JP6698580B2 - 内燃機関の制御装置及び制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の吸気管内に燃料を噴射する燃料噴射弁を制御する制御装置及び制御方法に関する。

特許文献１に開示される内燃機関の燃料供給制御装置は、吸入空気量が少ないときには吸気行程に同期させて燃料噴射弁から燃料を供給させ、吸入空気量が多いときには吸気行程が開始する前に燃料供給を完了させる。

特開２００２−２３５５８０号公報

ところで、内燃機関の吸気管内に燃料を噴射する燃料噴射弁を制御する制御装置が、機関負荷に応じて噴射時期を進角、遅角させる場合、噴射時期の過進角、過遅角によって吸気バルブの傘部や吸気ポート壁面に燃料の厚い液膜が形成され、吸気バルブの開弁後に燃料が壁流として筒内に流入してボアに付着し、ボアに付着した燃料が蒸し焼き状態となることで粒子状物質の排出粒子数ＰＮが増え排気性状が悪化することがあった。

本発明は、従来の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、噴射終了時期の設定によって排気性状を改善できる、内燃機関の制御装置及び制御方法を提供することにある。

本発明によれば、その１つの態様において、内燃機関の吸気管内に燃料を噴射する燃料噴射弁の噴射終了時期を、吸気上死点後の所定クランク角領域の範囲内において、内燃機関の負荷が高くなるほど進角した時期で、かつ、燃料噴射弁の噴霧粒径が小さいほど遅角した時期に設定する。

上記発明によると、噴射終了時期の適正化により内燃機関の排気性状を改善できる。

本発明の実施形態における内燃機関のシステム構成図である。 本発明の実施形態における噴射終了時期の設定処理を示すフローチャートである。 本発明の実施形態における機関負荷と噴射終了時期との相関を示す線図である。 高負荷時の過進角によって壁流流入量が増える状況を説明するための図である。 低負荷時の過遅角によって壁流流入量が増える状況を説明するための図である。 低負荷時における壁流流入量、排出粒子数ＰＮと噴射終了時期との相関を示す線図である。 高負荷時における壁流流入量、排出粒子数ＰＮと噴射終了時期との相関を示す線図である。 本発明の実施形態における遅角補正値ＨＩＥＴＤ１のテーブルを示す図である。 本発明の実施形態における噴霧粒径と噴射タイミングとの相関を示す図である。 高負荷時における排出粒子数ＰＮ、充填効率、ノック限界点火時期と噴射終了時期との相関を示す線図である。 本発明の実施形態における燃圧と噴射終了時期との相関を示す線図である。 本発明の実施形態における燃圧と噴射タイミングとの相関を示す図である。 低負荷時における噴霧粒径ＳＭＤ、排出粒子数ＰＮ、未燃燃料ＨＣと燃圧設定値との相関を示す線図である。 高負荷時における噴霧粒径ＳＭＤ、排出粒子数ＰＮ、未燃燃料ＨＣと燃圧設定値との相関を示す線図である。

以下、本発明に係る内燃機関の制御装置及び制御方法の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る制御装置及び制御方法を適用する内燃機関の一態様を示す図である。

図１に示す内燃機関１は、車両用の火花点火ガソリン機関であり、機関本体１ａに点火装置４、燃料噴射弁５などを備える。
燃料噴射弁５は、吸気バルブ１９の傘部付近を指向して燃料を吸気管２ａ内に噴射する。つまり、図１に示す内燃機関１は、燃料噴射弁５が吸気管２ａ内に燃料を噴射する所謂ポート噴射式内燃機関である。

エアークリーナ７を介して吸入される空気は、電制スロットル８のスロットルバルブ８ａで流量を調節された後、燃料噴射弁５から吸気管２ａ内に噴射される燃料と混合して燃焼室１０に吸引される。
電制スロットル８は、スロットルモータ８ｂでスロットルバルブ８ａを開閉する装置であり、スロットルバルブ８ａの開度ＴＰＳに対応する信号を出力するスロットル開度センサ８ｃを備える。

回転数検出装置６は、リングギア１４の突起を検出することで、クランクシャフト１７の所定回転角毎に回転角ＮＥの信号を出力する。
水温センサ１５は、機関本体１ａに設けられたウォータジャケット１８内の冷却水の温度（以下、水温ＴＷと称する）に対応する信号を出力する。

流量検出装置９は、電制スロットル８の上流側に配置され、内燃機関１の吸入空気流量ＱＡＲに対応する信号を出力する。
また、排気管３ａに配置される排気浄化触媒装置１２は、内燃機関１の排気を浄化する。

