JP2004301081A

JP2004301081A - エンジンの始動装置

Info

Publication number: JP2004301081A
Application number: JP2003096977A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Kuroki; 雅之黒木; Masayuki Tetsuno; 雅之鐵野; Kiyotaka Mamiya; 清孝間宮; Junichi Taga; 淳一田賀; Keiji Araki; 啓二荒木
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2004-10-28

Abstract

【課題】アイドリング時等に自動的にエンジンをいったん停止させた後に自動的に再始動させるときの始動性を向上する。
【解決手段】エンジン再始動のための制御を行う再始動制御手段を構成するＥＣＵ３０を備え、このＥＣＵ３０は、エンジン再始動時に、先ずエンジン停止時の排気気筒の排気弁を閉じた状態とし、かつ、当該気筒に燃料を供給し、強制着火を実行して燃焼を行わせることによりピストンを逆転方向に移動させ、且つ、エンジン停止時に膨張行程にある気筒に対して燃料を供給して、上記逆転が行われた後に当該気筒で着火、燃焼を行わせることによりピストンを正転方向に移動させる。さらに、第２行程で膨張行程となる気筒に対し、燃料を供給して、第２行程で着火、燃焼を行わせるように制御する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アイドリング時等に自動的にエンジンをいったん停止させ、その後に自動的に再始動させるエンジンの始動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、燃費低減およびＣＯ_２排出量抑制等のため、アイドル時に自動的にエンジンをいったん停止させ、その後に発進操作等の再始動条件が成立したときに自動的にエンジンを再始動させるようにしたエンジンの始動装置が開発されてきている。
【０００３】
このようにエンジン停止後に自動的に再始動させる場合に、発進操作等に応じて即座に始動させることが要求されるため、始動用のモータによりエンジン出力軸を駆動するクランキングを経てエンジンを始動させるような、始動完了までにかなりの時間を要する従来の一般的な始動の方法は好ましくない。
【０００４】
そこで、停止状態のエンジンの特定気筒に燃料を供給して着火、燃焼を行わせ、そのエネルギーでエンジンが即時的に始動されるようにすることが望ましい。この場合、エンジン停止中に膨張行程にある気筒に燃料を供給して燃焼を行わせるようにすればその燃焼のエネルギーをエンジン正転方向に作用させることができる。しかし、エンジン作動中であれば燃焼室内が高圧縮状態となってから燃焼が行われるので大きなエネルギーが得られるが、エンジン停止中には膨張行程の気筒から空気が洩出して燃焼室内の圧力が低下するため、その低い圧力の燃焼室内に燃料を供給して燃焼を行わせても始動に必要なエネルギーが充分に得られない場合が多い。
【０００５】
このような問題の対策として、多気筒エンジンにおいてエンジン停止時に圧縮行程にある気筒に対して初回の燃焼を実行して当該気筒のピストンを下死点前の位置まで押し下げ、それに伴い膨張行程にある気筒のピストンが上死点に近づくことによって当該気筒の筒内圧力を高めるようにした上で、この膨張行程の気筒に対して燃料を噴射させて点火、燃焼を行わせ、こうしてエンジン正転方向に作用する燃焼エネルギーを増大させるように工夫したものも提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
国際公開第０１／８１７５９号パンフレット
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１に示された始動装置によると、エンジン停止時に圧縮行程にある気筒における初回燃焼により少しだけエンジンが逆転してから、エンジン停止時に膨張行程にある気筒での燃焼に伴うエンジンの正転により、圧縮行程にあった気筒が圧縮上死点を経て膨張行程へ移行するが、当該気筒では上記初回燃焼で空気が使われていて、圧縮上死点付近の本来の着火、燃焼の時期に燃焼に必要な空気が筒内に存在しないため、当該気筒の当該時期の燃焼が行われない。従って、エンジン停止時に膨張行程にある気筒で燃焼が行われてから、別の気筒で次の着火、燃焼が行われるまでの間隔が長くなり、その間にエンジン回転速度が低下し、始動性を悪化させるおそれがあった。
