JPH1089052A - 電気加熱式触媒装置の電源制御装置 - Google Patents

電気加熱式触媒装置の電源制御装置

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JPH1089052A
JPH1089052A JP8246187A JP24618796A JPH1089052A JP H1089052 A JPH1089052 A JP H1089052A JP 8246187 A JP8246187 A JP 8246187A JP 24618796 A JP24618796 A JP 24618796A JP H1089052 A JPH1089052 A JP H1089052A
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catalyst
power
electric heater
temperature
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JP8246187A
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Koji Yoshizaki
康二 吉▲崎▼
Kazuhiro Sakurai
計宏 桜井
Masahiko Hibino
雅彦 日比野
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Toyota Motor Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 バッテリの負担を増大することなく、電気ヒ
ータ付触媒を加熱し触媒活性温度に維持する。 【解決手段】 オルタネータ６０の出力端子６２に電気
ヒータ付触媒（ＥＨＣ）１１をスイッチＳＷ１を介し
て、またバッテリ５１をスイッチＳＷ２を介して互いに
並列に接続する。制御回路３０は、機関始動時にＳＷ１
をオン、ＳＷ２をオフにしてバッテリから直接ＥＨＣに
電力を供給して触媒を加熱昇温する。また、ＥＨＣが活
性化温度に到達した後はＳＷ１とＳＷ２の両方をオンに
してバッテリからＥＨＣに電力を供給し触媒の活性温度
を維持する。触媒加熱昇温時にオルタネータ出力電圧を
上昇することができるため、バッテリに負担をかけるこ
となく短時間で触媒を昇温できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気加熱式触媒装
置の電源制御装置に関し、詳細には機関始動時に電気ヒ
ータを用いて触媒コンバータを加熱する際に電気ヒータ
への通電を制御する電源制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】触媒コンバータに加熱用の電気ヒータを
設け、機関始動時に電気ヒータに通電することにより触
媒コンバータを短時間で活性化温度に到達させるように
した電気加熱式触媒装置が知られている。機関始動時に
は、始動を容易にするために機関に供給される燃料が増
量され、排気中のＨＣ、ＣＯ成分が増大するが、上記の
電気加熱式触媒装置では機関始動後短時間で触媒コンバ
ータが活性化温度に到達して排気浄化作用を開始するた
め機関始動直後の排気性状の悪化（特にＨＣ、ＣＯエミ
ッションの増大）を防止することが可能となる。
【０００３】このような電気加熱式触媒装置の例として
は、例えば特開平４−２７９７１８号公報に記載された
ものがある。同公報の装置は、内燃機関のバッテリから
触媒コンバータの電気ヒータに電力を供給する電気加熱
式触媒装置を開示しており、機関始動後触媒が活性化す
るのに必要十分な期間バッテリから電気ヒータに電力を
供給するようにしている。
【０００４】しかし、電気加熱式触媒装置では、短時間
で触媒コンバータを活性化温度に到達させるためには電
気ヒータに比較的大きな電力を供給する必要が生じる。
このため、上記特開平４−２７９７１８号公報の装置の
ように、バッテリから電気ヒータに大電力を供給するよ
うにしているとバッテリの負担が大きくなる問題があ
る。
【０００５】一方、ＳＡＥ ＰＡＰＥＲ Ｎｏ．９４１
０４２（１９９４年２月発行）には、機関始動時にバッ
テリを介さずに発電機から直接触媒コンバータの電気ヒ
ータに電力を供給するようにした電気加熱式触媒装置が
開示されている。上記ＳＡＥ ＰＡＰＥＲ Ｎｏ．９４
１０４２の電気加熱式触媒装置は、発電機を電気ヒータ
とバッテリとに切換えて接続するスイッチを備えてお
り、機関始動時には発電機とバッテリとの接続を遮断す
るとともに、発電機に直接電気ヒータを接続することに
より電気ヒータに電力を供給するようにしている。
【０００６】上記ＳＡＥ ＰＡＰＥＲ の電気加熱式触
媒装置によれば、電気ヒータに電力を供給すべきときに
