JP4779530B2

JP4779530B2 - 多気筒エンジンの始動装置

Info

Publication number: JP4779530B2
Application number: JP2005276266A
Authority: JP
Inventors: 統之太田; 昌彦藤本; 康村上; 和也横田
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2005-09-22
Filing date: 2005-09-22
Publication date: 2011-09-28
Anticipated expiration: 2025-09-22
Also published as: JP2007085272A

Description

本発明は、多気筒エンジンの始動装置に関し、特にエンジンのアイドル運転状態等において所定の自動停止条件が成立したときに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したときに再始動させるように構成された多気筒エンジンの始動装置に関する。

近年、燃費低減およびＣＯ_２排出量の抑制等を図るため、アイドル運転時等にエンジンを自動的に一旦停止させ、その後に運転者により車両の発進操作が行われる等の再始動条件が成立した時点で、エンジンを自動的に再始動させるようにしたエンジンの自動停止制御（いわゆるアイドルストップ制御）の技術が開発されている。

このアイドルストップ制御時における再始動の方式として、特許文献１、２に開示された先行技術のように、自動停止状態にあるエンジンの再始動条件が成立したときに、圧縮行程で停止した気筒（この明細書において「圧縮行程気筒」という）の混合気を点火して、一旦エンジンを逆転させ、次いで膨張行程で停止した気筒（この明細書において「膨張行程気筒」という）に燃料を噴射し、点火してエンジンを自動的に再始動させるように構成されたいわゆる逆転再始動方式のものが知られている。
特開２００４−１２４７５３号公報特開２００５−９０４９８号公報

上述した逆転再始動方式を実効あるものとし、アイドルストップ制御を実用化するには、再始動後２回目の上死点を越えるだけの運動エネルギーを再始動制御時に確保することが不可欠である。この２回目の上死点をスムーズに乗り越えるためには、自動停止時において、膨張行程気筒が逆転後、最初に着火された際により大きな運動エネルギーを出力することが好ましい。そして、膨張行程気筒の最初の燃焼で得られる出力を高めるためには、より多くの筒内空気を、エンジンの逆転によってより強く圧縮すればよい。しかしながら、膨張行程気筒の筒内空気量を増やし過ぎると、圧縮行程気筒の筒内空気量が減少し、燃焼による逆転のエネルギーが低下するので、膨張行程気筒の筒内空気を充分圧縮することができなくなる。他方、圧縮行程気筒での逆転のための燃焼エネルギーを増大させ過ぎると、エンジンのクランクシャフトが逆回転し過ぎて、下死点を越えてしまい、膨張行程気筒が上死点を越えてしまうおそれがある。従って、圧縮行程気筒での逆転のための燃焼エネルギーが増大し過ぎないようにする必要があり、そのために膨張行程気筒の筒内空気の圧縮ストロークが制限される（すなわち、膨張行程気筒は、逆転時において上死点まで筒内空気を圧縮することができない）のである。この結果、膨張行程気筒に多くの空気を充填させ、圧縮行程気筒の燃焼によるエンジンの逆転によってより強く圧縮することには限界があり、始動性に問題を残していた。

本発明は前記の事情に鑑み、再始動時における膨張行程気筒の燃焼のエネルギーを増大させ、もってエンジンの始動性を向上させることのできる多気筒エンジンの始動装置を提供することを課題としている。

前記課題を解決するために本発明は、多気筒エンジンの燃焼室に燃料を噴射する直噴式の燃料噴射弁を含むとともに燃料噴霧を前記燃料噴射弁から所定タイミングで筒内に供給する燃料供給システムを備え、再始動条件が成立したときに、圧縮行程気筒を燃焼させ、所定クランク角だけ逆転させた後、膨張行程気筒を燃焼させて前記多気筒エンジンを再始動させる多気筒エンジンの始動装置において、各気筒のピストン位置を検出するピストン位置検出手段と、前記ピストン位置検出手段の検出に基づいて、前記逆転動作中において、膨張行程で停止していた気筒に対して複数回に分割して燃料噴射を実行するように前記燃料供給システムによる燃料噴射タイミングを制御する燃料噴射制御手段とを備え、前記逆転動作の開始前において、前記膨張行程気筒のピストンが、行程中央よりも下死点側で停止しており、前記燃料噴射制御手段は、分割噴射の最初の燃料噴射を、前記逆転動作の開始により膨張行程気筒のピストンが上死点方向に動き始めた後、上死点前９０°ＣＡから上死点前７０°ＣＡまでの範囲にあるタイミングで実行するとともに、最後の燃料噴射を、少なくとも燃料噴霧によって膨張行程気筒内に生成される乱れが点火タイミングまで残存する所定クランク角のタイミングで実行するように、前記燃料供給システムを制御するものであることを特徴とする多気筒エンジンの始動装置である。この態様によれば、燃料噴射制御手段によって、再始動制御を開始した多気筒エンジンの逆転動作中において、膨張行程気筒に対し、複数回燃料が噴射されることにより、最初の燃料噴射によって筒内空気を冷却し、膨張行程気筒での圧縮反力を低減して、より上死点側へピストンを移動させることが可能になる。この結果、膨張行程気筒でのピストンストロークが増大し、圧縮空気の密度を高めることが可能になる。他方、最後の燃料噴射の燃料噴射タイミングが、少なくとも燃料噴霧によって膨張行程気筒内に生成される乱れが点火タイミングまで残存する所定クランク角のタイミングに設定されることにより、燃料の気化時間を確保しつつ、膨張行程気筒での着火後の燃焼速度を速めることが可能になる。この結果、逆転時において、上死点まで圧縮できない膨張行程気筒の運動エネルギーを総合的に高めて始動性を向上させる。

好ましい態様において、前記最後の燃料噴射の実行開始タイミングは、前記膨張行程気筒が上死点前５０°ＣＡにあるタイミングである。この態様によれば、噴射燃料の気化霧化が促進される範囲で最終の燃料の噴霧による筒内の乱れを点火時点まで存続することができるので、気化霧化による均質燃焼と乱れによる急速燃焼とを両立させ、高い運動エネルギーを確保することが可能になる。

好ましい態様において、前記燃料噴射弁は、一部の噴口から燃料噴射される噴霧が点火プラグの電極付近に指向する複数の噴口を有するマルチホール形燃料噴射弁であり、前記燃料噴射制御手段は、多気筒エンジン再始動時に４Ｍｐａ以上の燃圧で噴射するように前記燃料供給システムを制御するものである。この態様では、一部の噴霧が点火プラグ回りに噴射されることにより、多気筒エンジンの逆転後に膨張行程気筒の混合気が点火された際、筒内全体としてはリーンな状態で成層燃焼を図ることが可能になる。しかも、燃料噴射弁から噴射される噴霧の燃圧が４Ｍｐａ以上であることから、点火プラグ電極付近に噴霧による乱れを生成し、急速燃焼を促進させて燃焼性を向上することが可能になる。この結果、膨張行程気筒での運動エネルギーを可及的に高めることが可能になる。

以上説明したように、本発明においては、分割噴射の前半側では燃料の気化霧化を促進し、筒内反力を低減し、ピストンストロークを得るようにしているとともに、分割噴射の後半側では、噴霧の乱れによって急速燃焼を図り、速やかに燃焼エネルギーを運動エネルギーに転換可能な構成を採用しているので、全体として大きな運動エネルギーを膨張行程気筒の最初の燃焼で得ることができ、２回目の上死点を可及的に乗り越え安くすることが可能になる結果、再始動時における膨張行程気筒の燃焼のエネルギーを増大させ、もってエンジンの始動性を向上させることができるという顕著な効果を奏する。

図１および図２は本発明に係る４サイクル火花点火式エンジンの概略構成を示している。このエンジン１は、シリンダヘッド１０およびシリンダブロック１１を有しており、ＥＣＵ２によって制御される構成になっている。前記エンジン１には、四つの気筒（第１気筒１２Ａ、第２気筒１２Ｂ、第３気筒１２Ｃ及び第４気筒１２Ｄ）が設けられるとともに、各気筒１２Ａ〜１２Ｄの内部には、クランクシャフト３に連結されたピストン１３が嵌挿されることにより、その上方に燃焼室１４が形成されている。

