JP3985083B2 - ディーゼルエンジンの排気浄化装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【従来の技術】
従来より、内燃機関の排気を浄化するための触媒としては、略理論空燃比付近で排気中のＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘを同時にかつ極めて有効に浄化できる三元触媒が知られており、ガソリンエンジンにおいては、この三元触媒を用いるとともに、全負荷域等を除く大部分の運転領域において空燃比を略理論空燃比付近に制御することが一般に行われている。
【０００２】
しかしながら、ディーゼルエンジンは通常のあらゆる運転領域において空燃比がかなりリーンな状態（例えばＡ/Ｆ≧１８）とされるので、前記三元触媒を用いることはできず、しかも、空燃比がリーンな状態では排気中の酸素濃度がかなり高くなるので、そのような雰囲気でＮＯｘを十分に還元浄化すること自体が困難である。
【０００３】
そこで、排気中の酸素濃度が所定値（例えば４％）以上の酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸収する一方、酸素濃度の減少によって、吸収しているＮＯｘを放出するいわゆるＮＯｘ吸収剤を用いる技術があるが、このＮＯｘ吸収剤は、ＮＯｘ吸収量が増えると吸収性能が低下するため、そうなる前に吸収しているＮＯｘを放出させるいわゆるリフレッシュを行う必要がある。
【０００４】
そして、例えば特開平６−２１２９６１号公報に開示されるディーゼルエンジンの排気浄化装置では、前記のリフレッシュを行うべきときに排気中に還元剤として未燃燃料（軽油）を供給して、その還元剤により酸素を消費させることによって排気中の酸素濃度を低下させるようにしている。すなわち、このものでは、通常の燃料噴射の他に気筒の膨張行程中期から排気行程にかけて少量の燃料を噴射し、この燃料を燃焼室内の高温の既燃ガスによって活性化させて強い還元性を持たせることにより、ＮＯｘ吸収剤からのＮＯｘの放出を促し、かつそのＮＯｘを十分に還元浄化できるようになっている。
【０００５】
ところで、エンジンの燃焼に伴うＮＯｘの生成そのものを抑制するために、エンジンの吸排気系を互いに連通する排気還流通路を設け、この排気還流通路により排気の一部を燃焼室に還流させて、該燃焼室における燃焼ガス温度のピークを下げることが一般に行われている。しかし、このように排気を還流させるようにしたものにおいて、前記従来例の如く気筒の膨張行程中期から排気行程にかけて燃料噴射を行おうとすると、その噴射された燃料が未燃状態のまま多量に燃焼室に還流されて種々の不具合を生じることになる。
【０００６】
この不具合を解消するために、例えば、特開平８−２０００４５号公報に開示されるガソリンエンジンの排気浄化装置では、特に排気の還流量が多くなるようなエンジンの低中負荷運転域において、ＮＯｘ吸収剤のリフレッシュのための燃料噴射を行うときに排気還流通路を閉鎖することで、多量の未燃燃料が還流することを防止するようにしている。
【０００７】
さらに、特開平７−２７９７１８号公報に開示されるディーゼルエンジンの排気浄化装置では、前記の２つの従来例とは異なり、ＮＯｘ吸収剤のリフレッシュのために燃焼室の平均空燃比を一定期間毎にリッチ状態になるように切替え、その際、燃焼室への吸入空気量を減らすとともに、その吸入空気量の減少に伴うエンジン出力の低下分を丁度補完できる分量だけ燃料噴射量を増量させることで、エンジン出力の変動を抑制するようにしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記最初の２つの従来例（特開平６−２１２９６１号及び特開平８−２０００４５号の各公報）の場合、上述の如くＮＯｘ吸収剤のリフレッシュのために気筒の膨張行程中期以降で燃料を噴射しており、その燃料の殆どが燃焼室から未燃状態で排出されていることから、燃費の悪化が著しい。
【０００９】
また、前記３番目の従来例（特開平７−２７９７１８号公報）の場合には、燃料が一時的とはいえ略理論空燃比付近の状態で燃焼するので、スモークが大量に発生する虞れがある。
【００１０】
本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その主たる目的とするところは、上述の如くＮＯｘ吸収剤を有するディーゼルエンジンの排気浄化装置において、該ＮＯｘ吸収剤をリフレッシュするときの燃料噴射時期の制御に工夫を凝らして、燃費の著しい悪化やスモークの急増を招くことなく、ＮＯｘ吸収剤によるＮＯｘ吸収性能の安定確保を図ることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成すべく、本発明の解決手段では、エンジンの排気通路にＮＯｘ吸収剤を配設し、排気が酸素過剰雰囲気になる運転状態でＮＯｘを吸収させる一方、排気中の酸素濃度の減少によってＮＯｘ吸収剤からＮＯｘが放出されるような運転状態、即ち燃焼室の空燃比が略理論空燃比付近又はそれよりも小さなリッチ状態になるときに、燃料を複数回に分割して噴射するようにした。
【００１２】
具体的に、請求項１の発明では、図１に例示するように、エンジン１の気筒内燃焼室４に燃料を直接噴射する燃料噴射弁５と、この燃料噴射弁５により燃料を、少なくとも気筒２の圧縮行程終期に主噴射させる燃料噴射制御手段（図例ではＥＣＵ３５）と、前記燃焼室４から排気を排出する排気通路２０に配設され、排気中の酸素濃度が所定値以上の酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸収する一方、酸素濃度の減少によって吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤２２とを備えたディーゼルエンジンの排気浄化装置Ａを前提とする。
【００１３】
そして、前記ＮＯｘ吸収剤におけるＮＯｘ吸収量が設定値以上になると、気筒内燃焼室４の空燃比を略理論空燃比付近或いは理論空燃比よりも小さいリッチ状態、即ち、排気中の酸素濃度が前記所定値未満になるリッチ状態に制御する空燃比制御手段（図例ではＥＣＵ３５）を備えるとともに、前記燃料噴射制御手段は、排気中の酸素濃度を前記酸素過剰雰囲気よりも減少させるエンジン１の運転状態で前記空燃比制御手段によって空燃比が前記リッチ状態に制御されるとき、燃料噴射弁５により燃料を、前記主噴射と吸気行程初期から膨張行程前半までの間での副噴射との少なくとも２回に分割して噴射させるように構成し、さらに、前記副噴射の時期を、エンジン１の負荷状態が高負荷側にあるほど進角側に設定するとともに、高負荷域では前記主噴射よりも早期の吸気行程初期から圧縮行程前半までに、一方、低負荷域では前記主噴射の終了後から膨張行程の前半までに、それぞれ設定する噴射時期設定手段（図例ではＥＣＵ３５）を設ける構成とする。
【００１４】
ここで、前記の「酸素濃度の減少によって」とは、排気中の酸素濃度が例えば３〜４％未満（好ましくは１〜２％未満）になればよく、排気の空燃比が略理論空燃比付近か或いは理論空燃比よりも小さいリッチ状態に相当する。また、前記酸素過剰雰囲気とは、排気中の酸素濃度が所定値（例えば４％）以上で、排気の空燃比が前記リッチ状態よりも大きいリーン状態に相当する。尚、排気の空燃比とは、排気通路に供給された全空気量の全燃料量に対する比のことであり、排気通路に２次エアや燃料を供給するものでなければ、燃焼室の空燃比（燃焼室の空燃比の平均値のことであり、以下同様とする）に一致するものである。
【００１５】
さらに、燃焼室の空燃比が略理論空燃比付近にあるというのは、燃焼室に充填された全空気量と燃焼室に噴射された全燃料噴射量との比が理論空燃比付近にあることを意味する（以下、同様とする）。
【００１６】
前記の構成により、エンジン１からの排気がリーン状態になっていれば、その排気中のＮＯｘはＮＯｘ吸収剤２２に吸収され、排気が浄化される。一方、エンジン１からの排気がリッチ状態になるような運転状態では、所定気筒の吸気行程初期から膨張行程前半までの範囲で燃料噴射弁５から燃料が主噴射と副噴射との少なくとも２回に分割して噴射される。そして、副噴射を気筒の吸気行程初期から圧縮行程前半までの間に行う場合は、そのうちの吸気行程で噴射された燃料がピストン３の下降移動に伴う燃焼室４の容積の増大によって十分に均一に拡散し、その一部が気筒２の壁面に付着するものの大部分は十分に気化霧化して空気と混合され、燃焼室４全体にいわゆる希薄予混合気を形成する。また、圧縮行程の前半までに噴射された燃料も相対的に狭い範囲で同様に拡散するとともに、十分に気化霧化して空気と混合される。
【００１７】
続いて、圧縮行程後半の筒内圧の上昇に伴い前記気筒２の壁面に付着した燃料も気化霧化し、また希薄予混合気中では燃料ガスが周囲の酸素と徐々に反応し、いわゆる冷炎反応の進行によって反応熱が発生する。そして、この発生熱により燃焼室全体の温度が上昇するので、そこへ噴射された燃料噴霧は速やかに気化霧化するようになる。このように圧縮行程後半（上死点近傍）で噴射（主噴射）された燃料噴霧は燃焼室全体には拡散せず、均一な希薄予混合気の一部に自己着火可能な過濃混合気部分を形成し、その後、圧縮上死点直前に筒内温度が燃料の自己着火温度に達すると、前記過濃混合気部分を核として燃焼が爆発的に進行する。
【００１８】
このような燃焼状態においては、燃焼室４の空燃比が略理論空燃比付近になるように、燃料噴射量を通常よりもかなり多くしたとしても、その燃料の一部は早期に噴射されて希薄予混合気を形成するので、過濃混合気部分もそれほど燃料過多の状態にはならない。しかも、希薄予混合気の反応熱によって過濃混合気部分の燃料の気化霧化及び空気との混合状態が大幅に改善されるので、スモークの発生が抑制される。また、前記希薄予混合気中では、徐々に進行する冷炎反応によって燃料及び酸素が消費されるので、圧縮上死点手前での爆発的な燃焼においても燃焼圧や燃焼温度が過度に高くはならず、そのことによってＮＯｘの生成も抑制される。
【００１９】
したがって、この構成によれば、燃焼室４全体での平均的空燃比が略理論空燃比付近或いは理論空燃比よりも小さいリッチ状態になるように制御され、エンジン１からの排気がリッチ状態になる運転状態においても、従来までのディーゼルエンジンの如くスモークが大量に発生することはない。そして、排気がリッチ状態になることで、排気通路２０のＮＯｘ吸収剤２２からのＮＯｘ放出を促して、速やかにリフレッシュさせることができる。さらに、従来例の如く燃焼室４から多量の未燃燃料が放出されることもないので、燃費が著しく悪化することもない。つまり、燃費の著しい悪化やスモークの急増を招くことなく、ＮＯｘ吸収剤２２によるＮＯｘ吸収性能を安定確保できる。
【００２０】
しかも、前記の如く副噴射を吸気行程初期から圧縮行程前半までの間で行うようにすれば、そうして副噴射した燃料を十分に気化霧化させて空気と混合させることができ、前記の作用効果が十分に得られる。また、排気の空燃比が略理論空燃比付近になる場合には、排気通路に例えば三元触媒を設けて、ＮＯｘ吸収剤から放出されたＮＯｘをその三元触媒により還元浄化することができる。
【００２１】
一方、副噴射を主噴射の終了後、膨張行程前半までの間に行うときには、噴射された燃料が温度及び圧力の極めて高い燃焼室で速やかに拡散燃焼するので、スモークの発生はあまり多くはならず、しかも、噴射された燃料の大部分が燃焼するので、燃焼室からの未燃燃料の排出も多くはならない。また、燃焼室の空燃比が略理論空燃比付近にあるときにはＮＯｘの生成が抑えられる上、圧縮上死点近傍から膨張行程前半までに行われる燃料の副噴射によって排気中の未燃ＨＣやＣＯが増え、この未燃ＨＣやＣＯがＮＯｘと反応することによっても排気中のＮＯｘ量が減少するので、そのことによって、ＮＯｘ吸収剤からのＮＯｘの放出を促進して、ＮＯｘ吸収剤を速やかにリフレッシュすることができる。
