(57)【要約】【課題】触媒の活性化により貴金属使用量の増加を抑制しながら、浄化性能を向上させることができる触媒装置を備えるエンジンを提供する。【解決手段】排気管３０に触媒装置５０を備えるエンジン１であって、排気ガス温度センサ６０と、イグニッションコイル１３・１３・・・と、制御装置７０と、を備え、制御装置７０は、排温閾値Ｔｔと、通常時間マップ７２１と、短時間マップ７２２と、を記憶し、排気ガス温度センサ６０によって検出された排気ガス温度Ｔが排温閾値Ｔｔ以下の場合は、短時間マップ７２２に基づいてイグニッションコイル１３の通電時間を制御し、排気ガス温度センサ６０によって検出された排気ガス温度Ｔが排温閾値Ｔｔを超える場合は、通常時間マップ７２１に基づいてイグニッションコイル１３の通電時間を制御するものである。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に触媒装置を備えるエンジンであって、前記触媒装置内における排気ガス温度を検出する排気ガス温度検出手段と、前記エンジンの点火プラグに供給する点火用高電圧を発生するイグニッションコイルと、前記排気ガス温度検出手段および前記イグニッションコイルが接続される制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記排気ガス温度に係る排温閾値と、前記イグニッションコイルの通電時間を規定する通常時間マップと、前記通常時間マップよりも短い通電時間を規定する短時間マップと、を記憶し、前記排気ガス温度検出手段によって検出された排気ガス温度が前記排温閾値以下の場合は、前記短時間マップに基づいて前記イグニッションコイルの通電時間を制御し、前記排気ガス温度検出手段によって検出された排気ガス温度が前記排温閾値を超える場合は、前記通常時間マップに基づいて前記イグニッションコイルの通電時間を制御するエンジン。
【請求項２】
前記排気ガス温度検出手段は、前記触媒装置内において排気下流側に取り付けられる請求項１に記載のエンジン。
【請求項３】
前記制御装置には、エンジン負荷を検出する負荷検出手段が接続され、前記制御装置は、前記エンジン負荷５０％以下の範囲において設定される低負荷閾値と、前記エンジン負荷５０％超の範囲において設定される高負荷閾値と、を記憶し、前記負荷検出手段によって検出されたエンジン負荷が、前記低負荷閾値以上前記高負荷閾値以下の範囲にある場合は、前記短時間マップに基づいて前記イグニッションコイルの通電時間を制御し、前記負荷検出手段によって検出されたエンジン負荷が、前記低負荷閾値未満の範囲または前記高負荷閾値を超える範囲にある場合は、前記通常時間マップに基づいて前記イグニッションコイルの通電時間を制御する請求項１または請求項２に記載のエンジン。
【請求項４】
複数のシリンダを備え、前記制御装置は、前記複数のシリンダのうち少なくともいずれか一つに対応するイグニッションコイルについては、前記短時間マップまたは前記通常時間マップのうちから一のマップを選択して、この選択した一のマップに基づいて前記イグニッションコイルの通電時間を制御し、他のイグニッションコイルについては、常に前記通常時間マップに基づいて前記イグニッションコイルの通電時間を制御する請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンに関し、詳しくは、排気通路に触媒装置を備えるエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からエンジンの触媒装置では、排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）を酸化等（以下「浄化」という。）するために白金（Ｐｔ）等の貴金属が使用されている（例えば、特許文献１参照）。そして、触媒装置における貴金属使用量は、近年の排ガス規制強化に伴って増加する傾向にある。
【０００３】
