JP2008180095A - エンジンの始動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】追加の機構や追加のセンシングシステムを必要とすることなく、確実に始動開始気筒のピストン停止位置を自己始動可能な範囲内に収めることができ、かつエンジン再始動時における回転速度の急激な吹き上がりをも防止し得る装置を提供する。
【解決手段】点火始動エンジンにおいて、吸気通路（３）に吸気流量制御弁（２ａ）を備え、エンジン停止指令を受けて燃料噴射弁（７Ａ、７Ｂ）からの燃料噴射及び点火プラグ（８Ａ、８Ｂ）による火花点火を停止したのちエンジンが惰性で回転している間にこの吸気流量制御弁（２ａ）を開く開弁制御手段（２１）と、この吸気流量制御弁（２ａ）が開き終わった後でかつエンジンを再始動させる前にまたはこの吸気流量制御弁（２ａ）が開き終わった後でかつエンジンを再始動させる際にこの吸気流量制御弁（２ａ）を閉じる閉弁制御手段（２１）とをエンジンコントローラ（２１）が含む。
【選択図】図３

Description

この発明はエンジン（内燃機関）の始動装置、特に直噴ガソリンエンジンの始動技術の改良に関する。

燃焼室内に燃料を直接的に噴射供給する燃料噴射弁と、燃焼室内の混合気に火花点火を行う点火プラグとを備え、これらの燃料噴射弁、点火プラグを用いてエンジンの停止後に膨張行程にある気筒に燃料を噴射供給すると共に火花点火を実行することにより、スタータモータの助けを借りることなくエンジンを再始動させる、いわゆる点火始動エンジンが提案されている（特許文献１参照）。
特開２００２−３９０３８公報

ところで、点火始動エンジンでは、エンジン停止時に始動開始気筒のピストン位置を上死点後５°から上死点後１１０°までの範囲内、つまり自己始動可能な範囲内に停止させておくことが必須の条件となる。

しかしながら、始動開始気筒のピストン停止位置は一般的に大きくバラツクので、上記特許文献１の技術では必ずしも始動開始気筒のピストン停止位置を自己始動可能な範囲内に停止させることができないため、次のような工夫をしている。

（１）エンジン停止時に自己始動が可能な位置にクランクシャフト１２を停止させるために機械的なブレーキ機構を設けておき、このブレーキ機構により機械的に始動開始気筒のピストン停止位置を、自己始動可能な範囲内（上死点後１０°〜上死点後１４０°）に停止させる。

（２）従来エンジンと同じにスタータモータを設けておき、始動開始気筒のピストン停止位置が自己始動可能な範囲内にないときには始動開始気筒のピストン停止位置をこのスタータモータを駆動して自己始動可能な範囲内へと動かす。

（３）自己始動に際して始動開始気筒の燃焼室内吸入空気量に応じて燃料噴射量を算出することが必要なため、エンジン停止直前のエンジン揺り戻し現象も含め停止クランク角度を正確に検出する構成、つまり正逆転の検出及び回転速度がゼロとなったか否かの検出を可能とするセンシングシステムを追加する。

このように、特許文献１の技術によれば、ブレーキ機構を設けておくことやエンジンの正逆転の検出及び回転速度がゼロとなったか否かの検出を可能とする複雑なセンシングシステムを追加することが必要であり、かつ自己始動までの時間が長くなる（自己始動が遅くなる）。

そこで、点火始動エンジンにおいて、エンジン停止指令を受けて燃料噴射及び火花点火を停止したのちエンジンが惰性で回転している間に、吸気通路に設けたスロットル弁（吸気流量制御弁）を開くものを提案した。

この場合、その後にエンジン再始動条件を満たした場合に、スロットル弁が全開状態のままエンジンを再始動させたのではエンジン回転速度が急激に吹き上がり好ましくない。

そこで本発明は、追加の機構や追加のセンシングシステムを必要とすることなく、確実に始動開始気筒のピストン停止位置を自己始動可能な範囲内に収めることができ、かつエンジン再始動時における回転速度の急激な吹き上がりをも防止し得るエンジンの始動装置を提供することを目的とする。

本発明は、燃焼室内に燃料を直接的に噴射供給する燃料供給手段と、燃焼室内の混合気に火花点火を行う火花点火実行手段とを備え、これらの手段を用いてエンジンの停止後に膨張行程にある気筒に燃料を噴射供給すると共に火花点火を実行することにより、スタータモータの助けを借りることなくエンジンを再始動させるエンジンの始動装置において、吸気通路に吸気流量制御弁を備え、エンジン停止指令を受けて燃料噴射及び火花点火を停止したのちエンジンが惰性で回転している間にこの吸気流量制御弁を開き、この吸気流量制御弁が開き終わった後でかつエンジンを再始動させる前にまたはこの吸気流量制御弁が開き終わった後でかつエンジンを再始動させる際にこの吸気流量制御弁を閉じるように構成する。

本発明によれば、燃料供給手段と、火花点火実行手段とを用いてエンジンの停止後に膨張行程にある気筒に燃料を噴射供給すると共に火花点火を実行することにより、スタータモータの助けを借りることなくエンジンを再始動させるエンジンの始動装置において、吸気通路に吸気流量制御弁を備え、エンジン停止指令を受けて燃料噴射及び火花点火を停止したのちエンジンが惰性で回転している間にこの吸気流量制御弁を開くので、点火始動エンジンにおける従来技術のように、ブレーキ機構を設けておくことやエンジンの正逆転の検出及び回転速度がゼロとなったか否かの検出を可能とする複雑なセンシングシステムを追加することが不要となり、かつ自己始動までの時間が長くなる（自己始動が遅くなる）こともなく、始動開始気筒で常に最適な点火始動位置が得られる。

