(57)【要約】【課題】内燃機関の過給装置に関し、内燃機関の排気抵抗や軸動力損失を増加させることなく過給を行い、内燃機関の出力や燃費を効果的に向上させる。【解決手段】気体が封入される共鳴管２１に、外部からの熱を取り込む加熱器２２、外部に熱を放出させる冷却器２３及び、加熱器２２と冷却器２３との間に設けられて温度勾配を保持する再生器２４を有する熱音響機関２０と、共鳴管２１の一端部が接続される内燃機関１０の吸気通路１１と、加熱器２２の少なくとも一部が設けられる内燃機関１０の排気通路１２とを備え、加熱器２２が排気通路１２から排気熱を取り込んで熱音響機関２０を作動させると共に、その作動よる圧力変動で吸気を圧送するようにした。【選択図】図１
2013199903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体が封入される共鳴管に、外部からの熱を取り込む加熱器、外部に熱を放出させる冷却器及び、該加熱器と該冷却器との間に設けられて温度勾配を保持する再生器を有する熱音響機関と、
前記共鳴管の一端部が接続される内燃機関の吸気通路と、
前記加熱器の少なくとも一部が設けられる内燃機関の排気通路とを備え、
前記加熱器が前記排気通路から排気熱を取り込んで前記熱音響機関を作動させると共に、その作動により生じる圧力変動で前記吸気通路内の吸気を前記内燃機関に圧送することを特徴とする内燃機関の過給装置。
【請求項２】
前記吸気通路の前記共鳴管との接続部よりも吸気上流側に位置して設けられて吸気を順方向にのみ流通させる第１の逆止弁と、
前記吸気通路の前記共鳴管との接続部よりも吸気下流側に位置して設けられて吸気を順方向にのみ流通させる第２の逆止弁とをさらに備える請求項１に記載の内燃機関の過給装置。
【請求項３】
前記共鳴管は、前記加熱器と前記冷却器と前記再生器とが設けられるループ状のループ状配管部と、一端を該ループ状配管部に接続された直線状配管部とを有すると共に、該直線状配管部の他端を前記吸気通路に接続した請求項１又は２に記載の内燃機関の過給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の過給装置に関し、特に、排気熱を回収して作動する熱音響機関を用いた内燃機関の過給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関においては、排気エネルギーを利用してエンジンに吸気を圧縮供給することで内燃機関の出力を向上させる過給機としてのターボチャージャが知られている。このターボチャージャは、排気通路に設けられたタービンで排気エネルギを回収するとともに、タービンで駆動されるコンプレッサにより過給を行うことで内燃機関の高出力化を図っている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、タービンとコンプレッサとを連結する回転軸に電動モータを設け、排気エネルギーが十分に回収できない運転領域では電動モータを駆動させて電動アシストすることで過給効率を向上させる電動機付ターボチャージャも知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２３０５号公報
【特許文献２】特開２００７−１２７０９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述の過給機においては、タービンの駆動や電動モータへの電力の供給など、内燃機関に負荷をかけた状態で作動するため、実質的な効果は過給機による効果から過給機を駆動させる損失を差し引いた分になる。
【０００６】
そのため、過給機が効率よく作動する運転領域では内燃機関の出力や燃費を向上することができるが、過給機の効率が低下する運転領域では内燃機関の出力や燃費を悪化させる可能性がある。
【０００７】
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、その目的は、内燃機関の排気抵抗や軸動力損失を増加させることなく過給を行い、内燃機関の出力や燃費を効果的に向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的を達成するため、本発明の内燃機関の過給装置は、気体が封入される共鳴管に、外部からの熱を取り込む加熱器、外部に熱を放出させる冷却器及び、該加熱器と該冷却器との間に設けられて温度勾配を保持する再生器を有する熱音響機関と、前記共鳴管の一端部が接続される内燃機関の吸気通路と、前記加熱器の少なくとも一部が設けられる内燃機関の排気通路とを備え、前記加熱器が前記排気通路から排気熱を取り込んで前記熱音響機関を作動させると共に、その作動により生じる圧力変動で前記吸気通路内の吸気を前記内燃機関に圧送することを特徴とする。
