專利名稱：活塞設(shè)備、斯特林發(fā)動機(jī)和外燃機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及活塞設(shè)備、斯特林發(fā)動機(jī)和外燃機(jī)。
背景技術(shù)：
近年來，具有優(yōu)良的理論熱效率的斯特林發(fā)動機(jī)作為用于回收工廠廢熱或者安裝在諸如客車、公共汽車、和卡車的車輛上的內(nèi)燃機(jī)的廢熱的裝置而引人注意。在日本專利申請公開No. 2000-46431(專利文獻(xiàn)1)中描述了一種已知的技術(shù)，其公開了一種適用于諸如斯特林發(fā)動機(jī)的外燃機(jī)的活塞設(shè)備。專利文獻(xiàn)1所公開的外燃機(jī)的活塞為如下類型，即該活塞適用于具有由工作介質(zhì)的作用驅(qū)動的換置器(displacer)的斯特林發(fā)動機(jī)，該工作介質(zhì)根據(jù)氣缸中的活塞的往復(fù)運(yùn)動在工作空間內(nèi)重復(fù)壓縮和膨脹?；钊O(shè)備包括壓縮室，該壓縮室形成在活塞的內(nèi)部以暫時存儲工作空間中壓縮的工作介質(zhì)； 孔口，壓縮室中的工作介質(zhì)通過該孔口排出至活塞和氣缸之間的間隙中；和止回閥，該止回閥布置在壓縮室側(cè)的孔的末端處。該止回閥布置為以便當(dāng)工作空間中的工作介質(zhì)的壓力由于活塞的移動而減小時阻止工作介質(zhì)從壓縮室回流至工作空間。專利文獻(xiàn)1 日本專利申請公開No. 2000-4643
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所解決的問題然而，當(dāng)工作介質(zhì)在諸如斯特林發(fā)動機(jī)的外燃機(jī)的工作空間中壓縮，并引入活塞中，以及通過形成在活塞的圓周部分(外圓周部分)中的多個孔排出至活塞和氣缸之間的間隙時，難以保證如此形成的空氣軸承的可靠性和使用壽命。由于通常使用這種構(gòu)造的單向閥(止回閥)具有機(jī)械的活動部分，并根據(jù)活塞的垂直運(yùn)動打開/關(guān)閉。有時，止回閥的活動部分的移動相對于活塞的垂直運(yùn)動的加速度不穩(wěn)定，該活動部分不停留在預(yù)定位置。 然后，止回閥不能發(fā)揮其精確的作用。因此，止回閥在設(shè)計和結(jié)構(gòu)上受到限制。本發(fā)明的目的是提供活塞設(shè)備、斯特林發(fā)動機(jī)和外燃機(jī)，該外燃機(jī)通過將在外燃機(jī)工作空間的內(nèi)部壓縮的工作介質(zhì)引入活塞內(nèi)部，以及通過設(shè)置在活塞圓周部分中的多個孔將壓縮的工作介質(zhì)排出至活塞和氣缸之間的間隙形成空氣軸承，其中，可靠地提供抑制活塞內(nèi)部的工作介質(zhì)回流至工作空間的作用，同時保證可靠性和使用壽命。本發(fā)明的另一個目的是提供活塞式發(fā)動機(jī)，該活塞式發(fā)動機(jī)將工作介質(zhì)從工作空間通過壓縮狀態(tài)保持單元引入布置在活塞內(nèi)部的壓力累積室，并從活塞的圓周部分排出工作介質(zhì)。其中，即使大加速度作用于壓縮狀態(tài)保持單元上時，也可抑制壓縮狀態(tài)保持單元的操作故障。
解決問題的方法根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種應(yīng)用于外燃機(jī)的活塞設(shè)備，其包括活塞主體；形成在活塞主體內(nèi)部的壓力累積室；引入部分，其用于將在外燃機(jī)的工作空間中壓縮的工作介質(zhì)引入壓力累積室；和孔，其形成在活塞主體的圓周部分上，并從壓力累積室通過活塞主體延伸至外燃機(jī)的氣缸，其中，引入部分布置為使得工作介質(zhì)可以在朝向壓力累積室的引入方向上和在引入方向的反方向上流動，引入部分具有通道阻力，反方向上的通道阻力大于引入方向上的通道阻力。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，在活塞設(shè)備中，在引入部分中，引入方向上的通道阻力和反方向上的通道阻力之間的差不基于由諸如閥門元件的移動部分的操作所引起的引入部分的通道的通道打開/關(guān)閉操作，而是基于引入部分的形狀。根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，活塞設(shè)備還包括通道，其用于將在工作空間中壓縮的工作流體引入至壓力累積室，和通道打開/關(guān)閉單元，其設(shè)置在壓力累積室中，并根據(jù)諸如閥門元件的移動部分的操作來打開/關(guān)閉通道，其中，移動部分設(shè)置為當(dāng)活塞設(shè)備被啟動時進(jìn)行操作，以及在活塞設(shè)備的正常操作范圍中停止操作以便關(guān)閉通道。根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，在活塞設(shè)備中，設(shè)置使移動部分執(zhí)行打開操作所需的壓力Pc，以便滿足表達(dá)式PC<P+p 和Pc > (P+p—PF)，其中，P+P表示相對于工作空間的平均壓力在較高壓力側(cè)處的壓力振幅，PF表示由引入部分所引起的壓力累積室的累積壓力的飽和值。根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，在活塞設(shè)備中，通道打開/關(guān)閉單元布置為以便操作中的移動部分的移動方向與活塞主體的軸線方向基本一致，設(shè)置使移動部分執(zhí)行打開操作所需的壓力Pc’，以便滿足表達(dá)式(Pc，+PA) < P+P 和(Pc，+PA) > (P+p-PF)，其中，PA表示在低于活塞設(shè)備的正常操作范圍中的轉(zhuǎn)數(shù)的設(shè)定轉(zhuǎn)數(shù)處，以施加在移動部分上的向上的最大加速度使移動部分執(zhí)行打開操作所需的壓力的上升量。根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，在活塞設(shè)備中，室可以布置在通道打開/關(guān)閉單元和工作空間之間的通道上，室通過孔口與工作空間連通，工作介質(zhì)通過室。根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，在活塞設(shè)備中，活塞主體可布置成在氣缸中往復(fù)移動， 引入部分可為引入通道，和活塞設(shè)備可還包括加壓狀態(tài)保持單元，該加壓狀態(tài)保持單元在垂直于活塞主體的移動方向的方向上操作，以便將工作介質(zhì)從引入通道的朝壓力累積室打開的引入部分開口引入至壓力累積室，以及以便阻止壓力累積室中的工作介質(zhì)回流至氣缸。根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，在活塞設(shè)備中，加壓狀態(tài)保持單元可為簧片閥，該簧片閥設(shè)置有板狀彈性體并具有操作部分和固定部分，引入部分開口可形成在具有閥門連接部分的閥門形成部分中，該閥門連接部分為平行于活塞主體的移動方向的平面，簧片閥的固定部分連接至閥門連接部分，引入部分開口由操作部分打開/關(guān)閉。根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，在活塞設(shè)備中，簧片閥的固定部分和操作部分可布置在平行于活塞主體的移動方向的直線上。根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，在活塞設(shè)備中，簧片閥的固定部分可布置在活塞主體的上表面?zhèn)群驼圻厒?cè)的每一側(cè)上，簧片閥在活塞主體的上表面?zhèn)群驼圻厒?cè)處可固定至閥門連接部分。根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，在活塞設(shè)備中，簧片閥的固定部分可布置在活塞主體的折邊側(cè)，簧片閥在活塞主體的折邊側(cè)處固定至閥門連接部分。根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，在活塞設(shè)備中，簧片閥的固定部分可布置在與活塞主體的移動方向交叉的直線上、在活塞主體的上表面?zhèn)群驼圻厒?cè)，并且簧片閥在活塞主體的上表面?zhèn)群驼圻厒?cè)處可固定至閥門連接部分。根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，在活塞設(shè)備中，簧片閥的固定部分可布置在垂直于活塞主體的移動方向的方向上，簧片閥在垂直于活塞主體的移動方向的方向上可固定至閥門連接部分。根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，在活塞設(shè)備中，引入通道、引入部分開口、加壓狀態(tài)保持單元布置在活塞主體的上表面部分的中心部分處。根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，斯特林發(fā)動機(jī)包括根據(jù)上述本發(fā)明的一個方面的活塞設(shè)備和氣缸。根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，外燃機(jī)包括活塞設(shè)備和氣缸。該活塞設(shè)備包括活塞主體，壓力累積室，其形成在活塞主體的內(nèi)部，引入部分，其布置在第一部分中，并用于將在外燃機(jī)的工作空間中壓縮的工作介質(zhì)引入壓力累積室，該第一部分對應(yīng)于活塞主體的圓周部分中的預(yù)定高度位置，和孔，其布置在第二部分中，并從壓力累積室延伸至活塞主體和氣缸之間的間隙，該第二部分對應(yīng)于低于活塞主體的圓周部分中的預(yù)定高度位置的位置，和活塞主體的圓周部分中的第一部分和氣缸之間的間隙的尺寸設(shè)置成，活塞設(shè)備處于上止點時的該間隙尺寸大于活塞設(shè)備處于下止點時的該間隙尺寸。根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，在外燃機(jī)中，活塞主體的圓周部分中的第二部分和氣缸之間的間隙的尺寸設(shè)置成，活塞設(shè)備處于上止點時的該間隙尺寸和活塞設(shè)備處于下止點時的該間隙尺寸基本上相同，和當(dāng)活塞設(shè)備處于下止點時，第一部分和氣缸之間的間隙尺寸與活塞主體的圓周部分中的第二部分和氣缸之間的間隙尺寸基本上相同。根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，在外燃機(jī)中，當(dāng)活塞設(shè)備處于上止點時活塞主體的圓周部分的第一部分面向的氣缸的內(nèi)圓周壁部分的直徑設(shè)置為大于當(dāng)活塞設(shè)備處于下止點時活塞主體的圓周部分的第一部分面向的氣缸的內(nèi)圓周壁部分的直徑。根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，在外燃機(jī)中，外燃機(jī)可為α型斯特林發(fā)動機(jī)，并且活塞主體的圓周部分中的第一部分和氣缸之間的間隙尺寸設(shè)置為，活塞設(shè)備在上止點的士45°的范圍內(nèi)時的該間隙尺寸大于活塞設(shè)備在該范圍之外時的該間隙尺寸。根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，在外燃機(jī)中，引入部分的上表面可以平坦形狀形成，以便整個上表面具有大約相同的高度。根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，活塞式發(fā)動機(jī)包括活塞，其在氣缸中執(zhí)行往復(fù)移動； 形成在活塞的內(nèi)部的空心部分；引入通道，其使氣缸中的工作空間與空心部分連通，并將工作空間中的工作流體引入空心部分；加壓狀態(tài)保持單元，其在垂直于活塞的移動方向的方向上操作，并從引入通道的朝空心部分內(nèi)部打開的引入部分開口引入工作流體，并阻止工作流體從空心部分回流至氣缸；和多個供氣孔，其布置在活塞的圓周部分上，并將空心部分中的工作流體排出至活塞的圓周部分和氣缸之間的空間。在將工作流體從氣缸中的工作空間引入至活塞中的空心部分，并將引入的工作流體排出至活塞的圓周部分和氣缸之間的空間的活塞式發(fā)動機(jī)中，加壓狀態(tài)保持單元設(shè)置為以便在垂直于活塞運(yùn)動方向的方向上操作。因此，即使當(dāng)可歸因于活塞往復(fù)運(yùn)動的加速度施加于加壓狀態(tài)保持單元時，也不顯著影響加壓狀態(tài)保持單元的操作。因此，即使當(dāng)施加在加壓狀態(tài)保持單元上的加速度較大時，也可防止加壓狀態(tài)保持單元發(fā)生故障。本發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)在外燃機(jī)的工作空間中壓縮的工作介質(zhì)引入活塞內(nèi)部時，引入的工作介質(zhì)通過布置在活塞的圓周部分上的多個孔排出至活塞和氣缸之間的間隙，以便形成空氣軸承，本發(fā)明可以可靠地提供抑制工作介質(zhì)從活塞內(nèi)部回流至工作空間的功能。此外， 可容易地保證可靠性和使用壽命。


