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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Auslasswärmeenergie-Wiedergewinnungssystem
zur effizienten Nutzung von Auslasswärmeenergie eines Verbrennungsmotors
als Antriebsenergie für
andere Geräte.
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Als
ein solches Auslasswärmeenergie-Wiedergewinnungssystem
für einen
Verbrennungsmotor ist ein solches bekannt, in dem ein Wärmetauscher im
Auspuffrohr angeordnet ist und aus dem Wärmetauscher abgenommenes Hochtemperaturfluid
dazu benutzt wird, einen Hochtemperaturabschnitt eines anderen Geräts zu betreiben,
zum Beispiel einen Absorptions-Kühler
(siehe zum Beispiel japanische Patent-Offenlegungsschrift (KOKAI)
Nr. 4-335960 (1992)).
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Wenn
jedoch ein Wärmetauscher
im Auspuffrohr angeordnet ist, wie oben erwähnt, stellt der Wärmetauscher
einen Auslasswiderstand dar, was auf die Ausgangsleistung des Motors
eine schlechte Wirkung hat und stattdessen den Kraftstoffverbrauch des
Motors erhöht.
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Andererseits
wird in den letzten Jahren in Zweirad- und Vierradfahrzeugen ein
katalytischer Wandler zur Abgasreinigung im Auspuffsystem eines Motors
vorgesehen, so dass die Umgebung des katalytischen Wandlers durch
die Wärme
der Reinigungsreaktion auf eine extrem hohe Temperatur erhitzt wird,
und daher verschiedene Schutzmittel verwendet werden, um Hitzebeschädigungen
zu vermeiden. Wenn die starke Hitze effizient genutzt werden kann,
dann wird es möglich,
die Umgebungstemperatur des katalytischen Wandlers zu senken und
zu einer Vereinfachung der Hitzebeschädigungsschutzmittel beizutragen.
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Die
vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf diese Situationen gemacht
worden, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein
Auslasswärmeenergie-Wiedergewinnungssystem
für einen
Verbrennungsmotor bereitzustellen, wodurch es möglich wird, die hohe Wärmeenergie,
die sich in der Nähe
eines Abgasreinigungskatalysators befindet, der unmittelbar stromabwärts in einem
Auspuffsystem eines Motors angeordnet ist, als Antriebsenergie für ein anderes
Gerät zu
nutzen, ohne eine Erhöhung
im Auslasswiderstand hervorzurufen.
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Um
die obige Aufgabe zu lösen,
ist die vorliegende Erfindung zuerst dadurch gekennzeichnet, dass
ein Stapel eines Schallwellenerzeugungsabschnitts, der am einen
Endabschnitt eines Resonanzrohrs vorgesehen ist, benachbart einem
Abgasreinigungskatalysator angeordnet ist, der zwischenliegend in
einem Auspuffsystem eines Verbrennungsmotors angeordnet ist, wobei
ein Wandler zum Umwandeln der durch den Stapel aufgrund des Erhalts von
Wärme von
dem katalytischen Wandler erzeugten Schallwelle in elektrische Energie
an dem anderen Endabschnitt des Resonanzrohrs vorgesehen ist, und
eine Ausgabe von dem Wandler einer elektrischen Last zugeführt wird.
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Gemäß dem ersten
kennzeichnenden Merkmal wird die Reaktionswärme, die eine viel höhere Temperatur
hat als jene des Abgases selbst und die bei der Abgasreinigung durch
den katalytischen Wandler erzeugt wird, dazu benutzt, um ein thermoakustisches
Rohrphänomen
zu erzeugen, und durch Nutzung dieses Phänomens wird es möglich, die Auslasswärmeenergie
als elektrische Energie wiederzugewinnen und diese zum Antrieb einer
elektrischen Last effizient zu nutzen. Da kein Abschnitt des Resonanzrohrs
in das Auspuffsystem vorzustehen braucht, so dass der Auslasswiderstand
nicht erhöht wird,
wird darüber
hinaus die Ausgangsleistung des Ver brennungsmotors nicht verringert,
und der Kraftstoffverbrauch wird nicht erhöht. Weil darüber hinaus der
Schallwellenerzeugungsabschnitt dem katalytischen Wandler die erzeugte
Wärme entzieht,
kann ein Überhitzen
des katalytischen Wandlers wirkungsvoll verhindert werden, so dass
das Hitzebeschädigungsschutzmittel
für den
Verbrennungsmotor, den Fahrzeugkörper
und dergleichen in der Nähe
des katalytischen Wandlers vereinfacht werden kann.
