(57)【要約】【課題】温度センサなどを用いることなく、第１デバイスの温度条件に応じて、応答性よく第１デバイスに電圧を印加することができ、第１デバイスの損傷を抑制することができ、さらには、発電効率の向上を図ることが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、第１デバイス３に電圧を印加する電圧印加装置９と、第１デバイス３の温度を予測する温度予測プログラムＰと、温度予測プログラムＰにより予測される第１デバイス３の温度に基づいて、電圧印加装置９を作動および停止させるための中央処理装置（ＣＰＵ）２１とを備える。【選択図】図１
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【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、
前記第１デバイスに電圧を印加する電圧印加手段と、
前記第１デバイスの温度を予測する予測手段と、
前記予測手段により予測される前記第１デバイスの温度に基づいて、前記電圧印加手段を作動および停止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。
【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いる。そのようなシステムとして、具体的には、例えば、温度が経時的に上下する熱源と、その熱源の温度変化に応じて、ピエゾ効果、焦電効果、ゼーベック効果などにより電気分極する第１デバイス（誘電体など）と、第１デバイスから電力を取り出すため、第１デバイスを挟むように対向配置される第２デバイス（電極など）とを備える発電システムが提案されている。また、その発電システムを自動車などに積載すること、さらには、そのような場合に第１デバイス（誘電体など）を自動車の排ガスが供給される排気管内に配置することが、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】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２５０６７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような発電システムでは、温度条件によっては、第１デバイスの温度が、そのキュリー点を超過する場合がある。そして、第１デバイスのキュリー点以上の環境下において、第１デバイスを用いると、第１デバイスに損傷を生じ、発電性能が低下する場合や、発電不能となる場合がある。
【０００６】
そのため、上記した発電システムにおいては、第１デバイスの損傷を抑制し、発電性能の低下を防止することが要求される場合がある。
【０００７】
さらに、上記した発電システムにおいては、より効率的に発電するために、その第１デバイスの温度条件に応じて、第１デバイスに電圧を印加することが検討される。
【０００８】
具体的には、例えば、第１デバイスの温度を温度センサ（熱電対、サーミスタなど）により検知し、その温度がキュリー点以上となった場合に、第１デバイスを保護することや、例えば、温度センサにより検知される温度に応じて、第１デバイスに電圧を印加することが検討される。
【０００９】
しかしながら、発電システムを自動車に積載し、第１デバイスを排気管内などに配置する場合には、温度センサも排気管内に配置されるため、温度センサに、腐食耐性、振動耐性などが要求され、また、定期交換を要するなど、高コスト化する場合がある。
【００１０】
さらに、温度センサによる検知温度に基づいて、第１デバイスに電圧を印加すると、温度検知に対する電圧印加の応答性が十分ではない場合があり、さらなる効率化が要求される場合がある。
【００１１】
本発明の目的は、温度センサなどを用いることなく、第１デバイスの温度条件に応じて、応答性よく第１デバイスに電圧を印加することができ、第１デバイスの損傷を抑制することができ、さらには、発電効率の向上を図ることが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】
【００１２】
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、前記第１デバイスに電圧を印加する電圧印加手段と、前記第１デバイスの温度を予測する予測手段と、前記予測手段により予測される前記第１デバイスの温度に基づいて、前記電圧印加手段を作動および停止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】
【００１３】
本発明の車載発電システムでは、予測手段によって第１デバイスの温度を予測し、その予測温度に基づいて電圧印加手段を作動および停止させる。
【００１４】
そのため、本発明の車載発電システムでは、第１デバイスがそのキュリー点を超えたときには、温度センサなどを用いることなく、予測温度に基づいて電圧印加手段を作動させることにより、第１デバイスが損傷することを抑制でき、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。
