(57)【要約】  【課題】ヒータ加熱式の電気加熱触媒の仕様の相違にも柔軟に対応することができ、効率的に触媒温度を上昇させる。  【解決手段】ヒータ駆動回路２０のスイッチ素子２１をＯＮさせて電気加熱触媒のヒータ１１ｂに４２Ｖ系の高電圧電源からヒータ定格以上の電流を連続的に通電し、触媒を急速に加熱する。次に、所定時間が経過すると、スイッチ素子２１をパルス発生回路２２からのパルスによってスイッチング動作させ、ヒータ１１ｂに間欠的に通電してチョッパ制御により消費電流を抑制する。これにより、効果的に触媒温度を上昇させてチョッパ制御により消費電流を抑制し、電源効率を大幅に向上することができる。また、連続通電の時間とチョッパ制御のデューティ比とを適宜設定することにより、各種仕様のヒータに柔軟に対応することができ、多くの車種に適合可能となる。【選択図】図３
2005240583.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電圧系統の電源と、この第１の電圧系統よりも高電圧の第２の電圧系統の電源とを有する車両に搭載されたエンジンの排気系に介装され、上記第２の電圧系統の電源による連続通電の定格よりも小さい定格を有するヒータ加熱式の電気加熱触媒と、
上記電気加熱触媒を通電開始から設定条件が成立するまで上記第２の電圧系統の電源により連続通電した後、上記第２の電圧系統の電源により上記電気加熱触媒を間欠通電する通電制御手段とを備えたことを特徴とする電気加熱触媒の通電制御装置。
【請求項２】
上記設定条件を、電気加熱触媒の通電開始から予め設定された時間が経過するまでの条件、或いは上記電気加熱触媒の温度が設定温度に達するまでの条件とすることを特徴とする請求項１記載の電気加熱触媒の通電制御装置。
【請求項３】
上記電気加熱触媒の間欠通電を、上記連続通電の通電開始或いは上記間欠通電の通電開始から予め設定された時間が経過するまで継続し、その後、上記電気加熱触媒への通電を遮断することを特徴とする請求項１記載の電気加熱触媒の通電制御装置。
【請求項４】
上記電気加熱触媒の間欠通電を、上記電気加熱触媒の定格に基づくデューティ比のパルス通電とすることを特徴とする請求項１記載の電気加熱触媒の通電制御装置。
【請求項５】
上記通電制御手段を、上記第１の電圧系統の電源によって作動させることを特徴とする請求項１記載の電気加熱触媒の通電制御装置。
【請求項６】
上記電気加熱触媒は、上記エンジンの排気ガスを浄化する触媒と、この触媒の上流側に配設されたヒータとを備えて構成されることを特徴とする請求項１記載の電気加熱触媒の通電制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、効率よく触媒を加熱することのできる電気加熱触媒の通電制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の車両においては、エンジン始動時の排気ガス浄化を目的として、排気系に電気加熱触媒を備えるものが知られている。この電気加熱触媒は、エンジン始動前に予めバッテリから電力を供給して触媒を加熱することにより、触媒の早期活性化を図るものであるが、大電力を要するため、他の車載機器への電力供給に大きな影響を及ぼし、電源供給が不安定となるばかりでなく、触媒が十分に加熱されずに活性化が遅れる虞がある。
【０００３】
このため、特許文献１には、バッテリから充電したコンデンサの電力を最初にヒータ付触媒（電気加熱触媒）に供給して急速に加熱（急速加熱モード）した後、バッテリから最小限の電力を供給する（保温モード）ことにより、バッテリの電圧降下を防止して電源装置内の効率を良くする技術が開示されている。この技術では、ヒータを複数の抵抗で構成し、直列−並列切換することにより、急速加熱モードにおける電流を増加させることもできる。
【特許文献１】特開平７−４２５４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の技術では、通電初期にコンデンサを使用するにしても、その電力は元々バッテリの電力であり、電気加熱触媒に投入可能な電力には限界がある。また、触媒の急速加熱には、ヒータの抵抗値等の仕様による制限があり、車種毎に異なる触媒や排気系の容量に対応することができないばかりでなく、ヒータ電流を各モード間で機械的なスイッチにより切換えているため、スイッチの開閉時にアークが発生して接点溶着等が発生する等の問題が生じる可能性があり、触媒温度を効率的に上昇させる上での種々の制約がある。