圖1是表示根據(jù)本發(fā)明第一實施例的活塞設(shè)備的垂直剖視圖；圖2是表示根據(jù)本發(fā)明第一實施例的活塞設(shè)備的主要部分的垂直剖視圖；圖3是表示根據(jù)本發(fā)明第一實施例的斯特林發(fā)動機(jī)的前視圖；圖4是說明根據(jù)本發(fā)明第一實施例的斯特林發(fā)動機(jī)的缸內(nèi)壓力的圖表；圖5是說明根據(jù)本發(fā)明第一實施例的斯特林發(fā)動機(jī)所采用的線性近似機(jī)構(gòu)的示圖；圖6是表示根據(jù)本發(fā)明第一實施例的活塞設(shè)備的另一個示例的主要部分的垂直剖視圖；圖7是表示根據(jù)本發(fā)明第一實施例的活塞設(shè)備的又一個示例的垂直剖視圖；圖8是表示根據(jù)本發(fā)明第一實施例的活塞設(shè)備的又一個示例的垂直剖視圖；圖9是表示根據(jù)本發(fā)明第一實施例的活塞設(shè)備的第一變型的垂直剖視圖；圖10是表示根據(jù)本發(fā)明第一實施例的活塞設(shè)備的第一變型的另一個示例的垂直剖視圖；圖11是表示根據(jù)本發(fā)明第一實施例的活塞設(shè)備的第一變型的又一個示例的垂直剖視圖；圖12是表示根據(jù)本發(fā)明第一實施例的活塞設(shè)備的第二變型的主要部分的垂直剖視圖；圖13是表示根據(jù)本發(fā)明第二實施例的活塞設(shè)備的一個操作狀態(tài)的垂直剖視圖；圖14是表示根據(jù)本發(fā)明第二實施例的活塞設(shè)備的另一個操作狀態(tài)的垂直剖視圖；圖15是表示根據(jù)本發(fā)明第二實施例的活塞設(shè)備的第一變型的垂直剖視圖；圖16是表示根據(jù)本發(fā)明第二實施例的活塞設(shè)備的第一變型的主要部分的垂直剖視圖；圖17是表示根據(jù)本發(fā)明第二實施例的活塞設(shè)備的第二變型的主要部分的示圖；圖18是表示根據(jù)本發(fā)明第二實施例的活塞設(shè)備的第二變型的主要部分的示6
圖19是表示根據(jù)本發(fā)明第三實施例的活塞設(shè)備的垂直剖視圖；圖20是根據(jù)本發(fā)明第三實施例的活塞設(shè)備中的工作空間中的壓力和流體裝置的累積壓力飽和值的圖表；圖21是說明根據(jù)本發(fā)明第三實施例的活塞設(shè)備中的止回閥的閥門開啟壓力的設(shè)定值的示圖；圖22是表示根據(jù)本發(fā)明第三實施例的活塞設(shè)備的第一變型的主要部分的垂直剖視圖；圖23是表示根據(jù)本發(fā)明第三實施例的活塞設(shè)備的第一變型的另一個示例的主要部分的垂直剖視圖；圖M是說明根據(jù)本發(fā)明第三實施例的活塞設(shè)備的第一變型中的止回閥的閥門開啟壓力的設(shè)定值的示圖；圖25是表示根據(jù)本發(fā)明第三實施例的活塞設(shè)備的第二變型的主要部分的垂直剖視圖；圖沈是表示根據(jù)本發(fā)明第三實施例的活塞設(shè)備的第二變型的另一個示例的主要部分的垂直剖視圖；圖27是根據(jù)本發(fā)明第三實施例的活塞設(shè)備的第二變型中的工作空間的壓力的變化周期的圖表；圖觀是表示根據(jù)本發(fā)明第三實施例的活塞設(shè)備的第二變型中的小室中的氣壓變化的圖表；圖四是表示根據(jù)本發(fā)明第四實施例的活塞設(shè)備中的活塞式發(fā)動機(jī)的剖視圖；圖30是表示設(shè)置在根據(jù)本發(fā)明第四實施例的活塞設(shè)備的活塞式發(fā)動機(jī)中的活塞的剖視圖；圖31是表示設(shè)置在根據(jù)本發(fā)明第四實施例的活塞設(shè)備的活塞式發(fā)動機(jī)中的供氣孔的前視圖；圖32是表示從圖30的箭頭C方向觀看的簧片閥的示圖；圖33是表示活塞式發(fā)動機(jī)在根據(jù)本發(fā)明第四實施例的活塞設(shè)備中處于操作狀態(tài)的示圖；圖34是表示根據(jù)本發(fā)明第四實施例的活塞設(shè)備中的閥門形成部分的剖視圖；圖35是表示連接至根據(jù)本發(fā)明第四實施例的活塞設(shè)備中的閥門形成部分的簧片閥的剖視圖；圖36A是活塞位置相對曲柄角的圖表；圖36B是施加于簧片閥的加速度相對曲柄角的圖表；圖36C是工作空間內(nèi)部的壓力相對曲柄角的圖表；圖37是表示根據(jù)本發(fā)明第四實施例的活塞設(shè)備中的活塞的頂面部分的平面圖；圖38A是表示根據(jù)本發(fā)明第四實施例的活塞設(shè)備中的活塞的頂面部分的平面圖；圖38B是表示根據(jù)本發(fā)明第四實施例的活塞設(shè)備中的活塞的側(cè)視圖；圖39A是表示設(shè)置在根據(jù)本發(fā)明第四實施例的活塞設(shè)備的變型中的活塞式發(fā)動機(jī)中的壓縮狀態(tài)保持單元的變型的示圖；圖39B是表示設(shè)置在根據(jù)本發(fā)明第四實施例的活塞設(shè)備的該變型中的活塞式發(fā)動機(jī)中的壓縮狀態(tài)保持單元的變型的示圖；圖40A是表示設(shè)置在根據(jù)本發(fā)明第四實施例的活塞設(shè)備的變型中的活塞式發(fā)動機(jī)中的壓縮狀態(tài)保持單元的變型的示圖；圖40B是表示設(shè)置在根據(jù)本發(fā)明第四實施例的活塞設(shè)備的該變型中的活塞式發(fā)動機(jī)中的壓縮狀態(tài)保持單元的變型的示圖；圖41A是表示設(shè)置在根據(jù)本發(fā)明第四實施例的活塞設(shè)備的變型中的活塞式發(fā)動機(jī)中的壓縮狀態(tài)保持單元的變型的示圖；和圖41B是表示設(shè)置在根據(jù)本發(fā)明第四實施例的活塞設(shè)備的該變型中的活塞式發(fā)動機(jī)中的壓縮狀態(tài)保持單元的變型的示圖。附圖標(biāo)記說明
10斯特林發(fā)動機(jī)
20高溫側(cè)動力活塞
21膨脹活塞
211活塞主體
211a圓周部分
211b頂面部分
212空心部分(壓力累積室)
214連通通道
215流體裝置
216供氣孔
22高溫側(cè)氣缸
22b高溫側(cè)氣缸的頂部
30低溫側(cè)動力活塞
31壓縮活塞
32低溫側(cè)氣缸
45散熱器
46再生器
46a再生器的頂面
46b再生器的下表面
47加熱器
47a第一端部
47b第二端部
48空氣軸承
50線性近似機(jī)構(gòu)
60活塞銷
100排氣管
720高溫側(cè)活塞/氣缸單元
721，721a,721b,721c 活塞
722高溫側(cè)氣缸0119]730低溫側(cè)活塞/氣缸單元0120]731活塞0121]732低溫側(cè)氣缸0122]811活塞主體0123]811a圓周部分0124]811iw內(nèi)壁0125]811s折邊部分0126]811b頂面部分0127]812壓力累積室0128]813分隔構(gòu)件0129]814引入通道0130]814工作流體的進(jìn)口0131]814ο工作流體的出口0132]814p開口表面0133]815,815a,815b,815c 簧片閥0134]816供氣孔0135]816o孔口0136]816s放大部分0137]818閥門形成單元0138]818p閥門聯(lián)接單元0139]Pmax缸內(nèi)壓力最大值0140]W缸內(nèi)壓力(復(fù)合波形)
具體實施例方式以下將參考附圖詳細(xì)描述作為第一實施例的廢熱回收系統(tǒng)，該廢熱回收系統(tǒng)應(yīng)用于根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的活塞設(shè)備。應(yīng)注意的是，本發(fā)明不局限于該實施例。此外，下述實施例的組成部分可包括可由本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易實現(xiàn)的部分或者與可由本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易實現(xiàn)的部分相當(dāng)?shù)牟糠?。第一實施例第一實施例的目的是提供一種廢熱回收設(shè)備，其包括具有活塞設(shè)備的斯特林發(fā)動機(jī)。該活塞設(shè)備通過將α型斯特林發(fā)動機(jī)的工作空間內(nèi)部中壓縮的工作流體引入活塞內(nèi)部，以及將壓縮的工作流體通過設(shè)置在活塞圓周部分中的多個孔排出至活塞和氣缸之間的間隙，從而形成空氣軸承，其中，能夠可靠地獲得抑制活塞中的工作介質(zhì)朝工作空間回流的作用，并容易保證可靠性和使用壽命。當(dāng)斯特林發(fā)動機(jī)使用廢熱，例如車輛內(nèi)燃機(jī)的廢氣的廢熱作為熱源時，在可獲得的熱量方面存在限制。因此，必須在可獲得的熱量的范圍內(nèi)盡可能有效地操作斯特林發(fā)動機(jī)。在這種背景之下，第一實施例的目的為減小活塞的重量。此外，第一實施例的目的是減小斯特林發(fā)動機(jī)的設(shè)備尺寸(總體構(gòu)造)。這是因為當(dāng)斯特林發(fā)動機(jī)使用廢熱，例如車輛內(nèi)燃機(jī)的廢氣的廢熱作為熱源時，有時需要將斯特林發(fā)動機(jī)固定在有限空間中，諸如鄰近于布置在車輛底面下方的內(nèi)燃機(jī)的排氣管的空間。下述斯特林發(fā)動機(jī)實現(xiàn)了活塞重量的減小，和總體設(shè)備尺寸的減小。圖3是表示根據(jù)第一實施例的斯特林發(fā)動機(jī)的前視圖。如圖3所示，根據(jù)第一實施例的斯特林發(fā)動機(jī)10為α型(兩個活塞型)斯特林發(fā)動機(jī)，其具有兩個動力活塞(活塞/氣缸組)20和30。兩個動力活塞20和30平行布置并且相串聯(lián)。相位差設(shè)置為以便低溫側(cè)動力活塞30的活塞31在曲柄角方面比高溫側(cè)動力活塞20的活塞21遲大致90°。由加熱器47加熱的工作流體流入高溫側(cè)動力活塞20的氣缸22 (在下文中，氣缸 22將稱為高溫側(cè)氣缸)的上空間(膨脹空間)中。由散熱器45的冷卻的工作流體流入低溫側(cè)動力活塞30的氣缸32 (在下文中，氣缸32將稱為低溫側(cè)氣缸)的上空間(壓縮空間) 中。當(dāng)工作流體在膨脹空間和壓縮空間之間來回移動時，再生器(再生式換熱器)46 累積熱量。具體而言，當(dāng)工作流體從膨脹空間流動至壓縮空間時，再生器46從工作流體接收熱量，當(dāng)工作流體從壓縮空間流動至膨脹空間時，再生器46將累積的熱量傳遞至工作流體。工作氣體的往復(fù)式流動與兩個活塞21和31的往復(fù)運(yùn)動一起發(fā)生，其改變高溫側(cè)氣缸22的膨脹空間中的工作流體與低溫側(cè)氣缸32的壓縮空間中的工作流體的比率，同時改變工作流體的總量，由此產(chǎn)生壓力變化。當(dāng)兩個活塞21和31處于相同位置時，壓力改變?nèi)缦?。?dāng)膨脹活塞21處于低于較高位置的位置時，壓力較高。另一方面，當(dāng)壓縮活塞31處于低于較高位置的位置時，壓力較低。因此，膨脹活塞21對外部執(zhí)行大的正功(膨脹功)， 壓縮活塞31需要從外部接收功(壓縮功)。膨脹功由壓縮功而部分消耗，其余的功通過驅(qū)動軸40輸出。驅(qū)動軸40連接至容納在外殼41中的曲軸43。曲軸43通過活塞側(cè)桿61、聯(lián)接銷 60和桿109連接至兩個活塞21和31。