(57)【要約】【課題】極低温下での機関の始動時間を短縮することのできる内燃機関の燃料噴射制御装置を提供する。【解決手段】内燃機関１の制御装置５０は、始動時制御部５０Ａを備える。始動時制御部５０Ａは、機関始動時の冷却水温が０°以下の温度に設定された判定温度よりも低く、よりも低く、且つクランキング開始後の機関回転速度が始動完了速度よりも低くクランキング速度よりも高い回転速度に設定された切替速度よりも低い間は、吸気行程の後半及び圧縮行程の後半に燃料を噴射する第１モードにて燃料噴射を実施し、この第１モードによる燃料噴射の実施中に機関回転速度が切替速度以上になると、第１モードに代えて、吸気行程の後半に燃料を噴射する第２モードにて燃料噴射を実施する始動時制御を実行する。【選択図】図１
2019031936.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
点火プラグを有する内燃機関に設けられた筒内噴射式の燃料噴射弁による燃料噴射を制御する装置であって、
前記内燃機関のクランキングが開始されてから機関始動の完了を示す始動完了速度に機関回転速度が達するまでの機関始動中における燃料噴射を制御する始動時制御部を備えており、
前記始動時制御部は、機関始動時の冷却水温が０°以下の温度に設定された判定温度よりも低く、且つクランキング開始後の機関回転速度が前記始動完了速度よりも低くクランキング速度よりも高い回転速度に設定された切替速度よりも低い間は、吸気行程の後半及び圧縮行程の後半に燃料を噴射する第１モードにて燃料噴射を実施し、この第１モードによる燃料噴射の実施中に機関回転速度が前記切替速度以上になると、前記第１モードに代えて、吸気行程の後半に燃料を噴射する第２モードにて燃料噴射を実施する始動時制御を実行する
内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項２】
前記始動時制御部は、前記第１モードによる吸気行程の後半での燃料噴射を複数回に分けて実施する処理を実行する
請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
前記始動時制御部は、前記第２モードとして吸気行程の後半及び圧縮行程の前半に燃料を分割して噴射する処理を実行する
請求項１または２に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項４】
前記切替速度は、前記第１モードでの燃料噴射による混合気の継続燃焼によって内燃機関のクランクシャフトが一定の速度で回転するときの機関回転速度である
請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項５】
前記始動時制御部は、前記冷却水温が低いときほど前記切替速度が低い回転速度となるように同切替速度を可変設定する処理を実行する
請求項４に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
低温下での機関の始動性を確保するために、例えば特許文献１に記載の装置では、吸気行程及び圧縮行程にそれぞれ燃料を噴射するようにしている。吸気行程で噴射された燃料は空気との接触時間が長く霧化しやすいために良好な混合気が形成される。また、圧縮行程で噴射された燃料は、点火プラグの周囲に濃い混合気を形成することにより着火性が良好になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−７３８２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、点火プラグの周囲に形成された濃い混合気は、着火性の点で有利にはなるものの、燃料の霧化時間が十分に確保されておらず、燃焼に際して燃焼室内の空気を十分に利用することができないために、内燃機関の出力トルクは低くなる。従って、機関始動に際して機関回転速度の上昇が緩慢になりやすい。特に、氷点下などの極低温下では、潤滑油の粘度が高くなったり、スタータモータを駆動する蓄電池の出力電圧が低下したりするため、機関回転速度の上昇がさらに緩慢になりやすく、機関の始動時間が長くなるおそれがある。
【０００５】
