JP2002054487A - ディーゼルエンジンの燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 直噴式ディーゼルエンジンのＮＯｘ吸収還元
タイプの触媒２２からＮＯｘを放出させるにあたり、燃
費悪化やスモーク急増を避ける。 【解決手段】 燃料噴射量の増量補正を行なうことによ
り排気中の酸素濃度を低下させて触媒２２からＮＯｘを
放出させるようにする一方、当該増量補正前に排気温度
を上昇させて触媒温度を高めるべく圧縮行程上死点付近
で燃料を複数回に分けて噴射する分割噴射を採用し、さ
らに増量補正中も分割噴射を採用し、増量補正中の分割
噴射では増量補正前よりもその分割数を少なくするか噴
射休止間隔を短めに設定することにより、増量補正に伴
って燃料噴射の終了時期が遅くなることを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼルエンジ
ンの排気通路に酸素過剰雰囲気の排気中のＮＯｘを吸収
するＮＯｘ吸収材を配設するとともに、このＮＯｘ吸収
材からＮＯｘを放出させるときには、排気中の酸素濃度
が低下するように燃料噴射量等を制御するようにした燃
料噴射装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、この種のディーゼルエンジン
の燃料噴射制御装置として、例えば特開平６−２１２９
６１号公報に開示されるように、気筒の圧縮行程上死点
付近で通常の燃料噴射を行う他に、所定の運転状態では
膨張行程中期から排気行程にかけて少量の燃料（軽油）
を追加供給して、排気中の還元剤成分の濃度を高めるこ
とにより、排気通路に設けたＮＯｘ吸収材の機能を回復
（リフレッシュ）させるようにしたものが知られてい
る。

【０００３】すなわち、ディーゼルエンジンは通常、空
燃比がかなりリーンな状態（例えばＡ/Ｆ≧１８くらい
で、排気中の酸素濃度が４％以上）で運転されるが、そ
のリーンな状態の排気中でＮＯｘを還元浄化することは
極めて難しいので、排気中の酸素濃度が高いときにＮＯ
ｘを吸収する一方、酸素濃度が減少すればＮＯｘを放出
するいわゆるＮＯｘ吸収材を用いる技術がある。

【０００４】そして、上記ＮＯｘ吸収材はＮＯｘの吸収
量が増えるに連れて吸収性能が低下する性質を有するの
で、上記従来の燃料噴射装置では、ＮＯｘ吸収材の吸収
性能が大きく低下する前に、気筒の膨張行程で追加の燃
料を噴射し、この燃料の燃焼（後燃え）により排気中の
酸素を消費させて酸素濃度を例えば０．５％以下に低下
させるとともに、排気中のＣＯやＨＣ等の還元剤成分の
濃度を高めて、その還元剤成分によりＮＯｘ吸収材から
のＮＯｘの放出を促し、かつそのＮＯｘを十分に還元浄
化して、ＮＯｘ吸収材の吸収性能を回復させるようにし
ている。

【０００５】また、圧縮行程上死点付近で燃料を一括し
て噴射するのではなく、複数回に分けて噴射する分割噴
射の技術が知られている。例えば特開平９−２０９８６
６号公報には、圧縮行程上死点を起点として分割噴射を
開始すること、各回の噴射量を後の回になるほど多くす
ることが記載されている。燃焼室での熱発生率を広範に
且つ適切に制御せんとするものである。特開平１０−１
２２０８４号公報には、少量の燃料を噴射する前噴射を
行なうことにより燃焼室での着火を惹起し、続く主噴射
を複数回に分けて噴射することにより、スモーク及びＮ
Ｏｘ（窒素酸化物）の発生量を抑えることが記載されて
いる。特開平１１−２００９３３号公報には、圧縮行程
上死点付近の主噴射の直後に後噴射を行なうことにより
スモーク放出量を低減させることが記載されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
なＮＯｘ吸収材は、ＮＯｘを吸収したり放出したりする
作用が温度状態に依存することが知られており、一例を
挙げれば、ＮＯｘ吸収材による排気中のＮＯｘ浄化率
は、例えば図３（ａ）に示すように所定の温度範囲では
十分に高いものの、温度が低くなると急速に低下すると
いう特性を有する。しかし、熱効率に優れるディーゼル
エンジンではガソリンエンジンに比べて排気温度が低く
なりやすいので、エンジンの運転状態によってはＮＯｘ
吸収材の温度が上記所定の温度範囲よりも低くなってし
まい、ＮＯｘの吸収及び放出作用を十分に発揮させるこ
とができないという問題がある。

【０００７】これに対して、本発明者は圧縮行程上死点
付近での燃料の分割噴射が排気温度の上昇、従って、Ｎ
Ｏｘ吸収材の昇温に有利になることを見いだしたが、分
割噴射をするとそれだけ燃料の噴射終了時期が遅くなる
ことから、燃料の燃焼性が悪化し、スモークの低減、燃
費率の低減に不利になる。

【０００８】本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、ディーゼルエンジン
の排気通路にＮＯｘ吸収材を配置して、酸素過剰雰囲気
の排気中のＮＯｘを浄化するようにしたものにおいて、
燃料の分割噴射を工夫し、燃費の悪化やスモークの急増
を招くことなく、ＮＯｘ吸収材の温度状態を高めて、Ｎ
Ｏｘの放出等を促進することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明では、図
１に示すように、エンジン１の気筒２内の燃焼室４に燃
料を直接噴射供給する燃料噴射弁５と、エンジン１の排
気通路２０に配設され、酸素濃度の高い酸素過剰雰囲気
の排気中のＮＯｘを吸収する一方、酸素濃度の低下に伴
い上記吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収材２２と、
エンジンの運転状態に応じて上記燃料噴射弁５による燃
料噴射量を決定する噴射量決定手段３６と、上記ＮＯｘ
吸収材２２のＮＯｘ吸収量が所定値以上となったときで
且つ該ＮＯｘ吸収材２２からＮＯｘを放出させるとき
に、排気中の酸素濃度が低下するように上記エンジンの
運転状態に応じて決定された燃料噴射量を増量補正する
噴射量補正手段３７と、気筒の圧縮行程上死点付近にお
いて上記燃料噴射弁５により燃料を複数回に分割噴射す
べく、該燃料噴射弁５を、閉弁状態になる所定の噴射休
止間隔を挟んで断続的に開弁させる燃料噴射制御手段３
８とを備えたディーゼルエンジンの燃料噴射装置Ａを前
提とする。そうして、上記燃料噴射制御手段３８は、上
記噴射量補正手段３７による燃料噴射量の増量補正期間
は上記ＮＯｘ吸収材２２のＮＯｘ吸収量が上記所定値未
満のときよりも、圧縮行程上死点付近における分割噴射
の開始から終了までの分割噴射期間が短くなるように、
燃料噴射の分割数及び上記噴射休止間隔の少なくとも一
方を変更することを特徴とする。

【００１０】上記の構成により、エンジン１の運転中に
上記ＮＯｘ吸収材２２のＮＯｘ吸収量が所定値以上とな
って該ＮＯｘ吸収材２２からＮＯｘを放出させるときに
は、噴射量補正手段３７により燃料噴射量が増量補正が
なされるが、この増量補正前から分割噴射が実行されて
いるから、ＮＯｘ吸収材の昇温が図れ、その後の燃料噴
射量の増量補正によるＮＯｘの放出が効率良く行なわれ
ることになる。すなわち、本発明者は分割噴射を行なう
と、排気温度が上昇する傾向にあることを確認してお
り、本発明はこのことを利用してＮＯｘ吸収材の事前昇
温をが図るものであり、また、分割噴射により燃料噴射
量の増量補正中のＮＯｘ吸収材の温度維持、ＮＯｘ生成
量の低減を図るものである。

【００１１】一方、上記増量補正中に圧縮行程上死点付
近の主噴射を分割噴射にすると、一括噴射に比べて主噴
射の終了が遅くなる。そこで、本発明は、燃料噴射量の
増量補正期間は上記ＮＯｘ吸収材２２のＮＯｘ吸収量が
上記所定値未満のときよりも、圧縮行程上死点付近にお
ける分割噴射の開始から終了までの分割噴射期間が短く
なるように、燃料噴射の分割数及び上記噴射休止間隔の
少なくとも一方を変更するようにしたものである。具体
的には、燃料噴射量の増量補正期間は上記ＮＯｘ吸収材
２２のＮＯｘ吸収量が上記所定値未満のときよりも、燃
料噴射の分割数を少なくするか又は上記噴射休止間隔を
短くすることになる。

【００１２】従って、圧縮行程上死点付近で噴射する主
噴射量を増量補正するやり方を採用した場合でも、該主
噴射の分割噴射によって該主噴射の終了時期が過度に遅
角されてしまうことを避けることができ、燃費の悪化や
スモーク発生量の増大を防止する上で有利になる。ま
た、主噴射量はそのままにして主噴射後の膨張行程で増
量分を後噴射するやり方を採用する場合でも、分割数の
低減又は噴射休止間隔の短縮によって主噴射の終了時期
が早くなるから、後噴射時期を過度に遅角する必要がな
くなり、燃費の悪化やスモーク量の増大を防止する上で
有利になる。