曲軸43將兩個活塞21和31的往復(fù)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，并將該旋轉(zhuǎn)運(yùn)動傳遞至驅(qū)動軸40。外殼41內(nèi)部的空間由加壓單元進(jìn)行加壓。這是用于對工作流體(即第一實施例中的空氣)進(jìn)行加壓，以及從斯特林發(fā)動機(jī)10盡可能多地提取輸出。在車輛中，連同汽油發(fā)動機(jī)(即內(nèi)燃機(jī))采用第一實施例的斯特林發(fā)動機(jī)10，從而形成混合系統(tǒng)。斯特林發(fā)動機(jī)10使用汽油發(fā)動機(jī)的廢氣作為熱源。斯特林發(fā)動機(jī)10的加熱器47布置在車輛汽油發(fā)動機(jī)的排氣管100的內(nèi)部。從廢氣回收的熱能對工作流體進(jìn)行加熱，以便運(yùn)行斯特林發(fā)動機(jī)10。第一實施例的斯特林發(fā)動機(jī)10固定在車輛的有限空間中，具體而言，其加熱器47 容納在排氣管100的內(nèi)部。當(dāng)整體上使得設(shè)備緊湊時，可提高設(shè)計方面的自由度。因此，在斯特林發(fā)動機(jī)10中，兩個氣缸22和32沒有以V字形布置。兩個氣缸22和32平行布置并且相串聯(lián)。當(dāng)加熱器47布置在排氣管100的內(nèi)部時，加熱器47的高溫側(cè)氣缸22布置在上游側(cè)(即接近于汽油發(fā)動機(jī)的一側(cè))100a處，在該上游側(cè)IOOa處，溫度較高的廢氣在排氣管 100中流動；加熱器47的低溫側(cè)氣缸32布置在下游側(cè)(即遠(yuǎn)離汽油發(fā)動機(jī)的一側(cè))IOOb 處，溫度較低的廢氣在該下游側(cè)IOOb處流動。這是因為對加熱器47的高溫側(cè)氣缸22側(cè)的加熱多于另一側(cè)。
高溫側(cè)氣缸22和低溫側(cè)氣缸32都形成為圓柱形形狀，并由作為基準(zhǔn)線的基板42 支承。在第一實施例中，基板42放置在對于斯特林發(fā)動機(jī)10的每個部件的基準(zhǔn)位置處。這種構(gòu)造確保斯特林發(fā)動機(jī)10的每個部件的相對定位精度。此外，當(dāng)斯特林發(fā)動機(jī)10聯(lián)接至排氣管(排氣通道)100時，基板42可作為參考，其中從該排氣管100回收廢熱。基板42通過隔熱體(即未示出的隔離物)固定至排氣管100的凸緣100f。由于當(dāng)排氣管100和基板42互相固定時保證排氣管其相對定位精度，故基板42可認(rèn)為是設(shè)置在排氣管100中作為聯(lián)接表面的固定結(jié)構(gòu)物體。對于基板42，固定有凸緣22f。凸緣22f 布置在高溫側(cè)氣缸22的側(cè)表面(外圓周表面)上。進(jìn)一步對于基板42，凸緣46f通過隔熱體(即未示出的隔離物)固定。凸緣46f布置在再生器46的側(cè)表面46c (外圓周表面) 上。此外，下述的分隔墻70固定至基板42?；?2支承斯特林發(fā)動機(jī)10的所有部件。因此，當(dāng)基板42由于排氣管100中的廢氣的熱量而變形時，該變形的影響將遍及斯特林發(fā)動機(jī)10的所有部件。因此，隔熱體布置在排氣管100的凸緣IOOf和基板42之間，另外地，布置遮板90以使從排氣管100內(nèi)部的廢氣傳輸至基板42的熱量最少。排氣管100通過基板42聯(lián)接至斯特林發(fā)動機(jī)10。當(dāng)斯特林發(fā)動機(jī)10聯(lián)接至基板 42時，使得基板42基本上平行于連接有加熱器47的高溫側(cè)氣缸22的端面(頂部22b的上表面)和連接有散熱器45的低溫側(cè)氣缸32的端面(頂面32a)。分開來說，斯特林發(fā)動機(jī)10聯(lián)接至基板42，以便基板42平行于曲軸43 (或驅(qū)動軸40)的旋轉(zhuǎn)軸線，或者以便排氣管100的中心軸線平行于曲軸43的旋轉(zhuǎn)軸線。因此，在不對現(xiàn)有排氣管100的設(shè)計進(jìn)行重大改變的情況下，斯特林發(fā)動機(jī)10可容易地聯(lián)接至排氣管100。因此，斯特林發(fā)動機(jī)10可安裝在排氣管100上，而不會在性能、可安裝性、車輛的內(nèi)燃機(jī)本身的噪聲相關(guān)功能方面惡化，其中從排氣管100回收廢熱。此外，由于僅改變加熱器47的規(guī)格，即可將同樣規(guī)格的斯特林發(fā)動機(jī)10安裝至不同類型的排氣管，故可提高斯特林發(fā)動機(jī)10的通用性。斯特林發(fā)動機(jī)10布置在鄰近于布置在車輛底面下方的排氣管100的空間中，以便斯特林發(fā)動機(jī)10水平放置，換句話說，以便高溫側(cè)氣缸22和低溫側(cè)氣缸32的軸線方向都大致平行于車輛的底面表面(未示出)，以及兩個活塞21和31在水平方向上往復(fù)移動。然而，在第一實施例中，兩個活塞21和31的上止點側(cè)稱為向上方向，下止點側(cè)稱為向下方向。由于較高平均壓力意味著在由散熱器45和加熱器47引起的相同溫差處具有較高的壓力差，故具有較高平均壓力的工作流體可提供較高的輸出。因此，高溫側(cè)氣缸22和低溫側(cè)氣缸32中的工作流體維持為高壓?；钊?活塞設(shè)備)21和31形成為柱形形狀。在活塞21和31中的每個的外圓周表面和相應(yīng)的氣缸22或32的內(nèi)圓周表面之間，設(shè)置有幾十微米(μ m)的微小間隙。工作流體(其為氣態(tài)物質(zhì)，在第一實施例中為空氣)存在于該間隙中，從而形成空氣軸承48?？諝廨S承48利用活塞21和31以及氣缸22和32之間的微小間隙中產(chǎn)生的空氣壓力(空氣分布)使活塞21和31相對于氣缸22和32保持為漂浮狀態(tài)?；钊?1和31被空氣軸承48 支承為與氣缸22和32成非接觸狀態(tài)。因此，在活塞21和31的周圍沒有布置活塞環(huán)，以及沒有采用通常與活塞環(huán)一起使用的潤滑油。然而，優(yōu)選地，將固體潤滑構(gòu)件布置在氣缸22 和32中的每個的內(nèi)圓周表面上。這是因為固體潤滑構(gòu)件有助于降低活塞和氣缸之間的滑動阻力，例如當(dāng)空氣軸承48在啟動的時候未充分工作時。如上所述，空氣軸承48通過使用工作流體(氣態(tài)物質(zhì))維持膨脹空間和壓縮空間的氣密性，從而以無環(huán)、無油的方式設(shè)置間隙密封。如圖1所示，空氣軸承48為液壓靜力空氣軸承，其通過將斯特林發(fā)動機(jī)10的工作空間中壓縮的工作流體引入活塞21和31的內(nèi)部，并通過設(shè)置在活塞21和31的外圓周部分中的多個孔將工作流體朝活塞21和31以及氣缸22和32之間的間隙排出。液壓靜力空氣軸承為排出加壓流體以產(chǎn)生靜壓從而使物體(例如第一實施例中的活塞21和31)漂浮的單元。在第一實施例中，由于斯特林發(fā)動機(jī)10的熱源為車輛內(nèi)燃機(jī)的廢氣，故限制了可獲得的熱量。因此，必須在可獲得的熱量的限制內(nèi)盡可能有效地操作斯特林發(fā)動機(jī)10。因此，高溫側(cè)氣缸22的頂部(上部)22b和高溫側(cè)氣缸22的側(cè)表面22c的上部布置在排氣管 100的內(nèi)部，以便流過膨脹空間的工作流體的溫度盡可能地高。因此，接近上止點的膨脹活塞21的上部放置在排氣管100的內(nèi)部，由此對膨脹活塞21的上部進(jìn)行有效地加熱。在第一實施例的斯特林發(fā)動機(jī)10中，基板42在引入工作流體的一側(cè)布置至高溫側(cè)氣缸22和低溫側(cè)氣缸32，兩個氣缸22和32固定至基板42。在這種構(gòu)造中，對高溫側(cè)氣缸22和低溫側(cè)氣缸32進(jìn)行限制，以便抑制高溫側(cè)氣缸22和低溫側(cè)氣缸32之間的距離的增加。因此，即使在操作斯特林發(fā)動機(jī)10期間加熱器47發(fā)熱，也維持氣缸和活塞之間的間隙并使空氣軸承48正確運(yùn)行。下文將參考圖1和2詳細(xì)描述活塞21和31的結(jié)構(gòu)。圖1是表示活塞21的前視圖，其表示活塞21的構(gòu)造。圖2是表示活塞21的主要部分的垂直剖視圖。如圖3所示，活塞21和31在尺寸方面不同，但是構(gòu)造相同。圖1和2 示出兩個活塞21和31所共有的構(gòu)造。在下文，將參考圖1和2以說明活塞21的構(gòu)造(不提供具有相同構(gòu)造的活塞31的描述)。如圖1所示，活塞21包括活塞主體211，和形成在活塞主體211內(nèi)部的空心部分 (壓力累積室)212?；钊黧w211形成為圓柱體形狀，其上部和底部鄰近?；钊黧w211具有靠著高溫側(cè)圓柱體22(圖幻滑動的圓周部分(滑動部分)211a， 和形成為與圓周部分211a成整體(即連續(xù))的蓋狀形狀的頂面部分211b。在頂面部分 211b中，連通通道214形成為以便連通高溫側(cè)氣缸22內(nèi)部的工作空間和空心部分212。連通通道214配置有流體裝置215，該流體裝置215對逆流的通道阻力顯著大于對順流的通道阻力，并不具有諸如閥門元件的活動部分。具體而言，流體裝置215成形為以便當(dāng)通過連通通道214的工作流體被向下引導(dǎo)(從工作空間至空心部分212的方向)時(即工作流體形成順流時)具有較低的通道阻力。相反，流體裝置215成形為以便當(dāng)工作流體被向上引導(dǎo)(從空心部分212至工作空間的方向)時(即工作流體形成逆流時)具有顯著大于順流時的通道阻力。當(dāng)活塞21的運(yùn)動導(dǎo)致高溫側(cè)氣缸22的工作空間中的工作流體的壓力減小時，流體裝置215抑制空心部分212中的工作流體朝高溫側(cè)氣缸22中的工作空間回流。由于流體裝置215不具有諸如止回閥(即單向閥)的閥門元件的活動部分，故其容易保證可靠性和使用壽命，此外其在設(shè)計和結(jié)構(gòu)上不具有很多的限制。圖2是表示流體裝置215的放大視圖。在流體裝置215中，順流進(jìn)口部分21 的曲率Rl較大，而逆流進(jìn)口部分21 的曲率R2為零或者非常小。順流進(jìn)口部分21 形成為以便其開口的直徑尺寸從外至內(nèi)逐漸減小，以便引入連通通道214的工作流體形成平滑的流水線。逆流進(jìn)口部分21 具有銳邊，該銳邊分離與逆流相似地朝工作空間移動的空心部分212中的工作流體，從而抑制例如根據(jù)收縮流的影響而從空心部分212流回至工作空間的流量。在流體裝置215中，雖然在順流進(jìn)口部分21 側(cè)上不存在從頂面部分211b朝工作空間側(cè)突出的突出部分(如附圖標(biāo)記Dl所示)，但是在逆流進(jìn)口部分21 側(cè)存在朝空心部分212側(cè)突出的突出部分D2，逆流進(jìn)口部分21 形成在突出部分D2的尖端處。在流體裝置215中，由逆流進(jìn)口部分21 側(cè)處的端面S和連通通道214形成的為銳角θ (即小于90° )。然而，當(dāng)逆流進(jìn)口部分21 的突出部分D較薄以及端面本身非常小時，不必限定該角度(以下參考圖6所述)。如圖1和2所示的形成連通通道214的流體裝置215可與活塞21 (作為一個單元)整體(連續(xù))形成，如圖8所示，或者可與活塞21 分離，如圖6和7所示。當(dāng)流體裝置215與活塞21形成為一個整體單元時，如圖8所示，能夠通過沖壓出相當(dāng)于活塞頂面部分211b的部分，并產(chǎn)生塑性變形，而形成流體裝置215。當(dāng)流體裝置215 形成為與活塞21分開的單元時，能夠與活塞21 —體形成順流進(jìn)口部分21 ，并使突出部分 (即逆流進(jìn)口部分215b)配置有與活塞21分開的管218，如圖6所示。此外，相當(dāng)于流體裝置215的整體部分可配置有薄片219，如圖7所示。如圖1所示，多個供氣孔216沿圓周部分211a的圓周方向每隔一定間隔形成。隨著活塞21的升高，壓縮高溫側(cè)氣缸22的工作空間中的工作流體。當(dāng)工作流體的壓力超過空心部分212的壓力時，工作空間中的一部分工作流體從順流進(jìn)口部分21 通過連通通道 214進(jìn)入空心部分212。當(dāng)將工作流體通過連通通道214引入空心部分212時，空心部分 212中的一部分工作流體排出至活塞21和氣缸22之間的間隙。