JP2013199843A

JP2013199843A - 圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置

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Publication number: JP2013199843A
Application number: JP2012067180A
Authority: JP
Inventors: Jinju Nakamoto; 仁寿中本; Tatsuo Yamauchi; 健生山内; Hideo Hosoya; 英生細谷; Keiji Araki; 啓二荒木
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2012-03-23
Filing date: 2012-03-23
Publication date: 2013-10-03
Anticipated expiration: 2032-03-23
Also published as: JP5888041B2

Abstract

【課題】１圧縮始動が可能なピストン停止位置範囲の境界をエンジンの状態によって可変的に設定しつつ、１圧縮始動が可能か否かを常に正確に判断する。
【解決手段】エンジンの自動停止後、再始動条件が成立すると、圧縮行程で停止していた停止時圧縮行程気筒のピストン停止位置をクランク角センサの検出信号に基づき特定し、その特定したピストン停止位置が所定の基準停止位置よりも下死点側にあれば、上記停止時圧縮行程気筒に最初の燃料を噴射する１圧縮始動を実行し、そうでなければ、吸気行程で停止していた停止時吸気行程気筒に最初の燃料を噴射する２圧縮始動を実行する。クランクプレートの歯欠け部に対応した無信号角度範囲Ｈは、暖機の進行度合いに応じて変化する上記基準停止位置の可変範囲Ｒｘと重複しないように設定されている。
【選択図】図１０

Description

本発明は、燃料噴射弁から気筒内に噴射された燃料を自着火により燃焼させる圧縮自己着火式エンジンに設けられ、所定の自動停止条件が成立したときに上記エンジンを自動停止させるとともに、その後所定の再始動条件が成立したときに、スタータモータを用いて上記エンジンに回転力を付与しつつ上記燃料噴射弁から燃料を噴射することにより、上記エンジンを再始動させる圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置に関する。

ディーゼルエンジンに代表される圧縮自己着火式エンジンは、一般に、ガソリンエンジンのような火花点火式エンジンよりも熱効率に優れ、排出されるＣＯ₂の量も少ないことから、近年、車載用エンジンとして広く普及しつつある。

上記のような圧縮自己着火式エンジンにおいて、より一層のＣＯ₂の削減を図るには、エンジンを自動的に停止または再始動させる、いわゆるアイドルストップ制御の技術を採用することが有効であり、そのことに関する種々の研究もなされている。

その一例として、下記特許文献１には、所定の自動停止条件が成立したときにディーゼル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すると、スタータモータを駆動しながら燃料噴射を実行してディーゼルエンジンを再始動させることが開示されている。

具体的に、同文献では、ディーゼルエンジンが自動停止されると、その時点で圧縮行程にある停止時圧縮行程気筒のピストンの停止位置が調べられる。その後、エンジンの再始動条件が成立すると、上記停止時圧縮行程気筒のピストン停止位置が、相対的に下死点寄りに設定された適正範囲にあるか否かが判定され、適正範囲にある場合には、上記停止時圧縮行程気筒に最初の燃料が噴射され、エンジン全体として１回目の圧縮上死点を迎える１圧縮目から燃焼が再開されることにより、エンジンが始動される（以下、これを「１圧縮始動」という）。

一方、上記停止時圧縮行程のピストン停止位置が上記適正範囲よりも上死点側にある場合には、吸気行程で停止していた気筒（停止時吸気行程気筒）が圧縮行程に移行してから当該気筒に最初の燃料が噴射され、エンジン全体として２回目の圧縮上死点を迎える２圧縮目から燃焼が再開されることにより、エンジンが始動される（以下、これを「２圧縮始動」という）。

特開２００９−６２９６０号公報

上記特許文献１の技術によると、停止時圧縮行程気筒のピストンが適正範囲にあるときには、１圧縮目から燃料を噴射する１圧縮始動によって速やかにエンジンを再始動させることができる一方、上記適正範囲から上死点側に外れている場合には、１圧縮目ではなく２圧縮目から燃料を噴射する２圧縮始動により、始動の迅速性は多少犠牲にしながらも、燃料の失火を防止して確実なエンジンの再始動を図ることができる。

ここで、上記特許文献１において、１圧縮始動が可能なピストン停止位置範囲である適正範囲は、再始動の開始時点でのエンジンの状態が異なれば当然異なり得る。このため、エンジンの状態にかかわらず１圧縮始動か２圧縮始動かを適正に判断するには、上記適正範囲の境界となり得るクランク角を常に正確に把握できるようにする必要があるが、実際には、ピストン停止位置を特定するためのセンサ（クランク角センサ）の構造上の制約があるので、上記の要求を満足することは容易ではない。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、１圧縮始動が可能なピストン停止位置範囲の境界をエンジンの状態によって可変的に設定しつつ、１圧縮始動が可能か否かを常に正確に判断することが可能な圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためのものとして、本発明は、燃料噴射弁から気筒内に噴射された燃料を自着火により燃焼させる圧縮自己着火式エンジンに設けられ、所定の自動停止条件が成立したときに上記エンジンを自動停止させるとともに、その後所定の再始動条件が成立したときに、スタータモータを用いて上記エンジンに回転力を付与しつつ上記燃料噴射弁から燃料を噴射することにより、上記エンジンを再始動させる圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置であって、上記燃料噴射弁およびスタータモータを含む各種機器を制御する制御手段と、上記エンジンのクランクシャフトと一体に回転し、外周部に多数の歯を有するクランクプレートと、上記クランクプレートの歯の通過に応じてパルス信号を出力するクランク角センサとを備え、上記制御手段は、自動停止したエンジンを再始動させる際に、圧縮行程で停止していた停止時圧縮行程気筒のピストン停止位置を上記クランク角センサの検出信号に基づき特定し、特定したピストン停止位置が所定の基準停止位置よりも下死点側にあるか否かに応じて、上記停止時圧縮行程気筒に最初の燃料を噴射する１圧縮始動、または吸気行程で停止していた停止時吸気行程気筒に最初の燃料を噴射する２圧縮始動のいずれかを、上記燃料噴射弁およびスタータモータを駆動しつつ実行するものであり、上記１圧縮始動か２圧縮始動かの境目となる上記基準停止位置は、上記エンジンの暖機の進行度合いに応じて可変的に設定されるものであり、上記クランクプレートは、その外周部の特定箇所に、気筒判別用の基準とするために歯を省略した歯欠け部を有し、この歯欠け部に対応するクランク角である無信号角度範囲は、暖機の進行度合いに応じて変化する上記基準停止位置の可変範囲と重複しないように設定されていることを特徴とするものである（請求項１）。

なお、本発明において、「無信号角度範囲」と「基準停止位置の可変範囲」とが「重複しない」とは、これら両範囲どうしを重ね合わせたときのオーバーラップ量がゼロになるこという。よって、「無信号角度範囲」と「基準停止位置の可変範囲」とが完全に分離している必要はなく、無信号角度範囲の上限または下限の位置と、基準停止位置の可変範囲の下限または上限の位置とが一致していてもよい（つまり両範囲が連続していてもよい）。

本発明によれば、１圧縮始動が可能か否かを判断するための基準停止位置がエンジンの暖機の進行度合いに応じて可変的に設定されるため、例えば暖機が進行して着火性が改善されるほど基準停止位置を上死点側に変更することにより、１圧縮始動が可能なピストン停止位置範囲を柔軟に変化させて適切なエンジン再始動を図ることができる。また、暖機の進行度合いに応じて変化する上記基準停止位置の可変範囲が、クランクプレートの歯欠け部に対応した無信号角度範囲と重複しないため、停止時圧縮行程気筒のピストン停止位置が基準停止位置よりも下死点側にあるか上死点側にあるかを、暖機の進行度合いにかかわらず正確に検出することができ、その結果に基づいて、１圧縮始動と２圧縮始動とを適切に使い分けることができる。

本発明において、好ましくは、エンジンの冷却水温が８０℃よりも低い基準温度以上のときにエンジンの自動停止を許可する（請求項２）。

この構成によれば、エンジンの暖機があまり進んでいない状態でもエンジンが自動停止されることになり、自動停止の機会が増える。この場合、１圧縮始動が可能か否かを判断するための基準停止位置は、エンジンの暖機の進行度合いに応じて幅広く変化し得るが、本発明のように、基準停止位置の可変範囲と無信号角度範囲とが互いに重複しないようになっていれば、基準停止位置が幅広く変動するにもかかわらず、基準停止位置よりも上死点側または下死点側のいずれにピストンが停止したかを正確に検出することができる。したがって、自動停止の基準温度を８０℃よりも低くした上記構成によれば、エンジンの自動停止の機会を増やしてさらなる燃費の向上を図りつつ、１圧縮始動が可能か否かを常に正確に判断することができる。

本発明において、好ましくは、上記制御手段は、上記１圧縮始動によるエンジン再始動時に、少なくとも上記停止時圧縮行程気筒への最初の燃料噴射として、圧縮上死点を過ぎてから熱発生率のピークを迎えるようなメイン燃焼を起こさせるメイン噴射と、このメイン噴射の開始よりも前に熱発生率のピークを迎えるようなプレ燃焼を起こさせるプレ噴射とを実行する（請求項３）。

