JP4453143B2 - 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】
本発明は、システムの異常を診断する手段を備えたエンジンの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの排気通路には排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）を還元浄化するための触媒が設けられている。このＮＯｘの浄化には還元剤が必要であり、それは排気ガスに含まれるＨＣ（炭化水素）等によって賄われるが、エンジンが空燃比リーンの状態で運転されるときは排気ガス中の還元剤濃度が低くなる。そのために、必要に応じて排気ガス中の還元剤濃度を増大させる手段が設けられることがある。
【０００３】
特開平８−２０００４５号公報には、排気ガスの一部を排気系から吸気系に還流する排気還流手段を設けたエンジンにおいて、排気ガス中のＮＯｘを酸素濃度が高いときに吸収し酸素濃度が低くなると放出するＮＯｘ吸収材を排気通路に設けること、ＮＯｘ吸収材からＮＯｘを放出させて還元するためにエンジンの膨張行程又は排気行程において追加の燃料を燃焼室に噴射して排気ガスの還元剤濃度を増大させること、この追加燃料を噴射するときは排気還流を制限することが記載されている。
【０００４】
すなわち、追加燃料を噴射したときは、排気ガス中の未燃の燃料が増え、これが排気還流に伴って吸気系に供給されると、燃焼室の点火栓周りの混合気が過度にリッチになって失火を招き易くなることから、前記排気還流の制限を行なうというものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、排気ガスの還元剤濃度を増大させると、それに伴って排気ガスの酸素濃度が減少し、あるいは酸化機能を有する触媒が排気通路に設けられているときは、触媒反応が活発になって触媒温度や排気ガス温度が上昇する。従って、このような還元剤濃度の増大に伴って変化すべき排気系の状態を監視すれば、還元剤濃度の増大が予定通りに行なわれたか否か、あるいは触媒が本来の機能を発揮しているか、つまり劣化していないか否かを診断することができる。
【０００６】
しかし、上述の如き排気還流手段を備えているエンジンにあっては、還元剤濃度の増大手段を作動させても、その増大の影響が排気系の状態に与える影響が排気還流によって小さくなるから、前記診断の精度が低くなる。すなわち、還元剤濃度の増大手段を作動させたときに、排気系の状態の変化が小さいときは、それが排気還流の影響であるのか、当該増大手段の作動不良や排気系の異常によるものなのかをわからなくなる。これに対して、本発明は、後述するように排気還流を適宜制限するものであるが、その場合、その制限が短時間であっても排気還流の本来の目的である燃焼室でのＮＯｘの発生の抑制が不充分になる。
【０００７】
すなわち、本発明は、前記診断精度の低下を防止すること、また、その際のＮＯｘの発生を抑制することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、エンジンの運転状態又は排気系の状態に応じて排気ガス中の還元剤量を増大させる還元剤増量手段と、
前記還元剤増量手段による還元剤の増量中を含めて、エンジンの運転状態に応じて前記還元剤増量手段よりも下流側の排気ガスの一部をエンジンの吸気系に還流させる排気還流手段とを備えたエンジンの制御装置において、
前記還元剤量の増大に伴って変化すべき排気系の状態を検出する手段と、
前記検出手段によって検出される排気系の状態に基づいて前記還元剤増量手段又は排気系の異常を診断する異常診断手段と、
前記異常診断手段による診断中のみ前記排気還流手段による排気還流を制限する排気還流制限手段とを備えていることを特徴とする。
【０００９】
従って、還元剤増量に伴う排気系状態の変化を監視して異常診断を行なうとき、排気ガスの還流が多いままであれば、この還元剤の増量が排気系状態の変化に反映され難くなるが、本発明によれば、異常診断中は排気ガスの還流が制限されるから、還元剤の増量が排気系の状態変化に反映され易くなり、そのだけ異常診断の精度が高くなる。
【００１０】
前記還元剤増量手段による還元剤の増量は、排気通路に設けられる排気ガス浄化用触媒を有効に機能させるために行なわれ、例えばその触媒における還元剤の酸化を促し早期活性を図るために、あるいはＮＯｘ還元触媒においてＮＯｘ浄化のための還元剤を補給するために、あるいはＮＯｘ吸収材からＮＯｘを放出させるために行なわれる。従って、エンジンの運転履歴を含めてその運転状態から触媒の活性（又は触媒温度）が低いと判断されるとき、或いは排気ガス温度、触媒温度、排気ガスの成分濃度など排気系の状態から当該触媒がより多くの還元剤を必要とすると判断されるときに、還元剤増量手段を作動させることになる。
【００１１】
前記還元剤増量手段（端的に言えばＨＣ増量手段）としては、例えば、燃料をエンジン本体の気筒内燃焼室に直接噴射する燃料噴射弁を設けているときは、要求出力を得るための燃料を噴射する主噴射の後に膨張行程又は排気行程において燃料を噴射する後噴射を行なうことにより、排気ガス中の還元剤としてのＨＣ等を増量するというものを採用することができる。
【００１２】
或いは、要求出力を得るための燃料を圧縮行程上死点付近で燃焼室に噴射する主噴射を、該燃焼室での燃焼が継続するように５０〜１０００μ秒程度の噴射休止間隔（前の噴射終了から次の噴射開始までの時間）をおいて複数回に分割して噴射する多段噴射をする場合には、その分割回数が増えるように、あるいは噴射休止間隔が長くなるように噴射形態を変更することによって排気ガス中の還元剤量を増大させるという還元剤増量手段を採用することもできる。
【００１３】
或いは、要求出力を得るための燃料を噴射する時期を例えば１０゜ＣＡ〜２０゜ＣＡ程度リタードさせることにより、排気ガス中の還元剤量を増大させるという還元剤増量手段を採用することができる。その場合、主噴射前のパイロット噴射を実行するようにしてもよい。このパイロット噴射は、要求出力を得るための燃料噴射量の１／２０〜１／１０程度の燃料を主噴射の直前に、具体的には圧縮行程上死点前に噴射するというものであり、これにより、ピストンの上昇による燃焼室内の圧力上昇によって主噴射の前に燃焼室内に火種が形成されるとともに燃焼室内の温度が相当に高くなる（予混合燃焼）。このため、主噴射時期を例えば圧縮行程上死点後になるように遅らせても、主噴射燃料の着火を損なうことなく、良好な拡散燃焼を生起せしめることができる。また、ガソリンエンジンにおいては、点火時期をリタードさせることによって排気ガス中の還元剤量を増大させる還元剤増量手段を採用することができる。
【００１４】
さらには上述の如き燃料噴射形態の変更ではなく、排気通路の触媒よりも上流部位に例えば軽油を供給することによって排気ガス中の還元剤量を増大させるというものを採用することもできる。
【００１５】
また、前記検出手段によって検出すべき排気系の状態としては、例えば、排気ガス温度、触媒温度、排気ガスの成分濃度がある。
【００１６】
また、本発明は、上述の如きエンジンの制御装置において、
前記排気還流の制限中はエンジンの燃焼室から排出される排気ガス中のＮＯｘ量が低減するように該燃焼室における燃料の燃焼を制御する燃焼制御手段を備えていることを特徴とする。
【００１７】
すなわち、排気ガスの還流を制限すると、その制限が短時間であっても還流の本来の目的である燃焼室でのＮＯｘの発生の抑制が不充分になる。そこで、本発明は、燃焼室における燃料の燃焼を制御することによって燃焼室から排出される排気ガスに含まれるＮＯｘ量を減らすようにしたものである。
【００１８】
また、本発明は、前記燃焼制御手段として、前記排気還流の制限中は前記燃焼室における燃料の燃焼開始時期をリタード（遅角）させるものを採用したことを特徴とする。
【００１９】
すなわち、燃料の燃焼開始時期を遅らせると、それだけ燃焼室での燃焼が緩慢なものになって、燃焼温度の過度な上昇が防止され、ＮＯｘの発生が抑制されることになる。また、この燃焼開始時期のリタードによって燃焼終了時期が遅くなり、排気ガス中の還元剤量が多くなり、上述の還元剤増量手段による還元剤増量を補うことができる。燃焼開始時期のリタードは、ガソリンエンジンにあっては、点火時期をリタードさせることにより、また、燃焼室内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンにあっては主燃料噴射時期をリタードさせることによって行なうことができる。
【００２０】
また、本発明は、前記排気還流の制限中はエンジンの燃焼室から排出される排気ガス中のＮＯｘ量が低減するように該燃焼室における燃料の燃焼を制御する燃焼制御手段を備えたエンジンの制御装置において、
前記エンジンは燃焼室に燃料噴射弁の噴孔を臨ませた直噴式のディーゼルエンジンであり、
前記燃焼制御手段は、前記排気還流の制限中は圧縮行程上死点付近で燃料を燃焼室に噴射する主噴射の直前に燃料を少量噴射するパイロット噴射を行なうものであることを特徴とする。
【００２１】
すなわち、パイロット噴射は、要求出力を得るための燃料噴射量の１／２０〜１／１０程度の燃料を主噴射の直前に、具体的には例えば圧縮行程上死点前に噴射するというものであり、これにより、ピストンの上昇による燃焼室内の圧力上昇によって主噴射の前に燃焼室内に火種が形成されるため、主噴射燃料の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の発生が少なくなる。また、このパイロット噴射によって燃焼室内の温度が高くなるため、主噴射時期を例えば圧縮行程上死点後になるように遅らせても、主噴射燃料の着火を損なうことなく、良好な拡散燃焼を生起せしめることができ、主噴射時期のリタードによるＮＯｘ発生の抑制にも有利になる。
【００２２】
また、本発明は、前記排気還流の制限中はエンジンの燃焼室から排出される排気ガス中のＮＯｘ量が低減するように該燃焼室における燃料の燃焼を制御する燃焼制御手段を備えたエンジンの制御装置において、
前記エンジンは燃焼室に燃料噴射弁の噴孔を臨ませた直噴式のディーゼルエンジンであり、
前記燃焼制御手段は、前記排気還流の制限中は圧縮行程上死点付近で燃料を燃焼室に噴射する主噴射を所定の休止間隔をおいて且つ該燃焼室での燃焼が継続するように複数回に分割して行なうことを特徴とする。
【００２３】
すなわち、燃料噴射弁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の発生が少なくなる。
【００２４】
また、本発明は、燃焼制御手段が上述の如きパイロット噴射によってＮＯｘの発生を抑制するものであるエンジンの制御装置において、
前記還元剤増量手段は、前記主噴射後の膨張行程又は排気行程において燃料を燃焼室に噴射する後噴射を行なうものであることを特徴とする。
【００２５】
従って、後噴射によって排気ガス中の還元剤の増量を図りながら、パイロット噴射によって異常診断中のＮＯｘ発生を抑制することができる。この場合、パイロット噴射自体では排気ガス中の還元剤量を増大させることがないため、還元剤増量手段の異常診断に有利になる。すなわち、仮に当該燃焼制御によって還元剤自体も多くなるのであれば、還元剤増量手段に異常があって還元剤が増量されない場合でも、燃焼制御によって還元剤が増量されるから、異常という診断が出難くなり、還元剤増量手段に関しては誤診断を生じ易くなるが、本発明の場合、燃焼制御手段による燃焼制御（パイロット噴射）では還元剤が増えないから、そのような誤診断が避けられる。
【００２６】
また、本発明は、前記排気還流の制限中はエンジンの燃焼室から排出される排気ガス中のＮＯｘ量が低減するように該燃焼室における燃料の燃焼を制御する燃焼制御手段を備えたエンジンの制御装置において、
前記エンジンは燃焼室に燃料噴射弁の噴孔を臨ませた直噴式のディーゼルエンジンであり、
前記還元剤増量手段は、圧縮行程上死点付近で燃料を燃焼室に噴射する主噴射後の膨張行程又は排気行程において燃料を燃焼室に噴射する後噴射を行なうものであり、
前記燃焼制御手段は、前記排気還流の制限中は前記主噴射を所定値以上の休止間隔をおいて且つ前記燃焼室での燃焼が継続するように複数回に分割して行なうことを特徴とする。
【００２７】
すなわち、主噴射を分割して行なう場合、噴射の休止間隔を長くすると、それだけＮＯｘの発生が抑制されるとともに、還元剤量の増大が図れる。従って、本発明によれば、後噴射と分割噴射とによって還元剤の増量を図りながら、異常診断中にＮＯｘの大気への排出量が増えることを避けることができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、還元剤量の増大に伴って変化すべき排気系の状態を監視して還元剤増量手段又は排気系の異常を診断している間は、排気還流手段による排気還流を制限するようにしたから、排気還流による誤診断を避けて診断精度を高めることができる。
【００２９】
また、前記排気還流の制限中はエンジンの燃焼室から排出される排気ガス中のＮＯｘ量が低減するように該燃焼室における燃料の燃焼を制御する燃焼制御手段を設けた場合には、排気還流の制限によってＮＯｘの発生の増大することを避けることができる。