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、ヒータ加熱式の電気加熱触媒の仕様の相違にも柔軟に対応することができ、効率的に触媒温度を上昇させることのできる電気加熱触媒の通電制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の電気加熱触媒の通電制御装置は、第１の電圧系統の電源と、この第１の電圧系統よりも高電圧の第２の電圧系統の電源とを有する車両に搭載されたエンジンの排気系に介装され、上記第２の電圧系統の電源による連続通電の定格よりも小さい定格を有するヒータ加熱式の電気加熱触媒と、上記電気加熱触媒を通電開始から設定条件が成立するまで上記第２の電圧系統の電源により連続通電した後、上記第２の電圧系統の電源により上記電気加熱触媒を間欠通電する通電制御手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の電気加熱触媒の通電制御装置は、電気加熱触媒の電力を高電圧電源から供給し、しかも、短時間の連続通電によって効果的に触媒温度を上昇させ、その後は間欠通電により消費電流を抑制するため、電気加熱触媒の仕様の相違にも柔軟に対応することができ、電源効率を向上させて効率的に触媒温度を上昇させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１〜図３は本発明の実施の一形態に係り、図１は車両の電源系統を示すシステム構成図、図２はヒータ駆動回路の説明図、図３はヒータ駆動パルスの波形図である。
【０００９】
図１において、符号１，２は車両に搭載されるバッテリであり、本形態においては、バッテリ１は公称電圧１２Ｖ（車両運転時電圧１４Ｖ）、バッテリ２は公称電圧３６Ｖ（１２Ｖ×３；車両運転時電圧１４Ｖ×３＝４２Ｖ）のバッテリである。以下、バッテリ１を低電圧バッテリ、バッテリ２を高電圧バッテリと記載し、低電圧バッテリ１の電圧系統（第１の電圧系統）を１４Ｖ系、高電圧バッテリ２の電圧系統（第２の電圧系統）を４２Ｖ系と記載する。
【００１０】
高電圧バッテリ２は、本形態においては、エンジン３に配設されたモータジェネレータ４によって充電される。モータジェネレータ４は、エンジン３のクランクスプロケット５にベルト６を介して回転軸端部のプーリ７が連結され、エンジン３によって回転されて発電を行うと共に、アイドル停止後の車両発進時にエンジン３を駆動して再始動を行うものであり、インバータ装置８に電気的に接続されている。
【００１１】
インバータ装置８の４２Ｖ側の端子には、高電圧バッテリ２と接続された４２Ｖ系の配線が接続され、この４２Ｖ系の配線には、大電力を要する負荷が接続されている。大電力を要する負荷としては、最初のエンジン始動時のみ使用するスタータモータ９、エンジン３の排気管１０に介装されたヒータ加熱式の電気加熱触媒１１、運転者のステアリング１２の操作に対して操舵アシスト力を発生するパワーステアリング装置１３等があり、スタータモータ９とパワーステアリング装置１３とがリレーＲＹ１，ＲＹ２の各リレー接点（常開接点）を介して４２Ｖ系の配線に接続され、電気加熱触媒１１がヒータ駆動回路２０を介して４２Ｖ系の配線に接続されている。
【００１２】
電気加熱触媒１１は、本形態においては、エンジン３の排気ガスを浄化する触媒１１ａと、この触媒１１ａの直上流側に配設されたハニカム状の通路を有するヒータ１１ｂとを備えて構成され、エンジン冷態時にヒータ１１ｂに通電してヒータ１１ｂを通過する排気ガスを加熱し、触媒１１ａの早期活性化を図る。ヒータ１１ｂは、通常の電気抵抗ヒータであり、簡素な構成によりコスト低減を図ることができる。
【００１３】
ヒータ１１ｂの抵抗値は、４２Ｖ系の高電圧電源による連続通電の定格値よりも小さい定格値に設定されており、後述するように、通電初期の短時間の期間において定格以上の電力が供給されて迅速に触媒１１ａを加熱し、しかる後、チョッパ制御によって通電電流を抑制して消費電流を低減するように制御される。これにより、バッテリ電圧降下を抑制して他の車載機器への影響を回避することができる。
【００１４】
また、パワーステアリング装置１３は、本形態においては、ステアリング１２の操舵機構に連設された電動モータと、この電動モータを駆動制御する駆動回路を含んで構成され、電動モータの回転トルクによってアシスト力を発生する。このパワーステアリング装置１３に４２Ｖ系の電源を供給することにより、従来の１４系電源を使用した場合に比較して消費電流を低減することができるばかりでなく、バッテリ電圧降下による他の負荷への影響を回避しつつ、より大きなアシスト力を得ることができる。
【００１５】
