JP2005315231A - エンジンの始動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 膨張行程気筒の筒内空気量やエンジンの逆転エネルギを過大に増やすことなく、再始動時における膨張行程気筒（停止時に膨張行程にある気筒）の最初の燃焼のエネルギを増大させ、もってエンジンの始動性向上を図るエンジンの始動装置を提供する。
【解決手段】 エンジン自動停止後の再始動時、一旦逆転方向に作動させた後に正転方向に作動させて始動させるエンジンの始動装置において、膨張行程気筒１２Ａのピストン位置を検出するピストン位置検出手段４５と、膨張行程気筒１２Ａにおける再始動時の最初の燃焼のための燃料噴射時期を設定する燃料噴射制御手段４１とを備え、膨張行程気筒１２Ａのピストン停止位置が行程中央より下死点寄りのとき、膨張行程気筒１２Ａにおける最初の燃焼のための燃料噴射時期が、エンジンの逆転動作中且つ膨張行程気筒１２Ａのピストン１３が行程中央より上死点寄りに移動した後となるように設定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、エンジンの始動装置に関し、特にエンジンのアイドル運転状態等において所定の自動停止条件が成立したときにエンジンを自動停止させ、その後、所定の再始動条件が成立したときに再始動させるように構成されたエンジンの始動装置に関するものである。

近年、燃費低減およびＣＯ₂排出量の抑制等を図るため、アイドル運転時等にエンジンを自動的に一旦停止させ、その後に運転者により車両の発進操作が行われる等の再始動条件が成立した時点で、エンジンを自動的に再始動させるようにしたエンジンの自動停止制御（いわゆるアイドルストップ制御）の技術が開発されている。このアイドルストップ制御時における再始動は、車両の発進操作等に応じてエンジンを即座に始動させる迅速性が要求されるが、従来から一般的に行われているように、スタータモータによりエンジンの出力軸を駆動するクランキングを経てエンジンを再始動させる方法によると、始動が完了するまでにかなりの時間を要するという問題がある。

そこで、膨張行程で停止状態にある膨脹行程気筒内に燃料を噴射して点火、燃焼させることにより、その燃焼エネルギでエンジンを即時的に始動させることが望ましい。しかし、エンジンを停止させると筒内圧力は短時間で略大気圧となるため、その略大気圧となっている気筒内に燃料を供給して燃焼させても再始動のための出力が充分得られない虞がある。

その対策として、例えば特許文献１や特許文献２のようなエンジンの始動装置が知られている。特許文献１のエンジンの始動装置は、エンジンの始動に際し、まず圧縮行程で停止状態にある圧縮行程気筒内に燃料を噴射させて燃焼を行わせ、エンジンを一旦逆回転させる。その後、上記膨張行程気筒で燃焼を行わせてエンジンの回転方向を正転に転じさせて始動させる。特許文献２のエンジンの始動装置も同様に、エンジンの始動に際し、まず圧縮行程で停止状態にある圧縮行程気筒内に燃料を噴射させて燃焼を行わせ、エンジンを一旦逆回転させる。そしてその圧縮行程気筒のピストンを下死点前で停止させ、その後膨張行程気筒で燃焼を行わせてエンジンの回転方向を正転に転じさせて始動させる。

これらのエンジンの始動装置は、何れもエンジンを一旦逆回転させることによって膨張行程気筒のピストンを上昇させ、その圧縮圧力を増大させた後に当該気筒での燃焼を行わせるので、エンジンを正転方向に転じさせるとともにその後の継続的な運転を行わせるための充分高い出力を得ることができる。
ＷＯ ０１／３８７２６ Ａ１ ＷＯ ０１／８１７５９ Ａ１

上記特許文献１および特許文献２に開示されたエンジンの始動装置によると、始動時における膨張行程気筒の最初の燃焼で得られる出力が高められる。この出力は、その後の作動を継続的に、円滑に行わせるためには高いほうが望ましい。そして、膨張行程気筒の最初の燃焼で得られる出力を高めるためには、より多くの筒内空気を、エンジンの逆転によってより強く圧縮すれば良い。しかし次のような理由で従来はそのようにすることに限界があり、始動性の向上に課題を残すものであった。

第１の理由は、膨張行程気筒の筒内空気量を増やし過ぎると、その筒内空気を充分圧縮することができなくなる点である。膨張行程気筒と圧縮行程気筒とのピストン作動方向が逆方向なので、膨張行程気筒の筒内空気量を増大させる（停止時のピストン位置を下死点に近づける）ことは、圧縮行程気筒の筒内空気量を減少させる（停止時のピストン位置を上死点に近づける）ことに他ならない。つまり膨張行程気筒の筒内空気量を増やし過ぎると、圧縮行程気筒の筒内空気量が減少し、燃焼による逆転のエネルギが低下するので、膨張行程気筒の筒内空気を充分圧縮することができなくなるのである。

第２の理由は、膨張行程気筒の筒内空気を強く圧縮するために、圧縮行程気筒での逆転のための燃焼エネルギを増大させ過ぎると、エンジン（クランクシャフト）が逆回転し過ぎる虞がある点である。エンジンの逆回転は、圧縮行程気筒のピストンが下死点を越えない（膨脹行程気筒のピストンが上死点を越えない）範囲にとどめなければならない。これを超えると、圧縮行程気筒が吸気行程まで戻ってしまい（膨脹行程気筒が圧縮行程まで戻ってしまい）、もはや円滑な再始動が不可能となるからである。従って、圧縮行程気筒での逆転のための燃焼エネルギが増大し過ぎないようにする必要があり、そのために膨張行程気筒の筒内空気の圧縮圧力が制限されるのである。

本発明は上記の事情に鑑み、膨張行程気筒の筒内空気量やエンジンの逆転エネルギを過大に増やすことなく、再始動時における膨張行程気筒の最初の燃焼のエネルギを増大させ、もってエンジンの始動性を向上させ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。

請求項１に係る本発明は、所定のエンジン自動停止条件が成立したときに燃料供給を停止させてエンジンを停止させ、そのエンジン停止後において所定の再始動条件が成立したときに、エンジン停止時に圧縮行程にある圧縮行程気筒に燃料を供給して点火し、燃焼を行わせることによりエンジンを一旦逆転方向に所定量作動させて、エンジン停止時に膨脹行程にある膨張行程気筒のピストン上昇によって圧縮圧力を高めてから、この膨張行程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作動させて始動させるエンジンの始動装置において、少なくとも上記膨張行程気筒のピストン位置を検出するピストン位置検出手段と、少なくとも上記膨張行程気筒におけるエンジン再始動時の最初の燃焼のための燃料噴射時期を設定する燃料噴射制御手段とを備え、上記燃料噴射制御手段は、上記膨張行程気筒におけるエンジン停止中のピストン位置が行程中央よりも下死点寄りであるとき、その膨張行程気筒における最初の燃焼のための燃料噴射時期が、上記エンジンの逆転動作中且つ上記膨脹行程気筒のピストンが行程中央よりも上死点寄りに移動した後となる所定燃料噴射時期であるように設定することを特徴とする。

なお、当明細書において、エンジンの自動停止中に圧縮行程にある気筒を圧縮行程気筒、膨脹行程にある気筒を膨脹行程気筒と称する（同様に吸気行程にある気筒を吸気行程気筒、排気行程にある気筒を排気行程気筒と称する）が、これらはそれぞれ特定の気筒を指すわけではなく、エンジンの自動停止に際し、例えばある気筒が圧縮行程にあるときにエンジンが完全に停止したとき、便宜上その気筒を圧縮行程気筒と称するものである（膨脹行程気筒等も同様）。

請求項２に係る本発明は、請求項１記載のエンジンの始動装置において、少なくとも上記膨張行程気筒の筒内空気温度を推定する筒内温度推定手段を備え、上記燃料噴射制御手段は、上記膨張行程気筒の筒内空気温度の推定値が高いときは低いときに比べて上記所定燃料噴射時期を遅らせることを特徴とする。

請求項３に係る本発明は、所定のエンジン自動停止条件が成立したときに燃料供給を停止させてエンジンを停止させ、そのエンジン停止後において所定の再始動条件が成立したときに、エンジン停止時に圧縮行程にある圧縮行程気筒に燃料を供給して点火し、燃焼を行わせることによりエンジンを一旦逆転方向に所定量作動させて、エンジン停止時に膨脹行程にある膨張行程気筒のピストン上昇によって圧縮圧力を高めてから、この膨張行程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作動させて始動させるエンジンの始動装置において、少なくとも上記膨張行程気筒におけるエンジン再始動時の最初の燃焼のための燃料噴射時期および燃料噴射量を設定する燃料噴射制御手段を備え、上記燃料噴射制御手段は、上記膨張行程気筒における最初の燃焼のための燃料を分割噴射によって供給するとともに、少なくともその分割噴射の最後になされる燃料噴射の時期が、上記エンジンの逆転動作開始後の逆転動作中であるように設定することを特徴とする。

