JP4232448B2 - ディーゼルエンジンの制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はディーゼルエンジンの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
理論空燃比よりリーン雰囲気での燃焼（以下「リーン燃焼」という。）で排気中のＮＯｘをトラップし理論空燃比よりリッチ雰囲気での燃焼（以下「リッチ燃焼」という。）や理論空燃比の雰囲気での燃焼（以下「ストイキ燃焼」という。）になるとこのトラップされているＮＯｘを排気中のＨＣ、ＣＯを還元剤として用いて還元浄化し得るＮＯｘトラップ触媒を排気通路に備えるものがある（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−２７９７１８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、排気通路にＮＯｘトラップ触媒を備えるディーゼルエンジンでは、通常はリーン燃焼（空気過剰率が１．４以上）での運転を行い、ＮＯｘトラップ触媒にある程度の量のＮＯｘがトラップされた段階で、リッチ燃焼（空気過剰率が１．０未満）やストイキ燃焼（空気過剰率が１．０あるいはその近傍）での運転を行わなければならない。なお、空気過剰率は空燃比を理論空燃比（１４．７）で除した値である。
【０００５】
このリーン燃焼からリッチ燃焼（またはストイキ燃焼）への切換時を図９により具体的に説明すると、同図の最上段で目標空気過剰率Ｔｌａｍｂが、リーン燃焼時の値であるほぼ１．８よりリッチ燃焼時の値であるほぼ０．８へとステップ的に切換わっている。こうした目標空気過剰率の切換を実現するにはまずシリンダへと供給される新気を減らすことであるが、新気は図９第２段目のように切換タイミングよりほぼ一次の応答遅れをもってシリンダへと供給されるしかない。このため、一次の応答遅れをもってシリンダに流入する実新気量Ｑａｃに対して、切換後の目標空気過剰率である０．８が得られるように目標燃料噴射量（ｔＱｆ０）を、
ｔＱｆ０＝Ｑａｃ／（Ｔｌａｍｂ×ＢＬＡＭＢ＃）…（α）
ただし、ＢＬＡＭＢ＃：理論空燃比、
の式により演算すると、このときの目標燃料噴射量（ｔＱｆ０）は図９第３段目のように目標空気過剰率の切換タイミングでステップ的に立ち上がり、その後にＱａｃに合わせてゆっくり低下してゆく波形となる。すなわち、一次の応答遅れを有する実新気量Ｑａｃに対して目標燃料噴射量（ｔＱｆ０）を演算することで、切換後の目標空気過剰率を実現できるのであるが、このように目標燃料噴射量（ｔＱｆ０）を演算したとき切換前後でトルク増が生じ（図９第４段目参照）、運転性に影響してしまう。
【０００６】
そこで本発明は、リーン燃焼よりリッチ燃焼（またはストイキ燃焼）への切換時に、前記（α）式の目標燃料噴射量（ｔＱｆ０）に代えて、シリンダに流入する実新気量Ｑａｃが目標新気量に到達するまでの間、トルク変動が生じない周期で増減する目標燃料噴射量（ｔＱｆ）を演算することにより（図９第５段目参照）、トルク変動の発生を抑制しつつ（図９第６段目参照）、空気過剰率を切換後の目標に速やかに到達させることを目的とする。
【０００７】
一方、上記従来装置では、吸気制御弁の開度をΔθだけ閉弁して吸入空気量を減少させることにより燃焼室内における平均空燃比をリーンからリッチに切換えるときに、吸入空気量の減少によるエンジン出力トルクの低下分だけエンジン出力を増大させるのに必要な追加燃料量ΔＱを算出し、この追加燃料量ΔＱだけ噴射燃料量を増量させることによって、燃焼室内における平均空燃比がリーンからリッチに切換えられてもエンジンの出力トルクが変化しないようにしている。
【０００８】
しかしながら、従来装置は、リーン燃焼よりリッチ燃焼への切換時に吸入空気量を減じつつ燃料噴射量を増量するという点で、図９最上段〜第３段目の波形を用いて述べた処と基本的な考え方は同様であり、リッチ燃焼への切換時のトルク変動を効果的に抑制できるものでない。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、排気中のＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯを浄化し得る三元触媒と、運転条件に応じて新気量と燃料噴射量を制御する吸入新気量・燃料噴射量制御手段と、空気過剰率を、１より大きい値から１以下の値に制御するときに、シリンダ内に流入する実新気量が目標新気量に到達するまでの間、トルク変動が生じない周期で燃料噴射量を増減する燃料噴射量増減手段とを備え、前記燃料噴射量を増減する際に実空気過剰率が１．０を挟んで往復するようにする。
【００１０】
あるいは運転条件に応じて目標空気過剰率を設定する目標空気過剰率設定手段と、この目標空気過剰率が得られるように新気量と燃料噴射量を制御する吸入新気量・燃料噴射量制御手段とを備えるものを前提として、排気中のＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯを浄化し得る三元触媒と、目標空気過剰率が、１より大きい値から１以下の値に変更したときに、シリンダ内に流入する実新気量が目標新気量に到達するまでの間、トルク変動が生じない周期で燃料噴射量を増減する燃料噴射量増減手段とを備え、前記燃料噴射量を増減する際に実空気過剰率が１．０を挟んで往復するようにする。
【００１１】
【発明の効果】
本発明では、空気過剰率を、１より大きい値から１以下の値に制御するときにあるいは目標空気過剰率が、１より大きい値から１以下の値に変更したときに、シリンダ内に流入する実新気量が目標新気量に到達するまでの間、トルク変動が生じない周期で燃料噴射量を増減するので、リッチ燃焼への切換時のトルク変動を抑制でき（図９第６段目参照）、これによりリッチ側への切換時のトルク変動が緩慢となるため運転者に不快な振動を与えることもない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１にエンジンの構成を示す。このエンジンではＥＧＲを行うことなどにより吸気の酸素濃度が低くなって燃焼温度が低下するときに、熱発生パターンが単段燃焼の形態となるよう着火遅れ期間を大幅に長くすることにより、燃焼温度の低下によるＮＯｘの低減と燃焼の予混合化によるＰＭの低減とを同時に実現している。この場合、熱発生パターンが単段燃焼の形態となる燃焼（予混合燃焼主体の燃焼のことで、以下単に「予混合燃焼」という。）を実現するには燃焼温度および着火遅れ期間をともに一定の範囲に収める必要がある。このためＥＧＲガス温度が高くなる高負荷域や燃焼期間が短くなる高回転速度域では予混合燃焼が成立しなくなるので、予混合燃焼が不可能な領域になると燃料を空気と混合させながら燃焼させる、いわゆる拡散燃焼（以下単に「拡散燃焼」という。）の状態で制御する。
【００１３】
以下具体的に述べる。予混合燃焼では、ＥＧＲによる酸素濃度の低減で低温燃焼を実現するため、排気通路２と吸気通路３のコレクタ部３ａとを結ぶＥＧＲ通路４に、圧力制御弁（図示しない）からの制御圧力に応動するダイヤフラム式のＥＧＲ弁６を備えている。圧力制御弁は、エンジンコントローラ３１からのデューティ制御信号により駆動されるもので、これによって運転条件に応じた所定のＥＧＲ率を得るようにしている。
【００１４】
エンジンにはコモンレール式の燃料噴射装置１０を備える。この燃料噴射装置１０は、主に燃料タンク（図示しない）、サプライポンプ１４、コモンレール（蓄圧室）１６、気筒毎に設けられるノズル１７からなり、サプライポンプ１４により加圧された燃料は蓄圧室１６にいったん蓄えられたあと、蓄圧室１６の高圧燃料が気筒数分のノズル１７に分配される。
【００１５】
ノズル１７（燃料噴射弁）は、針弁、ノズル室、ノズル室への燃料供給通路、リテーナ、油圧ピストン、リターンスプリングなどからなり、油圧ピストンへの燃料供給通路に介装される三方弁（図示しない）が介装されている。三方弁（電磁弁）のＯＦＦ時には、針弁が着座状態にあるが、三方弁がＯＮ状態になると針弁が上昇してノズル先端の噴孔より燃料が噴射される。つまり三方弁のＯＦＦからＯＮへの切換時期により燃料の噴射開始時期が、またＯＮ時間により燃料噴射量が調整され、蓄圧室１６の圧力が同じであればＯＮ時間が長くなるほど燃料噴射量が多くなる。
【００１６】
ＥＧＲ通路４の開口部下流の排気通路２に、排気タービン２２と吸気コンプレッサ２３とを同軸で連結した可変容量ターボ過給機２１を備える。排気タービン２２のスクロール入口に、アクチュエータ２５により駆動される可変ノズル２４が設けられ、エンジンコントローラ３１により、可変ノズル２４は低回転速度域から所定の過給圧が得られるように、低回転速度側では排気タービン２２に導入される排気の流速を高めるノズル開度（傾動状態）に、高回転速度側では排気を抵抗なく排気タービン２２に導入させノズル開度（全開状態）に制御する。
【００１７】
上記のアクチュエータ２５は、制御圧力に応動して可変ノズル２６を駆動するダイヤフラムアクチュエータ２６と、このダイヤフラムアクチュエータ２６への制御圧力を調整する圧力制御弁２７とからなり、可変ノズル２４の実開度が目標ノズル開度となるように、デューティ制御信号が作られ、このデューティ制御信号が圧力制御弁２７に出力される。
【００１８】
一方、排気タービン２２下流の排気通路２に排気中のＰＭを捕集するＤＰＦ（ディーゼルパーティキュレートフィルタ）にＮＯｘトラップ触媒を組み込んだ排気後処理装置２８を備える。もちろんＤＰＦとＮＯｘトラップ触媒とが別体である場合でもかまわない。
【００１９】
ここで、ＮＯｘトラップ触媒は、リーン燃焼時に排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）をトラップし、ストイキ燃焼時やリッチ燃焼時にトラップしていたＮＯｘを排気中のＨＣ、ＣＯを還元剤として用いて還元浄化するものである。
