(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動軸（１３）と、該駆動軸（１３）に運動学的に接続される第１のシリンダー（１１）と、該駆動軸（１３）に運動学的に接続される第２のシリンダー（１２）と、該第１のシリンダー（１１）及び該第２のシリンダー（１２）の周期的な移動を決定するために、両方の該シリンダー（１１、１２）に流体接続され、熱輸送流体のための少なくとも膨張室（２２）及び圧縮室（１８、２３）を有する熱力学回路（１５）とを備える外燃機関であって、前記第１のシリンダー（１１）は、第１の支持フレーム（２０）に取り付けられ、前記第２のシリンダー（１２）は、該第１の支持フレーム（２０）とは別であり該第１の支持フレーム（２０）に対して移動可能に拘束される第２の支持フレーム（２６）に取り付けられ、前記第１の支持フレーム（２０）及び前記第２の支持フレーム（２６）の所望の相対的な移動を決定するために、かつ前記駆動軸（１３）に対する２つの前記シリンダー（１１、１２）の相互の運動学的接続の位相調整を変更するために、移動手段（２７）が前記第１の支持フレーム（２０）及び／又は前記第２の支持フレーム（２６）に機械的に接続されることを特徴とする外燃機関。
【請求項２】
前記第１の支持フレーム（２０）及び前記第２の支持フレーム（２６）は、前記駆動軸（１３）の回転軸線に対応して互いに相互蝶着されることを特徴とする請求項１に記載の外燃機関。
【請求項３】
前記移動手段は、前記第１の支持フレーム（２０）及び前記第２の支持フレーム（２６）を互いに相対的に移動させることができる少なくとも駆動部材（２７）を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の外燃機関。
【請求項４】
前記膨張室（２２）及び前記圧縮室（２３）は、少なくとも前記第２のシリンダー（１２）に関連付けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の外燃機関。
【請求項５】
前記膨張室（２２）の加熱をもたらすために、該膨張室（２２）と動作可能に関連付けられる少なくとも加熱部材を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の外燃機関。
【請求項６】
前記膨張室（２２）の周囲に配置される少なくとも管を備え、該管内に、熱輸送流体が流れることができることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の外燃機関。
【請求項７】
前記圧縮室（１８、２３）の周囲に配置される少なくとも冷却管（３０、３１）を備え、該管内に、熱輸送流体が流れることができることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の外燃機関。
【請求項８】
前記膨張室は、第１の部分（１８）において、前記第１のシリンダー（１１）に関連付けられ、第２の部分（２３）において、前記第２のシリンダー（１２）に関連付けられることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の外燃機関。
【請求項９】
前記シリンダー（１１、１２）のそれぞれの前記運動学的接続は、少なくとも、相対的な連接棒（１７、２５）と、前記駆動軸（１３）にキーで固定される、両方の前記シリンダー（１１、１２）に対して共通のクランク（１９）とを含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の外燃機関。
【請求項１０】
前記シリンダー（１１、１２）のそれぞれの前記連接棒（１７、２５）は、前記クランク（１９）の回転軸線に対して実質的に平行な同じ拘束軸線に対して共通の前記クランク（１９）に運動学的に拘束されることを特徴とする請求項９に記載の外燃機関。
【請求項１１】