前記各気筒１２Ａ〜１２Ｄの燃焼室１４の頂部には、プラグ先端が燃焼室１４内に臨むように点火プラグ１５が設置されている。点火プラグ１５には、これに電気火花を発生させるための点火装置２７が付設されている。また、エンジン１には、前記燃焼室１４の側方に配置され、燃焼室１４内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁１６ａを備えた燃料供給システム１６が設けられている。燃料供給システム１６には、図略の電動高圧ポンプが設けられており、この電動高圧ポンプから吐出された燃料タンクの燃料が分配管を介して燃料噴射弁１６ａに噴射されるように構成されている。電動高圧ポンプは、ＥＣＵ２によって、エンジン１の運転状態に応じ、例えば３ＭＰａから１３ＭＰａまでの範囲で燃圧を調整可能に構成されている。なお、燃料供給システムについては、例えば本件出願人が先に提案している特開２００２−２４２７３８号公報に開示されているものと同等のものを適用可能であるので、その詳細については説明を省略する。

燃料噴射弁１６ａは、図外のニードル弁およびソレノイドを内蔵し、前記ＥＣＵ２の燃料噴射制御部４１から入力されたパルス信号のパルス幅に対応する時間だけ駆動されて開弁し、その開弁時間に応じた量の燃料を前記点火プラグ１５の電極付近に向けて噴射するように構成されている。本実施形態において、燃料噴射弁１６ａは、複数の噴口を有するマルチホール型インジェクタで構成されている。各燃料噴射弁１６ａは、その燃圧を制御可能な燃料供給システム１６に接続されている。そして、ＥＣＵ２により、燃料供給システム１６が制御されることによって、各燃料噴射弁１６ａは、所期のタイミング並びに燃圧で燃料を噴射するように構成されている。なお、マルチホール型インジェクタについては、例えば本件出願人が先に提案している特開２００５−９８１２１号公報に開示されているものと同等のものを採用可能であるので、その詳細については説明を省略する。

前記各気筒１２Ａ〜１２Ｄの燃焼室１４の上部には、燃焼室１４に向かって開口する吸気ポート１７および排気ポート１８が設けられるとともに、これらのポート１７、１８に、吸気弁１９および排気弁２０がそれぞれ装備されている。前記吸気弁１９および排気弁２０は、図示を省略したカムシャフト等を有する動弁機構によって駆動されることにより、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各気筒１２Ａ〜１２Ｄの吸・排気弁１９、２０の開閉タイミングが設定されている。

前記吸気ポート１７および排気ポート１８には、吸気通路２１および排気通路２２が接続されている。前記吸気ポート１７に近い吸気通路２１の下流側は、図２に示すように、各気筒１２Ａ〜１２Ｄに対応して独立した分岐吸気通路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よりも上流側には共通吸気通路２１ｃが設けられるとともに、この共通吸気通路２１ｃには、アクチュエータ２４により駆動されるスロットル弁２３が配設されている。このスロットル弁２３の上流側には、吸気流量を検出するエアフローセンサ２５及び吸気の温度を検知する吸気温センサ２９が設けられ、スロットル弁２３の下流側には吸気圧力（負圧）を検出する吸気圧センサ２６が設けられている。

一方、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３７が配設されている。この触媒３７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および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３７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良く、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、タイミングベルト等によりクランクシャフト３に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は、図示を省略したフィールドコイルの電流を制御して出力電圧を調節することにより発電量を調整するレギュレータ回路２８ａを内蔵し、このレギュレータ回路２８ａに入力される前記ＥＣＵ２からの制御信号に基づき、車両の電気負荷および車載バッテリーの電圧等に対応した発電量の制御が実行されるように構成されている。

さらに、エンジン１には、クランクシャフト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、一方のクランク角センサ３０から出力される検出信号に基づいてエンジン回転速度が検出されるとともに、後述するように前記両クランク角センサ３０、３１から出力される位相のずれた検出信号に基づいてクランクシャフト３の回転方向および回転角度が検出されるようになっている。

さらに、エンジン１には、カムシャフトに設けられた気筒識別用の特定回転位置を検出するカム角センサ３２と、エンジン１の冷却水温度を検出する水温センサ３３とが設けられ、また車体側には運転者のアクセル操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサ３４が設けられている。

ＥＣＵ２は、エンジン１の運転を統括的に制御するコントロールユニットである。本実施形態のＥＣＵ２は、予め設定されたエンジン１の自動停止条件が成立したときに各気筒１２Ａ〜１２Ｄへの燃料噴射を所定のタイミングで停止（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、その後に運転者によるアクセル操作が行われる等により再始動条件が成立したときにエンジン１を自動的に再始動させる制御（アイドルストップ制御）を行うように構成されている。以下ＥＣＵ２の説明にあたり、このアイドルストップ制御に関する部分を中心に説明する。

ＥＣＵ２には、エアフローセンサ２５、吸気圧センサ２６、吸気温センサ２９、クランク角センサ３０、３１、カム角センサ３２、水温センサ３３及びアクセル開度センサ３４からの各検知信号が入力されるとともに、燃料噴射弁１６ａ、スロットル弁２３のアクチュエータ２４、点火装置２７及びオルタネータ２８のレギュレータ回路２８ａのそれぞれに各駆動信号を出力する。ＥＣＵ２は、燃料噴射制御部４１、点火制御部４２、吸気流量制御部４３、発電量制御部４４、ピストン位置検出部４５および筒内温度推定部４６を機能的に含んでいる。

燃料噴射制御部４１は、燃料噴射タイミングと、各噴射における燃料噴射量と、燃圧とを設定して、その信号を燃料供給システム１６に出力する燃料噴射制御手段である。特に本実施形態では、後述するように再始動時における膨張行程気筒での最初の燃焼のための燃料を分割噴射によって供給している。燃料噴射制御部４１は、その分割噴射タイミングの設定や、燃料配分の設定も行う。

点火制御部４２は、各気筒１２Ａ〜１２Ｄに対して適切な点火タイミングを設定し、各点火装置２７に点火信号を出力する。

吸気流量制御部４３は、各気筒１２Ａ〜１２Ｄに対して適切な吸気流量を設定し、その吸気流量に応じたスロットル弁２３の開度信号をアクチュエータ２４に出力する。特に本実施形態では、後述するようにエンジン１の自動停止時にスロットル弁２３の開度を調節して、ピストン１３が再始動に適した適正停止範囲に停止するような制御を行っている。吸気流量制御部４３は、その際のスロットル弁２３の開度調節も行う。

発電量制御部４４は、オルタネータ２８の適切な発電量を設定し、その駆動信号をレギュレータ回路２８ａに出力する。特に本実施形態では、後述するようにエンジン１の自動停止時にオルタネータ２８の発電量を調節することによってクランクシャフト３の負荷を変化させ、ピストン１３が再始動に適した適正範囲に停止するような制御を行っている。その際、発電量制御部４４は、オルタネータ２８の発電量の調節も行う。また再始動時には、通常よりも多めの発電を行うことによってエンジン１の負荷を増大させ、吹上がり（必要以上に急速なエンジン回転速度の上昇）を防止する制御を行っている。

ピストン位置検出部４５は、クランク角センサ３０、３１の各検出信号に基づき、ピストン位置を検出する。ピストン位置とクランク角（°ＣＡ）とは１対１に対応するので、一般的になされているように本明細書においてもピストン位置をクランク角で表す。本実施形態では、後述するように膨張行程気筒および圧縮行程気筒の自動停止中のピストン位置に基づいて各筒内空気量を算出し、それに応じて再始動時における各気筒の燃焼制御を行っている。

筒内温度推定部４６は、水温センサ３３によって検知されるエンジン水温や、吸気温センサ２９によって検知される吸気温度等に基づいて、予め実験等によって求められたマップを用いる等して各気筒１２Ａ〜１２Ｄの気筒内の空気温度を推定する筒内温度推定手段である。特に本実施形態では、後述するように、エンジン１の再始動に際してエンジン１の停止時間を考慮した筒内温度推定を行い、その推定値に基づいた燃焼制御を行っている。

以上のような構成のＥＣＵ２によってアイドルストップ制御を行うにあたり、エンジン１の再始動時には、最初に圧縮行程気筒で燃焼を行わせることにより、そのピストン１３を押し下げてクランクシャフト３を少しだけ逆転させる。これによって膨張行程気筒のピストン１３を一旦上昇（上死点に近づける）させ、その気筒内の空気（燃料噴射後は混合気となる）を圧縮した状態で、この混合気に点火して燃焼させることにより、クランクシャフト３に正転方向の駆動トルクを与えてエンジン１を再始動させるように構成されている。

前記のようにして再始動モータ等を使用することなく、特定の気筒に噴射された燃料に点火するだけでエンジン１を適正に再始動させるためには、前記膨張行程気筒の混合気を燃焼させることにより得られる燃焼エネルギーを充分に確保することにより、これに続いて圧縮上死点を迎える気筒（本実施形態では圧縮行程気筒および吸気行程気筒）がその圧縮反力に打ち勝って上死点を超えるようにしなければならない。従って、膨張行程気筒内に充分な空気量を確保し、さらには、急速燃焼を実現して熱エネルギーから運動エネルギーへの変換を迅速化させる必要がある。

