JP2005188475A - エンジンの始動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 所定の再始動条件が成立したときに少なくとも膨張行程で停止している気筒１２を燃焼させて、自動で且つ自力でエンジン１を再始動するようにしたエンジンシステムＥにおいて、その再始動時にエンジン回転をスムーズに立ち上げ、急な吹け上がりを抑えて、運転者が違和感を感じないようにする。
【課題手段】 エンジン再始動時に、膨張行程気筒１２Ｂ（＃２気筒）の燃焼により正転が開始した後、この正転作動により圧縮される停止時圧縮行程気筒１２Ａ（＃１気筒）内に燃料を噴射して（ａ５）、気化潜熱による冷却効果で圧縮圧力を低下させる。停止時吸気行程気筒１２Ｃ（＃３気筒）には圧縮行程中期以降に燃料を噴射して（ａ６）、気化潜熱による冷却効果で温度及び圧力を低下させ、ＴＤＣを越えた後に点火する（ａ７）。続いて点火順を迎える＃４気筒１２Ｄ、＃２気筒１２Ｂ、＃１気筒１２Ａ、…の点火時期を、吸気圧に応じてＴＤＣ後に遅角制御する（ａ９，ａ１１，ａ１３）。
【選択図】 図１３

Description

本発明は、アイドル時に自動で停止したエンジンを再始動要求に応じて自動で始動するようにしたエンジンの始動装置に関し、特にその始動時の点火制御の技術分野に属する。

従来より、燃費低減及びＣＯ₂排出量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）が知られている。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が運転者に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にのみ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、即ち自力で始動するようにしたものが開発されている。
実開昭６０−１２８９７５号公報 特表２００３−５１７１３４号公報

しかし、前記アイドルストップシステムでは、イグニッションスイッチの操作に依らず、発進操作等のエンジン再始動要求に応じて自動でエンジンを始動することから、前記従来例（特許文献１、２）のようにクランキングを行わないものであっても、エンジン音の変化や振動が運転者に違和感を与える虞れがある。すなわち、一般に、エンジンは始動時には各気筒の吸気充填量が特に多くなって、急激に吹け上がるものであるが、例えば運転者が車両を比較的緩やかに発進させるべく、アクセルペダルを軽く踏んだときに、これに応じて自動で始動したエンジンが急激に吹け上がると、運転者は車両が前に飛び出すかのように感じて、強い違和感を覚えるのである。

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で停止し、その後に自動で再始動するようにしたエンジンの始動装置において、その再始動時の点火時期制御に工夫を凝らして、エンジン回転をスムーズに立ち上げ、その吹け上がりを抑えて、運転者が違和感を感じないようにすることにある。

前記の目的を達成するために、本願発明では、エンジンの始動に伴い略大気圧状態から低下する吸気の圧力状態を検出し、これが比較的高くて、気筒の吸気充填量が多くなる間は、点火時期を圧縮上死点後まで遅角させるようにした。

より具体的に、請求項１の発明は、所定の再始動条件が成立したときに、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て、点火、燃焼させることにより、始動モータを用いずに自動で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、前記各気筒に共通の吸気通路における吸気圧状態を検出する吸気圧検出手段と、始動時に前記吸気圧検出手段により検出される吸気圧状態が大気圧近傍から低下して、予め設定した設定負圧状態になるまでの間、前記各気筒の点火時期を圧縮上死点以降になるように遅角制御する点火時期制御手段と、を備える構成とする。

前記の構成により、エンジンが自動で始動されるときには、少なくとも膨張行程で停止している気筒内に燃料が噴射供給され、これにより形成された混合気に点火されて燃焼することで、始動トルクが発生する。これによりエンジンが正転を開始すると、各気筒に順次、吸気通路の略大気圧状態の空気が吸入されて、充填量の多い状態になる一方、その吸気通路内の圧力は低下して、大気圧に近い状態から通常のアイドル運転時に対応する状態まで次第に低下してゆく。

そして、そのような吸気圧状態（負圧）の変化が吸気圧検出手段により検出され、これが予め設定した負圧状態になるまでは、前記各気筒の点火時期が点火時期制御手段により圧縮上死点以降に遅角制御される。このように点火時期が遅角されて、燃焼が膨張行程で開始するようになると、この燃焼による始動トルクの増大が比較的穏やかなものとなる。すなわち、エンジンの始動トルクの増大が抑えられて、エンジン回転がスムーズに立ち上がるようになり、通常の始動モータによる始動時のような急な吹け上がりが抑制されて、運転者が違和感を覚えることがなくなる。

ここで、前記設定負圧状態は、エンジン暖機後のアイドル運転時における吸気圧状態よりも所定値、高圧側に設定すればよい。こうすれば、前記吸気圧検出手段により検出される吸気圧状態が前記設定負圧状態よりも低圧側（負圧が大）になると、前記アイドル運転時の吸気圧状態になる前に、前記点火時期制御手段によって各気筒の点火時期が圧縮上死点前に進角させられて、機械効率のよい適正な点火時期となる（請求項２の発明）。

また、前記点火時期制御手段は、前記吸気圧検出手段により検出される吸気圧状態の低圧側への変化に応じて、点火時期を進角側に変更するものとするのが好ましい（請求項３の発明）。こうすれば、エンジン始動時に吸気通路内の吸気圧状態が低下して、各気筒への吸気の充填量が減少するのに従い、これによる燃焼圧力の低下を相殺するように当該気筒の点火時期が進角されることになるから、始動トルクの変動を抑えて、エンジン回転をよりスムーズに立ち上げることができる。

さらに、前記点火時期制御手段は、吸気圧検出手段により検出される吸気圧状態に依らず、少なくとも、始動時に最初の圧縮上死点を迎える気筒の点火時期と、その次の２番目の圧縮上死点を迎える気筒の点火時期とを、換言すれば、エンジンの停止中に各々圧縮行程及び吸気行程にある気筒の各点火時期を、それぞれ、圧縮上死点後まで遅角させるものとするのが好ましい（請求項４、５の発明）。