【００２０】
また、ＮＯｘトラップ触媒には、空気過剰率が１．０（つまり理論空燃比）の近傍でＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯを同時に効率よく浄化し得る三元触媒機能を持たせている。
【００２１】
エンジンコントローラ３１では、図２に示したように予混合燃焼が可能な運転領域（図２のＡ領域）では予混合燃焼を行わせ、予混合燃焼が不可能な運転領域（図２のＢ領域）になると拡散燃焼に切換えるが、これら燃焼はいずれもリーン燃焼での運転である。このリーン燃焼での運転中にトラップされたＮＯｘが許容範囲の限界まで達したときにはトラップされたＮＯｘを還元浄化するためエンジンコントローラ３１では所定の排気温度が確保できる領域（図２のＣ領域）になると、リッチ燃焼となるように空気過剰率を制御する。また、排気中に微量に含まれるＳＯｘ（硫黄酸化物）によりＮＯｘトラップ触媒が被毒されるので、ＳＯｘが許容範囲の限界まで堆積したと判定したときにはこのＳＯｘがＮＯｘトラップ触媒より脱離し得る温度に排気温度を高めるため、ほぼストイキ燃焼となるように空気過剰率を制御する。
【００２２】
なお、排気中のＰＭがＤＰＦに許容範囲の限界まで堆積したと判定したとき、その堆積したＰＭが燃焼し得る温度である３００℃前後まで排気温度を高めるため、空燃比がややリーンとなるように空気過剰率を設定している。
【００２３】
このようにＮＯｘトラップ触媒にトラップされるＮＯｘの還元（以下単に「ＮＯｘ還元」という。）とＮＯｘトラップ触媒へのＳＯｘによる被毒の解除（以下単に「硫黄被毒解除」という。）のためにリッチ燃焼を得る必要があり、要求に応じてリーン燃焼からリッチ燃焼やストイキ燃焼へと切換えるのであるが、過給機２１だけではリッチ燃焼やストイキ燃焼が得られない場合があるので、図１のようにコレクタ３ａのすぐ上流の吸気通路３に、圧力制御弁（図示しない）からの制御圧力に応動するダイヤフラム式のアクチュエータ１９により駆動される吸気絞り弁１８を設けている。アクチュエータ１９の構成はＥＧＲ弁６と同様であり、吸気絞り弁用の圧力制御弁もエンジンコントローラ３１からのデューティ制御信号により駆動される。従って本実施形態では、過給機２１と吸気絞り弁１８とから吸入空気量調整手段が構成されている。
【００２４】
なお、目標新気量が得られるように排気タービン２２の可変ノズル２４の開度と吸気絞り弁１８の開度とを制御する方法には、過給機２１によっては目標新気量が得られない領域（例えばアイドル近くの低負荷域）でのみ吸気絞り弁１８を制御する方法や運転領域に関係なく可変ノズル開度と吸気絞り弁開度とを同時に制御する方法とがあるが、いずれの方法でもかまわない。また吸気絞り弁１８に代えて排気絞り弁を設けたものでもかまわない。さらにＥＧＲ装置を吸入空気量調整手段として用いることもできる。なお、コレクタ３ａ下流の吸気通路３に設けられるスワール制御弁８は燃焼室に吸入される吸気の流速を高めて燃焼室内に渦流（スワール）を生成するためのものである。
【００２５】
なお、ＮＯｘ還元、硫黄被毒解除、ＤＰＦ再生を行う運転は所定の条件が成立したときだけであるのでこれらＮＯｘ還元、硫黄被毒解除、ＤＰＦ再生を行うのための運転をまとめて条件運転とし、これに対して予混合燃焼や拡散燃焼といったリーン燃焼を行う運転を通常運転として区別すれば、通常運転から条件運転への移行やその逆への移行のさせ方には様々なものが公知になっており、ここでは予混合燃焼時や拡散燃焼時にＮＯｘ還元や硫黄被毒再生の各要求があったときには条件運転に切換え、ＮＯｘ還元のための運転が終了したときにはもとの通常運転に戻るが、硫黄被毒解除のための運転が終了したときには続けてＤＰＦ再生に移り、その後に通常運転に戻るようにしている（図３参照）。
【００２６】
アクセルセンサ３２、エンジン回転速度とクランク角度を検出するセンサ３３、水温センサ３４からの信号が入力されるエンジンコントローラ３１では、
（ア）通常運転時のリーン燃焼、
（イ）ＮＯｘ還元のためのリッチ燃焼、
（ウ）硫黄被毒解除のためのストイキ燃焼、さらには
（エ）ＤＰＦ再生のためのリーン燃焼
を実現するため空気過剰率を中心とした制御を行う（図４参照）。
【００２７】
この空気過剰率を中心とした制御では、上記（ア）〜（エ）の各燃焼状態に応じた目標空気過剰率基本値Ｔｌａｍｂ０を設定し、この目標空気過剰率基本値Ｔｌａｍｂ０に基づいて目標新気量ｔＱａｃと目標燃料噴射量基本値ｔＱｆ０（第１目標燃料噴射量）を演算し、目標新気量ｔＱａｃが得られるように吸入新気量調整手段を用いて吸入新気量を調整し、目標燃料噴射量基本値ｔＱｆ０が得られるように燃料供給手段を用いて燃料をエンジンに供給する。
【００２８】
また、
〔１〕リーン燃焼よりリッチ燃焼への切換時、または、
〔２〕リーン燃焼よりストイキ燃焼への切換時
に前記目標燃料噴射量基本値Ｔｌａｍｂ０に代えて、シリンダに流入する実新気量Ｑａｃが目標新気量ｔＱａｃに到達するまでの間、トルク変動が生じない周期で実空気過剰率Ｒｌａｍｂが１．０を挟んで往復するように増減する目標燃料噴射量ｔＱｆ（第２目標燃料噴射量）を演算する。
【００２９】
エンジンコントローラ３１で実行されるこの制御を、制御の流れを示した図５のブロック図に従って説明する。
【００３０】
図５において排気後処理要求部４１では、エンジンの運転時間や排気後処理装置２８の状態等からＮＯｘ還元、硫黄被毒解除、ＤＰＦ再生のための各運転を行うべきかどうかを判定し、いずれかの運転を行うべきと判定したときはその旨の要求を出す。ここでは３つの要求を総称して排気後処理要求という。
【００３１】
目標エンジントルク設定部４２では、アクセルセンサ３２からのアクセル開度とクランク角センサ３３からのエンジン回転速度Ｎｅとに基づいて目標エンジントルクＴｔｒｑを演算する。この目標エンジントルクの演算方法としては例えばアクセル開度とエンジン回転速度をパラメータとするマップを検索させる方法がある。
【００３２】
目標空気過剰率基本値設定部４３（目標空気過剰率設定手段）では、次のようにして目標空気過剰率基本値を設定する。
【００３３】
〈１〉通常運転時には目標エンジントルクＴｔｒｑとエンジン回転速度Ｎｅか
ら所定のマップを検索することにより目標空気過剰率基本値Ｔｌａｍｂ０
を演算する。この目標空気過剰率基本値Ｔｌａｍｂ０は通常１．４より大
きな値である。
【００３４】
〈２〉条件運転時にはそれぞれに最適な目標空気過剰率基本値Ｔｌａｍｂ０を
設定する。具体的にはＮＯｘ還元時には１．０を下回る（空燃比はリッチ
）値になるように、硫黄被毒解除時にはほぼ１．０（空燃比は理論空燃比
）となるように、ＤＰＦ再生時には１．０を少し超える（空燃比は少しリ
ーン）値になるように設定する（図４参照）。
【００３５】
目標ＥＧＲ率設定部４４では、次のようにして目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒを設定する。すなわち通常運転時には目標エンジントルクＴｔｒｑとエンジン回転速度Ｎｅから所定のマップを検索することにより目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒを演算し、通常運転時から条件運転時に切換わったときには通常運転時の値をそのまま維持する。
【００３６】
実新気量演算部４５では吸気コンプレッサ２３上流の吸気通路３に設けられるエアフローメータ３５（図１参照）の出力に基づいてシリンダに流入する実新気量Ｑａｃを演算する。このＱａｃは吸入空気の挙動を一次遅れで近似すると共に無駄時間をも考慮した値であり公知である。
【００３７】
目標新気量・目標噴射量・目標噴射時期演算部４６（目標新気量・第１目標燃料噴射量演算手段）では目標新気量ｔＱａｃ、目標燃料噴射量ｔＱｆ及び目標燃料噴射時期ＭＩＴを演算する。この演算については演算の流れを示した図６のブロック図により詳述する。
【００３８】
図６において、遅れ処理部６２で目標空気過剰率基本値Ｔｌａｍｂ０に対して例えば一次の遅れ処理を施し、遅れ処理後の値を目標空気過剰率Ｔｌａｍｂとする。これは、燃料が応答遅れなくシリンダへと流入するのに対し、新気はシリンダへと流入する際に応答遅れが生じるのを避けることができないので、この吸気系の応答遅れ相当だけ目標空気過剰率を遅らせ、この遅らせた目標空気過剰率より燃料噴射量を演算することで、シリンダへの供給燃料と供給空気の間に位相差が出ないようにするためのものである。
【００３９】
シリンダ内目標空気過剰率演算部６３ではこの目標空気過剰率Ｔｌａｍｂを用いて、
Ｔｌａｍｂ Ｃｙｌ＝
Ｔｌａｍｂ×Ｒｌａｍｂn-1
／（Ｒｌａｍｂn-1＋Ｒｅｇｒ×（Ｒｌａｍｂn-1−１））…（１）
ただし、Ｒｌａｍｂn-1：１サイクル前の実空気過剰率、
Ｒｅｇｒ ：実ＥＧＲ率、
の式によりシリンダ内目標空気過剰率Ｔｌａｍｂ Ｃｙｌを計算する。
【００４０】
（１）式において実空気過剰率Ｒｌａｍｂに付けた添え字のｎ−１は１サイクル前の値を表す。これは、各気筒で１サイクル毎に燃料噴射を行っているために実空気過剰率は前サイクル時の値を検出することになるので、この前サイクル時の実空気過剰率Ｒｌａｍｂを用いて今サイクル時のシリンダ内目標空気過剰率Ｔｌａｍｂ Ｃｙｌを求めることになるためである。
【００４１】
（１）式はＥＧＲガス中に残留する酸素分だけ目標空気過剰率Ｔｌａｍｂを補正したものである。すなわち、（１）式は次のようにして導出したものである。シリンダ内の空気過剰率を次式により定義する。
【００４２】
ＴＬＡＭＢＤＡ
＝ＱＡＣ×｛１＋ＲＥＧＲ×（ＲＬＡＭＢＤＡ−１）／ＲＬＡＭＢＤＡ｝
／（ＱＦ×ＢＬＡＭＢ＃） …（補１）
ただし、ＴＬＡＭＢＤＡ：シリンダ内の空気過剰率、