この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、極低温下での機関の始動時間を短縮することのできる内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する内燃機関の燃料噴射制御装置は、点火プラグを有する内燃機関に設けられた筒内噴射式の燃料噴射弁による燃料噴射を制御する装置であって、前記内燃機関のクランキングが開始されてから機関始動の完了を示す始動完了速度に機関回転速度が達するまでの機関始動中における燃料噴射を制御する始動時制御部を備えている。そして、この始動時制御部は、機関始動時の冷却水温が０°以下の温度に設定された判定温度よりも低く、且つクランキング開始後の機関回転速度が前記始動完了速度よりも低くクランキング速度よりも高い回転速度に設定された切替速度よりも低い間は、吸気行程の後半及び圧縮行程の後半に燃料を噴射する第１モードにて燃料噴射を実施し、この第１モードによる燃料噴射の実施中に機関回転速度が前記切替速度以上になると、前記第１モードに代えて、吸気行程の後半に燃料を噴射する第２モードにて燃料噴射を実施する始動時制御を実行する。
【０００７】
同構成によれば、機関始動時の冷却水温が上記判定温度よりも低い極低温下での機関始動であるときに、クランキングが開始されると、まず第１モードによる燃料噴射が実施される。
【０００８】
この第１モードにおいて、吸気行程の後半に噴射された燃料は、圧縮行程で燃料を噴射した場合と比較して噴射時期が点火時期から離れており、燃料の霧化時間が長くなるため、燃料の霧化が促される。
【０００９】
また、吸気行程の後半は、吸気行程の前半と比較して、気筒内に流入する吸気の流速が速くなっているため、基本的には気筒内に生じるタンブル気流の勢いが強くなり、混合気を成層化する際に有利になる。ただし、この第１モードは、機関回転速度が上記切替速度未満である場合に選択されるモードであるため、機関回転速度が上記切替速度以上になると切り替えられる上記第２モードの実施時と比較して機関回転速度は低い状態になっている。特に、この第１モードが実施される極低温下では、潤滑油の粘度が高くなったり、スタータモータを駆動する蓄電池の出力電圧が低下したりするため、極低温よりも機関温度の高い冷間状態での機関始動時よりも機関回転速度は低い状態になりやすい。そのため、タンブル気流の勢いはあまり強くならず、混合気は成層化しにくい。従って、第１モードにおいて吸気行程の後半に噴射された燃料は、霧化しながら若干成層化するものの、基本的には燃焼室内を拡散していく。
【００１０】
第１モードにおいて圧縮行程の後半に噴射された燃料は、気筒内を上昇してきた内燃機関のピストンの頂面で跳ね返って微粒化し、微粒化した燃料の一部は点火プラグに向かうことにより、点火プラグの周囲には燃料濃度の高い混合気が形成される。こうした燃料濃度の高い混合気は、極低温下であっても着火性が良く、混合気の燃焼に際して火種となる。この圧縮行程の後半に噴射された燃料を火種として、燃焼室内に拡散した燃料（吸気行程の後半に噴射された燃料）が燃焼することにより、極低温下であっても、気筒内では失火が起きにくく混合気は連続して燃焼する。ただし、圧縮行程の後半に噴射された燃料はその噴射時期が点火時期に近く、燃料の霧化時間が十分に確保されていないため、燃焼に際して燃焼室内の空気を十分に利用することができない。そのため、圧縮行程の後半以外の時期に燃料を噴射する場合と比較して、内燃機関の出力トルクは低くなる。このように第１モードは、極低温下の始動に際して出力トルクの確保よりも混合気の着火性を優先させたモードになっている。
【００１１】
こうした第１モードによる燃料噴射の実施中に機関回転速度が上記の切替速度以上になると、第１モードに代えて、吸気行程の後半に燃料を噴射する第２モードにて燃料噴射が実施される。
【００１２】
上述したように、吸気行程の後半に燃料を噴射する場合には、圧縮行程で燃料を噴射する場合と比較して燃料の霧化が促進される。また、吸気行程の後半は、気筒内に生じるタンブル気流の勢いが強くなる。ここで、この第２モードは、機関回転速度が切替速度以上である場合に実施されるため、機関回転速度が切替速度未満である場合と比較して、タンブル気流の勢いは強い状態になる。従って、この第２モードにおいて吸気行程の後半に噴射された燃料は、霧化しながらタンブル気流に乗って成層化して点火プラグに届き、点火プラグの近傍で成層燃焼する。第２モードではこうした成層燃焼が行われることにより、第１モードと比較して内燃機関の出力トルクは高くなる。このように第２モードは、極低温下の始動に際して着火性よりも出力トルクの確保を優先させたモードになっている。
【００１３】
このように同構成では、機関始動時の冷却水温が上記判定温度よりも低い極低温下での機関始動時には、混合気の着火性を重視した第１モードによる燃料噴射を実施した後に、内燃機関の出力トルクの確保を重視した第２モードによる燃料噴射へと移行するようにしている。従って、極低温下での機関始動時でも、機関回転速度は速やかに上昇するようになり、極低温下での機関の始動時間を短縮することができる。
