JP2706929B2 - ヒータ付き触媒のプリヒート制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の技術分野） 本発明は冷能状態のエンジンの始動時における触媒の
活性化を促進することの出来るヒータ付き触媒のプリヒ
ート制御装置に関する。

（従来の技術） 車両の排気系に装着される排ガス浄化装置、たとえ
ば、三元触媒は酸化と還元の両触媒を備え、空燃比をス
トイキオを含む狭いウインド域に保持することにより、
酸化触媒が排気中のCO,HCを、還元触媒が排気中のNO_Xを
それぞれ無害成分に変換するように作用している。

しかし、この三元触媒は所定の活性温度に達しない間
は触媒作用を示さない。そこで、機関の冷態始動時には
機関の暖機運転に入るのに先立って、触媒のウォオーム
アップが行なわれることが多い。その際に、そのウォー
ムアップを促進して早期活性化を図るべく触媒をヒータ
加熱することが行なわれている。これによって、機関の
冷態始動時における触媒の不活性運転時間を低減して、
冷態始動時の排ガス発生量の低減を図っている。

（発明が解決しようとする課題） 処で、通常の車両のバッテリーは、この触媒加熱用の
ヒータに用いられる上に、エンジンの他の補器類や車両
の各電気機器を駆動するのにも使用されている。

このような場合に、運転者はオーキンした後に触媒の
早期活性化を図れるヒータ加熱処理を開始させる。そし
て、このヒータ加熱処理中にクランキング処理がダブっ
て行なわれることがある。

ところが、触媒の加熱処理用のヒータが駆動されてい
る時はバッテリの電圧降下が生じており、その上に、多
量の電力を必要とする始動用のセルモータが駆動される
と、クランキングが的確に行なわれなくなり、始動性が
低下し、バッテリーの早期劣化等の問題が生じている。

本発明の目的は、始動性が低下を防止出来るヒータ付
き触媒のプリヒート制御装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上述の目的を達成するために、本発明は車両の排ガス
浄化用の触媒を加熱するヒータ及び上記車両のスタータ
モータにそれぞれ接続される電源回路と、上記ヒータと
電源回路間を断続させる開閉器と、上記開閉器を断続さ
せる開閉出力を発する開閉制御手段とを有し、上記開閉
制御手段は上記開閉出力を上記開閉器に出力している際
に、上記スタータモータのモータ駆動信号を受けると、
上記開閉出力を上記ヒータと電源回路間を絶つ開出力に
切換ることを特徴としている。

（作用） 開閉制御手段がスタータモータのモータ駆動信号を受
けると、開閉出力を開出力に切換えるので、ヒータと電
源回路間を絶つことができる。

（実施例） 第１図のヒータ付き触媒のプリヒート制御装置は、ガ
ソリンエンジン１の排気路２上に装着されている排ガス
浄化装置Ａに付設される。

ここで、エンジン１はエンジンコントロールユニット
（以後単にコントローラと記す）３により燃料供給量を
制御されるように構成されている。

エンジン１の本体に接続された吸気路４にはエアクリ
ーナ５が、排気路２には排気管６の途中に触媒コンバー
タ７及び、マフラー18がそれぞれ取付けられている。

触媒コンバータ７のケーシング10の内部には三元触媒
８が配設され、特に、三元触媒８にはこれを加熱するヒ
ータ９が装着されている。このヒータ９には開閉器11を
介してバッテリー13を備えた電源回路12が接続されてい
る。

電源回路12はバッテリ13とそのバッテリに接続される
エンジン１の他の補器類や車両の各電気機器とを結ぶ結
線回路からなる。特に、バッテリ13にはエンジンのクラ
ンキング時に多量の電力を必要とするスタータモータ24
が接続されている。なお、スタータモータ24のスタータ
スイッチ23はコントローラ３の駆動回路304に接続され
ている。