空燃比センサ１１は、排気浄化触媒装置１２の上流側の排気管３ａに配置され、排気空燃比ＲＡＢＦ（酸素濃度）に対応する信号を出力する。
また、排気温度センサ１６は、排気浄化触媒装置１２の上流側の排気管３ａに配置され、排気浄化触媒装置１２の入口での排気温度ＴＥＸ（℃）に対応する信号を出力する。

燃料噴射弁５には燃料供給装置３１によって燃料が所定圧力に調整されて供給される。
燃料供給装置３１は、燃料タンク３２、電動式の燃料ポンプ３３、プレッシャレギュレータ３４、燃料供給配管３５、燃料リターン配管３６、燃圧センサ３７を含んで構成される。

燃料ポンプ３３は、燃料タンク３２内の燃料を吸引し、燃料供給配管３５を介して燃料噴射弁５に燃料を圧送する。燃料リターン配管３６は、一端が燃料供給配管３５の途中に接続され、他端が燃料タンク３２内に開放され、オリフィスを介して燃料を燃料タンク３２に戻すプレッシャレギュレータ３４が介装される。
燃料噴射弁５に供給される燃料の圧力は燃圧センサ３７で検出され、燃圧センサ３７による燃圧検出値に応じた燃料ポンプ３３の駆動電圧の制御によって、燃料噴射弁５に供給される燃料の圧力が可変に設定される。

マイクロコンピュータを内蔵する制御装置１３は、前述した各種センサから出力される、開度ＴＰＳ、吸入空気流量ＱＡＲ、回転角ＮＥ、水温ＴＷ、排気空燃比ＲＡＢＦ、排気温度ＴＥＸ、燃圧ＰＦなどのセンサ信号を取り込む。
そして、制御装置１３は、取り込んだセンサ信号に基づき燃料噴射パルス幅ＴＩ（燃料噴射量）及び噴射タイミングを演算し、噴射タイミングにて燃料噴射パルス幅ＴＩ（ms）に応じた開弁指令信号を燃料噴射弁５に出力する機能（指令出力手段）を有する。

更に、制御装置１３は、点火装置４、電制スロットル８、燃料ポンプ３３にも指令信号を出力し、点火装置４の点火時期、スロットルバルブ８ａの開度、燃料噴射弁５の燃圧を制御して、内燃機関１の運転を制御する。
制御装置１３は、データ（各種センサの計測結果や各種装置に出力する操作量）の入出力を行うために、アナログ入力回路２０、Ａ／Ｄ変換回路２１、デジタル入力回路２２、出力回路２３及びＩ／Ｏ回路２４を備える。

また、制御装置１３は、データの演算処理を行うために、ＭＰＵ（Microprocessor Unit）２６、ＲＯＭ（Read Only Memory）２７、ＲＡＭ（Random Access Memory）２８を含むマイクロコンピュータを備える。
アナログ入力回路２０には、吸入空気流量ＱＡＲ、開度ＴＰＳ、排気空燃比ＲＡＢＦ、排気温度ＴＥＸ、水温ＴＷ、及び、燃圧ＰＦなどのセンサ信号が入力される。
アナログ入力回路２０に入力された各種信号は、それぞれＡ／Ｄ変換回路２１に供給されてデジタル信号に変換され、バス２５上に出力される。

また、デジタル入力回路２２に入力された回転角ＮＥの信号は、Ｉ／Ｏ回路２４を介してバス２５上に出力される。
バス２５には、ＭＰＵ２６、ＲＯＭ２７、ＲＡＭ２８、タイマ／カウンタ（ＴＭＲ／ＣＮＴ）２９等が接続されている。そして、ＭＰＵ２６、ＲＯＭ２７、ＲＡＭ２８は、バス２５を介してデータの授受を行う。

ＭＰＵ２６には、クロックジェネレータ３０からクロック信号が供給され、ＭＰＵ２６は、クロック信号に同期して様々な演算や処理を実行する。
ＲＯＭ２７は、例えばデータの消去と書き換えが可能なＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）で構成され、制御装置１３を動作させるためのプログラム、設定データ及び初期値などを記憶する。

ＲＯＭ２７が記憶する情報は、バス２５を介してＲＡＭ２８及びＭＰＵ２６に読み込まれる。
ＲＡＭ２８は、ＭＰＵ２６による演算結果や処理結果を一時的に記憶する作業領域として用いられる。