【００１４】
また、上記燃料噴射制御装置において、前記始動時制御部は、前記第１モードによる吸気行程の後半での燃料噴射を複数回に分けて実施する処理を実行してもよい。
同構成では、第１モードにおける吸気行程の後半での燃料噴射を１回ではなく、複数回に分けて実施するようにしている。このようにして燃料噴射を複数回に分けて実施すると、噴射１回当たりに噴射される燃料量が少なくなるため、燃料の貫徹力が弱くなる。そのため、噴射された燃料がピストンの頂面やシリンダボアに付着することを抑えることができる。
【００１５】
また、上記燃料噴射制御装置において、前記始動時制御部は、前記第２モードとして吸気行程の後半及び圧縮行程の前半に燃料を分割して噴射する処理を実行してもよい。
同構成によれば、第２モードによる燃料噴射の実施に際して、吸気行程の後半と圧縮行程の前半とに分けて燃料が噴射される。そのため、吸気行程の後半に全ての燃料を噴射する場合と比較して、燃料の貫徹力は弱くなり、これにより吸気行程で噴射された燃料のうちでピストンの頂面やシリンダボアに付着する燃料の量を抑えることができる。
【００１６】
また、吸気行程での燃料噴射と比較して、圧縮行程での燃料噴射では燃料の貫徹力が小さくなるため、分割噴射の全てを吸気行程の後半に実施する場合と比較して、ピストンの頂面やシリンダボアに付着する燃料の量を抑えることもできる。
【００１７】
上記第１モードから上記第２モードへの切替を行うための切替速度としては、前記第１モードでの燃料噴射による混合気の継続燃焼によって内燃機関のクランクシャフトが一定の速度で回転するときの機関回転速度（以下、平衡速度という）を設定してもよい。また、こうした平衡速度は、冷却水温が低いときほど低くなるため、前記始動時制御部は、前記冷却水温が低いときほど前記切替速度が低い回転速度となるように同切替速度を可変設定する処理を実行してもよい。
【００１８】
同構成によれば、冷却水温に応じた平衡速度の変化に併せて切替速度が変化するため、極低温下において平衡速度が異なっても、第１モードによる燃料噴射から第２モードによる燃料噴射への切り替えを適切に行うことができる。
【００１９】
なお、上述した各構成において、上記の吸気行程の後半とは、「圧縮上死点前２７０°ＣＡ＜クランク角≦圧縮上死点前１８０°ＣＡ」の期間をいう。また、上記の圧縮行程の前半とは、「圧縮上死点前１８０°ＣＡ＜クランク角≦圧縮上死点前９０°ＣＡ」の期間をいい、上記の圧縮行程の後半とは、「圧縮上死点前９０°ＣＡ＜クランク角≦圧縮上死点前０°ＣＡ」の期間をいう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】内燃機関の燃料噴射制御装置の一実施形態の構成を示す模式図。
【図２】同実施形態における始動時制御の処理手順を示すフローチャート。
【図３】同実施形態における冷却水温及び切替速度の関係を示すグラフ。
【図４】同実施形態の各噴射モードにおける噴射時期を示す模式図。
【図５】同実施形態の始動時制御による噴射モードの切り替わりを示すタイミングチャート。
【図６】同実施形態の変形例における第１モードの噴射時期を示す模式図。
【図７】同実施形態の変形例における第２モードの噴射時期を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、内燃機関の燃料噴射制御装置の一実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。
図１に示すように、内燃機関１は複数の気筒を有しており、そのシリンダブロック２には、シリンダ４が設けられている。シリンダ４内にはピストン５が設けられており、ピストン５は、コネクティングロッド６を介してクランクシャフト７に連結されている。
【００２２】
シリンダブロック２の上部にはシリンダヘッド３が取り付けられている。シリンダ４内においてピストン５の頂面とシリンダヘッド３との間には、燃焼室８が形成されている。また、シリンダヘッド３には、燃焼室８に燃料を直接噴射する筒内噴射式の燃料噴射弁３５と、燃焼室８の混合気を火花点火する点火プラグ１１とが、内燃機関１の各気筒（シリンダ）ごとに設けられている。
【００２３】
また、シリンダヘッド３には、燃焼室８に吸気を導入する吸気ポート９と燃焼室８から排気を排出する排気ポート１０とが設けられている。吸気ポート９及び排気ポート１０は、それぞれ吸気通路２０及び排気通路３０に接続されている。また、吸気ポート９には同吸気ポート９を開閉する吸気弁１２が設けられており、排気ポート１０には同排気ポート１０を開閉する排気弁１３が設けられている。
