JP4337183B2 - エンジンの制御装置及びエンジンの制御装置の異常診断装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンの制御装置及びエンジンの制御装置の異常診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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を設け、燃料を複数回に分けて噴射することにより、排気ガス中のＨＣ（未燃燃料である炭化水素及び燃焼によって改質された炭化水素）量を増やすという技術が知られている。例えば、通常は圧縮行程上死点近傍でのメイン噴射のみを行ない、エンジンの運転状態に応じて必要なときに、メイン噴射後の膨張行程で後噴射を行なうことにより、排気ガス中のＨＣ量を増大させる、というものである。このような排気ガス中のＨＣの増量は、排気通路に排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）を吸収するＮＯｘトラップ材を設けているときには、このトラップ材からＮＯｘを放出させるために行なわれ、あるいはＮＯｘを還元浄化するための触媒にＨＣを還元剤として供給するために行なわれる。
【０００３】
特開平１０−２０５３８４号公報には、前記メイン噴射と後噴射とを行なうことによって排気ガス中のＨＣを増やし、これをＮＯｘ還元触媒に還元剤として供給することが記載されている。また、前記後噴射を行なって排気ガス中のＨＣ量を増やしたときには排気ガスの酸素濃度が変化することから、排気通路の触媒よりも上流側に酸素濃度センサを設け、その出力変化に基いて後噴射によるＨＣ量を推定して後噴射量を補正するようにし、そのことによって、燃料噴射弁の個体差（ばらつき）、経時変化、制御系の誤差等による後噴射ＨＣのずれを是正することが記載されている。
【０００４】
特開平１０−２５２５４４号公報には、後噴射によって生ずる排気ガスの酸素濃度の変化を排気通路の触媒よりも上流側に配置した酸素濃度センサによって検出し、その検出値に基いて後噴射量のフィードバック制御をすることが記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、後噴射によって排気ガス中のＨＣ量が変化すると、その変化に対応して排気ガスの酸素濃度が変化するが、そのＨＣ量の変化が小さい場合は酸素濃度センサの出力変化も小さいから、後噴射によって排気ガス中のＨＣ量に予定する変化があったか否かを精度良く検出することができない。
【０００６】
そこで、本発明は、エンジンの燃焼状態の変更など排気ガス組成の変更を招く制御が排気ガスのＨＣ濃度の増大変化を招くものであるときに、酸素濃度センサ又はＮＯｘ濃度センサによってその増大変化を精度良く検出することができるようにして、エンジンの制御装置の異常診断を行なうこと、また、エンジンの制御を精度良く行なうことができるようにするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような課題に対して、本発明は、排気ガス中のＨＣ濃度を増加させたときの酸素濃度又はＮＯｘ濃度の変化は、そのＨＣが排気ガス中の酸素又はＮＯｘと反応したときに大きくなるから、そのような反応を積極的に生じさせることによって、その結果の酸素濃度又はＮＯｘ濃度を検出するようにしたものである。以下、具体的に説明する。
【０００８】
この出願の発明は、エンジンの燃焼室に燃料を供給する燃料噴射弁と、前記エンジンの運転状態に応じて前記燃焼室から排出される排気ガスの組成を所定期間変更する制御手段とを備えているエンジンの制御装置の異常診断装置であって、
前記エンジンの排気通路に配設され、排気ガスの酸素成分又はＮＯｘ成分の濃度を検出する濃度センサと、
前記制御手段による排気ガス組成の変更制御が排気ガスのＨＣ濃度の増大変化を招くものであるときに、前記濃度センサによって検出される前記成分濃度の変化に基いて前記変更制御の異常を判定する異常判定手段と、
前記排気ガス中の酸素又はＮＯｘと前記ＨＣとの反応を促進する反応促進手段とを備え、
前記異常判定手段が前記反応促進手段による前記反応促進後に前記濃度センサによって検出された前記濃度に基いて前記変更制御の異常を判定することを特徴とする。
【０００９】
すなわち、制御手段による排気ガス成分の変更によって排気ガスのＨＣ濃度が増大すると、排気ガスの酸素又はＮＯｘの濃度が相対的に低下するが、反応促進手段によって排気ガス中の酸素又はＮＯｘと前記ＨＣとの反応を促進すると、排気ガスの酸素又はＮＯｘの濃度がさらに低下する。このように濃度センサによって検出すべき排気ガス中の成分濃度の低下度合が大きくなるから、前記排気ガス組成の変更によって排気ガスのＨＣ濃度が予定通りに増大したか否かを精度良く検出することができるようになる。よって、異常判定手段による診断誤差が少なくなる。
【００１０】
前記制御手段による排気ガス中のＨＣ量の増大を招くような排気ガス組成の変更は、例えば燃焼室における燃料の燃焼状態の変更は、前記燃料噴射弁による燃料噴射量の増加、燃料噴射回数の増加、燃料噴射時期の遅角など燃料噴射形態の変更によって、あるいは火花点火式エンジンにあってはその点火時期の遅角によって実行することができる。
【００１１】
従って、異常判定手段によって異常の判定がされたときには、燃料噴射弁又は制御手段に異常があるということになり、火花点火式エンジンの場合には点火装置、燃料噴射弁又は制御手段に異常があるということになる。
【００１２】
前記反応促進手段としては、前記ＨＣの酸化反応を促進する触媒又は前記ＮＯｘの還元反応を促進する触媒を採用することができ、その場合には前記濃度センサを前記触媒よりも下流側の排気通路に配設することになる。ＨＣの酸化反応を促進する触媒の場合、この触媒の作用により排気ガスのＨＣが排気ガス中の酸素又はＮＯｘによって酸化され、そのために排気ガスの酸素又はＮＯｘが消費されてその濃度が低下するものであり、また、ＮＯｘの還元反応を促進する触媒の場合、それによって排気ガス中のＨＣがＮＯｘと反応し易くなり、排気ガスのＮＯｘ濃度が低下するものである。
【００１３】
前記反応促進手段としては、前記異常判定手段による異常判定の際に排気ガス温度が上昇するように前記燃焼室における燃料の燃焼状態を変更するものを採用することができる。
【００１４】
例えば、ディーゼルエンジンの場合、定常運転状態では排気ガス温度が２００℃以下になることがあるが、そのときにはたとえ触媒を排気通路に設けていても、排気ガス中の酸素又はＮＯｘとＨＣとの反応性は悪くなる。そこで、排気ガス温度を積極的に上昇させて排気ガス中の酸素又はＮＯｘとＨＣとの反応を促進するものである。
【００１５】
排気ガスの温度上昇を招くような燃焼状態の変更は、燃料噴射形態の変更によって達成することができる。すなわち、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を設け、前記制御手段は、燃料を圧縮行程上死点近傍で噴射する第１噴射の後に、燃料を排気行程を終了するまでに噴射する第２噴射を行なうように前記燃料噴射弁を作動させることによって前記燃焼状態を変更させるものとし、前記反応促進手段は、前記異常判定の際に排気ガス温度が上昇するように前記第２噴射時期を変更するものとすることができる。
【００１６】
