JP2008223504A - 診断装置、診断方法及び制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 熱電変換モジュールで生成される電力に基づいて熱電変換モジュールの故障や劣化を容易に判断することができる診断装置、診断方法及び制御プログラムを提供することにある。
【解決手段】 電力測定部２０が、熱電変換モジュール３で生成される電力を実測し（ステップＳ２４）、ＥＣＵ７が熱電変換モジュール３で生成される電力を推定し（ステップＳ２２）、熱抵抗成分が実測される電力に与える電力測定誤差を、推定された電力に付加し、電力の正常範囲を確定する（ステップＳ２３）。実測された電力が電力の正常範囲に含まれない場合に、表示部１６又は音声出力部１７を介して警告がなされる（ステップＳ２６）。
【選択図】 図１１

Description

本発明は、車両の排気系に配設された熱電変換モジュールの故障や劣化を診断する診断装置、診断方法及び制御プログラムに関する。

従来より、熱電変換モジュールを備え、触媒の活性化を図り、内燃機関の排気ガスの浄化性能を向上させる廃熱回収装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この廃熱回収装置の熱電変換モジュールは、高温側端部と、低温側端部と、高温側端部と低温側端部との温度差を電気に変換する熱電素子を備え、排気ガスの温度が所定の温度未満の場合には、熱電変換素子に電力を供給して高温側端部を加熱し、排気ガスの温度が所定の温度以上の場合には、熱電変換素子が発電を行う。これにより、熱電変換モジュールの機能を使い分けると共に内燃機関の排気ガスの浄化性能を向上させている。
特開平２００６−１７０１８１号公報

しかしながら、上記廃熱回収装置の熱電変換モジュールは、熱電変換素子において、排気温度に対して熱電変換によりどれぐらいの電力が生成されているのか理解することができなかった。このため、生成される電力に基づいて熱電変換モジュールの故障や劣化を判断することが困難であった。

本発明の目的は、熱電変換モジュールで生成される電力に基づいて熱電変換モジュールの故障や劣化を容易に判断することができる診断装置、診断方法及び制御プログラムを提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の診断装置は、内燃機関の排気ガスを通す排気経路上に配設され、且つ当該排気ガスを浄化する排気浄化装置よりも上流に配設されていると共に、高温側端部と低温側端部とを備える熱電変換モジュールの診断を実行する診断装置であって、前記熱電変換モジュールで生成される電力を実測する測定手段と、前記熱電変換モジュールで生成される電力を推定する推定手段と、熱抵抗成分が前記測定手段により実測される電力に与える電力測定誤差を、前記推定手段により推定された電力に付加し、電力の正常範囲を確定する確定手段と、前記測定手段により実測された電力が前記電力の正常範囲に含まれない場合に警告する警告手段とを備えることを特徴とする。

かかる構成によれば、推定電力に電力測定誤差を付加した電力の正常範囲に、実測された電力値が含まれない場合に、警告がなされるので、熱電変換モジュールで生成される電力に基づいて熱電変換モジュールの故障や劣化を容易に判断することができる。

本発明によれば、熱電変換モジュールで生成される電力に基づいて熱電変換モジュールの故障や劣化を容易に判断することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る診断装置を含む排気系システムの構成図である。

排気系システム１００は、エンジンで構成される内燃機関１、内燃機関１内を冷却して高温になった冷却水を外気で冷やすラジエーター２、内燃機関１の排気ガスの熱から発電を行う熱電変換モジュール３、内燃機関１の排気ガスを浄化する排気浄化装置４、ラジエーター２や熱電変換モジュール３を環流する冷却水の水温を計測する温度センサ５、排気浄化装置４を通過する排気ガスの温度を計測する温度センサ６、各要素の電気的な制御を行うＥＣＵ（electronic control unit）７（推定手段、確定手段、警告手段、第１〜第３の算出手段）、ＥＣＵ７の指示に基づいて、熱電変換モジュール３の発電モードと加熱モードとの回路の切り換えを行う変換回路８、バッテリ９、内燃機関１から熱電変換モジュール３と排気浄化装置４とを介して車両外部に排気ガスを排出する排気ガス通路１０、ラジエーター２と熱電変換モジュール３等に冷却水を環流させるための冷却水通路１１、内燃機関１に空気を吸入するための吸気通路１２、吸気通路１２を介して内燃機関１に吸入される空気量を測定する吸気量センサ１３、外気温を測定する外気温センサ１４、車両の車速を測定する車速センサ１５、ナビゲーション装置等で使用されるタッチパネル式の表示部１６（警告手段）、ＣＤ−ＲＯＭの音声データやラジオの音声等を出力する音声出力部１７（警告手段）、及び熱電変換モジュール３で実際に生成される電力を測定する電力測定部２０（測定手段）を備えている。

本実施の形態に係る診断装置は、熱電変換モジュール３、温度センサ５，６、ＥＣＵ７、変換回路８、吸気量センサ１３、外気温センサ１４、車速センサ１５、表示部１６、音声出力部１７、及び電力測定部２０で構成される。

熱電変換モジュール３は、排気浄化装置４の上流に配設されている。熱電変換モジュール３の発電モードでは、冷却水の水温と排気ガスの温度との温度差を利用して発電して、変換回路８を介してバッテリ９を充電し、熱電変換モジュール３の加熱モードでは、排気ガスの加熱を実行する。

