DE19740971A1

DE19740971A1 - Leistungszufuhr-Steuerungseinrichtung

Info

Publication number: DE19740971A1
Application number: DE19740971A
Authority: DE
Inventors: Kouji Yoshizaki; Kazuhiro Sakurai; Masahiko Hibino
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1996-09-18
Filing date: 1997-09-17
Publication date: 1998-03-19
Anticipated expiration: 2017-09-18
Also published as: US5966931A; DE19740971C2; JPH1089052A

Description

Die Erfindung betrifft eine Leistungszufuhr-Steuerungs einrichtung für einen elektrisch beheizten katalytischen Umsetzer, die eine dem elektrisch beheizten katalytischen Umsetzer zuzuführende elektrische Leistung steuert.

Ein in einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine angeordneter, elektrisch beheizter katalytischer Umsetzer (Katalysator) ist bekannt. Der elektrisch beheizte katalytische Umsetzer dient der Anhebung der Temperatur der Katalysatoren im katalytischen Umsetzer auf ihre Aktivierungstemperatur (Betriebstemperatur) innerhalb einer kurzen Zeitdauer nach dem Starten der Brennkraftmaschine.

Da beim Starten einer Brennkraftmaschine die der Maschine zugeführte Brennstoffmenge zur Verbesserung des Maschinenstarts vergrößert wird, steigt ebenfalls die Emission von Kohlenmonoxid CO und Kohlenwasserstoffen im Abgas an. Durch Zuführen einer elektrischen Leistung zum elektrisch beheizten katalytischen Umsetzer erreicht die Temperatur des katalytischen Umsetzers die Betriebstemperatur innerhalb einer kurzen Zeitdauer nach dem Start der Brennkraftmaschine. Der katalytische Umsetzer beginnt daher den Reinigungsvorgang bezüglich der Kohlenwasserstoffe und des Kohlenmonoxids im Abgas unmittelbar nach dem Starten der Maschine, wodurch die Emission von Kohlenwasserstoffen und CO in die Atmosphäre nach dem Starten der Maschine vermindert wird.

Ein elektrisch beheizter katalytischer Umsetzer dieser Art ist beispielsweise in der JP 4-279 718 offenbart.

Diese Druckschrift betrifft einen elektrisch beheizten katalytischen Umsetzer, bei dem die elektrische Leistung von einer Batterie zugeführt wird. Die elektrische Leistungszufuhr von der Batterie wird während einer Zeitdauer zugeführt, die ausreichend ist zum Anheben der Temperatur der Katalysatoren des katalytischen Umsetzers auf die Betriebstemperatur.

Es ist hierbei jedoch erforderlich, dem katalytischen Umsetzer eine relativ große elektrische Leistung zur Aufheizung der Katalysatoren während einer kurzen Zeitdauer zuzuführen. Wird die elektrische Leistung gemäß der JP 4-279 718 mittels einer Batterie zugeführt, dann wird die Batterie sehr stark belastet und kann hierbei beschädigt werden.

Aus dem SAE-Papier Nr. 941042 (veröffentlicht Februar 1994) ist ein weiteres System mit einem elektrisch beheizten katalytischen Umsetzer bekannt, bei welchem die dem katalytischen Umsetzer zuzuführende elektrische Leistung direkt beim Starten der Maschine von einem Generator zugeführt wird. Insbesondere ist in dem katalytischen Umsetzer gemäß dem SAE-Papier eine Umschalteinrichtung vorgesehen, die entweder die Batterie oder den katalytischen Umsetzer selektiv mit dem Generator verbindet. Im normalen Betrieb der Brennkraftmaschine verbindet die Umschalteinrichtung die Batterie mit dem Generator, so daß die Batterie aufgeladen wird. Die Umschalteinrichtung (Umschalter) trennt jedoch die Batterie vom Generator und stellt eine Verbindung vom katalytischen Umsetzer zum Generator her, wenn sich die Brennkraftmaschine in der Startphase befindet zum Zuführen elektrischer Energie direkt vom Generator zum elektrisch beheizten katalytischen Umsetzer.

Da gemäß dem SAE-Papier Nr. 941042 die Batterie vom Generator bei der elektrischen Leistungszufuhr zum katalytischen Umsetzer getrennt ist, ist es möglich, eine große elektrische Leistung dem katalytischen Umsetzer zuzuführen durch Anheben der Ausgangsspannung des Generators auf einen Wert, der höher als die normale Ausgangsspannung des Generators zum Laden der Batterie ist. Der elektrisch beheizte katalytische Umsetzer kann daher während einer kurzen Zeitdauer ohne Anlegen einer großen Last an die Batterie aktiviert werden. Bei dem bekannten katalytischen Umsetzer gemäß dem SAE-Papier wird der katalytische Umsetzer vom Generator getrennt und es wird die Batterie mit dem Generator verbunden, nachdem die Temperatur des katalytischen Umsetzers die Betriebstemperatur erreicht hat. Nach der Aktivierung des katalytischen Umsetzers wird somit die Batterie durch den Generator in der üblichen Weise (Normalbetrieb) aufgeladen.

Da jedoch unmittelbar nach dem Starten der Brennkraftmaschine die Abgastemperatur niedrig ist, wird in manchen Fällen der elektrisch beheizte katalytische Umsetzer durch das kalte Abgas gekühlt. Wird sodann die elektrische Leistungszufuhr zum katalytischen Umsetzer nach Erreichen der Betriebstemperatur des katalytischen Umsetzers beendet, dann sinkt die Temperatur des katalytischen Umsetzers erneut unter die Betriebstemperatur, so daß die Leistungsfähigkeit der Katalysatoren unzureichend ist. Daher ist vorzugsweise weiterhin dem katalytischen Umsetzer eine elektrische Leistung zuzuführen, auch nachdem der katalytische Umsetzer aktiviert wurde, so daß die Temperatur des katalytischen Umsetzers auf einem Wert gehalten wird, der größer als die Betriebstemperatur ist.

Bei dem aus dem SAE-Papier Nr. 941042 bekannten System mit einem katalytischen Umsetzer wird die Batterie vom Generator getrennt, wenn dem katalytischen Umsetzer eine elektrische Leistung zugeführt wird. Da hierbei lediglich die Batterie allen anderen elektrischen Lasten (Verbraucher) der Brennkraftmaschine eine elektrische Leistung zuführt, wenn dem katalytischen Umsetzer eine elektrische Leistung zugeführt wird, kann eine übergroße Entladung der Batterie auftreten, falls während einer längeren Zeitdauer dem katalytischen Umsetzer elektrische Energie zugeführt wird. Gemäß dem im SAE-Papier angegebenen katalytischen Umsetzer ist es daher nicht möglich, die Zufuhr einer elektrischen Leistung zum katalytischen Umsetzer fortzusetzen zur Aufrechterhaltung des Aktivierungszustands der Katalysatoren, nachdem der katalytische Umsetzer bereits aktiviert wurde.

Da jedoch andererseits gemäß der JP 4-279 718 die Batterie ständig mit dem Generator verbunden ist, ist es möglich, zur Aufrechterhaltung des Aktivierungszustands des katalytischen Umsetzers diesem kontinuierlich elektrische Leistung zuzuführen, auch wenn der katalytische Umsetzer bereits die Aktivierungstemperatur erreicht hat. Da jedoch gemäß der JP 4-279 718 die Batterie ebenfalls eine große elektrische Leistung zur Aktivierung des katalytischen Umsetzers bereitstellt, wird die Belastung der Batterie sehr groß, und ein Schaden an der Batterie kann nicht ausgeschlossen werden, falls fortdauernd dem elektrisch beheizten katalytischen Umsetzer nach dessen Aktivierung eine elektrische Leistung zugeführt wird.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Leistungszufuhr-Steuerungseinrichtung für einen elektrisch beheizten katalytischen Umsetzer der vorstehend genannten Art derart auszugestalten, daß die Temperatur des elektrisch beheizten katalytischen Umsetzers auf eine Betriebstemperatur der Katalysatoren angehoben werden kann, ohne daß die Batterie erheblich stärker belastet wird, und daß gleichzeitig eine elektrische Leistung zuführbar ist, die zur Aufrechterhaltung des Aktivierungszustands des elektrisch beheizten katalytischen Umsetzers auch nach dessen Aktivierung ausreichend ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Mitteln gelöst.

