(57)【要約】  スターリングエンジン１０Ａはシリンダ２２、３２と、対応するシリンダ２２、３２との間で気体潤滑が行われるピストン２１、３１と、ピストン２１、３１の往復運動を回転運動に変換するクランクシャフト６１が設けられるクランクケース６２と、膨張仕事を行う作動流体を冷却する冷却器４５と、を備え、クランクケース６２内の湿度に応じて始動時期を調整する。
2013065148.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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クランクシャフトが設けられるクランクケースと、
膨張仕事を行う作動流体を冷却する冷却器と、を備え、
内部湿度に応じて始動時期を調整するスターリングエンジン。
【請求項２】
所定の部位における内部湿度に応じて始動時期を調整するとともに、前記所定の部位における内部湿度が所定値を下回った場合に始動を開始する請求項１記載のスターリングエンジン。
【請求項３】
内部湿度を低下させる除湿部をさらに備える請求項１または２記載のスターリングエンジン。
【請求項４】
前記冷却器よりも作動流体の温度を低下させることが可能な冷却部を前記クランクケース内にさらに備える請求項１から３いずれか１項記載のスターリングエンジン。
【請求項５】
前記クランクケース内の湿度に応じて前記冷却部の稼動を行う請求項４記載のスターリングエンジン。
【請求項６】
前記クランクケース内において、前記冷却部の周囲に隔壁部をさらに設けている請求項４または５記載のスターリングエンジン。
【請求項７】
前記冷却器が冷却媒体との間で熱交換を行うことで作動流体を冷却し、
前記冷却器への冷却媒体の供給を制御可能な制御弁をさらに備えるとともに、始動前に冷却媒体の流通を制限するように前記制御弁を制御する請求項１から６いずれか１項記載のスターリングエンジン。
【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に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリンダとの間で気体潤滑を行うピストンを備えるスターリングエンジンが知られている（例えば特許文献１参照）。このほか吸湿器を設けている点で構成上、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２で開示されている。また、湿度センサを設けている点で構成上、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３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２０１０−２２２９９２号公報
【特許文献２】特開平９−２６４１９２号公報
【特許文献３】特開平５−１７２０５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
スターリングエンジンでは、サイクルを成立させるにあたって膨張仕事を行う作動流体を冷却器で冷却することができる。ところが、入熱が未だ十分に行われていない作動流体を冷却器が冷却すると、作動流体に含まれる水分が凝縮し、結露が発生する虞がある。そして、シリンダとの間で気体潤滑を行うピストンを備えるスターリングエンジンでは、凝縮した水がピストン、シリンダ間に浸入する結果、気体潤滑が妨げられる虞がある。【０００５】
本発明は上記課題に鑑み、シリンダとの間で気体潤滑を行うピストンを備える場合に気体潤滑が凝縮水によって妨げられることを改善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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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クランクシャフトが設けられるクランクケースと、膨張仕事を行う作動流体を冷却する冷却器と、を備え、内部湿度に応じて始動時期を調整するスターリングエンジンである。【０００７】
本発明は所定の部位における内部湿度に応じて始動時期を調整するとともに、前記所定の部位における内部湿度が所定値を下回った場合に始動を開始する構成とすることができる。【０００８】
本発明は内部湿度を低下させる除湿部をさらに備える構成とすることができる。【０００９】
本発明は前記冷却器よりも作動流体の温度を低下させることが可能な冷却部を前記クランクケース内にさらに備える構成とすることができる。【００１０】
本発明は前記クランクケース内の湿度に応じて前記冷却部の稼動を行う構成とすることができる。【００１１】
本発明は前記クランクケース内において、前記冷却部の周囲に隔壁部をさらに設けている構成とすることができる。【００１２】
本発明は前記冷却器が冷却媒体との間で熱交換を行うことで作動流体を冷却し、前記冷却器への冷却媒体の供給を制御可能な制御弁をさらに備えるとともに、始動前に冷却媒体の流通を制限するように前記制御弁を制御する構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、シリンダとの間で気体潤滑を行うピストンを備える場合に気体潤滑が凝縮水によって妨げられることを改善できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例１のスターリングエンジンを示す図である。
【図２】実施例１の所定値の説明図である。
