(57)【要約】【課題】デバイスの破損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、エンジン１１および排気管１７を備える内燃機関２と、排気管１７内に配置され、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、アフターバーンの発生を予測するアフターバーン予測装置５および／または第１デバイス３の被水の発生を予測する被水予測装置６と、第１デバイス３に向かって流れる排気ガスの流れ方向を第１デバイス３を回避する方向に変更するための流路規制装置７と、アフターバーン予測装置５によりアフターバーンの発生が予測されたときおよび／または被水予測装置６により第１デバイス３の被水の発生が予測されたときに流路規制装置７を作動させる制御ユニット８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】
エンジン、および、前記エンジンから排気ガスを排出させるための排気管を備える内燃機関と、
前記排気管内に配置され、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、
前記排気管におけるアフターバーンの発生を予測するアフターバーン予測手段、および／または、前記第１デバイスの被水の発生を予測する被水予測手段と、
前記排気管内において、前記第１デバイスに向かって流れる前記排気ガスの流れ方向を、前記第１デバイスを回避する方向に変更するための流方向変更手段と、
前記アフターバーン予測手段によりアフターバーンの発生が予測されたとき、および／または、前記被水予測手段により前記第１デバイスの被水の発生が予測されたときに、前記流方向変更手段を作動させる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気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を検討することもできる。
【０００７】
このような場合には、内燃機関に空気および燃料が供給され、燃料が燃焼されることにより排気ガスが生じ、その排気ガスにより、排気管内において焦電素子が加熱および冷却される。
【０００８】
しかるに、発電装置を車載した場合、車両状態によっては、未燃焼または不完全燃焼状態の燃料が排気ガスとともに排気管に排出され、その燃料が排気管内において爆発する場合がある（アフターバーン）。
【０００９】
焦電素子を排気管内に配置した場合に、排気管内においてアフターバーンが生じると、その衝撃などによって、焦電素子に破損を生じる場合がある。
【００１０】
また、発電装置を車載した場合には、車両状態によっては、排気ガスに含有される水が冷却され、排気管の内壁に凝縮水が生成する場合がある。
【００１１】
焦電素子を排気管内に配置した場合に、排気管の内壁に凝縮水が生成すると、その水が排気ガスにより輸送され、焦電素子に付着する場合がある。このような場合には、焦電素子が急冷されるため、焦電素子に破損を生じる場合がある。
【００１２】
本発明の目的は、デバイスの破損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】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明の車載発電システムは、エンジン、および、前記エンジンから排気ガスを排出させるための排気管を備える内燃機関と、前記排気管内に配置され、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、前記排気管におけるアフターバーンの発生を予測するアフターバーン予測手段、および／または、前記第１デバイスの被水の発生を予測する被水予測手段と、前記排気管内において、前記第１デバイスに向かって流れる前記排気ガスの流れ方向を、前記第１デバイスを回避する方向に変更するための流方向変更手段と、前記アフターバーン予測手段によりアフターバーンの発生が予測されたとき、および／または、前記被水予測手段により前記第１デバイスの被水の発生が予測されたときに、前記流方向変更手段を作動させる制御手段とを備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の車載発電システムによれば、アフターバーン予測手段によりアフターバーンの発生が予測されたとき、および／または、被水予測手段により第１デバイスの被水の発生が予測されたときに、制御手段により流方向変更手段が作動され、第１デバイスに向かって流れる排気ガスの流れ方向が、第１デバイスを回避する方向に変更される。