なお、タイマ／カウンタ２９は、時間の測定や様々な回数の測定などに用いられる。
ＭＰＵ２６による演算結果や処理結果は、バス２５上に出力された後、Ｉ／Ｏ回路２４を介して出力回路２３から点火装置４、燃料噴射弁５、電制スロットル８、燃料ポンプ３３などに供給される。

制御装置１３は、燃料噴射弁５の制御において、内燃機関１の運転条件に基づき噴射終了時期ＩＥＴ及び燃料噴射パルス幅ＴＩ（ms）を演算し、更に、燃料噴射パルス幅ＴＩのクランク角度換算値と噴射終了時期ＩＥＴとに基づき噴射開始時期ＩＳＴを演算する。
そして、制御装置１３は、噴射開始時期ＩＳＴを回転角ＮＥの信号などに基づき検出し、燃料噴射パルス幅ＴＩの開弁指令信号を燃料噴射弁５に出力する。
なお、噴射終了時期ＩＥＴ及び噴射開始時期ＩＳＴは、吸気上死点（吸気ＴＤＣ）を基準位置とするクランク角度で表される。

図２は、制御装置１３による噴射終了時期ＩＥＴの設定処理の手順（噴射終了時期設定手段としての機能）を示すフローチャートである。
制御装置１３は、ステップＳ１０１で、基本噴射終了時期ＩＥＴｂを内燃機関１の負荷に基づき演算する。

ここで、制御装置１３は、内燃機関１の負荷を示す状態量として、燃料噴射パルス幅ＴＩ、シリンダ吸入空気量、スロットル開度、吸気負圧などを求め、これらに基づき基本噴射終了時期ＩＥＴｂを設定する。
図３は、機関負荷と基本噴射終了時期ＩＥＴｂとの相関の一態様を示す線図であり、制御装置１３は、図３に示す相関にしたがって機関負荷に基づき基本噴射終了時期ＩＥＴｂを演算する。

図３に示すように、制御装置１３は、基本噴射終了時期ＩＥＴｂを、吸気上死点後のクランク角領域内で内燃機関１の負荷が高くなるほど進角した時期に設定する。
ここで、基本噴射終了時期ＩＥＴｂは、吸気管２ａから筒内に流入する壁流流入量が内燃機関１の負荷変化に応じて増大することを抑制するように、実験やシミュレーションなどに基づき予め適合されたものである。

壁流流入量は、同一の機関負荷状態で噴射終了時期ＩＥＴを進角・遅角変化させたときに減少変化から増大変化に切り替わるところ（極小）が存在し、壁流流入量が極小値となる噴射終了時期ＩＥＴから噴射終了時期ＩＥＴを過進角、過遅角すると壁流流入量は増大する。また、壁流流入量が極小値となる噴射終了時期ＩＥＴは、機関負荷が高いほどより進角した時期になる。

そこで、制御装置１３は、機関負荷毎に壁流流入量が極小値近傍の値となる噴射終了時期ＩＥＴをトレースするように定められた機関負荷と基本噴射終了時期ＩＥＴｂとの相関に基づき基本噴射終了時期ＩＥＴｂを決定するものであり、壁流流入量が極小値となる噴射終了時期ＩＥＴは機関負荷が高いほどより進角した時期になることから、基本噴射終了時期ＩＥＴｂは、内燃機関１の負荷が高くなるほど進角した時期に設定される。

換言すれば、壁流流入量が極小値近傍の値となる噴射終了時期ＩＥＴの設定範囲、つまり、壁流流入量を極小値近傍に抑えるための噴射終了時期ＩＥＴの進角限界及び遅角限界が実験やシミュレーションなどによって予め定められ、制御装置１３は、係る設定範囲内で基本噴射終了時期ＩＥＴｂを機関負荷に応じて変化させるように構成される。

吸気管２ａから筒内に流入する燃料壁流は、シリンダボアなどに付着して混合気の燃焼時に蒸し焼き状態になることで、粒子状物質の排出粒子数ＰＮを増やし、内燃機関１の排気性状を悪化させる要因になる。
したがって、制御装置１３は、基本噴射終了時期ＩＥＴｂに基づき燃料噴射弁５の噴射時期を制御することで、壁流流入量、引いては、排出粒子数ＰＮを可及的に減らし、内燃機関１の排気性状を改善することができる。