は、発電機とバッテリとの接続が切り離されるため、発
電機の電圧を通常のバッテリ充電電圧より大幅に上げて
電気ヒータに大電力を供給することが可能となり、バッ
テリに大きな負担を与えることなく短時間で触媒コンバ
ータを活性化温度まで昇温することが可能となってい
る。また、上記ＳＡＥＰＡＰＥＲの装置では、触媒コン
バータが活性化した後は発電機と電気ヒータとの接続を
切り離し、バッテリと発電機とを接続することにより通
常のバッテリの充電を行う。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】一般に、機関冷間始動
直後の排気温度は低いため、電気ヒータにより触媒コン
バータを活性化温度まで加熱した場合でも、電気ヒータ
の通電を停止すると触媒コンバータが排気によって冷却
されてしまい、触媒コンバータの温度が低下して触媒の
活性を維持できなくなる場合がある。このため、機関始
動時に電気ヒータにより触媒コンバータを加熱する場合
には、触媒コンバータが活性化温度に到達した後も直ち
にヒータへの通電を停止せず、触媒の活性を維持できる
程度の温度に触媒コンバータを維持できる電流を流し続
けることが好ましい。
【０００８】ところが、上記ＳＡＥ ＰＡＰＥＲ Ｎ
ｏ．９４１０４２の装置では電気ヒータに電力を供給し
ている間は、バッテリは発電機から切り離され機関の他
の電気負荷にはバッテリのみから電力が供給されること
になる。このため、電気ヒータに長時間通電を行うこと
はできず。触媒が活性化した後は直ちに発電機と電気ヒ
ータとを切り離すとともに発電機とバッテリとを接続し
てバッテリの充電を開始する必要がある。このため、触
媒が活性化温度に到達した後も継続して電気ヒータに触
媒活性維持のための電流を流すことができない問題があ
る。
【０００９】一方、上記特開平４−２７９７１８号公報
の電気加熱式触媒装置では、バッテリは常に発電機に接
続されており、バッテリには発電機から電力が供給され
ているため、触媒が活性化温度に到達後も触媒活性維持
のための電力を電気ヒータに供給することは一応可能で
ある。しかし、上記特開平４−２７９７１８号公報の装
置では、機関始動後の触媒昇温のための電気ヒータ電力
をバッテリから供給しているため、触媒コンバータ昇温
のためのバッテリの負担が大きく、触媒が活性化温度到
達後も長時間継続して電気ヒータに電力を供給するとバ
ッテリの消耗が大きくなりバッテリの寿命が低下する問
題が生じる。
【００１０】本発明は、上記問題に鑑み、バッテリの負
担を増大することなく短時間で触媒コンバータを活性化
温度に到達させ、しかも活性化温度到達後も触媒活性を
維持するだけの電力を電気ヒータに供給可能な電気加熱
式触媒装置の電源制御装置を提供することを目的として
いる。
【００１１】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
よれば、バッテリと、内燃機関により駆動される発電機
と、前記内燃機関の排気通路に配置された電気ヒータ付
触媒コンバータとを備えた電気加熱式触媒装置の電源制
御装置であって、前記発電機と前記バッテリとを接続
し、前記バッテリに充電電流を供給する充電電力回路
と、前記発電機と前記触媒コンバータの電気ヒータとを
直接接続し、前記発電機から前記電気ヒータに電力を供
給する触媒昇温電力回路と、前記触媒コンバータの電気
ヒータとバッテリとを接続し、前記バッテリから電気ヒ
ータに電力を供給する活性維持電力回路と、機関始動時
に、前記充電電力回路と前記活性維持電力回路とをそれ
ぞれオフにするとともに、前記触媒昇温電力回路をオン
にして前記発電機から電気ヒータに電力を供給すること
により、触媒コンバータを活性化温度まで昇温する第１
の制御手段と、触媒コンバータが活性化温度以上に昇温
したときに、前記触媒昇温電力回路をオフにするととも
に、前記充電電力回路と前記活性維持電力回路とをそれ
ぞれオンにして、前記発電機から前記バッテリに充電電
流を供給し、前記バッテリから前記電気ヒータに活性維
持電流を供給することにより、触媒の活性化状態を維持
する第２の制御手段と、を備えた電気加熱式触媒装置の
電源制御装置が提供される。
【００１２】すなわち、請求項１の発明では機関冷間始
動時の触媒コンバータ昇温のための電力は発電機から直
接供給され、この間バッテリは発電機から切り離された
状態で機関の他の電気負荷に電力を供給する。これによ
り、発電機は通常のバッテリ充電電圧より高い電圧で運
転することが可能となり、バッテリに負担を与えること
なく電気ヒータに大電力が供給されるため、触媒コンバ
ータは短時間で活性化温度に到達する。一方、触媒コン
バータ活性化後は、バッテリは発電機に接続され、電気
ヒータにはバッテリから活性維持のための電力が供給さ
