JP4765862B2

JP4765862B2 - Temperature-controlled liquid-cooled regenerative vehicle Stirling engine

Info

Publication number: JP4765862B2
Application number: JP2006252684A
Authority: JP
Inventors: 阿部　　誠; 康山本
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2006-09-19
Filing date: 2006-09-19
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2026-09-19
Also published as: JP2008075464A

Description

本発明は、気体状態で封入された作動流体の加熱、冷却による状態変化を利用して、熱源の有する熱エネルギを機械的な回転エネルギに変換する熱機関、いわゆるスターリングエンジンに関し、特に、車両に搭載されたスターリングエンジンに関するものである。 The present invention relates to a so-called Stirling engine that converts thermal energy of a heat source into mechanical rotational energy by utilizing a change in state caused by heating and cooling of a working fluid sealed in a gaseous state. It relates to the installed Stirling engine.

スターリングエンジンは、作動室内に封入された作動流体を周期的に加熱及び冷却することにより状態変化を生じさせ、これを利用して高熱源から回転エネルギを取り出すようにした理論的な熱効率が高い外燃機関であって、その熱効率は、高熱源と低熱源の温度差が大きいほど増大する。外燃機関であるスターリングエンジンでは、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンのような内燃機関とは異なり、連続燃焼によって生じた熱を作動流体に熱伝達させこれを加熱する。したがって、燃料の燃焼状態の制御が容易で、ＮＯｘ、ＣＯ等、燃焼による排気有害成分の生成量が少ないという利点がある。また、燃焼による熱に限らず、内燃機関の排熱など各種の熱源を用いることが可能であり、省エネルギ、環境対策の面でも優れた特性を有するエンジンである。 Stirling engines have a high theoretical thermal efficiency, in which the working fluid sealed in the working chamber is periodically heated and cooled to cause a change in state, and this is used to extract rotational energy from a high heat source. It is a combustion engine, and its thermal efficiency increases as the temperature difference between the high heat source and the low heat source increases. In a Stirling engine that is an external combustion engine, unlike an internal combustion engine such as a gasoline engine or a diesel engine, heat generated by continuous combustion is transferred to a working fluid to heat it. Therefore, there is an advantage that the control of the combustion state of the fuel is easy, and the amount of exhaust harmful components such as NOx and CO generated by combustion is small. Moreover, it is possible to use various heat sources such as exhaust heat of an internal combustion engine as well as heat due to combustion, and the engine has excellent characteristics in terms of energy saving and environmental measures.

このようなスターリングエンジンの特性を活かし、これを車両に搭載し、スターリングエンジンにより車両を駆動する技術、あるいは車両を駆動する内燃機関の排熱を熱源としてスターリングエンジンを作動させ、排熱を動力として回収する技術の開発も実施されている。近年の車両用エンジンでは、排気ガス有害成分の排出量の低減が厳しく要請されるとともに、省エネルギや石油代替燃料の使用などが求められており、スターリングエンジンは、そうした要請に応える可能性を備えた有力なエンジンの一つである。 Utilizing such characteristics of the Stirling engine, it is mounted on a vehicle, and the Stirling engine is operated using the technology that drives the vehicle with the Stirling engine or the exhaust heat of the internal combustion engine that drives the vehicle as a heat source, and the exhaust heat is used as power. Development of technology to collect is also being implemented. In recent years, vehicle engines have been required to reduce emissions of harmful components of exhaust gas, as well as energy saving and the use of alternative fuels for oil. Stirling engines have the potential to meet such demands. It is one of the leading engines.

ところで、スターリングエンジンは、高熱源の熱から動力を発生させて低熱源に排熱を放熱するエンジンサイクルを実行するものであるが、逆に、外部動力によってスターリングエンジンを駆動してヒートポンプサイクルを実行させ、低熱源から熱を汲み上げ低熱源を冷却することが可能である。特開平８−２１９５６９号公報には、スターリングエンジンを構成する複数の機器と内燃機関とを組み合わせ、この機器の一方ではエンジンサイクルを行わせて内燃機関の排熱から動力を発生させるようにすると同時に、他方の機器では、内燃機関の動力と排熱から発生した動力により、冷凍機又はヒートポンプのサイクルを実行させるように構成された「スターリングサイクル機器」が開示されている。 By the way, the Stirling engine executes the engine cycle that generates power from the heat of the high heat source and dissipates the exhaust heat to the low heat source. Conversely, the Stirling engine is driven by the external power to execute the heat pump cycle. It is possible to pump up heat from the low heat source and cool the low heat source. Japanese Patent Laid-Open No. Hei 8-219569 combines a plurality of devices constituting a Stirling engine with an internal combustion engine, and at the same time, one of these devices performs an engine cycle to generate power from exhaust heat of the internal combustion engine. In the other device, a “Stirling cycle device” is disclosed which is configured to execute a cycle of a refrigerator or a heat pump by the power of the internal combustion engine and the power generated from the exhaust heat.

スターリングエンジンには様々な形式があり、一般的には、作動流体を加熱空間と冷却空間との間を周期的に移動させるディスプレーサを配置するものが多いけれども、上記公報に示されるスターリングサイクル機器においては、圧縮側ピストンと膨張側ピストンの２ピストンを備えた形式のスターリングエンジンが用いられる。エンジンサイクル及びヒートポンプサイクルを実施する機器では、両ピストンの位相が可変となるよう各々のピストンは遊星歯車機構によって連結されている。各ピストンの位相は、冷凍機としての負荷や内燃機関の排熱の温度条件等に応じて、それぞれのサイクルが効率的に行われる位相となるように遊星歯車機構を調整して制御される。
特開平８−２１９５６９号公報 There are various types of Stirling engines, and in general, a displacer that periodically moves a working fluid between a heating space and a cooling space is arranged, but in the Stirling cycle apparatus disclosed in the above publication, A Stirling engine of a type having two pistons of a compression side piston and an expansion side piston is used. In a device that performs an engine cycle and a heat pump cycle, each piston is connected by a planetary gear mechanism so that the phases of both pistons are variable. The phase of each piston is controlled by adjusting the planetary gear mechanism so as to achieve a phase in which each cycle is efficiently performed according to the load as a refrigerator, the temperature condition of exhaust heat of the internal combustion engine, and the like.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-219569

車両に作用する負荷は、車速や路面状況等、車両の走行状態に応じて大きく変動する。そのため、車両を駆動するスターリングエンジンは、熱効率の高いものであると同時に、負荷の変動に応答性良く追随できるものであることが望ましい。車両の負荷に対応させるようスターリングエンジンの出力を制御するには、加熱部に供給する燃料量を制御する方法や作動流体の平均圧力を調整する方法があるが、燃料量を制御する方法は応答性の面で劣り、平均圧力を制御する方法は、作動流体の貯蔵タンクを要するのでエンジンの重量の増加及び大型化を招く。 The load acting on the vehicle varies greatly depending on the traveling state of the vehicle, such as the vehicle speed and the road surface condition. For this reason, it is desirable that the Stirling engine that drives the vehicle has high thermal efficiency and at the same time can follow the load variation with good responsiveness. There are two methods for controlling the output of the Stirling engine to correspond to the vehicle load: a method for controlling the amount of fuel supplied to the heating unit and a method for adjusting the average pressure of the working fluid. The method of controlling the average pressure is inferior in terms of performance, and requires a storage tank for the working fluid, resulting in an increase in weight and an increase in size of the engine.

