(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置され、排気中の有害成分を浄化する浄化材料とを備え、
前記燃料噴射弁により燃料を少なくともエンジンの運転状態に応じて噴射させるようにしたディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置において、
前記燃料噴射弁による気筒の圧縮上死点近傍での燃料噴射を複数回に分割するとともに、前記浄化材料へ流れる排気中の所定のガス成分に関する値が周期的に変化するように、前記圧縮上死点近傍での燃料噴射量を変更制御する噴射制御手段と、
前記噴射制御手段の制御に起因するエンジンのトルク変動が低減するように、前記圧縮上死点近傍での燃料噴射量の増大に応じて、噴射回数及び非噴射間隔の少なくとも一方を増大させるトルク変動低減手段と、を備え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２】
請求項１において、
噴射制御手段は、燃料噴射量を交互に増大又は減少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２において、
トルク変動低減手段は、噴射制御手段により燃料噴射量が増大されるときに、噴射回数及び非噴射間隔をいずれも増大させる一方、燃料噴射量が減少されるときには噴射回数及び非噴射間隔をいずれも減少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】
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置され、排気中の有害成分を浄化する浄化材料とを備え、
前記燃料噴射弁により燃料を少なくともエンジンの運転状態に応じて噴射させるようにしたディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置において、
前記燃料噴射弁による気筒の圧縮上死点近傍での燃料噴射を複数回に分割するとともに、前記浄化材料へ流れる排気中の所定のガス成分に関する値が周期的に変化するように、前記圧縮上死点近傍での燃料噴射の非噴射間隔を変更制御する噴射制御手段と、
前記噴射制御手段の制御に起因するエンジンのトルク変動が低減するように、前記圧縮上死点近傍での燃料噴射における非噴射間隔の増大に応じて、噴射回数を減少させるトルク変動低減手段と、を備え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５】
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置され、排気中の有害成分を浄化する浄化材料とを備え、
前記燃料噴射弁により燃料を少なくともエンジンの運転状態に応じて噴射させるようにしたディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置において、
前記燃料噴射弁による気筒の圧縮上死点近傍での燃料噴射を複数回に分割するとともに、前記浄化材料へ流れる排気中の所定のガス成分に関する値が周期的に変化するように、前記圧縮上死点近傍での燃料噴射の噴射回数を変更制御する噴射制御手段と、
前記噴射制御手段の制御に起因するエンジンのトルク変動が低減するように、前記圧縮上死点近傍での燃料噴射における噴射回数の増大に応じて、非噴射間隔を減少させるトルク変動低減手段と、を備え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６】
請求項１〜５のいずれか１つにおいて、
噴射制御手段は、燃料噴射量、噴射回数又は非噴射間隔のいずれか１つを、所定のガス成分に関する値が設定時間毎に変化するようにフィードフォワード制御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１〜５のいずれか１つにおいて、
所定のガス成分に関する値を検出する検出手段を備え、
噴射制御手段は、前記所定のガス成分に関する値が設定値よりも大きい状態と小さい状態とに交互に変化するように、燃料噴射量、噴射回数又は非噴射間隔のいずれか１つを前記検出手段の検出値に基づいてフィードバック制御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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気筒内の燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を備えたディーゼルエンジンの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させる（リフレッシュ）ようにしたものが提案されている。
