JPH0742541A - ヒータ付触媒の電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 触媒を加熱する場合において、内燃機関始動
時のバッテリーの電圧降下を防ぎ、装置内の効率を良く
すること。 【構成】 バッテリー１０と、コンデンサ１１と、バッ
テリー１０とコンデンサ１１の間に配置された充電スイ
ッチ１８と、ヒータ１３、バッテリー１０、およびコン
デンサ１１に接続された電源スイッチ１６，１７と、充
電スイッチ１８および電源スイッチ１６，１７を制御す
る制御装置２０とを備え、制御装置２０は、充電スイッ
チ１８をオンとする充電モードと、電源スイッチ１６を
オンとする急速加熱モードと、電源スイッチ１７をオン
とする保温モードとを備える。上記の構成に加えて、昇
圧回路１２を設けたり、ヒータ１３を複数の抵抗で構成
して、ヒータ１３の抵抗を直列−並列切り換え可能にし
た。

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
置に係わり、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。内燃機関の始動時には、内燃機関本体が未だ
暖機されていないので、燃料の燃焼率が悪く、未燃焼ガ
スが大量に触媒に送り込まれる。ヒータの付いていない
触媒は、内燃機関本体からの排気温によって加熱される
が、内燃機関の始動直後は排気温が低く、ヒータの付い
ていない触媒では浄化機能を得られるような温度に達し
ていないので、未燃焼ガスが浄化されず、排気管から大
量の未燃焼ガスを排出していた。

【０００３】そこで、特開昭４８−５４３１２号公報に
示されるように、ヒータに触媒をコーティングして触媒
を加熱する装置が開発された。しかし、上記の公報に開
示されたヒータ付触媒は、ヒータに電力を供給する電力
源がバッテリーのみであるため、内燃機関始動と同時に
ヒータに電流を流す場合にバッテリーに負担がかかり、
バッテリーの劣化が早くなる恐れがあった。

【０００４】そこで、特開平４−２７６１１１号公報に
よって示されるように、ヒータの電源にコンデンサを用
いることにより、バッテリーに負担をかけることなく、
かつ、バッテリーからの通電に較べて急速に触媒を加熱
することが可能になった。

【０００５】

【本発明が解決しようとする課題】しかし、内燃機関が
始動して安定した運転を開始した時点には触媒としての
機能を発揮する温度に達しているが、まだ排気ガスが充
分高温になっていないため、通電を停止すると排気ガス
によって触媒が再び冷却されてしまう恐れがある。

【０００６】また、特開平４−２７６１１１号公報によ
って示されるヒータ付触媒において、コンデンサに充電
される電圧はバッテリー電圧と同じであるので、触媒が
作動温度になるまで加熱するには大きな電流が必要にな
り、ケーブルやスイッチ等のわずかな抵抗でも大きな損
失となってしまい、電源装置における効率が悪くなると
いう問題があった。そこで、触媒が機能を発揮する温度
に達した後、最小限の通電で必要な加熱温度を維持する
ことによりケーブルやスイッチ等による損失を少なくす
ることを本発明の課題とした。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに請求項１の発明においては、バッテリーと、コンデ
ンサと、バッテリーとコンデンサの間に配置された充電
スイッチと、ヒータ、バッテリー、およびコンデンサに
接続された電源スイッチと、充電スイッチおよび電源ス
イッチを制御する制御装置とを備え、制御装置は、充電
スイッチを閉とする充電モードと、電源スイッチをヒー
タとコンデンサ間を接続するように制御する急速加熱モ
ードと、電源スイッチをヒータとバッテリー間を接続す
るように制御する保温モードとを備え、内燃機関の始動
と連動して急速加熱モードを選択し、そのあと、保温モ
ードと充電モードのいずれかを選択するようにした。

【０００８】上記の課題を解決するために請求項２の発
明においては、バッテリーと、コンデンサと、バッテリ
ーを昇圧する昇圧回路と、ヒータ、バッテリー、および
コンデンサに接続された電源スイッチと、充電スイッチ
および電源スイッチを制御する制御装置とを備え、制御
装置は、充電スイッチを閉とする充電モードと、電源ス
イッチをヒータとコンデンサ間を接続するように制御す
る急速加熱モードと、電源スイッチを、ヒータとバッテ
リー間を接続するように制御する保温モードとを備え
た。

