JP4826318B2 - 多気筒４サイクルエンジンの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、多気筒４サイクルエンジンの制御装置に関し、特に、電動駆動手段を用いた自動停止システムに好適な多気筒４サイクルエンジンの制御装置に関する。

例えば、特許文献１〜３に開示されているように、燃費低減およびＣＯ₂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（いわゆるアイドルストップ）ようにしたエンジン制御システム（自動停止システム）が知られている。

このような自動停止システムにおいては、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。しかし、特許文献１に開示されているように、電動駆動手段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った。また、クランキングに伴う騒音やエンジンの吹上がり（必要以上に急速なエンジン回転速度の上昇）が違和感を与えるという不具合もあった。

さらに、そのようにエンジンがアイドル状態になる度に電動駆動手段でアシストして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、電動駆動手段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２、３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停止時膨張行程気筒内に燃料を噴射して、点火、燃焼させることにより、電動駆動手段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。

特に、特許文献３においては、停止時に圧縮行程にある停止時圧縮行程気筒での燃焼によって一旦前記エンジンを所定クランク角度逆転させ、その後、前記停止時膨張行程気筒での燃焼によってエンジンを逆転させる逆転始動方式を採用し、大気圧に近づいている停止時膨張行程気筒の筒内圧力を高めた後、該気筒での燃焼を実行することによって、停止時膨張行程気筒での燃焼による出力を高めるようにしている。
特開２００４−１００６１６号公報 特開２００５−４２６７７号公報 特開２００５−１８０２０８号公報

上述した逆転始動方式の自動停止システムにおける再始動初期状態においては、停止時膨張行程気筒の燃焼によって２つの気筒が圧縮行程を超える必要があり、エンジンの回転速度が相対的に低い状態にある。そのため、前記再始動後に２つの気筒が圧縮行程を超えるまでは、すなわち、２番目の圧縮行程を超えるまでは、各気筒の燃焼室壁面からの受熱時間が長くなり、吸気温度が高くなるとともに、筒内に噴射された燃料の加熱時間も長くなって、噴射された燃料の活性化が促進される結果、自着火が発生しやすくなる。そのような自着火が圧縮行程を迎えた気筒で生じると、エンジンが逆転する方向に駆動され、再始動に失敗するという不具合があった。

そこで、特許文献３では、停止時に吸気行程にあった停止時吸気行程気筒において噴射される燃料を、当該停止時吸気行程気筒が再始動後、最初に圧縮行程にあるタイミングにリタードさせるととともに、点火タイミングも上死点経過後にリタードさせることにより、当該停止時吸気行程気筒での自着火防止を図っている。

しかしながら、再始動初期状態における自着火は、筒内温度が極めて高い場合や回転速度が極めて遅い場合、或いは燃料噴射弁からの燃料リークが生じている場合等においては、３番目に圧縮行程を迎える気筒においても生じ得ることが本件発明の鋭意研究の結果明らかになってきた。

本発明はこれまで問題視されてこなかった気筒での自着火をも確実に防止し、始動確実性を確保することのできる多気筒４サイクルエンジンの制御装置を提供することを課題としている。

上記課題を解決するために本発明は、自動停止している多気筒４サイクルエンジンを再始動する条件が成立した際に、停止時に圧縮行程にあった停止時圧縮行程気筒での燃焼によって一旦前記エンジンを所定クランク角度逆転させ、その後、停止時に膨張行程にあった停止時膨張行程気筒での燃焼によって前記エンジンを正転させて再始動させる多気筒４サイクルエンジンの制御装置において、少なくともエンジン回転速度と各気筒のクランク位置とを検出可能な運転状態検出手段と、前記運転状態検出手段によって検出された回転速度とクランク位置とに基づいて各気筒に噴射される燃料の空燃比と噴射タイミングとを制御する燃料噴射制御手段と、点火タイミングを制御する点火制御手段とを備え、前記燃料噴射制御手段および前記点火制御手段は、前記再始動後、停止時に吸気行程にあった停止時吸気行程気筒の最初の燃料噴射タイミングを圧縮行程の中期以降に設定するとともに、点火タイミングを圧縮上死点経過後に設定し、さらに前記燃料噴射制御手段は、前記停止時吸気行程気筒の最初の燃料噴射タイミングでの筒内空燃比を、前記停止時膨張行程気筒での点火タイミングよりも後の所定時点に前記運転状態検出手段が検出したエンジン回転速度が所定の基準回転速度以上であれば所定の基準空燃比となるように設定するとともに、前記エンジン回転速度が前記基準回転速度を下回る場合には、自着火を防止する筒内空燃比となるようにリッチにして、該エンジン回転速度が低いほど、可燃範囲において前記基準空燃比よりもリッチになるように調整するものであることを特徴とする多気筒４サイクルエンジンの制御装置である。この態様では、逆転始動方式において、前記再始動後に停止時膨張行程気筒を燃焼させることにより、停止時圧縮行程気筒での燃焼によって逆転したエンジンが正転に転じる。その後、既燃後の停止時圧縮行程気筒が最初の圧縮行程を経過した後、停止時吸気行程気筒が２番目の圧縮行程を迎える。この停止時吸気行程気筒に対しては、その圧縮行程中期に燃料が噴射され、所定のタイミングで点火される。ここで、停止時吸気行程気筒に噴射される燃料の噴射量は、停止時膨張行程気筒での点火タイミングよりも後の所定時点（例えば、当該点火後、停止時圧縮行程気筒が最初に圧縮行程上死点を経過する時点）に検出された回転速度に応じて変更される。すなわち、この所定時点に検出された回転速度が低い場合には、筒内空燃比が可燃範囲内においてリッチに設定されることにより、自着火の確実な防止を図ることが可能になるとともに、前記回転速度が高い場合には、自着火が生じにくいことから、筒内空燃比が比較的リーン（必ずしも理論空燃比よりもリーンというわけではない）になるように燃料噴射量が設定されることにより、排気性能の向上が図られる。

好ましい態様において、前記基準空燃比は、１１から１５の範囲内であり、前記可燃範囲のリッチ限界は、５以上の所定値である。この態様では、最も自着火が生じやすい停止時吸気行程気筒において、燃料噴射タイミングを圧縮行程の中期に設定していることと相俟って、自着火防止と排気性能の低下抑制とを両立することが可能になり、しかも、いわゆる吹上がり（必要以上に急速なエンジン回転速度の上昇）を防止することも可能となる。

好ましい態様において、前記燃料噴射制御手段は、２番目に圧縮行程を迎える気筒である前記停止時吸気行程気筒に対し、筒内空燃比が前記可燃範囲内にある限りにおいて圧縮行程内にて追加噴射を実行するものである。この態様では、比較的エンジンが低速で回転しているときに停止時吸気行程気筒に対して燃料の噴射タイミングが圧縮行程内にて追加噴射が実行されることにより、いわゆるパワーリッチを実現し、自着火を防止し、且つ排気性能を向上しつつ高いトルクを得ることが可能になる。