【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）で運転されるものなので、そのリーンな状態、即ち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。そして、この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、前記従来例の装置では、吸収性能が大きく低下する前に気筒の膨張行程中期以降で追加の燃料を噴射し、この燃料の燃焼により排気中の酸素を消費させて酸素濃度を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を十分に還元浄化することで、ＮＯｘ吸収材をリフレッシュするようにしている。
【０００４】
【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吸収材によるＮＯｘ浄化性能は、昨今の高い環境意識に照らした場合に必ずしも十分とは言えず、また、リフレッシュの際に追加で噴射する燃料が無駄になることから、燃費が大きく悪化するという不具合がある。この他、空燃比がリーンな状態で排気中のＮＯｘを還元浄化できるような触媒材料もあるが、このような触媒材料によるＮＯｘ浄化性能も十分とは言えない。
【０００５】
これに対し、本願の発明者は、排気中の酸素濃度やＨＣ、ＣＯ等の還元剤成分の濃度、即ちＮＯｘ吸収材や触媒材料の周囲の酸素分圧や還元剤成分の分圧を周期的に変動させることにより、ＮＯｘの吸収及び放出作用や還元作用が高まることを発見した。すなわち、例えば、前記ＮＯｘ吸収材を備えた燃料噴射制御装置では、該ＮＯｘ吸収材のリフレッシュの際に燃料噴射弁による燃料の噴射量を周期的に変動させるようにすれば、そのことによってＮＯｘ吸収材からのＮＯｘの放出を促し、短時間で効率よくリフレッシュすることができるものである。
【０００６】
しかしながら、そのように燃料噴射量を変動させると、これに伴いエンジンの出力トルクが変動することは避けられず、このトルク変動が大きいと、例えば自動車用ディーゼルエンジンにおいてドライバビリティの低下という不具合が生じる。
【０００７】
本発明は斯かる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、気筒内の燃焼室に燃料を直接噴射するようにしたディーゼルエンジンにおいて、排気中の所定のガス成分の濃度等を周期的に変動させて浄化材料の作用を高めるとともに、それに伴うエンジンのトルク変動を低減することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本願の発明者は、前記の目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、気筒内の燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を備えたディーゼルエンジンにおいて、その燃料噴射弁により各気筒の圧縮上死点近傍で燃料を複数回に分割して噴射するとともに、その噴射量や噴射回数、非噴射間隔を変更することで、エンジンの出力トルクの変動を抑えながら、排気中の還元剤成分等の濃度を変更できることを見出し、本発明を完成した。尚、前記非噴射間隔とは、燃料噴射弁により燃料を複数回に分割して噴射するときに、該燃料噴射弁が１度閉じてから次に開くまでの時間間隔のことである（以下、同様とする）。
【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に配置され、排気中の有害成分を浄化する浄化材料２２とを備え、前記燃料噴射弁５により燃料を少なくともエンジン１の運転状態に応じて噴射させるようにし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、前記燃料噴射弁５による気筒の圧縮上死点近傍での燃料噴射を複数回に分割するとともに、前記浄化材料２２へ流れる排気中の所定のガス成分に関する値が周期的に変化するように、前記圧縮上死点近傍での燃料噴射量を変更制御する噴射制御手段３５ａと、前記噴射制御手段３５ａの制御に起因するエンジン１のトルク変動が低減するように、前記圧縮上死点近傍での燃料噴射量の増大に応じて、噴射回数及び非噴射間隔の少なくとも一方を増大させるトルク変動低減手段３５ｂとを備える構成とする。
【００１０】
また、請求項４の発明では、前記請求項１の発明と同じ前提構成において、燃料噴射弁による気筒の圧縮上死点近傍での燃料噴射を複数回に分割するとともに、浄化材料へ流れる排気中の所定のガス成分に関する値が周期的に変化するように、圧縮上死点近傍での燃料噴射の非噴射間隔を変更制御する噴射制御手段と、この噴射制御手段の制御に起因するエンジンのトルク変動が低減するように、前記圧縮上死点近傍での燃料噴射における非噴射間隔の増大に応じて、噴射回数を減少させるトルク変動低減手段と、を備えるものとする。
【００１１】
さらに、請求項５の発明では、前記請求項１、４の発明と同じ前提構成において、燃料噴射弁による気筒の圧縮上死点近傍での燃料噴射を複数回に分割するとともに、浄化材料へ流れる排気中の所定のガス成分に関する値が周期的に変化するように、圧縮上死点近傍での燃料噴射の噴射回数を変更制御する噴射制御手段と、この噴射制御手段の制御に起因するエンジンのトルク変動が低減するように、前記圧縮上死点近傍での燃料噴射における噴射回数の増大に応じて、非噴射間隔を減少させるトルク変動低減手段と、を備えるものとする。
【００１２】
