JP2009228638A - エンジンの制御装置 - Google Patents

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文昭 平石
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Abstract

【課題】エンジン停止時において所定の範囲内にピストンを停止させ、ダイレクトスタートによるエンジンの始動性を向上させることのできるエンジンの制御装置を提供すること。
【解決手段】エンジンが停止した際の停止クランク角θを検出し(S4)、当該停止クランク角θが第1所定クランク角θ1よりも遅角側である場合には、エンジン停止前に設定される所定のエンジン回転数Neを増加させ(S10)、当該停止クランク角θが第2所定クランク角θ2よりも進角側である場合には、エンジン停止前に設定される所定のエンジン回転数Neを減少させることで(S9)、次回のエンジン停止時に第1所定クランク角θ1から第2所定クランク角θ2までの所定範囲内でピストンが停止するようにする。
【選択図】図2

Description

本発明は、エンジンの制御装置に係り、詳しくはエンジンの停止制御に関するものである。
従来、エンジンを始動する際にはスタータモータを用いることが一般的であったが、近年ではエンジン始動時の騒音を低減するとともに迅速な始動を実現するため、スタータモータによるクランキングを行うことなくエンジンの燃焼室内に燃料噴射及び点火を行って始動させる所謂ダイレクトスタートを行う始動装置が提案されている。特に、近年では環境保護や省エネルギの観点から車両停止時に一時的にエンジンを停止する、所謂アイドルストップを行うようにした車両が提案されており、アイドルストップで停止したエンジンを再び始動する際には、スタータモータによるクランキングを必要とせずに迅速なエンジン始動が可能となることから、ダイレクトスタートが好適である。
当該ダイレクトスタートでは、エンジンの停止時に膨張行程にある気筒(以下膨張行程気筒ともいう)を判別し、車両の発進操作や運転者のスタート操作等に応じてエンジンを再始動する際には、膨張行程気筒に対して燃料を噴射した後に点火を行って噴射燃料を燃焼させ、このときに発生する燃焼圧によりエンジンを始動する。
そこで、エンジンを停止させる際に、エンジン回転数を上昇させて、エンジンの燃焼ガスの掃気を充分に行うことでダイレクトスタートの始動性を向上させる技術がある(特許文献1参照)。
特開2006−200385号公報
しかしながら、上記特許文献1に開示されて技術では、燃焼ガスの掃気を充分に行うことができるが、ピストン停止位置を調節することはできない。
当該ダイレクトスタートでは、エンジン停止時におけるピストン停止位置によりエンジンの始動性が変化するため、予め設定した所定の位置にピストンを停止させることが好ましい。
当該ピストン停止位置は、圧縮行程にある気筒のピストンによる残留空気の圧縮圧力や、エンジン各部の摩擦抵抗、或いはバルブスプリングの付勢力がカムシャフトを介してクランクシャフトに作用する、いわゆるカム反力などクランクシャフトに作用する様々な力が寄与するため、実際のピストン停止位置は推定した位置よりずれが生じる場合がある。特に、エンジンオイルを交換等してエンジンの運転状態が変化した場合等にはピストン停止位置が大きく変わるという問題がある。
また、上記特許文献1では燃焼室内に直接燃料を噴射可能な筒内噴射型エンジンについて適用しているが、燃焼室内に直接燃料を噴射することができない吸気管噴射型(Multi Point Injection:MPI)エンジン(以下MPIエンジンという)である場合には、ピストン停止時に膨張行程となる気筒の燃焼室内に予め停止直前の吸気行程中に燃料を供給しておく必要があり、ピストンを所定の範囲に確実に停止させる必要がある。
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、エンジン停止時において所定の範囲内にピストンを停止させ、ダイレクトスタートによるエンジンの始動性を向上させることのできるエンジンの制御装置を提供することにある。
上記した目的を達成するために、請求項1のエンジンの制御装置では、エンジンの制御装置であって、前記エンジンの停止前のエンジン回転数を所定のエンジン回転数に設定する停止前エンジン回転数制御手段と、前記エンジンが停止したときのピストン停止位置を検出するピストン停止位置検出手段と、前記ピストン停止位置検出手段により検出されるピストン停止位置が、第1の所定位置よりも遅角側である場合には、前記停止前エンジン回転数制御手段により設定される前記所定のエンジン回転数を増加させ、該ピストン停止位置が前記第1の所定位置より進角した位置である第2の所定位置よりも進角側である場合には、前記停止前エンジン回転数制御手段により設定される前記所定のエンジン回転数を減少させる停止前エンジン回転数補正手段と、を備えることを特徴としている。
