スターリングエンジンの気体潤滑構造
【課題】 気体潤滑を行うにあたり、好適な静圧気体潤滑を実現可能なスターリングエンジンの気体潤滑構造を提供する。
【解決手段】 スターリングエンジンの気体潤滑構造は、高温側シリンダ２２および膨張ピストン２１を備える高温側気筒２０と、低温側シリンダ３２および圧縮ピストン３１Ａを備える低温側気筒３０Ａとからなる一対の気筒と、クランクケース１２０Ａと、を備えたスターリングエンジン１０Ａにつき、膨張ピストン２１に第１の蓄圧室Ｒ１と、第１の蓄圧室Ｒ１から高温側シリンダ２２との間に形成されるクリアランスに作動流体を噴出する第１の給気孔Ｓ１と、クランクケース１２０Ａ内から第１の蓄圧室Ｒ１に作動流体を導入するチェック弁４０とを設けた構造となっている。
【解決手段】 スターリングエンジンの気体潤滑構造は、高温側シリンダ２２および膨張ピストン２１を備える高温側気筒２０と、低温側シリンダ３２および圧縮ピストン３１Ａを備える低温側気筒３０Ａとからなる一対の気筒と、クランクケース１２０Ａと、を備えたスターリングエンジン１０Ａにつき、膨張ピストン２１に第１の蓄圧室Ｒ１と、第１の蓄圧室Ｒ１から高温側シリンダ２２との間に形成されるクリアランスに作動流体を噴出する第１の給気孔Ｓ１と、クランクケース１２０Ａ内から第１の蓄圧室Ｒ１に作動流体を導入するチェック弁４０とを設けた構造となっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスターリングエンジンの気体潤滑構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
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は高い熱効率が期待できる上に、作動流体を外から加熱する外燃機関であるために、熱源を問わず、ソーラー、地熱、排熱といった各種の低温度差代替エネルギーを活用でき、省エネルギーに役立つという利点がある。
スターリングエンジンの気体潤滑に関する技術である点で、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で開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１８３５６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１が開示する技術では、作動空間から導入した作動流体でピストンの静圧気体潤滑を行っている。しかしながら、高温側気筒側の作動空間においては加熱器で受熱した作動流体が流入してくるため、作動流体の温度が非常に高くなっている。このため特許文献１が開示する技術では、例えば導入した作動流体がピストンの熱変形を助長し、この結果気体潤滑に影響を及ぼすことが考えられる。
また高温側気筒側の作動空間からピストン内に導入した作動流体の温度は、給気孔から噴出される際には導入時よりも低下することになる。このためこの場合には、噴出時の作動流体の容積が導入時よりも小さくなり、この結果、気体潤滑に必要な作動流体の量を確保することが困難であることが考えられる。
【０００５】
そこで本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、気体潤滑を行うにあたり、好適な静圧気体潤滑を実現可能なスターリングエンジンの気体潤滑構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための本発明は高温側シリンダおよび前記高温側シリンダ内を往復運動する高温側ピストンを備える高温側気筒と、低温側シリンダおよび前記低温側シリンダ内を往復運動する低温側ピストンを備える低温側気筒とからなる一対の気筒と、前記高温側ピストンおよび前記低温側ピストンの往復運動を回転運動に変換するクランク軸が設けられたクランクケースと、を備えたスターリングエンジンにつき、前記高温側ピストンおよび前記低温側ピストンのうち、少なくとも前記高温側ピストンに第１の中空部と、前記第１の中空部から前記高温側シリンダおよび低温側シリンダのうち、対応するシリンダとの間に形成されるクリアランスに作動流体を噴出する第１の給気部と、前記クランクケース内から前記第１の中空部に作動流体を導入する第１の導入部とを設けたスターリングエンジンの気体潤滑構造である。
【０００７】
また本発明は前記低温側ピストンに第２の中空部と、前記第２の中空部から前記低温側シリンダとの間に形成されるクリアランスに作動流体を噴出する第２の給気部と、前記低温側シリンダ内の作動空間から前記第２の中空部に作動流体を導入する第２の導入部とを設けた構成であることが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、気体潤滑を行うにあたり、好適な静圧気体潤滑を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１にかかるスターリングエンジンの概略構成図である。
【図２】実施例２にかかるスターリングエンジンの概略構成図である。
【図３】静圧気体潤滑に利用可能なクランクケース内圧力を示す図である。
【図４】実施例３にかかるスターリングエンジンの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１は本実施例にかかるスターリングエンジンの気体潤滑構造を備えるスターリングエンジン１０Ａを模式的に示す図である。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、クランク軸線ＣＬの延伸方向と気筒配列方向Ｘとが互いに平行になるように直列平行に配置された一対の気筒である高温側気筒２０および低温側気筒３０Ａを有している。高温側気筒２０は高温側ピストンである膨張ピストン２１と高温側シリンダ２２とを、低温側気筒３０Ａは低温側ピストンである圧縮ピストン３１Ａと低温側シリンダ３２とをそれぞれ備えている。低温側シリンダ３２内を往復運動する圧縮ピストン３１Ａは、高温側シリンダ２２内を往復運動する膨張ピストン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、３１Ａの往復運動はコネクティングロッド１１０を介してクランクケース１２０Ａ内に設けられたクランク軸１１３Ａに伝達され、回転運動に変換される。