また、スロットル弁が開いたままエンジンを再始動させるとエンジン回転速度が急上昇するのであるが、本発明では、吸気流量制御弁が開き終わった後でかつエンジンを再始動させる前にまたはこの吸気流量制御弁が開き終わった後でかつエンジンを再始動させる際にこの吸気流量制御弁を閉じるので、再始動時のエンジン回転速度の急上昇を防止することができる。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は本発明の一実施形態のエンジンの概略構成図、図２はエンジンの概略平面図、図３はエンジン制御システムの制御ブロック図を示している。ここでのエンジンはＶ型６気筒直噴ガソリンエンジンである。

図１、図２において、１は左右の各バンク１Ａ、１Ｂを有するエンジン本体で、吸気通路３の上流側には、スロットル弁２ａ（吸気流量制御弁）とスロットルモータ２ｂとからなる電制スロットル装置２を備える。スロットルモータ２ｂはエンジンコントローラ２１からのスロットルモータ制御信号を受けてスロットル弁２ａを開閉駆動する。バタフライ型のスロットル弁２ａにより調量された吸入空気は吸気通路３を介して吸気マニフォールドのコレクタ部４に一旦蓄えられ、このコレクタ部４より吸気マニフォールド５を経て一方のバンク１Ａに属する各気筒の燃焼室６Ａに、また他方のバンク１Ｂに属する各気筒の燃焼室６Ｂに流入する。

各燃焼室６Ａ、６Ｂに臨んで燃料噴射弁７Ａ、７Ｂ（燃料供給手段）と点火プラグ８Ａ、８Ｂ（火花点火実行手段）とが気筒別に設けられている。燃料噴射弁７Ａ、７Ｂはエンジンコントローラ２１からの燃料噴射信号により所定の時期に開かれて燃料を一方のバンク１Ａに属する気筒の各燃焼室６Ａにあるいは他方のバンク１Ｂに属する気筒の各燃焼室６Ｂ内に直接的に噴射供給し、点火プラグ８Ａ、８Ｂはエンジンコントローラ２１からの点火信号により所定の時期に一方のバンク１Ａに属する気筒の各燃焼室６Ａ内の混合気に対してあるいは他方のバンク１Ｂに属する気筒の各燃焼室６Ｂ内の混合気に対して火花点火を行う。

各燃焼室６Ａ、６Ｂに流入した空気は各燃料噴射弁７Ａ、７Ｂからの燃料噴霧と混ざりつつ気化して可燃混合気を作り、各点火プラグ８Ａ、８Ｂにより燃焼し、燃焼したガスは急激に膨張して各燃焼室６Ａ、６Ｂ内の圧力を急激に高める。この急激な圧力の上昇を受けて、各気筒のシリンダ９Ａ、９Ｂ内を往復動するピストン１０Ａ、１０Ｂが下降し、これら各ピストン１０Ａ、１０Ｂの直線運動はそれぞれ各コンロッド１１Ａ、１１Ｂを介して一本のクランクシャフト１２の回転運動へと変換される。

クランクシャフト１２に連結されるクランクプーリ１３が、図２に示したように下側に見えており、このクランクプーリ１３からみて左側のバンク１Ａの手前の気筒をＮｏ．１気筒として６つの気筒に対してそれぞれ気筒番号が振られている。この実施形態では、６気筒の点火順序がＮｏ．１−Ｎｏ．２−Ｎｏ．３−Ｎｏ．４−Ｎｏ．５−Ｎｏ．６の順であるため、６つの各気筒では図４に示したようにそれぞれ各行程を迎えることになる。

燃焼したガスは所定のタイミングでそれぞれの気筒の排気弁が開いたとき排気管１４Ａ、１４Ｂへと排出される。各排気管１４Ａ、１４Ｂには２つの触媒１５Ａ、１５Ｂ、１６Ａ、１６Ｂが直列に備えられ、２つの触媒の下流の排気管は下流で１つにまとめられている。

図３に示したように、ＰＯＳセンサ（ポジションセンサ）２２、ＰＨＡＳＥセンサ（フェーズセンサ）２３からの信号、エアフローメータ２４からの吸入空気流量の信号、水温センサ２５からのエンジン冷却水温の信号が、イグニッションスイッチ（図示しない）からの信号、アクセルセンサ２６からのアクセル開度の信号、ブレーキセンサ２７からのブレーキペダルを操作しているか否かの信号、車速センサ２８からの車速の信号と共に入力されるエンジンコントローラ２１では、これらの信号に基づいてスロットル開度（スロットル弁２ａの開度）制御、各燃料噴射弁７Ａ、７Ｂを介しての気筒毎の燃料噴射制御、各点火プラグ８Ａ、８Ｂを介しての気筒毎の点火時期制御を行う。スロットル弁開度の制御では、アクセル開度とエンジン回転速度とに基づいて目標吸入空気量を算出し、この目標吸入空気量に基づいて目標スロットル開度を算出し、この目標スロットル開度が得られるようにスロットルモータ２ｂを駆動する。燃料噴射制御では、エンジン始動後に運転条件（エンジンの負荷と回転速度から定まる）が成層燃焼域にあるのかそれとも均質燃焼域（成層燃焼域より高負荷側あるいは高回転側に設けられている）にあるのかを判定し、運転条件が成層燃焼域にあるときには燃料噴射弁７Ａ、７Ｂを用いて圧縮行程で燃焼室内に燃料を噴射し、その噴射された燃料噴射弁からの燃料噴霧を吸気流動を用いて混合気塊としつつ点火プラグ８Ａ、８Ｂに誘導し、かつ点火時期にちょうど点火プラグ８Ａ、８Ｂの付近にくるように燃料噴射時期とガス流動とを制御して燃焼（成層燃焼）させ、燃焼室全体の空燃比として理論空燃比よりもリーン側の空燃比となるように、また運転条件が均質燃焼域になると燃焼室全体に均質な混合気を満たし空燃比としては理論空燃比となるようにそれぞれ燃料噴射量及び燃料噴射時期を制御する。

