JP2006029247A - エンジンの停止始動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 吸気ポート噴射エンジンにおいて、ハード的な構成の変更なしにスタータレス始動を安価に実現できるようにする。
【解決手段】 アイドルストップによるエンジン停止過程において停止時の膨張行程気筒と圧縮行程気筒を予測し、停止時の膨張行程と圧縮行程気筒と予測された気筒に対して、それぞれ、停止直前の吸気行程で燃料を噴射して各気筒内に混合気を吸入させて閉じ込めた状態で停止させる。このアイドルストップ中に、運転者のアクセルペダルの踏み込み等により自動始動要求が発生したときに、停止時の膨張行程気筒内の混合気に点火してその燃焼圧力でクランキングを開始し、次の点火タイミングで停止時の圧縮行程気筒内の混合気に点火してエンジンをスタータレス始動する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、吸気ポート噴射エンジンをスタータを使用しないで始動する“スタータレス始動”の機能を備えたエンジンの停止始動制御装置に関する発明である。

近年、筒内噴射エンジンにおいては、特許文献１（特開２００２−３９０３８号公報）に示すように、始動時に、膨張行程で停止している気筒内に燃料を噴射して点火することで膨張行程燃焼を発生させ、この膨張行程燃焼の燃焼圧力でクランク軸を回転駆動（クランキング）することで、スタータレス始動を行うようにしたものがある。

この筒内噴射エンジンのスタータレス始動において、始動時に最初に燃料を噴射する膨張行程の気筒は吸気バルブが閉じているため、この技術を吸気ポート噴射エンジンに適用しようとしても、吸気ポート噴射エンジンの膨張行程の気筒には燃料を供給することができないため、筒内噴射エンジンのスタータレス始動の技術を吸気ポート噴射エンジンには適用できない。

そこで、吸気ポート噴射エンジンにおいて、スタータレス始動を可能にするため、特許文献２（特開昭６２−２５５５５８号公報）に示すように、エンジン停止時に常に同じ位置で強制停止させることで、予め決められた特定の気筒が常に膨張行程となるように停止させると共に、その停止直前に、燃料噴射弁から燃料を噴射して上記特定の気筒内に混合気を閉じ込めた位置でエンジンを停止させ、次の始動時に、膨張行程で停止している気筒内の混合気に点火してスタータレス始動を行うようにしたものがある。このものでは、エンジンを常に同じ位置で強制停止させる手段として、所定気筒の吸気ポートにシャッタバルブを設けて、停止直前にこのシャッタバルブを閉じて当該気筒への吸入空気の流入を遮断することで、予め決められた特定の気筒が常に膨張行程となるように強制停止させるようにしている。
特開２００２−３９０３８号公報（第１頁等） 特開昭６２−２５５５５８号公報（第３頁、第５頁等）

しかし、上記特許文献２の技術では、エンジンを常に同じ位置で強制停止させるために、所定気筒の吸気ポートにシャッタバルブを設ける必要があり、ハード的な構成が複雑化して、コスト高になる欠点がある。しかも、エンジンを常に同じ位置で強制停止させるため、エンジン停止位置の間隔がクランク軸２回転（７２０℃Ａ）分の間隔となる。このため、エンジン停止時に、エンジンの惰性回転の運動エネルギが十分に残っている状態でエンジン回転を早めに強制停止させないと、エンジンの惰性回転が次のエンジン停止位置に達する前に停止してしまう可能性がある。そのため、エンジン停止時に、エンジン回転を早めに急停止させる必要があり、その急停止によりショックが発生するという問題があった。

本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、吸気ポート噴射エンジンにおいて、ハード的な構成の変更なしにスタータレス始動を安価に実現できると共に、従来のエンジン急停止によるショックの問題も解決できるエンジンの停止始動制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、吸気ポート噴射エンジンにおいて、停止時気筒行程予測手段によって、エンジン停止過程において停止時の各気筒の行程を予測し、その予測結果を記憶手段に記憶すると共に、停止時燃料噴射制御手段によって、エンジン停止過程において前記停止時気筒行程予測手段の予測結果に基づいて膨張行程と圧縮行程で停止すると予測された各気筒に対して次の始動時に必要な燃料を噴射して当該気筒内に混合気を閉じ込める。この後、エンジンを始動する際に、スタータレス始動制御手段によって、停止時気筒行程予測手段の予測結果の記憶データに基づいて停止時の膨張行程気筒内の混合気に点火してその燃焼圧力でクランキングを開始し、次の点火タイミングで停止時の圧縮行程気筒内の混合気に点火してエンジンをスタータレス始動する。

この構成によれば、エンジン停止過程において停止時の各気筒の行程を予測する機能を備えているため、エンジン停止位置を一定位置に決める必要がない。このため、エンジン停止時に惰性回転するエンジンをその運動を妨げるポンプ損失等の機械的なエネルギ損失によって自然に停止させることができ、従来のエンジン急停止によるショックの問題を解決することができる。しかも、エンジンを一定位置で強制停止させる手段（シャッタバルブ等）を設ける必要がないため、吸気ポート噴射エンジンにおいて、ハード的な構成の変更なしにスタータレス始動を安価に実現できる。