ここで、分割噴射とは１回の燃焼（この場合膨張行程気筒における最初の燃焼）のために供給される燃料を、所定の時間差をもって２回以上に分割して噴射することをいう。そして分割噴射の最後になされる燃料噴射とは、例えば２分割噴射の場合はその２回目の噴射、３分割噴射の場合はその３回目の噴射をいう。

請求項４に係る本発明は、請求項３記載のエンジンの始動装置において、少なくとも上記膨張行程気筒のピストン位置を検出するピストン位置検出手段を備え、上記燃料噴射制御手段は、上記膨張行程気筒におけるエンジン停止中のピストン位置が再始動に適した所定の適正停止範囲のうちの比較的下死点寄りにあるとき、比較的上死点寄りにあるときに比べて上記分割噴射における後段の噴射量割合を、前段の噴射量割合に対して相対的に増大させることを特徴とする。

請求項５に係る本発明は、請求項３または４記載のエンジンの始動装置において、少なくとも上記膨張行程気筒の筒内空気温度を推定する筒内温度推定手段を備え、上記燃料噴射制御手段は、上記膨張行程気筒の筒内空気温度の推定値が高いときは低いときに比べて上記分割噴射の後段の燃料噴射時期を遅らせることを特徴とする。

請求項４および５でいう燃料噴射の後段の燃料噴射とは、２分割噴射の場合は２回目の燃料噴射を、３分割以上の噴射の場合は、全ての燃料噴射を早期側の前段と遅期側の後段とに分類し、その後段の噴射をいう。後段の噴射は１回（すなわち上記分割噴射の最後になされる燃料噴射）としても良く、最後を含む２回以上の噴射としても良い。後段の燃料噴射を複数とした場合、その燃料噴射量や燃料噴射時期は、該当する複数の噴射量や噴射時期を平均（重みをつけて平均しても良い）する等の合理的な方法で定義すれば良い。

請求項１に係る発明によれば、エンジンの自動停止後の再始動時に、エンジンを一旦逆回転させることによって膨張行程気筒のピストンを上昇させ、その圧縮圧力を増大させた後に当該気筒での燃焼を行わせるので、エンジンを正転方向に転じさせるとともにその後の継続的な運転を行わせるための高い出力を得ることができる。

しかも、膨張行程気筒におけるエンジン停止中のピストン位置が行程中央よりも下死点寄りであるとき、その膨張行程気筒における最初の燃焼のための燃料噴射時期が、上記所定燃料噴射時期となる。膨張行程気筒のピストン停止位置が行程中央よりも下死点寄りであるときは、比較的筒内空気量が多く、大きな燃焼のエネルギを得られる状態となっている。しかし一方、エンジン逆転時にこの筒内空気を圧縮するにあたっては、圧縮反力が大きくなるため、限られた逆転のエネルギでは充分に圧縮できない状態となっている。

そこで燃料噴射時期を本発明のように設定し、エンジンの逆転動作中且つ上記膨脹行程気筒のピストンが行程中央よりも上死点寄りに移動した後に燃料を噴射するようにすれば、ある程度筒内空気が圧縮された状態の気筒内に燃料を噴射することになるので、その気化潜熱によって圧縮圧力が減少する。従ってピストンがより上死点近くまで移動することができ（ピストンストローク増大）、圧縮空気の密度をより高めることができる。その効果は、燃料噴射時期を例えばエンジンの逆転動作開始と同時ないしはその直後とした場合と比べて格段に大きく、結果としてより大きな燃焼エネルギが得られ、始動性を向上させることができる。

上記のように、燃料噴射時期を遅らせると気筒内の圧縮空気の密度を高めることができるが、あまり遅らせ過ぎると、燃料噴射から点火までの時間が短くなり、燃料の気化時間が充分に確保できなくなる虞がある。そこで請求項２の発明によると、そのバランスを適切にとりつつ、可及的に大きな燃焼エネルギを得るようにすることができる。すなわち、筒内空気温度が高く、燃料の気化性能が比較的高いときには燃料噴射時期を遅らせることによって気筒内の圧縮空気の密度を高め、より大きな燃焼エネルギを得ることができる。一方、筒内空気温度が低く、燃料の気化性能が比較的低いときには筒内空気温度が高いときよりも燃料噴射時期を早めることによって燃料の気化時間を確保することができる。

請求項３の発明によると、燃料を分割噴射することにより、燃料の気化時間の確保と気筒内の圧縮空気の密度増大とを容易かつより高度に両立させることができる。すなわち前段の噴射によって燃料の気化時間が確保され、後段の噴射（最後の噴射を含む）の気化潜熱によって気筒内の圧縮空気の密度を増大させることができる。

請求項４の発明によると、膨張行程気筒のピストン停止位置が再始動に適した所定の適正停止範囲のうちの比較的下死点寄りにあるとき（比較的筒内空気量が多い）は、比較的上死点寄りにあるとき（比較的筒内空気量が少ない）に比べて分割噴射の後段の燃料噴射量を増大させる。すなわち、比較的筒内空気量が多いときは、その圧縮反力も大きくなるので、後段の燃料噴射量をより多くすることによって効果的に圧縮圧力を低減することができ、圧縮空気の密度を増大させることによって始動性をより高めることができる。

請求項５の発明によると、請求項２の発明と同様に、燃料の気化時間の確保と気筒内の圧縮空気の密度増大とのバランスを適切にとりつつ、可及的に大きな燃焼エネルギを得るようにすることができる。しかも、後段の燃料噴射時期を遅らせても、前段の燃料噴射時期を気化時間が充分確保できる時期に設定しておくことにより、全体の気化性能の悪化を効果的に防止することができる。

図１および図２は本発明に係るエンジンの始動装置を有する４サイクル火花点火式エンジンの概略構成を示している。このエンジンには、シリンダヘッド１０およびシリンダブロック１１を有するエンジン本体１と、エンジン制御用のＥＣＵ２とを備えている。上記エンジン本体１には、四つの気筒（＃１気筒１２Ａ、＃２気筒１２Ｂ、＃３気筒１２Ｃ及び＃４気筒１２Ｄ）が設けられるとともに、各気筒１２Ａ〜１２Ｄの内部には、クランク軸３に連結されたピストン１３が嵌挿されることにより、その上方に燃焼室１４が形成されている。

上記各気筒１２Ａ〜１２Ｄの燃焼室１４の頂部には、プラグ先端が燃焼室１４内に臨むように点火プラグ１５が設置されている。点火プラグ１５には、これに電気火花を発生させるための点火装置２７が付設されている。また、上記燃焼室１４の側方には、燃焼室１４内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁１６が設けられている。この燃料噴射弁１６は、図外のニードル弁およびソレノイドを内蔵し、上記ＥＣＵ２の燃料噴射制御部４１から入力されたパルス信号の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上記点火プラグ１５の電極付近に向けて噴射するように構成されている。

また、上記各気筒１２Ａ〜１２Ｄの燃焼室１４の上部には、燃焼室１４に向かって開口する吸気ポート１７および排気ポート１８が設けられるとともに、これらのポート１７，１８に、吸気弁１９および排気弁２０がそれぞれ装備されている。上記吸気弁１９および排気弁２０は、図示を省略したカムシャフト等を有する動弁機構によって駆動されることにより、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各気筒１２Ａ〜１２Ｄの吸・排気弁１９，２０の開閉タイミングが設定されている。

上記吸気ポート１７および排気ポート１８には、吸気通路２１および排気通路２２が接続されている。上記吸気ポート１７に近い吸気通路２１の下流側は、図２に示すように、各気筒１２Ａ〜１２Ｄに対応して独立した分岐吸気通路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よりも上流側には共通吸気通路２１ｃが設けられるとともに、この共通吸気通路２１ｃには、アクチュエータ２４により駆動されるスロットル弁２３が配設されている。このスロットル弁２３の上流側には、吸気流量を検出するエアフローセンサ２５及び吸気の温度を検知する吸気温センサ２９が設けられ、スロットル弁２３の下流側には吸気圧力（負圧）を検出する吸気圧センサ２６が設けられている。