【００２４】
燃料タンク６０内には、フィードポンプ６１が設けられている。フィードポンプ６１は低圧配管６２を介して高圧ポンプ６３に接続されている。高圧ポンプ６３は、高圧配管６４を介して燃料分配管６５に接続されている。燃料分配管６５には、各燃料噴射弁３５が接続されている。
【００２５】
内燃機関１には、機関始動時にクランクシャフト７を回転させてクランキングを行うスタータモータ７０が設けられている。
内燃機関１には、各種センサやスイッチが設けられている。例えば、機関回転速度ＮＥを検出するクランク角センサ４１や、吸入空気量ＧＡを検出するエアフロメータ４４や、内燃機関１を冷却する冷却水の温度である冷却水温ＴＨＷを検出する水温センサ４５や、内燃機関１の始動時や停止時に操作されるイグニッションスイッチ４７などが設けられている。
【００２６】
内燃機関１は、制御装置５０を備えている。この制御装置５０は、各種演算処理を行う中央演算処理装置（ＣＰＵ）、制御用のプログラムやデータが記憶された読出専用メモリ（ＲＯＭ）、中央演算処理装置の演算結果などを一時的に記憶するメモリ、入力ポート及び出力ポートなどを備えている。制御装置５０の入力ポートには、上述した各種センサの信号やスイッチの操作状態を示す信号などが入力される。また、制御装置５０の出力ポートには、燃料噴射弁３５や点火プラグ１１などの各種デバイスを駆動する回路が接続されている。
【００２７】
制御装置５０は、燃料噴射弁３５の燃料噴射量や燃料噴射時期を制御する燃料噴射制御や、点火プラグ１１の点火時期を制御する点火時期制御といった各種制御を実行する。
制御装置５０は、燃料噴射量に関する制御の１つとして、機関始動時において冷却水温が低いときほど燃料噴射量を増量する、いわゆる始動時増量制御を実施する。
【００２８】
また、制御装置５０は、燃料噴射時期に関する制御の１つとして、内燃機関１のクランキングが開始された後、機関始動の完了を示す始動完了速度ＮＥｂに機関回転速度が達した以降は、機関負荷及び機関回転速度に応じて燃料の噴射時期を設定する処理を実行する。
【００２９】
また、制御装置５０は、燃料噴射時期に関する制御の１つとして、内燃機関１のクランキングが開始されてから機関回転速度ＮＥが始動完了速度ＮＥｂに達するまでの期間における燃料噴射を制御する始動時制御を実施する。そして、この始動時制御を実行するための始動時制御部５０Ａを備えている。
【００３０】
図２に、上記始動時制御の処理手順を示す。なお、本処理は、イグニッションスイッチ４７が始動操作されると開始されて、機関回転速度ＮＥが始動完了速度ＮＥｂに達すると終了される。
【００３１】
本処理が開始されると、始動時制御部５０Ａは、内燃機関１の始動完了履歴が無いか否かを判定する（Ｓ１００）。このステップＳ１００では、現在の機関回転速度ＮＥが上記始動完了速度ＮＥｂ未満となっているときには、始動完了履歴無しと判定され、現在の機関回転速度ＮＥが上記始動完了速度ＮＥｂ以上になっているときには、始動完了履歴有りと判定される。
【００３２】
ステップＳ１００にて、始動完了履歴が有ると判定されるときには（Ｓ１００：ＮＯ）、始動時制御部５０Ａは本処理を終了する。一方、始動完了履歴が無いと判定されるときには（Ｓ１００：ＹＥＳ）、始動時制御部５０Ａは、現在の冷却水温ＴＨＷを取得する（Ｓ１１０）。
【００３３】
次に、始動時制御部５０Ａは、取得した冷却水温ＴＨＷが予め定められた第１判定温度ＴＨＷａよりも低いか否かを判定する（Ｓ１２０）。この第１判定温度ＴＨＷａは、０°以下の温度に設定されており、冷却水温ＴＨＷが第１判定温度ＴＨＷａよりも低いことに基づき、内燃機関１が極低温状態にあることを的確に判定することができるように、その値の大きさが設定されている（例えば−１０℃程度）。
【００３４】
取得した冷却水温ＴＨＷが第１判定温度ＴＨＷａよりも低いと判定されるときには（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、始動時制御部５０Ａは、取得した冷却水温ＴＨＷに基づいて切替速度ＮＥａを設定する（Ｓ１３０）。この切替速度ＮＥａは、クランキング時の機関回転速度よりも高く上記始動完了速度よりも低い回転速度が設定されている。より詳細には、切替速度ＮＥａは、後述の第１モードでの燃料噴射による混合気の継続した燃焼によってクランクシャフト７が一定の速度で回転するときの機関回転速度（以下、平衡速度ＮＥｈという）、つまり第１モードでの燃料噴射による混合気の燃焼によって得られる内燃機関１の出力トルクと、クランクシャフト７の回転に抗する力（摺動抵抗など）とが釣り合っているときの機関回転速度が設定されている。