【００１５】
このような車載発電システムによれば、アフターバーンの発生が予測されるときには、排気ガスが第１デバイスを回避する方向に流れる。そのため、第１デバイスの近傍でアフターバーンが発生することを抑制することができ、その衝撃により第１デバイスが破損することを抑制することができる。
【００１６】
また、このような車載発電システムによれば、排気管内に凝縮水が生じ、第１デバイスの被水の発生が予測されるときにも、排気ガスが第１デバイスを回避する方向に流れる。そのため、水が排気ガスにより輸送され第１デバイスに付着することを抑制することができ、その水により第１デバイスが急冷され、破損することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の車載発電システムの一実施形態（第１実施形態）の概略構成図である。
【図２】本発明の車載発電システムの他の実施形態（第２実施形態）の要部概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
１．第１実施形態
図１は、本発明の車載発電システムの一実施形態（第１実施形態）の概略構成図である。
【００１９】
図１において、自動車１０は、車載発電システム１を備えている。
【００２０】
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、アフターバーンの発生を予測するアフターバーン予測手段としてのアフターバーン予測装置５と、第１デバイス３の被水の発生を予測する被水予測手段としての被水予測装置６と、排気ガスの流れ方向を変更するための流方向変更手段としての流路規制装置７と、流路規制装置７を作動させるための制御手段としての制御ユニット８とを備えている。
【００２１】
内燃機関２は、エンジン１１、エンジン１１に空気を供給するための吸気管１６、エンジン１１から排気ガスを排出させるための排気管１７、および、エンジン１１に燃料を供給するための燃料供給手段としての燃料供給装置２０を備えている。
【００２２】
エンジン１１は、車両など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。
【００２３】
以下において、４気筒型が採用されるとともに、その各気筒で４サイクル方式が採用されるエンジン１１について、説明する。
【００２４】
このエンジン１１は、並列配置される複数（４つ）の気筒１２を備えている。なお、図１においては、１つの気筒１２を取り出して示し、その他の気筒１２については省略している。
【００２５】
各気筒１２は、ピストン１３、燃焼室１４および点火プラグ（図示せず）などを備えており、上流側が吸気管１６に接続されるとともに、下流側が排気管１７に接続されている。
【００２６】
また、各気筒１２は、吸気管１６と接続される接続部分において、吸気バルブ１８を備えるとともに、排気管１７と接続される接続部分において、排気バルブ１９を備えている。
【００２７】
吸気バルブ１８は、気筒１２と吸気管１６との接続部分において、気筒１２を開閉可能に設けられている。
【００２８】
排気バルブ１９は、気筒１２と排気管１７との接続部分において、気筒１２を開閉可能に設けられている。
【００２９】
これら吸気バルブ１８および排気バルブ１９は、図示しないが、スプリングなどの弾性力によって閉方向に付勢されている。これら吸気バルブ１８および排気バルブ１９は、例えば、カムシャフトの回転などによって、気筒１２を開閉可能としている。
【００３０】
吸気管１６は、エンジン１１に空気を供給するために設けられ、その下流側端部がエンジン１１の気筒１２に接続されるとともに、上流側端部が外気に開放されている。
【００３１】
また、吸気管１６は、スロットルバルブ２７を備えている。スロットルバルブ２７は、例えば、アクセルペダルを踏み込みなどの運転操作に伴い、その開閉および開度が調節可能とされており、その開閉によって、エンジン１１に空気を取り込み可能としている。
【００３２】
排気管１７は、エンジン１１から排気ガスを排出させるために設けられ、その上流側端部がエンジン１１の気筒１２に接続されている。
【００３３】
また、排気管１７は、副排気管２９を備えている。
【００３４】
副排気管２９は、第１デバイス３（後述）を回避する方向に排気ガスを流すために設けられるバイパス流路であって、上流側端部が第１デバイス３（後述）の上流側に接続されるとともに、下流側端部が、第１デバイス３（後述）の下流側に接続されている。
【００３５】
また、図示しないが、複数（４つ）の気筒１２に接続される複数（４つ）の排気管１７は、それぞれ、エンジン１１および第１デバイス３（後述）よりも下流側において１つに集合されており、その集合された排気管１７の下流側端部は、外気に開放されている。これにより、エンジン１１から排出される排気ガスを集合させ、外気に放出可能としている。
