JP2013044250A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】粒子状物質の排出抑制と燃費の好適化とを両立する。
【解決手段】エンジン１０は、燃料を直接気筒内に噴射する燃料噴射弁１９を備える。ＥＣＵ５０は、エンジン運転状態に基づいて、エンジン１０から排出される粒子状物質（ＰＭ）の量が最小となる燃料噴射時期（ＰＭ基準噴射時期）を算出する。また、エンジン１０の排気中に含まれるＰＭの量を検出する。そして、燃料噴射弁１９による燃料噴射を燃料噴射ごとに指令する噴射時期指令値を、ＰＭ量が所定の上限値を超えない範囲で、ＰＭ基準噴射時期から、今現在のエンジン運転状態において燃費が最良となる燃料噴射時期（燃費最良噴射時期）に向かって徐変させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、燃料を直接気筒内に噴射する筒内噴射式の内燃機関に適用される技術に関する。

従来、気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射式の内燃機関が知られている。また、筒内噴射式の内燃機関では、エンジンでの燃料燃焼により粒子状物質（ＰＭ）が排出されやすく、これに鑑み、ＰＭ排出を考慮した技術が種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、吸気弁と排気弁とのバルブオーバーラップ量や吸気弁の閉じ時期を調整することによって、排気行程において気筒内から排出されなかった残留ガスを吸気管内に吹き返すとともに、その吹き返した残留ガスを吸気行程において再び気筒内へ吹き返す場合（内部ＥＧＲ効果を得る場合）に、ピストン非衝突噴射時期に燃料が噴射されるように燃料噴射弁を制御することが開示されている。これにより、内部ＥＧＲ効果を得るべくバルブオーバーラップ量を拡大する等した場合にも、残留ガスとともにＰＭが吸気管内に吹き返されることに起因して、吸気ポート等にデポジットが発生するのを抑制するようにしている。

特開２００８−３０３７９９号公報

ところで、エンジンからのＰＭ排出量が最小になる燃料噴射時期と、エンジンの燃費が最良となる燃料噴射時期とは必ずしも一致しない。そのため、ＰＭ低減を優先させようとすると燃費悪化を許容せざるを得ないが、その燃費悪化の程度は、ＰＭ排出量を許容範囲内にしつつ最小限にするのが望ましい。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、粒子状物質の排出抑制と燃費の好適化とを両立することができる内燃機関の制御装置を提供することを主たる目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。

本発明は、燃料噴射弁から燃料を直接気筒内に噴射する筒内噴射式の内燃機関に適用される内燃機関の制御装置に関する。そして、請求項１に記載の発明は、機関運転状態に基づいて、内燃機関から排出される粒子状物質の量が最小となる燃料噴射時期であるＰＭ基準噴射時期を算出するＰＭ基準時期算出手段と、内燃機関の排気中に含まれる粒子状物質の量を検出する粒子状物質量検出手段と、前記燃料噴射弁による燃料噴射を燃料噴射ごとに指令する噴射時期指令値を、前記粒子状物質量検出手段により検出される粒子状物質量が所定の上限値を超えない範囲で、前記ＰＭ基準時期算出手段により算出したＰＭ基準噴射時期から、今現在の機関運転状態において燃費が最良となる燃料噴射時期である燃費最良噴射時期に向かって徐変させる噴射時期変更手段と、を備えることを特徴とする。

要するに、筒内噴射式の内燃機関では、燃料の噴射時期と、燃料の燃焼によって内燃機関から排出される粒子状物質の量とに相関があり、燃料噴射時期を変更することによって粒子状物質の排出量が変化する。また同様に、内燃機関では、燃料噴射時期と燃費との間にも相関があり、燃料噴射時期を変更することによって燃費が変化する。ここで、粒子状物質の排出量が最小になる燃料噴射時期は、内燃機関の燃費が最良となる燃料噴射時期とは必ずしも一致しない。その一方で、昨今の粒子状物質に対する規制強化や燃費の最適化を考慮すると、粒子状物質の排出抑制と燃費の最適化との両立を図る必要がある。

この点に鑑み、上記構成では、内燃機関から排出される粒子状物質の量をモニタし、粒子状物質量が上限値を超えない範囲としつつ、燃料噴射回ごとの噴射時期を、粒子状物質の排出量が最小になる噴射時期から、燃費が最良になる噴射時期に徐々に近付ける。これにより、粒子状物質の排出抑制を図りつつ、燃費を良好にすることができる。

