JP2005155548A - エンジンの始動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 アイドル時に自動で停止され、また再始動されるエンジン１おいて、燃料カット後に惰性で回転するエンジン１をスムーズに停止させるとともに、その停止位置を高精度に制御できるようにして、その後の良好な再始動性を安定的に確保する。
【解決手段】 アイドル回転速度よりも高い設定回転速度で燃料カットして（ｔ０）、スロットル弁２３を所定期間（ｔ１〜ｔ２）、開くとともに、その後、各気筒１２Ａ〜１２Ｄが順次ＴＤＣを通過するときの回転速度をそれぞれ検出して、この検出したＴＤＣ回転速度に基づいてスロットル弁２３の開度を調整することにより（ＴＶＯ）、遅くとも最後のＴＤＣを通過するまでに（〜ｔ３）ＴＤＣ回転速度が適正回転速度範囲に入るように、エンジン回転速度の低下する軌跡を徐々に修正する。こうすれば、その最後のＴＤＣを越えた後、自然に停止するエンジン１の膨張行程気筒１２においてピストン１３が再始動に好適な所定範囲Ｒ内に停止する。
【選択図】 図８

Description

本発明は、アイドル時に自動停止したエンジンを再始動要求に応じて始動するエンジンの始動装置に関し、特に、再始動に好適な状態になるようにしてエンジンを停止させるための主に吸気系の制御技術の分野に属する。

従来より、燃費の低減やＣＯ₂の排出抑制等を目的として、アイドル時にエンジンを自動で停止するようにしたエンジン制御システム（アイドルストップシステム）は知られている。このようなシステムでは、発進操作等のエンジン再始動要求に対して即座にエンジンを始動しなくてはならないが、始動モータによるクランキングを経てエンジンを始動するという一般的な始動方法では始動時間がやや長くなるきらいがあり、また、クランキングに伴う騒音やエンジンの吹き上がりが違和感を与えるという不具合もある。

さらに、そのようにエンジンがアイドル状態になる度に停止及び再始動を行うとすると、イグニッションスイッチが操作されたときのみに始動する通常のシステムに比べて格段に始動回数が多くなってしまうので、始動モータに著しく高い耐久性が要求されることになり、無用のコスト増大を招くという問題もある。

そのため、近年では、例えば特許文献１、２に開示される筒内直噴式ガソリンエンジンのように、停止状態で膨張行程にある気筒内に燃料を噴射供給して、点火、燃焼させることにより、始動モータの力を借りることなく、エンジンをそれ自体の力で始動するようにしたものものが開発されている。

但し、そのように既に膨張行程にある気筒に点火して燃焼させる場合、この気筒の空気充填量があまり多いとはいえず、また、有効なストロークも短くなることから、燃焼により得られる始動トルクは本来的にあまり大きなものにはならない。しかも、その気筒内の空気量はピストンの停止位置によって変化し、これが始動トルクの大きさに影響することから、エンジンの始動性を確保するためには、エンジンを停止させるときに膨張行程になる気筒のピストン停止位置を極めて高精度に制御したいという要請がある。

この点について、前記特許文献１に記載のルノアール・スタート・サイクル式エンジンでは、機械的な制動機構を用いてクランク軸の回転に制動力を付与するようにしており、一方、前記特許文献２に記載のエンジンの惰性回転制御方法では、エンジンの惰性による回転が止まる直前に気筒の吸排気弁の動作を停止させ、その圧縮反力によって強制的にピストンを停止させるようにしている。

すなわち、前記後者の従来例（特許文献２）のものは、イグニッションオフ後に惰性で回転するエンジンの各気筒が順番に所定回数、圧縮上死点（ＴＤＣ）を通過して、その回転慣性が小さくなったところで、主に排気行程にある気筒の排気弁の動作を停止させて、その圧縮圧力によりエンジン回転にブレーキをかけるようにしたものであり、その際に、エンジン回転速度やその低下の度合いを検出し、これに応じて前記排気弁の動作を停止するタイミングや停止期間を調整することで、つまり、エンジンの回転慣性力に応じてブレーキの強さを加減することで、停止位置を調整するようにしたものである。
実開昭６０−１２８９７５号公報 特表２００３−５１７１３４号公報

しかしながら、前記従来例（特許文献１、２）に開示されるエンジン停止方法は、いずれも停止直前のエンジンにその回転と逆方向の力を１回ないし２回加えて、直ちに停止させるというものであり、このようにエンジンを急停止させることから比較的大きなショックが発生して、運転者に違和感を与える虞れがあるし、ピストン停止位置の制御精度についても十分とは言えないという難がある。すなわち、前者の従来例では制動機構として自動変速機の油圧クラッチ等を利用しているので、これを締結した瞬間にショックが発生する可能性が高く、また、油圧の応答遅れによるクラッチ等の作動タイミングのずれがそのままピストン停止位置のずれとして反映されることになる。

また、後者の従来例では、要するに気筒の圧縮反力によってエンジン回転に急ブレーキをかけるものなので、その反動によって大きな揺り返しが発生する虞れがあるし、１、２回のブレーキでエンジンを止めようとしているので、このブレーキの強さをエンジン回転速度やその低下の度合いに応じて加減するようにしていても、停止位置が多少、ずれてしまうのはやむを得ないと言える。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、アイドル時にエンジンを自動停止し、また、再始動するようにした始動装置において、エンジン停止時の吸気系の制御手順に工夫を凝らし、燃料の供給停止後に惰性で回転するエンジンをスムーズに停止させるとともに、その停止位置を従来よりも高精度に制御できるようにすることにある。

前記の目的を達成するために、本願の発明者らは、燃料供給停止後のエンジン回転速度の変化に着目して鋭意実験・研究を行った結果、エンジンが停止するまでの停止動作期間に各気筒が順次、圧縮上死点（ＴＤＣ）を通過するときの回転速度（上死点回転速度）とピストン停止位置との間に明確な相関関係があることを見出して、本願発明を完成するに至った。

すなわち、エンジンの停止動作期間において計測される複数回の上死点回転速度がそれぞれ或る特定の回転速度範囲に収まっていれば、エンジン停止後の膨張行程気筒におけるピストンの停止位置は再始動に好適な所定範囲に入るということが分かったので、本願発明では燃料供給の停止後に各気筒の上死点回転速度を順次、検出し、この検出値に基づいて遅くとも最後のＴＤＣを通過するまでに、上死点回転速度が前記特定の回転速度範囲に入るよう、エンジン回転速度の低下する軌跡を徐々に調整するようにしたものである。

より具体的には、請求項１の発明は、停止している多気筒エンジンの少なくとも膨張行程にある気筒内に燃料を噴射供給し、点火、燃焼させることにより、始動モータを用いずに再始動するようにしたエンジンの始動装置を対象として、まず、エンジンの吸気通路の下流側を各気筒毎に分岐させて互いに独立の分岐吸気通路とし、この分岐吸気通路に個別に吸気量調整弁の弁体を配設した。その上で、運転中の前記エンジンの各気筒への燃料供給を停止することにより、該エンジンを停止させるエンジン停止手段と、このエンジン停止手段による燃料供給の停止後に、前記吸気量調整弁を全閉から所定量開いた状態に制御する吸気制御手段と、前記した燃料供給の停止によってエンジン回転速度が低下する過程で各気筒が順次、圧縮上死点を通過するときのエンジン回転速度をそれぞれ検出する回転速度検出手段と、この回転速度検出手段によって検出された上死点回転速度に基づいて、その後に検出される上死点回転速度がエンジン停止後のピストン位置と相関のある特定の回転速度範囲に収まるように、前記吸気量調整弁の開度を補正する吸気補正制御手段と、を備える構成とする。

前記の構成により、エンジンの運転中にエンジン停止手段により各気筒への燃料供給が停止されると、吸気制御手段により吸気量調整弁の制御が行われて、各気筒毎の分岐吸気通路に設けられている弁体が全閉から所定量開いた状態とされる。このことで、一時的に吸気負圧が減少（吸気圧は上昇）し、各気筒への吸入空気量が増大するので、十分な掃気が行われるとともに、エンジンの停止時に各々圧縮及び膨張行程になる気筒の空気量が多くなり、その圧縮反力のバランスによってピストンが行程中央部寄りに停止することになる。

また、エンジン回転速度が低下する過程で各気筒が順次、圧縮上死点（ＴＤＣ）を通過するときの回転速度がそれぞれ回転速度検出手段により検出され、この上死点回転速度に基づいて、吸気補正制御手段により前記吸気量調整弁の開度が補正される。すなわち、上述したように、上死点回転速度が或る特定の回転速度範囲に収まっていれば、ピストン停止位置は再始動に好適な所定範囲に入るので、例えば、上死点回転速度が前記特定回転速度範囲の下限よりも低ければ、吸気量調整弁の開度を開き側に補正して各気筒のポンプ仕事を減らすことにより、エンジン回転の落ち具合を緩やかにすればよく、一方、上死点回転速度が特定回転速度範囲の上限よりも高ければ、吸気量調整弁の開度を閉じ側に補正して各気筒のポンプ仕事を増やすことにより、回転落ちを大きくすればよいのである。

