JP5527199B2 - Stirling engine - Google Patents
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Description
本発明はスターリングエンジンに関する。 The present invention relates to 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。本発明と関連性があると考えられる技術は、例えば特許文献1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. A technique considered to be related to the present invention is disclosed in
ピストン、シリンダ間で気体潤滑を行うスターリングエンジンでは、クランクケース内を加圧することで、出力の向上を図ることができる。また、ピストン、シリンダ間で気体潤滑を行うスターリングエンジンでは、出力軸をクランクケースの外部に延伸した状態で設けることができる。この場合、加圧したクランクケース内の圧力を保持するには、クランクケースの内部をシールする軸シール部材を出力軸に対して設けることができる。 In a Stirling engine that performs gas lubrication between the piston and the cylinder, the output can be improved by pressurizing the inside of the crankcase. Further, in a Stirling engine that performs gas lubrication between a piston and a cylinder, the output shaft can be provided in a state of extending outside the crankcase. In this case, in order to maintain the pressure in the pressurized crankcase, a shaft seal member for sealing the inside of the crankcase can be provided on the output shaft.
ところが、軸シール部材でクランクケースの内部をシールしようとする場合、軸シール部材は通常、次のような向きで配置される。すなわち、軸シール部材のうち、出力軸を緊縛するリップ部がクランクケースの内部に露出するように配置される。このため、この場合にはクランクケース内を加圧すると、軸シール部材の緊縛力が強くなる。そして、軸シール部材のオイル潤滑が乏しい状態、或いはオイル潤滑がない状態で軸シール部材の緊縛力が強くなると、フリクションの増大によるエネルギー損失が発生する。同時に、摩耗促進による軸シール部材の寿命低下を招く。 However, when trying to seal the inside of the crankcase with the shaft seal member, the shaft seal member is usually arranged in the following orientation. That is, it arrange | positions so that the lip part which binds an output shaft among shaft seal members may be exposed inside a crankcase. For this reason, in this case, when the inside of the crankcase is pressurized, the binding force of the shaft seal member is increased. When the shaft seal member has poor oil lubrication or no oil lubrication and the tightening force of the shaft seal member is increased, energy loss due to increased friction occurs. At the same time, the life of the shaft seal member is reduced due to accelerated wear.
これに対し、軸シール部材のオイル潤滑を行うには、例えばクランクケースの内部で軸シール部材に対してオイルを飛散させることも考えられる。しかしながら、ピストン、シリンダ間で気体潤滑を行うスターリングエンジンでは、飛散したオイルの影響で気体潤滑性能が損なわれる結果、出力の大幅な低下を招く虞がある。 On the other hand, in order to perform oil lubrication of the shaft seal member, for example, it is conceivable to scatter oil to the shaft seal member inside the crankcase. However, in a Stirling engine that performs gas lubrication between the piston and the cylinder, gas lubrication performance is impaired due to the influence of scattered oil, and as a result, the output may be significantly reduced.
本発明は上記課題に鑑み、ピストン、シリンダ間で気体潤滑を行うとともにクランクケース内を加圧する場合に、クランクケース内の圧力を維持できるとともに、気体潤滑性能を損なわない態様で軸シール部材を潤滑可能なスターリングエンジンを提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention can maintain the pressure in the crankcase and lubricate the shaft seal member in a mode that does not impair the gas lubrication performance when performing gas lubrication between the piston and the cylinder and pressurizing the crankcase. The aim is to provide a possible Stirling engine.