三元触媒８はそのモノリス型の担持体の全内壁面にス
トイキオ雰囲気下で酸化還元処理可能な触媒活性成分が
付着される。この三元触媒８は排ガス空燃比がストイキ
オ近傍にあり、活性温度にあると、HC,CO,NO_X、の酸化
還元処を行ない、無害化された排ガスを排出出来る周知
の構成を採る。

排気管６の触媒コンバータ７の上流位置には二次エア
管14が連通しており、同管14はエアコンプレッサ15を介
してエアクリーナ５に接続されている。このコンプレッ
サ15はエンジン１により回転駆動され、しかも、内蔵す
る電磁クラッチが二次エアコントローラ16に接続されて
いる。

この二次エアコントローラ16は駆動指令信号をコント
ローラ３より受けた際に、電磁クラッチを接合させ、コ
ンプレッサ15を駆動させ、排気路６に二次エアを供給出
来る。

なお、第１図中の符号17は三元触媒８の内部温度情報
を出力する触媒温度センサを示す。更に、符号19,20,2
1,22はこの順に、ドアノブスイッチ、水温センサ、吸気
温センサ、クランキングスイッチをそれぞれ示してい
る。

ここで、ドアノブスイッチ19は運転者が乗車行動に入
るのを検知してプリヒートオン信号Ｓを発生させる運転
開始予知信号発生手段を成す。このスイッチ19は、図示
しない車両の運転席のドアノブに対設され、そのドアノ
ブが開放作動された時にプリヒートオン信号Ｓを発する
ように構成されている。

水温センサ20はエンジン１の冷却水の温度情報を出力
でき、吸気温センサ21はエアクリーナ５内のエア温度情
報を出力でき、クランキングスイッチ22は図示しないデ
ィストリビュータ内のクランク角信号発生器によって構
成されている。

上述の開閉器11は、第３図に示すように、Ｐチャンネ
ルMOSQ1とＮチャンネルMOSQ2とを組み合わせたCMOSによ
り形成される。その入力端子T1には所定デューティー比
の駆動出力Ｐがコントローラ３より入力され、出力端子
T2にはヒータ９が接続されている。そして、Ｐチャンネ
ルMOSQ1のソースはアースに、ＮチャンネルMOSQ2のソー
スはバッテリー13の12V端子に接続される。

これによって、コントローラ３からデューティー比信
号としてのパルス信号Spが入力端子T1に入力されると、
第２図に示すような0Vより12Vに電位を切換るデューテ
ィー比（第２図にはデューティー比が約60％の波形が示
されている）の駆動出力Duがヒータ９に供給される。

このようなCMOSの開閉器11は、比較的消費電力（鳩熱
量）が少なく、早期活性化を図るべく比較的大きなヒー
タ電力を必要とする電源回路12の開閉器11として有効に
働く。

コントローラ３はマイクロコンピュータでその要部が
構成され、特に、上述の各センサ類の出力情報を受け
て、適時にその情報を取り込み、あるいはパルス信号Sp
や二次エアコントローラ16への駆動指令信号を出力する
入出力回路301と、入出力回路301よりの駆動指令信号に
応じてスタータスイッチ23にオン出力を発する駆動回路
304と、第５図に示すプリヒート制御プログラムや第４
図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）の各デュー
ティー比補正値マップ、特性値等を書き込まれた記憶回
路302と、制御プログラムに沿って制御値を算出する制
御回路303等で構成されている。

ここで、第４図（ａ）の触媒温度補正値K1算出マップ
は触媒温度が350゜以下でK1を１に設定し、450゜までの
変化域αでは除々に値を１から０に低下させ、450゜以
上では活性化完了としてヒータ９を切るべく設定されて
いる。

第４図（ｂ）のオン時間補正値K2算出マップはヒータ
オンよりの時間が30秒経過までは補正値K2を１に設定
し、60秒までの変化域αではK2を除々に値を１より０に
低下させ、60秒経過後はバテリ保護のためヒータ９を切
るべく設定されている。