そのように吸気量調整弁の開度を補正して、エンジン回転速度の低下の度合いを少しずつ修正することで、上死点回転速度は徐々に前記特定回転速度範囲に近づいて行き、遅くとも最後のＴＤＣを通過するまでにはその範囲に入ることになる。そして、そうなれば、その最後のＴＤＣを越えた後はエンジン回転にブレーキをかける必要もなく、自然に停止させるだけで、膨張行程気筒のピストンが再始動に適した位置に停止することになる。

つまり、本願発明では、エンジン停止動作期間中の上死点回転速度とピストン停止位置との相関関係に着目し、その上死点回転速度の検出値に基づいて吸気量調整弁の開度を制御することにより、エンジン回転速度の低下する軌跡を徐々に所望のものに収束させ、これによりエンジンをスムーズに停止させながら、その停止位置を正確に制御することができる。

前記した請求項１の発明において、吸気制御手段は、エンジン停止後に各々膨張行程及び圧縮行程になる気筒の吸気量が増大するように所定のタイミングで吸気量調整弁を開くとともに、該膨張行程になる気筒の吸気量が圧縮行程になる気筒よりも多くなるように所定のタイミングで吸気量調整弁を閉じるものとするのが好ましい（請求項２の発明）。

すなわち、吸気系における吸気の輸送遅れを考慮した所定のタイミングで吸気量調整弁を開閉することで、停止後に各々圧縮及び膨張行程になる気筒にそれぞれ所要量の空気を吸入させることができ、該膨張行程になる気筒の圧縮反力が圧縮行程になる気筒よりも適度に大きくなるようにすれば、当該膨張行程気筒のピストンが行程中央部よりもやや下死点寄りに停止する確率が高くなる。

その場合に、吸気補正制御手段は、吸気制御手段によって一旦、閉じられた吸気量調整弁を上死点回転速度に基づいて開閉制御するものとし、例えば、上死点回転速度が特定回転速度範囲の下限よりも低いときに吸気量調整弁を開き側に制御する一方、上死点回転速度が特定回転速度範囲の上限よりも高いときには吸気量調整弁を閉じ側に制御するものとすればよい（請求項３の発明）。

また、前記エンジン停止手段は、エンジンがアイドル運転を含む低負荷低回転の所定運転領域にあって且つ所定の停止条件が成立したときに、各気筒への燃料供給を停止するものとし、一方、吸気制御手段は、エンジンが前記低負荷低回転の所定運転領域にあって且つ前記停止条件が成立していなければ、吸気量調整弁を全閉に近い所定開度になるように制御する一方、前記停止条件の成立に伴い前記エンジン停止手段によって燃料供給が停止されれば、前記吸気量調整弁を前記所定開度から開く側に制御するものとすればよい（請求項４の発明）。

すなわち、エンジンの負荷及び回転速度等の状態が自動停止に適したものであっても、例えばエアコン（空調装置）の作動時のようにエンジンの停止が好ましくない状況下であれば、該エンジンの停止条件は成立せず、このときには吸気制御手段によって吸気量調整弁が全閉に近い所定開度になるように制御されるとともに、これにより各気筒に吸入される少量の吸気に見合うように（例えば理論空燃比かそれよりもややリッチになるように）少量の燃料が噴射供給されて、エンジンのアイドル運転が継続される。そして、自動停止の条件が成立すれば、燃料供給が停止されるとともに前記吸気量調整弁が開かれることになる。

また、前記吸気補正制御手段は、エンジン停止手段による燃料供給の停止からエンジンが停止するまでの停止動作期間において、この期間に各気筒が通過する全上死点数の略半数を通過した後に、回転速度検出手段により検出される上死点回転速度に基づいて、吸気量調整弁の開度を補正するものとするのが好ましく（請求項５の発明）、例えば、エンジンの停止動作期間に通過する全ての上死点のうち、エンジン停止前の最後の上死点から逆順に数えて５番目の上死点以降の上死点回転速度に基づいて、吸気量調整弁の開度を補正するようにすればよい（請求項６の発明）。

これは、燃料供給停止直後のエンジン回転速度が比較的高い間は、その回転速度のばらつきが大きいので、そのときの上死点回転速度の検出値に基づいて吸気量調整弁の補正を行うのは誤制御の虞れがあり、好ましくないからである。

なお、前記エンジンの各気筒毎の分岐吸気通路の上流端はサージタンクに連通していることが好ましい（請求項７の発明）。こうすれば、分岐吸気通路における吸気の脈動がサージタンクにおいて吸収され、気筒間干渉が抑制されるので、エンジン停止動作期間における各気筒の吸気効率が向上し、掃気性がさらに高まるからである。

ところで、上述の請求項１〜７の発明では、エンジン停止動作期間の吸気量の調整を、各気筒毎の分岐吸気通路に弁体が個別に配置された多連型の吸気量調整弁により行うようにしているが、これに限るものではない。すなわち、本願請求項８の発明は、前記請求項１の発明と同様のエンジンの始動装置を対象として、まず、エンジンの各気筒に連通する吸気通路に該気筒への吸気流量を調整可能な吸気流量調整機構を設ける。そして、運転中のエンジンの各気筒への燃料供給を停止することにより、該エンジンを停止させるエンジン停止手段と、このエンジン停止手段による燃料供給の停止後に、各気筒への吸気流量が燃料供給停止前に比べて増大するように前記吸気流量調整機構を制御する吸気制御手段と、前記した燃料供給の停止によってエンジン回転速度が低下する過程で各気筒が順次、圧縮上死点を通過するときのエンジン回転速度をそれぞれ検出する回転速度検出手段と、この回転速度検出手段によって検出された上死点回転速度に基づいて、その後に検出される上死点回転速度がエンジン停止後のピストン位置と相関のある特定の回転速度範囲に収まるように、前記吸気量量調整機構を補正制御する吸気補正制御手段と、を備える構成とする。

この構成によれば、前記多連型の吸気量調整弁の代わりに、エンジンの吸気通路に設けられた吸気流量調整機構を作動させることで、請求項１の発明と同様の作用効果を得ることができる。そして、その吸気流量調整機構としては、例えば各気筒の吸気弁のリフト量を変更する周知の可変動弁機構を採用すればよく（請求項９の発明）、或いは、各気筒に共通の吸気通路に弁体が配設された一般的なスロットル弁（吸気量調整弁）を用いることもできる（請求項１０の発明）。但し、そのような一般的なスロットル弁は吸気通路の上流側に配設されるため、これを用いる場合には特に吸気を絞る側（気筒の吸気量を減少させる側）への応答遅れが大きくなり易い。従って、その場合には、吸気補正制御手段は、回転速度検出手段により検出された上死点回転速度が特定回転速度範囲の下限よりも低いときに、前記吸気量調整弁の開度を開き側に補正する制御のみを行うものとする。

以上、説明したように、本願の請求項１〜１０の発明に係るエンジンの始動装置によると、アイドル時にエンジンを自動停止し、また、再始動するようにしたシステムにおいて、燃料供給の停止後にエンジンが惰性で数回転する間に各気筒が順次、圧縮上死点（ＴＤＣ）を通過するときのエンジン回転速度（上死点回転速度）と、エンジン停止後の各気筒におけるピストン停止位置と、の間に明確な相関関係があることに着目して、その上死点回転速度の検出値に基づいて吸気の制御を行い、これによりエンジン回転の落ち具合を少しずつ修正して、遅くとも最後のＴＤＣを通過するまでに上死点回転速度が或る特定の回転速度範囲に入るように、エンジン回転速度の低下する軌跡を修正することで、この軌跡に沿ってエンジンをスムーズに停止させながら、停止後の膨張行程気筒においてピストンを再始動に好適な所定範囲に正確に停止させることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

−エンジン制御システムの概略構成−
図１及び図２は、本発明に係るエンジン始動装置を含むエンジン制御システムの実施形態を示し、このエンジンシステムＥは、シリンダヘッド１０及びシリンダブロック１１を備えたエンジン１と、該エンジン１を制御するためのＥＣＵ２（エンジンコントローラ）とを備えている。前記エンジン１には、図２に示すように４つの気筒１２Ａ〜１２Ｄが設けられていて、該各気筒１２Ａ〜１２Ｄの内部には、図１に示すように、クランク軸３に連結されるピストン１３がそれぞれ嵌挿され、これにより、前記各気筒１２Ａ〜１２Ｄ内部でピストン１３の上方には燃焼室１４が形成されている。

ここで、一般的に、多気筒４サイクルエンジンにおいては、各気筒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燃焼サイクルを行うようになっており、この実施形態の４気筒エンジンの場合、気筒列方向一端側から１番気筒１２Ａ、２番気筒１２Ｂ、３番気筒１２Ｃ、４番気筒１２Ｄと呼ぶと、図５(e)に示すように、１番気筒（＃１）、３番気筒（＃３）、４番気筒（＃４）、２番気筒（＃２）の順にクランク角で１８０度ずつの位相差をもって燃焼が行われるようになっている。