【００２２】
加えて、前記のような副噴射の時期を、エンジンの負荷状態が高負荷側にあるほど進角側に設定することで、その最適化が図られる。
【００２３】
請求項２の発明では、気筒の吸気行程初期から圧縮行程前半までの間に行う副噴射の燃料噴射量を、主噴射の燃料噴射量の８〜２３％とする。これは、副噴射の量が少なすぎると、希薄予混合気の反応熱による燃焼改善が十分に得られないと言う不具合を生じる一方、副噴射の量が多すぎると、希薄予混合気の一部が過度に早く自己着火してしまい、いわゆる逆駆動力になってエンジン出力を低下させるといった不具合を招くからであり（図９参照）、これに対し、副噴射の量を主噴射の量の８〜２３％（好ましくは１０〜２０％）とすれば、上述の両方の不具合を招くことなく請求項１の発明の作用効果を極めて有効に得ることができる。
【００２４】
請求項３の発明では、副噴射を気筒の吸気行程で排気弁が閉弁した後に行うように構成した。こうすれば、副噴射により噴射された燃料が燃焼に寄与することなく排気通路に流出してしまうことを防止できる。
【００２５】
一方、請求項４の発明では、気筒の膨張行程前半で行う副噴射の燃料噴射量を、主噴射の燃料噴射量の略３０〜５０％とする。こうすることで、燃費悪化を十分に抑制しつつ、スモークの発生を最小に抑えることができる。
【００２６】
請求項５の発明では、空燃比制御手段は、燃焼室の空燃比をリッチ状態とそれよりも大きいリーン状態とのいずれかになるように切替えるものとし、燃料噴射制御手段は、前記空燃比制御手段により燃焼室の空燃比がリーン状態にされるときには、主噴射のみを行う構成とする。このことで、空燃比制御手段により燃焼室の空燃比がリーン状態にされることで、エンジンの運転中に全体として燃費の向上が図られる。その際、燃焼室からの排気もリーン状態になるが、その排気中のＮＯｘはＮＯｘ吸収剤に吸収されて浄化される。
【００２７】
請求項６の発明では、副噴射の燃料噴射量の主噴射に対する割合を、エンジンの負荷状態が高負荷側にあるほど小さく設定する噴射割合設定手段を設けるものとする。このことで、副噴射の主噴射に対する噴射割合の最適化が図られる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基いて説明する。尚、説明の便宜のため実施形態と類似の構成を有する参考例について先に説明する。
【００２９】
（参考例）
図１は本発明の参考例に係るディーゼルエンジンの排気浄化装置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に燃料を直接噴射するようになっている。
【００３０】
前記各インジェクタ５は高圧の燃料を蓄える共通のコモンレール（蓄圧室）６に接続されていて、そのコモンレール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が接続されている。この高圧供給ポンプ８は、圧力センサ６ａにより検出されるコモンレール６内の燃圧が所定値以上（例えば、アイドル運転時に約２０ＭＰａ、それ以外の運転状態では５０ＭＰａ以上）に保持されるように作動する。また、クランク軸７の回転角度を検出するクランク角センサ９が設けられており、このクランク角センサ９は、クランク軸７の端部に設けた被検出用プレート（図示せず）と、その外周に相対向するように配置され電磁ピックアップとからなり、その電磁ピックアップが被検出用プレートの外周部全周に所定角度おき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ようになっている。
【００３１】
また、１０はエンジン１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であり、この吸気通路１０の下流端部は、図示しないがサージタンクを介して気筒毎に分岐して、それぞれ吸気ポートにより各気筒２の燃焼室４に接続されている。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。前記吸気通路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１０の断面積を絞る吸気絞り弁（吸気量調節手段）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１５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。また、前記吸気絞り弁１４の開度を検出する図示しないセンサが設けられている。
【００３２】
また、２０は各気筒２の燃焼室４から排気を排出する排気通路で、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に接続されている。この排気通路２０には、上流側から下流側に向かって順に、排気中の酸素濃度を検出するＯ2センサ１７と、排気流により回転されるタービン２１と、排気中のＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘ並びにパティキュレートを浄化可能な触媒コンバータ２２とが配設されている。
【００３３】
前記Ｏ2センサ１７は、排気中の酸素濃度に基づき空燃比を検出するために用いられるもので、排気中の酸素濃度が略零になっているとき、即ち空燃比が略理論空燃比のときを境に出力が急変する特性を有する。また、前記触媒コンバータ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（図示せず）の各貫通孔壁面に２層の触媒層を形成したもので、排気中の酸素濃度が高い酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸収する一方、酸素濃度が前記酸素過剰雰囲気に比べて低いリッチ状態で吸収しているＮＯｘを放出して、還元浄化する特性を有する。
【００３４】
言い換えると、前記触媒コンバータ２２は、空燃比が略理論空燃比付近又はそれよりも小さいリッチ状態のときにＮＯｘを放出する一方、空燃比がそれよりも大きなリーン状態でＮＯｘを吸収するＮＯｘ吸収剤からなるものであり、具体的には、担体の壁表面に、白金ＰｔとＮＯｘ吸収剤であるバリウムＢａ等のアルカリ土類金属、アルカリ金属又は希土類金属のうち少なくとも一種とを担持したアルミナやセリアが担持された内側触媒層と、白金Ｐｔ等の貴金属を担持したゼオライトが担持された外側触媒層とを形成した２層コートタイプのものが用いられている。尚、触媒の構成は前記のものに限らず、排気の空燃比が略理論空燃比付近であるか又は理論空燃比よりも小さいリッチ状態においてＮＯｘを還元浄化できる触媒材料と、ＮＯｘ吸収剤とを有するものであればよい。
【００３５】
前記タービン２１及びブロワ１２からなるターボ過給機２５は、図２に示すように、タービン２１を収容するタービン室２１ａに該タービン２１ａの全周を囲むように複数のフラップ２１ｂ，２１ｂ，…が設けられ、その各フラップ２１ｂが排気流路のノズル断面積（Ａ）を変化させるように回動するＶＧＴ（バリアブルジオメトリーターボ）である。このＶＧＴの場合、同図（ａ）に示すように、フラップ２１ｂ，２１ｂ，…をタービン２１に対し周方向に向くように位置付けてノズル断面積（Ａ）を小さくすることで、排気流量の少ないエンジン１の低回転域でも過給効率を高めることができる。一方、同図（ｂ）に示すように、フラップ２１ｂ，２１ｂ，…をその先端がタービン２１の中心に向くように位置付けて、ノズル断面積（Ａ）を大きくすることで、排気流量の多いエンジン１の高回転域でも過給効率を高めることができる。
【００３６】
前記排気通路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（以下ＥＧＲ通路という）２３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、開度調節可能な負圧作動式の排気還流量調節弁（排気還流量調節手段：以下ＥＧＲ弁という）２４が配置されていて、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に還流させるようになっている。
【００３７】
前記ＥＧＲ弁２４は、図３に示すように、弁箱を仕切るダイヤフラム２４ａに弁棒２４ｂが固定され、この弁棒２４ｂの両端にＥＧＲ通路２３の開度をリニアに調節する弁本体２４ｃとリフトセンサ２６とが設けられている。前記弁本体２４ｃはスプリング２４ｄによって閉方向（図の下方）に付勢されている一方、弁箱の負圧室（ダイヤフラム２４ａよりも上側の室）には負圧通路２７が接続されている。この負圧通路２７は、負圧制御用の電磁弁２８を介してバキュームポンプ（負圧源）２９に接続されており、電磁弁２８が後述のＥＣＵ３５からの制御信号（電流）によって負圧通路２７を連通・遮断することによって、負圧室のＥＧＲ弁駆動負圧が調節され、それによって、弁本体２４ｃによりＥＧＲ通路２３の開度がリニアに調節されるようになっている。
【００３８】
尚、前記ターボ過給機２５のフラップ２１ｂ，２１ｂ，…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３０に作用する負圧が調節されることで、前記フラップ２１ｂ，２１ｂ，…の作動量が調節されるようになっている。
【００３９】
前記各インジェクタ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２１ｂ，２１ｂ，…等はコントロールユニット（Engine Contorol 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ＥＣＵ３５には、前記圧力センサ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、ＥＧＲ弁２４のリフトセンサ２６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。
【００４０】
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、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、ＥＧＲ弁２４の作動による排気還流量の制御と、ターボ過給機２５のフラップ２１ｂ，２１ｂ，…の作動制御（ＶＧＴ制御）とが行われるようになっている。
【００４１】
具体的に、前記ＥＣＵ３５には、エンジン１の目標トルク及び回転数の変化に応じて実験的に決定した最適な燃料噴射量Ｑを記録した燃料噴射量マップが、メモリ上に電子的に格納して備えられている。そして、通常は、アクセル開度センサ３２からの出力信号に基づいて求めた目標トルク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、前記燃料噴射量マップから基本燃料噴射量Ｑbaseが読み込まれ、この基本燃料噴射量Ｑbaseと圧力センサ６ａにより検出されたコモンレール圧力とに基づいて、各インジェクタ５の励磁時間（開弁時間）が決定されるようになっている。この基本的な燃料噴射制御によって、エンジン１の目標トルクに対応する分量の燃料が供給され、エンジン１は燃焼室４における平均的空燃比がかなりリーン（Ａ/Ｆ≧１８）な状態で運転される。
【００４２】
