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JP2006266212A - Exhaust heat power generation plant of internal combustion engine - Google Patents

Exhaust heat power generation plant of internal combustion engine Download PDF

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Publication number
JP2006266212A
JP2006266212A JP2005088155A JP2005088155A JP2006266212A JP 2006266212 A JP2006266212 A JP 2006266212A JP 2005088155 A JP2005088155 A JP 2005088155A JP 2005088155 A JP2005088155 A JP 2005088155A JP 2006266212 A JP2006266212 A JP 2006266212A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thermoelectric conversion
conversion element
exhaust port
temperature side
exhaust
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2005088155A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuhisa Yamamoto
和久 山本
Takaki Kirita
貴己 切田
Toshifumi Suzuki
俊史 鈴木
Toshiki Takahashi
俊貴 高橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mazda Motor Corp
Original Assignee
Mazda Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mazda Motor Corp filed Critical Mazda Motor Corp
Priority to JP2005088155A priority Critical patent/JP2006266212A/en
Publication of JP2006266212A publication Critical patent/JP2006266212A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To perform power generation by sufficiently utilizing the high temperatures of exhaust gases. <P>SOLUTION: A storage recessed part 11 opened into an exhaust port 6 and to an exhaust manifold mounting surface 1a is formed in the inner peripheral surface of the exhaust port 6, and a thermoelectric transducer 10 is fixed stored in the storage recessed part 11. The thermoelectric transducer 10 generates power by a temperature difference between a high temperature side face 10a and a low temperature side face 10b, and its high temperature side face 10a is brought into such as state that faces the radial center of the exhaust port 6. The thermoelectric transducer 10 is stored in the storage recessed part 11 from the mounting face 1a side, and its extraction is restricted by the flange part 7a of an exhaust manifold 7. An annular insert member 20 (20B) formed of a material with excellent heat conductivity is fitted to an annular mounting recessed part 23 formed in the inner peripheral surface of the exhaust port 6, and the thermoelectric transducer 10B is stored in the storage recessed part 21 formed in the inner or outer peripheral surface of the insert member 20 (20B). <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は内燃機関の排熱発電装置に関するものである。   The present invention relates to an exhaust heat power generation apparatus for an internal combustion engine.

内燃機関においては,高温の排気ガスが大気に放出されることによる熱エネルギの損失が大きいものである。このため,特許文献1には,熱電変換素子(熱電変換モジュール)を用いて,無駄に捨てられていた熱エネルギの一部を電気エネルギとして回収するものが提案されている。すなわち,熱電変換素子は,半導体を利用して構成されて,その一面側が高温側面とされると共に,他面側が低温側面とされて,この高温側面と低温側面との間の温度差によって発電を行うものとなっており,特許文献1に記載のものでは,このような熱電変換素子を内燃機関本体と排気マニホールドとの間に介在させたものとなっている。より具体的には,特許文献1に記載のものでは,熱電変換素子の高温側面を排気マニホールド側に位置させると共に,低温側面を内燃機関本体側(排気ポートの開口端面側)に位置するように配設して,排気マニホールドの有する高熱を,熱電変換素子を介して内燃機関本体内に形成されている冷却水通路内の冷却水に逃がすようにしたものとなっている。このように,特許文献1に記載のものでは,熱電変換素子に温度差を生じさせる場合に,冷却水通路を流れる冷却水によって冷却される内燃機関本体を低温側物体として利用し,排気ガスによって高温とされる排気マニホールドを高温側物体として利用したものとなっている。
特開2000−73754号公報
In an internal combustion engine, the loss of heat energy due to the discharge of high-temperature exhaust gas to the atmosphere is large. For this reason, Patent Document 1 proposes using a thermoelectric conversion element (thermoelectric conversion module) to recover a part of the wasted heat energy as electric energy. In other words, a thermoelectric conversion element is configured using a semiconductor, and one surface side is a high temperature side surface and the other surface side is a low temperature side surface, and power is generated by a temperature difference between the high temperature side surface and the low temperature side surface. In the thing of patent document 1, such a thermoelectric conversion element is interposed between the internal combustion engine main body and the exhaust manifold. More specifically, in the device described in Patent Document 1, the high temperature side surface of the thermoelectric conversion element is positioned on the exhaust manifold side, and the low temperature side surface is positioned on the internal combustion engine body side (opening end surface side of the exhaust port). It is arranged so that the high heat of the exhaust manifold is released to the cooling water in the cooling water passage formed in the internal combustion engine body through the thermoelectric conversion element. Thus, in the thing of patent document 1, when producing a temperature difference in a thermoelectric conversion element, the internal combustion engine main body cooled with the cooling water which flows through a cooling water path is utilized as a low temperature side object, The exhaust manifold, which has a high temperature, is used as a high temperature side object.
JP 2000-73754 A

しかしながら,特許文献1に記載のものでは,大気に大きく露出される関係上大気の冷却作用を大きく受ける排気マニホールドを高温側物体として利用しているため,また排気ガスは排気マニホールドに排出されるまでに少なからず温度低下をきたすために,排気ガスの有する高温を十分に活かした発電とはならない。   However, in the thing of patent document 1, since the exhaust manifold which receives air | atmosphere cooling effect | action largely is utilized as a high temperature side object on the relationship exposed greatly to air | atmosphere, and exhaust gas is discharged to an exhaust manifold. However, in order to bring about a temperature drop, the power generation does not take full advantage of the high temperatures of exhaust gas.

本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので,その目的は,排気ガスの有する高温をより十分に活かした発電を行えるようにした内燃機関の排熱発電装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an exhaust heat power generation apparatus for an internal combustion engine that can perform power generation utilizing the high temperature of exhaust gas more fully. is there.

前記目的を達成するため,本発明にあっては次のような解決手法を採択してある。すなわち,特許請求の範囲における請求項1に記載のように,
内燃機関の排気ポート内周面に,排気ポート内に開口する収納凹部が形成され,
前記収納凹部内に,一面側が高温側面とされると共に他面側が低温側面とされて該高温側面と低温側面との間の温度差によって発電する熱電変換素子が,該高温側面が排気ポート内に臨む状態でもって配設されている,
ようにしてある。上記解決手法によれば,熱電変換素子の高温側面は,排気ポート内を流れる高い温度が維持されたままの排気ガスから効果的に高温を受けることになり,したがって熱電変換素子は極めて大きな温度差を利用した効果的な発電を行うことになる。特に,高温側面は排気ガスに直接曝されることになるので,排気ガスによって高温側面を極めて効果的に高温化して,発電能力向上の上で好ましいものとなる。さらに,熱電変換素子は収納凹部内に収納するようにしてあるので,熱電変換素子のしっかりとした取付けを確保しつつ,熱電変換素子の周囲面特に低温側面が排気ガスに曝される事態を防止する上でも好ましいものとなる。
In order to achieve the above object, the following solution is adopted in the present invention. That is, as described in claim 1 in the scope of claims,
A storage recess opening in the exhaust port is formed on the inner peripheral surface of the exhaust port of the internal combustion engine,
In the housing recess, a thermoelectric conversion element that generates electricity by a temperature difference between the high temperature side surface and the low temperature side surface with the one surface side being a high temperature side surface and the other surface side being a low temperature side surface, the high temperature side surface is in the exhaust port. Arranged in a state of facing
It is like that. According to the above solution, the high temperature side surface of the thermoelectric conversion element is effectively subjected to high temperature from the exhaust gas that maintains the high temperature flowing in the exhaust port, and therefore the thermoelectric conversion element has a very large temperature difference. Effective power generation using power will be performed. In particular, since the high temperature side surface is directly exposed to the exhaust gas, the high temperature side surface is extremely effectively heated by the exhaust gas, which is preferable for improving the power generation capacity. Furthermore, since the thermoelectric conversion element is housed in the housing recess, it is possible to prevent the surrounding surface of the thermoelectric conversion element, particularly the low temperature side, from being exposed to the exhaust gas while ensuring that the thermoelectric conversion element is firmly attached. This is also preferable.