好ましい態様において、前記所定時点は、前記停止時圧縮行程気筒のピストンが再始動後に最初に迎える圧縮上死点に到達した時点である。この態様では、エンジンの回転速度を最も検出しやすい圧縮上死点で検出することとしているので、より精度の高い空燃比制御を実現することが可能になり、排気性能の維持と自着火防止とをより好適に両立させることが可能になる。

好ましい態様において、前記運転状態検出手段は、当該エンジンの筒内温度を推定可能な機能を有し、前記燃料噴射制御手段は、前記停止時吸気行程気筒が最初の圧縮行程を経過するまでの間に前記運転状態検出手段に推定された筒内温度が所定温度以上の場合には、エンジン回転速度に拘わらず筒内空燃比が可燃範囲内で基準空燃比よりもリッチになるように設定するものである。この態様では、停止時吸気行程気筒が圧縮行程に移行するまでの期間については、エンジンの筒内温度に着目し、エンジンの筒内温度が高い場合には、エンジン回転速度に拘わらず筒内空燃比を基準空燃比よりもリッチに設定して、より確実な自着火防止を図っている。

好ましい態様において、前記運転状態検出手段は、前記エンジンの自動停止後の経過時間が６０秒以内の所定時間に近いほど筒内温度が高いと判定するものである。この態様では、エンジンの自動停止後の経過時間が６０秒以内の所定時間に筒内の空気温度が急上昇するという知見に基づき、再始動条件が成立した時点が該所定時間に近いほど筒内温度が高いと判定されるように運転状態検出手段を構成しているので、自着火の生じやすい温度環境下でのノッキングを確実に防止することが可能になる。

好ましい態様において、エンジンの冷却水の温度を検出する水温センサを設け、前記運転状態検出手段は、前記水温センサの検出に基づいて、筒内温度を推測するものである。

好ましい態様において、エンジンの吸気温度を検出する吸気温度センサを設け、前記運転状態検出手段は、前記吸気温度センサの検出に基づいて、筒内温度を推測するものである。

以上説明したように本発明によれば、前記再始動後の運転状態が自着火しやすい環境下にあるときには、自着火を確実に防止できる対策を講じることが可能となるので、これまで問題視されてこなかった気筒での自着火をも確実に防止し、始動確実性を確保することができるという顕著な効果を奏する。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の形態について説明する。

図１は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り、図２は前記エンジン制御システムの吸気系および排気系の構成を示す模式図である。

各図を参照して、このエンジン制御システムは、シリンダヘッド１０およびシリンダブロック１１を備えたエンジン本体１と、該エンジン本体１を制御するためのコントロールユニット（ＥＣＵ）２とを備えている。

前記エンジン本体１には、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、クランクシャフト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。

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いる。本実施形態の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、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。さらに本実施形態では、エンジンの自動停止中に圧縮行程にあった気筒を停止時圧縮行程気筒、膨脹行程にあった気筒を停止時膨脹行程気筒と称する（同様に吸気行程にあった気筒を停止時吸気行程気筒、排気行程にあった気筒を停止時排気行程気筒と称する）。

図１を参照して、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が設けられている。各点火プラグ１５先端の電極は、前記燃焼室１４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、先端の噴孔を燃焼室１４に臨ませた燃料噴射弁１６が設けられている。この燃料噴射弁１６は、図示しないニードル弁およびソレノイドを内蔵し、前記コントロールユニット２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内に直接筒内に噴射するように構成されている。そして、その燃料の噴射方向が前記点火プラグ１５の電極付近に向かうように調整されている。

また、前記燃料噴射弁１６には、図示しないが、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おり、その燃料供給圧は、各気筒１２Ａ〜１２Ｄの圧縮行程中期以降で高圧の気筒内燃焼室１４に燃料を噴射できるように、その燃焼室１４の圧力よりも高い値に設定されている。

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および排気ポート１８が設けられている。これらのポート１７、１８に吸気弁１９および排気弁２０がそれぞれ配設されている。これらの吸気弁１９および排気弁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るものである。前記動弁機構による吸気弁１９および排気弁２０の開弁タイミングは、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気筒１２Ａ〜１２Ｄ毎に設定されている。

図２に示すように、吸気ポート１７および排気ポート１８には、それぞれ吸気通路２１および排気通路２２が連通している。吸気ポート１７に近い吸気通路２１の下流側は、気筒１２Ａ〜１２Ｄ毎に独立した分岐吸気通路２１ａを構成しており、各分岐吸気通路２１ａの上流端は、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である。この共通空気通路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と、このスロットル弁２３を駆動するアクチュエータ２４とが配設されている。さらに、スロットル弁２３の上流側および下流側には、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。

次に、エンジン本体１には、ベルト等によりクランクシャフト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、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に前記コントロールユニット２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、即ちエンジン本体１の外部負荷の大きさが変化することになる。

次に、各気筒１２Ａ〜１２Ｄの排気通路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、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。

次に、エンジン本体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Ｎｅが検出されるとともに、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の回転方向および位相が検出されるようになっている。

次に、エンジン本体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。

コントロールユニット２は、エンジンの運転を統括的に制御するマイクロプロセッサである。この本実施形態のエンジンは、予め設定された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を停止させる制御（アイドルストップ制御）を実行するとともに、エンジンの自動停止後に運転者によるアクセル操作が行わる等により再始動条件が成立したときにエンジンを自動的に再始動させる制御（燃焼再始動制御）を実行するように構成されている。かかる制御を実現するために、コントロールユニット２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およ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１６、スロットル弁２３のアクチュエータ２４、点火装置２７およびオルタネータ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。これにより、コントロールユニット２は、運転状態検出手段、ピストン停止位置識別手段、燃料噴射制御手段、並びに点火制御手段を機能的に構成している。

次に、前記コントロールユニット２によりエンジン本体１を自動で停止する制御について説明する。

エンジン本体１の自動停止制御は、既に先行技術文献欄に記載した特許文献３等に開示されているように、車速、ブレーキの作動状況、エンジン水温等に基づいて、所定のエンジン停止条件が成立した際、いずれか１つの気筒１２（例えば１番気筒１２Ａ）を特定して、エンジン本体１を停止させる所定の条件が成立したかどうかを判定し、判定条件が成立した場合には、各気筒１２Ａ〜１２Ｄへの燃料噴射を停止させるとともに、スロットル弁２３を設定開度になるように開いて十分な掃気を行い、エンジン本体１が速度に基づいて、スロットル弁２３やオルタネータ２８を制御してエンジン本体１の負荷を調整する。これにより、エンジン本体１は、アップダウンを繰り返しながら徐々に減速し、所望の停止範囲（図４に示す単独停止範囲）Ｒで停止時圧縮行程気筒１２Ａ（停止時膨張行程気筒１２Ｂ）が停止するように制御する。