前記各気筒１２Ａ〜１２Ｄのそれぞれの燃焼室１４の頂部には、該燃焼室１４内の混合気に点火して燃焼させるための点火プラグ１５が設けられていて、それらの各点火プラグ１５先端の電極が前記燃焼室１４内に臨むように配置されている。また、前記燃焼室１４の側方（図１の右方向）には、該燃焼室１４内に燃料を直接、噴射する燃料噴射弁１６が設けられていて、該燃料噴射弁１６は、前記点火プラグ１５の電極付近に向かって燃料を噴射するように噴射方向が調整されている。ここで、前記燃料噴射弁１６は、図示しないニードル弁及びソレノイドを内蔵しており、前記ＥＣＵ２からのパルス信号の入力によりそのパルス幅に対応する時間だけ開弁駆動されて、その駆動時間に応じた量の燃料を各気筒１２Ａ〜１２Ｄ内に噴射するように構成されている。なお、前記燃料噴射弁１６には、図示しない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るようになっていて、前記エンジンシステムＥには、その燃料供給圧が圧縮行程での燃焼室１４内の圧力よりも高くなるように燃料供給系統が構成されている。

また、前記各気筒１２Ａ〜１２Ｄの燃焼室１４の上部には、該燃焼室１４に向かって開口する吸気ポート１７及び排気ポート１８が設けられていて、これらのポート１７，１８に吸気弁１９及び排気弁２０がそれぞれ配設されている。これらの吸気弁１９及び排気弁２０は、図示省略のカムシャフト等からなる動弁機構により駆動され、上述のとおり、各気筒１２Ａ〜１２Ｄが所定の位相差をもって燃焼サイクルを行うように、該各気筒毎の吸・排気弁の開閉タイミングが設定されている。

そして、前記吸気ポート１７及び排気ポート１８にそれぞれ連通するように吸気通路２１及び排気通路２２が設けられており、図２に示すように、前記吸気ポート１７に近い吸気通路２１の各気筒１２Ａ〜１２Ｄ毎の分岐吸気通路２１ａには、それぞれの通路断面積を絞るようにスロットル弁２３が設けられている。すなわち、前記吸気通路２１は、サージタンク２１ｂの下流に気筒別の分岐吸気通路２１ａを有していて、該分岐吸気通路２１ａのそれぞれの下端部が各気筒の吸気ポート１７に連通している。そして、前記各分岐吸気通路２１ａに個別に配設されたスロットル弁２３の弁体が共通のアクチュエータ２４により駆動されて、該各分岐吸気通路２１ａを同時に絞り調節する多連型のロータリバルブ（マルチスロットル）となっている。

なお、前記吸気通路２１におけるサージタンク２１ｂの上流の共通吸気通路２１ｃ（図２にのみ示す）には、吸入空気量を検出するエアフローセンサ２５が配設されており、一方、サージタンク２１ｂ下流の分岐吸気通路２１ａの少なくとも１つには、スロットル弁２３の下流側の吸気圧力（負圧）を検出する吸気圧センサ２６が配設されている。

また、前記エンジンシステムＥには、前記クランク軸３の回転角を検出する２つのクランク角センサ３０，３１が設けられており、一方のクランク角センサ３０（回転速度検出手段）からの信号によってエンジン回転速度を求めるとともに、詳しくは後述するが、それら２つのクランク角センサ３０，３１から出力される互いに位相のずれたクランク角信号によって、前記クランク軸３の回転方向及び回転角度を検出するようになっている。さらに、このエンジンシステムＥには、カムシャフトの特定の回転位置を検出して気筒識別信号として出力するカム角センサ３２、エンジン冷却水の温度（エンジン水温）を検出する水温センサ３３、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３４等が配設されている。

前記ＥＣＵ２は、前記各センサ２５，２６，３０〜３４からの信号を受け、前記燃料噴射装置１６に対して燃料噴射量及びその噴射時期を制御する信号を出力するとともに、点火プラグ１５の点火装置２７に対して点火時期を制御する信号を出力し、さらに前記スロットル弁２３のアクチュエータ２４に対してスロットル開度を制御する信号を出力する。そして、以下に詳述するが、前記ＥＣＵ２は、アイドル時において所定のエンジン停止条件が成立したときに、各気筒１２Ａ〜１２Ｄへの燃料供給を停止して（燃料カット）自動的にエンジンを停止させるとともに、その後、運転者のアクセル操作等により所定のエンジン再始動条件が成立したときには、自動的にエンジン１を再始動させるようになっている。

具体的に、前記エンジン１の再始動時には始動モータの力を借りることなく、エンジン１をそれ自体の力のみで始動させるのであるが、この実施形態では、まず、ピストン１３が圧縮行程の途中で停止している気筒１２で初回の燃焼を行わせて、そのピストン１３を押し下げることによりクランク軸３を少しだけ逆転させ、これにより膨張行程にある気筒１２のピストン１３を一旦、上昇させて、その気筒１２内の混合気を圧縮する。そして、その上で該膨張行程気筒１２の混合気に点火して燃焼させることにより、クランク軸３に正転方向のトルクを与えて、エンジン１を始動するようにしている。

そのように、エンジン１をそれ自体の力のみによって始動させるためには、前記した膨張行程気筒１２の燃焼によってクランク軸３にできるだけ大きな正転方向のトルクを与え、これにより、続いて圧縮上死点（以下、ＴＤＣと略称）を迎える気筒１２がその圧縮反力に打ち勝ってＴＤＣを越えるようにしなければならない。従って、エンジン１の確実な始動のためには膨張行程の途中で停止している気筒１２内に燃焼のための空気を十分に確保しておく必要がある。

ここで、エンジン１の停止時に各々膨張行程及び圧縮行程になる気筒１２，１２（以下、各々停止時膨張行程気筒、停止時圧縮行程気筒ともいう）では、図３に示すように互いに位相が１８０°ずれていて、ピストン１３が逆相に作動するので、膨張行程気筒１２のピストン１３が行程中央部よりも下死点（以下、ＢＤＣと略称）寄りに停止していれば、その気筒１２内の空気量は多くなって燃焼により大きなトルクが得られるものの、該ピストン１３をあまりＢＤＣ寄りに停止させると、圧縮行程気筒１２の空気量が少なくなり、エンジン１の逆転のためのトルクが十分に得られなくなる。

この点、前記膨張行程気筒１２のピストン１３を行程中央部から多少、ＢＤＣ寄りの所定範囲Ｒ（図例ではＡＴＤＣ１００〜１２０°ＣＡ）内に停止させれば、圧縮行程気筒１２に適量の空気が存在して、ここでの初回の燃焼による逆転作動が可能であり、しかも、膨張行程気筒１２の空気量が多くなるので、ここでの燃焼によるトルクを十分に大きくして、始動性を確保することができる。

そこで、アイドル時にエンジン１を自動停止させるときには、まず、各気筒１２Ａ〜１２Ｄの掃気が十分に行われるように、アイドル回転速度よりもやや高い所定回転速度で燃料カットを行うとともに、その後、惰性で回転するエンジン１が停止するまでの間（以下、停止動作期間ともいう）の所定期間、スロットル弁２３を開いて、予め設定した開度になるように制御し、これにより前記停止時圧縮行程気筒１２及び停止時膨張行程気筒１２へそれぞれ吸入される空気量が十分に多くなるとともに、特に膨張行程気筒１２の空気量が多くなって、その空気の圧縮反力が圧縮行程気筒１２よりも大きくなるようにする。こうすると、２つの気筒１２で相互に逆向きに作用する圧縮反力のバランスによって、膨張行程気筒１２のピストン１３が行程中央部から多少、下死点（ＢＤＣ）寄りに停止することになる。

その上さらに、詳しくは後述するが、前記エンジン停止動作期間において次第に低下するエンジン回転速度をクランク角センサ３０，３１からの信号により検出し、これに基づいてスロットル弁２３の開度を補正することで、惰性で回転するエンジン１のポンプ仕事量を増減させて、エンジン回転速度の低下の度合いを調整する。こうすることで、エンジン回転速度の低下する軌跡を修正し、この軌跡に沿ってエンジン１を自然に停止させることにより、膨張行程気筒１２のピストン１３を前記所定範囲Ｒ内に停止させることができる。

−エンジンの停止制御−
次に、前記ＥＣＵ２によるエンジン停止の制御について図４〜８を参照して説明する。なお、図４は停止制御の手順を示すフローチャート図であり、図５は、エンジン停止動作期間におけるエンジン回転速度、クランク角及び各気筒１２Ａ〜１２Ｄの行程の変化を互いに対応づけて示すとともに、その間に行われるスロットル開度の制御と、これによる吸気圧力（吸気管負圧）の変化とを模式的に示す説明図である。

