車載発電システム
【課題】車両が停止した後において、デバイスが損傷することにより、発電性能が低下することや、発電不能となることを抑制できる車載発電システムを提供すること。
【解決手段】車載発電システム１に、内燃機関２と、内燃機関２から排出され、温度が経時的に上下する排気ガスが供給されることにより電気分極する第１デバイス３と、第１デバイス３から電力を取り出すための第２デバイス４と、内燃機関２の状態を検知する検知ユニット８と、第１デバイス３に電界を印加する電界印加装置９と、検知ユニットにより検知される状態が、内燃機関２の低速高負荷状態から停止した状態であるときに、電界印加装置９を作動させるための制御ユニット１０とを備える。
【解決手段】車載発電システム１に、内燃機関２と、内燃機関２から排出され、温度が経時的に上下する排気ガスが供給されることにより電気分極する第１デバイス３と、第１デバイス３から電力を取り出すための第２デバイス４と、内燃機関２の状態を検知する検知ユニット８と、第１デバイス３に電界を印加する電界印加装置９と、検知ユニットにより検知される状態が、内燃機関２の低速高負荷状態から停止した状態であるときに、電界印加装置９を作動させるための制御ユニット１０とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車載発電システム、詳しくは、自動車などの車両に搭載される車載発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車エンジンなどの内燃機関や、ボイラー、空調設備などの熱交換器、発電機、モータなどの電動機関、照明などの発光装置などの各種エネルギー利用装置では、例えば、排熱、光などとして、多くの熱エネルギーが放出および損失されている。
【０００３】
近年、省エネルギー化の観点から、放出される熱エネルギーを回収し、エネルギー源として再利用することが要求されており、このような方法として、焦電素子を用いた熱電変換発電が、知られている。
【０００４】
具体的には、例えば、複数の焦電素子のそれぞれの温度を上昇させる加熱源と、それら焦電素子のそれぞれの温度を低下させる冷却源と、加熱源および冷却源、および／または、焦電素子を移動させる移動手段とを備える発電装置を用い、加熱源および冷却源により焦電素子の温度を周期的に上昇および下降させることによって、焦電素子から直流電力または交流電力を取り出す方法が、提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３３２２６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一方、このような発電方法としては、発電装置を自動車などの車両に搭載し、例えば、内燃機関から排気ガスが排出される排出管内に焦電素子を配置するとともに、その排気ガスを加熱源および冷却源として用いることなども検討することができる。
【０００７】
しかるに、発電装置を車載した場合、車両が停止した後も、内燃機関が高温である場合には、焦電素子が高温となり、焦電素子に損傷を生じ、発電性能が低下する場合や、発電不能となる場合がある。
【０００８】
本発明の目的は、車両が停止した後において、デバイスが損傷することにより、発電性能が低下することや、発電不能となることを抑制できる車載発電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の車載発電システムは、内燃機関と、前記内燃機関から排出され、温度が経時的に上下する排気ガスが供給されることにより電気分極する第１デバイスと、前記第１デバイスから電力を取り出すための第２デバイスと、内燃機関の状態を検知する検知手段と、前記第１デバイスに電界を印加する電界印加手段と、前記検知手段により検知される前記状態が、前記内燃機関の低速高負荷状態から停止した状態であるときに、前記電界印加手段を作動させるための制御手段とを備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の車載発電システムでは、検知手段により内燃機関の状態が検知され、その検知される状態が、内燃機関の低速高負荷状態から停止した状態であるときに、制御手段により電界印加手段が作動され、第１デバイスに電界が印加される。
【００１１】
そのため、内燃機関がその停止後も高温となる場合にも、第１デバイスが損傷することを抑制することができ、車載発電システムの発電性能が低下することや、発電不能となることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の車載発電システムが車載された一実施形態を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、本発明の車載発電システムが車載された一実施形態を示す概略構成図である。
【００１４】
図１において、自動車２５は、車載発電システム１を備えている。
【００１５】
車載発電システム１は、内燃機関２と、内燃機関２から排出され、温度が経時的に上下する排気ガスが供給されることにより電気分極する第１デバイス３と、第１デバイス３から電力を取り出すための第２デバイス４と、内燃機関２の状態を検知する検知手段としての検知ユニット８と、第１デバイスに電界を印加する電界印加手段としての電界印加装置９と、検知ユニット８により検知される状態が、内燃機関２の低速高負荷状態から停止した状態であるときに、電界印加装置９を作動させるための制御手段としての制御ユニット１０とを備えている。
【００１６】
内燃機関２は、エンジン１６、および、エキゾーストマニホールド１７を備えている。
【００１７】
エンジン１６は、自動車２５の動力を出力する装置であって、例えば、単気筒型または多気筒型（例えば、２気筒型、４気筒型、６気筒型）が採用されるとともに、その各気筒において、多サイクル方式（例えば、２サイクル方式、４サイクル方式、６サイクル方式など）が採用される。
【００１８】
図１には、４気筒型のエンジン１６を示す。また、以下において、各気筒で４サイクル方式が採用される場合について、説明する。
【００１９】
エキゾーストマニホールド１７は、エンジン１６の気筒から排出される排気ガスを収束するために設けられる排気多岐管であって、エンジン１６の各気筒に接続される複数（４つ）の分岐管１８（これらを区別する必要がある場合には、図１の上側から順に、分岐管１８ａ、分岐管１８ｂ、分岐管１８ｃおよび分岐管１８ｄと称する。）と、それら分岐管１８の下流側において、各分岐管１８を１つに統合する集気管１９とを備えている。
【００２０】
このようなエキゾーストマニホールド１７では、分岐部１８の上流側端部が、それぞれ、エンジン１６の各気筒に接続されるとともに、分岐管１８の下流側端部と集気管１９の上流側端部とが接続されている。また、集気管１９の下流側端部は、触媒搭載部１２の上流側端部に接続されている。
【００２１】
また、各分岐管１８は、その流れ方向途中において、箱型空間２０を、それぞれ１つ備えている。箱型空間２０は、エンジンルーム内において、分岐管１８に連通するように介装される略直方体状の空間であって、その内側において、複数の第１デバイス３と、第２デバイス４とを備えている。
【００２２】
なお、図１においては、複数の第１デバイス３を簡略化し、１つの箱型空間２０に対して、１つの第１デバイス３を示している。
【００２３】
第１デバイス３は、内燃機関２（エンジン１６）からの排気ガスが供給されることにより温度が経時的に上下され、電気分極するデバイスである。
【００２４】
