JPH04362212A - 車両用電熱ヒータ付触媒の電源制御装置 - 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、車両の排気浄化用触媒
の活性化をうながすための電熱ヒータ付触媒の電源制御
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】環境汚染防止の観点から自動車の排気ガ
ス浄化のため触媒が使われているが、低温始動時等のエ
ンジン及び触媒が低温状態にある場合に於いては、未燃
焼燃料が触媒でとりきれずに、大気中に放出されてしま
うという問題がクローズアップされてきた。本問題を解
決する技術的手段として、電熱ヒータ付触媒を取付けて
始動時に電熱ヒータに通電して未燃焼燃料を完全燃焼さ
せる方法が提案されている（例えば、ＳＡＥｐａｐｅｒ
９００５０３参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本方法では始動時にエ
ンジンから排出される未燃焼燃料を含む多量の排気ガス
を規制値以下に処理するため３ｋｗ以上の電熱ヒータを
３０秒間作動させ、ヒータ温度を３５０℃以上に保つ必
要がある。このための電力は車載するバッテリから供給
する必要があり、始動用スタータのための電力と合わせ
ると、４〜５ｋｗの出力能力を有するバッテリが必要に
なるという問題がある。

【０００４】本発明は前記電熱ヒータ付触媒の必要電力
特性、スタータの要求電力特性、及びバッテリの放電特
性をたくみに組合わせて、ヒータ作動時の過大な電圧低
下を防止することにより、バッテリ容量を大きくするこ
となく小型の軽量で安価な低温始動時の排気浄化のため
の電源制御装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、独立の請求項１では、エンジンの排気ガス浄化用触
媒に取り付けられた電熱ヒータと、前記エンジンを始動
させるためのスタータモータと、前記電熱ヒータおよび
スタータモータに電力を供給するバッテリと、前記スタ
ータモータの作動状態を検出するスタータモータ作動検
出手段と、前記スタータモータ作動中の前記バッテリの
放電状態を検出するバッテリ放電状態検出手段と、この
バッテリ放電状態検出手段により検出された前記バッテ
リの放電状態に応じて前記電熱ヒータへの通電量を制御
するヒータ制御手段とを備えた構成としている。

【０００６】また、独立の請求項６では、エンジンの排
気ガス浄化用触媒に取り付けられた電熱ヒータと、前記
エンジンを始動させるためのスタータモータと、前記電
熱ヒータおよびスタータモータに電力を供給する第１お
よび第２のバッテリと、前記第１および第２のバッテリ
を直列接続または並列接続に切り換える切替手段と、前
記スタータモータの作動状態を検出するスタータモータ
作動検出手段と、前記スタータモータ作動中の前記第１
のバッテリの放電状態を検出するバッテリ放電状態検出
手段と、このバッテリ放電状態検出手段により検出され
た前記第１のバッテリの放電状態に応じて前記電熱ヒー
タへの通電量を制御するとともに、前記スタータモータ
の作動開始と同時に前記第１および第２のバッテリを直
列接続とし、前記電熱ヒータへの通電終了より第３の所
定時間後に前記第１および第２のバッテリを並列接続す
るヒータ制御手段とを備えた構成としている。

【０００７】さらに、独立の請求項９では、エンジンの
排気ガス浄化用触媒に取り付けられた電熱ヒータと、前
記電熱ヒータに電力を供給する直列接続された第１およ
び第２のバッテリと、前記第１のバッテリにより駆動さ
れ前記エンジンを始動させるためのスタータモータと、
前記第１のバッテリの電圧を昇圧してこの電圧により前
記第２のバッテリを充電する昇圧手段と、前記スタータ
モータの作動状態を検出するスタータモータ作動検出手
段と、前記スタータモータ作動中の前記第１のバッテリ
の放電状態を検出するバッテリ放電状態検出手段と、こ
のバッテリ放電状態検出手段により検出された前記第１
のバッテリの放電状態を応じて前記電熱ヒータへの通電
量を制御するヒータ制御手段とを備えた構成としている
。

