JP2008068687A - ハイブリッド車両の排気熱エネルギー回収システム - Google Patents

ハイブリッド車両の排気熱エネルギー回収システム Download PDF

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Abstract

【課題】 触媒コンバータをスタックとして利用でき、コンパクトで熱伝達ロスが少ないハイブリッド車両の排気熱エネルギー回収システムの提供。
【解決手段】 第２触媒コンバータ６と、冷却装置１０と、共鳴管８と、制御バルブV1,V2と、発電装置９を備え、エンジン１の運転停止後に、制御バルブV1,V2によりループ経路２０を形成すると共に、冷却装置１０で第２触媒コンバータ６の排気ガス下流側端部を冷却して温度勾配を生じさせることとした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ハイブリッド車両の排気熱エネルギー回収システムに関する。
従来、エンジンの排気系の熱エネルギーを電気エネルギーとして回収する排気熱エネルギー回収システムの技術が公知になっている（特許文献１〜４参照）。
代表的なものとしては、熱音響機関がスタック（蓄熱体）と呼ばれる細管の集合体を持ち、そのスタックに温度勾配をつけることにより内部の媒体が振動する。その振動を利用し、リニアモータを駆動させ、電力を回収するシステムがある。
特開２００２−１２２０２０号公報 特開２００３−３２４９３２号公報 特開２００５−１８８４０２号公報 特開２００５−３５１２２３号公報
しかしながら、従来の発明では、触媒コンバータとは別体のスタックを設ける必要があるため、熱伝達ロスが大きい上、システムが大型化するという問題点があった。
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、触媒コンバータをスタックとして利用でき、コンパクトで熱伝達ロスが少ないハイブリッド車両の排気熱エネルギー回収システムを提供することである。
本発明の請求項１記載の発明では、車両のエンジンの排気系に介装される触媒コンバータと、前記触媒コンバータの一部を冷却する冷却装置と、一端部が前記排気系における触媒コンバータの排気ガス上流側に接続される一方、他端部が該触媒コンバータの排気ガス下流側に接続される共鳴管と、前記共鳴管の両端部付近にそれぞれ設けられ、該共鳴管と触媒コンバータでループ経路を形成可能な制御バルブ手段と、前記共鳴管に設けられ、前記触媒コンバータ内の温度勾配によって生じた空気の圧力振動に応動して発電を行う発電装置を備え、前記エンジンの運転停止後に、前記制御バルブ手段によりループ経路を形成すると共に、前記冷却装置で触媒コンバータの一部を冷却して前記温度勾配を生じさせることを特徴とする。
本発明の請求項１記載の発明にあっては、車両のエンジンの排気系に介装される触媒コンバータと、前記触媒コンバータの一部を冷却する冷却装置と、一端部が前記排気系における触媒コンバータの排気ガス上流側に接続される一方、他端部が該触媒コンバータの排気ガス下流側に接続される共鳴管と、前記共鳴管の両端部付近にそれぞれ設けられ、該共鳴管と触媒コンバータでループ経路を形成可能な制御バルブ手段と、前記共鳴管に設けられ、前記触媒コンバータ内の温度勾配によって生じた空気の圧力振動に応動して発電を行う発電装置を備え、前記エンジンの運転停止後に、前記制御バルブ手段によりループ経路を形成すると共に、前記冷却装置で触媒コンバータの一部を冷却して前記温度勾配を生じさせるため、触媒コンバータをスタックとして利用でき、コンパクトで熱伝達ロスが少ないハイブリッド車両の排気熱エネルギー回収システムを提供できる。
以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。
以下、実施例１を説明する。
図１は本発明の実施例１のハイブリッド車両の排気熱エネルギー回収システムを示す図、図２は本実施例１のエンジンの運転時における作動を説明する図、図３は本実施例１のエンジンの運転停止後における作動を説明する図である。
先ず、全体構成を説明する。
図１に示すように、本実施例１の発明では、エンジン１とモータ２を駆動装置として使用するハイブリッド車両が採用されている。
また、エンジン１の排気系として、エキゾーストマニホールド３の排気ガス下流側には、各接続管４ａ〜４ｃを介して第１触媒コンバータ５、第２触媒コンバータ６、マフラ７が設けられている。