すなわち、始動モータによるクランキングを行わずに自力でエンジンを始動する場合、特に最初と２番目の圧縮上死点を気筒の圧縮反力に打ち勝って越えることが重要である。そこで、少なくともそれらの気筒については吸気圧状態に依らず、点火時期を圧縮上死点後まで遅角させて、圧縮上死点前の点火、燃焼による気筒内圧の増大を回避することで、エンジン回転の抵抗となる気筒の圧縮反力を低下させて、エンジンの始動をより確実なものとすることができる。

そして、そのようにして始動時の２番目の圧縮上死点を通過して、エンジン回転速度がある程度高くなれば、今度は急な吹け上がりが問題になるが、その次の点火順の気筒、即ち始動時に３番目の圧縮上死点を迎える気筒（エンジンの停止時に排気行程にある気筒）については、上述したように吸気圧状態に応じて点火時期が遅角されることになり、これにより、エンジンの急な吹け上がりは抑制される。

前記の如き構成のエンジン始動装置は、各気筒に共通の吸気通路にサージタンクが設けられ、このサージタンクよりも上流の吸気通路にスロットル弁が配設されているエンジンに適用するのが特に好ましい（請求項６の発明）。これは、サージタンクによって吸気の脈動を吸収し、気筒間の吸気干渉を防止できる反面、スロットル弁よりも下流の吸気通路の容積が大きくなるため、その分、エンジン再始動時における吸気圧の低下が遅くなり、気筒への吸気充填量が多くなるからである。

以上、説明したように、本願の請求項１〜３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で停止し、その後に自動で且つ自力で再始動するようにした始動装置において、その再始動時に吸気の圧力状態を検出し、これが比較的高くて、気筒の吸気充填量が多くなると考えられる期間は、点火時期を圧縮上死点以降に遅角させることにより、上死点前の点火、燃焼による気筒内圧の上昇がなくなって、エンジン回転の落ち込みが小さくなるとともに、その燃焼による始動トルクの立ち上がりが比較的穏やかなものとなるので、エンジン回転をスムーズに上昇させながら、その急な吹け上がりは防止することができる。これにより、自動で始動する場合であっても、運転者は違和感を感じることがなくなる。

また、請求項４、５の発明によると、エンジンの再始動時に最初の圧縮上死点を迎える気筒と、その次の２番目の圧縮上死点を迎える気筒については、吸気圧状態に依らず点火時期を圧縮上死点後まで遅角させることにより、エンジンの始動をより確実なものとすることができる。

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６(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。この燃料噴射弁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１９，２０の開閉タイミングが設定されている。

また、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の下流側は各気筒１２Ａ〜１２Ｄ毎に独立の分岐吸気通路２１ａとされ、この各分岐吸気通路２１ａの上流端がそれぞれサージタンク２１ｂに連通している。このサージタンク２１ｂよりも上流の吸気通路２１は各気筒１２Ａ〜１２Ｄに共通の共通吸気通路２１ｃであり、この通路２１ｃには例えばバタフライ弁により通路断面積を調節して吸気流を絞るスロットル弁２３と、これを駆動するアクチュエータ２４とが配設され、さらに、図２にのみ示すが、スロットル弁２３の上流側及び下流側には、それぞれ、吸気量を検出するためのエアフローセンサ２５と吸気圧力（吸気圧状態）を検出するための吸気圧センサ２６とが配設されている。なお、この実施形態のエンジン１では、前記スロットル弁２３にはバイパス通路は備わっておらず、アイドル運転時の吸気流量はスロットル開度で調整するようになっている。

一方、前記各気筒１２Ａ〜１２Ｄからの排気が集合する排気通路２２の集合部下流には、排気を浄化するための触媒２９が配設されている。この触媒２９は、例えば、排気の空燃比状態が理論空燃比近傍にあるときにＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの浄化率が極めて高い、いわゆる三元触媒であり、これは排気中の酸素濃度が比較的高い酸素過剰雰囲気でこれを吸蔵する酸素吸蔵能を有し、酸素濃度の比較的低いときには吸蔵している酸素を放出して、ＨＣ、ＣＯ等と反応させるものである。なお、触媒２９は、三元触媒に限らず、前記のような酸素吸蔵能を有するものであればよく、例えば、酸素過剰雰囲気でもＮＯｘを浄化可能ないわゆるリーンＮＯｘ触媒であってもよい。

また、前記エンジン１には、ベルト等によりクランク軸３に駆動連結されたオルタネータ２８が付設されている。このオルタネータ２８には、詳細は図示しないが、フィールドコイルの電流を制御することによって出力電圧を変更し、これにより発電量を調整するレギュレータ回路２８ａが内蔵されており、このレギュレータ回路２８ａに前記ＥＣＵ２からの制御指令（例えば電圧）が入力されることで、基本的には車両の電装品の電気負荷と車載バッテリ電圧とに応じて発電量が制御されるようになっている。このようにしてオルタネータ２８の発電量が変更されるときには、これに伴いその駆動力、即ちエンジン１の外部負荷の大きさが変化することになる。

さらに、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、主に一方のクランク角センサ３０からの信号に基づい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。加えて、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（図示せず）、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、前記燃料噴射弁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。

すなわち、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、図３に模式的に示すように、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（図の例では＃１気筒１２Ａであり、以下、停止時圧縮行程気筒ともいう）で最初の燃焼を行わせて、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（同図(a)）、これにより、膨張行程にある気筒１２（図の例では＃２気筒１２Ｂであり、以下、停止時膨張行程気筒ともいう）のピストン１３を上昇させて、この気筒１２Ｂ内の混合気を圧縮する（同図(b)）。そして、そのようにして圧縮されて温度及び圧力の高くなった膨張行程気筒１２Ｂ内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、前記停止時膨張行程気筒１２Ｂ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、同図(c)に示すように続いて圧縮上死点（以下、ＴＤＣと略称）を迎える気筒１２Ａが、その圧縮反力（圧縮圧力）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前記停止時膨張行程気筒１２Ｂ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。

そのために、この実施形態では、アイドル時にエンジン１を自動で停止させるときに、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する。そして、そのスロットル弁２３を予め設定した適切なタイミングで閉じることで、前記停止時膨張行程気筒１２Ｂ及び停止時圧縮行程気筒１２Ａへそれぞれ吸入される空気量が十分に多くなり、且つ該膨張行程気筒１２Ｂの空気量が圧縮行程気筒１２Ａよりもやや多くなるようにしている。

