JP2019112941A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】中央噴射の内燃機関において、点火プラグに生じる温度の低下を抑制する内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】制御装置１０は、燃焼室２３を区画する燃焼室壁面のうち、シリンダヘッド２２側の燃焼室壁面における中央部分に筒内噴射弁２４及び点火プラグ２５が配置されている内燃機関２０に適用される。制御装置１０は、筒内噴射弁２４による燃料の噴射が吸気行程中に開始されるように、内燃機関２０の機関回転数に基づいて燃料の噴射開始時期を設定する噴射制御部１１を備える。そして、機関回転数が規定回転数であるときに噴射制御部１１によって設定される噴射開始時期を規定時期とした場合、噴射制御部１１は、機関回転数が規定回転数よりも高回転側の回転数領域内の値であるときには、規定時期から当該規定時期よりも遅角側の範囲に噴射開始時期を設定する。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

特許文献１には、筒内噴射を行う内燃機関に適用される内燃機関の制御装置が開示されている。この制御装置では、内燃機関の機関回転数に基づいて燃料噴射量と噴射時期が設定されるようになっている。すなわち、噴射終了時期が設定され、噴射終了時期から燃料噴射量に対応した期間だけ進角した時期が噴射開始時期として設定される。なお、燃料噴射量は、機関回転数が大きいほど多く演算される。したがって、特許文献１に開示されている制御装置では、機関回転数が大きいほど、噴射開始時期が進角される。

特開平３‐３３４４９号公報

内燃機関における吸気行程では、ピストンが上死点から下死点に向かう際、ピストンが上死点から離れるにつれてピストンの移動速度が増加し、その後、ピストンが下死点に近づくにつれてピストンの移動速度が減少する。そして、吸気行程時では、ピストンの移動速度が大きいときほど燃焼室内における気流の流れが速くなる。また、一般的に筒内噴射を行う内燃機関では、吸気行程又は圧縮行程において燃料噴射が実行される。このため、特許文献１のように機関回転数が大きいほど噴射開始時期が進角される場合、噴射開始時期の進角に伴って、ピストンが中間点近傍に位置しておりピストンの移動速度が大きいときに燃料噴射が行われることがある。ピストンの移動速度が大きく燃焼室内における気流の流れが速いときに燃料噴射が行われると、燃料噴霧が気流によって流されやすい。

特に、燃焼室を区画する燃焼室壁面のうち、シリンダヘッド側の燃焼室壁面における中央部分に筒内噴射弁及び点火プラグが配置される内燃機関である中央噴射の内燃機関では、燃料噴射弁と点火プラグとの距離が近いために、気流によって流された燃料噴霧が点火プラグの周辺に及びやすい。このように燃料噴霧が点火プラグの周辺に到達して気化した場合、燃料噴霧の気化潜熱によって点火プラグの温度が低下し、点火プラグの耐久性が低下する虞があった。

上記課題を解決するための内燃機関の制御装置は、燃焼室を区画する燃焼室壁面のうち、シリンダヘッド側の燃焼室壁面における中央部分に筒内噴射弁及び点火プラグが配置されている内燃機関に適用され、前記筒内噴射弁による燃料の噴射が吸気行程中に開始されるように、内燃機関の機関回転数に基づいて燃料の噴射開始時期を設定する噴射制御部を備える内燃機関の制御装置であって、前記機関回転数が規定回転数であるときに前記噴射制御部によって設定される噴射開始時期を規定時期とした場合、前記噴射制御部は、前記機関回転数が前記規定回転数よりも高回転側の回転数領域内の値であるときには、前記規定時期から当該規定時期よりも遅角側の範囲に噴射開始時期を設定することをその要旨とする。

吸気行程中では、ピストンが上死点から下死点に向かう際、ピストンが上死点から離れるにつれてピストンの移動速度が増加し、その後、ピストンが下死点に近づくにつれてピストンの移動速度が減少する。そして、ピストンの移動速度が大きいときには、ピストンが上死点の近傍や下死点の近傍に位置しており当該移動速度が大きくないときと比較して、燃焼室内での気流の流れが速い。このため、吸気行程中においてピストンの移動速度が大きいときに筒内噴射弁によって燃料噴射が行われると、その燃料噴霧が燃焼室内の気流によって点火プラグ側に流されやすい。また、機関回転数が小さいときよりも機関回転数が大きいときの方が、ピストンの移動速度が大きく燃焼室内の気流の流れが速くなる。

そこで、上記構成では、機関回転数が規定回転数よりも高回転側の回転数領域内の値であるときには、機関回転数が大きいと判断し、規定時期よりも進角側の範囲に噴射開始時期が設定されないようにしている。すなわち、機関回転数が大きいときには、ピストンの移動速度が大きい時期に噴射開始時期が設定されにくくなる。これによって、吸気行程中に燃焼室内で生じる気流によって燃料噴霧が点火プラグ側に流されることを抑制できる。したがって、点火プラグ周辺での燃料噴霧の気化に起因する点火プラグの温度低下量を少なくすることができる。

上記内燃機関の制御装置の一例では、前記噴射制御部は、前記機関回転数が前記規定回転数よりも高回転側の回転数領域内の値であるときには、前記機関回転数が大きいほど噴射開始時期を遅角側に設定する。

機関回転数が大きいときには、機関回転数が小さいときよりも吸気行程中におけるピストンの平均移動速度が大きくなりやすい。このため、機関回転数が大きいほどピストンの移動速度が所定速度よりも大きい期間が長くなる傾向がある。ピストンの移動速度が所定速度よりも大きい場合、燃焼室内で生じる気流の流れが速く、この気流によって燃料噴霧が点火プラグ側に流されやすい。すなわち、機関回転数が大きいときほど、吸気行程中に燃焼室内で生じた気流によって燃料噴霧が流されやすい。この点、上記構成によれば、機関回転数が大きいほど噴射開始時期が遅角側に設定される。すなわち、機関回転数が大きいときほど、噴射開始時期がピストンの移動速度が大きい時期に設定されにくくなる。これによって、燃焼室内で生じた気流によって燃料噴霧が点火プラグの周辺まで流されることを抑制する効果を高めることができる。