【０００８】

【実施例】以下本発明を図に示す実施例により説明する
。図１は本発明の第１実施例である。この図において、
１はバッテリ、２はエンジンにより駆動される発電機で
あり、交流発電出力を整流して出力する。

【０００９】３はエンジンを始動させるスタータモータ
であり、励磁コイル３ａにて開閉されるスタータ接点３
ｂを介してバッテリ１に接続されている。５は触媒に取
り付けられた電熱ヒータ２０の通電量をトランジスタ６
により制御するヒータコントローラであり、端子５ａ〜
５ｅを有する。

【００１０】このヒータコントローラ５において、７は
比較器であり、その出力が抵抗１１を介してトランジス
タ６のベースに接続される。８は三角波基準発振器であ
り、比較器７のマイナス入力端子に接続される。９は抵
抗１０と直列に接続される正特性の温度係数を有する温
度センサであり、ヒータ２０に密着して設けられ、ヒー
タ２０の温度を検出する。

【００１１】また、４０は図２に詳細を示す制御回路で
あり、ヒータコントローラ５の比較器７への電力供給を
制御する。なお、１００はエンジン始動手段としてのイ
グニッションスイッチであり、１０１はオフ位置、１０
２はＩＧ位置、１０３はスタータモータ始動位置である
。

【００１２】図２は制御回路４０の電気回路図である。 ４１はシュミットリガ入力の反転回路、４２は反転回路
であり、端子４０ｄが前記イグニッションスイッチ１０
０のスタータモータ始動位置１０３に接続される。４３
，４４はＡＮＤ回路、４５はＯＲ回路であり、ＡＮＤ回
路４４の出力は端子４０ｅを介して前記ヒータコントロ
ーラ５の端子５ｅに接続される。クロック端子Ｃ，リセ
ット端子Ｒ，出力端子 子に各反転回路４１，４２の出力が接続され、各出力端
子はＡＮＤ回路４３，ＯＲ回路４５の入力に接続される
。なお、端子４０ａは電源端子、４０ｃはアース端子で
ある。

【００１３】上記構成について、その作動を説明する。 図１に於いて、図示しないエンジンを始動させるため、
イグニッションスイッチ１００をスタータモータ始動位
置１０３まで回してスタータモータ３を作動させ、その
際に制御回路４０は排気浄化のため、即ち未燃焼燃料を
完全燃焼させるためにヒータ２０を作動させる後述の信
号を端子４０ｅからヒータコントローラ５へ出力する。 スタータモータ３及びヒータ２０は共に大電力を消費す
るので、バッテリ１は大電流を供給する必要がある。

【００１４】ここで、ヒータコントローラ５は、比較器
７で三角波の基準電圧と分圧されたバッテリ端子電圧と
を比較し、バッテリ１の寿命や充電不足で、上記大電流
放電時にバッテリ１の端子電圧が所定値よりも低下する
と、トランジスタ６をオフにしてバッテリ１の放電によ
る過大な端子電圧低下を阻止し、バッテリ端子に接続さ
れたモータやリレー及び電子回路の誤動作を防止する。

【００１５】また、比較器７はバッテリ１の電圧が低下
すると出力の導通比が低下し、トランジスタ６の通電量
が低減する。温度センサ９はヒータ２０の温度を検出す
る正特性の温度係数を有する温度センサでヒータ２０の
温度が低いと抵抗値は低く、ヒータ２０の温度が高くな
ると抵抗値も高くなる。この結果、ヒータ２０の温度が
上昇すると比較器７のプラス入力端子電圧が低下してト
ランジスタ６の通電量が減少し、供給電力を制限するこ
とにより、ヒータ２０の温度を所定値に押さえてヒータ
２０の過熱を防止するとともに無駄な電力の消費を防ぐ
。

【００１６】上記動作において、制御回路４０では、イ
グニッションスイッチ（以下、ＩＧ．ＳＷという）１０
０がスタータモータ始動位置１０３に回されると、分周
回路４８は、反転回路４２の出力が“１”レベルになる
と同時にリセット端子が“１ ”レベルとなり、ＯＲ回路４５の出力も“１”レベルと
なる。

