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JP2005180396A - Energy recovery device for internal combustion engine - Google Patents

Energy recovery device for internal combustion engine Download PDF

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JP2005180396A
JP2005180396A JP2003425725A JP2003425725A JP2005180396A JP 2005180396 A JP2005180396 A JP 2005180396A JP 2003425725 A JP2003425725 A JP 2003425725A JP 2003425725 A JP2003425725 A JP 2003425725A JP 2005180396 A JP2005180396 A JP 2005180396A
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JP
Japan
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energy
combustion engine
internal combustion
energy recovery
recovery device
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Pending
Application number
JP2003425725A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasushi Ito
泰志 伊藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an energy recovery device of an internal combustion engine, capable of improving utilization efficiency of energy obtained by recovering surplus energy of the internal combustion engine. <P>SOLUTION: This energy recovery device 20 for recovering the surplus energy of the internal combustion engine 1, has a heat accumulator 25 for generating a sound wave by using energy of exhaust gas of the internal combustion engine 1, heat exchangers 26 and 27, a transducer 24 for converting energy of the sound wave into electric energy, a cold accumulator 250 for converting the energy of the sound wave into heat energy, heat exchangers 260 and 270, and an ECU 40. The ECU 40 changes a rate of a power generation quantity by the transducer 24 and a cold quantity obtained by the heat exchanger 270 in response to a request for the energy recovery device 20. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、内燃機関の余剰エネルギを回収するためのエネルギ回収装置に関する。   The present invention relates to an energy recovery device for recovering surplus energy of an internal combustion engine.

従来から、熱音響現象を利用した冷凍機が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。この冷凍機は、気体が封入される配管と、この配管の内部に配置されると共に高温側熱交換器と低温側熱交換器とで挟まれたスタックと、このスタックと非対称の位置に高温側熱交換器および低温側熱交換器と共に配置された蓄冷器とを備える。この冷凍機は、スタックの両端部間に温度勾配を形成することにより、スタックにて気体の自励振動を発生させ、それによって得られる定在波および進行波の伝播により蓄冷器に蓄冷するものである。   Conventionally, a refrigerator utilizing a thermoacoustic phenomenon has been proposed (see, for example, Patent Document 1). This refrigerator includes a pipe filled with gas, a stack disposed inside the pipe and sandwiched between a high temperature side heat exchanger and a low temperature side heat exchanger, and a high temperature side at a position asymmetric with the stack. And a regenerator arranged together with the heat exchanger and the low temperature side heat exchanger. This refrigerator generates a self-excited vibration of gas in the stack by forming a temperature gradient between both ends of the stack, and stores it in the regenerator by propagation of standing waves and traveling waves obtained thereby. It is.

また、従来から、熱音響現象を利用して内燃機関の排気熱を回収する装置も提案されている(例えば、特許文献2参照。)。この装置は、内燃機関の排気浄化用触媒コンバータに接続された共鳴管と、この共鳴管の一端に設けられたスタックと、共鳴管の他端に設けられたトランスデューサとを備える。この装置では、触媒コンバータから発せられる熱によりスタックの一端が加熱され、スタックの両端部間に温度勾配が付与される。これにより、スタックにて音波が発生し、音波のエネルギはトランスデューサによって電気エネルギに変換される。   Conventionally, an apparatus for recovering exhaust heat of an internal combustion engine using a thermoacoustic phenomenon has been proposed (see, for example, Patent Document 2). This device includes a resonance pipe connected to an exhaust gas purification catalytic converter of an internal combustion engine, a stack provided at one end of the resonance pipe, and a transducer provided at the other end of the resonance pipe. In this apparatus, one end of the stack is heated by heat generated from the catalytic converter, and a temperature gradient is applied between both ends of the stack. Thereby, sound waves are generated in the stack, and the energy of the sound waves is converted into electric energy by the transducer.

特許第3015786号公報Japanese Patent No. 3015786 特開2002−122020号公報JP 2002-122020 A

上述のように、熱音響現象を利用することにより、内燃機関の余剰エネルギを回収して電気エネルギや熱エネルギを得ることが可能となる。しかしながら、内燃機関の余剰エネルギを熱音響装置によって回収したとしても、余剰エネルギを回収して得たエネルギの利用効率が悪かったのでは、熱音響装置を利用する意味が失われてしまいかねない。   As described above, by using the thermoacoustic phenomenon, it is possible to recover surplus energy of the internal combustion engine and obtain electric energy and thermal energy. However, even if the surplus energy of the internal combustion engine is recovered by the thermoacoustic device, if the utilization efficiency of the energy obtained by recovering the surplus energy is poor, the meaning of using the thermoacoustic device may be lost.

そこで、本発明は、内燃機関の余剰エネルギを回収して得たエネルギの利用効率を向上させることができる内燃機関のエネルギ回収装置の提供を目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an energy recovery device for an internal combustion engine that can improve the utilization efficiency of energy obtained by recovering excess energy of the internal combustion engine.

本発明による内燃機関のエネルギ回収装置は、内燃機関の余剰エネルギを回収するエネルギ回収装置であって、内燃機関の余剰エネルギを利用して音波を発生させる音響エネルギ発生手段と、音響エネルギ発生手段により発せられる音波のエネルギを電気エネルギに変換する第1のエネルギ変換手段と、音響エネルギ発生手段により発せられる音波のエネルギを熱エネルギに変換する第2のエネルギ変換手段と、第1のエネルギ変換手段によるエネルギ回収量と第2のエネルギ変換手段によるエネルギ回収量との割合を要求に応じて変化させる制御手段とを備えることを特徴とする。   An energy recovery device for an internal combustion engine according to the present invention is an energy recovery device that recovers surplus energy of the internal combustion engine, and includes an acoustic energy generation unit that generates sound waves using the surplus energy of the internal combustion engine, and an acoustic energy generation unit. By first energy converting means for converting the energy of the emitted sound wave into electrical energy, second energy converting means for converting the energy of the sound wave generated by the acoustic energy generating means into thermal energy, and the first energy converting means. Control means for changing the ratio of the energy recovery amount and the energy recovery amount by the second energy conversion means as required is provided.

このエネルギ回収装置は、内燃機関の余剰エネルギを利用して音波を発生させた上で、かかる音波のエネルギを電気エネルギと熱エネルギとに変換可能なものである。そして、このエネルギ回収装置では、第1のエネルギ変換手段によるエネルギ回収量(電気エネルギ)と第2のエネルギ変換手段によるエネルギ回収量(熱エネルギ)との割合が要求に応じて変化させられる。従って、このエネルギ回収装置によれば、電気エネルギが必要とされる場合には第1エネルギ変換手段によるエネルギ回収量(電気エネルギ)を増加させる一方、熱エネルギが必要とされる場合には第2エネルギ変換手段によるエネルギ回収量(熱エネルギ)を増加させることが可能となるので、内燃機関の余剰エネルギを回収して得たエネルギの利用効率を向上させることが可能となる。   This energy recovery device can generate sound waves using surplus energy of an internal combustion engine and convert the energy of the sound waves into electric energy and heat energy. In this energy recovery device, the ratio of the energy recovery amount (electric energy) by the first energy conversion means and the energy recovery amount (thermal energy) by the second energy conversion means is changed as required. Therefore, according to this energy recovery device, when the electrical energy is required, the energy recovery amount (electric energy) by the first energy conversion means is increased, while when the heat energy is required, the second energy recovery unit increases the energy recovery amount (electric energy). Since the energy recovery amount (heat energy) by the energy conversion means can be increased, it is possible to improve the utilization efficiency of the energy obtained by recovering the surplus energy of the internal combustion engine.

