(57)【要約】【課題】出力を制御可能なスターリングエンジンを提供する。【解決手段】スターリングエンジン１０の作動空間と前記スターリングエンジンのクランクケース４１とを連通する流路７５を備え、前記作動空間の圧力が前記クランクケースの圧力よりも高いときに、前記流路を介して前記作動空間の流体を前記クランクケースに移動させて前記作動空間の圧力を下げることで前記スターリングエンジンの出力が低下するように制御される。更に、前記作動空間の圧力が前記クランクケースの圧力よりも低いときに、前記流路７１を介して前記クランクケースの流体を前記作動空間に移動させて前記作動空間の圧力を上げることで前記スターリングエンジンの出力が上昇するように制御される。前記クランクケースの流体を前記作動空間に移動させるときに用いられる前記流路７１は、前記スターリングエンジンの低温側シリンダ３２側に設けられる。【選択図】        図１
2005351243.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スターリングエンジンの作動空間と前記スターリングエンジンのクランクケースとを連通する流路を備え、
前記作動空間の圧力が前記クランクケースの圧力よりも高いときに、前記流路を介して前記作動空間の流体を前記クランクケースに移動させて前記作動空間の圧力を下げることで前記スターリングエンジンの出力が低下するように制御される
ことを特徴とするスターリングエンジン。
【請求項２】
請求項１記載のスターリングエンジンにおいて、
更に、
前記作動空間の圧力が前記クランクケースの圧力よりも低いときに、前記流路を介して前記クランクケースの流体を前記作動空間に移動させて前記作動空間の圧力を上げることで前記スターリングエンジンの出力が上昇するように制御される
ことを特徴とするスターリングエンジン。
【請求項３】
スターリングエンジンの作動空間と前記スターリングエンジンのクランクケースとを連通する流路を備え、
前記作動空間の圧力が前記クランクケースの圧力よりも低いときに、前記流路を介して前記クランクケースの流体を前記作動空間に移動させて前記作動空間の圧力を上げることで前記スターリングエンジンの出力が上昇するように制御され、
前記クランクケースの流体を前記作動空間に移動させるときに用いられる前記流路は、前記スターリングエンジンの低温側シリンダ側に設けられる
ことを特徴とするスターリングエンジン。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載のスターリングエンジンにおいて、
前記クランクケースの圧力は、スターリングサイクルの１サイクルの前記作動空間の圧力の上限値と下限値との間の値である
ことを特徴とするスターリングエンジン。
【請求項５】
請求項４記載のスターリングエンジンにおいて、
前記クランクケースの圧力は、スターリングサイクルの１サイクルの前記作動空間の平均圧力と概ね同じである
ことを特徴とするスターリングエンジン。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載のスターリングエンジンにおいて、
前記作動空間の圧力が前記クランクケースの圧力よりも高いとき、又は、前記作動空間の圧力が前記クランクケースの圧力よりも低いときとは、スターリングサイクルの１サイクル内の前記作動空間の圧力の変動の一過程によって生じるものである
ことを特徴とするスターリングエンジン。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載のスターリングエンジンにおいて、
前記流路には、一方弁と開閉弁が設けられている
ことを特徴とするスターリングエンジン。
【請求項８】
請求項１から６のいずれか１項に記載のスターリングエンジンにおいて、
前記流路には、開閉弁が設けられ、
前記流路は、前記作動空間の圧力が前記クランクケースの圧力との関係で所定の関係であるときに前記作動空間に連通し、前記所定の関係ではないときには前記作動空間に連通しないように前記スターリングエンジンのピストンによって塞がれるように前記作動空間に対して所定の位置に設けられている
ことを特徴とするスターリングエンジン。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載のスターリングエンジンにおいて、
前記クランクケースの容積は、前記作動空間の容積よりも大きい
ことを特徴とする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し、特に、スターリングエンジンの出力を制御可能なスターリングエンジンに関する。
【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外燃機関として、理論熱効率に優れたスターリングエンジンが注目されてきている。
【０００３】
特開昭６４−３４２号公報（特許文献１）には、作動空間とクランクケースとを連通する連通管と蓄圧タンクから構成されるスターリングエンジンの出力制御装置が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開昭６４−３４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
スターリングエンジンの出力を制御することが望まれている。特に、スターリングエンジンの出力制御がより簡易な方法で行えることが望まれている。
【０００６】
本発明の目的は、出力を制御可能なスターリングエンジンを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のスターリングエンジンは、スターリングエンジンの作動空間と前記スターリングエンジンのクランクケースとを連通する流路を備え、前記作動空間の圧力が前記クランクケースの圧力よりも高いときに、前記流路を介して前記作動空間の流体を前記クランクケースに移動させて前記作動空間の圧力を下げることで前記スターリングエンジンの出力が低下するように制御されることを特徴としている。
【０００８】
本発明のスターリングエンジンにおいて、更に、前記作動空間の圧力が前記クランクケースの圧力よりも低いときに、前記流路を介して前記クランクケースの流体を前記作動空間に移動させて前記作動空間の圧力を上げることで前記スターリングエンジンの出力が上昇するように制御されることを特徴としている。
【０００９】
本発明のスターリングエンジンは、スターリングエンジンの作動空間と前記スターリングエンジンのクランクケースとを連通する流路を備え、前記作動空間の圧力が前記クランクケースの圧力よりも低いときに、前記流路を介して前記クランクケースの流体を前記作動空間に移動させて前記作動空間の圧力を上げることで前記スターリングエンジンの出力が上昇するように制御され、前記クランクケースの流体を前記作動空間に移動させるときに用いられる前記流路は、前記スターリングエンジンの低温側シリンダ側に設けられることを特徴としている。
【００１０】
本発明のスターリングエンジンにおいて、前記クランクケースの圧力は、スターリングサイクルの１サイクルの前記作動空間の圧力の上限値と下限値との間の値であることを特徴としている。
【００１１】
本発明のスターリングエンジンにおいて、前記クランクケースの圧力は、スターリングサイクルの１サイクルの前記作動空間の平均圧力と概ね同じであることを特徴としている。
【００１２】