前記第１のシリンダー（１１）の１つ又は複数の前記連接棒（１７）は、相対的な第１の拘束軸線（１７ａ）に対して前記クランク（１９）に拘束されるのに対し、前記第２のシリンダー（１２）の１つ又は複数の前記連接棒（２５）は、前記第１の拘束軸線（１７ａ）に対して角度に関して互い違いに配置される相対的な第２の拘束軸線（２５ａ）に対して前記クランク（１９）に拘束されることを特徴とする請求項９に記載の外燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱力学的流体、たとえば、空気、窒素、ヘリウム等の等温膨張及び等温圧縮のサイクルを利用して、既定の駆動軸の回転を伴うように、ディスプレーサー及びシリンダーの交互の周期的な移動を決定する外燃機関、たとえば、スターリングエンジンのような外燃機関に関する。詳細には、本発明は、公称出力を調節することができる外燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱力学的流体に生じる温度差を利用し、ディスプレーサー及びシリンダーの周期的な交互の動きを作動させる外燃機関、たとえば、スターリングエンジンが知られている。
【０００３】
ディスプレーサー及びシリンダーは、運動学的に互いに接続され、そして、駆動軸に接続され、駆動軸は、供給された出力を利用者の装置へ伝達する。
【０００４】
それゆえ、このタイプの既知のエンジンにおいて、エンジンの機能を開始するには、熱力学的流体に温度差を引き起こすことで十分である。
【０００５】
それらのエンジンは、静かに動作し、環境への影響が小さく、メンテナンスが容易である等の特徴を有するが、これらのエンジンは、公称出力を変更し、調節することはできないので、実質的には、常に同じ運転能力で機能する。
【０００６】
この制約があることから、そのようなエンジンは、概ね、連続的かつ一定のエネルギー供給が必要とされる用途に限って使用されている。
【０００７】
それゆえ、出力を連続的に変更することが要求される牽引又は推進のためにこのタイプの既知のエンジンを適用することは、次第に断念されるようになった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、出力の変更が要求される場合であっても、牽引又は推進のために効果的に使用することができる外燃機関を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本出願人は、最新技術の欠点を克服し、かつ、これらの、そして他の目的及び利点を得るために、本発明を考案し、試験し、具現した。
【００１０】
本発明は、独立請求項において記載され、特徴付けられ、一方、従属請求項は、本発明の他の特徴、又は主な発明の概念に対する変形を記述する。
【００１１】
上記の目的によれば、本発明による外燃機関は、供給されたトルクを伝達するための駆動軸と、駆動軸と運動学的に接続される第１のシリンダーと、駆動軸と運動学的に接続される第２のシリンダーと、２つのシリンダーの周期的な移動を決定するために、両方のシリンダーに流体接続され、熱輸送流体のための少なくとも１つの膨張室及び少なくとも１つの圧縮室を有する熱力学回路とを備える。
【００１２】
本発明の特有の特徴によれば、第１のシリンダーは、第１の支持フレームに取り付けられ、第２のシリンダーは、第１の支持フレームとは別であり、駆動軸に対して２つのシリンダーの相互接続の運動学的位相調整を変更できるように、第１の支持フレームに対して移動可能に拘束される第２の支持フレームに取り付けられる。
【００１３】
位相調整の変更は、２つのシリンダーの異なる機能状態を伴い、それにより、２つのシリンダーそれぞれの仕事容量を変更する。
【００１４】
結果として、異なる位相調整状態において規定される異なる仕事容量は、駆動軸によって供給されるトルクの協調的変更を決定する。
【００１５】
本発明によるエンジンは、第１の支持フレーム及び／又は第２の支持フレームに機械的に接続され、第１の支持フレーム及び第２の支持フレームの所望の相対的な移動、それゆえ、第１のシリンダーに対する第２のシリンダーの位相調整を決定する移動手段も備える。
【００１６】
それゆえ、本発明によれば、本発明者らは、シリンダーの位置を変更し、それゆえ、シリンダーの相互の運動学的位相調整を変更して、移動手段の働きによって、駆動軸上に供給される出力を適合させて、調節することができる外燃機関を有する。
