(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジンの燃焼室に供給する空気を過給するターボチャージャを備え、要求される機関出力を得るための基本噴射量を機関運転状態に基づき算出し、同基本噴射量から求められる最終噴射量に基づき燃料噴射を行うディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置において、
前記ディーゼルエンジンの機関回転数、前記ターボチャージャによる空気の過給圧、及び前記ディーゼルエンジンの吸気温度に基づき、同黒煙を許容可能な燃料噴射量の最大値である第１の最大噴射量を算出する第１の最大噴射量算出手段と、
前記機関回転数、大気圧、及び外気温に基づき、前記ターボチャージャの回転数が上限値に達するときの燃料噴射量である第２の最大噴射量を算出する第２の最大噴射量算出手段と、
前記基本噴射量、前記第１の最大噴射量、及び前記第２の最大噴射量のうち、最も小さい噴射量を最終噴射量とする最終噴射量算出手段と、
を備え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】
前記第１の最大噴射量算出手段は、前記過給圧が低くなるほど前記第１の最大噴射量を小さい値として算出する
請求項１記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項３】
前記第１の最大噴射量算出手段は、前記吸気温度が高くなるほど前記第１の最大噴射量を小さい値として算出する
請求項１又は２記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項４】
前記第２の最大噴射量算出手段は、前記大気圧が低くなるほど前記第２の最大噴射量を小さい値として算出する
請求項１〜３のいずれかに記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項５】
前記第２の最大噴射量算出手段は、前記外気温が高くなるほど前記第２の最大噴射量を小さい値として算出する
請求項１〜４のいずれかに記載の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燃料噴射制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、例えば車載用ディーゼルエンジンにおいては、アクセルペダルの踏込量（アクセル踏込量）とエンジン回転数に基づき基本噴射量を算出し、この基本噴射量から求められる最終噴射量に対応した量の燃料を燃焼室に噴射する。このように燃料噴射を行うことで燃焼室内で燃料が燃焼し、この燃焼エネルギーにより運転者の要求に応じた機関出力が得られるようになる。
【０００３】
また、ディーゼルエンジンの機関出力を高めるため、同エンジンの吸排気系にターボチャージャを取り付けることも知られている。このターボチャージャは、ディーゼルエンジンの排気により作動されて燃焼室に空気を強制的に送り込むものである。このように燃焼室に空気を強制的に送り込むことで、多量の燃料を噴射供給することが可能になる。その結果、燃料が燃焼するときの燃焼エネルギーが大きくなって機関出力が向上する。
【０００４】
ところで、燃焼室に吸入される空気（酸素）の量は、ターボチャージャによる空気の過給圧など各種パラメータに応じて異なるものとなる。そのため、これらパラメータによっては、噴射される燃料の量が燃焼室に送り込まれる空気（酸素）に対して過度に多いものとなり、排気中に黒煙が発生するおそれがある。こうした黒煙の発生を抑制する装置としては、例えば特開平８−３０３２７１号公報に記載された燃料噴射装置が知られている。
【０００５】
同公報に記載された燃料噴射装置においては、上記のような黒煙の発生に影響を及ぼす各種パラメータ（過給圧等）に基づき、同黒煙の発生を許容することが可能な最大噴射量を算出する。そして、この最大噴射量と、上述したアクセル踏込量及びエンジン回転数に基づき求められる基本噴射量とを比較し、最も小さいものを最終噴射量とする。こうして算出される最終噴射量に基づき燃料噴射を行うことで、燃焼室に送り込まれる空気に対して噴射される燃料が過度に多くなり、排気中に黒煙が発生するのを抑制することができるようになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
また、ターボチャージャが取り付けられるディーゼルエンジンにおいては、大気圧や外気温度などの各種パラメータに応じてターボチャージャの回転数が異なるものとなり、これらパラメータによってはターボチャージャの回転数が過度に高くなるおそれがある。そのため、上記公報に記載された燃料噴射制御装置において、排気中の黒煙に影響を及ぼすパラメータ（過給圧等）に基づき算出される最大噴射量を小さめに設定することも考えられる。この場合、黒煙抑制のための上記最大噴射量による燃料噴射量の制限が行われることに伴い、ターボチャージャの回転数の上昇が抑制され、これにより同回転数に影響を及ぼすパラメータ（大気圧，外気温度等）の変化に基づき同回転数が上限値以上に高くなるのを抑制することができる。
【０００７】
しかし、上記のように最大噴射量を小さめに設定してターボチャージャの回転数の上昇を抑制する場合、同回転数が上記上限値に対して余裕のあるときでも、黒煙抑制のための上記最大噴射量による燃料噴射量の制限が行われたとき、同回転数の上昇が過度に抑制されてしまうということが生じる。そして、このようにターボチャージャの回転数の上昇が過度に抑制されると、ディーゼルエンジンの機関出力が不必要に低下することとなる。