Alternativ wird diese Aufgabe mit den im Patentanspruch 2 angegebenen Mitteln gelöst.

Im einzelnen betrifft die Lösung eine Leistungszufuhr steuerungseinrichtung für einen elektrisch beheizten katalytischen Umsetzer mit einem mittels einer Brennkraftmaschine angetriebenen elektrischen Generator, einer Batterie, einer elektrischen Heizeinrichtung zur Aufheizung eines in einer Abgasanlage der Maschine angeordneten katalytischen Umsetzers, einer Batterie ladeschaltung zum Verbinden der Batterie mit dem Generator und Zuführen eines elektrischen Stroms zum Aufladen der Batterie, einer Katalysatoraufheizschaltung zum direkten Verbinden der Heizeinrichtung mit dem Generator und Zuführen eines elektrischen Stroms vom Generator zur Heizeinrichtung zum Anheben der Temperatur des katalytischen Umsetzers auf eine Betriebstemperatur Katalysatoren im katalytischen Umsetzer, einer Temperaturaufrechterhaltungsschaltung zum Verbinden der Heizeinrichtung mit der Batterie und Zuführen eines elektrischen Stroms von der Batterie zur Heizeinrichtung zur Aufrechterhaltung des katalytischen Umsetzers bei der Temperatur, die höher als die Betriebstemperatur ist, einer ersten Leistungsversorgungs-Steuerungseinrichtung zum Abschalten der Batterieladeschaltung und der Temperaturaufrechterhaltungsschaltung und Zuschalten der Katalysatoraufheizschaltung, wenn die Maschine gestartet wurde, so daß der katalytische Umsetzer bis zur Betriebstemperatur aufgeheizt wird, und einer zweiten Leistungsversorgungs-Steuerungseinrichtung zum Abschalten der Katalysatoraufheizschaltung und Zuschalten der Batterieladeschaltung und der Temperaturaufrecht erhaltungsschaltung, wenn die Temperatur der Katalysatoren die Betriebstemperatur erreicht hat, wobei die Batterie aufgeladen und gleichzeitig der katalytische Umsetzer bei einer Temperatur gehalten wird, die größer als die Betriebstemperatur ist.

Bei der erfindungsgemäßen Leistungzufuhr-Steuerungs einrichtung wird die zum Aufheizen des katalytischen Umsetzers auf die Betriebstemperatur erforderliche elektrische Leistung direkt vom Generator bereitgestellt, während die Batterie den weiteren elektrischen Lasten (Verbraucher) entsprechend dem Zustand des Abschaltens vom Generator elektrische Leistung zuführt. Dies ermöglicht den Betrieb des Generators mit einer Ausgangsspannung, die höher ist als die Ausgangsspannung zum Laden der Batterie. Auf diese Weise kann dem elektrisch beheizten katalytischen Umsetzer eine große elektrische Leistung ohne Vergrößerung der Belastung der Batterie zugeführt werden, wobei der elektrisch beheizte katalytische Umsetzer nach dem Starten der Brennkraftmaschine während einer kurzen Zeitdauer bis zur Betriebstemperatur aufgeheizt wird.

Ferner wird nach der Aktivierung des katalytischen Umsetzers die Batterie mit dem Generator verbunden, und es erfolgt eine elektrische Leistungszufuhr von der Batterie zur Aufrechterhaltung des Aktivierungszustands des katalytischen Umsetzers. Hierbei wird die Batterie durch den Generator ebenfalls geladen, obwohl von der Batterie elektrische Leistung bereitgestellt wird. Da die Zeitdauer des Trennens der Batterie vom Generator, d. h. die Zeitdauer, die zum Erreichen der Betriebstemperatur des katalytischen Umsetzers erforderlich ist, gemäß der vorliegenden Erfindung auf ein Minimum vermindert werden kann, ist die Leistungsaufnahme von in der Batterie gespeicherter elektrischer Leistung klein, wenn der katalytische Umsetzer seine Betriebstemperatur erreicht hat. Ferner ist die zur Aufrechterhaltung der Betriebstemperatur des katalytischen Umsetzers erforderliche elektrische Leistung klein im Vergleich zur elektrischen Leistung, die zum Aufheizen des katalytischen Umsetzers auf die Betriebstemperatur erforderlich ist. Die Batterie kann daher in ausreichender Weise aufgeladen werden, auch wenn kontinuierlich dem katalytischen Umsetzer zur Aufrechterhaltung der Betriebstemperatur elektrische Leistung zugeführt wird. Daher kann gemäß der vorliegenden Erfindung die zur Aufrechterhaltung der Betriebstemperatur des katalytischen Umsetzers erforderliche elektrische Leistung durch die Batterie ohne die Gefahr einer Beschädigung der Batterie zugeführt werden.

Die alternative erfindungsgemäße Lösung bezieht sich ferner auf eine Leistungszufuhr-Steuerungseinrichtung für einen elektrisch beheizten katalytischen Umsetzer, mit einem mittels einer Brennkraftmaschine angetriebenen elektrischen Generator, einer elektrischen Heiz einrichtung zum Aufheizen eines in einer Abgasanlage der Maschine angeordneten katalytischen Umsetzers, einer mit dem Generator verbundenen Batterie, einer Katalysatoraufheizschaltung, die die Heizeinrichtung mit der Batterie verbindet und einen elektrischen Strom von der Batterie zur Heizeinrichtung zuführt zum Anheben der Temperatur des katalytischen Umsetzers auf eine Betriebstemperatur der Katalysatoren im katalytischen Umsetzer, einer Temperaturaufrechterhaltungsschaltung, die die Heizeinrichtung mit einem neutralen Punkt der Wicklungen des Generators verbindet und einen elektrischen Strom vom neutralen Punkt zur Heizeinrichtung zuführt zur Aufrechterhaltung des katalytischen Umsetzers bei einer Temperatur, die größer als die Betriebstemperatur ist, einer ersten Leistungszufuhr-Steuerungseinrichtung zum Abschalten der Temperaturaufrechterhaltungsschaltung und Zuschalten der Katalysatoraufheizschaltung, wenn die Maschine gestartet wurde, so daß der katalytische Umsetzer zur Betriebstemperatur aufgeheizt wird, und einer zweiten Leistungszufuhr-Steuerungseinrichtung zum Abschalten der Katalysatoraufheizschaltung und Zuschalten der Temperaturaufrechterhaltungsschaltung, wenn die Tempera tur der Katalysatoren die Betriebstemperatur erreicht hat, wobei der katalytische Umsetzer bei der Temperatur gehalten wird, die höher als die Betriebstemperatur ist.

Somit ist erfindungsgemäß die Batterie ständig mit dem Generator verbunden, und es wird die zur Aufheizung des elektrisch beheizten katalytischen Umsetzers auf die Betriebstemperatur erforderliche elektrische Leistung durch die Batterie zugeführt. Nach dem Erreichen der Betriebstemperatur durch den katalytischen Umsetzer wird jedoch der katalytische Umsetzer mit einem neutralen Punkt (Sternpunkt) der Generatorwicklungen verbunden und es wird eine kleine elektrische Leistung entsprechend der Spannung am Sternpunkt dem elektrisch beheizten katalytischen Umsetzer zugeführt. Hierbei wird eine zur Aufrechterhaltung der Betriebstemperatur des kata lytischen Umsetzers erforderliche kleine elektrische Leistung dem katalytischen Umsetzer vom neutralen Punkt (Sternpunkt) des Generators zugeführt, so daß sich die Belastung der Batterie nicht vergrößert, auch wenn während einer langen Zeitdauer zur Aufrechterhaltung der Betriebstemperatur des katalytischen Umsetzers dem katalytischen Umsetzer weiterhin eine elektrische Leistung zugeführt wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des allgemeinen Aufbaus eines Ausführungsbeispiels bei einer Anwendung an einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs,

Fig. 2 eine Schnittansicht zur Veranschaulichung des Aufbaus eines elektrisch beheizten katalytischen Umsetzers,

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungs anordnung der Leistungszufuhr-Steuerungseinrichtung (Leistungsversorgungsschaltung) zur Verwendung im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1,

Fig. 4 Signalzeitverläufe zur Veranschaulichung der Wirkungsweise der Leistungszufuhr-Steuerungseinrichtung gemäß Fig. 3,

Fig. 5 und 6 Ablaufdiagramme zur Veranschaulichung der Arbeitsweise der Leistungszufuhr-Steuerungs einrichtung,

Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung der Leistungszufuhr-Steuerungs einrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1,

Fig. 8 Signalzeitverläufe zur Veranschaulichung der Arbeitsweise der Leistungszufuhr-Steuerungseinrichtung gemäß der Schaltungsanordnung von Fig. 7, und

Fig. 9 und 10 Ablaufdiagramme zur Veranschaulichung der Arbeitsweise der Leistungszufuhr-Steuerungs einrichtung gemäß Fig. 8.

