(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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前記吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収材と、
前記燃料噴射弁による燃料の噴射状態を少なくともエンジンの運転状態に応じて制御する基本燃料噴射制御手段と、
前記ＮＯｘ吸収材からＮＯｘを放出させるとき、排気中の酸素濃度が低下するように前記燃料噴射弁による燃料噴射量を増量補正する噴射量補正手段とを備えたディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置において、
前記ＮＯｘ吸収材からＮＯｘを放出させるとき、遅くとも前記噴射量補正手段による燃料噴射量の増量補正と同時に、前記燃料噴射弁による気筒の圧縮上死点近傍での燃料噴射回数を増大させる噴射形態補正手段を設けたことを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項２】
請求項１において、
噴射形態補正手段は、噴射量補正手段による燃料噴射量の増量補正が行われる前に、燃料噴射弁による気筒の圧縮上死点近傍での燃料噴射回数を増大させるものであることを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項３】
請求項１又は２のいずれかにおいて、
噴射形態補正手段は、気筒の圧縮上死点近傍における燃料噴射の回数を２回ないし７回のいずれか１つに設定するとともに、燃料噴射弁を、一度閉じてから次に開くまでの噴射休止間隔が５００マイクロ秒ないし１ミリ秒の範囲内になるように開閉作動させるものであることを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項４】
請求項１又は２のいずれかにおいて、
基本燃料噴射制御手段は、燃料噴射弁により気筒の圧縮上死点近傍において燃料を一括して噴射させるものであることを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項５】
請求項１又は２のいずれかにおいて、
基本燃料噴射制御手段は、燃料噴射弁により気筒の圧縮上死点近傍において燃料を２回以上に分割して噴射させるとともに、該燃料噴射弁を、一度閉じてから次に開くまでの噴射休止間隔が１００マイクロ秒ないし１ミリ秒の範囲内になるように開閉作動させるものであり、
噴射形態補正手段は、前記燃料噴射弁による燃料噴射の噴射休止間隔を増大させるものであることを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項６】
請求項２において、
噴射形態補正手段は、気筒の圧縮上死点近傍における燃料噴射の回数を、燃料噴射量の増量補正前の方が増量補正の開始後よりも多くなるように補正するものであることを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項７】
請求項１又は２のいずれかにおいて、
噴射形態補正手段は、噴射量補正手段により燃料噴射量が増量補正されるとき、気筒の圧縮上死点近傍での燃料噴射に加えて、燃料噴射弁により少なくとも１回の追加の燃料噴射を行わせるように構成されていることを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項８】
請求項７において、
噴射形態補正手段は、追加の燃料噴射として気筒の吸気行程ないし圧縮行程、又は膨張行程前半のいずれか一方で副噴射を行わせるとともに、気筒の圧縮上死点近傍における燃料噴射の回数及び噴射休止間隔の少なくとも一方を、エンジンの出力トルクが減少するように補正するものであることを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項９】
請求項８において、
噴射形態補正手段は、気筒の圧縮上死点近傍において燃料噴射弁によりエンジンの要求出力に対応する分量の燃料を噴射させるとともに、噴射量補正手段による増量補正分の燃料を副噴射させるものであることを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【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制御装置に関する。
【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、気筒の圧縮上死点近傍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、前記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、前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】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般に、前記のような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、温度状態が低い触媒の未暖機時には急速に低下するという特性を有する。このようなＮＯｘ吸収材の特性に対し、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吸収材の温度状態が前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。
【０００６】
また、前記従来例のように、ＮＯｘ吸収材をリフレッシュするときに、気筒の膨張行程で追加の燃料を噴射するようにすると、この燃料の燃焼状態が著しく悪くなってスモーク排出量が急増する虞れがあり、また、エンジン出力に寄与しない余分な燃料が噴射されることにもなるので、燃費悪化が著しいという不具合がある。