図３はエンジンの自動停止制御についての停止時膨張行程気筒および停止時圧縮行程気筒のピストン停止位置を示す説明図である。

図３を参照して、コントロールユニット２のメモリには、予め燃焼による再始動が可能な下死点限界（停止時圧縮行程気筒１２Ａのθ１、停止時膨張行程気筒のθ４）と上死点限界（停止時圧縮行程気筒１２Ａのθ４、停止時膨張行程気筒のθ１）とによって決定される燃焼再始動可能範囲Ａが決定されている。このピストン１３は、上述した制御に基づき、この燃焼再始動可能範囲Ａ内で停止するのであるが、この燃焼再始動範囲の中でも、停止時圧縮行程気筒については、上死点前９０°ＣＡよりも僅かに上側の範囲に停止していることが好ましい。本実施形態の例では、図３のθ２からθ３で示すように、停止時圧縮行程気筒が上死点前６０°ＣＡから８０°ＣＡ（従って停止時膨張行程気筒が上死点後１００°ＣＡから１２０°ＣＡ）の範囲にあるときを単独燃焼停止範囲Ｒ、この単独燃焼停止範囲Ｒよりも図３のθ１までの上死点側（停止時膨張行程気筒にあっては下死点側）とθ４までの下死点側（停止時膨張行程気筒にあっては上死点側）の所定範囲を併用燃焼停止範囲、残余の範囲を燃焼再始動不能範囲ＮＧ１、ＮＧ２としてコントロールユニット２に判定基準を設定している。

単独燃焼停止範囲Ｒとは、再始動時に、図略のスタータモータを使用せずに、燃焼のみによってエンジン本体１の再始動が可能な停止位置をいう。停止時膨張行程気筒のピストン１３がこの単独燃焼停止範囲Ｒにある場合には、当該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。また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。また、停止時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を少しだけ逆転方向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、停止時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を正転方向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を確実に再始動させることが可能となる。

そこで本実施形態では、アイドル時にエンジン本体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ようにしている。これにより停止時膨張行程気筒１２Ｂおよ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。この結果、再始動時に駆動される２つの気筒１２Ａ、１２Ｂ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（下死点）寄りの再始動に好適な単独燃焼停止範囲Ｒ内に停止するようになる。

次に、併用燃焼停止範囲Ａ１、Ａ２とは、再始動時に図略のスタータモータを併用することによって、再始動が可能な停止範囲をいう。

さらに、燃焼再始動不能範囲ＮＧ１、ＮＧ２とは、燃焼による逆転再始動ができない停止範囲をいう。

これらの停止範囲Ｒ、Ａ１、Ａ２、ＮＧ１、ＮＧ２は、コントロールユニット２が停止範囲を推定した後、設定される停止範囲判定フラグＦ_STによって識別され、次に説明するエンジン本体１の再始動制御において、それぞれの場合に応じて、再始動制御が実行されるようにしている。ここで、停止位置判定フラグＦ_STは、エンジン本体１が自動停止した場合の停止状態を示すものであり、１の場合には、ピストン１３が単独燃焼停止範囲Ｒで停止していることを示し、１以外の場合には、単独燃焼停止範囲から外れていることを示すものである。停止位置判定フラグＦ_STの初期値は１に設定されている。

次に、アイドル時に自動で停止したエンジン本体１を自動で再始動する場合について説明する。

図４は前記エンジン制御システムにおけるエンジンの始動手順を示す模式図である。

図４を参照して、エンジンの再始動時には、原則として、図略のスタータモータの力を借りることなく、エンジン本体１を自力で始動させるのであるが、この実施形態では、図４（Ａ）〜図４（Ｄ）に模式的に示すように、まず、停止時圧縮行程気筒１２Ａ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、クランクシャフト３を少しだけ逆転させ（図４（Ａ）参照）、これにより、停止時膨張行程気筒１２Ｂ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（図４（Ｂ）参照）。そして、そのようにして圧縮されて温度および圧力の高くなった停止時膨張行程気筒１２Ｂ内の混合気に点火して、燃焼させることにより、クランクシャフト３に正転方向のトルクを与えて、エンジン本体１を始動するようにしている。そのようにエンジン本体１を自力で始動させるためには、停止時膨張行程気筒１２Ｂの燃焼によってクランクシャフト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、図４（Ｃ）に示すように停止時圧縮行程気筒１２Ａが、その圧縮反力（圧縮圧力）に打ち勝って上死点を越えるようにしなければならない。そのために、エンジン本体１の確実な始動のためには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。他方、再始動の際に、停止時膨張行程気筒１２Ｂ内に相当な空気が存在していることは、逆転時にその空気を強く圧縮することの妨げとなる。圧縮された空気の圧縮反力が停止時膨張行程気筒１２Ｂ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、停止時膨張行程気筒１２Ｂへの燃料噴射タイミングを遅らせることにより、停止時膨張行程気筒１２Ｂ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方向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からである。

次に、正転後においては、停止時圧縮行程気筒に残存する既燃ガスの反力が、正転後のトルクを下げる原因となり得る。そのため、本実施形態では、停止時膨張行程気筒に対する燃焼の後に、停止時圧縮行程気筒１２Ａに対して燃料を噴射することにより、気化潜熱で逆転後の停止時圧縮行程気筒１２Ａ内の圧力を下げ、トルクの低減を抑制するようにしている（図４（Ｃ）参照）。

さらに、停止時膨張行程気筒１２Ｂでの燃焼後に圧縮行程を迎える停止時吸気行程気筒１２Ｃにおいては、点火タイミングを圧縮上死点後にリタードさせて、いわゆる吹上がりを防止している（図４（Ｄ）参照）。

エンジン本体１が強制的に停止した後、上述のように自動再始動する場合、停止時膨張行程気筒を燃焼させた後に圧縮行程を迎える気筒（主として停止時吸気行程気筒）で自着火が生じると、その気筒でピストンが大きな反力を受け、ノッキングが生じて再始動に失敗することになる。そこで本実施形態では、燃焼再始動時の自着火を防止するために、種々の対策がなされている。

まず、自着火の対策の一つとしては、筒内温度の管理がある。

図５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。図５を参照して、エンジンが完全に停止すると、各気筒１２Ａ〜１２Ｄの筒内温度は、同図に示す温度特性で変化する。エンジン本体１の自動停止後、エンジン本体１が完全に停止すると冷却水の流れも停止するので、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）等によって異なるが、エンジン本体１の仕様毎に実験等で決定することも可能であることから、コントロールユニット２には、エンジン本体１の仕様毎に図５の特性をマップ化したデータを記憶させて、エンジン停止後の約１０秒前後の範囲を所定停止時間範囲とし、この所定停止時間範囲では、当該エンジン本体１の吸気通路の空気温度が急上昇する運転状態のときに前記所定の温間状態であると判定するとともに、この所定停止時間範囲に再始動時間に近いほど、筒内温度が高いと判定するように設定して、自着火防止のために対策処理を実行することとしている。本実施形態においては、図１３の制御マップＭ６が図５に対応するマップとして具体化されている。