【００１３】請求項２の発明は、請求項１に記載されて
いるディーゼルエンジンの燃料噴射装置において、さら
に、上記ＮＯｘ吸収材の温度を検出する温度検出手段３
９と、上記燃料噴射量の増量補正前に上記温度検出手段
３９によって検出される上記ＮＯｘ吸収材２２の温度が
所定値以下であるときに当該増量補正開始まで該ＮＯｘ
吸収材の温度を上昇させるための昇温期間を設ける昇温
期間設定手段４０とを備え、上記燃料噴射制御手段３８
は、上記増量補正期間、昇温期間及び該昇温期間の前の
いずれにおいても燃料の分割噴射を実行し、且つ上記増
量補正期間は上記昇温期間よりも燃料噴射の分割数を少
なくすることを特徴とする。

【００１４】従って、増量補正期間前の昇温期間に分割
噴射が採用され且つ増量補正期間は昇温期間よりも燃料
噴射の分割数が少ないから、請求項１の発明と同様にＮ
Ｏｘ吸収材の昇温が図れてＮＯｘの放出に有利であると
ともに、燃費の悪化やスモーク発生量の増大が防止さ
れ、しかも、分割噴射を昇温期間前にも行なうから、こ
の分割噴射を利用してエミッション性の向上、燃費率の
低減、ＮＯｘ吸収材の昇温を図ることができるようにな
る。

【００１５】請求項３の発明は、請求項２に記載されて
いるディーゼルエンジンの燃料噴射装置において、上記
燃料噴射制御手段３８は、上記増量補正期間は上記昇温
期間前よりも燃料噴射の分割数を少なくすることを特徴
とする。

【００１６】換言すれば、上記昇温期間前は燃料噴射の
分割数を多くするものであり、これにより、ＮＯｘ発生
量の低減、排気の昇温によるＮＯｘ吸収材の昇温に有利
になる。

【００１７】請求項４の発明は、請求項１に記載されて
いるディーゼルエンジンの燃料噴射装置において、さら
に、上記ＮＯｘ吸収材の温度を検出する温度検出手段３
９と、上記燃料噴射量の増量補正前に上記温度検出手段
３９によって検出される上記ＮＯｘ吸収材の温度が所定
値以下であるときに当該増量補正開始まで該ＮＯｘ吸収
材の温度を上昇させるための昇温期間を設ける昇温期間
設定手段４０とを備え、上記燃料噴射制御手段３８は、
上記増量補正期間、昇温期間及び該昇温期間の前のいず
れにおいても燃料の分割噴射を実行し、且つ上記増量補
正期間は上記昇温期間よりも燃料噴射の噴射休止間隔を
短くすることを特徴とする。

【００１８】この発明の場合も請求項２の発明と同様に
ＮＯｘ吸収材の昇温によるＮＯｘ放出性の向上、燃費の
悪化やスモーク発生量の増大の防止、昇温期間前の分割
噴射によるエミッション性の向上、燃費率の低減、ＮＯ
ｘ吸収材の昇温に有利になる。

【００１９】請求項５の発明は、請求項４に記載されて
いるディーゼルエンジンの燃料噴射装置において、上記
増量補正期間は上記昇温期間前よりも燃料噴射の噴射休
止間隔が短いことを特徴とする。

【００２０】この発明の場合も請求項３の発明と同様に
ＮＯｘ発生量の低減、排気の昇温によるＮＯｘ吸収材の
昇温に有利になる。

【００２１】請求項６の発明は、請求項１乃至請求項５
のいずれか一に記載されているディーゼルエンジンの燃
料噴射装置において、上記燃料噴射制御手段３８は、上
記増量補正開始から所定期間は当該増量補正期間の残り
の期間よりも燃料噴射の分割数を多くするか又は噴射休
止間隔を長くすることを特徴とする。

【００２２】すなわち、燃料噴射量の増量はＮＯｘ吸収
材に多量のＮＯｘが吸収されている状態で行なわれるか
ら、燃料噴射量が増量されると暫くはＮＯｘが多量に放
出され、その後その放出量が漸減していくが、ＮＯｘが
一度に多量に放出されるとこれを還元浄化するための還
元剤が不足気味になる。これに対して、本発明者は燃料
噴射の分割数を多くするか又は噴射休止間隔を長くすれ
ば、排気中のＨＣやＣＯの量が増大することを確認して
いる。そこで、本発明では、燃料噴射量の増量補正開始
から暫くは燃料噴射の分割数を多くするか又は噴射休止
間隔を長くすることによって排気中のＨＣやＣＯの量を
増やし、ＮＯｘを確実に還元浄化できるようにしている
ものである。

【００２３】請求項７の発明は、エンジンの気筒内燃焼
室に燃料を直接噴射供給する燃料噴射弁５と、エンジン
の排気通路に配設され、酸素濃度の高い酸素過剰雰囲気
の排気中のＮＯｘを吸収する一方、酸素濃度の低下に伴
い先に吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収材２２と、
エンジンの運転状態に応じて燃料噴射量を決定する噴射
量決定手段３６と、上記ＮＯｘ吸収材からＮＯｘを放出
させるとき、排気中の酸素濃度が低下するように上記エ
ンジンの運転状態に応じて決定された燃料噴射量を増量
補正する噴射量補正手段３７と、気筒の圧縮行程上死点
付近において上記燃料噴射弁５により燃料を複数回に分
割噴射すべく、該燃料噴射弁５を、閉弁状態になる所定
の噴射休止間隔を挟んで断続的に開弁させる燃料噴射制
御手段３８とを備えたディーゼルエンジンの燃料噴射制
御装置において、上記燃料噴射制御手段３８は、上記噴
射量補正手段３７による燃料噴射量の増量補正期間にお
けるその増量補正開始から所定期間は当該増量補正期間
の残りの期間よりも燃料噴射の分割数を多くするか又は
噴射休止間隔を長くすることを特徴とする。

【００２４】これにより、燃料噴射量が増量されると暫
くはＮＯｘが多量に放出されるが、このとき、燃料噴射
の分割数が多くなるか又は噴射休止間隔が長くなるた
め、排気中のＨＣやＣＯの量が増え、ＮＯｘを確実に還
元浄化できるようになる。

【００２５】

【発明の効果】以上のように請求項１の発明によれば、
上記ＮＯｘ吸収材のＮＯｘ吸収量が所定値以上となった
ときで且つ該ＮＯｘ吸収材からＮＯｘを放出させるとき
に、噴射量補正手段によって燃料噴射量の増量補正を行
なうが、該増量補正期間は上記ＮＯｘ吸収材のＮＯｘ吸
収量が上記所定値未満のときよりも、圧縮行程上死点付
近における分割噴射の開始から終了までの分割噴射期間
が短くなるように、燃料噴射の分割数及び上記噴射休止
間隔の少なくとも一方を変更するから、事前にＮＯｘ吸
収材の温度を高めてＮＯｘの放出性を良くすることがで
きるとともに、燃料噴射の終了時期が過度に遅くなるこ
とを避けることができ、燃費の悪化やスモーク発生量の
増大を防止することができる。

【００２６】請求項２の発明によれば、ＮＯｘ吸収材の
温度が所定値以下であるときに燃料噴射量の増量補正開
始まで該ＮＯｘ吸収材の温度を上昇させるための昇温期
間を設けるようにし、この増量補正期間、昇温期間及び
該昇温期間の前のいずれにおいても燃料の分割噴射を実
行するようにし、しかも上記増量補正期間は上記昇温期
間よりも燃料噴射の分割数を少なくしたから、請求項１
の発明と同様にＮＯｘ放出性の向、燃費の悪化防止やス
モーク発生量の増大防止を図りながら、燃料の分割噴射
を有効に利用してエミッション性の向上、燃費率の低
減、ＮＯｘ吸収材の昇温を図ることができるようにな
る。

【００２７】請求項３の発明によれば、上記増量補正期
間は上記昇温期間前よりも燃料噴射の分割数を少なくし
たから、換言すれば、上記昇温期間前は燃料噴射の分割
数を多くするようにしたから、ＮＯｘ発生量の低減、排
気の昇温によるＮＯｘ吸収材の昇温に有利になる。

【００２８】請求項４の発明によれば、ＮＯｘ吸収材の
温度が所定値以下であるときに燃料噴射量の増量補正開
始まで該ＮＯｘ吸収材の温度を上昇させるための昇温期
間を設けるようにし、この増量補正期間、昇温期間及び
該昇温期間の前のいずれにおいても燃料の分割噴射を実
行するようにし、しかも上記増量補正期間は上記昇温期
間よりも分割噴射の噴射休止間隔を短くしたから、請求
項１の発明と同様にＮＯｘ放出性の向、燃費の悪化防止
やスモーク発生量の増大防止を図りながら、燃料の分割
噴射を有効に利用してエミッション性の向上、燃費率の
低減、ＮＯｘ吸収材の昇温を図ることができるようにな
る。

