(57)【要約】【課題】  内燃機関の排熱を回収するために熱音響エンジンを搭載した従来の車両は、熱音響エンジンの始動性が良くない。【解決手段】  作動流体を充填した気柱管１２内に組み込まれる蓄熱器１３と、内燃機関１０からの排気ガスの排熱を回収して蓄熱器１３の一端面側の作動流体を加熱する伝熱部材１４と、蓄熱器１３の他端面側の作動流体を冷却する低温側熱交換器１５とを有する熱音響エンジン１１を有する本発明による内燃機関の排熱回収装置は、排気管２４の途中から分岐し、蓄熱器１３の一端面側にて気柱管１２および伝熱部材１４を貫通する分岐管３４と、この分岐管３４内に排気ガスの一部を導き、蓄熱器１３の一端面側の作動流体を分岐管３４を介して加熱するためのシャッタ３５と、作動流体の熱音響自励振動が始まっているか否かを判定する稼働判定手段と、この判定手段による判定結果に基づいて切り換え手段の作動を制御する制御装置２６とを具える。【選択図】  図１
2006170022.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部が密閉され、作動流体が充填された気柱管と、この気柱管内に組み込まれ、前記作動流体が通過可能な蓄熱器と、一端部がこの蓄熱器の一端側で前記気柱管に連結されると共に他端部が内燃機関の排気管に連結され、前記排気管内を流れる排気ガスの排熱を回収して当該蓄熱器の一端面側に介在する作動流体を加熱するための伝熱部材と、前記蓄熱器の他端面側に介在する作動流体を冷却するための冷却手段とを有し、前記蓄熱器の両端面間に所定の温度勾配を与えて前記作動流体に熱音響自励振動を生じさせる熱音響エンジンを具えた内燃機関の排熱回収装置であって、
前記内燃機関の排気管の途中から分岐し、前記蓄熱器の一端面側にて前記気柱管および前記伝熱部材を貫通する分岐管と、
この分岐管内に前記排気管内を流れる排気ガスの一部を導き、前記蓄熱器の一端面側に介在する作動流体を当該分岐管を介して加熱するための切り換え手段と、
前記作動流体の熱音響自励振動が始まっているか否かを判定する稼働判定手段と、
この判定手段による判定結果に基づいて前記切り換え手段の作動を制御する制御手段と
をさらに具えたことを特徴とする内燃機関の排熱回収装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記稼働判定手段が前記作動流体の熱音響自励振動が始まっていると判断するまで、前記排気管内を流れる排気ガスの一部が前記分岐管内に導かれるように前記切り換え手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排熱回収装置。
【請求項３】
前記切り換え手段は、前記排気管に臨む前記分岐管の開口端部を開閉し得るシャッタを有し、このシャッタは開状態において前記排気管内に突出し、ここを流れる排気ガスの一部を前記分岐管内に導く案内面を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の排熱回収装置。
【請求項４】
前記冷却媒体は、前記内燃機関を冷却するための冷却水であることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の内燃機関の排熱回収装置。
【請求項５】
作動流体を密閉充填した気柱管内に作動流体が通過可能な蓄熱器を組み込み、この蓄熱器の一端面側に介在する作動流体を内燃機関の排熱を利用して加熱すると共に他端面側に介在する作動流体を冷却し、前記蓄熱器の両端面間に所定の温度勾配を与えて前記作動流体に熱音響自励振動を生じさせる熱音響エンジンを具えた内燃機関の排熱回収方法であって、
内燃機関の始動後に前記作動流体の熱音響自励振動が始まっているか否かを判定するステップと、
前記作動流体の熱音響自励振動が始まったと判断するまで、排気ガスの一部を蓄熱器の一端面側に導くステップと
を具えたことを特徴とする内燃機関の排熱回収方法。
【請求項６】
排気ガスの一部を蓄熱器の一端面側に導くステップは、前記内燃機関を始動してから所定時間後に行われることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の排熱回収方法。