このような成層燃焼を行い得るエンジンを備える車両には、エンジンの自動停止再始動を行う機能がエンジンコントローラ２１に組み込まれている。これを図５を参照して説明すると、図５は車両の自動停止から再発進のための待機状態までにブレーキ指令（ブレーキセンサ２７の検出信号）、車速、エンジン回転速度、スロットル開度がどのように変化するのかを示している。ｔ１で車両の減速のため運転者がアクセルペダルから足を離すと、これに連動してスロットル弁２ａが戻されｔ２のタイミングでスロットル弁２ａが初期位置に戻される（スロットル開度はゼロ）。なお、スロットル開度がゼロになっても、実際にはアイドル時の回転速度を維持できるだけの吸入空気量はスロットル弁２ａの隙間を通して流れている。

ｔ３のタイミングでブレーキペダルを踏み込むとブレーキ指令がＯＦＦよりＯＮへと切換わり、少し遅れたｔ４のタイミングより車速と回転速度とがともに低下してゆく（減速状態）。ｔ５で車両が停止し（車速はゼロ）エンジンはアイドル状態となる。車両が停止状態になったことは、ブレーキセンサ２７からの信号と車速センサ２８からの車速信号とによりエンジンコントローラ２１が把握しているので、ｔ５のタイミングより所定時間Ｔ１が経過したｔ６のタイミングでエンジンを自動停止させるため、エンジンコントローラ２１では各燃料噴射弁７Ａ、７Ｂによる燃料噴射を全て停止し、かつ各点火プラグ８Ａ、８Ｂによる火花点火を全てやめる。これによりエンジン回転速度はｔ６のタイミングよりゼロに向かって落ちてゆき、ｔ７のタイミングでゼロ、つまりエンジン停止する。

このエンジン自動停止後であるｔ８のタイミングで車両の再発進のため運転者がブレーキペダルを離すとブレーキ指令はＯＮよりＯＦＦへと切換わる。これを受けてエンジンコントローラ２１ではエンジン自動再始動の操作に入る。すなわち、ブレーキペダルを離したｔ８のタイミングから所定時間Ｔ２が経過したｔ９のタイミングで各燃料噴射弁７Ａ、７Ｂによる気筒毎の燃料噴射を再開し、かつ各点火プラグ８Ａ、８Ｂによる気筒毎の火花点火を行わせ、エンジンを再始動する。エンジンが再始動されるとエンジンはｔ１０のタイミングでアイドル回転速度に到達する（アイドル状態に落ち着く）。

図５においてｔ６からｔ８までの範囲でスロットル弁２ａを開いているが、これは本発明に係る部分であり後述する。なお、従来のエンジンでは、ｔ６からｔ８までの範囲でスロットル開度はゼロになっている。

このように、エンジンの自動停止再始動を行う機能を有するエンジンにおいて、エンジンの再始動のたびにスタータモータを用いてクランクシャフト１２をクランキングするのでは、スタータモータの使用頻度が極端に高くなったり、スタータモータへの頻繁な電流供給によってバッテリ消費電力が増大したりするなどの問題があるため、スタータモータなしでエンジンを自己始動させようとする、いわゆる点火始動エンジンが提案されている（特開２００２−３９０３８公報参照）。この点火始動エンジンにおける従来技術では、４気筒直列噴射エンジンにおいてエンジン停止時に始動開始気筒（例えば１番気筒）のピストン位置を上死点後５°から上死点後１１０°までの範囲内、つまり自己始動可能な範囲内に停止させておき、エンジン始動時に燃焼室内の吸入空気量に応じた燃料量を燃料噴射弁より噴射した後に点火することで、スタータモータの助けを借りることなくエンジンを自己始動させるようにしている。

しかしながら、始動開始気筒のピストン停止位置は一般的に大きくバラツクので、こうした点火始動エンジンにおける従来技術では必ずしも始動開始気筒のピストン停止位置を自己始動可能な範囲内に停止させることができないため、次のような工夫をしている。

（１）エンジン停止時に自己始動が可能な位置にクランクシャフト１２を停止させるために機械的なブレーキ機構を設けておき、このブレーキ機構により機械的に始動開始気筒のピストン停止位置を自己始動可能な範囲内（上死点後１０°〜１４０°）に停止させる。

（２）従来エンジンと同じにスタータモータを設けておき、始動開始気筒のピストン停止位置が自己始動可能な範囲内に収まらなかったときには始動開始気筒のピストン停止位置をこのスタータモータにより自己始動可能な範囲内へと動かす。

（３）自己始動に際して始動開始気筒の燃焼室内吸入空気量に応じて燃料噴射量を算出することが必要なため、エンジン停止直前のエンジン揺り戻し現象も含め停止クランク角度を正確に検出する構成、つまりエンジンが正転しているのか逆転しているのかの正逆転の検出及び回転速度がゼロとなったか否かの検出を可能とするセンシングシステムを追加する。

しかしながら、上記（１）のブレーキ機構を設けておくことや上記（３）のように複雑なセンシングシステムを追加することはコスト高になる。また、上記（２）の構成によれば、自己始動までの時間が長くなる（自己始動が遅くなる）ため運転性が悪化するほか、音振性能が悪化しコストも増大する。