こうすることで、その２つの気筒１２Ａ，Ｂ内の空気の圧縮圧力のバランスによって、膨張行程気筒１２Ｂのピストン１３が行程中央部から多少、下死点（ＢＤＣ）寄りの再始動に好適な所定範囲Ｒ（後述）内に停止するようになる。

−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主に図４〜７を参照して説明する。なお、図４及び図５は停止制御の手順を示すフローチャート図であり、図６は、燃料カットから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）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７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る。

まず、前記図６(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を越えるときのエンジン１の回転慣性、即ち最後にＴＤＣを越えるときのエンジン回転速度の高低に応じて変化することになる。

従って、エンジン停止時に膨張行程にある気筒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、その停止時膨張行程気筒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、大きな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６(c)に示すように、燃料カット後に直ちに開いたスロットル弁２３（時刻ｔ１）を所定期間の経過後に閉じて（時刻ｔ２）、同図(d)に示すように一時的に吸気管負圧を減少させる（吸気量は増大）ことで、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。

但し、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、この実施形態では、図７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（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明確な相関関係があることに着目して、前記図６(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オルタネータ２８の発電量やスロットル弁２３の開度を制御することにより、エンジン回転の落ち具合を調整するようにしている。

詳しくは、前記図７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（図の例ではＡＴＤＣ１００〜１２０°ＣＡ）に入ることが分かる。

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。そして、この実施形態では、以下に詳述するが、前記図６(a)の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オルタネータ２８の発電量やスロットル弁２３の開度を制御するようにしている。

すなわち、まず、燃料カット直後の所定期間は、上述の如く、各気筒１２Ａ〜１２Ｄの掃気等のためにスロットル弁２３を比較的大きく開いており、このスロットルの開度をさらに調整しても気筒１２のポンプ仕事量があまり変化しないから、これによるエンジン回転速度の調整は難しい。そこで、この間は意図的にオルタネータ２８を発電作動させるとともに、その発電量を変更制御して、そのための発電駆動力の大きさを変化させることにより、エンジン回転速度の低下の度合い調整する。この際、ＴＤＣ回転速度が適正回転速度範囲の下限寄りになるように、即ちエンジン回転がやや落ち気味になるように、オルタネータ２８の発電量を大きめに制御する。

また、前記所定期間の経過後は、スロットル弁２３の開度を制御してエンジン１のポンプ仕事量を調整することによって、エンジン回転速度の低下の度合いを調整する。但し、サージタンク２１ｂの上流に配置したスロットル弁２３の場合、これを閉じる側に制御しても各気筒１２Ａ〜１２Ｄの吸気量の変化は鈍いから、前記のように予めオルタネータ２８の制御によってエンジン回転速度を低めに誘導しておいて、ＴＤＣ回転速度が適正回転速度範囲よりも低くなったときにのみ、エンジン回転速度の低下が緩やかになるようにスロットル開度を開き側に制御するようにしている。

そのように、オルタネータ２８の発電制御とスロットル弁２３の開度の制御とによってエンジン回転速度の低下の度合いを調整して、遅くとも最後のＴＤＣを通過するまでに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、こ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って、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を前記の再始動に適した所定範囲Ｒ内に停止させることができるのである。

次に、上述したエンジン停止制御の具体的な手順を図４及び図５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（IDL Stop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。

前記図４のステップ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（例えば１番気筒１２Ａ）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に進んで、各気筒１２Ａ〜１２Ｄへの燃料噴射を停止し（燃料ｃｕｔ）、続くステップＳＡ４ではスロットル弁２３を設定開度になるように開く（スロットルｏｐｅｎ）。これにより、図６(c)(d)に示すように各気筒１２Ａ〜１２Ｄへの吸気量が増大し、十分な掃気が行われるとともに、排気通路２２に配設された触媒２９にも多量の新気が供給されることになり、この触媒２９に吸蔵される酸素の量が十分に多くなる。

続いて、ステップＳＡ５において、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する（ＴＤＣ時の回転速度が所定範囲内？）。この判定がＹＥＳでＴＤＣ回転速度が適正回転速度範囲にあれば、ステップＳＡ６に進み、今度はエンジン回転速度が所定回転速度以下かどうか判定する。この所定回転速度は、吸気の輸送遅れを考慮して、図６(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）への吸気量が停止時圧縮行程気筒１２（図例では＃１気筒１２Ａ）よりも多くなるようなタイミングでスロットル弁２３を閉じるためのものであって、同図の時刻ｔ２に対応し、この実施形態では例えば約５００〜６００ｒｐｍの範囲に設定されている。そして、エンジン回転速度が前記所定回転速度以下になれば（ステップＳＡ６でＹＥＳ）、後述のステップＳＡ９に進む一方、エンジン回転速度が所定回転速度よりも高ければ（ＮＯの場合）、前記ステップＳＡ５にリターンする。

前記ステップＳ５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ＳＡ７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オルタネータ２８の発電量を算出する。この発電量は、例えばエンジン回転速度、適正回転速度範囲からの速度偏差及び現在の発電量に応じて予め設定されたマップから読み出され、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、エンジン１の負荷が増えるようにオルタネータ２８の発電量を増大させる一方、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、エンジン１の負荷が減るように発電量を減少させるものである。また、前記マップにおいて発電量の目標値は、ＴＤＣ回転速度が適正回転速度範囲の下限付近になるよう大きめに設定されている。

そして、前記ステップＳＡ７に続くステップＳＡ８では、前記の算出結果に応じてオルタネータ２８のレギュレータ回路２８ａに制御指令を出力する（オルタネータ発電）。このオルタネータ２８の発電作動によってエンジン１の負荷が調整されることで、惰性で回転するエンジン１の回転速度の軌跡は高回転側又は低回転側のいずれかにシフトされて、徐々に目標とする軌跡に近づいて行く。そうして、エンジン回転速度が前記ステップＳＡ６の所定回転速度以下になれば（ＹＥＳ）、ステップＳＡ９に進んで、スロットル弁２３を閉じて（スロットルｃｌｏｓｅ）、図５のステップＳＡ１０に進む。