以下で、噴射終了時期ＩＥＴと壁流流入量との相関を詳細に説明する。
図４は、内燃機関１の高負荷状態で壁流流入量が増える状況を説明するための図であり、また、図５は、内燃機関１の低負荷状態で壁流流入量が増える状況を説明するための図である。

内燃機関１の高負荷状態で噴射終了時期ＩＥＴが過剰に進角されると、吸気バルブ１９が閉じられている間に吸気バルブ１９の傘部に向けて噴射される燃料が多くなり、その結果、吸気バルブ１９の傘部に液状に付着する燃料量が多くなって厚い液膜を形成する。
一方、内燃機関１の低負荷状態で噴射終了時期ＩＥＴが過剰に遅角されると、吸気バルブ１９が開いている間に吸気バルブ１９を指向して噴射された燃料が吸気流動によって偏向し、吸気ポートに液状に付着する燃料量が多くなって厚い液膜を形成する。

上記のようにして、吸気バルブ１９の傘部や吸気ポートに厚く付着した燃料は、吸気バルブ１９が開いたときにそのまま壁流として筒内に流入し、シリンダボアなどに付着する。そして、シリンダボアに付着した燃料は、燃焼室内で混合気が燃焼するときに蒸し焼き状態になり、これが粒子状物質の排出粒子数ＰＮを増やす要因となる。
そこで、本発明者等は、壁流流入量及び排出粒子数ＰＮと噴射終了時期ＩＥＴとの相関を解析し、排出粒子数ＰＮを可及的に少なくできる噴射終了時期ＩＥＴの特性を求めた。

図６は、内燃機関１をアイドリング付近の低負荷で暖機運転させたときの排出粒子数ＰＮ［N/cc］と噴射終了時期ＩＥＴ［degATDC］との相関及び壁流流入量［mg］と噴射終了時期ＩＥＴ［degATDC］との相関を示す。
アイドリング付近の低負荷では、噴射終了時期ＩＥＴが概ね吸気上死点後３０degから９０degの間（３０degATDC−９０degATDC）であるときに壁流流入量が最も少なくなり、この壁流流入量が最も少なくなる噴射終了時期ＩＥＴであるときに排出粒子数ＰＮが最も小さくなる傾向を示した。

一方、図７は、内燃機関１を暖機後にスロットル全開の高負荷（全負荷）で運転させたときの排出粒子数ＰＮと噴射終了時期ＩＥＴとの相関及び壁流流入量と噴射終了時期ＩＥＴとの相関を示す。
スロットル全開の高負荷では、噴射終了時期ＩＥＴをアイドリングで壁流流入量及び排出粒子数ＰＮが少なくなる９０degATDCとすると、アイドリングのときよりも壁流流入量及び排出粒子数ＰＮが大きくなるが、噴射終了時期ＩＥＴを９０degATDCから進角させるにしたがって壁流流入量及び排出粒子数ＰＮが低下する傾向を示した。

そして、スロットル全開の高負荷では、噴射終了時期ＩＥＴを吸気上死点後６０deg（６０degATDC）まで進角させたときにアイドリングでの最小量付近にまで壁流流入量が抑えられ、更に噴射終了時期ＩＥＴを吸気上死点（０degATDC）まで進角させたときに壁流流入量が最も小さくなり、吸気上死点前の領域では噴射終了時期ＩＥＴを進角させるほど、壁流流入量が増大する傾向を示した。
更に、本発明者等は、スロットル全開の高負荷（全負荷）において、噴射終了時期ＩＥＴを吸気上死点後から吸気上死点に近づけるにしたがって未燃燃料（ＨＣ）の排出量が低下するものの、噴射終了時期ＩＥＴを吸気上死点前に設定しても、噴射終了時期ＩＥＴを吸気上死点としたときに比べて未燃燃料（ＨＣ）の排出量に有意な差が発生しないことを見出した。

一方、制御装置１３は、噴射終了時期ＩＥＴが進角するほどより早い時点で燃料噴射パルス幅ＴＩを確定する必要が生じ、負荷変化に対する燃料噴射パルス幅ＴＩの追従遅れが大きくなって、過渡的に空燃比ずれが生じる可能性がある。つまり、制御装置１３による燃料噴射パルス幅ＴＩの制御応答は、噴射終了時期ＩＥＴを進角させるほど低下することになる。
このように、吸気上死点前の噴射終了時期ＩＥＴは、未燃燃料（ＨＣ）の低減に有意に作用するとは言えず、また、燃料噴射パルス幅ＴＩの制御応答の点からは噴射終了時期ＩＥＴの過度の進角は好ましくない。

