JP2005180223A - 内燃機関のエネルギ回収装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 内燃機関の余剰エネルギを効率よく回収す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】 エネルギ回収装置２０は、内燃機関１の余剰エネルギを回収するためのものであり、作動流体が封入される気柱管２１と、気柱管２１の内部に配置されており、音響エネルギを他のエネルギに変換するトランスデューサＴＤと、内燃機関１の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ダイヤフラム２７とを備え、排気ガスの脈動により気柱管２１内で作動流体を振動させて音波を発生させ、この音波のエネルギは、トランスデューサＴＤによって電気エネルギに変換される。
【選択図】 図１

Description

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。

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。

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。

特許第３０１５７８６号公報 特開２００２−１２２０２０号公報

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することが可能となる。しかしながら、従来の熱音響装置によって回収される内燃機関の余剰エネルギは、基本的に排気熱のみであり、余剰エネルギを無駄なく回収するという観点から見れば、なお改善の余地が残されている。

そこで、本発明は、内燃機関の余剰エネルギを効率よく回収す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。

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ためのエネルギ回収装置であり、作動流体が封入される気柱管と、気柱管の内部に配置されており、音響エネルギを他のエネルギに変換するエネルギ変換手段と、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するための脈動伝達手段とを備え、吸入空気または排気ガスの脈動により気柱管内で作動流体を振動させることを特徴とする。

本発明者は、内燃機関の余剰エネルギを無駄なく回収するために鋭意研究を行い、その結果、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に着目するに至った。そして、本発明では、内燃機関の吸入空気や排気ガスの脈動を積極的に利用して音波を発生させ、その音波のエネルギ（音響エネルギ）を回収することとした。

すなわち、本発明では、脈動伝達手段によって内燃機関の吸入空気または排気ガスの脈動が気柱管内の作動流体に伝達され、作動流体が振動することにより気柱管内で音波が発生する。そして、気柱管内で発生した音波のエネルギ（音響エネルギ）は、例えばトランスデューサや熱音響冷凍機といったエネルギ変換手段により他のエネルギへと変換される。これにより、本発明のエネルギ回収装置によれば、内燃機関の余剰エネルギを無駄なく効率よく回収することが可能となる。

また、本発明のエネルギ回収装置は、脈動伝達手段による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、この脈動伝達停止手段を制御する制御手段とを更に備えると好ましい。

このような構成を採用すれば、内燃機関の負荷等に応じて、作動流体に脈動を伝達すべきか否か決定することができるので、内燃機関とエネルギ回収装置とを含むシステム全体の性能を向上させることが可能となる。

この場合、制御手段は、内燃機関が高負荷状態にある際に、脈動伝達手段による作動流体への脈動の伝達を停止させると好ましい。

また、本発明によるエネルギ回収装置は、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更に備え、制御手段は、吸入空気または排気ガスの脈動によってつくり出される作動流体の振動が、蓄熱手段の両端部間に形成される温度勾配に起因して発生する作動流体の自励振動を減衰する場合に、脈動伝達手段による作動流体への脈動の伝達を停止させると好ましい。

このエネルギ回収装置は、内燃機関の吸入空気や排気ガスの脈動を利用して気柱管内の作動流体を振動させることに加えて、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により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ことができるものである。そして、このエネルギ回収装置では、吸入空気または排気ガスの脈動によってつくり出される作動流体の振動が、作動流体の熱音響自励振動を減衰する場合に、脈動伝達停止手段が作動され、脈動伝達手段による作動流体への脈動の伝達が停止させられる。

これにより、このエネルギ回収装置によれば、吸入空気または排気ガスの脈動によってつくり出される作動流体の振動が、作動流体の熱音響自励振動を減衰する場合には、脈動の無駄な利用を回避して内燃機関とエネルギ回収装置とを含むシステム全体のエネルギ効率を向上させることができる。また、吸入空気または排気ガスの脈動によってつくり出される作動流体の振動と、作動流体の熱音響自励振動とが同調する場合には、脈動を有効に利用してエネルギ回収装置の音響出力を増大化させることが可能となる。

更に、本発明によるエネルギ回収装置は、内燃機関の排気ガスを熱源とする高温熱交換器と、内燃機関の冷却水を熱源とする低温熱交換器と、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更に備え、制御手段は、冷却水の温度が所定温度以上である場合に、脈動伝達手段による作動流体への脈動の伝達を許容すると好ましい。

このエネルギ回収装置は、内燃機関の吸入空気や排気ガスの脈動を利用して気柱管内の作動流体を振動させることに加えて、内燃機関の排気ガスを熱源とする高温熱交換器と、内燃機関の冷却水を熱源とする低温熱交換器とにより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ことができるものである。そして、このエネルギ回収装置では、冷却水の温度が所定温度以上である場合に、脈動伝達手段による作動流体への脈動の伝達が許容される。

すなわち、内燃機関の冷却水の温度が所定温度以上である場合、蓄熱手段の両端部間に十分な温度勾配を形成し得なくなるおそれもあるので、このような場合、このエネルギ回収装置では、脈動伝達手段による作動流体への脈動の伝達が許容され、内燃機関の吸入空気や排気ガスの脈動により気柱管内の作動流体が振動させられることになる。これにより、エネルギ回収装置から常時所望の音響出力を得ると共に、内燃機関とエネルギ回収装置とを含むシステム全体のエネルギ効率を向上させることが可能となる。

また、本発明によるエネルギ回収装置は、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、共鳴器と、気柱管内の作動流体の共振周波数を変化させることができる共振周波数設定手段と、吸入空気または排気ガスの脈動によってつくり出される作動流体の振動と蓄熱手段の両端部間に形成される温度勾配に起因して発生する作動流体の自励振動とが同調するように共振周波数設定手段を制御する制御手段とを更に備えると好ましい。

このエネルギ回収装置も、内燃機関の吸入空気や排気ガスの脈動を利用して気柱管内の作動流体を振動させることに加えて、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により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ことができるものである。更に、このエネルギ回収装置は、共鳴器と、気柱管内の作動流体の共振周波数を変化させることができる共振周波数設定手段とを備え、共振周波数設定手段は、吸入空気または排気ガスの脈動によってつくり出される作動流体の振動と、作動流体の熱音響自励振動とが同調するように制御される。これにより、このエネルギ回収装置によれば、吸入空気や排気ガスの脈動を有効に利用してエネルギ回収装置の音響出力を増大化させることが可能となる。