【００１７】一方、反転回路４１の出力は“０”レベル
、反転回路４２の出力は“１”レベルになり、この結果
、分周回路４７はリセット端子Ｒが“０”レベルになる
ので作動を開始し、所定時間（例えば、１ｓｅｃ程度）
後出力端子Ｑｎに“１”レベルを出力する。これにより
ＡＮＤ回路４３及び４４の出力は“１”レベルになって
、端子４０ｅを介してヒータコントローラ５の作動を許
可する。このとき、ヒータコントローラ５は、バッテリ
１の電圧及びヒータの温度に応じて、バッテリ電圧が設
定値以下とならないようにヒータへの通電量を制御する
。

【００１８】エンジンが始動してＩＧ．ＳＷをＩＧ位置
１０２に戻すと、反転回路４１及び４２の出力はそれぞ
れ“１”，“０”レベルになって、分周回路４７のリセ
ット端子Ｒは“１”レベル、故に出力端子Ｑｎは“０”
レベルになる。ＡＮＤ回路４３の出力は“０”レベルに
なるが、ＡＮＤ回路４４は出力信号を入力端子にフィー
ドバックして自己保持しているので出力は“１”レベル
を続ける。分周回路４８はリセット端子Ｒが“０”レベ
ルになるので作動を開始し、触媒の加熱に必要にする。 するとＡＮＤ回路４４の出力は“０”レベルになってヒ
ータコントローラ５の作動を禁止する。

【００１９】図３は、本発明の第２実施例を示す電気回
路図である。この図において、３０は第２のバッテリ、
３１，３２及び３３は第１のバッテリ１と、この第１の
バッテリより容量が小さい第２のバッテリ３０を直列又
は並列に接続する切替スイッチ、３４はこのスイッチの
励磁コイルである。４０´は制御回路であり、第１実施
例の制御回路４０に対し、オフ時の動作を所定時間遅延
させるオフディレイ回路４９、及び励磁コイル３４を端
子４０ｂを介して駆動するトランジスタ５０を付加した
ものである。

【００２０】なお、１１０はスイッチ３３の切替え時に
過大な電流が流れるのを防止する限流リアクトル、２０
０はヒータコントローラ５への電源供給後に作動が許可
され、エンジンに燃料を供給する燃料供給回路である。 また、ヒータコントローラは第１実施例と同様のもので
ある。

【００２１】上記構成において、その作動を説明する。 エンジン始動のため、ＩＧ．ＳＷ１００をスタータモー
タ始動位置１０３まで回すと、励磁コイル３ａが通電さ
れ接点３ｂが投入されることにより、スタータモータ３
が回転し、エンジンが始動する。同時に、制御回路４０
´は、接点３１をオンし、バッテリ１とバッテリ３０と
を直列接続する。

【００２２】即ち、制御回路４０´中の分周回路４８は
、反転回路４２の出力が“１”レベルになると同時にリ
セット端子Ｒが“１”レベルになるので、この回路はリ
セッ 出力は“１”レベルになってトランジスタ５０をオンし
て励磁コイル３４を励磁する。これにより接点３１はオ
ン、接点３２及び３３はオフとなるので、バッテリ１と
バッテリ３０とが直列接続になる。なお、分周回路４７
の作動によりヒータコントローラ５の作動を許可する点
は、図２の回路と同様である。

【００２３】そして、エンジンが始動されると２個のバ
ッテリが直列接続になった後、ヒータコントローラ５が
作動してヒータ２０へ通電される。このとき、ヒータコ
ントローラ５及びヒータ２０は高電圧で通電されるので
、電流を小さくでき、このことにより、ヒータコントロ
ーラの通電制御素子であるトランジスタ６を小さくでき
る。また、ヒータコントローラ５は、この実施例では温
度センサを介さず、バッテリ１の電圧を直接監視してバ
ッテリ電圧が設定値以下とならない様に上述のようにヒ
ータ２０への通電量を制御する。

