requested output is greater than or equal to the actual output (step S3A). And if it is negative determination, it will return to step S2. Thereby, the on-off valve 52A can be gradually opened.

ステップＳ３Ａで肯定判定であれば、ＥＣＵ７０Ａは開閉弁５２Ａを閉弁する（ステップＳ４）。ステップＳ４で開閉弁５２Ａを閉弁するにあたっては、所定の度合いだけ開閉弁５２Ａを閉弁することができる。ステップＳ４の後には本フローチャートを一旦終了する。そして、次のルーチンにおいてステップＳ１Ａで否定判定された後、ステップＳ４に進むことで、開閉弁５２Ａを除々に閉弁することができる。なお、本フローチャートを開始した直後に、ステップＳ１Ａで否定判定された場合、ステップＳ４で開閉弁５２Ａは全閉状態のままとなる。   If an affirmative determination is made in step S3A, ECU 70A closes on-off valve 52A (step S4). In closing the on-off valve 52A in step S4, the on-off valve 52A can be closed by a predetermined degree. After step S4, this flowchart is temporarily ended. Then, after a negative determination is made in step S1A in the next routine, the process proceeds to step S4, whereby the on-off valve 52A can be gradually closed. If a negative determination is made in step S1A immediately after starting this flowchart, the on-off valve 52A remains fully closed in step S4.

次に出力制御装置５０Ｅの作用効果について説明する。出力制御装置５０Ｅは、要求出力と実際の出力とを比較し、開閉弁５２Ａの開閉状態を制御する。このため、出力制御装置５０Ｅは応答性良く出力を制御すると同時に、実際の出力を要求出力に制御することができる。   Next, the function and effect of the output control device 50E will be described. The output control device 50E compares the requested output with the actual output, and controls the on / off state of the on-off valve 52A. For this reason, the output control device 50E can control the actual output to the requested output at the same time as controlling the output with high responsiveness.

具体的には、要求出力が実際の出力よりも小さい場合に開閉弁５２Ａを開弁することで、膨張空間の作動流体の圧力を高めるとともに、圧縮空間の作動流体の圧力を低下させることができる。また、要求出力が実際の出力以上である場合に開閉弁５２Ａを閉弁することで、膨張空間の作動流体の圧力を低下させるとともに、圧縮空間の作動流体の圧力を高めることができる。そしてこれにより、応答性良く出力を制御すると同時に、実際の出力を要求出力に制御することができる。   Specifically, when the required output is smaller than the actual output, by opening the on-off valve 52A, the pressure of the working fluid in the expansion space can be increased and the pressure of the working fluid in the compression space can be lowered. . Further, by closing the on-off valve 52A when the required output is equal to or higher than the actual output, the pressure of the working fluid in the expansion space can be reduced and the pressure of the working fluid in the compression space can be increased. As a result, the output can be controlled with good responsiveness, and at the same time, the actual output can be controlled to the requested output.

出力制御装置５０Ｅは、開閉弁５２Ａを開弁或いは閉弁するにあたり、開閉弁５２Ａを除々に開弁或いは閉弁することで、出力を連続的に制御できる。そしてこれにより、出力の変動を抑制しつつ出力を制御することで、実際の出力を要求出力に好適に制御することができる。   The output control device 50E can continuously control the output by gradually opening or closing the on-off valve 52A when opening or closing the on-off valve 52A. As a result, the actual output can be suitably controlled to the requested output by controlling the output while suppressing fluctuations in the output.

図１０はスターリングエンジン１０Ｆの概略構成図である。スターリングエンジン１０Ｆは出力制御装置５０Ａの代わりに出力制御装置５０Ｆが設けられている点以外、スターリングエンジン１０Ｅと実質的に同一である。出力制御装置５０Ｆは、ＥＣＵ７０Ａの代わりにＥＣＵ７０Ｂを備えている点以外、出力制御装置５０Ａと実質的に同一である。なお、同様の変更を例えばスターリングエンジン１０Ｂ、１０Ｃ。１０Ｄに対して適用してもよい。   FIG. 10 is a schematic configuration diagram of the Stirling engine 10F. The Stirling engine 10F is substantially the same as the Stirling engine 10E except that an output control device 50F is provided instead of the output control device 50A. The output control device 50F is substantially the same as the output control device 50A except that an ECU 70B is provided instead of the ECU 70A. Similar changes are made to the Stirling engines 10B and 10C, for example. It may be applied to 10D.

