JP3925493B2 - エンジンの始動装置 - Google Patents

Description

本発明は、アイドル時に自動停止したエンジンを再始動要求に応じて始動するエンジンの始動装置に関し、特に、始動トルクを高めるためにエンジンを最初に少しだけ逆転作動させる場合の燃料制御の技術分野に属する。

従来より、燃費低減及びＣＯ_２排出量抑制等を目的として、アイドル時にエンジンを自動で停止するようにしたエンジン制御システム（アイドルストップシステム）が知られている。このようなシステムでは、発進操作等のエンジン再始動要求に対して即座にエンジンを始動しなくてはならないが、始動モータによるクランキングを経てエンジンを始動するという一般的な始動方法では始動時間がやや長くなるきらいがあり、また、クランキングに伴う騒音やエンジンの吹き上がりが違和感を与えるという不具合もある。

さらに、そのようにエンジンがアイドル状態になる度に停止及び再始動を行うとすると、イグニッションスイッチが操作されたときにのみ始動する通常のシステムに比べて格段に始動回数が多くなってしまうので、始動モータに著しく高い耐久性が要求されることになり、無用のコスト増大を招くという問題もある。

そのため、近年では、例えば特許文献１、２に開示される筒内直噴式エンジンのように、停止状態で膨張行程にある気筒内に燃料を噴射供給して、点火、燃焼させることにより、始動モータの力を借りることなく、エンジンをそれ自体の力で始動するようにしたものが開発されている。

しかしながら、そのように膨張行程で停止している気筒に点火して燃焼させる場合、この気筒の空気充填量があまり多いとはいえず、また、有効なストロークも短くなることから、燃焼により得られる始動トルクが不足する虞れがある。すなわち、膨張行程で停止している気筒では通常、ピストンが行程中央部近傍にあり、せいぜい気筒容積の半分くらいしかない大気圧状態の空気が利用できるだけなので、燃焼による気筒内圧の上昇が不十分なものとなり、その上に、その燃焼によってピストンが下降すると、直ぐに排気弁が開いてしまうからである。

この点について例えば特許文献３には、まず最初に圧縮行程で停止している気筒（停止時圧縮行程気筒）で燃焼を行わせることにより、クランク軸を逆転方向に回動させ、これにより前記膨張行程にある気筒内を圧縮した上で、その気筒を燃焼させる、という始動方法（以下、逆転始動ともいう）が提案されている。この逆転始動方法によれば、最初の逆転作動によって停止時膨張行程気筒のピストンが上死点側に移動することから、この気筒の有効ストロークが長くなり、また、気筒内の密度及び圧力の高い状態で燃焼が行われることになるので、大きな燃焼圧を得ることができ、これにより始動トルクを大幅に増大することができる。
実開昭６０−１２８９７５号公報 特表２００３−５１７１３４号公報 特表２００３−５１５０５２号公報

ところが、前記提案例（特許文献３）のようにエンジンを一旦、逆転させてから始動させる場合には、その逆転作動のために前記停止時圧縮行程気筒で最初の燃焼を行わせることになるから、この気筒内には既燃ガスが充満し、これを排出しない限りは再度、燃焼を行うことができない状態になる。

このため、前記のように停止時膨張行程気筒を圧縮して、その燃焼による始動トルクを増大させることができたとしても、その次に点火順を迎える停止時圧縮行程気筒では燃焼を行うことができず、そればかりか、この気筒内の温度及び圧力が既燃ガスの充満により高くっていることから、その圧縮反力がかなり大きくなって、始動に失敗する可能性がある。

これに対し、前記停止時圧縮行程気筒における最初の燃焼を空燃比のリーンな状態で行わせ、エンジンが正転作動に転じた後に余剰の空気を利用して再度、燃焼を行うようにすることも考えられるが、そのようなリーン燃焼では逆転作動のためのトルクを確保することが難しく、逆転作動による膨張行程気筒の圧縮が十分に行われなくなって、この気筒の燃焼による始動トルクの増大が不十分なものとなる虞れがある。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、停止中の圧縮行程気筒を燃焼させてエンジンを一旦、逆転作動させてから、膨張行程気筒を燃焼させて始動する逆転始動の場合に、その圧縮行程気筒への燃料噴射制御に工夫を凝らして、膨張行程気筒の燃焼による始動トルクをできるだけ大きくしながら、正転作動時の圧縮行程気筒の反力を低減して、エンジンの始動をより確実なものとすることにある。

前記の目的を達成するために、本願発明では、まず、前記停止時圧縮行程気筒の燃焼を空燃比のリッチな状態で行うことにより逆転作動のトルクを確保し、これにより膨張行程にある気筒を十分に圧縮して、燃焼による始動トルクを大幅に増大させるとともに、その後の正転作動時に圧縮される前記停止時圧縮行程気筒内にさらに燃料を噴射して、気化潜熱による冷却効果で圧縮反力を低下させるようにした。

具体的に、請求項１の発明は、多気筒エンジンの各気筒内に臨んでそれぞれ配設された燃料噴射弁の作動を制御する燃料噴射制御手段と、該各気筒の点火時期を制御する点火制御手段とを備え、圧縮行程で停止している停止時圧縮行程気筒内に前記燃料噴射弁により燃料を噴射させて、点火、燃焼させることにより、エンジンを一旦、逆転作動させるとともに、膨張行程で停止していてエンジンの前記逆転作動に伴い圧縮される停止時膨張行程気筒内にも燃料を噴射させて、点火、燃焼させることにより、エンジンに正転方向のトルクを発生させて始動モータを用いずに始動するようにしたエンジンの始動装置を前提とする。

そして、前記各気筒からの排気が流通するエンジンの排気通路には、酸素吸蔵能を有する排気浄化触媒を配設し、前記停止時圧縮行程気筒内の空気量を検出する空気量検出手段を備えるとともに、前記燃料噴射制御手段を、前記停止時圧縮行程気筒内への燃料噴射量を、この気筒内の平均的な空燃比が理論空燃比よりもリッチになるように前記空気量検出手段による検出値に基づいて制御するものとし、さらに、当該気筒がエンジンの正転作動に伴い圧縮されるときに、この気筒内に追加で燃料を噴射させるものとした。

前記の構成により、エンジンの始動時には、まず、燃料噴射制御手段による燃料噴射弁の制御によって停止時圧縮行程気筒内に燃料が噴射され、これにより形成された混合気の燃焼によって、エンジンが逆転作動する。この際、気筒内の平均的な空燃比がリッチになっていることから、燃焼による逆転方向へのトルクが十分に大きなものとなり、このことで、停止時膨張行程気筒内を十分に圧縮することができる。

一方、前記停止時膨張行程気筒においても前記燃料噴射制御手段による燃料噴射弁の制御によって気筒内に燃料が噴射され、この気筒が前記エンジンの逆転作動により圧縮されて温度及び圧力が十分に高くなった状態で、気筒内の混合気が燃焼することにより、燃焼トルクが増大し且つ気筒の有効ストロークが長くなって、正転方向の始動トルクが大幅に増大する。

さらに、エンジンの正転作動に伴い圧縮される前記停止時圧縮行程気筒内に、前記燃料噴射制御手段による燃料噴射弁の制御によって追加の燃料が噴射されると、この気筒内に前記逆転作動のための燃焼による既燃ガスが充満していても、追加で噴射された燃料の気化潜熱によって気筒内が冷却されることで、圧縮圧力が大幅に低下することになる。これにより、エンジンの正転開始後に最初に迎える圧縮上死点を越えてエンジンの正転方向への回転が持続するようになり、その始動がより確実なものになる。

また、前記のように圧縮行程気筒の冷却のために噴射された燃料は、この気筒から未燃状態で排出さることになるが、エンジンの排気通路には酸素吸蔵能を有する排気浄化触媒が配設されており、この触媒において吸蔵されている酸素と前記未燃燃料とが反応することになるので、問題は生じない。

請求項２の発明では、前記燃料噴射制御手段は、停止時圧縮行程気筒への追加の燃料噴射を圧縮行程の中期以降で行うものとする。ここで、気筒の圧縮行程中期以降というのは、エンジンの正転中における圧縮行程を前期、中期及び後期の３つのクランク角範囲に略等分したときの中期及び後期のことであり、このように中期以降で燃料噴射を行うようにするのは、仮に圧縮行程の前期で燃料噴射を行うと、過早なタイミングで気筒内温度が低下する結果として気筒壁面から内部の気体への受熱量が増大するとともに、気化した燃料によって気体密度が増加する影響で、気化潜熱により気筒内の温度及び圧力を低減するという効果が減殺されてしまうからである。

なお、前記停止時圧縮行程への追加噴射の時期があまり遅いと、今度は燃料の気化が遅れて十分な冷却効果が得られなくなるので、燃料の追加噴射は圧縮行程の中期から後期の前半までに行うのが好ましい。

請求項３の発明では、運転中のエンジンの各気筒への燃料供給を停止して、エンジンを停止させるエンジン停止手段と、前記各気筒への吸気流量を可変調整する吸気流量調整手段と、前記燃料供給の停止からエンジンが停止するまでの停止動作期間において所定期間、各気筒への吸気流量が増大するように前記吸気流量調整手段を制御する吸気流量制御手段とを備えるものとする。

