车辆用斯特林发动机制造技术

本发明专利技术为搭载在车辆中的斯特林发动机中有效地吸收制动时车辆的动能并将其积蓄，提高车辆行驶时的燃料经济性、并且增大发动机制动器的制动效果的发明专利技术。本发明专利技术在驱动车辆的斯特林发动机中设置运行状态改变装置，在车辆制动时改变斯特林发动机的运行状态使其作为热泵工作。例如，具备２个活塞的斯特林发动机中设置改变活塞（１）和活塞（２）的相对相位的相位差改变机构（６），制动时改变２个活塞的相位，靠来自车辆的驱动轮的动力进行热泵运行。在斯特林发动机的加热单元（１２）和冷却单元（２２）中设置蓄热器（５Ｈ、５Ｃ），制动时车辆的动能作为温度差能量在蓄热器中被再生，在其后的行驶时被利用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及利用在气体状态下密封进去的工作流体的因加热、冷却引 起的状态变化将热源所具有的热能变换成机械旋转能的热力发动机——即 所谓"斯特林"发动机，尤其涉及搭载在车辆中的斯特林发动机。
技术介绍
斯特林发动机为周期性地加热和冷却密封到工作室内的工作流体使其 状态产生变化，利用该状态变化从高热源获取旋转能的理论热效率高的外 燃机。汽油发动机或柴油发动机之类的内燃机使燃料在作为工作流体的空 气中间歇地燃烧。作为外燃机的斯特林发动机与内燃机不同，连续燃烧产 生的热量热传递给工作流体将工作流体加热，因此具有燃料燃烧的状态控制容易，NOx、 CO等因燃烧产生的废气有害成分的生成量少的优点。并且， 不仅可以使用燃烧产生的热量，还可以使用内燃机的废热等各种热源，是 一种节能、并且在环境保护方面也具有优良特性的发动机。目前正在实施利用斯特林发动机的这一特性，将该发动机搭载到车辆 中，利用斯特林发动机驱动车辆的技术；或者正在实施将驱动车辆的内燃 机的废热作为热源使斯特林发动机工作，将废热作为动力回收的技术开发。 近年来，车辆用发动机不仅严格要求降低废气有害成分的排放量，而且要求节能或使用石油替代燃料等，斯特林发动机为具备满足这样的要求的可 能性的最被期望的发动机之一。但是，斯特林发动机虽为从高热源的热量产生动力，执行将废热放热 到低热源中的发动机循环的发动机，但反过来也可能利用外部动力驱动斯 特林发动机执行热泵循环，从低热源吸取热量冷却低热源。日本特开平 8-219569号公报中公开了下述结构的斯特林循环装置将构成斯特林发动 机的多台装置与内燃机进行组合，使这些装置中的一台进行发动机循环， 从内燃机的废热中产生动力，同时其他的装置利用从内燃机的动力和废热产生的动力执行冷冻机或热泵的循环。斯特林发动机有各种各样的形式， 一般以配置了使工作流体周期性地 在加热空间与冷却空间之间移动的压气活塞的形式居多，但上述公报所公开的斯特林循环装置中使用具有压縮活塞和膨胀活塞这2个活塞的形式的 斯特林发动机。为了使2个活塞的相位可以改变，实施发动机循环和热泵 循环的装置中各活塞用行星齿轮机构连接。使各活塞的相位成为各循环能 够根据作为冷冻机的负载或内燃机的废热温度等条件有效地进行的相位地 调整控制行星齿轮机构。在用斯特林发动机驱动车辆的情况下，由于作用于车辆的负荷随车速 或路面状况等车辆的行驶状态大幅度地变动，因此希望该斯特林发动机能 够响应良好地追随负荷的变动。控制斯特林发动机的输出使其与车辆的负 荷相对应的方法有控制提供给加热单元的燃料量的方法、调节工作流体的 平均压力的方法，但控制燃料量的方法在响应特性方面差，控制平均压力 的方法由于需要储存工作流体的箱，会招致发动机重量增加和大型化。并且，驱动车辆的发动机希望在车辆制动时反过来由车轮来驱动发动 机，通过消耗车辆的动能给车辆施加制动力，即希望使发动机制动器起作 用。尤其是在车辆下坡时，有必要使发动机制动器起作用来补充脚踏式制 动器等的制动力，减轻脚踏式制动器等的负担。由于发动机制动器是利用 发动机消耗车辆的动能的制动器，因此当使发动机将动能转换成别的形态 的能量地工作时，能够使发动机制动器成为再生制动器。本专利技术的课题就是要使搭载在车辆上的斯特林发动机有效地吸收制动 时车辆的动能并将其存储，在再加速时加以利用，同时增大发动机制动器 的制动效果。
技术实现思路
