Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine
Vorrichtung, welche elektrische Energie einem elektrisch
beheizten Katalysator eines Fahrzeugs zuführt. Insbesondere
bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung, welche
elektrische Energie einem elektrisch beheizten Katalysator
zuführt, der an dem Abgasdurchgang bzw. -durchlauf eines
Automobils angebracht ist, wenn der Katalysator wie während
eines Kaltstarts einer Brennkraftmaschine kalt ist, um die
Aktivierung des Katalysators zu unterstützen.
2. Beschreibung der verwandten Technik
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Von einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs emittierte
Abgase enthalten Verunreinigungen wie HC
(Kohlenwasserstoffe), CO (Kohlenmonoxid) und NOx
(Stickoxide). In einem Abgasdurchgang einer
Brennkraftmaschine ist üblicherweise ein katalytischer Wandler bzw.
Katalysator vorgesehen, welcher eine Vorrichtung zur
Entfernung von in den Abgasen enthaltenen Verunreinigungen ist.
Es ist jedoch bekannt, dass dann, wenn die Temperatur des
Katalysators niedrig ist (er sich in einem inaktiven
Zustand befindet) der in dem katalytischen Wandler verwendete
Drei-Wege-Katalysator derart arbeitet, dass lediglich
einige der in den Abgasen enthaltenen Verunreinigungen
entfernt werden. Wenn daher der katalytische Wandler sich nach
einem Kaltstart der Brennkraftmaschine in dem inaktiven
Zustand befindet, können die Abgase nicht hinreichend
gereinigt werden.
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Es wurde eine Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen
vorgeschlagen, welche in dem Abgasdurchgang an der stromauf
befindlichen Seite des katalytischen Wandlers installiert
ist, wobei die Vorrichtung einen elektrisch beheizten
zweiten katalytischen Wandler (EHC: elektrisch beheizter
Katalysator, electrically heated catalyst) enthält, welcher
einen oxidierenden Katalysator trägt und ein elektrisches
Heizgerät besitzt. Wenn bei dieser Vorrichtung zur
Reinigung von Abgasen der katalytische Wandler noch immer
inaktiv ist, wird, der zweite katalytische Wandler elektrisch
beheizt, um den oxidieren Katalysator zu heizen und das
Entfernen von HC zu unterstützen.
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Der elektrisch beheizte Katalysator wird normalerweise
mit elektrischer Energie aus einer Batterie versorgt.
Während des Kaltstarts der Brennkraftmaschine jedoch ist die
Kapazität der Batterie niedrig. Wenn ein großer Betrag von
Energie aus der Batterie dem elektrisch beheizten
Katalysator in einem derartigen Zustand zugeführt wird, fällt die
Batteriespannung ab, was für die Lebensdauer der Batterie
nachteilig ist. Es kann daher eingerichtet werden den
Ausgang eines Wechselstromgenerators, welcher die Batterie
elektrisch lädt, direkt dem elektrisch beheizten
Katalysator zuzuführen.
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Eine Technologie zum Zuführen von elektrischer Energie
von dem Wechselstromgenerator direkt zu der Last, welche
elektrische Energie verbraucht, wird in der japanischen
Patentveröffentlichungsschrift (Kokoku) Nr. 61-33735
(Patentfamilie GB. A.1 483 033) offenbart.
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Wenn bei der in der japanischen
Patenveröffentlichungsschrift (Kokoku) Nr. 61-33735 offenbarten Technik die
elektrische Energie von dem Wechselstromgenerator einem
bestimmten Heizgerät zuzuführen ist, wird der
Wechselstromgenerator von der Batterie abgetrennt und es wird der ganze
Ausgang des Wechselstromgenerators dem bestimmten Heizgerät
zugeführt. Bei dieser Patentveröffentlichung ist das
bestimmte Heizgerät ein Abtaugerät bzw. eine
Antibeschlagsvorrichtung, welche in dem Rückfenster eines Fahrzeugs
vorgesehen ist. Damit die elektrische Energie des
Wechselstromgenerators effektiv für das Abtaugerät verwendet
werden kann, wird die Schaltung zum Laden der Batterie von dem
Wechselstromgenerator abgetrennt, und es wird die gesamte
elektrische Energie des Wechselstromgenerators dem
Abtaugerät zugeführt.
