β形スターリングエンジンのオーバーラップ容積について

 β形スターリングエンジンにおけるオーバーラップ容積の導出式について説明しましょう。
 図1に示すβ形スターリングエンジンの圧縮空間容積VCを考えます。各ピストンの運動が正弦状であると仮定し,ディスプレーサピストンの上死点をクランク角θ=0(rad)とすると,圧縮空間容積VCはディスプレーサピストンの行程容積VSE,パワーピストンの行程容積VSC,ピストンの位相角α,圧縮空間無効容積VDC及びオーバーラップ容積VDを用いて次式で表されます。

図1 β形スターリングエンジン
(1)
ここで,VCの最小値がVDCとなるようにVDを求めます。式(1)を変形して次式が得られます(途中省略)。
(2)
すなわち,cos(θ-φ)=-1のときVCは最小値VDCとなります。 よって,
(3)
 なお,圧縮空間無効容積VDCは最小圧縮空間容積であり,ディスプレーサピストンとパワーピストンとが最も近接した際の隙間容積であると考えられます。また,単クランク機構など,ピストン運動が正弦状でない場合には上式は成り立たないため,設計時には十分な注意が必要です。
[ Stirling Engine Dictionary ]