本発明のスターリングエンジンにおいて、前記作動空間の圧力が前記クランクケースの圧力よりも高いとき、又は、前記作動空間の圧力が前記クランクケースの圧力よりも低いときとは、スターリングサイクルの１サイクル内の前記作動空間の圧力の変動の一過程によって生じるものであることを特徴としている。
【００１３】
本発明のスターリングエンジンにおいて、前記流路には、一方弁と開閉弁が設けられていることを特徴としている。
【００１４】
本発明のスターリングエンジンにおいて、前記流路には、開閉弁が設けられ、前記流路は、前記作動空間の圧力が前記クランクケースの圧力との関係で所定の関係であるときに前記作動空間に連通し、前記所定の関係ではないときには前記作動空間に連通しないように前記スターリングエンジンのピストンによって塞がれるように前記作動空間に対して所定の位置に設けられていることを特徴としている。
【００１５】
本発明のスターリングエンジンにおいて、前記クランクケースの容積は、前記作動空間の容積よりも大きいことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のスターリングエンジンによれば、出力を制御可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明のスターリングエンジンの一実施形態につき図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１８】
（第１実施形態）
本実施形態のスターリングエンジンは、スターリングエンジンの作動空間とクランクケースとを連通する連通管と、連通管を開閉する開閉手段と、開閉手段を開閉制御する開閉制御手段と、圧力制御手段とを備え、圧力制御手段は、作動空間の圧力がクランクケースの圧力よりも高いときに連通管を開くことで作動空間の平均圧力を低下させるとともに、作動空間の圧力がクランクケースの圧力よりも低いときに連通管を開くことで作動空間の平均圧力を上昇させるものである。本実施形態では、エンジンポンピング作用を有効に活用することで、出力制御を行う。
【００１９】
本実施形態において、スターリングエンジンの出力制御を行うための構成については、図１を用いて後述することとし、ここではまず、図８を参照して、本実施形態のスターリングエンジンの基本構成について説明する。
【００２０】
図８は、本実施形態のスターリングエンジンの基本構成を示す正面図である。図８に示すように、本実施形態のスターリングエンジンは、α型（２ピストン形）のスターリングエンジン１０であり、二つのパワーピストン２０、３０を備えている。二つのパワーピストン２０、３０は、直列並行に配置されている。低温側パワーピストン３０のピストン３１は、図１０に示すように、高温側パワーピストン２０のピストン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つけられている。
【００２１】
高温側パワーピストン２０のシリンダ（以下高温側シリンダという）２２の上部の空間（膨張空間）には、加熱器４７によって加熱された作動流体が流入する。低温側パワーピストン３０のシリンダ（以下低温側シリンダという）３２の上部の空間（圧縮空間）には、冷却器４５によって冷却された作動流体が流入する。
【００２２】
再生器（再生熱交換器）４６は、膨張空間と圧縮空間を作動流体が往復する際に熱を蓄える。即ち、膨張空間から圧縮空間へと作動流体が流れる時には、再生器４６は、作動流体より熱を受け取り、圧縮空間から膨張空間へと作動流体が流れる時には、蓄えられた熱を作動流体に渡す。
【００２３】
２つのピストン２１、３１の往復動に伴い、作動ガスの往復流動が生じて高温側シリンダ２２の膨張空間と低温側シリンダ３２の圧縮空間にある作動流体の割合が変化するとともに、全内容積も変わるため、圧力の変動が生じる。２つのピストン２１、３１がそれぞれ同位置にある場合の圧力を比較すると、膨張ピストン２１についてはその上昇時より下降時の方がかなり高く、圧縮ピストン３１については逆に低くなる。このため、膨張ピストン２１は外部に対し大きな正の仕事（膨張仕事）を行い、圧縮ピストン３１は外部から仕事（圧縮仕事）を受ける必要がある。膨張仕事は、一部が圧縮仕事に使われ、残りが駆動軸４０を介して出力として取り出される。
【００２４】
本実施形態のスターリングエンジン１０は、図９に示すように、車両において主エンジン（ガソリンエンジン、内燃機関）２００と共に用いられてハイブリッドシステムを構成する。即ち、スターリングエンジン１０は、主エンジン２００の排気ガスを熱源として用いた排気熱回収装置である。スターリングエンジン１０の加熱器４７が車両の主エンジン２００の排気管１００の内部に配置され、排気ガスから回収した熱エネルギーにより作動流体が加熱されてスターリングエンジン１０が作動する。
【００２５】
本実施形態のスターリングエンジン１０は、排気管１００の内部にその加熱器４７が収容されるというように車両内の限られたスペースに設置されるため、装置全体がコンパクトである方が設置の自由度が増す。そのために、スターリングエンジン１０では、２つのシリンダ２２、３２をＶ字形ではなく、直列並行に配置した構成を採用している。
【００２６】
加熱器４７が排気管１００の内部に配置されるに際しては、排気管１００の内部において相対的に高温の排気ガスが流れる排気ガスの上流側（主エンジン２００に近い側）１００ａに、加熱器４７の高温側シリンダ２２側が位置し、相対的に低温の排気ガスが流れる下流側（主エンジン２００から遠い側）１００ｂに加熱器４７の低温側シリンダ３２側が位置するように配置される。加熱器４７の高温側シリンダ２２側をより多く加熱するためである。
【００２７】
高温側シリンダ２２及び低温側シリンダ３２のそれぞれは、円筒状に形成されており、基準体である基板４２に支持されている。本実施形態においては、この基板４２が、スターリングエンジン１０の各構成要素の位置基準となる。このように構成されることで、スターリングエンジン１０の各構成要素の相対的位置精度が確保される。また、この基板４２は、スターリングエンジン１０が排熱回収対象である排気管（排気通路）１００等に取り付けられるときの基準として用いられることができる。
【００２８】
排気管１００のフランジ１００ｆに対して、断熱材（スペーサ、図示せず）を介して、基板４２が固定されている。基板４２には、高温側シリンダ２２の側面（外周面）２２ｃに設けられたフランジ２２ｆが固定されている。また、基板４２には、再生器４６の側面（外周面）４６ｃに設けられたフランジ４６ｆが固定されている。
【００２９】
排気管１００とスターリングエンジン１０とは、基板４２を介して取り付けられる。このとき、基板４２と、高温側シリンダ２２において加熱器４７が接続される側の端面（頂部２２ｂの上面）、及び低温側シリンダ３２において冷却器４５が接続される側の端面（頂面３２ａ）とが実質的に平行になるように、スターリングエンジン１０が基板４２に取り付けられる。あるいは、基板４２とクランクシャフト６１（又は駆動軸４０）の回転軸とが平行になるように、もしくは排気管１００の中心軸とクランクシャフト６１の回転軸とが平行になるように、スターリングエンジン１０が基板４２に取り付けられる。これにより、既存の排気管１００に大幅な設計変更を加えることなく、容易に排気管１００にスターリングエンジン１０を取り付けることができる。その結果、排熱回収対象である車両の内燃機関本体の性能や搭載性、騒音等の機能を損なうことなくスターリングエンジン１０を排気管１００に搭載することができる。また、同一仕様のスターリングエンジン１０を異なる排気管に取り付ける場合でも、加熱器４７の仕様を変更するだけで対応できるので、汎用性を向上させることができる。