図６は自動停止したエンジンの停止位置と自着火発生タイミングとの関係を示すグラフである。

次に、図６を参照して、温間時（warm-up:例えば、吸気温センサ２９の検出値が１００℃以上の場合）において、停止時圧縮行程気筒１２Ａの停止位置が上死点前９０°ＣＡよりも下死点側にある場合、停止時圧縮行程気筒１２Ａに未燃燃料が存在すると、その空燃比に殆ど関係なく、停止時膨張行程気筒１２Ｂの燃焼後に停止時圧縮行程気筒１２Ａで自着火が生じやすくなることが、本件発明者が実験した結果、明らかになった。このため、本実施形態では、ピストン停止位置の許容範囲のうち、ピストン１３がθ３を超えてθ４までのところに存在する場合には、ピストン位置を強制してからエンジン本体１の再始動を実行するようにしている。また、停止時膨張行程気筒１２Ｂでの燃焼が終了した後、停止時圧縮行程気筒１２Ａに対して燃料を噴射することにより、噴射された燃料の気化霧化によって筒内圧力を低減することが実行されることになるが、一定の場合には、その燃料噴射を停止したり、或いは、自着火防止のために追加燃料を噴射して停止時圧縮行程気筒１２Ａでの自着火防止を図るようにしている。

次に、自着火防止対策が必要な事項として燃料のリークがある。本実施形態のように、燃料噴射弁１６が燃焼室１４に臨む直噴式のエンジンでは、エンジン本体１の停止時に各気筒１２Ａ〜１２Ｄ内では燃料噴射弁１６の噴孔からリーク出した燃料が気化して、混合気が形成されている。そして、再始動時に、停止時吸気行程気筒１２Ｃ内で自着火を生じる場合が考えられる。

図７および図８は停止時吸気行程気筒１２Ｃの圧縮行程において、燃料リーク量毎に噴射タイミングと自着火との関係を示すグラフである。なお各図において、Ａｇ１は、自着火が生じなかった範囲、Ａｇ２〜Ａｇ４は、自着火が発生した燃料噴射タイミングの範囲を示しており、Ａｇ２は、上死点経過後２０°ＣＡから１０°ＣＡ、Ａｇ３は、上死点経過後１０°ＣＡから０°ＣＡ、Ａｇ４は、上死点経過前０°ＣＡから１０°ＣＡであることをそれぞれ示している。また図７はサージタンク２１ｂ内の温度が７５℃のときのグラフであり、図８は１００℃のときのグラフである。

図７（Ａ）〜（Ｆ）に示すように、燃料リークが全くない場合、燃料噴射タイミングが圧縮行程中期（約９６°ＣＡ）のところから前半になるほど、自着火が生じやすい範囲Ａｇ４の面積が広くなる傾向がある。他方、同じ燃料噴射タイミングであっても、燃料リーク量が多い場合（Ａ／Ｆで３０以下）には、オーバーリッチになるため、かえって自着火は生じにくくなる。さらに、図７の（Ａ）と図８の（Ａ）、並びに図７（Ｃ）と図８の（Ｂ）を比較して、リーク量が同じであっても、吸気温度が高いと、自着火が生じやすくなる範囲Ａｇ４は、広くなる傾向がある。そこで、本実施形態では、圧縮中期に燃料を噴射する場合には、特に圧縮上死点前約９６°ＣＡのところで燃料を噴射することとするとともに、リーク量に応じて、停止時吸気行程気筒１２Ｃに追加燃料を噴射することにより、自着火の防止を図っている。

図９は燃料噴射タイミングを示すタイミングチャートである。

図９を参照して、本実施形態においては、再始動時において最初の圧縮行程を迎える停止時吸気行程気筒１２Ｃに燃料を噴射するに際し、図９に示すように、圧縮行程内に燃料を噴射するとともに、圧縮行程内にて追加噴射を実行するように構成されている。燃料噴射総量は、筒内空燃比が可燃範囲（リッチ限界が５以上の所定値）内に収まるように設定される。この際、後段の燃料噴射量は、図１３に示す制御マップＭ６によって具体化される。

次に、始動制御の手順について説明する。

図１０は再始動制御のメインフローを示すフローチャートである。

図１０を参照して、本実施形態のエンジン本体１の再始動制御は、上述したようにエンジン本体１を自力で始動させることを基本としているが、フェールセーフ機能として、スタータモータを併用する場合のみならず、最初からスタータモータを併用する場合も含められている。

このフローでは、再始動条件が成立するか否かをコントロールユニット２が最初に判定する（ステップＳ６０）。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る。再始動条件が成立すると、エンジン本体１が停止しているか否かが判定される（ステップＳ６１）。仮にエンジンが停止していない状態でアクセルが踏み込まれた場合、その時点でのエンジン回転速度Ｎｅが、所定の許容回転速度Ｎｅ_minに達しているか否かが判定される（ステップＳ６２）。このフローで仮にエンジンが所定の回転速度に達していない場合には、エンジンが停止するのを待機し、許容回転速度以上であれば、そのまま通常運転に切り変えて（ステップＳ６３）、処理を終了する。

次にステップＳ６１において、エンジン本体１が停止していると判定された場合、まず、始動アシストが必要な運転状態であるか否かが判定され（ステップＳ６４）、この判定に基づいて、始動アシストが不要な場合には（ステップＳ６４においてＹＥＳ）燃焼再始動制御サブルーチン（ステップＳ１１０）、始動アシストが必要な場合には（ステップＳ６４においてＮＯ）アシスト併用再始動制御サブルーチン（Ｓ１２０）が実行されることになる。なお、アシスト併用再始動制御サブルーチンＳ１２０自体は、公知の制御技術によって実行可能なので、その詳細については説明を省略する。

次に、燃焼再始動制御サブルーチンＳ１１０について説明する。

図１１から図１４は、燃焼再始動制御サブルーチンＳ１１０を示すフローチャートであり、図１５は図１１から図１４のフローチャートに基づくタイミングチャートである。

まず図１１および図１５を参照して、コントロールユニット２は、水温、停止時間、吸気温度等から、各気筒１２Ａ〜１２Ｄの筒内温度を推定する（ステップＳ１１０１）。そして、コントロールユニット２は、検出されたピストン１３の停止位置に基づいて停止時圧縮行程気筒１２Ａおよび停止時膨張行程気筒１２Ｂ内の空気量を算出する（ステップＳ１１０２）。つまり、上記ピストン１３の停止位置から停止時圧縮行程気筒１２Ａおよび停止時膨張行程気筒１２Ｂ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が数回転してから停止するので停止時膨張行程気筒１２Ｂも新気で満たされた状態にあり、且つ、エンジン停止中に停止時圧縮行程気筒１２Ａおよび停止時膨張行程気筒１２Ｂの内部は略大気圧となっているので、上記燃焼室容積から新気量が求められることとなる。

次に、コントロールユニット２は、停止位置判定フラグＦ_STの値を読み取ることにより、ピストン停止位置が、停止時圧縮行程気筒１２Ａにおける単独燃焼停止範囲Ｒ（圧縮上死点前６０〜８０°ＣＡ）のうち、比較的下死点側であるか否かを判定する（ステップＳ１１０３）。

比較的空気量が多く、ステップＳ１１０３でＹＥＳと判定した場合、コントロールユニット２は、ステップＳ１１０４に移行して、上記ステップＳ１１０２で算出された停止時圧縮行程気筒１２Ａ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、比較的停止時圧縮行程気筒１２Ａ内の空気量が多いときであっても、逆転方向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（停止時圧縮行程気筒１２Ａ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、吸気行程まで逆転方向してしまう）ことを防止している。