しかし、貴金属使用量が増加すると触媒装置の製造コスト、ひいてはエンジンの製造コストが高くなる。特に、触媒装置に使用する代表的な貴金属であるＰｔの価格は、年々高騰する傾向にあり、触媒装置の製造コストが高くなる原因の一つとなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２７２１１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、触媒の活性化により貴金属使用量の増加を抑制しながら、浄化性能を向上させることができる触媒装置を備えるエンジンを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の解決しようとする課題は以上のとおりであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００７】
すなわち、請求項１においては、排気通路に触媒装置を備えるエンジンであって、前記触媒装置内における排気ガス温度を検出する排気ガス温度検出手段と、前記エンジンの点火プラグに供給する点火用高電圧を発生するイグニッションコイルと、前記排気ガス温度検出手段および前記イグニッションコイルが接続される制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記排気ガス温度に係る排温閾値と、前記イグニッションコイルの通電時間を規定する通常時間マップと、前記通常時間マップよりも短い通電時間を規定する短時間マップと、を記憶し、前記排気ガス温度検出手段によって検出された排気ガス温度が前記排温閾値以下の場合は、前記短時間マップに基づいて前記イグニッションコイルの通電時間を制御し、前記排気ガス温度検出手段によって検出された排気ガス温度が前記排温閾値を超える場合は、前記通常時間マップに基づいて前記イグニッションコイルの通電時間を制御するものである。
【０００８】
請求項２においては、前記排気ガス温度検出手段は、前記触媒装置内において排気下流側に取り付けられるものである。
【０００９】
請求項３においては、前記制御装置には、エンジン負荷を検出する負荷検出手段が接続され、前記制御装置は、前記エンジン負荷５０％以下の範囲において設定される低負荷閾値と、前記エンジン負荷５０％超の範囲において設定される高負荷閾値と、を記憶し、前記負荷検出手段によって検出されたエンジン負荷が、前記低負荷閾値以上前記高負荷閾値以下の範囲にある場合は、前記短時間マップに基づいて前記イグニッションコイルの通電時間を制御し、前記負荷検出手段によって検出されたエンジン負荷が、前記低負荷閾値未満の範囲または前記高負荷閾値を超える範囲にある場合は、前記通常時間マップに基づいて前記イグニッションコイルの通電時間を制御するものである。
【００１０】
請求項４においては、複数のシリンダを備え、前記制御装置は、前記複数のシリンダのうち少なくともいずれか一つに対応するイグニッションコイルについては、前記短時間マップまたは前記通常時間マップのうちから一のマップを選択して、この選択した一のマップに基づいて前記イグニッションコイルの通電時間を制御し、他のイグニッションコイルについては、常に前記通常時間マップに基づいて前記イグニッションコイルの通電時間を制御するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１２】
請求項１においては、触媒装置内の温度を、この触媒装置の触媒の活性化が促進する適切な温度に保つことができる。したがって、触媒の活性化により貴金属使用量の増加を抑制しながら、浄化性能を向上させることができ、触媒装置ひいてはエンジンの製造コストの増大を防止することができる。
【００１３】
請求項２においては、触媒装置内の温度を適切な温度に精度良く保つことができる。したがって、触媒の活性化により貴金属使用量の増加を抑制しながら、浄化性能を向上させることができ、触媒装置ひいてはエンジンの製造コストの増大を防止することができる。