こうすれば、燃料供給の停止後にエンジンが惰性で数回転してから停止するまでの間に所定期間、吸気流量が増大し、これにより排気浄化触媒へも多量の新気が供給されることになるので、この触媒に吸蔵される酸素の量が十分に多くなり、その後のエンジン再始動時に停止時圧縮行程気筒から排出される未燃燃料がより確実に無害化される。

請求項４の発明では、各気筒の吸気弁の閉弁時期を、少なくともエンジン停止手段によってエンジンが停止されるときには所定の早閉じ状態になるように設定するものとする。この場合の早閉じ状態とは、例えば、吸気下死点後のクランク角で３０度から４０度くらいの範囲で吸気弁が閉じることであり、そうなるように動弁機構を構成してもよいし、或いは周知の可変動弁機構等を用いて、そうなるように制御してもよい。

そして、そのようにエンジン停止時に各気筒の吸気弁が比較的早く閉じるような状態とすれば、その後の再始動時に停止時圧縮行程気筒の燃焼によりエンジンが逆転作動するときには、この圧縮行程気筒の吸気弁が比較的遅く開くことになり、その分、エンジンの逆転作動量を大きくすることができるから、停止時膨張行程気筒内の十分な圧縮に有利である。

以上、説明したように、本願の請求項１〜４の発明に係るエンジンの始動装置によると、まず最初に圧縮行程で停止している気筒を燃焼させてエンジンを一旦、逆転作動させてから、膨張行程気筒の燃焼により正転方向のトルクを発生させて始動するようにした逆転始動方式のものにおいて、前記圧縮行程気筒の燃焼を空燃比のリッチな状態で行うことにより逆転トルクを確保し、これにより前記膨張行程気筒を十分に圧縮して、燃焼による始動トルクを大幅に増大させるとともに、その後のエンジンの正転作動時に圧縮される前記圧縮行程気筒内に追加で燃料を噴射して、その気化潜熱による冷却効果で圧縮反力を低下させるようにしたので、始動開始後に最初に迎える圧縮上死点を越えてエンジンの正転作動を確実に持続させることができ、これにより、エンジンの始動をより確実なものとすることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

−エンジン制御システムの概略構成−
図１及び図２は、本発明に係るエンジン始動装置を含むエンジン制御システムの実施形態を示し、このエンジンシステムＥは、シリンダヘッド１０及びシリンダブロック１１を備えたエンジン１と、該エンジン１を制御するためのＥＣＵ２（エンジンコントローラ）とを備えている。前記エンジン１には、図２に示すように４つの気筒１２Ａ〜１２Ｄが設けられていて、該各気筒１２Ａ〜１２Ｄの内部には、図１に示すように、クランク軸３に連結されるピストン１３がそれぞれ嵌挿され、これにより、前記各気筒１２Ａ〜１２Ｄ内部でピストン１３の上方には燃焼室１４が形成されている。

ここで、一般的に、多気筒４サイクルエンジンにおいては、各気筒が所定の位相差をもって吸気、圧縮、膨張、排気の各行程からなる燃焼サイクルを行うようになっており、この実施形態の４気筒エンジンの場合、気筒列方向一端側から１番気筒１２Ａ、２番気筒１２Ｂ、３番気筒１２Ｃ、４番気筒１２Ｄと呼ぶと、図６(e)に示すように、１番気筒（＃１）、３番気筒（＃３）、４番気筒（＃４）、２番気筒（＃２）の順にクランク角で１８０度ずつの位相差をもって燃焼が行われるようになっている。

前記各気筒１２Ａ〜１２Ｄのそれぞれの燃焼室１４の頂部には、該燃焼室１４内の混合気に点火して燃焼させるための点火プラグ１５が設けられていて、それらの各点火プラグ１５先端の電極が前記燃焼室１４内に臨むように配置されている。また、前記燃焼室１４の側方（図１の右方向）には、該燃焼室１４内に燃料を直接、噴射する燃料噴射弁１６が設けられていて、該燃料噴射弁１６は、前記点火プラグ１５の電極付近に向かって燃料を噴射するように噴射方向が調整されている。この燃料噴射弁１６は、図示しないニードル弁及びソレノイドを内蔵しており、前記ＥＣＵ２からのパルス信号の入力によりそのパルス幅に対応する時間だけ開弁駆動されて、その駆動時間に応じた量の燃料を各気筒１２Ａ〜１２Ｄ内に噴射するように構成されている。なお、前記燃料噴射弁１６には、図示しない燃料ポンプにより燃料供給通路等を介して燃料が供給されるようになっていて、前記エンジンシステムＥには、その燃料供給圧が圧縮行程での燃焼室１４内の圧力よりも高くなるように燃料供給系統が構成されている。

また、前記各気筒１２Ａ〜１２Ｄの燃焼室１４の上部には、該燃焼室１４に向かって開口する吸気ポート１７及び排気ポート１８が設けられていて、これらのポート１７，１８に吸気弁１９及び排気弁２０がそれぞれ配設されている。これらの吸気弁１９及び排気弁２０は、図示省略のカムシャフト等からなる動弁機構により駆動され、上述のとおり、各気筒１２Ａ〜１２Ｄが所定の位相差をもって燃焼サイクルを行うように、該各気筒毎の吸・排気弁１９，２０の開閉タイミングが設定されている。具体的に、この実施形態では、前記各気筒１２Ａ〜１２Ｄの吸気弁１９の閉弁時期は比較的進角側（例えば、吸気下死点後のクランク角で３０〜４０°ＣＡくらいの範囲）に設定されていて、やや早閉じの状態になっている。

なお、そのように動弁機構自体を構成する以外に、例えば、前記吸気側のカムシャフトに周知の可変動弁機構を備えて、エンジン１の運転状態（負荷、回転速度等）に応じて前記ＥＣＵ２からの制御指令により吸気弁１９の少なくとも閉弁時期を進角側、遅角側に可変調整するようにしてもよい。

また、前記吸気ポート１７及び排気ポート１８にそれぞれ連通するように吸気通路２１及び排気通路２２が設けられており、図２に示すように、前記吸気ポート１７に近い吸気通路２１の下流側は各気筒１２Ａ〜１２Ｄ毎に独立の分岐吸気通路２１ａとされ、この各分岐吸気通路２１ａの上流端がそれぞれサージタンク２１ｂに連通している。このサージタンク２１ｂよりも上流の吸気通路２１は各気筒１２Ａ〜１２Ｄに共通の共通吸気通路２１ｃであり、この通路２１ｃには例えばバタフライ弁により通路断面積を調節して吸気流を絞るスロットル弁２３（吸気流量調整手段）と、これを駆動するアクチュエータ２４とが配設され、さらに、図２にのみ示すが、スロットル弁２３の上流側及び下流側には、それぞれ、吸気量を検出するためのエアフローセンサ２５と吸気圧力（負圧）を検出するための吸気圧センサ２６とが配設されている。

一方、前記各気筒１２Ａ〜１２Ｄからの排気が集合する排気通路２２の集合部下流には、排気を浄化するための触媒２９が配設されている。この触媒２９は、例えば、排気の空燃比状態が理論空燃比近傍にあるときにＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの浄化率が極めて高い、いわゆる三元触媒であり、これは排気中の酸素濃度が比較的高い酸素過剰雰囲気でこれを吸蔵する酸素吸蔵能を有し、酸素濃度の比較的低いときには吸蔵している酸素を放出して、ＨＣ、ＣＯ等と反応させるものである。なお、触媒２９は、三元触媒に限らず、前記のような酸素吸蔵能を有するものであればよく、例えば、酸素過剰雰囲気でもＮＯｘを浄化可能ないわゆるリーンＮＯｘ触媒であってもよい。

また、前記エンジン１には、ベルト等によりクランク軸３に駆動連結されたオルタネータ２８が付設されている。このオルタネータ２８には、詳細は図示しないが、フィールドコイルの電流を制御することによって出力電圧を変更し、これにより発電量を調整するレギュレータ回路２８ａが内蔵されており、このレギュレータ回路２８ａに前記ＥＣＵ２からの制御指令（例えば電圧）が入力されることで、基本的には車両の電装品の電気負荷と車載バッテリ電圧とに応じて発電量が制御されるようになっている。このようにしてオルタネータ２８の発電量が変更されるときには、これに伴いその駆動力、即ちエンジン１の外部負荷の大きさが変化することになる。

さらに、前記エンジンシステムＥには、前記クランク軸３の回転角を検出する２つのクランク角センサ３０，３１が設けられており、主に一方のクランク角センサ３０からの信号に基づいてエンジン回転速度を求めるとともに、詳しくは後述するが、それら２つのクランク角センサ３０，３１から出力される互いに位相のずれたクランク角信号によって、前記クランク軸３の回転方向及び回転角度を検出するようになっている。加えて、このエンジンシステムＥには、カムシャフトの特定の回転位置を検出して気筒識別信号として出力するカム角センサ３２、エンジン冷却水の温度（エンジン水温）を検出する水温センサ（図示せず）、アクセル開度（アクセル操作量）を検出するアクセル開度センサ３４等が配設されている。

