CN1349041A

CN1349041A - 发动机的废气热能回收装置

Info

Publication number: CN1349041A
Application number: CN01135784A
Authority: CN
Inventors: 松崎明夫; 坂正树
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2000-10-16
Filing date: 2001-10-16
Publication date: 2002-05-15
Anticipated expiration: 2021-10-16
Also published as: JP4441091B2; JP2002122020A; DE60128048D1; EP1201906A2; CN1165673C; EP1201906A3; US6571552B2; US20020043065A1; DE60128048T2; EP1201906B1

Abstract

一种发动机的废气热能回收装置,不招致排气阻力增加地将介装于发动机的排气系上的净化废气用催化转换器产生的高热能,作为电能进行回收。在介装于发动机E的排气系1上的净化废气用催化转换器5上,邻接配置在共鸣管6的一端设置的、热驱动式的声波发生部7上的排气管11,在共鸣管6的另一端设置换能器8,该换能器8由于用催化转换器5产生的热加热排气管11的一端,而使排气管11具有温度梯度,随之将声波发生部7发生的声波变换成电能。

Description

发动机的废气热能回收装置

技术领域

本发明涉及一种用于将发动机的废气热能有效地用于其它机器的驱动能源的废气热能回收装置。

背景技术

众所周知，这样的发动机的废气热能回收装置，将热交换器配设在排气管内，使其用从该热交换器取出的高温流体使其它机器、例如使吸收式冷冻装置的高温部动作(参照例如日本专利公报特开平4-335960号)。

但是，若象上述那样，将热交换器配设在排气管上，它变成排气阻力了，给发动机的输出性能带来不利的影响，却招致出现使发动机的燃料消耗量增加这一弊病。

另一方面，由于近年的2轮、4轮摩托车，在其发动机的排气系上具备净化废气用的催化转换器，所以，该催化转换器的周围由于其净化反应热而温度变得极高，所以，人们寻求一些回避其热害的各种防护装置，但，若能有效利用其高热的话，则能降低催化转换器的周围的温度，还便于简化上述热害防护装置。

本发明是鉴于这种情况而提出的，其目的是提供一种发动机的废气热能回收装置，使其不招致排气阻力增加、能将介装于发动机的排气系上的净化废气用催化转换器周围的高温热能，用作其它机器的驱动能源。

发明内容

为了达到上述目的，本发明的第1特征是：在介装于发动机的排气系的净化废气用催化转换器上，邻接配置有在共鸣管的一端设置的声波发生部的排气管，在上述共鸣管的另一端设置换能器，该换能器将该排气管由于承受来自上述催化转换器的热而产生的声波变换成电能，使其将该换能器的输出供给到电负载。

根据第1特征，由在催化转换器净化废气时产生的、远远高于废气本身温度的高温的反应热使其产生热音响管现象，利用该现象，能将废气热能作为电能进行回收，能有效地用于电负载的驱动。而且，由于即便是共鸣管的一部分也不必使其突入到排气系内，所以，不会招致排气阻力的增加，也不会降低发动机的输出性能，也不会使燃料消耗量增加。再有，由于声波发生部抢夺催化转换器的发生热，所以能有效地防止催化转换器的过热，因此，能简化针对与催化转换器邻接的发动机和车体等的邻接部的热害防护装置。

另外，本发明除了第1特征之外，其第2特征是：在上述排气系上设置控制流向上述催化转换器的废气导入量的控制阀，使其根据上述换能器的输出状态控制该控制阀。

根据该第2特征，由于控制装置根据换能器的输出状态控制流量控制阀，进行流向催化转换器的废气导入量的控制，所以，便于稳定换能器的输出，同时，能防止声波发生部的过热。

再有，本发明的第3特征是：在介装于发动机的排气系的净化废气用催化转换器上，邻接配置有在共鸣管的一端设置的、热驱动式的声波发生部上的排气管，在上述共鸣管的另一端设置冷冻部，该冷冻部由该排气管由于承受来自上述催化转换器的热而产生的声波进行冷却。