【０００９】また、上記の課題を解決するために請求項
３の発明においては、複数の抵抗からなるヒータと、バ
ッテリーと、コンデンサと、バッテリーとコンデンサの
間に配置された充電スイッチと、ヒータ内の抵抗の接続
を直列または並列に切り換えるヒータ切り換えスイッチ
と、ヒータ、バッテリー、コンデンサに接続された電源
スイッチと、ヒータ切り換えスイッチおよび電源スイッ
チを制御する制御手段を備え、制御手段は、充電スイッ
チを閉じる充電モードと、電源スイッチがヒータとコン
デンサ間を接続し、かつヒータ切り換えスイッチがヒー
タを並列接続にするように制御する急速加熱モードと、
電源スイッチがヒータとバッテリー間を接続し、かつヒ
ータ切り換えスイッチがヒータを直列接続にするように
制御する保温モードとを備えた。

【００１０】請求項４においては、請求項１のヒータ付
触媒の電源装置において、内燃機関の始動と連動して、
所定温度未到達時に、急速加熱モードを選択し、所定温
度到達時或いは所定時間経過時に、保温モードを選択
し、さらに所定温度到達時或いは所定時間経過時に、充
電モードを選択するようにした。

【００１１】

【作用】請求項１の発明によれば、内燃機関の始動と連
動して、急速加熱モードによりコンデンサからヒータへ
放電して、急速に触媒を加熱する。そのあと保温モード
と充電モードにより、ヒータの電源がコンデンサからバ
ッテリーに切り換わり、触媒の保温と、コンデンサの充
電が行われる。

【００１２】請求項２の発明によれば、内燃機関の始動
と連動して、急速加熱モードにより、昇圧回路によって
昇圧されたコンデンサからヒータに放電して、急速に触
媒を加熱する。そのあと保温モードと充電モードによ
り、バッテリーからの通電による触媒の保温と、コンデ
ンサの充電が行われる。

【００１３】請求項３の発明によれば、内燃機関の始動
と連動して急速加熱モードにより、コンデンサからヒー
タに放電して、急速に触媒を加熱する。このときヒータ
内の複数の抵抗は、並列に接続されている。そのあと保
温モードが選択されると、ヒータの電源がコンデンサか
らバッテリーに切り換えられ、それと同時にヒータ内の
複数の抵抗が直列に接続される。充電モードが選択され
ると、コンデンサの充電が行われる。

【００１４】請求項４の発明によれば、内燃機関の始動
と連動して、所定温度未到達時に急速加熱モードにより
触媒が加熱され、所定温度到達時或いは所定時間経過時
に保温モードが選択されて触媒を保温する。さらに所定
温度到達時或いは所定時間経過時に、充電モードを選択
して、コンデンサを充電する。

【００１５】

【実施例】本発明の実施例を図面を参照しながら説明す
る。

【００１６】図１は第１実施例を示している。ヒータ７
の電源をバッテリー１とコンデンサ２に切り換えられる
ように電源スイッチ３、４を設けている。また、コンデ
ンサ２を充電するための充電スイッチ５も設けており、
急激な充電を避けるために充電スイッチ５とコンデンサ
２の間に抵抗６を挿入した。温度センサ（サーミスタ）
８、イグニッションスイッチ２７、スタータモータスイ
ッチ２８の状態、コンデンサ２の電圧２９が制御装置９
に入力され、触媒の温度に応じて電源スイッチ３，４，
充電スイッチ５の制御を行っている。バッテリー１の電
圧は１２Ｖ、コンデンサ２の容量は２８０Ｆ、ヒータ７
の抵抗値は約２５ｍΩ、抵抗６の値は１０Ωである。

