DE4421066A1

DE4421066A1 - Elektrische Energieversorgungseinrichtung für eine Heizvorrichtung

Info

Publication number: DE4421066A1
Application number: DE4421066A
Authority: DE
Inventors: Nobuyuki Oota; Motonobu Akaki; Hiroshi Okazaki; Teruo Tatsumi; Yasutoshi Yamada
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1993-06-22
Filing date: 1994-06-16
Publication date: 1995-01-05
Anticipated expiration: 2014-06-17
Also published as: JPH0711941A; US5580477A; DE4421066C2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Energieversorgungseinrichtung für eine Heizvorrichtung, und bezieht sich insbesondere auf eine elektrische Energieversorgungseinrichtung für eine Heizvorrichtung, die einen zum Reinigen der Auspuffgase bzw. der Abgase einer Brennkraftmaschine bzw. eines Motors eines Kraftfahrzeugs verwendeten Katalysator heizt bzw. erwärmt.

Zum Reinigen von Abgasen einer Brennkraftmaschine verwen dete Katalysatoren werden herkömmlicherweise nicht unter halb einer vorbestimmten Temperatur aktiviert, so daß sie unterhalb dieser Temperatur nicht in der Lage sind, das Ab gas zu reinigen. Insbesondere wird ein Katalysator ohne Heizvorrichtung durch die Wärme des Abgases erwärmt. Da das Abgas beim Starten der Brennkraftmaschine eine niedrige Temperatur hat und der innere Teil der Brennkraftmaschine noch nicht aufgeheizt bzw. erwärmt ist, kann der Katalysa tor das Abgas deshalb nicht ausreichend reinigen.

Eine herkömmliche Katalysatoreinrichtung, die eine mit dem Katalysator bedeckte Heizvorrichtung enthält, ist in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 48 (1973)-54312 offenbart. Entsprechend der im Stand der Technik offenbar ten Katalysatoreinrichtung werden unverbrannte Bestandteile im Abgas von der Heizvorrichtung verdampft, wenn der Motor gestartet bzw. angelassen wird.

Da jedoch der Katalysatoreinrichtung entsprechend ein großer Stromstoß (nachstehend als "elektrischer Strom" be zeichnet) aus einer die Heizvorrichtung aktivierenden Bat terie fließt, wenn die Heizvorrichtung in Betrieb ist, hat die Batterie nur eine kurze Lebensdauer. Ferner muß die Batterie ein großes Leistungsvermögen aufweisen.

Eine herkömmliche elektrische Energieversorgungseinrichtung (im folgenden als "elektrische Energieversorgung" bezeich net) für eine einen Katalysator beheizende Heizvorrichtung ist in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 4 (1992)-276111 offenbart. Die dem Stand der Technik entspre chende elektrische Energieversorgung umfaßt einen geladenen Kondensator, der zur Energiezufuhr zu der Heizvorrichtung verwendet wird. Der geladene Kondensator wird direkt von der Batterie auf die Batteriespannung aufgeladen. Wenn die Heizvorrichtung heizt, wird daher der elektrische Strom nicht aus der die Heizvorrichtung aktivierenden Batterie entzogen. In einem frühen Stadium der Aktivierung der Heiz vorrichtung kann dem Kondensator ferner ein, verglichen mit dem der Batterie entnehmbaren, großer elektrischer Strom entnommen werden, der der Heizvorrichtung zugeführt wird. Demzufolge kann die elektrische Energieversorgung den Kata lysator schnell erwärmen.

Da die dem Stand der Technik gemäße Heizvorrichtung mit Batteriespannung betrieben wird, muß der Heizvorrichtung zum Erwärmen des Katalysators jedoch ein großer elektri scher Strom zugeführt werden, wenn der Kondensator von der Batterie geladen wird. Daher verringert sich die an die Heizvorrichtung angelegte Spannung durch Zuführungsleitun gen und Schalter und dergleichen. Ferner muß die elek trische Energieversorgung große Abmessungen und ein hohes Gewicht haben, sowie kostenungünstig sein.

Im Fall einer elektrischen Energieversorgung, die zwei Heizvorrichtungen enthält, die zwei Katalysatoren heizen, die parallel zueinander an Auspuffrohren angeordnet sind, fließt aufgrund des geringen Widerstands der Heizvor richtungen ein großer elektrischer Strom von der Batterie zu den Heizvorrichtungen. Deshalb sind ausschließlich Zuführungsleitungen und Schalter erforderlich, die mit ei nem großen elektrischen Strom verwendet werden können.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elek trische Energieversorgungseinrichtung für eine Heizvorrich tung zu schaffen, die verhindern kann, daß ein großer elek trischer Strom in eine Heizvorrichtung fließt.