【００２９】請求項５の発明によれば、上記増量補正期
間は上記昇温期間前よりも分割噴射の噴射休止間隔を短
くしたから、換言すれば、上記昇温期間前は噴射休止間
隔を長くしたから、ＮＯｘ発生量の低減、排気の昇温に
よるＮＯｘ吸収材の昇温に有利になる。

【００３０】請求項６の発明や請求項７の発明によれ
ば、燃料噴射量の増量補正開始から所定期間は当該増量
補正期間中のその後の期間よりも燃料噴射の分割数を多
くするか又は噴射休止間隔を長くするから、燃料噴射量
が増量されてＮＯｘが一度に多量に放出されるときに排
気中のＨＣやＣＯの量を増えることになり、ＮＯｘを確
実に還元浄化する上で有利になる。

【００３１】

【発明の実施の形態】（全体構成）図２は本発明の実施
形態に係るディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置Ａの
全体構成を示し、１は車両に搭載された多気筒ディーゼ
ルエンジンである。このエンジン１は複数の気筒２，
２，…（１つのみ図示する）を有し、その各気筒２内に
往復動可能にピストン３が嵌挿されていて、このピスト
ン３によって各気筒２内に燃焼室４が区画されている。
また、燃焼室４の上面の略中央部には、インジェクタ
（燃料噴射弁）５が先端部の噴孔を燃焼室４に臨ませて
配設され、各気筒毎の所定の噴射タイミングで開閉作動
されて、燃焼室４に燃料を直接、噴射供給するようにな
っている。

【００３２】上記各インジェクタ５は燃料を高圧状態で
蓄えるためのコモンレール６に接続されている。このコ
モンレール６には、内部の燃圧（コモンレール圧）を検
出する圧力センサ６ａが配設されているとともに、クラ
ンク軸７により駆動される高圧供給ポンプ８が接続され
ていて、この高圧供給ポンプ８の作動によりコモンレー
ル６内の燃圧を所定値以上に保持するようになってい
る。また、クランク軸７の回転角度を検出する電磁ピッ
クアップからなるクランク角センサ９が設けられてい
る。このクランク角センサ９は、クランク軸７端に配設
された被検出用プレート（図示せず）の外周に相対向す
るように配置され、該被検出用プレートの外周部に形成
された突起部の通過に対応して、パルス信号を出力す
る。

【００３３】エンジン１の一側（図の左側）には、各気
筒２の燃焼室４に対し図外のエアクリーナで濾過した吸
気（空気）を供給する吸気通路１０が接続されており、
この吸気通路１０の下流端部は、図示しないサージタン
クを介して気筒毎に分岐し、それぞれ吸気ポートにより
各気筒２の燃焼室４に連通されている。また、サージタ
ンク内で各気筒２に供給される過給圧力を検出する吸気
圧センサ１０ａが設けられている。上記吸気通路１０に
は上流側から下流側に向かって順に、エンジン１に吸入
される吸気流量を検出するホットフィルム式エアフロー
センサ１１と、後述のタービン２１により駆動されて吸
気を圧縮するブロワ１２と、このブロワ１２により圧縮
した吸気を冷却するインタークーラ１３と、吸気通路１
０の断面積を絞る吸気絞り弁１４とがそれぞれ設けられ
ている。この吸気絞り弁１４は、全閉状態でも吸気が流
通可能なように切り欠きが設けられたバタフライバルブ
からなり、後述のＥＧＲ弁２４と同様、ダイヤフラム１
５に作用する負圧の大きさが負圧制御用の電磁弁１６に
より調節されることで、弁の開度が制御されるようにな
っている。

【００３４】一方、エンジン１の他側（図の右側）に
は、各気筒２の燃焼室４から排気を排出する排気通路２
０が接続され、この排気通路２０の上流端部は分岐し
て、それぞれ図示しない排気ポートにより各気筒２の燃
焼室４に連通されており、その排気通路の２０の集合部
に排気中の酸素濃度を検出するためのＯ2センサ１７が
配設されている。また、エンジン１のウォータジャケッ
トに臨んで冷却水温度（エンジン水温）を検出する水温
センサ１８が配設されている。さらに、上記排気通路２
０には上流側から下流側に向かって順に、排気流により
回転されるタービン２１と、排気中の有害成分を浄化す
る排気浄化用触媒２２とが配設されている。上記タービ
ン２１及びブロワ１２からなるターボ過給機２５は、詳
しくは図示しないが、タービン２１の全周を囲むように
配設された複数のフラップを有し、その各フラップの回
動によりノズル断面積を変化させて、タービン２１への
排気流速を調整するようにしたＶＧＴ（バリアブルジオ
メトリーターボ）である。

【００３５】また、上記触媒２２は、軸方向（排気の流
れ方向）に沿って互いに平行に延びる多数の貫通孔を有
するハニカム構造のコージェライト製担体（担体部材）
を有し、その各貫通孔壁面に触媒層を２層に形成したも
のである。具体的には、内側触媒層には白金Ｐｔ等の貴
金属とＮＯｘ吸収材であるバリウムＢａとが、多孔質材
料であるアルミナやセリアをサポート材として担持され
ており、一方、外側触媒層には白金Ｐｔ及びロジウムＲ
ｈとＢａとが多孔質材料であるゼオライトをサポート材
として担持されている。

【００３６】この触媒２２は、排気中の酸素濃度が高い
とき、即ち燃焼室４の空燃比がリーンな状態のときにＮ
Ｏｘを吸収する一方、燃焼室４の空燃比が略理論空燃比
付近か又はそれよりもリッチな状態になって排気中の酸
素濃度が低下すると、吸収していたＮＯｘを放出して還
元浄化する吸収還元タイプのものである。ここで、バリ
ウムＢａによるＮＯｘの吸収及び放出作用は温度状態に
依存し、例えば図３（ａ）に示すように、排気中のＮＯ
ｘを吸収することによる触媒２２の浄化率は約２５０℃
〜約４００℃の温度範囲で極めて高くなるものの、それ
よりも温度状態の低い未暖機状態では、温度の低下とと
もに急速に低下してしまう。また、温度状態が４００℃
以上になると、ＮＯｘ浄化率は温度上昇とともに低下す
る。さらに、白金Ｐｔ等の貴金属の触媒活性も温度状態
が低いときには低下するので、同図（ｂ）に示すよう
に、バリウムＢａから放出されたＮＯｘを還元浄化する
ときの浄化率も２５０℃未満では急速に低下している。

【００３７】尚、上記触媒２２において、バリウムＢａ
に代えてそれ以外のアルカリ土類金属やナトリウムＮａ
等のアルカリ金属、又は希土類金属のうちの少なくとも
一種を用いるようにしてもよい。また、上記内側触媒層
のサポート材としてゼオライトを用いてもよく、その場
合には上記外側触媒層のサポート材として、アルミナ又
はセリアを用いてもよい。さらに、上記触媒２２として
は、担体の壁表面にアルミナやセリアがサポート材とし
て担持された触媒層を形成し、このサポート材に、白金
Ｐｔ、ロジウムＲｈ、パラジウムＰｄ等の貴金属と、カ
リウムＫ等のアルカリ金属やバリウムＢａ等のアルカリ
土類金属とを担持した１層コートタイプのものを用いて
もよい。

【００３８】上記排気通路２０は、タービン２１よりも
上流側の部位で、排気の一部を吸気側に還流させる排気
還流通路２３（以下、ＥＧＲ通路という）の上流端に分
岐接続されている。このＥＧＲ通路２３の下流端は吸気
絞り弁１４よりも下流側の吸気通路１０に接続されてお
り、そのＥＧＲ通路２３の途中の下流端寄りには負圧作
動式の排気還流量調節弁２４（以下、ＥＧＲ弁という）
が配設されていて、排気通路２０の排気の一部をＥＧＲ
弁２４により流量調節しながら吸気通路１０に還流させ
る排気還流手段を構成している。すなわち、上記ＥＧＲ
弁２４はその開度をリニアに調節可能なものであり、弁
体を作動させるダイヤフラム２６が負圧通路２７により
バキュームポンプ（負圧源）２９に接続されていて、そ
の負圧通路２７に介設された電磁弁２８の作動によりＥ
ＧＲ弁駆動負圧が調節されることによって、開閉作動さ
れる。

【００３９】尚、上記ターボ過給機２５のフラップにも
ＥＧＲ弁２４と同様にダイヤフラム３０が取り付けられ
ていて、負圧制御用の電磁弁３１によりダイヤフラム３
０に作用する負圧が調節されることで、フラップの作動
量が調節されるようになっている。

