(57)【要約】【課題】  所望の熱効率や音響出力を容易かつ確実に得ることができる熱音響エンジンの提供。【解決手段】  熱音響エンジン２０は、作動流体が封入される気柱管２１と、気柱管２１の内部に配置された蓄熱器２５とを有し、高温熱交換器２６と低温熱交換器２７とにより蓄熱器２５の両端部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ものであり、蓄熱器２５での作動流体の対流を抑制するためのジェットポンプユニット３０を備える。ジェットポンプユニット３０は、蓄熱器２５の高温側から低温側へと流れる作動流体に対する抵抗と、蓄熱器２５の低温側から高温側へと流れる作動流体に対する抵抗とを異ならせることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体が封入される気柱管と、この気柱管の内部に配置された蓄熱手段とを有し、前記蓄熱手段の両端部間に温度勾配を形成して前記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において、
前記蓄熱手段での前記作動流体の対流を抑制するための対流抑制手段を備えることを特徴とする熱音響エンジン。
【請求項２】
前記対流抑制手段は、前記蓄熱手段の高温側から低温側へと流れる作動流体に対する抵抗と、前記蓄熱手段の低温側から高温側へと流れる作動流体に対する抵抗とを異ならせることを特徴とする請求項１に記載の熱音響エンジン。
【請求項３】
前記蓄熱手段の所定箇所における温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段の検出値に基づいて前記対流抑制手段を制御する制御手段とを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の熱音響エンジン。
【請求項４】
前記制御手段は、前記熱音響エンジンを始動させる際に、前記蓄熱手段の高温側から低温側へと流れる作動流体に対する抵抗と、前記蓄熱手段の低温側から高温側へと流れる作動流体に対する抵抗との双方が低下するように前記対流抑制手段を制御することを特徴とする請求項３に記載の熱音響エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気柱管内に配置された蓄熱手段の両端部間に温度勾配を形成し、気柱管内の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、圧縮機やフロン等を用いることなく冷熱を得たり、内燃機関の排気熱（廃熱）を回収したりすることが可能となる。しかしながら、熱音響現象を利用した装置を実用化する上では、解決すべき課題も多く、例えば作動流体の熱音響自励振動を発生させる際の熱効率や、音響出力の制御にはなお改善の余地が残されている。
【０００６】
そこで、本発明は、所望の熱効率や音響出力を容易かつ確実に得ることができる熱音響エンジンの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による熱音響エンジンは、作動流体が封入される気柱管と、この気柱管の内部に配置された蓄熱手段とを有し、蓄熱手段の両端部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熱音響エンジンにおいて、蓄熱手段での作動流体の対流を抑制するための対流抑制手段を備えることを特徴とする。
【０００８】
一般に、蓄熱手段の両端部間に温度勾配を形成して気柱管内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では、蓄熱手段の両端部間の温度差等により、蓄熱手段にて作動流体の対流が少なからず発生してしまう。そして、このような作動流体の対流に起因した熱移動により、蓄熱手段の両端部間に形成される温度勾配がリニアなものではなくなってしまい、熱音響自励振動を発生させる際の熱効率が低下し、所望の音響出力が得られなくなってしまうおそれがある。このため、本発明の熱音響エンジンには、蓄熱手段での作動流体の対流を抑制するための対流抑制手段が備えられている。これにより、本発明では、作動流体の対流に起因した熱移動を抑制して、蓄熱手段の両端部間にリニアな温度勾配を形成することができるので、熱音響自励振動を発生させる際に、所望の熱効率や音響出力を容易かつ確実に得ることが可能となる。
【０００９】
この場合、対流抑制手段は、蓄熱手段の高温側から低温側へと流れる作動流体に対する抵抗と、蓄熱手段の低温側から高温側へと流れる作動流体に対する抵抗とを異ならせるものであると好ましい。このような構成を採用すれば、蓄熱手段での作動流体の対流を確実に抑制して、蓄熱手段の両端部間にリニアな温度勾配を形成することができる。
