JP7047597B2

JP7047597B2 - 内燃機関

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Publication number: JP7047597B2
Application number: JP2018101034A
Authority: JP
Inventors: 晃司三輪; 裕介鈴木; 公二彦臼井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-05-25
Filing date: 2018-05-25
Publication date: 2022-04-05
Anticipated expiration: 2038-05-25
Also published as: CN110529274B; JP2019203491A; US10883439B2; DE102019113829A1; US20190360447A1; CN110529274A

Description

本発明は、内燃機関に関する。

従来から、燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内噴射用インジェクタと、吸気ポート等の吸気通路内に燃料を噴射する吸気噴射用インジェクタとを備える内燃機関が知られている（例えば、特許文献１）。

斯かる内燃機関では、内燃機関の始動時に、最初に筒内噴射用インジェクタから燃料を噴射し、その後、吸気噴射用インジェクタから燃料を噴射するように、これらインジェクタを制御することが提案されている（特許文献１）。このような制御を行うことにより、良好な機関始動性を確保すると共に、機関始動時における未燃成分の排出を抑制することができるとされている。

特開２００５－３０７９１６号公報

ところで、内燃機関を停止するときには、インジェクタからの燃料噴射が停止されてからも内燃機関は或る程度回転する。したがって、内燃機関を停止するときには、内燃機関の排気通路に配置された排気浄化触媒には多量の酸素が吸蔵される。内燃機関の再始動後も排気浄化触媒によって排気ガスを良好に浄化するためには、内燃機関を再始動する際に排気浄化触媒に吸蔵されていた酸素を放出させる必要がある。

内燃機関の再始動の際に排気浄化触媒に吸蔵されていた酸素を放出するために、内燃機関の再始動後或る程度の期間にわたって排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比にすることが考えられる。このようにリッチ空燃比の排気ガスが排気浄化触媒に流入することにより、排気浄化触媒に吸蔵されていた酸素が排気ガス中の未燃ＨＣ等と反応すべく排気浄化触媒から放出される。これにより排気浄化触媒の浄化能力を高めることができる。

ところが、上述したように筒内噴射用インジェクタと吸気噴射用インジェクタとを備える内燃機関では、内燃機関の始動時に、最初に筒内噴射用インジェクタから燃料が噴射される。しかしながら、筒内噴射用インジェクタから燃料を噴射するときに上述したように排気ガスの空燃比がリッチ空燃比になるように多量の燃料を噴射すると、燃料が不均一に混合し、よって混合気の燃焼により多くの微粒子が生成されてしまう。

一方、内燃機関の始動時に、筒内噴射用インジェクタからの燃料を噴射せずに、吸気噴射用インジェクタのみから燃料を噴射することも考えられる。しかしながら、吸気噴射用インジェクタから噴射された燃料が燃焼室内で燃焼するまでには或る程度の時間がかかることから、内燃機関の始動に時間がかかり、機関始動性が悪化する。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、内燃機関において機関始動性を確保しつつ混合気の燃焼に伴う微粒子の生成を抑制することにある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その要旨は以下のとおりである。

（１）燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内噴射用インジェクタと、吸気通路内に燃料を噴射する吸気噴射用インジェクタと、これらインジェクタからの燃料噴射を制御する制御装置とを備える内燃機関であって、前記制御装置は、内燃機関の始動後の所定の時期まで、前記筒内噴射用インジェクタから噴射された燃料のみによって前記燃焼室内の混合気が形成される第１制御を行い、前記所定の時期以降は、前記筒内噴射用インジェクタから噴射された燃料よりも前記吸気噴射用インジェクタから噴射された燃料を多く含む燃料によって前記燃焼室内の混合気が形成される第２制御を行うように構成され、前記第２制御中における混合気の空燃比は前記第１制御中における混合気の空燃比よりも小さく且つ理論空燃比よりも小さい、内燃機関。

（２）前記第２制御中には、前記吸気噴射用インジェクタから噴射された燃料のみによって前記燃焼室内の混合気が形成される、上記（１）に記載の内燃機関。

（３）前記第１制御中における混合気の空燃比は、ほぼ理論空燃比である、上記（１）に記載の内燃機関。

（４）前記所定の時期は内燃機関の始動後１サイクルが完了する時期であり、
前記制御装置は、内燃機関の始動後１サイクルの間は前記第１制御により燃焼室内の混合気を形成し、内燃機関の始動後２サイクル目以降は前記第２制御により燃焼室内の混合気を形成するように構成される、上記（１）～（３）のいずれか１つに記載の内燃機関。

（５）前記所定の時期は前記吸気噴射用インジェクタから機関始動直後に噴射された燃料によって混合気が形成される前の時期であり、前記制御装置は、前記吸気噴射用インジェクタから機関始動直後に噴射された燃料によって燃焼室内の混合気が形成される前まで前記第１制御を行い、前記吸気噴射用インジェクタから機関始動直後に噴射された燃料によって燃焼室内の混合気が形成された後は第２制御を行うように構成される、上記（１）～（３）のいずれか１つに記載の内燃機関。

（６）前記制御装置は、内燃機関の始動後１サイクルの間は前記第１制御を行い、内燃機関の始動後２サイクル目以降は前記第２制御を行う、第１始動噴射制御と、前記吸気噴射用インジェクタから機関始動直後に噴射された燃料によって燃焼室内の混合気が形成される前まで前記第１制御を行い、前記吸気噴射用インジェクタから機関始動直後に噴射された燃料によって燃焼室内の混合気が形成された後には第２制御を行う、第２始動噴射制御とを実行できるように構成され、前記内燃機関の始動時における内燃機関の状態に応じて、前記内燃機関の始動時に前記第１始動噴射制御及び前記第２始動噴射制御のうちの一方を行うように構成される、上記（１）～（３）のいずれか１つに記載の内燃機関。

（７）前記制御装置は、前記内燃機関の始動時の前記内燃機関の燃焼室の壁面温度が低いほど前記第２制御の終了時期が遅くなるように前記第２制御を行うように構成される、上記（１）～（６）のいずれか１つに記載の内燃機関。

（８）前記制御装置は、前記内燃機関の始動後の両インジェクタからの総燃料噴射量に応じて前記第２制御の終了時期を決定するように構成される、上記（１）～（７）のいずれか１つに記載の内燃機関。

（９）前記制御装置は、前記内燃機関の始動時において前記内燃機関の燃焼室の壁面温度が予め定められた温度以上であると推定されるときには、前記内燃機関の始動後に前記第２制御を実行しないように構成される、上記（１）～（８）のいずれか１つに記載の内燃機関。

本発明によれば、内燃機関において機関始動性を確保しつつ混合気の燃焼に伴う微粒子の生成を抑制することができる。

図１は、本実施形態に係る内燃機関を概略的に示す図である。図２は、機関回転速度及び機関負荷と噴射モードとの関係を示す図である。図３は、内燃機関の通常運転中に行われる通常噴射制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図４は、内燃機関の始動の際における、総燃料供給量等のタイムチャートである。図５は、内燃機関の始動初期における、燃料噴射時期等のタイムチャートである。図６は、両インジェクタからの燃料噴射制御の制御ルーチンを示すフローチャートの一部である。図７は、両インジェクタからの燃料噴射制御の制御ルーチンを示すフローチャートの一部である。図８は、増量フラグの設定制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図９は、内燃機関の始動初期における、燃料噴射時期等の図５と同様なタイムチャートである。図１０は、両インジェクタからの燃料噴射制御の制御ルーチンを示す、図７と同様なフローチャートの一部である。図１１は、両インジェクタからの燃料噴射制御の制御ルーチンを示す、図７と同様なフローチャートの一部である。図１２は、内燃機関の始動の際における、総燃料供給量等の、図４と同様なタイムチャートである。図１３は、両インジェクタからの燃料噴射制御の制御ルーチンを示す、図７と同様なフローチャートの一部である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。

＜第一実施形態＞
≪内燃機関全体の説明≫
図１は、第一実施形態に係る制御装置が用いられる内燃機関を概略的に示す図である。図１に示したように、内燃機関１００の機関本体１は、シリンダブロック２、シリンダブロック２の気筒内で往復動するピストン３、シリンダブロック２上に固定されたシリンダヘッド４、吸気弁５、吸気ポート６、排気弁７、排気ポート８を備える。ピストン３とシリンダヘッド４との間には燃焼室９が形成される。吸気弁５は吸気ポート６を開閉し、排気弁７は排気ポート８を開閉する。また、機関本体１には、吸気弁５のバルブタイミングを制御する吸気可変バルブタイミング機構や、排気弁７のバルブタイミングを制御する排気可変バルブタイミング機構が設けられてもよい。なお、本実施形態に係る内燃機関１００は４つの気筒を有する直列４気筒の内燃機関であるが、Ｖ型６気筒等、他の形式の内燃機関であってもよい。