上記解決手法を前提とした好ましい態様は、特許請求の範囲における請求項2以下に記載のとおりである。すなわち,
前記収納凹部が排気ポートの周方向に間隔をあけて複数形成されて,該各収納凹部内にそれぞれ前記熱電変換素子が配設されている,ようにすることができる(請求項2対応)。この場合,熱電変換素子を,極力大きく湾曲させることなく,排気ポートの断面(周方向形状)に沿って配設する上で好ましいものとなる。また,熱電変換素子そのものの形成も容易となる他,熱電変換素子の数を極力多くして全体としての発電能力向上の上でも好ましいものとなる。
A preferred mode based on the above solution is as described in claim 2 and the following claims. That is,
A plurality of the storage recesses may be formed at intervals in the circumferential direction of the exhaust port, and the thermoelectric conversion element may be disposed in each of the storage recesses (corresponding to claim 2). In this case, it is preferable to dispose the thermoelectric conversion element along the cross section (circumferential shape) of the exhaust port without curving as much as possible. In addition to facilitating the formation of the thermoelectric conversion element itself, the number of thermoelectric conversion elements is increased as much as possible to improve the overall power generation capacity.

排気ポートの断面形状が,直線部分と円弧状部分とを有する形状に設定され,
前記収納凹部が,前記直線部分に形成されて,その底壁部分が全体的に平坦面とされており,
前記熱電変換素子が,全体的に平板状とされている,
ようにすることができる(請求項3対応)。この場合,熱電変換素子を,複雑形状とすることなく安価に製造できる平板状として,コスト低減等の上で好ましいものとなる。
The cross-sectional shape of the exhaust port is set to a shape having a straight part and an arcuate part,
The storage recess is formed in the straight portion, and the bottom wall portion is entirely flat;
The thermoelectric conversion element is generally flat.
(Claim 3). In this case, the thermoelectric conversion element is preferably a flat plate that can be manufactured at low cost without a complicated shape in terms of cost reduction.

前記収納凹部が,排気マニホールドの取付面に開口されており,
前記熱電変換素子が,前記収納凹部に対応した形状に設定されて,該収納凹部に対して前記取付面側からスライド式に取付られるように設定されており,
前記収納凹部内に配設された前記熱電変換素子が,該収納凹部の壁面によって,それぞれ排気ポートの奥側と周方向各側と径方向各側との各方向への変位が規制されており,
前記取付面に取付けられた前記排気マニホールドのフランジ部によって,前記熱電変換素子の前記収納凹部からの抜けが規制されている,
ようにすることができる(請求項4対応)。この場合,収納凹部を利用して熱電変換素子の不必要な変位を規制しつつ,大きな作業空間を確保し易い排気マニホールド取付面側から熱電変換素子を取付けられることができ,しかも既存の排気マニホールドによって熱電変換素子の収納凹部からの抜けを規制することができる。さらに,収納凹部のうち排気マニホールド取付面側を排気マニホールドのフランジ部によって塞いで,収納凹部内への排気ガス流入を極力防止する上でも好ましいものとなる。
The storage recess is open to the mounting surface of the exhaust manifold;
The thermoelectric conversion element is set in a shape corresponding to the storage recess, and is set to be slidably attached to the storage recess from the mounting surface side;
Displacement of the thermoelectric conversion element disposed in the storage recess in each direction on the back side of the exhaust port, each side in the circumferential direction, and each side in the radial direction is regulated by the wall surface of the storage recess. ,
The flange portion of the exhaust manifold attached to the attachment surface restricts removal of the thermoelectric conversion element from the storage recess.
(Claim 4). In this case, the thermoelectric conversion element can be mounted from the exhaust manifold mounting surface side where a large working space can be easily secured while restricting unnecessary displacement of the thermoelectric conversion element using the storage recess, and the existing exhaust manifold Therefore, the removal of the thermoelectric conversion element from the housing recess can be regulated. Further, the exhaust manifold mounting surface side of the storage recess is closed by the flange portion of the exhaust manifold, which is preferable in preventing exhaust gas from flowing into the storage recess as much as possible.

前記高温側面が,排気ポート内周面形状に対応した形状に設定され,
前記高温側面が,排気ポート内周面と面一とされて,排気ポート内周面の一部を構成している,
ようにすることができる(請求項5対応)。この場合,熱電変換素子が排気ガスの流れの抵抗とならないようにして,排気ガスのスムーズな流れを確保する上で好ましいものとなる。
The high temperature side surface is set to a shape corresponding to the inner peripheral surface shape of the exhaust port,
The high temperature side surface is flush with the inner peripheral surface of the exhaust port and constitutes a part of the inner peripheral surface of the exhaust port.
(Corresponding to claim 5). In this case, it is preferable for ensuring a smooth flow of the exhaust gas by preventing the thermoelectric conversion element from resisting the flow of the exhaust gas.

内燃機関の排気ポート内に,熱伝導性の高い材質からなる断面環状とされたインサート部材が嵌合され,
前記インサート部材の内周面側に,一面側が高温側面とされると共に他面側が低温側面とされて該高温側面と低温側面との間の温度差によって発電する熱電変換素子が,該高温側面が排気ポート内に臨む状態でもって保持されている,
ようにすることができる(請求項6対応)。この場合,熱電変換素子を,インサート部材を利用して排気ポートの所定位置に確実に配設する上で好ましいものとなる。また,熱電変換素子の高温側面が直接排気ガスに曝されるので,高温側面を極力高温化することによる発電能力向上の上で好ましいものとなる。さらに,慎重な取扱が要請される熱電変換素子を,あらかじめインサート部材に保持させた後に内燃機関への取付作業等を行うことができ,熱電変換素子の取付作業の容易化やその保護の上でも好ましいものとなる。
An insert member having an annular cross section made of a material having high thermal conductivity is fitted into the exhaust port of the internal combustion engine.
A thermoelectric conversion element for generating electric power due to a temperature difference between the high temperature side surface and the low temperature side surface on one side of the inner surface of the insert member is a high temperature side surface and the other surface side is a low temperature side surface. Held in a state facing the exhaust port,
(Corresponding to claim 6). In this case, the thermoelectric conversion element is preferable for reliably arranging the thermoelectric conversion element at a predetermined position of the exhaust port by using the insert member. Further, since the high temperature side surface of the thermoelectric conversion element is directly exposed to the exhaust gas, it is preferable for improving the power generation capacity by increasing the temperature of the high temperature side surface as much as possible. Furthermore, thermoelectric conversion elements that require careful handling can be attached to the internal combustion engine after the insert members have been held in advance. This is preferable.

前記インサート部材の内周面に,排気ポート内に開口する収納凹部が形成され,
前記収納凹部内に,前記高温側面が排気ポート内に臨む状態でもって前記熱電変換素子が配設され,
前記高温側面が排気ポート内周面形状に対応した形状に設定され,
前記高温側面が,排気ポート内周面と面一とされて,排気ポートの内周面の一部を構成している,
ようにすることができる(請求項7対応)。この場合,熱電変換素子は収納凹部内に収納するようにしてあるので,熱電変換素子のしっかりとした取付けを確保しつつ,熱電変換素子の周囲面特に低温側面を排気ガスから保護する上でも好ましいものとなる。また,熱電変換素子が排気ガスの流れの抵抗をならないようにして,排気ガスのスムーズな流れを確保する上でも好ましいものとなる。
A housing recess that opens into the exhaust port is formed on the inner peripheral surface of the insert member,
The thermoelectric conversion element is disposed in the storage recess with the high temperature side faced in the exhaust port,
The high temperature side surface is set to a shape corresponding to the inner peripheral surface shape of the exhaust port,
The high temperature side surface is flush with the inner peripheral surface of the exhaust port and constitutes a part of the inner peripheral surface of the exhaust port.
(Corresponding to claim 7). In this case, since the thermoelectric conversion element is housed in the housing recess, it is preferable to protect the peripheral surface of the thermoelectric conversion element, particularly the low-temperature side surface, from the exhaust gas while ensuring a firm attachment of the thermoelectric conversion element. It will be a thing. In addition, it is preferable for ensuring a smooth flow of the exhaust gas by preventing the thermoelectric conversion element from resisting the flow of the exhaust gas.