（燃料噴射の分割制御）
この参考例では、触媒コンバータ２２におけるＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収量を推定し、その推定値が設定値以上になってＮＯｘ吸収性能の低下が予想されるときに、空燃比を略理論空燃比付近に切替えて制御するとともに、燃料を気筒の吸気行程初期から圧縮行程前半までの間での早期噴射（副噴射）と、圧縮上死点（ＴＤＣ）近傍での後期噴射（主噴射）との２回に分割して噴射させるようにしている。
【００４３】
以下に、前記ＥＣＵ３５において、インジェクタ５による燃料噴射制御の処理動作について具体的に図４のフローチャート図に沿って説明する。尚、この制御は各気筒毎に独立して所定クランク角で実行される。
【００４４】
まず、スタート後のステップＳ１において、クランク角信号、Ｏ2センサ出力、エアフローセンサ出力、アクセル開度等を読み込む。続くステップＳ２において、アクセル開度から求めた目標トルクとクランク角信号から求めたエンジン回転数とに基づいて、燃料噴射量マップから基本燃料噴射量Ｑbaseを読み込む。ステップＳ３では、ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収量を推定し、続くステップＳ４において、その推定値（吸収量）を予め定めた設定値と比較して、設定値以上でｙｅｓならばステップＳ５に進む一方、設定値よりも小さいｎｏならば、ステップＳ１４に進む。
【００４５】
前記ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収量の推定は、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。また、より簡単にエンジン１の運転時間の合計に基づいてＮＯｘ吸収量を推定することも可能である。
【００４６】
前記ステップＳ４においてＮＯｘ吸収量の推定値が設定値以上でｙｅｓと判定されて進んだステップＳ５では、今度は、エンジンが高負荷運転域にあるか否かを判定する。すなわち、ＥＣＵ３５のメモリには、例えば図５に示すように、エンジンの負荷状態及びエンジン回転数の変化に対応する運転領域マップが電子的に格納されており、そのマップ上に予め高負荷領域（同図で斜線を入れた領域）が設定されている。そして、アクセル開度から求められる負荷状態及びクランク角信号から求められるエンジン回転数に基づいて、エンジンが前記高負荷領域で運転されているか否かを判定し、エンジン１が高負荷運転域にあるｙｅｓと判定されれば、ステップＳ６に進む一方、エンジン１が高負荷運転域にないｎｏと判定されれば、ステップＳ１２に進む。
【００４７】
そして、ステップＳ６では、基本燃料噴射量Ｑbaseに対し燃料を増量補正して、燃焼室４における平均的空燃比が略理論空燃比付近になるような補正後燃料噴射量Ｑrを決定する。すなわち、例えばエアフローセンサ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、燃料噴射量を決定する。また、さらにその値をＯ2センサ１７からの出力信号に基づいてフィードバック補正して、補正後燃料噴射量Ｑrを決定するようにしてもよい。このようにＯ2センサ１７からの出力信号に基づいて燃料噴射量をフィードバック補正することで、空燃比を正確に制御することができる。
【００４８】
続いて、ステップＳ７において、補正後燃料噴射量Ｑrを早期噴射量ＱrLと後期噴射量ＱrTとに２分割する。ここで、前記早期噴射の噴射割合は、エンジン１の負荷状態及び回転数に基づいて予め実験的に定められてマップとしてメモリに記録されており、このマップから読み込まれるようになっている。前記早期噴射の噴射割合は、後期噴射量の８〜２３％の範囲でエンジン負荷が高いほど噴射割合が大きくなるように設定されている。また、前記早期噴射量ＱrLを除いた残りの燃料が後期噴射量ＱrTとされる。
【００４９】
続いて、ステップＳ８において、クランク角信号に基づいて早期噴射の実行タイミングになったか否か判別し、実行タイミングになるまで待って（ステップＳ８でｎｏ）、実行タイミングになれば（ステップＳ８でｙｅｓ）、ステップＳ９で早期噴射を実行する。続くステップＳ１０では、同様にクランク角信号に基づいて後期噴射の実行タイミングになったか否か判別し、実行タイミングになるまで待って（ステップＳ１０でｎｏ）、実行タイミングになれば（ステップＳ１０でｙｅｓ）、ステップＳ１１で後期噴射を実行して、しかる後にリターンする。
【００５０】
ここで、図６（ａ）に示すように、前記早期噴射のタイミングは気筒２の吸気行程前半、詳しくは、気筒２の排気弁が閉弁した後（例えばＢＴＤＣ３５０°ＣＡ以降）に早期噴射が開始されるように設定され、一方、後期噴射のタイミングは通常の燃料噴射タイミングと同様に圧縮行程の終期（圧縮上死点近傍）に設定されている。前記早期噴射を排気弁が閉弁した後に開始することで、早期噴射された燃料が燃焼に寄与することなく排気通路２０に流出してしまうことを防止できる。尚、前記早期噴射のタイミングは、詳しくは後述するが基本的には気筒の吸気行程初期から圧縮行程前半までの間に設定すればよく、また、噴射回数を１回に限らず２回以上とすることもできる。
【００５１】
このように、ＮＯｘ吸収剤におけるＮＯｘ吸収量が設定値以上になって、そのＮＯｘ吸収性能の低下が懸念されるときであって、エンジン１が高負荷運転域にあれば、空燃比が略理論空燃比付近になるように燃料噴射量Ｑを増量補正するとともに、その燃料を早期噴射と後期噴射とに２分割して噴射するようにしている。
【００５２】
一方、前記ステップＳ５においてエンジン１が高負荷運転域にないｎｏと判定されて進んだステップＳ１２では、吸気絞り弁１４を所定の目標開度になるように閉作動させる。この目標開度はエンジン１の負荷状態及び回転数に基づいて予め実験的に定められてマップとしてメモリに記録されており、このマップから読み込まれるようになっているが、エンジン負荷が高いほど、またエンジン回転数が高いほど開度が大きくなるように設定されている。そして、前記ステップＳ１２に続くステップＳ１３では、吸気絞り弁１４の開度が前記目標開度になったか否かをセンサからの信号に基づいて判定し、目標開度でないｎｏであればステップＳ１４に進む一方、目標開度でｙｅｓであればステップＳ６〜Ｓ１１に進んで、前記の高負荷運転域の場合と同様に燃料噴射量Ｑの増量補正と、その燃料噴射の分割とを実行して、しかる後にリターンする。
【００５３】
つまり、ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収量が設定値以上になって、そのＮＯｘ吸収性能の低下が懸念されるときには、エンジン１が高負荷運転域になければ、吸気絞り弁１４により吸気を絞って燃焼室４への吸入空気量を減少させかつ燃料噴射量Ｑを増量補正して、空燃比を略理論空燃比付近に制御するとともに、燃料噴射を２回に分割するようにしている。しかもその際、吸気絞り弁１４の作動遅れによって吸入空気量が未だ減少していないと考えられる期間は、前記の制御を行わず、ステップＳ１４に進むようにしている。
【００５４】
すなわち、前記ステップＳ１３において吸気絞り弁１４が目標開度になっていないｎｏと判定されたとき、及び前記ステップＳ４においてＮＯｘ吸収量の推定値が設定値よりも小さいｎｏと判定されたときには、それぞれステップＳ１４に進み、ステップＳ２で燃料噴射量マップから読み込んだ基本燃料噴射量Ｑbaseを後期噴射量ＱrTとして、ステップＳ１０，Ｓ１１に進んで、図６（ｂ）に示すように、気筒２の圧縮上死点近傍における後期噴射のタイミングで全部の燃料を噴射して、しかる後にリターンする。
【００５５】
この参考例では、前記ステップＳ３，Ｓ４により、ＮＯｘ吸収剤におけるＮＯｘ吸収量が設定値以上になったことを判定するＮＯｘ吸収状態判定手段３５ａが構成され、また、ステップＳ６，Ｓ１２，Ｓ１３により、前記ＮＯｘ吸収状態判定手段３５ａによってＮＯｘ吸収量が設定値以上になったことが判定されたとき、燃焼室４の空燃比を略理論空燃比付近に制御する一方、それ以外のときには、空燃比を略理論空燃比付近よりも大きなリーン状態になるように切替える空燃比制御手段３５ｂが構成されている。
【００５６】
さらに、前記ステップＳ７〜Ｓ１１により、空燃比制御手段３５ｂによって燃焼室４の空燃比が略理論空燃比付近に制御されて、排気がリッチ状態になるときに、気筒２の吸気行程初期から圧縮上死点近傍までの範囲でインジェクタ５から燃料を少なくとも２回に分割して噴射させる燃料噴射制御手段３５ｃが構成されている。
【００５７】
次に、この参考例の作用効果を説明する。
【００５８】
このエンジン１の運転中、通常は図６（ｂ）に示す如く各気筒２の圧縮行程終期にインジェクタ５から基本燃料噴射量Ｑbaseの燃料が一括して１回噴射される（Ｓ１４，Ｓ１０，Ｓ１１）。そして、各気筒２内の燃焼室４では空燃比がリーンな状態で混合気が燃焼され、この燃焼に伴い生成するＮＯｘは触媒コンバータ２２のＮＯｘ吸収剤に吸収される。
【００５９】
一方、前記ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収量が多くなって、ＮＯｘ吸収状態判定手段３５ａによる判定がなされると、燃焼室４の空燃比が略理論空燃比付近になるように、空燃比制御手段３５ｂによって燃料噴射量の増量等の制御が行われ、併せて、燃料噴射が吸気行程前半の早期噴射と圧縮行程終期の後期噴射とに２分割して行われる。そして、吸気行程で早期噴射された燃料はピストン３の下降移動に伴う燃焼室４の容積の増大によって十分に均一に拡散し、その一部が気筒２の壁面に付着するものの大部分は十分に気化霧化して空気と混合され、燃焼室４全体にいわゆる希薄予混合気を形成する。
【００６０】
続いて、圧縮行程後半の気筒内圧の上昇に伴い前記気筒２の壁面に付着した燃料も気化霧化し、また希薄予混合気中では燃料ガスが周囲の酸素と徐々に反応し、いわゆる冷炎反応の進行によって反応熱が発生する。そして、この発生熱によって燃焼室全体の温度が上昇するので、その状態の燃焼室４に噴射された後期噴射の燃料噴霧は速やかに気化霧化する。この後期噴射の燃料噴霧は燃焼室全体には拡散せず、均一な希薄予混合気の一部に自己着火可能な過濃混合気が生成される。そしてその後、圧縮上死点の手前で気筒２内の温度が燃料の自己着火温度に達すると、前記過濃混合気部分を核として燃焼が爆発的に進行する。
【００６１】
このような燃焼状態により、燃焼室４の平均的空燃比が略理論空燃比付近になるように、前記早期及び後期噴射の合計の燃料噴射量が通常よりもかなり多くされていても、早期噴射された燃料は燃焼室４の全体に拡散して希薄予混合気を形成するものであり、後期噴射の燃料噴射量だけを見ればそれほど多くはないので、その後期噴射によって形成される過濃混合気部分もそれほど燃料過多の状態にはならない。しかも、その希薄予混合気の反応熱によって過濃混合気部分の燃料の気化霧化及び空気との混合状態が大幅に改善され、よって、スモークの発生が抑制できる。
【００６２】
従って、この参考例の排気浄化装置Ａによれば、従来例のように排気中のスモーク増大を招くことなく、燃焼室４の平均的空燃比を略理論空燃比付近にさせることができ、そのことにより、排気をリッチ状態にさせて触媒コンバータ２２のＮＯｘ吸収剤から吸収しているＮＯｘを放出させることができる。つまり、排気中のスモーク増大を招くことなくＮＯｘ吸収剤をリフレッシュさせることができ、触媒コンバータ２２のＮＯｘ吸収性能を安定確保することができる。
【００６３】