上記内燃機関の制御装置の一例として、前記機関回転数が前記規定回転数よりも高回転側の回転数領域内の値であるときに、前記噴射制御部が噴射開始時期として前記規定時期を設定するようにしてもよい。

上記内燃機関の制御装置の一例では、前記噴射制御部は、前記機関回転数が前記規定回転数よりも低回転側の回転数領域内の値であるときには、前記規定時期を超えない範囲で、前記機関回転数が大きいほど噴射開始時期を進角側に設定する。

筒内噴射弁の燃料噴射量は、機関回転数が大きいほど多くされやすい。このため、機関回転数が大きいほど、燃料噴射量に対応する期間が長くなりやすく、噴射終了時期が遅角側に設定されやすい。この点、上記構成では、機関回転数が規定回転数よりも低回転側の回転数領域内の値であるときには、機関回転数が大きいほど噴射開始時期が進角側に設定されるようにしている。これによって、機関回転数が規定回転数よりも低回転側の回転数領域内の値であるときには、噴射終了時期が遅角側に設定されにくくすることができる。

上記内燃機関の制御装置の一例として、前記機関回転数が前記規定回転数よりも低回転側の回転数領域内の値であるときには、前記噴射制御部が噴射開始時期として前記規定時期を設定することもできる。

上記内燃機関の制御装置の一例では、前記噴射制御部は、噴射開始時期と燃料噴射量とに基づいて噴射終了時期を設定する。
燃料噴射量は、機関回転数と機関負荷に基づいて設定される。そのため、機関負荷が高い場合、機関回転数がそれほど大きくなくても、燃料噴射量が比較的多くされることがある。そのため、噴射終了時期を設定し、この噴射終了時期と燃料噴射量を基に噴射開始時期を設定するようにした場合、燃料噴射量が比較的多く設定されていると、噴射開始時期が進角側の値に設定されやすくなる。この点、上記構成では、噴射終了時期の設定に先立って噴射開始時期が設定されるようになっている。これによって、燃料噴射量が多くても吸気行程中においてピストンの移動速度が大きい時期に噴射開始時期が設定されやすくなることを抑制できる。

上記内燃機関の制御装置をアルコール混合燃料を採用する内燃機関に適用する場合には、前記噴射制御部は、噴射される燃料中のアルコール濃度が高いほど噴射開始時期を遅角側に設定することが好ましい。

混合燃料中のアルコール濃度が高いほど燃料の気化潜熱は大きくなる。そして、アルコール濃度の高い燃料が点火プラグの周辺まで導かれてから気化した場合、当該燃料の気化潜熱による点火プラグの温度低下量が多くなりやすい。この点、上記構成では、燃料中のアルコール濃度が高いときほど、噴射開始時期が遅角側に設定されるようになっている。このため、気化潜熱の大きい燃料が使用されている場合に、ピストンの移動速度が大きい時期に噴射開始時期が設定されることを、より抑制することができる。これによって、気化潜熱の大きい燃料が点火プラグの周辺に導かれ、当該燃料が点火プラグの周辺で気化することを抑制できる。

内燃機関の制御装置の第１の実施形態と、その制御対象である内燃機関を示す模式図。 同実施形態にかかる制御装置が実行する燃料噴射制御のフローチャート。 同実施形態にかかる制御装置が設定する噴射開始時期と機関回転数との関係を示すマップ。 比較例としての制御装置が設定する噴射開始時期と機関回転数との関係を示すマップ。 燃料噴射開始後における点火プラグの温度変化を示す図。 第２の実施形態の内燃機関の制御装置が設定する噴射開始時期と機関回転数との関係を示すマップ。 第３の実施形態の内燃機関の制御装置が設定する噴射開始時期と機関回転数との関係を示すマップ。 第４の実施形態の内燃機関の制御装置が設定する噴射開始時期と機関回転数との関係を示すマップ。 変形例の内燃機関の制御装置に関し、噴射開始時期の算出に用いられる遅角補正量とアルコール濃度との関係を示すマップ。

（第１の実施形態）
以下、内燃機関の制御装置の第１の実施形態である制御装置１０について、図１〜図５を参照して説明する。

図１には、制御装置１０と、その制御対象として制御装置１０が適用される内燃機関２０を示している。
内燃機関２０では、シリンダブロック２１と、シリンダヘッド２２と、シリンダブロック２１の気筒２１Ａ内に配置されているピストン２６とによって、燃焼室２３が区画形成されている。ピストン２６が気筒２１Ａ内で往復移動する場合、内燃機関２０の駆動軸であるクランクシャフト２７がピストン２６の往復移動に連動して回転する。燃焼室２３には、燃焼室２３に吸気を導入する吸気通路３１と燃焼室２３から排気が排出される排気通路３３が接続されている。そして、燃焼室２３に吸気通路３１から吸気を導入することにより、燃焼室２３内に図１に矢印で示すような気流、すなわちタンブル流を発生させることができる。

吸気通路３１には、スロットルバルブ３２が設けられている。吸気通路３１においてスロットルバルブ３２よりも上流側には、吸気通路３１を通過する吸入空気量を検出するエアフロメータ９１が設けられている。

内燃機関２０には、吸気バルブ２８が設けられている。吸気バルブ２８の傘部２８Ａによって燃焼室２３に対する吸気通路３１の開閉が行われる。また、内燃機関２０には、排気バルブ２９が設けられている。排気バルブ２９の傘部２９Ａによって燃焼室２３に対する排気通路３３の開閉が行われる。