図１に示したようにシリンダヘッド４の内壁面の中央部には点火プラグ１０が配置される。点火プラグ１０は、点火信号に応じて火花を発生させるように構成される。また、シリンダヘッド４の吸気ポート６付近には、吸気ポート６内に燃料を噴射する吸気噴射用インジェクタ１１が設けられる。加えて、シリンダヘッド４の燃焼室外周付近には、燃焼室９内に燃料を直接噴射する筒内噴射用インジェクタ１２が設けられる。なお、吸気噴射用インジェクタ１１は、吸気枝管１３等、吸気ポート６以外の吸気通路内に燃料を噴射するように構成されてもよい。

各気筒の吸気ポート６はそれぞれ対応する吸気枝管１３を介してサージタンク１４に連結され、サージタンク１４は吸気管１５を介してエアクリーナ１６に連結される。吸気ポート６、吸気枝管１３、サージタンク１４、吸気管１５は吸気通路を形成する。また、吸気管１５内にはスロットル弁駆動アクチュエータ１７によって駆動されるスロットル弁１８が配置される。

一方、各気筒の排気ポート８は排気マニホルド１９に連結され、排気マニホルド１９は排気浄化触媒２０を内蔵したケーシング２１に連結される。ケーシング２１は排気管２２に連結される。排気ポート８、排気マニホルド１９、ケーシング２１及び排気管２２は、排気通路を形成する。

排気マニホルド１９とサージタンク１４とはＥＧＲ管２４によって互いに連通せしめられる。ＥＧＲ管２４には、排気マニホルド１９からサージタンク１４へとＥＧＲ管２４内を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ２５が設けられる。加えて、ＥＧＲ管２４には、サージタンク１４へと供給されるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲ制御弁２６が設けられる。ＥＧＲ管２４、ＥＧＲクーラ２５及びＥＧＲ制御弁２６は、排気ガスの一部を吸気通路に供給するＥＧＲ機構を構成する。

また、内燃機関１００は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）３１を備える。ＥＣＵ３１は、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）３４、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３５、入力ポート３６及び出力ポート３７を備え、これらは双方向性バス３２を介して相互に接続される。

吸気管１５には、吸気管１５内を流れる空気流量を検出するためのエアフロメータ３９が設けられ、スロットル弁１８には、スロットル弁１８の開度を検出するスロットル開度センサ４０が設けられる。加えて、シリンダブロック２には、機関本体１内を流れる冷却水の温度を検出する温度センサ４１が設けられ、排気マニホルド１９には、排気マニホルド１９内を流れる排気ガスの空燃比（以下、「排気空燃比」ともいう）を検出する空燃比センサ４２が設けられる。これらエアフロメータ３９、スロットル開度センサ４０、温度センサ４１及び空燃比センサ４２の出力は、対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。

また、アクセルペダル４３にはアクセルペダル４３の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ４４が接続され、負荷センサ４４の出力電圧は機関負荷を示す信号として対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。クランク角センサ４５は例えばクランクシャフトが１０度回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスが入力ポート３６に入力される。ＣＰＵ３５ではこのクランク角センサ４５の出力パルスから機関回転速度が計算される。

一方、出力ポート３７は対応する駆動回路４６を介して点火プラグ１０、吸気噴射用インジェクタ１１、筒内噴射用インジェクタ１２及びスロットル弁駆動アクチュエータ１７に接続される。したがって、ＥＣＵ３１は、点火プラグ１０による点火時期、吸気噴射用インジェクタ１１及び筒内噴射用インジェクタ１２からの燃料噴射時期や燃料噴射量、スロットル弁１８の開度等を制御する制御装置として機能する。

≪排気浄化触媒の性質≫
排気浄化触媒２０は、酸素吸蔵能力を有する三元触媒である。具体的には、排気浄化触媒２０は、セラミックから成る担体に、触媒作用を有する触媒貴金属（例えば、白金（Ｐｔ））及び酸素吸蔵能力を有する物質（例えば、セリア（ＣｅＯ₂））を担持させた三元触媒である。三元触媒は、三元触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比に維持されていると、未燃ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘを同時に浄化する機能を有する。加えて、排気浄化触媒２０に或る程度の酸素が吸蔵されている場合には、排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比に対してリッチ側或いはリーン側に若干ずれたとしても未燃ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘとが同時に浄化される。

すなわち、排気浄化触媒２０が酸素吸蔵能力を有していると、すなわち排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量が最大吸蔵可能酸素量よりも少ないと、排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも若干リーンになったときには、排気ガス中に含まれる過剰な酸素が排気浄化触媒２０内に吸蔵される。このため、排気浄化触媒２０の表面上が理論空燃比に維持される。その結果、排気浄化触媒２０の表面上において未燃ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘが同時に浄化され、このとき排気浄化触媒２０から流出する排気ガスの空燃比は理論空燃比となる。

一方、排気浄化触媒２０が酸素を放出することができる状態にあると、すなわち排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量が０よりも多いと、排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも若干リッチになったときには、排気ガス中に含まれている未燃ＨＣ、ＣＯを還元させるのに不足している酸素が排気浄化触媒２０から放出される。このため、この場合にも排気浄化触媒２０の表面上が理論空燃比に維持される。その結果、排気浄化触媒２０の表面上において未燃ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘが同時に浄化され、このとき排気浄化触媒２０から流出する排気ガスの空燃比は理論空燃比となる。

このように、排気浄化触媒２０に或る程度の酸素が吸蔵されている場合には、排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比に対してリッチ側或いはリーン側に若干ずれたとしても未燃ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘとが同時に浄化され、排気浄化触媒２０から流出する排気ガスの空燃比は理論空燃比となる。

≪通常噴射制御≫
次に、図２及び図３を参照して、内燃機関１００の通常運転中（機関始動運転中ではない）におけるインジェクタ１１、１２からの燃料噴射制御について説明する。図２は、機関回転速度及び機関負荷と噴射モードとの関係を示す図である。図２において、ポート噴射モードは、吸気噴射用インジェクタ１１のみから燃料噴射が行われる噴射モードである。また、両噴射モードは、吸気噴射用インジェクタ１１及び筒内噴射用インジェクタ１２の両方から燃料噴射が行われる噴射モードである。加えて、筒内噴射モードは、筒内噴射用インジェクタ１２のみから燃料噴射が行われる噴射モードである。

図２に示したように、各機関回転速度において、機関負荷が低いときには、ポート噴射モードにて燃料が噴射される。一方、各機関回転速度において、機関負荷が高いときには、筒内噴射モードにて燃料が噴射される。そして、機関負荷がこれらの間の負荷であるときには、両噴射モードにて燃料が噴射される。

ここで、吸気噴射用インジェクタ１１から噴射された燃料は、圧縮上死点付近で燃焼するまでに或る程度の時間を確保することができる。このため、吸気噴射用インジェクタ１１から噴射された燃料は、筒内噴射用インジェクタ１２から噴射された燃料に比べて、その混合気の均質性が高くなる。本実施形態では、機関負荷が低いときには、ポート噴射モードにて燃料が噴射されることから、混合気の均質性を高めることができ、よって混合気を良好に燃焼させることができる。

一方、筒内噴射モードにて噴射された燃料は燃焼室９内で気化するため、気化潜熱により混合気が冷却される。このため、筒内噴射用インジェクタ１２から燃料を噴射すると、吸気噴射用インジェクタ１１から燃料を噴射する場合に比べて、圧縮上死点付近における燃焼室９内の温度を低くすることができる。ここで、機関負荷が高いときには燃焼室９に充填される吸気ガス量が多くなって圧縮上死点における混合気の温度が高くなるところ、本実施形態では機関負荷が高いときに筒内噴射用インジェクタ１２にて燃料が噴射される。この結果、ノッキングを抑制しつつ燃焼室９へ充填される吸気ガス量を多くすることができ、よって内燃機関１００の出力を向上させることができる。

図３は、内燃機関１００の通常運転中に行われる通常噴射制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは、例えば、後述する図６及び図７のフローチャートにおいて制御ルーチンがステップＳ４０に到達する毎に実行される。