また、ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収量を推定し、その吸収量の増大によってＮＯｘ吸収剤の吸収性能の低下が懸念されるときにのみリフレッシュを行うようにしており、ＮＯｘ吸収量が少ない間は空燃比をリーン状態になるように制御するようにしているので、エンジン１の運転中に全体として燃費の向上が図られる。
【００６４】
しかも、ＮＯｘ吸収剤のリフレッシュの際、エンジン１が高負荷運転域にあれば、燃料噴射量の増量のみによって空燃比を略理論空燃比付近に切替えるようにしており、元々燃料噴射量が多い高負荷運転域では、空燃比を切替えてもエンジン１の出力変動は小さくて済み、乗車フィーリングが損なわれない。尚、この参考例では、ＮＯｘ吸収剤の吸収性能の低下が懸念されるときに１サイクルのみリフレッシュを行うようにしたが、このときから所定期間（例えば数秒間）空燃比の略理論空燃比付近への切替えを継続させてもよい。
【００６５】
一方、前記エンジン１の高負荷運転域以外では、燃料噴射量を増量するとともに、併せて吸気絞り弁１４を閉じ側に作動させて燃焼室４への吸入空気量を減少させるようにしており、燃料噴射量の増量に伴うエンジンの出力増大を吸入空気量の減少による出力低下で相殺することができるので、空燃比の切替えに伴うエンジン出力の変動を抑制することができる。よって、空燃比の切替えに伴う乗車フィーリングの悪化を低減できる。
【００６６】
次に、前記早期噴射の条件について、さらに詳細に検討する。
【００６７】
上述の如く、各気筒２内の燃焼室４において平均的空燃比を略理論空燃比にさせ、かつスモークの増大を回避するためには、早期噴射した燃料噴霧を燃焼室４に十分に均一に拡散させ、かつ十分に気化霧化させて空気と混合させる必要があり、そのためには、少なくとも気筒２の圧縮行程前半までに早期噴射を行わなくてはならない。
【００６８】
また、一般に、燃料噴霧の気化霧化や空気との混合状態は燃焼室４の圧力、温度、吸気流動状態等によって大きく変化するものの、基本的には噴射後の時間経過に従い進行するので、エンジン回転数が高いほど燃料噴射を早めに行って、噴霧の気化霧化や空気との混合のための時間を十分に確保することが望ましい。
【００６９】
従って、早期噴射のタイミングは、図７に示すように、気筒２の吸気行程初期（ＢＴＤＣ３５０°ＣＡ以降）から圧縮行程前半まで（ＢＴＤＣ９０°ＣＡ以前）の間であって、かつエンジン回転数が高いほど早められるような範囲（同図に斜線を入れて示す）で設定することがよいと考えられる。
【００７０】
そこで、前記図７上に仮想線で示すように、エンジン回転数を一定に保ちながら、早期噴射のタイミングを圧縮上死点近傍から徐々に早めていって、そのときのエンジン１の出力トルクを計測した。その結果、図８に示すように、ちょうど図７の斜線の範囲までは、噴射タイミングを早めるにつれてエンジン出力が次第に高まるが、前記の斜線の範囲に入ると、噴射タイミングを早めてもエンジン出力は殆ど変化しないようになることが分かった。このことは、早期噴射のタイミングが前記の斜線範囲外の遅い時期に設定されている場合、燃料噴霧の気化霧化や空気との混合状態が不十分になっていて、噴射タイミングを早めるほどそれらが促進される一方、早期噴射のタイミングが前記の斜線範囲で設定されていれば、燃料噴霧の気化霧化や空気との混合状態が十分であることを示している。
【００７１】
また、早期噴射の噴射割合、即ち早期噴射量の後期噴射量に対する割合を変化させて、その変化に対するエンジン１の出力トルクの変化を計測した結果、例えば図９に示すように、早期噴射割合を８〜２３％としたときにエンジン１の出力トルクが十分に高くなることが分かった。これは、早期噴射割合が８％よりも少なくなると、該早期噴射によって形成された希薄予混合気の冷炎反応が圧縮行程終期まで継続せず、その反応熱によって後期噴射の燃料噴霧の気化霧化及び空気との混合を十分に促進できなくなるためであり、一方、早期噴射割合が２３％よりも多くなると、希薄予混合気の一部が早期に自己着火していわゆる逆駆動力を発生させるためであると考えられる。
【００７２】
前記実験結果は、排気量２０００ｃｃの４気筒ディーゼルエンジンを全負荷状態でかつエンジン回転数１０００ｒｐｍで運転したときのデータである。また、前記実験においては、スモークが１．５ボッシュ（スモークメータ：司測研製、ＧＳＭ−２による測定値）に一定となるよう若干、総噴射量（早期＋後期）を変化させている。そして、それに伴う空燃比は、早期噴射割合が０％のとき、空気過剰率λの値が約１．２２（排気中の酸素濃度が約３〜４％）になっており、同様に、早期噴射割合が７％のときにはλ＝約１．２、早期噴射割合が１１％のときにはλ＝約１．１５（排気中の酸素濃度が約２．５％）、早期噴射割合が１６％のときにはλ＝約１．０９、早期噴射割合が２１％のときにはλ＝約１．０１（排気中の酸素濃度が約０．２％）、早期噴射割合が２６％のときにはλ＝約１．０６であった。
【００７３】
従って、前記図９の実験結果によると、スモークの発生を抑制した状態で、エンジン１の出力特性や燃費を考慮すれば、早期噴射割合は８〜２３％とするのがよく、また、早期噴射割合を１０〜２０％にすれば、さらに好ましい結果が得られることが分かる。
【００７４】
尚、この参考例では、吸気抑制手段として吸気絞り弁１４を設けており、空燃比を略理論空燃比に制御するときに、吸気絞り弁１４により吸気を絞って、燃焼室４への吸入空気量を減少させるようにしているが（図４のステップＳ１２）、これに限るものではない。すなわち、燃焼室４の空燃比を略理論空燃比に制御するときに、例えば、ＥＧＲ弁２４を開いて排気の還流量を増加させ、そのことによって吸入空気量を減少させるようにしてもよい。また、ＶＧＴ２５による過給が十分に行われている運転領域であれば、タービン室２１のフラップ２１ｂ，２１ｂ，…を過給効率が低下するように回動させることで、吸入空気量を減少させるようにしてもよい。さらに、より簡単に前記ＶＧＴ２５のウエストゲート（図示せず）を強制的に解放して過給圧を下げることにより、吸入空気量を減少させるようにしてもよい。
【００７５】
また、この参考例に係る燃料噴射制御によれば、ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収量が設定値以上になったと判定されたとき、エンジン１が高負荷運転域にあれば、直ちに燃料噴射量を増量補正し、かつ燃料を分割して噴射するようにしているが（図４のステップＳ５〜Ｓ１１）、これに限るものではない。すなわち、この制御の開始直後は、補正後燃料噴射量Ｑrを早期噴射量ＱrLと後期噴射量ＱrTとに２分割して設定した後（ステップＳ７）、早期噴射をキャンセルして後期噴射のみを行い、その後、例えば図１０に示すように時間経過とともに早期噴射量を前記の値ＱrLまで漸増させるようにしてもよい。このようにすれば、制御初期には燃料噴射量は殆ど増量されないのでエンジン出力も変動せず、その後、時間経過とともに早期噴射量が漸増するに従い徐々にエンジン出力が増大するようになる。このことで、空燃比の切替えの際にエンジン出力を滑らかに変化させることができ、自然な乗車フィーリングが得られる。
【００７６】
さらに、空燃比制御手段による空燃比の切替え制御の開始直後は、後期噴射のタイミングを遅らせてエンジン出力を低下させることで、燃料噴射量の増量による出力増大を相殺するようにしてもよく、この場合には、制御開始後の時間経過とともに後期噴射のタイミングを徐々に進角させて、元の噴射タイミングに戻すようにすればよい。さらに、空燃比制御手段による空燃比の切替え制御の開始直後は、後期噴射の噴射量を減らしてエンジン出力を低下させるようにしてもよく、この場合には、制御開始後の時間経過とともに後期噴射量を徐々に増やすようにすればよい。
【００７７】
（実施形態１）
図１１は、本発明の実施形態１における燃料噴射制御による燃料噴射形態を示す。尚、この実施形態１に係るディーゼルエンジンの排気浄化装置Ａの全体構成は参考例のもの（図１参照）と同じなので、参考例と同じ構成要素については同一符号を付して、その説明は省略する。そして、この実施形態１の排気浄化装置Ａでは、触媒コンバータ２２のＮＯｘ吸収剤に吸収されているＮＯｘ吸収量が設定値以上になって、ＮＯｘ吸収性能の低下が予想されるときに、前記参考例と同様に燃焼室４の空燃比を略理論空燃比付近に切替えるとともに、前記図１１（ｂ）又は（ｃ）に示すように、燃料を気筒の圧縮上死点近傍での主噴射と、吸気行程初期から膨張行程前半までの間での副噴射との２回に分割して噴射させるようにしている。
【００７８】
（燃料噴射制御）
以下に、前記ＥＣＵ３５による燃料噴射制御の処理動作について具体的に図１２及び図１３のフローチャート図に沿って説明する。この制御は各気筒２毎に独立して吸気行程以前の所定クランク角で実行されるものであるが、エンジン１が定常運転状態にあるときには所定時間毎に実行するようにしてもよい。
【００７９】
まず、図１２のフローのステップＳＡ１〜ＳＡ３において、参考例における燃料噴射制御（図４に示すフローのステップＳ１〜Ｓ３）と略同じ処理を行い、基本燃料噴射量Ｑbaseと基本的な燃料噴射タイミングとをそれぞれマップから読み込む。ここで、基本燃料噴射量Ｑbaseを読み込む燃料噴射量マップは、前記参考例のものと同様のものであるが、例えば、図１４に例示するように、アクセル開度及びエンジン回転数の変化に応じて実験的に決定した最適な燃料噴射量Ｑを記録したものである。このマップにおいて、基本燃料噴射量Ｑbaseは、アクセル開度が大きいほど、またエンジン回転数が高いほど、多くなるように設定されている。
【００８０】
前記ステップＳＡ３に続いて、ステップＳＡ４では、前記参考例と同様にして、触媒コンバータ２２のＮＯｘ吸収剤に吸収されているＮＯｘが設定値以上に多くなったか否かを判定する。そして、ＮＯｘ吸収量が設定値よりも小さいｎｏならば、ステップＳＡ１０に進む一方、ＮＯｘ吸収量が設定値以上でｙｅｓならばステップＳＡ５に進んで、リフレッシュフラグＦ１をオンにする（Ｆ１＝１）。このリフレッシュフラグＦ１は、排気の空燃比を略理論空燃比付近のリッチ状態になるように制御して、ＮＯｘ吸収剤から吸収しているＮＯｘを放出させるリフレッシュ期間であることを示すものである。
【００８１】
続いて、ステップＳＡ６において、前記リフレッシュ期間の経過を判定するためのタイマ値Ｔ1をインクリメントし、続くステップＳＡ７では、このタイマ値Ｔ1が設定タイマ値Ｔ10以上か否かを判別する。この設定タイマ値Ｔ10は、排気の空燃比を略理論空燃比付近に制御したときに、ＮＯｘ吸収剤に吸収されているＮＯｘが略全部放出されるのに要する時間に対応している。尚、前記設定タイマ値Ｔ10をエンジン１の運転状態、例えば継続して空燃比リーン状態で運転されている時間やその間の負荷状態等に応じて補正するようにしてもよい。
【００８２】
前記ステップＳＡ７において、タイマ値Ｔ1が設定タイマ値Ｔ10以上であるｙｅｓと判定されれば、ステップＳＡ１１に進む一方、タイマ値Ｔ1が設定タイマ値Ｔ10よりも小さいｎｏと判定されれば、即ちリフレッシュ期間内であれば、ステップＳＡ８に進んで、基本燃料噴射量Ｑbaseに対し燃料を増量補正して、燃焼室４における平均的空燃比が略理論空燃比付近になるような補正後燃料噴射量Ｑrを決定する。すなわち、例えばエアフローセンサ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、燃料噴射量を決定する。尚、前記補正後燃料噴射量Ｑrは、アクセル開度から求められるエンジン１の負荷状態に対応づけて予め実験的に設定し、マップとしてＥＣＵ３５のメモリに電子的に格納しておくようにしてもよい。
【００８３】