排気浄化装置４は、触媒を担持する媒体担体４ａと触媒を加熱するヒータ４ｂとを備えている。温度センサ５，６は、ＥＣＵ７に接続されており、各々測定した温度データをＥＣＵ７に送信する。ＥＣＵ７は、ＣＰＵ７ａ、ＲＡＭ７ｂ、不揮発性ＲＯＭ７ｃ、及びインターフェース（不図示）等で構成されており、当該不揮発性ＲＯＭ７ｃに格納されたプログラムに従って所定の制御を実行する。また、ＥＣＵ７は、吸気量センサ１３、外気温センサ１４及び車速センサ１５で測定された各測定値を示す信号を受信する。不揮発性ＲＯＭ７ｃは、各センサから取得した測定値の他、測定値に基づいてＥＣＵ７で演算された値（後述する補正係数やマップ等）も記憶する。変換回路８は、熱電変換モジュール３、ＥＣＵ７、及びバッテリ９に接続されている。

図２は、熱電変換モジュール３近傍の装置構成を示す図であり、図３は、熱電変換モジュール３の構成を示す図である。

熱電変換モジュール３は、熱交換ブロック２０（熱伝導部材）と冷却ブロック２１（冷却部材）との間に挟持されている。冷却ブロック２１の吸熱面２１ｂは、熱交換ブロック２０の放熱面２０ｂと所定の間隙を設けて対面している。熱交換ブロック２０は、略平板状に構成されており、その内部の長手方向に貫通孔２０ａが設けられおり、その貫通孔２０ａに排気ガス通路１０が設けられている。熱交換ブロック２０は、排気ガス通路１０を流動する排気ガスの熱量を効率良く回収するため、熱伝導率の高い材質ＳＵＳにより形成されている。熱交換ブロック２０で回収された排気ガスの熱は、熱電変換モジュール３を構成する熱電変換素子４０の高温側端部３１を加熱する。

冷却ブロック２１は、略平板状に構成されており、その内部の長手方向に貫通孔２１ａが設けられおり、その貫通孔２１ａに冷却水通路１１が設けられている。冷却ブロック２１は、熱伝導性に優れる材質ＳＵＳより形成され、熱電変換モジュール３を構成する熱電変換素子４０の低温側端部３２を冷却する。

図３に示すように、熱電変換モジュール３は、ｐ型半導体素子４０２とｎ型半導体素子４０１とを組み合わせてなる熱電変換素子４０を複数、配設したものである。本実施の形態では、ｎ型半導体４０１としてＢｉＴｅを用い、ｐ型半導体４０２としてＢｉＴｅを用いる。

熱電変換モジュール３は、熱交換ブロック２０の放熱面２０ｂと、冷却ブロック２１の吸熱面２１ｂとが相互に対面する隙間に、ｐ型半導体素子４０２とｎ型半導体素子４０１とを並設した熱電変換素子４０を複数、配置したものである。各熱電変換素子４０をなすｐ型半導体素子４０２とｎ型半導体素子４０１とは、上記放熱面２０ｂ側の高温側端部３１において高温側電極３３ａを介して電気的に接続されている。そして、上記吸熱面２１ｂ側の低温側端部３２においては、ｐ型半導体素子４０２は、隣り合う他の熱電変換素子４０のｎ型半導体素子４０１と低温側電極３３ｂを介して電気的に接続されており、ｎ型半導体素子４０１は、隣り合う他の熱電変換素子４０のｐ型半導体素子４０２と低温側電極３３ｂを介して電気的に接続されている。そして、各熱電変換素子４０は、高温側端部３１と低温側端部３２との間に生じた温度差に応じて起電力を発生する。また、高温側電極３３ａ、及び低温側電極３３ｂは、それぞれ接合層（はんだ層）３５ａ，３５ｂを介して、ｎ型半導体素子４０１及びｐ型半導体素子４０２に電気的に接続（接合）されている。

また、熱交換ブロック２０の放熱面２０ｂ及び冷却ブロック２１の冷却面２１ｂには、電気的絶縁を図ると共に熱伝導性を維持するためのアルミナの溶射膜３４ａ，３４ｂがそれぞれ形成されている。

次に、熱電変換モジュール３で生成される電力の推定方法について説明する。

熱電変換モジュール３で生成される電力は、ＥＣＵ７が温度センサ５，６、吸気量センサ１３、外気温センサ１４及び車速センサ１５で測定された各測定値を示す信号を受信し、その受信された信号の示す測定値を使って、所定の演算を実行することで、推定される。まず、下記式（１）のhightempの算出方法を説明する。
hightemp ← hightempi ＋ supply −exhaust ……（１）

ここで、式（１）は、熱電変換素子４０の高温側端部３１の温度を算出する式であり、「hightempi」は、高温側端部３１の初期温度や、内燃機関１に吸入される空気量（吸気量）及び高温側端部３１の温度の関係を示す、後述するマップに基づいて順次算出される高温側端部３１の温度を示す。「supply」は、加熱係数を示し、「exhaust」は放熱係数を示す。

ＥＣＵ７は、高温側端部３１の初期温度を算出するために、温度センサ５から現在の水温（thw）を示す信号を受信すると共に不揮発性ＲＯＭ７ｃに格納されている、前回測定された水温を読み出す。