一方、比較的空気量が少なく、ステップＳ１１０３でＮＯと判定した場合、コントロールユニット２は、ステップＳ１１０５に移行して、ステップＳ１１０２で算出された停止時圧縮行程気筒１２Ａ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：図１５のＴｆ１）。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停止時圧縮行程気筒１２Ａの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、比較的停止時圧縮行程気筒１２Ａ内の空気量が少ないときであっても、逆転方向のための燃焼エネルギーを充分得ることができる。

次に、コントロールユニット２はステップＳ１１０６に移行し、停止時圧縮行程気筒１２Ａ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（図１５のＴｓ１）。そして、点火してから所定時間Ｔ_LT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、コントロールユニット２はピストン１３が動いたか否かを判定する（ステップＳ１１０７）。

このステップＳ１１０７において、ＹＥＳと判定されてピストン１３が動いたことが確認すると、コントロールユニット２は、次のステップに進む。

他方、ステップＳ１１０７において、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を確認した場合には、コントロールユニット２は、点火後の経過時間Ｔが所定時間Ｔ_LTだけ経過していないかどうかを判断し（ステップＳ１１０８）、経過していない場合には、停止時圧縮行程気筒１２Ａに対して再点火を繰り返し行う（ステップＳ１１０９）。他方、ステップＳ１１０８において、点火後の経過時間Ｔが所定時間を経過してしまった場合には、コントロールユニット２はアシスト併用再始動制御サブルーチンＳ１２０に移行する。

図１２および図１５を参照して、ステップＳ１１０７において、ＹＥＳと判定されてピストン１３が動いたことが確認されると、コントロールユニット２は、ピストン停止位置およびステップＳ１１０１で推定した筒内温度に基づいて、停止時膨張行程気筒１２Ｂ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Ｓ１１１２）。停止時膨張行程気筒１２Ｂ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、後段の噴射比率を大きくする。

次に、コントロールユニット２は、ステップＳ１１０２で算出した停止時膨張行程気筒１２Ｂ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Ｓ１１１３）。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。なお本実施形態では、ステップＳ１１１２での演算に際し、燃料リーク特性テーブルＭ１０に基づいて、燃料リーク量に基づく補正がなされるようになっている。

次に、コントロールユニット２は、ステップＳ１１１２で算出された分割比とステップＳ１１１３で算出された停止時膨張行程気筒１２Ｂへの燃料噴射量とによって、停止時膨張行程気筒１２Ｂに対する前段（１回目）の燃料噴射量を算出し、噴射する（ステップＳ１１１４：図１５のＴｆ２）。

次に、コントロールユニット２は、ステップＳ１１０１で推定された筒内温度に基づき、停止時膨張行程気筒１２Ｂに対する後段（２回目）の燃料噴射タイミングを算出する（ステップＳ１１１５）。この２回目の噴射タイミングは、ピストン１３が上死点側への移動（エンジンの逆転方向）を開始した後の、筒内空気が圧縮されている時期であるとともに、噴射燃料の気化潜熱が圧縮圧力を効果的に減少させる（ピストン１３を可及的に上死点へ近づける）ように、且つこの２回目の噴射燃料が点火時期までに気化する時間が可及的に長くなるように設定される。

次に、コントロールユニット２は、ステップＳ１１１５で算出された２回目の噴射タイミングの燃料噴射量を算出し、燃料噴射弁１６に算出した量の燃料を噴射させる（ステップＳ１１１６：図１５のＴｆ３）。この停止時膨張行程気筒１２Ｂへの２回目の燃料噴射後、コントロールユニット２は、所定のディレー時間経過後に点火プラグ１５を駆動する（ステップＳ１１１７、Ｓ１１１８：図１５のＴｓ２）。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。この点火による停止時膨張行程気筒１２Ｂでの初回燃焼により、エンジンは逆転方向から正転方向に転ずる。従って停止時圧縮行程気筒１２Ａのピストン１３は上死点側に移動し、内部のガス（ステップＳ１１０６の点火によって燃焼した既燃ガス）を圧縮し始める。

ステップＳ１１１８による停止時膨張行程気筒１２Ｂでの点火後、コントロールユニット２は、再度、点火してから所定時間Ｔ_LT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する（ステップＳ１１１９）。このステップＳ１１１９において、ＹＥＳと判定されてピストン１３が動いたことを確認すると、コントロールユニット２は、燃料気化時間を考慮し、停止時圧縮行程気筒１２Ａに燃料を噴射させ（ステップＳ１１２０：図１５のＴｆ４）、次のステップに移行する。この際の燃料噴射量は、１回目の噴射量と合計した量に基づく全体の空燃比が可燃空燃比（下限は７〜８）よりもさらにリッチ（例えば６程度）になるように、ピストンの停止位置に応じて予め設定された停止時圧縮行程気筒１２Ａへの２回目用空燃比マップＭ５から求められる。この停止時圧縮行程気筒１２Ａへの２回目の噴射燃料の気化潜熱によって、停止時圧縮行程気筒１２Ａの１回目の圧縮上死点付近の圧縮圧力が低減するので、当該１回目の圧縮上死点を容易に越えることができる。なお、この停止時圧縮行程気筒１２Ａへの２回目の燃料噴射Ｔｆ４は、専ら筒内の圧縮圧力を低減させるためになされるものであって、これに対する点火、燃焼は行われない（可燃空燃比よりもリッチなので自着火も起こらない）。この不燃燃料は、その後、排気通路２２の触媒３７において吸蔵されている酸素と反応し、無害化される。

他方、ステップＳ１１１９において、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を確認した場合には、コントロールユニット２は、点火後の経過時間Ｔが所定時間Ｔ_LTだけ経過していないかどうかを判断し（ステップＳ１１２１）、経過していない場合には、停止時圧縮行程気筒１２Ａに対して再点火を繰り返し行う（ステップＳ１１２２）。ここで、ステップＳ１１２１において、点火後の経過時間Ｔが所定時間を経過してしまった場合には、コントロールユニット２はアシスト併用再始動制御サブルーチンＳ１２０に移行する。

次に、図１３および図１５を参照して、ステップＳ１１２０の燃料噴射が終了した後、コントロールユニット２は、停止時圧縮行程気筒１２Ａが圧縮行程の上死点を通過するか否かを判定する（ステップＳ１１２３）。仮に通過が確認されない場合、さらに燃料噴射後から所定時間経過しているか否かが判定され（ステップＳ１１２４）、経過していない場合には、ステップＳ１１２３の判定に戻る一方、経過しても停止時圧縮行程気筒１２Ａが圧縮行程の上死点を通過していない場合には、アシスト併用再始動制御サブルーチンＳ１２０に移行する。

次に、上述したように、停止時圧縮行程気筒１２Ａでの２回目の噴射燃料は燃焼しないので、停止時膨張行程気筒１２Ｂでの最初の燃焼に続く次の燃焼は、停止時吸気行程気筒１２Ｃでの燃焼である。停止時吸気行程気筒１２Ｃのピストン１３が２回目の圧縮上死点を越えるためのエネルギーとして、停止時膨張行程気筒１２Ｂにおける初回燃焼のエネルギーの一部が充てられる。つまり停止時膨張行程気筒１２Ｂにおける初回燃焼のエネルギーは、停止時圧縮行程気筒１２Ａが１回目の圧縮上死点を乗り超えるためと、その後、停止時吸気行程気筒１２Ｃが２回目の圧縮上死点を越えるためとの両方に供される。