一方、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３７が配設されている。この触媒３７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および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３７は、三元触媒に限らず、上記のような酸素吸蔵能を有するものであれば良く、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触媒であっても良い。

また、上記エンジン本体１には、タイミングベルト等によりクランク軸３に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は、図示を省略したフィールドコイルの電流を制御して出力電圧を調節することにより発電量を調整するレギュレータ回路２８ａを内蔵し、このレギュレータ回路２８ａに入力される上記ＥＣＵ２からの制御信号に基づき、車両の電気負荷および車載バッテリーの電圧等に対応した発電量の制御が実行されるように構成されている。

さらに、上記エンジンには、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、一方のクランク角センサ３０から出力される検出信号に基づいてエンジンの回転速度が検出されるとともに、後述するように上記両クランク角センサ３０，３１から出力される位相のずれた検出信号に基づいてクランク軸３の回転方向および回転角度が検出されるようになっている。

更にエンジン本体１には、カムシャフトに設けられた気筒識別用の特定回転位置を検出するカム角センサ３２と、エンジンの冷却水温度を検出する水温センサ３３とが設けられ、また車体側には運転者のアクセル操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサ３４が設けられている。

ＥＣＵ２は、エンジンの運転を統括的に制御するコントロールユニットである。当実施形態のエンジンは、予め設定されたエンジンの自動停止条件が成立したときに各気筒１２Ａ〜１２Ｄへの燃料噴射を所定のタイミングで停止（燃料カット）して自動的にエンジンを停止させるとともに、その後に運転者によるアクセル操作が行われる等により再始動条件が成立したときにエンジンを自動的に再始動させる制御（アイドルストップ制御）を行うように構成されている。以下ＥＣＵ２の説明にあたり、このアイドルストップ制御に関する部分を中心に説明する。

ＥＣＵ２には、エアフローセンサ２５、吸気圧センサ２６、吸気温センサ２９、クランク角センサ３０，３１、カム角センサ３２、水温センサ３３及びアクセル開度センサ３４からの各検知信号が入力されるとともに、燃料噴射弁１６、スロットル弁２３のアクチュエータ２４、点火装置２７及びオルタネータ２８のレギュレータ回路２８ａのそれぞれに各駆動信号を出力する。ＥＣＵ２は、燃料噴射制御部４１、点火制御部４２、吸気流量制御部４３、発電量制御部４４、ピストン位置検出部４５および筒内温度推定部４６を機能的に含んでいる。

燃料噴射制御部４１は、燃料噴射時期と、各噴射における燃料噴射量とを設定して、その信号を燃料噴射弁１６に出力する燃料噴射制御手段である。特に当実施形態では、後述するように再始動時における膨張行程気筒での最初の燃焼のための燃料を分割噴射によって供給している。燃料噴射制御部４１は、その分割噴射時期の設定や、燃料配分の設定も行う。

点火制御部４２は、各気筒１２Ａ〜１２Ｄに対して適切な点火時期を設定し、各点火装置２７に点火信号を出力する。

吸気流量制御部４３は、各気筒１２Ａ〜１２Ｄに対して適切な吸気流量を設定し、その吸気流量に応じたスロットル弁２３の開度信号をアクチュエータ２４に出力する。特に当実施形態では、後述するようにエンジンの自動停止時にスロットル弁２３の開度を調節して、ピストン１３が再始動に適した適正停止範囲に停止するような制御を行っている。吸気流量制御部４３は、その際のスロットル弁２３の開度調節も行う。

発電量制御部４４は、オルタネータ２８の適切な発電量を設定し、その駆動信号をレギュレータ回路２８ａに出力する。特に当実施形態では、後述するようにエンジンの自動停止時にオルタネータ２８の発電量を調節することによってクランクシャフト３の負荷を変化させ、ピストン１３が再始動に適した適正範囲に停止するような制御を行っている。発電量制御部４４は、その際のオルタネータ２８の発電量の調節も行う。また再始動時には、通常よりも多めの発電を行うことによってエンジンの負荷を増大させ、吹上がり（必要以上に急速なエンジン回転速度の上昇）を防止する制御を行っている。

ピストン位置検出部４５は、クランク角センサ３０，３１の各検出信号に基づき、ピストン位置を検出する。ピストン位置とクランク角（°ＣＡ）とは１対１に対応するので、一般的になされているように当明細書においてもピストン位置をクランク角で表す。当実施形態では、後述するように膨張行程気筒および圧縮行程気筒の自動停止中のピストン位置に基いて各筒内空気量を算出し、それに応じて再始動時における各気筒の燃焼制御を行っている。

筒内温度推定部４６は、水温センサ３３によって検知されるエンジン水温や、吸気温センサ２９によって検知される吸気温度等に基いて、予め実験等によって求められたマップを用いる等して各気筒１２Ａ〜１２Ｄの気筒内の空気温度を推定する筒内温度推定手段である。特に当実施形態では、後述するように、エンジンの再始動に際してエンジンの停止時間を考慮した筒内温度推定を行い、その推定値に基づいた燃焼制御を行っている。

以上のような構成のＥＣＵ２によってアイドルストップ制御を行うにあたり、エンジンの再始動時には、最初に圧縮行程気筒で燃焼を行わせることにより、そのピストン１３を押し下げてクランク軸３を少しだけ逆転させる。これによって膨張行程気筒のピストン１３を一旦上昇（上死点に近づける）させ、その気筒内の空気（燃料噴射後は混合気となる）を圧縮した状態で、こ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に正転方向の駆動トルクを与えてエンジンを再始動させるように構成されている。

上記のようにして再始動モータ等を使用することなく、特定の気筒に噴射された燃料に点火するだけでエンジンを適正に再始動させるためには、上記膨張行程気筒の混合気を燃焼させることにより得られる燃焼エネルギを充分に確保することにより、これに続いて圧縮上死点を迎える気筒（当実施形態では圧縮行程気筒および吸気行程気筒）がその圧縮反力に打ち勝って圧縮上死点を超えるようにしなければならない。したがって、膨張行程気筒内に充分な空気量を確保しておく必要がある。

図３（ａ），（ｂ）に示すように、圧縮行程気筒と膨張行程気筒とでは、それぞれ位相が１８０°ＣＡだけずれているため、各ピストン１３が互いに逆方向に作動する。膨張行程気筒のピストン１３が行程中央よりも下死点側に位置していれば、その気筒の空気量が多くなって充分な燃焼エネルギが得られる。しかし、上記膨張行程気筒のピストン１３が極端に下死点側に位置した状態となると、圧縮行程気筒内の空気量が少なくなり過ぎて、再始動時の初回燃焼でクランク軸３を逆転させるための燃焼エネルギが充分に得られなくなる。

これに対して上記膨張行程気筒の行程中央、つまり圧縮上死点後のクランク角が９０°ＣＡとなる位置よりもやや下死点側の所定範囲Ｒ、例えば圧縮上死点後のクランク角が１００〜１２０°ＣＡとなる範囲Ｒ内にピストン１３を停止させることができれば、圧縮行程気筒内に所定量の空気が確保されて上記初回の燃焼によりクランク軸３を少しだけ逆転させ得る程度の燃焼エネルギが得られることになる。しかも、膨張行程気筒内に多くの空気量を確保することにより、クランク軸３を正転させるための燃焼エネルギを充分に発生させてエンジンを確実に再始動させることが可能となる（以下この範囲Ｒを適正停止範囲Ｒとする）。

そこで、ピストン１３を適正停止範囲Ｒ内に停止させるよう、ＥＣＵ２によって次のような制御がなされる。図４は、この制御によるエンジン自動停止時のタイムチャートであり、エンジンの回転速度Ｎｅ、ブースト圧Ｂｔ（吸気圧力）およびスロットル弁２３の開度Ｋを示す。また図５は、図４の時点ｔ１付近以降の拡大図であり、図４に加えてクランク角ＣＡおよび各気筒の行程推移チャートを示す。なお、以下説明を簡潔にするため、＃１気筒１２Ａが膨張行程気筒、＃２気筒１２Ｂが排気行程気筒、＃３気筒１２Ｃが圧縮行程気筒、＃４気筒１２Ｄが吸気行程気筒であるものとする。