ＱＡＣ ：新気量、
ＲＥＧＲ ：ＥＧＲ率、
ＲＬＡＭＢＤＡ：１サイクル前の空気過剰率、
ＱＦ ：燃料噴射量、
ＢＬＡＭＢ＃ ：理論空燃比、
ここで、（補１）式右辺のＲＥＧＲ×（ＲＬＡＭＢＤＡ−１）／ＲＬＡＭＢＤＡがＥＧＲガス中に残留する酸素割合である。（補１）式において、
Ｔｌａｍｂ Ｃｙｌ＝ＱＡＣ／（Ｑｆ×ＢＬＡＭＢ＃）…（補２）
とおくと、（補１）式は次のようになる。
【００４３】
ＴＬＡＭＢＤＡ
＝Ｔｌａｍｂ Ｃｙｌ
×｛１＋ＲＥＧＲ×（ＲＬＡＭＢＤＡ−１）／ＲＬＡＭＢＤＡ｝
…（補３）
（補３）式をＴｌａｍｂ Ｃｙｌについて整理すると、
Ｔｌａｍｂ Ｃｙｌ＝
ＴＬＡＭＢＤＡ×ＲＬＡＭＢＤＡ
／（ＲＬＡＭＢＤＡ＋ＲＥＧＲ×（ＲＬＡＭＢＤＡ−１））
…（補４）
となり、この（補４）式においてＴＬＡＭＢＤＡ→Ｔｌａｍｂ、ＲＬＡＭＢＤＡ→Ｒｌａｍｂn-1、ＲＥＧＲ→Ｒｅｇｒの置き換えを行うと、上記（１）式が得られる。
【００４４】
上記（１）式の計算に必要となる実空気過剰率Ｒｌａｍｂと実ＥＧＲ率Ｒｅｇｒとは実空気過剰率演算部６４と実ＥＧＲ率演算部６５とが次式により計算している。
【００４５】
Ｒｌａｍｂ＝Ｑａｃn-1／（Ｑｆn-1×ＢＬＡＭＢ＃）…（２）
Ｒｅｇｒ＝Ｍｅｇｒ
×｛１−（Ｒｌａｍｂn-1−１）／Ｒｌａｍｂn-1｝…（３）
ただし、Ｑｆn-1：１サイクル前の目標燃料噴射量、
ここでも、目標燃料噴射量Ｑｆ、実空気過剰率Ｒｌａｍｂに付けた添え字のｎ−１は１サイクル前の値を表す。
【００４６】
目標新気量演算部６６（除算部６７と乗算部６８、６９とからなる）ではシリンダ内目標空気過剰率Ｔｌａｍｂ Ｃｙｌに基づいて次式により目標新気量ｔＱａｃを計算する。
【００４７】
ｔＱａｃ＝（Ｔｌａｍｂ Ｃｙｌ×Ｋａ／ＢＬＡＭＢ＃）×Ｑｆ Ｄｒｖ
…（４）
ただし、Ｑｆ Ｄｒｖ：アクセル要求目標噴射量、
Ｋａ ：空気過剰率トルク補正係数、
ここで、アクセル要求目標噴射量Ｑｆ Ｄｒｖはアクセル開度（負荷相当）に応じた目標燃料噴射量を与えるものである。具体的にはアクセル要求目標噴射量演算部７０でアクセル開度Ｃｌとエンジン回転速度Ｎｅから図７を内容とするマップを検索することによりアクセル要求目標噴射量Ｑｆ Ｄｒｖを演算している。
【００４８】
排気後処理要求が発生したとき、例えばリッチ燃焼時にはそれまで１．４を超えていた値よりほぼ１．０より小さい値へと目標空気過剰率Ｔｌａｍｂを小さくするが、このように目標空気過剰率Ｔｌａｍｂを小さくするとトルク不足が生じる。空気過剰率トルク補正係数Ｋａは、こうした目標空気過剰率Ｔｌａｍｂが小さい領域でのトルク不足を補うためのものである。トルク不足を補うためには空燃比をリーン側に、つまり目標空気過剰率Ｔｌａｍｂを大きくしてやればよいので、図８に示したように目標空気過剰率Ｔｌａｍｂが小さい領域で１．０を超える値を与えている。
【００４９】
一方、目標燃料噴射量基本値演算部７１（乗算部７２と除算部７３とからなる）ではシリンダ内目標空気過剰率Ｔｌａｍｂ Ｃｙｌに基づいて次式により目標燃料噴射量基本値Ｑｆ０を計算する。
【００５０】
Ｑｆ０＝Ｑａｃ／（Ｔｌａｍｂ Ｃｙｌ×ＢＬＡＭＢ＃）…（５）
目標燃料噴射量演算部７４（第２目標燃料噴射量演算手段）では排気後処理要求が発生してリーン燃焼よりリッチ燃焼への切換時またはリーン燃焼よりストイキ燃焼への切換時に、この目標燃料噴射量基本値ｔＱｆ０に対して補正を行い、補正後の値を目標燃料噴射量ｔＱｆとする。
【００５１】
これについて、リーン燃焼よりッチ燃焼への切換時の場合で具体的に説明すると、図９は目標空気過剰率Ｔｌａｍｂを、リーン燃焼時の値である１．４を超える値よりリッチ燃焼時の値である１．０を下回る小さな値へとステップ変化させたときのモデル波形図である。目標空気過剰率Ｔｌａｍｂをこのようにリーン側よりリッチ側へと切換えたときシリンダ内に流入する実新気量Ｑａｃ［ｍｇ／ｓｔ．］はほぼ一次の応答遅れをもって変化するので（図９第２段目参照）、上記（５）式により計算される目標燃料噴射量基本値Ｑｆ０［ｍｇ／ｓｔ．］もほぼ一次の応答遅れをもって変化し（図９第３段目参照）、この一次遅れで変化する目標燃料噴射量基本値Ｑｆ０を燃料供給手段に与えたとき、リッチ燃焼への切換前後でトルク増が生じている（図９第４段目参照）。
【００５２】
これに対して本実施形態では、図１０に示したようにシリンダに流入する実新気量Ｑａｃが目標新気量ｔＱａｃに達するまでの期間を補正期間（補正時間Ｔｄｔｉｍｅ）として（図１０最上段参照）、過渡的に変化する燃料噴射量である目標燃料噴射量基本値ｔＱｆ０（図１０第３段目参照）と、定常リーン燃焼状態での燃料噴射量に相当するＱｆ Ｄｒｖ×Ｋａ（図１０第４段目参照）との間を所定の周期で増減する燃料噴射量を目標燃料噴射量ｔＱｆとして求める（図１０第５段目参照）。
【００５３】
エンジンコントローラ３１で実行されるこの目標燃料噴射量ｔＱｆの演算方法を図１２のブロック図により詳述する。
【００５４】
図１２において減算部８２では実空気過剰率Ｒｌａｍｂからシリンダ内目標空気過剰率Ｔｌａｍｂ Ｃｙｌを差し引いて制御誤差ｄｌａｍｂ（偏差）を算出し、周期基本値演算部８３でこの制御誤差ｄｌａｍｂから図１３を内容とするテーブルを検索することにより、燃料噴射量を増減する際の周期基本値Ｔｃｙｃｌｅ０を演算する。図１３に示したようにこの周期基本値Ｔｃｙｃｌｅ０は制御誤差ｄｌａｍｂが大きくなるほど小さくなる値である。
【００５５】
これは、目標新気量ｔＱａｃに対する実新気量Ｑａｃの未達割合（＝制御誤差ｄｌａｍｂ）が大きい場合には燃料噴射量の増減周期を大きくし、未達割合が小さくなるほど燃料噴射量の増減周期を小さくするものである。
【００５６】
なお、リーン燃焼よりリッチ燃焼への切換時にはＲｌａｍｂ≧Ｔｌａｍｂ Ｃｙｌとなるので、図１３においてｄｌａｍｂが負である領域は考えていない。
【００５７】
応答遅れ補正時間演算部８４では、単位時間あたりの実新気量Ｑａｓ０から図１４を内容とするテーブルを検索することにより吸気系の応答遅れ補正時間Ｔｄｔｉｍｅを演算する。この応答遅れ補正時間Ｔｄｔｉｍｅは図１０最上段に示したようにシリンダに流入する実新気量Ｑａｃが目標新気量ｔＱａｃに追い着くまでの時間（応答遅れ時間）であり、かつ目標燃料噴射量基本値Ｑｆ０に対して補正を行う時間である。
【００５８】
図１４に示したように応答遅れ補正時間Ｔｄｔｉｍｅは単位時間当たりの実新気量Ｑａｓ０が小さいほど大きくなる値である。これは、単位時間当たりの実新気量Ｑａｓ０が小さいほど吸入新気の流速が遅く、その分実新気量Ｑａｃが目標新気量ｔＱａｃへと落ち着くのが遅くなるので、これに合わせて補正時間を長したものである。
【００５９】
ここで、単位時間当たりの実新気量Ｑａｓ０はエアフローメータ３５を流れる実新気量でエアフローメータ３５より得られる。
【００６０】
遅延信号処理部８５ではリーン燃焼よりリッチ燃焼への切換時にその切換直後から応答遅れ補正時間Ｔｄｔｉｍｅだけ１となる状態フラグＦｄｅｌａｙを作成する。
【００６１】
選択部８６では状態フラグＦｄｅｌａｙ＝１であるあいだ周期基本値Ｔｃｙｃｌｅ０を選択しこれをそのまま燃料噴射量の増減周期Ｔｃｙｃｌｅとして、また状態フラグＦｄｅｌａｙ＝０であるときゼロを選択しこれを燃料噴射量の増減周期Ｔｃｙｃｌｅとして出力し、シグナルジェネレータ８７では状態フラグＦｄｅｌａｙ＝１であるあいだこの増減周期Ｔｃｙｃｌｅを周期とするパルス状のフラグＦＱｆｓｗ（ＯＮ−ＯＦＦパルス）を作成する（図１０第２段目参照）。
【００６２】
選択部８９では同じくフラグＦＱｆｓｗ＝１（ＯＮ−ＯＦＦパルスがＯＮ）であるあいだ過渡的に変化する燃料噴射量である目標燃料噴射量基本値ｔＱｆ０を選択し、またフラグＦＱｆｓｗ＝０（ＯＮ−ＯＦＦパルスがＯＦＦ）であるあいだ定常リーン燃焼状態での燃料噴射量に相当する目標燃料噴射量Ｑｆ Ｄｒｖ×Ｋａ（ここでは目標空気過剰率が変化した分だけトルクが変わるためその分を補正している）を選択し、選択後の値を目標燃料噴射量ｔＱｆとして出力する。
【００６３】
このようにして目標燃料噴射量ｔＱｆを演算したら図６に戻る。
【００６４】
目標燃料噴射時期演算部７５では目標空気過剰率基本値Ｔｌａｍｂ０と排気後処理要求とから図４に示すいずれの運転であるのかを判定し、その判定結果に応じ空気過剰率が変化しても安定した燃焼が得られるように次のようにして目標燃料噴射時期基本値ＭＩＴを演算する。
【００６５】
〈１〉通常運転時であるときには目標エンジントルクＴｔｒｑとエンジン回転速度Ｎｅから所定のマップを検索することにより目標燃料噴射時期基本値
ＭＩＴを演算する。
【００６６】
〈２〉ＤＰＦ再生時には図２に示す運転領域Ａ、Ｂに依存して目標燃料噴射時
期基本値ＭＩＴを定める。
【００６７】
〈３〉ＮＯｘ還元時と硫黄被毒解除時には通常領域に対して所定値（１０〜１５°）進角させた値を目標燃料噴射時期基本値ＭＩＴとして定める。ここで通常領域とはＮＯｘ還元や硫黄被毒解除の運転に入る前の運転領域（通
常運転時の運転領域ＡまたはＢ）のことである。
【００６８】
このようにして図６により目標新気量ｔＱａｃ、目標燃料噴射量ｔＱｆ、目標燃料噴射時期ＭＩＴを演算したら図５に戻る。
【００６９】
燃料噴射弁制御部４７では目標燃料噴射量ｔＱｆに応じて燃料噴射期間を演算し、これと目標燃料噴射時期ＭＩＴとからパルス信号を作ってノズル１７（燃料噴射弁）に出力する。
【００７０】
ＥＧＲ装置制御部４８では目標新気量ｔＱａｃと目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒとに基づいて目標ＥＧＲ弁開度を演算し、この目標ＥＧＲ弁開度をデューティ制御信号に変換してＥＧＲ弁アクチュエータに出力する。
【００７１】