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と、前記出力軸が外部に延伸した状態で設けられるとともに、内部が加圧されるクランクケースと、前記出力軸のうち、前記クランクケースの外部に延伸した部分に対して設けられるガスシールである第1の軸シール部材と、前記出力軸のうち、前記第1の軸シール部材から見て前記クランクケース側の部分に対して設けられるオイルシールである第2の軸シール部材と、前記出力軸のうち、前記第1の軸シール部材から見て前記クランクケース側とは反対側の部分に設けられるオイルシールである第3の軸シール部材と、を備え、前記第1の軸シール部材と前記第2の軸シール部材との間に形成される第1の空間と、前記第1の軸シール部材と前記第3の軸シール部材との間に形成される第2の空間とにオイルを封入しているスターリングエンジンである。 The present invention is provided with a cylinder, a piston in which gas lubrication is performed between the cylinder, an output shaft that converts the reciprocating motion of the piston into a rotational motion, the output shaft extending outward, and an internal Of the output shaft, a first shaft seal member that is a gas seal provided to a portion of the output shaft that extends to the outside of the crankcase, and the first shaft of the output shaft. A second shaft seal member that is an oil seal provided for a portion on the crankcase side when viewed from the shaft seal member, and the crankcase side when viewed from the first shaft seal member among the output shafts A third shaft seal member that is an oil seal provided on a portion opposite to the first shaft seal member, and is formed between the first shaft seal member and the second shaft seal member. And while a Stirling engine encapsulating oil and a second space formed between the first shaft seal member and the third shaft seal member.
また本発明は前記第1の空間の圧力と前記クランクケースの内部の圧力との差圧の大きさが、第1の所定範囲内に収まるように前記第1の空間の圧力を調整する第1の圧力調整機構と、前記第2の空間の圧力と外部空間との差圧の大きさが、第2の所定範囲内に収まるように前記第2の空間の圧力を調整する第2の圧力調整機構と、をさらに備える構成であることが好ましい。 In the first aspect of the present invention, the pressure in the first space is adjusted so that the pressure difference between the pressure in the first space and the pressure in the crankcase is within a first predetermined range. And a second pressure adjustment that adjusts the pressure in the second space so that the pressure difference between the pressure in the second space and the external space is within a second predetermined range. It is preferable that the structure further includes a mechanism.
また本発明は前記出力軸のうち、前記第1の空間に設けられる部分にオイルを掻き上げるオイル掻き上げ部材をさらに備える構成であることが好ましい。 Moreover, it is preferable that this invention is a structure further provided with the oil scooping member which scoops up oil in the part provided in the said 1st space among the said output shafts.
また本発明は前記第2の空間から前記第1の空間にオイルを流通させることで、前記第1および第2の空間に封入されているオイルの量を調整するオイル量調整機構がさらに設けられている構成であることが好ましい。 The present invention further includes an oil amount adjusting mechanism for adjusting the amount of oil sealed in the first and second spaces by flowing oil from the second space to the first space. It is preferable that it is the structure which has.