請求項２に記載の発明では、前記噴射時期指令値の徐変に際し、前記粒子状物質量検出手段により検出される粒子状物質の量が前記所定の上限値に達したか否かを判定する物質量判定手段を備え、前記噴射時期変更手段は、前記物質量判定手段により前記粒子状物質の量が前記所定の上限値に達したと判定される前に前記噴射時期指令値が前記燃費最良噴射時期に達するか、又は、前記噴射時期指令値が前記燃費最良噴射時期に達する前に前記物質量判定手段により前記粒子状物質の量が前記所定の上限値に達したと判定された場合、その時点で前記噴射時期指令値の徐変を停止し、その噴射時期指令値で燃料の噴射を制御する。

噴射時期指令値を燃費最良噴射時期の方向に変更した際に、粒子状物質量が、許容される範囲の上限値に達する前に燃費最良噴射時期に達するか、又は燃費最良噴射時期に達する前に粒子状物質量が許容範囲の上限値まで達した場合には、その時点の燃料噴射時期が、粒子状物質が許容範囲内である場合において燃費を最も良好にできる噴射時期であると言える。したがって、その噴射時期指令値を維持することにより、粒子状物質の排出抑制と燃費好適化とを両立することができる。

燃料噴射ごとの噴射時期指令値の徐変については、内燃機関が定常運転状態であることを条件に実施するのが望ましい。したがって、請求項３に記載の発明のように、内燃機関の運転状態が定常運転状態であるか否かを判定する運転状態判定手段を備え、前記運転状態判定手段により定常運転状態であると判定されない場合に、前記噴射時期指令値を前記ＰＭ基準噴射時期として設定し、前記定常運転状態であると判定された場合に、前記噴射時期変更手段により前記噴射時期指令値を前記ＰＭ基準噴射時期から前記燃費最良噴射時期に向かって徐変させるのがよい。

請求項４に記載の発明では、内燃機関の回転速度に応じて、前記噴射時期変更手段により前記噴射時期指令値を前記ＰＭ基準噴射時期から前記燃費最良噴射時期に向かって徐変させる場合の徐変量を設定する。

燃料噴射時期の変更に伴う粒子状物質の変化の度合い（増加率）は機関回転速度に応じて相違し、機関回転速度が高いほど、燃料噴射時期をＰＭ基準噴射時期よりも燃費最良噴射時期の方向へ変更した場合に、粒子状物質の排出量が大きく増加する。つまり、機関回転速度が高いほど、燃料噴射時期の変更に対する感度が高くなる。そのため、燃料噴射時期を徐変する場合の徐変量を一定とすると、機関回転速度が比較的高い場合には感度が高いことに起因して粒子状物質が急激に増加し、機関回転速度が比較的低い場合には燃料噴射時期を燃費最良噴射時期に向かって変更するのに時間がかかってしまうことが考えられる。したがって、上記構成とすることにより、燃料噴射時期の変更に対する感度に応じた適切な変更量により燃料噴射時期を徐変させることができる。

請求項５に記載の発明では、前記ＰＭ基準噴射時期と前記燃費最良噴射時期とのずれ幅を算出するずれ幅算出手段を備え、前記ずれ幅算出手段により算出したずれ幅に基づいて、前記噴射時期変更手段により前記噴射時期指令値を前記ＰＭ基準噴射時期から前記燃費最良噴射時期に向かって徐変させる場合の徐変量を設定する。

ＰＭ基準噴射時期及び燃費最良噴射時期は内燃機関の運転状態に応じて相違する。また、その相違に伴い、ＰＭ基準噴射時期と燃費最良噴射時期とのずれ幅が内燃機関の運転状態に応じて相違する。したがって、燃料噴射時期を徐変する場合の徐変量を一定とすると、ずれ幅が比較的大きい場合には、燃料噴射時期を燃費最良噴射時期に向かって変更するのに時間がかかってしまう。したがって、上記構成のように、ＰＭ基準噴射時期と燃費最良噴射時期とのずれ幅に応じて徐変量を可変に設定するとよい。

請求項６に記載の発明では、前記ＰＭ基準噴射時期と前記燃費最良噴射時期とのずれ幅を算出するずれ幅算出手段を備え、前記ずれ幅算出手段により算出したずれ幅に基づいて、前記噴射時期変更手段による前記噴射時期指令値の徐変を実施するか否かを切り替える。

