JP2007071037A - エンジン制御装置、車両制御装置及びエンジン制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 エンジン停止時のクランク位置によらず、エンジン再始動時の燃焼状態を適正にしてその始動に必要なエンジントルクを確保できるようにする。
【解決手段】 本発明のエンジン制御装置では、エンジン停止時に膨張行程にある気筒のクランク位置によって空気噴射弁及び燃料噴射弁の噴射タイミングが調整される（Ｓ３〜Ｓ１０）。これにより、ピストンが上死点位置から離れた位置で停止していても、点火プラグの近傍で適正な燃焼状態が実現され、低燃費で十分なエンジントルクを得ることが可能となる。
【選択図】 図６

Description

本発明は、エンジン停止時に膨張行程にある気筒に対して燃料噴射、点火を行ってエンジンを再始動させるエンジン制御装置、車両制御装置及びエンジン制御方法に関する。

従来より、排出ガスや騒音の低減等を目的として、車両が信号待ちや渋滞等により一時的に停車している間に、所定の停止条件の成立によりエンジンを自動的に停止し、その後、所定の復帰条件の成立によりエンジンを自動的に再始動するエンジン制御が知られている。

その際、エンジンの再始動の繰り返しによるスタータの消耗を抑えるため、エンジン再始動時に膨張行程で停止している気筒に対して燃料噴射及び点火を行い、そのときの爆発トルクによって気筒内のピストンを押し下げることによりエンジンを始動する手法がとられたりしている。

ところで、エンジン停止時には気筒のシリンダ内の空気も停止しているため、エンジン再始動時に直ちに燃料の霧化、燃焼に適した混合気の形成、混合気の点火プラグ近傍への誘導を行うのは難しい。そこで、膨張行程にある気筒に高圧空気を供給してその膨張力を向上させることにより、これらを実現しようとする技術も提案されている（例えば特許文献１参照）。

このような技術によれば、その膨張力により十分なエンジントルクが得られるため、スタータを用いることなく、車両が自己始動可能になる。
特開２００２−３９０３８号公報

しかしながら、エンジン停止時のクランク位置（つまり、ピストンの位置）が常に一定であるわけではないため、エンジン再始動時に燃料と空気とを常に同時噴射すると、そのクランク位置によっては適正な混合気が得られない場合がある。すなわち、燃料の霧化、燃焼に適した混合気の生成、混合気の点火プラグ近傍への誘導が不十分になり、燃焼そのものによる十分なエンジントルクを得ることができない場合がある。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、エンジン停止時のクランク位置によらず、エンジン再始動時の燃焼状態を適正にして必要なエンジントルクを確保できるエンジン制御装置、車両制御装置及びエンジン制御方法を提供することを目的とする。

本発明では上記問題を解決するために、エンジン停止時に膨張行程にある気筒に対して燃料噴射及び点火を行うことによって、エンジンを停止状態から回転させ始めて前記エンジンを再始動させるエンジン制御装置であって、燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御手段と、前記燃焼室内に空気を直接噴射する空気噴射弁を制御する空気噴射制御手段と、エンジン再始動時に膨張行程にある気筒に対して、前記燃料噴射制御手段による燃料噴射と前記空気噴射制御手段による空気噴射を行わせる再始動制御手段と、前記再始動制御手段による再始動時に行われる、前記燃料噴射制御手段の燃料噴射を開始するタイミングと前記空気噴射制御手段の空気噴射を開始するタイミングの少なくとも一方を調整する噴射タイミング制御手段と、を備えたことを特徴とするエンジン制御装置が提供される。

このようなエンジン制御装置においては、エンジン再始動時に膨張行程にある気筒に対して、所定のタイミングで空気噴射及び燃料噴射が実行される。そして、これら空気噴射のタイミングと燃料噴射のタイミングの少なくとも一方を調整することにより、エンジン再始動時の燃焼状態を適正にすることができる。

また、本発明では、エンジン停止時に膨張行程にある気筒に対して燃料噴射及び点火を行うことによって、エンジンを停止状態から回転させ始めて前記エンジンを再始動させるエンジン制御方法であって、エンジン再始動時に膨張行程にある気筒に対して燃料噴射と空気噴射を行わせるようにし、前記燃料噴射を開始するタイミングと前記空気噴射を開始するタイミングの少なくとも一方を調整することを特徴とするエンジン制御方法が提供される。