れる。バッテリは、発電機から充電電流を供給されなが
ら同時に電気ヒータに触媒活性維持のための電力を供給
することになる。本発明では、バッテリが発電機から切
り離されている時間（触媒コンバータ昇温時間）を最小
限に短縮できるため、触媒コンバータが活性化温度に到
達したときのバッテリの消耗は少ない。また、一般に、
触媒活性維持のための電力は触媒の昇温のための電力よ
り大幅に小さいため、バッテリから電気ヒータに活性維
持のための電力を供給しながらバッテリの充電を行った
場合でもバッテリを十分に充電することができる。この
ため、本発明では触媒昇温後に長時間触媒活性維持のた
めの電力を供給した場合でもバッテリに大きな負担がか
かることがない。
【００１３】請求項２に記載の発明によれば、内燃機関
により駆動される発電機と、前記内燃機関の排気通路に
配置された電気ヒータ付触媒コンバータとを備えた電気
加熱式触媒装置の電源制御装置であって、前記発電機に
接続されたバッテリと、前記バッテリと前記触媒コンバ
ータの電気ヒータとを接続し、バッテリから電気ヒータ
に電力を供給する触媒昇温電力回路と、前記発電機出力
巻線の中性点と前記触媒コンバータの電気ヒータとを接
続し、発電機出力巻線中性点から電気ヒータに電力を供
給する活性維持電力回路と、機関始動時に、前記活性維
持電力回路をオフにするとともに、前記触媒昇温電力回
路をオンにして前記バッテリから電気ヒータに電力を供
給することにより、触媒コンバータを活性化温度まで昇
温する第１の制御手段と、触媒コンバータが活性化温度
以上に昇温したときに、前記触媒昇温電力回路をオフに
するとともに、前記活性維持電力回路をオンにして、発
電機の前記中性点から前記電気ヒータに活性維持電流を
供給することにより、触媒の活性化状態を維持する第２
の制御手段と、を備えた電気加熱式触媒装置の電源制御
装置が提供される。
【００１４】すなわち、請求項２の発明ではバッテリは
常時発電機に接続され、機関冷間始動時の触媒昇温のた
めのヒータ電力はバッテリから供給される。しかし、バ
ッテリが一旦触媒活性化温度に到達した後は、電気ヒー
タはバッテリから切り離され発電機の出力巻線の中性点
に接続される。これにより、電気ヒータに供給される電
力は中性点の電圧に対応した小さな値となり、触媒活性
を維持できる程度の最小限の電力がヒータに供給される
ようになる。また、本発明では、活性維持のための電力
は発電機から直接電気ヒータに供給されるため、触媒コ
ンバータ昇温後に長時間触媒活性維持のための電力をヒ
ータに供給した場合でもバッテリに大きな負担がかかる
ことがない。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を用いて本発明の
実施形態について説明する。図１は、本発明を適用する
自動車エンジン用の電気加熱触媒装置全体の構成を示す
概略図である。図１において、１は自動車用内燃機関
（本実施形態ではＶ型６気筒エンジン）、３１、３２は
機関１のそれぞれの気筒バンクの排気マニホルド、４
１、４２は排気マニホルド３１、３２に接続される排気
管、４は排気管４１、４２が合流する集合排気管を示
す。また、図１に１０で示すのは電気ヒータ付触媒コン
バータ、１５で示すのはメイン触媒コンバータである。
【００１６】図２は、本実施形態の電気ヒータ付触媒コ
ンバータ１０の構造を示す断面図である。電気ヒータ付
触媒コンバータ１０は、ケーシング１０ａ内に配置した
小容量の電気加熱式触媒（ＥＨＣ）１１と、ＥＨＣ１１
の直下流に近接して配置されたやや容量の大きい触媒１
３（ＬＩＧＨＴ ＯＦＦ 触媒）とを備えている。ＥＨ
Ｃ１１は、メタル担体を有しており機関始動時に電極１
１ａとケーシング１０ａとの間に電圧を印加してメタル
担体に電流を流すことにより、メタル担体を発熱させて
担体上に担持された触媒を活性化温度に到達させる。Ｅ
ＨＣ１１の容量は小さいため、メタル担体に通電が行わ
れると短時間で触媒の活性化温度に到達し、触媒による
酸化反応が開始され、反応熱ににより高温になる。一
方、触媒１３はＥＨＣ１１の直下流に配置されているた
め、ＥＨＣ１１が高温になるとＥＨＣ１１を通過した排
気により加熱され、触媒１３でも触媒反応が開始される
ようになる。触媒１３はＥＨＣ１１より容量が大きいた
め、触媒反応による発熱量も大きい。このため、触媒１
３が高温になると、触媒１３を通過した排気により大容
量のメイン触媒１５も短時間で触媒活性化温度まで加熱
される。
【００１７】図１に３０で示すのは、機関１の制御回路
である。制御回路３０は、例えば本実施形態では公知の
マイクロコンピュータとして構成され、機関１の燃料噴
射制御、点火時期制御等の基本制御を行う他、本実施形
態では、ＥＨＣ１１の通電回路のスイッチＳＷ１の開閉