この構成によれば、停止時圧縮行程気筒への燃料噴射によってエンジンを再始動させる１圧縮始動の際に、まずプレ噴射が実行され、その後にメイン噴射が実行される。プレ噴射された燃料は、所定の着火遅れの後に自着火により燃焼し（プレ燃焼）、停止時圧縮行程気筒の筒内温度・圧力を上昇させるため、それに引き続いてメイン噴射が実行されたときには、噴射された燃料がほどなく自着火により燃焼する（メイン燃焼）。このように、メイン噴射された燃料の着火性が、それ以前のプレ噴射（プレ燃焼）によって改善されるため、停止時圧縮行程気筒での圧縮代がそれほど多くなくても、停止時圧縮行程気筒での燃焼は確実に行われる。この結果、１圧縮始動が可能なピストン停止位置範囲（特定範囲）をより上死点側に拡大することができ、エンジン始動の迅速化を促進することができる。

上記構成において、より好ましくは、上記無信号角度範囲における最も上死点側の位置が、上記基準停止位置の可変範囲における最も下死点側の位置と同一かもしくはこれよりも下死点側に設定される（請求項４）。

この構成によれば、上記プレ噴射のタイミングと無信号角度範囲とが重なることを有効に回避でき、プレ噴射のタイミングを正確に決定することができる。

上記構成において、より好ましくは、上記１圧縮始動のときに上記停止時圧縮行程気筒に噴射される燃料の量は、当該気筒のピストン停止位置が上死点に近いほど少なく設定されるものであり、上記制御手段は、上記停止時圧縮行程気筒のピストンが上記無信号角度範囲のいずれかで停止していると予想され、かつその状態から上記１圧縮始動によるエンジン再始動を行う際に、上記停止時圧縮行程気筒への噴射量を、上記無信号角度範囲における最も上死点側の位置に対応する噴射量に設定する（請求項５）。

この構成によれば、筒内に残存している空気の量に対して過剰な燃料が供給される（つまり混合気がオーバーリッチになる）のを確実に防止できるので、燃焼により生じるＨＣの量を抑制でき、再始動時の低エミッション化をより確実に図ることができる。

以上説明したように、本発明の圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置によれば、１圧縮始動が可能なピストン停止位置範囲の境界をエンジンの状態によって可変的に設定しつつ、１圧縮始動が可能か否かを常に正確に判断することができる。

本発明の一実施形態に係る始動制御装置が適用されたディーゼルエンジンの全体構成を示す図である。エンジンの運転中にクランク角センサから出力されるパルス信号を示す図である。上記エンジンを自動的に停止させる自動停止制御の具体的手順を示すフローチャートである。上記エンジンの自動停止制御時における各種状態量の変化を示すタイムチャートである。図４のタイムチャートにおけるエンジン回転速度およびクランク角の波形を部分的に拡大して示すとともに、圧縮行程となる気筒の番号の変化を示す図である。停止時圧縮行程気筒が異なるケースにおける図５相当図である。自動停止したエンジンを再始動させる再始動制御の具体的手順を示すフローチャートである。１圧縮始動によるエンジン再始動のときに停止時圧縮行程気筒に噴射すべき燃料の量を決定する手順を示すフローチャートである。１圧縮始動が可能な上限のピストン停止位置である基準停止位置を説明するための図である。上記基準停止位置の可変範囲と、クランクプレートの歯欠け部に対応した無信号角度範囲との位置関係を示す図である。上記停止時圧縮行程気筒への噴射量を決定するために用いられるマップの一例である。プレ噴射およびメイン噴射に分けて燃料を噴射した場合に、その噴射した燃料がどのようなタイミングで燃焼するかを示した図である。

（１）エンジンの全体構成
図１は、本発明の一実施形態に係る始動制御装置が適用されたディーゼルエンジンの全体構成を示す図である。本図に示されるディーゼルエンジンは、走行駆動用の動力源として車両に搭載される４サイクルのディーゼルエンジンである。このエンジンのエンジン本体１は、いわゆる直列４気筒型のものであり、紙面に直交する方向に列状に並ぶ４つの気筒２Ａ〜２Ｄを有するシリンダブロック３と、シリンダブロック３の上面に設けられたシリンダヘッド４と、各気筒２Ａ〜２Ｄにそれぞれ往復摺動可能に挿入されたピストン５とを有している。

上記ピストン５の上方には燃焼室６が形成されており、この燃焼室６には、燃料としての軽油が、後述する燃料噴射弁１５からの噴射によって供給される。そして、噴射された燃料（軽油）が、ピストン５の圧縮作用により高温・高圧化した燃焼室６で自着火し（圧縮自己着火）、その燃焼による膨張力で押し下げられたピストン５が上下方向に往復運動するようになっている。

上記ピストン５は図外のコネクティングロッドを介してクランク軸７と連結されており、上記ピストン５の往復運動（上下運動）に応じて上記クランク軸７が中心軸回りに回転するようになっている。

ここで、図示のような４サイクル４気筒のディーゼルエンジンでは、各気筒２Ａ〜２Ｄに設けられたピストン５が、クランク角で１８０°（１８０°ＣＡ）の位相差をもって上下運動する。このため、各気筒２Ａ〜２Ｄでの燃焼（そのための燃料噴射）のタイミングは、１８０°ＣＡずつ位相をずらしたタイミングに設定される。具体的には、気筒２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの気筒番号をそれぞれ１番、２番、３番、４番とすると、１番気筒２Ａ→３番気筒２Ｃ→４番気筒２Ｄ→２番気筒２Ｂの順に燃焼が行われる。このため、例えば１番気筒２Ａが圧縮行程であれば、３番気筒２Ｃ、４番気筒２Ｄ、２番気筒２Ｂは、それぞれ、吸気行程、排気行程、膨張行程となる。

上記シリンダヘッド４には、各気筒２Ａ〜２Ｄの燃焼室６に開口する吸気ポート９および排気ポート１０と、各ポート９，１０を開閉する吸気弁１１および排気弁１２とが設けられている。なお、吸気弁１１および排気弁１２は、シリンダヘッド４に配設された一対のカムシャフト等を含む動弁機構１３，１４により、クランク軸７の回転に連動して開閉駆動される。

また、上記シリンダヘッド４には、燃料噴射弁１５が各気筒２Ａ〜２Ｄにつき１つずつ設けられている。各燃料噴射弁１５は、蓄圧室としてのコモンレール２０に分岐管２１を介してそれぞれ接続されている。コモンレール２０には、燃料供給ポンプ２３から燃料供給管２２を通じて供給された燃料（軽油）が高圧状態で蓄えられており、このコモンレール２０内で高圧化された燃料が分岐管２１を通じて各燃料噴射弁１５にそれぞれ供給されるようになっている。

上記燃料噴射弁１５は、先端部に複数（例えば８〜１２個）の噴孔を有した多噴孔型のものであり、その内部に、上記各噴孔に通じる燃料通路と、この燃料通路を開閉するために電磁的に駆動されるニードル状の弁体とを有している（いずれも図示省略）。そして、通電による電磁力で上記弁体が開方向に駆動されることにより、コモンレール２０から供給された燃料が上記各噴孔から燃焼室６に向けて直接噴射されるようになっている。

上記燃料噴射弁１５と対向するピストン５の冠面（上面）の中央部には、他の部分（冠面の周縁部）よりも下方に凹んだキャビティ５ａが形成されている。このため、ピストン５が上死点の近くにある状態で上記燃料噴射弁１５から燃料が噴射された場合、この燃料は、まずキャビティ５ａの内部に侵入することになる。

ここで、当実施形態のエンジン本体１は、その幾何学的圧縮比（ピストン５が下死点にあるときの燃焼室容積とピストン５が上死点にあるときの燃焼室容積との比）が１４に設定されている。すなわち、一般的な車載用のディーゼルエンジンの幾何学的圧縮比が１８もしくはそれ以上に設定されることが多いのに対し、当実施形態では、幾何学的圧縮比が１４というかなり低い値に設定されている。

上記シリンダブロック３やシリンダヘッド４の内部には、冷却水が流通する図外のウォータジャケットが設けられており、このウォータジャケット内の冷却水の温度を検出するための水温センサＳＷ１が、上記シリンダブロック３に設けられている。

また、上記シリンダブロック３には、クランク軸７の回転角度および回転速度を検出するためのクランク角センサＳＷ２が設けられている。このクランク角センサＳＷ２は、クランク軸７と一体に回転するクランクプレート２５の回転に応じてパルス信号を出力する。

具体的に、上記クランクプレート２５の外周部には、一定ピッチで並ぶ多数の歯２５ａが突設されており、その外周部における特定の基準位置には、歯２５ａが複数枚省略された歯欠け部２５ｂが形成されている。そして、このように基準位置に歯欠け部２５ｂを有したクランクプレート２５が回転し、それに基づくパルス信号（歯２５ａの有無によるＯＮ／ＯＦＦ信号）が上記クランク角センサＳＷ２から出力されることにより、クランクシャフト７の回転角度（クランク角）および回転速度（エンジン回転速度）が検出されるようになっている。