【００３５】
図３に示すように、切替速度ＮＥａは、取得した冷却水温ＴＨＷが低いときほど低い値となるように可変設定される。このようにして冷却水温ＴＨＷに基づき、切替速度ＮＥａを可変設定するのは、次の理由による。
【００３６】
すなわち、冷却水温ＴＨＷが低いときほど内燃機関１の潤滑油の粘度は高くなるため、クランクシャフト７の回転に抗する力は大きくなる。そのため、混合気の燃焼によって得られる内燃機関１の出力トルクとクランクシャフト７の回転に抗する力とが釣り合うときの機関回転速度、つまり上記の平衡速度ＮＥｈは、冷却水温ＴＨＷが低いときほど低下するためである。
【００３７】
切替速度ＮＥａを設定すると、始動時制御部５０Ａは、機関始動中における燃料の噴射モードとして第１モード（図４参照）を選択して（Ｓ１４０）、第１モードによる燃料噴射を実行する。
【００３８】
次に、始動時制御部５０Ａは、機関回転速度ＮＥが上記切替速度ＮＥａ未満であるか否かを判定する（Ｓ１５０）。そして、機関回転速度ＮＥが切替速度ＮＥａ未満であると判定されるときには（Ｓ１５０：ＹＥＳ）、始動時制御部５０Ａは、機関回転速度ＮＥが切替速度ＮＥａ以上になるまでステップＳ１５０での判定処理を繰り返す。
【００３９】
一方、機関回転速度ＮＥが切替速度ＮＥａ未満ではないと判定されるとき（Ｓ１５０：ＮＯ）、つまり機関回転速度ＮＥが上記切替速度ＮＥａ以上になると、始動時制御部５０Ａは、機関始動中における燃料の噴射モードとして第２モード（図４参照）を選択して（Ｓ１６０）、第２モードによる燃料噴射を実行する。
【００４０】
次に、始動時制御部５０Ａは、機関回転速度ＮＥが上記始動完了速度ＮＥｂ以上であるか否かを判定する（Ｓ２００）。そして、機関回転速度ＮＥが始動完了速度ＮＥｂ未満であると判定されるときには（Ｓ２００：ＮＯ）、始動時制御部５０Ａは、機関回転速度ＮＥが始動完了速度ＮＥｂ以上になるまでステップＳ２００での判定処理を繰り返す。
【００４１】
一方、機関回転速度ＮＥが始動完了速度ＮＥｂ以上であると判定されるときには（Ｓ２００：ＹＥＳ）、始動時制御部５０Ａは、本処理を終了する。
上記ステップＳ１２０にて、冷却水温ＴＨＷが第１判定温度ＴＨＷａ以上であると判定されるときには（Ｓ１２０：ＮＯ）、始動時制御部５０Ａは、ステップＳ１１０で取得した冷却水温ＴＨＷが第２判定温度以下であるか否かを判定する（Ｓ１７０）。この第２判定温度ＴＨＷｂとしては、冷却水温ＴＨＷが第２判定温度ＴＨＷｂを超えていることに基づき、現在の内燃機関１が温間状態にあることを的確に判定することができるように、その値の大きさが設定されている（例えば７０℃程度）。
【００４２】
そして、冷却水温ＴＨＷが第２判定温度ＴＨＷｂ以下であると判定されるとき（Ｓ１７０：ＹＥＳ）、つまり現在の内燃機関が冷間状態にあるときには（Ｓ１７０：ＹＥＳ）、始動時制御部５０Ａは、機関始動中における燃料の噴射モードとして第３モード（図４参照）を選択して（Ｓ１８０）、第３モードによる燃料噴射を実行する。そして、始動時制御部５０Ａは、上記ステップＳ２００の処理を実行する。
【００４３】
一方、冷却水温ＴＨＷが第２判定温度ＴＨＷｂを超えていると判定されるとき（Ｓ１７０：ＮＯ）、つまり現在の内燃機関が温間状態にあるときには（Ｓ１７０：ＹＥＳ）、始動時制御部５０Ａは、機関始動中における燃料の噴射モードとして第４モード（図４参照）を選択して（Ｓ１９０）、第４モードによる燃料噴射を実行する。そして、始動時制御部５０Ａは、上記ステップＳ２００の処理を実行する。
【００４４】
図４に、上述した第１モード、第２モード、第３モード、及び第４モードのいずれかが選択されたときに設定される燃料の噴射時期を示す。なお、後述の吸気行程の前半とは、「圧縮上死点前３６０°ＣＡ＜クランク角≦圧縮上死点前２７０°ＣＡ」の期間をいい、後述の吸気行程の後半とは、「圧縮上死点前２７０°ＣＡ＜クランク角≦圧縮上死点前１８０°ＣＡ」の期間をいう。また、後述の圧縮行程の前半とは、「圧縮上死点前１８０°ＣＡ＜クランク角≦圧縮上死点前９０°ＣＡ」の期間をいい、後述の圧縮行程の後半とは、「圧縮上死点前９０°ＣＡ＜クランク角≦圧縮上死点前０°ＣＡ」の期間をいう。
【００４５】
（第１モード）
第１モードは、上述したように極低温下での機関始動中であって機関回転速度ＮＥが切替速度ＮＥａ未満である場合に選択される噴射モードであり、吸気行程の後半で燃料が３回に分けて分割噴射されるとともに、圧縮行程の後半（本実施形態ではピストン５が圧縮上死点近傍の位置になる時期）にも燃料が１回噴射される。この第１モードでは、１回の燃焼サイクルにおいて１つの気筒内に噴射される総燃料量のうち、半分以上の燃料が圧縮行程の後半で噴射され、残りの燃料は３等分されたうえで吸気行程の後半にそれぞれ噴射される。