尚、電気加熱触媒１１は、ポーラスな導電体の表面に触媒を担持し、触媒担体を電気抵抗ヒータとして用いるものでも良い。また、パワーステアリング装置１３は、電動ポンプによって発生させた油圧を利用してアシスト力を発生するものでも良い。
【００１６】
一方、低電圧の１４系の電圧系統としては、インバータ装置８に、４２Ｖ電圧を１４Ｖ電圧に変換するＤＣ−ＤＣコンバータ１４が接続されている。このＤＣ−ＤＣコンバータ１４に接続される配線には、低電圧バッテリ１が接続されると共に、リレーＲＹ３のリレー接点（常開接点）を介して図示しない各種ランプやオーディオ等の低電圧負荷（１４Ｖ負荷）が接続されている。
【００１７】
以上のインバータ装置８、ヒータ駆動回路２０、及びリレーＲＹ１〜３は、電子制御装置（ＥＣＵ）５０によって制御される。ＥＣＵ５０は、マイクロコンピュータを中心として定電圧回路や入出力回路等の周辺回路を含んで構成されるものであり、エンジン３の制御、車両の自動停止及び再始動を実行するアイドルストップ制御、ヒータ駆動回路２０を介した電気加熱触媒１１の通電制御、パワーステアリング装置１３を介した操舵アシスト制御、インバータ装置８を介したモータジェネレータ４の制御、主に高電圧バッテリ２の充放電状態の管理等を行う。
【００１８】
尚、図１においては、ＥＣＵ５０は、複数の制御機能を有する単一のユニットとして示しているが、各制御機能を複数のユニットに分散し、互いに通信ラインを介して接続するようにしても良い。
【００１９】
ＥＣＵ５０は、１４Ｖ系の電源が内部の定電圧回路に供給され、所定の安定化された定電圧で動作する。ＥＣＵ５０の入力側には、イグニッションスイッチ１５、スタータスイッチ１６、その他の各種スイッチ類や図示しない各種センサ類からの信号、高電圧バッテリ２のモニタ電圧が入力される。また、ＥＣＵ５０の出力側には、インバータ装置８、ヒータ駆動回路２０、リレーＲＹ１〜３、その他、エンジン３に備えられた１４Ｖ動作の各種アクチュエータ類が接続され、更に、４２Ｖ系の電圧をモニタ中に電圧低下等の異常を検知したとき、点灯或は音によって運転者に警報を発するための警報装置１７が接続されている。
【００２０】
ＥＣＵ５０によって制御されるヒータ駆動回路２０は、図２に示すように、電気加熱触媒１１のヒータ１１ｂを駆動するスイッチ素子２１と、このスイッチ素子２１に駆動パルス信号を出力するパルス発生回路２２とを主として構成され、更に、ヒータ１１ｂの通電をカットするための１回路の常開接点を有するリレーＳＷ１と、ヒータ１１ｂの連続通電と間欠通電とを切換えるための２回路の接点（常開接点及び常閉接点）を有するリレーＳＷ２とを設けている。
【００２１】
スイッチ素子２１は、例えば、パワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等の大電力のスイッチングに適した半導体素子であり、４２Ｖ系の電源に接続される電気加熱触媒１１のヒータ１１ｂへの電流をＯＮ，ＯＦＦする。このスイッチ素子２１の制御端子（例えばゲート端子）は、バイアス用抵抗Ｒ１からリレーＳＷ１のリレー接点（常開接点）を介してリレーＳＷ２の共通接点端子に接続されている。リレーＳＷ２は、常開側のリレー接点がバイアス用抵抗Ｒ２を介して４２Ｖ系の電源に接続され、常閉側のリレー接点がパルス発生回路２２の出力側に接続されている。
【００２２】
パルス発生回路２２は、ヒータ１１ｂをチョッパ制御によって通電制御するための駆動パルス信号を発生するものであり、ヒータ１１ｂの間欠通電を前提とした定格運転に適したデューティ比のパルス信号を発生する。このパルス発生回路２２における発振動作のＯＮ，ＯＦＦや発生パルスのデューティ比は、ＥＣＵ５０によって制御可能である。
【００２３】
尚、パルス発生回路２２は、ＥＣＵ５０内に設けるようにしても良い。また、ヒータ１１ｂの通電をカットするためのリレーＳＷ１は省略可能であり、リレーＳＷ２のリレー接点が常閉側にあるとき、パルス発生回路２２からの出力を０とすることで、ヒータ１１ｂの通電をカットすることができる。
【００２４】
以上の構成による車両の電源系統においては、車両の運転に際してイグニッションスイッチ１５がＯＮされると、このイグニッションスイッチ１５からのＯＮ信号がＥＣＵ５０で検出され、ＥＣＵ５０において、各種センサ類からの信号に基づいて冷態時か否かが判断される。ＥＣＵ５０によって冷態時と判断されたときには、ヒータ駆動回路２０を介した電気加熱触媒１１の通電制御により、触媒１１ａの早期活性化を図る。そして、スタータスイッチ１６がＯＮされると、このスタータスイッチ１６のＯＮ信号がＥＣＵ５０にて検出され、スタータリレーＲＹ１のリレーコイルに通電して、リレー接点を閉じ、スタータモータ９に通電してエンジン３を始動させる。