本発明によれば、ピストン、シリンダ間で気体潤滑を行うとともにクランクケース内を加圧する場合に、クランクケース内の圧力を維持できるとともに、気体潤滑性能を損なわない態様で軸シール部材を潤滑できる。 According to the present invention, when gas lubrication is performed between the piston and the cylinder and the inside of the crankcase is pressurized, the pressure in the crankcase can be maintained, and the shaft seal member can be lubricated in a manner that does not impair the gas lubrication performance.
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は第1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の概略構成図である。スターリングエンジン10A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20および低温側気筒30を備えている。高温側気筒20は膨張ピストン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が設けられている。ピストン21、31の往復運動は出力軸61によって回転運動に変換される。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a Stirling
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は多管式熱交換器であり、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
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
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10A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
本実施例ではスターリングエンジン10A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10Aを作動させる必要がある。そこで本実施例では、スターリングエンジン10Aの内部フリクションを可能な限り低減させることとしている。具体的にはスターリングエンジン10Aの内部フリクションのうち、最も摩擦損失が大きいピストンリングによる摩擦損失を無くすため、シリンダ22、32とピストン21、31との間で気体潤滑を行っている。
In this embodiment, since the heat source of the Stirling
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10A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、具体的には例えば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を適用することができる。但しこれに限られず、気体潤滑は例えば動圧気体潤滑であってもよい。
In the gas lubrication, the
スターリングエンジン10Aでは、より大きな出力を得るためにクランクケース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10A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
そしてスターリングエンジン10A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10A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
図2はスターリングエンジン10Aの要部を示す図である。スターリングエンジン10Aは出力軸61とクランクケース62とを備えている。また、第1のハウジング63と第2のハウジング64とを備えている。出力軸61はクランクケース62の外部に延伸した状態で設けられている。第1のハウジング63はクランクケース62に設けられている。第2のハウジング64は第1のハウジング63に設けられている。
FIG. 2 is a view showing a main part of the
ハウジング63、64は、クランクケース62側で開口する内部空間を形成している。また、出力軸61を挿通する穴が形成された壁部をクランクケース62とは反対側に有している。ハウジング63、64は、出力軸61のうち、クランクケース62の外部に延伸した部分を挿通させるようにして設けられている。
The
出力軸61のうち、クランクケース62の外部に延伸した部分に対しては、第1の軸シール部材71が設けられている。第1の軸シール部材71は第1のハウジング63のうち、出力軸61を挿通させる穴が形成された壁部にクランクケース62側から設けられている。
A first
出力軸61のうち、第1の軸シール部材71から見てクランクケース62側の部分に対しては、第2の軸シール部材72が設けられている。第2の軸シール部材72はクランクケース62のうち、出力軸61を挿通させる穴が形成された壁部にクランクケース62の外側から設けられている。
A second
出力軸61のうち、第1の軸シール部材71から見てクランクケース62側とは反対側の部分に対しては、第3の軸シール部材73が設けられている。第3の軸シール部材73は第2のハウジング64のうち、出力軸61を挿通させる穴が形成された壁部にクランクケース62側から設けられている。