そこで、本発明者は点火始動エンジンにおける従来の考え方に対し発想の転換を行ってみた。すなわち、始動開始気筒のピストン停止位置（＝クランクシャフト１２の停止位置）がそもそも大きなバラツキを有しているから始動開始気筒のピストン停止位置を自己始動可能な範囲内に収める操作が必要になるのであれば、始動開始気筒のピストン停止位置が自己始動可能な範囲内にとどまるようにできないか、と発想したものである。この発想のもと、始動開始気筒のピストン停止位置はクランクシャフト１２に作用する圧力バランスにより定まり、この圧力バランスに影響する因子は主に吸排気弁が閉じた状態での燃焼室内圧力にあると見当を付け、吸排気弁が閉じた状態での燃焼室内圧力を変えて様々に実験を行ってみたところ、エンジン停止指令を受けて燃料噴射及び火花点火を停止したのち、エンジンが惰性で回転している間に燃焼室６Ａ、６Ｂに大気圧を導入することによって始動開始気筒のピストン停止位置を自己始動可能な範囲内にとどめることに成功した。

図６は本発明者が得た実験結果である。図６において横軸に始動開始気筒のピストン停止位置（＝クランクシャフト１２の停止位置）を、縦軸に頻度を採っている。従来エンジンの場合（図では「Ｖ６装置無し」で記載）には破線で示したように始動開始気筒のピストン停止位置が上死点後４０°から上死点後９０°の広い範囲にばらついているのに対して、本発明を適用してエンジン停止指令を受けて燃料噴射及び火花点火を停止したのち、エンジンが惰性で回転している間に燃焼室６Ａ、６Ｂに大気圧を誘導するようにしたエンジンの場合（図では「Ｖ６装置付き」で記載）には、実線で示したように始動開始気筒のピストン停止位置が上死点後５０°から上死点後６５°の非常に狭い範囲にほぼ全数が停止していることがわかる。

この理由は、スロットル弁２ａ下流の吸気圧力を大気圧に近づけて（大気圧に誘導する）、圧縮行程及び膨張行程にある各ピストン１０Ａ、１０Ｂのポンプ仕事を大きくさせることで圧縮行程及び膨張行程にある各ピストン１０Ａ、１０Ｂの反力が大きくなり、この大きくなった反力により始動開始気筒のピストン停止位置のバラツキの範囲が狭まるものと思われる。

このようにして、始動開始気筒のピストン停止位置が自己始動可能な範囲にとどまるエンジンが実現されると、点火始動エンジンにおける従来技術のように上記（１）のブレーキ機構を設けておくことや上記（３）のように複雑なセンシングシステムを追加することは不要となる。また、上記（２）のように自己始動までの時間が長くなる（自己始動が遅くなる）こともない。これは、本発明によれば、エンジンが停止する際やエンジンが停止してからのいずれにおいても何もしなくても、エンジン自体の働きにより始動開始気筒のピストン停止位置が自己始動可能な範囲内にとどまるためである。

なお、図４において始動開始気筒は６つの気筒のうちどの気筒にしても良いのであるが、仮にＮｏ．１気筒を始動開始気筒とすると、始動開始気筒の膨張行程で燃料噴射弁からの燃料噴射と点火プラグによる火花点火とを行って自己始動させることとなる。この場合に、Ｎｏ．１気筒の膨張行程と、次気筒であるＮｏ．４気筒の圧縮行程とが全範囲で重なり、かつＮｏ．１気筒の膨張行程と、Ｎｏ．２気筒、Ｎｏ．３気筒、Ｎｏ．５気筒及びＮｏ．６気筒の各圧縮行程とが一部の範囲で重なっている。従って、Ｎｏ．１気筒の発生トルクで自己始動が行われるためには、Ｎｏ．１気筒の発生トルクが、残り５つの気筒（Ｎｏ．２気筒〜Ｎｏ．６気筒）の圧縮トルクの合計より大きいことが必要である。もしもこの条件が満たされずＮｏ．１気筒（始動開始気筒）の発生トルクが残り５つの気筒（Ｎｏ．２気筒〜Ｎｏ．６気筒）の圧縮トルクの合計より小さい場合には（あるいはＮｏ．１気筒の発生トルクが残り５つの気筒の圧縮トルクの合計より確実に大きくなるようにするためには）特開２００２−３９０３８公報に開示されている公知の方法を用いて、Ｎｏ．１気筒（始動開始気筒）の発生トルクが残り５つの気筒（Ｎｏ．２気筒〜Ｎｏ．６気筒）の圧縮トルクの合計より大きくなるような対策を施せばよい。本発明は、始動開始気筒のピストン停止位置に関する発明であるので、始動開始気筒の発生トルクと次気筒の圧縮トルクの関係については対象外であるので説明しない。従って、本発明では膨張行程にある始動開始気筒に対して燃料噴射供給と火花点火とを行えば、その始動開始気筒の発生するトルクによって必ず自己始動するものとする。

さて、燃焼室６Ａ、６Ｂに大気圧を誘導するには、エンジン自動停止条件を満たし、エンジン自動停止指令を受けたエンジンコントロールユニット２１が燃料噴射弁７Ａ、７Ｂによる燃料噴射供給及び点火プラグ８Ａ、８Ｂによる火花点火を中断したのち、エンジンが惰性で回転低下してエンジン停止するまでのエンジン回転中において、吸気通路３の上流位置に設けているスロットル弁２ａを開けばよい。これを図５に戻って説明すると、エンジン停止までの惰性回転中はｔ６からｔ７までの期間であるので、このｔ６〜ｔ７の期間において図５第４段目に示したようにスロットル弁２ａを全閉位置より例えば全開位置まで開くこととなる。