現在の水温（thw）／前回測定された水温＜１．０の場合には、ＥＣＵ７は、「hightempi」に前回測定された水温を代入する。一方、現在の水温（thw）／前回測定された水温≧１．０の場合には、ＥＣＵ７は、「hightempi」に（現在の水温（thw）＋外気温（tha）)／２で求められる値を代入する。ここで、外気温（tha）は、外気温センサ１４から受信する信号が示す外気温の値を用いる。

次いで、ＥＣＵ７は、高温側端部３１の温度（即ち、初期温度以外の演算で推定される温度）を下記式（５）に基づいて推定する。
hightempi ＝ ga (map) ……（２）

ここで、「ga」は内燃機関１に吸入される空気量（吸気量）を示し、「ga (map)」は、吸気量及び高温側端部３１の温度の関係を示すマップと、実際に計測された吸気量とに基づいて、高温側端部３１の温度を算出することを示す。尚、実際に計測される吸気量（ga）は、吸気量センサ１３から受信する信号が示す吸気量の値を用いる。

上記式（２）により、実験により算出された「hightempi」と吸気量（ga）との関係を示す表を図４（Ａ）に示し、当該関係を示すマップを図４（Ｂ）に示す。尚、図４（Ｂ）のマップは、不揮発性ＲＯＭ７ｃに格納され、ＥＣＵ７により必要に応じて読み出される。

次に、ＥＣＵ７は、「supply」を算出する。この「supply」は、加熱係数であり、より具体的には、排気浄化装置４のヒータ４ａの有無が高温側端部３１の温度に与える影響、又はヒータ４ａのオン時又はオフ時に高温側端部３１の温度に与える影響（ヒータ４ａのオン／オフ時に生じる熱電変換モジュールに対する熱移動）を示す。

「supply」は、下記式（３）で算出される。
supply ＝ ga (map) × heath1 × ヒータ係数 ……（３）

ここで、ga (map)は、上記式（２）で求められる値を示す。heath1は、熱電変換モジュール３の熱伝導率を示す係数であり、この係数は実験により算出される固定値又は吸気量等に応じて所定のマップから決定される値を使用する。ヒータ係数は、ヒータ４ａのオン／オフ時に生じる、高温側端部３１の温度に与える影響（熱電変換モジュールに対する熱移動）を係数として示したものである。このヒータ係数は、実験により算出する。

上記式（３）により、実験により算出された「supply」と吸気量（ga）との関係を示す表を図５（Ａ）に示し、当該関係を示すマップを図５（Ｂ）に示す。尚、図５（Ｂ）のマップは、不揮発性ＲＯＭ７ｃに格納され、ＥＣＵ７により必要に応じて読み出される。

次いで、ＥＣＵ７は、「exhaust」を算出する。「exhaust」は、下記式（４）で算出される。この「exhaust」は、放熱係数であり、より具体的には、外気による熱電変換モジュール３の放熱が高温側端部３１の温度に与える影響を示す。
exhaust ＝ （hightempi − tha）× heath2 × kspd ……（４）

ここで、thaは、外気温センサ１４から受信する信号が示す外気温の値を示す。heath2は、熱電変換モジュール３の熱伝導率を示す係数であり、この係数は実験により算出される固定値又は吸気量等に応じて所定のマップから決定される値を使用する。尚、固定値や所定のマップは、不揮発性ＲＯＭ７ｃに格納され、ＥＣＵ７により必要に応じて読み出される。kspdは、車速に応じた補正係数を示す。車両の走行中は外気による熱電変換モジュール３の放熱が一段と生じやすくなるため、車速に応じた補正係数が加味されている。尚、実験により車速とkspdの補正係数との関係を求め、マップ化して不揮発性ＲＯＭ７ｃに予め格納しておく。これにより、ＥＣＵ７は車速センサ１５から受信する信号が示す車速の値と当該マップに応じてkspdを適宜決定する。

上記hightempの算出において、燃料カット（Fuel Cut）のオン／オフ時、内燃機関１のアイドル状態のオン／オフ時の補正が必要である場合には、補正条件としてこれらの補正係数を上記式（２）に適宜追加する。これらの補正係数は、予め実験により算出しておき、固定値又はマップ化して、不揮発性ＲＯＭ７ｃに予め格納しておく。

例えば、内燃機関１がアイドル状態である場合には、上記式（２）に基づいて算出されるhightempiと、実際の高温側端部３１の温度との間にズレが生じる可能性があるので、この場合には、上記式（２）に補正係数を追加する。即ち、上記式（２）は、hightempi ＝ ga (map) × 補正係数となる。また、長い下り坂の走行中に、燃料カット（Fuel Cut）の設定がオンになった場合には、排気温度が低下するため、同様に、上記式（５）に補正係数を追加する。

次に、ＥＣＵ７は、下記式（５）のlowtempを算出する。
lowtemp ＝ thw × heatc ± C ……（５）

式（５）は、熱電変換素子４０の低温側端部３２の温度を算出する式であり、「thw」は冷却水の水温を示す。冷却水の水温は温度センサ５から受信する信号が示す水温の値を用いる。「heatc」は冷却ブロック２１の熱伝導率を示す。「heatc」は、冷却ブロック２１の材質や構造から決定される。「C」は他の素子や部材からの温度伝播の影響を考慮した補正係数を示す。特に、補正係数「C」を決定する際には、ヒータ４ａのオン時又はオフ時に低温側端部３１の温度に与える影響（ヒータ４ａのオン／オフ時に生じる熱電変換モジュールに対する熱移動）を考慮する。図６に、他の素子等がオン／オフ時に消費する電力と他の素子等が低温側端部３２に与える温度との関係を示す。