この場合、停止時の各気筒の行程を予測する際に、請求項２のように、エンジン停止過程においてエンジンの運動を表すパラメータとエンジンの運動を妨げるパラメータとを算出して、これら２つのパラメータに基づいて未来の運動を表すパラメータを予測し、この未来の運動を表すパラメータの予測値に基づいて停止時の各気筒の行程を予測するようにしても良い。このようにすれば、エンジンの運動を表すパラメータやエンジンの運動を妨げるパラメータを算出する過程で、エンジンの製造公差、経時変化、エンジンフリクションの変化（例えばエンジンオイルの油温変化による粘度の違い等）によるバラツキを考慮して、未来の運動を表すパラメータを精度良く予測することができるため、この未来の運動を表すパラメータから停止時の各気筒の行程を精度良く予測することができる。

この場合、請求項３のように、エンジン停止過程において前記未来の運動を表すパラメータとして未来の瞬時エンジン回転速度を予測し、この未来の瞬時エンジン回転速度が所定値以下になったときに、その時点の各気筒の行程状態でエンジン回転が停止すると予測するようにすると良い。要するに、エンジン停止過程において、予測した未来の瞬時エンジン回転速度が、ピストンが圧縮ＴＤＣ（上死点）を乗り越えることができない回転速度領域に低下した段階で、エンジン回転が停止するものと予測するものである。

また、エンジン停止位置を制御する際に、請求項４のように、停止時気筒行程予測手段により圧縮行程で停止すると予測された気筒が、エンジン停止直前の吸気行程にある期間に吸入空気量を増加させて、停止時の圧縮行程気筒の圧縮圧を増加させることによりエンジン回転を停止させるようにしても良い。このように、エンジン回転停止時に圧縮行程の圧縮圧を増加させると、圧縮行程で発生する負の回転トルクが増加して、これがエンジン回転を妨げる力となって働き、エンジン回転にブレーキがかけられると共に、回転トルクがエンジンフリクション以下となるクランク角範囲（エンジン回転が停止可能なクランク角範囲）が狭められ、そのクランク角範囲内でエンジン回転が停止することになる。これにより、エンジン停止位置（膨張行程気筒のピストンの停止位置）をスタータレス始動に適した位置に制御することが可能となる。しかも、現状のエンジンに装備されている吸入空気量可変手段（例えばアイドル回転速度制御バルブ、電子スロットルバルブ、可変バルブ機構等）を利用してエンジン停止位置を制御することができ、新たな装置を追加する必要がない。

以上説明した請求項１〜４に係る発明は、運転者がイグニッションスイッチを操作してエンジン停止・始動を行う場合にも適用できるが、請求項５のように、アイドル運転中に所定の自動停止条件が成立したときに燃料噴射及び点火を停止してエンジン回転を停止させる自動停止手段を備えたアイドルストップシステムに本発明を適用し、自動停止手段によるエンジン停止時（アイドルストップ時）に、膨張行程と圧縮行程で停止すると予測された各気筒に燃料を噴射して当該気筒内に混合気を閉じ込め、所定の自動始動条件が成立したときに、停止時の膨張行程気筒内の混合気に点火してその燃焼圧力でクランキングを開始して再始動するようにすると良い。このようにすれば、吸気ポート噴射エンジンのアイドルストップシステムにおけるスタータレス始動を、ハード的な構成の変更なしに安価に実現できると共に、スタータの駆動音による騒音を低減でき、静粛化の要求も満たすことができる。

また、エンジンをクランキングするスタータを搭載した車両に本発明を適用する場合には、請求項６のように、スタータレス始動が可能であるか否かをエンジン停止位置、停止時間、温度状態等に基づいて判定し、スタータレス始動が困難と判定した場合にスタータによる始動に切り替えるようにすると良い。例えば、停止時の膨張行程気筒であっても、ピストンの停止位置が下死点（ＢＤＣ）に近い場合は、停止時の膨張行程気筒に点火しても、直ぐに排気バルブが開弁されて燃焼圧力が逃げてしまうため、始動に必要な最低限のトルク（圧縮行程気筒のピストンが圧縮上死点を乗り越えるのに必要なトルク）を確保できず、スタータレス始動に失敗する可能性がある。また、エンジン停止時に膨張行程と圧縮行程の気筒内に閉じ込められた混合気は、ピストンで圧縮されて圧力が大気圧より高くなっているため、エンジン停止時間が長くなるに従って、各気筒内の混合気が吸排気バルブの隙間やピストンの隙間から徐々に漏れていく。このため、エンジン停止時間が長くなると、膨張行程気筒・圧縮行程気筒内の混合気が少なくなって、燃焼不良や失火が発生しやすくなり、スタータレス始動に失敗する可能性がある。また、エンジン温度（冷却水温）や吸気温度が低いときには、混合気の燃焼性が悪化して、燃焼不良や失火が発生しやすくなり、スタータレス始動に失敗する可能性がある。従って、エンジン停止位置、停止時間、温度状態等に基づいてスタータレス始動が可能であるか否かを判定すれば、スタータレス始動に失敗する可能性がある場合に、スタータによる始動に切り替えることができ、始動性を確保することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を吸気ポート噴射方式の４気筒エンジンにて具体化した一実施例を説明する。

まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の構成を概略的に説明する。エンジン１１の吸気ポート１２に接続された吸気管１３の途中には、スロットルバルブ１４が設けられ、このスロットルバルブ１４の開度（スロットル開度）ＴＡがスロットル開度センサ１５によって検出される。吸気管１３には、スロットルバルブ１４をバイパスするバイパス通路１６が設けられ、このバイパス通路１６の途中に、アイドルスピードコントロールバルブ（以下「ＩＳＣバルブ」と表記する）１７が設けられている。スロットルバルブ１４の下流側には、吸気管圧力ＰＭを検出する吸気管圧力センサ１８が設けられ、各気筒の吸気ポート１２の近傍には、燃料噴射弁１９が取りつけられている。