また、車両を駆動するエンジンでは、車両の制動時においては、車輪から逆にエンジンを駆動し、車両の運動エネルギを消費することによって車両に制動力を加えること、つまりエンジンブレーキを作用させることが望ましい。特に、車両が坂道を下るときには、エンジンブレーキを作用させてフットブレーキ等の制動力を助勢し、フットブレーキ等に掛かる負担を軽減する必要がある。エンジンブレーキは、車両の運動エネルギをエンジンにより消費するものであるから、運動エネルギを別の形のエネルギに変換するようエンジンを作動させると、エンジンブレーキを回生ブレーキとすることも可能である。
本発明は、車両に搭載したスターリングエンジンにおいて、車両の通常走行時には熱効率の高い状態でエンジンを作動させ、制動時には、車両の運動エネルギを効率的に吸収してこれを蓄積し再加速時の利用を図るとともに、エンジンブレーキの制動効果を増大させることを課題とする。 Further, in the engine that drives the vehicle, when the vehicle is braked, the engine is driven reversely from the wheels, and the braking force is applied to the vehicle by consuming the kinetic energy of the vehicle, that is, the engine brake is applied. desirable. In particular, when the vehicle goes down a hill, it is necessary to apply an engine brake to assist a braking force such as a foot brake and reduce a load applied to the foot brake or the like. Since the engine brake consumes the kinetic energy of the vehicle by the engine, the engine brake can be used as a regenerative brake when the engine is operated to convert the kinetic energy into another form of energy.
In the Stirling engine mounted on the vehicle, the engine is operated in a state of high thermal efficiency during normal driving of the vehicle, and the kinetic energy of the vehicle is efficiently absorbed and stored during braking to be used for reacceleration. And to increase the braking effect of the engine brake.

上記の課題に鑑み、本発明は、スターリングエンジンの作動流体を冷却する冷却部に冷却媒体を循環させて十分な冷却を図り、車両の制動時には、スターリングエンジンの運転状態を切換えてヒートポンプとして作動させることにより、冷却媒体を低温化して車両の運動エネルギをいわば「温度差エネルギ」に変換し蓄積するものであって、かつ、冷却媒体の循環をその温度に対応して適切に制御するものである。すなわち、本発明は、
「車両に搭載され、これを駆動するスターリングエンジンであって、
前記スターリングエンジンは、作動流体を加熱する加熱部と作動流体を冷却する冷却部とを備え、さらに、
前記スターリングエンジンは運転状態変更装置を備え、前記加熱部には蓄熱器が配置されるとともに、前記冷却部には、冷却媒体を循環するポンプ及び冷却媒体の熱を大気に放熱する放熱器を備えた循環回路が形成され、
前記循環回路には、作動流体と冷却媒体との伝熱部の温度を検出する伝熱部温度検出器及び冷却媒体の温度を検出する冷却媒体温度検出器が設置されており、
前記運転状態変更装置は、前記車両の通常運転時には前記スターリングエンジンをエンジン運転とするとともに、前記車両の制動時には前記スターリングエンジンをヒートポンプ運転に切換え、かつ、前記冷却媒体は、前記伝熱部温度検出器で検出された温度が前記冷却媒体温度検出器で検出された温度よりも高いときには、前記放熱器に循環され、低いときには、前記放熱器への循環が阻止されるよう構成された」
ことを特徴とするスターリングエンジンとなっている。 In view of the above-described problems, the present invention circulates a cooling medium in a cooling unit that cools the working fluid of the Stirling engine to achieve sufficient cooling, and switches the operating state of the Stirling engine to operate as a heat pump when braking the vehicle. Thus, the temperature of the cooling medium is lowered and the kinetic energy of the vehicle is converted into “temperature difference energy” and stored, and the circulation of the cooling medium is appropriately controlled according to the temperature. . That is, the present invention
"A Stirling engine that is mounted on a vehicle and drives it,
The Stirling engine includes a heating unit that heats the working fluid and a cooling unit that cools the working fluid,
The Stirling engine includes an operating state changing device, a heat accumulator is disposed in the heating unit, and a cooling unit is provided with a pump that circulates the cooling medium and a radiator that radiates the heat of the cooling medium to the atmosphere. A circulating circuit is formed,
The circulation circuit is provided with a heat transfer section temperature detector that detects the temperature of the heat transfer section between the working fluid and the cooling medium, and a cooling medium temperature detector that detects the temperature of the cooling medium,
The operating state changing device sets the Stirling engine to engine operation during normal operation of the vehicle, switches the Stirling engine to heat pump operation during braking of the vehicle, and the cooling medium detects the heat transfer section temperature. When the temperature detected by the radiator is higher than the temperature detected by the cooling medium temperature detector, it is circulated to the radiator, and when it is lower, circulation to the radiator is prevented.
It is a Stirling engine characterized by that.

請求項２に記載のとおり、前記循環回路にバルブを設置し、前記放熱器への循環を阻止するときは、前記ポンプを停止するとともに前記バルブを閉鎖するようにすることができる。 As described in claim 2, when a valve is installed in the circulation circuit to prevent circulation to the radiator, the pump can be stopped and the valve can be closed.

また、請求項３に記載のとおり、前記循環回路に、前記放熱器をバイパスするバイパス通路及び３方弁を設置し、前記放熱器への循環を阻止するときは、冷却媒体を前記バイパス通路に流すよう前記３方弁を切換えることもできる。 In addition, as described in claim 3, when the bypass circuit and the three-way valve that bypass the radiator are installed in the circulation circuit and the circulation to the radiator is prevented, a cooling medium is provided in the bypass passage. The three-way valve can be switched to flow.

請求項４に記載のとおり、前記スターリングエンジンには、前記加熱部が設置されたシリンダ及び前記冷却部が設置されたシリンダを設け、それぞれのシリンダ内にはピストンを配置し、かつ、互いに連通して内部に作動流体を封入した形式のものとし、前記冷却部が設置されたシリンダには、前記循環回路の冷却媒体が供給される液冷ジャケットを形成することが好ましい。 As described in claim 4, the Stirling engine is provided with a cylinder in which the heating unit is installed and a cylinder in which the cooling unit is installed, and a piston is arranged in each cylinder and communicates with each other. It is preferable that a working fluid is enclosed in the cylinder, and a liquid cooling jacket to which a cooling medium of the circulation circuit is supplied is preferably formed in the cylinder in which the cooling unit is installed.