各触媒コンバータ5,6は、触媒（Ｐｔ等）が坦持されたアルミ製の小波板または大波板と平板を重ねて幾重に巻回された本体がケース内に収容される所謂金属製触媒担体、或いは、触媒担体を坦持したハニカム構造の本体がケース内に収容される所謂セラミックス製触媒担体が採用される他、各本体には排気ガス上流側端面から排気ガス下流側端面へ通過可能な微小の通路が複数形成されている。
また、本実施例１では、第２触媒コンバータ６が第１触媒コンバータ５に比べてより低温条件下で触媒作用が得られるものが採用されている。なお、第１触媒コンバータ５は省略しても良い。
また、接続管４ｂには共鳴管８の一端部が接続される一方、接続管４ｃには共鳴管の他端部が接続されている。
また、共鳴管８と接続管４ｂとの接続部には制御バルブＶ１（請求項の制御バルブ手段に相当）が設けられる一方、共鳴管８と接続管４ｃとの接続部には制御バルブＶ２（請求項の制御バルブ手段に相当）が設けられている。
さらに、共鳴管８には後述する発電装置９が設けられている。
発電装置９は、共鳴管８に連通接続された図示を省略する圧力容器内に収容される他、共鳴管８内の音波によって往復移動する可動子を有し、この可動子上の発電コイルが固定子側の永久磁石に対して往復動することによって起電力が発生する所謂リニアモータ型の発電装置が採用されている。
また、本実施例１では、第２触媒コンバータ６を冷却するための冷却装置１０が備えられている。
冷却装置１０は、一般的なラジエータと同様に、一対のタンク11,12と、これら両タンク11,12の間に配置されるコア部１３とから構成される熱交換器が採用される他、それぞれ対応するタンク11,12に設けられた入出力ポートP1,P2と、制御バルブＶ３、熱交換部１４、ポンプ１５が各接続管１６ａ〜１６ｄにより環状に接続されている。
また、熱交換部１４は、両接続管16b,16c間で第２触媒コンバータ６の下流側端部の外周部または内周部を周回するように配設されて形成され、これによって、冷却装置１０で冷却された流通媒体で第２触媒コンバータ６の下流側端部を冷却できるようになっている。
その他、冷却装置１０と近接して、図示を省略するが、エンジン１を冷却するためのラジエータと、モータ２を冷却するためのサブラジエータが設置されている。
次に、作用を説明する。
このように構成されたハイブリッド車両の排気熱エネルギー回収システムでは、モータ２の運転の有無に関わらず、エンジン１の運転時において、図２に示すように、両制御バルブV1,V2により接続管の共鳴管８側を閉じる。
また、冷却装置１０のポンプ１５を停止状態として制御バルブＶ３を閉じる。
この際、エンジン１のエキゾーストマニホールド３から排出された排気ガス（破線矢印で図示）は、第１触媒コンバータ５、第２触媒コンバータ６、マフラ７の順に通過して外部へ排出される。
従って、第１触媒コンバータ５及び第２触媒コンバータ６を通過する排気ガス中に含まれる有害成分（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等）を浄化できる。
そして、モータ２のみの運転中で、エンジン１の運転停止後において、図３に示すように、制御バルブＶ１により接続管４ｂの第１触媒コンバータ５側を閉じると共に、制御バルブＶ２により接続管４ｃのマフラ７側を閉じて該共鳴管８と第２触媒コンバータ６でループ経路２０を形成する。
また、冷却装置１０のポンプ１５を作動させると共に、制御バルブＶ３を開くことにより、冷却装置１０の入力ポートＰ１よりタンク１１に流入した流通媒体（破線矢印で図示）が、コア部１３を通過してタンク１２に流入する間に、車両走行風または図外のファンの強制風と熱交換して冷却される。
次に、タンク１２の出力ポートＰ２から排出された流通媒体は、熱交換部１４を通過する際に第２触媒コンバータ６の排気ガス下流側端部を冷却した後、高温化して再び冷却装置１０の入力ポートＰ１に流入して循環する。
この際、第２触媒コンバータ６の排気ガス上流側端部が排気ガスの余熱で高温化する一方、排気ガス下流側端部が上記冷却装置１０で低温化して熱勾配が生じることにより、共鳴管８内の空気が圧力振動して所謂熱音響自励振動し、これによって、共鳴管８内に所定周波数（例えば５０〜１００Ｈｚ）の音波が発生する。
なお、エンジンの熱をヒートパイプ等を用いて、第２触媒コンバータ６の上流側端部あるいはその上流側端部に接続される接続管４ｂの下流側（第２触媒コンバータ６側）に伝熱し、エンジンのような高温部からの熱を積極的に伝熱して高温を保つようにしても良い。