請求項2のエンジンの制御装置では、請求項1において、前記停止前エンジン回転数補正手段は、前記ピストン停止位置検出手段により検出されるピストン停止位置が、前記第1の所定位置よりも遅角側である場合には、該ピストン停止位置及び該第1の所定位置との差に応じた増加量で、前記停止前エンジン回転数制御手段により設定される前記所定のエンジン回転数を増加させ、該ピストン停止位置が前記第2の所定位置よりも進角側である場合には、該ピストン停止位置及び該第2の所定位置との差に応じた減少量で、前記停止前エンジン回転数制御手段により設定される前記所定のエンジン回転数を減少させることを特徴としている。
上記手段を用いる本発明の請求項1のエンジンの制御装置によれば、エンジンが停止した際のピストン停止位置を検出し、当該ピストン停止位置が第1の所定位置よりも遅角側である場合には、エンジン停止前に設定される所定のエンジン回転数を増加させ、当該ピストン停止位置が第2の所定位置よりも進角側である場合には、エンジン停止前に設定される所定のエンジン回転数を減少させることで、次回のエンジン停止時に第1の所定位置から第2の所定位置までの所定の範囲内でピストンが停止するようにする。
つまり、エンジンの点火終了後におけるエンジンの惰性回転は、当該点火終了直前のエンジン回転数に応じて変化することから、ピストンが所定の範囲で停止しなかった場合に当該点火終了前、即ちエンジン停止前のエンジン回転数を補正することで、ピストン停止位置を調節する。
ピストン停止位置が所定範囲に到達しない場合、即ち第1の所定位置より遅角側である場合には、次回のエンジン停止前のエンジン回転数を増加させることで、点火終了後のエンジンの惰性回転量を増加させ、ピストン停止位置を進角させる。
一方、ピストン停止位置が所定範囲を超えた場合、即ち第2の所定位置より進角側である場合には、次回のエンジン停止前のエンジン回転数を減少させることで、点火終了後のエンジンの惰性回転を低下させ、ピストンの停止位置を遅角させる。
以上のようにして、エンジン停止時のピストン停止位置に応じて、エンジン停止前のエンジン回転数を補正することで、当該ピストンを所定の範囲で停止させることができる。
したがって、エンジンオイル等の交換によりエンジンの運転状態が変化した場合にも、変化後の運転状態に適応してピストン停止位置を所定の範囲で停止させることができる。
そして、このように所定の範囲にピストンを停止させることができ、始動に有利な範囲にピストンを停止させることでダイレクトスタートによるエンジンの始動性を向上させることができる。
請求項2のエンジンの制御装置によれば、ピストン停止位置と第1の所定位置または第2の所定位置との差に応じて、停止前エンジン回転数制御手段により設定される所定のエンジン回転数の増加量または減少量を設定する。
これにより、より正確にエンジン停止前のエンジン回転数を補正することができ、確実に所定の範囲にピストンを停止させることができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図1を参照すると、本発明に係るエンジンの制御装置の概略構成図が示されている。
エンジン1は、4気筒が直列に並んで構成され180°CA毎に等間隔で爆発する吸気管噴射型(Multi Point Injection:MPI)の4サイクル直列4気筒型エンジンであり、図1にはそのうちの1つの気筒についての縦断面が示されている。なお、他の気筒についても同様の構成をしているものとして図示及び説明を省略する。
図1に示すように、エンジン1はシリンダブロック2にシリンダヘッド4が載置されて構成されている。
当該シリンダブロック2に形成されている気筒6内にはピストン8が上下摺動可能に嵌挿されており、当該気筒6、ピストン8頂面、シリンダヘッド4下面に囲まれて燃焼室10が形成されている。
ピストン8はコンロッド12を介してクランクシャフト14に連結されている。当該クランクシャフト14の一端には、当該クランクシャフト14と一体に回転するリングギヤ16が設けられている。
一方、シリンダヘッド4には、燃焼室10内に電極部が臨むようにして点火プラグ18が設けられている。
また、当該シリンダヘッド4には、燃焼室10内に吐出口が臨み、当該燃焼室10内に直接空気を供給可能な空気供給弁20(空気供給手段)が設けられている。当該空気供給弁20は、図示しないコンプレッサから供給された圧縮空気を蓄える蓄圧器22と空気供給管24を介して接続されており、当該蓄圧器22から空気が供給される。