車両を駆動する本発明のスターリングエンジンは、車両の通常走行時にはエンジンサイクルが実行され、高熱源である加熱部からの熱が作動流体に伝達され、低熱源となる冷却部から放熱が行われる。冷却部には冷却媒体の循環回路が形成されており、作動流体の熱は、液体状態にある冷却媒体に伝達されるが、この熱伝達は液体への熱伝達であるから熱伝達係数が大きく、作動流体は十分に冷却される。この結果、加熱された作動流体と冷却された作動流体との温度差が増大し、スターリングエンジンは高効率状態で作動する。エンジンサイクルが実行されるときは、冷却媒体が放熱器へ循環されるため、冷却媒体に伝達された作動流体の熱は最終的には放熱器から大気中に放出され、冷却媒体の温度は大気温近傍に保持される。 In the Stirling engine of the present invention for driving a vehicle, an engine cycle is executed during normal traveling of the vehicle, heat from a heating unit that is a high heat source is transmitted to the working fluid, and heat is radiated from a cooling unit that is a low heat source. A cooling medium circulation circuit is formed in the cooling section, and the heat of the working fluid is transferred to the cooling medium in a liquid state, but since this heat transfer is to the liquid, the heat transfer coefficient is large. The working fluid is sufficiently cooled. As a result, the temperature difference between the heated working fluid and the cooled working fluid increases, and the Stirling engine operates in a highly efficient state. When the engine cycle is executed, since the cooling medium is circulated to the radiator, the heat of the working fluid transferred to the cooling medium is finally released from the radiator to the atmosphere, and the temperature of the cooling medium is large. It is kept near the temperature.

車両の制動時には、運転状態変更装置によってヒートポンプ運転に切換えられる。つまり、通常走行時に加熱部からの熱によって動力を発生していたスターリングエンジンは、制動時には車両の動力伝達系を経てヒートポンプとして駆動されることとなる。制動時には、短時間の中に車両の運動エネルギを消費して車速が低下するから、スターリングエンジンをヒートポンプ運転とした際の駆動動力は非常に大きく、冷却部の作動流体の温度が急速に低下するとともに、加熱部の作動流体の温度は急速に上昇する。 When the vehicle is braked, the operation state changing device switches to the heat pump operation. That is, the Stirling engine that has generated power by the heat from the heating unit during normal travel is driven as a heat pump through the power transmission system of the vehicle during braking. At the time of braking, the kinetic energy of the vehicle is consumed in a short time and the vehicle speed decreases. Therefore, the driving power when the Stirling engine is operated as a heat pump is very large, and the temperature of the working fluid in the cooling section rapidly decreases. At the same time, the temperature of the working fluid in the heating unit rises rapidly.

本発明のスターリングエンジンでは、加熱部には蓄熱器が配置されており、制動時のヒートポンプ運転に伴い、蓄熱器の温度が上昇するとともに、冷却部では冷却媒体が冷却されることとなる。ここで、冷却部の循環回路には、作動流体と冷却媒体との伝熱部の温度を検出する伝熱部温度検出器及び冷却媒体の温度を検出する冷却媒体温度検出器が設置されており、冷却部の作動流体の温度降下によって、作動流体と冷却媒体との伝熱部の温度が冷却媒体の温度よりも低下すると、冷却媒体の放熱器への循環が阻止される。したがって、冷却媒体は、放熱器において大気中の熱を受けることによりその温度が上昇することはない。つまり、冷却媒体の温度は、車両の制動時には大気温以下に低下して、冷却部にはいわゆる「冷熱」が蓄えられた状態となる。冷却媒体の循環は両方の温度検出器により制御されるから、冷却媒体の温度を常時最低の温度に保つことが可能で、その温度が放熱器により上昇する事態を確実に回避できる。
このように、本発明においては、車両の運動エネルギは、加熱部の蓄熱器と冷却部の冷却媒体とに温度差エネルギとして蓄積する形で回生される。 In the Stirling engine of the present invention, a heat accumulator is arranged in the heating part, and the temperature of the heat accumulator rises with the heat pump operation during braking, and the cooling medium is cooled in the cooling part. Here, in the circulation circuit of the cooling unit, a heat transfer unit temperature detector for detecting the temperature of the heat transfer unit between the working fluid and the cooling medium and a cooling medium temperature detector for detecting the temperature of the cooling medium are installed. When the temperature of the heat transfer section between the working fluid and the cooling medium is lower than the temperature of the cooling medium due to the temperature drop of the working fluid in the cooling section, circulation of the cooling medium to the radiator is prevented. Therefore, the temperature of the cooling medium does not increase by receiving heat from the atmosphere in the radiator. That is, the temperature of the cooling medium is lowered to an atmospheric temperature or lower during braking of the vehicle, and a so-called “cold heat” is stored in the cooling unit. Since the circulation of the cooling medium is controlled by both temperature detectors, the temperature of the cooling medium can always be kept at the lowest temperature, and a situation where the temperature rises by the radiator can be surely avoided.
Thus, in the present invention, the kinetic energy of the vehicle is regenerated in the form of being accumulated as temperature difference energy in the regenerator of the heating unit and the cooling medium of the cooling unit.

車両の制動後の再加速時には、加熱部の蓄熱器と冷却媒体に蓄えられた温度差エネルギを利用して、スターリングエンジンをエンジンとして作動させ車両を駆動する。このときには、通常時よりも加熱部の温度が上昇し、かつ、冷却部の温度は低下しており、スターリングエンジンは高熱源と低熱源の温度差が増大した状態で作動するから、その出力が増加し車両はスムースに加速される。また、加熱部に供給する燃料量を大幅に低減できるので燃料経済性が向上することとなる。 At the time of reacceleration after braking of the vehicle, the vehicle is driven by operating the Stirling engine as an engine using the temperature difference energy stored in the heat accumulator of the heating unit and the cooling medium. At this time, the temperature of the heating unit is higher than normal, and the temperature of the cooling unit is lower, and the Stirling engine operates with the temperature difference between the high heat source and the low heat source increased. Increases and the vehicle is smoothly accelerated. Further, since the amount of fuel supplied to the heating unit can be greatly reduced, fuel economy is improved.

車両が下り勾配の路面を走行するときにも、スターリングエンジンは、運転状態変更装置によってヒートポンプ運転に切換えられる。ヒートポンプとしてスターリングエンジンを駆動するために要する動力は、単にエンジンブレーキとして作用させるときに吸収する動力よりもはるかに大きく、したがって、車両には強力な制動力が働く。つまり、スターリングエンジンを、いわゆる減速装置（リターダ）として作動させることが可能であり、下り勾配の路面を走行する際のフットブレーキ等の負担が軽減される。この効果は、車両重量の大きいトラック等の大型車両では特に有効なものとなり、ブレーキ装置の過熱によるフェード現象等を防止することができる。ヒートポンプ運転中の回生エネルギが温度差エネルギに変換されて蓄熱器に蓄えられ、その後の走行時に利用されることは、前述の制動時の作動と同様である。 The Stirling engine is also switched to the heat pump operation by the operating state changing device when the vehicle travels on a downhill road surface. The power required to drive a Stirling engine as a heat pump is much greater than the power absorbed when simply acting as an engine brake, and therefore a strong braking force acts on the vehicle. That is, the Stirling engine can be operated as a so-called speed reducer (retarder), and the burden on the foot brake and the like when traveling on a downhill road surface is reduced. This effect is particularly effective in a large vehicle such as a truck having a heavy vehicle weight, and can prevent a fade phenomenon caused by overheating of the brake device. The regenerative energy during operation of the heat pump is converted into temperature difference energy, stored in the heat accumulator, and used during subsequent travel, similar to the above-described operation during braking.

請求項２の発明のように、循環回路にバルブを設置し、放熱器への循環を阻止する場合に、ポンプを停止するとともにそのバルブを閉鎖するように構成すると、車両の制動時における冷却媒体の循環を確実に防止できる。例えば、冷却媒体の温度差に起因して自然対流が生じるような場合でも、バルブの閉鎖によりその発生を阻止できる。 When the valve is installed in the circulation circuit to prevent circulation to the radiator as in the invention of claim 2, the pump is stopped and the valve is closed. Can be reliably prevented. For example, even when natural convection occurs due to the temperature difference of the cooling medium, it can be prevented by closing the valve.

