JP2005016356A - エンジンの始動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】必要に応じてスタータモータによる始動のアシストを行いながらも、その頻度をより削減してスタータモータの寿命低下を防止し、更に始動の迅速性を可及的に高めることができるエンジンの始動装置を提供する。
【解決手段】運転中に停止させたエンジン１を再始動させるエンジンの始動装置において、エンジン停止中のピストン４の位置が所定の適正範囲内にあるときには、エンジン１の燃焼によって発生するトルクによって始動させ、その範囲外にあるときには始動初期からスタータモータ２８を駆動して始動をアシストするとともに、エンジン１の停止期間が短いときには上記適正範囲を拡大する。或いは、始動初期に一旦エンジン１の逆転を行うものについて、エンジン１の停止期間が短く、かつピストン４の停止位置が適正範囲内にあるときには上記逆転を行わず、始動初期から正転方向の回転による始動を行うようにする。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンの始動装置に関し、特にアイドリング時等に自動的にエンジンを一旦停止させ、その後に自動的に再始動させる場合に好適な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一旦停止させ、その後、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、所謂アイドルストップの技術が開発されてきている。
【０００３】
アイドルストップにおける再始動は、エンジンを最初に始動させる初期始動の頻度に対して多く、スタータモータによりエンジン出力軸（クランクシャフト）を駆動する従来の一般的な始動の方法では、スタータモータの寿命が短くなり、また寿命の面からスタータモータの信頼性を向上すれば、その分コストが高くなる。従ってこのようなスタータモータによる始動方法は好ましくない。
【０００４】
そこで、アイドルストップの再始動に好適な始動装置として、停止状態のエンジンの特定気筒（膨張行程にある気筒。以下膨張行程気筒という）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を即時的に始動させるようにしたものが開発されてきている。一般的に、膨張行程気筒に単に燃料を供給して着火、燃焼させてもエンジン始動のための充分なトルクが得られるとは限らない。円滑に再始動を行うためには一定以上の発生トルクの大きさが必要であり、上記始動装置には、これを満足するための技術が求められる。
【０００５】
そのような技術として、ＩＧ ＯＦＦ（点火停止）後、排気弁の閉時期を制御してピストンが適正位置（一般的には上死点と下死点の中間付近）にある状態でエンジンを停止させ易くしたもの（例えば特許文献１参照。）が知られている。ピストンを適正位置で停止させると、再始動時に適度な空気量が得られ、一定以上のトクルが発生するので再始動性を高めることができる。
【０００６】
このように再始動性を向上させる一方、ピストンが適正位置に停止しなかった場合や、その他の要因で再始動性の低い状態にある場合でも、確実に再始動させるような技術も開発されてきている。例えば、エンジンの始動が不完全であった場合にスタータモータによって始動をアシスト（補助的に駆動力を付与）する始動装置が知られている（例えば特許文献２参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
ＷＯ ０１／４４６３６ Ａ２号公報
【特許文献２】
特開２００２−００４９８５号公報
【０００８】
【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と上記特許文献２に示された始動装置とを組み合わせることによって、例えばピストンを適正範囲内に停止させる確率を高めつつ、適正範囲内に停止しなかった場合にバックアップとしてスタータモータによる始動アシストを行うような装置が考えられる。
【０００９】
このような始動アシストの頻度は、スタータモータの寿命確保のため、出来る限り少なくすることが望ましい。即ち、始動アシストに依らず、エンジンの燃焼によって再始動可能となる頻度を増大させることが望まれている。
【００１０】
一方、エンジンの燃焼による再始動の確実性（始動性）を向上させる技術として、停止状態のエンジンの特定気筒（圧縮行程にある気筒。以下圧縮行程気筒という）に燃料を供給して着火、燃焼を行わせ、エンジンを一旦逆転させる技術も研究されている。これはエンジンの逆転によって膨張行程気筒内の空気を一旦圧縮し、そこで燃焼を行わせることにより、より高い正転方向の始動トルクを得るものである。このようにすればエンジンの始動性を高めることができるが、その反面、エンジンを一旦逆転させるための時間ロスを余儀なくされ、始動の迅速性には不利に作用するものであった。
【００１１】
本発明は上記の事情に鑑み、必要に応じてスタータモータによる始動のアシストを行いながらも、その頻度をより削減してスタータモータの寿命低下を防止し、更に始動の迅速性を可及的に高め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。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１は、運転中のエンジンを停止させ、その後エンジンを再始動させる際、エンジン停止時に実質的に膨張行程にある気筒に対して燃料を供給し、点火、燃焼を行ってエンジンを始動させるエンジンの始動装置において、エンジン停止中のピストン位置が、始動に適した所定の適正範囲内にあるときにはエンジンの燃焼によって発生するトルクによって始動させ、上記適正範囲外にあるときには更に始動初期からスタータモータを駆動して始動をアシストするとともに、エンジンの停止期間が短いときには上記適正範囲を拡大することを特徴とする。
【００１３】
この構成によると、エンジン停止中のピストン停止位置が、始動に適した所定の適正範囲内にあるときにはエンジンの燃焼によって発生するトルクによって始動させるので、スタータモータに依らずに始動をさせることができ、上記適正範囲外にあるとき（エンジンの燃焼によって発生するトルクが小さくなる）には更に始動初期からスタータモータを駆動して始動をアシストするので、始動不良を効果的に回避することができる。全体として、始動アシストが必要なときのみスタータモータを作動させるようにすることができるので、スタータモータの使用頻度を減少させ、寿命を延長させることができる。
【００１４】
なお、上記実質的に圧縮行程にある気筒とは、密閉された筒内の容積を減じて筒内ガスを圧縮する状態にある気筒を言い、本来の圧縮行程にある気筒以外にも、例えば本来排気行程（ピストンの動作方向は圧縮行程と同じ）にある気筒であるが、電磁弁等を用いて排気弁を閉じたもの等を含む。同様に、後述する実質的に膨張行程にある気筒とは、密閉された筒内のガス体積を膨張させて筒内容積を増大させる状態にある気筒を言い、本来の膨張行程にある気筒以外にも、例えば本来吸気行程（ピストンの動作方向は膨張行程と同じ）にある気筒であるが、電磁弁等を用いて吸気弁を閉じた状態で燃焼させるもの等を含む。以下、特に記す場合を除き、圧縮行程にある気筒（圧縮行程気筒ともいう）や膨張行程にある気筒（膨張行程気筒ともいう）には、上記実質的に圧縮行程（ないし膨張行程）にある気筒を含むものとする。
【００１５】
ところで、上記適正範囲は、その範囲内に膨張行程気筒のピストンが停止したときに、燃焼による再始動を行い易い範囲として適宜設定して良いが、一般的には一定以上の筒内空気量と一定以上のピストンストロークとを確保することができるように、上死点と下死点との中間付近に設定するのが好適である。
