專利名稱：活塞發動機及斯特林發動機的制作方法
技術領域：
本發明涉及不使用活塞環、潤滑油地活塞在氣缸內往復運動的活塞發動機。
背景技術：
近年來，為了回收裝載于乘用車、公共汽車、卡車等車輛的內燃機的廢熱及工廠廢 熱，理論熱效率優良的斯特林發動機備受關注。在專利文獻1中公開了一種由近似直線機 構支承活塞并且使氣體軸承介于活塞和氣缸之間的斯特林發動機。
專利文獻1 :(日本)特開2005-106009號公報 但是，在專利文獻1所公開的斯特林發動機中，有時會因近似直線機構或裝置的 公差等而發生與曲軸的旋轉軸平行的方向上的活塞中心軸和氣缸中心軸之間的偏離。另 外，在采用使氣體軸承介于活塞和氣缸之間的結構的情況下，與使潤滑油介于活塞和氣缸 之間的結構不同，活塞和氣缸不接觸成為前提。另外，氣體軸承的載荷承載能力小，因此優 選以活塞中心軸和氣缸中心軸盡可能一致的方式使活塞往復運動。 因此，在使氣體軸承介于活塞和氣缸之間的結構中，如專利文獻1所公開的技術 那樣，通過近似直線機構使活塞的軌跡為大致直線。但是，有時因制造上的偏差、公差等而 在活塞在氣缸內往復運動時的理想的直線軌跡和由近似直線機構支承的活塞的軌跡之間 發生偏離。其結果是，擔心會在活塞和氣缸的間隙上產生偏差，從而不能有效地利用介于活 塞和氣缸之間的氣體軸承的載荷承載能力。
發明內容
本發明是鑒于上述情況而開發的，其目的在于，在發生與曲軸的旋轉軸平行的方
向上的活塞中心軸和氣缸中心軸的偏離的情況下，抑制活塞和氣缸的間隙的偏差。 為了實現上述目的，本發明的活塞發動機，具備在氣缸內往復運動的活塞和將所
述活塞的往復運動變換為旋轉運動的曲軸，其特征為，以即使在與所述活塞連結且設置于
所述活塞和所述曲軸之間的連結部件至少相對于所述氣缸的中心軸朝向與所述曲軸的旋
轉軸平行的方向傾斜的狀態下，所述活塞也能夠在所述氣缸內往復運動的方式，將所述連
結部件和所述活塞及所述曲軸側的連結對象連結。 由此，在發生了與曲軸的旋轉軸平行的方向上的活塞中心軸和氣缸中心軸的偏離 的情況下，在連結部件向與曲軸的旋轉軸平行的方向傾斜的狀態下，活塞往復運動。其結果 是，活塞中心軸和氣缸中心軸偏離的原因通過連結部件向與曲軸的旋轉軸平行的方向傾斜 而吸收，因此能夠抑制活塞和氣缸的間隙的偏差。 作為本發明優選的形式，在所述活塞發動機中，優選所述連結部件與所述曲軸側 的連結對象連結的部分被近似直線機構支承。由此，由近似直線機構支承的連結部件的曲 軸側的連結對象的軌跡和氣缸內的活塞的實際軌跡的偏離通過連結部件傾斜的狀態而吸 收。其結果是，能夠抑制活塞和氣缸的間隙的偏差。 作為本發明優選的形式，在所述活塞發動機中，優選在所述連結部件的各端部上設置第一接頭機構和第二接頭機構，經由所述第一接頭機構將所述活塞和連結于所述活 塞的連結部件連結，且經由所述第二接頭機構將所述連結部件和所述曲軸側的連結對象連結。 為了實現上述目的，本發明的活塞發動機的特征為，具備活塞，其在氣缸內往復 運動；曲軸，其將所述活塞的往復運動變換為旋轉運動；連結部件，其第一端部連結于所述 活塞，并且第二端部連結于所述曲軸側的連結對象；第一接頭機構，其將所述活塞和所述 連結部件的所述第一端部連結，并且至少允許繞與所述曲軸的旋轉軸平行的軸的轉動、以 及繞與所述曲軸的旋轉軸和所述氣缸的中心軸正交的軸的轉動；以及第二接頭機構，其將 所述連結部件的所述第二端部和所述曲軸側的連結對象連結，并且至少允許繞與所述曲軸 的旋轉軸平行的軸的轉動、以及繞與所述曲軸的旋轉軸和所述氣缸的中心軸正交的軸的轉 動。 由此，在發生了與曲軸的旋轉軸平行的方向上的活塞中心軸和氣缸中心軸的偏離 的情況下，設置于連結部件的兩端部的第一接頭機構和第二接頭機構使連結部件向與曲軸 的旋轉軸平行的方向傾斜。其結果是，允許氣缸中心軸和曲軸側的連結部件的連結對象的 偏離，因此能夠抑制活塞和氣缸的間隙的偏差。 作為本發明優選的形式，在所述活塞發動機中，優選所述第一接頭機構及所述第 二接頭機構為球面滑動軸承，其包括具備球面作為滑動面的內圈；及與所述滑動面接觸 且以所述內圈能夠旋轉的方式支承所述內圈的外圈。 作為本發明優選的形式，在所述活塞發動機中，優選所述曲軸側的連結對象為連 結于所述曲軸的連桿。 作為本發明優選的形式，在所述活塞發動機中，優選所述連結部件和所述連桿之 間的連結部分被近似直線機構支承。由此，由近似直線機構支承的連結部件的曲軸側的連 結對象即連桿的軌跡和氣缸內的活塞的實際軌跡的偏離通過連結部件傾斜的狀態而吸收。 其結果是，能夠抑制活塞和氣缸的間隙的偏差。 作為本發明優選的形式，在所述活塞發動機中，優選所述活塞被介于所述活塞和 所述氣缸之間的氣體支承在所述氣缸內。 作為本發明優選的形式，在所述活塞發動機中，優選具備旋轉抑制單元，該旋轉抑 制單元抑制所述活塞和所述連結部件之間的繞所述氣缸的中心軸的旋轉、以及所述連桿和 所述連結部件之間的繞所述氣缸的中心軸的旋轉中的至少一種旋轉。 作為本發明優選的形式，在所述活塞發動機中，優選所述旋轉抑制單元為緩和所 述連結部件與連結對象接觸時的沖擊的緩沖件。 為了實現上述目的，本發明的斯特林發動機的特征為，具備熱交換器，其包括加 熱工作流體的加熱器、與所述加熱器連接并且所述工作流體通過的再生器、以及連接于所 述再生器并且冷卻所述工作流體的冷卻器而構成；氣缸，供通過所述熱交換器的工作流體 流入并流出；活塞，其在所述氣缸內往復運動，并且內部形成有蓄壓室；給氣口，其設置于 所述活塞的側部，使所述蓄壓室內的氣體流出到所述活塞和所述氣缸之間；曲軸，其將所述 活塞的往復運動變換為旋轉運動；連桿，其將所述活塞的往復運動傳遞到所述曲軸；連結 部件，其第一端部連結于所述活塞，并且其第二端部連結于所述連桿；近似直線機構，其支 承所述連結部件和所述連桿之間的連結部分；第一接頭機構，其將所述活塞和所述連結部件的所述第一端部連結，并且至少允許繞與所述曲軸的旋轉軸平行的軸的轉動、以及繞與 所述曲軸的旋轉軸和所述氣缸的中心軸正交的軸的轉動；以及第二接頭機構，其將所述連 結部件的所述第二端部和所述曲軸側的連結對象連結，并且至少允許繞與所述曲軸的旋轉 軸平行的軸的轉動、以及繞與所述曲軸的旋轉軸和所述氣缸的中心軸正交的軸的轉動。