内燃機関において、燃料噴射時期を変更しても粒子状物質量や燃費が変化しない不感帯が存在することが考えられる。この不感帯を考慮すると、ＰＭ基準噴射時期と燃費最良噴射時期とのずれ幅がさほど大きくない場合には、燃料噴射時期を変更しても、例えば粒子状物質量は多くなるが燃費を十分に改善できないといったことが起こり得る。したがって、上記構成とすることにより、不感帯を考慮した燃料噴射時期制御を実現できる。具体的には、ＰＭ基準噴射時期と燃費最良噴射時期とのずれ幅が判定値以上の場合には燃料噴射時期の徐変を実施し、当該ずれ幅が判定値未満の場合には燃料噴射時期の徐変を実施しない構成とする。

請求項７に記載の発明では、前記噴射時期変更手段により前記噴射時期指令値を前記ＰＭ基準噴射時期から前記燃費最良噴射時期に向かって徐変させた場合において、前記粒子状物質量検出手段により検出される粒子状物質の量が前記所定の上限値に達する前に前記噴射時期指令値が前記燃費最良噴射時期に達した場合には該燃費最良噴射時期を、又は前記粒子状物質量検出手段により検出される粒子状物質の量が前記燃費最良噴射時期に達する前に前記所定の上限値に達した場合には該上限値に達したときの燃料噴射時期を、最適噴射時期として内燃機関の運転領域毎に記憶する記憶手段を備え、前記記憶手段により今現在の機関運転状態に対応する前記最適噴射時期が記憶されている場合、該最適噴射時期を前記噴射時期指令値として燃料の噴射を制御する。この構成によれば、機関運転状態が変化する毎に噴射時期指令値をＰＭ基準噴射時期から燃費最良噴射時期に向かって徐変させなくても、粒子状物質の抑制と燃費の好適化とを両立するのに最適な燃料噴射時期を設定することができる。これにより、制御性を良好にすることができる。

エンジン制御システムの全体概略構成図。 燃料噴射時期特性を示す図。（ａ）は燃料噴射時期とＰＭ排出量との関係を示し、（ｂ）は燃料噴射時期と燃費率との関係を示す。 燃料噴射時期制御の具体的態様を説明する図。 燃料噴射時期制御の処理手順を示すフローチャート。

以下、本発明を具体化した実施の形態について図面を参照しつつ説明する。本実施の形態は、内燃機関である車載多気筒４サイクルガソリンエンジンであって筒内噴射式かつ火花点火式のエンジンを対象にエンジン制御システムを構築するものとしている。当該制御システムにおいては、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）を中枢として燃料噴射量の制御や点火時期の制御等を実施する。このエンジン制御システムの全体概略構成図を図１に示す。

図１に示すエンジン１０において、吸気管１１の最上流部にはエアクリーナ１２が設けられ、エアクリーナ１２の下流側には吸入空気量を検出するためのエアフロメータ１３が設けられている。また、エアフロメータ１３の下流側には、ＤＣモータ等のスロットルアクチュエータ１５によって開度調節されるスロットルバルブ１４が設けられている。スロットルバルブ１４の開度（スロットル開度）は、スロットルアクチュエータ１５に内蔵されたスロットル開度センサにより検出される。

スロットルバルブ１４の下流側にはサージタンク１６が設けられ、サージタンク１６において、吸気管内圧力を検出するための吸気管内圧力センサ１７が設けられている。サージタンク１６には、エンジン１０の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１８が接続されている。吸気マニホールド１８は、更に各気筒の吸気ポートに接続されている。

エンジン１０の吸気ポート及び排気ポートには、それぞれ吸気バルブ２１及び排気バルブ２２が設けられている。この吸気バルブ２１の開動作によりサージタンク１６内の空気が燃焼室２３内に導入され、排気バルブ２２の開動作により燃焼後の排ガスが排気管２４に排出される。

エンジン１０の各気筒の上部には、燃焼室２３内に燃料を直接供給する燃料噴射弁１９が取り付けられている。燃料噴射弁１９には、燃料配管２５を介して燃料タンク３８が接続されている。また、燃料配管２５において、その最上流部には電磁駆動式のフィードポンプ３９が配置され、フィードポンプ３９の下流側には機械駆動式の高圧ポンプ２６が配置されている。燃料タンク３８内の燃料は、フィードポンプ３９により汲み上げられて所定のフィード圧（例えば０．３ＭＰａ）まで加圧された後、高圧ポンプ２６に圧送される。また、高圧ポンプ２６に圧送されたフィード圧の燃料は、高圧ポンプ２６により更に高圧（例えば４〜２０ＭＰａ）にされた後、デリバリパイプ２７に圧送され、デリバリパイプ２７から各気筒の燃料噴射弁１９に供給され、燃料噴射弁１９から燃焼室２３内に噴射される。