【図３】実施例１の制御動作を示す図である。
【図４】実施例２のスターリングエンジンを示す図である。
【図５】実施例３のスターリングエンジンを示す図である。
【図６】冷却部の第１の具体例を示す図である。
【図７】冷却部の第２の具体例を示す図である。
【図８】機関暖機時の状態変化の説明図である。
【図９】冷却器による冷却開始時の状態変化の説明図である。
【図１０】実施例４のスターリングエンジンを示す図である。
【図１１】実施例４の制御動作を示す図である。
【図１２】実施例５のスターリングエンジンを示す図である。
【図１３】実施例６のスターリングエンジンを示す図である。
【図１４】実施例６の制御動作を示す図である。
【図１５】実施例７のスターリングエンジンを示す図である。
【図１６】実施例７の所定値の説明図である。
【図１７】実施例７の制御動作を示す図である。
【図１８】実施例８のスターリングエンジンを示す図である。
【図１９】実施例８の制御動作を示す図である。
【図２０】受熱時間と受熱量との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図面を用いて本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１はスターリングエンジン１０Ａを示す図である。スターリングエンジン１０Ａは多気筒（ここでは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高温側気筒２０および低温側気筒３０を備えている。また、冷却器４５と再生器４６と加熱器４７とを備えている。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３０は低温側ピストンである圧縮ピストン３１と低温側シリンダ３２とを備えている。【００１７】
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は流通する作動流体と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。この点、スターリングエンジン１０Ａでは内燃機関の排気が高温熱源を構成している。【００１８】
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。冷却器４５は冷却媒体である冷却水との間で熱交換を行うことで、作動流体を冷却する。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。【００１９】
次にスターリングエンジン１０Ａの動作について説明する。加熱器４７が作動流体を加熱すると、作動流体が膨張し、膨張ピストン２１Ａを圧下する。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。【００２０】
この点、スターリングエンジン１０Ａではこのように膨張空間、圧縮空間の間を往復流動する作動流体が膨張仕事を行う作動流体となっている。そして、冷却器４５は膨張空間、圧縮空間の間を往復流動する作動流体を冷却することで、膨張仕事を行う作動流体を冷却する。スターリングエンジン１０Ａは対応する内燃機関と共通の冷却水を冷却器４５に流通させることができる。この点、スターリングエンジン１０Ａでは始動前（例えば対応する内燃機関の始動時）に冷却器４５への冷却水の流通が開始されるようになっている。【００２１】
ところで、スターリングエンジン１０Ａではピストン２１、３１と対応するシリンダ２２、３２との間で気体潤滑を行っている。気体潤滑ではピストン２１、３１とシリンダ２２、３２と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。【００２２】
スターリングエンジン１０Ａはさらにクランクシャフト６１とクランクケース６２とを備えている。クランクシャフト６１はピストン２１、３１の往復運動を回転運動に変換する。クランクシャフト６１はピストン２１、３１間に位相差を設けている。クランクシャフト６１はクランクケース６２に設けられている。クランクケース６２はクランクシャフト６１のクランク部を収容している。【００２３】
スターリングエンジン１０Ａはさらに加圧ポンプ６５と加圧用配管６６と加圧用開閉弁６７とを備えている。加圧ポンプ６５はクランクケース６２内を加圧する。加圧ポンプ６５は具体的には外部から空気を取り込み、クランクケース６２内に加圧充填することで、クランクケース６２内を加圧する。加圧用配管６６は加圧ポンプ６５とクランクケース６２とを接続する。加圧用開閉弁６７は加圧用配管６６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。【００２４】
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。【００２５】
スターリングエンジン１０Ａはさらにスタータ７０と湿度計８０とＥＣＵ９０Ａとを備えている。スタータ７０はクランクシャフト６１を駆動することで、スターリングエンジン１０Ａの始動をアシストする。湿度計８０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内の湿度（クランクケース６２におけるスターリングエンジン１０Ａの内部湿度）を計測する。この点、スターリングエンジン１０Ａではクランクケース６２が所定の部位に相当している。【００２６】