Fig. 1 zeigt den allgemeinen Aufbau eines Ausführungsbeispiels bei der Anwendung der Leistungszufuhr-Steuerungseinrichtung bei einem Kraftfahrzeug.

In Fig. 1 bezeichnet Bezugszeichen 1 eine Brennkraftmaschine (im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine 6-Zylinder V-Brennkraftmaschine, nachstehend vereinfacht als Maschine bezeichnet), und die Bezugszeichen 31 und 32 bezeichnen einen Abgaskrümmer der jeweiligen Zylinderreihen der Maschine 1. Mit 41 und 42 ist eine jeweils mit den Abgaskrümmern 31 und 32 verbundene Abgasanlage (Abgasrohre) bezeichnet. Die Abgasrohre 41 und 42 münden in ein gemeinsames Abgasrohr 4 und bilden eine Abgasanlage. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein elektrisch beheizter katalytischer Umsetzer 10 (nachstehend vereinfacht als katalytischer Umsetzer bezeichnet) mit einer elektrischen Heizeinrichtung ausgerüstet und ist mit einem katalytischen Hauptumsetzer 15 im gemeinsamen Abgasrohr 4 in dieser Reihenfolge auf der Stromaufseite angeordnet.

Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht des in Fig. 1 gezeigten katalytischen Umsetzers 10. Der katalytische Umsetzer 10 umfaßt ein Gehäuse 10a, das einen in seinen Abmessungen kleinen elektrisch beheizten katalytischen Umsetzer 11 und einen in seinen Abmessungen relativ großen katalytischen Umsetzer 13 aufweist, der unmittelbar stromab des katalytischen Umsetzers 11 angeordnet ist. Der große katalytische Umsetzer 13 wird mittels des stromauf angeordneten und elektrisch beheizten kleineren katalytischen Umsetzers 11 aufgeheizt und auch als "Light-off-Catalyst" bezeichnet. Der katalytische Umsetzer 11 umfaßt ein Metallsubstrat, auf welchem die katalytischen Komponenten aufgebracht sind. Wird die Maschine 1 gestartet, dann wird eine Spannung zwischen einer Elektrode 11a des katalytischen Umsetzers 11 und dem Gehäuse 10a gebildet, so daß ein elektrischer Strom über das Substrat des katalytischen Umsetzers 11 fließt. Fließt ein elektrischer Strom durch das Substrat des katalytischen Umsetzers 11, dann wird die Temperatur des Substrats und damit auch die Temperatur der darauf angeordneten katalytischen Komponenten bis zu einer Aktivierungstemperatur bzw. Betriebstemperatur der katalytischen Komponenten mittels der durch den elektrischen Strom erzeugten Wärme aufgeheizt. Da das Volumen des katalytischen Umsetzers 11 gering ist, kann der katalytische Umsetzer 11 innerhalb einer kurzen Zeitdauer nach Zuführen des elektrischen Stroms bis zu seiner Betriebstemperatur aufgeheizt werden, und die katalytischen Komponenten des katalytischen Umsetzers 11 beginnen die Oxidationsreaktion der Kohlenwasserstoffe und des Kohlenmonoxids CO im Abgas. Mit der Aufnahme der Oxidationsreaktion im katalytischen Umsetzer 11 steigt die Temperatur des katalytischen Umsetzers 11 infolge der durch die Reaktion erzeugte Wärme an. Das durch den katalytischen Umsetzer 11 strömende Abgas wird durch die mittels der Reaktion erzeugte Wärme aufgeheizt, und die Temperatur des Abgases steigt ebenfalls auf eine hohe Temperatur an. Das heiße Abgas strömt in den großen katalytischen Umsetzer 13, der unmittelbar stromab des elektrisch beheizten katalytischen Umsetzers 11 angeordnet ist, wobei die Temperatur des großen katalytischen Umsetzers 13 ebenfalls die Betriebs temperatur erreicht. Somit beginnt die Oxidationsreaktion von Kohlenwasserstoffen und CO durch den großen katalytischen Umsetzer 13 eine kurze Zeitdauer nach Beginn der Oxidationsrekation im elektrisch beheizten katalytischen Umsetzer 11. Da das Volumen des großen katalytischen Umsetzers 13 groß ist, wird eine große Wärmemenge durch die Oxidation im großen katalytischen Umsetzer 13 erzeugt. Daher wird der Hauptkatalysator 15 durch das den großen katalytischen Umsetzer durchströmende Abgas aufgeheizt und erreicht die Betriebstemperatur nach einer relativ kurzen Zeitdauer trotz seines großen Volumens.

Ferner bezeichnet in Fig. 1 Bezugszeichen 30 eine elektronische Steuerungseinheit (ECU) der Maschine 1. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann die elektronische Steuerungseinheit 30 aus einem Mikrocomputer bestehen, ferner mit einer Zentraleinheit CPU, einem Nur-Lese-Speicher ROM, einem Schreib-/Lesespeicher RAM und einer Eingangs-/Ausgangs-Schnittstelle, die alle gemeinsam mittels eines bidirektionalen Busses verbunden sind. Die elektronische Steuerungseinheit 30 führt Grundsteuerungen wie die Brennstoffeinspritzsteuerung und die Zünd steuerung der Maschine durch und dient ferner gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als erste und zweite Leistungsversorgungs-Steuerungseinrichtung zur Steuerung eines Generators und von Leistungsversorgungsschaltungen.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Schaltungs anordnung der in Fig. 1 verwendeten Leistungsversorgungs schaltung. In Fig. 3 bezeichnet Bezugszeichen 60 die Gesamtheit eines Generators der Maschine 1. Der Generator 60 ist ein Dreiphasen-Wechselstromgenerator (Alternator) mit einer Ständerwicklung 61, einer Läuferwicklung (Feldwicklung) 63, wobei der Läufer mittels der Ausgangswelle der Maschine 1 angetrieben wird, und einem Gleichrichter 65, der den in den Ständerwicklungen 65 in Abhängigkeit von der Drehung der Läuferwicklung 63 erzeugten Wechselstrom gleichrichtet. Der Generator 60 umfaßt ferner einen Regler 70 zur Steuerung des durch die Läuferwicklung 63 fließenden Erregerstroms.

Gemäß Fig. 3 ist der elektrisch beheizte katalytische Umsetzer 11 mit einem Ausgangsanschluß 62 des Generators 60 über einen Schalter SW1 verbunden. Ferner ist eine Batterie 51 der Maschine 1 mit dem Ausgangsanschluß 62 in paralleler Anordnung mit dem elektrisch beheizten katalytischen Umsetzer 11 über einen weiteren Schalter SW2 verbunden. Verschiedene elektrische Lasten (Verbraucher) des Fahrzeugs sind über einen Zündschalter 57 mit der Batterie 51 verbunden. In Fig. 3 bezeichnet Bezugszeichen 55 eine Luftpumpe zum Zuführen von Sekundärluft zu dem gemeinsamen Abgasrohr 4 stromauf des katalytischen Umsetzers 10. Die Luftpumpe 55 ist über einen Schalter SWAP mit der Batterie 51 verbunden. Die Luftpumpe 55 wird aktiviert, wenn die Maschine 1 gestartet wird, und führt den katalytischen Umsetzern 10 und 15 jeweils Sauerstoff zu.