【０００８】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、ターボチャージャの回転数が過度に高くなるのを的確に抑制し、且つ機関出力が不必要に低下するのを抑制することのできるディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明では、ディーゼルエンジンの燃焼室に供給する空気を過給するターボチャージャを備え、要求される機関出力を得るための基本噴射量を機関運転状態に基づき算出し、同基本噴射量から求められる最終噴射量に基づき燃料噴射を行うディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置において、前記ディーゼルエンジンの機関回転数、前記ターボチャージャによる空気の過給圧、及び前記ディーゼルエンジンの吸気温度に基づき、同黒煙を許容可能な燃料噴射量の最大値である第１の最大噴射量を算出する第１の最大噴射量算出手段と、前記機関回転数、大気圧、及び外気温に基づき、前記ターボチャージャの回転数が上限値に達するときの燃料噴射量である第２の最大噴射量を算出する第２の最大噴射量算出手段と、前記基本噴射量、前記第１の最大噴射量、及び前記第２の最大噴射量のうち、最も小さい噴射量を最終噴射量とする最終噴射量算出手段とを備えた。
【００１１】
請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明において、前記第１の最大噴射量算出手段は、前記過給圧が低くなるほど前記第１の最大噴射量を小さい値として算出するものとした。
【００１３】
請求項３記載の発明では、請求項１又は２記載の発明において、前記第１の最大噴射量算出手段は、前記吸気温度が高くなるほど前記第１の最大噴射量を小さい値として算出するものとした。
【００１５】
請求項４記載の発明では、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記第２の最大噴射量算出手段は、前記大気圧が低くなるほど前記第２の最大噴射量を小さい値として算出するものとした。
【００１７】
請求項５記載の発明では、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記第２の最大噴射量算出手段は、前記外気温が高くなるほど前記第２の最大噴射量を小さい値として算出するものとした。
【００２６】
機関回転数、過給圧、及び吸気温度といったパラメータはディーゼルエンジンの排気中の黒煙に影響を及ぼし、機関回転数、大気圧、及び外気温度といったパラメータはターボチャージャの回転数に影響を及ぼす。請求項１〜５に記載の発明によれば、上記黒煙に影響を及ぼすパラメータに基づき第１の最大噴射量を算出するとともに、上記ターボチャージャの回転数に影響を及ぼすパラメータに基づき第２の最大噴射量を算出し、それら第１及び第２の最大噴射量並びに基本噴射量のうち、最も小さいものが最終噴射量とされる。そのため、黒煙を抑制する際には第１の最大噴射量が小さくされて同第１の最大噴射量が最終噴射量とされ、ターボチャージャの回転数の上昇を抑制する際には第２の最大噴射量が小さくされて同第２の最大噴射量が最終噴射量とされる。このように黒煙の抑制とターボチャージャの回転数上昇の抑制とは、それぞれ第１及び第２の最大噴射量による燃料噴射量の制限によって別々に行われるため、ターボチャージャの回転数が上限値に対して余裕があるとき、黒煙抑制のための燃料噴射量の制限により同回転数の上昇が過度に抑制されることはない。そのため、ターボチャージャの回転数が過度に高くなるのを的確に抑制しつつ、機関出力が不必要に低下するのを抑制することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を自動車用のディーセルエンジンに適用した一実施形態を図１〜図１１に従って説明する。
【００２８】
図１に示すように、ディーゼルエンジン１１のシリンダブロック１１ａには、ピストン１２が往復移動可能に設けられている。このピストン１２は、コンロッド１３を介してクランクシャフト１４に連結されている。そして、ピストン１２の往復移動は、コンロッド１３によりクランクシャフト１４の回転へと変換されるようになっている。
【００２９】
ディーゼルエンジン１１において、シリンダブロック１１ａの上端にはシリンダヘッド１５が設けられ、シリンダヘッド１５とピストン１２との間には燃焼室１６が設けられている。また、シリンダブロック１１ａには燃焼室１６に燃料を噴射する噴射ノズル２０が設けられ、上記燃焼室１６には吸気通路３２及び排気通路３３が接続されている。
【００３０】
吸気通路３２の上流部及び排気通路３３の下流部は、それぞれターボチャージャ３５に繋がっている。このターボチャージャ３５は、吸気通路３２の下流側へ空気を送り出すためのコンプレッサホイール３６と、排気通路３３を通過する排気ガスによって回転するタービンホイール３７と、それらホイール３６，３７を一体回転可能に連結するロータシャフト３８とを備えている。
【００３１】
また、吸気通路３２には、同通路３２を通過して燃焼室１６に吸入される空気の温度を検出するための吸気温センサ１７が設けられている。また、吸気通路３２には、バキュームスイッチングバルブ（ＶＳＶ）１８を介して圧力センサ１９が接続されている。上記ＶＳＶ１８は、圧力センサ１９を吸気通路３２側と連通、或いは大気側に解放させるべく切換動作するものである。このＶＳＶ１８の切換動作により、圧力センサ１９による圧力の検出対象が大気圧と吸気通路３２内の圧力との間で選択的に切り換えられる。