【００１７】
このように、本発明による外燃機関は、供給されるトルクの多様でかつ連続的な変更が要求される車両の牽引又は推進のためにも、有効に適用することができる。
【００１８】
一変形形態によれば、第１の支持フレーム及び第２の支持フレームは、駆動軸の回転軸線に対応して、互いに相互枢動される。
【００１９】
このようにして、本発明者らは、少なくとも、第２のシリンダーに対する第１のシリンダーの回転をもたらし、相互の位相調整状態を変更する可能性を有する。
【００２０】
別の変形形態によれば、移動手段は、位置検出器、たとえば、復号器によって制御され、互いに対して既定の角度だけ第１の支持フレーム及び第２の支持フレームを回転させることができる、たとえば、電気タイプの少なくとも駆動部材を備える。
【００２１】
別の変形形態によれば、膨張室及び圧縮室は、少なくとも第２のシリンダーに関連付けられ、それにより、第２のシリンダーは、ディスプレーサーとしての役割を果たすのに対して、第１のシリンダーは、運動作動装置としての役割を果たす。
【００２２】
別の変形形態によれば、膨張室は、太陽エネルギー、燃焼、熱伝達等によって起動される加熱部材、たとえば、燃焼器、抵抗器等によって加熱される。
【００２３】
別の変形形態によれば、膨張室は、たとえば、膨張室の周囲に配置される管内を循環する、外部の熱輸送流体によって加熱される。
【００２４】
別の変形形態によれば、圧縮室は、外部の熱輸送流体によって冷却される。
【００２５】
別の変形形態によれば、圧縮室は、第１の部分において、第１のシリンダーに関連付けられ、第２の部分において、第２のシリンダーに関連付けられる。
【００２６】
別の変形形態によれば、各シリンダーの運動学的接続は、少なくとも、連接棒又はクランクを含み、クランクは、両方のシリンダーに対して共通であり、駆動軸にキーで固定される。
【００２７】
別の変形形態によれば、各シリンダーの連接棒は、クランクの回転軸線に対して実質的に平行な同じ拘束軸線に対して共通のクランクに運動学的に拘束される。
【００２８】
別の変形形態によれば、第１のシリンダーの１つ又は複数の連接棒は、相対的な第１の拘束軸線に対してクランクに拘束されるのに対し、第２のシリンダーの１つ又は複数の連接棒は、第１の拘束軸線に対して或る角度だけ互い違いに配置される、相対的な第２の拘束軸線に対してクランクに拘束される。
【００２９】
本発明のこれらの、そして他の特徴は、添付の図面を参照しながら、非限定的な例として与えられる、実施形態のいくつかの選択的な形態の以下の説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１の実施形態による外燃機関の立体図である。
【図２】図１の外燃機関の細部を拡大した部分立体図である。
【図３】図１の外燃機関の細部を拡大した断面図である。
【図４】第１の動作状態にある、図１の外燃機関の４つの機能段階を示す図である。
【図５】第２の動作状態にある、図１の外燃機関の４つの機能段階を示す図である。
【図６】本発明による外燃機関の第２の実施形態の立体図である。
【図７】第１の動作状態にある、図６の外燃機関の、一部を断面で示す概略的な側面図である。
【図８】第２の動作状態にある、図６の外燃機関の、一部を断面で示す概略的な側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
添付の図面を参照すると、本発明による外燃機関１０は、この場合にはγ（ガンマ）構成を有する、すなわち、いずれも駆動軸１３に運動学的に接続されるアクチュエーターシリンダー１１及びディスプレーサーシリンダー１２が設けられたスターリングエンジンである。
【００３２】
また、エンジン１０は、熱力学回路１５も備え、熱力学回路１５の内部に、熱輸送流体、この場合には空気が流れる。
【００３３】
各シリンダー１１、１２は、上記熱力学回路１５によって動きを調整されるように、熱力学回路１５に流体接続される。
【００３４】
詳細には、アクチュエーターシリンダー１１は、熱力学回路１５の第１の低温室１８内で直線的に摺動する第１のピストン１６を備える。
