JP2014218929A - 予混合圧縮着火式エンジンの始動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンが自動停止した後の再始動時に、各気筒での着火時期を適正なタイミングに調節し、迅速かつ確実にエンジンを再始動させる。【解決手段】エンジンの自動停止後、所定の再始動条件が成立すると、圧縮行程で停止していた気筒またはその次に圧縮行程を迎える気筒のいずれかから選ばれる初爆気筒に対し、その圧縮行程中に最初の燃料を噴射してこれを自着火により燃焼させるとともに、上記初爆気筒に続いて圧縮行程を迎える複数の気筒に対し順次燃料を噴射して自着火させることにより、エンジンを再始動させる。上記初爆気筒を含む複数の気筒での燃焼を経てエンジンの再始動が完了するまでの間は、燃焼回数が進むにつれて、各気筒への燃料の噴射開始時期をクランク角基準で早めるとともに、混合気の当量比が徐々に小さくなるように各気筒への燃料噴射量を調節する。【選択図】図１

Description

本発明は、圧縮上死点よりも前に気筒内に噴射された燃料を空気と混合しつつピストンの圧縮により自着火させる予混合圧縮着火燃焼が可能なエンジンに設けられた始動制御装置に関する。

従来、ガソリンエンジンの分野では、点火プラグの火花点火により強制的に混合気を着火させる燃焼形態（火花点火燃焼）が一般的であったが、近年、このような火花点火燃焼に代えて、いわゆる予混合圧縮着火燃焼をガソリンエンジンに適用する研究が進められている。予混合圧縮自己着火燃焼とは、圧縮上死点よりも前に気筒内に噴射された燃料が空気と混合されてできた混合気を、ピストンの圧縮による高温環境下で自主的に（火花点火によらず）着火させるというものである。このような予混合圧縮着火燃焼は、気筒内で混合気が同時多発的に燃焼する形態であるため、火花点火による燃焼に比べて燃焼期間が短く、より高い熱効率が得られると言われている。なお、以下では、予混合圧縮着火燃焼（Homogeneous-Charge Compression Ignition Combustion）のことを、ＨＣＣＩ燃焼と略称することがある。

上記のような予混合圧縮着火式エンジンにおいて、より一層の燃費性能の改善を図るには、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を実行することが有効である。

上記のようなアイドルストップ制御に関する技術として、例えば下記特許文献１のものが知られている。この特許文献１には、軽油を圧縮着火により燃焼（拡散燃焼）させる多気筒ディーゼルエンジン、またはガソリンを圧縮着火により燃焼（予混合燃焼）させる多気筒ガソリンエンジンにおいて、特定の気筒のピストン停止位置に基づいて、エンジンを再始動させる際の制御の態様を切り換えることが開示されている。

具体的に、特許文献１では、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、予め定められた所定位置よりも下死点側にあるか否かが判定され、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所定位置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２０１２−０１２９９３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下死点寄りにあるときには、１圧縮目から燃料を噴射する１圧縮始動によって迅速にエンジンを再始動させることができる一方、ピストンが上死点寄りにある場合には、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。

ところで、エンジンをできるだけ迅速に再始動したいという要求からすれば、再始動中に燃焼が行われる各気筒において、ピストンが上死点をわずかに過ぎたあたりで燃焼重心（気筒内の燃料の５０％が燃焼する時点）を迎えるように、燃焼を制御することが望ましい。これにより、燃焼の膨張力によりピストンに加わる押し下げ力が効率よくピストンを付勢し、ピストンスピードが充分に上昇するからである。

しかしながら、エンジンが自動停止した後の再始動時に、燃焼のタイミングを充分な精度で制御することは容易ではない。特に、ガソリンを空気と混合した後に圧縮着火させる予混合圧縮着火式エンジンでは、気筒内にガソリンが噴射されてから着火に至るまでの着火遅れ時間が気筒内の環境によって種々変動する。このため、ガソリンを噴射するタイミングによっては、上述した燃焼重心のタイミングが早くなり過ぎて、燃焼による膨張力がピストンに効率よく伝わらなくなることがあり、さらに悪いケースでは、プリイグニッションと呼ばれる異常燃焼を引き起こすことがある。

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、エンジンが自動停止した後の再始動時に、各気筒での着火時期を適正なタイミングに調節することにより、迅速かつ確実にエンジンを再始動させることが可能な予混合圧縮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、複数の気筒と、各気筒に往復動可能に設けられたピストンと、ピストンの往復動に連動して回転するクランク軸と、クランク軸を強制的に回転させるスタータモータと、各気筒に燃料を噴射するインジェクタとを備えるとともに、圧縮上死点よりも前に上記インジェクタから気筒内に噴射された燃料を空気と混合しつつ上記ピストンの圧縮により自着火させる予混合圧縮着火燃焼が可能なエンジンに設けられた始動制御装置であって、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自動停止制御部と、上記エンジンの自動停止後に所定の再始動条件が成立したときに、上記スタータモータを駆動してクランク軸を回転させるクランキングを行いつつ、圧縮行程で停止していた気筒、または上記クランキングにより当該気筒の次に圧縮行程を迎える気筒のいずれかから選ばれる初爆気筒に対し、その圧縮行程中に上記インジェクタから最初の燃料を噴射してこれを自着火により燃焼させるとともに、上記初爆気筒に続いて圧縮行程を迎える複数の気筒に対し順次燃料を噴射して自着火させる再始動制御部とを備え、上記再始動制御部は、上記初爆気筒を含む複数の気筒での燃焼を経てエンジンの再始動が完了するまでの間、燃焼回数が進むにつれて、上記インジェクタから各気筒への燃料の噴射開始時期をクランク角基準で早めるとともに、混合気の当量比が徐々に小さくなるように各気筒への燃料噴射量を調節する、ことを特徴とするものである（請求項１）。

ここで、初爆気筒に関し、「圧縮行程で停止していた気筒、またはクランキングにより当該気筒の次に圧縮行程を迎える気筒のいずれかから選ばれる」とは、条件に応じて（例えば自動停止したときのピストンの停止位置に応じて）前者および後者の気筒のいずれかが初爆気筒となるもの、常に前者の気筒が初爆気筒になるもの、常に後者の気筒が初爆気筒になるもの、のいずれの態様であってもよいという意味である。つまり、圧縮行程で停止していた気筒とその次に圧縮行程を迎える気筒との少なくとも一方が初爆気筒になるエンジンであれば、上記の要件を満たすものとする。

本発明によれば、エンジン再始動時に初爆気筒で行われる最初の燃焼から、２回目、３回目と燃焼回数が進むにつれて、各気筒の圧縮行程中に噴射される燃料の噴射開始時期が徐々に進角されるので、燃焼回数の進行に伴いエンジン回転速度が上昇しても（つまりクランク角の変化スピードが上昇しても）、燃料噴射の開始から自着火までの時間（着火遅れ時間）を充分に確保することができる。これにより、気筒内での燃料の分布に大きな偏りが生じた状態、つまり極端に燃料リッチまたは燃料リーンな領域ができた状態で燃焼が起きることが回避されるので、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘやスート（煤）の発生量を抑制し、エミッション性能を向上させることができる。ただし、上記のように燃焼回数の進行（これに伴うエンジン回転速度の上昇）に伴い燃料噴射の開始時期を進角させた場合、燃料噴射後に気筒内が圧縮されて徐々に温度が上昇する過程で（つまり混合気が受熱する過程で）、混合気が狙いのタイミングよりも過早に自着火するプリイグニッションと呼ばれる異常燃焼が起きることが懸念される。このような問題に対し、本発明では、燃焼回数が進むほど混合気の当量比が徐々に小さくされ、混合気の着火性が悪くなるように燃料の噴射量（気筒内の空気量に対する相対的な燃料の量）が減らされるので、上記のような異常燃焼の発生を確実に回避することができる。これにより、混合気が適正なタイミングで自着火する効率のよいＨＣＣＩ燃焼を実現でき、その燃焼に基づきエンジンを迅速に再始動させることができる。