【００３２】
一方、ディーゼルエンジン１１のクランクシャフト１４は、燃料噴射ポンプ４１のドライブシャフト４１ａと連結されている。この燃料噴射ポンプ４１は、燃料ライン４２を介してシリンダヘッド１５の噴射ノズル２０に接続されている。そして、燃料噴射ポンプ４１は、クランクシャフト１４の回転がドライブシャフト４１ａに伝達されることによって駆動され、自動車の燃料タンク（図示せず）から燃料を吸引するとともに同燃料を噴射ノズル２０に向けて吐出する。噴射ノズル２０は、燃料噴射ポンプ４１から送り込まれた燃料の圧力によって作動し、同燃料を燃焼室１６内へ噴射する。
【００３３】
上記燃料噴射ポンプ４１は、ディーゼルエンジン１１の回転数を検出するための回転数センサ４５と、噴射ノズル２０へ向けて吐出される燃料の量を調整する電磁スピル弁４３とを備えている。上記回転数センサ４５は、燃料噴射ポンプ４１のドライブシャフト４１ａの回転、即ちクランクシャフト１４の回転に対応した信号を出力するものである。また、上記電磁スピル弁４３は、噴射ノズル２０に向けて吐出される燃料の量を調整することで、噴射ノズル２０から燃焼室１６に噴射される燃料の量を調整するためのものである。
【００３４】
この噴射ノズル２０からの燃料噴射量は、自動車の室内に設けられたアクセルペダル２５の踏み込み量（アクセル踏込量）等に基づき決定される。即ち、アクセルペダル２５が自動車の運転者によって所定量だけ踏み込まれると、このときのアクセル踏込量がアクセルポジションセンサ２６によって検出される。この検出されるアクセル踏込量等が大きくなるほど、要求されるディーゼルエンジン１１の出力が高いことを意味する。そして、要求されるディーゼルエンジン１１の出力が得られるよう、上記アクセル踏込量等に基づき電磁スピル弁４３が駆動制御され、この電磁スピル弁４３の制御によって上記要求される出力に対応した量の燃料が噴射ノズル２０から燃焼室１６に噴射される。
【００３５】
こうしたディーゼルエンジン１１においては、吸気行程でのピストン１２の下降によって吸気通路３２を介して燃焼室１６に空気が吸入され、圧縮行程でのピストン１２の上昇によって燃焼室１６内の空気が圧縮される。この状態にあって、噴射ノズル２０から燃料が燃焼室１６内の高圧空気に向かって噴射され、この噴射された燃料が自己着火して燃焼することによりピストン１２が下降し膨張行程に移る。この膨張行程によってディーゼルエンジン１１は駆動力を得るようになり、その後の排気行程でピストン１２の上昇により排気が排気通路３３に送り出される。
【００３６】
燃焼室１６から排気通路３３に送り出された排気は、ターボチャージャ３５のタービンホイール３７に吹き付けられる。タービンホイール３７は排気ガスの吹き付けによって回転し、同ホイール３７の回転はロータシャフト３８を介してコンプレッサホイール３６に伝達される。こうしてコンプレッサホイール３６が回転すると、吸気通路３２の下流側へ向かって空気が強制的に送り出されて燃焼室１６に吸入される空気の量が増加する。このように燃焼室１６に強制的に空気を送り込む場合、通常よりも多量の燃料を噴射することが可能になり、ディーゼルエンジン１１の出力が向上するようになる。
【００３７】
ターボチャージャ３５により燃焼室１６に送り込まれる空気の過給圧が過度に高くなるのを抑制すべく、排気通路３３にはバイパス通路５１及びウェイストゲートバルブ５２が設けられている。バイパス通路５１は、タービンホイール３７を迂回して排気通路３３に接続されている。このバイパス通路５１にウェイストゲートバルブ５２が設けられており、ウェイストゲートバルブ５２の開閉によってバイパス通路５１が連通・遮断されるようになる。そして、ウェイストゲートバルブ５２が開くと、排気通路３３を流れる排気の一部がバイパス通路５１を通過するようになるため、タービンホイール３７に吹き付けられる排気の量が少なくなり、過給圧の過度の上昇が抑制されるようになる。
【００３８】
次に、本実施形態における燃料噴射制御装置の電気的構成を説明する。
この燃料噴射制御装置は、ディーゼルエンジン１１の運転状態を制御するための電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）９２を備えている。ＥＣＵ９２は、ＲＯＭ、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びバックアップＲＡＭ等を備える算術論理演算回路として構成されている。
【００３９】
ここで、ＲＯＭは各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されたメモリであり、ＣＰＵはＲＯＭに記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。また、ＲＡＭはＣＰＵでの演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭはディーゼルエンジン１１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。
【００４０】
ＥＣＵ９２には、大気温度を検出するための大気温センサ４６、並びに上述した吸気温センサ１７、圧力センサ１９、アクセルポジションセンサ２６、及び回転数センサ４５、電磁スピル弁４３、及びＶＳＶ１８等が接続されている。
【００４１】