ＥＣＵ９０Ａは電子制御装置であり、ＥＣＵ９０Ａにはスタータ７０が制御対象として、加圧ポンプ６５や加圧用開閉弁６７や湿度計８０がセンサ・スイッチ類としてそれぞれ電気的に接続されている。ＥＣＵ９０Ａでは、ＣＰＵがＲＯＭに格納されたプログラムに基づき、必要に応じてＲＡＭの一時記憶領域を利用しつつ処理を実行することで、例えば以下に示す制御部など各種の機能部が実現される。【００２７】
制御部はスターリングエンジン１０Ａの内部湿度に応じて始動時期を調整する。この点、制御部はクランクケース６２内の湿度に応じて始動時期を調整する。制御部はクランクケース６２内の湿度が所定値αよりも低い場合に始動を開始する。そしてこれにより、クランクケース６２内の湿度が所定値αより高い場合（具体的にはここでは所定値α以上である場合）には、所定値αを下回った場合に始動を開始する。始動を開始するにあたって、制御部は具体的にはスタータ７０を駆動する。スターリングエンジン１０Ａはかかる制御部が実現されるＥＣＵ９０Ａを備えることで、これらの制御を行うようになっている。【００２８】
図２は所定値αの説明図である。縦軸は湿度、横軸は経過時間を示す。縦軸の湿度は冷却水を流通させている冷却器４５におけるスターリングエンジン１０Ａの内部湿度を示す。図２に示すように、始動前の湿度が１００％である場合には冷却器４５で結露が発生する状態にあると判断できる。この場合、湿度が１００％を下回った場合には加熱器４７による作動流体の加熱が時間経過とともに進んだ結果、冷却器４５で結露が発生しない状態になったと判断できる。【００２９】
一方、スターリングエンジン１０Ａのうち、作動流体の温度が最も低下する部位である冷却器４５と、湿度計８０で実際に湿度を計測する部位であるクランクケース６２内とでは、作動流体の温度が異なり、距離も離れている。このため、所定値αは具体的には冷却水を流通させている冷却器４５で湿度が１００％を下回った場合に少なくともこれらの部位の間で存在し得る湿度差の分だけ、１００％よりも小さな値に設定することができる。また、所定値αは湿度計８０そのものに起因する計測誤差の分だけ、さらに小さな値に設定することができる。【００３０】
次にＥＣＵ９０Ａによって行われるスターリングエンジン１０Ａの制御動作を図３に示すフローチャートを用いて説明する。ＥＣＵ９０Ａは湿度を計測する（ステップＳ１）。そして、始動可能な湿度か否かを判定する（ステップＳ２）。ステップＳ２では、具体的には計測した湿度が所定値αよりも低いか否かを判定する。ステップＳ２で否定判定であればステップＳ１に戻る。そしてその後、ステップＳ２で肯定判定された場合に、計測した湿度が所定値αを下回ることになる。ステップＳ２で肯定判定であれば、ＥＣＵ９０Ａは始動を開始する（ステップＳ３）。ステップＳ３でＥＣＵ９０Ａは具体的にはスタータ７０を駆動する。なお、ステップＳ３ではその他の始動条件（例えばスターリングエンジン１０Ａが自立運転可能であるか否か）が成立している場合に始動を開始するようにすることができる。ステップＳ３の後には本フローチャートを終了する。【００３１】
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はクランクケース６２内の湿度に応じて始動時期を調整する。そしてこれにより、作動流体の温度を最も低下させる冷却器４５で結露が発生しない状態にある場合に始動を開始するようにすることができる。このため、スターリングエンジン１０Ａは気体潤滑が凝縮水によって妨げられることを改善できる。そしてこれにより、具体的にはフリクションが増大することや摺動部が損傷することを防止或いは抑制できる。【００３２】
スターリングエンジン１０Ａは具体的には、クランクケース６２内の湿度が所定値αを下回った場合に始動を開始することで、冷却器４５で結露が発生しない状態にある場合に始動を開始することができる。【００３３】
スターリングエンジン１０Ａは内部が加圧状態である場合に作動流体に含まれる水分が凝縮し易くなる結果、気体潤滑が凝縮水によって妨げられ易くなる。このため、スターリングエンジン１０Ａは例えばクランクケース６２内を加圧することで、内部を加圧状態にする場合に好適である。【００３４】
スターリングエンジン１０Ａは作動流体を空気とする場合に水分が含まれることになる結果、気体潤滑が凝縮水によって妨げられ易くなる。このため、スターリングエンジン１０Ａは作動流体を空気とする場合に好適である。この点、スターリングエンジン１０Ａは内部を加圧状態にした場合に作動流体に含まれる水分が凝縮し易くなることと相俟って、外部から空気を取り込み、内部に加圧充填することで内部を加圧状態にする加圧ポンプ６５を備える場合に特に好適である。
【実施例２】
【００３５】
図４はスターリングエンジン１０Ｂを示す図である。スターリングエンジン１０Ｂは湿度計８０を冷却器４５に設けている点と、ＥＣＵ９０Ａの代わりにＥＣＵ９０Ｂを備えている点以外、スターリングエンジン１０Ａと実質的に同一となっている。スターリングエンジン１０Ｂでは、湿度計８０が冷却器４５の湿度（冷却器４５におけるスターリングエンジン１０Ｂの内部湿度）を計測する。この点、スターリングエンジン１０Ｂでは冷却器４５が所定の部位に相当している。【００３６】
ＥＣＵ９０Ｂは制御部が以下に示すように実現される点以外、ＥＣＵ９０Ａと実質的に同一である。すなわち、ＥＣＵ９０Ｂでは制御部が内部湿度に応じて始動時期を調整するにあたって、冷却器４５の湿度に応じて始動時期を調整する。そして、冷却器４５の湿度が所定値βよりも低い場合に始動を開始することで、冷却器４５の湿度が所定値β以上である場合には所定値βを下回った場合に始動を開始する。所定値βは例えば１００％に設定することができる。所定値βは湿度計８０そのものに起因する計測誤差の分だけ、さらに小さな値に設定することができる。【００３７】