このようなエンジン制御方法においては、エンジン再始動時の空気噴射のタイミングと燃料噴射のタイミングの少なくとも一方を調整することにより、エンジン再始動時の燃焼状態を適正にすることができる。

本発明のエンジン制御装置及びエンジン制御方法によれば、空気噴射と燃料噴射のタイミングを調整することにより、エンジン再始動時の燃焼状態を適正にすることができ、その結果、エンジン始動に必要なエンジントルクを確保することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
［第１の実施の形態］
本実施の形態は、本発明のエンジン制御装置を、４気筒直噴エンジンを搭載した車両に適用したものである。図１は、第１の実施の形態に係る車両制御装置のエンジン及びその吸排気系の構成を表す概略構成図である。

エンジン１の吸排気系の上流側には吸気管２が接続され、下流側には排気管３が接続されている。吸気管２の上流側端部にはエアクリーナ４が設けられ、その下流側端部には、各気筒毎に吸気通路を分けるインテークマニホルド５がそれぞれ設けられている。エアクリーナ４を介して吸気管２に導入された空気は、各インテークマニホルド５を通って各気筒内に吸入される。

吸気管２の中間部にはサージタンク６が設けられ、そのやや上流側に配置されたスロットルバルブ７を迂回するようにバイパス通路８が形成されている。このバイパス通路８には、迂回させる空気の流量を調整するアイドルスピードコントロールバルブ（以下「ＩＳＣＶ」と表記する）９が配置されている。アイドリング時には、このＩＳＣＶ９の開度を制御して吸入空気量を調整することによりエンジン回転数が調整される。

各気筒には、燃焼室１０内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁１１と、燃焼室１０内に空気を直接噴射する空気噴射弁１２が配置されている。
燃料噴射弁１１は、図示しない燃料タンクから汲み上げられてエンジン駆動の高圧燃料ポンプ１３にて調圧された燃料が供給され、通電制御により開弁して燃焼室１０内に燃料を噴射する。このとき噴射された燃料は、通常運転時においては、上流側から吸気バルブ１４を介して燃焼室１０に導入される吸入空気と混合されて混合気となり、燃焼されてエンジントルクを生成する。

空気噴射弁１２は、図示しないエアタンクから汲み上げられてエンジン駆動のエアポンプ１５にて調圧された空気が供給され、通電制御により開弁して燃焼室１０内に空気を噴射する。この空気噴射弁１２は、例えば車両が後述するエコラン停止状態から復帰するときなどのエンジン再始動時に駆動される。このとき、噴射された空気は燃料噴射弁１１により噴射された燃料と適正に混じり合い、そのエンジン再始動時のエンジントルクを速やかに上昇させる。

なお、ここでは、高圧燃料ポンプ１３及びエアポンプ１５をともにエンジン駆動としたが、モータ駆動その他の駆動手段を採用してもよい。燃料噴射弁１１及び空気噴射弁１２の気筒内における具体的な配置構成や動作等については後述する。

また、各気筒の燃焼室１０には、点火プラグ１６がそれぞれ配置されている。この点火プラグ１６は、イグニッションコイル一体型の点火装置１７により生成された高電圧が印加されて点火用の火花を生成する。この点火により燃焼室１０内の混合気が燃焼し、ピストン１８を介してクランク軸１９に回転駆動力が与えられる。燃焼により発生した排気ガスは、排気バルブ２０を介して各気筒から排出される。

排気管３には、各気筒から排出された排気ガスを集約するエキゾーストマニホルド２１が設けられ、その下流側には、排気ガス浄化用の触媒コンバータ２２が配置されている。触媒コンバータ２２には、排気ガス中の未燃成分の酸化と窒素酸化物の還元とを同時に促進する三元触媒が収容されている。燃焼室１０から排出された排気ガスは、このエキゾーストマニホルド２１を通って排気管３に導出され、触媒コンバータ２２で浄化されて図示しないマフラーへと送られる。

また、吸気管２の最上流部には、吸気温センサが一体化したエアフローメータ２３が設けられ、吸入空気量と吸気温を検出できるようになっている。また、吸気管２のスロットルバルブ７の近傍には、スロットルバルブ７の開度を検出するスロットル開度センサ２４が設けられている。

また、エンジン１のシリンダブロックには、エンジン冷却水の温度を検出するための水温センサ２５、及び各バンク毎のノッキングを検出するノックセンサ２６が設けられている。また、クランク軸１９の近傍には、エンジン回転数を算出するために、クランク軸１９の回転に伴う所定のクランク角毎にクランク角信号を発生するクランク角センサ２７が配置されている。