由此，在發生了與曲軸的旋轉軸平行的方向上的活塞中心軸和氣缸中心軸的偏離 的情況下，設置于連結部件的兩端部的第一接頭機構和第二接頭機構使連結部件向與曲軸 的旋轉軸平行的方向傾斜。其結果是，允許氣缸中心軸和連桿中心的偏離，因此能夠抑制活 塞和氣缸的間隙的偏差。 作為本發明優選的形式，在所述斯特林發動機中，優選所述第一接頭機構及所述 第二接頭機構為球面滑動軸承，該球面滑動軸承包括具備球面作為滑動面的內圈；及與 所述滑動面接觸且以所述內圈能夠旋轉的方式支承所述內圈的外圈。 作為本發明優選的形式，在所述斯特林發動機中，優選具備旋轉抑制單元，該旋轉 抑制單元抑制所述活塞和所述連結部件之間的繞所述氣缸的中心軸的旋轉、以及所述連桿 和所述連結部件之間的繞所述氣缸的中心軸的旋轉中的至少一種旋轉。 作為本發明優選的形式，在所述斯特林發動機中，優選所述旋轉抑制單元為緩和 所述連結部件與連結對象接觸時的沖擊的緩沖件。 本發明在發生了與曲軸的旋轉軸平行的方向上的活塞中心軸和氣缸中心軸的偏 離的情況下，能夠抑制活塞和氣缸的間隙的偏差。
圖1是表示本實施方式的活塞裝置及廢熱回收裝置即斯特林發動機的剖面圖；
圖2是支承活塞的氣體軸承的說明圖； 圖3-1是表示本實施方式的斯特林發動機具備的高溫側活塞及低溫側活塞具備 的給氣口的配置例的說明圖； 圖3-2是表示本實施方式的斯特林發動機具備的高溫側活塞及低溫側活塞具備 的給氣口的配置例的說明圖； 圖4是表示可適用于本實施方式的斯特林發動機的活塞的另一例的說明圖； 圖5是表示本實施方式的斯特林發動機具備的活塞的支承結構的說明圖； 圖6-1是表示本實施方式的活塞的連結結構的放大圖； 圖6-2是表示本實施方式的活塞的連結結構的放大圖； 圖6-3是表示本實施方式的活塞的連結結構的放大圖； 圖7是表示構成本實施方式的活塞的連結結構的接頭的構成的剖面圖； 圖8是表示用于說明圖7所示的接頭的動作的座標的示意圖； 圖9是構成本實施方式的活塞的連結結構的延長桿的說明圖； 圖10是對通過本實施方式的活塞的連結結構可允許連桿中心軸和氣缸中心軸的 偏離的情況進行說明的概念圖； 圖11是對活塞繞氣缸中心軸的旋轉進行說明的示意圖；
圖12是表示本實施方式變形例的活塞的連結結構的放大圖；
圖13是表示本實施方式變形例的活塞的連結結構的放大7
圖i4是表示本實施方式:
圖is是表示本實施方式:
圖16是表示將本實施方示意圖。符號說明
i斯特林發動機2熱交換器2C冷卻器2H加熱器2R再生器4曲軸箱5箱體10曲軸11加壓單元12延長桿12A高溫側延長桿12B低溫側延長桿12C連桿側端部12P活塞側端部12Tp旋轉抑制銷12T突起部13、 13a 連桿
13A高溫側連桿13B低溫側連桿14工作空間14A高溫側工作空間14B低溫側工作空間15氣缸15A高溫側氣缸15B低溫側氣缸16氣體軸承用泵17氣體供給管18蚱蜢機構18A第一臂18B第二臂18C第三臂20活塞20A高溫側活塞20B低溫側活塞
20t頂部20u底部21連結部22蓄壓室22A高溫側蓄壓室22B低溫側蓄壓室23^232 給氣口24、24，側部25P活塞側安裝銷25C連桿側安裝銷29氣體導入通路30接頭機構30B內圈30L外圈30H軸孔30P活塞側接頭機構30C曲軸側接頭機構32緩沖件40止回閥50內燃機ECU101內燃機102排氣通路103加熱器殼體104內燃機用變速器105斯特林發動機用變速器105s輸入軸106宦A哭 問n琉107輸出軸109變速器輸出軸110差動齒輪
具體實施例方式
下面，參照附圖對本發明詳細地進行說明。另外，本發明不受用于實施本發明的最佳方式(以下簡稱實施方式)限定。另外，以下實施方式的構成要素中包括本領域技術人員容易設想的結構、實質上相同的結構、所謂等同的范圍的結構。另外，以下作為活塞發動機的一個例子，采用了斯特林發動機，但活塞發動機不限定于此。另外，對利用活塞發動機即斯特林發動機來回收裝載于車輛等的內燃機的廢熱的例子進行說明，但廢熱的回收對象不局限于內燃機。例如對于回收工廠、車間、或發電設施的廢熱的情況，也可應用本發明。
本實施方式的活塞發動機具備在氣缸內往復運動的活塞、以及將上述活塞的往復
9運動變換為旋轉運動的曲軸。而且在構成上具有如下特征連結于上述活塞且設置于上述活塞和上述曲軸之間的連結部件，無論是在相對于上述氣缸中心軸朝向與上述曲軸的旋轉軸平行的方向傾斜的狀態下還是在不傾斜的狀態下，上述活塞和上述氣缸之間的間隙都朝向上述活塞及上述氣缸的圓周方向保持恒定的狀態，上述活塞可在上述氣缸內往復運動。即，即使是在上述連結部件至少相對于上述氣缸中心軸朝向與上述曲軸的旋轉軸平行的方向傾斜的狀態下，上述活塞也可在上述活塞中心軸和上述氣缸中心軸一致的狀態下，在上述氣缸內往復運動。另外，在上述連結部件相對于氣缸中心軸朝向與曲軸的旋轉軸平行的方向以外的方向傾斜的狀態下，活塞也可在氣缸內往復運動。 例如，在上述連結部件的各自的端部設置第一接頭機構和第二接頭機構，經由上述第一接頭機構，將上述活塞和連結于上述活塞的連結部件連結，且經由上述第二接頭機構，將上述連結部件和上述曲軸側的連結對象連結。而且，第一接頭機構及第二接頭機構采用例如球面滑動軸承，該球面滑動軸承至少允許繞與上述曲軸的旋轉軸平行的軸的轉動和繞與上述曲軸的旋轉軸和上述氣缸中心軸正交的軸的轉動。 圖1是表示本實施方式的活塞裝置及廢熱回收裝置即斯特林發動機的剖面圖。圖2是支承活塞的氣體軸承的說明圖。圖3-l、圖3-2是表示本實施方式的斯特林發動機具備的高溫側活塞及低溫側活塞具備的給氣口的配置例的說明圖。首先，對適用本實施方式的活塞裝置的廢熱回收裝置即斯特林發動機進行說明。 本實施方式的活塞裝置及廢熱回收裝置即斯特林發動機1為所謂的a型直列雙氣缸斯特林發動機。而且，收納于第一氣缸即高溫側氣缸15A內的第一活塞即高溫側活塞20A、和收納于第二氣缸即低溫側氣缸15B內的第二活塞即低溫側活塞20B并列配置。