また、シリンダヘッド4には、燃焼室10と連通しエンジン1の幅方向一側に延びる吸気ポート26が形成されおり、当該吸気ポート26内に噴射口が臨み、当該噴射口から吸気ポート26内を通して燃焼室10内に燃料を供給可能な燃料噴射弁28が設けられている。
また、シリンダヘッド4には、燃焼室10と連通しエンジン1の幅方向他側に延びる排気ポート30が形成されている。
さらに、シリンダヘッド4には、吸気カム32及び図示しない排気カムによって駆動され、燃焼室10と吸気ポート26、及び燃焼室10と排気ポート30との連通と遮断を行う吸気弁34及び排気弁36が設けられている。
また、エンジン1の一側には吸気ポート26と連通するように、吸気マニホールド38が接続されており、当該吸気マニホールド38はサージタンク40を介して吸気管42と接続されている。
当該吸気管42内には、図示しない電動アクチュエータにより開閉駆動されるスロットル弁44が設けられている。
一方、エンジン1の他側には、排気ポート30と連通するように排気マニホールド46が接続されており、当該排気マニホールド46の一端には図示しない排気管が接続されている。
また、エンジン1には、上記クランクシャフト14と一体に回転するリングギヤ16の回転を用いて当該クランクシャフト14の回転角、即ちクランク角を検出するクランク角センサ48(ピストン停止位置検出手段)、吸気カム32を回転駆動するカムシャフトの回転角、即ちカム角を検出するカム角センサ50が設けられている。なお、当該クランク角センサにより検出されるクランク角からエンジン回転数を算出することができ、カム角センサ50により検出されるカム角と併せることで気筒判別等も可能である。
さらに、当該エンジン1を搭載している車両には、車両の走行速度を検出する車速センサ52、運転席に設けられたセレクトレバーの操作位置を検出するシフト位置センサ54、及び運転者によるブレーキ操作を検出するブレーキスイッチ56などの各種センサ類が設けられている。
そして、上記点火プラグ18、空気供給弁20、燃料噴射弁28、スロットル弁44、クランク角センサ48、カム角センサ50、車速センサ52、シフト位置センサ54、ブレーキスイッチ56等の各種装置や各種センサ類はECU(電子コントロールユニット)58(停止前エンジン回転数制御手段、停止前エンジン回転数補正手段)と電気的に接続されており、当該ECU58は各種センサ類からの各情報に基づき各種装置を作動制御する。
例えば、当該ECU58は信号待ちや渋滞等による車両の停車中には、エンジン1を一時的に自動停止させるアイドルストップ制御を実行する。本実施形態ではエンジン停止条件として、車速センサ52により検出された車速が0km/hであること、ブレーキスイッチ56によりブレーキ操作が検出されていること、及びシフト位置センサ54により検出されたシフト位置がD(ドライブ)レンジ等の走行レンジまたはN(ニュートラル)レンジであることが設定されており、これらの条件が満たされると、ECU58はエンジン1の停止制御を行う。
また、アイドルストップ制御におけるエンジン始動条件としては、ブレーキスイッチ56によりブレーキ操作の解除が検出されていること、及びシフト位置センサ54により検出されたシフト位置がDレンジ等の走行レンジであることが設定されており、これらの条件が満たされると、ECU58はエンジン1の始動制御を行う。
当該始動制御では、停止制御時において燃焼室10内に予め燃料が供給され膨張行程でピストン8が停止している気筒6を、上記クランク角センサ48及びカム角センサ50により検出されるクランク角及びカム角から判別し、当該気筒6の燃焼室10内に前記空気供給弁20により空気を供給するとともに点火プラグ18により点火する。そして、当該膨張行程気筒で燃焼を生起させ、このときに発生する燃焼圧によりエンジン1を始動する。このようにして、所謂ダイレクトスタートを行う。
一方、当該ECU58によるアイドルストップ制御におけるエンジン1の停止制御について以下詳しく説明する。
図2、3を参照すると、図2にはECU58により実行されるエンジン1の停止制御ルーチンがフローチャートで示されており、図3にはエンジン回転数制御量設定マップがそれぞれ示されており、以下、図2のフローチャートに沿って説明する。
図2に示すように、ECU58により実行されるエンジン停止制御では、ステップS1において上記エンジン停止条件が成立したか否かを判別する。当該判別結果が偽(No)である場合は当該ステップS1の判別を繰り返し、判別結果が真(Yes)となった場合にはステップS2に進む。