Im Rahmen des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist ein Anschluß der Läuferwicklung 63 mit der Ausgangsseite des Gleichrichters 65, und der andere Anschluß mit einem Anschluß F des Reglers 70 verbunden. Ein weiterer Anschluß E des Reglers 70 ist mit Masse verbunden (geerdet). Die Anschlüsse F und E sind miteinander innerhalb des Reglers 70 über einen (in der Figur nicht dargestellten) Schalttransistor verbunden. Somit können die durch den Gleichrichter 65 zum Anschluß E über die Läuferwicklung 63 fließenden Erregerströme durch Ein- und Ausschalten des Schalttransistors im Regler 70 gesteuert werden. Eine Spannung am Anschluß der Batterie 51 wird einem weiteren Anschluß S des Reglers 70 zugeführt.

Nachstehend wird nun die Arbeitsweise des Reglers 70 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben. Der Regler 70 steuert den Erregerstrom der Läuferwicklung 63 in Abhängigkeit von der Spannung BV der Batterie 51, die dem Anschluß S während eines normalen Betriebs der Maschine (während eines Betriebs, bei welchem dem elektrisch beheizten katalytischen Umsetzer 11 keine elektrische Leistung zugeführt wird) zugeführt wird. Insbesondere schaltet der Regler 70 den durch die Läuferwicklung 63 fließenden Erregerstrom durch Ausschalten des Schalttransistors ab, wenn die Batteriespannung BV höher als ein vorbestimmter Wert (von beispielsweise 14 V) wird. Ferner führt der Regler 70 der Läuferwicklung 63 den Erregerstrom durch Einschalten des Schalttransistors zu, wenn die Batteriespannung BV niedriger als der vorbestimmte Wert (von beispielsweise 14 V) wird. Durch diese Steuerung des Erregerstroms wird die Spannung BV des Batterieanschlusses (die Ladespannung der Batterie) auf einem Pegel, niedriger als der vorbestimmte Wert, gesteuert, so daß ein Überladen der Batterie verhindert werden kann. Diese Spannungssteuerung durch den Regler 70 wird nachstehend als "Konstantspannungssteuerung des Generators" bezeichnet.

Ferner ist gemäß der Darstellung in Fig. 3 ein Anschluß EC des Reglers 70 mit der elektronischen Steuerungseinheit 30 verbunden zum Empfangen eines Umschaltsignals (EC-Signal). Wie es nachstehend noch erläutert wird, beendet der Regler 70 die Konstant spannungssteuerung des Generators 60 und hält den Schaltzustand des Schalttransistors im EIN-Zustand, unabhängig von der Batteriespannung, wenn das EC-Signal der elektronischen Steuerungseinheit empfangen wird. In diesem Fall wird der durch die Läuferwicklung 63 fließende Erregerstrom bei seinem maximalen Wert gehalten, so daß hierdurch die Ausgangsspannung des Generators 60 (die Spannung am Anschluß 62) ansteigt. Obwohl die Ausgangsspannung des Generators 60 entsprechend dem maximalen Erregerstrom in Abhängigkeit von dem Betrag der mit dem Generator 60 verbundenen elektrischen Lasten veränderlich ist, steigt die Ausgangsspannung beim vorliegenden Ausführungsbeispiel entsprechend dem maximalen Erregerstrom auf etwa das Zweifache (etwa 25 V) des Werts des Normalbetriebs an (Normalbetriebswert etwa 14 V).

Wie es nachstehend noch beschrieben wird, wird eine Katalysatoraufheizschaltung gebildet durch Einschalten des Schalters SW1 und Ausschalten des Schalter SW2, wenn das EC-Signal (Umschaltsignal) gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eingeschaltet ist. Ferner wird gemäß dem Ausführungsbeispiel eine Temperaturerhaltungs schaltung gebildet durch Einschalten sowohl des Schalters SW1 als auch des Schalters SW2, wenn das EC-Signal ausgeschaltet ist, und eine Batterieladeschaltung wird gebildet durch Einschalten des Schalters SW2 und Ausschalten des Schalters SW1, wenn das EC-Signal ausgeschaltet ist.

Der Regler 70 umfaßt einen Anschluß P zur Erfassung einer abnormalen elektrischen Leistung, einen Anschluß IG zur Erfassung des Ein-/Ausschaltzustands des Zündschalters, und einen Anschluß B für eine Leistungszufuhr zum Regler 70, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Da jedoch diese Anschlüsse nicht direkt mit der vorliegenden Erfindung in Verbindung stehen, sind Einzelheiten der Beschreibung weggelassen.

Nachstehend wird die Leistungszufuhrsteuerung während des Maschinenstarts gemäß dem vorliegenden Ausführungs beispiel unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben.

Fig. 4 zeigt Signalzeitverläufe (Zeitdiagramme) zur Veranschaulichung der Leistungszufuhrsteuerung beim Starten der Maschine 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. In Fig. 4 veranschaulicht die Kennlinie (A) den Ein-/Ausschaltzustand des Zündschalters 57, die Kennlinie (B) veranschaulicht Änderungen in der Drehzahl NE der Maschine 1 und die Kennlinie (C) kennzeichnet den Zustand eines Luft-/Brennstoff verhältnis-Rückkopplungssteuerungssignals, das nach stehend noch beschrieben wird. Ferner kennzeichnet die Kennlinie (D) in Fig. 4 den Ein-/Ausschaltzustand des Luftpumpenschalters SWAP, die Kennlinie (E) kennzeichnet den Zustand des von der elektronischen Steuerungseinheit 30 zu dem EC-Anschluß des Reglers 70 zugeführten EC-Signals (Umschaltsignal), und die Kennlinien (F) und (G) kennzeichnen jeweils Ein- und Ausschaltzustände der Schalter SW1 und SW2. Die Kennlinie (H) in Fig. 4 veranschaulicht Änderungen der am elektrisch beheizten katalytischen Umsetzer 11 auftretenden Spannung.

Wird gemäß Fig. 4 der Zündschalter 57 eingeschaltet (Punkt I bei der Kennlinie (A)), d. h. wenn die Maschine 1 mittels eines (nicht gezeigten) Startermotors startet, dann steigt die Maschinendrehzahl NE (Kennlinie (B)) an. Erreicht die Maschinendrehzahl NE einen vorbestimmten Wert (von beispielsweise 600 l/min), dann schaltet die elektronische Steuerungseinheit 30 den Schalter SWAP der Luftpumpe 55 zum Zuführen von Sekundärluft zu dem Abgasrohr 4 stromauf der katalytischen Umsetzer 10 und 15 (Punkt II in der Kennlinie (D)) ein. Steigt die Maschinendrehzahl NE über einen weiteren vorbestimmten Wert (von beispielsweise 800 l/min) an, dann schaltet die elektronische Steuerungseinheit 30 das EC-Signal ein, das dem Anschluß EC des Reglers 70 (Punkt III in der Kennlinie (E)) zugeführt wird, und gleichzeitig werden der Schalter SW1 eingeschaltet und der Schalter SW2 ausgeschaltet (Punkte IV in den Kennlinien (F) und (G)). Somit wird lediglich der elektrisch beheizte katalytische Umsetzer 11 mit dem Generator 60 verbunden, und die Batterie 51 ist vom Generator 60 abgeschaltet (getrennt). In diesem Fall werden der Luftpumpe 55 und den elektrischen Lasten 53 des Fahrzeugs elektrische Leistung lediglich von der Batterie 51 zugeführt.