【請求項７】
前記作動流体の熱音響自励振動が始まっているか否かの判定は、熱音響エンジンの出力を検出することによって行われることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の内燃機関の排熱回収方法。
【請求項８】
前記内燃機関を冷却するための冷却水によって前記作動流体を冷却することを特徴とする請求項５から請求項７の何れかに記載の内燃機関の排熱回収方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気柱管の内部で作動流体の熱音響自励振動を発生させる熱音響エンジンを具えた内燃機関の排熱回収装置および内燃機関の排熱回収方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱音響エンジンは、ヘリウムやアルゴンなどの作動流体を充填した気柱管内に作動流体が通過可能な蓄熱部を組み込み、この蓄熱部の両端面間に温度勾配を形成して作動流体の熱音響自励振動を発生させるようにしたものであり、それ自体、機械的な可動部を持たないという大きな特徴を有する。発電機や冷凍機への応用が進められている。
【０００３】
この熱音響エンジンにおける熱音響自励振動によって生じた進行波を利用して発電を行う熱音響発電機が特許文献１にて提案されている。この熱音響発電機は、作動流体が通過可能な蓄熱器ならびにこの蓄熱器を挟むように配される加熱部および放熱部の他に、熱音響自励振動によって生じた進行波に応動して発電を行う発電機と、作動流体の圧力振動を任意の周波数で発生させる周波数調整器とを気柱管に接続し、効率の良い発電を行い得るようにしたものである。この周波数調整器は、リニアモータとピストンシリンダとを含み、ピストンシリンダを往復動することによって気柱管内の作動流体に機械的圧力振動を与え、所望の周波数の熱音響自励振動を得ることが可能となる。
【０００４】
一方、熱音響エンジンを利用して内燃機関から排出される排気ガスの排熱を回収するようにした技術が特許文献２に開示されている。この排気熱エネルギー回収装置は、内燃機関の排気浄化用触媒コンバータに接続する共鳴管と、この共鳴管の基端側に設けられた蓄熱器ならびにこの蓄熱器を挟むように配される高温側熱交換器および低温側熱交換機を含む音波発生部と、共鳴管の末端部に設けられて音波を機械振動に変換し、次いで電気エネルギーに変化するトランスデューサとを具えている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３―３２４９３２号公報
【特許文献２】特開２００２−１２２０２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
内燃機関から排出される排気ガスの排熱を回収するために熱音響エンジンを搭載した特許文献２に開示されているような車両においては、蓄熱器の一端面側に介在する作動流体を加熱するための高温側熱交換器として、排気ガスに対する耐蝕性および耐熱性などを考慮したステンレス鋼などの熱伝導率の悪い伝熱部材を排気管と蓄熱器の一端面側の共鳴管とに跨がって配する必要がある。
【０００７】
熱音響エンジンにおいては、作動流体の熱音響自励振動が安定的に始まるその稼働開始温度が、作動流体の熱音響自励振動が起こらなくなるその稼働停止温度よりも高く、ヒステリシス現象が見られる。例えば、熱音響エンジンが稼働開始温度以上になって稼働状態に移行すると、温度が稼働開始温度以下になったとしても、稼働停止温度まで熱音響エンジンは稼働し続けるというような特性を有する。このため、内燃機関の冷間始動時においては、高温側熱交換器が排気ガスにより加熱されて所定の温度へと上昇するまでに相当の時間が掛かり、特に高温側熱交換器が上述した稼働停止温度を越えてから稼働開始温度に到達するまでは、排熱回収がなされないという不具合があった。
【０００８】
このような熱音響エンジンの始動性に関する問題を解決するためには、特許文献１に開示されたような周波数調整器を組み込み、気柱管内の作動流体に対して強制的な機械的振動を与えることが必要となるが、そのための部品点数およびコストが嵩む欠点を有することとなる。