A third
軸シール部材71、72の間には、第1の空間R1が形成されている。第1の空間R1は具体的には軸シール部材71、72、出力軸61、クランクケース62および第1のハウジング63によって区画形成されている。軸シール部材71、73の間には、第2の空間R2が形成されている。第2の空間R2は具体的には第3の軸シール部材73、出力軸61およびハウジング63、64によって区画形成されている。
A first space R <b> 1 is formed between the
空間R1、R2にはオイルLが封入されている。オイルLは出力軸61に対して設けられている軸シール部材71、72、73それぞれを潤滑する潤滑油である。具体的には、第1の空間R1に封入されているオイルLは軸シール部材71、72を潤滑する。また、第2の空間R2に封入されているオイルLは第3の軸シール部材73を潤滑する。クランクケース62、第1のハウジング63間には第1の空間R1からのオイル漏れを防止する第1のOリング65が、ハウジング63、64間には第2の空間R2からのオイル漏れを防止する第2のOリング66が設けられている。
Oil L is sealed in the spaces R1 and R2. The oil L is a lubricating oil that lubricates each of the
第1の軸シール部材71はガスシールであり、出力軸61を緊縛する第1のリップ部71aを備えている。第1の軸シール部材71は、第1のリップ部71aが第1の空間R1に露出するように配置されている。そしてこれにより、第1の空間R1から第2の空間R2にガスが漏れることを防止するように設けられている。
The first
第2の軸シール部材72はオイルシールであり、出力軸61を緊縛する第2のリップ部72aを備えている。第2の軸シール部材72は、第2のリップ部72aが第1の空間R1に露出するように配置されている。そしてこれにより、第1の空間R1からクランクケース62の内部にオイルLが漏れることを防止するように設けられている。
The second
第3の軸シール部材73はオイルシールであり、出力軸61を緊縛する第3のリップ部73aを備えている。第3の軸シール部材73は、第3のリップ部73aが第2の空間R2に露出するように配置されている。そしてこれにより、第2の空間R2から第2の空間R2の外部空間にオイルLが漏れることを防止するように設けられている。第2の空間R2の外部空間は具体的には大気空間となっている。外部空間は例えばその他のハウジングの内部空間であってもよい。
The third
オイルシールである軸シール部材72、73は、ガスシールである第1の軸シール部材71よりも出力軸61を緊縛する力が弱く設定されている。このため、スターリングエンジン10Aでは、第1の空間R1の圧力がクランクケース62の内部の圧力よりも低い場合に、クランクケース62の内部から第1の空間R1に高圧のガスが漏れ出すことが可能になっている。一方、空間R1、R2間では、第1の空間R1から第2の空間R2に高圧のガスが漏れ出すことを防止するようにしている。このため、空間R1、R2間で第1の空間R1は高圧空間、第2の空間R2は低圧空間となっている。
The
第1の空間R1に封入されているオイルLの油面は、第2のリップ部72aのうち、下側から出力軸61に接する部分の先端よりも高い位置に設定されている。また、第1のリップ部71aのうち、下側から出力軸61に接する部分の先端よりも高い位置に設定されている。第2の空間R2に封入されているオイルLの油面は、第3のリップ部73aのうち、下側から出力軸61に接する部分の先端よりも高い位置に設定されている。
The oil level of the oil L sealed in the first space R1 is set at a position higher than the tip of the portion of the
次にスターリングエンジン10Aの作用効果について説明する。スターリングエンジン10Aでは、高圧のガスがクランクケース62の内部から限られた空間である第1の空間R1に漏れ出すことが可能である一方、第1の軸シール部材71が第1の空間R1から第2の空間R2に高圧のガスが漏れることを防止する。そして、第1の空間R1とクランクケース62の内部と間でオイル漏れを防止する構造としたことで、高圧ガスの漏れを防止しようとする場合と比較して、クランクケース62の内部のシール性を容易に向上させることができる。このため、スターリングエンジン10Aは、クランクケース62内の圧力を維持することができる。
Next, the effect of the
また、スターリングエンジン10Aでは、空間R1、R2に封入しているオイルLで軸シール部材71、72、73を潤滑できる。同時に、第1の空間R1からクランクケース62の内部へのオイル漏れを第2の軸シール部材72で、第2の空間R2から外部空間へのオイル漏れを第3の軸シール部材73で防止できる。このため、スターリングエンジン10Aは、気体潤滑性能を損なわない態様で軸シール部材71、72、73を潤滑することもできる。
In the
図3は第2のスターリングエンジンであるスターリングエンジン10Bの要部を示す図である。スターリングエンジン10Bは、第1のブリーザバルブ81と第2のブリーザバルブ82とをさらに備えている点以外、スターリングエンジン10Aと実質的に同一である。第1のブリーザバルブ81は第1の圧力調整機構に、第2のブリーザバルブ82は第2の圧力調整機構に相当する。
FIG. 3 is a view showing a main part of a
第1のブリーザバルブ81は、第1の空間R1に対して設けられている。具体的には第1のブリーザバルブ81はクランクケース62に設けられており、クランクケース62内と第1の空間R1とを連通できるように設けられている。第1のブリーザバルブ81は、第1の空間R1の圧力がクランクケース62の内部の圧力よりも高い場合に開弁する。そしてこれにより、第1の空間R1の圧力をクランクケース62の内部に開放し、第1の空間R1とクランクケース62の内部との間で圧力を調整する。