ここでいう電気分極とは、結晶の歪みにともなう正負イオンの変位により誘電分極し電位差が生じる現象、例えばピエゾ効果、および／または、温度変化により誘電率が変化し電位差が生じる現象、例えば焦電効果などのように、材料に起電力が発生する現象と定義する。
【００２５】
このような第１デバイス３として、より具体的には、例えば、ピエゾ効果により電気分極するデバイス、焦電効果により電気分極するデバイスなどが挙げられる。
【００２６】
ピエゾ効果は、応力または歪みが加えられたときに、その応力または歪みの大きさに応じて電気分極する効果（現象）である。
【００２７】
このようなピエゾ効果により電気分極する第１デバイス３としては、特に制限されず、公知のピエゾ素子（圧電素子）を用いることができる。
【００２８】
第１デバイス３としてピエゾ素子が用いられる場合には、ピエゾ素子は、例えば、その周囲が固定部材により固定され、体積膨張が抑制された状態において、配置される。
【００２９】
固定部材としては、特に制限されず、例えば、後述する第２デバイス４（例えば、電極など）を用いることもできる。
【００３０】
そして、このような場合には、ピエゾ素子は、排気ガスの経時的な温度変化により、加熱または冷却され、これにより、膨張または収縮する。
【００３１】
このとき、ピエゾ素子は、固定部材により体積膨張が抑制されているため、ピエゾ素子は、固定部材に押圧され、ピエゾ効果（圧電効果）、または、キュリー点付近での相変態により、電気分極する。これにより、詳しくは後述するが、第２デバイス４を介して、ピエゾ素子から電力が取り出される。
【００３２】
また、このようなピエゾ素子は、通常、加熱状態または冷却状態が維持され、その温度が一定（すなわち、体積一定）になると、電気分極が中和され、その後、冷却または加熱されることにより、再度、電気分極する。
【００３３】
そのため、上記したように排気ガスが周期的に温度変化し、高温状態と低温状態とが周期的に繰り返される場合などには、ピエゾ素子が周期的に繰り返し加熱および冷却されるため、ピエゾ素子の電気分極およびその中和が、周期的に繰り返される。
【００３４】
その結果、後述する第２デバイス４により、電力が、周期的に変動する波形（例えば、交流、脈流など）として取り出される。
【００３５】
焦電効果は、例えば、絶縁体（誘電体）などを加熱および冷却する時に、その温度変化に応じて絶縁体が電気分極する効果（現象）であって、第１効果および第２効果を含んでいる。
【００３６】
第１効果は、絶縁体の加熱時および冷却時において、その温度変化により自発分極し、絶縁体の表面に、電荷を生じる効果とされている。
【００３７】
また、第２効果は、絶縁体の加熱時および冷却時において、その温度変化により結晶構造に圧力変形が生じ、結晶構造に加えられる応力または歪みにより、圧電分極を生じる効果（ピエゾ効果、圧電効果）とされている。
【００３８】
このような焦電効果により電気分極するデバイスとしては、特に制限されず、公知の焦電素子を用いることができる。
【００３９】
そして、焦電素子は、排気ガスの経時的な温度変化により、加熱または冷却され、その焦電効果（第１効果および第２効果を含む）により、電気分極する。これにより、詳しくは後述するが、第２デバイス４を介して、焦電素子から電力が取り出される。
【００４０】
また、このような焦電素子は、通常、加熱状態または冷却状態が維持され、その温度が一定になると、電気分極が中和され、その後、冷却または加熱されることにより、再度、電気分極する。
【００４１】
そのため、上記したように排気ガスが周期的に温度変化し、高温状態と低温状態とが周期的に繰り返される場合などには、焦電素子が周期的に繰り返し加熱および冷却されるため、焦電素子の電気分極およびその中和が、周期的に繰り返される。
【００４２】
その結果、後述する第２デバイス４により、電力が、周期的に変動する波形（例えば、交流、脈流など）として取り出される。
【００４３】
このような第１デバイス３として、具体的には、上記したように、公知の焦電素子（例えば、ＢａＴｉＯ３、ＣａＴｉＯ３、（ＣａＢｉ）ＴｉＯ３、ＢａＮｄ２Ｔｉ５Ｏ１４、ＢａＳｍ２Ｔｉ４Ｏ１２、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）など）、公知のピエゾ素子（例えば、水晶（ＳｉＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ロッシェル塩（酒石酸カリウム−ナトリウム）（ＫＮａＣ４Ｈ４Ｏ６）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、リチウムテトラボレート（Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７）、ランガサイト（Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、電気石（トルマリン）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）など）などを用いることができる。
【００４４】
これら第１デバイス３は、単独使用または２種類以上併用することができる。
【００４５】
第１デバイス３のキュリー点は、例えば、−７７℃以上、好ましくは、−１０℃以上であり、例えば、１３００℃以下、好ましくは、９００℃以下である。
【００４６】
また、第１デバイス３（絶縁体（誘電体））の比誘電率は、例えば、１以上、好ましくは、１００以上、より好ましくは、２０００以上である。
【００４７】
このような車載発電システム１では、第１デバイス３（絶縁体（誘電体））の比誘電率が高いほど、エネルギー変換効率が高く、高電圧で電力を取り出すことができるが、第１デバイス３の比誘電率が上記下限未満であれば、エネルギー変換効率が低く、得られる電力の電圧が低くなる場合がある。
【００４８】
なお、第１デバイス３（絶縁体（誘電体））は、排気ガスの温度変化によって電気分極するが、その電気分極は、電子分極、イオン分極および配向分極のいずれでもよい。
【００４９】
例えば、配向分極によって分極が発現する材料（例えば、液晶材料など）では、その分子構造を変化させることにより、発電効率の向上を図ることができるものと期待されている。
【００５０】
このような第１デバイス３は、各分岐管１８の箱型空間２０内に配置されている。
【００５１】
具体的には、第１デバイス３は、シート状に形成されており、箱型空間２０内において、互いに間隔を隔てて複数整列配置されるとともに、第２デバイス４（および必要により設けられる固定部材（図示せず））により、固定されている。
【００５２】
これにより、第１デバイス３の表面および裏面の両面（さらには、周側面）は、図示しない第２デバイス４を介して、箱型空間２０内に露出され、排気ガスに接触（曝露）可能とされている。
【００５３】
第２デバイス４は、第１デバイス３から電力を取り出すために設けられる。
【００５４】
このような第２デバイス４は、より具体的には、特に制限されないが、例えば、上記の第１デバイス３を挟んで対向配置される２つの電極（例えば、銅電極、銀電極など）、例えば、それら電極に接続される導線などを備えており、第１デバイス３に電気的に接続されている。
【００５５】
検知ユニット８は、車載発電システム１が搭載される車両における内燃機関２の運転状態を管理するユニットであり、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどを備えるマイクロコンピュータから構成されている。
【００５６】