ただし、図５第４段目に示したエンジン停止までの惰性回転中（ｔ６〜ｔ７の期間）に行うスロットル弁２ａの開弁方法についてはこれに限られるものでなく、様々な態様が考えられる。これをまとめて図７に示す。図７は図５のうちエンジン停止までの惰性回転中におけるエンジン回転速度とスロットル開度とを取り出して示したもので、図５と同じタイミングには同じ符号を付けている。個々に説明すると、図７（ｂ）はエンジン回転の停止開始タイミングであるｔ６でスロットル開度を全閉位置より全開位置まで、また図７（ｃ）はエンジン回転の停止開始タイミングであるｔ６でスロットル開度を全閉位置より全開位置でない所定開度までそれぞれステップ的に大きくしたものである。

これに対して、図７（ｄ）はエンジン回転の停止開始タイミングであるｔ６よりスロットル開度を一定の速度で増大してゆき、エンジン回転速度がゼロになるエンジン停止タイミングｔ７で全開位置に達するように、また図７（ｅ）はエンジン回転の停止開始タイミングであるｔ６よりスロットル開度を一定の速度で徐々に増大してゆき、エンジン回転速度がゼロになるエンジン停止タイミングｔ７のタイミングで全開位置ではない所定開度に達するようにしたものである。スロットル開度をステップ的に大きくすると、つまり急激にスロットル弁２ａを開くと、開弁の前後でポンプ仕事が大きく変化してエンジン振動が大きくなったり、スロットル弁２ａを開く際に発生する吸入空気音が大きくなったりするのであるが、このようにスロットル開度をゼロより漸増させることで、急激にスロットル弁２ａを開くのと比べ、ポンプ仕事によるエンジン振動を小さくでき、またスロットル弁２ａを開く際に発生する吸入空気音も小さくできる。

スロットル弁２ａは、ｔ６（燃料噴射及び火花点火を停止した時点）からｔ７（エンジンが完全に停止する時点）までの範囲で開けばよいので、図７（ｄ）、図７（ｅ）に示したようにそのｔ６からｔ７までの全区間で開き続けることは必要でなく、図７（ｆ）に示したようにスロットル開度を増大させるタイミングをエンジン停止タイミングｔ７のすぐ手前のタイミングｔ１１（エンジンが完全に停止する時点より所定時間Ｔ３前の時点）まで遅らせ、エンジン停止タイミングｔ７で全開位置となるように、また図７（ｇ）に示したようにスロットル開度を増大させるタイミングをエンジン停止タイミングｔ７のすぐ手前のタイミングｔ１１まで遅らせ、エンジン停止タイミングｔ７で全開位置でない所定開度となるようにすることができる。

このようにしてエンジンが完全に停止するまでの惰性回転中にスロットル弁２ａを開くのであるが、その後にエンジン再始動条件を満たした場合に、スロットル弁２ａが全開状態のままエンジンを再始動させたのでは、エンジン回転速度が急激に吹き上がり好ましくない。

そこで本発明ではさらに、スロットル弁２ａが開き終わった後でかつエンジンを再始動させる前にまたはスロットル弁２ａが開き終わった後でかつエンジンを再始動させる際にスロットル弁２ａを全閉位置に戻す。これについて図８、図９、図１０を参照して説明すると、図８、図９、図１０も図７と同様に図５のうちエンジン回転速度とスロットル開度とを取り出して示したもので、図５と同じタイミングには同じ符号を付けている。ただし、図８、図９、図１０はエンジン停止の開始タイミングであるｔ６でスロットル弁２ａを全閉位置から全開位置へとステップ変化させる場合を前提としている。

まず図８は全開位置まで開いたスロットル弁２ａをどのタイミングで全閉位置に戻すのかについての基本的な考え方を、つまり図８上２段はエンジン再始動時にスロットル弁２ａを全閉位置へと戻す場合を、図８下２段はエンジン停止後直ぐにスロットル弁２ａを全閉位置へと戻す場合を示している。すなわち、図８上２段ではエンジン再始動のタイミングであるｔ９より所定時間Ｔ３前のタイミングであるｔ１４を起点としてスロットル弁２ａを徐々に閉じエンジン再始動のタイミングであるｔ９で全閉位置となるように、また図８下２段ではエンジン停止のタイミングであるｔ７より所定時Ｔ４間経過後のｔ１２のタイミングを起点としてスロットル弁２ａを徐々に閉じ所定時間Ｔ５経過後であるｔ１３のタイミングで全閉位置となるようにしている。なお、図８第２段目のように「ｔ９より所定時間Ｔ３前のタイミングであるｔ１４を起点としてスロットル弁２ａを徐々に閉じ」るようにするためには、エンジン停止のタイミングであるｔ７より所定時間Ｔ６が経過するタイミングであるｔ１４を起点としてスロットル弁を徐々に閉じるようにしておけばよい。

図９は全開位置まで開いたスロットル弁２ａを全閉位置に戻す場合の具体的な態様を示している。個々に説明すると、図９（ｂ）はエンジン停止のタイミングであるｔ７でスロットル開度が全開位置よりステップ的に全閉位置となるように（つまりエンジンが停止したら直ぐに閉じる）、図９（ｃ）はエンジン停止のタイミングであるｔ７より所定時間Ｔ７前のｔ２１のタイミングを起点としてスロットル弁２ａを徐々に閉じエンジン停止のタイミングであるｔ７で全閉位置となるように（つまりエンジンが停止する前にゆっくり閉じる）、図９（ｄ）はエンジン停止のタイミングであるｔ７を起点としてスロットル弁２ａを徐々に閉じエンジン停止のタイミングであるｔ７より所定時間Ｔ８後のタイミングであるｔ２２で全閉位置となるように（つまりエンジン停止したらゆっくり閉じる）するものである。なお、図９（ｃ）のように「ｔ７より所定時間Ｔ７前のタイミングであるｔ２１を起点としてスロットル弁２ａを徐々に閉じ」るようにするためには、エンジン停止開始のタイミングであるｔ６より所定時間Ｔ１０が経過するタイミングであるｔ２１を起点としてスロットル弁を徐々に閉じるようにしておけばよい。