【００１０】
そして、本発明による熱音響エンジンは、蓄熱手段の所定箇所における温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段の検出値に基づいて対流抑制手段を制御する制御手段とを含むと好ましい。
【００１１】
また、制御手段は、熱音響エンジンを始動させる際に、蓄熱手段の高温側から低温側へと流れる作動流体に対する抵抗と、蓄熱手段の低温側から高温側へと流れる作動流体に対する抵抗との双方が低下するように対流抑制手段を制御するとよい。
【００１２】
このように、熱音響エンジンを始動させる際には、蓄熱手段の高温側から低温側へと流れる作動流体に対する抵抗と、蓄熱手段の低温側から高温側へと流れる作動流体に対する抵抗との双方を例えば始動完了後に比べて低下させることにより、作動流体の熱音響自励振動を速やかに発生・成長させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、所望の熱効率や音響出力を容易かつ確実に得ることができる熱音響エンジンの実現が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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。
【００１５】
図１は、本発明による熱音響エンジンを示す概略構成図である。同図に示されるように、熱音響エンジン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、熱音響エンジン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。
【００１６】
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、前段触媒装置１２ａおよび後段触媒装置１２ｂが組み込まれている。
【００１７】
本発明の熱音響エンジン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。熱音響エンジン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おり、閉鎖端部２３ｂ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トランスデューサ（音／電気変換手段）２４が配置されている。
【００１８】
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の下端側（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の上端側（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。
【００１９】
上述の高温熱交換器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。本実施形態では、高温熱交換器（その伝熱管）２６は、前段触媒装置１２ａと後段触媒装置１２ｂとの間で排気管Ｌ２に組み込まれている。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。そして、高温熱交換器（その伝熱管）２６の排気ガス入口には、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１６が含まれており、この開閉弁１６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。
【００２０】
そして、熱音響エンジン２０は、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を含む。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の排気供給調整弁１５や開閉弁１６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。
【００２１】
また、熱音響エンジン２０の気柱管２１（本実施形態では、管部２３ａ）には、図１に示されるように、ジェットポンプユニット（対流抑制手段）３０が備えられている。ジェットポンプユニット３０は、図１〜図３に示されるように、環状部材３１と、弁体３２と、アクチュエータ３３とを含む。環状部材３１は、気柱管２１の内径よりも小さい内径を有する円孔を含み、低温熱交換器２７の上方に位置するように気柱管２１の内部に固定されている。また、弁体３２は、概ね円錐台形状を呈しており、太径側端部が低温熱交換器２７と対向する状態（下方に位置する状態）で環状部材３１の円孔内部に配置される。