具体的には、検知ユニット８は、箱型空間２０の外部において、破線で示すように、内燃機関２のエンジン１６および制御ユニット１０に電気的に接続されている。
【００５７】
そして、検知ユニット８は、エンジン１６の運転状態（例えば、図示しない回転計により検知されるエンジン１６の回転数、例えば、図示しない圧力センサにより検知されるスロットルバルブ下流側の図示しない吸気管内の圧力など）に基づいて燃料供給量を制御するとともに、内燃機関２の状態を検知し、制御ユニット１０に電気信号として入力可能としている。
【００５８】
電界印加装置９は、第１デバイス３に電界を印加するため、第１デバイス３に直接または近接して設けられる。
【００５９】
具体的には、電界印加装置９は、第１デバイス３を挟んで対向配置される複数（箱型空間１つに対して２つ）の電極２２（例えば、銅電極、銀電極など）、電圧印加電源Ｖ、およびそれらに接続される導線などを備えている。
【００６０】
各電極２２は、一対が各箱型空間２０に対応するようにそれぞれ設けられ、各箱型空間２０の外側表面において互いに対向し、それら電極２２間に第１デバイス３および第２デバイス４を介在させるように配置されるとともに、分岐導線などによって、並列的に接続されている。
【００６１】
そして、電界印加装置９では、これら電極２２に電圧印加電源Ｖから電圧を印加することにより、電極２２間、すなわち、箱型空間２０内に電界を生じさせ、第１デバイス３に電界を印加することができる。
【００６２】
制御ユニット１０は、車載発電システム１における電気的な制御を実行するユニット（例えば、ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）であり、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどを備えるマイクロコンピュータから構成されている。
【００６３】
この制御ユニット１０は、箱型空間２０の外部において、破線で示すように、検知ユニット８および電界印加装置９に電気的に接続されており、上記した検知ユニット８により検知される内燃機関２の状態が、低速高負荷状態から停止した状態であるときに、電界印加装置９を作動させる。
【００６４】
なお、検知ユニット８、電界印加装置９および制御ユニット１０は、図示しないが、車両の駆動および停止とは独立された電源に接続されており、車両が停止しているとき（イグニッションキーＯＦＦ時）にも、作動可能とされている。
【００６５】
また、車載発電システム１では、第２デバイス４が、昇圧器５、交流／直流変換器６およびバッテリー７に、順次、電気的に接続されている。
【００６６】
また、自動車２５は、上記した車載発電システム１のほか、さらに、触媒搭載部１２、エキゾーストパイプ１３、マフラー１４および排出パイプ１５を備えている。
【００６７】
触媒搭載部１２は、例えば、触媒担体およびその担体上にコーティングされる触媒を備えており、内燃機関２から排出される排気ガスに含まれる炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）などの有害成分を浄化するために、内燃機関２（エキゾーストマニホールド１７）の下流側端部に接続されている。
【００６８】
エキゾーストパイプ１３は、触媒搭載部１２において浄化された排気ガスをマフラー１４に案内するために設けられており、上流側端部が触媒搭載部１２に接続されるとともに、下流側端部がマフラー１４に接続されている。
【００６９】
マフラー１４は、エンジン１６（とりわけ、爆発工程（後述））において生じる騒音を、静音化すために設けられており、その上流側端部がエキゾーストパイプ１３の下流側端部に接続されている。また、マフラー１４の下流側端部は、排出パイプ１５の上流側端部に接続されている。
【００７０】
排出パイプ１５は、エンジン１６から排出され、エキゾーストマニホールド１７、触媒搭載部１２、エキゾーストパイプ１３およびマフラー１４を順次通過し、浄化および静音化された排気ガスを、外気に放出するために設けられており、その上流側端部がマフラー１４の下流側端部に接続されるとともに、その下流側端部が、外気に開放されている。
【００７１】
そして、このような自動車２５では、エンジン１６の駆動により、各気筒において、ピストンの昇降運動が繰り返され、吸気工程、圧縮工程、爆発工程および排気工程が順次実施され、その温度が経時的に上下される。
【００７２】
より具体的には、例えば、分岐管１８ａに接続される気筒、および、分岐管１８ｃに接続される気筒の２つの気筒において、ピストンが連動し、吸気工程、圧縮工程、爆発工程および排気工程が、同位相で実施される。これにより、燃料が燃焼され、動力が出力されるとともに、高温の排気ガスが、分岐管１８ａおよび分岐管１８ｃの内部を排気工程において通過する。
【００７３】
このとき、エンジン１６の熱が、排気ガスを介して伝達され、排気ガスの温度（分岐管１８ａおよび分岐管１８ｃの内部温度）は、排気工程において上昇する。一方、その他の工程（吸気工程、圧縮工程、爆発工程）では、排気ガス量が低減されるので、排気ガスの温度（分岐管１８ａおよび分岐管１８ｃの内部温度）は下降する。
【００７４】
このように、排気ガスの温度は、排気工程において上昇し、吸気工程、圧縮工程および爆発工程において下降し、つまり、経時的に上下する。
【００７５】
とりわけ、上記の各工程は、ピストンサイクルに応じて、周期的に順次繰り返されるため、排気ガスは、上記の各工程の繰り返しの周期に伴って、周期的に温度変化、より具体的には、高温状態と低温状態とが、周期的に繰り返される。
【００７６】
一方、それら２つの気筒とはタイミングを異にして、分岐管１８ｂに接続される気筒、および、分岐管１８ｄに接続される気筒の２つの気筒において、ピストンが連動し、吸気工程、圧縮工程、爆発工程および排気工程が、同位相で実施される。これにより、燃料が燃焼され、動力が出力されるとともに、分岐管１８ａおよび分岐管１８ｃとは異なるタイミングにおいて、高温の排気ガスが、分岐管１８ｂおよび分岐管１８ｄの内部を排気工程において通過する。
【００７７】
このとき、エンジン１６の熱が、排気ガスを介して伝達され、排気ガスの温度（分岐管１８ｂおよび分岐管１８ｄの内部温度）は、排気工程において上昇する。一方、その他の工程（吸気工程、圧縮工程、爆発工程）では、排気ガス量が低減されるので、排気ガスの温度（分岐管１８ｂおよび分岐管１８ｄの内部温度）は下降する。
【００７８】
このように、排気ガスの温度は、排気工程において上昇し、吸気工程、圧縮工程および爆発工程において下降し、つまり、経時的に上下する。
【００７９】
とりわけ、上記の各工程は、ピストンサイクルに応じて、周期的に順次繰り返されるため、排気ガスは、上記の各工程の繰り返しの周期に伴って、周期的に温度変化、より具体的には、高温状態と低温状態とが、周期的に繰り返される。
【００８０】
この周期的な温度変化は、分岐管１８ａおよび分岐管１８ｃの周期的な温度変化とは、周期が同じである一方、位相が異なる。
【００８１】
そして、この車載発電システム１では、上記したように、各分岐管１８の内部（箱型空間２０内）に、第１デバイス３が配置されている。
【００８２】
そのため、エンジン１６（内燃機関２）から排出される排気ガスが、分岐管１８内に導入され、箱型空間２０内に充填されると、その箱型空間２０内において、第１デバイス３に排気ガスが供給され、第１デバイス３の表面および裏面の両面（さらには、周側面）が、第２デバイス４を介して排気ガスに接触（曝露）され、加熱および／または冷却される。
【００８３】