従って、円滑な始動のためには停止時吸気行程気筒１２Ｃが２回目の圧縮上死点を越える際の負荷が小さいことが望ましい。その場合には、小さなエネルギーで２回目の圧縮上死点を超えることができる。以下のフローは、次の停止時吸気行程気筒１２Ｃでの燃焼を行うにあたり、可及的に小さなエネルギーで２回目の圧縮上死点を越えるための制御である。

まず、コントロールユニット２は、停止時圧縮行程気筒１２Ａのピストン１３が圧縮上死点を通過した時点で改めて筒内温度を推定する（ステップＳ１１２５）。この筒内温度の推定は、停止時吸気行程気筒１２Ｃでの自着火を防止するためのものである。すなわち自着火が起こると、その燃焼によって２回目の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２回目の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。他方、停止時吸気行程気筒１２Ｃが圧縮行程を迎える時点では、停止時膨張行程気筒１２Ｂにおける初回燃焼のエネルギーの一部が充てられる関係上、エンジン回転速度Ｎｅが相当に遅くなっている。そのため、停止時吸気行程気筒１２Ｃは、比較的高温の新気を導入して自着火が起こりやすい状況になっている。そこで、本実施形態では、停止時圧縮行程気筒１２Ａのピストン１３が圧縮上死点を通過した時点で改めて筒内温度を推定し、自着火防止対策を講じるようにしているのである。

次にコントロールユニット２は筒内空気密度を推定し、その推定値から停止時吸気行程気筒１２Ｃの空気量を算定する（ステップＳ１１２６）。

さらにコントロールユニット２は、ステップＳ１１２６で推定した空気量に基づき、基準空燃比となる燃料噴射量ＦＱ _STを算出する（ステップＳ１１２７）。この燃料噴射量ＦＱ _STは、当該基準空燃比が１０から１５の範囲内、すなわち、いわゆるパワー空燃比となるように設定される。これにより、本実施形態では、高い出力を停止時吸気行程気筒１２Ｃでの燃焼によって得ることが可能になる。

次に、コントロールユニット２は、現時点が、エンジン本体１が自動停止してから１０秒前後の範囲にあるか否かを判定する（ステップＳ１１２８）。仮にこの範囲にあれば、吸気温度は、極めて高くなっている蓋然性が高いので、本実施形態では、直ちに筒内温度の推定値から、自着火防止のための追加燃料噴射量ＦＱ_ADを算出し、リッチ限界を５以上の所定値として、基準空燃比よりもリッチな空燃比で停止時吸気行程気筒１２Ｃに燃料を噴射するように構成されている（ステップＳ１１２９）。これにより、自動停止後、吸気温度が急上昇するような運転環境にあっても、自着火防止のための追加燃料噴射量ＦＱ_ADの演算が迅速に実行され、確実に自着火を防止することが可能になる。

さらに、このステップＳ１１２９において、追加噴射が実行される場合、図９で示した多段噴射が設定される（図１５参照）。その際、後段に噴射される燃料噴射量は、図９に基づく制御マップＭ６のデータを参照しながら、エンジン回転速度Ｎｅが遅ければ遅いほど、筒内空燃比が可燃範囲内でリッチになるように増量されるよう構成されている。

そして、ステップＳ１１２９が実行された場合、当該気筒に対する燃料噴射タイミングは、圧縮行程の中期に設定され（ステップＳ１１３６）、その後、点火タイミングの設定ステップＳ１１４０に移行する。

他方、ステップＳ１１２８において、自動停止後の経過時間が１０前後の範囲外であるときには、改めてステップＳ１１２５で演算された筒内温度に基づいて、自着火防止対策の要否が判定され（ステップＳ１１３０）、筒内温度が予め設定された許容温度の範囲外であれば、上述したステップＳ１１２９以降のステップを実行するように構成されている。

他方、ステップＳ１１３０の判定において、筒内温度が予め設定された許容温度の範囲内であれば、今度は、停止時圧縮行程気筒１２Ａのピストン１３が圧縮上死点を通過した時点のエンジン回転速度Ｎｅが算出され（ステップＳ１１３１）、演算されたエンジン回転速度Ｎｅが予め設定された基準回転速度Ｎ_ST以上であるか否かが判定される（ステップＳ１１３２）。このステップＳ１１３２において、仮にエンジン速度Ｎｅが基準エンジン速度Ｎ_ST以上である場合、コントロールユニット２は、自着火防止のための追加燃料噴射量ＦＱ _ADの値を０とする（ステップＳ１１３３）。すなわち、ステップＳ１１２７で設定した燃料噴射量Ｑ_STに燃料は追加されないことになる。他方、エンジン速度Ｎｅが基準エンジン速度Ｎ_STに満たない場合、コントロールユニット２は、ステップＳ１１２９を実行し、回転速度に応じて追加燃料噴射量ＦＱ _ADを算出するとともに、ステップＳ１１３４以降のステップに移行する。

次に、図１４を参照して、上述したステップＳ１１３３またはステップＳ１１２９によって、追加燃料噴射量ＦＱ _ADが算出されると、今度は、ステップＳ１１２７で算出された基準空燃比となる燃料噴射量ＦＱ _STと上記追加燃料噴射量ＦＱ _ADとが合算され、最終燃料噴射量ＦＱが演算される（ステップＳ１１３４）。

次にコントロールユニット２は、最終燃料噴射量ＦＱが演算された燃料の噴射タイミングを決定する制御に移行する。

まず、この燃料が噴射される気筒が、停止時吸気行程気筒１２Ｃの最初の圧縮行程であるか否かが判定され（ステップＳ１１３５）、ＹＥＳであれば、燃料噴射タイミングを当該気筒の圧縮行程中期（圧縮上死点前約９６°ＣＡ）に設定する（ステップＳ１１３６）。他方、停止時吸気行程気筒１２Ｃ以外の気筒である場合、或いは、２回目以降の燃料噴射である場合、さらに、吸気行程での燃料噴射が可能であるか否かが判定される（ステップＳ１１３７）。ここで、従来のシステムであれば、停止時吸気行程気筒１２Ｃ以降の気筒に燃料を噴射する場合には、自着火の問題が生じ得ないものとして、直ちに吸気行程で燃料を噴射し、トルクの向上を図っていた。しかし、エンジン回転速度が比較的低い場合、吸気温度が極めて高い場合には、停止時排気行程気筒１２Ｄにおいても、自着火が起こり得ることが本件発明者の研究により明らかになってきた。そこで本実施形態では、停止時吸気行程気筒１２Ｃの最初の圧縮行程以降に圧縮上死点を迎える気筒についても、燃料噴射タイミングを検証することとしているのである。また、図９のグラフおよび図１３のステップＳ１１２９で説明したように、停止時吸気行程気筒１２Ｃに対し、再始動後に最初に圧縮行程を迎えるタイミングでは、当該圧縮行程内にて多段噴射が実行される（図１５のＴｆ５、Ｔｆ６参照）。