例えば、ディーゼルエンジンにおいて、圧縮行程上死点付近でのメイン噴射を行なった後にＡＴＤＣ２０゜〜５０゜ＣＡ（クランク角度）付近でポスト噴射を行なう２分割噴射によって排気ガス中のＨＣ量を増大させる場合、このポスト噴射時期を進角させるようにすれば、排気ガス温度の上昇が図れる。圧縮行程上死点付近で燃料を分割して噴射する多段噴射（先に噴射された燃料の燃焼が終了する前に次に噴射された燃料の燃焼が開始するような燃焼室内での燃焼の継続性を有する多段噴射）において、その分割回数を増やしたときにも排気ガス温度を上昇せしめることが可能であり、その際に噴射中断時間（燃料噴射弁の噴孔が閉じてから次に開くまでのインターバル）を長くして最後の噴射が終了する時期を遅くすれば、それだけ排気ガス温度が上昇する。
【００１７】
前記排気ガスの一部を前記濃度センサよりも上流側の排気通路からエンジン吸気系に還流させる排気還流手段を備えている場合、前記燃焼状態の変更によって排気ガス中のＨＣ量を増大させても、排気ガスの還流によって排気ガス中のＨＣ量が減るから、前記濃度センサによる異常判定が難しくなる。また一方では、排気の還流によって新気量が減り、しかも還流された排気ガス中のＨＣによって燃焼室内で新気中の酸素が消費されるから、排気ガスの酸素濃度が減少し、また、ＮＯｘの発生も抑えられることになり、前記濃度センサによる異常判定が難しくなる。従って、排気還流量が所定値以上のときには、前記異常判定手段よる判定を抑制する、例えば異常判定の禁止する、又は異常という判定がされ難くなるように異常判定閾値を変更する異常判定抑制手段を設けることが好ましい。
【００１８】
また、異常判定の際の排気還流量が所定値以上のときに、その排気ガスの還流を抑制（禁止又は還流量の低減）する排気還流抑制手段を設けるようにすることができる。これにより、異常判定の信頼性が高くなる。また、排気ガスのＨＣ濃度が増大するようにしてもよい。
【００１９】
また、この出願の発明は、ディーゼルエンジンの気筒内燃焼室に燃料を直接供給する燃料噴射弁と、前記エンジンの運転状態に応じて燃料を圧縮行程上死点付近において燃焼室での燃料の燃焼が継続するように複数回に分割して噴射するように前記燃料噴射弁を作動させる制御手段とを備えているエンジンの制御装置の異常診断装置であって、
前記エンジンの排気通路に配設され、排気ガスの成分濃度を検出する濃度センサと、
前記制御手段による燃料噴射形態の変更が行なわれたときに、前記濃度センサによって検出される前記成分濃度の変化に基いて前記燃料噴射形態の変更制御の異常を判定する異常判定手段とを備えていることを特徴とする。
【００２０】
制御手段による燃料噴射形態の変更が行なわれると、それによって燃焼室での燃焼状態が変化して排気ガスの成分濃度に変化を生ずる。そこで、この発明では、この成分濃度の変化を検出し、その変化が当該燃料噴射形態の変更によって予定されるものか否かによって、当該変更制御に異常があるか否かを判定するようにしたものである。
【００２１】
また、この出願の発明は、エンジンの燃焼室に燃料を供給する燃料噴射弁と、前記エンジンの運転状態に応じて前記燃焼室から排出される排気ガスの組成を所定期間変更する制御手段とを備えているエンジンの制御装置において、
前記エンジンの排気通路に配設され、排気ガスの酸素成分又はＮＯｘ成分の濃度を検出する濃度センサと、
前記制御手段による排気ガス組成の変更制御が排気ガスのＨＣ濃度の増大変化を招くものであるときに、前記濃度センサによって検出される前記成分濃度の変化に基いて前記排気ガスのＨＣ濃度が予定する増大変化をするように前記制御手段の制御を補正する補正手段と、
前記排気ガス中の酸素又はＮＯｘと前記ＨＣとの反応を促進する反応促進手段とを備え、
前記補正手段が前記反応促進手段による前記反応促進後に前記濃度センサによって検出された前記濃度に基いて前記制御手段の制御を補正することを特徴とする。
【００２２】
すなわち、制御手段による排気ガス組成の変更によって排気ガスのＨＣ濃度が増大すると、排気ガスの酸素又はＮＯｘの濃度が相対的に低下するが、反応促進手段によって排気ガス中の酸素又はＮＯｘと前記ＨＣとの反応を促進すると、排気ガスの酸素又はＮＯｘの濃度がさらに低下する。このように濃度センサによって検出すべき排気ガス中の成分濃度の低下度合が大きくなるから、前記排気ガス組成の変更制御によって排気ガスのＨＣ濃度が予定通りに増大したか否かを精度良く検出することができ、制御手段の制御の補正に有利になる。
【００２３】
【発明の効果】
以上のようにこの出願の発明によれば、エンジンの排気通路に排気ガスの酸素成分又はＮＯｘ成分の濃度を検出する濃度センサを設け、制御手段による排気ガス組成の変更制御が排気ガスのＨＣ濃度の増大変化を招くものであるときに、前記濃度センサによって検出される前記成分濃度の変化に基いて前記変更制御の異常を判定するようにし、且つ前記排気ガス中の酸素又はＮＯｘと前記ＨＣとの反応を促進する反応促進手段を設け、その反応促進によって前記濃度変化が大きくなるようにしたから、前記排気ガス組成の変更によって排気ガスのＨＣ濃度が予定通りに増大したか否かを精度良く検出することができるようになり、異常診断の信頼性が高まる。
【００２４】
また、この出願の発明によれば、前記反応促進手段として触媒を採用し、この触媒よりも下流側の排気通路に前記濃度センサを設けるようにしたから、簡単な構成で異常診断の信頼性を高めることができる。
【００２５】
また、この出願の発明によれば、前記反応促進手段として、異常判定の際に排気ガス温度が上昇するように燃焼状態を変更するものを採用したから、排気ガス中の酸素又はＮＯｘとＨＣとの反応を促進して、異常診断の信頼性を高めることができる。
【００２６】
また、この出願の発明によれば、排気ガスの還流量が多いときには異常判定を抑制するようにしたから、誤診断を避けることができる。
【００２７】
また、この出願の発明によれば、ディーゼルエンジンの気筒内燃焼室に燃料を直接供給する燃料噴射弁と、エンジンの運転状態に応じて燃料をエンジンの圧縮行程上死点付近において燃焼室での燃料の燃焼が継続するように複数回に分割して噴射するように前記燃料噴射弁を作動させる制御手段とを備えているエンジンの制御装置において、前記エンジンの排気通路に排気ガスの成分濃度を検出する濃度センサを設け、前記制御手段による燃料噴射形態の変更が行なわれたときに、前記濃度センサによって検出される前記成分濃度の変化に基いて前記燃料噴射形態の変更制御の異常を判定するようにしたから、エンジンの燃焼制御の信頼性を高めることができる。
【００２８】
また、この出願の発明によれば、エンジンの排気通路に排気ガスの酸素成分又はＮＯｘ成分の濃度を検出する濃度センサと、焼制御手段による排気ガス組成の変更制御が排気ガスのＨＣ濃度の増大変化を招くものであるときに、前記濃度センサによって検出される前記成分濃度の変化に基いて前記排気ガスのＨＣ濃度が予定する増大変化をするように前記制御手段の制御を補正する補正手段と、排気ガス中の酸素又はＮＯｘとＨＣとの反応を促進する反応促進手段とを設け、この反応促進後に前記濃度センサによって検出された前記成分濃度に基いて前記制御手段の制御を補正するようにしたから、補正の信頼性が高まる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００３０】
図１は本発明の実施形態に係るディーゼルエンジンの制御装置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（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が形成されている。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、各気筒毎に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。