したがって、スロットル全開の高負荷で、噴射終了時期ＩＥＴを吸気ＴＤＣから吸気ＴＤＣ後６０degの間（０degATDC−６０degATDC）に設定すれば、未燃燃料（ＨＣ）の排出量を可及的に抑えつつ、アイドリング時と同等以下に壁流流入量及び排出粒子数ＰＮを低減でき、また、燃料噴射パルス幅ＴＩの制御応答の低下を抑制できることになる。
以上のようにして、本発明者等は、アイドリング付近の低負荷では噴射終了時期ＩＥＴを３０degATDC−９０degATDCの間に設定し、スロットル全開の高負荷では、噴射終了時期ＩＥＴを０degATDC−６０degATDCの間にまで進角させることで、未燃燃料（ＨＣ）の排出量を抑えつつ、壁流流入量及び排出粒子数ＰＮを可及的に低減できるという解析結果を得た。

したがって、アイドリング付近の低負荷からスロットル全開の高負荷までの間の中間負荷領域では、機関負荷の増大に応じて３０degATDC−９０degATDCの範囲から０degATDC−６０degATDCの範囲に向けて噴射終了時期ＩＥＴの設定範囲を徐々に進角させることで、全ての負荷条件で、壁流流入量及び排出粒子数ＰＮを可及的に低減することが可能である。
つまり、図３において、アイドリング付近の低負荷での噴射終了時期ＩＥＴの遅角限界である９０degATDCを示す点と、スロットル全開の高負荷での噴射終了時期ＩＥＴの遅角限界である６０degATDCを示す点とを結んだ線が、各負荷条件で壁流流入量及び排出粒子数ＰＮを抑えることができる噴射終了時期ＩＥＴの遅角限界となる。

また、図３において、アイドリング付近の低負荷での噴射終了時期ＩＥＴの進角限界である３０degATDCを示す点と、スロットル全開の高負荷での噴射終了時期ＩＥＴの進角限界である吸気上死点（０degATDC）を示す点とを結んだ線が、各負荷条件での噴射終了時期ＩＥＴの進角限界となる。
そして、制御装置１３は、噴射終了時期ＩＥＴの遅角限界と噴射終了時期ＩＥＴの進角限界とで挟まれる範囲内で、噴射終了時期ＩＥＴを機関負荷の増大に応じて噴射終了時期ＩＥＴを進角させることで、壁流流入量及び排出粒子数ＰＮを可及的に低減できることになる。

換言すれば、制御装置１３は、吸気ＴＤＣからＡＴＤＣ９０degまでのクランク角範囲内で機関負荷の増大に応じて噴射終了時期ＩＥＴを進角させることで、未燃燃料（ＨＣ）の排出量を抑えつつ、壁流流入に因る排出粒子数ＰＮを可及的に低減できる。
図３に示す例では、制御装置１３は、遅角限界と進角限界とで挟まれる範囲内の進角限界近傍のクランク角を基本噴射終了時期ＩＥＴｂに設定する。
但し、進角限界近傍のクランク角を基本噴射終了時期ＩＥＴｂに設定する構成に限定されず、制御装置１３は、遅角限界と進角限界とで挟まれる範囲内で、機関負荷の増大に応じて基本噴射終了時期ＩＥＴｂを進角させる種々の特性を採用できる。

制御装置１３は、ステップＳ１０１で基本噴射終了時期ＩＥＴｂを設定すると、ステップＳ１０２に進み、燃料噴射弁５の噴霧粒径に応じて基本噴射終了時期ＩＥＴｂの遅角補正値ＨＩＥＴＤ１を設定する。
基本噴射終了時期ＩＥＴｂは、基準とする燃料噴射弁での噴霧粒径に適合させた値であるのに対し、係る基準燃料噴射弁とは異なる噴霧粒径の燃料噴射弁５が採用された場合、噴射終了時期ＩＥＴの最適値が異なるようになる。

そこで、制御装置１３のメモリには、複数の異なる噴霧粒径毎（複数型式の燃料噴射弁毎）に遅角補正値ＨＩＥＴＤ１を記憶したテーブルが備えられ、制御装置１３は、外部から与えられた噴霧粒径（燃料噴射弁の型式）の情報に基づき、遅角補正値ＨＩＥＴＤ１を設定する。
ここで、燃料噴射弁５の噴霧粒径が小さいほど、燃料噴霧が吸気流動に流されてシリンダボアに付着する燃料が減るので、噴射終了時期ＩＥＴを遅らせても排出粒子数ＰＮの悪化を抑制できる一方、噴射終了時期ＩＥＴを遅らせることで燃料の筒内直入率が向上して燃焼室温度の低下が促進され、ノッキングが改善される。