なお、スターリングエンジン１０Ｂの制御動作自体は図３に示すスターリングエンジン１０Ａの制御動作と同じとなる。このため、スターリングエンジン１０Ｂの制御動作を示すフローチャートについては図示省略する。この点、スターリングエンジン１０Ｂの場合には、ステップＳ２で所定値αの代わりに所定値βが適用されることになる。【００３８】
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。スターリングエンジン１０Ｂでは、冷却器４５の湿度に応じて始動時期を調整することで、冷却器４５で結露が発生する状態であるか否かを直接判断できる。このため、スターリングエンジン１０Ｂは気体潤滑が凝縮水によって妨げられることを改善するにあたり、適切な始動時期を精度良く判定できる分、スターリングエンジン１０Ａよりも始動時期を早めることができる点で好適である。
【実施例３】
【００３９】
図５はスターリングエンジン１０Ｃを示す図である。スターリングエンジン１０Ｃは冷却部１００をさらに備えている以外、スターリングエンジン１０Ａと実質的に同一となっている。同様の変更は例えばスターリングエンジン１０Ｂに対して行われてもよい。冷却部１００はクランクケース６２内に設けられており、冷却器４５よりも作動流体の温度を低下させることができるようになっている。【００４０】
図６は冷却部１００の第１の具体例を示す図である。図６に示す冷却装置２００は圧縮機２０１と凝縮部２０２と蒸発部２０３と駆動モータ２０４とを備えている。圧縮機２０１は冷媒Ｆを圧縮する。圧縮機２０１が圧縮した冷媒Ｆは凝縮部２０２で凝縮し、熱を放出する。凝縮部２０２で凝縮した冷媒Ｆは例えば膨張後、蒸発部２０３で蒸発し、熱を吸収する。駆動モータ２０４は圧縮機２０１を駆動する。この点、冷却部１００は具体的には例えばかかる冷却装置２００の蒸発部２０４で実現することで、冷媒Ｆの気化熱を利用して冷却を行うことが可能な冷却部とすることができる。【００４１】
図７は冷却部１００の第２の具体例を示す図である。図７に示す冷却装置３００は直流電源３０１とＰ型半導体３０２とＮ型半導体３０３と電極３０４、３０５とスイッチ３０６とを備えている。冷却装置３００は電極３０５で接合された半導体３０２、３０３をスイッチ３０６で直流電源３０１に接続し、電流を流すことで、一方の電極側（ここでは電極３０４側）で吸熱を生じさせるとともに、他方の電極側（ここでは電極３０５側）で発熱を生じさせるペルチェ効果を発揮する。【００４２】
この点、冷却部１００は具体的には例えばかかる冷却装置３００の半導体３０２、３０３、電極３０５、３０６からなる半導体ユニットで実現することで、ペルチェ効果で生じる吸熱を利用して冷却を行うことが可能な冷却部とすることができる。【００４３】
冷却部１００は結露を発生させることで、作動流体に含まれる水分を減少させ、これにより除湿効果を発揮する。したがって、冷却部１００は同時に除湿部にも相当する。一方、スターリングエンジン１０Ｃの内部湿度を低下させる除湿部としては冷却部１００に限られず、例えば除湿剤による除湿を可能にする除湿器をクランクケース６２内に備えることもできる。この点、除湿部は例えば加圧用配管６６に設けられることで、スターリングエンジン１０Ｃの内部に導入する空気を除湿してもよい。かかる除湿部も例えば除湿剤による除湿を可能にする除湿器で実現することができる。【００４４】
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。図８は機関暖機時の状態変化の説明図である。縦軸は水蒸気量、横軸は時間を示す。パターンＡはスターリングエンジン１０Ｃの場合、パターンＡ´は冷却部１００で冷却を行わなかった場合を示す。ポイントＰ１は暖機後に作動流体が有することになる所定の水蒸気量を冷却器４５の冷却温度に対応させて示す。ポイントＰ２、Ｐ２´は結露が消失する位置を示す。ポイントＰ３、Ｐ３´は暖機後の位置を示す。曲線Ｃ１は飽和水蒸気曲線を示す。【００４５】
スターリングエンジン１０Ｃはクランクケース６２内に冷却部１００を備えることで、冷却部１００で結露を発生させることができる。そしてこれにより除湿を行うことで、冷却器４５の湿度低下を早めることができる。結果、パターンＡでパターンＡ´よりも結露が消失する温度を低くすることができる。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１０Ａと比較して冷却器４５の湿度低下を早めることができる分、始動時期を早めることができる点で好適である。【００４６】
始動開始とともに冷却器４５に冷却水を流通させる場合、スターリングエンジン１０Ｃは次に示すように結露の発生を防止することもできる。図９は冷却器４５による冷却開始時の状態変化の説明図である。縦軸は水蒸気量、横軸は時間を示す。パターンＢはスターリングエンジン１０Ｃの場合、パターンＢ´は冷却部１００で冷却を行わなかった場合を示す。ポイントＰ１１は始動前の位置を示す。ポイントＰ１２は冷却部１００で冷却した場合に水蒸気量が低下することになる位置をポイントＰ１１に対応させて示す。ポイントＰ１３、Ｐ１３´は始動開始時の位置を示す。曲線Ｃ１は飽和水蒸気曲線を示す。【００４７】
始動開始とともに冷却器４５に冷却水を流通させる場合、スターリングエンジン１０Ｃは始動前に冷却部１００で冷却を行うことで、冷却器４５の湿度を低下させることができる。そしてこれにより、パターンＢでパターンＢ´よりも水蒸気量を低下させることで、冷却器４５による冷却開始時に作動流体の温度が低下しても、冷却器４５で結露が発生することを防止できる。このため、スターリングエンジン１０Ｃは始動開始とともに冷却器４５に冷却水を流通させる場合には、冷却器４５で結露が発生すること自体を防止することもできる。