Wird am EC-Anschluß das EC-Signal empfangen, dann wird der Schalttransistor im Regler 70 in seinem EIN-Zustand (Einschaltzustand) gehalten. Daher steigt der durch die Läuferwicklung 63 fließende Erregerstrom auf seinen Maximalwert an, so daß eine Ausgangsspannung des Generators 60, die wesentlich größer als im Normalbetrieb ist (etwa 25 V) dem elektrisch beheizten katalytischen Umsetzer 11 zugeführt wird (Punkt IV in der Kennlinie (H)). Somit wird eine große elektrische Leistung (beispielsweise 2 kW) dem elektrisch beheizten katalytischen Umsetzer 11 zugeführt, so daß der elektrisch beheizte katalytische Umsetzer 11 innerhalb einer kurzen Zeitdauer aufgeheizt wird.

Ist entsprechend dieser Rahmenbedingungen die vorbestimmte Zeitdauer t1 abgelaufen, dann erreicht die Temperatur des elektrisch beheizten katalytischen Umsetzers 11 die Betriebstemperatur (Aktivierungs temperatur), und die elektronische Steuerungseinheit 30 schaltet das EC-Signal aus und damit den Schalter SW2 ein zur Verbindung der Batterie 51 mit dem Generator 60, wobei der Schalter SW1 im eingeschalteten Zustand gehalten wird (Punkte V in den Kennlinien (E), (F) und (G)). Dabei sind der elektrisch beheizte katalytische Umsetzer 11 und die Batterie 51 parallel zum Generator 60 geschaltet. Da das EC-Signal (Umschaltsignal) ausgeschaltet ist, beginnt der Regler 70 mit der Konstantspannungssteuerung des Generators 60, bei der die Ausgangsspannung in Abhängigkeit von der Batteriespannung BV gesteuert wird, und die Ausgangsspannung des Reglers 70 vermindert sich sodann auf die Batterieladespannung gemäß dem normalen Betrieb (Punkt V in der Kennlinie (H)). Da hierbei die am elektrisch beheizten katalytischen Umsetzer 11 anliegende Spannung auf etwa die Hälfte der Ausgangsspannung während der Katalysatoraufheizzeitdauer absinkt (Zeitdauer t1 in Fig. 4), sinkt die elektrische Leistungsaufnahme des elektrisch beheizten katalytischen Umsetzers 11 auf etwa ein Viertel (etwa 0.5 kW) im Vergleich zur Leistungsaufnahme während der Aufheizzeitdauer t1. Obwohl nun die Batterie 51 zur Aufrechterhaltung der Temperatur dem elektrisch beheizten katalytischen Umsetzer 11 elektrische Leistung zuführt, wird die Batterie 51 mittels der vom Generator 60 bereitgestellten elektrischen Leistung ausreichend geladen.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein (nicht gezeigter) Luft/Brennstoffverhältnissensor im gemeinsamen Abgasrohr 4 stromauf des katalytischen Umsetzers 10 zur Erfassung des Luft/Brennstoffverhältnisses des Abgases angeordnet. Die elektronische Steuerungseinheit (ECU) 30 steuert die der Maschine 1 zugeführte Brennstoffmenge auf der Basis des Ausgangssignals des Luft/Brennstoffverhältnissensors in der Weise, daß das Luft/Brennstoffverhältnis der Maschine 1 auf einem stöchiometrischen Luft/Brennstoff verhältnis gehalten wird. Der Luft/Brennstoff verhältnissensor ist in der Lage, das Luft/Brennstoff verhältnis des Abgases nur dann zu erfassen, wenn die Temperatur des Sensors höher als eine vorbestimmte Betriebstemperatur (Aktivierungstemperatur) ist. Wurde die Maschine 1 gerade gestartet, dann ist die Temperatur des Sensors niedrig und das Luft/Brennstoffverhältnis des Abgases kann nicht erfaßt werden. Erreicht die Temperatur des Luft/Brennstoffverhältnissensors die Betriebs temperatur nach dem Starten der Maschine 1, dann nimmt der Sensor die Erfassung des Luft/Brennstoffverhältnisses des Abgases auf, und die elektronische Steuerungseinheit beginnt ebenfalls die Steuerung des Luft/Brennstoff verhältnisses der Maschine 1. Das Luft/Brennstoff verhältnis-Rückkopplungssteuerungssignal (Kennlinie (C) in Fig. 4) ist ein Signal, das mittels der elektronischen Steuerungseinheit 39 gebildet wird, wenn diese nach dem Starten der Maschine 1 die Luft/Brennstoffverhältnis-Rück kopplungssteuerung aufnimmt. Wird die Luft/Brenn stoffverhältnis-Rückkopplungssteuerung gestartet (Punkt VI in der Kennlinie (C)), dann wird das Luft/Brenn stoffverhältnis des Abgases in Richtung eines stöchiometrischen Luft/Brennstoffverhältnisses gesteuert (geregelt), und die Sauerstoffmenge im Abgas ist nun ausreichend zum Oxidieren der Kohlenwasserstoffe und des Kohlenmonoxids CO im Abgas. Daher wird der Betrieb der Luftpumpe 55 beendet, wenn die Luft/Brennstoffverhältnis-Rück kopplungssteuerung gestartet wird (Punkt VI in der Kennlinie (D) in Fig. 4).

Der Schalter SW1 wird ausgeschaltet während der Schalter SW2 in seinem eingeschalteten Zustand aufrechterhalten wird zur Trennung des elektrisch beheizten katalytischen Umsetzers 11 vom Generator 60, wenn eine vorbestimmte Zeitdauer t2 abgelaufen ist, nachdem die Batterie 51 mit dem Generator 60 verbunden wurde.

Gemäß der vorstehenden Beschreibung entsprechend dem Ausführungsbeispiel wird die Batterie 51 vom Generator 60 getrennt, wenn die Maschine 1 gestartet und die zum Erreichen der Betriebstemperatur des elektrisch beheizten katalytischen Umsetzers 11 erforderliche elektrische Leistung direkt vom Generator 60 zum elektrisch beheizten katalytischen Umsetzer 11 geführt wird. Nachdem der elektrisch beheizte katalytische Umsetzer 11 die Aktivierungstemperatur erreicht hat, wird die Batterie 51 mit dem Generator 60 verbunden, und die zur Aufrechterhaltung der Betriebstemperatur des elektrisch beheizten katalytischen Umsetzers 11 erforderliche elektrische Leistung wird durch die Batterie 51 bereitgestellt. Daher kann der elektrisch beheizte katalytische Umsetzer 11 auf seine Betriebstemperatur während einer kurzen Zeitdauer nach dem Starten der Maschine ohne Vergrößerung der Belastung der Batterie 51 aufgeheizt werden. Ferner kann gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Beschädigung der Batterie vermieden werden, obwohl die Batterie 51 die elektrische Leistung zur Aufrechterhaltung der Betriebstemperatur des elektrisch beheizten katalytischen Umsetzers 11 während der Katalysatortemperatur-Erhaltungszeitdauer (Zeitdauer t2 in Fig. 4) liefert, nachdem der elektrisch beheizte katalytische Umsetzer 11 seine Betriebstemperatur erreicht hat, da die Belastung der Batterie 51 während der Katalysatoraufheizzeitdauer (Zeitdauer t1 in Fig. 4) relativ gering ist.

Die Fig. 5 und 6 zeigen ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung des Leistungszufuhr-Steuerungsbetriebs gemäß Fig. 4. Dieser Betrieb wird durch die elektronische Steuerungseinheit 30 mittels eines in der elektronischen Steuerungseinheit 30 in vorbestimmten Intervallen verarbeiteten Programms durchgeführt.