更に、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、吸入空気または排気ガスの脈動によってつくり出される作動流体の振動と、蓄熱手段の両端部間に形成される温度勾配に起因して発生する作動流体の自励振動とが同調するように内燃機関を制御する制御手段とを更に備えると好ましい。

一般に、内燃機関では、比較的広い範囲において、機関回転数等の運転条件を多少変化させても所望の出力を得ることができる。また、機関回転数等の運転条件を多少変化させた場合、吸入空気や排気ガスの脈動の周波数も変化する。従って、このエネルギ回収装置のように、内燃機関を制御して吸入空気や排気ガスの脈動の周波数を変化させることにより、吸入空気または排気ガスの脈動によってつくり出される作動流体の振動と、蓄熱手段の両端部間に形成される温度勾配に起因して発生する作動流体の自励振動とを同調させることが可能となる。

また、内燃機関の吸入空気を過給する過給機を更に備え、脈動伝達手段は、過給機の下流側で吸入空気の脈動を気柱管内の作動流体に伝達すると好ましい。

このように、エネルギ回収装置を過給機付内燃機関に適用する場合には、過給機の下流側に脈動伝達手段を配置して吸入空気の脈動を取り出すことにより、大きな振幅の脈動を気柱管内の作動流体に伝達することが可能となる。

本発明によれば、内燃機関の余剰エネルギを効率よく回収す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。

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。
〔第１実施形態〕
図１は、本発明による内燃機関のエネルギ回収装置の第１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。

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、触媒装置１２が組み込まれている。

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の余剰エネルギを利用して作動するものである。このエネルギ回収装置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比較的長尺の気柱管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の一端（図１における上端）は、徐々に拡径されると共に完全に閉鎖されており、共鳴器として機能する共鳴部２２を構成している。

また、気柱管２１の内部には、蓄冷器（蓄熱手段）２３が配置されている。蓄冷器２３は、気柱管２１の軸方向に延びる狭い流路を複数有する。蓄冷器２３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。この蓄冷器２３の一端側（図１における下側）には、第１熱交換器２４が隣接して配置されており、蓄冷器２３の他端側（図１における上側）には、第２熱交換器２５が隣接して配置されている。すなわち、蓄冷器２３は、第１熱交換器２４と第２熱交換器２５との間に挟まれた状態で配置される。

第１熱交換器２４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、第１熱交換器２４は、冷却系統Ｌ３を流通する冷却水の熱を熱源とする。なお、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、第１熱交換器（その伝熱管）２４に対する冷却水の供給を停止することができる。また、第２熱交換器２５（その伝熱管）には、所定の冷媒が循環供給される。

図１に示されるように、気柱管２１の共鳴部２２とは反対側の端部２６は、多少拡径された上で、排気マニホールド６と触媒装置１２との間で排気管Ｌ２に接続されている。そして、気柱管２１の端部２６の内周面には、金属製のダイヤフラム（脈動伝達手段）２７が固定されている。端部２６の内周面と、金属製のダイヤフラム２７の外周との間は気密封止されており、ダイヤフラム２７は、端部２６を完全に塞ぐ。これにより、排気管Ｌ２から気柱管２１への排気ガスの流入が阻止される。

更に、気柱管２１の端部２６の内部かつダイヤフラム２７の近傍には、押え部材２８が配置されている。押え部材２８は、リンク機構２９を介して気柱管２１の外部のアクチュエータ３０に連結されている。これらの押え部材２８、リンク機構２９およびアクチュエータ３０は、脈動伝達停止手段として機能し、アクチュエータ３０を作動させて押え部材２８によってダイヤフラム２７を押さえ付けることにより、ダイヤフラム２７の振動を止めることができる。なお、脈動伝達停止手段として、電磁石等が採用されてもよい。

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や、脈動伝達停止手段を構成するアクチュエータ３０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。

上述のように構成されるエネルギ回収装置２０は、押え部材２８によるダイヤフラム２７の押え付けを解除した状態で内燃機関１が運転され、内燃機関１の冷却水が第１熱交換器２４に供給されると共に、燃焼室３からの排気ガスが排気管Ｌ２を流通するようになると作動を開始する。すなわち、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内燃機関１の排気ガスには脈動が認められるが、燃焼室３からの排気ガスが排気管Ｌ２を流通するようになると、排気ガスの脈動により、ダイヤフラム２７が振動する。そして、ダイヤフラム２７の振動は、気柱管２１内の作動流体に伝えられる。

ダイヤフラム２７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ると、気柱管２１内に音波が形成される。かかる音波は、蓄冷器２３を通過して共鳴部２２の閉鎖端に達すると共に、当該閉鎖端で反射して蓄冷器２３を再度通過し、これにより、気柱管２１内には定在波が形成される。そして、このような定在波の発生に伴い、蓄冷器２３の両端部間には、第１熱交換器２４側が高温となり、第２熱交換器２５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２３の一端側に配置されている第１熱交換器２４には内燃機関１の冷却水が供給され、蓄冷器２３の一端部は概ね８０〜９０℃に維持されることから、蓄冷器２３の他端部および第２熱交換器２５（その伝熱管）は、上記温度勾配に応じて降温する。従って、エネルギ回収装置２０によれば、上述のような熱音響現象を利用して、第２熱交換器２５から流出する冷媒を介して冷熱を取り出すことができる。

このように、本発明のエネルギ回収装置２０によれば、内燃機関１の排気脈動のエネルギを回収して冷熱を得ると共に、当該冷熱を吸入空気の冷却や車室内の空調に利用することが可能となる。なお、気柱管２１の内部に蓄冷器２３、第１および第２熱交換器２４，２５を配置する代わりに、共鳴部２２の内部にトランスデューサ（音／電気変換手段）を配置し、排気ガスの脈動によって気柱管２１内につくり出される音波のエネルギを回収して電気エネルギを得てもよい。また、エネルギ回収装置２０では、脈動伝達手段としてのダイヤフラム２７が内燃機関１の排気ガスの脈動を取り出すように配置されているが、これに限られるものではない。すなわち、エネルギ回収装置２０において、脈動伝達手段としてのダイヤフラム２７は、内燃機関１の吸入空気の脈動を取り出すように配置されてもよい。

ところで、上述のエネルギ回収装置２０を用いることにより、内燃機関１の排気脈動のエネルギを回収することが可能となるが、内燃機関１の運転状態によっては、ダイヤフラム２７を介して排気ガスの脈動を気柱管２１内の作動流体に伝達しない方が好ましい場合もある。すなわち、内燃機関１の充填効率をできるだけ向上させる必要がある高負荷時には、排気管Ｌ２内の脈動の状態を外的に変化させない方が好ましい。