【０００９】
本発明の目的は、熱音響エンジンの始動性を向上させて排熱の回収効率を改善し得る内燃機関の排熱回収装置およびその方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の形態は、内部が密閉され、作動流体が充填された気柱管と、この気柱管内に組み込まれ、前記作動流体が通過可能な蓄熱器と、一端部がこの蓄熱器の一端側で前記気柱管に連結されると共に他端部が内燃機関の排気管に連結され、前記排気管内を流れる排気ガスの排熱を回収して当該蓄熱器の一端面側に介在する作動流体を加熱するための伝熱部材と、前記蓄熱器の他端面側に介在する作動流体を冷却するための冷却手段とを有し、前記蓄熱器の両端面間に所定の温度勾配を与えて前記作動流体に熱音響自励振動を生じさせる熱音響エンジンを具えた内燃機関の排熱回収装置であって、前記内燃機関の排気管の途中から分岐し、前記蓄熱器の一端面側にて前記気柱管および前記伝熱部材を貫通する分岐管と、この分岐管内に前記排気管内を流れる排気ガスの一部を導き、前記蓄熱器の一端面側に介在する作動流体を当該分岐管を介して加熱するための切り換え手段と、前記作動流体の熱音響自励振動が始まっているか否かを判定する稼働判定手段と、この判定手段による判定結果に基づいて前記切り換え手段の作動を制御する制御手段とをさらに具えたことを特徴とするものである。
【００１１】
本発明においては、伝熱部材の他端部が内燃機関の排気管内を流れる排気ガスによって加熱され、この熱が伝熱部材の一端部に伝わり、蓄熱器の一端面側に介在する作動流体が加熱される。一方、蓄熱器の他端面側に介在する作動流体が冷却手段から供給される冷却媒体によって冷却され、これによって蓄熱器の両端面間に所定の温度勾配をもたらし、気柱管内に充填された作動流体に熱音響自励振動を生じさせ、この熱音響自励振動によるエネルギーを電気的に変換したり、あるいは熱的に再変換して外部に取り出す。
【００１２】
内燃機関の始動直後において、稼働判定手段が作動流体の熱音響自励振動が始まっているか否かを判定し、作動流体の熱音響自励振動が始まっていないと判断した場合、制御装置は排気管内を流れる排気ガスの一部が分岐管内に導かれるように切り換え手段の作動を制御し、蓄熱器の一端面側に介在する作動流体を分岐管を介して加熱することにより、作動流体の熱音響自励振動の早期発生を促す。このようにして作動流体の熱音響自励振動が始まった後は、分岐管内を切り換え手段によって塞ぎ、伝熱部材からの伝熱によってのみ蓄熱器の一端面側に介在する作動流体を加熱し、熱音響エンジンの稼働状態を維持する。
【００１３】
本発明の第１の形態による内燃機関の排熱回収装置において、制御手段は、稼働判定手段が作動流体の熱音響自励振動が始まっていると判断するまで、排気管内を流れる排気ガスの一部が分岐管内に導かれるように切り換え手段を制御するものであってよい。
【００１４】
切り換え手段が排気管に臨む分岐管の開口端部を開閉し得るシャッタを有し、このシャッタは開状態において排気管内に突出し、ここを流れる排気ガスの一部を分岐管内に導く案内面を有するものであってよい。あるいは、切り換え手段が分岐管内を開閉し得る開閉弁と、分岐管の開口端部よりも排気管の下流側で排気管内の通路断面積を変更し得る絞り弁とを含むものであってよい。
【００１５】
冷却媒体が内燃機関を冷却するための冷却水であってよい。
【００１６】
本発明の第２の形態は、作動流体を密閉充填した気柱管内に作動流体が通過可能な蓄熱器を組み込み、この蓄熱器の一端面側に介在する作動流体を内燃機関の排熱を利用して加熱すると共に他端面側に介在する作動流体を冷却し、前記蓄熱器の両端面間に所定の温度勾配を与えて前記作動流体に熱音響自励振動を生じさせる熱音響エンジンを具えた内燃機関の排熱回収方法であって、内燃機関の始動後に前記作動流体の熱音響自励振動が始まっているか否かを判定するステップと、前記作動流体の熱音響自励振動が始まったと判断するまで、排気ガスの一部を蓄熱器の一端面側に導くステップとを具えたことを特徴とするものである。
【００１７】