【００３０】
スターリングエンジン１０は、車両の床下に配された排気管１００に隣接するスペースに、横置き、即ち、車両の床面（図示せず）に対して、高温側シリンダ２２及び低温側シリンダ３２のそれぞれの軸線方向が概ね平行になるように配置され、２つのピストン２１、３１は、水平方向に往復動される。本実施形態では、説明の便宜上、２つのピストン２１、３１の上死点側を上方向、下死点側を下方向であるとして説明する。
【００３１】
作動流体は、その平均圧力（後述するＰｍｅａｎ）が高い程、冷却器４５や加熱器４７による同じ温度差に対しての圧力差が大きくなるので高い出力が得られる。そのため、上記のように、高温側シリンダ２２、低温側シリンダ３２の作動空間内の作動流体は高圧に保持されている。
【００３２】
ピストン２１，３１は、円柱状に形成されている。ピストン２１、３１の外周面とシリンダ２２、３２の内周面との間には、それぞれ数十μｍの微小クリアランスが設けられており、そのクリアランスには、スターリングエンジン１０の作動流体（空気）が介在している。ピストン２１，３１は、それぞれシリンダ２２、３２に対して空気軸受４８により非接触の状態で支持されている。したがって、ピストン２１，３１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。但し、シリンダ２２、３２の内周面には、固定潤滑材が付されている。空気軸受４８の作動流体の摺動抵抗は元々極めて低いが、更に低減するために、固定潤滑材が付されている。上記のように、空気軸受４８は、作動流体（気体）により膨張空間、圧縮空間それぞれの気密を保ち、リングレスかつオイルレスでクリアランスシールを行う。
【００３３】
加熱器４７は、複数の伝熱管（管群）４７ｔを有し、それらの複数の伝熱管４７ｔが概ねＵ字形の形状に形成されてなるものである。各伝熱管４７ｔの第１端部４７ｔａが高温側シリンダ２２の上部（頂部）（頂面２２ａ側の端面）２２ｂに接続されている。各伝熱管４７ｔの第２端部４７ｔｂが再生器４６の上部（加熱器４７側の端面）４６ａに接続されている。上記のように、加熱器４７が概ねＵ字形に形成されている理由については後述する。
【００３４】
再生器４６は、蓄熱材（マトリックス、図示せず）と、そのマトリックスが収容される再生器ハウジング４６ｈとを備えている。再生器ハウジング４６ｈには、高圧の作動流体が入るため、再生器ハウジング４６ｈは、耐圧容器である。再生器４６では、マトリックスとして、積層された金網が用いられている。
【００３５】
再生器４６には、上述した機能から、以下の条件が要求される。即ち、伝熱性能と蓄熱容量が高く、流動抵抗（流動損失、圧力損失）が小さいことのほか、作動流体の流れ方向の熱伝導率が小さく、温度勾配を大きくとれることが要求される。その金網の材料は、ステンレス鋼であることができる。積層された各金網のメッシュを通過するときに、その金網に作動流体の熱が蓄熱される。
【００３６】
加熱器４７において高温側シリンダ２２との接続部分（横断面形状）は、高温側シリンダ２２の上部（加熱器４７との接続部分）の開口形状（真円）と同じ形状・大きさとされている。同様に、加熱器４７において再生器４６との接続部分は、再生器４６の上面と同じ形状・大きさとされている。即ち、加熱器４７、再生器４６の断面形状は、高温側シリンダ２２及び低温側シリンダ３２の開口形状と同じ形状・大きさに形成されている。この構成により、作動流体の流路抵抗（流通抵抗）が低減される。
【００３７】
クランクシャフト６１は、クランクケース４１に対して、ベアリング（軸受）で回転自在に支持されている。本実施形態では、カウンタウェイト９０が、スターリングエンジン１０全体の上下方向の大きさに与える影響を最小限に抑えるべく、スターリングエンジン１０全体の上下方向の大きさに影響を与えることなくスペースを確保可能な高温側シリンダ２２側にカウンタウェイト９０が設けられている。
【００３８】
次に、上記のように、加熱器４７が概ねＵ字形（カーブ形状）に形成される理由について説明する。
【００３９】
スターリングエンジン１０の熱源は、上記のように車両の主エンジン２００の排気ガスであり、スターリングエンジンに専用に用意された熱源ではない。そのため、それほど高い熱量が得られるわけではなく、排気ガスの例えば約８００℃程度の熱量でスターリングエンジン１０が作動する必要がある。そのために、スターリングエンジン１０の加熱器４７は排気管１００内の排ガスから効率的に受熱する必要がある。
【００４０】
加熱器４７、再生器４６、冷却器４５からなる熱交換器の体積は、出力に直接的には関与しない無効容積となっており、熱交換器の体積が増えると、スターリングエンジン１０の出力が減少する。一方で、熱交換器の体積をコンパクトにすると、その分、熱交換が困難となり受熱量が減少し、スターリングエンジン１０の出力が減少する。これらのことから、無効容積の減少と受熱量の増加とを両立させるためには、熱交換器の効率を上げる必要がある。そのために、加熱器４７は効率的に受熱する必要がある。
【００４１】
排気管１００内の排ガスから効率的に受熱し、かつ効率的に熱交換するためには、加熱器４７の全てを過不足なく排気管１００内に収容するとともに、排気ガスから受熱しないように冷却器４５を排気管１００の外に出す構成が必要である。このことから、排気管１００においてスターリングエンジン１０が取り付けられるフランジ１００ｆを基準にすると、少なくとも冷却器４５の高さ分だけ低温側シリンダ３２の取付位置は、高温側シリンダ２２よりも低い位置となる。即ち、低温側シリンダ３２の上部に形成される圧縮空間の位置は、高温側シリンダ２２の上部に形成される膨張空間の位置よりも低い位置となり、圧縮ピストン３１の上死点は、膨張ピストン２１の上死点の位置よりも低い位置となる。
【００４２】
本実施形態では、圧縮ピストン３１と膨張ピストン２１の上死点の位置を変えるために、各ピストンピン６０ａ、６０ｂとそれぞれのピストン３１、２１との間を、長さの異なる延長部（ピストン支柱部）６４ｂ、６４ａで連結している。膨張ピストン２１の上死点の位置の方が圧縮ピストン３１の上死点の位置よりも高い分だけ、膨張ピストン２１に連結される延長部６４ａは、圧縮ピストン３１に連結される延長部６４ｂよりも長さが長い。
【００４３】
本実施形態では、膨張ピストン２１自体と圧縮ピストン３１自体の高さ（各ピストン２１，３１の上面と各ピストン２１，３１における延長部６４ａ、６４ｂとの連結点２１ｃ、３１ｃとの間の距離）は同じになるように構成されていることから、長さの異なる延長部６４ａ、６４ｂを用いて各ピストン２１，３１の上死点の位置を変えている。この構成に代えて、膨張ピストン側と圧縮ピストン側とで延長部自体の長さは同じにし、膨張ピストン自体と圧縮ピストン自体の高さを変えるようにして構成することで、膨張ピストンと圧縮ピストンの上死点の位置を変える構成を採ることもできる。このように、膨張ピストン自体の上下方向の長さを圧縮ピストン自体に比べて大きくする技術的意義について次に説明する。
【００４４】