【００３６】
燃料供給装置２０は、燃料タンク２１および燃料供給管２２を備えている。
【００３７】
燃料タンク２１は、エンジンに供給される燃料（例えば、ガソリンなど）が貯留されるタンクであって、耐熱耐圧容器などから形成されている。
【００３８】
燃料供給管２２は、燃料タンク２１からエンジン１１に燃料を供給するために設けられており、その上流側端部が燃料タンク２１に接続されるとともに、下流側端部が、燃料噴射弁２３に接続されている。
【００３９】
燃料噴射弁２３は、エンジン１１に対する燃料タンク２１からの燃料の供給量を調節するとともに、その燃料をエンジン１１に対して噴射するための弁であって、燃料供給管２２の下流側端部に設けられ、吸気管１６の吸気バルブ１８よりも上流側に接続されている。
【００４０】
燃料噴射弁２３としては、特に制限されず、公知の噴射弁を用いることができる。
【００４１】
このような燃料噴射弁２３は、エンジン１１のエンジン制御ユニット２８に電気的に接続されており、エンジン制御ユニット２８によって、その開閉が制御されている。
【００４２】
エンジン制御ユニット２８は、エンジン１１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１１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２７下流側の吸気管１６内の圧力など）に基づいて燃料供給量を制御するユニットであって、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。
【００４３】
そして、このエンジン制御ユニット２８に燃料噴射弁２３が電気的に接続されることにより、エンジン制御ユニット２８からの制御信号が、燃料噴射弁２３に入力可能とされている。これにより、エンジン制御ユニット２８が、エンジン１１の運転状態に応じて、燃料噴射弁２３の開閉および開度、すなわち、燃料噴射弁２３による燃料の噴射量（エンジン１１に対する燃料の供給量）を制御可能としている。
【００４４】
第１デバイス３は、内燃機関２（エンジン１１）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、温度が経時的に上下され、電気分極するデバイスである。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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、排気ガスに接触（曝露）されるように、排気管１７内に配置される。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
第１デバイス３として焦電素子が用いられる場合には、焦電素子は、排気ガスに接触（曝露）されるように、排気管１７内に配置される。
【００６１】
このような場合において、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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
このような第１デバイス３は、排気管１７内において、例えば、互いに間隔を隔てて複数整列配置され、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、１つの第１デバイス３を取り出して示し、その他の第１デバイス３については省略している。
【００７３】
これにより、第１デバイス３は、排気管１７内において、第２デバイス４を介して、排気ガスに接触（曝露）可能とされている。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
また、第２デバイス４は、必要により、昇圧器（図示せず）、交流／直流変換器（ＡＣ−ＤＣコンバーター）（図示せず）などを介して、バッテリー９に、電気的に接続されている。
【００７７】
アフターバーン予測装置５は、排気管１７においてアフターバーン（後述）が発生することを予測するための装置であって、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。
【００７８】
このアフターバーン予測装置５は、詳しくは後述するアフターバーンの発生要因に応じて、図１において破線で示すように、スロットルバルブ２７や、点火プラグ（図示せず）、リミッター（図示せず）などに電気的に接続されており、アフタバーン（後述）の発生を予測可能としている。