【００４０】上記各インジェクタ５、高圧供給ポンプ
８、吸気絞り弁１４、ＥＧＲ弁２４、ターボ過給機２５
のフラップ等はコントロールユニット（Engine Contoro
l Unit：以下ＥＣＵという）３５からの制御信号によっ
て作動するように構成されている。一方、このＥＣＵ３
５には、上記圧力センサ６ａからの出力信号と、クラン
ク角センサ９からの出力信号（クランク角信号）と、エ
アフローセンサ１１からの出力信号と、Ｏ２センサ１７
からの出力信号と、水温センサ１８からの出力信号と、
車両の運転者による図示しないアクセルペダルの操作量
（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ３２か
らの出力信号とが少なくとも入力されている。

【００４１】そして、インジェクタ５の作動による燃料
噴射制御が行われて、燃料噴射量及び燃料噴射時期がエ
ンジン１の運転状態に応じて制御されるとともに、高圧
供給ポンプ８の作動によるコモンレール圧力、即ち燃量
噴射圧の制御が行われる。また、ＥＧＲ弁２４の作動に
より排気の還流量が調節されて、各気筒内燃焼室４の空
燃比がエンジン１の運転状態に応じて制御されるように
なっており、これに加えて、吸気絞り弁１４の作動によ
る吸入空気量の制御とターボ過給機２５のフラップの作
動制御とが行われる。

【００４２】（燃料噴射制御）上記ＥＣＵ３５のメモリ
には、エンジン１の目標トルク、吸入空気量及びエンジ
ン回転数の変化に応じて実験的に決定した基本的な燃料
噴射量Ｑのマップが電子的に格納されており、アクセル
開度センサ３２からの出力信号とクランク角センサ９か
らの出力信号に基づいて求めたエンジン回転数とに基づ
いて目標トルクを求め、この黙秘用トルクとエアフロー
センサ１１からの出力信号に基づいて吸入空気量とエン
ジン回転数とに基づいて、エンジン１の要求出力に対応
する基本燃料噴射量Ｑbaseを求める。そして、その要求
出力に対応する分量の燃料が基本的には各気筒２の圧縮
行程上死点（ＴＤＣ）付近で噴射され（以下、主噴射と
いう）、エンジン１は燃焼室４の空燃比がかなりリーン
な状態で運転される。

【００４３】また、上記ＥＣＵ３５のメモリには、上記
燃料噴射量マップと同様に目標トルクとエンジン回転数
とに応じて、気筒２の圧縮行程上死点付近における燃料
の噴射形態を設定した噴射形態マップが電子的に格納さ
れており、エンジン１の目標トルクとエンジン回転数と
に基づいて、上記噴射形態マップから最適な噴射形態が
選択される。すなわち、図４（ａ）に示すように燃料を
圧縮行程上死点付近で一括して噴射するか（以下、一括
噴射という）、或いは、同図（ｂ）に示すように２回に
分割して噴射するか（２分割噴射という）、同図（ｃ）
に示すように３回に分割して噴射するか（３分割噴射と
いう）のいずれかが選択されるとともに、そのように２
回又は３回に分割して噴射させる場合には、その途中の
閉弁状態となる噴射休止間隔Δｔを変更して、エンジン
１の燃費性能や排気特性等が最適なものになるよう、燃
焼状態を変化させるようにしている。なお、図４には３
分割噴射形態までを例示しているが、必要に応じて４分
割以上にすること、例えば４分割噴射ないしは７分割噴
射にするようにしてもよい。

【００４４】一方、排気通路２０の触媒２２におけるＮ
Ｏｘ吸収量が所定以上に大きくなってＮＯｘ吸収性能の
低下が予想されるときには（吸収過剰状態）、詳しくは
後述するが、主に燃料噴射量の増量補正により一時的に
燃焼室４の空燃比を略理論空燃比付近か或いはそれより
もリッチな状態に制御することにより、排気中の酸素濃
度を低下させかつ還元剤成分濃度を高めて、触媒２２か
ら吸収したＮＯｘを放出させて十分に還元浄化させるよ
うにしている（以下、ＮＯｘ放出制御という）。その場
合の噴射形態としては、図４（ｄ）に示すように、燃料
の一部（例えば増量補正分）を主噴射後の膨張行程にお
いて後噴射するか、図４（ｅ）に示すように、主噴射に
おける各分割噴射量を増量する噴射形態を採用すること
ができる。燃料噴射量の増量補正分を吸気行程初期から
圧縮行程中程までの間での前噴射によって噴射供給する
ようにしてもよい。

【００４５】尚、上記図４の（ａ）〜（ｅ）にそれぞれ
示す燃料噴射形態において、インジェクタ５の実際の励
磁時間（開弁時間）は、燃料噴射量だけではなく、圧力
センサ６ａにより検出されたコモンレール圧を加味して
決定される。

【００４６】ここで、上記のように気筒２の圧縮行程上
死点付近での主噴射を分割して行ったときの燃焼状態に
ついて説明すると、気筒２の圧縮行程上死点付近でイン
ジェクタ５により燃料を噴射する場合、該インジェクタ
５の噴孔から噴射された燃料は、全体として円錐形状の
噴霧を形成しながら燃焼室４に広がるとともに、空気と
の摩擦により分裂して微小な油滴になり（燃料の微粒
化）、それらの油滴の表面から燃料が蒸発して燃料蒸気
が生成される（燃料の気化霧化）。このとき、燃焼室４
内の空気は極めて高圧で粘性の高い状態になっているの
で、上記図４（ａ）に示すように、燃料を一括して噴射
する場合にその噴射量が多いと、そのうちの先に噴出し
た燃料油滴に後続の燃料油滴が追いついて再結合してし
まい、燃料の微粒化ひいては気化霧化が阻害されること
がある。

【００４７】これに対し、上記図４（ｂ）〜（ｅ）に示
すように燃料を複数回に分割して噴射するようにすれ
ば、先のインジェクタ５の開弁により噴出した燃料油滴
に、次の開弁により噴出した燃料油滴が追いつくことが
少なくなり、油滴同士の再結合に起因して燃料の微粒化
が阻害されることを概ね回避できる。また、燃料の噴射
圧力をさらに高めて、燃料の微粒化をより一層、促進す
ることも可能になり、こうすれば、燃焼室における燃料
噴霧の分布の均一化や空気利用率の向上度合いをさらに
高めることができる。そして、このような分割噴射によ
る燃料噴霧と空気との混合状態の変化は、燃料噴射量、
噴射時期、噴射率、燃料圧力、分割噴射回数、噴射休止
間隔等の種々のパラメータ及びそれら相互の関係によっ
ても変化し、これに伴い燃焼状態が変化することで、エ
ンジン１の燃費性能や排気温度、或いは排気中のＣＯ，
ＨＣ，ＮＯｘ等のガス成分の濃度が変化すると考えられ
る。

【００４８】この実施形態のものと同様の４気筒ディー
ゼルエンジン（排気量は約２０００ｃｃ）を比較的低負
荷かつ低回転状態で運転し、一括噴射、２分割噴射及び
３分割噴射のそれぞれについて、インジェクタ５の噴射
休止間隔Δｔを３５０〜９００マイクロ秒（μｓ）の範
囲で適宜変更しながら、これに伴い変化する噴射終了時
のクランク角度と、燃費率やＣＯ濃度との関係を計測し
た実験結果の一例を、図５〜図１０に示す。

【００４９】まず、図５にＣＯ濃度について示すよう
に、２分割噴射では、Δｔ＝３５０，４００，５５０，
７００，９００μｓのときの値をそれぞれプロットし、
また、３分割噴射では、Δｔ＝４００，５５０，７０
０，９００μｓのときの値をそれぞれプロットした。同
図によれば、排気中のＣＯ濃度は、上記２分割及び３分
割噴射のいずれの場合も、インジェクタ５の噴射休止間
隔Δｔが短いときに低減する一方、噴射休止間隔Δｔが
長くなるに連れて増大する傾向がある。図６に示すよう
に、排気中のＨＣ濃度については上記ＣＯ濃度と同様の
傾向がある。図７に示すように、排気中のＮＯｘ濃度は
ＣＯ濃度とは反対に噴射休止間隔Δｔが長いほど低減で
きることが分かる。また、スモーク量については、図８
に示すように、２分割及び３分割噴射のいずれの場合
も、インジェクタ５の噴射休止時間Δｔが短いときはス
モーク量を低減できる一方、噴射休止時間Δｔが長くな
るに連れてスモーク量が増大することが分かる。

【００５０】一方、このときのエンジンの燃費率の変化
は図９に示すようになり、一括噴射よりも２分割噴射の
方が燃費率が改善される反面、３分割噴射では、噴射休
止間隔Δｔが短いときには燃費率がやや改善されるが、
噴射休止間隔Δｔが長くなるに連れて燃費率が悪化する
傾向がある。言い換えると、燃料噴射総量を変えずに噴
射回数及び噴射休止間隔Δｔを増やせば、エンジンの出
力トルクは低下することになる。そして、このときの排
気温度の変化は図１０に示すようになり、一括噴射より
も２分割噴射の方が排気温度が高く、その２分割噴射よ
りも３分割噴射の方がさらに排気温度が高くなることが
分かる。このことから、例えばＮＯｘ放出制御を行うに
先立って主噴射の分割制御を行うことにより、触媒２２
の温度を高めてそのリフレッシュを促進することができ
ると考えられる。