【００１２】
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は本実施例では具体的には車両に搭載されたガソリンエンジンの排気管１００の内部に配置されている。この点、スターリングエンジン１０Ａは、排気ガスの流通方向Ｖ１に対して、クランク軸線ＣＬの延伸方向（換言すれば気筒配列方向Ｘ）が平行になるように配置されている。加熱器４７において、作動流体は高温熱源を構成する流体である排気ガスから回収した熱エネルギーにより加熱される。
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、作動空間である膨張空間および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。
【００１３】
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で作動流体が加熱されると、膨張して膨張ピストン２１が圧下され、これによりクランク軸１１３Ａの回動が行われる。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を通過して再生器４６に移送され、そこ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３１Ａの上昇行程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へ流れ込み、そこで再び加熱膨張せしめられる。すなわち、かかる作動流体の往復流動を通じてスターリングエンジン１０Ａが動作する。
【００１４】
ところで、本実施例ではスターリングエンジン１０Ａの熱源が車両の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、３１Ａとの間で気体潤滑を行っている。
【００１５】
気体潤滑ではシリンダ２２、３２とピストン２１、３１Ａ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、３１Ａを空中に浮いた形にする。空中に物体を浮上させ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できる。
気体潤滑が行われるシリンダ２２、３２とピストン２１、３１Ａとの間のクリアランスは数十μmとなっている。そして、このクリアランスにはスターリングエンジン１０Ａの作動流体が介在している。ピストン２１、３１Ａそれぞれは気体潤滑によりシリンダ２２、３２と非接触の状態、または許容できる接触状態で支持されている。したがってピストン２１、３１Ａの周囲には、ピストンリングは設けられておらず、また一般にピストンリングと共に使用される潤滑油も使用されていない。気体潤滑では、微小クリアランスにより膨張空間、圧縮空間それぞれの気密が保たれ、リングレスかつオイルレスでクリアランスシールが行われる。
さらにピストン２１、３１Ａとシリンダ２２、３２とはともに金属製であり、本実施例では具体的には対応するピストン２１、３１Ａおよびシリンダ２２、３２同士で線膨張率が同じ金属（ここではＳＵＳ）が適用されている。これにより、熱膨張があっても適正なクリアランスを維持して気体潤滑を行うことができる。
【００１６】
層６０は樹脂をコーティングすることによって設けられている。樹脂は金属製の膨張ピストン２１の母材よりも柔軟性のある材料となっている。樹脂は本実施例では具体的にはフッ素系の樹脂である。樹脂は一般に金属よりも線膨張率が４倍から１０倍程度高いため、半径クリアランスが数十μm程度となる膨張ピストン２１の外周面に樹脂を適用することには困難を伴う。層６０の線膨張率は温度上昇に応じて高温側シリンダ２２との間に形成されるクリアランスを小さくすることが可能な線膨張率となっている。
【００１７】
常温下の層６０の厚さは、半径クリアランスの大きさ以上となっている。本実施例では層６０の厚さはさらに半径クリアランスの大きさの２倍以上となっている。かかる層６０の厚さは、樹脂を複数回に亘って重ねてコーティングすることで実現されている。さらに常温下の層６０の厚さは、使用条件下で発生する熱膨張があっても、高温側シリンダ２２との間に形成されるクリアランスを維持可能な厚さとなっている。この点、作動流体の温度は大気温度から数百℃まで変化し、常温は最低で例えば−４０℃程度、使用温度は最高で例えば４００℃程度となる。
【００１８】
膨張ピストン２１と高温側シリンダ２２とには、前述の通り線膨張率が同じ金属（ここではＳＵＳ）が適用されている。このため、金属部半径クリアランスは熱膨張の前後でほぼ変化しない一方で、金属よりも線膨張率が高い層６０の厚さは熱膨張後に大きくなることから、半径クリアランスは熱膨張後に小さくなる。
【００１９】
ところで気体潤滑に関し、スターリングエンジン１０Ａでは、具体的には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行う。この点、静圧気体潤滑を行うにあたり、スターリングエンジン１０Ａでは気筒２０、３０Ａに対して同様の構造を適用している。このためこれらの構造について説明するにあたり、以下では高温側気筒２０側を例にして説明し、低温側気筒３０Ａ側についてはその説明を省略する。
【００２０】
膨張ピストン２１には第１の蓄圧室Ｒ１が設けられている。第１の蓄圧室Ｒ１は膨張ピストン２１の側壁部Ｗ１と、クランクケース１２０Ａ内の作動流体に接する壁部である底壁部Ｗ２とに沿って設けられており、円筒状の空間を有している。第１の蓄圧室Ｒ１は第１の中空部に相当し、第１の蓄圧室Ｒ１の壁部は膨張ピストン２１の頂面を形成する上壁部Ｗ３と熱的に繋がっている。
また膨張ピストン２１には第１の給気孔Ｓ１が設けられている。第１の給気孔Ｓ１は具体的には膨張ピストン２１の側壁部Ｗ１に周方向に等間隔で複数設けられている。第１の給気孔Ｓ１は第１の給気部に相当し、第１の蓄圧室Ｒ１から膨張ピストン２１に対応するシリンダである高温側シリンダ２２との間に形成されるクリアランスに作動流体を噴出する。
【００２１】
