JP4442003B2 - ディーゼルエンジンの燃料噴射装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンの排気通路に酸素過剰雰囲気の排気中のＮＯｘを吸収するＮＯｘ吸収材を配設するとともに、このＮＯｘ吸収材からＮＯｘを放出させるときには、排気中の酸素濃度が低下するように燃料噴射量等を制御するようにした燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置として、例えば特開平６−２１２９６１号公報に開示されるように、気筒の圧縮行程上死点付近で通常の燃料噴射を行う他に、所定の運転状態では膨張行程中期から排気行程にかけて少量の燃料（軽油）を追加供給して、排気中の還元剤成分の濃度を高めることにより、排気通路に設けたＮＯｘ吸収材の機能を回復（リフレッシュ）させるようにしたものが知られている。
【０００３】
すなわち、ディーゼルエンジンは通常、空燃比がかなりリーンな状態（例えばＡ/Ｆ≧１８くらいで、排気中の酸素濃度が４％以上）で運転されるが、そのリーンな状態の排気中でＮＯｘを還元浄化することは極めて難しいので、排気中の酸素濃度が高いときにＮＯｘを吸収する一方、酸素濃度が減少すればＮＯｘを放出するいわゆるＮＯｘ吸収材を用いる技術がある。
【０００４】
そして、上記ＮＯｘ吸収材はＮＯｘの吸収量が増えるに連れて吸収性能が低下する性質を有するので、上記従来の燃料噴射装置では、ＮＯｘ吸収材の吸収性能が大きく低下する前に、気筒の膨張行程で追加の燃料を噴射し、この燃料の燃焼（後燃え）により排気中の酸素を消費させて酸素濃度を例えば０．５％以下に低下させるとともに、排気中のＣＯやＨＣ等の還元剤成分の濃度を高めて、その還元剤成分によりＮＯｘ吸収材からのＮＯｘの放出を促し、かつそのＮＯｘを十分に還元浄化して、ＮＯｘ吸収材の吸収性能を回復させるようにしている。
【０００５】
また、圧縮行程上死点付近で燃料を一括して噴射するのではなく、複数回に分けて噴射する分割噴射の技術が知られている。例えば特開平９−２０９８６６号公報には、圧縮行程上死点を起点として分割噴射を開始すること、各回の噴射量を後の回になるほど多くすることが記載されている。燃焼室での熱発生率を広範に且つ適切に制御せんとするものである。特開平１０−１２２０８４号公報には、少量の燃料を噴射する前噴射を行なうことにより燃焼室での着火を惹起し、続く主噴射を複数回に分けて噴射することにより、スモーク及びＮＯｘ（窒素酸化物）の発生量を抑えることが記載されている。特開平１１−２００９３３号公報には、圧縮行程上死点付近の主噴射の直後に後噴射を行なうことによりスモーク放出量を低減させることが記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のようなＮＯｘ吸収材は、ＮＯｘを吸収したり放出したりする作用が温度状態に依存することが知られており、一例を挙げれば、ＮＯｘ吸収材による排気中のＮＯｘ浄化率は、例えば図３（ａ）に示すように所定の温度範囲では十分に高いものの、温度が低くなると急速に低下するという特性を有する。しかし、熱効率に優れるディーゼルエンジンではガソリンエンジンに比べて排気温度が低くなりやすいので、エンジンの運転状態によってはＮＯｘ吸収材の温度が上記所定の温度範囲よりも低くなってしまい、ＮＯｘの吸収及び放出作用を十分に発揮させることができないという問題がある。
【０００７】
これに対して、本発明者は圧縮行程上死点付近での燃料の分割噴射が排気温度の上昇、従って、ＮＯｘ吸収材の昇温に有利になることを見いだしたが、分割噴射をするとそれだけ燃料の噴射終了時期が遅くなることから、燃料の燃焼性が悪化し、スモークの低減、燃費率の低減に不利になる。
【０００８】
本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ディーゼルエンジンの排気通路にＮＯｘ吸収材を配置して、酸素過剰雰囲気の排気中のＮＯｘを浄化するようにしたものにおいて、燃料の分割噴射を工夫し、燃費の悪化やスモークの急増を招くことなく、ＮＯｘ吸収材の温度状態を高めて、ＮＯｘの放出等を促進することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明では、図１に示すように、エンジン１の気筒２内の燃焼室４に燃料を直接噴射供給する燃料噴射弁５と、エンジン１の排気通路２０に配設され、酸素濃度の高い酸素過剰雰囲気の排気中のＮＯｘを吸収する一方、酸素濃度の低下に伴い上記吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収材２２と、エンジンの運転状態に応じて上記燃料噴射弁５による基本燃料噴射量を決定する基本燃料噴射量決定手段３６と、上記ＮＯｘ吸収材２２のＮＯｘ吸収量が所定値以上となったときで且つ該ＮＯｘ吸収材２２からＮＯｘを放出させるときに、排気中の酸素濃度が低下するように上記エンジンの運転状態に応じて決定された基本燃料噴射量に加えて燃料噴射量を増量補正する噴射量補正手段３７と、気筒の圧縮行程上死点付近において上記燃料噴射弁５により燃料を複数回に分割噴射すべく、該燃料噴射弁５を、閉弁状態になる所定の噴射休止間隔を挟んで断続的に開弁させる燃料噴射制御手段３８とを備えたディーゼルエンジンの燃料噴射装置Ａを前提とする。そうして、上記燃料噴射制御手段３８は、上記噴射量補正手段３７による燃料噴射量の増量補正期間中は燃料が上記圧縮行程上死点付近の分割噴射と該分割噴射後の後噴射とによって供給され、上記ＮＯｘ吸収材２２のＮＯｘ吸収量が上記所定値未満のときは上記後噴射はされず燃料が上記圧縮行程上死点付近の分割噴射によって供給されるように上記燃料噴射弁５を制御し、且つ上記増量補正期間中の分割噴射終了時期が、上記ＮＯｘ吸収材２２のＮＯｘ吸収量が上記所定値未満のときの分割噴射終了時期よりも早くなるように、燃料噴射の分割数及び上記噴射休止間隔の少なくとも一方を変更することを特徴とする。
【００１０】
上記の構成により、エンジン１の運転中に上記ＮＯｘ吸収材２２のＮＯｘ吸収量が所定値以上となって該ＮＯｘ吸収材２２からＮＯｘを放出させるときには、噴射量補正手段３７により燃料噴射量が増量補正がなされるが、この増量補正前から分割噴射が実行されているから、ＮＯｘ吸収材の昇温が図れ、その後の燃料噴射量の増量補正によるＮＯｘの放出が効率良く行なわれることになる。すなわち、本発明者は分割噴射を行なうと、排気温度が上昇する傾向にあることを確認しており、本発明はこのことを利用してＮＯｘ吸収材の事前昇温を図るものであり、また、分割噴射により燃料噴射量の増量補正中のＮＯｘ吸収材の温度維持、ＮＯｘ生成量の低減を図るものである。
【００１１】
一方、上記増量補正中に圧縮行程上死点付近の主噴射を分割噴射にすると、一括噴射に比べて主噴射の終了が遅くなる。そこで、本発明は、燃料噴射量の増量補正期間は上記ＮＯｘ吸収材２２のＮＯｘ吸収量が上記所定値未満のときよりも、分割噴射の終了時期が早くなるように（圧縮行程上死点付近における分割噴射の開始から終了までの分割噴射期間が短くなるように）、燃料噴射の分割数及び上記噴射休止間隔の少なくとも一方を変更するようにしたものである。具体的には、燃料噴射量の増量補正期間は上記ＮＯｘ吸収材２２のＮＯｘ吸収量が上記所定値未満のときよりも、燃料噴射の分割数を少なくするか又は上記噴射休止間隔を短くすることになる。
【００１２】
従って、分割数の低減又は噴射休止間隔の短縮によって主噴射の終了時期が早くなるから、後噴射時期を過度に遅角する必要がなくなり、燃費の悪化やスモーク量の増大を防止する上で有利になる。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１に記載されているディーゼルエンジンの燃料噴射装置において、さらに、
上記ＮＯｘ吸収材の温度を検出する温度検出手段３９と、
上記燃料噴射量の増量補正前に上記温度検出手段３９によって検出される上記ＮＯｘ吸収材２２の温度が所定値以下であるときに当該増量補正開始まで該ＮＯｘ吸収材の温度を上昇させるための昇温期間を設ける昇温期間設定手段４０とを備え、
上記燃料噴射制御手段３８は、上記昇温期間においても上記後噴射はされず燃料が上記圧縮行程上死点付近の分割噴射によって供給されるように上記燃料噴射弁５を制御し、且つ上記増量補正期間は上記昇温期間よりも燃料噴射の分割数を少なくすることを特徴とする。
【００１４】
従って、増量補正期間前の昇温期間に分割噴射が採用され且つ増量補正期間は昇温期間よりも燃料噴射の分割数が少ないから、請求項１の発明と同様にＮＯｘ吸収材の昇温が図れてＮＯｘの放出に有利であるとともに、燃費の悪化やスモーク発生量の増大が防止される。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項２に記載されているディーゼルエンジンの燃料噴射装置において、
上記燃料噴射制御手段３８は、上記増量補正期間は上記昇温期間前よりも燃料噴射の分割数を少なくすることを特徴とする。
【００１６】
換言すれば、上記昇温期間前は燃料噴射の分割数を多くするものであり、これにより、ＮＯｘ発生量の低減、排気の昇温によるＮＯｘ吸収材の昇温に有利になる。
【００１７】
請求項４の発明は、請求項１に記載されているディーゼルエンジンの燃料噴射装置において、さらに、
上記ＮＯｘ吸収材の温度を検出する温度検出手段３９と、
上記燃料噴射量の増量補正前に上記温度検出手段３９によって検出される上記ＮＯｘ吸収材の温度が所定値以下であるときに当該増量補正開始まで該ＮＯｘ吸収材の温度を上昇させるための昇温期間を設ける昇温期間設定手段４０とを備え、
上記燃料噴射制御手段３８は、上記昇温期間においても上記後噴射はされず燃料が上記圧縮行程上死点付近の分割噴射によって供給されるように上記燃料噴射弁５を制御し、且つ上記増量補正期間は上記昇温期間よりも燃料噴射の噴射休止間隔を短くすることを特徴とする。
【００１８】
この発明の場合も請求項２の発明と同様にＮＯｘ吸収材の昇温によるＮＯｘ放出性の向上、燃費の悪化やスモーク発生量の増大の防止に有利になる。
【００１９】
請求項５の発明は、請求項４に記載されているディーゼルエンジンの燃料噴射装置において、
上記増量補正期間は上記昇温期間前よりも燃料噴射の噴射休止間隔が短いことを特徴とする。
【００２０】
この発明の場合も請求項３の発明と同様にＮＯｘ発生量の低減、排気の昇温によるＮＯｘ吸収材の昇温に有利になる。
【００２１】
請求項６の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか一に記載されているディーゼルエンジンの燃料噴射装置において、
上記燃料噴射制御手段３８は、上記増量補正開始から所定期間は当該増量補正期間の残りの期間よりも燃料噴射の分割数を多くするか又は噴射休止間隔を長くすることを特徴とする。
【００２２】
すなわち、燃料噴射量の増量はＮＯｘ吸収材に多量のＮＯｘが吸収されている状態で行なわれるから、燃料噴射量が増量されると暫くはＮＯｘが多量に放出され、その後その放出量が漸減していくが、ＮＯｘが一度に多量に放出されるとこれを還元浄化するための還元剤が不足気味になる。これに対して、本発明者は燃料噴射の分割数を多くするか又は噴射休止間隔を長くすれば、排気中のＨＣやＣＯの量が増大することを確認している。そこで、本発明では、燃料噴射量の増量補正開始から暫くは燃料噴射の分割数を多くするか又は噴射休止間隔を長くすることによって排気中のＨＣやＣＯの量を増やし、ＮＯｘを確実に還元浄化できるようにしているものである。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように請求項１の発明によれば、上記ＮＯｘ吸収材のＮＯｘ吸収量が所定値以上となったときで且つ該ＮＯｘ吸収材からＮＯｘを放出させるときに、噴射量補正手段によって燃料噴射量の増量補正を行なうが、該増量補正期間中の分割噴射の終了時期が上記ＮＯｘ吸収材のＮＯｘ吸収量が上記所定値未満のときの分割噴射の終了時期よりも早くなるように、燃料噴射の分割数及び上記噴射休止間隔の少なくとも一方を変更するから、事前にＮＯｘ吸収材の温度を高めてＮＯｘの放出性を良くすることができるとともに、当該増量補正期間中の後噴射の終了時期が過度に遅くなることを避けることができ、燃費の悪化やスモーク発生量の増大を防止することができる。
【００２４】
請求項２の発明によれば、ＮＯｘ吸収材の温度が所定値以下であるときに燃料噴射量の増量補正開始まで該ＮＯｘ吸収材の温度を上昇させるための昇温期間を設けるようにし、この昇温期間においても上記後噴射はされず燃料が分割噴射によって供給されるようにし、しかも上記増量補正期間は上記昇温期間よりも燃料噴射の分割数を少なくしたから、請求項１の発明と同様にＮＯｘ放出性の向上、燃費の悪化防止やスモーク発生量の増大防止を図りながら、燃料の分割噴射を有効に利用してＮＯｘ吸収材の昇温を図ることができるようになる。
【００２５】
請求項３の発明によれば、上記増量補正期間は上記昇温期間前よりも燃料噴射の分割数を少なくしたから、換言すれば、上記昇温期間前は燃料噴射の分割数を多くするようにしたから、ＮＯｘ発生量の低減、排気の昇温によるＮＯｘ吸収材の昇温に有利になる。
【００２６】
請求項４の発明によれば、ＮＯｘ吸収材の温度が所定値以下であるときに燃料噴射量の増量補正開始まで該ＮＯｘ吸収材の温度を上昇させるための昇温期間を設けるようにし、この昇温期間においても上記後噴射はされず燃料が分割噴射によって供給されるようにし、しかも上記増量補正期間は上記昇温期間よりも分割噴射の噴射休止間隔を短くしたから、請求項１の発明と同様にＮＯｘ放出性の向上、燃費の悪化防止やスモーク発生量の増大防止を図りながら、燃料の分割噴射を有効に利用してＮＯｘ吸収材の昇温を図ることができるようになる。
【００２７】