前記熱電変換素子の出力端子部が,前記低温側面に位置設定されており,
前記インサート部材に,前記出力端子部に臨む切欠部が形成され,
前記熱電変換素子で発電された電力を外部に取り出すためのリード線が,前記切欠部を通して前記出力端子部に接続されている,
ようにすることができる(請求項8対応)。この場合,熱電変換素子の出力端子部に対するリード線の接続を,インサート部材に形成された切欠部を利用して容易に行うことができる。
The output terminal portion of the thermoelectric conversion element is positioned on the low temperature side surface,
The insert member is formed with a notch facing the output terminal portion,
A lead wire for taking out the electric power generated by the thermoelectric conversion element is connected to the output terminal portion through the notch,
(Claim 8). In this case, the connection of the lead wire to the output terminal portion of the thermoelectric conversion element can be easily performed using the cutout portion formed in the insert member.

内燃機関の排気ポート内に,熱伝導性の高い材質からなる断面環状とされたインサート部材が嵌合され,
前記インサート部材の外周面側に,一面側が高温側面とされると共に他面側が低温側面とされて該高温側面と低温側面との間の温度差によって発電する熱電変換素子が,該高温側面が排気ポートの径方向中心側を向く状態でもって保持されている,
ようにすることができる(請求項9対応)。この場合,熱電変換素子を,インサート部材を利用して排気ポートの所定位置に確実に配設する上で好ましいものとなる。また,慎重な取扱が要請される熱電変換素子を,あらかじめインサート部材に保持させた後に内燃機関への取付作業等を行うことができ,熱電変換素子の取付作業の容易化やその保護の上でも好ましいものとなる。さらに,熱電変換素子が直接排気ガスに曝されるのをインサート部材によって防止して,熱電変換素子の排気ガスによる汚損防止の上でも好ましいものとなる。
An insert member having an annular cross section made of a material having high thermal conductivity is fitted into the exhaust port of the internal combustion engine.
A thermoelectric conversion element for generating electric power due to a temperature difference between the high temperature side surface and the low temperature side surface with one surface side being a high temperature side surface and the other surface side being a low temperature side surface on the outer peripheral surface side of the insert member. It is held with the port facing the radial center.
(Corresponding to claim 9). In this case, the thermoelectric conversion element is preferable for reliably arranging the thermoelectric conversion element at a predetermined position of the exhaust port by using the insert member. In addition, a thermoelectric conversion element that requires careful handling can be attached to an internal combustion engine after it is held in advance by an insert member. This is preferable. Further, it is preferable to prevent the thermoelectric conversion element from being directly exposed to the exhaust gas by the insert member and to prevent the thermoelectric conversion element from being damaged by the exhaust gas.

前記インサート部材の外周面に収納凹部が形成され,
前記収納凹部内に前記熱電変換素子が配設されている,
ようにすることができる(請求項10対応)。この場合,熱電変換素子は収納凹部内に収納するようにしてあるので,熱電変換素子のしっかりとした取付けを確保しつつ,熱電変換素子の周囲面を排気ガスが保護する上でも好ましいものとなる
A storage recess is formed on the outer peripheral surface of the insert member,
The thermoelectric conversion element is disposed in the storage recess,
(Corresponding to claim 10). In this case, since the thermoelectric conversion element is housed in the housing recess, it is preferable for the exhaust gas to protect the peripheral surface of the thermoelectric conversion element while securing the thermoelectric conversion element to be firmly attached.

前記インサート部材の内周面形状が排気ポートの内周面形状に対応した形状となるように設定され,
前記インサート部材の内周面が,排気ポートの内周面と面一とされて,排気ポート内周面の一部を構成している,
ようにすることができる(請求項11対応)。この場合,インサート部材が排気ガスの流れの抵抗とならないようにして,排気ガスのスムーズな流れを確保する上で好ましいものとなる。
The inner peripheral surface shape of the insert member is set to be a shape corresponding to the inner peripheral surface shape of the exhaust port,
The inner peripheral surface of the insert member is flush with the inner peripheral surface of the exhaust port and constitutes a part of the inner peripheral surface of the exhaust port.
(Corresponding to claim 11). In this case, the insert member does not become a resistance to the flow of the exhaust gas, which is preferable for ensuring a smooth flow of the exhaust gas.

排気ポート内周面に,排気マニホールドの取付面側に開口された断面環状の取付凹部が形成され,
前記インサート部材が,前記取付面側から前記取付凹部内にスライド式に嵌合されて,該取付面に取付けられる前記排気マニホールドのフランジ部によって該取付凹部からの抜けが規制されている,
ようにすることができる(請求項12対応)。この場合,インサート部材やこれに保持された熱電変換素子を,広い作業空間を確保し易い排気マニホールド取付面側から行うことができ,取付作業容易化の上で好ましいものとなる。また,既存の排気マニホールドを利用して,インサート部材つまりこれに保持された熱電変換素子の排気マニホールド取付面側からの抜けを規制することができる。
On the inner peripheral surface of the exhaust port, a mounting recess with an annular cross section opened on the mounting surface side of the exhaust manifold is formed.
The insert member is slidably fitted into the mounting recess from the mounting surface side, and the escape from the mounting recess is restricted by the flange portion of the exhaust manifold mounted on the mounting surface.
(Corresponding to claim 12). In this case, the insert member and the thermoelectric conversion element held by the insert member can be performed from the exhaust manifold mounting surface side where it is easy to secure a wide working space, which is preferable for facilitating the mounting work. In addition, the existing exhaust manifold can be used to restrict the insertion member, that is, the thermoelectric conversion element held by the exhaust member from the exhaust manifold mounting surface side.

本発明によれば,排気ガスの有する高温をより十分に活かして,より効果的に発電を行うことができる。   According to the present invention, power can be generated more effectively by making full use of the high temperature of the exhaust gas.

図1において,Eは往復動型とされた火花点火式の内燃機関であり,1はシリンダヘッド,2はシリンダブロック,3はピストン,4は燃焼室である。図2に示すように,燃焼室4に連なる吸気ポート5は,それぞれ図示を略す吸気弁によって開閉される2つの独立ポート部5A,5Bと,この2つの独立ポート部5A,5Bの上流側端同士が集合された集合ポート部5Cとを有し,集合ポート部5Cが図示を略す吸気マニホールドに接続される。図2に示すように,燃焼室4に連なる排気ポート6は,それぞれ図示を略す排気弁によって開閉される2つの独立ポート部6A,6Bと,この2つの独立ポート部6A,6Bの下流側端同士が集合された集合ポート部6Cとを有し,集合ポート部6Cが排気マニホールド7に接続される。このように,実施形態では,内燃機関Eは,1つの気筒に対して2つの吸気弁と2つの排気弁とを有するものとなっている。   In FIG. 1, E is a reciprocating spark ignition internal combustion engine, 1 is a cylinder head, 2 is a cylinder block, 3 is a piston, and 4 is a combustion chamber. As shown in FIG. 2, the intake port 5 connected to the combustion chamber 4 includes two independent port portions 5A and 5B that are opened and closed by an intake valve (not shown), and upstream ends of the two independent port portions 5A and 5B. And the collective port portion 5C is connected to an intake manifold (not shown). As shown in FIG. 2, the exhaust port 6 connected to the combustion chamber 4 includes two independent port portions 6A and 6B that are opened and closed by an exhaust valve (not shown), and downstream ends of the two independent port portions 6A and 6B. The collection port portion 6 </ b> C is assembled with each other, and the collection port portion 6 </ b> C is connected to the exhaust manifold 7. Thus, in the embodiment, the internal combustion engine E has two intake valves and two exhaust valves for one cylinder.