まず、ステップＳ１１において、吸気噴射用インジェクタ１１及び筒内噴射用インジェクタ１２からの総燃料噴射量Ｑｂが算出される。総燃料噴射量Ｑｂは、例えば、負荷センサ４４によって検出された機関負荷及びクランク角センサ４５の出力に基づいて算出された機関回転速度等に基づいて算出される。これらに加えて又はこれらの一部に替えて、スロットル開度センサ４０によって検出されたスロットル弁１８の開度等、他のパラメータの値に基づいて、総燃料噴射量Ｑｂを算出してもよい。

次いで、ステップＳ１２では、総燃料噴射量に対する吸気噴射用インジェクタ１１からの燃料噴射量の比率（以下、「ポート噴射比率」ともいう）Ｒｐが算出される。ポート噴射比率Ｒｐは、機関負荷及び機関回転速度に基づいて、図２に示したようなマップを用いて算出される。図２のポート噴射モードの領域ではポート噴射比率Ｒｐは１として算出され、筒内噴射モードの領域ではポート噴射比率Ｒｐは０として算出される。

次いで、ステップＳ１３では、下記式（１）によって吸気噴射用インジェクタ１１から噴射すべき燃料量（以下、「ポート噴射量」ともいう）Ｑｐが算出される。そして、ステップＳ１４では、下記式（２）によって筒内噴射用インジェクタ１２から噴射すべき燃料量（以下、「筒内噴射量」ともいう）Ｑｄが算出される。
Ｑｐ＝Ｒｐ×（Ｑｂ＋ΔＱ） …（１）
Ｑｄ＝（１－Ｒｐ）×（Ｑｂ＋ΔＱ） …（２）
なお、上記式（１）及び式（２）において、ΔＱは任意の補正量であり、内燃機関１００の空燃比制御等に基づいて設定される。特に、本実施形態では、図６及び図７に示した制御ルーチンにて補正量ΔＱが算出される。

≪機関始動時における噴射制御≫
ところで、吸気噴射用インジェクタ１１からの燃料噴射は燃焼室９内に吸気ガスが吸入される前に行われる必要がある。したがって、吸気噴射用インジェクタ１１からの燃料噴射は、対応する気筒の排気行程から吸気行程前半にかけて行われる。このため、内燃機関１００の始動の際に、吸気噴射用インジェクタ１１から燃料を噴射すると、最初に噴射された燃料が燃焼するまでに時間がかかり、内燃機関１００の始動性が低下する。

一方、筒内噴射用インジェクタ１２からは圧縮行程中に燃焼室９内へ燃料が直接噴射される。したがって、筒内噴射用インジェクタ１２からの燃料噴射は混合気への点火が行われる圧縮上死点直前の圧縮行程において行われる。このため、内燃機関の始動の際に筒内噴射用インジェクタ１２から燃料を噴射すると、最初に噴射された燃料を機関始動直後に燃焼させることができ、よって内燃機関１００の始動性が向上する。

ところが、内燃機関１００の始動時には、通常、燃焼室９を画定する壁面（ピストン３の上面やシリンダヘッド４の下面等）の温度（以下、「燃焼室の壁面温度」ともいう）が低い。内燃機関１００がアイドリングストップ等により間欠的に停止する場合、内燃機関１００内を流れる冷却水は比較的高温のまま維持されることもあるが、燃焼室９の壁面はこのような場合でも或る程度低下する。このように燃焼室９の壁面温度が低下した状態で筒内噴射用インジェクタ１２から燃料噴射を行うと、噴射された燃料が気化しにくくなり、部分的に燃料濃度の濃い領域が発生する。このように燃料濃度の濃い領域を含んだまま混合気が燃焼すると、混合気の燃焼に伴って生成される微粒子の量が増大し、排気エミッションの悪化を招く。

これに対して、吸気噴射用インジェクタ１１から噴射された燃料は、燃焼室９の壁面温度が低くても、噴射から点火までに十分な時間があるため空気と十分に混合する。したがって、内燃機関の始動時であっても吸気噴射用インジェクタ１１から燃料を噴射すれば、混合気の燃焼に伴う微粒子の生成を抑えることができ、よって排気エミッションの悪化を抑制することができる。

そこで、本実施形態では、内燃機関１００の始動時には通常噴射制御とは異なる始動噴射制御が行われる。本実施形態では、始動噴射制御では、内燃機関１００の始動後１サイクル目のみにおいて、筒内噴射用インジェクタ１２からの燃料噴射により燃焼室９内に燃料を供給して燃焼室９内の混合気を形成する第１制御が行われる。加えて、内燃機関１００の始動後２サイクル目以降は、吸気噴射用インジェクタ１１からの燃料噴射により燃焼室９内に燃料を供給して燃焼室９内に混合気を形成する第２制御が行われる。内燃機関１００の始動の際に、始動噴射制御において吸気噴射用インジェクタ１１と筒内噴射用インジェクタ１２とをこのように使い分けることにより、内燃機関１００の始動性を高いものとしつつ排気エミッションの悪化を抑制することができる。

ところで、内燃機関１００を停止する際には、吸気噴射用インジェクタ１１及び筒内噴射用インジェクタ１２からの燃料噴射を停止した後も、慣性により内燃機関１００のクランクシャフトは回転し続ける。その間、機関本体１では燃焼室９に吸入された空気がそのまま排出され、排気浄化触媒２０に空気が流入する。

このように排気浄化触媒２０に空気が流入すると、排気浄化触媒２０には多量の酸素が吸蔵され、排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量はそれ以上酸素を吸蔵することができない最大吸蔵可能酸素量付近に到達する。このような状態で内燃機関１００が再始動されて理論空燃比よりも若干リーンのＮＯｘを含んだ排気ガスが排気浄化触媒２０に流入しても、排気浄化触媒２０では酸素を更に吸蔵することはできず、よってＮＯｘを浄化することができない。

そこで、本実施形態では、内燃機関１００を始動する際には、基本的に、機関本体１から排出される排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比（以下、「リッチ空燃比」ともいう）となるように、インジェクタ１１、１２からの燃料噴射量が制御される。リッチ空燃比の排気ガスが排気浄化触媒２０に流入することにより、排気浄化触媒２０に吸蔵されていた酸素と排気ガス中に含まれている未燃ＨＣ、ＣＯとが反応し、これにより排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量を減少させることができる。

ここで、上述したように、本実施形態では、内燃機関１００の始動後１サイクル目のみにおいて第１制御により筒内噴射用インジェクタ１２からの燃料噴射によって燃焼室９内に燃料を供給し、２サイクル目以降は第２制御により吸気噴射用インジェクタ１１からの燃料噴射によって燃焼室９内に燃料を供給している。本実施形態では、排気ガスの空燃比がリッチ空燃比となるように燃料供給を行うにあたり、内燃機関１００の始動後１サイクル目の第１制御中には燃焼室９内に供給される混合気の空燃比がほぼ理論空燃比となるように燃料噴射が行われる。加えて、２サイクル目以降の第２制御中には混合気の空燃比がリッチ空燃比となるように燃料噴射が行われる。したがって、本実施形態では、１サイクル目の第１制御中には排気ガスの空燃比はほぼ理論空燃比となり、２サイクル目以降の第２制御中には排気ガスの空燃比はリッチ空燃比となる。

以下では、図４及び図５を参照して、内燃機関１００の始動の際における具体的な燃料噴射制御の例を説明する。図４は、内燃機関１００の始動の際における、総燃料供給量、燃料供給比率、燃焼室９の壁面温度、及び排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量のタイムチャートである。図４の総燃料供給量における破線は、当量比λが１になるような燃料供給量を示している。したがって、両インジェクタ１１、１２からの総燃料供給量が破線上の量であるときには、機関本体１から排出される排気ガスの空燃比はほぼ理論空燃比となる。

図４に示した例では、内燃機関１００を停止する際に排気浄化触媒２０に酸素が吸蔵されたため、時刻ｔ１にて内燃機関１００が始動せしめられる前には、排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量は最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘとなっている。加えて、内燃機関１００の停止中に燃焼室９の壁面温度が低下したため、時刻ｔ１以前において、燃焼室９の壁面温度が比較的低い温度になっている。

そして、時刻ｔ１において内燃機関１００が始動された直後には、第１制御により筒内噴射用インジェクタ１２のみからの燃料噴射により燃焼室９内に燃料が供給される。すなわち、時刻ｔ１以降は、筒内噴射用インジェクタ１２からの燃料供給比率が１００％となる。これにより、上述したように内燃機関１００の始動性を高めることができる。