このため、ＥＣＵ４０は、内燃機関１の稼動中、図２に示される脈動伝達制御ルーチンを所定時間おきに繰り返し実行している。脈動伝達制御ルーチンの実行タイミングになると、ＥＣＵ４０は、まず、図示されないエアフローメータ等の検出値等から内燃機関１の吸入空気量を求め、求めた吸入空気量やスロットルバルブ１１の開度に基づいて内燃機関１の負荷を取得する（Ｓ１０）。内燃機関１の負荷を取得すると、ＥＣＵ４０は、取得した負荷が予め定められている閾値Ｌ_０以上であるか否か判定する（Ｓ１２）。

Ｓ１２にて内燃機関１の負荷が上記閾値Ｌ_０以上であると判断した場合、すなわち、内燃機関１が高負荷状態にあると判断した場合、ＥＣＵ４０は、押え部材２８によってダイヤフラム２７が押さえ付けられるように（固定されるように）アクチュエータ３０を作動させる（Ｓ１４）。これにより、ダイヤフラム２７の振動が押え部材２８によって止められるので、気柱管２１内の作動流体に対するダイヤフラム２７を介した脈動の伝達が停止され、これにより、排気管Ｌ２内の排気ガスの脈動を外的に変化させてしまうことが抑制される。

一方、Ｓ１２にて内燃機関１の負荷が上記閾値Ｌ_０を下回っていると判断した場合、ＥＣＵ４０は、押え部材２８によってダイヤフラム２７が押さえ付けられていない状態を維持するようにアクチュエータ３０を制御する（Ｓ１６）。これにより、排気管Ｌ２内の排気ガスの脈動がダイヤフラム２７を介して気柱管２１内の作動流体に伝達されるので、上述の熱音響現象を利用して、第２熱交換器２５から流出する冷媒を介して冷熱を取り出すことができる。

このように、脈動伝達停止手段としての押え部材２８、リンク機構２９およびアクチュエータ３０を用いると共に、内燃機関１の負荷に応じて、気柱管２１内の作動流体に脈動を伝達すべきか否か決定することにより、内燃機関１とエネルギ回収装置２０とを含むシステム全体の性能を向上させることが可能となる。

〔第２実施形態〕
以下、図３〜図５を参照しながら、本発明の第２実施形態に係る内燃機関のエネルギ回収装置について説明する。なお、上述の第１実施形態に関連して説明されたものと同一の要素には同一の参照符号が付され、重複する説明は省略される。

図３に示されるエネルギ回収装置２０Ａも、第１実施形態のエネルギ回収装置２０と同様に、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内燃機関１に適用される。なお、本実施形態において、内燃機関１の排気管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。

エネルギ回収装置２０Ａの気柱管２１Ａは、図３に示されるように、排気管Ｌ２に接続された接続管部２１０と、接続管部２１０に接続された概ね球状の共鳴部２２Ａと、管部２１１を介して共鳴部２２Ａに接続された概ね矩形ループ状のループ部２１２とを含む。そして、接続管部２１０の排気管Ｌ２側の端部内には、排気ガスの脈動を気柱管２１Ａ内の作動流体に伝達するためのダイヤフラム２７が配置されている。そして、エネルギ回収装置２０Ａにも、第１実施形態のエネルギ回収装置２０と同様に、脈動伝達停止手段としての押え部材２８、リンク機構２９およびアクチュエータ３０が備えられている。更に、共鳴部２２Ａの内部には、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）ＴＤが配置されている。

気柱管２１Ａのループ部２１２には、第１実施形態の蓄冷器２３と同様の蓄熱器２３０が配置されている。この蓄熱器２３０の一端側には、高温熱交換器２４０が隣接して配置されており、蓄熱器２３０の他端側には、低温熱交換器２５０が隣接して配置されている。高温熱交換器２４０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２４０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）２４０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２５０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２５０は、冷却系統Ｌ３を流通する冷却水を熱源（冷熱源）とする。

このように構成される第２実施形態のエネルギ回収装置２０Ａでは、押え部材２８によるダイヤフラム２７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２７を介して排気ガスの脈動が気柱管２１Ａ内の作動流体に伝達され、これにより、気柱管２１Ａ内に音波が形成される。そして、このようにして気柱管２１Ａ内につくり出される音波のエネルギを共鳴部２２Ａ内のトランスデューサＴＤによって回収することにより、電気エネルギを得ることが可能となる。

また、エネルギ回収装置２０Ａでは、内燃機関１の稼動中、ループ部２１２に設けられている高温熱交換器２４０に内燃機関１の高温の排気ガスが供給され、低温熱交換器２５０には、冷却系統Ｌ３を流通する冷却水が供給される。従って、ループ部２１２の蓄熱器２３０の両端部間には、高温熱交換器２４０と低温熱交換器２５０とにより大きな温度勾配が形成される。これにより、気柱管２１Ａ内では、蓄熱器２３０の両端部間に形成される温度勾配に起因して作動流体の熱音響自励振動（音波）が発生し、かかる音波のエネルギも共鳴部２２Ａ内のトランスデューサＴＤによって回収され、電気エネルギに変換されることになる。

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２３０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。ただし、排気ガスの脈動によって気柱管２１Ａの内部につくり出される振動（音波）の周波数は、内燃機関１の運転状態に応じて変化する。従って、内燃機関１の運転状態によっては、排気ガスの脈動によって気柱管２１Ａ内につくり出される作動流体の振動が、蓄熱器２３０に形成される温度勾配に起因して発生する作動流体の自励振動を減衰してしまうこともある。

ここで、排気ガスの脈動によって気柱管２１Ａ内につくり出される作動流体の振動の周波数は、内燃機関１の回転数に応じて変化する。従って、図４に示されるように、排気ガスの脈動によってつくり出される作動流体の振動が作動流体の熱音響自励振動を減衰する回転数域（以下「減衰回転数域」という）Ｎ_１１〜Ｎ_１２，Ｎ_２１〜Ｎ_２２，…，Ｎ_ｍ１〜Ｎ_ｍ２を予め計算等により求めておくことが可能である。そして、本実施形態のエネルギ回収装置２０Ａでは、このような減衰回転数域を考慮した図５に示される脈動伝達制御ルーチンが所定時間おきに繰り返し実行される。