排気ポート6の管壁,より具体的には排気ポート6のうちその集合ポート部6Cの周囲には,その上方と下方とにおいてそれぞれ冷却水通路8が形成されて,排気ポート付近の管壁が十分に冷却されるようになっている。なお,その他の冷却水通路が符合9で示されるが,各冷却水通路8と9とは互いに連通しているものである。   A cooling water passage 8 is formed at the upper and lower sides of the pipe wall of the exhaust port 6, more specifically, around the collecting port portion 6 </ b> C of the exhaust port 6. It is designed to be cooled sufficiently. The other cooling water passages are indicated by reference numeral 9, but the cooling water passages 8 and 9 communicate with each other.

集合ポート部6Cの内壁面(内周面)には,熱電変換素子(熱電モジュール)10が取付けられている。熱電変換素子10は,半導体を利用して全体的に平板状に形成されて,その一面側が高温を受けるための高温側面10aとされ,その他面側が低温を受けるための低温側面10bとされている。そして,高温側面10aと低温側面10bとの温度差に応じて発電するようになっており,実施形態では,500度C程度の極めて高い耐熱性を有するものが用いられている。このような熱電変換素子10としては,例えば株式会社東芝製の商品名「GIGA TOPAZ」(登録商標)を用いることができる。   A thermoelectric conversion element (thermoelectric module) 10 is attached to the inner wall surface (inner peripheral surface) of the collecting port portion 6C. The thermoelectric conversion element 10 is formed into a flat plate as a whole using a semiconductor, and one surface side thereof is a high temperature side surface 10a for receiving a high temperature, and the other surface side is a low temperature side surface 10b for receiving a low temperature. . Then, power is generated according to the temperature difference between the high temperature side surface 10a and the low temperature side surface 10b, and in the embodiment, a material having extremely high heat resistance of about 500 ° C. is used. As such a thermoelectric conversion element 10, for example, a trade name “GIGA TOPAZ” (registered trademark) manufactured by Toshiba Corporation can be used.

熱電変換素子10の取付態様の詳細について,図4,図5を参照しつつ説明する。まず,集合ポート部6Cの断面形状は,図5に示すように横長(気筒配列方向)とされたほぼ楕円形状となっていて,上面6aと下面6bとがほぼ直線状とされる一方,左右の各側面6c,6dはほぼ半円状とされている。上記上面6aと下面6bとには,それぞれ,集合ポート部6C方向に伸びる収納凹部11が形成されている。この収納凹部11は,集合ポート部6Cの外部開口端面つまり排気マニホールド7の取付面1aに開口されている。また,収納凹部11は,集合ポート部6C内に向けての開口幅が徐々に狭くなるように形成されており(あり溝形式),ここに挿入する熱電変換素子10の低温側面10bを所定の面圧(1MPa程度が好ましい)をもって収納凹部11(の底壁面)に当接させることができる(熱伝達率の向上)。さらに,収納凹部11の底壁面(熱電変換素子10の低温側面10bが臨む側の面)は平坦面とされている。熱電変換素子10は,その断面形状が収納凹部11の断面形状に対応した形状に設定されて,収納凹部11に対して集合ポート部6Cの外部開口端面側からがたつきなくスライド式に嵌合される。このような収納凹部11の上方あるいは下方の直近に,収納凹部11に沿うようにして前述した冷却水通路8が位置されている。   The detail of the attachment aspect of the thermoelectric conversion element 10 is demonstrated referring FIG. 4, FIG. First, as shown in FIG. 5, the cross-sectional shape of the collective port portion 6C is an oblong shape that is horizontally long (cylinder arrangement direction), and the upper surface 6a and the lower surface 6b are substantially straight, The side surfaces 6c and 6d are substantially semicircular. The upper surface 6a and the lower surface 6b are respectively formed with storage recesses 11 extending in the direction of the collecting port portion 6C. The storage recess 11 is open to the outer opening end face of the collective port portion 6C, that is, the mounting face 1a of the exhaust manifold 7. The storage recess 11 is formed so that the opening width toward the inside of the collecting port portion 6C is gradually narrowed (a dovetail type), and the low-temperature side surface 10b of the thermoelectric conversion element 10 inserted therein is set to a predetermined width. It can be brought into contact with the housing recess 11 (the bottom wall surface thereof) with a surface pressure (preferably about 1 MPa) (improvement of heat transfer coefficient). Furthermore, the bottom wall surface of the storage recess 11 (the surface on the side facing the low temperature side surface 10b of the thermoelectric conversion element 10) is a flat surface. The thermoelectric conversion element 10 is set to have a cross-sectional shape corresponding to the cross-sectional shape of the storage recess 11 and is slidably fitted into the storage recess 11 from the external opening end face side of the collective port portion 6C. Is done. The cooling water passage 8 described above is positioned along the storage recess 11 in the immediate vicinity of the storage recess 11 above or below.

収納凹部11内に収納された熱電変換素子10は,収納凹部11の奥側壁面に当接することにより,集合ポート部6Cの奥側(燃焼室4に向かう側)に向けての変位が規制され,収納凹部11の左右側面に当接することにより集合ポート部6Cの周方向各側への変位が規制され,収納凹部11の集合ポート部6C内への開口幅が徐々に小さくなっていることにより集合ポート部6Cの径方向中心側に向けての変位が規制され,収納凹部11の底壁面に当接することにより集合ポート部6Cの径方向外方側への変位が規制される。収納凹部11に収納された熱電変換素子10は,排気マニホールド7によって収納凹部11からの抜けが規制される。すなわち,収納凹部11に熱電変換素子10を収納した状態で,取付面1aに着座されるガスケット12によって収納凹部11の外部(取付面1a)への開口部位が施蓋され,このガスケット12の上から排気マニホールド7のフランジ部7aが着座された状態で,このフランジ部7aがボルト13によってシリンダヘッド1(の取付面1a)に締結される。このように,従来から行われている排気マニホールド7の内燃機関Eへの取付けを有効に利用して,熱電変換素子10の収納凹部11からの抜けを規制するようになっている。なお,収納凹部11は,シリンダヘッド1の製造時(鋳造時)に同時に形成されるもので,その深さは鋳造時では熱電変換素子10の厚さよりも若干大きくされる。シリンダヘッド1の製造後に,集合ポート部6Cの内面を研削等に仕上げ加工する際に,収納凹部11の深さが熱電変換素子10の厚さに対応した厚さとなるまで小さくされる。   The thermoelectric conversion element 10 housed in the housing recess 11 abuts against the back side wall surface of the housing recess 11, thereby restricting displacement toward the back side (side toward the combustion chamber 4) of the collecting port portion 6 </ b> C. , By contacting the left and right side surfaces of the storage recess 11, the displacement of the collective port portion 6 </ b> C in each circumferential direction is restricted, and the opening width of the storage recess 11 into the collective port portion 6 </ b> C is gradually reduced. Displacement of the collecting port portion 6C toward the center in the radial direction is restricted, and contact with the bottom wall surface of the storage recess 11 restricts displacement of the collecting port portion 6C to the radially outward side. The thermoelectric conversion element 10 housed in the housing recess 11 is restricted from being removed from the housing recess 11 by the exhaust manifold 7. That is, in a state where the thermoelectric conversion element 10 is housed in the housing recess 11, an opening portion to the outside of the housing recess 11 (mounting surface 1 a) is covered with the gasket 12 seated on the mounting surface 1 a, and the top of the gasket 12 is covered. In the state where the flange portion 7a of the exhaust manifold 7 is seated, the flange portion 7a is fastened to the cylinder head 1 (the mounting surface 1a thereof) by the bolt 13. As described above, the attachment of the exhaust manifold 7 to the internal combustion engine E, which has been conventionally performed, is effectively used to regulate the removal of the thermoelectric conversion element 10 from the housing recess 11. The storage recess 11 is formed at the same time when the cylinder head 1 is manufactured (at the time of casting), and the depth thereof is slightly larger than the thickness of the thermoelectric conversion element 10 at the time of casting. After the cylinder head 1 is manufactured, when the inner surface of the collective port portion 6C is finished by grinding or the like, the depth of the storage recess 11 is reduced to a thickness corresponding to the thickness of the thermoelectric conversion element 10.

