以下、図面を参照してこの発明の実施の� ��態について説明する。なお、各図において� ��通する要素には、同一の符号を付して、重� ��する説明を省略する。

実施の形態1.
[システム構成の説明]
 図1は、本発明の実施の形態1のシステム構� �を説明するための図である。図1に示すシス� ��ムは、4サイクルのディーゼル機関10を備え� ��いる。ディーゼル機関10は、車両に搭載さ� �、その動力源とされているものとする。本� �施形態のディーゼル機関10は、直列4気筒型� �あるが、本発明におけるディーゼル機関の� �筒数および気筒配置はこれに限定されるも� �ではない。

 以下、本実施形態では、本発明をディー� ��ル機関(圧縮着火内燃機関)の制御に適用し� �場合について説明するが、本発明は、ディ� �ゼル機関の制御に限定されるものではなく� �ガソリン機関(火花点火内燃機関)その他の各 種の内燃機関の制御に適用することが可能で ある。

 ディーゼル機関10の各気筒には、燃料を� �内に直接噴射するインジェクタ12が設置され ている。各気筒のインジェクタ12は、共通の� ��モンレール14に接続されている。コモンレ� �ル14内には、サプライポンプ16によって加圧� ��れた高圧の燃料が貯留されている。そして� ��コモンレール14内から、各インジェクタ12へ 、燃料が供給される。

 インジェクタ12は、1サイクル中に1回また は複数回、任意のタイミングで燃料を筒内に 噴射することができる。すなわち、インジェ クタ12は、1サイクル中に、主たる燃料噴射で あるメイン噴射のほかに、メイン噴射に先立 つ1回または複数回のパイロット噴射や、メ� �ン噴射の後のアフター噴射、ポスト噴射な� �を実施することができるようになっていて� �よい。

 ディーゼル機関10の排気通路18は、排気マ ニホールド20により枝分かれして、各気筒の� ��気ポート22(図2参照)に接続されている。本� �施形態のディーゼル機関10は、ターボ過給機 24を備えている。排気通路18は、ターボ過給� �24の排気タービン24aに接続されている。

 排気タービン24aより下流側の排気通路18� �は、排気ガスを浄化するための触媒(排気浄� ��装置)26が設けられている。触媒26としては� �例えば、酸化触媒、吸蔵還元型または選択� �元型のNOx触媒、DPF(Diesel Particulate Filter)、DPN R(Diesel Particulate-NOx-Reduction system)のうちの一� ��、またはこれらの組み合わせなどを用いる� ��とができる。

 ディーゼル機関10の吸気通路28の入口付近 には、エアクリーナ30が設けられている。エ� ��クリーナ30を通って吸入された空気は、タ� �ボ過給機24の吸気圧縮機24bで圧縮された後、 インタークーラ32で冷却される。インターク� ��ラ32を通過した吸入空気は、吸気マニホー� �ド34により分配されて、各気筒に流入する。

 吸気通路28の、インタークーラ32と吸気マ ニホールド34との間には、吸気絞り弁36が設� �されている。また、吸気通路28の、エアクリ ーナ30の下流近傍には、吸入空気量を検出す� ��エアフローメータ38が設置されている。

 吸気通路28の吸気マニホールド34の近傍に は、外部EGR通路40の一端が接続されている。� ��部EGR通路40の他端は、排気通路18の排気マニ ホールド20近傍に接続されている。本システ� ��では、この外部EGR通路40を通して、排気ガ� �(既燃ガス)の一部を吸気通路28に還流させる� ��と、つまり外部EGR(Exhaust Gas Recirculation)を� �うことができる。

 外部EGR通路40の途中には、外部EGRガスを� �却するためのEGRクーラ42が設けられている。 外部EGR通路40におけるEGRクーラ42の下流には� �EGR弁44が設けられている。このEGR弁44の開度� ��変えることにより、外部EGR通路40を通る排� �ガス量、すなわち外部EGR量を調整すること� �できる。

 また、本システムにおいて、外部EGR量は� ��EGR弁44の開度だけでなく、吸気絞り弁36の開 度によっても調整することができる。吸気絞 り弁36の開度を小さくして吸気を絞ると、吸� ��圧が小さくなるので、背圧(排気圧)との差� �が大きくなる。つまり、外部EGR通路40の前後 の差圧が大きくなる。このため、外部EGR量を 多くすることができる。