連通通道214形成在頂面部分211b的中心部處。因此，使連通通道214和多個供氣孔216之間的距離相等。因此，在將工作空間中的工作流體通過連通通道214引入空心部分212之后，從多個供氣孔中的每個供氣孔排出的工作流體的排出狀態(tài)(排出量、排出壓力等等)傾向于相同，并很少存在排出至間隙的工作流體產(chǎn)生圓周偏移的可能性。因此，空氣軸承48可更加穩(wěn)定地運(yùn)行。所希望的是，在空心部分212中密封的工作流體的壓力稍小于工作流體的最大壓縮壓力。圖4示出高溫側(cè)活塞21的頂面的位置和低溫側(cè)活塞31的頂面的位置的變化。如前所述，相位差設(shè)置為以便低溫側(cè)活塞31相對于高溫側(cè)活塞21延遲90°曲柄角運(yùn)動。在圖4中，高溫側(cè)活塞21的波形和低溫側(cè)活塞31的波形的合成波W示出缸內(nèi)壓力。在圖4中，附圖標(biāo)記Pmax表示壓縮過程中缸內(nèi)壓力的最大值(即最大壓縮壓力)。在活塞21操作的同時，活塞主體211作為最大值承受最大壓縮壓力Pmax。當(dāng)壓力稍小于工作流體的最大壓縮壓力Pmax的工作流體密封在空心部分212中時，活塞主體211可相對于缸內(nèi)壓力具有足夠的抗壓功能(剛度)，同時小于最大壓縮壓力Pmax預(yù)定量的缸內(nèi)壓力(即小于空心部分212壓力的壓力)作用在活塞主體211上(即，除了活塞21接近壓縮過程中的上止點時)。因此，活塞主體211(尤其是在圓周部分211a上沒有形成供氣孔216的部分)可以形成得薄，而無需考慮耐壓。因此，可實現(xiàn)輕的重量。當(dāng)壓力稍小于工作流體的最大壓縮壓力Pmax的工作流體被密封在空心部分212中時，活塞操作如下。在活塞21處于接近壓縮過程期間的上止點的位置時，在一個位置處， 高溫側(cè)氣缸22的工作空間的壓力超過空心部分212的壓力。然后，通過連通通道214引入工作空間中的一部分工作流體，并空心部分212中的一部分工作流體通過供氣孔216排出至活塞21的外部。當(dāng)活塞21放置在除上述位置之外的位置處時，空心部分212的壓力大于高溫側(cè)氣缸22的工作空間的壓力。然而，由于流體裝置215以如下方式配置，即逆流時的通道阻力顯著大于順流時的通道阻力，故抑制空心部分212中的工作流體從逆流進(jìn)口部分215b通過連通通道214回流至工作空間內(nèi)。至少一個供氣孔216與活塞21的大致中心部大致等距地布置在活塞21的上部和下部中(例如，上部和下部都具有兩個供氣孔，圖1示出總共四個供氣孔)。這種布置對保持高溫側(cè)氣缸22中的活塞21的位置的平衡有效。加熱器47具有布置為大致U字形狀的多個輸熱管(管簇)47t。每個輸熱管47t 的第一端部47a連接至高溫側(cè)氣缸22的上部(頂面2 側(cè)的端面)。多個輸熱管47t的第一端部47a大致布置在相同的平面上(平坦平面)。多個輸熱管47t的在大致相同平面上的第一端部47a都連接至高溫側(cè)氣缸22的上部22b，該上部22b形成為大致平坦表面。元件的這種形狀簡化了加工和多個輸熱管47t的第一端部47a側(cè)的連接工作。另一方面，每個輸熱管47t的第二端部47b連接至再生器46的上部46a (加熱器47側(cè)的端面)。再生器46具有儲熱材料(未示出的模型)和儲存儲熱材料的再生器外殼46h。再生器外殼4 容納儲熱材料，該儲熱材料為大致柱形，其截面為與低溫側(cè)氣缸32的上部的形狀大致相同的形狀。再生器外殼妨h形成為柱狀(即空心柱狀)，其下表面和上表面為與低溫側(cè)氣缸32的上部的截面大致相同的形狀。在再生器46的圓周表面(外圓周表面)46c上，布置有凸緣46f。凸緣46f通過隔熱體固定至基板42。再生器46采用層壓線材片(層壓材料)作為儲熱材料。該線材片沿工作流體的流向?qū)訅?，并以如下狀態(tài)布置，即，使得在多個金屬片之間很少產(chǎn)生熱傳遞。當(dāng)儲熱材料接收來自從膨脹空間流至壓縮空間的工作流體的熱量時，最接近加熱器47的層壓的多個線材片的最上的線材片首先接收工作流體的熱量，從而降低工作流體的溫度。然后，第二最接近加熱器47的線材片接收熱量，以進(jìn)一步降低工作流體的溫度，然后，第三最接近加熱器47的線材片接收熱量，以又進(jìn)一步地降低溫度。因此，每當(dāng)工作流體在再生器46中從頂至底地通過線材片時，工作流體的溫度逐漸降低。由于前述功能，再生器46需要滿足以下條件。首先，再生器46必須在工作流體的流向上具有高傳熱量、高儲熱量、低流動阻力(流動損失、壓力損失)和低導(dǎo)熱性，以便可以設(shè)置大的溫度梯度。因此，需要使線材片之間的傳熱盡可能地低。線材片可能是不銹鋼。當(dāng)再生器46設(shè)計為布置在排氣管100內(nèi)部時，非常需要抑制在工作流體流動方向上的再生器外殼46h的傳熱的負(fù)面影響。因此，在第一實施例中，再生器外殼妨h具有遮板 90。遮板90用于阻止排氣管100內(nèi)部的熱量(例如，大約600至800°C )傳遞至再生器外殼46h。尤其，遮板90用于阻止傳熱至再生器外殼46h的表面，而不是上表面46a (即側(cè)表面46c和凸緣46f)。此時，由于下列原因，膨脹活塞21在軸線方向上的長度長于壓縮活塞31，高溫側(cè)氣缸22在軸線方向上的長度長于低溫側(cè)氣缸32。為了抑制斯特林發(fā)動機(jī)10的效率退化，在室溫下，需要在高溫側(cè)動力活塞20中保留除了膨脹空間以外的空間以及在低溫側(cè)動力活塞30中保留除了壓縮空間以外的空間， 即在高溫側(cè)動力活塞20和低溫側(cè)動力活塞30每個中保留曲軸43周圍的空間。因此，必須對高溫側(cè)氣缸22和膨脹活塞21，以及低溫側(cè)氣缸32和壓縮活塞31進(jìn)行可靠地密封(尤其，空氣軸承48用作下述的密封件)，以便膨脹空間中的高溫工作流體不流入在高溫側(cè)動力活塞20側(cè)的曲軸43周圍的空間，或者壓縮空間中的低溫工作流體不流入在低溫側(cè)動力活塞30側(cè)的曲軸43周圍的空間。另一方面，由于高溫側(cè)氣缸22的側(cè)表面22c的頂部22b和上部容納在排氣管100 內(nèi)部，以便膨脹空間獲得高溫，故高溫側(cè)氣缸22的上部和膨脹活塞21的上部承受熱膨脹。 在高溫側(cè)氣缸22和膨脹活塞21的上部的熱膨脹部分中，可能不進(jìn)行可靠地密封。因此，在第一實施例中，膨脹活塞21和高溫側(cè)氣缸22在軸線方向上的長度設(shè)置地較長。因此，膨脹活塞21的溫度梯度在軸線方向上設(shè)置得較大，密封可靠地設(shè)置在不受熱膨脹影響的部分中(即膨脹活塞21的下部)。此外，由于高溫側(cè)氣缸22和膨脹活塞21之間的空間密封在膨脹活塞21的下部處，故高溫側(cè)氣缸22在軸線方向上的長度設(shè)置得較長，以便保證足夠長度作為密封部分的移動距離以及充分壓縮膨脹空間。將描述散熱器45的構(gòu)造。在圖3中，僅示出多個輸熱管45t的一部分，未示出其他輸熱管45t。分隔壁(構(gòu)件)70布置在再生器46和低溫側(cè)氣缸32之間。分隔壁70由具有低導(dǎo)熱性的材料形成。分隔壁70設(shè)計為以便其尺寸沿低溫側(cè)氣缸32的軸線方向盡可能地短， 以及其尺寸足夠大以便在周圍引導(dǎo)輸熱管45t。這有助于縮小斯特林發(fā)動機(jī)10的尺寸。如上所述，分隔壁70固定至基板42。分隔壁70的上表面70a布置為以便直接與再生器46的下表面46b (即與加熱器47側(cè)處的端面46a相對的端面)接觸。分隔壁70的下表面70b用作低溫側(cè)氣缸32的頂面32a。在分隔壁70的側(cè)表面70c (即外圓周表面) 上，固定有散熱器45的散熱器外殼45c。散熱器45配置有水冷殼管式換熱器或者管式換熱器。散熱器45包括多個輸熱管 (管簇)45t和散熱器外殼45c。散熱器45的多個輸熱管45t的大部分容納在散熱器殼體 45c中。容納在散熱器殼體45c中的多個輸熱管45t的部分與提供給散熱器殼體45c的冷卻水(冷卻劑)相接觸，由此冷卻流動輸熱管45t的工作流體。如上所述，散熱器外殼45c固定至分隔壁70的外圓周表面70c。散熱器外殼45c 在外圓周表面70c的圓周方向上布置為環(huán)狀。散熱器外殼45c形成為環(huán)狀，以便從圓周方向圍繞低溫側(cè)氣缸32的外圓周部分3 的上部(相當(dāng)于壓縮空間的部分)。作為另一種選擇，散熱器外殼45c也可布置為以便沿圓周方向圍繞低溫側(cè)氣缸32的外圓周部分3 的一部分。將描述活塞和氣缸的密封機(jī)構(gòu)以及活塞/曲柄單元的機(jī)構(gòu)。由于如上所述，斯特林發(fā)動機(jī)10的熱源是車輛內(nèi)燃機(jī)的廢氣，故在可獲得的熱量方面存在限制，由此必須在可獲得的熱量的范圍內(nèi)操作斯特林發(fā)動機(jī)10。因此，在第一實施例中，盡可能地減少斯特林發(fā)動機(jī)10的內(nèi)部摩擦。在第一實施例中，不采用活塞環(huán)以便消除由活塞環(huán)所引起的摩擦損失，該活塞環(huán)的摩擦損失占據(jù)斯特林發(fā)動機(jī)中的內(nèi)部摩擦的最大一部分。作為替代，分別在氣缸22和32以及活塞21和31之間設(shè)置空氣軸承48。由于空氣軸承48的滑動阻力非常小，故可顯著地減少斯特林發(fā)動機(jī)10的內(nèi)部摩擦。即使采用空氣軸承48，也要保證氣缸22和32以及活塞21和31之間的氣密性，由此不存在在膨脹/壓縮期間由高壓工作流體滲漏所引起的不便?？諝廨S承48為利用氣缸22和活塞21以及氣缸32和活塞31每一個之間的微小間隙中產(chǎn)生的氣壓(空氣分布)將活塞21和31支承為漂浮狀態(tài)的軸承。在第一實施例的空氣軸承48中，氣缸22或32和活塞21或31之間的直徑間隙為幾十微米(μ m)。采用液壓靜力空氣軸承以實現(xiàn)將物體支承為漂浮狀態(tài)的空氣軸承。通過排出加壓流體以產(chǎn)生靜壓， 并通過靜壓將物體(即第一實施例中的活塞21和31)保持為漂浮狀態(tài)，從而實現(xiàn)液壓靜力空氣軸承。此外，使用空氣軸承48消除采用活塞環(huán)所需的潤滑油。因此，不存在由潤滑油所引起的不便，諸如斯特林發(fā)動機(jī)10的熱交換器(即再生器46、加熱器47)的惡化。當(dāng)利用空氣軸承48分別使活塞21和31在氣缸22和內(nèi)部往復(fù)移動時，線性運(yùn)動的精確度必須低于空氣軸承48的直徑間隙的尺寸。此外，由于空氣軸承48的承載能力低， 故活塞21和31的側(cè)向力必須基本上為零。換句話說，由于空氣軸承48在氣缸22和32的直徑方向(即橫向、或推力方向)上具有低的承受作用力的能力，故活塞21和31相對于氣缸22和32的軸線方向的線性運(yùn)動的精確度必須很高。尤其，甚至相比于推高壓空氣的空氣軸承，第一實施例中所采用的利用微小間隙中的氣壓將物體支承為漂浮狀態(tài)的空氣軸承 48在推力方向上具有低的承受作用力的能力。因此，需要活塞的線性運(yùn)動的較高精確度。由于上述原因，第一實施例使用活塞/曲柄單元中的輸送設(shè)備機(jī)構(gòu)(grasshopper mechanism)(線性近似連桿)50。輸送設(shè)備機(jī)構(gòu)50中所需機(jī)構(gòu)的尺寸小于達(dá)到線性運(yùn)動相同精確度的另一線性近似機(jī)構(gòu)(諸如Watt機(jī)構(gòu))中所需機(jī)構(gòu)的尺寸。因此，利用輸送設(shè)備機(jī)構(gòu)50使得設(shè)備的總體尺寸更加緊湊。尤其，由于第一實施例的斯特林發(fā)動機(jī)10固定在有限空間中，例如，由于其加熱器47容納在客車的排氣管內(nèi)部，故設(shè)備的緊湊性增加了設(shè)計方面的自由度。此外，由于輸送設(shè)備機(jī)構(gòu)50可實現(xiàn)與其他機(jī)構(gòu)相同的線性運(yùn)動精確度， 該輸送設(shè)備機(jī)構(gòu)50的機(jī)構(gòu)的重量輕于其他機(jī)構(gòu)所需的重量，由此輸送設(shè)備機(jī)構(gòu)50在能量效率方面有利。此外，輸送設(shè)備機(jī)構(gòu)50在其機(jī)械構(gòu)造方面較簡單，因此易于配置(制造，或者安裝)。圖5是表示斯特林發(fā)動機(jī)10的活塞曲柄機(jī)構(gòu)的示意性構(gòu)造的示圖。