さらに膨張ピストン２１にはチェック弁４０が設けられている。チェック弁４０は具体的には膨張ピストン２１の底壁部Ｗ２に設けられており、また第１の蓄圧室Ｒ１内に設けられている。底壁部Ｗ２に設けられたチェック弁４０は第１の導入部に相当し、クランクケース１２０Ａ内から第１の蓄圧室Ｒ１に作動流体を導入するとともに、第１の蓄圧室Ｒ１への作動流体の流入のみを許容することで、第１の蓄圧室Ｒ１にある作動流体の加圧状態を保持可能な第１の加圧状態保持手段を兼ねている。この点、膨張ピストン２１および高温側シリンダ２２間のクリアランスは数十μmであることから、第１の蓄圧室Ｒ１内にある作動流体は第１の給気孔Ｓ１からは流出し難くなっている。
スターリングエンジン１０Ａでは、高温側気筒２０側および低温側気筒３０Ａ側でともに第１の蓄圧室Ｒ１、第１の給気孔Ｓ１および底壁部Ｗ２に設けられたチェック弁４０を備えるスターリングエンジンの気体潤滑構造が実現されている。
【００２２】
次に本実施例にかかるスターリングエンジンの気体潤滑構造の作用効果について説明する。ここで、クランクケース１２０Ａ内の作動流体の圧力はスターリングエンジン１０Ａの動作に応じて変動する。そしてこの気体潤滑構造では、クランクケース１２０Ａ内の作動流体の圧力変動に応じて、作動流体がクランクケース１２０Ａ内からチェック弁４０を介して第１の蓄圧室Ｒ１に導入され、これにより第１の蓄圧室Ｒ１が次第に蓄圧される。さらに蓄圧された第１の蓄圧室Ｒ１からは第１の給気孔Ｓ１を介して作動流体が噴出され、これによりピストン２１、３１の静圧気体潤滑が行われる。
【００２３】
この点、作動流体の温度は、クランクケース１２０Ａ内においては数十℃から２００℃程度であり、加熱器４７で受熱した作動流体が流入する膨張空間の場合と比較して低くなっている。このためこの気体潤滑構造は、高温側気筒２０側で膨張ピストン２１の熱変形が助長され、この結果、気体潤滑に影響が及ぶことを防止できる点で、好適な静圧気体潤滑を実現できる。
またこのようにクランクケース１２０Ａ内から作動流体を導入することで、この気体潤滑構造は、高温側気筒２０側で静圧気体潤滑に起因して層６０の温度が耐熱温度（例えば３００℃）を超え、この結果、層６０に影響が及ぶことを防止できる点でも、好適な静圧気体潤滑を実現できる。
【００２４】
またこの気体潤滑構造では、第１の蓄圧室Ｒ１の壁部が上壁部Ｗ３と熱的に繋がっている。このためこの気体潤滑構造では、高温側気筒２０側において第１の蓄圧室Ｒ１内に導入された作動流体が、第１の蓄圧室Ｒ１の壁部からの受熱で昇温し、これにより第１の蓄圧室Ｒ１がさらに蓄圧される。
そしてこれによりこの気体潤滑構造は、高温側気筒２０側において導入した作動流体の圧力をさらに高めることができる点で好適な静圧気体潤滑を実現できる。
またこれによりこの気体潤滑構造は、高温側気筒２０側においてより少ない作動流体の量で静圧気体潤滑を行うことが可能になり、この結果、作動流体の量を確保し易くできる点でも、好適な静圧気体潤滑を実現できる。なお、導入した作動流体を昇温するにあたり、第１の蓄圧室Ｒ１の壁部は必ずしもそのすべてが上壁部Ｗ３と熱的に繋がっていなくてもよく、少なくともその一部が上壁部Ｗ３と熱的に繋がっていることが必要とされる。
またこの気体潤滑構造は、低温側気筒３０Ａ側にも高温側気筒２０側と同様の構造を適用することで、部品の共通化や製造工程の共通化などによりコストの低減を図ることができる点でも、好適な静圧気体潤滑を実現できる。
【実施例２】
【００２５】
図２に示すように本実施例にかかるスターリングエンジンの気体潤滑構造を備えるスターリングエンジン１０Ｂは、低温側気筒３０Ａの代わりに低温側気筒３０Ｂを備えている点以外、スターリングエンジン１０Ａと実質的に同一のものとなっている。また低温側気筒３０Ｂは圧縮ピストン３１Ａの代わりに圧縮ピストン３１Ｂを備えている点以外、低温側気筒３０Ａと実質的に同一のものとなっている。圧縮ピストン３１Ｂは、第１の蓄圧室Ｒ１の代わりに第２の蓄圧室Ｒ２を、第１の給気孔Ｓ１の代わりに第２の給気孔Ｓ２をそれぞれ備えるとともに、チェック弁４０が異なる位置に設けられている点以外、圧縮ピストン３１Ａと実質的に同一のものとなっている。
【００２６】
第２の蓄圧室Ｒ２は、圧縮ピストン３１Ｂの側壁部Ｗ１と上壁部Ｗ３とに沿って設けられており、円筒状の空間を有している。
第２の給気孔Ｓ２は、第２の蓄圧室Ｒ２に対応して設けられている点以外、第１の給気孔Ｓ１と実質的に同一のものとなっている。
圧縮ピストン３１Ｂにおいて、チェック弁４０は上壁部Ｗ３に設けられており、また第２の蓄圧室Ｒ２内に設けられている。上壁部Ｗ３に設けられたチェック弁４０は、圧縮空間から第２の蓄圧室Ｒ２に作動流体を導入するとともに、第２の蓄圧室Ｒ２への作動流体の流入のみを許容する。この点、上壁部Ｗ３に設けられたチェック弁４０は、第２の蓄圧室Ｒ２にある作動流体の加圧状態を保持可能な第２の加圧状態保持手段を兼ねている。
第２の蓄圧室Ｒ２は第２の中空部に、第２の給気孔Ｓ２は第２の給気部に、上壁部Ｗ３に設けられたチェック弁４０は第２の導入部にそれぞれ相当している。そしてスターリングエンジン１０Ｂでは、高温側気筒２０側で第１の蓄圧室Ｒ１、第１の給気孔Ｓ１および底壁部Ｗ２に設けられたチェック弁４０を備えるとともに、低温側気筒３０Ｂ側で第２の蓄圧室Ｒ２、第２の給気孔Ｓ２および上壁部Ｗ３に設けられたチェック弁４０を備えるスターリングエンジンの気体潤滑構造が実現されている。
【００２７】
次に本実施例にかかるスターリングエンジンの気体潤滑構造の作用効果について説明する。ここで作動流体の温度は膨張空間、クランクケース１２０Ａ内および圧縮空間の間でこの順に高くなっている。したがって低温側気筒３０Ｂ側では、クランクケース１２０Ａ内のほうが圧縮空間よりも作動流体の温度が高くなる。
これに対してこの気体潤滑構造では、低温側気筒３０Ｂ側で静圧気体潤滑を行うにあたり、圧縮空間から第２の蓄圧室Ｒ２に作動流体を導入する。このためこの気体潤滑構造は、低温側気筒３０Ｂ側においても高温側気筒２０側と同様に、導入した作動流体の昇温によって作動流体の圧力をさらに高めることができる点で好適な静圧気体潤滑を行うことができる。
【００２８】
またクランクケース１２０Ａ内における作動流体の圧力変動幅は、膨張空間や圧縮空間における作動流体の圧力変動幅よりも小さいことから、静圧気体潤滑を行うにあたり、クランクケース１２０Ａ内から作動流体を導入する場合には、作動流体の蓄圧に利用可能な圧力（図３参照）がより限られてくる。