図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、圧縮行程気筒と膨張行程気筒とでは、それぞれ位相が１８０°ＣＡだけずれているため、各ピストン１３が互いに逆方向に作動する。膨張行程気筒のピストン１３が行程中央よりも下死点側に位置していれば、その気筒の空気量が多くなって充分な燃焼エネルギーが得られる。しかし、前記膨張行程気筒のピストン１３が極端に下死点側に位置した状態となると、圧縮行程気筒内の空気量が少なくなり過ぎて、再始動時の初回燃焼でクランクシャフト３を逆転させるための燃焼エネルギーが充分に得られなくなる。

これに対して前記膨張行程気筒の行程中央、つまり圧縮上死点後のクランク角が９０°ＣＡとなる位置よりもやや下死点側の所定範囲Ｒ、例えば圧縮上死点後のクランク角が１００〜１２０°ＣＡとなる範囲Ｒ内にピストン１３を停止させることができれば、圧縮行程気筒内に所定量の空気が確保されて前記初回の燃焼によりクランクシャフト３を少しだけ逆転させ得る程度の燃焼エネルギーが得られることになる。しかも、膨張行程気筒内に多くの空気量を確保することにより、クランクシャフト３を正転させるための燃焼エネルギーを充分に発生させてエンジン１を確実に再始動させることが可能となる（以下この範囲Ｒを適正停止範囲Ｒとする）。

そこで、ピストン１３を適正停止範囲Ｒ内に停止させるよう、ＥＣＵ２によって次のような制御がなされる。図４は、この制御によるエンジン自動停止時のタイムチャートであり、エンジン回転速度Ｎｅ、ブースト圧Ｂｔ（吸気圧力）およびスロットル弁２３の開度Ｋを示す。また図５は、図４の時点ｔ１付近以降の拡大図であり、図４に加えてクランク角ＣＡおよび各気筒の行程推移チャートを示す。以下、説明を簡潔にするため、第１気筒１２Ａが膨張行程気筒、第２気筒１２Ｂが排気行程気筒、第３気筒１２Ｃが圧縮行程気筒、第４気筒１２Ｄが吸気行程気筒であるものとする。

ＥＣＵ２は、エンジン１の自動停止条件が成立した時点ｔ０で、エンジン１の目標速度を、エンジン１を自動停止させない時の通常のアイドル回転速度（以下、通常のアイドル回転速度という）よりも高い値、例えば通常のアイドル回転速度が６５０ｒｐｍ（自動変速機はドライブ（Ｄ）レンジ）に設定されたエンジン１では前記目標速度（自動停止条件成立時のアイドル回転速度）を８５０ｒｐｍ程度（自動変速機はニュートラル（Ｎ）レンジ）に設定することにより、エンジン回転速度Ｎｅを通常のアイドル回転速度よりも少し高い回転速度で安定させる制御を実行する。またブースト圧Ｂｔが比較的高い所定の値（約−４００ｍｍＨｇ）で安定するようにスロットル弁２３の開度Ｋを調節する。

そしてエンジン回転速度Ｎｅが目標速度に安定した時点ｔ１で燃料噴射を停止させてエンジン回転速度Ｎｅを低下させる。また、エンジン１を自動停止させる制御動作の初期段階である前記燃料噴射の停止時点ｔ１で、スロットル弁２３の開度Ｋを、気筒内空燃比を空気過剰率λ＝１にしたときのアイドル時の吸気流量（エンジン１運転を継続させるために必要な最小限の吸気流量）よりも多い吸気流量となるように設定する。すなわち、前記時点ｔ１直前の燃焼状態が、気筒内空燃比を空気過剰率λ＝１ないしλ＝１付近に設定されて均質燃焼されている場合はスロットル弁２３の開度Ｋを増大させ（例えば開度Ｋ＝３０％程度）、気筒内空燃比がリーンに設定されて成層燃焼されている場合はスロットル弁２３の開度Ｋをそのまま（成層燃焼時の比較的大きな開度のまま）維持する。図４及び図５は前者の場合を示している。

この制御によって時点ｔ１からやや遅れてブースト圧Ｂｔが増大し始める（時点ｔ１直前が均質燃焼の場合）か、または比較的高いブースト圧Ｂｔを維持する（時点ｔ１直前が成層燃焼の場合）ので、排気ガスの掃気が促進される。

またＥＣＵ２は、時点ｔ１でオルタネータ２８の発電を一旦停止させる。これによってクランクシャフト３の回転抵抗を低減し、エンジン回転速度Ｎｅの速度が早く低下し過ぎないようにしている。

こうして時点ｔ１で燃焼噴射を停止するとエンジン回転速度Ｎｅが低下し始め、予め設定された基準速度、例えば７６０ｒｐｍ以下になったことが確認された時点ｔ２でスロットル弁２３を閉止する。すると時点ｔ２からやや遅れてブースト圧Ｂｔが減少し始め、エンジン１の各気筒に吸入される吸気流量が減少する。スロットル弁２３を開放している時点ｔ１から時点ｔ２までの間に吸入された空気は、共通吸気通路２１ｃ及びサージタンク２１ｂを経由して各気筒の分岐吸気通路２１ａに導かれる。そして吸気行程を迎えた気筒から順にその空気を吸入することになる。図５に示す場合では第４気筒１２Ｄ、第２気筒１２Ｂ、第１気筒１２Ａ、第３気筒１２Ｃの順となる。ここで、時点ｔ１及び時点ｔ２の設定を前記のようにすることによって、第３気筒１２Ｃ（圧縮行程気筒）よりも第１気筒１２Ａ（膨張行程気筒）の方がより多くの空気を吸入することになる。

時点ｔ１以降はエンジン１が惰性で回転するため、エンジン回転速度Ｎｅが次第に低下し、やがて時点ｔ５で停止するが、このエンジン回転速度Ｎｅの低下は、図４および図５に示すように、小刻みなアップダウン（４気筒４サイクルエンジン１では１０回前後）を繰り返しながら低下して行く。

図５に示すクランク角ＣＡのタイムチャートは、実線が第１気筒１２Ａおよび第４気筒１２Ｄの上死点（ＴＤＣ）を０°ＣＡとした場合のクランク角を示し、一点鎖線が第２気筒１２Ｂおよび第３気筒１２Ｃの上死点を０°ＣＡとした場合のクランク角を示している。実線と一点鎖線とは９０°ＣＡを境に互いに逆位相となっている。４気筒４サイクルエンジン１では、１８０°ＣＡごとに何れかの気筒が順次圧縮上死点を迎えるので、このタイムチャートは、実線または一点鎖線で示す波形の頂点（クランク角＝０°ＣＡ）において何れかの気筒が圧縮上死点を通過していることを示している。

この何れかの気筒が圧縮上死点となるタイミングは、前記エンジン回転速度Ｎｅのアップダウンの谷のタイミングと一致している。つまり、エンジン回転速度Ｎｅは、各気筒が順次圧縮上死点を迎える度に一時的に落ち込んだ後、その圧縮上死点を超えた時点で再び上昇するという小刻みなアップダウンを繰り返しながら次第に低下するのである。

そして最後の圧縮上死点を通過した時点ｔ４の後に圧縮上死点を迎える圧縮行程気筒１２Ｃでは、慣性力によるピストン１３の上昇に伴って空気圧が高まり、その圧縮反力によりピストン１３が上死点を超えることなく押し返されてクランクシャフト３が逆転する。このクランクシャフト３の逆転によって膨張行程気筒１２Ａの空気圧が上昇するため、その圧縮反力に応じて膨張行程気筒１２Ａのピストン１３が下死点側に押し返されてクランクシャフト３が再び正転し始め、このクランクシャフト３の逆転と正転とが数回繰り返されてピストン１３が往復作動した後に停止することになる。このピストン１３の停止位置は、圧縮行程気筒１２Ｃおよび膨張行程気筒１２Ａにおける圧縮反力のバランスにより略決定されるとともに、吸気行程気筒１２Ｄの吸気抵抗やエンジン１の摩擦等の影響を受け、前記最後の圧縮上死点を超えた時点ｔ４のエンジン１の回転慣性、つまりエンジン回転速度Ｎｅの高低によっても変化することになる。