図２は、エンジンの運転中にクランク角センサＳＷ２から出力されるパルス信号を示している。本図に示すように、クランク角センサＳＷ２からのパルス信号の中には、上述したクランクプレート２５の歯欠け部２５ｂに対応して、３６０°ＣＡごとに生成される無信号部Ｐが含まれる。つまり、上記歯欠け部２５ｂにおいて省略された歯の数の分だけパルス信号が発生しないために、所定期間にわたって信号のない無信号部Ｐが生じる。歯欠け部２５ｂにおける歯の省略数は、５もしくはそれ以上になるのが一般的であるから、例えば歯２５ａのピッチ角度（隣接する歯２５ａどうしの角度間隔）が６度であるとすれば、少なくともクランク角にして３０度以上は無信号部Ｐが生じることになる。

上記無信号部Ｐは、２サイクルに１回の頻度で生成される。例えば、１番気筒２Ａ、４番気筒２Ｄの場合では、当該気筒が圧縮行程または排気行程になったときにのみ、無信号部Ｐが生成される。

図１に示すように、上記シリンダヘッド４には、動弁用のカムシャフト（図示省略）の角度を検出するためのカム角センサＳＷ３が設けられている。カム角センサＳＷ３は、カムシャフトと一体に回転するシグナルプレートの歯の通過に応じて、気筒判別用のパルス信号を出力する。

すなわち、エンジンの運転中に上記クランク角センサＳＷ２から出力されるパルス信号の中には、上述した歯欠け部２５ｂに対応して、３６０°ＣＡごとに無信号部（図２のＰ部）が生成されるが、その情報だけでは、クランク角を知ることはできても、どの気筒が何行程にあるのか（気筒判別）を認識することができない。そこで、７２０°ＣＡごとに１回転するカムシャフトの回転に基づきカム角センサＳＷ３からパルス信号を出力させ、その信号が出力されるタイミングと、上記クランク角センサＳＷ２の無信号部Ｐのタイミング（歯欠け部２５ｂの通過タイミング）とに基づいて、気筒判別を行うようにしている。

上記吸気ポート９および排気ポート１０には、吸気通路２８および排気通路２９がそれぞれ接続されている。すなわち、外部からの吸入空気（新気）が上記吸気通路２８を通じて燃焼室６に供給されるとともに、燃焼室６で生成された排気ガス（燃焼ガス）が上記排気通路２９を通じて外部に排出されるようになっている。

上記吸気通路２８のうち、エンジン本体１から所定距離上流側までの範囲は、気筒２Ａ〜２Ｄごとに分岐した分岐通路部２８ａとされており、各分岐通路部２８ａの上流端がそれぞれサージタンク２８ｂに接続されている。このサージタンク２８ｂよりも上流側には、単一の通路からなる共通通路部２８ｃが設けられている。

上記共通通路部２８ｃには、各気筒２Ａ〜２Ｄに流入する空気量（吸気流量）を調節するための吸気絞り弁３０が設けられている。吸気絞り弁３０は、エンジンの運転中は基本的に全開もしくはこれに近い高開度に維持されており、エンジンの停止時等の必要時にのみ閉弁されて吸気通路２８を遮断するように構成されている。

また、上記吸気絞り弁３０とサージタンク２８ｂとの間の共通通路部２８ｃには、吸気流量を検出するためのエアフローセンサＳＷ４が設けられている。

上記クランク軸７には、ベルト等を介してオルタネータ３２が連結されている。このオルタネータ３２は、図外のフィールドコイルの電流を制御して発電量を調節するレギュレータ回路を内蔵しており、車両の電気負荷やバッテリの残容量等から定められる発電量の目標値（目標発電電流）に基づき、クランク軸７から駆動力を得て発電を行うように構成されている。

上記シリンダブロック３には、エンジンを始動するためのスタータモータ３４が設けられている。このスタータモータ３４は、モータ本体３４ａと、モータ本体３４ａにより回転駆動されるピニオンギア３４ｂとを有している。上記ピニオンギア３４ｂは、クランク軸７の一端部に連結されたリングギア３５と離接可能に噛合している。そして、上記スタータモータ３４を用いてエンジンを始動する際には、ピニオンギア３４ｂが所定の噛合位置に移動して上記リングギア３５と噛合し、ピニオンギア３４ｂの回転力がリングギア３５に伝達されることにより、クランク軸７が回転駆動されるようになっている。

（２）制御系
以上のように構成されたエンジンは、その各部がＥＣＵ（エンジン制御ユニット）５０により統括的に制御される。ＥＣＵ５０は、周知のとおり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されるマイクロプロセッサであり、本発明にかかる制御手段として機能するものである。

上記ＥＣＵ５０には、各種センサから種々の情報が入力される。すなわち、ＥＣＵ５０は、エンジンの各部に設けられた上記水温センサＳＷ１、クランク角センサＳＷ２、カム角センサＳＷ３、およびエアフローセンサＳＷ４と電気的に接続されており、これら各センサＳＷ１〜ＳＷ４からの入力信号に基づいて、エンジンの冷却水温、クランク角、回転速度、気筒判別情報、吸気流量等の種々の情報を取得する。

また、ＥＣＵ５０には、車両に設けられた各種センサ（ＳＷ５〜ＳＷ９）からの情報も入力される。すなわち、車両には、運転者により踏み込み操作されるアクセルペダル３６の開度を検出するためのアクセル開度センサＳＷ５と、ブレーキペダル３７のＯＮ／ＯＦＦ（ブレーキの有無）を検出するためのブレーキセンサＳＷ６と、車両の走行速度（車速）を検出するための車速センサＳＷ７と、バッテリ（図示省略）の残容量を検出するためのバッテリセンサＳＷ８と、車室内の温度を検出するための室温センサＳＷ９とが設けられている。ＥＣＵ５０は、これら各センサＳＷ５〜ＳＷ９からの入力信号に基づいて、アクセル開度、ブレーキの有無、車速、バッテリの残容量、車室内温度といった情報を取得する。

上記ＥＣＵ５０は、上記各センサＳＷ１〜ＳＷ９からの入力信号に基づいて種々の演算等を実行しつつ、エンジンの各部を制御する。具体的に、ＥＣＵ５０は、上記燃料噴射弁１５、吸気絞り弁３０、オルタネータ３２、およびスタータモータ３４と電気的に接続されており、上記演算の結果等に基づいて、これらの機器にそれぞれ駆動用の制御信号を出力する。

上記ＥＣＵ５０が有するより具体的な機能について説明する。ＥＣＵ５０は、例えばエンジンの通常運転時に、運転条件に基づき定められる所要量の燃料を燃料噴射弁１５から噴射させたり、車両の電気負荷やバッテリの残容量等に基づき定められる所要発電量をオルタネータ３２に発電させる等の基本的な機能を有する他、いわゆるアイドルストップ機能として、予め定められた特定の条件下でエンジンを自動的に停止させ、または再始動させる機能をも有している。このため、ＥＣＵ５０は、エンジンの自動停止または再始動制御に関する機能的要素として、自動停止制御部５１および再始動制御部５２を有している。

すなわち、上記自動停止制御部５１は、エンジンの運転中に、予め定められたエンジンの自動停止条件が成立したか否かを判定し、成立した場合に、エンジンを自動停止させる制御を実行するものである。

また、上記再始動制御部５２は、エンジンが自動停止した後、予め定められた再始動条件が成立したか否かを判定し、成立した場合に、エンジンを再始動させる制御を実行するものである。

（３）自動停止制御
次に、上記ＥＣＵ５０の自動停止制御部５１により実行されるエンジンの自動停止制御の内容を、図３のフローチャートおよび図４のタイムチャートを用いて説明する。

図３のフローチャートに示す処理がスタートすると、自動停止制御部５１は、各種センサ値を読み込む制御を実行する（ステップＳ１）。具体的には、水温センサＳＷ１、クランク角センサＳＷ２、カム角センサＳＷ３、エアフローセンサＳＷ４、アクセル開度センサＳＷ５、ブレーキセンサＳＷ６、車速センサＳＷ７、バッテリセンサＳＷ８、および室温センサＳＷ９からそれぞれの検出信号を読み込み、これらの信号に基づいて、エンジンの冷却水温、クランク角、回転速度、気筒判別情報、吸気流量、アクセル開度、ブレーキの有無、車速、バッテリの残容量、車室内温度等の各種情報を取得する。

次いで、自動停止制御部５１は、上記ステップＳ１で取得された情報に基づいて、エンジンの自動停止条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ２）。例えば、車両が停止状態にあること、アクセルペダル３６の開度がゼロであること（アクセルＯＦＦ）、ブレーキペダル３７が所定の踏力以上で踏み込まれていること（ブレーキＯＮ）、エンジンの冷却水温が所定の基準温度以上であること、バッテリの残容量が所定値以上であること、エアコンの負荷（車室内温度とエアコンの設定温度との差）が比較的少ないこと、等の複数の要件が全て揃ったときに、自動停止条件が成立したと判定する。なお、車両が停止状態にあるという要件については、必ずしも完全停止（車速＝０ｋｍ／ｈ）を必須とする必要はなく、所定の低車速以下（例えば３ｋｍ／以下）になったときに車両が停止状態にあると判定してもよい。また、エンジンの冷却水温の下限値である上記基準温度としては、エンジンが充分に暖機されたといえる目安の温度である８０℃よりもかなり低い値（例えば３０℃）に設定される。すなわち、当実施形態において、エンジンの自動停止は、エンジンが暖機状態にあるときだけでなく、これよりも冷却水温が低い半暖機状態にある場合にも実行されるようになっている。