この場合、本発明によるエネルギ回収装置は、第1のエネルギ変換手段に対する電力要求量と、第2のエネルギ変換手段に対する熱要求量とを判定する要求判定手段を更に備え、制御手段は、要求判定手段の判定結果に応じて、第1のエネルギ変換手段によるエネルギ回収量と第2のエネルギ変換手段によるエネルギ回収量との割合を変化させると好ましい。   In this case, the energy recovery apparatus according to the present invention further includes a request determination unit that determines a power request amount for the first energy conversion unit and a heat request amount for the second energy conversion unit, and the control unit includes the request determination unit. It is preferable to change the ratio of the energy recovery amount by the first energy conversion means and the energy recovery amount by the second energy conversion means according to the determination result of the means.

また、制御手段は、第1のエネルギ変換手段によるエネルギ回収量を変化させることにより、第1のエネルギ変換手段によるエネルギ回収量と第2のエネルギ変換手段によるエネルギ回収量との割合を変化させると好ましい。   In addition, when the control unit changes the energy recovery amount by the first energy conversion unit, the ratio of the energy recovery amount by the first energy conversion unit and the energy recovery amount by the second energy conversion unit is changed. preferable.

一般に、熱音響現象を利用して音波のエネルギを熱エネルギに変換する場合よりも、音/電気変換手段を用いて音波のエネルギを電気エネルギに変換する場合の方が、エネルギ変換量(エネルギ回収量)の制御を容易かつ精度よく実行することができる。従って、かかる構成によれば、第1のエネルギ変換手段によるエネルギ回収量と第2のエネルギ変換手段によるエネルギ回収量との割合を要求に応じて精度よく設定することが可能となる。   In general, the amount of energy conversion (energy recovery) is greater when sound energy is converted into electrical energy using sound / electrical conversion means than when sound wave energy is converted into heat energy using a thermoacoustic phenomenon. Amount) can be easily and accurately executed. Therefore, according to this configuration, it is possible to accurately set the ratio of the energy recovery amount by the first energy conversion means and the energy recovery amount by the second energy conversion means as required.

更に、第1のエネルギ変換手段は、音波を受けて振動する振動部材と、この振動部材の周波数を音響エネルギ発生手段により発せられる音波の周波数と一致させるための手段とを備えると好ましい。これにより、音響エネルギ発生手段により発せられる音波を減衰させることなく、効率よく電気エネルギを得ることが可能となる。   Further, it is preferable that the first energy converting means includes a vibrating member that receives a sound wave and vibrates, and a means for matching the frequency of the vibrating member with the frequency of the sound wave emitted by the acoustic energy generating means. Thereby, it becomes possible to obtain electrical energy efficiently without attenuating the sound wave emitted by the acoustic energy generating means.

また、本発明によるエネルギ回収装置は、所定の作動流体が封入される気柱管を更に備え、音響エネルギ発生手段は、内燃機関の排気ガスを熱源とする高温熱交換器と、低温熱交換器と、これらの熱交換器の間に位置するように気柱管の内部に配置された蓄熱手段とを含むと好ましい。これにより、内燃機関の排気熱を効率よく回収して電気エネルギや熱エネルギを得ることが可能となる。   The energy recovery device according to the present invention further includes an air column tube filled with a predetermined working fluid, and the acoustic energy generating means includes a high-temperature heat exchanger using the exhaust gas of the internal combustion engine as a heat source, and a low-temperature heat exchanger. And heat storage means disposed inside the air column tube so as to be located between these heat exchangers. Thereby, it is possible to efficiently recover the exhaust heat of the internal combustion engine and obtain electric energy and heat energy.

更に、本発明によるエネルギ回収装置は、所定の作動流体が封入される気柱管を更に備え、音響エネルギ発生手段は、内燃機関の吸入空気または排気ガスの脈動を気柱管内の作動流体に伝達して音波を発生すると好ましい。これにより、本来できるだけ抑制されるべきである内燃機関の吸入空気や排気ガスの脈動のエネルギを効率よく回収して電気エネルギや熱エネルギを得ることが可能となる。   Furthermore, the energy recovery apparatus according to the present invention further includes an air column tube filled with a predetermined working fluid, and the acoustic energy generating means transmits the pulsation of the intake air or exhaust gas of the internal combustion engine to the working fluid in the air column tube. It is preferable to generate sound waves. As a result, it is possible to efficiently recover the pulsation energy of the intake air and exhaust gas of the internal combustion engine, which should be suppressed as much as possible, and obtain electric energy and thermal energy.

また、第1のエネルギ変換手段は、直動型発電機であると好ましく、第2のエネルギ変換手段は、高温熱交換器と、低温熱交換器と、これらの熱交換器の間に配置された蓄熱手段とを含むと好ましい。   The first energy conversion means is preferably a direct-acting generator, and the second energy conversion means is disposed between the high-temperature heat exchanger, the low-temperature heat exchanger, and these heat exchangers. The heat storage means is preferably included.

本発明による他の内燃機関のエネルギ回収装置は、内燃機関の余剰エネルギを回収するエネルギ回収装置であって、余剰エネルギを利用して音波を発生させる音響エネルギ発生手段と、音響エネルギ発生手段により発せられる音波のエネルギを電気エネルギに変換するエネルギ変換手段とを備え、このエネルギ変換手段が、音波を受けて振動する振動部材と、この振動部材の周波数を音響エネルギ発生手段により発せられる音波の周波数と一致させるための手段とを有していることを特徴とする。   Another energy recovery device for an internal combustion engine according to the present invention is an energy recovery device for recovering surplus energy of the internal combustion engine. The energy recovery device generates acoustic waves using the surplus energy, and is generated by the acoustic energy generation device. Energy conversion means for converting the energy of the generated sound wave into electrical energy, the energy conversion means receiving a sound wave and vibrating, and the frequency of the vibration member generated by the acoustic energy generation means. And means for matching.

このエネルギ回収装置は、内燃機関の余剰エネルギを利用して音波を発生させた上で、かかる音波のエネルギを電気エネルギに変換可能なものである。そして、このエネルギ回収装置では、音波のエネルギを電気エネルギに変換するエネルギ変換手段が、音波を受けて振動する振動部材の周波数と、音響エネルギ発生手段により発せられる音波の周波数とを一致させるための手段を有している。従って、このエネルギ回収装置によれば、音響エネルギ発生手段により発せられる音波を減衰させることなく、効率よく電気エネルギを得ることができるので、内燃機関の余剰エネルギを回収して得たエネルギの利用効率を向上させることが可能となる。   This energy recovery device is capable of generating sound waves using surplus energy of an internal combustion engine and then converting the energy of the sound waves into electrical energy. In this energy recovery device, the energy converting means for converting the sound wave energy into the electric energy matches the frequency of the vibrating member that receives the sound wave and vibrates with the frequency of the sound wave emitted by the acoustic energy generating means. Have means. Therefore, according to this energy recovery device, it is possible to efficiently obtain electric energy without attenuating the sound wave generated by the acoustic energy generating means. Therefore, the efficiency of using the energy obtained by recovering the surplus energy of the internal combustion engine Can be improved.

本発明によれば、内燃機関の余剰エネルギを回収して得たエネルギの利用効率を向上させることができる内燃機関のエネルギ回収装置の実現が可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the implementation | achievement of the energy recovery apparatus of the internal combustion engine which can improve the utilization efficiency of the energy obtained by collect | recovering the surplus energy of an internal combustion engine is attained.