を制御し機関始動時のＥＨＣ通電制御を行うとともに後
述する発電機制御（電源制御）を行う。
【００１８】図３は、本実施形態の電力供給系統を示す
回路図である。図３において、その全体を６０で示すの
は機関１の発電機（オルタネータ）である。オルタネー
タ６０は本実施形態では３相交流型発電機とされ、ステ
ータコイル６１、機関１の出力軸により回転駆動される
ロータコイル（フィールドコイル）６３、ロータコイル
６３の回転に伴ってステータコイル６１に発生する交流
電流を整流する整流器６５を備えている。また、図１に
７０で示すのはロータコイル６３に供給する励磁電流を
制御するレギュレータである。
【００１９】図３に示すように、ＥＨＣ１１は、オルタ
ネータ６０の出力端子６２にスイッチＳＷ１を介して接
続されている。また、機関１のバッテリ５１はＥＨＣ１
１と並列にスイッチＳＷ２を介してオルタネータ６０の
出力端子６２に接続されている。また、バッテリ５７に
はイグニッションスイッチ５７を介して他の車両電気負
荷が接続されている。図３に５５で示すのは、機関始動
時にＥＨＣ１１上流側の排気通路４に二次空気を供給す
るエアポンプである。エアポンプ５５は、制御回路３０
により開閉されるスイッチＳＷＡＰを介してバッテリ５
１に接続され、機関始動時に作動し、触媒コンバータ１
０、１５での酸化反応に必要な酸素を排気通路４に供給
する。
【００２０】本実施形態では、ロータコイル６３は一端
が整流器６５の出力側に接続され、他端はレギュレータ
７０の端子Ｆに接続されている。また、レギュレータ７
０の端子Ｅは接地されており、レギュレータ７０内部で
は、端子Ｆと端子Ｅとはスイッチングトランジスタ（図
示せず）を介して接続されている。すなわち、整流器６
５からロータコイル６３を通って接地端子Ｅに流れる励
磁電流はレギュレータ７０内部のスイッチングトランジ
スタをオン／オフすることにより制御することが可能と
なっている。また、レギュレータ７０の端子Ｓにはバッ
テリ５１の端子電圧が供給されている。
【００２１】本実施形態では、通常運転時（ＥＨＣ１１
非通電時）にはレギュレータ７０はバッテリ５１の端子
電圧ＢＶに基づいてロータコイル６３の励磁電流を制御
する。すなわち、レギュレータ７０は端子Ｓに入力する
バッテリ端子電圧ＢＶが所定値（例えば１４Ｖ）を越え
ると上述のスイッチングトランジスタをオフにしてロー
タコイル６３に流れる励磁電流を遮断し、バッテリ５１
の端子電圧ＢＶが上記所定値以下になるとスイッチング
トランジスタをオンにしてロータコイル６３に励磁電流
を流す定電圧制御を行う。これにより、バッテリ充電中
はロータコイル６３の励磁電流がオン／オフ制御されバ
ッテリの端子電圧（充電電圧）が一定値以下に維持され
てバッテリの過充電が防止される。
【００２２】また、本実施形態では、図３に示すように
レギュレータ７０の端子ＥＣには、制御回路３０からの
切換信号（ＥＣ信号）が入力されている。後述するよう
に、レギュレータ７０の端子ＥＣにＥＣ信号が入力する
と、レギュレータ７０は上述の一定電圧制御を中止し、
バッテリ５１の端子電圧にかかわらずスイッチングトラ
ンジスタを継続的にオン状態に維持する。これにより、
ロータコイル６３に流れる励磁電流は最大となり、オル
タネータ６０の出力電圧（端子６２の電圧）が上昇す
る。励磁電流が最大値に制御された時のオルタネータ６
０出力電圧は電気負荷の値や機関回転数により異なる
が、本実施形態では、例えば通常運転時の端子電圧の最
大値が１４Ｖ程度であるのに対して、ロータコイル励磁
電流最大時の出力電圧は２５Ｖ程度となる。
【００２３】なお、後述するように、本実施形態では、
ＥＨＣ信号がオンの状態でスイッチＳＷ１をオン（ＳＷ
２をオフ）にすることにより触媒昇温電力回路が形成さ
れ、ＥＣ信号がオフの状態でスイッチＳＷ１とＳＷ２の
両方をオンにすることにより触媒活性維持電力回路が形
成される。また、ＥＣ信号がオフの状態でスイッチＳＷ
２をオン（ＳＷ１をオフ）とすることによりバッテリの
充電電力供給回路が形成される。
【００２４】また、レギュレータ７０には、図３に示す
ように発電異常検出用端子Ｐ、イグニッションスイッチ
オン／オフ検出用端子ＩＧ、レギュレータ用電源端子Ｂ
等が備えられているが、これらは本発明とは直接関係し
ないので説明を省略する。次に、図４を用いて本実施形
態における機関始動時の電源制御について説明する。
【００２５】図４は機関始動時の電源制御を説明するタ
イミングダイヤグラムであり、図４において(A) はイグ
ニッションスイッチ５７のオン／オフ状態、(B) は機関
１の回転数ＮＥの変化、(C) は後述する空燃比フィード
バック制御信号、(D) はエアポンプスイッチＳＷＡＰの
オン／オフ状態を表している。また、図４(E) は制御回
路３０からレギュレータ７０の端子ＥＣに供給されるＥ