本発明において、好ましくは、上記再始動制御部は、上記初爆気筒における当量比を１に設定するとともに、その後エンジン再始動が完了するまでの間の燃焼気筒の当量比を、燃焼回数が進むにつれて１未満の範囲で徐々に低下させる（請求項２）。

この構成によれば、プリイグニッション等の異常燃焼を確実に回避しつつ、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘやスートの発生量を抑制してエミッション性能を効果的に向上させることができる。

本発明において、好ましくは、上記再始動制御部は、上記エンジンの再始動が完了するまでの間、各気筒で行われる圧縮着火燃焼の燃焼重心が圧縮上死点後５±５°ＣＡに収まるように、燃料の噴射開始時期および当量比を調節する（請求項３）。

ここで、燃焼重心とは、気筒内に噴射された燃料の５０％が燃焼し終わる時期のことをいう。この時期（燃焼重心）が圧縮上死点後５±５°ＣＡに収まっていれば、燃焼による膨張エネルギーが高い効率でピストンの押し下げ力に変換され、ピストンスピードを充分に増大させることができるので、エンジン再始動の迅速性をより高めることができる。

本発明において、好ましくは、上記再始動制御部は、上記初爆気筒での燃焼時の回転速度よりも速くかつアイドリング時の回転速度よりも遅い所定の回転速度までエンジン回転速度が上昇するまでの間、上記クランキングを継続する（請求項４）。

この構成によれば、エンジンの回転系の共振点を越えるまで、エンジン回転速度をごく短時間で上昇させることができ、エンジン再始動時の振動が増大するのを効果的に防止することができる。

上記クランク軸が、フライホイールおよびクラッチプレートを介して手動変速機と連結されている場合、つまりエンジンがＭＴ車に搭載されている場合、上記所定の回転速度は４００〜６００ｒｐｍに設定されることが好ましい（請求項５）。

この構成によれば、比較的質量の大きいフライホイールを備えたＭＴ車用のエンジンに本発明を適用した場合に、エンジン再始動時の初期に増大し易い振動を効果的に抑制することができる。

以上説明したように、本発明の予混合圧縮着火式エンジンの始動制御装置によれば、エンジンが自動停止した後の再始動時に、各気筒での着火時期を適正なタイミングに調節することができ、迅速かつ確実にエンジンを再始動させることができる。

本発明の一実施形態にかかる始動制御装置が適用された予混合圧縮着火式エンジンの全体構成を示す図である。 上記エンジンを含むパワートレイン系を簡易的に示す図である。 上記エンジンの自動停止・再始動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が終了した後の各気筒の状態を例示する図である。 上記エンジンを１圧縮始動する際に行われる燃料噴射の順序を示す図である。 １圧縮始動における最初の燃料噴射の開始時期を、停止時圧縮行程気筒のピストン停止位置との関係で示すグラフである。 １圧縮始動時または２圧縮始動時に行われる各回の燃料噴射の開始時期と、各燃料噴射の実行時のエンジン回転速度とを示すグラフである。 １圧縮始動時または２圧縮始動時に行われる各回の燃料噴射に基づく当量比と、各燃料噴射の実行時のエンジン回転速度とを示すグラフである。 上記エンジンを２圧縮始動する際に行われる燃料噴射の順序を示す図である。 ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ、およびスートが発生し易い条件を説明するためのグラフ（φ−Ｔマップ）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かかる始動制御装置が適用された予混合圧縮着火式エンジンの全体構成を示す図である。本図に示されるエンジンは、走行用の動力源として車両に搭載される４サイクルのガソリンエンジンである。具体的に、このエンジンは、紙面に直交する方向に列状に並ぶ複数の気筒２Ａ〜２Ｄ（後述する図２も参照）を有する直列４気筒型のエンジン本体１と、エンジン本体１に空気を導入するための吸気通路２８と、エンジン本体１で生成された排気ガスを排出するための排気通路２９とを有している。

エンジン本体１は、上記複数の気筒２Ａ〜２Ｄが内部に形成されたシリンダブロック３と、シリンダブロック３の上部に設けられたシリンダヘッド４と、各気筒２Ａ〜２Ｄに往復摺動可能に挿入されたピストン５とを有している。

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、後述するインジェクタ１５からの噴射によって燃料が供給される。そして、噴射された燃料が燃焼室６で燃焼し、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。なお、当実施形態のエンジンはガソリンエンジンであるため、燃料としてはガソリンが用いられる。ただし、燃料の全てがガソリンである必要はなく、例えばアルコール等の副成分が燃料に含まれていてもよい。

ピストン５は、エンジン本体１の出力軸であるクランク軸７と図外のコネクティングロッドを介して連結されており、上記ピストン５の往復運動に応じてクランク軸７が中心軸回りに回転するようになっている。

各気筒２Ａ〜２Ｄの幾何学的圧縮比、つまり、ピストン５が下死点にあるときの燃焼室６の容積とピストン５が上死点にあるときの燃焼室６の容積との比は、ガソリンエンジンとしてはかなり高めの値である１８以上５０以下に設定されている。これは、ガソリンを自着火により燃焼させるＨＣＣＩ燃焼（予混合圧縮着火燃焼）を実現するために、燃焼室６を大幅に高温・高圧化する必要があるからである。

ここで、図示のような４サイクルかつ直列４気筒型のエンジンでは、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、エンジンの通常運転時、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、基本的に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、紙面手前側から奥側に向けて気筒が２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの順に並んでいるものとし、これら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（後述する図５も参照）。このため、例えば１番気筒２Ａが膨張行程であれば、３番気筒２Ｃ、４番気筒２Ｄ、２番気筒２Ｂは、それぞれ、圧縮行程、吸気行程、排気行程となる。

シリンダヘッド４には、吸気通路２８から供給される空気を各気筒２Ａ〜２Ｄの燃焼室６に導入するための吸気ポート９と、各気筒２Ａ〜２Ｄの燃焼室６で生成された排気ガスを排気通路２９に導出するための排気ポート１０と、吸気ポート９の燃焼室６側の開口を開閉する吸気弁１１と、排気ポート１０の燃焼室６側の開口を開閉する排気弁１２とが設けられている。

吸気弁１１および排気弁１２は、それぞれ、シリンダヘッド４に配設された一対のカム軸等を含む動弁機構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。

シリンダヘッド４には、燃焼室６に向けて燃料（ガソリン）を噴射するインジェクタ１５と、インジェクタ１５から噴射された燃料と空気との混合気に対し火花放電による点火エネルギーを供給する点火プラグ１６とが、各気筒２Ａ〜２Ｄにつきそれぞれ１組ずつ設けられている。ただし、当実施形態のエンジンは、混合気をピストン５の圧縮により自着火させるＨＣＣＩ燃焼を基本とするため、点火プラグ１６は、ＨＣＣＩ燃焼が不可能かまたは困難な状況（例えばエンジン冷却水の温度がかなり低いとき）でのみ作動し、ＨＣＣＩ燃焼の実行時には基本的に点火プラグ１６の作動は休止される。