また、図６は、前記停止動作期間において徐々に回転が低下するエンジン１のＴＤＣ回転速度（後述）と、停止後の膨張行程気筒１２におけるピストン停止位置との相関関係を示す図であり、図７は特に停止前の最後から２番目のＴＤＣについて拡大して示すものである。さらに、図８は、停止動作期間においてアップダウンを繰り返しながら徐々に低下するエンジン回転速度の軌跡を、スロットル弁２３の制御によって修正する様子を示す説明図である。

まず、前記図５(a)に示すように、エンジン１の運転中に所定の設定回転速度（図例では８００ｒｐｍ）で燃料カットが行われると（時刻ｔ０）、そのときにクランク軸３やフライホイール等の運動部分が有する運動エネルギーが機械的な摩擦や各気筒１２Ａ〜１２Ｄのポンプ仕事によって消費されることで、エンジン回転速度が徐々に低下し、エンジン１は惰性で数回転した後に停止することになる。詳しくは、そのようにエンジン１が惰性で回転する間、エンジン回転速度は、微視的には各気筒１２Ａ〜１２Ｄの圧縮上死点（ＴＤＣ）を迎える毎に一時的に大きく落ち込み、ＴＤＣを越えると再び上昇する、というようにアップダウンを繰り返しながら低下して行く。そして、例えば図示の如く約８００ｒｐｍで燃料カットした場合には、通常はＴＤＣを８、９回越えて、その最後のＴＤＣを越えた後に（時刻ｔ３）、その次のＴＤＣを越えることができなくなって、停止に至る（時刻ｔ４〜ｔ６）。

すなわち、前記の如くＴＤＣを越えることができずに圧縮行程に留まる気筒１２（図の＃１気筒１２Ａ）では、慣性力によるピストン１３の上昇に伴い空気圧が高まり、その圧縮反力によってピストン１３が一旦、停止（時刻ｔ４）した後に、ＢＤＣに向かって押し返される。これによりクランク軸３は逆転し、同図(a)に示すようにエンジン回転速度が負値になるが、そうすると、今度は膨張行程にある気筒１２（前記最後のＴＤＣを越えて膨張行程に移行した気筒であり、図例では＃２気筒１２Ｂ）の空気圧が上昇して、ピストン１３にＢＤＣ側への圧縮反力が作用し、この圧縮反力によって該膨張行程気筒１２のピストン１３が一旦、停止（時刻ｔ５）した後に、ＢＤＣに向かって押し返される。こうしてクランク軸３は再び正転し、エンジン回転速度は正値に戻る。

そのように、圧縮行程気筒１２及び膨張行程気筒１２のピストン１３にそれぞれ逆向きに作用する圧縮反力によって、各気筒１２Ａ〜１２Ｄのピストン１３はそれぞれ数回、往復作動した後に停止することになるが（時刻ｔ６）、その停止位置は、前記圧縮及び膨張行程気筒１２の圧縮反力のバランスによって概略決定されるとともに、エンジン１の摩擦等の影響を受けて、停止前に最後にＴＤＣを越えたときのエンジン１の回転慣性、即ち最後にＴＤＣを越えたときのエンジン回転速度の高低によっても変化することになる。

従って、エンジン停止時に膨張行程気筒１２のピストン１３を再始動に適した所定範囲Ｒ内に停止させるためには、まず、その気筒１２及び停止時圧縮行程気筒１２の圧縮反力がいずれも十分に大きくなり、且つ膨張行程気筒１２の圧縮反力が圧縮行程気筒１２よりも所定以上、大きく適切なバランスとなるように、両方の気筒１２への吸入空気量を調節する必要がある。このために、この実施形態では、図５(c)に示すように燃料カット後の所定の期間、スロットル弁２３を開いて（時刻ｔ１〜ｔ２）、同図(d)に示すように一時的に吸気管負圧を減少（吸気量は増大）させることにより、停止時の圧縮及び膨張行程気筒１２にそれぞれ所要量の空気が吸入されるようにしている。

しかしながら、実際のエンジン１ではスロットル弁２３自体や吸気ポート１７、分岐吸気通路２１ａ等の形状に個体ばらつきがあり、それらを流通する空気流の挙動が変化することもあって、エンジン１の停止動作期間に各気筒１２Ａ〜１２Ｄに流入する空気の量には或る程度のばらつきを生じるから、上述のようなスロットル弁２３の開閉制御を行ったとしても、それだけではエンジン停止時に圧縮行程や膨張行程になる気筒１２のピストン停止位置を正確に目標とする範囲Ｒ内に収めるることは難しい。

この点につき、本願発明では、図６に一例を示すように、停止動作期間においてエンジン回転速度が徐々に低下する過程で、各気筒１２Ａ〜１２Ｄが順次、ＴＤＣを通過するときのエンジン回転速度（請求項に記載の上死点回転速度であり、以下、ＴＤＣ回転速度ともいう）と、エンジン停止後に膨張行程にある気筒１２のピストン停止位置と、の間には明確な相関関係があることに着目した。そして、前記図５(a)に示すように、エンジン回転速度が低下する過程で１８０°ＣＡ毎のＴＤＣ回転速度をそれぞれ検出し、この検出値に応じてスロットル弁２３の開度を制御することにより、エンジン回転速度の落ち具合を少しずつ調整するようにした。

詳しくは、前記図６は、上述の如くエンジン回転速度が略８００ｒｐｍのときに燃料カットを行い、その後の所定期間、スロットル弁２３を開状態に維持するようにして、惰性で回転するエンジン１の各気筒１２Ａ〜１２ＤがＴＤＣを越える度に、そのときのエンジン回転速度（ＴＤＣ回転速度）を計測するとともに、そうして停止した後の膨張行程気筒１２のピストン位置を調べて、このピストン位置を縦軸に、また、前記ＴＤＣ回転速度を横軸に取って、両者の関係を表したものである。このような作業を所定回数、繰り返すことで、エンジン停止動作期間におけるＴＤＣ回転速度と停止後の膨張行程気筒１２におけるピストン停止位置との間の相関関係を表す分布図が得られる。

図の例では、エンジン停止前の最後のＴＤＣを越えるときの回転速度は示されておらず、燃料カット直後のＴＤＣ回転速度（図例では最後から数えて９番目のもの）から最後の１つ前のＴＤＣ回転速度（最後から数えて２番目のもの）までのデータが示されている。この最後から９〜２番目のＴＤＣ回転速度は、それぞれ一塊りとなって分布しており、特に図示の６〜２番目のものにおいて明らかなように、ＴＤＣ回転速度が或る特定の範囲（図に斜線を入れて示す範囲）にあれば、ピストン停止位置が再始動に好適な範囲Ｒ（ＡＴＤＣ１００〜１２０°ＣＡ）に入ることが分かる。

より詳しくは、最後から２番目のＴＤＣ回転速度の分布のみを拡大して図７に示すと、図の例では、ＴＤＣ回転速度は大体、２８０〜３８０ｒｐｍの範囲にあり、約３２０ｒｐｍを境にして、それよりも低回転側ではＴＤＣ回転速度の低下に伴いピストン停止位置が徐々にＴＤＣ寄りに変化している。一方、３２０ｒｐｍ以上の高回転側では、ピストン停止位置はＴＤＣ回転速度に依らず概ね一様であり、ばらつきはあるものの大体、ＡＴＤＣ１００〜１２０°ＣＡの範囲Ｒに入っていることが分かる。このような特徴的な分布傾向が現れるのは、エンジン停止時の膨張行程気筒１２及び圧縮行程気筒１２にそれぞれ十分な量の空気が充填されており、この空気の圧縮反力によってピストン停止位置が行程中央部寄りに集まることによると考えられる。なお、３２０ｒｐｍ以下で右上がりの分布となっているのは、気筒１２内で往復動するピストン１３がＴＤＣ側で反転した後、摩擦等により減速されて行程中央部まで戻ることができずに停止したものと考えられる。

一方、仮に燃料カット後にスロットル弁２３の開作動を行わず、これを閉じたままにした場合には、同図に破線で示すような一様に右上がりの分布状態になり、ＴＤＣ回転速度の高低に応じてピストン停止位置が変化することが分かる。これは、スロットル弁２３を閉じたままにすると、図５(d)に仮想線で示すように吸気の圧力が低い（吸気管負圧が大きい）ままになり、停止後に各々膨張行程及び圧縮行程になる気筒１２，１２の圧縮圧力が小さくなることから、ピストン停止位置がエンジン回転速度（回転慣性）と摩擦との影響を相対的に強く受けることになるからである。

