(57)【要約】【課題】  常に十分な温度差を確保し、熱電モジュールによりアイドルストップ中においても安定した電力供給を行うことができる車両の熱電発電装置を提供すること。【解決手段】  無段変速機(10)のプライマリプーリ(12)及びセカンダリプーリ(14)、オイルポンプ(20)、電動オイルポンプ(24)とを接続する油圧経路(22)と、エンジン(1)の排気管(36)の上流側との間に熱電モジュール(40)を設ける。【選択図】      図１
2006220004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載された内燃機関の回転を無段階に変速して駆動軸に伝達可能な無段変速機と、
所定の停止条件の成立に伴い前記内燃機関を停止させ、所定の再始動条件の成立に伴い前記内燃機関を再始動させる内燃機関停止再始動制御手段と、
該内燃機関停止再始動制御手段により前記内燃機関が停止している間、電力により駆動され、前記無段変速機に油圧を供給する電動オイルポンプと、
該電動オイルポンプ及び前記無段変速機とを接続する油圧経路と、
該油圧経路に設けた低温部及び前記内燃機関の排気通路に設けた高温部を有し、該低温部と該高温部との温度差により熱電発電を行う熱電モジュールと、
を備えることを特徴とする車両の熱電発電装置。
【請求項２】
前記熱電モジュールを用いた熱電発電による発電電力が前記車両の要求電力を満たす場合にのみ、該熱電モジュールを用いた熱電発電による車両の電力供給を行うことを特徴とする請求項１記載の車両の熱電発電装置。
【請求項３】
前記低温部と前記高温部との温度差が、予め設定された所定温度差以上である場合にのみ、熱電モジュールを用いた熱電発電による車両の電力供給を行うことを特徴とする請求項１または２記載の車両の熱電発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の熱電発電装置に係り、詳しくは熱電モジュールを用いた熱電発電による電力供給に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、排出ガスの抑制や燃費の向上の手法として、車両が信号待ち等によりアイドル状態で停止しているときに内燃機関（以下エンジンという）を自動的に停止させ、発進時には速やかに再始動させて円滑に発進させるようにした所謂アイドルストップ車両が開発されている。
しかし、アイドルストップ中であっても、エンジンの再始動のための電力や、アイドルストップ中にも使用するランプ類、空調類、オーディオ類等の補機類への電力を確保しなければならなかった。従来は、このようなアイドルストップ中の電力は、アイドルストップによりエンジンが停止しているためオルタネータ等のエンジンにより駆動される発電手段は用いることができず、バッテリ等の蓄電手段に充電された電力を用いていた。
【０００３】
ところで、発電の手段として、熱電モジュールの高温部と低温部との間で温度差を生じさせることで発電する熱電発電という技術がある。
例えば、この熱電モジュールを車両のエンジンに設け、エンジンの発する熱を高温源とし、外気やラジエータを低温源として発電を行う技術が開発されている。（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−３３２２９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に開示された技術では、エンジンが停止してしまえば大きな温度差を得ることが困難となり十分な発電電力を得ることができないという問題がある。
熱電発電により高い発電電力を得るには、熱電モジュールの低温部と高温部との温度差を大きくすることである。
【０００５】
車両において高温源となり得る部分は比較的多くあるが、特に高温となり得るのはエンジンの排気系であり、排気直後の排ガスは十分な高温源となる。
それに対し、車両において安定した低温源を確保することは難しく、例えば代表的な低温源としては冷却水があるが、冷却水を排気系の周りに通すのは困難である。このように、車両において、排気系等の高温源の近傍にあり、比較的低温で、且つその温度を維持することのできる低温源を得るのは困難である。