根据该第3特征，由在催化转换器净化废气时产生的、远远高于废气本身温度的高温的反应热使其产生热音响管现象，利用该现象，能将废气热能作为冷冻部的驱动能源进行回收。而且，由于即便是共鸣管的一部分也不必使其突入到排气系内，所以，不会招致排气阻力的增加，也不会降低发动机的输出性能，也不会使燃料消耗量增加。再有，由于声波发生部抢夺催化转换器的发生热，所以能有效地防止催化转换器的过热，因此，能简化针对与催化转换器邻接的发动机和车体等的邻接部的热害防护装置。

另外还有，在第1～第3任意一个特征的基础上，本发明的第4特征是：配设上述催化转换器，使其围绕上述声波发生部的高温部。

根据该第4特征，能将催化转换器的发生热高效地传递到声波发生部的高温部，能确保声波发生部有效地工作。

另外还有，在第1～第3任意一个特征的基础上，本发明的第5特征是：配置上述催化转换器，使其排气出口靠近且对着上述声波发生部的高温部。

根据第5特征，不仅是催化转换器的发生热，也能将从催化转换器流出的高温废气的热传递至声波发生部的高温部，能确保使声波发生部更加有效地工作。

附图说明

图1是本发明的第1实施例的发动机的废气热能回收装置的纵剖侧视图。

图2是本发明的第2实施例的上述装置的纵剖侧视图。

图3是本发明的第3实施例的上述装置的纵剖侧视图。

图4是本发明的第4实施例的上述装置的纵剖侧视图。

图5是本发明的第5实施例的上述装置的纵剖侧视图。

图6是本发明的第6实施例的上述装置的纵剖侧视图。

图7是本发明的第7实施例的上述装置的纵剖侧视图。

具体实施方式

依据附图所示的本发明的一实施例对本发明的实施形式进行说明。

首先，从图1所示的本发明的第1实施例说起。

发动机E的排气系1具备：与发动机E的排气口连接的前部排气管2；与在该前部排气管2的下游端形成的扩径部2a的周壁连接的后部排气管3；与该后部排气管3的下游侧相连接消音器4。

在上述扩径部2a的内周面上，安装有环状的净化废气用催化转换器5，在该催化转换器5的内周嵌入有密封两端的共鸣管6的前端部，其后端部延伸至充分远离催化转换器5的位置。在该共鸣管6的前端部内，设有热驱动式的声波发生部7，在同一共鸣管6的后端部，设有将在声波发生部7产生的声波变换成电能的换能器8。另外，在共鸣管6内，封入有空气或氦等惰性气体，作为工作气体。

声波发生部7由以下部分构成：在共鸣管6的前端部内，轴向对置配置的高温热交换器9和低温热交换器10；象是夹在这两热交换器9、10之间一样配置的高温排气管11。高温热交换器9配置在被上述催化转换器5围绕的地方，在与低温热交换器10的位置对应的共鸣管6的外周面上突设有散热片12。排气管11由例如留有小间隙层叠若干不锈钢板制成的蓄热体构成。

另一方面，设置在共鸣管6的后端部内的换能器8，是将它所承受的声波变换成机械振动，接着，变换成电能的，具体地说，可以使用振动活塞和线性发电机的组合单元，或振动板和压电变换元件的组合单元。该换能器8的输出，通过控制装置13供给到电池、电器等电负载14。控制装置13可以使用电压调节器或能量处理器等已知的装置。