また、請求項３の発明のように、冷却媒体の循環回路に放熱器をバイパスするバイパス通路と３方弁とを設け、放熱器への循環を阻止するときに、放熱器をバイパスして冷却媒体を流すよう３方弁を切換えることもできる。
冷却媒体として水等を用いた場合、スターリングエンジンのヒートポンプ運転時に循環回路のポンプを停止すると、作動流体と冷却媒体との伝熱部等では滞留した冷却媒体が局所的に非常に低温となり、冷却媒体が凍結する虞れがある。請求項３の発明のように、ヒートポンプ運転時にポンプを停止することなく冷却媒体をバイパス通路を通過させて循環したときは、全体の温度が均一となり局所的な過冷却に伴う凍結を防止できる。 Further, as in the invention of claim 3, a bypass passage for bypassing the radiator and a three-way valve are provided in the circulating circuit of the cooling medium, and when the circulation to the radiator is prevented, the radiator is bypassed and cooled. The three-way valve can be switched to allow the medium to flow.
When water or the like is used as the cooling medium, if the circulation circuit pump is stopped during the heat pump operation of the Stirling engine, the cooling medium staying at the heat transfer section between the working fluid and the cooling medium becomes locally very low temperature and cooling. The medium may freeze. As in the third aspect of the invention, when the cooling medium is circulated through the bypass passage without stopping the pump during the heat pump operation, the entire temperature becomes uniform and freezing due to local supercooling can be prevented.

スターリングエンジンには、ディスプレーサを備えたものやこれを持たないものなど種々の形式のエンジン機構がある。請求項４の発明のように、本発明におけるスターリングエンジンの形式として、加熱部が設置されたシリンダ及び冷却部が設置されたシリンダを設け、両シリンダにピストンを配置し、かつ、互いに連通して内部に作動流体を封入した形式の機構を採用すると、運転状態変更装置の構成が簡易なものとなる。すなわち、２個のピストンの相対的な位相を変更することによって出力を調整し、さらに、スターリングエンジンの運転状態を、エンジンの作動からヒートポンプの作動に切換えることが可能である。そして、冷却部が設置されたシリンダに、循環回路の冷却媒体が供給される液冷ジャケットを形成することにより作動流体と冷却媒体との熱伝達が改善され、エンジンサイクルとしてスターリングエンジンを作動させる際、冷却部の作動流体の温度を十分に低下させることが可能となる。 Stirling engines include various types of engine mechanisms such as those equipped with a displacer and those not equipped with a displacer. As in the invention of claim 4, as a type of the Stirling engine in the present invention, a cylinder provided with a heating part and a cylinder provided with a cooling part are provided, pistons are arranged in both cylinders, and communicated with each other. If a mechanism of a type in which a working fluid is enclosed is employed, the configuration of the operating state changing device is simplified. In other words, it is possible to adjust the output by changing the relative phases of the two pistons, and to switch the operation state of the Stirling engine from the operation of the engine to the operation of the heat pump. Then, by forming a liquid cooling jacket in which the cooling medium of the circulation circuit is supplied to the cylinder in which the cooling unit is installed, heat transfer between the working fluid and the cooling medium is improved, and the Stirling engine is operated as an engine cycle. The temperature of the working fluid in the cooling unit can be sufficiently lowered.

以下、図面に基づき本発明のスターリングエンジンについて説明する。図１は本発明のスターリングエンジンの第１実施例を示す全体概略図、図２は第２実施例の要部概略図であり、図３には本発明のスターリングエンジンの運転状態変更装置である位相差変更機構を示す。また、図４にはスターリングエンジンの運転状態を変更するための制御系統図を示し、図５にはスターリングエンジンの出力と位相との関係を表すグラフを示す。 The Stirling engine of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall schematic view showing a first embodiment of the Stirling engine of the present invention, FIG. 2 is a schematic view of the main part of the second embodiment, and FIG. The phase difference changing mechanism is shown. FIG. 4 shows a control system diagram for changing the operating state of the Stirling engine, and FIG. 5 shows a graph showing the relationship between the output and the phase of the Stirling engine.

図１の実施例のスターリングエンジンは、並列に配置された２個のシリンダ・ピストン機構を備えたエンジン形式のもので、ピストン１が膨張側ピストン、ピストン２が圧縮側ピストンとなっている。ピストン１の上部のシリンダ空間は加熱空間１１であり、ピストン２の上部のシリンダ空間は冷却空間２１であって、加熱空間１１と冷却空間２１とは連通路３を介して連通されている。両方の空間１１、２１はスターリングエンジンの作動室を構成し、この中には、水素、ヘリウム等の比熱の小さい気体からなる作動流体が封入される。連通路３には、両方の空間１１、１２の間を移動する作動流体の熱を蓄熱しサイクル効率を上昇させる再生器を設置してもよい。 The Stirling engine of the embodiment shown in FIG. 1 is of the engine type having two cylinder / piston mechanisms arranged in parallel. The piston 1 is an expansion side piston and the piston 2 is a compression side piston. The cylinder space above the piston 1 is a heating space 11, and the cylinder space above the piston 2 is a cooling space 21, and the heating space 11 and the cooling space 21 communicate with each other via the communication path 3. Both spaces 11 and 21 constitute a working chamber of a Stirling engine, in which a working fluid made of a gas having a small specific heat such as hydrogen or helium is enclosed. The communication path 3 may be provided with a regenerator that stores the heat of the working fluid moving between both the spaces 11 and 12 and increases the cycle efficiency.

ピストン１は、クランク軸１３のクランクピンにコンロッドによって連結され、ピストン２は、同様にしてクランク軸２３に連結される。クランク軸２３は、車両の動力伝達装置を経て車両の駆動輪に接続されており、通常の車両走行時においては、スターリングエンジンの出力によって車両の駆動が行われる。クランク軸１３にはフライホイール４が固着されている。 The piston 1 is connected to the crankpin of the crankshaft 13 by a connecting rod, and the piston 2 is connected to the crankshaft 23 in the same manner. The crankshaft 23 is connected to the drive wheels of the vehicle via a vehicle power transmission device, and the vehicle is driven by the output of the Stirling engine during normal vehicle travel. A flywheel 4 is fixed to the crankshaft 13.

加熱空間１１の上部には、加熱空間１１内の作動流体を加熱する加熱部１２が配置されており、ここでは、図示しない燃料供給装置から供給された燃料の燃焼が行われ、加熱空間１１内の作動流体が加熱される。冷却空間２１の上部には、全体を符号２２で示す冷却部が配置され、冷却空間２１内の作動流体を冷却する。 A heating unit 12 that heats the working fluid in the heating space 11 is disposed above the heating space 11. Here, combustion of fuel supplied from a fuel supply device (not shown) is performed, and the heating space 11 The working fluid is heated. In the upper part of the cooling space 21, a cooling unit generally indicated by reference numeral 22 is arranged to cool the working fluid in the cooling space 21.