エンジン１０のシリンダヘッドには点火プラグ２９が取り付けられている。点火プラグ２９には、点火コイル等よりなる点火装置（図示略）を通じて、所望とする点火時期において高電圧が印加される。この高電圧の印加により、各点火プラグ２９の対向電極間に火花放電が発生し、燃焼室２３内の混合気が着火され燃焼に供される。

排気管２４には、排ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化するための触媒として三元触媒３１が設けられている。また、排気管２４には、触媒上流側において、排気を検出対象として混合気の空燃比（酸素濃度）を検出する空燃比センサ３２が設けられており、触媒下流側において、排気中に含まれる粒子状物質（ＰＭ）の量を検出するＰＭセンサ３３が設けられている。

その他、エンジン１０には、冷却水温を検出する冷却水温センサ３５や、エンジン１０の所定クランク角毎に（例えば１０°ＣＡ周期で）矩形状のクランク角信号を出力するクランク角センサ３６、デリバリパイプ２７内の燃料圧力を検出する燃圧センサ３７などが取り付けられている。

ＥＣＵ５０は、周知の通りＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータ（以下、マイコンという）５１を主体として構成され、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、都度のエンジン運転状態に応じてエンジン１０の各種制御を実施する。すなわち、ＥＣＵ５０のマイコン５１は、前述した各種センサなどから各々検出信号を入力し、それら入力した各種検出信号に基づいて、燃料噴射量や燃料噴射時期、点火時期等を演算して燃料噴射弁１９や点火装置の駆動等を制御する。

燃料噴射時期制御について、マイコン５１は、都度のエンジン運転状態（例えばエンジン回転速度やエンジン負荷）に基づいて燃料の目標噴射時期を算出する。また、算出した目標噴射時期で燃料噴射が開始されるよう燃料噴射弁１９に噴射信号（噴射時期指令値）を出力することにより燃料噴射弁１９の駆動を制御する。噴射時期について本実施形態では、基本的には１燃焼サイクル（吸気行程→圧縮行程→膨張行程→排気行程）のうちの吸気行程で燃料の噴射を開始する吸気行程噴射を行い、例えばエンジン始動時や触媒暖機時など一部のエンジン運転状態において圧縮行程で燃料の噴射を開始する圧縮行程噴射を行う。

ところで、筒内噴射式のエンジンでは、燃料の噴射時期と、燃料の燃焼によって排出される粒子状物質の量（ＰＭ量）との相関が強く、例えば吸気行程噴射の場合には、図２（ａ）に示すように、燃料噴射時期を吸気上死点（吸気ＴＤＣ）付近から遅角側に変更するにつれて、排気中に含まれるＰＭ量が減少し、吸気ＴＤＣから所定角度だけ遅角側の角度位置（図２中のＡ）付近でＰＭ量が最小になる。例えば、あるエンジン運転状態（エンジン回転速度Ｖａ、エンジン負荷Ｑａ）では、図２（ａ）に示すように、圧縮上死点前３００℃Ａ付近で、エンジン１０から排出されるＰＭ量が最小になる。また、燃料噴射時期を、ＰＭ量が最小となる噴射時期から更に遅角させると、燃料噴射時期の遅角に伴いＰＭ量が少しずつ増加するとともに、ある角度位置（図２中のＢ）を越えるとＰＭ量が再び大きく増加する。このようなＰＭ排出特性を考慮すると、ＰＭ排出量を抑制するには、ＰＭ最小の角度位置を燃料噴射時期の指令値として設定するのがよい。

その一方で、エンジン１０の排気中に含まれるＰＭ量が最小になる燃料噴射時期は、エンジン１０の燃費が最良となる燃料噴射時期（燃費最良点）とは必ずしも一致しない。例えばエンジン回転速度Ｖａ、エンジン負荷Ｑａの運転状態では、図２（ｂ）に示すように、圧縮上死点前３２５℃Ａ付近で燃料噴射した場合に燃費が最小になる（図２中のＣ）。これらのことを鑑みると、燃料噴射時期の指令値を設定するのに際し、ＰＭ低減を優先させると燃費悪化を許容せざるを得ないが、その燃費悪化の程度は、ＰＭ排出量を許容範囲内にしつつ最小限にするのが望ましい。

