JP2004301083A

JP2004301083A - エンジンの始動装置

Info

Publication number: JP2004301083A
Application number: JP2003096979A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Tetsuno; 雅之鐵野; Masayuki Kuroki; 雅之黒木; 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
Anticipated expiration: 2023-03-31
Also published as: JP3966209B2

Abstract

【課題】エンジン再始動時に少しエンジンを逆転させてから膨張行程の気筒で燃焼を行わせ、特に逆転し過ぎないようにして始動成功の確率を高める。
【解決手段】始動制御を行うＥＣＵ３０を備え、このＥＣＵ３０は、エンジン再始動時に、圧縮行程の気筒で燃焼を行わせることによりエンジンを逆転方向に作動させてから、膨張行程にある気筒で燃焼を行わせることによりエンジンを正転方向に回転させて始動させる。さらにＥＣＵ３０は、エンジンを逆転方向に作動させる始動初期に、膨張気筒が上死点を越えるような逆転方向の過剰作動が生じるか否かを予測する予測手段３０ａと、上記過剰作動が予測されたときに、吸気行程にある気筒の吸気弁を閉じて、逆転方向作動中にこの気筒と膨張行程の気筒とで燃焼を行わせる制御手段３０ｂとを含んでいる。
【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、上記エンジン逆転時にいずれかの気筒の上死点を越えてしまうと、その次の膨張行程の気筒での燃焼によってエンジンの正転方向に駆動力を付与することが困難となり、始動性が却って悪化する。
【０００８】
従って、圧縮行程にある気筒における初回燃焼によるエンジン逆転は、いずれかの気筒の上死点を越えない範囲にとどめることが要求されるが、ピストン停止位置などにより逆転方向の移動の勢いにはばらつきがあるため、エンジン逆転によりいずれかの気筒の上死点を越えてしまう可能性があった。
【０００９】
本発明は上記の事情に鑑み、エンジンの再始動時に少しだけエンジンを逆転させてから膨張行程の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、上記逆転時にいずれかの気筒の上死点を越えてしまうことを防止し、始動性を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。
【００１０】
【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成立に応じて自動的にエンジンを停止させた後の再始動条件成立時に、シリンダ容積が縮小する行程にある気筒に燃料を供給して点火、燃焼を行わせることによりエンジンを逆転方向に所定量作動させてから、膨張行程にある気筒で燃焼を行わせることによりエンジンを正転方向に回転させて始動させるエンジンの始動装置において、エンジンを逆転方向に作動させる始動初期に、いずれかの気筒がピストン上死点を越えるような逆転方向の過剰作動が生じるか否かを予測する予測手段と、この予測手段によって上記逆転方向の過剰作動が予測されたときに、いずれかの気筒がピストン上死点に達するまでの逆転方向作動中に、エンジン正転方向の駆動力を与える燃焼を実行させる制御手段とを備えたものである。
【００１１】
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。
【００１２】
このような再始動時の動作において、逆転方向の過剰作動が生じることが予測されたときは、逆転方向作動中にエンジン正転方向の駆動力を与える燃焼が行われることにより、逆転方向のピストンの移動が抑制されて、いずれかの気筒のピストン上死点を越えることが防止されるとともに、逆転後におけるエンジン正転方向の駆動力が高められ、始動性が向上される。
【００１３】
上記発明において、上記制御手段は、エンジン正転方向の駆動力を与える燃焼を実行させる制御として、エンジン停止時に吸気行程にある気筒の吸気弁を閉じるとともに、当該気筒に燃料を供給して点火することにより、当該気筒をエンジン停止時に膨張行程にある気筒とともに燃焼させるものであることが好ましい。
【００１４】
このようにすると、吸気行程にある気筒の吸気弁が閉じられることによりこの吸気行程の気筒が膨張行程の気筒と同じような状態となり、この気筒と膨張行程気筒とにおいて燃焼が行われることにより、上記逆転方向の過剰作動が防止されるとともに、正転方向の駆動力が高められる。
【００１５】
上記予測手段は、逆転方向へのピストンの移動の勢いを調べるものであり、上記制御手段は、上記勢いが所定値以上に大きいとき、エンジン停止時に吸気行程にある気筒の燃焼を実行させるものであることが好ましい。このようにすると、上記勢いが所定値以上に大きくなることで逆転方向の過剰作動が生じることが予測される状態となったとき、効果的に正転方向の駆動力が高められる。