【００２２】
更に、弁体３２の細径側端部（上端部）には、アクチュエータ３３のロッド３３ａが接続されている。ジェットポンプユニット３０のアクチュエータ３３は、上述のＥＣＵ４０に接続されており、ＥＣＵ４０によって制御される。そして、本実施形態のジェットポンプユニット３０では、アクチュエータ３３を作動させてロッド３３ａを進退させることにより、弁体３２を、環状部材３１の円孔から低温熱交換器２７側に向けて突き出した状態（開けた状態、図２参照）と、環状部材３１の円孔内部に完全に収容した状態（閉じた状態、図３参照）との間で移動させることができる。
【００２３】
この場合、図２に示されるように、弁体３２を環状部材３１の円孔から低温熱交換器２７に向けて突き出した状態では、弁体３２（太径側端部）の外周面と環状部材３１の円孔の内周面との間隔が拡がることになる。従って、図２に示される状態では、図中上方からジェットポンプユニット３０を介して低温熱交換器２７へと向かう作動流体の圧力損失と、低温熱交換器２７からジェットポンプユニット３０を介して図中上方へと向かう作動流体の圧力損失との差が小さくなる。すなわち、図２に示される状態では、ジェットポンプユニット３０において、低温熱交換器２７から高温熱交換器２６へと流れる作動流体に対する抵抗と、高温熱交換器２６から低温熱交換器２７へと流れる作動流体に対する抵抗との差が比較的小さくなる。
【００２４】
これに対して、図３に示されるように、弁体３２が環状部材３１の円孔内部に完全に収容された状態では、弁体３２の太径側端部の外周面と環状部材３１の円孔の内周面との間隔が狭まることになる。従って、図３に示される状態では、図中上方からジェットポンプユニット３０を介して低温熱交換器２７へと向かう作動流体の圧力損失が、低温熱交換器２７からジェットポンプユニット３０を介して図中上方へと向かう作動流体の圧力損失よりも大きくなる。すなわち、図３に示される状態では、ジェットポンプユニット３０において、低温熱交換器２７から高温熱交換器２６へと流れる作動流体に対する抵抗よりも、高温熱交換器２６から低温熱交換器２７へと流れる作動流体に対する抵抗が小さくなる。このように、ジェットポンプユニット３０を作動させることにより、蓄熱器２５の高温側から低温側へと流れる作動流体に対する抵抗と、蓄熱器２５の低温側から高温側へと流れる作動流体に対する抵抗とを異ならせることが可能となる。
【００２５】
また、本実施形態では、排気管Ｌ２に排気温度センサＴ１が設置されている。この排気温度センサＴ１は、高温熱交換器２６に供給される排気ガスの温度を検出し、検出値を示す信号をＥＣＵ４０に与える。更に、冷却系統Ｌ３には、水温センサＴ２が設置されている。この水温センサＴ２は、低温熱交換器２７に供給される冷却水の温度を検出し、検出値を示す信号をＥＣＵ４０に与える。また、蓄熱器２５には、その長手方向中央部付近に温度センサＴ３が設置されている。温度センサＴ３は、蓄熱器２５の長手方向中央部の温度を検出し、検出値を示す信号をＥＣＵ４０に与える。そして、熱音響エンジン２０の気柱管２１（本実施形態では、管部２３ａ）には、圧力センサ３４が設置されている。この圧力センサ３４もＥＣＵ４０に接続されており、当該センサ３４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。
【００２６】
次に、図４〜図６を参照しながら、熱音響エンジン２０の動作について説明する。
上述の熱音響エンジン２０は、内燃機関１が運転され、燃焼室３からの排気ガスが前段触媒装置１２ａを通過するようになると作動可能となる。上述のＥＣＵ４０は、熱音響エンジン２０に対する作動要求（始動要求）の有無を判定し（Ｓ１０）、熱音響エンジン２０を作動させる要求があると判断した場合、高温熱交換器２６の排気ガス入口に設けられている排気供給調整弁１５と、冷却系統Ｌ３の開閉弁１６とを開放させる（Ｓ１２）。
【００２７】
これにより、前段触媒装置１２ａを通過した高温の排気ガス（最高でおよそ９００℃程度）が熱音響エンジン２０の高温熱交換器２６を通過するようになり、蓄熱器２５の下端部は、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。また、熱音響エンジン２０の低温熱交換器２７には、比較的低温（内燃機関１の冷間始動直後には概ね大気温度、暖機完了後には概ね８０〜９０℃）の冷却水が供給されるようになるので、蓄熱器２５の上端部は、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。
【００２８】