前記の如く、膨張行程気筒１２のピストン１３がエンジン１の再始動に好適な所定範囲Ｒに停止することになるＴＤＣ回転速度の特定の範囲（特定回転速度範囲）を、以下、この明細書では適正回転速度範囲と呼ぶものとする。この範囲はエンジン１の構造や仕様等によって異なり、実験的に求めらるものである。そして、前記ＴＤＣ回転速度とピストン停止位置との相関関係から、燃料カット後のエンジン停止動作期間において徐々に低下するエンジン回転速度の落ち具合を少しずつ調整して、最後のＴＤＣを迎えるまでにＴＤＣ回転速度が前記適正回転速度範囲に収まるようにすれば、その後、エンジン回転に急ブレーキをかける必要もなく、自然に停止させるだけで、膨張行程気筒のピストン１３を再始動に適した範囲Ｒ内に停止させることができる。

そこで、この実施形態では、図８に示すように、エンジン回転速度がアップダウンを繰り返しながら徐々に低下するときに、各気筒１２Ａ〜１２Ｄ毎のＴＤＣ回転速度をそれぞれ検出し、この検出値と前記適正回転速度範囲とを比較して、両者の速度偏差に応じてスロットル弁２３を開閉するようにしている。例えば、同図に仮想線で示すようにエンジン回転速度の低下の軌跡ＮＥが理想的な軌跡ＮＥ^*（図に実線で示す）よりも低回転側にずれていて、最後から５番目と４番目のＴＤＣにおいてＴＤＣ回転速度が適正な範囲（図に斜線を入れて示す範囲）の下限よりも低いことが検出されれば、これに応じてスロットル弁２３が開かれる（ＴＶＯ）。

そのスロットル弁２３の開作動によって各気筒１２Ａ〜１２Ｄのポンプ仕事が減少し、これによりエンジン回転速度の軌跡が高回転側に移動して行って、遅くとも最後のＴＤＣを通過するまでに適正回転速度範囲に収まるようになれば、その時点でクランク軸３やフライホイール、或いはピストン１３、コネクティングロッド等の運動部分が有する運動エネルギーや圧縮行程気筒１２の高圧空気が有する位置エネルギー等が、その後に作用する摩擦等と見合うものになるので、エンジン１の停止時に膨張行程にある気筒１２のピストン１３は前記の再始動に適した範囲Ｒ内に停止することになるのである。

次に、上述したエンジン停止制御の具体的な手順を図４のフローチャートに基づいて説明すると、このフローはエンジン運転中の所定のタイミングでスタートして（ＳＴＡＲＴ）、ステップＳＡ１ではアイドルストップの条件が成立したか否かの判定を行う。この判定は、車速、ブレーキの作動状況、エンジン水温等に基づいて行うもので、例えば車速が所定速度よりも小さく、ブレーキが作動していて、エンジン水温が所定範囲内にあり、さらにエンジン１を停止させることに特に不都合のない状況であれば、アイドルストップ条件が成立したものとする。

前記ステップＳＡ１でアイドルストップ条件が成立したとき（ＹＥＳの場合）には、続くステップＳＡ２で、いずれか１つの気筒１２（図４のフローでは１番気筒１２Ａ又は４番気筒１２Ｄ）を特定して、エンジンを停止させる所定の条件が成立したかどうかの判定を行う。すなわち、エンジン回転速度が燃料カットの設定回転速度（この実施形態では略８００ｒｐｍ）であるかどうか、前記特定した気筒１２が予め設定した行程（例えば吸気行程）にあるかどうか等を判定する。そして、全ての条件が成立してＹＥＳと判定されれば、ステップＳＡ３に進み、各気筒１２Ａ〜１２Ｄへの燃料噴射を停止する（燃料ｃｕｔ）。

続いて、ステップＳＡ４においてスロットル弁２３を設定開度になるように開いて（スロットルｏｐｅｎ）、続くステップＳＡ５でエンジン回転速度が所定回転速度（図５の時刻ｔ２におけるエンジン回転速度）以下と判定されるまでその状態を保ち、所定回転速度以下になれば（前記ステップＳＡ５でＹＥＳの場合）ステップＳＡ６に進んで、スロットル弁２３を閉じる（スロットルｃｌｏｓｅ）。このようにエンジン回転速度に応じてスロットル弁２３を開閉することによって、図５(c)(d)に示すように停止時膨張行程気筒１２（図例では＃２気筒１２Ｂ）及び停止時圧縮行程気筒１２（図例では＃１気筒１２Ａ）への吸気量が増大し、且つ該停止時膨張行程気筒１２への吸気量が停止時圧縮行程気筒１２よりも多くなるので、該停止時膨張行程１２のピストンを概ね行程中央部よりもＢＤＣ寄りに停止させることができる。

続いてステップＳＡ７では、クランク角センサ３０からの信号により求められるＴＤＣ回転速度が適正回転速度範囲にあるかどうか判定して（ＴＤＣ時の回転速度が所定範囲内？）、判定がＹＥＳでＴＤＣ回転速度が適正回転速度範囲にあれば、ステップＳＡ８に進んで、今度はＴＤＣ回転速度が所定値Ａ以下かどうか判定する。この所定値Ａは、予め実験的にエンジン停止前の最後のＴＤＣ回転速度に対応づけて設定したものであり、前記ステップＳＡ７で求めたＴＤＣ回転速度が所定値Ａ以下ならば（判定がＹＥＳの場合）、エンジン１はその次のＴＤＣを越えることができず、停止することになるから、後述のステップＳＡ１１に進む一方、ＴＤＣ回転速度が所定値Ａよりも高ければ（判定がＮＯの場合）、エンジン１はさらに次のＴＤＣを越えることになるから、前記ステップＳＡ７にリターンする。

また、前記ステップＳＡ７において、ＴＤＣ回転速度が適正回転速度範囲にないと判定された場合（ＮＯの場合）には、ステップＳＡ９に進み、ＴＤＣ回転速度と適正回転速度範囲との間の回転速度の偏差に基づいてスロットル弁２３の開度を算出する。そして、その開度になるようにステップＳＡ１０でスロットル弁２３のアクチュエータ２４を駆動して（スロットル駆動）、前記ステップＳＡ８に進む。すなわち、例えばＴＤＣ回転速度が適正回転速度範囲の上限よりも高いときには、スロットル弁２３を閉じる側に駆動して各気筒１２Ａ〜１２Ｄのポンプ仕事量を増大させることで、エンジン回転速度の低下の度合いを大きくする。反対に、ＴＤＣ回転速度が適正回転速度範囲の下限よりも低いときには、スロットル弁２３を開く側に駆動して各気筒１２Ａ〜１２Ｄのポンプ仕事量を減らすことで、エンジン回転速度の低下の度合いを緩やかにする。

こうしてスロットル弁２３の開度を補正することで、図５(a)や図８に示すようにアップダウンを繰り返しながら徐々に低下するエンジン回転速度の軌跡を高回転側又は低回転側のいずれかにシフトさせて、徐々に所望の軌跡（図８に実線で示す）に近づけて行き、遅くとも最後のＴＤＣまでには適正回転速度範囲に収めることができる。こうすれば、その後、自然に停止するエンジン１の膨張行程気筒１２においてピストン１３が再始動に好適な所定位置に停止することになる。

そうして、エンジン１が最後のＴＤＣを越えて、そのときのＴＤＣ回転速度が所定値Ａ以下になれば、ステップＳＡ８においてＹＥＳと判定されてステップＳＡ１１に進み、今度はエンジン１が完全に停止したかどうか判定する。すなわち、停止時に各々膨張行程及び圧縮行程にある気筒１２，１２の相互に逆向きの圧縮反力によって、クランク軸３が正転及び逆転を数回、繰り返した後に静止したことを判定する。そして、この判定がＹＥＳになって、エンジン１の停止が確認されれば、ステップＳＡ１２に進んで、後述する停止位置検出ルーチンにより膨張行程にある気筒１２のピストン停止位置を検出し、これをＥＣＵ２のメモリに記憶して、エンジン停止制御を完了する（ＥＮＤ）。

ここで、前記したように、エンジン１が完全に停止する直前にはクランク軸３が正逆両方に数回、回動するので、クランク角センサ３０からの信号をカウントするのみではピストン停止位置を検出することはできない。そこで、この実施形態では、２つのクランク角センサ３０，３１から出力される互いに位相のずれたクランク角信号に基づいて、以下のようにクランク軸３の回転方向及び回転角度を検出し、これによりピストン停止位置を検出するようにしている。

図９は、ピストンの停止位置を検出する手順を示すフローチャートであり、このフローがスタートすると、ステップＳＣ１で、第１クランク角信号ＣＡ１（第１クランク角センサ３０からの出力信号）及び第２クランク角信号ＣＡ２（第２クランク角センサ３１からの出力信号）に基づいて、ＥＣＵ２が前記第１クランク角信号ＣＡ１の立ち上がり時に前記第２クランク角信号ＣＡ２がＬｏｗ、Ｈｉｇｈのいずれであるか、或いは、前記第１クランク角信号ＣＡ１の立ち下がり時に前記第２クランク角信号ＣＡ２がＨｉｇｈ、Ｌｏｗのいずれであるか、を判定する。つまり、これらの信号ＣＡ１，ＣＡ２の位相の関係が図１０（ａ）のようになるか、又は図１０（ｂ）のようになるかを判別して、これによりエンジン１の正転、反転を判別する。