【００１７】制御装置９は、イグニッションスイッチ２
７の状態と、スタータモータスイッチ２８の状態と、コ
ンデンサ２の電圧２９と、触媒の温度により、コンデン
サ２からヒータ７に放電して、触媒を作動温度（３００
℃）まで急速に加熱する急速加熱モード、作動温度（３
００℃）に達した触媒を充分高温（６００℃）になるま
で加熱する保温モード、次回の放電に備えてコンデンサ
２を充電する充電モードを選択する。

【００１８】次に、制御装置９の作動をフローチャート
に従って説明する。第１実施例においては、予め前回の
内燃機関の作動時に充電モードを選択して、バッテリー
１からコンデンサ２に充電しておく。内燃機関始動前に
は電源スイッチ３，４はバッテリー１側とコンデンサ２
側のどちらにも接続されておらず、イグニッションスイ
ッチ２７，スタータモータスイッチ２８はオフになって
いる。

【００１９】図２に制御装置９の処理のフローチャート
を示す。先ず、ステップ３７において、イグニッション
スイッチ２７がオンである、という信号が制御装置９に
入力されると、ステップ３８にて温度センサ（サーミス
タ）８が触媒の温度を検出し、作動温度（３００℃）以
下か否かが判定される。イグニッションスイッチ２７が
オンになると、点火装置３０が動作する。通常、内燃機
関の始動時においては、イグニッションスイッチ２７が
オンになるのと殆ど同時にスタータモータスイッチ２８
がオンになり、スタータモータ３１が回転して内燃機関
を始動させる。

【００２０】内燃機関が始動すると、スタータモータス
イッチ２８はオフになる。

【００２１】触媒の温度が作動温度（３００℃）以下に
あるときは、ステップ３９にて電源スイッチ３が閉じ
て、コンデンサ２からヒータ７に放電して、触媒を急速
に加熱する。次にステップ４０に進み、温度センサ（サ
ーミスタ）８により、触媒の温度が作動温度（３００
℃）以上か否かが判定される。触媒の温度が作動温度
（３００℃）以上にあるときは、ステップ４１にて電源
スイッチ３が開いて、コンデンサ２からヒータ７への通
電を停止する。続いて、ステップ４２にてスタータモー
タスイッチ２８がオフになっているか否かを判定して、
オフになっていると、ステップ４３にて電源スイッチ４
が閉じて、ヒータ７の電源がバッテリー１に切り換わ
る。

【００２２】ステップ４４にて温度センサ（サーミス
タ）８が触媒の温度を検出して、充分高温（６００℃）
であるか否かを判定して、充分高温になっていると、ス
テップ４５にて電源スイッチ４が開き、充電スイッチ５
が閉じる。ステップ４６にて、コンデンサ２の電圧２９
が１２Ｖになったか否かが判定される。制御装置９がコ
ンデンサ２の電圧２９を監視して、コンデンサ２の電圧
２９が１２Ｖになると、ステップ４７にて充電スイッチ
５が開き、制御装置９の動作が終了する。第１実施例で
はコンデンサ２の充電が完了したら充電スイッチ５を開
くように制御しているが、充電スイッチ５は次回の放電
まで閉じたままの状態でも良い。

【００２３】第１実施例において、図２のステップ３７
から３９が急速加熱モードで、ステップ４０から４３ま
でが保温モードで、ステップ４４から４７までが充電モ
ードである。第１実施例では急速加熱モードの後に保温
モードになるように制御しているが、急速加熱モードに
よって既に充分高温になったり、その他、様々な場合が
考えられるので、急速加熱モードの後に充電モードを選
択し、その後保温モードを選択したり、急速加熱モード
の後に保温モードと充電モードを交互に選択するように
してもよい。