また、時刻ｔ１以降においては、筒内噴射用インジェクタ１２からの燃料噴射量は、燃焼室９に供給される混合気の空燃比がほぼ理論空燃比となるように設定される。したがって、時刻ｔ１以降においては、両インジェクタ１１、１２からの総燃料供給量は当量比λが１となるような供給量になっている。この結果、機関本体１から排出される排気ガスの空燃比はほぼ理論空燃比となり、排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量は最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘのまま維持される。加えて、時刻ｔ１以降においては、燃焼室９内で混合気が燃焼するため、燃焼室９の壁面温度が徐々に上昇していく。なお、当量比λが１となるような総燃料供給量（図４中の破線）は時刻ｔ１の機関始動直後が最も多くてその後徐々に減少している。これは、機関始動直後においては吸気ポート６内の負圧が低く、よって燃焼室９内に多量の空気が吸入されるためである。

内燃機関１００の始動後１サイクルが終わった時刻ｔ２以降は、第２制御が行われ、吸気噴射用インジェクタ１１のみからの燃料噴射により燃焼室９内に燃料が供給される。すなわち、時刻ｔ２以降は、吸気噴射用インジェクタ１１からの燃料供給比率が１００％となる。これにより、上述したように排気エミッションの悪化を抑制することができる。

また、時刻ｔ２以降においては、吸気噴射用インジェクタ１１からの燃料噴射量は、機関本体１から排出される排気ガスの空燃比がリッチ空燃比となるように設定される。したがって、時刻ｔ２以降においては、両インジェクタ１１、１２からの総燃料供給量は当量比λが１よりも大きい値となるような供給量になっている。この結果、機関本体１から排出される排気ガスの空燃比はリッチ空燃比となり、時刻ｔ２以降においては排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量が徐々に減少する。なお、時刻ｔ２以降或る程度の期間に亘って総燃料供給量が徐々に減少しているのは、吸気噴射用インジェクタ１１から噴射された燃料の一部が吸気ポート６の壁面に付着することを考慮して、吸気噴射用インジェクタ１１からの燃料噴射量を多めに設定しているためである。

時刻ｔ２以降も燃焼室９内で混合気が燃焼するため、燃焼室９の壁面温度は徐々に上昇していき、やがて時刻ｔ３において基準温度Ｔｒｅｆに到達する。この基準温度Ｔｒｅｆは、これ以上の温度になれば筒内噴射用インジェクタ１２から噴射された燃料が十分に気化して、混合気の燃料濃度のバラツキが抑制され、よって混合気の燃焼に伴う微粒子の生成量が一定以下になるような温度である。

時刻ｔ２において、燃焼室９の壁面温度が基準温度Ｔｒｅｆに到達すると、筒内噴射用インジェクタ１２から燃料を噴射しても燃料が十分に気化するため、吸気噴射用インジェクタ１１のみからの燃料噴射が終了せしめられる。したがって、時刻ｔ３以降は通常噴射制御が行われ、よって機関運転状態に応じて図２に示したようなマップに基づいて両インジェクタ１１、１２からの燃料噴射が制御される。

その後、時刻ｔ４以降においては、排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量がほぼゼロになると、両インジェクタ１１、１２からの総燃料供給量は混合気の空燃比がほぼ理論空燃比となるように設定される。したがって、時刻ｔ４以降においては、両インジェクタ１１、１２からの総燃料供給量は当量比λがほぼ１となるような供給量になっている。この結果、機関本体１から排出される排気ガスの空燃比はほぼ理論空燃比となり、時刻ｔ４以降においては排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量はほぼゼロのまま維持される。

図５は、内燃機関１００の始動初期における、燃料噴射時期、総燃料供給量、燃料供給比率及び燃焼室９の壁面温度のタイムチャートである。図５の燃料噴射時期におけるＤＩは筒内噴射用インジェクタ１２による燃料噴射時期を、ＰＦＩは吸気噴射用インジェクタ１１による燃料噴射時期をそれぞれ示している。また、図５の総燃料供給量における破線は、当量比λが１になるような燃料供給量を示している。

図５に示した例では、図４に示した例と同様に、時刻ｔ１において内燃機関１００が始動せしめられる。図示した例では、時刻ｔ１において１番気筒＃１が圧縮行程、３番気筒＃３が吸気行程、４番気筒＃４が排気行程、２番気筒＃２が膨張行程にある状態となっている。

時刻ｔ１において内燃機関１００が始動されると、まず、第１制御が行われる。したがって、内燃機関１００の停止中に圧縮行程にあった１番気筒＃１において筒内噴射用インジェクタ１２から燃料が噴射される。したがって、このとき１番気筒＃１の燃焼室９へは筒内噴射用インジェクタ１２から噴射された燃料が供給される。また、このときの燃料噴射量は、燃焼室９内の混合気がほぼ理論空燃比となるように設定される。このようにして燃焼室９に供給された燃料を含む混合気は、圧縮上死点付近にて点火プラグ１０により点火される。

次いで、内燃機関１００の回転に伴って３番気筒＃３が圧縮行程になると、３番気筒＃３において筒内噴射用インジェクタ１２から燃料が噴射される。したがって、３番気筒＃３の燃焼室９へは筒内噴射用インジェクタ１２から噴射された燃料が供給される。その後、同様にして、４番気筒＃４が圧縮行程になると４番気筒＃４において筒内噴射用インジェクタ１２から燃料が噴射され、２番気筒＃２が圧縮行程になると２番気筒＃２において筒内噴射用インジェクタ１２から燃料が噴射される。これら筒内噴射用インジェクタ１２からの燃料噴射における燃料噴射量は、燃焼室９内の混合気がほぼ理論空燃比となるように設定される。

一方、本実施形態では上述したように内燃機関１００の始動後１サイクル目のみにおいて筒内噴射用インジェクタ１２からの燃料噴射により燃焼室９に燃料を供給する第１制御が行われる。そして、内燃機関１００の始動後２サイクル目以降は、吸気噴射用インジェクタ１１からの燃料噴射により燃焼室９内に燃料を供給する第２制御が行われる。したがって、１サイクル目における筒内噴射用インジェクタ１２からの燃料噴射が完了すると、すなわち図５に示した例では２番気筒＃２において筒内噴射用インジェクタ１２から燃料が噴射されると、それ以降はいずれの気筒においても筒内噴射用インジェクタ１２からの燃料噴射は行われない。代わりに、吸気噴射用インジェクタ１１からの燃料噴射が開始される。

ここで、吸気噴射用インジェクタ１１からの燃料噴射は基本的に排気行程から吸気行程中に行われる。したがって、図５に示したように、４番気筒＃４が１サイクル目の圧縮行程中であって４番気筒＃４において筒内噴射用インジェクタ１２から燃料が噴射されているときに排気行程中にある１番気筒＃１において、吸気噴射用インジェクタ１１から燃料が噴射される。１番気筒＃１の燃焼室９へは２サイクル目においては吸気噴射用インジェクタ１１から噴射された燃料が供給される。

次いで、２番気筒＃２が１サイクル目の圧縮行程中であって２番気筒＃２において吸気噴射用インジェクタ１１から燃料が噴射されているときに排気行程中にある３番気筒＃３において、吸気噴射用インジェクタ１１から燃料が噴射される。この結果、３番気筒＃３の燃焼室９へは２サイクル目においては吸気噴射用インジェクタ１１から噴射された燃料が供給される。それ以降は、各気筒において排気行程中において吸気噴射用インジェクタ１１から燃料が噴射される。この結果、時刻ｔ２以降においては、すなわち２サイクル目以降においては、燃焼室９へは吸気噴射用インジェクタ１１から噴射された燃料が供給される。また、これら吸気噴射用インジェクタ１１からの燃料噴射における燃料噴射量は、燃焼室９内の混合気がリッチ空燃比となるように設定される。

≪作用・効果及び変形例≫
上述したように内燃機関の始動時には燃焼室９の壁面温度が低く、筒内噴射用インジェクタ１２から燃料噴射を行うと、噴射された燃料が気化しにくい。したがって、このときに混合気の空燃比をリッチ空燃比にすべく燃料噴射量を増量すると、部分的に燃料濃度の濃い領域が多く発生し、よって混合気の燃焼に伴って生成される微粒子の量が増大する。本実施形態では、第１制御中においては燃焼室９に供給される混合気の空燃比はほぼ理論空燃比とされるため、微粒子の増大を抑制することができる。