【００７９】
被水予測装置６は、排気管１７内に配置される第１デバイス３に水が付着すること（すなわち、第１デバイス３の被水の発生）を予測するための装置であって、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。
【００８０】
この被水予測装置６は、温度センサ１５を備えている。温度センサ１５は、第１デバイス３よりも上流側の排気管１７の内壁温度を検知するため、排気管１７に近接または接触して設けられている。温度センサ１５としては、例えば、赤外放射温度計や、熱電対温度計などの公知の温度センサが用いられる。
【００８１】
この温度センサ１５によって排気管１７の内壁温度を測定することにより、被水予測装置６は、排気管１７の内壁に凝縮水が生成されることを予測可能とし、これにより、第１デバイス３の被水の発生を予測可能としている。
【００８２】
流路規制装置７は、例えば、排気ガスが排気管１７を通過する位置と、排気ガスが副排気管２９を通過する位置とを切り替える三方弁であって、排気管１７に介在されるように、排気管１７と副排気管２９の上流側端部との接続部分に設けられている。
【００８３】
このような流路規制装置７は、その切り替えによって、排気管１７および副排気管２９を開閉可能としている。
【００８４】
具体的には、流路規制装置７は、排気管１７を開通させるとともに、副排気管２９を閉塞させることにより、排気ガスを排気管１７内に流し、第１デバイス３に供給する位置と、排気管１７を閉塞させるとともに、副排気管２９を開通させることにより、排気ガスを副排気管２９内に流し、第１デバイス３を回避させることができる位置とに切り替え可能とされている。
【００８５】
このように、流路規制装置７は、その切り替えによって、第１デバイス３に向かって流れる排気ガスの流れ方向を、第１デバイス３を回避する方向に変更可能としている。
【００８６】
制御ユニット８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。
【００８７】
この制御ユニット８は、図１において破線で示すように、アフターバーン予測装置５および被水予測装置６に電気的に接続されるとともに、流路規制装置７に電気的に接続されており、後述するように、アフターバーン予測装置５によりアフターバーンの発生が予測されたとき、および／または、被水予測装置６により第１デバイス３の被水の発生が予測されたときに、流路規制装置７を作動可能としている。
２．発電方法
以下において、上記した車載発電システム１を用いた発電方法について、詳述する。
【００８８】
この車載発電システム１では、エンジン１１の駆動により、気筒１２においてピストンの昇降運動が繰り返されており、これにより、例えば、４サイクル方式では、吸気工程、圧縮工程、爆発工程、排気工程などが順次実施される。
【００８９】
より具体的には、このエンジン１１では、まず、スロットルバルブ２７が開かれ、吸気管１６から空気が供給されるとともに、燃料供給管２２から所定量の燃料が燃料噴射弁２３によって供給（噴射）され、それらが混合される。そして、空気と燃料との混合気が、吸気バルブ１８が開かれることにより、気筒１２の燃焼室１４に供給される（吸気工程）。
【００９０】
次いで、吸気バルブ１８が閉じられ、ピストン１３が上昇することにより、燃焼室１４の混合気が圧縮され、高温化される（圧縮工程）。
【００９１】
次いで、図示しない点火プラグにより混合気が点火され、爆発的に燃焼されるとともに、ピストン１３が爆発により押し下げられる（爆発工程）。
【００９２】
その後、排気バルブ１９が開かれ、燃焼により生じたガス（排気ガス）が、気筒１２から排出される（排気工程）。
【００９３】
このように、エンジン１１では、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、排気管１７の内部を排気工程において通過する。
【００９４】
このとき、エンジン１１の熱が、排気ガスを介して伝達され、排気ガスの温度（排気管１７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、排気管１７内の排気ガス量が低減されるので、排気ガスの温度（排気管１７の内部温度）は下降する。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
そして、この車載発電システム１では、上記したように、排気管１７の内部に、第１デバイス３が配置されている。
【０１００】
また、このとき、流路規制装置７は、排気管１７を開通させるとともに、副排気管２９を閉塞させている。
【０１０１】