【００２４】エンジンが始動してＩＧ．ＳＷをＩＧ位置
１０２に戻すと、図２の回路と同様 が“０”レベルとなり、ＡＮＤ回路４４の出力も“０”
レベルとなって、ヒータコントローラ５の作動を禁止す
る。一方、トランジスタ５０はＯＲ回路４５の出力が“
０”レベルになった後オフディレイ回路４９の作動によ
り所定時間（例えば１ｓｅｃ程度）遅れてオフする。 すなわち、エンジン始動後所定時間ヒータ２０を通電制
御し、通電を遮断した後にバッテリを直列から並列に切
り替える。ここで、限流リアクトル１１０はバッテリ３
０を直列から並列に切り替えた際、過大な充電電流が流
れるのを防止するものである。これにより、リレー接点
の突入電流による損傷の防止と、発電機の急俊な発電量
増加によるエンジン負荷の急増に伴う回転変動を防止で
きる。

【００２５】図４は、第３実施例を示し、バッテリを直
列から並列に切り替えた際に流れる過大な充電電流を制
限する他の構成例を示すものである。この図において、
６０は定電流回路、６１はトランジスタ、６２はＯＰア
ンプ、６３及び６４は抵抗器であり、上記構成の定電流
回路に於いて、トランジスタ６１を流れる電流が増大す
ると抵抗器６４の端子電圧が上昇し、ＯＰアンプ６２の
出力電圧を引き下げて電流を制限する。他の回路構成は
、第２実施例と同様である。

【００２６】図５は本発明の第４実施例を示すものであ
る。この図において、７０はＤＣ／ＤＣコンバータであ
り、スタータモータを駆動する容量の大きいバッテリ１
の電圧を入力として、その昇圧された出力電圧でバッテ
リ１より容量の小さいバッテリ３０を充電する。この結
果、バッテリ１とバッテリ３０とを直並列に切り替える
前記のスイッチ３１，３２及び３３が不要になる。また
、比較器７１、ツェナーダイオード７２、抵抗７４、７
５及び７６で構成される比較回路は、バッテリ３０の低
電圧検出警報回路であり、バッテリ３０の電圧が所定値
よりも低いとき比較器７１の出力が“０”レベルになっ
てランプ７３を点灯して警報する。他の回路構成は、第
２実施例と同様である。

【００２７】上記実施例では、バッテリの放電状態を検
出する手段として、バッテリの端子電圧が所定値よりも
低くなると、過放電と判断する手段を用いてヒータへの
通電を制限するようにしたが、バッテリの放電電流を検
出して、放電電流が所定値に達しない時、すなわちバッ
テリ端子電圧が放電電流により低下してしまい所定の電
流を流せない状態を検出してヒータへの通電を制限する
ようにしても同様の効果が得られる。

【００２８】更に上記ヒータへの通電を制限する時間が
所定時間（例えば１０秒間）以上続くと、ヒータの温度
は設定値に達せず、排気ガスを完全燃焼することができ
ないので、この時は運転者に警報を与えることが望まし
い。

【００２９】図６はスタータモータ作動時のスタータモ
ータ電流ＩＳＴとバッテリ電圧ＶＢ　の関係を図示した
ものである。この図に於いて始動直後ｔ０　の期間はエ
ンジンオイルの粘性やロック電流の影響で過大な始動電
流が流れるので、例えば図２に示す制御回路４０は、ス
タータモータ始動後所定時間遅れてヒータ２０を通電す
る。その結果、過大な始動電流とヒータ電流とによるバ
ッテリの過大な放電電流が防止され、バッテリの端子電
圧の大幅な落ち込みがなくなるので、上記バッテリ電圧
で作動している車両電気負荷が誤動作をする心配をなく
すことができる。また、図３の構成に於いて、エンジン
を作動させる燃料供給回路２００の作動も、ｔ０　時間
禁止して、スタータモータが回転を始めてから作動をさ
せれば未燃焼燃料の排出を少なくできる。