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Die in der japanischen Patentveröffentlichungsschrift
(Kokoku) Nr. 61-33735 offenbarte Technologie kann ebenfalls
auf eine Vorrichtung angewandt werden, welche elektrische
Energie einem Heizgerät eines Fahrzeugs zuführt. Wenn die
in der japanischen Patentveröffentlichungsschrift (Kokoku)
Nr. 61-33735 offenbarte Technologie auf die Vorrichtung
angewandt wird, welche elektrische Energie dem Heizgerät des
Fahrzeugs zuführt, kann der Ausgang des
Wechselstromgenerators im maximalen Umfang verwendet werden, wenn lediglich
ein elektrisch beheizter Katalysator verwendet wird, wobei
dessen negative Elektrode geerdet ist. Jedoch verbleibt die
Schwierigkeit, dass dann, wenn in einer Mehrzahl
vorkommende elektrisch beheizte Katalysatoren, welche parallel
angeschlossen sind, verwendet werden, die von dem
Wechselstromgenerator erzeugte verfügbare elektrische Energie
nicht im maximalen Umfang verwendet werden kann.
Kurzfassung der Erfindung
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine
Vorrichtung zur Zufuhr von elektrischer Energie einem Heizgerät
eines Fahrzeugs zu schaffen, welche es ermöglicht den
maximalen Grad von elektrischer Energie, welche von dem
Wechselstromgenerator erzeugt wird, zu verwenden, wenn die
elektrische Energie von dem Wechselstromgenerator lediglich
den elektrisch beheizten Katalysatoren zugeführt wird,
welche trotz der Tatsache beheizt werden, dass das Fahrzeug
eine Mehrzahl von elektrisch beheizten Katalysatoren
besitzt, ohne dass ein Ansteigen des elektrischen Widerstands
dieser elektrisch beheizten Katalysatoren zugelassen wird.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine
Vorrichtung, welche elektrische Energie einem Heizgerät eines
Fahrzeugs zuführt, und besitzt zwei Heizlasten, welche auf
die Zufuhr von elektrischer Energie beheizt werden, eine
andere Last, welcher elektrische Energie zugeführt wird,
eine Schaltung, welche diesen Lasten elektrische Energie
zuführt, einen Wechselstromgenerator, welcher von einer
Antriebsquelle des Fahrzeugs angetrieben wird, um
Elektrizität zu erzeugen, eine Batterieladeschaltung, welche an den
Wechselstromgenerator angeschlossen ist, um die Batterie
elektrisch zu laden, wobei der Wechselstromgenerator mit
zwei zusätzlichen Ausgangsanschlüssen versehen ist, eine
Schaltung zwischen dem Wechselstromgenerator und der
Batterieladesschaltung mit einem Umschalter versehen ist, in
einem ersten Zustand den Wechselstromgenerator mit den zwei
Ausgangsanschlüssen verbindet und in einem zweiten Zustand
den Wechselstromgenerator mit der Batterieladeschaltung
elektrisch verbindet, zwei Heizlasten elektrisch in Serie
zwischen den zwei Ausgangsanschlüssen angeschlossen sind
und ein Punkt der Verbindung dieser zwei Heizlasten geerdet
ist.
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Es wird dabei gewünscht einen zweiten Umschalter in
einer Schaltung vorzusehen, welche ein Ende einer Feldspule
des Wechselstromgenerators mit einem
Feldstromsteueranschluss der Batterieladesschaltung verbindet, um das Ende
der Feldspule in dem ersten Zustand zu erden.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, welche
elektrische Energie einem Heizgerät eines Fahrzeugs zuführt und
einen Wechselstromgenerator, welcher von einer
Antriebsquelle des Fahrzeugs angetrieben wird, um Elektrizität zu
erzeugen, eine Batterieladeschaltung, welche elektrisch mit
dem Wechselstromgenerator verbunden ist, um die Batterie
elektrisch zu laden, und eine Batterie aufweist, die zum
elektrischen Laden oder Entladen geeignet ist, wobei der
Wechselstromgenerator mit zwei zusätzlichen
Ausgangsanschlüssen versehen ist und ein Umschalter zwischen dem
Wechselstromgenerator und der Batterieladeschaltung
vorgesehen ist. Der Umschalter verbindet in einem ersten Zustand
elektrisch den Wechselstromgenerator mit den zwei
Ausgangsanschlüssen, und er verbindet in einem zweiten Zustand
elektrisch den Wechselstromgenerator mit der
Batterieladeschaltung. Zwei Heizlasten sind elektrisch in Serie
zwischen den zwei Ausgangsanschlüssen angeschlossen, und ein
Verbindungspunkt dieser zwei Heizlasten ist geerdet.