前記ＥＣＵ２は、前記各センサ２５，２６，３０〜３４からの信号を受け、前記燃料噴射弁１６に対して燃料噴射量及びその噴射時期を制御する信号を出力するとともに、点火プラグ１５の点火装置２７に対して点火時期を制御する信号を出力し、さらに、前記スロットル弁２３のアクチュエータ２４に対してスロットル開度を制御する信号を出力する。そして、以下に詳述するが、前記ＥＣＵ２は、アイドル時において所定のエンジン停止条件が成立したときに、各気筒１２Ａ〜１２Ｄへの燃料供給を停止して（燃料カット）自動的にエンジンを停止させるとともに、その後、運転者のアクセル操作等により所定のエンジン再始動条件が成立したときには、自動的にエンジン１を再始動させるようになっている。

すなわち、前記エンジン１の再始動時には始動モータの力を借りることなく、エンジン１をそれ自体の力のみで始動させるのであるが、この実施形態では、図３に模式的に示すように、まず、ピストン１３が圧縮行程の途中で停止している気筒１２（図の例では＃１気筒１２Ａであり、以下、停止時圧縮行程気筒ともいう）で最初の燃焼を行わせて、ピストン１３を押し下げることにより、クランク軸３を少しだけ逆転させ（同図(a)）、これにより、膨張行程にある気筒１２（図の例では＃２気筒１２Ｂであり、以下、停止時膨張行程気筒ともいう）のピストン１３を上昇させて、この気筒１２Ｂ内の混合気を圧縮する（同図(b)）。そして、そのようにして圧縮されて温度及び圧力の高くなった膨張行程気筒１２Ｂ内の混合気に点火して、燃焼させることにより、クランク軸３に正転方向のトルクを与えて、エンジン１を始動するようにしている。

そのようにエンジン１をそれ自体の力のみによって始動させるためには、前記停止時膨張行程気筒１２Ｂの燃焼によってクランク軸３にできるだけ大きな正転方向のトルクを与え、これにより、同図(c)に示すように続いて圧縮上死点（以下、ＴＤＣと略称）を迎える気筒１２Ａが、その圧縮反力（圧縮圧力）に打ち勝ってＴＤＣを越えるようにしなければならない。従って、エンジン１の確実な始動のためには前記停止時膨張行程気筒１２Ｂ内に燃焼のための空気を十分に確保しておく必要がある。

そのために、この実施形態では、アイドル時にエンジン１を自動で停止させるときに、まず、各気筒１２Ａ〜１２Ｄの掃気が十分に行われるように、アイドル回転速度よりもやや高い所定回転速度で燃料カットを行うとともに、その後の所定期間、スロットル弁２３を開いて、予め設定した開度になるように制御する。そして、そのスロットル弁２３を予め設定した適切なタイミングで閉じることで、前記停止時膨張行程気筒１２Ｂ及び停止時圧縮行程気筒１２Ａへそれぞれ吸入される空気量が十分に多くなり、且つ該膨張行程気筒１２Ｂの空気量が圧縮行程気筒１２Ａよりもやや多くなるようにしている。

こうすることで、その２つの気筒１２Ａ，Ｂ内の空気の圧縮圧力のバランスによって、膨張行程気筒１２Ｂのピストン１３が行程中央部から多少、下死点（ＢＤＣ）寄りの再始動に好適な所定範囲Ｒ（後述）内に停止するようになる。

−エンジンの停止制御−
次に、前記ＥＣＵ２によるエンジン停止の制御について主に図４〜７を参照して説明する。なお、図４及び図５は停止制御の手順を示すフローチャート図であり、図６は、燃料カットから惰性で回転するエンジン１が停止するまでの間（以下、停止動作期間ともいう）におけるエンジン回転速度、クランク角及び各気筒１２Ａ〜１２Ｄの行程の変化を互いに対応づけて示すとともに、その間に行われるスロットル開度の制御と、これによる吸気圧力（吸気管負圧）の変化とを模式的に示す説明図である。

また、図７は、前記停止動作期間において徐々に回転が低下するエンジン１のＴＤＣ回転速度（後述）と、停止後の膨張行程気筒１２におけるピストン停止位置との相関関係を示す図である。

まず、前記図６(a)に示すように、エンジン１の運転中に所定の設定回転速度（図例では８００ｒｐｍ）で燃料カットが行われると（時刻ｔ０）、そのときにクランク軸３やフライホイール等の運動部分が有する運動エネルギーが機械的な摩擦や各気筒１２Ａ〜１２Ｄのポンプ仕事によって消費されることで、エンジン回転速度が徐々に低下し、エンジン１は惰性で数回転した後に停止することになる。詳しくは、そのようにエンジン１が惰性で回転する間、エンジン回転速度は、微視的には各気筒１２Ａ〜１２Ｄの圧縮上死点（ＴＤＣ）を迎える毎に一時的に大きく落ち込み、ＴＤＣを越えると再び上昇する、というようにアップダウンを繰り返しながら低下して行く。そして、例えば図示の如く約８００ｒｐｍで燃料カットした場合には、通常はＴＤＣを８、９回越えて、その最後のＴＤＣを越えた後に（時刻ｔ３）、その次のＴＤＣを越えることができなくなって、停止に至る（時刻ｔ４〜ｔ６）。

すなわち、前記の如くＴＤＣを越えることができずに圧縮行程に留まる気筒１２（図の＃１気筒１２Ａ）では、慣性力によるピストン１３の上昇に伴い空気圧が高まり、その圧縮反力によってピストン１３が一旦、停止（時刻ｔ４）した後に、ＢＤＣに向かって押し返される。これによりクランク軸３は逆転し、同図(a)に示すようにエンジン回転速度が負値になるが、そうすると、今度は膨張行程にある気筒１２（前記最後のＴＤＣを越えて膨張行程に移行した気筒であり、図例では＃２気筒１２Ｂ）の空気圧が上昇して、ピストン１３にＢＤＣ側への圧縮反力が作用し、この圧縮反力によって該膨張行程気筒１２のピストン１３が一旦、停止（時刻ｔ５）した後に、ＢＤＣに向かって押し返される。こうしてクランク軸３は再び正転し、エンジン回転速度は正値に戻る。

そのように、圧縮行程気筒１２及び膨張行程気筒１２のピストン１３にそれぞれ逆向きに作用する圧縮反力によって、各気筒１２Ａ〜１２Ｄのピストン１３はそれぞれ数回、往復作動した後に停止することになるが（時刻ｔ６）、その停止位置は、前記圧縮及び膨張行程気筒１２の圧縮反力のバランスによって概略決定されるとともに、エンジン１の摩擦等の影響を受けて、停止前に最後にＴＤＣを越えるときのエンジン１の回転慣性、即ち最後にＴＤＣを越えるときのエンジン回転速度の高低に応じて変化することになる。

従って、エンジン停止時に膨張行程にある気筒１２のピストン１３を再始動に適した所定範囲Ｒ内に停止させるためには、まず、その停止時膨張行程気筒１２及び停止時圧縮行程気筒１２の圧縮反力がいずれも十分に大きくなり、且つ膨張行程気筒１２の圧縮反力が圧縮行程気筒１２よりも所定以上、大きな適切なバランスとなるように、両方の気筒１２への吸入空気量を調節する必要がある。このために、この実施形態では、図６(c)に示すように、燃料カット後に直ちに開いたスロットル弁２３（時刻ｔ１）を所定期間の経過後に閉じて（時刻ｔ２）、同図(d)に示すように一時的に吸気管負圧を減少させる（吸気量は増大）ことで、停止時の圧縮及び膨張行程気筒１２にそれぞれ所要量の空気が吸入されるようにしている。

但し、実際のエンジン１ではスロットル弁２３自体や吸気ポート１７、分岐吸気通路２１ａ等の形状に個体ばらつきがあり、それらを流通する空気流の挙動が変化することもあって、エンジン１の停止動作期間に各気筒１２Ａ〜１２Ｄに流入する空気の量には或る程度のばらつきを生じるから、上述のようなスロットル弁２３の開閉制御を行ったとしても、それだけではエンジン停止時に圧縮行程や膨張行程になる気筒１２のピストン停止位置を正確に目標とする範囲Ｒ内に収めるることは難しい。

この点につき、この実施形態では、図７に一例を示すように、停止動作期間においてエンジン回転速度が徐々に低下する過程で、各気筒１２Ａ〜１２Ｄが順次、ＴＤＣを通過するときのエンジン回転速度（以下、ＴＤＣ回転速度ともいう）と、エンジン停止後に膨張行程にある気筒１２のピストン停止位置との間に明確な相関関係があることに着目して、前記図６(a)に示すようにエンジン回転速度が低下する過程で１８０°ＣＡ毎のＴＤＣ回転速度をそれぞれ検出し、この検出値に応じてオルタネータ２８の発電量やスロットル弁２３の開度を制御することにより、エンジン回転の落ち具合を調整するようにしている。

