JP3945472B2 - 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させるエンジンの始動装置に関し、特に、燃料供給を停止してからエンジンが停止するまでの停止動作期間中に再始動要求があった場合の始動制御の技術分野に属する。

従来より、燃費低減及びＣＯ_２排出量抑制等のために、アイドル時に自動的にエンジンを停止して、発進操作等のエンジン再始動の要求があれば、自動的にエンジンを再始動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。

このように停止したエンジンを再始動する方法としては、始動モータなどの外部動力源によりエンジン出力軸を駆動するクランキングを経て、エンジンを始動する方法が一般的だが、アイドル時毎にエンジンの停止及び再始動を行う前述のアイドルストップシステムでは、アイドルストップを行わない場合に比べてエンジン始動回数が格段に多いため、始動モータに対して著しく高い耐久性が要求されることになり、無用なコストの増大を招くという問題がある。

そのため、近年では、例えば特許文献１、２に開示されるように、停止状態のエンジンにおいて、膨張行程にある気筒内に燃料を噴射して、点火、燃焼させることでエンジンに始動トルクを与えて、上述のように始動モータの力を借りることなくエンジンを再始動するようにしたものが開発されている。このように始動モータ等を用いることなく、エンジンを始動する方法では、エンジン停止時に膨張行程にある気筒のピストン停止位置によって、エンジン再始動時の始動トルクにばらつきが生じるため、前記特許文献１、２に開示されるように、制動装置を用いたり、バルブの開度を調整したりしてエンジン停止時にピストンが始動に好適な所定のクランク角の範囲内に停止するように制御している。

また、前記特許文献１、２に開示される始動方法よりも大きな始動トルクを得るために、例えば特許文献３に開示されるように、エンジン停止時に圧縮行程にある気筒に対して燃料を噴射して、点火、燃焼させることで、クランク軸を少しだけ逆方向に回転させ、これにより、エンジン停止時に膨張行程にある気筒内の混合気を圧縮した上で、その混合気に点火して、燃焼させるというエンジンの始動方法も知られている。
実開昭６０−１２８９７５号公報 特表２００３−５１７１３４号公報 特表２００３−５１５０５２号公報

ところで、一般的に、エンジンは、燃料供給が停止した後も慣性により数回、回転してから停止するものであり、その間（停止動作期間）に再始動要求があれば、通常の始動時と同様に、吸気または圧縮行程にある気筒に対して燃料を噴射して、点火することで、エンジンを再始動できると考えられる。

しかしながら、エンジン回転速度の極めて低い停止直前の状態では、回転慣性力が非常に小さいこともあり、上述の如く通常の始動制御を行っても有効なトルクが得られず、エンジンの始動に失敗することがあり得る。そのため、前記特許文献１〜３のエンジン制御システムでは、エンジンが停止するまでの停止動作期間中に、アクセルペダル操作などのエンジン再始動要求があった場合には、確実に再始動するためにピストンが前記所定クランク角の範囲に停止するまで待って、その後、エンジンを再始動することになる。

したがって、上述のようなエンジン制御システムでは、エンジンの停止動作期間中に運転者等からエンジン再始動要求があった場合でも、エンジンが一旦、停止するまで待たなくてはならず、再始動要求からエンジン始動までの間にもたつきを生じるという問題があった。

本発明は、か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、始動モータを用いることなくエンジンを再始動するエンジンの始動装置において、エンジンの停止動作期間中に再始動要求があった場合の再始動の手順に工夫を凝らして、エンジン停止動作期間中でも再始動要求に対して応答性良くエンジンを再始動できるようにすることにある。

前記目的を達成するために、本発明に係るエンジンの始動装置では、エンジンの停止直前に再始動要求があった場合には、エンジンが停止するまで待つことなく、まず、そのときに膨張行程にある気筒に対して燃料を噴射して、点火、燃焼させることで、エンジンに確実に正転方向のトルクを与えるようにした。

具体的には、請求項１の発明では、エンジン停止時の少なくとも膨張行程気筒に対して燃料を噴射して点火、燃焼させることにより、始動モータを使用することなくエンジンを始動させるようにしたエンジンの始動装置を前提とする。そして、運転中の前記エンジンの各気筒への燃料噴射を停止することにより、該エンジンを停止させるエンジン停止手段と、前記エンジンの回転速度が所定回転速度よりも低い停止直前状態であることを検出する停止直前状態検出手段と、前記エンジンの所定の再始動条件が成立したことを判定する再始動条件判定手段と、前記エンジン停止手段によって前記各気筒への燃料噴射が停止されてからエンジンが停止するまでの停止動作期間において、前記再始動条件判定手段により再始動条件の成立が判定されたとき、エンジンが前記停止直前状態にあれば、そのときに膨張行程にある気筒に対し燃料を噴射し、点火、燃焼させるエンジン再始動手段と、を備えるものとする。

この構成により、エンジン停止手段がエンジンの各気筒への燃料噴射を停止した後、エンジン回転速度が徐々に下がり該エンジンが停止状態になるまでのエンジン停止動作期間において、エンジン再始動要求があったとき、そのときのエンジン回転速度が所定回転速度よりも低い停止直前の状態であれば、通常の燃焼制御のように吸気または圧縮行程で燃料を供給して、上死点前で点火するのではなく、膨張行程にある気筒に対してエンジン再始動制御手段により燃料が噴射され、点火、燃焼されることで、正転しているエンジンに正転方向のトルクが効果的に与えられて、確実に再始動することができる。

このことにより、エンジンの停止直前に再始動要求があったときでも、エンジンの停止を待つことなく、迅速にエンジンの再始動を行うことができる。

そして、前記請求項１の発明では、前記所定回転速度は、圧縮行程にある気筒が次に迎える上死点近傍でエンジンの回転慣性力と当該気筒の圧縮反力とが略同等になるような値に設定するものとする。一方、請求項２の発明では、前記所定回転速度は、回転慣性力が圧縮反力を所定量、上回るように設定する。こうすれば、エンジンの回転慣性力が小さくて、圧縮行程気筒が上死点を越えられない場合はもちろんのこと、エンジンの経年劣化や個体差、エンジン回転速度の検出精度等によって圧縮行程気筒が上死点を越えるかどうか微妙な場合でも、請求項１、２の発明の再始動制御によって確実に始動トルクを得ることができ、始動ミスを防止することができる。

請求項３の発明では、請求項１または２のいずれか一つの発明において、エンジン再始動手段は、再始動条件が成立したときに圧縮行程にある気筒に対しても燃料を噴射して、その気筒が上死点を越えた後の膨張行程で点火、燃焼させるものとする。