過給機制御部４９では目標新気量ｔＱａｃと目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒとに基づいて可変ノズル２４の目標開度を演算し、この目標開度をデューティ制御信号に変換して可変ノズルアクチュエータに出力する。
【００７２】
吸気絞り弁制御部５０では、目標新気量ｔＱａｃと目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒとに基づいて吸気絞り弁１８の目標開度を演算し、この目標開度をデューティ制御信号に変換して吸気絞り弁アクチュエータに出力する。
【００７３】
ここで、本実施形態の作用を図９、図１０を参照しながら説明する。
【００７４】
本実施形態（請求項３に記載の発明）では、リーン燃焼よりリッチ燃焼への切換時に、シリンダに流入する実新気量Ｑａｃが目標新気量ｔＱａｃに達するまでの期間を目標燃料噴射量基本値ｔＱｆ０に対する補正期間として（図１０最上段参照）、過渡的に変化する燃料噴射量である目標燃料噴射量基本値ｔＱｆ０（図１０第３段目参照）と、定常リーン燃焼状態での燃料噴射量に相当するＱｆ Ｄｒｖ×Ｋａ（図１０第４段目参照）との間を所定の周期で増減する燃料噴射量を目標燃料噴射量ｔＱｆとして求めている（図１０第５段目参照）。図１０ではｔＱｆの波形がよく分かるように燃料噴射量の増減周期を拡大して示しているが、実際には図９第５段目のようにｔＱｆの波形は少しつぶれている。このため、図９第７段目のように実空気過剰率Ｒｌａｍｂの波形も少しつぶれている。
【００７５】
このように目標燃料噴射量ｔＱｆを演算すると、応答遅れ補正時間Ｔｄｔｉｍｅでの目標燃料噴射量基本値ｔＱｆ０は空気過剰率で１．０未満の値を与え、これに対してＱｆ Ｄｒｖ×Ｋａは空気過剰率で１．０を超える値を与えるので（請求項１、２に記載の発明）、このように所定の周期で振動する目標燃料噴射量ｔＱｆを燃料供給手段に与えたとき、実空気過剰率Ｒｌａｍｂが１．０（理論空燃比）を挟んで往復する（図９第７段目参照）。この結果、ＮＯｘトラップ触媒に持たせている三元触媒機能が働き、リーン燃焼よりリッチ燃焼への切換時の排気が浄化される。
【００７６】
また、第２目標燃料噴射量ｔＱｆはトルク変動が生じない周期で増減するので（請求項３に記載の発明）、リッチ燃焼への切換時のトルク変動を抑制でき（図９第６段目参照）、これによりリッチ側への切換時のトルク変動が緩慢となるため運転者に不快な振動を与えることもない。
【００７７】
この場合、目標燃料噴射量の増減をさらにエンジンの応答周期より早い周期で行うようにしてもかまわない（請求項６に記載の発明）。エンジンの応答を表すボード線図は図１１のように、横軸に目標燃料噴射量ｔＱｆを増減させたときの周波数を、縦軸にエンジンの発生するトルクの位相とゲインとを採ったものであるが、図示の周波数ｆ０より右側の領域の周波数に対応する周期で目標燃料噴射量ｔＱｆを増減することで、この目標燃料噴射量ｔＱｆの増減に伴う気筒毎のトルク変動はエンジンの慣性に吸収され、出力軸トルクの変動を微弱なものに抑制できる。この結果、上記のようにｔＱｆ０とＱｆ Ｄｒｖ×Ｋａとの間で目標燃料噴射量ｔＱｆを増減させた場合であっても、確実にトルク変動を抑制することができる。
【００７８】
また、本実施形態（請求項８に記載の発明）では、燃料噴射量の増減周期（Ｔｃｙｃｌｅ）を、目標新気量ｔＱａｃに対する実新気量Ｑａｃの未達割合（＝制御誤差ｄｌａｍｂ）が大きい場合に大きくし、未達割合が小さくなるほど小さくしている（図１５最下段のｔＱｆ参照）。これによって目標燃料噴射量ｔＱｆの増減周期を一定とする場合（図１５中段のｔＱｆ参照）よりもトルク変動を最小にしつつ目標空気過剰率への収束を早くすることが可能になり、さらなるトルク変動抑制と排気低減が可能となることを実験により確認している。
【００７９】
実施形態ではリーン燃焼よりリッチ燃焼への切換時とリーン燃焼よりストイキ燃焼への切換時（つまり上記〔１〕と〔２〕の場合）とを挙げ、このうちリーン燃焼よりリッチ燃焼への切換時で代表させて説明したが、これに限られるものでなく、本発明では目標空気過剰率の大きな値から小さな値への切換時を対象とするので、次の場合も本発明の対象となる。
【００８０】
〔３〕硫黄被毒解除運転時よりＤＰＦ再生運転への切換時
実施形態では、可変ノズルの開口割合に応じて過給圧が変化するターボ過給機で説明したが、これに限られるものでなく、以下のものにも適用がある。すなわち、排気タービンではガスが通過する面積を変えてやれば過給圧が変化するので、ノズルのほかスクロールやディフューザの開口割合を変えても過給圧が変化する。これらは結局、排気タービンの幾何学形状（ジオメトリー）を変え得るものであるので、可変ジオメトリックターボ過給機（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ Ｔｕｒｂｏｃｈａｒｇｅｒ）で総称される。本発明はこうした可変ジオメトリックターボ過給機に適用がある。また、ウェストゲートバルブを備える一定容量のターボ過給機にも適用がある。可変ジオメトリックターボ過給機ではたとえば過給機の開口面積または開口面積相当値の目標値が、またウェストゲートバルブを備える一定容量のターボ過給機たとえばそのバルブ開度の目標値が過給機の作動目標値となる。
【００８１】
本発明は、実施形態に限られるものでなく、次のように構成してもかまわない。
（ａ）運転条件に応じて新気量と燃料噴射量を制御する吸入新気量・燃料噴射量制御手段と、空気過剰率を、１より大きい値から１以下の値に制御するときに、シリンダ内に流入する実新気量が目標新気量に到達するまでの間、トルク変動が生じない周期で燃料噴射量を増減する燃料噴射量増減手段とを備える（請求項１に記載の発明）。
（ｂ）運転条件に応じて目標空気過剰率を設定する目標空気過剰率設定手段と、この目標空気過剰率が得られるように新気量と燃料噴射量を制御する吸入新気量・燃料噴射量制御手段とを備えるものを前提として、目標空気過剰率が、１より大きい値から１以下の値に変更したときに、シリンダ内に流入する実新気量が目標新気量に到達するまでの間、トルク変動が生じない周期で燃料噴射量を増減する燃料噴射量増減手段とを備える（請求項２に記載の発明）。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態の制御システム図。
【図２】運転領域図。
【図３】状態遷移図。
【図４】運転条件毎の制御内容をまとめた表図。
【図５】エンジンコントローラの制御の流れを表したブロック図。
【図６】目標新気量・目標燃料噴射量・目標燃料噴射時期演算部の演算の流れを表したブロック図。
【図７】アクセル要求目標噴射量Ｑｆ Ｄｒｖの特性図。
【図８】空気過剰率トルク補正係数Ｋａの特性図。
【図９】リーン燃焼よりリッチ燃焼への切換時の目標当量比Ｔｌａｍｂ、実新気量Ｑａｃ、目標燃料噴射量基本値ｔＱｆ０、このときの実トルク、目標燃料噴射量ｔＱｆ、このときの実トルク、実空気過剰率Ｒｌａｍｂの各変化をモデル的に示す波形図。
【図１０】目標燃料噴射量ｔＱｆの演算方法を説明するための波形図。
【図１１】ボード線図。
【図１２】目標燃料噴射量演算部の演算の流れを表したブロック図。
【図１３】周期基本値の特性図。
【図１４】応答遅れ補正時間の特性図。
【図１５】本実施形態の作用を説明するための波形図。
【符号の説明】
１４ 燃料噴射弁（燃料供給手段）
１８ 吸気絞り弁（吸入空気量調整手段）
２１ 過給機（吸入空気量調整手段）
２８ 排気後処理装置
３１ エンジンコントローラ
４３ 目標空気過剰率基本値設定部（目標空気過剰率設定手段）
４６ 目標新気量・目標噴射量・目標噴射時期演算部（目標新気量・第１目標燃料噴射量演算手段）
７４ 目標燃料噴射量演算部（第２目標燃料噴射量演算手段）
【発明の属する技術分野】
この発明はディーゼルエンジンの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
理論空燃比よりリーン雰囲気での燃焼（以下「リーン燃焼」という。）で排気中のＮＯｘをトラップし理論空燃比よりリッチ雰囲気での燃焼（以下「リッチ燃焼」という。）や理論空燃比の雰囲気での燃焼（以下「ストイキ燃焼」という。）になるとこのトラップされているＮＯｘを排気中のＨＣ、ＣＯを還元剤として用いて還元浄化し得るＮＯｘトラップ触媒を排気通路に備えるものがある（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−２７９７１８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、排気通路にＮＯｘトラップ触媒を備えるディーゼルエンジンでは、通常はリーン燃焼（空気過剰率が１．４以上）での運転を行い、ＮＯｘトラップ触媒にある程度の量のＮＯｘがトラップされた段階で、リッチ燃焼（空気過剰率が１．０未満）やストイキ燃焼（空気過剰率が１．０あるいはその近傍）での運転を行わなければならない。なお、空気過剰率は空燃比を理論空燃比（１４．７）で除した値である。
【０００５】
このリーン燃焼からリッチ燃焼（またはストイキ燃焼）への切換時を図９により具体的に説明すると、同図の最上段で目標空気過剰率Ｔｌａｍｂが、リーン燃焼時の値であるほぼ１．８よりリッチ燃焼時の値であるほぼ０．８へとステップ的に切換わっている。こうした目標空気過剰率の切換を実現するにはまずシリンダへと供給される新気を減らすことであるが、新気は図９第２段目のように切換タイミングよりほぼ一次の応答遅れをもってシリンダへと供給されるしかない。このため、一次の応答遅れをもってシリンダに流入する実新気量Ｑａｃに対して、切換後の目標空気過剰率である０．８が得られるように目標燃料噴射量（ｔＱｆ０）を、
ｔＱｆ０＝Ｑａｃ／（Ｔｌａｍｂ×ＢＬＡＭＢ＃）…（α）
ただし、ＢＬＡＭＢ＃：理論空燃比、