【００１６】
上記予測手段は、逆転方向へのピストン移動中の角速度を検出するものであることが好ましい。あるいは、エンジン停止中のピストン位置によってピストンの移動の勢いを推測するものであってもよい。
【００１７】
上記制御手段は、エンジン正転方向の駆動力を与える燃焼における吸気行程気筒側の燃焼を膨張行程気筒側の燃焼よりも遅くすることが好ましい。このようにすると、逆転方向の過剰作動が予測されてから燃料が供給される吸気行程の気筒においても、燃料供給から点火までに燃料の気化、霧化のための時間が確保されることにより、燃焼が良好に行われる。
【００１８】
また、上記制御手段は、吸気行程気筒側の燃焼時の空燃比を理論空燃比以下とするように、当該気筒に対する燃料供給量を制御するようになっていることが好ましい。このようにすると、吸気行程の気筒では空燃比が適度にリッチにされることにより正転方向の駆動力が高められる。
【００１９】
また、上記制御手段は、上記逆転方向の過剰作動が予測されたときに、いずれかの気筒がピストン上死点に達するまでの逆転方向作動中に、エンジン停止時に膨張行程にある気筒で燃焼を行わせるともに、エンジン停止時に吸気行程にある気筒の吸気弁を閉じるようになっていてもよい。このようにすると、逆転方向作動中に、吸気弁が閉じられることにより吸気行程の気筒内の圧力が上昇し、逆転方向作動に対する抵抗が増大する。
【００２０】
また、本発明において、エンジン停止時にシリンダ容積が縮小する行程にある気筒に対する燃料の供給と膨張行程にある気筒に対する燃料の供給とを同時期に行うようにすることが好ましい。このようにすると、膨張行程にある気筒に対して燃料供給の時期が可及的に早くされ、燃料供給から点火までの間に燃料の気化霧化のための時間を確保することができる。
【００２１】
【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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
さらに、上記吸気弁１１と排気弁１２とに対し、これら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１３，１３´が設けられている。このバルブ駆動変更手段１３，１３´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。
【００２７】
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吸気弁１１または排気弁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吸気弁１１または排気弁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、吸・排気弁１１，１２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、吸・排気弁１１，１２が閉じて停止した状態となる。
【００２８】
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。
【００２９】
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、エンジンの特定クランク角を検出することで気筒識別信号を与えることのできる気筒識別センサ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。
【００３０】
３０は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。
【００３１】
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圧縮行程にある気筒に燃料を供給して点火、燃焼を行わせることによりエンジンを逆転方向に所定量作動させてから、膨張行程にある気筒で燃焼を行わせることによりエンジンを正転方向に回転させて始動させるようになっている。
【００３２】
さらにＥＣＵ３０は、エンジンを逆転方向に作動させる始動初期に、いずれかの気筒がピストン上死点を越えるような逆転方向の過剰作動が生じるか否かを予測する予測手段３０ａと、この予測手段３０ａによって上記逆転方向の過剰作動が予測されたときに、いずれかの気筒がピストン上死点を越えるまでは逆転方向作動中に、エンジン正転方向の駆動力を与える燃焼を実行させる制御手段３０ｂとを含んでいる。
【００３３】