本発明においては、蓄熱器の一端面側に介在する作動流体が内燃機関の排熱を利用して加熱され、また蓄熱器の他端面側に介在する作動流体が冷却され、これによって蓄熱器の両端面間に所定の温度勾配をもたらし、気柱管内に充填された作動流体に熱音響自励振動を生じさせ、この熱音響自励振動によるエネルギーを電気的に変換したり、あるいは熱的に再変換して外部に取り出す。
【００１８】
この場合、内燃機関の始動後に作動流体の熱音響自励振動が始まっているか否かを判定し、作動流体の熱音響自励振動が始まったと判断するまで、排気ガスの一部を蓄熱器の一端面側に導くことにより、作動流体の熱音響自励振動の早期発生を促し、作動流体の熱音響自励振動が始まった後は、蓄熱器の一端面側に介在する作動流体を内燃機関の排熱を利用して加熱し、熱音響エンジンの稼働状態を維持する。
【００１９】
本発明の第２の形態による内燃機関の排熱回収方法において、排気ガスの一部を蓄熱器の一端面側に導くステップが内燃機関を始動してから所定時間後に行われるものであってよい。あるいは、排気ガス浄化触媒の温度を検出するステップと、排気ガス浄化触媒が活性状態となる温度に達しているか否かを判定するステップとをさらに具え、排気ガス浄化触媒が活性状態となる温度に達している場合に排気ガスの一部を蓄熱器の一端面側に導くステップが実行されるものであってもよい。
【００２０】
熱音響エンジンの出力を検出することにより、作動流体の熱音響自励振動が始まっているか否かを判定することができる。あるいは、蓄熱器の一端側と他端側との温度差に基づいて作動流体の熱音響自励振動が始まっているか否かを判定することも可能である。
【００２１】
内燃機関を冷却するための冷却水によって、作動流体を冷却するものであってよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の第１の形態の内燃機関の排熱回収装置によると、内燃機関の排気管の途中から分岐し、蓄熱器の一端面側にて気柱管および伝熱部材を貫通する分岐管と、この分岐管内に排気管内を流れる排気ガスの一部を導き、蓄熱器の一端面側に介在する作動流体を当該分岐管を介して加熱するための切り換え手段と、作動流体の熱音響自励振動が始まっているか否かを判定する稼働判定手段と、この判定手段による判定結果に基づいて切り換え手段の作動を制御する制御手段とを具えているので、稼働判定手段が作動流体の熱音響自励振動が始まっていると判断するまで、制御手段は排気管内を流れる排気ガスの一部が分岐管内に導かれるように切り換え手段を制御することにより、内燃機関の始動後の熱音響エンジンの早期稼働を確実に実現することができ、内燃機関の排熱回収効率をさらに改善することができる。
【００２３】
これと同様な効果は、内燃機関を始動するステップと、内燃機関の始動後に作動流体の熱音響自励振動が始まっているか否かを判定するステップと、作動流体の熱音響自励振動が始まったと判断するまで、排気ガスの一部を蓄熱器の一端面側に導くステップとを具えた本発明の第２の形態の方法においても得ることができる。
【００２４】
切り換え手段が排気管に臨む分岐管の開口端部を開閉し得るシャッタを有し、このシャッタは開状態において排気管内に突出し、ここを流れる排気ガスの一部を分岐管内に導く案内面を有する場合、シャッタ自体に分岐管の開閉弁および排気管内を流れる排気ガスの導入部材としての機能を持たせることができるため、部品点数の増加を最小限に抑えることができ、低コストにて本発明を実現することができる。
【００２５】
冷却媒体が内燃機関を冷却するための冷却水の場合、あるいは内燃機関を冷却するための冷却水によって蓄熱器の他端面側に介在する作動流体を冷却する場合、新たな冷却手段を追加する必要がなくなり、低コストにて本発明を実現することができる。
【００２６】
内燃機関を始動してから所定時間後に排気ガスの一部を蓄熱器の一端面側に導く場合、温度センサなどを用いることなく排気ガス浄化触媒が安定して作動する温度に達してから排気ガスの一部を蓄熱器の一端面側に導くことができる。
【００２７】