ステップS2では、エンジン停止前のエンジン回転数、即ちアイドル回転数を所定のエンジン回転数Neに設定する。
そして、ステップS3では、点火を終了する。
ステップS4では、エンジン回転が停止したことを確認する。なお、点火終了時点から当該エンジン回転停止までの間において、エンジン停止時に膨張行程となる気筒6を推定し、エンジン回転が停止する前に当該気筒6が最後の吸気行程中にあるときに燃料噴射弁28により燃料噴射を行う。これにより、エンジン停止時に膨張行程となる気筒6の燃焼室10内に燃料が供給される。
ステップS5では、上記クランク角センサ48により停止クランク角θを検出し、当該停止クランク角θからピストン停止位置を検出する。なお、ここでは、膨張行程で停止している気筒6のピストン停止位置に基づき説明する。
ステップS6では、上記ステップS5で検出した停止クランク角θが所定の範囲内にあるか否かを判別する。当該所定の範囲とは、第1所定クランク角θ1以上、第2所定クランク角θ2以下の範囲であり、例えば当該実施形態では、θ1=ATDC(上死点後)40°、θ2=ATDC100°とする。
当該判別結果が真(Yes)である場合、即ちθ1≦θ≦θ2である場合にはステップS7に進む。
ステップS7では、上記ステップS2で設定されるエンジン停止前のエンジン回転数Neを特に変更することなく、当該ルーチンを抜ける。
一方、上記ステップS6の判別結果が偽(No)である場合、即ち停止クランク角θが所定の範囲外(θ<θ1、θ2<θ)である場合にはステップS8に進む。
ステップS8では、停止クランク角θが所定範囲よりも進角側(θ2<θ)であるか否か、即ちピストン8の停止位置が所定範囲を通過した位置に停止しているか否かを判別する。
当該判別結果が真(Yes)である場合は、ステップS9に進む。
ステップS9では、上記ステップS2で設定する停止前エンジン回転数Neを所定のエンジン回転数補正量ΔNe分減少させた値に補正し、当該ルーチンを抜ける。つまり、次回のエンジン停止制御において、ステップS2で設定されるエンジン停止前に設定するエンジン回転数Neを減少させる(Ne←Ne−ΔNe)。
一方、上記ステップS8の判別結果が偽(No)である場合、つまり停止クランク角θが所定範囲よりも遅角側(θ<θ1)である場合、即ちピストン8の停止位置が所定範囲に到達しない位置で停止した場合には、ステップS10に進む。
ステップS10では、上記ステップS2で設定する停止前エンジン回転数Neを所定のエンジン回転数補正量ΔNe分増加させた値に補正し、当該ルーチンを抜ける。つまり、次回のエンジン停止制御において、ステップS2で設定されるエンジン停止前に設定するエンジン回転数Neを増加させる(Ne←Ne+ΔNe)。
ここで、ステップS9、S10において減少または増加させる所定のエンジン回転数補正量ΔNeは、図3のマップに基づき、停止クランク角θと所定範囲との差に比例して設定される。
詳しくは、当該図3に示すように、第1所定クランク角θ1以上、第2所定クランク角θ2以下の所定範囲は、ダイレクトスタートによる始動可能範囲(例えばATDC30°〜120°)内にあり、始動に有利な範囲に設定されている。
そして、エンジン回転数補正量ΔNeは、停止クランク角θが第1所定クランク角θ1(=40°)より遅角側、即ちTDC側である場合は、当該第1所定クランク角θ1との差が大きいほど増加させるエンジン回転数補正量ΔNeが大きくなるよう設定されている。
一方、停止クランク角θが第2所定クランク角θ2(=100°)より進角側、即ちBDC側である場合は、当該第2所定クランク角θ2との差が大きいほどエンジン回転数補正量ΔNe、即ちエンジン回転数の減少量が大きくなるよう設定されている。
例えば、エンジン停止制御において、エンジン停止前のエンジン回転数Neを1000rpmに設定してエンジン1を停止させた結果、停止クランク角θがATDC20°であった場合には、図3のマップより増加させるエンジン回転数補正量ΔNeは100rpmとなり、次回のエンジン停止前のエンジン回転数Neは1000+100=1100rpmに補正される。
これにより、次回のエンジン停止制御では、エンジン停止前のエンジン回転数Neは1100rpmに設定され、前回よりもエンジン停止前のエンジン回転数が増加したことで、点火終了後のエンジン1の惰性回転量が増加し、ピストン停止位置は進角側となり、所定の範囲内で停止することとなる。
一方、エンジン停止前のエンジン回転数Neを1000rpmに設定してエンジン1を停止させた結果、停止クランク角θがATDC140°であった場合には、図3のマップより減少させるエンジン回転数補正量ΔNeは200rpmとなり、次回のエンジン停止前のエンジン回転数Neは1000−200=800rpmに補正される。