【００１６】
そして、スタータモータによる始動アシストの頻度を減少させるためには、適正範囲を、上記始動アシストを行わなくても良好な始動性が得られる最大の範囲に設定することが理想的である。以下、そのような仮想的な範囲を便宜上理想範囲という。理想範囲は一定ではなく、条件によって変化するものであり、特にエンジンの停止期間に大きく依存する。エンジンの停止期間が短いと、筒内圧の低下が少なく、筒内空気密度が高いので燃焼によって発生するトルクが大きくなる。また、シリンダ壁面の油膜残存量も多く、ピストンの摺動抵抗が小さくなる。このように、エンジンの停止時間が短いと多くの要因が始動性を高める方向に作用するので、ピストン位置が多少上死点寄り、或いは下死点寄りにずれても良好な始動を行うことができる。即ち、上記理想範囲が拡大する。
【００１７】
本構成では、エンジンの停止期間が短いときに上記適正範囲を拡大するようにしているので、適正範囲を、停止期間の長短に応じて変化する理想範囲に追従するように設定することが出来る。これにより、スタータモータによる始動アシストを行う機会を可及的に減少させることができ、スタータモータの寿命低下を防止することができる。
【００１８】
なお、当エンジンの始動装置は、膨張行程気筒に対して燃料を供給し、点火、燃焼を行ってエンジンを始動させるものであるが、これには膨張行程気筒での燃焼に先立ち、圧縮行程気筒で燃焼を行わせ、エンジンを一旦逆転させる（こうすることで、膨張行程気筒のピストンを一旦逆行させ、筒内容積を減じて筒内圧を高めることができる）ものも含む。
【００１９】
上記理想範囲は、エンジンの停止期間が短いほど広くなるので、それに対応するように、エンジンの停止期間が短いほど上記適正範囲の拡大量を増大させる（請求項２）ようにすれば、スタータモータによる始動アシストの範囲をより理想的なものに近づけることができる。
【００２０】
或いは、エンジンの停止期間が所定の期間以下であるときには、それより長い場合に対して、上記適正範囲を所定量拡大する（請求項３）ようにすれば、適正範囲の拡大有無をオン・オフ的に切換える簡単な制御によって請求項１の構成を実現することができる。
【００２１】
請求項４の発明は、運転中のエンジンを停止させ、その後エンジンを再始動させる際、エンジン停止中のピストン位置が、始動に適した所定の第１適正範囲内にあるときには、エンジン停止時に実質的に圧縮行程にある気筒に対して燃料を供給し、点火、燃焼を行って、どの気筒のピストンも上死点を超えない範囲で一旦逆転方向に回転させ、その後、エンジン停止時に実質的に膨張行程にある気筒に対して燃料を供給し、点火、燃焼を行ってエンジンを正転方向に回転させて始動するエンジンの始動装置において、エンジンの停止期間が短いときには、始動に適した第２適正範囲が設けられ、そのときのエンジン停止中のピストン位置が上記第２適正範囲内にある場合には、上記逆転方向の回転を行わず、始動初期から上記正転方向の回転による始動を行うことを特徴とする。
【００２２】
この構成によると、ピストン停止位置が第１適正範囲内にあるときには、圧縮行程気筒での燃焼を行ってエンジンを一旦逆転させ、その後、膨張行程気筒に対して燃焼を行ってエンジンを正転方向に回転させて始動するので、エンジンの逆転によって筒内圧の高められた膨張行程気筒での燃焼トルクが高く、始動性を高めることができる。
【００２３】
そして、エンジンの停止期間が短いときには、始動に適した第２適正範囲が設けられ、そのときのエンジン停止中のピストン位置が上記第２適正範囲内にある場合に、上記逆転方向の回転を行わず、始動初期から上記正転方向の回転による始動を行うので、エンジンを一旦逆転させることによる時間ロスをなくすことができ、始動の迅速性を高めることができる。
【００２４】
エンジンを一旦逆転してから正転させる理由は、初期から正転させる場合に比べて膨張行程気筒での発生トルクが大きく（逆転によって予め筒内圧を高められているため）、始動性を高められるからである。しかし、エンジンの停止期間が短いときには上記のように始動性が高くなっているので、ピストンの停止位置によっては初期から正転させても充分始動性を確保することができる。第２適正範囲は、そのようなピストンの停止位置の範囲として設定されるものである。
【００２５】
第２適正範囲は、第１適正範囲と同様、通常は上死点と下死点の中間付近に設定するのが好適であるが、第１適正範囲と第２適正範囲との間には相互に他方の範囲を規制する直接の関係はなく、それぞれ好適な範囲を独立に設定して良い。例えば、エンジンの特性に応じて、各範囲が一致するもの、一方が他方に包含されるもの、互いに一部重複するもの、或いは互いに重複部分を有さないものなどであっても良い。
【００２６】
そして、エンジンの始動性は、その停止期間が短いほど高くなるので、それに応じてエンジンの停止期間が短いほど上記第２適正範囲を増大させるようにすれば、エンジンを初期から正転方向に始動させる頻度が増え、全体として始動の迅速性を一層高めることができる。
【００２７】
更に、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のエンジンの始動装置において、運転中のエンジンを停止させる際、その停止動作中の所定期間、スロットル開度を増大させる（請求項６）ようにすれば、エンジン停止時に気筒内に流入する空気量が増大し、その空気が各気筒のピストンを上死点付近で停止し難いように作用する（ピストンが上死点方向に移動すると空気が圧縮されてピストンを押し戻す方向に力が作用する）ので、結局は各気筒のピストンができるだけ上死点から離れた位置、つまり上死点と下死点の中間位置付近でピストンが停止し易くなる。従って、ピストンが上記適正範囲内または第１適正範囲内または第２適正範囲内に停止する確率を高めることができる。
【００２８】
【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。
【００２９】
図１及び図２は本発明の第１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１の本体はシリンダヘッド２ａ及びシリンダブロック２で構成される。当実施形態ではエンジン１は４気筒４サイクルエンジンであり、４つの気筒３（詳しくは、図２に示す状態で左から順に１番気筒３Ａ、２番気筒３Ｂ、３番気筒３Ｃ、４番気筒３Ｄ）を有している。各気筒３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。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。
【００３０】
各気筒３の燃焼室５の頂部には点火プラグ７が装備され、その先端が燃焼室５内に臨んでいる。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。
【００３１】
また、各気筒３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、カムシャフト２７（シリンダヘッド２ａに１対設けられている。図では一方を示す。）等からなる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３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・排気弁の開閉タイミングが設定されている。
【００３２】
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。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はスロットル弁アクチュエータ１８により駆動されるようになっている。