【００１４】
請求項３においては、排ガス規制値に対する重み付け係数の大きい中負荷域のエミッションを重点的に低減することにより、排ガス規制値を効率良くクリアーすることができる。
【００１５】
請求項４においては、複数のシリンダを備えるエンジンであっても、特定のイグニッションコイルについてのみ、通常時間マップまたは短時間マップを選択する制御を行えばよいため、エンジンの制御構成を簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンジンを示す平面断面図。
【図２】触媒装置の内部を示す平面断面図。
【図３】触媒装置内における排気下流側の排気ガス温度とＨＣ浄化率との相関を示す図。
【図４】制御装置の制御ブロックを示す図。
【図５】通常時間マップおよび短時間マップを示す図。
【図６】排ガス規制値に対する重み付け係数の一例を示す図。
【図７】制御装置の制御フローを示す図。
【図８】負荷検出手段を別構成例とした場合のエンジンを示す平面断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
先ず、本発明の一実施形態に係るエンジンである四気筒エンジン（以下単に「エンジン」という。）１について、図１から図７を用いて説明する。なお、エンジンの気筒数は四気筒に限定するものではない。
【００１８】
図１に示すエンジン１では、四つのシリンダ１０・１０・・・が水平方向に一列に並べて設けられる。これらのシリンダ１０・１０・・・の上部には、シリンダヘッド１１が取り付けられる。シリンダヘッド１１には、シリンダ１０・１０・・・毎に点火プラグ１２が取り付けられる。シリンダヘッド１１には、吸気通路となる吸気管２０が連通接続されるとともに、排気通路となる排気管３０が触媒装置５０を介して連通接続される。
【００１９】
触媒装置５０には、触媒装置５０内における排気ガス温度を検出する排気ガス温度検出手段となる排気ガス温度センサ６０が取り付けられる。排気ガス温度センサ６０は、制御装置７０に接続される。
【００２０】
各点火プラグ１２には、当該点火プラグ１２に供給する点火用高電圧を発生するイグニッションコイル１３が取り付けられる。イグニッションコイル１３・１３・・・は、制御装置７０に接続される。
【００２１】
吸気管２０内には、シリンダ吸気量を調整するスロットルバルブ２１が設けられる。スロットルバルブ２１には、負荷検出手段となるスロットルポジションセンサ４０が取り付けられる。スロットルポジションセンサ４０は、制御装置７０に接続される。
【００２２】
スロットルバルブ２１は、スロットル弁体２１１がスロットルシャフト２１２を介して吸気管２０に回転可能に軸支されて構成される。スロットルシャフト２１２には、リンク等を介して、アクセルペダルやアクセルレバー等のアクセル操作手段（図示省略）が連結される。これにより、前記アクセル操作手段の操作量に応じて、スロットル弁体２１１がスロットルシャフト２１２を回転軸として回転し、スロットルバルブ２１の開度が調整されて、シリンダ吸気量が調整される。スロットルバルブ２１の開度は、スロットルポジションセンサ４０によって検出される。
【００２３】
このスロットルポジションセンサ４０によって検出されたスロットルバルブ２１の開度に基づいて、制御装置７０はエンジン負荷Ｌを算出する。ここで本実施形態における「エンジン負荷」は、スロットルバルブ２１の全開状態に対する、スロットルバルブ２１の任意の開度を百分率で表したものである。なお、エンジン負荷は、負荷センサによって検出する方法、あるいはエンジン回転数や燃料噴射量から求める方法でもよい。
【００２４】