【００５１】そこで、この実施形態の燃料噴射制御で
は、エンジン１の運転中に触媒２２のＮＯｘ吸収材がＮ
Ｏｘ吸収過剰状態になってリフレッシュする必要がある
ときに、該触媒２２が未暖機状態になっていれば、主噴
射の分割制御によって触媒２２の温度（ＮＯｘ吸収材の
温度でもある）を速やかに高め、かつ排気中のＣＯ，Ｈ
Ｃ濃度を徐々に増大させる。続いて、燃料噴射量を増量
補正することで、排気中の酸素濃度を低下させるととも
に、ＣＯ，ＨＣの濃度を十分に増大させて、触媒２２の
リフレッシュを最大限に促進するようにしている。

【００５２】以下に、具体的な燃料噴射制御の処理手順
について図１１〜図１６に示すタイムチャート及びフロ
ーチャートに沿って説明する。尚、この制御は各気筒毎
にクランク角信号に同期して実行される。

【００５３】−制御例１− この制御では触媒２２のＮＯｘ吸収材がＮＯｘ吸収過剰
状態になってＮＯｘ放出制御を行なうべきとき、触媒２
２の温度（ＮＯｘ吸収材の温度）がＮＯｘ放出性が悪い
低温状態にあれば、図１１に示すように、昇温期間が設
定される。以下、具体的に説明する。

【００５４】図１２に示すフローのスタート後のステッ
プＡ１において、クランク角信号、エアフローセンサ出
力、Ｏ2センサ出力、アクセル開度、エンジン水温等の
データを入力し、続くステップＡ２において、アクセル
開度とエンジン回転数Neとから求めた目標トルクとエン
ジン回転数Neと吸入空気量とに基づいて、燃料噴射量マ
ップから基本燃料噴射量Ｑbaseを読み込むとともに、そ
の噴射時期Ｉbaseを予め設定したマップから読み込む。
この噴射時期のマップには、エンジン水温Tw及びエンジ
ン回転数Neに対応する最適な噴射時期が実験的に求めら
れて記録されており、例えば、エンジン水温Twやエンジ
ン回転数Neが異なれば燃料噴霧の着火遅れ時間が異なる
ので、このことに対応して基本的な噴射時期Ｉbaseが設
定されている。

【００５５】続いて、ステップＡ３では、エンジン水温
Twが設定水温Tw0よりも低いか否か判別する。この設定
水温Tw0は、エンジン１の冷間始動時における触媒２２
の未暖機状態に対応する水温であり、エンジン水温Twが
設定水温Tw0よりも低いYESであれば、ステップＡ４に進
んで、触媒２２の暖機（昇温）を促進するために主噴射
の分割制御を行うことを示すフラグＦｐをオンにして
（Ｆｐ＝１）、図１３のステップＡ２０に進む。つま
り、エンジン１の冷間始動時に触媒２２の暖機が完了し
ていなければ、主噴射の分割制御により排気温度を高め
て、触媒２２の昇温を図るようにしている。一方、エン
ジン水温Twが設定水温Tw0以上になっていれば（ステッ
プＡ３でNO）、触媒２２は暖機完了と判定して、ステッ
プＡ５に進む。

【００５６】このステップＡ５では、触媒２２における
ＮＯｘの吸収量を推定する。この推定は、例えば車両の
走行距離とその間の燃料の総噴射量とを積算し、その積
算値に基づいて行うようにすればよい。或いは、エンジ
ン１の運転時間とその間の燃料の総噴射量とを積算し、
さらにエンジン１の運転状態に基づいてその積算値を修
正して、その修正後の積算値に基づいてＮＯｘ吸収量を
推定するようにしてもよい。そして、続くステップＡ６
において、ＮＯｘ吸収量の推定値が所定値以上か否か判
別し、推定値が所定値（触媒２２の飽和ＮＯｘ吸収量よ
りも少し小さい値に設定されている）よりも小さければ
ステップＡ１７に進む一方、推定値が所定値以上でYES
ならばステップＡ７に進み、このステップＡ７で、ＮＯ
ｘ放出制御を行う期間であることを示すフラグＦ１をオ
ンにし（Ｆ１＝１）、推定値をキャンセルしてステップ
Ａ８に進む。

【００５７】このステップＡ８では、触媒２２の温度状
態（触媒温度Tc）を推定する。この推定は、例えば現在
までの所定期間におけるエンジン水温Twの履歴とその間
のエンジン回転数や車速等に基づいて行うようにすれば
よく、或いは、触媒２２の付近の排気通路２０に温度セ
ンサを設けて、このセンサからの出力に基づいて直接的
に推定するようにしてもよい。続いて、ステップＡ９に
おいて、推定した触媒温度Tcが触媒２２のＮＯｘ除去性
能の低くなる第１設定温度Tc1（例えば２５０℃）より
も低いか否か判別する。この判別がYESであれば、触媒
２２のＮＯｘ吸収又は放出作用がかなり低下しているの
で、ステップＡ１０に進んで、フラグＦｐをオン状態に
し（Ｆｐ＝１）、図１３のステップＡ２０に進む。

【００５８】つまり、ＮＯｘ吸収量が多くなり触媒２２
の浄化性能が低下すると考えられる場合であっても、触
媒２２の温度が低いときには、ＮＯｘの放出による触媒
２２のリフレッシュを十分に促進することはできず、ま
た、放出されたＮＯｘを十分に還元浄化することもでき
ないので、このときには、後述の如き主噴射の分割制御
によって、触媒２２の昇温を図るようにする。

【００５９】また、上記ステップＡ９の判別結果がNOで
あれば、ステップＡ１１に進んでフラグＦｐをクリア
し、続くステップＡ１２では、ＮＯｘ放出制御の経過時
間を計測するためのタイマ値Ｔ１（初期値は零）をイン
クリメントする。続いて、ステップＡ１３において、タ
イマ値Ｔ１が予め設定したしきい値Ｔ１0以上になった
か否か判別する。このしきい値Ｔ１0は、予め設定した
ＮＯｘ放出制御の期間に対応する値なので、判別結果が
NOであればステップＡ１４に進み、燃焼室４の空燃比が
略理論空燃比付近になるように基本燃料噴射量Ｑbaseを
増量補正する燃料増量補正量Ｑｃ（Ｑｃ＝Ｒ1）を決定
して、図１３のステップＡ２０に進む。

【００６０】すなわち、例えばエアフローセンサ１１の
出力から求められる吸入空気量に基づいて、この吸入空
気量に対して空燃比が略理論空燃比付近になるような燃
料噴射量を演算して、燃料増量補正量Ｑｃを決定する。
一方、上記ステップＡ１３の判別結果がYESであれば、
ＮＯｘ放出制御を行う期間は終了したので、ステップＡ
１５で燃料増量補正量Ｑｃを零にし（Ｑｃ＝０）、ステ
ップＡ１６でフラグＦ１をクリアして（Ｆｐ＝０）、図
１３のステップＡ２０に進む。

【００６１】つまり、ＮＯｘ吸収量が多くなり触媒２２
の浄化性能が低下すると考えられる場合であって、かつ
触媒２２の温度がある程度高くなっていれば、ＮＯｘ放
出制御を行って該触媒２２からＮＯｘを放出させかつ還
元浄化することで、触媒２２のリフレッシュを図るよう
にしている。

【００６２】また、上記ステップＡ６において、ＮＯｘ
吸収量の推定値が所定値よりも小さいと判定されたとき
は、ステップＡ１７に進んでフラグＦ１の状態によりＮ
Ｏｘ放出制御中か否かを判別する。フラグＦ１＝１とし
たときはＮＯｘ吸収量の推定値をキャンセルしているた
め、放出制御中でもステップＡ６の判別がNOとなるため
である。ステップＡ１７の判別がYESならば（Ｆ１＝
１）、ＮＯｘ放出制御の途中なので上記ステップＡ８に
進む一方、オフ状態でNOならば（Ｆ１＝０）、ＮＯｘ放
出制御を行う期間ではないので、続くステップＡ１８で
第１タイマ値Ｔ1をリセットし（Ｔ1＝０）、続くステッ
プＡ１９でフラグＦｐをクリアして（Ｆｐ＝０）、図１
３のステップＡ２０に進む。