Darüber hinaus ist ein zweiter Umschalter in einer Schaltung
vorgesehen, welche ein Ende einer Feldspule des
Wechselstromgenerators mit einem Feldstromsteueranschluss der
Batterieladesschaltung verbindet, um das Ende der Feldspule in
dem ersten Zustand zu erden. Daher fließt in dem ersten
Zustand ein Feldstrom von der Batterie in die Feldspule, so
dass der Wechselstromgenerator eine große Menge
elektrischer Energie erzeugt. Als Ergebnis wird der Elektrode,
welche nicht geerdet ist, der einen Heizlast elektrische
Energie von dem Ausgangsanschluss der positiven Seite des
Wechselstromgenerators zugeführt, und der Elektrode, welche
nicht geerdet ist, der anderen Heizlast wird elektrische
Energie von dem Ausgangsanschluss der negativen Seite des
Wechselstromgenerators zugeführt.
Kurze Beschreibung der Figuren
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Die vorliegende Erfindung wird durch die folgende
Beschreibung unter Bezugnahme auf die zugehörigen Figuren
verdeutlicht.
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Fig. 1 zeigt ein Schaltungsdiagramm, welches die
Zusammensetzung einer Vorrichtung nach dem Stand der Technik
veranschaulicht, welche elektrische Energie direkt von
einem Wechselstromgenerator einem elektrisch beheizten
Katalysator eines Fahrzeugs zuführt;
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Fig. 2 zeigt ein Diagramm, welches eine Schwierigkeit
bei einer herkömmlichen Schaltung erläutert, wenn ein
elektrisch beheizter Katalysator verwendet wird, und
veranschaulicht die Beziehung zwischen der Spannungs- und der
Ausgangscharakteristik eines Wechselstromgenerators mit dem
Widerstand des elektrisch beheizten Katalysators und der
Laufgeschwindigkeit des Motors als Parameter;
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Fig. 3 zeigt ein Schaltungsdiagramm, welches die
Zusammensetzung einer Vorrichtung nach dem Stand der Technik
veranschaulicht, welche elektrische Energie direkt von
einem Wechselstromgenerator zwei elektrisch beheizten
Katalysatoren eines Fahrzeugs zuführt;
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Fig. 4 zeigt ein Schaltungsdiagramm, welches die
Zusammensetzung einer Vorrichtung einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung veranschaulicht, welche elektrische
Energie Heizgeräten eines Fahrzeugs zuführt;
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Fig. 5A zeigt eine perspektivische Draufsicht auf ein
Automobil, auf welchem eine Vorrichtung einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angebracht ist, welche
elektrische Energie den Heizgeräten in den Abgasdurchgängen
einer Brennkraftmaschine eines V-Typs in einem Fahrzeugs
zuführt; und
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Fig. 5B zeigt ein Schaltungsdiagramm, welches eine
elektrische Verbindung zwischen dem Wechselstromgenerator
und den elektrisch beheizten Katalysatoren von Fig. 5A
veranschaulicht.
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Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Vor der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
wird eine Erklärung der herkömmlichen Vorrichtung, welche
einem elektrisch beheizten Katalysator, der an dem
Abgasdurchgang eines Fahrzeugs angeordnet ist, Energie zuführt,
unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 3 gegeben.