Ｃ信号、(F) 、(G) は、それぞれスイッチＳＷ２、ＳＷ
１のオン／オフ状態、(H) はＥＨＣ１１に印加される電
圧の変化をそれぞれ表している。
【００２６】図４(A) において、イグニッションスイッ
チ５７がオンになり（図４(A) ）、スタータモータ
（図示せず）によるクランキングが開始されると、機関
回転数ＮＥ（図４(B))は上昇する。機関回転数が予め定
めた所定値（例えば６００ｒｐｍ）に到達すると、制御
回路３０はエアポンプ５５のスイッチＳＷＡＰをオンに
して機関の触媒コンバータ１０、１５上流側の排気通路
４に二次空気の供給を開始する（図４(D) ）。また、
制御回路３０は、機関回転数ＮＥが更に上昇して所定の
回転数（例えば８００ｒｐｍ）になると、レギュレータ
７０の端子ＥＣに入力するＥＣ信号をオンにするととも
に（図４(E) ）、ＥＨＣ１１のスイッチＳＷ１をオン
にし（図４(G) ）、バッテリと５１とオルタネータ６
０とを接続するスイッチＳＷ２をオフにする（図４(G)
）。これにより、バッテリ５１はオルタネータ６０か
ら切り離され、エアポンプ５５や他の車両電気負荷５３
にはバッテリ５１のみから電力が供給され、オルタネー
タ６０にはＥＨＣ１１のみが接続される。
【００２７】前述のように、レギュレータ７０の端子Ｅ
ＣにＥＣ信号が入力すると、レギュレータ７０内のスイ
ッチングトランジスタはオン状態に保持され、ロータコ
イル６３に流れる電流は最大になるため、ＥＨＣ１１に
は通常運転時のオルタネータ出力電圧より大幅に高い電
圧（例えば２５Ｖ程度）が印加される（図４、(H)
）。このため、ＥＨＣ１１には大きな電力（例えば２
ＫＷ程度）が供給され、ＥＨＣ１１が短時間で発熱、昇
温する。
【００２８】この状態で所定の時間ｔ１が経過してＥＨ
Ｃ１１が触媒活性化温度に到達すると、制御回路３０は
レギュレータへのＥＣ信号（図４(E) ）をオフにすると
ともに、スイッチＳＷ１はオンのままでスイッチＳＷ２
をオンにしてバッテリ５１をオルタネータ６０に接続す
る（図４(G) ）。この状態では、ＥＨＣ１１とバッテ
リ５１とはオルタネータ６０に並列に接続される。ま
た、ＥＣ信号がオフにされたため、レギュレータ７０は
ロータコイル６３の励磁電流をバッテリ端子電圧に応じ
てオン／オフ制御するようになり、オルタネータ６０の
出力電圧は通常のバッテリ充電電圧まで低下する（図４
(H) ）。この状態では、オルタネータ６０はバッテリ
５１とＥＨＣ１１との両方に電力を供給するが、オルタ
ネータ６０の出力電圧が図４の昇温加熱期間（図４の期
間ｔ１）に較べて１／２程度（例えば１２〜１４Ｖ）に
低下しているため、ＥＨＣ１１の消費電力は昇温加熱期
間（図４の期間ｔ１）の約１／４程度（例えば０．５Ｋ
Ｗ）に減少する。このため、ＥＨＣ１１には温度低下を
防止するだけの活性維持電力を供給しながらバッテリ５
１にも十分に充電電流が供給される。
【００２９】この状態で、機関排気通路に配置された空
燃比センサ（図示せず）の温度が上昇し空燃比信号を出
力するようになると、フィードバック制御信号がオンに
なり（図４(C) ）、空燃比センサの出力に基づいて機
関への燃料供給量がフィードバック制御され、機関１の
排気は理論空燃比に維持される。これにより、排気中に
含まれる酸素だけで機関から排出されるＨＣ、ＣＯ成分
を浄化することが可能となるためエアポンプ５５は停止
される（図４(D) ）。
【００３０】また、バッテリ５１をオルタネータ６０に
接続後所定時間が経過すると、スイッチＳＷ２はオンの
ままでスイッチＳＷ１がオフにされ、ＥＨＣ１１への通
電は停止される。上記のように、本実施形態によれば、
機関始動時にはバッテリ５１とオルタネータ６０との接
続を切り離し、オルタネータ６０から直接ＥＨＣ１１に
触媒昇温のための電力を供給するとともに、ＥＨＣ１１
が活性化温度に到達後はバッテリ５１とオルタネータ６
０とを接続し、バッテリ５１からＥＨＣ１１に触媒活性
維持のための電力を供給するようにしたことにより、バ
ッテリの負担を増大することなく短時間で触媒コンバー
タを活性化温度に到達させ、しかも活性化温度到達後も
触媒活性を維持するだけの電力を電気ヒータに供給する
ことが可能となっている。なお、図４において期間ｔ１
は触媒昇温のための電流供給期間、ｔ２は触媒活性維持
のための電流供給期間に該当する。
【００３１】図５、図６は、制御回路３０により一定時
間毎に実行される上記電源制御ルーチンを示すフローチ
ャートである。図５においてルーチンがスタートすると
ステップ５０１と５０３では、機関の始動が完了したか
否かが判断される。すなわち、ステップ５０１ではイグ
ニッションスイッチ５７がオンになっているか、またス
テップ５０３では機関回転数ＮＥが所定値（６００ｒｐ
ｍ）以上になっているか否かが判定され、ステップ５０