続いて、ステップＳＡ９において、補正後燃料噴射量Ｑrを主噴射量Ｑr1と副噴射量Ｑr2とに２分割するとともに、それらの噴射タイミングをそれぞれ設定し、その後、図１３に示すステップＳＡ１４に進む。具体的に、前記第１及び副噴射のタイミングはそれぞれ前記図１１に例示するようになっていて、主噴射のためのインジェクタ５の開弁時期はＢＴＤＣ５°ＣＡを基準として、噴射量Ｑr1が多いほど進角され、反対に噴射量Ｑr1が少ないほど遅角されるように設定されている。つまり、主噴射は気筒の圧縮行程終期（圧縮上死点近傍）で行われる通常のメイン噴射である。
【００８４】
一方、副噴射のためのインジェクタ５の開弁時期は、同図（ｂ）に示す気筒の吸気行程初期から圧縮行程前半までのプレ噴射期間（図例ではＢＴＤＣ３５０°ＣＡ〜ＢＴＤＣ９０°ＣＡ）か、又は同図（ｃ）に示すような前記主噴射の完了から膨張行程前半までのポスト噴射期間（図例では、ＡＴＤＣ１５°ＣＡ〜ＡＴＤＣ２０°ＣＡ）のいずれか一方に設定されており、かつ、エンジン負荷が高いほど進角され、反対にエンジン負荷が低いほど遅角されるように設定されている。つまり、副噴射は、エンジン１が高負荷運転域にあれば、前記参考例の早期噴射と同様にメイン噴射よりも早期に行われるプレ噴射となり、一方、エンジン１が低負荷運転域にあれば、メイン噴射の後で行われるポスト噴射となる。
【００８５】
また、前記副噴射量Ｑr2の主噴射量Ｑr1に対する割合は、エンジン１の負荷状態及び回転数に基づいて予め実験的に定められてマップとしてメモリに記録されており、このマップから読み込まれるようになっている。このマップにおいて、前記副噴射がプレ噴射となる場合には、その噴射量Ｑr2の主噴射量Ｑr1に対する割合は８〜２３％とされ、その範囲でエンジン負荷が高いほど噴射割合が大きくなるように設定されている。一方、前記副噴射がポスト噴射となる場合には、その噴射量Ｑr2の主噴射量Ｑr1に対する割合は３０〜５０％とされ、その範囲でエンジン負荷が高いほど噴射割合が小さくなるように設定されている。
【００８６】
このように、ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収量が設定値以上になって、そのＮＯｘ吸収性能の低下が懸念されるときには、排気の空燃比が略理論空燃比付近になるように燃料噴射量Ｑを増量補正して、ＮＯｘ吸収剤をリフレッシュするとともに、燃料を主噴射と副噴射とに２分割して噴射することで、スモークの生成を抑えるようにしている。尚、燃料噴射回数は２回に限らず、第１及び副噴射をさらに複数回に分割して行うようにしてもよい。また、前記主噴射の直前にいわゆるパイロット噴射を行うようにしてもよい。
【００８７】
これに対し、前記ステップＳＡ４においてＮＯｘ吸収量の推定値が設定値よりも少ないｎｏと判定されて進んだステップＳＡ１０では、今度は、アクセル開度が設定開度よりも大きいか否か判別する。この判別がｙｅｓであれば、エンジン１が加速運転状態にあると判定して前記ステップＳＡ５に進み、上述の如く燃料噴射量を増量し、かつ燃料噴射の分割制御を行って、ＮＯｘ吸収剤をリフレッシュする。一方、前記判別がｎｏであれば、エンジン１は加速運転状態にないと判定してステップＳＡ１１に進み、リフレッシュフラグＦ１をクリアして（Ｆ１＝０）、続くステップＳＡ１２においてタイマ値Ｔ1をリセットする（Ｔ1＝０）。そして、ステップＳＡ１３に進んで、前記ステップＳＡ２で読み込んだ基本燃料噴射量Ｑbaseをそのまま主噴射量Ｑr1として、図１３のステップＳＡ１７に進む。
【００８８】
つまり、ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収量が設定値よりも低い間は、エンジン１がが加速運転状態でなければ燃料噴射量は増量せず、通常のメイン噴射のみを行う。このことで、燃焼室４の空燃比がリーン状態にされ、エンジン１の運転中に全体として燃費の向上が図られる。
【００８９】
また、エンジン１がが加速運転状態であればエンジン１への要求出力が高いので、空燃比が略理論空燃比付近になるように燃料噴射量を増量して、エンジン出力を高めるとともに、ＮＯｘ吸収剤のリフレッシュを図るようにしている。このことで、ＮＯｘ吸収剤のリフレッシュ頻度を高めて、ＮＯｘ吸収性能をより高く維持することができる。しかも、エンジンの運転状態が定常運転状態から加速運転状態に移行するときに空燃比を切替えるようにすれば、その空燃比の変更に伴うエンジン出力の変動は予測されるものなので、乗車フィーリングを損うこともない。
【００９０】
前記図１２のステップＳＡ９に続いて、図１３のステップＳＡ１４では、プレ噴射の設定があるか否かを判別する。そして、前記ステップＳＡ９において副噴射タイミングがプレ噴射期間内に設定されていなければ、プレ噴射なしｎｏと判定してステップＳＡ１７に進む一方、副噴射タイミングがプレ噴射期間内に設定されていれば、プレ噴射ありｙｅｓと判定して、ステップＳＡ１５に進む。このステップＳＡ１５では、クランク角信号に基づいて前記の設定されている噴射タイミング（プレ噴射タイミング）になったか否かを判別し、そのプレ噴射タイミングになるまで待って（ステップＳＡ１５でｎｏ）、プレ噴射タイミングになれば（ステップＳＡ１５でｙｅｓ）、ステップＳＡ１６に進んで、プレ噴射を実行する。
【００９１】
続いて、ステップＳＡ１７では、同様にクランク角信号に基づいてメイン噴射（主噴射）の実行タイミングになったか否か判別し、メイン噴射タイミングになるまで待って（ステップＳＡ１７でｎｏ）、メイン噴射タイミングになれば（ステップＳＡ１７でｙｅｓ）、ステップＳＡ１８に進んで、メイン噴射を実行する。さらに、ステップＳＡ１９〜ステップＳＡ２１の各ステップにおいて、前記プレ噴射と同様にして、ポスト噴射の設定があるか否かを判別し、設定があれば、そのポスト噴射タイミングになったときにポスト噴射を実行して、しかる後にリターンする。
【００９２】
一方、前記図１２のステップＳＡ１３において基本燃料噴射量Ｑbaseをそのまま主噴射量Ｑr1として設定した場合には、続いて前記ステップＳＡ１７、ＳＡ１８でメイン噴射を実行した後、続くステップＳＡ１９でポスト噴射なしｎｏと判定して、リターンする。
【００９３】
この実施形態１では、前記図１２に示すフローのステップＳＡ３，ＳＡ４により、ＮＯｘ吸収剤におけるＮＯｘ吸収量が設定値以上になったことを判定するＮＯｘ吸収状態判定手段３５ａが構成され、また、ステップＳＡ１０により、エンジン１が加速運転状態にあることを判定する加速判定手段３５ｄが構成されている。
【００９４】
また、前記ステップＳＡ８が、前記ＮＯｘ吸収状態判定手段３５ａによる判定時、又は前記加速判定手段３５ｄによる判定時に、燃焼室４の空燃比を略理論空燃比付近に制御する一方、それ以外のときには、空燃比を略理論空燃比付近よりも大きなリーン状態になるように切替える空燃比制御手段３５ｂに対応している。
【００９５】
さらに、前記ステップＳＡ９と、図１３に示すフローのステップＳＡ１３〜ＳＡ２１により、空燃比制御手段３５ｂによって燃焼室４の空燃比が略理論空燃比付近に制御されて、排気がリッチ状態になるときに、気筒の吸気行程初期から膨張行程前半までの範囲でインジェクタ５から燃料を主噴射と副噴射との２回に分割して噴射させる一方、前記空燃比制御手段３５ｂによって燃焼室４の空燃比がリーン状態にされるときには、主噴射のみを行う燃料噴射制御手段３５ｃが構成されている。
【００９６】
特に、前記ステップＳＡ９は、副噴射タイミングをエンジン１の負荷状態が高負荷側にあるほど進角側に設定する噴射時期設定手段と、副噴射量Ｑr2の主噴射量Ｑr1に対する割合を、エンジン１の負荷状態が高負荷側にあるほど小さく設定する噴射割合設定手段とに対応している。
【００９７】
（ＥＧＲ制御）
以下に、前記ＥＣＵ３５によるＥＧＲ制御の処理動作について具体的に図１５のフローチャート図に沿って説明する。尚、この制御は所定時間毎に実行される。
【００９８】
まず、スタート後のステップＳＢ１において、クランク角信号、エアフローセンサ出力、アクセル開度等を読み込み、続くステップＳＢ２において、アクセル開度とクランク角信号から求めたエンジン回転数とに基づいて、マップから基本ＥＧＲ率EGRbを読み込む。このマップは、図１６に例示するように、アクセル開度及びエンジン回転数に対応する最適なＥＧＲ率を予め実験的に決定して、ＥＣＵ３５のメモリに電子的に格納したものであり、基本ＥＧＲ率EGRbはアクセル開度が小さいほど大きくなるように、また、エンジン回転数が低いほど大きくなるように設定されている。
【００９９】
続いて、ステップＳＢ３では、前記ステップＳＢ２と同様にアクセル開度とエンジン回転数とに基づいて、マップから目標新気量ｑを読み込む。ここで、新気量とは燃焼室４に吸入される吸気のうち還流排気を除いたもので、エアフローセンサ１１により計測される吸入空気量のことである。前記マップも前記基本ＥＧＲ率EGRbのマップと同様にメモリに格納されており、図１７に例示するように目標新気量ｑはアクセル開度が大きいほど大きくなるように、また、エンジン回転数が高いほど大きくなるように設定されている。
【０１００】
ここで、前記ＥＧＲ率は還流される排気量（ＥＧＲ量）の全吸気量に対する割合をいう。また、一般に、直噴式ディーゼルエンジンにおいては、排気還流量を増やして燃焼室の空燃比を小さくするほどＮＯｘの生成を抑制できるが、その反面、図１８に例示するように、空燃比があまり小さくなるとスモークの生成量が急増するという特性がある。そこで、前記ステップＳＢ２，ＳＢ３における基本ＥＧＲ率EGRb及び目標新気量ｑは、いずれもエンジン１の燃焼室４の空燃比がスモーク量の急増しない範囲でできるだけ小さな値になるように設定している。
【０１０１】
前記ステップＳＢ３に続いて、ステップＳＢ４では、上述の燃料噴射制御において設定したリフレッシュフラグＦ１の値を判別し、フラグがオフになっていれば（Ｆ１＝０）、リフレッシュ期間でないｎｏと判定してステップＳＢ６に進む一方、フラグがオンになっていれば（Ｆ１＝１）、リフレッシュ期間であるｙｅｓと判定して、ステップＳＢ５に進む。
【０１０２】
このステップＳＢ５では、エンジン１の負荷状態に応じて前記基本ＥＧＲ率EGRb及び目標新気量ｑをそれぞれ、燃焼室４の空燃比が小さく（リッチ側に）なるように補正する。すなわち、エンジン負荷に対応するＥＧＲ率補正値EGRmをＥＧＲ補正マップから読み込み、このＥＧＲ率補正値EGRmを前記ステップＳＢ２で読み込んだ基本ＥＧＲ率EGRbに加算する。また、エンジン負荷に対応する新気量補正値ｑmを新気量補正マップから読み込み、この新気量補正値ｑmを前記ステップＳＢ３で読み込んだ目標新気量ｑから減算する。前記ＥＧＲ補正マップ及び新気量補正マップは、図示しないが、いずれもエンジン１の負荷状態に対応する補正値を実験的に設定したものであり、ＥＧＲ率補正値EGRm及び新気量補正値ｑmはいずれもエンジン負荷が高いほど小さくなるように設定されている。尚、ＥＧＲ率補正値EGRmは、排気の還流量が多くなり過ぎて失火することのないように設定されている。
【０１０３】
続いて、ステップＳＢ６では、エアフローセンサ出力から求められる実新気量から目標新気量ｑを減算した新気量偏差に基づいて、ＥＧＲ率フィードバック補正値EGRf/bを図１９に例示するマップから読み込む。このマップにおいて、ＥＧＲ率フィードバック補正値EGRf/bは、目標新気量ｑが実新気量よりも多いときはその偏差が大きいほど小さくなるように、また、目標新気量ｑが実新気量よりも少ないときはその偏差が大きいほど大きくなるように設定されている。但し、目標新気量ｑが実新気量に近いところには不感帯がある。
【０１０４】