在第一實施例中，活塞/曲柄機(jī)構(gòu)在高溫側(cè)動力活塞20側(cè)和低溫側(cè)動力活塞30側(cè)具有公共的結(jié)構(gòu)。因此，下文將只描述低溫側(cè)動力活塞30側(cè)處的結(jié)構(gòu)，不提供高溫側(cè)動力活塞20側(cè)的結(jié)構(gòu)。如圖5和3所示，壓縮活塞31的往復(fù)運(yùn)動通過活塞銷62、活塞側(cè)桿61、聯(lián)接銷60、 連桿109傳遞至曲軸43，并轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。連桿109由圖5所示的輸送設(shè)備機(jī)構(gòu)(線性近似機(jī)構(gòu))50支承，并使得低溫側(cè)氣缸32線性往復(fù)移動。因此，當(dāng)輸送設(shè)備機(jī)構(gòu)50支承連桿109時，壓縮活塞31的側(cè)向力F變得基本上為零。因此，具有低承載能力的空氣軸承48 可充分支承壓縮活塞31。在上述第一實施例中，斯特林發(fā)動機(jī)10配置為聯(lián)接至排氣管100，以便使用車輛內(nèi)燃機(jī)的廢氣作為熱源。然而，本發(fā)明的斯特林發(fā)動機(jī)不局限于聯(lián)接至車輛內(nèi)燃機(jī)的排氣管的類型。在上文中，關(guān)于構(gòu)造、操作和作用描述應(yīng)用于斯特林發(fā)動機(jī)活塞的活塞設(shè)備的示例。然而，活塞設(shè)備可容易地應(yīng)用于除斯特林發(fā)動機(jī)活塞以外的外燃機(jī)，以及在其他應(yīng)用中一樣地有效。第一實施例的第一變型參考圖9至11描述第一實施例的第一變型。如圖9所示，流體裝置215可具有包括小室(緩沖器)220的兩級構(gòu)造(多級構(gòu)造)。當(dāng)配置為兩級時，相比于第一實施例的一級裝置所承受的壓力，流體裝置215可承受進(jìn)入空心部分212的更高的壓力。這是因為當(dāng)流體裝置215配置有多級時，逆流時的通道阻力更加小于順流時的通道阻力，因此，進(jìn)一步阻止空心部分212中的工作流體從逆流進(jìn)口部分21 通過連通通道214回流至高溫側(cè)氣缸22中的工作空間內(nèi)。如圖10所示，當(dāng)流體裝置215配置有兩級時，在兩級之間布置有小室220，優(yōu)選空心部分212側(cè)處的流體裝置215-1的連通通道214-1較小，而工作空間側(cè)處的流體裝置 215-2的連通通道214-2較大。此外，為了提高兩級構(gòu)造的功能，有效地布置兩個流體裝置 215-1和215-2，以便連通通道214-1和214-2的流線彼此偏離。當(dāng)兩個流體裝置215-1和 215-2的連通通道214-1和214-2的流線彼此偏離時，可提高回流抑制作用。第一實施例的第二變型參考圖12描述第一實施例的第二變型。在第二變型中，液壓靜力漂浮機(jī)構(gòu)可布置在高溫側(cè)氣缸22側(cè)處。在圖12中，附圖標(biāo)記201表示設(shè)置在高溫側(cè)氣缸22中的壓力累積室，附圖標(biāo)記202表示連通通道，附圖標(biāo)記203表示用于漂浮的靜壓供應(yīng)孔(供氣孔)。連通通道202布置在比活塞21的上止點較高的位置處，并連通高溫側(cè)氣缸22的工作空間和壓力累積室201。連通通道202配置有流體裝置204，該流體裝置204對于逆流的通道阻力顯著大于對于順流的通道阻力，并不具有活動部分。尤其，流體裝置204配置為如下形狀，使得當(dāng)通過連通通道202的工作流體的流向為順流(即從工作空間側(cè)向壓力累積室201引導(dǎo))時通道阻力較小，而當(dāng)工作流體的流向為逆流(即從壓力累積室201被導(dǎo)向工作空間側(cè))時通道阻力相比于順流時較大。多個供氣孔203在高溫側(cè)氣缸22的圓周方向上每隔一定間隔設(shè)置。隨著活塞21 的升高，壓縮高溫側(cè)氣缸22的工作空間中的工作流體，工作流體的壓力超過壓力累積室 201的壓力。然后，工作空間中的一部分工作流體從流體裝置204的順流進(jìn)口部分通過連通通道202引入壓力累積室201。由于工作流體通過連通通道202引入壓力累積室201，故壓力累積室201中的一部分工作流體通過供氣孔203排出至活塞21和氣缸22之間的間隙。 此外，流體裝置204抑制當(dāng)高溫側(cè)氣缸22的工作空間中的工作流體的壓力由于活塞21運(yùn)動而降低時壓力累積室201中的工作流體回流至高溫側(cè)氣缸22中的工作空間。第二實施例參考圖13至18描述第二實施例。在第二實施例的以下說明中，將不重復(fù)說明與第一實施例公共的部件。在圖13和14中，附圖標(biāo)記301表示高溫側(cè)氣缸22中的工作空間，附圖標(biāo)記22g 表示高溫側(cè)氣缸22的直徑擴(kuò)大部分，和附圖標(biāo)記314表示設(shè)置在活塞21中的連通孔(連通通道)。相似于第一實施例，多個供氣孔216在活塞21的活塞主體211的圓周部分(滑動部分)211a的圓周方向上每隔一定間隔布置，該圓周部分(滑動部分)211a靠著高溫側(cè)氣缸22滑動。在圓周部分211a上，連通高溫側(cè)氣缸22中的工作空間301和空心部分212的連通通道314形成在比供氣孔216的位置高的位置處。連通通道314布置在如下位置，使得連通通道314只有當(dāng)活塞21接近上止點(圖 14)時連通空心部分212和工作空間301，以及使得連通通道314在其他的時間(圖13)由高溫側(cè)氣缸22的壁部分關(guān)閉。連通通道314是接近圓周部分211a的上部處的頂面部分 211b設(shè)置的孔，其朝向并接近高溫側(cè)氣缸22的內(nèi)圓周壁部分。直徑擴(kuò)大部分22g布置在高溫側(cè)氣缸22的內(nèi)圓周壁部分的上部處(即形成工作空間301的部分)。直徑擴(kuò)大部分22g是直徑相比于另一部分被擴(kuò)大的部分。連通通道314 只有當(dāng)活塞21接近上止點時位于直徑擴(kuò)大部分22g的高度處，該連通通道314連通空心部分212和工作空間301(圖14)，然而，連通通道314在其他時候由處于除高溫側(cè)氣缸22的直徑擴(kuò)大部分22g以外的部分處的壁部分關(guān)閉(圖13)。尤其，在圖13所示的狀態(tài)中，雖然高溫側(cè)氣缸22的工作空間301中的工作流體的壓力由于活塞21的運(yùn)動而降低，但是連通通道314和高溫側(cè)氣缸22的內(nèi)圓周壁部分之間的間隙與供氣孔216和高溫側(cè)氣缸22的內(nèi)圓周壁部分之間的間隙一樣小，由此空心部分 212內(nèi)部的壓力幾乎不泄漏至外部。如圖14所示，隨著活塞21的升高，壓縮高溫側(cè)氣缸22的工作空間301中的工作流體，布置在活塞21中的連通通道314到達(dá)直徑擴(kuò)大部分22g的高度。然后，高溫側(cè)氣缸 22的內(nèi)圓周壁部分和活塞21之間的間隙擴(kuò)大以便與工作空間301連通。然后，工作空間 301中的一部分工作流體通過連通通道314引入空心部分212。隨著工作流體通過連通通道314引入空心部分212，空心部分212中的一部分工作流體通過供氣孔216排出至活塞 21和氣缸22之間的間隙。如上所述，連通通道314布置在相應(yīng)于活塞主體211的圓周部分211a中的預(yù)定高度位置的第一部分處，并用于將工作空間301中壓縮的工作流體引入壓力累積室212。供氣孔216布置在相應(yīng)于低于活塞主體211的圓周部分211a中的預(yù)定高度位置的一個位置的第二部分處，并從壓力累積室212延伸至活塞主體211和高溫側(cè)氣缸22之間的間隙。如果比較活塞21處于上止點時的狀態(tài)和活塞21處于下止點時的狀態(tài)，活塞主體 211的圓周部分211a的第一部分和高溫側(cè)氣缸22之間的間隙配置為活塞21處于上止點時大于活塞21處于下止點時。如果比較活塞21處于上止點時的狀態(tài)和活塞21處于下止點時的狀態(tài)，活塞主體 211的圓周部分211a的第二部分和高溫側(cè)氣缸22之間的間隙配置為在兩個狀態(tài)時具有大約相同的尺寸。當(dāng)比較活塞主體211的圓周部分211a的第一部分和第二部分時，與高溫側(cè)氣缸22的間隙配置為當(dāng)活塞21處于下止點時具有大約相同的尺寸。當(dāng)活塞21處于上止點時活塞主體211的圓周部分211a的第一部分面對的高溫側(cè)氣缸22的內(nèi)圓周壁部分22g的直徑配置為大于當(dāng)活塞21處于下止點時活塞主體211的圓周部分211a的第一部分面對的高溫側(cè)氣缸22的內(nèi)圓周壁部分的直徑。如圖4所示，在活塞21和31的上止點和壓縮過程中缸內(nèi)壓力的最大值(最大壓縮壓力)PmaX的位置之間都存在大約45° (曲柄角)的相位差，連通通道314設(shè)置為在活塞21和31的上止點附近的45°的范圍內(nèi)(即從上止點沿兩個方向的45°，因此為90°的范圍)處于打開狀態(tài)(即圖14所示的狀態(tài))，以便在空心部分212中保持高壓，尤其以便防
18止空心部分212和工作空間301之間的工作流體的流入/溢出降低效率。如上所述，活塞主體211的圓周部分211a的第一部分和高溫側(cè)氣缸22之間的間隙配置為當(dāng)活塞21在從上止點的士45°范圍之內(nèi)時大于當(dāng)活塞21在該范圍之外時。由于第二實施例中的連通孔314不具有諸如止回閥(單向閥)中的閥門元件的活動部分，故容易保證可靠性和使用壽命，該元件在設(shè)計和構(gòu)造上不受到限制。第二實施例的第一變型參考圖15和16，描述第二實施例的第一變型。如圖15和16所示，連通通道315配置有流體裝置316，流體裝置316對于逆流的通道阻力顯著大于對于順流的通道阻力，并不具有活動部分，與第一實施例相似。尤其，流體裝置316配置為如下形狀，使得當(dāng)通過連通通道315的工作流體的流動方向為順流方向時通道阻力較小，而逆流時的通道阻力顯著大于順流時的通道阻力。根據(jù)第一變型，進(jìn)一步提高了防止空心部分212和工作空間301之間的工作流體的流入/溢出使效率惡化的效果。第二實施例的第二變型參考圖17和18描述第二實施例的第二變型。如圖17和18所示，不同于第一變型的流體裝置，在第二變型的流體裝置317和 318中，在形成用于工作空間301的一部分工作流體通過連通通道315流入空心部分212的進(jìn)口的表面之中的頂面317a和318a形成為平坦表面。因此，當(dāng)活塞21升高時，流體裝置 317和318的進(jìn)口的頂面317a和318a同時整體到達(dá)直徑擴(kuò)大部分22g的高度，以便連通工作空間310，由此提高連通通道315與工作空間301連通的周期(即打開周期)的精確度。第三實施例參考圖19至23描述第三實施例。在第三實施例的以下說明中，將不重復(fù)說明與上述實施例公共的部件。當(dāng)如在第一實施例中采用沒有操作機(jī)構(gòu)(即活動部分)的流體裝置時，雖然其容易保證可靠性和使用壽命，但是空心部分中的累積壓力值只在啟動時緩慢增加?？諝廨S承不能在延長的時期內(nèi)提供足夠的作用力以漂浮活塞21 (圖1)。因此，必須對活塞氣缸單元的表面進(jìn)行特殊硬化處理以保證耐磨損特性。將描述空心部分中的累積壓力值在啟動時緩慢上升的原因。如前所述，當(dāng)采用通道阻力根據(jù)流向(即根據(jù)其是否為順流或逆流)顯著變化的流體裝置時，設(shè)備必須設(shè)計為每單位時間的引入流量小。這種設(shè)計的目的是減小工作空間和壓力累積空間之間的運(yùn)動(流入量/溢出量)，同時保持高的流速。因此，需要幾十個周期，累積壓力值才會在啟動時增加。 因此，在第三實施例中，如圖19所示，連同止回閥401 —起采用流體裝置215，作為將壓力引入活塞21的空心部分(壓力累積室)212的裝置。第一連通通道214和第二連通通道414形成在活塞的頂面部分211b處，以便連通高溫側(cè)氣缸22的工作空間和空心部分 212。第一連通通道214配置有流體裝置215，該流體裝置215在順流時具有較小的通道阻力，并在逆流時具有相比于順流時顯著較大的通道阻力。此外，止回閥401接近于第二連通通道414位置處設(shè)置在空心部分212中。 止回閥401具有閥門元件(活動部分)402、閥座403、和將閥門元件402推入閥座403的彈簧404。