なお、当実施形態では、上述のようにエンジン停止時に圧縮行程にある気筒でのエンジン逆転のための初回燃焼と、エンジン停止時に膨張行程にある気筒でのエンジン正転のための燃焼とを行わせてから、エンジン停止時に圧縮行程にあった気筒が膨張行程に移行したときに当該気筒での再燃焼を行わせる第１再始動制御モードと、上記再燃焼を行わせない第２再始動制御モードと、エンジン停止時に圧縮行程にある気筒での初回燃焼を行わずにスタータ（始動用モータ）３１でアシストしつつ膨張行程の気筒での燃焼により始動を行う第３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。そして、第１再始動制御モード、第２再始動制御モードのいずれかが選択されたときに、上記予測手段３０ａ及び制御手段３０ｂとしての機能が発揮されるようになっている。
【００３４】
上記ＥＣＵ３０によるエンジン停止及び再始動の制御を、図４〜図１１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。
【００３５】
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。
【００３６】
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）。
【００３７】
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、エンジン停止時の膨張気筒においてピストン停止位置が図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、ステップＳ８で、エンジン停止時の膨張気筒においてピストン停止位置が所定位置よりＴＤＣ（上死点）側にあるか否かを判定する。
【００３８】
上記ステップＳ７，Ｓ８の判定に基づき、ピストン４の停止位置が所定範囲Ａ内であって、そのＴＤＣ側（範囲Ａ１内）にあることが確認された場合には、後述の図８に示す第１再始動制御モードのルーチン（Ｒ１）を実行し、ピストン４の停止位置が所定範囲Ａ内であって、そのＢＤＣ側（下死点側）の範囲Ａ２内にあることが確認された場合には、第２再始動制御モードのルーチン（Ｒ２）を実行する。また、ピストン４の停止位置が所定範囲Ａ外であることが確認された場合は、第３再始動制御モードのルーチン（Ｒ３）を実行する。
【００３９】
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）。
【００４０】
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）。
【００４１】
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及び図１０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すものであって、図９は予測手段の機能を果たす後記ステップＳ２６で圧縮気筒下死点を越えないこと（逆転が過剰にならないこと）が予測された場合について示し、図１０は後記ステップＳ２６で圧縮気筒下死点を越える可能性があること（逆転が過剰になること）が予測された場合について示している。
【００４２】
なお、図９，図１０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，図１０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，図１０を参照しつつ、図８のルーチンを説明する。
【００４３】
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。
【００４４】
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、ピストンの停止位置に基づき、圧縮気筒（図９，図１０ではＮＯ．１気筒）と膨張気筒（図９，図１０ではＮＯ．２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空気量が求められることとなる。
【００４５】
続いてステップＳ２３で、算出した圧縮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て、その噴射量で当該気筒に対する燃料噴射（図９，図１０中のＦ１１）を行う。この場合、当該気筒での初回燃焼後も余剰空気が残存するように、上記所定の空燃比は理論空燃比よりも大きいリーン空燃比とされる。また、ステップＳ２４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，図１０中のＦ１２）を行う。
【００４６】
さらにステップＳ２５で、圧縮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，図１０中のＩ１１）を行う。こうして圧縮気筒内で燃焼を行わせ、その燃焼圧で当該気筒のピストンを押し下げ、エンジンを逆転させる。
【００４７】