請求項５の発明によれば、上記増量補正期間は上記昇温期間前よりも分割噴射の噴射休止間隔を短くしたから、換言すれば、上記昇温期間前は噴射休止間隔を長くしたから、ＮＯｘ発生量の低減、排気の昇温によるＮＯｘ吸収材の昇温に有利になる。
【００２８】
請求項６の発明によれば、燃料噴射量の増量補正開始から所定期間は当該増量補正期間中のその後の期間よりも燃料噴射の分割数を多くするか又は噴射休止間隔を長くするから、燃料噴射量が増量されてＮＯｘが一度に多量に放出されるときに排気中のＨＣやＣＯの量を増えることになり、ＮＯｘを確実に還元浄化する上で有利になる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
（全体構成）
図２は本発明の実施形態に係るディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置Ａの全体構成を示し、１は車両に搭載された多気筒ディーゼルエンジンである。このエンジン１は複数の気筒２，２，…（１つのみ図示する）を有し、その各気筒２内に往復動可能にピストン３が嵌挿されていて、このピストン３によって各気筒２内に燃焼室４が区画されている。また、燃焼室４の上面の略中央部には、インジェクタ（燃料噴射弁）５が先端部の噴孔を燃焼室４に臨ませて配設され、各気筒毎の所定の噴射タイミングで開閉作動されて、燃焼室４に燃料を直接、噴射供給するようになっている。
【００３０】
上記各インジェクタ５は燃料を高圧状態で蓄えるためのコモンレール６に接続されている。このコモンレール６には、内部の燃圧（コモンレール圧）を検出する圧力センサ６ａが配設されているとともに、クランク軸７により駆動される高圧供給ポンプ８が接続されていて、この高圧供給ポンプ８の作動によりコモンレール６内の燃圧を所定値以上に保持するようになっている。また、クランク軸７の回転角度を検出する電磁ピックアップからなるクランク角センサ９が設けられている。このクランク角センサ９は、クランク軸７端に配設された被検出用プレート（図示せず）の外周に相対向するように配置され、該被検出用プレートの外周部に形成された突起部の通過に対応して、パルス信号を出力する。
【００３１】
エンジン１の一側（図の左側）には、各気筒２の燃焼室４に対し図外のエアクリーナで濾過した吸気（空気）を供給する吸気通路１０が接続されており、この吸気通路１０の下流端部は、図示しないサージタンクを介して気筒毎に分岐し、それぞれ吸気ポートにより各気筒２の燃焼室４に連通されている。また、サージタンク内で各気筒２に供給される過給圧力を検出する吸気圧センサ１０ａが設けられている。上記吸気通路１０には上流側から下流側に向かって順に、エンジン１に吸入される吸気流量を検出するホットフィルム式エアフローセンサ１１と、後述のタービン２１により駆動されて吸気を圧縮するブロワ１２と、このブロワ１２により圧縮した吸気を冷却するインタークーラ１３と、吸気通路１０の断面積を絞る吸気絞り弁１４とがそれぞれ設けられている。この吸気絞り弁１４は、全閉状態でも吸気が流通可能なように切り欠きが設けられたバタフライバルブからなり、後述のＥＧＲ弁２４と同様、ダイヤフラム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。
【００３２】
一方、エンジン１の他側（図の右側）には、各気筒２の燃焼室４から排気を排出する排気通路２０が接続され、この排気通路２０の上流端部は分岐して、それぞれ図示しない排気ポートにより各気筒２の燃焼室４に連通されており、その排気通路の２０の集合部に排気中の酸素濃度を検出するためのＯ2センサ１７が配設されている。また、エンジン１のウォータジャケットに臨んで冷却水温度（エンジン水温）を検出する水温センサ１８が配設されている。さらに、上記排気通路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、排気中の有害成分を浄化する排気浄化用触媒２２とが配設されている。上記タービン２１及びブロワ１２からなるターボ過給機２５は、詳しくは図示しないが、タービン２１の全周を囲むように配設された複数のフラップを有し、その各フラップの回動によりノズル断面積を変化させて、タービン２１への排気流速を調整するようにしたＶＧＴ（バリアブルジオメトリーターボ）である。
【００３３】
また、上記触媒２２は、軸方向（排気の流れ方向）に沿って互いに平行に延びる多数の貫通孔を有するハニカム構造のコージェライト製担体（担体部材）を有し、その各貫通孔壁面に触媒層を２層に形成したものである。具体的には、内側触媒層には白金Ｐｔ等の貴金属とＮＯｘ吸収材であるバリウムＢａとが、多孔質材料であるアルミナやセリアをサポート材として担持されており、一方、外側触媒層には白金Ｐｔ及びロジウムＲｈとＢａとが多孔質材料であるゼオライトをサポート材として担持されている。
【００３４】
この触媒２２は、排気中の酸素濃度が高いとき、即ち燃焼室４の空燃比がリーンな状態のときにＮＯｘを吸収する一方、燃焼室４の空燃比が略理論空燃比付近か又はそれよりもリッチな状態になって排気中の酸素濃度が低下すると、吸収していたＮＯｘを放出して還元浄化する吸収還元タイプのものである。ここで、バリウムＢａによるＮＯｘの吸収及び放出作用は温度状態に依存し、例えば図３（ａ）に示すように、排気中のＮＯｘを吸収することによる触媒２２の浄化率は約２５０℃〜約４００℃の温度範囲で極めて高くなるものの、それよりも温度状態の低い未暖機状態では、温度の低下とともに急速に低下してしまう。また、温度状態が４００℃以上になると、ＮＯｘ浄化率は温度上昇とともに低下する。さらに、白金Ｐｔ等の貴金属の触媒活性も温度状態が低いときには低下するので、同図（ｂ）に示すように、バリウムＢａから放出されたＮＯｘを還元浄化するときの浄化率も２５０℃未満では急速に低下している。
【００３５】
尚、上記触媒２２において、バリウムＢａに代えてそれ以外のアルカリ土類金属やナトリウムＮａ等のアルカリ金属、又は希土類金属のうちの少なくとも一種を用いるようにしてもよい。また、上記内側触媒層のサポート材としてゼオライトを用いてもよく、その場合には上記外側触媒層のサポート材として、アルミナ又はセリアを用いてもよい。さらに、上記触媒２２としては、担体の壁表面にアルミナやセリアがサポート材として担持された触媒層を形成し、このサポート材に、白金Ｐｔ、ロジウムＲｈ、パラジウムＰｄ等の貴金属と、カリウムＫ等のアルカリ金属やバリウムＢａ等のアルカリ土類金属とを担持した１層コートタイプのものを用いてもよい。
【００３６】
上記排気通路２０は、タービン２１よりも上流側の部位で、排気の一部を吸気側に還流させる排気還流通路２３（以下、ＥＧＲ通路という）の上流端に分岐接続されている。このＥＧＲ通路２３の下流端は吸気絞り弁１４よりも下流側の吸気通路１０に接続されており、そのＥＧＲ通路２３の途中の下流端寄りには負圧作動式の排気還流量調節弁２４（以下、ＥＧＲ弁という）が配設されていて、排気通路２０の排気の一部をＥＧＲ弁２４により流量調節しながら吸気通路１０に還流させる排気還流手段を構成している。すなわち、上記ＥＧＲ弁２４はその開度をリニアに調節可能なものであり、弁体を作動させるダイヤフラム２６が負圧通路２７によりバキュームポンプ（負圧源）２９に接続されていて、その負圧通路２７に介設された電磁弁２８の作動によりＥＧＲ弁駆動負圧が調節されることによって、開閉作動される。
【００３７】
尚、上記ターボ過給機２５のフラップにもＥＧＲ弁２４と同様にダイヤフラム３０が取り付けられていて、負圧制御用の電磁弁３１によりダイヤフラム３０に作用する負圧が調節されることで、フラップの作動量が調節されるようになっている。
【００３８】
上記各インジェクタ５、高圧供給ポンプ８、吸気絞り弁１４、ＥＧＲ弁２４、ターボ過給機２５のフラップ等はコントロールユニット（Engine 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、上記圧力センサ６ａからの出力信号と、クランク角センサ９からの出力信号（クランク角信号）と、エアフローセンサ１１からの出力信号と、Ｏ２センサ１７からの出力信号と、水温センサ１８からの出力信号と、車両の運転者による図示しないアクセルペダルの操作量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ３２からの出力信号とが少なくとも入力されている。
【００３９】
そして、インジェクタ５の作動による燃料噴射制御が行われて、燃料噴射量及び燃料噴射時期がエンジン１の運転状態に応じて制御されるとともに、高圧供給ポンプ８の作動によるコモンレール圧力、即ち燃量噴射圧の制御が行われる。また、ＥＧＲ弁２４の作動により排気の還流量が調節されて、各気筒内燃焼室４の空燃比がエンジン１の運転状態に応じて制御されるようになっており、これに加えて、吸気絞り弁１４の作動による吸入空気量の制御とターボ過給機２５のフラップの作動制御とが行われる。
【００４０】
（燃料噴射制御）
上記ＥＣＵ３５のメモリには、エンジン１の目標トルク、吸入空気量及びエンジン回転数の変化に応じて実験的に決定した基本的な燃料噴射量Ｑのマップが電子的に格納されており、アクセル開度センサ３２からの出力信号とクランク角センサ９からの出力信号に基づいて求めたエンジン回転数とに基づいて目標トルクを求め、この黙秘用トルクとエアフローセンサ１１からの出力信号に基づいて吸入空気量とエンジン回転数とに基づいて、エンジン１の要求出力に対応する基本燃料噴射量Ｑbaseを求める。そして、その要求出力に対応する分量の燃料が基本的には各気筒２の圧縮行程上死点（ＴＤＣ）付近で噴射され（以下、主噴射という）、エンジン１は燃焼室４の空燃比がかなりリーンな状態で運転される。
【００４１】
また、上記ＥＣＵ３５のメモリには、上記燃料噴射量マップと同様に目標トルクとエンジン回転数とに応じて、気筒２の圧縮行程上死点付近における燃料の噴射形態を設定した噴射形態マップが電子的に格納されており、エンジン１の目標トルクとエンジン回転数とに基づいて、上記噴射形態マップから最適な噴射形態が選択される。すなわち、図４（ａ）に示すように燃料を圧縮行程上死点付近で一括して噴射するか（以下、一括噴射という）、或いは、同図（ｂ）に示すように２回に分割して噴射するか（２分割噴射という）、同図（ｃ）に示すように３回に分割して噴射するか（３分割噴射という）のいずれかが選択されるとともに、そのように２回又は３回に分割して噴射させる場合には、その途中の閉弁状態となる噴射休止間隔Δｔを変更して、エンジン１の燃費性能や排気特性等が最適なものになるよう、燃焼状態を変化させるようにしている。なお、図４には３分割噴射形態までを例示しているが、必要に応じて４分割以上にすること、例えば４分割噴射ないしは７分割噴射にするようにしてもよい。
【００４２】
一方、排気通路２０の触媒２２におけるＮＯｘ吸収量が所定以上に大きくなってＮＯｘ吸収性能の低下が予想されるときには（吸収過剰状態）、詳しくは後述するが、主に燃料噴射量の増量補正により一時的に燃焼室４の空燃比を略理論空燃比付近か或いはそれよりもリッチな状態に制御することにより、排気中の酸素濃度を低下させかつ還元剤成分濃度を高めて、触媒２２から吸収したＮＯｘを放出させて十分に還元浄化させるようにしている（以下、ＮＯｘ放出制御という）。その場合の噴射形態としては、図４（ｄ）に示すように、燃料の一部（例えば増量補正分）を主噴射後の膨張行程において後噴射する噴射形態を採用する。
【００４３】
尚、上記図４の（ａ）〜（ｅ）にそれぞれ示す燃料噴射形態において、インジェクタ５の実際の励磁時間（開弁時間）は、燃料噴射量だけではなく、圧力センサ６ａにより検出されたコモンレール圧を加味して決定される。
【００４４】
ここで、上記のように気筒２の圧縮行程上死点付近での主噴射を分割して行ったときの燃焼状態について説明すると、気筒２の圧縮行程上死点付近でインジェクタ５により燃料を噴射する場合、該インジェクタ５の噴孔から噴射された燃料は、全体として円錐形状の噴霧を形成しながら燃焼室４に広がるとともに、空気との摩擦により分裂して微小な油滴になり（燃料の微粒化）、それらの油滴の表面から燃料が蒸発して燃料蒸気が生成される（燃料の気化霧化）。このとき、燃焼室４内の空気は極めて高圧で粘性の高い状態になっているので、上記図４（ａ）に示すように、燃料を一括して噴射する場合にその噴射量が多いと、そのうちの先に噴出した燃料油滴に後続の燃料油滴が追いついて再結合してしまい、燃料の微粒化ひいては気化霧化が阻害されることがある。
【００４５】
これに対し、上記図４（ｂ）〜（ｅ）に示すように燃料を複数回に分割して噴射するようにすれば、先のインジェクタ５の開弁により噴出した燃料油滴に、次の開弁により噴出した燃料油滴が追いつくことが少なくなり、油滴同士の再結合に起因して燃料の微粒化が阻害されることを概ね回避できる。また、燃料の噴射圧力をさらに高めて、燃料の微粒化をより一層、促進することも可能になり、こうすれば、燃焼室における燃料噴霧の分布の均一化や空気利用率の向上度合いをさらに高めることができる。そして、このような分割噴射による燃料噴霧と空気との混合状態の変化は、燃料噴射量、噴射時期、噴射率、燃料圧力、分割噴射回数、噴射休止間隔等の種々のパラメータ及びそれら相互の関係によっても変化し、これに伴い燃焼状態が変化することで、エンジン１の燃費性能や排気温度、或いは排気中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等のガス成分の濃度が変化すると考えられる。
【００４６】
この実施形態のものと同様の４気筒ディーゼルエンジン（排気量は約２０００ｃｃ）を比較的低負荷かつ低回転状態で運転し、一括噴射、２分割噴射及び３分割噴射のそれぞれについて、インジェクタ５の噴射休止間隔Δｔを３５０〜９００マイクロ秒（μｓ）の範囲で適宜変更しながら、これに伴い変化する噴射終了時のクランク角度と、燃費率やＣＯ濃度との関係を計測した実験結果の一例を、図５〜図１０に示す。