これに対してこの気体構造では、静圧気体潤滑を行うにあたり、高温側気筒２０側ではクランクケース１２０Ａ内から作動流体を導入する一方で、低温側気筒３０Ｂ側では圧縮空間から作動流体を導入するようにすることで、クランクケース１２０Ａ内の作動流体の圧力変動幅が小さいことにも照らして、スターリングエンジン１０Ｂ全体として合理的に静圧気体潤滑を行うことができる点でも、好適な静圧気体潤滑を実現できる。
【実施例３】
【００２９】
図４に示すように、本実施例にかかるスターリングエンジンの気体潤滑構造を備えるスターリングエンジン１０Ｃは、クランクケース１２０Ａの代わりにクランクケース１２０Ｂを備えるとともに、これに伴いクランク軸１１３Ａの代わりにクランク軸１１３Ｂを備えている点と、スペーサ４３をさらに備えている点以外、スターリングエンジン１０Ｂと実質的に同一のものとなっている。
クランクケース１２０Ｂは、気筒２０、３０Ｂそれぞれに対応させて、クランクケース１２０Ｂ内を高温側気筒２０側の空間Ｐ１と低温側気筒３０Ｂ側の空間Ｐ２とに二分する隔壁部１２１をさらに備えている点以外、クランクケース１２０Ａと実質的に同一のものとなっている。この隔壁部１２１はクランク軸１１３Ｂの軸受部を形成しており、クランク軸１１３Ｂはクランクケース１２０Ｂに対応したクランク軸となっている点以外、クランク軸１１３Ａと実質的に同一のものとなっている。
【００３０】
スペーサ４３は空間Ｐ１に設けられている。スペーサ４３は具体的には空間Ｐ１のうち、クランク軸線ＣＬの延伸方向における両端側に位置する空間それぞれで、クランク軸線ＣＬ周りに配置されるように設けられている。そしてこのように設けられたスペーサ４３は運動するクランク軸１１３Ｂを回避可能な範囲内で空間Ｐ１を埋めるように設けられている。このためスペーサ４３はクランク軸１１３Ｂの運動範囲に応じてテーパ状に形成された穴を有するリング状の形状となっており、これにより可能な限り空間Ｐ１を埋めるようになっている。この点、スペーサ４３はさらに高温側シリンダ２２が形成する膨張ピストン２１よりもクランクケース１２０Ｂ側の空間に亘って、膨張ピストン２１やコネクティングロッド１１０など運動する可動部を回避可能な範囲内で空間を埋めるように設けられてもよい。この場合、高温側シリンダ２２が形成する空間には、例えばスペーサ４３とは別体のスペーサを適用することもできる。スペーサ４３は表面に連通気泡を露出していない発泡性樹脂製となっている。
本実施例では、実施例２で前述したスターリングエンジンの気体潤滑構造に対して、さらにクランクケース１２０Ｂおよびスペーサ４３を備えたスターリングエンジンの気体潤滑構造が実現されている。
【００３１】
次に本実施例にかかるスターリングエンジンの気体潤滑構造について説明する。この気体潤滑構造では、クランクケース１２０Ｂがクランクケース１２０Ｂ内を空間Ｐ１、Ｐ２に二分する隔壁部１２１を備えている。そして、二分された空間Ｐ１、Ｐ２それぞれの容積は、空間Ｐ１、Ｐ２が連通している場合の容積と比較して小さくなっている。このため空間Ｐ１、Ｐ２における作動流体の圧力変動幅は、空間Ｐ１、Ｐ２が連通している場合と比較して大きくなる。そしてこれによりこの気体潤滑構造は、クランクケース１２０Ｂ内から作動流体を導入して静圧気体潤滑を行うにあたり、より効果的に作動流体を蓄圧できる点で好適な静圧気体潤滑を実現できる。
またこの気体潤滑構造では、空間Ｐ１にスペーサ４３を設けることで、空間Ｐ１のデッドボリュームを低減している。そしてこれによりこの気体潤滑構造は、クランクケース１２０Ｂ内から作動流体を導入する高温側気筒２０側でさらに作動流体の圧力変動幅を大きくすることができ、この結果、さらに効果的に作動流体を蓄圧できる点で好適な静圧気体潤滑を実現できる。
またこの気体潤滑構造は、さらに高温側シリンダ２２が形成する空間に亘ってスペーサ４３を設けることで、より一層効果を高めることもできる。
またこの気体潤滑構造は、スペーサ４３を発泡樹脂製とすることで、重量の増加を抑制できる点でも、好適な静圧気体潤滑を実現できる。
なお、クランクケース１２０Ｂは例えば実施例１で前述したスターリングエンジンの気体潤滑構造に適用することもできる。またこの場合にスペーサ４３は例えば空間Ｐ１だけでなく、空間Ｐ２に適用することもできる。
【００３２】
上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
例えば上述した実施例１では、静圧気体潤滑を行うにあたり、気筒２０、３０Ａ側に同様の構造を適用した場合について説明した。しかしながら、本発明においては必ずしもこれに限られず、静圧気体潤滑を行うにあたり、例えば低温側気筒側には適宜の構造が適用されてもよい。
また例えば上述した実施例では、導入部に相当するチェック弁４０が加圧状態保持手段を兼ねる場合について説明した。しかしながら、本発明においては必ずしもこれに限られず、例えば加圧状態保持手段には、導入部とは別構成の適宜の構成が用いられてもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ スターリングエンジン
２０ 高温側気筒
２１ 膨張ピストン
２２ 高温側シリンダ
３０Ａ、３０Ｂ 低温側気筒
３１Ａ、３１Ｂ 圧縮ピストン
３２ 低温側シリンダ
４０ チェック弁
４３ スペーサ
１２０Ａ、１２０Ｂ クランクケース
【技術分野】
【０００１】
本発明はスターリングエンジンの気体潤滑構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
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は高い熱効率が期待できる上に、作動流体を外から加熱する外燃機関であるために、熱源を問わず、ソーラー、地熱、排熱といった各種の低温度差代替エネルギーを活用でき、省エネルギーに役立つという利点がある。