前記の構成により、気筒２の圧縮上死点近傍で燃料噴射弁５により燃料が複数回に分割して噴射されるとき、噴射制御手段３５ａにより、燃料噴射量、噴射回数及び非噴射間隔の少なくとも１つが変更制御されることで、浄化材料２２へ流れる排気中の所定のガス成分に関する値が周期的に変化するようになり、これにより、浄化材料２２の作用が高められる。すなわち、例えば燃料噴射量を変更すれば、燃焼室４の平均的な空燃比がリッチ側とリーン側とに変化して、排気中のＨＣ、ＣＯ等の濃度が周期的に変化するようになる。また、例えば噴射回数及び非噴射間隔をそれぞれ増減させれば、燃料噴霧と空気とのミクスチャアの変化により燃焼状態が変化して、排気中のＨＣ、ＣＯ等の濃度が周期的に変化するようになる。
【００１３】
そして、前記のような空燃比や燃焼状態の変化に伴うエンジンのトルク変動を低減するように、即ちエンジンの出力トルクが低くなるときにはこれを高めるように、また、反対に出力トルクが高くなるときにはこれを低めるように、燃料噴射回数及び非噴射間隔の少なくとも一方をトルク変動低減手段３５ｂにより制御することで、浄化材料２２によるＮＯｘの浄化作用を高めながら、エンジン１のトルク変動を低減することができる。
【００１４】
請求項２の発明では、前記請求項１の発明における噴射制御手段として、燃料噴射量を交互に増大又は減少させるものとする。こうすれば、燃料噴射量の増大により排気中の酸素濃度が減少しかつ還元剤成分の濃度が増大する一方、燃料噴射量が減少すると、酸素濃度が増大しかつ還元剤成分濃度が減少するので、それらのガス成分の濃度を周期的に変動させて、浄化材料の作用を高めることができる。
【００１５】
請求項３の発明では、前記請求項２の発明におけるトルク変動低減手段を、噴射制御手段により燃料噴射量が増大されるときに、噴射回数及び非噴射間隔をいずれも増大させる一方、燃料噴射量が減少されるときには噴射回数及び非噴射間隔をいずれも減少させるものとする。
【００１６】
このことで、燃料噴射量が増大されるときには、燃料の噴射回数及び非噴射間隔をいずれも増大させることで、燃料の増量に伴うトルクの増大変化を軽減する一方、反対に燃料噴射量が減少されるときには、燃料の噴射回数及び非噴射間隔をいずれも減少させることで、燃料の減量に伴うトルクの減少変化を軽減することができる。
【００１７】
請求項６の発明では、前記請求項１〜５のいずれかの発明における噴射制御手段として、燃料噴射量、噴射回数又は非噴射間隔のいずれか１つを、所定のガス成分に関する値が設定時間毎に変化するようにフィードフォワード制御するものとする。こうすれば、フィードフォワード制御によって、容易に燃料噴射量等を周期的に変化させることができる。
【００１８】
請求項７の発明では、前記請求項１〜５のいずれかの発明において、所定のガス成分に関する値を検出する検出手段を備え、噴射制御手段は、所定のガス成分に関する値が設定値よりも大きい状態と小さい状態とに交互に変化するように、燃料噴射量、噴射回数又は非噴射間隔のいずれか１つを前記検出手段の検出値に基づいてフィードバック制御するものとする。こうすれば、検出手段の検出値に基づいてフィードバック制御することにより、制御精度を高めて、各請求項の発明の作用効果を十分に得ることができる。
【００１９】
【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に燃料を直接噴射するようになっている。
【００２０】
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。
【００２１】
エンジン１の一側には、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。
【００２２】
一方、エンジン１の他側には、各気筒２の燃焼室４から排気を排出する排気通路２０が接続されており、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、排気中の酸素濃度を検出するためのリニアＯ2センサ１７（検出手段）と、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（浄化材料）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複数のフラップが配設され、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。
【００２３】
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を有し、その各貫通孔壁面に触媒層を形成したものである。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の平均的な空燃比がリーンな状態のときにＮＯｘを吸収する一方、該平均的空燃比が略理論空燃比付近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れば、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。一例を挙げれば、内側触媒層として、白金Ｐｔ等の貴金属とＮＯｘ吸収材であるバリウムＢａとがアルミナやセリアをサポート材として担持される一方、外側触媒層として、白金Ｐｔ及びロジウムＲｈとＢａとがゼオライトをサポート材として担持されている２層コートタイプのものが好適である。