そのため、エンジン１１（内燃機関２）から排出される排気ガスが、排気管１７内に導入されると、その排気管１７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。
【０１０２】
すなわち、第１デバイス３が、エンジン１１（内燃機関２）、および、そのエンジン１１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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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、必要により第２デバイス４に接続される昇圧器（図示せず）で昇圧し、交流／直流変換器（図示せず）において直流電圧に変換した後、バッテリー９に蓄電する。バッテリー９に蓄電された電力は、自動車１０や、自動車１０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。
【０１０６】
一方、発電に用いられた排気ガスは、第１デバイス３を通過した後、公知の触媒などによって浄化され、外気に排出される。
３．アフターバーンおよび被水
上記した車載発電システム１が搭載される自動車１０では、その走行条件によって、アフターバーンの発生や、第１デバイス３の被水の発生が予測される場合がある。以下において、それぞれの発生が予測される場合について、詳述する。
（１）アフターバーン
アフターバーンは、燃焼室１４内において燃焼しなかった燃料（未燃焼燃料）や、燃焼が不十分であった燃料（不完全燃焼燃料）が、気筒１２から排気管１７に排出されたときに、排気管１７内において燃焼（爆発）する現象であり、種々の要因によって惹起される。
【０１０７】
例えば、自動車１０の運転中、アクセルペダルの踏み込みによりスロットルバルブ２７の開度を大とし、空気の供給量を増加させるとともに、燃料噴射弁２３による燃料の供給量を増加させる場合などには、燃料の増加量に対して空気の増加量が不十分となる場合があり、気筒１２内において、燃料が過剰となる場合がある。
【０１０８】
そして、気筒１２内に燃料が過剰に供給されると、燃料を十分に燃焼させることができず、未燃焼燃料や不完全燃焼燃料が、排気管１７に排出される場合がある。
【０１０９】
また、例えば、アクセルペダルを戻し、スロットルバルブ２７を閉とする場合には、空気の供給が停止されるので、吸気バルブ１８の近傍に付着している燃料などが負圧によって気筒１２に供給され、気筒１２内における燃料量が過剰となる場合がある。そして、上記と同様、燃料が過剰に供給されると、気筒１２内において十分に燃焼させることができず、未燃焼燃料や不完全燃焼燃料が排気管１７に排出される場合がある。
【０１１０】
このように、スロットルバルブ２７の開閉およびその開度によって、過剰の燃料が気筒１２内に供給されると、未燃焼燃料や不完全燃焼燃料が排気管１７に排出される場合があり、このような場合に、排気管１７内におけるアフターバーンの発生が予測される。
【０１１１】
なお、アフターバーンの発生は、上記に限定されず、その他の種々の要因により予測される。具体的には、例えば、気筒１２に備えられる点火プラグ（図示せず）が摩耗すると、燃料の燃焼時において点火不良が生じ、十分に燃料を燃焼させることができない場合がある。このような場合にも、未燃焼燃料や不完全燃焼燃料が排気管１７に排出され、アフターバーンが発生する場合がある。
【０１１２】
また、例えば、図示しないが、自動車１０では、点火プラグ（図示せず）による点火を停止させ、または、点火を遅延させることにより、スピードリミッターなどのリミッター（図示せず）の作動させる場合がある。このような場合にも、未燃焼燃料や不完全燃焼燃料が排気管１７に排出され、アフターバーンが発生する場合がある。
【０１１３】
そして、このようにして未燃焼燃料や不完全燃焼燃料が排気管１７に排出され、排気管１７内でアフターバーンが発生すると、その衝撃などによって、第１デバイス３に破損を生じる場合がある。
【０１１４】
そのため、この車載発電システム１では、第１デバイス３の破損を抑制するため、アフターバーンの発生を予測し、その予測に基づいて、排気ガスの流れ方向を、第１デバイス３に向かって流れる方向から、第１デバイス３を回避する方向に変更する。
【０１１５】
具体的には、この車載発電システム１では、まず、上記したアフターバーンの発生を、アフターバーン予測装置５により予測する。
【０１１６】
具体的には、アフターバーン予測装置５により、アフターバーンの発生要因（例えば、スロットルバルブ２７、点火プラグ（図示せず）、リミッター（図示せず）など）の作動状況を検知し、上記したアフターバーンの発生条件に適合するか否かを判断することによって、アフターバーンの発生を予測する。