また、図２（ａ）に示すように、ＰＭ排出量が最小になる燃料噴射時期（図２中のＡ）よりも進角側では、燃料噴射時期の変更量に対するＰＭ排出量の増加量が遅角側よりも多くなっている。したがって、エンジン１０や燃料噴射弁１９等の設計公差を考慮すると（ＰＭ低減のロバスト性を考慮すると）、燃料噴射時期の適合値としては、ＰＭ量が最小となる噴射時期よりも若干遅角側に設定しておくのが望ましい。しかしながら、図２（ｂ）に示すように、燃料噴射時期を遅角側にすると燃費が悪化する方向に移行する。そのため、予め定めた適合値により燃料噴射時期を制御した場合、燃費悪化を好適に抑制できるとは必ずしも言えない。

そこで、本実施形態では、エンジン１０の排気中に含まれるＰＭ量（ＰＭ排出量）を検出し、その検出したＰＭ排出量が許容範囲の上限値を超えないように、燃料噴射ごとの燃料噴射時期の指令値を、エンジン１０から排出されるＰＭ量が最小になる燃料噴射時期であるＰＭ基準噴射時期（図２中のＡ）から、今現在のエンジン運転状態において燃費が最良となる燃料噴射時期である燃費最良噴射時期（図２中のＣ）に向かって徐変させることとしている。

本実施形態の燃料噴射時期制御について、図３を用いてより具体的に説明する。本実施形態では、基本的には、エンジン運転状態に基づいて、例えば予め定めた適合マップを用いて目標噴射時期を算出する。このとき、本実施形態では、目標噴射時期としてＰＭ基準噴射時期を設定し、そのＰＭ基準噴射時期で燃料が噴射されるよう燃料噴射弁１９を制御する。そして、エンジン１０が定常運転状態に移行すると、目標噴射時期を、ＰＭ基準噴射時期から、ＰＭ基準噴射時期よりも燃費最良噴射時期の方向（図３の矢印Ｍの方向）に所定の徐変量αずつ変更する。つまり、定常運転状態下において、ＰＭセンサ３３により検出されるＰＭ排出量をモニタしつつ、燃料噴射弁１９による燃料噴射の都度、燃料噴射時期の指令値を前回値に対して所定量ずつ徐変させる。また、同制御の実行中において、燃料噴射時期が燃費最良噴射時期に達した場合には、その時点で燃料噴射時期の指令値の徐変を停止し、燃費最良噴射時期での燃料噴射を維持する。ただし、燃料噴射時期が燃費最良噴射時期に達する前に、ＰＭセンサ３３により検出されるＰＭ排出量が所定の上限値（基準値ＴＨ）に達した場合には、その基準値ＴＨに達した時点で燃料噴射時期の徐変を停止し、その時点の噴射時期（図３中のＩｎ１）を維持する。

次に、本実施形態の燃料噴射時期制御について図４のフローチャートを用いて説明する。この処理は、ＥＣＵ５０のマイコン５１により各気筒の燃料噴射毎に（４気筒エンジンであれば１８０℃Ａ毎に）実行される。

図４において、ステップＳ１０１では、エンジン１０の運転状態が定常状態か否かを判定する。本実施形態では、エンジン回転速度及びエンジン負荷が一定の状態が所定時間継続した場合に定常運転状態であると判定する。定常運転状態でないと判定された場合には、ステップＳ１０２へ進み、その時のエンジン運転状態に基づいて、ＰＭ排出量が最小となる燃料噴射時期（ＰＭ基準噴射時期）を算出し（ＰＭ基準時期算出手段）、その算出したＰＭ基準噴射時期を目標噴射時期に設定する。本実施形態では、ＰＭ基準噴射時期がエンジン運転状態ごとにＰＭ適合マップとして予め定めて記憶してある。したがって、ここでは、そのＰＭ適合マップから、今現在のエンジン運転状態に対応するＰＭ基準噴射時期を読み出し、その読み出したＰＭ基準噴射時期を目標噴射時期に設定する。また、ステップＳ１０３では、設定した目標噴射時期で燃料噴射弁１９から燃料が噴射されるよう燃料噴射弁１９に噴射信号を出力する。