【００２４】
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。
【００２５】
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（以下ＥＧＲ通路という）２３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（以下ＥＧＲ弁という）２４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に還流させるようになっている。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。
【００２６】
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。
【００２７】
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、リニアＯ２センサ１７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。
【００２８】
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、これに加えて、吸気絞り弁１４の作動による吸入空気量の制御と、ＥＧＲ弁２４の作動による排気還流量の制御と、ターボ過給機２５のフラップの作動制御とが行われるようになっている。
【００２９】
（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最適な燃料噴射量Ｑを記録した燃料噴射量マップが格納されている。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基本燃料噴射量Ｑbaseが読み込まれる。そして基本的には、基本燃料噴射量Ｑbaseと圧力センサ６ａにより検出されたコモンレール圧力とに基づいて、各インジェクタ５の励磁時間（開弁時間）が決定されて、図３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により燃料が噴射されるようになっている。尚、前記のようにして求めた燃料噴射量をエンジン水温や大気圧等に応じて補正した上で、この補正後の燃料噴射量を基本燃料噴射量Ｑbaseとしてもよい。
【００３０】
ここで、本発明の特徴部分であるが、この実施形態ではエンジン１が所定の運転状態にあるときには、同図（ｂ），（ｃ）にそれぞれ示すように、各気筒２の圧縮上死点近傍での燃料噴射を２回又は３回に分割して行うとともに、その分割回数や非噴射間隔を変更して燃料の燃焼状態を変化させることで、排気中の酸素濃度やＣＯ，ＨＣ等の還元剤成分の濃度を周期的に変化させて、触媒２２の作用を高めるようにしている。すなわち、一般的に、排気中の有害成分を浄化する排気浄化用触媒やリーン状態でＮＯｘを吸収するＮＯｘ吸収材等の作用は、該触媒上での化学反応やＮＯｘの吸収及び放出作用に関与する所定のガス成分の分圧が周期的に変動することで高められるものなので、例えば、前記のように燃料噴射の分割回数や非噴射間隔を変更して、排気中のＣＯ，ＨＣ濃度等を変化させれば、そのことによって、触媒２２の作用を高めることができるのである。
【００３１】
前記の燃料噴射の分割について詳しく説明すると、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、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るので、前記図３（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考えられる。
【００３２】
これに対し、前記図３（ｂ），（ｃ）に示すように燃料噴射を複数回に分割して行うようにすれば、インジェクタ５の先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は少なくなり、油滴同士の再結合に起因する燃料微粒化の阻害を大幅に低減することができる。また、燃圧を高めて燃料の微粒化をさらに促進することも可能になり、こうすることで、燃焼室における燃料噴霧の分布の均一化も図られる。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、燃料の噴射圧力、分割噴射の回数及びその間の非噴射間隔の長さ等の相互の関係によって変化し、これに伴い燃焼状態が変化することで、エンジン１の出力トルクや排気ガス成分の濃度も変化すると考えられる。
【００３３】
より具体的に、エンジン１の目標トルクに対応する分量の燃料を略圧縮上死点から一括して噴射した場合（以下、一括割噴射という）、同じく略圧縮上死点から２回に分割して噴射した場合（２分割噴射という）、及び同様にして３回に分割して噴射した場合（３分割噴射という）のそれぞれについて、インジェクタ５の非噴射間隔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濃度等との関係を計測した実験結果の一例を、図４〜図７に示す。