内燃機関２０は、所謂中央噴射式の内燃機関である。燃焼室２３を区画する燃焼室壁面のうち、シリンダヘッド２２側の燃焼室壁面における中央部分、すなわち吸気バルブ２８の傘部２８Ａと排気バルブ２９の傘部２９Ａとの間の部分に筒内噴射弁２４及び点火プラグ２５が配置されている。点火プラグ２５は、筒内噴射弁２４よりも排気バルブ２９の傘部２９Ａ側、すなわち図１に矢印で示す気流の流れ方向における下流側に配置されている。

制御装置１０には、内燃機関２０が備える各種センサからの検出信号が入力される。
制御装置１０は、クランクポジションセンサ９２からの検出信号に基づいて機関回転数ＮＥを算出する。また、制御装置１０は、クランクポジションセンサ９２からの検出信号に基づいてクランクシャフト２７の回転角を検出する。本実施形態では、回転角の表記に関して、ピストン２６が圧縮上死点ＴＤＣに位置するときのクランクシャフト２７の回転角を基準角度の「０°ＣＡ」としている。そして、基準角度よりもクランクシャフト２７の回転角度が進角側に位置するときにクランク角度ＢＴＤＣが正の値となるように、クランク角度ＢＴＤＣを表記している。

制御装置１０は、エアフロメータ９１からの検出信号に基づいて吸入空気量ＧＡを算出する。
制御装置１０は、筒内噴射弁２４を制御するための機能部として噴射制御部１１を備えている。噴射制御部１１は、筒内噴射弁２４の燃料噴射に際して、噴射設定処理を実行して燃料噴射量ＴＡＵと噴射開始時期ＳＯＩと噴射終了時期ＥＯＩの設定を行う。また、噴射制御部１１は、設定した燃料噴射量ＴＡＵと噴射開始時期ＳＯＩと噴射終了時期ＥＯＩに基づいて筒内噴射弁２４を制御して燃料噴射を実行する。

図２を参照して、噴射制御部１１が実行する噴射設定処理の処理ルーチンについて説明する。本処理ルーチンは、制御装置１０が燃料噴射の実行を許可している間、所定の周期毎に繰り返し実行される。

本処理ルーチンの実行が開始されると、まずステップＳ１１において、噴射制御部１１が燃料噴射量ＴＡＵを算出する。燃料噴射量ＴＡＵは、一度の燃料噴射において噴射する燃料の総量として算出される。燃料噴射量ＴＡＵは、機関回転数ＮＥ及び吸入空気量ＧＡに基づいて算出される。燃料噴射量ＴＡＵの算出後、処理がステップＳ１２に移行される。

ステップＳ１２では、噴射制御部１１が噴射開始時期ＳＯＩを設定する。噴射制御部１１は、機関回転数ＮＥを取得し、機関回転数ＮＥと噴射開始時期ＳＯＩとの関係を示すマップに基づいて噴射開始時期ＳＯＩを導出する。当該マップは、噴射制御部１１に記憶されている。当該マップとして、図３に示すマップが用いられる。

図３に示すマップでは、機関回転数ＮＥが第１規定回転数ＮＥＰ１よりも低回転側の回転数領域内の値である場合、機関回転数ＮＥが大きいほど噴射開始時期ＳＯＩが進角側の値に設定される。そして、機関回転数ＮＥが第１規定回転数ＮＥＰ１である場合、噴射開始時期ＳＯＩとして第１規定時期ＳＯＩＰ１が設定される。

一方、機関回転数ＮＥが第１規定回転数ＮＥＰ１よりも高回転側の回転数領域内の値である場合、第１規定時期ＳＯＩＰ１よりも遅角側に噴射開始時期ＳＯＩが設定される。具体的には、噴射開始時期ＳＯＩは、機関回転数ＮＥが大きいほど遅角側に設定される。また、内燃機関２０の出力が最大であるときの機関回転数ＮＥを最大回転数ＮＥｍａｘとした場合、機関回転数ＮＥが最大回転数ＮＥｍａｘであるときには、噴射開始時期ＳＯＩとして最大回転数時噴射時期ＳＯＩＲが設定される。最大回転数時噴射時期ＳＯＩＲは、機関回転数ＮＥが第１規定回転数ＮＥＰ１よりも高回転側の回転数領域内の値である場合に噴射開始時期ＳＯＩとして許容できる最も遅角側の時期として予め実験等によって定められている。

図２に戻り、ステップＳ１２において噴射開始時期ＳＯＩが設定されると、処理がステップＳ１３に移行される。
ステップＳ１３では、ステップＳ１２において設定された噴射開始時期ＳＯＩと、ステップＳ１１において設定された燃料噴射量ＴＡＵとを基に、噴射制御部１１が噴射終了時期ＥＯＩを設定する。噴射終了時期ＥＯＩは、噴射開始時期ＳＯＩから燃料噴射量ＴＡＵに対応する期間を遅角した時期として設定される。燃料噴射量ＴＡＵに対応する期間の長さは、燃料噴射量ＴＡＵが多いほど長い。なお本実施形態では、噴射制御部１１は、噴射終了時期ＥＯＩが吸気下死点よりも遅角側に設定されることを許容し、燃料噴射が圧縮行程においても継続して行われることを妨げない。

ステップＳ１３において噴射終了時期ＥＯＩが設定されると、本処理ルーチンが終了される。
以上のように制御装置１０では、噴射制御部１１が噴射設定処理を実行することによって、機関回転数ＮＥが規定回転数としての第１規定回転数ＮＥＰ１よりも高回転側の回転数領域内の値であるときには、規定時期としての第１規定時期ＳＯＩＰ１よりも遅角側の範囲に噴射開始時期ＳＯＩが設定される。具体的には、機関回転数ＮＥが第１規定回転数ＮＥＰ１よりも高回転側の回転数領域内の値であるときには、機関回転数ＮＥが大きいほど噴射開始時期ＳＯＩが遅角側に設定される。また、機関回転数ＮＥが第１規定回転数ＮＥＰ１よりも低回転側の回転数領域内の値であるときには、第１規定時期ＳＯＩＰ１を超えない範囲で、機関回転数ＮＥが大きいほど噴射開始時期ＳＯＩが進角側に設定される。