【００４７】
まず、図５にＣＯ濃度について示すように、２分割噴射では、Δｔ＝３５０，４００，５５０，７００，９００μｓのときの値をそれぞれプロットし、また、３分割噴射では、Δｔ＝４００，５５０，７００，９００μｓのときの値をそれぞれプロットした。同図によれば、排気中のＣＯ濃度は、上記２分割及び３分割噴射のいずれの場合も、インジェクタ５の噴射休止間隔Δｔが短いときに低減する一方、噴射休止間隔Δｔが長くなるに連れて増大する傾向がある。図６に示すように、排気中のＨＣ濃度については上記ＣＯ濃度と同様の傾向がある。図７に示すように、排気中のＮＯｘ濃度はＣＯ濃度とは反対に噴射休止間隔Δｔが長いほど低減できることが分かる。また、スモーク量については、図８に示すように、２分割及び３分割噴射のいずれの場合も、インジェクタ５の噴射休止時間Δｔが短いときはスモーク量を低減できる一方、噴射休止時間Δｔが長くなるに連れてスモーク量が増大することが分かる。
【００４８】
一方、このときのエンジンの燃費率の変化は図９に示すようになり、一括噴射よりも２分割噴射の方が燃費率が改善される反面、３分割噴射では、噴射休止間隔Δｔが短いときには燃費率がやや改善されるが、噴射休止間隔Δｔが長くなるに連れて燃費率が悪化する傾向がある。言い換えると、燃料噴射総量を変えずに噴射回数及び噴射休止間隔Δｔを増やせば、エンジンの出力トルクは低下することになる。そして、このときの排気温度の変化は図１０に示すようになり、一括噴射よりも２分割噴射の方が排気温度が高く、その２分割噴射よりも３分割噴射の方がさらに排気温度が高くなることが分かる。このことから、例えばＮＯｘ放出制御を行うに先立って主噴射の分割制御を行うことにより、触媒２２の温度を高めてそのリフレッシュを促進することができると考えられる。
【００４９】
そこで、この実施形態の燃料噴射制御では、エンジン１の運転中に触媒２２のＮＯｘ吸収材がＮＯｘ吸収過剰状態になってリフレッシュする必要があるときに、該触媒２２が未暖機状態になっていれば、主噴射の分割制御によって触媒２２の温度（ＮＯｘ吸収材の温度でもある）を速やかに高め、かつ排気中のＣＯ，ＨＣ濃度を徐々に増大させる。続いて、燃料噴射量を増量補正することで、排気中の酸素濃度を低下させるとともに、ＣＯ，ＨＣの濃度を十分に増大させて、触媒２２のリフレッシュを最大限に促進するようにしている。
【００５０】
以下に、具体的な燃料噴射制御の処理手順について図１１〜図１６に示すタイムチャート及びフローチャートに沿って説明する。尚、この制御は各気筒毎にクランク角信号に同期して実行される。
【００５１】
−制御例１−
この制御では触媒２２のＮＯｘ吸収材がＮＯｘ吸収過剰状態になってＮＯｘ放出制御を行なうべきとき、触媒２２の温度（ＮＯｘ吸収材の温度）がＮＯｘ放出性が悪い低温状態にあれば、図１１に示すように、昇温期間が設定される。以下、具体的に説明する。
【００５２】
図１２に示すフローのスタート後のステップＡ１において、クランク角信号、エアフローセンサ出力、Ｏ2センサ出力、アクセル開度、エンジン水温等のデータを入力し、続くステップＡ２において、アクセル開度とエンジン回転数Neとから求めた目標トルクとエンジン回転数Neと吸入空気量とに基づいて、燃料噴射量マップから基本燃料噴射量Ｑbaseを読み込むとともに、その噴射時期Ｉbaseを予め設定したマップから読み込む。この噴射時期のマップには、エンジン水温Tw及びエンジン回転数Neに対応する最適な噴射時期が実験的に求められて記録されており、例えば、エンジン水温Twやエンジン回転数Neが異なれば燃料噴霧の着火遅れ時間が異なるので、このことに対応して基本的な噴射時期Ｉbaseが設定されている。
【００５３】
続いて、ステップＡ３では、エンジン水温Twが設定水温Tw0よりも低いか否か判別する。この設定水温Tw0は、エンジン１の冷間始動時における触媒２２の未暖機状態に対応する水温であり、エンジン水温Twが設定水温Tw0よりも低いYESであれば、ステップＡ４に進んで、触媒２２の暖機（昇温）を促進するために主噴射の分割制御を行うことを示すフラグＦｐをオンにして（Ｆｐ＝１）、図１３のステップＡ２０に進む。つまり、エンジン１の冷間始動時に触媒２２の暖機が完了していなければ、主噴射の分割制御により排気温度を高めて、触媒２２の昇温を図るようにしている。一方、エンジン水温Twが設定水温Tw0以上になっていれば（ステップＡ３でNO）、触媒２２は暖機完了と判定して、ステップＡ５に進む。
【００５４】
このステップＡ５では、触媒２２におけるＮＯｘの吸収量を推定する。この推定は、例えば車両の走行距離とその間の燃料の総噴射量とを積算し、その積算値に基づいて行うようにすればよい。或いは、エンジン１の運転時間とその間の燃料の総噴射量とを積算し、さらにエンジン１の運転状態に基づいてその積算値を修正して、その修正後の積算値に基づいてＮＯｘ吸収量を推定するようにしてもよい。そして、続くステップＡ６において、ＮＯｘ吸収量の推定値が所定値以上か否か判別し、推定値が所定値（触媒２２の飽和ＮＯｘ吸収量よりも少し小さい値に設定されている）よりも小さければステップＡ１７に進む一方、推定値が所定値以上でYESならばステップＡ７に進み、このステップＡ７で、ＮＯｘ放出制御を行う期間であることを示すフラグＦ１をオンにし（Ｆ１＝１）、推定値をキャンセルしてステップＡ８に進む。
【００５５】
このステップＡ８では、触媒２２の温度状態（触媒温度Tc）を推定する。この推定は、例えば現在までの所定期間におけるエンジン水温Twの履歴とその間のエンジン回転数や車速等に基づいて行うようにすればよく、或いは、触媒２２の付近の排気通路２０に温度センサを設けて、このセンサからの出力に基づいて直接的に推定するようにしてもよい。続いて、ステップＡ９において、推定した触媒温度Tcが触媒２２のＮＯｘ除去性能の低くなる第１設定温度Tc1（例えば２５０℃）よりも低いか否か判別する。この判別がYESであれば、触媒２２のＮＯｘ吸収又は放出作用がかなり低下しているので、ステップＡ１０に進んで、フラグＦｐをオン状態にし（Ｆｐ＝１）、図１３のステップＡ２０に進む。
【００５６】
つまり、ＮＯｘ吸収量が多くなり触媒２２の浄化性能が低下すると考えられる場合であっても、触媒２２の温度が低いときには、ＮＯｘの放出による触媒２２のリフレッシュを十分に促進することはできず、また、放出されたＮＯｘを十分に還元浄化することもできないので、このときには、後述の如き主噴射の分割制御によって、触媒２２の昇温を図るようにする。
【００５７】
また、上記ステップＡ９の判別結果がNOであれば、ステップＡ１１に進んでフラグＦｐをクリアし、続くステップＡ１２では、ＮＯｘ放出制御の経過時間を計測するためのタイマ値Ｔ１（初期値は零）をインクリメントする。続いて、ステップＡ１３において、タイマ値Ｔ１が予め設定したしきい値Ｔ１0以上になったか否か判別する。このしきい値Ｔ１0は、予め設定したＮＯｘ放出制御の期間に対応する値なので、判別結果がNOであればステップＡ１４に進み、燃焼室４の空燃比が略理論空燃比付近になるように基本燃料噴射量Ｑbaseを増量補正する燃料増量補正量Ｑｃ（Ｑｃ＝Ｒ1）を決定して、図１３のステップＡ２０に進む。
【００５８】
すなわち、例えばエアフローセンサ１１の出力から求められる吸入空気量に基づいて、この吸入空気量に対して空燃比が略理論空燃比付近になるような燃料噴射量を演算して、燃料増量補正量Ｑｃを決定する。一方、上記ステップＡ１３の判別結果がYESであれば、ＮＯｘ放出制御を行う期間は終了したので、ステップＡ１５で燃料増量補正量Ｑｃを零にし（Ｑｃ＝０）、ステップＡ１６でフラグＦ１をクリアして（Ｆｐ＝０）、図１３のステップＡ２０に進む。
【００５９】
つまり、ＮＯｘ吸収量が多くなり触媒２２の浄化性能が低下すると考えられる場合であって、かつ触媒２２の温度がある程度高くなっていれば、ＮＯｘ放出制御を行って該触媒２２からＮＯｘを放出させかつ還元浄化することで、触媒２２のリフレッシュを図るようにしている。
【００６０】
また、上記ステップＡ６において、ＮＯｘ吸収量の推定値が所定値よりも小さいと判定されたときは、ステップＡ１７に進んでフラグＦ１の状態によりＮＯｘ放出制御中か否かを判別する。フラグＦ１＝１としたときはＮＯｘ吸収量の推定値をキャンセルしているため、放出制御中でもステップＡ６の判別がNOとなるためである。ステップＡ１７の判別がYESならば（Ｆ１＝１）、ＮＯｘ放出制御の途中なので上記ステップＡ８に進む一方、オフ状態でNOならば（Ｆ１＝０）、ＮＯｘ放出制御を行う期間ではないので、続くステップＡ１８で第１タイマ値Ｔ1をリセットし（Ｔ1＝０）、続くステップＡ１９でフラグＦｐをクリアして（Ｆｐ＝０）、図１３のステップＡ２０に進む。
【００６１】
以上において、触媒温度Tcの推定ステップＡ８は触媒（ＮＯｘ吸収材）の温度検出手段を構成しているということができる。そうして、ステップＡ６でＮＯｘ吸収量が所定値以上であると判別され、ステップＡ９で触媒温度Tcが低いと判別されたときは、ステップＡ１０でフラグＦｐ＝１として触媒２２の昇温促進のための分割噴射制御（後述する。）に入り、触媒温度Tcが高くなるとステップＡ９の判別がNOとなってステップＡ１１でＦｐ＝０とされて、後述の燃料噴射量の増量補正のための分割噴射制御に移行するものである。従って、ステップＡ６〜Ａ１１は、上記燃料噴射量の増量補正前に上記温度検出手段によって検出される上記ＮＯｘ吸収材の温度が所定値以下であるときに当該増量補正開始まで該ＮＯｘ吸収材の温度を上昇させるための昇温期間を設ける昇温期間設定手段を構成している。
【００６２】
上記ステップＡ４，Ａ１０，Ａ１４，Ａ１６，Ａ１９に続くフローは図１３に示されている。すなわち、ステップＡ２０では、フラグＦｐがオン状態か否か判別する。この判別結果がNOであればステップＡ２１に進んでフラグＦ１がオン状態か否かを判別する。この判別結果がNOであればステップＡ２２，Ａ２３に進む。
すなわち、フラグＦｐ及びＦ１が共にオフということは、触媒２２の暖機は完了しているが、ＮＯｘ吸収過剰状態ではないということである（触媒昇温期間前の通常の運転状態）。この場合は、分割数が多い分割噴射形態ないしは噴射休止間隔Δｔが短めの分割噴射形態を設定する。具体的には、ステップＡ２２で基本燃料噴射量Ｑbaseを３等分し（３分割噴射）、ステップＡ２３で分割された各燃料Ｑ１ａ、Ｑ２ａ、Ｑ３ａの噴射時期Ｉ１ａ、Ｉ２ａ、Ｉ３ａを設定して、各噴射時期に至った時にインジェクタ５を作動させて燃料噴射を実行する（ステップＡ２４）。最初の噴射時期Ｉ１ａは先に設定された基本噴射時期Ｉbaseであり、２回目以降の噴射時期Ｉ２ａ、Ｉ３ａは噴射休止間隔Δｔが２００〜４００μｓとなるようにエンジンの運転状態に応じて設定する。
【００６３】
分割数を多くするのは図７に示すようにＮＯｘ発生量を少なくすることができ、また、図１０に示すように排気温度を高めることができ、触媒２２を比較的高い温度状態（例えば２５０℃以上の温度）に維持する上で有利になるためである。また、噴射休止間隔Δｔを短めに設定するのは、図５、図６、図８に示すようにＣＯ量、ＨＣ量及びスモーク量の低減が図れ、図９に示すように燃費率の低減が図れるためである。
【００６４】
ステップＡ２０でフラグＦｐがオン（Ｆｐ＝１）と判別されたときは、ステップＡ２５、Ａ２６に進んで先の場合と同様に分割数が多めの３分割噴射（Ｑbase→Ｑ１ｂ，Ｑ２ｂ，Ｑ３ｂ）を設定するが、この場合は噴射休止間隔Δｔが４００〜１０００μｓというように長めになるようにエンジンの運転状態に応じて各噴射時期Ｉ１ｂ，Ｉ２ｂ，Ｉ３ｂを設定する。なお、Ｉ１ｂ＝Ｉbaseである。
【００６５】
すなわち、フラグＦｐがオンということは、エンジン水温が低くて触媒温度Tcが低い状態にあるか、ＮＯｘ吸収過剰状態にあるが触媒温度Tcが低い状態にあるということである。後者は燃料噴射量の増量補正を行なう前の触媒昇温期間ということになる。そこで、触媒２２の昇温を図ることができるように分割噴射形態を設定するものである。この場合は、３分割噴射であるから排気温度を高めて触媒２２を昇温させる上で有利になり、また、噴射休止間隔Δｔが長めであるから同じく排気温度を高めて触媒２２を昇温させる上で有利になるものである（図１０参照）。また、噴射休止間隔Δｔが長くなることにより、ＮＯｘ浄化用還元剤としてのＨＣ及びＣＯが増え（図５，図６参照）、ＮＯｘ自体は少なくなる（図７参照）。
【００６６】
ステップＡ２０でフラグＦｐがオフ（Ｆｐ＝０）で且つステップＡ２１でフラグＦ１がオン（Ｆ１＝１）であるならば、ステップＡ２７に進み、基本燃料噴射量Ｑbaseに燃料増量補正量Ｑｃを加えて、総燃料噴射量Ｑｔを演算する。すなわち、フラグＦｐ＝０で且つＦ１＝１ということは、触媒２２はＮＯｘ放出に支障がない程度に昇温され且つＮＯｘ吸収過剰状態にある（又はＮＯｘ放出制御中である）ということである。そこで、ＮＯｘの放出を促すべく燃焼室４の平均的空燃比が略理論空燃比になるように燃料噴射量の増量補正を行なうものである。
【００６７】
続いて、ステップＡ２８において、後噴射の燃料噴射量Ｑｐ及び噴射時期Ｉｐをそれぞれ設定する。すなわち、後噴射量Ｑｐはエンジン１の運転状態に対応する最適値がマップとして記録されていて、このマップから読み込まれるようになっており、その噴射割合は、例えば主噴射の５〜６０％の範囲に設定される。上記燃料増量補正量Ｑｃを後噴射量Ｑｐとしてもよい。このようにすれば、制御の演算を簡略化できる。また、後噴射時期Ｉｐは燃焼安定性の確保、スモーク量、ＨＣ量の低減の観点から膨張行程の前半、特に圧縮行程上死点後３５゜ＣＡぐらいまで後噴射が完了するように設定されている。
【００６８】