【００３３】
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２７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。
【００３４】
クランクシャフト６の一端には、クランクシャフト６と一体回転するスタータリングギヤ４１が設けられており、その外周部には多数の歯形が形成されている。一方、このスタータリングギヤ４１を回転させてエンジン１を始動させるためのスタータモータ２８とピニオン２９が設けられている。ピニオン２９は、スタータモータ２８に対して軸方向の移動可能に設けられ、その外周部にはスタータリングギヤ４１と噛合する歯形が形成されている。スタータモータ２８は、その駆動によってピニオン２９を回転させると共に、ピニオン２９がスタータリングギヤ４１と噛合する位置まで移動させる。スタータモータ２８の駆動を停止すると、ピニオン２９の回転を停止すると共に、ピニオン２９を非噛合状態となる位置まで移動させる。
【００３５】
なお、この他にもエンジン１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、吸気温度を検出する吸気温度センサ２６及び大気圧を検出する大気圧センサ４５（それぞれ図３参照）等が装備されている。
【００３６】
図３は、エンジン１の制御ブロック図であり、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）３０を中心に、信号を入力するスイッチやセンサと、出力する装置やアクチュエータ等を示す。なお、このブロック図は、本発明の構成に関する部分を中心に記載したものであり、その他の制御に関する部分については省略している。
【００３７】
ＥＣＵ３０の入力側には、上記エアフローセンサ２０、クランク角センサ２１，２２、カム角センサ２３、水温センサ２４、アクセル開度センサ２５、吸気温度センサ２６及び大気圧センサ４５が接続され、各検出信号が入力される。
【００３８】
またＥＣＵ３０の出力側には、上記点火プラグ７、燃料噴射弁８、スロットル弁アクチュエータ１８及びスタータモータ２８が接続され、各装置類への駆動信号を出力する。
【００３９】
ＥＣＵ３０は、内部にスロットル弁制御手段３１、燃料噴射弁制御手段３２、点火制御手段３３、アイドルストップ制御手段３４及びピストンの適正停止位置範囲演算手段３５を含む。
【００４０】
スロットル弁制御手段３１は、アクセル開度センサ２５からのアクセル開度情報や、クランク角センサ２１，２２からのクランク角速度情報に基づくエンジン回転速度等から、必要なスロットル弁１７の開度を演算し、スロットル弁アクチュエータ１８を制御する。
【００４１】
燃料噴射弁制御手段３２及び点火制御手段３３は、上記アクセル開度情報やエンジン回転数情報に加え、エアフローセンサ２０による吸気量情報や水温センサ２４による冷却水温度情報等から、必要な燃料噴射量とその噴射時期及び適正な点火時期を演算し、燃料噴射弁８及び点火プラグ７に制御信号を出力する。
【００４２】
また、スロットル弁制御手段３１、燃料噴射弁制御手段３２、点火制御手段３３は、アイドルストップ（以下Ｉ／Ｓとも記す）を行う場合には上記制御に加えて、次に述べるアイドルストップ制御手段３４によっても制御される。
【００４３】
アイドルストップ制御手段３４は、Ｉ／Ｓ実行条件やＩ／Ｓによるエンジン停止後の再始動条件を判定したり、ＥＣＵ３０内の各手段にＩ／Ｓを実行するために必要な情報を提供したりする。
【００４４】
Ｉ／Ｓ実行条件としては、例えば車速がゼロ、かつフットブレーキＯＮ、かつパーキングブレーキがＯＮ、かつエンジン水温が所定値以上、等々の所定の条件が設定される。また、再始動条件としては、アクセル踏み込み量が所定値以上、又はフットブレーキＯＦＦ、又はパーキングブレーキＯＦＦ、等々の所定の条件が設定される。
【００４５】
所定のＩ／Ｓ実行条件が成立すると、エンジンの自動停止が行われる。即ち燃料噴射弁８からの燃料噴射を停止させるとともに、点火プラグ７の点火を停止させる。
【００４６】
エンジン停止の際の制御としては、エンジン停止時に圧縮行程となる気筒（説明の都合上、これを３番気筒３Ｃであると想定し、以下圧縮行程気筒３Ｃと記す。）及び膨張行程となる気筒（同様に１番気筒３Ａであると想定し、以下膨張行程気筒３Ａと記す。）においてピストン上死点方向の移動に対する抵抗を大きくすべく少なくともこれらの気筒に対する吸気量を増大させ、特に膨張行程気筒３Ａにより多く吸気を供給するように、上記スロットル弁１７をエンジン停止動作期間中の所定期間だけ所定の開弁状態とする。
【００４７】
こうしてエンジン１が自動停止した後、所定の再始動条件が成立すると、エンジンの再始動がなされる。即ち燃料噴射弁８からの燃料噴射と点火プラグ７の点火を復帰させる。
【００４８】
再始動の際の制御としては、先ず圧縮行程気筒３Ｃに対して初回の燃焼を実行してエンジンを少し逆転させることにより、膨張行程気筒３Ａのピストン上昇によって筒内圧力を高めるようにしてから、当該膨張行程気筒３Ａで燃焼を行わせるようにする。
【００４９】
当実施形態では、上述のように圧縮行程気筒３Ｃでの初回燃焼、膨張行程気筒３Ａでの燃焼を行わせるとともに、初回燃焼後の圧縮行程気筒３Ｃの筒内に燃焼用空気を残存させて圧縮行程気筒３Ｃのピストン４が上昇に転じてから上死点付近に達したときに再燃焼を行わせる第１再始動制御モードと、圧縮行程気筒３Ｃでの初回燃焼及び膨張行程気筒３Ａでの燃焼は行わせるが圧縮行程気筒３Ｃでの再燃焼を行わせない第２再始動制御モードと、圧縮行程気筒３Ｃでの初回燃焼を行わずにスタータモータ２８でアシストしつつ膨張行程気筒３Ａでの燃焼及びその次の圧縮行程気筒３Ｃ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４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。
【００５０】
ピストンの適正停止位置範囲演算手段３５は、膨張行程気筒３Ａのピストン４の適正停止位置範囲を演算する。ピストン４の適正停止位置とは、ピストン４がその位置に停止した場合、スタータモータ２８によるアシストがなくても良好な再始動を行い得る位置をいう。
【００５１】
図４は、ピストン停止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４に示す円は、膨張行程気筒３Ａの行程を示し、円の上端ＴＤＣは膨張行程上死点、円の下端ＢＤＣは膨張行程下死点をそれぞれ示す。図４に示すように、適正停止位置の範囲（適正範囲Ｃ）が上死点と下死点との中間付近に設定されている。適正範囲Ｃは、上死点側適正範囲Ａと下死点側適正範囲Ｂとから成る。そして更に、上死点側適正範囲Ａは、予め設定された所定の基礎範囲Ａ１と、補正によって増分された補正範囲Ａ２とから成る。同様に、下死点側適正範囲Ｂは、予め設定された所定の基礎範囲Ｂ１と、補正によって増分された補正範囲Ｂ２とから成る。補正範囲Ａ２，Ｂ２は、エンジンが停止してから短時間経過後（１０秒程度以内）に再始動されるような場合など、特に始動性の高い状態のときに拡大される適正範囲である。
【００５２】
再び図３を参照して、ピストンの適正停止位置範囲演算手段３５は上述のような適正範囲Ｃと、その内訳を演算する手段であって、停止時間計測手段３６、エンジン運転履歴記憶手段３７、ピストン摺動抵抗推定手段３８及び筒内空気密度推定手段３９を含む。
【００５３】
停止時間計測手段３６は、ＥＣＵ３０内のタイマーによって、エンジンが自動停止してから再始動を開始するまでの停止時間を計測する。エンジン運転履歴記憶手段３７は、ＩＧ−ＯＮからのエンジンの運転履歴を記憶する。
【００５４】