本実施形態の作用及び効果について説明する。
まず、図４を用いて比較例の内燃機関の制御装置について説明する。図４には、比較例の制御装置によって用いられる、噴射開始時期ＳＯＩと機関回転数ＮＥとの関係を示すマップが図示されている。比較例の制御装置では、図４に示すマップを用いて噴射開始時期ＳＯＩが設定される。図４に示すマップでは、機関回転数ＮＥが大きいほど噴射開始時期ＳＯＩが進角側に設定される。なお、機関回転数ＮＥが第１規定回転数ＮＥＰ１であるとき、図３に示したマップを用いて噴射開始時期ＳＯＩを設定する制御装置１０と同様に、噴射開始時期ＳＯＩとして第１規定時期ＳＯＩＰ１が設定される。

制御装置１０では、図３を参照して説明したように、機関回転数ＮＥが第１規定回転数ＮＥＰ１よりも高回転側であるときには噴射開始時期ＳＯＩが第１規定時期ＳＯＩＰ１よりも遅角側に設定される。対して比較例の制御装置では、図４に示すように、機関回転数ＮＥが第１規定回転数ＮＥＰ１よりも高回転側であるときには噴射開始時期ＳＯＩが第１規定時期ＳＯＩＰ１よりも進角側に設定される。比較例の制御装置は、噴射開始時期ＳＯＩの設定時に用いるマップが異なる点のみが制御装置１０と異なり、他の構成については制御装置１０と共通している。

図５には、内燃機関２０の運転に伴って変化する点火プラグ２５の温度を例示している。図５の横軸には、クランク角度ＢＴＤＣを表示している。図５の縦軸には、クランク角度ＢＴＤＣが３６０°ＣＡであるときの点火プラグ２５の温度からの変化量である温度変化量ΔＴを表示している。制御装置１０の場合の温度変化量ΔＴを実線で例示し、比較例の制御装置の場合の温度変化量ΔＴを破線で例示している。なお、図５に示す例では、機関回転数ＮＥは、第１規定回転数ＮＥＰ１よりも高回転側の所定値で保持されている。また、内燃機関２０の機関負荷も一定である。

図５には、比較例の制御装置によって設定される噴射開始時期ＳＯＩを噴射開始時期ＳＯＩｅ１と示している。また、制御装置１０によって設定される噴射開始時期ＳＯＩを噴射開始時期ＳＯＩｅ２と示している。機関回転数ＮＥが第１規定回転数ＮＥＰ１よりも高回転側の回転数領域内の値であるため、図３及び図４を用いて説明したように、比較例における噴射開始時期ＳＯＩｅ１が、本実施形態における噴射開始時期ＳＯＩｅ２よりも進角側に設定される。

図５に実線及び破線で示すように、燃料噴射の開始後には点火プラグ２５の温度が低下する。これは、図１に示すような中央噴射の内燃機関２０の場合、点火プラグ２５と筒内噴射弁２４との配置位置が近く、また点火プラグ２５が筒内噴射弁２４よりも排気バルブ２９側に配置されていることが要因となる。すなわち、内燃機関２０では、吸入行程において吸気通路３１から燃焼室２３に吸気が流入されるとき、燃焼室２３に流入した吸気は、排気バルブ２９の傘部２９Ａ方向に進むため、図１に矢印で示すようなタンブル流が燃焼室２３内に形成される。点火プラグ２５と筒内噴射弁２４とが上記位置関係を有しているため、筒内噴射弁２４から噴射された燃料噴霧が、燃焼室２３内に形成されるタンブル流によって流されると、点火プラグ２５の周辺に燃料噴霧が到達する。そして、点火プラグ２５の周辺で燃料噴霧が気化した場合、燃料噴霧の気化潜熱によって点火プラグ２５の温度が低下すると考えられる。

ここで、設定された噴射開始時期（すなわち、噴射開始時期ＳＯＩｅ１や噴射開始時期ＳＯＩｅ２）からの燃料噴射を開始した後、点火プラグ２５の温度が低下し始めてから所定期間Ｐ１の間でのそれぞれの温度変化量ΔＴを比較する。図５に示すように、破線で示す比較例の場合における低下量Ｔ１は、実線で示す本実施形態の場合における低下量Ｔ２よりも大きい。すなわち、本実施形態の場合には、比較例の場合と比較して時間当たりの温度低下が小さいと云える。

温度変化量ΔＴの差異が生じる要因について説明する。吸気行程においてピストン２６の移動速度が最大となる期間、すなわち燃焼室２３内で生じる気流の流れが速い期間に燃料噴射率が最大値である期間が重なるように燃料噴射が筒内噴射弁２４によって実行されると、燃焼室２３内で生じる気流によって、多くの燃料噴霧が点火プラグ２５側に流される。そして、このように多くの燃料噴霧が点火プラグ２５側に流された場合、点火プラグ２５の周辺で気化する燃料噴霧の量が多くなる。このため、点火プラグ２５の温度が大きく低下しやすい。なお、筒内噴射弁２４から噴射される燃料の燃料噴射率は、燃料噴射量ＴＡＵに対応する噴射期間において一定ではなく、噴射が開始される噴射開始時期ＳＯＩから燃料噴射率の最大値に達するまでは増加する。そして、燃料噴射率は、燃料噴射量ＴＡＵが多いほど最大値に長く維持され、噴射終了時期ＥＯＩに燃料噴射量ＴＡＵの噴射が完了するように最大値から減少していく。