続いて、ステップＡ２９、Ａ３０において燃料噴射量の増量補正期間用の分割噴射を設定する。すなわち、この分割噴射では昇温期間前及び昇温期間中の分割噴射よりも分割数が少な目になるように設定する。すなわち、上記総燃料噴射量Ｑｔから後噴射量Ｑｐを減算した後に２等分して２分割噴射｛（Ｑｔ−Ｑｐ）→Ｑ１ｃ，Ｑ２ｃ｝とし、各々の噴射時期Ｉ１ｃ，Ｉ２ｃを噴射休止間隔Δｔが１００〜４００μｓ又は４００〜７００μｓとなるように設定する。なお、Ｉ１ｃ＝Ｉbaseである。
【００６９】
この増量補正期間の分割数を少な目に設定するのは、分割数が多いとそれだけ当該主噴射の終了が遅くなり、それに伴って後噴射時期が遅くなって燃焼性が悪化しスモーク量、ＨＣ量が増大することから、これを避けるためである。また、分割数が少ない方が燃費率が低くなる利点がある（図９参照）。噴射休止期間Δｔに関しては、エンジンの運転状態に応じて設定するが、ＨＣ量、ＣＯ量、スモーク量の低減をねらいとする場合はΔｔを短め（１００〜４００μｓ）に設定し（図５，６，８参照）、ＮＯｘの低減をねらいとする場合はΔｔを長め（４００〜７００μｓ）に設定する（図７参照）。Δｔを短めに設定すると、後噴射の終了を早める上でも有利になる。
【００７０】
上記図１２，図１３に示すフローにおいて、ステップＡ２が基本燃料噴射量決定手段３６を構成し、ステップＡ６〜Ａ１６，Ａ２１，Ａ２７が噴射量補正手段３７を構成し、ステップＡ２０〜Ａ３０（Ａ２７を除く）が燃料噴射制御手段３８を構成している。
【００７１】
従って、この実施形態に係るディーゼルエンジンの燃料噴射装置Ａによれば、通常の運転状態では、噴射休止間隔Δｔを短めの２００〜４００μｓとした３分割噴射が行なわれることにより、エンジン１は燃焼室４の平均的空燃比がリーンな状態で運転され、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ、スモーク、燃費率の低減、触媒温度の維持が図られる。燃焼に伴い生成するＮＯｘが触媒２２のＮＯｘ吸収材に吸収されて、その吸収量が過剰な状態になると、該触媒２２からＮＯｘを放出させて還元浄化するＮＯｘ放出制御が行われる。
【００７２】
このとき、例えばエンジン１が長時間、所定の低回転運転状態とされ、触媒２２が未暖機状態に対応する低温状態になっていれば、昇温期間設定手段４０により触媒２２の温度Ｔｃを上昇させる期間が設けられ、噴射休止間隔Δｔを長めの４００〜１０００μｓとした３分割噴射が行なわれる。これにより、エンジン１は燃焼室４の平均的空燃比がリーンな状態の運転が継続されるが、噴射休止間隔Δｔが長めになることにより、燃料噴霧の空気との混合状態がさらに改善され、空気利用率も向上して燃焼による熱発生率が増大するとともに、燃焼の終了が遅角側にずれることで排気温度が上昇し、これにより、排気通路２０の触媒２２の温度を速やかに高めることができる。
【００７３】
触媒２２の温度ＴｃがＮＯｘの放出に適した温度（Ｔc1以上）になると、昇温期間から燃料噴射量の増量補正期間に移行し、燃料噴射量の増量補正（Ｑｔ←Ｑbase＋Ｑｃ）が行なわれるとともに、その燃料の一部が後噴射に回され、残りの燃料は主噴射として２分割噴射される。これにより、排気中の酸素濃度が低下しかつＣＯやＨＣ等の還元剤成分の濃度が十分に高められるので、上記のように昇温されている触媒２２から速やかにＮＯｘを放出させ、かつ十分に還元浄化することができる。しかも、後噴射時期が過度に遅くなることが避けられ、スモーク量、ＨＣ量の増大が防止されるとともに、燃費率が低くなる。
【００７４】
また、燃料噴射量を増量補正する前に昇温用の分割噴射により、排気中のＨＣ，ＣＯ濃度が高まるので、その後の燃料噴射量の増量補正によって一時的にＮＯｘの生成が盛んになっても、生成されたＮＯｘがＣＯ，ＨＣと反応することになり、大気中へのＮＯｘ排出量が急増することが避けられる。
【００７５】
そして、上記のように触媒２２を極めて効率よくリフレッシュできる結果として、エンジン１の運転中にＮＯｘ放出制御を行う時間を相対的に短くすることができるので、燃料噴射量の増量に伴う燃費悪化を抑制することができる。しかも、主噴射の分割制御によって、上記のように燃焼状態が極めて良好なものになり、また、噴射終了時期は相対的に遅くなるものの、その間、燃焼室４の圧力が相対的に長く十分に高い状態に維持され、いわゆる等容度の向上により機械効率も高められて、燃費改善が図られる。
【００７６】
なお、エンジン始動時は筒内温度が低いため燃焼安定性確保の観点から一括噴射を採用する。
【００７７】
−制御例２−
この制御例２は、図１４に示すように増量補正期間Ｔ10を排気中のＨＣ、ＣＯの量を増やす前側の所定期間（Ｆ11＝１）と残りの期間（Ｆ11＝０）とに分け、この両期間の分割噴射形態を異なるものにした点に特徴がある。以下、図１５及び図１６に示すフローに従って具体的に説明する。
【００７８】
ステップＢ１〜Ｂ１２は制御例１のステップＡ１〜Ａ１２と同じである。ステップＢ１２に続くステップＢ１３では、ＮＯｘ放出制御の経過時間を計測するためのタイマ値Ｔ１が予め設定したしきい値Ｔ11以上になったか否か判別する。このしきい値Ｔ11は、排気中のＨＣ、ＣＯの量を増やす期間に対応する値であり、この期間は増量補正期間の例えば1/4〜2/3程度とする。この判別結果がNOであれば、すなわち、しきい値Ｔ11を経過していなければ、ステップＢ１４に進んで排気中のＨＣ、ＣＯの量を増やす前側の所定期間であることを示すフラグＦ11をオン（Ｆ11＝１）とし、さらにステップＢ１５に進んで燃焼室４の空燃比が略理論空燃比付近になるように基本燃料噴射量Ｑbaseを増量補正する燃料増量補正量Ｑｃ（Ｑｃ＝Ｒ1）を決定して、図１６のステップＢ２３に進む。
【００７９】
ステップＢ１３でタイマＴ１がしきい値Ｔ11以上になったと判別されたときはステップＢ１６に進んでタイマ値Ｔ１が予め設定したしきい値Ｔ10以上になったか否かを判別する。Ｔ10以上になっていなければ、残り期間であるとしてステップＢ１７に進んでフラグＦ11をオフ（Ｆ11＝０）にし、ステップＢ１５に進む。ステップＢ１６でタイマＴ１がしきい値Ｔ10以上になったと判別されたときはステップＢ１８に進んで燃料増量補正量Ｑｃを零とし、さらにステップＢ１９に進んでフラグＦ１及びＦ11をオフにする。
【００８０】
なお、図１５のステップＢ２０〜Ｂ２２は制御例１のステップＡ１７〜Ａ１９と同じである。
【００８１】
図１６のフローにおいて、ステップＢ２３〜Ｂ３１は制御例１のステップＡ２０〜Ａ２８と同じである。この制御例２では、ステップＢ３１に続くステップＢ３２においてフラグＦ11のオン・オフを判別し、オン（Ｆ11＝１のYES)であれば、排気中のＨＣ、ＣＯの量を増やす前側の所定期間であるとしてステップＢ３２、Ｂ３３に進み、燃料噴射量の増量補正期間前側の排気中のＨＣ、ＣＯの量を増やす分割噴射を設定する。すなわち、この分割噴射では昇温期間前及び昇温期間中の分割噴射よりも分割数が少な目になるように設定するとともに、噴射休止間隔Δｔを長めに設定する。具体的には、総燃料噴射量Ｑｔから後噴射量Ｑｐを減算した後に２等分して２分割噴射｛（Ｑｔ−Ｑｐ）→Ｑ１ｃ，Ｑ２ｃ｝とし、各々の噴射時期Ｉ１ｃ，Ｉ２ｃを噴射休止間隔Δｔが４００〜１０００μｓ又は７００〜１０００μｓとなるように設定する。なお、Ｉ１ｃ＝Ｉbaseである。
【００８２】
一方、ステップＢ３２のフラグＦ11の判別がNO（Ｆ11＝０）であれば、当該増量補正期間の残り期間であるとしてステップＢ３５，Ｂ３６に進み、２分割噴射とするが、噴射時期Ｉ１ｃ，Ｉ２ｃについては噴射休止間隔Δｔが上記前側所定期間（Ｆ11＝１）よりも短めになるように設定する。すなわち、上記前側所定期間（Ｆ11＝１）のΔｔが４００〜１０００μｓであれば、残期間のΔｔ＝１００〜４００μｓとし、上記前側所定期間（Ｆ11＝１）のΔｔが７００〜１０００μｓであれば、残期間の又は４００〜７００μｓとするものである。但し、Ｉ１ｃ＝Ｉbaseである。
【００８３】
以上のように、この制御例２の場合は、燃料噴射量を増量すべき期間に入ったとき、その増量開始から所定期間（Ｆ11＝１）は噴射休止間隔Δｔが長めに設定されるから、その間は図５、図６に示すように排気中のＣＯ量及びＨＣ量が増大することになる。従って、燃料噴射量を増量したとき暫くは触媒２２のＮＯｘ吸収材からＮＯｘが多量に放出されるが、このとき排気中のＨＣ量及びＣＯ量が増大するから、ＮＯｘ浄化用の還元剤が不足気味になることが避けられ、ＮＯｘが多量に放出されてもこれを確実に還元浄化できることになる。
【００８４】
なお、上記制御例１，２の分割噴射においては、燃料噴射量の増量補正期間の分割数を昇温期間の分割数よりも少な目にすることによって、後噴射時期が過度に遅くなることを避け、スモーク量、ＨＣ量の増大防止、燃費率の低減を図ったが、分割数は同じにして噴射休止間隔Δｔを短めにした場合にも同様の効果が得られ、分割数の低減と噴射休止間隔Δｔの短縮の双方を実行するようにすると、さらに高い効果が得られる。
【００８５】
また、燃料噴射量の増量補正期間と昇温期間前の期間、即ち、通常運転期間との関係においても、上記制御例１，２では前者の分割数を後者の分割数よりも少なくしたが、前者の噴射休止間隔Δｔを後者よりも短めに、換言すれば後者の噴射休止間隔Δｔを前者よりも長めにしてもよい。これにより、通常運転期間中のＮＯｘ発生量の低減を図ることができる。
【００８６】
また、上記制御例２では燃料噴射量の増量開始から所定期間（Ｆ11＝１）の噴射休止間隔Δｔを残期間（Ｆ11＝０）よりも長めに設定したが、所定期間（Ｆ11＝１）の分割数を残期間（Ｆ11＝０）よりも多めに設定するようにしてもよい。その場合でも噴射休止間隔Δｔが同じであれば、所定期間（Ｆ11＝１）に排気中のＨＣ量及びＣＯ量を増やすことができる（図５，図６参照）。
【００８７】
また、上記実施形態では２分割噴射と３分割噴射とを例示したが、分割数２〜７の範囲で上記各期間に応じた分割数を設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の構成を示す説明図。
【図２】 実施形態に係るディーゼルエンジンの燃料噴射装置の全体構成を示す図。
【図３】 ＮＯｘ吸収材によるＮＯｘ吸収浄化性能（ａ）及び触媒金属によるＮＯｘ還元浄化性能（ｂ）の温度依存性を表すグラフ図。
【図４】 燃料噴射形態の説明図。
【図５】 燃料噴射の分割回数及び噴射休止間隔をそれぞれ変化させたときの、排気中のＣＯ濃度の変化特性を示すグラフ図。
【図６】 燃料噴射の分割回数及び噴射休止間隔をそれぞれ変化させたときの、排気中のＨＣ濃度の変化特性を示すグラフ図。
【図７】 燃料噴射の分割回数及び噴射休止間隔をそれぞれ変化させたときの、排気中のＮＯｘ濃度の変化特性を示すグラフ図。
【図８】 燃料噴射の分割回数及び噴射休止間隔をそれぞれ変化させたときの、排気中のスモーク量の変化特性を示すグラフ図。
【図９】 燃料噴射の分割回数及び噴射休止間隔をそれぞれ変化させたときの燃費率の変化特性を示すグラフ図。
【図１０】 燃料噴射の分割回数及び噴射休止間隔をそれぞれ変化させたときの、排気温度の変化特性を示すグラフ図。
【図１１】 本発明の制御例１の各期間の説明図。
【図１２】 同制御例のフローの前半部分の図。
【図１３】 同制御例のフローの後半部分の図。
【図１４】 本発明の制御例２の増量補正期間の説明図。
【図１５】 同制御例のフローの前半部分の図。
【図１６】 同制御例のフローの後半部分の図。
【符号の説明】
Ａ ディーゼルエンジンの燃料噴射装置
１ ディーゼルエンジン
２ 気筒
４ 燃焼室
５ インジェクタ（燃料噴射弁）
２０ 排気通路
２２ 触媒（ＮＯｘ吸収材）
３５ ＥＣＵ
３６ 噴射量決定手段
３７ 噴射量補正手段
３８ 燃料噴射制御手段
３９ 温度検出手段
４０ 昇温期間設定手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンの排気通路に酸素過剰雰囲気の排気中のＮＯｘを吸収するＮＯｘ吸収材を配設するとともに、このＮＯｘ吸収材からＮＯｘを放出させるときには、排気中の酸素濃度が低下するように燃料噴射量等を制御するようにした燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置として、例えば特開平６−２１２９６１号公報に開示されるように、気筒の圧縮行程上死点付近で通常の燃料噴射を行う他に、所定の運転状態では膨張行程中期から排気行程にかけて少量の燃料（軽油）を追加供給して、排気中の還元剤成分の濃度を高めることにより、排気通路に設けたＮＯｘ吸収材の機能を回復（リフレッシュ）させるようにしたものが知られている。
【０００３】
すなわち、ディーゼルエンジンは通常、空燃比がかなりリーンな状態（例えばＡ/Ｆ≧１８くらいで、排気中の酸素濃度が４％以上）で運転されるが、そのリーンな状態の排気中でＮＯｘを還元浄化することは極めて難しいので、排気中の酸素濃度が高いときにＮＯｘを吸収する一方、酸素濃度が減少すればＮＯｘを放出するいわゆるＮＯｘ吸収材を用いる技術がある。
【０００４】
そして、上記ＮＯｘ吸収材はＮＯｘの吸収量が増えるに連れて吸収性能が低下する性質を有するので、上記従来の燃料噴射装置では、ＮＯｘ吸収材の吸収性能が大きく低下する前に、気筒の膨張行程で追加の燃料を噴射し、この燃料の燃焼（後燃え）により排気中の酸素を消費させて酸素濃度を例えば０．５％以下に低下させるとともに、排気中のＣＯやＨＣ等の還元剤成分の濃度を高めて、その還元剤成分によりＮＯｘ吸収材からのＮＯｘの放出を促し、かつそのＮＯｘを十分に還元浄化して、ＮＯｘ吸収材の吸収性能を回復させるようにしている。
【０００５】