止回閥401只在啟動時操作(打開)。當(dāng)開始正常操作時(當(dāng)設(shè)備進(jìn)入正常操作范圍時)，閥門元件402停止(關(guān)閉)以停止止回閥的運(yùn)行并保持第二連通通道414 關(guān)閉。在圖20中，附圖標(biāo)記501表示高溫側(cè)氣缸22的工作空間中的壓力，附圖標(biāo)記502 表示立刻在啟動后累積壓力的飽和值PF的變化。如圖20和21所示，當(dāng)相對于工作空間的壓力501的平均值(平均壓力Wmean在正向側(cè)上的壓力振幅表示為P+P時，流體裝置215 的累積壓力的飽和值表示為PF，如果止回閥401設(shè)計為止回閥401的閥門開啟壓力設(shè)定值 Pc滿足以下表達(dá)式時，止回閥401可以如上所述的作用Pc<P+p，和Pc > (P+p+PF)，或(Pc+PF) > P+P。當(dāng)PF小時，例如在啟動時，P+P超過止回閥401的閥門開啟壓力設(shè)定值Pc，止回閥 401打開。然后，壓力通過第二連通通道414引入空心部分212。當(dāng)PF增加(當(dāng)啟動后空心部分212的累積壓力值增加時)，止回閥401關(guān)閉。然后，止回閥401的閥門元件402固定至閥座403并停止運(yùn)動。如圖22所示，基于彈簧404的作用力和閥座的面積設(shè)計止回閥401的閥門開啟壓力設(shè)定值Pc。此外，如果采用簧片閥430，上述功能可通過施加相當(dāng)于閥門開啟壓力設(shè)定值 Pc的殘余應(yīng)力至簧片431(處于就位狀態(tài))實現(xiàn)。在圖23中，附圖標(biāo)記432表示閥門導(dǎo)管。根據(jù)第三實施例，空心部分212的累積壓力值可通過止回閥401和430在啟動時 (包括立刻在啟動后)較早地增加。在空心部分212的累積壓力值增加至啟動時的預(yù)定值后，止回閥401的活動部分402和止回閥430的活動部分431保持停止?fàn)顟B(tài)(關(guān)閉狀態(tài))。 因此，相似于第一實施例，不確定性、可靠性和耐用性不會存在顯著的問題。第三實施例的第一變型參考圖22至M描述第三實施例的第一變型。當(dāng)止回閥401和430如圖22和23所示地布置以便止回閥401和430的活動部分 402和431的運(yùn)動方向與活塞21的垂直方向(加速度方向)一致，以及考慮作用于活動部分402和431上的加速度時，可獲得具有比第三實施例更有利的性能的活塞設(shè)備。在圖M中，附圖標(biāo)記503表示由作用于止回閥401和430的活動部分402和431 上的向上(關(guān)閉閥門的方向)的最大加速度(在活塞21處于上止點時施加)所引起的閥門開啟壓力的上升量。如圖M所示，閥門開啟壓力的上升量503根據(jù)斯特林發(fā)動機(jī)10的轉(zhuǎn)數(shù)(rpm)增加。另一方面，附圖標(biāo)記504表示由作用于止回閥401和430的活動部分402和431 上的向下(打開閥門的方向)的最大加速度(在活塞21處于下止點時施加)所引起的閥門關(guān)閉壓力的上升量。如圖M所示，閥門關(guān)閉壓力的上升量504根據(jù)斯特林發(fā)動機(jī)10的轉(zhuǎn)數(shù)增加。如圖M所示，當(dāng)轉(zhuǎn)數(shù)為附時由作用于止回閥401和430的活動部分402和431 上的向上最大加速度所引起的閥門開啟壓力上升量表示為pa時，其中該轉(zhuǎn)數(shù)m設(shè)定為低于正常操作范圍，止回閥401和430的活動部分402和431的閥門開啟壓力Pc’滿足以下表達(dá)式Pc，彡(P+p-PA)，和
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Pc，+PA < (P+p-PF)，或 Pc，> (P+p-PF-PA)。根據(jù)第一變型，止回閥401和430的活動部分402和431的閥門開啟壓力Pc’可設(shè)計為比第三實施例的閥門開啟壓力設(shè)定值Pc小PA量(例如，止回閥401的彈簧404的作用力可設(shè)計為較弱)，以便使得止回閥401和430在啟動早期容易打開，由此空心部分212 的累積壓力值可在啟動早期的較小周期數(shù)期間增加。在第一變型中，當(dāng)由作用于活動部分402和431上的向上最大加速度所引起閥門開啟壓力上升量503根據(jù)斯特林發(fā)動機(jī)10的轉(zhuǎn)數(shù)的增加而增加時，止回閥401和430變得難以打開。利用該特性，止回閥401和430可設(shè)計為以便使得止回閥401和430的活動部分402和431的閥門開啟壓力Pc’更低。因此，當(dāng)斯特林發(fā)動機(jī)10的轉(zhuǎn)數(shù)較小時(在啟動早期)，可使止回閥401和430容易地打開，由此空心部分212的累積壓力值可在較少的周期數(shù)之內(nèi)增加。當(dāng)活塞21處于下止點時，由向下最大加速度所引起的閥門關(guān)閉壓力的上升量作用于活動部分402和431上。此時，由于高溫側(cè)氣缸22的工作空間的壓力低于空心部分 212的壓力累積室內(nèi)的壓力，即使止回閥401的活動部分402和431的閥門開啟壓力PcH^ 計得低，止回閥401和430也難以打開。即使當(dāng)斯特林發(fā)動機(jī)10的轉(zhuǎn)數(shù)增加以及由作用于活動部分402和431的向下最大加速度所引起的閥門關(guān)閉壓力上升量增加時，止回閥401 和430也不打開，除非閥門關(guān)閉壓力的上升量504超過(Pc，+PF-P_p)。在圖M所示的示例中，閥門關(guān)閉壓力的上升量504不超過附圖標(biāo)記505所示的(Pc’+PF-P_p)，同時轉(zhuǎn)數(shù)不超過 3000，因此止回閥401和430在該周期中不打開。鑒于上述，在第一變型中，閥門關(guān)閉壓力的上升量504設(shè)計為不超過 (Pc’ +PF-P_p) 505，同時轉(zhuǎn)數(shù)為實際操作范圍內(nèi)的預(yù)定數(shù)。作為另一種選擇，可減小止回閥 401和430的活動部分402和431的質(zhì)量，以便相應(yīng)于轉(zhuǎn)數(shù)增加的閥門關(guān)閉壓力的上升量 504更平緩地傾斜，從而閥門關(guān)閉壓力的上升量504在轉(zhuǎn)數(shù)為預(yù)定轉(zhuǎn)數(shù)的實際操作范圍內(nèi)不超過(Pc，+PF-P_p)505。如果希望當(dāng)活塞21處于下止點時通過阻止由活動部分402和431上的向下最大加速度所引起的閥門關(guān)閉壓力上升量504的影響而可靠地抑制止回閥401和430的打開， 即使止回閥401和431的活動部分402和431的質(zhì)量較大以及轉(zhuǎn)數(shù)增加，止回閥的活動部分的運(yùn)動方向也可設(shè)置為不與活塞21的垂直(加速度)方向一致，如圖22所示。第三實施例的第二變型參考圖25至觀描述第三實施例的第二變型。小室(緩沖器)610和620分別布置在止回閥440和450以及高溫側(cè)氣缸22的工作空間之間，如圖25和沈所示。小室610和620通過孔口 611和621分別與工作空間連通。在圖25中，附圖標(biāo)記441表示止回閥440的彈簧，附圖標(biāo)記442表示引導(dǎo)至壓力累積室的連通孔，和附圖標(biāo)記443表示通過其引入工作流體的孔。在圖沈中，附圖標(biāo)記451和 452分別表示止回閥450的閥門元件和彈簧。圖27表示工作空間內(nèi)的壓力501的波動循環(huán)隨時間(即隨著斯特林發(fā)動機(jī)10的轉(zhuǎn)數(shù)的增加)變短。在圖28中，附圖標(biāo)記509表示小室610和620中的壓力。如圖27所示，隨著在啟動之后轉(zhuǎn)數(shù)增加，工作空間內(nèi)的壓力的波動循環(huán)縮短。小室610和620的每一個中的壓力的振幅相應(yīng)于工作空間內(nèi)的壓力波動而減少，高壓側(cè)的峰值變得低于閥門開啟壓力設(shè)定值Pc。因此，止回閥440和450固定在關(guān)閉狀態(tài)。在第二變型中，通過孔口 611和621與工作空間連通的小室610和620分別設(shè)置在止回閥440和450以及工作空間之間。因此，隨著斯特林發(fā)動機(jī)10的轉(zhuǎn)數(shù)的增加(即隨著工作空間內(nèi)的壓力的波動循環(huán)變短)，止回閥440和450變得難以打開。因此，止回閥440 和450可設(shè)計為具有低閥門開啟壓力Pc。因此，當(dāng)斯特林發(fā)動機(jī)10的轉(zhuǎn)數(shù)小時(在啟動早期)，可容易打開止回閥440和450，由此空心部分212的累積壓力值可在較少周期中增加。在第二變型中，即使當(dāng)不滿足關(guān)于第三實施例描述的閥門開口壓力Pc的設(shè)定值的條件時，利用通過孔口 611和621與工作空間連通的小室610和620設(shè)置在止回閥440和 450以及工作空間之間，也能夠使止回閥僅在啟動時操作以及在正常操作范圍內(nèi)關(guān)閉。第二變型可與第三實施例相結(jié)合，或者與第三實施例的第一變型相結(jié)合。第四實施例將描述第四實施例。在下文中將斯特林發(fā)動機(jī)描述為活塞式發(fā)動機(jī)的示例。在以下示例中，安裝在車輛上的內(nèi)燃機(jī)的廢熱例如利用斯特林發(fā)動機(jī)進(jìn)行回收。從其中回收廢熱的對象不局限于內(nèi)燃機(jī)。例如，本發(fā)明適用于從工廠、車間、或發(fā)電站回收廢熱。根據(jù)第四實施例的活塞式發(fā)動機(jī)將工作流體從氣缸中的工作空間引至活塞中的空心部分，并將引入的工作流體排出至活塞的圓周部分和氣缸之間的空間。活塞式發(fā)動機(jī)包括加壓狀態(tài)保持單元，該加壓狀態(tài)保持單元在垂直于活塞操作方向的方向上操作，并將工作流體從引入通道的朝空心部分打開的進(jìn)口開口引入工作流體，以及還阻止工作流體從空心部分回流至氣缸。圖四是表示根據(jù)第四實施例的活塞式發(fā)動機(jī)的剖視圖。圖30是表示根據(jù)第四實施例的活塞式發(fā)動機(jī)的活塞的剖視圖。圖31是表示設(shè)置在根據(jù)第四實施例活塞式發(fā)動機(jī)中的供氣孔的前視圖。圖32是表示加壓狀態(tài)保持單元的視圖，即從圖30的箭頭C所示的方向觀看的簧片閥。圖33是表示根據(jù)第四實施例的處于操作狀態(tài)的活塞式發(fā)動機(jī)的視圖。 在這些附圖中，與上述部件公共的部件以相同的或相應(yīng)的附圖標(biāo)記表示，以及不重復(fù)其說明。高壓側(cè)活塞/氣缸單元720的活塞721容納在氣缸(高溫側(cè)氣缸)722中，并在該氣缸內(nèi)部往復(fù)運(yùn)動。低溫側(cè)活塞/氣缸單元730的活塞731容納在低溫側(cè)氣缸732的內(nèi)部， 并在該氣缸內(nèi)部往復(fù)運(yùn)動。由加熱器47加熱的工作流體流入在加熱器47側(cè)的高溫側(cè)氣缸 722中的空間(在下文中為了便于說明，稱之為膨脹空間ES)。由散熱器45冷卻的工作流體流入在再生式換熱器(在下文中，簡單地稱之為再生器)46側(cè)的氣缸(低溫側(cè)氣缸732) 中的空間(在下文中為了便于說明，稱之為壓縮空間PS)。膨脹空間ES和壓縮空間PS將統(tǒng)一稱為工作空間MS。下文將參考圖30至33詳細(xì)描述活塞721和731的結(jié)構(gòu)。如圖四所示，活塞721 和731在尺寸方面不同，但是構(gòu)造相同。由于根據(jù)第四實施例的活塞721和731具有相同的構(gòu)造，下文將只描述活塞721，將不重復(fù)對活塞731的描述?；钊?21包括活塞主體811，形成在活塞主體811中(即活塞721的內(nèi)部)的空心部分(在下文，稱為壓力累積室)812，和分隔構(gòu)件813。在第四實施例中，分隔構(gòu)件813聯(lián)接至活塞主體811的折邊部分811s處的活塞721的內(nèi)壁811iw。分隔構(gòu)件813配置為以便避免用于將活塞721聯(lián)接至活塞側(cè)桿61的活塞銷62，如圖30所示。根據(jù)上述構(gòu)造，活塞主體811利用分隔構(gòu)件813在上部和底部封閉，壓力累積室812形成在活塞主體811的內(nèi)部。 