(57)【要約】【課題】エンジン冷態時等であっても電気加熱触媒に対する必要以上に大きな通電を行うことなくバッテリ電圧の安定化を維持し、また、特に部品点数を増加させずとも、着火性を向上し、空燃比のリーン化を図って触媒機能を十分に発揮させる。【解決手段】高電圧系統には電気加熱触媒１１のヒータ１１ｂ、パワーステアリング装置１３、点火コイル１４が接続され、低電圧系統にはＥＣＵ５０が接続される。そして、エンジン冷態時では電気加熱触媒１１のヒータ１１ｂへの通電が行われる。また、ＥＣＵ５０における点火制御は、１燃焼サイクル中に複数回の放電を繰り返して多重放電を実現するべく、パワートランジスタ１６ａのＯＮ／ＯＦＦにより一次コイル１４ａの通電／遮断を繰り返すことで実現される。従って、電気加熱触媒１１のヒータ１１ｂに通電されるエンジン冷態時では、多重点火が実施され、空燃比がリーン化される。【選択図】図２
2005256681.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電圧系統の電源と、
上記第１の電圧系統よりも高電圧の第２の電圧系統の電源と、
上記第２の電圧系統の電源によるヒータ加熱式のエンジン排気系に介装した電気加熱触媒と、
上記第２の電圧系統に接続した点火プラグと、
上記点火プラグを多重点火させる点火制御手段とを備えたことを特徴とするエンジンの点火装置。
【請求項２】
上記点火制御手段は、少なくともエンジン冷態時に上記多重点火を実行させることを特徴とする請求項１記載のエンジンの点火装置。
【請求項３】
上記点火制御手段の電力は、上記第１の電圧系統の電源から供給することを特徴とする請求項１又は請求項２記載のエンジンの点火装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの電圧系統と電気加熱触媒を有する車両におけるエンジンの点火装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エンジンを駆動源とする自動車等の車両においては、電装品の小型軽量化、効率向上、及び、これらによる燃費の向上、排ガスの低減を目的として、バッテリ電圧の高電圧化が要請されている。このバッテリ電圧の高電圧化に際しては、車載電装品の従来製品との互換性や耐久性等に対する配慮が必要となることから、実用的には、従来の低電圧の電圧系統と高電圧の電圧系統とを備えたデュアル電源システムが具体化されている。
【０００３】
このデュアル電源システムの電圧系統は、例えば、特許文献１に開示されているように、従来の１４Ｖの電圧系統に対し、高電圧の電圧系統として４２Ｖの電圧系統を備えるものが一般的である。特許文献１では、発電機からの４２Ｖ出力を降圧して従来の１４Ｖ負荷に供給するためのＤＣ−ＤＣコンバータを発電機と別体で備えることなく、４２Ｖ出力の交流発電機の電圧制御器に従来の負荷に対応する１４Ｖの電圧を生成する機能を組込むようにしている。
【特許文献１】特開２００２−９５１７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、エンジンを駆動源とする車両においては、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。
【０００５】
しかしながら、このような電気加熱触媒を設けても、電気加熱触媒への通電当初は、触媒の温度が低いため、十分な触媒機能を発揮させるためには、急速通電等を行って、急速に昇温させる必要があるが、大電流を通電すると電力を大きく消費し、バッテリ電圧の不安定化を生じてしまうという問題がある。このような急速通電を行わず、電気加熱触媒に十分な機能を果たさせようとする場合、エンジン冷態時には２次空気を送り込み、空燃比のリーン化を図ることも考えられるが、部品点数の増加等を生じて、コスト的、スペース的、重量的にも好ましくない。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、エンジン冷態時等であっても電気加熱触媒に対する必要以上に大きな通電を行うことなくバッテリ電圧の安定化を維持し、また、特に部品点数を増加させずとも、着火性を向上し、空燃比のリーン化を図って触媒機能を十分に発揮させることができるエンジンの点火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】
【０００７】
本発明は、第１の電圧系統の電源と、上記第１の電圧系統よりも高電圧の第２の電圧系統の電源と、上記第２の電圧系統の電源によるヒータ加熱式のエンジン排気系に介装した電気加熱触媒と、上記第２の電圧系統に接続した点火プラグと、上記点火プラグを多重点火させる点火制御手段とを備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によるエンジンの点火装置は、エンジン冷態時等であっても電気加熱触媒に対する必要以上に大きな通電を行うことなくバッテリ電圧の安定化を維持し、また、特に部品点数を増加させずとも、着火性を向上し、空燃比のリーン化を図って触媒機能を十分に発揮させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。  