これにより、次回のエンジン停止制御では、エンジン停止前のエンジン回転数Neは800rpmに設定され、前回よりもエンジン停止前のエンジン回転数が減少したことで、点火終了後のエンジン1の惰性回転量が減少し、ピストン停止位置は遅角側となり、所定の範囲内で停止することとなる。
以上のようにして、エンジン停止時のピストン停止位置に応じて、エンジン停止前に設定するエンジン回転数Neを補正することで、当該ピストン8を所定の範囲で停止させることができる。
したがって、エンジンオイル等の交換によりエンジン1の運転状態が変化した場合にも、変化後の運転状態に適応してピストン停止位置を所定の範囲で停止させることができる。
そして、このように所定の範囲にピストン8を停止させることができ、始動に有利な範囲にピストン8を停止させることでダイレクトスタートによるエンジン1の始動性を向上させることができる。
以上で本発明に係るエンジンの制御装置の実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。
例えば、上記実施形態では、エンジン1はMPIエンジンであるが、これに限られるものではなく、燃料噴射弁の噴射口が燃焼室内に臨み、当該燃料室内に直接燃料を噴射可能な筒内噴射型エンジンでも構わない。当該筒内噴射型エンジンであれば、始動時に膨張行程気筒の燃焼室内に燃料を噴射すればいいことから、ピストン停止時に膨張行程となる気筒へ予め燃料を噴射する必要はない。
また、上記実施形態では、燃焼室10内に空気を供給する空気供給弁20が設けられているが、当該空気供給弁は必須のものではなく、当該空気供給弁を備えていないエンジンにも本願発明は適用可能である。
また、上記実施形態では、車速センサ52、シフト位置センサ54、ブレーキスイッチ56からの検出結果に基づきアイドルストップ条件を設定しているが、当該アイドルストップ条件はこれに限られるものではなく、他の条件を設定した構成であっても構わない。
また、上記実施形態では、第1所定クランク角θ1、第2所定クランク角θ2等の数値は例示的なものであり、これに限られるものではない。
本発明に係るエンジンの制御装置における実施形態の概略構成図である。 本発明に係るエンジンの制御装置において実行されるエンジンの停止制御ルーチンを示すフローチャートである。 停止前エンジン回転数補正マップである。
符号の説明
1 エンジン
6 気筒
8 ピストン
10 燃焼室
18 点火プラグ
20 空気供給弁
48 クランク角センサ(ピストン停止位置検出手段)
50 カム角センサ
52 車速センサ
54 シフト位置センサ
56 ブレーキスイッチ
58 ECU(停止前エンジン回転数制御手段、停止前エンジン回転数補正手段)

Claims (2)

  1. エンジンの制御装置であって、
    前記エンジンの停止前のエンジン回転数を所定のエンジン回転数に設定する停止前エンジン回転数制御手段と、
    前記エンジンが停止したときのピストン停止位置を検出するピストン停止位置検出手段と、
    前記ピストン停止位置検出手段により検出されるピストン停止位置が、第1の所定位置よりも遅角側である場合には、前記停止前エンジン回転数制御手段により設定される前記所定のエンジン回転数を増加させ、該ピストン停止位置が前記第1の所定位置より進角した位置である第2の所定位置よりも進角側である場合には、前記停止前エンジン回転数制御手段により設定される前記所定のエンジン回転数を減少させる停止前エンジン回転数補正手段と、
    を備えることを特徴とするエンジンの制御装置。
  2. 前記停止前エンジン回転数補正手段は、前記ピストン停止位置検出手段により検出されるピストン停止位置が、前記第1の所定位置よりも遅角側である場合には、該ピストン停止位置及び該第1の所定位置との差に応じた増加量で、前記停止前エンジン回転数制御手段により設定される前記所定のエンジン回転数を増加させ、該ピストン停止位置が前記第2の所定位置よりも進角側である場合には、該ピストン停止位置及び該第2の所定位置との差に応じた減少量で、前記停止前エンジン回転数制御手段により設定される前記所定のエンジン回転数を減少させることを特徴とする請求項1記載のエンジンの制御装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007092549A (ja) * 2005-09-27 2007-04-12 Toyota Motor Corp 内燃機関の停止制御装置

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