比較例の制御装置の場合には、機関回転数ＮＥが大きいほど噴射開始時期ＳＯＩが進角されるため、ピストン２６の移動速度が最大となる時期よりも進角側に噴射開始時期ＳＯＩが設定されやすい。すなわち、燃料噴射率が最大値である期間が、吸気行程においてピストン２６の移動速度が大きくて気流の流れが速い期間に重なりやすい。このため、気流によって点火プラグ２５側に流され、点火プラグ２５の周辺で気化する燃料噴霧の量が多くなりやすい。したがって、点火プラグ２５の温度が低下しやすい。

これに対して本実施形態の制御装置１０では、機関回転数ＮＥが第１規定回転数ＮＥＰ１よりも高回転側の回転数領域である場合、機関回転数ＮＥが大きいほど噴射開始時期ＳＯＩを遅角するようにしている。このため、機関回転数ＮＥが第１規定回転数ＮＥＰ１よりも大きいときには第１規定時期ＳＯＩＰ１よりも進角側の範囲に噴射開始時期ＳＯＩが設定されない。すなわち、ピストン２６の移動速度が最大となる時期よりも進角側に噴射開始時期ＳＯＩが設定されにくい。これによって、燃料噴射率が最大値である期間が、吸気行程においてピストン２６の移動速度が大きくて気流の流れが速い期間に重なることを抑制できる。その結果、比較例の制御装置の場合と比して、気流によって点火プラグ２５側に流される燃料噴霧の量を少なくしやすく、ひいては点火プラグ２５の周辺で気化する燃料噴霧の量を少なくしやすい。したがって、比較例の制御装置の場合と比して、点火プラグ２５の温度低下を軽減することができる。

以上のように制御装置１０では、機関回転数ＮＥが大きいときには、ピストン２６の移動速度が大きくて燃焼室２３内で生じる気流の流れが速い時期に噴射開始時期ＳＯＩが設定されにくいため、吸気行程中に燃焼室２３内で生じる気流によって燃料噴霧が点火プラグ２５側に流されることを抑制できる。したがって、点火プラグ２５周辺での燃料噴霧の気化に起因する点火プラグ２５の温度低下量を少なくすることができる。

なお、機関回転数ＮＥが大きいときには、機関回転数ＮＥが小さいときよりも吸気行程中におけるピストン２６の平均移動速度が大きくなりやすい。このため、機関回転数ＮＥが大きいほど、ピストン２６の移動速度が所定速度よりも大きい期間が長くなる傾向がある。ピストン２６の移動速度が所定速度よりも大きい期間では、燃焼室２３で生じる気流の流れが速く、燃料噴霧が気流によって点火プラグ２５側に流されやすいと考えられる。すなわち、機関回転数ＮＥが大きいときほど、吸気行程中に燃焼室２３内で生じた気流によって燃料噴霧が点火プラグ２５側に流されやすい。この点、制御装置１０によれば、機関回転数ＮＥが第１規定回転数ＮＥＰ１よりも大きいときには機関回転数ＮＥが大きいほど噴射開始時期ＳＯＩが遅角側に設定される。すなわち、機関回転数ＮＥが大きいためにピストン２６の移動速度が所定速度よりも大きい期間が長くても、ピストン２６の移動速度が大きくて燃焼室２３内で生じる気流の流れが速い時期に噴射開始時期ＳＯＩが設定されにくくなる。これによって、燃焼室２３内で生じた気流によって燃料噴霧が点火プラグ２５の周辺まで流されることを抑制する効果を高めることができる。

さらに、制御装置１０では、噴射開始時期ＳＯＩを設定してから、噴射開始時期ＳＯＩと燃料噴射量ＴＡＵとに基づいて噴射終了時期ＥＯＩを設定する。これによって、燃料噴射量ＴＡＵが比較的多い場合であっても、燃料噴射率が最大値である期間が、吸気行程においてピストン２６の移動速度が大きくて気流の流れが速い期間に重なることを抑制できる。

機関回転数ＮＥが第１規定回転数ＮＥＰ１よりも高回転側であるときには、機関回転数ＮＥが大きいために燃料噴射量ＴＡＵが比較的多く、噴射終了時期ＥＯＩが圧縮行程時に設定されやすい。この点、制御装置１０では、機関回転数ＮＥが最大回転数ＮＥｍａｘであるときに、機関回転数ＮＥが第１規定回転数ＮＥＰ１よりも高回転側の回転数領域内の値である場合に噴射開始時期ＳＯＩとして許容できる最も遅角側の時期である最大回転数時噴射時期ＳＯＩＲが噴射開始時期ＳＯＩとして設定される。したがって、機関回転数ＮＥが第１規定回転数ＮＥＰ１よりも高回転側であるときには、噴射開始時期ＳＯＩが最大回転数時噴射時期ＳＯＩＲよりも遅角側に設定されない。これによって、噴射終了時期ＥＯＩが圧縮行程時に設定されにくい。また、噴射終了時期ＥＯＩが圧縮行程時に設定されたとしても圧縮行程中に噴射される燃料の量を少なくすることができる。すなわち、吸気行程中に噴射される燃料の量が少なくなることを抑制できる分、吸気行程中に気化する燃料の量を確保できる。このため、吸気行程中に噴射された燃料の気化潜熱によって燃焼室２３内の温度を低下させて吸気の充填効率を向上させる効果が低下することを抑制できる。

また、制御装置１０は、機関回転数ＮＥが第１規定回転数ＮＥＰ１よりも低回転側であるときには、機関回転数ＮＥが大きいほど噴射開始時期ＳＯＩが進角側に設定される。すなわち、機関回転数ＮＥが大きく燃料噴射量ＴＡＵが多くされやすいときほど、噴射開始時期ＳＯＩを進角側に設定することができる。したがって、機関回転数ＮＥが小さくピストン２６の移動速度の最大値が大きくないときには、吸気行程中に燃料噴射が終了するように燃料噴射量ＴＡＵに対応する噴射期間を確保することができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、図２を用いて説明した噴射設定処理のステップＳ１２において、図３に示したマップに替えて、図６に示すマップを用いて噴射開始時期ＳＯＩを設定する点で第１の実施形態と異なる。その他の構成については第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。