詳しくは、前記図７は、上述の如くエンジン回転速度が略８００ｒｐｍのときに燃料カットを行い、その後の所定期間、スロットル弁２３を開状態に維持するようにして、惰性で回転するエンジン１の各気筒１２Ａ〜１２ＤがＴＤＣを越える度に、そのときのエンジン回転速度（ＴＤＣ回転速度）を計測するとともに、そうして停止した後の膨張行程気筒１２のピストン位置を調べて、このピストン位置を縦軸に、また、前記ＴＤＣ回転速度を横軸に取って、両者の関係を表したものである。このような作業を所定回数、繰り返すことで、エンジン停止動作期間におけるＴＤＣ回転速度と停止後の膨張行程気筒１２におけるピストン停止位置との間の相関関係を表す分布図が得られる。

図の例では、エンジン停止前の最後のＴＤＣを越えるときの回転速度は示されておらず、燃料カット直後のＴＤＣ回転速度（図例では最後から数えて９番目のもの）から最後の１つ前のＴＤＣ回転速度（最後から数えて２番目のもの）までのデータが示されている。この最後から９〜２番目のＴＤＣ回転速度は、それぞれ一塊りとなって分布しており、特に図示の６〜２番目のものにおいて明らかなように、ＴＤＣ回転速度が或る特定の範囲（図に斜線を入れて示す範囲）にあれば、ピストン停止位置が再始動に好適な範囲Ｒ（図の例ではＡＴＤＣ１００〜１２０°ＣＡ）に入ることが分かる。

前記の如く、膨張行程気筒１２のピストン１３がエンジン１の再始動に好適な所定範囲Ｒに停止することになるＴＤＣ回転速度の特定の範囲を以下、この明細書では適正回転速度範囲と呼ぶものとする。そして、この実施形態では、以下に詳述するが、前記図６(a)のようにエンジン回転速度がアップダウンを繰り返しながら低下するときに、各気筒１２Ａ〜１２Ｄ毎のＴＤＣ回転速度をそれぞれ検出し、この検出値と前記適正回転速度範囲とを比較して、両者の速度偏差に応じてオルタネータ２８の発電量やスロットル弁２３の開度を制御するようにしている。

すなわち、まず、燃料カット直後の所定期間は、上述の如く、各気筒１２Ａ〜１２Ｄの掃気等のためにスロットル弁２３を比較的大きく開いており、このスロットルの開度をさらに調整しても気筒１２のポンプ仕事量があまり変化しないから、これによるエンジン回転速度の調整は難しい。そこで、この間は意図的にオルタネータ２８を発電作動させるとともに、その発電量を変更制御して、そのための発電駆動力の大きさを変化させることにより、エンジン回転速度の低下の度合い調整する。この際、ＴＤＣ回転速度が適正回転速度範囲の下限寄りになるように、即ちエンジン回転がやや落ち気味になるように、オルタネータ２８の発電量を大きめに制御する。

また、前記所定期間の経過後は、スロットル弁２３の開度を制御してエンジン１のポンプ仕事量を調整することによって、エンジン回転速度の低下の度合いを調整する。但し、サージタンク２１ｂの上流に配置したスロットル弁２３の場合、これを閉じる側に制御しても各気筒１２Ａ〜１２Ｄの吸気量の変化は鈍いから、前記のように予めオルタネータ２８の制御によってエンジン回転速度を低めに誘導しておいて、ＴＤＣ回転速度が適正回転速度範囲よりも低くなったときにのみ、エンジン回転速度の低下が緩やかになるようにスロットル開度を開き側に制御するようにしている。

そのように、オルタネータ２８の発電制御とスロットル弁２３の開度の制御とによってエンジン回転速度の低下の度合いを調整して、遅くとも最後のＴＤＣを通過するまでにＴＤＣ回転速度が前記適正回転速度範囲に収まるようにすれば、この時点でクランク軸３やフライホイール、或いはピストン１３、コネクティングロッド等の運動部分が有する運動エネルギーや圧縮行程気筒１２の高圧空気が有する位置エネルギー等が、その後に作用する摩擦等と見合うものになって、エンジン１の停止時に膨張行程にある気筒１２のピストン１３を前記の再始動に適した所定範囲Ｒ内に停止させることができるのである。

次に、上述したエンジン停止制御の具体的な手順を図４及び図５のフローチャートに基づいて説明すると、このフローはエンジン運転中の所定のタイミングでスタートして（ＳＴＡＲＴ）、ステップＳＡ１ではアイドルストップの条件（IDL Stop条件）が成立したか否かの判定を行う。この判定は、車速、ブレーキの作動状況、エンジン水温等に基づいて行うもので、例えば車速が所定速度よりも小さく、ブレーキが作動していて、エンジン水温が所定範囲内にあり、さらにエンジン１を停止させることに特に不都合のない状況であれば、アイドルストップ条件が成立したものとする。

前記図４のステップＳＡ１でアイドルストップ条件が成立したとき（ＹＥＳの場合）には、続くステップＳＡ２で、いずれか１つの気筒１２（例えば１番気筒１２Ａ）を特定して、エンジンを停止させる所定の条件が成立したかどうかの判定を行う。すなわち、エンジン回転速度が燃料カットの設定回転速度（この実施形態では略８００ｒｐｍ）であるかどうか、前記特定した気筒１２が予め設定した行程（例えば吸気行程）にあるかどうか等を判定する。

そして、全ての条件が成立してＹＥＳと判定されれば、ステップＳＡ３に進んで、各気筒１２Ａ〜１２Ｄへの燃料噴射を停止し（燃料ｃｕｔ）、続くステップＳＡ４ではスロットル弁２３を設定開度になるように開く（スロットルｏｐｅｎ）。これにより、図６(c)(d)に示すように各気筒１２Ａ〜１２Ｄへの吸気量が増大し、十分な掃気が行われるとともに、排気通路２２に配設された触媒２９にも多量の新気が供給されることになり、この触媒２９に吸蔵される酸素の量が十分に多くなる。

続いて、ステップＳＡ５において、クランク角センサ３０からの信号により求められるＴＤＣ回転速度が適正回転速度範囲にあるかどうか判定する（ＴＤＣ時の回転速度が所定範囲内？）。この判定がＹＥＳでＴＤＣ回転速度が適正回転速度範囲にあれば、ステップＳＡ６に進み、今度はエンジン回転速度が所定回転速度以下かどうか判定する。この所定回転速度は、吸気の輸送遅れを考慮して、図６(c)(d)に示すように停止時膨張行程気筒１２（図例では＃２気筒１２Ｂ）への吸気量が停止時圧縮行程気筒１２（図例では＃１気筒１２Ａ）よりも多くなるようなタイミングでスロットル弁２３を閉じるためのものであって、同図の時刻ｔ２に対応し、この実施形態では例えば約５００〜６００ｒｐｍの範囲に設定されている。そして、エンジン回転速度が前記所定回転速度以下になれば（ステップＳＡ６でＹＥＳ）、後述のステップＳＡ９に進む一方、エンジン回転速度が所定回転速度よりも高ければ（ＮＯの場合）、前記ステップＳＡ５にリターンする。

前記ステップＳ５においてＴＤＣ回転速度が適正回転速度範囲にないと判定された場合（ＮＯの場合）には、ステップＳＡ７に進み、ＴＤＣ回転速度と適正回転速度範囲との間の回転速度の偏差に基づいてオルタネータ２８の発電量を算出する。この発電量は、例えばエンジン回転速度、適正回転速度範囲からの速度偏差及び現在の発電量に応じて予め設定されたマップから読み出され、例えばＴＤＣ回転速度が適正回転速度範囲の上限よりも高いときには、エンジン１の負荷が増えるようにオルタネータ２８の発電量を増大させる一方、ＴＤＣ回転速度が適正回転速度範囲の下限よりも低いときには、エンジン１の負荷が減るように発電量を減少させるものである。また、前記マップにおいて発電量の目標値は、ＴＤＣ回転速度が適正回転速度範囲の下限付近になるよう大きめに設定されている。

そして、前記ステップＳＡ７に続くステップＳＡ８では、前記の算出結果に応じてオルタネータ２８のレギュレータ回路２８ａに制御指令を出力する（オルタネータ発電）。このオルタネータ２８の発電作動によってエンジン１の負荷が調整されることで、惰性で回転するエンジン１の回転速度の軌跡は高回転側又は低回転側のいずれかにシフトされて、徐々に目標とする軌跡に近づいて行く。そうして、エンジン回転速度が前記ステップＳＡ６の所定回転速度以下になれば（ＹＥＳ）、ステップＳＡ９に進んで、スロットル弁２３を閉じて（スロットルｃｌｏｓｅ）、図５のステップＳＡ１０に進む。

図５のフローのステップＳＡ１０では、前記ステップＳＡ５と同様にＴＤＣ回転速度が適正回転速度範囲にあるかどうか判定し、判定がＹＥＳでＴＤＣ回転速度が適正回転速度範囲にあれば、ステップＳＡ１１に進む一方、ＴＤＣ回転速度が適正回転速度範囲にないと判定された場合（ＮＯの場合）には、ステップＳＡ１２に進み、ＴＤＣ回転速度の適正回転速度範囲からの偏差に基づいてスロットル弁２３の開度を算出する。このスロットル開度は、例えばエンジン回転速度、適正回転速度範囲からの速度偏差及び現在の開度に応じて予め設定されたマップから読み出され、ＴＤＣ回転速度が適正回転速度範囲の下限よりも低いときには、エンジン１のポンプ仕事量が減少するようにスロットル開度を増大する（図６(c)のＴＶＯ）一方、ＴＤＣ回転速度が適正回転速度範囲の上限よりも高いときには、スロットル制御を行わないように設定されている。