の式により演算すると、このときの目標燃料噴射量（ｔＱｆ０）は図９第３段目のように目標空気過剰率の切換タイミングでステップ的に立ち上がり、その後にＱａｃに合わせてゆっくり低下してゆく波形となる。すなわち、一次の応答遅れを有する実新気量Ｑａｃに対して目標燃料噴射量（ｔＱｆ０）を演算することで、切換後の目標空気過剰率を実現できるのであるが、このように目標燃料噴射量（ｔＱｆ０）を演算したとき切換前後でトルク増が生じ（図９第４段目参照）、運転性に影響してしまう。
【０００６】
そこで本発明は、リーン燃焼よりリッチ燃焼（またはストイキ燃焼）への切換時に、前記（α）式の目標燃料噴射量（ｔＱｆ０）に代えて、シリンダに流入する実新気量Ｑａｃが目標新気量に到達するまでの間、トルク変動が生じない周期で増減する目標燃料噴射量（ｔＱｆ）を演算することにより（図９第５段目参照）、トルク変動の発生を抑制しつつ（図９第６段目参照）、空気過剰率を切換後の目標に速やかに到達させることを目的とする。
【０００７】
一方、上記従来装置では、吸気制御弁の開度をΔθだけ閉弁して吸入空気量を減少させることにより燃焼室内における平均空燃比をリーンからリッチに切換えるときに、吸入空気量の減少によるエンジン出力トルクの低下分だけエンジン出力を増大させるのに必要な追加燃料量ΔＱを算出し、この追加燃料量ΔＱだけ噴射燃料量を増量させることによって、燃焼室内における平均空燃比がリーンからリッチに切換えられてもエンジンの出力トルクが変化しないようにしている。
【０００８】
しかしながら、従来装置は、リーン燃焼よりリッチ燃焼への切換時に吸入空気量を減じつつ燃料噴射量を増量するという点で、図９最上段〜第３段目の波形を用いて述べた処と基本的な考え方は同様であり、リッチ燃焼への切換時のトルク変動を効果的に抑制できるものでない。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、排気中のＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯを浄化し得る三元触媒と、運転条件に応じて新気量と燃料噴射量を制御する吸入新気量・燃料噴射量制御手段と、空気過剰率を、１より大きい値から１以下の値に制御するときに、シリンダ内に流入する実新気量が目標新気量に到達するまでの間、トルク変動が生じない周期で燃料噴射量を増減する燃料噴射量増減手段とを備え、前記燃料噴射量を増減する際に実空気過剰率が１．０を挟んで往復するようにする。
【００１０】
あるいは運転条件に応じて目標空気過剰率を設定する目標空気過剰率設定手段と、この目標空気過剰率が得られるように新気量と燃料噴射量を制御する吸入新気量・燃料噴射量制御手段とを備えるものを前提として、排気中のＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯを浄化し得る三元触媒と、目標空気過剰率が、１より大きい値から１以下の値に変更したときに、シリンダ内に流入する実新気量が目標新気量に到達するまでの間、トルク変動が生じない周期で燃料噴射量を増減する燃料噴射量増減手段とを備え、前記燃料噴射量を増減する際に実空気過剰率が１．０を挟んで往復するようにする。
【００１１】
【発明の効果】
本発明では、空気過剰率を、１より大きい値から１以下の値に制御するときにあるいは目標空気過剰率が、１より大きい値から１以下の値に変更したときに、シリンダ内に流入する実新気量が目標新気量に到達するまでの間、トルク変動が生じない周期で燃料噴射量を増減するので、リッチ燃焼への切換時のトルク変動を抑制でき（図９第６段目参照）、これによりリッチ側への切換時のトルク変動が緩慢となるため運転者に不快な振動を与えることもない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１にエンジンの構成を示す。このエンジンではＥＧＲを行うことなどにより吸気の酸素濃度が低くなって燃焼温度が低下するときに、熱発生パターンが単段燃焼の形態となるよう着火遅れ期間を大幅に長くすることにより、燃焼温度の低下によるＮＯｘの低減と燃焼の予混合化によるＰＭの低減とを同時に実現している。この場合、熱発生パターンが単段燃焼の形態となる燃焼（予混合燃焼主体の燃焼のことで、以下単に「予混合燃焼」という。）を実現するには燃焼温度および着火遅れ期間をともに一定の範囲に収める必要がある。このためＥＧＲガス温度が高くなる高負荷域や燃焼期間が短くなる高回転速度域では予混合燃焼が成立しなくなるので、予混合燃焼が不可能な領域になると燃料を空気と混合させながら燃焼させる、いわゆる拡散燃焼（以下単に「拡散燃焼」という。）の状態で制御する。
【００１３】
以下具体的に述べる。予混合燃焼では、ＥＧＲによる酸素濃度の低減で低温燃焼を実現するため、排気通路２と吸気通路３のコレクタ部３ａとを結ぶＥＧＲ通路４に、圧力制御弁（図示しない）からの制御圧力に応動するダイヤフラム式のＥＧＲ弁６を備えている。圧力制御弁は、エンジンコントローラ３１からのデューティ制御信号により駆動されるもので、これによって運転条件に応じた所定のＥＧＲ率を得るようにしている。
【００１４】
エンジンにはコモンレール式の燃料噴射装置１０を備える。この燃料噴射装置１０は、主に燃料タンク（図示しない）、サプライポンプ１４、コモンレール（蓄圧室）１６、気筒毎に設けられるノズル１７からなり、サプライポンプ１４により加圧された燃料は蓄圧室１６にいったん蓄えられたあと、蓄圧室１６の高圧燃料が気筒数分のノズル１７に分配される。
【００１５】
ノズル１７（燃料噴射弁）は、針弁、ノズル室、ノズル室への燃料供給通路、リテーナ、油圧ピストン、リターンスプリングなどからなり、油圧ピストンへの燃料供給通路に介装される三方弁（図示しない）が介装されている。三方弁（電磁弁）のＯＦＦ時には、針弁が着座状態にあるが、三方弁がＯＮ状態になると針弁が上昇してノズル先端の噴孔より燃料が噴射される。つまり三方弁のＯＦＦからＯＮへの切換時期により燃料の噴射開始時期が、またＯＮ時間により燃料噴射量が調整され、蓄圧室１６の圧力が同じであればＯＮ時間が長くなるほど燃料噴射量が多くなる。
【００１６】
ＥＧＲ通路４の開口部下流の排気通路２に、排気タービン２２と吸気コンプレッサ２３とを同軸で連結した可変容量ターボ過給機２１を備える。排気タービン２２のスクロール入口に、アクチュエータ２５により駆動される可変ノズル２４が設けられ、エンジンコントローラ３１により、可変ノズル２４は低回転速度域から所定の過給圧が得られるように、低回転速度側では排気タービン２２に導入される排気の流速を高めるノズル開度（傾動状態）に、高回転速度側では排気を抵抗なく排気タービン２２に導入させノズル開度（全開状態）に制御する。
【００１７】
上記のアクチュエータ２５は、制御圧力に応動して可変ノズル２６を駆動するダイヤフラムアクチュエータ２６と、このダイヤフラムアクチュエータ２６への制御圧力を調整する圧力制御弁２７とからなり、可変ノズル２４の実開度が目標ノズル開度となるように、デューティ制御信号が作られ、このデューティ制御信号が圧力制御弁２７に出力される。
【００１８】
一方、排気タービン２２下流の排気通路２に排気中のＰＭを捕集するＤＰＦ（ディーゼルパーティキュレートフィルタ）にＮＯｘトラップ触媒を組み込んだ排気後処理装置２８を備える。もちろんＤＰＦとＮＯｘトラップ触媒とが別体である場合でもかまわない。
【００１９】
ここで、ＮＯｘトラップ触媒は、リーン燃焼時に排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）をトラップし、ストイキ燃焼時やリッチ燃焼時にトラップしていたＮＯｘを排気中のＨＣ、ＣＯを還元剤として用いて還元浄化するものである。
【００２０】
また、ＮＯｘトラップ触媒には、空気過剰率が１．０（つまり理論空燃比）の近傍でＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯを同時に効率よく浄化し得る三元触媒機能を持たせている。
【００２１】
エンジンコントローラ３１では、図２に示したように予混合燃焼が可能な運転領域（図２のＡ領域）では予混合燃焼を行わせ、予混合燃焼が不可能な運転領域（図２のＢ領域）になると拡散燃焼に切換えるが、これら燃焼はいずれもリーン燃焼での運転である。このリーン燃焼での運転中にトラップされたＮＯｘが許容範囲の限界まで達したときにはトラップされたＮＯｘを還元浄化するためエンジンコントローラ３１では所定の排気温度が確保できる領域（図２のＣ領域）になると、リッチ燃焼となるように空気過剰率を制御する。また、排気中に微量に含まれるＳＯｘ（硫黄酸化物）によりＮＯｘトラップ触媒が被毒されるので、ＳＯｘが許容範囲の限界まで堆積したと判定したときにはこのＳＯｘがＮＯｘトラップ触媒より脱離し得る温度に排気温度を高めるため、ほぼストイキ燃焼となるように空気過剰率を制御する。
【００２２】
なお、排気中のＰＭがＤＰＦに許容範囲の限界まで堆積したと判定したとき、その堆積したＰＭが燃焼し得る温度である３００℃前後まで排気温度を高めるため、空燃比がややリーンとなるように空気過剰率を設定している。
【００２３】
このようにＮＯｘトラップ触媒にトラップされるＮＯｘの還元（以下単に「ＮＯｘ還元」という。）とＮＯｘトラップ触媒へのＳＯｘによる被毒の解除（以下単に「硫黄被毒解除」という。）のためにリッチ燃焼を得る必要があり、要求に応じてリーン燃焼からリッチ燃焼やストイキ燃焼へと切換えるのであるが、過給機２１だけではリッチ燃焼やストイキ燃焼が得られない場合があるので、図１のようにコレクタ３ａのすぐ上流の吸気通路３に、圧力制御弁（図示しない）からの制御圧力に応動するダイヤフラム式のアクチュエータ１９により駆動される吸気絞り弁１８を設けている。アクチュエータ１９の構成はＥＧＲ弁６と同様であり、吸気絞り弁用の圧力制御弁もエンジンコントローラ３１からのデューティ制御信号により駆動される。従って本実施形態では、過給機２１と吸気絞り弁１８とから吸入空気量調整手段が構成されている。