インジェクタ１５は、ピストン５の上面を臨むような姿勢でシリンダヘッド４に設けられている。各気筒２Ａ〜２Ｄのインジェクタ１５にはそれぞれ燃料供給管１７が接続されており、各燃料供給管１７を通じて供給される燃料（ガソリン）が、インジェクタ１５の先端部に設けられた複数の噴孔（図示省略）から噴射されるようになっている。

より具体的に、燃料供給管１７の上流側には、エンジン本体１により駆動されるプランジャー式のポンプ等からなるサプライポンプ１８が設けられているとともに、このサプライポンプ１８と燃料供給管１７との間には、全気筒２Ａ〜２Ｄに共通の蓄圧用のコモンレール（図示省略）が設けられている。そして、このコモンレール内で蓄圧された燃料が各気筒２Ａ〜２Ｄのインジェクタ１５に供給されることにより、各インジェクタ１５からは、２０ＭＰａ以上の高い圧力で燃料が噴射可能とされている。

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への印加電流（フィールド電流）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目標発電量に基づいてフィールド電流を調節しつつ、クランク軸７から駆動力を得て発電を行う。

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。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、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。

吸気通路２８は、１本の共通通路部２８ｃと、共通通路部２８ｃの下流端部に接続された所定容積のサージタンク２８ｂと、サージタンク２８ｂから下流側に延びて各気筒２Ａ〜２Ｄの吸気ポート９とそれぞれ連通する複数本の独立通路部２８ａ（図１にはそのうちの１本のみを示す）とを有している。

吸気通路２８の共通通路部２８ｃには、その内部の流通断面積を可変とするためのスロットル弁３０が設けられている。スロットル弁３０は、運転者により踏み込み操作される図外のアクセルペダルの開度と非連動で操作可能なように、電動式とされている。すなわち、スロットル弁３０は、共通通路部２８ｃの内部に設けられたバタフライ式の弁本体と、この弁本体を開閉駆動する電動式のアクチュエータとを有している。

排気通路２９は、その詳しい図示を省略するが、各気筒２Ａ〜２Ｄの排気ポート１０と連通する複数本の独立通路部と、独立通路部の各下流端部が集合した排気集合部と、排気集合部から下流側に延びる１本の共通通路部とを有している。

排気通路２９（より詳しくはその共通通路部）には触媒コンバータ３１が設けられている。触媒コンバータ３１は、例えば三元触媒等からなる触媒を内蔵しており、排気通路２９を通過する排気ガス中に含まれる有害成分（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ）を浄化する機能を有している。

図２は、上記エンジン本体１を含むパワートレイン系を簡易的に示す図である。この図２に示すように、エンジン本体１のクランク軸７は、クラッチ１０２を介して手動変速機１０１と連結されている。つまり、当実施形態のエンジンを搭載する車両は、手動で変速操作を行うＭＴ車である。具体的に、手動変速機１０１は、例えば、車両に乗車した運転者の手により操作される図外のシフトレバーと連携されており、このシフトレバーを用いた手動操作に基づき、手動変速機１０１の変速段が選択されるようになっている。

クラッチ１０２は、エンジン本体１のクランク軸７の一端部に取り付けられたフライホイール１０２ａと、手動変速機１０１の入力軸１０３に取り付けられたクラッチプレート１０２ｂとを有している。そして、運転者がクラッチペダル３６（図１）を踏み込むかまたはリリースすることにより、フライホイール１０２ａとクラッチプレート１０２ｂとが互いに離接され、それに伴ってクラッチ１０２の断続が実現されるようになっている。

（２）制御系
次に、エンジンの制御系について説明する。当実施形態のエンジンは、その各部がＥＣＵ（エンジン制御ユニット）５０によって統括的に制御される。ＥＣＵ５０は、周知のとおり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含むマイクロプロセッサからなるものである。

エンジンもしくは車両には、その各部の状態量を検出するための複数のセンサが設けられており、各センサからの情報がＥＣＵ５０に入力されるようになっている。

例えば、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水温センサＳＮ１が、シリンダブロック３に設けられている。

また、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クランク角センサＳＮ２が設けられている。このクランク角センサＳＮ２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ものであり、このパルス信号に基づいて、クランク軸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。

シリンダヘッド４には、気筒判別情報を出力するためのカム角センサＳＮ３が設けられている。すなわち、カム角センサＳＮ３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パルス信号を出力するものであり、この信号と、クランク角センサＳＮ２からのパルス信号とに基づいて、どの気筒が何行程にあるのかが判別されるようになっている。

吸気通路２８のサージタンク２８ｂには、エンジン本体１の各気筒２Ａ〜２Ｄに吸入される空気の量（吸入空気量）を検出するエアフローセンサＳＮ４が設けられている。

また、車両には、その走行速度（車速）を検出する車速センサＳＮ５と、クラッチペダル３６の状態（クラッチ１０２の断接）を検出するためのクラッチセンサＳＮ６と、バッテリ（図示省略）の残容量を検出するバッテリセンサＳＮ７と、車室内の温度を検出する室温センサＳＮ８とが設けられている。

ＥＣＵ５０は、これらのセンサＳＮ１〜ＳＮ８と電気的に接続されており、それぞれのセンサから入力される信号に基づいて、上述した各種情報（エンジンの冷却水温、クランク角、回転速度‥‥など）を取得する。

また、ＥＣＵ５０は、上記各センサＳＮ１〜ＳＮ８からの入力信号に基づいて種々の判定や演算等を実行しつつ、エンジンの各部を制御する。すなわち、ＥＣＵ５０は、インジェクタ１５、点火プラグ１６、スロットル弁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。

ＥＣＵ５０のより具体的な機能について説明する。ＥＣＵ５０は、いわゆるアイドリングストップ制御に関わる特有の機能的要素として、自動停止制御部５１および再始動制御部５２を有している。

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。

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、エンジンを自動的に再始動させる制御を実行するものである。

（３）自動停止・再始動制御
次に、エンジンの自動停止・再始動制御を司るＥＣＵ５０の具体的な制御手順について、図３のフロー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、ＥＣＵ５０は、各種センサ値を読み込む処理を実行する（ステップＳ１）。具体的には、水温センサＳＮ１、クランク角センサＳＮ２、カム角センサＳＮ３、エアフローセンサＳＮ４、車速センサＳＮ５、クラッチセンサＳＮ６、バッテリセンサＳＮ７、および室温センサＳＮ８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、吸入空気量、車速、クラッチペダル３６の状態、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、ＥＣＵ５０の自動停止制御部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処理を実行する（ステップＳ２）。例えば、車両が停止状態にあること、手動変速機１０１のシフトポジションがニュートラルであること、クラッチペダル３６がリリースされている（踏み込まれていない）こと、エンジンの冷却水温が所定値以上であること（つまり暖機がある程度進んでいること）、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。

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、スロットル弁３０の開度を、アイドル運転時に設定される通常の開度から、所定の低開度（例えば０％）まで低下させる処理を実行する（ステップＳ３）。

次いで、自動停止制御部５１は、インジェクタ１５からの燃料の噴射を停止する燃料カットの処理を実行する（ステップＳ４）。すなわち、各気筒２Ａ〜２Ｄのインジェクタ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、全てのインジェクタ１５からの燃料噴射を停止することにより、燃料カットを実現する。