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Fig. 1 veranschaulicht einen Fall, bei welchem die in
der oben beschriebenen japanischen
Patentveröffentlichungsschrift (Kokoku) Nr. 61-33735 offenbarte Technologie auf
eine Vorrichtung angewandt wird, welche elektrische Energie
einem Heizgerät eines Fahrzeugs zuführt. Entsprechend Fig.
1 bezeichnet Bezugszeichen 10 einen Wechselstromgenerator,
welcher eine sternförmig angeschlossene
Dreiphasenstatorspule 11, eine Rotorspule 12, welche eine Feldspule ist,
Bürsten 13, einen Dreiphasen-Zweiweggleichrichter 14, der
aus einer Diodenbrücke gebildet ist, einen IC-Regler 15 und
Umschalter SW1 und SW2 enthält. Der Umschalter SW1
verbindet ein Ende der Rotorspule 12 mit Masse (Erde) oder dem
IC-Regler 15. Der Umschalter SW2 verbindet die gemeinsame
Kathode des Dreiphasen-Zweiweggleichrichters 14 mit dem IC-
Regler 15 oder dem elektrisch beheizten Katalysator 3. Der
IC-Regler 15 besitzt einen Ladeanschluss B, einen
Zündanschluss IG, welcher an den Zündschalter 7 angeschlossen
ist, einen Ladeanschluss L, welcher an eine Ladelampe 9
angeschlossen ist, einen Feldstromanschluss F, welcher an die
Rotorspule 12 angeschlossen ist, einen Phasenanschluss P,
welcher an eine der Phasen der Statorspule 11 angeschlossen
ist, und einen Erdungsanschluss E, welcher geerdet ist. Das
andere Ende der Ladelampe 9 ist an dem Zündschalter 7
angeschlossen, und das andere Ende des Zündschalters 7 ist an
einer Batterie 8 und an einer (nicht dargestellten)
elektrischen Schaltung eines Automobils angeschlossen.
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Bei der derart zusammengesetzten Vorrichtung zur Zufuhr
von Energie einem Heizgerät eines Fahrzeugs sind die
Umschalter SW1 und SW2 wie durch gestrichelte Linien
dargestellt in einem gewöhnlichen Zustand angeschlossen, bei
welchem der Zündschalter 7 eingeschaltet ist. In diesem
Fall wird die in der Statorspule 11 erzeugte elektrische
Energie durch den Dreiphasen-Zweiweggleichrichter 14
gleichgerichtet und der Batterie 8 über den IC-Regler 15
eingegeben. Die Ladelampe 9 ist bzw. wird eingeschaltet.
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Unmittelbar nach dem Start der Brennkraftmaschine durch
Einschalten des Zündschalters 7 werden die Umschalter SW1
und SW2 wie durch die durchgezogenen Linien dargestellt
angeschlossen, und die in der Statorspule 11 erzeugte gesamte
elektrische Energie wird durch den
Dreiphasen-Zweiweggleichrichter 14 gleichgerichtet und dem elektrisch
beheizten Katalysator 3 eingegeben. Die Ladelampe 9 ist nicht
eingeschaltet.
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Bei der in der japanischen
Patentveröffentlichungsschrift (Kokoku) Nr. 61-33735 offenbarten Technologie kann
der Ausgang des Wechselstromgenerators in einem maximalen
Grad in einer Zusammensetzung verwendet werden, welche mit
einer einzigen elektrischen Last, deren negative Elektrode
geerdet ist, wie einer Abtauvorrichtung oder einem
elektrisch beheizten Katalysator ausgestattet ist. Wenn in
einer Mehrzahl vorkommende elektrisch beheizte Katalysatoren
verwendet werden und parallel angeschlossen werden, kann
jedoch die durch den Wechselstromgenerator erzeugte
verfügbare elektrische Energie nicht länger in dem maximalen Grad
verwendet werden.
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Diese Schwierigkeit wird detailliert unter Bezugnahme
auf Fig. 2 beschrieben.