図２に示す触媒装置５０は、排気ガス中のＨＣ等を浄化する酸化触媒を含むものである。触媒装置５０は、Ｐｔ等の貴金属を担持する多孔質担体５１（フィルタ）が触媒ケース５２に格納されて構成される。触媒ケース５２は、その軸方向が長手方向とされる筒状部材であり、その長手方向が図２の黒塗り矢印で示す排気ガスの流れ方向に沿うように配置される。多孔質担体５１は、触媒ケース５２の触媒ケース５２内の排気上流側から排気下流側にわたって配置される。なお、触媒装置は、触媒ケース５２内の排気下流側のみに多孔質担体を配置する構成でもよい。
【００２５】
排気ガス温度センサ６０は、触媒装置５０（触媒ケース５２）内における排気ガス温度Ｔを検出するものである。排気ガス温度センサ６０は、触媒装置５０内の排気下流側に取り付けられる。つまり、排気ガス温度センサ６０は、触媒ケース５２においてその長手方向の中心５２１を境にしてシリンダヘッド１１と反対側となる排気下流側に配置される。
【００２６】
ここで、図３に示すように、触媒装置５０のＨＣ浄化率は、触媒装置５０内の排気ガス温度Ｔに比例する特性（ライトオフ特性）がある。そして、特に、触媒装置５０内における排気下流側の排気ガス温度Ｔと触媒装置５０のＨＣ浄化率との間には、高い相関が認められる。なお「ＨＣ浄化率」は、例えば数１によって算出される。
【００２７】
【数１】
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【００２８】
図４に示すように、制御装置７０は、処理部７１と、記憶部７２と、を有する。処理部７１は、ＣＰＵ等で構成される。記憶部７２は、ＲＯＭやＲＡＭ等で構成される。記憶部７２は、排温閾値Ｔｔ、通常時間マップ７２１、短時間マップ７２２、低負荷閾値Ｌｔｌ、および高負荷閾値Ｌｔｈを記憶する。なお、制御装置は、ワンチップのＬＳＩによって構成することも可能である。
【００２９】
排温閾値Ｔｔは、排気ガス温度Ｔに係るものである。排温閾値Ｔｔは、後述の制御において異常加熱が生じることで触媒装置５０が劣化しその浄化性能が低下することを防止する観点から定められる。
【００３０】
通常時間マップ７２１は、エンジン回転数およびエンジン負荷に応じたイグニッションコイル１３・１３・・・の通電時間ＴＡを規定するものである。通電時間ＴＡは、ｆＡ１（Ｎ、Ｌ）によって表される（図５参照）。
【００３１】
短時間マップ７２２は、エンジン回転数およびエンジン負荷に応じたイグニッションコイル１３・１３・・・の通電時間ＴＢを規定するものである。通電時間ＴＢは、通電時間マップ７２１に規定された通電時間ＴＡよりも短い通電時間とされる。通電時間ＴＢは、ｆＢ１（Ｎ、Ｌ）によって表される（図５参照）。
【００３２】
低負荷閾値Ｌｔｌは、エンジン負荷５０％以下の範囲において設定され、本実施形態ではエンジン負荷２５％とされる。高負荷閾値Ｌｔｈは、エンジン負荷５０％超の範囲において設定され、本実施形態ではエンジン負荷７５％に設定される。
【００３３】
本実施形態では、低負荷閾値Ｌｔｌ（エンジン負荷２５％）未満の範囲を「低負荷域」とし、高負荷閾値Ｌｔｈ（エンジン負荷７５％）超の範囲を「高負荷域」とし、低負荷閾値Ｌｔｌ以上高負荷閾値Ｌｔｈ以下（エンジン負荷２５％以上７５％以下）の範囲を「中負荷域」とする。
【００３４】
ここで、図６に示す排ガス規制値に対する重み付け係数（ウェイティングファクター）の一例において、中負荷域の重み付け係数は、低負荷域および高負荷域の重み付け係数と比較して大きく設定されている。なお、図６において、横軸はエンジン回転数（単位：ｍｉｎ−１）、左縦軸はトルク（単位：ｋＷ）、右縦軸はエンジン負荷Ｌ（単位：％）を示す。
【００３５】
次に、制御装置７０の制御フローについて説明する。
【００３６】
図７に示すように、エンジン１運転中（Ｓ１）において、四つのイグニッションコイル１３・１３・・・の内、例えば一つのイグニッションコイル（以下「特定イグニッションコイル」という。）１３を除く三つのイグニッションコイル１３・１３・・・については（Ｓ２：Ｎ）、常に通常時間マップ７２１が選択される（Ｓ３）。つまり、特定イグニッションコイル１３についてのみ、通常時間マップ７２１または短時間マップ７２２を選択する制御が行われる。なお、特定イグニッションコイルは、四つイグニッションコイル１３・１３・・・の内の一つに限定するものではなく、二つあるいは三つでもよい。