【００１５】
さらには、本発明の車載発電システムでは、第１デバイスの温度条件に基づいて、予測温度に基づいて電圧印加手段を作動および停止させることにより、温度センサなどを用いることなく、応答性よく第１デバイスに電圧を印加することができ、発電効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】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。
【図２】図１の制御ユニットにおいて実行される制御処理を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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、第１デバイスに電圧を印加する電圧印加手段としての電圧印加装置９と、その電圧印加装置９を作動および停止させるための制御ユニット１０とを備えている。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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）２３、例えば、それら電極２３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。
【００５８】
電圧印加装置９は、第１デバイス３に電圧を印加するため、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、電圧印加装置９は、例えば、上記の第１デバイス３を挟んで対向配置される１対（２つ）の電極（例えば、銅電極、銀電極など）２２、電圧印加電源３１、および、それらに接続される導線２８などを備えており、電極２２間に第１デバイス３を介在させるように、配置されている。
【００６０】
電圧印加装置９の電極２２は、上記した第２デバイス４の電極２３とは別途設けられていてもよく、また、第２デバイス４の電極２３と共用されていてもよい。図１では、電圧印加装置９の電極２２と、第２デバイス４の電極２３とが、共用される形態を示している。
【００６１】
各電極２２は、分岐導線などによって、並列的に接続されている。これら電極２２に電圧印加電源３１から電圧を印加することにより、電極２２間、すなわち、第１デバイス３に電圧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、メモリ１１と、中央処理装置（ＣＰＵ）２１とを備えるマイクロコンピュータで構成されている。
【００６３】
メモリ１１は、ＲＯＭおよびＲＡＭを備えており、ＲＯＭに各種プログラムや固定データが格納されるとともに、ＲＡＭに一時的な入力データが格納される。
【００６４】
そして、メモリ１１のＲＯＭには、第１デバイス３の温度を予測する予測手段としての温度予測プログラムＰが格納されている。
【００６５】
温度予測プログラムＰは、内燃機関２の運転状態や、その内燃機関２から生じる排気ガスの温度および流量などから、第１デバイス３の温度を予測するプログラムであり、予め測定されたデータに基づいて作成されている。
【００６６】
また、メモリ１１は、例えば、自動車２５の車速センサや、エンジン１６の出力計、さらには、吸気系および排気系における圧力センサおよび流量計など、種々の検知装置に電気的に接続されており、各種データが入力可能とされている。これにより、メモリ１１のＲＡＭには、上記した内燃機関２の運転状態や、その内燃機関２から生じる排気ガスの温度および流量などの、温度予測プログラムＰを処理するための一時的な数値が入力および格納される。
【００６７】
中央処理装置（ＣＰＵ）２１は、上記の温度予測プログラムＰによって温度を予測演算し、その予測温度に基づいて電圧印加装置９を作動および停止させるための制御手段であって、破線で示すように、メモリ１１に電気的に接続されるとともに、電圧印加装置９に電気的に接続されている。
【００６８】
このような中央処理装置（ＣＰＵ）２１では、詳しくは後述するが、温度予測プログラムＰに従い、上記した種々の検知装置により検知される情報に基づいて、エンジン１６の目標出力および加減速状態、さらには、排ガスの温度および流量などを予測可能とし、その予測に基づいて、第１デバイス３の温度を予測可能としている。
【００６９】
また、中央処理装置（ＣＰＵ）２１は、温度予測プログラムＰにより予測される第１デバイス３の温度状態に基づいて、電圧印加装置９を作動および停止可能としている。
【００７０】
また、図１において破線で示すように、第２デバイス４は、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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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、静音化する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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