 そして、本実施形態のシステムは、ディ� ��ゼル機関10が搭載された車両のアクセルペ� �ルの踏み込み量(アクセル開度)を検出するア クセル開度センサ48と、ECU(Electronic Control Uni t)50と、車速を検出する車速センサ68とを更に 備えている。ECU50には、上述した各種のセン� ��およびアクチュエータが接続されている。E CU50は、各センサの出力に基づき、所定のプ� �グラムに従って各アクチュエータを作動さ� �ることにより、ディーゼル機関10の運転状態 を制御する。

 図2は、図1に示すシステムにおけるディ� �ゼル機関10の一つの気筒の断面を示す図であ る。以下、ディーゼル機関10について更に説� ��する。図2に示すように、ディーゼル機関10� ��クランク軸60の近傍には、クランク軸60の回 転角度を検出するクランク角センサ62が取り� ��けられている。このクランク角センサ62は� �ECU50に接続されている。クランク角センサ62� ��よれば、エンジン回転数(エンジン回転速度 )を検出することができる。

 また、ディーゼル機関10は、排気弁56の開弁 特性を可変とする排気可変動弁機構58を備え� ��いる。この排気可変動弁機構58は、排気弁56 の少なくとも開き時期を連続的または段階的 に変化させることのできるものであれば、い かなる構成のものでもよく、例えば次に例示 するようなものを用いることができる。
 (1)排気弁56を駆動するカムシャフトの位相� �変化させることにより、作用角が一定のま� �で排気弁56の開き時期および閉じ時期を変化 させる位相可変機構。
 (2)排気弁56とカムシャフトとの間に揺動カ� �などを介在させることにより、排気弁56の開 き時期を作用角とともに変化させる作用角可 変機構。
 (3)排気弁56を開くためのカムを電気モータ� �よって回転駆動することにより、排気弁56を 任意の時期に開閉可能とする機構。
 (4)排気弁56を電磁力によって駆動すること� �より任意の時期に開閉可能とする機構(電磁� ��動弁)。

 図2の構成では、ディーゼル機関10は、吸� ��弁52の開弁特性を可変とする吸気可変動弁� �構54を更に備えている。吸気可変動弁機構54� ��よび排気可変動弁機構58は、それぞれ、ECU50 に接続されている。なお、本発明では、吸気 弁52の開弁特性は固定とされていてもよい。� ��気可変動弁機構54を備えず、通常の動弁機� �により吸気弁52を駆動してもよい。

[実施の形態1の特徴]
 ディーゼル機関10においては、気筒内の空� �比が濃くなりすぎると、排気ガス中のスモ� �クが増大するなどのエミッション悪化を生� �る。このため、燃料噴射量が増量される加� �時などに、エミッションが悪化し易い。そ� �ようなエミッション悪化を防止するため、� �常、ディーゼル機関10においては、エアフロ ーメータ38の信号などから求められる気筒内� ��空気量に応じて、燃料噴射量の上限値を設� ��(算出)し、インジェクタ12からの燃料噴射量 をその上限値以下に制限することとしている 。

 また、排気可変動弁装置58を備えた本実� �形態のディーゼル機関10では、排気弁56の開� ��時期(以下「排気弁開き時期」という)を機� �運転領域に応じて最適な時期に制御したり� �あるいは触媒26の再生処理などを実施するた めに排気弁開き時期を制御したりする。

 排気弁開き時期は、エミッションに大き� ��影響する。例えば、排気弁開き時期が早く� ��れた場合には、燃焼が完全に終了しないう� ��に排気弁56が開くことがある。このような� �合には、燃焼途中のガスが排気ポート22へ流 出するので、未燃燃料成分であるHCや、燃焼� ��上の成分であるスモークの排出量が増加し� ��い。また、排気弁開き時期が遅くされた場� ��には、筒内の既燃ガスが排気ポート22へ排� �されにくくなるので、残留ガスが増大し、� �ミッションが悪化することがある。また、� �気タービン24aへ供給される排気エネルギが� �下するので、ターボ効率が低下して、エミ� �ションが悪化することもある。