【００６３】以上において、触媒温度Tcの推定ステップ
Ａ８は触媒（ＮＯｘ吸収材）の温度検出手段を構成して
いるということができる。そうして、ステップＡ６でＮ
Ｏｘ吸収量が所定値以上であると判別され、ステップＡ
９で触媒温度Tcが低いと判別されたときは、ステップＡ
１０でフラグＦｐ＝１として触媒２２の昇温促進のため
の分割噴射制御（後述する。）に入り、触媒温度Tcが高
くなるとステップＡ９の判別がNOとなってステップＡ１
１でＦｐ＝０とされて、後述の燃料噴射量の増量補正の
ための分割噴射制御に移行するものである。従って、ス
テップＡ６〜Ａ１１は、上記燃料噴射量の増量補正前に
上記温度検出手段によって検出される上記ＮＯｘ吸収材
の温度が所定値以下であるときに当該増量補正開始まで
該ＮＯｘ吸収材の温度を上昇させるための昇温期間を設
ける昇温期間設定手段を構成している。

【００６４】上記ステップＡ４，Ａ１０，Ａ１４，Ａ１
６，Ａ１９に続くフローは図１３に示されている。すな
わち、ステップＡ２０では、フラグＦｐがオン状態か否
か判別する。この判別結果がNOであればステップＡ２１
に進んでフラグＦ１がオン状態か否かを判別する。この
判別結果がNOであればステップＡ２２，Ａ２３に進む。
すなわち、フラグＦｐ及びＦ１が共にオフということ
は、触媒２２の暖機は完了しているが、ＮＯｘ吸収過剰
状態ではないということである（触媒昇温期間前の通常
の運転状態）。この場合は、分割数が多い分割噴射形態
ないしは噴射休止間隔Δｔが短めの分割噴射形態を設定
する。具体的には、ステップＡ２２で基本燃料噴射量Ｑ
baseを３等分し（３分割噴射）、ステップＡ２３で分割
された各燃料Ｑ１ａ、Ｑ２ａ、Ｑ３ａの噴射時期Ｉ１
ａ、Ｉ２ａ、Ｉ３ａを設定して、各噴射時期に至った時
にインジェクタ５を作動させて燃料噴射を実行する（ス
テップＡ２４）。最初の噴射時期Ｉ１ａは先に設定され
た基本噴射時期Ｉbaseであり、２回目以降の噴射時期Ｉ
２ａ、Ｉ３ａは噴射休止間隔Δｔが２００〜４００μｓ
となるようにエンジンの運転状態に応じて設定する。

【００６５】分割数を多くするのは図７に示すようにＮ
Ｏｘ発生量を少なくすることができ、また、図１０に示
すように排気温度を高めることができ、触媒２２を比較
的高い温度状態（例えば２５０℃以上の温度）に維持す
る上で有利になるためである。また、噴射休止間隔Δｔ
を短めに設定するのは、図５、図６、図８に示すように
ＣＯ量、ＨＣ量及びスモーク量の低減が図れ、図９に示
すように燃費率の低減が図れるためである。

【００６６】ステップＡ２０でフラグＦｐがオン（Ｆｐ
＝１）と判別されたときは、ステップＡ２５、Ａ２６に
進んで先の場合と同様に分割数が多めの３分割噴射（Ｑ
base→Ｑ１ｂ，Ｑ２ｂ，Ｑ３ｂ）を設定するが、この場
合は噴射休止間隔Δｔが４００〜１０００μｓというよ
うに長めになるようにエンジンの運転状態に応じて各噴
射時期Ｉ１ｂ，Ｉ２ｂ，Ｉ３ｂを設定する。なお、Ｉ１
ｂ＝Ｉbaseである。

【００６７】すなわち、フラグＦｐがオンということ
は、エンジン水温が低くて触媒温度Tcが低い状態にある
か、ＮＯｘ吸収過剰状態にあるが触媒温度Tcが低い状態
にあるということである。後者は燃料噴射量の増量補正
を行なう前の触媒昇温期間ということになる。そこで、
触媒２２の昇温を図ることができるように分割噴射形態
を設定するものである。この場合は、３分割噴射である
から排気温度を高めて触媒２２を昇温させる上で有利に
なり、また、噴射休止間隔Δｔが長めであるから同じく
排気温度を高めて触媒２２を昇温させる上で有利になる
ものである（図１０参照）。また、噴射休止間隔Δｔが
長くなることにより、ＮＯｘ浄化用還元剤としてのＨＣ
及びＣＯが増え（図５，図６参照）、ＮＯｘ自体は少な
くなる（図７参照）。

【００６８】ステップＡ２０でフラグＦｐがオフ（Ｆｐ
＝０）で且つステップＡ２１でフラグＦ１がオン（Ｆ１
＝１）であるならば、ステップＡ２７に進み、基本燃料
噴射量Ｑbaseに燃料増量補正量Ｑｃを加えて、総燃料噴
射量Ｑｔを演算する。すなわち、フラグＦｐ＝０で且つ
Ｆ１＝１ということは、触媒２２はＮＯｘ放出に支障が
ない程度に昇温され且つＮＯｘ吸収過剰状態にある（又
はＮＯｘ放出制御中である）ということである。そこ
で、ＮＯｘの放出を促すべく燃焼室４の平均的空燃比が
略理論空燃比になるように燃料噴射量の増量補正を行な
うものである。

【００６９】続いて、ステップＡ２８において、後噴射
の燃料噴射量Ｑｐ及び噴射時期Ｉｐをそれぞれ設定す
る。すなわち、後噴射量Ｑｐはエンジン１の運転状態に
対応する最適値がマップとして記録されていて、このマ
ップから読み込まれるようになっており、その噴射割合
は、例えば主噴射の５〜６０％の範囲に設定される。上
記燃料増量補正量Ｑｃを後噴射量Ｑｐとしてもよい。こ
のようにすれば、制御の演算を簡略化できる。また、後
噴射時期Ｉｐは燃焼安定性の確保、スモーク量、ＨＣ量
の低減の観点から膨張行程の前半、特に圧縮行程上死点
後３５゜ＣＡぐらいまで後噴射が完了するように設定さ
れている。

【００７０】続いて、ステップＡ２９、Ａ３０において
燃料噴射量の増量補正期間用の分割噴射を設定する。す
なわち、この分割噴射では昇温期間前及び昇温期間中の
分割噴射よりも分割数が少な目になるように設定する。
すなわち、上記総燃料噴射量Ｑｔから後噴射量Ｑｐを減
算した後に２等分して２分割噴射｛（Ｑｔ−Ｑｐ）→Ｑ
１ｃ，Ｑ２ｃ｝とし、各々の噴射時期Ｉ１ｃ，Ｉ２ｃを
噴射休止間隔Δｔが１００〜４００μｓ又は４００〜７
００μｓとなるように設定する。なお、Ｉ１ｃ＝Ｉbase
である。

【００７１】この増量補正期間の分割数を少な目に設定
するのは、分割数が多いとそれだけ当該主噴射の終了が
遅くなり、それに伴って後噴射時期が遅くなって燃焼性
が悪化しスモーク量、ＨＣ量が増大することから、これ
を避けるためである。また、分割数が少ない方が燃費率
が低くなる利点がある（図９参照）。噴射休止期間Δｔ
に関しては、エンジンの運転状態に応じて設定するが、
ＨＣ量、ＣＯ量、スモーク量の低減をねらいとする場合
はΔｔを短め（１００〜４００μｓ）に設定し（図５，
６，８参照）、ＮＯｘの低減をねらいとする場合はΔｔ
を長め（４００〜７００μｓ）に設定する（図７参
照）。Δｔを短めに設定すると、後噴射の終了を早める
上でも有利になる。

【００７２】上記図１２，図１３に示すフローにおい
て、ステップＡ２が噴射量決定手段３６を構成し、ステ
ップＡ６〜Ａ１６，Ａ２１，Ａ２７が噴射量補正手段３
７を構成し、ステップＡ２０〜Ａ３０（Ａ２７を除く）
が燃料噴射制御手段３８を構成している。

【００７３】従って、この実施形態に係るディーゼルエ
ンジンの燃料噴射装置Ａによれば、通常の運転状態で
は、噴射休止間隔Δｔを短めの２００〜４００μｓとし
た３分割噴射が行なわれることにより、エンジン１は燃
焼室４の平均的空燃比がリーンな状態で運転され、Ｈ
Ｃ、ＣＯ、ＮＯｘ、スモーク、燃費率の低減、触媒温度
の維持が図られる。燃焼に伴い生成するＮＯｘが触媒２
２のＮＯｘ吸収材に吸収されて、その吸収量が過剰な状
態になると、該触媒２２からＮＯｘを放出させて還元浄
化するＮＯｘ放出制御が行われる。

【００７４】このとき、例えばエンジン１が長時間、所
定の低回転運転状態とされ、触媒２２が未暖機状態に対
応する低温状態になっていれば、昇温期間設定手段４０
により触媒２２の温度Ｔｃを上昇させる期間が設けら
れ、噴射休止間隔Δｔを長めの４００〜１０００μｓと
した３分割噴射が行なわれる。これにより、エンジン１
は燃焼室４の平均的空燃比がリーンな状態の運転が継続
されるが、噴射休止間隔Δｔが長めになることにより、
燃料噴霧の空気との混合状態がさらに改善され、空気利
用率も向上して燃焼による熱発生率が増大するととも
に、燃焼の終了が遅角側にずれることで排気温度が上昇
し、これにより、排気通路２０の触媒２２の温度を速や
かに高めることができる。