このように構成されたＥＣＵ９２は、回転数センサ４５からの検出信号に基づきエンジン回転数ＮＥを算出し、アクセルポジションセンサ２６からの検出信号に基づきアクセル踏込量ＡＣＣＰを算出する。そして、エンジン回転数ＮＥ及びアクセル踏込量ＡＣＣＰに基づき図３のマップを参照して基本噴射量Ｑｂｓｅ  を算出する。この基本噴射量Ｑｂｓｅ  は、アクセル踏込量ＡＣＣＰが大きくなるほど大きい値になる。この基本噴射量Ｑｂｓｅ  に基づき電磁スピル弁４３を駆動制御して燃料を燃焼室１６に噴射することにより、ディーゼルエンジン１１が駆動されるようになる。
【００４２】
ところで、燃焼室１６に送り込まれる空気（酸素）の量に対し、燃焼室１６に噴射される燃料のが過度に多くなると、排気中に黒煙が発生するようになる。そのため、排気中の黒煙（燃焼室１６内の酸素量）に影響を及ぼす各種パラメータに基づき同黒煙を許容可能な燃料噴射量の最大値である第１の最大噴射量ＱｆｕｌｌＯを算出し、実際の燃料噴射量が上記第１の最大噴射量ＱｆｕｌｌＯよりも大きくならないようにする。このように第１の最大噴射量ＱｆｕｌｌＯによる燃料噴射量の制限を行うことで、上記黒煙の発生を抑制することができるようになる。
【００４３】
なお、上記排気中の黒煙に影響を及ぼすパラメータとしては、エンジン回転数ＮＥ、ターボチャージャ３５による過給圧ＰＩＭ、及び吸気温度ＴＨＡｉ  等があげられる。これは、エンジン回転数ＮＥや過給圧ＰＩＭの変化によって燃焼室１６に吸入される空気の量が変化するとともに、吸気温度ＴＨＡｉ  の変化によって燃焼室１６に吸入される空気の密度が変化し、これらの変化によって燃焼室１６内の酸素量が変化するためである。
【００４４】
上記吸気温度ＴＨＡｉ  は、吸気温センサ１７からの検出信号に基づき求められる。また、上記過給圧ＰＩＭは圧力センサ１９からの検出信号に基づき求められる。ＥＣＵ９２は、ＶＳＶ１８を駆動制御して圧力センサ１９による圧力の検出対象を吸気通路３２内の圧力と大気圧との間で切り換える。例えばディーゼルエンジン１１の始動時やアイドル運転時には圧力センサ１９を大気に解放し、その以外のときには圧力センサ１９を吸気通路３２に連通させる。そして、ＥＣＵ９２は、圧力センサ１９が大気に解放しているときの同センサ１９の検出信号に基づき大気圧ＰＡを算出し、圧力センサ１９が吸気通路３２に連通しているときの同センサ１９の検出信号に基づき吸気圧ＰＭを算出する。こうして算出される大気圧ＰＡ及び吸気圧ＰＭに基づき、ＥＣＵ９２は、ターボチャージャ３５による過給圧ＰＩＭを算出する。
【００４５】
また、ターボチャージャ３５が取り付けられるディーゼルエンジン１１においては、ターボチャージャ３５の回転数が過度に高くならないようにする必要がある。ターボチャージャ３５の回転数は各種パラメータの影響を受けるが、これらパラメータの状態によってはターボチャージャ３５の回転数が過度に高くなるおそれがあり、こうした回転数の過度な上昇を抑制することが必要となる。
【００４６】
なお、上記ターボチャージャ３５の回転数に影響を及ぼすパラメータとしては、エンジン回転数ＮＥ、大気圧ＰＡ、及び外気温度ＴＨＡｏ  等があげられる。エンジン回転数ＮＥがターボチャージャ３５の回転数に影響を及ぼすのは、エンジン回転数ＮＥの変化に伴いタービンホイール３７に吹き付けられる排気の量が変化するためである。また、大気圧ＰＡが変化すると、ターボチャージャ３５のコンプレッサホイール３６より上流側の圧力であるコンプレッサ前圧、及びターボチャージャ３５のタービンホイール３７よりも下流側の圧力であるタービン後圧が変化する。上記コンプレッサ前圧の変化によってウェイストゲートバルブ５２で規制されるある過給圧ＰＩＭになるときのターボチャージャ３５の回転数が変化するとともに、上記タービン後圧の変化によってタービンホイール３７前後の差圧が変化してターボチャージャ３５の回転上昇のしやすさが変化する。このように大気圧ＰＡは、ターボチャージャ３５の回転数に影響を及ぼすこととなる。更に、外気温度ＴＨＡｏ  が変化すると、排気通路３３に送り出される排気の有するエネルギが変化し、この排気によって駆動されるターボチャージャ３５の回転数も変化する。このように外気温度ＴＨＡｏ  の変化もターボチャージャ３５の回転数に影響を及ぼすこととなる。
【００４７】
上記のような各種パラメータの変化によりターボチャージャ３５の回転数が過度に高くならないよう、上述した第１の最大噴射量ＱｆｕｌｌＯを小さめに設定することも考えられる。この場合、黒煙を抑制すべく上記第１の最大噴射量ＱｆｕｌｌＯにより燃料噴射量が制限されたとき、この制限に伴いターボチャージャ３５の回転数の上昇が抑制され、上記各種パラメータの変化に基づき同回転数が上限値以上に高くなるのを抑制することができる。
【００４８】
しかし、上記のように第１の最大噴射量ＱｆｕｌｌＯを小さめに設定してターボチャージャ３５の回転数の上昇を抑制する場合、同回転数が上記上限値に対して余裕のあるときでも、第１の最大噴射量ＱｆｕｌｌＯによる黒煙抑制のための燃料噴射量の制限が行われたとき、同回転数の上昇が過度に抑制されてしまうということが生じる。そして、このようにターボチャージャ３５の回転数の上昇が過度に抑制されると、ディーゼルエンジン１１の機関出力が不必要に低下することとなる。
【００４９】
そこで本実施形態では、第１の最大噴射量ＱｆｕｌｌＯのほかに、ターボチャージャ３５の回転数に影響を及ぼす各種パラメータに基づき、同回転数が上限値に達するときの燃料噴射量である第２の最大噴射量ＱｆｕｌｌＪを算出する。そして、この第２の最大噴射量ＱｆｕｌｌＪと、上述した基本噴射量Ｑｂｓｅ  及び第１の最大噴射量ＱｆｕｌｌＯを比較し、これらのうちの最も小さいものを最終噴射量Ｑｆｉｎ  として設定する。このように算出される最終噴射量Ｑｆｉｎ  に基づき燃料噴射ポンプ４１の電磁スピル弁４３が駆動制御され、噴射ノズル２０から最終噴射量Ｑｆｉｎ  に対応した量の燃料が燃焼室１６に噴射される。