本発明の第１実施例である図１のスターリングエンジンでは、金属又はセラミックス等の、一定の熱容量を備えた塊状の物体からなる蓄熱器５が加熱部１２内に設置される。冷却部２２は、水等の冷却媒体を用いて作動流体を冷却するものであって、モータにより駆動され冷却媒体を循環させるポンプ２２Ａ及び冷却媒体の熱を大気に放熱する放熱器２２Ｂを備えた循環回路となっている。なお、冷却媒体としては水以外の液体を使用することが可能であり、例えば、温度低下による凍結を防止するためエチレングリコール等からなる不凍液を混合して用いることもできる。
この実施例では、冷却空間２１内の作動流体を冷却するため、容積の大きい液冷タンク部２２Ｃが設けられるとともに、冷却空間２１のシリンダには液冷ジャケット２２Ｄが形成してあり、冷却媒体は、ポンプ２２Ａにより液冷タンク部２２Ｃと液冷ジャケット２２Ｄとに圧送され、作動流体を冷却した後放熱器２２Ｂに循環する。循環回路の途中にはバルブ２２Ｅが配置されている。 In the Stirling engine of FIG. 1 which is the first embodiment of the present invention, a heat accumulator 5 made of a massive object having a certain heat capacity, such as metal or ceramics, is installed in the heating unit 12. The cooling unit 22 cools the working fluid using a cooling medium such as water, and includes a pump 22A that is driven by a motor to circulate the cooling medium and a radiator 22B that radiates the heat of the cooling medium to the atmosphere. It is a circulation circuit. In addition, it is possible to use liquids other than water as a cooling medium, for example, in order to prevent the freezing by a temperature fall, the antifreezing liquid which consists of ethylene glycol etc. can also be mixed and used.
In this embodiment, in order to cool the working fluid in the cooling space 21, a liquid cooling tank 22C having a large volume is provided, and a liquid cooling jacket 22D is formed in the cylinder of the cooling space 21, and the cooling medium is The pump 22A is pumped to the liquid cooling tank section 22C and the liquid cooling jacket 22D to cool the working fluid and then circulate to the radiator 22B. A valve 22E is arranged in the middle of the circulation circuit.

さらに、循環回路には２つの温度検出器、すなわち伝熱部温度検出器Ｓ１、冷却媒体温度検出器Ｓ２が設置されており、ポンプ２２Ａを駆動するモータは、これら２つの温度検出器の検出温度に応じて制御される。伝熱部温度検出器Ｓ１は、作動流体と冷却媒体との伝熱部の温度を検出するものであり、液冷タンク部２２Ｃの底部壁面に取り付けられる。一方、冷却媒体温度検出器Ｓ２は、冷却媒体の温度を検出するものであって、放熱器２２Ｂの出口に取り付けられる。伝熱部温度検出器Ｓ１は液冷ジャケット２２Ｄ内に設置してもよく、冷却媒体温度検出器Ｓ２は、ポンプ２２Ａの吐出側における冷却媒体の温度を検出するようにしてもよい。 Further, two temperature detectors, that is, a heat transfer section temperature detector S1 and a cooling medium temperature detector S2 are installed in the circulation circuit, and a motor for driving the pump 22A is detected by these two temperature detectors. It is controlled according to. The heat transfer section temperature detector S1 detects the temperature of the heat transfer section between the working fluid and the cooling medium, and is attached to the bottom wall surface of the liquid cooling tank section 22C. On the other hand, the cooling medium temperature detector S2 detects the temperature of the cooling medium, and is attached to the outlet of the radiator 22B. The heat transfer section temperature detector S1 may be installed in the liquid cooling jacket 22D, and the cooling medium temperature detector S2 may detect the temperature of the cooling medium on the discharge side of the pump 22A.

また、ピストン１が連結されたクランク軸１３とピストン２が連結されたクランク軸２３とは、運転状態変更装置である位相差変更機構６を介して連結されており、ピストン１とピストン２との相互の位相差が変更可能となっている。位相差変更機構６は、図２に示すように、傘歯車を用いた遊星歯車装置と類似する歯車伝動機構として構成される。位相差変更機構６の枠体６１には貫通孔が形成され、この中に、環状のリング体６２が回動可能に嵌め込まれている。リング体６２は、径方向で内部に延びる２本の支持軸を備え、この支持軸には傘歯車６３Ａ、６３Ｂがそれぞれ回転可能に取り付けてある。そして、ピストン１のクランク軸１３には傘歯車１４が一体的に固着され、かつ、ピストン２のクランク軸２３には傘歯車２４が一体的に固着されており、傘歯車１４、２４は、支持軸の傘歯車６３Ａ、６３Ｂと噛み合っている。４個の傘歯車は全て同一形状で同一の歯数を有している。 The crankshaft 13 to which the piston 1 is connected and the crankshaft 23 to which the piston 2 is connected are connected via a phase difference changing mechanism 6 that is an operation state changing device. The mutual phase difference can be changed. As shown in FIG. 2, the phase difference changing mechanism 6 is configured as a gear transmission mechanism similar to a planetary gear device using a bevel gear. A through hole is formed in the frame body 61 of the phase difference changing mechanism 6, and an annular ring body 62 is rotatably fitted therein. The ring body 62 includes two support shafts extending inward in the radial direction, and bevel gears 63A and 63B are rotatably attached to the support shafts. The bevel gear 14 is integrally fixed to the crankshaft 13 of the piston 1, and the bevel gear 24 is integrally fixed to the crankshaft 23 of the piston 2. The shaft is meshed with the bevel gears 63A and 63B. All four bevel gears have the same shape and the same number of teeth.

ピストン１が往復動しクランク軸１３が矢印１Ａの方向に回転すると、リング体６２の位置が固定されているときは、傘歯車１４によって支持軸の傘歯車６３Ａ、６３Ｂが支持軸の周りを回転して、これに噛み合う傘歯車２４を、傘歯車１４とは反対方向に回転させる。そのため、ピストン２のクランク軸２３は、クランク軸１３の回転方向とは逆方向となる矢印２Ａの方向に、クランク軸１３と同一速度で回転する。このとき、リング体６２の位置を矢印Ｃの方向に移動させると、その移動量に応じて支持軸の傘歯車６３Ａ、６３Ｂが僅かに回転し、クランク軸１３に対するクランク軸２３の位相を変更することができる。つまり、リング体６２の位置をアクチュエータ等を用いて調整することによって、同一周期で往復動するピストン１及びピストン２の位相差を調整することが可能となる。位相差の調整は、車両の運転者が操作するアクセルペダル及びブレーキペダルの操作状態を検出し、図４に示す制御系統図に従って実行される。 When the piston 1 reciprocates and the crankshaft 13 rotates in the direction of the arrow 1A, the bevel gears 63A and 63B of the support shaft are rotated around the support shaft by the bevel gear 14 when the position of the ring body 62 is fixed. Then, the bevel gear 24 meshing with this is rotated in the direction opposite to the bevel gear 14. Therefore, the crankshaft 23 of the piston 2 rotates at the same speed as the crankshaft 13 in the direction of the arrow 2 </ b> A that is opposite to the rotation direction of the crankshaft 13. At this time, if the position of the ring body 62 is moved in the direction of arrow C, the bevel gears 63A and 63B of the support shaft rotate slightly according to the amount of movement, and the phase of the crankshaft 23 with respect to the crankshaft 13 is changed. be able to. That is, by adjusting the position of the ring body 62 using an actuator or the like, it is possible to adjust the phase difference between the piston 1 and the piston 2 that reciprocate in the same cycle. The adjustment of the phase difference is performed according to the control system diagram shown in FIG. 4 by detecting the operation state of the accelerator pedal and the brake pedal operated by the driver of the vehicle.