作動流体の熱音響自励振動が始まっているか否かの判定を熱音響エンジンの出力を検出することによって行う場合、温度センサなどを用いることなく容易かつ確実に作動流体の熱音響自励振動が始まっていることを確認することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明による内燃機関の排熱回収装置の一実施形態について、図１〜図６を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこのような実施形態のみに限らず、特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が可能であり、従って本発明の精神に帰属する他の任意の技術にも当然応用することができる。
【００２９】
本実施形態の概念を図１に示す。すなわち、本実施形態における内燃機関の排熱回収装置は、内燃機関１０からの排熱を利用して熱音響エンジン１１により発電を行うものである。この熱音響エンジン１１は、内部が密閉され、アルゴンやヘリウムなどの作動流体が充填された気柱管１２と、この気柱管１２内に組み込まれ、作動流体が通過可能な蓄熱器１３と、この蓄熱器１３の一端面側に介在する作動流体を加熱するための内燃機関１０の排気ガスが導かれる伝熱部材１４と、蓄熱器１３の他端面側に介在する作動流体を冷却するための内燃機関１０の冷却水が導かれる低温側熱交換器１５とを具え、蓄熱器１３の両端面間に所定の温度勾配を与えて作動流体に熱音響自励振動を生じさせるようになっている。
【００３０】
一方、この熱音響エンジン１１を稼働させるための本実施形態の内燃機関１０は、ピストン１６の往復動に連動して吸気スロットル弁１７の開度に応じた吸気が吸気管１８から吸気弁１９を介して所定のタイミングにて燃焼室２０内に吸い込まれ、燃料噴射弁２１から燃焼室２０内に供給される燃料と混合され、点火プラグ２２により点火されて燃焼し、その排気ガスが排気弁２３により所定のタイミングにて燃焼室２０から排気管２４に押し出され、その途中に組み込まれた排気ガス浄化装置２５を通過して外部に排出されるものである。点火プラグ２２の点火時期や燃料噴射弁２１による燃料の噴射時期およびその噴射量などは、吸気スロットル弁１７の開度や車両の運転状態などに基づいて制御装置２６により制御されるが、このような内燃機関１０自体の構成に関しては、本実施形態に限定されるものではなく、従来から周知の任意の内燃機関１０を適宜採用することができることは言うまでもない。
【００３１】
円形断面のステンレス鋼などで形成される本実施形態における気柱管１２は、ループ管部１２ａと、このループ管部１２ａに基端部が接続する共鳴管部１２ｂとを具えているが、当然のことながらこのような構造に限定されるわけではない。上述した蓄熱器１３，伝熱部材１４，低温側熱交換器１５はループ管部１２ａの部分に組み込まれている。共鳴管部１２ｂの末端部には、音響波を電気エネルギーに変換する音波−電気変換器２７が組み込まれている。この音波−電気変換器２７には、音波−電気変換器２７から得られる電流を整流すると共にその電圧を一定に変圧する安定化回路２８を介して車両に搭載された二次電池２９が接続し、この熱音響エンジン１１にて得られる電気エネルギーを回収するようにしている。
【００３２】
蓄熱器１３は、ループ管部１２ａの長手方向に沿って延在する多数の開口を有し、ここを作動流体が通過することができるようになっており、セラミックスなどで形成されたハニカム構造体や、ステンレス鋼や銅などで形成された金属網を微小間隔で配列したもの、あるいはステンレス鋼などの金属製繊維を多数絡めた、いわゆる金属ウールなどを採用することができる。
【００３３】
図１中のII−II矢視断面構造を図２に示し、そのIII−III矢視断面構造を図３に示す。すなわち、本実施形態における伝熱部材１４は、耐熱性および耐蝕性に優れたステンレス鋼などを用いて形成され、排気管２４が連結される部分にはスリット状の排気ガス通路３０が所定間隔で形成され、隣接する排気ガス通路３０の間に受熱格子部３１を画成して受熱面積の増大を企図している。ループ管部１２ａが連結される部分も同様に、スリット状の作動流体通路３２が所定間隔で形成され、隣接する作動流体通路３２の間に放熱格子部３３を画成して放熱面積の増大を企図している。基端部が排気ガス浄化装置２５よりも上流側の排気管２４から分岐する分岐管３４は、伝熱部材１４の放熱格子部３３を横切るようにこれを貫通し、より直接的に放熱格子部３３を加熱できるようになっており、この分岐管３４の末端部は、当該分岐管３４の基端部と排気ガス浄化装置２５との間の排気管２４に連通している。