【００３０】
【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。
【００３１】
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のエンジン本体である。このエンジン本体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内にピストン３が往復動可能に嵌挿されていて、この気筒２とピストン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噴孔が開閉作動されて、燃焼室４に燃料を直接噴射するようになっている。
【００３２】
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によって検出されるコモンレール６内の燃圧が所定値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。
【００３３】
１０はエンジン本体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の下流端部には、図示しないがサージタンクが設けられ、このサージタンクから分岐した各通路が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、サージタンクには各気筒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、エンジン本体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にはその開度を検出するセンサ（図示省略）が設けられている。
【００３４】
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、排気マニホールドを介して各気筒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、排気ガス中の酸素濃度を検出するリニアＯ2 センサ１７と、排気流により回転されるタービン２１と、排気ガス中のＨＣ、ＣＯ（一酸化炭素）及びＮＯｘを浄化可能な触媒コンバータ２２とが配設されている。また、触媒コンバータ２２の出口には排気ガス温度を検出する温度センサ１９が設けられている。酸素濃度センサ１７及び温度センサ１９は後述する異常診断のための排気系状態の検出手段を構成している。
【００３５】
前記触媒コンバータ２２は、軸方向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の各貫通孔壁面に触媒層を形成したハニカム触媒を触媒容器に収容したものである。触媒層はゼオライトにＰｔをスプレードライ法によって乾固担持させてなる触媒粉をバインダによって前記担体に担持させることによって形成されており、空燃比が理論空燃比よりもリーンのとき、すなわち酸素濃度が高い雰囲気（酸素濃度４％以上あるいはＡ／Ｆ≧１８）でも排気ガス中のＮＯｘをＨＣ等の還元剤によって還元する反応に触媒活性を示すとともに、ＨＣの酸化反応にも触媒活性を呈し、理論空燃比付近では三元触媒としても働く。
【００３６】
前記排気通路２０の酸素濃度センサ１７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。
【００３７】
前記ＥＧＲ弁２４は、負圧応動式のものであって、その弁箱の負圧室に負圧通路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、ＥＧＲ通路２３の開度がリニアに調節されるようになっている。
【００３８】
前記ターボ過給機２５は、ＶＧＴ（バリアブルジオメトリーターボ）であって、これにはダイヤフラム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、排気ガス流路の断面積が調節されるようになっている。
【００３９】
前記各インジェクタ５、高圧供給ポンプ８、吸気絞り弁１４、ＥＧＲ弁２４、ターボ過給機２５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、圧力センサ１０ａ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、酸素濃度センサ１７からの出力信号と、温度センサ１９からの出力信号と、ＥＧＲ弁２４のリフトセンサ２６からの出力信号と、車両の運転者による図示しないアクセルペダルの操作量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ３２からの出力信号とが少なくとも入力されている。
【００４０】
そして、インジェクタ５による燃料噴射量及び燃料噴射時期がエンジンの運転状態及び触媒コンバータ２２のＮＯｘ触媒の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の作動制御（ＶＧＴ制御）とが行なわれるようになっている。
【００４１】
（燃料噴射制御，異常診断，ＥＧＲ制御）
本発明の特徴は、所定の運転状態において排気ガス中の還元剤（ＨＣ等）を増量する手段を設け、その増量を行なったときに増量手段又は排気系の異常を診断する手段を設けたものにおいて、適切なＥＧＲ制御及び燃焼制御を行なうことにより、診断精度を高めるとともに、その診断の際にＮＯｘ排出量が増大しないようにした点にある。次に説明する実施形態では燃料噴射制御によって還元剤の増量を行なうとともにＮＯｘ排出の抑制を行なうようにしている。以下、具体的に説明する。
【００４２】
−燃料噴射制御−
前記ＥＣＵ３５には、エンジン本体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Ｑｂ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、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主噴射量Ｑｂが読み込まれ、この主噴射量Ｑｂ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。この主燃料噴射制御によって、エンジン本体１の目標トルクに対応する分量の燃料が供給され、エンジン本体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。
【００４３】
上記主噴射は燃料を一括して一回で噴射する一括噴射又は燃料を複数回に分割して噴射する多段噴射によって行なわれるが、定常運転時（アクセル開度の変化が小さい時）には、原則として多段噴射は２段とし、触媒コンバータ２２のＮＯｘ触媒にＮＯｘの還元浄化を促進するための還元剤成分（ＨＣ等）を供給すべく、主噴射（主燃料噴射）後の膨張行程又は排気行程において燃料を少量噴射する後噴射がＮＯｘ触媒の温度に応じて適宜行なわれる。さらに、異常診断時には多段噴射は３段で行なわれ、その際、２段噴射時と３段噴射時とでは還元剤（ＨＣ，ＣＯ）の発生量に大差を生じないように噴射休止間隔が制御される。
【００４４】
以下、多段噴射の内容及び噴射制御について具体的に説明する。
【００４５】
多段噴射は、図２に例示するように主噴射燃料を（ａ）の如く一括して噴射するのではなく、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（ｂ），（ｃ）の如く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、噴射休止間隔（インジェクタ５の噴孔が閉じてから次に開くまでの時間）Δｔは５０〜１０００μ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。図２では３段の分割までを例示しているが、必要に応じて４段以上に分割してもよい。この多段分割噴射の基本的作用は次の通りである。
【００４６】
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。
【００４７】
噴射休止間隔Δｔが５０μ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。噴射休止間隔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。
【００４８】
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。
【００４９】
また、前記多段噴射の場合は、燃料を一括噴射した場合に比べて分割回数が多くなるほど排気ガス中のＨＣ量が増大し、また、噴射休止間隔Δｔが長くなるほど排気ガス中のＨＣ量が増大する。
【００５０】
図３乃至図８は主噴射の分割回数及び噴射休止間隔Δｔが排気圧力、燃費率、スモーク量、排気ガス中のＮＯｘ、ＣＯ及びＨＣの各量に及ぼす影響について調べた結果を示している。これは、エンジン１の目標トルクに対応する分量の燃料を圧縮行程上死点付近から一括して噴射した場合（一括噴射）、２回に等分割して噴射した場合（２分割噴射）、３回に等分割して噴射した場合（３分割噴射）の各々について、噴射休止間隔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、排気圧力等との関係を調べたものである。２分割噴射では、Δｔ＝３５０，４００，７００，９００μ秒について調べ、３分割噴射では、Δｔ＝４００，５５０，７００，９００μ秒について調べた。
【００５１】
図３に示す排気圧力についての試験結果によれば、燃料噴射の分割回数及び噴射休止間隔Δｔを増やすことで、排気圧力が高まることが分かる。つまり、燃料を分割して噴射すれば、その分、燃焼の終了時期が遅れるので、自ずと排気エネルギーが増大する上に、燃焼性の改善により、同じ分量の燃料であっても燃焼エネルギーそのものが増大するので、前期試験結果の如く排気温度及び排気圧力がいずれも高くなるのである。そして、そのように排気エネルギーが増大すれば、ターボ過給機２５の過給効率も向上するので、過給圧（ブースト圧力）を高めることができる。
【００５２】
図４に示す燃費率についての試験結果によれば、一括噴射よりも２分割噴射の方が燃費率が改善されているが、３分割噴射とした場合には、インジェクタ５の噴射休止間隔Δｔが短いときは燃費率がやや改善される一方、噴射休止間隔Δｔが長くなるに連れて燃費率が悪化することが分かる。これは、分割噴射により燃焼性が改善しかつ機械効率が向上する一方、それと同時に熱効率が低下するためであると考えられる。
【００５３】
図５乃至図７は排気中の有害成分であるスモーク、ＮＯｘ及びＣＯの排出量の計測結果を示す。スモーク量について図５によれば、２分割及び３分割噴射のいずれの場合も、噴射休止間隔Δｔが短いときはスモーク量を低減できる一方、噴射休止間隔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。また、図６に示すＮＯｘの場合は、反対に２分割及び３分割噴射のいずれの場合も、噴射休止間隔Δｔが長い方がＮＯｘの生成を低減できることが分かる。さらに、図７に示すように、ＣＯの排出量についてもスモークの排出量と同様の傾向が見られる。
【００５４】
また、分割回数に関しては、分割回数を３回と多く設定すれば、排気圧力が上昇し、また、ＮＯｘ量が低減する。このとき、スモークやＣＯの排出量に関しては、噴射休止間隔Δｔを短くすれば、分割回数を多くしても大きく増大することはなく、むしろ低減することもある。
【００５５】
また、図８に示すように、排気ガス中のＨＣ量は、多段噴射にすると、燃料を一括噴射した場合に比べて増大し、また、分割回数が多くなるほどが増大し、噴射休止間隔Δｔが長くなるほど増大している。
【００５６】
尚、前記実験結果は、この実施形態と同様に可変式のターボ過給機２５を装備した排気量２０００ｃｃの４気筒ディーゼルエンジンを用いて、このエンジンを比較的負荷の低い状態でかつエンジン回転数を約１５００ｒｐｍで運転したときのものである。
【００５７】
次に燃料噴射制御について図９に示すフローを参照しながら説明する。この制御は所定クランク角毎に実行される。
【００５８】
まず、スタート後のステップＳ１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、温度センサ出力等を読み込む。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主噴射量Ｑｂを読み込む。燃料噴射量マップは、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最適な噴射量Ｑｂを記録したものであり、主噴射量Ｑｂ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。
【００５９】
主噴射時期Ｉｂ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Ｑｂが多いほど進角され、反対に噴射量Ｑｂが少ないほど遅角される。また、エンジン水温に基づいて、該水温が低いときには主噴射時期Ｉｂが所定量リタードされて暖機運転される。