１と５０３のいずれか一方でも成立しない場合にはステ
ップ５３９で後述するカウンタＣ１とＣ２との値がクリ
アされるとともに、フラグＸの値が０に設定され、図６
ステップ５３７が実行される。ステップ５３７では、ス
イッチＳＷ１がオフにされ、スイッチＳＷ２がオンにさ
れるとともに、ＥＣ信号がオンとされる。これにより、
オルタネータ６０は通常運転時のバッテリ充電運転に切
換られ、ＥＨＣ１１への通電中にバッテリ電圧が低下し
た場合には通電が停止される。
【００３２】ステップ５０１と５０３との両方の条件が
成立した場合には、次にステップ５０４でバッテリ電圧
フラグＸの値が２に設定されているか否かが判定され、
Ｘ＝２であった場合には、上記同様、図６ステップ５３
７に進む。バッテリ電圧フラグＸの値は、ＳＷ２がオン
になった状態においてもバッテリ端子電圧が所定の電圧
（例えば１０．５Ｖ）より低下した場合に図６ステップ
５２９で２に設定される。すなわち、この場合には、バ
ッテリが消耗しておりＥＨＣ１１に通電を行うとバッテ
リの負担が大きくなる可能性があるため、ＥＨＣ１１へ
の通電は行わない。
【００３３】ステップ５０４でＸ≠２であった場合に
は、ステップ５０５、５０７でエアポンプの運転許可条
件（ＡＰ条件）が成立しているか否かが判断される。す
なわち、ステップ５０５では空燃比フィードバック制御
が開始されているか否かが、フィードバック制御開始信
号（図４(C) ）がオンになっているか否かに基づいて判
断され、ステップ５０７では、エアポンプに異常が生じ
ているか否かが判断される。ステップ５０５でフィード
バック制御が開始されている場合には、触媒コンバータ
１０、１５に二次空気を供給する必要がないので、ま
た、ステップ５０７でエアポンプに異常が生じている場
合にはエアポンプを運転するのに支障があるため、それ
ぞれスイッチＳＷＡＰはオフにされ、エアポンプの運転
は停止される。
【００３４】ついで、ステップ５１３で機関回転数ＮＥ
が上昇して所定値（例えば８００ｒｐｍ）に到達する
と、図６ステップ５１５以下のＥＨＣ通電制御が開始さ
れる。ステップ５１９、５２１、５２３は触媒昇温のた
めの電力供給動作を表すステップである。ステップ５１
９からステップ５２３では、カウンタＣ１の値が所定値
Ｃｔ１に到達するまでの間、ＳＷ１がオンにされ、ＳＷ
２はオフにされるとともに、ＥＣ信号（図４(E) ）がオ
ンにされる。ここで、カウンタＣ１はステップ５１９実
行毎にカウントアップされるカウンタであり、ＥＨＣ１
１への触媒昇温のための電力供給時間を計時するカウン
タである。また、上記所定値Ｃｔ１は、図４の期間ｔ１
に対応するカウンタ値である。本実施形態では、触媒昇
温のための電力供給期間（図４、期間ｔ１）は３０秒程
度に設定されている。
【００３５】触媒昇温電力供給開始後、時間ｔ１が経過
すると（ステップ５２１でＣ１＞Ｃｔ１となった場
合）、ステップ５２３に代えてステップ５３１から５３
７が実行され、ＥＨＣ１１への触媒昇温電力供給が停止
され、所定時間ｔ２の間ＥＨＣ１１には活性維持のため
の電力が供給される。すなわち、ステップ５３１ではカ
ウンタＣ２がカウントアップされ、ステップ５３３でカ
ウンタＣ２が所定値Ｃｔ２に到達するまでの時間スイッ
チＳＷ１とＳＷ２との両方がオンにされ、ＥＣ信号がオ
フにされる。ここで、Ｃｔ２は触媒活性維持のための電
力供給期間（図４、期間ｔ２）に対応するカウンタ値で
ある。本実施形態では、ｔ２は例えば１５０秒程度の時
間に設定されている。
【００３６】なお、上記期間ｔ２が経過した後は、ステ
ップ５３７が実行されるようになり、通常のバッテリ充
電運転が行われる。なお、図６ステップ５１５では、バ
ッテリ電圧ＢＶが所定値（例えば１０．５Ｖ）以上か否
かが判断され、最初にＢＶ＜１０．５Ｖとなった場合に
はステップ５２５から５２７に進み前述のフラグＸの値
を１にセットしてから活性維持電力供給（ステップ５３
１からステップ５３５）を実行する。これにより、例え
ば触媒昇温電力供給中（ステップ５１９からステップ５
２３を実行中）にバッテリ電圧が低下した場合には、バ
ッテリ保護のために触媒昇温電力の供給は停止され、触
媒活性維持電力の供給が行われる。
【００３７】また、触媒活性維持電力の供給に切り換え
てもバッテリ電圧が回復しない場合（すなわち、前回フ
ラグＸの値が１にセットされている状態で再度ステップ
５１５でバッテリ電圧が低いと判定された場合）には、
ステップ５２５とステップ５２８でフラグＸの値は２に
セットされ、次のルーチン実行時からはステップ５０４
の次にステップ５３７が実行されるようになる。すなわ
ち、この場合には機関始動時であっても通常運転時のバ
ッテリ充電が行われ、ＥＨＣへの通電は行われない。
【００３８】またステップ５１７で空燃比フィードバッ