収納凹部11内に収納された熱電変換素子10は,その高温側面10aが集合ポート部6Cの内周面と面一となってその一部を構成するようになっている。これにより,熱電変換素子10によって排気ガスの流れを妨げることなく,高温側面10aが集合ポート部6Cを流れる高温の排気ガスに直接曝されることになる。熱電変換素子10の低温側面10bは,その直近に冷却水通路8が位置されて,冷却水通路8内を流れる冷却水によって十分に冷却されるようになっている。このようにして,熱電変換素子10の高温側面10aと低温側面10bとは,極めて大きな温度差が得られるような位置設定とされている。   The thermoelectric conversion element 10 housed in the housing recess 11 is configured such that its high temperature side surface 10a is flush with the inner peripheral surface of the collecting port portion 6C. Thus, the high temperature side surface 10a is directly exposed to the high temperature exhaust gas flowing through the collecting port portion 6C without hindering the flow of the exhaust gas by the thermoelectric conversion element 10. The low-temperature side surface 10 b of the thermoelectric conversion element 10 has the cooling water passage 8 positioned in the immediate vicinity thereof, and is sufficiently cooled by the cooling water flowing in the cooling water passage 8. In this way, the high temperature side surface 10a and the low temperature side surface 10b of the thermoelectric conversion element 10 are set so as to obtain a very large temperature difference.

熱電変換素子10は,発電した電力の出力端子部10c(プラス側とマイナス側との2つある)が,低温側面10b側に位置設定されている。排気ポート管壁には,一端が出力端子部10cに臨むと共に,他端がシリンダヘッド1の外部に開口する開口部14が形成されている。この開口部14の外部への開口部位は,排気マニホールド7のフランジ部7aに対してクランク軸方向にオフセットされた位置とされている(フランジ部7aに対して上方あるいは下方にオフセットされた位置)。熱電変換素子10で発電された電力を外部に取り出すためのリード線15が,開口部14を通して配設されて,その先端部が熱電変換素子10の出力端子部10cに接続されている。すなわち,リード線15の先端部は,図6に示すように,その先端を残して例えばセラミックス等の耐熱性絶縁材からなるカバー部材16によって被覆されていて,カバー部材16が開口部14内にがたつきなく嵌合されるようになっている。カバー部材16を開口部14内に深く挿入することにより,リード線15の先端部が熱電変換素子10の出力端子部10cに当接されて,出力端子部10cからの電力がリード線15を通して外部に取り出されることになる。なお,カバー部材16は,耐熱性接着剤等により排気ポート管壁に固定される。   In the thermoelectric conversion element 10, the output terminal portion 10c (there are two on the plus side and the minus side) of the generated power is positioned on the low temperature side surface 10b side. The exhaust port pipe wall is formed with an opening 14 having one end facing the output terminal portion 10 c and the other end opening to the outside of the cylinder head 1. The opening portion to the outside of the opening portion 14 is a position offset in the crankshaft direction with respect to the flange portion 7a of the exhaust manifold 7 (a position offset upward or downward with respect to the flange portion 7a). . A lead wire 15 for taking out the electric power generated by the thermoelectric conversion element 10 is disposed through the opening 14, and its tip is connected to the output terminal portion 10 c of the thermoelectric conversion element 10. That is, as shown in FIG. 6, the leading end portion of the lead wire 15 is covered with a cover member 16 made of a heat-resistant insulating material such as ceramics, leaving the leading end, and the cover member 16 is placed in the opening portion 14. It is designed to be fitted without rattling. By inserting the cover member 16 deeply into the opening 14, the leading end of the lead wire 15 is brought into contact with the output terminal portion 10 c of the thermoelectric conversion element 10, and the electric power from the output terminal portion 10 c is externally passed through the lead wire 15. Will be taken out. The cover member 16 is fixed to the exhaust port pipe wall with a heat resistant adhesive or the like.

なお,開口部14とリード線15は,各熱電変換素子10毎に設けられる(実施形態では2組設けられる)。また,開口部14の外部開口位置を,集合ポート部6Cの外部開口部位に対して左右方向(気筒配列方向)にオフセットさせた位置とすることも考えられるが,エンジン特に自動車用エンジンの多くはガスケット12が気筒配列方向に連なった1枚ものとされていることが多いので,このガスケット12が邪魔にならないように,実施形態で示すように集合ポート部6Cの外部開口位置に対して上下方向にオフセットさせた位置に開口させるのが好ましいものである。さらに,開口部14は,外部に向かうにつれて取付面1a側に近づくように(シリンダヘッド壁から離れていくように)斜めに形成されており,これにより,ドリル等の回転工具によって開口部14を形成(加工)する場合にシリンダヘッド壁との干渉が防止され,しかもリード線15の挿入も容易となる。   The opening 14 and the lead wire 15 are provided for each thermoelectric conversion element 10 (two sets are provided in the embodiment). In addition, it is conceivable that the position of the external opening of the opening 14 is offset in the left-right direction (cylinder arrangement direction) with respect to the external opening of the collecting port 6C. In many cases, the gasket 12 is one continuous in the cylinder arrangement direction, so that the gasket 12 does not get in the way, as shown in the embodiment, the vertical direction with respect to the external opening position of the collective port portion 6C. It is preferable that the opening is made at a position offset at a distance. Further, the opening 14 is formed obliquely so as to approach the mounting surface 1a side toward the outside (so as to move away from the cylinder head wall), whereby the opening 14 is formed by a rotary tool such as a drill. When forming (processing), interference with the cylinder head wall is prevented, and the lead wire 15 can be easily inserted.

以上のような構成において,熱電変換素子10の高温側面10aは,高温の排気ガスに直接曝されて,極めて高温となる。この一方,熱電変換素子10の低温側面10bは,シリンダヘッド温度付近の低温となり,特に近くに冷却水通路8が位置しているので十分に低温となる。このため,高温側面10aと低温側面10bとの間の温度差が極めて大きくなって,熱電変換素子10は極めて効果的な発電を行うことになる。熱電変換素子10によって発電された電力は,リード線15によって外部に取り出されて,例えばバッテリの充電等適宜の用途に用いられる。熱電変換素子10は,収納凹部11内に収納されるので,熱電変換素子10の周囲面(特に低温側面10b)が排気ガスに極力曝されないようにする上で好ましいものとなっている。なお,熱電変換素子10を,収納凹部11に対して圧入することにより収納凹部11との隙間を無くしたり,あるいは耐熱性の接着剤(充・剤)を用いて収納凹部11との間の隙間を埋めるようにしてもよい。   In the configuration as described above, the high temperature side surface 10a of the thermoelectric conversion element 10 is directly exposed to high temperature exhaust gas and becomes extremely high temperature. On the other hand, the low-temperature side surface 10b of the thermoelectric conversion element 10 is a low temperature near the cylinder head temperature, and is particularly low because the cooling water passage 8 is located nearby. For this reason, the temperature difference between the high temperature side surface 10a and the low temperature side surface 10b becomes extremely large, and the thermoelectric conversion element 10 performs extremely effective power generation. The electric power generated by the thermoelectric conversion element 10 is taken out by the lead wire 15 and used for an appropriate application such as battery charging. Since the thermoelectric conversion element 10 is housed in the housing recess 11, it is preferable to prevent the peripheral surface (particularly the low temperature side surface 10b) of the thermoelectric conversion element 10 from being exposed to exhaust gas as much as possible. The thermoelectric conversion element 10 is press-fitted into the housing recess 11 to eliminate the gap with the housing recess 11 or with a heat resistant adhesive (filler) between the housing recess 11. You may make it fill up.