このステップＳ１１３８では、上述したＳ１１２８〜Ｓ１１３２と同様な判定が実行されるとともに、燃料噴射タイミングが間に合うか否かが判定される。そして、エンジン回転速度Ｎｅ、筒内温度の観点から自着火のおそれがなく、しかも、吸気行程に燃料を噴射可能なタイミングであると判定された場合には、燃料噴射タイミングが吸気行程に設定され（ステップＳ１１３８）、何れかの要件を満たしていない場合には、燃料噴射タイミングが圧縮行程の前半にリタードされる（ステップＳ１１３９）。これにより、所定の運転状態の場合には、燃料噴射タイミングが吸気行程に設定され、気化霧化が促進された高い燃費と排気性能とを実現することができる一方、自着火が起こり得る運転状態では、燃料噴射タイミングが圧縮行程にリタードされ、確実に自着火を防止することが可能になっている。

次に、コントロールユニット２は、点火タイミングを、当該気筒の圧縮上死点経過後に遅延させる（ステップＳ１１４０）。これは、過渡的なエンジン本体１の再始動時にエンジン回転速度Ｎｅが急激に上昇する吹上がり現象を防止するためである。

そして、コントロールユニット２は、ステップＳ１１３６，Ｓ１１３８，Ｓ１１３９で決定された何れかの燃料噴射タイミングで燃料を噴射し（ステップＳ１１４１：図１５のＴｆ５、Ｔｆ６）、ステップＳ１１４０で設定された点火タイミングで圧縮上死点経過後に点火プラグ１５をスパークさせる（ステップＳ１１４２：図１５のＴｓ３）。

この点火後、コントロールユニット２は、対象となる気筒（ここでは停止時吸気行程気筒１２Ｃ）のピストン１３が圧縮上死点を通過するのを所定時間、待機する（ステップＳ１１４３、Ｓ１１４４）。仮に当該ピストン１３が所定時間経過しても圧縮上死点を通過しない場合には、コントロールユニット２はアシスト併用再始動制御サブルーチンＳ１２０に移行する。他方、ステップＳ１１４３において、当該ピストン１３が圧縮上死点を超えた場合には、コントロールユニット２は、ステップＳ１１４０で設定されたタイミングで点火プラグ１５をスパークさせる（ステップＳ１１４５：図１５のＴｓ３）。本実施形態では、ステップＳ１１４０で設定される点火タイミングを圧縮上死点以降に遅延しているので、逆トルクの発生を抑制することが可能になる。

その後、コントロールユニット２は、エンジン回転速度Ｎｅ等から、通常運転に移行可能か否かを判定し（ステップＳ１１４６）、可能であれば、メインルーチンに戻って、図１０で示したステップＳ６３の通常運転制御に移行する。この場合、図１５のＴｆ９、Ｔｓ６で示すように、吸気行程で燃料が噴射され、圧縮上死点前で点火される。

他方、移行不可と判断した場合には、ステップＳ１１２３に移行することにより、次に圧縮行程を迎える気筒（停止時排気行程気筒１２Ｄ）についても、燃料噴射量、追加燃料噴射量の是非判定、燃料噴射タイミングの決定、点火タイミングの遅延を実行する（図１５のＴｆ７、Ｔｓ４）。この結果、従来看過されてきた停止時排気行程気筒１２Ｄでの自着火をも確実に防止することが可能になる。尤も、ステップＳ１１４６の判定後に再度、ステップＳ１１２３以降の制御が実行されるのは、停止時排気行程気筒１２Ｄまでであり、それ以降に圧縮行程を迎える気筒、すなわち、停止時圧縮行程気筒１２Ａの２回目の圧縮行程以降は、図１５に示すように、エンジン回転速度Ｎｅに拘わらず、各気筒の吸気行程時に燃料を噴射するようにして、燃費の向上を図っている。

以上説明したように本実施形態では、逆転始動方式において、前記再始動後に停止時膨張行程気筒１２Ｂを燃焼させることにより、停止時圧縮行程気筒１２Ａでの燃焼によって逆転したエンジン本体１が正転に転じる。その後、既燃後の停止時圧縮行程気筒１２Ａが最初の圧縮行程を経過した後、停止時吸気行程気筒１２Ｃが２番目の圧縮行程を迎える。この停止時吸気行程気筒１２Ｃに対しては、その圧縮行程中期に燃料が噴射され、所定のタイミングで点火される。ここで、停止時吸気行程気筒１２Ｃに噴射される燃料噴射量は、停止時膨張行程気筒１２Ｂでの点火タイミングよりも後の所定時点（例えば、当該点火後、停止時圧縮行程気筒１２Ａが最初に圧縮行程上死点を経過するまでの時点）に検出されたエンジン回転速度Ｎｅに応じて変更される。すなわち、この所定時点に検出されたエンジン回転速度Ｎｅが低い場合には、図１３のステップＳ１１２９で説明したように、筒内空燃比が可燃範囲内においてリッチに設定されることにより、自着火の確実な防止を図ることが可能になるとともに、前記エンジン回転速度Ｎｅが高い場合には、自着火が生じにくいことから、筒内空燃比が比較的リーン（必ずしも理論空燃比よりもリーンというわけではない）になるように燃料噴射量が設定されることにより、排気性能の向上が図られる。

また本実施形態では、前記基準空燃比は、１１から１５の範囲内であり、前記可燃範囲のリッチ限界は、５以上の所定値である。このため本実施形態では、最も自着火が生じやすい停止時吸気行程気筒１２Ｃにおいて、燃料噴射タイミングを圧縮行程の中期に設定していることと相俟って、自着火防止と排気性能の低下抑制とを両立することが可能になり、しかも、いわゆる吹上がりを防止することも可能となる。

また本実施形態では、図９並びに図１５で示したように、前記２番目に圧縮行程を迎える気筒、すなわち停止時吸気行程気筒１２Ｃに対し、筒内空燃比が前記可燃範囲内にある限りにおいて圧縮行程内にて追加噴射を実行するものである。このため本実施形態では、比較的エンジン本体１が低速で回転しているときに停止時吸気行程気筒１２Ｃに対して燃料の噴射タイミングが圧縮行程内にて追加噴射が実行されることにより、いわゆるパワーリッチを実現し、自着火を防止し、且つ排気性能を向上しつつ高いトルクを得ることが可能になる。

また本実施形態では、前記所定時点は、前記停止時圧縮行程気筒１２Ａのピストンが再始動後に最初に迎える圧縮上死点に到達した時点である。このため本実施形態では、エンジン本体１のエンジン回転速度Ｎｅを最も検出しやすい圧縮上死点で検出することとしているので、より精度の高い空燃比制御を実現することが可能になり、排気性能の維持と自着火防止とをより好適に両立させることが可能になる。