ＥＣＵ２は、エンジンの自動停止条件が成立した時点ｔ０で、エンジンの目標速度を、エンジンを自動停止させない時の通常のアイドル回転速度（以下、通常のアイドル回転速度という）よりも高い値、例えば通常のアイドル回転速度が６５０ｒｐｍ（自動変速機はドライブ（Ｄ）レンジ）に設定されたエンジンでは上記目標速度（自動停止条件成立時のアイドル回転速度）を８５０ｒｐｍ程度（自動変速機はニュートラル（Ｎ）レンジ）に設定することにより、エンジンの回転速度Ｎｅを通常のアイドル回転速度よりも少し高い回転速度で安定させる制御を実行する。またブースト圧Ｂｔが比較的高い所定の値（約−４００ｍｍＨｇ）で安定するようにスロットル弁２３の開度Ｋを調節する。

そしてエンジンの回転速度Ｎｅが目標速度に安定した時点ｔ１で燃料噴射を停止させてエンジンの回転速度Ｎｅを低下させる。また、エンジンを自動停止させる制御動作の初期段階である上記燃料噴射の停止時点ｔ１で、スロットル弁２３の開度Ｋを、気筒内空燃比を空気過剰率λ＝１にしたときのアイドル時の吸気流量（エンジン運転を継続させるために必要な最小限の吸気流量）よりも多い吸気流量となるように設定する。すなわち、上記時点ｔ１直前の燃焼状態が、気筒内空燃比を空気過剰率λ＝１ないしλ＝１付近に設定されて均質燃焼されている場合はスロットル弁２３の開度Ｋを増大させ（例えば開度Ｋ＝３０％程度）、気筒内空燃比がリーンに設定されて成層燃焼されている場合はスロットル弁２３の開度Ｋをそのまま（成層燃焼時の比較的大きな開度のまま）維持する。図４及び図５は前者の場合を示している。

この制御によって時点ｔ１からやや遅れてブースト圧Ｂｔが増大し始める（時点ｔ１直前が均質燃焼の場合）か、または比較的高いブースト圧Ｂｔを維持する（時点ｔ１直前が成層燃焼の場合）ので、排気ガスの掃気が促進される。

またＥＣＵ２は、時点ｔ１でオルタネータ２８の発電を一旦停止させる。これによってクランク軸３の回転抵抗を低減し、エンジンの回転速度Ｎｅの速度が早く低下し過ぎないようにしている。

こうして時点ｔ１で燃焼噴射を停止するとエンジンの回転速度Ｎｅが低下し始め、予め設定された基準速度、例えば７６０ｒｐｍ以下になったことが確認された時点ｔ２でスロットル弁２３を閉止する。すると時点ｔ２からやや遅れてブースト圧Ｂｔが減少し始め、エンジンの各気筒に吸入される吸気流量が減少する。スロットル弁２３を開放している時点ｔ１から時点ｔ２までの間に吸入された空気は、共通吸気通路２１ｃ及びサージタンク２１ｂを経由して各気筒の分岐吸気通路２１ａに導かれる。そして吸気行程を迎えた気筒から順にその空気を吸入することになる。図５に示す場合では＃４気筒１２Ｄ、＃２気筒１２Ｂ、＃１気筒１２Ａ、＃３気筒１２Ｃの順となる。ここで、時点ｔ１及び時点ｔ２の設定を上記のようにすることによって、＃３気筒１２Ｃ（圧縮行程気筒）よりも＃１気筒１２Ａ（膨張行程気筒）の方がより多くの空気を吸入することになる。

時点ｔ１以降はエンジンが惰性で回転するため、エンジンの回転速度Ｎｅが次第に低下し、やがて時点ｔ５で停止するが、このエンジンの回転速度Ｎｅの低下は、図４および図５に示すように、小刻みなアップダウン（４気筒４サイクルエンジンでは１０回前後）を繰り返しながら低下して行く。

図５に示すクランク角ＣＡのタイムチャートは、実線が＃１気筒１２Ａおよび＃３気筒１２Ｃの上死点（ＴＤＣ）を０°ＣＡとした場合のクランク角を示し、一点鎖線が＃２気筒１２Ｂおよび＃４気筒１２Ｄの上死点を０°ＣＡとした場合のクランク角を示している。実線と一点鎖線とは９０°ＣＡを境に互いに逆位相となっている。４気筒４サイクルエンジンでは、１８０°ＣＡごとに何れかの気筒が順次圧縮上死点を迎えるので、このタイムチャートは、実線または一点鎖線で示す波形の頂点（クランク角＝０°ＣＡ）において何れかの気筒が圧縮上死点を通過していることを示している。

この何れかの気筒が圧縮上死点となるタイミングは、上記エンジンの回転速度Ｎｅのアップダウンの谷のタイミングと一致している。つまり、エンジンの回転速度Ｎｅは、各気筒が順次圧縮上死点を迎える度に一時的に落ち込んだ後、その圧縮上死点を超えた時点で再び上昇するという小刻みなアップダウンを繰り返しながら次第に低下するのである。

そして最後の圧縮上死点を通過した時点ｔ４の後に圧縮上死点を迎える圧縮行程気筒１２Ｃでは、慣性力によるピストン１３の上昇に伴って空気圧が高まり、その圧縮反力によりピストン１３が上死点を超えることなく押し返されてクランク軸３が逆転する。このクランク軸３の逆転によって膨張行程気筒１２Ａの空気圧が上昇するため、その圧縮反力に応じて膨張行程気筒１２Ａのピストン１３が下死点側に押し返されてクランク軸３が再び正転し始め、このクランク軸３の逆転と正転とが数回繰り返されてピストン１３が往復作動した後に停止することになる。このピストン１３の停止位置は、圧縮行程気筒１２Ｃおよび膨張行程気筒１２Ａにおける圧縮反力のバランスにより略決定されるとともに、吸気行程気筒１２Ｄの吸気抵抗やエンジンの摩擦等の影響を受け、上記最後の圧縮上死点を超えた時点ｔ４のエンジンの回転慣性、つまりエンジン回転速度Ｎｅの高低によっても変化することになる。

したがって、膨張行程気筒１２Ａのピストン１３を適正停止範囲Ｒ内に停止させるためには、まず膨張行程気筒１２Ａおよび圧縮行程気筒１２Ｃの圧縮反力がそれぞれ充分に大きくなり、かつ膨張行程気筒１２Ａの圧縮反力が圧縮行程気筒１２Ｃの圧縮反力よりも所定値以上大きくなるように、両気筒に対する吸気流量を調節する必要がある。このために、燃料噴射の停止時点ｔ１でスロットル弁２３を開放してその開度Ｋを増大させることにより膨張行程気筒１２Ａおよび圧縮行程気筒１２Ｃの両方に所定量の空気を吸入させた後、所定時間が経過した時点ｔ２で上記スロットル弁２３を閉止してその開度Ｋを低減することにより上記吸入空気量を調節するようにしている。

ところで、このようにしてエンジンを自動停止させ、エンジン回転速度が低下する過程において、各気筒１２Ａ〜１２Ｄが圧縮上死点を通過する際のエンジン回転速度（上死点回転速度）ｎｅと、膨張行程気筒１２Ａのピストン停止位置との間に明確な相関関係がある。すなわち、各段階（停止前から２番目、３番目、４番目・・・）の上死点回転速度ｎｅがそれぞれ一定の速度範囲内にあるときに膨張行程気筒１２Ａのピストン停止位置が適正停止範囲Ｒ内となる確率が高くなるのである。

この特性を利用し、当実施形態ではエンジン回転速度Ｎｅの低下過程における所定の段階（特に重要なのは停止前から２番目（時点ｔ３））の上死点回転速度ｎｅが一定の速度範囲内となるような制御を行って、膨張行程気筒１２Ａのピストン１３がより確実に適正停止範囲Ｒ内で停止するような制御を行っている。具体的には、オルタネータ２８の発電量を増減させることによってクランクシャフト３の負荷（エンジン負荷）を調節し、停止前から２番目の上死点回転速度ｎｅ（時点ｔ３）が、３５０±５０ｒｐｍの範囲内となるようにしている。

エンジン回転速度Ｎｅが更に低下し、最後の圧縮上死点通過時期（図５に示す時点ｔ４）を過ぎると、何れの気筒も上死点を通過することがなく、行程の推移はなされなくなる。ピストン１３は、その行程内で減衰振動（逆向きに動くときはクランク軸３が逆転し、エンジンの回転速度Ｎｅが負になる）しつつ狙いの適正停止範囲Ｒに停止しようとする。しかし、このとき吸気行程気筒１２Ｄは吸気動作を行っており、その吸気抵抗が大きいとピストン１３の停止位置がばらつき易くなる。特に、吸気抵抗はピストン１３が下死点側に動くときに大きくなるように作用するので、ピストン１３が狙いよりも上死点寄りに停止し易くなる。吸気行程気筒１２Ｄのピストン１３と膨張行程気筒１２Ａのピストン１３とは同位相で動くので、結局膨張行程気筒１２Ａのピストン１３が狙いよりも上死点寄りに停止し易くなってしまう。