【０１１７】
そして、アフターバーン予測装置５によりアフターバーンの発生が予測されているときには、制御ユニット８によって流路規制装置７を作動させ、第１デバイス３の上流側において、排気管１７を閉塞させるとともに、副排気管２９を開通させる。
【０１１８】
これにより、排気管１７を流れる排気ガスは、流路規制装置７によって副排気管２９に導入され、第１デバイス３に向かって流れる排気ガスの流れ方向が、第１デバイス３を回避する方向に変更される。そして、排気ガスは、第１デバイス３を回避するように、第１デバイス３の上流側から副排気管２９に導入され、第１デバイス３の下流側において再び排気管１７に導入され、公知の触媒などによって浄化され、外気に排出される。
【０１１９】
このような車載発電システム１によれば、アフターバーンの発生が予測されるときには、排気ガスが第１デバイス３を回避する方向に流れる。そのため、第１デバイス３の近傍でアフターバーンが発生することを抑制することができ、その衝撃により第１デバイス３が破損することを抑制することができる。
（２）被水
上記した車載発電システム１では、気筒１２から排出される排気ガスに含有される水蒸気が冷却され、排気管１７の内壁に凝縮水が生成する場合がある。
【０１２０】
具体的には、例えば、エンジン１１の始動直後などには、排気管１７の内壁温度が、排気ガスの露点または露点近傍以下である場合があり、そのような場合には、エンジン１１から排出された排気ガスが、排気管１７内において冷却される。そして、排気ガスに含有される水蒸気が冷却されることにより、排気管１７の内壁に、凝固水が生成する。
【０１２１】
このように凝縮水が生成すると、その凝縮水が排気ガスにより輸送され、第１デバイス３に付着する、すなわち、第１デバイス３の被水を生じる場合がある。
【０１２２】
このような場合には、第１デバイス３が急冷されるため、第１デバイス３に破損を生じる場合がある。
【０１２３】
そのため、この車載発電システム１では、第１デバイス３の破損を抑制するため、第１デバイス３の被水の発生を予測し、その予測に基づいて、排気ガスの流れ方向を、第１デバイス３に向かって流れる方向から、第１デバイス３を回避する方向に変更する。
【０１２４】
具体的には、この車載発電システム１では、まず、上記した被水の発生を、被水予測装置６により予測する。
【０１２５】
具体的には、温度センサ１５により、第１デバイス３よりも上流側の排気管１７の内壁温度を検知する。そして、被水予測装置６において、温度センサ１５による検知温度が、排気ガスの露点または露点近傍の温度以下であるか否かが判断される。
【０１２６】
排気管１７の内壁温度が、排気ガスの露点または露点近傍の温度以下であれば、気筒１２から排気ガスが排気管１７に排出されたときに、排気ガス中の水蒸気が冷却され、排気管１７の内壁に凝縮水が生成され、その凝縮水により第１デバイス３の被水を生じる場合がある。
【０１２７】
そのため、排気管１７の内壁温度が、排気ガスの露点または露点近傍の温度以下であるか否かを判断することによって、第１デバイス３の被水の発生を予測する。
【０１２８】
そして、被水予測装置６により第１デバイス３の被水の発生が予測されているときには、制御ユニット８によって流路規制装置７を作動させ、第１デバイス３の上流側において、排気管１７を閉塞させるとともに、副排気管２９を開通させる。
【０１２９】
これにより、排気管１７を流れる排気ガスは、流路規制装置７によって副排気管２９に導入され、第１デバイス３に向かって流れる排気ガスの流れ方向が、第１デバイス３を回避する方向に変更される。そして、排気ガスは、第１デバイス３を回避するように、第１デバイス３の上流側から副排気管２９に導入され、第１デバイス３の下流側において再び排気管１７に導入され、公知の触媒などによって浄化され、外気に排出される。
【０１３０】
このような車載発電システム１によれば、排気管１７内に凝縮水が生じ、第１デバイス３の被水の発生が予測されるときにも、排気ガスが第１デバイス３を回避する方向に流れる。そのため、水が排気ガスにより輸送され第１デバイス３に付着することを抑制することができ、その水により第１デバイス３が急冷され、破損することを抑制することができる。
４．第２実施形態
図２は、本発明の車載発電システムの他の実施形態（第２実施形態）の要部概略構成図である。
【０１３１】