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明による内燃機関のエネルギ回収装置の一実施形態を示す概略構成図である。同図に示されるように、エネルギ回収装置20は、例えば車両の走行駆動源として用いられる内燃機関1に適用される。まず、エネルギ回収装置20の適用対象である内燃機関1について簡単に説明すると、この内燃機関1は、シリンダブロック2に形成された燃焼室3の内部で燃料および空気の混合気を燃焼させ、燃焼室3内でピストン4を往復移動させて動力を発生するものである。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of an energy recovery device for an internal combustion engine according to the present invention. As shown in the figure, the energy recovery device 20 is applied to, for example, an internal combustion engine 1 used as a traveling drive source of a vehicle. First, the internal combustion engine 1 to which the energy recovery device 20 is applied will be briefly described. The internal combustion engine 1 burns a mixture of fuel and air inside a combustion chamber 3 formed in the cylinder block 2 and burns it. The piston 4 is reciprocated in the chamber 3 to generate power.

燃焼室3の吸気ポートは、吸気マニホールド5に接続され、燃焼室3の排気ポートは、排気マニホールド6に接続されている。また、内燃機関1のシリンダヘッドには、吸気ポートを開閉する吸気弁Vi、排気ポートを開閉する排気弁Ve、点火プラグ7およびインジェクタ8が燃焼室3ごとに配設されている。吸気マニホールド5は、サージタンク9に接続されており、サージタンク9には、給気管L1が接続されている。そして、給気管L1は、エアクリーナ10を介して図示されない空気取入口に接続されている。更に、給気管L1の中途(サージタンク9とエアクリーナ10との間)には、スロットルバルブ11が組み込まれている。一方、排気マニホールド6は、排気管L2に接続されており、排気管L2には、図示されない触媒装置が組み込まれている。   The intake port of the combustion chamber 3 is connected to the intake manifold 5, and the exhaust port of the combustion chamber 3 is connected to the exhaust manifold 6. In addition, an intake valve Vi that opens and closes an intake port, an exhaust valve Ve that opens and closes an exhaust port, a spark plug 7, and an injector 8 are disposed for each combustion chamber 3 in the cylinder head of the internal combustion engine 1. The intake manifold 5 is connected to a surge tank 9, and an air supply pipe L <b> 1 is connected to the surge tank 9. The air supply pipe L1 is connected to an air intake port (not shown) via the air cleaner 10. Further, a throttle valve 11 is incorporated in the middle of the supply pipe L1 (between the surge tank 9 and the air cleaner 10). On the other hand, the exhaust manifold 6 is connected to an exhaust pipe L2, and a catalyst device (not shown) is incorporated in the exhaust pipe L2.

本発明のエネルギ回収装置20は、上述のような内燃機関1の排気熱を回収するために用いられる。エネルギ回収装置20は、ステンレス等により円形断面を有するように形成された気柱管21を有し、この気柱管21の内部には、窒素、ヘリウム、アルゴン、ヘリウムおよびアルゴンの混合ガスといった作動流体(不活性ガス)が封入される。気柱管21は、図1に示されるように、概ね矩形ループ状に形成されたループ部22と、ループ部22の一つのコーナー部に接続された共鳴部23とを含む。共鳴部23は、ループ部22と概ね同径の円形断面を有する管部23aと、管部23aの先端に接続された閉鎖端部23bとを含み、共鳴器として機能する。閉鎖端部23bは、管部23aの先端から閉鎖端に向かうにつれて徐々に拡径されている。   The energy recovery device 20 of the present invention is used to recover the exhaust heat of the internal combustion engine 1 as described above. The energy recovery device 20 has an air column tube 21 formed of stainless steel or the like so as to have a circular cross section, and inside the air column tube 21 is an operation such as nitrogen, helium, argon, a mixed gas of helium and argon. A fluid (inert gas) is enclosed. As shown in FIG. 1, the air column tube 21 includes a loop portion 22 formed in a substantially rectangular loop shape and a resonance portion 23 connected to one corner portion of the loop portion 22. The resonance part 23 includes a tube part 23a having a circular cross section approximately the same diameter as the loop part 22, and a closed end part 23b connected to the tip of the tube part 23a, and functions as a resonator. The diameter of the closed end portion 23b is gradually increased from the distal end of the tube portion 23a toward the closed end.

共鳴部23の閉鎖端には、音波のエネルギ(音響エネルギ)を電気エネルギに変換する第1のエネルギ変換手段としてのトランスデューサ(音/電気変換手段)24が配置されている。トランスデューサ24は、発電量制御器240に接続されており、この発電量制御器240によってトランスデューサ24の発電量が設定される。図1に示されるように、トランスデューサ24から得られる電気エネルギは、発電量制御器240を介してバッテリ、キャパシタといった蓄電ユニットBUに送られ、蓄電ユニットBUを充電するために利用される。   A transducer (sound / electrical conversion unit) 24 as a first energy conversion unit that converts sound wave energy (acoustic energy) into electrical energy is disposed at the closed end of the resonance unit 23. The transducer 24 is connected to a power generation amount controller 240, and the power generation amount of the transducer 24 is set by the power generation amount controller 240. As shown in FIG. 1, the electrical energy obtained from the transducer 24 is sent to a power storage unit BU such as a battery or a capacitor via a power generation amount controller 240 and used to charge the power storage unit BU.

本実施形態では、トランスデューサ24として、音波を受ける受波部材(振動部材)241と、受波部材241に固定された磁石242と、磁石242の周囲に配置されると共に発電量制御器240に接続された可変インダクタンスコイル243と、磁石242を支持すると共に共鳴部23の閉鎖端の内面に固定されたバネ装置244とを含む直動型発電機が採用されている。そして、バネ装置244としては、開閉弁245を介して図示されない流体源に接続されたエアシリンダ(流体圧シリンダ)が採用されている。これにより、開閉弁245を制御することにより、受波部材241および磁石242を弾性的に支持するバネ装置244のバネ定数を変化させることができる。更に、コイル243のインダクタンスは、ECU40からの指令のもと、発電量制御器240によって変更される。   In the present embodiment, as the transducer 24, a wave receiving member (vibrating member) 241 that receives sound waves, a magnet 242 fixed to the wave receiving member 241, and a magnet 242 are disposed around and connected to the power generation amount controller 240. A direct-acting generator that includes the variable inductance coil 243 and a spring device 244 that supports the magnet 242 and is fixed to the inner surface of the closed end of the resonance portion 23 is employed. As the spring device 244, an air cylinder (fluid pressure cylinder) connected to a fluid source (not shown) through an on-off valve 245 is employed. Thus, by controlling the on-off valve 245, the spring constant of the spring device 244 that elastically supports the wave receiving member 241 and the magnet 242 can be changed. Further, the inductance of the coil 243 is changed by the power generation amount controller 240 under a command from the ECU 40.

また、気柱管21のループ部22の内部には、蓄熱器(蓄熱手段)25が配置されている。蓄熱器25は、配置箇所における気柱管21の軸方向と平行に延びる狭い流路を複数有する。蓄熱器25としては、セラミック等からなるハニカム構造体、ステンレス等からなる薄いメッシュを微小間隔で配列したもの、ステンレス等の金属製繊維を集合させた不織布等を採用することができる。この蓄熱器25の一端側には、高温熱交換器26が隣接して配置されており、蓄熱器25の他端側には、低温熱交換器27が隣接して配置されている。すなわち、蓄熱器25は、高温熱交換器26と低温熱交換器27との間に挟まれた状態で配置される。   A heat accumulator (heat storage means) 25 is disposed inside the loop portion 22 of the air column tube 21. The heat accumulator 25 has a plurality of narrow flow paths extending in parallel with the axial direction of the air column tube 21 at the arrangement location. As the heat accumulator 25, a honeycomb structure made of ceramic or the like, a thin mesh made of stainless steel or the like arranged at a minute interval, a nonwoven fabric in which metal fibers such as stainless steel are gathered, or the like can be used. A high temperature heat exchanger 26 is disposed adjacent to one end side of the heat accumulator 25, and a low temperature heat exchanger 27 is disposed adjacent to the other end side of the heat accumulator 25. That is, the heat accumulator 25 is arranged in a state of being sandwiched between the high temperature heat exchanger 26 and the low temperature heat exchanger 27.