このことにより、エンジン再始動要求時に圧縮行程にある気筒に対して燃料を噴射することで、その気化潜熱により気筒内の温度を下げて該気筒内の圧力を低下させることができるため、当該気筒の圧縮反力が小さくなり、ピストンが上死点を越えやすくなる。しかも、上死点を越えた後の膨張行程で前記気筒内の燃料が燃焼することで、エンジンの始動トルクがさらに大きくなり、再始動をより確実なものにすることができる。

請求項１の発明によれば、エンジンの停止直前に再始動要求があり、通常の始動制御では始動に失敗するおそれがあるときには、そのときの膨張行程気筒に燃料を噴射し、点火、燃焼させることで、エンジンに確実に正転方向のトルクを与えるようにしたため、エンジン停止動作期間中でも再始動要求に対して応答性良くエンジンを再始動することができる。

しかも、前記請求項１の発明によれば、圧縮行程気筒が上死点を越えられない停止直前の状況でも、エンジンを確実に再始動できる。

請求項２の発明によれば、エンジンの経年劣化等に関わらず、確実な再始動を行える。

請求項３の発明によれば、再始動要求に応じて圧縮行程気筒に燃料を噴射するとともに、この気筒が上死点を越えた後に点火、燃焼させることで、エンジン再始動の信頼性をさらに向上できる。

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。

−エンジン制御システムの概略構成−
図１及び図２は、本発明の実施形態に係るエンジン始動装置を用いたエンジン制御システムＥの概略構成を示しており、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１２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４（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前記燃焼サイクル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。ここで、前記燃料噴射弁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１２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・排気弁の開閉タイミングが設定されている。

そして、前記吸気ポート１７及び排気ポート１８には、それぞれ吸気通路２１及び排気通路２２が連通するように設けられており、図２に示すように、前記吸気ポート１７に近い吸気通路２１の各気筒１２毎の分岐吸気通路２１ａには、それぞれ、該通路２１ａの面積を絞るスロットル弁２３が設けられている。すなわち、前記吸気通路２１は、サージタンク２１ｂの下流に気筒別の分岐吸気通路２１ａを有していて、該分岐吸気通路２１ａのそれぞれの下端部が各気筒１２の吸気ポート１７に連通している。そして、前記各分岐吸気通路２１ａの下流端近傍に配設されるスロットル弁２３は、各分岐吸気通路２１ａを同時に絞り調節する多連型のロータリーバルブ（マルチスロットル）からなり、アクチュエータ２４により駆動される。なお、前記吸気通路２１におけるサージタンク２１ｂの上流の共通吸気通路２１ｃ（図２にのみ示す）には、吸入空気量を検出するエアロフローセンサ２５が、前記吸気通路２１のスロットル弁２３より下流側には吸気圧力を検出する吸気圧センサ２６がそれぞれ設けられている。

また、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、一方のクランク角センサ３０からの信号によっ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り、前記クランク軸３の回転方向及び回転角度を検出することができるようになっている。さらに、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が設けられているとともに、エンジン１の制御に必要な構成要素として、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３３やアクセル開度（アクセル操作量）を検出するアクセル開度センサ３４等も設けられている。

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、前記点火プラグ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、燃料供給を停止（燃料カット）して自動的にエンジン１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自身の力によって始動させるのであるが、この実施形態では、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で初回の燃焼を行わせて、そのピストン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、これにより膨張行程にある気筒１２のピストン１３を一旦、上昇させて、その気筒１２内の混合気を圧縮する。そして、その上で該膨張行程気筒１２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をそれ自身の力のみによって始動するためには、前記した膨張行程気筒１２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、続いて圧縮上死点（以下、ＴＤＣと略称）を迎える気筒１２がその圧縮反力に打ち勝って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膨張行程の途中で停止している気筒１２内に燃焼のための空気を十分に確保しておく必要があり、そのためには、エンジン１を停止するときに予め新気を供給して既燃ガスを掃気した上で、前記の膨張行程で停止する気筒１２（以下、停止時膨張行程気筒ともいう）のピストン１３を行程中央部から多少、下死点（以下、ＢＤＣと略称）寄りの所定範囲内（例えばＡＴＤＣ１００〜１２０°ＣＡ）に停止させるのが好ましい。

そこで、アイドル時にエンジン１を自動停止させるときには、まず、各気筒１２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、惰性で回転するエンジン１が停止するまでの間（停止動作期間）の所定期間はスロットル弁２３を所定の開状態とすることで、エンジン停止後に圧縮行程となる気筒１２（以下、停止時圧縮行程気筒ともいう）及び前記停止時膨張行程気筒１２へ吸入される空気量が十分に多くなり、特に膨張行程となる気筒１２の空気量が多くなって、その空気の圧縮反力が圧縮行程気筒１２よりも大きくなるようにする。こうすることで、２つの気筒１２で相互に逆向きに作用する圧縮反力のバランスによって、膨張行程気筒１２のピストン１３が行程中央部から多少、下死点（ＢＤＣ）寄りに停止することになる。

さらに、この実施形態では、前記エンジン停止動作期間において次第に低下するエンジン回転速度をクランク角センサ３０，３１からの信号により検出し、これに基づいてスロットル弁２３の開度を制御することにより、惰性で回転するエンジン１のポンプ仕事量を変更して、エンジン回転速度の低下の度合いを微調整するようにしている。つまり、燃料カット後のエンジン回転速度の落ち具合をスロットル弁２３の制御によって微調整し、これにより、停止時膨張行程気筒１２のピストン１３を確実に上述の再始動に適した範囲内に停止させるのである。

しかしながら、前記エンジン停止動作期間において、エンジン再始動要求があった場合には、上述のような停止制御によってエンジン１が停止するまで待って、それから始動制御によって該エンジン１を再始動させると、再始動要求からエンジン１の再始動までの時間のロスが大きくなる。そこで、本発明の特徴部分であるが、前記エンジン停止動作期間中にエンジン再始動要求があった場合には、まず、そのときに膨張行程にある気筒１２に燃料を噴射して、点火、燃焼させ、さらに、圧縮行程気筒１２が上死点を越えてから（膨張行程になった後）、その気筒１２を点火して燃焼させることによって、エンジン１に正転方向の力を与えて、その停止動作期間中であっても迅速に始動できるようにしている。

−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図３〜図５を参照して説明する。なお、図３は停止制御の手順を示すフローチャートであり、図４は、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５は、エンジン停止動作期間におけるＴＤＣ回転速度（後述）の低下と、停止時膨張行程気筒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４（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）、そのときにピストン１３、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摩擦や各気筒１２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（以下、エンジン停止動作期間という）、エンジン回転速度は微視的には各気筒１２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、というようにして、クランク角で１８０°ＣＡ毎にアップダウンを繰り返しながら低下していく。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、ＴＤＣを越えることができずに、圧縮行程に留まる気筒１２（図例では＃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とになる。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（最後に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する。そして、この圧縮反力によって膨張行程気筒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とで、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り、各気筒１２のピストン１３はそれぞれ数回、往復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の機械摩擦の影響を受けるので、停止前に最後にＴＤＣを越えたときの回転速度の高低によっても変化することになる。