【００６０】
続くステップＳ３でアクセル開度の増大変化率αに基づいてエンジンが実質的に定常運転状態にあることが判別されると（αが所定値αｏ未満）、ステップＳ４に進んで２段の多段噴射を設定する。すなわち、主噴射量Ｑｂを等分割して１段目及び２段目の各噴射量ＱT1＝ＱT2＝1/2Ｑｂを設定し、前記主噴射時期Ｉｂを１段目の噴射時期ＩT1とし、その終了からΔｔの休止間隔をおいて２段目の噴射時期ＩT2を設定する。Δｔとしては例えば５００〜７００μ秒とする。これにより、一括噴射に比べて燃費率が良くなり、ＮＯｘ発生も抑えられる（図４，図６参照）。
【００６１】
続くステップＳ５で触媒コンバータ２２の出口（下流側）の温度センサ１９の出力に基づいて触媒温度Ｔｃを推定する。この場合、温度センサ１９によって検出される排気ガス温度を触媒温度Ｔｃとしても、当該排気ガス温度に実験で求めた補正係数を掛けて触媒温度Ｔｃとしてもよい。また、温度センサを用いずに現在のエンジンの運転状態及び運転履歴に基づいて触媒温度Ｔｃを推定するようにしてもよい。
【００６２】
続くステップＳ６でエンジン運転状態及び触媒温度Ｔｃに応じて後噴射量Ｑｐ及びその時期Ｉｐを設定する。すなわち、後噴射量Ｑｐも主噴射量Ｑｂと同様に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噴射量が多くなるように設定されたマップから読み込むが、図１０に模式的に示すようにＮＯｘ触媒には触媒活性がピークになる温度があり、それよりも低い温度及び高い温度のいずれにおいてもＮＯｘ浄化率は低くなる。
【００６３】
従って、触媒温度Ｔｃがピーク温度Ｔco付近にあるときはマップから読み込んだ噴射量をＱｐとし、ピーク温度Ｔcoよりも低いときには、ＮＯｘ触媒に供給される還元剤量を多くしてその酸化反応熱によって活性を促すべく、つまり触媒温度Ｔｃをピーク温度Ｔcoに近づけるべく後噴射量Ｑｐを増量補正し、ピーク温度Ｔcoよりも高いときには、触媒温度Ｔｃのさらなる上昇を抑制し又は触媒温度Ｔｃをピーク温度Ｔcoに近づけるべく後噴射量Ｑｐを減少補正する。
【００６４】
後噴射時期Ｉｐは例えばＡＴＤＣ３０〜９０゜ＣＡの範囲でエンジン負荷が高いほど進角するように設定する。後噴射は全ての気筒についてその主噴射のたびに実行するのではなく、主噴射が各気筒に対して所定の順番で行なわれていくとき、例えば主噴射５回に１回の割合、ないしは主噴射２５回に１回の割合で後噴射を行なう。このように後噴射を間引いて行なうのは、主噴射のたびに後噴射をするときにはその噴射量が少なくなるため精度良く噴射量を制御することが難しくなること、また、ＮＯｘ触媒は還元剤の増量が間欠的に行なわれるときＮＯｘ浄化率が高くなる傾向にあることによる。
【００６５】
続くステップＳ７ではモニタ条件が成立しているか判別する。モニタとは還元剤増量のための後噴射制御又はＮＯｘ触媒に異常がないか診断することをいう。モニタ条件は、エンジンの運転状態が定常状態に入って所定時間を経過していること、異常診断が未だなされていないこと、エンジンの暖機が終了していること（排気ガス温度又はエンジン水温が所定値以上であること）、並びに最初に行なわれた後噴射から所定時間を経過していることである。
【００６６】
前記モニタ条件が全て成立すると、ステップＳ８に進んでタイマーのカウントを開始する。このタイマーは本フローのタイミングとは別に作動するものである。タイマー値Ｔが所定値Ｔｏに達していない場合には多段噴射を図１１に示すタイムチャートのように２段噴射からモニタ用３段噴射に変更設定する（ステップＳ９，Ｓ１０）。
【００６７】
すなわち、この多段噴射の変更設定は、後述する排気還流の制限に伴ってエンジンの燃焼室から排出される排気ガス中のＮＯｘ量が増大することを避けるための燃焼制御に相当するものである。具体的には、主噴射量Ｑｂを等分割して１段目、２段目及び３段目の各噴射量ＱT1＝ＱT2＝ＱT3＝1/3Ｑｂを設定し、前記主噴射時期Ｉｂを１段目の噴射時期ＩT1とし、その終了からΔｔの休止間隔をおいて２段目の噴射時期ＩT2、その終了から同じくΔｔの休止間隔をおいて３段目の噴射時期ＩT3を設定する。この時のΔｔは、排気ガス中の還元剤量（ＨＣ，ＣＯ）が上述の多段噴射を２段に設定したときと略同量になるように設定するものであり、２段噴射時のΔｔと同じかそれよりも少し短めに設定すればよい（図７及び図８参照）。例えば、２段噴射時のΔｔと３段噴射時のΔｔとの差は３００μ以下とする。
【００６８】
従って、図６から明らかなように、多段噴射を２段から３段に切り換えたことによってＮＯｘの発生が少なくなり、また、噴射休止間隔Δｔについても２段噴射時と３段噴射時との差は大きくしないから、このΔｔを変更する場合でも、その変更によるＮＯｘ発生の増大の影響は少ない。すなわち、２段から３段への切換によってＮＯｘの発生を確実に減らすことができる。また、多段噴射を２段から３段に切り換えても還元剤量は変わらないから、還元剤増量手段、即ち、次のステップＳ１１による後噴射が予定通りに行なわれているか否かを確実に診断することができる。
【００６９】
続くステップＳ１１では後噴射をモニタ用に設定する。この場合は、還元剤（ＨＣ，ＣＯ）増量の影響が酸素濃度センサ１７及び温度センサ１９に現れやすくなるように、非モニタ時の後噴射量Ｑｐよりも多い後噴射量Ｑｐｍを設定する。このモニタ時の後噴射は非モニタ時と同様に間引いて行なうこともできるが、酸素濃度センサ１７に還元剤増量の影響が現れやすくなるように各主噴射のたびに行なうようにすることが好ましい。その場合はＱｐｍを等分割して後噴射することになる。後噴射時期Ｉｐｍは非モニタ時と同様に設定することができる。
【００７０】
ステップＳ７のモニタ条件が成立しないとき、あるいはステップＳ９でタイマー値Ｔが所定値ＴｏになったときはステップＳ１２に進んでタイマー値Ｔを零にし、上述の２段噴射の設定を維持する。
【００７１】
また、ステップＳ３でエンジンが定常運転状態にないと判別されたときは、ステップＳ１３に進んでエンジンの運転状態に応じた３段の多段噴射を設定する。すなわち、１段目、２段目及び３段目の各噴射量ＱT1，ＱT2，ＱT3は主噴射量Ｑｂを等分割して設定するが、各噴射時期ＩT1，ＩT2，ＩT3については、例えば加速運転時には排気圧力を高めて過給効率を上げるため、比較的長いΔｔを採用する（図３参照）というようにエンジン運転状態に応じて設定する。
【００７２】
そうして、以上の噴射形態の設定に基づいて、それぞれ噴射時期に至ったときに燃料噴射を実行する（ステップＳ１４，Ｓ１５）。
【００７３】
−ＥＧＲ制御−
ＥＧＲ制御について図１２に示すフローを参照して説明する。この制御は所定時間毎に実行される。
【００７４】
まず、スタート後のステップＳＢ１において、クランク角信号、エアフローセンサ出力、アクセル開度等を読み込み、続くステップＳＢ２において、アクセル開度とクランク角信号から求めたエンジン回転数とに基づいて、マップから基本ＥＧＲ率EGRbを読み込む。このマップは、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、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。
【００７５】
なお、ＥＧＲ率は還流される排気量（ＥＧＲ量）の全吸気量（ＥＧＲ量＋新気量）に対する割合をいう。新気は燃焼室４に吸入される吸気のうちＥＧＲを除いた空気のことであり、その量はエアフローセンサ１１により計測される。
【００７６】
続いて、ステップＳＢ３では、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を読み込み、これとエアフローセンサ出力から求められる実新気量とに基づいてＥＧＲ率のフィードバック制御量EGRF/Bを設定する。目標新気量のマップも前記基本ＥＧＲ率EGRbのマップと同様にメモリに格納されており、目標新気量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。
【００７７】
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、空燃比があまり小さくなるとスモークの生成量が急増するという特性がある。そこで、前記ステップＳＢ２，ＳＢ３における基本ＥＧＲ率EGRb及び目標新気量は、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。
【００７８】
フィードバック制御量EGRF/Bは、実新気量を目標新気量から減算した新気量偏差に基づいてマップから読み込む。このマップもメモリに格納されたものであり、フィードバック制御量EGRF/Bは、目標新気量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、目標新気量が実新気量に近いところには不感帯がある。
【００７９】
続くステップＳＢ４では上述のモニタ条件が全て成立しているかを判別し、さらにステップＳＢ５ではタイマー値Ｔが所定値Ｔｏになっていないかを判別する。モニタ条件が成立していないか又はタイマー値ＴがＴｏになっている場合には、ステップＳＢ６に進んで前記基本ＥＧＲ率EGRbにフィードバック制御量EGRF/Bを加算して、目標ＥＧＲ率EGRtを演算する。
【００８０】
一方、モニタ条件が全て成立し且つタイマー値Ｔが所定値Ｔｏになっていない場合には、ステップＳＢ７に進んで目標ＥＧＲ率EGRtを誤診断防止のために最小のＥＧＲ率EGRminを設定する。これにより、実際のＥＧＲ率は図１１に示すように大きく低下する。これは、通常のＥＧＲ制御を続行して高いＥＧＲ率を設定すると、モニタ用の後噴射量Ｑｐｍを設定して還元剤の増量を行なっても、増量された還元剤が吸気系に多く還流されて、当該還元剤増量の影響が酸素濃度センサ１７や温度センサ１９に反映され難くなるからである。最小のＥＧＲ率EGRminは零にしてもよい。
【００８１】
そうして、以上の如くして設定された目標ＥＧＲ率EGRtとなるようにＥＧＲ弁２４を駆動する（ステップＳＢ８）。
【００８２】
ここで、前記ＥＧＲ率を変化させた場合にそれがＮＯｘ及びスモークの発生量に及ぼす影響をみると、エンジン回転数２０００ｐｐｍ、ＰＥ５．７の中負荷運転時を図１３に示し、エンジン回転数２０００ｐｐｍ、ＰＥ９．０の高負荷運転時を図１４に示すように、一括噴射及び多段噴射のいずれの場合もＥＧＲ率が低くなるとスモーク発生量は少なくなるものの、ＮＯｘ発生量が多くなっている。多段噴射とパイロット噴射とを行なった場合でも、高負荷運転時には同様の傾向がある。
【００８３】
従って、上述の如くモニタのためにＥＧＲ率を最小にすると、そのままではＮＯｘの発生量が多くなるが、本発明では燃料噴射制御によって多段噴射をモニタ用の３段噴射にしてＮＯｘの発生を抑制するようにしているから、ＥＧＲ率を低減してもＮＯｘ発生量はあまり多くならないことになる。
【００８４】
−異常診断制御−
異常診断について図１５に示すフローを参照して説明する。スタート後のステップＳＣ１においてモニタ条件の成立を判別し、その全てが成立しているときステップＳＣ２に進んで条件成立直後と判別されると、この成立直後の酸素濃度Ｏxsとして現時点の酸素濃度センサ１７の出力Ｏｘを与え、同様に成立直後の触媒温度Ｔcsとして現時点の推定触媒温度Ｔｃを与えて記憶する（ステップＳＣ３）。続くステップＳＣ４でタイマー値Ｔが所定値Ｔ１を越え且つ所定値Ｔｏ以下か否かを判別し、その範囲にあれば、ステップＳＣ５に進んで直後酸素濃度Ｏxs以降の酸素濃度Ｏｘ及び直後触媒温度Ｔcs以降の触媒温度Ｔｃを読み込んで順次記憶していく。
【００８５】
前記モニタ条件成立直後から所定値Ｔ１までは酸素濃度Ｏｘ及び触媒温度Ｔｃの読込みを行なわないのは、噴射形態の変更（２段噴射→モニタ用３段噴射）がなされて暫くは排気ガスの状態及び触媒の活性状態が安定しないため、その状態のデータが入り込んで誤診断を招くことを避けるためである。すなわち、図１１に示すように、酸素濃度センサ１７で検出される酸素濃度Ｏｘは噴射形態を変更しても急には低くならず、また、触媒温度Ｔｃも急には高くならない。そこで、このような変化の過渡期にあるＯｘ及びＴｃを排除するものである。
【００８６】
所定値Ｔ１としては例えば５〜１０秒程度の時間に相当する値が与えられる。なお、先に説明したＥＧＲ制御ではモニタ条件成立直後から目標ＥＧＲ率を最小にするようにしたが、図１１に鎖線で示すように当該所定値Ｔ１まではステップＳＢ６によるＥＧＲ制御を続行し、その後に目標ＥＧＲ率を最小にするようにしてもよい。これにより、ＥＧＲによるＮＯｘ発生の抑制が図れる。
【００８７】
続くステップＳＣ６でタイマー値Ｔが所定値Ｔｏになったことが判別されると、ステップＳＣ７に進んでステップＳＣ５で読込み・記憶した酸素濃度Ｏｘ及び触媒温度Ｔｃの各々の平均値Ｏxm，Ｔcmを算出する。続くステップＳＣ８で上述の直後酸素濃度Ｏxsと平均値Ｏxmとの差ΔＯｘ、並びに直後触媒温度Ｔcsと平均値Ｔcmとの差ΔＴｃを算出する。
【００８８】