図５のフローのステップＳＡ１０では、前記ステップＳＡ５と同様にＴＤＣ回転速度が適正回転速度範囲にあるかどうか判定し、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ＳＡ１１に進む一方、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ＳＡ１２に進み、ＴＤＣ回転速度の適正回転速度範囲からの偏差に基づいてスロットル弁２３の開度を算出する。このスロットル開度は、例えばエンジン回転速度、適正回転速度範囲からの速度偏差及び現在の開度に応じて予め設定されたマップから読み出され、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、エンジン１のポンプ仕事量が減少するようにスロットル開度を増大する（図６(c)のＴＶＯ）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、スロットル制御を行わないように設定されている。

すなわち、サージタンク２１ｂ上流のスロットル弁２３を用いる場合には、吸気を絞る側への応答遅れが大きくなり、十分な制御性が得られないから、上述の如く、予めオルタネータ２８の発電作動による負荷を大きめにして、エンジン回転速度の低下度合いを大きく（回転速度を低めに）しておいて、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のみ、スロットル弁２３を開く側に駆動してエンジン回転速度の低下の度合いを緩やかにするのである。そして、続くステップＳＡ１３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ＳＡ１１に進む。

前記のようなオルタネータ２８及びスロットル弁２３の制御によって、燃料カット後のエンジン回転速度の低下度合いを調整することで、図６(a)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徐々に修正して、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可能になる。

そして、ステップＳＡ１１では、検出した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、予め実験的に求めた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ＳＡ１０で求めた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は最後のＴＤＣを未だ通過していないので、上述のスロットル弁２３の制御を継続すべく、ステップＳＡ１０にリターンする。

一方、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は最後のＴＤＣを既に通過しているので、その後は、上述の如く、各々圧縮行程及び膨張行程にある２つの気筒１２，１２の圧縮反力によって正転側及び逆転側に数回、回転作動した後に、停止することになる。そこで、ステップＳＡ１４に進んで、クランク角センサ３０，３１からの信号に基づいてエンジン１の停止（完全な停止）を確認し、ＹＥＳでエンジン１の停止が確認されれば、ステップＳＡ２２に進んで、後述のサブルーチン（図８，９参照）により、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、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）。

すなわち、前記のようにエンジン１の停止の直前には、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、これにより各気筒１２Ａ〜１２ＤのＴＤＣ又はＢＤＣに対するクランク角、即ちピストン停止位置を検出するようにしている。

具体的に図８は、ピストンの停止位置を検出するためのサブルーチン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９（ａ）のようになるか、又は図９（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９（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９（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、そのことに依らず正確にクランク角を検出して、ピストン停止位置を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ると、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は最初の所定期間、スロットル弁２３を開いて、停止後に各々膨張行程及び吸気行程になる気筒１２，１２にそれぞれ所要量の空気が吸入されるようにするとともに、オルタネータ２８及びスロットル弁２３の制御によりエンジン回転速度の低下の度合いを調整することで、エンジン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。

また、前記の如くエンジン停止動作期間において所定期間、スロットル弁２３が開かれることで、各気筒１２Ａ〜１２Ｄ内の既燃ガスが殆ど全て筒外へ掃気されて、それぞれ新気で満たされるとともに、排気通路２２の触媒２９における酸素吸蔵量の多い状態になる。但し、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であってもすぐに空気圧がリークすることから、各気筒１２Ａ〜１２Ｄには、それぞれピストン停止位置に対応する容積内に略大気圧の新気（空気）が存在する状態になる。

−エンジンの始動制御−
次に、上述のようにアイドル時に自動停止したエンジン１の再始動について、図３及び図１０〜１３に基づいて説明する。なお、図１０及び図１１は、始動制御の手順を示すフローチャートであり、図１２は、始動時の各気筒１２Ａ〜１２Ｄ毎の燃料噴射及び点火の時期を当該各気筒１２Ａ〜１２Ｄの行程の変化と吸排気弁の開閉状態とに対応づけて示した行程図である。また、図１３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の筒内圧やエンジン１の始動トルク及びエンジン回転速度が変化する様子を、そのときの吸気圧の低下と、これに応じて変更される点火時期の変化とともに示したタイムチャートである。

この実施形態のエンジン始動制御は、上述したように、エンジン１を自力で始動させるものであり、前記図３及び図１２に一例を示すように、最初に停止時圧縮行程気筒１２Ａ（＃１気筒）で燃焼を行わせてエンジン１を一旦、逆転作動させ（図３(a)、図１２のａ１，ａ２）、これにより停止時膨張行程気筒１２Ｂ（＃２気筒）内を圧縮して、温度及び圧力の上昇した当該膨張行程気筒１２Ｂ内の混合気に点火して、燃焼させる（図３(b)、図１２のａ３，ａ４）。こうすることで、該膨張行程気筒１２Ｂの燃焼圧が十分、高くなるとともに、有効なストロークが長くなって、大きな始動トルクが得られるようになる。

しかし、そのように最初に停止時圧縮行程気筒１２Ａで燃焼を行わせると、この燃焼による既燃ガスが気筒１２Ａ内に充満することから、この気筒１２Ａが図３(c)に示すように始動時の最初のＴＤＣを迎えるときに、ピストン１３に作用する圧縮反力がかなり大きなものとなって、そのＴＤＣを越えることができずに始動に失敗する虞れがある。また、圧縮反力に打ち勝ってＴＤＣを越えることができたとしても、そのときのエンジン回転速度の落ち込みが大きくなるし、既燃ガスの充満する気筒１２Ａでは燃焼により始動トルクを得ることができないから、エンジン回転をスムーズに上昇させることは難しい。

また、前記＃１気筒１２Ａの次の点火順の＃３気筒１２Ｃは吸気行程で停止していたものであり（以下、停止時吸気行程気筒ともいう）、この気筒１２Ｃ内の空気がエンジン停止中に気筒壁面からの放熱により暖められて、かなり温度の高い状態になっている上に、吸気通路２１内で暖められた空気を吸入してフル充填状態になるので、圧縮行程では気筒１２Ｃ内の温度及び圧力がかなり高くなって、圧縮反力によるエンジン回転の落ち込みが大きくなるとともに、非常に自着火の発生しやすい状態になる。