式（５）によるlowtempの算出工程を図７に示す。図７中の左側のグラフの実線は、thw × heatcの値を示し、左側のグラフの上段の実線がthw × heatc ＋ Cの値を示し、左側のグラフの下段の実線がthw × heatc − Cの値を示す。

尚、実験により「heatc」と「C」を求め、マップ化して不揮発性ＲＯＭ７ｃに予め格納しておく。これにより、ＥＣＵ７は必要に応じて不揮発性ＲＯＭ７ｃからマップを読み出し、「heatc」と「C」を決定する。

次いで、ＥＣＵ７は、下記式（６）のlowtempを算出する。
diftemp ＝ hightemp − lowtemp ……（６）

式（６）は、熱電変換素子４０の高温側端部３１と低温側端部３２の間の温度差を算出する式であり、ＥＣＵ７は、上記式（１）で算出されたhightempと上記式（５）で算出されたlowtempの差分を算出する。

最後に、ＥＣＵ７は、下記式（７）のＷを算出する。
Ｗ ＝ diftemp (map) ……（７）

式（７）は、熱電変換モジュール３で生成される電力を算出する式であり、「diftemp (map)」は、高温側端部３１と低温側端部３２の間の温度差及び熱電変換モジュール３で生成される電力の関係を示すマップと、式（６）で算出された温度差とに基づいて、熱電変換モジュール３で生成される電力を算出することを示す。

上記式（７）により、実験により算出された「diftemp」と電力（ｗ）との関係を示す表を図８（Ａ）に示し、当該関係を示すマップを図８（Ｂ）に示す。

熱電変換モジュール３で生成される電力を算出する際に、図８（Ｂ）に示すマップを利用する理由は、熱電変換素子４０のゼーベック係数の温度依存性や熱電変換モジュール３の内外の構造によって、出力（電力）は、温度差の２乗から外れることがあるからである。尚、熱電変換素子４０のゼーベック係数の温度依存性や熱電変換モジュール３の内外の構造によっても、出力（電力）が、温度差の２乗から外れない場合（即ち、温度差の２乗に比例する場合）には、電力は、Ｗ ＝ 係数 × (diftemp)2により算出してもよい。

図９は、ＥＣＵ７で実行される、熱電変換モジュール３で生成される電力の算出処理を示すフローチャートである。

まず、ＥＣＵ７は、不図示のイグニッションスイッチ（ＩＧ）がオンになり、電源が供給されると（ステップＳ１）、不揮発性ＲＯＭ７ｃから前回測定された水温の値を取得する（ステップＳ２）。これは、上述したように高温側端部３１の初期温度を決定するために必要だからである。

次いで、ＥＣＵ７は、上記式（１）、（５）に従って、熱電変換素子４０の高温側端部３１の温度及び低温側端部３２の温度の初期値を、「hightemp」及び「lowtemp」に設定する（ステップＳ３）。

その後、ＥＣＵ７は、所定時間毎（例えば、２、３秒毎に）に温度センサ５，６、吸気量センサ１３、外気温センサ１４及び車速センサ１５で測定された各測定値を示す信号を受信し（ステップＳ４）、その受信された信号の示す測定値及び不揮発性ＲＯＭ７ｃに格納されている各種のマップ等を使って、上記式（１）、（５）に従って、「hightemp」及び「lowtemp」の算出を行う（ステップＳ５）。

次に、ＥＣＵ７は、ステップＳ５で算出された「hightemp」及び「lowtemp」を用いて、上記式（６）に従って「diftemp」を算出し（ステップＳ６）、この算出された「diftemp」と不揮発性ＲＯＭ７ｃに格納されている図７（Ｂ）のマップとを用いて、熱電変換モジュール３で生成される電力ｗを算出する（ステップＳ７）。そして、ステップＳ７で算出された電力ｗは不揮発性ＲＯＭ７ｃに格納する（ステップＳ８）。その後、ステップＳ４に戻り、イグニッションスイッチ（ＩＧ）がオフになるまで、ステップＳ４〜ステップＳ８の処理を繰り返し実行し、電力ｗの値は不揮発性ＲＯＭ７ｃに更新記憶される。イグニッションスイッチ（ＩＧ）がオフになると（ステップＳ９）、次の処理のためにステップＳ１に戻る。

尚、ユーザが、タッチパネル式の表示部１６から、不揮発性ＲＯＭ７ｃに記憶された電力ｗの値の表示指示を入力すると、ＥＣＵ７は、不揮発性ＲＯＭ７ｃに記憶された電力ｗの値を読み出し、表示部１６に出力する。これにより、ユーザは、熱電変換モジュール３で生成される電力を確認することができる。また、熱電変換モジュール３の駆動状態を把握することができる。