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Die von dem Wechselstromgenerator zugeführte maximale
elektrische Energie wird stark von einem elektrischen
Widerstand des elektrisch beheizten Katalysators, welcher
eine Last darstellt, beeinflußt, was sich aus der in Fig. 2
dargestellten Spannungsausgangscharakteristik des
Wechselstromgenerators ergibt (das Diagramm, welches eine
Bezie
hung zwischen der Laufgeschwindigkeit und der von dem
Wechselstromgenerator zugeführten elektrischen Energie
veranschaulicht). Entsprechend Fig. 2 ändert sich die von dem
Wechselstromgenerator zugeführte elektrische Energie stark
mit einer Änderung des elektrischen Widerstands des
elektrisch beheizten Katalysators. Für den Fall des elektrisch
beheizten Katalysators versteht es sich aus Fig. 2, dass
ein optimaler Zustand erreicht wird, wenn der Widerstand
auf 0,5 Ω (500 mΩ) festgelegt ist.
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Der Anmelder hat viele Anmeldungen eingereicht, die
einen elektrisch beheizten Katalysator betreffen, der einen
äußeren Zylinder, welcher eine negative Elektrode ist, und
einen Metallkatalysatorträger aufweist, welcher in dem
äußeren Zylinder enthalten ist und damit ohne Isolierung
verbunden ist (siehe beispielsweise die japanische
Patentveröffentlichungsschrift (Kokai) Nr. 7-54644). Die
Schaltungsstruktur zur Versorgung des elektrisch beheizten
Katalysators mit elektrischer Energie ist derart, dass elektrischer
Strom von einer mittleren Elektrode, welche eine positive
Elektrode ist, zu dem äußeren Zylinder fließt, welche eine
negative Elektrode ist, wobei der äußere Zylinder, welcher
eine negative Elektrode ist, an dem Fahrzeugkörper geerdet
ist. Wenn das Fahrzeug lediglich einen elektrisch beheizten
Katalysator besitzt, kann daher der elektrische Widerstand
des elektrisch beheizten Katalysators nach dem Stand der
Technik wie in der oben beschriebenen
Patentveröfftentlichungsschrift offenbart auf 0,5 Ω festgelegt werden, um
den Ausgang des Wechselstromgenerators in einem maximalen
Grad zu verwenden.
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Wenn das Fahrzeug eine Mehrzahl von elektrisch
beheizten Katalysatoren aufweist, beispielsweise zwei elektrisch
beheizte Katalysatoren, treten jedoch bei der Verwendung
des in der oben beschriebenen Veröffentlichungsschrift
offenbarten Stands der Technik die folgenden Schwierigkeiten
auf.
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(1) Wenn das Fahrzeug zwei elektrisch beheizte
Katalysatoren aufweist, sind die äußeren Zylinder, welche die
negativen Elektroden sind, an dem Körper infolge der
Schaltungsstruktur der elektrisch beheizten Katalysatoren
geerdet. Wie in Fig. 3 dargestellt sind daher die zwei
elektrisch beheizten Katalysatoren 3A und 3B parallel zu dem
Wechselstromgenerator 10 angeschlossen. Damit die zwei
elektrisch beheizten Katalysatoren 3A und 3B, welche
parallel angeschlossen sind, einen optimalen elektrischen
Widerstand von 0,5 Ω aufweisen, muß jeder der elektrisch
beheizten Katalysatoren 3A und 3B einen elektrischen
Widerstand von 1 Ω besitzen, was den doppelten Wert von 0,5 Ω
darstellt.
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(2) Damit der elektrisch beheizte Katalysator einen
elektrischen Widerstand von 1 Ω aufweist, muß die Struktur
des Katalysators (Metallträger) geändert werden. Dies kann
nicht leicht bei dem elektrisch beheizten Katalysator der
vorliegenden Struktur erzielt werden.
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(3) Als Ergebnis kann der elektrische Widerstand des
elektrisch beheizten Katalysators nicht auf 1 Ω festgelegt
werden, und die von dem Wechselstromgenerator 10 erzeugte
elektrische Energie kann nicht in einem maximalen Grad
verwendet werden.