この場合、ＥＣＵ４０は、図示されないクランク角センサからの信号に基づいて内燃機関１の回転数Ｎｅを取得する（Ｓ２０）。そして、ＥＣＵ４０は、まず、Ｓ２０で取得した回転数Ｎｅが最小の減衰回転数域Ｎ_１１〜Ｎ_１２に含まれるか否か（Ｎ_１１≦Ｎｅ≦Ｎ_１２であるか否か）判定する（Ｓ２２_１）。回転数Ｎｅが回転数域Ｎ_１１〜Ｎ_１２に含まれていないと判断した場合、ＥＣＵ４０は、Ｓ２０で取得した回転数Ｎｅが次の減衰回転数域Ｎ_２１〜Ｎ_２２に含まれるか否か（Ｎ_２１≦Ｎｅ≦Ｎ_２２であるか否か）判定する（Ｓ２２_２）。すなわち、ＥＣＵ４０は、Ｓ２０で取得した回転数Ｎｅが回転数域Ｎ_{ｍ−１ １}〜Ｎ_{ｍ−１ ２}に含まれるか否か判定し（Ｓ２２_ｍ−１）、回転数Ｎｅが回転数域Ｎ_{ｍ−１ １}〜Ｎ_{ｍ−１ ２}に含まれていないと判断した場合、Ｓ２０で取得した回転数Ｎｅが次の減衰回転数域Ｎ_ｍ１〜Ｎ_ｍ２に含まれるか否か順次判定していく（Ｓ２２_ｍ）。

そして、Ｓ２２_１〜Ｓ２２_ｍのうちの何れにおいても、Ｓ２０で取得した回転数Ｎｅが減衰回転数域Ｎ_ｍ１〜Ｎ_ｍ２に含まれていないと判断した場合、ＥＣＵ４０は、押え部材２８によってダイヤフラム２７が押さえ付けられていない状態を維持するようにアクチュエータ３０を制御する（Ｓ２４）。これにより、排気管Ｌ２内の排気ガスの脈動がダイヤフラム２７を介して気柱管２１Ａ内の作動流体に伝達されることになる。一方、Ｓ２２_１〜Ｓ２２_ｍのうちの何れかにおいて、Ｓ２０で取得した回転数Ｎｅが減衰回転数域Ｎ_ｍ１〜Ｎ_ｍ２に含まれると判断した場合、ＥＣＵ４０は、押え部材２８によってダイヤフラム２７が押さえ付けられるように（固定されるように）アクチュエータ３０を作動させる（Ｓ２６）。これにより、ダイヤフラム２７の振動が押え部材２８によって止められるので、気柱管２１Ａ内の作動流体に対するダイヤフラム２７を介した脈動の伝達が停止される。

このように、第２実施形態に係るエネルギ回収装置２０Ａでは、排気ガスの脈動によってつくり出される作動流体の振動が作動流体の熱音響自励振動を減衰する場合、脈動の無駄な利用を回避して内燃機関１とエネルギ回収装置２０Ａとを含むシステム全体のエネルギ効率を向上させることができる。また、エネルギ回収装置２０Ａでは、排気ガスの脈動によってつくり出される作動流体の振動と作動流体の熱音響自励振動とが同調する場合、脈動を有効に利用して音響出力を増大化させることが可能となる。

なお、エネルギ回収装置２０Ａにおいて、共鳴部２２ＡにトランスデューサＴＤを配置する代わりに、蓄冷器、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２１２等に配置し、当該ユニットを冷凍機として作動させてもよい。また、エネルギ回収装置２０Ａにおいても、脈動伝達手段としてのダイヤフラム２７が内燃機関１の吸入空気の脈動を取り出すように配置されてもよい。

〔第３実施形態〕
以下、図６〜図１０を参照しながら、本発明の第３実施形態に係る内燃機関のエネルギ回収装置について説明する。なお、上述の第１実施形態等に関連して説明されたものと同一の要素には同一の参照符号が付され、重複する説明は省略される。

図６に示されるエネルギ回収装置２０Ｂも、第１実施形態のエネルギ回収装置２０と同様に、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内燃機関１に適用される。そして、エネルギ回収装置２０Ｂの気柱管２１Ｂは、図６に示されるように、排気管Ｌ２に接続された接続管部２１０Ｂと、接続管部２１０Ｂにそれと概ね直交するように接続された管部２１１Ｂと、管部２１１Ｂの一端に設けられた共鳴部２２Ｂと、管部２１１Ｂの他端に接続された概ね矩形ループ状のループ部２１２とを含む。

接続管部２１０Ｂの排気管Ｌ２側の端部内には、排気ガスの脈動を気柱管２１Ｂ内の作動流体に伝達するためのダイヤフラム（脈動伝達手段）２７が配置されている。そして、エネルギ回収装置２０Ｂにも、上述のエネルギ回収装置２０，２０Ａ等と同様に、脈動伝達停止手段としての押え部材２８、リンク機構２９およびアクチュエータ３０が備えられている。

また、共鳴部２２Ｂは、管部２１１Ｂの一端を徐々に拡径すると共に完全に閉鎖することにより構成されており、管部２１１Ｂの先端内部には、管部２１１Ｂの内径よりも小さい外径を有する移動管３１が摺動自在に配置されている。そして、共鳴部２２Ｂの内部には、移動管３１を管部２１１Ｂと平行に移動させるためのアクチュエータ（流体圧シリンダ）３２が配置されている。アクチュエータ３２は、ＥＣＵ４０によって開閉制御される開閉弁３３を介して図示されない流体源に接続されており、開閉弁３３を操作してアクチュエータ３２を作動させることにより、共鳴部２２Ｂ等により構成される共鳴器の管路長を変化させることができる。従って、これらの移動管３１やアクチュエータ３２は、気柱管２１Ｂ内の作動流体の共振周波数を変化させることができる共振周波数設定手段として機能する。

気柱管２１Ｂのループ部２１２には、蓄熱器２３０、高温熱交換器２４０および低温熱交換器２５０のユニットが配置されている。そして、高温熱交換器２４０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、低温熱交換器２５０には、内燃機関１の冷却系統Ｌ３を流通する冷却水が供給される。本実施形態では、高温熱交換器（その伝熱管）２４０の排気ガス入口に、ＥＣＵ４０によって開閉制御される排気供給調整弁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２４０に対する排気ガスの供給を停止することができる。また、本実施形態では、冷却系統Ｌ３に温度センサＴが設置されており、この温度センサＴは、低温熱交換器２５０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。

更に、気柱管２１Ｂのループ部２１２には、蓄冷器２３１、蓄冷用高温熱交換器２４１および蓄冷用低温熱交換器２５１のユニットが配置されている。この場合、蓄冷用高温熱交換器２４１は、蓄冷器２３１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２５１は、上述の低温熱交換器２５０と隣り合うように配置され、蓄冷用低温熱交換器２５１（その伝熱管）には、所定の冷媒が循環供給される。