さらに、排気管３には空燃比センサ２８が設けられ、この空燃比センサ２８により検出される空燃比を理論空燃比に近づける空燃比フィードバック制御により燃料噴射制御が行われている。

エンジン１を含む制御対象の各種制御は、マイクロコンピュータを中心に構成された電子制御装置（Electronic Control Unit：以下「ＥＣＵ」という）により実行される。本実施の形態においては、このＥＣＵ３０がエンジン制御装置を構成する。図２は、このＥＣＵ及びその入出力を表すブロック図である。

ＥＣＵ３０は、各種演算処理を実行するＣＰＵ(Central Processing Unit)３１、各種の制御演算プログラムやデータを格納したＲＯＭ(Read Only Memory)３２、演算過程の数値やフラグが所定領域に格納されるＲＡＭ(Random Access Memory)３３、演算処理の結果などが格納される不揮発性の記憶装置であるＥＥＰＲＯＭ(Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory)３４、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ(Analog/Digital)コンバータ３５、各種デジタル信号が入出力される入出力インタフェース３６、計時用タイマ３７及びこれら各機器がそれぞれ接続されるバスライン３８などを備えている。

このＥＣＵ３０は、エンジン１の状態を検出する各種センサからの出力信号を取り込むとともに、エンジン１に設けられた各種アクチュエータに駆動信号を出力する。すなわち、ＥＣＵ３０には、上述したエアフローメータ２３、スロットル開度センサ２４、水温センサ２５、ノックセンサ２６、クランク角センサ２７及び空燃比センサ２８の他にも、アクセルペダルの踏込量を検出するアクセル開度センサ４１、車両駆動軸の回転から車速を検出する車速センサ４２、イグニッションスイッチ４３、スタータスイッチ４４などのセンサ・スイッチ類が接続されるとともに、各気筒の燃料噴射弁１１、空気噴射弁１２、高圧燃料ポンプ１３、エアポンプ１５、点火装置１７、スロットルバルブ７を開閉するためのスロットル駆動モータ４５、エンジン１をクランキングさせるスタータモータ４６などの各種アクチュエータが接続されている。ＥＣＵ３０は、ＲＯＭ３２に格納された制御プログラムにしたがって所定の制御処理を行う。

次に、本実施の形態の燃料噴射弁及び空気噴射弁の配置構成及びその動作について説明する。図３は、燃料噴射弁及び空気噴射弁が配置された気筒周辺の構成を表す概略図である。図４は、エンジン停止時に膨張行程にある気筒の記憶方法を表す説明図である。図５は、燃料噴射タイミングを算出する際に用いられる制御マップである。

図３に示すように、各気筒のシリンダ５１内には、上述したピストン１８が軸線方向に往復移動可能に配置されており、シリンダヘッドの中央には、点火プラグ１６が配置されている。ピストン１８の頂面には、凹状のキャビティ５２が形成されている。

また、シリンダ５１の上記吸気バルブ１４（図示略）のやや下方位置には、燃料噴射弁１１が図の横向き、つまり、ピストン１８が往復移動する軸線に対してほぼ直角（やや下向き）に配置されている。したがって、燃料噴射弁１１からは、燃料が点火プラグ１６の直下近傍の燃焼位置Ｐに向かって横方向に噴射される。

さらに、シリンダヘッドには、点火プラグ１６に並設されるように、空気噴射弁１２が図の下向き、つまり、ピストン１８が往復移動する軸線に対してほぼ平行（やや内向き）に配置されている。したがって、空気噴射弁１２からは、空気がピストン１８のキャビティ５２に向かって縦方向に噴射される。キャビティ５２は、ピストン１８の頂面においてその軸線に対して非対称な形状に形成されており、ピストン１８によらず（つまり、クランク位置によらず）空気噴射弁１２から噴射された空気が反射し、旋回流となって燃焼位置Ｐに導かれるようになっている。

そして、エンジン１が一旦停止されてから再始動する際には、膨張行程にある気筒において燃料噴射弁１１による燃料噴射、空気噴射弁１２による空気噴射、及び点火プラグ１６による点火が実行されてエンジン１の駆動力を生成する。