在高溫側活塞20A的內部設有高溫側蓄壓室22A，在低溫側活塞20B的內部設有低溫側蓄壓室22B。另外，根據需要，高溫側氣缸15A及低溫側氣缸15B稱為氣缸15，高溫側活塞20A及低溫側活塞20B稱為活塞20，高溫側蓄壓室22A及低溫側蓄壓室22B稱為蓄壓室22。 高溫側氣缸15A及低溫側氣缸15B固定支承于基準體即基板3。在本實施方式的斯特林發動機1中，該基板3為斯特林發動機1的各構成要素的位置基準。通過如此構成，能夠確保上述各構成要素的相對位置精度。另外，如后所述，本實施方式的斯特林發動機1使氣體軸承GB介于高溫側氣缸15A和高溫側活塞20A之間、及低溫側氣缸15B和低溫側活塞20B之間。 通過將高溫側氣缸15A和低溫側氣缸15B直接或間接地安裝于基準體即基板3，能夠精度良好地保持活塞20和氣缸15的間隙，因此能夠充分發揮氣體軸承GB的功能。而且，斯特林發動機1的裝配也變得容易。另外，在將斯特林發動機1用于廢熱回收的情況下，還具有該基板3可用作將斯特林發動機1向內燃機的排氣通路等安裝時的基準的優點。
高溫側氣缸15A和低溫側氣缸15B通過由加熱器2H、再生器2R和冷卻器2C構成的熱交換器2而連接。此處，加熱器2H的一端連接于高溫側氣缸15A，另一端連接于再生器2R。加熱器2H將工作流體加熱。再生器2R—端連接于加熱器2H，另一端連接于冷卻器2C，從加熱器2H或冷卻器2C流入的工作流體通過再生器2R。冷卻器2C的一端連接于再生器2R，另一端連接于低溫側氣缸15B。冷卻器2C將工作流體冷卻。通過熱交換器2的工作流體流入、流出于高溫側氣缸15A及低溫側氣缸15B。
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另外，在高溫側氣缸15A內的高溫側工作空間14A、低溫側氣缸15B內的低溫側工 作空間14B、及熱交換器2內封入有工作流體(為氣體，在本實施方式中為空氣)。然后， 工作流體通過從加熱器2H供熱并由冷卻器2C排出熱而構成斯特林循環，驅動高溫側活塞 20A、低溫側活塞20B。此處，例如加熱器2H、冷卻器2C可以采用將多根導熱系數高且耐熱 性優良的材料的管捆束而成的構成。另外，再生器2R可以由多孔質的蓄熱體構成。另外， 加熱器2H、冷卻器2C及再生器2R的構成不局限于該例，可以根據廢熱回收對象的熱條件、 斯特林發動機1的規格等選擇合適的構成。 高溫側活塞20A及低溫側活塞20B分別經由氣體軸承GB支承于高溫側氣缸15A 及低溫側氣缸15B內。由此，能夠不使用潤滑油而降低活塞20和氣缸15的摩擦，提高斯特 林發動機l的凈熱效率。另外，通過降低活塞和氣缸的摩擦，例如像回收內燃機的廢熱時那 樣，即使在低熱源、低溫度差的運轉條件下，也能夠使斯特林發動機1運轉而回收廢熱。
本實施方式的氣體軸承GB為所謂的靜壓氣體軸承。另外，本實施方式的氣體軸承 GB為將往復運動的活塞20支承在氣缸15內的氣體軸承(以下同樣)。即，在本實施方式 中，氣體軸承為氣體介于滑動的一對結構物彼此之間而具有降低結構物彼此間的摩擦的功 能的氣體軸承(以下同樣)。為了構成氣體軸承GB，活塞20和氣缸15的內面15i之間的 間隙tc(參照圖2)在活塞20的全周上設定為數y m 數十ii m。氣缸15及活塞20可以 采用例如金屬材料而構成。 在本實施方式中，如圖2所示，活塞20內的蓄壓室22的氣體(工作流體)從開口 于活塞20的側部(活塞側部)24的第一給氣口 23工及第二給氣口 232流出。由此在氣缸15 和活塞20之間形成氣體軸承GB。此處，活塞20內的蓄壓室22為至少由與氣缸15相對的 活塞20的側部24和安裝于側部24的隔壁26包圍的空間 。 蓄壓室22連接有氣體供給管17。而且，從氣體軸承用氣體供給單元即氣體軸承用 泵16經由氣體供給管17向蓄壓室22供給用于形成氣體軸承GB的氣體FL。在本實施方 式中，氣體FL為與斯特林發動機1的工作流體相同的氣體，具體地說為空氣。以下，稱氣體 FL為工作流體FL。 在圖1所示的斯特林發動機1中，氣體軸承用泵16設置于斯特林發動機1的曲軸 箱4的外部。而且，通過該氣體軸承用泵16，從氣體供給管17A向高溫側活塞20A的高溫側 蓄壓室22A供給工作流體FL，并從氣體供給管17B向低溫側活塞20B的低溫側蓄壓室22B 供給工作流體FL。供給到蓄壓室22的工作流體FL從第一給氣口 23工及第二給氣口 232向 活塞20的側部24和氣缸15之間流出，形成氣體軸承GB。 高溫側活塞20A及低溫側活塞20B的往復運動分別通過高溫側延長桿12A、高溫側 連桿13A、及低溫側延長桿12B、低溫側連桿13B傳遞到曲軸IO，通過曲軸10變換為旋轉運 動。此處，曲軸10以曲軸旋轉軸Xc為中心而旋轉。高溫側延長桿12A、高溫側連桿13A、低 溫側延長桿12B、低溫側連桿13B設置于活塞20和曲軸10之間，將活塞20的往復運動傳遞 到曲軸10。 高溫側活塞20A和高溫側延長桿12A經由活塞側接頭機構30P連結，低溫側活塞 20B和低溫側延長桿12B經由活塞側接頭機構30P連結。另外，高溫側延長桿12A和高溫側 連桿13A經由曲軸側接頭機構30C連結，低溫側延長桿12B和低溫側連桿13B經由曲軸側 接頭機構30C連結。此處，曲軸側接頭機構30C配置于相比活塞側接頭機構30P靠曲軸10側的位置。 此處，在不將高溫側延長桿12A、低溫側延長桿12B區別對待的情況下，稱為延長 桿12，在不將高溫側連桿13A、低溫側連桿13B區別對待的情況下，稱為連桿13，在不將活塞 側接頭機構30P、曲軸側接頭機構30C區別對待的情況下，稱為接頭機構30。