高温熱交換器26を構成する伝熱管には、内燃機関1の排気管L2を流通する排気ガスが供給され、高温熱交換器26は、内燃機関1の排気ガスを熱源とする。また、低温熱交換器27を構成する伝熱管は、内燃機関1の冷却系統L3に組み込まれており、低温熱交換器27は、冷却系統L3を流通する冷却水を熱源(冷熱源)とする。本実施形態では、高温熱交換器(その伝熱管)26の排気ガス入口に、排気供給調整弁15が設けられており、この排気供給調整弁15を閉鎖することにより、高温熱交換器26に対する排気ガスの供給を停止することができる。同様に、冷却系統L3には、開閉弁14が含まれており、この開閉弁14を閉じることにより、低温熱交換器(その伝熱管)27に対する冷却水の供給を停止することができる。   Exhaust gas flowing through the exhaust pipe L2 of the internal combustion engine 1 is supplied to the heat transfer tubes constituting the high temperature heat exchanger 26, and the high temperature heat exchanger 26 uses the exhaust gas of the internal combustion engine 1 as a heat source. The heat transfer tubes constituting the low-temperature heat exchanger 27 are incorporated in the cooling system L3 of the internal combustion engine 1, and the low-temperature heat exchanger 27 uses the cooling water flowing through the cooling system L3 as a heat source (cold heat source). . In the present embodiment, an exhaust gas supply adjustment valve 15 is provided at the exhaust gas inlet of the high temperature heat exchanger (its heat transfer tube) 26, and the exhaust gas supply adjustment valve 15 is closed to thereby prevent the high temperature heat exchanger 26. The supply of exhaust gas can be stopped. Similarly, the cooling system L3 includes an on-off valve 14. By closing the on-off valve 14, the supply of cooling water to the low-temperature heat exchanger (its heat transfer tube) 27 can be stopped.

更に、気柱管21のループ部22には、蓄冷器250、蓄冷用高温熱交換器260および蓄冷用低温熱交換器270が配置されている。この場合、蓄冷用高温熱交換器260は、蓄冷器250の一端部を概ね常温(20〜25℃)に保つことができるように構成される。また、蓄冷用低温熱交換器270は、上述の低温熱交換器27と隣り合うように配置され、蓄冷用低温熱交換器270(その伝熱管)には、所定の冷媒が循環供給される。更に、蓄冷用低温熱交換器270に対しては、その伝熱管から流出する冷媒の温度を検出する温度センサTが備えられている。本実施形態において、蓄冷器250、蓄冷用高温熱交換器260および蓄冷用低温熱交換器270のユニットは、音波のエネルギ(音響エネルギ)を熱エネルギに変換する第2のエネルギ変換手段として機能し、蓄冷用低温熱交換器270は、空調ユニットACの冷熱源として用いられる。   Furthermore, the regenerator 250, the cold storage high temperature heat exchanger 260, and the cold storage low temperature heat exchanger 270 are arranged in the loop portion 22 of the air column tube 21. In this case, the cold storage high-temperature heat exchanger 260 is configured so that one end of the cold storage 250 can be maintained at approximately room temperature (20 to 25 ° C.). The cold storage heat exchanger 270 is disposed adjacent to the low temperature heat exchanger 27 described above, and a predetermined refrigerant is circulated and supplied to the cold storage heat exchanger 270 (its heat transfer tube). Further, the cold storage low-temperature heat exchanger 270 is provided with a temperature sensor T that detects the temperature of the refrigerant flowing out of the heat transfer tube. In the present embodiment, the units of the regenerator 250, the high-temperature heat exchanger 260 for cold storage, and the low-temperature heat exchanger 270 for cold storage function as second energy conversion means for converting sound wave energy (acoustic energy) into heat energy. The low temperature heat exchanger 270 for cold storage is used as a cold heat source for the air conditioning unit AC.

そして、エネルギ回収装置20は、内燃機関1の制御手段として機能する電子制御ユニット(以下「ECU」という)40により制御される。ECU40は、何れも図示されないCPU、ROM、RAM、入出力ポートおよび記憶装置等を含むものである。上述の冷却系統L3の開閉弁14、高温熱交換器26の排気ガス入口に設けられた排気供給調整弁15、トランスデューサ24のバネ装置244(開閉弁245)、発電量制御器240、空調ユニットAC等は、それぞれECU40の入出力ポートに接続されており、これらはECU40によって制御される。   The energy recovery device 20 is controlled by an electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU”) 40 that functions as control means of the internal combustion engine 1. The ECU 40 includes a CPU, a ROM, a RAM, an input / output port, a storage device, etc., all not shown. The above-described on-off valve 14 of the cooling system L3, the exhaust supply adjustment valve 15 provided at the exhaust gas inlet of the high-temperature heat exchanger 26, the spring device 244 (on-off valve 245) of the transducer 24, the power generation amount controller 240, the air conditioning unit AC Are connected to the input / output ports of the ECU 40, and these are controlled by the ECU 40.

また、ECU40の入出力ポートには、蓄冷用低温熱交換器270から流出する冷媒の温度を検出する温度センサTと、蓄電ユニットBUの蓄電残量を検出する残量計RSとが接続されている。更に、エネルギ回収装置20の気柱管21には、圧力センサ28が設置されており、この圧力センサ28もECU40に接続されている。圧力センサ28は、気柱管21内の作動流体の圧力を検出し、検出値を示す信号をECU40に与える。   Further, a temperature sensor T that detects the temperature of the refrigerant flowing out of the cold storage low-temperature heat exchanger 270 and a fuel gauge RS that detects the remaining amount of electricity stored in the electricity storage unit BU are connected to the input / output port of the ECU 40. Yes. Further, a pressure sensor 28 is installed in the air column tube 21 of the energy recovery device 20, and this pressure sensor 28 is also connected to the ECU 40. The pressure sensor 28 detects the pressure of the working fluid in the air column tube 21 and gives a signal indicating the detected value to the ECU 40.

上述のように構成されるエネルギ回収装置20は、内燃機関1が運転され、燃焼室3からの排気ガスがエネルギ回収装置20の高温熱交換器26を通過するようになると作動を開始する。この場合、内燃機関1の排気ガスの温度は、最高でおよそ900℃程度にも達することから、蓄熱器25の一端部は、高温熱交換器26を流通する排気ガスによって加熱されて昇温する。これに対して、エネルギ回収装置20の低温熱交換器27には、冷却系統L3を流通する冷却水(およそ80〜100℃)が供給されるので、蓄熱器25の他端部は、低温熱交換器27を流通する冷却水によって冷却される。この結果、蓄熱器25の両端部間に大きな温度勾配が形成され、これに起因して、作動流体の熱音響自励振動(音波)が発生する。すなわち、蓄熱器25、高温熱交換器26および低温熱交換器27は、内燃機関1の排気ガスのエネルギを利用して音波を発生させる音響エネルギ発生手段として機能する。   The energy recovery device 20 configured as described above starts operating when the internal combustion engine 1 is operated and the exhaust gas from the combustion chamber 3 passes through the high temperature heat exchanger 26 of the energy recovery device 20. In this case, the temperature of the exhaust gas of the internal combustion engine 1 reaches about 900 ° C. at the maximum, so that one end of the heat accumulator 25 is heated by the exhaust gas flowing through the high-temperature heat exchanger 26 to rise in temperature. . On the other hand, the low temperature heat exchanger 27 of the energy recovery device 20 is supplied with cooling water (approximately 80 to 100 ° C.) flowing through the cooling system L3, so that the other end of the heat accumulator 25 has a low temperature heat. Cooled by the cooling water flowing through the exchanger 27. As a result, a large temperature gradient is formed between both ends of the heat accumulator 25, and as a result, thermoacoustic self-excited vibration (sound wave) of the working fluid is generated. That is, the heat accumulator 25, the high temperature heat exchanger 26, and the low temperature heat exchanger 27 function as acoustic energy generating means for generating sound waves using the energy of the exhaust gas of the internal combustion engine 1.

