(57)【要約】【課題】開閉弁の作動を検知する専用のセンサを用いることなしに、開閉弁の故障を検知することができる熱電発電装置を提供すること。【解決手段】熱電発電装置１７は、内管２１を開閉して排気ガスの排気経路をバイパス通路２５と受熱通路２２のいずれか一方に切換える開閉弁２６と、開閉弁２６を開閉制御するアクチュエータ３７とを含んで構成される熱電発電装置１７であって、ＣＰＵが、アクチュエータに開信号または閉信号を送信したときに、補機バッテリに既存の電圧センサから出力された電圧値に基づいて開閉弁２６の故障の有無を診断する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排出された排気ガスが導入されるバイパス通路を形成する第１の排気管と、前記第１の排気管と同軸上に設けられ、前記第１の排気管との間で受熱通路を形成する第２の排気管と、前記第１の排気管に低温部が対向するとともに、冷却水が流通する冷却水管に低温部が対向し、前記高温部と前記低温部との温度差に応じて熱電発電を行う熱電変換モジュールと、前記第１の排気管を開閉して排気ガスの排気経路を前記バイパス通路と前記受熱通路のいずれか一方に切換える開閉弁と、前記開閉弁を開閉制御する開閉制御手段とを含んで構成される熱電発電装置であって、
前記開閉制御手段に開信号または閉信号を送信したときの前記熱電変換モジュールの電気的特性値に基づいて前記開閉弁の故障の有無を診断する故障診断手段を有することを特徴とする熱電発電装置。
【請求項２】
故障診断手段は、前記熱電変換モジュールによって発電された電力を蓄電するバッテリの電気的特性値に基づいて前記開閉弁の故障の有無を診断することを特徴とする請求項１に記載の熱電発電装置。
【請求項３】
前記故障診断手段は、排気ガスの温度が所定温度以上であることを条件として、前記開閉弁の故障の診断を実施することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱電発電装置。
【請求項４】
前記故障診断手段は、車両が定常走行であることを条件として、前記開閉弁の故障の診断を実施することを特徴とする請求項２に記載の熱電発電装置。
【請求項５】
前記故障診断手段は、前記開閉弁の故障診断の実施中に前記熱電変換モジュール以外の発電を中止し、前記バッテリの電圧値の変化に基づいて、前記開閉弁の故障の診断を実施することを特徴とする請求項２または請求項４に記載の熱電発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電発電装置に関し、特に、内燃機関から排出される排気ガスを利用して熱電発電を行う熱電発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車等の車両の内燃機関から排出される排気ガス等には、熱エネルギーが含まれているため、排気ガスをそのまま捨てると熱エネルギーの無駄となる。そこで、排気ガスに含まれる熱エネルギーを熱電発電装置によって回収して電気エネルギーに変換し、例えば、バッテリに充電するようにしている。
【０００３】
従来のこの種の熱電発電装置としては、内燃機関から排出された排気ガスが導入される排気管に熱電変換モジュールの高温部を接触させるとともに、熱電変換モジュールの低温部を冷却水が流通する冷却水管に接触させたものが知られている。
【０００４】
この熱電変換モジュールは、半導体等の熱電変換素子、電極、高温部となる受熱基板および低温部となる放熱基板等を含んで構成されており、ゼーベック効果を利用して温度の高い排気管と温度の低い冷却水管により、熱電変換モジュールの高温部と低温部との間に温度差を生じさせて発電を行うようになっている。
【０００５】
ところで、熱電変換モジュールの発電効率は、熱電変換モジュールの高温部と低温部との間の温度差が大きくなるほど大きくなるが、熱電変換素子として多用される、例えばＢｉ−Ｔｅ系の熱電材料を使用した熱電変換モジュールは、耐熱温度が２００℃程度であり、Ｍｇ−Ｓｉ系熱の熱電材料を使用した熱電変換モジュールは、耐熱温度が５００℃程度である。
【０００６】
このため、耐熱温度を超えると熱電変換モジュールの熱電変換素子やケーブル等が熱害を受けて損傷してしまうことがあり、却って発電効率が低下しまうおそれがある。したがって、熱電変換モジュールを用いる場合には高温部の温度を耐熱温度以下のなるべく高い温度にすることで、最も良い発電効率を得られるようにする必要がある。
【０００７】
従来、熱電変換モジュールの熱害を防止しつつ、発電効率を向上させることができるようにした熱電発電装置としては、例えば、特許文献１に記載されたものが知られている。
【０００８】
この熱電発電装置は、内燃機関から排出された排気ガスが導入される内管としての排気管と、排気管の外方に設けられ、排気管と共に受熱通路としての遮熱空間を画成する外管と、高温部が外管の外周部に接触するとともに、低温部が冷却水管の内周部に接触し、高温部と低温部との温度差に応じて熱電発電を行う熱電変換モジュールと、排気管の内部に設けられ、排気管を開閉する開閉弁とを備えている。