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Zusätzlich zu
dem ersten kennzeichnenden Merkmal ist die vorliegende Erfindung
zweitens dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuerventil zum Steuern/Regeln
der in den katalytischen Wandler eingeführten Abgasmenge in dem Auspuffsystem
vorgesehen ist, und das Steuerventil gemäß Ausgabebedingungen des Wandlers
angesteuert wird.
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Gemäß dem zweiten
kennzeichnenden Merkmal steuert regelt das Steuerungsmittel das Strömungsratensteuerventil
gemäß den Ausgabebedingungen
des Wandlers, um hierdurch die in den katalytischen Wandler eingeleitete
Abgasmenge automatisch zu steuern/zu regeln, so dass es möglich wird,
zu einer Stabilisierung der Wanderausgabe beizutragen und ein Überhitzen
des Schallwellenerzeugungsabschnitts zu verhindern.
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Ferner
ist die vorliegende Erfindung drittens dadurch gekennzeichnet, dass
ein Stapel einen wärmebetriebenen
Schallwellenerzeugungsabschnitt, der am einen Endabschnitt eines
Resonanzrohrs vorgesehen ist, benachbart einem Abgasreinigungskatalysator
angeordnet ist, der zwischenliegend in einem Auspuffsystem eines
Verbrennungsmotors angeordnet ist, und ein Kühler, der durch die Schallwelle
gekühlt
wird, die durch den Stapel aufgrund des Erhalts der Wärme von
dem katalytischen Wandler erzeugt wird, am anderen Endabschnitt
des Resonanzrohrs vorgesehen ist.
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Gemäß dem dritten
kennzeichnenden Merkmal wird die Reaktionswärme, die eine viel höhere Temperatur
hat als das Abgas selbst und die bei der Reinigung des Abgases durch
den katalytischen Wandler erzeugt wird, zur Erzeugung eines thermoakustischen
Rohrphänomens
genutzt, und durch Nutzung des Phänomens kann die Auslasswärmeenergie
als Antriebsenergie für
einen Kühlabschnitt
wieder gewonnen werden. Weil darüber
hinaus kein Abschnitt des Resonanzrohrs in das Auspuffsystem vorzustehen
braucht, wird der Auslasswiderstand nicht erhöht, so dass die Ausgangsleistung
des Verbrennungsmotors nicht absinkt und der Kraftstoffverbrauch
nicht erhöht
wird. Weil darüber
hinaus der Schallwellenerzeugungsabschnitt dem katalytischen Wandler
die erzeugte Wärme
entzieht, kann ein Überhitzen
des katalytischen Wandlers effizient verhindert werden, so dass
ein Hitzebeschädigungsschutzmittel
für den
Verbrennungsmotor, den Fahrzeugkörper
und dergleichen, benachbart dem katalytischen Wandler vereinfacht
werden kann.
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Ferner
ist, zusätzlich
zu einem der ersten bis dritten kennzeichnenden Merkmale, die vorliegende Erfindung
viertens dadurch gekennzeichnet, dass der katalytische Wandler so
angeordnet ist, dass er einen Hochtemperaturabschnitt des Schallwellenerzeugungsabschnitts
umgibt.
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Gemäß dem vierten
kennzeichnenden Merkmal kann die am katalytischen Wandler erzeugte Wärme effizient
zum Hochtemperaturabschnitt des Schallwellenerzeugungsabschnitts übertragen
werden, wodurch ein effizienter Betrieb des Schallwellenerzeugungsabschnitts
sichergestellt werden kann.
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Ferner
ist, zusätzlich
zu einem der ersten bis dritten kennzeichnenden Merkmale, die vorliegende Erfindung
fünftens
dadurch gekennzeichnet, dass der katalytische Wandler so angeordnet
ist, dass sein Abgasauslass einem Hochtemperaturabschnitt des Schallwellenerzeugungsbschnitts
benachbart ist und diesem gegenüberliegt.