【００３１】
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（図示省略）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。
【００３２】
また、１０はエンジン１の燃焼室４に対しエアクリーナ（図示省略）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の開度を検出するセンサ（図示省略）が設けられている。
【００３３】
また、２０は各気筒２の燃焼室４から排気ガス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、排気流により回転されるタービン２１と、排気ガスの温度を検出する温度センサ１７と、排気ガス中の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、触媒コンバータ２２よりも下流側の排気通路２０の排気ガス中の酸素濃度を検出するリニアＯ2センサ１８とが配設されている。
【００３４】
温度センサ１７は触媒コンバータ２２の入口の排気ガス温度を検出するものであり、従って、その検出温度は触媒温度に対応する。また、Ｏ2センサ１８は排気ガス中の酸素濃度の増大に応じて比例して出力値が増大する特性を有する。
【００３５】
前記触媒コンバータ２２は、軸方向（排気ガスの流れ方向）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、排気ガス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。
【００３６】
すなわち、前記ハニカム担体には、触媒金属としてのＰｔとＮＯｘトラップ材としてのＢａとをアルミナ及びセリアに担持させてなる内側触媒層と、Ｐｔをゼオライトに担持させてなる外側触媒層とが形成されている。この触媒はＨＣを酸化させるための酸化触媒としての機能、並びに理論空燃比で燃焼した排気ガス雰囲気だけでなく、酸素過剰雰囲気でもＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ還元触媒としての機能を有するとともに、理論空燃比付近では三元触媒としても働く。
【００３７】
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。
【００３８】
前記排気通路２０のタービン２１よりも上流側の部位からは、排気ガス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が分岐し、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に接続されている。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の排気ガスの一部を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。
【００３９】
前記ＥＧＲ弁２４は図３に示されており、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。
【００４０】
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。
【００４１】
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、温度センサ１７からの出力信号と、Ｏ2センサ１８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。
【００４２】
そして、インジェクタ５の作動による燃料噴射制御が行なわれて、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なわれ、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）とが行なわれるようになっている。
【００４３】
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な状態（Ａ/Ｆ≧１８）で運転される。
【００４４】
（燃料噴射制御及び異常診断）
本発明の特徴部分は、エンジンの運転状態（触媒の状態を含む。）に応じて燃料の噴射形態を変更することにより、排気ガスのＨＣ濃度を増大させるようにした点、Ｏ2センサ１８の出力変化に基いて前記噴射形態の変更制御に異常（インジェクタ５の異常を含む）があるか否か、さらには触媒コンバータ２２が正常に働いているか否かを判定するようにした点、さらにＯ2センサ１８の出力変化に基いて前記燃料の噴射制御を補正するようにした点にあり、特に前記判定及び補正の精度を高めるために反応促進手段を設けた点に重要な特徴がある。
【００４５】
前記噴射形態の変更は、圧縮行程上死点近傍で燃料を噴射するメイン噴射のみを行なう噴射形態と、このメイン噴射に加えてその後の膨張行程又は排気行程において燃料を噴射するポスト噴射を行なう噴射形態との間で行なわれる。このメイン噴射とポスト噴射とを行なう噴射形態によって排気ガスのＨＣ濃度の増大が図られるものである。
【００４６】
反応促進手段の一つは触媒コンバータ２２の触媒であり、他の反応促進手段は後述するポスト噴射形態の変更手段によって構成されている。
【００４７】
以下に、前記ＥＣＵ３５の処理動作について図４乃至図８の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独立して所定クランク角で実行される。
【００４８】
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。燃料噴射量マップは、図９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。
【００４９】
続くステップＳ３では、ポスト噴射条件が成立しているか否かを判別する。このポスト噴射条件はエンジンが定常運転状態にあるとき所定時間毎に成立する。すなわち、エンジンの定常運転状態においては、メイン噴射のみを行なう噴射形態と、メイン噴射及びポスト噴射を行なう噴射形態とが交互にそれぞれ所定時間ずつ実行される。これは、触媒コンバータ２２に供給される排気ガスのＨＣ濃度を周期的に増大させ、そのことによって触媒のＮＯｘ浄化性能を高めるためである。すなわち、ＨＣ濃度が増大すると、その当初は触媒によるＮＯｘ浄化率が上昇するが、ＨＣ濃度が高い状態が続くと、ＮＯｘ浄化率は低下していく。これに対して、ＨＣ濃度の増減が周期的に繰り返されると、ＮＯｘ浄化率が高い状態を間欠的に形成することができ、全体としてみれば、ＮＯｘ浄化率が高くなるものである。
【００５０】
なお、触媒コンバータ２２よりも下流側の排気通路２０に排気ガスのＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサを設け、このセンサの出力によりＮＯｘ濃度が所定値以上に増大したときに、前記メイン噴射及びポスト噴射を行なう噴射形態を所定時間実行するようにしてもよい。すなわち、触媒コンバータ２２にはＮＯｘトラップ材が含まれているから、ＮＯｘ濃度が増大したということはこのＮＯｘトラップ材のＮＯｘ吸収が飽和してきたことを意味する。そこで、噴射形態の変更によって排気ガスのＨＣ濃度を増大させ、換言すれば、ＮＯｘトラップ材まわりの酸素濃度を低下させて、ＮＯｘの放出を促すものである。
【００５１】