【００２５】
電気加熱触媒１１の通電制御においては、先ず、ヒータ駆動回路２０のリレーＳＷ１をＯＮしてリレー接点を閉じると共に、リレーＳＷ２をＯＮしてスイッチ素子２１の制御端子を、バイアス用抵抗Ｒ１，Ｒ２を介して４２Ｖ系の電源に接続する。これにより、スイッチ素子２１がＯＮし、ヒータ１１ｂに定格以上の電流が連続的に流れる。ヒータ１１ｂの抵抗値は、４２Ｖでの連続通電の定格値以下に設定されており、通電初期の状態において、定格以上の電力が供給されて触媒１１ａを急速に加熱することができる。
【００２６】
この連続通電による触媒１１ａの急速加熱は、所定時間が経過すると、リレーＳＷ２がＯＦＦされて、スイッチ素子２１の制御端子がパルス発生回路２２の出力側に接続されることで終了する。連続通電の時間は、ヒータ１１ｂの定格を考慮して予め設定された時間、或いは、触媒温度、排気温度、冷却水温度等が設定温度に達するまでの時間であり、この時間が経過した後は、パルス発生回路２２からのパルスがスイッチ素子２１の制御端子に印加されてスイッチ素子２１がスイッチング動作し、ヒータ１１ｂが間欠的に通電されてチョッパ制御が行われる。
【００２７】
すなわち、ヒータ１１ｂには、図３に示すヒータ駆動パルスによる電圧が印加されることになり、最初の時間Ｔ１で高電圧バッテリ２からヒータ定格以上の電流が連続的に通電され、次に、所定のデューティ比の駆動パルスによるチョッパ制御で消費電流が抑制される。駆動パルスのデューティ比は、ヒータ１１ｂの定格や触媒１１の熱容量を考慮し、触媒１１ａを活性温度に維持することのできる必要最小限の消費電流となるように設定される。
【００２８】
電気加熱触媒１１のチョッパ制御による間欠通電は、連続通電の通電開始或いは間欠通電の通電開始から予め設定された時間が経過したときに終了するようにしても良く、また、エンジン始動後、ヒータ駆動パルスのＯＦＦ期間を長くし、僅かな電力消費でヒータ１１ｂの間欠通電が継続されるようにしても良い。
【００２９】
以上のように、本実施の形態においては、特にエンジン始動時の触媒活性化に必要である電気加熱触媒１１の電力を高電圧バッテリ２から供給し、しかも、短時間のヒータ１１ｂの連続通電によって効果的に触媒温度を上昇させ、その後は、チョッパ制御により消費電流を抑制するため、電源効率を大幅に向上することができる。
【００３０】
また、連続通電の時間Ｔ１とチョッパ制御のデューティ比とを適宜設定することにより、各種仕様のヒータに柔軟に対応することができ、多くの車種に適合可能となる。更には、高電圧電源を用いながら、ヒータ１１ｂの通電電流を機械的スイッチによって直接切換えることがないため、スイッチの接点にアークが発生することがなく、接点溶着といったトラブルが発生することもない。
【００３１】
尚、本実施の形態では、スイッチ素子２１を連続的にＯＮさせる連続通電と、パルス発生回路２２からの駆動パルスによるスイッチ素子２１を駆動する間欠通電とをリレーＳＷ２で切換えるようにしているが、ＥＣＵ５０或いはパルス発生回路２２で図３に示すパルス波形を生成し、スイッチ素子２１を駆動するようにしても良い。
【００３２】
また、本実施の形態では、モータジェネレータ４を搭載するエンジン３を例に取って説明したが、モータジェネレータではなくオルタネータを備え、オルタネータの整流出力を４２Ｖ系の高電圧バッテリ２、電気加熱触媒１１、パワーステアリング装置１３に供給すると共に、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４を介して１４Ｖ系の低電圧バッテリ１や各負荷に供給するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】車両の電源系統を示すシステム構成図
【図２】ヒータ駆動回路の説明図
【図３】ヒータ駆動パルスの波形図
【符号の説明】
【００３４】
１  低電圧バッテリ
２  高電圧バッテリ
３  エンジン
１１  電気加熱触媒
１１ａ  触媒
１１ｂ  ヒータ
２０  ヒータ駆動回路
５０  電子制御装置
代理人      弁理士      伊    藤      進
【図１】
2005240583.tif 000003
【図２】
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【図３】
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