一方、エンジン１０が定常運転状態であると判定されると、ステップＳ１０１で肯定判定され、ステップＳ１０４へ進む。ステップＳ１０４では、その時のエンジン運転状態に基づいて、エンジン１０の燃費が最良となる燃料噴射時期（燃費最良噴射時期）を算出する。本実施形態では、燃費最良噴射時期がエンジン運転状態ごとに燃費適合マップとして予め定めて記憶してあり、その燃費適合マップから、今現在のエンジン運転状態に対応する燃費最良噴射時期を読み出すことにより燃費最適噴射時期を算出する。

ステップＳ１０５では、目標噴射時期として燃費最良噴射時期が設定されているか否かを判定する。ステップＳ１０５で否定判定された場合、ステップＳ１０６へ進み、ＰＭセンサ３３により検出されたＰＭ排出量を取得し、ステップＳ１０７において、その取得したＰＭ排出量が基準値以下であるか否かを判定する。ここで、基準値は、エンジン１０の排気中に含まれるＰＭ量として許容される範囲の上限値であり、本実施形態では、エンジン運転状態ごとに予め定めて記憶してある。

ＰＭ排出量が基準値以下である場合には、ステップＳ１０７で肯定判定されてステップＳ１０８へ進む。ステップＳ１０８では、目標噴射時期の前回値を燃費最良噴射時期の方向に所定の徐変量α（例えば数℃Ａ）だけ変更する。このとき、例えば、定常運転状態である旨の判定がなされていない状態（判定前状態）から、定常運転状態である旨の判定がなされた状態（判定後状態）に移行すると、まずはその判定前状態での最後の目標燃料噴射時期（ＰＭ基準噴射時期）に対して進角側又は遅角側の変更が行われ、その後、目標噴射時期の前回値に対して更に進角側又は遅角側への変更が行われる。また、目標噴射時期の変更方向について具体的には、例えば図２のエンジン運転状態の場合であれば、燃費最良噴射時期はＰＭ基準噴射時期よりも進角側であるから、目標噴射時期を所定の徐変量αだけ進角側に変更する。一方、燃費最良噴射時期がＰＭ基準噴射時期よりも遅角側の場合には目標噴射時期の前回値を遅角側に変更する。なお、徐変量αについて本実施形態では固定値としてある。ステップＳ１０３では、その設定した目標噴射時期で燃料噴射が実施されるよう燃料噴射弁１９に噴射信号（噴射時期指令値）を出力する。

一方、ＰＭ排出量が基準値よりも多い場合には、ステップＳ１０７で否定判定されてステップＳ１０９へ進み、燃料噴射時期の徐変を停止し、そのときの目標噴射時期（前回値）を保持する。また、ステップＳ１０３では、設定した目標噴射時期で燃料が噴射されるよう燃料噴射弁１９に噴射信号を出力する。

ステップＳ１０５で目標噴射時期が燃費最良噴射時期であると判定された場合、ステップＳ１１０へ進み、目標噴射時期を燃費最適噴射時期で保持し（前回値のまま保持し）、ステップＳ１０３で、燃費最良噴射時期で燃料が噴射されるよう燃料噴射弁１９に噴射信号を出力する。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

エンジン１０から排出されるＰＭ量をモニタし、ＰＭ量が上限値を超えない範囲としつつ、各気筒の燃料噴射ごとの噴射時期（４気筒エンジンであれば１８０℃Ａごとに実施される燃料噴射の噴射時期）を、ＰＭ排出量が最小になるＰＭ基準噴射時期から、燃費が最良になる燃費最良噴射時期に徐々に変更する構成とした。この場合、ＰＭ排出量が許容範囲内となる燃料噴射時期のうち、燃費がより良好な燃料噴射時期で燃料を噴射することができる。したがって、上記構成によれば、ＰＭの排出抑制を図りつつ、燃費を良好にすることができる。

また、噴射時期指令値の徐変に際し、ＰＭセンサ３３の検出値に基づいてＰＭ量が基準値に達したか否かを判定する構成を備え、ＰＭ量が基準値に達したと判定される前に噴射時期指令値が燃費最良噴射時期に達するか、又は、噴射時期指令値が燃費最良噴射時期に達する前にＰＭ量が基準値に達したと判定された場合、その時点で噴射時期指令値の徐変を停止し、その噴射時期指令値で燃料の噴射を制御する構成とした。この場合、ＰＭ排出量が許容範囲内となる燃料噴射時期のうち、燃費が最も良好な燃料噴射時期を指令値として維持することができる。