図９（ｅ）はエンジン再始動のタイミングであるｔ９でスロットル開度が全開位置よりステップ的に全閉位置となるように（自己始動したら直ぐ閉じる）、図９（ｆ）はエンジン再始動のタイミングであるｔ９を起点としてスロットル弁２ａを徐々に閉じエンジン再始動のタイミングであるｔ９より所定時間Ｔ８後のタイミング（エンジン回転速度がアイドル回転速度に到達するタイミング）であるｔ１０で全閉位置となるように（つまりエンジン回転速度の上昇に合わせて閉じる）するものである。このように、エンジンの再始動時にスロットル弁２ａを全閉位置に戻すといっても、エンジンを再始動するタイミングの前に戻しておく必要はなく、エンジン再始動のタイミング（ｔ９）でスロットル弁２ａをステップ的にあるいは徐々に全閉位置へと戻してもエンジン回転速度が急上昇することはない。実験に用いたＶ型６気筒直噴エンジンでは、１発目の膨張行程の自己始動に始まり、３点火目までは吸気管（３、４、５）内の圧力は大気と同じ状態であるのでスロットル弁２ａを全閉位置に閉じていても全開位置に開いていても変化がみられないが、４点火目からはスロットル弁を開いて始動するとエンジン回転速度が急上昇した。これより、エンジン再始動のタイミング（ｔ９）でスロットル弁２ａをステップ的にあるいは徐々に全閉位置へと戻してやればよいことがわかる。

図９（ｇ）はエンジン停止の開始タイミングであるｔ６を起点としてスロットル弁２ａを徐々に閉じエンジン停止のタイミングであるｔ７で全閉位置となるように（エンジン回転速度の低下に合わせて閉じる）するものである。

一方、図１０は、図８、図９と相違してエンジンが停止する前のエンジンの惰性回転中にエンジン再始動条件が満たされこれによってエンジンが再始動される場合に、全開位置まで開いたスロットル弁２ａをどのタイミングで全閉位置に戻すのかを示している。すなわち、図９最上段に示したように、エンジン再始動条件が満たされエンジンの惰性回転途中のタイミングであるｔ３１でエンジンが再始動されたために、エンジン回転速度がこのｔ３１より上昇し、所定時間Ｔ１２経過後のタイミングであるｔ３２でアイドル回転速度に到達している。この場合に、図９（ｂ）はエンジンの惰性回転途中のタイミングであるｔ３１でスロットル開度が全開位置よりステップ的に全閉位置となるように（自己始動したらすぐ閉じる）、図９（ｃ）はエンジンの惰性回転途中のタイミングであるｔ３１を起点としてスロットル弁２ａを徐々に閉じエンジンの惰性回転途中のタイミングであるｔ３１より所定時間Ｔ１２後のタイミング（エンジン回転速度がアイドル回転速度に到達したタイミング）であるｔ３２で全閉位置となるように（つまりエンジン回転速度の上昇に合わせて閉じる）、図９（ｄ）はエンジンの惰性回転途中のタイミングであるｔ３１より所定時間Ｔ１１前のタイミングであるｔ３３を起点としてスロットル弁２ａを徐々に閉じエンジンの惰性回転途中のタイミングであるｔ３１で全閉位置となるように（つまり自己始動する前に閉じる）したものである。

次に、エンジンコントローラ２１で実行されるエンジン自動停止・再始動の制御を図１１のフローチャートを参照して説明する。図１１のフローは時系列的な手順を示すものである。ただし、スロットル弁２ａは図９（ｅ）に示したように所定のタイミング（ｔ６）で全閉位置より全開位置へとステップ的に開きかつ所定のタイミング（ｔ９）で全開位置より全閉位置へとステップ的に閉じる場合とする。

ステップ１では車速センサ２８により検出される車速がゼロであるか否かをみる。車速がゼロでない場合には車両が停止していないのでそのまま待機する。

車速がゼロの場合にはステップ２に進みブレーキペダルが踏まれているか否かをみる。ブレーキペダルが踏まれていない場合にはブレーキセンサ２７はＯＦＦであり、ブレーキペダルが踏まれるとブレーキセンサ２７はＯＮになる。従って、ブレーキペダルが踏まれていない場合には車両が確実に停止していないと判断してステップ１に戻る。

ブレーキペダルが踏まれている場合にはステップ２よりステップ３に進み、車両停止状態に近い状態になってから（ステップ１、２の要件を満たしてから）一定時間Ｔ１（図５参照）が経過しているか否かをみる。一定時間Ｔ１が経過していない場合には車両は確実に停止していないと判断し、ステップ１に戻る。

車両停止状態に近い状態になってから一定時間Ｔ１が経過している場合には車両が確実に停止していると判断し、ステップ３よりステップ４、５に進み、ステップ４及び５の操作を同時に行わせる。すなわち、各燃料噴射弁７Ａ、７Ｂからの燃料噴射を全て中断し、各点火プラグ８Ａ、８Ｂによる火花点火を全てカットする。これにより、エンジンはトルクを発生しなくなり、エンジンが惰性で回転しつつエンジン停止状態へと向かう。