そこで、複数の異なる噴霧粒径毎に遅角補正値ＨＩＥＴＤ１を記憶したテーブルは、噴霧粒径が小さいほど基本噴射終了時期ＩＥＴｂをより遅角させよう設定される。
図８は、複数の異なる噴霧粒径毎に遅角補正値ＨＩＥＴＤ１を記憶したテーブルの一態様を示し、図９は、遅角補正値ＨＩＥＴＤ１を適用した結果としての噴射終了時期ＩＥＴの一態様を示す。

図８に示した遅角補正値ＨＩＥＴＤ１のテーブルは、噴霧粒径が大中小の３種類に分けられ、大中小の噴霧粒径毎に遅角補正値ＨＩＥＴＤ１が設定され、噴霧粒径「小」のときに遅角補正値ＨＩＥＴＤ１１が最も大きく基本噴射終了時期ＩＥＴｂが最も遅角側の時期に補正され、噴霧粒径「大」のときに遅角補正値ＨＩＥＴＤ１３が最も小さく基本噴射終了時期ＩＥＴｂが最も進角側の時期に補正される。

なお、基本噴射終了時期ＩＥＴｂが、例えば図８のテーブルの噴霧粒径「大」に適合している場合、噴霧粒径「大」での遅角補正値ＨＩＥＴＤ１３を零として実質的に補正が行われないようにし、噴霧粒径「中」での遅角補正値ＨＩＥＴＤ１２は基本噴射終了時期ＩＥＴｂを遅角補正し、噴霧粒径「小」での遅角補正値ＨＩＥＴＤ１１は、噴霧粒径「中」のときよりも基本噴射終了時期ＩＥＴｂをより大きく遅角させる値とする。

また、基本噴射終了時期ＩＥＴｂが、例えば図８のテーブルの噴霧粒径「中」に適合している場合、噴霧粒径「中」での遅角補正値ＨＩＥＴＤ１２を零として実質的に補正が行われないようにし、噴霧粒径「小」での遅角補正値ＨＩＥＴＤ１１は基本噴射終了時期ＩＥＴｂを遅角補正し、噴霧粒径「大」での遅角補正値ＨＩＥＴＤ１３は、基本噴射終了時期ＩＥＴｂを進角させる値とする。

そして、遅角補正値ＨＩＥＴＤ１を適用した結果としての噴射終了時期ＩＥＴは、図９に示すように、噴霧粒径「小」であるときが吸気ＴＤＣ後のクランク角領域内で最も遅くなり、噴霧粒径「大」であるときが吸気ＴＤＣ後のクランク角領域内で最も早くなり、噴霧粒径「中」であるときは、噴霧粒径「小」での噴射終了時期ＩＥＴと、噴霧粒径「大」での噴射終了時期ＩＥＴとの間の噴射終了時期ＩＥＴに設定される。

図１０は、噴霧粒径が小さいほど噴射終了時期ＩＥＴを遅角させる処理の効果を説明するための図であり、高負荷での噴射終了時期ＩＥＴに対する充填効率、排出粒子数ＰＮの変化を例示する。
図１０に示すように、噴霧粒径が小さくなると吸気上死点後の噴射終了時期ＩＥＴでの排出粒子数ＰＮが低減され、また、噴射終了時期ＩＥＴを遅らせることで燃料の筒内直入率が向上して燃焼室温度の低下が促進され、その結果、充填効率が改善されるとともにノッキングが発生し難くなって点火時期をより進角できるようになる。

次いで、制御装置１３は、ステップＳ１０３で、制御対象の燃料噴射弁５に供給される燃料の圧力が可変であるか否か、換言すれば、内燃機関１が可変燃圧システムを備えているか否かを判別する。
本実施形態の内燃機関１は可変燃圧システムを備えており、制御装置１３は、ステップＳ１０４に進み、可変燃圧システムにおける燃圧設定値（目標燃圧値）に応じて基本噴射終了時期ＩＥＴｂの遅角補正値ＨＩＥＴＤ２を設定する。