次に、ステップＳ２６で、予測手段３０ａの機能を果たす処理として、上記逆転によって圧縮気筒下死点を越えないか否かを予測する。この場合、逆転方向へのピストンの移動の勢いを調べ、例えばクランク角センサ２１，２２からのクランク角信号の周期を計測することによって逆転方向へのピストン移動中の角速度を検出し、この角速度が所定値以下であれば圧縮気筒下死点を越えない（ステップＳ２６がＹＥＳ）と判定し、上記角速度が所定値より高くなれば圧縮気筒下死点を越える可能性がある（ステップＳ２６がＮＯ）と判定する。あるいは、エンジン停止中の圧縮気筒のピストン位置を調べ、この位置が下死点から所定量以上遠ければ圧縮気筒下死点を越えない（ステップＳ２６がＹＥＳ）と判定し、この位置が下死点から所定量未満であれば、圧縮気筒下死点を越える可能性がある（ステップＳ２６がＮＯ）と判定するようにしてもよい。
【００４８】
圧縮気筒下死点を越えないことが予測された場合、ステップＳ２７で、クランク角信号のエッジ（クランク角信号の立ち上がり又は立ち下がり）を検出した後に所定ディレイ時間が経過してから膨張気筒に対して点火（図９中のＩ１２）を行う。
【００４９】
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。
【００５０】
それから、ステップＳ２８で、後に詳述するスタートアシスト実行判定を行った後、ステップＳ２９で、算出したエンジン停止時の圧縮気筒の残存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）となるように燃料を噴射する（図９中のＦ２１）。この場合、ステップＳ２３で算出された圧縮気筒の空気量から初回燃焼（ステップＳ２５での点火による燃焼）により消費された分の空気量を差し引いた量が残存空気量となり、この残存空気量に対して理論空燃比もしくはその近傍の空燃比となるように燃料噴射量を求める。
【００５１】
そして、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点火（図９中の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、この気筒において再燃焼を行わせる。
【００５２】
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。
【００５３】
また、上記ステップＳ２６での判定がＮＯの場合（逆転によって圧縮気筒下死点を越える可能性があることが予測される場合）は、それに応じた制御手段３０ｂの機能を果たす処理として、次のようなステップＳ３２〜Ｓ３８の処理を行う。
【００５４】
ステップＳ３２では、吸気気筒（図１０でＮＯ．３気筒）の吸排気弁１１，１２を閉じて膨張気筒化する。つまり、吸気気筒と膨張気筒（図１０でＮＯ．２気筒）とはピストンの動きが同じであるので、吸気気筒の吸排気弁１１，１２を閉じれば当該気筒の燃焼室は膨張気筒と同じ状態となる。なお、吸気気筒を膨張気筒化するには、少なくとも吸気弁１１を閉じるようにすればよいが、エンジンの逆転により吸気気筒の上死点に近づいたとき（排気弁の閉時期より進角側となったとき）に排気弁１２が開いてしまうことを避けるため、吸排気弁１１，１２をともに閉じた状態に保つようにすることが好ましい。
【００５５】
続いてステップＳ３３で、吸排気弁の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、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１０中のＦ１３）を実行する。そして、ステップＳ３４で、圧縮気筒が下死点を越える前に、膨張気筒及び膨張気筒化した吸気気筒に対して点火（図１０中のＩ１２，Ｉ１３）を行うことにより、これらの気筒で燃焼を行わせる。
【００５６】
次にステップＳ３５で、上記ステップＳ２９と同様に、エンジン停止時の圧縮気筒の残存空気量を求めて、それに対して所定の空燃比（理論空燃比もしくはその近傍）となるように燃料を噴射する（図１０中のＦ２１）。また、ステップＳ３６で、エンジン停止時の吸気気筒（膨張気筒化した気筒；ＮＯ．３気筒）が下死点に至る前に、当該気筒の排気弁を開く。これにより、当該気筒の第２行程（本来は圧縮行程）を排気行程化し、既燃ガスを排出させる。
【００５７】
さらにステップＳ３７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１０中のＩ２１）を行うことにより、当該気筒で再燃焼を行わせる。また、ステップＳ３８で、エンジン停止時の吸気気筒（膨張行程化した気筒；ＮＯ．３気筒）が本来の排気弁閉タイミングとなったとき排気弁１２を閉じ、通常制御に戻る。
【００５８】
図８のステップＳ２８において行われるスタートアシスト実行判定を、図１１に基づいて説明する。この実行判定のルーチンがスタートするとステップＳ４１で、膨張気筒の燃焼を行った後の時点におけるエンジン回転数Ｎｅが、予め設定された基準回転数以上であるか否かを判定し、ＮＯと判定された場合には、ステップＳ４２で、スタータ３１を駆動させて再始動をアシストするスタートアシスト制御を行う。