そこで当実施形態では、時点ｔ４と略同時（やや遅らせても良い）にスロットル弁２３の開度Ｋを図５に示す開度Ｋ１（例えばＫ１＝４０％程度）まで増大させ、吸気行程気筒１２Ｄの吸気抵抗を低減している。これによって膨張行程気筒１２Ａおよび圧縮行程気筒１２Ｃにおける吸気流量バランスに影響を及ぼすことなく、そのバランスに応じた狙いの位置にピストン１３がより停止し易くなっている。

なお、このような制御を行うためには、時点ｔ４が最後の圧縮上死点通過時期であることを即時に判別する必要があり、次の（圧縮行程気筒１２Ｃでの）圧縮上死点は通過しないことを時点ｔ４において予測しなければならない。そのため当実施形態では、ＥＣＵ２が最後の上死点通過時期を判別するようにしている。ＥＣＵ２は、各上死点通過時のエンジン回転速度と、予め実験等で求められた所定の回転速度（例えば２６０ｒｐｍ）とを比較し、前者が後者以下となった時点で、それが最後の圧縮上死点通過時期であると判別する。なお、最後の圧縮上死点通過時期における上死点回転速度ｎｅは、高いほど行程後期寄り（膨張行程気筒１２Ａのピストン停止位置が下死点寄り、圧縮行程気筒１２Ｃでは上死点寄り）で停止し易くなる。

ところで、エンジン停止直前の膨張行程気筒１２Ａおよび圧縮行程気筒１２Ｃの最終吸気行程における吸気流量バランスは、ブースト圧Ｂｔによっても影響を受ける。特に、停止前から２番目の圧縮上死点通過時期（図５の時点ｔ３）は、圧縮行程気筒１２Ｃにおいて最終吸気行程の始点となっており、この時点のブースト圧Ｂｔの影響が大きい。すなわち、このブースト圧Ｂｔが低い（真空側）と、圧縮行程気筒１２Ｃへの吸気流量が少なくなり、結果的に圧縮行程気筒１２Ｃのピストン１３の停止位置が上死点寄り（膨張行程気筒１２Ａでは下死点寄り）となり易い。ブースト圧Ｂｔが高い（大気圧側）と、その逆となる。

従って、最後の上死点通過時期における上死点回転速度ｎｅが高く、また停止前から２番目の圧縮上死点通過時期のブースト圧Ｂｔが低いときは、膨張行程気筒１２Ａのピストン１３が行程後期寄りで停止し易い条件が重なっており、狙いの停止位置（上死点後１００〜１２０°ＣＡ）で停止する可能性が高い。このような条件のときに、時点ｔ３でスロットル弁２３の開度をＫ１まで増大させる制御を行うと、ピストン停止位置がより行程後期寄りとなって、かえって狙いの停止位置から外れてしまう虞がある。そこで当実施形態では、そのような場合には、時点ｔ３におけるスロットル弁２３の開度をＫ１より低開度（または閉止）とされる開度Ｋ２（図５参照）に設定し、吸気流量の増大を抑制することにより、膨張行程気筒１２Ａのピストン停止位置が下死点寄りになり過ぎないようにしている。

こうして時点ｔ５においてピストン１３が完全に停止するが、その停止直前から停止までのピストン１３の動作をクランク角センサ３０，３１で検出することにより、ＥＣＵ２のピストン位置検出部４５がピストン１３の停止位置を検出する。図６は、そのピストン停止位置の検出制御動作を示すフローチャートである。この検出制御がスタートすると、第１クランク角信号ＣＡ１（クランク角センサ３０からの信号）および第２クランク角信号ＣＡ２（クランク角センサ３１からの信号）に基づき、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であるか否か、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（ステップＳ４１）。これにより、エンジンの停止動作時における上記信号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定してエンジンが正転状態にあるか逆転状態にあるかを判別する。

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Ｓ４１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Ｓ４２）、ステップＳ４１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Ｓ４３）。そして、エンジン停止後に上記ＣＡカウンタの計測値を調べることでピストン停止位置を求める（ステップＳ４４）。

エンジンが完全に停止すると、各気筒１２Ａ〜１２Ｄの筒内温度は図８の温度特性に示すような変化をする。図８は、エンジン停止からの経過時間と筒内温度との関係を示すグラフであり、エンジン停止時（時点ｔ５）の筒内温度が８０℃であった場合の筒内温度変化の推定値である。

この特性に示すように、エンジンが完全に停止すると冷却水の流れが停止するので、停止直後に筒内温度が急速に上昇する。そしてエンジン停止後約１０秒でピークとなり、以後は徐々に低下して行く。この特性は冷却水の温度（エンジン水温）や外気温（吸気温度）等によって異なり、ＥＣＵ２の筒内温度推定部４６はその特性をマップ化したデータを記憶している。

なお、エンジン停止動作期間中にスロットル弁２３の開度Ｋを増大させることにより掃気が促進されるので、触媒３７に充分な量の新気が供給される。従ってエンジン停止中は触媒３７の酸素吸蔵量が充分に多い状態となっている。

次に、エンジンの再始動時の制御について説明する。再始動の際は、上述のようにまず圧縮行程気筒１２Ｃでの燃焼を行わせてエンジンを一旦逆回転させてから膨張行程気筒１２Ａでの燃焼を行わせ、正転方向に転じさせる。つまりエンジンを一旦逆回転させることによって膨張行程気筒１２Ａのピストン１３を上昇させ、その圧縮圧力を増大させた後に当該気筒での燃焼を行わせる。膨張行程気筒１２Ａのピストン停止位置が適正停止範囲Ｒにあって燃焼のための充分な空気量が確保されていることと、その空気がエンジンの逆転によって圧縮されることにより大きな燃焼エネルギが得られる。つまりエンジンを確実に正転方向に転じさせるとともにその後の継続的な運転に円滑に移行させることができる。

しかし、膨張行程気筒１２Ａ内に充分な空気が存在していることが、その空気を強く圧縮することの妨げとなっている。それは、圧縮された空気の圧縮反力が膨張行程気筒１２Ａのピストン１３を押し戻す方向に作用するからである。

そこで当実施形態では、膨張行程気筒１２Ａへの燃料噴射時期を遅らせることにより、膨張行程気筒１２Ａ内の空気の圧縮量を増大（密度を増大）させる制御を行っている。燃料噴射時期を遅らせると、ある程度筒内空気が圧縮された状態の気筒内に燃料を噴射することになり、その気化潜熱によって圧縮圧力が減少する。従って同じエンジン逆転のエネルギであればピストン１３がより上死点近くまで移動することができ（ピストンストローク増大）、圧縮空気の密度をより高めることができる。

図９は、膨張行程気筒１２Ａへの燃料噴射時期と、それに応じたピストン到達点（点火をしないときに最も上死点に近づく位置）との関係を示すグラフであり、燃料噴射を遅らせることによる効果を表している。図９の横軸は膨張行程気筒１２Ａの最初の燃焼のための燃料噴射時期をクランク角（上死点後ＡＴＤＣ）で表したもの、縦軸はそれに応じた膨張行程気筒１２Ａのピストン到達点をクランク角（上死点後ＡＴＤＣ）で表したものである。ピストン到達点のクランク角が小さい（上死点ＴＤＣに近い）ほど最大圧縮時の筒内容積が小さく（空気密度が大きく）、燃焼時により大きなエネルギを得ることができる。図９の特性は、膨張行程気筒１２Ａのピストン停止位置が１１０°ＣＡ（ＡＴＤＣ）のときのものである。この特性に示すように、逆転動作の最初（クランク角＝１１０°ＣＡ（ＡＴＤＣ））に噴射したときのピストン到達点が約３６．５°ＣＡ（ＡＴＤＣ）であるのに対し、逆転が開始し、ピストン１３が７０°ＣＡ（ＡＴＤＣ）まで上死点側に移動したときに噴射した場合、そのピストン到達点が約３３．５°ＣＡ（ＡＴＤＣ）となり、約３°ＣＡ分の圧縮空気密度の増大を図ることができる。