そうして、続くステップＳＣ９で差ΔＯｘが基準値ΔＯxoよりも大きいと判別されると後噴射制御（還元剤増量手段）は正常と判定し、基準値ΔＯxo以下であれば、後噴射制御に異常があると判定する（ステップＳＣ１０，ＳＣ１１）。また、後噴射制御が正常と判定された場合には続くステップＳＣ１２で差ΔＴｃが基準値ΔＴcoよりも大きいと判別されるとＮＯｘ触媒は正常と判定し、基準値ΔＴco以下であれば、ＮＯｘ触媒に異常がある（例えば劣化している）と判定する（ステップＳＣ１３，ＳＣ１４）。基準値ΔＯxoは還元剤増量に伴う酸素濃度の変化量に基づいて設定されるものである。基準値ΔＴcoは還元剤増量に伴う触媒温度の上昇度合に基づいて設定されるものであり、その上昇度合は当該ＨＣが有する熱量及び触媒の熱容量に基づいて求めることができる。
【００８９】
−燃料噴射制御に関する他の例１−
図１６は燃料噴射制御に関する他の例のフローを示し、主噴射として一括噴射の形態を採用し、還元剤増量手段として主噴射時期Ｉｂのリタードを採用したものである。
【００９０】
すなわち、スタート後のステップＳＤ１〜ＳＤ３は図９に示す先の噴射制御のステップＳ１〜Ｓ３と同じであるが、ステップＳＤ４では先の噴射制御と同様の触媒温度Ｔｃの推定を行なう。続くステップＳＤ５で触媒温度Ｔｃがピーク温度Ｔcoよりも低いと判別されると、ＮＯｘ触媒に供給される還元剤量を多くしてその酸化反応熱によって活性を促すべく、つまり触媒温度Ｔｃをピーク温度Ｔcoに近づけるべく、ステップＳＤ６に進んでパイロット噴射の設定及び主噴射時期Ｉｂのリタード（Ｉｂ←Ｉｂ＋Ｒ）を行なう。パイロット噴射量Ｑptとしては主噴射量Ｑｂの１／２０〜１／１０程度を割り当て、その噴射時期Ｉptは主噴射時期Ｉｂの直前に設定する。
【００９１】
続くステップＳＤ７〜ＳＤ９は図９に示す先の噴射制御のステップＳ７〜Ｓ９と同じであるが、続くステップＳＤ１０ではモニタ用の噴射形態として主噴射時期のさらなるリタード（Ｉｂ←Ｉｂ＋Ｒ’）を行なう。従って、主噴射時期ＩｂはステップＳＤ２で設定されたクランク角度から（Ｒ＋Ｒ’）だけリタードされることになる。これにより、還元剤（ＨＣ，ＣＯ）がさらに増量されてその影響が酸素濃度センサ１７及び温度センサ１９に現れやすくなり、誤診断防止に有利になる。
【００９２】
そうして、噴射時期Ｉptに至ったときにパイロット噴射を実行し、噴射時期Ｉｂに至ったときに主噴射を実行する（ステップＳＤ１２，ＳＤ１３）。なお、ステップＳＤ１１は先の噴射制御のステップと１２と同じである。また、定常時以外のエンジン運転状態ではステップＳＤ２で設定された噴射量Ｑｂ及び噴射時期Ｉｂで主噴射が実行される。
【００９３】
−燃料噴射制御に関する他の例２−
図１７は燃料噴射制御に関する他の例のフローを示し、主噴射として多段噴射の形態を採用し、還元剤の増量は多段噴射形態の変更によって行なうようにしたものである。
【００９４】
すなわち、スタート後のステップＳＥ１〜ＳＥ４は図１６に示す先の噴射制御のステップＳＤ１〜ＳＤ４と同じであるが、ステップＳＥ５では図９に示す噴射制御と同様に２段噴射を採用して、各噴射量ＱT1，ＱT2として主噴射量Ｑｂを等分割した 1/2Ｑｂを与え、前記主噴射時期Ｉｂを１段目の噴射時期ＩT1とする一方、２段目の噴射時期ＩT2を触媒温度Ｔｃに応じて設定するようにしている。
【００９５】
すなわち、１段目の噴射終了から２段目の噴射開始までの休止間隔Δｔを、触媒温度Ｔｃが前記ピーク温度Ｔcoよりも低いときは５００〜７００μ秒とし、該Ｔco以上のときは当該休止間隔Δｔを５０〜５００μ秒とする。触媒温度Ｔｃが低いときは排気ガス中の還元剤量を多くしてＮＯｘ触媒での酸化反応を促進しその反応熱によって温度上昇を図るべく噴射休止間隔Δｔを５００〜７００μ秒とするものである（図７，図８参照）。また、これにより、ＮＯｘ派生量の低減も図れる（図６参照）。
【００９６】
続くステップＳＥ６〜ＳＥ８は図９に示す先の噴射制御のステップＳ７〜Ｓ９と同じであるが、続くステップＳＥ９ではこの図９に示す噴射制御と同様にモニタ用の３段噴射を採用し、主噴射量Ｑｂを等分割して１段目、２段目及び３段目の各噴射量ＱT1＝ＱT2＝ＱT3＝1/3Ｑｂを設定する一方、前記主噴射時期Ｉｂを１段目の噴射時期ＩT1として噴射休止間隔Δｔを７００〜１０００μ秒と２段噴射のときよりもさらに長くする。
【００９７】
これにより、還元剤（ＨＣ，ＣＯ）がさらに増量されてその影響が酸素濃度センサ１７及び温度センサ１９に現れやすくなり、誤診断防止に有利になるとともに、ＮＯｘの低減も図れ、ＥＧＲ制御の制限に伴うＮＯｘ発生の抑制に有利になる。ステップＳＥ６でモニタ条件が成立していないと判別されたとき、また、ステップＳＥ８でＴ＞Ｔｏのときは、ステップＳＥ１０に進んでタイマー値Ｔを零とし、噴射形態はステップＳＥ５で設定された２段噴射のままとし、また、ステップＳＥ３で定常状態でないと判別されたときには３段噴射とする（ステップＳＥ１１）。
【００９８】
以上の噴射形態の設定によってステップＳＥ１２において噴射を実行することになる。
【００９９】
−燃料噴射制御に関する他の例３−
図１８は燃料噴射制御に関する他の例のフローを示し、触媒コンバータ２２にＮＯｘ吸収触媒を採用したケースである。このＮＯｘ吸収触媒は、ハニカム担体に触媒金属としての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なるものである。
【０１００】
このＮＯｘ吸収触媒は、Ａ／Ｆ≧１８でエンジンが運転されたときの排気ガスのようにその酸素濃度が高い酸素過剰雰囲気（例えば酸素濃度４％以上）のときの排気ガス中の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になる吸収しているＮＯｘを放出して、還元浄化する特性を有する。また、このＮＯｘ吸収触媒は、還元剤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。
【０１０１】
図１８のフローにおいて、スタート後のステップＳＦ１〜ＳＦ３は図９に示す制御フローのステップＳ１〜Ｓ３と同じであるが、続くステップＳＦ４ではＮＯｘトラップ量（吸収量）ＱN を推定する。ＮＯｘトラップ量ＱN 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なうようにすればよい。或いは、エンジンの運転時間とその間の燃料の総噴射量とを積算し、さらにエンジンの運転状態に基づいてその積算値を修正して、その積算値に基づいてＮＯｘトラップ量ＱN を推定するようにしてもよい。また、より簡単にエンジン１の運転時間の合計に基づいてＮＯｘトラップ量ＱN を推定することも可能である。
【０１０２】
続くステップＳＦ５でＮＯｘトラップ量ＱN が所定値ＱN1以上になっていることが判別されると、ステップＳＦ６に進んでタイマー値Ｔをカウントし、続くステップＳＦ７でモニタ条件が成立していなければ、ステップＳＦ８に進む。そうして、タイマー値Ｔが所定値Ｔo1に達していなければ、排気ガス中の酸素濃度を低減すべく（λ＝１程度にすべく）噴射形態を変更する（ステップＳＦ９）。つまり、主噴射量を減量してＱｍとする一方、その噴射時期をリタードさせてＩｍとし、また、副噴射量Ｑｓ及びその噴射時期Ｉｓを設定する。この噴射形態の変更は還元剤増量手段を構成している。
【０１０３】
この場合、所定値Ｔo1は当該変更された噴射形態が２〜３秒程度続くように設定する。この噴射形態の変更は排気ガス中の酸素濃度低減によりＮＯｘ吸収触媒からＮＯｘを放出させるために行なわれるものであり、その程度の時間で通常は放出が完了するからである。主噴射量の減量は副噴射の影響によってエンジントルクが余分に上昇することを避けるためである。副噴射としては上述の後噴射を採用することができる。
【０１０４】
一方、ステップＳＦ７においてモニタ条件が全て成立しているときはステップＳＦ１０に進んでタイマー値Ｔが所定値Ｔｏに達していなければ、ステップＳＦ９に進んで前記と同様の噴射形態の変更を行なう。この場合の噴射形態の変更は上述のＮＯｘの放出のためであるとともに、異常診断用に還元剤を増量するためである。従って、所定値Ｔｏは異常診断のために前記Ｔo1よりも長くする。そうして、主噴射及び副噴射を実行する（ステップＳＦ１１，ＳＦ１２）。
【０１０５】
ステップＳＦ５でＮＯｘトラップ量ＱN が所定値ＱN1に達していないときはステップＳＦ１３に進んでタイマー値Ｔを零として噴射形態の変更を行なうことなくステップＳＦ２で設定された噴射条件に従って噴射を実行する。ステップＳＦ３で定常運転状態でなと判別されたとき、ステップＳＦ８でタイマー値Ｔが所定値Ｔo1を越えたと判別されたとき、並びにステップＳＦ１０でタイマー値Ｔが所定値Ｔｏを越えたと判別されたときも、噴射形態の変更を行なうことなくステップＳＦ２で設定された噴射条件に従って噴射を実行することになる。
【０１０６】
−異常診断制御に関する他の例−
図１９は異常診断制御に関する他の例のフローを示し、酸素濃度及び触媒温度のモニタ条件成立直後のからの変化量をみるのではなく、単にモニタ開始後の酸素濃度及び触媒温度の平均値に基づいて異常診断を行なうようにして構成を簡単にしたものである。
【０１０７】
すなわち、ステップＳＧ１でモニタ条件が全て成立すると、ステップＳＧ２に進んで酸素濃度Ｏｘ及び触媒温度Ｔｃを読み込んで順次記憶していく。続くステップＳＧ３でタイマー値Ｔが所定値Ｔｏになったことが判別されると、ステップＳＧ４に進んで先に読込み・記憶した酸素濃度Ｏｘ及び触媒温度Ｔｃの各々の平均値Ｏxm，Ｔcmを算出する。続くステップＳＧ５で酸素濃度の平均値Ｏxmが基準値Ｏxmoよりも大きいと判別されると後噴射制御（還元剤増量手段）は正常と判定し、基準値Ｏxo以下であれば、後噴射制御に異常があると判定する（ステップＳＧ６，ＳＧ７）。また、後噴射制御が正常と判定された場合には続くステップＳＧ８で触媒温度の平均値Ｔcmが基準値Ｔcoよりも大きいと判別されるとＮＯｘ触媒は正常と判定し、基準値Ｔco以下であれば、ＮＯｘ触媒に異常がある（例えば劣化している）と判定する（ステップＳＧ９，ＳＧ１０）。
【図面の簡単な説明】
【図１】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】一括噴射及び多段噴射の噴射時期を示すタイムチャート図。
【図３】主噴射の分割回数及び噴射休止間隔Δｔがエンジンの排気圧力に及ぼす影響を示すグラフ図。
【図４】主噴射の分割回数及び噴射休止間隔Δｔがエンジンの燃費率に及ぼす影響を示すグラフ図。
【図５】主噴射の分割回数及び噴射休止間隔Δｔが排気ガスのスモーク量に及ぼす影響を示すグラフ図。
【図６】主噴射の分割回数及び噴射休止間隔Δｔが排気ガスのＮＯｘ量に及ぼす影響を示すグラフ図。
【図７】主噴射の分割回数及び噴射休止間隔Δｔが排気ガスのＣＯ量に及ぼす影響を示すグラフ図。
【図８】主噴射の分割回数及び噴射休止間隔Δｔが排気ガスのＨＣ量に及ぼす影響を示すグラフ図。
【図９】燃料噴射制御のフロー図。
【図１０】ＮＯｘ触媒の温度と浄化率との関係を模式的に示すグラフ図。
【図１１】主噴射の噴射形態、ＥＧＲ率、酸素濃度及び触媒温度のタイムチャート図。
【図１２】ＥＧＲ制御のフロー図。
【図１３】エンジン中負荷運転時の一括噴射及び多段噴射におけるＥＧＲ率とスモーク量及びＮＯｘ量との関係を示すグラフ図。
【図１４】エンジン高負荷運転時の一括噴射及び多段噴射におけるＥＧＲ率とスモーク量及びＮＯｘ量との関係を示すグラフ図。
【図１５】異常診断のフロー図。
【図１６】燃料噴射制御の他の例を示すフロー図。
【図１７】燃料噴射制御のさらに他の例を示すフロー図。
【図１８】燃料噴射制御のさらに他の例を示すフロー図。
【図１９】異常診断の他の例を示すフロー図。
【符号の説明】
Ａ ディーゼルエンジンの制御装置
１ エンジン
２ 気筒
４ 燃焼室
５ インジェクタ（燃料噴射弁）
９ クランク角センサ
１７ 酸素濃度センサ（排気系の状態検出手段）
１９ 温度センサ（排気系の状態検出手段
２２ 触媒コンバータ
２５ ターボ過給機
３２ アクセル開度センサ
３５ ＥＣＵ（コントロールユニット）
【発明の属する技術分野】
本発明は、システムの異常を診断する手段を備えたエンジンの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの排気通路には排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）を還元浄化するための触媒が設けられている。このＮＯｘの浄化には還元剤が必要であり、それは排気ガスに含まれるＨＣ（炭化水素）等によって賄われるが、エンジンが空燃比リーンの状態で運転されるときは排気ガス中の還元剤濃度が低くなる。そのために、必要に応じて排気ガス中の還元剤濃度を増大させる手段が設けられることがある。
【０００３】
特開平８−２０００４５号公報には、排気ガスの一部を排気系から吸気系に還流する排気還流手段を設けたエンジンにおいて、排気ガス中のＮＯｘを酸素濃度が高いときに吸収し酸素濃度が低くなると放出するＮＯｘ吸収材を排気通路に設けること、ＮＯｘ吸収材からＮＯｘを放出させて還元するためにエンジンの膨張行程又は排気行程において追加の燃料を燃焼室に噴射して排気ガスの還元剤濃度を増大させること、この追加燃料を噴射するときは排気還流を制限することが記載されている。
【０００４】