The
このように構成された第1のブリーザバルブ81は、第1の空間R1の圧力とクランクケース62の内部の圧力との差圧の大きさが、第1の所定範囲内に収まるように第1の空間R1の圧力を調整する。具体的には、第1の空間R1の圧力がクランクケース62の内部の圧力よりも高い場合に、第1の空間R1の圧力とクランクケース62の内部の圧力との差圧の大きさが小さくなるように第1の空間R1の圧力を調整する。さらに具体的には、第1の空間R1の圧力とクランクケース62の内部の圧力とが等しくなるように第1の空間R1の圧力を調整する。
The
第2のブリーザバルブ82は、第2の空間R2に対して設けられている。具体的には第2のブリーザバルブ82は第2のハウジング64に設けられており、第2の空間R2の外部空間と第2の空間R2とを連通できるように設けられている。第2のブリーザバルブ82は、第2の空間R2の圧力が外部空間の圧力よりも高い場合に開弁する。そしてこれにより、第2の空間R2の圧力を外部空間に開放し、第2の空間R2と外部空間との間で圧力を調整する。外部空間の圧力は具体的には大気圧となっている。
The
このように構成された第2のブリーザバルブ82は、第2の空間R2の圧力と外部空間の圧力との差圧の大きさが、第2の所定範囲内に収まるように第2の空間R2の圧力を調整する。具体的には、第2の空間R2の圧力が外部空間の圧力よりも高い場合に、第2の空間R2の圧力と外部空間の圧力との差圧の大きさが小さくなるように第2の空間R2の圧力を調整する。さらに具体的には、第2の空間R2の圧力と外部空間の圧力とが等しくなるように第2の空間R2の圧力を調整する。第1の所定範囲と第2の所定範囲とは同じであってもよい。
The
次にスターリングエンジン10Bの作用効果について説明する。ここで、空間R1、R2に封入されているオイルLの温度は、スターリングエンジン10Bの運転に伴い上昇する。そしてこれにより、空間R1、R2の圧力が高まると、オイルシールである軸シール部材72、73では、フリクションが過大になったり、オイル漏れが発生し易くなったりする。
Next, the effect of the
これに対しスターリングエンジン10Bでは、第1のブリーザバルブ81が、第1の空間R1の圧力とクランクケース62内の圧力との差圧の大きさが第1の所定範囲内に収まるように第1の空間R1の圧力を調整する。また、第2のブリーザバルブ82が、第2の空間R2の圧力と外部空間の圧力との差圧の大きさが第2の所定範囲内に収まるように第2の空間R2の圧力を調整する。このため、スターリングエンジン10Bはスターリングエンジン10Aと比較して、さらに軸シール部材72、73を適切に機能させることができる。
On the other hand, in the
また、スターリングエンジン10Bは、第1の空間R1の圧力とクランクケース62内の圧力とが等しくなるように第1の空間R1の圧力を調整するとともに、第2の空間R2の圧力と外部空間の圧力とが等しくなるように第2の空間R2の圧力を調整することで、軸シール部材72、73をより適切に機能させることができる。
In addition, the
図4は第3のスターリングエンジンであるスターリングエンジン10Cの要部を示す図である。スターリングエンジン10Cは空間R1、R2に封入されているオイルLの油面の設定が異なる点と、掻き上げプレート85をさらに備えている点以外、スターリングエンジン10B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10Aに適用してもよい。
FIG. 4 is a view showing a main part of a Stirling engine 10C which is a third Stirling engine. The Stirling engine 10C is substantially the same as the
スターリングエンジン10Cでは、第1の空間R1に封入されているオイルLの油面が、第2のリップ部72aのうち、下側から出力軸61に接する部分の先端よりも低い位置に設定されている。同時に、第1の空間R1に封入されているオイルLの油面は、第1のリップ部71aのうち、下側から出力軸61に接する部分の先端よりも低い位置に設定されている。第2の空間R2に封入されているオイルLの油面は、第3のリップ部73aのうち、下側から出力軸61に接する部分の先端よりも低い位置に設定されている。第1の空間R1に封入されているオイルLの油面は、第1のリップ部71aのうち、下側から出力軸61に接する部分の先端よりも高い位置に設定されてもよい。
In the Stirling engine 10C, the oil level of the oil L sealed in the first space R1 is set at a position lower than the tip of the portion of the
掻き上げプレート85は、出力軸61のうち、第1の空間R1に設けられる部分に設けられている。掻き上げプレート85はリング状の部材であり、外周部が第1の空間R1に封入されているオイルLの油面よりも低い位置に到達するように設けられている。掻き上げプレート85は掻き上げ部材に相当し、第1の空間R1でオイルLを掻き上げる。掻き上げプレート85は出力軸61に一体形成されてもよい。
The scraping
次にスターリングエンジン10Cの作用効果について説明する。ここで、第1の空間R1に封入されているオイルLの油面を第2のリップ部72aのうち、下側から出力軸61に接する部分の先端よりも高い位置に設定している場合、出力軸61の回転停止時に第1の空間R1に封入されているオイルLがクランクケース62内に漏れる可能性がある。同様に、第2の空間R2の場合には第2の空間R2に封入されているオイルLが外部空間に漏れる可能性がある。