上記ステップＳ２でＹＥＳと判定されて自動停止条件が成立したことが確認された場合、自動停止制御部５１は、吸気絞り弁３０の開度を、アイドル運転時に設定される通常時の開度（例えば８０％）から、全閉（０％）まで低下させる制御を実行する（ステップＳ３）。なお、図４のタイムチャートでは、自動停止条件が成立した時点をｔ１、その後吸気絞り弁３０の開度を低下させ始める時点をｔ２としている。

次いで、自動停止制御部５１は、燃料噴射弁１５からの燃料の供給を停止する燃料カットを実行する（ステップＳ４）。すなわち、吸気絞り弁３０を全閉（０％）にした後、各気筒２Ａ〜２Ｄの燃料噴射弁１５から噴射すべき燃料の量である目標噴射量をゼロに設定し、全ての燃料噴射弁１５からの燃料噴射を停止することにより、燃料カットを実行する。なお、図４のタイムチャートでは、吸気絞り弁３０が全閉になった時点をわずかに過ぎた時点ｔ３で、燃料カットが実行されている。

上記燃料カットを実行した後は、図４の時点ｔ３以降におけるエンジン回転速度の波形に示すように、エンジンは一時的に惰性で回転する。具体的に、エンジン回転速度は、４つの気筒２Ａ〜２Ｄのいずれかが圧縮上死点（圧縮行程と膨張行程の間の上死点）を迎える度に一時的に落ち込み、圧縮上死点を越えた後に再び上昇するというアップダウンを繰り返しながら徐々に低下していく。

図４の時点ｔ４は、エンジンがその停止動作中に最後に迎える上死点である最終ＴＤＣのタイミングを示している。この最終ＴＤＣを超えた後、エンジンは、一度も上死点を超えることなく（一時的にはピストンの揺れ戻しにより逆回転もしながら）、時点ｔ５において最終的に完全停止に至る。なお、図４において、エンジン停止時の各気筒２Ａ〜２Ｄのサイクル（最終ＴＤＣの時点ｔ４以降の気筒サイクル）は、１番気筒２Ａが圧縮行程、３番気筒２Ｃが吸気行程、４番気筒２Ｄが排気行程、２番気筒２Ｂが膨張行程となっている。

上記ステップＳ４で燃料カットを実行した後、自動停止制御部５１は、エンジンの回転速度が０ｒｐｍであるか否か、つまりエンジンが完全停止したか否かを判定する（ステップＳ５）。そして、ここでＹＥＳと判定されてエンジンが完全停止していることが確認された場合に、自動停止制御部５１は、吸気絞り弁３０の開度を通常時の開度（例えば８０％）に戻した上で（ステップＳ６）、自動停止制御を終了する。

図５は、図４のタイムチャートにおけるエンジン回転速度およびクランク角の波形を部分的に拡大して示すとともに、圧縮行程となる気筒の番号（圧縮行程気筒Ｎｏ．）の変化を示す図である。なお、図４では、最終的に圧縮行程で停止する気筒が１番気筒２Ａであったので、図５において、最終ＴＤＣを迎える時点ｔ４以降の圧縮行程気筒Ｎｏ．は、「１」（１番気筒２Ａ）となる。また、最終ＴＤＣ（時点ｔ４）以前の圧縮行程気筒Ｎｏ．については、最終ＴＤＣの１つ前の上死点から最終ＴＤＣまでが「２」（２番気筒２Ｂ）、最終ＴＤＣの２つ前から１つ前の上死点までが「４」（４番気筒２Ｄ）、最終ＴＤＣの３つ前から２つ前の上死点までが「３」（３番気筒２Ｃ）となる。

図５に示すように、１番気筒２Ａが圧縮行程となる時点ｔ４以降のクランク角の波形（つまりクランク角センサＳＷ２による検出角度）には、破線で丸く囲って示すように、クランク角が大きくジャンプする部分が生じる。また、時点ｔ４より前に遡ると、同様の現象は、１サイクル飛ばして遡るごとに（つまり２サイクルに１回）見られることが分かる。これは、クランクプレート２５の歯欠け部２５ｂに対応したものである。

すなわち、先に図２を用いて説明したように、クランク角センサＳＷ２からのパルス信号の中には、クランクプレート２５の歯欠け部２５ｂに対応して、３６０°ＣＡごとに無信号部Ｐが生じる。この無信号部Ｐは、１番気筒２Ａまたは４番気筒２Ｄが圧縮行程にあるときに生成されるので、これに対応して、図５においては、時点ｔ４以降の最後のサイクルと、そのサイクルの２つ前、４つ前‥‥の各サイクルに、クランク角のジャンプ現象（破線で丸く囲んだ部分）が見られる。なお、このジャンプ現象を示す部分以外の細かな段差は、クランクプレート２５に形成された歯２５ａのピッチ角度（隣接する歯２５ａどうしの角度間隔）に起因するものである。つまり、歯２５ａのピッチ角度がαであるとすれば、クランク角センサＳＷ２からはこのピッチ角度αごとにパルス信号が出力されるため（図２参照）、クランク角センサＳＷ２による検出角度も、上記ピッチ角度αごとに段階的に認識されることになる。

ここで、上記無信号部Ｐに起因したクランク角のジャンプ現象が見られるクランク角の範囲を無信号角度範囲Ｈとし、その上限および下限の角度をそれぞれＶ２、Ｖ１とする。図５の例では、見かけ上は、停止時に圧縮行程にある１番気筒２Ａのピストン５が、角度Ｖ１の位置で停止したことになっている。しかしながら、角度Ｖ１〜Ｖ２（無信号角度範囲Ｈ）ではクランク角センサＳＷ２からのパルス信号が得られず、正確なクランク角を認識できない。このため、実際には、上記気筒２Ａのピストン５は、角度Ｖ１に限らず、角度Ｖ１〜Ｖ２の間のいずれかの位置で停止している可能性がある（破線で示すＷの波形参照）。なお、当実施形態において、無信号角度範囲Ｈは、圧縮行程の前半であって、後述する基準停止位置Ｘと重複しない位置に設定される。

圧縮行程で停止した気筒（以下、停止時圧縮行程気筒という）の正確なピストン停止位置が分からないという上記のような問題は、停止時圧縮行程気筒が４番気筒２Ｄであった場合にも、同様に発生する。これは、図２に示した無信号部Ｐが、１番気筒２Ａだけでなく、４番気筒２Ｄが圧縮行程であるときにも生成されるからである。

一方、停止時圧縮行程気筒が２番気筒２Ｂまたは３番気筒２Ｃであれば、上記のような問題は生じない。これは、図２に示したように、２番気筒２Ｂまたは３番気筒２Ｃが圧縮行程であるときには、無信号部Ｐが生じないからである。

図６は、停止時圧縮行程気筒が３番気筒２Ｃであった場合の図５相当図である。本図において、３番気筒２Ｃのピストン停止位置（クランク角）は角度Ｖ１となっているが、このことは、実際のピストン停止位置も角度Ｖ１であることを意味する。つまり、停止時圧縮行程気筒が３番気筒２Ｃである場合は（２番気筒２Ｂでも同様）、クランク角センサＳＷ２からのパルス信号が圧縮行程中の全角度範囲において得られるため、図５に示したような無信号角度範囲Ｈの影響はなく、正確なピストン停止位置を知ることができる。もちろん、より厳密には、クランクプレート２５における歯２５ａのピッチ角度αの存在により段階的にしかクランク角を認識できないが、それでも、上記無信号角度範囲Ｈ（歯２５ａが複数枚省略された歯欠け部２５ｂに対応する範囲）にわたってクランク角を認識できない図５のケースに比べれば、その影響は微小である。

以上のように、当実施形態において、１番気筒２Ａまたは４番気筒２Ｄが圧縮行程で停止した場合には、クランク角の検出角度が大きくジャンプしてしまう上記無信号角度範囲Ｈの存在により、正確なピストン停止位置を認識できないという事態が生じ得る。つまり、１番気筒２Ａまたは４番気筒２Ｄのピストン５が無信号角度範囲Ｈの中のいずれかの位置で停止したとしても、無信号角度範囲Ｈの境界である角度Ｖ１で停止したとしか認識できず、正確なピストン停止位置を認識することができない。

このような特定の気筒（１番気筒２Ａまたは４番気筒２Ｄ）のピストン停止位置が正確に認識できない可能性があるという問題は、エンジンの再始動時に考慮する必要があるが、その対策の具体的内容は、次の「（４）再始動制御」の中で説明する。