このように構成される第３実施形態のエネルギ回収装置２０Ｂでは、押え部材２８によるダイヤフラム２７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２７を介して排気ガスの脈動が気柱管２１Ｂ内の作動流体に伝達され、これにより、気柱管２１Ｂ内に音波が形成される。そして、排気ガスの脈動によってつくり出された音波（進行波）は、気柱管２１Ｂのループ部２１２に伝わる。

また、内燃機関１の稼動中、ループ部２１２の蓄熱器２３０の両端部間には、高温の排気ガスが供給される高温熱交換器２４０と、低温（概ね８０〜９０℃）の冷却水が供給される低温熱交換器２５０とにより大きな温度勾配が形成され、これにより、気柱管２１Ｂ内では、蓄熱器２３０の両端部間に形成される温度勾配に起因して作動流体の熱音響自励振動が発生する。そして、作動流体の自励振動（音波）の周波数と気柱管２１Ｂにおける共振周波数とが一致することにより、ループ部２１２内には、進行波が形成される。

排気ガスの脈動によってつくり出された進行波と、蓄熱器２３０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とにより、ループ部２１２の蓄冷器２３１の両端部間には、蓄冷用高温熱交換器２４１側が高温となり、蓄冷用低温熱交換器２５１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２３１の一端部は、蓄冷用高温熱交換器２４１により概ね常温（２０〜２５℃）に維持されることから、蓄冷器２３１の他端部および蓄冷用低温熱交換器２５１（その伝熱管）は、上記温度勾配に応じて降温する。この結果、蓄冷器２３１、蓄冷用高温熱交換器２４１および蓄冷用低温熱交換器２５１のユニットは、熱音響冷凍機として作動することになり、蓄冷用低温熱交換器２５１から流出する冷媒を介して冷熱を取り出すことができる。

このように、エネルギ回収装置２０Ｂによっても、排気ガスの脈動と、蓄熱器２３０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。ただし、この場合も、排気ガスの脈動によって気柱管２１Ｂの内部につくり出される振動（音波）の周波数は、内燃機関１の運転状態に応じて変化する。従って、内燃機関１の運転状態によっては、排気ガスの脈動によって気柱管２１Ｂ内につくり出される作動流体の振動が、蓄熱器２３０に形成される温度勾配に起因して発生する作動流体の自励振動を減衰してしまうこともある。

このため、本実施形態では、内燃機関１の稼動中、排気ガスの脈動によってつくり出される作動流体の振動と、作動流体の熱音響自励振動とが同調するように、ＥＣＵ４０によって図７に示される共振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。このルーチンの実行タイミングになると、ＥＣＵ４０は、まず、図示されないクランク角センサからの信号に基づいて内燃機関１の回転数Ｎｅを取得する（Ｓ３０）。そして、ＥＣＵ４０は、Ｓ３０にて取得した内燃機関１の回転数Ｎｅに基づいて、共振周波数設定手段を構成するアクチュエータ３２の作動量（移動管３１の移動量）を算出する（Ｓ３４）。

ここで、排気ガスの脈動によって気柱管２１Ｂ内につくり出される作動流体の振動の周波数は、図８に示されるように、内燃機関１の回転数に応じて（比例して）変化する。また、上述のように共振周波数設定手段を構成するアクチュエータ３２を作動させて（移動管３１を移動させて）共鳴部２２Ｂ等により構成される共鳴器の管路長を変化させることにより、蓄熱器２３０に形成される温度勾配に起因して発生する作動流体の自励振動の周波数を自在に設定することができる。

従って、作動流体の熱音響自励振動を、排気ガスの脈動によってつくり出される作動流体の振動と同調させるためのアクチュエータ３２の作動量は、図８に示されるように、内燃機関１の回転数Ｎｅに応じて予め計算等により定めておくことができる。本実施形態では、内燃機関１の回転数Ｎｅとアクチュエータ３２の作動量との関係を規定するマップが予め作成されると共に記憶装置に格納されている。Ｓ３２にて、ＥＣＵ４０は、このマップからＳ３０にて取得した内燃機関１の回転数Ｎｅに対応するアクチュエータ３２の作動量を読み出す。

ＥＣＵ４０は、アクチュエータ３２の作動量を読み出すと、アクチュエータ３２が当該作動量だけ作動するように開閉弁３３を制御する（Ｓ３４）。これにより、排気ガスの脈動によってつくり出される作動流体の振動と、蓄熱器２３０に形成される温度勾配に起因して発生する作動流体の自励振動とを同調させることができる。従って、エネルギ回収装置２０Ｂによれば、排気ガスの脈動を有効に利用して音響出力を増大化させることが可能となる。

なお、作動流体の共振周波数を変化させるために図９に示されるような構成が採用されてもよい。図９に示される共鳴部２２０は、管部２１１Ｂに連なる閉鎖端部２２１および閉鎖端部２２１内に配置された可動チャンバ２２２を含む。可動チャンバ２２２は、閉鎖端部２２１の内部に回転自在に支持されており、１つの開口部２２３を含む。これにより、可動チャンバ２２２の内部と、閉鎖端部２２１の内面と可動チャンバ２２２の外面との間に画成される流路とは、可動チャンバ２２２の開口部２２３を介して互いに連通し合う。そして、可動チャンバ２２２は、ラックＲとピニオンＰとからなるラックアンドピニオンＲＰを介して閉鎖端部２２１の内部で正逆方向に回転させられる。

これにより、閉鎖端部２２１の内部で可動チャンバ２２２を回転させて、開口部２２３の位置を変化させることにより、管部２１１Ｂ、閉鎖端部２２１および可動チャンバ２２２により構成される共鳴器の管路長を変化させることができる。従って、図９に示される構成を採用しても、排気ガス（または吸入空気）の脈動によってつくり出される作動流体の振動と、蓄熱器２３０に形成される温度勾配に起因して発生する作動流体の自励振動とを同調させることが可能となる。

ところで、エネルギ回収装置２０Ｂでは、ループ部２１２に配置された蓄熱器２３０の一端部を概ね８０〜９０℃に保つために、低温熱交換器２５０に冷却系統Ｌ３を流通する冷却水が供給されるが、内燃機関１の運転状態によっては、冷却水の温度が過剰に昇温してしまうことがあり得る。そして、内燃機関１の冷却水の温度が所定温度Ｔ_０以上となった場合、蓄熱器２３０の両端部間に十分な温度勾配を形成し得なくなるおそれもある。