上記燃料カットの後、エンジンは一時的に惰性で回転するが、最終的には完全停止に至る。そのことを確認するため、自動停止制御部５１は、エンジンの回転速度が０ｒｐｍであるか否かを判定する処理を実行する（ステップＳ５）。そして、ここでＹＥＳとなってエンジンが完全停止していることが確認されると、自動停止制御部５１は、スロットル弁３０の開度を所定の高開度（例えば８０％）まで増大させる処理を実行する（ステップＳ６）。

以上のような自動停止制御が終了した後のエンジンの各気筒２Ａ〜２Ｄの状態を、図４に例示する。この図４の例では、１番気筒２Ａが膨張行程で停止し、２番気筒２Ｂが排気行程で停止し、３番気筒２Ｃが圧縮行程で停止し、４番気筒２Ｄが吸気行程で停止している。なお、以下では、自動停止制御によって○○行程で停止した気筒のことを、「停止時○○行程気筒」ということがある。例えば、膨張行程で停止した気筒２Ａのことを「停止時膨張行程気筒２Ａ」といい、排気行程で停止した気筒２Ｂのことを「停止時排気行程気筒２Ｂ」といい、圧縮行程で停止した気筒２Ｃのことを「停止時圧縮行程気筒２Ｃ」といい、吸気行程で停止した停止した気筒２Ｄのことを「停止時吸気行程気筒２Ｄ」という。ただし、図４のような状態でエンジンが停止するのはあくまで一例に過ぎず、各気筒２Ａ〜２Ｄがどの行程で停止するかはその都度変わり得る。ただしその場合でも、以下に説明する制御（エンジンが自動停止した後に行われる制御）の中身は、気筒番号が異なる以外は全て同じである。

上記のようにしてエンジンが完全停止すると、ＥＣＵ５０の再始動制御部５２は、各種センサ値に基づいて、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処理を実行する（ステップＳ７）。例えば、クラッチペダル３６が踏み込まれたこと、エンジンの冷却水温が所定値未満になったこと、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Ｓ７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、ＥＣＵ５０の再始動制御部５２は、上記エンジンの自動停止に伴い圧縮行程で停止した気筒（図４の停止時圧縮行程気筒２Ｃ）のピストン停止位置を、クランク角センサＳＮ２およびカム角センサＳＮ３に基づき特定し、その特定したピストン停止位置が、図４に示す上限位置Ｘよりも下死点側に設定された特定範囲Ｒｘ（より詳しくは上限位置Ｘから下死点までの間であって上限位置Ｘを含む範囲）にあるか否かを判定する処理を実行する（ステップＳ８）。なお、上限位置Ｘは、エンジンの形状（排気量、ボア／ストローク比等）や暖機の進行度合い等によって異なり得るが、例えば上死点前（ＢＴＤＣ）９０〜７５°ＣＡの間のいずれかの位置に設定することができる。

上記ステップＳ８でＹＥＳと判定されて停止時圧縮行程気筒２Ｃのピストン停止位置が特定範囲Ｒｘ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２Ｃが圧縮上死点を迎える１圧縮目から混合気の燃焼を開始する１圧縮始動によりエンジンを再始動させる処理を実行する（ステップＳ９）。すなわち、再始動制御部５２は、スタータモータ３４を駆動してクランク軸７を回転させるクランキングを行いつつ、それによって停止時圧縮行程気筒２Ｃのピストン５が上昇している途中で（圧縮上死点に至る前に）、当該気筒２Ｃに対しインジェクタ１５から燃料を噴射させる。そして、気筒２Ｃに噴射した燃料と空気との混合気をピストン５の圧縮に伴い自着火させることにより、エンジン全体として１回目の上死点を迎える１圧縮目からＨＣＣＩ燃焼を行わせ、エンジンを再始動させる。

一方、上記ステップＳ８でＮＯと判定された場合、つまり、停止時圧縮行程気筒２Ｃのピストン停止位置が上記特定範囲Ｒｘを外れている（上限位置Ｘよりも上死点側にある）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２Ｃが圧縮上死点を迎える１圧縮目からではなく、吸気行程で停止していた停止時吸気行程気筒２Ｄが圧縮上死点を迎える２圧縮目から混合気の燃焼を開始する２圧縮始動によりエンジンを再始動させる処理を実行する（ステップＳ１０）。すなわち、停止時吸気行程気筒２Ｄのピストン５が一旦下降してから上昇に転じて圧縮上死点に至るまで、スタータモータ３４の駆動力（クランキング）のみによってクランク軸７を回転させるとともに、停止時吸気行程気筒２Ｄのピストン５が上昇している途中で（圧縮上死点に至る前に）、当該気筒２Ｄに対しインジェクタ１５から燃料を噴射させる。そして、気筒２Ｄに噴射した燃料と空気との混合気をピストン５の圧縮に伴い自着火させることにより、エンジン全体として２回目の上死点を迎える２圧縮目からＨＣＣＩ燃焼を行わせ、エンジンを再始動させる。

なお、上記のフローチャート（図３）では説明を省略したが、エンジンが自動停止したときに圧縮行程にある停止時圧縮行程気筒（図４では気筒２Ｃ）のピストン停止位置が下死点寄りの特定範囲Ｒｘに高い確率で収まるように、エンジンの自動停止制御中（エンジンが完全停止する前）に所定の制御を付加することが考えられる。２圧縮始動の場合、停止時吸気行程気筒２Ｄのピストン５が圧縮上死点付近に到達する２圧縮目までは燃焼を再開することができず、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による駆動が開始されてからエンジンが完爆（全気筒２Ａ〜２Ｄで１回ずつ燃焼が行われた状態）に至るまでに要する時間が、１圧縮始動のときに比べて若干長くなってしまう。そこで、できるだけ高い確率で１圧縮始動ができるように、ピストン停止位置を上記特定範囲Ｒｘに収めるために何らかの制御を実行することが望ましい。

例えば、全気筒２Ａ〜２Ｄにおけるエンジン停止直前の最後の上死点を最終ＴＤＣとすると、この最終ＴＤＣまたはそのｎ回前の上死点通過時のエンジン回転速度がどのような範囲にあれば停止時圧縮行程気筒のピストン停止位置が特定範囲Ｒｘ内に収まるかということは、実験等により予め知ることができる。そこで、最終ＴＤＣまたはそのｎ回前の上死点通過時のエンジン回転速度が予め定められた所定の速度範囲（つまりピストン停止位置を特定範囲Ｒｘに収めるために必要な速度範囲）に収まっているか否かを判定し、当該速度範囲から外れている場合には、オルタネータ３２のフィールド電流を増減させることにより、エンジン本体１に加わる回転抵抗を調節することが考えられる。あるいは、最終ＴＤＣの１つ前の上死点通過時にスロットル弁３０を開くことにより、その時点から吸気行程を迎える気筒（言い換えれば最終的に圧縮行程で停止する停止時圧縮行程気筒）への吸入空気量を増大させ、空気の圧縮に伴い生じる圧縮反力を増大させることにより、停止時圧縮行程気筒のピストン停止位置を下死点寄りにもっていくようにしてもよい。これらの少なくとも一方の対策を施せば、停止時圧縮行程気筒のピストン停止位置を半ば強制的に特定範囲Ｒｘに収めることができるので、１圧縮始動による迅速なエンジン再始動をかなり高い確率で実現することができる。