すなわち、追加燃料を噴射したときは、排気ガス中の未燃の燃料が増え、これが排気還流に伴って吸気系に供給されると、燃焼室の点火栓周りの混合気が過度にリッチになって失火を招き易くなることから、前記排気還流の制限を行なうというものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、排気ガスの還元剤濃度を増大させると、それに伴って排気ガスの酸素濃度が減少し、あるいは酸化機能を有する触媒が排気通路に設けられているときは、触媒反応が活発になって触媒温度や排気ガス温度が上昇する。従って、このような還元剤濃度の増大に伴って変化すべき排気系の状態を監視すれば、還元剤濃度の増大が予定通りに行なわれたか否か、あるいは触媒が本来の機能を発揮しているか、つまり劣化していないか否かを診断することができる。
【０００６】
しかし、上述の如き排気還流手段を備えているエンジンにあっては、還元剤濃度の増大手段を作動させても、その増大の影響が排気系の状態に与える影響が排気還流によって小さくなるから、前記診断の精度が低くなる。すなわち、還元剤濃度の増大手段を作動させたときに、排気系の状態の変化が小さいときは、それが排気還流の影響であるのか、当該増大手段の作動不良や排気系の異常によるものなのかをわからなくなる。これに対して、本発明は、後述するように排気還流を適宜制限するものであるが、その場合、その制限が短時間であっても排気還流の本来の目的である燃焼室でのＮＯｘの発生の抑制が不充分になる。
【０００７】
すなわち、本発明は、前記診断精度の低下を防止すること、また、その際のＮＯｘの発生を抑制することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、エンジンの運転状態又は排気系の状態に応じて排気ガス中の還元剤量を増大させる還元剤増量手段と、
前記還元剤増量手段による還元剤の増量中を含めて、エンジンの運転状態に応じて前記還元剤増量手段よりも下流側の排気ガスの一部をエンジンの吸気系に還流させる排気還流手段とを備えたエンジンの制御装置において、
前記還元剤量の増大に伴って変化すべき排気系の状態を検出する手段と、
前記検出手段によって検出される排気系の状態に基づいて前記還元剤増量手段又は排気系の異常を診断する異常診断手段と、
前記異常診断手段による診断中のみ前記排気還流手段による排気還流を制限する排気還流制限手段とを備えていることを特徴とする。
【０００９】
従って、還元剤増量に伴う排気系状態の変化を監視して異常診断を行なうとき、排気ガスの還流が多いままであれば、この還元剤の増量が排気系状態の変化に反映され難くなるが、本発明によれば、異常診断中は排気ガスの還流が制限されるから、還元剤の増量が排気系の状態変化に反映され易くなり、そのだけ異常診断の精度が高くなる。
【００１０】
前記還元剤増量手段による還元剤の増量は、排気通路に設けられる排気ガス浄化用触媒を有効に機能させるために行なわれ、例えばその触媒における還元剤の酸化を促し早期活性を図るために、あるいはＮＯｘ還元触媒においてＮＯｘ浄化のための還元剤を補給するために、あるいはＮＯｘ吸収材からＮＯｘを放出させるために行なわれる。従って、エンジンの運転履歴を含めてその運転状態から触媒の活性（又は触媒温度）が低いと判断されるとき、或いは排気ガス温度、触媒温度、排気ガスの成分濃度など排気系の状態から当該触媒がより多くの還元剤を必要とすると判断されるときに、還元剤増量手段を作動させることになる。
【００１１】
前記還元剤増量手段（端的に言えばＨＣ増量手段）としては、例えば、燃料をエンジン本体の気筒内燃焼室に直接噴射する燃料噴射弁を設けているときは、要求出力を得るための燃料を噴射する主噴射の後に膨張行程又は排気行程において燃料を噴射する後噴射を行なうことにより、排気ガス中の還元剤としてのＨＣ等を増量するというものを採用することができる。
【００１２】
或いは、要求出力を得るための燃料を圧縮行程上死点付近で燃焼室に噴射する主噴射を、該燃焼室での燃焼が継続するように５０〜１０００μ秒程度の噴射休止間隔（前の噴射終了から次の噴射開始までの時間）をおいて複数回に分割して噴射する多段噴射をする場合には、その分割回数が増えるように、あるいは噴射休止間隔が長くなるように噴射形態を変更することによって排気ガス中の還元剤量を増大させるという還元剤増量手段を採用することもできる。
【００１３】
或いは、要求出力を得るための燃料を噴射する時期を例えば１０゜ＣＡ〜２０゜ＣＡ程度リタードさせることにより、排気ガス中の還元剤量を増大させるという還元剤増量手段を採用することができる。その場合、主噴射前のパイロット噴射を実行するようにしてもよい。このパイロット噴射は、要求出力を得るための燃料噴射量の１／２０〜１／１０程度の燃料を主噴射の直前に、具体的には圧縮行程上死点前に噴射するというものであり、これにより、ピストンの上昇による燃焼室内の圧力上昇によって主噴射の前に燃焼室内に火種が形成されるとともに燃焼室内の温度が相当に高くなる（予混合燃焼）。このため、主噴射時期を例えば圧縮行程上死点後になるように遅らせても、主噴射燃料の着火を損なうことなく、良好な拡散燃焼を生起せしめることができる。また、ガソリンエンジンにおいては、点火時期をリタードさせることによって排気ガス中の還元剤量を増大させる還元剤増量手段を採用することができる。
【００１４】
さらには上述の如き燃料噴射形態の変更ではなく、排気通路の触媒よりも上流部位に例えば軽油を供給することによって排気ガス中の還元剤量を増大させるというものを採用することもできる。
【００１５】
また、前記検出手段によって検出すべき排気系の状態としては、例えば、排気ガス温度、触媒温度、排気ガスの成分濃度がある。
【００１６】
また、本発明は、上述の如きエンジンの制御装置において、
前記排気還流の制限中はエンジンの燃焼室から排出される排気ガス中のＮＯｘ量が低減するように該燃焼室における燃料の燃焼を制御する燃焼制御手段を備えていることを特徴とする。
【００１７】
すなわち、排気ガスの還流を制限すると、その制限が短時間であっても還流の本来の目的である燃焼室でのＮＯｘの発生の抑制が不充分になる。そこで、本発明は、燃焼室における燃料の燃焼を制御することによって燃焼室から排出される排気ガスに含まれるＮＯｘ量を減らすようにしたものである。
【００１８】
また、本発明は、前記燃焼制御手段として、前記排気還流の制限中は前記燃焼室における燃料の燃焼開始時期をリタード（遅角）させるものを採用したことを特徴とする。
【００１９】
すなわち、燃料の燃焼開始時期を遅らせると、それだけ燃焼室での燃焼が緩慢なものになって、燃焼温度の過度な上昇が防止され、ＮＯｘの発生が抑制されることになる。また、この燃焼開始時期のリタードによって燃焼終了時期が遅くなり、排気ガス中の還元剤量が多くなり、上述の還元剤増量手段による還元剤増量を補うことができる。燃焼開始時期のリタードは、ガソリンエンジンにあっては、点火時期をリタードさせることにより、また、燃焼室内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンにあっては主燃料噴射時期をリタードさせることによって行なうことができる。
【００２０】
また、本発明は、前記排気還流の制限中はエンジンの燃焼室から排出される排気ガス中のＮＯｘ量が低減するように該燃焼室における燃料の燃焼を制御する燃焼制御手段を備えたエンジンの制御装置において、
前記エンジンは燃焼室に燃料噴射弁の噴孔を臨ませた直噴式のディーゼルエンジンであり、
前記燃焼制御手段は、前記排気還流の制限中は圧縮行程上死点付近で燃料を燃焼室に噴射する主噴射の直前に燃料を少量噴射するパイロット噴射を行なうものであることを特徴とする。
【００２１】
すなわち、パイロット噴射は、要求出力を得るための燃料噴射量の１／２０〜１／１０程度の燃料を主噴射の直前に、具体的には例えば圧縮行程上死点前に噴射するというものであり、これにより、ピストンの上昇による燃焼室内の圧力上昇によって主噴射の前に燃焼室内に火種が形成されるため、主噴射燃料の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の発生が少なくなる。また、このパイロット噴射によって燃焼室内の温度が高くなるため、主噴射時期を例えば圧縮行程上死点後になるように遅らせても、主噴射燃料の着火を損なうことなく、良好な拡散燃焼を生起せしめることができ、主噴射時期のリタードによるＮＯｘ発生の抑制にも有利になる。
【００２２】
また、本発明は、前記排気還流の制限中はエンジンの燃焼室から排出される排気ガス中のＮＯｘ量が低減するように該燃焼室における燃料の燃焼を制御する燃焼制御手段を備えたエンジンの制御装置において、
前記エンジンは燃焼室に燃料噴射弁の噴孔を臨ませた直噴式のディーゼルエンジンであり、
前記燃焼制御手段は、前記排気還流の制限中は圧縮行程上死点付近で燃料を燃焼室に噴射する主噴射を所定の休止間隔をおいて且つ該燃焼室での燃焼が継続するように複数回に分割して行なうことを特徴とする。
【００２３】
すなわち、燃料噴射弁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の発生が少なくなる。
【００２４】
また、本発明は、燃焼制御手段が上述の如きパイロット噴射によってＮＯｘの発生を抑制するものであるエンジンの制御装置において、
前記還元剤増量手段は、前記主噴射後の膨張行程又は排気行程において燃料を燃焼室に噴射する後噴射を行なうものであることを特徴とする。
【００２５】
従って、後噴射によって排気ガス中の還元剤の増量を図りながら、パイロット噴射によって異常診断中のＮＯｘ発生を抑制することができる。この場合、パイロット噴射自体では排気ガス中の還元剤量を増大させることがないため、還元剤増量手段の異常診断に有利になる。すなわち、仮に当該燃焼制御によって還元剤自体も多くなるのであれば、還元剤増量手段に異常があって還元剤が増量されない場合でも、燃焼制御によって還元剤が増量されるから、異常という診断が出難くなり、還元剤増量手段に関しては誤診断を生じ易くなるが、本発明の場合、燃焼制御手段による燃焼制御（パイロット噴射）では還元剤が増えないから、そのような誤診断が避けられる。
【００２６】
また、本発明は、前記排気還流の制限中はエンジンの燃焼室から排出される排気ガス中のＮＯｘ量が低減するように該燃焼室における燃料の燃焼を制御する燃焼制御手段を備えたエンジンの制御装置において、
前記エンジンは燃焼室に燃料噴射弁の噴孔を臨ませた直噴式のディーゼルエンジンであり、
前記還元剤増量手段は、圧縮行程上死点付近で燃料を燃焼室に噴射する主噴射後の膨張行程又は排気行程において燃料を燃焼室に噴射する後噴射を行なうものであり、
前記燃焼制御手段は、前記排気還流の制限中は前記主噴射を所定値以上の休止間隔をおいて且つ前記燃焼室での燃焼が継続するように複数回に分割して行なうことを特徴とする。
【００２７】
すなわち、主噴射を分割して行なう場合、噴射の休止間隔を長くすると、それだけＮＯｘの発生が抑制されるとともに、還元剤量の増大が図れる。従って、本発明によれば、後噴射と分割噴射とによって還元剤の増量を図りながら、異常診断中にＮＯｘの大気への排出量が増えることを避けることができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、還元剤量の増大に伴って変化すべき排気系の状態を監視して還元剤増量手段又は排気系の異常を診断している間は、排気還流手段による排気還流を制限するようにしたから、排気還流による誤診断を避けて診断精度を高めることができる。
【００２９】
また、前記排気還流の制限中はエンジンの燃焼室から排出される排気ガス中のＮＯｘ量が低減するように該燃焼室における燃料の燃焼を制御する燃焼制御手段を設けた場合には、排気還流の制限によってＮＯｘの発生の増大することを避けることができる。
【００３０】
【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。
【００３１】
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のエンジン本体である。このエンジン本体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内にピストン３が往復動可能に嵌挿されていて、この気筒２とピストン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噴孔が開閉作動されて、燃焼室４に燃料を直接噴射するようになっている。
【００３２】
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によって検出されるコモンレール６内の燃圧が所定値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。
【００３３】
１０はエンジン本体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の下流端部には、図示しないがサージタンクが設けられ、このサージタンクから分岐した各通路が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、サージタンクには各気筒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、エンジン本体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にはその開度を検出するセンサ（図示省略）が設けられている。