次いで、本発明のスターリングエンジンの作動について、図２乃至図５も参照しながら説明する。
車両の通常走行時においては、スターリングエンジンは車両を駆動するエンジンとして作動する。ピストン１及びピストン２の間の位相差は、位相差変更機構６によってエンジンとしての作動に最適の略９０°に設定される。すなわち、エンジンサイクルの作動状態では、冷却空間２１の容積が加熱空間１１の容積変化よりも９０°遅れた位相で変化するように設定される。加熱空間１１と冷却空間２１で構成される作動室内の作動流体は、作動室の容積変化に応じて両方の空間を移動しながら状態変化を繰り返すスターリングサイクルを行う。これにより、加熱部１２からの熱が動力に変換され、クランク軸２３から車両の駆動輪が回転駆動されることとなる。エンジンとして作動させるときは、図４に示すとおり、位相差を９０°よりも小さくすると、スターリングエンジンの出力が減少する。したがって、位相差変更機構６により、スターリングエンジンの出力を制御することが可能であって、位相を調整する制御は、加熱部１２に供給する燃料量を調整するものと比べ、応答性の優れた制御が実現できる。 Next, the operation of the Stirling engine of the present invention will be described with reference to FIGS.
During normal driving of the vehicle, the Stirling engine operates as an engine that drives the vehicle. The phase difference between the piston 1 and the piston 2 is set to approximately 90 ° which is optimum for the operation as an engine by the phase difference changing mechanism 6. That is, in the operating state of the engine cycle, the volume of the cooling space 21 is set to change at a phase delayed by 90 ° from the volume change of the heating space 11. The working fluid in the working chamber composed of the heating space 11 and the cooling space 21 performs a Stirling cycle in which the state change is repeated while moving in both spaces in accordance with the volume change of the working chamber. Thereby, the heat from the heating unit 12 is converted into power, and the driving wheels of the vehicle are rotationally driven from the crankshaft 23. When operating as an engine, as shown in FIG. 4, if the phase difference is made smaller than 90 °, the output of the Stirling engine decreases. Therefore, the output of the Stirling engine can be controlled by the phase difference changing mechanism 6, and the control for adjusting the phase is more responsive than that for adjusting the amount of fuel supplied to the heating unit 12. Control can be realized.

スターリングサイクルを実行する車両の通常走行時では、主に冷却空間２１に存在する膨張後の作動流体の温度は冷却媒体の温度よりも高く、伝熱部温度検出器Ｓ１の検出温度が冷却媒体温度検出器Ｓ２の検出温度よりも高い。そのため、冷却部２２においてはポンプ２２Ａが駆動されてバルブ２２Ｅが開放される。ポンプ２２Ａにより冷却媒体が液冷タンク部２２Ｃと液冷ジャケット２２Ｄとに圧送され、液体状態にある冷却媒体が冷却空間２１内の作動流体を冷却する。この冷却は液体への熱伝達により行われ、また、液冷ジャケット２２Ｄは冷却空間２１の近傍にこれを取り巻くように形成されているので、作動流体が大気温近傍まで十分に冷却される結果、加熱された作動流体と冷却された作動流体との温度差が増大し、スターリングエンジンは高効率状態で作動する。 During normal traveling of the vehicle that executes the Stirling cycle, the temperature of the expanded working fluid that exists mainly in the cooling space 21 is higher than the temperature of the cooling medium, and the temperature detected by the heat transfer section temperature detector S1 is the cooling medium temperature. It is higher than the detection temperature of the detector S2. Therefore, in the cooling unit 22, the pump 22A is driven and the valve 22E is opened. The cooling medium is pumped to the liquid cooling tank unit 22C and the liquid cooling jacket 22D by the pump 22A, and the cooling medium in the liquid state cools the working fluid in the cooling space 21. This cooling is performed by heat transfer to the liquid, and the liquid cooling jacket 22D is formed to surround the cooling space 21 so that the working fluid is sufficiently cooled to near the atmospheric temperature. The temperature difference between the heated working fluid and the cooled working fluid increases, and the Stirling engine operates in a high efficiency state.

車両の制動時には、フットブレーキのブレーキペダルの操作に伴い、ブレーキ系統の油圧が上昇する。油圧の上昇を感知して、位相差変更機構６がピストン１とピストン２の位相を切換え、冷却空間２１の容積が加熱空間１１の容積変化よりも９０°進んだ位相で変化するように設定する。この切換えにより、作動流体の状態変化は、いわゆる逆スターリングサイクルとなって、スターリングエンジンはヒートポンプとして作動する。制動時には車両の運動エネルギを短時間の中に消費するから、駆動輪からスターリングエンジンに大きな動力が供給され、冷却空間２１が低温となると同時に加熱空間１１が高温となる。 When braking the vehicle, the hydraulic pressure of the brake system increases with the operation of the brake pedal of the foot brake. Upon detecting an increase in hydraulic pressure, the phase difference changing mechanism 6 switches the phases of the piston 1 and the piston 2 so that the volume of the cooling space 21 changes at a phase advanced by 90 ° from the volume change of the heating space 11. . By this switching, the state change of the working fluid becomes a so-called reverse Stirling cycle, and the Stirling engine operates as a heat pump. Since the kinetic energy of the vehicle is consumed in a short time during braking, a large amount of power is supplied from the drive wheels to the Stirling engine, and the cooling space 21 becomes low temperature and the heating space 11 becomes high temperature.

冷却空間２１の温度が低下すると、作動流体と冷却媒体との伝熱部である液冷タンク部２２Ｃの底部壁面が低温となり、伝熱部温度検出器Ｓ１の検出温度が冷却媒体温度検出器Ｓ２の検出温度よりも低くなる。冷却部２２においてはポンプ２２Ａが停止されるとともにバルブ２２Ｅが閉鎖されて、冷却媒体の放熱器２２Ｂへの循環が阻止され、冷却媒体は液冷タンク部２２Ｃと液冷ジャケット２２Ｄとに滞留する。冷却媒体の循環の阻止により放熱器２２Ｂから大気中の熱が入り込むことが防止されているので、冷却媒体の温度は大気温以下に降下して「冷熱」が蓄積される。この実施例では、液冷タンク部２２Ｃの容積が大きく設定されており、大量の「冷熱」の蓄積が可能である。一方、加熱空間１１が高温となると蓄熱器５も高温となり、ここに熱エネルギが蓄積される。こうして、車両の制動時には車両の運動エネルギが温度差エネルギに変換され、蓄熱器５と冷却媒体と蓄えられる。 When the temperature of the cooling space 21 decreases, the bottom wall surface of the liquid cooling tank unit 22C, which is the heat transfer unit between the working fluid and the cooling medium, becomes low temperature, and the detected temperature of the heat transfer unit temperature detector S1 becomes the cooling medium temperature detector S2. Lower than the detected temperature. In the cooling part 22, the pump 22A is stopped and the valve 22E is closed to prevent the cooling medium from circulating to the radiator 22B, and the cooling medium stays in the liquid cooling tank part 22C and the liquid cooling jacket 22D. Since the heat in the atmosphere is prevented from entering from the radiator 22B by preventing the circulation of the cooling medium, the temperature of the cooling medium drops below the atmospheric temperature and “cold heat” is accumulated. In this embodiment, the volume of the liquid cooling tank portion 22C is set large, and a large amount of “cold heat” can be accumulated. On the other hand, when the heating space 11 becomes high temperature, the heat accumulator 5 also becomes high temperature, and heat energy is accumulated here. Thus, at the time of braking of the vehicle, the kinetic energy of the vehicle is converted into temperature difference energy and stored in the heat accumulator 5 and the cooling medium.