【００４６】
吸気行程の後半に燃料を噴射する場合には、圧縮行程で燃料を噴射する場合と比較して噴射時期が点火時期から離れており燃料の霧化時間が長くなるため、燃料の霧化に有利である。
【００４７】
また、吸気行程の後半は、吸気行程の前半と比較して、気筒内に流入する吸気の流速が速くなっているため、基本的には気筒内に生じるタンブル気流の勢いが強くなり、混合気を成層化する際に有利になる。ただし、この第１モードは、機関回転速度ＮＥが切替速度ＮＥａ未満である場合に選択されるモードであるため、機関回転速度ＮＥが切替速度ＮＥａ以上である場合に選択される第２モードの選択時と比較して機関回転速度は低い状態になっている。特に、第１モードが選択される極低温下では、潤滑油の粘度が高くなったり、スタータモータ７０を駆動する蓄電池の出力電圧が低下したりするため、冷間状態での機関始動時よりも機関回転速度は低い状態になりやすい。そのため、タンブル気流の勢いはあまり強くならず、混合気は成層化しにくい。従って、第１モードにおいて吸気行程の後半に分割噴射された各燃料は、霧化しながら若干成層化するものの、基本的には燃焼室８内を拡散していく。
【００４８】
また、この第１モードでは、吸気行程の後半に上述した分割噴射を行うことで噴射１回当たりに噴射される燃料量を少なくして燃料の貫徹力を弱めており、これによりピストン５の頂面やシリンダボアへの燃料付着を抑えている。
【００４９】
第１モードにおいて圧縮行程の後半に噴射された燃料は、気筒内を上昇してきたピストン５の頂面で跳ね返って微粒化し、微粒化した燃料の一部は点火プラグ１１に向かうことにより、点火プラグ１１の周囲には燃料濃度の高い混合気が形成される。こうした燃料濃度の高い混合気は、極低温下であっても着火性が良く、混合気の燃焼に際して火種となる。この圧縮行程の後半に噴射された燃料を火種として、燃焼室８内に拡散した燃料（吸気行程の後半に噴射された燃料）が燃焼することにより、極低温下であっても、気筒内では失火が起きにくく混合気は連続して燃焼する。ただし、圧縮行程の後半に噴射された燃料はその噴射時期が点火時期に近く、燃料の霧化時間が十分に確保されていないため、燃焼に際して燃焼室内の空気を十分に利用することができない。そのため、圧縮行程の後半以外の時期に燃料を噴射する場合と比較して、内燃機関１の出力トルクは低くなる。このように第１モードは、極低温下の始動に際して出力トルクの確保よりも混合気の着火性を優先させたモードになっている。
【００５０】
（第２モード）
第２モードは、上述したように極低温下での機関始動中であって機関回転速度ＮＥが切替速度ＮＥａ以上である場合に選択される噴射モードであり、吸気行程の後半で燃料が１回噴射されるとともに、圧縮行程の前半にも燃料が１回噴射される。この第２モードでは、上記総燃料量が二等分されて、その分割された燃料量が吸気行程の後半及び圧縮行程の後半にそれぞれ噴射される。
【００５１】
上述したように、吸気行程の後半に燃料を噴射する場合には、圧縮行程で燃料を噴射する場合と比較して燃料の霧化に有利である。また、吸気行程の後半は、気筒内に生じるタンブル気流の勢いが強くなる。ここで、この第２モードは、機関回転速度ＮＥが切替速度ＮＥａ以上である場合に選択されるため、機関回転速度ＮＥが切替速度ＮＥａ未満である場合と比較して、タンブル気流の勢いは強い状態になる。従って、この第２モードにおいて吸気行程の後半に分割噴射された燃料は、霧化しながらタンブル気流に乗って成層化して点火プラグ１１に届き、点火プラグ１１の近傍で成層燃焼する。第２モードではこうした成層燃焼が行われることにより、第１モードと比較して内燃機関１の出力トルクは高くなる。このように第２モードは、極低温下の始動に際して着火性よりも出力トルクの確保を優先させたモードになっている。
【００５２】
ここで、上述した総燃料量を吸気行程の後半に全て噴射してしまうと、燃料の貫徹力が強すぎることにより、ピストン５の頂面やシリンダボアに付着する燃料の量が増えてしまうおそれがある。特に、極低温下の機関始動では、上述した始動時増量制御によって燃料の噴射量が多くなっているため、上述した総燃料量を吸気行程の後半に全て噴射してしまうと、燃料の貫徹力は非常に強くなり、ピストン５の頂面やシリンダボアに付着する燃料の量がさらに増えるおそれがある。そのため、この第２モードでは、上述したように総燃料量を吸気行程の後半及び圧縮行程の前半にそれぞれ分割して噴射することにより、燃料の貫徹力を弱めるようにしている。