Ｓ１２の処理の後、ＥＣＵ４０は、圧力センサ３４からの信号に基づいて気柱管２１内で自励振動する作動流体の最大圧力と最小圧力とを取得し、これらの最大圧力と最小圧力とから気柱管２１内の作動流体の圧力振幅Ｐを求める。そして、ＥＣＵ４０は、求めた圧力振幅Ｐが予め定められている閾値Ｐ１を下回っているか否か判定する（Ｓ１４）。Ｓ１４にて圧力振幅Ｐが閾値Ｐ１を下回っていると判断した場合、ＥＣＵ４０は、気柱管２１内での作動流体の自励振動が充分に発生・成長していないとみなし、Ｓ１６にてジェットポンプユニット３０のアクチュエータ３３を制御して弁体３２を環状部材３１から最大限離れるように移動させる（全開にする）。
【００２９】
これにより、蓄熱器２５の高温側から低温側へと流れる作動流体に対する抵抗と、蓄熱手段の低温側から高温側へと流れる作動流体に対する抵抗との双方が最小に（できるだけ小さく）設定されることになり、ジェットポンプユニット３０を介して低温熱交換器２７へと向かう作動流体の圧力損失と、低温熱交換器２７からジェットポンプユニット３０を介して上方へと向かう作動流体の圧力損失との差も実質的に無くなる。その後、ＥＣＵ４０は、Ｓ１０以降の処理を繰り返し実行し、Ｓ１０にて肯定判断を行い、かつ、Ｓ１４にて肯定判断を行う間、ジェットポンプユニット３０の弁体３２を全開に保つ（Ｓ１６）。
【００３０】
このように、熱音響エンジン２０では、作動要求（始動要求）があり、かつ、気柱管２１内で作動流体の自励振動が充分に発生・成長していない場合、すなわち、熱音響エンジン２０の始動開始から始動完了までの間、蓄熱器２５の高温側から低温側へと流れる作動流体に対する抵抗と、蓄熱手段の低温側から高温側へと流れる作動流体に対する抵抗との双方が低下させられる（最小とされる）。この結果、熱音響エンジン２０の始動時に、作動流体の熱音響自励振動の発生を促進させると共に、発生した自励振動を速やかに成長させることが可能となる。
【００３１】
気柱管２１の内部において作動流体の自励振動が成長し、作動流体の自励振動（音波）の周波数と共鳴部２３における共振周波数とが一致すると、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の振動部が加振される。トランスデューサ２４は、共鳴部２３内の定在波のエネルギ（音響エネルギ）を電気エネルギに変換し、得られた電気エネルギは、図示されないコントローラ等を介して所定の電気負荷に供給される。
【００３２】
これにより、本発明の熱音響エンジン２０によれば、内燃機関１の排気熱を効率よく回収して所定の電気負荷のための電力を得ることができる。なお、共鳴部２３にトランスデューサ２４を配置する代わりに、蓄熱器、高温熱交換器および低温熱交換器のユニットをループ部２２に配置し、熱音響エンジン２０によって回収された排気熱のエネルギを利用して当該ユニットを冷凍機として作動させてもよい。
【００３３】
また、ＥＣＵ４０は、Ｓ１４にて圧力振幅Ｐが閾値Ｐ１以上であると判断した場合、すなわち、熱音響エンジン２０の始動が完了したと判断した場合、熱音響エンジン２０を作動させる要求の有無を判定し（Ｓ１８）、熱音響エンジン２０を作動させる要求がある（熱音響エンジン２０を停止させる要求がない）と判断した場合、更に、圧力センサ３４からの信号に基づいて、気柱管２１内の作動流体の圧力振幅Ｐが予め定められている閾値Ｐ２を下回っているか否か判定する（Ｓ２０）。ここで用いられる閾値Ｐ２は、熱音響自励振動に起因する騒音の許容値または気柱管２１の耐圧限界、あるいはこれらの双方に基づいて定められ、予め記憶装置に格納されている。
【００３４】
Ｓ２０にて圧力振幅Ｐが閾値Ｐ２を下回っていると判断される場合、基本的には、熱音響エンジン２０の動作に大きな不具合はない。しかしながら、このような場合であっても、蓄熱器２５の両端部間に温度勾配を形成して気柱管２１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２０では、何ら対策を施さなければ、蓄熱器２５の両端部間の温度差や重力の作用により、気柱管２１のループ部２２において低温熱交換器２７から蓄熱器２５を介して高温熱交換器２６へと向かう作動流体の対流が少なからず発生し、熱音響自励振動による作動流体の流れに重畳してしまう。また、蓄熱器２５に形成される温度勾配が大きければ大きいほど（両端部間の温度差が大きいほど）、作動流体の対流が強まることになる。
【００３５】
このような作動流体の対流が発生すると、それにより、低温の作動流体の低温熱交換器２７側から高温熱交換器２６側への流通が促進されてしまう。従って、蓄熱器２５の両端部の温度勾配は、本来、図５において実線で示されるようにリニアになるべきであるにも拘らず、図５において破線で示されるように、下に凸の曲線状に形成されてしまい、特に蓄熱器２５の中央部周辺の温度が低下してしまう。そして、蓄熱器２５における熱音響現象による熱移動は、局所的な温度勾配に依存することから、温度勾配が小さくなった部分で熱移動が律速となり、自励振動の振幅が小さくなり、音響出力も低下してしまう。