In den Schritten 501 und 503 wird gemäß Fig. 5 bestimmt, ob die Maschine 1 gestartet wurde. Im einzelnen bestimmt das Programm in Schritt 501, ob der Zündschalter 57 eingeschaltet ist und ob die Maschinendrehzahl NE einen vorbestimmten Wert (von beispielsweise 600 l/min) erreicht hat, (Schritt 503). Trifft eine der in den Schritten 501 und 503 Bedingungen nicht zu, dann wird im Rahmen des Programms Schritt 539 durchgeführt zum Löschen der Werte von Zählern C1 und C2 und zum Setzen des Werts einer Marke X auf 0. Die Zähler C1 und C2 und die Marke X werden nachstehend noch im einzelnen beschrieben. In diesem Fall verarbeitet das Programm ferner den Schritt 537 gemäß Fig. 6. In Schritt 537 gemäß Fig. 6 wird der Schalter SW1 ausgeschaltet und der Schalter SW2 wird eingeschaltet und das EC-Signal wird ausgeschaltet, d. h. der elektrisch beheizte katalytische Umsetzer 11 wird vom Generator 60 getrennt und die Batterie 51 wird mittels des Generators 60 geladen. Wie es nachstehend noch beschrieben wird, wird Schritt 537 ebenfalls durchgeführt, wenn die Batteriespannung BV während einer Katalysatoraufheizzeitdauer absinkt.

Sind in den Schritten 501 und 503 beide Bedingungen erfüllt, dann wird im Programmablauf Schritt 504 durchgeführt zur Bestimmung, ob der Wert der Marke X auf 2 eingestellt ist. Liegt die Bedingung X = 2 in Schritt 504 vor, dann geht das Programm zu den Schritten 539 und 537 über, die vorstehend bereits beschrieben wurden. Der Wert der Marke X wird in Abhängigkeit von der Batteriespannung BV durch die Schritte 515 und 525 bis 529 eingestellt. Der Wert der Marke X wird auf 2 eingestellt, wenn die Batteriespannung BV niedriger als ein vorbestimmter Wert (von beispielsweise 10.5 V) wird, auch in dem Fall, wenn der Schalter SW2 eingeschaltet ist. In diesem Fall wird die Zufuhr elektrischer Leistung zum elektrisch beheizten katalytischen Umsetzer 11 beendet durch Verarbeitung des Schritts 537 zum Schutz der Batterie 51.

Liegt die Bedingung X ≠ 2 in Schritt 504 vor, dann bestimmt das Programm, ob die Bedingungen für den Betrieb der Luftpumpe 55 in den Schritten 505 und 507 erfüllt sind. Dies betrifft Bedingungen, ob die Luft/Brennstoff verhältnis-Rückkopplungssteuerung noch nicht gestartet wurde (d. h. ob das Luft/Brennstoffverhältnis-Rück kopplungssteuerungssignal (Kennlinie (C) in Fig. 4) ausgeschaltet ist) (Schritt 505), und ob sich die Luftpumpe 55 im Normalzustand befindet (Schritt 507). Wurde die Luft/Brennstoffverhältnis-Rückkopplungs steuerung bereits gestartet, dann ist es nicht erforderlich, Sekundärluft den katalytischen Umsetzern 10 und 15 zuzuführen, und falls die Luftpumpe 55 nicht normal arbeitet (beispielsweise falls die Luftpumpe 55 versagt), kann die Luftpumpe 55 nicht betrieben werden. Ist daher eine der Bedingungen der Schritte 505 und 507 nicht erfüllt, dann wird der Schalter SWAP in Schritt 511 ausgeschaltet zur Beendigung des Betriebs der Luftpumpe 55.

Sind in den Schritten 505 und 507 beide Bedingungen erfüllt, dann wird der Schalter SWAP eingeschaltet zum Zuführen von Sekundärluft zu den katalytischen Umsetzern 10 und 15.

Wird hierbei bestimmt, daß die Maschinendrehzahl NE einen weiteren vorbestimmten Wert (von beispielsweise 800 l/min), der höher als der vorbestimmte Wert in Schritt 503 ist, erreicht hat, dann wird die elektrische Leistungszufuhr zum elektrisch beheizten katalytischen Umsetzer 11 aufgenommen.

Die Schritte 519, 521 und 523 dienen der Steuerung der während der Katalysatoraufheizzeitdauer dem elektrisch beheizten katalytischen Umsetzer 11 zugeführten elektrischen Leistung. In den Schritten 519, 521 und 523 wird der Schalter SW1 im Einschaltzustand gehalten, während der Schalter SW2 im Ausschaltzustand gehalten wird, und das EC-Signal (Kennlinie (E) in Fig. 4) wird im Einschaltzustand gehalten, bis der Wert des Zählers C1 einen vorbestimmten Wert Ct1 erreicht. Mit Durchführen des Schritts 519 wird der Zähler C1 um 1 erhöht (hochgezählt) und kennzeichnet somit die abgelaufene Zeit seit dem Starten der Katalysatoraufheizzeitdauer. Der vorbestimmte Wert Ct1 in Schritt 521 entspricht der Länge der Katalysatoraufheizzeitdauer t1 in Fig. 4 und entspricht im Rahmen des vorliegenden Ausführungs beispiels etwa 30 sec.

Ist die Zeitdauer t1 seit dem Starten der Katalysatoraufheizzeitdauer (d. h. seit der Wert von C1 größer als Ct1 in Schritt 521 wird) abgelaufen, dann werden die Schritte 531 bis 537 anstelle des Schritts 523 durchgeführt zur Beendigung der Zufuhr elektrischer Leistung für die Aufheizung des Katalysators des elektrisch beheizten katalytischen Umsetzers 11 und zum Starten der Zufuhr elektrischer Leistung zur Aufrechterhaltung der Katalysatortemperatur (Betriebs temperatur, Aktivierungstemperatur). Im einzelnen wird ein Zähler C3 in Schritt 531 um 1 hochgezählt, und die Schalter SW1 und SW2 werden im Einschaltzustand gehalten und das EC-Signal wird ausgeschaltet in Schritt 535, bis der Wert des Zählers C2 einen vorbestimmten Wert Ct2 erreicht. Der Wert Ct2 entspricht der Katalysator temperatur-Aufrechterhaltungszeitdauer (Zeitdauer t2 in Fig. 4) und wird beispielsweise im Rahmen des vorliegenden Ausführungsbeispiels auf etwa 150 sec eingestellt.

Nach Ablaufen der Zeitdauer t2 in Schritt 533 wird Schritt 537 bearbeitet zur Durchführung eines normalen Betriebs des Generators 60 zur Aufladung der Batterie 51.

Die Schritte 515 und 525 bis 529 gemäß Fig. 6 dienen zum Schutz der Batterie 51. Im einzelnen bestimmt das Programm (Steuerungsablauf), ob die Batteriespannung BV niedriger als ein vorbestimmter Wert (von beispielsweise 10.5 V) ist. Sinkt die Batteriespannung BV erstmals auf 10.5 V ab, dann wird gemäß dem Ausführungsbeispiel der Wert der Marke X durch die Schritte 525 und 527 auf 1 gesetzt, und sodann werden die Schritte 531 und 537 verarbeitet. Daher wird auch während der Katalysatoraufheizzeitdauer die Zufuhr elektrischer Leistung zur Aufheizung des Katalysators (Schritte 519 bis 523) beendet und die elektrische Leistung zur Aufrechterhaltung der Katalysatortemperatur wird dem elektrisch beheizten katalytischen Umsetzer 11 zugeführt zum Schutz der Batterie 51, wenn die Batteriespannung BV abgesunken ist.

Steigt die Batteriespannung BV ferner nicht wieder auf einen Wert über dem vorbestimmten Wert (von 10.5 V) an, obwohl ein Katalysatortemperatur-Aufrechterhaltungs betrieb durchgeführt wird, d. h. ist die Batteriespannung BV noch immer niedriger als der vorbestimmte Wert (von 10.5 V) in Schritt 515, dann wird der Wert der Marke X in den Schritten 525 und 527 auf 2 gesetzt. In diesem Fall wird nach Schritt 504 bei der nächsten Verarbeitung des Programms zur Ladung der Batterie 51 Schritt 537 durchgeführt, und es erfolgt keine Zufuhr elektrischer Leistung zum elektrisch beheizten katalytischen Umsetzer 11, auch wenn die Maschine 1 gestartet wird.