ステップＳ３でポスト噴射条件が成立していることが確認されると、続くステップＳ４では前記基本燃料噴射量Ｑbaseをキャンセルして、メイン噴射量Ｑr1及びポスト噴射量Ｑr2、並びにメイン噴射時期Ｔr1及びポスト噴射時期Ｔr2を設定する。
【００５２】
メイン噴射量Ｑr1及びポスト噴射量Ｑr2は各々の燃料噴射量マップから読み込まれる。噴射量Ｑr2マップは、図１０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Ｑr2を記録したものである。このマップにおいて、噴射量Ｑr2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。噴射量Ｑr1マップの例示は省略するが、噴射量Ｑr2マップと同様のものである。但し、Ｑr1＞Ｑr2であり、Ｑr2／Ｑr1の比は０．３〜０．５程度であり、その範囲でエンジン負荷が高いほどその比が小さくなるように設定されている。。
【００５３】
メイン噴射時期Ｔr1は圧縮行程上死点付近に設定され、例えばＢＴＤＣ５°ＣＡ（クランク角度）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。ポスト噴射時期Ｔr2は、前記メイン噴射の完了から膨張行程前半までの期間（例えばＡＴＤＣ６０°ＣＡ〜ＡＴＤＣ９０°ＣＡ）に設定され、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。
【００５４】
このようにポスト噴射は、その時期Ｔr2が圧縮行程上死点からかなり遅角させて設定されているから、エンジン出力に対する寄与はそれだけ小さくなり、ポスト噴射燃料は排気ガス中のＨＣ量を増大させることに主として利用されることになる。
【００５５】
前記ステップＳ３においてポスト噴射条件が成立していないときにはステップＳ１２に進み、後述するモニタ許可フラグＦmon及びモニタ回数Ｎをクリア状態にし（Ｆmon←０，Ｎ←０）、メイン噴射量Ｑr1及びその噴射時期Ｔr1を設定し、その噴射タイミングになった時点でメイン噴射を実行する（ステップＳ１３〜Ｓ１５）。つまり、ポスト噴射条件が成立していないときにはメイン噴射のみが実行される。この場合のメイン噴射量Ｑr1としては先に設定した基本燃料噴射量Ｑbaseが採用され、その噴射時期Ｔr1は圧縮行程上死点付近に設定され、例えば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。
【００５６】
前記ポスト噴射条件が成立している場合は、ステップＳ５においてモニタ条件が成立しているか否かを判別する。このモニタは、Ｏ2センサ１８によって前記噴射形態の変更制御が正常に行なわれているか否かを監視するものであり、エンジンを始動してから未だ当該制御の異常診断が完了していないときにモニタ条件が成立する。また、触媒コンバータ２２の酸化触媒機能の異常診断を行なう場合にはその異常診断が完了していることがモニタ条件となる。
【００５７】
酸化触媒機能の異常診断は、排気通路２０における触媒コンバータ２２よりも上流側及び触媒コンバータ２２よりも下流側の各々にリニアＯ2センサを配置し、燃焼室の空燃比を一定にしたエンジンの定常運転状態において、前記上流側の排気ガスの酸素濃度と前記下流側の排気ガスの酸素濃度との差に基いて行なう。すなわち、その差が所定値以上であるときに当該触媒機能が正常であると判定し、その差が所定値未満であるときに異常と判定するものである。酸化触媒機能が正常に働いている場合には、排気ガス中のＨＣやＣＯ（一酸化炭素）が当該触媒コンバータ２２を通過する間に酸化され、排気ガス中の酸素が消費されて前記上流側と下流側とで酸素濃度に差を生ずることを利用するものである。
【００５８】
前記モニタ条件が成立しているときには図５に示すステップＳ６に進み、温度センサ１７によって検出される触媒コンバータ２２の入口の排気ガス温度Ｔcatが所定温度Ｔcatoよりも高いか否かを判別する。すなわち、本実施形態では触媒コンバータ２２の触媒が排気ガス中の酸素又はＮＯｘとＨＣとの反応を促進する反応促進手段の一つを構成しており、この触媒が十分に活性を呈する温度になっていないときには他の反応促進手段であるポスト噴射形態の変更制御によって排気ガス温度を上昇させるものである。この他の反応促進手段であるポスト噴射形態の変更制御を行なうか否かの判定のためにステップＳ６が存在する。所定温度Ｔcatoとしては、例えば触媒の浄化率がピークを示す温度よりも数十度低い温度を採用する。
【００５９】
ステップＳ６において前記温度Ｔcatが所定温度Ｔcato以下であると判別されると、ステップＳ７に進んでポスト噴射形態の変更が行なわれる。すなわち、ポスト噴射量Ｑr2の増量（＋Ｑα）及びポスト噴射時期Ｔr2の進角（−Ｔα）であり、このポスト噴射時期Ｔr2は例えばＡＴＤＣ２０゜ＣＡ〜ＡＴＤＣ３０゜ＣＡとする。
【００６０】
ステップＳ４において設定されるポスト噴射時期Ｔr2は、ＡＴＤＣ６０°ＣＡ〜ＡＴＤＣ９０°ＣＡであって、圧縮行程上死点からかなり遅角されているから後燃えを生じ難く、逆に燃料蒸発のための潜熱が奪われるため、熱発生率は低い。これに対して、上述の如く、ポスト噴射時期Ｔr2を進角させた場合は後燃えを生じ易くなり、熱発生率が高くなって排気ガス温度の上昇に有効になる。ポスト噴射量Ｑr2の増量は後燃えによる排気ガス温度の上昇に寄与する。
【００６１】
図１１は２０００ｃｃの気筒内直噴式エンジンを回転数１５００ｒｐｍ、平均有効圧Ｐｅ＝３で運転し、且つポスト噴射時期Ｔr2を変えたときの排気ガス温度（ターボ過給機前の温度）を示す。同図のＡ０〜Ａ４０は圧縮行程上死点からの遅角度（クランク角度）を表す。同図からポスト噴射時期Ｔr2を進角させると排気ガスの温度が上昇することがわかる。
【００６２】
上述の如くモニタ条件が成立し且つ排気ガス温度Ｔcatが所定温度以下であるときには、ステップＳ４で設定されたメイン噴射量Ｑr1及びメイン噴射時期Ｔr1、ステップＳ７で設定された排気ガス昇温用のポスト噴射量Ｑr2及びポスト噴射時期Ｔr2によって、それぞれの噴射タイミングに至ったときにメイン噴射及びポスト噴射が実行される（ステップＳ８〜Ｓ１１）。また、ステップＳ５においてモニタ条件が成立しないときには、モニタ回数ＮをクリアしてステップＳ４で設定されたメイン噴射量Ｑr1、メイン噴射時期Ｔr1、ポスト噴射量Ｑr2及びポスト噴射時期Ｔr2でメイン噴射及びポスト噴射が実行される（ステップＳ１６→Ｓ８〜Ｓ１１）。
【００６３】
前記ステップＳ７によるポスト噴射形態の変更によって排気ガス温度Ｔcatが所定温度Ｔcato以上に上昇すると、ステップＳ６からステップＳ１７に進み、先のステップＳ７で設定されたポスト噴射量Ｑr2及びポスト噴射時期Ｔr2がキャンセルされ、モニタのためのポスト噴射量Ｑr2及びポスト噴射時期Ｔr2が設定される。すなわち、先にステップＳ４で設定されたポスト噴射量Ｑr2の増量（＋Ｑβ）及びポスト噴射時期Ｔr2の進角（−Ｔβ）がステップＳ１７で行なわれる。このポスト噴射量Ｑr2の増量及びポスト噴射時期Ｔr2の進角は、モニタ中に排気ガス温度が大きく変化しないようにするためであり、従って、その増量及び進角の程度はステップＳ７における増量及び進角と同程度かそれ以下とする（Ｑα≧Ｑβ，Ｔα≧Ｔβ）。このモニタ用のポスト噴射時期Ｔr2は例えばＡＴＤＣ３０°ＣＡ〜ＡＴＤＣ４０°ＣＡとなるようにすればよい。
【００６４】
続くステップＳ１８においてＯ2センサ１８の出力に基いてポスト噴射量のＦ／Ｂ（フィードバック）補正値ΔＱr2を設定し、ポスト噴射量Ｑr2の補正（Ｑr2←Ｑr2＋ΔＱr2）を行なう（ステップＳ１９）。そうして、モニタ許可フラグＦmonをオン（Ｆmon←１）するとともに、モニタ回数Ｎをインクリメントし、ステップＳ８に進む（ステップＳ２０，Ｓ２１）。