さらに、前記＃３気筒１２Ｃに続いて点火順を迎える＃４気筒１２Ｄは、排気行程で停止していたものであるが（以下、停止時排気行程気筒ともいう）、この気筒１２Ｄでも、吸気通路２１の略大気圧状態の空気を吸入して、前記＃３気筒１２Ｃと同様に吸気充填量のかなり多い状態になり、また、当該＃４気筒１２Ｄが点火順を迎える頃にはエンジン１の回転慣性がある程度大きくなっていることから、そのように吸気充填量のかなり多い状態で通常の始動時のように圧縮行程終盤に点火すると、燃焼によるトルクが過大なものとなり、始動トルクが急峻に立ち上がって、エンジンが急激に吹け上がることになる（一時的にアイドル回転速度よりも高く吹け上がる）。このようなエンジンの急な吹け上がりは、この実施形態のようにエンジン１を自動で始動する場合には運転者に強い違和感を与える虞れがある。

以上のような問題点に鑑みて、この実施形態の始動制御では、まず前記停止時圧縮行程気筒１２Ａの燃焼によるエンジン１の逆転トルクを確保して、停止時膨張行程気筒１２Ｂを十分に圧縮することにより、当該気筒１２Ｂの燃焼による正転方向の始動トルクを大幅に増大させる。その上で、エンジン１の正転作動に伴い前記停止時圧縮行程気筒１２Ａが圧縮されるときに追加の燃料噴射を行い（図１２のａ５）、その気化潜熱による冷却効果で圧縮圧力を低下させることで、図３(c)に示すように、当該気筒１２Ａが始動時に最初に迎えるＴＤＣを確実に越えて、エンジン１の正転方向の回転が持続するようにする。

また、前記停止時圧縮行程気筒１２Ａの次の点火順の停止時吸気行程気筒１２Ｃ（＃３気筒）に対しては、この気筒１２Ｃが圧縮行程に移行して温度及び圧力が高くなった状態で燃料を噴射し（図１２のａ６）、その気化潜熱による冷却効果で圧縮圧力を低下させるとともに、自着火の発生を防止する。さらに、この気筒１２Ｃの点火時期をＴＤＣ以降に遅角させることで（図１２のａ７）、ＴＤＣ前の燃焼により気筒内圧が上昇すること回避して、エンジン回転の落ち込みを小さくし、図３(d)の如く始動時の２番目のＴＤＣを通過した後に、点火、燃焼させることで、エンジン回転を立ち上げる。

そうして、エンジン回転が或る程度上昇し、概ね始動に成功すれば、次の点火順である停止排気行程気筒１２Ｄ（＃４気筒）に対しては、吸気圧センサ２６により検出される吸気の圧力状態に応じて点火時期をＴＤＣ以降に遅角させることで、燃焼による始動トルクの増大を抑えて、エンジン１の急な吹け上がりを防止するようにしている。

次に、始動制御の具体的な手順について図１０及び図１１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（ＳＴＡＲＴ）、まず、図１０のステップ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、上述のサブルーチン（図８、９参照）により求められたピストン１３の停止位置に基づいて、停止時圧縮行程気筒１２（図３では＃１気筒１２Ａ）及び停止時膨張行程気筒１２（図３では＃２気筒１２Ｂ）内の空気量をそれぞれ算出する。すなわち、ピストン１３の停止位置から前記停止時圧縮行程気筒１２及び停止時膨張行程気筒１２内の容積をそれぞれ求めるとともに、前記の如くエンジン１の各気筒１２Ａ〜１２Ｄ内が殆ど大気圧状態の新気で満たされていると仮定して、前記両気筒１２，１２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）となるような燃料噴射量を算出して、該圧縮行程気筒１２に燃料を噴射する。具体的には、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値（Ａ／Ｆで略１１〜１４の範囲が好ましく、略１３がさらに好ましい）に設定される。なお、失火を防ぐためには空燃比がリッチ側の可燃限界値（Ａ／Ｆで略７くらい）よりもリーンになるように燃料噴射量を制御する必要がある。

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の経過後に、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サブルーチンによる）、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が逆回転を始めたと判定された場合には、ステップＳＢ７に進んで、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（Ａ／Ｆで略１３が好ましい）。

そして、続くステップＳＢ８では、前記エンジン１の逆転作動を検出してから所定時間（点火ディレイ）の経過後に、膨張行程気筒１２に点火して、燃焼させる。この点火ディレイ時間は、エンジン１の逆転作動により停止時膨張行程気筒１２のピストン１３が上昇して、この気筒１２内の混合気が十分に圧縮され、且つその圧縮反力によってピストン１３が殆ど停止するまでの時間に対応するものであり、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る。このように膨張行程気筒１２内で十分に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。

続いてステップＳＢ９では、前記エンジン１の正転作動に伴い最初のＴＤＣを迎える前記停止時圧縮行程気筒１２に対して、この気筒１２に対する２回目の燃料噴射（追加の燃料噴射）を、燃料の気化時間を考慮した所定のタイミングで実行する。こうして噴射された燃料が気化するときに周囲のガスから熱を奪うことによって（気化潜熱）、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、当該気筒１２内に既燃ガスが充満していても、その圧縮反力を低下させることができ、ピストン１３がＴＤＣを確実に越えられるようになる。このことで、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。

ここで、前記停止時圧縮行程気筒１２への追加噴射のタイミングは、当該気筒１２の正転中における圧縮行程をクランク角で前期、中期及び後期の３つに略等分したときの中期以降とするのが好ましい。これは、燃料の噴射時期とこれによる気筒内圧の低減効果との間の相関関係を考慮したもので、圧縮行程の前期で燃料噴射を行うとすると、過早なタイミングで気筒１２内のガス温が低下する結果として、このガスが気筒壁面から受け取る受熱量が増大するとともに、気化した燃料によってガスの密度が増加することで、気筒１２内の温度及び圧力の低減効果が減殺されてしまうからである。

なお、前記追加噴射のタイミングがあまり遅くなると、今度は燃料の気化が遅れて十分な冷却効果が得られなくなるので、結局、燃料の追加噴射は気筒１２の圧縮行程中期から後期の前半までに行うのが好ましいといえる。