【０００８】
本発明は上記の事情に鑑み、少しだけエンジンを逆転させてから膨張行程となり得る気筒で燃焼を行わせるようにすることでその燃焼エネルギーを増大させるようにし、しかも、上記逆転のための初回燃焼をエンジン停止時に圧縮行程にある気筒では行わせないようにして、当該気筒が圧縮行程上死点を経て膨張行程に移行したときの着火、燃焼を行わせることができるようにし、これによって始動性を大幅に向上することができるエンジンの始動装置を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、所定のエンジン停止条件が成立したときに自動的にエンジンを停止させるとともに、エンジン停止後における再始動条件成立時に、膨張行程にある気筒に対して燃料を噴射させて点火、燃焼を行わせ、エンジンを再始動させるエンジンの始動装置において、排気弁を作動状態と閉じて停止した状態とに切換可能なバルブ駆動変更手段と、エンジン再始動時に燃料噴射の制御、点火時期の制御および上記バルブ駆動変更手段の制御を行う再始動制御手段とを備え、上記再始動制御手段は、エンジン停止時に排気行程にある気筒に対し、エンジン停止直前から始動開始までの間に燃料を供給するとともに、排気弁を閉じた状態にして、再始動開始時に当該気筒で強制点火を実行して燃焼を行わせることによりピストンを逆転方向に移動させ、且つ、エンジン停止時に膨張行程となり得る気筒に対し、エンジン停止直前から始動開始直後までの間に燃料を供給して、上記ピストンの逆転方向の移動後に当該気筒で強制点火を実行して燃焼を行わせることによりピストンを正転方向に移動させ、さらに、いずれかの気筒がピストン上死点を過ぎた後の第２行程で膨張行程となる気筒に対し、エンジンの停止直前から上記第２行程となるまでの間に燃料を供給して、第２行程で強制点火を実行して燃焼を行わせるように制御するものであることを特徴とする。
【００１０】
この発明によると、エンジン再始動の際に、先ずエンジンがある程度だけ逆転し、膨張行程の気筒のピストンが上昇して筒内圧力が高められてから、当該気筒で燃焼が行われることにより、膨張行程の気筒での燃焼圧が高められて、その燃焼圧が有効にピストンに作用し、エンジン正転方向の駆動力が得られる。
【００１１】
しかも、上記逆転のための初回燃焼がエンジン停止時に排気行程にある気筒で行われ、エンジン停止時に圧縮行程にある気筒では上記初回燃焼が行なれず、この気筒が膨張行程となる第２行程でこの気筒において燃焼が行われることにより、第２行程でもエンジン正転方向の駆動トルクが充分に得られる。
【００１２】
この発明において、上記再始動制御手段は、エンジン停止時に排気行程となる気筒の排気弁を、エンジン回転が逆転から正転に変わる時点もしくはその近傍の時期に、開作動するように制御することが好ましい。
【００１３】
このようにすれば、エンジン停止時に排気行程にある気筒において逆転のための燃焼が行われてから当該気筒内の既燃ガスが排出されて筒内圧が低下することにより、逆転から正転への移行の際の抵抗が軽減される。
【００１４】
また、上記再始動制御手段は、第２行程で膨張行程となる気筒に対して空燃比が理論空燃比以下となるように燃料供給量を制御することが好ましい。このようにすれば、第２行程で膨張行程での燃焼による駆動力が高められる。
【００１５】
なお、エンジン停止時に膨張行程となり得る気筒のピストン位置が下死点に近い所定範囲にある場合や、上死点に近い所定範囲にある場合は、当該気筒での燃焼による駆動力が充分に得られ難いので、スタータを駆動させて始動をアシストするようになっていればよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
【００１７】
図１及び図２は本発明の一実施形態によるエンジンの概略構成を示している。これらの図において、エンジン本体はシリンダヘッド１及びシリンダブロック２で構成され、複数の気筒を有し、図示の実施形態では４つの気筒３Ａ〜３Ｄを有している。各気筒３Ａ〜３Ｄにはピストン４が嵌挿され、ピストン４の上方に燃焼室５が形成されている。上記ピストン４はコンロッドを介してクランクシャフト６に連結されている。
【００１８】
各気筒３Ａ〜３Ｄの燃焼室５の頂部には点火プラグ７が装備され、そのプラグ先端が燃焼室５内に臨んでいる。
【００１９】