従って、停止時膨張行程気筒１２のピストン１３を再始動に適した所定範囲内に停止させるためには、まず、その気筒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４（ｃ）に示すように燃料カット後の所定の期間、スロットル弁２３を開いて（時刻ｔ１〜ｔ２）、同図（ｄ）に示すように一時的に吸気管負圧を減少（吸気量は増大）させることにより、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。

しかしながら、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１２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確実に所要の範囲内に収めることは難しい。

この点につき、この実施形態では、図５に一例を示すように、停止動作期間中のエンジン回転速度（この実施形態ではピストン１３が圧縮ＴＤＣにあるときの回転速度であり、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４（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毎に現れるＴＤＣ毎のエンジン回転速度を検出し、この検出値に応じてスロットル弁２３を制御することにより、エンジン回転速度の落ち具合を微調整するようにしている。

詳しくは、前記図５の分布図は、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、惰性で回転するエンジン１の各気筒１２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、このピストン停止位置を縦軸に、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。この作業を所定回数繰り返すことで、停止動作期間のＴＤＣ回転速度と停止時膨張行程気筒１２のピストン停止位置との間の相関関係を示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（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回転速度が所定の回転速度の範囲（図に斜線を入れて示す適正回転速度範囲）にあるときに、ピストン停止位置が再始動に好適な範囲（図の例ではＡＴＤＣ１００〜１２０°ＣＡ）にあることが分かる。なお、前記ＴＤＣ回転速度の適正範囲は、エンジン１の構造や仕様等によって異なり、前記のように実験的に求められるものである。

そして、この実施形態のエンジン停止制御では、前記のようなＴＤＣ回転速度とピストン停止位置との間の相関関係に基づいて、燃料カット後のエンジン停止動作期間においてエンジン１のＴＤＣ回転速度を検出し、このＴＤＣ回転速度が前記適正回転速度範囲から外れているときには、その回転速度の偏差に応じてスロットル弁２３の開度を調整して、これにより各気筒１２のポンプ仕事量を増大または減少させることによって、少なくとも最後のＴＤＣを越えるまでにＴＤＣ回転速度が適正回転速度範囲内に入るようにしている。こうすれば、その最後のＴＤＣを越えたときにエンジン１の回転運動部分等が有する運動エネルギーが、その後に作用する機械摩擦等と見合うものになって、停止時膨張行程気筒１２のピストン１３を再始動に適した前記所定範囲内に確実に停止させることができるのである。

なお、そのようにエンジン回転速度を微調整する方法としては、上述の如くスロットル弁２３を用いる以外に、例えばオルタネータ等のエンジン１の補機の作動状態を制御することも考えられる。

次に、上述したエンジン停止制御の具体的な手順を図３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（図３のフローでは１番気筒１２Ａまたは４番気筒１２Ｄ）を特定して、エンジン１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に進み、各気筒１２への燃料噴射を停止する。

続いて、ステップＳＡ４においてスロットル弁２３を所定開度で開状態にし、続くステップＳＡ５でエンジン回転速度が所定回転速度（図４の時刻ｔ２におけるエンジン回転速度）以下と判定されるまでその状態を保ち、所定回転速度以下になれば（前記ステップＳＡ５でＹＥＳの場合）、ステップＳＡ６に進んで、スロットル弁２３を閉じる。このようにエンジン回転速度に応じてスロットル弁２３を開閉することによって、図４（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）及び停止時圧縮行程気筒１２（図例では＃１気筒１２Ａ）への吸気量が増大し、且つ該停止時膨張行程気筒１２への吸気量が停止時圧縮行程気筒１２よりも多くなるので、停止時膨張行程１２のピストン１３の停止位置を概ね所定範囲内とすることができる。

続いてステップＳＡ７では、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して、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ＳＡ８に進んで、今度は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、詳しくは後述するが、予め実験的に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ＳＡ７で求めた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はその次のＴＤＣを越えることができず、停止することになるから、後述のステップＳＡ１１に進む一方、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はさらに次のＴＤＣを越えることになるから、前記ステップＳＡ７にリターンする。

また、前記ステップＳＡ７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ＳＡ９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スロットル弁２３の開度を算出する。そして、その開度になるようにステップＳＡ１０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ＳＡ８に進む。すなわち、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、スロットル弁２３を閉じる側に駆動して各気筒１２のポンプ仕事量を増大させることで、エンジン回転速度の低下の度合いを大きくする。反対に、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、スロットル弁２３を開く側に駆動して各気筒１２のポンプ仕事量を減らすことで、エンジン回転速度の低下の度合いを緩やかにする。

こうすることで、図４（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を、全体として高回転側または低回転側にシフトさせて、遅くとも最後のＴＤＣを越えるときには適正回転速度範囲に収まるようにすることができ、これにより、エンジン１が停止したとき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内に確実に停止させることができる。

そうして、エンジン１が最後のＴＤＣを越えて、そのときのＴＤＣ回転速度が所定値Ａ以下になれば、ステップＳＡ８においてＹＥＳと判定されてステップＳＡ１１に進み、今度はエンジン１が完全に停止したかどうか判定する。すなわち、停止時に膨張行程及び圧縮行程にある気筒１２の相互に逆向きの圧縮反力によって、クランク軸３が正転及び逆転を数回、繰り返した後に静止したことを判定する。そして、この判定がＹＥＳになって、エンジン１の停止が確認されれば、ステップＳＡ１２に進んで、後述する停止位置検出ルーチンにより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）。

ここで、上述したように、エンジン１が完全に停止する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、これによりピストン停止位置を検出するようにしている。

図６は、ピストン１３の停止位置を検出する手順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７（ａ）のようになるか、または図７（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１の正転時には、図７（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１の逆転時には、図７（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、立ち上がりまたは立ち下がりのそれぞれの間隔が略１０°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の立ち上がりまた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、ピストン停止位置を正確に求めることができる。

上述したエンジン停止制御によれば、アイドル時にエンジン１を自動で停止させるときには、燃料カット後の停止動作期間にＴＤＣ回転速度の検出値に基づいてスロットル弁２３の開度を制御することにより、その後のＴＤＣ回転速度が所定の適正回転速度範囲に収まるようにエンジン回転速度の落ち具合を微調整することができ、ひいてはエンジン停止後に膨張行程にある気筒１２のピストン１３を再始動に好適な所定の行程位置に停止させることができる。なお、前記エンジン停止動作期間に慣性によりエンジン１が数回、回転することで、各気筒１２内の既燃ガスは殆ど全て筒外へ掃気される。そして、エンジン１が停止した後は、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でもその気筒１２内の圧力はすぐに低下し、いずれの気筒１２も略大気圧の新気（空気）が存在する状態となる。