前記ステップＳＢ９に続いて、図１１のステップＳＢ１０では、前記のように開始されたエンジン１の正転作動によって停止時の吸気行程気筒１２（図３では＃３気筒１２Ｃ）内に充填される空気の量を算出する。すなわち、停止時吸気行程気筒１２は、前記停止時圧縮行程気筒１２に続いて始動時の２番目のＴＤＣを迎えるものであるが、上述したように、その気筒１２内には比較的高温の空気が略大気圧状態でフル充填されていて、非常に自着火の発生しやすい状態になっている。

そこで、前記ステップ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、前記停止時吸気行程気筒１２内の空気の密度を推定し、この推定値に基づいて当該気筒１２内の空気充填量を算出する。そして、続くステップＳＢ１１では、主に前記筒内温度の推定値に基づいて、自着火を防止するための空燃比のリッチ側への補正値を算出し、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で算出された気筒１２内の空気充填量とに基づいて、該停止時吸気行程気筒１２への燃料噴射量を算出する。

続いて、ステップＳＢ１３において、前記停止時吸気行程気筒１２が圧縮行程に移行した後に、その気筒１２内に圧縮行程の中期以降で燃料を噴射する。こうすることで、燃料の気化潜熱により、前記停止時圧縮行程気筒１２の場合と同様に気筒１２内の温度及び圧力が低下するので、前記の如く当該気筒１２内が比較的高温の空気により満たされていても、圧縮に伴う温度及び圧力の上昇を抑えて自着火の発生を防止することができる。また、気筒１２の圧縮圧力も低下するので、その分、ＴＤＣ通火時のエンジン回転の落ち込みが小さくなる。

ここで、前記停止時吸気行程気筒１２内に圧縮行程で噴射する燃料の量は、当該気筒１２内の平均的な空燃比が理論空燃比近傍の所定範囲（例えばＡ／Ｆで略１２〜１６）に入るように、より好ましくは理論空燃比よりもややリッチな状態（例えばＡ／Ｆで略１３くらい）になるように制御する。これは、空燃比と気筒内圧の低減効果との間の相関関係を考慮したもので、空燃比があまりリーンな状態では燃料噴射量が少なすぎて、前記した気化潜熱による温度及び圧力の低下が十分でなくなり、再始動に要する仕事が増大する一方、空燃比がリッチになりすぎると、今度は燃料が多くなって混合気の密度が高くなることの影響を受けて、再始動に要する仕事が増大するからである。なお、前記停止時吸気行程気筒１２の圧縮行程における燃料の噴射タイミングは、前記停止時圧縮行程気筒１２の場合と同じ理由で、圧縮行程の中期以降とするのが好ましい。

そして、ステップＳＢ１４において、前記停止時吸気行程気筒１２が圧縮行程から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、当該気筒１２内の混合気に点火する。この点火時期も通常の始動モータを用いたエンジン始動時であれば、ＴＤＣよりも進角側（例えばＴＤＣ前６°ＣＡくらい）に設定するものであるが、この実施形態のように始動モータを用いず、自力で始動する場合には、ＴＤＣ前の点火、燃焼による気筒内圧の上昇が逆転方向のトルクとなってエンジン始動の妨げとなる虞れがあるので、これを回避するために、点火時期をＴＤＣ後まで遅角させたものである。また、こうしてＴＤＣ前の燃焼による気筒内圧の上昇がなくなれば、このことによっても、エンジン回転の落ち込みが小さくなる。

続いて、ステップＳＢ１５では、吸気圧センサ２６からの信号に基づいて、スロットル弁２３よりも下流の吸気通路２１の吸気圧（吸気管負圧）が予め設定した値（設定負圧状態）よりも高いかどうか判定する。この設定値は、この値よりも吸気圧が低く（負圧が大きく）なれば、気筒１２への吸気の充填量があまり多くはならず、エンジン１が大きく吹け上がらなくなるような値であり、具体的には実験等により求められ、エンジン１の暖機後のアイドル運転時における吸気圧状態よりも少し高圧側に設定されている。

そして、吸気圧が前記設定値よりも高いとき（ステップＳＢ１５でＹＥＳ）には、ステップＳＢ１６に進み、前記停止時吸気行程気筒１２に続いてＴＤＣを迎える気筒１２（図３では＃４気筒１２Ｄ）、即ち停止時排気行程気筒１２の点火時期をＴＤＣ以降に遅角させて、前記ステップＳＢ１５へリターンする。この際、点火時期の遅角量は吸気圧に応じて予め設定されたマップから読み込んで決定し、例えば、吸気圧が略大気圧ならば上死点後２０〜３０°ＣＡくらいまで遅角する一方、そこから吸気圧が低下するのに応じて進角させるようにすればよい。

そうして、前記各気筒１２Ｃ，１２Ｄへ空気が吸入されることによって吸気通路２１の圧力が低下し、前記設定値以下になるまでの間は、前記ステップＳＢ１５でＹＥＳと判定して、ステップＳＢ１６に進み、その後、順番に点火時期を迎える各気筒１２Ｂ，１２Ａ，…の点火時期をそれぞれＴＤＣ以降に遅角させる一方、吸気圧が前記設定値よりも低くなれば、ステップＳＢ１５でＮＯと判定してステップＳＢ１７に進み、点火時期をＴＤＣ前に設定する（通常制御に移行）。なお、吸気圧が前記設定値よりも低くなった後、それからさらに低下して前記アイドル運転時における吸気圧状態になるまでは、その吸気圧の低下に応じて点火時期を進角させる。

つまり、このフローでは、エンジン１の始動開始に伴い吸気行程に移行する前記停止時排気行程気筒１２Ｄと、その後、順番に吸気行程を迎える各気筒１２Ｂ，１２Ａ，…とにそれぞれ吸気通路２１から大気圧に近い状態の空気が吸入されて、それらの気筒１２の吸気充填量が多くなることを考慮して、センサ２６により検出した吸気圧が前記設定値以上の間は各気筒１２Ａ〜１２Ｄの点火時期をＴＤＣ以降に遅角制御して、燃焼による始動トルクの立ち上がりを比較的穏やかなものとし、即ち始動トルクの増大を抑えて、これによりエンジン回転をスムーズに立ち上げ、エンジン１の急な吹け上がりを抑制するようにしている。