【００２４】図４は本発明の第２実施例を示している。
電源装置は、バッテリー１０と、コンデンサ１１と、バ
ッテリー１０の昇圧のためのＤＣ−ＤＣコンバータ１２
と、ＤＣ−ＤＣコンバータ内に配置された充電スイッチ
１８と、ヒータ内部の抵抗の接続を並列および直列に切
り換え可能なヒータ１３と、触媒の温度を検出する温度
センサ（サーミスタ）１９と、ヒータ１３の内部の抵抗
の接続を切り換えるヒータ切り換えスイッチ１４，１５
と、バッテリー１０からヒータ１３に通電するための電
源スイッチ１７、コンデンサ１１からヒータ１３に放電
するための電源スイッチ１６と、上記のスイッチを制御
する制御装置２０とを備える。バッテリー１０の電圧は
１２Ｖ、コンデンサ１１の容量は２５Ｆ、ＤＣ−ＤＣコ
ンバータ１２による昇圧値は４０Ｖ、ヒータ切り換えス
イッチ１４，１５により、ヒータ１３内の抵抗の接続を
並列および直列に切り換えることによって、ヒータ１３
の抵抗値は４５０ｍΩ〜４．１Ωの値をとる。

【００２５】ヒータ１３の構造について説明する。本実
施例ではヒータ１３は３つの抵抗から構成され、図５の
ヒータ１３の側面図に示すように、ヒータ１３の筒部に
端子を設けている。図６は図５のＡ−Ａ断面図である。
図６において、端子２１がヒータの電源の＋側に、端子
２６が電源の−側およびアースに接続している。端子２
３と端子２５、端子２２と端子２４は常に接続してお
り、触媒が作動温度に達するまでは図４のヒータ切り換
えスイッチ１４、１５は閉じており、このとき、端子２
１と端子２３、端子２４と端子２６がそれぞれ接続さ
れ、ヒータ１５は３つの抵抗の並列接続になっている。
図４のヒータ切り換えスイッチ１４、１５が開くと、端
子２１と端子２３、端子２４と端子２６がそれぞれ非接
続になり、ヒータ１３は３つの抵抗の直列接続に切り換
わる。

【００２６】制御装置２０は、イグニッションスイッチ
３２の状態と、スタータモータスイッチ３３の状態と、
触媒の温度と、コンデンサ１１の電圧３４により、コン
デンサ１１からヒータ１３に放電して、触媒を作動温度
（３００℃）まで急速に加熱する急速加熱モード、作動
温度（３００℃）に達した触媒を充分高温（６００℃）
になるまで加熱する保温モード、次回の放電に備えてコ
ンデンサ１１を充電する充電モードを選択する。

【００２７】次に、制御装置２０の作動をフローチャー
トに従って説明する。第２実施例においては、予め前回
の内燃機関の作動時に、バッテリー１０をＤＣ−ＤＣコ
ンバータ１２を用いて４０Ｖに昇圧して、コンデンサ１
１に充電しておく。内燃機関始動前には充電スイッチ１
８、ヒータ切り換えスイッチ１４，１５、電源スイッチ
１６，１７は開いた状態になっている。図６は制御装置
２０の処理のフローチャートを示す。先ずステップ４８
において、イグニッションスイッチ３２がオンである、
という信号が制御装置２０に入力されると、ステップ４
９にて温度センサ（サーミスタ）１９が触媒の温度を検
出して、触媒が作動温度（３００℃）以１２否かを判定
する。イグニッションスイッチ３２がオンになると、点
火装置３５が動作する。内燃機関の始動時において、イ
グニッションスイッチ３２がオンになるのと殆ど同時に
スタータモータスイッチ３３がオンになり、スタータモ
ータ３６が回転して内燃機関を始動させる。触媒が作動
温度（３００℃）以下であると、ステップ５０にてヒー
タ切り換えスイッチ１４，１５および電源スイッチ１６
が閉じて、ヒータ１３内の抵抗を並列接続にして、４０
Ｖに昇圧したコンデンサ１１からヒータ１３に放電す
る。ステップ５１にて、温度センサ（サーミスタ）１９
が、触媒が作動温度（３００℃）以上か否かを判定し、
作動温度（３００℃）以上であると、ステップ５２にて
ヒータ切り換えスイッチ１４，１５および電源スイッチ
１６が開いて、ヒータ１３内の抵抗を直列にして、ヒー
タ１３への放電を停止する。ステップ５３にてスタータ
モータスイッチ３３がオフであるか否かを判定し、スタ
ータモータ３３がオフであれば、ステップ５４にて電源
スイッチ１７が閉じてバッテリー１０からヒータ１３に
通電して、触媒を保温する。