ここで、燃圧設定値が高いほど燃料噴射弁５の噴霧粒径が小さくなり、燃料噴射弁５の噴霧粒径が小さいほど、燃料噴霧が吸気流動に流されてシリンダボアに付着する燃料が減るので、噴射終了時期ＩＥＴを遅らせても排出粒子数ＰＮの悪化を抑制できる一方、噴射終了時期ＩＥＴを遅らせることで燃料の筒内直入率が向上して燃焼室温度の低下が促進され、ノッキングが改善される。
そこで、制御装置１３は、燃圧設定値が高いほど基本噴射終了時期ＩＥＴｂをより遅角させる遅角補正値ＨＩＥＴＤ２を設定することで、充填効率を改善し、点火時期をより進角できるようにする。

図１１及び図１２は、基本噴射終了時期ＩＥＴｂを遅角補正値ＨＩＥＴＤ２で補正したときの燃圧設定値による噴射タイミングの違いを例示する図である。
図１１及び図１２に示すように、制御装置１３は、燃圧設定値が高いときは、低いときに比べ、吸気ＴＤＣからＡＴＤＣ９０degまでのクランク角範囲内で噴射終了時期ＩＥＴをより遅角させる。

図１３は、内燃機関１をアイドリング付近の低負荷で暖機運転させたときの燃圧設定値の違いによる噴霧粒径ＳＭＤ、排出粒子数ＰＮ、未燃燃料ＨＣの違いを例示する図である。
この図１３に示すように、内燃機関１をアイドリング付近の低負荷で暖機運転させるときに、燃圧設定値を高くすることで噴霧粒径ＳＭＤが小さくなり、噴霧粒径ＳＭＤが小さくなることで排出粒子数ＰＮが低減される一方、噴霧粒径ＳＭＤの低下は未燃燃料ＨＣの改善に寄与しない結果となった。
つまり、内燃機関１をアイドリング付近の低負荷で暖機運転させるときでも、燃圧設定値を高くすれば噴霧粒径ＳＭＤが小さくなり、排出粒子数ＰＮを改善できる。

図１４は、内燃機関１を暖機後にスロットル全開の高負荷（全負荷）で運転させたときの燃圧設定値の違いによる噴霧粒径ＳＭＤ、排出粒子数ＰＮ、未燃燃料ＨＣの違いを例示する図である。
この図１４に示すように、内燃機関１を暖機後にスロットル全開の高負荷（全負荷）で運転させる場合も、燃圧設定値を高くすることで噴霧粒径ＳＭＤが小さくなり、噴霧粒径ＳＭＤが小さくなることで排出粒子数ＰＮが低減される一方、噴霧粒径ＳＭＤの低下は未燃燃料ＨＣの改善に寄与しない結果となった。
なお、内燃機関１が可変燃圧システムを備えていない場合、つまり、燃圧設定値が固定である場合、制御装置１３は、ステップＳ１０５で遅角補正値ＨＩＥＴＤ２を零に設定し、遅角補正値ＨＩＥＴＤ２による基本噴射終了時期ＩＥＴｂの補正をキャンセルする。

制御装置１３は、上記のようにして、基本噴射終了時期ＩＥＴｂ、遅角補正値ＨＩＥＴＤ１、遅角補正値ＨＩＥＴＤ２を設定すると、ステップＳ１０６で、基本噴射終了時期ＩＥＴｂを遅角補正値ＨＩＥＴＤ１及び遅角補正値ＨＩＥＴＤ２で補正した結果を、最終的な噴射終了時期ＩＥＴ（ＩＥＴ＝ＩＥＴｂ＋ＨＩＥＴＤ１＋ＨＩＥＴＤ２）に設定する。
そして、制御装置１３は、噴射終了時期ＩＥＴと燃料噴射パルス幅ＴＩのクランク角換算値とから噴射開始時期ＩＳＴを求め、噴射開始時期ＩＳＴにて燃料噴射パルス幅ＴＩの開弁指令信号（噴射パルス信号）を燃料噴射弁５に出力することで、燃料噴射弁５による燃料噴射を噴射終了時期ＩＥＴで終了させる。
以上のように、本実施形態によると、制御装置１３は、噴射終了時期を吸気上死点後のクランク角領域内で前記内燃機関の負荷が高くなるほど進角した時期に設定することで、内燃機関の排気性状、詳しくは排出粒子数ＰＮを低減する。