一方、エンジン１１の排気ポート２０に接続された排気管２１の途中には、排気ガス浄化用の触媒２２が設置されている。エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温ＴＨＷを検出する冷却水温センサ２３が設けられている。エンジン１１のクランク軸２４に取付けられたシグナルロータ２５の外周に対向してクランク角センサ２６が設置され、このクランク角センサ２６からシグナルロータ２５の回転に同期して所定クランク角毎（例えば１０℃Ａ毎）にクランク信号のパルスが出力される。このクランク角センサ２６のシグナルロータ２５には、１個〜数個分の歯（パルス）が欠けた連続欠け歯と単一欠け歯（図８参照）が設けられ、これら連続欠け歯と単一欠け歯とによってクランク角基準位置が検出されるようになっている。また、エンジン１１のカム軸２７に取付けられたシグナルロータ２８の外周に対向してカム角センサ２９が設置され、このカム角センサ２９からシグナルロータ２８の回転に同期して所定のカム角でカム信号のパルスが出力される。

これら各種センサの出力は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）３０に入力される。このＥＣＵ３０は、マイクロコンピュータを主体として構成され、各種センサで検出したエンジン運転状態に応じて、燃料噴射弁１９の燃料噴射量や噴射時期、点火プラグ３１の点火時期、ＩＳＣバルブ１７の開度（バイパス空気量）等を制御する。また、このＥＣＵ３０は、アイドル運転中に所定の自動停止条件が成立して、アイドルストップ信号がＯＮ（オン）になったときには、燃料噴射及び点火を停止してエンジン回転を停止させる自動停止手段として機能すると共に、このアイドルストップによるエンジン停止中に運転者のアクセル操作等の所定の自動始動条件が成立したときに、スタータレス始動制御を開始し、エンジン停止時の膨張行程気筒内の混合気に点火してその燃焼圧力でクランキングを開始し、次の点火タイミングでエンジン停止時の圧縮行程気筒内の混合気に点火して再始動させるスタータレス始動制御手段として機能する。

更に、このＥＣＵ３０は、後述する図７乃至図９の各ルーチンを実行することで、クランク信号とカム信号に基づいて、クランク角判定、気筒判別、エンジン回転速度の演算と記憶、運動エネルギの演算と記憶、エンジンの運動を妨げる仕事量の演算と記憶、未来の運動エネルギ予測値の演算、未来の瞬時エンジン回転速度予測値の演算、エンジン停止位置（エンジン停止時の各気筒の行程状態）の予測とＩＳＣバルブ１７による停止位置制御を行なう。このエンジン停止位置の情報は、バックアップＲＡＭ３２（書き換え可能な不揮発性メモリ）又はＲＡＭに記憶され、次のエンジン始動時に、このエンジン停止位置の記憶情報を用いて、スタータレス始動制御を実行する。

ここで、図２に示すエンジン停止過程のタイムチャートを用いてエンジン停止位置の推定方法を説明する。本実施例では、エンジンの運動を表すパラメータとして、各圧縮ＴＤＣにおける瞬間のエンジン回転速度（以下「瞬時回転速度」と表記する）を用いる。ＥＣＵ３０は、クランク信号のパルス間隔からクランク軸２４が例えば１０℃Ａ回転するのに要する時間を計測して、瞬時回転速度Ｎｅを算出する。

ここで、図２のｉ番目の圧縮ＴＤＣ（以下、単に「ＴＤＣ(i) 」と表記する）におけるエネルギの収支について考える。本実施例では、エンジンの運動を妨げる仕事として、ポンプ損失、各部の摩擦損失、各補機の駆動損失を考慮する。ＴＤＣ(i-1) の時点で、エンジンが持っている運動エネルギをＥ(i-1) とすると、次のＴＤＣ(i) に到達するまでに、この運動エネルギＥ(i-1) が前記各損失による仕事により奪われ、Ｅ(i) まで減少する。このエネルギ収支の関係は、次の（１）式のように表される。

Ｅ(i) ＝Ｅ(i-1) −Ｗ ……（１）
ここで、Ｗは、ＴＤＣ(i-1) からＴＤＣ(i) までの間に前記各損失により奪われた仕事量を全て加算したものである。

また、エンジンの運動を回転運動とみなして、次の（２）式のように表すことができる。
Ｅ＝Ｊ×２π² ×Ｎｅ² ……（２）
ここで、Ｅはエンジンのもつ運動エネルギ、Ｊはエンジン毎に決まる慣性モーメント、Ｎｅは瞬時回転速度である。

この（２）式を用いることで、前記（１）式のエネルギ収支の関係を次の（３）式で表される瞬時回転速度変化の関係に置き換えることができる。

上記（３）式の右辺の第２項をエンジンの運動を妨げるパラメータＣstopとし、次の（４）式のように定義する。

このエンジンの運動を妨げるパラメータＣstopは、上記（３）式と（４）式から導き出される次の（５）式を用いて算出する。
Ｃstop＝Ｎe(i-1)² −Ｎe(i)² ……（５）