ステップ６ではステップ４、５の操作とほぼ同時に行う操作で、スロットル弁２ａを全開位置へとステップ的に開く。これにより、エンジン回転が惰性で回転しつつエンジン停止状態に向かっている間、各気筒の燃焼室６Ａ、６Ｂ内にほぼ大気圧の吸入空気が導入（誘導）される。

続くステップ７ではクランク角センサ（２２、２３）からの信号に基づいてエンジンが停止したか否かをみる。エンジンが停止していない場合にはそのまま待機する。やがてエンジンが停止した場合にはステップ７よりステップ８に進んでブレーキペダルが踏まれているか否かをみる。ブレーキペダルが踏まれたままである場合にはそのまま待機する。

この場合に本発明では、エンジンが惰性で回転している間にスロットル弁２ａが開くことで、始動開始気筒（例えばＮｏ．１気筒）のピストン停止位置が自己始動可能な範囲内にとどまる。

ブレーキペダルが離された場合（エンジン再始動条件を満たした場合）には車両発進が行われることを予測してステップ９、１０、１１に進み、ステップ９、１０及び１１の操作を同時に行わせる。すなわち、スロットル弁２ａを初期位置（全閉位置）へとステップ的に戻し、各燃料噴射弁７Ａ、７Ｂからの燃料噴射を再開し、各点火プラグ８Ａ、８Ｂによる火花点火を実行する。これによってエンジンが再始動され車両発進に備えられる。

ここで、本発明によれば始動開始気筒のピストン停止位置は、図６に示したように自己始動可能な範囲内のうちの狭い範囲にとどまるので、始動開始気筒のピストン停止位置より始動開始気筒の燃焼室内の吸入空気量を予め知ることができる。つまり、点火始動エンジンにおける従来技術のように、自己始動に際して始動開始気筒の燃焼室内吸入空気量に応じて燃料噴射量を算出することは不要であるので、自己始動の初回には始動開始気筒に一定値の燃料噴射量を与えればよい。

ここで、本実施形態の作用効果を説明する。

本実施形態（請求項１に記載の発明）によれば、燃焼室６Ａ、６Ｂ内に燃料を直接的に噴射供給するする燃料噴射弁７Ａ、７Ｂ（燃料供給手段）と、燃焼室６Ａ、６Ｂ内の混合気に火花点火を行う点火プラグ８Ａ、８Ｂ（火花点火実行手段）とを備え、これらの燃料噴射弁７Ａ、７Ｂ、点火プラグ８Ａ、８Ｂを用いてエンジンの停止後に膨張行程にある気筒に燃料を噴射供給すると共に火花点火を実行することにより、スタータモータの助けを借りることなくエンジンを再始動させるエンジンの始動装置において、吸気通路３にスロットル弁２ａ（吸気流量制御弁）を備え、エンジン停止指令を受けて燃料噴射及び火花点火を停止したのちエンジンが惰性で回転している間にスロットル弁２ａを全開位置へと開くので（図８第２段目、第４段目、図９（ｂ）〜図９（ｇ）、図１０（ｂ）〜図１０（ｄ）、図１１のステップ４、５、６参照）、点火始動エンジンにおける従来技術のように、ブレーキ機構を設けておくことやエンジンの正逆転の検出及び回転速度がゼロとなったか否かの検出を可能とする複雑なセンシングシステムを追加することが不要となり、かつ自己始動までの時間が長くなる（自己始動が遅くなる）こともなく、始動開始気筒で常に最適な点火始動位置が得られる。

また、スロットル弁２ａが全開位置で開いたままエンジンを再始動させるとエンジン回転速度が急上昇するのであるが、本実施形態（請求項１に記載の発明）によれば、スロットル弁２ａ（吸気流量制御弁）が開き終わった後でかつエンジンを再始動させる前にまたはスロットル弁２ａが開き終わった後でかつエンジンを再始動させる際にスロットル弁２ａを全閉位置へと閉じるので（図８第２段目、第４段目、図９（ｂ）〜図９（ｇ）、図１０（ｂ）〜図１０（ｄ）、図１１のステップ７、８、９、１０参照）、再始動時のエンジン回転速度の急上昇を防止することができる。

エンジンを再始動するに際して、まずスロットル弁２ａを開く動作を行い、この動作が終了したあとに再始動に入るとすれば、スロットル弁２ａを開く動作を終了させるまでの時間が再始動までの待機時間となってしまうが、本実施形態（請求項２に記載の発明）によれば、スロットル弁２ａが開き終わった後、エンジンが停止した後にまたはエンジンが停止する前にスロットル弁２ａを全閉位置へと閉じるので（図８第４段目、図９（ｂ）〜図９（ｄ）、図１１のステップ１、２、３、６参照）、エンジン再始動までの待機時間を短縮でき、エンジン再始動を素早く行うことができる。

エンジンが惰性で回転している間にエンジンを再始動させる条件を満たした場合にもエンジンが停止するのを待って再始動を行わせるのではエンジン再始動までの待機時間が長くなってしまうが、本実施形態（請求項３に記載の発明）によれば、エンジンが惰性で回転している間にエンジンを再始動させる条件を満たした場合に、エンジンを再始動させると同時にまたはエンジンを再始動させる前にスロットル弁２ａを全閉位置へと閉じるので（図１０（ｂ）〜図１０（ｄ）参照）、エンジンが停止するのを待たなくてよくなりエンジン再始動までの待機時間を短縮でき、エンジン再始動を素早く行うことができる。