Wurde ferner in Schritt 517 die Luft/Brennstoff verhältnis-Rückkopplungssteuerung gestartet, dann wird (gemäß Schritt 523) der Katalysatoraufheizbetrieb unmittelbar beendet, da das Luft/Brennstoffverhältnis des Abgases auf ein stöchiometrisches Luft/Brennstoff verhältnis gesteuert wird und die Menge an Kohlenwasserstoffen und an Kohlenmonoxid CO im Abgas klein wird, und das Programm geht direkt von Schritt 517 zu Schritt 531 über zum Starten des Katalysatortemperatur-Aufrechterhaltungsbetriebs.

Nachstehend wird unter Bezugnahme auf Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel beschrieben. Fig. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung der Leistungszufuhr-Steuerungseinrichtung, wie sie in Fig. 1 verwendet wird. In Fig. 7 bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente entsprechend Fig. 3.

Gemäß Fig. 7 ist der Generator 60 (Wechselstromgenerator) mit einem weiteren Ausgangsanschluß 72 zusätzlich zu den Ausgangsanschlüssen 62 des Gleichrichters 65 ausgerüstet. Der Ausgangsanschluß 72 ist direkt mit dem neutralen Punkt (Sternpunkt) der Ständerwicklungen 61 verbunden, die in Sternschaltung (Y-Schaltung) angeordnet sind. Ferner ist im Rahmen dieses Ausführungsbeispiels ein Schalter SW2 gemäß Fig. 3 nicht vorgesehen, und die Batterie 51 ist ständig mit dem Ausgangsanschluß 62 verbunden. Der elektrisch beheizte katalytische Umsetzer 11 ist bei diesem Ausführungsbeispiel über einen Schalter SW4 mit dem Sternpunkt-Ausgangsanschluß 72 verbunden. Desweiteren ist der elektrisch beheizte katalytische Umsetzer 11 ebenfalls mit dem Ausgangsanschluß 62 über einen Schalter SW3 verbunden. Der Regler 70 weist bei diesem Ausführungsbeispiel keinen EC-Anschluß auf, d. h. die Spannung des Ausgangsanschlusses 62 wird ständig in Abhängigkeit von der Batteriespannung BV geregelt.

Wurde die Maschine 1 gestartet, dann schaltet gemäß diesem Ausführungsbeispiel die elektronische Steuerungseinheit 30 den Schalter SW3 ein und schaltet den Schalter SW4 aus zum Zuführen elektrischer Leistung zur Aufheizung des Katalysators von der Batterie 51 zum elektrisch beheizten katalytischen Umsetzer 11. Nachdem die Zeitdauer t1 abgelaufen ist, d. h. wenn der elektrisch beheizte katalytische Umsetzer 11 die Betriebstemperatur (Aktivierungstemperatur) erreicht hat, schaltet die elektronische Steuerungseinheit 30 den Schalter SW3 aus zum Trennen des elektrisch beheizten katalytischen Umsetzers 11 von der Batterie 51, und schaltet den Schalter SW4 ein zum Verbinden des elektrisch beheizten katalytischen Umsetzers 11 mit dem Sternpunkt-Ausgangsanschluß 72 des Generators 60. Erreicht einmal die Temperatur des elektrisch beheizten katalytischen Umsetzers 11 die Betriebstemperatur, dann wird die zur Aufrechterhaltung der Betriebstemperatur des elektrisch beheizten katalytischen Umsetzers 11 erforderliche elektrische Leistung direkt vom neutralen Punkt der Ständerwicklungen 61 zugeführt.

Gemäß der Darstellung in Fig. 7 beträgt die Spannung des Sternpunkt-Ausgangsanschlusses 72 die Hälfte der Spannung am Ausgangsanschluß 62 (d. h. Batteriespannung). Wird daher der elektrisch beheizte katalytische Umsetzer 11 mit dem sternpunkt-Ausgangsanschluß 72 verbunden, dann wird die dem elektrisch beheizten katalytischen Umsetzer 11 zugeführte elektrische Leistung auf einen Wert von etwa einem Viertel der elektrischen Leistung vermindert, die dem elektrisch beheizten katalytischen Umsetzer 11 zugeführt wird, wenn er mit der Batterie 51 verbunden ist. In diesem Fall wird die Batterie 51 mittels des Generators 60 in gleicher Weise wie im normalen Betrieb geladen, da die Spannung des Ausgangsanschlusses 62 auf einen vorbestimmten Wert (von beispielsweise 14 V) mittels des Reglers 70 geregelt wird.

Daher steigt die Belastung der Batterie nicht an, so daß eine Beschädigung der Batterie nicht auftreten kann, auch wenn die elektrische Leistung zur Aufrechterhaltung der Betriebstemperatur des elektrisch beheizten katalytischen Umsetzers 11 ständig während einer längeren Zeitdauer zugeführt wird.

Fig. 8 zeigt Signalzeitverläufe (Zeitdiagramme) in gleicher Weise wie Fig. 4 zur Veranschaulichung der Leistungszufuhrsteuerung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. In Fig. 4 veranschaulicht die Kennlinie (A) den Ein- und Ausschaltzustand des Zündschalters 57, die Kennlinie (B) Änderungen in der Drehzahl NE der Maschine 1 und die Kennlinie (C) den Zustand des Luft/Brennstoffverhältnis-Rückkopplungs steuerungssignals. Die Kennlinie (D) kennzeichnet den Ein- und Ausschaltzustand des Luftpumpenschalters SWAP und die Kennlinien (E) und (F) kennzeichnen jeweils Ein- und Ausschaltzustände der Schalter SW4 und SW3. Die Kennlinie (G) in Fig. 8 veranschaulicht die Änderungen der am elektrisch beheizten katalytischen Umsetzer 11 anliegenden Spannung. Die Punkte I bis VII in Fig. 8 entsprechen den mit den Punkten I bis VII in Fig. 4 bezeichneten Zeitpunkten. Die Kennliniendarstellung gemäß Fig. 8 unterscheidet sich jedoch von derjenigen gemäß Fig. 4 darin, daß bei dem Punkt IV der Schalter SW3 eingeschaltet und der Schalter SW4 ausgeschaltet wird, und daß in dem Punkt V der Schalter SW3 ausgeschaltet und der Schalter SW4 eingeschaltet wird, und ferner daß im Punkt VI beide Schalter SW3 und SW4 ausgeschaltet werden.

Die Fig. 9 und 10 zeigen ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung des Leistungszufuhr-Steuerungsbetriebs gemäß Fig. 8. Dieser Steuerungsablauf wird durch ein in vorbestimmten Intervallen in der elektronischen Steuerungseinheit 30 verarbeitetes Programm gebildet. Das Ablaufdiagramm der Fig. 9 und 10 ist gleich dem in den Fig. 5 und 6 gezeigten Ablaufdiagramm, da lediglich die Betätigungen der Schalter SW3 und SW4 gemäß den vorstehenden Angaben (Schritte 923, 935 und 937) unterschiedlich zu dem Ablaufdiagramm der Fig. 5 und 6 sind, so daß Einzelheiten in der Beschreibung weggelassen sind.

Obwohl dem elektrisch beheizten katalytischen Umsetzer 11 eine elektrische Leistung lediglich gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen zugeführt wird, nachdem die Maschine 1 gestartet wurde, kann dem elektrisch beheizten katalytischen Umsetzer 11 ebenfalls vor dem Starten der Maschine eine elektrische Leistung zugeführt werden, so daß die Zeit des elektrisch beheizten katalytischen Umsetzers 11 zum Erreichen der Betriebstemperatur verkürzt wird. In diesem Fall sind beispielsweise beide Schalter SW1 und SW2 (Fig. 3) oder der Schalter SW3 (Fig. 7) eingeschaltet zum Zuführen einer elektrischen Leistung von der Batterie 51 zum elektrisch beheizten katalytischen Umsetzer 11, wenn der Zündschalter 57 eingeschaltet ist, und alle diese Schalter werden ausgeschaltet zur Vermeidung einer übergroßen Belastung der Batterie, wenn der Startermotor eingeschaltet wird.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird nach Ablauf der Katalysatortemperatur-Auf rechterhaltungszeitdauer dem elektrisch beheizten katalytischen Umsetzer 11 keine elektrische Leistung mehr zugeführt. Bei dem tatsächlichen Betrieb der Maschine 1 wird jedoch die Temperatur der katalytischen Umsetzer 10 und 15 in einigen Fällen niedriger (wenn beispielsweise der Leerlaufbetrieb der Maschine 1 während einer längeren Zeitdauer unter einer niedrigen Umgebungstemperatur andauert). In diesem Fall kann dem elektrisch beheizten katalytischen Umsetzer 11 zur Aufrechterhaltung der Temperatur eine elektrische Leistung durch die im jeweiligen Ausführungsbeispiel in vorbestimmten Intervallen durchgeführte Steuerung zugeführt werden. Hierbei kann beispielsweise zur Aufrechterhaltung der Temperatur des elektrisch beheizten katalytischen Umsetzers 11 die elektrische Leistung in Intervallen zugeführt werden, wenn der Leerlaufbetrieb der Maschine 1 (der Betrieb der Maschine 1 mit einem vollständig geschlossenen Drosselventil) länger als eine Zeitdauer andauert, die in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur bestimmt wird.