また、エンジンの運動を妨げるパラメータＣstopは、上記（４）式で定義されるように、ＴＤＣ間の各損失による運動を妨げる仕事量Ｗと慣性モーメントＪにより決まる。エンジン停止過程のような低回転の運動条件では、図４に示すように、運動を妨げる仕事として考慮したポンプ損失、各部の摩擦損失、各補機の駆動損失はエンジン回転速度Ｎｅに依らずほぼ一定値となる。従って、エンジンの運動を妨げる仕事量Ｗは、エンジン停止過程のどのＴＤＣ間においてもほぼ一定値となる。加えて、慣性モーメントＪは各エンジンに固有の値であるため、エンジンの運動を妨げるパラメータＣstopはエンジンの停止過程の期間ではほぼ一定値となる。

従って、実測による現在の瞬時回転速度Ｎｅ(i) と、前記（５）式を用いて算出したＴＤＣ間に運動を妨げるパラメータＣstopとを用いて、次の（６ａ）式又は（６ｂ）式により、一つ未来のＴＤＣ(i+1) における瞬時回転速度Ｎｅ(i+1) の予測値を算出することができる。

ここで、Ｎe(i)² ＜Ｃstopの場合は、現在エンジンが持っている運動エネルギＥ(i) よりも、ＴＤＣ間の運動を妨げる仕事量Ｗが大きくなる時であり、演算結果が虚数になるのを避けるため、Ｎe(i+1)＝０とする。

以上のようにして算出される一つ未来のＴＤＣ(i+1) における瞬時回転速度Ｎｅ(i+1) の予測値を用いて、エンジン停止位置における各気筒の行程状態（停止時の圧縮行程気筒）を予測する場合は、一つ未来のＴＤＣ(i+1) における瞬時回転速度Ｎｅ(i+1) の予測値を予め設定された停止判定値Ｎthと比較することで、エンジン回転が停止するかどうかを判断し、エンジン停止位置における各気筒の行程状態（停止時の圧縮行程気筒）を推定するという方法がある。

この推定方法では、一つ未来のＴＤＣにおける瞬時回転速度の予測値でエンジン回転が停止するか否かを判定するため、エンジン停止位置は、エンジン回転が停止する間際でなければ推定することができない。

そこで、後述する図８のエンジン停止時気筒状態予測ルーチンでは、未来の瞬時回転速度の予測値と運動を妨げるパラメータを用いて、更に未来の瞬時回転速度を予測するという処理を、エンジン回転停止と判断されるまで繰り返すことで、エンジン回転が停止する間際でなくても、エンジン停止位置を推定できるようにしている。

以下、このエンジン停止位置の推定方法を図３のタイムチャートを用いて説明する。エンジン停止過程のあるＴＤＣ(i) において、前記推定方法と同様の方法で、エンジンの運動を妨げるパラメータＣstopと一つ未来のＴＤＣ(i+1) における瞬時回転速度Ｎｅ(i+1) の予測値を算出する。

前述したように、エンジンの運動を妨げるパラメータＣstopは、エンジン停止過程の期間ではほぼ一定値となるため、算出したＣstopとＮｅ(i+1) を用いて、次の（７ａ）、（７ｂ）式により、現在より二つ未来のＴＤＣ(i+2) における瞬時回転速度Ｎｅ(i+2) の予測値を算出する。

このようにして、未来のＴＤＣにおける瞬時回転速度の予測値を算出する処理を、その瞬時回転速度の予測値が停止判定値を下回るまで繰り返し実行し、瞬時回転速度の予測値が停止判定値を下回ったＴＤＣの手前でエンジン回転が停止するものと推定する。

次に、エンジン回転停止制御の概要を図５のタイムチャートを用いて説明する。
図５に示すように、アイドル運転中にアイドルストップ信号がＯＮして、燃料噴射と点火の両方が停止された場合、その後も、暫く、エンジン１１は慣性エネルギーにより回転し続けるが、各損失（ポンプ損失，摩擦損失，補機駆動損失等）によりエンジン回転は低下してゆく。このエンジン停止過程において、停止時の各気筒の行程状態を予測し、圧縮行程で停止すると予測された気筒（図５の例では＃４気筒）が、停止直前の吸気行程にある期間（好ましくは吸気行程開始時又はそれに近い時期）にＩＳＣバルブ１７を全開して吸入空気量を増加させることで、停止時の圧縮行程気筒の圧縮圧を増加させてエンジン回転を妨げる力を増加させて、エンジン回転を強制的に停止させる。

エンジン停止過程において、停止時の各気筒の行程を予測し終えた後は、膨張行程で停止すると予測された気筒（図５の例では＃３気筒）と圧縮行程で停止すると予測された気筒（図５の例では＃４気筒）に対して、それぞれ、停止直前の吸気行程の期間（好ましくは吸気行程開始時又はそれに近い時期）に次の始動に必要な燃料を噴射すると共に、上述したＩＳＣバルブ１７の全開動作により停止時の圧縮行程気筒の圧縮圧を増加させて、停止時の圧縮行程気筒と膨張行程気筒内に混合気を閉じ込めた状態で停止させる。

次に、図６のタイムチャートを用いてスタータレス始動制御を説明する。図６の例では、点火順序は、＃１気筒→＃３気筒→＃４気筒→＃２気筒の順序であり、クランク信号の連続欠け歯と単一欠け歯とカム信号のパルスとの位置関係に基づいて気筒判別やＴＤＣの判定を行うようにしている。図６の例では、停止時の圧縮行程気筒が＃４気筒、膨張行程気筒が＃３気筒であり、これら＃４，＃３気筒内に混合気（燃料）が閉じ込められた状態で停止している。