【０００７】
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、特に前記ＮＯｘ吸収材のリフレッシュのときの燃料噴射制御の手順に工夫を凝らして、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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成すべく、本発明の解決手段では、排気通路にＮＯｘ吸収材が配設されたディーゼルエンジンにおいて、このＮＯｘ吸収材からＮＯｘを放出させるときには、遅くとも燃料噴射量を増量補正するのと同時に、燃料噴射弁による気筒の圧縮上死点近傍での燃料噴射（以下、主噴射ともいう）を複数回に分割して、その噴射回数が増大するようにした。
【０００９】
具体的に、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前記吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収材２２と、前記燃料噴射弁５による燃料の噴射状態を少なくともエンジン１の運転状態に応じて制御する基本燃料噴射制御手段３５ａと、前記ＮＯｘ吸収材２２からＮＯｘを放出させるとき、排気中の酸素濃度が低下するように前記燃料噴射弁５による燃料噴射量を増量補正する噴射量補正手段３５ｂとを備えたディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置Ａを前提とする。そして、前記ＮＯｘ吸収材２２からＮＯｘを放出させるとき、遅くとも前記噴射量補正手段３５ｂによる燃料噴射量の増量補正と同時に、燃料噴射弁５による気筒２の圧縮上死点近傍での燃料噴射回数を増大させる噴射形態補正手段３５ｃを設ける構成とする。
【００１０】
前記の構成により、エンジン１の運転中にＮＯｘ吸収材２２からＮＯｘを放出させるときには、遅くとも噴射量補正手段３５ｂにより燃料噴射量が増量補正される時点で、噴射形態補正手段３５ｃによる噴射形態の補正制御が行われ、燃料噴射弁５により主噴射が複数回に分割して行われて、その噴射回数が増大する。この噴射回数の増大により、気筒２の圧縮上死点近傍で噴射された燃料の空気との混合状態が大幅に改善され、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て、排気温度が高まることで、ＮＯｘ吸収材２２の温度状態が速やかに高められる。
【００１１】
また、前記噴射量補正手段３５ｂにより燃料噴射量が増量補正されることで、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高まるので、前記のように温度状態の高いＮＯｘ吸収材２２からＮＯｘの放出を促しかつ十分に還元浄化すること（即ちＮＯｘ吸収材のリフレッシュ）ができる。また、前記のように主噴射の分割回数が増大することによってもＣＯ，ＨＣ等の濃度が高まる傾向があり、このこともＮＯｘ吸収材のリフレッシュに有利になる。しかも、前記の主噴射の分割によって燃焼状態が大幅に改善されているので、燃料噴射量を増量してもスモークの急増を招くことはない。
【００１２】
請求項２の発明では、噴射形態補正手段を、噴射量補正手段による燃料噴射量の増量補正が行われる前に、燃料噴射弁による気筒の圧縮上死点近傍での燃料噴射回数を増大させるものとする。
【００１３】
こうすることで、ＮＯｘ吸収材のリフレッシュのために燃料噴射量を増量する前に、予めそのＮＯｘ吸収材の温度状態を高めることができるので、極めて効率良くＮＯｘ吸収材をリフレッシュすることができる。また、前記したように、燃料噴射回数が増大すると、排気中のＨＣ，ＣＯ濃度が高まる傾向があるので、その後の燃料噴射量の増量に伴い、エンジンの燃焼室の空燃比が一時的にＮＯｘ生成の盛んな状態になっても、大気中へのＮＯｘ排出量が急増することを抑制できる。
【００１４】
請求項３の発明では、噴射形態補正手段を、気筒の圧縮上死点近傍における燃料噴射の回数を２回ないし７回のいずれか１つに設定するとともに、燃料噴射弁を、一度閉じてから次に開くまでの噴射休止間隔が５００マイクロ秒ないし１ミリ秒の範囲内になるように開閉作動させるものとする。こうすれば、請求項１又は２の発明による作用効果を十分に得ることができる。
【００１５】
請求項４の発明では、基本燃料噴射制御手段を、燃料噴射弁により気筒の圧縮上死点近傍において燃料を一括して噴射させるものとする。こうすることで、燃料噴射弁の開閉作動回数を相対的に少なくすることができ、該燃料噴射弁の信頼性の向上が図られる。
【００１６】
請求項５の発明では、基本燃料噴射制御手段を、燃料噴射弁により気筒の圧縮上死点近傍において燃料を２回以上に分割して噴射させるとともに、該燃料噴射弁を、一度閉じてから次に開くまでの噴射休止間隔が１００マイクロ秒ないし１ミリ秒の範囲内になるように開閉作動させるものとする。また、噴射形態補正手段を、前記燃料噴射弁による燃料噴射の噴射休止間隔を増大させるものとする。
【００１７】
この構成では、車両の通常の走行状態でも基本燃料噴射制御手段により主噴射の分割制御が行われ、全体として燃焼改善が図られる。また、そうして分割して行う燃料噴射の回数を増大させるだけでなく、噴射休止間隔を増大させることによっても排気中のＣＯ，ＨＣ等の濃度が高まる傾向があり、そのことも利用してＮＯｘ吸収材のリフレッシュを促進できる。
【００１８】
請求項６の発明では、請求項２の発明における噴射形態補正手段は、気筒の圧縮上死点近傍における燃料噴射の回数を、燃料噴射量の増量補正前の方が該増量補正の開始後よりも多くなるように補正するものとする。このことで、燃料噴射の回数を増やすと、排気温度が高くなる傾向があるので、燃料噴射量の増量補正前にＮＯｘ吸収材の温度状態を速やかに高めることができる。
【００１９】