従って、膨張行程気筒１２Ａのピストン１３を適正停止範囲Ｒ内に停止させるためには、まず膨張行程気筒１２Ａおよび圧縮行程気筒１２Ｃの圧縮反力がそれぞれ充分に大きくなり、且つ膨張行程気筒１２Ａの圧縮反力が圧縮行程気筒１２Ｃの圧縮反力よりも所定値以上大きくなるように、両気筒に対する吸気流量を調節する必要がある。このために、燃料噴射の停止時点ｔ１でスロットル弁２３を開放してその開度Ｋを増大させることにより膨張行程気筒１２Ａおよび圧縮行程気筒１２Ｃの両方に所定量の空気を吸入させた後、所定時間が経過した時点ｔ２で前記スロットル弁２３を閉止してその開度Ｋを低減することにより前記吸入空気量を調節するようにしている。

ところで、このようにしてエンジン１を自動停止させ、エンジン回転速度が低下する過程において、各気筒１２Ａ〜１２Ｄが圧縮上死点を通過する際のエンジン回転速度（上死点回転速度）ｎｅと、膨張行程気筒１２Ａのピストン停止位置との間には、明確な相関関係がある。すなわち、各段階（停止前から２番目、３番目、４番目・・・）の上死点回転速度ｎｅがそれぞれ一定の速度範囲内にあるときに膨張行程気筒１２Ａのピストン停止位置が適正停止範囲Ｒ内となる確率が高くなるのである。

この特性を利用し、本実施形態ではエンジン回転速度Ｎｅの低下過程における所定の段階（特に重要なのは停止前から２番目（時点ｔ３））の上死点回転速度ｎｅが一定の速度範囲内となるような制御を行って、膨張行程気筒１２Ａのピストン１３がより確実に適正停止範囲Ｒ内で停止するような制御を行っている。具体的には、オルタネータ２８の発電量を増減させることによってクランクシャフト３の負荷（エンジン負荷）を調節し、停止前から２番目の上死点回転速度ｎｅ（時点ｔ３）が、３５０±５０ｒｐｍの範囲内となるようにしている。

エンジン回転速度Ｎｅがさらに低下し、最後の圧縮上死点通過タイミング（図５に示す時点ｔ４）を過ぎると、何れの気筒も上死点を通過することがなく、行程の推移はなされなくなる。ピストン１３は、その行程内で減衰振動（逆向きに動くときはクランクシャフト３が逆転し、エンジン回転速度Ｎｅが負になる）しつつ狙いの適正停止範囲Ｒに停止しようとする。しかし、このとき吸気行程気筒１２Ｄは吸気動作を行っており、その吸気抵抗が大きいとピストン１３の停止位置がばらつきやすくなる。特に、吸気抵抗はピストン１３が下死点側に動くときに大きくなるように作用するので、ピストン１３が狙いよりも上死点寄りに停止しやすくなる。吸気行程気筒１２Ｄのピストン１３と膨張行程気筒１２Ａのピストン１３とは同位相で動くので、結局膨張行程気筒１２Ａのピストン１３が狙いよりも上死点寄りに停止しやすくなってしまう。

そこで本実施形態では、時点ｔ４と略同時（やや遅らせてもよい）にスロットル弁２３の開度Ｋを図５に示す開度Ｋ１（例えばＫ１＝４０％程度）まで増大させ、吸気行程気筒１２Ｄの吸気抵抗を低減している。これによって膨張行程気筒１２Ａおよび圧縮行程気筒１２Ｃにおける吸気流量バランスに影響を及ぼすことなく、そのバランスに応じた狙いの位置にピストン１３がより停止しやすくなっている。

なお、このような制御を行うためには、時点ｔ４が最後の圧縮上死点通過タイミングであることを即時に判別する必要があり、次の（圧縮行程気筒１２Ｃでの）圧縮上死点は通過しないことを時点ｔ４において予測しなければならない。そのため本実施形態では、ＥＣＵ２が最後の上死点通過タイミングを判別するようにしている。ＥＣＵ２は、各上死点通過時のエンジン回転速度と、予め実験等で求められた所定の回転速度（例えば２６０ｒｐｍ）とを比較し、前者が後者以下となった時点で、それが最後の圧縮上死点通過タイミングであると判別する。なお、最後の圧縮上死点通過タイミングにおける上死点回転速度ｎｅは、高いほど行程後期寄り（膨張行程気筒１２Ａのピストン停止位置が下死点寄り、圧縮行程気筒１２Ｃでは上死点寄り）で停止しやすくなる。

ところで、エンジン停止直前の膨張行程気筒１２Ａおよび圧縮行程気筒１２Ｃの最終吸気行程における吸気流量バランスは、ブースト圧Ｂｔによっても影響を受ける。特に、停止前から２番目の圧縮上死点通過タイミング（図５の時点ｔ３）は、圧縮行程気筒１２Ｃにおいて最終吸気行程の始点となっており、この時点のブースト圧Ｂｔの影響が大きい。すなわち、このブースト圧Ｂｔが低い（真空側）と、圧縮行程気筒１２Ｃへの吸気流量が少なくなり、結果的に圧縮行程気筒１２Ｃのピストン１３の停止位置が上死点寄り（膨張行程気筒１２Ａでは下死点寄り）となりやすい。ブースト圧Ｂｔが高い（大気圧側）と、その逆となる。

従って、最後の上死点通過タイミングにおける上死点回転速度ｎｅが高く、また停止前から２番目の圧縮上死点通過タイミングのブースト圧Ｂｔが低いときは、膨張行程気筒１２Ａのピストン１３が行程後期寄りで停止しやすい条件が重なっており、狙いの停止位置（上死点後１００〜１２０°ＣＡ）で停止する可能性が高い。このような条件のときに、時点ｔ３でスロットル弁２３の開度をＫ１まで増大させる制御を行うと、ピストン停止位置がより行程後期寄りとなって、かえって狙いの停止位置から外れてしまうおそれがある。そこで本実施形態では、そのような場合には、時点ｔ３におけるスロットル弁２３の開度をＫ１より低開度（または閉止）とされる開度Ｋ２（図５参照）に設定し、吸気流量の増大を抑制することにより、膨張行程気筒１２Ａのピストン停止位置が下死点寄りになり過ぎないようにしている。

こうして時点ｔ５においてピストン１３が完全に停止するが、その停止直前から停止までのピストン１３の動作をクランク角センサ３０、３１で検出することにより、ＥＣＵ２のピストン位置検出部４５がピストン１３の停止位置を検出する。図６は、そのピストン停止位置の検出制御動作を示すフローチャートである。この検出制御がスタートすると、第１クランク角信号ＣＡ１（クランク角センサ３０からの信号）および第２クランク角信号ＣＡ２（クランク角センサ３１からの信号）に基づき、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であるか否か、または第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であるか否かを判定する（ステップＳ４１）。これにより、エンジン１の停止動作時における前記信号ＣＡ１、ＣＡ２の位相の関係が、図７（Ａ）のようになるか、それとも図７（Ｂ）のようになるかを判定してエンジン１が正転状態にあるか逆転状態にあるかを判別する。

すなわち、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もって生じることにより、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、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となる。一方、エンジン１の逆転時には、図７（Ｂ）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の進みをもって生じることにより、エンジン１の正転時とは逆に第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、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Lowとなる。

そこで、ステップＳ４１の判定がＹＥＳであれば、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カウンタをアップし（ステップＳ４２）、ステップＳ４１の判定がＮＯの場合は、前記ＣＡカウンタをダウンする（ステップＳ４３）。そして、エンジン停止後に前記ＣＡカウンタの計測値を調べることでピストン停止位置を求める（ステップＳ４４）。

エンジン１が完全に停止すると、各気筒１２Ａ〜１２Ｄの筒内温度は図８の温度特性に示すような変化をする。図８は、エンジン停止からの経過時間と筒内温度との関係を示すグラフであり、エンジン停止時（時点ｔ５）の筒内温度が８０℃であった場合の筒内温度変化の推定値である。

この特性に示すように、エンジン１が完全に停止すると冷却水の流れが停止するので、停止直後に筒内温度が急速に上昇する。そしてエンジン停止後約１０秒でピークとなり、以後は徐々に低下して行く。この特性は冷却水の温度（エンジン水温）や外気温（吸気温度）等によって異なり、ＥＣＵ２の筒内温度推定部４６はその特性をマップ化したデータを記憶している。

なお、エンジン停止動作期間中にスロットル弁２３の開度Ｋを増大させることにより掃気が促進されるので、触媒３７に充分な量の新気が供給される。従ってエンジン停止中は触媒３７の酸素吸蔵量が充分に多い状態となっている。

次に、エンジン１の再始動時の制御について説明する。再始動の際は、上述のようにまず圧縮行程気筒１２Ｃでの燃焼を行わせてエンジン１を一旦逆回転させてから膨張行程気筒１２Ａでの燃焼を行わせ、正転方向に転じさせる。つまりエンジン１を一旦逆回転させることによって膨張行程気筒１２Ａのピストン１３を上昇させ、その圧縮圧力を増大させた後に当該気筒での燃焼を行わせる。膨張行程気筒１２Ａのピストン停止位置が適正停止範囲Ｒにあって燃焼のための充分な空気量が確保されていることと、その空気がエンジン１の逆転によって圧縮されることにより大きな燃焼エネルギーが得られる。つまりエンジン１を確実に正転方向に転じさせるとともにその後の継続的な運転に円滑に移行させることができる。