【０００６】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、常に十分な温度差を確保し、熱電モジュールによりアイドルストップ中においても安定した電力供給を行うことができる車両の熱電発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した目的を達成するために、請求項１の車両の熱電発電装置では、車両に搭載された内燃機関の回転を無段階に変速して駆動軸に伝達可能な無段変速機と、所定の停止条件の成立に伴い前記内燃機関を停止させ、所定の再始動条件の成立に伴い前記内燃機関を再始動させる内燃機関停止再始動制御手段と、該内燃機関停止再始動制御手段により前記内燃機関が停止している間、電力により駆動され、前記無段変速機に油圧を供給する電動オイルポンプと、該電動オイルポンプ及び前記無段変速機とを接続する油圧経路と、該油圧経路に設けた低温部及び前記内燃機関の排気通路に設けた高温部を有し、該低温部と該高温部との温度差により熱電発電を行う熱電モジュールとを備えることを特徴としている。
【０００８】
これより、アイドルストップ中に駆動する電動オイルポンプ及び無段変速機を接続する油圧経路に低温部を設け、エンジンの排気系に高温部を設けた熱電モジュールを用いて熱電発電を行う。
請求項２の車両の熱電発電装置では、前記熱電モジュールを用いた熱電発電による発電電力が前記車両の要求電力を満たす場合にのみ、該熱電モジュールを用いた熱電発電による車両の電力供給を行うことを特徴としている。
【０００９】
これより、熱電モジュールを用いた熱電発電により行う車両の電力供給は、当該熱電発電による発電電力が車両の要求電力を満たしている場合のみとし、当該熱電発電による発電電力が車両の供給電力に満たない場合には、熱電モジュールを用いた熱電発電による車両の電力供給は行わない。
請求項３の車両の熱電発電装置では、前記低温部と前記高温部との温度差が、予め設定された所定温度差以上である場合にのみ、該熱電モジュールを用いた熱電発電による車両の電力供給を行うことを特徴としている。
【００１０】
これより、熱電モジュールを用いた熱電発電により行う車両の電力供給は、熱電モジュールの低温部と高温部との温度差を十分に得られる場合のみとし、熱電モジュールの低温部と高温部との温度差が十分に得られない場合には、熱電モジュールを用いた熱電発電による車両の電力供給は行わない。
【発明の効果】
【００１１】
上記手段を用いる本発明の請求項１の車両の熱電発電装置によれば、無段変速機はアイドルストップ中において、油圧を維持させるため電動オイルポンプが作動するので、無段変速機に接続されている油圧経路内のオイルは常に循環し温度変動が少なく、このような油圧経路に低温部を設け、高温の排ガスが流通する排気系に高温部を設けることで、アイドルストップ中において低温部と高温部の温度差を安定して得ることができる。
【００１２】
これにより、常に熱電モジュールを用いた熱電発電による十分な発電電力を得ることができ、アイドルストップ中において安定した電力供給を行うことができる。
請求項２の車両の熱電発電装置によれば、熱電モジュールによる発電電力が車両の供給電力に満たない場合には熱電発電による電力供給を行わないようにすることで、車両の電力供給が不安定になることを防止することができる。
【００１３】
請求項３の車両の熱電発電装置によれば、低温部と高温部の温度差が低い場合には、熱電発電による電力供給を行わないようにすることで、車両の電力供給が不安定になることを十分に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１を参照すると、本発明に係る熱電発電装置を備えた車両の概略構成図が示されている。以下、図１に基づき説明する。
図１に示すように、車両に搭載されたエンジン（内燃機関）１の一側に延びる出力軸２にはトルクコンバータ４、前後進切換装置６を介して無段変速機１０が接続されている。
【００１５】
詳しくは、エンジン１は例えば４気筒ガソリンエンジンである。また、トルクコンバータ４はポンプインペラ、タービンライナ、ステータからなるものである。前後進切換装置６は遊星歯車機構を有しており、トルクコンバータ４から出力されるタービンライナの回転を、車両の前進方向と後進方向とを選択的に切り換えて出力するものである。
これらエンジン１、トルクコンバータ４、前後進切換装置６は公知のものであり詳細な説明は省略する。
【００１６】
無段変速機１０はベルト式無段変速機であり、トルクコンバータ４と前後進切換装置６を介してエンジン１の出力軸２と連結されたプライマリプーリ１２と、車両の駆動軸８側に連結されたセカンダリプーリ１４と、当該プライマリプーリ１２とセカンダリプーリ１４間に掛け渡されたＶベルト１６とから構成されている。
これらプライマリプーリ１２とセカンダリプーリ１４は油圧経路２２と接続されており、当該各プーリ１２、１４への油圧を制御することで、各プーリ１２、１４の溝幅が相対的に変化する。このようにプライマリプーリ１２とセカンダリプーリ１４の溝幅を変化させることにより、Ｖベルト１６の掛かる有効径を変化させ、無段変速機１０の変速比を変化させる。
【００１７】