続いて、ステップＳＢ７では、前記ステップＳＢ５で補正した基本ＥＧＲ率EGRbにステップＳＢ６で求めたＥＧＲ率フィードバック補正値EGRf/bを加算して、目標ＥＧＲ率EGRtを演算する。そして、続くステップＳＢ８において、その目標ＥＧＲ率EGRtに対応する出力を負圧制御用の電磁弁２８に出力して、ＥＧＲ弁２４を駆動し、しかる後にリターンする。尚、前記ステップＳＢ６，ＳＢ７におけるフィードバック補正は行わないようにしてもよい。
【０１０５】
このようなＥＧＲ制御によれば、リフレッシュフラグＦ１がオンになっていて、触媒コンバータ２２におけるＮＯｘ吸収剤のリフレッシュを行う期間であれば、そうでないときよりもＥＧＲ率が増大するようにＥＧＲ弁２４の開度が制御される。また、このことに伴う吸入空気量の低下に対応するように目標新気量ｑが減少補正される。このことで、各気筒毎の燃焼室４の空燃比が小さく（リッチ側に）なるので、上述の燃料噴射制御において燃料噴射量をあまり増量しなくても、空燃比を略理論空燃比付近に制御することができるようになる。また、吸入空気量の減少によってエンジン出力が低下するので、燃料噴射量の増量によるエンジン出力の増大を相殺でき、結果的にエンジン出力の変動を軽減できる。
【０１０６】
加えて、燃焼室４へ排気を還流させることで燃焼が適度に緩やかになり、燃焼に伴うＮＯｘの生成を抑制できる上、還流される排気により燃料の気化霧化及び空気との混合が促進されるので、そのことによる燃焼性の向上によっても、スモークの生成を抑制できる。
【０１０７】
前記図１５のフローにおけるステップＳＢ４，ＳＢ５の各ステップにより、燃焼室４の空燃比を略理論空燃比付近に制御するときに、リーン状態になるように制御するときよりもＥＧＲ率が増大するようにＥＧＲ弁２４を制御する排気還流制御部３５ｅが構成されている。
【０１０８】
尚、ＥＧＲ制御として、エンジン１の排気通路２０にリニアＯ2センサを設け、このリニアＯ2センサにより検出される排気の空燃比が目標空燃比になるようにフィードバック制御するようにしてもよい。
【０１０９】
（吸気絞り弁制御）
以下に、前記ＥＣＵ３５による吸気絞り弁制御の処理動作について具体的に図２０のフローチャート図に沿って説明する。尚、この制御は所定時間毎に実行される。
【０１１０】
まず、スタート後のステップＳＣ１において、クランク角信号、エアフローセンサ出力、アクセル開度等を読み込み、続くステップＳＣ２において、アクセル開度とクランク角信号から求めたエンジン回転数とに基づいて、マップから基本吸気絞り弁開度TVbを読み込む。
【０１１１】
前記マップは、図２１に例示するように、アクセル開度及びエンジン回転数に応じて、エンジン１の運転領域を低負荷低回転領域（イ）とそれ以外の高負荷ないし高回転の領域（ロ）とに２分割したものであり、基本吸気絞り弁開度TVbは、前記低負荷低回転領域（イ）で領域（ロ）に比べて相対的に小さく設定されている。これは、本来、吸気負圧の小さいエンジン１の低負荷低回転領域においても、吸気絞り弁１４を閉じて負圧を大きくする（吸気圧力を下げる）ことにより、ＥＧＲ通路２４による排気の還流量を十分に確保できるようにしたものである。
【０１１２】
続いて、ステップＳＣ３において、上述の燃料噴射制御において設定したリフレッシュフラグＦ１の値を判別し、フラグがオフになっていれば（Ｆ１＝０）、リフレッシュ期間でないｎｏと判定して、前記基本吸気絞り弁開度TVbをそのまま目標基本吸気絞り弁開度TVmとして、ステップＳＣ５に進む一方、フラグがオンになっていれば（Ｆ１＝１）、リフレッシュ期間であるｙｅｓと判定して、ステップＳＣ４に進む。
【０１１３】
このステップＳＣ４では、前記ステップＳＣ２で読み込んだ基本吸気絞り弁開度TVbから予め設定されている補正値TVmを減算して、目標吸気絞り弁開度TVtを演算する。そして、ステップＳＣ５において、その目標吸気絞り弁開度TVtに対応する出力を負圧制御用の電磁弁１６に出力して、吸気絞り弁１４を駆動し、しかる後にリターンする。
【０１１４】
つまり、リフレッシュフラグＦ１がオンになっていて、触媒コンバータ２２におけるＮＯｘ吸収剤のリフレッシュを行う期間であれば、そうでないときよりも吸気絞り弁１４の開度を小さくさせて、新気の吸入空気量を減少させるようにしている。また、そのことによって吸気負圧が大きくなり、ＥＧＲ通路２４により還流される排気量が増大するので、新気の吸入空気量はさらに減少する。そして、この吸入空気量の減少により上述のＥＧＲ制御と同様の作用が得られ、空燃比の切替えに伴うエンジン出力の変動を軽減できる。
【０１１５】
前記図２０のフローにおけるステップＳＣ３，ＳＣ４の各ステップにより、燃焼室４の空燃比を略理論空燃比付近に制御するときに、リーン状態になるように制御するときよりも吸入空気量が減少するように吸気絞り弁１４を制御する吸気量制御部３５ｆが構成されている。
【０１１６】
（ＶＧＴ制御）
以下に、前記ＥＣＵ３５によるＶＧＴ制御の処理動作について具体的に図２２のフローチャート図に沿って説明する。尚、この制御は所定時間毎に実行される。
【０１１７】
まず、スタート後のステップＳＤ１において、クランク角信号、吸気圧センサ出力、エアフローセンサ出力、アクセル開度等を読み込み、続くステップＳＤ２において、アクセル開度とクランク角信号から求めたエンジン回転数とに基づいて、マップから基本ノズル断面積VGTbを読み込む。このマップは、図２３に例示するように、アクセル開度及びエンジン回転数に対応するターボ過給機２５の最適なノズル断面積を予め実験的に決定して、ＥＣＵ３５のメモリに電子的に格納したものであり、基本ノズル断面積VGTbはアクセル開度が大きいほど大きくなるように、また、エンジン回転数が高いほど大きくなるように設定されている。このことで、排気流量の少ないエンジン１の低回転域でも、排気流速を高めて過給効率を向上させることができる。
【０１１８】
続いて、ステップＳＤ３では、上述の燃料噴射制御において設定したリフレッシュフラグＦ１の値を判別し、フラグがオフになっていれば（Ｆ１＝０）、リフレッシュ期間でないｎｏと判定して、前記基本ノズル断面積VGTbをそのまま目標ノズル断面積VGTrとして、ステップＳＤ５に進む一方、フラグがオンになっていれば（Ｆ１＝１）、リフレッシュ期間であるｙｅｓと判定して、ステップＳＤ４に進む。
【０１１９】
このステップＳＤ４では、前記ステップＳＤ２で読み込んだ基本ノズル断面積VGTbに予め設定されている補正値VAを加算して、目標ノズル断面積VGTrを演算する。そして、ステップＳＤ５において、その目標ノズル断面積VGTrに対応する出力を負圧制御用の電磁弁３１に出力して、ターボ過給機２５のフラップ２１ｂ，２１ｂ，…を回動させ、しかる後にリターンする。
【０１２０】
つまり、リフレッシュフラグＦ１がオンになっていて、触媒コンバータ２２におけるＮＯｘ吸収剤のリフレッシュを行う期間であれば、そうでないときよりもターボ過給機２５のノズル断面積（Ａ）を大きくさせて、過給能力を低下させ、そのことによって新気の吸入空気量を減少させるようにしている。そして、この吸入空気量の減少により上述のＥＧＲ制御や吸気絞り弁制御と同様の作用が得られ、空燃比の切替えに伴うエンジン出力の変動を軽減できる。
【０１２１】
次に、この実施形態１の作用効果を説明する。
【０１２２】
この実施形態１においても参考例と同様、エンジン１の運転中に通常は図１１（ａ）に示す如く各気筒２の圧縮行程終期にインジェクタ５から基本燃料噴射量Ｑbaseの燃料が一括して１回噴射され、各気筒毎の燃焼室４では空燃比がリーンな状態で混合気が燃焼されて、この燃焼に伴い生成するＮＯｘが触媒コンバータ２２のＮＯｘ吸収剤に吸収される。
【０１２３】
一方、前記ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収量が多くなって、ＮＯｘ吸収状態判定手段３５ａによる判定がなされると、燃焼室４の空燃比が略理論空燃比付近になるように、空燃比制御手段３５ｂによって燃料噴射量の増量等の制御が行われる。すなわち、燃料噴射量ＱbaseがＱrに増量されるとともに、ＥＧＲ制御、吸気絞り弁制御、及びＶＧＴ制御により、吸入空気量が減少される。
【０１２４】
同時に、エンジン１が高負荷運転域にあれば、図１１（ｂ）に示すように、燃料がプレ噴射とメイン噴射とに２分割して噴射され、これにより、前記参考例と同じ作用効果が得られる。
【０１２５】
また、エンジン１が低負荷運転域にあれば、図１１（ｃ）に示すように、燃料はメイン噴射とその完了直後のポスト噴射とに２分割して噴射される。そして、このポスト噴射がメイン噴射の完了直後に行われ、温度及び圧力の極めて高い燃焼室４に燃料が噴射されるので、その燃料噴霧は速やかに気化霧化して、その多くが完全燃焼する。このことで、燃料の不完全燃焼に伴うスモークの生成を抑制することができる。
【０１２６】
しかも、前記ポスト噴射を従来までのように気筒の膨張行程から排気行程にかけて行う場合に比べれば、未燃状態で燃焼室４から排出される燃燃の量は格段に少なくなる。特に、低負荷運転域ではエンジン１への要求出力が低く、燃料噴射量の総量も少ないので、燃焼室４の空燃比を略理論空燃比付近に制御していてもスモークの急増を招くことはなく、また、燃費が著しく悪化することもない。
【０１２７】
図２４は、そのように燃料をメイン噴射とポスト噴射とに２分割して噴射したときのスモーク量を、燃料をメイン噴射により一括して噴射したときと比較した実験結果を示すものである。この実験では、この実施形態のディーゼルエンジン１と同様の排気量２０００ｃｃの４気筒ディーゼルエンジンを用い、そのエンジンを低負荷運転域でかつエンジン回転数１５００ｒｐｍで運転しており、その際、メイン噴射及びポスト噴射の開始時期はそれぞれＢＴＤＣ５°ＣＡ及びＡＴＤＣ２０°ＣＡに固定し、かつそれらの噴射量は同じとしている。 そして、同図によれば、燃焼室の平均の空気過剰率λがλ＞１．６のときには、一括噴射であってもスモーク量は十分に少ないが、λ≦１．６のときには、空気過剰率λが小さくなるに連れて一括噴射の場合のスモーク量が急激に増大しており、λ＝１のとき、即ち燃焼室の空燃比が理論空燃比になっているときには、スモーク量がλ＞１．６のときの約２０倍と極めて多くなってしまう。
【０１２８】
これに対し分割噴射の場合、１．２≦λ＜１．６のときのスモーク量はλ＞１．６のときと殆ど変わらず、λ＝１のときでも未だ十分に少ないといえる。特に、λ＝１のときには、分割噴射の場合のスモーク量は一括噴射の場合に比べて１/４以下になっており、分割噴射を行うことによって、スモークの生成を大幅に抑制できることが分かる。
【０１２９】
従って、この実施形態１によれば、エンジン１が低負荷運転域にあっても、スモークの急増や燃費の著しい悪化を招くことなく、燃焼室４の空燃比を略理論空燃比付近に制御して、ＮＯｘ吸収剤をリフレッシュすることができる。しかも、ポスト噴射によって排気中の未燃ＨＣやＣＯが増え、この未燃ＨＣやＣＯがＮＯｘと反応することによって排気中のＮＯｘ量が減少するので、ＮＯｘ吸収剤からのＮＯｘの放出が促進されて、ＮＯｘ吸収剤を速やかにリフレッシュできる。
【０１３０】
また、この実施形態１によれば、前記参考例と同様に、ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収量が多くなってＮＯｘ吸収性能の低下が懸念されるときにのみリフレッシュを行うようにしているので、エンジン１の運転中に全体として燃費の向上が図られる。尚、ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収量を推定せずに、設定周期毎に燃焼室４の空燃比を略理論空燃比付近に制御するようにしてもよい。