このようにして発生する作動流体の自励振動(音波)の周波数と共鳴部23における周波数とが一致することにより、共鳴部23内には定在波が形成される。また、ループ部22内には、低温熱交換器27から高温熱交換器26へと進行する進行波が形成される。そして、共鳴部23内に形成される定在波により、閉鎖端部23bに配置されたトランスデューサ24の受波部材241が加振される。これにより、受波部材241に取り付けられた磁石242がコイル243の内部で振動し、コイル243の両端に誘導電圧が発生するので、共鳴部23内の定在波のエネルギ(音響エネルギ)が電気エネルギに変換されることになる。そして、得られた電気エネルギは、発電量制御器240を介して蓄電ユニットBUに供給される。この結果、本発明のエネルギ回収装置20によれば、内燃機関1の排気熱を効率よく回収して蓄電ユニットBUを充電するための電力を得ることができる。   When the frequency of the self-excited vibration (sound wave) of the working fluid generated in this way matches the frequency in the resonance part 23, a standing wave is formed in the resonance part 23. Further, a traveling wave traveling from the low temperature heat exchanger 27 to the high temperature heat exchanger 26 is formed in the loop portion 22. And the wave receiving member 241 of the transducer 24 arrange | positioned at the closed end part 23b is vibrated by the standing wave formed in the resonance part 23. FIG. As a result, the magnet 242 attached to the wave receiving member 241 vibrates inside the coil 243 and an induced voltage is generated at both ends of the coil 243, so that the energy (acoustic energy) of the standing wave in the resonance portion 23 is electrically It will be converted into energy. The obtained electrical energy is supplied to the power storage unit BU via the power generation amount controller 240. As a result, according to the energy recovery device 20 of the present invention, it is possible to efficiently recover the exhaust heat of the internal combustion engine 1 and obtain electric power for charging the power storage unit BU.

また、内燃機関1の稼動中、蓄熱器25の両端部間に形成される温度勾配に起因してつくり出された進行波により、ループ部22の蓄冷器250の両端部間には、蓄冷用高温熱交換器260側が高温となり、蓄冷用低温熱交換器270側が低温となるように温度勾配が形成される。この際、蓄冷器250の一端部は、蓄冷用高温熱交換器260により概ね常温(20〜25℃)に維持されることから、蓄冷器250の他端部および蓄冷用低温熱交換器270(その伝熱管)は、上記温度勾配に応じて降温する。従って、蓄冷用低温熱交換器270から流出する冷媒を介して空調ユニットAC用の冷熱を取り出すことが可能となる。   Further, during operation of the internal combustion engine 1, a traveling wave generated due to a temperature gradient formed between both ends of the heat accumulator 25 causes a cold storage between the both ends of the regenerator 250 of the loop portion 22. A temperature gradient is formed so that the high temperature heat exchanger 260 side becomes high temperature and the cold storage low temperature heat exchanger 270 side becomes low temperature. At this time, one end of the regenerator 250 is maintained at a substantially normal temperature (20 to 25 ° C.) by the regenerative high-temperature heat exchanger 260, so the other end of the regenerator 250 and the regenerative low-temperature heat exchanger 270 ( The heat transfer tube) drops in accordance with the temperature gradient. Therefore, it is possible to take out the cold heat for the air conditioning unit AC through the refrigerant flowing out of the cold storage heat exchanger 270.

上述のように、エネルギ回収装置20によれば、内燃機関1の余剰エネルギ(排気ガスの熱エネルギ)を利用して蓄熱器25の両端部管に温度勾配を形成することにより作動流体の自励振動(音波)を発生させ、かかる振動のエネルギ(音響エネルギ)を電気エネルギと熱エネルギとに変換することができる。ただし、このようにして内燃機関1の余剰エネルギを回収して電気エネルギと熱エネルギとを得ても、得られたエネルギの利用効率が悪かったのでは、エネルギ回収装置20を利用する意味が失われてしまいかねない。   As described above, according to the energy recovery device 20, self-excitation of the working fluid is performed by forming a temperature gradient in both end pipes of the heat accumulator 25 using surplus energy of the internal combustion engine 1 (heat energy of exhaust gas). Vibration (sound wave) can be generated, and the energy (acoustic energy) of the vibration can be converted into electric energy and heat energy. However, even if the surplus energy of the internal combustion engine 1 is recovered in this way and electric energy and heat energy are obtained, if the utilization efficiency of the obtained energy is poor, the meaning of using the energy recovery device 20 is lost. It can be broken.

このため、本実施形態では、内燃機関1の余剰エネルギを回収して得られた電気エネルギと熱エネルギとが有効に利用されるように、ECU40によって図2に示されるエネルギ利用率制御ルーチンが所定時間おきに繰り返し実行される。   For this reason, in the present embodiment, the energy utilization rate control routine shown in FIG. 2 is predetermined by the ECU 40 so that the electric energy and the thermal energy obtained by recovering the surplus energy of the internal combustion engine 1 are effectively used. Repeated every hour.

すなわち、ECU40は、エネルギ利用率制御ルーチンの実行タイミングになると、まず、ライト類や各種補機等からの信号に基づいて定まるその時点の電力消費量と、残量計RSからの信号に示される蓄電ユニットBUの蓄電残量とから、発電要求指標γeを算出する(S10)。ここで、発電要求指標γeは、
γe=A×(電力消費量)−B×(蓄電残量)
として表される(ただし、A,Bは所定の係数である)。また、ECU40は、空調ユニットACに対する要求(空調要求量)と、温度センサTの検出値(蓄冷用低温熱交換器270から流出する冷媒の温度)から定まる蓄冷器250における蓄冷量とに基づいて、冷熱要求指標γcを算出する(S12)。ここで、冷熱要求指標γcは、
γh=C×(空調要求量)−D×(蓄冷量)
として表される(ただし、C,Dは所定の係数である)。
That is, when the timing of execution of the energy utilization rate control routine is reached, the ECU 40 is first indicated by the current power consumption determined based on signals from lights, various auxiliary devices, and the signal from the fuel gauge RS. A power generation request index γe is calculated from the remaining amount of power stored in the power storage unit BU (S10). Here, the power generation requirement index γe is
γe = A × (power consumption) −B × (remaining power storage)
(Where A and B are predetermined coefficients). Further, the ECU 40 is based on a request for the air conditioning unit AC (required air conditioning amount) and a cold storage amount in the regenerator 250 determined from a detection value of the temperature sensor T (temperature of the refrigerant flowing out of the cold storage heat exchanger 270). Then, the cooling demand index γc is calculated (S12). Here, the cooling demand index γc is
γh = C × (required air conditioning amount) −D × (cold storage amount)
(Where C and D are predetermined coefficients).

そして、ECU40は、これらの指標γeおよびγcから、エネルギ回収装置20の全エネルギ回収量に対するトランスデューサ24の目標エネルギ回収量(目標発電量)の比である目標発電利用比率εを、
ε=γe/(γe+γc)
として算出する(S14)。
Then, the ECU 40 calculates a target power generation utilization ratio ε that is a ratio of a target energy recovery amount (target power generation amount) of the transducer 24 to a total energy recovery amount of the energy recovery device 20 from these indexes γe and γc.
ε T = γe / (γe + γc)
(S14).