如圖1所示，曲軸10由設置于曲軸箱4的軸承9可轉動地支承。另夕卜，曲軸箱4 固定于基板3。這時，曲軸箱4以與高溫側氣缸15A及低溫側氣缸15B獨立地、即不與這兩 個氣缸接觸的方式，固定于基板3。由此，由于能夠將高溫側氣缸15A及低溫側氣缸15B受 到的曲軸10的振動、曲軸10的熱膨脹等影響降低到最小限度，因此充分確保了氣體軸承GB 的功能。 如圖1所示，構成斯特林發動機1的高溫側氣缸15A、高溫側活塞20A、曲軸10等 各構成要素收納于箱體5中。箱體5內利用加壓單元ll進行加壓。這是為了對高溫側氣 缸15A及低溫側氣缸15B、及熱交換器2內的工作流體(在本實施方式中為氣體且為空氣) 進行加壓，從而從斯特林發動機1取得更多的輸出。由此，即使在如廢熱回收那樣只能利用 低質熱源的情況下，也能夠從斯特林發動機1取得更多的輸出。此處，斯特林發動機1的輸 出大體上與充填于箱體5內的氣體的壓力成比例而增大。 另外，在本實施方式的斯特林發動機l中，在箱體5上安裝有密封軸承6，輸出軸7 由密封軸承6支承。輸出軸7和曲軸10經由彈性聯軸器8連結，經由其向箱體5的外部傳 遞曲軸10的輸出。另外，在本實施方式中，對于彈性聯軸器8使用歐氏聯軸器(* ^夕'A 力7 7 'J >夕")。接著，對活塞20具備的給氣口的配置進行說明。 如圖3-1 、圖3-2所示，在本實施方式的高溫側活塞20A中，分別設有4個第一給氣 口 23工及第二給氣口 232，共計設有8個。如圖3-l所示，第一給氣口 23工沿高溫側活塞20A 的周方向大致等間隔(約90度)地配置。另外，如圖3-2所示，第二給氣口 232沿高溫側 活塞20A的周方向大致等間隔(約90度)且與第一給氣口 23工錯開約45度地配置。通過 如此配置，能夠降低氣體軸承GB的偏差。另外，給氣口的個數、配置不局限于該例。
圖4是表示可適用于本實施方式的斯特林發動機的活塞的另一例的說明圖。圖4 所示的活塞20'在內部設置蓄壓室22。 S卩，蓄壓室22為由活塞20'的外殼即頂部20t'、側 部24'、底部20u'包圍的空間。在活塞20'的頂部20t'上設有與蓄壓室22連通的氣體導 入通路29。工作空間14內的工作流體FL通過氣體導入通路29而導入活塞20'的蓄壓室 22。 如圖4所示，在氣體導入通路29的蓄壓室22側為防止導入蓄壓室22內的工作流 體FL的倒流而設有止回閥40作為加壓狀態保持單元。止回閥40配置在蓄壓室22的內部， 將工作空間14內的工作流體FL從氣體導入通路29導入蓄壓室22，另外防止蓄壓室22內 的工作流體FL向工作空間14內倒流。 通過活塞20'的動作，圖4所示的氣缸15內的工作空間14中存在的工作流體FL 的壓力(工作空間內壓力)Pc上升，超過止回閥40的開閥壓力時，止回閥40開閥。由此， 工作空間14內的工作流體FL通過氣體導入通路29流入蓄壓室22內。此處，止回閥40的 開閥壓力Po設定為比蓄壓室22內的壓力(蓄壓室內壓力)Pp高的規定壓力。
另外，在通過活塞20'的動作使工作空間內壓力Pc下降而比蓄壓室內壓力Pp低 時止回閥40閉閥。由此防止蓄壓室22內的工作流體FL向工作空間14倒流。這樣，止回閥40具有保持蓄壓室22內的加壓狀態的加壓狀態保持功能，并且具有將工作流體FL導入 蓄壓室22內的工作流體導入功能。導入蓄壓室22內的工作流體FL從開口于活塞20'的 側部24上的第一給氣口 23工及第二給氣口 232流出。由此在氣缸15和活塞20'之間形成 氣體軸承GB。接著，對本實施方式的斯特林發動機1的活塞20的支承結構進行說明。
圖5是表示本實施方式的斯特林發動機1具備的活塞的支承結構的說明圖。本實 施方式的斯特林發動機1經由氣體軸承GB將活塞20支承于氣缸15內。氣體軸承GB承受 活塞20的直徑方向(橫向、側向)的力的能力(承載能力)低，因此優選使活塞20的側向 力(向活塞20的直徑方向的力)Fs實質上為零。因此，需要提高活塞20相對于氣缸15的 中心軸(氣缸中心軸)的直線運動精度。為了實現之，在本實施方式中，活塞20(高溫側活 塞20A及低溫側活塞20B)由近似直線機構支承。在本實施方式中，作為近似直線機構，采 用圖5所示的蚱蜢機構18。 蚱蜢機構18由一端部可轉動地安裝于斯特林發動機1的箱體5的第一臂18A、同 樣地一端部可轉動地安裝于斯特林發動機1的箱體5的第二臂18B、以及一端部可轉動地連 結于延長桿12和連桿13的連結部分且另一端部可轉動地連結于第二臂18B的另一端部的 第三臂18C構成。另外，第一臂18A的另一端部可轉動地連結于第三臂18C的兩端部之間。 這樣，連結部件即延長桿12和連桿13的連結部分由近似直線機構即蚱蜢機構18支承。由 此，與連結部件12的曲軸側的連結對象、即連桿13連結的部分被近似直線機構支承。延長 桿12與活塞20可轉動地連結，因此，活塞20經由延長桿12被近似直線機構即蚱蜢機構18 支承。 如果使用如此構成的蚱蜢機構18，就能夠使活塞20大致直線狀地往復運動。其結 果是，活塞20的側向力Fs幾乎為0，因此即使利用承載能力小的氣體軸承GB，也能夠充分 支承活塞20。另外，支承活塞20的近似直線機構不局限于蚱蜢機構18，也可以使用瓦特連桿等。 另外，蚱蜢機構18與其他的直線近似機構相比，為了得到相同的直線運動精度可 減小所需要的機構的尺寸，因此具有使斯特林發動機1整體小型化的優點。特別是，在將本 實施方式的斯特林發動機1用于裝載于車輛的內燃機的廢熱回收、在內燃機的廢氣通路上 配置熱交換器2那樣的在有限的空間內設置斯特林發動機1的情況下，斯特林發動機1的 整體為小型時，設置的自由度增大。另外，蚱蜢機構18為了得到相同的直線運動精度所需 要的機構質量比其他機構輕，因此有利于提高熱效率。另外，蚱蜢機構18的機構構成比較 簡單，因此制造、裝配容易，還具有能夠降低制造成本的優點。 在本實施方式中，活塞20經由延長桿12及連桿13與曲軸IO連結。在活塞20和 延長桿12之間、及延長桿12和連桿13之間分別設有接頭機構30。此處，延長桿12為連結 于活塞20、且設置于活塞20和曲軸10之間的連結部件。在該例中，連結于活塞20的連結 部件即延長桿12的曲軸10側的連結對象為連桿13。 這樣，活塞20經由延長桿12及配置于延長桿12的各端部的接頭機構(第一接頭 機構和第二接頭機構)30與連桿13連結。通過這種連結結構，活塞20的往復運動傳遞到 曲軸IO，通過曲軸IO變換為旋轉運動。 圖6-1 圖6-3是表示本實施方式的活塞的連結結構的放大圖。圖7是表示構成 本實施方式的活塞的連結結構的接頭的構成的剖面圖。圖8是表示用于說明圖7所示的接
