JPH04276111A - ヒータ付触媒の電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はヒータ付触媒の電源装置
に係り、特に内燃機関の排気浄化のためのヒータ付触媒
の電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の排気浄化のための触媒は、一
般に所定の温度に達しないと活性化せず、浄化機能が得
られない。特に、上記触媒は排気温によって加熱される
が、冷間始動時には排気温が低く、しかも内燃機関本体
が未だ暖機されていないことから燃料の燃焼率も悪く、
排気浄化が困難である。

【０００３】そこで、従来より触媒の前方にヒータ（電
熱体）を設け、このヒータを内燃機関の始動回路に接続
し、内燃機関の始動時に排気ガス中に含まれる未燃成分
を触媒に充満する前に、ヒータにより気化させるように
した装置が知られている（実開昭４９−３６３２４号公
報）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、上記の従来
装置は、ヒータの電源がバッテリであり、またヒータの
抵抗値は温度に対し一定なため、機関始動時にヒータに
供給される電力は一定であり、急激な昇温を期待できな
い。このため、上記の従来装置では、通電初期のヒータ
温度の立上りに時間がかかり、触媒暖機を早めるのが困
難である。

【０００５】本発明は上記の点に鑑みなされたもので、
ヒータの電源にコンデンサを用いることにより、上記の
課題を解決したヒータ付触媒の電源装置を提供すること
を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理構成
図を示す。本発明は内燃機関の排気ガス通路に設置され
、排気浄化を行なうための触媒及びその触媒を加熱する
ヒータからなるヒータ付触媒１１の電源装置であって、
イグニッションスイッチのオン以前に予め充電されてい
るコンデンサ１２と、少なくともコンデンサ１２の端子
電圧をイグニッションスイッチのオン時にヒータ付触媒
１１のヒータ用電源として印加するコントローラ１３と
を有する。

【０００７】

【作用】本発明では、コントローラ１３によりコンデン
サ１２の端子電圧を電源電圧としてヒータ付触媒１１内
のヒータに印加するため、バッテリ使用時と同じ電力量
をヒータに通電するときは、イグニッションスイッチの
オン時にヒータに印加される初期電源電圧値がバッテリ
使用時以上に高電圧である。このため、従来に比べ本発
明ではヒータを短時間で急速に加熱することができる。

【０００８】

【実施例】図２は本発明の第１実施例の構成図を示す。 同図中、図１と同一構成部分には同一符号を付し、その
説明を省略する。図２において、２１はバッテリで、内
燃機関始動時にスタータに電力供給を行なったり、また
コントローラ１３に電源電圧を供給する。２２はオルタ
ネータで、機関の回転エネルギーを受け電気エネルギー
を発生して電気負荷へ電力を供給する一方、逆流防止用
ダイオード２３を介してバッテリ２１に充電を行なう。

【０００９】充電コントローラ２４は図示しない水温セ
ンサ、スロットルバルブその他の各種センサからの検出
信号に基づき、例えば所定回転数以上の減速時など、オ
ルタネータ２２の発生電気エネルギーに余裕がある運転
条件下で、オルタネータ２２からの電気エネルギーを電
圧を昇圧しつつ逆流防止用ダイオード２５を介してコン
デンサ１２に供給して充電を行なう。また、充電コント
ローラ２４は運転停止時にもコンデンサ１２を充電する
（コンデンサ放電分の充電）。

【００１０】コンデンサ１２の端子電圧は前記したよう
に、コントローラ１３を介してヒータ付触媒１１へ電源
電圧として印加される。また、２６はＡＩ（エア・イン
ジェクション）ポンプで、コントローラ１３の制御に基
づき、２次空気をヒータ付触媒１１の上流側に注入する
。２７は内燃機関（エンジン）である。

【００１１】図３はこのヒータ付触媒１１とエンジン２
７等の周辺機構の拡大図を示す。同図に示すように、エ
ンジン２７のエキゾーストマニホルド２８の出口にＡＩ
導入口２９が設けられ、そのＡＩ導入口２９の下流側に
、電気を用いて触媒を加熱するヒータ付触媒１１が設け
られている。

【００１２】ヒータ付触媒１１は例えばメタルモノリス
担体にアルミナをコートした通電可能なメタルモノリス
触媒、又は発熱体モノリス担体の表面に白金触媒を形成
したモノリス触媒などでよい。

【００１３】ヒータ付触媒１１の近くには、ヒータの温
度を検出するための熱電対による温度検出器３０、ヒー
タ端子３１、バッテリ電圧端子３２などが設置されてい
る。また、ヒータ付触媒１１の下流側にはメイン触媒３
３が設けられている。