折邊部分811s比活塞721 (見圖29)更接近于曲軸43側(cè)?；钊黧w811包括靠著高溫側(cè)氣缸722(圖四)滑動的圓周部分(滑動部分)811a， 和頂面部分811b，該頂面部分811b在活塞主體的活塞頂部Sllt側(cè)處形成為蓋狀，并與圓周部分811a成整體(連續(xù))。此外，閥門形成部分818設(shè)置在壓力累積室812側(cè)處的頂面部分811b中。閥門形成部分818在內(nèi)部包括引入通道814。引入通道814使高溫側(cè)氣缸 722內(nèi)部的工作空間MS與壓力累積室812連通。引入通道814具有在頂面部分811b中打開的工作流體進(jìn)口 814i，和在壓力累積室812中打開的工作流體出口 814ο。工作流體出口 814ο具有作為加壓狀態(tài)保持單元的簧片閥815，以便阻止引入的工作流體回流至壓力累積室 812。簧片閥815通過作為固定單元的螺釘818s (見圖30和32)連同簧片閥門導(dǎo)管819 固定至閥門形成部分818。簧片閥815在底側(cè)，換句話說，在折邊部分811s側(cè)固定至活塞 721?；善y815為板狀彈性構(gòu)件，同時例如由薄不銹板(大約0. 2mm至0. 5mm)制成。優(yōu)選地，簧片閥815盡可能地輕，以提高操作的響應(yīng)性。尤其，隨著斯特林發(fā)動機(jī)10的轉(zhuǎn)數(shù)的增加，必須提高響應(yīng)性。簧片閥815在固定部分SlS1 (圖30，32)處通過螺釘818s固定至閥門形成部分 818。因此，簧片閥815成懸臂。操作部分81 圍繞固定部分SlS1樞軸旋轉(zhuǎn)以便打開/關(guān)閉引入通道814的工作流體出口 814ο。當(dāng)簧片閥815配置為懸臂式元件時，可使簧片閥815 在沿活塞721的中心軸線Z (在下文中，稱為活塞中心軸線)的方向上的長度較短，以及可使簧片閥815在活塞中心軸線Z的方向上長度較小(圖30和32)?；善y門導(dǎo)管819阻止簧片閥的過多打開以及簧片閥的耐用性的退化?；善y815將通過引入通道814的工作流體的流動限制為從工作空間MS至壓力累積室812的方向。當(dāng)高溫側(cè)氣缸722中的工作空間MS中的工作流體的壓力Pc (工作空間內(nèi)壓力)由于活塞721的運(yùn)動增加，并超過壓力累積室812內(nèi)部的壓力Pp(壓力累積室內(nèi)壓力)時，簧片閥815打開，以便將高溫側(cè)氣缸722的工作空間MS中的工作流體引至壓力累積室812。此外，當(dāng)高溫側(cè)氣缸722中的工作空間MS的工作空間內(nèi)壓力Pc由于活塞721 的運(yùn)動降低，并變得低于壓力累積室內(nèi)壓力Pp時，朝閥門形成部分818推動簧片閥815，以便阻止工作流體從空心部分812回流至高溫側(cè)氣缸722中的工作空間MS。因此，簧片閥815 具有保持加壓狀態(tài)的功能和引入工作流體的功能。多個供氣孔816在圓周方向上每隔一定間隔布置在活塞主體811的圓周部分811a 上。如圖30和31所示，供氣孔816包括孔口 816ο和放大部分816s。如圖33所示，工作流體通過孔口 816ο并在放大部分816s中擴(kuò)張，以便排出至高溫側(cè)氣缸722和內(nèi)壁722iw之間的間隙。由于放大部分816s具有通過保持從孔口 816ο排出的工作流體而累積壓力的功能，故可使高溫側(cè)氣缸722的壓力接收表面面積在活塞721的啟動時更大，以便活塞721由較大的作用力支承而穩(wěn)定地漂浮。此外，如果活塞721和高溫側(cè)氣缸722之間的間隙在活塞721的往復(fù)運(yùn)動開始之后發(fā)生變化，通過孔口 816ο調(diào)節(jié)流量。因此，活塞721和高溫側(cè)氣缸722之間的間隙可基本上維持在固定水平。隨著活塞721升高，壓縮高溫側(cè)氣缸722的工作空間MS中的工作流體，工作空間
23內(nèi)壓力Pc變得高于壓力累積室內(nèi)壓力Pp。然后，簧片閥815打開。工作空間MS中的一部分工作流體通過引入通道814引入壓力累積室812。當(dāng)工作流體通過引入通道814引入壓力累積室812時，壓力累積室812的一部分工作流體通過供氣孔816排出至活塞721和高溫側(cè)氣缸722之間的間隙，從而形成空氣軸承48。該間隙在尺寸ts方面為大約15微米至 30微米。將對作為加壓狀態(tài)保持單元的簧片閥815和簧片閥815所聯(lián)接的閥門形成部分 818進(jìn)行更詳細(xì)地描述。圖34是表示根據(jù)第四實施例的閥門形成部分的剖視圖。圖35是聯(lián)接至根據(jù)第四實施例閥門形成部分的簧片閥的剖視圖。如圖34所示，閥門形成部分818的閥座和與閥座處于相同平面中的閥門聯(lián)接部分818p平行于活塞中心軸線Z形成，其中簧片閥815固定至閥門形成部分818。引入通道814的工作流體出口 814ο的開口表面814p平行于閥門聯(lián)接部分818p和活塞中心軸線Z?；钊行妮S線Z平行于活塞721的運(yùn)動方向MD (圖30)。由于簧片閥815為上述的板狀彈性構(gòu)件，故當(dāng)簧片閥815通過螺釘818s固定至閥門形成部分818時，簧片閥815與閥門聯(lián)接部分818p相接觸并關(guān)閉引入通道814的工作流體出口 814o(圖35)。然后，簧片閥815的板表面變得平行于活塞中心軸線Z，即活塞721 的運(yùn)動方向MD。當(dāng)工作空間內(nèi)壓力Pc超過壓力累積室內(nèi)壓力Pp時，由于Pc和Pp之間的壓力差而作用于簧片閥的作用力超過將簧片閥815推至閥門聯(lián)接部分818p的作用力，簧片閥815運(yùn)轉(zhuǎn)以便離開閥門聯(lián)接部分818p。然后，工作流體通過引入通道814并從工作流體出口 814ο 流動至壓力累積室812 (見圖30)。當(dāng)工作空間內(nèi)壓力Pc變得低于壓力累積室內(nèi)壓力Pp時，由于Pc和Pp之間的壓力差而作用于簧片閥的作用力變得低于將簧片閥815推至閥門聯(lián)接部分818ρ的簧片閥815 的作用力，簧片閥815運(yùn)轉(zhuǎn)以便朝閥門聯(lián)接部分818ρ運(yùn)動。然后，工作流體出口 814ο關(guān)閉， 工作流體朝壓力累積室812的流動(見圖30)停止。當(dāng)工作流體出口 814ο打開/關(guān)閉時， 簧片閥815在圖35所示的箭頭X的方向上運(yùn)動?；善y815的運(yùn)動方向(簧片閥開始運(yùn)動時的方向)設(shè)置為垂直于活塞721的運(yùn)動方向MD(其平行于活塞中心軸線Ζ)。下文將描述這種構(gòu)造的原因。圖36Α至36C分別示出活塞位置相對于曲柄角、施加于簧片閥的加速度、和工作空間內(nèi)壓力之間的關(guān)系。在斯特林發(fā)動機(jī)10運(yùn)行同時，可歸因于活塞721的往復(fù)運(yùn)動的加速度施加于簧片閥815。加速度所施加的方向平行于活塞721的運(yùn)動方向MD(圖35)。當(dāng)在斯特林發(fā)動機(jī)10運(yùn)行的同時活塞721到達(dá)TDC(上止點)或BDC(下止點)的位置時，施加于簧片閥815的加速度的絕對值達(dá)到其最大值。施加于簧片閥815的加速度在活塞721處于TDC時表示為α TDe，施加于簧片閥815的加速度當(dāng)活塞721處于BDC時表示為aBDC。如圖35所示，當(dāng)活塞721在TDC或者BDC時，作用力Ftdc(= a TDCXm)，或FBDC(= aBDCXm)在圖35所示的箭頭Fto或Fbdc的方向上作用于簧片閥815。此時，m表示簧片閥 815的質(zhì)量。在TDC和BDC時作用于簧片閥815的作用力FTDe和FBDe的方向平行于活塞721 的運(yùn)動方向，即活塞中心軸線Z的方向。如圖36C所示，在根據(jù)第四實施例的斯特林發(fā)動機(jī)10中，在TDC附近工作空間內(nèi)壓力Pc超過壓力累積室內(nèi)壓力Pp，工作流體引入壓力累積室812?；善y815需要在此時的Pc和Pp之間的壓力差下打開。然而，由于此時的壓力差較小，故必須設(shè)計簧片閥815以便響應(yīng)于低壓進(jìn)行打開/關(guān)閉。當(dāng)應(yīng)用專利文獻(xiàn)1所述的技術(shù)時，由于止回閥的運(yùn)動方向平行于可歸因于活塞 721的往復(fù)運(yùn)動的加速度，如果止回閥設(shè)置為在沿打開止回閥的方向施加最大作用力的 BDC處不產(chǎn)生故障，則止回閥在TDC處可不打開。尤其當(dāng)發(fā)動機(jī)以高轉(zhuǎn)速運(yùn)行時，這種故障變得突出。因此，利用專利文獻(xiàn)1所述的技術(shù)難以設(shè)置止回閥，以便在TDC處將氣態(tài)物質(zhì)引入活塞內(nèi)部的空間并保持該引入的氣態(tài)物質(zhì)直到下一次引入。尤其當(dāng)發(fā)動機(jī)以高轉(zhuǎn)速運(yùn)行時，這種設(shè)置基本上不可能。因此，只有當(dāng)發(fā)動機(jī)以低轉(zhuǎn)速運(yùn)行時才可實際應(yīng)用專利文獻(xiàn)1 所述的技術(shù)。如上所述，在根據(jù)第四實施例的斯特林發(fā)動機(jī)10中，簧片閥815的板表面平行于活塞721的運(yùn)動方向MD(即平行于活塞中心軸線Z)。因此，簧片閥815的運(yùn)動方向垂直于活塞721的運(yùn)動方向MD(即平行于活塞中心軸線Z的方向)，或者垂直于由于活塞721在 TDC或BDC處的往復(fù)運(yùn)動所產(chǎn)生的加速度的方向。因此，即使當(dāng)可歸因于活塞721的往復(fù)運(yùn)動的加速度施加于簧片閥815時，也不會對簧片閥815的操作產(chǎn)生很多的影響。換句話說，根據(jù)簧片閥815的彈性模量、厚度等等確定的簧片閥815的閥門開啟壓力不受加速度的實際影響。因此，簧片閥815可與加速度無關(guān)地打開/關(guān)閉。即使當(dāng)斯特林發(fā)動機(jī)10以高轉(zhuǎn)速運(yùn)行時，換句話說，甚至在高加速度下， 可靠地操作簧片閥815以在TDC處將氣態(tài)物質(zhì)引入活塞內(nèi)部的空間，并保持氣態(tài)物質(zhì)直到下一次引入。專利文獻(xiàn)1所公開的止回閥具有機(jī)械操作部分，該機(jī)械操作部分利用彈簧施加壓力至閥門元件。在這種止回閥中，閥門元件和彈簧在操作時彼此滑動。因此，由活塞的重復(fù)往復(fù)運(yùn)動所引起的振動例如在閥門元件和彈簧中產(chǎn)生摩擦磨損，止回閥的耐用性也可能退化。然而，在第四實施例中，僅根據(jù)彈性變形操作的簧片閥用作加壓狀態(tài)保持單元，因此該元件在簧片閥操作時不產(chǎn)生滑動。因此，由可歸因于活塞的往復(fù)運(yùn)動所引起的摩擦磨損等等顯著地減少。因此，可顯著地提高加壓狀態(tài)保持單元的耐用性。此外，在第四實施例中，加壓狀態(tài)保持單元(即簧片閥815)用于具有低振動衰減率的氣態(tài)物質(zhì)中。因此，如果加壓狀態(tài)保持單元的操作的運(yùn)動設(shè)置為平行于如專利文獻(xiàn)1 所公開的技術(shù)的可歸因于活塞往復(fù)運(yùn)動的加速度的方向，加壓狀態(tài)保持單元由于可歸因于加速度變化的振動的影響而共振。然后，如果加壓狀態(tài)保持單元用于具有低振動衰減率的氣態(tài)物質(zhì)中，加壓狀態(tài)保持單元容易共振，其原因為其振動幾乎沒有被衰減。另一方面，由于在第四實施例中加壓狀態(tài)保持單元(即簧片閥815)的操作方向和活塞21的運(yùn)動方向互相垂直，故加壓狀態(tài)保持單元基本上不受由加速度變化所引起的振動的影響。因此，抑制加壓狀態(tài)保持單元(即簧片閥815)的共振，可實現(xiàn)穩(wěn)定操作。在TDC的附近，向上加速度，即朝活塞721的頂面部分811b作用的加速度，施加于簧片閥815，并在TDC處達(dá)到其最大值。如前所述，簧片閥815在活塞721的底側(cè)，即折邊部分811s側(cè)處，固定至閥門形成部分818(圖30)。因此，簧片閥815由TDC附近的加速度向上拉起，且不會彎曲。