目標発電利用比率εを求めると、ECU40は、更に、その時点におけるエネルギ回収装置20の全エネルギ回収量に対するトランスデューサ24のエネルギ回収量(発電量)の比である現状発電利用比率εを求める(S16)。本実施形態では、現状発電利用比率εを求めるために、気柱管21内で自励振動する作動流体の圧力振幅と、トランスデューサ24に含まれるコイル243のインダクタンスとの関数が予め設定されており、記憶装置に格納されている。そして、ECU40は、この関数と、圧力センサ28からの信号に基づいて取得した作動流体の圧力振幅と、その時点のコイル243のインダクタンスとを用いて現状発電利用比率εを求める。 When the target power generation utilization ratio ε T is obtained, the ECU 40 further obtains the current power generation utilization ratio ε, which is the ratio of the energy recovery amount (power generation amount) of the transducer 24 to the total energy recovery amount of the energy recovery device 20 at that time ( S16). In the present embodiment, in order to obtain the current power generation utilization ratio ε, a function of the pressure amplitude of the working fluid that self-oscillates in the air column tube 21 and the inductance of the coil 243 included in the transducer 24 is set in advance. Stored in the storage device. Then, the ECU 40 obtains the current power generation utilization ratio ε using this function, the pressure amplitude of the working fluid acquired based on the signal from the pressure sensor 28, and the inductance of the coil 243 at that time.

S14にて目標発電利用比率εを求めると共に、S16にて現状発電利用比率εを求めると、ECU40は、現状発電利用比率εが目標発電利用比率εに所定のヒステリシスαを加えた値ε+αを上回っているか否か判定する(S18)。S18にて現状発電利用比率εが値ε+αを上回っていると判断した場合、ECU40は、誘導電流が減少するようにコイル243のインダクタンスを所定量だけ増加させるべく発電量制御器240に所定の制御信号を与える(S20)。 With obtaining the target power use ratio epsilon T in S14, when determining the current power use ratio epsilon at S16, ECU 40 is a value currently power use ratio epsilon is obtained by adding a predetermined hysteresis α to the target generation use ratio epsilon T epsilon It is determined whether or not T + α is exceeded (S18). If it is determined in S18 that the current power generation utilization ratio ε exceeds the value ε T + α, the ECU 40 sets a predetermined amount to the power generation controller 240 so as to increase the inductance of the coil 243 by a predetermined amount so that the induced current decreases. The control signal is given (S20).

一方、S18にて現状発電利用比率εが値ε+αを上回っていないと判断した場合、ECU40は、更に、現状発電利用比率εが目標発電利用比率εから所定のヒステリシスαを減じた値ε−αを下回っているか否か判定する(S22)。S22にて現状発電利用比率εが値ε−αを下回っていると判断した場合、ECU40は、誘導電流が増加するようにコイル243のインダクタンスを所定量だけ減少させるべく発電量制御器240に所定の制御信号を与える(S24)。 On the other hand, when it is determined in S18 that the current power generation use ratio ε does not exceed the value ε T + α, the ECU 40 further has a value obtained by subtracting a predetermined hysteresis α from the target power generation use ratio ε T. It is determined whether it is below ε T -α (S22). If it is determined in S22 that the current power generation utilization ratio ε is less than the value ε T -α, the ECU 40 causes the power generation controller 240 to reduce the inductance of the coil 243 by a predetermined amount so that the induced current increases. A predetermined control signal is given (S24).

S20およびS24の処理を実行すると、ECU40は、エネルギ利用率制御ルーチンを次に実行すべきタイミングまで待機する。また、S22にて現状発電利用比率εが値ε−αを下回っていないと判断される場合、現状発電利用比率εが目標発電比率εに概ね一致していることになるから、ECU40は、特に発電量制御器240等を制御することなく、エネルギ利用率制御ルーチンを次に実行すべきタイミングまで待機する。 When the processes of S20 and S24 are executed, the ECU 40 waits until the timing at which the energy utilization rate control routine is to be executed next. Further, when it is determined in S22 that the current power generation use ratio ε is not less than the value ε T -α, the current power generation use ratio ε is substantially equal to the target power generation ratio ε T , so the ECU 40 In particular, it waits until the next timing to execute the energy utilization rate control routine without controlling the power generation amount controller 240 or the like.

このように、エネルギ回収装置20では、第1のエネルギ変換手段としてのトランスデューサ24によるエネルギ回収量(発電量)と、蓄冷用低温熱交換器270にて得られる冷熱量(第2のエネルギ変換手段によるエネルギ回収量)との割合が要求に応じて変化させられる。すなわち、エネルギ回収装置20において、また、電気エネルギよりも熱エネルギ(冷熱)が必要とされる場合には、誘導電流が減少するようにコイル243のインダクタンスを増加させられ(S20)、トランスデューサ24によって回収されなくなった音響エネルギが蓄冷器250により回収されるようになるので、蓄冷用低温熱交換器270にて得られる冷熱量を増加させることが可能となる。また、熱エネルギよりも電気エネルギが必要とされる場合には、コイル243のインダクタンスを減少させられ(S24)、これにより、トランスデューサ24の発電量を増加させることができる。従って、エネルギ回収装置20によれば、内燃機関1の余剰エネルギを回収して得たエネルギの利用効率を向上させることが可能となる。   As described above, in the energy recovery apparatus 20, the energy recovery amount (power generation amount) by the transducer 24 as the first energy conversion means and the cold heat amount (second energy conversion means) obtained by the cold storage heat exchanger 270. The ratio of the energy recovery amount) is changed as required. That is, in the energy recovery apparatus 20 and when heat energy (cold heat) is required rather than electric energy, the inductance of the coil 243 is increased so as to reduce the induced current (S20), and the transducer 24 Since the acoustic energy that is no longer recovered is recovered by the regenerator 250, it is possible to increase the amount of cold heat obtained by the low temperature heat exchanger 270 for cold storage. When electric energy is required rather than thermal energy, the inductance of the coil 243 is reduced (S24), thereby increasing the power generation amount of the transducer 24. Therefore, according to the energy recovery device 20, it is possible to improve the utilization efficiency of the energy obtained by recovering the surplus energy of the internal combustion engine 1.

また、一般に、蓄冷器250にて音波のエネルギを熱エネルギに変換する場合よりも、音/電気変換手段としてのトランスデューサ24を用いて音波のエネルギを電気エネルギに変換する場合の方がエネルギ変換量(エネルギ回収量)の制御を容易かつ精度よく実行することができる。この点に鑑みて、エネルギ回収装置20では、上述のように、コイル243のインダクタンスを調整して第1のエネルギ変換手段としてのトランスデューサ24によるエネルギ回収量を変化させることにより、トランスデューサ24による発電量と、蓄冷用低温熱交換器270にて得られる冷熱量との割合が変化させられる。これにより、エネルギ回収装置20では、トランスデューサ24による発電量と蓄冷用低温熱交換器270にて得られる冷熱量との割合を要求に応じて精度よく設定することが可能となる。   Also, in general, the amount of energy conversion is greater when the energy of sound waves is converted into electrical energy using the transducer 24 as sound / electricity conversion means than when the energy of sound waves is converted into heat energy in the regenerator 250. (Energy recovery amount) can be controlled easily and accurately. In view of this point, the energy recovery device 20 adjusts the inductance of the coil 243 and changes the energy recovery amount by the transducer 24 as the first energy conversion unit as described above, thereby generating the power generation amount by the transducer 24. And the ratio with the amount of cold heat obtained with the low-temperature heat exchanger 270 for cold storage is changed. Thereby, in the energy recovery apparatus 20, it becomes possible to set accurately the ratio between the amount of power generated by the transducer 24 and the amount of cold heat obtained by the cold storage heat exchanger 270 as required.

