特許 5945122 車載発電システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5945122

(24)【登録日】2016年6月3日

(45)【発行日】2016年7月5日

(54)【発明の名称】車載発電システム

(51)【国際特許分類】

   H02N 11/00 20060101AFI20160621BHJP

   F01N 5/02 20060101ALI20160621BHJP

   F01N 13/00 20100101ALI20160621BHJP

【ＦＩ】

   H02N11/00 A

   F01N5/02 Z

   F01N13/00 Z

【請求項の数】1

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2012-17607(P2012-17607)

(22)【出願日】2012年1月31日

(65)【公開番号】特開2013-158162(P2013-158162A)

(43)【公開日】2013年8月15日

【審査請求日】2015年1月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002967

【氏名又は名称】ダイハツ工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103517

【弁理士】

【氏名又は名称】岡本 寛之

(74)【代理人】

【識別番号】100149607

【弁理士】

【氏名又は名称】宇田 新一

(72)【発明者】

【氏名】金 允護

(72)【発明者】

【氏名】金 周永

(72)【発明者】

【氏名】芹澤 毅

(72)【発明者】

【氏名】田中 裕久

(72)【発明者】

【氏名】池田 英幸

【審査官】 宮地 将斗

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−００６４９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０５１６０８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｎ １／００−９９／００

Ｆ０１Ｎ ５／０２

Ｆ０１Ｎ １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジン、および、前記エンジンに接続され、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、
前記排気管内において、前記第１デバイスよりも排気ガスの流れ方向上流側に配置されるフィルタと、
前記フィルタを加熱するための加熱手段と、
所定のタイミングで前記加熱手段を作動させるための制御手段と、
前記第１デバイスに電界を印加するための電界印加手段とを備え、
前記制御手段は、少なくとも前記フィルタが加熱されているときに、前記電界印加手段を作動させること
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】

しかしながら、焦電素子を排気管内に配置すると、排気ガスに含まれる煤などによって焦電素子が目詰まりするなど、焦電素子が汚染される場合があり、そして、焦電素子が汚染されると、発電効率が低下するという不具合がある。

【0009】

本発明の目的は、デバイスの汚染を抑制し、優れた発電効率を確保す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】

【0010】

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、前記エンジンに接続され、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、前記排気管内において、前記第１デバイスよりも排気ガスの流れ方向上流側に配置されるフィルタと、前記フィルタを加熱するための加熱手段と、所定のタイミングで前記加熱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。

【0011】

このような車載発電システムでは、排気管内に第１デバイスが配置され、また、その第１デバイスよりも排気ガスの流れ方向上流側にフィルタが配置されるため、排気ガスに含まれる煤などをフィルタにより捕集することができる。

【0012】

そのため、煤などが除去された排気ガスを第１デバイス３に供給することができ、第１デバイス３の汚染を抑制することができ、その結果、優れた発電効率を確保することができる。

【0013】

また、この車載発電システムでは、加熱手段によって所定のタイミングでフィルタが加熱されるので、フィルタにおいて捕集された煤などを焼き払うことができ、これにより、フィルタの目詰まりを抑制することができる。

【0014】

そのため、この車載発電システムによれば、継続的に第１デバイスの汚染を抑制することができ、優れた発電効率を確保することができる。

【0015】

また、本発明の車載発電システムは、前記第１デバイスに電界を印加するための電界印加手段を備え、前記制御手段は、少なくとも前記フィルタが加熱されているときに、前記電界印加手段を作動させることが好適である。

【0016】

上記のような車載発電システムでは、加熱手段によって、フィルタのみならず排気ガスが加熱される場合があり、昇温された排気ガスが第１デバイスに供給される場合がある。そして、この排気ガスによって第１デバイスが加熱されると、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。

【0017】

これに対して、このような車載発電システムでは、フィルタが加熱されているときに第１デバイスに電界を印加することによって、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。

【発明の効果】

【0018】

本発明の車載発電システムでは、第１デバイスの排気ガス流れ方向上流側において、排気ガスに含まれる煤などをフィルタにより捕集することができるので、第１デバイスの汚染を抑制することができる。

【0019】

また、本発明の車載発電システムでは、加熱手段により捕集された煤などを焼き払うことができるので、フィルタの目詰まりを抑制することができる。

【0020】

そのため、この車載発電システムによれば、継続的に第１デバイスの汚染を抑制することができ、優れた発電効率を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の車載発電システムの第１実施形態を示す概略構成図である。

【図2】本発明の車載発電システムの第２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】

【0022】

１．第１実施形態
図１は、本発明の車載発電システムの第１実施形態を示す概略構成図である。

【0023】

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。

【0024】

第１実施形態において、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、フィルタ５と、所定のタイミングでフィルタ５を加熱するための加熱手段としての第１電圧印加装置６と、第１電圧印加装置６を作動させるための制御手段としての制御ユニット７とを備えている。