（４）再始動制御
次に、上記ＥＣＵ５０の再始動制御部５２により実行されるエンジンの再始動制御の具体的内容について、図７のフローチャートを用いて説明する。このフローチャートに示す処理がスタートすると、再始動制御部５２は、各種センサ値を読み込み（ステップＳ１１）、その値に基づいて、エンジンの再始動条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ１２）。例えば、ブレーキペダル３７がリリースされたこと、アクセルペダル３６が踏み込まれたこと、エンジンの冷却水温が上記基準温度（例えば３０℃）未満になったこと、バッテリの残容量の低下量が許容値を超えたこと、エンジンの停止時間（自動停止後の経過時間）が上限時間を越えたこと、エアコン作動の必要性が生じたこと（つまり車室内温度とエアコンの設定温度との差が許容値を超えたこと）等の要件の少なくとも１つが成立したときに、再始動条件が成立したと判定する。

上記ステップＳ１２でＹＥＳと判定されて再始動条件が成立したことが確認された場合、上記再始動制御部５２は、図９に示される基準停止位置Ｘを決定する制御を実行する（ステップＳ１３）。ここで、基準停止位置Ｘは、エンジンの再始動を、後述する１圧縮始動または２圧縮始動のいずれで行うかを判断するための基準となるものであり、上記水温センサＳＷ１により検出されるエンジンの冷却水温に応じて（つまり暖機の進行度合いに応じて）可変的に設定される。具体的には、エンジンの冷却水温が高いほど基準停止位置Ｘが上死点側に設定され、冷却水温が低いほど基準停止位置Ｘが下死点側に設定される。

次いで、再始動制御部５２は、上述したエンジンの自動停止制御に伴い圧縮行程で停止した停止時圧縮行程気筒（図４では１番気筒２Ａ）のピストン停止位置を、クランク角センサＳＷ２に基づき特定し、その特定したピストン停止位置が、ステップＳ１３で決定した上記基準停止位置Ｘよりも下死点側、つまり図９に示す特定範囲Ｙにあるか否かを判定する（ステップＳ１４）。

上記ステップＳ１４でＮＯと判定されて停止時圧縮行程気筒のピストン５が特定範囲Ｙよりも上死点側で停止していたことが確認された場合、再始動制御部５２は、吸気行程で停止していた停止時吸気行程気筒（図４では３番気筒２Ｃ）に最初の燃料を噴射する２圧縮始動によってエンジンを再始動させる制御を実行する（ステップＳ１６）。すなわち、停止時圧縮行程気筒のピストン５が上死点を迎える１圧縮目を過ぎて、次に停止時吸気行程気筒が圧縮行程を迎えるまで、燃料を噴射することなく、スタータモータ３４の駆動のみによってエンジンを強制的に回転させる。そして、その時点で燃料噴射弁１５から停止時吸気行程気筒に燃料を噴射し、噴射した燃料を自着火させることにより、エンジン全体として２回目の圧縮上死点を迎える２圧縮目から燃焼を再開させ、エンジンを再始動させる。

一方、上記ステップＳ１４でＹＥＳと判定されて停止時圧縮行程気筒のピストン停止位置が基準停止位置Ｘよりも下死点側（特定範囲Ｙ）にあることが確認された場合、再始動制御部５２は、停止時圧縮行程気筒（図４では１番気筒２Ａ）に最初の燃料を噴射する１圧縮始動によってエンジンを再始動させる制御を実行する（ステップＳ１５）。すなわち、スタータモータ３４を駆動してクランク軸７に回転力を付与しつつ、燃料噴射弁１５から停止時圧縮行程気筒に燃料を噴射して自着火させることにより、エンジン全体として最初の圧縮上死点を迎える１圧縮目から燃焼を再開させて、エンジンを再始動させる。

上記ステップＳ１５のような１圧縮始動によるエンジン再始動が可能なのは、停止時圧縮行程気筒のピストン停止位置が相対的に下死点寄りの特定範囲Ｙに存在していれば、ピストン５による圧縮代（上死点までのストローク量）が多く、エンジン再始動時のピストン５の上昇に伴って当該気筒内の空気が十分に圧縮されて高温・高圧化するからである。１圧縮始動によるエンジン再始動では、停止時吸気行程気筒が圧縮上死点を迎える２圧縮目まで燃焼が再開されない２圧縮始動（ステップＳ１４）のときと比べて、エンジンの再始動に要する時間、つまり、スタータモータ３４の駆動開始時点からエンジンの完爆（例えば回転速度が７５０ｒｐｍに達する状態）までの時間が短く済み、より迅速にエンジンを再始動することができる。

以上のように、当実施形態では、停止時圧縮行程気筒のピストン５が基準停止位置Ｘよりも下死点側で停止しているか否かに応じて、１圧縮始動（Ｓ１５）と２圧縮始動（Ｓ１６）とが使い分けられる。これら１圧縮始動と２圧縮始動との境目となるピストン停止位置である上記基準停止位置Ｘ（図９）は、上述したように、エンジンの冷却水温に応じて可変的に設定されるが、当実施形態では、いずれの場合の基準停止位置Ｘも、上述した無信号角度範囲Ｈよりも上死点側（もしくは、少なくとも無信号角度範囲Ｈの上限角度Ｖ２と同一）となるように、基準停止位置Ｘの可変範囲が設定されている。

図１０は、１番気筒２Ａまたは４番気筒２Ｄが圧縮行程にあるときに生じる無信号角度範囲Ｈと、基準停止位置Ｘがとり得る範囲（つまりエンジンの冷却水温に応じて変化する基準停止位置Ｘの可変範囲）Ｒｘとの位置関係を例示する図である。本図に示すように、基準停止位置Ｘの可変範囲Ｒｘは、上記無信号角度範囲Ｈと重複しない位置に設定されている。具体的に、当実施形態では、基準停止位置Ｘの可変範囲Ｒｘにおける最も下死点側の位置（下限角度）が、無信号角度範囲Ｈの上限角度と同じＶ２に設定され、基準停止位置Ｘの可変範囲Ｒｘにおける最も上死点側の位置（上限角度）が、上記角度Ｖ２よりも上死点側にずれたＶ３に設定されている。

具体的な数値を用いて好適例を説明する。無信号角度範囲Ｈは、気筒２Ａ，２Ｄの圧縮行程中において下死点後（ＡＢＤＣ）４２〜７２°ＣＡの区間に生じ得る。このとき、基準停止位置Ｘの可変範囲Ｒｘは、例えばＡＢＤＣ７２〜１０２°ＣＡに設定することが可能である。すなわち、当該例において、無信号角度範囲Ｈの下限角度Ｖ１、無信号角度範囲Ｈの上限角度（＝基準停止位置Ｘの可変範囲Ｒｘの下限角度）Ｖ２、基準停止位置Ｘの可変範囲Ｒｘの上限角度Ｖ３は、それぞれ、ＡＢＤＣ４２、７２、１０２°ＣＡとなる。

なお、上記の例のように、基準停止位置Ｘの可変範囲ＲｘをＡＢＤＣ７２〜１０２°ＣＡとした場合、基準停止位置Ｘは、冷却水温に応じて次のように設定される。すなわち、基準停止位置Ｘは、エンジンの自動停止が可能な下限の温度である基準温度（例えば３０℃）まで冷却水温が低下している状態では、ＡＢＤＣ７２°ＣＡ（＝下限角度Ｖ２）に設定され、冷却水温が上昇するほど上死点側へと変化し、冷却水温が充分に上昇している状態（例えば８０℃以上になった状態）では、ＡＢＤＣ１０２°ＣＡ（＝上限角度Ｖ３）に設定される。

次に、上記ステップＳ１５で１圧縮始動を行う際にどのような態様で燃料が噴射されるかについて説明する。１圧縮始動を行う際には、基本的に、停止時圧縮行程気筒への最初の燃料噴射（１圧縮目の燃料噴射）として、当該気筒に存在する空気量に見合った適宜の量の燃料が噴射される。このとき、停止時圧縮行程気筒への噴射燃料を１回で完了させることも考えられるが、当実施形態では、複数回に分けて燃料を噴射する。具体的には、圧縮上死点付近もしくはそれ以降に噴射されるメイン噴射に加えて、このメイン噴射よりも前の予備的な噴射であるプレ噴射を行う。プレ噴射は、圧縮上死点前よりも前であって、かつ噴射した燃料がピストン５冠面のキャビティ５ａに収まるようなクランク角範囲内で、少なくとも１回以上実行される。

上記プレ噴射により噴射された燃料は、メイン噴射に基づき主に圧縮上死点以降に生じる拡散燃焼（以下、この燃焼を「メイン燃焼」という）を確実に引き起こすために利用される。すなわち、メイン噴射よりも早い段階で、プレ噴射によって少量の燃料を噴射し、その噴射した燃料を所定の着火遅れの後に燃焼させることにより（以下、この燃焼を「プレ燃焼」という）、筒内温度・圧力を上昇させて、その後に続くメイン燃焼を促進する。