【００２４】
なお、目標新気量が得られるように排気タービン２２の可変ノズル２４の開度と吸気絞り弁１８の開度とを制御する方法には、過給機２１によっては目標新気量が得られない領域（例えばアイドル近くの低負荷域）でのみ吸気絞り弁１８を制御する方法や運転領域に関係なく可変ノズル開度と吸気絞り弁開度とを同時に制御する方法とがあるが、いずれの方法でもかまわない。また吸気絞り弁１８に代えて排気絞り弁を設けたものでもかまわない。さらにＥＧＲ装置を吸入空気量調整手段として用いることもできる。なお、コレクタ３ａ下流の吸気通路３に設けられるスワール制御弁８は燃焼室に吸入される吸気の流速を高めて燃焼室内に渦流（スワール）を生成するためのものである。
【００２５】
なお、ＮＯｘ還元、硫黄被毒解除、ＤＰＦ再生を行う運転は所定の条件が成立したときだけであるのでこれらＮＯｘ還元、硫黄被毒解除、ＤＰＦ再生を行うのための運転をまとめて条件運転とし、これに対して予混合燃焼や拡散燃焼といったリーン燃焼を行う運転を通常運転として区別すれば、通常運転から条件運転への移行やその逆への移行のさせ方には様々なものが公知になっており、ここでは予混合燃焼時や拡散燃焼時にＮＯｘ還元や硫黄被毒再生の各要求があったときには条件運転に切換え、ＮＯｘ還元のための運転が終了したときにはもとの通常運転に戻るが、硫黄被毒解除のための運転が終了したときには続けてＤＰＦ再生に移り、その後に通常運転に戻るようにしている（図３参照）。
【００２６】
アクセルセンサ３２、エンジン回転速度とクランク角度を検出するセンサ３３、水温センサ３４からの信号が入力されるエンジンコントローラ３１では、
（ア）通常運転時のリーン燃焼、
（イ）ＮＯｘ還元のためのリッチ燃焼、
（ウ）硫黄被毒解除のためのストイキ燃焼、さらには
（エ）ＤＰＦ再生のためのリーン燃焼
を実現するため空気過剰率を中心とした制御を行う（図４参照）。
【００２７】
この空気過剰率を中心とした制御では、上記（ア）〜（エ）の各燃焼状態に応じた目標空気過剰率基本値Ｔｌａｍｂ０を設定し、この目標空気過剰率基本値Ｔｌａｍｂ０に基づいて目標新気量ｔＱａｃと目標燃料噴射量基本値ｔＱｆ０（第１目標燃料噴射量）を演算し、目標新気量ｔＱａｃが得られるように吸入新気量調整手段を用いて吸入新気量を調整し、目標燃料噴射量基本値ｔＱｆ０が得られるように燃料供給手段を用いて燃料をエンジンに供給する。
【００２８】
また、
〔１〕リーン燃焼よりリッチ燃焼への切換時、または、
〔２〕リーン燃焼よりストイキ燃焼への切換時
に前記目標燃料噴射量基本値Ｔｌａｍｂ０に代えて、シリンダに流入する実新気量Ｑａｃが目標新気量ｔＱａｃに到達するまでの間、トルク変動が生じない周期で実空気過剰率Ｒｌａｍｂが１．０を挟んで往復するように増減する目標燃料噴射量ｔＱｆ（第２目標燃料噴射量）を演算する。
【００２９】
エンジンコントローラ３１で実行されるこの制御を、制御の流れを示した図５のブロック図に従って説明する。
【００３０】
図５において排気後処理要求部４１では、エンジンの運転時間や排気後処理装置２８の状態等からＮＯｘ還元、硫黄被毒解除、ＤＰＦ再生のための各運転を行うべきかどうかを判定し、いずれかの運転を行うべきと判定したときはその旨の要求を出す。ここでは３つの要求を総称して排気後処理要求という。
【００３１】
目標エンジントルク設定部４２では、アクセルセンサ３２からのアクセル開度とクランク角センサ３３からのエンジン回転速度Ｎｅとに基づいて目標エンジントルクＴｔｒｑを演算する。この目標エンジントルクの演算方法としては例えばアクセル開度とエンジン回転速度をパラメータとするマップを検索させる方法がある。
【００３２】
目標空気過剰率基本値設定部４３（目標空気過剰率設定手段）では、次のようにして目標空気過剰率基本値を設定する。
【００３３】
〈１〉通常運転時には目標エンジントルクＴｔｒｑとエンジン回転速度Ｎｅか
ら所定のマップを検索することにより目標空気過剰率基本値Ｔｌａｍｂ０
を演算する。この目標空気過剰率基本値Ｔｌａｍｂ０は通常１．４より大
きな値である。
【００３４】
〈２〉条件運転時にはそれぞれに最適な目標空気過剰率基本値Ｔｌａｍｂ０を
設定する。具体的にはＮＯｘ還元時には１．０を下回る（空燃比はリッチ
）値になるように、硫黄被毒解除時にはほぼ１．０（空燃比は理論空燃比
）となるように、ＤＰＦ再生時には１．０を少し超える（空燃比は少しリ
ーン）値になるように設定する（図４参照）。
【００３５】
目標ＥＧＲ率設定部４４では、次のようにして目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒを設定する。すなわち通常運転時には目標エンジントルクＴｔｒｑとエンジン回転速度Ｎｅから所定のマップを検索することにより目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒを演算し、通常運転時から条件運転時に切換わったときには通常運転時の値をそのまま維持する。
【００３６】
実新気量演算部４５では吸気コンプレッサ２３上流の吸気通路３に設けられるエアフローメータ３５（図１参照）の出力に基づいてシリンダに流入する実新気量Ｑａｃを演算する。このＱａｃは吸入空気の挙動を一次遅れで近似すると共に無駄時間をも考慮した値であり公知である。
【００３７】
目標新気量・目標噴射量・目標噴射時期演算部４６（目標新気量・第１目標燃料噴射量演算手段）では目標新気量ｔＱａｃ、目標燃料噴射量ｔＱｆ及び目標燃料噴射時期ＭＩＴを演算する。この演算については演算の流れを示した図６のブロック図により詳述する。
【００３８】
図６において、遅れ処理部６２で目標空気過剰率基本値Ｔｌａｍｂ０に対して例えば一次の遅れ処理を施し、遅れ処理後の値を目標空気過剰率Ｔｌａｍｂとする。これは、燃料が応答遅れなくシリンダへと流入するのに対し、新気はシリンダへと流入する際に応答遅れが生じるのを避けることができないので、この吸気系の応答遅れ相当だけ目標空気過剰率を遅らせ、この遅らせた目標空気過剰率より燃料噴射量を演算することで、シリンダへの供給燃料と供給空気の間に位相差が出ないようにするためのものである。
【００３９】
シリンダ内目標空気過剰率演算部６３ではこの目標空気過剰率Ｔｌａｍｂを用いて、
Ｔｌａｍｂ Ｃｙｌ＝
Ｔｌａｍｂ×Ｒｌａｍｂn-1
／（Ｒｌａｍｂn-1＋Ｒｅｇｒ×（Ｒｌａｍｂn-1−１））…（１）
ただし、Ｒｌａｍｂn-1：１サイクル前の実空気過剰率、
Ｒｅｇｒ ：実ＥＧＲ率、
の式によりシリンダ内目標空気過剰率Ｔｌａｍｂ Ｃｙｌを計算する。
【００４０】
（１）式において実空気過剰率Ｒｌａｍｂに付けた添え字のｎ−１は１サイクル前の値を表す。これは、各気筒で１サイクル毎に燃料噴射を行っているために実空気過剰率は前サイクル時の値を検出することになるので、この前サイクル時の実空気過剰率Ｒｌａｍｂを用いて今サイクル時のシリンダ内目標空気過剰率Ｔｌａｍｂ Ｃｙｌを求めることになるためである。
【００４１】
（１）式はＥＧＲガス中に残留する酸素分だけ目標空気過剰率Ｔｌａｍｂを補正したものである。すなわち、（１）式は次のようにして導出したものである。シリンダ内の空気過剰率を次式により定義する。
【００４２】
ＴＬＡＭＢＤＡ
＝ＱＡＣ×｛１＋ＲＥＧＲ×（ＲＬＡＭＢＤＡ−１）／ＲＬＡＭＢＤＡ｝
／（ＱＦ×ＢＬＡＭＢ＃） …（補１）
ただし、ＴＬＡＭＢＤＡ：シリンダ内の空気過剰率、
ＱＡＣ ：新気量、
ＲＥＧＲ ：ＥＧＲ率、
ＲＬＡＭＢＤＡ：１サイクル前の空気過剰率、
ＱＦ ：燃料噴射量、
ＢＬＡＭＢ＃ ：理論空燃比、
ここで、（補１）式右辺のＲＥＧＲ×（ＲＬＡＭＢＤＡ−１）／ＲＬＡＭＢＤＡがＥＧＲガス中に残留する酸素割合である。（補１）式において、
Ｔｌａｍｂ Ｃｙｌ＝ＱＡＣ／（Ｑｆ×ＢＬＡＭＢ＃）…（補２）
とおくと、（補１）式は次のようになる。
【００４３】
ＴＬＡＭＢＤＡ
＝Ｔｌａｍｂ Ｃｙｌ
×｛１＋ＲＥＧＲ×（ＲＬＡＭＢＤＡ−１）／ＲＬＡＭＢＤＡ｝
…（補３）
（補３）式をＴｌａｍｂ Ｃｙｌについて整理すると、
Ｔｌａｍｂ Ｃｙｌ＝
ＴＬＡＭＢＤＡ×ＲＬＡＭＢＤＡ
／（ＲＬＡＭＢＤＡ＋ＲＥＧＲ×（ＲＬＡＭＢＤＡ−１））
…（補４）
となり、この（補４）式においてＴＬＡＭＢＤＡ→Ｔｌａｍｂ、ＲＬＡＭＢＤＡ→Ｒｌａｍｂn-1、ＲＥＧＲ→Ｒｅｇｒの置き換えを行うと、上記（１）式が得られる。
【００４４】
上記（１）式の計算に必要となる実空気過剰率Ｒｌａｍｂと実ＥＧＲ率Ｒｅｇｒとは実空気過剰率演算部６４と実ＥＧＲ率演算部６５とが次式により計算している。
【００４５】
Ｒｌａｍｂ＝Ｑａｃn-1／（Ｑｆn-1×ＢＬＡＭＢ＃）…（２）
Ｒｅｇｒ＝Ｍｅｇｒ
×｛１−（Ｒｌａｍｂn-1−１）／Ｒｌａｍｂn-1｝…（３）
ただし、Ｑｆn-1：１サイクル前の目標燃料噴射量、
ここでも、目標燃料噴射量Ｑｆ、実空気過剰率Ｒｌａｍｂに付けた添え字のｎ−１は１サイクル前の値を表す。
【００４６】
目標新気量演算部６６（除算部６７と乗算部６８、６９とからなる）ではシリンダ内目標空気過剰率Ｔｌａｍｂ Ｃｙｌに基づいて次式により目標新気量ｔＱａｃを計算する。
【００４７】
ｔＱａｃ＝（Ｔｌａｍｂ Ｃｙｌ×Ｋａ／ＢＬＡＭＢ＃）×Ｑｆ Ｄｒｖ
…（４）
ただし、Ｑｆ Ｄｒｖ：アクセル要求目標噴射量、
Ｋａ ：空気過剰率トルク補正係数、
ここで、アクセル要求目標噴射量Ｑｆ Ｄｒｖはアクセル開度（負荷相当）に応じた目標燃料噴射量を与えるものである。具体的にはアクセル要求目標噴射量演算部７０でアクセル開度Ｃｌとエンジン回転速度Ｎｅから図７を内容とするマップを検索することによりアクセル要求目標噴射量Ｑｆ Ｄｒｖを演算している。
【００４８】