【００３７】
そして、特定イグニッションコイル１３については（Ｓ２：Ｙ）、スロットルポジションセンサ４０によって検出されたスロットルバルブ２１の開度に基づいて、制御装置７０によってエンジン負荷Ｌが算出された後（Ｓ４）、次に示す制御が行われる。
【００３８】
ここで、エンジン負荷Ｌが２５％以上７５％以下の範囲にない場合（Ｓ５：Ｎ）、つまり、エンジン負荷Ｌが２５％未満の範囲（低負荷域）またはエンジン負荷Ｌが７５％超の範囲（高負荷域）にある場合は、通常時間マップ７２１が選択される（Ｓ３）。つまり、エンジン負荷Ｌが「低負荷域」および「高負荷域」にある場合は、常に通常時間マップ７２１が選択され（Ｓ３）、排ガス規制値に対する重み付け係数の高い「中負荷域」に限って、短時間マップ７２２が選択され得る制御が行われる。
【００３９】
そして、エンジン負荷Ｌがエンジン負荷２５％以上７５％以下の範囲（中負荷域）にある場合において（Ｓ５：Ｙ）、排気ガス温度センサ６０によって検出された排気ガス温度Ｔ（Ｓ６）が排温閾値Ｔｔ以下である場合は（Ｓ７：Ｙ）、短時間マップ７２２が選択され（Ｓ８）、この短時間マップ７２２に基づいて特定イグニッションコイル１３の通電時間の制御が行われる。これにより、点火プラグ１２の点火時間が短くなって燃焼不十分となり、未燃焼ガスが多く発生する。そうすると、排気管３０を流れる排気ガス中のＨＣ濃度が上昇するため、触媒装置５０内においてＨＣの燃焼量が増加して当該触媒装置５０内の温度が上昇し、これにより触媒装置５０の浄化活性が高くなる。
【００４０】
一方、排気ガス温度Ｔが排温閾値Ｔｔを超える場合は（Ｓ７：Ｎ）、通常時間マップ７２１が選択され（Ｓ３）、この通常時間マップ７２１に基づいて特定イグニッションコイル１３の通電時間の制御が行われる。これにより、排気ガス温度Ｔが触媒装置５０の触媒の活性化が促進する程度に高い場合において、排気管３０を流れる排気ガス中のＨＣ濃度が過剰に上昇しないため、前述のようにして触媒装置５０内の温度が高温になり過ぎることもなく、異常加熱が生じて触媒装置５０が劣化しその浄化性能が低下することがない。
【００４１】
以上のように、第一実施形態に係るエンジン１は、排気管３０に触媒装置５０を備えるものであって、触媒装置５０内における排気ガス温度Ｔを検出する排気ガス温度センサ６０と、エンジン１の点火プラグ１２・１２・・・に供給する点火用高電圧を発生するイグニッションコイル１３・１３・・・と、排気ガス温度センサ６０およびイグニッションコイル１３・１３・・・が接続される制御装置７０と、を備え、制御装置７０は、排気ガス温度Ｔに係る排温閾値Ｔｔと、イグニッションコイル１３・１３・・・の通電時間ＴＡを規定する通常時間マップ７２１と、通常時間マップ７２１よりも短い通電時間ＴＢを規定する短時間マップ７２２と、を記憶し、排気ガス温度センサ６０によって検出された排気ガス温度Ｔが排温閾値Ｔｔ以下の場合は、短時間マップ７２２に基づいてイグニッションコイル１３の通電時間を制御し、排気ガス温度センサ６０によって検出された排気ガス温度Ｔが排温閾値Ｔｔを超える場合は、通常時間マップ７２１に基づいてイグニッションコイル１３の通電時間を制御するものである。
【００４２】
このような構成により、触媒装置５０内の温度を、この触媒装置５０の触媒の活性化が促進する適切な温度に保つことが可能となる。したがって、触媒の活性化により貴金属使用量の増加を抑制しながら、浄化性能を向上させることができ、触媒装置５０ひいてはエンジン１の製造コストの増大を防止することができる。
【００４３】
そして、排気ガス温度センサ６０は、触媒装置５０内において排気下流側に取り付けられるものである。
【００４４】