【００６５】
すなわち、モニタ用の噴射量Ｑr2及び噴射時期Ｔr2でポスト噴射が行なわれてその噴射量Ｑr2がＯ2センサ１８の出力に基いてフィードバック補正されるとともに、このモニタ用のポスト噴射が行なわれる度にモニタ回数Ｎが加算される。このモニタ回数Ｎはモニタ用のポスト噴射回数である。
【００６６】
前記ステップＳ４は排気ガス中のＨＣ量増大のための燃焼状態（燃料噴射形態）の変更手段を構成し、ステップＳ７は排気ガス昇温による反応促進手段を構成している。
【００６７】
−Ｆ／Ｂ補正値ΔＱr2設定フロー−
前記Ｆ／Ｂ補正値ΔＱr2の設定フローは図６に示されている。スタート後のステップＳＡ１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ＡＳ２において、ポスト噴射の影響がＯ2センサ１８に現れる時間帯Ｔｚを設定する。すなわち、ポスト噴射が行なわれると、それによって排気ガスのＨＣ濃度が増大し、その影響がＯ2センサ１８の出力変化となって現れるが、そのポスト噴射から影響が現れ始めるまでの時間Ｔz1及びその影響がなくなるまでの時間Ｔz2をマップにより設定する。このマップは影響出始め時間Ｔz1及びその影響消滅時間Ｔz2をエンジン回転数及びアクセル開度に対応させて予め実験により求めて電子的に格納したものであり、影響出始め時間Ｔz1及びその影響消滅時間Ｔz2は、エンジン回転数が高いほど、またアクセル開度が大きいほど早くなり、また、時間帯Ｔｚはエンジン回転数が高いほど、またアクセル開度が大きいほど短くなる。
【００６８】
続くステップＳＡ３でＯ2センサ１８の目標出力値Ｏxrefを設定する。この目標出力値Ｏxrefは、先のステップＳ１７で設定したモニタ用のポスト噴射量Ｑr2及び噴射時期Ｔr2でポスト噴射を実行したときに予測される出力値であり、マップから読み込む。このマップは、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目標出力値Ｏxrefを記憶したものである。このマップにおいて、目標出力値Ｏxrefは、アクセル開度が大きいほど高くなるように設定されている。
【００６９】
続くステップＳＡ４でモニタ用のポスト噴射の実行が確認され、ステップＳＡ５でその終了が確認されると、ステップＳＡ６でタイマ値Ｔ１をインクリメントする。続くステップＳＡ７でタイマ値Ｔ１がポスト噴射影響の出始め時間Ｔz1に達したことが確認されると、ステップＳＡ８でＯ2センサ１８の出力値Ｏｘが入力されて記憶される。この出力値Ｏｘの入力及び記憶はタイマ値Ｔ１がポスト噴射影響の消滅時間Ｔz2になるまで行なわれる（ステップＳＡ９）。
【００７０】
続くステップＳＡ１０で前記時間帯Ｔｚの期間に記憶したＯ2センサ出力値Ｏｘを積算し該出力値Ｏｘの平均値Ｏｘavを求める。続くステップＳＡ１１で、前記Ｏ2センサ１８の目標出力値Ｏxrefと実際の平均出力値Ｏｘavとの差に基いてマップからＦ／Ｂ補正値ΔＱr2が演算される。このマップは、図１２に例示するように目標出力値Ｏxrefが実際の平均出力値Ｏｘavよりも多いときにはその偏差が大きいほどマイナス方向に大きくなり、目標出力値Ｏxrefが実際の平均出力値Ｏｘavよりも少ないときにはその偏差が大きいほどプラス方向に大きくなるように設定されている。但し、目標出力値Ｏxrefと実際の平均出力値Ｏｘavとの偏差が小さいところには不感帯が設けられている。
【００７１】
しかる後、ステップＳＡ１２でタイマ値Ｔ１及びＯ2センサ出力値Ｏｘの記憶をクリアする。
【００７２】
−異常診断−
図７には図５のステップＳ１１に続いて行なわれる異常診断フローが記載されている。すなわち、ステップＳ２２でモニタ許可フラグＦmonのオンを確認し、ステップＳ２３でモニタ回数（モニタ用ポスト噴射回数）Ｎが所定回数Ｎｏに達しているか否かを確認する。モニタ回数Ｎが所定回数Ｎｏに達していなければ、その回数Ｎｏに達するまで各回のモニタ用ポスト噴射によって求められたＦ／Ｂ補正値ΔＱr2を積算する（ステップＳ２４）。
【００７３】
モニタ回数Ｎが所定回数Ｎｏに達したときは、ステップＳ２５でＦ／Ｂ補正値ΔＱr2の積算値ΣΔＱr2が所定の範囲（ｍ＜ΣΔＱr2＜ｎ）に入っているか否かを判別し、入っていればステップＳ２６で正常判定を行ない、入っていなければステップＳ２７で劣化判定のワーニングを出し、しかる後、ステップＳ２８でモニタ許可フラグＦmon及びモニタ回数Ｎをクリアする。
【００７４】
前記ステップＳ２５〜Ｓ２７は異常判定手段を構成している。
【００７５】
以上のように、ポスト噴射が実行されたときには排気ガス中のＨＣ量が増大するが、ＨＣ量が予定通りに増大したか否かの診断にあたって、排気ガス温度が低いときにはそのポスト噴射量の増量及びポスト噴射時期の進角（ステップＳ７）によって排気ガスの昇温が図られる。従って、この排気ガス温度の上昇によって触媒コンバータ２２の触媒温度が上昇し、当該触媒の活性が高まる。これにより、排気ガス中のＨＣが触媒上で排気ガス中の酸素と効率良く反応して、排気ガスの酸素濃度が減少する状況になる。
【００７６】
このような状況において、ポスト噴射がモニタ用ポスト噴射（ステップＳ１７）に変更されてＯ2センサ１８により排気ガスの酸素濃度が検出されるから、ポスト噴射によって排気ガス中のＨＣ量が予定通り増大しているならば、そのＨＣ量の増大によって排気ガス中の酸素量が低下し、Ｏ2センサ１８の出力変化が大きくなる。つまり、ポスト噴射によるＨＣ量増大の影響がＯ2センサ１８の出力変化として明瞭に現れＦ／Ｂ補正値ΔＱr2に反映されることになる。これにより、制御の診断誤差が回避されるものである。
【００７７】
なお、触媒コンバータ２２の異常診断を事前に行なわない場合には、触媒コンバータ２２の機能に異常があるときは、Ｏ2センサ１８の出力変化に影響が出ることになるから、前記異常判定があったときには、制御か触媒コンバータ２２のいずれかに異常があるということになる。
【００７８】
−ポスト噴射の補正−
次に前記Ｆ／Ｂ補正値ΔＱr2を用いたポスト噴射量Ｑr2の補正について図８に示すフローチャートに沿って説明する。すなわち、図５のステップＳ１１に続くステップＳＢ２２でモニタ許可フラグＦmonのオンを確認し、ステップＳＢ２３でモニタ回数（モニタ用ポスト噴射回数）Ｎが所定回数Ｎ１に達しているか否かを確認する。モニタ回数Ｎが所定回数Ｎ１に達していなければ、その回数Ｎ１に達するまで各回のモニタ用ポスト噴射によって求められたＦ／Ｂ補正値ΔＱr2を積算する（ステップＳＢ２４）。
【００７９】
モニタ回数Ｎが所定回数Ｎ１に達したときは、ステップＳＢ２５でＦ／Ｂ補正値ΔＱr2の積算値ΣΔＱr2を回数Ｎ１で除してなる平均値ΔＱr2avを求める。続くステップＳＢ２６で今回の平均値ΔＱr2avに前回の平均値ΔＱr2avを反映させるなまし処理を行なってＦ／Ｂ補正値の学習値ΔＱr2lernを求める。続くステップＳＢ２７で学習値ΔＱr2lernに基いて図１０に例示するポスト噴射量Ｑr2マップを補正し、しかる後、ステップＳＢ２８でモニタ許可フラグＦmon及びモニタ回数Ｎをクリアする。
【００８０】
前記ステップＳＢ２５〜ＳＢ２７は補正手段を構成している。
【００８１】
従って、このポスト噴射量Ｑr2の補正においても、先に説明した異常診断の場合と同様にステップＳ７による排気ガスの昇温、並びに触媒によるＨＣ酸化反応の促進により、ポスト噴射によるＨＣ量増大をＯ2センサ１８の出力変化として確実に捉えることができるから、補正の精度が高まることになる。