上記電力の算出処理によれば、ＥＣＵ７が、内燃機関１の吸入空気量に基づいて算出された温度に対して、排気浄化装置４の取付け位置における加熱又は放熱を加味して熱電変換素子４０の高温側端部３１の温度を算出し、熱電変換モジュール３を冷却する冷却水の温度に冷却ブロック２１の熱伝導率を乗算し、排気浄化装置４の取付け位置における加熱又は放熱を加味して熱電変換素子４０の低温側端部３２の温度を算出し、高温側端部３１及び低温側端部３１の温度の差分と、当該差分と電力との関係を規定した情報（図７（Ｂ）のマップ）とに基づいて、熱電変換モジュール３で生成される電力を算出する。よって、熱電変換モジュール３に温度測定素子や電力計測装置を取り付けずに、熱電変換モジュール３で生成される電力を算出することができる。即ち、上記電力の算出処理によれば、熱電変換モジュール３で生成される電力を推測することができる。

また、熱電変換素子４０の低温側端部３２の温度を算出する場合に、従来の車両にも搭載されているラジエータを環流する冷却水やその水温センサを使用できるため、新たな機器や装置等を車両に搭載することなく、即ち、製造コストを上昇させることなく、熱電変換モジュールで生成される電力を算出することができる。

さらに、不揮発性ＲＯＭ７ｃに記憶された電力ｗの値を表示部１６に表示することができるので、ユーザは熱電変換モジュール３の駆動状態を把握することができる。また、ヒータ４ａのオン／オフ時に生じる熱電変換モジュール３に対する熱移動を考慮して、高温側端部３１及び低温側端部３２の温度が算出されるので、熱電変換モジュール３で生成される電力をより正確に算出することができる。

次に、熱電変換モジュール３の熱抵抗成分について説明する。

熱電変換モジュール３には、各種の熱抵抗成分があり、実際に熱と接触する部分（例えば、排気ガス通路１０）から、熱電変換素子４０に到達するまでに様々な熱抵抗成分により熱のロスが発生する。そのため、本実施の形態では、不図示の実験装置を用いて、熱抵抗成分が生成電力に与える電力測定誤差を予め実験により算出し、当該電力測定誤差の値を不揮発性ＲＯＭ７ｃに格納する。

上記熱抵抗成分には、１）強制対流熱伝達、２）汚れ、３）ブロックの熱伝導、４）電気絶縁層及び電極の熱伝導、５）接合層の熱伝導、６）熱電変換素子の熱伝導の６種類がある。

「１）強制対流熱伝達」は、排気ガス通路１０を流れる排気ガスの対流による熱抵抗である。排気ガス通路１０と熱交換ブロック２０の接触部分では、排気ガスの対流により熱伝達にばらつきが生じる。よって、熱電変換モジュール３に加わる熱量がばらつき、結果的に、生成電力にばらつきが発生する。

「１）強制対流熱伝達」による電力測定誤差を算出するため、実験では、排気ガスの流量を逐次変更して、そのときの高温側端部３１と低温側端部３２との差分温度（diftemp）と生成電力Ｗとの関係をプロットしてマップ化し、当該関係を求める。このマップの一例を図１０（Ａ）に示す。

図１０（Ａ）において、生成電力Ｗは、高温側端部３１と低温側端部３２との差分温度（diftemp）をパラメータとした関数ｆ（diftemp）で表すことができる。ａは、高温側端部３１と低温側端部３２との任意の差分温度を示し、ｆ（ａ）は、差分温度ａに対応する生成電力を示す。電力測定誤差は±Ａ１であり、電力測定誤差を含めた生成電力Ｗは、ｆ（diftemp）±Ａ１である。

尚、図１０（Ａ）のマップは、不揮発性ＲＯＭ７ｃに格納され、ＥＣＵ７により必要に応じて読み出される。

「２）汚れ」は、排気ガス通路１０に付着したチリ等の付着物による熱抵抗である。排気ガスに含まれるチリ等が排気ガス通路１０に付着すると、熱抵抗が増加する。結果として、熱電変換モジュール３の生成電力は低下する。

「２）汚れ」による電力測定誤差を算出するため、実験では、チリ等の付着度合いや劣化度合いが異なる複数の排気ガス通路１０を用いて、高温側端部３１と低温側端部３２との差分温度（diftemp）と生成電力Ｗとの関係をプロットしてマップ化し、当該関係を求める。このマップの一例を図１０（Ｂ）に示す。

図１０（Ｂ）において、生成電力Ｗは、高温側端部３１と低温側端部３２との差分温度（diftemp）をパラメータとした関数ｆ（diftemp）で表すことができる。ａは、高温側端部３１と低温側端部３２との任意の差分温度を示し、ｆ（ａ）は、差分温度ａに対応する生成電力を示す。電力測定誤差は±Ａ２であり、電力測定誤差を含めた生成電力Ｗは、ｆ（diftemp）±Ａ２である。

尚、図１０（Ｂ）のマップは、不揮発性ＲＯＭ７ｃに格納され、ＥＣＵ７により必要に応じて読み出される。

「３）ブロックの熱伝導」は、熱交換ブロック２０及び冷却ブロック２１による熱抵抗である。熱交換ブロック２０及び冷却ブロック２１では、時間経過に伴い、材質の厚みや材質の劣化などで熱抵抗が変化する。よって、熱電変換モジュール３に加わる熱量がばらつき、結果的に、生成電力にばらつきが発生する。