（４）１圧縮始動時の具体的制御
次に、１圧縮始動によるエンジン再始動時に行われる燃料噴射等の制御の具体例について説明する。

図５は、１圧縮始動時における各気筒２Ａ〜２Ｄの行程の移り変わりと、各気筒２Ａ〜２Ｄに対し実行される燃料噴射を図示したものである。本図に示すように、１圧縮始動のときは、停止時圧縮行程気筒２Ｃが最初の圧縮上死点を迎える前に当該気筒２Ｃに対し最初の燃料噴射が実行され（Ｆ１）、その後は、停止時吸気行程気筒２Ｄ、停止時排気行程気筒２Ｂ、停止時膨張行程気筒２Ａに対し、この順に（それぞれの気筒の圧縮行程中に）燃料噴射が実行される（Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４）。

最初の燃料噴射Ｆ１により停止時圧縮行程気筒２Ｃにおいて最初のＨＣＣＩ燃焼が起きると、当該気筒２Ｃのピストン５にそのＨＣＣＩ燃焼による膨張エネルギーが作用する結果、エンジン回転速度が急激に上昇し始める。その後、エンジン回転速度は、２回目以降の燃料噴射Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４に基づき気筒２Ｄ，２Ｂ，２Ａで順番に起きるＨＣＣＩ燃焼を受けてさらに上昇し、４つ目の気筒２ＡでのＨＣＣＩ燃焼が終了した時点、つまり全ての気筒２Ａ〜２Ｄで１回ずつＨＣＣＩ燃焼が済んだ完爆の時点では、概ね１０００ｒｐｍ程度まで上昇する（後述する図７、図８も参照）。当実施形態では、このようにしてエンジンが完爆した時点を、エンジンの再始動が完了した時点とする。なお、以下では、１回目のＨＣＣＩ燃焼が起きる気筒のことを、特に初爆気筒ということがある。図５のような１圧縮始動のケースでは、停止時圧縮行程気筒２Ｃが初爆気筒に該当する。

また、図５に示すように、エンジン再始動の開始から所定期間の間は、スタータモータ３４によりクランク軸７を回転させるクランキングが継続して実行される。具体的に、当実施形態では、２回目の燃焼、つまり気筒２Ｄへの燃料噴射Ｆ２に基づくＨＣＣＩ燃焼が済むまではクランキングが継続される。なお、２回目のＨＣＣＩ燃焼が起きる時点では、エンジン回転速度は概ね４００ｒｐｍ程度まで上昇しているから（後述する図７、図８も参照）、スタータモータ３４としては、エンジン回転速度が４００ｒｐｍを超えるまで駆動可能なものが用いられる。そして、エンジン回転速度が４００ｒｐｍより所定量以上高い値まで達した時点で、クランキングが停止される。

図６は、１圧縮始動の際に停止時圧縮行程気筒２Ｃ（初爆気筒）に対し行われる最初の燃料噴射Ｆ１の開始時期を、停止時圧縮行程気筒２Ｃのピストン停止位置との関係で示すグラフである。この図６に示すように、最初の燃料噴射Ｆ１の開始時期は、停止時圧縮行程気筒２Ｃのピストン停止位置が上限位置Ｘ（つまり１圧縮始動が許容される限界の停止位置）から下死点（ＢＤＣ）側に離れるほど、進角側に設定される。具体的に、図６の例では、ピストン停止位置が上限位置Ｘであるときの燃料噴射Ｆ１の開始時期が上死点前（ＢＴＤＣ）約１０°ＣＡに設定されるのに対し、ピストン停止位置が上限位置Ｘより所定のクランク角だけ下死点側に離れた位置Ｙであるときの燃料噴射Ｆ１の開始時期は、ＢＴＤＣ約２５°ＣＡに設定される。また、停止位置ＸからＹまでの間においては、燃料噴射Ｆ１の開始時期がＢＴＤＣ２５°ＣＡから１０°ＣＡの間の時期に設定されるが、その時期は、総じてピストン停止位置がＹに近づくほど進角される。なお、停止位置Ｙは、吸気弁１１の閉時期（ＩＶＣ）に対応するクランク角、つまり実質的に気筒内の空気が圧縮され始めるクランク角である。このため、ピストン停止位置が上記停止位置Ｙよりさらに下死点側であるときの燃料噴射Ｆ１の開始時期は、破線の波形で示すように、停止位置Ｙのときとほぼ同一の時期に維持される。

図７は、１圧縮始動時に各気筒２Ａ〜２Ｄに対し燃料が噴射されるときのエンジン回転速度と、各燃料噴射（Ｆ１〜Ｆ４）の開始時期との関係を示すグラフである。本図に示すように、１圧縮始動時の最初の燃料噴射である停止時圧縮行程気筒２Ｃへの燃料噴射Ｆ１が実行されるとき、エンジン回転速度は１００ｒｐｍを若干超える程度（例えば１２０ｒｐｍ程度）の速度になっており、そのときの燃料噴射Ｆ１の開始時期は、既に図６でも説明したとおり、ＢＴＤＣ約２５〜１０°ＣＡのいずれかに設定される。図７には、噴射開始時期がＢＴＤＣ約２５°ＣＡに設定される場合を実線の波形で表し、ＢＴＤＣ約１０°ＣＡに設定される場合を破線の波形で表している。一方、上記燃料噴射Ｆ１が実行されると、噴射された燃料が停止時圧縮行程気筒２Ｃで自着火により燃焼（ＨＣＣＩ燃焼）してピストン５が押し下げられることにより、エンジンの回転速度が上昇し始める。このため、最初の燃料噴射Ｆ１に次ぐ２回目の燃料噴射（停止時吸気行程気筒２Ｄへの燃料噴射）Ｆ２が行われるときのエンジン回転速度は、最初の燃料噴射Ｆ１のときよりも上昇しており、以下同様に、３回目の燃料噴射（停止時排気行程気筒２Ｂへの燃料噴射）Ｆ３、４回目の燃料噴射（停止時膨張行程気筒２Ａへの燃料噴射）Ｆ４へと進むにつれて、エンジン回転速度はさらに上昇していく。そして、このようなエンジン回転速度の上昇と相関するように、各回の燃料噴射の開始時期は、圧縮上死点からより遠ざかった進角側の時期へとずらされていく。つまり、２回目の燃料噴射Ｆ２の開始時期は最初の燃料噴射Ｆ１の開始時期よりも進角され、３回目の燃料噴射Ｆ３の開始時期は２回目の燃料噴射Ｆ２の開始時期よりも進角され、４回目の燃料噴射Ｆ４の開始時期は３回目の燃料噴射Ｆ３の開始時期よりも進角される。なお、４回目の燃料噴射Ｆ４が行われてエンジンが完爆（全気筒２Ａ〜２Ｄで１回ずつ燃焼が行われた状態）に至った後は、アクセル開度に基づく通常の制御に移行するので、５回目以降の燃料噴射についてはその図示を省略している。

図８は、１圧縮始動時に各気筒２Ａ〜２Ｄに対し燃料が噴射されるときのエンジン回転速度と、各燃料噴射（Ｆ１〜Ｆ４）に基づき気筒内に形成される混合気の当量比φとの関係を示すグラフである。なお、当量比φとは、混合気の理論空燃比を実空燃比で割った値のことであり、理論空燃比に相当する量（気筒内の空気に対して過不足ない量）の燃料が噴射されたときにφ＝１となり、それより少ない量の燃料が噴射されたときにφ＜１となる。本図に示すように、当量比φは、燃料噴射の回数が進むほど（言い換えればエンジン回転速度が上昇するほど）、徐々に小さくされる。すなわち、１圧縮始動時の最初の燃料噴射である停止時圧縮行程気筒２Ｃへの燃料噴射Ｆ１では、当量比φが１になるように燃料の噴射量が設定されるのに対し、２回目、３回目、４回目の燃料噴射（気筒２Ｄ、２Ｂ、２Ａへの燃料噴射）Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４では、当量比φが１より小さくなるように燃料の噴射量が調節される。しかも、２回目、３回目、４回目へと進むにつれて、当量比φは、１未満の範囲で徐々に小さくされる。図８の例では、１回目の燃料噴射Ｆ１のときの当量比φが１であるのに対し、２回目、３回目、４回目の燃料噴射Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４のときの当量比φは、それぞれ０．９，０．８，０．７とされる。