スターリングエンジンの気体潤滑に関する技術である点で、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で開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１８３５６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１が開示する技術では、作動空間から導入した作動流体でピストンの静圧気体潤滑を行っている。しかしながら、高温側気筒側の作動空間においては加熱器で受熱した作動流体が流入してくるため、作動流体の温度が非常に高くなっている。このため特許文献１が開示する技術では、例えば導入した作動流体がピストンの熱変形を助長し、この結果気体潤滑に影響を及ぼすことが考えられる。
また高温側気筒側の作動空間からピストン内に導入した作動流体の温度は、給気孔から噴出される際には導入時よりも低下することになる。このためこの場合には、噴出時の作動流体の容積が導入時よりも小さくなり、この結果、気体潤滑に必要な作動流体の量を確保することが困難であることが考えられる。
【０００５】
そこで本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、気体潤滑を行うにあたり、好適な静圧気体潤滑を実現可能なスターリングエンジンの気体潤滑構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための本発明は高温側シリンダおよび前記高温側シリンダ内を往復運動する高温側ピストンを備える高温側気筒と、低温側シリンダおよび前記低温側シリンダ内を往復運動する低温側ピストンを備える低温側気筒とからなる一対の気筒と、前記高温側ピストンおよび前記低温側ピストンの往復運動を回転運動に変換するクランク軸が設けられたクランクケースと、を備えたスターリングエンジンにつき、前記高温側ピストンおよび前記低温側ピストンのうち、少なくとも前記高温側ピストンに第１の中空部と、前記第１の中空部から前記高温側シリンダおよび低温側シリンダのうち、対応するシリンダとの間に形成されるクリアランスに作動流体を噴出する第１の給気部と、前記クランクケース内から前記第１の中空部に作動流体を導入する第１の導入部とを設けたスターリングエンジンの気体潤滑構造である。
【０００７】
また本発明は前記低温側ピストンに第２の中空部と、前記第２の中空部から前記低温側シリンダとの間に形成されるクリアランスに作動流体を噴出する第２の給気部と、前記低温側シリンダ内の作動空間から前記第２の中空部に作動流体を導入する第２の導入部とを設けた構成であることが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、気体潤滑を行うにあたり、好適な静圧気体潤滑を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１にかかるスターリングエンジンの概略構成図である。
【図２】実施例２にかかるスターリングエンジンの概略構成図である。
【図３】静圧気体潤滑に利用可能なクランクケース内圧力を示す図である。
【図４】実施例３にかかるスターリングエンジンの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１は本実施例にかかるスターリングエンジンの気体潤滑構造を備えるスターリングエンジン１０Ａを模式的に示す図である。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、クランク軸線ＣＬの延伸方向と気筒配列方向Ｘとが互いに平行になるように直列平行に配置された一対の気筒である高温側気筒２０および低温側気筒３０Ａを有している。高温側気筒２０は高温側ピストンである膨張ピストン２１と高温側シリンダ２２とを、低温側気筒３０Ａは低温側ピストンである圧縮ピストン３１Ａと低温側シリンダ３２とをそれぞれ備えている。低温側シリンダ３２内を往復運動する圧縮ピストン３１Ａは、高温側シリンダ２２内を往復運動する膨張ピストン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、３１Ａの往復運動はコネクティングロッド１１０を介してクランクケース１２０Ａ内に設けられたクランク軸１１３Ａに伝達され、回転運動に変換される。
【００１２】
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は本実施例では具体的には車両に搭載されたガソリンエンジンの排気管１００の内部に配置されている。この点、スターリングエンジン１０Ａは、排気ガスの流通方向Ｖ１に対して、クランク軸線ＣＬの延伸方向（換言すれば気筒配列方向Ｘ）が平行になるように配置されている。加熱器４７において、作動流体は高温熱源を構成する流体である排気ガスから回収した熱エネルギーにより加熱される。
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、作動空間である膨張空間および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。
【００１３】
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で作動流体が加熱されると、膨張して膨張ピストン２１が圧下され、これによりクランク軸１１３Ａの回動が行われる。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を通過して再生器４６に移送され、そこ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３１Ａの上昇行程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へ流れ込み、そこで再び加熱膨張せしめられる。すなわち、かかる作動流体の往復流動を通じてスターリングエンジン１０Ａが動作する。
【００１４】
ところで、本実施例ではスターリングエンジン１０Ａの熱源が車両の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、３１Ａとの間で気体潤滑を行っている。
【００１５】
気体潤滑ではシリンダ２２、３２とピストン２１、３１Ａ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、３１Ａを空中に浮いた形にする。空中に物体を浮上させ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できる。