すなわち、エンジン１を一時停止させる際には、クランク角センサ２７等からの出力信号に基づき、膨張行程で停止した気筒とその停止位置（クランク位置）を記憶しておく。
このエンジン停止時の膨張行程にある気筒の記憶のさせ方としては、例えば図４に示すデータベースを参照するなどして、以下のいずれかのケースが考えられる。

１）膨張行程にある気筒番号（４気筒の場合には、気筒＃１〜＃４）と、その行程内の
クランク角度（０°〜１８０°）を記憶する。
２）各気筒の行程と、その行程内のクランク角度（０°〜１８０°）を記憶する。

３）全工程（４気筒の場合は４サイクル）におけるクランク角度（０°〜７２０°）を
記憶する。
例えば、図示の位置Ａでエンジン１が停止した場合には、各ケースの記憶状態は、以下のようになる。

１）気筒番号が気筒＃１であり、クランク角が１１０度である。
２）気筒＃１が膨張行程、気筒＃２が排気行程、気筒＃３が圧縮行程、気筒＃４が吸気
行程であり、クランク角が１１０度である。

３）全工程におけるクランク角が４７０度である。
そして、エンジン１を再始動させる際には、その記憶されたクランク位置が膨張行程の前半、例えばクランク角が膨張行程における上死点位置を経過した５度以上９０度未満であれば、燃料噴射弁１１による燃料噴射と空気噴射弁１２による空気噴射を同時に行い、適正な混合気が生成されるタイミングで点火プラグ１６による点火を行う。

一方、エンジン１を再始動させる際に、記憶されたクランク位置が膨張行程の後半、例えばクランク角が膨張行程における上死点位置を経過した９０度以上１６０度未満であれば、まず空気噴射弁１２による空気噴射を開始する。そして、ピストン１８のキャビティ５２で反射した空気と燃料とが燃焼位置Ｐにて適正に混合できるように予め設定された所定時間を待って燃料噴射弁１１による燃料噴射を開始し、適正な混合気が生成されるタイミングで点火プラグ１６による点火を行う。

なお、この所定時間の算出には、図５に示すような制御マップを用いる。同図においては、横軸が膨張行程にある気筒のクランク角を表し、縦軸が所定時間を表している。本実施の形態において、この所定時間は、クランク位置から燃焼位置Ｐとピストン１８のキャビティ５２との間の距離を割り出し、噴射された空気がキャビティ５２で反射して燃焼位置Ｐに戻ってくるまでの時間を算出し、その時間に燃料が燃焼位置Ｐに到達するようなタイミングを逆算することによって得られたものである。このため、膨張行程のクランク角が９０度以上１６０度未満の領域においては、そのクランク角にほぼ比例するように所定時間が長くなっている。なお、膨張行程のクランク角が５度以上９０度未満の領域においては、同様に所定時間を設定した場合と同時に噴射したときとの燃焼状態にほとんど差がないため、５度側を基準に所定時間ゼロ、つまり同時としている。また、膨張行程のクランク角が５度未満であるとき、及び１６０度以上であるときには、再始動時の燃料噴射及び空気噴射そのものを実行しないようにしている。前者の場合にこれを実行すると、場合によってはクランク軸１９が逆回転しかねないからであり、後者の場合にこれを実行しても、十分なエンジントルクが得られないためである。この場合は、スタータモータ４６の駆動によって再始動することになる。

次に、本実施の形態のエンジン制御処理の主要部の流れを、エコラン停止状態からの復帰時を例に説明する。図６は、ＥＣＵが実行するエンジン制御処理の流れを表すフローチャートである。

すなわち、本実施の形態のエンジン制御の過程では、車両が交差点等で一時的に停車している間に所定の停止条件が満たされるとエンジン１が自動的に停止され、所定の復帰条件が満たされたときにエンジン１が自動的に再始動されるエコラン制御が行われる。ここでは、車速センサにより検出された車速がゼロであり、ブレーキストロークセンサにより検出されたブレーキストロークがほぼ１００％であり、さらにシフトポジションセンサにより検出されるシフトポジションがＤ（ドライブ）レンジであることを停止条件として設定している。この停止条件が満たされると、ＥＣＵ３０が燃料カット及び点火カットを実行してエンジン１を停止させる（これを「エコラン停止状態」という）。また、このエコラン停止状態において、車速がゼロであり、ブレーキストロークが例えば２０％以下であり、シフトポジションがＤレンジであることを復帰条件として、エンジン１を再始動して通常制御に復帰するようにしている。