以下对该第1实施例的作用进行说明。

发动机E在运转过程中，从发动机E排出到前部排气管2的废气，依次经催化转换器5、后部排气管3、消音器4排到大气中。其间，在催化转换器5，用化学方法除去通过此处的废气中的HC、CO、NOX等有害成分，由此时产生的反应热，使催化转换器5的温度达到废气以上的高温，由于该热经由被催化转换器5围绕的高温热交换器9传递到排气管11，所以，排气管的一端被高温加热。另一方面，低温热交换器10，由于外部的散热片12向大气散热，而被冷却，所以，促进了排气管11的另一端的冷却。其结果是，排气管11在其两端之间能有很大的温度梯度，由因此引起的自激振荡而产生声波，使其通过工作气体在共鸣管6内往复运动(这种热音响现象，如1993年春季低温工程学、超导学会发行的论文《B1-17热驱动型共鸣管冷冻机的性能》所记载的那样，是众所周知的)。而且，由于其声波的频率和共鸣管6的共振频率相同，所以能在共鸣管6内出现驻波，因此，位于共鸣管6后端的换能器8的振动部被激发，如前所述，其振动被变换成电能，通过控制装置13输出给电负载14。

但是，以往，发动机的废气本身的温度，对于使其产生热音响现象来说是过低了，但本发明是着眼于在催化转换器5净化废气时产生的反应热为远远地高于废气温度的高温这一点而提出的，由该高温的反应热使其产生热音响管现象，利用这一现象，可以将废气热能作为电能进行回收。

而且，由于即便是共鸣管6的一部分，也没必要使其突入到排气系1内，所以，不会招致排气阻力增加，也不会降低发动机E的输出性能，所以，也不会使燃烧消耗增加。再有，由于声波发生部7抢夺催化转换器5的发生热，所以，能有效地防止催化转换器5的过热，因此，能简化针对与催化转换器5相邻接的发动机E和车体等的邻接部的热害防护装置。

以下对图2所示的本发明的第2实施例进行说明。

在该第2实施例，在前部排气管2的扩径部2a上安装有圆柱状的催化转换器5，而且，在该催化转换器5的前后形成有入口腔15和出口腔16，在其出口腔16上连接有后部排气管3。象是夹着上述出口腔16、对着催化转换器5的出口一样，配置共鸣管6的前端壁。在该共鸣管6内，配置声波发生部7的高温排气管11，使其紧贴共鸣管6的前端壁，废除象上述实施例那样的高温热交换器9。

由于其它结构是与上述实施例一样的，所以，在图2中在与上述实施例对应的部分标同一参考标号，且省略其说明。

根据第2实施例，能用刚刚通过催化转换器5的高温的废气本身的热和来自催化转换器5的辐射热，直接加热声波发生部7的排气管11，提高了向该排气管11传热的热传递效率，而且，由于废除了高温热交换器，能实现结构的简单化。

以下，对图3所示的本发明的第3实施例进行说明。

该第3实施例，除了在后部排气管3上介装有第2催化转换器5′之外，是与上述第2实施例相同的结构，在图3中，与上述第2实施例相对应的部分标同一参考标号，且省略其说明。

根据该第3实施例，由于串联配置催化转换器5和第2催化转换器5′，能2级净化废气，作为大排气量的发动机用很有效。

以下对图4所示的本发明的第4实施例进行说明。

在该第4实施例，象是绕过催化转换器5一样，设有相互连接前部和后部排气管2、3的旁通排气管20，在该旁通排气管20上介装有第2催化转换器5′而且，在前部排气管2和旁通排气管20的连接部设有换向阀21。

由于其它结构是与上述第2实施例一样的，所以，在图4中，与上述第2实施例相对应的部分标同一参考标号，且省略其说明。

根据该第4实施例，由于根据发动机E的运转状态来切换换向阀21，所以，在暖机运转时，使废气流过两催化转换器5、5′的任何一个，加快其活性化过程，或在高输出运转时，一边使其在两催化转换器5、5′中流过，一边使其流量有所不同，以便达到各催化转换器5、5′的净化效率和负荷、声波发生部7的加热程度等的平衡。这样一来，能确保催化转换器5、5′的适当的净化功能及耐久性和声波发生部7的适当的工作状态。

以下对图5所示的本发明的第5实施例进行说明。

该第5实施例，除了在旁通排气管20的下游的后部排气管3上介装第2催化转换器5′之外，是与上述第4实施例相同的结构，在图5中，与上述第4实施例相对应的部分标同一参考标号，且省略其说明。