また、圧縮行程上死点付近で燃料を一括して噴射するのではなく、複数回に分けて噴射する分割噴射の技術が知られている。例えば特開平９−２０９８６６号公報には、圧縮行程上死点を起点として分割噴射を開始すること、各回の噴射量を後の回になるほど多くすることが記載されている。燃焼室での熱発生率を広範に且つ適切に制御せんとするものである。特開平１０−１２２０８４号公報には、少量の燃料を噴射する前噴射を行なうことにより燃焼室での着火を惹起し、続く主噴射を複数回に分けて噴射することにより、スモーク及びＮＯｘ（窒素酸化物）の発生量を抑えることが記載されている。特開平１１−２００９３３号公報には、圧縮行程上死点付近の主噴射の直後に後噴射を行なうことによりスモーク放出量を低減させることが記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のようなＮＯｘ吸収材は、ＮＯｘを吸収したり放出したりする作用が温度状態に依存することが知られており、一例を挙げれば、ＮＯｘ吸収材による排気中のＮＯｘ浄化率は、例えば図３（ａ）に示すように所定の温度範囲では十分に高いものの、温度が低くなると急速に低下するという特性を有する。しかし、熱効率に優れるディーゼルエンジンではガソリンエンジンに比べて排気温度が低くなりやすいので、エンジンの運転状態によってはＮＯｘ吸収材の温度が上記所定の温度範囲よりも低くなってしまい、ＮＯｘの吸収及び放出作用を十分に発揮させることができないという問題がある。
【０００７】
これに対して、本発明者は圧縮行程上死点付近での燃料の分割噴射が排気温度の上昇、従って、ＮＯｘ吸収材の昇温に有利になることを見いだしたが、分割噴射をするとそれだけ燃料の噴射終了時期が遅くなることから、燃料の燃焼性が悪化し、スモークの低減、燃費率の低減に不利になる。
【０００８】
本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ディーゼルエンジンの排気通路にＮＯｘ吸収材を配置して、酸素過剰雰囲気の排気中のＮＯｘを浄化するようにしたものにおいて、燃料の分割噴射を工夫し、燃費の悪化やスモークの急増を招くことなく、ＮＯｘ吸収材の温度状態を高めて、ＮＯｘの放出等を促進することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明では、図１に示すように、エンジン１の気筒２内の燃焼室４に燃料を直接噴射供給する燃料噴射弁５と、エンジン１の排気通路２０に配設され、酸素濃度の高い酸素過剰雰囲気の排気中のＮＯｘを吸収する一方、酸素濃度の低下に伴い上記吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収材２２と、エンジンの運転状態に応じて上記燃料噴射弁５による基本燃料噴射量を決定する基本燃料噴射量決定手段３６と、上記ＮＯｘ吸収材２２のＮＯｘ吸収量が所定値以上となったときで且つ該ＮＯｘ吸収材２２からＮＯｘを放出させるときに、排気中の酸素濃度が低下するように上記エンジンの運転状態に応じて決定された基本燃料噴射量に加えて燃料噴射量を増量補正する噴射量補正手段３７と、気筒の圧縮行程上死点付近において上記燃料噴射弁５により燃料を複数回に分割噴射すべく、該燃料噴射弁５を、閉弁状態になる所定の噴射休止間隔を挟んで断続的に開弁させる燃料噴射制御手段３８とを備えたディーゼルエンジンの燃料噴射装置Ａを前提とする。そうして、上記燃料噴射制御手段３８は、上記噴射量補正手段３７による燃料噴射量の増量補正期間中は燃料が上記圧縮行程上死点付近の分割噴射と該分割噴射後の後噴射とによって供給され、上記ＮＯｘ吸収材２２のＮＯｘ吸収量が上記所定値未満のときは上記後噴射はされず燃料が上記圧縮行程上死点付近の分割噴射によって供給されるように上記燃料噴射弁５を制御し、且つ上記増量補正期間中の分割噴射終了時期が、上記ＮＯｘ吸収材２２のＮＯｘ吸収量が上記所定値未満のときの分割噴射終了時期よりも早くなるように、燃料噴射の分割数及び上記噴射休止間隔の少なくとも一方を変更することを特徴とする。
【００１０】
上記の構成により、エンジン１の運転中に上記ＮＯｘ吸収材２２のＮＯｘ吸収量が所定値以上となって該ＮＯｘ吸収材２２からＮＯｘを放出させるときには、噴射量補正手段３７により燃料噴射量が増量補正がなされるが、この増量補正前から分割噴射が実行されているから、ＮＯｘ吸収材の昇温が図れ、その後の燃料噴射量の増量補正によるＮＯｘの放出が効率良く行なわれることになる。すなわち、本発明者は分割噴射を行なうと、排気温度が上昇する傾向にあることを確認しており、本発明はこのことを利用してＮＯｘ吸収材の事前昇温を図るものであり、また、分割噴射により燃料噴射量の増量補正中のＮＯｘ吸収材の温度維持、ＮＯｘ生成量の低減を図るものである。
【００１１】
一方、上記増量補正中に圧縮行程上死点付近の主噴射を分割噴射にすると、一括噴射に比べて主噴射の終了が遅くなる。そこで、本発明は、燃料噴射量の増量補正期間は上記ＮＯｘ吸収材２２のＮＯｘ吸収量が上記所定値未満のときよりも、分割噴射の終了時期が早くなるように（圧縮行程上死点付近における分割噴射の開始から終了までの分割噴射期間が短くなるように）、燃料噴射の分割数及び上記噴射休止間隔の少なくとも一方を変更するようにしたものである。具体的には、燃料噴射量の増量補正期間は上記ＮＯｘ吸収材２２のＮＯｘ吸収量が上記所定値未満のときよりも、燃料噴射の分割数を少なくするか又は上記噴射休止間隔を短くすることになる。
【００１２】
従って、分割数の低減又は噴射休止間隔の短縮によって主噴射の終了時期が早くなるから、後噴射時期を過度に遅角する必要がなくなり、燃費の悪化やスモーク量の増大を防止する上で有利になる。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１に記載されているディーゼルエンジンの燃料噴射装置において、さらに、
上記ＮＯｘ吸収材の温度を検出する温度検出手段３９と、
上記燃料噴射量の増量補正前に上記温度検出手段３９によって検出される上記ＮＯｘ吸収材２２の温度が所定値以下であるときに当該増量補正開始まで該ＮＯｘ吸収材の温度を上昇させるための昇温期間を設ける昇温期間設定手段４０とを備え、
上記燃料噴射制御手段３８は、上記昇温期間においても上記後噴射はされず燃料が上記圧縮行程上死点付近の分割噴射によって供給されるように上記燃料噴射弁５を制御し、且つ上記増量補正期間は上記昇温期間よりも燃料噴射の分割数を少なくすることを特徴とする。
【００１４】
従って、増量補正期間前の昇温期間に分割噴射が採用され且つ増量補正期間は昇温期間よりも燃料噴射の分割数が少ないから、請求項１の発明と同様にＮＯｘ吸収材の昇温が図れてＮＯｘの放出に有利であるとともに、燃費の悪化やスモーク発生量の増大が防止される。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項２に記載されているディーゼルエンジンの燃料噴射装置において、
上記燃料噴射制御手段３８は、上記増量補正期間は上記昇温期間前よりも燃料噴射の分割数を少なくすることを特徴とする。
【００１６】
換言すれば、上記昇温期間前は燃料噴射の分割数を多くするものであり、これにより、ＮＯｘ発生量の低減、排気の昇温によるＮＯｘ吸収材の昇温に有利になる。
【００１７】
請求項４の発明は、請求項１に記載されているディーゼルエンジンの燃料噴射装置において、さらに、
上記ＮＯｘ吸収材の温度を検出する温度検出手段３９と、
上記燃料噴射量の増量補正前に上記温度検出手段３９によって検出される上記ＮＯｘ吸収材の温度が所定値以下であるときに当該増量補正開始まで該ＮＯｘ吸収材の温度を上昇させるための昇温期間を設ける昇温期間設定手段４０とを備え、
上記燃料噴射制御手段３８は、上記昇温期間においても上記後噴射はされず燃料が上記圧縮行程上死点付近の分割噴射によって供給されるように上記燃料噴射弁５を制御し、且つ上記増量補正期間は上記昇温期間よりも燃料噴射の噴射休止間隔を短くすることを特徴とする。
【００１８】
この発明の場合も請求項２の発明と同様にＮＯｘ吸収材の昇温によるＮＯｘ放出性の向上、燃費の悪化やスモーク発生量の増大の防止に有利になる。
【００１９】
請求項５の発明は、請求項４に記載されているディーゼルエンジンの燃料噴射装置において、
上記増量補正期間は上記昇温期間前よりも燃料噴射の噴射休止間隔が短いことを特徴とする。
【００２０】
この発明の場合も請求項３の発明と同様にＮＯｘ発生量の低減、排気の昇温によるＮＯｘ吸収材の昇温に有利になる。
【００２１】
請求項６の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか一に記載されているディーゼルエンジンの燃料噴射装置において、
上記燃料噴射制御手段３８は、上記増量補正開始から所定期間は当該増量補正期間の残りの期間よりも燃料噴射の分割数を多くするか又は噴射休止間隔を長くすることを特徴とする。
【００２２】
すなわち、燃料噴射量の増量はＮＯｘ吸収材に多量のＮＯｘが吸収されている状態で行なわれるから、燃料噴射量が増量されると暫くはＮＯｘが多量に放出され、その後その放出量が漸減していくが、ＮＯｘが一度に多量に放出されるとこれを還元浄化するための還元剤が不足気味になる。これに対して、本発明者は燃料噴射の分割数を多くするか又は噴射休止間隔を長くすれば、排気中のＨＣやＣＯの量が増大することを確認している。そこで、本発明では、燃料噴射量の増量補正開始から暫くは燃料噴射の分割数を多くするか又は噴射休止間隔を長くすることによって排気中のＨＣやＣＯの量を増やし、ＮＯｘを確実に還元浄化できるようにしているものである。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように請求項１の発明によれば、上記ＮＯｘ吸収材のＮＯｘ吸収量が所定値以上となったときで且つ該ＮＯｘ吸収材からＮＯｘを放出させるときに、噴射量補正手段によって燃料噴射量の増量補正を行なうが、該増量補正期間中の分割噴射の終了時期が上記ＮＯｘ吸収材のＮＯｘ吸収量が上記所定値未満のときの分割噴射の終了時期よりも早くなるように、燃料噴射の分割数及び上記噴射休止間隔の少なくとも一方を変更するから、事前にＮＯｘ吸収材の温度を高めてＮＯｘの放出性を良くすることができるとともに、当該増量補正期間中の後噴射の終了時期が過度に遅くなることを避けることができ、燃費の悪化やスモーク発生量の増大を防止することができる。
【００２４】
請求項２の発明によれば、ＮＯｘ吸収材の温度が所定値以下であるときに燃料噴射量の増量補正開始まで該ＮＯｘ吸収材の温度を上昇させるための昇温期間を設けるようにし、この昇温期間においても上記後噴射はされず燃料が分割噴射によって供給されるようにし、しかも上記増量補正期間は上記昇温期間よりも燃料噴射の分割数を少なくしたから、請求項１の発明と同様にＮＯｘ放出性の向上、燃費の悪化防止やスモーク発生量の増大防止を図りながら、燃料の分割噴射を有効に利用してＮＯｘ吸収材の昇温を図ることができるようになる。
【００２５】
請求項３の発明によれば、上記増量補正期間は上記昇温期間前よりも燃料噴射の分割数を少なくしたから、換言すれば、上記昇温期間前は燃料噴射の分割数を多くするようにしたから、ＮＯｘ発生量の低減、排気の昇温によるＮＯｘ吸収材の昇温に有利になる。
【００２６】
請求項４の発明によれば、ＮＯｘ吸収材の温度が所定値以下であるときに燃料噴射量の増量補正開始まで該ＮＯｘ吸収材の温度を上昇させるための昇温期間を設けるようにし、この昇温期間においても上記後噴射はされず燃料が分割噴射によって供給されるようにし、しかも上記増量補正期間は上記昇温期間よりも分割噴射の噴射休止間隔を短くしたから、請求項１の発明と同様にＮＯｘ放出性の向上、燃費の悪化防止やスモーク発生量の増大防止を図りながら、燃料の分割噴射を有効に利用してＮＯｘ吸収材の昇温を図ることができるようになる。
【００２７】
請求項５の発明によれば、上記増量補正期間は上記昇温期間前よりも分割噴射の噴射休止間隔を短くしたから、換言すれば、上記昇温期間前は噴射休止間隔を長くしたから、ＮＯｘ発生量の低減、排気の昇温によるＮＯｘ吸収材の昇温に有利になる。
【００２８】
請求項６の発明によれば、燃料噴射量の増量補正開始から所定期間は当該増量補正期間中のその後の期間よりも燃料噴射の分割数を多くするか又は噴射休止間隔を長くするから、燃料噴射量が増量されてＮＯｘが一度に多量に放出されるときに排気中のＨＣやＣＯの量を増えることになり、ＮＯｘを確実に還元浄化する上で有利になる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
（全体構成）
図２は本発明の実施形態に係るディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置Ａの全体構成を示し、１は車両に搭載された多気筒ディーゼルエンジンである。このエンジン１は複数の気筒２，２，…（１つのみ図示する）を有し、その各気筒２内に往復動可能にピストン３が嵌挿されていて、このピストン３によって各気筒２内に燃焼室４が区画されている。また、燃焼室４の上面の略中央部には、インジェクタ（燃料噴射弁）５が先端部の噴孔を燃焼室４に臨ませて配設され、各気筒毎の所定の噴射タイミングで開閉作動されて、燃焼室４に燃料を直接、噴射供給するようになっている。
【００３０】
上記各インジェクタ５は燃料を高圧状態で蓄えるためのコモンレール６に接続されている。このコモンレール６には、内部の燃圧（コモンレール圧）を検出する圧力センサ６ａが配設されているとともに、クランク軸７により駆動される高圧供給ポンプ８が接続されていて、この高圧供給ポンプ８の作動によりコモンレール６内の燃圧を所定値以上に保持するようになっている。また、クランク軸７の回転角度を検出する電磁ピックアップからなるクランク角センサ９が設けられている。このクランク角センサ９は、クランク軸７端に配設された被検出用プレート（図示せず）の外周に相対向するように配置され、該被検出用プレートの外周部に形成された突起部の通過に対応して、パルス信号を出力する。
【００３１】