ただし燃料噴射時期を遅らせすぎると、気化が遅れ、気化潜熱によって圧縮圧力が充分低下する前にピストン１３が到達点に達してしまう。つまりピストン到達点が低下に転じる（図９の例では７０°ＣＡ（ＡＴＤＣ）以降）。結局、最大の空気密度増大効果を得るためには、燃料噴射時期を、膨張行程気筒１２Ａ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。

一方、燃料噴射時期を遅らせるということは燃料噴射から点火までの時間が短くなることでもあり、点火時の気化が不十分となる虞がある。点火時点までに気化を充分促進させるためには、早期（例えば逆転動作の初期）に燃料噴射を行うことが望ましい。つまり上記空気密度の増大と点火時点の気化促進とは燃料噴射時期に関して相反する要求を有するものである。

そこで当実施形態では、燃料を分割噴射（２分割）し、前段の燃料噴射を逆転動作の初期に行い、後段の燃料噴射を逆転動作中（望ましくは行程中央の９０°ＣＡ（ＡＴＤＣ）よりも上死点寄り。図９の噴射時期７０°ＣＡ（ＡＴＤＣ）に相当する時期）に行うようにしている。すなわち、比較的点火時期までの時間が長い前段の燃料噴射で気化を促進し、後段の燃料噴射によって圧縮空気密度の増大を図っている。

なお、ＥＣＵ２の燃料噴射制御部４１は、前段と後段との噴射燃料の比率（分割比）や後段の燃料噴射時期を、膨張行程気筒１２Ａのピストン停止位置や逆転開始時の筒内空気温度（推定値）によって補正し、気化性能を確保しつつ燃焼エネルギを可及的に増大させることができるようにしている。すなわち膨張行程気筒１２Ａのピストン停止位置が適正停止範囲Ｒのうちの比較的下死点寄りにあるとき（比較的筒内空気量が多い）は、比較的上死点寄りにあるとき（比較的筒内空気量が少ない）に比べて後段の燃料噴射量比率を増大させている。これは、比較的筒内空気量が多いときは、その圧縮反力も大きくなるので、後段の燃料噴射量をより多くすることによって効果的に圧縮圧力を低減させ、圧縮空気の密度を増大させるためである。また、筒内空気温度が比較的高いときにも後段の燃料噴射量比率を増大させている。これは、筒内空気温度が高いときは燃料の気化性能が高くなっているので、気化性能を確保するための前段の燃料噴射をあまり必要としなくなるからである。

後段の燃料噴射時期に関しては、筒内空気温度が比較的高いときに後段の燃料噴射時期を遅らせている（但し図９の噴射時期７０°ＣＡに相当する時期を上限とする）。つまり、筒内空気温度が高いときは燃料の気化性能が高くなっているので、後段の燃料噴射時期を遅らせても点火までの間に気化し易くなっており、その分燃料噴射時期を遅らせることで圧縮空気密度の更なる増大を図っている。

上記のような制御を含むエンジン再始動時の制御動作を図１０〜図１２に示すフローチャートに基づいて説明する。まず、所定のエンジン再始動条件（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、バッテリー電圧が低下した場合、あるいはエアコンが作動した場合等）が成立したか否かを判定し（ステップＳ１０１）、ＮＯと判定されてエンジンの再始動条件が成立していないことが確認された場合には、そのままの状態で待機する。ステップＳ１０１でＹＥＳと判定されてエンジンの再始動条件が成立したことが確認された場合には、筒内温度推定部４６が、エンジン水温、停止時間（自動停止からの経過時間）、吸気温度などから筒内温度を推定する（ステップＳ１０２）。そして、ピストン位置検出部４５によって検出されたピストン１３の停止位置に基づいて圧縮行程気筒１２Ｃおよび膨張行程気筒１２Ａ内の空気量を算出する（ステップＳ１０３）。つまり、上記ピストン１３の停止位置から圧縮行程気筒１２Ｃおよび膨張行程気筒１２Ａ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噴射の停止後にエンジンが数回転してから停止するので膨張行程気筒１２Ａも新気で満たされた状態にあり、かつ、エンジン停止中に圧縮行程気筒１２Ｃおよび膨張行程気筒１２Ａの内部は略大気圧となっているので、上記燃焼室容積から新気量が求められることとなる。

次に、ピストン停止位置が、圧縮行程気筒１２Ｃにおける適正停止範囲Ｒ（上死点前ＢＴＤＣ６０〜８０°ＣＡ）のうち、比較的下死点ＢＤＣ側であるか否かの判定が行われる（ステップＳ１０４）。

ステップＳ１０４でＹＥＳと判定され、比較的空気量が多いときは、ステップＳ１０５に移行して、上記ステップＳ１０３で算出された圧縮行程気筒１２Ｃの空気量に対してλ（空気過剰率）＞１なる空燃比（たとえば空燃比＝２０程度）となるように燃料を噴射させる（１回目の燃料噴射）。この空燃比はピストンの停止位置に応じて予め設定された圧縮行程気筒１回目用空燃比マップＭ１から求められる。λ＞１というリーン空燃比とすることにより、比較的圧縮行程気筒１２Ｃ内の空気量が多いときであっても、逆転のための燃焼エネルギが過多となることなく、逆転し過ぎる（圧縮行程気筒１２Ｃにおいて、下死点側に動いたピストン１３が下死点を通過して、吸気行程まで逆転してしまう）ことを防止している。

一方ステップＳ１０４でＮＯと判定され、比較的空気量が少ないときは、ステップＳ１０６に移行して、上記ステップＳ１０３で算出された圧縮行程気筒１２Ｃの空気量に対してλ≦１なる空燃比となるように燃料を噴射させる（１回目の燃料噴射）。この空燃比はピストンの停止位置に応じて予め設定された圧縮行程気筒１回目用空燃比マップＭ２から求められる。λ≦１という理論空燃比ないしはそれよりリッチ空燃比とすることにより、比較的圧縮行程気筒１２Ｃ内の空気量が少ないときであっても、逆転のための燃焼エネルギを充分得ることができる。

次にステップＳ１０７に移行し、圧縮行程気筒１２Ｃへの１回目燃料噴射から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を行う。そして、点火してから一定時間内にクランク角センサ３０，３１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が動いたか否かを判定し（ステップＳ１０８）、ＮＯと判定されて失火によりピストン１３が動かなかったことが確認された場合には、圧縮行程気筒１２Ｃに対して再点火を繰り返し行う（ステップＳ１０９）。

クランク角センサ３０，３１のエッジが検出され、ピストン１３が動いたと判定されると（ステップＳ１０８でＹＥＳ）、ピストン停止位置および上記ステップＳ１０２で推定した筒内温度に基いて、膨張行程気筒１２Ａに対する分割燃料噴射の分割比（前段噴射（１回目）と後段噴射（２回目）との比率）を算出する（ステップＳ１２１）。膨張行程気筒１２Ａにおけるピストン停止位置が下死点寄りであるほど、また筒内温度が高いほど、後段の噴射比率を大きくする。

次に上記ステップＳ１０３で算出した膨張行程気筒１２Ａの空気量に対して所定の空燃比（λ≦１）となるように燃料噴射量を算出する（ステップＳ１２２）。この際の空燃比はピストンの停止位置に応じて予め設定された膨張行程気筒用空燃比マップＭ３から求められる。

次に、ステップＳ１２２で算出された膨張行程気筒１２Ａへの燃料噴射量とステップＳ１２１で算出された分割比とによって、膨張行程気筒１２Ａに対する前段（１回目）の燃料噴射量を算出し、噴射する（ステップＳ１２３）。

次に、上記ステップＳ１０２で推定された筒内温度に基づき、膨張行程気筒１２Ａに対する後段（２回目）の燃料噴射時期を算出する（ステップＳ１２４）。この２回目の噴射時期は、ピストン１３が上死点側への移動（エンジンの逆転）を開始した後の、筒内空気が圧縮されている時期であるとともに、噴射燃料の気化潜熱が圧縮圧力を効果的に減少させる（ピストン１３を可及的に上死点へ近づける）ように、かつこの２回目の噴射燃料が点火時期までに気化する時間が可及的に長くなるように設定される。

次に、ステップＳ１２２で算出された膨張行程気筒１２Ａへの燃料噴射量とステップＳ１２１で算出された分割比とによって、膨張行程気筒１２Ａに対する後段（２回目）の燃料噴射量を算出し（ステップＳ１２５）、上記ステップＳ１２４で算出された２回目の噴射時期に噴射する（ステップＳ１２６）。