【００３４】
まず、図４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の非噴射間隔Δｔが短いときに低減する一方、非噴射間隔Δｔが長くなるに連れて増大する傾向がある。また、図５に示すように、排気中のＮＯｘ濃度はＣＯ濃度とは反対に非噴射間隔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。
【００３５】
一方、このときのエンジンの燃費率の変化は図６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、非噴射間隔Δｔが短いときには燃費率がやや改善されるが、非噴射間隔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非噴射間隔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７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、特に、エンジンが排気温度の低い運転状態にあるときに燃料噴射の分割を行うことにより、触媒の温度状態を高めに維持して、その作用を活性化できるとも考えられる。
【００３６】
尚、前記実験データは、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）を用いて、比較的負荷の低い状態でかつエンジン回転数を約１５００ｒｐｍとして運転しながら計測したものである。
【００３７】
従って、前記実験データに基づき、例えば、非噴射間隔Δｔ＝７００μsecの２分割噴射状態と非噴射間隔Δｔ＝４００μsecの３分割噴射状態とに交互に切換えるようにすれば、エンジンの出力トルクが略同じ状態で排気中のＣＯ，ＨＣ濃度を交互に増減変化させることができ、これにより、エンジンのトルク変動を招くことなく、触媒２２によるＮＯｘの吸収、放出及び還元浄化作用を高めることができる。或いは、燃料噴射量を増減変化させるとともに、燃料の減量時に非噴射間隔Δｔ＝３５０μsecの２分割噴射を行う一方、燃料の増量時に非噴射間隔Δｔ＝９００μsecの３分割噴射を行うようにすれば、燃料噴射量の増減に伴うトルク変動を軽減することができる上に、燃料増量時には排気中のＣＯ，ＨＣ濃度を一層、高めることができるので、前記の触媒２２の作用を最大限に高めることが可能になる。
【００３８】
以下に、上述の如く、排気ガス成分の濃度を変動させて触媒２２の作用を高めながら、エンジン１のトルク変動を低減するようにした燃料噴射制御の処理動作について、具体的に図８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。
【００３９】
まず、同図に示す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、アクセル開度、リニアＯ2センサ出力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を予め設定した別のマップから読み込む。この噴射時期のマップには、エンジン水温やエンジン回転数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１の温度状態やエンジン回転数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が設定される。
【００４０】
続いて、ステップＳＡ３において、リニアＯ2センサ１７からの出力信号に基づいて、排気の空気過剰率λが運転状態に対応する目標値λ0よりも小さいか否か判別する。この判別結果がＮＯであれば（λ≧λ0）、排気の空燃比は目標とする状態よりもリーン側にずれていると判定して、ステップＳＡ８に進む一方、判別結果がＹＥＳであれば（λ＜λ0）、排気の空燃比は目標とする状態よりもリッチ側にずれていると判定して、ステップＳＡ４に進む。このステップＳＡ４では、インジェクタ５による燃料噴射量を補正するための補正量ΔＱの前回値からゲイン係数αを減算して、補正量ΔＱの今回値を演算し、続くステップＳＡ５において、前記ステップＳＡ２で求めた基本燃料噴射量Ｑbaseに補正量ΔＱを加えて、今回の燃料噴射総量Ｑtを求める。
【００４１】
続いて、ステップＳＡ６において、燃料の３分割噴射を実行するために、前記燃料噴射総量Ｑtを３等分して、それぞれ、第１〜第３回の燃料噴射量Ｑt1〜Ｑt3として演算する。続くステップＳＡ７では、前記ステップＳＡ５で求めた補正量ΔＱに応じて、この燃料噴射量の補正に起因するエンジン１の出力トルクの変動ができるだけ小さくなるように、非噴射間隔Δｔを求めるとともに、この非噴射間隔Δｔと前記ステップＳＡ２で求めた基本的な噴射時期ITbaseとに基づいて、第１〜第３回の燃料噴射時期IT1〜IT3をそれぞれ求める。
【００４２】
すなわち、図３（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が閉じてから前記非噴射間隔Δｔを空けて設定される。ここで、前記非噴射間隔Δｔは相対的に長くなるように、略６００〜１０００マイクロ秒（μsec）の範囲で設定するようにし、その際に、第３噴射の終了時期が気筒の圧縮上死点後３５°ＣＡ（ＡＴＤＣ３５°ＣＡ）よりも以前になるように設定する。