Next, the effect of the Stirling engine 10C will be described. Here, when the oil level of the oil L sealed in the first space R1 is set at a position higher than the tip of the portion of the
これに対しスターリングエンジン10Cでは、第1の空間R1に封入されているオイルLの油面を第2のリップ部72aのうち、下側から出力軸61に接する部分の先端よりも低い位置に設定している。また、第2の空間R2に封入されているオイルLの油面を第3のリップ部73aのうち、下側から出力軸61に接する部分の先端よりも低い位置に設定している。このため、スターリングエンジン10Cはスターリングエンジン10Bと比較して、さらに出力軸61回転停止時のオイル漏れを防止できる。
On the other hand, in the Stirling engine 10C, the oil level of the oil L sealed in the first space R1 is set to a position lower than the tip of the
また、スターリングエンジン10Cは、出力軸61回転時には、掻き上げプレート85によって軸シール部材71、72にオイルLを行き届かせることができる。同時に、高圧となる第1の空間R1から第2の空間R2へのオイルLの漏れが許容されることで、第3の軸シール部材73にもオイルLを行き届かせることができる。このため、スターリングエンジン10Cは出力軸61回転停止時のオイル漏れを防止するとともに、軸シール部材71、72、73の潤滑も確保できる。
Further, the Stirling engine 10C can make the oil L reach the
図5は第4のスターリングエンジンであるスターリングエンジン10Dの要部を示す図である。スターリングエンジン10Dは、オイル量調整機構100Aがさらに設けられている点以外、スターリングエンジン10C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10A、10Bに対して適用してもよい。
FIG. 5 is a diagram showing a main part of a
オイル量調整機構100Aは、オイル輸送部110と駆動制御部120Aとを備えている。オイル輸送部110は、オイル配管111とオイルポンプ112とチェック弁113とを備えている。駆動制御部120Aは、動力伝達部121とレベルセンサ122とECU125Aとを備えている。
The oil
オイル配管111は空間R1、R2を連通するように設けられている。オイルポンプ112はオイル配管111に介在するようにして設けられている。オイルポンプ112は機械式のポンプであり、第2の空間R2に封入されているオイルLを第1の空間R1に圧送する。チェック弁113はオイル配管111に介在するようにして設けられている。チェック弁113はオイル配管111のうち、オイルポンプ112よりも下流側の部分に設けられている。チェック弁113は、第2の空間R2から第1の空間R1へのオイルLの流通を許可し、第1の空間R1から第2の空間R2へのオイルLの流通を禁止する。
The
動力伝達部121は出力軸61とオイルポンプ112を連結している。動力伝達部121はスターリングエンジン10Dの出力をオイルポンプ112に伝達する。動力伝達部121はクラッチ121aを備えている。クラッチ121aは出力軸61からオイルポンプ112への出力の伝達を断続する。レベルセンサ122は第2の空間R2に設けられている。レベルセンサ122は第2の空間R2に封入されているオイルLのレベル(量)を検知する。
The
ECU125Aは電子制御装置であり、レベルセンサ122がセンサ・スイッチ類として電気的に接続されている。また、クラッチ121aが制御対象として電気的に接続されている。ECU125Aでは、第2の空間R2に封入されているオイルLの量が第1の所定量αを上回った場合にクラッチ121aを接続するとともに、第1の所定量αよりも小さい第2の所定量βを下回った場合にクラッチ121aを切断する制御部が機能的に実現される。制御部は、例えば所定時間が経過する毎に所定の時間間隔でクラッチ121aを断続するように実現されてもよい。
The
このように構成されたオイル量調整機構100Aは、第2の空間R2から第1の空間R1にオイルLを流通させることで、空間R1、R2に封入されているオイルLの量を調整する。具体的には、第2の空間R2に封入されているオイルLの量が第1の所定量αを上回った場合に、第2の空間R2から第1の空間R1にオイルLを流通させ、第2の空間R2に封入されているオイルLの量が第2の所定量βを下回った場合に、第2の空間R2から第1の空間R1へのオイルLの流通を停止することで、空間R1、R2に封入されているオイルLの量を調整する。
The oil
次に第1のECUの動作であるECU125Aの動作を図6に示すフローチャートを用いて説明する。ECU125Aは第2の空間R2に封入されているオイルLの量が第1の所定量αを上回ったか否かを判定する(ステップS1)。否定判定であれば、本フローチャートを一旦終了する。一方、肯定判定であれば、ECU125Aはクラッチ121aを接続する(ステップS2A)。これにより、オイルポンプ112が駆動する。結果、第2の空間R2から第1の空間R1にオイルLが流通する。
Next, the operation of the
ステップS2Aに続き、ECU125Aは第2の空間R2に封入されているオイルLの量が第2の所定量βを下回ったか否かを判定する(ステップS3)。否定判定であれば、本フローチャートを一旦終了する。一方、肯定判定であれば、ECU125Aはクラッチ121aを切断する(ステップS4A)。これにより、オイルポンプ112が停止する。結果、第2の空間R2から第1の空間R1へのオイルLの流通が停止する。ステップS4Aの後には、本フローチャートを一旦終了する。