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Fig. 4 zeigt ein Schaltungsdiagramm, welches die
Struktur einer Vorrichtung zur Versorgung der Heizgeräte eines
Fahrzeugs mit elektrischer Energie einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, Fig. 5A zeigt
eine perspektivische Draufsicht auf ein Automobil, auf
welchem eine Vorrichtung zur Versorgung der Heizgeräte mit
elektrischer Energie in den Abgasdurchgängen einer
Brennkraftmaschine eines V-Typs in einem Fahrzeug einer
Ausführungsform von Fig. 4 angebracht ist, und Fig. 5B zeigt ein
Schaltungsdiagramm, welches eine elektrische Verbindung
zwischen dem Wechselstromgenerator 10 und den elektrisch
beheizten Katalysatoren 4 von Fig. 5A veranschaulicht.
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Bezüglich Fig. 5A ist zuerst ein Zustand beschrieben,
bei welchem die Vorrichtung, welche die Heizgeräte eines
Fahrzeugs mit elektrischer Energie versorgt, auf dem
Automobil 100 entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung angebracht ist. Die auf dem Automobil 100 dieser
Ausführungsform angebrachte Brennkraftmaschine 1 ist vom V-
Typ. Daher ist ein Abgasdurchgang 2 für jede der Reihen der
Brennkraftmaschine des V-Typs vorgesehen. Die zwei
Abgasdurchgänge 2 treffen einander und sind mit dem hinteren
Teil des Automobils 100 verbunden. Die zwei Abgasdurchgänge
2 sind jeweils mit einem gewöhnlichen katalytischen
Konverter 4 versehen. Die kombinierten Abgasdurchgänge sind
ebenfalls mit einem gewöhnlichen katalytischen Wandler 5
versehen. Ein elektrisch beheizter Katalysator 3 ist auf der
stromauf befindlichen Seite des gewöhnlichen katalytischen
Wandlers 4 in jedem Abgasdurchgang vorgesehen.
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Entsprechend Fig. 5A bezeichnet Bezugszeichen 8 eine
Batterie, welche durch den Ausgang des von der
Brennkraftmaschine 1 angetriebenen Wechselstromgenerators 10
elektrisch geladen wird. Der Ausgang der Batterie 8 wird einer
Vielzahl von in dem Automobil 100 angebrachten elektrischen
Ausrüstungen und einer ECU (Motorsteuereinheit) 6 zur
Steuerung dieser elektrischen Ausrüstungen zugeführt. Die
elektrisch beheizten Katalysatoren 3 werden insofern von
der Batterie 8 versorgt. Bei dieser Ausführungsform jedoch
sind die elektrisch beheizten Katalysatoren 3 direkt an den
Wechselstromgenerator 10 angeschlossen.
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Fig. 5B zeigt ein Diagramm, welches die elektrische
Verbindung von lediglich dem Wechselstromgenerator 10 und
den elektrisch beheizten Katalysatoren 3 veranschaulicht.
Bei dieser oben beschriebenen Ausführungsform sind die
elektrisch beheizten Katalysatoren 3 derart gebildet, dass
die äußeren Zylinder 33, welche negative Elektroden sind,
an dem Körper geerdet sind. Daher sind bei dieser
Ausführungsform die äußeren Zylinder 33, welche negative
Elektroden der zwei elektrisch beheizten Katalysatoren 3A und 3B
sind, an dem Körper des Automobils geerdet. Die Anschlüsse
31 und 32, welche positive Elektroden der elektrisch
beheizten Katalysatoren 3A und 3B sind, sind mit den
zusätzlich vorgesehenen Ausgangsanschlüssen 16 und 17 des
Wechselstromgenerators 10 verbunden.
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Fig. 4 zeigt ein Schaltungsdiagramm, welches die
elektrische Struktur des Wechselstromgenerators 10 und die in
Fig. 5B dargestellten elektrisch beheizten Katalysatoren 3
zusammen mit dem Zündschalter 7, der Batterie 8 und der
Ladelampe 9 veranschaulicht.
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Entsprechend Fig. 4 enthält der Wechselstromgenerator
10 eine Statorspule 11, eine Rotorspule 12, Bürsten 13,
einen aus einer Diodenbrücke gebildeten
Dreiphasen-Zweiweggleichrichter 14, einen IC-Regler 15 und Umschalter SW1 bis
SW3. Die Statorspule 11 ist in drei Phasen sternförmig
angeschlossen, und die äußeren Anschlüsse dieser Spulen sind
an dem aus einer Diodenbrücke gebildeten
Dreiphase-Zweiweggleichrichter 14 angeschlossen. Die Umschalter SW1 und SW2
sind an denselben Positionen wie die bezüglich Fig. 1
erklärten Umschalter SW1 und SW2 installiert. Der Umschalter
Sw3 ist neu zwischen Masse und einer gemeinsamen Anode des
Dreiphasen-Zweiweggleichrichters 14 vorgesehen.