ＥＣＵ７０Ｂは、制御手段が次に示すように実現される点と、内燃機関の出力検出装置７２がさらに電気的に接続されている点以外、ＥＣＵ７０Ａと実質的に同一である。ＥＣＵ７０Ｂでは、制御手段がスターリングエンジン１０Ｆの要求出力と、スターリングエンジン１０Ｆの実際の出力と内燃機関の出力との合計出力とを比較し、開閉弁５２Ａの開閉状態を制御するように実現される。   The ECU 70B is substantially the same as the ECU 70A except that the control means is realized as follows and the output detection device 72 of the internal combustion engine is further electrically connected. The ECU 70B is realized such that the control means compares the required output of the Stirling engine 10F with the total output of the actual output of the Stirling engine 10F and the output of the internal combustion engine to control the open / close state of the on-off valve 52A.

具体的には、制御手段は要求出力が実際の出力と内燃機関の出力との合計出力よりも小さい場合に、開閉弁５２Ａを開弁するように実現される。また、要求出力が実際の出力と内燃機関の出力との合計出力以上である場合に、開閉弁５２Ａを閉弁するように実現される。開閉弁５２Ａを開弁或いは閉弁するにあたり、制御手段は開閉弁５２Ａを除々に開弁或いは閉弁するように実現される。内燃機関の出力は、具体的には設定可能な下限出力とすることができる。   Specifically, the control means is realized to open the on-off valve 52A when the required output is smaller than the total output of the actual output and the output of the internal combustion engine. Further, the on-off valve 52A is closed when the required output is equal to or greater than the total output of the actual output and the output of the internal combustion engine. When opening or closing the on-off valve 52A, the control means is realized to gradually open or close the on-off valve 52A. Specifically, the output of the internal combustion engine can be a settable lower limit output.

次にＥＣＵ７０Ｂの動作について図１１に示すフローチャートを用いて説明する。なお、本フローチャートはステップＳ１Ａの代わりにステップＳ１Ｂが設けられている点と、ステップＳ３Ａの代わりにステップＳ３Ｂが設けられている点以外、図９に示すフローチャートと同じである。このため、ここではステップＳ１Ｂ、Ｓ３Ｂについて特に説明する。   Next, the operation of the ECU 70B will be described using the flowchart shown in FIG. This flowchart is the same as the flowchart shown in FIG. 9 except that step S1B is provided instead of step S1A and that step S3B is provided instead of step S3A. For this reason, step S1B and S3B are demonstrated especially here.

ステップＳ１Ｂで、ＥＣＵ７０Ｂは要求出力が実際の出力と内燃機関の出力との合計出力よりも小さいか否かを判定する。そして、肯定判定であればステップＳ２に進み、否定判定であればステップＳ４に進む。ステップＳ３Ｂで、ＥＣＵ７０Ｂは要求出力が実際の出力と内燃機関の出力との合計出力以上であるか否かを判定する。そして、肯定判定であれば、ステップＳ４に進み、否定判定であればステップＳ２に戻る。   In step S1B, the ECU 70B determines whether or not the requested output is smaller than the total output of the actual output and the output of the internal combustion engine. If the determination is affirmative, the process proceeds to step S2. If the determination is negative, the process proceeds to step S4. In step S3B, the ECU 70B determines whether or not the requested output is equal to or greater than the total output of the actual output and the output of the internal combustion engine. And if it is affirmation determination, it will progress to step S4, and if it is negative determination, it will return to step S2.