−エンジンの始動制御−
次に、アイドル時のエンジン停止状態からエンジン１を自動的に再始動する場合の制御を図８〜図１１に基づいて説明する。なお、図８及び図９は、始動制御の手順を示すフローチャートであり、図１０は、エンジン始動時の各気筒１２Ａ〜１２Ｄ毎の燃料噴射及び点火タイミングを行程の変化と吸排気弁の開動作とに対応付けて示した行程図である。また、図１１は、エンジン始動時のエンジン回転速度、各気筒１２Ａ〜１２Ｄの筒内圧及び発生トルクの変化をそれぞれ示すタイムチャートである。

まず、始動制御の具体的な手順について図８及び図９のフローチャートに基づいて説明すると、このフローは、前述のような停止制御が行われた後のエンジン停止状態からスタートし（ＳＴＡＲＴ）、続くステップＳＢ１で所定のエンジン再始動条件が成立したか否かを判定し、エンジン再始動条件が成立していなければ再始動条件が成立するまで待機する。

ここで、前記ステップＳＢ１で判定されるエンジン再始動条件とは、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１の運転が必要になった場合などであり、このような条件が成立した場合（前記ステップＳＢ１でＹＥＳの場合）には、続くステップＳＢ２へ進み、クランク角信号のカウントにより求められるピストン１３の停止位置に基づいてエンジン停止時の圧縮行程気筒１２（図１０及び図１１では＃１気筒１２Ａ）及び膨張行程気筒１２（図１０及び図１１では＃２気筒１２Ｂ）の空気量を算出する。このステップＳＢ２では、ピストン１３の停止位置から停止時圧縮行程気筒１２及び停止時膨張行程気筒１２のそれぞれの燃焼室１４の容積を求めるとともに、上述のとおり、該停止時膨張行程気筒１２内は殆ど新気で満たされた状態にあり、且つ略大気圧になっていることを考慮して、前記停止時圧縮行程気筒１２及び停止時膨張行程気筒１２の空気量を求めている。

続いてステップＳＢ３で、前記ステップＳＢ２で算出され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）となるように、該圧縮行程気筒１２に燃料を噴射する。この場合、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空燃比（Ａ／Ｆで略１１〜１４の範囲）に設定される。

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または立ち下がり）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（クランク角信号の検出による判定は上述の図６及び図７参照）し、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に対して再点火を繰り返し行う。

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（前記ステップＳＢ５の判定がＹＥＳの場合）、ピストン１３が動いた、すなわちエンジン１が逆回転したと判定された場合には、続くステップＳＢ７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。

そして、続くステップＳＢ８で、エンジン１の逆回転に伴うピストン１３の上昇により停止時膨張行程気筒１２内の混合気が十分に圧縮され、この圧縮反力によってピストン１３が殆ど停止する迄の所定時間（点火ディレイ）の経過後に、該膨張行程気筒１２に対して点火を行う。このように膨張行程気筒１２内の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は正転方向に回転し始める。なお、前記点火ディレイの時間は、大体、エンジン１が逆回転して膨張行程気筒１２のピストン１３がＴＤＣ近傍に到達するまでの時間であり、エンジン停止時のピストン停止位置に対応付けて予め設定されたマップから求められる。

続くステップＳＢ９では、停止時圧縮行程気筒１２に対し、燃料の気化時間を考慮したタイミングで燃料を噴射する。これにより、噴射された燃料の気化潜熱で前記圧縮行程気筒１２内の温度が下がり、筒内圧力が低下するため、エンジン１の正転に伴う当該気筒１２の圧縮反力が小さくなって、ピストン１３がＴＤＣを容易に越えられるようになる。したがって、前記ステップＳＢ８において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の正転方向への回転が促進され、各気筒１２Ａ〜１２Ｄがそれぞれ次の行程へと進むことになる。

続いて、図９のステップ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、前記エンジン１の正転動作により停止時吸気行程気筒１２（図１０及び図１１では＃３気筒１２Ｃ）内に充填される空気の密度（筒内空気密度）を推定し、この推定値に基づいて該吸気行程気筒１２の空気量を算出する。そして、ステップＳＢ１１では、主に前記吸気行程気筒１２の筒内温度の推定値から自着火防止等のための空燃比の補正値を算出し、ステップＳＢ１２で、前記補正値を考慮した空燃比と、前記ステップＳＢ１０で算出された吸気行程気筒１２内の空気量とに基づいて該吸気行程気筒１２への適切な燃料噴射量を算出する。すなわち、これらのステップＳＢ１０〜ＳＢ１２では、前記停止時吸気行程気筒１２がエンジン始動時に最初に迎える圧縮行程で、その圧縮圧力、筒内温度等により自着火するのを防止するとともに、その圧縮反力をできるだけ小さくするため、空燃比をＡ／Ｆ＝１３程度のややリッチな状態になるように設定している。

そして、ステップＳＢ１３では、前記停止時吸気行程気筒１２が圧縮行程になったときに、その圧縮行程中期で燃料噴射を行う。すなわち、通常の始動モータによる始動時には燃料を吸気行程で噴射するものだが、本実施形態では、燃料の気化潜熱により効果的に筒内の圧縮圧力が低下するように、エンジン停止時間、吸気温度、冷却水温度等を考慮して、圧縮行程の中期に噴射するようにしている。これにより、前記停止時吸気行程気筒１２の圧縮圧力が効果的に低減され、このことによっても自着火の防止が図られる。その後、ステップＳＢ１４へと進み、前記停止時吸気行程気筒１２のピストン１３がＴＤＣを越えた後に点火する。この点火時期も、通常のエンジン始動時であればＴＤＣ前になるが、始動モータを用いないエンジン始動時には、ＴＤＣ前に点火すると、ピストン１３に作用する逆トルクがエンジン始動の妨げとなるおそれがあるため、ピストン１３のＴＤＣ通過後に点火するようにしたものである。

続くステップＳＢ１５では、スロットル弁２３よりも下流の分岐吸気通路２１ａ内の吸気圧力（吸気管負圧）がアイドル時よりも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、吸気圧力に応じて、アイドル時のスロットル開度よりも小さくなるようにスロットル弁２３を駆動して、該スロットル弁２３よりも上流側から気筒１２の燃焼室１４内に吸入される空気量を絞り、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時の吸気圧力と同じになるまでスロットル弁２３の制御を繰り返す一方、吸気圧力がアイドル時の吸気圧力よりも低くなって、前記ステップＳＢ１５でＮＯと判定されれば、ステップＳＢ１７に進み、通常のエンジン制御へ移行する。