エンジン１の一側（図の左側）には、各気筒２の燃焼室４に対し図外のエアクリーナで濾過した吸気（空気）を供給する吸気通路１０が接続されており、この吸気通路１０の下流端部は、図示しないサージタンクを介して気筒毎に分岐し、それぞれ吸気ポートにより各気筒２の燃焼室４に連通されている。また、サージタンク内で各気筒２に供給される過給圧力を検出する吸気圧センサ１０ａが設けられている。上記吸気通路１０には上流側から下流側に向かって順に、エンジン１に吸入される吸気流量を検出するホットフィルム式エアフローセンサ１１と、後述のタービン２１により駆動されて吸気を圧縮するブロワ１２と、このブロワ１２により圧縮した吸気を冷却するインタークーラ１３と、吸気通路１０の断面積を絞る吸気絞り弁１４とがそれぞれ設けられている。この吸気絞り弁１４は、全閉状態でも吸気が流通可能なように切り欠きが設けられたバタフライバルブからなり、後述のＥＧＲ弁２４と同様、ダイヤフラム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。
【００３２】
一方、エンジン１の他側（図の右側）には、各気筒２の燃焼室４から排気を排出する排気通路２０が接続され、この排気通路２０の上流端部は分岐して、それぞれ図示しない排気ポートにより各気筒２の燃焼室４に連通されており、その排気通路の２０の集合部に排気中の酸素濃度を検出するためのＯ2センサ１７が配設されている。また、エンジン１のウォータジャケットに臨んで冷却水温度（エンジン水温）を検出する水温センサ１８が配設されている。さらに、上記排気通路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、排気中の有害成分を浄化する排気浄化用触媒２２とが配設されている。上記タービン２１及びブロワ１２からなるターボ過給機２５は、詳しくは図示しないが、タービン２１の全周を囲むように配設された複数のフラップを有し、その各フラップの回動によりノズル断面積を変化させて、タービン２１への排気流速を調整するようにしたＶＧＴ（バリアブルジオメトリーターボ）である。
【００３３】
また、上記触媒２２は、軸方向（排気の流れ方向）に沿って互いに平行に延びる多数の貫通孔を有するハニカム構造のコージェライト製担体（担体部材）を有し、その各貫通孔壁面に触媒層を２層に形成したものである。具体的には、内側触媒層には白金Ｐｔ等の貴金属とＮＯｘ吸収材であるバリウムＢａとが、多孔質材料であるアルミナやセリアをサポート材として担持されており、一方、外側触媒層には白金Ｐｔ及びロジウムＲｈとＢａとが多孔質材料であるゼオライトをサポート材として担持されている。
【００３４】
この触媒２２は、排気中の酸素濃度が高いとき、即ち燃焼室４の空燃比がリーンな状態のときにＮＯｘを吸収する一方、燃焼室４の空燃比が略理論空燃比付近か又はそれよりもリッチな状態になって排気中の酸素濃度が低下すると、吸収していたＮＯｘを放出して還元浄化する吸収還元タイプのものである。ここで、バリウムＢａによるＮＯｘの吸収及び放出作用は温度状態に依存し、例えば図３（ａ）に示すように、排気中のＮＯｘを吸収することによる触媒２２の浄化率は約２５０℃〜約４００℃の温度範囲で極めて高くなるものの、それよりも温度状態の低い未暖機状態では、温度の低下とともに急速に低下してしまう。また、温度状態が４００℃以上になると、ＮＯｘ浄化率は温度上昇とともに低下する。さらに、白金Ｐｔ等の貴金属の触媒活性も温度状態が低いときには低下するので、同図（ｂ）に示すように、バリウムＢａから放出されたＮＯｘを還元浄化するときの浄化率も２５０℃未満では急速に低下している。
【００３５】
尚、上記触媒２２において、バリウムＢａに代えてそれ以外のアルカリ土類金属やナトリウムＮａ等のアルカリ金属、又は希土類金属のうちの少なくとも一種を用いるようにしてもよい。また、上記内側触媒層のサポート材としてゼオライトを用いてもよく、その場合には上記外側触媒層のサポート材として、アルミナ又はセリアを用いてもよい。さらに、上記触媒２２としては、担体の壁表面にアルミナやセリアがサポート材として担持された触媒層を形成し、このサポート材に、白金Ｐｔ、ロジウムＲｈ、パラジウムＰｄ等の貴金属と、カリウムＫ等のアルカリ金属やバリウムＢａ等のアルカリ土類金属とを担持した１層コートタイプのものを用いてもよい。
【００３６】
上記排気通路２０は、タービン２１よりも上流側の部位で、排気の一部を吸気側に還流させる排気還流通路２３（以下、ＥＧＲ通路という）の上流端に分岐接続されている。このＥＧＲ通路２３の下流端は吸気絞り弁１４よりも下流側の吸気通路１０に接続されており、そのＥＧＲ通路２３の途中の下流端寄りには負圧作動式の排気還流量調節弁２４（以下、ＥＧＲ弁という）が配設されていて、排気通路２０の排気の一部をＥＧＲ弁２４により流量調節しながら吸気通路１０に還流させる排気還流手段を構成している。すなわち、上記ＥＧＲ弁２４はその開度をリニアに調節可能なものであり、弁体を作動させるダイヤフラム２６が負圧通路２７によりバキュームポンプ（負圧源）２９に接続されていて、その負圧通路２７に介設された電磁弁２８の作動によりＥＧＲ弁駆動負圧が調節されることによって、開閉作動される。
【００３７】
尚、上記ターボ過給機２５のフラップにもＥＧＲ弁２４と同様にダイヤフラム３０が取り付けられていて、負圧制御用の電磁弁３１によりダイヤフラム３０に作用する負圧が調節されることで、フラップの作動量が調節されるようになっている。
【００３８】
上記各インジェクタ５、高圧供給ポンプ８、吸気絞り弁１４、ＥＧＲ弁２４、ターボ過給機２５のフラップ等はコントロールユニット（Engine 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、上記圧力センサ６ａからの出力信号と、クランク角センサ９からの出力信号（クランク角信号）と、エアフローセンサ１１からの出力信号と、Ｏ２センサ１７からの出力信号と、水温センサ１８からの出力信号と、車両の運転者による図示しないアクセルペダルの操作量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ３２からの出力信号とが少なくとも入力されている。
【００３９】
そして、インジェクタ５の作動による燃料噴射制御が行われて、燃料噴射量及び燃料噴射時期がエンジン１の運転状態に応じて制御されるとともに、高圧供給ポンプ８の作動によるコモンレール圧力、即ち燃量噴射圧の制御が行われる。また、ＥＧＲ弁２４の作動により排気の還流量が調節されて、各気筒内燃焼室４の空燃比がエンジン１の運転状態に応じて制御されるようになっており、これに加えて、吸気絞り弁１４の作動による吸入空気量の制御とターボ過給機２５のフラップの作動制御とが行われる。
【００４０】
（燃料噴射制御）
上記ＥＣＵ３５のメモリには、エンジン１の目標トルク、吸入空気量及びエンジン回転数の変化に応じて実験的に決定した基本的な燃料噴射量Ｑのマップが電子的に格納されており、アクセル開度センサ３２からの出力信号とクランク角センサ９からの出力信号に基づいて求めたエンジン回転数とに基づいて目標トルクを求め、この黙秘用トルクとエアフローセンサ１１からの出力信号に基づいて吸入空気量とエンジン回転数とに基づいて、エンジン１の要求出力に対応する基本燃料噴射量Ｑbaseを求める。そして、その要求出力に対応する分量の燃料が基本的には各気筒２の圧縮行程上死点（ＴＤＣ）付近で噴射され（以下、主噴射という）、エンジン１は燃焼室４の空燃比がかなりリーンな状態で運転される。
【００４１】
また、上記ＥＣＵ３５のメモリには、上記燃料噴射量マップと同様に目標トルクとエンジン回転数とに応じて、気筒２の圧縮行程上死点付近における燃料の噴射形態を設定した噴射形態マップが電子的に格納されており、エンジン１の目標トルクとエンジン回転数とに基づいて、上記噴射形態マップから最適な噴射形態が選択される。すなわち、図４（ａ）に示すように燃料を圧縮行程上死点付近で一括して噴射するか（以下、一括噴射という）、或いは、同図（ｂ）に示すように２回に分割して噴射するか（２分割噴射という）、同図（ｃ）に示すように３回に分割して噴射するか（３分割噴射という）のいずれかが選択されるとともに、そのように２回又は３回に分割して噴射させる場合には、その途中の閉弁状態となる噴射休止間隔Δｔを変更して、エンジン１の燃費性能や排気特性等が最適なものになるよう、燃焼状態を変化させるようにしている。なお、図４には３分割噴射形態までを例示しているが、必要に応じて４分割以上にすること、例えば４分割噴射ないしは７分割噴射にするようにしてもよい。
【００４２】
一方、排気通路２０の触媒２２におけるＮＯｘ吸収量が所定以上に大きくなってＮＯｘ吸収性能の低下が予想されるときには（吸収過剰状態）、詳しくは後述するが、主に燃料噴射量の増量補正により一時的に燃焼室４の空燃比を略理論空燃比付近か或いはそれよりもリッチな状態に制御することにより、排気中の酸素濃度を低下させかつ還元剤成分濃度を高めて、触媒２２から吸収したＮＯｘを放出させて十分に還元浄化させるようにしている（以下、ＮＯｘ放出制御という）。その場合の噴射形態としては、図４（ｄ）に示すように、燃料の一部（例えば増量補正分）を主噴射後の膨張行程において後噴射する噴射形態を採用する。
【００４３】
尚、上記図４の（ａ）〜（ｅ）にそれぞれ示す燃料噴射形態において、インジェクタ５の実際の励磁時間（開弁時間）は、燃料噴射量だけではなく、圧力センサ６ａにより検出されたコモンレール圧を加味して決定される。
【００４４】
ここで、上記のように気筒２の圧縮行程上死点付近での主噴射を分割して行ったときの燃焼状態について説明すると、気筒２の圧縮行程上死点付近でインジェクタ５により燃料を噴射する場合、該インジェクタ５の噴孔から噴射された燃料は、全体として円錐形状の噴霧を形成しながら燃焼室４に広がるとともに、空気との摩擦により分裂して微小な油滴になり（燃料の微粒化）、それらの油滴の表面から燃料が蒸発して燃料蒸気が生成される（燃料の気化霧化）。このとき、燃焼室４内の空気は極めて高圧で粘性の高い状態になっているので、上記図４（ａ）に示すように、燃料を一括して噴射する場合にその噴射量が多いと、そのうちの先に噴出した燃料油滴に後続の燃料油滴が追いついて再結合してしまい、燃料の微粒化ひいては気化霧化が阻害されることがある。
【００４５】
これに対し、上記図４（ｂ）〜（ｅ）に示すように燃料を複数回に分割して噴射するようにすれば、先のインジェクタ５の開弁により噴出した燃料油滴に、次の開弁により噴出した燃料油滴が追いつくことが少なくなり、油滴同士の再結合に起因して燃料の微粒化が阻害されることを概ね回避できる。また、燃料の噴射圧力をさらに高めて、燃料の微粒化をより一層、促進することも可能になり、こうすれば、燃焼室における燃料噴霧の分布の均一化や空気利用率の向上度合いをさらに高めることができる。そして、このような分割噴射による燃料噴霧と空気との混合状態の変化は、燃料噴射量、噴射時期、噴射率、燃料圧力、分割噴射回数、噴射休止間隔等の種々のパラメータ及びそれら相互の関係によっても変化し、これに伴い燃焼状態が変化することで、エンジン１の燃費性能や排気温度、或いは排気中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等のガス成分の濃度が変化すると考えられる。
【００４６】
この実施形態のものと同様の４気筒ディーゼルエンジン（排気量は約２０００ｃｃ）を比較的低負荷かつ低回転状態で運転し、一括噴射、２分割噴射及び３分割噴射のそれぞれについて、インジェクタ５の噴射休止間隔Δｔを３５０〜９００マイクロ秒（μｓ）の範囲で適宜変更しながら、これに伴い変化する噴射終了時のクランク角度と、燃費率やＣＯ濃度との関係を計測した実験結果の一例を、図５〜図１０に示す。
【００４７】
まず、図５にＣＯ濃度について示すように、２分割噴射では、Δｔ＝３５０，４００，５５０，７００，９００μｓのときの値をそれぞれプロットし、また、３分割噴射では、Δｔ＝４００，５５０，７００，９００μｓのときの値をそれぞれプロットした。同図によれば、排気中のＣＯ濃度は、上記２分割及び３分割噴射のいずれの場合も、インジェクタ５の噴射休止間隔Δｔが短いときに低減する一方、噴射休止間隔Δｔが長くなるに連れて増大する傾向がある。図６に示すように、排気中のＨＣ濃度については上記ＣＯ濃度と同様の傾向がある。図７に示すように、排気中のＮＯｘ濃度はＣＯ濃度とは反対に噴射休止間隔Δｔが長いほど低減できることが分かる。また、スモーク量については、図８に示すように、２分割及び３分割噴射のいずれの場合も、インジェクタ５の噴射休止時間Δｔが短いときはスモーク量を低減できる一方、噴射休止時間Δｔが長くなるに連れてスモーク量が増大することが分かる。
【００４８】
一方、このときのエンジンの燃費率の変化は図９に示すようになり、一括噴射よりも２分割噴射の方が燃費率が改善される反面、３分割噴射では、噴射休止間隔Δｔが短いときには燃費率がやや改善されるが、噴射休止間隔Δｔが長くなるに連れて燃費率が悪化する傾向がある。言い換えると、燃料噴射総量を変えずに噴射回数及び噴射休止間隔Δｔを増やせば、エンジンの出力トルクは低下することになる。そして、このときの排気温度の変化は図１０に示すようになり、一括噴射よりも２分割噴射の方が排気温度が高く、その２分割噴射よりも３分割噴射の方がさらに排気温度が高くなることが分かる。このことから、例えばＮＯｘ放出制御を行うに先立って主噴射の分割制御を行うことにより、触媒２２の温度を高めてそのリフレッシュを促進することができると考えられる。
【００４９】
そこで、この実施形態の燃料噴射制御では、エンジン１の運転中に触媒２２のＮＯｘ吸収材がＮＯｘ吸収過剰状態になってリフレッシュする必要があるときに、該触媒２２が未暖機状態になっていれば、主噴射の分割制御によって触媒２２の温度（ＮＯｘ吸収材の温度でもある）を速やかに高め、かつ排気中のＣＯ，ＨＣ濃度を徐々に増大させる。続いて、燃料噴射量を増量補正することで、排気中の酸素濃度を低下させるとともに、ＣＯ，ＨＣの濃度を十分に増大させて、触媒２２のリフレッシュを最大限に促進するようにしている。