【０１３１】
次に、この実施形態１の特徴であるポスト噴射について、その噴射タイミングや噴射割合を変化させたときのスモーク量及び燃費率の変化に関する実験結果を説明する。尚、以下の実験データはいずれも、排気量２０００ｃｃの４気筒ディーゼルエンジンを一定の低負荷状態でかつエンジン回転数１５００ｒｐｍで運転したときのものである。
【０１３２】
図２５は、燃焼室の空燃比が略理論空燃比になるように燃料噴射量の総量を決定し、その燃料を半分づつメイン噴射とポスト噴射とに分けて噴射する場合に、メイン噴射の開始時期（インジェクタの開弁時期）をＢＴＤＣ５°ＣＡとする一方、ポスト噴射の開始時期をＡＴＤＣ１０°ＣＡ〜ＡＴＤＣ３０°ＣＡの間で変化させ、そのときのスモーク量と燃費率とをそれぞれ計測した実験結果を示している。
【０１３３】
同図によれば、ポスト噴射をＡＴＤＣ１５°ＣＡ〜２５°ＣＡのクランク角範囲で行ったときに、スモーク量を大幅に低減できることが分かる。しかしそのクランク角範囲では、ポスト噴射の開始時期が遅いほど燃費が悪化しており、燃費を優先するのであれば、ポスト噴射の開始時期を早める方が良いことも分かる。このことから、燃焼室の空燃比を略理論空燃比付近に制御しながら、そのときのスモーク量の増大を抑制し、併せて、燃費の悪化も抑えるという本願発明の目的に鑑みれば、ポスト噴射の開始時期をＡＴＤＣ１５°ＣＡ〜２０°ＣＡの範囲とすることが特に好ましいと考えられる。
【０１３４】
また、図２６は、前記と同様に燃焼室の空燃比が略理論空燃比になるように燃料噴射量の総量を決定するとともに、メイン噴射及びポスト噴射の開始時期をそれぞれＢＴＤＣ５°ＣＡ及びＡＴＤＣ２０°ＣＡに固定した上で、ポスト噴射による燃料噴射量のメイン噴射に対する噴射割合を０％から約７０％の範囲で変化させて、そのときのスモーク量と燃費率とをそれぞれ計測した実験結果を表している。
【０１３５】
同図によれば、ポスト噴射の噴射割合を０％としたとき、即ち燃料をメイン噴射により一括して噴射させるときに燃費が最も良くなっているが、そのときのスモーク量は前記図２４にも示したように極めて多くなってしまう。そして、ポスト噴射の噴射割合を０％から徐々に増加させると、その増加に伴いスモーク量が一定の割合で徐々に減少するのに対し、反対に燃費率は徐々に増大している。ここで、この燃費率の増大割合はポスト噴射の噴射割合が５０％を越えたところで急に大きくなっているので、ポスト噴射の噴射割合は５０％を越えないように設定することが好ましいと考えられ、結局、スモーク量の増大抑制と燃費の悪化抑制との両立を考慮すれば、ポスト噴射の噴射割合をメイン噴射の略３０〜５０％とすることが適当であると考えられる。
【０１３６】
さらに、図２７のグラフは、メイン噴射及びポスト噴射の開始時期をそれぞれＢＴＤＣ５°ＣＡ及びＡＴＤＣ２０°ＣＡに固定し、かつそれらの噴射量を同じにした上で、燃焼室の平均の空気過剰率λがλ＝１からλ＝１．７の範囲で変化するように、前記メイン噴射及びポスト噴射の燃料噴射量の総量を変化させて、そのときの燃費率の変化を計測したものであるる。このグラフからは、空気過剰率λが１．４以下になると、その空気過剰率λが小さくなるに連れて燃費が急に悪化していることが分かる。従って、燃費の悪化を抑るという観点からは、燃焼室の空燃比を略理論空燃比付近に制御するといっても、できるだけ大きなリーン側の値に制御するのが好ましいと考えられる。
【０１３７】
尚、この実施形態１では、触媒コンバータ２２のＮＯｘ吸収剤をリフレッシュするとき、エンジン１の全ての気筒２において、燃焼室４の空燃比を略理論空燃比付近に制御するようにしているが、これに限らず、そのうちのいくつかの気筒について、燃焼室４の空燃比を略理論空燃比付近に制御し、かつ燃料噴射の分割制御を行うようにしてもよい。
【０１３８】
（実施形態２）
図２８及び図２９は、本発明の実施形態２における燃料噴射制御のフローを示す。尚、この実施形態２に係るディーゼルエンジンの排気浄化装置Ａの全体構成は参考例のもの（図１参照）と同様なので、参考例と同じ構成要素については同一符号を付して、その説明は省略する。そして、この実施形態２の排気浄化装置Ａでは、エンジン１の排気通路２０にいわゆる三元触媒（例えばプラチナやロジウム等の貴金属をアルミナ等に担持させたもの）からなる触媒コンバータ２２を配設しており、燃焼室４の空燃比をエンジン１の通常のあらゆる運転領域で略理論空燃比付近に制御するとともに、前記実施形態１と同様に燃料を第１及び副噴射に２分割して噴射するようにしている。
【０１３９】
（燃料噴射制御）
以下に、前記ＥＣＵ３５による燃料噴射制御の処理動作について具体的に前記図２８及び図２９のフローチャート図に沿って説明する。尚、この制御も各気筒毎に独立して吸気行程以前の所定クランク角で実行されるものである。
【０１４０】
まず、図２８のフローにおいて、スタート後のステップＳＥ１では、クランク角信号、Ｏ2センサ出力、エアフローセンサ出力、アクセル開度等を読み込む。続くステップＳＥ２において、アクセル開度とクランク角信号から求めたエンジン回転数とに基づいて、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、前記アクセル開度とエンジン回転数とに基づいて、その噴射時期を別のマップから読み込む。
【０１４１】
続いて、ステップＳＥ３では、Ｏ2センサ出力に基づいてエンジン１の燃焼室４の空燃比が理論空燃比以下か、又は理論空燃比よりも大きいかを判別する。そして、空燃比が理論空燃比以下でｙｅｓならばステップＳＥ４に進んで、空燃比フィードバック補正値Ｑf/bから設定値αを減算する一方、空燃比が理論空燃比よりも大きいｎｏならばステップＳＥ５に進んで、空燃比フィードバック補正値Ｑf/bに設定値αを加算する。
【０１４２】
前記ステップＳＥ４又はステップＳＥ５に続いて、ステップＳＥ６では、前記ステップＳＥ２で読み込んだ基本燃料噴射量Ｑbaseに空燃比フィードバック補正値Ｑf/bを加算して、補正後燃料噴射量Ｑrを演算し、続くステップＳＥ７において、実施形態１の燃料噴射制御（図１２に示すフローのステップＳＡ９）と同様にして、燃料を第１及び副噴射の２回に分けて噴射する場合のそれぞれの噴射量Ｑr1，Ｑr2と、噴射時期とを設定する。
【０１４３】
そして、図２９のステップＳＥ８に進んで、以下、ステップＳＥ８〜ＳＥ１５の各ステップにおいて、前記実施形態１の燃料噴射制御（図１３に示すフローのステップＳＡ１４〜ＳＡ２１）と同様にして、エンジン１が高負荷運転域にあれば、各気筒毎のインジェクタ５により燃料をプレ噴射とメイン噴射との２回に分けて噴射させる一方、エンジン１が低負荷運転域にあれば、各気筒毎のインジェクタ５により燃料をメイン噴射とポスト噴射との２回に分けて噴射させ、しかる後にリターンする。
【０１４４】
つまり、エンジン１の運転中に、排気通路２０に配設されたＯ2センサ１７からの出力信号に基づいて、各気筒２の燃焼室４の空燃比を略理論空燃比付近にフィードバック制御するとともに、各気筒毎のインジェクタ５により燃料を分割して噴射させるようにしている。
【０１４５】
前記図２８に示すフローのステップＳＥ２〜ＳＥ６により、エンジン１の各気筒２の燃焼室４の空燃比を略理論空燃比に制御する空燃比制御手段３５ｂが構成され、また、ステップＳＥ７と、図２９に示すフローのステップＳＥ８〜ＳＥ１５の各ステップにより、前記空燃比制御手段３５ｂによって空燃比が略理論空燃比付近に制御されているときに、インジェクタ５により燃料を吸気行程初期から膨張行程前半までの間に少なくとも２回に分割して噴射させる燃料噴射制御手段３５ｃが構成されている。
【０１４６】
（ＥＧＲ制御）
以下に、前記ＥＣＵ３５によるＥＧＲ制御の処理動作について具体的に図３０のフローチャート図に沿って説明する。尚、この制御は所定時間毎に実行される。
【０１４７】
まず、スタート後のステップＳＦ１〜ＳＦ３の各ステップにおいて、実施形態１のＥＧＲ制御（図１５に示すフローのステップＳＢ１〜ＳＢ３）と同様の制御を行い、基本ＥＧＲ率EGRb及び目標新気量ｑをそれぞれＥＣＵ３５のメモリ上のマップから読み込む。尚、このマップも実施形態１のものと同様のものであるが、基本ＥＧＲ率EGRbは、目標新気量ｑに対し、燃焼室４の空燃比を略理論空燃比付近に制御しやすい値に設定されている。
【０１４８】
そして、前記ステップＳＦ３に続くステップＳＦ４〜ＳＦ６の各ステップでは、前記実施形態１のＥＧＲ制御（図１５に示すフローのステップＳＢ６〜ＳＢ８）と同様の制御を行う。すなわち、前記基本ＥＧＲ率EGRbを、エアフローセンサ出力から求められる実新気量と目標新気量ｑとの偏差に基づいてフィードバック補正して、目標ＥＧＲ率EGRtを演算し、その目標ＥＧＲ率EGRtになるようにＥＧＲ弁２４を駆動して、しかる後にリターンする。
【０１４９】
（吸気絞り弁制御）
以下に、前記ＥＣＵ３５による吸気絞り弁制御の処理動作について具体的に図３１のフローチャート図に沿って説明する。尚、この制御は所定時間毎に実行される。
【０１５０】
まず、スタート後のステップＳＧ１，ＳＧ２の各ステップにおいて、実施形態１の吸気絞り弁制御（図２０に示すフローのステップＳＣ１，ＳＣ２）と同様の制御を行い、基本吸気絞り弁開度TVbをＥＣＵ３５のメモリ上のマップから読み込む。このマップでは、基本吸気絞り弁開度TVbをアクセル開度に応じて変更するようにしており、図３２に例示するように、アクセル開度の小さいエンジン低負荷側では、吸気絞り弁１４の開度を小さくさせて吸気を絞り、燃焼室４の空燃比を略理論空燃比付近に制御しやすくしている。一方、アクセル開度の大きいエンジン高負荷側でも、吸気絞り弁１４の開度をやや小さくさせて吸気負圧を大きくすることで、排気を十分に還流できるようにしている。
【０１５１】
そして、前記ステップＳＧ２に続くステップＳＧ３では、吸気絞り弁１４の開度が前記基本吸気絞り弁開度TVbになるように駆動制御して、しかる後にリターンする。
【０１５２】
したがって、この実施形態２では、エンジン１の運転中に空燃比制御手段３５ｂにより、各気筒２の燃焼室４の空燃比が略理論空燃比付近に制御されるので、排気の空燃比も略理論空燃比付近になり、排気通路２０に設けた三元触媒により排気中のＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘを極めて有効に浄化することができる。また、燃料噴射制御手段３５ｃにより燃料の分割噴射が行われることで、前期実施形態１と同様に、燃焼室４の空燃比を略理論空燃比付近に制御していてもスモークが大量に発生することを防止できる。つまり、排気中のスモーク増大を招くことなく三元触媒によって排気を浄化できる。
【０１５３】
（他の実施形態）
尚、本発明は前記参考例や各実施形態に限定されるものではなく、その他の種々の実施形態を包含するものである。すなわち、前記実施形態等では、本願発明をディーゼルエンジンの排気浄化装置Ａとして用いているが、これに限らず、本願発明は、直噴式ディーゼルエンジンや直噴式ガソリンエンジンの燃料噴射装置として適用することもできる。
【０１５４】
また、前記実施形態２の如くエンジン１の排気通路２０に三元触媒からなる触媒コンバータ２２を配置したものにおいて、エンジン１を通常、高負荷域で運転するようにし、そのエンジン１の燃焼室４の空燃比を略理論空燃比付近に制御するとともに、前記参考例の如く燃料を早期噴射と後期噴射とに２分割して噴射するようにしてもよい。
【０１５５】