上記した説明では、排気管１７に副排気管２９を備え、流路規制装置７により排気ガスを副排気管２９に導入し、第１デバイス３に向かって流れる排気ガスの流れ方向を、第１デバイス３を回避する方向に変更したが、例えば、副排気管２９を備えることなく、第１デバイス３に向かって流れる排気ガスの流れ方向を、第１デバイス３を回避する方向に変更することもできる。
【０１３２】
この実施形態では、図２に示すように、排気管１７には副排気管２９が備えられておらず、その排気管１７には、略直方体状の箱型空間３０が介在されている。箱型空間３０内には、第１デバイス３が、車高方向一方側に偏在するように、配置されている。
【０１３３】
また、この実施形態では、流路規制装置７は、略平板形状の規制部材２５を備えており、箱型空間３０内において、第１デバイス３よりも上流側に、揺動可能に固定されている。
【０１３４】
具体的には、流路規制装置７は、その一端部がヒンジを介して箱型空間３０の内側面に固定されており、箱型空間３０の内面に沿って箱型空間を開放する位置と、箱型空間３０から斜めに起立して箱型空間３０を半閉塞する位置とに揺動される。
【０１３５】
このような流路規制装置７は、制御ユニット８によって、規制部材２５の揺動が制御されており、その揺動によって箱型空間３０を開放および半閉塞可能としている。これにより、流路規制装置７は、排気ガスの流れ方向を規制して、第１デバイス３に向かって流れる排気ガスの流れ方向を、第１デバイス３を回避する方向に変更可能としている。
【０１３６】
このような車載発電システム１においても、上記と同様、排気管１７においてアフターバーンが発生する場合や、第１デバイス３の被水が発生する場合があり、このような場合には、上記と同様、第１デバイス３に破損を生じる場合がある。
【０１３７】
そのため、このような車載発電システム１においても、第１デバイス３の破損を抑制するために、アフターバーンの発生および／または第１デバイス３の被水の発生を予測し、その予測に基づいて、排気ガスの流れ方向を、第１デバイス３に向かって流れる方向から、第１デバイス３を回避する方向に変更する。
【０１３８】
具体的には、まず、上記と同様にして、アフターバーン予測装置５によりアフターバーンの発生を予測し、また、被水予測装置６により第１デバイス３の被水の発生を予測する。
【０１３９】
そして、アフターバーン予測装置５によりアフターバーンの発生が予測されているとき、および／または、被水予測装置６により第１デバイス３の被水の発生が予測されているときには、制御ユニット８によって流路規制装置７を作動させ、規制部材２５を揺動させる。これにより、第１デバイス３の上流側において、箱型空間３０を半閉塞させる（図２破線参照）。
【０１４０】
半閉塞における閉塞の度合いは、特に制限されないが、好ましくは、流路規制装置７の規制部材２５の先端部が、第１デバイス３の厚みと同程度の高さとなるように規制部材２５を揺動させ、箱型空間３０を半閉塞する。
【０１４１】
これにより、排気ガスの流れ方向が、流路規制装置７によって規制され、第１デバイス３に向かって流れる排気ガスの流れ方向が、第１デバイス３を回避する方向に変更される（図２矢印参照）。そして、排気ガスは、第１デバイス３を回避するように、第１デバイス３の上流側から下流側に流され、公知の触媒などによって浄化され、外気に排出される。
【０１４２】
このような車載発電システム１によれば、アフターバーンの発生が予測されるときには、排気ガスが第１デバイス３を回避する方向に流れる。そのため、第１デバイス３の近傍でアフターバーンが発生することを抑制することができ、その衝撃により第１デバイス３が破損することを抑制することができる。
【０１４３】
また、このような車載発電システム１においても、排気管１７内に凝縮水が生じ、第１デバイス３の被水の発生が予測されるときにも、排気ガスが第１デバイス３を回避する方向に流れる。そのため、水が排気ガスにより輸送され第１デバイス３に付着することを抑制することができ、その水により第１デバイス３が急冷され、破損することを抑制することができる。
【０１４４】
なお、上記した説明では、アフターバーン予測装置５、被水予測装置６、制御ユニット８およびエンジン制御ユニット２８は、それぞれ別体として設けられているが、例えば、アフターバーン予測装置５、被水予測装置６、制御ユニット８およびエンジン制御ユニット２８の２つ以上が、一体的に設けられていてもよい。
【符号の説明】
【０１４５】
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      アフターバーン予測装置
６      被水予測装置
７      流路規制装置
８      制御ユニット
１１    エンジン
１７    排気管
【図１】
2013096274.tif 000003
【図２】
2013096274.tif 000004