このような構成により、図３に示す浄化性能との相関が高い触媒装置５０内の排気下流側で検出された排気ガス温度Ｔを用いて制御することにより、触媒装置５０内の温度を適切な温度に精度良く保つことができる。したがって、触媒の活性化により貴金属使用量の増加を抑制しながら、浄化性能を向上させることができ、触媒装置５０ひいてはエンジン１の製造コストの増大を防止することができる。
【００４５】
また、制御装置７０には、エンジン負荷Ｌを検出するスロットルポジションセンサ４０が接続され、制御装置７０は、エンジン負荷５０％以下の範囲において設定される低負荷閾値Ｌｔｌ（エンジン負荷２５％）と、エンジン負荷５０％超の範囲において設定される高負荷閾値Ｌｔｈ（エンジン負荷７５％）と、を記憶し、スロットルポジションセンサ４０によって検出されたエンジン負荷Ｌが、低負荷閾値Ｌｔｌ以上高負荷閾値Ｌｔｈ以下の範囲にある場合は、短時間マップ７２２に基づいてイグニッションコイル１３の通電時間を制御し、スロットルポジションセンサ４０によって検出されたエンジン負荷Ｌが、低負荷閾値Ｌｔｌ未満の範囲または高負荷閾値Ｌｔｈを超える範囲にある場合は、通常時間マップ７２１に基づいてイグニッションコイル１３の通電時間を制御するものである。
【００４６】
このような構成により、図６に示す排ガス規制値に対する重み付け係数の大きい中負荷域（エンジン負荷２５％以上７５％以下の範囲）のエミッションを重点的に低減することにより、排ガス規制値を効率良くクリアーすることができる。
【００４７】
さらに、エンジン１は、四つのシリンダ１０・１０・・・を備え、制御装置７０は、四つのシリンダ１０・１０・・・のうち一つのシリンダ１０に対応する特定イグニッションコイル１３については、短時間マップ７２２または通常時間マップ７２１のうちから一のマップを選択して、この選択した一のマップに基づいて特定イグニッションコイル１３の通電時間を制御し、他の三つのイグニッションコイル１３・１３・・・については、常に通常時間マップ７２１に基づいてイグニッションコイル１３・１３・・・の通電時間を制御するものである。
【００４８】
このような構成により、四つのシリンダ１０・１０・・・を備えるエンジン１であっても、特定イグニッションコイル１３についてのみ、通常時間マップ７２１または短時間マップ７２２を選択する制御を行えばよいため、エンジン１の制御構成を簡素化することが可能である。
【００４９】
なお、本実施形態ではイグニッションコイル１３の通電時間を制御することによって、点火プラグ１２の点火時間を制御する構成であるが、点火プラグ１２への印加回数を制御する構成でもよい。
【００５０】
また、図８に示すように、エンジン１において、負荷検出手段をスロットルポジションセンサ４０に代えて、吸気管２０内の圧力を検出する吸気負圧センサ８０とすることも可能である。
【００５１】
この場合、吸気負圧センサ８０により検出された圧力に基づいて、制御装置７０はエンジン負荷Ｌを算出する。ここでの「エンジン負荷」は、スロットルバルブ２１の全開状態における吸気管２０内の圧力に対する、スロットルバルブ２１の任意の開度における吸気管２０内の圧力を百分率で表したものである。
【符号の説明】
【００５２】
１  エンジン
１０  シリンダ
１２  点火プラグ
１３  イグニッションコイル
３０  排気管（排気通路）
４０  スロットルポジションセンサ（負荷検出手段）
５０  触媒装置
６０  排気ガス温度センサ（排気ガス温度検出手段）
７０  制御装置
８０  吸気負圧センサ（負荷検出手段）
７２１  通常時間マップ
７２２  短時間マップ
Ｌ  エンジン負荷
Ｌｔｈ  高負荷閾値
Ｌｔｌ  低負荷閾値
Ｔ  排気ガス温度
ＴＡ  通電時間
ＴＢ  通電時間
Ｔｔ  排温閾値
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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