図２に示す本発明の第２実施例においては、冷却媒体の循環回路に放熱器２２Ｂをバイパスするバイパス通路２２Ｆと３方弁２２Ｇとを設けてある。この第２実施例では、伝熱部温度検出器Ｓ１の検出温度が冷却媒体温度検出器Ｓ２の検出温度よりも低下し、冷却媒体の放熱器２２Ｂへの循環を阻止するときは、ポンプ２２Ａを停止することなく、バイパス通路２２Ｆを通して冷却媒体を流すよう３方弁２２Ｇを切換える。スターリングエンジンのヒートポンプ運転時にポンプ２２Ａを停止すると、作動流体と冷却媒体との伝熱部等では滞留した冷却媒体が局所的に非常に低温となり、冷却媒体として水等を用いた場合、冷却媒体が凍結する虞れがある。第２実施例のように、ヒートポンプ運転時に冷却媒体をバイパス通路２２Ｆを通過させて循環したときは、全体の温度が均一となり局所的な過冷却に伴う凍結を防止できる。 In the second embodiment of the present invention shown in FIG. 2, a bypass passage 22F and a three-way valve 22G for bypassing the radiator 22B are provided in the cooling medium circulation circuit. In this second embodiment, when the detected temperature of the heat transfer section temperature detector S1 is lower than the detected temperature of the cooling medium temperature detector S2, and the circulation of the cooling medium to the radiator 22B is prevented, the pump 22A is turned on. The three-way valve 22G is switched so that the cooling medium flows through the bypass passage 22F without stopping. If the pump 22A is stopped during the heat pump operation of the Stirling engine, the staying cooling medium locally becomes extremely low in the heat transfer section between the working fluid and the cooling medium. When water or the like is used as the cooling medium, the cooling medium There is a risk of freezing. When the cooling medium is circulated through the bypass passage 22F during the heat pump operation as in the second embodiment, the entire temperature becomes uniform and freezing due to local supercooling can be prevented.

本発明のスターリングエンジンでは、車両の制動時に蓄えられた温度差エネルギは、車両の再加速時に利用される。つまり、再加速時には位相差変更機構６が切換えられ、ピストン１とピストン２の位相はエンジンサイクルを実行する位相状態となるが、このときに、蓄熱器５と冷却媒体に蓄えられた温度差エネルギでスターリングエンジンが稼動する。蓄熱器５と冷却媒体との温度差は通常の走行時よりも増大しているので、スターリングエンジンは、車両の加速に見合う大きな出力を発生することができる。また、蓄積された温度差エネルギを使用するため、加熱部に供給する燃料量を大幅に低減できる In the Stirling engine of the present invention, the temperature difference energy stored when the vehicle is braked is used when the vehicle is reaccelerated. That is, at the time of reacceleration, the phase difference changing mechanism 6 is switched, and the phases of the piston 1 and the piston 2 are in a phase state in which the engine cycle is executed. At this time, the temperature difference energy stored in the heat accumulator 5 and the cooling medium. The Stirling engine operates. Since the temperature difference between the heat accumulator 5 and the cooling medium is larger than that during normal driving, the Stirling engine can generate a large output commensurate with the acceleration of the vehicle. Moreover, since the accumulated temperature difference energy is used, the amount of fuel supplied to the heating unit can be greatly reduced.

車両が下り勾配の路面を走行するときにも、運転者のブレーキペダルの操作に伴い、位相差変更機構６によりスターリングエンジンをヒートポンプ運転に切換える。ヒートポンプとしてスターリングエンジンを駆動するための動力は、エンジンブレーキとして作用させるときに吸収する動力よりもはるかに大きいので、車両には強力な制動力が働き、フットブレーキ等の負担を軽減することができる。下り勾配の路面の走行中に温度差エネルギとして回生されたエネルギは、制動後の場合と同様、その後の車両走行に利用される。 Even when the vehicle travels on a downhill road surface, the Stirling engine is switched to the heat pump operation by the phase difference changing mechanism 6 in accordance with the driver's operation of the brake pedal. The power for driving the Stirling engine as a heat pump is much larger than the power absorbed when acting as an engine brake, so the vehicle has a strong braking force and can reduce the burden of foot brakes, etc. . The energy regenerated as the temperature difference energy during traveling on the downhill road surface is used for the subsequent vehicle traveling, as in the case after braking.

図３に、このような制御を実施するときの制御系統を示す。位相差変更機構を制御する電子制御装置（ＥＣＵ）には、車両のアクセルペダルの位置信号と、ブレーキ装置の圧力信号とが入力される。アクセルペダルが踏み込まれていれば、ＥＣＵは、スターリングエンジンがエンジンとして作動するように位相差変更機構のリング体の位置を調整し、両ピストンの位相をエンジン作動に最適なものとする。アクセルペダルの位置に応じて出力を変更するよう位相差変更機構を制御することもできる。また、ブレーキペダルが踏み込まれたときは、これをブレーキ系統の圧力センサで検出し、ＥＣＵは、スターリングエンジンがヒートポンプとして作動するように位相差変更機構の位置を切換える。 FIG. 3 shows a control system for carrying out such control. A position signal of the accelerator pedal of the vehicle and a pressure signal of the brake device are input to an electronic control unit (ECU) that controls the phase difference changing mechanism. If the accelerator pedal is depressed, the ECU adjusts the position of the ring body of the phase difference changing mechanism so that the Stirling engine operates as an engine, and optimizes the phases of both pistons for engine operation. The phase difference changing mechanism can also be controlled to change the output according to the position of the accelerator pedal. Further, when the brake pedal is depressed, this is detected by a pressure sensor of the brake system, and the ECU switches the position of the phase difference changing mechanism so that the Stirling engine operates as a heat pump.

ところで、スターリングエンジンをヒートポンプ運転に切換えるには、エンジン自体を逆転させる方法もある。つまり、スターリングエンジンの出力軸に逆転可能な伝動装置を運転状態変更装置として配置し、スターリングエンジンをヒートポンプ運転に切換えるときは、スターリングエンジンを逆転させるように構成してもよく、この方法は種々の形式のスターリングエンジンに適用できる。このときの運転状態変更装置としては、出力軸の回転数を入力軸の回転数に対して連続的に変更可能であり、逆転させることも可能な伝動装置（このような伝動装置は、例えば特開２００１−１２４１６６号公報に開示されている）が好ましい。 Incidentally, in order to switch the Stirling engine to the heat pump operation, there is a method of reversing the engine itself. In other words, a transmission device that can be reversed on the output shaft of the Stirling engine is disposed as an operation state changing device, and when the Stirling engine is switched to the heat pump operation, the Stirling engine may be configured to be reversed. Applicable to any type of Stirling engine. As the operating state changing device at this time, the rotation speed of the output shaft can be continuously changed with respect to the rotation speed of the input shaft and can be reversed (for example, a transmission device such as No. 2001-124166) is preferred.