すなわち、第１デバイス３の表面および裏面の両面が、エンジン１６（内燃機関２）、および、そのエンジン１６の熱を伝達する排気ガスの経時的な温度変化により、加熱および／または冷却される。
【００８４】
そして、これにより、第１デバイス３を、周期的に高温状態または低温状態にすることができ、第１デバイス３を、その素子（例えば、ピエゾ素子、焦電素子など）に応じた効果（例えば、ピエゾ効果、焦電効果など）により、電気分極させることができる。
【００８５】
そのため、この車載発電システム１では、第２デバイス４を介して、各第１デバイス３から電力を周期的に変動する波形（例えば、交流、脈流など）として、取り出すことができる。
【００８６】
また、この車載発電システム１では、分岐管１８ａおよび分岐管１８ｃの温度と、分岐管１８ｂおよび分岐管１８ｄの温度とが、同じ周期、かつ、異なる位相で周期的に変化するため、電力を、周期的に変動する波形（例えば、交流、脈流など）として、連続的に取り出すことができる。
【００８７】
その後、この方法では、例えば、図１において点線で示すように、上記により得られた電力を、第２デバイス４に接続される昇圧器５において、周期的に変動する波形（例えば、交流、脈流など）の状態で昇圧し、次いで、昇圧された電力を、交流／直流変換器６において直流電圧に変換した後、バッテリー７に蓄電する。バッテリー７に蓄電された電力は、自動車２５や、自動車２５に搭載される各種電気部品の動力などとして、適宜、用いることができる。
【００８８】
そして、このような車載発電システム１によれば、温度が経時的に上下する内燃機関２を用いるため、変動する電圧（例えば、交流電圧）を取り出すことができ、その結果、一定電圧（直流電圧）として取り出し、ＤＣ−ＤＣコンバーターで変換する場合に比べて、優れた効率で昇圧して、蓄電することができる。
【００８９】
なお、排気ガスは、各分岐管１８を通過した後、集気管１９に供給され、集気された後、触媒搭載部１２に供給され、その触媒搭載部１２に備えられる触媒により浄化される。その後、排気ガスは、エキゾーストパイプ１３に供給され、マフラー１４において静音化された後、排出パイプ１５を介して、外気に排出される。
【００９０】
このとき、各分岐管１８内を通過する排気ガスは、集気管１９において集気されるので、集気管１９、触媒搭載部１２、エキゾーストパイプ１３、マフラー１４および排出パイプ１５を順次通過する排気ガスは、その温度が、平滑化されている。
【００９１】
そのため、温度が平滑化されたこのような排気ガスを通過させる集気管１９、触媒搭載部１２、エキゾーストパイプ１３、マフラー１４および排出パイプ１５の温度は、通常、経時的に上下することなく、ほぼ一定である。
【００９２】
そのため、集気管１９、触媒搭載部１２、エキゾーストパイプ１３、マフラー１４または排出パイプ１５を内燃機関２として用い、その周囲または内部に、上記した第１デバイス３を配置する場合には、第１デバイス３から取り出される電力は、その電圧が小さく、また、一定（直流電圧）である。
【００９３】
そのため、このような方法では、得られる電力を、簡易な構成で効率良く昇圧することができず、蓄電効率に劣るという不具合がある。
【００９４】
一方、上記したように、分岐管１８の内部空間に第１デバイス３を配置すれば、内燃機関２の経時的な温度変化により、第１デバイス３を、周期的に高温状態または低温状態にすることができ、第１デバイス３を、そのデバイス（例えば、ピエゾ素子、焦電素子など）に応じた効果（例えば、ピエゾ効果、焦電効果など）により、周期的に電気分極させることができる。
【００９５】
そのため、この車載発電システム１では、第２デバイス４を介して、各第１デバイス３から電力を周期的に変動する波形（例えば、交流、脈流など）として、取り出すことができる。
【００９６】
このような車載発電システム１において、内燃機関２および排気ガスの温度は、高温状態における温度が、例えば、２００〜１２００℃、好ましくは、７００〜９００℃であり、低温状態における温度が、上記の高温状態における温度未満、より具体的には、例えば、１００〜８００℃、好ましくは、２００〜５００℃であり、高温状態と低温状態との温度差が、例えば、１０〜６００℃、好ましくは、２０〜５００℃である。
【００９７】
また、それら高温状態と低温状態との繰り返し周期は、例えば、１０〜４００サイクル／秒、好ましくは、３０〜１００サイクル／秒である。
【００９８】
一方、このような車載発電システム１が搭載される車両では、第１デバイス３が配置されるエンジンルーム内の温度が高温となる場合がある。
【００９９】
具体的には、例えば、車載発電システム１が搭載される自動車２５が、急勾配の登坂路を、低速（例えば、４０ｋｍ／ｈ）および高負荷（アクセル開度大、具体的には、回転数４０００ｒｐｍ以上）、すなわち、低速高負荷状態（なお、低速高負荷状態は、４０ｋｍ／ｈ以下の速度、かつ、４０００ｒｐｍ以上の回転数である状態と定義される。）において、所定時間走行した後、停止される場合などには、冷却水やエンジンオイルの循環が停止され、また、走行風もなくなるので、エンジンルーム内の温度が、走行時に比べて数十度上昇する（デッドソーク現象）。
【０１００】
このような場合には、第１デバイス３の温度が、高温、具体的には、そのキュリー点を超過して、第１デバイス３に損傷を生じ、発電性能が低下する場合や、発電不能となる場合がある。
【０１０１】
そこで、この車載発電システム１では、検知ユニット８により内燃機関２の状態を検知し、その検知される状態が内燃機関２の低速高負荷状態から停止した状態であるときに、制御ユニット１０により、上記条件で電界印加装置９の電極に電圧を印加し、第１デバイス３に電界を印加する。
【０１０２】
電極に印加する電界の強さは、例えば、０．１〜５ｋＶ／ｍｍ、好ましくは、０．３〜３．５ｋＶ／ｍｍ、より好ましくは、１〜２ｋＶ／ｍｍである。
【０１０３】
また、電界の印加時間は、エンジンルーム内の温度が低温になり、第１デバイス３が低温、具体的には、そのキュリー点未満になるまでである。
【０１０４】
これにより、第１デバイス３がデッドソーク状態におかれ、第１デバイス３が高温、具体的には、そのキュリー点以上の温度条件下に曝される場合にも、第１デバイス３が損傷することを抑制することができる。
【０１０５】
つまり、このような車載発電システム１では、検知ユニット８により内燃機関２の状態が検知され、その検知される状態が、内燃機関２の低速高負荷状態から停止した状態（デッドソーク状態）であるときに、制御ユニット１０により電界印加装置９が作動され、第１デバイス３に電界が印加される。
【０１０６】
そのため、内燃機関２がその停止後も高温となる場合にも、第１デバイス３が損傷することを抑制することができ、車載発電システム１の発電性能が低下することや、発電不能となることを抑制することができる。その結果、高温環境下においても、優れた効率で発電することができる。
【０１０７】
なお、上記した説明では、検知ユニット８と制御ユニット１０とは、それぞれ別体として設けられているが、例えば、検知ユニット８および制御ユニット１０は、一体的に設けられていてもよい。
【符号の説明】
【０１０８】
１ 車載発電システム
２ 内燃機関
３ 第１デバイス
４ 第２デバイス
５ 昇圧器
６ 交流／直流変換器
７ バッテリー
８ 検知ユニット
９ 電界印加装置
１０ 制御ユニット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車載発電システム、詳しくは、自動車などの車両に搭載される車載発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車エンジンなどの内燃機関や、ボイラー、空調設備などの熱交換器、発電機、モータなどの電動機関、照明などの発光装置などの各種エネルギー利用装置では、例えば、排熱、光などとして、多くの熱エネルギーが放出および損失されている。