Es ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, eine elek trische Energieversorgungseinrichtung für eine Heizvorrich tung zu schaffen, die einen Katalysator schnell erwärmen kann.

Weiterhin ist es ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Energieversorgungseinrichtung für eine Heizvorrichtung zu schaffen, die leicht zwei Katalysatoren heizen kann.

Ferner ist es ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Energieversorgungseinrichtung für eine Heizvor richtung zu schaffen, die sich durch einen einfachen Aufbau und eine geringe Größe auszeichnet.

Zudem hat die vorliegende Erfindung den Vorteil, eine preiswerte elektrische Energieversorgungseinrichtung für eine Heizvorrichtung zu schaffen.

Weiterhin hat die vorliegende Erfindung den Vorteil, eine einfach herzustellende elektrische Energieversorgungsein richtung für eine Heizvorrichtung zu schaffen.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine elektrische Energieversorgungseinrichtung für eine Heizvorrichtung zu schaffen, die Beständigkeit hat.

Zum Lösen der vorstehend beschriebenen Aufgabe und zum Er zielen der beschriebenen Vorteile umfaßt eine erfindungsge mäße elektrische Energieversorgungseinrichtung für eine Heizvorrichtung eine Heizvorrichtung, eine mit der Heizvor richtung elektrisch verbundene Batterie, eine mit der Bat terie elektrisch verbundene Verstärkerschaltung, einen zwi schen der Heizvorrichtung und der Verstärkerschaltung ange ordneten Kondensator und Steuereinrichtungen, die das Laden und Entladen des Kondensators steuern.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbei spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrie ben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild eines ersten erfindungsgemäßen Aus führungsbeispiels einer elektrischen Energieversorgungsein richtung für eine Heizvorrichtung;

Fig. 2 ein Schaltbild eines zweiten erfindungsgemäßen Aus führungsbeispiels einer elektrischen Energieversorgungsein richtung für eine Heizvorrichtung;

Fig. 3 ein Schaltbild eines dritten erfindungsgemäßen Aus führungsbeispiels einer elektrischen Energieversorgungsein richtung für eine Heizvorrichtung;

Nachfolgend wird das erste erfindungsgemäße Ausführungsbei spiel mit Bezug auf Fig. 1 näher beschrieben. Eine Batterie 1 wird zum Zuführen elektrischer Energie zu einem (in der Zeichnung nicht gezeigten) Motorschalter bzw. einem Anlas ser einer Brennkraftmaschine verwendet, wenn der Motor ge startet wird. Ferner wird ein eine Vielzahl von Kondensa tor-Elementen enthaltender Kondensator 2 von der Batterie 1 geladen. Der Kondensator 2 wird als eine Energiequelle zum Beheizen eines Katalysators mit einer Heizvorrichtung 4 verwendet. Eine Gleichspannungs-Gleichspannungs- Wandlungseinrichtung 3 (nachfolgend als "DC-DC-Konverter" bezeichnet), die als eine Verstärkerschaltung verwendet wird, umfaßt einen Lade-Steuerschalter 3a, eine Diode 3b sowie einen Übertrager bzw. einen Transformator 3c. Der Transformator 3c transformiert eine Spannung der Batterie 1 auf 120 Volt. Der Kondensator 2 wird von der transformier ten Spannung geladen. Ein Schalter 5 steuert ein Entladen des Kondensators 2. Der Schalter 5 wird für eine vorbe stimmte Zeitperiode geschlossen, wenn die Brennkraftma schine gestartet wird. Bei dem Ausführungsbeispiel hat die Batterie 1 eine Batteriespannung von 12 Volt, der Kondensa tor 2 eine Kapazität von 3.0 Farad und die Heizvorrichtung 4 einen Widerstand von 4.5 Ohm. Der Katalysator benötigt entsprechend der Größe des zu beheizenden Katalysators eine elektrische Leistung von 15 bis 40 Kilojoule. Wie in Fig. 1 dargestellt, sind die Kondensator-Elemente des Kondensators 2 in Reihe geschaltet, um der von dem DC-DC-Konverter 3 er zeugten hohen Spannung standhalten zu können.

Die Funktionsweise des ersten Ausführungsbeispiels der elektrischen Energieversorgungseinrichtung wird im folgen den beschrieben. Bevor der Motor angelassen wird, wird zu erst der Kondensator 2 mit der Spannung von 120 Volt gela den, die durch das Transformieren der Spannung der Batterie 1 von 12 Volt erhalten wird. Wenn der Motor gestartet wird, wird der Schalter 5 geschlossen und die Heizvorrichtung wird aufgrund des von dem Kondensator 2 zufließenden Stro mes erwärmt.