ところで、エネルギ回収装置20のトランスデューサ24では、上述のように、開閉弁245を制御することにより、受波部材241および磁石242を弾性的に支持するバネ装置244のバネ定数を変化させることができる。ここで、バネ装置244のバネ定数をKとし、受波部材241の質量をmとすれば、受波部材241の振動数(周波数)fは、f=2π×√(K/m)として表されるから、バネ装置244のバネ定数Kを変化させることにより、受波部材241の周波数fを気柱管21内の音波の共振周波数fと一致させることができる。 By the way, in the transducer 24 of the energy recovery device 20, as described above, the spring constant of the spring device 244 that elastically supports the wave receiving member 241 and the magnet 242 can be changed by controlling the on-off valve 245. . Here, if the spring constant of the spring device 244 is K and the mass of the wave receiving member 241 is m, the frequency (frequency) f of the wave receiving member 241 is expressed as f = 2π × √ (K / m). since the, by changing the spring constant K of the spring 244, the frequency f of the wave receiving element 241 can be made to coincide with the resonance frequency f 0 of the acoustic wave in the air column 21.

このような点に鑑みて、エネルギ回収装置20では、受波部材241の周波数fを気柱管21内の音波の共振周波数fと一致させるべく、図3に示される周波数制御ルーチンが所定時間おきに繰り返し実行される。すなわち、ECU40は、周波数制御ルーチンの実行タイミングになると、圧力センサ28から送られる信号に基づいて気柱管21内で自励振動する作動流体の圧力ピーク間における時間(圧力最大となる時刻と圧力最小となる時刻との間の時間差)を求め、当該圧力ピーク間における時間に基づいて、気柱管21内の作動流体の共振周波数fを求める(S30,S32)。 In view of such a point, the energy recovery device 20, to match the frequency f of the wave receiving element 241 and the resonance frequency f 0 of the acoustic wave in the air column 21, frequency control routine shown in FIG. 3 for a predetermined time Repeated every other time. That is, when the frequency control routine is executed, the ECU 40 determines the time between the pressure peaks of the working fluid that self-oscillates in the air column tube 21 based on the signal sent from the pressure sensor 28 (the time and pressure at which the pressure becomes maximum A time difference from the minimum time) is obtained, and the resonance frequency f 0 of the working fluid in the air column tube 21 is obtained based on the time between the pressure peaks (S30, S32).

気柱管21内の作動流体の共振周波数fを求めると、ECU40は、開閉弁245を制御して、S32にて求めた作動流体の共振周波数fと、トランスデューサ24の受波部材241の周波数fとが一致するようにバネ装置244のバネ定数を変化させる(S34)。このように、作動流体の共振周波数fとトランスデューサ24の受波部材241の周波数fとを一致させることにより、蓄熱器25の両端部間に温度勾配を形成することにより発せられる音波を減衰させることなく、効率よく電気エネルギを得ることができる。従って、エネルギ回収装置20によれば、内燃機関1の余剰エネルギを回収して得たエネルギの利用効率を向上させることが可能となる。 When the resonance frequency f 0 of the working fluid in the air column tube 21 is obtained, the ECU 40 controls the on-off valve 245 to determine the resonance frequency f 0 of the working fluid obtained in S 32 and the wave receiving member 241 of the transducer 24. The spring constant of the spring device 244 is changed so that the frequency f matches (S34). In this manner, by making the resonance frequency f 0 of the working fluid coincide with the frequency f of the wave receiving member 241 of the transducer 24, sound waves generated by forming a temperature gradient between both ends of the heat accumulator 25 are attenuated. Therefore, electric energy can be obtained efficiently. Therefore, according to the energy recovery device 20, it is possible to improve the utilization efficiency of the energy obtained by recovering the surplus energy of the internal combustion engine 1.

図4は、本発明によるエネルギ回収装置の他の実施形態を示す概略構成図である。同図に示されるエネルギ回収装置20Aは、排気管L2と気柱管21の管部23aとを接続する接続管部29と、接続管部29の排気管L2側の端部内に配置されたダイヤフラム30とを備える。このダイヤフラム30は、気柱管21への排気ガスの流入を阻止すると共に、排気ガスの脈動を気柱管21内の作動流体に伝達するための脈動伝達手段として機能する。また、エネルギ回収装置20Aは、ダイヤフラム30の振動を止めて気柱管21内の作動流体への脈動の伝達を停止させる脈動伝達停止手段として、押え部材31、リンク機構32およびアクチュエータ33を有している。   FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing another embodiment of the energy recovery apparatus according to the present invention. The energy recovery device 20A shown in the figure includes a connecting pipe part 29 that connects the exhaust pipe L2 and the pipe part 23a of the air column pipe 21, and a diaphragm disposed in the end part of the connecting pipe part 29 on the exhaust pipe L2 side. 30. The diaphragm 30 functions as pulsation transmission means for preventing the exhaust gas from flowing into the air column tube 21 and transmitting the pulsation of the exhaust gas to the working fluid in the air column tube 21. Further, the energy recovery device 20A includes a presser member 31, a link mechanism 32, and an actuator 33 as pulsation transmission stopping means that stops vibration of the diaphragm 30 and stops transmission of pulsation to the working fluid in the air column tube 21. ing.

これにより、エネルギ回収装置20Aでは、押え部材31によるダイヤフラム30の押え付けを解除した状態で内燃機関1が運転されると、ダイヤフラム30を介して排気ガスの脈動が気柱管21内の作動流体に伝達され、気柱管21内に音波が形成されることになる。そして、排気ガスの脈動を利用してつくり出される音波のエネルギも、蓄熱器25の両端部間に形成される温度勾配に起因して発生した音波のエネルギと同様に、共鳴部23内のトランスデューサ24によって電気エネルギに変換されることになる。   As a result, in the energy recovery device 20A, when the internal combustion engine 1 is operated in a state where the pressing of the diaphragm 30 by the pressing member 31 is released, the pulsation of the exhaust gas is caused to flow through the diaphragm 30 and the working fluid in the air column tube 21. The sound wave is formed in the air column tube 21. And the energy of the sound wave generated by using the pulsation of the exhaust gas is similar to the energy of the sound wave generated due to the temperature gradient formed between both ends of the heat accumulator 25. 24 is converted into electric energy.

このように、エネルギ回収装置20Aによれば、排気ガスの脈動と、蓄熱器25に形成される温度勾配との双方により、作動流体を振動させて音響出力を得ることが可能となる。そして、図2のエネルギ利用率制御ルーチンや、図3の周波数制御ルーチンは、図4に示されるエネルギ回収装置20Aに対しても適用され得る。すなわち、本発明では、内燃機関1の排気ガスのエネルギを利用して音波を発生させる音響エネルギ発生手段として、蓄熱器、高温熱交換器および低温熱交換器のユニットと、内燃機関1の排気ガス(または吸入空気)の脈動を気柱管21内の作動流体に伝達するための脈動伝達手段(ダイヤフラム30等)との少なくとも何れか一方を採用することができる。   Thus, according to the energy recovery device 20A, it is possible to obtain an acoustic output by vibrating the working fluid by both the pulsation of the exhaust gas and the temperature gradient formed in the heat accumulator 25. The energy utilization rate control routine of FIG. 2 and the frequency control routine of FIG. 3 can also be applied to the energy recovery apparatus 20A shown in FIG. That is, in the present invention, as an acoustic energy generating means for generating sound waves using the energy of the exhaust gas of the internal combustion engine 1, a heat accumulator, a high temperature heat exchanger and a low temperature heat exchanger unit, and the exhaust gas of the internal combustion engine 1 are used. It is possible to employ at least one of pulsation transmission means (diaphragm 30 or the like) for transmitting the pulsation of (or intake air) to the working fluid in the air column tube 21.