【００２８】触媒がバッテリー１０による通電で保温さ
れ、それと同時に内燃機関からの排気温によって触媒は
高温になっていく。ステップ５５にて触媒が充分高温
（６００℃）か否かを判定し、充分高温（６００℃）で
あれば、ステップ５６にて電源スイッチ１７が開き、充
電スイッチ１８が閉じて、コンデンサ１１を充電する。

【００２９】ステップ５７にてコンデンサ１１の電圧３
４が４０Ｖであるか否かを判定する。

【００３０】制御装置２０がコンデンサ１１の電圧３４
を監視して、コンデンサ１１の電圧３４が４０Ｖになる
と、ステップ５８にて充電スイッチ１８が開いて、制御
装置２０の動作が終了する。

【００３１】第２実施例では、図６のステップ４８から
５０が急速加熱モードで、ステップ５１から５４までが
保温モードで、ステップ５５から５８までが充電モード
である。

【００３２】第１実施例および第２実施例では、内燃機
関始動と同時にヒータに放電するようにしてあるが、必
ずしも内燃機関始動時に放電するようにする必要はな
い。例えば、内燃機関始動前に、自動車のドアにキーを
入れた時に内燃機関の始動を予測して触媒を加熱しても
良い。しかし、内燃機関始動後に触媒を加熱し始める
と、排気ガスの浄化が遅れてしまうので、内燃機関始動
後に触媒を加熱するのは好ましくない。

【００３３】また、第１実施例および第２実施例におい
て、制御装置は、イグニッションスイッチの状態、スタ
ータモータスイッチの状態、コンデンサの電圧、温度セ
ンサを用いて、触媒の温度が所定温度に達すると、制御
装置が各モードを選択するようにしているが、温度セン
サの代わりにタイマを用いてヒータに通電を行ってから
の時間を測定しておいて、例えば、内燃機関の始動と同
時に急速加熱モードを選択して、所定時間経過時に保温
モードを選択して、さらに所定時間経過時に充電モード
を選択するようにしても良い。また、温度センサとタイ
マの両方を用いて、触媒を加熱して触媒がなかなか所定
温度に達しない場合には、所定時間経過時に次のモード
に切り換わるようにすることも可能である。さらに、上
記の制御方法以外にエンジン回転数や、エンジン冷却水
の温度を検出して各スイッチを制御するようにしても良
い。

【００３４】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、始めのヒータ
の電源をコンデンサにしているため、内燃機関始動時に
おけるバッテリーの電圧降下を防ぐことが可能であり、
その結果、バッテリーの劣化を早める恐れがなくなる。
また、コンデンサからの放電によって触媒は既に作動温
度に達しているので、ヒータへの通電をバッテリーに切
り換えた後は、触媒の温度を維持するために、始めにコ
ンデンサから放電したときに消費した電力に比べて小さ
い電力で良く、触媒の保温時におけるケーブルやスイッ
チによる損失を抑えることができる。

【００３５】請求項２の発明によれば、始めのヒータの
電源に、バッテリーを昇圧してコンデンサに充電したも
のを用いているので、上記の効果に加えて、コンデンサ
からヒータに放電する場合に、大きな電力を供給するこ
とが可能となり、触媒の昇温を早くすることが可能であ
る。

【００３６】請求項３の発明によれば、始めのヒータの
電源として、ヒータを並列接続にしてコンデンサから放
電しているため、ヒータの抵抗値が小さいので、ヒータ
に流れる電流が大きくなり、その結果ヒータに印加する
電力も大きくなり、触媒を作動温度まで急速に加熱する
ことができる。その後、ヒータを直列接続にしてバッテ
リーから通電することにより、最小限の通電で加熱温度
を維持することができ、ケーブルやスイッチによる電力
の損失を抑えることができ、従来と較べて電源装置内の
効率を良くすることが可能になる。