排気ポート6は,排気ガスの流れ方向において,燃焼室4付近からほぼ上方に伸びた後,途中で横方向に向きを変えるように湾曲されている。排気ガスは,排気ポートの湾曲部位の外側部分およびこれに連なる延長部分を多く流れることになる。つまり,排気ポート6(集合ポート部6C)の断面での排気ガスの流れを見たとき,特に集合ポート部6Cの上方に位置された熱電変換素子10に対して多く排気ガスが流れて,この上方に位置される熱電変換素子10での発電がより効果的に行われることになる。   The exhaust port 6 is curved so as to change the direction in the horizontal direction in the middle after extending substantially upward from the vicinity of the combustion chamber 4 in the flow direction of the exhaust gas. Exhaust gas flows through the outer portion of the curved portion of the exhaust port and the extended portion connected to the outer portion. That is, when the flow of the exhaust gas in the cross section of the exhaust port 6 (collection port portion 6C) is seen, a large amount of exhaust gas flows especially to the thermoelectric conversion element 10 positioned above the collective port portion 6C. Power generation by the thermoelectric conversion element 10 positioned above is performed more effectively.

図7,図8は,本発明の第2の実施形態を示すもので,前記実施形態と同一構成要素には同一符合を付してその重複した説明は省略する(このことは以下の第3の実施形態についても同じ)。本実施形態では,熱電変換素子10Bを,別途インサート部材(ホルダ)20を用いて排気ポート管壁に組み込むようにしてある。すなわち,インサート部材20は,例えば銅を主体とした合金や鉄を主体とした合金等により形成されて,熱伝導性が優れていると共に耐熱性を十分に有しており,全体的に円筒形とされている。このインサート部材20の外周面には,周方向間隔をあけて2つの収納凹部21が形成されている。この収納凹部21は,インサート部材20の軸線方向一端部側にのみ開口されている。収納凹部21がインサート部材20の周方向において円弧状とされる関係上,熱電変換素子10Bも全体的に円弧状に湾曲して形成されている。熱電変換素子10Bは,収納凹部21内に収納されるが,この収納状態において,熱電変換素子10Bの外周面は,インサート部材20の外周面と面一とされてその一部を構成するようになっている。なお,収納凹部21のうちインサート部材20の径方向外方側への開口幅を徐々に小さくなるよう設定してもよく,この場合は,熱電変換素子10Bを,インサート部材20の軸線方向一端側から収納凹部11に対してスライド式に嵌合させればよい。   7 and 8 show a second embodiment of the present invention. The same components as those in the above-described embodiment are given the same reference numerals, and redundant description thereof is omitted (this is the following third embodiment). The same applies to the embodiment of the above). In this embodiment, the thermoelectric conversion element 10 </ b> B is separately incorporated into the exhaust port pipe wall using an insert member (holder) 20. That is, the insert member 20 is formed of, for example, an alloy mainly composed of copper or an alloy mainly composed of iron, and has excellent heat conductivity and sufficient heat resistance, and is generally cylindrical. It is said that. Two storage recesses 21 are formed on the outer peripheral surface of the insert member 20 at intervals in the circumferential direction. The housing recess 21 is opened only on one end side in the axial direction of the insert member 20. The thermoelectric conversion element 10 </ b> B is also entirely curved in an arc shape because the storage recess 21 has an arc shape in the circumferential direction of the insert member 20. The thermoelectric conversion element 10B is housed in the housing recess 21. In this housed state, the outer peripheral surface of the thermoelectric conversion element 10B is flush with the outer peripheral surface of the insert member 20 to form a part thereof. It has become. In addition, the opening width to the radially outer side of the insert member 20 in the storage recess 21 may be set to be gradually reduced. In this case, the thermoelectric conversion element 10B is connected to one end in the axial direction of the insert member 20. To the storage recess 11 in a sliding manner.

集合ポート部6Cは,その断面形状が円形とされて,その内周面には,取付凹部23が形成されている(前記実施形態における収納凹部11に相当)。この取付凹部23は,断面円環状とされて,排気マニホールド取付面1aに開口されている。インサート部材20は,取付面1a側から取付凹部23内に嵌合される。取付凹部23に収納されたインサート部材20の内周面は,集合ポート部6Cの内周面と面一とされてその一部を構成するようになっている。本実施形態でも,各熱電変換素子10Bの低温側面10bに出力端子部10cが形成されて,排気ポート管壁に形成された開口部14内を通して配設されるリード線15(図7,図8では図示を略す)によって,発電電力が外部へ取り出されるようになっている。   The collective port portion 6C has a circular cross-sectional shape, and an attachment recess 23 is formed on the inner peripheral surface thereof (corresponding to the storage recess 11 in the above embodiment). The mounting recess 23 has an annular cross section and is open to the exhaust manifold mounting surface 1a. The insert member 20 is fitted into the mounting recess 23 from the mounting surface 1a side. The inner peripheral surface of the insert member 20 housed in the mounting recess 23 is flush with the inner peripheral surface of the collective port portion 6C to constitute a part thereof. Also in this embodiment, an output terminal portion 10c is formed on the low temperature side surface 10b of each thermoelectric conversion element 10B, and the lead wire 15 (FIGS. 7 and 8) disposed through the opening 14 formed in the exhaust port pipe wall. ), The generated power is taken out to the outside.

本実施形態においては,熱電変換素子10Bの高温側面10aが,インサート部材20を介して集合ポート部6C側に位置されて高温となって,発電を行うことになる。インサート部材20のうち熱電変換素子10Bの高温側面10aが臨む部分は,収納凹部21を形成した関係上薄肉となっており,排気ガスの有する高熱を高温側面10aへ伝達する上で好ましいものとなる。本実施形態では,慎重な取扱が望まれる熱電変換素子10Bを,あらかじめインサート部材20に組み込んでおくことにより,このインサート部材20で保護された状態でもって排気ポート管壁への組み付け作業を行うことができる。また,熱電変換素子10Bが汚い排気ガスに直接接触するのが防止されることになる(熱電変換素子10Bに比して極めて安価なインサート部材20のみをその汚損時に交換することも可能)。   In the present embodiment, the high-temperature side surface 10a of the thermoelectric conversion element 10B is positioned on the collecting port portion 6C side via the insert member 20 and becomes high temperature to generate power. The portion of the insert member 20 facing the high temperature side surface 10a of the thermoelectric conversion element 10B is thin due to the formation of the housing recess 21, which is preferable for transmitting the high heat of the exhaust gas to the high temperature side surface 10a. . In the present embodiment, the thermoelectric conversion element 10B, which requires careful handling, is assembled in the insert member 20 in advance, so that the assembly operation to the exhaust port pipe wall is performed in a state protected by the insert member 20. Can do. In addition, the thermoelectric conversion element 10B is prevented from coming into direct contact with the dirty exhaust gas (only the insert member 20 which is extremely inexpensive as compared with the thermoelectric conversion element 10B can be replaced at the time of the contamination).