具体的に、その場合の燃料噴射制御の処理手順は図３３のフローに示すように、ステップＴ１、Ｔ２で、それぞれ図４のステップＳ１、Ｓ２、Ｓ６と同様にして略理論空燃比付近に対応する燃料噴射量Ｑrを設定し、続くステップＴ３において、ステップＳ７と同様に燃料噴射量Ｑrを早期噴射量ＱrLと後期噴射量ＱrTとに２分割する。続いて、ステップＴ４〜Ｔ７において、ステップＳ８〜Ｓ１１と同様に早期及び後期の燃料噴射を実行する。
【０１５６】
このようにすれば、ディーゼルエンジン１を排ガス中のスモーク増大を招くことなく略理論空燃比付近で運転することが可能になり、前記実施形態２と同様に排気通路２０に配設した三元触媒によって排ガス中のＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘを極めて有効に還元浄化することができる。
【０１５７】
さらに、前記実施形態等では、燃焼室４の空燃比を理論空燃比付近に制御して、触媒コンバータ２２のＮＯｘ吸収剤から吸収しているＮＯｘを放出させるようにしているが、これに限らず、燃焼室４の空燃比を理論空燃比よりも小さく（リッチに）制御して、触媒により多くの還元剤を供給することにより、ＮＯｘの放出を促進するようにしてもよい。
【０１５８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明に係るディーゼルエンジンの排気浄化装置によると、エンジンからの排気がリッチ状態になるような運転領域において、気筒の吸気行程初期から膨張上死点近傍までの間に燃料噴射弁により燃料を、気筒の圧縮上死点近傍での主噴射と吸気行程初期から膨張行程前半までの間での副噴射との少なくとも２回に分割して噴射させるようにしており、副噴射を吸気行程初期から圧縮行程前半までの範囲で相対的に早期に行った場合、この燃料が希薄予混合気を形成する一方、主噴射した燃料は前記希薄予混合気の冷炎反応により速やかに気化霧化して過濃混合気を形成し、圧縮上死点の手前でその過濃混合気部分を核として燃焼が爆発的に進行するようになる。この燃焼形態により、燃料噴射量を通常よりもかなり多くしたとしても、前記過濃混合気部分はそれほど燃料過多の状態にはならず、しかも、気化霧化及び空気との混合状態が大幅に改善されるので、スモークの発生を抑制できる。従って、排気中のスモーク増大を招くことなく、燃焼室の空燃比を略理論空燃比付近又は理論空燃比よりも小さい状態になるように制御して、排気をリッチ状態にさせることができ、そのことによりＮＯｘ吸収剤をリフレッシュさせて、その吸収性能を安定確保することができる。
【０１５９】
一方、副噴射を主噴射の終了後、膨張行程前半までの間に行った場合、この燃料は速やかに拡散燃焼するので、スモークはあまり発生せず、燃焼室からの未燃燃料の排出も多くはならない。その上、排気中のＮＯｘ量が減少するので、ＮＯｘ吸収剤からのＮＯｘの放出を促進して、ＮＯｘ吸収剤を速やかにリフレッシュできる。つまり、前記のように副噴射を早期に行った場合と同様に、燃費の著しい悪化やスモークの急増を招くことなく、ＮＯｘ吸収剤を速やかにリフレッシュさせることができる。
【０１６０】
さらに、前記副噴射の時期をエンジンの負荷状態に応じて設定することで、その噴射時期の最適化が図られる。
【０１６１】
請求項２の発明によると、副噴射を吸気行程から圧縮行程までの範囲で相対的に早期に行う場合に、その燃料噴射量を主噴射量の８〜２３％とすることで、前記の効果を極めて有効に得ることができる。
【０１６２】
請求項３の発明によると、副噴射を気筒の吸気行程で排気弁が閉弁した後に開始することで、噴射された燃料が燃焼に寄与することなく排出されることを防止できる。
【０１６３】
請求項４の発明によると、副噴射を膨張行程前半で行う場合には、その燃料噴射量を主噴射の燃料噴射量の略３０〜５０％とすることで、燃費悪化を十分に抑制しつつ、スモークの発生を最小に抑えることができる。
【０１６４】
請求項５の発明によると、エンジンの運転中に全体として燃費の向上が図られる。
【０１６５】
請求項６の発明では、副噴射の噴射割合を、エンジンの負荷状態に応じて設定することで、その噴射割合の最適化が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の参考例に係るディーゼルエンジンの排気浄化装置の全体構成を示す図である。
【図２】 ターボ過給機の一部を、Ａ／Ｒ小の状態（ａ）、又はＡ／Ｒ大の状態（ｂ）でそれぞれ示す説明図である。
【図３】 ＥＧＲ弁及びその駆動系の構成図である。
【図４】 燃料噴射制御の処理手順を示すフローチャート図である。
【図５】 燃料噴射の分割制御を行うエンジンの高負荷領域を例示する説明図である。
【図６】 早期及び後期噴射の噴射タイミングを示すタイムチャート図である。
【図７】 早期噴射タイミングの設定範囲をエンジン回転数の変化に対応づけて示す説明図である。
【図８】 早期噴射タイミングの変化に対するエンジン出力の変化特性を示すグラフ図である。
【図９】 早期噴射割合の変化に対するエンジン出力の変化特性を示すグラフ図である。
【図１０】 空燃比の略理論空燃比付近への切替え時に早期噴射量を徐々に増やすようにした変形例における、その早期噴射量の増加特性を例示する説明図である。
【図１１】 実施形態１におけるプレ噴射、メイン噴射及びポスト噴射の噴射タイミングを示すタイムチャート図である。
【図１２】 実施形態１における燃料噴射制御の前半の処理手順を示すフローチャート図である。
【図１３】 燃料噴射制御の後半の処理手順を示すフローチャート図である。
【図１４】 燃料噴射量をアクセル開度及びエンジン回転数に対応づけて設定したマップの一例を示す図である。
【図１５】 ＥＧＲ制御の処理手順を示すフローチャート図である。
【図１６】 ＥＧＲ率をアクセル開度及びエンジン回転数に対応づけて設定したマップの一例を示す図である。
【図１７】 目標新気量をアクセル開度及びエンジン回転数に対応づけて設定したマップの一例を示す図である。
【図１８】 燃焼室の空燃比とスモーク量との関係を示すグラフ図である。
【図１９】 ＥＧＲフィードバック補正値を新気量偏差に対応づけて設定したマップの一例を示す図である。
【図２０】 吸気絞り弁制御の処理手順を示すフローチャート図である。
【図２１】 吸気絞り弁の開度をアクセル開度及びエンジン回転数に対応づけて設定したマップの一例を示す図である。
【図２２】 ＶＧＴ制御の処理手順を示すフローチャート図である。
【図２３】 ＶＧＴのノズル断面積をアクセル開度及びエンジン回転数に対応づけて設定したマップの一例を示す図である。
【図２４】 空気過剰率の変化に対するスモーク量の変化を、分割噴射の場合と一括噴射の場合とで比較して示すグラフ図である。
【図２５】 ポスト噴射の時期を変化させたときのスモーク量の変化と燃費率の変化とを互いに関係づけて示すグラフ図である。
【図２６】 ポスト噴射の噴射割合を変化させたときのスモーク量の変化と燃費率の変化とを互いに関係づけて示すグラフ図である。
【図２７】 燃焼室の空燃比と燃費率との関係を示すグラフ図である。
【図２８】 実施形態２に係る図１２相当図である。
【図２９】 実施形態２に係る図１３相当図である。
【図３０】 実施形態２に係る図１５相当図である。
【図３１】 実施形態２に係る図２０相当図である。
【図３２】 吸気絞り弁制御による吸気通路断面積の変化とアクセル開度との関係を示す説明図である。
【図３３】 エンジンの排気通路に三元触媒を配設した他の実施形態に係る図４相当図である。
【符号の説明】
Ａ 排気浄化装置
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）
１４ 吸気絞り弁（吸気量調整手段）
２０ 排気通路
２２ 触媒コンバータ（ＮＯｘ吸収剤）
２３ ＥＧＲ通路（排気還流通路）
２４ ＥＧＲ弁（排気還流量調節手段）
３５ ＥＣＵ（コントロールユニット）
３５ａ ＮＯｘ吸収状態判定手段
３５ｂ 空燃比制御手段
３５ｃ 燃料噴射制御手段
３５ｄ 加速判定手段
３５ｅ 排気還流制御部
３５ｆ 吸気量制御部

Claims (6)

1. エンジンの気筒内燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、
   前記燃料噴射弁により燃料を、少なくとも気筒の圧縮行程終期に主噴射させる燃料噴射制御手段と、
   前記燃焼室から排気を排出する排気通路に配設され、排気中の酸素濃度が所定値以上の酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸収する一方、酸素濃度の減少によって吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤とを備えたディーゼルエンジンの排気浄化装置において、
   前記ＮＯｘ吸収剤におけるＮＯｘ吸収量が設定値以上になると、気筒内燃焼室の空燃比を、排気中の酸素濃度が前記所定値未満になるリッチ状態に制御する空燃比制御手段を備え、
   前記燃料噴射制御手段は、排気中の酸素濃度を前記酸素過剰雰囲気よりも減少させるエンジンの運転状態で、前記空燃比制御手段によって空燃比が前記リッチ状態に制御されるとき、燃料噴射弁により燃料を、前記主噴射と吸気行程初期から膨張行程前半までの間での副噴射との少なくとも２回に分割して噴射させるように構成され、
   前記副噴射の時期を、エンジンの負荷状態が高負荷側にあるほど進角側に設定するとともに、高負荷域では前記主噴射よりも早期の吸気行程初期から圧縮行程前半までに、一方、低負荷域では前記主噴射の終了後から膨張行程の前半までにそれぞれ設定する、噴射時期設定手段と、
   が設けられていることを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。
2. 請求項１のディーゼルエンジンの排気浄化装置において、
   気筒の吸気行程初期から圧縮行程前半までの間に行う副噴射の燃料噴射量は、主噴射の燃料噴射量の８〜２３％であることを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。
3. 請求項１又は２のいずれかのディーゼルエンジンの排気浄化装置において、
   副噴射は、気筒の吸気行程で排気弁が閉弁した後に行われるように構成されていることを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。
4. 請求項１のディーゼルエンジンの排気浄化装置において、
   気筒の膨張行程前半で行う副噴射の燃料噴射量は、主噴射の燃料噴射量の３０〜５０％であることを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。
5. 請求項１のディーゼルエンジンの排気浄化装置において、
   空燃比制御手段は、燃焼室の空燃比をリッチ状態と、それよりも大きいリーン状態とのいずれかになるように、切替えるものとされ、
   燃料噴射制御手段は、前記空燃比制御手段により燃焼室の空燃比がリーン状態にされるときには、主噴射のみを行うように構成されていることを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。
6. 請求項１のディーゼルエンジンの排気浄化装置において、
   副噴射の燃料噴射量の主噴射に対する割合を、エンジンの負荷状態が高負荷側にあるほど小さく設定する噴射割合設定手段が設けられていることを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。

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