「３）ブロックの熱伝導」による電力測定誤差を算出するため、実験では、材質の厚みや材質の劣化度合いが異なる複数の熱交換ブロック２０及び冷却ブロック２１を用いて、高温側端部３１と低温側端部３２との差分温度（diftemp）と生成電力Ｗとの関係をプロットしてマップ化し、当該関係を求める。このマップの一例を図１０（Ｃ）に示す。

図１０（Ｃ）において、生成電力Ｗは、高温側端部３１と低温側端部３２との差分温度（diftemp）をパラメータとした関数ｆ（diftemp）で表すことができる。ａは、高温側端部３１と低温側端部３２との任意の差分温度を示し、ｆ（ａ）は、差分温度ａに対応する生成電力を示す。電力測定誤差は±Ａ３であり、電力測定誤差を含めた生成電力Ｗは、ｆ（diftemp）±Ａ３である。

尚、図１０（Ｃ）のマップは、不揮発性ＲＯＭ７ｃに格納され、ＥＣＵ７により必要に応じて読み出される。

「４）電気絶縁層及び電極の熱伝導」は、溶射膜３４ａ，３４ｂ、高温側電極３３ａ及び低温側電極３３ｂによる熱抵抗である。溶射膜３４ａ，３４ｂ、高温側電極３３ａ及び低温側電極３３ｂでは、時間経過に伴い、材質の劣化などで熱抵抗が変化する。よって、熱電変換モジュール３に加わる熱量がばらつき、結果的に、生成電力にばらつきが発生する。

「４）電気絶縁層及び電極の熱伝導」による電力測定誤差を算出するため、実験では、材質の劣化度合いが異なる複数の溶射膜３４ａ，３４ｂ、高温側電極３３ａ及び低温側電極３３ｂを用いて、高温側端部３１と低温側端部３２との差分温度（diftemp）と生成電力Ｗとの関係をプロットしてマップ化し、当該関係を求める。このマップの一例を図１０（Ｄ）に示す。

図１０（Ｄ）において、生成電力Ｗは、高温側端部３１と低温側端部３２との差分温度（diftemp）をパラメータとした関数ｆ（diftemp）で表すことができる。ａは、高温側端部３１と低温側端部３２との任意の差分温度を示し、ｆ（ａ）は、差分温度ａに対応する生成電力を示す。電力測定誤差は±Ａ４であり、電力測定誤差を含めた生成電力Ｗは、ｆ（diftemp）±Ａ４である。

尚、図１０（Ｄ）のマップは、不揮発性ＲＯＭ７ｃに格納され、ＥＣＵ７により必要に応じて読み出される。

「５）接合層の熱伝導」は、接合層（はんだ層）３５ａ，３５ｂによる熱抵抗である。接合層（はんだ層）３５ａ，３５ｂは、熱による膨張収縮等により、クラックが発生する場合がある。クラックが発生すると、断線状態又はハーフショート状態となり、電圧や電流を熱電変換素子４０に印加することができなくなる又は印加しがたくなる。これにより、生成電力は、著しく低下することになる。

「５）接合層の熱伝導」による電力測定誤差を算出するため、実験では、厚みが異なる複数の接合層（はんだ層）３５ａ，３５ｂを含む熱電変換素子４０を用いて、高温側端部３１と低温側端部３２との差分温度（diftemp）と生成電力Ｗとの関係をプロットしてマップ化し、当該関係を求める。このマップの一例を図１０（Ｅ）に示す。

図１０（Ｅ）において、生成電力Ｗは、高温側端部３１と低温側端部３２との差分温度（diftemp）をパラメータとした関数ｆ（diftemp）で表すことができる。ａは、高温側端部３１と低温側端部３２との任意の差分温度を示し、ｆ（ａ）は、差分温度ａに対応する生成電力を示す。電力測定誤差は±Ａ５であり、電力測定誤差を含めた生成電力Ｗは、ｆ（diftemp）±Ａ５である。

尚、図１０（Ｅ）のマップは、不揮発性ＲＯＭ７ｃに格納され、ＥＣＵ７により必要に応じて読み出される。

「６）熱電変換素子の熱伝導」は、熱電変換素子４０による熱抵抗である。熱電変換素子４０は、材質や厚みにより熱抵抗が様々である。また、材質の劣化により、熱抵抗は変化し、さらに電気抵抗が変化するため、生成電力にばらつきが発生する。

「６）熱電変換素子の熱伝導」による電力測定誤差を算出するため、実験では、材質の劣化度合いや材質の厚みが異なる複数の熱電変換素子４０を用いて、高温側端部３１と低温側端部３２との差分温度（diftemp）と生成電力Ｗとの関係をプロットしてマップ化し、当該関係を求める。このマップの一例を図１０（Ｆ）に示す。

図１０（Ｆ）において、生成電力Ｗは、高温側端部３１と低温側端部３２との差分温度（diftemp）をパラメータとした関数ｆ（diftemp）で表すことができる。ａは、高温側端部３１と低温側端部３２との任意の差分温度を示し、ｆ（ａ）は、差分温度ａに対応する生成電力を示す。電力測定誤差は±Ａ６であり、電力測定誤差を含めた生成電力Ｗは、ｆ（diftemp）±Ａ６である。