【0025】

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装置２０を備えている。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

各気筒１２は、ピストン１３、燃焼室１４および点火プラグ１５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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

吸気管１６は、スロットルバルブ２５を備えており、このスロットルバルブ２５の開閉により、エンジン１１に空気を取り込み可能としている。

【0036】

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。

【0037】

また、排気管１７は、その流れ方向途中において、箱型空間２３を、それぞれ１つ備えている。箱型空間２３は排気管１７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、第１デバイス３（後述）および第２デバイス４（後述）を備えている。

【0038】

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。

【0039】

燃料供給装置２０は、吸気管１６に設けられ、燃料タンク２１および燃料供給管２２を備えている。

【0040】

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。

【0041】

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２４に接続されている。

【0042】

燃料噴射弁２４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。

【0043】

燃料噴射弁２４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。

【0044】

このような燃料噴射弁２４は、エンジン制御ユニット（図示せず）に電気的に接続されており、エンジン制御ユニット（図示せず）によって、その開閉が制御されている。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

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。

【0051】

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。

【0052】

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。

【0053】

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。

【0054】

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。

【0055】

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。

【0056】

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。

【0057】

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。

【0058】

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。

【0059】

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。

【0060】

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。

【0061】

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。

【0062】

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。

【0063】

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。

【0064】

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。

【0065】

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。

【0066】

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、ＢａＴｉＯ_３、ＣａＴｉＯ_３、（ＣａＢｉ）ＴｉＯ_３、ＢａＮｄ_２Ｔｉ_５Ｏ_１４、ＢａＳｍ_２Ｔｉ_４Ｏ_１２、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）など）、公知のピエゾ素子（例えば、水晶（ＳｉＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ロッシェル塩（酒石酸カリウム−ナトリウム）（ＫＮａＣ_４Ｈ_４Ｏ_６）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）、リチウムテトラボレート（Ｌｉ_２Ｂ_４Ｏ_７）、ランガサイト（Ｌａ_３Ｇａ_５ＳｉＯ_１４）、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。

【0067】

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。

【0068】

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。

【0069】

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。

【0070】

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。

【0071】

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。

【0072】

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。

【0073】

このような第１デバイス３は、排気管１７内、詳しくは、箱型空間２３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。

【0074】

これにより、第１デバイス３は、排気管１７内において、排気ガスに接触（曝露）可能とされている。

【0075】

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。

【0076】

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。

【0077】

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８に、電気的に接続されている。

【0078】

フィルタ５は、例えば、焼結セラミックなど、後述する第１電圧印加装置６により通電したときに発熱する発熱材料（抵抗発熱体）などからなる公知のフィルタであって、排気ガスが通過可能であり、かつ、排気ガスに含有される煤などが通過不可能な網状構造（例えば、ハニカム網状構造）を有している。

【0079】

このようなフィルタ５は、排気管１７内において、第１デバイス３よりも排気ガスの流れ方向上流側に配置されており、これにより、エンジン１１から排気管１７に排出される排気ガスが、第１デバイス３に供給される前に、排気ガスに含有される煤などを捕集可能としている。

【0080】

第１電圧印加装置６は、フィルタ５に電圧を印加するため、フィルタ５に直接設けられている。具体的には、第１電圧印加装置６は、例えば、第１電圧印加電源９と、フィルタ５および第１電圧印加電源９に接続される導線（図１破線参照）などとを備えている。

【0081】

制御ユニット７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。

【0082】

この制御ユニット７は、図１において破線で示すように、第１電圧印加装置６に電気的に接続されており、詳しくは後述するが、所定のタイミングで第１電圧印加装置６を作動させるように、予め設定されている。

【0083】

また、この車載発電システム１は、さらに、第１デバイス３に電界を印加するための電界印加手段としての第２電圧印加装置２６を備えている。

【0084】

第２電圧印加装置２６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。

【0085】

具体的には、第２電圧印加装置２６は、第１デバイス３を挟んで対向配置される複数（１つの箱型空間２３に対して２つ）の電極２８（例えば、銅電極、銀電極など）、第２電圧印加電源２９、およびそれらに接続される導線（図１破線参照）などを備えている。

【0086】

各電極２８は、一対が各箱型空間２３に対応するようにそれぞれ設けられ、各箱型空間２３の外側表面において互いに対向し、それら電極２８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ている。

【0087】

そして、第２電圧印加装置２６では、これら電極２８に第２電圧印加電源２９から電圧を印加することにより、電極２８間、すなわち、箱型空間２３内に電界を生じさせ、第１デバイス３に電界を印加可能としている。