【０００９】
また、この熱電発電装置は、排気管の排気方向上流側に形成され、排気管の内部と遮熱空間とを連通する排気ガス導入通路と、排気管の排気方向下流側に設けられ、排気管の内部と遮熱空間とを連通する排気ガス排出通路とを備えている。
【００１０】
このような構成を有する熱電発電装置は、熱電変換モジュールの使用上限温度以上に温度が上昇する場合には、開閉弁を開方向に駆動し、排気ガス導入通路を通して排気管と遮熱空間を連通することにより、遮熱空間内に流れる排気ガスの流量を低減させる。
【００１１】
このため、遮熱空間を断熱層として作用させることにより、熱電変換モジュールの高温部の表面温度を下げて、熱電変換モジュールの温度がさらに上昇するのを防止することにより、熱電変換モジュールが破損するのを防止することができる。
【００１２】
また、エンジンの始動直後や、アイドリング時等のように排気ガスの温度が低いときには、開閉弁を閉じ、遮熱空間に排気ガスを積極的に流すことにより、熱電変換モジュールの高温部の温度を早期に上昇させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２０００−１８０９５号公報
【特許文献２】特開２０１０−１１６８４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、このような従来の熱電発電装置にあっては、開閉弁の作動状態を検知する手段を備えていないので、開閉弁が故障して開状態と閉状態との間で切換えられないと、熱電変換モジュールの発電が行うことができない上に、熱電変換モジュールの熱害による損傷を防止できない。
【００１５】
また、一般的に、開閉弁の開閉状態を検知するものとしては、特許文献２に示すスロットルバルブを開閉するスロットルセンサ等のセンサが知られているが、このセンサにより開閉弁の開閉を検知する場合には、専用のセンサが必要になってしまい、熱電発電装置の製造コストが増大してしまうことになり、好ましくない。
【００１６】
本発明は、上述のような従来の問題を解決するためになされたもので、開閉弁の作動を検知する専用のセンサを用いることなしに、開閉弁の故障を検知することができる熱電発電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明に係る熱電発電装置は、上記目的を達成するため、（１）内燃機関から排出された排気ガスが導入されるバイパス通路を形成する第１の排気管と、前記第１の排気管と同軸上に設けられ、前記第１の排気管との間で受熱通路を形成する第２の排気管と、前記第１の排気管に低温部が対向するとともに、冷却水が流通する冷却水管に低温部が対向し、前記高温部と前記低温部との温度差に応じて熱電発電を行う熱電変換モジュールと、前記第１の排気管を開閉して排気ガスの排気経路を前記バイパス通路と前記受熱通路のいずれか一方に切換える開閉弁と、前記開閉弁を開閉制御する開閉制御手段とを含んで構成される熱電発電装置であって、前記開閉制御手段に開信号または閉信号を送信したときの前記熱電変換モジュールの電気的特性値に基づいて前記開閉弁の故障の有無を診断する故障診断手段を有するものから構成されている。
【００１８】
この熱電発電装置にあっては、開閉弁が開弁されると、内燃機関から排出された排気ガスが受熱通路を経ずに第１の排気管を通して外部に排出されるので、熱電変換モジュールの発電が行われない。
【００１９】
また、開閉弁が閉弁されると、内燃機関から排出された排気ガスが受熱通路に導入されて排気ガスの熱量が熱電変換モジュールの高温部に伝達されるため、熱電変換モジュールの発電が行われる。
【００２０】
したがって、故障診断手段は、開閉制御手段に開信号を出力したときに開閉弁が開弁せずに閉弁状態にあれば、熱電変換モジュールの電気的特性値、例えば、電圧値が増大するため、電気的特性値が増大する傾向にあれば、開閉弁の故障と診断することができる。
【００２１】
また、故障診断手段は、開閉制御手段に閉信号を出力したときに開閉弁が閉弁せずに開弁状態にあれば、熱電変換モジュールの電圧値が変化しないため、故障診断手段は、熱電変換モジュールの電圧値が変化しない傾向にあると、開閉弁の故障と診断することができる。
【００２２】
このように故障診断手段は、開閉信号に応じた熱電変換モジュールの電気的特性値に基づいて開閉弁の故障の有無を診断することができるため、開閉弁の開閉を検知する専用のセンサを不要にでき、熱電発電装置の製造コストが増大するのを防止することができる。
【００２３】
上記（１）の熱電発電装置において、（２）故障診断手段は、前記熱電変換モジュールによって発電された電力を蓄電するバッテリの電気的特性値に基づいて前記開閉弁の故障の有無を診断するものから構成されている。
【００２４】
この熱電発電装置は、故障診断手段が、開閉信号に応じたバッテリの電気的特性値に基づいて開閉弁の故障の有無を診断するので、バッテリに既存の電圧センサ等を利用して開閉弁の故障の有無を診断することができ、熱電発電装置の製造コストが増大するのを防止することができる。