また、上記油圧経路２２は、トルクコンバータ４と前後進切換装置６との間に設けられているオイルポンプ２０とも接続されている。当該オイルポンプ２０はエンジン１により駆動され、図示しないオイルパンからオイルを高圧の油圧にして油圧経路２２に吐出する。
また、オイルポンプ２０とは別に、車両には電動オイルポンプ２４が搭載されている。これは、アイドルストップ中はオイルポンプ２０の駆動が停止するため無段変速機１０に対し油圧が発生しなくなる。この状態で車両発進させる場合、エンジンを始動させ無段変速機が所定の変速段変化、または所定の変速段を保持するための油圧をオイルポンプが発生させてから発進する必要があり、発進が遅れてしまう。したがって、エンジン駆動とは別に電動オイルポンプを設け、アイドルストップ中でも無段変速機１０に対し油圧を発生させ車両発進の遅れがないようにしている。なお、電動オイルポンプ２４も上記油圧経路２２と接続されており、当該電動オイルポンプ２４は電力により駆動し、上記オイルポンプ２０と同様に図示しないオイルパンからオイルを高圧の油圧にし油圧経路２２に吐出する。
【００１８】
さらに、油圧経路２２にはオイル温度センサ２６が設けられており、当該オイル温度センサ２６は油圧経路２２内を流通するオイルの温度を検出する。
また、エンジン１の他側に延びる出力軸３にはギヤユニットやチェーン等の伝達部材３０を介して、スタータジェネレータ３２が接続されている。当該スタータジェネレータ３２は、エンジン１の運転中にはエンジン１の回転に伴って発電を行い、エンジン１の始動時には電力の供給に伴ってエンジン１のクランキングを行う機能を有している。
【００１９】
また、エンジン１の排気側には排気マニホールド３４を介して排気管（排気通路）３６が接続されている。排気管３６の排気上流側には排ガス温度センサ３８が設けられており、当該排ガス温度センサ３８は排気管３６内を流通する排ガスの温度を検出する。
また、排気管３６の排気上流側と、上記油圧経路２２との間には熱電モジュール４０が設けられている。
【００２０】
当該熱電モジュール４０は一方に低温部４０ａを、他方に高温部４０ｂが形成され、これら低温部４０ａと高温部４０ｂとの温度差により発電する熱電発電を行う機能を有している。
そして、当該熱電モジュール４０は、低温部４０ａが油圧経路２２に当接しており、高温部４０ｂが排気管３６に当接している。つまり、この熱電モジュール４０は、油圧経路２２と排気管３６の上流側との温度差により発電を行うものである。
【００２１】
また、熱電モジュール４０はＤＣ／ＤＣコンバータ４２と電気的に接続されている。当該ＤＣ／ＤＣコンバータ４２は熱電モジュール４０により発電された電力を適切な電圧に変換する機能を有している。
また、車両には電力を蓄電するバッテリ４４が搭載されている。
また、電動オイルポンプ２４やスタータジェネレータ３２はインバータ４６と電気的に接続されており、当該インバータ４６は直流と交流の変換を行う機能を有している。
【００２２】
そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２、バッテリ４４、インバータ４６及び車両に搭載されている補機類４８はそれぞれ電気的に接続されている。ここで、補機類４８は例えば空調類、オーディオ類、ランプ類等の車両に搭載されている電気機器である。
さらに、車両にはアイドルストップを含む各種制御を行うＥＣＵ（電子コントロールユニット）５０（内燃機関停止再始動制御手段）が搭載されている。当該ＥＣＵ５０は上記オイル温度センサ２６、排ガス温度センサ３８、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２、バッテリ４４、インバータ４６、補機類４８等の各種装置等と電気的に接続されている。
【００２３】
以下、このように構成された本発明に係る車両の熱電発電装置の作用について説明する。
まず、車両走行中における車両の電力供給について説明する。
車両走行中は、エンジン１の運転状況に応じて無段変速機１０の変速比を制御するために、オイルポンプ２０からプライマリプーリ１２及びセンカンダリプーリ１４に油圧経路２２を介して油圧が供給される。このように、各プーリ１２、１４に油圧が供給されることで、油圧経路２２内のオイルは循環し、当該オイルの温度は変動が少なく比較的低温に保たれることとなる。なお、エンジン１の運転中における電動オイルポンプ２４は停止している。
【００２４】
また、排気管３６内にはエンジン１から排出される高温の排ガスが流通する。
これにより、低温部４０ａが油圧経路２２に、高温部４０ｂが排気管３６に当接している熱電モジュール４０は、油圧経路２２と排気管３６との間に生じる温度差によって熱電発電が行われる。