さらに、燃焼室５の側方部には、燃焼室５内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁８が設けられている。この燃料噴射弁８は、図略のニードル弁及びソレノイドを内蔵し、パルス信号が入力されることにより、そのパルス入力時期にパルス幅に対応する時間だけ駆動されて開弁し、その開弁時間に応じた量の燃料を噴射するように構成されている。そして、点火プラグ７付近に向けて燃料を噴射するように燃料噴射弁８の噴射方向が設定されている。なお、この燃料噴射弁８には図外の燃料ポンプにより燃料供給通路等を介して燃料が供給され、かつ、圧縮行程での燃焼室内の圧力よりも高い燃料圧力を与え得るように燃料供給系統が構成されている。
【００２０】
また、各気筒３Ａ〜３Ｄの燃焼室５に対して吸気ポート９及び排気ポート１０が開口し、これらのポート９，１０に吸気弁１１及び排気弁１２が装備されている。これら吸気弁１１及び排気弁１２は動弁機構により駆動される。そして、後に詳述するように各気筒が所定の位相差をもって燃焼サイクルを行うように、各気筒の吸・排気弁１１，１２の開閉タイミングが設定されている。
【００２１】
さらに、上記排気弁１２に対し、これを作動状態と閉じて停止した状態とに切換可能なバルブ駆動変更手段１３が設けられている。このバルブ駆動変更手段１３は、例えば図３に示すように、非磁性材料からなるハウジング１３ａと、このハウジング１３ａ内に摺動自在に配設されるとともに上記排気弁１２と一体に連結されたアーマチュアコア１３ｂと、ハウジング１３ａ内の上下両端部に配設された一対の電磁石１３ｃ，１３ｄ及び戻しばね１３ｅ，１３ｆとを備えている。
【００２２】
そして、上方の電磁石１３ｃに通電されたときはアーマチュアコア１３ｂが上方に吸引されることにより排気弁１２が開かれ、下方の電磁石１３ｄに通電されたときはアーマチュアコア１３ｂが下方に吸引されることにより排気弁１２が閉じられる。このような構造によると、各電磁石１３ｃ，１３ｄに対する通電のタイミングがコントロールされることにより、排気弁１２が所定のタイミングで開閉作動され、また、下方の電磁石１３ｄに対する通電状態が保たれたときは、排気弁１２が閉じて停止した状態となる。
【００２３】
図１に戻って、上記吸気ポート９及び排気ポート１０には吸気通路１５及び排気通路１６が接続されている。上記吸気通路１５には、吸入空気量を調節するスロットル弁が設けられ、当実施形態では、吸入空気量の制御の応答性を高めるため、吸気ポート９に近い分岐吸気通路１５ａにスロットル弁１７が設けられている。すなわち、吸気通路１５は、サージタンク１５ｂの下流に気筒別の分岐吸気通路１５ａを有し、各分岐吸気通路１５ａの下流端が各気筒の吸気ポート９に連通するが、その各分岐吸気通路１５ａの下流端近傍に、各分岐吸気通路１５ａを同時に絞り調節する多連型のロータリバルブからなるスロットル弁１７が配設されている。このスロットル弁１７はアクチュエータ１８により駆動されるようになっている。
【００２４】
上記吸気通路１５におけるサージタンク１５ｂの上流の共通吸気通路１５ｃには、吸入空気量を検出するエアフローセンサ２０が設けられている。また、上記クランクシャフト６に対し、その回転角を検出するクランク角センサが設けられており、当実施形態では、後に詳述するように、互いに一定量だけ位相のずれたクランク角信号を出力する２つのクランク角センサ２１，２２が設けられている。さらにカムシャフトに対し、その特定回転位置を検出することで気筒識別信号を与えることのできるカム角センサ２３が設けられている。なお、この他にもエンジンの制御に必要な検出要素として、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサ２４、アクセル開度（アクセル操作量）を検出するアクセル開度センサ２５等が装備されている。
【００２５】
３０は再始動制御手段としてのＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）であり、上記各センサ２０〜２５からの信号を受け、上記燃料噴射弁８に対して燃料噴射量及び噴射時期を制御する信号を出力し、点火装置に対して点火時期制御信号を出力するとともに、バルブ駆動変更手段１３に制御信号を出力している。また、スロットル弁１７のアクチュエータ１８に対してスロットル開度を制御する信号を出力している。さらに、スタータ（始動用モータ）３１に対し、必要なときにその駆動を制御する信号を出力するようになっている。
【００２６】