【００３０】また、図６に於いて、スタータモータ３の
作動期間中、ヒータ２０への通電は、スタータモータ３
の負荷が軽くなるエンジンの爆発期間に行う様にすると
、バッテリ電圧の脈動を押さえることができると言う効
果がある。

【００３１】さらに、図４の第３実施例に於いて、バッ
テリ３０と直列にトランジスタ６１を含む定電流充電回
路を接続し、バッテリ３０をバッテリ１と並列接続した
際に流れる過大な充電電流を防止している。この様に構
成すると、バッテリ３０を並列接続して充電する場合、
バッテリ１に比べてトランジスタ６１及び抵抗６４によ
る電圧降下分（≒２Ｖ）だけ、バッテリ３０の端子電圧
が低くなるので、例えば発電機２の出力電圧を１４．５
Ｖとしても、バッテリ３０の端子電圧は１２．５Ｖとな
ってしまい、十分な充電ができないことがある。このた
め、バッテリ３０の端子電圧は、バッテリ１の端子電圧
よりも約２Ｖ低い１０Ｖとすることにより、完全充電が
可能となる。

【００３２】また、エンジン始動手段として、上記各実
施例ではＩＧ．ＳＷの操作を利用する例を説明したが、
運転者が座席に着座したことを検出した信号や、シフト
レバーの位置の検出等の信号をＩＧ．ＳＷ操作検出信号
に付加してエンジンの始動に関する信号を得るエンジン
始動手段としても良い。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の独立の請
求項１では、排気ガス浄化用触媒を加熱する電熱ヒータ
への通電量をスタータモータ作動中のバッテリの放電状
態に応じて制御しているので、低温始動時の排気浄化を
実現できると共に、バッテリの寿命や充電不足によりバ
ッテリの端子電圧が低下してもその過大な電圧低下を阻
止でき、バッテリに接続された電子回路やリレー等の誤
動作を未然に防止できる。

【００３４】また、独立の請求項６では、電熱ヒータの
制御時、第１のバッテリおよび第２のバッテリの直並列
を切り替えるようにしているので、電熱ヒータには高電
圧で通電され、電流を小さくでき、ヒータ制御手段の通
電素子を小さくできる。

【００３５】さらに、独立の請求項９では、第１のバッ
テリ電圧を昇圧して第２のバッテリを充電するようにし
ているので、バッテリの直並列を切り替える手段を不要
にでき、第２バッテリの容量も小さくすることができる
。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の構成図である。