【００５０】
従って、黒煙を抑制すべきときには第１の最大噴射量ＱｆｕｌｌＯ  が他の噴射量Ｑｂｓｅ  ＱｆｕｌｌＪよりも小さくなり、第１の最大噴射量ＱｆｕｌｌＯが最終噴射量Ｑｆｉｎ  となる。この最終噴射量Ｑｆｉｎ  に基づき燃焼室１６への燃料噴射を行うことで、排気中の黒煙を的確に抑制することができる。
【００５１】
また、ターボチャージャ３５の回転数を抑制すべきときには第２の最大噴射量ＱｆｕｌｌＪが他の噴射量Ｑｂｓｅ，  ＱｆｕｌｌＯよりも小さくなり、第２の最大噴射量ＱｆｕｌｌＪが最終噴射量Ｑｆｉｎ  となる。この最終噴射量Ｑｆｉｎ  に基づき燃焼室１６への燃料噴射を行うことで、ターボチャージャ３５の回転数が上限値よりも高くなるのを抑制することができる。
【００５２】
このように黒煙の抑制とターボチャージャ３５の回転数上昇の抑制とは、それぞれ第１及び第２の最大噴射量ＱｆｕｌｌＯ，ＱｆｕｌｌＪによる燃料噴射量の制限によって別々に行われる。そのため、第１の最大噴射量ＱｆｕｌｌＯによる燃料噴射量の制限を黒煙の抑制に必要な分だけとすることができるとともに、第２の最大噴射量ＱｆｕｌｌＪによる燃料噴射量の制限をターボチャージャ３５の回転数上昇の抑制に必要な分だけとすることができる。
【００５３】
従って、ターボチャージャ３５の回転数が上限値に対して余裕があるとき、黒煙を抑制すべく第１の最大噴射量ＱｆｕｌｌＯによって燃料噴射量が制限されたとき、この制限によりターボチャージャ３５の回転数の上昇が過度に抑制されることはない。そのため、第２の最大噴射量ＱｆｕｌｌＪによる燃料噴射量の制限によりターボチャージャ３５の回転数が過度に高くなるのを抑制しつつ、第１の最大噴射量ＱｆｕｌｌＯによる黒煙抑制のための燃料噴射量の制限が行われる際に、ターボチャージャ３５の回転数の上昇が過度に抑制されて機関出力が不必要に低下するのを抑制することができる。
【００５４】
次に、最終噴射量Ｑｆｉｎ  の算出手順について図２を参照して説明する。図２は、最終噴射量Ｑｆｉｎ  を算出するための最終噴射量算出ルーチンを示すフローチャ−トである。この最終噴射量算出ルーチンは、ＥＣＵ９２を通じて例えば所定時間毎の時間割り込みにて実行される。
【００５５】
最終燃料噴射量算出ルーチンにおいては、ステップＳ１０１の処理で、要求される機関出力を得るための燃料噴射量である基本噴射量Ｑｂｓｅ  を算出する。そして、ステップＳ１０２の処理で黒煙を抑制するための燃料噴射量の制限に用いられる第１の最大噴射量ＱｆｕｌｌＯを算出し、ステップＳ１０３の処理でターボチャージャ３５の回転数の上昇を抑制するための燃料噴射量の制限に用いられる第２の最大噴射量ＱｆｕｌｌＪを算出する。更に、ステップＳ１０４の処理で、上記基本噴射量Ｑｂｓｅ  、第１の最大噴射量ＱｆｕｌｌＯ、及び第２の最大噴射量ＱｆｕｌｌＪに基づき最終噴射量Ｑｆｉｎ  を算出する。
【００５６】
ＥＣＵ９２は、ステップＳ１０１の処理として、エンジン回転数ＮＥとアクセル踏込量ＡＣＣＰとに基づき図３のマップを参照して基本噴射量Ｑｂｓｅ  を算出する。アクセル踏込量ＡＣＣＰは運転者が要求するディーゼルエンジン１１の出力を意味しており、アクセル踏込量ＡＣＣＰが大きくなるほど高い出力が要求されていることになる。基本噴射量Ｑｂｓｅ  は、上記要求される出力が得られる燃料噴射量として算出される。
【００５７】
ＥＣＵ９２は、ステップＳ１０２の処理としてエンジン回転数ＮＥ、過給圧ＰＩＭ、及び吸気温度ＴＨＡｉ  といった排気中の黒煙に影響を及ぼすパラメータに基づき、黒煙を許容可能な燃料噴射量の最大値である第１の最大噴射量ＱｆｕｌｌＯを算出する。更に、ＥＣＵ９２は、ステップＳ１０３の処理として、エンジン回転数ＮＥ、大気圧ＰＡ、及び外気温度ＴＨＡｏ  といったターボチャージャ３５の回転数に影響を及ぼすパラメータに基づき、ターボチャージャ３５の回転数が上限値に達するときの燃料噴射量である第２の最大噴射量ＱｆｕｌｌＪを算出する。
【００５８】
ＥＣＵ９２は、続くステップＳ１０４の処理として、ステップＳ１０１の処理で算出される基本噴射量Ｑｂｓｅ  、ステップＳ１０２の処理で算出される第１の最大噴射量ＱｆｕｌｌＯ、及びステップＳ１０３の処理で算出される第２の最大噴射量ＱｆｕｌｌＪを比較し、最も小さいものを最終噴射量Ｑｆｉｎ  として設定する。その後、ＥＣＵ９２は、この最終噴射量算出ルーチンを一旦終了する。最終燃料噴射量算出ルーチンによって最終噴射量Ｑｆｉｎ  が算出されると、この最終噴射量Ｑｆｉｎ  に対応した量の燃料が燃焼室１６に噴射されるようになる。
【００５９】
次に、最終噴射量算出ルーチンのステップＳ１０２の処理について図４を参照して詳しく説明する。図４は、第１の最大噴射量ＱｆｕｌｌＯを算出するための第１の最大噴射量算出ルーチンを示すフローチャートである。この第１の最大噴射量算出ルーチンは、最終噴射量算出ルーチンのステップＳ１０２に進む毎にＥＣＵ９２を通じて実行される。
【００６０】
第１の最大噴射量算出ルーチンにおいて、第１の最大噴射量ＱｆｕｌｌＯはステップＳ２０４の処理で下記の式（１）によって算出される。なお、式（１）で用いられるベース値ＱｆｕｌｌＢ、過給圧補正係数ＦＰ、及び吸気温補正係数ＦＡｉ  は、ステップＳ２０１〜Ｓ２０３の処理によって算出される。
【００６１】
ＱｆｕｌｌＯ＝ＱｆｕｌｌＢ・ＦＰ・ＦＡｉ            …（１）
ＱｆｕｌｌＯ：第１の最大噴射量
ＱｆｕｌｌＢ：ベース値