Subsequent to step S2A,
次にスターリングエンジン10Dの作用効果について説明する。ここで、スターリングエンジン10Dでは、高圧となる第1の空間R1から第2の空間R2へのオイルLの漏れが許容されることで、第1の空間R1のオイルLが次第に減少するとともに、第2の空間R2のオイルLが次第に増大する。結果、軸シール部材71、72の潤滑不良が発生する可能性がある。また、出力軸61回転停止時に第2の空間R2から外部にオイルLが漏れる可能性がある。
Next, the effect of the
これに対しスターリングエンジン10Dでは、オイル量調整機構100Aが、第2の空間R2から第1の空間R1にオイルLを流入させることで、空間R1、R2に封入されているオイルLの量を調整する。このため、スターリングエンジン10Dはスターリングエンジン10Cと比較して、さらに空間R1、R2に封入されているオイルLを適切に管理することができる。
On the other hand, in the
図7はスターリングエンジン10Eの要部を示す図である。スターリングエンジン10Eは、オイル量調整機構100Aの代わりにオイル調整機構100Bが設けられている点以外、スターリングエンジン10Dと実質的に同一である。なお、オイル調整機構100Bは例えばスターリングエンジン10A、10B、10Cに設けられてもよい。
FIG. 7 is a view showing a main part of the
オイル調整機構100Bは、駆動制御部120Aの代わりに駆動制御部120Bを備えている点以外、オイル調整機構100Aと実質的に同一である。駆動制御部120Bは、動力伝達部121の代わりに駆動モータ123を備えている点と、ECU125Aの代わりにECU125Bを備えている点以外、駆動制御部120Aと実質的に同一である。
The
駆動モータ123は、オイルポンプ112に接続されている。駆動モータ123はオイルポンプ112を駆動、停止する。オイルポンプ112と駆動モータ123は例えば電動オイルポンプとして一体的に構成されていてもよい。ECU125Bは、制御部が次に示すように実現される点と、クラッチ121aの代わりに駆動モータ123が電気的に接続されている点以外、ECU125Aと実質的に同一である。ECU125Bでは、制御部が第2の空間R2に封入されているオイルLの量が第1の所定量αを上回った場合に駆動モータ123を駆動するとともに、第2の所定量βを下回った場合に駆動モータ123を停止するように実現される。
The
次に第2のECUの動作であるECU125Bの動作を図8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以下で説明する点以外、図6に示すフローチャートと同一である。ステップS1の肯定判定に続き、ECU125Bは駆動モータ123を駆動する(ステップS2B)。ステップS2Bの後にはステップS3に続く。また、ステップS3の肯定判定に続き、駆動モータ123を停止する(ステップS4B)。ステップS4Bの後には本フローチャートを一旦終了する。
Next, the operation of the
次にスターリングエンジン10Eの作用効果について説明する。スターリングエンジン10Eでもスターリングエンジン10Dと同様にオイル量調整機構100Bが、第2の空間R2から第1の空間R1にオイルLを流入させることで、空間R1、R2に封入されているオイルLの量を調整する。このため、スターリングエンジン10Eはスターリングエンジン10Dと同様に、空間R1、R2に封入されているオイルLを適切に管理することができる。
Next, the effect of the
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。 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.
例えば第1の圧力調整機構は、第1の空間の圧力をクランクケースの内部の圧力よりも小さくすることで、第1の空間の圧力とクランクケースの内部の圧力との差圧の大きさが、第1の所定範囲内に収まるように第1の空間の圧力を調整してもよい。また、第2の圧力調整機構は、第2の空間の圧力を外部空間の圧力よりも小さくすることで、第2の空間の圧力と外部空間の圧力との差圧の大きさが第2の所定範囲内に収まるように第2の空間の圧力を調整してもよい。 For example, the first pressure adjustment mechanism reduces the pressure in the first space to be lower than the pressure in the crankcase, thereby increasing the difference in pressure between the pressure in the first space and the pressure in the crankcase. The pressure in the first space may be adjusted so as to be within the first predetermined range. In addition, the second pressure adjusting mechanism makes the second space pressure smaller than the external space pressure so that the pressure difference between the second space pressure and the external space pressure is the second pressure. The pressure in the second space may be adjusted so as to be within a predetermined range.