【００７５】触媒２２の温度ＴｃがＮＯｘの放出に適し
た温度（Ｔc1以上）になると、昇温期間から燃料噴射量
の増量補正期間に移行し、燃料噴射量の増量補正（Ｑｔ
←Ｑbase＋Ｑｃ）が行なわれるとともに、その燃料の一
部が後噴射に回され、残りの燃料は主噴射として２分割
噴射される。これにより、排気中の酸素濃度が低下しか
つＣＯやＨＣ等の還元剤成分の濃度が十分に高められる
ので、上記のように昇温されている触媒２２から速やか
にＮＯｘを放出させ、かつ十分に還元浄化することがで
きる。しかも、後噴射時期が過度に遅くなることが避け
られ、スモーク量、ＨＣ量の増大が防止されるととも
に、燃費率が低くなる。

【００７６】また、燃料噴射量を増量補正する前に昇温
用の分割噴射により、排気中のＨＣ，ＣＯ濃度が高まる
ので、その後の燃料噴射量の増量補正によって一時的に
ＮＯｘの生成が盛んになっても、生成されたＮＯｘがＣ
Ｏ，ＨＣと反応することになり、大気中へのＮＯｘ排出
量が急増することが避けられる。

【００７７】そして、上記のように触媒２２を極めて効
率よくリフレッシュできる結果として、エンジン１の運
転中にＮＯｘ放出制御を行う時間を相対的に短くするこ
とができるので、燃料噴射量の増量に伴う燃費悪化を抑
制することができる。しかも、主噴射の分割制御によっ
て、上記のように燃焼状態が極めて良好なものになり、
また、噴射終了時期は相対的に遅くなるものの、その
間、燃焼室４の圧力が相対的に長く十分に高い状態に維
持され、いわゆる等容度の向上により機械効率も高めら
れて、燃費改善が図られる。

【００７８】なお、エンジン始動時は筒内温度が低いた
め燃焼安定性確保の観点から一括噴射を採用する。

【００７９】−制御例２− この制御例２は、図１４に示すように増量補正期間Ｔ10
を排気中のＨＣ、ＣＯの量を増やす前側の所定期間（Ｆ
11＝１）と残りの期間（Ｆ11＝０）とに分け、この両期
間の分割噴射形態を異なるものにした点に特徴がある。
以下、図１５及び図１６に示すフローに従って具体的に
説明する。

【００８０】ステップＢ１〜Ｂ１２は制御例１のステッ
プＡ１〜Ａ１２と同じである。ステップＢ１２に続くス
テップＢ１３では、ＮＯｘ放出制御の経過時間を計測す
るためのタイマ値Ｔ１が予め設定したしきい値Ｔ11以上
になったか否か判別する。このしきい値Ｔ11は、排気中
のＨＣ、ＣＯの量を増やす期間に対応する値であり、こ
の期間は増量補正期間の例えば1/4〜2/3程度とする。こ
の判別結果がNOであれば、すなわち、しきい値Ｔ11を経
過していなければ、ステップＢ１４に進んで排気中のＨ
Ｃ、ＣＯの量を増やす前側の所定期間であることを示す
フラグＦ11をオン（Ｆ11＝１）とし、さらにステップＢ
１５に進んで燃焼室４の空燃比が略理論空燃比付近にな
るように基本燃料噴射量Ｑbaseを増量補正する燃料増量
補正量Ｑｃ（Ｑｃ＝Ｒ1）を決定して、図１６のステッ
プＢ２３に進む。

【００８１】ステップＢ１３でタイマＴ１がしきい値Ｔ
11以上になったと判別されたときはステップＢ１６に進
んでタイマ値Ｔ１が予め設定したしきい値Ｔ10以上にな
ったか否かを判別する。Ｔ10以上になっていなければ、
残り期間であるとしてステップＢ１７に進んでフラグＦ
11をオフ（Ｆ11＝０）にし、ステップＢ１５に進む。ス
テップＢ１６でタイマＴ１がしきい値Ｔ10以上になった
と判別されたときはステップＢ１８に進んで燃料増量補
正量Ｑｃを零とし、さらにステップＢ１９に進んでフラ
グＦ１及びＦ11をオフにする。

【００８２】なお、図１５のステップＢ２０〜Ｂ２２は
制御例１のステップＡ１７〜Ａ１９と同じである。

【００８３】図１６のフローにおいて、ステップＢ２３
〜Ｂ３１は制御例１のステップＡ２０〜Ａ２８と同じで
ある。この制御例２では、ステップＢ３１に続くステッ
プＢ３２においてフラグＦ11のオン・オフを判別し、オ
ン（Ｆ11＝１のYES)であれば、排気中のＨＣ、ＣＯの量
を増やす前側の所定期間であるとしてステップＢ３２、
Ｂ３３に進み、燃料噴射量の増量補正期間前側の排気中
のＨＣ、ＣＯの量を増やす分割噴射を設定する。すなわ
ち、この分割噴射では昇温期間前及び昇温期間中の分割
噴射よりも分割数が少な目になるように設定するととも
に、噴射休止間隔Δｔを長めに設定する。具体的には、
総燃料噴射量Ｑｔから後噴射量Ｑｐを減算した後に２等
分して２分割噴射｛（Ｑｔ−Ｑｐ）→Ｑ１ｃ，Ｑ２ｃ｝
とし、各々の噴射時期Ｉ１ｃ，Ｉ２ｃを噴射休止間隔Δ
ｔが４００〜１０００μｓ又は７００〜１０００μｓと
なるように設定する。なお、Ｉ１ｃ＝Ｉbaseである。

【００８４】一方、ステップＢ３２のフラグＦ11の判別
がNO（Ｆ11＝０）であれば、当該増量補正期間の残り期
間であるとしてステップＢ３５，Ｂ３６に進み、２分割
噴射とするが、噴射時期Ｉ１ｃ，Ｉ２ｃについては噴射
休止間隔Δｔが上記前側所定期間（Ｆ11＝１）よりも短
めになるように設定する。すなわち、上記前側所定期間
（Ｆ11＝１）のΔｔが４００〜１０００μｓであれば、
残期間のΔｔ＝１００〜４００μｓとし、上記前側所定
期間（Ｆ11＝１）のΔｔが７００〜１０００μｓであれ
ば、残期間の又は４００〜７００μｓとするものであ
る。但し、Ｉ１ｃ＝Ｉbaseである。

【００８５】以上のように、この制御例２の場合は、燃
料噴射量を増量すべき期間に入ったとき、その増量開始
から所定期間（Ｆ11＝１）は噴射休止間隔Δｔが長めに
設定されるから、その間は図５、図６に示すように排気
中のＣＯ量及びＨＣ量が増大することになる。従って、
燃料噴射量を増量したとき暫くは触媒２２のＮＯｘ吸収
材からＮＯｘが多量に放出されるが、このとき排気中の
ＨＣ量及びＣＯ量が増大するから、ＮＯｘ浄化用の還元
剤が不足気味になることが避けられ、ＮＯｘが多量に放
出されてもこれを確実に還元浄化できることになる。

【００８６】なお、上記制御例１，２の分割噴射におい
ては、燃料噴射量の増量補正期間の分割数を昇温期間の
分割数よりも少な目にすることによって、後噴射時期が
過度に遅くなることを避け、スモーク量、ＨＣ量の増大
防止、燃費率の低減を図ったが、分割数は同じにして噴
射休止間隔Δｔを短めにした場合にも同様の効果が得ら
れ、分割数の低減と噴射休止間隔Δｔの短縮の双方を実
行するようにすると、さらに高い効果が得られる。ま
た、後噴射を行なわず、主噴射量を増量補正することに
よってＮＯｘの放出を促すことができるが、その場合で
も上記分割数の低減又は噴射休止間隔Δｔの短縮により
同様の効果を得ることができる。

【００８７】また、燃料噴射量の増量補正期間と昇温期
間前の期間、即ち、通常運転期間との関係においても、
上記制御例１，２では前者の分割数を後者の分割数より
も少なくしたが、前者の噴射休止間隔Δｔを後者よりも
短めに、換言すれば後者の噴射休止間隔Δｔを前者より
も長めにしてもよい。これにより、通常運転期間中のＮ
Ｏｘ発生量の低減を図ることができる。

【００８８】また、上記制御例２では燃料噴射量の増量
開始から所定期間（Ｆ11＝１）の噴射休止間隔Δｔを残
期間（Ｆ11＝０）よりも長めに設定したが、所定期間
（Ｆ11＝１）の分割数を残期間（Ｆ11＝０）よりも多め
に設定するようにしてもよい。その場合でも噴射休止間
隔Δｔが同じであれば、所定期間（Ｆ11＝１）に排気中
のＨＣ量及びＣＯ量を増やすことができる（図５，図６
参照）。

【００８９】また、上記実施形態では２分割噴射と３分
割噴射とを例示したが、分割数２〜７の範囲で上記各期
間に応じた分割数を設定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示す説明図。