 上述したような排気弁開き時期の影響に� ��因するエミッションの悪化は、空気量から� ��予測することができない性質のものである� ��このため、排気弁開き時期を可変とするデ� ��ーゼル機関10においては、空気量から燃料� �射量の上限値を設定するだけでは、エミッ� �ョンの悪化を防止できない場合がある。

 そこで、本実施形態では、排気弁開き時� ��の影響に起因するエミッションの悪化を確� ��に防止するべく、排気弁開き時期に基いて� ��燃料噴射量の上限値を設定することとした� ��図3は、排気弁開き時期に基いて燃料噴射量 の上限値を設定するために用いられるマップ を示す図である。

 図3に示すマップによれば、燃料噴射量上 限値は、排気弁開き時期が所定時期(標準的� �時期)の場合に最大となる。そして、同マッ� ��によれば、燃料噴射量上限値は、排気弁開� ��時期が上記所定時期より早くなるにつれて� ��さく、また、排気弁開き時期が上記所定時� ��より遅くなるにつれて小さくなるように設� ��される。このため、排気弁開き時期が標準� ��な時期より早い時期に制御されている場合� ��、あるいは標準的な時期より遅い時期に制� ��されている場合には、燃料噴射量が、空気� ��から決まる上限値よりも小さな値に制限さ� ��る。その結果、排気弁開き時期が早くなっ� ��いるときや遅くなっているときに加速要求� ��生じて燃料噴射量が増量された場合であっ� ��も、エミッションの悪化を確実に防止する� ��とができる。

[実施の形態1における具体的処理]
 図4は、上記の機能を実現するために本実施 形態においてECU50が実行するルーチンのフロ� ��チャートである。なお、本ルーチンは、所� ��時間毎に、あるいは、クランク角に同期し� ��サイクル毎に、繰り返し実行されるものと� ��る。

 図4に示すルーチンによれば、まず、加速 要求の度合いが所定値より大きいか否かが判 別される(ステップ100)。加速要求の度合いは� ��アクセル開度センサ48によって検出される� �クセルペダルの踏み込み量や踏み込み速度� �基いて判断することができる。上記ステッ� �100において、加速要求の度合いが上記所定� �より小さいと判別された場合には、エミッ� �ョンの悪化を招くほどに燃料噴射量が増量� �れることはないと判断できるので、以下の� �理を実行する必要はない。そこで、この場� �には、そのまま本ルーチンの処理が終了さ� �る。

 一方、上記ステップ100において、加速要� ��の度合いが上記所定値より大きいと判別さ� ��た場合には、次に、排気弁開き時期が取得� ��れる(ステップ102)。排気弁開き時期は、排� �可変動弁機構58に設けられたセンサによって 検出することができる。次いで、クランク角 センサ62の信号に基づいて、エンジン回転数� ��取得される(ステップ104)。

 続いて、上記ステップ102で取得された排気� ��開き時期と、上記ステップ104で取得された� ��ンジン回転数とに基いて、噴射量上限値Q _max が算出される(ステップ106)。ECU50には、エン� �ン回転数毎に、図3に示すようなマップが記� ��されている。このステップ106においては、� ��のマップを参照することにより、噴射量上� ��値Q _max が算出される。

 次いで、上記ステップ106で算出された噴射� ��上限値Q _max が、別ルーチンの処理において空気量等から 決定される噴射量上限値Q _full より小さいか否かが判別される(ステップ108)� ��このステップ108において、Q _max がQ _full より小さいと判別された場合には、最終的な 噴射量上限値としてQ _max が設定される(ステップ110)。一方、Q _max がQ _full 以上であると判別された場合には、最終的な 噴射量上限値としてQ _full が設定される(ステップ112)。

 このようにして最終的な噴射量上限値が� ��定されたら、インジェクタ12からの噴射量� �増量が実施され、加速が実行される(ステッ� ��114)。このとき、インジェクタ12からの燃料� ��射量(1サイクル中に複数回の噴射が行われ� �場合には、その総量)は、その最終的な噴射� ��上限値以下となるように制限される。

 以上説明した図4に示すルーチンの処理に よれば、排気弁開き時期に基いて、燃料噴射 量の上限値を設定することができる。このた め、ディーゼル機関10の加速時に、排気弁開� ��時期が進角あるいは遅角されている場合で� ��っても、空気量からは予測のできないエミ� ��ションの悪化が発生することを確実に防止� ��ることができる。