【００１４】次に図２に示した第１実施例の動作につい
て図２乃至図４と共に説明する。図４は図２の動作説明
用フローチャートである。まず、イグニッションスイッ
チがオンとされる（ステップ１０１）と、バッテリ２１
の電圧が所定値以下に低下しているか否かチェックが行
なわれ（ステップ１０２）、所定値以上のときは正常で
あるので、コントローラ１３によりヒータ付触媒１１に
対する通電が行なわれる（ステップ１０３）。

【００１５】前記したように、コンデンサ１２はイグニ
ッションスイッチがオンとされる以前に、通常は充電が
完了しており、上記ステップ１０３によるヒータ付触媒
１１に対する通電は、このコンデンサ１２の端子電圧が
コントローラ１３を通してヒータ付触媒１１に電源電圧
として印加されることにより行なわれる。これにより、
ヒータ付触媒１１は後述する如く、従来に比べて大なる
初期電力が供給される。

【００１６】次に、コントローラ１３は温度検出器３０
からのヒータ付触媒１１のヒータ検出温度と予め設定し
た触媒活性温に相当する設定温度とを比較し（ステップ
１０４）、検出温度が設定温度以下の時はステップ１０
３へ戻ってヒータ付触媒１１への通電を続け、検出温度
が設定温度より大となった時はヒータ付触媒１１への通
電をオフとし（ステップ１０５）、続いてエンジンを始
動する（ステップ１０６）。なお、前記ステップ１０２
でバッテリ電圧が所定値以下と判定されたときは、バッ
テリ異常と表示が行なわれた後（ステップ１０７）、ヒ
ータ付触媒１１への通電を行なうことなくエンジンを始
動する（ステップ１０６）。

【００１７】エンジン始動後、所定運転条件下（例えば
空燃比フィードバックループがまだ働かないときなど）
でＡＩポンプ２６を作動させてヒータ付触媒１１の上流
側に２次空気を導入する（ステップ１０８）。これによ
り、エンジン２７の燃焼室より排出されてエキゾースト
マニホルド２８を通る排気ガス中に新気が混合されるこ
とにより、排気ガス中の未燃焼成分の炭化水素（ＨＣ）
や一酸化炭素（ＣＯ）を再燃焼する。その後、排気ガス
はヒータ付触媒１１及びメイン触媒３３の夫々において
、触媒表面の貴金属の触媒作用により酸化と還元反応が
同時に促進され、高い浄化率で浄化されて排出される。

【００１８】一方、２次空気の導入によりヒータ付触媒
１１が冷やされるので、コントローラ１３は再度ヒータ
付触媒１１に対してコンデンサ１２の端子電圧を印加し
（ステップ１０９）、ヒータ温が触媒活性温に相当する
設定温度以上になるまで、そのコンデンサ１２の端子電
圧の印加（通電）を継続する（ステップ１１０）。ヒー
タ付触媒１１のヒータ温が所定温度以上となった時は上
記の通電を終了する（ステップ１１１）。

【００１９】以上の処理動作は、エンジン２７の始動時
におけるもので、これはエンジン始動毎に行なわれる。

【００２０】また、エンジン２７の始動後は、図２の充
電コントローラ２４はエンジン２７に大きな負荷がかか
らないよう、オルタネータ２２の発電エネルギーを充電
コントローラ２４及びダイオード２５を通してコンデン
サ１２に供給し、これを充電する。

【００２１】次に本実施例によるコンデンサ１２の端子
電圧とヒータ付触媒１１のヒータ消費電力の時間変化に
ついて説明する。いま、ヒータ付触媒１１の抵抗値を０
．０１Ω、コンデンサ１２からヒータ付触媒１１までの
配線の抵抗値を０．００３Ω、コントローラ１３の電圧
降下を１．４Ｖ（一定）とする。

【００２２】ここで、バッテリでヒータ付触媒１１を例
えば４０００Ｗ、２０秒間通電したときと略同じ電力量
をコンデンサ１２を使ってヒータ付触媒１１に印加した
場合は、コンデンサ１２の端子電圧は、図５にＶで示す
如く、イグニッションスイッチのオン時点（時刻ｔ＝０
）で最大で、以後時間の経過と共に漸次直線的に減少す
る。

【００２３】この時、ヒータ付触媒１１に印加される実
電圧は図５にＶ’で示す如く、上記端子電圧Ｖと同様に
時間と反比例して直線的に変化する。従って、ヒータ付
触媒１１の消費電力ＷはＶ’２　／（ヒータ付触媒１１
の抵抗値）で表わされるから、図６に示す如く、イグニ
ッションスイッチのオン時点（ｔ＝０）で最大で、以後
時間の経過と共に低下する。

【００２４】バッテリからヒータ付触媒１１に対して通
電を行なう従来装置では、上記のヒータ付触媒１１の消
費電力は時間の経過に関係なく４０００Ｗで一定である
。これに対して、本実施例によれば図６からわかるよう
に、イグニッションスイッチのオン時点直後で従来の２
倍以上の電力を消費し、以後消費電力Ｗが減少するが、
１０秒程度までは従来より大きな電力を供給できる。