【０００３】
近年、省エネルギー化の観点から、放出される熱エネルギーを回収し、エネルギー源として再利用することが要求されており、このような方法として、焦電素子を用いた熱電変換発電が、知られている。
【０００４】
具体的には、例えば、複数の焦電素子のそれぞれの温度を上昇させる加熱源と、それら焦電素子のそれぞれの温度を低下させる冷却源と、加熱源および冷却源、および／または、焦電素子を移動させる移動手段とを備える発電装置を用い、加熱源および冷却源により焦電素子の温度を周期的に上昇および下降させることによって、焦電素子から直流電力または交流電力を取り出す方法が、提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３３２２６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一方、このような発電方法としては、発電装置を自動車などの車両に搭載し、例えば、内燃機関から排気ガスが排出される排出管内に焦電素子を配置するとともに、その排気ガスを加熱源および冷却源として用いることなども検討することができる。
【０００７】
しかるに、発電装置を車載した場合、車両が停止した後も、内燃機関が高温である場合には、焦電素子が高温となり、焦電素子に損傷を生じ、発電性能が低下する場合や、発電不能となる場合がある。
【０００８】
本発明の目的は、車両が停止した後において、デバイスが損傷することにより、発電性能が低下することや、発電不能となることを抑制できる車載発電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の車載発電システムは、内燃機関と、前記内燃機関から排出され、温度が経時的に上下する排気ガスが供給されることにより電気分極する第１デバイスと、前記第１デバイスから電力を取り出すための第２デバイスと、内燃機関の状態を検知する検知手段と、前記第１デバイスに電界を印加する電界印加手段と、前記検知手段により検知される前記状態が、前記内燃機関の低速高負荷状態から停止した状態であるときに、前記電界印加手段を作動させるための制御手段とを備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の車載発電システムでは、検知手段により内燃機関の状態が検知され、その検知される状態が、内燃機関の低速高負荷状態から停止した状態であるときに、制御手段により電界印加手段が作動され、第１デバイスに電界が印加される。
【００１１】
そのため、内燃機関がその停止後も高温となる場合にも、第１デバイスが損傷することを抑制することができ、車載発電システムの発電性能が低下することや、発電不能となることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の車載発電システムが車載された一実施形態を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、本発明の車載発電システムが車載された一実施形態を示す概略構成図である。
【００１４】
図１において、自動車２５は、車載発電システム１を備えている。
【００１５】
車載発電システム１は、内燃機関２と、内燃機関２から排出され、温度が経時的に上下する排気ガスが供給されることにより電気分極する第１デバイス３と、第１デバイス３から電力を取り出すための第２デバイス４と、内燃機関２の状態を検知する検知手段としての検知ユニット８と、第１デバイスに電界を印加する電界印加手段としての電界印加装置９と、検知ユニット８により検知される状態が、内燃機関２の低速高負荷状態から停止した状態であるときに、電界印加装置９を作動させるための制御手段としての制御ユニット１０とを備えている。
【００１６】
内燃機関２は、エンジン１６、および、エキゾーストマニホールド１７を備えている。
【００１７】
エンジン１６は、自動車２５の動力を出力する装置であって、例えば、単気筒型または多気筒型（例えば、２気筒型、４気筒型、６気筒型）が採用されるとともに、その各気筒において、多サイクル方式（例えば、２サイクル方式、４サイクル方式、６サイクル方式など）が採用される。
【００１８】
図１には、４気筒型のエンジン１６を示す。また、以下において、各気筒で４サイクル方式が採用される場合について、説明する。
【００１９】
エキゾーストマニホールド１７は、エンジン１６の気筒から排出される排気ガスを収束するために設けられる排気多岐管であって、エンジン１６の各気筒に接続される複数（４つ）の分岐管１８（これらを区別する必要がある場合には、図１の上側から順に、分岐管１８ａ、分岐管１８ｂ、分岐管１８ｃおよび分岐管１８ｄと称する。）と、それら分岐管１８の下流側において、各分岐管１８を１つに統合する集気管１９とを備えている。
【００２０】
このようなエキゾーストマニホールド１７では、分岐部１８の上流側端部が、それぞれ、エンジン１６の各気筒に接続されるとともに、分岐管１８の下流側端部と集気管１９の上流側端部とが接続されている。また、集気管１９の下流側端部は、触媒搭載部１２の上流側端部に接続されている。
【００２１】
また、各分岐管１８は、その流れ方向途中において、箱型空間２０を、それぞれ１つ備えている。箱型空間２０は、エンジンルーム内において、分岐管１８に連通するように介装される略直方体状の空間であって、その内側において、複数の第１デバイス３と、第２デバイス４とを備えている。
【００２２】
なお、図１においては、複数の第１デバイス３を簡略化し、１つの箱型空間２０に対して、１つの第１デバイス３を示している。
【００２３】
第１デバイス３は、内燃機関２（エンジン１６）からの排気ガスが供給されることにより温度が経時的に上下され、電気分極するデバイスである。
【００２４】
ここでいう電気分極とは、結晶の歪みにともなう正負イオンの変位により誘電分極し電位差が生じる現象、例えばピエゾ効果、および／または、温度変化により誘電率が変化し電位差が生じる現象、例えば焦電効果などのように、材料に起電力が発生する現象と定義する。
【００２５】
このような第１デバイス３として、より具体的には、例えば、ピエゾ効果により電気分極するデバイス、焦電効果により電気分極するデバイスなどが挙げられる。
【００２６】
ピエゾ効果は、応力または歪みが加えられたときに、その応力または歪みの大きさに応じて電気分極する効果（現象）である。
【００２７】
このようなピエゾ効果により電気分極する第１デバイス３としては、特に制限されず、公知のピエゾ素子（圧電素子）を用いることができる。
【００２８】
第１デバイス３としてピエゾ素子が用いられる場合には、ピエゾ素子は、例えば、その周囲が固定部材により固定され、体積膨張が抑制された状態において、配置される。
【００２９】
固定部材としては、特に制限されず、例えば、後述する第２デバイス４（例えば、電極など）を用いることもできる。
【００３０】
そして、このような場合には、ピエゾ素子は、排気ガスの経時的な温度変化により、加熱または冷却され、これにより、膨張または収縮する。
【００３１】
このとき、ピエゾ素子は、固定部材により体積膨張が抑制されているため、ピエゾ素子は、固定部材に押圧され、ピエゾ効果（圧電効果）、または、キュリー点付近での相変態により、電気分極する。これにより、詳しくは後述するが、第２デバイス４を介して、ピエゾ素子から電力が取り出される。
【００３２】