 また、上述した実施の形態1においては、 ECU50が、上記ステップ106の処理を実行するこ� ��により前記第1乃至第3の発明における「噴� �量上限値設定手段」が、上記ステップ110お� �び114の処理を実行することにより前記第1の� ��明における「制限手段」が、それぞれ実現� ��れている。また、ターボ過給機24が前記第3� ��発明における「過給機」に相当している。

実施の形態2.
 次に、図5および図6を参照して、本発明の� �施の形態2について説明するが、上述した実� ��の形態1との相違点を中心に説明し、同様の 事項については、その説明を簡略化または省 略する。

 図5は、本実施形態において、排気弁開き 時期に基いて燃料噴射量の上限値を設定する ために用いられるマップ(以下「噴射量上限� �マップ」という)を示す図である。噴射量上� ��値マップは、エンジン回転数毎に設けられ� ��いる。図5中、実線は、エンジン回転数の低 い低速域を代表する噴射量上限値マップであ り、破線は、エンジン回転数が中程度の中速 域を代表する噴射量上限値マップであり、点 線は、エンジン回転数が高い高速域を代表す る噴射量上限値マップである。図5において� �噴射量上限値マップは、エンジン回転数が� �速域から中速域へ上昇していくと、実線で� �す形態から破線で示す形態へと徐々に変化� �ていき、更にエンジン回転数が中速域から� �速域へと上昇していくと、破線で示す形態� �ら点線で示す形態へと徐々に変化していく� �のとする。

 本実施形態の噴射量上限値マップは、図5 に示すように、低速域では、噴射量上限値が 最大となる排気弁開き時期が比較的早い時期 とされており、中速域では、噴射量上限値が 最大となる排気弁開き時期が比較的遅い時期 とされており、高速域では、噴射量上限値が 最大となる排気弁開き時期が低速域の場合と 中速域の場合との中間の時期とされている。

 図6は、本実施形態において、ディーゼル 機関10が低速域から高速域へと加速する場合� ��排気弁開き時期の変化を示すタイミングチ� ��ートである。

 本実施形態では大きな加速要求が出され� ��、ディーゼル機関10が加速(噴射量増量)する 際、ECU50は、各エンジン回転数での噴射量上� ��値マップにおいて噴射量上限値が最大とな� ��点を結ぶ線に沿って排気弁開き時期が変化� ��るように、排気可変動弁機構58を制御する� �

 すなわち、図6に示すように、低速域にお いてディーゼル機関10の加速が開始されると� ��まず、排気弁開き時期は、通常時より早い� ��期とされる。そして、エンジン回転数が中� ��域へと向かって上昇するにつれて、排気弁� ��き時期が遅くされていく。更に高速域へと� ��かってエンジン回転数が上昇していくと、� ��気弁開き時期は再び早められていく。高速� ��では、排気弁開き時期は、中速域よりは早� ��、低速域よりは遅い時期とされる。

 本実施形態では、ディーゼル機関10の加� �時に、上述したようにして排気弁開き時期� �制御することにより、次のような効果が得� �れる。

(低速域の場合)
 低速域では、一般に、排気ガス流量が少な� ��ので、排気タービン24bへ供給される排気エ� ��ルギーが少なく、ターボ効率や充填効率が� ��いために、空気量をアップすることが難し� ��。そこで、本実施形態では、加速開始直後� ��低速域においては、排気弁開き時期を通常� ��よりも早くすることとした。これにより、� ��気タービン24bへ流入する排気ガスの温度お� ��び圧力を高めることができるので、排気タ� ��ビン24bへ供給される排気エネルギーを増大� ��せることができる。その結果、ターボ過給� ��24の回転数を早期に上昇させてターボ効率� �よび充填効率を向上させることができるの� �、空気量を十分にアップすることができる� �

 このように、低速域では、排気弁開き時� ��を早くすることにより、空気量を多くする� ��とが期待できるので、エミッション悪化を� ��くことなく、比較的多量の燃料を噴射する� ��とができる。そこで、低速域における噴射� ��上限値マップでは、図5に示すように、排気 弁開き時期が比較的早い時期のときに噴射量 上限値が最大となるようにされている。従っ て、本実施形態では、加速時の低速域におい ては、排気弁開き時期を比較的早い時期とす ることにより、噴射量上限値を大きくするこ とができる。その結果、燃料噴射量の増量幅 を大きくすることができ、エンジントルクを 高めることができる。よって、エミッション の悪化を伴うことなく、低速域における加速 性能を向上することができる。

(中速域の場合)
 中速域では、高速域と比べて、筒内の既燃� ��スを排気ポート22へ確実に排出する上で時� �的に余裕があるので、排気弁開き時期を多� �遅くしても、残留ガス量がそれほど増大す� �ことはなく、よって充填効率の低下は小さ� �。また、中速域では、ターボ過給機24を駆動 する上で十分な排気ガス流量が得られるので 、排気弁開き時期の遅延によって排気エネル ギーが減少しても、ターボ効率や充填効率の 低下は少ない。そこで、本実施形態では、加 速時、中速域においては、排気弁開き時期を 遅らせて膨張行程の終了時(下死点)へ近づけ� ��ことにした。これにより、膨張下死点にな� ��べく近い位置まで筒内圧を高く維持するこ� ��ができるので、より多くの膨張仕事をピス� ��ン64によって回収することができ、エンジ� �トルクを高めることができる。

 また、中速域において排気弁開き時期を� ��くすると、HCや煤が筒内でより完全に燃焼� �る時間的余裕が生まれるので、HCやスモーク が発生しにくくなる。このため、エミッショ ン悪化を招くことなく、比較的多量の燃料を 噴射することができる。そこで、中速域にお ける噴射量上限値マップでは、図5に示すよ� �に、排気弁開き時期が比較的遅い時期のと� �に噴射量上限値が最大となるようにされて� �る。よって、本実施形態では、加速時の中� �域においては、排気弁開き時期を比較的遅� �時期とすることにより、噴射量上限値を大� �くすることができる。その結果、燃料噴射� �の増量幅を大きくすることができ、上述し� �膨張仕事の増大と相まって、エンジントル� �を十分に高めることができる。よって、エ� �ッションの悪化を伴うことなく、中速域に� �ける加速性能を向上することができる。

(高速域の場合)
 高速域では、排気弁開き時期が遅すぎると� ��残留ガス量が増大し、充填効率が低下し易� ��。そこで、本実施形態では、加速時、高速� ��においては、排気弁開き時期を中速域に比� ��て早くすることにした。これにより、排気� ��率が高まり、残留ガス量が少なくなるので� ��充填効率を高めることができる。このため� ��エミッション悪化を招くことなく、比較的� ��量の燃料を噴射することができる。そこで� ��高速域における噴射量上限値マップでは、� ��5に示すように、排気弁開き時期が中速域に 比して早い時期のときに噴射量上限値が最大 となるようにされている。よって、本実施形 態では、加速時の高速域においては、排気弁 開き時期を中速域より早い時期とすることに より、噴射量上限値を大きくすることができ る。その結果、燃料噴射量の増量幅を大きく することができ、エンジントルクを十分に高 めることができる。よって、エミッションの 悪化を伴うことなく、高速域における加速性 能を向上することができる。

 以上説明したように、本実施形態によれ� ��、ディーゼル機関10の加速時に、低速域、� �速域、高速域の何れの領域においても、エ� �ッションの悪化を伴うことなく、エンジン� �ルクを十分に高めることができる。このた� �、加速性能を向上することができる。よっ� �、加速性能、エミッション、燃費のバラン� �の最適化が図れる。

 ところで、上述した実施の形態2では、図 5に示すように、排気弁開き時期とエンジン� �転数とに基いて噴射量上限値を設定してい� �が、排気弁開き時期と、ターボ効率あるい� �充填効率とに基いて噴射量上限値を設定す� �ようにしてもよい。

 また、上述した実施の形態2においては、 図5に示すマップが前記第4および第5の発明に おける「マップ」に相当している。また、ECU 50が、ディーゼル機関10の加速時に上述した� �うな排気弁開き時期が実現されるように排� �可変動弁機構58を制御することにより、前記 第6および第7の発明における「排気弁開き時� ��制御手段」が実現されている。