しかし、膨張行程気筒１２Ａ内に充分な空気が存在していることが、その空気を強く圧縮することの妨げとなっている。それは、圧縮された空気の圧縮反力が膨張行程気筒１２Ａのピストン１３を押し戻す方向に作用するからである。

そこで本実施形態では、膨張行程気筒１２Ａへの燃料噴射タイミングを遅らせることにより、膨張行程気筒１２Ａ内の空気の圧縮量を増大（密度を増大）させる制御を行っている。燃料噴射タイミングを遅らせると、ある程度筒内空気が圧縮された状態の気筒内に燃料を噴射することになり、その気化潜熱によって圧縮圧力が減少する。従って同じエンジン逆転のエネルギーであればピストン１３がより上死点近くまで移動することができ（ピストンストローク増大）、圧縮空気の密度をより高めることができる。

図９は、本件発明者が膨張行程気筒１２Ａへの燃料噴射タイミングを検証するために実行した計算例を示すものであり、（Ａ）は最終筒内圧力と噴射タイミングとの関係、（Ｂ）は乱れエネルギーと噴射タイミングとの関係、（Ｃ）は点火プラグ１５回りの空燃比と噴射タイミングとの関係、（Ｄ）は混合気の分散状態と噴射タイミングとの関係をそれぞれ示したものである。各グラフ（Ａ）〜（Ｄ）において、燃料噴射は、圧縮行程気筒１２Ｃの混合気が点火されて逆転している間に膨張行程気筒１２Ａに対してなされたものである。なお、図９の説明において、「上死点前」とは、膨張行程気筒１２Ａのピストン１３が逆向きに動作する際の上死点から下死点側を意味している。

図９（Ａ）を参照して、最終筒内圧力は、上死点前１０５°ＣＡ付近から４５°ＣＡ付近の範囲が比較的低く、この範囲であれば、最終筒内圧力を低くし、膨張行程気筒１２Ａのピストンストロークを大きく確保することができる。しかも、図９（Ａ）のＲ１で示すように、上死点前１００°ＣＡ付近から５５°ＣＡ付近の範囲であれば、噴霧のペネトレーションが低下するため、膨張行程気筒１２Ａの筒内壁面に燃料が付着する割合が下がり、噴霧による気化霧化が促進され、筒内圧力を低下させることが可能になる。従って、燃料噴射を実行する際には、このＲ１の範囲で選択されることが好ましいといえる。

次に、図９（Ｂ）を参照して、噴霧の乱れエネルギーは、上死点側に進む程、燃焼速度が上昇する。ここで「乱れエネルギー」とは、噴射された噴霧のランダムな流れのエネルギーをいう。この乱れエネルギーが高いときは、膨張行程気筒１２Ａにおいて、急速燃焼を実現することができるので、これによって、上死点まで逆転できなかった膨張行程気筒の混合気を燃焼させた場合でも、比較的大きな運動エネルギーを取り出すことが可能になる。

図９（Ｃ）を参照して、点火プラグ１５回りの空燃比は、上死点前１０５°ＣＡないし４５°ＣＡの範囲で略一定である。但し、噴射タイミングが上死点前４５°ＣＡよりもリタードすると、混合気がリッチ過ぎて、初期燃焼速度が遅くなる傾向がある。そのため、点火プラグ１５回りの空燃比についても、燃料噴射タイミングは、上死点前４５°ＣＡから下死点側であることが望ましい。

また、図９（Ｄ）を参照して、混合気の分散状態についても、上死点前４５°ＣＡから下死点側の方が均質である。特に、上死点前４０°ＣＡ以降に点火タイミングをリタードすると、図９（Ｄ）のＲ３で示すように、燃料の偏在が二次曲線的に急増し、空気利用率が低くなって燃焼が悪くなる。そのため、混合気の分散状態からも、上死点前４０°ＣＡから下死点側で燃料噴射を実行することが好ましい。

図１０は図９の演算結果に基づく燃焼室の状態を示すものであり、（Ａ）〜（Ｃ）は噴射タイミングが上死点前９０°ＣＡの場合、（Ｄ）〜（Ｆ）は、噴射タイミングが上死点前７０°ＣＡの場合、（Ｇ）〜（Ｉ）は、噴射タイミングが上死点前４５°ＣＡの場合であり、（Ａ）、（Ｄ）、（Ｇ）は、速度コンター、（Ｂ）、（Ｅ）、（Ｈ）並びに（Ｃ）、（Ｆ）、（Ｉ）は、空燃比の分布をそれぞれ示している。

図１０（Ａ）〜（Ｉ）から明らかなように、図９（Ａ）のＲ１で示した範囲内であっても、膨張行程気筒が比較的上死点にある間は、乱れが少ないが、空燃比の偏在は小さくなる。他方、噴射タイミングをリタードさせると、乱れは大きくなるが、空燃比の偏在も大きくなるという特性になっている。これらのことから、本件発明者は鋭意研究の結果、上死点前９０°ＣＡから６０°ＣＡまでの範囲で燃料を分割噴射することによって、各噴射タイミングでの好適な特性を組み合わせることが可能となることに想到した。例えば、２分割の場合であれば、上死点前８０°ＣＡに最初の燃料噴射を行い、上死点前６５°ＣＡに最後の燃料噴射を実行する。このようにすれば、最初の燃料噴射によって、比較的混合気の分布が均質な状態（図９（Ｄ）参照）でペネトレーションの低い燃料噴射を実行することとなり、効率よく膨張行程気筒１２Ａの筒内空気を冷却し、最終筒内圧力を効果的に下げることが可能になる（図９（Ａ）参照）とともに、最後の燃料噴射では、比較的乱れエネルギーが高く（図９（Ｂ）参照）、且つ空燃比、混合気分布が均質な状態で燃料を噴射することになるので（図９（Ｃ）（Ｄ）参照）、最初の燃料噴射によって最終筒内圧力が弱まり、ピストンストロークが大きくなったことと相俟って大きな乱れエネルギーを生成することができる結果（図９（Ｂ）参照）、急速な均質燃焼を実現することが可能になる。このため、膨張行程気筒１２Ａの初回燃焼での運動エネルギーは、極めて高くなり、後続する吸気行程気筒１２Ｄ、排気行程気筒１２Ｂが２番目の上死点を越えることが可能になる。

同様に、噴射タイミングを３分割にし、初回、２回目、３回目の噴射タイミングをそれぞれ、上死点前９０°ＣＡ、７５°ＣＡ、６０°ＣＡとしてもよい。

なお、２分割の場合において、最初の燃料噴射タイミングの範囲としては、上死点前９０°ＣＡから上死点前７０°ＣＡの範囲を選択することが可能であり、最後の燃料噴射タイミングの範囲としては、上死点前７０°ＣＡから上死点までを選択することが可能である。この場合において、最初の燃料噴射タイミングと最後の燃料噴射タイミングの間には、少なくとも約２°ＣＡ（１．５ｍｓｅｃ）のインターバルを持たせておく。これにより、上述した筒内冷却による圧力低下と急速な均質燃焼とを両立させ、高い運動エネルギーを取り出すことが可能になる。

なお、ＥＣＵ２の燃料噴射制御部４１は、前段と後段との燃料噴射燃料の比率（分割比）や後段の燃料噴射タイミングを、膨張行程気筒１２Ａのピストン停止位置や逆転開始時の筒内空気温度（推定値）によって補正し、気化性能を確保しつつ燃焼エネルギーを可及的に増大させることができるようにしている。すなわち膨張行程気筒１２Ａのピストン停止位置が適正停止範囲Ｒのうちの比較的下死点寄りにあるとき（比較的筒内空気量が多い）は、比較的上死点寄りにあるとき（比較的筒内空気量が少ない）に比べて後段の燃料噴射量比率を増大させている。これは、比較的筒内空気量が多いときは、その圧縮反力も大きくなるので、後段の燃料噴射量をより多くすることによって効果的に圧縮圧力を低減させ、圧縮空気の密度を増大させるためである。また、筒内空気温度が比較的高いときにも後段の燃料噴射量比率を増大させている。これは、筒内空気温度が高いときは燃料の気化性能が高くなっているので、気化性能を確保するための前段の燃料噴射をあまり必要としなくなるからである。