そして、アイドリング時において所定のエンジン停止条件が成立したときに、燃料供給停止等により自動的にエンジンを停止させるとともに、その後のエンジン再始動条件成立時に、自動的にエンジンの再始動を行わせる。このエンジン再始動時に、ピストンの停止位置が特定範囲にある場合は、先ずエンジン停止時に排気行程にある気筒の排気弁１２を閉じた状態に保ちつつ、この気筒で初回の燃焼を実行してピストンを下死点側に押し下げることにより、エンジンを少しだけ逆転させて、膨張行程にある気筒のピストンを上死点に近づけることによって筒内圧力を高めるようにしてから、当該膨張行程の気筒に対して燃料を噴射させて点火、燃焼を行わせ、さらに、エンジン停止時に圧縮行程にあった気筒に燃料を供給して、当該気筒が上死点を越えて膨張行程に移行したときに当該気筒で燃焼を実行するように制御する。
【００２７】
なお、当実施形態では、上述のように各気筒での燃焼を行わせる第１再始動制御モードと、上記逆転のための初回燃焼を行わずにスタータ３１でアシストしつつ膨張行程にある気筒での燃焼及びその次の気筒での燃焼により始動を行う第２再始動制御モードとを、ピストンの停止位置に応じて選択的に実行するようになっている。
【００２８】
上記ＥＣＵ３０によるエンジン停止及び再始動の制御を、図４〜図１０によって説明する。なお、以下の説明では、吸気行程にある気筒を吸気気筒、圧縮行程にある気筒を圧縮気筒、膨張行程にある気筒を膨張気筒、排気行程にある気筒を排気気筒と略称する。
【００２９】
図４のフローチャートに示す処理は、エンジンが運転されている状態からスタートし、ＥＣＵ３０は、先ずステップＳ１でアイドルストップ条件が成立したか否かを判定する。この判定は、車速、エンジン温度（エンジン冷却水の温度）等に基づいて行い、例えば車速が０の停車状態が所定時間以上持続し、かつ、エンジン温度が所定範囲内にあり、さらにエンジンを停止させることに格別の不都合がない状況にある場合等に、アイドルストップ条件成立とする。
【００３０】
アイドルストップ条件が成立したときは、エンジンの各気筒に対する燃料供給を停止し（ステップＳ２）、次いでいったんスロットル弁１７を所定開度に開き（ステップＳ３）、それからエンジン回転数が所定回転数以下となるまでこの状態を保ち（ステップＳ４）、所定回転数以下となればスロットル弁１７を閉じる（ステップＳ５）。
【００３１】
続いて、ステップＳ６でエンジンが停止したか否かを判定し、エンジンが停止すると、後述の図６の停止位置検出ルーチンによるピストンの停止位置の検出に基づき、上記ステップＳ７で上記停止位置が所定範囲内にあるか否かを判定する。この場合に、膨張気筒において図５中に斜線を付して示した範囲Ａ、つまり、膨張行程中期に相当する範囲を所定範囲とする。そして、この所定範囲Ａ内にあるときは、第１再始動制御モードのルーチン（Ｒ１）を実行し、所定範囲Ａ内にない場合は、第２再始動制御モードのルーチン（Ｒ２）を実行する。
【００３２】
図６は停止位置検出ルーチンを示している。このルーチンがスタートすると、ＥＣＵ３０は、第１クランク角信号ＣＡ１（第１クランク角センサからの信号）および第２クランク角信号ＣＡ２（第２クランク角センサからの信号）を調べ、第１クランク角信号ＣＡ１の立ち上がり時に第２クランク角信号ＣＡ２がＬｏｗまたは第１クランク角信号ＣＡ１の立ち下がり時に第２クランク角信号ＣＡ２がＨｉｇｈであるか否かを判定する。要するに、これらの信号ＣＡ１，ＣＡ２の位相の関係が図７（ａ）のようになるか、それとも図７（ｂ）のようになるかを判別することにより、エンジンの正転時か逆転時かを判別する（ステップＳ１１）。
【００３３】
すなわち、エンジンの正転時には、図７（ａ）のように、第１クランク角信号ＣＡ１に対して第２クランク角信号ＣＡ２が半パルス幅程度の位相遅れをもって生じることにより、第１クランク角信号ＣＡ１の立ち上がり時に第２クランク角信号ＣＡ２がＬｏｗ、第１クランク角信号ＣＡ１の立ち下がり時に第２クランク角信号ＣＡ２がＨｉｇｈとなる。一方、エンジンの逆転時には、図７（ｂ）のように、第１クランク角信号ＣＡ１に対して第２クランク角信号ＣＡ２が半パルス幅程度の位相の進みをもって生じることにより、エンジンの正転時とは逆に第１クランク角信号ＣＡ１の立ち上がり時に第２クランク角信号ＣＡ２がＨｉｇｈ、第１クランク角信号ＣＡ１の立ち下がり時に第２クランク角信号ＣＡ２がＬｏｗとなる。そこで、ステップＳ１１の判定がＹＥＳであればエンジンの正転方向のクランク角変化を計測するためのＣＡカウンタをアップし（ステップＳ１２）、ステップＳ１１の判定がＮＯの場合は上記ＣＡカウンタをダウンする（ステップＳ１３）。そして、エンジン停止時に上記ＣＡカウンタの値を調べることで停止位置を求める（ステップＳ１４）。
【００３４】