【００３５】
ディスプレーサーシリンダー１２は、熱力学回路１５の高温室２２及び第２の低温室２３内で選択的に摺動する第２のピストン２１を備える。
【００３６】
低温室１８、２３及び高温室２２は、概ね既知のタイプの接続管によって接続されており、図４及び図５において概略的にのみ示される。有利な効果として、その接続管は、第２の支持フレーム２６に対して第１の支持フレーム２０を自由に回転できるように少なくとも部分的に可撓性である。
【００３７】
図３に示される断面を参照すると、高温室２２は第２のピストン２１の前方にあり、その内部は、相対的に高い温度、たとえば、約４００℃〜５００℃に達する。
【００３８】
第２の低音室２３は、第２のピストン２１に対して、高温室２２の反対側に設けられており、その内部は、相対的に低い温度、たとえば、約１３０℃〜１４０℃に達する。
【００３９】
スターリングエンジンの典型である、流体の等温膨張及び等温圧縮の行程中に、一方の室から他方の室へ流体が流れることができるように、高温室２２は、第２の低音室２３に接続される。
【００４０】
この場合、高温室２２は、１つ又は複数の集熱器、たとえば、図示されないが、レンズ、パネル、ミラー等からエネルギーを取り込む加熱設備によって加熱されるのに対して、第２の低音室２３は、外部からの冷却管３０を備えており、その中を冷却流体、たとえば、冷水等が循環する。
【００４１】
同じように、第１の低温室１８も外部からの冷却管３１を備えており、その中を冷却流体、たとえば、冷水等が循環する。
【００４２】
第１のピストン１６は、２つの第１の連接棒１７によって駆動軸１３に運動学的に接続され、それらの連接棒１７は、クランク１９に拘束され、そのクランクは、さらに駆動軸１３にキーで固定される。
【００４３】
第２のピストン２１は、２つの第２の連接棒２５によって駆動軸１３に運動学的に接続され、それらの連接棒２５は、クランク１９に拘束され、そのクランク１９は、さらに駆動軸１３にキーで固定される。
【００４４】
この場合（図２）、第１の２つの連接棒１７及び第２の２つの連接棒２５は、図示されていない単一の軸によってクランク１９に接続され、それらの連接棒は、その軸に対して、遊びがあり、互い違いになるように配置される。
【００４５】
１つの変形形態によれば、第１の連接棒１７は、第２の連接棒２５に対して内側において軸上に配置される。逆もまた同様であり、第２の連接棒２５は、第１の連接棒１７に対して内側において軸上に配置される。
【００４６】
アクチュエーターシリンダー１１は、第１の支持フレーム２０上に取り付けられる。
【００４７】
ディスプレーサーシリンダー１２は、第２の支持フレーム２６上に取り付けられ、駆動軸１３の中央回転軸線に対応して第１のフレーム２０に蝶着される。
【００４８】
この場合、第１の支持フレーム２０及び第２の支持フレーム２６は、フォークの形状と概ね一致し、概ね互い違いになるように互いに蝶着される。
【００４９】
１つの変形形態によれば、第１の支持フレーム２０は、完全に内側の状態で、又は外側の状態で支持フレーム２６に対して蝶着される。
【００５０】
本発明によるエンジン１０は、電気作動装置２７も備え、電気作動装置２７は、駆動軸１３に同軸位置に取り付けられ、第１のフレーム２０及び第２のフレーム２６に拘束される。
【００５１】
このようにして、電気モーターによって、第１のフレーム２０は、第２のフレーム２６に対して回転することが可能になる。
【００５２】
この回転は、２つのシリンダー１１及び１２の相互位置の角度変化を決定し、その結果、相対的な運動学的接続が互いに概ね最適な位相調整にある最大容量（図４）の第１の機能状態と、アクチュエーターシリンダー１１の位置変化が運動学的接続の位相調整状態における等しい数の協調的変化を決定する複数の第２の動作状態（図５）との間で、それらのシリンダーを選択的に位置決めすることができる。
【００５３】
図４及び図５において示される動作状態において、アクチュエーターシリンダー１１は、第１の状態では、ディスプレーサーシリンダー１２から約７０度にあり、一方、図示される第２の状態では、ディスプレーサーシリンダー１２から約１６０度にある。