【００３４】
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、排気マニホールドを介して各気筒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、排気ガス中の酸素濃度を検出するリニアＯ2 センサ１７と、排気流により回転されるタービン２１と、排気ガス中のＨＣ、ＣＯ（一酸化炭素）及びＮＯｘを浄化可能な触媒コンバータ２２とが配設されている。また、触媒コンバータ２２の出口には排気ガス温度を検出する温度センサ１９が設けられている。酸素濃度センサ１７及び温度センサ１９は後述する異常診断のための排気系状態の検出手段を構成している。
【００３５】
前記触媒コンバータ２２は、軸方向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の各貫通孔壁面に触媒層を形成したハニカム触媒を触媒容器に収容したものである。触媒層はゼオライトにＰｔをスプレードライ法によって乾固担持させてなる触媒粉をバインダによって前記担体に担持させることによって形成されており、空燃比が理論空燃比よりもリーンのとき、すなわち酸素濃度が高い雰囲気（酸素濃度４％以上あるいはＡ／Ｆ≧１８）でも排気ガス中のＮＯｘをＨＣ等の還元剤によって還元する反応に触媒活性を示すとともに、ＨＣの酸化反応にも触媒活性を呈し、理論空燃比付近では三元触媒としても働く。
【００３６】
前記排気通路２０の酸素濃度センサ１７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。
【００３７】
前記ＥＧＲ弁２４は、負圧応動式のものであって、その弁箱の負圧室に負圧通路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、ＥＧＲ通路２３の開度がリニアに調節されるようになっている。
【００３８】
前記ターボ過給機２５は、ＶＧＴ（バリアブルジオメトリーターボ）であって、これにはダイヤフラム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、排気ガス流路の断面積が調節されるようになっている。
【００３９】
前記各インジェクタ５、高圧供給ポンプ８、吸気絞り弁１４、ＥＧＲ弁２４、ターボ過給機２５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、圧力センサ１０ａ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、酸素濃度センサ１７からの出力信号と、温度センサ１９からの出力信号と、ＥＧＲ弁２４のリフトセンサ２６からの出力信号と、車両の運転者による図示しないアクセルペダルの操作量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ３２からの出力信号とが少なくとも入力されている。
【００４０】
そして、インジェクタ５による燃料噴射量及び燃料噴射時期がエンジンの運転状態及び触媒コンバータ２２のＮＯｘ触媒の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の作動制御（ＶＧＴ制御）とが行なわれるようになっている。
【００４１】
（燃料噴射制御，異常診断，ＥＧＲ制御）
本発明の特徴は、所定の運転状態において排気ガス中の還元剤（ＨＣ等）を増量する手段を設け、その増量を行なったときに増量手段又は排気系の異常を診断する手段を設けたものにおいて、適切なＥＧＲ制御及び燃焼制御を行なうことにより、診断精度を高めるとともに、その診断の際にＮＯｘ排出量が増大しないようにした点にある。次に説明する実施形態では燃料噴射制御によって還元剤の増量を行なうとともにＮＯｘ排出の抑制を行なうようにしている。以下、具体的に説明する。
【００４２】
−燃料噴射制御−
前記ＥＣＵ３５には、エンジン本体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Ｑｂ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、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主噴射量Ｑｂが読み込まれ、この主噴射量Ｑｂ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。この主燃料噴射制御によって、エンジン本体１の目標トルクに対応する分量の燃料が供給され、エンジン本体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。
【００４３】
上記主噴射は燃料を一括して一回で噴射する一括噴射又は燃料を複数回に分割して噴射する多段噴射によって行なわれるが、定常運転時（アクセル開度の変化が小さい時）には、原則として多段噴射は２段とし、触媒コンバータ２２のＮＯｘ触媒にＮＯｘの還元浄化を促進するための還元剤成分（ＨＣ等）を供給すべく、主噴射（主燃料噴射）後の膨張行程又は排気行程において燃料を少量噴射する後噴射がＮＯｘ触媒の温度に応じて適宜行なわれる。さらに、異常診断時には多段噴射は３段で行なわれ、その際、２段噴射時と３段噴射時とでは還元剤（ＨＣ，ＣＯ）の発生量に大差を生じないように噴射休止間隔が制御される。
【００４４】
以下、多段噴射の内容及び噴射制御について具体的に説明する。
【００４５】
多段噴射は、図２に例示するように主噴射燃料を（ａ）の如く一括して噴射するのではなく、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（ｂ），（ｃ）の如く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、噴射休止間隔（インジェクタ５の噴孔が閉じてから次に開くまでの時間）Δｔは５０〜１０００μ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。図２では３段の分割までを例示しているが、必要に応じて４段以上に分割してもよい。この多段分割噴射の基本的作用は次の通りである。
【００４６】
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。
【００４７】
噴射休止間隔Δｔが５０μ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。噴射休止間隔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。
【００４８】
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。
【００４９】
また、前記多段噴射の場合は、燃料を一括噴射した場合に比べて分割回数が多くなるほど排気ガス中のＨＣ量が増大し、また、噴射休止間隔Δｔが長くなるほど排気ガス中のＨＣ量が増大する。
【００５０】
図３乃至図８は主噴射の分割回数及び噴射休止間隔Δｔが排気圧力、燃費率、スモーク量、排気ガス中のＮＯｘ、ＣＯ及びＨＣの各量に及ぼす影響について調べた結果を示している。これは、エンジン１の目標トルクに対応する分量の燃料を圧縮行程上死点付近から一括して噴射した場合（一括噴射）、２回に等分割して噴射した場合（２分割噴射）、３回に等分割して噴射した場合（３分割噴射）の各々について、噴射休止間隔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、排気圧力等との関係を調べたものである。２分割噴射では、Δｔ＝３５０，４００，７００，９００μ秒について調べ、３分割噴射では、Δｔ＝４００，５５０，７００，９００μ秒について調べた。
【００５１】
図３に示す排気圧力についての試験結果によれば、燃料噴射の分割回数及び噴射休止間隔Δｔを増やすことで、排気圧力が高まることが分かる。つまり、燃料を分割して噴射すれば、その分、燃焼の終了時期が遅れるので、自ずと排気エネルギーが増大する上に、燃焼性の改善により、同じ分量の燃料であっても燃焼エネルギーそのものが増大するので、前期試験結果の如く排気温度及び排気圧力がいずれも高くなるのである。そして、そのように排気エネルギーが増大すれば、ターボ過給機２５の過給効率も向上するので、過給圧（ブースト圧力）を高めることができる。
【００５２】
図４に示す燃費率についての試験結果によれば、一括噴射よりも２分割噴射の方が燃費率が改善されているが、３分割噴射とした場合には、インジェクタ５の噴射休止間隔Δｔが短いときは燃費率がやや改善される一方、噴射休止間隔Δｔが長くなるに連れて燃費率が悪化することが分かる。これは、分割噴射により燃焼性が改善しかつ機械効率が向上する一方、それと同時に熱効率が低下するためであると考えられる。
【００５３】
図５乃至図７は排気中の有害成分であるスモーク、ＮＯｘ及びＣＯの排出量の計測結果を示す。スモーク量について図５によれば、２分割及び３分割噴射のいずれの場合も、噴射休止間隔Δｔが短いときはスモーク量を低減できる一方、噴射休止間隔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。また、図６に示すＮＯｘの場合は、反対に２分割及び３分割噴射のいずれの場合も、噴射休止間隔Δｔが長い方がＮＯｘの生成を低減できることが分かる。さらに、図７に示すように、ＣＯの排出量についてもスモークの排出量と同様の傾向が見られる。
【００５４】
また、分割回数に関しては、分割回数を３回と多く設定すれば、排気圧力が上昇し、また、ＮＯｘ量が低減する。このとき、スモークやＣＯの排出量に関しては、噴射休止間隔Δｔを短くすれば、分割回数を多くしても大きく増大することはなく、むしろ低減することもある。
【００５５】
また、図８に示すように、排気ガス中のＨＣ量は、多段噴射にすると、燃料を一括噴射した場合に比べて増大し、また、分割回数が多くなるほどが増大し、噴射休止間隔Δｔが長くなるほど増大している。
【００５６】
尚、前記実験結果は、この実施形態と同様に可変式のターボ過給機２５を装備した排気量２０００ｃｃの４気筒ディーゼルエンジンを用いて、このエンジンを比較的負荷の低い状態でかつエンジン回転数を約１５００ｒｐｍで運転したときのものである。
【００５７】
次に燃料噴射制御について図９に示すフローを参照しながら説明する。この制御は所定クランク角毎に実行される。
【００５８】
まず、スタート後のステップＳ１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、温度センサ出力等を読み込む。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主噴射量Ｑｂを読み込む。燃料噴射量マップは、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最適な噴射量Ｑｂを記録したものであり、主噴射量Ｑｂ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。
【００５９】
主噴射時期Ｉｂ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Ｑｂが多いほど進角され、反対に噴射量Ｑｂが少ないほど遅角される。また、エンジン水温に基づいて、該水温が低いときには主噴射時期Ｉｂが所定量リタードされて暖機運転される。
【００６０】
続くステップＳ３でアクセル開度の増大変化率αに基づいてエンジンが実質的に定常運転状態にあることが判別されると（αが所定値αｏ未満）、ステップＳ４に進んで２段の多段噴射を設定する。すなわち、主噴射量Ｑｂを等分割して１段目及び２段目の各噴射量ＱT1＝ＱT2＝1/2Ｑｂを設定し、前記主噴射時期Ｉｂを１段目の噴射時期ＩT1とし、その終了からΔｔの休止間隔をおいて２段目の噴射時期ＩT2を設定する。Δｔとしては例えば５００〜７００μ秒とする。これにより、一括噴射に比べて燃費率が良くなり、ＮＯｘ発生も抑えられる（図４，図６参照）。
【００６１】
続くステップＳ５で触媒コンバータ２２の出口（下流側）の温度センサ１９の出力に基づいて触媒温度Ｔｃを推定する。この場合、温度センサ１９によって検出される排気ガス温度を触媒温度Ｔｃとしても、当該排気ガス温度に実験で求めた補正係数を掛けて触媒温度Ｔｃとしてもよい。また、温度センサを用いずに現在のエンジンの運転状態及び運転履歴に基づいて触媒温度Ｔｃを推定するようにしてもよい。
【００６２】
続くステップＳ６でエンジン運転状態及び触媒温度Ｔｃに応じて後噴射量Ｑｐ及びその時期Ｉｐを設定する。すなわち、後噴射量Ｑｐも主噴射量Ｑｂと同様に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噴射量が多くなるように設定されたマップから読み込むが、図１０に模式的に示すようにＮＯｘ触媒には触媒活性がピークになる温度があり、それよりも低い温度及び高い温度のいずれにおいてもＮＯｘ浄化率は低くなる。