図１２は、第２実施形態の吸気系の概略構成図を示している。第２実施形態は、スロットル弁２ａをバイパスする補助空気通路３１を設け、この補助空気通路３１の開口面積を可変に制御し得る電磁バルブ３２（吸気流量制御弁）をこの補助空気通路３１に介装し、この電磁バルブ３２で図８第２段目、第４段目、図９（ｂ）〜図９（ｇ）、図１０（ｂ）〜図１０（ｄ）に示した各スロットル開度の変化と同様の変化を行わせるものである。すなわち、図８第２段目、第４段目、図９（ｂ）〜図９（ｇ）、図１０（ｂ）〜図１０（ｄ）では縦軸がスロットル開度になっているが、第２実施形態としては、縦軸を電磁バルブ３２の開口面積に置き換えて適用すればよい。例えば、図９（ｂ）に示したスロットル開度の変化に相当する電磁バルブ３２の開口面積の変化を図１３（ａ）に示すと、エンジン回転の停止開始タイミングであるｔ６で電磁バルブ３２の開口面積を状態２より状態１へとステップ的に切換え、またエンジンの停止タイミングであるｔ７で電磁バルブ３２の開口面積を状態１（最小値）より状態２（最大値）へとステップ的に切換えている。ここで、状態１とは図１０（ｂ）左側に示したように電磁バルブ３２の開口面積がゼロでない所定値（例えば最大値）にある状態、状態２とは図１０（ｂ）右側に示したように電磁バルブ３２の開口面積がゼロ（最小値）の状態のことである。

このようにして第２実施形態によっても第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

第２実施形態では補助空気通路３１に電磁バルブ３２を設けているが、これに限られない。例えば電磁バルブに代えてバタフライ型の第２のスロットル弁を設け、この第２のスロットル弁により図８第２段目、第４段目、図９（ｂ）〜図９（ｇ）、図１０（ｂ）〜図１０（ｄ）に示した各スロットル開度の変化を行わせるようにしてもかまわない。このとき例えば、図１３（ａ）に示した状態１、状態２は図１３（ｃ）に示したようになる。また、電磁バルブに代えて機械式バルブで構成してもかまわない。

実施形態では、Ｖ型６気筒直噴エンジンについて検討したのみで、Ｖ型８気筒直噴エンジンや直列の直噴エンジンについては検討していない。しかしながら、Ｖ型８気筒直噴エンジンや直列の直噴エンジンにも適用できるように思われる。

本発明の第１実施形態のエンジンの概略構成図。 エンジンの概略平面図。 エンジン制御システムの制御ブロック図。 Ｖ型６気筒エンジンの行程図。 車両の自動停止から再発進のための待機状態までの動きを示す波形図。 クランクシャフトの停止位置に対する頻度分布を示す特性図。 エンジン停止までの惰性回転中に行うスロットル弁の開弁方法を示す波形図。 全開位置まで開いたスロットル弁をどのタイミングで全閉位置に戻すのかについての基本的な考え方を示す波形図。 全開位置まで開いたスロットル弁を全閉位置に戻す場合の具体的な態様を示す波形図。 エンジンが停止する前のエンジンの惰性回転中にエンジン再始動条件が満たされこれによってエンジンが再始動される場合に、全開位置まで開いたスロットル弁をどのタイミングで全閉位置に戻すのかを示す波形図。 エンジン自動停止・再始動の制御を説明するためのフローチャート。 第２実施形態の吸気系の概略構成図。 第２実施形態のエンジン停止までの惰性回転中に行う電磁バルブの開弁方法と、電磁バルブの開弁を終了した後に行う電磁バルブの閉弁方法とを示す波形図。

符号の説明

１ エンジン本体
２ａ スロットル弁（吸気流量制御弁）
６Ａ、６Ｂ 燃焼室
７Ａ、７Ｂ 燃料噴射弁（燃料供給手段）
８Ａ、８Ｂ 点火プラグ（火花点火実行手段）
１２ クランクシャフト
２１ エンジンコントローラ

Claims (6)

1. 燃焼室内に燃料を直接的に噴射供給する燃料供給手段と、
   燃焼室内の混合気に火花点火を行う火花点火実行手段と
   を備え、
   これらの手段を用いてエンジンの停止後に膨張行程にある気筒に燃料を噴射供給すると共に火花点火を実行することにより、スタータモータの助けを借りることなくエンジンを再始動させるエンジンの始動装置において、
   吸気通路に設けた吸気流量制御弁と、
   エンジン停止指令を受けて燃料噴射及び火花点火を停止したのちエンジンが惰性で回転している間にこの吸気流量制御弁を開く開弁制御手段と、
   この吸気流量制御弁が開き終わった後でかつエンジンを再始動させる前にまたはこの吸気流量制御弁が開き終わった後でかつエンジンを再始動させる際にこの吸気流量制御弁を閉じる閉弁制御手段と
   を含むことを特徴とするエンジンの始動装置。
2. 前記吸気流量制御弁が開き終わった後、エンジンが停止した後にまたはエンジンが停止する前に前記吸気流量制御弁を閉じ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. 前記エンジンが惰性で回転している間にエンジンを再始動させる条件を満たした場合に、エンジンを再始動させると同時にまたはエンジンを再始動させる前に前記吸気流量制御弁を閉じ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。
4. 前記吸気流量制御弁を閉じる時期は、吸気流量制御弁が開き終わった時点からエンジンを再始動させることによってエンジン回転速度がアイドル回転速度に到達する時点までの範囲内とす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。
5. 前記吸気流量制御弁はアイドル時に全閉位置に制御されるスロットル弁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。
6. 前記吸気流量制御弁はスロットル弁をバイパスする補助空気通路を開口する面積を調整可能な流量制御弁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。