鉴于上述课题，本专利技术为车辆制动时切换斯特林发动机的运行状态使 其作为热泵工作、将车辆的动能变换成所谓"温度差能量"并加以积蓄的发 明。即，本专利技术第一技术方案为一种搭载在车辆中、驱动车辆的斯特林发 动机，其特征在于上述斯特林发动机具备加热工作流体的加热单元和冷 却工作流体的冷却单元；进而，上述斯特林发动机还具备运行状态改变装置，并分别在上述加热单元和上述冷却单元配置有蓄热器；上述运行状态 改变装置在上述车辆制动时，将上述斯特林发动机切换到热泵运行，降低 上述冷却单元一侧的工作流体的温度，从而使上述7令却单元的蓄热器变成 低温；并且将上述加热单元一侧的工作流体的温度上升，从而使上述加热 单元的蓄热器变成高温。驱动车辆的本专利技术的斯特林发动机在车辆制动时，通过运行状态改变 装置切换成热泵运行。即，正常行驶时靠来自加热单元的热量产生动力的 斯特林发动机，在制动时经由车辆的动力传递系统被作为热泵驱动。由于 制动时在短时间内消耗车辆的动能降低车速，因此使斯特林发动机作为热 泵运行时的驱动力非常大，不仅使冷却单元内的工作流体的温度急剧下降， 而且使加热单元内的工作流体的温度急剧上升。在斯特林发动机的加热单 元和冷却单元中分别配置有蓄热器，随着制动时的热泵运行，加热单元的 蓄热器温度上升，冷却单元的蓄热器的温度下降。结果，车辆的动能以作 为温度差能量分别积蓄到各蓄热器中的形态而被再生。车辆制动后的再加速时，利用积蓄在加热单元和冷却单元的蓄热器中 的温度差能量使斯特林发动机作为发动机工作而驱动车辆。此时，由于加 热单元的温度比通常时上升，并且冷却单元的温度下降，斯特林发动机在 高热源与低热源的温度差增大的状态下工作，因此其输出增加，车辆顺利 地被加速。并且，由于能够大幅度地减少提供给加热单元的燃料量，因此 燃料经济性提高。车辆在下坡路面上行驶时，也通过运行状态改变机构将斯特林发动机 切换到热泵运行。由于用来作为热泵驱动斯特林发动机所需要的动力远远 大于仅作为发动机制动器使用时吸收的动力，因此在车辆上产生强大的制 动力。即，能够使斯特林发动机作为减速装置(减速器)工作，减轻在下 坡路面上行驶时脚踏式制动器等的负担。该效果在车辆重量大的卡车等大 型车辆上尤其有效，能够防止制动装置过热引起的衰退现象等。热泵运行 中的再生能量变换成温度差能量被积蓄到蓄热器中，在其后的行驶时使用 的动作与上述制动时的动作一样。根据第二技术方案的记载，使上述斯特林发动机采用具有互相连通的 封入有工作流体的2个汽缸、以及在各汽缸内往复运动的2个活塞；上述运行状态改变装置改变上述2个活塞的相对相位的结构。斯特林发动机有具备压气活塞和不具备压气活塞等各种形式的发动机 结构。如果采用技术方案二这样的具有互相连通的密封有工作流体的2个 汽缸以及分别在各汽缸内往复运动的2个活塞的结构作为本专利技术的斯特林 发动机的形式，则运行状态改变装置的结构变得简单。即，能够通过改变2 个活塞的相对相位调整输出，进而能够将斯特林发动机的运行状态从发动 ^l工作切换到热泵工作。将斯特林发动机切换成热泵运行有使发动机自身逆转的方法。即，如 技术方案三所述，也可以采用将上述运行状态改变装置配置在上述斯特林 发动机的输出轴上，当将上述斯特林发动机切换成热泵运行时，使上述斯 特林发动机逆转的结构。使斯特林发动机逆转改变运行状态的方法可以用 于各种形式的斯特林发动机。此时优选输出轴的转速能够相对于输入轴的 转速连续地改变、并且能够逆转的传动装置(这样的传动装置公开在例如 日本特开2001-124166号公报中)作为运行状态改变装置。附图说明图1为表示本专利技术的斯特林发动机的1个实施例的概略图。图2为表示图1的斯特林发动机的相位差改变机构的图。图3为图1的斯特林发动机的控制系统图。图4为表示图1的斯特林发动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种被搭载在车辆中、驱动车辆的斯特林发动机，其特征在于：　上述斯特林发动机具备加热工作流体的加热单元和冷却工作流体的冷却单元；　进而，上述斯特林发动机还具备运行状态改变装置，并分别在上述加热单元和上述冷却单元配置有蓄热器；上述运行状态改变装置在上述车辆制动时，将上述斯特林发动机切换到热泵运行，降低上述冷却单元一侧的工作流体的温度，从而使上述冷却单元的蓄热器变成低温；并且将上述加热单元一侧的工作流体的温度上升，从而使上述加热单元的蓄热器变成高温。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿部诚，山本康，
申请(专利权)人：五十铃自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]