一方、このような車載発電システム１では、温度条件によっては、第１デバイス３の温度が、そのキュリー点を超過する場合がある。そして、第１デバイス３のキュリー点以上の環境下において、第１デバイス３を用いると、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。
【０１０４】
さらに、車載発電システム１では、より効率的に発電するために、第１デバイス３の温度条件に基づいて、第１デバイス３に電圧を印加することが要求される。
【０１０５】
そこで、この車載発電システム１では、上記した温度予測プログラムＰにより、第１デバイス３の温度を予測し、その温度予測プログラムＰにより予測される第１デバイス３の温度に基づいて、中央処理装置（ＣＰＵ）２１の制御により、電圧印加装置９を作動および停止させる。
【０１０６】
図２は、図１の制御ユニット１０において実行される制御処理を示すフロー図である。図２に示す制御処理（温度予測プログラムＰ）は、メモリ１１のＲＯＭに記憶されており、その制御処理が中央処理装置（ＣＰＵ）２１により実行される。
【０１０７】
この制御処理は、エンジン１６の駆動開始をトリガーとしてスタートされる。
【０１０８】
処理がスタートされると、例えば、自動車２５の走行時における負荷（車両重量など）や、車速、アクセル開度、エンジン１６の回転数などから、エンジン１６の目標出力および加減速状態が、温度予測プログラムＰに従って予測される（ステップＳ１）。
【０１０９】
なお、エンジン１６の目標出力および加減速状態を予測する演算方法は、特に制限されず、公知の方法を採用することができる。
【０１１０】
また、これとともに、例えば、エンジン１６の回転数や、吸気系における吸気圧などから、排ガスの温度が、温度予測プログラムＰに従って予測される（ステップＳ２）。
【０１１１】
なお、排ガスの温度を予測する演算方法は、特に制限されず、公知の方法を採用することができる。
【０１１２】
さらに、これとともに、例えば、吸気系における吸入空気量や、エンジン１６における燃料流量、さらには、空燃比（吸入空気量／燃料流量）などから、排ガスの流量が、温度予測プログラムＰに従って予測される（ステップＳ３）。
【０１１３】
なお、排ガスの流量を予測する演算方法は、特に制限されず、公知の方法を採用することができる。例えば、吸入空気量と燃料流量との合計などとして排ガスの流量は算出される。また、燃料流量は、例えば、インジェクタ噴射量（噴射時間、燃圧、吸気圧などから算出される。）、エンジン１６の回転数などから算出される。
【０１１４】
次いで、この処理では、上記により予測されたエンジン１６の目標出力および加減速状態、および、排ガスの予測温度（さらには、エンジン１６における燃料の供給状態など）から、排ガスの温度変化が、温度予測プログラムＰに従って予測される（ステップＳ４）。
【０１１５】
なお、排ガスの温度変化を予測する演算方法は、特に制限されず、公知の方法を採用することができる。
【０１１６】
次いで、この処理では、上記により予測された排ガスの温度変化、および、排ガスの流量（さらには、例えば、第１デバイス３の熱容量、予め設定される補正係数など）から、第１デバイス３の温度が、温度予測プログラムＰに従って予測される（ステップＳ５）。
【０１１７】
なお、第１デバイス３の温度を予測する演算方法は、特に制限されず、公知の方法を採用することができる。
【０１１８】
そして、この処理では、中央処理装置（ＣＰＵ）２１によって、第１デバイス３の温度（予測温度）が、そのキュリー点以上であるか否かが判断される（ステップＳ６）。
【０１１９】
第１デバイス３の温度（予測温度）が、そのキュリー点以上である場合（ステップＳ６のＹＥＳ）には、中央処理装置（ＣＰＵ）２１によって電圧印加装置９が作動され、第１デバイス３に所定の電圧が印加される（ステップＳ７）。
【０１２０】
なお、電圧の大きさは、第１デバイス３の種類や温度条件などに応じて、適宜設定される。また、電圧を印加する時間は、第１デバイス３の予測温度が第１デバイス３のキュリー点未満となる時点までである。
【０１２１】
そして、温度予測プログラムＰに従って予測される予測温度が第１デバイス３のキュリー点未満である場合（ステップＳ６のＮＯ）には、中央処理装置（ＣＰＵ）２１により、第１デバイス３の温度が昇温状態であるか降温状態であるかが判断される（ステップＳ８）。
【０１２２】
より具体的には、例えば、温度予測プログラムＰに従って予測される第１デバイス３の温度が、予め設定された所定の値（例えば、０．２℃／ｓなど）以上上昇したときに、昇温状態であると判断され、また、第１デバイス３の温度が、予め設定された所定の値（例えば、０．２℃／ｓなど）以上下降したときに、降温状態であると判断される。
【０１２３】
そして、この車載発電システム１では、第１デバイス３が昇温状態であると判断された場合（ステップＳ８のＹＥＳ）には、中央処理装置（ＣＰＵ）２１によって電圧印加装置９が作動され、第１デバイス３に所定の電圧が印加される（ステップＳ７）。