このエンジン制御処理は、このエコラン停止状態からの復帰時、つまりエンジン停止が行われてエンジン再始動を行う毎に繰り返し実行される。以下、この処理の流れを、ステップ番号（以下「Ｓ」で表記する）を用いて説明する。

ＥＣＵ３０は、エンジン再始動時において、まずクランク停止位置を検出する（Ｓ１）。ここでは、エコラン停止時にクランク角センサ２７が検出したクランク角をＲＡＭ３３に記憶しているので、そのクランク角を読み込むことになる。このクランク角から各気筒のピストン１８の位置が一義的に分かるため（クランク角センサ２７が検出した欠歯の位置から構造的に決まる）、続いて、そのクランク角に基づいて膨張行程にある気筒を検出する（Ｓ２）。

続いて、その膨張行程にある気筒について、膨張行程前半（クランク角が５度以上９０度未満）か否かを判断する（Ｓ３）。このとき、膨張行程前半であると判断された場合には（Ｓ３：ＹＥＳ）、燃料噴射弁１１による燃料噴射と空気噴射弁１２による空気噴射とを同時に行い（Ｓ４）、適正な混合気が生成されるタイミングで点火プラグ１６による点火を行う（Ｓ５）。これにより、点火プラグ１６近傍の混合気の空燃比がほぼ理論空燃比になって十分なエンジントルクが得られ、スタータモータ４６を駆動することなくエンジン１が再始動される。

一方、Ｓ３において、膨張行程前半でないと判断された場合には（Ｓ３：ＮＯ）、続いて、膨張行程後半（クランク角が９０度以上１６０度未満）か否かを判断する（Ｓ６）。このとき、膨張行程後半であると判断された場合には（Ｓ６：ＹＥＳ）、まず空気噴射弁１２による空気噴射を行い（Ｓ７）、上述した制御マップを参照しつつ所定時間の経過を待つ（Ｓ８）。そして、所定時間が経過すると（Ｓ８：ＹＥＳ）、燃料噴射弁１１による燃料噴射を行い（Ｓ９）、適正な混合気が生成されるタイミングで点火プラグ１６による点火を行う（Ｓ１０）。これにより、点火プラグ１６近傍の混合気の空燃比がほぼ理論空燃比になって十分なエンジントルクが得られ、スタータモータ４６を駆動することなくエンジン１が再始動される。

Ｓ６において、膨張行程後半でないと判断された場合（Ｓ６：ＮＯ）、つまり、クランク角が５度未満か１６０度以上である場合には、一連の処理を終了する。この場合は、スタータモータ４６の駆動によってエンジン１を再始動させることになる。

以上に説明したように、本実施の形態のエンジン制御装置では、エンジン停止時に膨張行程にある気筒のクランク位置によって空気噴射弁１２及び燃料噴射弁１１の噴射タイミングが調整される。特に、ピストン１８が上死点位置から離れた位置で停止している場合には空気噴射が先行して実行され、点火プラグ１６近傍の燃焼領域で適正な燃焼状態が実現されるタイミングで燃料噴射を実行するようにしている。すなわち、燃料噴射の前に空気噴射を行うことで事前に適度な気流を発生させ、燃料噴射後に適正な混合気を短時間で燃焼領域に集めるようにしている。その結果、燃焼状態を安定にしつつ、十分なエンジントルクを得ることが可能となる。また、点火プラグ１６近傍のみで燃焼させるため、燃費を向上させることができる。

なお、本実施の形態において、ＥＣＵ３０が、燃料噴射制御手段、空気噴射制御手段、記憶手段、及び噴射タイミング制御手段に該当する。また、クランク角センサ２７がクランク角検出手段に該当する。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態は、空気噴射弁の配置構成及びその動作が異なる以外は上記第１の実施の形態と同様である。このため、第１の実施の形態と同様の部分については、必要に応じて同一の符号を付す等してその説明を省略する。図７は、第２の実施の形態に係る燃料噴射弁及び空気噴射弁が配置された気筒周辺の構成を表す概略図である。（Ａ）は、気筒が膨張行程の前半にあるときの動作状態を表し、（Ｂ）は、気筒が膨張行程の後半にあるときの動作状態を表している。