図６に示すマップでは、機関回転数ＮＥが第２規定回転数ＮＥＰ２よりも低回転側の回転数領域内の値であるときには、機関回転数ＮＥが大きいほど噴射開始時期ＳＯＩが進角側の値に設定される。機関回転数ＮＥが第２規定回転数ＮＥＰ２であるときには、噴射開始時期ＳＯＩとして第２規定時期ＳＯＩＰ２が設定される。そして、機関回転数ＮＥが第２規定回転数ＮＥＰ２よりも高回転側の回転数領域内の値であるときにおいても、噴射開始時期ＳＯＩとして第２規定時期ＳＯＩＰ２が設定される。

また、機関回転数ＮＥが最大回転数ＮＥｍａｘであるときには、噴射開始時期ＳＯＩとして、第１の実施形態における最大回転数時噴射時期ＳＯＩＲと等しい値である最大回転数時噴射時期ＳＯＩＲが設定される。機関回転数ＮＥが第２規定回転数ＮＥＰ２よりも高回転側の回転数領域内の値であるときには噴射開始時期ＳＯＩとして第２規定時期ＳＯＩＰ２が設定されるため、第２規定時期ＳＯＩＰ２が最大回転数時噴射時期ＳＯＩＲである。このため、第２規定時期ＳＯＩＰ２は、第１規定時期ＳＯＩＰ１よりも遅角側の値である。

すなわち、本実施形態では、噴射制御部１１が噴射設定処理を実行することによって、機関回転数ＮＥが規定回転数としての第２規定回転数ＮＥＰ２よりも高回転側の回転数領域内の値であるときには、規定時期としての第２規定時期ＳＯＩＰ２が噴射開始時期ＳＯＩとして設定される。また、機関回転数ＮＥが第２規定回転数ＮＥＰ２よりも低回転側の回転数領域内の値であるときには、第２規定時期ＳＯＩＰ２を超えない範囲で、機関回転数ＮＥが大きいほど噴射開始時期ＳＯＩが進角側に設定される。

本実施形態の作用及び効果について説明する。
機関回転数ＮＥが第２規定回転数ＮＥＰ２よりも高回転側であるときには、第２規定時期ＳＯＩＰ２よりも進角側の範囲に噴射開始時期ＳＯＩが設定されない。これによって、第１の実施形態と同様に、吸気行程においてピストン２６の移動速度が大きくて気流の流れが速い期間に燃料噴射率が最大値である期間が重なることを抑制できる。このため、燃焼室２３内で生じる気流によって点火プラグ２５側に流される燃料噴霧の量を少なくし、ひいては点火プラグ２５の周辺で気化する燃料噴霧の量を少なくすることができる。したがって、点火プラグ２５の温度低下を抑制することができる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態について説明する。第３の実施形態は、図２を用いて説明した噴射設定処理のステップＳ１２において、図７に示すマップを用いて噴射開始時期ＳＯＩを設定する点で第１及び第２の実施形態と異なる。その他の構成については第１及び第２の実施形態と同様であるため、説明を省略する。

図７に示すマップでは、機関回転数ＮＥが第３規定回転数ＮＥＰ３よりも低回転側の回転数領域内の値であるとき、及び、機関回転数ＮＥが第３規定回転数ＮＥＰ３であるときには、噴射開始時期ＳＯＩとして第３規定時期ＳＯＩＰ３が設定される。そして、機関回転数ＮＥが第３規定回転数ＮＥＰ３よりも高回転側の回転数領域の値であるときには、機関回転数ＮＥが大きいほど噴射開始時期ＳＯＩが遅角側に設定される。

また、機関回転数ＮＥが最大回転数ＮＥｍａｘであるときに噴射開始時期ＳＯＩとして設定される最大回転数時噴射時期ＳＯＩＲは、第１の実施形態及び第２の実施形態における最大回転数時噴射時期ＳＯＩＲと等しい値である。そして、第３規定時期ＳＯＩＰ３は、最大回転数時噴射時期ＳＯＩＲよりも進角側の値である。このため、第３規定時期ＳＯＩＰ３は、第２規定時期ＳＯＩＰ２よりも進角側の値である。

すなわち、本実施形態では、噴射制御部１１が噴射設定処理を実行することによって、機関回転数ＮＥが規定回転数としての第３規定回転数ＮＥＰ３よりも低回転側の回転数領域内の値であるときには、規定時期としての第３規定時期ＳＯＩＰ３が噴射開始時期ＳＯＩとして設定される。また、機関回転数ＮＥが第３規定回転数ＮＥＰ３よりも高回転側の回転数領域内の値であるときには、第３規定時期ＳＯＩＰ３よりも遅角側の範囲に噴射開始時期ＳＯＩが設定される。より具体的には、機関回転数ＮＥが大きいほど噴射開始時期ＳＯＩが遅角側に設定される。

本実施形態の作用及び効果について説明する。
機関回転数ＮＥが第３規定回転数ＮＥＰ３よりも低回転側から第３規定回転数ＮＥＰ３までの間では噴射開始時期ＳＯＩが第３規定時期ＳＯＩＰ３に維持され、機関回転数ＮＥが第３規定回転数ＮＥＰ３よりも大きくなると、噴射開始時期ＳＯＩが第３規定時期ＳＯＩＰ３よりも遅角側に設定される。すなわち、全ての回転数領域において噴射開始時期ＳＯＩが第３規定時期ＳＯＩＰ３よりも進角されない。これによって、機関回転数ＮＥが大きいときには、ピストン２６の移動速度が大きくて燃焼室２３内で生じる気流の流れが速い時期に噴射開始時期ＳＯＩが設定されにくいため、吸気行程中に燃焼室２３内で生じる気流によって燃料噴霧が点火プラグ２５側に流されることを抑制できる。したがって、点火プラグ２５周辺で気化する燃料噴霧の量を少なくすることができ、ひいては点火プラグ２５の温度低下を抑制することができる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態について説明する。第４の実施形態は、図２を用いて説明した噴射設定処理のステップＳ１２において、図８に示すマップを用いて噴射開始時期ＳＯＩを設定する点で第１〜３の実施形態と異なる。その他の構成については第１〜３の実施形態と同様であるため、説明を省略する。