【0088】

また、第２電圧印加装置２６は、図１において破線で示すように、制御ユニット７に電気的に接続されている。そして、制御ユニット７は、詳しくは後述するが、少なくともフィルタ５が加熱されているときに第２電圧印加装置２６を作動させるように、予め設定されている。
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。

【0089】

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。

【0090】

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２５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２４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）。

【0091】

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）。

【0092】

次いで、点火プラグ１５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）。

【0093】

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）。

【0094】

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。

【0095】

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。

【0096】

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。

【0097】

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。

【0098】

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。

【0099】

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。

【0100】

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。

【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８に蓄電する。バッテリー８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．汚染の抑制
＜第１デバイスの汚染抑制＞
上記したように、車載発電システム１が搭載される自動車１０では、混合気の燃焼によって生じる排気ガスが、排気管１７内を通過し、第１デバイス３に供給される。

【0107】

このような排気ガスは、例えば、カーボンなどからなる煤などを含有している。そのため、排気ガスを第１デバイス３に供給すると、煤などによって第１デバイス３が目詰まりするなど、汚染される場合がある。そして、第１デバイス３が汚染されると、発電効率が低下するという不具合がある。

【0108】

そこで、この車載発電システム１では、第１デバイス３が汚染されることを抑制するため、排気管１７内において、第１デバイス３よりも排気ガスの流れ方向上流側にフィルタ５を設け、フィルタ５によって、煤などを捕集する。

【0109】

つまり、このような車載発電システム１では、排気管１７内に第１デバイス３が配置され、また、その第１デバイス３よりも排気ガスの流れ方向上流側にフィルタ５が配置されるため、排気ガスに含まれる煤などをフィルタ５により捕集することができる。

【0110】

そのため、煤などが除去された排気ガスを第１デバイス３に供給することができ、第１デバイス３の汚染を抑制することができ、その結果、優れた発電効率を確保することができる。
＜フィルタの洗浄＞
一方、フィルタ５が煤などを捕集すると、フィルタが目詰まりなどを惹起する場合がある。

【0111】

そこで、この車載発電システム１では、第１電圧印加装置６によってフィルタ５を加熱し、捕集された煤などを焼き払う。

【0112】

より具体的には、例えば、制御ユニット７の制御によって、所定のタイミングで、具体的には、予め設定された所定時間毎に、第１電圧印加装置６を作動させ、フィルタ５に電圧を印加する。

【0113】

なお、フィルタ５に電圧を印加する時間の長さや、その間隔は、特に制限されず、目的および用途に応じて、適宜設定される。

【0114】

また、例えば、エンジン１１の高負荷時にフィルタ５を上記のように洗浄すれば、排気ガスの温度が高いのでフィルタ５に印加する電圧が少なくてよく、また、ガス圧が高いので熱分解しかけた煤などをフィルタ５から離脱させることができる。

【0115】

そして、このようにフィルタ５に電圧が印加されると、その抵抗などによってフィルタ５は加熱され、フィルタ５に捕集されている煤などが熱分解および除去される。

【0116】

このように、上記の車載発電システム１では、第１電圧印加装置６によって所定のタイミングでフィルタ５が加熱されるので、フィルタにおいて捕集された煤などを焼き払うことができ、これにより、フィルタ５の目詰まりを抑制することができる。

【0117】

そのため、この車載発電システム１によれば、継続的に優れた発電効率を確保することができる。
４．第１デバイス損傷抑制
上記のような車載発電システム１では、フィルタ５を加熱することにより、フィルタ５のみならず排気ガスが加熱される場合があり、昇温された排気ガスが第１デバイス３に供給される場合がある。

【0118】

より具体的には、例えば、フィルタ５が第１電圧印加装置６により加熱されると、その加熱状態のフィルタ５によって、フィルタ５を通過する排気ガスも加熱され、昇温された排気ガスが第１デバイス３に供給される場合がある。

【0119】

そして、この排気ガスによって第１デバイス３が加熱されると、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。

【0120】

そこで、この車載発電システム１では、少なくともフィルタ５が加熱されていることを制御ユニット７により検知し、フィルタ５が加熱されているときに、第２電圧印加装置２６の電極２８に電圧を印加し、第１デバイス３に電界を印加する。

【0121】

電極２８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。

【0122】

また、電界の印加時間は、例えば、制御ユニット７の制御によって第１電圧印加装置６が作動され、フィルタ５が加熱されている間、さらには、その余熱によりフィルタ５が加熱されている間（余熱時間）である。予熱時間は、フィルタ５の材料、容量などに基づき、予め設定することができる。

【0123】

このように第１デバイス３に電界を印加することによって、第１デバイス３が加熱され、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。