このアイドルストップによるエンジン停止中に、運転者のアクセル操作等の所定の自動始動条件が成立したときに、スタータレス始動制御を次のようにして実行する。まず、バックアップＲＡＭ３２に記憶されている停止時の各気筒の行程の記憶情報を読み込む。そして、停止時の膨張行程気筒（図６の例では＃３気筒）の混合気に点火してその燃焼圧力でクランキングを開始して、クランク軸を回転駆動する。この後、クランク信号のパルス間隔に基づいて停止時の圧縮行程気筒（図６の例では＃４気筒）の例えばＢＴＤＣ５℃Ａ（クランク信号の単一欠け歯）を検出した時点で、気筒判別を完了し、停止時の圧縮行程気筒（図６の例では＃４気筒）に対して所定の点火タイミングで点火する。これにより、＃３気筒→＃４気筒の順序で点火して連爆させることで、スタータ（図示せず）を使用せずにエンジン１１を始動する。

また、最初に停止時の膨張行程気筒（図６の例では＃３気筒）に点火してクランキングを開始する時に、停止時の吸気行程気筒（図６の例では＃２気筒）に燃料を噴射し、気筒判別を完了した後は、各気筒の吸気行程に同期して燃料を噴射して、各気筒の圧縮行程の圧縮ＴＤＣに同期して点火を実行する。

以上説明したエンジン停止時及びスタータレス始動時の制御は、ＥＣＵ３０によって図７乃至図９の各ルーチンに従って実行される。以下、これら各ルーチンの処理内容を説明する。

［エンジン停止制御ルーチン］
図７のエンジン停止制御ルーチンは、例えばＴＤＣ毎に繰り返し実行される。本ルーチンが起動されると、まずステップ１００で、アイドルストップ信号がＯＮであるか否かを判定し、アイドルストップ信号がＯＦＦであれば、以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。

一方、アイドルストップ信号がＯＮであれば、ステップ１０１に進み、燃料噴射及び点火を停止してエンジンを自動停止する。これらステップ１００〜１０１の処理が特許請求の範囲でいう自動停止手段としての役割を果たす。この後、ステップ１０２に進み、エンジン停止過程におけるＴＤＣの回数をカウントするＴＤＣカウンタＣtdc のカウント値が所定値ｋTDC （例えば１又は２）以上であるか否かを判定し、このＴＤＣカウンタＣtdc のカウント値が所定値ｋTDC 未満であれば、以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。このようにする理由は、燃料噴射・点火を停止した直後は、まだエンジン回転速度Ｎｅが高く、エンジンの運動を妨げるパラメータＣstopを安定した状態で算出することが困難であり、エンジン停止位置を精度良く予測することが困難であるためである。

その後、ＴＤＣカウンタＣtdc のカウント値が所定値ｋTDC 以上になった時点で、ステップ１０３に進み、後述する気筒状態予測済みフラグＸＥＧがエンジン停止時の気筒状態を予測済みでないことを意味する“０”であるか否かを判定し、「Ｙｅｓ」と判定された場合（つまり気筒状態予測済みフラグＸＥＧ＝０の場合）には、ステップ１０４に進み、後述する図８のエンジン停止時気筒状態予測ルーチンを実行して、エンジン停止時の気筒状態（膨張行程気筒ＣＥＳＴＣＭＰと圧縮行程気筒ＣＥＧＳＴＩＮ）を予測して、ステップ１０５に進む。上記ステップ１０３で、「Ｎｏ」と判定された場合（つまり気筒状態予測済みフラグＸＥＧ＝１の場合）には、エンジン停止時の気筒状態を予測済みであるため、ステップ１０４を飛び越してステップ１０５に進む。

このステップ１０５では、気筒状態予測済みフラグＸＥＧ＝１（エンジン停止時の気筒状態を予測済み）であるか否かを判定し、「Ｎｏ」と判定されれば、以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。

これに対して、ステップ１０５で、気筒状態予測済みフラグＸＥＧ＝１と判定されれば、エンジン停止時の気筒状態を予測済みであると判断して、ステップ１０６に進み、停止時の膨張行程気筒ＣＥＧＳＴＣＭＰと予測された気筒の現在の行程が停止直前の吸気行程であるか否かを判定し、停止直前の吸気行程でなければ、以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了するが、停止直前の吸気行程であれば、ステップ１０７に進み、停止時の膨張行程気筒ＣＥＧＳＴＣＭＰと予測された気筒に対して、停止直前の吸気行程の期間（好ましくは吸気行程開始時又はそれに近い時期）に次の始動時の初爆に必要な燃料を噴射する。

この後、ステップ１０８に進み、停止時の圧縮行程気筒ＣＥＧＳＴＩＮと予測された気筒の現在の行程が停止直前の吸気行程であるか否かを判定し、停止直前の吸気行程でなければ、以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了するが、停止直前の吸気行程であれば、ステップ１０９に進み、停止時の圧縮行程気筒ＣＥＧＳＴＩＮと予測された気筒に対して、停止直前の吸気行程の期間（好ましくは吸気行程開始時又はそれに近い時期）に次の始動時の初爆に必要な燃料を噴射する。

この後、ステップ１１０に進み、ＩＳＣバルブ１７を全開して吸入空気量を増加させることで、停止時の圧縮行程気筒ＣＥＧＳＴＩＮの圧縮圧を増加させてエンジン回転を妨げる力を増加させて、エンジン回転を強制的に停止させる。この後、ステップ１１１に進み、エンジン停止制御完了フラグＸＳＴＯＰを、エンジン停止制御完了を意味する“１”にセットして本ルーチンを終了する。