スターリングエンジン１０の効率の低下を抑制するため、高温側パワーピストン２０における膨張空間以外の空間及び低温側のパワーピストン３０における圧縮空間以外の空間、即ち、高温側パワーピストン２０及び低温側のパワーピストン３０のそれぞれにおけるクランクシャフト６１の周辺の空間は、常温に保たれる必要がある。そのため、膨張空間の高温の作動流体がクランクシャフト６１の高温側パワーピストン２０側の周辺の空間に流入したり、圧縮空間の低温の作動流体がクランクシャフト６１の低温側のパワーピストン３０側の周辺の空間に流入することがないように、高温側シリンダ２２と膨張ピストン２１とのシール及び低温側シリンダ３２と圧縮ピストン３１とのシールが確実に行われる必要がある（後述のように、そのシールには空気軸受４８が使用されている）。
【００４５】
一方で、上記のように、膨張空間を高温にすべく、高温側シリンダ２２の頂部２２ｂ及び側面２２ｃの上部は、排気管１００の内部に収容されるため、高温側シリンダ２２の上部及び膨張ピストン２１の上部が熱膨張する。高温側シリンダ２２及び膨張ピストン２１のそれぞれの上部の熱膨張する部分では、シールが確実に行えないおそれがある。このことから、上記のように、膨張ピストン２１及び高温側シリンダ２２の上下方向の長さを長く設定し、これにより、膨張ピストン２１の上下方向に温度勾配を持たせて、熱膨張の影響を受けない部分（膨張ピストン２１の下部）にてシールが確実に行えるようにすることができる。また、高温側シリンダ２２と膨張ピストン２１との間は、膨張ピストン２１の下部（熱膨張の影響を受けない部分）にてシールされるので、そのシール部の移動距離を十分に確保して膨張空間を十分に圧縮するために、高温側シリンダ２２の上下方向の長さが長く設定されることができる。
【００４６】
熱源の種類を問わず、その熱源から効率的に受熱し、かつ効率的に熱交換するためには、加熱器は、熱エネルギーを受熱するための伝熱面積がなるべく大きく、かつ冷却器が受熱しない場所に配置可能であるという意味において、上記実施形態の構成が望ましい。
【００４７】
特に、排熱を利用する場合には熱エネルギーは管を介して排ガスとして供給される場合が殆どであることとも相俟って、例えば管の内部のように受熱可能な領域が限定されている場合に、伝熱面積が極力大きく、かつ冷却器が受熱しない場所に配置される構成としては、上述したスターリングエンジン１０の構成が優れている。以下に、スターリングエンジン１０の構成の技術的意義について更に述べる。
【００４８】
無効容積部分（冷却器、再生器、加熱器）が小さい方が良いことは前述の通りであるが、無効容積部分に湾曲した形状を有している場合、湾曲部の数が多いと流路抵抗が大きくなり、また湾曲部の曲率が小さいと流路抵抗は大きくなる。即ち、作動流体の圧力損失を考慮すると、湾曲部の数は単一であり曲率は大きい方が良い。この点に関し、加熱器４７は概ねＵ字形であり、湾曲形状となっているが、湾曲部の数は１つである。また、冷却器４５は、スターリングエンジン１０の小型化（上下寸法の短縮）のために、湾曲部を有した構成とされており、上記のような特徴を有する構成とされている。
【００４９】
また、図８に示すように、上記実施形態の無効容積部分の曲率に関しては、直列並行に配置された２つのシリンダ２２、３２の上部同士を連結し、かつ排気管１００の内部において作動流体の流動抵抗の増大を抑制すべく概ね同一面上に設定された高温側シリンダ２２の頂部２２ｂ及び再生器４６の上面４６ａと、排気管１００の上部内面との間の上下方向の高さと、加熱器４７の端部４７ｔａ、４７ｔｂと中央部４７ｃの最上部との間の高さが概ね同じ高さｈになる構成に合わせて、その曲率（カーブ形状）が設定されている。排気管１００の内部のような限定された空間内で排気ガスのような流体の熱源との接触面積を大きく確保するためには、上記のようなカーブ形状が望ましい。
【００５０】
以上の観点からすると、無効容積部分のうち加熱器は、その全体が排気管の内部のような熱源からの熱を受ける限定された空間（受熱空間）内に収容されるとともに、その受熱空間内で、熱源からの伝熱面積を最大限に確保可能でかつ流路抵抗が最小となるように、例えばＵ字形やＪ字形のようなカーブ形状に構成されるのがよい。
【００５１】
再生器４６は、作動流体の流路抵抗を最小限にしつつ配置するために、低温側シリンダ３２の延在方向（軸線方向）に沿って（同一軸線上に）直線状に構成される。このように、加熱器４７の第２端部４７ｔｂに連結される再生器４６は、低温側シリンダ３２の延在方向に沿って設けられる。加熱器４７の第１端部４７ｔａは、高温側シリンダ２２の上部に隙間無く接続される。これらのことから、少なくとも加熱器４７の第１端部４７ｔａ及び第２端部４７ｔｂ側には、それぞれ高温側シリンダ２２、低温側シリンダ３２の延在方向に沿う部分を有し、加熱器４７の中央部４７ｃは、上述したようなカーブ形状を有する場合が多いことになる。
【００５２】
上述した技術的理由から、加熱器４７は、直列並行に配置された２つのシリンダ２２，３２間で、途中で方向変換（ターン）する形状に構成されている。加熱器４７は、直列並行に配置された２つのシリンダ２２，３２間を連結する曲線部分とを有している。
【００５３】
次に、ピストン・シリンダのシール構造及びピストン・クランク部の機構について説明する。
【００５４】
上記のように、スターリングエンジン１０の熱源が車両の内燃機関の排気ガスであることから、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１０を作動させる必要がある。そこで、本実施形態では、スターリングエンジン１０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。本実施形態では、スターリングエンジン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、ピストンリングを使用せずに、その代わりに、シリンダ２２、３２とピストン２１、３１との間には、それぞれ空気軸受（エアベアリング）４８が設けられる。
【００５５】
空気軸受４８は、摺動抵抗が極めて小さいため、スターリングエンジン１０の内部フリクションを大幅に低減させることができる。空気軸受４８を用いても、シリンダ２２、３２とピストン２１、３１との間の気密は確保されるため、高圧の作動流体が膨張・収縮の際に漏れるという問題は生じない。
【００５６】
空気軸受４８は、シリンダ２２、３２とピストン２１、３１の間の微小なクリアランスで発生する空気の圧力（分布）を利用して，ピストン２１、３１が空中に浮いた形となる軸受である。本実施形態の空気軸受４８では、シリンダ２２、３２とピストン２１、３１との間の直径クリアランスは数十μmである。空中に物体を浮上させる空気軸受を実現するには、機構的に空気圧が強くなる部分（圧力勾配）ができるようにする他に、後述するように高圧の空気を吹きつけるものでもよい。
【００５７】
本実施形態では、高圧の空気を吹き付けるタイプの空気軸受ではなく、医療用ガラス製注射器のシリンダとピストンの間で用いられている空気軸受と同じ構成の空気軸受が用いられる。
【００５８】
また、空気軸受４８を使用することで、ピストンリングで用いる潤滑油が不要となるので、潤滑油によりスターリングエンジン１０の熱交換器（再生器４６，加熱器４７）が劣化するという問題が発生しない。なお、本実施形態では、ピストンリングにおける摺動抵抗と潤滑油の問題が解消されれば足りるので、流体軸受のうち油を使用する油軸受を除いた、気体軸受であれば空気軸受４８に限られることなく適用することができる。
【００５９】