請求項７の発明では、噴射形態補正手段を、噴射量補正手段により燃料噴射量が増量補正されるとき、気筒の圧縮上死点近傍での燃料噴射に加えて、燃料噴射弁により少なくとも１回の追加の燃料噴射を行わせるものとする。こうすることで、エンジンの１回の燃焼サイクルにおける燃料噴射総量が多くなっても、圧縮上死点近傍での燃料噴射量が過度に多くなることがないので、エンジンの燃焼状態の悪化やトルク変動を抑制することができる。
【００２０】
請求項８の発明では、請求項７の発明における噴射形態補正手段を、追加の燃料噴射として気筒の吸気行程ないし圧縮行程、又は膨張行程前半のいずれか一方での副噴射を行わせるとともに、気筒の圧縮上死点近傍における燃料噴射の回数及び噴射休止間隔の少なくとも一方を、エンジンの出力トルクが減少するように補正するものとする。このことで、燃料噴射量の増量補正に伴うエンジン出力の増大を緩和して、ＮＯｘ吸収材をリフレッシュするときにトルクショックが発生することを防止できる。
【００２１】
請求項９の発明では、請求項８の発明における噴射形態補正手段を、気筒の圧縮上死点近傍において燃料噴射弁によりエンジンの要求出力に対応する分量の燃料を噴射させるとともに、噴射量補正手段による増量補正分の燃料を副噴射させるものとする。こうすることで、気筒の圧縮上死点近傍では燃料噴射弁によりエンジンの要求出力に対応する基本的な燃料噴射量の噴射を行い、一方、増量補正分の燃料は副噴射により噴射させればよいので、制御手順の簡略化が図られる。
【００２２】
【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。
【００２３】
前記各インジェクタ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。
【００２４】
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。前記吸気通路１０には上流側から下流側に向かって順に、エンジン１に吸入される吸気流量を検出するホットフィルム式エアフローセンサ１１と、後述のタービン２１により駆動されて吸気を圧縮するブロワ１２と、このブロワ１２により圧縮した吸気を冷却するインタークーラ１３と、吸気通路１０の断面積を絞る吸気絞り弁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。
【００２５】
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、前記排気通路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。前記タービン２１及びブロワ１２からなるターボ過給機２５は、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。
【００２６】
また、前記触媒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。
【００２７】
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°Ｃ〜約４００°Ｃ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°Ｃ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°Ｃ未満では急速に低下している。
【００２８】
尚、前記触媒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、前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、その場合には前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、前記触媒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。
【００２９】
前記排気通路２０は、タービン２１よりも上流側の部位で、排気の一部を吸気側に還流させる排気還流通路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、前記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。
【００３０】
尚、前記ターボ過給機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。
【００３１】
前記各インジェクタ５、高圧供給ポンプ８、吸気絞り弁１４、ＥＧＲ弁２４、ターボ過給機２５のフラップ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（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。
【００３２】
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。
【００３３】
（燃料噴射制御）
具体的に、前記ＥＣＵ３５のメモリには、エンジン１の目標トルク及び回転数の変化に応じて実験的に決定した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、エンジン１の要求出力に対応する基本燃料噴射量Ｑbaseが前記燃料噴射量マップから読み込まれる。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の圧縮上死点（ＴＤＣ）近傍で噴射され（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。
【００３４】