【図２】実施形態に係るディーゼルエンジンの燃料噴射
装置の全体構成を示す図。

【図３】ＮＯｘ吸収材によるＮＯｘ吸収浄化性能（ａ）
及び触媒金属によるＮＯｘ還元浄化性能（ｂ）の温度依
存性を表すグラフ図。

【図４】燃料噴射形態の説明図。

【図５】燃料噴射の分割回数及び噴射休止間隔をそれぞ
れ変化させたときの、排気中のＣＯ濃度の変化特性を示
すグラフ図。

【図６】燃料噴射の分割回数及び噴射休止間隔をそれぞ
れ変化させたときの、排気中のＨＣ濃度の変化特性を示
すグラフ図。

【図７】燃料噴射の分割回数及び噴射休止間隔をそれぞ
れ変化させたときの、排気中のＮＯｘ濃度の変化特性を
示すグラフ図。

【図８】燃料噴射の分割回数及び噴射休止間隔をそれぞ
れ変化させたときの、排気中のスモーク量の変化特性を
示すグラフ図。

【図９】燃料噴射の分割回数及び噴射休止間隔をそれぞ
れ変化させたときの燃費率の変化特性を示すグラフ図。

【図１０】燃料噴射の分割回数及び噴射休止間隔をそれ
ぞれ変化させたときの、排気温度の変化特性を示すグラ
フ図。

【図１１】本発明の制御例１の各期間の説明図。

【図１２】同制御例のフローの前半部分の図。

【図１３】同制御例のフローの後半部分の図。

【図１４】本発明の制御例２の増量補正期間の説明図。

【図１５】同制御例のフローの前半部分の図。

【図１６】同制御例のフローの後半部分の図。

【符号の説明】

Ａ ディーゼルエンジンの燃料噴射装置 １ ディーゼルエンジン ２ 気筒 ４ 燃焼室 ５ インジェクタ（燃料噴射弁） ２０ 排気通路 ２２ 触媒（ＮＯｘ吸収材） ３５ ＥＣＵ ３６ 噴射量決定手段 ３７ 噴射量補正手段 ３８ 燃料噴射制御手段 ３９ 温度検出手段 ４０ 昇温期間設定手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０１Ｎ 3/28 Ｆ０１Ｎ 3/28 Ｆ０２Ｄ 41/04 ３７５ Ｆ０２Ｄ 41/04 ３７５ 41/14 ３３０ 41/14 ３３０Ｚ 41/20 ３７５ 41/20 ３７５ Ｆ０２Ｍ 45/02 Ｆ０２Ｍ 45/02 (72)発明者 小林 明宏 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 Ｆターム(参考） 3G066 AA07 AA11 AA13 AB02 AC09 AD12 BA17 BA25 BA26 CD25 CD26 CD28 DA01 DA04 DA09 DC04 DC05 DC09 DC11 DC14 DC18 DC19 DC24 3G091 AA10 AA11 AA18 AA28 AB06 AB09 BA14 BA15 BA19 CB02 CB03 DB04 DB06 DB08 DB10 DC03 EA00 EA01 EA05 EA07 EA08 EA09 EA16 EA18 EA19 EA20 EA34 FB10 FB11 FB12 GA06 GB02Y GB03Y GB04Y GB05W GB06W GB09X GB10X GB17X HA36 3G301 HA02 HA04 HA06 HA11 HA13 JA02 JA25 JA26 LB11 MA01 MA11 MA18 MA27 NA03 NA06 NA08 NC02 ND02 NE13 NE14 NE15 NE23 PA01Z PA07Z PB03A PB03Z PB05Z PB08Z PD02A PD02Z PD12Z PD15Z PE01Z PE03Z PE08Z PF03Z

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンの気筒内燃焼室に燃料を直接噴
   射供給する燃料噴射弁と、 エンジンの排気通路に配設され、酸素濃度の高い酸素過
   剰雰囲気の排気中のＮＯｘを吸収する一方、酸素濃度の
   低下に伴い先に吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収材
   と、 エンジンの運転状態に応じて燃料噴射量を決定する噴射
   量決定手段と、 上記ＮＯｘ吸収材のＮＯｘ吸収量が所定値以上となった
   ときで且つ該ＮＯｘ吸収材からＮＯｘを放出させるとき
   に、排気中の酸素濃度が低下するように上記エンジンの
   運転状態に応じて決定された燃料噴射量を増量補正する
   噴射量補正手段と、 気筒の圧縮行程上死点付近において燃料を複数回に分割
   噴射すべく、上記燃料噴射弁を、閉弁状態になる所定の
   噴射休止間隔を挟んで断続的に開弁させる燃料噴射制御
   手段とを備えたディーゼルエンジンの燃料噴射装置にお
   いて、 上記燃料噴射制御手段は、上記噴射量補正手段による燃
   料噴射量の増量補正期間は上記ＮＯｘ吸収材のＮＯｘ吸
   収量が上記所定値未満のときよりも、圧縮行程上死点付
   近における分割噴射の開始から終了までの分割噴射期間
   が短くなるように、燃料噴射の分割数及び上記噴射休止
   間隔の少なくとも一方を変更することを特徴とするディ
   ーゼルエンジンの燃料噴射装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載されているディーゼルエ
   ンジンの燃料噴射装置において、 上記ＮＯｘ吸収材の温度を検出する温度検出手段と、 上記燃料噴射量の増量補正前に上記温度検出手段によっ
   て検出される上記ＮＯｘ吸収材の温度が所定値以下であ
   るときに当該増量補正開始まで該ＮＯｘ吸収材の温度を
   上昇させるための昇温期間を設ける昇温期間設定手段と
   を備え、 上記燃料噴射制御手段は、上記増量補正期間、昇温期間
   及び該昇温期間の前のいずれにおいても燃料の分割噴射
   を実行し、且つ上記増量補正期間は上記昇温期間よりも
   燃料噴射の分割数を少なくすることを特徴とするディー
   ゼルエンジンの燃料噴射装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載されているディーゼルエ
   ンジンの燃料噴射装置において、 上記燃料噴射制御手段は、上記増量補正期間は上記昇温
   期間前よりも燃料噴射の分割数を少なくすることを特徴
   とするディーゼルエンジンの燃料噴射装置。
4. 【請求項４】 請求項１に記載されているディーゼルエ
   ンジンの燃料噴射装置において、 上記ＮＯｘ吸収材の温度を検出する温度検出手段と、 上記燃料噴射量の増量補正前に上記温度検出手段によっ
   て検出される上記ＮＯｘ吸収材の温度が所定値以下であ
   るときに当該増量補正開始まで該ＮＯｘ吸収材の温度を
   上昇させるための昇温期間を設ける昇温期間設定手段と
   を備え、 上記燃料噴射制御手段は、上記増量補正期間、昇温期間
   及び該昇温期間の前のいずれにおいても燃料の分割噴射
   を実行し、且つ上記増量補正期間は上記昇温期間よりも
   燃料噴射の噴射休止間隔を短くすることを特徴とするデ
   ィーゼルエンジンの燃料噴射装置。
5. 【請求項５】 請求項４に記載されているディーゼルエ
   ンジンの燃料噴射装置において、 上記燃料噴射制御手段は、上記増量補正期間は上記昇温
   期間前よりも燃料噴射の噴射休止間隔を短くすることを
   特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射装置。
6. 【請求項６】 請求項１乃至請求項５のいずれか一に記
   載されているディーゼルエンジンの燃料噴射装置におい
   て、 上記燃料噴射制御手段は、上記増量補正開始から所定期
   間は当該増量補正期間の残りの期間よりも燃料噴射の分
   割数を多くするか又は噴射休止間隔を長くすることを特
   徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射装置。
7. 【請求項７】 エンジンの気筒内燃焼室に燃料を直接噴
   射供給する燃料噴射弁と、 エンジンの排気通路に配設され、酸素濃度の高い酸素過
   剰雰囲気の排気中のＮＯｘを吸収する一方、酸素濃度の
   低下に伴い先に吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収材
   と、 エンジンの運転状態に応じて燃料噴射量を決定する噴射
   量決定手段と、 上記ＮＯｘ吸収材からＮＯｘを放出させるとき、排気中
   の酸素濃度が低下するように上記エンジンの運転状態に
   応じて決定された燃料噴射量を増量補正する噴射量補正
   手段と、 気筒の圧縮行程上死点付近において燃料を複数回に分割
   噴射すべく、上記燃料噴射弁を、閉弁状態になる所定の
   噴射休止間隔を挟んで断続的に開弁させる燃料噴射制御
   手段とを備えたディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置
   において、 上記燃料噴射制御手段は、上記噴射量補正手段による燃
   料噴射量の増量補正期間におけるその増量補正開始から
   所定期間は当該増量補正期間の残りの期間よりも燃料噴
   射の分割数を多くするか又は噴射休止間隔を長くするこ
   とを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射装置。