13頭的動作的座標的示意圖。圖9是構成本實施方式的活塞的連結結構的延長桿的說明圖。 圖10是對通過本實施方式的活塞的連結結構可允許連桿中心軸和氣缸中心軸的偏離的情 況進行說明的概念圖。 如圖6-1所示，活塞20在活塞20的底部20u、即活塞20的與延長桿12相對的一 側(與圖1、圖5所示的曲軸10相對的一側)設有連結部21。而且，連結部21和延長桿12 的活塞側端部12P(第一端部)經由第一接頭機構即活塞側接頭機構30P而連結。另外，延 長桿12的連桿側端部(第二端部)12C和連桿13經由第二接頭機構即曲軸側接頭機構30C 而連結。 在本實施方式中，活塞側接頭機構30P及曲軸側接頭機構30C為球面滑動軸承。球 面滑動軸承與滾動軸承不同，沒有滾動體，是外圈和內圈進行球面接觸的滑動軸承，是主要 用于擺動運動、傾斜運動的滑動軸承，并且是滑動面為球面的滑動軸承。如圖7所示，接頭 機構30(活塞側接頭機構30P及曲軸側接頭機構30C)由具備球面作為滑動面的內圈30B 和與上述滑動面接觸且以內圈30B能夠旋轉的方式支承內圈30B的外圈30L構成。在內圈 30B上貫通有軸孔30H，接頭機構30經由軸孔30H安裝于安裝對象上。
圖8所示的座標系與圖7所示的座標系相對應。圖7、圖8的Z軸為圖1、圖6所 示的氣缸15的中心軸(氣缸中心軸)，X軸為與圖l所示的曲軸旋轉軸Xc平行的軸。X軸 與Z軸正交。即，Z軸(氣缸中心軸)與曲軸旋轉軸Xc及平行于曲軸旋轉軸Xc的軸正交。
另外，Y軸為與Z軸和X軸正交的軸。即，Y軸與Z軸(氣缸中心軸)、和曲軸旋轉 軸Xc及平行于曲軸旋轉軸Xc的軸正交。在本實施方式中，接頭機構30由球面滑動軸承構 成，因此至少能繞X軸(圖7、圖8的箭頭Mx方向)和Y軸(圖7、圖8的箭頭My方向)轉 動。另外，接頭機構30也能繞Z軸轉動。 如圖6-2所示，活塞側接頭機構30P的外圈30L安裝于活塞20的連結部21上。另 外，在活塞側接頭機構30P的內圈30B上設置的軸孔30H中，插入有在延長桿12的活塞側 端部12P上固定的活塞側安裝銷25P。由此，經由活塞側接頭機構30P將活塞20的連結部 21和延長桿12連結。 如圖6-3所示，曲軸側接頭機構30C的外圈30L安裝于延長桿12的連桿側端部12C 上。另外，在曲軸側接頭機構30C的內圈30B上設置的軸孔30H中，插入有在與延長桿12 連結的部分的連桿13的端部上固定的連桿側安裝銷25C。由此，經由曲軸側接頭機構30C 將延長桿12和連桿13連結。 圖6-1所示的狀態為氣缸中心軸Z、連桿13的中心軸(連桿13的長度方向的中心 軸)Zc和延長桿12的中心軸(延長桿12的長度方向的中心軸，參照圖9)Zi —致的狀態。 當因裝配公差等而連桿13向與圖1所示的曲軸10的曲軸旋轉軸Xc平行的方向偏移時，在 連桿13的中心軸Zc和氣缸中心軸Z偏離的狀態下，活塞20往復運動。于是，在活塞20的 中心軸和氣缸中心軸Z偏離的狀態下，活塞20往復運動。 本實施方式的斯特林發動機1經由氣體軸承GB將活塞20支承于氣缸15內。因 此，當活塞20的中心軸和氣缸中心軸Zc偏離時，在活塞20和氣缸15的間隙上產生偏差。 其結果是，在圖2所示的氣體軸承GB的載荷承載能力上也發生偏差，不能有效利用氣體軸 承GB的載荷承載能力。 在本實施方式中，將兩個至少能繞與曲軸旋轉軸Xc平行的軸即X軸及與X軸和氣
14缸中心軸Z正交的Y軸轉動的接頭機構30配置于活塞20和連桿13之間。S卩，在將活塞20 和連桿13連結的延長桿12的兩端分別設置接頭機構30。 通過這種構成，如圖10所示，在連桿13向與曲軸旋轉軸Xc平行的方向偏移的情 況下，即使在連結部件即延長桿12相對于氣缸中心軸Z向曲軸旋轉軸Xc傾斜的狀態下，也 可實現活塞20的往復運動。由此，活塞20能夠在保持連桿13的中心軸Zc和氣缸中心軸 Z的偏移量S的狀態下往復運動。其結果是，即使在因公差等連桿13向與曲軸旋轉軸Xc 平行的方向偏移的情況下，活塞20也可在活塞20的中心軸和氣缸中心軸Zc —致的狀態下 往復運動。 S卩，在連桿13向與曲軸旋轉軸Xc平行的方向偏移的情況下，分別構成設置于延長 桿12的兩端部的活塞側接頭機構30P及曲軸側接頭機構30C的內圈30B和外圈30L繞與 氣缸中心軸Z和曲軸旋轉軸Xc正交的Y軸相對轉動。由此，即使在活塞20的中心軸和氣 缸中心軸Z產生偏離的情況下，也允許活塞20沿與曲軸旋轉軸Xc平行的方向移動。因此， 活塞20在氣缸中心軸Z和活塞20的中心軸一致的狀態下往復運動，從而活塞20的姿態穩 定。 S卩，通過氣體軸承GB的靜壓，能夠將活塞20和氣缸15的間隙向活塞20和氣缸15 的周方向保持恒定，因此能夠有效地利用氣體軸承GB的載荷承載能力，從而活塞20的姿態 穩定。另外，即使在支承活塞20的蚱蜢機構18中發生些許振動的情況下，也可通過活塞側 接頭機構30P及曲軸側接頭機構30C來抑制振動向活塞20傳遞。由此活塞20能夠維持穩 定的姿態。 該情況下，延長桿12的中心軸Zi相對于氣缸中心軸Z傾斜(傾斜角為9 )，但可 維持連桿13的中心軸Zc、氣缸中心軸Z和活塞20的中心軸的平行。即，活塞20能夠在延 長桿12的中心軸Zi和氣缸中心軸Z傾斜的狀態下往復運動，但仍可維持連桿13的中心軸 Zc、氣缸中心軸Z和活塞20的中心軸的平行。 圖11是對活塞繞氣缸中心軸的旋轉進行說明的示意圖。如圖11所示，在本實施 方式中，活塞20經由在各端部設有活塞側接頭機構30P、曲軸側接頭機構30C的延長桿12 與連桿13連結。如上所述，活塞側接頭機構30P、曲軸側接頭機構30C可繞圖7、圖8所示 的X軸、Y軸、Z軸轉動。因此，如圖11所示，活塞20也可繞氣缸中心軸Z(圖11的箭頭Mz 所示的方向)轉動。 當活塞20繞氣缸中心軸Z轉動時，活塞20的連結部21和延長桿12的活塞側端 部12P接觸，或延長桿12的連桿側端部12C和連桿13接觸。其結果是，在這些部分上發生 磨損，或從這些部分產生噪音。在本實施方式的變形例中，通過抑制活塞20繞氣缸中心軸Z 的轉動，來抑制活塞20的連結部21和延長桿12的活塞側端部12P之間等部分的磨損、噪 音的產生。 圖12 圖14是表示本實施方式變形例的活塞的連結結構的放大圖。在圖12所 示的活塞的連結結構中，在活塞20的連結部21和延長桿12(更具體地為延長桿12的活塞 側端部12P)之間形成突起部12T作為旋轉抑制單元。另外，在延長桿12的連桿側端部12C 和連桿13之間也形成突起部12T作為旋轉抑制單元。另外，旋轉抑制單元即突起部12T優 選設置于活塞20的連結部21與延長桿12之間、和延長桿12與連桿13之間中的至少一方。