また、前記ＥＣＵ３５のメモリには、前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の圧縮上死点近傍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、前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上死点近傍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、その間の噴射休止間隔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。
【００３５】
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とともに、図４（ｄ）に示すように、主噴射に加えて燃料の一部を吸気行程初期から圧縮行程中盤までの間でのプレ噴射（副噴射）によって噴射させることにより、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）。
【００３６】
尚、前記図４の（ａ）〜（ｄ）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。また、主噴射を分割すると、３番目の噴射の終了時期が気筒２の圧縮上死点後３５°ＣＡ（ＡＴＤＣ３５°ＣＡ）よりも遅くなることがあるが、この場合には、そのように遅く噴射された燃料の燃焼状態が悪化することを回避するために、同図（ｅ）に示すように、燃料の一部を気筒２の圧縮行程中盤以降でプレ噴射するようにしている。
【００３７】
ここで、前記のように気筒２の圧縮上死点近傍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の圧縮上死点近傍でインジェクタ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、前記図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。
【００３８】
これに対し、前記図４（ｂ），（ｃ）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ている。
【００３９】
より具体的に、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（μsec）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８に示す。
【００４０】
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＝３５０，４００，５５０，７００，９００μsec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＝４００，５５０，７００，９００μsec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、前記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。また、図６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。尚、図示しないが、排気中のＨＣ濃度については前記ＣＯ濃度と同様の傾向がある。
【００４１】
一方、このときのエンジンの燃費率の変化は図７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８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の温度状態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。
【００４２】
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、まず、主噴射の分割制御を行って触媒２２の温度状態を速やかに高め、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等することで、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。
【００４３】
以下に、具体的な燃料噴射制御の処理手順について図９〜図１１に示すフローチャート図に沿って説明する。尚、この制御は各気筒毎にクランク角信号に同期して実行される。
【００４４】
まず、前記図９に示すフローのスタート後のステップＳＡ１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ＳＡ２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Ne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ITbase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ITbaseが設定されている。
【００４５】
続いて、ステップＳＡ３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ＳＡ４に進んで、触媒２２の暖機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１０のステップＳＢ１に進む。つまり、エンジン１の冷間始動時に触媒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ＳＡ３でｎｏ）、触媒２２は暖機状態にあると判定して、ステップＳＡ５に進む。
【００４６】
このステップＳＡ５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ＳＡ６において、ＮＯｘ吸収量の推定値が設定値以上か否か判別し、推定値が設定値よりも小さければステップＳＡ１６に進む一方、推定値が設定値以上でｙｅｓならばステップＳＡ７に進み、このステップＳＡ７で、ＮＯｘ放出制御を行う期間であることを示すフラグＦ１をオンにして（Ｆ１＝１）、ステップＳＡ８に進む。