上記のようなプレ噴射を停止時圧縮行程気筒に対し実行すれば、圧縮上死点付近での筒内温度・圧力を故意に高めることができるので、停止時圧縮行程気筒のピストン停止位置が少々上死点側に近づいても、確実に１圧縮始動によりエンジンを再始動させることができるようになる。上記特定範囲Ｙの境界である基準停止位置Ｘは、このようなプレ噴射による着火性の改善を加味して設定されたものである。つまり、プレ噴射がなかった場合には、上記基準停止位置Ｘは、図１０の例よりも下死点側に設定せざるを得ないが、プレ噴射によって着火性を改善することで、基準停止位置Ｘをより上死点側に設定することが可能になり、その結果、基準停止位置Ｘを、例えばＡＢＤＣ７２〜１０２°ＣＡといった、下死点からかなり離れた位置に設定することが可能となる。これにより、特定範囲Ｙが上死点側に拡大するので、停止時圧縮行程気筒のピストン５がより高い頻度で上記特定範囲Ｙに収まることとなり、１圧縮始動による迅速な再始動を行える機会が増える。特に、当実施形態では、エンジン本体１の幾何学的圧縮比が１４とかなり低く、燃料の着火性を確保しにくい状況にあるため、上記プレ噴射により始動時の着火性を改善することが、１圧縮始動の機会を増やす上で特に有効である。

図１２は、上記ステップＳ１５で行われる１圧縮始動のときの燃料噴射の態様を示す図である。ここでは、一例として、プレ噴射を３回実行している。具体的には、ＡＢＤＣ１６２〜１７０°ＣＡの間に、プレ噴射として１回あたり２ｍｍ³の燃料を３回噴射し（下段の波形Ｉｐ）、その後、メイン噴射として、プレ噴射よりも多くの（少なくともプレ噴射１回分よりは多くの）燃料を圧縮上死点（ＡＢＤＣ１８０°ＣＡ）で噴射している（下段の波形Ｉｍ）。また、図１２の上段に示す波形（Ｂｐ，Ｂｍ）は、このような燃料噴射に伴い生じる燃焼の様子を熱発生率の変化として図示したものである。

図１２に示すように、３回のプレ噴射（Ｉｐ）が実行されると、最後のプレ噴射の完了後、所定の着火遅れ時間が経過してから、プレ噴射された燃料の自着火によるプレ燃焼（Ｂｐ）が起きる。このプレ燃焼（Ｂｐ）は、圧縮上死点（ＡＢＤＣ１８０°ＣＡ）よりも前に生じ、その後熱発生率のピークを迎えてからいったん収束しかけるが、圧縮上死点付近からメイン噴射（Ｉｍ）が開始されることで、そのメイン噴射された燃料の自着火によるメイン燃焼（Ｂｍ）が、引き続いて発生する。このメイン燃焼（Ｂｍ）は、プレ燃焼（Ｂｐ）によって筒内が高温・高圧化された状態で実行されるメイン噴射（Ｉｍ）に基づき、ごく短い着火遅れの後に燃焼を開始する（拡散燃焼）。

なお、図１２には、１圧縮始動のときに行われる１圧縮目の燃料噴射（停止時圧縮行程気筒への燃料噴射）の態様を示したが、上記停止時圧縮行程気筒よりも後に圧縮行程を迎える気筒（図４では３番気筒２Ｃおよび４番気筒２Ｄ）についても、必要に応じて、図１２と同様の、プレ噴射およびメイン噴射に基づく燃焼制御を実行してもよい。エンジン再始動時に最も着火性が厳しいのは、エンジン全体として最初の圧縮上死点を迎える１圧縮目であるが、少なくとも２圧縮目や３圧縮目についても、着火性の改善は充分ではないと考えられるからである。

また、上記のようなプレ噴射およびメイン噴射に基づく燃焼制御は、１圧縮目から燃料噴射による燃焼を再開する１圧縮始動のときだけでなく、２圧縮目から燃料噴射による燃焼を再開する２圧縮始動によってエンジンを始動する際にも、同様に行うことが望ましい。

ここで、当実施形態において、停止時圧縮行程気筒が特定の気筒（１番気筒２Ａまたは４番気筒２Ｄ）であった場合には、上述したとおり、その気筒のピストン停止位置を正確に把握できないケースが生じ得る。このため、１圧縮始動によってエンジンを再始動させる際には、停止時圧縮行程気筒が何番気筒であるかに応じて、最初に噴射する燃料の量の決定の仕方を変更する必要がある。この点について、１圧縮始動の具体的な制御手順を示した図８のフローチャートを用いて詳しく説明する。

図８のフローチャートに示す処理がスタートすると、再始動制御部５２は、エンジンの自動停止制御に伴い圧縮行程で停止した気筒（停止時圧縮行程気筒）が、１番気筒２Ａおよび４番気筒２Ｄのいずれかであるのか、またはそれ以外の気筒であるのかを判定する（ステップＳ２１）。そして、ここでＹＥＳと判定された場合（つまり１番気筒２Ａまたは４番気筒２Ｄが停止時圧縮行程気筒である場合）、再始動制御部５２は、クランク角センサＳＷ２により検出される停止時圧縮行程気筒のピストン停止位置（クランク角）が、図５に示した角度Ｖ１であるか否かを判定する（ステップＳ２２）。

上記ステップＳ２１およびＳ２２のいずれかでＮＯと判定された場合、つまり、停止時圧縮行程気筒が２番気筒２Ｂまたは３番気筒２Ｃであるか、もしくは、停止時圧縮行程気筒の検出クランク角が角度Ｖ１でない場合には、停止時圧縮行程気筒に噴射する最初の燃料の噴射量として、予め記憶された所定のマップから、ピストン停止位置に応じた噴射量を読み出す制御を実行する（ステップＳ２４）。

図１１は、停止時圧縮行程気筒への燃料噴射量を決定するために用いられるマップの一例を示している。本図に示すように、停止時圧縮行程気筒への噴射量（プレ噴射量およびメイン噴射量のトータルの噴射量）は、当該気筒のピストン停止位置が上死点（ＴＤＣ）側にあるほど少なく設定される。なお、停止時圧縮行程気筒が圧縮上死点を迎える１圧縮目から燃料を噴射して燃焼させる１圧縮始動は、当該気筒のピストン停止位置が基準停止位置Ｘよりも下死点側にあるときにしか実行されないので、図１１に示す噴射量のデータは、下死点（ＢＤＣ）から基準停止位置Ｘまでの間にしか設定されていない。そして、このようなマップデータに基づき、停止時圧縮行程気筒への噴射量は、基準停止位置Ｘに近づくほど少なく設定され、基準停止位置Ｘから下死点側に離れるほど多く設定されることになる。

上記のような態様で燃料の噴射量が設定されるのは、ピストン停止位置が上死点（もしくは基準停止位置Ｘ）に近いほど、停止時圧縮行程気筒の内部に存在する空気の量が少なくなるからである。すなわち、停止時圧縮行程気筒では、エンジンが完全停止した直後から、筒内の圧縮空気がピストン５とシリンダー壁面との隙間から外部に漏れ出ていくため、最終的には、筒内の圧力が大気圧になるまで筒内の空気が減少する可能性がある。そこで、このようなエンジン停止後の空気の漏れを見越して、ピストン停止位置が上死点にあるほど停止時圧縮行程気筒の空気量が少ないものとみなし、それに見合った燃料の噴射量を設定するようにしている。

また、図１１では、噴射量が細かく段階的に設定されているが、これは、クランクプレート２５の歯２５ａのピッチ角度に対応したものである。例えば、ピッチ角度が６度であるとすると、ピストン停止位置は６度刻みでしか認識できないため、これに対応して、噴射量も６度刻みで段階的に設定されている。

また、図１１のマップでは、停止時圧縮行程気筒への噴射量（メイン噴射およびプレ噴射のトータルの噴射量）だけでなく、プレ噴射の回数についても、ピストン停止位置に応じて可変的に設定される。具体的に、プレ噴射の回数は、ピストン停止位置が上死点（もしくは基準停止位置Ｘ）に近いほど多く設定され、下死点に近いほど少なく設定される。例えば、最も上死点に近いケースで３回、最も下死点に近いケースで１回に設定される。

上記図１１のマップに基づいて停止時圧縮行程気筒への燃料噴射量およびプレ噴射の回数が決定されると、再始動制御部５２は、決定された噴射量およびプレ噴射の回数に則って、停止時圧縮行程気筒に燃料を噴射する制御を実行する（ステップＳ２５）。例えば、図１１のマップから、噴射量（トータル噴射量）が２５ｍｍ³でプレ噴射の回数が３回であると決定され、かつプレ噴射１回あたりの噴射量が２ｍｍ³であると予め決まっていた場合、上記ステップＳ２５での制御では、１回あたり２ｍｍ³の量のプレ噴射が３回実行されるとともに、２５−２×３＝１９ｍｍ³の量のメイン噴射が実行されることになる。