図８に示すマップでは、機関回転数ＮＥがどのような回転領域の値であっても、機関回転数ＮＥが大きいほど噴射開始時期ＳＯＩが遅角側に設定される。機関回転数ＮＥが第４規定回転数ＮＥＰ４であるときには、噴射開始時期ＳＯＩとして第４規定時期ＳＯＩＰ４が設定される。機関回転数ＮＥが最大回転数ＮＥｍａｘであるときに噴射開始時期ＳＯＩとして設定される最大回転数時噴射時期ＳＯＩＲは、第１〜３の実施形態における最大回転数時噴射時期ＳＯＩＲと等しい値である。そして、第４規定時期ＳＯＩＰ４は、最大回転数時噴射時期ＳＯＩＲよりも進角側の値である。このため、第４規定時期ＳＯＩＰ４は、第２規定時期ＳＯＩＰ２よりも進角側の値である。

すなわち、本実施形態では、噴射制御部１１が噴射設定処理を実行することによって、機関回転数ＮＥが規定回転数としての第４規定回転数ＮＥＰ４よりも高回転側の回転数領域内の値であるときには、規定時期としての第４規定時期ＳＯＩＰ４よりも遅角側の範囲に噴射開始時期ＳＯＩが設定される。さらに、機関回転数ＮＥが第４規定回転数ＮＥＰ４よりも高回転側の回転数領域内の値であるときには、機関回転数ＮＥが大きいほど噴射開始時期ＳＯＩが遅角側に設定される。また、機関回転数ＮＥが第４規定回転数ＮＥＰ４よりも低回転側の回転数領域内の値であるときにも、機関回転数ＮＥが大きいほど噴射開始時期ＳＯＩが遅角側に設定される。

本実施形態の作用及び効果について説明する。
機関回転数ＮＥがどのような回転領域の値であっても機関回転数ＮＥが大きいほど噴射開始時期ＳＯＩが遅角側に設定されるため、機関回転数ＮＥが第４規定回転数ＮＥＰ４よりも高回転側であるときには、機関回転数ＮＥが大きいほど噴射開始時期ＳＯＩが遅角される。これによって、第１の実施形態と同様に、吸気行程においてピストン２６の移動速度が最大となる期間に燃料噴射率が最大値である期間が重なることを抑制できる。その結果、機関回転数ＮＥが大きいときには、ピストン２６の移動速度が大きくて燃焼室２３内で生じる気流の流れが速い時期に噴射開始時期ＳＯＩが設定されにくいため、吸気行程中に燃焼室２３内で生じる気流によって燃料噴霧が点火プラグ２５側に流されることを抑制できる。したがって、点火プラグ２５周辺で気化する燃料噴霧の量を少なくすることができ、ひいては点火プラグ２５の温度低下を抑制することができる。

上記各実施形態に共通して変更可能な要素としては次のようなものがある。上記各実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

・制御装置１０の制御対象がアルコール混合燃料を採用する内燃機関である場合、噴射される燃料中のアルコール濃度ＡＬに基づいて噴射開始時期ＳＯＩを補正することもできる。この場合、図１に破線で示すように、アルコール濃度センサ９３から制御装置１０に入力される検出信号に基づいて燃料中のアルコール濃度ＡＬを制御装置１０が検出することができる。また、アルコール濃度ＡＬは、アルコール濃度センサ９３によって検出することに限らず制御装置１０によって推定することもできる。例えば、排気の空燃比の変動に基づいてアルコール濃度ＡＬを推定することができる。

噴射開始時期ＳＯＩを補正する構成としては、例えば次の処理を採用することができる。図３，６，７，８に示したようなマップを用いて導出した噴射開始時期ＳＯＩを基本開始時期ＳＯＩＢとする。そして、基本開始時期ＳＯＩＢに対して遅角補正量Ｋの値だけ遅角側に移動した値を噴射開始時期ＳＯＩと設定する。

図９には、アルコール濃度ＡＬと遅角補正量Ｋとの関係を示すマップが図示されている。このマップを用いて遅角補正量Ｋを導出することで、アルコール濃度ＡＬが高いほど遅角補正量Ｋが大きくされる。すなわち、アルコール濃度ＡＬが高いほど噴射開始時期ＳＯＩが遅角側に設定される。

混合燃料中のアルコール濃度が高いほど燃料の気化潜熱が大きくなるため、アルコール濃度ＡＬの高い燃料が点火プラグ２５の周辺まで導かれてから気化した場合、当該燃料の気化潜熱による点火プラグ２５の温度低下量が多くなりやすい。この点、上記構成のようにアルコール濃度ＡＬに基づいて噴射開始時期ＳＯＩを補正することによって、気化潜熱の大きい燃料が使用されている場合に、ピストン２６の移動速度が大きくて燃焼室２３内で生じた気流の流れが速い時期に噴射開始時期ＳＯＩが設定されることを抑制する効果を、より高くすることができる。すなわち、気化潜熱の大きい燃料が点火プラグ２５の周辺に導かれることを抑制できる。

・上記各実施形態において噴射制御部１１は、機関回転数ＮＥの全回転数領域で機関回転数ＮＥと噴射開始時期ＳＯＩとの関係が設定されているマップとして同一のマップを用いて噴射開始時期ＳＯＩを設定したが、機関回転数ＮＥに基づいて複数のマップを切り換えるようにしてもよい。