【実施例４】
【００４８】
図１０はスターリングエンジン１０Ｄを示す図である。スターリングエンジン１０Ｄは冷却部１００の稼動を制御可能な稼動制御部１０１を備えている点と、ＥＣＵ９０Ａの代わりにＥＣＵ９０Ｃを備えている以外、スターリングエンジン１０Ｃと実質的に同一となっている。ＥＣＵ９０Ｃは稼動制御部１０１がさらに制御対象として電気的に接続されている点と、制御部がさらに以下に示すように実現される点以外、ＥＣＵ９０Ａと実質的に同一となっている。なお、同様の変更は例えば冷却部１００をさらに設けたスターリングエンジン１０Ｂに対して行われてもよい。【００４９】
ＥＣＵ９０Ｃでは、制御部がさらにクランクケース６２内の湿度に応じて冷却部１００の稼動を行うように実現される。制御部は具体的にはクランクケース６２内の湿度が所定値αよりも高い場合（具体的にはここでは所定値α以上である場合）に冷却部１００の稼動を行う。また、クランクケース６２内の湿度が所定値αよりも低い場合に冷却部１００の稼動を停止する。なお、冷却部１００をさらに設けたスターリングエンジン１０Ｂに同様の変更を適用する場合、クランクケース６２内の湿度は冷却器４５の湿度、所定値αは所定値βとなる。【００５０】
制御部は稼動制御部１０１を制御することで、冷却部１００の稼動を行う。この点、稼動制御部１０１は具体的には例えば以下に示すような構成で実現することができる。すなわち、冷却部１００が例えば蒸発部２０３である場合には、稼動制御部１０１は駆動モータ２０４で実現することができる。また、冷却部１００が例えば半導体３０２、３０３、電極３０４、３０５からなる半導体ユニットである場合には、稼動制御部１０１はスイッチ３０６で実現することができる。【００５１】
次にＥＣＵ９０Ｃによって行われるスターリングエンジン１０Ｄの制御動作を図１１に示すフローチャートを用いて説明する。ＥＣＵ９０Ｃは湿度を計測し（ステップＳ１１）、始動可能な湿度であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２で否定判定であれば、ＥＣＵ９０Ｃは冷却部１００の稼動を行う（ステップＳ１３）。続いてＥＣＵ９０Ｃは湿度を計測し（ステップＳ１４）、計測した湿度が始動可能な湿度であるか否かを判定する（ステップＳ１５）。なお、ステップＳ１２、Ｓ１５では具体的には計測した湿度が所定値αよりも低いか否かを判定する。【００５２】
ステップＳ１５で否定判定であれば、ステップＳ１３に戻る。これにより、計測した湿度が所定値αを下回るまでの間、冷却部１００の稼動が行われる。一方、ステップＳ１５で肯定判定であれば、ＥＣＵ９０Ｃは冷却部１００の稼動を停止する（ステップＳ１６）。そして、ステップＳ１２の肯定判定、またはステップＳ１６の後に始動を開始する（ステップＳ１７）。なお、ステップＳ１７ではその他の始動条件が成立した場合に始動を開始するようにしてよい。ステップＳ１７の後には本フローチャートを終了する。【００５３】
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。スターリングエンジン１０Ｄはクランクケース６２内の湿度に応じて冷却部１００の稼動を行うことで、始動時期の早期化に除湿が有効に作用する範囲内で冷却部１００の稼動を行うようにすることができる。そしてこれにより、冷却部１００の稼動に要するエネルギーの無駄な消費を抑制することができる。【００５４】
スターリングエンジン１０Ｄは具体的にはクランクケース６２内の湿度が所定値αよりも高い場合に冷却部１００の稼動を行うとともに、クランクケース６２内の湿度が所定値αよりも低い場合に冷却部１００の稼動を停止することで、始動時期の早期化に除湿が有効に作用する範囲内で冷却部１００の稼動を行うことができる。
【実施例５】
【００５５】
図１２はスターリングエンジン１０Ｅを示す図である。スターリングエンジン１０Ｅはクランクケース６２内において、冷却部１００の周囲に隔壁部１０２をさらに設けている点以外、スターリングエンジン１０Ｃと実質的に同一となっている。同様の変更は例えばスターリングエンジン１０Ｄや冷却部１００をさらに設けたスターリングエンジン１０Ｂに対して行われてもよい。隔壁部１０２は具体的には通気部を有することで、冷却部１００への通気が可能な態様で冷却部１００の周囲に設けられている。隔壁部１０２は例えばクランクケース６２の一部として設けることができる。【００５６】
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では隔壁部１０２を設けることで、冷却部１００で凝縮した凝縮水が振動等で飛散し、ピストン２１、３１および対応するシリンダ２２、３２間に浸入することを防止或いは抑制できる。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１０Ｃと比較して気体潤滑が凝縮水によって妨げられることをさらに好適に改善できる。
【実施例６】
【００５７】
図１３はスターリングエンジン１０Ｆを示す図である。スターリングエンジン１０Ｆは冷却器４５への冷却水の供給を制御可能な制御弁１１０および制御弁１１０用のアクチュエータ１１１をさらに備える点と、ＥＣＵ９０Ａの代わりにＥＣＵ９０Ｄを備える点以外、スターリングエンジン１０Ａと実質的に同一となっている。ＥＣＵ９０Ｄはアクチュエータ１１１が制御対象としてさらに電気的に接続される点と、制御部がさらに以下に示すように実現される点以外、ＥＣＵ９０Ａと実質的に同一となっている。同様の変更は例えばスターリングエンジン１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄまたは１０Ｅに対して行われてもよい。【００５８】