【０００９】
また、前記吸気通路の前記共鳴管との接続部よりも吸気上流側に位置して設けられて吸気を順方向にのみ流通させる第１の逆止弁と、前記吸気通路の前記共鳴管との接続部よりも吸気下流側に位置して設けられて吸気を順方向にのみ流通させる第２の逆止弁とをさらに備えてもよい。
【００１０】
また、前記共鳴管は、前記加熱器と前記冷却器と前記再生器とが設けられるループ状のループ状配管部と、一端を該ループ状配管部に接続された直線状配管部とを有すると共に、該直線状配管部の他端を前記吸気通路に接続してもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の内燃機関の過給装置によれば、内燃機関の排気抵抗や軸動力損失を増加させることなく過給を行い、内燃機関の出力や燃費を効果的に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の過給装置を示す模式的な全体構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る内燃機関の過給装置において、熱音響機関の圧力変動による吸気の流れを説明する模式的な図である。
【図３】他の実施形態に係る内燃機関の過給装置における熱音響機関を示す模式的な構成図である。
【図４】他の実施形態に係る内燃機関の過給装置における熱音響機関を示す模式的な構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図１，２に基づいて、本発明の一実施形態に係る内燃機関の過給装置を説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態に係る内燃機関の過給装置１は、内燃機関としてのディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）１０に適用されるもので、エンジン１０の吸気通路１１と、エンジン１０の排気通路１２と、作動流体としての気体が封入された共鳴管２１に加熱器２２と冷却器２３と再生器２４とを配置した熱音響機関２０と、吸気通路１１に設けられた逆止弁としての上流側チェックバルブ１３と、下流側チェックバルブ１４とを備える。
【００１５】
なお、図１にはエンジン１０の複数気筒のうち一気筒のみを示し、他の気筒については図示を省略している。
【００１６】
吸気通路１１は、エンジン１０の吸気マニホールド１０ａに接続されており、吸気バルブ１５の開閉動作により筒内１０ｃに新気（吸気）を導入させる。この吸気通路１１には、吸気上流側から順にエアフィルタ１９、上流側チェックバルブ１３、熱音響機関２０の接続部２６、下流側チェックバルブ１４及び、インタークーラ１８が設けられている。
【００１７】
排気通路１２は、エンジン１０の排気マニホールド１０ｂに接続されており、排気バルブ１６の開閉動作により筒内１０ｃから排気を排出させる。この排気通路１２には、排気上流側から順に熱音響機関２０の加熱器２２及び、図示しない排気浄化装置が設けられている。
【００１８】
熱音響機関２０の共鳴管２１は、ループ状のループ状配管部２１ａと、直線状の直線状配管部２１ｂとを有する。ループ状配管部２１ａには、封入された気体に外部からの熱を取り込むフィンを有する加熱器２２、封入された気体から外部に熱を放出させるフィンを有する冷却器２３及び、これら加熱器２２と冷却器２３との間に設けられて温度勾配を保持する再生器２４が設けられている。また、加熱器２２は、排気熱を回収するように排気通路１２内に介装されている。
【００１９】
直線状配管部２１ｂは、その一端部をループ状配管部２１ａに接続されると共に、他端部には吸気通路１１に設けられた接続部２６が接続されている。すなわち、本実施形態の熱音響機関２０では、排気温度の上昇により加熱器２２が昇温されて共鳴管２１に温度勾配が生じると、熱エネルギーの一部は力学的な音波（振動）エネルギーに変換される。その結果、封入された気体に自励振動が引き起こされて、共鳴管２１及び接続部２６内に圧力変動が生じるように構成されている。