図８は図４のフローチャート中のステップＳ７での判定がＹＥＳのときに実行される第１再始動制御モードのルーチンを示している。また、図９は第１再始動制御モードにより制御される場合の各気筒のサイクル及び燃焼動作を示している。なお、図９は４気筒４サイクルエンジンの場合について示しており、この４気筒４サイクルエンジンの場合、気筒列方向一端側からＮｏ．１〜ＮＯ．４気筒と呼ぶと、吸気、圧縮、膨張、排気の各行程からなるサイクルがＮＯ．１気筒、ＮＯ．３気筒、ＮＯ．４気筒、ＮＯ．２気筒の順にクランク角で１８０°ずつの位相差をもって行われるようになっているので、例えば図９の例のようにエンジン停止時にＮＯ．１気筒が圧縮行程であれば、ＮＯ．２気筒は膨張行程、ＮＯ．３気筒は吸気行程、ＮＯ．４気筒は排気行程となる。図９を参照しつつ、図８のルーチンを説明する。
【００３５】
ＥＣＵ３０は、このルーチンにおいて先ずステップＳ２１で、所定のエンジン再始動条件が成立したか否かを判定し、エンジン再始動条件が成立していなければ待機する。
【００３６】
停車状態から発進のためのアクセル操作等が行われた場合や、バッテリー電圧が低下した場合等のエンジン再始動条件成立時（ステップＳ２１の判定がＹＥＳのとき）には、ステップＳ２２で、排気気筒（図９ではＮＯ．４気筒）の排気弁１２を閉じることにより、この気筒を圧縮気筒化する。つまり、排気気筒と圧縮気筒とはピストンの動きが同じであるので、排気気筒の排気弁１２を閉じれば当該気筒の燃焼室は圧縮気筒と同じ状態となる。
【００３７】
続いてステップＳ２３で、ピストンの停止位置に基づき、上記の圧縮気筒化した排気気筒と、膨張気筒（図９ではＮＯ．２気筒）と、本来の圧縮気筒（図９ではＮＯ．１気筒）の各空気量を算出する。つまり、上記停止位置から上記各気筒の燃焼室容積が求められ、また、エンジン停止の際には燃料カット後にエンジンが数回転してから停止するので上記各気筒はいずれも新気で満たされ、かつ、エンジン停止中に各気筒の筒内圧は略大気圧となるので、上記燃焼室容積から新気量が求められることとなる。
【００３８】
さらにステップＳ２４で、算出した圧縮気筒化した排気気筒の空気量に対して所定の空燃比となるように燃料噴射量を求め、その噴射量で当該気筒に対する燃料噴射（図９中のＦ１１）を行う。この場合、当該気筒のピストンを下死点の手前まで押し下げる程度のトルクが得られるように、予めピストン停止位置に対応づけた空燃比のマップがＥＣＵ３０内に記憶され、このマップから実際のピストン停止位置に応じた空燃比を求めるようになっている。
【００３９】
次にステップＳ２５で、圧縮気筒化した排気気筒の燃料噴射後に燃料の気化時間を考慮して設定した時間の経過後に、当該気筒に対して点火（図９中のＩ１１）を行う。また、ステップＳ２６で、算出した膨張気筒の空気量に対して所定の空燃比（理論空燃比もしくはその近傍）となるように燃料噴射量を求め、その噴射量で当該気筒に対する燃料噴射（図９中のＦ１２）を行う。
【００４０】
さらにステップＳ２７で、排気気筒の下死点に達する前に排気弁１２を開き、当該気筒の既燃ガスを排気する。続いてステップＳ２８で、エンジンが逆転から正転に転じるタイミングで、膨張気筒に対して点火（図９のＩ１２）を行う。
【００４１】
こうして、エンジンの再始動開始後にいずれかの気筒が上死点に達するまでの第１行程で、圧縮気筒化した排気気筒で点火、燃焼が行われてエンジンがある程度だけ逆転をした後、膨張気筒で点火、燃焼が行われてエンジンが正転する。
【００４２】
次に、ステップＳ２９で、算出したエンジン停止時の圧縮気筒の空気量に対して所定の空燃比（理論空燃比近傍もしくはそれ以下のリッチ空燃比）となるように燃料噴射量を求めて、その噴射量で当該気筒に対する燃料噴射（図９中のＦ２１）を行う。それからステップＳ３０で、エンジン停止時の圧縮気筒が上死点を越えた時点で当該気筒に対して点火（図９のＩ２１）を行う。つまり、エンジン停止時の圧縮気筒が膨張行程となる第２行程では、この気筒で点火、燃焼を行わせる。
【００４３】
その後、ステップＳ３１で、通常制御に移行する。つまり、エンジン停止時の排気気筒が圧縮行程となる第３行程及びそれ以降の行程では、順次各気筒に対して、それぞれ、吸気行程などの適当な時期に燃料を噴射した後に、圧縮気筒から膨張行程へ以降するときの上死点付近で点火して燃焼を行わせる。
【００４４】
図１０は、図３のフローチャート中のステップＳ７での判定がＮＯのときに実行される第２再始動制御モード（モータアシスト）のルーチンを示しており、ＥＣＵは、このルーチンにおいて先ずステップＳ４１で、所定のエンジン再始動条件が成立したか否かを判定し、エンジン再始動条件が成立していなければ待機する。