本実施形態のピストン２１、３１とシリンダ２２、３２との間には、静圧空気軸受を用いることも可能である。静圧空気軸受とは、加圧流体を噴出させ、発生した静圧によって物体（本実施形態ではピストン２１、３１）を浮上させるものである。また、静圧空気軸受に代えて、動圧空気軸受を用いることも可能である。
【００６０】
空気軸受４８を用いて、ピストン２１、３１をシリンダ２２、３２内で往復運動させる際には、直線運動精度を空気軸受４８の直径クリアランス未満にしなくてはならない。また、空気軸受４８の負荷能力が小さいため、ピストン２１、３１のサイドフォースを実質的にゼロにしなくてはならない。即ち、空気軸受４８は、シリンダ２２、３２の直径方向（横方向，スラスト方向）の力に耐える能力（耐圧能力）が低いため、シリンダ２２、３２の軸線に対するピストン２１、３１の直線運動精度が高い必要がある。特に、本実施形態で採用する、微小クリアランスの空気圧を用いて浮上させて支持するタイプの空気軸受４８は、高圧の空気を吹き付けるタイプに比べても、スラスト方向の力に対する耐圧能力が低いため、その分だけ高いピストンの直線運動精度が要求される。
【００６１】
上記の理由から、本実施形態では、ピストン・クランク部にグラスホッパの機構（近似直線リンク）５０を採用する。グラスホッパの機構５０は、他の直線近似機構（例えばワットの機構）に比べて、同じ直線運動精度を得るために必要な機構のサイズが小さくて済むため、装置全体がコンパクトになるという効果が得られる。特に、本実施形態のスターリングエンジン１０は、自動車の排気管の内部にその加熱器４７が収容されるというように限られたスペースに設置されるため、装置全体がコンパクトである方が設置の自由度が増す。また、グラスホッパの機構５０は、同じ直線運動精度を得るために必要な機構の重量が他の機構よりも軽量で済むため、燃費の点で有利である。さらに、グラスホッパの機構５０は、機構の構成が比較的簡単であるため、構成（製造・組み立て）し易い。
【００６２】
図１１は、スターリングエンジン１０のピストン・クランク機構の概略構成を示している。本実施形態において、ピストン・クランク機構は、高温側パワーピストン２０側と低温側パワーピストン３０側とで共通の構成を採用しているため、以下では、低温側パワーピストン３０側についてのみ説明し、高温側パワーピストン２０側についての説明は省略する。
【００６３】
図１１及び図８に示すように、圧縮ピストン３１の往復運動は、コネクティングロッド１０９（６５ａ、６５ｂ）によって駆動軸４０に伝達され、ここで、回転運動に変換される。コネクティングロッド１０９は、図１１に示す近似直線機構５０によって支持されており、低温側シリンダ３２を直線状に往復運動させる。このように、コネクティングロッド１０９を近似直線機構５０によって支持することにより、圧縮ピストン３１のサイドフォースＦがほとんどゼロになるので、負荷能力の小さい空気軸受４８によって十分に圧縮ピストン３１を支持することができる。
【００６４】
次に、スターリングエンジン１０の作動空間の作動流体の加圧方法、及びクランクケース４１の加圧方法について説明する。
【００６５】
スターリングエンジン１０の作動空間の作動流体の平均作動ガス圧Ｐｍｅａｎが高く保持されることで、高出力が得られる点については上述の通りである。また、本実施形態のスターリングエンジン１０では、クランクケース４１の圧力が、スターリングエンジン１０の筒内の平均作動ガス圧Ｐｍｅａｎまで加圧される構成を前提としている。スターリングエンジン１０の筒内の平均作動ガス圧Ｐｍｅａｎまで、クランクケース４１の圧力を加圧するのは、スターリングエンジン１０の構成部品（例えばピストン）の強度として、高い強度を要求しない設計にするためである。
【００６６】
即ち、クランクケース４１の圧力がスターリングエンジン１０の筒内の平均作動ガス圧Ｐｍｅａｎであれば、スターリングエンジン１０の筒内圧とクランクケース４１の内圧との差圧は、最大時でも、筒内圧の最大値（又は最小値）と平均作動ガス圧Ｐｍｅａｎとの差圧に抑えることができる。このようにスターリングエンジン１０の筒内圧とクランクケース４１の圧力との差圧を小さく抑えることで、スターリングエンジン１０の構成部品の強度を低く抑えることができる。構成部品の強度を低く抑えることで、構成部品の軽量化を図ることができる。
【００６７】
本実施形態のスターリングエンジン１０では、通常の運転が開始される前に、スターリングエンジン１０の筒内の平均作動ガス圧Ｐｍｅａｎまで、クランクケース４１が加圧される。
【００６８】
次に、図１から図６を参照して、スターリングエンジン１０の出力制御方法について説明する。
【００６９】
スターリングエンジン１０の出力制御に際しては、まず、スターリングエンジン１０の作動空間の作動流体の１サイクルの平均圧力（上記平均作動ガス圧Ｐｍｅａｎ）と、クランクケース４１の圧力が同じになるように、スターリングエンジン１０の作動空間及びクランクケース４１を加圧する。そこで、以下では、まず、図１２から図１６を参照して、スターリングエンジン１０の作動空間及びクランクケース４１の加圧方法について説明する。
【００７０】
ここでは、まず上記平均作動ガス圧Ｐｍｅａｎについて図１０を参照して説明する。
【００７１】
図１０は、高温側ピストン２１の頂面位置と低温側ピストン３１の頂面位置の変化を示している。上述したように、低温側ピストン３１は、高温側ピストン２１に対して、クランク角で９０°遅れて動くように位相差がつけられている。図１０において、高温側ピストン２１の波形と、低温側ピストン３１の波形の合成波Ｗが筒内圧（図４の筒内圧Ｐ）を示している。図１０において、符号Ｐｍｅａｎは、筒内圧の平均値である上記平均作動ガス圧を示している。
【００７２】
図１３は、本実施形態によりスターリングエンジン１０のクランクケース４１が加圧される前の初期状態を示している。図１３のグラフは、上記合成波Ｗを示しており、縦軸は筒内圧の圧力を示し、横軸はクランク角を示している。図１３に示すように、クランクケース４１が加圧される前は、クランクケース４１の圧力Ｐｃ（＝上記平均作動ガス圧Ｐｍｅａｎ）は、大気圧Ｐｏと等しくなっている。
【００７３】
ここでは、以下に述べるように、スターリングエンジン１０の作動流体の圧力（筒内圧Ｐ）の変化を利用して、クランクケース４１の圧力Ｐｃを加圧する。通常一般に、筒内圧Ｐは、図１０の符号Ｗに示すように、平均作動ガス圧Ｐｍｅａｎよりも低い領域（膨張行程の後半から圧縮行程の前半まで）と、平均作動ガス圧Ｐｍｅａｎよりも高い領域（圧縮行程の後半から膨張行程の前半まで）を繰り返す。本実施形態では、この筒内圧Ｐの変動を利用して、平均作動ガス圧Ｐｍｅａｎとともに、クランクケース４１の圧力Ｐｃを加圧する。
【００７４】
上記において、筒内圧Ｐが平均作動ガス圧Ｐｍｅａｎよりも低い領域とは、作動流体の圧力（作動ガス圧）の１サイクルを考えたときに、作動ガス圧が、その１サイクルの作動ガス圧の平均値Ｐｍｅａｎよりも低い状態を意味しており、また、筒内圧Ｐが平均作動ガス圧Ｐｍｅａｎよりも高い領域とは、作動ガス圧が、その１サイクルの作動ガス圧の平均値Ｐｍｅａｎよりも高い状態を意味している（以下同様）。
【００７５】
図１２は、スターリングエンジン１０の作動空間及びクランクケース４１の加圧のための概略構成を示す図である。図１２において、図８と同じ構成については、同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００７６】