【図２】図１中の制御回路の電気回路図である。

【図３】本発明の第２実施例の構成図である。

【図４】本発明の第３実施例の構成図である。

【図５】本発明の第４実施例の構成図である。

【図６】始動時の電流、電圧の状態を示す特性図である
。

【符号の説明】

１，３０　　バッテリ ２　　発電機 ３　　スタータモータ ４　　車両電気負荷 ５　　ヒータコントローラ ９　　温度センサ ２０　　ヒータ ３１，３２，３３　　切替スイッチ ４０，４０´　　制御回路 ６０　　定電流充電回路 ７０　　ＤＣ／ＤＣコンバータ １００　　イグニッションスイッチ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　エンジンの排気ガス浄化用触媒に取り
   付けられた電熱ヒ−タと、前記エンジンを始動させるた
   めのスタ−タモ−タと、前記電熱ヒ−タおよびスタ−タ
   モ−タに電力を供給するバッテリと、前記スタ−タモ−
   タの作動状態を検出するスタ−タモ−タ作動検出手段と
   、前記スタ−タモ−タ作動中の前記バッテリの放電状態
   を検出するバッテリ放電状態検出手段と、このバッテリ
   放電状態検出手段により検出された前記バッテリの放電
   状態に応じて前記電熱ヒ−タへの通電量を制御するヒ−
   タ制御手段とを備えたことを特徴とする車両用電熱ヒ−
   タ付触媒の電源制御装置。
2. 【請求項２】　　前記ヒ−タ制御手段は、前記ヒ−タへ
   の通電をオン、オフ制御し前記バッテリの端子電圧が低
   下するとこの通電のオン比率を減少させるヒ−タコント
   ロ−ラと、このヒ−タコントロ−ラの作動タイミングを
   制御する制御回路とを備えたことを特徴とする請求項１
   記載の電源制御装置。
3. 【請求項３】　　前記ヒ−タの近傍にヒ−タの温度を検
   出する温度センサを設け、この検出された温度に応じて
   前記ヒ−タコントロ−ラは前記ヒ−タへの通電のオン、
   オフ比率を補正することを特徴とする請求項２記載の電
   源制御装置。
4. 【請求項４】　　前記制御回路は、前記スタ−タモ−タ
   作動検出手段により検出されたスタ−タモ−タの作動開
   始より第１の所定時間後に前記ヒ−タコントロ−ラの作
   動を開始させ、スタ−タモ−タの作動終了より第２の所
   定時間後に前記ヒ−タコントロ−ラの作動を終了させる
   ことを特徴とする請求項２記載の電源制御装置。
5. 【請求項５】　　前記制御回路は、前記スタ−タモ−タ
   の作動開始より前記第１の所定時間後に前記エンジンの
   燃料供給システムの作動を許可することを特徴とする請
   求項４記載の電源制御装置。
6. 【請求項６】　　エンジンの排気ガス浄化用触媒に取り
   付けられた電熱ヒ−タと、前記エンジンを始動させるた
   めのスタ−タモ−タと、前記電熱ヒ−タおよびスタ−タ
   モ−タに電力を供給する第１および第２のバッテリと、
   前記第１および第２のバッテリを直列接続または並列接
   続に切り換える切替手段と、前記スタ−タモ−タの作動
   状態を検出するスタ−タモ−タ作動検出手段と、前記ス
   タ−タモ−タ作動中の前記第１のバッテリの放電状態を
   検出するバッテリ放電状態検出手段と、このバッテリ放
   電状態検出手段により検出された前記第１のバッテリの
   放電状態に応じて前記電熱ヒ−タへの通電量を制御する
   とともに、前記スタ−タモ−タの作動開始と同時に前記
   第１および第２のバッテリを直列接続とし、前記電熱ヒ
   −タへの通電終了より第３の所定時間後に前記第１およ
   び第２のバッテリを並列接続するヒ−タ制御手段とを備
   えたことを特徴とする車両用電熱ヒ−タ付触媒の電源制
   御装置。
7. 【請求項７】　　前記第１および第２のバッテリの並列
   回路に過大な電流の流れを制限する限流リアクトルを設
   けたことを特徴とする請求項６記載の電源制御装置。
8. 【請求項８】　　前記第１および第２のバッテリの並列
   回路に一定電流を流す定電流回路を設けたことを特徴と
   する請求項６記載の電源制御装置。
9. 【請求項９】　　エンジンの排気ガス浄化用触媒に取り
   付けられた電熱ヒ−タと、前記電熱ヒ−タに電力を供給
   する直列接続された第１および第２のバッテリと、前記
   第１のバッテリにより駆動され前記エンジンを始動させ
   るためのスタ−タモ−タと、前記第１のバッテリの電圧
   を昇圧してこの電圧により前記第２のバッテリを充電す
   る昇圧手段と、前記スタ−タモ−タの作動状態を検出す
   るスタ−タモ−タ作動検出手段と、前記スタ−タモ−タ
   作動中の前記第１のバッテリの放電状態を検出するバッ
   テリ放電状態検出手段と、このバッテリ放電状態検出手
   段により検出された前記第１のバッテリの放電状態に応
   じて前記電熱ヒ−タへの通電量を制御するヒ−タ制御手
   段とを備えたことを特徴とする車両用電熱ヒ−タ付触媒
   の電源制御装置。
10. 【請求項１０】　　前記第２のバッテリの電圧を所定の
    設定値と比較し、この設定値以下のとき低電圧の警報を
    発する低電圧警報回路を備えたことを特徴とする請求項
    ９記載の電源制御装置。