なお、前記フローの説明では省略したが、エンジン１の始動時には、スロットル弁２３よりも下流の吸気通路２１の圧力状態（吸気圧）を早期に通常のアイドル運転時における吸気圧状態まで低下させるためにスロットル弁２３を全閉とし、その後、吸気圧が設定値よりも低くなればスロットル弁２３を開いて、アイドル運転時の吸気流量が得られる開度に制御するようにしている。

前記図１０に示すエンジン始動制御のフローのステップＳＢ８と、図１１のフローのステップＳＢ１４、ＳＢ１６とにより、エンジン１の再始動時に各気筒１２Ａ〜１２Ｄの点火時期を制御する点火制御手段２ａが構成され、また、ステップＳＢ１５により、該各気筒１２Ａ〜１２Ｄに共通の吸気通路２１に配設された吸気圧センサ２６からの信号に基づいて、該吸気通路２１の吸気圧状態を検出する吸気圧検出手段２ｂが構成されている。

そして、前記点火時期制御手段２ａは、エンジン１の正転開始後に前記吸気圧検出手段２ｂにより検出される吸気圧が大気圧近傍から低下して、予め設定した設定値になるまでの間、各気筒１２Ａ〜１２Ｄの点火時期をＴＤＣ以降になるように遅角制御するとともに、特に始動時の２番目のＴＤＣを迎える停止時吸気行程気筒１２の点火時期は、前記吸気圧状態に依らず、ＴＤＣ以降に遅角させるようにしている。

なお、この実施形態の始動制御では、最初に停止時圧縮行程気筒１２を燃焼させて、エンジン１を少しだけ逆転させるようにしており、このため、エンジン１の正転開始後に最初にＴＤＣを迎える前記停止時圧縮行程気筒１２には再び点火することはないが、これに限るものではなく、最初から停止時膨張行程気筒１２を燃焼させて、エンジン１を正転させるようにすることもできる。このようにした場合には、最初にＴＤＣを迎える停止時圧縮行程気筒１２の点火時期を吸気圧状態に依らず、ＴＤＣ以降に遅角させるようにすればよい。

−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、まず、アイドル時にエンジン１が自動で停止するときには、上述の停止制御（図４〜６等）により、各気筒１２Ａ〜１２Ｄの既燃ガスを掃気し、且つエンジン停止後に膨張行程になる気筒１２のピストン停止位置を行程中央部よりもややＢＤＣ寄りの再始動に好適な所定範囲Ｒ内とすることができる。また、エンジン１の停止動作期間中に排気浄化触媒２９に十分な量の新気を供給することができ、これにより該触媒２９の酸素吸蔵量が十分に多い状態になる。

一方、エンジン１の再始動時には、上述の始動制御（図１０〜１２等）により、始動モータを用いることなく、再始動要求に応じてエンジン１を自動で且つ自力で始動させる。すなわち、図１２を参照しつつ、主に図１３に基づいて時系列に説明すると、エンジン１の停止中に再始動要求があったときには（時刻ｔ０）、まず、図１３(a)に符号ａ１として示すように、圧縮行程で停止している＃１気筒１２Ａの燃料噴射弁１６が作動されて、当該気筒１２Ａ内に燃料が噴射され、これにより当該気筒１２内に空燃比のリッチな混合気が形成される。このリッチ混合気に点火プラグ１７により点火されて（ａ２）燃焼すると、同図(e)にＴ１として示すようにマイナス方向のトルク（逆転トルク）が発生し、これによりクランク軸３が逆転方向（図１２の左方向）に回動する（時刻ｔ１）。このため、同図(f)の如くエンジン回転速度は一時的に負の値になる。

前記エンジン１の逆転作動がクランク角センサ３０，３１からの信号により検出されると、同図(b)の如く、停止時膨張行程気筒１２（＃２気筒１２Ｂ）の燃料噴射弁１６が作動されて（ａ３）、当該気筒１２Ｂ内に混合気が形成され、逆転作動によるピストン１３の上昇によって圧縮される。この際、前記の逆転トルクＴ１が十分に大きいことから、停止時膨張行程気筒１２Ｂのピストン１３はＴＤＣの近傍まで上昇し、気筒１２Ｂ内の混合気が十分に圧縮されて温度及び圧力の高い状態になる。そして、その圧縮圧力によりエンジン１の回転方向が逆転から正転に反転したとき、即ち、同図(f)に示すようにエンジン回転速度が負値から零に戻った直後に点火が行われると（同図(b)のａ４）、これにより大きな燃焼圧が発生し、同図(e)にＴ２として示すように始動トルクが立ち上がって、同図(f)の如くエンジン回転速度が上昇する（時刻ｔ２：正転開始）。

そして、その正転作動に伴い停止時圧縮行程気筒１２Ａ内が圧縮されるとき、同図(a)に示すように、その圧縮行程の中期以降で再び当該気筒１２Ａ内への燃料噴射（追加の燃料噴射）が行われて（ａ５）、燃料の気化潜熱により気筒１２Ａ内が冷却されることで、この追加の燃料噴射を行わない場合（図に破線で示す）に比べて気筒１２Ａ内の温度及び圧力の上昇が大幅に抑制される。これにより、エンジン１は始動時に最初に迎えるＴＤＣ（第１のＴＤＣ）を確実に越えることができるようになり、しかも、その際のエンジン回転の落ち込みが軽減される（同図(f)）。また、前記圧縮行程気筒１２Ａの冷却のために噴射された燃料は、その後、排気通路２２の触媒２９において吸蔵されている酸素と反応し、無害化されることになるので、何ら問題は生じない。

前記のようにして停止時圧縮行程気筒１２Ａが始動時最初の第１ＴＤＣを越えた後に、これに伴い圧縮行程に移行した停止時吸気行程気筒１２Ｃ（＃３気筒）に対し、同図(c)に示すように圧縮行程中期以降に燃料の噴射が行われ（ａ６）、気化潜熱により気筒１２内が冷却される。このことで、圧縮による温度及び圧力の上昇が抑制されて、自着火の発生が防止されるとともに、気筒１２Ｃの圧縮反力が小さくなり、加えて、当該気筒１２Ｃへの点火時期がＴＤＣ以降まで遅角されることで、ＴＤＣ前の点火、燃焼による気筒内圧の上昇が回避される。これにより、エンジン回転の落ち込みが小さくなり、エンジン１は第２のＴＤＣも確実に越えることができるようになる。