【００５３】
なお、圧縮行程では、吸気行程よりも筒内圧が高くなるため、燃料噴射弁３５の噴射圧と筒内圧との差圧が小さくなる。従って、吸気行程での燃料噴射と比較して、圧縮行程での燃料噴射では燃料の貫徹力が小さくなるため、ピストン５の頂面やシリンダボアへの燃料付着を抑える上でも有利である。
【００５４】
（第３モード）
第３モードは、上述したように極低温よりも温度の高い冷間状態での機関始動中に選択される噴射モードであり、圧縮行程中に上記の総燃料量が分割噴射される。例えば本実施形態では、圧縮行程の前半に燃料噴射を２回行い、圧縮行程の後半に燃料噴射を１回行うようにしている。この第３モードでは、１回目に噴射される燃料量と２回目に噴射される燃料量とはほぼ同量に設定される。一方、３回目に燃料を噴射するときには、２回目に燃料を噴射するときよりもピストン５が上死点に近づいているため、燃料噴射弁３５から噴射された燃料がピストン５の頂面に付きやすくなっている。そのため、３回目に噴射される燃料量は２回目に噴射される燃料量よりも少ない量に設定されることにより、ピストン５の頂面に対する燃料付着を抑えている。
【００５５】
冷間状態では、極低温状態と比較して潤滑油の粘度が高くなることや、スタータモータ７０を駆動する蓄電池の出力電圧が低下することなどが抑えられるため、極低温状態での機関始動時よりも機関回転速度は高い状態となり、気筒内に生じるタンブル気流の勢いもある程度強くなる。そのため、この第３モードにおいて圧縮行程中に分割噴射された燃料は、霧化しながらタンブル気流に乗って成層化して点火プラグ１１に届き、点火プラグ１１の近傍で成層燃焼する。第３モードではこうした成層燃焼が行われることにより、冷間状態での始動性が確保される。なお、上述したように圧縮行程中に噴射された燃料は貫徹力が小さくなるため、ピストン５の頂面やシリンダボアへの燃料付着が抑えられる。従って、この第３モードでは、吸気行程中ではなく、圧縮行程中に燃料を噴射するようにしている。
【００５６】
（第４モード）
第４モードは、上述したように温間状態での機関始動中に選択される噴射モードであり、吸気行程の前半に上記の総燃料量の全てが１回で噴射される。吸気行程の前半に燃料を噴射すると、他の時期に燃料を噴射する場合と比較して噴射時期が点火時期から離れているため、燃料の霧化時間が十分に確保されて燃料の霧化が促進される。そのため、この第４モードにおいて吸気行程の前半に噴射された燃料は燃焼室８内を十分に拡散して均質な混合気を形成し、点火プラグ１１による点火によって均質燃焼することにより、温間状態での始動性が確保される。
【００５７】
なお、温間状態での機関始動では、上述した始動時増量制御による燃料噴射量の増量分が少ないため、上記の総燃料量は、極低温状態や冷間状態のときと比較して少なくなる。従って、ピストン５が上死点からあまり離れていない吸気行程の前半に上記総燃料量の全てを噴射しても、その噴射された燃料の貫徹力は小さいため、ピストン５の頂面やシリンダボアに対する燃料付着は抑えられる。
【００５８】
次に、極低温下での機関始動時における上記始動時制御の実施により得られる作用を説明する。
図５に示すように、冷却水温ＴＨＷが第１判定温度ＴＨＷａよりも低い極低温状態において、クランキングが開始されると（時刻ｔ１）、クランクシャフト７がスタータモータ７０によって回転されることにより、機関回転速度ＮＥは、クランキング速度ＮＥｃｒまで上昇する。また、クランキングが開始されてから機関回転速度ＮＥが切替速度ＮＥａ以上になるまでは、第１モードによる燃料噴射が行われる。そのため、内燃機関１の出力トルクは低いものの、気筒内では失火が起きにくく混合気は連続して燃焼することにより、機関回転速度ＮＥはクランキング速度ＮＥｃｒを超えて上昇し始める（時刻ｔ２）。
【００５９】
こうして上昇し始めた機関回転速度ＮＥが切替速度ＮＥａ以上になると（時刻ｔ３）、第１モードによる燃料噴射から第２モードによる燃料噴射に切り替えられる。ここで、第２モードによる燃料噴射の実施に先立って、第１モードによる燃料噴射が実施されていたため、混合気の継続した燃焼は既に起きている。そのため、第２モードによって噴射された燃料も速やかに燃焼して、内燃機関１の出力トルクは、第１モードの実施中における出力トルクよりも増大するため、機関回転速度ＮＥは速やかに上昇を続ける。そして、機関回転速度ＮＥが始動完了速度ＮＥｂ以上になると（時刻ｔ４）、始動時制御が終了される。そして、時刻ｔ４以降は、機関負荷及び機関回転速度に応じて燃料の噴射時期を設定する処理が開始される。
【００６０】
以上説明した本実施形態によれば、次の効果を得ることができる。