このため、本実施形態のエネルギ回収装置２０Ｂでは、内燃機関１の稼動中、ＥＣＵ４０によって図１０に示される脈動伝達制御ルーチンが所定時間おきに繰り返し実行される。この場合、ＥＣＵ４０は、図１０のルーチンの実行タイミングになると、温度センサＴからの信号に基づいて低温熱交換器２５０に供給される冷却水の温度を求めると共に、求めた冷却水の温度が予め定められている閾値Ｔ_０を下回っているか否か判定する（Ｓ４０）。

Ｓ４０にて冷却水の温度が上記閾値Ｔ_０を下回っていると判断した場合、ＥＣＵ４０は、冷却系統Ｌ３の開閉弁１４と、高温熱交換器２４０の排気ガス入口に設けられている排気供給調整弁１５とを開放させ（開放状態に維持し）、高温熱交換器２４０への排気ガスの供給および低温熱交換器２５０への冷却水の供給を許容する（Ｓ４２）。これにより、高温熱交換器２４０と低温熱交換器２５０とによって蓄熱器２３０の両端部間に十分な温度勾配が形成され、作動流体の熱音響自励振動を発生させることが可能となる。

更に、ＥＣＵ４０は、押え部材２８によってダイヤフラム２７が押さえ付けられるように（固定されるように）アクチュエータ３０を作動させる（Ｓ４４）。これにより、冷却水の温度が上記閾値Ｔ_０を下回っている場合には、ダイヤフラム２７の振動が押え部材２８によって止められ、気柱管２１Ｂ内の作動流体に対するダイヤフラム２７を介した脈動の伝達が停止されることになる。

一方、Ｓ４０にて冷却水の温度が上記閾値Ｔ_０以上であると判断した場合、ＥＣＵ４０は、冷却系統Ｌ３の開閉弁１４と、高温熱交換器２４０の排気ガス入口に設けられている排気供給調整弁１５とを閉鎖させ、高温熱交換器２４０への排気ガスの供給および低温熱交換器２５０への冷却水の供給を停止する（Ｓ４６）。これにより、蓄熱器２３０の両端部間には温度勾配が形成されず、作動流体の熱音響自励振動が発生することはない。

その後、ＥＣＵ４０は、押え部材２８によってダイヤフラム２７が押さえ付けられていない状態を維持するようにアクチュエータ３０を制御する（Ｓ４８）。これにより、冷却水の温度が上記閾値Ｔ_０以上である場合には、排気管Ｌ２内の排気ガスの脈動がダイヤフラム２７を介して気柱管２１Ｂ内の作動流体に伝達され、排気ガスの脈動によって気柱管２１Ｂ内の作動流体が振動させられることになる。

このように、図１０の脈動伝達制御ルーチンのもとでは、内燃機関１の冷却水の温度が所定温度Ｔ_０以上となっており、蓄熱器２３０の両端部間に十分な温度勾配を形成し得ないおそれがある場合に、ダイヤフラム２７による作動流体への脈動の伝達が許容され、内燃機関１の排気ガスの脈動により気柱管２１Ｂ内の作動流体が振動させられることになる。これにより、図１０の脈動伝達制御ルーチンを採用しても、エネルギ回収装置２０Ｂから常時所望の音響出力を得ると共に、内燃機関１とエネルギ回収装置２０Ｂとを含むシステム全体のエネルギ効率を向上させることが可能となる。

なお、本実施形態において、気柱管２１Ｂ（ループ部２１２）の内部に蓄冷器２３１、蓄冷用の高温および低温熱交換器２４１，２５１を配置する代わりに、共鳴部２２Ｂ等の内部にトランスデューサを配置し、音響エネルギを回収して電気エネルギを得てもよい。また、エネルギ回収装置２０Ｂにおいて、脈動伝達手段としてのダイヤフラム２７は、内燃機関１の吸入空気の脈動を取り出すように配置されてもよい。

〔第４実施形態〕
以下、図１１〜図１３を参照しながら、本発明の第４実施形態に係る内燃機関のエネルギ回収装置について説明する。なお、上述の第１実施形態等に関連して説明されたものと同一の要素には同一の参照符号が付され、重複する説明は省略される。

図１１に示されるエネルギ回収装置２０Ｃは、エンジンＥＣＵ４０Ｃによって制御されて燃焼室の内部で燃料および空気の混合気を燃焼させることにより動力を発生する内燃機関１と、変速機ＥＣＵ４１によって制御されて内燃機関１が発生した動力を車輪Ｗに伝達する無段変速機ＣＶＴとを備えた車両Ｃに適用される。エネルギ回収装置２０Ｃは、基本的に、第２実施形態に係るエネルギ回収装置２０Ａと同様の構成を有し、排気管Ｌ２に接続された接続管部２１０、共鳴部２２Ｃ、管部２１１およびループ部２１２を含む気柱管２１Ｃを備え、共鳴部２２Ｃ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）ＴＤが配置されている。

気柱管２１Ｃの接続管部２１０の排気管Ｌ２側の端部内には、排気ガスの脈動を気柱管２１Ｃ内の作動流体に伝達するためのダイヤフラム２７が配置されている。また、エネルギ回収装置２０Ｃも、脈動伝達停止手段としての押え部材２８、リンク機構２９およびアクチュエータ３０を備えている。更に、気柱管２１Ｃのループ部２１２には、蓄熱器２３０が高温熱交換器２４０と低温熱交換器２５０との間に挟まれた状態で配置されている。高温熱交換器２４０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、低温熱交換器２５０を構成する伝熱管には、冷却系統Ｌ３を流通する冷却水が供給される。なお、エネルギ回収装置２０Ｃの制御は、エンジンＥＣＵ４０Ｃによって行われる。

ここで、無段変速機は変速比を連続的かつ無段階に変更可能なものであり、このような無段変速機の特性を利用することにより、車輪の駆動力を変更することなく、内燃機関の回転数を制御可能であることは周知である。従って、上述の無段変速機ＣＶＴの変速比を変化させることにより、車輪Ｗの駆動力に影響を与えることなく内燃機関１の回転数を任意に制御することができる。ただし、燃費やエミッションあるいはドライバビリティ等への影響を最小限にするためには、図１２に示されるように、内燃機関の回転数が実線で表されるある値Ｎｅとなっている場合、その時の機関負荷に対応したある許容範囲（下限値Ｎ_１から上限値Ｎ_２までの範囲）内で内燃機関の回転数を制御することが望ましい。また、上述のように、内燃機関の回転数を多少変化させた場合、排気ガスの脈動の周波数も変化する。