尚、上記ステップ１０６〜１０９の処理が特許請求の範囲でいう停止時燃料噴射制御手段としての役割を果たし、ステップ１１０の処理が特許請求の範囲でいう停止位置制御手段としての役割を果たす。

［エンジン停止時気筒状態予測ルーチン］
図８のエンジン停止時気筒状態予測ルーチンは、上記図７のエンジン停止制御ルーチンのステップ１０４で実行されるサブルーチンであり、特許請求の範囲でいう停止時気筒行程予測手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まずステップ２０１で、前回のＴＤＣ(i-1) での瞬時回転速度Ｎｅ(i-1) と現在のＴＤＣ(i) での瞬時回転速度Ｎｅ(i) を用いて前記（５）式によってエンジンの運動を妨げるパラメータＣstopを算出する。

この後、ステップ２０２に進み、瞬時回転速度の予測回数をカウントする予測回数カウンタｊに初期値「１」をセットする。この後、ステップ２０３、２０４、２０５で、ｊ行程後（最初はｊ＝１）の未来のＴＤＣ(i+j) における瞬時回転速度Ｎｅ(i+j) の予測値を次のようにして算出する。まず、ステップ２０３で、Ｎe(i+j-1)² ≧Ｃstopであるか否かを判定し、「Ｙｅｓ」と判定されれば、ステップ２０４に進み、前記（６ａ）式を用いてｊ行程後の未来のＴＤＣ(i+j) における瞬時回転速度Ｎｅ(i+j) の予測値を算出する。

これに対して、Ｎe(i+j-1)² ＜Ｃstopであれば、ステップ２０５に進み、ｊ行程後の未来のＴＤＣ(i+j) における瞬時回転速度Ｎｅ(i+j) の予測値を０とする。

そして、次のステップ２０６で、このｊ行程後の未来の瞬時回転速度Ｎｅ(i+j) の予測値が予め設定された停止判定値Ｎj を下回るか否かで、ｊ行程後の未来のＴＤＣ(i+j) を乗り越えられずにエンジン回転が停止するか否かを判定する。その結果、ｊ行程後の未来の瞬時回転速度Ｎｅ(i+j) の予測値が停止判定値Ｎj を上回っている（エンジンがｊ行程後の未来のＴＤＣ(i+j) を乗り越えて回り続ける）と判定されれば、ステップ２０７に進み、予測回数カウンタｊを１だけ増加して、ステップ２０３〜２０５の処理に戻り、前述した処理を繰り返す。

以上のようにして、未来の瞬時回転速度Ｎｅ(i+j) の予測値の算出を、それが停止判定値Ｎj を下回るようになるまで繰り返し、未来の瞬時回転速度Ｎｅ(i+j) をＴＤＣ間隔で順次予測していく。

そして、未来の瞬時回転速度Ｎｅ(i+j) の予測値が停止判定値Ｎj を下回った時点で、その瞬時回転速度Ｎｅ(i+j) のＴＤＣ(i+j) の手前でエンジン回転が停止すると判定して、テップ２０８に進み、停止すると判定されたｊ行程後の未来のＴＤＣ(i+j) からそれより一つ過去のＴＤＣ(i+j-1) までの間における各気筒の行程状態（膨張行程気筒ＣＥＳＴＣＭＰと圧縮行程気筒ＣＥＧＳＴＩＮ）をエンジン停止位置の情報としてバックアップＲＡＭ３２又はＲＡＭに記憶する。

例えば、３行程後の未来のＴＤＣ(i+3) における瞬時回転速度Ｎｅ(i+3) の予測値が停止判定値Ｎj を下回ったと判定されれば、２行程後の未来のＴＤＣ(i+2) から３行程後の未来のＴＤＣ(i+3) までの間にエンジン回転が停止すると判定して、ＴＤＣ(i+2) からＴＤＣ(i+3) までの間における各気筒の行程状態（膨張行程気筒ＣＥＳＴＣＭＰと圧縮行程気筒ＣＥＧＳＴＩＮ）をエンジン停止位置の情報としてバックアップＲＡＭ３２又はＲＡＭに記憶する。この後、ステップ２０９に進み、気筒状態予測済みフラグＸＥＧを“１”にセットして本ルーチンを終了する。

［スタータレス始動制御ルーチン］
図９のスタータレス始動制御ルーチンは、ＥＣＵ３０の電源ＯＮ期間中に所定時間毎（例えば８ｍｓ毎）に繰り返し起動され、特許請求の範囲でいうスタータレス始動制御手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まずステップ３０１で、自動始動条件が成立しているか否かを判定する。この自動始動条件は、運転者がアクセルペダルの踏み込み等により車両を発進させるための操作を行ったときに成立する。

このステップ３０１で、自動始動条件が成立していないと判定されれば、アイドルストップ継続中と判断して、以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了するが、自動始動条件が成立していると判定されれば、ステップ３０２以降の処理によってエンジン１１を次のようにして自動始動させる。まず、ステップ３０２で、エンジン停止制御完了フラグＸＳＴＯＰがエンジン停止制御完了を意味する“１”であるか否かを判定し、このステップ３０２で「Ｎｏ」と判定されれば、エンジン停止制御が正常に完了していないため、スタータレス始動を実行できないと判断して、ステップ３０７に進み、スタータをＯＮして、スタータの動力によりエンジン１１をクランキングして、次のステップ３０８で、通常の燃料噴射・点火制御を実行して、エンジン１１を始動する。