その一方で、本実施形態では、第２制御中においては燃焼室９に供給される混合気の空空燃比はリッチ空燃比（理論空燃比よりも小さい空燃比）とされる。特に本実施形態では、内燃機関１００の始動後２サイクル目から第２制御が行われる。したがって、内燃機関１００の始動後比較的早期に第２制御が開始される。この結果、内燃機関１００の始動後、比較的早期に排気浄化触媒２０にリッチ空燃比の排気ガスを流入させることができ、よって比較的早期に排気浄化触媒２０による浄化能力を高めることができる。

したがって、本実施形態に係る内燃機関１００によれば、機関始動後に第１制御を行うことによって機関始動性を確保しつつ、上述したように排気浄化触媒２０による浄化能力を高めると共に、混合気の燃焼に伴う微粒子の生成を抑制することができる。

なお、上記実施形態では、第１制御中に燃焼室９に供給される混合気の空燃比はほぼ理論空燃比とされる。しかしながら、第２制御中における混合気の空燃比が第１制御中における混合気の空燃比よりも小さければ、第１制御中における混合気の空燃比はほぼ理論空燃比ではなくてもよい。

≪フローチャート≫
図６及び図７は、両インジェクタ１１、１２からの燃料噴射制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは、一定時間間隔毎に実行される。

まず、ステップＳ２１において始動フラグがＯＦＦに設定されているか否かが判定される。始動フラグは、内燃機関１００が始動されて図４及び図５に示した始動噴射制御が行われているときにＯＮに設定され、それ以外のときにＯＦＦに設定されるフラグである。ステップＳ２１において始動フラグがＯＦＦでると判定された場合には、制御ルーチンはステップＳ２２へと進む。

ステップＳ２２では、内燃機関１００が運転中であるか否かが判定される。ステップＳ２２において、内燃機関１００が停止中であると判定されたときには、制御ルーチンはステップＳ２３へと進む。

ステップＳ２３では、内燃機関１００の始動指令がＥＣＵ３１から発せされたか否かが判定される。内燃機関１００の始動指令は、例えば、内燃機関１００を搭載した車両のイグニッションスイッチがＯＮにされたときや、内燃機関１００の停止中にアクセルペダル４３が踏み込まれたとき等にＥＣＵ３１から発せられる。ステップＳ２３において、ＥＣＵ３１から内燃機関１００の始動指令が発せられていないと判定されたときには、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップＳ２３において、ＥＣＵ３１から内燃機関１００の始動指令が発せられたと判定されたときには、制御ルーチンはステップＳ２４へと進む。

ステップＳ２４では、始動フラグがＯＮに設定される。次いで、ステップＳ２５では内燃機関１００の始動直前における内燃機関１００の状態が検出又は算出される。具体的には、例えば、温度センサ４１によって内燃機関１００の冷却水の温度が検出され、ＥＣＵ３１により内燃機関１００が前回停止されてからの経過時間が算出される。

次いで、ステップＳ２６では、ステップＳ２５において検出又は算出された内燃機関１００の状態に基づいて、始動噴射制御の終了時期、すなわち吸気噴射用インジェクタのみから燃料噴射を行う第２制御の終了時期が算出される。始動噴射制御の終了時期は、燃焼室９の壁面温度が基準温度Ｔｒｅｆに到達するような時期とされる。したがって、内燃機関１００の始動時における燃焼室９の壁面温度が低いほど始動噴射制御の終了時期が遅くなるように設定される。

具体的には、例えば、内燃機関１００の冷却水の温度が低いほど始動噴射制御の終了時期は遅くなるように設定され、内燃機関１００が前回停止されてからの経過時間が長くなるほど始動噴射制御の終了時期は遅くなるように設定される。また、例えば、内燃機関１００が前回停止されてからの経過時間が短いときには内燃機関１００の始動時には燃焼室９の壁面温度は基準温度Ｔｒｅｆ以上になっている。したがって、このような場合には、始動噴射制御を実行する必要はなく、よって現時刻が始動噴射制御の終了時期として設定される。

次の制御ルーチンでは、ステップＳ２１において始動フラグがＯＮに設定されていると判定され、制御ルーチンはステップＳ２１からＳ２７へと進む。ステップＳ２７では、図３のステップＳ１１と同様に総燃料噴射量Ｑｂが算出される。

次いで、ステップＳ２８では、燃料噴射量の算出対象となる気筒が内燃機関１００の始動後１サイクル目の圧縮行程になるか否かが判定される。対象となる気筒が１サイクル目の圧縮行程になると判定された場合には、制御ルーチンはステップＳ２９へと進む。ステップＳ２９では、ポート噴射量Ｑｐが０に設定され、筒内噴射量ＱｄがステップＳ２７で算出された総燃料噴射量Ｑｂに設定され、制御ルーチンが終了せしめられる。この結果、筒内噴射用インジェクタ１２からの燃料噴射により燃焼室９内に燃料を供給する第１制御が行われることになる。なお、ステップＳ２９では、総燃料噴射量の増量補正は行われない。

その後、内燃機関１００が複数回回転すると、燃料噴射量の算出対象となる気筒が内燃機関１００の始動後２サイクル目の圧縮行程となる。このため、次の制御ルーチンでは、ステップＳ２８において対象となる気筒が１サイクル目の圧縮行程にならないと判定され、制御ルーチンはステップＳ３０へと進む。

ステップＳ３０では、始動フラグがＯＦＦに設定されているか否かが判定される。内燃機関１００が始動後２サイクル目を開始した直後においては始動フラグはＯＮに設定されているため、制御ルーチンはステップＳ３１へと進む。

ステップＳ３１では、現時刻が、ステップＳ２６において設定された終了時期に到達したか否かが判定される。ステップＳ３１において、現時刻が終了時期に到達していないと判定された場合には、制御ルーチンはステップＳ３２へと進む。

ステップＳ３２では、増量フラグがＯＮに設定されているか否かが判定される。増量フラグは、機関始動の際に燃焼室９に供給される混合気の空燃比がリッチ空燃比になるように総燃料噴射量が設定されるときにはＯＮに設定され、それ以外のときにはＯＦＦに設定されるフラグである。増量フラグは、図８に示した増量フラグ設定制御により設定される。

ステップＳ３２において増量フラグがＯＮに設定されていると判定されたときには、制御ルーチンはステップＳ３３へと進む。ステップＳ３３では、噴射量補正量ΔＱが予め定められた正の所定量ΔＱｒｅｆに設定される。なお、噴射量補正量ΔＱは、例えば、内燃機関１００の始動から一定期間は徐々に減少するように設定されてもよいし、内燃機関１００の運転状態に応じて変化するように設定されてもよい。一方、ステップＳ３２において増量フラグがＯＦＦに設定されていると判定されたときには、制御ルーチンはステップＳ３４へと進む。ステップＳ３４では、噴射量補正量ΔＱが０に設定される。

次いで、ステップＳ３５では、ポート噴射量Ｑｐが総燃料噴射量Ｑｂに噴射量補正量ΔＱを加算した量に設定され（Ｑｐ＝Ｑｂ＋ΔＱ）、筒内噴射量Ｑｄが０に設定され、制御ルーチンが終了せしめられる。この結果、吸気噴射用インジェクタ１１からの燃料噴射により燃焼室９内に燃料を供給する第２制御が行われる。

その後、現時刻がステップＳ２６において設定された終了時期に到達すると、次の制御ルーチンはステップＳ３１からステップＳ３６へと進む。ステップＳ３６では、始動フラグがＯＦＦに設定される。したがって、それ以降の制御ルーチンにおいては、第１制御及び第２制御は実行されない。なお、ステップＳ２４において内燃機関１００の始動時に燃焼室９の壁面温度は基準温度Ｔｒｅｆ以上になっていて、始動噴射制御の終了時期が速い時期に設定された場合には、内燃機関１００の始動後にステップＳ３２～Ｓ３５を経ることなくステップＳ３６において始動フラグがＯＦＦに設定される。したがって、本実施形態では、内燃機関１００の始動時において燃焼室９の壁面温度が基準温度Ｔｒｅｆ以上であると推定されるときには、内燃機関１００の始動後に第２制御が実行されない。