排気後処理要求が発生したとき、例えばリッチ燃焼時にはそれまで１．４を超えていた値よりほぼ１．０より小さい値へと目標空気過剰率Ｔｌａｍｂを小さくするが、このように目標空気過剰率Ｔｌａｍｂを小さくするとトルク不足が生じる。空気過剰率トルク補正係数Ｋａは、こうした目標空気過剰率Ｔｌａｍｂが小さい領域でのトルク不足を補うためのものである。トルク不足を補うためには空燃比をリーン側に、つまり目標空気過剰率Ｔｌａｍｂを大きくしてやればよいので、図８に示したように目標空気過剰率Ｔｌａｍｂが小さい領域で１．０を超える値を与えている。
【００４９】
一方、目標燃料噴射量基本値演算部７１（乗算部７２と除算部７３とからなる）ではシリンダ内目標空気過剰率Ｔｌａｍｂ Ｃｙｌに基づいて次式により目標燃料噴射量基本値Ｑｆ０を計算する。
【００５０】
Ｑｆ０＝Ｑａｃ／（Ｔｌａｍｂ Ｃｙｌ×ＢＬＡＭＢ＃）…（５）
目標燃料噴射量演算部７４（第２目標燃料噴射量演算手段）では排気後処理要求が発生してリーン燃焼よりリッチ燃焼への切換時またはリーン燃焼よりストイキ燃焼への切換時に、この目標燃料噴射量基本値ｔＱｆ０に対して補正を行い、補正後の値を目標燃料噴射量ｔＱｆとする。
【００５１】
これについて、リーン燃焼よりッチ燃焼への切換時の場合で具体的に説明すると、図９は目標空気過剰率Ｔｌａｍｂを、リーン燃焼時の値である１．４を超える値よりリッチ燃焼時の値である１．０を下回る小さな値へとステップ変化させたときのモデル波形図である。目標空気過剰率Ｔｌａｍｂをこのようにリーン側よりリッチ側へと切換えたときシリンダ内に流入する実新気量Ｑａｃ［ｍｇ／ｓｔ．］はほぼ一次の応答遅れをもって変化するので（図９第２段目参照）、上記（５）式により計算される目標燃料噴射量基本値Ｑｆ０［ｍｇ／ｓｔ．］もほぼ一次の応答遅れをもって変化し（図９第３段目参照）、この一次遅れで変化する目標燃料噴射量基本値Ｑｆ０を燃料供給手段に与えたとき、リッチ燃焼への切換前後でトルク増が生じている（図９第４段目参照）。
【００５２】
これに対して本実施形態では、図１０に示したようにシリンダに流入する実新気量Ｑａｃが目標新気量ｔＱａｃに達するまでの期間を補正期間（補正時間Ｔｄｔｉｍｅ）として（図１０最上段参照）、過渡的に変化する燃料噴射量である目標燃料噴射量基本値ｔＱｆ０（図１０第３段目参照）と、定常リーン燃焼状態での燃料噴射量に相当するＱｆ Ｄｒｖ×Ｋａ（図１０第４段目参照）との間を所定の周期で増減する燃料噴射量を目標燃料噴射量ｔＱｆとして求める（図１０第５段目参照）。
【００５３】
エンジンコントローラ３１で実行されるこの目標燃料噴射量ｔＱｆの演算方法を図１２のブロック図により詳述する。
【００５４】
図１２において減算部８２では実空気過剰率Ｒｌａｍｂからシリンダ内目標空気過剰率Ｔｌａｍｂ Ｃｙｌを差し引いて制御誤差ｄｌａｍｂ（偏差）を算出し、周期基本値演算部８３でこの制御誤差ｄｌａｍｂから図１３を内容とするテーブルを検索することにより、燃料噴射量を増減する際の周期基本値Ｔｃｙｃｌｅ０を演算する。図１３に示したようにこの周期基本値Ｔｃｙｃｌｅ０は制御誤差ｄｌａｍｂが大きくなるほど小さくなる値である。
【００５５】
これは、目標新気量ｔＱａｃに対する実新気量Ｑａｃの未達割合（＝制御誤差ｄｌａｍｂ）が大きい場合には燃料噴射量の増減周期を大きくし、未達割合が小さくなるほど燃料噴射量の増減周期を小さくするものである。
【００５６】
なお、リーン燃焼よりリッチ燃焼への切換時にはＲｌａｍｂ≧Ｔｌａｍｂ Ｃｙｌとなるので、図１３においてｄｌａｍｂが負である領域は考えていない。
【００５７】
応答遅れ補正時間演算部８４では、単位時間あたりの実新気量Ｑａｓ０から図１４を内容とするテーブルを検索することにより吸気系の応答遅れ補正時間Ｔｄｔｉｍｅを演算する。この応答遅れ補正時間Ｔｄｔｉｍｅは図１０最上段に示したようにシリンダに流入する実新気量Ｑａｃが目標新気量ｔＱａｃに追い着くまでの時間（応答遅れ時間）であり、かつ目標燃料噴射量基本値Ｑｆ０に対して補正を行う時間である。
【００５８】
図１４に示したように応答遅れ補正時間Ｔｄｔｉｍｅは単位時間当たりの実新気量Ｑａｓ０が小さいほど大きくなる値である。これは、単位時間当たりの実新気量Ｑａｓ０が小さいほど吸入新気の流速が遅く、その分実新気量Ｑａｃが目標新気量ｔＱａｃへと落ち着くのが遅くなるので、これに合わせて補正時間を長したものである。
【００５９】
ここで、単位時間当たりの実新気量Ｑａｓ０はエアフローメータ３５を流れる実新気量でエアフローメータ３５より得られる。
【００６０】
遅延信号処理部８５ではリーン燃焼よりリッチ燃焼への切換時にその切換直後から応答遅れ補正時間Ｔｄｔｉｍｅだけ１となる状態フラグＦｄｅｌａｙを作成する。
【００６１】
選択部８６では状態フラグＦｄｅｌａｙ＝１であるあいだ周期基本値Ｔｃｙｃｌｅ０を選択しこれをそのまま燃料噴射量の増減周期Ｔｃｙｃｌｅとして、また状態フラグＦｄｅｌａｙ＝０であるときゼロを選択しこれを燃料噴射量の増減周期Ｔｃｙｃｌｅとして出力し、シグナルジェネレータ８７では状態フラグＦｄｅｌａｙ＝１であるあいだこの増減周期Ｔｃｙｃｌｅを周期とするパルス状のフラグＦＱｆｓｗ（ＯＮ−ＯＦＦパルス）を作成する（図１０第２段目参照）。
【００６２】
選択部８９では同じくフラグＦＱｆｓｗ＝１（ＯＮ−ＯＦＦパルスがＯＮ）であるあいだ過渡的に変化する燃料噴射量である目標燃料噴射量基本値ｔＱｆ０を選択し、またフラグＦＱｆｓｗ＝０（ＯＮ−ＯＦＦパルスがＯＦＦ）であるあいだ定常リーン燃焼状態での燃料噴射量に相当する目標燃料噴射量Ｑｆ Ｄｒｖ×Ｋａ（ここでは目標空気過剰率が変化した分だけトルクが変わるためその分を補正している）を選択し、選択後の値を目標燃料噴射量ｔＱｆとして出力する。
【００６３】
このようにして目標燃料噴射量ｔＱｆを演算したら図６に戻る。
【００６４】
目標燃料噴射時期演算部７５では目標空気過剰率基本値Ｔｌａｍｂ０と排気後処理要求とから図４に示すいずれの運転であるのかを判定し、その判定結果に応じ空気過剰率が変化しても安定した燃焼が得られるように次のようにして目標燃料噴射時期基本値ＭＩＴを演算する。
【００６５】
〈１〉通常運転時であるときには目標エンジントルクＴｔｒｑとエンジン回転速度Ｎｅから所定のマップを検索することにより目標燃料噴射時期基本値
ＭＩＴを演算する。
【００６６】
〈２〉ＤＰＦ再生時には図２に示す運転領域Ａ、Ｂに依存して目標燃料噴射時
期基本値ＭＩＴを定める。
【００６７】
〈３〉ＮＯｘ還元時と硫黄被毒解除時には通常領域に対して所定値（１０〜１５°）進角させた値を目標燃料噴射時期基本値ＭＩＴとして定める。ここで通常領域とはＮＯｘ還元や硫黄被毒解除の運転に入る前の運転領域（通
常運転時の運転領域ＡまたはＢ）のことである。
【００６８】
このようにして図６により目標新気量ｔＱａｃ、目標燃料噴射量ｔＱｆ、目標燃料噴射時期ＭＩＴを演算したら図５に戻る。
【００６９】
燃料噴射弁制御部４７では目標燃料噴射量ｔＱｆに応じて燃料噴射期間を演算し、これと目標燃料噴射時期ＭＩＴとからパルス信号を作ってノズル１７（燃料噴射弁）に出力する。
【００７０】
ＥＧＲ装置制御部４８では目標新気量ｔＱａｃと目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒとに基づいて目標ＥＧＲ弁開度を演算し、この目標ＥＧＲ弁開度をデューティ制御信号に変換してＥＧＲ弁アクチュエータに出力する。
【００７１】
過給機制御部４９では目標新気量ｔＱａｃと目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒとに基づいて可変ノズル２４の目標開度を演算し、この目標開度をデューティ制御信号に変換して可変ノズルアクチュエータに出力する。
【００７２】
吸気絞り弁制御部５０では、目標新気量ｔＱａｃと目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒとに基づいて吸気絞り弁１８の目標開度を演算し、この目標開度をデューティ制御信号に変換して吸気絞り弁アクチュエータに出力する。
【００７３】
ここで、本実施形態の作用を図９、図１０を参照しながら説明する。
【００７４】
本実施形態（請求項３に記載の発明）では、リーン燃焼よりリッチ燃焼への切換時に、シリンダに流入する実新気量Ｑａｃが目標新気量ｔＱａｃに達するまでの期間を目標燃料噴射量基本値ｔＱｆ０に対する補正期間として（図１０最上段参照）、過渡的に変化する燃料噴射量である目標燃料噴射量基本値ｔＱｆ０（図１０第３段目参照）と、定常リーン燃焼状態での燃料噴射量に相当するＱｆ Ｄｒｖ×Ｋａ（図１０第４段目参照）との間を所定の周期で増減する燃料噴射量を目標燃料噴射量ｔＱｆとして求めている（図１０第５段目参照）。図１０ではｔＱｆの波形がよく分かるように燃料噴射量の増減周期を拡大して示しているが、実際には図９第５段目のようにｔＱｆの波形は少しつぶれている。このため、図９第７段目のように実空気過剰率Ｒｌａｍｂの波形も少しつぶれている。
【００７５】
このように目標燃料噴射量ｔＱｆを演算すると、応答遅れ補正時間Ｔｄｔｉｍｅでの目標燃料噴射量基本値ｔＱｆ０は空気過剰率で１．０未満の値を与え、これに対してＱｆ Ｄｒｖ×Ｋａは空気過剰率で１．０を超える値を与えるので（請求項１、２に記載の発明）、このように所定の周期で振動する目標燃料噴射量ｔＱｆを燃料供給手段に与えたとき、実空気過剰率Ｒｌａｍｂが１．０（理論空燃比）を挟んで往復する（図９第７段目参照）。この結果、ＮＯｘトラップ触媒に持たせている三元触媒機能が働き、リーン燃焼よりリッチ燃焼への切換時の排気が浄化される。
【００７６】
また、第２目標燃料噴射量ｔＱｆはトルク変動が生じない周期で増減するので（請求項３に記載の発明）、リッチ燃焼への切換時のトルク変動を抑制でき（図９第６段目参照）、これによりリッチ側への切換時のトルク変動が緩慢となるため運転者に不快な振動を与えることもない。