後段の燃料噴射タイミングに関しては、筒内空気温度が比較的高いときに後段の燃料噴射タイミングを遅らせている。つまり、筒内空気温度が高いときは燃料の気化性能が高くなっているので、後段の燃料噴射タイミングを遅らせても点火までの間に気化しやすくなっており、その分、燃料噴射タイミングを遅らせることで、より高速な均質燃焼と圧縮空気密度の更なる増大とを図っている。

前記のような制御を含むエンジン再始動時の制御動作を図１１〜図１３に示すフローチャートに基づいて説明する。まず、所定のエンジン再始動条件（停車状態から発進のためのアクセル操作等が行われた場合、バッテリー電圧が低下した場合、あるいはエアコンが作動した場合等）が成立したか否かを判定し（ステップＳ１０１）、ＮＯと判定されてエンジン１の再始動条件が成立していないことが確認された場合には、そのままの状態で待機する。ステップＳ１０１でＹＥＳと判定されてエンジン１の再始動条件が成立したことが確認された場合には、筒内温度推定部４６が、エンジン水温、停止時間（自動停止からの経過時間）、吸気温度などから筒内温度を推定する（ステップＳ１０２）。そして、ピストン位置検出部４５によって検出されたピストン１３の停止位置に基づいて圧縮行程気筒１２Ｃおよび膨張行程気筒１２Ａ内の空気量を算出する（ステップＳ１０３）。つまり、前記ピストン１３の停止位置から圧縮行程気筒１２Ｃおよび膨張行程気筒１２Ａの燃焼室容積が求められ、また、エンジン停止の際には燃料噴射の停止後にエンジン１が数回転してから停止するので膨張行程気筒１２Ａも新気で満たされた状態にあり、かつ、エンジン停止中に圧縮行程気筒１２Ｃおよび膨張行程気筒１２Ａの内部は略大気圧となっているので、前記燃焼室容積から新気量が求められることとなる。

次に、ピストン停止位置が、圧縮行程気筒１２Ｃにおける適正停止範囲Ｒ（上死点前６０°ＣＡから上死点前８０°ＣＡ）のうち、比較的下死点側であるか否かの判定が行われる（ステップＳ１０４）。

ステップＳ１０４でＹＥＳと判定され、比較的空気量が多いときは、ステップＳ１０５に移行して、前記ステップＳ１０３で算出された圧縮行程気筒１２Ｃの空気量に対してλ（空気過剰率）＞１なる空燃比（例えば空燃比＝２０程度）となるように燃料を噴射させる（１回目の燃料噴射）。この空燃比はピストンの停止位置に応じて予め設定された圧縮行程気筒１回目用空燃比マップＭ１から求められる。λ＞１というリーン空燃比とすることにより、比較的圧縮行程気筒１２Ｃ内の空気量が多いときであっても、逆転のための燃焼エネルギーが過多となることなく、逆転し過ぎる（圧縮行程気筒１２Ｃにおいて、下死点側に動いたピストン１３が下死点を通過して、吸気行程まで逆転してしまう）ことを防止している。

一方ステップＳ１０４でＮＯと判定され、比較的空気量が少ないときは、ステップＳ１０６に移行して、前記ステップＳ１０３で算出された圧縮行程気筒１２Ｃの空気量に対してλ≦１なる空燃比となるように燃料を噴射させる（１回目の燃料噴射）。この空燃比はピストンの停止位置に応じて予め設定された圧縮行程気筒１回目用空燃比マップＭ２から求められる。λ≦１という理論空燃比ないしはそれよりリッチ空燃比とすることにより、比較的圧縮行程気筒１２Ｃ内の空気量が少ないときであっても、逆転のための燃焼エネルギーを充分得ることができる。

次にステップＳ１０７に移行し、圧縮行程気筒１２Ｃへの１回目燃料噴射から気化時間を考慮して設定した時間の経過後に、当該気筒に対して点火を行う。そして、点火してから一定時間内にクランク角センサ３０、３１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が動いたか否かを判定し（ステップＳ１０８）、ＮＯと判定されて失火によりピストン１３が動かなかったことが確認された場合には、圧縮行程気筒１２Ｃに対して再点火を繰り返し行う（ステップＳ１０９）。

図１２を参照して、クランク角センサ３０、３１のエッジが検出されると（ステップＳ１０８でＹＥＳ）、前記ステップＳ１０２で推定した筒内温度およびピストン停止位置に基づいて、膨張行程気筒１２Ａに対する分割燃料噴射の分割比（前段噴射（１回目）と後段噴射（２回目）との比率）を算出する（ステップＳ１２１）。膨張行程気筒１２Ａにおけるピストン停止位置が下死点寄りであるほど、また筒内温度が高いほど、後段の燃料噴射比率を大きくする。

次に前記ステップＳ１０３で算出した膨張行程気筒１２Ａの空気量に対して所定の空燃比（λ≦１）となるように燃料噴射量を算出する（ステップＳ１２２）。この際の空燃比はピストンの停止位置に応じて予め設定された膨張行程気筒用空燃比マップＭ３から求められる。

次に、ステップＳ１２２で算出された膨張行程気筒１２Ａへの燃料噴射量とステップＳ１２１で算出された分割比とによって、膨張行程気筒１２Ａに対する１回目と２回目の燃料噴射量と燃圧を算出する（ステップＳ１２３）。ここで、本実施形態では、少なくとも２回目の燃料噴射時の燃圧が４ＭＰａ以上になるように、燃料噴射制御部４１は、燃料供給システム１６を制御する。これにより、２回目の燃料噴射において、確実に噴霧の乱れを生成し、急速な均等燃焼を確実に実現することが可能になる。

次に、膨張行程気筒１２Ａの停止位置から膨張行程気筒１２Ａへの燃料噴射タイミングを算出する（ステップＳ１２４）。図９（Ａ）〜（Ｄ）で詳しく説明したように、分割噴射される燃料の噴射タイミングは、上死点前９０°ＣＡから上死点前６０°ＣＡまでの範囲で決定される。

次に、ステップＳ１２３で算出された燃料噴射量と、ステップＳ１２４で算出された燃料噴射タイミングに基づき、圧縮行程気筒１２Ｃの混合気が点火されて逆転動作が開始されている間、上死点から８０°ＣＡのタイミングで１回目の燃料噴射する（ステップＳ１２５）。このタイミングでの燃料噴射では、ペネトレーションが下がり、筒内の壁面に付着する燃料は少なくなる。その結果、筒内の空気が噴射された燃料によって冷却され、圧力低下を来すので、圧縮行程気筒１２Ｃでの逆転動作において、膨張行程気筒１２Ａの筒内圧力も下がり（図９（Ａ）参照）、大きなピストンストロークを得ることが可能になる。

次に、ステップＳ１２３で算出された燃料噴射量と、ステップＳ１２４で算出された燃料噴射タイミングに基づき、逆転動作中の膨張行程気筒１２Ａに対し、上死点から６０°ＣＡのタイミングで２回目の燃料噴射タイミングに噴射する（ステップＳ１２６）。

このタイミングでは、図９（Ａ）〜（Ｄ）に示したようにこのタイミングでの燃料噴射では、筒内圧力は依然低い状態であるとともに、噴霧の乱れエネルギーは、比較的高くなっている（図９（Ａ）（Ｂ）参照）。他方、点火プラグ１５回りの空燃比は、比較的リーンな状態であり（図９（Ｃ）参照）、混合気の偏在度も比較的低い状態にある。このため、急速な均質燃焼を筒内全体としてリーンな状態で行い、上死点に至ることのできない状態で正転する膨張行程気筒１２Ａにおいても、極めて高い燃焼性を発揮することができ、大きな運動エネルギーをクランクシャフト３に出力することが可能になる。

膨張行程気筒１２Ａへの２回目の燃料噴射後、所定のディレー時間経過後に点火する（ステップＳ１２７）。所定のディレー時間はピストンの停止位置に応じて予め設定された膨張行程気筒点火ディレーマップＭ４から求められる。この点火による膨張行程気筒１２Ａでの初回燃焼により、エンジン１は逆転から正転に転ずる。従って圧縮行程気筒１２Ｃのピストン１３は上死点側に移動し、内部のガス（前記ステップＳ１０７の点火によって燃焼した既燃ガス）を圧縮し始める。上述したように、この初回燃焼においては、噴霧の乱れによる高速な均質燃焼を実現することができるので、燃焼性が高まり、大きな運動エネルギーをクランクシャフト３に出力することが可能になる。