次いで、ステップＳ３７では、増量フラグがＯＮに設定されているか否かが判定される。ステップＳ３７において増量フラグがＯＮに設定されていると判定されたときには、制御ルーチンはステップＳ３８へと進む。ステップＳ３８では、噴射量補正量ΔＱが予め定められた正の所定量ΔＱｒｅｆに設定される。なお、噴射量補正量ΔＱは、増量開始からの経過時間や内燃機関１００の運転状態に応じて変化するように設定されてもよい。

一方、ステップＳ３７において増量フラグがＯＦＦに設定されていると判定されたときには、制御ルーチンはステップＳ３９へと進む。ステップＳ３９では、噴射量補正量ΔＱが０に設定される。次いで、ステップＳ４０では、図３に示した通常噴射制御が実行され、制御ルーチンが終了せしめられる。

なお、上記実施形態では、ステップＳ２６において始動噴射制御の終了時期が算出され、この終了時期に到達すると始動噴射制御が終了せしめられる。しかしながら、燃焼室９の壁面温度が基準温度Ｔｒｅｆに到達する時期は、内燃機関１００の始動時における燃焼室９の壁面温度のみならず、内燃機関１００の始動後の燃焼室９内での混合気の燃焼状態に応じても変化する。例えば、機関負荷が高くて総燃料噴射量が多い場合には、燃焼室９内での混合気の燃焼に伴う熱エネルギは大きく、よって燃焼室９の壁面温度が大きく上昇する。

そこで、始動噴射制御の終了時期は、始動時における内燃機関１００の状態のみならず、内燃機関１００の始動後に変化する他のパラメータにも基づいて設定されてもよい。他のパラメータとしては、具体的には、例えば内燃機関１００の始動後の総燃料噴射量又はその積算値等が挙げられる。

図８は、増量フラグの設定制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは、一定時間間隔毎に実行される。

まず、ステップＳ４１において、内燃機関１００が停止中であるか否かが判定される。内燃機関１００が停止中であると判定された場合には、制御ルーチンはステップＳ４２へと進む。ステップＳ４２では、増量フラグがＯＮに設定され、制御ルーチンが終了せしめられる。

一方、ステップＳ４１において内燃機関１００が停止中ではないと判定された場合には、ステップＳ４３へと進む。ステップＳ４３では、増量フラグがＯＮに設定されているか否かが判定される。ステップＳ４３において増量フラグがＯＮに設定されていると判定された場合には、制御ルーチンはステップＳ４４へと進む。

ステップＳ４４では、排気浄化触媒２０の下流側に配置された下流側空燃比センサ（図示せず）によって検出された空燃比ＡＦが理論空燃比ＡＦｓｔよりも低いか否か（すなわち、リッチ空燃比であるか否か）が判定される。排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量がほぼゼロになると、排気浄化触媒２０に流入した排気ガス中の未燃ＨＣ等は排気浄化触媒２０で浄化されずに流出するため、排気浄化触媒２０から流出する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比になる。したがって、下流側空燃比センサによって検出された空燃比ＡＦがリッチ空燃比になると排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量がほぼゼロになっていることがわかる。

ステップＳ４４において、下流側空燃比センサによって検出された空燃比ＡＦが理論空燃比ＡＦｓｔ以上であると判定された場合には、増量フラグがＯＮに設定されたまま制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップＳ４４において下流側空燃比センサによって検出された空燃比ＡＦが理論空燃比ＡＦｓｔよりも低いと判定された場合には、制御ルーチンはステップＳ４５へと進む。ステップＳ４５では、増量フラグがＯＦＦに設定され、制御ルーチンが終了せしめられる。

増量フラグがＯＦＦに設定されると、その後の制御ルーチンでは、ステップＳ４３において増量フラグがＯＮに設定されていないと判定され、そのまま制御ルーチンが終了せしめられる。したがって、内燃機関１００が次回停止されるまで、増量フラグはＯＦＦのまま維持されることになる。

なお、上記実施形態では、下流側空燃比センサによって検出された空燃比ＡＦがリッチ空燃比になったときに、増量フラグをＯＦＦにして、混合気の空燃比をリッチ空燃比から理論空燃比に変更するようにしている。しかしながら、増量フラグをＯＦＦにするタイミングは他のタイミングであってもよい。例えば、排気浄化触媒２０の上流側に配置された空燃比センサ４２によって検出された空燃比に基づいて排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量を推定すると共に、推定された酸素吸蔵量が予め定められた所定量（０よりも多い量）に到達したときに増量フラグをＯＦＦにするようにしてもよい。

＜第二実施形態＞
次に、図９を参照して、第二実施形態に係る内燃機関について説明する。第二実施形態に係る内燃機関の構成及び制御は、基本的に第一実施形態に係る内燃機関の構成及び制御と同様である。したがって、以下では、第一実施形態に係る内燃機関とは異なる部分を中心に説明する。

上述した第一実施形態では、始動噴射制御において、内燃機関１００の始動後１サイクル目のみにおいて筒内噴射用インジェクタ１２からの燃料噴射により燃焼室９内に混合気を形成する第１制御を行い、２サイクル目以降は吸気噴射用インジェクタ１１からの燃料噴射により燃焼室９内に混合気を形成する第２制御を行っている。これに対して、本実施形態では、始動噴射制御において、内燃機関１００の始動と同時に吸気噴射用インジェクタ１１からの燃料噴射を開始するようにしている。ただし、内燃機関１００の始動と同時に吸気噴射用インジェクタ１１からの燃料噴射を開始しても一部の気筒では燃料の供給が間に合わない。したがって、内燃機関１００の始動直後に吸気噴射用インジェクタ１１からの燃料噴射では燃料の供給が間に合わない気筒についてのみ、筒内噴射用インジェクタ１２からの燃料噴射が行われる。

換言すると、本実施形態では、機関始動直後に吸気噴射用インジェクタ１１から噴射された燃料によって燃焼室９内の混合気が形成される前まで、筒内噴射用インジェクタ１２からの燃料噴射により燃焼室９内に混合気を形成する第１制御が行われる。そして、機関始動直後に吸気噴射用インジェクタ１１から噴射された燃料によって燃焼室９内の混合気が形成された後は、第２制御が行われる。

図９は、内燃機関の始動初期における、燃料噴射時期等の図５と同様なタイムチャートである。図９に示した例では、時刻ｔ１において内燃機関１００が始動せしめられる。

時刻ｔ１において内燃機関１００が始動されると、内燃機関１００の停止中に排気行程にあった４番気筒＃４において吸気噴射用インジェクタ１１から燃料が噴射される。したがって、その後に４番気筒＃３が圧縮行程になるときには、４番気筒＃４の燃焼室９へは吸気噴射用インジェクタ１１から噴射された燃料が供給されていることになる。

次いで、３番気筒＃３の後には、２番気筒＃２において排気行程が到来する。このため、２番気筒＃２において排気行程が到来すると吸気噴射用インジェクタ１１から燃料が噴射される。したがって、その後に２番気筒＃２が圧縮行程になるときには、２番気筒＃２の燃焼室９へは吸気噴射用インジェクタ１１から噴射された燃料が供給されていることになる。そして、その後に排気行程が到来する気筒では、同様に吸気噴射用インジェクタ１１から燃料が噴射される。

時刻ｔ１において内燃機関１００が始動された直後に４番気筒＃４において吸気噴射用インジェクタ１１から燃料を噴射しても、４番気筒＃４はすぐには圧縮行程に到達しない。このため内燃機関１００の始動後、吸気噴射用インジェクタ１１から噴射された燃料を含む混合気が爆発するまでには時間がかかる。

このため、本実施形態では、内燃機関１００の停止中に圧縮行程にあった１番気筒＃１において、圧縮行程中に筒内噴射用インジェクタ１２から燃料が噴射される。したがって、１番気筒＃１には筒内噴射用インジェクタ１２から機関始動直後に噴射された燃料が供給される。また、１番気筒＃１の後に圧縮行程が到来する３番気筒＃３においても圧縮行程中に筒内噴射用インジェクタ１２から燃料が噴射される。したがって、３番気筒＃３には筒内噴射用インジェクタ１２から機関始動直後に噴射された燃料が供給される。すなわち、１番気筒＃１及び３番気筒＃３に対しては、筒内噴射用インジェクタ１２から噴射された燃料によって燃焼室９の混合気が形成される第１制御が行われる。

その後に圧縮行程が到来する４番気筒＃４では、すでに排気行程にて吸気噴射用インジェクタ１１から燃料が供給されているため、筒内噴射用インジェクタ１２からの燃料噴射は行わない。したがって、４番気筒＃４以降の気筒では、吸気噴射用インジェクタ１１から噴射された燃料によって燃焼室９の混合気が形成される第２制御が行われる。これにより、内燃機関を始動する際に筒内噴射用インジェクタ１２からの燃料噴射を可能な限り少なくすることができ、よって排気エミッションの悪化を可能な限り抑制することができる。