【００４５】
エンジン再始動条件成立時（ステップＳ４１の判定がＹＥＳのとき）には、ステップＳ４２でスタータ３１の駆動を開始し、ステップＳ４３でピストンの停止位置に基づいて圧縮気筒及び膨張気筒の空気量を算出し、ステップＳ４４で圧縮気筒及び膨張気筒の各空燃比が理論空燃比付近となるように燃料を噴射する。そして、ステップＳ４５で、膨張気筒の燃料噴射後に燃料の気化時間を考慮して設定された時間が経過してから、当該気筒に対して点火を行う。
【００４６】
次に、ステップＳ４６で、所定クランク角となったとき圧縮気筒に対して点火を行う。それからスタータ３１の駆動を停止し（ステップＳ４７）、通常の制御（ステップＳ４８）に移行する。
【００４７】
以上のような当実施形態の装置によると、エンジンの出力を要しない所定のアイドル状態となってエンジン停止条件が成立したときにエンジンが自動停止状態となる。このエンジン停止に至るときには、圧縮気筒ではピストンが上死点に近づくにつれて当該気筒内の空気が圧縮されてピストンを押し返す方向に圧力が作用し、これによりエンジンが逆転して圧縮気筒のピストンが下死点側に押し返されると、膨張気筒のピストンが上死点側に移動し、それに伴い当該気筒内の空気が圧縮され、その圧力で膨張気筒のピストンが下死点側に押し返される。このようにしてピストンがある程度振動してから停止し、この際、圧縮気筒及び膨張気筒においてそれぞれピストンが上死点に近いほどこれを押し戻す力が大きいため、ピストンの停止位置は行程中間部に近い位置となる場合が多い。
【００４８】
このようにエンジンが自動停止状態となった後にエンジン再始動条件が成立したとき、再始動が行われるが、この場合に、エンジン停止時の膨張気筒のピストン位置が行程中間部付近の所定範囲Ａ（図５参照）にあるときは、第１再始動制御モードのルーチン（図８）が実行されることにより、圧縮気筒化した排気気筒での点火、燃焼によりエンジンが多少逆転されてから、膨張気筒での点火、燃焼によりエンジンが正転方向に駆動される。
【００４９】
すなわち、図９に示す例によると、排気気筒であるＮＯ．４気筒の排気弁が閉じられてこの気筒が圧縮気筒化された状態で、この気筒に対する燃料噴射後に点火、燃焼が行われることにより、この気筒のピストンが押し下げられてエンジンが逆転し、それから下死点に達する前に排気弁が開かれ、一方、膨張気筒であるにＮＯ．２気筒に対して燃料噴射後に、適当なタイミングで点火、燃焼が行われる。
【００５０】
この際、エンジンの逆転により膨張気筒ではピストンが上死点に近づき、当該気筒内の空気が圧縮されて筒内圧が上昇し、この状態で点火が行われて当該気筒に噴射されている燃料が燃焼することにより、比較的大きな燃焼エネルギーがピストンに作用してエンジンが正転方向に駆動される。そして、このエンジン正転により、エンジン停止時に圧縮気筒であったＮＯ．１気筒が上死点を越えて膨張行程となる第２行程に至ると、このＮＯ．１気筒で点火が行われて、それ以前に既に当該気筒に噴射されている燃料が燃焼する。
【００５１】
この場合、前述の第１行程におけるエンジン逆転のための初回燃焼は圧縮気筒化された排気気筒（ＮＯ．４気筒）で行われ、エンジン停止時の圧縮気筒（ＮＯ．１気筒）では上記初回燃焼が行われていないため、ＮＯ．１気筒内には新気が存在して、第２行程での当該気筒における燃焼が可能となる。当該気筒の空燃比は理論空燃比よりも多少小さいリッチ空燃比としておけば駆動力が高められる。
【００５２】
そして、このような第２行程でのＮＯ．１気筒における燃焼によりエンジン正転方向の駆動力が高められるため、当該気筒の次に圧縮行程を迎える気筒の圧縮上死点を達するまでにエンジンが停止してしまうといった事態が防止される。そして、次に圧縮行程を迎える気筒の圧縮上死点に達した後、つまり第３行程以降は、通常制御により各気筒で順次燃焼が行われ、再始動が完了する。
【００５３】
また、上述のようにエンジン停止時のピストン位置は上記範囲Ａ内となることが多いため、エンジン再始動時に殆どの場合は上記第１再始動制御モードの制御により良好に再始動が行われるが、稀にはエンジン停止時のピストン位置が上記範囲Ａから外れる可能性があり、上記範囲Ａよりも膨張気筒の上死点側（排気気筒の下死点側）に近寄りすぎた場合には、エンジン逆転方向の移動量を充分にとることができなくなるとともに、膨張気筒の空気量が少なくなるので膨張気筒での燃焼により得られるトルクが少なくなり、また、上記範囲Ａよりも膨張気筒の下死点側（排気気筒の上死点側）に近寄りすぎた場合には、排気気筒の空気量が少なくなるのでエンジン逆転のためのトルクが充分に得られなくなるため、これらの場合には上記第１再始動制御モードによる再始動が困難になる。