以上のステップＳＢ１５，ＳＢ１６では、エンジン停止中に大気圧に近い状態になっているサージタンク２１ｂ及びその下流の吸気通路２１内の空気が始動時に気筒１２内に吸入されてフル充填状態になると、エンジン回転が急激に吹き上がり、大きな振動が発生するという問題のあることを考慮して、気筒１２に吸入される空気の量をスロットル弁２３により制限するようにしたものである。

上述のフローにより、アイドル時に自動停止したエンジン１を再始動要求に応じて始動モータ等を用いることなく再始動させることができる。すなわち、図１０及び図１１に示すように、アイドル時のエンジン停止状態でエンジン再始動要求があったとき（図１１の時刻０）には、まず、圧縮行程にある気筒１２（＃１気筒１２Ａ）に対して燃料を噴射（両図に符号ａ１として示す。以下の燃料噴射及び点火について同様）して、混合気に点火する（ａ２）ことで、エンジン１を逆転方向（図１０の左方向）に回転させる。これにより、停止時膨張行程気筒１２（＃２気筒１２Ｂ）内の圧縮圧力を高めるとともに、該膨張行程気筒１２に燃料噴射（ａ３）して点火（ａ４）することにより、エンジン１を正転方向（図１０の右方向）に回転させる。

また、前記停止時圧縮行程気筒１２（＃１気筒１２Ａ）がＴＤＣを越える前に再び当該気筒１２に対して燃料噴射する（ａ５）ことで、その気筒１２の圧縮圧力を低下させて、ピストン１３がＴＤＣを越えやすくなるようにする。

また、停止時吸気行程気筒１２（＃３気筒１２Ｃ）に対しては、リッチ状態となるように燃料を噴射するとともに、その燃料噴射時期を通常（吸気行程で燃料噴射）よりも遅らせて、圧縮行程中期とすることで（ａ６）、当該気筒１２の圧縮行程での自着火を防止するとともに、点火時期もＴＤＣ後まで遅角させて（ａ７）、逆トルクが全く発生しないようにし、これにより、エンジン回転速度を高めて確実に始動するようにしている。

さらに、エンジン始動時にスロットル弁２３を通常のアイドル運転時よりも閉じた状態に制御することで、停止時排気行程気筒１２（＃４気筒１２Ｄ）への吸気充填量を制限し、且つ前記停止時吸気行程気筒１２（＃３気筒）と同様の制御（ａ８，ａ９）を行うことで、エンジン回転の急激な吹き上がりや振動の発生を防止することができるようにしている。

−エンジン停止動作期間中の再始動制御−
次に、本発明の特徴部分である、燃料カット後のエンジン停止動作期間内に再始動要求があった場合の再始動制御を図１２〜図１５に基づいて説明する。なお、図１２及び図１３は制御手順を示すフローチャートであり、図１４は、エンジン停止動作期間中のＴＤＣ回転速度及びクランク角の変化を示すタイムチャートである。また、図１５は、エンジン停止動作期間中のエンジン再始動時の各気筒１２Ａ〜１２Ｄ毎の燃料噴射及び点火タイミングを行程に対応付けて示した行程図である。

まず、停止動作期間中に再始動要求があった場合の再始動の手順について、図１２及び図１３のフローチャートに基づいて説明すると、図１２のフローは、エンジン１が運転している状態からスタートし（ＳＴＡＲＴ）、ステップＳＤ１でエンジン１の逆回転回数カウンタをリセットする。この逆回転回数カウンタは、後述のステップＳＤ１７などでエンジン１の逆回転回数を判別するために用いられるものであり、この実施形態では、エンジン１の回転慣性力が小さい場合（詳しくは後述するが、ＴＤＣ回転速度が所定回転速度以下）、前記逆回転回数カウンタのカウント数に応じてエンジン１の始動制御を行うようになっている。

続くステップＳＤ２で、アイドルストップの条件が成立したか否かの判定を行い、アイドルストップの条件が成立していれば（ＹＥＳの場合）、ステップＳＤ３へ進み、エンジン回転速度等がエンジン停止条件を満たしているかどうかを判定する。このステップＳＤ３で、エンジン停止条件を満たしていると判定されれば（ＹＥＳの場合）、続くステップＳＤ４で、エンジン１の各気筒１２Ａ〜１２Ｄへの燃料供給を停止し、ステップＳＤ５で、スロットル弁２３を所定開度で開くように制御する。なお、前記ステップＳＤ２〜ＳＤ５の手順は、図３に示すフローのステップＳＡ１〜ＳＡ４と同じである。

続いてステップＳＤ６で、所定のエンジン再始動条件が成立したか否かの判定が行われ、アクセル操作やブレーキ解除等が行われた場合には、エンジン再始動条件が成立したものとして、図１３に示すステップＳＤ７に進み、後述の如く、そのときのＴＤＣ回転速度に応じてエンジン１の始動制御を行う。一方、前記ステップＳＤ６でエンジン再始動条件が成立していないと判定された場合（ＮＯの場合）には、ステップＳＤ８へ進み、図３のステップＳＡ５と同じく、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。そして、エンジン回転速度が所定回転速度以下の場合（ＹＥＳの場合）には、ステップＳＤ９でスロットル弁２３を閉の状態にする一方、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ＳＤ６に戻って、エンジン１の再始動条件が成立するか、もしくはエンジン回転速度が所定回転速度以下になるまで待機する。

そして、前記ステップＳＤ９に続くステップＳＤ１０では、エンジン１が停止直前に正転方向から逆転方向へ反転したかどうか判定し、ＹＥＳの場合には、ステップＳＤ１１で逆回転回数カウンタのカウントを１つ増やし、ステップＳＤ１２へ進む一方、ＮＯの場合（エンジン１の回転方向が正転方向から逆転方向に反転しない場合）には、そのままステップＳＤ１２へ進む。すなわち、上述の如く、エンジン１は、停止直前の最後のＴＤＣを越えた後（図４の時刻ｔ３）、膨張行程にある気筒１２及び圧縮行程にある気筒１２の圧縮反力によって、正転から逆転へ、また、逆転から正転へと数回、反転し、各気筒１２Ａ〜１２Ｄのピストン１３がそれぞれ数回、往復動した後に停止するが、前記ステップＳＤ１０，ＳＤ１１では、後述するＳＤ１７以降のステップにおいて、エンジン１の逆回転回数に応じてエンジン１の始動制御を行うために、該エンジン１の正転から逆転に反転した回数をカウントしている。