次に、膨張行程気筒１２Ａでの燃焼が始まり、エンジン１のクランクシャフト３が正転すると、圧縮行程気筒１２Ｃも上死点に向かって筒内の混合気を圧縮する。本実施形態では、この圧縮行程気筒１２Ｃの正転動作中において、圧縮自己着火アシストを実行する（ステップＳ１２８）。これにより、膨張行程気筒１２Ａが下死点を越えた後にさらなる運動エネルギーを圧縮行程気筒１２Ｃから出力することが可能になる。

次に、図１３を参照して、以下のステップＳ１４０〜Ｓ１４４は、吸気行程気筒１２Ｄでの燃焼を行うにあたり、圧縮上死点を越えるためのエネルギーを可及的に小さくするための制御である。

まずステップＳ１４０で、筒内空気密度を推定し、その推定値から吸気行程気筒１２Ｄの空気量を算出する。次に、ステップＳ１０２で推定した筒内温度に基づいて、自着火防止のための空燃比補正値を算出する（ステップＳ１４１）。すなわち自着火が起こると、その燃焼によって圧縮上死点に至る前にピストン１３を下死点側に押し戻す力（逆トルク）が発生する。これはその分圧縮上死点を越えるためのエネルギーを多く消費するので望ましくない。そこでこの逆トルクを抑制するために空燃比をリーン側に補正し、自着火が起こらないようにするのである。

次に、前記ステップＳ１４０で算出した吸気行程気筒１２Ｄの空気量と、前記ステップＳ１４１で算出した空燃比補正値を考慮した空燃比とから、吸気行程気筒１２Ｄへの燃料噴射量を算出する（ステップＳ１４２）。

そして吸気行程気筒１２Ｄに対する燃料噴射を行うが、この燃料噴射は、その気化潜熱によって圧縮圧力が低減するように（つまり圧縮上死点を越えるための必要エネルギーを低減するように）、圧縮行程の後期まで遅延してなされる（ステップＳ１４３）。その遅延量は、エンジン１の自動停止期間、吸気温度、エンジン水温等に基づいて算出される。

次に、前記逆トルクの発生を抑制するため、点火タイミングを上死点以降に遅延して点火する（ステップＳ１４４）。以上の制御によって、吸気行程気筒１２Ｄにおいて、圧縮上死点まではその圧縮圧力を小さくして上死点を越えやすくし、上死点を過ぎた時点で燃焼エネルギーによる正転方向のトルクが発生するようになる。

ステップＳ１４４の後、通常の制御に移行してもよいが、本実施形態ではさらに吹上がり抑制制御を行っている。ここで言う吹上がりとは、吸気行程気筒１２Ｄでの初回燃焼以降、エンジン回転速度が必要以上に急上昇することをいい、加速ショックが発生したり運転者に違和感を与えたりするおそれがあって望ましくない。吹上がりは、自動停止期間中の吸気圧力（スロットル弁２３より下流の圧力）が略大気圧となっているために、始動直後（吸気行程気筒１２Ｄでの初回燃焼以降）の各気筒での燃焼エネルギーが通常のアイドル運転時の燃焼エネルギーに比べて一時的に大きくなることによって起こる。そこで以降のステップＳ１４５〜Ｓ１５８で、この吹上がりを抑制する制御を行っている。

まずオルタネータ２８の発電を開始する（ステップＳ１４５）。その目標電流値はＥＣＵ２の発電量制御部４４によって通常より高めに設定される。オルタネータ２８の発電によってクランクシャフト３の負荷（エンジン負荷）が増大するので、吹上がりが抑制される。

次に吸気圧センサ２６によって検知される吸気圧が、アイドルストップを行わない場合の通常のアイドル時における吸気圧力より高いか否かが判定される（ステップＳ１５０）。ここでＹＥＳと判定されると、吹上がりが起こりやすい状態となっているので、スロットル弁２３の開度を通常のアイドル運転時におけるスロットル開度よりもさらに小さくし（ステップＳ１５１）、燃焼エネルギーの発生量を抑制する。

次に排気通路２２に設けられた触媒３７の温度が活性温度以下であるか否かが判定され（ステップＳ１５２）、ＹＥＳと判定されれば目標空燃比をλ≦１なるリッチ空燃比に設定するとともに（ステップＳ１５３）、点火タイミングを上死点以降に遅延させる（ステップＳ１５４）。こうすることにより、触媒３７の温度上昇が促進されるとともに、点火タイミングの遅延によって燃焼エネルギーの発生量が抑制される。

遡って、ステップＳ１５２でＮＯと判定されたときは、目標空燃比をλ＞１なるリーン空燃比に設定して（ステップＳ１５８）燃焼させる。このリーン燃焼によって燃料の消費を抑制しつつ燃焼エネルギーの発生量を抑制することができる。

ステップＳ１５４またはステップＳ１５８の後はステップＳ１５０に戻り、ＮＯと判定されるまで前記制御を繰り返す。ステップＳ１５０でＮＯと判定されると、もはや吹上がりのおそれがないので、オルタネータ２８の発電量も含めて通常制御に移行する（ステップＳ１６０）。

前記の再始動制御が実行されることにより、図１４に示すように、先ず圧縮行程気筒１２Ｃ（第３気筒）において１回目の燃料噴射が行われ、点火によって燃焼（図１４中の（１））が行われる。この燃焼（１）による燃焼圧で、圧縮行程気筒１２Ｃのピストン１３が下死点側に押し下げられてエンジン１が逆転方向に駆動される。ここで、圧縮行程気筒１２Ｃの１回目の燃料噴射が、比較的空気量の多いときにはリーン空燃比（λ＞１）、少ないときには理論空燃比ないしはそれよりリッチ空燃比（λ≦１）となるように噴射されるので、エンジン逆転のための適度な燃焼エネルギー、すなわち膨張行程気筒１２Ａ内の空気を充分圧縮しつつも、その圧縮上死点を超えて逆転し過ぎることのない程度の燃焼エネルギーを得ることができる。

エンジン１の逆回転開始に伴って膨張行程気筒（第１気筒）１２Ａのピストン１３が上死点方向に動き始め、上死点から所定クランク角のタイミングに至ると、膨張行程気筒１２Ａでの１回目（前段）の燃料噴射が行われ、気化し始める。この燃料噴射燃料の気化潜熱によって圧縮圧力が低減し、ピストン１３がより上死点に近づくので圧縮空気（混合気）の密度が増大する。

そして、膨張行程気筒１２Ａのピストン１３が上死点側（望ましくは行程中央より上死点寄り）に移動し、筒内の空気が圧縮された時点（本実施形態では、上死点前６０°ＣＡ）で２回目（後段）の燃料噴射が４ＭＰａ以上の燃圧で行われる。このため、確実に噴霧の乱れを生成される。さらに、膨張行程気筒１２Ａのピストン１３が上死点に充分に近づいた時点で当該気筒に対する点火が行われることにより、急速な均等燃焼を確実に実現することが可能になり（図１４中の（２））、その燃焼圧でエンジン１が大きな運動エネルギーを受けて正転方向に駆動される。

さらに、圧縮行程気筒１２Ｃに対して適当なタイミングで圧縮自己着火運転を実行することにより（図１４中の（３））、当該圧縮上死点（始動開始から最初の圧縮上死点）を超えるために消費される膨張行程気筒１２Ａの最初の燃焼エネルギーを低減することができる。

さらに、次の燃焼気筒である吸気行程気筒１２Ｄにおける燃料噴射のタイミングを、燃料の気化潜熱によって気筒内の温度、および圧縮圧力を低下させる適正なタイミング（例えば圧縮行程の中期以降）に設定している（図１４中の（４））ため、該吸気行程気筒１２Ｄの圧縮行程での（圧縮上死点前での）自着火が防止される。また、該吸気行程気筒１２Ｄの点火タイミングが圧縮上死点以降に設定されていることも相俟って、圧縮上死点前での燃焼が防止される。つまり燃料噴射による圧縮圧力の低減と圧縮上死点前の燃焼を行わないことにより、当該圧縮上死点（始動開始から２番目の圧縮上死点）を超えるために消費される膨張行程気筒１２Ａにおける初回燃焼のエネルギーを低減することができる。

こうして膨張行程気筒１２Ａにおける初回燃焼（図１４中の（２））のエネルギーによって、再始動開始後の最初の圧縮上死点（図１４中の（３））と２番目の圧縮上死点（図１４中の（４））とを超えることができ、円滑で確実な始動性を確保することができる。

それ以降（図１４中の（５）、（６）・・・）は、触媒３７の温度に応じて空燃比をリーン（λ＞１）にしたり点火タイミングを遅延させたりして吹上がりを防止しつつ通常運転に移行する。