【００２０】
上流側チェックバルブ１３は公知の逆止弁であって、接続部２６よりも吸気上流側に位置する吸気通路１１に設けられている。この上流側チェックバルブ１３は、吸気通路１１内の吸気を順方向、すなわち接続部２６に向けて流れる方向にのみ流通させるように構成されている。
【００２１】
下流側チェックバルブ１４は公知の逆止弁であって、接続部２６よりも吸気下流側に位置する吸気通路１１に設けられている。この下流側チェックバルブ１４は、吸気通路１１内の吸気を順方向、すなわち接続部２６からエンジン１０に向けて流れる方向にのみ流通させるように構成されている。
【００２２】
次に、本実施形態に係る内燃機関の過給装置１による作用効果について説明する。
【００２３】
熱音響機関２０の加熱器２２は排気通路１２内に介装されており、エンジン１０の始動後、排気温度が上昇すると、排気熱はこの加熱器２２のフィンを介して共鳴管２１内に封入された気体に取り込まれる。そして、共鳴管２１の温度勾配により熱エネルギーの一部が力学的な音波エネルギーに変換されると、封入された気体に自励振動が引き起こされて、共鳴管２１及び接続部２６に圧力変動が生じる。
【００２４】
その結果、共鳴管２１内及び接続部２６内が低圧になると、図２（ａ）に示すように、上流側チェックバルブ１３よりも上流側の吸気通路１１内の吸気は接続部２６内へと吸入される。この時、接続部２６内の気体（もしくは吸気）は、下流側チェックバルブ１４により、吸気マニホールド１０ａ側への流出が阻止される。
【００２５】
一方、共鳴管２１内及び接続部２６内が高圧になると、図２（ｂ）に示すように、接続部２６内に取り込まれた吸気は下流側チェックバルブ１４よりも下流側の吸気通路１１内へと送出される。この時、接続部２６内の気体（もしくは吸気）は、上流側チェックバルブ１３により、エアフィルタ１９側への流出が阻止される。
【００２６】
すなわち、本実施形態の内燃機関の過給装置１によれば、熱音響機関２０の圧力変動により、吸気通路１１内の吸気に上流側チェックバルブ１３と下流側チェックバルブ１４とを通過してエンジン１０の筒内１０ｃに送出させる一方向流れが作られて、熱音響機関２０が過給機として機能する。
【００２７】
したがって、エンジン１０の排気抵抗や軸動力損失を増加させることなく、排気熱を回収して熱音響機関２０を過給機として効率よく作動させることが可能となり、エンジン１０の出力や燃費を効果的に向上することができる。
【００２８】
なお、本発明は、上述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。
【００２９】
例えば、図３に示すように、熱音響機関２０として、共鳴管２１が直線状の直線状配管部２１ｂのみを備え、この直線状配管部２１ｂに加熱器２２、冷却器２３及び、再生器２４を配置したものを用いることもできる。
【００３０】
さらに、図４に示すように、熱音響機関２０として、共鳴管２１が単一のループを形成するループ状配管部２１ａのみを備え、このループ状配管部２１ａに加熱器２２、冷却器２３及び、再生器２４を配置したものを用いることもできる。
【００３１】
これら何れの場合も、排気熱の回収により熱音響機関２０を過給機として効率よく作動させることが可能となり、エンジン１０の出力や燃費を効果的に向上することができる。
【００３２】
また、熱音響機関２０を複数設けて、これら複数の熱音響機関２０を過給機として機能させる多段過給装置としてもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１０  エンジン（内燃機関）
１０ａ  吸気マニホールド
１０ｂ  排気マニホールド
１１  吸気通路
１２  排気通路
１３  上流側チェックバルブ（第１の逆止弁）
１４  下流側チェックバルブ（第２の逆止弁）
１５  吸気バルブ
１６  排気バルブ
１９  エアフィルタ
２０  熱音響機関
２１  共鳴管
２１ａ  ループ状配管部
２１ｂ  直線状配管部
２２  加熱器
２３  冷却器
２４  再生器
２６  接続部
【図１】
2013199903.tif 000003
【図２】
2013199903.tif 000004
【図３】
2013199903.tif 000005
【図４】
2013199903.tif 000006