（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施されてもよい。

・上記実施形態では、燃料噴射ごとに燃料噴射時期の指令値をＰＭ基準噴射時期から燃費最良噴射時期に向かって変更するときの徐変量（目標噴射時期の徐変量α）を固定値としたが、本実施形態では、エンジン回転速度（エンジン定常運転状態でのエンジン回転速度）に応じて徐変量を可変に設定する。燃料噴射時期を変更した場合のＰＭ排出量に及ぼす影響（感度）は、エンジン回転速度に応じて相違し、エンジン回転速度が高いほど、燃料噴射時期をＰＭ基準噴射時期よりも燃費最良噴射時期の方向へ変更した場合のＰＭ増加量（傾き）が大きくなる。この場合、エンジン回転速度が高い場合には、燃料噴射時期の変更に伴うＰＭ排出量の感度が高いため、燃料噴射時期の変更量をできるだけ小さくするのが望ましい。一方、エンジン回転速度が低い場合には、徐変量が小さすぎると、燃料噴射時期を燃費最良噴射時期に向かって変更するのに時間がかかってしまう。そこで、本実施形態では、エンジン回転速度が高いほど徐変量を小さく設定する。これにより、エンジン回転速度に応じた徐変量を設定することができ、都度の運転状態に適した燃料噴射時期制御を実現することができる。

・ＰＭ基準噴射時期と燃費最良噴射時期とのずれ幅を算出し、その算出したずれ幅に基づいて、燃料噴射ごとに燃料噴射時期をＰＭ基準噴射時期から燃費最良噴射時期に向かって変更するときの徐変量（目標噴射時期の徐変量α）を可変に設定する。このとき、ずれ幅が大きいほど、徐変量を大きく設定するとよい。

・エンジン１０について、燃料噴射時期を僅かに変更しただけではＰＭ排出量や燃費が変化しない不感帯が存在することが考えられる。これに鑑み、ＰＭ基準噴射時期と燃費最良噴射時期とのずれ幅に基づいて、ＰＭ基準噴射時期から燃費最良噴射時期への燃料噴射時期（指令値）の徐変を実施するか否かを切り替える構成とする。具体的には、ＰＭ基準噴射時期と燃費最良噴射時期とのずれ幅が判定値未満の場合には燃料噴射時期の徐変を実施せず、例えばＰＭ基準噴射時期を目標噴射時期として燃料噴射を実施する。一方、上記ずれ幅が判定値以上の場合には、例えば上記図４の処理により燃料噴射時期の徐変を実施する。

・上記実施形態では、目標噴射時期をＰＭ基準噴射時期から燃費最良噴射時期の方向に所定量ずつ徐変させることにより、燃料噴射時期の指令値をＰＭ基準噴射時期から燃費最良噴射時期に向かう方向に徐変させる構成としたが、燃料噴射時期の指令値を序変させる構成はこれに限定しない。例えば、ＰＭ基準噴射時期と燃費最良噴射時期との差を算出するとともに、その差に基づいて噴射時期指令値の変更量を算出する構成とする。このとき、毎回の燃料噴射における噴射時期指令値の変更量を制限して、すなわち燃料噴射時期の指令値が微少量ずつ（例えば数℃Ａずつ）変更されるよう変更量を算出する。

・燃料噴射時期の指令値をＰＭ基準噴射時期から燃費最良噴射時期に向かって徐変させた場合において、ＰＭセンサ３３により検出されるＰＭ排出量が所定の上限値（基準値ＴＨ）に達する前に燃料噴射時期が燃費最良噴射時期に達した場合にはその燃費最良噴射時期を、又は、ＰＭセンサ３３により検出されるＰＭ排出量が、燃費最良噴射時期に達する前に所定の上限値に達した場合には該上限値に達したときの燃料噴射時期を、最適噴射時期として取得し、該取得した最適噴射時期をエンジン運転状態毎に記憶する（記憶手段）。このとき、最適噴射時期を取得したエンジン運転状態に対応させて最適噴射時期を記憶する。そして、エンジン１０の運転中において、今現在のエンジン運転状態に対応する最適噴射時期が記憶されている場合には、その最適噴射時期を目標燃料噴射時期として設定し、該設定した目標噴射時期で燃料が噴射されるよう燃料噴射弁１９に噴射信号（噴射時期指令値）を出力する。本構成によれば、エンジン運転状態が変化する毎に燃料噴射時期の徐変を都度実施しなくても、ＰＭ排出抑制と燃費の好適化とを両立するのに最適な燃料噴射時期を設定することができ、制御性を高めることができる。