図１２に示すように、低温側シリンダ３２において、ピストン３１の下死点近傍に対応する位置には、通路１７１が、低温側シリンダ３２の圧縮空間（筒内）に連通するように設けられている。通路１７１には、フィルタ１７２が設けられている。通路１７１は、スターリングエンジン１０の外部から筒内に大気圧Ｐｏの流体（作動流体）が流れるための通路である。通路１７１は、外部から筒内に向かう方向のみに流体を流す（圧力を伝える）構成とされている。
【００７７】
フィルタ１７２は、不純物が、スターリングエンジン１０の外部から通路１７１を介して、筒内に進入することを抑制する機能を有している。上記のように、通路１７１は、高温側シリンダ２２に対して設けられているのではなく、低温側シリンダ３２に接続されている。低温側シリンダ３２の圧縮空間の作動流体は、高温側シリンダ２２の膨張空間の作動流体と比べて、スターリングエンジン１０の外部の常温の外気との温度差が小さいことに基づき、外気が筒内に入り込む際の熱損失を相対的に低減させるために、通路１７１は、低温側シリンダ３２に接続されている。
【００７８】
図１３に示すように、筒内圧Ｐが大気圧Ｐｏよりも低く（負圧に）なるとき（膨張行程の後半から圧縮行程の前半まで）に、大気圧Ｐｏの流体（外気）が通路１７１を介して筒内に入り、スターリングエンジン１０の圧縮行程（特に圧縮行程の後半以降）によって圧縮される。その圧縮行程にて加圧された圧力（流体）は、シリンダ３２、２２とピストン３１、２１との間のクリアランスＣＬを介して、クランクケース４１に伝わる。これにより、クランクケース４１が加圧される。
【００７９】
この動作が繰り返されることにより、図１４に示すように、平均作動ガス圧Ｐｍｅａｎ（＝クランクケース４１の圧力Ｐｃ）が大気圧Ｐｏよりも高くなるとともに、平均作動ガス圧Ｐｍｅａｎ＝クランクケース４１の圧力Ｐｃとなる。このように、平均作動ガス圧Ｐｍｅａｎが高められた状態でスターリングエンジン１０が運転されることにより、スターリングエンジン１０から高出力が得られる。
【００８０】
なお、上記において、図１２の構成に代えて、図１５に示す構成が採用されることができる。図１５の構成例では、通路１７１にチェック弁１７３が追加されている。チェック弁１７３は、通路１７１の先端部１７１ａ側の圧力の方が基端部１７１ｂ側の圧力よりも高いときのみ、開く構成とされている。このことから、通路１７１は、外部から筒内に向かう方向のみに圧力（作動流体）を伝える構成とされている。また、スターリングエンジン１０の筒内とクランクケース４１とをつなぐ通路１８１が設けられている。
【００８１】
図１５の構成例の動作は、上記図１２の構成例と原則として同様である。上記図１２の構成例では、シリンダ３２、２２とピストン３１、２１との間の微小なクリアランスＣＬのシール圧が高いと、圧縮行程にて加圧された圧力（流体）がクリアランスＣＬを介してクランクケース４１に伝わり難い（ないしは、伝わるのに時間がかかる）ことがあるが、図１５の構成例では、通路１８１を介してクランクケース４１に伝わるため、そのようなことがない。
【００８２】
また、上記図１２の構成例に代えて、図１６の構成例が採用されることができる。上記図１２又は図１５の構成例は、大気圧Ｐｏを用いてクランクケース４１の圧力Ｐｃを加圧するものであった。これに対し、図１６の構成例では、例えば加圧ポンプのような加圧源に代表される補機を用いて、クランクケース４１の圧力Ｐｃを加圧するものである。
【００８３】
図１６では、通路１７１に対して分岐するように分岐通路１７５が接続され、分岐通路１７５には、加圧ポンプ１９１と、加圧ポンプ１９１よりも下流側に設けられたタンク１９２が設けられている。タンク１９２は、加圧ポンプ１９１などにより昇圧された流体を貯めておくためのものである。図１６の構成例では、筒内圧Ｐがタンク１９２の圧力よりも低圧であるときに、通路１７１を介して、外部圧（タンク１９２の圧力、更に、筒内圧Ｐが大気圧Ｐｏよりも低ければ大気圧Ｐｏについても）が筒内に導入される。その筒内に導入された圧力は、スターリングエンジン１０の圧縮行程によって更に加圧される。その圧縮行程にて加圧された圧力（流体）は、シリンダ３２、２２とピストン３１、２１との間のクリアランスＣＬを介して、クランクケース４１に伝わる。これにより、平均作動ガス圧Ｐｍｅａｎ＝クランクケース４１の圧力Ｐｃとなる。
【００８４】
図１６の構成例によれば、クランクケース４１の加圧に際して、加圧ポンプ１９１により発生させた圧力のみがクランクケース４１に作用するのではなく、加圧ポンプ１９１により発生させた圧力が、スターリングエンジン１０の圧縮行程にて更に加圧されてなる圧力がクランクケース４１に作用する。これにより、加圧ポンプ１９１の動力の省力化又は設備規模の小型化が実現される。
【００８５】
図１は、スターリングエンジン１０の出力制御のための概略構成図である（図１では、図８及び図１２の高温側シリンダ２２と低温側シリンダ３２の位置関係が左右反対に描かれている）。なお、図１では、スターリングエンジン１０の出力制御のための構成のみが描かれ、図１２に示した、スターリングエンジン１０の作動空間及びクランクケース４１の加圧のための構成は図示が省略されている。
【００８６】
図１に示すように、低温側シリンダ３２において、ピストン３１の下死点側に対応する位置には、通路７１の一端部が、低温側シリンダ３２の圧縮空間（筒内、作動空間）に連通するように設けられている。通路７１の他端部は、クランクケース４１の内部に連通するように設けられている。通路７１には、弁７２が設けられている。通路７１は、クランクケース４１の内部から筒内にクランクケース４１の内部の流体（作動流体）が流れるための通路である。通路７１は、クランクケース４１の内部から筒内に向かう方向のみに流体を流す（圧力を伝える）構成とされている（例えば、その構成として、通路７１にチェック弁が設けられることができる）。
【００８７】
上記のように、通路７１は、高温側シリンダ２２に対して設けられているのではなく、低温側シリンダ３２に接続されている。低温側シリンダ３２の圧縮空間の作動流体は、高温側シリンダ２２の膨張空間の作動流体と比べて、クランクケース４１の内部の常温の流体との温度差が小さいことに基づき、クランクケース４１の内部の流体が筒内に入り込む際の熱損失を相対的に低減させるために、通路７１は、低温側シリンダ３２に接続されている。
【００８８】
図２は、通路７１の上記一端部と、低温側シリンダ３２との接続構造を示している。図２の左側の図に示すように、低温側シリンダ３２において通路７１が取り付けられた位置よりもピストン３１の頂面が上方に位置する場合には、ピストン３１の側周部によって通路７１の上記一端部が塞がれて、通路７１と作動空間（圧縮空間）とは連通しない。これにより、クランクケース４１の内部の圧力（流体）が通路７１を介して作動空間に伝わる（流れる）ことは無い。一方、図２の右側の図に示すように、低温側シリンダ３２において通路７１が取り付けられた位置よりもピストン３１の頂面が下方に位置する場合には、通路７１と作動空間とが連通し、これにより、クランクケース４１の内部の圧力が通路７１を介して作動空間に伝わる。通路７１の上記一端部の低温側シリンダ３２に対する取り付け位置は、筒内圧Ｐがクランクケース４１の圧力Ｐｃよりも低い状態となるピストン３１の位置にて通路７１が連通し、筒内圧Ｐがクランクケース４１の圧力Ｐｃよりも高い状態となるピストン３１の位置にて通路７１がピストン３１にて塞がれるような位置とすることが望ましい。