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Gemäß dem fünften kennzeichnenden
Merkmal kann nicht nur die am katalytischen Wandler erzeugte Wärme, sondern
auch die Wärrne
des aus dem katalytischen Wandlers kommenden Hochtemperaturabgases
zum dem Hochtemperaturabschnitt des Schallwellenerzeugungsabschnitts übertragen werden,
wodurch ein noch effizienterer Betrieb des Schallwellenerzeugungsabschnitts
sichergestellt werden kann.
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Nachfolgend
wird ein Modus zur Ausführung der
vorliegenden Erfindung auf der Basis einer Ausführung der Erfindung beschrieben,
die in den beigefügten
Zeichnungen beschrieben ist.
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1 ist
eine vertikal geschnittene Seitenansicht eines Auslasswärmeenergie-Wiedergewinnungssystems
für einen
Verbrennungsmotor gemäß der ersten
Ausführung
der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine vertikal geschnittene Seitenansicht des Systems gemäß der zweiten
Ausführung der
Erfindung;
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3 ist
eine vertikal geschnittene Seitenansicht des Systems gemäß der dritten
Ausführung der
Erfindung;
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4 ist
eine vertikal geschnittene Seitenansicht des Systems gemäß der vierten
Ausführung der
Erfindung;
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5 ist
eine vertikal geschnittene Seitenansicht des Systems gemäß der fünften Ausführung der
Erfindung;
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6 ist
eine vertikal geschnittene Seitenansicht des Systems gemäß der sechsten
Ausführung
der Erfindung; und
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7 ist
eine vertikal geschnittene Seitenansicht des Systems gemäß der siebten
Ausführung der
Erfindung.
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Zuerst
beginnt die Beschreibung mit einer Beschreibung der ersten Ausführung der
vorliegenden Erfindung, wie sie in 1 gezeigt
ist.
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Ein
Auspuffsystem 1 eines Verbrennungsmotors E umfasst einen
vorderen Auspuffrohrabschnitt 2, der mit einer Auslassöffnung des
Verbrennungsmotors E verbunden ist, einen hinteren Auspuffrohrabschnitt 3,
der mit einer Umfangswand eines im Durchmesser erweiterten Abschnitts 2a verbunden
ist, der am stromabwärtigen
Ende des vorderen Auspuffrohrabschnitts 2 vorgesehen ist,
und einen Auspufftopf 4, der mit der stromabwärtigen Seite des
hinteren Auspuffrohrabschnitts 3 verbunden ist.
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Ein
ringförmiger
Abgasreinigungskatalysator 5 sitzt an der Innenumfangsoberfläche des
im Durchmesser erweiterten Abschnitts 2a, wobei ein vorderer Endabschnitt
eines Resonanzrohrs 6, das an seinen beiden Enden geschlossen
ist, in den Innenumfang des katalytischen Wandlers 5 eingesetzt
ist, und ein hinterer Endabschnitt des Resonanzrohrs 6 bis
zu einer Position verlängert
ist, die einen ausreichenden Abstand von dem katalytischen Wandler 5 hat.
Ein wärmebetriebener
Schallwellenerzeugungsabschnitt 7 ist in dem vorderen Endabschnitt
des Resonanzrohrs 6 vorgesehen, und ein Wandler 8 zum
Umwandeln der an dem Schallwellenerzeugungsabschnitt 7 erzeugten
Schallwelle in elektrische Energie ist in dem hinteren Endabschnitt
des Resonanzrohrs 6 vorgesehen. Luft oder Edelgas wie etwa
Helium ist in dem Resonanzrohr 6 als Arbeitsgas eingeschlossen.
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Der
Schallwellenerzeugungsabschnitt 7 umfasst einen Hochtemperatur-Wärmetauscher 9 und einen
Niedertemperatur-Wärmetauscher 10,
die einander entgegengesetzt in der axialen Richtung in dem vorderen
Endabschnitt des Resonanzrohrs 6 angeordnet sind, und einen
Hochtemperaturstapel 11, der zwischen den Wärmetauschern 9 und 10 angeordnet
ist. Der Hochtemperatur-Wärmetauscher 9 ist
an einer Stelle angeordnet, der von dem katalytischen Wandler 5 umgeben
ist, und Kühlrippen 12 stehen
an der Außenumfangsoberfläche des
Resonanzrohrs 6 entsprechend der Positi on des Niedertemperatur-Wärmetauschers 10 vor.