そして、その第２のＴＤＣを越えて膨張行程に移行した停止時吸気行程気筒１２Ｃに点火されて（ａ７：例えばＴＤＣ後２０°ＣＡくらい）、燃焼が行われると、エンジン１に正転方向のトルクが付加されて、同図(e)にＴ３として示すように始動トルクが立ち上がり、これにより、同図(f)の如くエンジン回転速度がアイドル回転速度（この例では６５０ｒｐｍ）近くまで上昇する。但し、前記のように点火時期がＴＤＣ以降まで遅角されていて、燃焼が膨張行程で開始することから、始動トルクの立ち上がりは過度に大きくはならないように抑えられて、エンジン回転の上昇は緩やかなものになる。

続いて、同図(d)に示すように、停止時排気行程気筒１２Ｄに対しその吸気行程で燃料が噴射されるとともに（ａ８）、そのときの吸気圧（同図(g)参照）に応じてＴＤＣ（第３のＴＤＣ）以降に遅角制御された点火時期に点火が行われて（ａ９：例えばＴＤＣ後１０°ＣＡくらい）、燃焼する。このようにして膨張行程で開始された燃焼によるトルクの立ち上がりは比較的穏やかなものとなるので、同図(f)に示すように、エンジン１の吹け上がりが抑制されて、エンジン回転が徐々にアイドル回転速度に近づいてゆく。

さらに、同図(b)，(a)に示すように、前記停止時膨張行程１２Ｂ及び停止時圧縮行程気筒１２Ａにそれぞれ吸気行程で燃料噴射が行われ（ａ10，ａ12）、吸気圧に応じてＴＤＣ以降に遅角制御された点火時期に点火されて（ａ11，ａ13）、燃焼することで、前記停止時排気行程気筒１２Ｄと同様にエンジン１の吹け上がりが抑制されて、エンジン回転速度がアイドル回転速度に収束するようになる。このようにエンジン回転がスムーズに立ち上がることで、エンジン１を自動で始動するときであっても、運転者が違和感を感じることはない。

なお、吸気圧が設定値よりも低くなれば（時刻ｔ３）、これに応じて点火時期がＴＤＣ前に進角されて、機械効率の高い適切な点火時期に制御されるとともに、同図(i)の如くスロットル弁２３が開かれて、通常のアイドル運転時に対応する状態になる。

上述の如きエンジンシステムＥでは、エンジン１の停止中に吸気行程にある気筒１２（図の例では＃３気筒１２Ｃ）に関して、吸気圧状態に依らず、点火時期をＴＤＣ後まで遅角するようにしているが、これに限らず、この気筒１２についても点火時期を吸気圧に応じて制御するようにしてもよい。また、エンジン１の正転開始後に停止時圧縮行程気筒１２（図の例では＃１気筒１２Ａ）を燃焼させる場合には、このこの気筒１２についても点火時期を吸気圧に応じて遅角させるようにすればよく、或いは吸気圧状態に依らずＴＤＣ移行に遅角させるようにしてもよい。但し、前記停止時圧縮行程気筒１２や停止時吸気行程気筒１２は、いずれも始動直後のＴＤＣ（最初のＴＤＣと２番目のＴＤＣ）を迎えるものであり、このときには、図１３(g)に示すように吸気圧はかなり高い状態なので、いずれにしてもそれら各気筒１２の点火時期はＴＤＣ後まで遅角されることになる。

また、前記エンジンシステムＥ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、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ようにしてもよい。

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。 エンジンの逆転始動の手順を模式的に示す説明図である。 エンジン自動停止の前半の制御手順を示すフローチャートである。 エンジン自動停止の後半の制御手順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。 エンジン停止時のピストン位置を検出するためのサブルーチンの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。 エンジン自動始動の前半の制御手順を示すフローチャートである。 エンジン自動始動の後半の制御手順を示すフローチャートである。 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閉状態とともに示す行程図である。 始動時の各気筒毎の筒内圧とエンジンのトルク及び回転速度の変化を、吸気圧や点火時期の変化とともに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 点火時期制御手段
２ｂ 吸気圧状態検出手段
１２Ａ〜１２Ｄ 気筒
２１ 吸気通路
２１ｂ サージタンク
２１ｃ 共通吸気通路
２３ スロットル弁
２６ 吸気圧センサ（吸気圧状態検出手段）

Claims (6)

1. 所定の再始動条件が成立したときに、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て、点火、燃焼させることにより、始動モータを用いずに自動で再始動するようにしたエンジンの始動装置であって、
   前記各気筒に共通の吸気通路における吸気圧状態を検出する吸気圧検出手段と、
   エンジン再始動時に前記吸気圧検出手段により検出される吸気圧状態が大気圧近傍から低下して、予め設定した設定負圧状態になるまでの間、前記各気筒の点火時期を圧縮上死点以降になるように遅角制御する点火時期制御手段と、を備えることを特徴とするエンジンの始動装置。
2. 設定負圧状態は、エンジン暖機後のアイドル運転時における吸気圧状態よりも高圧側に設定され、
   点火時期制御手段は、吸気圧検出手段により検出される吸気圧状態が前記設定負圧状態よりも低圧側になれば、点火時期を圧縮上死点前に進角させるものであ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. 点火時期制御手段は、吸気圧検出手段により検出される吸気圧状態の低圧側への変化に応じて、点火時期を進角側に変更するものであ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. 点火時期制御手段は、吸気圧検出手段により検出される吸気圧状態に依らず、少なくとも、始動時に最初の圧縮上死点を迎える気筒の点火時期と、その次の２番目の圧縮上死点を迎える気筒の点火時期とを、それぞれ、圧縮上死点後まで遅角させるものであ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. 点火時期制御手段は、吸気圧検出手段により検出される吸気圧状態に依らず、少なくともエンジンの停止中に各々圧縮行程及び吸気行程にある気筒の点火時期をそれぞれ圧縮上死点後まで遅角させるものであ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。
6. 各気筒に共通の吸気通路にサージタンクが設けられ、このサージタンクよりも上流の吸気通路にスロットル弁が配設されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のエンジンの始動装置。
   

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