またエンジン１の運転中においては、当該エンジン１の回転に伴ってスタータジェネレータ３２による発電も行われる。
【００２５】
ここで、熱電モジュール４０の熱電発電による発電電力が補機類４８等の要求電力を満たしているならば、熱電モジュール４０の熱電発電により補機類４８等への電力供給を行う。このように熱電モジュール４０の発電により補機類４８等への電力供給を行うことで、エンジン１がスタータジェネレータ３２を駆動する分の負担を軽減することができる。
また、エンジン１の始動直後等で排ガス温度が低く、低温部４０ａと高温部４０ｂとの間で十分な温度差が得られず、熱電モジュール４０の発電電力が要求電力を満たさないとき等には、従来どおりのスタータジェネレータ３２の発電による電力供給を行う。
【００２６】
次に、アイドルストップ時における車両の電力供給について説明する。
図２を参照すると、ＥＣＵ５０により実行される車両のアイドルストップ時における制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下同フローチャートに基づき説明する。
まず、ステップＳ１では、車両がアイドルストップ条件（停止条件）を満たしているか否かを判別する。ここで、アイドルストップ条件とは、例えば、車両が十分に暖気された状態であり、アクセルの操作がされていないこと、ブレーキが踏み込まれていること、及び車速が０であることの、これらが全て成立しているときアイドルストップ条件が満たされているものとする。そして、当該判別結果が真（Ｙｅｓ）であれば、ステップＳ２に進む。
【００２７】
ステップＳ２では、上記オイル温度センサ２６及び排ガス温度センサ３８により検出されるオイル温度と排ガス温度から低温部４０ａと高温部４０ｂの温度差Ｔを算出する。
次のステップＳ３では、算出した温度差Ｔと予め設定してある所定温度Ｔ１（例えば４００℃）とを比較し、温度差Ｔが所定温度Ｔ１以上であるか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）であれば、ステップＳ４に進む。
【００２８】
ステップＳ４では、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２から、熱電モジュール４０の熱電発電により発電される発電電力Ｅ１を検出する。
また、次のステップＳ５では、電動オイルポンプ２４や補機類４８等の各種装置を機能させるために必要な電力、つまり要求電力Ｅ２を算出する。
そして、ステップＳ６において、熱電モジュール４０の発電電力Ｅ１と補機類４８等
の要求電力Ｅ２とを比較し、発電電力Ｅ１が要求電力Ｅ２以上であるか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）であれば、ステップＳ７に進み、熱電モジュール４０による熱電発電により補機類４８等への電力供給を行うものとし、ステップＳ８に進む。
【００２９】
ステップＳ８では、エンジン１が作動しているのであれば、エンジン１を停止させ、続くステップＳ９では、上記プライマリプーリ１２及びセカンダリプーリ１４の油圧を保持するように電動オイルポンプ２４を作動させ、当該ルーチンを抜ける。なお、ステップＳ８、Ｓ９において、すでにエンジン１が停止しており電動オイルポンプ２４が作動している場合は、そのままエンジン１停止状態及び油圧保持状態を維持し、当該ルーチンを抜ける。
【００３０】
このように、熱電モジュール４０が、十分な温度差とともに、十分な熱電発電による発電電力を得ることが出来る場合は、当該熱電モジュール４０の熱電発電による電力供給を行う。
一方、ステップＳ３またはステップＳ６における判別結果が偽（Ｎｏ）であった場合、即ち温度差Ｔが所定温度差Ｔ１未満であった場合、または、発電電力Ｅ１が要求電力Ｅ１未満であった場合には、ステップＳ１０に進む。
【００３１】
ステップＳ１０では、バッテリ４４の現在の充電量Ｂを検出する。
そして、次のステップＳ１１において、当該充電量Ｂが所定充電量Ｂ１（例えばバッテリ４４の最大充電量に対して６０％）以上であるか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）であれば、ステップＳ１１に進み、バッテリ４４に充電されている電力を補機類４８等に供給するものとする。続くステップＳ８、ステップＳ９は上記で説明したように、エンジン１を停止させ、電動オイルポンプ２４を作動させ、当該ルーチンを抜ける。
【００３２】
このように、熱電モジュール４０による熱電発電では十分な電力を確保することができない場合には、バッテリ４４の充電量Ｂが十分であればバッテリ４４によってアイドルストップ中の電力供給を行う。