これに対して、エンジン停止制御完了フラグＸＳＴＯＰ＝１（エンジン停止制御完了）の場合は、停止時の膨張行程気筒と圧縮行程気筒内に混合気が閉じ込められ、且つ、エンジン停止位置の情報が記憶されているため、スタータレス始動の準備が出来ていると判断して、ステップ３０３に進み、スタータレス始動実行条件が成立しているか否かをスタータレス始動実行条件判定フラグＸＳＴＲＬＥＳＳ＝１であるか否かによって判定する。ここで、スタータレス始動実行条件としては、(1) エンジン停止位置がスタータレス始動に適した位置（膨張行程の燃焼圧力によるクランキング力を十分に確保できるクランク角範囲）であること、(2) エンジン停止時間が所定時間以内であること、(3) 冷却水温が所定温度以下であること、(4) 吸気温度が所定温度以下であることである。

例えば、停止時の膨張行程気筒であっても、ピストンの停止位置が下死点（ＢＤＣ）に近い場合は、停止時の膨張行程気筒に点火しても、直ぐに排気バルブが開弁されて燃焼圧力が逃げてしまうため、始動に必要な最低限のトルク（圧縮行程気筒のピストンが圧縮上死点を乗り越えるのに必要なトルク）を確保できず、スタータレス始動に失敗する可能性がある。また、エンジン停止時に膨張行程と圧縮行程の気筒内に閉じ込められた混合気は、ピストンで圧縮されて圧力が大気圧より高くなっているため、エンジン停止時間が長くなるに従って、各気筒内の混合気が吸排気バルブの隙間やピストンの隙間から徐々に漏れていく。このため、エンジン停止時間が長くなると、膨張行程気筒・圧縮行程気筒内の混合気が少なくなって、燃焼不良や失火が発生しやすくなり、スタータレス始動に失敗する可能性がある。また、エンジン温度（冷却水温）や吸気温度が低いときには、混合気の燃焼性が悪化して、燃焼不良や失火が発生しやすくなり、スタータレス始動に失敗する可能性がある。

そこで、本実施例では、上記４つの条件(1) 〜(4) を全て満したときに、スタータレス始動実行条件が成立し、いずれか１つでも満たさない条件があれば、スタータレス始動実行条件が不成立となる。ステップ３０３で、スタータレス始動実行条件が不成立（スタータレス始動実行条件判定フラグＸＳＴＲＬＥＳＳ＝０）と判定された場合は、スタータレス始動が困難と判断して、ステップ３０７に進み、スタータをＯＮして、スタータの動力によりエンジン１１をクランキングして、次のステップ３０８で、通常の燃料噴射・点火制御を実行して、エンジン１１を始動する。

一方、ステップ３０３で、スタータレス始動実行条件判定フラグＸＳＴＲＬＥＳＳ＝１（スタータレス始動実行条件が成立）と判定された場合は、ステップ３０４に進み、バックアップＲＡＭ３２又はＲＡＭに記憶されているエンジン停止位置の情報から停止時の膨張行程気筒ＣＥＧＳＴＣＭＰを判別して、当該膨張行程気筒ＣＥＧＳＴＣＭＰに点火してその燃焼圧力でクランキングを開始する。

この後、ステップ３０５に進み、停止時の圧縮行程気筒ＣＥＧＳＴＩＮのピストンが圧縮ＴＤＣに到達するまで待機し、当該圧縮行程気筒ＣＥＧＳＴＩＮのピストンが圧縮ＴＤＣに到達した時点で、ステップ３０６に進み、当該圧縮行程気筒ＣＥＧＳＴＩＮに点火する。この後、ステップ３０９に進み、エンジン停止制御完了フラグＸＳＴＯＰをリセットして本ルーチンを終了する。

以上説明した本実施例では、アイドルストップによるエンジン停止過程において停止時の膨張行程気筒と圧縮行程気筒を予測し、停止時の膨張行程と圧縮行程気筒と予測された気筒に対して、それぞれ、停止直前の吸気行程で燃料を噴射して各気筒内に混合気を吸入させて閉じ込めた状態で停止させ、その後、始動要求が発生したときに、停止時の膨張行程気筒内の混合気に点火してその燃焼圧力でクランキングを開始し、次の点火タイミングで停止時の圧縮行程気筒内の混合気に点火してエンジン１１をスタータレス始動するようにしたので、吸気ポート噴射エンジン１１のアイドルストップシステムにおけるスタータレス始動を、ハード的な構成の変更なしに安価に実現できると共に、スタータの駆動音による騒音を低減でき、静粛化の要求も満たすことができる。しかも、エンジン停止過程において停止時の各気筒の行程を予測する機能を備えているため、エンジン停止位置を一定位置に決める必要がない。このため、エンジン停止時に惰性回転するエンジンをその運動を妨げるポンプ損失等の機械的なエネルギ損失によって自然に停止させることができ、従来のエンジン急停止によるショックの問題を解決することができる。

尚、本発明は、吸気ポート噴射エンジン１１のアイドルストップシステムにに限定されず、運転者がイグニッションスイッチを操作してエンジン停止・始動を行う場合にも適用できる。

また、本実施例では、圧縮行程で停止すると予測された気筒が、エンジン停止直前の吸気行程にある期間にＩＳＣバルブ１７を全開して吸入空気量を増加させて、停止時の圧縮行程気筒の圧縮圧を増加させることによりエンジン回転を停止させるようにしたので、エンジン停止位置（膨張行程気筒のピストンの停止位置）をスタータレス始動に適した位置に制御することが可能となる。しかも、現状のエンジンに装備されているＩＳＣバルブ１７を利用してエンジン停止位置を制御することができ、新たな装置を追加する必要がないという利点もある。