【００５０】
以下に、具体的な燃料噴射制御の処理手順について図１１〜図１６に示すタイムチャート及びフローチャートに沿って説明する。尚、この制御は各気筒毎にクランク角信号に同期して実行される。
【００５１】
−制御例１−
この制御では触媒２２のＮＯｘ吸収材がＮＯｘ吸収過剰状態になってＮＯｘ放出制御を行なうべきとき、触媒２２の温度（ＮＯｘ吸収材の温度）がＮＯｘ放出性が悪い低温状態にあれば、図１１に示すように、昇温期間が設定される。以下、具体的に説明する。
【００５２】
図１２に示すフローのスタート後のステップＡ１において、クランク角信号、エアフローセンサ出力、Ｏ2センサ出力、アクセル開度、エンジン水温等のデータを入力し、続くステップＡ２において、アクセル開度とエンジン回転数Neとから求めた目標トルクとエンジン回転数Neと吸入空気量とに基づいて、燃料噴射量マップから基本燃料噴射量Ｑbaseを読み込むとともに、その噴射時期Ｉbaseを予め設定したマップから読み込む。この噴射時期のマップには、エンジン水温Tw及びエンジン回転数Neに対応する最適な噴射時期が実験的に求められて記録されており、例えば、エンジン水温Twやエンジン回転数Neが異なれば燃料噴霧の着火遅れ時間が異なるので、このことに対応して基本的な噴射時期Ｉbaseが設定されている。
【００５３】
続いて、ステップＡ３では、エンジン水温Twが設定水温Tw0よりも低いか否か判別する。この設定水温Tw0は、エンジン１の冷間始動時における触媒２２の未暖機状態に対応する水温であり、エンジン水温Twが設定水温Tw0よりも低いYESであれば、ステップＡ４に進んで、触媒２２の暖機（昇温）を促進するために主噴射の分割制御を行うことを示すフラグＦｐをオンにして（Ｆｐ＝１）、図１３のステップＡ２０に進む。つまり、エンジン１の冷間始動時に触媒２２の暖機が完了していなければ、主噴射の分割制御により排気温度を高めて、触媒２２の昇温を図るようにしている。一方、エンジン水温Twが設定水温Tw0以上になっていれば（ステップＡ３でNO）、触媒２２は暖機完了と判定して、ステップＡ５に進む。
【００５４】
このステップＡ５では、触媒２２におけるＮＯｘの吸収量を推定する。この推定は、例えば車両の走行距離とその間の燃料の総噴射量とを積算し、その積算値に基づいて行うようにすればよい。或いは、エンジン１の運転時間とその間の燃料の総噴射量とを積算し、さらにエンジン１の運転状態に基づいてその積算値を修正して、その修正後の積算値に基づいてＮＯｘ吸収量を推定するようにしてもよい。そして、続くステップＡ６において、ＮＯｘ吸収量の推定値が所定値以上か否か判別し、推定値が所定値（触媒２２の飽和ＮＯｘ吸収量よりも少し小さい値に設定されている）よりも小さければステップＡ１７に進む一方、推定値が所定値以上でYESならばステップＡ７に進み、このステップＡ７で、ＮＯｘ放出制御を行う期間であることを示すフラグＦ１をオンにし（Ｆ１＝１）、推定値をキャンセルしてステップＡ８に進む。
【００５５】
このステップＡ８では、触媒２２の温度状態（触媒温度Tc）を推定する。この推定は、例えば現在までの所定期間におけるエンジン水温Twの履歴とその間のエンジン回転数や車速等に基づいて行うようにすればよく、或いは、触媒２２の付近の排気通路２０に温度センサを設けて、このセンサからの出力に基づいて直接的に推定するようにしてもよい。続いて、ステップＡ９において、推定した触媒温度Tcが触媒２２のＮＯｘ除去性能の低くなる第１設定温度Tc1（例えば２５０℃）よりも低いか否か判別する。この判別がYESであれば、触媒２２のＮＯｘ吸収又は放出作用がかなり低下しているので、ステップＡ１０に進んで、フラグＦｐをオン状態にし（Ｆｐ＝１）、図１３のステップＡ２０に進む。
【００５６】
つまり、ＮＯｘ吸収量が多くなり触媒２２の浄化性能が低下すると考えられる場合であっても、触媒２２の温度が低いときには、ＮＯｘの放出による触媒２２のリフレッシュを十分に促進することはできず、また、放出されたＮＯｘを十分に還元浄化することもできないので、このときには、後述の如き主噴射の分割制御によって、触媒２２の昇温を図るようにする。
【００５７】
また、上記ステップＡ９の判別結果がNOであれば、ステップＡ１１に進んでフラグＦｐをクリアし、続くステップＡ１２では、ＮＯｘ放出制御の経過時間を計測するためのタイマ値Ｔ１（初期値は零）をインクリメントする。続いて、ステップＡ１３において、タイマ値Ｔ１が予め設定したしきい値Ｔ１0以上になったか否か判別する。このしきい値Ｔ１0は、予め設定したＮＯｘ放出制御の期間に対応する値なので、判別結果がNOであればステップＡ１４に進み、燃焼室４の空燃比が略理論空燃比付近になるように基本燃料噴射量Ｑbaseを増量補正する燃料増量補正量Ｑｃ（Ｑｃ＝Ｒ1）を決定して、図１３のステップＡ２０に進む。
【００５８】
すなわち、例えばエアフローセンサ１１の出力から求められる吸入空気量に基づいて、この吸入空気量に対して空燃比が略理論空燃比付近になるような燃料噴射量を演算して、燃料増量補正量Ｑｃを決定する。一方、上記ステップＡ１３の判別結果がYESであれば、ＮＯｘ放出制御を行う期間は終了したので、ステップＡ１５で燃料増量補正量Ｑｃを零にし（Ｑｃ＝０）、ステップＡ１６でフラグＦ１をクリアして（Ｆｐ＝０）、図１３のステップＡ２０に進む。
【００５９】
つまり、ＮＯｘ吸収量が多くなり触媒２２の浄化性能が低下すると考えられる場合であって、かつ触媒２２の温度がある程度高くなっていれば、ＮＯｘ放出制御を行って該触媒２２からＮＯｘを放出させかつ還元浄化することで、触媒２２のリフレッシュを図るようにしている。
【００６０】
また、上記ステップＡ６において、ＮＯｘ吸収量の推定値が所定値よりも小さいと判定されたときは、ステップＡ１７に進んでフラグＦ１の状態によりＮＯｘ放出制御中か否かを判別する。フラグＦ１＝１としたときはＮＯｘ吸収量の推定値をキャンセルしているため、放出制御中でもステップＡ６の判別がNOとなるためである。ステップＡ１７の判別がYESならば（Ｆ１＝１）、ＮＯｘ放出制御の途中なので上記ステップＡ８に進む一方、オフ状態でNOならば（Ｆ１＝０）、ＮＯｘ放出制御を行う期間ではないので、続くステップＡ１８で第１タイマ値Ｔ1をリセットし（Ｔ1＝０）、続くステップＡ１９でフラグＦｐをクリアして（Ｆｐ＝０）、図１３のステップＡ２０に進む。
【００６１】
以上において、触媒温度Tcの推定ステップＡ８は触媒（ＮＯｘ吸収材）の温度検出手段を構成しているということができる。そうして、ステップＡ６でＮＯｘ吸収量が所定値以上であると判別され、ステップＡ９で触媒温度Tcが低いと判別されたときは、ステップＡ１０でフラグＦｐ＝１として触媒２２の昇温促進のための分割噴射制御（後述する。）に入り、触媒温度Tcが高くなるとステップＡ９の判別がNOとなってステップＡ１１でＦｐ＝０とされて、後述の燃料噴射量の増量補正のための分割噴射制御に移行するものである。従って、ステップＡ６〜Ａ１１は、上記燃料噴射量の増量補正前に上記温度検出手段によって検出される上記ＮＯｘ吸収材の温度が所定値以下であるときに当該増量補正開始まで該ＮＯｘ吸収材の温度を上昇させるための昇温期間を設ける昇温期間設定手段を構成している。
【００６２】
上記ステップＡ４，Ａ１０，Ａ１４，Ａ１６，Ａ１９に続くフローは図１３に示されている。すなわち、ステップＡ２０では、フラグＦｐがオン状態か否か判別する。この判別結果がNOであればステップＡ２１に進んでフラグＦ１がオン状態か否かを判別する。この判別結果がNOであればステップＡ２２，Ａ２３に進む。
すなわち、フラグＦｐ及びＦ１が共にオフということは、触媒２２の暖機は完了しているが、ＮＯｘ吸収過剰状態ではないということである（触媒昇温期間前の通常の運転状態）。この場合は、分割数が多い分割噴射形態ないしは噴射休止間隔Δｔが短めの分割噴射形態を設定する。具体的には、ステップＡ２２で基本燃料噴射量Ｑbaseを３等分し（３分割噴射）、ステップＡ２３で分割された各燃料Ｑ１ａ、Ｑ２ａ、Ｑ３ａの噴射時期Ｉ１ａ、Ｉ２ａ、Ｉ３ａを設定して、各噴射時期に至った時にインジェクタ５を作動させて燃料噴射を実行する（ステップＡ２４）。最初の噴射時期Ｉ１ａは先に設定された基本噴射時期Ｉbaseであり、２回目以降の噴射時期Ｉ２ａ、Ｉ３ａは噴射休止間隔Δｔが２００〜４００μｓとなるようにエンジンの運転状態に応じて設定する。
【００６３】
分割数を多くするのは図７に示すようにＮＯｘ発生量を少なくすることができ、また、図１０に示すように排気温度を高めることができ、触媒２２を比較的高い温度状態（例えば２５０℃以上の温度）に維持する上で有利になるためである。また、噴射休止間隔Δｔを短めに設定するのは、図５、図６、図８に示すようにＣＯ量、ＨＣ量及びスモーク量の低減が図れ、図９に示すように燃費率の低減が図れるためである。
【００６４】
ステップＡ２０でフラグＦｐがオン（Ｆｐ＝１）と判別されたときは、ステップＡ２５、Ａ２６に進んで先の場合と同様に分割数が多めの３分割噴射（Ｑbase→Ｑ１ｂ，Ｑ２ｂ，Ｑ３ｂ）を設定するが、この場合は噴射休止間隔Δｔが４００〜１０００μｓというように長めになるようにエンジンの運転状態に応じて各噴射時期Ｉ１ｂ，Ｉ２ｂ，Ｉ３ｂを設定する。なお、Ｉ１ｂ＝Ｉbaseである。
【００６５】
すなわち、フラグＦｐがオンということは、エンジン水温が低くて触媒温度Tcが低い状態にあるか、ＮＯｘ吸収過剰状態にあるが触媒温度Tcが低い状態にあるということである。後者は燃料噴射量の増量補正を行なう前の触媒昇温期間ということになる。そこで、触媒２２の昇温を図ることができるように分割噴射形態を設定するものである。この場合は、３分割噴射であるから排気温度を高めて触媒２２を昇温させる上で有利になり、また、噴射休止間隔Δｔが長めであるから同じく排気温度を高めて触媒２２を昇温させる上で有利になるものである（図１０参照）。また、噴射休止間隔Δｔが長くなることにより、ＮＯｘ浄化用還元剤としてのＨＣ及びＣＯが増え（図５，図６参照）、ＮＯｘ自体は少なくなる（図７参照）。
【００６６】
ステップＡ２０でフラグＦｐがオフ（Ｆｐ＝０）で且つステップＡ２１でフラグＦ１がオン（Ｆ１＝１）であるならば、ステップＡ２７に進み、基本燃料噴射量Ｑbaseに燃料増量補正量Ｑｃを加えて、総燃料噴射量Ｑｔを演算する。すなわち、フラグＦｐ＝０で且つＦ１＝１ということは、触媒２２はＮＯｘ放出に支障がない程度に昇温され且つＮＯｘ吸収過剰状態にある（又はＮＯｘ放出制御中である）ということである。そこで、ＮＯｘの放出を促すべく燃焼室４の平均的空燃比が略理論空燃比になるように燃料噴射量の増量補正を行なうものである。
【００６７】
続いて、ステップＡ２８において、後噴射の燃料噴射量Ｑｐ及び噴射時期Ｉｐをそれぞれ設定する。すなわち、後噴射量Ｑｐはエンジン１の運転状態に対応する最適値がマップとして記録されていて、このマップから読み込まれるようになっており、その噴射割合は、例えば主噴射の５〜６０％の範囲に設定される。上記燃料増量補正量Ｑｃを後噴射量Ｑｐとしてもよい。このようにすれば、制御の演算を簡略化できる。また、後噴射時期Ｉｐは燃焼安定性の確保、スモーク量、ＨＣ量の低減の観点から膨張行程の前半、特に圧縮行程上死点後３５゜ＣＡぐらいまで後噴射が完了するように設定されている。
【００６８】
続いて、ステップＡ２９、Ａ３０において燃料噴射量の増量補正期間用の分割噴射を設定する。すなわち、この分割噴射では昇温期間前及び昇温期間中の分割噴射よりも分割数が少な目になるように設定する。すなわち、上記総燃料噴射量Ｑｔから後噴射量Ｑｐを減算した後に２等分して２分割噴射｛（Ｑｔ−Ｑｐ）→Ｑ１ｃ，Ｑ２ｃ｝とし、各々の噴射時期Ｉ１ｃ，Ｉ２ｃを噴射休止間隔Δｔが１００〜４００μｓ又は４００〜７００μｓとなるように設定する。なお、Ｉ１ｃ＝Ｉbaseである。
【００６９】
この増量補正期間の分割数を少な目に設定するのは、分割数が多いとそれだけ当該主噴射の終了が遅くなり、それに伴って後噴射時期が遅くなって燃焼性が悪化しスモーク量、ＨＣ量が増大することから、これを避けるためである。また、分割数が少ない方が燃費率が低くなる利点がある（図９参照）。噴射休止期間Δｔに関しては、エンジンの運転状態に応じて設定するが、ＨＣ量、ＣＯ量、スモーク量の低減をねらいとする場合はΔｔを短め（１００〜４００μｓ）に設定し（図５，６，８参照）、ＮＯｘの低減をねらいとする場合はΔｔを長め（４００〜７００μｓ）に設定する（図７参照）。Δｔを短めに設定すると、後噴射の終了を早める上でも有利になる。
【００７０】
上記図１２，図１３に示すフローにおいて、ステップＡ２が基本燃料噴射量決定手段３６を構成し、ステップＡ６〜Ａ１６，Ａ２１，Ａ２７が噴射量補正手段３７を構成し、ステップＡ２０〜Ａ３０（Ａ２７を除く）が燃料噴射制御手段３８を構成している。
【００７１】
従って、この実施形態に係るディーゼルエンジンの燃料噴射装置Ａによれば、通常の運転状態では、噴射休止間隔Δｔを短めの２００〜４００μｓとした３分割噴射が行なわれることにより、エンジン１は燃焼室４の平均的空燃比がリーンな状態で運転され、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ、スモーク、燃費率の低減、触媒温度の維持が図られる。燃焼に伴い生成するＮＯｘが触媒２２のＮＯｘ吸収材に吸収されて、その吸収量が過剰な状態になると、該触媒２２からＮＯｘを放出させて還元浄化するＮＯｘ放出制御が行われる。
【００７２】