【００２５】
上記（１）、（２）の熱電発電装置において、（３）排気ガスの温度が所定温度以上であることを条件として、前記開閉弁の故障の診断を実施するものから構成されている。
この熱電発電装置は、排気ガス温度の低温時には熱電変換モジュールに伝達される熱量が低いことから熱電変換モジュールの発電量が低下するのに対して、熱電変換モジュールの発電量が大きい排気ガス温度が高温の場合に、開閉弁の故障の診断を実施することによって、熱電変換モジュールの電気的特性値を高精度に検出することができる。
【００２６】
上記（２）の熱電発電装置において、（４）前記故障診断手段は、車両が定常走行であることを条件として、前記開閉弁の故障の診断を実施するものから構成されている。
この熱電発電装置は、車両の加減速時等のように定常走行でない場合には、バッテリの電圧値の変動が大きくバッテリの電圧値が不安定となるのに対して、バッテリの電圧値が安定した車両の定常走行時に開閉弁の故障の診断を実施することによって、熱電変換モジュールの電気的特性値を高精度に検出することができる。
【００２７】
上記（２）、（４）の熱電発電装置において、（５）前記故障診断手段は、前記開閉弁の故障診断の実施中に前記熱電変換モジュール以外の発電を中止し、前記バッテリの電圧値の変化に基づいて、前記開閉弁の故障の診断を実施するものから構成されている。
【００２８】
この熱電発電装置は、故障診断手段が、故障診断の実施中に熱電変換モジュール以外の発電を中止し、熱電変換モジュールによって発電された電力を蓄電するバッテリの電圧値の変化に基づいて、開閉弁の故障の診断を実施するので、熱電変換モジュールからの電力のみをバッテリに蓄電して、バッテリの電気的特性値の変化に基づいて開閉弁の故障を確実に診断することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、開閉弁の作動を検知する専用のセンサを用いることなしに、開閉弁の故障を検知することができる熱電発電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る熱電発電装置の一実施の形態を示す図であり、熱電発電装置を備える車両の概略構成図である。
【図２】本発明に係る熱電発電装置の一実施の形態を示す図であり、熱電発電装置の側面断面図である。
【図３】本発明に係る熱電発電装置の一実施の形態を示す図であり、熱電変換モジュールの斜視図である。
【図４】本発明に係る熱電発電装置の一実施の形態を示す図であり、車両のシステム構成図である。
【図５】本発明に係る熱電発電装置の一実施の形態を示す図であり、故障診断プログラムのフローチャートを示す図である。
【図６】本発明に係る熱電発電装置の一実施の形態を示す図であり、故障診断処理の実施中のバッテリの電圧値の変化を示す図である。
【図７】本発明に係る熱電発電装置の一実施の形態を示す図であり、他の故障診断プログラムのフローチャートを示す図である。
【図８】本発明に係る熱電発電装置の一実施の形態を示す図であり、他の故障診断処理の実施中のバッテリの電圧値の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明に係る熱電発電装置の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、本実施の形態では、熱電発電装置を、自動車等の車両に搭載される水冷式の多気筒の内燃機関、例えば４サイクルガソリンエンジン（以下、単にエンジンという）に適用した場合について説明している。また、エンジンは、ガソリンエンジンに限定されるものではない。
【００３２】
図１〜図８は、本発明に係る熱電発電装置の一実施の形態を示す図である。
まず、構成を説明する。
図１に示すように、自動車等の車両に搭載される内燃機関としてのエンジン１は、吸気系から供給される空気と燃料供給系から供給される燃料とを適宜の空燃比で混合して成る混合気燃焼室に供給して燃焼させた後、この燃焼に伴って発生する排気ガスを排気系から大気に放出するようになっている。
【００３３】
排気系は、エンジン１に取り付けられたエキゾーストマニホールド２と、このエキゾーストマニホールド２に球面継手３を介して連結された排気管４とを含んで構成されており、エキゾーストマニホールド２と排気管４とによって排気通路が形成されている。
【００３４】
球面継手３は、エキゾーストマニホールド２と排気管４との適度な揺動を許容するとともに、エンジン１の振動や動きを排気管４に伝達させないか、あるいは減衰して伝達するように機能する。
排気管４上には、２つの触媒５、６が直列に設置されており、この触媒５、６により排気ガスが浄化されるようになっている。
【００３５】
この触媒５、６のうち、排気管４において排気ガスの排気方向の上流側に設置される触媒５は、所謂、スタートキャタリスタ（Ｓ／Ｃ）と呼ばれるものであり、排気管４において排気ガスの排気方向の下流側に設置される触媒６は、所謂、メインキャタリスタ（Ｍ／Ｃ）またはアンダーフロアキャタリスタ（Ｕ／Ｆ）と呼ばれるものである。