次に、前記ステップＳＤ１２で、再度、エンジン再始動条件の成立の判定を行い、再始動条件が成立していれば（ＹＥＳの場合）、続くステップＳＤ１３でスロットル弁２３を所定開度で開状態にした後、前記ステップＳＤ７へ進む。一方、再始動条件が成立していなければ（ＮＯの場合）、ステップＳＤ１４で図３のフローのステップＳＡ１１と同様にエンジン１が停止したかどうかの判定を行い、エンジン１が停止していれば（ＹＥＳの場合）、ピストン停止位置を記憶した上でこのフローは終了し（ＥＮＤ）、エンジン停止後の再始動条件の成立を待って、上述のエンジン再始動のフローチャート（図８、図９）での制御を開始する。また、エンジン１が停止していなければ（前記ステップＳＤ１４でＮＯの場合）、前記ステップＳＤ１０へ戻り、エンジン再始動条件が成立するまで、もしくはエンジン１が停止するまでエンジン１の反転回数をカウントする
さらに、図１２のフローには図示省略しているが、ステップＳＤ９でスロットル弁２３を閉じた後、エンジン再始動条件が成立しなければ、エンジン停止までの間、図３のフローのステップＳＡ７〜ＳＡ１０のようにＴＤＣ回転速度に応じてスロットル弁２３の開度の補正制御を行うようにする。そして、エンジン再始動条件が成立して、前記ステップＳＤ６、ＳＤ１２でＹＥＳと判断されて進んだ図１３のステップＳＤ７では、再始動条件成立前にピストン１３が越えた最後のＴＤＣにおけるエンジン回転速度（ＴＤＣ回転速度）が、図３のフローのステップＳＡ８と同じ所定値Ａ（所定回転速度）よりも高いかどうかの判定を行う。この所定値Ａは、上述したように、圧縮行程気筒１２が次のＴＤＣを越えるかどうかを判定するためのものであり、例えば、次のＴＤＣにおいて、エンジン１の回転慣性力と圧縮行程気筒１２の圧縮反力とが略同等になるような値に設定すればよい。

すなわち、前記ステップＳＤ７では、再始動要求時（再始動条件成立時）のエンジン回転速度に基づいて、そのときに圧縮行程にある気筒１２が次のＴＤＣを越えられるかどうかという観点からエンジン１の停止直前状態を検出するものであり、ＴＤＣ回転速度が所定値Ａよりも高く、次のＴＤＣを越えられるようであれば（ステップＳＤ７でＹＥＳの場合）、そのときの圧縮行程気筒１２に対して燃料を噴射し、ＴＤＣ通過後に点火することによってエンジン１の再始動を開始し、その後は通常のエンジン始動制御に移行する（ステップＳＤ１６）。

一方、前記ステップＳＤ７で、ＴＤＣ回転速度が前記所定値Ａ以下であり、そのときの圧縮行程気筒１２が次のＴＤＣを越えられないと推定される場合（該ステップＳＤ７でＮＯの判定の場合）には、後述するステップＳＤ１７以降でエンジン１の回転方向や膨張行程気筒１２のピストン１３の位置等に応じた最適な始動制御を行うようにしている。

なお、前記所定値Ａは、次のＴＤＣにおけるエンジン１の回転慣性力が圧縮行程気筒１２の圧縮反力よりも所定量、大きくなるように設定してもよい。ここで、所定量は、エンジン１の経年劣化やばらつき等を考慮して、圧縮行程気筒１２が次のＴＤＣを越えられるか越えられないかの微妙な場合を前記所定値Ａ以下の範囲に含むように設定する。こうすれば、前記所定値ＡよりもＴＤＣ回転速度が低い場合に以下に述べるステップＳＤ１７〜ＳＤ２７の制御を行うことで、エンジン１の経年変化やＴＤＣ回転速度の検出誤差等に関わらず、エンジン１に十分な始動トルクを付与して、確実に再始動することができる。

前記ステップＳＤ７に続くステップＳＤ１７では、逆回転回数カウンタのカウント数によりエンジン１の逆回転回数がゼロかどうかの判定を行い、逆回転回数が０回であれば（ＹＥＳの場合）、続くステップＳＤ１８〜ＳＤ２７において膨張行程気筒１２に燃料を噴射して、点火、燃焼させることで、エンジン１を始動する。一方、エンジン１の逆回転回数が１回以上であれば（ＮＯの場合）、詳しい説明は省略するが、図外のフローに移行して（ステップＳＤ２８）、そのときのエンジン１の回転方向やクランク角に応じた他の始動制御を実行することにより、エンジン１を始動する。

前記ステップＳＤ１７でＹＥＳの判定（エンジン１の逆回転回数が０回）の場合、続くステップＳＤ１８でそのときの膨張行程気筒１２（停止時膨張行程気筒）の位置がＴＤＣから所定クランク角（ＴＤＣから略２０〜３０°ＣＡまで）以下かどうか、すなわち、ピストン１３の位置が比較的、ＴＤＣに近いかどうかの判定を行い、ＹＥＳ（ピストン１３の位置がＴＤＣに近い）であれば、ステップＳＤ１９へ進み、前記膨張行程気筒１２に対して燃料を噴射して、この燃料の気化時間を考慮した所定時間後に点火する。そして、ステップＳＤ２０でそのときの圧縮行程気筒１２（停止時圧縮行程気筒）に対しても燃料を噴射して、その気化潜熱により気筒１２内の温度を下げて筒内圧を低減することで該圧縮行程気筒１２がＴＤＣを越えやすいようにするとともに、この圧縮行程気筒１２がＴＤＣを越えるのを待って（ステップＳＤ２１）、膨張行程になったら点火する（ステップＳＤ２２）。そして、通常のエンジン始動制御に移行する（ステップＳＤ２３）。

すなわち、前記ステップＳＤ１９〜ＳＤ２３では、圧縮行程気筒１２が次のＴＤＣを越えられないような停止直前状態でエンジン１の回転方向が反転する前の正転時に再始動要求があり、そのときの膨張行程気筒１２のピストン１３がＴＤＣに近い位置にある場合には、正転するエンジン１の回転慣性力を利用して、そのときの膨張行程気筒１２における燃焼によりエンジン１に正転方向の始動トルクを与えるとともに、圧縮行程気筒１２への燃料噴射によってピストン１３がＴＤＣを越えやすくし、且つ該ピストン１３がＴＤＣを越えた後に前記圧縮行程気筒１２に対して点火することで、エンジン１を正転方向にさらに回転させてエンジン１の再始動を行うものである。