【００７７】
この場合、目標燃料噴射量の増減をさらにエンジンの応答周期より早い周期で行うようにしてもかまわない（請求項６に記載の発明）。エンジンの応答を表すボード線図は図１１のように、横軸に目標燃料噴射量ｔＱｆを増減させたときの周波数を、縦軸にエンジンの発生するトルクの位相とゲインとを採ったものであるが、図示の周波数ｆ０より右側の領域の周波数に対応する周期で目標燃料噴射量ｔＱｆを増減することで、この目標燃料噴射量ｔＱｆの増減に伴う気筒毎のトルク変動はエンジンの慣性に吸収され、出力軸トルクの変動を微弱なものに抑制できる。この結果、上記のようにｔＱｆ０とＱｆ Ｄｒｖ×Ｋａとの間で目標燃料噴射量ｔＱｆを増減させた場合であっても、確実にトルク変動を抑制することができる。
【００７８】
また、本実施形態（請求項８に記載の発明）では、燃料噴射量の増減周期（Ｔｃｙｃｌｅ）を、目標新気量ｔＱａｃに対する実新気量Ｑａｃの未達割合（＝制御誤差ｄｌａｍｂ）が大きい場合に大きくし、未達割合が小さくなるほど小さくしている（図１５最下段のｔＱｆ参照）。これによって目標燃料噴射量ｔＱｆの増減周期を一定とする場合（図１５中段のｔＱｆ参照）よりもトルク変動を最小にしつつ目標空気過剰率への収束を早くすることが可能になり、さらなるトルク変動抑制と排気低減が可能となることを実験により確認している。
【００７９】
実施形態ではリーン燃焼よりリッチ燃焼への切換時とリーン燃焼よりストイキ燃焼への切換時（つまり上記〔１〕と〔２〕の場合）とを挙げ、このうちリーン燃焼よりリッチ燃焼への切換時で代表させて説明したが、これに限られるものでなく、本発明では目標空気過剰率の大きな値から小さな値への切換時を対象とするので、次の場合も本発明の対象となる。
【００８０】
〔３〕硫黄被毒解除運転時よりＤＰＦ再生運転への切換時
実施形態では、可変ノズルの開口割合に応じて過給圧が変化するターボ過給機で説明したが、これに限られるものでなく、以下のものにも適用がある。すなわち、排気タービンではガスが通過する面積を変えてやれば過給圧が変化するので、ノズルのほかスクロールやディフューザの開口割合を変えても過給圧が変化する。これらは結局、排気タービンの幾何学形状（ジオメトリー）を変え得るものであるので、可変ジオメトリックターボ過給機（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ Ｔｕｒｂｏｃｈａｒｇｅｒ）で総称される。本発明はこうした可変ジオメトリックターボ過給機に適用がある。また、ウェストゲートバルブを備える一定容量のターボ過給機にも適用がある。可変ジオメトリックターボ過給機ではたとえば過給機の開口面積または開口面積相当値の目標値が、またウェストゲートバルブを備える一定容量のターボ過給機たとえばそのバルブ開度の目標値が過給機の作動目標値となる。
【００８１】
本発明は、実施形態に限られるものでなく、次のように構成してもかまわない。
（ａ）運転条件に応じて新気量と燃料噴射量を制御する吸入新気量・燃料噴射量制御手段と、空気過剰率を、１より大きい値から１以下の値に制御するときに、シリンダ内に流入する実新気量が目標新気量に到達するまでの間、トルク変動が生じない周期で燃料噴射量を増減する燃料噴射量増減手段とを備える（請求項１に記載の発明）。
（ｂ）運転条件に応じて目標空気過剰率を設定する目標空気過剰率設定手段と、この目標空気過剰率が得られるように新気量と燃料噴射量を制御する吸入新気量・燃料噴射量制御手段とを備えるものを前提として、目標空気過剰率が、１より大きい値から１以下の値に変更したときに、シリンダ内に流入する実新気量が目標新気量に到達するまでの間、トルク変動が生じない周期で燃料噴射量を増減する燃料噴射量増減手段とを備える（請求項２に記載の発明）。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態の制御システム図。
【図２】運転領域図。
【図３】状態遷移図。
【図４】運転条件毎の制御内容をまとめた表図。
【図５】エンジンコントローラの制御の流れを表したブロック図。
【図６】目標新気量・目標燃料噴射量・目標燃料噴射時期演算部の演算の流れを表したブロック図。
【図７】アクセル要求目標噴射量Ｑｆ Ｄｒｖの特性図。
【図８】空気過剰率トルク補正係数Ｋａの特性図。
【図９】リーン燃焼よりリッチ燃焼への切換時の目標当量比Ｔｌａｍｂ、実新気量Ｑａｃ、目標燃料噴射量基本値ｔＱｆ０、このときの実トルク、目標燃料噴射量ｔＱｆ、このときの実トルク、実空気過剰率Ｒｌａｍｂの各変化をモデル的に示す波形図。
【図１０】目標燃料噴射量ｔＱｆの演算方法を説明するための波形図。
【図１１】ボード線図。
【図１２】目標燃料噴射量演算部の演算の流れを表したブロック図。
【図１３】周期基本値の特性図。
【図１４】応答遅れ補正時間の特性図。
【図１５】本実施形態の作用を説明するための波形図。
【符号の説明】
１４ 燃料噴射弁（燃料供給手段）
１８ 吸気絞り弁（吸入空気量調整手段）
２１ 過給機（吸入空気量調整手段）
２８ 排気後処理装置
３１ エンジンコントローラ
４３ 目標空気過剰率基本値設定部（目標空気過剰率設定手段）
４６ 目標新気量・目標噴射量・目標噴射時期演算部（目標新気量・第１目標燃料噴射量演算手段）
７４ 目標燃料噴射量演算部（第２目標燃料噴射量演算手段）
Claims (9)
- 排気中のＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯを浄化し得る三元触媒と、
運転条件に応じて新気量と燃料噴射量を制御する吸入新気量・燃料噴射量制御手段と、
空気過剰率を、１より大きい値から１以下の値に制御するときに、シリンダ内に流入する実新気量が目標新気量に到達するまでの間、トルク変動が生じない周期で燃料噴射量を増減する燃料噴射量増減手段と
を備え、
前記燃料噴射量を増減する際に実空気過剰率が１．０を挟んで往復するようにすることを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。 - 運転条件に応じて目標空気過剰率を設定する目標空気過剰率設定手段と、
この目標空気過剰率が得られるように新気量と燃料噴射量を制御する吸入新気量・燃料噴射量制御手段と
を備えるディーゼルエンジンの制御装置において、
排気中のＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯを浄化し得る三元触媒と、
目標空気過剰率が、１より大きい値から１以下の値に変更したときに、シリンダ内に流入する実新気量が目標新気量に到達するまでの間、トルク変動が生じない周期で燃料噴射量を増減する燃料噴射量増減手段と
を備え、
前記燃料噴射量を増減する際に実空気過剰率が１．０を挟んで往復するようにすることを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。 - 運転条件に応じて目標空気過剰率を設定する目標空気過剰率設定手段と、
この目標空気過剰率が得られるように目標新気量と第１目標燃料噴射量を演算する目標新気量・第１目標燃料噴射量演算手段と、
目標新気量が得られるように吸入新気量を調整し得る吸入新気量調整手段と、
第１目標燃料噴射量が得られるように燃料をエンジンに供給する燃料供給手段と
を備えるディーゼルエンジンの制御装置において、
リーン燃焼よりリッチ燃焼またはストイキ燃焼への切換時に、前記第１目標燃料噴射量に代えて、シリンダ内に流入する実新気量が目標新気量に到達するまでの間、トルク変動が生じない周期で増減する第２目標燃料噴射量を演算する第２目標燃料噴射量演算手段
を備えることを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。 - 排気通路に三元触媒を備え、第２目標燃料噴射量を演算する際に実空気過剰率が１．０を挟んで往復するようにすることを特徴とする請求項３に記載のディーゼルエンジンの制御装置。
- 第２目標燃料噴射量演算手段は、所定の周期を有するＯＮ−ＯＦＦパルスを作成するパルス作成手段と、定常リーン燃焼状態でのアクセル要求目標噴射量を演算するアクセル要求目標噴射量演算手段と、ＯＮ−ＯＦＦパルスがＯＮであるあいだ前記第１目標燃料噴射量を、ＯＮ−ＯＦＦパルスがＯＦＦであるあいだこのアクセル要求目標噴射量をそれぞれ選択する噴射量選択手段とからなることを特徴とする請求項４に記載のディーゼルエンジンの制御装置。
- 所定の周期はエンジンの応答周期より短い周期であることを特徴とする請求項５に記載のディーゼルエンジンの制御装置。
- 所定の周期は一定値であることを特徴とする請求項５に記載のディーゼルエンジンの制御装置。
- 所定の周期は、シリンダ内に流入する実新気量の目標新気量からの偏差が大きい場合に大きくし、偏差が小さくなるほど小さくすることを特徴とする請求項５に記載のディーゼルエンジンの制御装置。
- 目標空気過剰率が変化する際のトルク減を補正するための補正係数を目標空気過剰率に基づいて演算する補正係数演算手段を備え、この補正係数でＯＮ−ＯＦＦパルスがＯＮであるとき選択する第１目標燃料噴射量を補正することを特徴とする請求項５に記載のディーゼルエンジンの制御装置。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2002352228A JP4232448B2 (ja) | 2002-12-04 | 2002-12-04 | ディーゼルエンジンの制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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