本実施の形態における各気筒のシリンダヘッドには、点火プラグ１６に並設されるように、第１空気噴射弁２０１が図の下向き、つまり、ピストン１８が往復移動する軸線に対してほぼ平行（やや内向き）に配置されている。また、シリンダ５１の上記排気バルブ２０（図示略）のやや下方位置には、第２空気噴射弁２０２が燃料噴射弁１１に対向して図の横向き、つまり、ピストン１８が往復移動する軸線に対してほぼ直角に配置されている。

したがって、第１空気噴射弁２０１からは、空気がピストン１８のキャビティ５２に向かって縦方向に噴射され、第２空気噴射弁２０２からは、空気が直接燃焼位置Ｐに向かって横方向に噴射される。

そして、エンジン１が一旦停止されてから再始動させる際には、記憶されたクランク位置が膨張行程の前半、例えばクランク角が膨張行程における上死点位置を経過した５度以上９０度未満であれば、同図（Ａ）に示すように、燃料噴射弁１１による燃料噴射と第２空気噴射弁２０２による空気噴射を同時に行う。このとき、第１空気噴射弁２０１は駆動しない。そして、適正な混合気が生成されるタイミングで点火プラグ１６による点火を行う。

一方、エンジン１を再始動させる際に、記憶されたクランク位置が膨張行程の後半、例えばクランク角が膨張行程における上死点位置を経過した９０度以上１６０度未満であれば、まず第１空気噴射弁２０１による空気噴射を開始する。このとき、第２空気噴射弁２０２は駆動しない。そして、ピストン１８のキャビティ５２で反射した空気と燃料とが燃焼位置Ｐにて適正に混合できるように予め設定された所定時間を待って燃料噴射弁１１による燃料噴射を開始し、適正な混合気が生成されるタイミングで点火プラグ１６による点火を行う。なお、この所定時間については、第１の実施の形態と同様に設定する。

以上に説明したように、本実施の形態のエンジン制御装置では、エンジン停止時に膨張行程にある気筒のクランク位置によって、エンジン再始動時に使用する空気噴射弁を切り替えられるようにした。すなわち、記憶されたクランク位置が膨張行程の前半であるときには、横方向に配置された第２空気噴射弁２０２を駆動して空気を燃料と直接的に衝突させることにより、両者のミキシングと燃料の霧化を効果的に促進することができる。一方、記憶されたクランク位置が膨張行程の後半であるときには、縦方向に配置された第１空気噴射弁２０１を駆動して空気をピストン１８の頂面で反射させて点火プラグ１６の近傍に集まりやすくし、その空気に燃料を混合させることで適正な燃焼状態を実現することが可能となる。

［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態は、空気噴射弁の動作が異なる以外は上記第１の実施の形態と同様である。このため、第１の実施の形態と同様の部分については、必要に応じて同一の符号を引用する等してその説明を省略する。図８は、第３の実施の形態に係るエンジン制御に用いられる制御マップである。同図においては、横軸が膨張行程にある気筒のクランク角を表し、縦軸が噴射量を表している。

本実施の形態においては、エンジン再始動の際に、燃料噴射弁による燃料噴射のタイミングと空気噴射弁による空気噴射のタイミングとを調整するのではなく、各噴射量を調整する。

すなわち、エンジン１が一旦停止されてから再始動させる際には、記憶されたクランク位置が所定範囲、例えばクランク角が膨張行程における上死点位置を経過した５度以上１６０度未満であれば、そのクランク角が膨張行程における上死点位置から離れるにしたがって、燃料噴射量及び空気噴射量の双方を増加させる。ただし、クランク角の大きさが実質的に影響するのは、噴射された空気がピストン１８で反射する空気噴射の方であるため、空気噴射量の方がクランク角に対する変化の度合いが大きくなっている。この制御マップに基づいた空気噴射及び燃料噴射を実行することにより、少なくとも点火プラグ１６近傍の燃焼領域の空燃比がほぼ理論空燃比となるようになっている。

図９は、ＥＣＵが実行するエンジン制御処理の流れを表すフローチャートである。以下、この処理の流れを、ステップ番号（以下「Ｓ」で表記する）を用いて説明する。
ＥＣＵ３０は、エンジン再始動時において、まずクランク停止位置を検出する（Ｓ２１）。ここでも、エコラン停止時にクランク角センサ２７が検出したクランク角をＲＡＭ３３に記憶しているので、そのクランク角を読み込むことになる。続いて、そのクランク角に基づいて膨張行程にある気筒を検出する（Ｓ２２）。