ピストン摺動抵抗推定手段３８は、再始動開始時点でのピストン４の摺動抵抗を推定する。図５に、ピストン摺動抵抗推定手段３８の推定方法ブロック図を示す。まず、水温センサ２４から得られる水温２４ａと、エンジン運転履歴記憶手段３７から得られるエンジン運転履歴３７ａとによって、エンジンオイルの油温３８ａを推定する。そして、その油温３８ａと、停止時間計測手段３６から得られるエンジン停止時間３６ａとによってピストン摺動抵抗３８ｂを推定する。同じ油温であっても、エンジン停止時間３６ａが長ほど、シリンダ壁面のオイル落下量が大きくなり、摺動抵抗３８ｂが大きくなる。エンジン停止時間３６ａが短い（数秒程度）と、シリンダ壁面のオイル残存量が多く、ピストン摺動抵抗３８ｂは充分小さくなる。
【００５５】
図６は、ピストン摺動抵抗推定手段３８で得られたピストン摺動抵抗３８ｂと、それによってピストンの適正停止位置範囲演算手段３５が演算する補正範囲Ａ２、Ｂ２の関係を示すグラフである。横軸にピストン摺動抵抗、縦軸に補正量を示す。油温３８ａが充分高く、エンジン停止時間３６ａが充分短いとき、ピストン摺動抵抗３８ｂはＲ２以下の小さな値となる。このときに補正範囲Ａ２、Ｂ２は最大となる。そしてピストン摺動抵抗３８ｂが増大（油温３８ａが一定なら、エンジン停止時間３６ａが長いほど増大する）するに従って補正量も減少し、ピストン摺動抵抗３８ｂがＲ１以上では、Ａ２＝Ｂ２＝０、つまりＡ＝Ａ１、Ｂ＝Ｂ１となる。
【００５６】
なお図６では、補正範囲Ａ２、Ｂ２の変化を直線的に示しているが、適宜エンジンの特性に応じた曲線としても良い。
【００５７】
また、このように連続的に変化させる特性に替えて、破線で示すように所定の抵抗値Ｒ３で、オン・オフ的に補正の有無を切換える（補正範囲Ａ２’、Ｂ２’）ようにしても良い。前者はピストン摺動抵抗３８ｂに応じたきめ細かい制御を行うことができ、後者は補正量を求める演算を簡潔に行うことができる。
【００５８】
図３に戻って説明を続ける。筒内空気密度推定手段３９は、再始動開始時点での筒内空気密度を推定する。図７に、筒内空気密度推定手段３９の推定方法ブロック図を示す。まず、停止時間計測手段３６から得られるエンジン停止時間３６ａ、水温センサ２４から得られる水温２４ａ及び吸気温度センサ２６から得られる吸気温度２６ａによって、筒内温度３９ａを推定する。そして、その筒内温度３９ａと、大気圧センサ４５から得られる大気圧４５ａとによって筒内空気密度３９ｂを推定する。同じ水温、吸気温度であっても、エンジン停止時間３６ａが長いほど、筒内温度３９ａが低下し、筒内空気密度３９ｂが低下する。エンジン停止時間３６ａが短い（数秒程度）と、筒内温度３９ａの低下が小さく、筒内空気密度３９ｂは充分大きく（低下量が小さく）なる。
【００５９】
図８は、筒内空気密度推定手段３９で得られた筒内空気密度３９ｂと、それによってピストンの適正停止位置範囲演算手段３５が演算する補正範囲Ａ２、Ｂ２の関係を示すグラフである。横軸に筒内空気密度、縦軸に補正量を示す。筒内温度３９ａが充分低く、大気圧４５ａが充分高いとき、筒内空気密度３９ｂは、ρ２以上の大きな値となる。このときに補正範囲Ａ２、Ｂ２は最大となる。そして筒内空気密度３９ｂが減少（水温２４ａ、吸気温度２６ａ及び大気圧４５ａが一定なら、エンジン停止時間３６ａが長いほど減少する）するに従って補正量も減少し、筒内空気密度３９ｂがρ１以下では、Ａ２＝Ｂ２＝０、つまりＡ＝Ａ１、Ｂ＝Ｂ１となる。
【００６０】
なお図８に示す特性も図６と同様、適宜エンジンの特性に応じた曲線としても良く、破線で示すように所定の筒内空気密度ρ３で、オン・オフ的に補正の有無を切換える（補正範囲Ａ２’、Ｂ２’）ようにしても良い。
【００６１】
ところで、図８では補正範囲Ｂ２が補正範囲Ａ１よりも大、即ち適正範囲の拡大量が、上死点側よりも下死点側の方が大となっている。これは以下の理由による。膨張行程気筒３Ａのピストン４が比較的大きく下死点寄りに停止したとき、再始動を阻害する要因は、圧縮行程気筒３Ｃ（ピストン４が上死点寄りに停止している）での空気量不足である。即ち、上述のように、再始動時にはまず圧縮行程気筒３Ｃでの燃焼を行ってエンジンを一旦逆転させるが、その燃焼のための空気量が不足するのである。筒内空気密度３９ｂが大であると、その空気量不足が効果的に補える。それに加えて、膨張行程気筒３Ａでの空気量が多い（筒内容積と筒内空気密度３９ｂ共に大）ので、エンジンを正転方向に回転させるための膨張行程気筒３Ａでの燃焼トルクも増大させることができる。
【００６２】
一方、膨張行程気筒３Ａのピストン４が比較的大きく上死点寄りに停止したとき、再始動を阻害する要因は、膨張行程気筒３Ａの空気量不足である。筒内空気密度３９ｂが増大すると、この空気量不足が補われるので効果的である。しかし、このとき圧縮行程気筒３Ｃのピストン４は下死点寄りとなって空気量が増大しているものの、圧縮行程気筒３Ｃでの燃焼トルクはエンジンを一旦逆転させる程度で充分であり、必要以上に空気量を増大させてもメリットを受けない。また、詳細は後述するが、膨張行程気筒３Ａのピストン４が上死点寄りで停止したときには、エンジンを逆転させるための圧縮行程気筒３Ｃでの燃焼はリーン空燃比での燃焼を行う。その際、良好な燃焼のためにはリーン限界以上のリーン空燃比とすることができないので、必要以上の燃料噴射を要し、結果として必要以上の逆転トルクを発生させてしまう可能性がある。
【００６３】
以上のように、筒内空気密度３９ｂが増大したときのメリットは、膨張行程気筒３Ａのピストン４が下死点寄りに停止した場合の方が上死点寄りに停止した場合よりも大きい。従って、補正範囲Ｂ２は補正範囲Ａ２よりも大となる。
【００６４】
ピストンの適正停止位置範囲演算手段３５は、図６及び図８に示す特性を総合的に判定し、最終的な補正範囲Ａ２，Ｂ２を決定する。これらは、特にエンジン停止時間３６ａに大きく依存し、エンジン停止時間３６ａが短い（数秒程度）と、ピストン摺動抵抗３８ｂが小さく筒内空気密度３９ｂが大きいので、始動時のエンジン駆動トルクを充分高くすることができ、補正範囲Ａ２，Ｂ２を大きく拡大することができる。
【００６５】
以上のような当実施形態の装置の作用を次に説明する。
【００６６】
４気筒４サイクルエンジンであるエンジン１では、各気筒３が所定の位相差をもって吸気、圧縮、膨張、排気の各行程からなるサイクルを行うようになっており、図９に示すように、上記サイクルが１番気筒３Ａ、３番気筒３Ｃ、４番気筒３Ｄ、２番気筒３Ｂの順にクランク角で１８０°（１８０°ＣＡ）づつの位相差をもって行われるようになっている。
【００６７】
エンジン１が運転されている状態においてエンジン１の出力を要しない所定のアイドリング状態となった場合には、エンジン停止条件の成否判定に基づき、アイドルストップが実行される。
【００６８】
エンジン停止条件が成立するとアイドルストップによるエンジン停止のための一連の制御が行われる。エンジンを停止させるため、まず燃料供給が停止される（燃料カット時点ｔ１）。このときのエンジン回転数はアイドル回転数（当実施形態では約６５０ｒｐｍ）である。
【００６９】
そして、ピストン４を再始動のための好ましい範囲内（図４の適正範囲Ｃ）で停止させるために、燃料カット時点ｔ１で燃料カットするとともに、スロットル弁１７を所定開度に開き、その後、エンジン回転数が予め設定された所定回転数Ｎ１（当実施形態ではＮ１＝約５００ｒｐｍ）まで低下した時点ｔ２でスロットル弁１７を閉じるように制御する。
【００７０】
このようにすると、上記時点ｔ１からｔ２の間、スロットル弁１７が所定開度に開かれることにより、多少の時間的遅れをもって一時的に吸気負圧が減少（吸気量が増大）し、その後に吸気圧負圧が増大（吸気量が減少）するが、一時的に吸気負圧が減少する期間が、膨張行程気筒３Ａの吸気行程の期間に概ね対応するように予め上記所定回転数等が設定されている。これにより、スロットル弁１７が開かれない場合と比べ、エンジン停止前に各気筒３に吸入される空気量が増加し、そのうちでも特に膨張行程気筒３Ａに流入する吸気量が多くなる。