Die Größe des in die Heizvorrichtung 4 fließenden elektri schen Stroms ist (entsprechend dem erfindungsgemäßen Aus führungsbeispiel fließt ein elektrischer Strom von 30 Am pere in die Heizvorrichtung 4) wesentlich kleiner als der bei der herkömmlichen elektrischen Energieversorgungsein richtung fließende Strom (bei der herkömmlichen elektri schen Energieversorgungseinrichtung fließt ein Strom von 150 Ampere in die Heizvorrichtung), da der elektrische Wi derstand der Heizvorrichtung 4 (entsprechend dem erfin dungsgemäßen Ausführungsbeispiel hat die Heizvorrichtung 4 einen elektrischen Widerstand von 4.5 Ohm), verglichen mit dem Widerstand der herkömmlichen elektrischen Energiever sorgungseinrichtung (bei der herkömmlichen elektrischen Energieversorgungseinrichtung beträgt der Widerstand der Heizvorrichtung 70 Milliohm), extrem groß ist.

Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird der Schalter 5 geschlossen, wenn die Brennkraftmaschine gestartet wird. Jedoch muß der Schalter 5 nicht beim Anlassen des Motors geschlossen werden. Der Schalter 5 kann beispielsweise ge schlossen werden, wenn ein Zündschlüssel in ein Zündschloß eingeführt wird. Und das Schließen des Schalters 5 kann mit einem Öffnen und einem Schließen einer Fahrzeugtür verbun den werden. Ferner kann der Schalter 5 geschlossen werden, wenn eine Spannungserhöhung in einem dem Zündschalter nach folgenden Schaltungsteil erfaßt wird. Wenn der Schalter 5 nach dem Starten des Motors geschlossen wird, wird jedoch spät mit dem Beheizen des Katalysators begonnen, und die Abgase werden deshalb nur unzureichend gereinigt. Der Kata lysator sollte deshalb besser vor dem Anlassen des Motors beheizt werden, indem das Anlassen des Motors vorausgesehen wird.

Bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel kann die Heizvor richtung 4 aufgrund des DC-DC-Konverters 3 mit der hohen Spannung betrieben werden. Da die elektrische Leistung kon stant ist, die die Heizvorrichtung 4 benötigt, um sich zu erwärmen, kann der der Heizvorrichtung 4 zufließende elek trische Strom aufgrund der an die Heizvorrichtung 4 ange legten hohen Spannung und dem hohen Widerstand der Heizvor richtung 4 klein sein. Demzufolge wird die Spannung nicht durch in der Schaltung vorhandene Zuführungsleitungen und Schalter verringert. Ferner kann die elektrische Spannungs versorgungseinrichtung klein, leicht und preiswert sein. Da der Kondensator 2 anstatt der Batterie 1 zum Betreiben der Heizvorrichtung verwendet wird, kann zudem die Batterie entlastet werden. Und der Kondensator 2 überträgt die elek trische Energie schneller als die Batterie 1 zu der Heiz vorrichtung.

Ein zweites Ausführungsbeispiel der elektrischen Energie versorgung für eine Heizvorrichtung ist in Fig. 2 offen bart. Die elektrische Energieversorgung umfaßt einen einen Induktor 6a enthaltenden DC-DC-Konverter 6 als eine Ver stärkerschaltung. Die Spannung einer Batterie 8 wird direkt einem Kondensator 7 zugeführt. Andererseits wird eine durch Transformieren der Spannung der Batterie 8 mit dem DC-DC- Konverter 6 erzeugte Spannung von 40 Volt einem eine Viel zahl von Kondensator-Elementen enthaltenden Kondensator 9 zugeführt. Bei dem Ausführungsbeispiel hat der Kondensator 7 eine Kapazität von 100 Farad und der Kondensator 9 eine Kapazität von 30 Farad. Ein Schalter 10 wird wahlweise zwi schen einer ersten Position zum Laden des Kondensators 7 und einer zweiten Position zum Laden des Kondensators 9 um geschaltet. Jeder Schalter von Schaltern 11 und 12 ist ge schlossen, um eine Heizvorrichtung 13 mit den Kondensatoren 7 beziehungsweise 9 zu betreiben. Gemäß dem Aus führungsbeispiel wird der Schalter 11 geschlossen, wenn der Motor angelassen wird. Der Schalter 11 wird geöffnet, wenn eine vorbestimmte Zeitperiode nach dem Schließen des Schal ters 11 vergangen ist. Andererseits erfolgt das Schließen des Schalters 12 nach dem Schließen des Schalters 11. Nach dem die Heizvorrichtung 13 durch das Entladen der Kondensa toren 7 und 9 ausreichend erwärmt wurde, wird der Schalter 12 geöffnet.