ク制御が開始されている場合には、排気空燃比は理論空
燃比に制御されており、排気中のＨＣ、ＣＯ成分量は減
少しているため、触媒昇温のための電力供給は行わず、
ステップ５１７から直接ステップ５３１に進み触媒活性
維持電力の供給を行う。次に、図７を用いて本発明の別
の実施形態について説明する。図７は、図１の装置の電
力供給系統の別の実施形態を示す図３と同様な回路図で
ある。図７において、図３と同一の参照符号は図３のも
のと同様の要素を示している。
【００３９】図７の実施形態では、オルタネータ６０に
は図３と同様な整流器６５の出力端子６２に加えて、別
の出力端子７２が設けられている。出力端子７２はスタ
ー結線のステータコイル６１の中性点に直接接続されて
いる。また、本実施形態ではバッテリ５１は、常時オル
タネータ６０の出力端子６２に接続されており、図３の
スイッチＳＷ２は設けられていない。また、図７に示す
ようにＥＨＣ１１は中性点出力端子７２にスイッチＳＷ
４を介して、また出力端子６２にスイッチＳＷ３を介し
て、それぞれ接続されている。さらに、本実施形態で
は、レギュレータ７０にはＥＣ端子は設けられておら
ず、ロータコイル６３の励磁電流は常時バッテリ端子電
圧に応じてオン／オフ制御されている。
【００４０】本実施形態では、機関始動時には、まずス
イッチＳＷ３をオン、かつスイッチＳＷ４をオフにし
て、バッテリ５１からＥＨＣ１１に触媒昇温用の電力を
供給する。そして、所定時間ｔ１が経過してＥＨＣ１１
が活性化温度まで昇温すると、次にスイッチＳＷ３をオ
フ、かつスイッチＳＷ４をオンにしてオルタネータ６０
の中性点出力端子７２からＥＨＣ１１に触媒活性維持の
ための電力を供給する。
【００４１】図７から明らかなように、中性点出力端子
７２の出力は出力端子６２における電圧（バッテリ電
圧）の約１／２の電圧の交流出力となる。このため、中
性点出力端子７２からＥＨＣ１１に電力を供給すること
により、ＥＨＣ１１の消費電力はバッテリから電力を供
給する場合に較べて約１／４に低下する。一方、中性点
出力端子７２からＥＨＣ１１に電力を供給している間も
出力端子６２の電圧は通常のバッテリ充電電圧に維持さ
れるため、バッテリ５１の充電は通常通りに行われる。
【００４２】このため、本実施形態によれば、ＥＨＣ１
１昇温後、長時間にわたってＥＨＣ１１に触媒活性維持
のための電力を供給した場合であってもバッテリ５１に
負担がかからず、バッテリ５１の消耗が生じないという
利点がある。図８は、機関始動時の図８の各要素の挙動
を説明する図４と同様なタイミングダイヤグラムであ
り、図８において(A) はイグニッションスイッチ５７の
オン／オフ状態、(B) は機関回転数ＮＥの変化、(C) は
空燃比フィードバック制御信号、(D) はエアポンプスイ
ッチＳＷＡＰのオン／オフ状態を表しており、(E) 、
(F) は、それぞれスイッチＳＷ４、ＳＷ３のオン／オフ
状態、(G) はＥＨＣ１１に印加される電圧の変化をそれ
ぞれ表している。また図８のからで示した点は、図
４のからの点に対応している。
【００４３】図８のタイミングダイヤグラムでは、で
スイッチＳＷ３をオン、かつＳＷ４をオフにして、で
スイッチＳＷ３をオフ、かつＳＷ４をオンにする点、及
びではスイッチＳＷ３とＳＷ４との両方をオフにする
点が図４と相違している。また、図９、図１０は、本実
施形態の電源制御ルーチンを示す図５、図６と同様なフ
ローチャートである。図９、図１０のフローチャート
は、図５、図６のフローチャートと上記スイッチＳＷ
３、ＳＷ４の操作（ステップ９２３、９３５、９３７）
が異なるのみで他のステップは図５、図６と同様である
ので、ここでは詳細な説明は省略する。
【００４４】なお、上記各実施形態ではいずれも機関始
動が完了後のみにＥＨＣ１１に通電を行う場合について
説明したが、例えば、上記各実施形態において機関始動
完了後の通電に加えて、機関始動前にＥＨＣ１１に通電
を行ないＥＨＣ１１を予熱するようにすれば、さらにＥ
ＨＣの昇温に要する時間を短縮することが可能となる。
この場合、スタータモータスイッチのオン／オフを検出
し、例えばイグニッションスイッチ５７がオンになって
からスタータモータスイッチがオンになるまでの時間ス
イッチＳＷ１とＳＷ２の両方（図３の場合）、またはス
イッチＳＷ３（図７の場合）をオンにしてバッテリ５１
からＥＨＣ１１に電力を供給し、スタータモータスイッ
チがオンになると同時に上記各スイッチをオフにしてＥ
ＨＣ１１への電力供給を停止する操作を追加すれば良
い。
【００４５】また、上記各実施形態では機関始動後に触
媒活性維持のための電力供給期間が終了するとＥＨＣ１
１には全く電力が供給されなくなる。しかし、実際の運
転では、機関始動後であっても、例えば外気温度が低い
状態でアイドル運転を長時間続けたような場合には触媒