Der Stapel 11 ist zum Beispiel aus einem Wärmespeicherkörper gebildet, in
dem eine Vielzahl rostfreier Stahlbleche mit kleinen Lücken dazwischen
aufeinander gestapelt sind.
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Andererseits
ist der Wandler 8, der in dem hinteren Endabschnitt des
Resonanzrohrs 6 vorgesehen ist, ein System, das die Schallwelle,
die es erhält,
in mechanische Schwingung und dann in elektrische Energie umwandelt;
insbesondere kann als der Wandler eine Kombinationseinheit eines
Schwingkolbens und eines linearen elektrischen Generators oder eine
Kombination einer Schwingplatte und eines Piezoumwandlungselements
verwendet werden. Eine Ausgabe des Wandlers 8 wird durch
ein Steuermittel 13 einer elektrischen Last 14 zugeführt, wie etwa
einer Batterie, einem elektrischen Gerät und dergleichen. Als das
Steuermittel 13 kann ein bekanntes verwendet werden, wie
etwa ein Spannungsregler, ein Energiemanagement und dergleichen.
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Als
nächstes
wird die Wirkung oder der Betrieb der ersten Ausführung beschrieben.
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Während der
Verbrennungsmotor E läuft,
tritt das Abgas, das von dem Motor E in den vorderen Auspuffrohrabschnitt 2 abgegeben
wird, aufeinander folgend durch den katalytischen Wandler 5,
den hinteren Auspuffrohrabschnitt 3 und den Auspufftopf 4 zur
Abgabe in die Atmosphäre.
Während
dieses Prozesses beseitigt der katalytische Wandler 5 auf
chemischem Wege schädliche
Komponenten wie etwa KW, CO und NOx und dergleichen, die im dort
hindurch tretenden Abgas enthalten sind, und die Reaktionswärme, die
während
der chemischen Beseitigung erzeugt wird, erhitzt den katalytischen
Wandler 5 auf eine hohe Temperatur, die höher ist
als die Temperatur des Abgases. Die Wärme des katalytischen Wandlers 5 wird
durch den Hochtemperaturwärmetauscher 9,
der von dem katalytischen Wandler 5 umgeben ist, zum Stapel 11 übertragen,
so dass ein Endabschnitt des Stapels auf eine hohe Temperatur erhitzt
wird. Andererseits wird, am Niedertemperatur-Wärmetauscher 10 durch
die Wärmeabstrahlung zur
Atmosphäre
durch die Kühlrippen 12 an
der Außenseite
eine Kühlung
durchgeführt,
so dass eine Abkühlung
des anderen Endabschnitts des Stapels 11 begünstigt wird.
Im Ergebnis erhält
der Stapel 11 ein starkes Temperaturgefälle zwischen seinen beiden
Enden, und die selbsterregte Schwingung, die durch das Temperaturgefälle induziert
wird, erzeugt eine Schallwelle, die in dem Resonanzrohr 6 durch das
Arbeitsgas hin und her schwingt (ein solches thermoakustisches Phänomen ist
bekannt, und zum Beispiel beschrieben in der Druckschrift „B1-17
Performance of Heat-driven Type Resonance Pipe Refrigerator", veröffentlicht
durch die Association for Low Temperature Engineering and Superconduction, Frühling 1993).
Die Frequenz der Schallwelle fällt
mit der Resonanzfrequenz des Resonanzrohrs 6 zusammen,
so dass in dem Resonanzrohr 6 eine stehende Welle erzeugt
wird, wodurch ein schwingender Abschnitt des Wandlers 8,
der am Hinterende des Resonanzrohrs 6 angeordnet ist, in
Schwingungen versetzt wird, und die Schwingung wie oben erwähnt in elektrische
Energie umgewandelt wird, und die elektrische Energie zu der elektrischen
Leitung 14 durch das Steuerungsmittel 13 ausgegeben
wird.