Die Funktionsweise des zweiten Ausführungsbeispiel wird nachstehend beschrieben. Bevor der Motor gestartet wird, wird zuerst jeder der Kondensatoren 7 und 9 durch die wahl weise Betätigung des Schalters 10 geladen. Wenn der Motor angelassen wird, wird der Schalter 11 geschlossen und die Heizvorrichtung 13 mit dem Katalysator wird von dem aus dem Kondensator 7 fließenden Strom beheizt. Gemäß der in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 4 (1992)-276111 offenbarten herkömmlichen elektrischen Energieversorgung, bei der der Kondensator direkt mit der Batterie verbunden ist, fließt ein Strom von 150 Ampere in die Heizvorrich tung, die einen elektrischen Widerstand von 70 Milliohm hat. Da die Heizvorrichtung 13 einen elektrischen Wider stand von 450 Milliohm hat, fließt jedoch gemäß diesem Aus führungsbeispiel ein elektrischer Strom von 30 Ampere in die Heizvorrichtung 13.

Später wird der Schalter 11 geöffnet und der Schalter 12 geschlossen. Daher kann die Heizvorrichtung 13 weiterhin mit dem von dem Kondensator 9 zufließenden Strom betrieben werden, wobei der Kondensator 9 von der Spannung geladen wird, die durch Transformieren der Spannung der Batterie 8 mit dem DC-DC-Konverter 6 erzeugt wird. Da die Heizvorrich tung bereits durch das Entladen des Kondensators 7 ziemlich erwärmt wurde, ist der elektrische Widerstand der Heizvor richtung 13 beim Betrieb ausreichend groß. Deshalb ist der von dem Kondensator 9 in die Heizvorrichtung 13 fließende Strom nicht groß.

Da die Kondensatoren 7 und 9 wahlweise zugeschaltet werden, um an die Heizvorrichtung 13 angelegt zu werden, kann bei dem vorstehenden Aufbau der Stromstoß klein sein, wenn der Katalysator nicht geheizt ist. Ferner kann daher die durch die Zuführungsleitungen und Schalter verursachte Spannungs verminderung klein sein.

Ein drittes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel der elek trischen Energieversorgung für eine Heizvorrichtung ist mit Bezug auf Fig. 3 beschrieben. Wenn das Kraftfahrzeug, das beispielsweise einen großen Hubraum hat, zwei Auspuffrohre hat, die jeweils rechts bzw. links bei dem Kraftfahrzeug angeordnet sind, weist jedes dieser Auspuffrohre einen Ka talysator auf. Deshalb muß das Kraftfahrzeug mit zwei Heizvorrichtungen versehen sein. Das dritte Ausführungsbei spiel kann dem vorstehend beschriebenen Kraftfahrzeug ent sprechen. Da, wie in Fig. 3 dargestellt, ein Verbindungs punkt zwischen Heizvorrichtungen 16 und 17 geerdet ist, kann ein Leitungsstück zum Erden der Heizvorrichtungen 16 und 17 weggelassen werden. Die vorstehend beschriebenen Heizvorrichtungen 16 und 17 weisen einen herkömmlichen Auf bau auf. Daher kann das dritte Ausführungsbeispiel auf die herkömmliche elektrische Energieversorgung mit zwei Heiz vorrichtungen angewendet werden.

Die elektrische Energieversorgungseinrichtung des Ausfüh rungsbeispiels umfaßt einen DC-DC-Konverter 14 als einen Verstärker, der einen Übertrager bzw. Transformator 14a enthält. Ein Kondensator 15 hat eine Kapazität von 30 Fa rad. Jede der Heizvorrichtungen 16 und 17 hat einen elek trischen Widerstand von 140 Milliohm, die einen Gesamtwi derstand von 70 Milliohm ergeben, wenn die Heizvorrichtun gen 16 und 17 parallel geschaltet sind. Ein zum Entladen des Kondensators 15 verwendeter Erdpotentialanschluß bzw. eine Masse 18 ist zwischen den Heizvorrichtungen 16 und 17 angeordnet. Eine zum Laden des Kondensators 15 verwendete Masse 19 ist an einem negativen Anschluß des Kondensators 15 angeordnet. Ein Schalter 21 ist zwischen der Masse 19 und dem Kondensator 15 angeordnet.