（５）２圧縮始動時の具体的制御
次に、２圧縮始動によるエンジン再始動時に行われる燃料噴射等の制御の具体例について説明する。

図９は、２圧縮始動時における各気筒２Ａ〜２Ｄの行程の移り変わりと、各気筒２Ａ〜２Ｄに対し実行される燃料噴射を図示したものである。本図に示すように、２圧縮始動の場合は、停止時圧縮行程気筒２Ｃの次に圧縮行程を迎える停止時吸気行程気筒２Ｄに対し最初の燃料噴射が実行され（Ｆ１’）、その後は、停止時排気行程気筒２Ｂ、停止時膨張行程気筒２Ａ、停止時圧縮行程気筒２Ｃに対し、この順に（それぞれの気筒の圧縮行程中に）燃料噴射が実行される（Ｆ２’，Ｆ３’，Ｆ４’）。

このような２圧縮始動では、最初の燃料噴射Ｆ１’により停止時吸気行程気筒２Ｄで起きるＨＣＣＩ燃焼が最初の燃焼となるので、この最初の燃焼が起きる停止時吸気行程気筒２Ｄが初爆気筒となる。この初爆気筒（停止時吸気行程気筒２Ｄ）でのＨＣＣＩ燃焼が起きるまでは、スタータモータ３４の駆動力のみ（クランキングのみ）によってクランク軸７が回転させられるので、その間のエンジン回転速度はそれほど大きくは上昇しない。一方、初爆気筒でＨＣＣＩ燃焼が起きると、エンジン回転速度はこれをきっかけに急激に上昇し始め、気筒２Ｂで起きる２回目のＨＣＣＩ燃焼の時点では４００ｒｐｍを超え、さらに気筒２Ｃで起きる４回目のＨＣＣＩ燃焼の時点（つまりエンジン完爆の時点）では１０００ｒｐｍ程度にまで上昇する。このとき、スタータモータ３４によるクランキングは、２回目のＨＣＣＩ燃焼（気筒２Ｂでの燃焼）が済むまで継続される。

図７および図８に、２圧縮始動のときに実行される燃料噴射Ｆ１’〜Ｆ４’の開始時期、および各燃料噴射に基づき気筒内に形成される混合気の当量比φをそれぞれ示している。これらの図に示すように、２圧縮始動のときに実行される燃料噴射Ｆ１’〜Ｆ４’の開始時期およびそれに基づく当量比φは、基本的に、１圧縮始動のときの燃料噴射Ｆ１〜Ｆ４の開始時期および当量比φと同じである。このため、図７および図８には、燃料噴射Ｆ１〜Ｆ４のプロットと燃料噴射Ｆ１’〜Ｆ４’のプロットとを重ねて図示している。ただし、１圧縮始動のときの最初の燃料噴射Ｆ１の開始時期は、先にも説明したとおり、停止時圧縮行程気筒２Ｃ（初爆気筒）のピストン停止位置によって変動するのに対し、２圧縮始動のときの最初の燃料噴射Ｆ１’の開始時期は、停止時圧縮行程気筒２Ｃのピストン停止位置によっては変動せず、１圧縮始動時の最初の燃料噴射Ｆ１が最も早いケースにおける当該噴射Ｆ１の開始時期と同一に設定される。より具体的に、１圧縮始動時の最初の燃料噴射Ｆ１の開始時期は、既に図６を用いて説明したとおり、最も早いケース、つまり当該気筒２Ｃのピストン停止位置が吸気弁１１の閉時期（ＩＶＣ）よりも下死点側にあるケースにおいて、ＢＴＤＣ約２５°ＣＡに設定される。このため、２圧縮始動のときの最初の燃料噴射Ｆ１’の開始時期も、これと同じくＢＴＤＣ約２５°ＣＡに設定される。これは、２圧縮始動時における２圧縮目の筒内温度・圧力が、ピストン停止位置が深い（ＩＶＣよりも下死点側にある）状態からの１圧縮始動時における１圧縮目の筒内温度・圧力とほぼ同じになると考えられるからである。このため、図７では、２圧縮始動時の最初の燃料噴射Ｆ１’の開始時期を表すプロットを、１圧縮始動時の最初の燃料噴射Ｆ１が最も早いケース（実線）における当該噴射Ｆ１のプロットと重ねて図示している。

なお、図７および図８によれば、１圧縮始動時に各回の燃料噴射Ｆ１〜Ｆ４が行われるときのエンジン回転速度（横軸の値）と、２圧縮始動時に各回の燃料噴射Ｆ１’〜Ｆ４’が行われるときのエンジン回転速度とが同一ということになるが、１圧縮始動時と２圧縮始動時とでは、厳密には、各回の燃料噴射時におけるエンジン回転速度は微妙に異なる。ただし、その違いはわずかであるので、図７および図８では各プロットを重ねて図示している。

（６）作用等
以上説明したように、当実施形態では、インジェクタ１５から気筒２Ａ〜２Ｄ内に噴射された燃料を空気と混合しつつピストン５の圧縮により自着火させるＨＣＣＩ燃焼（予混合圧縮着火燃焼）が可能で、しかもアイドルストップ機能を備えたエンジンにおいて、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、所定の再始動条件が成立すると、ＥＣＵ５０の再始動制御部５２は、スタータモータ３４を駆動してクランク軸７を回転させるクランキングを行いつつ、圧縮行程で停止していた停止時圧縮行程気筒２Ｃ、または上記クランキングにより当該気筒２Ｃの次に圧縮行程を迎える停止時吸気行程気筒２Ｄのいずれかから選ばれる初爆気筒に対し、その圧縮行程中にインジェクタ１５から最初の燃料を噴射してこれを自着火により燃焼させるとともに（燃料噴射Ｆ１またはＦ１’）、上記初爆気筒に続いて圧縮行程を迎える複数の気筒に対し順次燃料を噴射して自着火させることにより（燃料噴射Ｆ２〜Ｆ４またはＦ２’〜Ｆ４’）、エンジンを再始動させる。特に、再始動制御部５２は、上記初爆気筒を含む複数の気筒（全気筒２Ａ〜２Ｄ）での燃焼を経てエンジンの再始動が完了するまでの間、燃料噴射Ｆ１（Ｆ１’）→Ｆ２（Ｆ２’）→Ｆ３（Ｆ３’）→Ｆ４（Ｆ４’）と進むにつれて（つまり燃焼回数が進むにつれて）、インジェクタ１５から各気筒への燃料の噴射開始時期をクランク角基準で早める（進角させる）とともに、混合気の当量比φが徐々に小さくなるように各気筒への燃料噴射量を調節する（図７、図８参照）。このような構成によれば、エンジンが自動停止した後の再始動時に、各気筒２Ａ〜２Ｄでの着火時期を適正なタイミングに調節することにより、迅速かつ確実にエンジンを再始動させることができるという利点がある。