すなわち、サージタンク２１ｂ上流のスロットル弁２３を用いる場合には、吸気を絞る側への応答遅れが大きくなり、十分な制御性が得られないから、上述の如く、予めオルタネータ２８の発電作動による負荷を大きめにして、エンジン回転速度の低下度合いを大きく（回転速度を低めに）しておいて、ＴＤＣ回転速度が適正回転速度範囲の下限よりも低いときにのみ、スロットル弁２３を開く側に駆動してエンジン回転速度の低下の度合いを緩やかにするのである。そして、続くステップＳＡ１３でスロットル弁２３のアクチュエータ２４を駆動して（スロットル駆動）、前記ステップＳＡ１１に進む。

前記のようなオルタネータ２８及びスロットル弁２３の制御によって、燃料カット後のエンジン回転速度の低下度合いを調整することで、図６(a)に示すようにアップダウンを繰り返しながら徐々に低下するエンジン回転速度の軌跡を徐々に修正して、遅くとも最後のＴＤＣまでには適正回転速度範囲に収めることが可能になる。

そして、ステップＳＡ１１では、検出したＴＤＣ回転速度が所定値Ａ以下かどうか判定する。この所定値Ａは、予め実験的に求めたエンジン停止前の最後のＴＤＣ回転速度に対応づけて設定したものであり、前記ステップＳＡ１０で求めたＴＤＣ回転速度が所定値Ａよりも高ければ（判定がＮＯの場合）、エンジン１は最後のＴＤＣを未だ通過していないので、上述のスロットル弁２３の制御を継続すべく、ステップＳＡ１０にリターンする。

一方、ＴＤＣ回転速度が所定値Ａ以下ならば（判定がＹＥＳの場合）、エンジン１は最後のＴＤＣを既に通過しているので、その後は、上述の如く、各々圧縮行程及び膨張行程にある２つの気筒１２，１２の圧縮反力によって正転側及び逆転側に数回、回転作動した後に、停止することになる。そこで、ステップＳＡ１４に進んで、クランク角センサ３０，３１からの信号に基づいてエンジン１の停止（完全な停止）を確認し、ＹＥＳでエンジン１の停止が確認されれば、ステップＳＡ２２に進んで、後述のサブルーチン（図８，９参照）により、２つのクランク角センサ３０，３１から出力される互いに位相のずれたクランク角信号に基づいて、膨張行程にある気筒１２のピストン停止位置を検出し、これをＥＣＵ２のメモリに記憶して、エンジン停止制御を完了する（ＥＮＤ）。

すなわち、前記のようにエンジン１の停止の直前には、クランク軸３が正逆両方に数回、回動するので、クランク角センサ３０からの信号をカウントするのみではピストン停止位置を検出することはできない。そこで、この実施形態では、２つのクランク角センサ３０，３１から出力される互いに位相のずれたクランク角信号に基づいて、以下のようにクランク軸３の回転方向及び回転角度を検出し、これにより各気筒１２Ａ〜１２ＤのＴＤＣ又はＢＤＣに対するクランク角、即ちピストン停止位置を検出するようにしている。

具体的に図８は、ピストンの停止位置を検出するためのサブルーチンを示すフローチャートであり、このフローがスタートすると、ステップＳＣ１で、第１クランク角信号ＣＡ１（第１クランク角センサ３０からの出力信号）及び第２クランク角信号ＣＡ２（第２クランク角センサ３１からの出力信号）に基づいて、ＥＣＵ２が前記第１クランク角信号ＣＡ１の立ち上がり時に前記第２クランク角信号ＣＡ２がＬｏｗ、Ｈｉｇｈのいずれであるか、或いは、前記第１クランク角信号ＣＡ１の立ち下がり時に前記第２クランク角信号ＣＡ２がＨｉｇｈ、Ｌｏｗのいずれであるか、を判定する。つまり、これらの信号ＣＡ１，ＣＡ２の位相の関係が図９（ａ）のようになるか、又は図９（ｂ）のようになるかを判別して、これによりエンジン１の正転、反転を判別する。

より詳しくは、エンジンの正転時には、図９（ａ）のように、第１クランク角信号ＣＡ１に対して第２クランク角信号ＣＡ２が半パルス幅程度の位相遅れを生じることになり、前記第１クランク角信号ＣＡ１の立ち上がり時に第２クランク角信号ＣＡ２がＬｏｗに、前記第１クランク角信号ＣＡ１の立ち下がり時に第２クランク角信号ＣＡ２がＨｉｇｈになる。一方、エンジンの逆転時には、図９（ｂ）のように、前記第１クランク角信号ＣＡ１に対して第２クランク角信号ＣＡ２が半パルス幅程度の位相の進みを生じることになり、上述のエンジン正転時とは逆に、前記第１クランク角信号ＣＡ１の立ち上がり時に第２クランク角信号ＣＡ２がＨｉｇｈに、前記第１クランク各信号ＣＡ１の立ち下がり時に第２クランク角信号ＣＡ２がＬｏｗになるからである。

そして、前記フローのステップＳＣ１でエンジン１が正転状態であると判定された場合（ＹＥＳの場合）には、エンジン１の正転方向のクランク角変化を計測するためのＣＡカウンタのカウント数を増やし、反対に逆転状態であると判定された場合（ＮＯの場合）には前記ＣＡカウンタのカウント数を減らすようにする。ここで、第１クランク角信号ＣＡ１及び第２クランク角信号ＣＡ２の立ち上がり及び立ち下がりは、クランク軸３の回転により所定角度毎（この実施形態では、立ち上がり又は立ち下がりのそれぞれの間隔が略１０度毎）に生じるように設定されているため、第１クランク角信号ＣＡ１の立ち上がり及び立ち下がり時の第２クランク角信号ＣＡ２の状態により、前記のようにしてエンジン１の正転・逆転を判定することができるとともに、前記第１クランク角信号ＣＡ１及び第２クランク角信号ＣＡ２の立ち上がり又は立ち下がりの回数によって、クランク軸３の回転角度を求めることができる。こうして、エンジン停止時に上述の如くクランク軸３が正逆、両方に回動しても、そのことに依らず正確にクランク角を検出して、ピストン停止位置を求めることができる。

前記図４に示すエンジン停止制御のフローのステップＳＡ３により、運転中のエンジン１の各気筒１２Ａ〜１２Ｄへの燃料供給を停止することにより、エンジン１を停止させるエンジン停止手段２ａが構成され、また、ステップＳＡ４、ＳＡ６，ＳＡ９により、前記エンジン停止手段２ａによる燃料カット後の停止動作期間において、所定期間、各気筒１２Ａ〜１２Ｄの吸気量が増大するようにスロットル弁２３を開く吸気流量制御手段２ｂが構成されている。

以上、詳述したエンジン停止制御によると、アイドル時に燃料カットによりエンジン１を自動停止させるときには最初の所定期間、スロットル弁２３を開いて、停止後に各々膨張行程及び吸気行程になる気筒１２，１２にそれぞれ所要量の空気が吸入されるようにするとともに、オルタネータ２８及びスロットル弁２３の制御によりエンジン回転速度の低下の度合いを調整することで、エンジン停止後の膨張行程気筒１２においてピストン１３を再始動に好適な所定範囲Ｒに停止させることができる。

また、前記の如くエンジン停止動作期間において所定期間、スロットル弁２３が開かれることで、各気筒１２Ａ〜１２Ｄ内の既燃ガスが殆ど全て筒外へ掃気されて、それぞれ新気で満たされるとともに、排気通路２２の触媒２９における酸素吸蔵量の多い状態になる。但し、エンジン１の停止後は吸排気弁１９，２０の閉じている膨張行程気筒１２や圧縮行程気筒１２であってもすぐに空気圧がリークすることから、各気筒１２Ａ〜１２Ｄには、それぞれピストン停止位置に対応する容積内に略大気圧の新気（空気）が存在する状態になる。

−エンジンの始動制御−
次に、上述のようにアイドル時に自動停止したエンジン１の再始動について、主に図３及び図１０〜１３に基づいて説明する。なお、図１０及び図１１は、始動制御の手順を示すフローチャートであり、図１２は、始動時の各気筒１２Ａ〜１２Ｄ毎の燃料噴射及び点火タイミングを当該各気筒１２Ａ〜１２Ｄの行程の変化と吸排気弁の開閉状態とに対応づけて示した行程図である。また、図１３は、前記始動時の各気筒１２Ａ〜１２Ｄ毎の燃料噴射及び点火によって、当該各気筒１２Ａ〜１２Ｄの筒内圧、発生トルク及びエンジン回転速度が変化する様子を示したタイムチャートである。