次に出力制御装置５０Ｆの作用効果について説明する。出力制御装置５０Ｆでは、ＥＣＵ７０Ｂが要求出力と、実際の出力と内燃機関の出力との合計出力とを比較し、開閉弁５２Ａの開閉状態を制御する。このため、出力制御装置５０Ｆは実際の出力を内燃機関の出力との合計出力というかたちで、応答性良く制御すると同時に、合計出力を要求出力に制御することができる。   Next, the effect of the output control device 50F will be described. In the output control device 50F, the ECU 70B compares the requested output with the total output of the actual output and the output of the internal combustion engine, and controls the open / close state of the open / close valve 52A. For this reason, the output control device 50F can control the total output to the requested output at the same time as controlling the actual output with the output of the internal combustion engine with good responsiveness.

具体的には、要求出力が合計出力よりも小さい場合に開閉弁５２Ａを開弁するとともに、要求出力が合計出力以上である場合に開閉弁５２Ａを閉弁することで、合計出力を要求出力に応答性良く制御することができる。また、内燃機関の出力を下限出力とすることで、スターリングエンジン１０Ｆの出力を好適に利用し、スターリングエンジン１０Ｆおよび内燃機関の全体としてのエネルギー効率を高めることができる。   Specifically, when the required output is smaller than the total output, the on-off valve 52A is opened, and when the required output is equal to or higher than the total output, the on-off valve 52A is closed, so that the total output becomes the required output. It can be controlled with good responsiveness. Further, by setting the output of the internal combustion engine to the lower limit output, the output of the Stirling engine 10F can be suitably used, and the energy efficiency of the Stirling engine 10F and the internal combustion engine as a whole can be increased.

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。
制御弁を制御するにあたり、制御手段は例えば通路部を流通する作動流体の流通を許可、禁止するように制御弁を制御してもよい。また、作動流体の流通を許可する際、全閉、全開の間の開度である中間開度で作動流体の流通を許可するように制御弁を制御してもよい。この点、スターリングエンジンの出力を制御するにあたり、全閉、全開および少なくとも１つ（好ましくは複数）の中間開度の間で制御弁を制御することで、出力の変動を抑制しつつ、応答性を高めることもできる。 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.
In controlling the control valve, the control means may control the control valve so as to permit or prohibit the flow of the working fluid flowing through the passage portion, for example. Further, when permitting the flow of the working fluid, the control valve may be controlled so as to permit the flow of the working fluid at an intermediate opening degree that is an opening degree between the fully closed state and the fully opened state. In this regard, when controlling the output of the Stirling engine, the control valve is controlled between fully closed, fully opened, and at least one (preferably plural) intermediate opening, thereby suppressing the fluctuation of the output and responsiveness. Can also be increased.

スターリングエンジン １０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、１０Ｆ
高温側気筒 ２０Ａ、２０Ｂ
低温側気筒 ３０
出力制御装置 ５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄ、５０Ｅ、５０Ｆ
通路部 ５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃ、５１Ｄ
高温側開口部 ５１ａＡ、５１ａＢ、５１ａＣ、５１ａＤ
低温側開口部 ５１ｂＡ、５１ｂＢ、５１ｂＣ、５１ｂＤ
開閉弁 ５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄ
ＥＣＵ ７０Ａ、７０Ｂ Stirling engine 10A, 10B, 10C, 10D, 10E, 10F
High temperature side cylinder 20A, 20B
Low temperature side cylinder 30
Output control device 50A, 50B, 50C, 50D, 50E, 50F
Passage part 51A, 51B, 51C, 51D
High temperature side openings 51aA, 51aB, 51aC, 51aD
Low temperature side openings 51bA, 51bB, 51bC, 51bD
On-off valve 52A, 52B, 52C, 52D
ECU 70A, 70B

Claims (8)