【００４３】
つまり、前記ステップＳＡ３〜ＳＡ５の制御手順により、リニアＯ2センサ１７による検出結果に基づいて、排気の空燃比がリッチ側にずれていると判定される間は、図９に示すように、燃料の補正量ΔＱを徐々に減らして、空燃比を徐々にリーン側に変化させるとともに、ステップＳＡ６，７の制御手順により、燃料の噴射回数を相対的に増やしかつその非噴射間隔Δｔを相対的に大きくすることで、エンジン１の出力トルクを低下させて、前記燃料の補正に伴うトルク変動を低減することができる。
【００４４】
一方、前記ステップＳＡ３において、排気の空燃比が目標とする状態よりもリーン側にずれていると判定して進んだステップＳＡ８では、補正量ΔＱの前回値にゲイン係数αを加算して今回値を演算し、続くステップＳＡ９において、前記ステップＳＡ２で求めた基本燃料噴射量Ｑbaseに前記補正量ΔＱを加えて、今回の燃料噴射総量Ｑtを求める。続いて、ステップＳＡ１０において、燃料の２分割噴射を実行するために前記燃料噴射総量Ｑtを２等分して、それぞれ、第１及び第２回の燃料噴射量Ｑt1，Ｑt2として演算する。続くステップＳＡ１１では、前記ステップＳＡ９で求めた補正量ΔＱに応じて、この燃料噴射量の補正に起因するエンジン１の出力トルクの変動ができるだけ小さくなるように、非噴射間隔Δｔを求めるとともに、この非噴射間隔Δｔと前記ステップＳＡ２で求めた基本的な噴射時期ITbaseとに基づいて、第１及び第２回の燃料噴射時期IT1，IT2を演算する。但し、この場合には前記非噴射間隔Δｔは相対的に短く、１００〜６００マイクロ秒（μsec）の範囲で設定する。
【００４５】
つまり、前記ステップＳＡ３，ＳＡ８，ＳＡ９の制御手順により、リニアＯ2センサ１７による検出結果に基づいて、排気の空燃比がリーン側にずれていると判定される間は、燃料の補正量ΔＱを徐々に増やして空燃比をリッチ側に変化させるとともに、前記ステップＳＡ１０，ＳＡ１１の制御手順により、燃料の噴射回数を相対的に減らしかつその非噴射間隔Δｔを相対的に小さくすることで、エンジン１の出力トルクを高めて、前記燃料の補正に伴うトルク変動を低減することができる。
【００４６】
そして、前記ステップＳＡ７又はステップＳＡ１１に続いて、ステップＳＡ１２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ＳＡ１２でＮＯ）、噴射時期になれば（ステップＳＡ１２でＹＥＳ）、ステップＳＡ１３に進んで第１の燃料噴射を行い、噴射量Ｑt1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ＳＡ１４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ＳＡ１４でＮＯ）、噴射時期になれば（ステップＳＡ１４でＹＥＳ）、ステップＳＡ１５に進んで第２の燃料噴射を実行する。
【００４７】
続いて、ステップＳＡ１６では、第３の燃料噴射量Ｑt3の値が零であるか否か判別し、Ｑt3＝０でＹＥＳならばリターンする一方、Ｑt3≠０でＮＯであればステップＳＡ１７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ＳＡ１７でＮＯ）、噴射時期になれば（ステップＳＡ１７でＹＥＳ）、ステップＳＡ１８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。
【００４８】
前記図８に示すフローのステップＳＡ３〜５，ＳＡ８，９の制御手順により、インジェクタ５による圧縮上死点近傍での燃料噴射総量Ｑtを、触媒２２に流通する排気中のＣＯ，ＨＣ，Ｏ2等の濃度が周期的に変化するように変更制御する噴射制御手段３５ａが構成されている。また、ステップＳＡ６，７，１０，１１の制御手順により、インジェクタ５による圧縮上死点近傍での燃料噴射回数及び非噴射間隔を、前記噴射制御手段３５ａの制御に起因するエンジン１のトルク変動が低減するように制御するトルク変動低減手段３５ｂが構成されている。
【００４９】
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、エンジン１が所定の運転状態にあるときに、この運転状態等に対応する基本燃料噴射量Ｑbaseを補正量ΔＱにより増減補正して、図９に示すように、気筒２の圧縮上死点近傍で噴射する燃料の総量Ｑtを増減変化させることにより、排気中の酸素濃度やＨＣ，ＣＯ等の還元剤成分の濃度を周期的に変動させて、触媒２２によるＮＯｘの吸収、放出及び還元浄化作用を促進することができる。
【００５０】
また、前記の燃料噴射量の制御によって、燃料噴射総量Ｑtが基本燃料噴射量Ｑbaseよりも多くなるときには、そのことによるエンジン１の出力トルクの増大を阻止するよう、燃料噴射回数を３回に増やしかつ非噴射間隔Δｔを６００〜１０００μsecと相対的に長くして、エンジン１の出力トルクを低下させるようにする。反対に、燃料噴射総量Ｑtが基本燃料噴射量Ｑbaseよりも少なくなるときには、そのことによるエンジン１の出力トルクの低下を阻止するよう、燃料噴射回数を２回に減らしかつ非噴射間隔Δｔを１００〜６００μsecと相対的に短くして、エンジン１の出力トルクを高めるようにする。つまり、燃料噴射総量Ｑtを周期的に増減変化させて排気中の還元剤成分濃度を周期的に変動させながら、そのことに伴うトルク変動は軽減できる。