在活塞20—側，突起部12T可以形成于延長桿12上，也可以形成于活塞20的連結部21上。另外，在連桿13—側，突起部12T可以形成于延長桿12上，也可以形成于連桿 13上。突起部12T也可以與延長桿12、連桿13等形成為一體。另外，如圖13所示，例如也 可以從延長桿12的活塞側端部12P的外側打入旋轉抑制銷12Tp，使其向內側突出，形成突 起部12T。 通過這種構成，來抑制活塞20繞氣缸中心軸Z的轉動。由此能夠抑制活塞20的 連結部21和延長桿12的活塞側端部12P的接觸、延長桿12的連桿側端部12C和連桿13 的接觸。其結果是，能夠抑制在這些部分上發生的磨損、從這些部分發出的噪音。尤其是， 由于圖1所示的斯特林發動機1的噪音小，因此當抑制了活塞20的連結部21和延長桿12 的活塞側端部12P的接觸等引起的噪音后，對斯特林發動機1整體的噪音降低是有效的。
在圖14所示的活塞的連結結構中，在活塞20的連結部21和延長桿12(更具體地 為延長桿12的活塞側端部12P)之間設置緩沖件32作為旋轉抑制單元。另外，在延長桿12 的連桿側端部12C和連桿13之間也設置緩沖件32作為旋轉抑制單元。緩沖件32優選彈 性部件，例如可以使用樹脂、海綿、聚氨酯、毛氈等。 通過這種構成，來抑制活塞20繞氣缸中心軸Z的轉動。由此能夠抑制活塞20的 連結部21和延長桿12的活塞側端部12P的接觸、及延長桿12的連桿側端部12C和連桿 13的接觸。另外，即使在這些部分上兩個部件發生接觸的情況下，也能夠通過緩沖件32來 緩和接觸時的沖擊。其結果是，能夠更有效地抑制發生在這些部分上的磨損、從這些部分發 出的噪音。另外，由于通過緩沖件32來夾持活塞20的連結部21、延長桿12的連桿側端部 12C，因此對活塞20的姿態穩定性也有效。 圖15是表示本實施方式變形例的活塞的連結結構的示意圖。該活塞的連結結構 直接由連桿13a將活塞20和曲軸IO連結。在該情況下，連桿13a設置于活塞20和曲軸10 之間，成為連結于活塞20的連結部件。在該例中，連結于活塞20的連結部件即延長桿12 的曲軸IO側的連結對象為曲軸10。 在連桿13a的活塞側端部(第一端部)上設有活塞側接頭機構30P作為第一接頭 結構。另外，在連桿13a的曲軸側端部(第二端部)上設有曲軸側接頭機構30C作為第二 接頭結構。活塞側接頭機構30P的內圈30B安裝于連桿13a，外圈30L安裝于活塞20的連 結部21。另外，曲軸側接頭機構30C的內圈30B安裝于曲軸IO，外圈30L安裝于連桿13a。 通過這種構成，連桿13a經由活塞側接頭機構30P安裝于活塞20，而經由曲軸側接頭機構 30C安裝于曲軸10。 在該活塞的支承結構中，也將兩個至少可繞與曲軸10的旋轉軸平行的軸即X軸、 及與X軸和氣缸中心軸Z正交的Y軸轉動的接頭機構30配置于活塞20和連桿13a之間。 即，在將活塞20和曲軸10連結的連桿13a的兩端上分別設置接頭機構30。通過這種構成， 在連桿13a向與曲軸的旋轉軸平行的方向偏移的情況下，在連桿13a相對于氣缸中心軸Z 向與曲軸10的旋轉軸平行的方向傾斜的狀態下，活塞20可在氣缸15內往復運動。由此， 即使在因公差等連桿13a向與曲軸10的旋轉軸平行的方向偏移的情況下，活塞20也在活 塞20的中心軸和氣缸中心軸Zc —致的狀態下往復運動。 S卩，在連桿13a向與曲軸10的旋轉軸平行的方向偏移的情況下，分別構成設置于 連桿13a的兩端部上的活塞側接頭機構30P及曲軸側接頭機構30C的內圈30B和外圈30L 繞與氣缸中心軸Z和曲軸10的旋轉軸正交的Y軸相對轉動。由此，即使在活塞20的中心
16軸和氣缸中心軸Z產生偏離的情況下，也允許活塞20沿曲軸10的旋轉軸方向移動。
因此，活塞20自身能夠通過氣體軸承GB的靜壓將與氣缸15的間隙保持為恒定， 因此活塞20的姿態穩定。S卩，活塞20在氣缸中心軸Z和活塞20的中心軸一致的狀態下往 復運動，因此能夠有效地利用氣體軸承GB的載荷承載能力。 圖16是表示將本實施方式的斯特林發動機用于內燃機的廢熱回收時的構成例的 示意圖。在本實施方式中，將斯特林發動機1的輸出經由斯特林發動機用變速器105輸入 到內燃機用變速器104，與內燃機101的輸出合成而輸出。 在本實施方式中，內燃機101裝載于例如乘用車、卡車等車輛，成為上述車輛的動 力源。內燃機101在上述車輛的行駛中作為主要的動力源而產生輸出。另一方面，斯特林 發動機1在廢氣Ex的溫度達不到某個程度的溫度時，不能產生必要最低限的輸出。因此， 在本實施方式中，斯特林發動機1在內燃機101排出的廢氣Ex的溫度超過規定溫度時從內 燃機IOI的廢氣Ex回收熱能而產生輸出，與內燃機101—起驅動上述車輛。這樣，斯特林 發動機1成為上述車輛的輔助動力源。 斯特林發動機1具備的加熱器2H配置于內燃機101的排氣通路102內。另外，在 排氣通路102內也可以配置圖1所示的斯特林發動機1的再生器2R。斯特林發動機1具備 的加熱器2H設置于中空的加熱器殼體103內，該加熱器殼體103設置于排氣通路102內。
在本實施方式中，利用斯特林發動機1回收的廢氣Ex的熱能通過斯特林發動機1 變換為動能。在斯特林發動機1的輸出軸即曲軸10上安裝有動力離合裝置即離合器106， 斯特林發動機1的輸出經由離合器106傳遞到斯特林發動機用變速器105。