より詳しくは、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生じることになり、前記第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に、前記第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になる。一方、エンジンの逆転時には、図１０（ｂ）のように、前記第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生じることになり、上述のエンジン正転時とは逆に、前記第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に、前記第１クランク各信号ＣＡ１の立ち下がり時に第２クランク角信号ＣＡ２がＬｏｗになるからである。

そして、前記フローのステップＳＣ１でエンジン１が正転状態であると判定された場合（ＹＥＳの場合）には、エンジン１の正転方向のクランク角変化を計測するためのＣＡカウンタのカウント数を増やし、反対に逆転状態であると判定された場合（ＮＯの場合）には前記ＣＡカウンタのカウント数を減らすようにする。ここで、第１クランク角信号ＣＡ１及び第２クランク角信号ＣＡ２の立ち上がり及び立ち下がりは、クランク軸３の回転により所定角度毎（この実施形態では、立ち上がり又は立ち下がりのそれぞれの間隔が略１０度毎）に生じるように設定されているため、第１クランク角信号ＣＡ１の立ち上がり及び立ち下がり時の第２クランク角信号ＣＡ２の状態により、前記のようにしてエンジン１の正転・逆転を判定することができるとともに、前記第１クランク角信号ＣＡ１及び第２クランク角信号ＣＡ２の立ち上がり又は立ち下がりの回数によって、クランク軸３の回転角度を求めることができる。こうして、エンジン停止時に上述の如くクランク軸３が正逆、両方に回動しても、ピストン停止位置を正確に求めることができる。

以上、詳述したエンジン停止制御によって、アイドル時に燃料カットによりエンジン１を自動停止させるときに、スロットル弁２３の制御によりエンジン回転速度の低下の度合いを少しずつ調整することで、エンジン１をスムーズに停止させながら、停止後の膨張行程気筒１２においてピストン１３を再始動に好適な所定範囲Ｒに停止させることができる。斯かるエンジン停止制御のフローにおいて、ステップＳＡ３により、運転中のエンジン１の各気筒１２Ａ〜１２Ｄへの燃料供給を停止することにより、エンジン１を停止させるエンジン停止手段２ａが構成され、また、ステップＳＡ４〜ＳＡ６により、前記エンジン停止手段１ａによる燃料カットの後に、停止時膨張行程気筒１２及び停止時圧縮行程気筒１２の吸気量がそれぞれ増大するように所定のタイミングでスロットル弁２３を開くとともに、特に該膨張行程気筒１２の吸気量が圧縮行程気筒１２よりも多くなるように所定のタイミングでスロットル弁２３を閉じる吸気制御手段２ｂが構成されている。

さらに、ステップＳＡ７〜ＳＡ１０により、燃料カット後のエンジン停止動作期間にクランク角信号により求めたＴＤＣ回転速度に基づいて、その後のＴＤＣ回転速度がエンジン停止後のピストン停止位置と相関のある適正回転速度範囲に収まるようにスロットル弁２３の開度を補正する吸気補正制御手段２ｃが構成されている。この吸気補正制御手段２ｃは、前記吸気制御手段２ｂによって一旦、閉じられたスロットル弁２３を、前記の如く検出したＴＤＣ回転速度の適正回転速度範囲からの偏差に基づいて開閉制御するもので、ＴＤＣ回転速度が前記適正回転速度範囲の下限よりも低いときにスロットル弁２３を開き側に制御する一方、ＴＤＣ回転速度が適正回転速度範囲の上限よりも高いときにはスロットル弁２３を閉じ側に制御するようになっている。

なお、前記の如くエンジン１が燃料カット後に数回転してから停止する間に、各気筒１２Ａ〜１２Ｄ内の既燃ガスは殆ど全て筒外へ掃気されることになり、また、エンジン１の停止後は、吸排気弁１９，２０の閉じている膨張行程気筒１２や圧縮行程気筒１２であっても気筒１２内の空気がすぐにリークすることになるので、これら停止時膨張行程気筒１２及び停止時圧縮行程気筒１２にはいずれも略大気圧の新気（空気）が存在する状態になる。

−エンジンの始動制御−
次に、上述の如くしてアイドル時に自動停止したエンジン１を再始動する場合について、図１１〜１２に基づいて説明する。なお、図１１及び図１２は、始動制御の手順を示すフローチャートであり、図１３は、始動時の各気筒１２Ａ〜１２Ｄ毎の燃料噴射及び点火タイミングを当該各気筒１２Ａ〜１２Ｄの行程の変化と吸排気弁の開作動状態とに対応づけて示した行程図である。また、図１４は、前記始動時の各気筒１２Ａ〜１２Ｄ毎の燃料噴射及び点火によって、当該各気筒１２Ａ〜１２Ｄの筒内圧、発生トルク及びエンジン回転速度が変化する様子を時系列に示したタイムチャートである。

まず、始動制御の具体的な手順について図１１、１２のフローチャートに基づいて説明すると、このフローはエンジン停止状態からスタートして（ＳＴＡＲＴ）、ステップＳＢ１において所定のエンジン再始動条件が成立したか否かを判定する。この再始動条件とは、停車状態から発進するためにブレーキが解除された場合やアクセル操作等が行われた場合、エアコン等の動作のためにエンジンの運転が必要になった場合等であり、このような条件が成立していなければ、成立するまで待機する一方、再始動条件が成立すれば（ステップＳＢ１でＹＥＳ）、ステップＳＢ２へ進む。

ステップＳＢ２では、上述したようにクランク角信号のカウントにより求められたピストン１３の停止位置に基づいて、エンジン停止時の圧縮行程気筒１２（停止時圧縮行程気筒：図１３及び図１４の＃１気筒１２Ａ）及び膨張行程気筒１２（停止時膨張行程気筒：：図１３及び図１４の＃２気筒１２Ｂ）の空気量を算出する。すなわち、ピストン１３の停止位置から各気筒１２Ａ〜１２Ｄの燃焼室容積を求めるとともに、前記の如く各気筒１２Ａ〜１２Ｄ内が殆ど大気圧状態の新気で満たされた状態にあると仮定して、前記両気筒１２の空気量をそれぞれ算出する。

続いてステップＳＢ３では、前記ステップＳＢ２で算出した停止時圧縮行程気筒１２の空気量に対して所定の空燃比（圧縮行程気筒１回目用Ａ／Ｆ）となるように、該圧縮行程気筒１２に燃料を噴射する。この場合、前記空燃比は、エンジン停止時のピストン停止位置等に対応付けて予め設定されたマップから求められ、これにより、前記圧縮行程気筒１２の空燃比は理論空燃比よりもリッチな空燃比（Ａ／Ｆで略１１〜１４の範囲）に設定される。

次に、ステップＳＢ４において、停止時圧縮行程気筒１２への燃料噴射から燃料の気化時間を考慮して設定される所定時間経過後に、当該気筒１２の点火プラグ１５に通電して、混合気に点火する。そして、ステップＳＢ５で、前記ステップＳＢ４の点火から一定時間内にクランク角センサ３０，３１からの信号のエッジ（クランク角信号の立ち上がり又は立ち下がり）が検出されたか否かにより、ピストン１３が動いたかどうかを判定し（クランク角信号の検出による判定は上述の図９及び図１０参照）、失火等のためにピストン１３が動かなかった場合（ＮＯの場合）には、ステップＳＢ６に戻って前記圧縮行程気筒１２に対して繰り返し点火する。

一方、前記ステップＳＢ５でクランク角信号のエッジが検出されて（ＹＥＳの場合）、ピストン１３が動いた、すなわちエンジン１が逆回転したと判定された場合には、続くステップＳＢ７で、前記ステップＳＢ２で算出された停止時膨張行程気筒１２の空気量に対して所定の空燃比（膨張行程気筒１２用Ａ／Ｆ）となるように該膨張行程気筒１２に燃料を噴射する。この場合も、前記膨張行程気筒１２用の空燃比は、前記ステップＳＢ３と同様に、エンジン停止時のピストン停止位置等に対応付けて予め設定されたマップから求められ、これにより、略理論空燃比もしくはそれよりも若干リッチな値に設定される。

そして、続くステップＳＢ８で、エンジン１の逆回転に伴うピストン１３の上昇により停止時膨張行程気筒１２内の混合気が十分に圧縮され、この圧縮反力によってピストン１３が殆ど停止する迄の所定時間（点火ディレイ）の経過後に、該膨張行程気筒１２に対して点火を行う。このように膨張行程気筒１２内の圧縮された混合気に点火して、燃焼させることで、エンジン１は十分に大きなトルクでもって正転方向に回転し始める。なお、前記点火ディレイの時間は、大体、エンジン１が逆回転して膨張行程気筒１２のピストン１３がＴＤＣ近傍に到達するまでの時間であり、エンジン停止時のピストン停止位置に対応付けて予め設定されたマップから求められる。