【００３６】
これらの触媒５、６は、例えば三元触媒により構成されている。この三元触媒は、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）を一括して化学反応により無害な成分に変化させるといった浄化作用を発揮する。
【００３７】
エンジン１の内部には、ウォータジャケットが形成されており、このウォータジャケットにはロングライフクーラント（ＬＬＣ）と呼ばれる冷却液（以下、単に冷却水と言う）が充填されている。
【００３８】
この冷却水は、エンジン１に取付けられた導出管８から導出された後、ラジエータ７に供給され、このラジエータ７から冷却水の還流管９を経てエンジン１に戻されるようになっている。
ラジエータ７は、ウォータポンプ１０によって循環される冷却水を外気との熱交換により冷却するものである。
【００３９】
また、還流管９にはバイパス管１２が連結されており、このバイパス管１２と還流管９との間にはサーモスタット１１が介装され、このサーモスタット１１によって、ラジエータ７を流通する冷却水量とバイパス管１２を流通する冷却水量とが調節されるようになっている。
例えば、エンジン１の暖機運転時においてはバイパス管１２側の冷却水量が増加されて暖機が促進されるようになっている。
【００４０】
バイパス管１２にはヒータ配管１３が連結されており、このヒータ配管１３の途中には、ヒータコア１４が設けられている。このヒータコア１４は、冷却水の熱を利用して車室内の暖房を行うための熱源である。
【００４１】
このヒータコア１４によって暖められた空気は、ブロアファン１５によって車室内に導入されるようになっている。なお、ヒータコア１４とブロアファン１５とによりヒータユニット１６が構成されている。
【００４２】
また、ヒータ配管１３には後述する熱電発電装置１７に冷却水を供給する上流側配管１８ａが設けられており、熱電発電装置１７と還流管９との間には熱電発電装置１７から還流管９に冷却水を排出する下流側配管１８ｂが設けられている。
【００４３】
このため、熱電発電装置１７において排熱回収動作（この排熱回収動作の詳細については後述する）が行われている場合には、下流側配管１８ｂを流れる冷却水は、上流側配管１８ａを流れる冷却水の温度よりも高くなる。
【００４４】
一方、エンジン１の排気系には、熱電発電装置１７が設けられており、この熱電発電装置１７は、エンジン１から排出される排気ガスの熱を回収し、排気ガスの熱エネルギーを電気エネルギーに変換するようになっている。
【００４５】
図２に示すように、熱電発電装置１７は、エンジン１から排出された排気ガスが導入される第１の排気管としての内管２１と、内管２１の外方に設けられ、内管２１との間で受熱通路２２を形成する排気管および第２の排気管としての外管２３とを備えている。
【００４６】
内管２１の上流端は、排気管４に連結されており、内管２１の内部には排気管４から排気ガスが導入されるバイパス通路２５が形成されている。内管２１は、支持部材２４を介して外管２３に固定されており、外管２３の下流端は、テールパイプ１９に連結されている。
【００４７】
このため、エンジン１から排気管４を通して内管２１のバイパス通路２５に排出された排気ガスＧは、バイパス通路２５を通してテールパイプ１９に排出された後、テールパイプ１９から外気に排出される。
また、熱電発電装置１７は、排気ガスＧの排気方向に設置される複数の熱電変換モジュール２７と筒状の冷却水管２８とを備えている。
【００４８】
図３に示すように、熱電変換モジュール２７は、高温部を構成する絶縁セラミックス製の受熱基板２９と、低温部を構成する絶縁セラミックス製の放熱基板３０との間に、ゼーベック効果により温度差に応じた起電力を発生するＮ型熱電変換素子３１およびＰ型熱電変換素子３２が複数個設置されており、Ｎ型熱電変換素子３１およびＰ型熱電変換素子３２が電極３３ａ、３３ｂを介して交互に直列に接続されている。また、隣接する熱電変換モジュール２７は、配線３５を介して電気的に連結されている。
【００４９】
この熱電変換モジュール２７は、受熱基板２９が外管２３に対向して外管２３に接触するとともに、放熱基板３０が冷却水管２８に対向して冷却水管２８に接触しており、排気ガスＧの排気方向に並列に設置されている。なお、図１では、図３に示す熱電変換モジュール２７を簡略化している。
【００５０】
そして、熱電変換モジュール２７は、受熱基板２９と放熱基板３０との温度差に応じて熱電発電を行うことにより、ケーブル３４を介して後述する補機バッテリに電力を供給するようになっている。
【００５１】
なお、熱電変換モジュール２７は、略正方形のプレート形状をしており、外管２３および冷却水管２８の間に密着させる必要があるため、外管２３および冷却水管２８は、多角形に形成されている。
【００５２】
また、外管２３および冷却水管２８は、円形であってもよい。この場合には、熱電変換モジュール２７の受熱基板２９および放熱基板３０等を湾曲させるようにすればよい。
冷却水管２８は、上流側配管１８ａに連結される冷却水導入部２８ａおよび下流側配管１８ｂに連結される冷却水排出部２８ｂを備えている。