また、このようなピエゾ素子は、通常、加熱状態または冷却状態が維持され、その温度が一定（すなわち、体積一定）になると、電気分極が中和され、その後、冷却または加熱されることにより、再度、電気分極する。
【００３３】
そのため、上記したように排気ガスが周期的に温度変化し、高温状態と低温状態とが周期的に繰り返される場合などには、ピエゾ素子が周期的に繰り返し加熱および冷却されるため、ピエゾ素子の電気分極およびその中和が、周期的に繰り返される。
【００３４】
その結果、後述する第２デバイス４により、電力が、周期的に変動する波形（例えば、交流、脈流など）として取り出される。
【００３５】
焦電効果は、例えば、絶縁体（誘電体）などを加熱および冷却する時に、その温度変化に応じて絶縁体が電気分極する効果（現象）であって、第１効果および第２効果を含んでいる。
【００３６】
第１効果は、絶縁体の加熱時および冷却時において、その温度変化により自発分極し、絶縁体の表面に、電荷を生じる効果とされている。
【００３７】
また、第２効果は、絶縁体の加熱時および冷却時において、その温度変化により結晶構造に圧力変形が生じ、結晶構造に加えられる応力または歪みにより、圧電分極を生じる効果（ピエゾ効果、圧電効果）とされている。
【００３８】
このような焦電効果により電気分極するデバイスとしては、特に制限されず、公知の焦電素子を用いることができる。
【００３９】
そして、焦電素子は、排気ガスの経時的な温度変化により、加熱または冷却され、その焦電効果（第１効果および第２効果を含む）により、電気分極する。これにより、詳しくは後述するが、第２デバイス４を介して、焦電素子から電力が取り出される。
【００４０】
また、このような焦電素子は、通常、加熱状態または冷却状態が維持され、その温度が一定になると、電気分極が中和され、その後、冷却または加熱されることにより、再度、電気分極する。
【００４１】
そのため、上記したように排気ガスが周期的に温度変化し、高温状態と低温状態とが周期的に繰り返される場合などには、焦電素子が周期的に繰り返し加熱および冷却されるため、焦電素子の電気分極およびその中和が、周期的に繰り返される。
【００４２】
その結果、後述する第２デバイス４により、電力が、周期的に変動する波形（例えば、交流、脈流など）として取り出される。
【００４３】
このような第１デバイス３として、具体的には、上記したように、公知の焦電素子（例えば、ＢａＴｉＯ３、ＣａＴｉＯ３、（ＣａＢｉ）ＴｉＯ３、ＢａＮｄ２Ｔｉ５Ｏ１４、ＢａＳｍ２Ｔｉ４Ｏ１２、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）など）、公知のピエゾ素子（例えば、水晶（ＳｉＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ロッシェル塩（酒石酸カリウム−ナトリウム）（ＫＮａＣ４Ｈ４Ｏ６）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、リチウムテトラボレート（Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７）、ランガサイト（Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、電気石（トルマリン）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）など）などを用いることができる。
【００４４】
これら第１デバイス３は、単独使用または２種類以上併用することができる。
【００４５】
第１デバイス３のキュリー点は、例えば、−７７℃以上、好ましくは、−１０℃以上であり、例えば、１３００℃以下、好ましくは、９００℃以下である。
【００４６】
また、第１デバイス３（絶縁体（誘電体））の比誘電率は、例えば、１以上、好ましくは、１００以上、より好ましくは、２０００以上である。
【００４７】
このような車載発電システム１では、第１デバイス３（絶縁体（誘電体））の比誘電率が高いほど、エネルギー変換効率が高く、高電圧で電力を取り出すことができるが、第１デバイス３の比誘電率が上記下限未満であれば、エネルギー変換効率が低く、得られる電力の電圧が低くなる場合がある。
【００４８】
なお、第１デバイス３（絶縁体（誘電体））は、排気ガスの温度変化によって電気分極するが、その電気分極は、電子分極、イオン分極および配向分極のいずれでもよい。
【００４９】
例えば、配向分極によって分極が発現する材料（例えば、液晶材料など）では、その分子構造を変化させることにより、発電効率の向上を図ることができるものと期待されている。
【００５０】
このような第１デバイス３は、各分岐管１８の箱型空間２０内に配置されている。
【００５１】
具体的には、第１デバイス３は、シート状に形成されており、箱型空間２０内において、互いに間隔を隔てて複数整列配置されるとともに、第２デバイス４（および必要により設けられる固定部材（図示せず））により、固定されている。
【００５２】
これにより、第１デバイス３の表面および裏面の両面（さらには、周側面）は、図示しない第２デバイス４を介して、箱型空間２０内に露出され、排気ガスに接触（曝露）可能とされている。
【００５３】
第２デバイス４は、第１デバイス３から電力を取り出すために設けられる。
【００５４】
このような第２デバイス４は、より具体的には、特に制限されないが、例えば、上記の第１デバイス３を挟んで対向配置される２つの電極（例えば、銅電極、銀電極など）、例えば、それら電極に接続される導線などを備えており、第１デバイス３に電気的に接続されている。
【００５５】
検知ユニット８は、車載発電システム１が搭載される車両における内燃機関２の運転状態を管理するユニットであり、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどを備えるマイクロコンピュータから構成されている。
【００５６】
具体的には、検知ユニット８は、箱型空間２０の外部において、破線で示すように、内燃機関２のエンジン１６および制御ユニット１０に電気的に接続されている。
【００５７】
そして、検知ユニット８は、エンジン１６の運転状態（例えば、図示しない回転計により検知されるエンジン１６の回転数、例えば、図示しない圧力センサにより検知されるスロットルバルブ下流側の図示しない吸気管内の圧力など）に基づいて燃料供給量を制御するとともに、内燃機関２の状態を検知し、制御ユニット１０に電気信号として入力可能としている。
【００５８】
電界印加装置９は、第１デバイス３に電界を印加するため、第１デバイス３に直接または近接して設けられる。
【００５９】
具体的には、電界印加装置９は、第１デバイス３を挟んで対向配置される複数（箱型空間１つに対して２つ）の電極２２（例えば、銅電極、銀電極など）、電圧印加電源Ｖ、およびそれらに接続される導線などを備えている。
【００６０】
各電極２２は、一対が各箱型空間２０に対応するようにそれぞれ設けられ、各箱型空間２０の外側表面において互いに対向し、それら電極２２間に第１デバイス３および第２デバイス４を介在させるように配置されるとともに、分岐導線などによって、並列的に接続されている。
【００６１】
そして、電界印加装置９では、これら電極２２に電圧印加電源Ｖから電圧を印加することにより、電極２２間、すなわち、箱型空間２０内に電界を生じさせ、第１デバイス３に電界を印加することができる。
【００６２】