図１及び図２は本発明の実施の一形態を示し、図１は車両の電源系統を示すシステム構成図、図２はエンジンの点火系と排気系の概略構成図である。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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、主に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があり、リレーＲＹ１のリレー接点（常開接点）を介して４２Ｖ系の配線に接続されている。また、大電力を要するものの、互いに実使用時期が異なる電気負荷として、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と、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とがあり、それぞれ、リレーＲＹ２，ＲＹ３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ている。更に、エンジン３の各気筒（本実施の形態では４気筒）に対する点火コイル１４，１４，１４，１４は、４２Ｖ系の配線に接続されている。
【００１３】
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、４２Ｖ系の高電圧電源を使用することにより、従来の１４Ｖ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、簡素な構成によりコスト低減を図ることができると共に、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１４Ｖ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車載機器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】
更に、点火コイル１４，１４，１４，１４も、４２Ｖ系の配線に接続されることにより、従来の１４Ｖ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車載機器への影響を回避しつつ、大きな点火エネルギを発生することができ、エネルギを蓄えて、エンジン３の１燃焼サイクル内で点火プラグ１５が放電を複数回繰り返す、所謂、多重点火も容易に行うことができる。尚、図１中、符号１６は、パワートランジスタで主要に構成されるイグナイタである。
【００１７】
電気加熱触媒１１とパワーステアリング装置１３とは、前者がエンジン３の冷態始動時にのみ電力を必要とするのみ対し、後者は、通常、エンジン始動後の車両走行時に電力を必要としている。従って、電気加熱触媒１１とパワーステアリング装置１３とは、互いに実使用時期が異なり、同時に使用されることは殆どないことから、電気加熱触媒１１とパワーステアリング装置１３とで高電圧の４２Ｖ系電源を共有化しても、それぞれの負荷容量を加算した電源容量を見込む必要がなく、電源容量の最適化を図ることができる。
【００１８】
尚、以上のことから、高電圧バッテリ２とパワーステアリング装置１３とを接続するリレーＲＹ３は、省略することも可能である。
【００１９】
一方、低電圧の１４Ｖ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１８が接続されている。このＤＣ−ＤＣコンバータ１８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ＲＹ４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。
【００２０】
以上のインバータ装置８やリレーＲＹ１〜４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（燃料噴射制御や点火時期制御等）、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、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、主に低電圧バッテリ１と高電圧バッテリ２の充電制御等を行う。
【００２１】
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。
【００２２】
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１９、スタータスイッチ２０、その他、図示しないスイッチ、センサ等が接続されている。
【００２３】
また、ＥＣＵ５０の出力側には、インバータ装置８、リレーＲＹ１〜４、イグナイタ１６，１６，１６，１６、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２１が接続されている。
【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１９がＯＮされると、このイグニッションスイッチ１９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、高電圧バッテリ２と電気加熱触媒１１のヒータ１１ｂとを接続するリレーＲＹ２のリレーコイルに通電してリレー接点を閉とし、ヒータ１１ｂに通電して触媒１１ａの早期活性化を図る。
【００２５】
このとき、ＥＣＵ５０は、同時に、高電圧バッテリ２とパワーステアリング装置１３とを接続するリレーＲＹ３のリレーコイルにも通電し、リレーＲＹ３のリレー接点を閉にすることにより、パワーステアリング装置１３を作動可能状態とする。すなわち、通常、イグニッションスイッチＯＮ後にエンジンが始動するまでは、操舵の必要性は低く、パワーステアリング装置１３が通電可能状態にあっても、電気加熱触媒１１とパワーステアリング装置１３とが同時に電力を消費することはないことから、リレーＲＹ２，ＲＹ３を同時にＯＮする。