【００５３】
この冷却水管２８は、冷却水導入部２８ａから冷却水管２８に導入された冷却水Ｗが排気ガスＧの排気方向と同方向に流れるように、冷却水排出部２８ｂに対して冷却水導入部２８ａが排気方向上流側に設けられている。
【００５４】
一方、内管２１には連通部としての複数の連通孔３６が形成されており、この連通孔３６は、内管２１の内部と受熱通路２２とを連通している。この連通孔３６は、内管２１の円周方向に等間隔に形成されている。なお、連通孔３６は、等間隔に形成されるものに限定されない。
【００５５】
また、支持部材２４には支持部材２４の円周方向に亘って等間隔に連通孔２４ａが形成されており、受熱通路２２は、連通孔２４ａを通してテールパイプ１９に連通している。なお、連通孔２４ａは、等間隔に形成されるものに限定されない。
【００５６】
また、内管２１には開閉弁２６が設けられており、この開閉弁２６は、内管２１の下流端に設けられ、内管２１を開閉するように外管２３に回動自在に取付けられている。この開閉弁２６は、開閉制御手段としてのアクチュエータ３７によって開閉される。
【００５７】
図４に示すように、アクチュエータ３７は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）４１によって制御されるようになっており、アクチュエータ３７は、ＥＣＵ４１からの開信号および閉信号に基づいて開閉弁２６を開閉制御する。
【００５８】
ＥＣＵ４１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）４２、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）４３、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）４４および入出力インターフェース４５等を含んだ電子制御回路から構成されている。
【００５９】
ＣＰＵ４２は、ＲＯＭ４３に格納された故障診断プログラムに基づいて開閉弁２６の故障の有無を診断するようになっている。ＲＯＭ４３は、故障診断プログラムを含んで構成されており、ＲＡＭ４４は、データの一時的な記憶を行ったり、ワークエリアを構成している。
【００６０】
一方、図１、図４に示すように、エンジン１にはバッテリとしての補機バッテリ４６の充電を行うオルタネータ４７が設けられており、オルタネータ４７は、エンジン１によって駆動されて発電を行うことにより、補機バッテリ４６に充電するようになっている。
【００６１】
また、エンジン１には水温センサ４８が設けられており、この水温センサ４８は、エンジン１を流れる冷却水温を検知してＥＣＵ４１に検知情報を出力するようになっている。なお、水温センサ４８は、ヒータ配管１３等に設けられてもよい。
【００６２】
また、排気管４には温度センサ５４が設けられており、この温度センサ５４は、排気管４に排出される排気ガスの温度を検知してＥＣＵ４１に検知情報を出力するようになっている。
【００６３】
また、車両には車速センサ４９が設けられており、この車速センサ４９は、例えば、車両の車輪の速度を検知する車輪速センサから構成され、車輪速を検知することにより検知信号をＥＣＵ４１に出力するようになっている。
【００６４】
ＥＣＵ４１は、車速センサ４９からの検知信号に基づいて車速を取得するとともに、単位時間当たりの車速の変化に基づいて車両の加速度または減速度を算出するようになっている。
【００６５】
また、エンジン１には回転数センサ５０が設けられており、この回転数センサ５０は、例えば、エンジン１のクランクシャフトの回転数を検知することにより、エンジン回転数に応じた信号をＥＣＵ４１に出力するようになっている。
【００６６】
また、熱電変換モジュール２７のケーブル３４は、ＤＣＤＣコンバータ５１を介して補機バッテリ４６に接続されており、ＤＣＤＣコンバータ５１は、熱電変換モジュール２７から出力された直流電圧を調整して補機バッテリ４６に印加することにより、補機バッテリ４６を充電するようになっている。
【００６７】
また、本実施の形態のＥＣＵ４１は、回転数センサ５０から出力されたエンジン回転数に基づいてアクチュエータ３７を駆動することにより、開閉弁２６の開閉制御を行うようになっている。
【００６８】
具体的には、ＥＣＵ４１は、エンジン回転数が低・中回転域にあるときには、アクチュエータ３７に閉信号を送信すると、アクチュエータ３７が開閉弁２６を図２に実線で示すように、閉位置に移動させることにより内管２１を閉塞させる。
このとき、内管２１に導入された排気ガスが連通孔３６を通して受熱通路２２に導入される。
【００６９】
また、ＥＣＵ４１は、エンジン回転数が高回転域にあるときには、アクチュエータ３７に開信号を送信すると、アクチュエータ３７が開閉弁２６を図２に破線で示すように、開位置に移動させることにより内管２１を解放させる。