以上説明したように本実施形態では、燃料噴射制御手段としての燃料噴射制御部４１によって、再始動制御を開始したエンジン１の逆転動作中において、膨張行程気筒１２Ａに対し、複数回燃料が噴射されることにより、最初の燃料噴射によって筒内空気を冷却し、膨張行程気筒１２Ａでの圧縮反力を低減して、より上死点側へピストンを移動させることが可能になる。この結果、膨張行程気筒１２Ａでのピストンストロークが増大し、圧縮空気の密度を高めることが可能になる。他方、最後の燃料噴射の燃料噴射タイミングが、少なくとも燃料噴霧によって膨張行程気筒１２Ａ内に生成される乱れが点火タイミングまで残存する所定クランク角ＣＡのタイミングに設定されることにより、燃料の気化時間を確保しつつ、膨張行程気筒１２Ａでの着火後の燃焼速度を速めることが可能になる。この結果、再始動制御を開始した逆転時において、上死点まで圧縮できない膨張行程気筒１２Ａの運動エネルギーを総合的に高めて始動性を向上させることが可能になる。

また本実施形態では、前記燃料噴射弁１６ａは、一部の噴口から燃料噴射される噴霧が前記点火プラグ１５の電極付近に指向する複数の噴口を有するマルチホール形燃料噴射弁であり、前記燃料噴射制御部４１は、エンジン１の再始動時に４Ｍｐａ以上の燃圧で噴射するように燃料供給システム１６を制御するものである。このため本実施形態では、一部の噴霧が点火プラグ１５回りに噴射されることにより、エンジン１の逆転後に膨張行程気筒１２Ａの混合気が点火された際、筒内全体としてはリーンな状態で成層燃焼を図ることが可能になる。しかも、燃料噴射弁１６ａから噴射される噴霧の燃圧が４Ｍｐａ以上であることから、点火プラグ１５の電極付近に噴霧による乱れを生成し、急速燃焼を促進させて燃焼性を向上することが可能になる。この結果、膨張行程気筒１２Ａでの運動エネルギーを可及的に高めることが可能になる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能である。例えば、前記実施形態では再始動時の膨張行程気筒１２Ａにおける初回燃焼のための燃料噴射を分割噴射としたが、これを、気化潜熱による圧縮圧力の低減と気化性能の確保とが可及的に両立できるタイミング（所定燃料噴射タイミング）を実験等によって策定し、この所定燃料噴射タイミングにおける１回の燃料噴射としてもよい。

また、再始動時における膨張行程気筒１２Ａの最初の燃焼のために行う分割燃料噴射は、必要に応じて３分割以上としてもよい。

また、再始動時における膨張行程気筒１２Ａの最初の燃焼のために行う分割燃料噴射において、前記最後の燃料噴射の実行開始タイミングとしては、エンジン１の逆転動作が終了する時点よりも７５ｍｓ前となるであろうクランク角ＣＡ位置（図９において、上死点前約９４°ＣＡ）を採用することが可能である。この場合には、噴射燃料の気化霧化が促進される範囲で最終の燃料の噴霧による筒内の乱れを点火時点まで存続することができるので、気化霧化による均質燃焼と乱れによる急速燃焼とを両立させ、高い運動エネルギーを確保することが可能になる。

また、再始動時における膨張行程気筒１２Ａの最初の燃焼のために行う分割燃料噴射において、前記最後の燃料噴射の実行開始タイミングは、エンジン１の逆転動作が終了するクランク角ＣＡよりも１０°ＣＡ前（上死点前約５０°ＣＡ）であってもよい。その場合には、噴射燃料の気化霧化が促進される範囲で最終の燃料の噴霧による筒内の乱れを点火時点まで存続することができるので、気化霧化による均質燃焼と乱れによる急速燃焼とを両立させ、高い運動エネルギーを確保することが可能になる。

また、前記実施形態では省略しているが、エンジン再始動時において、所定の条件成立時（例えばピストン停止位置が適正停止範囲Ｒ内にない場合や、始動後の所定タイミングまでにエンジン回転速度が所定値に達しないなど）、スタータモータによるアシストを伴う制御を行ってもよい。

エンジン１を自動停止させる制御は前記実施形態に限るものではなく、適宜設定してよい。但し再始動性を高めるためには、膨張行程気筒１２Ａにおけるピストン１３の停止位置が行程中央よりよやや下死点寄り（圧縮行程気筒１２Ｃにおいては行程中央よりやや上死点寄り）となるような制御であることが望ましい。

その他、本発明の特許請求の範囲内で種々の変更が可能であることはいうまでもない。

本発明に係る始動装置を備えたエンジンの概略断面図である。エンジンの吸気系および排気系の構成を示す説明図である。エンジンの停止時に膨張行程および圧縮行程になる気筒のピストン停止位置と空気量との関係を示す説明図である。エンジン停止時におけるエンジン回転速度の変化状態等を示すタイムチャートである。図４の部分拡大図であり、さらにクランク角および各気筒の行程推移を示すタイムチャートである。ピストン停止位置の検出制御動作を示すフローチャートである。クランク角信号の出力信号を示す説明図である。エンジン停止からの経過時間と筒内温度推定値との関係を示すグラフである。再始動時における膨張行程気筒の最初の燃焼のための燃料噴射時のクランク角と、その際のピストン到達点のクランク角との関係を示すグラフである。図９の演算結果に基づく燃焼室の状態を示すものであり、（Ａ）〜（Ｃ）は噴射タイミングが上死点前９０°ＣＡの場合、（Ｄ）〜（Ｆ）は、噴射タイミングが上死点前７０°ＣＡの場合、（Ｇ）〜（Ｉ）は、噴射タイミングが上死点前４５°ＣＡの場合であり、（Ａ）、（Ｄ）、（Ｇ）は、速度コンター、（Ｂ）、（Ｅ）、（Ｈ）並びに（Ｃ）、（Ｆ）、（Ｉ）は、空燃比の分布をそれぞれ示している。エンジン再始動時の制御動作を示すフローチャート（１／３）である。エンジン再始動時の制御動作を示すフローチャート（２／３）である。エンジン再始動時の制御動作を示すフローチャート（３／３）である。エンジンの再始動時における燃焼動作等を示すタイムチャートである。

符号の説明

１エンジン
３クランクシャフト
４気筒
１２Ａ膨張行程気筒
１２Ｃ圧縮行程気筒
１３ピストン
１４燃焼室
１５点火プラグ
１６燃料供給システム
１６ａ燃料噴射弁
３０クランク角センサ
３１クランク角センサ
４１燃料噴射制御部（燃料噴射制御手段の一例）
４２点火制御部（点火制御手段の一例）
４３吸気流量制御部
４４発電量制御部
４５ピストン位置検出部（ピストン位置検出手段の一例）

Claims

多気筒エンジンの燃焼室に燃料を噴射する直噴式の燃料噴射弁を含むとともに燃料噴霧を前記燃料噴射弁から所定タイミングで筒内に供給する燃料供給システムを備え、再始動条件が成立したときに、圧縮行程気筒を燃焼させ、所定クランク角だけ逆転させた後、膨張行程気筒を燃焼させて前記多気筒エンジンを再始動させる多気筒エンジンの始動装置において、
各気筒のピストン位置を検出するピストン位置検出手段と、
前記ピストン位置検出手段の検出に基づいて、前記逆転動作中において、膨張行程で停止していた気筒に対して複数回に分割して燃料噴射を実行するように前記燃料供給システムによる燃料噴射タイミングを制御する燃料噴射制御手段と
を備え、
前記逆転動作の開始前において、前記膨張行程気筒のピストンが、行程中央よりも下死点側で停止しており、
前記燃料噴射制御手段は、分割噴射の最初の燃料噴射を、前記逆転動作の開始により膨張行程気筒のピストンが上死点方向に動き始めた後、上死点前９０°ＣＡから上死点前７０°ＣＡまでの範囲にあるタイミングで実行するとともに、最後の燃料噴射を、少なくとも燃料噴霧によって膨張行程気筒内に生成される乱れが点火タイミングまで残存する所定クランク角のタイミングで実行するように、前記燃料供給システムを制御するものであることを特徴とする多気筒エンジンの始動装置。
請求項１記載の多気筒エンジンの始動装置において、
前記最後の燃料噴射の実行開始タイミングは、前記膨張行程気筒が上死点前５０°ＣＡにあるタイミングであることを特徴とする多気筒エンジンの始動装置。
請求項１又は２記載の多気筒エンジンの始動装置において、
前記燃料噴射弁は、一部の噴口から燃料噴射される噴霧が点火プラグの電極付近に指向する複数の噴口を有するマルチホール形燃料噴射弁であり、
前記燃料噴射制御手段は、多気筒エンジン再始動時に４Ｍｐａ以上の燃圧で噴射するように前記燃料供給システムを制御するものであることを特徴とする多気筒エンジンの始動装置。