【００４７】
このステップＳＡ８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の近傍の排気通路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ＳＡ９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°Ｃ）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は未暖機状態になっていて、ＮＯｘの吸収又は放出作用がかなり低下しているので、ステップＳＡ１０に進んで、フラグＦpをオン状態にし（Ｆp＝１）、ステップＳＡ２０に進む。
【００４８】
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が未暖機状態であれば、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。
【００４９】
また、前記ステップＳＡ９の判別結果がｎｏであれば、ステップＳＡ１１に進んでフラグＦpをクリアし、続くステップＳＡ１２では、ＮＯｘ放出制御の経過時間を計測するための第１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ＳＡ１３において、その第１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ＳＡ１４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、ステップＳＡ２０に進む。
【００５０】
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、前記ステップＳＡ１３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ＳＡ１５で燃料増量補正量Ｑcを零にし（Ｑc＝０）、ステップＳＡ１６でフラグＦ１をクリアして（Ｆp＝０）、ステップＳＡ２０に進む。
【００５１】
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が暖機状態であれば、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。
【００５２】
また、前記ステップＳＡ６において、ＮＯｘ吸収量の推定値が設定値よりも小さいと判定されて進んだステップＳＡ１７では、フラグＦ１の状態を判別して、オン状態でｙｅｓならば（Ｆ１＝１）、ＮＯｘ放出制御の途中なので前記ステップＳＡ８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ＳＡ１８で第１タイマ値Ｔ1をリセットし（Ｔ1＝０）、続くステップＳＡ１９でフラグＦpをクリアして（Ｆp＝０）、ステップＳＡ２０に進む。
【００５３】
前記ステップＳＡ１０，ＳＡ１４，ＳＡ１６，ＳＡ１８に続いて、ステップＳＡ２０では、エンジン１が加速運転状態になっているかどうか判定する。そして、アクセル開度やエンジン回転数の変化状態等に基づいてエンジン１の加速運転状態が判定されれば、続くステップＳＡ２１でフラグＦpをオン状態にする一方（Ｆp＝１）、エンジン１が加速運転状態でなければ、フラグＦpの状態はそのままで、図１０のステップＳＢ１に進む。このように、エンジン１の加速運転状態では、触媒２２の状態に拘わらず主噴射の分割制御を行うことにより、排気圧力を増大させてターボ過給機２５の過給効果を高めるようにしている。
【００５４】
前記ステップＳＡ２０，ＳＡ２１に続いて、図１０に示すフローのステップＳＢ１では、まず、フラグＦpがオン状態か否か判別する。この判別結果がｎｏならばステップＳＢ６に進む一方、判別結果がｙｅｓならばステップＳＢ２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。ここで、フラグＦ１がオン状態になっていなければ、即ち触媒２２がＮＯｘの吸収過剰状態でなければ、燃料増量補正量Ｑc＝０なので、総燃料噴射量Ｑtは基本燃料噴射量Ｑbaseに等しくなる。続いて、ステップＳＢ３では、前記総燃料噴射量Ｑtを３等分して、それぞれ最終的な第１、第２及び第３燃料噴射量Ｑ1，Ｑ2，Ｑ3とする。
【００５５】
続いて、ステップＳＢ４において、第１〜第３燃料噴射時期IT1〜IT3をそれぞれ設定する。ここで、図４（ｃ）に示すように、第１噴射時期IT1は基本的な噴射時期ITbaseと同じであり、続く第２噴射時期IT2及び第３噴射時期IT3は、それぞれ先の噴射が終了してインジェクタ５が閉じてから設定間隔Δｔ（噴射休止間隔：例えばΔｔ＝９００マイクロ秒）を空けて設定される。この設定間隔Δｔとしては、略５００マイクロ秒ないし略１ミリ秒の範囲内でエンジン１の運転状態に応じて実験的に決定された最適値がマップとして記録されており、このマップから読み込まれて設定される。
【００５６】
続いて、ステップＳＢ５では、噴射終了判定サブルーチンの制御手順を実行する。これは、詳しい説明は省略するが、主噴射を分割したときに、３番目の噴射の終了時期がＡＴＤＣ３５°ＣＡよりも遅くなるかどうか判定して、遅くなると判定されたときには、各噴射の間の噴射休止間隔Δｔを縮めたり、或いは、図４（ｅ）に示すように、余分な燃料を気筒２の圧縮行程中盤以降でプレ噴射させるために、プレ噴射量Ｑpや噴射時期ITpを設定したりするものである。そして、噴射終了判定サブルーチンを行った後に、図１１のステップＳＣ１〜ＳＣ１１に進んで、後述の如く主噴射を３回に分割して実行する。
【００５７】