以下，对图6所示的本发明的第6实施例进行说明。

在该第6实施例，在共鸣管6的前端，连设有形成加热腔26的延长筒2 5，该加热腔26隔着隔壁6a与声波发生部7的高温排气管11邻接。延长筒25在内部安装有圆柱状的催化转换器5，而且，配置在前部排气管2的扩径部2a内，在其前端壁上设有将来自前部排气管2的废气的一部分导入到加热腔26的废气导入管27，在该废气导入管27上安装有调节废气导入量的流量控制阀28。该流量控制阀28由与换能器8连接的控制装置13控制其开关。

另外，在扩径部2a的内周，安装有围绕延长筒25的环状的第2催化转换器5′。

后部排气管3在延长筒25上设有为通过催化转换器5的废气设置的出口孔29，后部排气管3与该出口孔29和扩径部2a的后端相连接。

其它结构与上述第1实施例(图1)的结构相同，在图6中，在与上述第1实施例相对应的部分标同一参考标号，且省略其说明。

根据该第6实施例，声波发生部7的排气管11直接被刚刚通过加热腔26内的催化转换器5的高温废气本身的热和来自催化转换器5的辐射热加热。而且，由于控制流向加热腔26的废气导入量的流量控制阀28，由控制装置13依据换能器8的输出状态进行控制，所以，便于稳定换能器8的输出，而且，能避免声波发生部7的过热。

最后，对图7所示的本发明的第7实施例进行说明。

在该第7实施例，在共鸣管6的后端部，同时设有冷冻部30和换能器8。冷冻部30由以下部分构成：在共鸣管6的后端部内、轴向对置配置的低温热交换器31和高温热交换器32；象是夹在这两热交换器31、32之间一样配置的低温排气管33，低温热交换器31配置在声波发生部7一侧，高温热交换器32配置在共鸣管6的后端壁一侧。低温排气管33与声波发生部7的高温排气管11一样，例如，由留有小间隙层叠多枚不锈钢板制成的蓄热体构成。

与低温热交换器31的位置相对应，在共鸣管6的外周设有低热取出腔34，该腔34和冷却翼片35通过制冷剂导管36相连通，使制冷剂在其间循环。冷却翼片35设置在车辆的被冷却的地方，例如，设置在在排气系1的周围承受热害的这样的地方。

在与高温热交换器32的位置对应的共鸣管6的外周面上突设有散热片37。

由于其它结构是与上述第6实施例相同的，所以，在图7中，在与第6实施例相对应的部分标同一参考标号，且省略其说明。

而且，在声波发生部7，当高温排气管11由于其一端被加热腔26一侧加热，同时另一端被低温热交换器10冷却，因此，而具有很大的温度梯度时，以此为起因，在共鸣管6内产生驻波，这与上述第1实施例的场合是相同的。共鸣管6内的工作气体与上述驻波的疏密部相对应，存在压缩部和膨胀部，在其压缩部由于绝热压缩而伴随有温度上升现象，在膨胀部由于绝热膨胀而产生温度下降现象。声波发生部7的高温排气管11位于其温度上升部，冷冻部30的低温排气管33位于温度下降部，声波从低温排气管33向高温排气管11输送热。其结果是，由于在冷冻部30，低温排气管33从低温热交换器31吸热，所以，低温热交换器31的低热被低热取出腔34取出，通过导管36传递到冷却翼片35，将其冷却。该冷却翼片35，在图示例子的场合，冷却排气系1的规定的地方，所以，能防止对其周围的热害。