【００３４】
分岐管３４の基端部の部分の抽出拡大断面構造を図４に模式的に示す。すなわち、排気管２４内を流れる排気ガスの一部を分岐管３４内に導き、蓄熱器１３の一端面側に介在する作動流体を分岐管３４を介して直接的に加熱するため、排気管２４に臨む分岐管３４の開口端部には、これを開閉し得るシャッタ３５が設けられている。このシャッタ３５は、基端部がピン３６を介して回動自在に枢支され、制御装置２６によって作動が制御される図示しないアクチュエータにより、先端側が排気管２４内に突出するように開き、これによって排気管２４内流れる排気ガスの一部を分岐管３４内に導く案内面３５ａを有する。図４中、二点鎖線で示す状態では、分岐管３４の開口端をほぼ完全に塞ぎ、排気管２４内を流れる排気ガスが分岐管３４側に流入しないようになっている。このようなシャッタ３５に代えて本発明による切り換え手段として分岐管３４内に開閉弁を設けると共に排気管２４内に流量調整弁を設け、これら２つの弁の開閉を制御することによって、分岐管３４内に所望の流量の排気ガスを導くようにしてもよい。
【００３５】
伝熱部材１４に形成された排気ガス通路３０には、内燃機関１０にて発生する高温、例えば５００〜６００℃程度の排気ガスが排気管２４を介して導かれ、その排熱を受熱格子部３１にて回収し、これを放熱格子部３３に伝達して作動流体通路３２に臨む蓄熱器１３の一端側に介在する作動流体との間で熱交換を行ってこれを加熱する。但し、内燃機関１０の始動後に作動流体の熱音響自励振動が始まっていない場合、制御装置２６によりシャッタ３５が開状態に切り替えられ、排気管２４内の排気ガスを分岐管３４から伝熱部材１４の放熱格子部３３へと導いて蓄熱器１３の一端側に介在する作動流体の温度を速やかに上昇させ、作動流体の熱音響自励振動が始まった後は閉状態に保持されるようになっている。
【００３６】
排気ガス浄化装置２５には、この排気ガス浄化装置２５内を通過する排気ガスの温度を検出するための排気ガス温度センサ３７が付設され、その検出信号が車両の制御装置２６に出力されるようになっている。
【００３７】
本発明における冷却手段としての低温側熱交換器１５には、循環式の冷却水配管３８が導かれ、蓄熱器１３の他端側に介在する作動流体との間で熱交換を行ってこれを冷却する。低温側熱交換器１５に連通する冷却水配管３８の途中には、冷却水循環ポンプ３９が組み込まれており、この冷却水配管３８内の冷却水の水温が所定温度以上になると、車両に組み込まれた図示しないラジエータによって強制冷却され、例えばほぼ１２０℃以下の温度に保持される。つまり、低温側熱交換器１５に供給される冷却水の水温は最高でも約１２０℃以下となる。この冷却水配管３８に組み込まれた冷却水循環ポンプ３９と低温側熱交換器１５との間の冷却水配管３８の途中にも、この冷却水配管３８内を流れる冷却水の温度を検出するための冷却水温度センサ４０が付設され、その検出信号が制御装置２６に出力されるようになっている。
【００３８】
このようにして、蓄熱器１３の両端面間に所定の温度勾配（本実施形態では蓄熱器１３の両端面間の温度差ΔＴが約３８０℃以上）を与え、周知の原理によって共鳴管部１２ｂ内に充填された作動流体に熱音響自励振動を起こさせる。
【００３９】
内燃機関１０を始動して熱音響エンジン１１を稼働させる場合、このときの蓄熱器１３の両端面間の温度差ΔＴの変化の一例を図５に模式的に示す。周知のように、熱音響エンジン１１は停止状態から作動流体に熱音響自励振動が与えられて稼働状態になる稼働開始温度差ＴＤと、稼働状態から作動流体の熱音響自励振動がなくなる稼働停止温度差ＴSとの間にヒステリシスがあり、稼働開始温度差ＴＤよりも稼働停止温度差ＴＳの方が小さな値となっている。従って、内燃機関１０の始動直後にシャッタ３５を開き、排気ガスの一部を伝熱部材１４の放熱格子部３３へと直接的に導くことにより、図４中の実線で示すように蓄熱器１３の両端面間の温度差ΔＴを迅速に稼働開始温度差ＴＤ以上にすることができ、一度熱音響エンジン１１が稼働状態に移行してしまえば（時刻ｔ1以降）、この温度差ΔＴが稼働停止温度差ＴＳ以下に小さくならない限り、熱音響エンジン１１は稼働し続けることとなる。このような対策を取らない場合、破線で示すように熱音響エンジン１１の稼働開始が時刻ｔ2にずれ込んでしまい、この間の排熱回収がなされない。