【００７１】
そして、エンジン停止に至るときには、圧縮行程気筒３Ｃではピストン４が上死点に近づくにつれて当該気筒３Ｃ内の空気が圧縮されてピストン４を押し返す方向に圧力が作用し、これによりエンジン１が逆転して圧縮行程気筒３Ｃのピストン４が下死点側に押し返されると、膨張行程気筒３Ａのピストン４が上死点側に移動し、それに伴い当該気筒３Ａ内の空気が圧縮され、その圧力で膨張行程気筒３Ａのピストン４が下死点側に押し返される。このようにしてピストン４がある程度振動してから停止し、この際、圧縮行程及び膨張行程においてそれぞれピストン４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４の停止位置は行程中間部に近い位置となる場合が多い。図４に示す範囲で区分すると、大多数（例えば９０％程度）は基礎範囲Ａ１，Ｂ１内に、残りの殆どは補正範囲Ａ２，Ｂ２内に、そしてごく稀に適正範囲Ｃから外れた位置に停止する。
【００７２】
上記のようにエンジン停止前に吸気量が増加されることにより、上死点に近づいたときにピストン４を押し戻す力が増大するので、ピストン４が適正範囲Ｃ内に停止する確率が高くなる。さらに、上記のようなスロットル弁１７の制御により膨張行程気筒３Ａの吸気量が圧縮行程気筒３Ｃと比べて多くなるようにすれば、膨張行程気筒３Ａにおいてピストン４が行程中間部に近い範囲のうちでも多少下死点寄り（図４の適正範囲Ｂ）に停止することが多くなる。
【００７３】
なお、燃料カットからエンジン１が完全に停止するまでに慣性でエンジン１が数回転するため、既燃ガスは排出され、膨張行程といえども筒内は殆ど新気となる。また、エンジン１が停止すると圧縮行程気筒３Ｃでも圧力は時間の経過に伴い低下する。
【００７４】
また、スロットル弁１７をエンジン停止まで閉弁しないようにしても良いが、そうするとエンジン停止までずっと吸気量が多い状態が続くので、吸気の圧縮によるピストン４の押し下げ力が減衰し難く、ピストン４の振動回数が増加してエンジン停止時に揺れ戻しが大きくなる場合がある。従って、当実施形態に示すように好適な時点ｔ２でスロットル弁１７を閉弁するのが望ましい。
【００７５】
ピストン４の停止位置は、クランク角センサ２１，２２からの信号によって以下のように検出される。図１０はクランクシャフト６が回転することによって得られるパルス信号であり、クランク角センサ２１からの第１クランク角信号ＣＡ１と、クランク角センサ２２からの第２クランク角信号ＣＡ２とを示す。図１０（ａ）は正転時（図１の状態で右回り）のもの、図１０（ｂ）は逆転時のものを示す。エンジンの正転時には、図１０（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１０（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。ＥＣＵ３０は、この差異を検出して、クランクシャフト６が正転中か逆転中かを判定しつつパルス信号をカウントする。カウントした値はＣＡカウンタ値として記憶され、エンジン１が作動中は常時更新される。そして、ＣＡカウンタ値の増減がなくなった状態がエンジン１の停止であり、そのときのＣＡカウンタ値によってピストン４の停止位置が検出される。
【００７６】
図１１は、ＣＡカウンタ値の積算フローチャートである。スタート後、ステップＳ５１で、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となっているか、或いは第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となっているかの判定がなされ、ＹＥＳであればエンジン１は正転していることを示すので、ステップＳ５２に移行して計測したパルス数をＣＡカウンタ値に加算する（ＣＡカウンタｕｐ）。ステップＳ５１でＮＯであれば、エンジン１が逆転していることを示すので、ステップＳ５３に移行して計測したパルス数をＣＡカウンタ値から減算する（ＣＡカウンタｄｏｗｎ）。
【００７７】
図１２は、アイドルストップにおけるエンジン停止までのＥＣＵ３０の概略制御フローチャートを示す。スタート後、各種センサ類（図３参照）からの信号を読み取る（ステップＳ１）。次にその信号に基づき、エンジン停止条件が成立したか否かの判定を行い（ステップＳ２）、ＮＯであればリターンするが、ＹＥＳであれば続いてエンジン自動停止のための一連の制御を行う。
【００７８】
まず燃料噴射弁８からの燃料供給を停止（燃料カット）する（ステップＳ７）。続くステップＳ１１でスロットル弁１７を開弁し、吸気負圧を減少させる。その後、エンジン回転数が所定回転数Ｎ１（５００ｒｐｍ）よりも低くなった時点でスロットル弁１７を閉弁する（ステップＳ１３、Ｓ１５）。次に、常時カウント中のＣＡカウンタ値（図１１参照）を読み取る（ステップＳ１６）。次のステップＳ１７で、ＣＡカウンタ値の変化度合いからエンジン１が完全に停止したか否かの判定がなされ、ＹＥＳであればＣＡカウンタ値から決定されるピストン４の停止位置を記憶（ステップＳ１９）する。続いて停止時間計測手段３６によるエンジン停止時間の計測を開始（ステップＳ２１）してリターンする。
【００７９】
次にエンジンの再始動について説明する。エンジン停止後に再始動条件が成立すると、自動的にエンジン１を再始動する制御が行われる。再始動に当たって、当実施形態では第１再始動モード、第２再始動モード及び第３再始動モードのうち何れかが選択され、その始動モードを経て通常の燃焼制御に移行する。各モードの詳細は後述するが、第１再始動モードでは、圧縮行程気筒３Ｃで燃焼を行って一旦エンジンを逆転させた後、膨張行程気筒３Ａで燃焼を行ってエンジンを正転させる。その後、圧縮行程気筒３Ｃでの最初の燃焼ガスを排気することなく、残留ガス（未燃空気を含む）に燃料を噴射して再燃焼させる。第２再始動モードは、一旦エンジンを逆転させる点は第１再始動モードと同様であるが、圧縮行程気筒３Ｃでの再燃焼を行わない。第３再始動モードは、エンジンの逆転を行わず、スタータモータ２８による始動アシストがなされる。
【００８０】
図１３は、その再始動モード選択のためのフローチャートである。エンジンの自動停止中に所定の再始動条件が成立する（ステップＳ９１でＹＥＳ）と、停止時間計測手段３６によるエンジン停止時間の計測を終了する（ステップＳ９３）。そして、ピストン摺動抵抗推定手段３８によるピストン摺動抵抗３８ｂの推定（ステップＳ９５）と筒内空気密度推定手段３９による筒内空気密度３９ｂの推定（ステップＳ９７）とを行った上で、ピストンの適正停止位置範囲演算手段３５によるピストンの適正停止位置範囲の演算（ステップＳ９９）を行う。詳しくは、予め設定されている基礎範囲Ａ１，Ｂ１に、ステップＳ９５，Ｓ９７で求めた各推定値から演算される補正範囲Ａ２，Ｂ２を追加して上死点側適正範囲Ａ及び下死点側適正範囲Ｂを求める。
【００８１】
続いてステップＳ１０３及びステップＳ１０５において膨張行程気筒３Ａのピストン停止位置（図１２のステップＳ１９で記憶された位置）の判定が行われ、その位置が図４の上死点側適正範囲ＡにあればステップＳ１０７に移行し、第１再始動モードでの再始動を行う。同じく下死点側適正範囲ＢにあればステップＳ１０９に移行し、第２再始動モードでの再始動を行う。そして同じく適正範囲Ｃ以外にあればステップＳ１１１に移行し、第３再始動モードでの再始動を行う。何れのモードが選択された場合も、その後ステップＳ１１３で通常の燃焼制御に移行し、リターンする。
【００８２】