制御ユニット１０は、車載発電システム１における電気的な制御を実行するユニット（例えば、ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）であり、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどを備えるマイクロコンピュータから構成されている。
【００６３】
この制御ユニット１０は、箱型空間２０の外部において、破線で示すように、検知ユニット８および電界印加装置９に電気的に接続されており、上記した検知ユニット８により検知される内燃機関２の状態が、低速高負荷状態から停止した状態であるときに、電界印加装置９を作動させる。
【００６４】
なお、検知ユニット８、電界印加装置９および制御ユニット１０は、図示しないが、車両の駆動および停止とは独立された電源に接続されており、車両が停止しているとき（イグニッションキーＯＦＦ時）にも、作動可能とされている。
【００６５】
また、車載発電システム１では、第２デバイス４が、昇圧器５、交流／直流変換器６およびバッテリー７に、順次、電気的に接続されている。
【００６６】
また、自動車２５は、上記した車載発電システム１のほか、さらに、触媒搭載部１２、エキゾーストパイプ１３、マフラー１４および排出パイプ１５を備えている。
【００６７】
触媒搭載部１２は、例えば、触媒担体およびその担体上にコーティングされる触媒を備えており、内燃機関２から排出される排気ガスに含まれる炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）などの有害成分を浄化するために、内燃機関２（エキゾーストマニホールド１７）の下流側端部に接続されている。
【００６８】
エキゾーストパイプ１３は、触媒搭載部１２において浄化された排気ガスをマフラー１４に案内するために設けられており、上流側端部が触媒搭載部１２に接続されるとともに、下流側端部がマフラー１４に接続されている。
【００６９】
マフラー１４は、エンジン１６（とりわけ、爆発工程（後述））において生じる騒音を、静音化すために設けられており、その上流側端部がエキゾーストパイプ１３の下流側端部に接続されている。また、マフラー１４の下流側端部は、排出パイプ１５の上流側端部に接続されている。
【００７０】
排出パイプ１５は、エンジン１６から排出され、エキゾーストマニホールド１７、触媒搭載部１２、エキゾーストパイプ１３およびマフラー１４を順次通過し、浄化および静音化された排気ガスを、外気に放出するために設けられており、その上流側端部がマフラー１４の下流側端部に接続されるとともに、その下流側端部が、外気に開放されている。
【００７１】
そして、このような自動車２５では、エンジン１６の駆動により、各気筒において、ピストンの昇降運動が繰り返され、吸気工程、圧縮工程、爆発工程および排気工程が順次実施され、その温度が経時的に上下される。
【００７２】
より具体的には、例えば、分岐管１８ａに接続される気筒、および、分岐管１８ｃに接続される気筒の２つの気筒において、ピストンが連動し、吸気工程、圧縮工程、爆発工程および排気工程が、同位相で実施される。これにより、燃料が燃焼され、動力が出力されるとともに、高温の排気ガスが、分岐管１８ａおよび分岐管１８ｃの内部を排気工程において通過する。
【００７３】
このとき、エンジン１６の熱が、排気ガスを介して伝達され、排気ガスの温度（分岐管１８ａおよび分岐管１８ｃの内部温度）は、排気工程において上昇する。一方、その他の工程（吸気工程、圧縮工程、爆発工程）では、排気ガス量が低減されるので、排気ガスの温度（分岐管１８ａおよび分岐管１８ｃの内部温度）は下降する。
【００７４】
このように、排気ガスの温度は、排気工程において上昇し、吸気工程、圧縮工程および爆発工程において下降し、つまり、経時的に上下する。
【００７５】
とりわけ、上記の各工程は、ピストンサイクルに応じて、周期的に順次繰り返されるため、排気ガスは、上記の各工程の繰り返しの周期に伴って、周期的に温度変化、より具体的には、高温状態と低温状態とが、周期的に繰り返される。
【００７６】
一方、それら２つの気筒とはタイミングを異にして、分岐管１８ｂに接続される気筒、および、分岐管１８ｄに接続される気筒の２つの気筒において、ピストンが連動し、吸気工程、圧縮工程、爆発工程および排気工程が、同位相で実施される。これにより、燃料が燃焼され、動力が出力されるとともに、分岐管１８ａおよび分岐管１８ｃとは異なるタイミングにおいて、高温の排気ガスが、分岐管１８ｂおよび分岐管１８ｄの内部を排気工程において通過する。
【００７７】
このとき、エンジン１６の熱が、排気ガスを介して伝達され、排気ガスの温度（分岐管１８ｂおよび分岐管１８ｄの内部温度）は、排気工程において上昇する。一方、その他の工程（吸気工程、圧縮工程、爆発工程）では、排気ガス量が低減されるので、排気ガスの温度（分岐管１８ｂおよび分岐管１８ｄの内部温度）は下降する。
【００７８】
このように、排気ガスの温度は、排気工程において上昇し、吸気工程、圧縮工程および爆発工程において下降し、つまり、経時的に上下する。
【００７９】
とりわけ、上記の各工程は、ピストンサイクルに応じて、周期的に順次繰り返されるため、排気ガスは、上記の各工程の繰り返しの周期に伴って、周期的に温度変化、より具体的には、高温状態と低温状態とが、周期的に繰り返される。
【００８０】
この周期的な温度変化は、分岐管１８ａおよび分岐管１８ｃの周期的な温度変化とは、周期が同じである一方、位相が異なる。
【００８１】
そして、この車載発電システム１では、上記したように、各分岐管１８の内部（箱型空間２０内）に、第１デバイス３が配置されている。
【００８２】
そのため、エンジン１６（内燃機関２）から排出される排気ガスが、分岐管１８内に導入され、箱型空間２０内に充填されると、その箱型空間２０内において、第１デバイス３に排気ガスが供給され、第１デバイス３の表面および裏面の両面（さらには、周側面）が、第２デバイス４を介して排気ガスに接触（曝露）され、加熱および／または冷却される。
【００８３】
すなわち、第１デバイス３の表面および裏面の両面が、エンジン１６（内燃機関２）、および、そのエンジン１６の熱を伝達する排気ガスの経時的な温度変化により、加熱および／または冷却される。
【００８４】
そして、これにより、第１デバイス３を、周期的に高温状態または低温状態にすることができ、第１デバイス３を、その素子（例えば、ピエゾ素子、焦電素子など）に応じた効果（例えば、ピエゾ効果、焦電効果など）により、電気分極させることができる。
【００８５】
そのため、この車載発電システム１では、第２デバイス４を介して、各第１デバイス３から電力を周期的に変動する波形（例えば、交流、脈流など）として、取り出すことができる。
【００８６】
また、この車載発電システム１では、分岐管１８ａおよび分岐管１８ｃの温度と、分岐管１８ｂおよび分岐管１８ｄの温度とが、同じ周期、かつ、異なる位相で周期的に変化するため、電力を、周期的に変動する波形（例えば、交流、脈流など）として、連続的に取り出すことができる。
【００８７】
その後、この方法では、例えば、図１において点線で示すように、上記により得られた電力を、第２デバイス４に接続される昇圧器５において、周期的に変動する波形（例えば、交流、脈流など）の状態で昇圧し、次いで、昇圧された電力を、交流／直流変換器６において直流電圧に変換した後、バッテリー７に蓄電する。バッテリー７に蓄電された電力は、自動車２５や、自動車２５に搭載される各種電気部品の動力などとして、適宜、用いることができる。
【００８８】