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Übrigens
sagt man bisher, dass die Temperatur des Abgases des Verbrennungsmotors
selbst zu niedrig ist, um ein thermoakustisches Phänomen zu
erzeugen. Andererseits ist die vorliegende Erfindung durchgeführt worden,
durch Berücksichtigung der
Tatsache, dass die Reaktionswärme,
die während
der Abgasreinigung durch den katalytischen Wandler 5 erzeugt
wird, eine viel höhere
Temperatur hat als die Abgastemperatur; die Reaktionswärme bei
der hohen Temperatur wird dazu genutzt, um das thermoakustische
Rohrphänomen
zu erzeugen, und durch Nutzung dieses Phänomens kann die Auslasswärmeenergie
als elektrische Energie wieder gewonnen werden.
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Weil
darüber
hinaus kein Abschnitt des Resonanzrohrs 6 in das Auspuffsys tem 1 vorzustehen braucht,
so dass keine Zunahme im Auslasswiderstand hervorgerufen wird, sinkt
die Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors E nicht, und daher wird
der Kraftstoffverbrauch nicht erhöht. Da ferner der Schallwellenerzeugungsabschnitt 7 dem
katalytischen Wandler 6 die erzeugte Wärme entzieht, kann ein Überhitzen
des katalytischen Wandlers 5 effizient verhindert werden,
so dass ein Hitzebeschädigungsschutzmittel
für den
Verbrennungsmotor E, den Fahrzeugkörper und dergleichen, die nahe
dem katalytischen Wandler 5 angeordnet sind, vereinfacht
werden kann.
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Als
nächstes
wird die in 2 gezeigte zweite Ausführung der
vorliegenden Erfindung beschrieben.
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In
der zweiten Ausführung
ist ein zylindrischer säulenförmiger katalytischer
Wandler 5 in einen im Durchmesser erweiterten Abschnitt 2a eines vorderen
Auspuffrohrabschnitts 2 eingesetzt, wobei eine Einlasskammer 15 und
eine Auslasskammer 16 an den Vorder- und Rückseiten
des katalytischen Wandlers 5 vorgesehen sind, und ein hinterer
Auspuffrohrabschnitt 3 mit der Auslasskammer 16 verbunden
ist. Eine vordere Endwand eines Resonanzrohrs 6 ist gegenüber dem
Auslass des katalytischen Wandlers 5, mit der Auslasskammer 16 dazwischen, angeordnet.
Ein Hochtemperaturstapel 11 eines Schallwellenerzeugungsabschnitts 7 ist
in engem Kontakt mit der vorderen Endwand des Resonanzrohrs 6 angeordnet,
und ein Hochtemperatur-Wärmetauscher 9 wie
in der vorigen Ausführung
ist weggelassen.
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Die
anderen Aspekte des Aufbaus sind die gleichen wie in der vorherigen
Ausführung,
so dass in 2 die Abschnitte, die jenen
in der vorherigen Ausführung
entsprechen, mit den gleichen Bezugssymbolen bezeichnet sind und
eine Erläuterung
derselben weggelassen ist.
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Gemäß der zweiten
Ausführung
kann der Stapel 11 des Schallwellenerzeugungsabschnitts 7 direkt
durch die Wärme
des Hochtemperaturabgases selbst unmittelbar nach Durchtritt durch
den katalytischen Wandler 5 und durch die von dem katalytischen
Wandler 5 abgestrahlte Wärme erhitzt werden, wodurch
die Wirksamkeit der Wärmeübertragung
zu dem Stapel 11 verbessert wird und eine Vereinfachung
des Aufbaus erreicht werden kann, indem der Hochtemperatur-Wärmetauscher
weggelassen wird.
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Als
nächstes
wird die in 3 gezeigte dritte Ausführung der
vorliegenden Erfindung beschrieben.
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In
der dritten Ausführung
ist ein zweiter katalytischer Wandler 5'' zwischenliegend
in einem hinteren Auspuffrohrabschnitt 3 angeordnet, und
die anderen Aspekte des Aufbaus sind die gleichen wie in der zweiten
Ausführung,
so dass in 3 die Abschnitte, die jenen
in der zweiten Ausführung
entsprechen, mit den gleichen Bezugssymbolen bezeichnet sind und
eine Erläuterung
desselben weggelassen wird.