次に、上記ステップＳ２２でＹＥＳと判定された場合、つまり、停止時圧縮行程気筒が１番気筒２Ａまたは４番気筒２Ｄであり、かつ当該気筒の検出クランク角が角度Ｖ１である場合について説明する。この場合において、図１１のマップをそのまま使用したとすると、停止時圧縮行程気筒（２Ａまたは２Ｄ）への燃料噴射量は、角度Ｖ１に対応する噴射量Ｑ１、より正確には角度Ｖ１〜（Ｖ１＋α）の区間に対応する噴射量Ｑ１に設定されることになる。しかしながら、検出クランク角が角度Ｖ１である場合は、図５において破線の波形Ｗで示したように、実際のピストン５の停止位置（クランク角）が、角度Ｖ１ではなく、角度Ｖ１〜Ｖ２（無信号角度範囲Ｈ）のうちのいずれかである可能性がある。このため、仮に噴射量をＱ１に設定したとすると、実際のピストン停止位置が角度Ｖ１＋αよりも上死点側であったときに、実際の空気量に対し過剰な燃料が供給されることとなり、混合気がオーバーリッチになるおそれがある。そうすると、燃焼により生じるＨＣの量が増大し、始動時のエミッション性を損なうことにつながる。

このような事態を回避するべく、次のステップＳ２３では、上記角度Ｖ１ではなく、これよりも上死点寄りの角度（Ｖ２−α）〜Ｖ２の区間に対応する噴射量（したがって角度Ｖ１のときよりも少ない噴射量）が、停止時圧縮行程気筒への噴射量として設定される。すなわち、再始動制御部５２は、図１１に破線で示すように、無信号角度範囲Ｈの上限角度（上死点側の限界値）であるＶ２から当該角度よりもピッチ角度αだけ戻った区間、つまり角度（Ｖ２−α）〜Ｖ２の区間に対応する噴射量Ｑ２を、上記停止時圧縮行程気筒への噴射量として読み出す。また、プレ噴射の回数についても、ピストン停止位置（クランク角）が上記区間（Ｖ２−α）〜Ｖ２であるときの回数を読み出す。そして、このようにして決定された噴射量およびプレ噴射の回数に則って、停止時圧縮行程気筒に燃料を噴射する制御を実行する（ステップＳ２５）。

（５）作用効果等
以上説明したように、当実施形態では、所定の条件下で自動的にエンジンを停止させたり再始動させたりする、いわゆるアイドルストップ機能を有したディーゼルエンジンにおいて、次のような特徴的な構成を採用した。

エンジンの自動停止後、再始動条件が成立すると、ＥＣＵ（エンジン制御ユニット）５０の再始動制御部５２は、クランク角センサＳＷ２の検出信号に基づいて、圧縮行程で停止していた停止時圧縮行程気筒のピストン５が所定の基準停止位置Ｘよりも下死点側（特定範囲Ｙ）にあるか否かを調べる。そして、停止時圧縮行程気筒のピストン停止位置が基準停止位置Ｘよりも下死点側にある場合には、上記停止時圧縮行程気筒に最初の燃料を噴射する１圧縮始動によってエンジンを再始動させる一方、そうでない場合（特定範囲Ｙよりも上死点側でピストン５が停止していた場合）には、吸気行程で停止していた停止時吸気行程気筒に最初の燃料を噴射する２圧縮始動によってエンジンを再始動させる。

上記１圧縮始動か２圧縮始動かの境目となる上記基準停止位置Ｘは、エンジンの暖機の進行度合い（より具体的には冷却水温の値）に応じて可変的に設定されるが、その可変範囲Ｒｘ（図１０の角度Ｖ２〜Ｖ３）は、特定の気筒（１番気筒２Ａまたは４番気筒２Ｄ）が圧縮行程にあるときにクランクプレート２５の歯欠け部２５ｂに対応して生じる無信号角度範囲Ｈ（角度Ｖ１〜Ｖ２）と重複しないように設定される。

上記の構成によれば、１圧縮始動が可能なピストン停止位置範囲の境界である基準停止位置Ｘを、エンジンの暖機の進行度合いによって可変的に設定しつつ、１圧縮始動が可能か否かを常に正確に判断できるという利点がある。

すなわち、上記実施形態では、１圧縮始動が可能か否かを判断するための基準停止位置Ｘがエンジンの暖機の進行度合い（エンジンの冷却水温の値）に応じて可変的に設定されるため、例えば暖機が進行して着火性が改善されるほど基準停止位置Ｘを上死点側に変更することにより、１圧縮始動が可能なピストン停止位置範囲（特定範囲Ｙ）を柔軟に変化させて適切なエンジン再始動を図ることができる。また、暖機の進行度合いに応じて変化する上記基準停止位置Ｘの可変範囲Ｒｘが、クランクプレート２５の歯欠け部２５ｂに対応した無信号角度範囲Ｈと重複しないため、停止時圧縮行程気筒のピストン停止位置が基準停止位置Ｘよりも下死点側にあるか上死点側にあるかを、暖機の進行度合いにかかわらず正確に検出することができ、その結果に基づいて、１圧縮始動と２圧縮始動とを適切に使い分けることができる。

例えば、基準停止位置Ｘの可変範囲Ｒｘと無信号角度範囲Ｈとが重複していると仮定すると、その重複範囲でピストンが停止したときには、正確なピストン位置が分からないため、本来は１圧縮始動が可能なケースでも、２圧縮始動を選択せざるを得なくなるケースが想定される。これに対し、上記実施形態では、このような事態が生じ得ないので、１圧縮始動が可能か否かを常に正確に判断することができる。

特に、上記実施形態では、エンジンの自動停止が許可される冷却水温の下限値である基準温度が、暖機が充分に進行したといえる目安の温度である８０℃よりも低い値（例えば３０℃）に設定されるため、エンジンの暖機があまり進んでいない状態でもエンジンが自動停止されることになり、自動停止の機会が増える。この場合、１圧縮始動が可能か否かを判断するための基準停止位置Ｘは、エンジンの暖機の進行度合いに応じて幅広く変化し得るが、上記実施形態のように、基準停止位置Ｘの可変範囲Ｒｘと無信号角度範囲Ｈとが互いに重複しないようになっていれば、基準停止位置Ｘが幅広く変動するにもかかわらず、基準停止位置Ｘよりも上死点側または下死点側のいずれにピストン５が停止したかを正確に検出することができる。したがって、自動停止の基準温度を８０℃よりも低くした上記実施形態によれば、エンジンの自動停止の機会を増やしてさらなる燃費の向上を図りつつ、１圧縮始動が可能か否かを常に正確に判断することができる。

また、上記実施形態では、例えば図１２に示したように、１圧縮始動時の停止時圧縮行程気筒への燃料噴射として、圧縮上死点を過ぎてから熱発生率のピークを迎えるようなメイン燃焼（Ｂｍ）を起こさせるメイン噴射（Ｉｍ）と、このメイン噴射の開始よりも前に熱発生率のピークを迎えるようなプレ燃焼（Ｂｐ）を起こさせるプレ噴射（Ｉｐ）とが実行される。このような構成によれば、１圧縮始動時の着火性をより改善して、エンジン始動の迅速化をさらに促進することができる。

すなわち、プレ噴射された少量の燃料は、所定の着火遅れの後に自着火により燃焼し（プレ燃焼）、停止時圧縮行程気筒の筒内温度・圧力を上昇させるため、それに引き続いてメイン噴射が実行されたときには、噴射された燃料がほどなく自着火により燃焼する（メイン燃焼）。このように、メイン噴射された燃料の着火性が、それ以前のプレ噴射（プレ燃焼）によって改善されるため、停止時圧縮行程気筒での圧縮代（上死点までのストローク量）がそれほど多くなくても、停止時圧縮行程気筒での燃焼は確実に行われる。この結果、１圧縮始動が可能なピストン停止位置範囲（特定範囲Ｙ）をより上死点側に拡大することができ、エンジン始動の迅速化を促進することができる。

また、上記実施形態では、図１１に示したように、１圧縮始動のときに上記停止時圧縮行程気筒に対し行われるプレ噴射の回数が、当該気筒のピストン停止位置が上死点に近いほど多く設定される。このような構成によれば、停止時圧縮行程のピストン５が上死点に近いために圧縮上死点付近での筒内温度・圧力の上昇がそれほど期待できない状況でも、噴射した燃料を確実に燃焼させることができる。すなわち、ピストン停止位置が上死点に近いほどプレ噴射の回数が増やされることで、プレ噴射１回あたりの噴射量が少なくなり、噴霧のペネトレーションが抑制される。これにより、着火し易いリッチな混合気が筒内（キャビティ５ａの内部）に形成されるため、着火性を効果的に改善することができ、１圧縮始動の機会をより増やすことができる。