ＦＰ    ：過給圧補正係数
ＦＡｉ    ：吸気温補正係数
ＥＣＵ９２は、ステップＳ２０１の処理として、エンジン回転数ＮＥに基づき図５を参照してベース値ＱｆｕｌｌＢを算出する。このベース値ＱｆｕｌｌＢは、標準的な過給圧ＰＩＭ及び吸気温度ＴＨＡｉ  である条件下で、現在のエンジン回転数ＮＥの状態で黒煙を許容可能な燃料噴射量の最大値となる。
【００６２】
ＥＣＵ９２は、ステップＳ２０２の処理として、エンジン回転数ＮＥと過給圧ＰＩＭとに基づき図６のマップを参照して過給圧補正係数ＦＰを算出する。この過給圧補正係数ＦＰは、過給圧ＰＩＭが高くなるほど大きい値になり、過給圧ＰＩＭがウェイストゲートバルブ５２を開く必要があるほど高い値になった後には、過給圧ＰＩＭが高くなるほど小さい値になる。また、過給圧補正係数ＦＰは、ウェイストゲートバルブ５２が開いていない状態にあっては、エンジン回転数ＮＥが低くなるほど小さい値になる。
【００６３】
ＥＣＵ９２は、ステップＳ２０３の処理として、エンジン回転数ＮＥと吸気温度ＴＨＡｉ  とに基づき図７のマップを参照して吸気温補正係数ＦＡｉ  を算出する。この吸気温補正係数ＦＡｉ  は、吸気温度ＴＨＡｉ  が高くなるほど小さい値になるとともに、エンジン回転数ＮＥが低くなるほど小さい値になる。
【００６４】
ＥＣＵ９２は、ステップＳ２０４の処理として、ベース値ＱｆｕｌｌＢ、過給圧補正係数ＦＰ、及び吸気温補正係数ＦＡｉ  に基づき上記式（１）を用いて第１の最大噴射量ＱｆｕｌｌＯを算出した後、処理を最終噴射量算出ルーチン（図２）に戻す。この第１の最大噴射量ＱｆｕｌｌＯにより黒煙を抑制するための燃料噴射量の制限が行われる。
【００６５】
第１の最大噴射量ＱｆｕｌｌＯは、ウェイストゲートバルブ５２が閉じた状態で過給圧ＰＩＭが高くなると、この過給圧ＰＩＭの変化によって過給圧補正係数ＦＰが大きくなるため、それまでよりも大きい値になる。逆に、過給圧ＰＩＭが低くなると、この過給圧ＰＩＭの変化によって過給圧補正係数ＦＰが小さくなるため、第１の最大噴射量ＱｆｕｌｌＯはそれまでよりも小さい値になる。これは、過給圧ＰＩＭが変化して燃焼室１６内に送り込まれる空気（酸素）の量が変化すると、同酸素量に応じて黒煙を許容可能な燃料噴射量の最大値が増減し、これに応じて第１の最大噴射量ＱｆｕｌｌＯを増減することが好ましいためである。
【００６６】
また、第１の最大噴射量ＱｆｕｌｌＯは、吸気温度ＴＨＡｉ  が高くなると、この吸気温度ＴＨＡｉ  の変化によって吸気温補正係数ＦＡｉ  が小さくなるため、それまでよりも小さい値になる。逆に、吸気温度ＴＨＡｉ  が低くなると、この吸気温度ＴＨＡｉ  の変化によって吸気温補正係数ＦＡｉ  が大きくなるため、第１の最大噴射量ＱｆｕｌｌＯはそれまでよりも大きい値になる。これは、吸気温度ＴＨＡｉ  が変化して燃焼室１６に送り込まれる空気の密度が変化すると、燃焼室１６内の酸素量も変化することとなり、同酸素量に応じて黒煙を許容可能な燃料噴射量の最大値が増減し、これに応じて第１の最大噴射量ＱｆｕｌｌＯを増減することが好ましいためである。
【００６７】
上記のように過給圧ＰＩＭや吸気温度ＴＨＡｉ  の変化によって燃焼室１６内の酸素量が変化しても、過給圧補正係数ＦＰ及び吸気温補正係数ＦＡｉ  による第１の最大噴射量ＱｆｕｌｌＯの補正が行われ、上記酸素量の変化に応じて第１の最大噴射量ＱｆｕｌｌＯが増減する。この第１の最大噴射量ＱｆｕｌｌＯによる燃料噴射量の制限を行うことで、過給圧ＰＩＭ及び吸気温度ＴＨＡｉ  の変化に係わらず的確に排気中の黒煙を抑制することができるようになる。
【００６８】
次に、最終噴射量算出ルーチンにおけるステップＳ１０３の処理について図８を参照して詳しく説明する。図８は、第２の最大噴射量ＱｆｕｌｌＪを算出するための第２の最大噴射量算出ルーチンを示すフローチャートである。この第２の最大噴射量算出ルーチンは、最終噴射量算出ルーチンのステップＳ１０３に進む毎にＥＣＵ９２を通じて実行される。
【００６９】
第２の最大噴射量算出ルーチンにおいて、第２の最大噴射量ＱｆｕｌｌＪはステップＳ３０４の処理で下記の式（２）によって算出される。なお、式（２）で用いられるベース値ＱｆｕｌｌＦ、大気圧補正係数ＦＰＡ、及び外気温補正係数ＦＡｏ  は、ステップＳ３０１〜Ｓ３０３の処理によって算出される。
【００７０】
ＱｆｕｌｌＪ＝ＱｆｕｌｌＯ・（１−ＦＰＡ・ＦＡｏ  ）    …（２）
ＱｆｕｌｌＪ：第２の最大噴射量
ＱｆｕｌｌＦ：ベース値
ＦＰＡ  ：大気圧補正係数
ＦＡｏ    ：外気温補正係数
ＥＣＵ９２は、ステップＳ３０１の処理として、エンジン回転数ＮＥに基づき図９を参照してベース値ＱｆｕｌｌＦを算出する。このベース値ＱｆｕｌｌＦは、標準大気圧及び外気温「０℃」である条件下で、現在のエンジン回転数ＮＥの状態でターボチャージャ３５の回転数が上限値に達するときの燃料噴射量となる。
【００７１】
ＥＣＵ９２は、ステップＳ３０２の処理として、エンジン回転数ＮＥと大気圧ＰＡとに基づき図１０のマップを参照して大気圧補正係数ＦＰＡを算出する。この大気圧補正係数ＦＰＡは、エンジン回転数ＮＥ高くなるほど大きい値になるとともに、大気圧ＰＡが低くなるほど大きい値になる。
【００７２】
ＥＣＵ９２は、ステップＳ３０３の処理として、エンジン回転数ＮＥと外気温度ＴＨＡｏ  とに基づき図１１のマップを参照して外気温補正係数ＦＡｏ  を算出する。この外気温補正係数ＦＡｏ  は、エンジン回転数ＮＥが低回転側の領域にあるときにはエンジン回転数ＮＥが高くなるほど大きい値となり、エンジン回転数ＮＥが高回転側の領域にあるときにはエンジン回転数ＮＥが高くなるほど小さい値になる。