なお、上記第一実施形態では内燃機関１００の始動後１サイクル目のみにおいて筒内噴射用インジェクタ１２からの燃料噴射により燃焼室９内に燃料を供給している。また、上記第二実施形態では、内燃機関１００の始動後、吸気噴射用インジェクタ１１からは燃料を供給することができない気筒についてのみ筒内噴射用インジェクタ１２からの燃料噴射により燃焼室９内に燃料を供給している。

しかしながら、内燃機関１００の始動後の所定の時期まで、筒内噴射用インジェクタから噴射された燃料のみによって形成された混合気の燃焼が行われ、内燃機関１００の始動後の所定の時期以降は吸気噴射用インジェクタ１１から噴射された燃料のみ（または、後述する第四実施形態を考慮すると、吸気噴射用インジェクタ１１から噴射された燃料を多く含む燃料）によって形成された混合気の燃焼が行われれば、他の時期に第１制御から第２制御へ切り替えられてもよい。したがって、例えば、内燃機関１００の始動後２サイクル目までは第１制御が行われ、３サイクル目以降は第２制御が行われるようにしてもよい。

図１０は、両インジェクタ１１、１２からの燃料噴射制御の制御ルーチンを示す、図７と同様なフローチャートの一部である。図示した制御ルーチンは、一定時間間隔毎に実行される。図１０において、図７のステップと同様なステップについては同じ番号が付されており、これらステップについては説明を省略する。

ステップＳ２７において総燃料噴射量Ｑｂが算出されると、制御ルーチンはステップＳ５１へと進む。ステップＳ５１では、燃料噴射量の算出対象となる気筒が、吸気噴射用インジェクタ１１からは燃料を供給することができない気筒であるか否かが判定される。ステップＳ５１において、燃料噴射量の算出対象となる気筒が吸気噴射用インジェクタ１１からは燃料を供給することができない気筒であると判定された場合には、制御ルーチンはステップＳ２９へと進み、第１制御が行われる。

一方、ステップＳ５１において、燃料噴射量の算出対象となる気筒が、吸気噴射用インジェクタ１１からは燃料を供給することができる気筒である判定された場合には、制御ルーチンはステップＳ３０へと進む。したがって、第２制御又は通常噴射制御が行われる。

＜第三実施形態＞
次に、図１１を参照して、第三実施形態に係る内燃機関について説明する。第三実施形態に係る内燃機関の構成及び制御は、基本的に第一実施形態及び第二実施形態に係る内燃機関の構成及び制御と同様である。したがって、以下では、第一実施形態及び第二実施形態に係る内燃機関とは異なる部分を中心に説明する。

上記第一実施形態では、始動噴射制御において内燃機関１００の始動後１サイクル目の間は第１制御が行われ、２サイクル目以降は第２制御が行われる（以下、斯かる制御を「第１始動噴射制御」ともいう）。一方、上記第二実施形態では、始動噴射制御において、吸気噴射用インジェクタ１１から機関始動直後に噴射された燃料によって燃焼室９内の混合気が形成される前まで第１制御が行われ、吸気噴射用インジェクタ１１から機関始動直後に噴射された燃料によって燃焼室９内の混合気が形成された後は第２制御が行われる（以下、斯かる制御を「第２始動噴射制御」ともいう）。

本実施形態では、内燃機関１００の始動時における内燃機関１００の状態に応じて、始動噴射制御として、第１始動噴射制御と第２始動噴射制御とのうちのいずれか一方が実行される。具体的には、例えば、内燃機関１００の始動時における燃焼室９の壁面温度が基準温度Ｔｒｅｆ未満の所定の切替温度Ｔｓｗ以上である場合には始動噴射制御として第１始動噴射制御が行われる。一方、内燃機関１００の始動時における燃焼室９の壁面温度が切替温度Ｔｓｗ未満である場合には始動噴射制御として第２始動噴射制御が行われる。

ここで、内燃機関１００の始動時における燃焼室９の壁面温度が基準温度Ｔｒｅｆ未満ながら比較的高い温度であれば、筒内噴射用インジェクタ１２から燃料噴射を行っても噴射された燃料は比較的気化し易い。したがって、第１制御を比較的長く続けても排気エミッションはそれほど悪化しない。一方、内燃機関１００の始動後、燃料噴射を行うインジェクタの切替を遅くすることで、始動の際の混合気の燃焼を安定させることができる。本実施形態によれば、このとき第１始動噴射制御が行われ、よって排気エミッションを悪化させることなく、内燃機関１００の始動の際の混合気の燃焼を安定させることができる。

一方、内燃機関１００の始動時における燃焼室９の壁面温度がかなり低いときには、筒内噴射用インジェクタ１２から燃料噴射を行うと噴射された燃料は気化しにくい。本実施形態によれば、このとき第２始動噴射制御が行われ、よって微粒子の発生を抑制することができる。

なお、上記実施形態では、内燃機関１００の始動時における燃焼室９の壁面温度に応じて始動噴射制御を切り替えている。しかしながら、内燃機関１００の冷却水の温度や、内燃機関１００が前回停止されてからの経過時間等、燃焼室９の壁面温度に関する他のパラメータの値に基づいて始動噴射制御を切り替えてもよい。

図１１は、両インジェクタ１１、１２からの燃料噴射制御の制御ルーチンを示す、図７と同様なフローチャートの一部である。図示した制御ルーチンは、一定時間間隔毎に実行される。図１１において、図７のステップと同様なステップについては同じ番号が付されており、これらステップについては説明を省略する。

ステップＳ２７において総燃料噴射量Ｑｂが算出されると、制御ルーチンはステップＳ５２へと進む。ステップＳ５２では、内燃機関１００の始動時における燃焼室９の壁面温度の推定値Ｔｗが所定の切替温度Ｔｓｗ以上であるか否かが判定される。燃焼室９の壁面温度は、内燃機関１００の冷却水の温度、内燃機関１００が前回停止されてからの経過時間等に基づいて推定される。

ステップＳ５２において内燃機関１００の始動時における燃焼室９の壁面温度の推定値Ｔｗが切替温度Ｔｓｗ以上であると判定された場合には、制御ルーチンはステップＳ５３へと進む。ステップＳ５３では、図７のステップＳ２８と同様に、燃料噴射量の算出対象となる気筒が内燃機関１００の始動後１サイクル目の圧縮行程になるか否かが判定される。対象となる気筒が１サイクル目の圧縮行程になると判定された場合には、制御ルーチンはステップＳ２９へと進む。一方、対象となる気筒が１サイクル目の圧縮行程にならないと判定された場合には、制御ルーチンはステップＳ３０へと進む。

ステップＳ５２において内燃機関１００の始動時における燃焼室９の壁面温度の推定値Ｔｗが切替温度Ｔｓｗ未満であると判定された場合には、制御ルーチンはステップＳ５４へと進む。ステップＳ５４では、図１０のステップＳ５１と同様に、燃料噴射量の算出対象となる気筒が、吸気噴射用インジェクタ１１からは燃料を供給することができない気筒であるか否かが判定される。ステップＳ５４において、燃料噴射量の算出対象となる気筒が吸気噴射用インジェクタ１１からは燃料を供給することができない気筒であると判定された場合には、制御ルーチンはステップＳ２９へと進み、第１制御が行われる。一方、ステップＳ５４において、燃料噴射量の算出対象となる気筒が、吸気噴射用インジェクタ１１からは燃料を供給することができる気筒である判定された場合には、制御ルーチンはステップＳ３０へと進む。

＜第四実施形態＞
次に、図１２及び図１３を参照して、第四実施形態に係る内燃機関について説明する。第四実施形態に係る内燃機関の構成及び制御は、基本的に第一実施形態から第三実施形態に係る内燃機関の構成及び制御と同様である。したがって、以下では、第一実施形態から第三実施形態に係る内燃機関とは異なる部分を中心に説明する。

上記第一実施形態から第三実施形態では、第２制御では、吸気噴射用インジェクタ１１のみからの燃料噴射により燃焼室９内に燃料を供給して燃焼室９内に混合気が形成される。しかしながら、本実施形態では、第２制御中においても、内燃機関１００の運転状態に応じて筒内噴射用インジェクタ１２からも燃料が噴射される。