そして、このような車載発電システム１によれば、温度が経時的に上下する内燃機関２を用いるため、変動する電圧（例えば、交流電圧）を取り出すことができ、その結果、一定電圧（直流電圧）として取り出し、ＤＣ−ＤＣコンバーターで変換する場合に比べて、優れた効率で昇圧して、蓄電することができる。
【００８９】
なお、排気ガスは、各分岐管１８を通過した後、集気管１９に供給され、集気された後、触媒搭載部１２に供給され、その触媒搭載部１２に備えられる触媒により浄化される。その後、排気ガスは、エキゾーストパイプ１３に供給され、マフラー１４において静音化された後、排出パイプ１５を介して、外気に排出される。
【００９０】
このとき、各分岐管１８内を通過する排気ガスは、集気管１９において集気されるので、集気管１９、触媒搭載部１２、エキゾーストパイプ１３、マフラー１４および排出パイプ１５を順次通過する排気ガスは、その温度が、平滑化されている。
【００９１】
そのため、温度が平滑化されたこのような排気ガスを通過させる集気管１９、触媒搭載部１２、エキゾーストパイプ１３、マフラー１４および排出パイプ１５の温度は、通常、経時的に上下することなく、ほぼ一定である。
【００９２】
そのため、集気管１９、触媒搭載部１２、エキゾーストパイプ１３、マフラー１４または排出パイプ１５を内燃機関２として用い、その周囲または内部に、上記した第１デバイス３を配置する場合には、第１デバイス３から取り出される電力は、その電圧が小さく、また、一定（直流電圧）である。
【００９３】
そのため、このような方法では、得られる電力を、簡易な構成で効率良く昇圧することができず、蓄電効率に劣るという不具合がある。
【００９４】
一方、上記したように、分岐管１８の内部空間に第１デバイス３を配置すれば、内燃機関２の経時的な温度変化により、第１デバイス３を、周期的に高温状態または低温状態にすることができ、第１デバイス３を、そのデバイス（例えば、ピエゾ素子、焦電素子など）に応じた効果（例えば、ピエゾ効果、焦電効果など）により、周期的に電気分極させることができる。
【００９５】
そのため、この車載発電システム１では、第２デバイス４を介して、各第１デバイス３から電力を周期的に変動する波形（例えば、交流、脈流など）として、取り出すことができる。
【００９６】
このような車載発電システム１において、内燃機関２および排気ガスの温度は、高温状態における温度が、例えば、２００〜１２００℃、好ましくは、７００〜９００℃であり、低温状態における温度が、上記の高温状態における温度未満、より具体的には、例えば、１００〜８００℃、好ましくは、２００〜５００℃であり、高温状態と低温状態との温度差が、例えば、１０〜６００℃、好ましくは、２０〜５００℃である。
【００９７】
また、それら高温状態と低温状態との繰り返し周期は、例えば、１０〜４００サイクル／秒、好ましくは、３０〜１００サイクル／秒である。
【００９８】
一方、このような車載発電システム１が搭載される車両では、第１デバイス３が配置されるエンジンルーム内の温度が高温となる場合がある。
【００９９】
具体的には、例えば、車載発電システム１が搭載される自動車２５が、急勾配の登坂路を、低速（例えば、４０ｋｍ／ｈ）および高負荷（アクセル開度大、具体的には、回転数４０００ｒｐｍ以上）、すなわち、低速高負荷状態（なお、低速高負荷状態は、４０ｋｍ／ｈ以下の速度、かつ、４０００ｒｐｍ以上の回転数である状態と定義される。）において、所定時間走行した後、停止される場合などには、冷却水やエンジンオイルの循環が停止され、また、走行風もなくなるので、エンジンルーム内の温度が、走行時に比べて数十度上昇する（デッドソーク現象）。
【０１００】
このような場合には、第１デバイス３の温度が、高温、具体的には、そのキュリー点を超過して、第１デバイス３に損傷を生じ、発電性能が低下する場合や、発電不能となる場合がある。
【０１０１】
そこで、この車載発電システム１では、検知ユニット８により内燃機関２の状態を検知し、その検知される状態が内燃機関２の低速高負荷状態から停止した状態であるときに、制御ユニット１０により、上記条件で電界印加装置９の電極に電圧を印加し、第１デバイス３に電界を印加する。
【０１０２】
電極に印加する電界の強さは、例えば、０．１〜５ｋＶ／ｍｍ、好ましくは、０．３〜３．５ｋＶ／ｍｍ、より好ましくは、１〜２ｋＶ／ｍｍである。
【０１０３】
また、電界の印加時間は、エンジンルーム内の温度が低温になり、第１デバイス３が低温、具体的には、そのキュリー点未満になるまでである。
【０１０４】
これにより、第１デバイス３がデッドソーク状態におかれ、第１デバイス３が高温、具体的には、そのキュリー点以上の温度条件下に曝される場合にも、第１デバイス３が損傷することを抑制することができる。
【０１０５】
つまり、このような車載発電システム１では、検知ユニット８により内燃機関２の状態が検知され、その検知される状態が、内燃機関２の低速高負荷状態から停止した状態（デッドソーク状態）であるときに、制御ユニット１０により電界印加装置９が作動され、第１デバイス３に電界が印加される。
【０１０６】
そのため、内燃機関２がその停止後も高温となる場合にも、第１デバイス３が損傷することを抑制することができ、車載発電システム１の発電性能が低下することや、発電不能となることを抑制することができる。その結果、高温環境下においても、優れた効率で発電することができる。
【０１０７】
なお、上記した説明では、検知ユニット８と制御ユニット１０とは、それぞれ別体として設けられているが、例えば、検知ユニット８および制御ユニット１０は、一体的に設けられていてもよい。
【符号の説明】
【０１０８】
１ 車載発電システム
２ 内燃機関
３ 第１デバイス
４ 第２デバイス
５ 昇圧器
６ 交流／直流変換器
７ バッテリー
８ 検知ユニット
９ 電界印加装置
１０ 制御ユニット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と、
前記内燃機関から排出され、温度が経時的に上下する排気ガスが供給されることにより電気分極する第１デバイスと、
前記第１デバイスから電力を取り出すための第２デバイスと、
内燃機関の状態を検知する検知手段と、
前記第１デバイスに電界を印加する電界印加手段と、
前記検知手段により検知される前記状態が、前記内燃機関の低速高負荷状態から停止した状態であるときに、前記電界印加手段を作動させるための制御手段とを備えることを特徴とする、車載発電システム。
【請求項１】
内燃機関と、
前記内燃機関から排出され、温度が経時的に上下する排気ガスが供給されることにより電気分極する第１デバイスと、
前記第１デバイスから電力を取り出すための第２デバイスと、
内燃機関の状態を検知する検知手段と、
前記第１デバイスに電界を印加する電界印加手段と、
前記検知手段により検知される前記状態が、前記内燃機関の低速高負荷状態から停止した状態であるときに、前記電界印加手段を作動させるための制御手段とを備えることを特徴とする、車載発電システム。
【図１】
【公開番号】特開２０１３−９９０６７（Ｐ２０１３−９９０６７Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３８４８９（Ｐ２０１１−２３８４８９）
【出願日】平成２３年１０月３１日（２０１１．１０．３１）
【出願人】（０００００２９６７）ダイハツ工業株式会社 (2,560)
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月３１日（２０１１．１０．３１）
【出願人】（０００００２９６７）ダイハツ工業株式会社 (2,560)
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