これらの点に鑑みて、本実施形態では、エンジンＥＣＵ４０Ｃおよび変速機ＥＣＵ４１により、所定の運転領域において、図１３に示される機関回転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、内燃機関１の稼動中、エンジンＥＣＵ４０Ｃは、図示されないクランク角センサからの信号に基づいて内燃機関１の回転数Ｎｅを取得する（Ｓ５０）。更に、エンジンＥＣＵ４０Ｃは、所定のマップから、Ｓ５０にて取得した機関回転数Ｎｅに対応した機関回転数下限値Ｎ_１を読み出すと共に（Ｓ５２）、Ｓ５０にて取得した機関回転数Ｎｅに対応した機関回転数上限値Ｎ_２を読み出す（Ｓ５４）。機関回転数下限値Ｎ_１および機関回転数上限値Ｎ_２を定めるためのマップは、図１２に示されるような内燃機関１の特性に基づいて予め作成され、記憶装置に格納されている。

機関回転数下限値Ｎ_１および機関回転数上限値Ｎ_２を定めると、エンジンＥＣＵ４０Ｃは、気柱管２１Ｃにおける作動流体の共振周波数ｆ_０を記憶装置から読み出す。なお、ここで用いられる共振周波数ｆ_０は、気柱管２１Ｃの寸法等に基づいて定まる一定の値であり、エンジンＥＣＵ４０Ｃの記憶装置に格納されている。そして、エンジンＥＣＵ４０Ｃは、共振周波数ｆ_０が、Ｓ５２にて取得した機関回転数下限値Ｎ_１を６０／（気筒数Ｘ／２）で除した値ｆ_１（内燃機関１が４気筒エンジンである場合、ｆ_１＝Ｎ_１／３０である）を上回っているか否か判定する（Ｓ５６）。

Ｓ５６にて共振周波数ｆ_０が値ｆ_１を上回っていると判断した場合、エンジンＥＣＵ４０は、更に、共振周波数ｆ_０が、Ｓ５４にて取得した機関回転数上限値Ｎ_２を６０／（気筒数Ｘ／２）で除した値ｆ_２（内燃機関１が４気筒エンジンである場合、ｆ_２＝Ｎ_２／３０である）を下回っているか否か判定する（Ｓ５８）。Ｓ５８にて共振周波数ｆ_０が値ｆ_２を下回っていると判断した場合、エンジンＥＣＵ４０は、共振周波数ｆ_０に６０／（気筒数Ｘ／２）を乗じた値Ｎ_０を内燃機関１の回転数の目標値（目標回転数）Ｎ_Ｒとして設定する（Ｓ６０）。

ここで、機関回転数下限値Ｎ_１を６０／（気筒数Ｘ／２）で除した値ｆ_１は、機関回転数が値Ｎ_１である場合の排気脈動の周波数であり、機関回転数上限値Ｎ_２を６０／（気筒数Ｘ／２）で除した値ｆ_２は、機関回転数が値Ｎ_２である場合の排気脈動の周波数である。また、共振周波数ｆ_０に６０／（気筒数Ｘ／２）を乗じた値Ｎ_０は、排気脈動の周波数が共振周波数ｆ_０に合致する際の機関回転数である。そして、Ｓ５６およびＳ５８にて肯定判断がなされた場合、すなわち、ｆ_１＜ｆ_０＜ｆ_２が満たされる場合、排気脈動の周波数が共振周波数ｆ_０に合致する際の機関回転数Ｎ_０（ｆ_０×６０／〔気筒数Ｘ／２〕）は、機関回転数下限値Ｎ_１から機関回転数上限値Ｎ_２までの変動許容範囲内に含まれることになるので、内燃機関１の回転数がこの値Ｎ_０に設定されれば、排気ガスの脈動によって気柱管２１Ｃ内につくり出される作動流体の振動の周波数と上記共振周波数ｆ_０とを一致させることが可能となる。

一方、Ｓ５６にて共振周波数ｆ_０が値ｆ_１を上回っていないと判断した場合、エンジンＥＣＵ４０Ｃは、Ｓ５２にて取得した機関回転数下限値Ｎ_１を内燃機関１の回転数の目標値（目標回転数）Ｎ_Ｒとして設定する（Ｓ６２）。すなわち、共振周波数ｆ_０が値ｆ_１以下である場合、排気脈動の周波数が共振周波数ｆ_０に合致する際の機関回転数Ｎ_０は、上述の変動許容範囲内に含まれず、機関回転数下限値Ｎ_１を下回る。従って、このような場合には、機関回転数下限値Ｎ_１を内燃機関１の回転数の目標値（目標回転数）Ｎ_Ｒとして設定することにより、排気ガスの脈動の周波数を上記共振周波数ｆ_０にできるだけ近づけることが可能となる。

また、Ｓ５８にて共振周波数ｆ_０が値ｆ_２を下回っていないと判断した場合、エンジンＥＣＵ４０Ｃは、Ｓ５４にて取得した機関回転数上限値Ｎ_２を内燃機関１の回転数の目標値（目標回転数）Ｎ_Ｒとして設定する（Ｓ６４）。すなわち、共振周波数ｆ_０が値ｆ_２以上である場合、排気脈動の周波数が共振周波数ｆ_０に合致する際の機関回転数Ｎ_０は、上述の変動許容範囲内に含まれず、機関回転数上限値Ｎ_２を上回る。従って、このような場合には、機関回転数上限値Ｎ_２を内燃機関１の回転数の目標値（目標回転数）Ｎ_Ｒとして設定することにより、排気ガスの脈動の周波数を上記共振周波数ｆ_０にできるだけ近づけることが可能となる。

Ｓ６０，Ｓ６２またはＳ６４にて回転数の目標回転数Ｎ_Ｒを設定すると、エンジンＥＣＵ４０Ｃは、内燃機関１の回転数が目標回転数Ｎ_Ｒになるように無段変速機ＣＶＴの変速比を設定するために変速機ＥＣＵ４１に所定の制御信号を与え、変速機ＥＣＵ４１は、エンジンＥＣＵ４０Ｃからの制御信号に応じて無段変速機ＣＶＴを制御する（Ｓ６６）。このように、内燃機関１の回転数を制御して排気ガスの脈動の周波数を変化させても、排気ガスの脈動によってつくり出される作動流体の振動と、蓄熱器２３０の両端部間に形成される温度勾配に起因して発生する作動流体の自励振動とを同調させたり、排気ガスの脈動の周波数を作動流体の熱音響自励振動の周波数にできるだけ近づけたりすることができる。そして、無段変速機ＣＶＴによれば、機関回転数を上述の変動許容範囲内の所望の値に容易かつ確実に設定することが可能となる。