【００８２】
−排気ガス昇温のための他の噴射制御−
上述の例ではポスト噴射形態を変更して排気ガス温度を高めるようにしたが、メイン噴射形態を変更して排気ガス温度を高めるようにしてもよい。すなわち、メイン噴射燃料を圧縮行程上死点付近において燃焼室での燃料の燃焼が継続するように複数回に分割して噴射するというものである。各回の噴射の開弁時間は８００μ秒以下、噴射中断時間Δｔは１００〜１０００μ秒とすることが好ましい。２回目の噴射は圧縮行程上死点以降に行なうことが好ましい。この分割噴射の基本的作用は次の通りである。
【００８３】
インジェクタ５の噴孔から噴出し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を繰り返して微小な油滴になり、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。その際、燃料が分割して噴射されることで、最初に噴射された燃料による予混合燃焼の割合は相対的に少なくなり、燃焼初期に燃焼圧や燃焼温度が過度に上昇することがなくなるので、ＮＯｘの生成が低減する。
【００８４】
噴射中断時間Δｔが１００μ秒以上に設定されているので、先に噴射された燃料油滴に後から噴射された燃料油滴が追いつくことは殆どない。特に、２回目の噴射を圧縮行程上死点以降に行なえば、この２回目の噴射燃料が直ちに燃焼し、燃焼室４の圧力が大きく上昇して圧縮空気の粘性が高くなるので、３回目の噴射燃料の油滴は直ちに減速され、先に噴射された燃料の油滴に追いつくことはない。各回の開弁時間が略８００μ秒以下に設定されているので、各回の燃料噴射量が少なく、その燃料噴霧中での油滴同士の再結合も最小限に抑制されるので、例えば燃圧を高めて燃料の噴出速度を大きくすることにより、燃料の微粒化ひいては気化霧化を十分に促進して、燃料蒸気と空気との混合状態を大幅に改善することができる。噴射中断時間Δｔが１０００μ秒以下に設定されているので、先に噴射された燃料の燃焼が終了する前に次の噴射燃料が燃焼し始めるというように、各噴射による燃料が途切れることなく良好に燃焼される。
【００８５】
要するに、主噴射を分割して行うことにより、噴射された燃料の燃焼状態を極めて良好なものにして、燃費改善とスモーク生成の抑制とを実現できる。また、噴射終了時期は相対的に遅くなるものの、その間に断続的に噴射される燃料は上述の如く良好に気化霧化されて拡散燃焼するので、燃料噴射時期を遅角補正した場合のように燃焼状態が悪くなることはなく、むしろ、燃焼室４の圧力が相対的に長い間、高い状態に維持されて、燃焼ガスの膨張力が極めて有効にピストン３に伝達されるようになり、機械効率の向上によっても燃費の改善が図られる。
【００８６】
そうして、前記のように燃料が良好に燃焼されて燃焼エネルギーそのものが大きくなる上に、燃焼の終了時期が遅くなって、排気の一部が温度状態が高いうちに排気通路２０に流出するようになるので、排気圧力及び排気ガス温度を上昇させて、触媒２２の早期昇温を促すことができる。
【００８７】
メイン噴射の分割回数及び噴射中断時間Δｔが排気温度に及ぼす影響は図１３に示されている。これは、エンジン１の目標トルクに対応する基本噴射量の燃料を略圧縮行程上死点から一括して噴射した場合（以下、一括噴射という）、２回に等分割して噴射した場合（以下、２分割噴射という）、３回に等分割して噴射した場合（以下、３分割噴射という）の各々について、噴射中断時間Δｔを変更し、これに伴い変化する噴射終了時のクランク角度と、排気温度との関係を調べたものである。２分割噴射では、Δｔ＝３５０，４００，７００，９００μsecについて調べ、３分割噴射では、Δｔ＝４００，５５０，７００，９００μsecについて調べた。
【００８８】
同図によれば、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っている。また、２分割噴射及び３分割噴射では、噴射中断時間Δｔが３５０〜９００μ秒の範囲であれば該Δｔを拡げた方が排気温度が高くなることが分かる。
【００８９】
−触媒がＮＯｘ還元触媒であるときのＦmonについて−
酸化触媒や三元触媒であれば、その活性温度域が広いから、排気ガス温度Ｔcatが所定温度Ｔcatoを越えればよく、その温度を管理する必要性は少ない。しかし、ＮＯｘ還元触媒の場合はその活性温度域が狭いことから、排気ガス温度Ｔcatがその活性温度域に存するときのみにモニタ許可フラグＦmonをオンとすることが好ましい。すなわち、ＮＯｘ還元触媒の活性温度域を越えて排気ガス温度が高くなると、排気ガス中のＨＣとＮＯｘとの反応を促進することができないからである。このＮＯｘ還元触媒のみを反応促進手段として採用する場合には、排気ガスのＮＯｘ濃度を検出するセンサによってモニタをすることになる。
【００９０】
−その他−
前記実施形態では異常診断のためのモニタをＦ／Ｂ補正値ΔＱr2によって行なっているが、Ｏ2センサ１８の出力値Ｏｘの変化に基いてポスト噴射を直接モニタするようにしてもよい。
【００９１】
（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１４のフローチャートに沿って説明する。尚、この制御は所定時間毎に実行される。
【００９２】
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ＥＧＲ率EGRbを読み込む。このマップは、図１５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。
【００９３】
続いて、ステップＳＣ３では、前記ステップＳＣ２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ガスを除いたもので、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１６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。
【００９４】
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１７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ＳＣ２，ＳＣ３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。
【００９５】
続くステップＳＣ４では、エアフローセンサ出力から求められる実新気量を目標新気量ｑから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１８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。
【００９６】
続いて、ステップＳＣ５では、前記ステップＳＣ２で設定した基本ＥＧＲ率EGRbにステップＳＣ４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。
【００９７】
そうして、続くステップＳＣ６において、Ｏ2センサ１８によるモニタ中か否かを判別する。モニタ中であればステップＳＣ７に進んで目標ＥＧＲ率EGRtが所定のモニタ限界ＥＧＲ率EGRmonよりも大きいか否かを判別する。大であればステップＳＣ８に進んで目標ＥＧＲ率EGRtをモニタ限界ＥＧＲ率EGRmonに変更し、ステップＳＣ９に進んで、変更された目標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。モニタ中でないとき、並びに目標ＥＧＲ率EGRtがモニタ限界ＥＧＲ率EGRmon以下であるときには、ステップＳＣ５で設定した目標ＥＧＲ率EGRtによってＥＧＲ弁２４を駆動する。