【００５９】
また、上記ステップＳ４１でＹＥＳと判定され、エンジン回転数が基準回転数以上であることが確認された場合には、ステップＳ４３で、ブレーキスイッチがＯＦＦとなった状態でエンジンの再始動が行われたか否かを判定する。このステップＳ４３でＹＥＳと判定され、運転者が車両の発進を意図してブレーキペダルから足を離すことにより、ブレーキスイッチがＯＦＦとなった状態で、再始動条件が成立したことが確認された場合には、ステップＳ４４で、ブレーキスイッチがＯＦＦとなった時点から所定時間内にアクセルスイッチがＯＮ状態となったか否か、あるいは登坂状態である等によりエンジンの再始動時における要求トルクが大きいか否かを判定する。
【００６０】
上記ステップＳ４４でＹＥＳと判定され、エンジンの再始動時における要求トルクが大きいことが確認された場合には、ステップＳ４５で、エンジンの再始動開始時点から現時点、つまりエンジン回転数が上記基準回転数以上となるまでの経過時間が、予め設定された第１基準時間Ｔ１以上であるか否かを判定する。このステップＳ４５でＹＥＳと判定された場合には、エンジンの再始動を失敗する可能性が高いと判断し、ステップＳ４２に移行してスタートアシスト制御を行う。
【００６１】
また、上記ステップＳ４４でＮＯと判定され、エンジンの再始動時における要求トルクが小さいことが確認された場合には、ステップＳ４６で、エンジンの再始動開始時点から現時点までの経過時間が、第１基準時間Ｔ１よりも長い時間に設定された第２基準時間Ｔ２以上であるか否かを判定する。このステップＳ４６でＹＥＳと判定されてエンジンの再始動を失敗する可能性が高いことが確認された場合には、ステップＳ４２に移行してスタートアシスト制御を行う。
【００６２】
一方、上記ステップＳ４３でＮＯと判定され、運転者が車両の発進を意図することなく、エアコンが作動状態となり、あるいはバッテリーの容量が減少する等によりエンジンの再始動条件が成立した状態にあることが確認された場合には、ステップＳ４７でエンジンの再始動開始時点から現時点までの経過時間が、第２基準時間Ｔ２よりも長い時間に設定された第３基準時間Ｔ３以上であるか否かを判定する。このステップＳ４７でＹＥＳと判定されてエンジンの再始動を失敗する可能性が高いことが確認された場合には、ステップＳ４２に移行してスタートアシスト制御を行う。
【００６３】
ステップＳ４５，Ｓ４６，Ｓ４７のいずれかで判定がＮＯの場合は、エンジン回転数が上記基準回転数以上となるまでの経過時間が短くて、再始動が成功であると認められるので、スタートアシスト制御を行うことなくリターンする。
【００６４】
なお、図３のフローチャート中のステップＳ８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（再燃焼なし）のルーチンの詳細については図示を省略するが、第１再始動制御モードのルーチンのうちのステップＳ２１〜Ｓ２７，Ｓ３１，Ｓ３２〜Ｓ３４，Ｓ３６，Ｓ３８と略同様の処理が行われる。ただし、ステップＳ２３に相当する処理において、ピストンの停止位置に応じてマップから求められる圧縮行程気筒の空燃比は略理論空燃比もしくはそれよりリッチとなる。
【００６５】
図１２は、図４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３再始動制御モード（モータアシスト）のルーチンを示している。ＥＣＵは、このルーチンにおいて先ずステップＳ５１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。
【００６６】
エンジン再始動条件成立時（ステップＳ５１の判定がＹＥＳのとき）には、ステップＳ５２でスタータ３１の駆動を開始し、ステップＳ５３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Ｓ５４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Ｓ５５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。
【００６７】
次に、ステップＳ５６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Ｓ５７）、通常の制御（ステップＳ５８）に移行する。
【００６８】
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。
【００６９】
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、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）または第２再始動制御モードのルーチンが実行されることにより、圧縮気筒での点火、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。