なお、エネルギ回収装置２０Ｃにおいて、共鳴部２２ＣにトランスデューサＴＤ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２１２等に配置し、当該ユニットを冷凍機として作動させてもよい。また、エネルギ回収装置２０Ｃにおいて、脈動伝達手段としてのダイヤフラム２７が内燃機関１の吸入空気の脈動を取り出すように配置されてもよい。

〔第５実施形態〕
以下、図１４を参照しながら、本発明の第５実施形態に係る内燃機関のエネルギ回収装置について説明する。なお、上述の第１実施形態等に関連して説明されたものと同一の要素には同一の参照符号が付され、重複する説明は省略される。

図１４のエネルギ回収装置２０Ｄは、基本的に、第１実施形態に係るエネルギ回収装置２０と同様の構成を有し、給気管Ｌ１に組み込まれた過給機１７およびインタークーラ１８を有する内燃機関１Ａに適用されるものである。この場合、エネルギ回収装置２０Ｄの気柱管２１Ｃの端部は、インタークーラ１８と吸気マニホールド５との間で給気管Ｌ１に接続されており、当該端部内に配置されるダイヤフラム（脈動伝達手段）は、過給機１７の下流側にて内燃機関１の吸入空気の脈動を気柱管２１内の作動流体に伝達する。また、エネルギ回収装置２０Ｄの第２熱交換器（低温熱交換器）２５を構成する伝熱管は、インタークーラ１８とダイヤフラム２７（気柱管２１と給気管Ｌ１との接続部）との間で給気管Ｌ１に組み込まれている。これにより、エネルギ回収装置２０Ｄでは、第２熱交換器２５にて、給気管Ｌ１を流通する吸入空気を冷却することができる。

このように、過給機１７を備えた内燃機関１Ａに対してエネルギ回収装置２０Ｄを適用する場合、過給機１７の下流側に脈動伝達手段としてのダイヤフラム２７を配置して吸入空気の脈動を取り出すことにより、大きな振幅の脈動を気柱管２１内の作動流体に伝達することが可能となる。また、過給機１７の下流側に第２熱交換器２５を配置することにより、第２熱交換器２５を通過する吸入空気の密度が高まるので、吸入空気の冷却効果を向上させることができる。

本発明によるエネルギ回収装置の第１実施形態を示す概略構成図である。 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。 本発明によるエネルギ回収装置の第２実施形態を示す概略構成図である。 図３のエネルギ回収装置の制御手順を説明するための図表である。 図３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。 本発明によるエネルギ回収装置の第３実施形態を示す概略構成図である。 図６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６のエネルギ回収装置の制御手順を説明するための図表である。 気柱管内の作動流体の共振周波数を変化させるための他の構成を例示する模式図である。 図６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。 本発明によるエネルギ回収装置の第４実施形態を示す概略構成図である。 図１１のエネルギ回収装置の制御手順を説明するための図表である。 図３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。 本発明によるエネルギ回収装置の第５実施形態を示す概略構成図である。

符号の説明

１，１Ａ 内燃機関
３ 燃焼室
１２，１２ａ，１２ｂ 触媒装置
１５ 排気供給調整弁
１７ 過給機
１８ インタークーラ
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ エネルギ回収装置
２１，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ 気柱管
２２，２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２０ 共鳴部
２３ 蓄冷器
２４ 第１熱交換器
２５ 第２熱交換器
２７ ダイヤフラム
２８ 押え部材
２９ リンク機構
３０，３２ アクチュエータ
３１ 移動管
４０ ＥＣＵ
４０Ｃ エンジンＥＣＵ
４１ 変速機ＥＣＵ
２１０，２１０Ｂ 接続管部
２１１，２１１Ｂ 管部
２１２ ループ部
２２１ 閉鎖端部
２２２ 可動チャンバ
２２３ 開口部
２３０ 蓄熱器
２３１ 蓄冷器
２４０ 高温熱交換器
２４１ 蓄冷用高温熱交換器
２５０ 低温熱交換器
２５１ 蓄冷用低温熱交換器
Ｃ 車両
ＣＶＴ 無段変速機
Ｌ１ 給気管
Ｌ２ 排気管
Ｌ３ 冷却系統
ＲＰ ラックアンドピニオン
Ｔ 温度センサ
ＴＤ トランスデューサ

Claims (8)

1. 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であって、
   作動流体が封入される気柱管と、
   前記気柱管の内部に配置されており、音響エネルギを他のエネルギに変換するエネルギ変換手段と、
   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するための脈動伝達手段とを備え、吸入空気または排気ガスの脈動により前記気柱管内で作動流体を振動させることを特徴とする内燃機関のエネルギ回収装置。
2. 前記脈動伝達手段による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、この脈動伝達停止手段を制御する制御手段とを更に備え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。
3. 前記制御手段は、前記内燃機関が高負荷状態にある際に、前記脈動伝達手段による作動流体への脈動の伝達を停止させることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関のエネルギ回収装置。
4. 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更に備え、前記制御手段は、吸入空気または排気ガスの脈動によってつくり出される作動流体の振動が、前記蓄熱手段の両端部間に形成される温度勾配に起因して発生する作動流体の自励振動を減衰する場合に、前記脈動伝達手段による作動流体への脈動の伝達を停止させることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関のエネルギ回収装置。
5. 前記内燃機関の排気ガスを熱源とする高温熱交換器と、前記内燃機関の冷却水を熱源とする低温熱交換器と、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更に備え、前記制御手段は、前記冷却水の温度が所定温度以上である場合に、前記脈動伝達手段による作動流体への脈動の伝達を許容することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関のエネルギ回収装置。
6. 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、共鳴器と、前記気柱管内の作動流体の共振周波数を変化させることができる共振周波数設定手段と、吸入空気または排気ガスの脈動によってつくり出される作動流体の振動と、前記蓄熱手段の両端部間に形成される温度勾配に起因して発生する作動流体の自励振動とが同調するように前記共振周波数設定手段を制御する制御手段とを更に備え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。
7. 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、吸入空気または排気ガスの脈動によってつくり出される作動流体の振動と、前記蓄熱手段の両端部間に形成される温度勾配に起因して発生する作動流体の自励振動とが同調するように前記内燃機関を制御する制御手段とを更に備え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。
8. 前記内燃機関の吸入空気を過給する過給機を更に備え、前記脈動伝達手段は、前記過給機の下流側で吸入空気の脈動を前記気柱管内の作動流体に伝達す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。

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