２気筒α型の排熱回収用のスターリングエンジンが備える高温側気筒と低温側気筒とを連通するとともに、高温側ピストンを備える前記高温側気筒の側に高温側開口部を、低温側ピストンを備える前記低温側気筒の側に低温側開口部を備え、前記スターリングエンジンの作動流体を流通させる通路部と、
前記通路部に設けられ、作動流体の流通を制御する制御弁と、を備え、
前記制御弁が、前記スターリングエンジンの加熱器を流通する作動流体の流量を減少させることで、前記スターリングエンジンの出力を制御し、
前記制御弁を回転駆動式の開閉弁とし、
前記制御弁が、回転動作によって作動流体の流通を許可、禁止するシール部を備えており、
前記シール部のうち、閉弁時に前記高温側気筒の側で作動流体の流通を禁止する高温側シール部の径が、前記シール部のうち、閉弁時に前記低温側気筒の側で作動流体の流通を禁止する低温側シール部の径よりも小さく設定されている排熱回収用スターリングエンジンの出力制御装置。 A high-temperature side cylinder and a low-temperature side cylinder provided in a Stirling engine for recovering exhaust heat of a two-cylinder α type communicate with each other, and a high-temperature side opening provided on the side of the high-temperature side cylinder provided with a high-temperature side piston is provided. A passage portion provided with a low temperature side opening on the low temperature side cylinder side, and through which the working fluid of the Stirling engine flows;
A control valve provided in the passage portion and controlling the flow of the working fluid,
The control valve controls the output of the Stirling engine by reducing the flow rate of the working fluid flowing through the heater of the Stirling engine ,
The control valve is a rotary drive type on-off valve,
The control valve includes a seal portion that permits and prohibits the flow of the working fluid by a rotating operation;
Of the seal portions, the diameter of the high temperature side seal portion that prohibits the flow of the working fluid on the high temperature side cylinder side when the valve is closed is the same as that of the seal portion. An output control device for a Stirling engine for exhaust heat recovery that is set smaller than the diameter of the low-temperature side seal portion that prohibits circulation . ２気筒α型の排熱回収用のスターリングエンジンが備える高温側気筒と低温側気筒とを連通するとともに、高温側ピストンを備える前記高温側気筒の側に高温側開口部を、低温側ピストンを備える前記低温側気筒の側に低温側開口部を備え、前記スターリングエンジンの作動流体を流通させる通路部と、
前記通路部に設けられ、作動流体の流通を制御する制御弁と、を備え、
前記制御弁が、前記スターリングエンジンの加熱器を流通する作動流体の流量を減少させることで、前記スターリングエンジンの出力を制御し、
前記高温側開口部と前記低温側開口部との気筒延伸方向の幅が、前記通路部を流通する作動流体の流量を最大にする前記高温側ピストンおよび前記低温側ピストンの位相に対応させて設定されている排熱回収用スターリングエンジンの出力制御装置。 A high-temperature side cylinder and a low-temperature side cylinder provided in a Stirling engine for recovering exhaust heat of a two-cylinder α type communicate with each other, and a high-temperature side opening provided on the side of the high-temperature side cylinder provided with a high-temperature side piston is provided. A passage portion provided with a low temperature side opening on the low temperature side cylinder side, and through which the working fluid of the Stirling engine flows;
A control valve provided in the passage portion and controlling the flow of the working fluid,
The control valve controls the output of the Stirling engine by reducing the flow rate of the working fluid flowing through the heater of the Stirling engine,
The width in the cylinder extending direction between the high temperature side opening and the low temperature side opening is set corresponding to the phase of the high temperature side piston and the low temperature side piston that maximizes the flow rate of the working fluid flowing through the passage portion. output control apparatus for exhaust heat recovery Stirling engine being. ２気筒α型の排熱回収用のスターリングエンジンが備える高温側気筒と低温側気筒とを連通するとともに、高温側ピストンを備える前記高温側気筒の側に高温側開口部を、低温側ピストンを備える前記低温側気筒の側に低温側開口部を備え、前記スターリングエンジンの作動流体を流通させる通路部と、
前記通路部に設けられ、作動流体の流通を制御する制御弁と、を備え、
前記制御弁が、前記スターリングエンジンの加熱器を流通する作動流体の流量を減少させることで、前記スターリングエンジンの出力を制御し、
前記高温側開口部のうち、前記スターリングエンジンの気筒配列方向および気筒延伸方向に直交する方向の幅が、前記低温側開口部のうち、前記スターリングエンジンの気筒配列方向および気筒延伸方向に直交する方向の幅よりも小さく設定されている排熱回収用スターリングエンジンの出力制御装置。 A high-temperature side cylinder and a low-temperature side cylinder provided in a Stirling engine for recovering exhaust heat of a two-cylinder α type communicate with each other, and a high-temperature side opening provided on the side of the high-temperature side cylinder provided with a high-temperature side piston is provided. A passage portion provided with a low temperature side opening on the low temperature side cylinder side, and through which the working fluid of the Stirling engine flows;