なお、この実施形態では、前記ステップＳＤ１９で膨張行程気筒１２に燃料を噴射し、点火した後、前記ステップＳＤ２０で圧縮行程気筒１２に噴射するようにしているが、これに限らず、前記ステップＳＤ１９で膨張行程気筒１２に噴射するのとほぼ同時に圧縮行程気筒１２に対して燃料噴射するようにしてもよい。

一方、前記ステップＳＤ１８で前記膨張行程気筒１２がＴＤＣ後の所定クランク角範囲にない（ピストン１３の位置がＴＤＣから離れている）と判定された場合（ＮＯの場合）には、ステップＳＤ２４〜ＳＤ２６に進み、エンジン１の回転方向が一旦、反転して前記膨張行程気筒１２が圧縮された後に、再度、エンジン１の回転方向が反転して、逆転方向から正転方向に戻るのを待って、前記膨張行程気筒１２を燃焼させることによりエンジン１の再始動を行う。

具体的には、ステップＳＤ２４において膨張行程気筒１２に対して燃料を噴射し、エンジン１の逆転によって該膨張行程気筒１２が圧縮され、その後、続くステップＳＤ２５でエンジン１の回転方向が逆転方向から正転方向に反転するのを待って、ステップＳＤ２６で前記膨張行程気筒１２に対して点火をしてエンジン１に正転方向の始動トルクを与える。そして、続くステップＳＤ２７で圧縮行程気筒１２に対して燃料を噴射した後、上述のステップＳＤ２１〜ＳＤ２３に進んで、前記圧縮行程気筒１２のピストン１３がＴＤＣを越えるのを待って、当該気筒１２に点火し、その後、通常のエンジン始動制御に移行する。

すなわち、このステップＳＤ２４〜ＳＤ２７，ＳＤ２１〜ＳＤ２３では、圧縮行程気筒１２が次のＴＤＣを越えられないような停止直前状態のエンジン正転時において、膨張行程気筒１２のピストン１３の位置がＴＤＣから離れているときに再始動要求があった場合には、その状態で前記膨張行程気筒１２を燃焼させても有効なストロークが不足して、十分なトルクが得られないため、エンジン１が一旦、逆転状態になり、前記膨張行程気筒１２内が圧縮された状態になるのを待って、該膨張行程気筒１２を燃焼させるようにしたものである。

ここで、前記ステップＳＤ２５においてエンジン１の回転方向が逆転方向から正転方向に反転したのを検出した後に、前記ステップＳＤ２７において圧縮行程気筒１２に対して燃料噴射を行うのは、該圧縮行程気筒１２の圧縮行程中期くらいに燃料を噴射するようにして、気化潜熱効果を得て自着火を防止するためである。

前記図１２に示す再始動のフローのステップＳＤ２〜ＳＤ４により、エンジン１の各気筒１２Ａ〜１２Ｄへの燃料供給を停止するエンジン停止手段２ａが、また、図１３のフローのステップＳＤ７により、前記クランク角センサ３０によって検出されたエンジン回転速度（ＴＤＣ回転速度）が所定値Ａ（所定回転速度）よりも低い停止直前状態かどうかを判定する停止直前状態検出手段２ｂが、さらに、前記図１２のフローのステップＳＤ６，ＳＤ１２により、再始動条件の成立を判定する再始動条件判定手段２ｃが、さらにまた、前記ステップＳＤ１９〜ＳＤ２２により、再始動条件が成立したときの膨張行程気筒１２に対して燃料を噴射させて、点火、燃焼させるとともに、そのときの圧縮行程気筒１２に対しても燃料を噴射して、該圧縮行程気筒１２のピストン１３がＴＤＣを越えた後に点火、燃焼させるエンジン再始動手段２ｄが、それぞれ構成されている。

上述のフローの制御により、エンジン１の停止動作期間に再始動要求があった場合には、エンジン回転速度（ＴＤＣ回転速度）及びそのときのピストン位置に応じて最適な始動制御を行うことにより、エンジン１を確実且つ迅速に始動させるこができる。すなわち、図１４に示すように、エンジン１の各気筒１２Ａ〜１２Ｄに燃料供給を停止（燃料カット）してからエンジン１が停止するまでのエンジン停止動作期間中に再始動要求があった場合、その直前のＴＤＣ回転速度が、所定値Ａよりも高ければ、すなわち、エンジン１の回転慣性力が大きくて圧縮行程気筒１２が次のＴＤＣを越えられるような範囲にあれば（図１４（ａ）においてIで示す範囲。以下、同様。）、そのときの圧縮行程気筒１２に対して燃料を噴射し、点火（ステップＳＤ１５，ＳＤ１６）、燃焼させることで、図１４（ａ）のＲ１（破線）のようにエンジン１を再始動することができる。

一方、最後のＴＤＣを越えて、ＴＤＣ回転速度が所定値Ａ以下になると、エンジン１の回転慣性力が小さく、そのままでは圧縮行程気筒１２は次のＴＤＣを越えることができないが、図１４（ｂ）に示すように、そのときに膨張行程にある気筒１２のピストン１３がＴＤＣに比較的、近い位置（図の例では、ＡＴＤＣの０〜３０°ＣＡであり、図１４（ａ）のIIの範囲）にあれば、図１５に示すように、該膨張行程気筒１２（＃２気筒１２Ｂ）に対して直ちに燃料を噴射して（ステップＳＤ１９、図１５において符号ｂ１で示す。以下、燃料噴射及び点火について同様。）、点火（ステップＳＤ１９、ｂ２）、燃焼させることで、正転方向に回転しているエンジン１に対してさらに正転方向のトルクを与えることができる。

続いて、前記再始動要求時の圧縮行程気筒１２（＃１気筒１２Ａ）に対しても燃料を噴射する（ステップＳＤ２０、ｂ３）ことで、その気化潜熱により該気筒１２内の温度を下げ、これにより筒内圧を低下させて、当該気筒１２が次のＴＤＣを越えやすくなるようにする。そして、前記圧縮行程気筒１２がＴＤＣを越えた後の膨張行程で、当該気筒１２に点火（ステップＳＤ２２、ｂ４）して、燃焼させることで、エンジン１の始動トルクをさらに大きくすることができ、これにより、エンジン１を図１４（ａ）のＲ２（破線）のように確実に再始動することができる。