図１４は第１再始動制御モードの概略フローチャートである。また図１５はそれに対応するエンジンの各気筒の行程と始動制御開始時点からの各気筒における燃焼（図中に燃焼の順序に従って▲１▼，▲２▼，▲３▼……で示す）との関係を示すとともに、各燃焼によるエンジンの動作方向を矢印で示す図である。そして図１６は、上記第１再始動制御モードによる場合のエンジン回転速度、クランク角、角気筒の筒内圧及び図示トルクの時間的変化を示している。
【００８３】
図１４のフローチャートにおいて、第１再始動モードによる始動が開始すると、ピストン４の停止位置に基づいて圧縮行程気筒３Ｃ及び膨張行程気筒３Ａの筒内空気量を算出する（ステップＳ１５１）。次にステップＳ１５３で、圧縮行程気筒３Ｃに対して算出した空気量に対し、所定のリーン空燃比（ピストン４の停止位置の関数として予め定められた特性Ｍ１のマップから読み取り。）となるように燃料が噴射される。続いてステップＳ１５５で膨張行程気筒３Ａに対して算出した空気量に対し、所定の空燃比（理論空燃比付近。ピストン４の停止位置の関数として予め定められた特性Ｍ２のマップから読み取り。）となるように燃料が噴射される。次にステップＳ１５７で、所定の気化時間を考慮した設定時間経過後、圧縮行程気筒３Ｃにおいて点火がなされ、初回燃焼が行われる（図１５中の▲１▼）。但し、点火を行っても着火しない、つまり燃焼が行われない虞があるので、次のステップＳ１５９で、クランク角センサ２１，２２のエッジ（図１０に示す波形）が検出されたか否かの判定が行われる。ＹＥＳであれば、クランクシャフト６が回転を始めた、即ち燃焼が行われたことを示す。ＮＯであれば燃焼が行われなかったことを示すので、ステップＳ１６１に移行して再点火を行う。
【００８４】
この初回燃焼による燃焼圧（図１６中のａ部分）で圧縮行程気筒３Ｃのピストン４が下死点側に押し下げられてエンジン１が逆転方向に駆動され、それに伴い、膨張行程気筒３Ａのピストン４が上死点に近づくことにより当該気筒３Ａ内の空気が圧縮されて筒内圧が上昇する（図１６中のｂ部分）。
【００８５】
次にフローチャートのステップＳ１６３で、所定のディレイ時間（膨張行程気筒３Ａのピストン４が上死点に充分に近づくまでの時間。ピストン４の停止位置の関数として予め定められた特性Ｍ３のマップから読み取り。）経過後に膨張行程気筒３Ａに対する点火が行われて、予め当該気筒３Ａに噴射されている燃料が燃焼し（図１５中の▲２▼）、その燃焼圧（図１６中のｃ部分）でエンジン１が正転方向に駆動される。次のステップＳ１７３で燃料の噴射と点火がなされ、２回目の燃焼（図１５中の▲３▼）が行われ、その燃焼圧（図１６中のｄ部分）でエンジン駆動力が高められる。この際の空燃比は、過早着火防止のため、特性Ｍ１とピストン４の停止位置の関数として予め定められた特性Ｍ８とを合わせて理論空燃比よりリッチに設定され、点火時期はピストン４の停止位置の関数として予め定められた特性Ｍ９のマップから読み取る。その後、リターンして通常の燃焼制御に移行する。
【００８６】
次に、第２再始動モードによる始動について説明する。第２再始動モードも、第１再始動モードのフローチャートに準じた制御がなされる。但し、ステップＳ１５３でなされる圧縮行程気筒３Ｃへの燃料噴射が、理論空燃比もしくはそれよりややリッチな空燃比となるようになされる点と、ステップＳ１７３での２回目の燃焼▲３▼がなされない点とが異なる。
【００８７】
上述のように第１再始動制御モードと第２再始動制御モードとがピストン４の停止位置によって使い分けられることにより、エンジン１の再始動が効果的に行われる。この点を図１７も参照しつつ説明する。
【００８８】
図１７はエンジン停止時のピストン位置と圧縮行程気筒３Ｃの初回燃焼（逆転用）における要求空燃比、圧縮行程気筒３Ｃの空気量、膨張行程気筒３Ａの空気量及び発生頻度との関係を示しており、この図のように、エンジン停止時に膨張行程気筒３Ａのピストン４が上死点寄り（圧縮行程気筒３Ｃのピストン４が下死点寄り）となるほど膨張行程気筒３Ａの空気量が少なくて圧縮行程気筒３Ｃの空気量が多くなり、逆に膨張行程気筒３Ａのピストン４が下死点寄り（圧縮行程気筒３Ｃのピストン４が上死点寄り）となるほど膨張行程気筒３Ａの空気量が多くて圧縮行程気筒３Ｃの空気量が少なくなる。
【００８９】
また、圧縮行程気筒３Ｃでの初回燃焼では、圧縮行程気筒３Ｃのピストン４が下死点より少し手前（膨張行程気筒３Ａのピストン４が上死点より少し手前）となる所定位置までエンジンを逆転させるだけのトルクを生じさせることが要求されるが、圧縮行程気筒３Ｃのピストン４が上死点寄りにあれば、圧縮行程気筒３Ｃ内の空気量が少なく、かつ、上記所定位置までの逆転に要求されるトルクが比較的大きいので、要求空燃比がリッチとなり、一方、圧縮行程気筒３Ｃのピストン４が下死点寄りにあれば圧縮行程気筒内３Ｃの空気量が多く、かつ、上記所定位置までの逆転に要求されるトルクが比較的小さいので、要求空燃比がリーンとなる。
【００９０】
膨張行程気筒３Ａにおいては、ピストン４が下死点寄りにある程空気量が多いため燃料を多く燃焼させることができる。
【００９１】
従って、エンジン停止時に膨張行程気筒３Ａのピストン位置が下死点側適正範囲Ｂにある場合、圧縮行程気筒３Ｃでは初回燃焼時の空燃比が上記要求に適合するようにリッチとされ、初回燃焼後に燃焼用空気が残存しないため圧縮上死点付近での２回目の燃焼は行われないが、膨張行程気筒３Ａでは空気量が比較的多くて、それに応じた燃料が噴射された上で、圧縮されてから着火、燃焼が行われるため、比較的大きなトルクが得られ、上記圧縮行程気筒３Ｃの圧縮上死点を過ぎてさらに次の気筒の圧縮上死点を越えるまでエンジンを回転させることができ、再始動を達成することができる。
【００９２】
一方、エンジン停止時に膨張行程気筒３Ａのピストン位置が上死点側適正範囲Ａにある場合、下死点側適正範囲Ｂにある場合と比べると、膨張行程気筒内３Ａの空気量が少ないため膨張行程での燃焼により得られるトルクが小さくなるが、圧縮行程気筒３Ｃでは初回燃焼時の空燃比が上記要求に対応してリーンとされ、それにより初回燃焼後も残存する余剰空気が利用されて圧縮上死点付近での２回目の燃焼が行われるため、エンジン正転方向の駆動のためのトルクが補われ、膨張行程気筒３Ａでの燃焼と圧縮行程気筒３Ｃにおける２回目の燃焼の両方により、再始動を達成するに足るトルクが得られる。
【００９３】
ところで、当実施形態では、前述のようにエンジン停止の際、燃料供給停止後に所定期間だけスロットル弁１７を所定の開弁状態として吸気量を増加させることにより、圧縮行程気筒３Ｃ及び膨張行程気筒３Ａにおいてピストン４の上死点方向への移動に対する抵抗を大きくし、かつ、膨張行程気筒３Ａの吸気量をより多くしているため、図１７中にも示すように、エンジン停止時の膨張行程気筒３Ａにおけるピストン位置は行程中間部付近の適正範囲Ｃ内となることが殆どであり、そのうちでも下死点側適正範囲Ｂ内となることが多く、このように停止位置が調整されることで効果的に再始動が行われる。
【００９４】
すなわち、ピストン停止位置が上記適正範囲Ｃよりも膨張行程気筒３Ａの上死点側（圧縮行程気筒３Ｃの下死点側）に近づきすぎた場合には、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、膨張行程気筒３Ａの空気量が少なくなるので膨張行程気筒３Ａでの燃焼により得られるトルクが少なくなり、また、上記適正範囲Ｃよりも膨張行程気筒３Ａの下死点側（圧縮行程気筒３Ｃの上死点側）に近づきすぎた場合には、圧縮行程気筒３Ｃ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。これに対し、ピストン停止位置が適正範囲Ｃ内にあれば、圧縮行程気筒３Ｃでの初期燃焼による逆転駆動が可能で、かつ、膨張行程気筒３Ａでの燃焼が良好に行われてその燃焼エネルギーを充分にピストンに作用させることができ、特にピストン停止位置が下死点側適正範囲Ｂにあれば膨張行程気筒３Ａの空気量を充分に多く確保でき、膨張行程気筒３Ａでの燃焼エネルギーを増大させ、始動性を高めることができる。