【００７０】
すなわち、図９，図１０に示す例によると、圧縮気筒であるＮＯ．１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、これにより、膨張気筒であるＮＯ．２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、当該気筒に既に噴射されている燃料が燃焼することにより、比較的大きな燃焼圧が膨張気筒のピストンに作用し、エンジン正転方向の駆動力が高められる。
【００７１】
ところで、上記逆転時に、エンジン停止時の圧縮気筒（ＮＯ．１気筒）での初回燃焼による駆動力が大きすぎてエンジン停止時の膨張気筒（ＮＯ．２気筒）のピストン上死点（圧縮気筒のピストン下死点）を越えてしまうと、そのエンジン停止時の膨張気筒で点火、燃焼を行わせてもエンジン正転方向の駆動トルクが得られず、始動できなくなる。
【００７２】
そこで、当実施形態の装置では、逆転初期の段階で圧縮気筒の下死点を越えてしまう過剰作動が生じないか否かが予測され、過剰作動が生じる可能性がある場合、膨張気筒（ＮＯ．２気筒）での燃焼に加えて膨張気筒化した吸気気筒（ＮＯ．３気筒）で燃焼を行わせ、且つ、これら膨張気筒および吸気気筒での燃焼を逆転移動の途中で行わせるようにしている。これにより、膨張気筒のピストン上死点（圧縮気筒のピストン下死点）に達する前に、上記膨張気筒及び吸気気筒の燃焼によりピストン逆転方向の移動が止められ、且つ、正転方向の駆動力が高められるため、再始動成功の確率が大幅に高められることとなる。
【００７３】
なお、エンジン停止時の膨張気筒のピストン位置が上記所定範囲Ａのうちで中間部より上死点寄りの範囲Ａ１にあれば、圧縮気筒のピストンは下死点寄りとなるので、このピストンを下死点の近くまで移動させるのに必要なトルクが小さくなるとともに、圧縮気筒内の空気量が多くなることから、当該気筒の空燃比をリーンとするように燃料噴射量が制御される。それにより、逆転のための初回燃焼の後にも筒内に余剰空気が残されるので、この余剰空気に応じた燃料が噴射され、当該気筒が膨張行程に移行したとき再燃焼が行われ、始動性が高められる。一方、エンジン停止時の膨張気筒のピストン位置が上記所定範囲Ａのうちで中間部より下死点寄りの範囲Ａ２にあれば、圧縮気筒のピストンは上死点寄りとなるので、このピストンを下死点の近くまで移動させるのに比較的大きなトルクが必要となり、かつ、圧縮気筒内の空気量か比較的少ないことから、当該気筒の空燃比を理論空燃比もしくはこれよりリッチとするように燃料噴射量が制御され、この場合は上記再燃焼は行われない。
【００７４】
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再始動制御モードまたは第２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。
【００７５】
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３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。
【００７６】
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。
【００７７】
図８に示す実施形態では、逆転によって圧縮気筒下死点を越える可能性があることが予測された場合の制御において、ステップＳ３４で、膨張気筒及び膨張気筒化した吸気気筒の点火、燃焼を同時的に行わせるようになっているが、両気筒の燃焼を時間的に少しずらせてもよい。とくに、膨張気筒は再始動の開始時等の早い時期に燃料を噴射しておいて適当な時期に点火を行えばよいが、吸気気筒は、逆転によって圧縮気筒下死点を越える可能性があることが予測された後に吸気弁が閉じられてから燃料が噴射され、その後に気化、霧化のための時間が経過してから点火を行う必用があるので、膨張気筒よりも遅い時期に点火、燃焼を行わせることが好ましい。
【００７８】
図８におけるステップＳ３３で設定される吸気気筒の空燃比は、理論空燃比よりも多少リッチとする方が、正転方向の駆動力を高めるのに有利である。
【００７９】
また、上記実施形態では、逆転によって圧縮気筒下死点を越える可能性があることが予測された場合、吸気気筒の吸気弁を閉じるとともに、この吸気気筒と膨張気筒の両気筒で燃焼を行わせるようにしているが、吸気気筒に対する燃料供給及び点火、燃焼を行わず、吸気気筒の吸気弁を閉じるようにするだけでもよい。このようにしても、逆転方向作動中に、吸気弁が閉じられることにより吸気行程の気筒内の圧力が上昇し、逆転方向作動に対する抵抗が増大するとともに、逆転により圧縮されることの反力でピストンを押し返して、正転を助勢する作用が得られる。
【００８０】