尚、図１０（Ｆ）のマップは、不揮発性ＲＯＭ７ｃに格納され、ＥＣＵ７により必要に応じて読み出される。

また、高温側端部３１と低温側端部３２との差分温度（diftemp）と生成電力Ｗとの関係が熱電変換素子４０の仕様により予め決められている場合には、その仕様のデータを不揮発性ＲＯＭ７ｃに格納し、ＥＣＵ７により必要に応じて読み出されるようにしてもよい。

図１１は、熱電変換モジュール３の診断処理を示すフローチャートである。

まず、イグニッションスイッチがオンになると（ステップＳ２１）、ＥＣＵ７は、上記式（１）〜（７）に従って、熱電変換モジュール３で生成される電力（以下、推定電力という）を算出する（ステップＳ２２）。

次いで、ＥＣＵ７は、不揮発性ＲＯＭ７ｃに格納された図１０（Ａ）〜図１０（Ｆ）のマップを読み出し、推定電力に対応する電力測定誤差±Ａ１〜±Ａ６を決定し、当該電力測定誤差を推定電力に加算して、電力の正常範囲を確定する（ステップＳ２３）。このように、電力測定誤差±Ａ１〜±Ａ６は、電力の正常範囲を確定するための閾値となる。ここで、推定電力の値をi_Wとし、電力測定誤差の加算値をＲ（＝＋Ａ１＋Ａ２＋Ａ３＋Ａ４＋Ａ５＋Ａ６），−Ｒ（＝−Ａ１−Ａ２−Ａ３−Ａ４−Ａ５−Ａ６）とすると、電力の正常範囲は下記式（８）で表すことができる。尚、Ｒ，−Ｒは一定値となる。
(i_W)−Ｒ≦電力の正常範囲≦(i_W)＋Ｒ …（８）

次に、ＥＣＵ７は、電力測定部２０に熱電変換モジュール３で実際に生成される電力（以下、実電力という）を測定させ、その測定値を電力測定部２０から受信する（ステップＳ２４）。

その後、ＥＣＵ７は、実電力の測定値が電力の正常範囲に含まれるか否かを判別する（ステップＳ２５）。ステップＳ２５でＹＥＳの場合には、ＥＣＵ７は、熱電変換モジュール３が正常であると判断して、ステップＳ２２に戻る。尚、ステップＳ２２〜ステップＳ２５のループは、所定時間毎（例えば、１０分間）に実行される。

ステップＳ２５でＮＯの場合には、ＥＣＵ７は、熱電変換モジュール３が異常であると判断して、熱電変換モジュール３が異常である旨の情報を表示部１６又は音声出力部１７に出力して（ステップＳ２６）、本処理を終了する。

これにより、ユーザは、表示部１６又は音声出力部１７を介して熱電変換モジュール３に異常が発生していることを認識できる。

尚、上記実施の形態では、電力測定誤差の加算値Ｒ（＝＋Ａ１＋Ａ２＋Ａ３＋Ａ４＋Ａ５＋Ａ６），−Ｒ（＝−Ａ１−Ａ２−Ａ３−Ａ４−Ａ５−Ａ６）を推定電力に加算して、電力の正常範囲を確定したが、電力測定誤差±Ａ１〜±Ａ６のうち、少なくともいずれか１組（例えば、＋Ａ１と−Ａ１のみ）を推定電力に加算することにより電力の正常範囲を確定してもよい。

以上詳細に説明したように、本実施の形態によれば、電力測定部２０が、熱電変換モジュール３で生成される電力を実測し（ステップＳ２４）、ＥＣＵ７が、熱電変換モジュール３で生成される電力を推定し（ステップＳ２２）、熱抵抗成分が実測される電力に与える電力測定誤差を、推定された電力に付加し、電力の正常範囲を確定する（ステップＳ２３）。実測された電力が電力の正常範囲に含まれない場合に、表示部１６又は音声出力部１７を介して警告がなされる（ステップＳ２６）。よって、熱電変換モジュールで生成される電力に基づいて熱電変換モジュールの故障や劣化を容易に判断することができる。

また、上記熱抵抗成分は、排気ガス通路１０を流れる排気ガスの対流による熱抵抗、排気ガス通路１０に付着したチリ等の付着物による熱抵抗、熱交換ブロック２０及び冷却ブロック２１による熱抵抗、溶射膜３４ａ，３４ｂ、高温側電極３３ａ及び低温側電極３３ｂによる熱抵抗、接合層（はんだ層）３５ａ，３５ｂによる熱抵抗、熱電変換素子４０による熱抵抗のうち、少なくともいずれか１つが、実測される電力に与える電力測定誤差を考慮して、電力の正常範囲が確定されるので、熱電変換モジュールの故障や劣化を正確に判断することができる。

上記診断装置の機能を実現するためのソフトウェアのプログラムが記録されている記録媒体を、不図示の車載機器（カーオディオ装置、ナビゲーション装置等）に供給し、診断装置のコンピュータ（即ち、ＥＣＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムを読み出し実行することによっても、上記実施の形態と同様の効果を奏する。プログラムを供給するための記憶媒体としては、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、又はＳＤカードなどがある。

また、コンピュータ（即ち、ＥＣＵ）が、診断装置の機能を実現するためのソフトウェアのプログラムを実行することによっても、上記実施の形態と同様の効果を奏する。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することが可能である。