A control valve provided in the passage portion and controlling the flow of the working fluid,
The control valve controls the output of the Stirling engine by reducing the flow rate of the working fluid flowing through the heater of the Stirling engine,
Of the high temperature side opening, a width in a direction orthogonal to the cylinder arrangement direction and the cylinder extending direction of the Stirling engine is a direction orthogonal to the cylinder arrangement direction and the cylinder extending direction of the Stirling engine of the low temperature side opening. Output control device for a Stirling engine for exhaust heat recovery that is set smaller than the width of the engine. 請求項１または３に記載の排熱回収用スターリングエンジンの出力制御装置であって、
前記高温側開口部と前記低温側開口部との気筒延伸方向の幅が、前記通路部を流通する作動流体の流量を最大にする前記高温側ピストンおよび前記低温側ピストンの位相に対応させて設定されている排熱回収用スターリングエンジンの出力制御装置。 An output control device for a waste heat recovery Stirling engine according to claim 1 or 3 ,
The width in the cylinder extending direction between the high temperature side opening and the low temperature side opening is set corresponding to the phase of the high temperature side piston and the low temperature side piston that maximizes the flow rate of the working fluid flowing through the passage portion. The output control device for the exhaust heat recovery Stirling engine. 請求項１記載の排熱回収用スターリングエンジンの出力制御装置であって、
前記高温側開口部のうち、前記スターリングエンジンの気筒配列方向および気筒延伸方向に直交する方向の幅が、前記低温側開口部のうち、前記スターリングエンジンの気筒配列方向および気筒延伸方向に直交する方向の幅よりも小さく設定されている排熱回収用スターリングエンジンの出力制御装置。 An output control device for a Stirling engine for exhaust heat recovery according to claim 1 ,
Of the high temperature side opening, a width in a direction orthogonal to the cylinder arrangement direction and the cylinder extending direction of the Stirling engine is a direction orthogonal to the cylinder arrangement direction and the cylinder extending direction of the Stirling engine of the low temperature side opening. Output control device for a Stirling engine for exhaust heat recovery that is set smaller than the width of the engine. 請求項１から５いずれか１項記載の排熱回収用スターリングエンジンの出力制御装置であって、
前記スターリングエンジンの要求出力と、前記スターリングエンジンの実際の出力とを比較し、前記制御弁を制御する制御手段をさらに備える排熱回収用スターリングエンジンの出力制御装置。 An output control device for a Stirling engine for exhaust heat recovery according to any one of claims 1 to 5,
An output control device for an exhaust heat recovery Stirling engine, further comprising a control means for comparing the required output of the Stirling engine with the actual output of the Stirling engine and controlling the control valve. 請求項１から５いずれか１項記載の排熱回収用スターリングエンジンの出力制御装置であって、
前記スターリングエンジンが、内燃機関の排気を高温熱源としており、
前記スターリングエンジンの要求出力と、前記スターリングエンジンの実際の出力と前記内燃機関の出力との合計出力とを比較し、前記制御弁を制御する制御手段をさらに備える排熱回収用スターリングエンジンの出力制御装置。 An output control device for a Stirling engine for exhaust heat recovery according to any one of claims 1 to 5,
The Stirling engine uses the exhaust of the internal combustion engine as a high-temperature heat source,
Output control of the Stirling engine for exhaust heat recovery further comprising control means for comparing the required output of the Stirling engine with the total output of the actual output of the Stirling engine and the output of the internal combustion engine and controlling the control valve apparatus. 請求項１から７いずれか１項記載の排熱回収用スターリングエンジンの出力制御装置であって、
前記高温側ピストンの上死点位置と、前記低温側ピストンの上死点位置とが揃えられている排熱回収用スターリングエンジンの出力制御装置。 An output control device for a Stirling engine for exhaust heat recovery according to any one of claims 1 to 7,
An output control device for a Stirling engine for exhaust heat recovery in which a top dead center position of the high temperature side piston and a top dead center position of the low temperature side piston are aligned.
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