【００２６】
尚、ＥＣＵ５０は、高電圧バッテリ２の電圧をモニタしているおり、電気加熱触媒１１の通電中に、万一、パワーステアリング装置１３が使用された場合においても、高電圧バッテリ２の電圧が設定電圧以下に低下したことを検知すると、リレーＲＹ３をＯＦＦしてパワーステアリング装置１３の通電を遮断する等の処置を行い、警報装置２１を作動させて運転者に警告を発する。
【００２７】
その後、スタータスイッチ２０がＯＮされると、このスタータスイッチ２０のＯＮ信号がＥＣＵ５０にて検出され、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。また、電気加熱触媒１１への通電後、設定時間（例えば、６０sec）が経過したとき、或いは、触媒温度、排気温度、冷却水温度等が設定温度に達したとき、リレーＲＹ２への通電を遮断してリレー接点を開き、電気加熱触媒１１への通電を終了する。
【００２８】
また、ＥＣＵ５０におけるエンジン３に関する制御は、エンジン運転状態を示す各種パラメータ、すなわち、図示しない吸気圧センサ、スロットルセンサ、水温センサ、空燃比センサ、回転数センサ等による検出信号を読み込むことにより実行され、これら各種パラメータに基づいて最適な燃料噴射量を演算し、それを噴射信号としてインジェクタ２２に出力する。また、ＥＣＵ５０は、同じく各種パラメータに基づいて最適な点火時期を演算し、それを点火信号としてイグナイタ１６，１６，１６，１６に出力する。
【００２９】
次に、エンジン３に関する点火制御に関する構成を、図２により説明する。  
ＥＣＵ５０から出力される点火信号は、イグナイタ１６に内蔵されたパワートランジスタ１６ａのベース端子に入力される。パワートランジスタ１６ａのコレクタ端子には、点火コイル１４の一次コイル１４ａの一端が接続され、一次コイル１４ａの他端が高電圧バッテリ２に接続されている。また、点火コイル１４の二次コイル１４ｂには点火プラグ１５が接続されている。
【００３０】
そして、エンジン３の運転時には、点火信号の立ち上がり／立ち下がりでパワートランジスタ１６ａがＯＮ／ＯＦＦする。すなわち、パワートランジスタ１６ａがＯＮすると、バッテリ電圧の印加に伴い、一次コイル１４ａに一次電流が流れる。その後、パワートランジスタ１６ａをＯＦＦすると、一次コイル１４ａの一次電流が遮断されて、二次コイル１４ｂに高電圧（二次電流）が誘導され、この高電圧により点火プラグ１５の電極間に点火火花が発生する。
【００３１】
また、この点火制御は、本実施の形態では、１燃焼サイクル中に複数回の放電を繰り返して多重放電を実現するべく、パワートランジスタ１６ａのＯＮ／ＯＦＦにより一次コイル１４ａの通電／遮断を繰り返すことで実現されるようになっている。すなわち、一次コイル１４ａの通電時間と遮断時間とを制御して、１燃焼サイクル中に複数個のパルス信号を出力することで多重放電が実施される。この点火制御の多重放電は、本発明の実施の形態においては、エンジン３が冷態時（例えば、エンジン水温が、６０℃以下の場合）に実行される。尚、点火プラグ１５の耐久性等が十分であれば、通常のエンジン運転時においても多重放電を行って、確実な着火性能を得られるようにしても良い。このように本実施の形態においては、ＥＣＵ５０は点火制御手段としての機能を有して構成されている。
【００３２】
このように、本実施の形態によれば、電気加熱触媒１１のヒータ１１ｂに通電されるエンジン冷態時においては、多重点火が実施され、空燃比がリーン化される。このため、電気加熱触媒１１の触媒１１ａが十分に高温となっていなくても、排ガスの浄化が十分に行われようになっている。
【００３３】
また、電気加熱触媒１１のヒータ１１ｂを急速に通電する必要もないので、急激な電力を消費することがなく、バッテリ電圧を安定させることが可能となっている。
【００３４】
更に、空燃比のリーン化は、多重点火により達成されるため、単純に制御を変更することのみで、特に２次空気等を送るための部品やスペース等を確保する必要がなく、コスト的、スペース的、重量的にも有利となっている。
【００３５】
また、本実施の形態においては、ＥＣＵ５０は、低電圧系統から電力を供給するようにして、電気加熱触媒１１のヒータ１１ｂとパワーステアリング装置１３とは別電源系統としたので、ＥＣＵ５０への電源供給が不安定となって、制御が不安定になることもない。
【００３６】
尚、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１８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】
【００３７】
【図１】車両の電源系統を示すシステム構成図
【図２】エンジンの点火系と排気系の概略構成図
【符号の説明】
【００３８】
１    低電圧バッテリ
２    高電圧バッテリ
３    エンジン
４    モータジェネレータ
８    インバータ装置
１１    電気加熱触媒
１１ａ  触媒
１１ｂ  ヒータ
１４    点火コイル
１４ａ  一次コイル
１４ｂ  二次コイル
１５    点火プラグ
１６    イグナイタ
１６ａ  パワートランジスタ
１８    ＤＣ−ＤＣコンバータ
５０    ＥＣＵ（点火制御手段）
代理人    弁理士    伊  藤    進
【図１】
2005256681.tif 000003
【図２】
2005256681.tif 000004