（１）極低温下での機関始動時には、混合気の着火性を重視した第１モードによる燃料噴射を実施した後に、内燃機関１の出力トルクの確保を重視した第２モードによる燃料噴射を実施するようにしている。従って、極低温下での機関始動時でも、機関回転速度は速やかに上昇するようになり、極低温下での機関の始動時間を短縮することができる。
【００６１】
（２）第１モードでは、吸気行程の後半に燃料を複数回噴射することにより燃料の貫徹力を弱めている。そのため、噴射された燃料がピストン５の頂面やシリンダボアに付着することを抑えることができる。
【００６２】
（３）第２モードでは、吸気行程の後半と圧縮行程の前半とに分けて燃料を噴射している。そのため、吸気行程の後半に全ての燃料を噴射する場合と比較して、燃料の貫徹力が弱くなり、これにより吸気行程で噴射された燃料のうちでピストン５の頂面やシリンダボアに付着する燃料の量を抑えることができる。
【００６３】
また、吸気行程での燃料噴射と比較して、圧縮行程での燃料噴射では燃料の貫徹力が小さくなるため、分割噴射の全てを吸気行程の後半に実施する場合と比較して、ピストン５の頂面やシリンダボアに付着する燃料の量を抑えることができる。
【００６４】
（４）冷却水温ＴＨＷが低いときほど切替速度ＮＥａが低い速度となるように同切替速度ＮＥａを可変設定している。そのため、冷却水温に応じた上記平衡速度ＮＥｈの変化に併せて切替速度ＮＥａが変化するため、極低温下において平衡速度ＮＥｈが異なっても、第１モードによる燃料噴射から第２モードによる燃料噴射への切り替えを適切に行うことができる。
【００６５】
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・上記第１モードにおいて吸気行程の後半には燃料噴射を３回行うようにしたが、４回以上行うようにしてもよい。また、ピストン５の頂面やシリンダボアへの燃料付着を抑えることができるのであれば、吸気行程の後半における燃料噴射を２回にしたり、あるいは図６に示すように、吸気行程の後半における燃料噴射を１回にしてもよい。
【００６６】
・上記第１モードにおいて分割噴射を行うときの総燃料量の分割割合は適宜変更してもよい。
・上記第１モードにおいて、燃料濃度が高く極低温下であっても着火性の良い混合気を点火プラグ１１の周囲に形成することができるのであれば、圧縮行程の後半であってピストン５が圧縮上死点近傍の位置になる時期とは異なる、他の時期に燃料を噴射してもよい。
【００６７】
・上記第２モードにおいて分割噴射を行うときの総燃料量の分割割合は適宜変更してもよい。
・上記第２モードにおいて、総燃料量の全てを吸気行程の後半に噴射しても、ピストン５の頂面やシリンダボアに対する燃料付着を抑えることができる場合には、図７に示すように、総燃料量の全てを吸気行程の後半に噴射して圧縮行程での燃料噴射を行わないようにしてもよい。
【００６８】
・上記第３モードにおいて分割噴射を行うときの分割数や、総燃料量の分割割合は適宜変更してもよい。
・冷却水温ＴＨＷに基づいて切替速度ＮＥａを可変設定するようにした。この他、切替速度ＮＥａを、第１モードから第２モードへの切替判定を行ううえで適切な値に設定した固定値にしてもよい。
【００６９】
・切替速度ＮＥａは、第１モードでの燃料噴射による混合気の継続した燃焼によってクランクシャフト７が一定の速度で回転するときの機関回転速度であった。この他、クランキング時の機関回転速度である上記クランキング速度ＮＥｃｒよりも高く上記始動完了速度ＮＥｂよりも低い回転速度であって、上記第１モードから上記第２モードへの切替を最適なタイミングで行うことにより極低温下での機関始動性を確保できる速度であれば、他の回転速度を設定してもよい。
【符号の説明】
【００７０】
１…内燃機関、２…シリンダブロック、３…シリンダヘッド、４…シリンダ、５…ピストン、６…コネクティングロッド、７…クランクシャフト、８…燃焼室、９…吸気ポート、１０…排気ポート、１１…点火プラグ、１２…吸気弁、１３…排気弁、２０…吸気通路、３０…排気通路、３５…燃料噴射弁、４１…クランク角センサ、４４…エアフロメータ、４５…水温センサ、４７…イグニッションスイッチ、５０…制御装置、５０Ａ…始動時制御部、６０…燃料タンク、６１…フィードポンプ、６２…低圧配管、６３…高圧ポンプ、６４…高圧配管、６５…燃料分配管、７０…スタータモータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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