【００３６】
このような点に鑑みて、Ｓ２０にて圧力振幅Ｐが閾値Ｐ２を下回っていると判断される場合、蓄熱器２５の両端部間にリニアな温度勾配を形成して所望の熱効率や音響出力を得るために、図６に示される対流防止ルーチンが実行される。この場合、ＥＣＵ４０は、まず、排気温度センサＴ１の検出値に基づいて高温熱交換器２６の温度Ｔｈ（蓄熱器２５の高温熱交換器２６側の端部の温度）を取得すると共に、水温センサＴ２の検出値に基づいて低温熱交換器２７の温度Ｔｃ（蓄熱器２５の低温熱交換器２７側の端部の温度）を取得する（Ｓ２２０）。また、Ｓ２２０において、ＥＣＵ４０は、温度センサＴ３の検出値に基づいて、蓄熱器２５の中央部の温度Ｔｍを取得する。
【００３７】
なお、Ｓ２２０にて高温熱交換器２６の温度Ｔｈや低温熱交換器２７の温度Ｔｃを求めるために、上述の排気温度センサＴ１や水温センサＴ２を用いる代わりに、高温熱交換器２６の所定箇所の温度を検出する温度センサや、低温熱交換器２７の所定箇所の温度を検出する温度センサを用いてもよい。
【００３８】
Ｓ２２０にて、高温熱交換器２６の温度Ｔｈ、低温熱交換器２７の温度Ｔｃおよび蓄熱器２５の中央部の温度Ｔｍを求めると、ＥＣＵ４０は、蓄熱器２５の中央部の温度Ｔｍが蓄熱器２５の両端部間における平均温度（Ｔｃ＋Ｔｈ）／２を下回っているか否か判定する（Ｓ２２２）。ここで、温度Ｔｍが平均温度（Ｔｃ＋Ｔｈ）／２を下回っているということは、図５からわかるように、気柱管２１内の作動流体の対流が強く、蓄熱器２５の中央部における温度が低下していることを意味する。
【００３９】
このため、Ｓ２２２にて温度Ｔｍが平均温度（Ｔｃ＋Ｔｈ）／２を下回っていると判断した場合、ＥＣＵ４０は、ジェットポンプユニット３０のロッド３３ａが低温熱交換器２７から環状部材３１に向けて（上方に）所定量だけ移動するようにアクチュエータ３３を制御する（Ｓ２２４）。これにより、弁体３２が環状部材３１に向けて移動するので（弁体３２が所定量だけ閉じられるので）、弁体３２の太径側端部の外周面と環状部材３１の円孔の内周面との間隔が狭まり、ジェットポンプユニット３０を介して低温熱交換器２７へと向かう作動流体の圧力損失が、低温熱交換器２７からジェットポンプユニット３０を介して上方へと向かう作動流体の圧力損失よりも大きくなる（ジェットポンプユニット３０における圧損差が大きくなる）。
【００４０】
すなわち、Ｓ２２４の処理が実行されると、ジェットポンプユニット３０では、低温熱交換器２７から蓄熱器２５を介して高温熱交換器２６へと流れる作動流体に対する抵抗よりも、高温熱交換器２６から蓄熱器２５を介して低温熱交換器２７へと流れる作動流体に対する抵抗が小さくなる。従って、蓄熱器２５の周辺では、高温熱交換器２６から蓄熱器２５を介して低温熱交換器２７へと向かう作動流体の流れが発生し、この作動流体の流れにより、蓄熱器２５の両端部間の温度差や重力の作用により発生する作動流体の対流が弱められる（打ち消される）。
【００４１】
このように、熱音響エンジン２０では、ジェットポンプユニット３０によって、低温熱交換器２７から蓄熱器２５を介して高温熱交換器２６へと向かう作動流体の対流を弱める（抑制する）ことができるので、作動流体の対流に起因した熱移動を良好に抑制して、蓄熱器２５の両端部間に図５において実線で示されるようなリニアな温度勾配を形成することが可能となる。この結果、熱音響エンジン２０によれば、熱音響自励振動を発生させる際に、所望の熱効率や音響出力を容易かつ確実に得ることができる。
【００４２】
一方、Ｓ２２２にて蓄熱器２５の中央部の温度Ｔｍが蓄熱器２５の両端部間における平均温度（Ｔｃ＋Ｔｈ）／２以上であると判断した場合、ＥＣＵ４０は、ジェットポンプユニット３０のロッド３３ａが環状部材３１から低温熱交換器２７に向けて（下方に）所定量だけ移動するようにアクチュエータ３３を制御する（Ｓ２２６）。すなわち、Ｓ２２２にて温度Ｔｍが平均温度（Ｔｃ＋Ｔｈ）／２以上であると判断されるということは、蓄熱器２５の中央部における温度が理想的な状態よりも高まっていることを意味する。従って、このような場合には、弁体３２が環状部材３１から離れるように移動させられ（弁体３２が所定量だけ開けられ）、弁体３２の太径側端部の外周面と環状部材３１の円孔の内周面との間隔が広げられる。
【００４３】