続いて、その膨張行程にある気筒について、そのクランク角から図８の制御マップを参照し、燃料噴射量及び空気噴射量を算出する（Ｓ２３）。
そして、算出された噴射量に基づいて、燃料噴射弁１１による燃料噴射と空気噴射弁１２による空気噴射とを同時に行い（Ｓ２４）、適正な混合気が生成されるタイミングで点火プラグ１６による点火を行う（Ｓ２５）。これにより、点火プラグ１６近傍の混合気の空燃比がほぼ理論空燃比になって十分なエンジントルクが得られ、スタータモータ４６を駆動することなくエンジン１が再始動される。

なお、記憶されたクランク位置が所定範囲外、つまり、クランク角が５度未満か１６０度以上である場合には、燃料噴射及び空気噴射による再始動は行わず、スタータモータ４６の駆動による再始動を行うことになる。

以上に説明したように、本実施の形態のエンジン制御装置では、エンジン停止時に膨張行程にある気筒のクランク位置によって、エンジン再始動時の空気噴射弁１２及び燃料噴射弁１１の噴射量が調整される。これにより、ピストン１８がどのような位置で停止していても、燃焼位置においてその燃焼に最適な空燃比を実現することができ、十分なエンジントルクを得ることが可能となる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はその特定の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の精神の範囲内での変化変形が可能であることはいうまでもない。

例えば、上記第１の実施の形態又は第２の実施の形態と第３の実施の形態とを組み合わせたエンジン制御を採用することもできる。つまり、ピストンが往復移動する軸線に対してほぼ平行に配置された側の空気噴射弁について、エンジン停止時に膨張行程にある気筒のクランク位置によって、エンジン再始動時の空気噴射弁及び燃料噴射弁の各噴射量、噴射タイミングを調整するようにしてもよい。例えば各噴射量を増加させることによって早いタイミングで燃料噴射を行うことができ、その結果、エンジン再始動の迅速化を図ることができる。

また、上記第２の実施の形態では、燃料噴射弁と空気噴射弁の配置構成の例を示したが、その配置態様は、同様の機能を実現できるものであれば、種々の態様を選択することも可能である。例えば、空気噴射弁を燃料噴射弁に対向させる必要はなく、ピストンの軸線に対して燃料噴射弁と同じ側に配置することもできる。

また、上記各実施の形態では、膨張行程における基準となるクランク角として５度，９０度，１６０度を設定した例を示したが、制御の特性等を考慮して適宜変更してもよい。
さらに、上記各実施の形態では、エコラン停止時からの復帰によるエンジン再始動を例に挙げたが、エンジンを一時的に停止させて再始動させる場合であれば本発明の適用が可能であることはいうまでもない。

第１の実施の形態に係る車両制御装置のエンジン及びその吸排気系の構成を表す概略構成図である。 ＥＣＵ及びその入出力を表すブロック図である。 燃料噴射弁及び空気噴射弁が配置された気筒周辺の構成を表す概略図である。 エンジン停止時に膨張行程にある気筒の記憶方法を表す説明図である。 燃料噴射タイミングを算出する際に用いられる制御マップである。 ＥＣＵが実行するエンジン制御処理の流れを表すフローチャートである。 第２の実施の形態に係る燃料噴射弁及び空気噴射弁が配置された気筒周辺の構成を表す概略図である。 第３の実施の形態に係るエンジン制御に用いられる制御マップである。 ＥＣＵが実行するエンジン制御処理の流れを表すフローチャートである。

符号の説明

１ エンジン
１０ 燃焼室
１１ 燃料噴射弁
１２ 空気噴射弁
１３ 高圧燃料ポンプ
１４ 吸気バルブ
１５ エアポンプ
１６ 点火プラグ
１７ 点火装置
１８ ピストン
１９ クランク軸
２０ 排気バルブ
５１ シリンダ
５２ キャビティ
２０１ 第１空気噴射弁
２０２ 第２空気噴射弁
Ｐ 燃焼位置

Claims (11)