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Infolge des Umschalters SW1 ist der an eine Bürste 13
der Rotorspule 12 angeschlossene Anschluss entweder an den
Anschluss F des IC-Reglers 15 oder an Masse angeschlossen.
Infolge des Umschalters SW2 ist die gemeinsame Kathode des
Dreiphasen-Zweiweggleichrichters 14 an den Ladeanschluss B
des IC-Reglers 15, an die Batterie 8 und an die andere
Bürste der Rotorspule oder an den Ausgangsanschluss 16 des
Wechselstromgenerators 10 angeschlossen. Infolge des
Um
schalters SW3 ist des weiteren die gemeinsame Anode des
Dreiphasen-Zweiweggleichrichters 14 entweder an Masse oder
an den Ausganganschluss 17 des Wechselstromgenerators 10
angeschlossen.
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Der IC-Regler 15 besitzt einen Ladeanschluss B, einen
Zündanschluss IG, welcher an dem Zündschalter 7
angeschlossen ist, einen Lampenanschluss L, welcher an die Ladelampe
9 angeschlossen ist, einen Feldstromanschluss F, welcher an
die Rotorspule. 12 angeschlossen ist, einen Phasenanschluss
P, welcher an eine der Phasen der Statorspule 11
angeschlossen ist, und einen Masseanschluss E, welcher geerdet
ist. Das andere Ende der Ladelampe 9 ist an dem
Zündschalter 7 angeschlossen, und das andere Ende des Zündschalters
7 ist an der Batterie 8 und an der elektrischen Schaltung
des Automobils angeschlossen. Der Anschluss 31 des
elektrisch beheizten Katalysators 3A ist an dem
Ausgangsanschluss 16 des Wechselstromgenerators 10 angeschlossen, und
der Anschluss 32 des elektrisch beheizten Katalysators 3B
ist an dem Ausgangsanschluss 17 des Wechselstromgenerators
10 angeschlossen. Die äußeren Zylinder 33 der elektrisch
beheizten Katalysatoren 3A und 3B sind beide geerdet.
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Bei dieser Struktur sind die zwei elektrisch beheizten
Katalysatoren 3A und 3B in Serie zwischen Masse und den
Ausgangsanschlüssen 16, 17 des Wechselstromgenerators
angeschlossen. Damit die serielle Schaltung den oben
beschriebenen optimalen elektrischen Widerstand von 0,5 Ω besitzt,
muss jeder der elektrisch beheizten Katalysatoren 3A und 3B
einen elektrischen Widerstand von 0,25 Ω besitzen, also
die Hälfte von 0,5 Ω. Mit dem gegenwärtig verfügbaren
elektrisch beheizten Katalysator, der mit einem
Metallträger ausgestattet ist, ist es möglich den elektrischen
Widerstand zu halbieren, wodurch ein Freiheitsgrad bei dem
Entwurf der Schaltung der elektrisch beheizten
Katalysatoren geschaffen wird. Darüber hinaus ist ein Halbieren des
elektrischen Widerstands des elektrisch beheizten
Katalysa
tors bezüglich der Haltbarkeit vorteilhaft, wobei es
ermöglicht wird einen elektrisch beheizten Katalysator unter
Beibehaltung des Freiheitsgrads sogar hinsichtlich der
Struktur zu erzielen.
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Unten wird der Betrieb der derart gebildeten
Vorrichtung zur Versorgung der Heizgeräte des Fahrzeugs mit
elektrischer Energie beschrieben, wenn die Batterie 8
elektrisch geladen wird und wenn die elektrische Energie den
elektrisch beheizten Katalysatoren 3A und 3B zugeführt
wird.