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Gemäß der dritten
Ausführung
sind ein katalytischer Wandler 5 und der zweite katalytische Wandler 5'' in Serie angeordnet, wodurch das
Abgas in zwei Stufen gereinigt werden kann, was für einen Verbrennungsmotor
mit einer großen
Abgasmenge wirkungsvoll ist.
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Als
nächstes
wird die in 4 gezeigte vierte Ausführung der
vorliegenden Erfindung beschrieben.
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In
der vierten Ausführung
ist ein Bypass-Auspuffrohr 20, das vordere und hintere
Auspuffrohrabschnitte 2 und 3 miteinander verbindet,
so vorgesehen, dass es einen katalytischen Wandler 5 umgeht, wobei
ein zweiter katalytischer Wandler 5'' zwischenliegend
in dem Bypass-Auspuffrohr 20 vorgesehen ist, und ein Umschaltventil 21 an
einem Verbindungsabschnitt des vorderen Auspuffrohrabschnitts 2 und des
Bypass-Auspuffrohrs 20 vorgesehen ist.
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Die
anderen Aspekte des Aufbaus sind die gleichen wie in der zweiten
Aus führung,
so dass in 4 die Abschnitte, die hier der
zweiten Ausführung
entsprechen, mit den gleichen Bezugssymbolen bezeichnet sind und
eine Erläuterung
derselben weggelassen wird.
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Gemäß der vierten
Ausführung
wird das Umschaltventil 20 gemäß Betriebszuständen des
Verbrennungsmotors E umgeschaltet, wodurch das Abgas durch einen
der katalytischen Wandler 5, 5'' fließen gelassen
wird, um dessen Aktivierung während des
Aufwärmbetriebs
zu begünstigen,
oder das Abgas durch beide katalytischen Wandler 5, 5'' mit einer Strömungsratendifferenz dazwischen
während
des Hochleistungsbetriebs fließen
gelassen wird; diese Steuerungen begünstigen einen Ausgleich der
Reinigungswirkungen der katalytischen Wandler 5, 5'', deren Belastungen, des Erhitzungsgrads
des Schallwellenerzeugungsabschnitts 7 und dergleichen
begünstigt.
Hierdurch können
eine geeignete Reinigungsfunktion und Haltbarkeit der katalytischen Wandler 5, 5'' und ein geeigneter Betrieb des
Schallwellenerzeugungsabschnitts 7 sichergestellt werden.
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Als
nächstes
wird die in 5 gezeigte fünfte Ausführung der vorliegenden Erfindung
beschrieben.
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In
der fünften
Ausführung
ist ein zweiter katalytischer Wandler 5'' zwischenliegend
in einem hinteren Auspuffrohrabschnitt 3 an der stromabwärtigen Seite
eines Bypass-Auspuffrohrs 20 angeordnet, und die anderen
Aspekte des Aufbaus sind die gleichen wie in der vierten Ausführung, so
dass in 5 die Abschnitte, die jenen
in der vierten Ausführung
entsprechen, mit den gleichen Bezugssymbolen bezeichnet sind und
eine Erläuterung
derselben weggelassen wird.
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Als
nächstes
wird die in 6 gezeigte sechste Ausführung der
vorliegenden Erfindung beschrieben.
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In
der sechsten Ausführung
ist ein Verlängerungszylinder 25,
der eine Heiz kammer 26 bildet, benachbart mit dem Vorderende
eines Resonanzrohrs 6 verbunden, und die Heizkammer 26 ist
benachbart einem Hochtemperaturstapel 11 eines Schallwellenerzeugungsabschnitts 7,
mit einer Trennwand 6a dazwischen, angeordnet. Der Verlängerungszylinder 25,
in den ein zylindrischer säulenförmiger katalytischer
Wandler 5 eingesetzt ist, ist in einem im Durchmesser erweiterten
Abschnitt 2a eines vorderen Auspuffrohrabschnitts 2 angeordnet,
wobei ein Abgaseinlassrohr 27 zum Einführen eines Teils des von dem
vorderen Auspuffrohrabschnitt 2 kommenden Abgases in die
Heizkammer 26 an einer vorderen Endwand des Verlängerungszylinders 25 vorgesehen
ist, und ein Strömungsratensteuerventil 28 zum Regulieren
der eingeführten
Abgasmenge in das Auspuffeinlassrohr 27 eingesetzt ist.