內燃機101的輸出經由內燃機101的輸出軸107輸入到內燃機用變速器104。而 且，內燃機用變速器104將內燃機101的輸出和從斯特林發動機用變速器105輸出的斯特 林發動機1的輸出合成，輸出到變速器輸出軸109，經由差動齒輪IIO驅動驅動輪111。
此處，動力離合裝置即離合器106設置于內燃機用變速器104和斯特林發動機1 之間。在本實施方式中，設置于斯特林發動機用變速器105的輸入軸105s和斯特林發動機 1的曲軸10之間。離合106通過卡合、釋放，對斯特林發動機1的曲軸10和斯特林發動機 用變速器105的輸入軸105s的機械連接進行離合。此處，離合器106由內燃機ECU(電子 控制單元)50控制。 斯特林發動機1由于回收內燃機101排出的廢氣Ex的熱能，在如內燃機101冷起 動時等那樣廢氣Ex的溫度低的情況下，不能從廢氣Ex回收熱能，從而不能產生輸出。因 此，直到斯特林發動機1能夠產生輸出為止釋放離合器106，切斷斯特林發動機1和內燃機 IOI，抑制因斯特林發動機1被內燃機101驅動而造成的能量損失。 當將離合器106卡合時，斯特林發動機1的曲軸10和內燃機101的輸出軸107經 由斯特林發動機用變速器105及內燃機用變速器104直接連結。由此，斯特林發動機1產 生的輸出和內燃機101產生的輸出通過內燃機用變速器104進行合成，從變速器輸出軸109 輸出。另一方面，當將離合器106釋放時，內燃機101的輸出軸107與斯特林發動機1的曲 軸IO切斷而旋轉。 圖16所示的本實施方式的斯特林發動機1具備的活塞通過上述的構成能夠確保 穩定的運轉。另外，即使在裝載于車輛的斯特林發動機1受到振動的情況下，由于活塞的姿 態穩定，因此也能夠將活塞和氣缸的間隙維持為恒定，從而充分發揮氣體軸承的載荷承載能力。另外，由于在活塞的連結部和延長桿之間等設有抑制活塞繞氣缸中心軸旋轉的旋轉 抑制單元，因此能夠抑制噪音的產生。由此能夠確保斯特林發動機l的安靜性。另外，通過 上述旋轉抑制單元，能夠抑制活塞的連結部和延長桿的接觸等，從而抑制兩者的磨損，因此 能夠抑制斯特林發動機1的耐久性的下降。 以上，在本實施方式中，即使在連結于在氣缸內往復運動的活塞且設置于上述活 塞和曲軸之間的連結部件相對于上述氣缸中心軸朝向與上述曲軸的旋轉軸平行的方向傾 斜的狀態下，上述活塞也可在上述氣缸內往復運動。由此吸收公差等引起的、在與曲軸的旋 轉軸平行的方向上的活塞中心軸和氣缸中心軸的偏離，從而在使活塞中心軸和氣缸中心軸 一致的狀態下活塞往復運動。其結果是，能夠可靠地發揮介于活塞和氣缸之間的氣體軸承 的功能即載荷不可能力，因此即使在以不使活塞和氣缸接觸為前提的活塞發動機中，也能 夠穩定運轉。 另外，在對于例如活塞和連結部件的連結部、連結部件和連桿的連結部使用球關 節的情況下，需要在球關節座的兩端新設置具有與球中心一致的中心軸的軸，結構變得復 雜。由此，活塞的連結結構大型化且復雜化，因滑動部增加而摩擦也增加。在本實施方式中， 采用球面滑動軸承作為至少可繞兩個軸轉動的接頭結構，在設置于活塞和曲軸之間的連結 部件的兩端部上分別設置球面滑動軸承作為第一接頭機構及第二接頭機構。由此能夠通過 一根部件及兩個接頭機構將活塞和連桿連結。其結果是，可簡易且緊湊地構成自由度高的 活塞和曲軸的連結結構。
產業上的可利用性 如上所述，本發明的活塞發動機適用于不使用活塞環的活塞發動機，特別適于使 氣體軸承介于活塞和氣缸之間的活塞發動機。
權利要求
一種活塞發動機，具備在氣缸內往復運動的活塞和將所述活塞的往復運動變換為旋轉運動的曲軸，其特征在于，以即使在與所述活塞連結且設置于所述活塞和所述曲軸之間的連結部件至少相對于所述氣缸的中心軸朝向與所述曲軸的旋轉軸平行的方向傾斜的狀態下，所述活塞也能夠在所述氣缸內往復運動的方式，將所述連結部件與所述活塞及所述曲軸側的連結對象連結。
2. 如權利要求1所述的活塞發動機，其特征在于，在所述連結部件的各端部上設有第 一接頭機構和第二接頭機構，經由所述第一接頭機構將所述活塞和連結于所述活塞的連結 部件連結，且經由所述第二接頭機構將所述連結部件和所述曲軸側的連結對象連結。
3. 如權利要求2所述的活塞發動機，其特征在于，所述第一接頭機構及所述第二接頭 機構為球面滑動軸承，該球面滑動軸承包括具備球面作為滑動面的內圈；及與所述滑動 面接觸且以所述內圈能夠旋轉的方式支承所述內圈的外圈。
4. 如權利要求3所述的活塞發動機，其特征在于，所述曲軸側的連結對象為連結于所 述曲軸的連桿。
5. 如權利要求4所述的活塞發動機，其特征在于，具備旋轉抑制單元，該旋轉抑制單元 抑制所述活塞和所述連結部件之間的繞所述氣缸的中心軸的旋轉、以及所述連桿和所述連 結部件之間的繞所述氣缸的中心軸的旋轉中的至少一種旋轉。
6. 如權利要求5所述的活塞發動機，其特征在于，所述旋轉抑制單元為緩和所述連結 部件與連結對象接觸時的沖擊的緩沖件。
7. 如權利要求4所述的活塞發動機，其特征在于，所述連結部件和所述連桿之間的連 結部分被近似直線機構支承。
8. 如權利要求7所述的活塞發動機，其特征在于，具備旋轉抑制單元，該旋轉抑制單元 抑制所述活塞和所述連結部件之間的繞所述氣缸的中心軸的旋轉、以及所述連桿和所述連 結部件之間的繞所述氣缸的中心軸的旋轉中的至少一種旋轉。
9. 如權利要求8所述的活塞發動機，其特征在于，所述旋轉抑制單元為緩和所述連結 部件與連結對象接觸時的沖擊的緩沖件。
10. 如權利要求1 9中任一項所述的活塞發動機，其特征在于，所述活塞被介于所述 活塞和所述氣缸之間的氣體支承在所述氣缸內。
11. 如權利要求1所述的活塞發動機，其特征在于，所述連結部件與所述曲軸側的連結 對象連結的部分被近似直線機構支承。
12. 如權利要求11所述的活塞發動機，其特征在于，在所述連結部件的各端部上設有 第一接頭機構和第二接頭機構，經由所述第一接頭機構將所述活塞和連結于所述活塞的連 結部件連結，且經由所述第二接頭機構將所述連結部件和所述曲軸側的連結對象連結。