図9,図10は本発明の第3の実施形態を示すものである。本実施形態では,図7,図8の第2の実施形態と同様に,円筒形のインサート部材20Bを用いてある。ただし,本実施形態では,熱電変換素子10Bが収納される収納凹部21を,インサート部材20Bの内周面に形成するようにしてある。収納凹部21に熱電変換素子10Bを収納した状態で,熱電変換素子10Bの内周面がインサート部材20Bの内周面と面一となってその一部を構成するようになっている(熱電変換素子10Bの内周面が,集合ポート部6Cの内周面と面一となってその一部を構成する)。そして,インサート部材20Bの一部には,収納凹部2に収納された熱電変換素子10Bの出力端子部10cに臨む位置において,切欠部25を形成してある。リード線15(図9,図10では図示を略す)を,開口部14から切欠部25を通して配設することにより,その先端部を出力端子部10cに接触させることが可能となる。本実施形態では,インサート部材20Bによる熱電変換素子10Bの保護を図りつつ,熱電変換素子10Bの高温側面10aを集合ポート部6C内に直接露出させるようにして,高温側面10aが排気ガスによって十分に高温とされる設定となっている。   9 and 10 show a third embodiment of the present invention. In the present embodiment, a cylindrical insert member 20B is used as in the second embodiment of FIGS. However, in this embodiment, the storage recess 21 in which the thermoelectric conversion element 10B is stored is formed on the inner peripheral surface of the insert member 20B. In a state where the thermoelectric conversion element 10B is housed in the housing recess 21, the inner peripheral surface of the thermoelectric conversion element 10B is flush with the inner peripheral surface of the insert member 20B to form a part thereof (thermoelectric conversion). The inner peripheral surface of the element 10B is flush with the inner peripheral surface of the collective port portion 6C and constitutes a part thereof). A notch 25 is formed in a part of the insert member 20B at a position facing the output terminal 10c of the thermoelectric conversion element 10B housed in the housing recess 2. By arranging the lead wire 15 (not shown in FIGS. 9 and 10) from the opening 14 through the notch 25, the tip end portion can be brought into contact with the output terminal portion 10c. In the present embodiment, while protecting the thermoelectric conversion element 10B by the insert member 20B, the high temperature side surface 10a of the thermoelectric conversion element 10B is directly exposed in the collecting port portion 6C so that the high temperature side surface 10a is sufficiently exhausted by the exhaust gas. It is set to be high temperature.

以上実施形態について説明したが,本発明は,実施形態に限定されるものではなく,特許請求の範囲の記載された範囲において適宜の変更が可能であり,例えば次のような場合をも含むものである。内燃機関Eとしては,ディーゼルエンジンで代表される圧縮点火式式であってもよく,あるいはロータリピストンエンジンであってもよい。また,1つの気筒に対して排気弁が1つのみあるいは3以上有するものであってもよい。特に1つの気筒に対して複数の排気弁を有する場合は,各排気弁によって個々独立して開閉される複数の独立ポート部の周囲に熱電変換素子10(10B)を配設するようにしてもよい。熱電変換素子10(10B)を全体的に集合ポート部6Cの断面形状に沿う環状にして,集合ポート部6Cの全周を取り巻くように配設するようにしてもよい。熱電変換素子10(10B)は,多気筒内燃機関において,各気筒に全て設けるようにしてもよく,あるいは一部の気筒に対してのみ設けるようにしてもよい。勿論,本発明の目的は,明記されたものに限らず,実質的に好ましいあるいは利点として表現されたものを提供することをも暗黙的に含むものである。   Although the embodiment has been described above, the present invention is not limited to the embodiment, and can be appropriately changed within the scope described in the scope of claims, and includes the following cases, for example. . The internal combustion engine E may be a compression ignition type represented by a diesel engine or a rotary piston engine. Further, one cylinder may have only one exhaust valve or three or more exhaust valves. In particular, when a plurality of exhaust valves are provided for one cylinder, the thermoelectric conversion elements 10 (10B) may be disposed around a plurality of independent port portions that are individually opened and closed by the respective exhaust valves. Good. The thermoelectric conversion element 10 (10B) may be annularly formed along the cross-sectional shape of the collective port portion 6C as a whole, and disposed so as to surround the entire circumference of the collective port portion 6C. The thermoelectric conversion element 10 (10B) may be provided for each cylinder in a multi-cylinder internal combustion engine, or may be provided only for some cylinders. Of course, the objects of the present invention are not limited to those specified, but implicitly include providing what is substantially preferred or expressed as an advantage.

本発明第適用された内燃機関の一例を示す側面断面図。The side sectional view showing an example of an internal combustion engine to which the present invention is applied. 図1のX2−X2線相当断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view corresponding to line X2-X2 in FIG. 1. 図1のX3−X3線相当断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view corresponding to line X3-X3 in FIG. 1. 図1における熱電変換素子付近での要部拡大断面図。The principal part expanded sectional view of the thermoelectric conversion element vicinity in FIG. 排気マニホールドを取外した状態での図4の左側面図。FIG. 5 is a left side view of FIG. 4 with the exhaust manifold removed. リード線の先端部の構造を示す側面断面図。Side surface sectional drawing which shows the structure of the front-end | tip part of a lead wire. 本発明の第2の実施形態を示すもので,図4に対応した断面図。Sectional drawing which shows the 2nd Embodiment of this invention and respond | corresponds to FIG. 図7の要部分解斜視図。The principal part disassembled perspective view of FIG. 本発明の第3の実施形態を示すもので,図4に対応した断面図。Sectional drawing which shows the 3rd Embodiment of this invention and respond | corresponds to FIG. 図9の要部分解斜視図。The principal part disassembled perspective view of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

E:内燃機関
1:シリンダヘッド
1a:排気マニホールド取付面(排気ポートの外部開口端面)
4:燃焼室
5:吸気ポート
6:排気ポート
6A,6B:独立ポート部
6C:集合ポート部
7:排気マニホールド
8,9:冷却水通路
10:熱電変換素子
10B:熱電変換素子(図7〜図10の実施形態)
10a:高温側面
10b:低温側面
10c:出力端子部
11:収納凹部
12:ガスケット
14:開口部(リード線配設用)
15:リード線
16:カバー部材
20:インサート部材(図7,図8の実施形態)
20B:インサート部材(図9,図10の実施形態)
21:収納凹部(図7〜図10の実施形態)
23:取付凹部(図7〜図10の実施形態)
25:切欠部(図7,図8の実施形態)
E: Internal combustion engine 1: Cylinder head 1a: Exhaust manifold mounting surface (external opening end surface of exhaust port)
4: Combustion chamber 5: Intake port 6: Exhaust port 6A, 6B: Independent port portion 6C: Collecting port portion 7: Exhaust manifold 8, 9: Cooling water passage 10: Thermoelectric conversion element 10B: Thermoelectric conversion element (FIGS. 7 to 5) Ten embodiments)
10a: High temperature side surface 10b: Low temperature side surface 10c: Output terminal portion 11: Storage recess 12: Gasket 14: Opening portion (for lead wire arrangement)
15: Lead wire 16: Cover member 20: Insert member (the embodiment shown in FIGS. 7 and 8)
20B: Insert member (the embodiment of FIGS. 9 and 10)
21: Storage recess (the embodiment of FIGS. 7 to 10)
23: Mounting recess (the embodiment of FIGS. 7 to 10)
25: Notch (the embodiment of FIGS. 7 and 8)

Claims (12)