本发明并不限于上述实施例，不脱离其要点的范围能进行各种变更设计。

如以上所述，根据本发明的第1特征，由于在介装于发动机的排气系上的净化废气用催化转换器上，邻接配置有设置在共鸣管的一端的、声波发生部的排气管，在上述共鸣管的另一端设有换能器，该换能器将该排气管由于受到来自上述催化转换器的热而产生的声波变换成电能，使其将该换能器的输出供给电负载，所以，能由在催化转换器净化废气时产生的高温的反应热使其产生热音响管现象，利用这一现象，能将废气热能作为电能进行回收，能有效地用于电负载的驱动。而且，由于即便是共鸣管的一部分也没有必要使其突入到排气系内，所以，不会招致阻力增加，也不会降低发动机的输出性能，也不会增加燃烧消耗量。再有，由于声波发生部抢夺催化转换器的发生热，所以，能有效地防止催化转换器的过热，因此，能简化针对与催化转换器相邻接的发动机和车体等的邻接部的热害防护装置。

另外，根据本发明的第2实施例，由于在上述排气系上设有控制流向上述催化转换器的废气导入量的控制阀，依据上述换能器的输出状态控制该控制阀，所以，通过自动地控制流向催化转换器的废气导入量，便于稳定换能器的输出，而且，能防止声波发生部的过热。

再有，根据本发明的第3特征，由于在介装于发动机的排气系的净化废气用催化转换器上，邻接配置有设置在上述共鸣管的一端的、热驱动式的声波发生部上的排气管，在上述共鸣管的另一端设有冷冻部，该冷冻部由该排气管由于受到来自上述催化转换器的热而产生的声波进行冷却，所以，能由在催化转换器净化废气时产生的高温的反应热使其产生热音响管现象，利用这一现象，能将废气热能作为冷冻部的驱动能源进行回收。而且，由于即便是共鸣管的一部分也没有必要使其突入到排气系内，所以，不会招致阻力增加，也不会降低发动机的输出性能，也不会增加燃料消耗量。再有，由于声波发生部抢夺催化转换器的发生热，所以，能有效地防止催化转换器的过热，因此，能简化针对与催化转换器相邻接的发动机和车体等的邻接部的热害防护装置。

另外还有，根据本发明的第4特征，由于配置上述催化转换器，使其围绕上述声波发生部的高温部，所以，能有效地将催化转换器的发生热传递到声波发生部的高温部，能确保声波发生部有效地工作。

另外还有，根据本发明的第5特征，由于配置上述催化转换器，使其排气出口靠近且对着上述声波发生部的高温部，所以，不仅是催化转换器的发生热，还能将从催化转换器出来的高温的废气的热传递到声波发生部的高温部，能确保使声波发生部更加有效地工作。

Claims

1.一种发动机的废气热能回收装置，其特征是：在介装于发动机(E)的排气系(1)的净化废气用催化转换器(5)上，邻接配置有在共鸣管(6)的一端设置的声波发生部(7)的排气管(11)，在上述共鸣管(6)的另一端设置换能器(8)，该换能器(8)将该排气管(11)由于承受来自上述催化转换器(5)的热而产生的声波变换成电能，使其将该换能器(8)的输出供给到电气控制装置(14)。

2.权利要求1所记载的发动机的废气热能回收装置，其特征是：

在上述排气系(1)上设置控制流向上述催化转换器(5)的废气导入量的控制阀(28)，根据上述换能器(8)的输出状态控制该控制阀(28)。

3.一种发动机的废气热能回收装置，其特征是：在介装于发动机(E)的排气系(1)的净化废气用催化转换器(5)上，邻接配置有在共鸣管(6)的一端设置的、声波发生部(7)的排气管(11)，在上述共鸣管(6)的另一端设置冷冻部(30)，该冷冻部(30)由该排气管(11)由于承受来自上述催化转换器(5)的热而产生的声波进行冷却。

4.权利要求1～3任意一项所述的发动机的废气热能回收装置，其特征是：

配设上述催化转换器(5)，使该催化转换器(5)围绕上述声波发生部(7)的高温部。

5.权利要求1～3任意一项所记载的发动机的废气热能回收装置，其特征是：

配置上述催化转换器(5)，使该催化转换器(5)排气出口靠近且对着上述声波发生部(7)的高温部。