そして、発電装置９が上記音波に応動して発電を行い、これによって熱エネルギーを電気エネルギーとして回収できる。なお、発電装置９で発電された電力は、図外のバッテリに充電される。
従って、本実施例１のハイブリッド車両の排気熱エネルギー回収システムでは、第２触媒コンバータ６をスタック（蓄熱体）として兼用でき、排気熱エネルギーの熱伝達ロスを少なくできる上、システムをコンパクト化できる。
また、本実施例１では、冷却装置１０が触媒コンバータの排気ガス下流側端部を冷却するようになっているため、触媒反応が特に良好な触媒コンバータの排気ガス上流側端部が冷却されることがなく、エンジン１が再び運転した時に、第２触媒コンバータ６の浄化性能を大幅に損なう虞がない。
次に、効果を説明する。
以上、説明したように、本実施例１のハイブリッド車両の排気熱エネルギー回収システムにあっては、車両のエンジン１の排気系に介装される第２触媒コンバータ６と、第２触媒コンバータ６の排気ガス下流側端部を冷却する冷却装置１０と、一端部が排気系における第２触媒コンバータ６の排気ガス上流側に接続される一方、他端部が該第２触媒コンバータ６の排気ガス下流側に接続される共鳴管８と、共鳴管８の両端部付近にそれぞれ設けられ、該共鳴管８と第２触媒コンバータ６でループ経路を形成可能な制御バルブV1,V2と、共鳴管８に設けられ、第２触媒コンバータ６内の温度勾配によって生じた空気の圧力振動に応動して発電を行う発電装置９を備え、エンジン１の運転停止後に、制御バルブV1,V2によりループ経路２０を形成すると共に、冷却装置１０で第２触媒コンバータ６の排気ガス下流側端部を冷却して温度勾配を生じさせるため、第２触媒コンバータ６をスタックとして利用でき、コンパクトで熱伝達ロスが少ないハイブリッド車両の排気熱エネルギー回収システムを提供できる。
以上、本実施例を説明してきたが、本発明は上述の実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
例えば、ラジエータのポンプを冷却装置１０のポンプ１５に兼用しても良い。同様に、ラジエータの流通媒体を冷却装置１０の流通媒体に兼用させても良い。
また、共鳴管８内の周波数（例えば５０〜１００Ｈｚ）を一定に調整する手段として周波数調整器を共鳴管８に設けることは当然考えられる。
さらに、共鳴管８と第１触媒コンバータ５及び第２触媒コンバータ６でループ経路を形成するようにしても良い。この場合は、第１触媒コンバータ５の温度が下がり、エンジン始動時に触媒コンバータ５の浄化性能の立ち上がりが遅くなるが、温度勾配が大きく取れるという効果がある。
本発明の実施例１のハイブリッド車両の排気熱エネルギー回収システムを示す図である。 本実施例１のエンジンの運転時における作動を説明する図である。 本実施例１のエンジンの運転停止後における作動を説明する図である。
符号の説明
Ｐ１ 入力ポート
Ｐ２ 出力ポート
Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３ 制御バルブ
１ エンジン
２ モータ
３ エキゾーストマニホールド
４ａ、４ｂ、４ｃ 接続管
５ 第１触媒コンバータ
６ 第２触媒コンバータ
７ マフラ
８ 共鳴管
９ 発電装置
１０ 冷却装置
１１、１２ タンク
１３ コア部
１４ 熱交換部
１５ ポンプ
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ 接続管
２０ ループ経路

Claims (1)

  1. 車両のエンジンの排気系に介装される触媒コンバータと、
    前記触媒コンバータの一部を冷却する冷却装置と、
    一端部が前記排気系における触媒コンバータの排気ガス上流側に接続される一方、他端部が該触媒コンバータの排気ガス下流側に接続される共鳴管と、
    前記共鳴管の両端部付近にそれぞれ設けられ、該共鳴管と触媒コンバータでループ経路を形成可能な制御バルブ手段と、
    前記共鳴管に設けられ、前記触媒コンバータ内の温度勾配によって生じた空気の圧力振動に応動して発電を行う発電装置を備え、
    前記エンジンの運転停止後に、前記制御バルブ手段によりループ経路を形成すると共に、前記冷却装置で触媒コンバータの一部を冷却して前記温度勾配を生じさせることを特徴とするハイブリッド車両の排気熱エネルギー回収システム。
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