気体潤滑が行われるシリンダ２２、３２とピストン２１、３１Ａとの間のクリアランスは数十μmとなっている。そして、このクリアランスにはスターリングエンジン１０Ａの作動流体が介在している。ピストン２１、３１Ａそれぞれは気体潤滑によりシリンダ２２、３２と非接触の状態、または許容できる接触状態で支持されている。したがってピストン２１、３１Ａの周囲には、ピストンリングは設けられておらず、また一般にピストンリングと共に使用される潤滑油も使用されていない。気体潤滑では、微小クリアランスにより膨張空間、圧縮空間それぞれの気密が保たれ、リングレスかつオイルレスでクリアランスシールが行われる。
さらにピストン２１、３１Ａとシリンダ２２、３２とはともに金属製であり、本実施例では具体的には対応するピストン２１、３１Ａおよびシリンダ２２、３２同士で線膨張率が同じ金属（ここではＳＵＳ）が適用されている。これにより、熱膨張があっても適正なクリアランスを維持して気体潤滑を行うことができる。
【００１６】
層６０は樹脂をコーティングすることによって設けられている。樹脂は金属製の膨張ピストン２１の母材よりも柔軟性のある材料となっている。樹脂は本実施例では具体的にはフッ素系の樹脂である。樹脂は一般に金属よりも線膨張率が４倍から１０倍程度高いため、半径クリアランスが数十μm程度となる膨張ピストン２１の外周面に樹脂を適用することには困難を伴う。層６０の線膨張率は温度上昇に応じて高温側シリンダ２２との間に形成されるクリアランスを小さくすることが可能な線膨張率となっている。
【００１７】
常温下の層６０の厚さは、半径クリアランスの大きさ以上となっている。本実施例では層６０の厚さはさらに半径クリアランスの大きさの２倍以上となっている。かかる層６０の厚さは、樹脂を複数回に亘って重ねてコーティングすることで実現されている。さらに常温下の層６０の厚さは、使用条件下で発生する熱膨張があっても、高温側シリンダ２２との間に形成されるクリアランスを維持可能な厚さとなっている。この点、作動流体の温度は大気温度から数百℃まで変化し、常温は最低で例えば−４０℃程度、使用温度は最高で例えば４００℃程度となる。
【００１８】
膨張ピストン２１と高温側シリンダ２２とには、前述の通り線膨張率が同じ金属（ここではＳＵＳ）が適用されている。このため、金属部半径クリアランスは熱膨張の前後でほぼ変化しない一方で、金属よりも線膨張率が高い層６０の厚さは熱膨張後に大きくなることから、半径クリアランスは熱膨張後に小さくなる。
【００１９】
ところで気体潤滑に関し、スターリングエンジン１０Ａでは、具体的には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行う。この点、静圧気体潤滑を行うにあたり、スターリングエンジン１０Ａでは気筒２０、３０Ａに対して同様の構造を適用している。このためこれらの構造について説明するにあたり、以下では高温側気筒２０側を例にして説明し、低温側気筒３０Ａ側についてはその説明を省略する。
【００２０】
膨張ピストン２１には第１の蓄圧室Ｒ１が設けられている。第１の蓄圧室Ｒ１は膨張ピストン２１の側壁部Ｗ１と、クランクケース１２０Ａ内の作動流体に接する壁部である底壁部Ｗ２とに沿って設けられており、円筒状の空間を有している。第１の蓄圧室Ｒ１は第１の中空部に相当し、第１の蓄圧室Ｒ１の壁部は膨張ピストン２１の頂面を形成する上壁部Ｗ３と熱的に繋がっている。
また膨張ピストン２１には第１の給気孔Ｓ１が設けられている。第１の給気孔Ｓ１は具体的には膨張ピストン２１の側壁部Ｗ１に周方向に等間隔で複数設けられている。第１の給気孔Ｓ１は第１の給気部に相当し、第１の蓄圧室Ｒ１から膨張ピストン２１に対応するシリンダである高温側シリンダ２２との間に形成されるクリアランスに作動流体を噴出する。
【００２１】
さらに膨張ピストン２１にはチェック弁４０が設けられている。チェック弁４０は具体的には膨張ピストン２１の底壁部Ｗ２に設けられており、また第１の蓄圧室Ｒ１内に設けられている。底壁部Ｗ２に設けられたチェック弁４０は第１の導入部に相当し、クランクケース１２０Ａ内から第１の蓄圧室Ｒ１に作動流体を導入するとともに、第１の蓄圧室Ｒ１への作動流体の流入のみを許容することで、第１の蓄圧室Ｒ１にある作動流体の加圧状態を保持可能な第１の加圧状態保持手段を兼ねている。この点、膨張ピストン２１および高温側シリンダ２２間のクリアランスは数十μmであることから、第１の蓄圧室Ｒ１内にある作動流体は第１の給気孔Ｓ１からは流出し難くなっている。
スターリングエンジン１０Ａでは、高温側気筒２０側および低温側気筒３０Ａ側でともに第１の蓄圧室Ｒ１、第１の給気孔Ｓ１および底壁部Ｗ２に設けられたチェック弁４０を備えるスターリングエンジンの気体潤滑構造が実現されている。
【００２２】
次に本実施例にかかるスターリングエンジンの気体潤滑構造の作用効果について説明する。ここで、クランクケース１２０Ａ内の作動流体の圧力はスターリングエンジン１０Ａの動作に応じて変動する。そしてこの気体潤滑構造では、クランクケース１２０Ａ内の作動流体の圧力変動に応じて、作動流体がクランクケース１２０Ａ内からチェック弁４０を介して第１の蓄圧室Ｒ１に導入され、これにより第１の蓄圧室Ｒ１が次第に蓄圧される。さらに蓄圧された第１の蓄圧室Ｒ１からは第１の給気孔Ｓ１を介して作動流体が噴出され、これによりピストン２１、３１の静圧気体潤滑が行われる。
【００２３】
この点、作動流体の温度は、クランクケース１２０Ａ内においては数十℃から２００℃程度であり、加熱器４７で受熱した作動流体が流入する膨張空間の場合と比較して低くなっている。このためこの気体潤滑構造は、高温側気筒２０側で膨張ピストン２１の熱変形が助長され、この結果、気体潤滑に影響が及ぶことを防止できる点で、好適な静圧気体潤滑を実現できる。
またこのようにクランクケース１２０Ａ内から作動流体を導入することで、この気体潤滑構造は、高温側気筒２０側で静圧気体潤滑に起因して層６０の温度が耐熱温度（例えば３００℃）を超え、この結果、層６０に影響が及ぶことを防止できる点でも、好適な静圧気体潤滑を実現できる。
【００２４】