Die Funktionsweise des dritten Ausführungsbeispiels wird nachstehend erklärt. Bevor der Motor gestartet wird, wird zuerst der Kondensator 15 durch die Spannung von 40 Volt geladen, die durch Transformieren der Spannung der Batterie 20 von 12 Volt mit dem DC-DC-Konverter 14 erhalten wird. Bei diesem Betrieb ist der Schalter 21 geschlossen. Wenn der Motor gestartet wird, werden beide Schalter 22 und 23 geschlossen und der Schalter 21 wird geöffnet. Deshalb wer den die Heizvorrichtungen 16 und 17 von dem aus dem Konden sator 15 fließenden elektrischen Strom beheizt. Ein elek trischer Strom von 120 Ampere fließt durch die in Reihe ge schalteten Heizvorrichtungen 16 und 17 hindurch. Anderer seits fließt ein elektrischer Strom von 480 Ampere in die Heizvorrichtungen 16 und 17, wenn die Heizvorrichtungen 16 und 17 parallel geschaltet sind. Demzufolge ist der in die Heizvorrichtungen 16 und 17 fließende elektrische Strom kleiner, wenn die Heizvorrichtungen 16 und 17 in Reihe ge schaltet sind, als der in die Heizvorrichtungen 16 und 17 fließende elektrische Strom, wenn die Heizvorrichtungen 16 und 17 parallel geschaltet sind.

Da der Gesamtwiderstand der in Reihe geschalteten Heizvor richtungen 16 und 17 größer ist als der Gesamtwiderstand der parallel geschalteten Heizvorrichtungen 16 und 17, kann bei der vorstehenden Anordnung der in die Heizvorrichtungen 16 und 17 fließende elektrische Strom klein sein. Deshalb kann die durch die Zuführungsleitungen und Schalter verur sachte Spannungsverminderung klein sein.

Ferner kann der vorstehende Aufbau bei den beiden herkömm lichen Heizvorrichtungen angewendet werden, die einen mit dem Verbindungspunkt zwischen den Heizvorrichtungen verbun denen Erdpotentialanschluß haben.

Eine elektrische Energieversorgungseinrichtung für eine Heizvorrichtung enthält eine Heizvorrichtung 4; 13; 16, 17, eine mit der Heizvorrichtung elektrisch verbundene Batterie 1; 8; 20, eine mit der Batterie elektrisch verbundene Ver stärkerschaltung 3; 6; 14, einen zwischen der Heizvorrich tung und der Verstärkerschaltung angeordneten Kondensator 2; 9; 15 sowie Steuereinrichtungen 3a, 5; 10, 11, 12; 21, 22, 23, die das Laden und Entladen des Kondensators steu ern.

Claims

1. Elektrische Energieversorgungseinrichtung für eine Heiz vorrichtung, mit:

einer Heizvorrichtung (4; 13; 16, 17);
einer mit der Heizvorrichtung elektrisch verbundenen Batte rie (1; 8; 20);
einer mit der Batterie elektrisch verbundenen Verstärker schaltung (3; 6; 14);
einem zwischen der Heizvorrichtung und der Verstärkerschal tung angeordneten Kondensator (2; 9; 15); und
Steuereinrichtungen (3a, 5; 10, 11, 12; 21, 22, 23), die das Laden und Entladen des Kondensators steuern.

2. Elektrische Energieversorgungseinrichtung für eine Heiz vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die elektrische Energie versorgungseinrichtung einen zwischen der Heizvorrichtung (13) und der Batterie (8) angeordneten Hilfskondensator (7) enthält, wobei die Steuereinrichtung einen ersten Schalter (10) enthält, der die Batterie wahlweise entweder mit dem Kondensator (9) oder dem Hilfskondensator (7) verbindet, einen zweiten Schalter (12) enthält, der den Kondensator (9) mit der Heizvorrichtung (13) verbindet und von dieser trennt, sowie einen dritten Schalter (11) enthält, der den Hilfskondensator (7) mit der Heizvorrichtung (13) verbin det.

3. Elektrische Energieversorgungseinrichtung für eine Heiz vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die elektrische Energie versorgungseinrichtung eine mit der Heizvorrichtung (16, 17) verbundene, in Reihe geschaltete Hilfsheizvorrichtung (17, 16) enthält.

4. Elektrische Energieversorgungseinrichtung für eine Heiz vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die elektrische Energie versorgungseinrichtung einen zwischen der Heizvorrichtung (16, 17) und der Hilfsheizvorrichtung (17, 16) angeordneten Schaltungsteil enthält, der mit einem Erdpotentialanschluß (18) verbunden ist.