另一方面，在BDC的附近，向下加速度，即朝活塞721的折邊部分811s的方向作用的加速度，施加于簧片閥815，并在BDC處達(dá)到其最大值。如圖36C所示，工作空間內(nèi)壓力 Pc在BDC處最小。另一方面，由于壓力累積室內(nèi)壓力Pp大致恒定，壓力累積室內(nèi)壓力Pp和工作空間內(nèi)壓力Pc的壓力差ΔΡ在BDC處達(dá)到其最大值。由于在BDC處利用壓力ΔΡ朝閥門形成部分818的閥門聯(lián)接部分818P推動簧片閥815，故即使在BDC附近向下作用力作用在簧片閥815上，也可阻止簧片閥815彎曲。優(yōu)選地，加壓狀態(tài)保持單元(即簧片閥815) 的操作方向和活塞721的運(yùn)動方向正好形成90°。然而，制造誤差是可容忍的。加壓狀態(tài)保持單元(即簧片閥815)的操作方向和活塞721的運(yùn)動方向的交叉角可在歸因于活塞721 往復(fù)運(yùn)動的加速度的影響的可容忍范圍內(nèi)稍微偏離90°。圖37和38A是根據(jù)第四實施例活塞的頂面部分的平面圖。圖38B是表示根據(jù)第四實施例的活塞的側(cè)視圖。結(jié)構(gòu)體SI (圖37)包括閥門形成部分818、簧片閥815和彈簧 818s，其優(yōu)選地布置在活塞721的頂面部分811b的中心部處。換句話說，優(yōu)選將結(jié)構(gòu)體SI 布置在活塞中心軸線Z的附近。當(dāng)結(jié)構(gòu)體SI如上所述地布置時，可使如圖30所示形成在閥門形成部分818中的引入通道814和多個供氣孔816之間的距離相等。然后，當(dāng)工作空間MS的工作流體通過引入通道814引入壓力累積室812時，從多個供氣孔816中的每個供氣孔排出的工作流體的條件(量、壓力)傾向于相同。因此，排出的工作流體在活塞721的圓周方向上偏移至間隙內(nèi)的可能性較小，可使空氣軸承48穩(wěn)定地工作。此外，根據(jù)結(jié)構(gòu)物體SI與活塞721的重力G的關(guān)系，優(yōu)選將結(jié)構(gòu)物體SI布置在活塞721的中心部處。尤其在第四實施例中，由于采用空氣軸承48，活塞721的往復(fù)運(yùn)動的軌道的線性近似很重要。因此，優(yōu)選的是，當(dāng)結(jié)構(gòu)物體SI布置在活塞721的頂面部分811b的中心部處時，結(jié)構(gòu)物體SI的重心g的位置與活塞721的重心G盡可能地在垂直于活塞721 的運(yùn)動方向的平面上相吻合，如圖38A和38B所示。在圖38A中，為了方便起見，將結(jié)構(gòu)物體SI的重心g表示為稍微偏離實際位置。第四實施例的變型 將描述根據(jù)第四實施例的設(shè)置在活塞式發(fā)動機(jī)中的加壓狀態(tài)保持單元的變型。圖 39A至41B為根據(jù)第四實施例的設(shè)置在活塞式發(fā)動機(jī)中的加壓狀態(tài)保持單元的變型的圖表?；善y81 用作加壓狀態(tài)保持單元并示于圖39A和39B中，其布置為以便簧片閥815的固定部分815 、815 和操作部分815 布置在平行于活塞721a的中心軸線的直線k上， 如圖39A所示?；善y81 通過螺釘818s在兩個位置處固定至閥門形成部分818，該兩個位置為活塞721a的頂面部分811b側(cè)和折邊部分811s側(cè)。圖29A所示的固定部分Slfep 815&1和操作部分815 通過連接部分815 連接。操作部分815 覆蓋引入通道814的工作流體出口 814ο，并當(dāng)工作空間內(nèi)壓力Pc 和壓力累積室內(nèi)壓力Pp之間的壓力差超過簧片閥81 的閥門開啟壓力時，離開閥門形成部分818運(yùn)動?；善y81 固定在平行于活塞721a的中心軸線的直線k上，并在兩個位置處固定至閥門形成部分818，該兩個位置為活塞721a的頂面部分811b側(cè)和折邊部分 811s側(cè)。因此，即使當(dāng)具有活塞721a的活塞式發(fā)動機(jī)以非常高的轉(zhuǎn)速操作以及對簧片閥 81 施加大的加速度時，也可抑制簧片閥81 的變形以及可靠地操作簧片閥815a。此外， 由于操作部分815 的操作量小于第四實施例所述的簧片閥815(圖30和35)的操作量， 故可排除簧片閥導(dǎo)承819(圖30和35)。這種特征可使構(gòu)造簡易以及有助于減輕重量。作為圖40A和40B所示的加壓狀態(tài)保持單元的簧片閥81 布置為以便簧片閥 815b的固定部分SlSb1和SlSb1處于垂直于直線k的方向上，該直線k平行于活塞721b的中心軸線?；善y81 連同簧片閥導(dǎo)承819b (圖40B)利用螺釘818s在固定部分SlSb1 和SlSb1的兩個位置處固定至閥門形成部分818。固定部分815bl和81恥1，以及操作部分 815 通過聯(lián)接部分815b3連接。聯(lián)接部分815b3布置為以便與直線&形成角度Θ。操作部分815 覆蓋引入通道814的工作流體出口 814ο，并當(dāng)工作空間內(nèi)壓力Pc 和壓力累積室內(nèi)壓力Pp之間的壓力差超過簧片閥81 的閥門開啟壓力時，離開閥門形成部分818運(yùn)動?；善y81 在兩個位置處固定至閥門形成部分818。因此，即使當(dāng)具有活塞721b的活塞式發(fā)動機(jī)以高轉(zhuǎn)速操作以及對簧片閥81 施加大的加速度時，也可抑制簧片閥81 的變形以及可靠地操作簧片閥815a?；善y81 的固定部分815、和SlSb1布置在垂直于直線k的方向上，該直線k平行于活塞721b的中心軸線。因此，可使簧片閥 815b的尺寸在活塞721b運(yùn)動的方向上小，因而可使活塞721b的尺寸在運(yùn)動方向小。作為加壓狀態(tài)保持單元并示于圖41A和41B中的簧片閥815c布置為以便簧片閥 815c的固定部分815Cl處于垂直于直線k的方向上，該直線k平行于活塞721c的中心軸線?；善y815c連同簧片閥導(dǎo)承819c(圖41B)利用螺釘818s在固定部分815Cl處固定至閥門形成部分818?；善y815c為板狀構(gòu)件，該板狀構(gòu)件在平面圖中呈矩形，其與固定至固定部分815Cl的端部相對的端部形成操作部分815c2。操作部分815c2覆蓋引入通道814的工作流體出口 814ο，并當(dāng)工作空間內(nèi)壓力Pc 和壓力累積室內(nèi)壓力Pp之間的壓力差超過簧片閥815c的閥門開啟壓力時離開閥門形成部分818運(yùn)動?；善y815c在垂直于直線k的方向上固定至閥門形成部分818，該直線k 平行于活塞721c的中心軸線。因此，可使簧片閥81 的尺寸在活塞721c運(yùn)動的方向上小， 以及因而可使活塞721c的尺寸在運(yùn)動方向小。當(dāng)具有活塞721c的活塞式發(fā)動機(jī)以較低轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時，簧片閥815c的構(gòu)造有效。在根據(jù)上述第四實施例和其變型的活塞式發(fā)動機(jī)中，工作流體從氣缸中的工作空間引入至活塞中的空心部分，工作流體排出至活塞的圓周部分和氣缸之間的空間，以及活塞式發(fā)動機(jī)具有在垂直于活塞運(yùn)動方向的方向上操作的加壓狀態(tài)保持單元。因此，即使當(dāng)可歸因于活塞往復(fù)運(yùn)動的加速度作用在加壓狀態(tài)保持單元上時，基本上不影響加壓狀態(tài)保持單元的操作。因此，可以與加速度無關(guān)地操作加壓狀態(tài)保持單元。因此，即使當(dāng)活塞式發(fā)動機(jī)以高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時，即即使當(dāng)作用于加壓狀態(tài)保持單元的加速度較大時，加壓狀態(tài)保持可靠地操作以便在TDC處將氣態(tài)物質(zhì)引入活塞內(nèi)部的空間，以及保持引入的氣態(tài)物質(zhì)直到下一次引入氣態(tài)物質(zhì)。在上述示例中，斯特林發(fā)動機(jī)配置為聯(lián)接至排氣管以便使用車輛內(nèi)燃機(jī)的廢氣作為熱源。然而，本發(fā)明的斯特林發(fā)動機(jī)不局限于聯(lián)接至車輛內(nèi)燃機(jī)的排氣管的類型。在上文中描述了作為斯特林發(fā)動機(jī)的活塞式發(fā)動機(jī)的構(gòu)造、操作和效果。然而，根據(jù)實施例的活塞式發(fā)動機(jī)容易適用于除斯特林發(fā)動機(jī)以外的活塞式發(fā)動機(jī)，并執(zhí)行相同的操作，發(fā)揮相同的作用，以及具有相同的有效性。工業(yè)實用性根據(jù)本發(fā)明的活塞設(shè)備對于不包括活塞環(huán)的活塞設(shè)備是有效的。根據(jù)本發(fā)明的活塞設(shè)備尤其適用于包括活塞主體內(nèi)部的壓力累積部分和從壓力累積部分朝氣缸內(nèi)部排出流體的活塞設(shè)備。
權(quán)利要求
1.一種外燃機(jī)，其包括活塞設(shè)備；和氣缸，其中所述活塞設(shè)備包括活塞主體，壓力累積室，其形成在所述活塞主體的內(nèi)部，引入部分，其布置在第一部分中，并用于將在所述外燃機(jī)的工作空間中壓縮的工作介質(zhì)引入所述壓力累積室，該第一部分對應(yīng)于所述活塞主體的圓周部分中的預(yù)定高度位置， 和孔，其布置在第二部分中，并從所述壓力累積室延伸至所述活塞主體和所述氣缸之間的間隙，該第二部分對應(yīng)于低于所述活塞主體的圓周部分中的預(yù)定高度位置的位置，和所述活塞主體的所述圓周部分中的所述第一部分和所述氣缸之間的間隙的尺寸設(shè)置成，所述活塞設(shè)備處于上止點時的間隙尺寸大于所述活塞設(shè)備處于下止點時的間隙尺寸。
2.如權(quán)利要求1所述的外燃機(jī)，其中所述活塞主體的所述圓周部分中的所述第二部分和所述氣缸之間的間隙的尺寸設(shè)置成，所述活塞設(shè)備處于上止點時的間隙尺寸和所述活塞設(shè)備處于下止點時的間隙尺寸基本上相同，和當(dāng)所述活塞設(shè)備處于下止點時，所述第一部分和所述氣缸之間的間隙尺寸與所述活塞主體的所述圓周部分中的所述第二部分和所述氣缸之間的間隙尺寸基本上相同。
3.如權(quán)利要求1所述的外燃機(jī)，其中，當(dāng)所述活塞設(shè)備處于上止點時所述活塞主體的所述圓周部分的所述第一部分面向的所述氣缸的內(nèi)圓周壁部分的直徑設(shè)置為大于當(dāng)所述活塞設(shè)備處于下止點時所述活塞主體的所述圓周部分的所述第一部分面向的所述氣缸的內(nèi)圓周壁部分的直徑。
4.如權(quán)利要求1所述的外燃機(jī)，其中所述外燃機(jī)為α型斯特林發(fā)動機(jī)，和所述活塞主體的所述圓周部分中的所述第一部分和所述氣缸之間的間隙尺寸設(shè)置為， 所述活塞設(shè)備在上止點的士45°的范圍內(nèi)時的該間隙尺寸大于所述活塞設(shè)備在所述范圍之外時的該間隙尺寸。
5.如權(quán)利要求1所述的外燃機(jī)，其中所述弓I入部分的上表面以平坦形狀形成，以便所述整個上表面具有大約相同的高度。
全文摘要
本發(fā)明涉及活塞設(shè)備、斯特林發(fā)動機(jī)和外燃機(jī)?；钊O(shè)備通過將壓縮的工作介質(zhì)引入活塞內(nèi)并從布置在活塞圓周部分上的多個孔將工作介質(zhì)排出至活塞和氣缸之間的間隙，從而配置空氣軸承，同時活塞設(shè)備阻止活塞中工作介質(zhì)回流至工作空間，容易保證可靠性及提供長的使用壽命。應(yīng)用于外燃機(jī)的活塞設(shè)備包括活塞主體；壓力累積室，其形成在活塞主體內(nèi)部；引入部分，其用于將壓縮的工作介質(zhì)引入壓力累積室；和孔，其布置在活塞主體的圓周部分上，并從壓力累積室延伸至外燃機(jī)的活塞主體和氣缸之間的間隙，且引入部分布置為在引入方向上與工作流體的壓力累積室連通及在引入方向的反方向上連通，引入部分中的反方向上的通道阻力大于引入方向上的通道阻力。
文檔編號F02G1/053GK102278229SQ20111016280
公開日2011年12月14日 申請日期2005年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月27日
發(fā)明者三谷信一, 澤田大作, 矢口寬 申請人:豐田自動車株式會社