Gemäß der vorstehenden Beschreibung ist die Leistungszufuhr-Steuerungseinrichtung für einen elek trisch beheizten katalytischen Umsetzer in der Lage, die Temperatur des elektrisch beheizten katalytischen Umsetzers bis zur Betriebstemperatur während einer kurzen Zeitdauer anzuheben, und ist gleichzeitig in der Lage, die zur Aufrechterhaltung der Temperatur des elektrisch beheizten katalytischen Umsetzers nach Erreichen der Betriebstemperatur des elektrisch beheizten katalytischen Umsetzers erforderliche elektrische Leistung ohne Vergrößerung der Belastung der Batterie 51 zuzuführen.

Bei der Leistungszufuhr-Steuerungseinrichtung wird ein elektrisch beheizter katalytischer Umsetzer über einen Schalter SW1 mit einem Ausgangsanschluß eines Generators verbunden, und eine Batterie wird über einen Schalter SW2 parallel zum elektrisch beheizten katalytischen Umsetzer mit dem Generator verbunden. Eine Steuerungseinheit ist vorgesehen zur Steuerung der Betätigung der Schalter SW1 und SW2. Wird die Brennkraftmaschine gestartet, dann schaltet die elektronische Steuerungseinheit den Schalter SW1 ein und schaltet den Schalter SW2 aus zum Zuführen einer elektrischen Leistung direkt vom Generator zum elektrisch beheizten katalytischen Umsetzer. Nachdem der elektrisch beheizte katalytische Umsetzer bis zu seiner Betriebstemperatur aufgeheizt wurde und seinen Katalysatorbetrieb aufgenommen hat, schaltet die elektronische Steuerungseinheit beide Schalter SW1 und SW2 ein zum Zuführen einer elektrischen Leistung von der Batterie zum elektrisch beheizten katalytischen Umsetzer zur Aufrechterhaltung der Temperatur des elektrisch beheizten katalytischen Umsetzers. Da die zum Anheben der Temperatur des elektrisch beheizten katalytischen Umsetzers erforderliche elektrische Leistung in dem Zustand zugeführt wird, bei dem die Batterie vom Generator getrennt ist, kann die Ausgangsspannung auf einen Wert ansteigen, der höher als eine normale Ausgangsspannung zum Laden der Batterie ist. Daher kann dem elektrisch beheizten katalytischen Umsetzer eine relativ große elektrische Leistung zugeführt werden, ohne daß die Batterie übermäßig belastet wird.

Claims

1. Leistungszufuhr-Steuerungssystem für einen elektrisch beheizten katalytischen Umsetzer, mit
einem mittels einer Brennkraftmaschine (1) angetriebenen elektrischen Generator (60),
einer Batterie (51),
einer elektrischen Heizeinrichtung (11a) zur Aufheizung eines in einer Abgasanlage (4) der Maschine (1) angeordneten katalytischen Umsetzers (11),
einer Batterieladeschaltung (30, 60, SW2) zum Verbinden der Batterie (51) mit dem Generator (60) und Zuführen eines elektrischen Stroms zum Aufladen der Batterie (51),
einer Katalysatoraufheizschaltung (30, 60, SW1) zum direkten Verbinden der Heizeinrichtung (11a) mit dem Generator (60) und Zuführen eines elektrischen Stroms vom Generator (60) zur Heizeinrichtung (11a) zum Anheben der Temperatur des katalytischen Umsetzers (11) auf eine Betriebstemperatur der Katalysatoren im katalytischen Umsetzer (11),
einer Temperaturaufrechterhaltungsschaltung (30, 51) zum Verbinden der Heizeinrichtung (11a) mit der Batterie (51) und Zuführen eines elektrischen Stroms von der Batterie (51) zur Heizeinrichtung (11a) zur Aufrechterhaltung des katalytischen Umsetzers (11) bei der Temperatur, die höher als die Betriebstemperatur ist,
einer ersten Leistungsversorgungs-Steuerungs einrichtung (30) zum Abschalten der Batterieladeschaltung (30, 60, SW2) und der Temperaturaufrecht erhaltungsschaltung (30, 51) und Zuschalten der Katalysatoraufheizschaltung (30, 60, SW1), wenn die Maschine (1) gestartet wurde, so daß der katalytische Umsetzer (11) bis zur Betriebstemperatur aufgeheizt wird, und
einer zweiten Leistungsversorgungs-Steuerungs einrichtung (30) zum Abschalten der Katalysator aufheizschaltung (30, 60, SW1) und Zuschalten der Batterieladeschaltung (30, 60, SW2) und der Temperaturaufrechterhaltungsschaltung (30, 51), wenn die Temperatur der Katalysatoren die Betriebstemperatur erreicht hat, wobei die Batterie (51) aufgeladen und gleichzeitig der katalytische Umsetzer (11) bei einer Temperatur gehalten wird, die größer als die Betriebstemperatur ist.

2. Leistungszufuhr-Steuerungssystem für einen elektrisch beheizten katalytischen Umsetzer, mit
einem mittels einer Brennkraftmaschine (1) angetriebenen elektrischen Generator (60),
einer elektrischen Heizeinrichtung (11a) zum Aufheizen eines in einer Abgasanlage (4) der Maschine (1) angeordneten katalytischen Umsetzers (11),
einer mit dem Generator (60) verbundenen Batterie (51),
einer Katalysatoraufheizschaltung (30, 60, SW3), die die Heizeinrichtung (11a) mit der Batterie (51) verbindet und einen elektrischen Strom von der Batterie (51) zur Heizeinrichtung (11a) zuführt zum Anheben der Temperatur des katalytischen Umsetzers (11) auf eine Betriebstemperatur der Katalysatoren im katalytischen Umsetzer (11),
einer Temperaturaufrechterhaltungsschaltung (30, 60, 72, SW4), die die Heizeinrichtung (11a) mit einem neutralen Punkt (72) der Wicklungen (61) des Generators (60) verbindet und einen elektrischen Strom vom neutralen Punkt (72) zur Heizeinrichtung (11a) zuführt zur Aufrechterhaltung des katalytischen Umsetzers (11) bei einer Temperatur, die größer als die Betriebstemperatur ist,
einer ersten Leistungszufuhr-Steuerungseinrichtung (30) zum Abschalten der Temperaturaufrechterhaltungs schaltung (30, 60, 72, SW4) und Zuschalten der Katalysatoraufheizschaltung (30, 60, SW3), wenn die Maschine (1) gestartet wurde, so daß der katalytische Umsetzer (11) zur Betriebstemperatur aufgeheizt wird, und
einer zweiten Leistungszufuhr-Steuerungseinrichtung (30) zum Abschalten der Katalysatoraufheizschaltung (30, 60, SW3) und Zuschalten der Temperaturaufrecht erhaltungsschaltung (30, 60, 72, SW4), wenn die Temperatur der Katalysatoren die Betriebstemperatur erreicht hat, wobei der katalytische Umsetzer (11) bei der Temperatur gehalten wird, die hoher als die Betriebstemperatur ist.