ＥＣＵ９０Ｄでは、制御部が始動前に冷却水の流通を制限するように制御弁１１０を制御する（具体的にはここでは制御弁１１０を閉弁する）ように実現される。この点、スターリングエンジン１０Ｆでは、始動前に制御部が冷却水の流通を制限するように制御弁１１０を制御しなければ、制御弁１１０は始動前に冷却水の流通制限を解除した状態（具体的にはここでは開弁した状態）になるようになっている。そしてこれにより、冷却器４５への冷却水の流通制限が始動前に解除されるようにしている。すなわち、具体的にはここでは冷却気４５への冷却水の流通が始動前に開始されるようにしている。【００５９】
制御部は具体的にはクランクケース６２内の湿度が所定値αよりも高い場合（具体的にはここでは所定値α以上である場合）に冷却水の流通を制限するように制御弁１１０を制御することで、始動前に冷却水の流通を制限するように制御弁１１０を制御する。一方、制御部はクランクケース６２内の湿度が所定値αを下回った場合には、冷却水の流通制限を解除するように制御弁１１０を制御する（具体的にはここでは制御弁１１０を開弁する）。制御部はアクチュエータ１１１を制御することで、制御弁１１０を制御する。なお、同様の変更をスターリングエンジン１０Ｂに適用する場合、クランクケース６２内の湿度は冷却器４５の湿度、所定値αは所定値βとなる。【００６０】
次にＥＣＵ９０Ｄによって行われるスターリングエンジン１０Ｆの制御動作を図１４に示すフローチャートを用いて説明する。ＥＣＵ９０Ｄは湿度を計測し（ステップＳ２１）、始動可能な湿度であるか否かを判定する（ステップＳ２２）。ステップＳ２２で否定判定であれば、ＥＣＵ９０Ｄは制御弁１１０を閉弁する（ステップＳ２３）。続いてＥＣＵ９０Ｄは湿度を計測し（ステップＳ２４）、始動可能な湿度であるか否かを判定する（ステップＳ２５）。なお、ステップＳ２２、Ｓ２５では具体的には計測した湿度が所定値αよりも低いか否かを判定する。【００６１】
ステップＳ２５で否定判定であれば、ステップＳ２３に戻る。これにより、計測した湿度が所定値αを下回るまでの間、制御弁１１０が閉弁される。一方、ステップＳ２５で肯定判定であれば、ＥＣＵ９０Ｄは制御弁１１０を開弁する（ステップＳ２６）。そして、ステップＳ２２の肯定判定、またはステップＳ２６の後にＥＣＵ９０Ｄは始動を開始する（ステップＳ２７）。なお、ステップＳ２７ではその他の始動条件が成立した場合に始動を開始するようにしてよい。ステップＳ２７の後には本フローチャートを終了する。【００６２】
次にスターリングエンジン１０Ｆの作用効果について説明する。スターリングエンジン１０Ｆは始動前に冷却水の流通を制限するように制御弁１１０を制御することで、冷却器４５の冷却能力を低下させることができる。そしてこれにより、暖機を促進することで、冷却器４５の湿度低下を早めることができる。このため、スターリングエンジン１０Ｆはスターリングエンジン１０Ａと比較して冷却器４５の湿度低下を早めることができる分、始動時期を早めることができる点で好適である。【００６３】
スターリングエンジン１０Ｆは具体的にはクランクケース６２内の湿度が所定値αよりも高い場合に冷却水の流通を制限するように制御弁１１０を制御するとともに、クランクケース６２内の湿度が所定値αを下回った場合に冷却水の流通制限を解除するように制御弁１１０を制御することで、結露の観点から始動時期の早期化に有効な範囲内で冷却器４５の冷却能力を低下させることができる。
【実施例７】
【００６４】
図１５はスターリングエンジン１０Ｇを示す図である。スターリングエンジン１０Ｇは湿度計８０の代わりに温度計８５が設けられている点と、ＥＣＵ９０Ａの代わりにＥＣＵ９０Ｅを備える点以外、スターリングエンジン１０Ａと実質的に同一となっている。ＥＣＵ９０Ｅは湿度計８０の代わりに温度計８５が電気的に接続される点と、制御部が以下に示すように実現される点以外、ＥＣＵ９０Ａと実質的に同一となっている。同様の変更は例えばスターリングエンジン１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅまたは１０Ｆに対して行われてもよい。【００６５】
温度計８５は冷却器４５に設けられている。温度計８５は冷却器４５における作動流体の温度を検知する。ＥＣＵ９０Ｅでは内部湿度に応じて始動時期を調整するにあたり、制御部が冷却器４５における作動流体の温度に応じて始動時期を調整する。制御部は具体的には冷却器４５における作動流体の温度が所定値γよりも高い場合に始動を開始する。所定値γは目標温度であり、冷却水の沸点に設定されている。【００６６】
図１６は所定値γの説明図である。縦軸は圧力、横軸は温度を示す。曲線Ｃ２は水の蒸気圧曲線を示す。横軸の各温度は沸点を示す。図１６に示すように沸点は圧力に応じて曲線Ｃ２に沿って変化する。これに対し、スターリングエンジン１０Ｇでは内圧が一定であるとして、所定値γを設定している。所定値γは例えばスターリングエンジン１０Ｇの内圧に応じた可変値であってもよい。スターリングエンジン１０Ｇの内圧は例えば圧力センサで検出できる。【００６７】