またこの気体潤滑構造では、第１の蓄圧室Ｒ１の壁部が上壁部Ｗ３と熱的に繋がっている。このためこの気体潤滑構造では、高温側気筒２０側において第１の蓄圧室Ｒ１内に導入された作動流体が、第１の蓄圧室Ｒ１の壁部からの受熱で昇温し、これにより第１の蓄圧室Ｒ１がさらに蓄圧される。
そしてこれによりこの気体潤滑構造は、高温側気筒２０側において導入した作動流体の圧力をさらに高めることができる点で好適な静圧気体潤滑を実現できる。
またこれによりこの気体潤滑構造は、高温側気筒２０側においてより少ない作動流体の量で静圧気体潤滑を行うことが可能になり、この結果、作動流体の量を確保し易くできる点でも、好適な静圧気体潤滑を実現できる。なお、導入した作動流体を昇温するにあたり、第１の蓄圧室Ｒ１の壁部は必ずしもそのすべてが上壁部Ｗ３と熱的に繋がっていなくてもよく、少なくともその一部が上壁部Ｗ３と熱的に繋がっていることが必要とされる。
またこの気体潤滑構造は、低温側気筒３０Ａ側にも高温側気筒２０側と同様の構造を適用することで、部品の共通化や製造工程の共通化などによりコストの低減を図ることができる点でも、好適な静圧気体潤滑を実現できる。
【実施例２】
【００２５】
図２に示すように本実施例にかかるスターリングエンジンの気体潤滑構造を備えるスターリングエンジン１０Ｂは、低温側気筒３０Ａの代わりに低温側気筒３０Ｂを備えている点以外、スターリングエンジン１０Ａと実質的に同一のものとなっている。また低温側気筒３０Ｂは圧縮ピストン３１Ａの代わりに圧縮ピストン３１Ｂを備えている点以外、低温側気筒３０Ａと実質的に同一のものとなっている。圧縮ピストン３１Ｂは、第１の蓄圧室Ｒ１の代わりに第２の蓄圧室Ｒ２を、第１の給気孔Ｓ１の代わりに第２の給気孔Ｓ２をそれぞれ備えるとともに、チェック弁４０が異なる位置に設けられている点以外、圧縮ピストン３１Ａと実質的に同一のものとなっている。
【００２６】
第２の蓄圧室Ｒ２は、圧縮ピストン３１Ｂの側壁部Ｗ１と上壁部Ｗ３とに沿って設けられており、円筒状の空間を有している。
第２の給気孔Ｓ２は、第２の蓄圧室Ｒ２に対応して設けられている点以外、第１の給気孔Ｓ１と実質的に同一のものとなっている。
圧縮ピストン３１Ｂにおいて、チェック弁４０は上壁部Ｗ３に設けられており、また第２の蓄圧室Ｒ２内に設けられている。上壁部Ｗ３に設けられたチェック弁４０は、圧縮空間から第２の蓄圧室Ｒ２に作動流体を導入するとともに、第２の蓄圧室Ｒ２への作動流体の流入のみを許容する。この点、上壁部Ｗ３に設けられたチェック弁４０は、第２の蓄圧室Ｒ２にある作動流体の加圧状態を保持可能な第２の加圧状態保持手段を兼ねている。
第２の蓄圧室Ｒ２は第２の中空部に、第２の給気孔Ｓ２は第２の給気部に、上壁部Ｗ３に設けられたチェック弁４０は第２の導入部にそれぞれ相当している。そしてスターリングエンジン１０Ｂでは、高温側気筒２０側で第１の蓄圧室Ｒ１、第１の給気孔Ｓ１および底壁部Ｗ２に設けられたチェック弁４０を備えるとともに、低温側気筒３０Ｂ側で第２の蓄圧室Ｒ２、第２の給気孔Ｓ２および上壁部Ｗ３に設けられたチェック弁４０を備えるスターリングエンジンの気体潤滑構造が実現されている。
【００２７】
次に本実施例にかかるスターリングエンジンの気体潤滑構造の作用効果について説明する。ここで作動流体の温度は膨張空間、クランクケース１２０Ａ内および圧縮空間の間でこの順に高くなっている。したがって低温側気筒３０Ｂ側では、クランクケース１２０Ａ内のほうが圧縮空間よりも作動流体の温度が高くなる。
これに対してこの気体潤滑構造では、低温側気筒３０Ｂ側で静圧気体潤滑を行うにあたり、圧縮空間から第２の蓄圧室Ｒ２に作動流体を導入する。このためこの気体潤滑構造は、低温側気筒３０Ｂ側においても高温側気筒２０側と同様に、導入した作動流体の昇温によって作動流体の圧力をさらに高めることができる点で好適な静圧気体潤滑を行うことができる。
【００２８】
またクランクケース１２０Ａ内における作動流体の圧力変動幅は、膨張空間や圧縮空間における作動流体の圧力変動幅よりも小さいことから、静圧気体潤滑を行うにあたり、クランクケース１２０Ａ内から作動流体を導入する場合には、作動流体の蓄圧に利用可能な圧力（図３参照）がより限られてくる。
これに対してこの気体構造では、静圧気体潤滑を行うにあたり、高温側気筒２０側ではクランクケース１２０Ａ内から作動流体を導入する一方で、低温側気筒３０Ｂ側では圧縮空間から作動流体を導入するようにすることで、クランクケース１２０Ａ内の作動流体の圧力変動幅が小さいことにも照らして、スターリングエンジン１０Ｂ全体として合理的に静圧気体潤滑を行うことができる点でも、好適な静圧気体潤滑を実現できる。
【実施例３】
【００２９】
図４に示すように、本実施例にかかるスターリングエンジンの気体潤滑構造を備えるスターリングエンジン１０Ｃは、クランクケース１２０Ａの代わりにクランクケース１２０Ｂを備えるとともに、これに伴いクランク軸１１３Ａの代わりにクランク軸１１３Ｂを備えている点と、スペーサ４３をさらに備えている点以外、スターリングエンジン１０Ｂと実質的に同一のものとなっている。
クランクケース１２０Ｂは、気筒２０、３０Ｂそれぞれに対応させて、クランクケース１２０Ｂ内を高温側気筒２０側の空間Ｐ１と低温側気筒３０Ｂ側の空間Ｐ２とに二分する隔壁部１２１をさらに備えている点以外、クランクケース１２０Ａと実質的に同一のものとなっている。この隔壁部１２１はクランク軸１１３Ｂの軸受部を形成しており、クランク軸１１３Ｂはクランクケース１２０Ｂに対応したクランク軸となっている点以外、クランク軸１１３Ａと実質的に同一のものとなっている。
【００３０】
スペーサ４３は空間Ｐ１に設けられている。スペーサ４３は具体的には空間Ｐ１のうち、クランク軸線ＣＬの延伸方向における両端側に位置する空間それぞれで、クランク軸線ＣＬ周りに配置されるように設けられている。そしてこのように設けられたスペーサ４３は運動するクランク軸１１３Ｂを回避可能な範囲内で空間Ｐ１を埋めるように設けられている。このためスペーサ４３はクランク軸１１３Ｂの運動範囲に応じてテーパ状に形成された穴を有するリング状の形状となっており、これにより可能な限り空間Ｐ１を埋めるようになっている。この点、スペーサ４３はさらに高温側シリンダ２２が形成する膨張ピストン２１よりもクランクケース１２０Ｂ側の空間に亘って、膨張ピストン２１やコネクティングロッド１１０など運動する可動部を回避可能な範囲内で空間を埋めるように設けられてもよい。この場合、高温側シリンダ２２が形成する空間には、例えばスペーサ４３とは別体のスペーサを適用することもできる。スペーサ４３は表面に連通気泡を露出していない発泡性樹脂製となっている。