続いてステップＳＢ９では、前記エンジン１の正転に伴い次にＴＤＣを迎える前記停止時圧縮行程気筒１２に対し、燃料の気化時間を考慮したタイミングで燃料を噴射する。これにより、噴射された燃料の気化潜熱で前記圧縮行程気筒１２内の温度が下がり、筒内圧力が低下するため、エンジン１の正転に伴う当該気筒１２の圧縮反力が小さくなり、ピストン１３がＴＤＣを容易に越えられるようになる。従って、前記ステップＳＢ８における停止時膨張行程気筒１２の燃焼により開始されたエンジン１の正転作動が持続され、停止時圧縮行程気筒１２がＴＤＣを越えて、各気筒１２Ａ〜１２Ｄがそれぞれ次の行程へと進むことになる。

続いて、図１２のステップＳＢ１０では、エンジン水温、エンジン停止時間、吸気温度等から推定される筒内温度と大気圧とに基づいて、前記エンジン１の正転動作により停止時の吸気行程気筒１２（図１３及び図１４では＃３気筒１２Ｃ）内に充填される空気の密度（筒内空気密度）を推定し、この推定値に基づいて該吸気行程気筒１２の空気量を算出する。そして、ステップＳＢ１１では、主に前記吸気行程気筒１２の筒内温度の推定値から自着火防止等のための空燃比の補正値を算出し、続くステップＳＢ１２において、前記補正値を加味して決定した空燃比と、前記ステップＳＢ１０で算出された吸気行程気筒１２内の空気量とに基づいて、該吸気行程気筒１２への燃料噴射量を算出する。すなわち、停止時の吸気行程気筒１２がエンジン始動後に最初に迎える圧縮行程でその圧縮圧力、筒内温度等により自着火するのを防止するとともに、その圧縮反力をできるだけ小さくするために空燃比を補正するようにしており、補正後の空燃比は例えばＡ／Ｆ＝１３程度のややリッチな状態になる。

そして、ステップＳＢ１３では、前記停止時吸気行程気筒１２が圧縮行程になったときに、その圧縮行程中期で燃料噴射を行う。すなわち、通常の始動モータによる始動時には燃料を吸気行程で噴射するものだが、本実施形態では、燃料の気化潜熱により効果的に筒内の圧縮圧力が低下するように、エンジン停止時間、吸気温度、冷却水温度等を考慮して、圧縮行程の中期に噴射するようにしている。これにより、前記停止時吸気行程気筒１２の圧縮圧力が効果的に低減され、このことによっても自着火の防止が図られる。その後、ステップＳＢ１４へと進み、前記停止時吸気行程気筒１２がＴＤＣを越えて膨張行程に移行した後に点火プラグ１５に通電して、点火する。この点火時期も通常のエンジン始動時であればＴＤＣよりも進角側（圧縮行程）に設定されているものであるが、この実施形態のように始動モータを用いない場合には、ＴＤＣ前に点火すると、ピストン１３に作用する逆トルクが始動の妨げとなる虞れがあるので、ＴＤＣ通過後の膨張行程において点火するようにしたものである。

続いて、ステップＳＢ１５では、スロットル弁２３よりも下流の分岐吸気通路２１ａの吸気圧力（吸気管負圧）がエンジン１の通常のアイドル運転時と比較して高いかどうか判定する。この判定でアイドル時よりも高いと判定された場合（ＹＥＳの場合）には、ステップＳＢ１６に進み、吸気圧力に応じて、アイドル運転時のスロットル開度よりも小さくなるようにスロットル弁２３を駆動して、該スロットル弁２３よりも上流側から気筒１２の燃焼室１４内に吸入される空気量を絞り、前記ステップＳＢ１５へリターンする。そして、吸気圧力がアイドル運転時と同じになるまで前記スロットル弁２３の制御を繰り返す一方、吸気圧力がアイドル運転時以下になってステップＳＢ１５でＮＯと判定されれば、ステップＳＢ１７に進み、通常のエンジン制御へ移行する。

以上のステップＳＢ１５，ＳＢ１６では、エンジン停止中に大気圧に近い状態になっているサージタンク２１ｂ内の空気が始動時に気筒１２内に吸入されてフル充填状態になると、エンジン回転が急激に吹き上がり、大きな振動が発生するという問題があることを考慮して、各気筒１２Ａ〜１２Ｄへの空気の吸入をスロットル弁２３により制限するようにしたものである。

上述のフローにより、アイドル時に自動停止したエンジン１を再始動要求に応じて始動モータ等を用いることなく再始動させることができる。すなわち、図１３及び図１４に示すように、アイドル時のエンジン停止状態でエンジン再始動要求があったとき（図１４の時刻０．０）には、まず、圧縮行程にある気筒１２（＃１気筒１２Ａ）に対して燃料を噴射（両図に符号ａ１として示す。以下の燃料噴射及び点火について同様）して、これにより当該気筒１２内に形成される混合気に点火することで（ａ２）、クランク軸３を一旦、少しだけ逆転方向（図１３の左方向）に回転させる。これにより停止時膨張行程気筒１２（＃２気筒１２Ｂ）の空気を圧縮するとともに、この気筒１２に燃料を噴射して（ａ３）、当該気筒１２内に混合気を形成し、この混合気に点火することで（ａ４）、エンジン１が正転方向（図１３の右方向）に回転し始める。

続いて、前記停止時圧縮行程気筒１２（＃１気筒１２Ａ）がＴＤＣを越える前に再び当該気筒に対して燃料噴射することで（ａ５）、この気筒１２の圧縮圧力を低下させて、ピストン１３がＴＤＣを越え易くなるようにし、さらに、続いてＴＤＣを迎える停止時吸気行程気筒１２（＃３気筒１２Ｃ）に対しては、空燃比がリッチ状態となるように燃料を噴射するとともに、その燃料噴射時期を通常の時期（吸気行程）よりも遅らせて圧縮行程中期とすることで（ａ６）、自着火の発生を防止し、これに加えて、点火時期をＴＤＣ後まで遅角させることで（ａ７）、逆トルクが全く発生しないようにする。このようにして停止時吸気行程気筒１２を燃焼させることで、エンジン１に確実に正転方向のトルクを付加し、エンジン回転速度を十分に高めて、始動性を確保することができる。

その際、スロットル弁２３を通常のアイドル運転時よりも閉じた状態に制御することで、前記停止時吸気行程気筒１２（＃３気筒）に続いて点火、燃焼される停止時排気行程気筒１２（＃４気筒１２Ｄ）への吸気の充填を制限し、且つこの気筒においても前記した停止時吸気行程気筒１２と同様にして燃料噴射及び点火を行うことで（ａ８，ａ９）、その停止時排気行程気筒１２の燃焼によりエンジン１に付加されるトルクがあまり大きくならないようにして、始動時にエンジン回転が急激に吹き上がったり、大きな振動が発生することを防止するようにしている。

−作用効果−
したがって、この実施形態のエンジンシステムＥ（エンジンの始動装置）によると、上述の如く、アイドル時にエンジン１を自動で停止するときには、まず、停止条件の成立に応じて各気筒１２Ａ〜１２Ｄへの燃料供給を停止するとともに、スロットル弁２３を所定期間だけ開いて、エンジン停止後に各々膨張行程及び圧縮行程になる気筒１２，１２の吸気量を増大させ、且つ該膨張行程気筒１２の吸気量が圧縮行程気筒１２よりも多くなるようにする。こうすることで、前記膨張行程及び圧縮行程の気筒１２，１２の圧縮反力のバランスによって、該膨張行程気筒１２のピストン１３が行程中央部よりもややＢＤＣ寄りに停止するようになる。

その上で、前記燃料カットの後のエンジン停止動作期間に各気筒１２Ａ〜１２Ｄが順次、ＴＤＣを通過するときのエンジン回転速度をそれぞれ検出し、この検出したＴＤＣ回転速度と適正回転速度範囲との間の速度偏差に応じてスロットル弁２３を開閉させる。これにより、エンジン１の各気筒１２Ａ〜１２Ｄのポンプ仕事量の変化によって、エンジン回転速度の低下度合いが調整され、その低下する軌跡が高回転側又は低回転側のいずれかに徐々にシフトして行って、遅くとも最後のＴＤＣまでには適正回転速度範囲に収まるようになる。

そして、そうなれば、その最後のＴＤＣを越えた後は、そのまま自然にエンジン１を停止させるだけで、つまり、エンジン１にショックの発生を招くような制動力を付加することなく、膨張行程気筒１２のピストン１３を再始動に適した範囲Ｒ内に確実に停止させることができる。これにより、その後の再始動時において上述したように良好な始動性を安定的に確保することができる。