このエンジン停止位置制御を実行する際に、ＩＳＣバルブ１７に代えて、他の吸入空気量制御手段（例えば電子スロットルバルブ、可変バルブ機構等）を用いて圧縮行程気筒の吸入空気量を増加させるようにしても良い。

また、本発明は、停止位置制御を行わない構成としても良い。この場合は、エンジン停止位置の予測結果に基づいて、エンジン停止位置がスタータレス始動可能な所定クランク角範囲内となると予測される場合のみ、停止時の膨張行程気筒と圧縮行程気筒に対して燃料を噴射して各気筒内に混合気を閉じ込めて、スタータレス始動を行うようにしても良い。また、停止時の膨張行程気筒と圧縮行程気筒の予測方法を適宜変更しても良い。

その他、本発明は、４気筒の吸気ポート噴射エンジンに限定されず、３気筒以下又は５気筒以上の吸気ポート噴射エンジンにも適用して実施することができることは言うまでもない。

本発明の一実施例におけるエンジン制御システム全体を示す図である。 エンジン停止位置の予測方法を説明するタイムチャートである（その１）。 エンジン停止位置の予測方法を説明するタイムチャートである（その２）。 ガソリンエンジンのエンジン回転速度と各種の損失の大きさの関係を示す図である。 エンジン停止位置制御とスタータレス始動の制御方法を説明するタイムチャートである（その１）。 エンジン停止位置制御とスタータレス始動の制御方法を説明するタイムチャートである（その２）。 エンジン停止制御ルーチンの処理の流れを説明するフローチャートである。 エンジン停止時気筒状態予測ルーチンの処理流れを示すフローチャートである。 スタータレス始動制御ルーチンの処理の流れを説明するフローチャートである。

符号の説明

１１…エンジン、１３…吸気管、１４…スロットルバルブ、１６…バイパス通路、１７…ＩＳＣバルブ、１９…燃料噴射弁、２６…クランク角センサ、２９…カム角センサ、３０…ＥＣＵ（停止時気筒行程予測手段，停止時燃料噴射制御手段，スタータレス始動制御手段，停止位置制御手段，自動停止手段）、３２…バックアップＲＡＭ（書き換え可能な不揮発性メモリ）

Claims (6)

1. 吸気ポートに燃料を噴射するエンジンのエンジンの停止始動制御装置において、
   エンジン停止過程において停止時の各気筒の行程を予測すると共にその予測結果を記憶手段に記憶する停止時気筒行程予測手段と、
   エンジン停止過程において前記停止時気筒行程予測手段の予測結果に基づいて膨張行程と圧縮行程で停止すると予測された各気筒に対して次の始動時に必要な燃料を噴射して当該気筒内に混合気を閉じ込める停止時燃料噴射制御手段と、
   エンジンを始動する際に前記停止時気筒行程予測手段の予測結果の記憶データに基づいて停止時の膨張行程気筒内の混合気に点火してその燃焼圧力でクランキングを開始し、次の点火タイミングで停止時の圧縮行程気筒内の混合気に点火してエンジンをスタータレス始動するスタータレス始動制御手段と
   を備えていることを特徴とするエンジンの停止始動制御装置。
2. 前記停止時気筒行程予測手段は、エンジン停止過程においてエンジンの運動を表すパラメータとエンジンの運動を妨げるパラメータとを算出して、これら２つのパラメータに基づいて未来の運動を表すパラメータを予測し、この未来の運動を表すパラメータの予測値に基づいて停止時の各気筒の行程を予測することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの停止始動制御装置。
3. 前記停止時気筒行程予測手段は、エンジン停止過程において前記未来の運動を表すパラメータとして未来の瞬時エンジン回転速度を予測し、この未来の瞬時エンジン回転速度が所定値以下になったときに、その時点の各気筒の行程状態でエンジン回転が停止すると予測することを特徴とする請求項２に記載のエンジンの停止始動制御装置。
4. 前記停止時気筒行程予測手段により圧縮行程で停止すると予測された気筒が、エンジン停止直前の吸気行程にある期間に吸入空気量を増加させて、停止時の圧縮行程気筒の圧縮圧を増加させることによりエンジン回転を停止させる停止位置制御手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のエンジンの停止始動制御装置。
5. アイドル運転中に所定の自動停止条件が成立したときに燃料噴射及び点火を停止してエンジン回転を停止させる自動停止手段を備え、
   前記自動停止手段によるエンジン停止過程において前記停止時気筒行程予測手段による停止時の各気筒の行程予測と前記停止時燃料噴射制御手段による停止時の燃料噴射制御を実行し、
   前記スタータレス始動制御手段は、前記自動停止手段によるエンジン停止中に所定の自動始動条件が成立したときに、前記停止時気筒行程予測手段の予測結果の記憶データに基づいて停止時の膨張行程気筒内の混合気に点火してその燃焼圧力でクランキングを開始し、次の点火タイミングで停止時の圧縮行程気筒内の混合気に点火してエンジンをスタータレス始動することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のエンジンの停止始動制御装置。
6. エンジンをクランキングするスタータを備え、
   前記スタータレス始動制御手段は、前記スタータレス始動が可能であるか否かをエンジン停止位置、停止時間、温度状態等に基づいて判定し、スタータレス始動が困難と判定した場合に前記スタータによる始動に切り替えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のエンジンの停止始動制御装置。

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