【００５４】
そこで、エンジン停止時のピストン位置が上記範囲Ａから外れた場合には、第２再始動制御モードが実行されてスタータにより始動がアシストされる。
【００５５】
なお、本発明の装置の具体的構成は上記実施形態に限定されず、種々変更可能である。他の実施形態を以下に説明する。
【００５６】
エンジン停止時の排気気筒に対する初回の燃料供給の時期は図８中ステップＳ２４の時期に限られず、エンジン停止直前から始動開始までの間であればよい。エンジン停止時の膨張気筒に対する燃料供給の時期も図８中ステップＳ２６の時期に限られず、エンジン停止直前から始動開始直後までの間であればよい。
【００５７】
また、上記実施形態では、第１再燃焼制御モードによる再始動時に、第１行程において、エンジン逆転後に膨張気筒で着火、燃焼を行わせることによりエンジン正転方向の駆動力を与えるようにしているが、吸気気筒は膨張気筒とピストンの動きが同じであって、吸気気筒の吸気弁を閉じれば膨張気筒化する（膨張行程となり得る）ので、エンジン始動時における逆転後に、膨張気筒化した吸気気筒で着火、燃焼を行わせてエンジン正転方向の駆動力を与えることも可能である。
【００５８】
また、第１再燃焼制御モードによる再始動の際のエンジン逆転方向の駆動力が大きすぎて排気気筒の下死点（膨張気筒の上死点）を越えてしまう懸念がある場合、エンジン逆転中に膨張気筒と膨張気筒化した吸気気筒の両方で着火、燃焼を行わせるようにすることもできる。
【００５９】
このようにする場合、図１１に示すように、排気弁用のバルブ駆動変更手段１３に加え、これと同じ構造の吸気弁用のバルブ駆動変更手段１３´を設けることにより、吸気弁を作動状態と閉じて停止した状態とに切換可能としておく。そして、第１再燃焼制御モードによる再始動時の制御を図１２及び図１３に示すように行えばよい。
【００６０】
すなわち、図１２中のステップＳ２１〜Ｓ２６は図８中のステップＳ２１〜Ｓ２６と同じであるが、それに続くステップＳ５０で、エンジン停止時のピストン位置あるいは逆転時のピストン移動速度等から、逆転により排気気筒が下死点を越えないかどうかを予測する。そして、排気気筒（図１３ではＮＯ．４気筒）が下死点を越えないことが予測される場合は、ステップＳ２７〜Ｓ３１（図８中のステップＳ２７〜Ｓ３１と同じ）が行われる。
【００６１】
一方、排気気筒が下死点を越えることが予測される場合は、ステップＳ５１で吸気気筒（図１３ではＮＯ．３気筒）の吸気弁１１を閉じることにより当該気筒を膨張気筒化し、ステップＳ５２で、吸気弁閉タイミングに応じて当該気筒の空気量を算出し、その空気量に対して所定の空燃比となるように燃料噴射量を求め、その噴射量で当該気筒に対する燃料噴射（図１３中のＦ１３）を行う。次に、ステップＳ５３で排気気筒の下死点に達する前に排気弁１２を開いて当該気筒の既燃ガスを排気するとともに、ステップＳ５４で、排気気筒が下死点を越える前に、膨張気筒（図１３ではＮＯ．２気筒）及び膨張気筒化した吸気気筒に点火して（図１３のＩ１２，Ｉ１３）、両気筒で燃焼を行わせる。さらにステップＳ５５で、算出したエンジン停止時の圧縮気筒（図１３ではＮＯ．１気筒）の空気量に対して所定の空燃比（理論空燃比もしくはその近傍）となるように燃料噴射量を求めて、その噴射量で当該気筒に対する燃料噴射（図１３中のＦ２１）を行う。
【００６２】
また、ステップＳ５６で、エンジンの停止時の吸気気筒（膨張気筒化した気筒）が下死点に至る前にこの気筒の排気弁１２を開くことにより、第２行程での当該気筒の圧縮行程を排気行程化し、排気を行わせるようにする。
【００６３】
そして、ステップＳ５７で、エンジン停止時の圧縮気筒が上死点を越えた時点で当該気筒に対して点火（図１３中のＩ２１）を行う。さらに、ステップＳ５８で、エンジン停止時の吸気気筒が本来の排気弁閉タイミングになれば、当該気筒の排気弁１２を閉じ、通常制御に戻る。
【００６４】
このような制御によると、エンジン再始動開始の際の排気気筒での燃焼によるエンジン逆転により排気気筒が下死点を越えることが予測される場合、膨張気筒と膨張気筒化した吸気気筒の両気筒で燃焼が行われることにより、排気気筒が下死点を越えるまでにエンジンの逆転が止められるとともに、正転方向の駆動力が高められ、エンジンの再始動が良好に行われることとなる。
【００６５】
【発明の効果】