また本実施形態では、コントロールユニット２がエンジン本体１の筒内温度を推定可能な機能を有し、このコントロールユニット２が、前記停止時吸気行程気筒１２Ｃが最初の圧縮行程を経過するまでの間に前記運転状態検出手段に推定された筒内温度が所定温度以上の場合には、図１３のステップＳ１１２８で示したように、エンジン回転速度Ｎｅに拘わらず筒内空燃比が可燃範囲内で基準空燃比よりもリッチになるように設定するものである。このため本実施形態では、エンジン本体１の筒内温度が高い場合にエンジン回転速度Ｎｅに拘わらず筒内空燃比を基準空燃比よりもリッチに設定して、より確実な自着火防止を図っている。

また本実施形態では、図５並びに図１３に示したように、エンジン本体１の自動停止後の経過時間が６０秒以内の所定時間に近いほど筒内温度が高いと判定するものである。これは、エンジン本体１の自動停止後の経過時間が６０秒以内の所定時間に筒内の空気温度が急上昇するという知見に基づき、再始動条件が成立した時点が該所定時間に近いほど筒内温度が高いと判定されるように運転状態検出手段を構成しているので、自着火の生じやすい温度環境下でのノッキングを確実に防止することが可能になる。

従って本実施形態によれば、再始動後の運転状態が自着火しやすい環境下にあるときには、自着火を確実に防止できる対策を講じることが可能となるので、これまで問題視されてこなかった気筒での自着火をも確実に防止し、始動確実性を確保することができるという顕著な効果を奏する。

上述した実施形態は本発明の好ましい具体例に過ぎず、本発明は上述した実施形態に限定されない。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。 前記エンジン制御システムの吸気系および排気系の構成を示す模式図である。 停止時におけるピストン停止範囲の適否を示す概略図である。 前記エンジン制御システムにおけるエンジンの始動手順を示す模式図である。 再始動制御のメインフローを示すフローチャートである。 自動停止したエンジンの停止位置と自着火発生タイミングとの関係を示すグラフである。 停止時吸気行程気筒の圧縮行程において、燃料リーク量毎に噴射タイミングと自着火との関係を示すグラフである。 停止時吸気行程気筒の圧縮行程において、燃料リーク量毎に噴射タイミングと自着火との関係を示すグラフである。 燃料噴射タイミングを示すタイミングチャートである。 再始動制御のメインフローを示すフローチャートである。 燃焼再始動制御サブルーチンを示すフローチャートである。 燃焼再始動制御サブルーチンを示すフローチャートである。 燃焼再始動制御サブルーチンを示すフローチャートである。 燃焼再始動制御サブルーチンを示すフローチャートである。 図１１から図１４のフローチャートに基づくタイミングチャートである。

１ エンジン本体
２ コントロールユニット
３ クランクシャフト
１２Ａ 停止時圧縮行程気筒
１２Ｂ 停止時膨張行程気筒
１２Ｃ 停止時吸気行程気筒
１２Ｄ 停止時排気行程気筒
１３ ピストン
１４ 燃焼室
１５ 点火プラグ
１６ 燃料噴射弁
２５ エアフローセンサ
２６ 吸気圧センサ
２７ 点火装置
２８ オルタネータ
２９ 吸気温センサ
３０、３１ 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 (8)

1. 自動停止している多気筒４サイクルエンジンを再始動する条件が成立した際に、停止時に圧縮行程にあった停止時圧縮行程気筒での燃焼によって一旦前記エンジンを所定クランク角度逆転させ、その後、停止時に膨張行程にあった停止時膨張行程気筒での燃焼によって前記エンジンを正転させて再始動させる多気筒４サイクルエンジンの制御装置において、
   少なくともエンジン回転速度と各気筒のクランク位置とを検出可能な運転状態検出手段と、
   前記運転状態検出手段によって検出された回転速度とクランク位置とに基づいて各気筒に噴射される燃料の空燃比と噴射タイミングとを制御する燃料噴射制御手段と、
   点火タイミングを制御する点火制御手段と
   を備え、
   前記燃料噴射制御手段および前記点火制御手段は、前記再始動後、停止時に吸気行程にあった停止時吸気行程気筒の最初の燃料噴射タイミングを圧縮行程の中期以降に設定するとともに、点火タイミングを圧縮上死点経過後に設定し、
   さらに前記燃料噴射制御手段は、前記停止時吸気行程気筒の最初の燃料噴射タイミングでの筒内空燃比を、前記停止時膨張行程気筒での点火タイミングよりも後の所定時点に前記運転状態検出手段が検出したエンジン回転速度が所定の基準回転速度以上であれば所定の基準空燃比となるように設定するとともに、前記エンジン回転速度が前記基準回転速度を下回る場合には、自着火を防止する筒内空燃比となるようにリッチにして、該エンジン回転速度が低いほど、可燃範囲において前記基準空燃比よりもリッチになるように調整するものであることを特徴とする多気筒４サイクルエンジンの制御装置。
2. 請求項１記載の多気筒４サイクルエンジンの制御装置において、
   前記基準空燃比は、１１から１５の範囲内であり、前記可燃範囲のリッチ限界は、５以上の所定値であることを特徴とする多気筒４サイクルエンジンの制御装置。
3. 請求項１または２記載の多気筒４サイクルエンジンの制御装置において、
   前記燃料噴射制御手段は、２番目に圧縮行程を迎える気筒である前記停止時吸気行程気筒に対し、筒内空燃比が前記可燃範囲内にある限りにおいて圧縮行程内にて追加噴射を実行するものであることを特徴とする多気筒４サイクルエンジンの制御装置。
4. 請求項１から３の何れか１項に記載の多気筒４サイクルエンジンの制御装置において、
   前記所定時点は、前記停止時圧縮行程気筒のピストンが再始動後に最初に迎える圧縮上死点に到達した時点であることを特徴とする多気筒４サイクルエンジンの制御装置。
5. 請求項１から４の何れか１項に記載の多気筒４サイクルエンジンの制御装置において、
   前記運転状態検出手段は、当該エンジンの筒内温度を推定可能な機能を有し、
   前記燃料噴射制御手段は、前記停止時吸気行程気筒が最初の圧縮行程を経過するまでの間に前記運転状態検出手段に推定された筒内温度が所定温度以上の場合には、エンジン回転速度に拘わらず筒内空燃比が可燃範囲内で基準空燃比よりもリッチになるように設定するものである
   ことを特徴とする多気筒４サイクルエンジンの制御装置。
6. 請求項５記載の多気筒４サイクルエンジンの制御装置において、
   前記運転状態検出手段は、前記エンジンの自動停止後の経過時間が６０秒以内の所定時間に近いほど筒内温度が高いと判定するものであることを特徴とする多気筒４サイクルエンジンの制御装置。
7. 請求項５または６記載の多気筒４サイクルエンジンの制御装置において、
   エンジンの冷却水の温度を検出する水温センサを設け、
   前記運転状態検出手段は、前記水温センサの検出に基づいて、筒内温度を推測するものであることを特徴とする多気筒４サイクルエンジンの制御装置。
8. 請求項５から７の何れか１項に記載の多気筒４サイクルエンジンの制御装置において、
   エンジンの吸気温度を検出する吸気温度センサを設け、
   前記運転状態検出手段は、前記吸気温度センサの検出に基づいて、筒内温度を推測するものであることを特徴とする多気筒４サイクルエンジンの制御装置。
   

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