本発明の実施の形態に係る診断装置を含む排気系システムの構成図である。 熱電変換モジュール近傍の装置構成を示す図である。 熱電変換モジュールの構成を示す図である。 （Ａ）は「hightempi」と吸気量（ga）との関係を表で示す図であり、（Ｂ）は当該関係を示すマップを示す図である。 （Ａ）は「supply」と吸気量（ga）との関係を表で示す図であり、（Ｂ）は当該関係を示すマップを示す図である。 他の素子等がオン／オフ時に消費する電力と他の素子等が低温側端部に与える温度との関係を示す図である。 lowtempの算出工程を示す図である。 （Ａ）は「diftemp」と電力（ｗ）との関係を表で示す図であり、（Ｂ）は当該関係を示すマップを示す図である。 ＥＣＵで実行される、熱電変換モジュールで生成される電力の算出処理を示すフローチャートである。 （Ａ）〜（Ｆ）は、高温側端部と低温側端部との差分温度（diftemp）と、生成電力Ｗとの関係を規定するマップを示す図である。 熱電変換モジュールの診断処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関
２ ラジエーター
３ 熱電変換モジュール
４ 排気浄化装置
４ａ 媒体担体
４ｂ ヒータ
５ 温度センサ
６ 温度センサ
７ ＥＣＵ（推定手段、確定手段、警告手段、第１〜第３の算出手段）
１０ 排気ガス通路
１１ 冷却水通路
１２ 吸気通路
１３ 吸気量センサ
１４ 外気温センサ
１５ 車速センサ
１６ 表示部（警告手段、表示手段）
１７ 音声出力部（警告手段、音声出力手段）
２０ 電力測定部（測定手段）

Claims (5)

1. 内燃機関の排気ガスを通す排気経路上に配設され、且つ当該排気ガスを浄化する排気浄化装置よりも上流に配設されていると共に、高温側端部と低温側端部とを備える熱電変換モジュールの診断を実行する診断装置であって、
   前記熱電変換モジュールで生成される電力を実測する測定手段と、
   前記熱電変換モジュールで生成される電力を推定する推定手段と、
   熱抵抗成分が前記測定手段により実測される電力に与える電力測定誤差を、前記推定手段により推定された電力に付加し、電力の正常範囲を確定する確定手段と、
   前記測定手段により実測された電力が前記電力の正常範囲に含まれない場合に警告する警告手段と
   を備えることを特徴とする診断装置。
2. 前記熱電変換モジュールは、前記排気経路を流れる排気ガスの熱を伝導する熱伝導部材と前記熱電変換モジュールを冷却する冷却部材との間に挟持され、電気絶縁層、電極、接合層、及び熱電変換素子を備え、
   前記熱抵抗成分は、前記排気経路を流れる排気ガスの対流による熱抵抗、前記排気経路に付着した付着物による熱抵抗、前記熱伝導部材及び前記冷却部材による熱抵抗、前記電気絶縁層及び電極による熱抵抗、前記熱電変換素子による熱抵抗、及び前記接合層による熱抵抗のうち、少なくともいずれか１つであることを特徴とする請求項１記載の診断装置。
3. 前記推定手段は、
   前記内燃機関の吸入空気量に基づいて算出された温度に対して、前記排気浄化装置の取付け位置における加熱又は放熱を加味して前記高温側端部の温度を算出する第１の算出手段と、
   前記熱電変換モジュールを冷却する媒体の温度に前記熱電変換モジュールを冷却する冷却部材の熱伝導率を乗算し、前記排気浄化装置の取付け位置における加熱又は放熱を加味して前記低温側端部の温度を算出する第２の算出手段と、
   前記高温側端部及び前記低温側端部の温度の差分と、当該差分と電力との関係を規定した情報とに基づいて、前記熱電変換モジュールで生成される電力を算出する第３の算出手段と
   を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の診断装置。
4. 内燃機関の排気ガスを通す排気経路上に配設され、且つ当該排気ガスを浄化する排気浄化装置よりも上流に配設されていると共に、高温側端部と低温側端部とを備える熱電変換モジュールの診断を実行する診断方法であって、
   前記熱電変換モジュールで生成される電力を実測する測定工程と、
   前記熱電変換モジュールで生成される電力を推定する推定工程と、
   熱抵抗成分が前記測定工程により実測される電力に与える電力測定誤差を、前記推定工程により推定された電力に付加し、電力の正常範囲を確定する確定工程と、
   前記測定工程により実測された電力が前記電力の正常範囲に含まれない場合に警告する警告工程と
   を含むことを特徴とする診断方法。
5. 内燃機関の排気ガスを通す排気経路上に配設され、且つ当該排気ガスを浄化する排気浄化装置よりも上流に配設されていると共に、高温側端部と低温側端部とを備える熱電変換モジュールの診断を実行するコンピュータを、
   前記熱電変換モジュールで生成される電力を実測する測定手段、
   前記熱電変換モジュールで生成される電力を推定する推定手段、
   熱抵抗成分が前記測定手段により実測される電力に与える電力測定誤差を、前記推定手段により推定された電力に付加し、電力の正常範囲を確定する確定手段、及び
   前記測定手段により実測された電力が前記電力の正常範囲に含まれない場合に警告する警告手段
   として機能させることを特徴とする制御プログラム。

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