具体的には、例えば、第２制御において、機関負荷が低いときには、吸気噴射用インジェクタ１１のみから燃料噴射が行われる。加えて、機関負荷が高いときには、吸気噴射用インジェクタ１１に加えて筒内噴射用インジェクタ１２から燃料噴射が行われる。特に、機関負荷が高くなるほど、ポート噴射比率が低くなるように燃料噴射が行われる。ただし、内燃機関１００の各運転状態において、第２制御におけるポート噴射比率は通常噴射制御におけるポート噴射比率以上になるように両インジェクタ１１、１２からの燃料噴射が制御される。加えて、第２制御中に筒内噴射用インジェクタ１２からも燃料噴射が行われるときであっても、ポート噴射比率は５０％よりも大きくなるように両インジェクタ１１、１２からの燃料噴射が制御される。すなわち、本実施形態では、第２制御では、筒内噴射用インジェクタ１２から噴射された燃料よりも吸気噴射用インジェクタ１１から噴射された燃料を多く含む燃料によって燃焼室９内の混合気が形成される。

図１２は、内燃機関１００の始動の際における、総燃料供給量等の、図４と同様なタイムチャートである。図１２に示した例では、時刻ｔ２以降に第２制御が行われる。本実施形態では、時刻ｔ２以降の第２制御中において、吸気噴射用インジェクタ１１及び筒内噴射用インジェクタ１２の両方から燃料噴射が行われる。このとき、吸気噴射用インジェクタ１１からの燃料供給比率は５０％よりも大きくなっている。

図１３は、両インジェクタ１１、１２からの燃料噴射制御の制御ルーチンを示す、図７と同様なフローチャートの一部である。図示した制御ルーチンは、一定時間間隔毎に実行される。図１３において、図７のステップと同様なステップについては同じ番号が付されており、これらステップについては説明を省略する。

ステップＳ３３及びＳ３４において噴射量補正量ΔＱが算出されると、制御ルーチンはステップＳ５５へと進む。ステップＳ５５では、機関負荷及び機関回転速度に基づいて、予め作成されたマップ等を用いて、ポート噴射比率Ｒｐが算出される。

次いで、ステップＳ５６では、下記式（３）によってポート噴射量Ｑｐが算出され、下記式（４）によって筒内噴射量Ｑｄが算出される。
Ｑｐ＝Ｒｐ×Ｑｂ＋ΔＱ …（３）
Ｑｄ＝（１－Ｒｐ）×Ｑｂ …（４）
上記式（３）及び式（４）からわかるように、本実施形態では、噴射量補正量ΔＱに相当する燃料噴射量の増量はポート噴射量Ｑｐについてのみ行われる。

１機関本体
９燃焼室
１０点火プラグ
１１吸気噴射用インジェクタ
１２筒内噴射用インジェクタ
２０排気浄化触媒
３１ＥＣＵ
１００内燃機関

Claims

燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内噴射用インジェクタと、吸気通路内に燃料を噴射する吸気噴射用インジェクタと、これらインジェクタからの燃料噴射を制御する制御装置とを備える内燃機関であって、
前記制御装置は、内燃機関の始動後の所定の時期まで、前記筒内噴射用インジェクタから噴射された燃料のみによって前記燃焼室内の混合気が形成される第１制御を行い、前記所定の時期以降は、前記筒内噴射用インジェクタから噴射された燃料よりも前記吸気噴射用インジェクタから噴射された燃料を多く含む燃料によって前記燃焼室内の混合気が形成される第２制御を行うように構成され、
前記第２制御中における混合気の空燃比は前記第１制御中における混合気の空燃比よりも小さく且つ理論空燃比よりも小さく、
前記制御装置は、内燃機関の始動後１サイクルの間は前記第１制御を行い、内燃機関の始動後２サイクル目以降は前記第２制御を行う、第１始動噴射制御と、
前記吸気噴射用インジェクタから機関始動直後に噴射された燃料によって燃焼室内の混合気が形成される前まで前記第１制御を行い、前記吸気噴射用インジェクタから機関始動直後に噴射された燃料によって燃焼室内の混合気が形成された後には第２制御を行う、第２始動噴射制御とを実行できるように構成され、
前記内燃機関の始動時における内燃機関の状態に応じて、前記内燃機関の始動時に前記第１始動噴射制御及び前記第２始動噴射制御のうちの一方を行うように構成される、内燃機関。
燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内噴射用インジェクタと、吸気通路内に燃料を噴射する吸気噴射用インジェクタと、これらインジェクタからの燃料噴射を制御する制御装置とを備える内燃機関であって、
前記制御装置は、内燃機関の始動後の所定の時期まで、前記筒内噴射用インジェクタから噴射された燃料のみによって前記燃焼室内の混合気が形成される第１制御を行い、前記所定の時期以降は、前記筒内噴射用インジェクタから噴射された燃料よりも前記吸気噴射用インジェクタから噴射された燃料を多く含む燃料によって前記燃焼室内の混合気が形成される第２制御を行うように構成され、
前記第２制御中における混合気の空燃比は前記第１制御中における混合気の空燃比よりも小さく且つ理論空燃比よりも小さく、
前記制御装置は、前記内燃機関の始動時の前記内燃機関の燃焼室の壁面温度が低いほど前記第２制御の終了時期が遅くなるように前記第２制御を行うように構成される、内燃機関。
燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内噴射用インジェクタと、吸気通路内に燃料を噴射する吸気噴射用インジェクタと、これらインジェクタからの燃料噴射を制御する制御装置とを備える内燃機関であって、
前記制御装置は、内燃機関の始動後の所定の時期まで、前記筒内噴射用インジェクタから噴射された燃料のみによって前記燃焼室内の混合気が形成される第１制御を行い、前記所定の時期以降は、前記筒内噴射用インジェクタから噴射された燃料よりも前記吸気噴射用インジェクタから噴射された燃料を多く含む燃料によって前記燃焼室内の混合気が形成される第２制御を行うように構成され、
前記第２制御中における混合気の空燃比は前記第１制御中における混合気の空燃比よりも小さく且つ理論空燃比よりも小さく、
前記制御装置は、前記内燃機関の始動後の両インジェクタからの総燃料噴射量に応じて前記第２制御の終了時期を決定するように構成される、内燃機関。
燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内噴射用インジェクタと、吸気通路内に燃料を噴射する吸気噴射用インジェクタと、これらインジェクタからの燃料噴射を制御する制御装置とを備える内燃機関であって、
前記制御装置は、内燃機関の始動後の所定の時期まで、前記筒内噴射用インジェクタから噴射された燃料のみによって前記燃焼室内の混合気が形成される第１制御を行い、前記所定の時期以降は、前記筒内噴射用インジェクタから噴射された燃料よりも前記吸気噴射用インジェクタから噴射された燃料を多く含む燃料によって前記燃焼室内の混合気が形成される第２制御を行うように構成され、
前記第２制御中における混合気の空燃比は前記第１制御中における混合気の空燃比よりも小さく且つ理論空燃比よりも小さく、
前記制御装置は、前記内燃機関の始動時において前記内燃機関の燃焼室の壁面温度が予め定められた温度以上であると推定されるときには、前記内燃機関の始動後に前記第２制御を実行しないように構成される、内燃機関。
前記第２制御中には、前記吸気噴射用インジェクタから噴射された燃料のみによって前記燃焼室内の混合気が形成される、請求項１～４のいずれか１項に記載の内燃機関。
前記第１制御中における混合気の空燃比は、ほぼ理論空燃比である、請求項１～５のいずれか１項に記載の内燃機関。
前記所定の時期は内燃機関の始動後１サイクルが完了する時期であり、
前記制御装置は、内燃機関の始動後１サイクルの間は前記第１制御により燃焼室内の混合気を形成し、内燃機関の始動後２サイクル目以降は前記第２制御により燃焼室内の混合気を形成するように構成される、請求項１～６のいずれか１項に記載の内燃機関。
前記所定の時期は前記吸気噴射用インジェクタから機関始動直後に噴射された燃料によって混合気が形成される前の時期であり、
前記制御装置は、前記吸気噴射用インジェクタから機関始動直後に噴射された燃料によって燃焼室内の混合気が形成される前まで前記第１制御を行い、前記吸気噴射用インジェクタから機関始動直後に噴射された燃料によって燃焼室内の混合気が形成された後は第２制御を行うように構成される、請求項１～７のいずれか１項に記載の内燃機関。