次にＥＣＵ９０Ｅによって行われるスターリングエンジン１０Ｇの制御動作を図１７に示すフローチャートを用いて説明する。ＥＣＵ９０Ｅは冷却器４５における作動流体の温度を計測し（ステップＳ３１）、始動可能な温度であるか否かを判定する（ステップＳ３２）。ステップＳ３２では、具体的には計測した温度が所定値γよりも高いか否かを判定する。ステップＳ３２で否定判定であればステップＳ３１に戻る。ステップＳ３２で肯定判定であれば、ＥＣＵ９０Ｅは始動を開始する（ステップＳ３３）。なお、ステップＳ３３ではその他の始動条件が成立した場合に始動を開始するようにしてよい。ステップＳ３３の後には本フローチャートを終了する。【００６８】
次にスターリングエンジン１０Ｇの作用効果について説明する。スターリングエンジン１０Ｇは冷却器４５における作動流体の温度に応じて始動時期を調整する。具体的には冷却器４５における作動流体の温度が所定値γよりも高い場合に始動を開始するとともに、所定値γを冷却水の沸点に設定する。そしてこれにより、スターリングエンジン１０Ｇは内部湿度に応じて始動時期を調整するにあたって、所定の部位における内部湿度を特段検出しなくても、冷却器４５で結露が発生しない状態で始動できる。結果、気体潤滑が凝縮水によって妨げられることを改善できる。
【実施例８】
【００６９】
図１８はスターリングエンジン１０Ｈを示す図である。スターリングエンジン１０Ｈは湿度計８０が特段設けられていない点と、ＥＣＵ９０Ｄの代わりにＥＣＵ９０Ｆを備える点以外、スターリングエンジン１０Ｆと実質的に同一となっている。ＥＣＵ９０Ｆは湿度計８０の代わりに検出部８６が電気的に接続される点と、制御部が以下に示すように実現される点以外、ＥＣＵ９０Ｄと実質的に同一となっている。同様の変更は例えば必要に応じて制御弁１１０、アクチュエータ１１１をさらに設けたスターリングエンジン１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅに対して行われてもよい。【００７０】
検出部８６は対応する内燃機関の運転状態を検出可能なセンサ・スイッチ類を有して構成されている。検出部８６は例えば内燃機関の吸入空気量を計測するエアフロメータや、内燃機関の回転数を検出可能なクランク角センサや、内燃機関に対する加速要求をするためのアクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検出可能なアクセル開度センサや、内燃機関の始動を行うイグニッションスイッチを含む。ＥＣＵ９０Ｆでは検出部８６の出力に基づき例えば対応する内燃機関の始動時期や燃料噴射量（燃料噴射弁の開弁期間）を検出することができるようになっている。この点、ＥＣＵ９０Ｆには例えば検出部８６の代わりに内燃機関制御用のＥＣＵが相互通信可能に接続されてもよい。或いは、ＥＣＵ９０Ｆが内燃機関制御用のＥＣＵであってもよい。【００７１】
ＥＣＵ９０Ｆでは内部湿度に応じて始動時期を調整するにあたり、制御部が受熱時間に応じて始動時期を調整する。受熱時間に応じて始動時期を調整するにあたり、制御部は具体的には受熱時間が所定時間Ｔよりも長くなった場合に始動を開始する。所定時間Ｔは冷却器４５における作動流体の温度が所定値γよりも高くなる時間に設定されている。所定時間Ｔは具体的には次のようにして算出（推定）することで、設定できる。【００７２】
すなわち、制御部は対応する内燃機関の排気熱量を算出するとともに積算する。そして、算出した排気熱量の積算値とスターリングエンジン１０Ｈの熱容量（加熱器４７の熱交換能力や熱交換が行われれる作動流体以外での受熱を考慮した作動流体を含む受熱部全体の熱容量）とに基づき、作動流体の温度上昇率を算出する。さらに算出した温度上昇率と目標温度である所定値γとに基づき、所定時間Ｔを算出する。制御部は排気熱量の積算値を算出する毎に所定時間Ｔを算出することで所定時間Ｔを更新する。【００７３】
排気熱量は具体的には例えば対応する内燃機関の吸入空気量と燃料噴射量とに基づき算出できる。温度上昇率は具体的にはスターリングエンジン１０Ｈの熱容量を排気熱量の積算値で割ることで算出できる。そして、所定時間Ｔは所定値γを温度上昇率で割ることで算出できる。このように所定時間Ｔを算出するにあたり、制御部は制御弁１１０を遅くとも対応する内燃機関の始動時に閉弁するとともにスターリングエンジン１０Ｈの始動時に開弁する。【００７４】
次にＥＣＵ９０Ｆによって行われるスターリングエンジン１０Ｈの制御動作を図１９に示すフローチャートを用いて説明する。ＥＣＵ９０Ｆは対応する内燃機関の始動時であるか否かを判定する（ステップＳ４１）。否定判定であればステップＳ４１に戻る。肯定判定であれば、ＥＣＵ９０Ｆは受熱時間の計測を開始する（ステップＳ４２）。また、制御弁１１０を閉弁する（ステップＳ４３）。続いてＥＣＵ９０Ｆは排気熱量を算出および積算する（ステップＳ４４）。また、作動流体の温度上昇率を算出する（ステップＳ４５）。【００７５】
続いてＥＣＵ９０Ｆは所定時間Ｔを算出するとともに（ステップＳ４６）、始動可能な受熱時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ４７）。ステップＳ４７では具体的には受熱時間が所定時間Ｔよりも長いか否かを判定する。ステップＳ４７で否定判定であれば、ステップＳ４４に戻る。これにより、ステップＳ４７で肯定判定されるまでの間、ステップＳ４４で排気熱量の積算値が算出される毎にステップＳ４６で所定時間Ｔが新たに算出される結果、所定時間Ｔが更新される。ステップＳ４７で肯定判定であれば、ＥＣＵ９０Ｆは始動を開始する（ステップＳ４８）。また、制御弁１１０を開弁する（ステップＳ４９）。なお、ステップＳ４８ではその他の始動条件が成立した場合に始動を開始するようにしてよい。ステップＳ４９の後には本フローチャートを終了する。【００７６】