膨張行程気筒１２Ａへの２回目の燃料噴射後、所定のディレー時間経過後に点火する（ステップＳ１２７）。所定のディレー時間はピストンの停止位置に応じて予め設定された膨張行程気筒点火ディレーマップＭ４から求められる。この点火による膨張行程気筒１２Ａでの初回燃焼により、エンジンは逆転から正転に転ずる。従って圧縮行程気筒１２Ｃのピストン１３は上死点側に移動し、内部のガス（上記ステップＳ１０７の点火によって燃焼した既燃ガス）を圧縮し始める。

次に、燃料気化時間を考慮に入れ、圧縮行程気筒１２Ｃに２回目の燃料を噴射する（ステップＳ１２８）。この際の燃料噴射量は、１回目の噴射量とを合計した噴射量に基づく全体の空燃比が可燃空燃比（下限は７〜８）よりも更にリッチ（例えば６程度）になるように、ピストンの停止位置に応じて予め設定された圧縮行程気筒２回目用空燃比マップＭ５から求められる。この圧縮行程気筒１２Ｃの２回目の噴射燃料の気化潜熱によって、圧縮行程気筒１２Ｃの圧縮上死点付近の圧縮圧力が低減するので、当該圧縮上死点を容易に越えることができる。

なお、この圧縮行程気筒１２Ｃへの２回目の燃料噴射は、専ら筒内の圧縮圧力を低減させるためになされるものであって、これに対する点火、燃焼は行われない（可燃空燃比よりもリッチなので自着火も起こらない）。この不燃燃料は、その後、排気通路２２の触媒３７において吸蔵されている酸素と反応し、無害化される。

上記のように圧縮行程気筒１２Ｃでの２回目の噴射燃料は燃焼しないので、膨張行程気筒１２Ａでの最初の燃焼に続く次の燃焼は、吸気行程気筒１２Ｄ（停止時に吸気行程にあった＃４気筒。図１４参照。）での最初の燃焼である。吸気行程気筒１２Ｄのピストン１３が圧縮上死点を越えるためのエネルギとして、膨張行程気筒１２Ａにおける初回燃焼のエネルギの一部が充てられる。つまり膨張行程気筒１２Ａにおける初回燃焼のエネルギは、圧縮行程気筒１２Ｃが圧縮上死点を乗り超えるためと吸気行程気筒１２Ｄが圧縮上死点を越えるためとの両方に供される。

従って、円滑な始動のためには吸気行程気筒１２Ｄが圧縮上死点を越えるためのエネルギが小さいことが望ましい。以下のステップＳ１４０〜Ｓ１４４は、次の吸気行程気筒１２Ｄでの燃焼を行うにあたり、圧縮上死点を越えるためのエネルギを可及的に小さくするための制御である。

まずステップＳ１４０で、筒内空気密度を推定し、その推定値から吸気行程気筒１２Ｄの空気量を算出する。次に、ステップＳ１０２で推定した筒内温度に基いて、自着火防止のための空燃比補正値を算出する（ステップＳ１４１）。すなわち自着火が起こると、その燃焼によって圧縮上死点に至る前にピストン１３を下死点側に押し戻す力（逆トルク）が発生する。これはその分圧縮上死点を越えるためのエネルギを多く消費するので望ましくない。そこでこの逆トルクを抑制するために空燃比をリーン側に補正し、自着火が起こらないようにするのである。

次に、上記ステップＳ１４０で算出した吸気行程気筒１２Ｄの空気量と、上記ステップＳ１４１で算出した空燃比補正値を考慮した空燃比とから、吸気行程気筒１２Ｄへの燃料噴射量を算出する（ステップＳ１４２）。

そして吸気行程気筒１２Ｄに対する燃料噴射を行うが、この燃料噴射は、その気化潜熱によって圧縮圧力が低減するように（つまり圧縮上死点を越えるための必要エネルギを低減するように）、圧縮行程の後期まで遅延してなされる（ステップＳ１４３）。その遅延量は、エンジンの自動停止期間、吸気温度、エンジン水温等に基いて算出される。

次に、上記逆トルクの発生を抑制するため、点火時期を上死点以降に遅延して点火する（ステップＳ１４４）。以上の制御によって、吸気行程気筒１２Ｄにおいて、圧縮上死点まではその圧縮圧力を小さくして上死点を越え易くし、上死点を過ぎた時点で燃焼エネルギによる正転方向のトルクが発生するようになる。

ステップＳ１４４の後、通常の制御に移行しても良いが、当実施形態では更に吹上がり抑制制御を行っている。ここで言う吹上がりとは、吸気行程気筒１２Ｄでの初回燃焼以降、エンジン回転速度が必要以上に急上昇することをいい、加速ショックが発生したり運転者に違和感を与えたりする虞があって望ましくない。吹上がりは、自動停止期間中の吸気圧力（スロットル弁２３より下流の圧力）が略大気圧となっているために、始動直後（吸気行程気筒１２Ｄでの初回燃焼以降）の各気筒での燃焼エネルギが通常のアイドル運転時の燃焼エネルギに比べて一時的に大きくなることによって起こる。そこで以降のステップＳ１４５〜Ｓ１５８で、この吹上がりを抑制する制御を行っている。

まずオルタネータ２８の発電を開始する（ステップＳ１４５）。その目標電流値はＥＣＵ２の発電量制御部４４によって通常より高めに設定される。オルタネータ２８の発電によってクランクシャフト３の負荷（エンジン負荷）が増大するので、吹上がりが抑制される。

次に吸気圧センサ２６によって検知される吸気圧が、アイドルストップを行わない場合の通常のアイドル時における吸気圧力より高いか否かが判定される（ステップＳ１５０）。ここでＹＥＳと判定されると、吹上がりが起こり易い状態となっているので、スロットル弁２３の開度を通常のアイドル運転時におけるスロットル開度よりも更に小さくし（ステップＳ１５１）、燃焼エネルギの発生量を抑制する。

次に排気通路２２に設けられた触媒３７の温度が活性温度以下であるか否かが判定され（ステップＳ１５２）、ＹＥＳと判定されれば目標空燃比をλ≦１なるリッチ空燃比に設定するとともに（ステップＳ１５３）、点火時期を上死点以降に遅延させる（ステップＳ１５４）。こうすることにより、触媒３７の温度上昇が促進されるとともに、点火時期の遅延によって燃焼エネルギの発生量が抑制される。

遡って、ステップＳ１５２でＮＯと判定されたときは、目標空燃比をλ＞１なるリーン空燃比に設定して（ステップＳ１５８）燃焼させる。このリーン燃焼によって燃料の消費を抑制しつつ燃焼エネルギの発生量を抑制することができる。

ステップＳ１５４またはステップＳ１５８の後はステップＳ１５０に戻り、ＮＯと判定されるまで上記制御を繰り返す。ステップＳ１５０でＮＯと判定されると、もはや吹上がりの虞がないので、オルタネータ２８の発電量も含めて通常制御に移行する（ステップＳ１６０）。

上記の再始動制御が実行されることにより、図１３および図１４に示すように、先ず圧縮行程気筒１２Ｃ（＃３気筒）において１回目の燃料噴射Ｊ３が行われ、点火によって燃焼（図１３中の（１））が行われる。この燃焼（１）による燃焼圧（図１４中のａ部分）で、圧縮行程気筒１２Ｃのピストン１３が下死点側に押し下げられてエンジンが逆転方向に駆動される。ここで、圧縮行程気筒１２Ｃの１回目の燃料噴射Ｊ３が、比較的空気量の多いときにはリーン空燃比（λ＞１）、少ないときには理論空燃比ないしはそれよりリッチ空燃比（λ≦１）となるように噴射されるので、エンジン逆転のための適度な燃焼エネルギ、すなわち膨張行程気筒１２Ａ内の空気を充分圧縮しつつも、その圧縮上死点を超えて逆転し過ぎることのない程度の燃焼エネルギを得ることができる。

エンジンの逆回転開始に伴って膨張行程気筒１２Ａ（＃１気筒）のピストン１３が上死点方向に動き始める。またその直後に膨張行程気筒１２Ａでの１回目（前段）の燃料噴射Ｊ１が行われ、気化し始める。

そして、膨張行程気筒１２Ａのピストン１３が上死点側（望ましくは行程中央より上死点寄り）に移動し、筒内の空気が圧縮された時点で２回目（後段）の燃料噴射Ｊ２が行われる。この噴射燃料の気化潜熱によって圧縮圧力が低減し、ピストン１３がより上死点に近づくので圧縮空気（混合気）の密度が増大する（図１４中のｂ部分）。