【００９８】
このようなＥＧＲ制御によれば、モニタ中にＥＧＲ率が大きいときにはこれが所定値を越えないように変更されるため、つまりＥＧＲ量が抑えられるため、Ｏ2センサ１８の出力に基づく制御の診断誤差が少なくなる。
【００９９】
図１７のフローにおけるＳＣ６〜ＳＣ７の各ステップにより、排気還流量が多いときの異常診断を抑制する異常判定抑制手段が構成されている。
【０１００】
（多段噴射の異常診断）
次に上述のディーゼルエンジンにおいて、圧縮行程上死点付近におけるインジェクタ５による燃料噴射を複数回に分割して行なう多段噴制御を行なう場合の、制御に異常があるか否かを排気ガス濃度センサに基いて診断する異常診断について説明する。
【０１０１】
この多段噴射は、先に説明したように、各回の噴射の開弁時間を例えば８００μ秒以下とし、噴射中断時間Δｔを例えば１００〜１０００μ秒とし、燃焼室内で先に噴射された燃料の燃焼と後から噴射された燃料の燃焼とが継続するように噴射を制御する、というものである。
【０１０２】
以下、図１９に示すフローチャートに従って内容を具体的に説明する。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。
【０１０３】
まず、スタート後のステップＳＤ１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ＳＤ２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。続くステップＳＤ３では、各回の燃料噴射量及び噴射時期、すなわち、第１噴射量ＱT1、第２噴射量ＱT2、第１噴射時期ＩT1及び第２噴射時期ＩT2をそのときのエンジン運転状態に応じて設定する。図２０には定常運転状態における噴射中断時間Δｔを設定するためのマップが示されている。すなわち、エンジンの低負荷・低回転領域では排気ガス温度を高めるためにΔｔは大に設定され、他の運転領域ではエンジン負荷が高くなるにつれて、また、エンジン回転数が高くなるにつれてΔｔが小さくなるように設定して、排気ガス中のＨＣ量及びＣＯ量を低減するようになされている。
【０１０４】
続くステップＳＤ４では、モニタ条件が成立しているか否かを判別する。このモニタは、Ｏ2センサ１８によって多段噴射制御が正常に行なわれているか否かを監視するものであり、エンジンが定常運転状態にあること、エンジンを始動してから未だ当該制御の異常診断が完了していないことが成立条件となり、また、モニタ用のＯ2センサ１８を触媒コンバータ２２よりも下流側の排気通路２０に設ける場合には、触媒コンバータ２２の酸化触媒機能が正常であることが診断されていること、触媒が活性を示す所定温度範囲にあることをさらに成立条件とすることができる。
【０１０５】
モニタ条件が成立しているときにはステップＳＤ５に進んで噴射形態変更のための目標Ａ／Ｆ（空燃比）を設定する。本例の噴射形態の変更は排気ガス中のＨＣ量（ＣＯ量）の変化を招くような噴射中断時間Δｔの変更である。すなわち、図２１は、図１３の排気ガス温度の場合と同様にして、噴射の分割回数及び噴射中断時間Δｔが排気ガス中のＨＣ量に及ぼす影響を調べた結果を示すものである。同図によれば、２分割噴射及び３分割噴射では、噴射中断時間Δｔが長くなるに従って排気ガス中のＨＣ量が増大している。また、２分割噴射又は３分割噴射よりも一括噴射の方のＨＣ量が多い。
【０１０６】
従って、例えば、現在の噴射形態が２分割噴射で噴射中断時間Δｔが小であるときは、ＨＣ量が増大するように噴射中断時間Δｔを拡大するものであり、そのために、当該噴射形態の変更によって増大するＨＣ量に対応したＡ／Ｆを目標Ａ／Ｆ（現在のＡ／Ｆよりもリッチ側の小さい目標Ａ／Ｆ）を設定する。現在の噴射形態が２分割噴射で噴射中断時間Δｔが大であるときは、ＨＣ量が減少するように噴射中断時間Δｔを縮小するものであり、そのために、当該噴射形態の変更によって減少するＨＣ量に対応したＡ／Ｆを目標Ａ／Ｆ（現在の空燃比よりもリーン側の大きい目標Ａ／Ｆ）を設定する。
【０１０７】
続くステップＳＤ６ではモニタタイマ値Ｔ３をインクリメントし、続くステップＳＤ７で目標Ａ／ＦとＯ2センサ１８の出力から求まる実Ａ／Ｆ（現在の空燃比）とに基いてインターバル補正値（噴射中断時間Δｔの補正値）Δtcを設定する。すなわち、目標Ａ／Ｆから実Ａ／Ｆを減算したＡ／Ｆ差がプラスのときには一定のプラス値のΔtcを設定し、このＡ／Ｆ差がマイナスのときには一定のマイナス値のΔtcを設定する。但し、Ａ／Ｆの偏差が小さい領域はΔtc＝０の不感帯を設けておく。そうして、続くステップＳＤ８で２回目の噴射時期ＩT2にインターバル補正値Δtcを加算してこれを補正する。続くステップＳＤ９では、ステップＳＤ３で設定された第１噴射量ＱT1及び噴射時期ＩT1、第２噴射量ＱT2及びステップＳＤ８で補正された第２噴射時期ＩT2により、多段噴射を実行する。
【０１０８】
前記インターバル補正値Δtcの設定及び第２噴射時期ＩT2の補正をタイマ値Ｔ３が所定値Ｔ30になるまで繰り返し（ステップＳＤ１０）、所定値Ｔ30になった時点でステップＳＤ１１に進んで第１噴射時期ＩT1と第２噴射時期ＩT2との噴射間隔（噴射中断時間）ΔＩTを算出する。
【０１０９】
そうして、ステップＳＤ１２において、噴射間隔（噴射中断時間）ΔＩTが所定の範囲に入っているか否か、つまり、目標Ａ／Ｆに対応して拡大又は縮小されたか否かを判別し、所定範囲にあれば噴射形態の変更が予定通りに行なわれたとして正常判定しタイマ値Ｔ3を零に戻す一方（ステップＳＤ１３，ＳＤ１４）、所定範囲になければ噴射形態の変更が予定通りに行なわれていないとして異常判定ワーニングをする（ステップＳＤ１５）。
【０１１０】
すなわち、ステップＳＤ７，ＳＤ８による噴射形態の変更が正常に行なわれていれば、排気ガスのＨＣ濃度に予定する増減があり、それがＯ2センサ１８によって検出されるＡ／Ｆに現れ、噴射間隔（噴射中断時間）ΔＩTは所定の範囲に入るはずであるが、噴射形態の変更が正常に行なわれていないときには、排気ガスのＨＣ濃度の増減が予定通りに行なわれず、Ｏ2センサ１８によって検出されるＡ／Ｆが目標Ａ／Ｆに近付かないことになり、噴射間隔（噴射中断時間）ΔＩTの異常となって現れるものである。
【０１１１】
ステップＳＤ４でモニタ条件が成立していなければ、ステップＳＤ１６に進んでタイマ値Ｔ３をクリアし、インターバル補正をすることなくステップＳＤ９に進み、ステップＳＤで設定した噴射条件によって多段噴射を実行することになる、
なお、前記フロー例ではＯ2センサの出力に基いてインターバル補正を行なって異常診断を行なうようにしたが、噴射形態を変更したときのＯ2センサの出力変化に基いて異常診断を行なうようにしてもよい。
【０１１２】
また、噴射形態の変更は２分割噴射における噴射中断間隔の変更に限らず、２分割噴射でΔｔ小の噴射形態から一括噴射への変更、２分割噴射でΔｔ大の噴射形態から３分割噴射でΔｔ小の噴射形態への変更など適宜の変更を行なうことができる。
【０１１３】
また、前記例ではＯ2センサ１８を用いたが、排気ガスのＮＯｘ濃度を検出するセンサを用い、排気ガスのＮＯｘ濃度が変化するような噴射形態の変更を行なうようにしてもよい。図２２は、図１３の排気ガス温度の場合と同様にして、噴射の分割回数及び噴射中断時間Δｔが排気ガス中のＮＯｘ量に及ぼす影響を調べた結果を示すものである。同図によれば、一括噴射よりも２分割噴射及び３分割噴射の方のＮＯｘ量が少なく、また、２分割噴射及び３分割噴射では、噴射中断時間Δｔが長くなるに従ってＮＯｘ量が減少している。従って、このＮＯｘ量の変化特性を利用して噴射形態変更の異常診断をすることができる。