この実施形態のエンジン始動制御は、上述したようにエンジン１をそれ自体の力のみによって始動させるものであり、前記図３及び図１２に一例を示すように、最初に停止時圧縮行程気筒１２Ａ（＃１気筒）で燃焼を行わせてエンジン１を一旦、逆転作動させ（図３(a)、図１２のａ１，ａ２）、これにより停止時膨張行程気筒１２Ｂ（＃２気筒）内を圧縮して、温度及び圧力の上昇した当該膨張行程気筒１２Ｂ内の混合気に点火して、燃焼させる（図３(b)、図１２のａ３，ａ４）。こうすることで、該膨張行程気筒１２Ｂの燃焼圧が十分、高くなるとともに、有効なストロークが長くなって、大きな始動トルクが得られるようになる。

しかし、そのように最初に停止時圧縮行程気筒１２Ａで燃焼を行わせると、この燃焼による既燃ガスが気筒１２Ａ内に充満することから、この気筒１２Ａが図３(c)に示すように始動時の最初のＴＤＣを迎えるときに、ピストン１３に作用する圧縮反力がかなり大きなものとなって、そのＴＤＣを越えることができずに始動に失敗する虞れがある。また、圧縮反力に打ち勝ってＴＤＣを越えることができたとしても、そのときのエンジン回転速度の落ち込みが大きくなるし、既燃ガスの充満する気筒１２Ａでは燃焼により始動トルクを得ることができないから、エンジン回転をスムーズに上昇させることができない。

さらに、前記＃１気筒１２Ａの次の点火順の＃３気筒１２Ｃは吸気行程で停止していたものであり（以下、停止時吸気行程気筒ともいう）、この気筒１２Ｃ内の空気がエンジン停止中に気筒壁面からの放熱により暖められて、かなり温度の高い状態になっている上に、吸気通路２１内の比較的暖かい空気を吸入して略大気圧のフル充填状態になるので、圧縮行程でピストン１３に作用する圧縮反力がかなり大きくなるとともに、気筒１２Ｃ内の温度及び圧力の上昇によって非常に自着火の発生しやすい状態になる。

より具体的に、その停止時吸気行程気筒１２Ｃ内の圧力が変化する様子を図１４に示すと、同図(a)に示すように、高温の空気の充填によって圧縮行程の初期から気筒内圧が立ち上がり、これが時間の経過とともに上昇して、同図(b)に示すように逆転方向へのトルク（マイナスのトルク）が発生する。そして、図に仮想線で示すように圧縮行程後期に自着火が発生すると、気筒内圧が急峻に立ち上がり、これによりエンジン１に大きな逆転トルクが作用して、始動に失敗することになる。

斯かる問題点に鑑みて、この実施形態の始動制御では、本願発明の特徴部分として、まず前記停止時圧縮行程気筒１２Ａの燃焼によるエンジン１の逆転トルクを確保して、停止時膨張行程気筒１２Ｂを十分に圧縮することにより、当該気筒１２Ｂの燃焼による正転方向の始動トルクを大幅に増大させる。その上で、エンジン１の正転作動に伴い前記停止時圧縮行程気筒１２Ａが圧縮されるときに追加の燃料噴射を行い（図１２のａ５）、その気化潜熱による冷却効果で圧縮圧力を低下させることで、図３の(c)に示すように、当該気筒１２Ａが始動時に最初に迎えるＴＤＣを確実に越えて、エンジン１の正転方向の回転が持続するようにする。

また、前記停止時圧縮行程気筒１２Ａの次の点火順である停止吸気行程気筒１２Ｃ（＃３気筒）に対しては、この気筒１２Ｃが圧縮行程に移行して温度及び圧力が高くなった状態で燃料を噴射し、その気化潜熱による冷却効果で圧縮圧力を低下させるとともに、自着火の発生を防止する。そして、この気筒１２Ｃが図３(d)の如くＴＤＣを通過した後に、点火、燃焼させることで、エンジン１に正転方向のトルクを付与するようにしている。

次に、始動制御の具体的な手順について図１０及び図１１のフローチャートに基づいて説明すると、このフローはエンジン停止状態からスタートし（ＳＴＡＲＴ）、まず、図１０のステップＳＢ１において所定のエンジン再始動条件が成立したか否かを判定する。この再始動条件とは、停車状態から発進するためにブレーキが解除された場合やアクセル操作等が行われた場合、エアコン等の動作のためにエンジンの運転が必要になった場合等であり、このような条件が成立していなければ、成立するまで待機する一方、再始動条件が成立すれば（ステップＳＢ１でＹＥＳ）、ステップＳＢ２へ進む。

ステップＳＢ２では、上述のサブルーチン（図８、９参照）により求められたピストン１３の停止位置に基づいて、停止時圧縮行程気筒１２（図３では＃１気筒１２Ａ）及び停止時膨張行程気筒１２（図３では＃２気筒１２Ｂ）内の空気量をそれぞれ算出する。すなわち、ピストン１３の停止位置から前記停止時圧縮行程気筒１２及び停止時膨張行程気筒１２内の容積をそれぞれ求めるとともに、前記の如くエンジン１の各気筒１２Ａ〜１２Ｄ内が殆ど大気圧状態の新気で満たされていると仮定して、前記両気筒１２，１２の空気量をそれぞれ算出する。

続いてステップＳＢ３では、前記ステップＳＢ２で算出した停止時圧縮行程気筒１２の空気量に対して所定の空燃比（圧縮行程気筒１回目用Ａ／Ｆ）となるような燃料噴射量を算出して、該圧縮行程気筒１２に燃料を噴射する。具体的には、前記空燃比は、エンジン停止時のピストン停止位置等に対応付けて予め設定されたマップから求められ、これにより、前記圧縮行程気筒１２の空燃比は理論空燃比よりもリッチな値（Ａ／Ｆで略１１〜１４の範囲が好ましく、略１３がさらに好ましい）に設定される。なお、失火を防ぐためには空燃比がリッチ側の可燃限界値（Ａ／Ｆで略７くらい）よりもリーンになるように燃料噴射量を制御する必要がある。

次に、ステップＳＢ４において、停止時圧縮行程気筒１２への燃料噴射から燃料の気化時間を考慮して設定される所定時間経過後に、当該気筒１２の点火プラグ１５に通電して、混合気に点火する。そして、ステップＳＢ５で、前記ステップＳＢ４の点火から一定時間内にクランク角センサ３０，３１からの信号のエッジ（クランク角信号の立ち上がり又は立ち下がり）が検出されたか否かにより、ピストン１３が動いたかどうかを判定し（クランク角信号の検出による判定は上述のサブルーチンによる）、失火等のためにピストン１３が動かなかった場合（ＮＯの場合）には、ステップＳＢ６に戻って前記圧縮行程気筒１２に対して繰り返し点火する。

一方、前記ステップＳＢ５でクランク角信号のエッジが検出されて（ＹＥＳの場合）、ピストン１３が動いた、すなわちエンジン１が逆回転を始めたと判定された場合には、ステップＳＢ７に進んで、前記ステップＳＢ２で算出された停止時膨張行程気筒１２の空気量に対して所定の空燃比（膨張行程気筒１２用Ａ／Ｆ）となるように該膨張行程気筒１２に燃料を噴射する。この場合も、前記膨張行程気筒１２用の空燃比は、前記ステップＳＢ３と同様に、エンジン停止時のピストン停止位置等に対応付けて予め設定されたマップから求められ、これにより、略理論空燃比もしくはそれよりも若干リッチな値に設定される（Ａ／Ｆで略１３が好ましい）。

そして、続くステップＳＢ８では、前記エンジン１の逆転作動を検出してから所定時間（点火ディレイ）の経過後に、膨張行程気筒１２に点火して、燃焼させる。この点火ディレイ時間は、エンジン１の逆転作動により停止時膨張行程気筒１２のピストン１３が上昇して、この気筒１２内の混合気が十分に圧縮され、且つその圧縮反力によってピストン１３が殆ど停止するまでの時間に対応するものであり、エンジン停止時のピストン停止位置等に対応付けて予め設定されたマップから求められる。このように膨張行程気筒１２内で十分に圧縮された混合気に点火して、燃焼させることで、エンジン１は十分に大きなトルクでもって正転方向に回転し始める。

続いてステップＳＢ９では、前記エンジン１の正転作動に伴い最初のＴＤＣを迎える前記停止時圧縮行程気筒１２に対して、この気筒１２に対する２回目の燃料噴射（追加の燃料噴射）を、燃料の気化時間を考慮した所定のタイミングで実行する。こうして噴射された燃料が気化するときに周囲のガスから熱を奪うことによって（気化潜熱）、圧縮行程気筒１２内の温度が下がり、筒内圧力が低下するため、当該気筒１２内に既燃ガスが充満していても、その圧縮反力を低下させることができ、ピストン１３がＴＤＣを確実に越えられるようになる。このことで、前記ステップＳＢ８における停止時膨張行程気筒１２の燃焼により開始されたエンジン１の正転作動が持続され、停止時圧縮行程気筒１２がＴＤＣを越えて、各気筒１２Ａ〜１２Ｄがそれぞれ次の行程へと進むことになる。