このとき、例えばエンジン１が長時間、所定の低回転運転状態とされ、触媒２２が未暖機状態に対応する低温状態になっていれば、昇温期間設定手段４０により触媒２２の温度Ｔｃを上昇させる期間が設けられ、噴射休止間隔Δｔを長めの４００〜１０００μｓとした３分割噴射が行なわれる。これにより、エンジン１は燃焼室４の平均的空燃比がリーンな状態の運転が継続されるが、噴射休止間隔Δｔが長めになることにより、燃料噴霧の空気との混合状態がさらに改善され、空気利用率も向上して燃焼による熱発生率が増大するとともに、燃焼の終了が遅角側にずれることで排気温度が上昇し、これにより、排気通路２０の触媒２２の温度を速やかに高めることができる。
【００７３】
触媒２２の温度ＴｃがＮＯｘの放出に適した温度（Ｔc1以上）になると、昇温期間から燃料噴射量の増量補正期間に移行し、燃料噴射量の増量補正（Ｑｔ←Ｑbase＋Ｑｃ）が行なわれるとともに、その燃料の一部が後噴射に回され、残りの燃料は主噴射として２分割噴射される。これにより、排気中の酸素濃度が低下しかつＣＯやＨＣ等の還元剤成分の濃度が十分に高められるので、上記のように昇温されている触媒２２から速やかにＮＯｘを放出させ、かつ十分に還元浄化することができる。しかも、後噴射時期が過度に遅くなることが避けられ、スモーク量、ＨＣ量の増大が防止されるとともに、燃費率が低くなる。
【００７４】
また、燃料噴射量を増量補正する前に昇温用の分割噴射により、排気中のＨＣ，ＣＯ濃度が高まるので、その後の燃料噴射量の増量補正によって一時的にＮＯｘの生成が盛んになっても、生成されたＮＯｘがＣＯ，ＨＣと反応することになり、大気中へのＮＯｘ排出量が急増することが避けられる。
【００７５】
そして、上記のように触媒２２を極めて効率よくリフレッシュできる結果として、エンジン１の運転中にＮＯｘ放出制御を行う時間を相対的に短くすることができるので、燃料噴射量の増量に伴う燃費悪化を抑制することができる。しかも、主噴射の分割制御によって、上記のように燃焼状態が極めて良好なものになり、また、噴射終了時期は相対的に遅くなるものの、その間、燃焼室４の圧力が相対的に長く十分に高い状態に維持され、いわゆる等容度の向上により機械効率も高められて、燃費改善が図られる。
【００７６】
なお、エンジン始動時は筒内温度が低いため燃焼安定性確保の観点から一括噴射を採用する。
【００７７】
−制御例２−
この制御例２は、図１４に示すように増量補正期間Ｔ10を排気中のＨＣ、ＣＯの量を増やす前側の所定期間（Ｆ11＝１）と残りの期間（Ｆ11＝０）とに分け、この両期間の分割噴射形態を異なるものにした点に特徴がある。以下、図１５及び図１６に示すフローに従って具体的に説明する。
【００７８】
ステップＢ１〜Ｂ１２は制御例１のステップＡ１〜Ａ１２と同じである。ステップＢ１２に続くステップＢ１３では、ＮＯｘ放出制御の経過時間を計測するためのタイマ値Ｔ１が予め設定したしきい値Ｔ11以上になったか否か判別する。このしきい値Ｔ11は、排気中のＨＣ、ＣＯの量を増やす期間に対応する値であり、この期間は増量補正期間の例えば1/4〜2/3程度とする。この判別結果がNOであれば、すなわち、しきい値Ｔ11を経過していなければ、ステップＢ１４に進んで排気中のＨＣ、ＣＯの量を増やす前側の所定期間であることを示すフラグＦ11をオン（Ｆ11＝１）とし、さらにステップＢ１５に進んで燃焼室４の空燃比が略理論空燃比付近になるように基本燃料噴射量Ｑbaseを増量補正する燃料増量補正量Ｑｃ（Ｑｃ＝Ｒ1）を決定して、図１６のステップＢ２３に進む。
【００７９】
ステップＢ１３でタイマＴ１がしきい値Ｔ11以上になったと判別されたときはステップＢ１６に進んでタイマ値Ｔ１が予め設定したしきい値Ｔ10以上になったか否かを判別する。Ｔ10以上になっていなければ、残り期間であるとしてステップＢ１７に進んでフラグＦ11をオフ（Ｆ11＝０）にし、ステップＢ１５に進む。ステップＢ１６でタイマＴ１がしきい値Ｔ10以上になったと判別されたときはステップＢ１８に進んで燃料増量補正量Ｑｃを零とし、さらにステップＢ１９に進んでフラグＦ１及びＦ11をオフにする。
【００８０】
なお、図１５のステップＢ２０〜Ｂ２２は制御例１のステップＡ１７〜Ａ１９と同じである。
【００８１】
図１６のフローにおいて、ステップＢ２３〜Ｂ３１は制御例１のステップＡ２０〜Ａ２８と同じである。この制御例２では、ステップＢ３１に続くステップＢ３２においてフラグＦ11のオン・オフを判別し、オン（Ｆ11＝１のYES)であれば、排気中のＨＣ、ＣＯの量を増やす前側の所定期間であるとしてステップＢ３２、Ｂ３３に進み、燃料噴射量の増量補正期間前側の排気中のＨＣ、ＣＯの量を増やす分割噴射を設定する。すなわち、この分割噴射では昇温期間前及び昇温期間中の分割噴射よりも分割数が少な目になるように設定するとともに、噴射休止間隔Δｔを長めに設定する。具体的には、総燃料噴射量Ｑｔから後噴射量Ｑｐを減算した後に２等分して２分割噴射｛（Ｑｔ−Ｑｐ）→Ｑ１ｃ，Ｑ２ｃ｝とし、各々の噴射時期Ｉ１ｃ，Ｉ２ｃを噴射休止間隔Δｔが４００〜１０００μｓ又は７００〜１０００μｓとなるように設定する。なお、Ｉ１ｃ＝Ｉbaseである。
【００８２】
一方、ステップＢ３２のフラグＦ11の判別がNO（Ｆ11＝０）であれば、当該増量補正期間の残り期間であるとしてステップＢ３５，Ｂ３６に進み、２分割噴射とするが、噴射時期Ｉ１ｃ，Ｉ２ｃについては噴射休止間隔Δｔが上記前側所定期間（Ｆ11＝１）よりも短めになるように設定する。すなわち、上記前側所定期間（Ｆ11＝１）のΔｔが４００〜１０００μｓであれば、残期間のΔｔ＝１００〜４００μｓとし、上記前側所定期間（Ｆ11＝１）のΔｔが７００〜１０００μｓであれば、残期間の又は４００〜７００μｓとするものである。但し、Ｉ１ｃ＝Ｉbaseである。
【００８３】
以上のように、この制御例２の場合は、燃料噴射量を増量すべき期間に入ったとき、その増量開始から所定期間（Ｆ11＝１）は噴射休止間隔Δｔが長めに設定されるから、その間は図５、図６に示すように排気中のＣＯ量及びＨＣ量が増大することになる。従って、燃料噴射量を増量したとき暫くは触媒２２のＮＯｘ吸収材からＮＯｘが多量に放出されるが、このとき排気中のＨＣ量及びＣＯ量が増大するから、ＮＯｘ浄化用の還元剤が不足気味になることが避けられ、ＮＯｘが多量に放出されてもこれを確実に還元浄化できることになる。
【００８４】
なお、上記制御例１，２の分割噴射においては、燃料噴射量の増量補正期間の分割数を昇温期間の分割数よりも少な目にすることによって、後噴射時期が過度に遅くなることを避け、スモーク量、ＨＣ量の増大防止、燃費率の低減を図ったが、分割数は同じにして噴射休止間隔Δｔを短めにした場合にも同様の効果が得られ、分割数の低減と噴射休止間隔Δｔの短縮の双方を実行するようにすると、さらに高い効果が得られる。
【００８５】
また、燃料噴射量の増量補正期間と昇温期間前の期間、即ち、通常運転期間との関係においても、上記制御例１，２では前者の分割数を後者の分割数よりも少なくしたが、前者の噴射休止間隔Δｔを後者よりも短めに、換言すれば後者の噴射休止間隔Δｔを前者よりも長めにしてもよい。これにより、通常運転期間中のＮＯｘ発生量の低減を図ることができる。
【００８６】
また、上記制御例２では燃料噴射量の増量開始から所定期間（Ｆ11＝１）の噴射休止間隔Δｔを残期間（Ｆ11＝０）よりも長めに設定したが、所定期間（Ｆ11＝１）の分割数を残期間（Ｆ11＝０）よりも多めに設定するようにしてもよい。その場合でも噴射休止間隔Δｔが同じであれば、所定期間（Ｆ11＝１）に排気中のＨＣ量及びＣＯ量を増やすことができる（図５，図６参照）。
【００８７】
また、上記実施形態では２分割噴射と３分割噴射とを例示したが、分割数２〜７の範囲で上記各期間に応じた分割数を設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の構成を示す説明図。
【図２】 実施形態に係るディーゼルエンジンの燃料噴射装置の全体構成を示す図。
【図３】 ＮＯｘ吸収材によるＮＯｘ吸収浄化性能（ａ）及び触媒金属によるＮＯｘ還元浄化性能（ｂ）の温度依存性を表すグラフ図。
【図４】 燃料噴射形態の説明図。
【図５】 燃料噴射の分割回数及び噴射休止間隔をそれぞれ変化させたときの、排気中のＣＯ濃度の変化特性を示すグラフ図。
【図６】 燃料噴射の分割回数及び噴射休止間隔をそれぞれ変化させたときの、排気中のＨＣ濃度の変化特性を示すグラフ図。
【図７】 燃料噴射の分割回数及び噴射休止間隔をそれぞれ変化させたときの、排気中のＮＯｘ濃度の変化特性を示すグラフ図。
【図８】 燃料噴射の分割回数及び噴射休止間隔をそれぞれ変化させたときの、排気中のスモーク量の変化特性を示すグラフ図。
【図９】 燃料噴射の分割回数及び噴射休止間隔をそれぞれ変化させたときの燃費率の変化特性を示すグラフ図。
【図１０】 燃料噴射の分割回数及び噴射休止間隔をそれぞれ変化させたときの、排気温度の変化特性を示すグラフ図。
【図１１】 本発明の制御例１の各期間の説明図。
【図１２】 同制御例のフローの前半部分の図。
【図１３】 同制御例のフローの後半部分の図。
【図１４】 本発明の制御例２の増量補正期間の説明図。
【図１５】 同制御例のフローの前半部分の図。
【図１６】 同制御例のフローの後半部分の図。
【符号の説明】
Ａ ディーゼルエンジンの燃料噴射装置
１ ディーゼルエンジン
２ 気筒
４ 燃焼室
５ インジェクタ（燃料噴射弁）
２０ 排気通路
２２ 触媒（ＮＯｘ吸収材）
３５ ＥＣＵ
３６ 噴射量決定手段
３７ 噴射量補正手段
３８ 燃料噴射制御手段
３９ 温度検出手段
４０ 昇温期間設定手段
Claims (6)
- エンジンの気筒内燃焼室に燃料を直接噴射供給する燃料噴射弁と、
エンジンの排気通路に配設され、酸素濃度の高い酸素過剰雰囲気の排気中のＮＯｘを吸収する一方、酸素濃度の低下に伴い先に吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収材と、
エンジンの運転状態に応じて基本燃料噴射量を決定する基本燃料噴射量決定手段と、
上記ＮＯｘ吸収材のＮＯｘ吸収量が所定値以上となったときで且つ該ＮＯｘ吸収材からＮＯｘを放出させるときに、排気中の酸素濃度が低下するように上記エンジンの運転状態に応じて決定された基本燃料噴射量に加えて燃料噴射量を増量補正する噴射量補正手段と、
気筒の圧縮行程上死点付近において燃料を複数回に分割噴射すべく、上記燃料噴射弁を、閉弁状態になる所定の噴射休止間隔を挟んで断続的に開弁させる燃料噴射制御手段とを備えたディーゼルエンジンの燃料噴射装置において、
上記燃料噴射制御手段は、上記噴射量補正手段による燃料噴射量の増量補正期間中は燃料が上記圧縮行程上死点付近の分割噴射と該分割噴射後の後噴射とによって供給され、上記ＮＯｘ吸収材のＮＯｘ吸収量が上記所定値未満のときは上記後噴射はされず燃料が上記圧縮行程上死点付近の分割噴射によって供給されるように上記燃料噴射弁を制御し、且つ上記増量補正期間中の分割噴射終了時期が、上記ＮＯｘ吸収材のＮＯｘ吸収量が上記所定値未満のときの分割噴射終了時期よりも早くなるように、燃料噴射の分割数及び上記噴射休止間隔の少なくとも一方を変更することを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射装置。 - 請求項１に記載されているディーゼルエンジンの燃料噴射装置において、
上記ＮＯｘ吸収材の温度を検出する温度検出手段と、
上記燃料噴射量の増量補正前に上記温度検出手段によって検出される上記ＮＯｘ吸収材の温度が所定値以下であるときに当該増量補正開始まで該ＮＯｘ吸収材の温度を上昇させるための昇温期間を設ける昇温期間設定手段とを備え、
上記燃料噴射制御手段は、上記昇温期間においても上記後噴射はされず燃料が上記圧縮行程上死点付近の分割噴射によって供給されるように上記燃料噴射弁を制御し、且つ上記増量補正期間は上記昇温期間よりも燃料噴射の分割数を少なくすることを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射装置。 - 請求項２に記載されているディーゼルエンジンの燃料噴射装置において、
上記燃料噴射制御手段は、上記増量補正期間は上記昇温期間前よりも燃料噴射の分割数を少なくすることを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射装置。 - 請求項１に記載されているディーゼルエンジンの燃料噴射装置において、
上記ＮＯｘ吸収材の温度を検出する温度検出手段と、
上記燃料噴射量の増量補正前に上記温度検出手段によって検出される上記ＮＯｘ吸収材の温度が所定値以下であるときに当該増量補正開始まで該ＮＯｘ吸収材の温度を上昇させるための昇温期間を設ける昇温期間設定手段とを備え、
上記燃料噴射制御手段は、上記昇温期間においても上記後噴射はされず燃料が上記圧縮行程上死点付近の分割噴射によって供給されるように上記燃料噴射弁を制御し、且つ上記増量補正期間は上記昇温期間よりも燃料噴射の噴射休止間隔を短くすることを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射装置。 - 請求項４に記載されているディーゼルエンジンの燃料噴射装置において、
上記燃料噴射制御手段は、上記増量補正期間は上記昇温期間前よりも燃料噴射の噴射休止間隔を短くすることを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射装置。 - 請求項１乃至請求項５のいずれか一に記載されているディーゼルエンジンの燃料噴射装置において、
上記燃料噴射制御手段は、上記増量補正開始から所定期間は当該増量補正期間の残りの期間よりも燃料噴射の分割数を多くするか又は噴射休止間隔を長くすることを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射装置。
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