【００９５】
次に、エンジン停止時のピストン位置が適正範囲Ｃから外れた場合に選択され、再始動初期から始動アシストがなされる第３再始動モードについて説明する。図１８は、第３再始動モード（モーターアシスト）のフローチャートである。スタート後、ステップＳ２００でスタータ解除条件の読み込みを行う。これは、スタータモータで始動アシストをするにあたり、それを解除するエンジン回転数を予め設定された特性値から読み込むものである。その特性を図１９に示す。この図に示すように、スタータ駆動解除回転数は、膨張行程気筒３Ａのピストン停止位置が下死点（ＢＤＣ）に近いほど高く、上死点（ＴＤＣ）に近づくに従って低くなるように設定されている。
【００９６】
フローチャートに戻り、次に所定の再始動条件が成立（ステップＳ２０１でＹＥＳ）すると、ステップＳ２０２でスタータモータ２８の駆動を開始する。次のステップＳ２０３でピストン４の停止位置に基づいて圧縮行程気筒３Ｃ及び膨張行程気筒３Ａの空気量を算出し、ステップＳ２０４で圧縮行程気筒３Ｃ及び膨張行程気筒３Ａ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Ｓ２０５で、膨張行程気筒３Ａ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。従って、エンジン１は最初から正転方向に回転を始める。
【００９７】
次に、ステップＳ２０６で所定クランク角となったとき圧縮行程気筒３Ｃに対して点火を行って燃焼させる。その後ステップＳ２０７で順次他の気筒に対しても燃料噴射と点火を行って燃焼させる。次のステップＳ２０８で、エンジン回転数がステップＳ２００で読み込んだスタータ駆動解除回転数を超えたか否かが判定され、ＹＥＳであれば、ステップＳ２０９へ移行し、スタータモータ２８の駆動を停止し、リターンする。
【００９８】
以上、第１〜第３再始動モードについて説明したが、仮に補正範囲Ａ２，Ｂ２を設けず、Ａ＝Ａ１，Ｂ＝Ｂ１とした場合、上述のようにエンジン停止時のスロットル弁１７の制御によって、圧縮行程気筒３Ｃのピストン４は、多くの場合（エンジンの特性によっても異なるが、例えば９０％程度）基礎範囲Ａ１，Ｂ１に停止して、第１又は第２再始動モードが選択される。また、小頻度ではあるが、基礎範囲Ａ１，Ｂ１から僅かに外れて停止して、第３再始動モードが選択される場合もある。このときにはスタータモータ２８による始動アシストがなされるが、アイドルストップは走行中何度も行うので、たとえ小頻度であっても全体としてスタータモータ２８の使用頻度が大きく増大し、寿命低下が避けられない。
【００９９】
しかし、当実施形態のように、始動性の高さに応じて補正範囲Ａ２，Ｂ２を設ければ、基礎範囲Ａ１，Ａ２から僅かに外れて補正範囲Ａ２，Ｂ２内に停止した場合に第１又は第２再始動モードが選択されるので、第３再始動モードが選択される頻度を大きく削減することができる。即ち、全体としてスタータモータ２８の作動回数を削減することによって、寿命低下を防止することができる。本願発明者によるテストでは、補正範囲Ａ２，Ｂ２は最大約７〜８°ＣＡとすることができ（但しエンジンの特性にもよって異なる）、その場合にピストン４が適正範囲Ｃ内に停止する確率はほぼ１００％であった。
【０１００】
次に、本願発明の第２実施形態について説明する。
【０１０１】
第２実施形態の装置各部の構成は第１実施形態と同一なので、以下重複する箇所については説明を省略する。第２実施形態は、比較的始動性が低いとき（第１実施形態においてＡ＝Ａ１，Ｂ＝Ｂ１となるようなとき）は全く第１実施形態と同様である。しかし再始動モードとして第４再始動モードを有し、始動性が高い状態のときに、この第４再始動モードによる始動を行う点が異なっている。
【０１０２】
第４再始動モードは、圧縮行程気筒３Ｃでの初回燃焼によるエンジンの逆転を行わず、スタータモータ２８による始動アシストも行わず（始動不良が発生したときのバックアップを除く）、膨張行程気筒３Ａでの燃焼及びその次の圧縮行程気筒３Ｃでの燃焼により始動を行うモードである。エンジンを一旦逆転させることによる膨張行程気筒３Ａでの圧縮を行わないので、第１、第２再始動モードよりも始動性の高い状態であることが要求される。
【０１０３】
図２０は、当実施形態におけるピストン停止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（始動性の高い状態にあるとき）を示す説明図である。適正範囲Ｃ（後述する第２適正範囲Ｄと区別するため、以下第１適正範囲Ｃという）は上死点と下死点との中間付近に設定されており、中でも特に中間に近い第２適正範囲Ｄと、その外側の上死点側適正範囲Ａ及び下死点側適正範囲Ｂとから成る。第２適正範囲Ｄは、予め設定された所定の上死点側適正範囲Ａ及び下死点側適正範囲Ｂ（これらは第１実施形態の基礎範囲Ａ１，Ｂ１に相当する）を背景として、その上に重ねる（Ａ，Ｂよりも優先される）ようにして、始動性の高さに応じた範囲に設定される。その範囲は、図６や図８に示す特性に準じ、ピストン摺動抵抗３８ｂや筒内空気密度３９ｂに応じて増減するようにしても良く、所定の境界点でオン・オフ的に切換えるようにしても良い。
【０１０４】
再始動の際には、膨張行程気筒３Ａのピストン４の停止位置が上死点側適正範囲Ａにあるときには第１再始動モードが、下死点側適正範囲Ｂにあるときには第２再始動モードが、第１適正範囲Ｃの外部にあるときには第３再始動モードが、第２適正範囲Ｄにあるときには第４再始動モードが選択される。
【０１０５】
図２１は、その再始動モード選択のためのフローチャートである。図１３に示す第１実施形態のものに準ずるが、ステップＳ１０６、Ｓ１１０が追加されている。即ち、ステップＳ１０３、Ｓ１０５、Ｓ１０６によってピストン４の停止位置の分類がなされ、第２適正範囲ＤにあるときにステップＳ１１０に移行して、第４再始動モードによる正転始動を行うようになっている。
【０１０６】
第４再始動モードの制御は、フローチャートの図示を省略するが、図１８に示す第３始動モードの制御において、スタータモータ２８の駆動を行わないようにすれば良い。第４再始動モードによる始動は、エンジンを一旦逆転させることによる時間ロスをなくすことができるので、始動の迅速性を高めることができる。
【０１０７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、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、特許請求の範囲内で種々変更可能である。
【０１０８】
例えば、第１実施形態における第１及び第２再始動モードで、エンジンの特性によって（特に始動性の高いエンジンの場合）エンジンを一旦逆転させることなく、最初から正転させる（第２実施形態における第４始動モードに相当する制御を行う）ようにしても良い。
【０１０９】
また、上記第２実施形態において、第２適性範囲Ｄの外側には、必ずしも上死点側適正範囲Ａや下死点側適正範囲Ｂを設ける必要はなく、第２適正範囲Ｄが最大のとき、上死点側適正範囲Ａ及び下死点側適正範囲Ｂの全体を包含するような設定としても良い。また、第２適正範囲Ｄは必ずしも第１適正範囲Ｃの内部に設定する必要はなく、エンジンの特性に応じて一部または全部が第１適正範囲Ｃの外部に設定されるようにしても良い。
【０１１０】
上記第１実施形態と第２実施形態とを組み合わせたものとしても良い。つまり、エンジンの停止期間が短く、始動性の高い状態にあるときには、上死点側適正範囲Ａや下死点側適正範囲Ｂを拡大しつつ、第２適正範囲Ｄを設定するようにしても良い。このようにすると、スタータモータ２８の寿命確保と始動の迅速性とをそれぞれ独立して得ることができる。