上記実施形態で説明した各技術的思想は、矛盾が生じない限りにおいて、適宜組み合わせて使用することができる。
また、好ましい実施形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。
例えば、制御装置１３は、燃料噴射弁５の噴霧粒径（燃料噴射弁５の種別）に応じた噴射終了時期ＩＥＴの補正と燃圧設定値に応じた噴射終了時期ＩＥＴの補正との一方若しくは双方を省略することができる。

また、制御装置１３は、機関負荷に応じて設定した基本噴射終了時期ＩＥＴｂを、内燃機関１の温度を代表する冷却水温度に応じて補正することができ、詳細には、冷却水温度が高いほど（燃料噴霧が気化し易いほど）噴射終了時期ＩＥＴを吸気ＴＤＣからＡＴＤＣ９０degまでのクランク角範囲内でより遅角させることができる。
また、内燃機関１が、例えば特開２０１７−４０５６３号公報に開示されるような粒子状物質検出センサを備える場合、制御装置１３は、機関負荷に応じて設定した基本噴射終了時期ＩＥＴｂを粒子状物質検出センサによって検出された粒子状物質に基づき補正したり、粒子状物質検出センサによって検出された粒子状物質に基づき機関負荷と基本噴射終了時期ＩＥＴｂとの相関を変更する学習処理を実施したりすることができる。

ここで、上述した実施形態から把握し得る技術的思想について、以下に記載する。
内燃機関の制御装置は、その一態様として、内燃機関の吸気管内に燃料を噴射する燃料噴射弁を制御する制御装置であって、前記制御装置は、前記燃料噴射弁の噴射終了時期を設定する噴射終了時期設定手段と、前記噴射終了時期に燃料噴射を終了する開弁指令信号を前記燃料噴射弁に出力する指令出力手段と、を有し、前記噴射終了時期設定手段は、前記噴射終了時期を、吸気上死点からＡＴＤＣ９０degまでのクランク角範囲内で前記内燃機関の負荷が高くなるほど進角した時期に設定する。

１…内燃機関、２ａ…吸気管、５…燃料噴射弁、１３…制御装置

Claims (6)

1. 内燃機関の吸気管内に燃料を噴射する燃料噴射弁を制御する制御装置であって、
   前記制御装置は、
   前記燃料噴射弁の噴射終了時期を設定する噴射終了時期設定手段と、
   前記噴射終了時期に燃料噴射を終了する開弁指令信号を前記燃料噴射弁に出力する指令出力手段と、
   を有し、
   前記噴射終了時期設定手段は、
   前記噴射終了時期を、吸気上死点後の所定クランク角領域の範囲内において、前記内燃機関の負荷が高くなるほど進角した時期で、かつ、前記燃料噴射弁の噴霧粒径が小さいほど遅角した時期に設定する、
   内燃機関の制御装置。
2. 前記噴射終了時期設定手段は、前記噴射終了時期を、前記所定クランク角領域の範囲内において、前記燃料噴射弁に供給される燃料の圧力が高いほど遅角した時期に設定する、請求項１記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記所定クランク角領域は、吸気上死点から吸気上死点後９０degまでの範囲である、
   請求項１又は請求項２記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記噴射終了時期設定手段は、
   前記吸気管から筒内に流入する壁流流入量が前記内燃機関の負荷変化に応じて増大することを抑制するように前記噴射終了時期を設定する、
   請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
5. 内燃機関の吸気管内に燃料を噴射する燃料噴射弁を制御する制御方法であって、
   前記内燃機関の負荷を検出するステップと、
   前記燃料噴射弁の噴射終了時期を、吸気上死点後の所定クランク角領域の範囲内において、前記内燃機関の負荷が高くなるほど進角した時期で、かつ、前記燃料噴射弁の噴霧粒径が小さいほど遅角した時期に設定するステップと、
   前記噴射終了時期に燃料噴射を終了する開弁指令信号を前記燃料噴射弁に出力するステップと、
   を含む、内燃機関の制御方法。
6. 内燃機関の吸気管内に燃料を噴射する燃料噴射弁を制御する制御装置であって、
   前記制御装置は、
   前記燃料噴射弁の噴射終了時期を設定する噴射終了時期設定手段と、
   前記噴射終了時期に燃料噴射を終了する開弁指令信号を前記燃料噴射弁に出力する指令出力手段と、
   を有し、
   前記噴射終了時期設定手段は、
   前記噴射終了時期を、吸気上死点後の所定クランク角領域の範囲内において、前記内燃機関の負荷変化に応じて変化させ、かつ、前記燃料噴射弁の噴霧粒径に応じて異なる時期に設定する、
   内燃機関の制御装置。