１０…エンジン、１９…燃料噴射弁、２９…点火プラグ、５０…ＥＣＵ、５１…マイコン（ＰＭ基準時期算出手段、粒子状物質量検出手段、噴射時期変更手段、物質量判定手段、運転状態判定手段、ずれ幅算出手段、記憶手段）。

Claims (7)

1. 燃料噴射弁から燃料を直接気筒内に噴射する筒内噴射式の内燃機関に適用され、
   機関運転状態に基づいて、内燃機関から排出される粒子状物質の量が最小となる燃料噴射時期であるＰＭ基準噴射時期を算出するＰＭ基準時期算出手段と、
   内燃機関の排気中に含まれる粒子状物質の量を検出する粒子状物質量検出手段と、
   前記燃料噴射弁による燃料噴射を燃料噴射ごとに指令する噴射時期指令値を、前記粒子状物質量検出手段により検出される粒子状物質の量が所定の上限値を超えない範囲で、前記ＰＭ基準時期算出手段により算出したＰＭ基準噴射時期から、今現在の機関運転状態において燃費が最良となる燃料噴射時期である燃費最良噴射時期に向かって徐変させる噴射時期変更手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記噴射時期指令値の徐変に際し、前記粒子状物質量検出手段により検出される粒子状物質の量が前記所定の上限値に達したか否かを判定する物質量判定手段を備え、
   前記噴射時期変更手段は、前記物質量判定手段により前記粒子状物質の量が前記所定の上限値に達したと判定される前に前記噴射時期指令値が前記燃費最良噴射時期に達するか、又は、前記噴射時期指令値が前記燃費最良噴射時期に達する前に前記物質量判定手段により前記粒子状物質の量が前記所定の上限値に達したと判定された場合、その時点で前記噴射時期指令値の徐変を停止し、その噴射時期指令値で燃料の噴射を制御する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 内燃機関の運転状態が定常運転状態であるか否かを判定する運転状態判定手段を備え、
   前記運転状態判定手段により定常運転状態であると判定されない場合に、前記噴射時期指令値を前記ＰＭ基準噴射時期として設定し、前記定常運転状態であると判定された場合に、前記噴射時期変更手段により前記噴射時期指令値を前記ＰＭ基準噴射時期から前記燃費最良噴射時期に向かって徐変させる請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 内燃機関の回転速度に応じて、前記噴射時期変更手段により前記噴射時期指令値を前記ＰＭ基準噴射時期から前記燃費最良噴射時期に向かって徐変させる場合の徐変量を設定する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記ＰＭ基準噴射時期と前記燃費最良噴射時期とのずれ幅を算出するずれ幅算出手段を備え、
   前記ずれ幅算出手段により算出したずれ幅に基づいて、前記噴射時期変更手段により前記噴射時期指令値を前記ＰＭ基準噴射時期から前記燃費最良噴射時期に向かって徐変させる場合の徐変量を設定する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記ＰＭ基準噴射時期と前記燃費最良噴射時期とのずれ幅を算出するずれ幅算出手段を備え、
   前記ずれ幅算出手段により算出したずれ幅に基づいて、前記噴射時期変更手段による前記噴射時期指令値の徐変を実施するか否かを切り替える請求項１乃至５のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記噴射時期変更手段により前記噴射時期指令値を前記ＰＭ基準噴射時期から前記燃費最良噴射時期に向かって徐変させた場合において、前記粒子状物質量検出手段により検出される粒子状物質の量が前記所定の上限値に達する前に前記噴射時期指令値が前記燃費最良噴射時期に達した場合には該燃費最良噴射時期を、又は前記粒子状物質量検出手段により検出される粒子状物質の量が前記燃費最良噴射時期に達する前に前記所定の上限値に達した場合には該上限値に達したときの燃料噴射時期を、最適噴射時期として内燃機関の運転領域毎に記憶する記憶手段を備え、
   前記記憶手段により今現在の機関運転状態に対応する前記最適噴射時期が記憶されている場合、該最適噴射時期を前記噴射時期指令値として燃料の噴射を制御する請求項１乃至６のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。

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