(1) Betrieb zum Laden der Batterie
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Der Zündschalter 7 wird eingeschaltet, und es werden
die Umschalter SW1 bis SW3 wie durch die gestrichelten
Linien dargestellt angeschlossen. In diesem Zustand ist die
Rotorspule 12 mit der Batterie 8 und mit dem Anschluss F
des IC-Reglers 15 verbunden, und der Feldstrom wird durch
den IC-Regler 15 gesteuert. Die in der Statorspule 11 in
Abhängigkeit des Feldstroms, welcher in die Rotorspule 12
fließt, erzeugte elektrische Energie wird durch den
Dreiphasen-Zweiweggleichrichter 14 gleichgerichtet und der
Batterie 8 durch den IC-Regler 15 eingegeben und der auf dem
Fahrzeug angebrachten elektrischen Ausrüstung, welche nicht
dargestellt ist, zugeführt. Die Ladelampe 9 wird
eingeschaltet.
(2) Betrieb zur Versorgung der elektrisch beheizten
Katalysatoren 3A und 3B mit Energie.
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Unmittelbar nach dem Start der Brennkraftmaschine durch
Einschalten des Zündschalters 7 werden die Umschalter SW1
bis SW3 wie durch die durchgezogenen Linien dargestellt im
Ansprechen auf einen Befehl von der ECU 6 wie bezüglich
Fig. 5A erklärt angeschlossen. In diesem Zustand ist ein
Ende der Rotorspule 12 an die Batterie 8 angeschlossen, das
andere Ende davon ist geerdet, und der maximale Feldstrom
fließt in die Rotorspule 12. Die in der Statorspule 11 in
Abhängigkeit auf den Feldstrom, welcher in die Rotorspule
12 fließt, erzeugte elektrische Energie wird durch den
Dreiphasen-Zweiweggleichrichter 14 gleichgerichtet und an
der gemeinsamen Kathode und der gemeinsamen Anode
ausgegeben. Die an der gemeinsamen Kathode ausgegebene elektrische
Energie wird dem elektrisch beheizten Katalysator 3A durch
den Ausgangsanschluss 16 zugeführt, und es wird die an der
gemeinsamen Anode ausgegebene elektrische Energie dem
elektrisch beheizten Katalysator 3B durch den Ausgangsanschluss
17 zugeführt. Somit kann die von dem Wechselstromgenerator
10 erzeugte elektrische Energie in dem maximalen Grad
verwendet werden. Die Ladelampe 9 ist nicht eingeschaltet.
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Die Struktur der oben beschriebenen Ausführungsform
kann sogar auf jenen Typ angewandt werden, bei welchem die
elektrisch beheizten Katalysatoren nicht an dem Körper
geerdet sind. Sogar dann, wenn der Widerstand des elektrisch
beheizten Katalysators zu dem Körper infolge irgendeines
Grundes kurzgeschlossen ist, tritt keine Schwierigkeit auf,
da die zwei elektrisch beheizten Katalysatoren mit
elektrischer Energie von separaten Schaltungen versorgt werden.
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Darüber hinaus kann die Rotorspule des
Wechselstromgenerators direkt durch die Ausgangsspannung des
Wechselstromgenerators zusätzlich zu der Energieversorgung durch
die Batterie mit Energie versorgt werden. Da die
Ausgangsspannung des Wechselstromgenerators sehr hoch ist, ist es
in diesem Fall erwünscht das Schalt- bzw.
Leistungsverhältnis (duty ratio) derart zu steuern, dass die Rotorspule
nicht durchbrennt.
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Bei der oben beschriebenen vorliegenden Erfindung kann
elektrische Energie von dem Wechselstromgenerator lediglich
den elektrisch beheizten Katalysatoren zu der Zeit des
Aufheizens der elektrisch beheizten Katalysatoren zugeführt
werden, obwohl die elektrisch beheizten Katalysatoren in
einer großen Anzahl an dem Fahrzeug angebracht sind, ohne
dass ein Ansteigen des elektrischen Widerstands der
elektrisch beheizten Katalysatoren gestattet wird. Darüber
hinaus kann ein maximaler Betrag von elektrischer Energie aus
dem Wechselstromgenerator extrahiert werden.