これらの場合には、第1の圧力調整機構には例えば第1の空間の気体を吸引可能な第1の吸引装置を、第2の圧力調整機構には例えば第2の空間の気体を吸引可能な吸引装置を適用できる。 In these cases, for example, the first pressure adjusting mechanism can suck the gas in the first space, for example, and the second pressure adjusting mechanism can suck the gas in the second space, for example. A simple suction device can be applied.
スターリングエンジン 10A、10B、10C、10D、10E
出力軸 61
クランクケース 62
第1の軸シール部材 71
第2の軸シール部材 72
第3の軸シール部材 73
First
Second
Third
Claims (4)
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と、
前記出力軸が外部に延伸した状態で設けられるとともに、内部が加圧されるクランクケースと、
前記出力軸のうち、前記クランクケースの外部に延伸した部分に対して設けられるガスシールである第1の軸シール部材と、
前記出力軸のうち、前記第1の軸シール部材から見て前記クランクケース側の部分に対して設けられるオイルシールである第2の軸シール部材と、
前記出力軸のうち、前記第1の軸シール部材から見て前記クランクケース側とは反対側の部分に設けられるオイルシールである第3の軸シール部材と、を備え、
前記第1の軸シール部材と前記第2の軸シール部材との間に形成される第1の空間と、前記第1の軸シール部材と前記第3の軸シール部材との間に形成される第2の空間とにオイルを封入しているスターリングエンジン。 A cylinder,
A piston that performs gas lubrication with the cylinder;
An output shaft for converting the reciprocating motion of the piston into a rotational motion;
A crankcase that is provided in a state where the output shaft extends to the outside, and the inside is pressurized,
A first shaft seal member that is a gas seal provided for a portion of the output shaft that extends to the outside of the crankcase;
Of the output shaft, a second shaft seal member that is an oil seal provided to a portion on the crankcase side as viewed from the first shaft seal member;
A third shaft seal member that is an oil seal provided on a portion of the output shaft opposite to the crankcase side as viewed from the first shaft seal member;
A first space formed between the first shaft seal member and the second shaft seal member, and formed between the first shaft seal member and the third shaft seal member. A Stirling engine with oil sealed in the second space.
前記第1の空間の圧力と前記クランクケースの内部の圧力との差圧の大きさが、第1の所定範囲内に収まるように前記第1の空間の圧力を調整する第1の圧力調整機構と、
前記第2の空間の圧力と外部空間との差圧の大きさが、第2の所定範囲内に収まるように前記第2の空間の圧力を調整する第2の圧力調整機構と、をさらに備えるスターリングエンジン。 The Stirling engine according to claim 1,
A first pressure adjusting mechanism that adjusts the pressure in the first space so that the difference between the pressure in the first space and the pressure in the crankcase is within a first predetermined range. When,
A second pressure adjusting mechanism that adjusts the pressure in the second space so that the pressure difference between the pressure in the second space and the external space is within a second predetermined range; Stirling engine.
前記出力軸のうち、前記第1の空間に設けられる部分にオイルを掻き上げるオイル掻き上げ部材をさらに備えるスターリングエンジン。 The Stirling engine according to claim 1 or 2,
A Stirling engine further comprising an oil scooping member that scoops up oil in a portion of the output shaft provided in the first space.
前記第2の空間から前記第1の空間にオイルを流通させることで、前記第1および第2の空間に封入されているオイルの量を調整するオイル量調整機構がさらに設けられているスターリングエンジン。 A Stirling engine according to any one of claims 1 to 3,
A Stirling engine further provided with an oil amount adjusting mechanism for adjusting the amount of oil sealed in the first and second spaces by flowing oil from the second space to the first space. .
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