【0124】

すなわち、このような車載発電システム１では、少なくともフィルタ５が加熱されているときに第１デバイス３に電界を印加することができるので、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。

【0125】

なお、上記した説明では、所定時間毎に第１電圧印加装置６を作動させたが、第１電圧印加装置６を作動させるタイミングは、フィルタ５の目詰まりを抑制することができれば、特に制限されず、目的および用途に応じて、適宜設定することができる。具体的には、例えば、車載発電システム１にその発電量を測定する電圧センサ（図示せず）などを設け、発電量を測定するとともに、発電量の低下が検知されたときに、フィルタ５が目詰まりしていると判断して、制御ユニット７の制御により第１電圧印加装置６を作動させることができる。
５．第２実施形態
図２は、本発明の車載発電システムの第２実施形態を示す概略構成図である。

【0126】

上記した説明では、加熱手段として第１電圧印加装置６を用い、フィルタ５に電圧を印加することによりフィルタ５を加熱したが、加熱手段としてはこれに限定されず、例えば、加熱手段としてエンジン１１を用いることができる。

【0127】

以下において、加熱手段としてエンジン１１を用いる実施形態（第２実施形態）について、図２を参照して説明する。なお、図２において、上記した各部に対応する部材については、同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。

【0128】

第２実施形態では、加熱手段としてエンジン１１が用いられており、また、制御ユニット７が、図２において破線で示すように、点火プラグ１５に電気的に接続され、所定のタイミングで点火プラグ１５を作動させるように、予め設定されている。

【0129】

より具体的には、第２実施形態において、エンジン１１では、上記したように、混合気が気筒１２の燃焼室１４に供給され（吸気工程）、ピストン１３が上昇することにより燃焼室１４において混合気が圧縮される（圧縮工程）。

【0130】

次いで、制御ユニット７によって、点火プラグ１５が作動され、混合気が点火されることにより、混合気が爆発的に燃焼される（爆発工程）。そして、その燃焼により生じた排気ガスが、気筒１２から排気管１７へ排気される（排気工程）。

【0131】

そして、このような車載発電システム１では、制御ユニット７の制御によって所定のタイミングで、具体的には、予め設定された所定時間毎に、点火プラグ１５による点火を遅延（遅角）させる。

【0132】

すなわち、通常、排気ガスは、爆発工程において混合気が燃焼することにより生じた後、排気工程に至るまでの間に降温される。そして、その降温された排気ガスが、気筒１２から排気管１７に排出される。

【0133】

このようなエンジン１１の駆動において、上記したように点火プラグ１５による点火を遅延（遅角）させると、爆発工程において、排気ガスの発生が遅延する。そのため、排気ガスが生じた後、排気されるまでの間が短くなり、排気ガスは、十分に降温されない状態で（すなわち、高温状態で）排気管１７に排出される。

【0134】

なお、点火プラグ１５による点火を遅延（遅角）させる間隔は、特に制限されず、目的および用途に応じて、適宜設定される。

【0135】

そして、このように高温の排気ガスが排気管１７に排出され、フィルタ５を通過すると、フィルタ５は、排気ガスの熱が蓄熱されることによって加熱され、フィルタ５に捕集されている煤などが熱分解および除去される。

【0136】

このような第２実施形態においても、第１電圧印加装置６によって所定のタイミングでフィルタ５が加熱されるので、捕集された煤などを焼き払うことができ、これにより、フィルタ５の目詰まりを抑制することができる。

【0137】

そのため、この車載発電システム１によれば、フィルタ５による煤などの捕集効率の低下や、第１デバイス３に対する排気ガスの供給効率の低下などを抑制することができ、継続的に第１デバイス３の汚染を抑制することができ、優れた発電効率を確保することができる。

【0138】

なお、上記した説明では、所定時間毎に、点火プラグ１５による点火を遅延（遅角）させたが、点火を遅延（遅角）させるタイミングは、フィルタ５の目詰まりを抑制することができれば、特に制限されず、目的および用途に応じて、適宜設定することができる。具体的には、例えば、車載発電システム１にその発電量を測定する電圧センサ（図示せず）などを設け、発電量を測定するとともに、発電量の低下が検知されたときに、フィルタ５が目詰まりしていると判断して、制御ユニット７の制御により点火を遅延（遅角）させることができる。

【0139】

また、例えば、加熱手段として、上記した第１電圧印加装置６およびエンジン１１の両方を用い、それらを選択的にまたは同時に作動させ、フィルタ５を加熱することもできる。

【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
５ フィルタ
６ 第１電圧印加手段
７ 制御ユニット
１１ エンジン
１７ 排気管
２０ 燃料供給装置

【図1】

【図2】