内燃機関の排気ポート内周面に,排気ポート内に開口する収納凹部が形成され,
前記収納凹部内に,一面側が高温側面とされると共に他面側が低温側面とされて該高温側面と低温側面との間の温度差によって発電する熱電変換素子が,該高温側面が排気ポート内に臨む状態でもって配設されている,
ことを特徴とする内燃機関の排熱発電装置。
A storage recess opening in the exhaust port is formed on the inner peripheral surface of the exhaust port of the internal combustion engine,
A thermoelectric conversion element in which the one side is a high temperature side and the other side is a low temperature side and the power is generated by a temperature difference between the high temperature side and the low temperature side in the storage recess, the high temperature side is in the exhaust port. Arranged in a state of facing
An exhaust heat power generation apparatus for an internal combustion engine.
請求項1において,
前記収納凹部が排気ポートの周方向に間隔をあけて複数形成されて,該各収納凹部内にそれぞれ前記熱電変換素子が配設されている,ことを特徴とする内燃機関の排熱発電装置。
In claim 1,
An exhaust heat power generator for an internal combustion engine, wherein a plurality of the storage recesses are formed at intervals in the circumferential direction of the exhaust port, and the thermoelectric conversion element is disposed in each of the storage recesses.
請求項1または請求項2において,
排気ポートの断面形状が,直線部分と円弧状部分とを有する形状に設定され,
前記収納凹部が,前記直線部分に形成されて,その底壁部分が全体的に平坦面とされており,
前記熱電変換素子が,全体的に平板状とされている,
ことを特徴とする内燃機関の排熱発電装置。
In claim 1 or claim 2,
The cross-sectional shape of the exhaust port is set to a shape having a straight part and an arcuate part,
The storage recess is formed in the straight portion, and the bottom wall portion is entirely flat;
The thermoelectric conversion element is generally flat.
An exhaust heat power generation apparatus for an internal combustion engine.
請求項1ないし請求項3のいずれか1項において,
前記収納凹部が,排気マニホールドの取付面に開口されており,
前記熱電変換素子が,前記収納凹部に対応した形状に設定されて,該収納凹部に対して前記取付面側からスライド式に取付られるように設定されており,
前記収納凹部内に配設された前記熱電変換素子が,該収納凹部の壁面によって,それぞれ排気ポートの奥側と周方向各側と径方向各側との各方向への変位が規制されており,
前記取付面に取付けられた前記排気マニホールドのフランジ部によって,前記熱電変換素子の前記収納凹部からの抜けが規制されている,
ことを特徴とする内燃機関の排熱発電装置。
In any one of Claims 1 to 3,
The storage recess is open to the mounting surface of the exhaust manifold;
The thermoelectric conversion element is set in a shape corresponding to the storage recess, and is set to be slidably attached to the storage recess from the mounting surface side;
Displacement of the thermoelectric conversion element disposed in the storage recess in each direction on the back side of the exhaust port, each side in the circumferential direction, and each side in the radial direction is regulated by the wall surface of the storage recess. ,
The flange portion of the exhaust manifold attached to the attachment surface restricts removal of the thermoelectric conversion element from the storage recess.
An exhaust heat power generation apparatus for an internal combustion engine.
請求項1ないし請求項4のいずれか1項において,
前記高温側面が,排気ポート内周面形状に対応した形状に設定され,
前記高温側面が,排気ポート内周面と面一とされて,排気ポート内周面の一部を構成している,
ことを特徴とする内燃機関の排熱発電装置。
In any one of Claims 1 thru | or 4,
The high temperature side surface is set to a shape corresponding to the inner peripheral surface shape of the exhaust port,
The high temperature side surface is flush with the inner peripheral surface of the exhaust port and constitutes a part of the inner peripheral surface of the exhaust port.
An exhaust heat power generation apparatus for an internal combustion engine.
内燃機関の排気ポート内に,熱伝導性の高い材質からなる断面環状とされたインサート部材が嵌合され,
前記インサート部材の内周面側に,一面側が高温側面とされると共に他面側が低温側面とされて該高温側面と低温側面との間の温度差によって発電する熱電変換素子が,該高温側面が排気ポート内に臨む状態でもって保持されている,
ことを特徴とする内燃機関の排熱発電装置。
An insert member having an annular cross section made of a material having high thermal conductivity is fitted into the exhaust port of the internal combustion engine.
A thermoelectric conversion element for generating electric power by a temperature difference between the high temperature side surface and the low temperature side surface on one side of the inner surface of the insert member is a high temperature side surface and the other surface side is a low temperature side surface. Held in a state facing the exhaust port,
An exhaust heat power generation apparatus for an internal combustion engine.
請求項6において,
前記インサート部材の内周面に,排気ポート内に開口する収納凹部が形成され,
前記収納凹部内に,前記高温側面が排気ポート内に臨む状態でもって前記熱電変換素子が配設され,
前記高温側面が排気ポート内周面形状に対応した形状に設定され,
前記高温側面が,排気ポート内周面と面一とされて,排気ポートの内周面の一部を構成している,
ことを特徴とする内燃機関の排熱発電装置。
In claim 6,
A housing recess that opens into the exhaust port is formed on the inner peripheral surface of the insert member,
The thermoelectric conversion element is disposed in the storage recess with the high temperature side faced in the exhaust port,
The high temperature side surface is set to a shape corresponding to the inner peripheral surface shape of the exhaust port,
The high temperature side surface is flush with the inner peripheral surface of the exhaust port and constitutes a part of the inner peripheral surface of the exhaust port.
An exhaust heat power generation apparatus for an internal combustion engine.
請求項6または請求項7において,
前記熱電変換素子の出力端子部が,前記低温側面に位置設定されており,
前記インサート部材に,前記出力端子部に臨む切欠部が形成され,
前記熱電変換素子で発電された電力を外部に取り出すためのリード線が,前記切欠部を通して前記出力端子部に接続されている,
ことを特徴とする内燃機関の排熱発電装置。
In claim 6 or claim 7,
The output terminal portion of the thermoelectric conversion element is positioned on the low temperature side surface,
The insert member is formed with a notch facing the output terminal portion,
A lead wire for taking out the electric power generated by the thermoelectric conversion element is connected to the output terminal portion through the notch,
An exhaust heat power generation apparatus for an internal combustion engine.
内燃機関の排気ポート内に,熱伝導性の高い材質からなる断面環状とされたインサート部材が嵌合され,
前記インサート部材の外周面側に,一面側が高温側面とされると共に他面側が低温側面とされて該高温側面と低温側面との間の温度差によって発電する熱電変換素子が,該高温側面が排気ポートの径方向中心側を向く状態でもって保持されている,
ことを特徴とする内燃機関の排熱発電装置。
An insert member having an annular cross section made of a material having high thermal conductivity is fitted into the exhaust port of the internal combustion engine.
A thermoelectric conversion element for generating electric power due to a temperature difference between the high temperature side surface and the low temperature side surface with one surface side being a high temperature side surface and the other surface side being a low temperature side surface on the outer peripheral surface side of the insert member. It is held with the port facing the radial center.
An exhaust heat power generation apparatus for an internal combustion engine.
請求項9において,
前記インサート部材の外周面に収納凹部が形成され,
前記収納凹部内に前記熱電変換素子が配設されている,
ことを特徴とする内燃機関の排熱発電装置。
In claim 9,
A storage recess is formed on the outer peripheral surface of the insert member,
The thermoelectric conversion element is disposed in the storage recess,
An exhaust heat power generation apparatus for an internal combustion engine.
請求項9または請求項10において,
前記インサート部材の内周面形状が排気ポートの内周面形状に対応した形状となるように設定され,
前記インサート部材の内周面が,排気ポートの内周面と面一とされて,排気ポート内周面の一部を構成している,
ことを特徴とする内燃機関の排熱発電装置。
In claim 9 or claim 10,
The inner peripheral surface shape of the insert member is set to be a shape corresponding to the inner peripheral surface shape of the exhaust port,
The inner peripheral surface of the insert member is flush with the inner peripheral surface of the exhaust port and constitutes a part of the inner peripheral surface of the exhaust port.
An exhaust heat power generation apparatus for an internal combustion engine.
請求項6ないし請求項11のいずれか1項において,
排気ポート内周面に,排気マニホールドの取付面側に開口された断面環状の取付凹部が形成され,
前記インサート部材が,前記取付面側から前記取付凹部内にスライド式に嵌合されて,該取付面に取付けられる前記排気マニホールドのフランジ部によって該取付凹部からの抜けが規制されている,
ことを特徴とする内燃機関の排熱発電装置。
In any one of Claims 6 thru | or 11,
On the inner peripheral surface of the exhaust port, a mounting recess with an annular cross section opened on the mounting surface side of the exhaust manifold is formed.
The insert member is slidably fitted into the mounting recess from the mounting surface side, and the escape from the mounting recess is restricted by the flange portion of the exhaust manifold mounted on the mounting surface.
An exhaust heat power generation apparatus for an internal combustion engine.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP2098713A1 (en) * 2008-03-06 2009-09-09 Iveco Motorenforschung AG Thermoelectric heat recuperation system
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