すなわち、上記実施形態では、エンジン再始動時に初爆気筒で行われる最初の燃焼から、２回目、３回目と燃焼回数が進むにつれて、各気筒の圧縮行程中に噴射される燃料の噴射開始時期が徐々に進角されるので、燃焼回数の進行に伴いエンジン回転速度が上昇しても（つまりクランク角の変化スピードが上昇しても）、燃料噴射の開始から自着火までの時間（着火遅れ時間）を充分に確保することができる。これにより、気筒内での燃料の分布に大きな偏りが生じた状態、つまり極端に燃料リッチまたは燃料リーンな領域ができた状態で燃焼が起きることが回避されるので、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘやスート（煤）の発生量を抑制し、エミッション性能を向上させることができる。ただし、上記のように燃焼回数の進行（これに伴うエンジン回転速度の上昇）に伴い燃料噴射の開始時期を進角させた場合、燃料噴射後に気筒内が圧縮されて徐々に温度が上昇する過程で（つまり混合気が受熱する過程で）、混合気が狙いのタイミングよりも過早に自着火するプリイグニッションと呼ばれる異常燃焼が起きることが懸念される。このような問題に対し、上記実施形態では、燃焼回数が進むほど混合気の当量比φが徐々に小さくされ、混合気の着火性が悪くなるように燃料の噴射量（気筒内の空気量に対する相対的な燃料の量）が減らされるので、上記のような異常燃焼の発生を確実に回避することができる。これにより、混合気が適正なタイミングで自着火する効率のよいＨＣＣＩ燃焼を実現でき、その燃焼に基づきエンジンを迅速に再始動させることができる。

より具体的に、上記実施形態では、初爆気筒における当量比φ、つまり燃料噴射Ｆ１（またはＦ１’）に基づく当量比φの値が１に設定される一方、その後エンジン再始動が完了するまでの間の燃焼気筒の当量比φ、つまり燃料噴射Ｆ２〜Ｆ４（またはＦ２’〜Ｆ４’）に基づく当量比φの値が、燃焼回数が進むにつれて１未満の範囲で徐々に低下させられる（図８参照）。このような構成によれば、プリイグニッション等の異常燃焼を確実に回避しつつ、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘやスートの発生量を抑制してエミッション性能を効果的に向上させることができる。

図１０は、縦軸に混合気の当量比φを横軸に混合気の燃焼温度Ｔをとったグラフ上に、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ、およびスートの発生量が多くなる領域を図示した、いわゆるφ−Ｔマップと呼ばれるものである。このマップに示されるように、ＨＣ、ＣＯは主に燃焼温度の低い領域（グラフの左側）で増大し、ＮＯｘは主に燃焼温度が高い領域（グラフの右側）で増大し、スートは主に当量比φの大きいリッチ領域（グラフの上側）で増大する。これに対し、当量比φが概ね１以下になりかつ燃焼温度が中間程度の値になるハッチングの領域では、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ、スートのいずれの発生量も少なくなる。このような領域で混合気を燃焼させるには、当量比φが１以下となる量の燃料を気筒内に噴射しつつ、それによって形成される混合気を充分な着火遅れ時間の後に燃焼させることが必要である。

このような点を考慮して、上記実施形態では、初爆気筒での燃焼以降、当量比φが１→０．９→０．８→０．７と徐々に低下させられるとともに、上述したとおり、燃料の噴射開始時期が徐々に進角されることで着火遅れ時間が充分に確保されるようになっている。これにより、当量比φの分布が大きくばらついて気筒内に燃料の過濃領域（φが１を大幅に上回る領域）ができたり、燃焼温度Ｔが極端に高くなるかまたは低くなる領域ができたりすることが回避される。これにより、上述した図１０のφ−Ｔマップ上のハッチングの領域で多くの混合気を燃焼させることが可能になり、エミッション性能に優れた燃焼を実現することができる。

ここで、本願発明者の研究によれば、エミッション性能を満足する、つまり図１０のハッチングの領域で比較的多くの混合気を燃焼させるには、着火遅れ時間を少なくとも３ｍｓｅｃ以上確保する必要がある。図７に示したような各回の燃料噴射の開始時期は、この要件を充分に満足するものである。

また、上記実施形態では、自動停止に伴い圧縮行程で停止した停止時圧縮行程気筒２Ｃに最初の燃料を噴射する１圧縮始動の際に、この停止時圧縮行程気筒２Ｃ（初爆気筒）のピストン停止位置が、１圧縮始動が可能な範囲として予め定められた特定範囲Ｒｘ（図４）の中でも下死点側にあるほど、当該気筒２Ｃへの最初の燃料噴射Ｆ１の開始時期が進角側に設定される（図６参照）。このような構成によれば、１圧縮始動の際に、停止時圧縮行程気筒２Ｃのピストン停止位置にかかわらず同じような時期に混合気を燃焼させることができ、エンジンを迅速かつ安定的に再始動させることができる。

すなわち、上記実施形態では、停止時圧縮行程気筒２Ｃに最初の燃料を噴射して自着火させる１圧縮始動時に、当該気筒２Ｃのピストン停止位置が下死点側にあるほど、つまりピストン５による圧縮代（ピストン停止位置から圧縮上死点までのストローク量）が大きいほど、上記最初の燃料噴射Ｆ１の開始時期が早められ、その結果、噴射された燃料の気化潜熱によって気筒２Ｃ内の温度上昇が鈍り始める時期も早められる。このように、気筒２Ｃ内の温度が上昇し易い条件であるほど温度上昇を抑制する方向に噴射開始時期が調節されるため、停止時圧縮行程気筒２Ｃのピストン停止位置が１圧縮始動が可能な範囲（特定範囲Ｒｘ）内で変動したとしても、気筒２Ｃ内の温度が混合気の自着火に必要な温度（着火開始温度）まで上昇する時期を、同一のクランク角の近傍（例えば圧縮上死点の近傍）に揃えることができる。

具体的には、１圧縮始動時の最初の燃料噴射Ｆ１の開始時期が図６のように設定され、かつ燃料噴射Ｆ１に基づく当量比φが１に設定されることで（図８）、混合気の着火時期は、図６に示すように、停止時圧縮行程気筒２Ｃのピストン停止位置にかかわらず圧縮上死点の近傍に設定される。そして、このような時期に着火時期が設定されることで、ＨＣＣＩ燃焼の燃焼重心は、ＡＴＤＣ５°ＣＡ（縦軸の−５の目盛に相当）の前後の所定範囲に収められることになる。このような時期に燃焼重心を迎えるＨＣＣＩ燃焼が起きると、その燃焼による膨張エネルギーが上死点を過ぎたばかりのピストン５に作用することで、エネルギーがピストン５の押し下げ力に効率よく変換され、ピストンスピードが大幅に上昇する結果、エンジン再始動の迅速性がより高められる。なお、ピストン５の押し下げ力を充分に生み出すために望ましい燃焼重心の時期は、ＡＴＤＣ５°ＣＡに限られず、少なくともＡＴＤＣ５±５°ＣＡの範囲にあればよい。図６における燃焼重心は、少なくともこのＡＴＤＣ５±５°ＣＡの範囲に含まれている。

さらに、１圧縮始動時の最初の燃料噴射Ｆ１に続く２回目以降の燃料噴射Ｆ２〜Ｆ４については、図７に示したように噴射開始時期が徐々に進角され、しかも図８に示したように当量比φが徐々に低下される。このような態様の燃料噴射Ｆ２〜Ｆ４に基づき起きる２回目以降の燃焼は、やはり上述した初回の燃焼（燃料噴射Ｆ１に基づく初爆気筒での燃焼）と同様、ＡＴＤＣ５±５°ＣＡの範囲内に燃焼重心がくるようなエネルギー効率に優れた燃焼となる。