図６は、エンジンを逆回転させてヒートポンプ運転を行わせる、本発明のスターリングエンジンの変形例を示すものである。この変形例におけるスターリングエンジンの基本的な機器の構成は、図１に示す実施例のものと同一であって、対応するものには同一の符号が付してある。ただし、ピストン１とピストン２とは一体のクランク軸に連結され、その位相は、エンジンとしての作動に最適な位相に固定される。運転状態変更装置としては、出力軸回転数が入力軸回転数に対して連続的に変更可能であり、逆転させることも可能な伝動装置７がクランク軸の出力部分に置かれている。制動時等にヒートポンプ運転を行わせる場合は、スターリングエンジンを逆転させると、図１の実施例のものと同様な作動を実現することができる。 FIG. 6 shows a modified example of the Stirling engine of the present invention in which the engine is reversely rotated to perform the heat pump operation. The basic equipment configuration of the Stirling engine in this modification is the same as that of the embodiment shown in FIG. 1, and the corresponding components are denoted by the same reference numerals. However, the piston 1 and the piston 2 are connected to an integral crankshaft, and the phase thereof is fixed to an optimum phase for operation as an engine. As the operating state changing device, a transmission device 7 whose output shaft rotational speed can be continuously changed with respect to the input shaft rotational speed and can be reversed is placed at the output portion of the crankshaft. When the heat pump operation is performed at the time of braking or the like, the same operation as that of the embodiment of FIG. 1 can be realized by reversing the Stirling engine.

以上詳述したように、本発明は、車両に搭載したスターリングエンジンにおいて、車両の制動時等にはスターリングエンジンの運転状態を切換えてヒートポンプとして作動させ、車両の運動エネルギを温度差エネルギに変換して、蓄熱器及び冷却媒体に蓄積するものである。上記の実施例では、膨張ピストンと圧縮ピストンの２ピストンを備えたスターリングエンジンについて述べているが、本発明は、例えば、一方のピストンをディスプレーサとし他方のピストンを出力を取り出すパワーピストンとした形式のスターリングエンジンなど、多種の形式のエンジンに適用できることは明らかである。また、傘歯車を用いる位相差変更機構に代え他の機構の位相変更手段を使用すること、循環回路のポンプを、クラッチを備えた伝動装置を介してエンジンによって駆動し、クラッチの切断によりポンプの停止を行うこと等、実施例に対し種々の変更が可能であることも言うまでもない。 As described above in detail, in the Stirling engine mounted on the vehicle, the present invention converts the kinetic energy of the vehicle into temperature difference energy by switching the operation state of the Stirling engine and operating as a heat pump during braking of the vehicle. In the heat accumulator and the cooling medium. In the above embodiment, a Stirling engine having two pistons, that is, an expansion piston and a compression piston, is described. For example, the present invention is of a type in which one piston is a displacer and the other piston is a power piston for extracting output. Obviously, it can be applied to various types of engines such as Stirling engines. Further, instead of using a phase difference changing mechanism using a bevel gear, the phase changing means of another mechanism is used, the pump of the circulation circuit is driven by the engine via a transmission equipped with a clutch, and the pump is disconnected by disconnecting the clutch. It goes without saying that various changes can be made to the embodiment, such as stopping.

本発明のスターリングエンジンの第１実施例を示す全体概略図である。1 is an overall schematic diagram showing a first embodiment of a Stirling engine of the present invention. 本発明のスターリングエンジンの第２実施例を示す要部概略図である。It is a principal part schematic diagram which shows 2nd Example of the Stirling engine of this invention. 図１のスターリングエンジンの位相差変更機構を示す図である。It is a figure which shows the phase difference change mechanism of the Stirling engine of FIG. 図１のスターリングエンジンの制御系統図である。FIG. 2 is a control system diagram of the Stirling engine of FIG. 1. 図１のスターリングエンジンの出力と位相との関係を表すグラフである。It is a graph showing the relationship between the output and phase of the Stirling engine of FIG. 本発明のスターリングエンジンの変形例を示す概略図である。It is the schematic which shows the modification of the Stirling engine of this invention.

Explanation of symbols

１ピストン（膨張側ピストン）
１１加熱空間
１２加熱部
１３クランク軸
２ピストン（圧縮側ピストン）
２１冷却空間
２２冷却部
２２Ａポンプ
２２Ｂ放熱器
２２Ｃ液冷タンク部
２２Ｄ液冷ジャケット
２２Ｅバルブ
２２Ｆバイパス通路
２２Ｇ３方弁
Ｓ１伝熱部温度検出器
Ｓ２冷却媒体温度検出器
２３クランク軸
３連通路
５蓄熱器
６位相差変更機構
６２リング体
６３Ａ、６３Ｂ傘歯車
７逆転可能伝動装置 1 piston (expansion side piston)
11 Heating space 12 Heating part 13 Crankshaft 2 Piston (compression side piston)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 Cooling space 22 Cooling part 22A Pump 22B Radiator 22C Liquid cooling tank part 22D Liquid cooling jacket 22E Valve 22F Bypass path 22G Three-way valve S1 Heat-transfer part temperature detector S2 Coolant temperature detector 23 Crankshaft 3 Communication path 5 Heat storage 6 Phase difference changing mechanism 62 Ring body 63A, 63B Bevel gear 7 Reversible transmission device

Claims

A Stirling engine mounted on and driving a vehicle,
The Stirling engine includes a heating unit that heats the working fluid and a cooling unit that cools the working fluid,
The Stirling engine includes an operating state changing device, a heat accumulator is disposed in the heating unit, and a cooling unit is provided with a pump that circulates the cooling medium and a radiator that radiates the heat of the cooling medium to the atmosphere. A circulating circuit is formed,
The circulation circuit is provided with a heat transfer section temperature detector that detects the temperature of the heat transfer section between the working fluid and the cooling medium, and a cooling medium temperature detector that detects the temperature of the cooling medium,
The operating state changing device sets the Stirling engine to engine operation during normal operation of the vehicle, switches the Stirling engine to heat pump operation during braking of the vehicle, and the cooling medium detects the heat transfer section temperature. When the temperature detected by the radiator is higher than the temperature detected by the cooling medium temperature detector, it is circulated to the radiator, and when it is lower, circulation to the radiator is prevented. Stirling engine.

The Stirling engine according to claim 1, wherein a valve is installed in the circulation circuit, and when the circulation to the heat radiator is prevented, the pump is stopped and the valve is closed.

The circulation circuit is provided with a bypass passage that bypasses the radiator and a three-way valve. When the circulation to the radiator is prevented, the three-way valve is configured to flow a cooling medium through the bypass passage. The Stirling engine according to claim 1 to be switched.

The Stirling engine has a cylinder in which the heating unit is installed and a cylinder in which the cooling unit is installed. A piston is arranged in each cylinder, and a working fluid is sealed in communication with each other. The Stirling engine according to any one of claims 1 to 3, wherein a liquid cooling jacket to which a cooling medium of the circulation circuit is supplied is formed in the cylinder in which the cooling unit is installed.