本発明によるエネルギ回収装置の一実施形態を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows one Embodiment of the energy recovery apparatus by this invention. 図1に示されるエネルギ回収装置の制御手順を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the control procedure of the energy recovery apparatus shown by FIG. 図1に示されるエネルギ回収装置の他の制御手順を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the other control procedure of the energy recovery apparatus shown by FIG. 本発明によるエネルギ回収装置の他の実施形態を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows other embodiment of the energy recovery apparatus by this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 内燃機関
14 開閉弁
15 排気供給調整弁
20,20A エネルギ回収装置
21 気柱管
22 ループ部
23 共鳴部
23a 管部
23b 閉鎖端部
24 トランスデューサ
25 蓄熱器
26 高温熱交換器
26 熱交換器
27 低温熱交換器
28 圧力センサ
29 接続管部
30 ダイヤフラム
31 押え部材
32 リンク機構
33 アクチュエータ
240 発電量制御器
241 受波部材
242 磁石
243 コイル
244 バネ装置
245 開閉弁
250 蓄冷器
260 蓄冷用高温熱交換器
270 蓄冷用低温熱交換器
AC 空調ユニット
BU 蓄電ユニット
L1 給気管
L2 排気管
L3 冷却系統
RS 残量計
T 温度センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Internal combustion engine 14 On-off valve 15 Exhaust supply adjustment valve 20, 20A Energy recovery device 21 Air column pipe 22 Loop part 23 Resonance part 23a Pipe part 23b Closed end part 24 Transducer 25 Heat accumulator 26 High temperature heat exchanger 26 Heat exchanger 27 Low temperature Heat exchanger 28 Pressure sensor 29 Connection pipe section 30 Diaphragm 31 Presser member 32 Link mechanism 33 Actuator 240 Power generation amount controller 241 Wave receiving member 242 Magnet 243 Coil 244 Spring device 245 On-off valve 250 Regenerator 260 High temperature heat exchanger 270 for regenerator Low-temperature heat exchanger AC for cold storage AC Air-conditioning unit BU Power storage unit L1 Air supply pipe L2 Exhaust pipe L3 Cooling system RS Fuel gauge T Temperature sensor

Claims (7)

内燃機関の余剰エネルギを回収するエネルギ回収装置であって、
前記余剰エネルギを利用して音波を発生させる音響エネルギ発生手段と、
前記音響エネルギ発生手段により発せられる音波のエネルギを電気エネルギに変換する第1のエネルギ変換手段と、
前記音響エネルギ発生手段により発せられる音波のエネルギを熱エネルギに変換する第2のエネルギ変換手段と、
前記第1のエネルギ変換手段によるエネルギ回収量と前記第2のエネルギ変換手段によるエネルギ回収量との割合を要求に応じて変化させる制御手段とを備えることを特徴とする内燃機関のエネルギ回収装置。
An energy recovery device for recovering surplus energy of an internal combustion engine,
Acoustic energy generating means for generating sound waves using the surplus energy;
First energy converting means for converting sound wave energy generated by the acoustic energy generating means into electrical energy;
Second energy conversion means for converting the energy of the sound wave emitted by the acoustic energy generation means into thermal energy;
An energy recovery device for an internal combustion engine, comprising: control means for changing a ratio of an energy recovery amount by the first energy conversion means and an energy recovery amount by the second energy conversion means as required.
前記第1のエネルギ変換手段に対する電力要求量と、前記第2のエネルギ変換手段に対する熱要求量とを判定する要求判定手段を更に備え、
前記制御手段は、前記要求判定手段の判定結果に応じて、前記第1のエネルギ変換手段によるエネルギ回収量と前記第2のエネルギ変換手段によるエネルギ回収量との割合を変化させることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関のエネルギ回収装置。
A request determination means for determining a power demand amount for the first energy conversion means and a heat demand amount for the second energy conversion means;
The control unit changes a ratio of an energy recovery amount by the first energy conversion unit and an energy recovery amount by the second energy conversion unit according to a determination result of the request determination unit. The energy recovery device for an internal combustion engine according to claim 1.
前記制御手段は、前記第1のエネルギ変換手段によるエネルギ回収量を変化させることにより、前記第1のエネルギ変換手段によるエネルギ回収量と前記第2のエネルギ変換手段によるエネルギ回収量との割合を変化させることを特徴とする請求項1または2に記載の内燃機関のエネルギ回収装置。   The control means changes the ratio of the energy recovery amount by the first energy conversion means and the energy recovery amount by the second energy conversion means by changing the energy recovery amount by the first energy conversion means. The energy recovery device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the energy recovery device is an internal combustion engine. 前記第1のエネルギ変換手段は、音波を受けて振動する振動部材と、この振動部材の周波数を前記音響エネルギ発生手段により発せられる音波の周波数と一致させるための手段とを備えることを特徴とする請求項1から3の何れかに記載の内燃機関のエネルギ回収装置。   The first energy conversion means includes a vibration member that vibrates in response to a sound wave, and means for matching the frequency of the vibration member with the frequency of the sound wave emitted by the acoustic energy generation means. The energy recovery device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3. 所定の作動流体が封入される気柱管を更に備え、前記音響エネルギ発生手段は、前記内燃機関の排気ガスを熱源とする高温熱交換器と、低温熱交換器と、これらの熱交換器の間に位置するように前記気柱管の内部に配置された蓄熱手段とを含むことを特徴とする請求項1から4の何れかに記載の内燃機関のエネルギ回収装置。   An air column tube filled with a predetermined working fluid is further provided, and the acoustic energy generating means includes a high-temperature heat exchanger using the exhaust gas of the internal combustion engine as a heat source, a low-temperature heat exchanger, and a heat exchanger of these heat exchangers. The internal combustion engine energy recovery device according to any one of claims 1 to 4, further comprising heat storage means disposed inside the air column tube so as to be positioned therebetween. 所定の作動流体が封入される気柱管を更に備え、前記音響エネルギ発生手段は、前記内燃機関の吸入空気または排気ガスの脈動を前記気柱管内の作動流体に伝達して音波を発生することを特徴とする請求項1から4の何れかに記載の内燃機関のエネルギ回収装置。   And further comprising an air column tube filled with a predetermined working fluid, wherein the acoustic energy generating means transmits a pulsation of intake air or exhaust gas of the internal combustion engine to the working fluid in the air column tube to generate a sound wave. An energy recovery device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4. 内燃機関の余剰エネルギを回収するエネルギ回収装置であって、
前記余剰エネルギを利用して音波を発生させる音響エネルギ発生手段と、
前記音響エネルギ発生手段により発せられる音波のエネルギを電気エネルギに変換するエネルギ変換手段とを備え、前記エネルギ変換手段は、音波を受けて振動する振動部材と、この振動部材の周波数を前記音響エネルギ発生手段により発せられる音波の周波数と一致させるための手段とを有していることを特徴とする内燃機関のエネルギ回収装置。
An energy recovery device for recovering surplus energy of an internal combustion engine,
Acoustic energy generating means for generating sound waves using the surplus energy;
Energy converting means for converting sound wave energy emitted by the acoustic energy generating means into electric energy, the energy converting means receiving a sound wave and vibrating, and generating a frequency of the vibration member by generating the acoustic energy. An energy recovery device for an internal combustion engine, characterized by comprising means for matching the frequency of a sound wave emitted by the means.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2008015746A1 (en) * 2006-07-31 2008-02-07 Nittan Valve Co., Ltd. Phase variable device for engine
JP2009074734A (en) * 2007-09-20 2009-04-09 Aisin Seiki Co Ltd Thermoacoustic engine

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