さらにまた、２圧縮始動時の１〜４回目の燃料噴射Ｆ１’〜Ｆ４’についても、図７、図８に示したような噴射開始時期および当量比φに設定されるので、２圧縮始動時における１〜４回目の燃焼も、やはりＡＴＤＣ５±５°ＣＡの範囲内に燃焼重心がくるようなエネルギー効率に優れた燃焼となる。

また、上記実施形態では、手動変速機１０１を搭載する車両（ＭＴ車）にエンジンが搭載されており、エンジン本体１のクランク軸７が、フライホイール１０２ａおよびクラッチプレート１０２ｂを介して手動変速機１０１に連結されている。そして、図５、図９に示したように、エンジンの再始動時には、スタータモータ３４によりクランク軸７を回転させるクランキングが、２回目の燃焼（１圧縮始動時は気筒２Ｄでの燃焼、２圧縮始動時は気筒２Ｂでの燃焼）が行われるまで継続される。これにより、エンジン回転速度が４００ｒｐｍを超えるまでクランキングが継続されることになるので（図７、図８参照）、エンジン本体１（より詳しくはそのクランク軸７やピストン５）にスタータモータ３４やリングギア３５等を加えたエンジンの回転系の共振点を越えるまで、エンジン回転速度をごく短時間で上昇させることができ、エンジン再始動時の振動が増大するのを効果的に防止することができる。

すなわち、クランク軸７に比較的質量の大きいフライホイール１０２ａが連結されるＭＴ車では、クランキング時におけるエンジン本体１の共振点が比較的小さい値、例えば２００〜３００ｒｐｍ程度になると考えられる。このように共振点の回転速度が小さいと、エンジン再始動の初期に大きな振動が起きて乗員が違和感を覚えるおそれがある。これに対し、上記実施形態では、エンジン回転速度が４００ｒｐｍを超えるまでクランキングを継続させ、上述した共振点（２００〜３００ｒｐｍ）をできるだけ短時間で通過させるようにしたので、エンジン再始動時の振動を抑制して乗員に与える違和感を効果的に軽減することができる。

なお、上記実施形態では、車両がＭＴ車であることを前提に、エンジン本体１の共振点が２００〜３００ｒｐｍであるとしたが、エンジン本体１のサイズ等により共振点は異なることがあり、３００ｒｐｍよりもさらに高い回転数になることも考えられる。いずれにせよ、エンジン再始動時の振動を抑制するには、共振点よりも高い所定の回転速度まではクランキングを継続するのが望ましく、このときの所定の回転速度は、ＭＴ車であれば（エンジン本体１のサイズ等が多少異なっても）、４００〜６００ｒｐｍのいずれかに設定されることになる。ただし、共振点はエンジンのアイドリング回転速度（例えば７００ｒｐｍ前後）よりも当然低くなるはずなので、クランキングはアイドリング回転速度に達する前に終了させることができる。言い換えると、上記所定の回転速度は、初爆気筒での最初の燃焼時の回転速度よりも高く、かつアイドリング時の回転速度よりも低いということができる。

また、上記実施形態では、クランク軸７に連結されたフライホイール１０２ａの構造について詳しく説明しなかったが、このフライホイール１０２ａとして、いわゆるデュアルマスフライホイール（ＤＭＦ）を採用することが考えられる。デュアルマスフライホイールとは、２枚のプレートと、両者のプレートを相対回転可能に繋ぐための環状のコイルスプリングとを備えたもので、このコイルスプリングの伸縮によってクランク軸７の回転ムラ（回転変動）がある程度吸収されるようになっている。このようなデュアルマスフライホイールが装備されている場合には、エンジン再始動の特に初期において、振動吸収用の上記コイルスプリングが大きく回転方向に伸縮し、伸縮したコイルスプリングの反動で上記２枚のプレートが回転方向に暴れるような挙動を示すことがあり、これによりかえって振動が増大することが懸念される。しかしながら、上記のように比較的高いエンジン回転速度になるまでクランキングを継続するようにすれば、このようなデュアルマスフライホイールに特有の振動の増大についても有効に回避することが可能になる。

１ エンジン本体
２Ａ〜２Ｄ 気筒
５ ピストン
７ クランク軸
１５ インジェクタ
３４ スタータモータ
５１ 自動停止制御部
５３ 再始動制御部
１０１ 手動変速機
１０２ａ フライホイール
１０２ｂ クラッチプレート

Claims (5)

1. 複数の気筒と、各気筒に往復動可能に設けられたピストンと、ピストンの往復動に連動して回転するクランク軸と、クランク軸を強制的に回転させるスタータモータと、各気筒に燃料を噴射するインジェクタとを備えるとともに、圧縮上死点よりも前に上記インジェクタから気筒内に噴射された燃料を空気と混合しつつ上記ピストンの圧縮により自着火させる予混合圧縮着火燃焼が可能なエンジンに設けられた始動制御装置であって、
   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自動停止制御部と、
   上記エンジンの自動停止後に所定の再始動条件が成立したときに、上記スタータモータを駆動してクランク軸を回転させるクランキングを行いつつ、圧縮行程で停止していた気筒、または上記クランキングにより当該気筒の次に圧縮行程を迎える気筒のいずれかから選ばれる初爆気筒に対し、その圧縮行程中に上記インジェクタから最初の燃料を噴射してこれを自着火により燃焼させるとともに、上記初爆気筒に続いて圧縮行程を迎える複数の気筒に対し順次燃料を噴射して自着火させる再始動制御部とを備え、
   上記再始動制御部は、上記初爆気筒を含む複数の気筒での燃焼を経てエンジンの再始動が完了するまでの間、燃焼回数が進むにつれて、上記インジェクタから各気筒への燃料の噴射開始時期をクランク角基準で早めるとともに、混合気の当量比が徐々に小さくなるように各気筒への燃料噴射量を調節する、ことを特徴とする予混合圧縮着火式エンジンの始動制御装置。
2. 請求項１記載の予混合圧縮着火式エンジンの始動制御装置において、
   上記再始動制御部は、上記初爆気筒における当量比を１に設定するとともに、その後エンジン再始動が完了するまでの間の燃焼気筒の当量比を、燃焼回数が進むにつれて１未満の範囲で徐々に低下させる、ことを特徴とする予混合圧縮着火式エンジンの始動制御装置。
3. 請求項１または２記載の予混合圧縮着火式エンジンの始動制御装置において、
   上記再始動制御部は、上記エンジンの再始動が完了するまでの間、各気筒で行われる圧縮着火燃焼の燃焼重心が圧縮上死点後５±５°ＣＡに収まるように、燃料の噴射開始時期および当量比を調節する、ことを特徴とする予混合圧縮着火式エンジンの始動制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の予混合圧縮着火式エンジンの始動制御装置において、
   上記再始動制御部は、上記初爆気筒での燃焼時の回転速度よりも速くかつアイドリング時の回転速度よりも遅い所定の回転速度までエンジン回転速度が上昇するまでの間、上記クランキングを継続する、ことを特徴とする予混合圧縮着火式エンジンの始動制御装置。
5. 請求項４記載の予混合圧縮着火式エンジンの始動制御装置において、
   上記クランク軸は、フライホイールおよびクラッチプレートを介して手動変速機と連結されており、
   上記所定の回転速度は４００〜６００ｒｐｍに設定されている、ことを特徴とする予混合圧縮着火式エンジンの始動制御装置。

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