コンバータ１０、１５の温度が低下してしまう可能性が
ある。
【００４６】このため、アイドル運転中に触媒コンバー
タ温度が低下するような状況では一定時間毎に各実施形
態で説明した方法で触媒活性維持のための電力供給を行
ない、触媒コンバータの冷却を防止するようにしても良
い。この場合、例えば外気温度を検出し、外気温度に応
じて予め設定した時間以上機関のスロットル弁が全閉に
なった状態が継続したときに、一定の間隔で触媒活性維
持のための電力をＥＨＣ１１に供給するようにすること
も可能である。
【００４７】
【発明の効果】各請求項に記載の発明によれば、バッテ
リの負担を増大することなく短時間で触媒コンバータを
活性化温度に到達させ、しかも活性化温度到達後も触媒
活性維持のための加熱を続けることが可能となる共通の
効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を自動車用機関に適用した場合の実施形
態の概略構成を示す図である。
【図２】電気加熱式触媒コンバータの構造を説明する図
である。
【図３】図１の電力供給回路の一実施形態を示す図であ
る。
【図４】図３の回路における電源制御を説明するタイミ
ング図である。
【図５】図３の回路における電源制御を説明するフロー
チャートの一部である。
【図６】図３の回路における電源制御を説明するフロー
チャートの一部である。
【図７】図１の電力供給回路の一実施形態を示す図であ
る。
【図８】図７の回路における電源制御を説明するタイミ
ング図である。
【図９】図７の回路における電源制御を説明するフロー
チャートの一部である。
【図１０】図７の回路における電源制御を説明するフロ
ーチャートの一部である。
【符号の説明】
１…内燃機関 ４…排気通路 １０…電気加熱式触媒コンバータ １１…ヒータ付触媒（ＥＨＣ） ５１…バッテリ ６０…オルタネータ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 バッテリと、内燃機関により駆動される
    発電機と、前記内燃機関の排気通路に配置された電気ヒ
    ータ付触媒コンバータとを備えた電気加熱式触媒装置の
    電源制御装置であって、 前記発電機と前記バッテリとを接続し、前記バッテリに
    充電電流を供給する充電電力回路と、 前記発電機と前記触媒コンバータの電気ヒータとを直接
    接続し、前記発電機から前記電気ヒータに電力を供給す
    る触媒昇温電力回路と、 前記触媒コンバータの電気ヒータとバッテリとを接続
    し、前記バッテリから電気ヒータに電力を供給する触媒
    活性維持電力回路と、 機関始動時に、前記充電電力回路と前記活性維持電力回
    路とをそれぞれオフにするとともに、前記触媒昇温電力
    回路をオンにして前記発電機から電気ヒータに電力を供
    給することにより、触媒コンバータを活性化温度まで昇
    温する第１の制御手段と、 触媒コンバータが活性化温度以上に昇温したときに、前
    記触媒昇温電力回路をオフにするとともに、前記充電電
    力回路と前記活性維持電力回路とをそれぞれオンにし
    て、前記発電機から前記バッテリに充電電流を供給し、
    前記バッテリから前記電気ヒータに活性維持電流を供給
    することにより、触媒の活性化状態を維持する第２の制
    御手段と、 を備えた電気加熱式触媒装置の電源制御装置。
  2. 【請求項２】 内燃機関により駆動される発電機と、前
    記内燃機関の排気通路に配置された電気ヒータ付触媒コ
    ンバータとを備えた電気加熱式触媒装置の電源制御装置
    であって、 前記発電機に接続されたバッテリと、 前記バッテリと前記触媒コンバータの電気ヒータとを接
    続し、バッテリから電気ヒータに電力を供給する触媒昇
    温電力回路と、 前記発電機出力巻線の中性点と前記触媒コンバータの電
    気ヒータとを接続し、発電機出力巻線中性点から電気ヒ
    ータに電力を供給する活性維持電力回路と、 機関始動時に、前記活性維持電力回路をオフにするとと
    もに、前記触媒昇温電力回路をオンにして前記バッテリ
    から電気ヒータに電力を供給することにより、触媒コン
    バータを活性化温度まで昇温する第１の制御手段と、 触媒コンバータが活性化温度以上に昇温したときに、前
    記触媒昇温電力回路をオフにするとともに、前記活性維
    持電力回路をオンにして、発電機の前記中性点から前記
    電気ヒータに活性維持電流を供給することにより、触媒
    の活性化状態を維持する第２の制御手段と、 を備えた電気加熱式触媒装置の電源制御装置。
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