これにより、ジェットポンプユニット３０を介して低温熱交換器２７へと向かう作動流体の圧力損失と、低温熱交換器２７からジェットポンプユニット３０を介して上方へと向かう作動流体の圧力損失との差が小さくなる（ジェットポンプユニット３０における圧損差が小さくなる）。すなわち、Ｓ２２６の処理が実行されると、ジェットポンプユニット３０では、低温熱交換器２７から蓄熱器２５を介して高温熱交換器２６へと流れる作動流体に対する抵抗と、高温熱交換器２６から蓄熱器２５を介して低温熱交換器２７へと流れる作動流体に対する抵抗との差が小さくなる。
【００４４】
この結果、Ｓ２２６の処理が実行されると、蓄熱器２５の周辺では、低温熱交換器２７から蓄熱器２５を介して高温熱交換器２６へと向かう作動流体の対流が許容され、このような作動流体の対流に起因した熱移動により、蓄熱器２５の中央部の温度を低下させて蓄熱器２５の両端部間に形成される温度勾配を図５において実線で示されるようなリニアなものとすることができる。なお、作動流体の対流による熱移動は、大きな時定数をもつ現象であることから、Ｓ２２４やＳ２２６における弁体３２の移動量（ロッド３３ａの移動量）を必要以上に大きくし過ぎないようにすると好ましい。
【００４５】
上述のような対流防止ルーチンを実行すると、ＥＣＵ４０は、図４のＳ１０以降の処理を再度実行する。ここで、図４の処理を実行する間に、Ｓ２０にて気柱管２１内の作動流体の圧力振幅Ｐが予め定められている閾値Ｐ２以上となっていると判断された際には、作動流体の自励振動の圧力振幅が過剰に大きくなっており、騒音の問題や、作動流体の圧力が気柱管２１等の耐圧限界に近づいてしまって気柱管２１等の耐久性を低下させてしまうという問題が起こり得る。
【００４６】
このため、Ｓ２０にて圧力振幅Ｐが閾値Ｐ２以上となっていると判断した場合、ＥＣＵ４０は、ジェットポンプユニット３０のロッド３３ａが低温熱交換器２７から環状部材３１に向けて（上方に）所定量だけ（僅かに）移動するようにアクチュエータ３３を制御する（Ｓ２４）。これにより、ジェットポンプユニット３０を介して低温熱交換器２７へと向かう作動流体の圧力損失が、低温熱交換器２７からジェットポンプユニット３０を介して上方へと向かう作動流体の圧力損失よりも大きくなる。従って、気柱管２１の内部では、低温熱交換器２７から蓄熱器２５を介して高温熱交換器２６へと進行する進行波が弱まることになるので、気柱管２１内における作動流体の自励振動を減衰させて、騒音や気柱管２１等の耐久性の問題が生じないようにすることができる。
【００４７】
また、図４の処理を実行する間に、Ｓ１０またはＳ１８にて、熱音響エンジン２０を作動させる要求がない、すなわち、熱音響エンジン２０を停止させる要求があると判断した場合、ＥＣＵ４０は、Ｓ２６にてジェットポンプユニット３０のアクチュエータ３３を制御し、弁体３２を環状部材３１に最接近するように移動させる（全閉にする）。これにより、気柱管２１の内部においてジェットポンプユニット３０を介して低温熱交換器２７へと向かう作動流体の流れが実質的に断たれることになり、気柱管２１の内部における作動流体の自励振動を速やかに減衰することができる。このように、熱音響エンジン２０を停止させる要求がある場合には、ジェットポンプユニット３０の弁体３２を全閉にし、ジェットポンプユニット３０を介して低温熱交換器２７へと向かう作動流体に対する抵抗を大幅に増加させることにより、熱音響エンジン２０の作動を早期に停止させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明による熱音響エンジンを示す概略構成図である。
【図２】図１の熱音響エンジンに備えられたジェットポンプユニットの動作を説明するための模式図である。
【図３】図１の熱音響エンジンに備えられたジェットポンプユニットの動作を説明するための模式図である。
【図４】図１の熱音響エンジンの動作を説明するためのフローチャートである。
【図５】熱音響エンジンの作動中に蓄熱器に形成される温度勾配を説明するためのグラフである。
【図６】図１の熱音響エンジンにおける対流防止ルーチンを説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００４９】
１  内燃機関
１２ａ  前段触媒装置
１２ｂ  後段触媒装置
２０  熱音響エンジン
２１  気柱管
２２  ループ部
２３  共鳴部
２４  トランスデューサ
２５  蓄熱器
２６  高温熱交換器
２７  低温熱交換器
３０  ジェットポンプユニット
３１  環状部材
３２  弁体
３３  アクチュエータ
３３ａ  ロッド
３４  圧力センサ
４０  ＥＣＵ
Ｌ２  排気管
Ｔ１  排気温度センサ
Ｔ２  水温センサ
Ｔ３  温度センサ
【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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