また、前記再始動要求時の膨張行程気筒１２において、ピストン１３がＴＤＣから離れていて、その状態で燃焼させても十分な始動トルクが得られない場合（図１４（ａ）のIIIの範囲）には、その後、圧縮行程にある気筒１２の圧縮反力によりエンジン１の回転方向が反転して逆転方向になり（図１４（ａ）のIVの範囲）、前記膨張行程気筒１２（＃２気筒１２Ｂ）のピストン１３がＴＤＣ側に移動することによって筒内が十分に圧縮された後、この圧縮反力によってエンジン１の回転方向が正転方向に反転する際に当該気筒１２に対して点火、燃焼させることで、エンジン１に十分な始動トルクを付与することができる。その後は、上述のピストン１３がＴＤＣに近い場合の始動制御と同様に、圧縮行程気筒１２に対して燃料噴射をして、当該気筒１２がＴＤＣを越えた後に点火、燃焼させることで、エンジン１を図１４（ａ）のＲ３（破線）のように確実に再始動することができる。

そして、上述のような始動制御によってエンジン１を再始動した後は、通常のエンジン制御（吸気行程で燃料噴射：ｂ５及びｂ７、圧縮行程後期で点火：ｂ６）に移行し（ステップＳＤ２３）、エンジン１は通常運転を行う。

したがって、エンジン１の停止動作期間において、始動要求があったときのエンジン回転状態に応じて上述のような始動制御を行うことにより、図１４に破線Ｒ１〜Ｒ３として示すように、エンジン停止を待ってから再始動を行う場合（図１４に実線で示す）に比べて、エンジン始動までの時間を大幅に短縮することができ、再始動要求に応じて迅速にエンジン１を再始動することができる。

（その他の実施形態）
本発明の構成は、前記実施形態に限定されるものではなく、それ以外の種々の構成を包含するものである。すなわち、前記実施形態では、再始動要求があった場合に、その直前のＴＤＣ回転速度に基づいて圧縮行程気筒１２が次のＴＤＣを越えられるかどうかを判定するようにしている（図１３のステップＳＤ７）が、これに限らず、ピストン下死点（ＢＤＣ）や他のピストン位置での回転速度を検出して、その回転速度に基づいて前記圧縮行程気筒１２が次のＴＤＣを越えられるかどうかを判定するようにしてもよい。

以上説明したように、本発明におけるエンジンの始動装置は、エンジンの停止動作期間中の再始動要求に応じて迅速且つ確実にエンジンを再始動することができるから、例えばアイドルストップする車両において特に有用である。

本発明の実施形態に係るエンジン始動装置を備えたエンジン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した模式図である。 アイドル時におけるエンジン自動停止の制御を示すフローチャートである。 エンジン停止動作期間の（ａ）エンジン回転速度、（ｂ）クランク角、（ｃ）スロットル開度及び（ｄ）吸気管負圧の変化並びに（ｅ）各気筒のサイクルを示す説明図である。 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時のピストンの停止位置との関係を示す図である。 エンジン停止時のピストン位置を検出するための処理を示す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。 アイドル時のエンジン停止状態からエンジンを再始動させる場合の前半の制御を示すフローチャートである。 アイドル時のエンジン停止状態からエンジンを再始動させる場合の後半の制御を示すフローチャートである。 エンジン再始動時の各気筒の行程及び燃焼動作を示す説明図である。 エンジン再始動時の（ａ）エンジン回転速度、（ｂ）〜（ｆ）各気筒の筒内圧及びトルクの変化を示すタイムチャートである。 エンジン停止動作期間にエンジンを再始動させる場合の前半の制御を示すフローチャートである。 エンジン停止動作期間にエンジンを再始動させる場合の後半の制御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（ａ）エンジン回転速度及び（ｂ）クランク角を示すタイムチャートである。 エンジン停止動作期間にエンジンを再始動させる場合の各気筒の行程及び燃焼動作を示す説明図である。

符号の説明

Ｅ エンジンシステム
１ エンジン
２ ＥＣＵ
２ａ エンジン停止手段
２ｂ 停止直前状態検出手段
２ｃ 再始動条件判定手段
２ｄ エンジン再始動手段
３ クランク軸
１２Ａ〜１２Ｄ 気筒
１３ ピストン
１４ 燃焼室
１５ 点火プラグ
１６ 燃料噴射弁
２１ 吸気通路
２２ 排気通路
２３ スロットル弁
３０ 第１クランク角センサ
３１ 第２クランク角センサ
３２ カム角センサ
３３ 水温センサ
３４ アクセル開度センサ

Claims (3)

1. エンジン停止時の少なくとも膨張行程気筒に対して燃料を噴射して点火、燃焼させることにより、始動モータを使用することなくエンジンを始動させるようにしたエンジンの始動装置であって、
   運転中の前記エンジンの各気筒への燃料噴射を停止することにより、該エンジンを停止させるエンジン停止手段と、
   前記エンジンの回転速度が所定回転速度よりも低い停止直前状態であることを検出する停止直前状態検出手段と、
   前記エンジンの所定の再始動条件が成立したことを判定する再始動条件判定手段と、
   前記エンジン停止手段によって前記各気筒への燃料噴射が停止されてからエンジンが停止するまでの停止動作期間において、前記再始動条件判定手段により再始動条件の成立が判定されたとき、エンジンが前記停止直前状態にあれば、そのときに膨張行程にある気筒に対し燃料を噴射し、点火、燃焼させるエンジン再始動手段と、を備えるとともに、
   前記所定回転速度は、圧縮行程にある気筒が次に迎える上死点近傍でエンジンの回転慣性力と当該気筒の圧縮反力とが略同等になるような値に設定されていることを特徴とするエンジンの始動装置。
2. エンジン停止時の少なくとも膨張行程気筒に対して燃料を噴射して点火、燃焼させることにより、始動モータを使用することなくエンジンを始動させるようにしたエンジンの始動装置であって、
   運転中の前記エンジンの各気筒への燃料噴射を停止することにより、該エンジンを停止させるエンジン停止手段と、
   前記エンジンの回転速度が所定回転速度よりも低い停止直前状態であることを検出する停止直前状態検出手段と、
   前記エンジンの所定の再始動条件が成立したことを判定する再始動条件判定手段と、
   前記エンジン停止手段によって前記各気筒への燃料噴射が停止されてからエンジンが停止するまでの停止動作期間において、前記再始動条件判定手段により再始動条件の成立が判定されたとき、エンジンが前記停止直前状態にあれば、そのときに膨張行程にある気筒に対し燃料を噴射し、点火、燃焼させるエンジン再始動手段と、を備えるとともに、
   前記所定回転速度は、圧縮行程にある気筒が次に迎える上死点近傍でエンジンの回転慣性力が当該気筒の圧縮反力を所定量、上回るような値に設定されていることを特徴とするエンジンの始動装置。
3. 請求項１または２のいずれか一つにおいて、
   エンジン再始動手段は、再始動条件が成立したときに圧縮行程にある気筒に対しても燃料を噴射して、その気筒が上死点を越えた後の膨張行程で点火、燃焼させるものであることを特徴とするエンジンの始動装置。

Images