[发明专利]车辆用斯特林发动机

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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缩活塞和膨胀活塞这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。

本发明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。

发明内容

本发明的被搭载在车辆中、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；所述斯特林发动机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。