【０１２４】
なお、電圧の大きさは、第１デバイス３の種類や温度条件などに応じて、適宜設定される。また、電圧を印加する時間は、第１デバイス３が降温状態に至るまでであり、具体的には、昇温状態中である。
【０１２５】
そして、第１デバイス３が降温状態であると予測された場合（ステップＳ８のＮＯ）には、中央処理装置（ＣＰＵ）２１によって電圧印加装置９が停止され、第１デバイス３に対する電圧の印加が停止される（ステップＳ９）。
【０１２６】
なお、上記の車載発電システム１では、第１デバイス３は、内燃機関２により加熱および／または冷却されるため、実質的に定温状態になることなく、昇温状態および降温状態が繰り返される。
【０１２７】
また、電圧印加装置９を作動させてから上記電圧が印加される（すなわち、電場の大きさが上記の所定値に達する）までの所要時間、および、電圧印加装置９を停止させてから、電場の大きさが０ｋＶ／ｍｍに達するまでの所要時間は、実質的に０秒とみなすことができる。すなわち、このような車載発電システム１では、上記所定値に満たない電圧が印加されている時間は、実質的に０秒であって、上記所定値の電圧が印加されている状態（ＯＮ）と、電圧が印加されていない状態（ＯＦＦ）とが、中央処理装置（ＣＰＵ）２１によって切り替えられている。
【０１２８】
そして、このような車載発電システム１では、上記の処理を繰り返すことにより、第１デバイス３の損傷を抑制するとともに、発電効率の向上を図ることができる。
【０１２９】
つまり、上記の車載発電システム１では、温度予測プログラムＰに従って第１デバイス３の温度を予測し、その予測温度に基づいて、電圧印加装置９を作動および停止させる。
【０１３０】
具体的には、上記の車載発電システム１では、予測温度が第１デバイス３のキュリー点以上であるときには、中央処理装置（ＣＰＵ）２１により電圧印加装置９が作動され、第１デバイス３に電圧が印加される。
【０１３１】
そのため、第１デバイス３がそのキュリー点を超えたときには、温度センサなどを用いることなく、予測温度に基づいて電圧印加装置９を作動させることにより、第１デバイス３が損傷することを抑制することができ、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。
【０１３２】
また、上記の車載発電システム１では、第１デバイス３の昇温が検知されたときには、電圧印加装置９が作動され、第１デバイス３に電圧が印加される。一方、第１デバイス３の降温が検知されたときには、電圧印加装置９が停止され、電圧の印加が停止される。
【０１３３】
このような車載発電システム１によれば、電圧印加装置９を作動または停止させる、つまり、ＯＮ／ＯＦＦ操作するという比較的簡易な方法によって、電圧を印加しない場合に比べ、第１デバイス３から効率的にエネルギーを取り出すことができ、発電効率の向上を図ることができる。
【０１３４】
また、発電効率の向上を図る方法としては、上記したように電圧印加装置９を単に作動および停止させるだけでなく、例えば、その印加電圧の大きさを第１デバイス３の温度状態に応じて変化させることも検討される。しかし、このような方法では、印加電圧を徐々に増減させるという煩雑な操作を必要とするため、手間がかかるという不具合がある。
【０１３５】
一方、上記の車載発電システム１では、電圧印加装置９を作動または停止させるという比較的簡易な方法によって、発電効率の向上を図ることができる。
【０１３６】
とりわけ、上記の車載発電システム１では、第１デバイス３の温度条件に基づいて、予測温度に基づいて電圧印加装置９を作動および停止させることにより、温度センサなどを用いることなく、応答性よく第１デバイス３に電圧を印加することができ、発電効率の向上を図ることができる。
【０１３７】
そして、このような車載発電システム１では、取り出された電力を、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）の状態で昇圧する。昇圧器５としては、交流電圧を、例えば、コイル、コンデンサなどを用いた簡易な構成により、優れた効率で昇圧できる昇圧器が、用いられる。
【０１３８】
次いで、昇圧器５において昇圧された電力を、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。
【０１３９】
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熱源（内燃機関２の排気ガス）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）として取り出す場合に比べて、簡易な構成により、優れた効率で昇圧して、蓄電することができる。
【符号の説明】
【０１４０】
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
８      予測ユニット
９      電圧印加装置
１０    制御ユニット
【図１】
2014187832.tif 000003
【図２】
2014187832.tif 000004