【００６３】
従って、触媒温度Ｔｃがピーク温度Ｔco付近にあるときはマップから読み込んだ噴射量をＱｐとし、ピーク温度Ｔcoよりも低いときには、ＮＯｘ触媒に供給される還元剤量を多くしてその酸化反応熱によって活性を促すべく、つまり触媒温度Ｔｃをピーク温度Ｔcoに近づけるべく後噴射量Ｑｐを増量補正し、ピーク温度Ｔcoよりも高いときには、触媒温度Ｔｃのさらなる上昇を抑制し又は触媒温度Ｔｃをピーク温度Ｔcoに近づけるべく後噴射量Ｑｐを減少補正する。
【００６４】
後噴射時期Ｉｐは例えばＡＴＤＣ３０〜９０゜ＣＡの範囲でエンジン負荷が高いほど進角するように設定する。後噴射は全ての気筒についてその主噴射のたびに実行するのではなく、主噴射が各気筒に対して所定の順番で行なわれていくとき、例えば主噴射５回に１回の割合、ないしは主噴射２５回に１回の割合で後噴射を行なう。このように後噴射を間引いて行なうのは、主噴射のたびに後噴射をするときにはその噴射量が少なくなるため精度良く噴射量を制御することが難しくなること、また、ＮＯｘ触媒は還元剤の増量が間欠的に行なわれるときＮＯｘ浄化率が高くなる傾向にあることによる。
【００６５】
続くステップＳ７ではモニタ条件が成立しているか判別する。モニタとは還元剤増量のための後噴射制御又はＮＯｘ触媒に異常がないか診断することをいう。モニタ条件は、エンジンの運転状態が定常状態に入って所定時間を経過していること、異常診断が未だなされていないこと、エンジンの暖機が終了していること（排気ガス温度又はエンジン水温が所定値以上であること）、並びに最初に行なわれた後噴射から所定時間を経過していることである。
【００６６】
前記モニタ条件が全て成立すると、ステップＳ８に進んでタイマーのカウントを開始する。このタイマーは本フローのタイミングとは別に作動するものである。タイマー値Ｔが所定値Ｔｏに達していない場合には多段噴射を図１１に示すタイムチャートのように２段噴射からモニタ用３段噴射に変更設定する（ステップＳ９，Ｓ１０）。
【００６７】
すなわち、この多段噴射の変更設定は、後述する排気還流の制限に伴ってエンジンの燃焼室から排出される排気ガス中のＮＯｘ量が増大することを避けるための燃焼制御に相当するものである。具体的には、主噴射量Ｑｂを等分割して１段目、２段目及び３段目の各噴射量ＱT1＝ＱT2＝ＱT3＝1/3Ｑｂを設定し、前記主噴射時期Ｉｂを１段目の噴射時期ＩT1とし、その終了からΔｔの休止間隔をおいて２段目の噴射時期ＩT2、その終了から同じくΔｔの休止間隔をおいて３段目の噴射時期ＩT3を設定する。この時のΔｔは、排気ガス中の還元剤量（ＨＣ，ＣＯ）が上述の多段噴射を２段に設定したときと略同量になるように設定するものであり、２段噴射時のΔｔと同じかそれよりも少し短めに設定すればよい（図７及び図８参照）。例えば、２段噴射時のΔｔと３段噴射時のΔｔとの差は３００μ以下とする。
【００６８】
従って、図６から明らかなように、多段噴射を２段から３段に切り換えたことによってＮＯｘの発生が少なくなり、また、噴射休止間隔Δｔについても２段噴射時と３段噴射時との差は大きくしないから、このΔｔを変更する場合でも、その変更によるＮＯｘ発生の増大の影響は少ない。すなわち、２段から３段への切換によってＮＯｘの発生を確実に減らすことができる。また、多段噴射を２段から３段に切り換えても還元剤量は変わらないから、還元剤増量手段、即ち、次のステップＳ１１による後噴射が予定通りに行なわれているか否かを確実に診断することができる。
【００６９】
続くステップＳ１１では後噴射をモニタ用に設定する。この場合は、還元剤（ＨＣ，ＣＯ）増量の影響が酸素濃度センサ１７及び温度センサ１９に現れやすくなるように、非モニタ時の後噴射量Ｑｐよりも多い後噴射量Ｑｐｍを設定する。このモニタ時の後噴射は非モニタ時と同様に間引いて行なうこともできるが、酸素濃度センサ１７に還元剤増量の影響が現れやすくなるように各主噴射のたびに行なうようにすることが好ましい。その場合はＱｐｍを等分割して後噴射することになる。後噴射時期Ｉｐｍは非モニタ時と同様に設定することができる。
【００７０】
ステップＳ７のモニタ条件が成立しないとき、あるいはステップＳ９でタイマー値Ｔが所定値ＴｏになったときはステップＳ１２に進んでタイマー値Ｔを零にし、上述の２段噴射の設定を維持する。
【００７１】
また、ステップＳ３でエンジンが定常運転状態にないと判別されたときは、ステップＳ１３に進んでエンジンの運転状態に応じた３段の多段噴射を設定する。すなわち、１段目、２段目及び３段目の各噴射量ＱT1，ＱT2，ＱT3は主噴射量Ｑｂを等分割して設定するが、各噴射時期ＩT1，ＩT2，ＩT3については、例えば加速運転時には排気圧力を高めて過給効率を上げるため、比較的長いΔｔを採用する（図３参照）というようにエンジン運転状態に応じて設定する。
【００７２】
そうして、以上の噴射形態の設定に基づいて、それぞれ噴射時期に至ったときに燃料噴射を実行する（ステップＳ１４，Ｓ１５）。
【００７３】
−ＥＧＲ制御−
ＥＧＲ制御について図１２に示すフローを参照して説明する。この制御は所定時間毎に実行される。
【００７４】
まず、スタート後のステップＳＢ１において、クランク角信号、エアフローセンサ出力、アクセル開度等を読み込み、続くステップＳＢ２において、アクセル開度とクランク角信号から求めたエンジン回転数とに基づいて、マップから基本ＥＧＲ率EGRbを読み込む。このマップは、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、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。
【００７５】
なお、ＥＧＲ率は還流される排気量（ＥＧＲ量）の全吸気量（ＥＧＲ量＋新気量）に対する割合をいう。新気は燃焼室４に吸入される吸気のうちＥＧＲを除いた空気のことであり、その量はエアフローセンサ１１により計測される。
【００７６】
続いて、ステップＳＢ３では、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を読み込み、これとエアフローセンサ出力から求められる実新気量とに基づいてＥＧＲ率のフィードバック制御量EGRF/Bを設定する。目標新気量のマップも前記基本ＥＧＲ率EGRbのマップと同様にメモリに格納されており、目標新気量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。
【００７７】
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、空燃比があまり小さくなるとスモークの生成量が急増するという特性がある。そこで、前記ステップＳＢ２，ＳＢ３における基本ＥＧＲ率EGRb及び目標新気量は、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。
【００７８】
フィードバック制御量EGRF/Bは、実新気量を目標新気量から減算した新気量偏差に基づいてマップから読み込む。このマップもメモリに格納されたものであり、フィードバック制御量EGRF/Bは、目標新気量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、目標新気量が実新気量に近いところには不感帯がある。
【００７９】
続くステップＳＢ４では上述のモニタ条件が全て成立しているかを判別し、さらにステップＳＢ５ではタイマー値Ｔが所定値Ｔｏになっていないかを判別する。モニタ条件が成立していないか又はタイマー値ＴがＴｏになっている場合には、ステップＳＢ６に進んで前記基本ＥＧＲ率EGRbにフィードバック制御量EGRF/Bを加算して、目標ＥＧＲ率EGRtを演算する。
【００８０】
一方、モニタ条件が全て成立し且つタイマー値Ｔが所定値Ｔｏになっていない場合には、ステップＳＢ７に進んで目標ＥＧＲ率EGRtを誤診断防止のために最小のＥＧＲ率EGRminを設定する。これにより、実際のＥＧＲ率は図１１に示すように大きく低下する。これは、通常のＥＧＲ制御を続行して高いＥＧＲ率を設定すると、モニタ用の後噴射量Ｑｐｍを設定して還元剤の増量を行なっても、増量された還元剤が吸気系に多く還流されて、当該還元剤増量の影響が酸素濃度センサ１７や温度センサ１９に反映され難くなるからである。最小のＥＧＲ率EGRminは零にしてもよい。
【００８１】
そうして、以上の如くして設定された目標ＥＧＲ率EGRtとなるようにＥＧＲ弁２４を駆動する（ステップＳＢ８）。
【００８２】
ここで、前記ＥＧＲ率を変化させた場合にそれがＮＯｘ及びスモークの発生量に及ぼす影響をみると、エンジン回転数２０００ｐｐｍ、ＰＥ５．７の中負荷運転時を図１３に示し、エンジン回転数２０００ｐｐｍ、ＰＥ９．０の高負荷運転時を図１４に示すように、一括噴射及び多段噴射のいずれの場合もＥＧＲ率が低くなるとスモーク発生量は少なくなるものの、ＮＯｘ発生量が多くなっている。多段噴射とパイロット噴射とを行なった場合でも、高負荷運転時には同様の傾向がある。
【００８３】
従って、上述の如くモニタのためにＥＧＲ率を最小にすると、そのままではＮＯｘの発生量が多くなるが、本発明では燃料噴射制御によって多段噴射をモニタ用の３段噴射にしてＮＯｘの発生を抑制するようにしているから、ＥＧＲ率を低減してもＮＯｘ発生量はあまり多くならないことになる。
【００８４】
−異常診断制御−
異常診断について図１５に示すフローを参照して説明する。スタート後のステップＳＣ１においてモニタ条件の成立を判別し、その全てが成立しているときステップＳＣ２に進んで条件成立直後と判別されると、この成立直後の酸素濃度Ｏxsとして現時点の酸素濃度センサ１７の出力Ｏｘを与え、同様に成立直後の触媒温度Ｔcsとして現時点の推定触媒温度Ｔｃを与えて記憶する（ステップＳＣ３）。続くステップＳＣ４でタイマー値Ｔが所定値Ｔ１を越え且つ所定値Ｔｏ以下か否かを判別し、その範囲にあれば、ステップＳＣ５に進んで直後酸素濃度Ｏxs以降の酸素濃度Ｏｘ及び直後触媒温度Ｔcs以降の触媒温度Ｔｃを読み込んで順次記憶していく。
【００８５】
前記モニタ条件成立直後から所定値Ｔ１までは酸素濃度Ｏｘ及び触媒温度Ｔｃの読込みを行なわないのは、噴射形態の変更（２段噴射→モニタ用３段噴射）がなされて暫くは排気ガスの状態及び触媒の活性状態が安定しないため、その状態のデータが入り込んで誤診断を招くことを避けるためである。すなわち、図１１に示すように、酸素濃度センサ１７で検出される酸素濃度Ｏｘは噴射形態を変更しても急には低くならず、また、触媒温度Ｔｃも急には高くならない。そこで、このような変化の過渡期にあるＯｘ及びＴｃを排除するものである。
【００８６】
所定値Ｔ１としては例えば５〜１０秒程度の時間に相当する値が与えられる。なお、先に説明したＥＧＲ制御ではモニタ条件成立直後から目標ＥＧＲ率を最小にするようにしたが、図１１に鎖線で示すように当該所定値Ｔ１まではステップＳＢ６によるＥＧＲ制御を続行し、その後に目標ＥＧＲ率を最小にするようにしてもよい。これにより、ＥＧＲによるＮＯｘ発生の抑制が図れる。
【００８７】
続くステップＳＣ６でタイマー値Ｔが所定値Ｔｏになったことが判別されると、ステップＳＣ７に進んでステップＳＣ５で読込み・記憶した酸素濃度Ｏｘ及び触媒温度Ｔｃの各々の平均値Ｏxm，Ｔcmを算出する。続くステップＳＣ８で上述の直後酸素濃度Ｏxsと平均値Ｏxmとの差ΔＯｘ、並びに直後触媒温度Ｔcsと平均値Ｔcmとの差ΔＴｃを算出する。
【００８８】
そうして、続くステップＳＣ９で差ΔＯｘが基準値ΔＯxoよりも大きいと判別されると後噴射制御（還元剤増量手段）は正常と判定し、基準値ΔＯxo以下であれば、後噴射制御に異常があると判定する（ステップＳＣ１０，ＳＣ１１）。また、後噴射制御が正常と判定された場合には続くステップＳＣ１２で差ΔＴｃが基準値ΔＴcoよりも大きいと判別されるとＮＯｘ触媒は正常と判定し、基準値ΔＴco以下であれば、ＮＯｘ触媒に異常がある（例えば劣化している）と判定する（ステップＳＣ１３，ＳＣ１４）。基準値ΔＯxoは還元剤増量に伴う酸素濃度の変化量に基づいて設定されるものである。基準値ΔＴcoは還元剤増量に伴う触媒温度の上昇度合に基づいて設定されるものであり、その上昇度合は当該ＨＣが有する熱量及び触媒の熱容量に基づいて求めることができる。
【００８９】
−燃料噴射制御に関する他の例１−
図１６は燃料噴射制御に関する他の例のフローを示し、主噴射として一括噴射の形態を採用し、還元剤増量手段として主噴射時期Ｉｂのリタードを採用したものである。
【００９０】
すなわち、スタート後のステップＳＤ１〜ＳＤ３は図９に示す先の噴射制御のステップＳ１〜Ｓ３と同じであるが、ステップＳＤ４では先の噴射制御と同様の触媒温度Ｔｃの推定を行なう。続くステップＳＤ５で触媒温度Ｔｃがピーク温度Ｔcoよりも低いと判別されると、ＮＯｘ触媒に供給される還元剤量を多くしてその酸化反応熱によって活性を促すべく、つまり触媒温度Ｔｃをピーク温度Ｔcoに近づけるべく、ステップＳＤ６に進んでパイロット噴射の設定及び主噴射時期Ｉｂのリタード（Ｉｂ←Ｉｂ＋Ｒ）を行なう。パイロット噴射量Ｑptとしては主噴射量Ｑｂの１／２０〜１／１０程度を割り当て、その噴射時期Ｉptは主噴射時期Ｉｂの直前に設定する。
【００９１】