第４図（ｃ）のバッテリ電圧補正値K3算出マップはバ
ッテリ電圧Ｖが12V以上では補正値K3を１に設定してお
き、12乃至10Vの間の変化域αでは電圧降下に応じて、
除々に値を１から０に低下させ、10V以下ではバッテリ
保護のためヒータ９を切るべく設定されている。

第４図（ｄ）の水温補正値K4算出マップは水温が０℃
以上では補正値K4を１に設定し、０℃乃至−10℃の間の
変化域αでは温度降下に応じて、除々に値を１から０に
低下させ、−10℃以下ではバッテリ保護のためヒータ９
を切るべく設定されている。

第４図（ｅ）の吸気温補正値K5算出マップは吸気温が
０℃以上では補正値K5を１に設定し、０℃乃至−10℃の
間の変化域αでは温度降下に応じて、除々に値を１から
０に低下させ、−10℃以下ではバッテリ保護のためヒー
タ９を切るべく設定されている。

コントローラ３は、少なくとも、プリヒート制御手段
としての機能を備える。

このコントローラ３は図示しないエンジンキーオンよ
り周知のエンジン運転制御処理のためのメインルーチ
ン、その他の各割込み処理を実行し、キーオフにより、
メインルーチン、その他を停止させる。そして、キーオ
フの間には、プリヒートオン信号Ｓの入力時にプリヒー
ト制御処理を実行する。

このプリヒート制御ルーチンに入ると、まず、タイマ
をスタートさせ、各センサ類より各検出情報を取り込
み、所定のエリアにストアする。

ステップa3に達すると、タイマが所定の経時時間（こ
こでは５秒に設定）が経過しない間は、ステップa4に進
む。ここでは、各データに基づき、触媒温度補正値K1、
オン時間補正値K2、バッテリ電圧補正値K3、水温補正値
K4、吸気温補正値K5を所定のマップ（第４図（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）の各デューティー比補
正値マップ参照）に基づき算出する。その上で下式に基
づき、デューティー比Duを算出しアドレスDuにストアす
る。

Du＝K1×K2×K3×K4×K5 ここでは、更にデューティー比Du及びバッテリ電圧Ｖに
応じた電流値Ｉを所定のマップに基づき算出し、アドレ
スＩにストアする。

ステップa5に達すると電流値Ｉがゼロか否かを判定
し、ゼロで無いと、ステップa6に進み、フラグＨを立て
る。

そしてステップa7に達すると、現在クランキング中か
否かをクランキングスイッチ22の出力信号によって判定
する。即ち、この時点ですでに運転者が乗車し、キーオ
ンの後にクランキングスイッチオンに入っているか否か
を判断する。クランキング中でない間はステップa8に進
み、アドレスDuのデューティー比のパルス信号Spを開閉
器11に出力し、同開閉器が駆動出力Ｐを発し、ステップ
a2にリターンする。

これによって、ヒータ９には所定のデューティー比Du
で電流値規制を受けた電力が供給される。

例えば、触媒温度が350℃以下で、ヒータオン時間が3
0秒経過前で、バッテリー電圧が12V以上で、水温が０℃
以上で、吸気温が０℃以上の場合、触媒温度補正値K1、
オン時間補正値K2、バッテリ電圧補正値K3、水温補正値
K4、吸気温補正値K5は全て１で、デューティー比はDu＝
１と成り、開閉器は100％開放され、電源回路12より100
％の電力が供給され、触媒の早期活性化が最も効率良く
図られる。特に、ヒータ９の駆動は運転者が乗車を完了
する前に、開始され、運転者にとってはプリヒート中の
待ち時間が比較的短くなり、待ち時間が長引くことによ
る苦痛を感じなくな４る。