つまり、このフローでは、フラグＦpがオン状態になっているとき（Ｆp＝１）、言い換えると、1)エンジン１の冷間始動時に触媒２２が未暖機状態になっているとき、2)エンジン１の運転中にＮＯｘ放出制御を行うときであって、かつ燃料噴射量を増量補正する前に未暖機状態の触媒２２を暖めるとき、3)エンジン１が加速運転状態になっているときの３つのうちのいずれか１つのときに、主噴射の分割制御を行うようにしている。
【００５８】
また、前記ステップＳＢ１でフラグＦpがオフ状態になっていると判定されて進んだステップＳＢ６では、フラグＦ１がオン状態になっているか否か判別する。そして、この判別結果がｎｏ（Ｆ１＝０）ならばステップＳＢ１１に進む一方、判別結果がｙｅｓ（Ｆ１＝１）ならばステップＢ７に進んで、前記ステップＳＢ２と同様に基本燃料噴射量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。即ち、エンジン１の燃焼室４の平均的空燃比が略理論空燃比になるような総燃料噴射量Ｑtを演算する。続いて、ステップＳＢ８において、プレ噴射の燃料噴射量Ｑp及び噴射時期ITpをそれぞれ設定する。すなわち、プレ噴射の噴射量はエンジン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８〜２３％の範囲内に設定される。
【００５９】
尚、前記プレ噴射の燃料噴射量Ｑpを燃料増量補正量Ｑcとしてもよく、こうすれば、制御の演算を簡略化できる。また、プレ噴射は図４（ｄ）に示すように、気筒２の吸気行程初期から圧縮行程前半までの間に行われるのが好ましく、この実施形態ではプレ噴射の噴射時期ITpは気筒２の吸気行程前半に設定されている。
【００６０】
続いて、ステップＳＢ９において、前記総燃料噴射量Ｑtからプレ噴射量Ｑpを減算した後に３等分して、それぞれ最終的な第１、第２及び第３燃料噴射量Ｑ1，Ｑ2，Ｑ3とする。続くステップＳＢ１０では、前記ステップＳＢ４と同様にして第１〜第３燃料噴射時期IT1〜IT3をそれぞれ設定する。尚、この場合も第１噴射時期IT1は基本的な噴射時期ITbaseと同じであり、続く第２噴射時期IT2及び第３噴射時期IT3は、それぞれ先の噴射が終了してインジェクタ５が閉じてから設定間隔Δｔを空けて設定される。この設定間隔Δｔも略５００マイクロ秒ないし略１ミリ秒の範囲内の値とされ、また、エンジン１の運転状態に応じてマップから読み込まれる。そして、図１１のステップＳＣ１〜ＳＣ１１に進んで、後述の如く主噴射を３回に分割して実行する。
【００６１】
つまり、フラグＦ1がオン状態になっているとき（Ｆ1＝１）、言い換えると、触媒２２が暖機状態でかつＮＯｘ吸収過剰状態になっているときには、エンジン１の燃焼室４の空燃比が略理論空燃比付近かそれよりもリッチな状態になるように燃料噴射量を増量補正するとともに、その増量した燃料の一部を気筒２の吸気行程前半にプレ噴射する一方、残りの燃料を気筒の圧縮上死点近傍で３分割して噴射するようにしている。
【００６２】
さらに、前記ステップＳＢ６でフラグＦ１がオフ状態になっていると判定されて進んだステップＳＢ１１では、クランク角信号に基づいて基本噴射時期ITbaseなったか否か判別し、噴射時期になるまで待って（ステップＳＢ１１でｎｏ）、噴射時期になれば（ステップＳＢ１１でｙｅｓ）、ステップＳＢ１２に進んで主噴射を行い、基本燃料噴射量Ｑbaseの燃料をインジェクタ５により燃焼室４に一括噴射して、しかる後にリターンする。つまり、エンジン１の通常の運転状態では、燃料噴射は一括して行うようにしているので、インジェクタ５の開閉作動回数を相対的に少なくして、信頼性を高めることができる。
【００６３】
そして、前記図１０のステップＳＢ５，ＳＢ１０に続いて、図１１のステップＳＣ１では、プレ噴射量Ｑpの値が零であるか否か判別し、Ｑp＝０でＹＥＳならばステップＳＣ５に進む一方、Ｑp≠０でＮＯであればステップＳＣ２に進み、クランク角信号に基づいてプレ噴射時期ITpなったか否か判別する。そして、噴射時期になるまで待って（ステップＳＣ２でＮＯ）、噴射時期になれば（ステップＳＣ２でＹＥＳ）、ステップＳＣ３に進んでプレ噴射を行い、噴射量Ｑpの燃料をインジェクタ５により燃焼室４に噴射する。続いて、ステップＳＣ４において、プレ噴射量を零にして（Ｑp←０）、ステップＳＣ５に進む。
【００６４】
続いて、ステップＳＣ５では、クランク角信号に基づいて第１噴射時期IT1なったか否か判別し、噴射時期になるまで待って（ステップＳＣ５でＮＯ）、噴射時期になれば（ステップＳＣ５でＹＥＳ）、ステップＳＣ６に進んで第１の燃料噴射を行い、噴射量Ｑ1の燃料をインジェクタ５により燃焼室４に噴射する。続くステップＳＣ７では、同様にクランク角信号に基づいて第２噴射時期IT2になったか否か判別し、噴射時期になるまで待って（ステップＳＣ７でＮＯ）、噴射時期になれば（ステップＳＣ７でＹＥＳ）、ステップＳＣ８に進んで第２の燃料噴射を実行する。
【００６５】
続いて、ステップＳＣ９では、第３の燃料噴射量Ｑ3の値が零であるか否か判別し、Ｑ3＝０でＹＥＳならばリターンする一方、Ｑ3≠０でＮＯであればステップＳＣ１０に進む。そして、クランク角信号に基づいて第３噴射時期IT3になったか否か判別し、噴射時期になるまで待って（ステップＳＣ１０でＮＯ）、噴射時期になれば（ステップＳＣ１０でＹＥＳ）、ステップＳＣ１１に進んで第３の燃料噴射を実行して、しかる後にリターンする。
【００６６】
前記図９〜図１１に示す各フローにおいて、図９に示すステップＳＡ２で、エンジン１の目標トルクに応じて燃料の基本噴射量等を決定し、図１１に示すステップＳＣ１〜ＳＣ１１でインジェクタ５により燃料を噴射させるという制御手順により、該インジェクタ５による燃料の噴射状態を少なくともエンジン１の運転状態に応じて制御する基本燃料噴射制御手段３５ａが構成されている。そして、この基本燃料噴射制御手段３５ａは、エンジン１の通常の運転状態では、インジェクタ５により気筒の圧縮上死点近傍において燃料を一括して噴射させるものである。
【００６７】