【０１１１】
上記実施形態において、再始動直後の膨張行程気筒３Ａへの燃料噴射は、圧縮行程気筒３Ｃへの噴射と略同時であっても、それより遅めの設定としても良い。例えば、図１４に示すフローチャートで、ステップＳ１５５は、ステップＳ１５３と同時であっても良く、逆にステップＳ１６３の直前であっても良い。ステップＳ１５５をステップＳ１５３に近づけたものは、膨張行程気筒３Ａにおける気化時間を長くすることができるので均一燃焼に適し、ステップＳ１６３に近づけたものは点火時に燃料を偏在させ易いので成層燃焼に適する。
【０１１２】
【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、運転中のエンジンを停止させ、その後エンジンを再始動させる際、エンジン停止時に実質的に膨張行程にある気筒に対して燃料を供給し、点火、燃焼を行ってエンジンを始動させるエンジンの始動装置において、エンジン停止中のピストン位置が、始動に適した所定の適正範囲内にあるときにはエンジンの燃焼によって発生するトルクによって始動させ、上記適正範囲外にあるときには更に始動初期からスタータモータを駆動して始動をアシストするとともに、エンジンの停止期間が短いときには上記適正範囲を拡大するので、必要に応じてスタータモータによる始動のアシストを行いながらも、その頻度をより削減してスタータモータの寿命低下を防止することができる。
【０１１３】
また、運転中のエンジンを停止させ、その後エンジンを再始動させる際、エンジン停止中のピストン位置が、始動に適した所定の第１適正範囲内にあるときには、エンジン停止時に実質的に圧縮行程にある気筒に対して燃料を供給し、点火、燃焼を行って、どの気筒のピストンも上死点を超えない範囲で一旦逆転方向に回転させ、その後、エンジン停止時に実質的に膨張行程にある気筒に対して燃料を供給し、点火、燃焼を行ってエンジンを正転方向に回転させて始動するエンジンの始動装置において、エンジンの停止期間が短いときには、始動に適した第２適正範囲が設けられ、そのときのエンジン停止中のピストン位置が上記第２適正範囲内にある場合に、上記逆転方向の回転を行わず、始動初期から上記正転方向の回転による始動を行うので、始動の迅速性を可及的に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１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】上記エンジンの概略制御ブロック図である。
【図４】第１実施形態における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５】上記制御ブロック図のピストン摺動抵抗推定手段における推定方法ブロック図である。
【図６】上記エンジンのピストン摺動抵抗と補正範囲との関係を示すグラフである。
【図７】上記制御ブロック図の筒内空気密度推定手段における推定方法ブロック図である。
【図８】上記エンジンの筒内空気密度と補正範囲との関係を示すグラフである。
【図９】エンジン停止時のエンジン回転数、スロットル開度及び吸気管負圧の変化並びに各気筒のサイクルを示す説明図である。
【図１０】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１１】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１２】エンジン停止時の制御フローを示すフローチャートである。
【図１３】第１実施形態のエンジン再始動時の制御フローを示すフローチャートである。
【図１４】図１３に示すフローチャートにおける、第１再始動モードのサブルーチンを示すフローチャートである。
【図１５】エンジン再始動時の各気筒のサイクル及び燃焼動作を示す説明図である。
【図１６】エンジン再始動時のエンジン回転数、クランク角、各気筒の筒内圧及び図示トルクの、それぞれの変化を示す説明図である。
【図１７】エンジン停止時のピストン位置と圧縮行程気筒の要求空燃比、圧縮行程気筒の空気量、膨張行程気筒の空気量及び発生頻度との関係を示す説明図である。
【図１８】図１３に示すフローチャートにおける、第３再始動モードのサブルーチンを示すフローチャートである。
【図１９】上記エンジンにおいて、始動アシストを行う際の膨張行程気筒のピストン停止位置とスタータ駆動解除回転数との関係を示すグラフである。
【図２０】第２実施形態における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２１】第２実施形態のエンジン再始動時の制御フローを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ エンジン
３ 気筒
３Ａ １番気筒、膨張行程気筒（実質的に膨張行程にある気筒）
３Ｃ ３番気筒、圧縮行程気筒（実質的に圧縮行程にある気筒）
４ ピストン
７ 点火プラグ
８ 燃料噴射弁
１７ スロットル弁
１８ スロットル弁アクチュエータ
２８ スタータモータ
３０ ＥＣＵ
３１ スロットル弁制御手段
３９ 停止時間計測手段
Ａ 上死点側適正範囲
Ｂ 下死点側適正範囲
Ｃ 適正範囲、第１適正範囲
Ｄ 第２適正範囲

Claims (6)

1. 運転中のエンジンを停止させ、その後エンジンを再始動させる際、エンジン停止時に実質的に膨張行程にある気筒に対して燃料を供給し、点火、燃焼を行ってエンジンを始動させるエンジンの始動装置において、
   エンジン停止中のピストン位置が、始動に適した所定の適正範囲内にあるときにはエンジンの燃焼によって発生するトルクによって始動させ、上記適正範囲外にあるときには更に始動初期からスタータモータを駆動して始動をアシストするとともに、
   エンジンの停止期間が短いときには上記適正範囲を拡大する
   ことを特徴とするエンジンの始動装置。
2. エンジンの停止期間が短いほど上記適正範囲の拡大量を増大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。
3. エンジンの停止期間が所定の期間以下であるときには、それより長い場合に対して、上記適正範囲を所定量拡大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。
4. 運転中のエンジンを停止させ、その後エンジンを再始動させる際、エンジン停止中のピストン位置が、始動に適した所定の第１適正範囲内にあるときには、エンジン停止時に実質的に圧縮行程にある気筒に対して燃料を供給し、点火、燃焼を行って、どの気筒のピストンも上死点を超えない範囲で一旦逆転方向に回転させ、その後、エンジン停止時に実質的に膨張行程にある気筒に対して燃料を供給し、点火、燃焼を行ってエンジンを正転方向に回転させて始動するエンジンの始動装置において、
   エンジンの停止期間が短いときには、始動に適した第２適正範囲が設けられ、そのときのエンジン停止中のピストン位置が上記第２適正範囲内にある場合に、上記逆転方向の回転を行わず、始動初期から上記正転方向の回転による始動を行う
   ことを特徴とするエンジンの始動装置。
5. エンジンの停止期間が短いほど上記第２適正範囲を増大させることを特徴とする請求項４記載のエンジンの始動装置。
6. 運転中のエンジンを停止させる際、その停止動作中の所定期間、スロットル開度を増大させることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のエンジンの始動装置。

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