続くステップＳＤ７〜ＳＤ９は図９に示す先の噴射制御のステップＳ７〜Ｓ９と同じであるが、続くステップＳＤ１０ではモニタ用の噴射形態として主噴射時期のさらなるリタード（Ｉｂ←Ｉｂ＋Ｒ’）を行なう。従って、主噴射時期ＩｂはステップＳＤ２で設定されたクランク角度から（Ｒ＋Ｒ’）だけリタードされることになる。これにより、還元剤（ＨＣ，ＣＯ）がさらに増量されてその影響が酸素濃度センサ１７及び温度センサ１９に現れやすくなり、誤診断防止に有利になる。
【００９２】
そうして、噴射時期Ｉptに至ったときにパイロット噴射を実行し、噴射時期Ｉｂに至ったときに主噴射を実行する（ステップＳＤ１２，ＳＤ１３）。なお、ステップＳＤ１１は先の噴射制御のステップと１２と同じである。また、定常時以外のエンジン運転状態ではステップＳＤ２で設定された噴射量Ｑｂ及び噴射時期Ｉｂで主噴射が実行される。
【００９３】
−燃料噴射制御に関する他の例２−
図１７は燃料噴射制御に関する他の例のフローを示し、主噴射として多段噴射の形態を採用し、還元剤の増量は多段噴射形態の変更によって行なうようにしたものである。
【００９４】
すなわち、スタート後のステップＳＥ１〜ＳＥ４は図１６に示す先の噴射制御のステップＳＤ１〜ＳＤ４と同じであるが、ステップＳＥ５では図９に示す噴射制御と同様に２段噴射を採用して、各噴射量ＱT1，ＱT2として主噴射量Ｑｂを等分割した 1/2Ｑｂを与え、前記主噴射時期Ｉｂを１段目の噴射時期ＩT1とする一方、２段目の噴射時期ＩT2を触媒温度Ｔｃに応じて設定するようにしている。
【００９５】
すなわち、１段目の噴射終了から２段目の噴射開始までの休止間隔Δｔを、触媒温度Ｔｃが前記ピーク温度Ｔcoよりも低いときは５００〜７００μ秒とし、該Ｔco以上のときは当該休止間隔Δｔを５０〜５００μ秒とする。触媒温度Ｔｃが低いときは排気ガス中の還元剤量を多くしてＮＯｘ触媒での酸化反応を促進しその反応熱によって温度上昇を図るべく噴射休止間隔Δｔを５００〜７００μ秒とするものである（図７，図８参照）。また、これにより、ＮＯｘ派生量の低減も図れる（図６参照）。
【００９６】
続くステップＳＥ６〜ＳＥ８は図９に示す先の噴射制御のステップＳ７〜Ｓ９と同じであるが、続くステップＳＥ９ではこの図９に示す噴射制御と同様にモニタ用の３段噴射を採用し、主噴射量Ｑｂを等分割して１段目、２段目及び３段目の各噴射量ＱT1＝ＱT2＝ＱT3＝1/3Ｑｂを設定する一方、前記主噴射時期Ｉｂを１段目の噴射時期ＩT1として噴射休止間隔Δｔを７００〜１０００μ秒と２段噴射のときよりもさらに長くする。
【００９７】
これにより、還元剤（ＨＣ，ＣＯ）がさらに増量されてその影響が酸素濃度センサ１７及び温度センサ１９に現れやすくなり、誤診断防止に有利になるとともに、ＮＯｘの低減も図れ、ＥＧＲ制御の制限に伴うＮＯｘ発生の抑制に有利になる。ステップＳＥ６でモニタ条件が成立していないと判別されたとき、また、ステップＳＥ８でＴ＞Ｔｏのときは、ステップＳＥ１０に進んでタイマー値Ｔを零とし、噴射形態はステップＳＥ５で設定された２段噴射のままとし、また、ステップＳＥ３で定常状態でないと判別されたときには３段噴射とする（ステップＳＥ１１）。
【００９８】
以上の噴射形態の設定によってステップＳＥ１２において噴射を実行することになる。
【００９９】
−燃料噴射制御に関する他の例３−
図１８は燃料噴射制御に関する他の例のフローを示し、触媒コンバータ２２にＮＯｘ吸収触媒を採用したケースである。このＮＯｘ吸収触媒は、ハニカム担体に触媒金属としての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なるものである。
【０１００】
このＮＯｘ吸収触媒は、Ａ／Ｆ≧１８でエンジンが運転されたときの排気ガスのようにその酸素濃度が高い酸素過剰雰囲気（例えば酸素濃度４％以上）のときの排気ガス中の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になる吸収しているＮＯｘを放出して、還元浄化する特性を有する。また、このＮＯｘ吸収触媒は、還元剤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。
【０１０１】
図１８のフローにおいて、スタート後のステップＳＦ１〜ＳＦ３は図９に示す制御フローのステップＳ１〜Ｓ３と同じであるが、続くステップＳＦ４ではＮＯｘトラップ量（吸収量）ＱN を推定する。ＮＯｘトラップ量ＱN 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なうようにすればよい。或いは、エンジンの運転時間とその間の燃料の総噴射量とを積算し、さらにエンジンの運転状態に基づいてその積算値を修正して、その積算値に基づいてＮＯｘトラップ量ＱN を推定するようにしてもよい。また、より簡単にエンジン１の運転時間の合計に基づいてＮＯｘトラップ量ＱN を推定することも可能である。
【０１０２】
続くステップＳＦ５でＮＯｘトラップ量ＱN が所定値ＱN1以上になっていることが判別されると、ステップＳＦ６に進んでタイマー値Ｔをカウントし、続くステップＳＦ７でモニタ条件が成立していなければ、ステップＳＦ８に進む。そうして、タイマー値Ｔが所定値Ｔo1に達していなければ、排気ガス中の酸素濃度を低減すべく（λ＝１程度にすべく）噴射形態を変更する（ステップＳＦ９）。つまり、主噴射量を減量してＱｍとする一方、その噴射時期をリタードさせてＩｍとし、また、副噴射量Ｑｓ及びその噴射時期Ｉｓを設定する。この噴射形態の変更は還元剤増量手段を構成している。
【０１０３】
この場合、所定値Ｔo1は当該変更された噴射形態が２〜３秒程度続くように設定する。この噴射形態の変更は排気ガス中の酸素濃度低減によりＮＯｘ吸収触媒からＮＯｘを放出させるために行なわれるものであり、その程度の時間で通常は放出が完了するからである。主噴射量の減量は副噴射の影響によってエンジントルクが余分に上昇することを避けるためである。副噴射としては上述の後噴射を採用することができる。
【０１０４】
一方、ステップＳＦ７においてモニタ条件が全て成立しているときはステップＳＦ１０に進んでタイマー値Ｔが所定値Ｔｏに達していなければ、ステップＳＦ９に進んで前記と同様の噴射形態の変更を行なう。この場合の噴射形態の変更は上述のＮＯｘの放出のためであるとともに、異常診断用に還元剤を増量するためである。従って、所定値Ｔｏは異常診断のために前記Ｔo1よりも長くする。そうして、主噴射及び副噴射を実行する（ステップＳＦ１１，ＳＦ１２）。
【０１０５】
ステップＳＦ５でＮＯｘトラップ量ＱN が所定値ＱN1に達していないときはステップＳＦ１３に進んでタイマー値Ｔを零として噴射形態の変更を行なうことなくステップＳＦ２で設定された噴射条件に従って噴射を実行する。ステップＳＦ３で定常運転状態でなと判別されたとき、ステップＳＦ８でタイマー値Ｔが所定値Ｔo1を越えたと判別されたとき、並びにステップＳＦ１０でタイマー値Ｔが所定値Ｔｏを越えたと判別されたときも、噴射形態の変更を行なうことなくステップＳＦ２で設定された噴射条件に従って噴射を実行することになる。
【０１０６】
−異常診断制御に関する他の例−
図１９は異常診断制御に関する他の例のフローを示し、酸素濃度及び触媒温度のモニタ条件成立直後のからの変化量をみるのではなく、単にモニタ開始後の酸素濃度及び触媒温度の平均値に基づいて異常診断を行なうようにして構成を簡単にしたものである。
【０１０７】
すなわち、ステップＳＧ１でモニタ条件が全て成立すると、ステップＳＧ２に進んで酸素濃度Ｏｘ及び触媒温度Ｔｃを読み込んで順次記憶していく。続くステップＳＧ３でタイマー値Ｔが所定値Ｔｏになったことが判別されると、ステップＳＧ４に進んで先に読込み・記憶した酸素濃度Ｏｘ及び触媒温度Ｔｃの各々の平均値Ｏxm，Ｔcmを算出する。続くステップＳＧ５で酸素濃度の平均値Ｏxmが基準値Ｏxmoよりも大きいと判別されると後噴射制御（還元剤増量手段）は正常と判定し、基準値Ｏxo以下であれば、後噴射制御に異常があると判定する（ステップＳＧ６，ＳＧ７）。また、後噴射制御が正常と判定された場合には続くステップＳＧ８で触媒温度の平均値Ｔcmが基準値Ｔcoよりも大きいと判別されるとＮＯｘ触媒は正常と判定し、基準値Ｔco以下であれば、ＮＯｘ触媒に異常がある（例えば劣化している）と判定する（ステップＳＧ９，ＳＧ１０）。
【図面の簡単な説明】
【図１】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】一括噴射及び多段噴射の噴射時期を示すタイムチャート図。
【図３】主噴射の分割回数及び噴射休止間隔Δｔがエンジンの排気圧力に及ぼす影響を示すグラフ図。
【図４】主噴射の分割回数及び噴射休止間隔Δｔがエンジンの燃費率に及ぼす影響を示すグラフ図。
【図５】主噴射の分割回数及び噴射休止間隔Δｔが排気ガスのスモーク量に及ぼす影響を示すグラフ図。
【図６】主噴射の分割回数及び噴射休止間隔Δｔが排気ガスのＮＯｘ量に及ぼす影響を示すグラフ図。
【図７】主噴射の分割回数及び噴射休止間隔Δｔが排気ガスのＣＯ量に及ぼす影響を示すグラフ図。
【図８】主噴射の分割回数及び噴射休止間隔Δｔが排気ガスのＨＣ量に及ぼす影響を示すグラフ図。
【図９】燃料噴射制御のフロー図。
【図１０】ＮＯｘ触媒の温度と浄化率との関係を模式的に示すグラフ図。
【図１１】主噴射の噴射形態、ＥＧＲ率、酸素濃度及び触媒温度のタイムチャート図。
【図１２】ＥＧＲ制御のフロー図。
【図１３】エンジン中負荷運転時の一括噴射及び多段噴射におけるＥＧＲ率とスモーク量及びＮＯｘ量との関係を示すグラフ図。
【図１４】エンジン高負荷運転時の一括噴射及び多段噴射におけるＥＧＲ率とスモーク量及びＮＯｘ量との関係を示すグラフ図。
【図１５】異常診断のフロー図。
【図１６】燃料噴射制御の他の例を示すフロー図。
【図１７】燃料噴射制御のさらに他の例を示すフロー図。
【図１８】燃料噴射制御のさらに他の例を示すフロー図。
【図１９】異常診断の他の例を示すフロー図。
【符号の説明】
Ａ ディーゼルエンジンの制御装置
１ エンジン
２ 気筒
４ 燃焼室
５ インジェクタ（燃料噴射弁）
９ クランク角センサ
１７ 酸素濃度センサ（排気系の状態検出手段）
１９ 温度センサ（排気系の状態検出手段
２２ 触媒コンバータ
２５ ターボ過給機
３２ アクセル開度センサ
３５ ＥＣＵ（コントロールユニット）
Claims (7)
- エンジンの運転状態又は排気系の状態に応じて排気ガス中の還元剤量を増大させる還元剤増量手段と、
前記還元剤増量手段による還元剤の増量中を含めて、エンジンの運転状態に応じて前記還元剤増量手段よりも下流側の排気ガスの一部をエンジンの吸気系に還流させる排気還流手段と、
前記還元剤量の増大に伴って変化すべき排気系の状態を検出する手段と、
前記検出手段によって検出される排気系の状態に基づいて前記還元剤増量手段又は排気系の異常を診断する異常診断手段と、
前記異常診断手段による診断中のみ前記排気還流手段による排気還流を制限する排気還流制限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。 - 請求項１に記載されているエンジンの制御装置において、
前記排気還流の制限中はエンジンの燃焼室から排出される排気ガス中のＮＯｘ量が低減するように該燃焼室における燃料の燃焼を制御する燃焼制御手段を備えていることを特徴とするエンジンの制御装置。 - 請求項２に記載されているエンジンの制御装置において、
前記燃焼制御手段は、前記排気還流の制限中は前記燃焼室における燃料の燃焼開始時期をリタードさせるものであることを特徴とするエンジンの制御装置。 - 請求項２に記載されているエンジンの制御装置において、
前記エンジンは燃焼室に燃料噴射弁の噴孔を臨ませたディーゼルエンジンであり、
前記燃焼制御手段は、前記排気還流の制限中は圧縮行程上死点付近で燃料を燃焼室に噴射する主噴射の直前に燃料を少量噴射するパイロット噴射を行なうものであることを特徴とするエンジンの制御装置。 - 請求項２に記載されているエンジンの制御装置において、
前記エンジンは燃焼室に燃料噴射弁の噴孔を臨ませたディーゼルエンジンであり、
前記燃焼制御手段は、前記排気還流の制限中は圧縮行程上死点付近で燃料を燃焼室に噴射する主噴射を所定の休止間隔をおいて且つ該燃焼室での燃焼が継続するように複数回に分割して行なうことを特徴とするエンジンの制御装置。 - 請求項４に記載されているエンジンの制御装置において、
前記還元剤増量手段は、前記主噴射後の膨張行程又は排気行程において燃料を燃焼室に噴射する後噴射を行なうものであることを特徴とするエンジンの制御装置。 - 請求項２に記載されているエンジンの制御装置において、
前記エンジンは燃焼室に燃料噴射弁の噴孔を臨ませたディーゼルエンジンであり、
前記還元剤増量手段は、圧縮行程上死点付近で燃料を燃焼室に噴射する主噴射後の膨張行程又は排気行程において燃料を燃焼室に噴射する後噴射を行なうものであり、
前記燃焼制御手段は、前記排気還流の制限中は前記主噴射を所定値以上の休止間隔をおいて且つ前記燃焼室での燃焼が継続するように複数回に分割して行なうことを特徴とするエンジンの制御装置。
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