また、開閉弁２６は、排気ガスの圧力が高いエンジン１の高回転域では、図２に破線で示すように、内管２１を解放する。このため、熱電発電装置１７は、排気ガスの背圧が高くなるのを防止して、排気性能が低下するのを防止することができる。
【００７０】
また、図４に示すように、補機バッテリ４６には電圧センサ５２が設けられており、この電圧センサ５２は、補機バッテリ４６の電圧を検知して補機バッテリ４６の電圧値に対応する検知信号をＥＣＵ４１に出力するようになっている。
【００７１】
ＥＣＵ４１は、アクチュエータ３７に開信号または閉信号を出力したときの熱電変換モジュール２７の電気的特性値の変化に基づいて、開閉弁２６の故障を診断するようになっており、電圧センサ５２と共に故障診断手段を構成している。
【００７２】
そして、ＥＣＵ４１は、開閉弁２６が故障であるものと診断したときに、ウォーニングランプ５３（図４参照）に異常信号を出力する。ウォーニングランプ５３は、ＥＣＵ４１から異常信号を受信すると、点灯または点滅することで運転者に警告を行う。なお、本実施の形態では、補機バッテリ４６の電圧値が電気的特性値を構成している。また、ウォーニングランプ５３は、ブザー等の音または音声等によって警告を行ってもよい。
【００７３】
次に、作用を説明する。
エンジン１の冷間始動時には、触媒５、６、エンジン１の冷却水の全てが低温（外気温程度）になっている。
【００７４】
この状態からエンジン１が始動されると、エンジン１の始動に伴いエンジン１からエキゾーストマニホールド２を経て排気管４に、低温の排気ガスが排出されることになり、２つの触媒５、６が排気ガスにより昇温されることになる。
【００７５】
また、冷却水がラジエータ７を通らずにバイパス管１２を経てエンジン１に戻されることによって暖機運転が行われることになる。
【００７６】
エンジン１の冷間始動時には、例えば、エンジン１のアイドリングが行われて排気ガスの圧力が低いため、ＥＣＵ４１は、アクチュエータ３７に閉信号を出力し、開閉弁２６を閉じた状態にする。
【００７７】
このため、排気管４から内管２１のバイパス通路２５に導入された排気ガスが受熱通路２２に導入され、受熱通路２２を通過する排気ガスによって冷却水管２８を流通する冷却水が昇温され、エンジン１の暖機が促される。
【００７８】
また、エンジン１の暖機後のエンジン１の低・中回転域では、ＥＣＵ４１は、アクチュエータ３７に閉信号を出力するため、開閉弁２６が閉じた状態となる。
このとき、排気管４から内管２１のバイパス通路２５に導入された排気ガスが受熱通路２２に導入されるため、熱電変換モジュール２７によって排気ガスの熱エネルギーが電気エネルギーに効率よく変換される。
【００７９】
また、エンジン１の高回転域では、エンジン１の冷却性能を高める必要がある。エンジン１の高回転域では、ＥＣＵ４１は、アクチュエータ３７に開信号を出力し、開閉弁２６を解放する。
【００８０】
開閉弁２６が解放されると、バイパス通路２５とテールパイプ１９が連通し、排気ガスは、受熱通路２２を流れることがなく、バイパス通路２５からテールパイプ１９に直接、排出される。このため、高温の排気ガスによって冷却水管２８を流通する冷却水が昇温されることがない。これに加えて、熱電変換モジュール２７が高温の排気ガスに晒されて熱害を受けることがなく、熱電変換モジュール２７が損傷するのを防止することができる。
【００８１】
このとき、サーモスタット１１によってバイパス管１２と還流管９との連通が遮断されるので、エンジン１から導出管８を介して導出された冷却水がラジエータ７を介して還流管９に導出される。このため、エンジン１に低温の冷却水が供給され、エンジン１の冷却性能を高めることができる。
【００８２】
また、エンジン１の高回転域では開閉弁２６が解放されるので、バイパス通路２５を流れる排気ガスの背圧が高くなることがなく、排気ガスの排気性能が低下するのを防止することができる。
【００８３】
次に、図５に示すフローチャートに基づいて熱電変換モジュール２７の故障診断処理を説明する。なお、図５に示す故障診断プログラムのフローチャートは、ＲＯＭ４３に記憶された故障診断プログラムであり、この故障診断プログラムは、ＣＰＵ４２によって実行される。
【００８４】
まず、ＣＰＵ４２は、電圧センサ５２からの検知信号に基づいて補機バッテリ４６の電圧が最低レベル値以上であるか否かを判別する（ステップＳ１）。ＣＰＵ４２は、補機バッテリ４６の電圧が最低レベル値未満であるものと判断すると、補機バッテリ４６のバッテリ上がりの可能性が高いものと判断して、故障診断処理を実行せずに今回の処理を終了する。
【００８５】
ＣＰＵ４２は、補機バッテリ４６の電圧が最低レベル値以上と判断すると、車速センサ４９からの検知情報に基づいて車両が定常走行であるか否かを判別する（ステップＳ２）。
ＣＰＵ４２は、車両の加速時または減速時であるものと判断した場合には、補機バッテリ４６の電圧が不安定であるものと判断して、故障診断処理を実行せずに今回の処理を終了する。また、ＣＰＵ４２は、車両が定常走行であるものと判断した場合には、補機バッテリ４６の電圧が安定状態にあるものと判断して、温度センサ５４からの検知情報に基づいて排気ガスの温度が所定温度以上であるか否かを判断する（ステップＳ３）。