【００３７】請求項４の発明によれば、始めに急速加熱
モードを選択して、触媒を急速に加熱する。次に保温モ
ードを選択して、最後に充電モードを選択することによ
り、触媒を効率良く加熱することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例におけるヒータ付触媒の電
源装置の回路図

【図２】本発明の第１実施例における制御装置の処理を
示すフローチャート

【図３】本発明の第２実施例におけるヒータ付触媒の電
源装置の回路図

【図４】本発明の第２実施例におけるヒータの側面図

【図５】図４のヒータのＡ−Ａ断面図

【図６】本発明の第２実施例における制御装置の処理を
示すフローチャート

【符号の説明】

１、１０ バッテリー ２、１１ コン
デンサ ３、４、１６、１７ 電源スイッチ ５、１８ 充電
スイッチ ６ 抵抗 ７ ヒータ ８、１９ 温度センサ（サーミスタ） ９、２０ 制御
装置 １２ ＤＣ−ＤＣコンバータ １３ 並列−直
列切り換え可能なヒータ １４、１５ ヒータ切り換えスイッチ ２１、２２、２３、２４、２５、２６ 端子 ２７、３２ イグニッションスイッチ ２８、３３ ス
タータモータスイッチ ２９、３４ コンデンサの電圧 ３０、３５ 点
火装置 ３１、３６ スタータモータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 太 田 信 之 愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地 アイシ ン精機株式会社内

Claims (4)

【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
   気浄化をおこなうための触媒およびその触媒を加熱する
   ヒータからなるヒータ付触媒において、バッテリーと、
   コンデンサと、前記バッテリーと前記コンデンサの間に
   配置された充電スイッチと、前記ヒータ、バッテリー、
   およびコンデンサに接続された電源スイッチと、前記充
   電スイッチおよび前記電源スイッチを制御する制御装置
   とを備え、前記制御装置は、前記充電スイッチをオンと
   する充電モードと、前記電源スイッチをヒータとコンデ
   ンサ間を接続するように制御する急速加熱モードと、前
   記電源スイッチをヒータとバッテリー間を接続するよう
   に制御する保温モードとを備え、内燃機関の始動と連動
   して前記急速加熱モードを選択し、そのあと前記保温モ
   ードと充電モードのいづれかを選択することを特徴とす
   るヒータ付触媒の電源装置。
2. 【請求項２】 バッテリーと、該バッテリーを昇圧する
   昇圧回路と、コンデンサと、前記バッテリーと前記コン
   デンサの間に配置された充電スイッチと、前記ヒータ、
   バッテリー、およびコンデンサに接続された電源スイッ
   チと、前記充電スイッチおよび前記電源スイッチを制御
   する制御装置とを備えることを特徴とする請求項１記載
   のヒータ付触媒の電源装置。
3. 【請求項３】 複数の抵抗から成るヒータと、バッテリ
   ーと、コンデンサと、前記バッテリーとコンデンサの間
   に配置された充電スイッチと、前記ヒータ内の抵抗の接
   続を直列または並列に切り換えるヒータ切り換えスイッ
   チと、前記ヒータ、バッテリー、コンデンサに接続され
   た電源スイッチと、前記ヒータ切り換えスイッチおよび
   電源スイッチを制御する制御手段とを備え、前記制御手
   段は、前記充電スイッチをオンとする充電モードと、前
   記電源スイッチがヒータとコンデンサ間を接続し、かつ
   ヒータ切り換えスイッチがヒータを並列接続にするよう
   に制御する急速加熱モードと、前記電源スイッチがヒー
   タとバッテリー間を接続し、かつヒータ切り換えスイッ
   チがヒータを直列接続にするように制御する保温モード
   とを備えることを特徴とする請求項１記載のヒータ付触
   媒の電源装置。
4. 【請求項４】 請求項１のヒータ付触媒の電源装置にお
   いて、内燃機関の始動と連動して前記急速加熱モードを
   選択し、所定温度到達時或いは所定時間経過時に、前記
   保温モードを選択し、さらに所定温度到達時或いは所定
   時間経過時に、前記充電モードを選択することを特徴と
   するヒータ付触媒の電源装置。