なお、この実施形態のエンジンシステムＥでは、燃料カットの後の各気筒１２Ａ〜１２Ｄ毎のＴＤＣ回転速度を全て検出して、スロットル弁２３の制御を行うようにしているが、燃料カットの直後でエンジン回転速度が比較的高い間は、その回転速度とピストン停止位置との関係が比較的大きくばらつくので、例えば略半数のＴＤＣを通過した後に（この実施形態で言えば最後から５番目のＴＤＣ以降で）検出したＴＤＣ回転速度に基づいて、スロットル弁２３の制御を行うようにしてもよい。そのためには、例えばエンジン回転速度が所定回転速度よりも低くなった後に検出したＴＤＣ回転速度に基づいて、スロットル弁２３の制御を行うようにすればよい。

また、前記実施形態では、燃料カット後に一旦、開いたスロットル弁２３を全閉にした後に、これを開閉するようにしているが、スロットル弁２３は全閉にする必要はなく、所定開度まで開いた後にその開度を調整するようにしてもよい。

さらに、前記実施形態のエンジン１では、各気筒１２Ａ〜１２Ｄ毎の分岐吸気通路２１ａに弁体が個別に配置された多連型のスロットル弁２３を備えており、これにより吸気流量の調整を行うものであるが、その多連型スロットル弁２３の代わりの吸気流量調整機構として、例えば各気筒１２Ａ〜１２Ｄ毎の吸気弁１９のリフト量を変更する周知の可変動弁機構を採用してもよいし、或いは、サージタンク２１ｂ上流の共通吸気通路２１ｃに配設した一般的な構成のスロットル弁を用いることもできる。

但し、サージタンク上流のスロットル弁の場合は、特に吸気を絞る側（吸気量を減少させる側）への応答遅れが大きくなり易いので、この場合には、ＴＤＣ回転速度が適正回転速度範囲の下限よりも低いときにスロットル弁を開き側に制御するのみとなる。

さらにまた、前記実施形態におけるエンジン１の始動制御では、最初にクランク軸３を少しだけ逆転させて、停止時膨張行程気筒１２の混合気を圧縮した後に点火するようにしているが、これに限るものではなく、本発明に係るエンジン停止制御は、最初に停止時膨張行程気筒１２に点火して、これによりエンジンを再始動するエンジンシステムにも適用可能である。

本発明の実施形態に係るエンジン制御システムの概略構成図である。 エンジンの吸気系及び排気系の構成を示す模式図である。 エンジン停止時に各々膨張行程及び圧縮行程になる気筒のピストン停止位置と空気量との関係を示す説明図である。 アイドル時におけるエンジン自動停止の制御を示すフローチャートである。 エンジン停止動作期間におけるエンジン回転速度、クランク角、スロットル開度及び吸気管負圧の変化を、各気筒の行程の変化と対比して示す説明図である。 エンジン停止動作期間におけるＴＤＣ回転速度とエンジン停止後のピストン停止位置との相関関係を示す分布図である。 図６の最後から２番目のＴＤＣについて拡大して示す図である。 エンジン回転速度の低下する軌跡をスロットル弁の制御によって修正する様子を示す説明図である。 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。 ２つのクランク角センサから出力されるクランク角信号を示す説明図であり、（ａ）はエンジン正転時、（ｂ）はエンジン逆転時のクランク角信号である。 アイドル時のエンジン再始動の前半の制御を示すフローチャートである。 アイドル時のエンジン再始動の後半の制御を示すフローチャートである。 エンジン再始動時の各気筒毎の燃料噴射及び点火タイミングを、各気筒の行程変化と吸排気弁の開作動状態とに対応づけて示す行程図である。 エンジン再始動時の各気筒毎の筒内圧、発生トルク及びエンジン回転速度の変化を示すタイムチャートである。

符号の説明

Ｅ エンジンシステム（エンジンの始動装置）
１ エンジン
２ ＥＣＵ（エンジンコントローラ）
２ａ エンジン停止手段
２ｂ 吸気制御手段
２ｃ 吸気補正制御手段
１２Ａ〜１２Ｄ 気筒
１３ ピストン
２３ スロットル弁（吸気量調整弁）
３０ クランク角センサ（回転速度検出手段）

Claims (10)

1. 停止している多気筒エンジンの少なくとも膨張行程にある気筒内に燃料を噴射供給し、点火、燃焼させることにより、始動モータを用いずに再始動するようにしたエンジンの始動装置であって、
   前記エンジンの吸気通路の下流側が各気筒毎に分岐して互いに独立の分岐吸気通路とされ、この分岐吸気通路に個別に吸気量調整弁の弁体が配設されており、
   運転中の前記エンジンの各気筒への燃料供給を停止することにより、該エンジンを停止させるエンジン停止手段と、
   前記エンジン停止手段による燃料供給の停止後に、前記吸気量調整弁を全閉から所定量開いた状態に制御する吸気制御手段と、
   前記燃料供給の停止によってエンジン回転速度が低下する過程で各気筒が順次、圧縮上死点を通過するときのエンジン回転速度をそれぞれ検出する回転速度検出手段と、
   前記回転速度検出手段によって検出された上死点回転速度に基づいて、その後に検出される上死点回転速度がエンジン停止後のピストン位置と相関のある特定の回転速度範囲に収まるように、前記吸気量調整弁の開度を補正する吸気補正制御手段とを備える
   ことを特徴とするエンジンの始動装置。
2. 吸気制御手段は、エンジン停止後に各々膨張行程及び圧縮行程になる気筒の吸気量が増大するように所定のタイミングで吸気量調整弁を開くとともに、該膨張行程になる気筒の吸気量が圧縮行程になる気筒よりも多くなるように所定のタイミングで吸気量調整弁を閉じるように構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの始動装置。
3. 吸気補正制御手段は、吸気制御手段によって一旦、閉じられた吸気量調整弁を上死点回転速度に基づいて開閉制御するものであって、上死点回転速度が特定回転速度範囲の下限よりも低いときに吸気量調整弁を開き側に制御する一方、上死点回転速度が特定回転速度範囲の上限よりも高いときには吸気量調整弁を閉じ側に制御するように構成されている
   ことを特徴とする請求項２に記載のエンジンの始動装置。
4. エンジン停止手段は、エンジンがアイドル運転を含む低負荷低回転の所定運転領域にあって且つ所定の停止条件が成立したときに、各気筒への燃料供給を停止するものであり、
   吸気制御手段は、エンジンが前記低負荷低回転の所定運転領域にあって且つ前記停止条件が成立していなければ、吸気量調整弁を全閉に近い所定開度になるように制御する一方、前記停止条件の成立に伴い、前記エンジン停止手段によって燃料供給が停止されれば、前記吸気量調整弁を前記所定開度から開く側に制御するように構成されている
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のエンジンの始動装置。
5. 吸気補正制御手段は、エンジン停止手段による燃料供給の停止からエンジンが停止するまでの停止動作期間において、この期間に各気筒が通過する全上死点数の略半数を通過した後に、回転速度検出手段により検出される上死点回転速度に基づいて、吸気量調整弁の開度を補正するように構成されている
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のエンジンの始動装置。
6. 吸気補正制御手段は、エンジンの停止動作期間に通過する全ての上死点のうち、エンジン停止前の最後の上死点から逆順に数えて５番目の上死点以降の上死点回転速度に基づいて、吸気量調整弁の開度を補正するように構成されている
   ことを特徴とする請求項５に記載のエンジンの始動装置。
7. エンジンの各気筒毎の分岐吸気通路の上流端がサージタンクに連通していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のエンジンの始動装置。
8. 停止している多気筒エンジンの少なくとも膨張行程にある気筒内に燃料を噴射供給し、点火、燃焼させることにより、始動モータを用いずに再始動するようにしたエンジンの始動装置であって、
   前記エンジンの各気筒に連通する吸気通路には該気筒への吸気流量を調整可能な吸気流量調整機構が設けられており、
   運転中の前記エンジンの各気筒への燃料供給を停止することにより、該エンジンを停止させるエンジン停止手段と、
   前記エンジン停止手段による燃料供給の停止後に、各気筒への吸気流量が燃料供給停止前に比べて増大するように前記吸気流量調整機構を制御する吸気制御手段と、
   前記燃料供給の停止によってエンジン回転速度が低下する過程で各気筒が順次、圧縮上死点を通過するときのエンジン回転速度をそれぞれ検出する回転速度検出手段と、
   前記回転速度検出手段によって検出された上死点回転速度に基づいて、その後に検出される上死点回転速度がエンジン停止後のピストン位置と相関のある特定の回転速度範囲に収まるように、前記吸気量量調整機構を補正制御する吸気補正制御手段と、を備える
   ことを特徴とするエンジンの始動装置。
9. 吸気流量調整機構は、各気筒の吸気弁のリフト量を変更するものであることを特徴とする請求項８に記載のエンジンの始動装置。
10. 吸気流量調整機構は、各気筒に共通の吸気通路に弁体が配設された吸気量調整弁であり、
    吸気補正制御手段は、回転速度検出手段により検出された上死点回転速度が特定回転速度範囲の下限よりも低いときに、前記吸気量調整弁の開度を開き側に補正する制御のみを行うように構成されている
    ことを特徴とする請求項８に記載のエンジンの始動装置。
    

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