【００８６】
ＣＰＵ４２は、排気ガスの温度が所定温度未満であると判断した場合には、故障診断処理を実行せずに今回の処理を終了する。すなわち、排気ガスの温度が低い場合には、熱電発電装置１７の受熱基板２９に伝達される排気ガスの温度が低く、すなわち、排気ガスの熱量が小さくて熱電発電装置１７の発電量が低い。
【００８７】
熱電発電装置１７の発電量が低いと、補機バッテリ４６に充電される電圧が低く、補機バッテリ４６の電圧の変化が小さいため、熱電変換モジュール２７の作動状態を精度よく判定できないため、ＣＰＵ４２は、熱電変換モジュール２７の故障診断処理を実施しない。
【００８８】
ＣＰＵ４２は、排気ガスの温度が所定温度以上であると判断した場合には、水温センサ４８からの検知情報に基づいて水温が所定温度未満であるか否かを判別する（ステップＳ４）。
【００８９】
ＣＰＵ４２は、水温の温度が所定温度以上であると判断した場合には、エンジン１に供給される冷却水温が高温であり、エンジン１のオーバーヒートが発生する可能性が高いものと判断して、故障診断処理を実施せずに今回の処理を終了する。
【００９０】
すなわち、冷却水の温度が高い場合に、受熱通路２２に排気ガスを導入して冷却水と排気ガスとの熱交換を行うと、高温の排気ガスによって冷却水温がより一層高くなるため、ＣＰＵ４２は、アクチュエータ３７に開信号を出力して開閉弁２６を解放して排気ガスを受熱通路２２に導入しない。このときには、冷却水の冷却を優先して行うことで、エンジン１のオーバーヒートを防止する処理を行う。
【００９１】
また、ＣＰＵ４２は、冷却水の温度が所定温度未満であるものと判断した場合には、オルタネータ４７による発電を中止した後（ステップＳ５）、アクチュエータ３７に開信号を出力する（ステップＳ６）。
次いで、ＣＰＵ４２は、アクチュエータ３７に開信号を出力してからの補機バッテリ４６の電圧値の推移を一定の時間だけモニタする（ステップＳ７）。
【００９２】
ここで、開閉弁２６が開弁されると、エンジン１から排出された排気ガスが受熱通路２２を経ずに内管２１を通してテールパイプ１９に排出されるので、熱電変換モジュール２７の発電が行われない。
このため、開閉弁２６が開信号に応じて開弁するように正常に動作していれば、図６のＡに示すように、補機バッテリ４６の電圧値は、減少するように推移する。
【００９３】
また、開閉弁２６が閉弁されると、エンジン１から排出された排気ガスが受熱通路２２に導入されるので、熱電変換モジュール２７の発電が行われ、補機バッテリ４６に蓄電される。このため、開閉弁２６が開信号に応じて開弁しなければ、すなわち、閉弁した状態となると、図６のＢに示すように、補機バッテリ４６の電圧値は、増加するように推移する。
【００９４】
ＣＰＵ４２は、補機バッテリ４６の電圧値の推移をモニタした結果、補機バッテリ４６の電圧値が減少するように推移しているか否かを判別し（ステップＳ８）、補機バッテリ４６の電圧値が減少するように推移していれば、開閉弁２６が正常動作しているものと判断して今回の処理を終了する。
【００９５】
また、ＣＰＵ４２は、補機バッテリ４６の電圧値の推移をモニタした結果、補機バッテリ４６の電圧値が増加するように推移していれば、開閉弁２６の作動不良であると判断してウォーニングランプ５３に異常信号を出力して（ステップＳ９）、今回の処理を終了する。
【００９６】
ウォーニングランプ５３は、ＣＰＵ４２から異常信号が入力すると、点灯または点滅することにより、運転者に開閉弁２６が正常に作動していないことを警告する。
【００９７】
このように本実施の形態では、ＣＰＵ４２が、アクチュエータ３７に開信号を送信したときに、補機バッテリ４６に既存の電圧センサ５２から出力された電圧値に基づいて開閉弁２６の故障の有無を診断するので、開閉弁２６の開閉を検知する専用のセンサを不要にして、熱電発電装置１７の製造コストが増大するのを防止することができる。
【００９８】
また、本実施の形態では、ＣＰＵ４２が、排気ガスの温度が所定温度以上であることを条件として、開閉弁２６の故障の診断を実施しているので、排気ガス温度の低温時には熱電変換モジュール２７に伝達される熱量が低いことから熱電変換モジュール２７の発電量が低下するのに対して、熱電変換モジュール２７の発電量が大きい排気ガス温度が高温の場合に、開閉弁２６の故障の診断を実施することができる。このため、補機バッテリ４６の電圧値を高精度に検出することができる。
【００９９】
また、本実施の形態のＣＰＵ４２は、車両が定常走行であることを条件として、開閉弁２６の故障の診断を実施するので、車両の加減速時等のように定常走行でない場合には、補機バッテリ４６の電圧値の変動が大きく補機バッテリ４６の電圧値が不安定となるのに対して、補機バッテリ４６の電圧値が安定した車両の定常走行時に開閉弁２６の故障の診断を実施することができる。このため、補機バッテリ４６の電気的特性値を高精度に検出することができる。
【０１００】