また、図９に示すフローのステップＳＡ６〜ＳＡ１６の各ステップの制御手順により、触媒２２からＮＯｘを放出させるとき、排気中の酸素濃度が低下するようにインジェクタ５による燃料噴射量を増量補正する噴射量補正手段３５ｂが構成されている。そして、この噴射量補正手段３５ｂは、エンジン１の燃焼室４の平均的な空燃比が略理論空燃比になるように燃料噴射量を増量補正するものである。
【００６８】
さらに、図１０に示すフローのステップＳＢ１〜ＳＢ１０の各ステップの制御手順により、触媒２２からＮＯｘを放出させるとき、前記噴射量補正手段３５ｂによる燃料噴射量の増量補正が行われる前に、インジェクタ５により燃料を気筒の圧縮上死点近傍で３回に分割して噴射させる噴射形態補正手段３５ｃが構成されている。そして、この噴射形態補正手段３５ｃは、前記噴射量補正手段３５ｂにより燃料噴射量を増量補正するとき、気筒の圧縮上死点近傍での主噴射に加えて、インジェクタ５により圧縮行程でのプレ噴射を行わせるものである。
【００６９】
したがって、この実施形態に係るディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置Ａによれば、まず、通常の運転状態では基本燃料噴射制御手段３５ａにより、図４（ａ）に示すように、各気筒２の圧縮上死点近傍でインジェクタ５から基本燃料噴射量Ｑbaseの燃料が一括して噴射され、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る。そして、燃焼に伴い生成するＮＯｘが触媒２２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。
【００７０】
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、まず、噴射形態補正手段３５ｃにより主噴射の分割制御が行われて、インジェクタ５により燃料が気筒の圧縮上死点近傍で３回に分割して噴射される。この分割噴射により、燃料噴霧の空気との混合状態が大幅に改善され、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、図８に例示するように排気温度が上昇し、これにより、排気通路２０の触媒２２の温度状態を速やかに高めることができる。
【００７１】
そして、このようにして触媒２２を速やかに昇温させて暖機状態にした後にＮＯｘ放出制御が行われ、噴射量補正手段３５ｂによって、燃焼室の平均的な空燃比が略理論空燃比になるようにインジェクタ５からの燃料噴射量が増量補正される。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、前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、このとき、燃料の一部を気筒２の吸気行程前半でプレ噴射するようにしているので、燃料噴射量を増量しても燃料噴霧が過度に濃い状態になることはなく、よって、スモークの急増を防止できる。
【００７２】
つまり、この実施形態では、触媒２２のリフレッシュのためのＮＯｘ放出制御の際に、燃料噴射量の増量補正に先立って予め触媒２２の温度状態を高めることで、燃料の増量によって排気中の酸素濃度を低下させたときには、触媒２２から極めて効率良くＮＯｘを放出させ、かつそのＮＯｘを十分に還元浄化することができる。
【００７３】
しかも、そのように燃料噴射量を増量補正する前に行う主噴射の分割制御によって、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はない。
【００７４】
そして、前記のように触媒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っとができるので、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、前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。
【００７５】
（他の実施形態）
本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その他の種々の実施形態を包含するものである。すなわち、前記実施形態では、主噴射の分割制御によって燃料を３回に分割して噴射するようにしているが、これに限らず、排気中のＨＣ濃度やＣＯ濃度が高まりかつ触媒２２の温度状態が高まるよう、分割回数は２回ないし７回のいずれか１つに設定すればよい。
【００７６】
また、前記実施形態では、エンジン１の通常の運転状態では主噴射は一括して行うようにしているが、これに限らず、主噴射は基本的に２回以上に分割して行い、かつ噴射休止期間Δｔを１００マイクロ秒ないし１ミリ秒の範囲内に相対的に短めに設定するようにしてもよい。このようにすれば、例えば主噴射を２分割噴射とすることで、図７に示すように燃費率を向上させることができる。そして、この場合には、ＮＯｘ放出制御のときに主噴射の分割回数を増大させるとともに、噴射休止間隔Δｔも増大させるようにすれば、前記実施形態の作用効果が高まる。
【００７７】
また、前記実施形態では、触媒２２の温度状態を推定して、その温度状態が低いときに、燃料噴射量の増量補正に先だって触媒２２の昇温のための主噴射の分割制御を行うようにしているが、これに限らず、ＮＯｘ放出制御を行うときには常に、まず主噴射の分割制御によって触媒２２の温度状態を高め、その後に燃料噴射量を増量補正するようにしてもよい。また、その際、主噴射の分割回数は、燃料噴射量の増量補正前の方が増量補正の開始後よりも多くなるようにしてもよく、こうすることで、触媒２２の昇温をさらに効果的に行うことができる（図８参照）。
【００７８】