【０１１４】
また、上記実施形態では、触媒としてＮＯｘトラップ材やＮＯｘ還元触媒を用い、これらよりも下流側に配置したＯ2センサの出力により異常診断をするようにしたが、このようなＮＯｘ浄化用触媒よりも上流側の排気マニホールド付近に１７０℃以上の温度で活性化する低温活性の酸化触媒を配置するとともに、この触媒よりも直ぐ下流側にＯ2センサを配置し、このＯ2センサの出力によって異常診断をするようにしてもよい。これにより、ＮＯｘトラップ材やＮＯｘ還元触媒の影響を受けることなく、比較的低温でも異常診断をすることができる。
【０１１５】
また、本発明はディーゼルエンジンだけでなく、ガソリンエンジンにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態に係るディーゼルエンジンの制御装置の全体構成を示す図。
【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。
【図３】 ＥＧＲ弁及びその駆動系の構成図。
【図４】 異常診断及び補正制御のための燃料噴射形態の変更制御の前半の処理手順を示すフローチャート図。
【図５】 異常診断及び補正制御のための燃料噴射形態の変更制御の後半の処理手順を示すフローチャート図。
【図６】 異常診断及び補正制御のためのフィードバック補正値算出の処理手順を示すフローチャート図。
【図７】 異常診断の処理手順を示すフローチャート図。
【図８】 補正制御の処理手順を示すフローチャート図。
【図９】 基本燃料噴射量Ｑbaseを設定するマップの一例を示す図。
【図１０】 ポスト噴射量Ｑr2を設定するマップの一例を示す図。
【図１１】 ポスト噴射タイミングと排気ガス温度との関係を示すグラフ図。
【図１２】 Ｆ／Ｂ補正値ΔＱr2を設定するマップの一例を示す図。
【図１３】 燃料噴射の分割回数及び噴射中断時間が排気ガス温度に及ぼす影響を示すグラフ図。
【図１４】 ＥＧＲ制御の処理手順を示すフローチャート図。
【図１５】 ＥＧＲ率を設定するマップの一例を示す図。
【図１６】 目標新気量を設定するマップの一例を示す図。
【図１７】 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１８】 ＥＧＲフィードバック補正値を設定するマップの一例を示す図。
【図１９】 多段噴射の異常診断制御の処理手順を示すフローチャート図。
【図２０】 定常運転時における噴射中断時間Δｔを設定するマップの一例を示す図。
【図２１】 燃料噴射の分割回数及び噴射中断時間が排気ガス中のＨＣ量に及ぼす影響を示すグラフ図。
【図２２】 燃料噴射の分割回数及び噴射中断時間が排気ガス中のＮＯｘ量に及ぼす影響を示すグラフ図。
【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）
１７ 温度センサ
１８ Ｏ2センサ
２０ 排気通路
２２ 触媒コンバータ（ＮＯｘトラップ材及び触媒）
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）

Claims (7)

1. エンジンの燃焼室に燃料を供給する燃料噴射弁と、前記エンジンの運転状態に応じて前記燃焼室から排出される排気ガスの組成を所定期間変更する制御手段とを備えているエンジンの制御装置の異常診断装置であって、
   前記エンジンの排気通路に配設され、排気ガスの酸素成分又はＮＯｘ成分の濃度を検出する濃度センサと、
   前記制御手段による排気ガス組成の変更制御が排気ガスのＨＣ濃度の増大変化を招くものであるときに、前記濃度センサによって検出される前記成分濃度の変化に基いて前記変更制御の異常を判定する異常判定手段と、
   前記排気ガス中の酸素又はＮＯｘと前記ＨＣとの反応を促進する反応促進手段とを備え、
   前記異常判定手段が前記反応促進手段による前記反応促進後に前記濃度センサによって検出された前記濃度に基いて前記変更制御の異常を判定することを特徴とするエンジンの制御装置の異常診断装置。
2. 請求項１に記載されているエンジンの制御装置の異常診断装置において、
   前記反応促進手段は、前記ＨＣの酸化反応を促進する触媒又は前記ＮＯｘの還元反応を促進する触媒であり、
   前記濃度センサが前記触媒よりも下流側の排気通路に配設されていることを特徴とするエンジンの制御装置の異常診断装置。
3. 請求項１に記載されているエンジンの制御装置の異常診断装置において、
   前記反応促進手段は、前記異常判定手段による異常判定の際に排気ガス温度が上昇するように前記燃焼室における燃料の燃焼状態を変更するものであることを特徴とするエンジンの制御装置の異常診断装置。
4. 請求項１に記載されているエンジンの制御装置の異常診断装置において、
   前記燃料噴射弁は、エンジンの気筒内燃焼室に燃料を直接噴射するように設けられ、
   前記制御手段は、燃料を圧縮行程上死点近傍で噴射する第１噴射の後に、燃料を排気行程が終了するまでに噴射する第２噴射を行なうように前記燃料噴射弁を作動させることによって前記排気ガス組成を変更させるものであり、
   前記反応促進手段は、前記異常判定の際に排気ガス温度が上昇するように前記第２噴射時期を変更するものであることを特徴とするエンジンの制御装置の異常診断装置。
5. 請求項１に記載されているエンジンの制御装置の異常診断装置において、
   前記排気ガスの一部を前記濃度センサよりも上流側の排気通路からエンジン吸気系に還流させる排気還流手段と、
   前記異常判定手段による判定の際の前記排気還流手段による排気還流量が所定値以上のときに排気ガスの還流を抑制する排気還流抑制手段とを備えていることを特徴とするエンジンの制御装置の異常診断装置。
6. ディーゼルエンジンの気筒内燃焼室に燃料を直接供給する燃料噴射弁と、前記エンジンの運転状態に応じて燃料を圧縮行程上死点付近において燃焼室での燃料の燃焼が継続するように複数回に分割して噴射するように前記燃料噴射弁を作動させる制御手段とを備えているエンジンの制御装置の異常診断装置であって、
   前記エンジンの排気通路に配設され、排気ガスの成分濃度を検出する濃度センサと、
   前記制御手段による燃料噴射形態の変更が行なわれたときに、前記濃度センサによって検出される前記成分濃度の変化に基いて前記燃料噴射形態の変更制御の異常を判定する異常判定手段とを備えていることを特徴とするエンジンの制御装置の異常診断装置。
7. エンジンの燃焼室に燃料を供給する燃料噴射弁と、前記エンジンの運転状態に応じて前記燃焼室から排出される排気ガスの組成を所定期間変更する制御手段とを備えているエンジンの制御装置において、
   前記エンジンの排気通路に配設され、排気ガスの酸素成分又はＮＯｘ成分の濃度を検出する濃度センサと、
   前記制御手段による排気ガス組成の変更制御が排気ガスのＨＣ濃度の増大変化を招くものであるときに、前記濃度センサによって検出される前記成分濃度の変化に基いて前記排気ガスのＨＣ濃度が予定する増大変化をするように前記制御手段の制御を補正する補正手段と、
   前記排気ガス中の酸素又はＮＯｘと前記ＨＣとの反応を促進する反応促進手段とを備え、
   前記補正手段が前記反応促進手段による前記反応促進後に前記濃度センサによって検出された前記濃度に基いて前記制御手段の制御を補正することを特徴とするエンジンの制御装置。

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