【００２５】従って、本実施例によれば、従来に比べて
ヒータ付触媒１１をイグニッションスイッチのオン時点
直後から急激に加熱することができるため、ヒータ付触
媒１１が触媒活性温に達するまでのプレヒート時間を短
縮できる（昇温性を早めることができる）。

【００２６】なお、ヒータ付触媒１１は大電流を流して
も低温でこわれにくく、またプレヒート時間の短縮によ
って放熱も少なくできる。

【００２７】なお、短時間の運転後にはコンデンサ１２
へ十分に充電が行なわれてなく、ヒータ付触媒１１を加
熱できないことがあるが、バッテリの場合でも同様のこ
とが考えられる。しかし、充電時間は従来のバッテリよ
りも本実施例のコンデンサ１２の方が早いため、従来よ
りもヒータ付触媒１１に対する加熱を確実にできる。次
に本発明の第２実施例について説明する。図７は本発明
の第２実施例の構成図を示す。同図中、図２と同一構成
部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図７に
おいて、スイッチＳＷ１　及びＳＷ２　は夫々連動して
端子ａとｂのうちの一方に切換接続される。スイッチＳ
Ｗ１　及びＳＷ２　の各共通端子間にはコンデンサ４０
が接続されている。コンデンサ４０は前記コンデンサ１
２に相当する、耐圧が１〜３Ｖ程度の大容量のコンデン
サである。

【００２８】また、スイッチＳＷ１　は端子ａが逆流防
止用ダイオード２５のカソードに接続され、端子ｂがヒ
ータ付触媒１１のヒータ端子に接続されている。また、
スイッチＳＷ２　は端子ａが接地され、端子ｂがオルタ
ネータ２２に接続されている。

【００２９】次に本実施例の動作について説明する。ス
イッチＳＷ１　及びＳＷ２　は通常はコントローラ４１
により端子ａ側に接続されており、これによりコンデン
サ４０が充電コントローラ２４、ダイオード２５及びス
イッチＳＷ１　を介して印加されるオルタネータ２２か
らの発電エネルギーによって充電されている。

【００３０】イグニッションスイッチのオン後、エンジ
ン始動前にスイッチＳＷ１　及びＳＷ２　は夫々端子ｂ
に切換え接続される。これにより、コンデンサ４０の充
電電荷はスイッチＳＷ１　を介してヒータ付触媒１１に
印加され、これを加熱する。

【００３１】ヒータ付触媒１１のヒータ温が触媒活性温
に相当する所定温度以上になったときは、スイッチＳＷ
１　及びＳＷ２　は端子ａ側に切換え接続され、ヒータ
付触媒１１への通電をオフとすると同時に、コンデンサ
４０を充電可能とする。

【００３２】本実施例によれば、ヒータ付触媒１１の加
熱に、コンデンサ４０の充電電荷が殆どすべて使うこと
ができ、初期電圧が高く、ヒータ加熱が早いという特長
がある。

【００３３】

【発明の効果】上述の如く、本発明によれば、コンデン
サの端子電圧をヒータ付触媒の電源とすることでヒータ
を急速に加熱することができるため、ヒータ付触媒が触
媒活性温に達するまでのプレヒート時間を短縮すること
ができ、また低温初期の発熱が大きいためヒータ付触媒
が低温の冷間始動時には、放熱損失が一定とすると放熱
損失割合が減り、更に温度上昇を早めることができ、更
にバッテリに比べ充電時間を早めることができる等の特
長を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理構成図である。

【図２】本発明の第１実施例の構成図である

【図３】ヒ
ータ付触媒とその周辺機構の説明図である。

【図４】図２の動作説明用フローチャートである。

【図５】図２のヒータ付触媒への印加電圧とコンデンサ
端子電圧との時間変化を示す図である。

【図６】図２のヒータ付触媒のヒータ消費電力の時間変
化を示す図である。

【図７】本発明の第２実施例の構成図である。

【符号の説明】

１１　　ヒータ付触媒 １２，４０　　コンデンサ １３，４１　　コントローラ ２１　　バッテリ ２２　　オルタネータ ２４　　充電コントローラ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　内燃機関の排気ガス通路に設置され、
   排気浄化を行なうための触媒及びその触媒を加熱するヒ
   ータからなるヒータ付触媒（１１）の電源装置であって
   、イグニッションスイッチのオン以前に予め充電されて
   いるコンデンサ（１２）と、少なくとも該コンデンサ（
   １２）の端子電圧を、前記イグニッションスイッチのオ
   ン時に前記ヒータ付触媒（１１）のヒータ用電源として
   印加するコントローラ（１３）とを有することを特徴と
   するヒータ付触媒の電源装置。