Das Strömungsratensteuerventil 28 wird
durch ein mit einem Wandler 8 verbundenes Steuermittel 13 zum Öffnen und Schließen angesteuert.
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Ein
ringförmiger
zweiter katalytischer Wandler 5'',
der den Verlängerungszylinder 25 umgibt,
ist auf den Innenumfang des im Durchmesser vergrößerten Abschnitts 2a aufgesetzt.
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Der
Verlängerungszylinder 25 ist
mit einem Auslassloch 29 versehen, für das Abgas, das durch den
katalytischen Wandler 15 hindurch getreten ist, und ein
hinterer Auspuffrohrabschnitt 3 ist mit dem Auslassrohr 29 und
dem hinteren Ende des im Durchmesser erweiterten Abschnitts 2a verbunden.
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Die
anderen Aspekte des Aufbaus sind die gleichen wie in der ersten
Ausführung
(1), so dass in 6 die Abschnitte,
die jenen der ersten Ausführung
entsprechen, mit den gleichen Bezugssymbolen bezeichnet sind und
eine Erläuterung
derselben weggelassen wird.
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Gemäß der sechsten
Ausführung
wird der Stapel 11 des Schallwellenerzeugungsabschnitts 7 direkt
durch die Wärme
des Hochteperatur-Abgases selbst unmittelbar nach Durchtritt durch
den katalytischen Wandler 5 in der Heizkammer 26 und
durch die von dem katalytischen Wandler 5 abgestrahl te
Wärme erhitzt.
Zusätzlich
wird das Strömungsratensteuerventil 28 zum
Steuern/Regeln der in die Heizkammer 26 eingeführten Abgasmengen
durch das Steuermittel 13 gemäß den Ausgabebedingungen des Wandlers 8 angesteuert,
so dass es möglich
wird, zu einer Stabilisierung der Ausgabe des Wandlers 8 beizutragen
und ein Überhitzen
des Schallwellenerzeugungsabschnitts 7 zu vermeiden.
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Schließlich wird
die in 7 gezeigte siebte Ausführung der vorliegenden Erfindung
beschrieben.
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In
der siebten Ausführung
ist ein Kühlabschnitt 30 zusammen
mit einem Wandler 8 am Hinterendabschnitt eines Resonanzrohrs 6 vorgesehen. Der
Kühlabschnitt 30 umfasst
einen Niedertemperatur-Wärmetauscher 31 und
einen Hochtemperatur-Wärmetauscher 32,
die einander entgegengesetzt in der axialen Richtung im hinteren
Endabschnitt des Resonanzrohrs 6 angeordnet sind, sowie
einen Niedertemperaturstapel 33, der zwischen den Wärmetauschern 31 und 32 angeordnet ist.
Der Niedertemperatur-Wärmetauscher 31 ist
an der Seite eines Schallwellenerzeugungsabschnitts 7 angeordnet,
während
der Hochtemperatur-Wärmetauscher 32 an
der Seite einer hinteren Endwand des Resonanzrohrs 6 angeordnet
ist. Der Niedertemperaturstapel 33 ist zum Beispiel aus
einem Wärmespeicherkörper gebildet,
indem eine Vielzahl rostfreier Stahlbleche mit kleinen Lücken dazwischen
aufeinander gestapelt sind, in der gleichen Weise wie ein Hochtemperaturstapel 11 des
Schallwellenerzeugungsabschnitts 7.
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Entsprechend
der Position des Niedertemperatur-Wärmetauschers 31 ist
eine Unmerkliche-Wärme-Aufnahmekammer 34 um
den Außenumfang
des Resonanzrohrs 6 vorgesehen, wobei die Kammer 34 und
eine Kühlplatte 35,
die an einer geeigneten Stelle zur Kühlung zum Beispiel eines Fahrzeugkörpers angeordnet
ist, zum Beispiel an einer Stelle in der Nähe eines Auspuffsystems 1,
das einer thermischen Beschädigung
unterliegen könnte, durch
eine Kühlmittelleitung 36 miteinander
verbunden sind, und zwischen der Kammer 34 und der Kühlplatte 35 ein
Kühlmittel
zirkuliert.