【００７３】
ＥＣＵ９２は、ステップＳ３０４の処理として、ベース値ＱｆｕｌｌＦ、大気圧補正係数ＦＰＡ、及び外気温補正係数ＦＡｏ  に基づき上記式（２）を用いて第２の最大噴射量ＱｆｕｌｌＪを算出した後、処理を最終噴射量算出ルーチン（図２）に戻す。この第２の最大噴射量ＱｆｕｌｌＪによりターボチャージャ３５の回転が過度に高くなるのを抑制するための燃料噴射量の制限が行われる。
【００７４】
第２の最大噴射量ＱｆｕｌｌＪは、大気圧ＰＡが高くなると、この大気圧ＰＡの変化によって大気圧補正係数ＦＰＡが小さくなるため、それまでよりも大きい値になる。大気圧ＰＡが高くなってターボチャージャ３５のコンプレッサホイール３６より上流側の圧力であるコンプレッサ前圧が上がると、ウェイストゲートバルブ５２で規制されるある過給圧ＰＩＭになるときのターボチャージャ３５の回転数が低くなり、また、タービンホイール３７の下流側の圧力であるタービン後圧が上がることでタービン前後圧の差が小さくなり、ターボチャージャ３５の回転数が上がりにくい環境となるため、排気により駆動されるターボチャージャ３５の回転数が低くなる。そのため、上記のように大気圧ＰＡが高くなるときには、これに応じて第２の最大噴射量ＱｆｕｌｌＪを大きくして同最大噴射量ＱｆｕｌｌＪによる燃料噴射量の制限を緩め、ターボチャージャ３５を用いた空気の過給によって極力機関出力の向上を図ることが好ましい。
【００７５】
上記と逆に、大気圧ＰＡが低くなると、この大気圧ＰＡの変化によって大気圧補正係数ＦＰＡが大きくなるため、第２の最大噴射量ＱｆｕｌｌＪはそれまでもよりも小さい値になる。大気圧ＰＡが低くなってコンプレッサ前圧が下がると、ウェイストゲートバルブ５２で規制されるある過給圧ＰＩＭになるときのターボチャージャ３５の回転数はより高くなり、また、タービン後圧が下がることでタービン前後圧の差が大きくなり、ターボチャージャ３５の回転数が上がりやすい環境となるため、排気により駆動されるターボチャージャ３５の回転数が高くなる。そのため、上記のように大気圧ＰＡが低くなるときには、これに応じて第２の最大噴射量ＱｆｕｌｌＪを小さくして同最大噴射量ＱｆｕｌｌＪによる燃料噴射量の制限を厳しくし、ターボチャージャ３５の回転数が上限値よりも大きくなるのを抑制することが好ましい。
【００７６】
また、第２の最大噴射量ＱｆｕｌｌＪは、外気温度ＴＨＡｏ  が高くなると、この外気温度ＴＨＡｏ  の変化によって外気温補正係数ＦＡｏ  が大きくなるため、それまでよりも小さい値になる。外気温度ＴＨＡｏ  が高くなると、排気通路３３に送り出される排気の有するエネルギが大きいものとなり、この排気によって駆動されるターボチャージャ３５の回転数が高くなる。そのため、上記のように外気温度ＴＨＡｏ  が高くなるときには、これに応じて第２の最大噴射量ＱｆｕｌｌＪを小さくして同最大噴射量ＱｆｕｌｌＪによる燃料噴射量の制限を厳しくし、ターボチャージャ３５の回転数が上限値よりも大きくなるのを抑制することが好ましい。
【００７７】
上記と逆に、外気温度ＴＨＡｏ  が低くなると、この外気温度ＴＨＡｏ  の変化によって外気温補正係数ＦＡｏ  が小さくなるため、第２の最大噴射量ＱｆｕｌｌＪはそれまでもよりも大きい値になる。外気温度ＴＨＡｏ  が低くなると、排気通路３３に送り出される排気の有するエネルギが相対的に小さいものとなり、この排気によって駆動されるターボチャージャ３５の回転数が低くなる。そのため、上記のように外気温度ＴＨＡｏ  が低くなるときには、これに応じて第２の最大噴射量ＱｆｕｌｌＪを大きくして同最大噴射量ＱｆｕｌｌＪによる燃料噴射量の制限を緩め、ターボチャージャ３５を用いた空気の過給によって極力機関出力の向上を図ることが好ましい。
【００７８】
上記のように大気圧ＰＡや外気温度ＴＨＡｏ  の変化によって、ターボチャージャ３５のタービン後圧、コンプレッサ前圧が変化したり、排気の有するエネルギが変化したりしても、大気圧補正係数ＦＰＡび外気温補正係数ＦＡｏ  による第２の最大噴射量ＱｆｕｌｌＪの補正が行われ、上記タービン前後圧及びコンプレッサ前圧及び排気の有するエネルギに応じて第２の最大噴射量ＱｆｕｌｌＪが増減する。この第２の最大噴射量ＱｆｕｌｌＪによる燃料噴射量の制限を行うことで、大気圧ＰＡ及び外気温度ＴＨＡｏ  の変化に係わらず的確にターボチャージャ３５の回転数が上限値よりも大きくなるのを抑制することができるようになる。
【００７９】
以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）エンジン回転数ＮＥ、過給圧ＰＩＭ、及び吸気温度ＴＨＡｉ  といった排気中の黒煙に影響を及ぼすパラメータに基づき第１の最大噴射量ＱｆｕｌｌＯを算出し、エンジン回転数ＮＥ、大気圧ＰＡ、及び外気温度ＴＨＡｏ  といったターボチャージャ３５の回転数に影響を及ぼすパラメータに基づき第２の最大噴射量ＱｆｕｌｌＪを算出した。そして、それら第１及び第２の最大噴射量ＱｆｕｌｌＯ，ＱｆｕｌｌＪ、並びに運転者の要求するディーゼルエンジン１１の出力を得るための基本噴射量Ｑｂｓｅ  のうち、最も小さいものを最終噴射量Ｑｆｉｎ  として同最終噴射量Ｑｆｉｎ  に対応した量の燃料を燃焼室１６に噴射した。
【００８０】
そのため、黒煙を抑制すべきときには第１の最大噴射量ＱｆｕｌｌＯが他の噴射量ＱｆｕｌｌＪ，Ｑｂｓｅ  よりも小さくなり、第１の最大噴射量ＱｆｕｌｌＯが最終噴射量Ｑｆｉｎ  となる。この最終噴射量Ｑｆｉｎ  に基づき燃焼室１６への燃料噴射を行うことで、排気中の黒煙が的確に抑制される。また、ターボチャージャ３５の回転数を抑制すべきときには第２の最大噴射量ＱｆｕｌｌＪが他の噴射量ＱｆｕｌｌＯ，Ｑｂｓｅ  よりも小さくなり、第２の最大噴射量ＱｆｕｌｌＪが最終噴射量Ｑｆｉｎ  となる。この最終噴射量Ｑｆｉｎ  に基づき燃焼室１６への燃料噴射を行うことで、ターボチャージャ３５の回転数が上限値よりも高くなることが抑制される。