ここで、前記停止時圧縮行程気筒１２への追加噴射のタイミングは、当該気筒１２の正転中における圧縮行程をクランク角で前期、中期及び後期の３つに略等分したときの中期以降とするのが好ましい。これは、燃料の噴射時期とこれによる気筒内圧の低減効果との間には図１５に一例を示すような関係があり、圧縮行程の前期で燃料噴射を行うとすると、過早なタイミングで気筒１２内のガス温が低下する結果として、このガスが気筒壁面から受け取る受熱量が増大するとともに、気化した燃料によってガスの密度が増加することで、気筒１２内の温度及び圧力の低減効果が減殺されてしまう（再始動に要する仕事が増大する）からである。

なお、前記追加噴射のタイミングがあまり遅くなると、今度は燃料の気化が遅れて十分な冷却効果が得られなくなるので、結局、燃料の追加噴射は気筒１２の圧縮行程中期から後期の前半までに行うのが好ましいといえる。

前記ステップＳＢ９に続いて、図１１のステップＳＢ１０では、前記のように開始されたエンジン１の正転作動によって停止時の吸気行程気筒１２（図３では＃３気筒１２Ｃ）内に充填される空気の量を算出する。すなわち、停止時吸気行程気筒１２は、前記停止時圧縮行程気筒１２に続いて始動時の２番目のＴＤＣを迎えるものであるが、上述したように、その気筒１２内には比較的高温の空気が略大気圧状態でフル充填されていて、非常に自着火の発生しやすい状態になっている。

そこで、前記ステップＳＢ１０では、エンジン水温、エンジン停止時間、吸気温度等から推定される筒内温度と大気圧とに基づいて、前記停止時吸気行程気筒１２内の空気の密度を推定し、この推定値に基づいて当該気筒１２内の空気充填量を算出する。そして、続くステップＳＢ１１では、主に前記筒内温度の推定値に基づいて、自着火を防止するための空燃比のリッチ側への補正値を算出し、続くステップＳＢ１２において、前記補正値を加味して決定した空燃比と、前記ステップＳＢ１０で算出された気筒１２内の空気充填量とに基づいて、該停止時吸気行程気筒１２への燃料噴射量を算出する。

続いて、ステップＳＢ１３において、前記停止時吸気行程気筒１２が圧縮行程に移行した後に、その気筒１２内に圧縮行程の中期以降で燃料を噴射する。こうすることで、燃料の気化潜熱により、前記停止時圧縮行程気筒１２の場合と同様に気筒１２内の温度及び圧力が低下するので、前記の如く当該気筒１２内が比較的高温の空気により満たされていても、圧縮に伴う温度及び圧力の上昇を抑えて自着火の発生を防止することができる。また、気筒１２の圧縮反力も低下するので、ＴＤＣ通火時のエンジン回転の落ち込みが小さくなる。

ここで、前記停止時吸気行程気筒１２内に圧縮行程で噴射する燃料の量は、当該気筒１２内の平均的な空燃比が理論空燃比近傍の所定範囲（例えばＡ／Ｆで略１２〜１６）に入るように、より好ましくは理論空燃比よりもややリッチな状態（例えばＡ／Ｆで略１３くらい）になるように制御する。これは、図１６に一例を示すような空燃比と気筒内圧の低減効果との間の相関関係を考慮したもので、空燃比がＡ／Ｆで略１６よりもリーンな状態では燃料噴射量が少なすぎて、前記した気化潜熱による温度及び圧力の低下が十分でなくなり、再始動に要する仕事が増大する一方、Ａ／Ｆで略１２よりもリッチな状態では、今度は燃料が多くなって混合気の密度が高くなることの影響を受けて、再始動に要する仕事が増大するからである。なお、前記停止時吸気行程気筒１２の圧縮行程における燃料の噴射タイミングは、前記停止時圧縮行程気筒１２の場合と同じ理由で、圧縮行程の中期以降とするのが好ましい。

そして、ステップＳＢ１４において、前記停止時吸気行程気筒１２が圧縮行程からＴＤＣを越えて、膨張行程に移行した後に点火プラグ１５に通電して、当該気筒１２内の混合気に点火する。この点火時期も通常のエンジン始動時であればＴＤＣよりも進角側（例えばＴＤＣ前１０°ＣＡくらい）に設定されているものであるが、このフローのように始動モータを用いないで始動する場合には、ＴＤＣ前の点火、燃焼によってピストン１３に作用する燃焼圧が逆転方向のトルクとなってエンジン始動の妨げとなる虞れがあるので、これを回避するために、ＴＤＣ通過後の膨張行程で点火するようにしている。

続いて、ステップＳＢ１５では、スロットル弁２３よりも下流の吸気通路２１の吸気圧力（吸気管負圧）がエンジン１の通常のアイドル運転時と比較して高いかどうか判定する。この判定でアイドル時よりも高いと判定された場合（ＹＥＳの場合）には、ステップＳＢ１６に進み、前記停止時吸気行程気筒１２に続いてＴＤＣを迎える気筒１２（図３では＃４気筒１２Ｄ）、即ち排気行程で停止している停止時排気行程気筒１２の点火時期もＴＤＣ以降に遅角させて、前記ステップＳＢ１５へリターンする。そして、吸気圧力がアイドル運転時と同じになるまでは（ステップＳＢ１５でＹＥＳ）、前記ステップＳＢ１６に進んで、順次、点火時期を迎える各気筒１２Ａ〜１２Ｄの点火時期をそれぞれＴＤＣ以降に遅角補正する一方、吸気圧力がアイドル運転時以下になれば（ステップＳＢ１５でＮＯ）、ステップＳＢ１７に進んで、通常のエンジン制御へ移行する。

すなわち、エンジン１の始動開始に伴い吸気行程に移行する前記停止時排気行程気筒１２Ｄと、その後、順番に吸気行程を迎える各気筒１２Ｂ，１２Ａ，１２Ｃとに、それぞれ吸気通路２１から大気圧に近い状態の空気が吸入されて、比較的高い空気充填状態になることを考慮して、吸気管負圧が比較的小さい間（吸気圧力が高い間）は前記各気筒１２Ａ〜１２Ｄの点火時期を遅角側に補正することで、燃焼トルクの増大を抑えて、エンジンの急激な吹け上がりを防止するようにしている。

前記図１０に示すエンジン始動制御のフローのステップＳＢ２により、停止時圧縮行程気筒１２内の空気量を検出する空気量検出手段２ｃが構成され、ステップＳＢ３、ＳＢ７、ＳＢ９により、エンジン１の各気筒１２Ａ〜１２Ｄ内に臨んでそれぞれ配設された燃料噴射弁１６の作動を制御する燃料噴射制御手段２ｄが構成されている。

そして、前記燃料噴射制御手段２ｄは、停止時圧縮行程気筒１２内への最初の燃料噴射量を平均的な空燃比がリッチになるように制御するとともに、当該気筒１２がエンジン１の正転作動に伴い圧縮されるときに、この圧縮行程の中期以降の所定のタイミングで追加の燃料噴射を行い、さらに、続いて圧縮行程に移行する停止時吸気行程気筒１２に対しても同様のタイミングで燃料噴射を行うように構成されている。

また、前記フローのステップＳＢ８と、図１１のフローのステップＳＢ１４、ＳＢ１６とにより、エンジン始動時に前記各気筒１２Ａ〜１２Ｄの点火時期を制御する点火制御手段２ｅが構成されており、この点火制御手段２ｅは、少なくとも前記停止時吸気行程気筒１２及び停止時排気行程気筒１２の最初の点火時期をそれぞれＴＤＣ後まで遅角するようになっている。
−作用効果−
したがって、この実施形態のエンジンシステムＥ（エンジンの始動装置）によると、まず、アイドル時にエンジン１が自動で停止するときには、上述の停止制御（図４〜６等）により、各気筒１２Ａ〜１２Ｄの既燃ガスを掃気し、且つエンジン停止後に膨張行程になる気筒１２のピストン停止位置を行程中央部よりもややＢＤＣ寄りの再始動に好適な所定範囲Ｒ内とすることができる。また、エンジン１の停止動作期間中に排気浄化触媒２９に十分な量の新気を供給することができ、これにより該触媒２９の酸素吸蔵量が十分に多い状態になる。

一方、エンジン１の再始動時には、上述の始動制御（図１０〜１２等）により、始動モータ等を用いることなく、再始動要求に応じてエンジン１を始動させる。すなわち、前記図１２を参照しつつ、図１３に基づいて時系列に説明すると、エンジン１の停止中に再始動要求があったとき（図１３の時刻０）、まず、同図(b)に符号ａ１として示すように、圧縮行程で停止している＃１気筒１２Ａの燃料噴射弁１６が作動されて、当該気筒１２Ａ内に燃料が噴射され、これにより当該気筒１２内に空燃比のリッチな混合気が形成される。このリッチ混合気に点火プラグ１７により点火されて（ａ２）燃焼すると、同図(f)にＴ１として示すようにマイナス方向のトルク（逆転トルク）が発生し、これによりクランク軸３が逆転方向（図１２の左方向）に回動する。このため、図１３(a)の如くエンジン回転速度は一時的に負の値になる。