【００８９】
図１に示すように、高温側シリンダ２２において、ピストン２１の上死点側に対応する位置には、通路７５の一端部が、高温側シリンダ２２の膨張空間（筒内、作動空間）に連通するように設けられている。通路７５の他端部は、クランクケース４１の内部に連通するように設けられている。通路７５には、弁７６及びチェック弁７７が設けられている。通路７５は、筒内からクランクケース４１の内部に筒内の流体（作動流体）が流れるための通路である。通路７５は、チェック弁７７の動作により、筒内からクランクケース４１の内部に向かう方向のみに流体を流す（圧力を伝える）構成とされている。通路７５の上記一端部と、高温側シリンダ２２との接続構造については、図２と同様の構成を採用可能である。
【００９０】
次に、スターリングエンジン１０の出力制御の動作について説明する。
以下に述べる出力制御の動作が行われる前には、上記図１２から図１６を参照して説明したように、スターリングエンジン１０の作動空間及びクランクケース４１の加圧が行われて、クランクケース４１の圧力Ｐｃが平均作動ガス圧Ｐｍｅａｎと同じ圧力である状態とされている。
【００９１】
図３は、スターリングエンジン１０の出力制御に関連する、弁７２及び弁７６の開閉動作を示している。以下、通常時の動作、出力ダウン時の動作、及び出力アップ時の動作について、（１）〜（３）の項目に分けて説明する。なお、作動空間（筒内）の作動流体の容積と、クランクケース４１の容積を比較すると、作動流体の容積≪クランクケース４１の容積の関係になる。
【００９２】
（１）通常時の動作
図３に示すように、通常時（出力アップ又は出力ダウンの制御をしない時）には、弁７２及び弁７６の両方が閉じた状態とされる。この場合には、作動空間とクランクケース４１との間で圧力（流体）の伝達は生じないため、図４に示すように、クランクケース４１の圧力Ｐｃ＝平均作動ガス圧Ｐｍｅａｎを中心として、筒内圧Ｐが変動する。即ち、図４は、スターリングサイクルにおける通常時の筒内圧Ｐの変化を示している。
【００９３】
（２）出力ダウン制御時の動作
図３に示すように、出力ダウン制御時には、弁７２は閉じた状態とし、弁７６は開いた状態とされる。これにより、図４のサイクルにおいて、筒内圧Ｐが平均作動ガス圧Ｐｍｅａｎ（＝クランクケース４１の圧力Ｐｃ）よりも大きいときには、通路７５を介して、作動空間の圧力がクランクケース４１に伝達される。その結果、作動空間の圧力が下がり、図５に示すように、上記通常時（上記通常時は、図４に示すように、平均作動ガス圧Ｐｍｅａｎ＝クランクケース４１の圧力Ｐｃ）よりも平均作動ガス圧Ｐｍｅａｎが下がるため、スターリングエンジン１０の出力が低下する。なお、図５において、クランクケース４１の圧力Ｐｃは、図４のクランクケース４１の圧力Ｐｃの値と同じである。
【００９４】
（３）出力アップ制御時の動作
図３に示すように、出力アップ制御時には、弁７２は開いた状態とし、弁７６は閉じた状態とされる。これにより、図４のサイクルにおいて、筒内圧Ｐが平均作動ガス圧Ｐｍｅａｎ（＝クランクケース４１の圧力Ｐｃ）未満であるとき（図２の右側に示すように、ピストン３１が下がっているとき）には、通路７１を介して、クランクケース４１の圧力が作動空間に伝達される。その結果、作動空間の圧力が上がり、図６に示すように、上記通常時（上記通常時は、図４に示すように、平均作動ガス圧Ｐｍｅａｎ＝クランクケース４１の圧力Ｐｃ）よりも平均作動ガス圧Ｐｍｅａｎが上がるため、スターリングエンジン１０の出力が上昇する。出力アップ制御時には、図６に示すように、筒内圧Ｐの下限値がクランクケース４１の圧力Ｐｃと同じ値となる。なお、図６において、クランクケース４１の圧力Ｐｃは、図４及び図５のクランクケース４１の圧力Ｐｃの値と同じである。
【００９５】
上記において、スターリングエンジン１０の出力制御は、例えば、主エンジン２００の出力との関係に基づいて、行われることができる。
【００９６】
（第２実施形態）
次に、図７を参照して、第２実施形態について説明する。
第２実施形態において、上記第１実施形態と共通する部分についての説明は省略し、第２実施形態の特徴部分のみを説明する。
【００９７】
図７は、第２実施形態に係るスターリングエンジン１０の出力制御に関する概略構成図である。
【００９８】
図７に示すように、低温側シリンダ３２には、通路８０の一端部が、低温側シリンダ３２の圧縮空間（筒内、作動空間）に連通するように設けられている。通路８０の他端部は、クランクケース４１の内部に連通するように設けられている。通路８０の中間部は、通路８１と通路８５の２つに分岐している。
【００９９】
通路８１には、弁８２及びチェック弁８３が設けられている。通路８１は、クランクケース４１の内部から筒内にクランクケース４１の内部の流体（作動流体）が流れるための通路である。通路８１は、チェック弁８３の動作により、クランクケース４１の内部から筒内に向かう方向のみに流体を流す（圧力を伝える）構成とされている。
【０１００】
上記のように、通路８１（通路８０）は、高温側シリンダ２２に対して設けられているのではなく、低温側シリンダ３２に接続されている。低温側シリンダ３２の圧縮空間の作動流体は、高温側シリンダ２２の膨張空間の作動流体と比べて、クランクケース４１の内部の常温の流体との温度差が小さいことに基づき、クランクケース４１の内部の流体が筒内に入り込む際の熱損失を相対的に低減させるために、通路８１（通路８０）は、低温側シリンダ３２に接続されている。
【０１０１】
通路８５には、弁８６及びチェック弁８７が設けられている。通路８５は、筒内からクランクケース４１の内部に筒内の流体（作動流体）が流れるための通路である。通路８５は、チェック弁８７の動作により、筒内からクランクケース４１の内部に向かう方向のみに流体を流す（圧力を伝える）構成とされている。
【０１０２】
次に、第２実施形態におけるスターリングエンジン１０の出力制御に関連する動作について説明する。
【０１０３】
（１）通常時の動作
通常時（出力アップ又は出力ダウンの制御をしない時）には、弁８２及び弁８６の両方が閉じた状態とされる。この場合には、作動空間とクランクケース４１との間で圧力（流体）の伝達は生じないため、図４に示すように、クランクケース４１の圧力Ｐｃ＝平均作動ガス圧Ｐｍｅａｎを中心として、筒内圧Ｐが変動する。
【０１０４】
（２）出力ダウン制御時の動作
出力ダウン制御時には、弁８２は閉じた状態とし、弁８６は開いた状態とされる。これにより、図４のサイクルにおいて、筒内圧Ｐが平均作動ガス圧Ｐｍｅａｎ（＝クランクケース４１の圧力Ｐｃ）よりも大きいときには、通路８５を介して、作動空間の圧力がクランクケース４１に伝達される。その結果、作動空間の圧力が下がり、図５に示すように、上記通常時（上記通常時は、図４に示すように、平均作動ガス圧Ｐｍｅａｎ＝クランクケース４１の圧力Ｐｃ）よりも平均作動ガス圧Ｐｍｅａｎが下がるため、スターリングエンジン１０の出力が低下する。
【０１０５】
（３）出力アップ制御時の動作
出力アップ制御時には、弁８２は開いた状態とし、弁８６は閉じた状態とされる。これにより、図４のサイクルにおいて、筒内圧Ｐが平均作動ガス圧Ｐｍｅａｎ（＝クランクケース４１の圧力Ｐｃ）未満であるときには、通路８１を介して、クランクケース４１の圧力が作動空間に伝達される。その結果、作動空間の圧力が上がり、図６に示すように、上記通常時（上記通常時は、図４に示すように、平均作動ガス圧Ｐｍｅａｎ＝クランクケース４１の圧力Ｐｃ）よりも平均作動ガス圧Ｐｍｅａｎが上がるため、スターリングエンジン１０の出力が上昇する。出力アップ制御時には、図６に示すように、筒内圧Ｐの下限値がクランクケース４１の圧力Ｐｃと同じ値となる。