また、ステップＳ１でアイドルストップ条件を満たさなかった場合や、ステップＳ１１でバッテリ４４の充電量Ｂが所定充電量Ｂ１未満であった場合には、ステップＳ２０に進む。
【００３３】
ステップＳ２０では、このときエンジン１が停止しているのであればエンジン１を再始動させ、続くステップＳ２１では電動オイルポンプ２４を停止させ、当該ルーチンを抜ける。なお、エンジン１がすでに運転中で、電動オイルポンプ２４が停止しているならば、そのまま当該ルーチンを抜ける。
このように、アイドルストップ条件は満たしているが、熱電モジュールによる熱電発電や、バッテリ４４の充電量が十分でない場合には、エンジン１を再始動させることでスタータジェネレータを駆動させ、当該スタータジェネレータの発電電力により電力供給を行う。
【００３４】
以上のように、エンジン１の運転を停止させるアイドルストップ中においても、再始動から円滑な発進ができるように、無段変速機１０のプライマリプーリ１２及びセカンダリプーリ１４の油圧を維持するようオイルポンプ２０に代わり電動オイルポンプ２４が作動される。
このため、油圧経路２２内のオイルはエンジン１停止中であっても常に循環することとなり、たとえ油圧経路２２の一部が排気管３６の近傍を通っていても温度変動が少なく、比較的低温を維持することとができる。
【００３５】
このような油圧経路２２に熱電モジュール４０の低温部４０ａを設け、高温の排ガスが流通する排気管３６に高温部４０ｂを設けることで、エンジン１駆動中だけでなくアイドルストップ中においても低温部４０ａと高温部４０ｂの温度差を安定して得ることができる。
これにより、熱電モジュール４０の熱電発電による十分な発電電力を行うことができ、アイドルストップ中においても補機類４８等に安定した電力供給を行うことができる。
【００３６】
また、熱電モジュール４０の低温部４０ａと高温部４０ｂとの温度差が低い場合や、熱電発電による発電電力が十分でない場合には、バッテリ４４やスタータジェネレータ３２による電力供給に切り換えることで、車両の電力供給が不安定となることを防止することができる。
以上で本発明に係る車両の熱電発電装置の実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。
【００３７】
例えば、上記実施形態では、熱電モジュール４０の熱電発電による発電電力Ｅ１はＤＣ／ＤＣコンバータ４２から検出しているが、これに限られるものではなく、熱電モジュール４０の低温部４０ａと高温部４０ｂとの温度差Ｔから発電電力Ｅ１を算出するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、熱電モジュール４０の低温部４０ａと高温部４０ｂとの温度差Ｔによる判別と、熱電モジュール４０の熱電発電による発電電力Ｅ１による判別の両方の判別を行っているが、どちらか一方のみの判別としても構わない。
【００３８】
また、上記実施形態では、アイドルストップ条件を、車両が十分に暖気された状態であり、アクセルの操作がされていないこと、ブレーキが踏み込まれていること、及び車速が０であることとしたが、これに限られるものではなく、その他の条件としてもよい。
また、上記実施形態では、車両走行中においても熱電モジュール４０の熱電発電により電力の供給を行うことができることとしているが、例えば、車両走行中においてはスタータジェネレータ３２の発電のみとし、熱電モジュール４０の熱電発電はアイドルストップ中のみに行うものとしてもよい。
【００３９】
また、上記実施形態では、スタータジェネレータ３２をトルクコンバータ４と反対側に用いたが、エンジン１とトルクコンバータ４との間に挟んだ構造としてもよく、スタータジェネレータ３２に換えて通常のオルタネータとスタータとの組み合わせを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係る熱電発電装置を備えた車両の概略構成図である。
【図２】本発明に係る車両の熱電発電装置におけるＥＣＵにより実行される車両のアイドルストップ時の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４１】
１  エンジン（内燃機関）
１０  無段変速機
２０  オイルポンプ
２２  油圧経路
２４  電動オイルポンプ
２６  オイル温度センサ
３２  スタータジェネレータ
３６  排気管（排気通路）
３８  排ガス温度センサ
４０  熱電モジュール
４０ａ  低温部
４０ｂ  高温部
４２  ＤＣ／ＤＣコンバータ
４４  バッテリ
４８  補機類
５０  ＥＣＵ（内燃機関停止再始動制御手段）
【図１】
2006220004.tif 000003
【図２】
2006220004.tif 000004