そして膨張行程気筒１２Ａのピストン１３が上死点に充分に近づいた時点で当該気筒に対する点火が行われて、気化が促進された１回目の噴射燃料（Ｊ１）と２回目の噴射燃料（Ｊ２）とが燃焼し（図１３中の（２））、その燃焼圧（図１４中のｃ部分）でエンジンが正転方向に駆動される。

さらに、圧縮行程気筒１２Ｃに対して適当なタイミングで可燃空燃比よりもリッチな燃料が噴射（Ｊ４）されることにより（図１３中の（３））、この圧縮行程気筒１２Ｃでは燃焼させないものの、燃料噴射による気化潜熱によって該圧縮行程気筒１２Ｃの圧縮圧力を低減させる（図１４中のｄ部分）。これにより、当該圧縮上死点（始動開始から最初の圧縮上死点）を超えるために消費される膨張行程気筒１２Ａの最初の燃焼エネルギを低減することができる。

さらに、次の燃焼気筒である吸気行程気筒１２Ｄにおける燃料噴射（Ｊ５）の時期を、燃料の気化潜熱によって気筒内の温度、および圧縮圧力を低下させる適正なタイミング（例えば圧縮行程の中期以降）に設定している（図１３中の（４））ため、該吸気行程気筒１２Ｄの圧縮行程での（圧縮上死点前での）自着火が防止される。また、該吸気行程気筒１２Ｄの点火時期が圧縮上死点以降に設定されていることも相俟って、圧縮上死点前での燃焼が防止される（図１４中のｅ部分）。つまり燃料噴射（Ｊ５）による圧縮圧力の低減と圧縮上死点前の燃焼を行わないことにより、当該圧縮上死点（始動開始から２番目の圧縮上死点）を超えるために消費される膨張行程気筒１２Ａにおける初回燃焼のエネルギを低減することができる。

こうして膨張行程気筒１２Ａにおける初回燃焼（図１３中の（２））のエネルギによって、再始動開始後の最初の圧縮上死点（図１３中の（３））と２番目の圧縮上死点（図１３中の（４））とを超えることができ、円滑で確実な始動性を確保することができる。

それ以降（図１３中の（５）、（６）・・・）は、触媒３７の温度に応じて空燃比をリーン（λ＞１）にしたり点火時期を遅延させたりして吹上がりを防止しつつ通常運転に移行する。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能である。たとえば、上記実施形態では再始動時の膨張行程気筒１２Ａにおける初回燃焼のための燃料噴射を分割噴射（Ｊ１＋Ｊ２）としたが、これを、気化潜熱による圧縮圧力の低減と気化性能の確保とが可及的に両立できるタイミング（所定燃料噴射時期）を実験等によって策定し、この所定燃料噴射時期における１回の燃料噴射としても良い。

また、再始動時における膨張行程気筒１２Ａの最初の燃焼のために行う分割燃料噴射は、必要に応じて３分割以上としても良い。

また、上記実施形態では省略しているが、エンジン再始動時において、所定の条件成立時（たとえばピストン停止位置が適正停止範囲Ｒ内にない場合や、始動後の所定時期までにエンジン回転速度が所定値に達しないなど）、スタータモータによるアシストを伴う制御を行っても良い。

エンジンを自動停止させる制御は上記実施形態に限るものではなく、適宜設定して良い。但し再始動性を高めるためには、膨張行程気筒１２Ａにおけるピストン１３の停止位置が行程中央よりよやや下死点寄り（圧縮行程気筒１２Ｃにおいては行程中央よりやや上死点寄り）となるような制御であることが望ましい。

本発明に係る始動装置を備えたエンジンの概略断面図である。 エンジンの吸気系および排気系の構成を示す説明図である。 エンジンの停止時に膨張行程およ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。 エンジン停止時におけるエンジン回転速度の変化状態等を示すタイムチャートである。 図４の部分拡大図であり、さらにクランク角および各気筒の行程推移を示すタイムチャートである。 ピストン停止位置の検出制御動作を示すフローチャートである。 クランク角信号の出力信号を示す説明図である。 エンジン停止からの経過時間と筒内温度推定値との関係を示すグラフである。 再始動時における膨張行程気筒の最初の燃焼のための燃料噴射時のクランク角と、その際のピストン到達点のクランク角との関係を示すグラフである。 エンジン再始動時の制御動作を示すフローチャート（１／３）である。 エンジン再始動時の制御動作を示すフローチャート（２／３）である。 エンジン再始動時の制御動作を示すフローチャート（３／３）である。 エンジンの再始動時における燃焼動作等を示すタイムチャートである。 エンジンの再始動時におけるエンジン回転速度の変化状態等を示すタイムチャートである。

符号の説明

１２Ａ ＃１気筒（膨張行程気筒）
１２Ｂ ＃２気筒（排気行程気筒）
１２Ｃ ＃３気筒（圧縮行程気筒）
１２Ｄ ＃４気筒（吸気行程気筒）
１３ ピストン
１６ 燃料噴射弁
４１ 燃料噴射制御部（燃料噴射制御手段）
４５ ピストン位置検出部（ピストン位置検出手段）
４６ 筒内温度推定部（筒内温度推定手段）
Ｊ１ 膨張行程気筒における分割燃料噴射の前段
Ｊ２ 膨張行程気筒における分割燃料噴射の後段
Ｒ ピストンの適正停止範囲

Claims (5)

1. 所定のエンジン自動停止条件が成立したときに燃料供給を停止させてエンジンを停止させ、そのエンジン停止後において所定の再始動条件が成立したときに、エンジン停止時に圧縮行程にある圧縮行程気筒に燃料を供給して点火し、燃焼を行わせることによりエンジンを一旦逆転方向に所定量作動させて、エンジン停止時に膨脹行程にある膨張行程気筒のピストン上昇によって圧縮圧力を高めてから、この膨張行程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作動させて始動させるエンジンの始動装置において、
   少なくとも上記膨張行程気筒のピストン位置を検出するピストン位置検出手段と、
   少なくとも上記膨張行程気筒におけるエンジン再始動時の最初の燃焼のための燃料噴射時期を設定する燃料噴射制御手段とを備え、
   上記燃料噴射制御手段は、上記膨張行程気筒におけるエンジン停止中のピストン位置が行程中央よりも下死点寄りであるとき、その膨張行程気筒における最初の燃焼のための燃料噴射時期が、上記エンジンの逆転動作中且つ上記膨脹行程気筒のピストンが行程中央よりも上死点寄りに移動した後となる所定燃料噴射時期であるように設定することを特徴とするエンジンの始動装置。
2. 少なくとも上記膨張行程気筒の筒内空気温度を推定する筒内温度推定手段を備え、
   上記燃料噴射制御手段は、上記膨張行程気筒の筒内空気温度の推定値が高いときは低いときに比べて上記所定燃料噴射時期を遅ら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. 所定のエンジン自動停止条件が成立したときに燃料供給を停止させてエンジンを停止させ、そのエンジン停止後において所定の再始動条件が成立したときに、エンジン停止時に圧縮行程にある圧縮行程気筒に燃料を供給して点火し、燃焼を行わせることによりエンジンを一旦逆転方向に所定量作動させて、エンジン停止時に膨脹行程にある膨張行程気筒のピストン上昇によって圧縮圧力を高めてから、この膨張行程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作動させて始動させるエンジンの始動装置において、
   少なくとも上記膨張行程気筒におけるエンジン再始動時の最初の燃焼のための燃料噴射時期および燃料噴射量を設定する燃料噴射制御手段を備え、
   上記燃料噴射制御手段は、上記膨張行程気筒における最初の燃焼のための燃料を分割噴射によって供給するとともに、少なくともその分割噴射の最後になされる燃料噴射の時期が、上記エンジンの逆転動作開始後の逆転動作中であるように設定することを特徴とするエンジンの始動装置。
4. 少なくとも上記膨張行程気筒のピストン位置を検出するピストン位置検出手段を備え、
   上記燃料噴射制御手段は、上記膨張行程気筒におけるエンジン停止中のピストン位置が再始動に適した所定の適正停止範囲のうちの比較的下死点寄りにあるとき、比較的上死点寄りにあるときに比べて上記分割噴射における後段の噴射量割合を増大させ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。
5. 少なくとも上記膨張行程気筒の筒内空気温度を推定する筒内温度推定手段を備え、
   上記燃料噴射制御手段は、上記膨張行程気筒の筒内空気温度の推定値が高いときは低いときに比べて上記分割噴射の後段の燃料噴射時期を遅らせることを特徴とする請求項３または４記載のエンジンの始動装置。

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