【０１０６】
なお、上記第１及び第２実施形態では、クランクケース４１の圧力Ｐｃは、平均作動ガス圧Ｐｍｅａｎと同じ圧力まで加圧された後に、スターリングエンジン１０の出力制御が行われるとして説明した。ここで、スターリングエンジン１０の出力制御に際して、クランクケース４１の圧力Ｐｃの圧力は、必ずしも平均作動ガス圧Ｐｍｅａｎと同じ値に設定されている必要はない。クランクケース４１の圧力Ｐｃの圧力は、筒内圧Ｐの１サイクルにおいて筒内圧Ｐの上限値と下限値との間の値であることができる。
【０１０７】
即ち、上記１実施形態を例にとり説明すると、クランクケース４１の圧力Ｐｃが所定の圧力に加圧されている状態で、弁７２を閉じて弁７６を開けた状態にすれば、筒内圧Ｐの１サイクルにおいて、筒内圧Ｐが上記所定圧のクランクケース４１の圧力Ｐｃよりも高いときに、通路７５を介して作動空間の圧力がクランクケース４１に伝達される。その結果、作動空間の圧力が下がり、弁７６を開く前の状態よりも平均作動ガス圧Ｐｍｅａｎが下がるため、スターリングエンジン１０の出力が低下する。反対に、弁７６を閉じて弁７２を開けた状態にすれば、筒内圧Ｐの１サイクルにおいて、筒内圧Ｐがクランクケース４１の圧力Ｐｃよりも低いときに、通路７１を介してクランクケース４１の圧力が作動空間に伝達される。その結果、作動空間の圧力が上がり、弁７２を開く前の状態よりも平均作動ガス圧Ｐｍｅａｎが上がるため、スターリングエンジン１０の出力が上昇する。
【０１０８】
以上に述べたように、上記各実施形態によれば、以下の項目が開示される。
【０１０９】
（１）スターリングエンジン１０において、クランクケース４１の内圧Ｐｃとスターリングエンジン１０の筒内圧Ｐとの差圧を利用して、スターリングエンジン１０の出力を制御すること。
（２）スターリングエンジン１０の平均作動ガス圧Ｐｍｅａｎを制御してスターリングエンジン１０の出力を制御すること。平均作動ガス圧Ｐｍｅａｎの制御は、スターリングエンジン１０の運転の実行中に（スターリングエンジン１０の運転を止めることなく）行えること。
【０１１０】
（３）スターリングエンジン１０の出力アップ制御及び出力ダウン制御のいずれをも行えること。
（４）所定の圧力でクランクケース４１の圧力Ｐｃが加圧されたスターリングエンジン１０において、筒内圧Ｐがクランクケース４１の圧力Ｐｃよりも低いときに、クランクケース４１の圧力Ｐｃを筒内へ導き、筒内の平均作動ガス圧Ｐｍｅａｎを上昇させて、スターリングエンジン１０の出力を増加させること。
（５）所定の圧力でクランクケース４１の圧力Ｐｃが加圧されたスターリングエンジン１０において、筒内圧Ｐがクランクケース４１の圧力Ｐｃよりも高いときに、筒内圧Ｐをクランクケース４１へ導き、筒内の平均作動ガス圧Ｐｍｅａｎを低下させて、スターリングエンジン１０の出力を低下させること。
【０１１１】
（６）スターリングエンジン１０の筒内（作動空間）とクランクケース４１の内部との間のガス移動（圧力移動）は、[１]クランクケース４１→筒内、[２]筒内→クランクケース４１の一方通行の流路で行い、各流路に弁を設け、弁の開閉によって出力の制御を行うこと。
（７）上記（６）において、上記流路の開閉は、ピストン（ピストン位置）によって行うこと。
（８）上記（４）又は（６）において、クランクケース４１→筒内へのガスの移動が行われる流路は、熱損失低減のため、低温側シリンダ側に接続すること（クランクケース４１内の温度が低いため）。
【０１１２】
以上に述べた実施形態では、スターリングエンジン１０は、車両の内燃機関の排ガスを熱源とすべく排気管１００に取り付けた構成について説明した。但し、本発明のスターリングエンジンは、車両の内燃機関の排気管に取り付けられる形式のものに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】本発明のスターリングエンジンの第１実施形態の概略構成の一部を示す正（断）面図である。
【図２】図１の一部を拡大して示す図である。
【図３】本発明のスターリングエンジンの第１実施形態において、出力制御と弁の開閉状態を説明するための図である。
【図４】本発明のスターリングエンジンの第１実施形態において、通常時におけるクランクケースの圧力と筒内圧の関係を示すグラフである。
【図５】本発明のスターリングエンジンの第１実施形態において、出力ダウン制御時におけるクランクケースの圧力と筒内圧の関係を示すグラフである。
【図６】本発明のスターリングエンジンの第１実施形態において、出力アップ制御時におけるクランクケースの圧力と筒内圧の関係を示すグラフである。
【図７】本発明のスターリングエンジンの第２実施形態の概略構成の一部を示す正（断）面図である。
【図８】本発明のスターリングエンジンの第１実施形態の基本構成を示す正（断）面図である。
【図９】本発明のスターリングエンジンの第１実施形態と内燃機関の取り付け状態を示す上面図である。
【図１０】本発明のスターリングエンジンの第１実施形態の筒内圧を説明するグラフである。
【図１１】本発明のスターリングエンジンの第１実施形態において、適用される直線近似機構を説明するための説明図である。
【図１２】本発明のスターリングエンジンの第１実施形態の概略構成の他の一部を示す正（断）面図である。
【図１３】本発明のスターリングエンジンの第１実施形態において、クランクケースが加圧される前の筒内圧を示すグラフである。
【図１４】本発明のスターリングエンジンの第１実施形態において、クランクケースが加圧された後の筒内圧を示すグラフである。
【図１５】本発明のスターリングエンジンの第１実施形態の他の一部の他の構成例の概略構成を示す正（断）面図である。
【図１６】本発明のスターリングエンジンの第１実施形態の他の一部の更に他の構成例の概略構成を示す正（断）面図である。
【符号の説明】
【０１１４】
１０  スターリングエンジン
２０  高温側パワーピストン
２１  膨張ピストン
２２  高温側シリンダ
２２ａ  高温側シリンダの上面
３０  低温側パワーピストン
３１  圧縮ピストン
３２  低温側シリンダ
４０  駆動軸
４１  クランクケース
４５  冷却器
４６  再生器
４７  加熱器
４７ｔａ  第１端部
４７ｔｂ  第２端部
５０  近似直線機構
６１  クランクシャフト
６４ａ、６４ｂ  延長部
６５ａ、６５ｂ  コネクティングロッド
７１  通路
７２  弁
７５  通路
７６  弁
７７  チェック弁
８０  通路
８１  通路
８２  弁
８３  チェック弁
８５  通路
８６  弁
８７  チェック弁
９０  カウンタウェイト（バランスウェイト）
１００  排気管
１０９  コネクティングロッド
１７１  通路
１７２  フィルタ
１７３  チェック弁
１７５  分岐通路
１９１  加圧ポンプ
１９２  タンク
２００  主エンジン
ＣＬ  クリアランス
Ｐｃ  クランクケースの内圧
Ｐｍｅａｎ  平均作動ガス圧
Ｐｏ  大気圧
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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