【００８１】
このように黒煙の抑制とターボチャージャ３５の回転数上昇の抑制とは、それぞれ第１及び第２の最大噴射量ＱｆｕｌｌＯ，ＱｆｕｌｌＪによる燃料噴射量の制限によって別々に行われる。そのため、第１の最大噴射量ＱｆｕｌｌＯによる燃料噴射量の制限を黒煙の抑制に必要な分だけとすることができるとともに、第２の最大噴射量ＱｆｕｌｌＪによる燃料噴射量の制限をターボチャージャ３５の回転数上昇の抑制に必要な分だけとすることができる。
【００８２】
従って、ターボチャージャ３５の回転数が上限値に対して余裕があるとき、黒煙を抑制すべく第１の最大噴射量ＱｆｕｌｌＯによって燃料噴射量が制限されたとき、この制限によりターボチャージャ３５の回転数の上昇が過度に抑制されることはない。そのため、第２の最大噴射量ＱｆｕｌｌＪによる燃料噴射量の制限によりターボチャージャ３５の回転数が過度に高くなるのを抑制しつつ、第１の最大噴射量ＱｆｕｌｌＯによる黒煙抑制のための燃料噴射量の制限が行われる際に、ターボチャージャ３５の回転数の上昇が過度に抑制されて機関出力が不必要に低下するのを抑制することができる。
【００８３】
（２）第１の最大噴射量ＱｆｕｌｌＯは、エンジン回転数ＮＥに基づき求められるベース値ＱｆｕｌｌＢに対し、過給圧ＰＩＭに基づき求められる過給圧補正係数ＦＰと、吸気温度ＴＨＡｉ  に基づき求められる吸気温補正係数ＦＡｉ  とを乗算することにより算出される。このように黒煙に影響を及ぼすパラメータを複数用いて第１の最大噴射量ＱｆｕｌｌＯを算出するため、この第１の最大噴射量ＱｆｕｌｌＯを黒煙の発生を抑制するのに一層適切なものとすることができる。
【００８４】
（３）第２の最大噴射量ＱｆｕｌｌＪは、エンジン回転数ＮＥに基づき求められるベース値ＱｆｕｌｌＦに対し、大気圧ＰＡに基づき求められる大気圧補正係数ＦＰＡと、外気温度ＴＨＡｏ  に基づき求められる外気温補正係数ＦＡｏ  とを乗算することにより算出される。このようにターボチャージャ３５の回転数に影響を及ぼすパラメータを複数用いて第２の最大噴射量ＱｆｕｌｌＪを算出するため、この第２の最大噴射量ＱｆｕｌｌＪをターボチャージャ３５の回転数の上昇を抑制するのに一層適切なものとすることができる。
【００８５】
なお、本実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・本実施形態では、黒煙に影響を及ぼすパラメータとして、エンジン回転数ＮＥ、過給圧ＰＩＭ、及び吸気温度ＴＨＡｉ  を用いて第１の最大噴射量ＱｆｕｌｌＯを算出したが、必ずしも上記各パラメータを全て用いる必要はない。
【００８６】
・黒煙に影響を及ぼすパラメータとして、エンジン回転数ＮＥ、過給圧ＰＩＭ、及び吸気温度ＴＨＡｉ  以外のものを採用してもよい。
・本実施形態では、ターボチャージャ３５の回転数に影響を及ぼすパラメータとして、エンジン回転数ＮＥ、大気圧ＰＡ、及び外気温度ＴＨＡｏ  を用いて第２の最大噴射量ＱｆｕｌｌＪを算出したが、必ずしも上記各パラメータを全て用いる必要はない。
【００８７】
・ターボチャージャ３５の回転数に影響を及ぼすパラメータとして、エンジン回転数ＮＥ、大気圧ＰＡ、及び外気温度ＴＨＡｏ  以外のものを採用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の燃料噴射制御装置が適用されるディーゼルエンジン全体を示す概略図。
【図２】最終噴射量Ｑｆｉｎ  の算出手順を示すフローチャート。
【図３】基本噴射量Ｑｂｓｅ  を算出する際に参照されるマップ。
【図４】第１の最大噴射量ＱｆｕｌｌＯの算出手順を示すフローチャート。
【図５】ベース値ＱｆｕｌｌＢを算出する際に参照されるマップ。
【図６】過給圧補正係数ＦＰを算出する際に参照されるマップ。
【図７】吸気温補正係数ＦＡｉ  を算出する際に参照されるマップ。
【図８】第２の最大噴射量ＱｆｕｌｌＪの算出手順を示すフローチャート。
【図９】ベース値ＱｆｕｌｌＦを算出する際に参照されるマップ。
【図１０】大気圧補正係数ＦＰＡを算出する際に参照されるマップ。
【図１１】外気温補正係数ＦＡｏ  を算出する際に参照されるマップ。
【符号の説明】
１１…ディーゼルエンジン、１６…燃焼室、１７…吸気温センサ、１８…バキュームスイッチングバルブ（ＶＳＶ）、１９…圧力センサ、２０…噴射ノズル、２６…アクセルポジションセンサ、３５…ターボチャージャ、４１…燃料噴射ポンプ、４３…電磁スピル弁、４５…回転数センサ、４６…大気温センサ、９２…電子制御ユニット（ＥＣＵ）。
【図１】
0003622588.tif 000002
【図２】
0003622588.tif 000003
【図３】
0003622588.tif 000004
【図４】
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【図５】
0003622588.tif 000006
【図６】
0003622588.tif 000007
【図７】
0003622588.tif 000008
【図８】
0003622588.tif 000009
【図９】
0003622588.tif 000010
【図１０】
0003622588.tif 000011
【図１１】
0003622588.tif 000012