さらに、前記実施形態では、ＮＯｘ放出制御の際に、主噴射の他の追加噴射としてインジェクタ５により気筒の吸気行程ないし圧縮行程ででプレ噴射を行わせるようにしているが、これに限らず、気筒の膨張行程や排気行程で追加の燃料噴射（ポスト噴射）を行わせるようにしてもよい。例えば、エンジン１の高負荷運転状態ではプレ噴射を行わせ、一方、エンジン１の低中負荷運転状態ではポスト噴射を行わせることで、エンジン１の負荷状態の異なる広い運転領域においてスモークの増大を抑えながら、排気中の酸素濃度を低下させることができる。
【００７９】
或いは、前記プレ噴射を行わせたり、特に気筒の膨張行程前半でポスト噴射を行わせるとともに、主噴射の分割回数や噴射休止間隔を増大させるようにしてもよく、こうすれば、前記プレ及びポスト噴射によって燃料噴射量が増量されても、そのことによるエンジン出力の増大を緩和して、ＮＯｘ放出制御に付随するトルクショックの発生を防止することができる。
【００８０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明に係るディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置によると、エンジンの運転中にＮＯｘ吸収材からＮＯｘを放出させるときには、遅くとも噴射量補正手段により燃料噴射量を増量補正する時点で主噴射を複数回に分割させて、その噴射回数を増大させ、ＮＯｘ吸収材を速やかに昇温させるようにしたので、前記の燃料噴射量の増量補正によって排気中の酸素濃度を低下させかつ還元剤成分の濃度を高めることにより、前記ＮＯｘ吸収材からのＮＯｘ放出等を十分に促進し、燃費悪化を抑制しながらＮＯｘ吸収材をリフレッシュすることができる。また、主噴射の分割制御により燃焼状態を大幅に改善できるので、スモークの急増も防止できる。
【００８１】
請求項２の発明によると、ＮＯｘ吸収材のリフレッシュの際に、燃料噴射量を増量補正する前に主噴射の分割制御を開始することで、予めＮＯｘ吸収材の温度状態を高めて、極めて効率良くＮＯｘ吸収材をリフレッシュできる。また、燃料噴射量の増量時に一時的にＮＯｘ排出量が増えることも抑制できる。
【００８２】
請求項３の発明によると、主噴射の分割回数を２回ないし７回に設定し、かつ噴射休止間隔を５００マイクロ秒ないし１ミリ秒の範囲内とすることで、請求項１又は２の発明による効果を十分に得ることができる。
【００８３】
請求項４の発明によると、エンジンの通常の運転状態には主噴射を一括噴射とすることにより、燃料噴射弁の開閉作動回数を相対的に少なくして、信頼性を向上できる。
【００８４】
請求項５の発明によると、エンジンの通常の運転状態でも主噴射を分割噴射とすることで、全体として燃焼改善を図ることができる。また、ＮＯｘ吸収材のリフレッシュの際には噴射休止間隔を増大させることによってもリフレッシュを促進できる。
【００８５】
請求項６の発明によると、ＮＯｘ吸収材のリフレッシュの際に、主噴射の分割回数を燃料噴射量の増量補正前の方が多くなるように補正することで、ＮＯｘ吸収材の温度状態を速やかに高めることができる。
【００８６】
請求項７の発明によると、燃料噴射量の増量補正時にその燃料の一部を追加噴射とすることで、エンジンの燃焼状態の悪化やトルク変動を抑制できる。
【００８７】
請求項８の発明によると、ＮＯｘ吸収材のリフレッシュの際に燃料噴射量の増量に伴うエンジン出力の増大を緩和して、トルクショックを防止することができる。
【００８８】
請求項９の発明によると、エンジンの要求出力に対応する基本的な燃料噴射量を主噴射するとともに、増量分の燃料をプレ噴射することで、制御手順を簡略化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の構成を示す説明図である。
【図２】  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の全体構成を示す図である。
【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の一例を示す図である。
【図４】  主噴射を一括（ａ）、２分割（ｂ）、又は３分割（ｃ）して行うとき、並びにプレ噴射を行うとき（ｄ）（ｅ）について、それぞれの噴射形態を表した説明図である。
【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である。
【図６】  排気中のＮＯｘ濃度の変化特性を示す図４相当図である。
【図７】  エンジンの燃費率の変化特性を示す図４相当図である。
【図８】  排気温度の変化特性を示す図４相当図である。
【図９】  燃料噴射制御における基本燃料噴射量の設定手順及びＮＯｘ放出制御の処理手順を示すフローチャート図である。
【図１０】  燃料噴射制御における噴射形態の設定手順を示すフローチャート図である。
【図１１】  燃料噴射制御におけるインジェクタの作動制御の処理手順を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
Ａ    ディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置
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）
３５ａ  基本燃料噴射制御手段
３５ｂ  噴射量補正手段
３５ｃ  噴射形態補正手段
【図１】
0004211151.tif 000002
【図２】
0004211151.tif 000003
【図３】
0004211151.tif 000004
【図４】
0004211151.tif 000005
【図５】
0004211151.tif 000006
【図６】
0004211151.tif 000007
【図７】
0004211151.tif 000008
【図８】
0004211151.tif 000009
【図９】
0004211151.tif 000010
【図１０】
0004211151.tif 000011
【図１１】
0004211151.tif 000012