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Kühlrippen 37 stehen
an der Außenumfangsoberfläche des
Resonanzrohrs 6 entsprechend der Position des Hochtemperatur-Wärmetauschers 32 vor.
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Die
anderen Aspekte des Aufbaus sind die gleichen wie in der sechsten
Ausführung,
so dass in 7 die Abschnitte, die hierin
der sechsten Ausführung
entsprechen, mit den gleichen Bezugssymbolen bezeichnet sind und
eine Erläuterung
derselben weggelassen wird.
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Wenn
in dem Schallwellenerzeugungsabschnitt 7 der Hochtemperaturstapel 11 ein
starkes Temperaturgefälle
erhält,
durch Überhitzen
seines einen Endes von der Seite der Heizkammer 26 her
und durch Kühlen
seines anderen Endes durch den Niedertemperatur-Wärmetauscher 10,
wird in dem Resonanzrohr 6 aufgrund des Temperaturgefälles eine stehende
Welle erzeugt, in der gleichen Weise wie im Falle der ersten Ausführung. In
dem Arbeitsgas in dem Resonanzrohr 6 gibt es einen Kompressionsbereich
und einen Expansionsbereich, entsprechend Kondensation und Verdünnung von
Bereichen der stehenden Welle, und aufgrund der adiabatischen Kompression
tritt an dem Kompressionsbereich sein Temperaturanstieg auf, wohingegen
aufgrund adiabatischer Expansion an dem Expansionsbereich ein Temperaturabfall
auftritt. Der Hochtemperaturstapel 11 des Schallwellenerzeugungsabschnitts 7 ist
an dem Temperaturanstiegsabschnitt angeordnet, wohingegen ein Niedertemperaturstapel 33 des
Kühlabschnitts 30 an
dem Temperaturabfallabschnitt angeordnet ist, und die Schallwelle
Wärme von
dem Niedertemperaturstapel 33 zum Hochtemperaturstapel 11 transportiert.
Im Ergebnis absorbiert der Niedertemperaturstapel 33 an
dem Kühlabschnitt 30 die Wärme von
dem Niedertemperatur-Wärmetauscher 31,
so dass unmerklich Wärme
des Niedertemperatur-Wärmetauschers 31 in
die Unmerkliche-Wärme-Aufnahmekammer 34 aufgenommen
und durch die Leitung 36 zur Kühlplatte 35 übertragen
wird, um hierdurch die Kühlplatte 35 zu
kühlen.
Im gezeigten Fall kühlt
die Kühlplatte 35 einen
gewünschten
Ab schnitt des Auspuffsystems 1, so dass eine thermische
Beschädigung
in der Nähe
davon verhindert werden kann.
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Die
Erfindung gewinnt die hohe Wärmeenergie,
die durch einen Abgasreinigungskatalysator erzeugt wird, der zwischenliegend
im Auspuffsystem eines Verbrennungsmotors angeordnet ist, als elektrische
Energie wieder, ohne eine Zunahme im Auslasswiderstand hervorzurufen.
Um dies zu erreichen, ist ein Stapel 11 in einem wärmebetriebenen
Schallwellenerzeugungsabschnitt 7, der am einen Endabschnitt
eines Resonanzrohrs 6 angeordnet ist, benachbart einem
Abgasreinigungskatalysator 5, der zwischenliegend im Auspuffsystem 1 eines
Verbrennungsmotors E angeordnet ist, angeordnet, wobei ein Endabschnitt
des Stapels 11 durch die durch den katalytischen Wandler 5 erzeugte
Wärme erhitzt
wird, um hierdurch dem Stapel 11 ein Temperaturgefälle zu geben,
und ein Wandler 8 zum Umwandeln der Schallwelle, die einhergehend
mit dem Temperaturgefälle
durch den Schallwellenerzeugungsabschnitt 7 erzeugt wird,
in elektrische Energie an dem anderen Endabschnitt des Resonanzrohrs 6 vorgesehen ist.