また、上記実施形態では、１圧縮始動によるエンジン再始動の際に、停止時圧縮行程気筒に噴射される燃料の量は、基本的に、当該気筒のピストン５が上死点（もしくは基準停止位置Ｘ）に近い位置で停止しているほど少なく設定される。ただし、上記ピストン５が、クランクプレート２５の歯欠け部２５ｂに対応する無信号角度範囲Ｈ（角度Ｖ１〜Ｖ２）で停止していると予想される場合、つまり、停止時圧縮行程気筒が１番気筒２Ａまたは４番気筒２Ｄであり、かつ、クランク角センサＳＷ２に基づくピストン５の検出位置が角度Ｖ１である場合には、図１１に破線で示したように、上記停止時圧縮行程気筒（２Ａまたは２Ｄ）への噴射量が、無信号角度範囲Ｈにおける最も上死点側の位置（より正確には角度Ｖ２−α〜Ｖ２の区間）に対応する噴射量Ｑ２に設定される。このような構成によれば、過剰な燃料が供給されるのを防止して、再始動時のエミッション性を良好に確保することができる。

すなわち、停止時圧縮行程気筒（２Ａまたは２Ｄ）のピストン５が無信号角度範囲Ｈで停止していた場合には、ピストン５の停止位置をクランク角センサＳＷ２によって正確に知ることができないため、図５において破線の波形Ｗで示したように、上記ピストン５の実際の停止位置が、クランク角センサＳＷ２に基づく検出位置よりも上死点側にずれている可能性がある。このような問題に対し、上記実施形態では、停止時圧縮行程気筒（２Ａまたは２Ｄ）のピストン５が上記無信号角度範囲Ｈで停止していると予想される場合に、上記無信号角度範囲Ｈにおける最も上死点側の位置（角度Ｖ２−α〜Ｖ２の区間）対応する最小限の噴射量Ｑ２に一律に設定されるため、筒内に残存している空気の量に対して過剰な燃料が供給される（つまり混合気がオーバーリッチになる）ことが確実に防止される。これにより、燃焼により生じるＨＣの量を抑制でき、再始動時の低エミッション化をより確実に図ることができる。

なお、上記実施形態では、図１０に示したように、１番気筒２Ａまたは４番気筒２Ｄが圧縮行程にあるときに生じる無信号角度範囲Ｈが、暖機の進行度合いに応じて変化する基準停止位置Ｘの可変範囲Ｒｘに対し下死点側にずれるように、クランクプレート２５の歯欠け部２５ｂの位置を設定したが、上記無信号角度範囲Ｈは、基準停止位置Ｘの可変範囲Ｒｘと重複しない位置に存在していればよく、当該可変範囲Ｒｘに対し上死点側にずれた位置、つまり図１０の角度範囲Ｚのいずれかに設定されていてもよい。しかしながら、このような角度範囲Ｚの中に無信号角度範囲Ｈを設定した場合には、少なくとも１圧縮始動の際に停止時圧縮気筒に対し行われるプレ噴射Ｉｐおよびメイン噴射Ｉｍを含む燃料噴射を正確に制御できないおそれがある。すなわち、相対的に上死点に近い上記角度範囲Ｚ内に無信号角度範囲Ｈが存在すると、圧縮上死点よりも前に実行されるプレ噴射Ｉｐのタイミングと無信号角度範囲Ｈとが重なり、プレ噴射のタイミングを正確に決定することができなくなるおそれがある。このような事態を確実に避けるためには、やはり上記実施形態のように、無信号角度範囲Ｈを、基準停止位置Ｘの可変範囲Ｒｘに対し下死点側にずらすことが望ましい。

また、上記実施形態では、無信号角度範囲Ｈにおける最も上死点側の位置（上限角度）と、基準停止位置Ｘの可変範囲Ｒｘにおける最も下死点側の位置（下限角度）とが、ともに角度Ｖ２で同一であり、基準停止位置Ｘの可変範囲Ｒｘと無信号角度範囲Ｈとが連続するものとしたが、当然ながら、無信号角度範囲Ｈの上限角度と可変範囲Ｒｘとは互いに離れていてもよい。

また、上記実施形態では、エンジンの自動停止条件または再始動条件の成立を、アクセルペダル３６やブレーキペダル３７の操作に関する要件を含めて判断するようにしたが、これは、主に自動変速機を搭載したＡＴ車を念頭に入れたものである。一方、ＡＴ車でない場合、つまり、手動変速機を搭載したＭＴ車である場合は、上記とは異なる要件を採用することができる。例えば、自動停止条件に関しては、アクセルＯＦＦかつブレーキＯＮという要件に代えて、手動変速機の変速段がニュートラルであり、かつクラッチペダルがリリースされていること、という要件を設定することができる。また、再始動条件に関しては、アクセルＯＮまたはブレーキＯＦＦという要件に代えて、クラッチペダルが踏み込まれていること、という要件を設定することができる。

また、上記実施形態では、幾何学的圧縮比が１４のエンジン本体１を備えたディーゼルエンジンを例に挙げて本発明の好ましい形態を説明したが、当然ながら、本発明の構成を適用可能なエンジンは、幾何学的圧縮比が１４のものに限られない。エミッション性や着火性の確保等の観点からすれば、本発明を好適に適用可能なディーゼルエンジンは、幾何学的圧縮比が１２以上１６未満のディーゼルエンジンであり、より好ましくは、幾何学的圧縮比が１３以上１５以下のディーゼルエンジンである。

また、本発明は、圧縮自己着火式のエンジンであれば、上記実施形態のようなディーゼルエンジン（軽油を自着火により燃焼させるエンジン）に限らず適用可能である。例えば、最近では、ガソリンを含む燃料を高圧縮比で圧縮して自着火させるタイプのエンジンが研究、開発されているが、このような圧縮自己着火式のガソリンエンジンに対しても、本発明にかかる自動停止・再始動制御を好適に適用することができる。

１エンジン本体
２Ａ〜２Ｄ気筒
５ピストン
１５燃料噴射弁
２５クランクプレート
２５ａ歯
２５ｂ歯欠け部
３４スタータモータ
５０ＥＣＵ（制御手段）
ＳＷ２クランク角センサ
Ｘ基準停止位置
Ｒｘ（基準停止位置の）可変範囲
Ｈ無信号角度範囲
Ｉｐプレ噴射
Ｉｍメイン噴射
Ｂｐプレ燃焼
Ｂｍメイン燃焼

Claims

燃料噴射弁から気筒内に噴射された燃料を自着火により燃焼させる圧縮自己着火式エンジンに設けられ、所定の自動停止条件が成立したときに上記エンジンを自動停止させるとともに、その後所定の再始動条件が成立したときに、スタータモータを用いて上記エンジンに回転力を付与しつつ上記燃料噴射弁から燃料を噴射することにより、上記エンジンを再始動させる圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置であって、
上記燃料噴射弁およびスタータモータを含む各種機器を制御する制御手段と、
上記エンジンのクランクシャフトと一体に回転し、外周部に多数の歯を有するクランクプレートと、
上記クランクプレートの歯の通過に応じてパルス信号を出力するクランク角センサとを備え、
上記制御手段は、自動停止したエンジンを再始動させる際に、圧縮行程で停止していた停止時圧縮行程気筒のピストン停止位置を上記クランク角センサの検出信号に基づき特定し、特定したピストン停止位置が所定の基準停止位置よりも下死点側にあるか否かに応じて、上記停止時圧縮行程気筒に最初の燃料を噴射する１圧縮始動、または吸気行程で停止していた停止時吸気行程気筒に最初の燃料を噴射する２圧縮始動のいずれかを、上記燃料噴射弁およびスタータモータを駆動しつつ実行するものであり、
上記１圧縮始動か２圧縮始動かの境目となる上記基準停止位置は、上記エンジンの暖機の進行度合いに応じて可変的に設定されるものであり、
上記クランクプレートは、その外周部の特定箇所に、気筒判別用の基準とするために歯を省略した歯欠け部を有し、この歯欠け部に対応するクランク角である無信号角度範囲は、暖機の進行度合いに応じて変化する上記基準停止位置の可変範囲と重複しないように設定されていることを特徴とする圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置。
請求項１記載の圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置において、
上記制御手段は、エンジンの冷却水温が８０℃よりも低い基準温度以上のときにエンジンの自動停止を許可することを特徴とする圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置。
請求項１または２記載の圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置において、
上記制御手段は、上記１圧縮始動によるエンジン再始動時に、少なくとも上記停止時圧縮行程気筒への最初の燃料噴射として、圧縮上死点を過ぎてから熱発生率のピークを迎えるようなメイン燃焼を起こさせるメイン噴射と、このメイン噴射の開始よりも前に熱発生率のピークを迎えるようなプレ燃焼を起こさせるプレ噴射とを実行することを特徴とする圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置。
請求項３記載の圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置において、
上記無信号角度範囲における最も上死点側の位置が、上記基準停止位置の可変範囲における最も下死点側の位置と同一かもしくはこれよりも下死点側に設定されることを特徴とする圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置。
請求項４記載の圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置において、
上記１圧縮始動のときに上記停止時圧縮行程気筒に噴射される燃料の量は、当該気筒のピストン停止位置が上死点に近いほど少なく設定されるものであり、
上記制御手段は、上記停止時圧縮行程気筒のピストンが上記無信号角度範囲のいずれかで停止していると予想され、かつその状態から上記１圧縮始動によるエンジン再始動を行う際に、上記停止時圧縮行程気筒への噴射量を、上記無信号角度範囲における最も上死点側の位置に対応する噴射量に設定することを特徴とする圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置。