また、上記実施形態では、再始動の初期に圧縮気筒で燃焼を行わせることでエンジンを逆転方向に作動させるようにしているが、その代わりに、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圧縮気筒化し、この圧縮行程化した排気気筒に燃料を供給して点火、燃焼を行わせるようにしてもよく、要は、シリンダ容積が縮小する行程にある気筒に燃料の供給して点火、燃焼を行わせることによりエンジンを逆転方向に作動させることができる。
【００８１】
【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、再始動時において、エンジンを逆転方向に作動させる始動初期に、逆転方向の過剰作動が生じるか否かを予測する予測手段と、この予測手段によって上記逆転方向の過剰作動が予測されたときに、いずれかの気筒がピストン上死点に達するまでの逆転方向作動中に、エンジン正転方向の駆動力を与える燃焼を実行させる制御手段とを備えているため、上記逆転により膨張行程気筒を圧縮して膨張行程での燃焼による駆動力を高めるようにし、しかも、いずれかの気筒がピストン上死点を越えてしまうような逆転方向の過剰作動を有効に防止することができる。従って、再始動成功の確率を大幅に高めることができる。
【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ものであって、再始動初期のエンジン逆転方向の作動によって圧縮気筒下死点を越えないことが予測される場合の制御によるものを示す説明図である。
【図１０】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ものであって、再始動初期のエンジン逆転方向の作動によって圧縮気筒下死点を越える可能性があることが予測される場合の制御によるものを示す説明図である。
【図１１】スタートアシスト実行判定の処理を示すフローチャートである。
【図１２】第２再始動制御モードを示すフローチャートである。
【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
３０ａ予測手段
３０ｂ制御手段
３１スタータ

Claims

エンジン停止後の再始動条件成立時に、シリンダ容積が縮小する行程にある気筒に燃料を供給して点火、燃焼を行わせることによりエンジンを逆転方向に所定量作動させてから、膨張行程にある気筒で燃焼を行わせることによりエンジンを正転方向に回転させて始動させるエンジンの始動装置において、
エンジンを逆転方向に作動させる始動初期に、いずれかの気筒がピストン上死点を越えるような逆転方向の過剰作動が生じるか否かを予測する予測手段と、
この予測手段によって上記逆転方向の過剰作動が予測されたときに、いずれかの気筒がピストン上死点に達するまでの逆転方向作動中に、エンジン正転方向の駆動力を与える燃焼を実行させる制御手段とを備えたことを特徴とするエンジンの始動装置。
上記制御手段は、エンジン正転方向の駆動力を与える燃焼を実行させる制御として、エンジン停止時に吸気行程にある気筒の吸気弁を閉じるとともに、当該気筒に燃料を供給して点火することにより、当該気筒をエンジン停止時に膨張行程にある気筒とともに燃焼させ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。
上記予測手段は、逆転方向へのピストンの移動の勢いを調べるものであり、上記制御手段は、上記勢いが所定値以上に大きいとき、エンジン停止時に吸気行程にある気筒の燃焼を実行させることを特徴とする請求項２記載のエンジンの始動装置。
上記予測手段は、逆転方向へのピストン移動中の角速度を検出するものであることを特徴とする請求項３記載のエンジンの始動装置。
上記予測手段は、エンジン停止中のピストン位置によってピストンの移動の勢いを推測するものであることを特徴とする請求項３記載のエンジンの始動装置。
上記制御手段は、エンジン正転方向の駆動力を与える燃焼における吸気行程気筒側の燃焼を膨張行程気筒側の燃焼よりも遅くすることを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載のエンジンの始動装置。
上記制御手段は、吸気行程気筒側の燃焼時の空燃比を理論空燃比以下とするように、当該気筒に対する燃料供給量を制御することを特徴とする請求項２乃至６のいずれかに記載のエンジンの始動装置。
上記制御手段は、上記逆転方向の過剰作動が予測されたときに、いずれかの気筒がピストン上死点に達するまでの逆転方向作動中に、エンジン停止時に膨張行程にある気筒で燃焼を行わせるともに、エンジン停止時に吸気行程にある気筒の吸気弁を閉じ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。
エンジン停止時にシリンダ容積が縮小する行程にある気筒に対する燃料の供給と膨張行程にある気筒に対する燃料の供給とを同時期に行うようにしたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のエンジンの始動装置。