【００５１】
しかも、この実施形態の燃料噴射制御装置Ａには、排気中の酸素濃度を検出するリニアＯ2センサ１７が備えられており、このリニアＯ2センサ１７による検出値に基づいて燃料噴射量をフィードバック制御するようにしているので、燃料噴射量の制御精度を高めて、前記のような作用効果を十分に得ることができる。
【００５２】
（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、リニアＯ2センサ１７からの信号に基づいて、排気の空気過剰率λが目標値λ0になるように燃料噴射量Ｑを補正することにより、結果的に、燃料噴射量Ｑを交互に増大又は減少させるようにしているが、これに限らず、いわゆるディザ制御（フィードフォワード制御）によって、所定期間毎に交互に燃料噴射量Ｑを略一定量ずつ増大又は減少させるようにしてもよい。
【００５３】
また、前記実施形態では、噴射制御手段３５ａによりインジェクタ５による燃料噴射量を増減補正するものとし、これに対応するように、トルク変動低減手段３５ｂにより燃料噴射の分割回数及びその間の非噴射間隔を変更制御するようにしているが、これに限るものではない。すなわち、例えば、噴射制御手段３５ａにより非噴射間隔を交互に延長又は短縮するとともに、これに対応して、非噴射間隔が延長されるときにトルク変動低減手段３５ｂにより噴射回数を減らす一方、非噴射間隔が短縮されるときには噴射回数を増やすようにしてもよい。
【００５４】
或いは、噴射制御手段３５ａにより噴射回数を交互に増加又は減少させるとともに、これに対応して、噴射回数が増加するときにトルク変動低減手段３５ｂにより非噴射間隔を短縮する一方、噴射回数が減少するときには非噴射間隔を延長するようにしてもよい。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１、４、５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、燃料噴射弁により燃料を気筒の圧縮上死点近傍で分割して噴射する場合に、その噴射量、噴射回数及び非噴射間隔の少なくとも１つを噴射制御手段により変更制御して、浄化材料へ流れる排気中の所定のガス成分に関する値を周期的に変化させることで、該浄化材料の作用を高めることができる。その際、トルク変動低減手段により燃料噴射回数及び非噴射間隔の少なくとも一方を、前記噴射制御手段による制御に起因するエンジンのトルク変動が低減するように制御することにより、浄化材料による排気浄化作用を高めながら、エンジンのトルク変動を低減することができる。
【００５６】
請求項２の発明によると、噴射制御手段により燃料噴射量を交互に増大又は減少させることで、排気中の還元剤成分等の濃度を周期的に変動させて、浄化材料の作用を高めることができる。
【００５７】
請求項３の発明によると、請求項２の発明において、噴射制御手段により燃料噴射量が増大されるときに、トルク変動低減手段により噴射回数及び非噴射間隔を増大させる一方、反対に燃料噴射量が減少されるときには噴射回数及び非噴射間隔を減少させることにより、燃料の増減に伴うトルク変動を軽減できる。
【００５８】
請求項６の発明によると、噴射制御手段による制御をフィードフォワード制御とすることで、燃料噴射量等を容易に周期的に変化させることができる。
【００５９】
請求項７の発明によると、噴射制御手段による制御を検出手段の検出値に基づくフィードバック制御とすることで、燃料噴射量等の制御精度を高めて、発明の効果を十分に得ることができる。
【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】  燃料噴射を一括して行う場合（ａ）と、２分割して行う場合（ｂ）と、３分割して行う場合（ｃ）とについて、それぞれ噴射時期を示した説明図である。
【図４】  燃料噴射の分割回数及び非噴射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５】  排気中のＮＯｘ濃度の変化特性を示す図４相当図である。
【図６】  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７】  排気温度の変化特性を示す図４相当図である。
【図８】  燃料噴射制御の処理手順を示すフローチャート図である。
【図９】  排気の空気過剰率の変化に応じて燃料噴射量を補正する制御のタイムチャート図である。
【符号の説明】
Ａ    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）
１７  リニアＯ2センサ（検出手段）
２２  触媒（浄化材料）
３５  ＥＣＵ（コントロールユニット）
３５ａ  噴射制御手段
３５ｂ  トルク変動低減手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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