1. エンジン停止時に膨張行程にある気筒に対して燃料噴射及び点火を行うことによって、エンジンを停止状態から回転させ始めて前記エンジンを再始動させるエンジン制御装置であって、
   燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御手段と、
   前記燃焼室内に空気を直接噴射する空気噴射弁を制御する空気噴射制御手段と、
   エンジン再始動時に膨張行程にある気筒に対して、前記燃料噴射制御手段による燃料噴射と前記空気噴射制御手段による空気噴射を行わせる再始動制御手段と、
   前記再始動制御手段による再始動時に行われる、前記燃料噴射制御手段の前記燃料噴射を開始するタイミングと前記空気噴射制御手段の前記空気噴射を開始するタイミングの少なくとも一方を調整する噴射タイミング制御手段と、
   を備えたことを特徴とするエンジン制御装置。
2. 前記噴射タイミング制御手段は、前記エンジン再始動時に前記空気噴射がなされてから所定時間経過後に、前記燃料噴射を実行させることを特徴とする請求項１記載のエンジン制御装置。
3. 前記噴射タイミング制御手段は、前記エンジンの再始動を行う前の前記エンジンのクランク角に基づいて、前記燃料噴射を開始するタイミングと前記空気噴射を開始するタイミングの少なくとも一方を調整することを特徴とする請求項１記載のエンジン制御装置。
4. 前記噴射タイミング制御手段は、
   前記クランク角が前記膨張行程における上死点位置経過後の所定角度未満である場合には、前記燃料噴射と前記空気噴射とを同時に実行させ、
   前記クランク角が前記所定角度以上である場合には、前記エンジン再始動時に前記空気噴射がなされてから所定時間経過後に前記燃料噴射を実行させること、
   を特徴とする請求項３記載のエンジン制御装置。
5. 前記所定時間は、前記空気噴射弁により噴射された空気が、前記気筒のピストンの頂面で反射して点火プラグ近傍の燃焼位置まで戻ってくる時間を基準に設定されることを特徴とする請求項４記載のエンジン制御装置。
6. 前記空気噴射制御手段は、前記クランク角が前記膨張行程における上死点位置から離れるにしたがって、空気噴射量を増加させることを特徴とする請求項３記載のエンジン制御装置。
7. 前記点火プラグ近傍の混合気の空燃比がほぼ理論空燃比になるように設定され、点火が行われることを特徴とする請求項５記載のエンジン制御装置。
8. 前記エンジン再始動時における膨張行程にある気筒の判別は、前記エンジン停止時に記憶しておいたクランク角に関する情報に基づいて行うことを特徴とする請求項１記載のエンジン制御装置。
9. 燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御手段と、
   前記燃焼室内に空気を直接噴射する空気噴射弁を制御する空気噴射制御手段と、
   を備え、膨張行程にある気筒に対して噴射、点火を行ってエンジンを再始動させるエンジン制御装置であって、
   前記空気噴射制御手段は、エンジン再始動時に膨張行程にある気筒に対し、前記エンジンのクランク角が前記膨張行程における上死点位置から離れるにしたがって、空気噴射量を増加させることを特徴とするエンジン制御装置。
10. エンジン停止時に膨張行程にある気筒に対して燃料噴射及び点火を行うことによって、エンジンを停止状態から回転させ始めて前記エンジンを再始動させる車両制御装置であって、
    燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、
    前記燃料噴射弁による燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段と、
    前記気筒のピストンの頂面に向かって空気を噴射する第１空気噴射弁と、
    前記気筒に配置された点火プラグ近傍の燃焼位置に向かって直接空気を噴射する第２空気噴射弁と、
    各空気噴射弁による空気噴射を制御する空気噴射制御手段と、
    前記エンジン停止時のクランク角を検出するクランク角検出手段と、
    エンジン再始動時に、膨張行程にある気筒に対して前記燃料噴射制御手段による前記燃料噴射と前記空気噴射制御手段による前記空気噴射とを行わせる再始動制御手段と、
    を備え、
    前記空気噴射制御手段は、
    前記再始動制御手段によって再始動時に行われる空気噴射を、
    前記クランク角が前記膨張行程における上死点位置経過後の所定角度未満である場合には、前記第２空気噴射弁により空気噴射を実行させ、
    前記クランク角が前記所定角度以上である場合には、前記第１空気噴射弁により空気噴射を実行させること、
    を特徴とする車両制御装置。
11. エンジン停止時に膨張行程にある気筒に対して燃料噴射及び点火を行うことによって、エンジンを停止状態から回転させ始めて前記エンジンを再始動させるエンジン制御方法であって、
    エンジン再始動時に膨張行程にある気筒に対して燃料噴射と空気噴射を行わせるようにし、前記燃料噴射を開始するタイミングと前記空気噴射を開始するタイミングの少なくとも一方を調整することを特徴とするエンジン制御方法。
    

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