例えば、次のような構成を採用してもよい。機関回転数ＮＥが規定回転数よりも低回転側の回転数領域内の値から規定回転数までの場合に用いるマップを第１マップとする。第１マップに基づくと、機関回転数ＮＥが大きいほど噴射開始時期ＳＯＩが進角側の値に設定される。機関回転数ＮＥが規定回転数よりも高回転側の回転数領域内の値である場合に、第１マップとは傾向の異なる関係が設定されている第２マップを用いる。第２マップに基づくと、噴射開始時期ＳＯＩは、機関回転数ＮＥが規定回転数であるときの規定時期よりも遅角側の値に設定される。上記構成であっても、上記各実施形態と同様に、吸気行程中に燃焼室２３内で生じる気流によって燃料噴霧が点火プラグ２５側に流されることを抑制できる。すなわち、点火プラグ２５周辺での燃料噴霧の気化に起因する点火プラグ２５の温度低下量を少なくすることができる。

・上記第１，３，４の実施形態では、機関回転数ＮＥが規定回転数よりも高回転側であるときに、機関回転数ＮＥが大きいほど遅角されるように噴射開始時期ＳＯＩを設定した。噴射開始時期ＳＯＩの設定態様としては、例えば、機関回転数ＮＥが増大する変化に対して段階的に遅角されるように噴射開始時期ＳＯＩを設定することもできる。

また、上記第１及び第２の実施形態において、機関回転数ＮＥが規定回転数よりも低回転側であるときに、機関回転数ＮＥが増大する変化に対して段階的に進角されるように噴射開始時期ＳＯＩを設定することもできる。また同様に、上記第４の実施形態において、機関回転数ＮＥが規定回転数よりも低回転側であるときに、機関回転数ＮＥが増大する変化に対して段階的に遅角されるように噴射開始時期ＳＯＩを設定することもできる。

・上記各実施形態において、第１〜４規定回転数ＮＥＰ１〜４は同一の回転数でもよく、それぞれが異なる回転数であってもよい。
・上記第４の実施形態では、機関回転数ＮＥが第４規定回転数ＮＥＰ４未満である場合における機関回転数ＮＥの単位変化量に対する噴射開始時期ＳＯＩの変化量の比が、機関回転数ＮＥが第４規定回転数ＮＥＰ４以上である場合における機関回転数ＮＥの単位変化量に対する噴射開始時期ＳＯＩの変化量の比と同じである。しかし、機関回転数ＮＥがどのような回転領域の値であっても機関回転数ＮＥが大きいほど噴射開始時期ＳＯＩを遅角させる構成は、これに限らない。例えば、機関回転数ＮＥが第４規定回転数ＮＥＰ４未満である場合における機関回転数ＮＥの単位変化量に対する噴射開始時期ＳＯＩの変化量の比を、機関回転数ＮＥが第４規定回転数ＮＥＰ４以上である場合における機関回転数ＮＥの単位変化量に対する噴射開始時期ＳＯＩの変化量の比と相違させるようにしてもよい。

・上記各実施形態における噴射開始時期ＳＯＩの設定に関して、少なくとも、吸気行程においてピストン２６の移動速度が最大となる期間と燃料噴射率が最大値である期間との重なりを避けることができれば、点火プラグ２５の温度低下を抑制する効果を奏することができる。したがって上記各実施形態では、例えば、噴射が開始される噴射開始時期ＳＯＩから燃料噴射率が最大値に達するまでの期間がピストン２６の移動速度が最大となる期間に重なってもよく、噴射開始時期ＳＯＩをピストン２６の移動速度が最大となる期間よりも遅角側に設定してもよい。

１０…制御装置、１１…噴射制御部、２０…内燃機関、２１…シリンダブロック、２１Ａ…気筒、２２…シリンダヘッド、２３…燃焼室、２４…筒内噴射弁、２５…点火プラグ、２６…ピストン、２７…クランクシャフト、２８…吸気バルブ、２８Ａ…傘部、２９…排気バルブ、２９Ａ…傘部、３１…吸気通路、３２…スロットルバルブ、３３…排気通路、９１…エアフロメータ、９２…クランクポジションセンサ、９３…アルコール濃度センサ。

Claims (7)

1. 燃焼室を区画する燃焼室壁面のうち、シリンダヘッド側の燃焼室壁面における中央部分に筒内噴射弁及び点火プラグが配置されている内燃機関に適用され、前記筒内噴射弁による燃料の噴射が吸気行程中に開始されるように、内燃機関の機関回転数に基づいて燃料の噴射開始時期を設定する噴射制御部を備える内燃機関の制御装置であって、
   前記機関回転数が規定回転数であるときに前記噴射制御部によって設定される噴射開始時期を規定時期とした場合、
   前記噴射制御部は、前記機関回転数が前記規定回転数よりも高回転側の回転数領域内の値であるときには、前記規定時期から当該規定時期よりも遅角側の範囲に噴射開始時期を設定する
   内燃機関の制御装置。
2. 前記噴射制御部は、前記機関回転数が前記規定回転数よりも高回転側の回転数領域内の値であるときには、前記機関回転数が大きいほど噴射開始時期を遅角側に設定する
   請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記噴射制御部は、前記機関回転数が前記規定回転数よりも高回転側の回転数領域内の値であるときには、噴射開始時期として前記規定時期を設定する
   請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記噴射制御部は、前記機関回転数が前記規定回転数よりも低回転側の回転数領域内の値であるときには、前記規定時期を超えない範囲で、前記機関回転数が大きいほど噴射開始時期を進角側に設定する
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記噴射制御部は、前記機関回転数が前記規定回転数よりも低回転側の回転数領域内の値であるときには、噴射開始時期として前記規定時期を設定する
   請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記噴射制御部は、噴射開始時期と燃料噴射量とに基づいて噴射終了時期を設定する
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
7. アルコール混合燃料を採用する内燃機関に適用され、
   前記噴射制御部は、噴射される燃料中のアルコール濃度が高いほど噴射開始時期を遅角側に設定する
   請求項１〜６のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。