以上のように本発明のエンジンの始動装置によると、エンジン停止時に排気行程にある気筒の排気弁を閉じることによりこの気筒を圧縮気筒化し、この気筒で燃焼を行わせることにより、エンジンを逆転させて膨張行程の気筒のピストンを上昇させ、その筒内圧力を高めてから当該気筒で燃焼を行わせるようにしているため、膨張行程の気筒での燃焼圧が高められて、その燃焼圧が有効にピストンに作用し、エンジン正転方向の駆動力が得られる。しかも、上記エンジン逆転のための初回燃焼を圧縮気筒化した排気気筒で行わせて、エンジン停止時に圧縮行程にある気筒では上記初回燃焼を行わせず、この気筒が膨張行程となる第２行程で燃焼を行わせるようにしているため、第２行程でもエンジン正転方向の駆動トルクが充分に得られ、始動性を大幅に向上することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による始動装置を備えたエンジンの概略断面図である。
【図２】上記エンジンの概略平面図である。
【図３】バルブ駆動変更手段の一例を示す断面図である。
【図４】制御手段によるエンジンの停止及び再始動のための制御のフローチャートである。
【図５】エンジン停止時のピストン位置に応じた再始動制御モード選択のための範囲の設定を示す説明図である。
【図６】エンジン停止時のピストン位置を検出するための処理を示すフローチャートである。
【図７】２つのクランク角センサからのクランク角信号を示すものであって、（ａ）はエンジン正転時の信号、（ｂ）はエンジン逆転時の信号である。
【図８】第１再始動制御モードを示すフローチャートである。
【図９】エンジン再始動時の各気筒のサイクル及び燃料供給、点火のタイミング等を示す説明図である。
【図１０】第２再始動制御モードを示すフローチャートである。
【図１１】本発明の他の実施形態によるバルブ駆動変更手段及びＥＣＵを示すブロック図である。
【図１２】本発明の他の実施形態による第１再始動制御モードを示すフローチャートである。
【図１３】図１２のフローチャートによるエンジン再始動時の各気筒のサイクル及び燃料供給、点火のタイミング等を示す説明図である。
【符号の説明】
３Ａ〜３Ｄ気筒
４ピストン
５燃焼室
７点火プラグ
８燃料噴射弁
３０ＥＣＵ（制御手段）
３１スタータ

Claims

所定のエンジン停止条件が成立したときに自動的にエンジンを停止させるとともに、エンジン停止後における再始動条件成立時に、膨張行程にある気筒に対して燃料を噴射させて点火、燃焼を行わせ、エンジンを再始動させるエンジンの始動装置において、
排気弁を作動状態と閉じて停止した状態とに切換可能なバルブ駆動変更手段と、
エンジン再始動時に燃料噴射の制御、点火時期の制御および上記バルブ駆動変更手段の制御を行う再始動制御手段とを備え、
上記再始動制御手段は、エンジン停止時に排気行程にある気筒に対し、エンジン停止直前から始動開始までの間に燃料を供給するとともに、排気弁を閉じた状態にして、再始動開始時に当該気筒で強制点火を実行して燃焼を行わせることによりピストンを逆転方向に移動させ、且つ、エンジン停止時に膨張行程となり得る気筒に対し、エンジン停止直前から始動開始直後までの間に燃料を供給して、上記ピストンの逆転方向の移動後に当該気筒で強制点火を実行して燃焼を行わせることによりピストンを正転方向に移動させ、さらに、いずれかの気筒がピストン上死点を過ぎた後の第２行程で膨張行程となる気筒に対し、エンジンの停止直前から上記第２行程となるまでの間に燃料を供給して、第２行程で強制点火を実行して燃焼を行わせるように制御するものであることを特徴とするエンジンの始動装置。
上記再始動制御手段は、エンジン停止時に排気行程となる気筒の排気弁を、エンジン回転が逆転から正転に変わる時点もしくはその近傍の時期に、開作動するように制御することを特徴とする請求項１記載のエンジンの始動装置。
上記再始動制御手段は、第２行程で膨張行程にある気筒に対して空燃比が理論空燃比以下となるように燃料供給量を制御することを特徴とする請求項１または２記載のエンジンの始動装置。
上記再始動制御手段は、エンジン停止時に膨張行程となり得る気筒のピストン位置が下死点に近い所定範囲にあるときは、スタータを駆動させて始動をアシストすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のエンジンの始動装置。
上記再始動制御手段は、エンジン停止時に膨張行程となり得る気筒のピストン位置が上死点に近い所定範囲にあるときは、スタータを駆動させて始動をアシストすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のエンジンの始動装置。