本実施例では、実施例２で前述したスターリングエンジンの気体潤滑構造に対して、さらにクランクケース１２０Ｂおよびスペーサ４３を備えたスターリングエンジンの気体潤滑構造が実現されている。
【００３１】
次に本実施例にかかるスターリングエンジンの気体潤滑構造について説明する。この気体潤滑構造では、クランクケース１２０Ｂがクランクケース１２０Ｂ内を空間Ｐ１、Ｐ２に二分する隔壁部１２１を備えている。そして、二分された空間Ｐ１、Ｐ２それぞれの容積は、空間Ｐ１、Ｐ２が連通している場合の容積と比較して小さくなっている。このため空間Ｐ１、Ｐ２における作動流体の圧力変動幅は、空間Ｐ１、Ｐ２が連通している場合と比較して大きくなる。そしてこれによりこの気体潤滑構造は、クランクケース１２０Ｂ内から作動流体を導入して静圧気体潤滑を行うにあたり、より効果的に作動流体を蓄圧できる点で好適な静圧気体潤滑を実現できる。
またこの気体潤滑構造では、空間Ｐ１にスペーサ４３を設けることで、空間Ｐ１のデッドボリュームを低減している。そしてこれによりこの気体潤滑構造は、クランクケース１２０Ｂ内から作動流体を導入する高温側気筒２０側でさらに作動流体の圧力変動幅を大きくすることができ、この結果、さらに効果的に作動流体を蓄圧できる点で好適な静圧気体潤滑を実現できる。
またこの気体潤滑構造は、さらに高温側シリンダ２２が形成する空間に亘ってスペーサ４３を設けることで、より一層効果を高めることもできる。
またこの気体潤滑構造は、スペーサ４３を発泡樹脂製とすることで、重量の増加を抑制できる点でも、好適な静圧気体潤滑を実現できる。
なお、クランクケース１２０Ｂは例えば実施例１で前述したスターリングエンジンの気体潤滑構造に適用することもできる。またこの場合にスペーサ４３は例えば空間Ｐ１だけでなく、空間Ｐ２に適用することもできる。
【００３２】
上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
例えば上述した実施例１では、静圧気体潤滑を行うにあたり、気筒２０、３０Ａ側に同様の構造を適用した場合について説明した。しかしながら、本発明においては必ずしもこれに限られず、静圧気体潤滑を行うにあたり、例えば低温側気筒側には適宜の構造が適用されてもよい。
また例えば上述した実施例では、導入部に相当するチェック弁４０が加圧状態保持手段を兼ねる場合について説明した。しかしながら、本発明においては必ずしもこれに限られず、例えば加圧状態保持手段には、導入部とは別構成の適宜の構成が用いられてもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ スターリングエンジン
２０ 高温側気筒
２１ 膨張ピストン
２２ 高温側シリンダ
３０Ａ、３０Ｂ 低温側気筒
３１Ａ、３１Ｂ 圧縮ピストン
３２ 低温側シリンダ
４０ チェック弁
４３ スペーサ
１２０Ａ、１２０Ｂ クランクケース
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温側シリンダおよび前記高温側シリンダ内を往復運動する高温側ピストンを備える高温側気筒と、低温側シリンダおよび前記低温側シリンダ内を往復運動する低温側ピストンを備える低温側気筒とからなる一対の気筒と、
前記高温側ピストンおよび前記低温側ピストンの往復運動を回転運動に変換するクランク軸が設けられたクランクケースと、を備えたスターリングエンジンにつき、
前記高温側ピストンおよび前記低温側ピストンのうち、少なくとも前記高温側ピストンに第１の中空部と、前記第１の中空部から前記高温側シリンダおよび低温側シリンダのうち、対応するシリンダとの間に形成されるクリアランスに作動流体を噴出する第１の給気部と、前記クランクケース内から前記第１の中空部に作動流体を導入する第１の導入部とを設けたスターリングエンジンの気体潤滑構造。
【請求項２】
請求項１記載のスターリングエンジンの気体潤滑構造であって、
前記低温側ピストンに第２の中空部と、前記第２の中空部から前記低温側シリンダとの間に形成されるクリアランスに作動流体を噴出する第２の給気部と、前記低温側シリンダ内の作動空間から前記第２の中空部に作動流体を導入する第２の導入部とを設けたスターリングエンジンの気体潤滑構造。
【請求項１】
高温側シリンダおよび前記高温側シリンダ内を往復運動する高温側ピストンを備える高温側気筒と、低温側シリンダおよび前記低温側シリンダ内を往復運動する低温側ピストンを備える低温側気筒とからなる一対の気筒と、
前記高温側ピストンおよび前記低温側ピストンの往復運動を回転運動に変換するクランク軸が設けられたクランクケースと、を備えたスターリングエンジンにつき、
前記高温側ピストンおよび前記低温側ピストンのうち、少なくとも前記高温側ピストンに第１の中空部と、前記第１の中空部から前記高温側シリンダおよび低温側シリンダのうち、対応するシリンダとの間に形成されるクリアランスに作動流体を噴出する第１の給気部と、前記クランクケース内から前記第１の中空部に作動流体を導入する第１の導入部とを設けたスターリングエンジンの気体潤滑構造。
【請求項２】
請求項１記載のスターリングエンジンの気体潤滑構造であって、
前記低温側ピストンに第２の中空部と、前記第２の中空部から前記低温側シリンダとの間に形成されるクリアランスに作動流体を噴出する第２の給気部と、前記低温側シリンダ内の作動空間から前記第２の中空部に作動流体を導入する第２の導入部とを設けたスターリングエンジンの気体潤滑構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−２２６４４０（Ｐ２０１１−２２６４４０Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９９０４６（Ｐ２０１０−９９０４６）
【出願日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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