(57)【要約】 【課題】  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。【解決手段】  内燃機関１の余剰エネルギを回収するためのエネルギ回収装置２０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ための蓄熱器２５、熱交換器２６および２７と、音波のエネルギを電気エネルギに変換するトランスデューサ２４と、音波のエネルギを熱エネルギに変換するための蓄冷器２５０、熱交換器２６０および２７０と、ＥＣＵ４０とを備え、ＥＣＵ４０は、エネルギ回収装置２０に対する要求に応じて、トランスデューサ２４による発電量と、熱交換器２７０にて得られる冷熱量との割合を変化させる。【選択図】  図１
2005180396.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
【特許文献１】特許第３０１５７８６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】
【０００５】
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。  
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【発明の効果】
【００１８】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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）。
【００３６】
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、
εＴ＝γｅ／（γｅ＋γｃ）
として算出する（Ｓ１４）。
【００３７】
目標発電利用比率εＴ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。
【００３８】
Ｓ１４にて目標発電利用比率εＴ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εＴに所定のヒステリシスαを加えた値εＴ＋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εＴ＋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）。
【００３９】
一方、Ｓ１８にて現状発電利用比率εが値εＴ＋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εＴから所定のヒステリシスαを減じた値εＴ−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εＴ−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）。
【００４０】
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εＴ−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εＴ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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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ｆ０と一致させることができる。
【００４４】
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ｆ０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ｆ０を求める（Ｓ３０，Ｓ３２）。
【００４５】
気柱管２１内の作動流体の共振周波数ｆ０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ｆ０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ｆ０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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【符号の説明】
【００５０】
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
【図１】
2005180396.tif 000003
【図２】
2005180396.tif 000004
【図３】
2005180396.tif 000005
【図４】
2005180396.tif 000006