また、本実施の形態のＣＰＵ４２は、開閉弁２６の故障診断の実施中に熱電変換モジュール２７以外の発電を中止し、補機バッテリ４６の電圧値の変化に基づいて、開閉弁２６の故障の診断を実施している。
【０１０１】
このため、熱電変換モジュール２７からの電力のみを補機バッテリ４６に蓄電して、補機バッテリ４６の電圧値の変化に基づいて開閉弁２６の故障を確実に診断することができる。
【０１０２】
なお、本実施の形態では、ＣＰＵ４２がアクチュエータ３７に開信号を出力して補機バッテリ４６の電圧値の推移をモニタしているが、これに限らず、ＣＰＵ４２がアクチュエータ３７に閉信号を出力して補機バッテリ４６の電圧値の推移をモニタしてもよい。
【０１０３】
具体的には、図７に示すように、ＣＰＵ４２は、オルタネータ４７の発電を停止した後（ステップＳ５）、アクチュエータ３７に閉信号を出力する（ステップＳ１６）。
【０１０４】
次いで、ＣＰＵ４２は、アクチュエータ３７に閉信号を出力してからの補機バッテリ４６の電圧値の推移を一定の時間だけモニタする（ステップＳ１７）。
【０１０５】
ここで、開閉弁２６が閉弁されると、エンジン１から排出された排気ガスが受熱通路２２に導入されるので、熱電変換モジュール２７の発電が行われ、補機バッテリ４６に蓄電される。このため、開閉弁２６が閉信号に応じて正常に動作していれば、図８のＡ１で示すように補機バッテリ４６の電圧値は、増加するように推移する。
【０１０６】
また、開閉弁２６が開弁されると、エンジン１から排出された排気ガスが受熱通路２２を経ずに内管２１を通してテールパイプ１９に排出されるので、熱電変換モジュール２７の発電が行われない。
【０１０７】
このため、開閉弁２６が閉信号に応じて閉弁しないと、すなわち、開閉弁２６が開弁した状態となると、図８のＢ１に示すように、補機バッテリ４６の電圧値は、減少するように推移する。
【０１０８】
ＣＰＵ４２は、補機バッテリ４６の電圧値の推移をモニタした結果、補機バッテリ４６の電圧値が増加するように推移しているか否かを判別し（ステップＳ１８）、補機バッテリ４６の電圧値が増加するように推移していれば、開閉弁２６が正常動作しているものと判断して今回の処理を終了する。
【０１０９】
また、ＣＰＵ４２は、補機バッテリ４６の電圧値の推移をモニタした結果、補機バッテリ４６の電圧値が減少するように推移していれば、開閉弁２６の作動不良であると判断してウォーニングランプ５３に異常信号を出力して（ステップＳ１９）、今回の処理を終了する。
【０１１０】
なお、内燃機関のみを有する車両に代えて、内燃機関と電気モータとを備え、電気モータの電力を蓄電する高圧バッテリを有するハイブリッド車両に適用する場合には、ステップＳ５の処理は、高圧バッテリによる補機バッテリへの充電中止という処理になる。
このようにＣＰＵ４２が、アクチュエータ３７に閉信号を送信したときに、補機バッテリ４６に既存の電圧センサ５２から出力された電圧値に基づいて開閉弁２６の故障の有無を診断しても、開閉弁２６の開閉を検知する専用のセンサを不要にして、熱電発電装置１７の製造コストが増大するのを防止することができる。
【０１１１】
また、本実施の形態では、電気的特性値として、電圧センサ５２によって補機バッテリ４６の電圧値を検知しているが、補機バッテリ４６の電流や電力を検知するセンサを設け、電気的特性値として電流値や電力値を検知してもよい。
【０１１２】
また、本実施の形態では、ＣＰＵ４２が、補機バッテリ４６の電圧値に基づいて熱電変換モジュール２７の電圧値の推移をモニタしているが、これに限定されるものではない。
【０１１３】
例えば、ＣＰＵ４２は、開閉弁２６に開信号を出力した後に熱電変換モジュール２７の電圧値の変化を電圧センサによって検知し、熱電変換モジュール２７の電圧値が増大する傾向にある場合には、熱電変換モジュール２７の故障と判断するようにしてもよい。
【０１１４】
また、ＣＰＵ４２は、開閉弁２６に閉信号を出力した後に熱電変換モジュール２７の電圧値の変化を電圧センサによって検知し、熱電変換モジュール２７の電圧値が減少する傾向にある場合には、熱電変換モジュール２７の故障と判断するようにしてもよい。
【０１１５】
以上のように、本発明に係る熱電発電装置は、開閉弁の作動を検知する専用のセンサを用いることなしに、開閉弁の故障を検知することができるという効果を有し、内燃機関から排出される排気ガスを利用して熱電発電を行う熱電発電装置等として有用である。
【符号の説明】
【０１１６】
１  エンジン（内燃機関）
１７  熱電発電装置
２１  内管（第１の排気管）
２２  受熱通路
２３  外管（第２の排気管）
２５  バイパス通路
２６  開閉弁
２７  熱電変換モジュール
２８  冷却水管
２９  受熱基板（高温部）
３０  放熱基板（低温部）
３７  アクチュエータ（開閉制御手段）
４１  ＥＣＵ（故障診断手段）
４６  補機バッテリ（バッテリ）
５２  電圧センサ（故障診断手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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