これに対して、各補正値の算出域が変化域αにある
と、各補正値は低下し、デューティー比Duはその値を10
0％より０％の間で変化させる。その場合、電源回路12
よりの電力供給量は絞られ、この処理によって、バッテ
リーの保護を行なうと共に、可能な限り、ヒータ９の駆
動時間を長引かせ、触媒の活性化を促進出来る。

他方、ステップa4で、各補正の内の一つがゼロに成っ
てしまった場合、デューティー比Duはゼロとなる。この
場合、ステップa5でステップa10に進み、ここではフラ
グＨをクリアし、ステップa8に達する。その上で電源回
路12よりの電力供給量は絶たれ、この処理によって、バ
ッテリーの保護のみが図られる。このような場合、メイ
ンルーチンにおける触媒活性のためのプリヒート処理が
行なわれることと成る。

他方、ステップa7でクランキングがなされているとス
テップa9に進み、ステップa4で算出済みのアドレスDuの
値をゼロに書き換える。そしてステップa8に進み、開閉
器11をデューティー比０、即ち開処理して電源回路12よ
りヒータ９への電力供給量を絶つ。

このような処理によって、ヒータオンによってバッテ
リ13の電圧降下が生じ、これによって、クランキングが
的確になされ図、始動性が低下するのを防止できる。即
ち、ここではクランキングを優先させるべく、ヒータを
切る様にしている。

再度制御順序が繰り返されて、ステップa3に達し、こ
の時、既にスタートから５秒が経過していると、ステッ
プa11に進む。ここで、電流値ＩがゼロでなくフラグＨ
が１であれば、ステップa4に進むが、フラグＨがゼロの
時は、プリヒート制御を終了させ、メインルーチンにリ
ターンする。

なお、コントローラ３は触媒温度センサ17よりの触媒
温度が所定値に達するのを検出すると、二次エアコント
ローラ16に駆動出力を発するように構成される。これに
より、二次エアコントローラ16は駆動指令信号をコント
ローラ３より受けた際に、電磁クラッチを接合させ、コ
ンプレッサ15を駆動させ、排気路６に二次エアを供給
し、排ガス浄化処理を行なわせることができる。

上述の処において、運転開始予知信号発生手段とし
て、ドアノブスイッチ19を説明したが、これに代えて、
運転席ドアのドアキーシリンダにスイッチを付設し、キ
ーを差し込むことにより、スイッチがプリヒートオン信
号Ｓを出力するように構成しても良く、更に、運転席ド
アにキーレスエントリーシステムを装着しておき、その
開錠信号をリモートユースカードより得られる様に構成
することもできる。

（発明の効果） 以上の様に、本発明は。開閉制御手段がスタータモー
タのモータ駆動信号に応じてヒータと電源回路間を絶つ
ことができるので、ヒータ駆動に優先してクランキング
を的確に行なえ、始動性低下を防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例としてのヒータ付き触媒のプ
リヒート制御装置の全体構成図、第２図は同上装置の開
閉器が出力する駆動出力Ｐの波形図、第３図は同上装置
の開閉器の回路図、第４図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、
（ｄ）、（ｅ）は同上装置のコントローラに内蔵される
各デューティー比補正値マップの特性線図、第５図は同
上装置のコントローラが行なうプリヒート制御プログラ
ムのフローチャートである。 １……エンジン、２……排気路、３……コントローラ、
８……三元触媒、９……ヒータ、11……開閉器、12……
電源回路、13……バッテリ、24……スタータモータ。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車両の排ガス浄化用の触媒を加熱するヒー
   タ及び上記車両のスタータモータにそれぞれ接続される
   電源回路と、上記ヒータと電源回路間を断続させる開閉
   器と、上記開閉器を断続させる開閉出力を発する開閉制
   御手段とを有し、上記開閉制御手段は上記開閉出力を上
   記開閉器に出力している際に、上記スタータモータのモ
   ータ駆動信号を受けると、上記開閉出力を上記ヒータと
   電源回路間を絶つ開出力に切換ることを特徴としたヒー
   タ付き触媒のプリヒート制御装置。