【００５４】
位相調整のこの変化は、アクチュエーターシリンダー１１の仕事容量の変化を決定し、それにより、駆動軸１３に伝達されるトルクも変化する。
【００５５】
そのエンジン１０によれば、２つの支持フレーム２０、２６の、それゆえ、それぞれのシリンダー１１、１２の相互の角度位置を変更することによって、供給される出力を協調的に変更することが可能である。
【００５６】
この場合、エンコーダー又はリニアポテンショメーターのような位置検出器２９が電気作動装置２７に関連付けられ、アクチュエーターシリンダー１１の少なくとも角度位置を検出することができる。
【００５７】
この実施形態では、命令及び制御ユニットへの接続を設けることによって、ディスプレーサーシリンダー１２に対するアクチュエーターシリンダー１１の角度位置を要望通りに、そしてまた連続的に変更し、それによって、供給される出力を要望通りに変更することが可能である。
【００５８】
図６、図７及び図８に示される実施形態では、第１の機能状態において、そして第２の動作状態においても、アクチュエーターシリンダー１１は、常にディスプレーサーシリンダー１２と鋭角を成す。
【００５９】
この実施形態においても、アクチュエーターシリンダー１１の位置の変化は、運動学的接続の、それゆえ、仕事容量及びトルクの位相調整において等しい数の変化を決定する。
【００６０】
詳細には、第１の連接棒１７及び２つの第２の連接棒２５は、特定の軸１７ａ及び２５ａによってクランク１９に接続される。
【００６１】
２つの軸１７ａ及び２５ａは、既定の一定の角度αだけ互いに対して角度に関して互い違いに配置され、それにより、２つのシリンダー１１と１２との間の相対的な角度βを約９０度未満に保持することが可能になる。
【００６２】
この解決策は、主に、エンジン１０を全体的によりコンパクトできるようにし、嵩を小さくし、それゆえ、その実際の用途を広げることができる。
【００６３】
さらに、２つのシリンダー１１、１２を近づけることによって、低温室１８、２３と高温室２２との間の液圧接続管の長さを短縮することが可能になる。
【００６４】
図示される解決策では、液圧接続管は、有利には、ディスプレーサーシリンダー１２に対するアクチュエーターシリンダー１１の移動に追従するのに適している伸縮ケーシング３２内に配管される。
【００６５】
この解決策は、液圧接続管の長さを短縮できるようにし、それは、起こり得る負荷損失を低減し、管の配置を改善して、管をさらに整然と配置するという利点を与える。
【００６６】
図６に示される解決策では、上記の先行する実施形態とは異なり、電気作動装置２７は、歯車運動部材３３によって、第１のフレーム２０に動作可能に接続される。
【００６７】
この解決策では、エンジンの全体的な嵩を横方向において縮小することもできる。
【００６８】
しかしながら、本発明の分野及び範囲から逸脱することなく、これまでに記述されたようなエンジン１０に対して部品の変更及び／又は追加を行なうことができる。
【００６９】
たとえば、案内部材及び滑動ブロックによって互いに直線的に摺動することを通して、第１の支持フレーム２０及び第２の支持フレーム２６が互いに移動可能に拘束することを提供することは、本発明の分野内に入る。
【００７０】
１つの変形形態によれば、電気作動装置２７の代わりに、たとえば、ナット／ウォームスクリューを用いるタイプの機械的な動きを与えることができる。
【００７１】
また、第１の支持フレーム２０及び第２の支持フレーム２６の蝶着が、駆動軸１３の回転軸線とは独立して達成されることを提供することも、本発明の分野内に入る。
【００７２】
本発明はいくつかの具体例を参照しながら説明されてきたが、当業者であれば、特許請求の範囲において記載されるような特徴を有し、それゆえ全て特許請求の範囲によって定められる保護の領域内に入る、外燃機関の数多くの他の同等の形態を達成できるはずであることも明らかである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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