前記エンジン１の逆転作動がクランク角センサ３０，３１からの信号により検出されると、図１３(c)の如く、停止時膨張行程気筒１２（＃２気筒１２Ｂ）の燃料噴射弁１６が作動されて（ａ３）、当該気筒１２Ｂ内に混合気が形成され、逆転作動によるピストン１３の上昇によって圧縮される。この際、前記の逆転トルクＴ１が十分に大きいことから、停止時膨張行程気筒１２Ｂのピストン１３はＴＤＣの近傍まで上昇し、気筒１２Ｂ内の混合気が十分に圧縮されて温度及び圧力の高い状態になる。そして、その圧縮圧力によりエンジン１の回転方向が逆転から正転に反転したとき、即ち、同図(a)に示すようにエンジン回転速度が負値から零に戻った直後に点火が行われると（同図(c)のａ４）、これにより大きな燃焼圧が発生し、同図(f)にＴ２として示すように始動トルクが急峻に立ち上がって、同図(a)の如くエンジン回転速度が上昇する（正転開始）。

そして、その正転作動に伴い停止時圧縮行程気筒１２Ａ内が圧縮されるとき、同図(b)に示すように、その圧縮行程の中期以降で再び当該気筒１２Ａ内への燃料噴射（追加の燃料噴射）が行われて（ａ５）、燃料の気化潜熱により気筒１２Ａ内が冷却されることにより、この追加の燃料噴射を行わない場合（図に破線で示す）に比べて気筒１２Ａ内の温度及び圧力の上昇が大幅に抑制される。これにより、エンジン１は始動時に最初に迎えるＴＤＣ（第１のＴＤＣ）を確実に越えることができるようになり、しかも、その際のエンジン回転の落ち込みが抑制される。また、前記圧縮行程気筒１２Ａの冷却のために噴射された燃料は、その後、排気通路２２の触媒２９において吸蔵されている酸素と反応し、無害化されることになるので、何ら問題は生じない。

前記のようにして停止時圧縮行程気筒１２Ａが始動時最初の第１ＴＤＣを越えた後に、これに伴い圧縮行程に移行した停止時吸気行程気筒１２Ｃ（＃３気筒）に対しても、同図(d)に示すように圧縮行程中期以降に燃料の噴射が行われて（ａ６）、気化潜熱により気筒１２内が冷却される。このことで、圧縮による温度及び圧力の上昇が抑制されて、自着火の発生が防止されるとともに、気筒１２Ｃの圧縮反力が小さくなり、これに加えて、当該気筒１２Ｃへの点火時期がＴＤＣ以降まで遅角されることで、ＴＤＣ前の点火、燃焼による筒内圧の上昇が回避されるので、エンジン１は第２のＴＤＣも確実に越えることができるようになる。

そして、その第２ＴＤＣを越えて膨張行程に移行した停止時吸気行程気筒１２Ｃに点火されて（ａ７）、燃焼が行われると、エンジン１に正転方向のトルクが付加されて、同図(f)にＴ３として示すように始動トルクが立ち上がり、これにより、同図(a)の如くエンジン回転速度がアイドル回転速度（図の例では６５０ｒｐｍ）近くまで上昇して、エンジン１の始動が概ね成功したことになる。この際、前記のように燃焼が膨張行程で開始することから、これによる始動トルクの立ち上がりは過度に大きなものにはならず、エンジン回転がアイドル回転速度を超えて大きく吹け上がることはない。

さらに、排気行程で停止している＃４気筒１２Ｄについては、この気筒１２Ｄがエンジン１の正転作動に伴い吸気行程に移行した後に、同図(e)に示すように燃料噴射が行われ（ａ８）、その後、気筒１２Ｄ内で燃料の気化霧化及び空気との混合が十分に進んだ後のＴＤＣ後（第３のＴＤＣ後）に点火が行われて（ａ９）、燃焼する。このように点火時期がＴＤＣ後まで遅角されて、燃焼が膨張行程で開始されることで、前記停止時吸気行程１２Ｃの燃焼と同様に始動トルクの立ち上がりが適度に抑えられることになり（同図(f)）、これにより、同図(a)に示すようにエンジン回転は緩やかに上昇するようになる。

−他の実施形態−
上述した実施形態のエンジンシステムＥでは、エンジン１の各気筒１２Ａ〜１２Ｄへの吸気流量を調整する吸気流量調整手段として、サージタンク２１ｂ上流のスロットル弁２３を用いているが、これに限らず、吸気流量調整手段としては、各気筒１２Ａ〜１２Ｄ毎の吸気弁１９のリフト量を変更する周知の可変動弁機構を採用してもよいし、或いは、各気筒１２Ａ〜１２Ｄ毎の分岐吸気通路２１ａに弁体が個別に配置された多連型のスロットル弁を用いることもできる。

そのように吸気通路２１の下流側に配置された多連型のスロットル弁を用いる場合には、これを閉じる側に制御することによって吸気を応答性よく絞ることができるから、前記実施形態の上流側スロットル弁２３のように開き側のみに制御するのではなく、閉じる側にも制御して、エンジン回転速度の低下の度合いを大きくすることも可能になる。

本発明の実施形態に係るエンジン制御システムの概略構成図である。 エンジンの吸気系及び排気系の構成を示す模式図である。 エンジンの逆転始動の手順を模式的に示す説明図である。 エンジン自動停止の前半の制御手順を示すフローチャートである。 エンジン自動停止の後半の制御手順を示すフローチャートである。 エンジン停止動作期間におけるエンジン回転速度、クランク角、スロットル開度及び吸気管負圧の変化を、各気筒の行程の変化と対比して示す説明図である。 エンジン停止動作期間におけるＴＤＣ回転速度とエンジン停止後のピストン停止位置との相関関係を示す分布図である。 エンジン停止時のピストン位置を検出するためのサブルーチンのフローチャートである。 ２つのクランク角センサから出力されるクランク角信号を示す説明図であり、（ａ）はエンジン正転時、（ｂ）はエンジン逆転時のクランク角信号である。 エンジン自動始動の前半の制御手順を示すフローチャートである。 エンジン自動始動の後半の制御手順を示すフローチャートである。 始動時の各気筒毎の燃料噴射及び点火タイミングを、各気筒の行程変化と吸排気弁の開閉状態とともに示す行程図である。 始動時のエンジン回転速度、各気筒毎の筒内圧及び発生トルクの変化を示すタイムチャートである。 始動時に停止時吸気行程気筒で自着火が発生した場合の気筒内圧の変化(a)とトルクの変化(b)とを、自着火の発生しない場合と対比して示す説明図である。 始動時の気筒内への燃料噴射時期とこれによる気筒内圧の低減効果との相関関係を示すグラフ図である。 始動時の気筒内の空燃比と気筒内圧の低減効果との相関関係を示すグラフ図である。

符号の説明

Ｅ エンジンシステム（エンジンの始動装置）
１ エンジン
２ ＥＣＵ（エンジンコントローラ）
２ａ エンジン停止手段
２ｂ 吸気流量制御手段
２ｃ 空気量検出手段
２ｄ 燃料噴射制御手段
２ｅ 点火制御手段
１２Ａ〜１２Ｄ 気筒
１３ ピストン
１６ 燃料噴射弁
２３ スロットル弁（吸気流量調整手段）
２９ 排気浄化触媒

Claims (4)

1. 多気筒エンジンの各気筒内に臨んでそれぞれ配設された燃料噴射弁を作動制御する燃料噴射制御手段と、
   前記各気筒の点火時期を制御する点火制御手段とを備え、
   圧縮行程で停止している停止時圧縮行程気筒内に前記燃料噴射弁により燃料を噴射させて、点火、燃焼させることにより、エンジンを一旦、逆転作動させるとともに、
   膨張行程で停止していて、エンジンの前記逆転作動に伴い圧縮される停止時膨張行程気筒内にも燃料を噴射させて点火、燃焼させることにより、エンジンに正転方向のトルクを発生させて、始動モータを用いずに始動するようにしたエンジンの始動装置において、
   前記各気筒からの排気が流通するエンジンの排気通路には、酸素吸蔵能を有する排気浄化触媒が配設されており、
   前記停止時圧縮行程気筒内の空気量を検出する空気量検出手段を備え、
   前記燃料噴射制御手段は、前記停止時圧縮行程気筒内への燃料噴射量を、この気筒内の平均的な空燃比が理論空燃比よりもリッチになるように前記空気量検出手段による検出値に基づいて制御するとともに、当該気筒がエンジンの正転作動に伴い圧縮されるときに、この気筒内に追加で燃料を噴射させるように構成されている
   ことを特徴とするエンジンの始動装置。
2. 燃料噴射制御手段は、停止時圧縮行程気筒への追加の燃料噴射を圧縮行程の中期以降で行うように構成されてい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. 運転中のエンジンの各気筒への燃料供給を停止して、エンジンを停止させるエンジン停止手段と、
   前記各気筒への吸気流量を可変調整する吸気流量調整手段と、
   前記燃料供給の停止からエンジンが停止するまでの停止動作期間において所定期間、各気筒への吸気流量が増大するように前記吸気流量調整手段を制御する吸気流量制御手段と、を備えることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載のエンジンの始動装置。
4. 各気筒の吸気弁の閉弁時期は、少なくともエンジン停止手段によってエンジンが停止されるときには所定の早閉じ状態になるように設定されていることを特徴とする請求項３に記載のエンジンの始動装置。

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