【００４０】
本実施形態では内燃機関１０を始動してから一定時間経過後にシャッタ３５を開き、熱音響エンジン１１の発電が始まった時点でシャッタ３５を閉じるようにしている。
【００４１】
この制御形態を図６のフローチャートを用いてより具体的に説明すると、制御装置２６は内燃機関１０の始動情報を例えばイグニッションキースイッチのオン信号などから得、Ｓ１のステップにて予め設定した時間にタイマーをセットし、Ｓ２のステップにてタイマーのカウント値Ｃが予め設定した目標値ＣＲに達したか否かを判定し、所定時間経過したと判断した場合、Ｓ３のステップに以降してシャッタ３５を開き、排気ガスの一部を分岐管３４から伝熱部材１４の放熱格子部３３に直接的に導き、蓄熱器１３の一端側に介在する作動流体の加熱を促進させ、併せてタイマーのカウント値を０にリセットする。そして、Ｓ４のステップに移行して熱音響エンジン１１が発電しているか否かを安定化回路２８からの情報に基づいて判定し、ここで熱音響エンジン１１が発電していると判断した場合には、Ｓ５のステップに移行してシャッタ３５を閉じ、これ以降は伝熱部材１４の受熱格子部３１側からの受熱を利用して蓄熱器１３の一端側に介在する作動流体の加熱を行う。
【００４２】
上述した実施形態では、タイマーと熱音響エンジン１１の発電状況とに応じてシャッタ３５の開閉を制御するようにしたが、排気ガス温度センサ３７および冷却水温度センサ４０からの情報に基づいてシャッタ３５の開閉を制御することも可能である。さらに、本実施形態では内燃機関１０の排熱回収のために熱音響エンジン１１を発電機として利用したが、空気調和装置の冷凍機として利用することも当然可能である。この場合には高温側および低温側熱交換器１５と蓄熱器１３とを気柱管１２にさらに組み込む必要があるが、これは例えば特許第３０１５７８６号公報などに開示されている技術を利用すれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明による内燃機関の排熱回収装置の一実施形態を表す概念図である。
【図２】図１中のII−II矢視断面図である。
【図３】図２中のIII−III矢視断面図である。
【図４】図１に示した実施形態における排気管と分岐管との接続部分の拡大断面図である。
【図５】図１に示した実施形態における蓄熱器の一端側と他端側との温度差の時間的推移を模式的に表すグラフである。
【図６】図１に示した実施形態の制御過程を表すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４４】
１０  内燃機関
１１  熱音響エンジン
１２  気柱管
１２ａ  ループ管部
１２ｂ  共鳴管部
１３  蓄熱器
１４  伝熱部材
１５  低温側熱交換器
１６  ピストン
１７  吸気スロットル弁
１８  吸気管
１９  吸気弁
２０  燃焼室
２１  燃料噴射弁
２２  点火プラグ
２３  排気弁
２４  排気管
２５  排気ガス浄化装置
２６  制御装置
２７  音波−電気変換器
２８  安定化回路
２９  二次電池
３０  排気ガス通路
３１  受熱格子部
３２  作動流体通路
３３  放熱格子部
３４  分岐管
３５  シャッタ
３６  ピン
３５ａ  案内面
３７  排気ガス温度センサ
３８  冷却水配管
３９  冷却水循環ポンプ
４０  冷却水温度センサ
ΔＴ  蓄熱器の両端面間の温度差
ＴＤ  稼働開始温度差
ＴＳ  稼働停止温度差
ｔ1，ｔ2  時刻
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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