次にスターリングエンジン１０Ｈの作用効果について説明する。スターリングエンジン１０Ｈは受熱時間に応じて始動時期を調整する。具体的には受熱時間が所定時間Ｔよりも長くなった場合に始動を開始するとともに、所定時間Ｔを冷却器４５における作動流体の温度が所定値γよりも高くなる時間に設定する。そしてこれにより、スターリングエンジン１０Ｈは内部湿度に応じて始動時期を調整するにあたり、所定の部位における内部湿度を特段検出しなくても、冷却器４５で結露が発生しない状態で始動できる。結果、気体潤滑が凝縮水によって妨げられることを改善できる。【００７７】
スターリングエンジン１０Ｈは遅くとも対応する内燃機関の始動時に制御弁１１０を閉弁することで、冷却器４５による冷却を停止させることができる。そしてこれにより暖機を促進することで、始動時期の早期化を図ることもできる。なお、受熱時間に応じて始動時期を調整するにあたって、スターリングエンジン１０Ｈは冷却器４５に冷却水を流通させていてもよい。但しこの場合には、所定時間Ｔを算出するにあたって、冷却器４５における冷却も考慮する必要がある。【００７８】
図２０は受熱時間と受熱量との関係を示す図である。縦軸は受熱量、横軸は受熱時間を示す。図２０に示すようにスターリングエンジン１０Ｈでは、受熱時間が所定時間Ｔを経過した場合に受熱量が目標熱量Ｈを上回る結果、始動できるようになる。この点、スターリングエンジン１０Ｈは内部湿度に応じて始動時期を調整するにあたり、受熱量に応じて始動時期を調整してもよい。この場合には、受熱量が所定量である目標熱量Ｈを上回った場合に始動するとともに、当該所定量を冷却器４５における作動流体の温度が所定値γよりも高くなる量（所定時間Ｔに対応する受熱量）に設定することができる。【００７９】
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。【００８０】
例えばスターリングエンジンは必ずしも内燃機関に限られず、ガスタービンなど適宜の構成から放出される熱を回収するように設けられてもよい。また、所定の部位は必ずしもクランクケースや冷却器に限られない。この点、クランクケースであれば、例えば湿度計の設置が容易である点で好適である。一方、冷却器であれば、冷却器で結露が発生する状態であるか否かを直接判断できる点で好適である。
【符号の説明】
【００８１】
スターリングエンジン    １０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、１０Ｆ、１０Ｇ、１０Ｈ
膨張ピストン            ２１
高温側シリンダ          ２２
圧縮ピストン            ３１
圧縮シリンダ            ３２
冷却器                  ４５
クランクシャフト        ６１
クランクケース          ６２
加圧ポンプ              ６５
スタータ                ７０
湿度計                  ８０
ＥＣＵ                  ９０Ａ、９０Ｂ、９０Ｃ、９０Ｄ、９０Ｅ、９０Ｆ
冷却部                  １００
【図１】
2013065148.tif 000003
【図２】
2013065148.tif 000004
【図３】
2013065148.tif 000005
【図４】
2013065148.tif 000006
【図５】
2013065148.tif 000007
【図６】
2013065148.tif 000008
【図７】
2013065148.tif 000009
【図８】
2013065148.tif 000010
【図９】
2013065148.tif 000011
【図１０】
2013065148.tif 000012
【図１１】
2013065148.tif 000013
【図１２】
2013065148.tif 000014
【図１３】
2013065148.tif 000015
【図１４】
2013065148.tif 000016
【図１５】
2013065148.tif 000017
【図１６】
2013065148.tif 000018
【図１７】
2013065148.tif 000019
【図１８】
2013065148.tif 000020
【図１９】
2013065148.tif 000021
【図２０】
2013065148.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】平成24年7月11日(2012.7.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
図６は冷却部１００の第１の具体例を示す図である。図６に示す冷却装置２００は圧縮機２０１と凝縮部２０２と蒸発部２０３と駆動モータ２０４とを備えている。圧縮機２０１は冷媒Ｆを圧縮する。圧縮機２０１が圧縮した冷媒Ｆは凝縮部２０２で凝縮し、熱を放出する。凝縮部２０２で凝縮した冷媒Ｆは例えば膨張後、蒸発部２０３で蒸発し、熱を吸収する。駆動モータ２０４は圧縮機２０１を駆動する。この点、冷却部１００は具体的には例えばかかる冷却装置２００の蒸発部２０３で実現することで、冷媒Ｆの気化熱を利用して冷却を行うことが可能な冷却部とすることができる。
【国際調査報告】
2013065148.tif 000023
2013065148.tif 000024
2013065148.tif 000025
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