13. 如權利要求12所述的活塞發動機，其特征在于，所述第一接頭機構及所述第二接 頭機構為球面滑動軸承，該球面滑動軸承包括具備球面作為滑動面的內圈；及與所述滑 動面接觸且以所述內圈能夠旋轉的方式支承所述內圈的外圈。
14. 如權利要求13所述的活塞發動機，其特征在于，所述曲軸側的連結對象為連結于 所述曲軸的連桿。
15. 如權利要求14所述的活塞發動機，其特征在于，具備旋轉抑制單元，該旋轉抑制單 元抑制所述活塞和所述連結部件之間的繞所述氣缸的中心軸的旋轉、以及所述連桿和所述連結部件之間的繞所述氣缸的中心軸的旋轉中的至少一種旋轉。
16. 如權利要求15所述的活塞發動機，其特征在于，所述旋轉抑制單元為緩和所述連結部件與連結對象接觸時的沖擊的緩沖件。
17. 如權利要求14所述的活塞發動機，其特征在于，所述連結部件和所述連桿之間的連結部分被近似直線機構支承。
18. 如權利要求17所述的活塞發動機，其特征在于，具備旋轉抑制單元，該旋轉抑制單元抑制所述活塞和所述連結部件之間的繞所述氣缸的中心軸的旋轉、以及所述連桿和所述連結部件之間的繞所述氣缸的中心軸的旋轉中的至少一種旋轉。
19. 如權利要求18所述的活塞發動機，其特征在于，所述旋轉抑制單元為緩和所述連結部件與連結對象接觸時的沖擊的緩沖件。
20. 如權利要求11 19中任一項所述的活塞發動機，其特征在于，所述活塞被介于所述活塞和所述氣缸之間的氣體支承在所述氣缸內。
21. —種活塞發動機，其特征在于，具備活塞，在氣缸內往復運動；曲軸，將所述活塞的往復運動變換為旋轉運動；連結部件，其第一端部連結于所述活塞，并且其第二端部連結于所述曲軸側的連結對象；第一接頭機構，將所述活塞和所述連結部件的所述第一端部連結，并且至少允許繞與所述曲軸的旋轉軸平行的軸的轉動、以及繞與所述曲軸的旋轉軸和所述氣缸的中心軸正交的軸的轉動；以及第二接頭機構，將所述連結部件的所述第二端部和所述曲軸側的連結對象連結，并且至少允許繞與所述曲軸的旋轉軸平行的軸的轉動、以及繞與所述曲軸的旋轉軸和所述氣缸的中心軸正交的軸的轉動。
22. 如權利要求21所述的活塞發動機，其特征在于，所述第一接頭機構及所述第二接頭機構為球面滑動軸承，該球面滑動軸承包括具備球面作為滑動面的內圈；及與所述滑動面接觸且以所述內圈能夠旋轉的方式支承所述內圈的外圈。
23. 如權利要求22所述的活塞發動機，其特征在于，所述曲軸側的連結對象為連結于所述曲軸的連桿。
24. 如權利要求23所述的活塞發動機，其特征在于，具備旋轉抑制單元，該旋轉抑制單元抑制所述活塞和所述連結部件之間的繞所述氣缸的中心軸的旋轉、以及所述連桿和所述連結部件之間的繞所述氣缸的中心軸的旋轉中的至少一種旋轉。
25. 如權利要求24所述的活塞發動機，其特征在于，所述旋轉抑制單元為緩和所述連結部件與連結對象接觸時的沖擊的緩沖件。
26. 如權利要求23所述的活塞發動機，其特征在于，所述連結部件和所述連桿之間的連結部分被近似直線機構支承。
27. 如權利要求26所述的活塞發動機，其特征在于，具備旋轉抑制單元，該旋轉抑制單元抑制所述活塞和所述連結部件之間的繞所述氣缸的中心軸的旋轉、以及所述連桿和所述連結部件之間的繞所述氣缸的中心軸的旋轉中的至少一種旋轉。
28. 如權利要求27所述的活塞發動機，其特征在于，所述旋轉抑制單元為緩和所述連結部件與連結對象接觸時的沖擊的緩沖件。
29. 如權利要求21 28中任一項所述的活塞發動機，其特征在于，所述活塞被介于所 述活塞和所述氣缸之間的氣體支承在所述氣缸內。
30. —種斯特林發動機，其特征在于，具備熱交換器，包括加熱工作流體的加熱器、與所述加熱器連接并且所述工作流體通過的 再生器、以及連接于所述再生器并且冷卻所述工作流體的冷卻器而構成； 氣缸，通過所述熱交換器的工作流體流入該氣缸并從該氣缸流出； 活塞，在所述氣缸內往復運動，并且在內部形成有蓄壓室；給氣口 ，設置于所述活塞的側部，使所述蓄壓室內的氣體流出到所述活塞和所述氣缸 之間；曲軸，將所述活塞的往復運動變換為旋轉運動； 連桿，將所述活塞的往復運動傳遞到所述曲軸；連結部件，其第一端部連結于所述活塞，并且其第二端部連結于所述連桿； 近似直線機構，支承所述連結部件和所述連桿之間的連結部分；第一接頭機構，將所述活塞和所述連結部件的所述第一端部連結，并且至少允許繞與 所述曲軸的旋轉軸平行的軸的轉動、以及繞與所述曲軸的旋轉軸和所述氣缸的中心軸正交 的軸的轉動；以及第二接頭機構，將所述連結部件的所述第二端部和所述曲軸側的連結對象連結，并且 至少允許繞與所述曲軸的旋轉軸平行的軸的轉動、以及繞與所述曲軸的旋轉軸和所述氣缸 的中心軸正交的軸的轉動。
31. 如權利要求30所述的斯特林發動機，其特征在于，所述第一接頭機構及所述第二 接頭機構為球面滑動軸承，該球面滑動軸承包括具備球面作為滑動面的內圈；及與所述 滑動面接觸且以所述內圈能夠旋轉的方式支承所述內圈的外圈。
32. 如權利要求30或31所述的斯特林發動機，其特征在于，具備旋轉抑制單元，該旋轉 抑制單元抑制所述活塞和所述連結部件之間的繞所述氣缸的中心軸的旋轉、以及所述連桿 和所述連結部件之間的繞所述氣缸的中心軸的旋轉中的至少一種旋轉。
33. 如權利要求32所述的斯特林發動機，其特征在于，所述旋轉抑制單元為緩和所述 連結部件與連結對象接觸時的沖擊的緩沖件。
全文摘要
活塞(20)經由延長桿(12)連結于與曲軸(10)可轉動地連結的連桿(13)。由此，活塞(20)的往復運動傳遞到曲軸(10)而轉換為旋轉運動。在延長桿(12)的兩端部上設有由球面滑動軸承構成的活塞側接頭機構(30P)和曲軸側接頭機構(30C)。活塞(20)經由活塞側接頭機構(30P)與延長桿(12)連結，延長桿(12)經由曲軸側接頭機構(30C)與連桿(13)連結。
文檔編號F01B9/02GK101790634SQ200880104628
公開日2010年7月28日 申請日期2008年8月26日 優先權日2007年8月27日
發明者澤田大作, 片山正章, 矢口寬 申請人:豐田自動車株式會社