JP5834699B2

JP5834699B2 - 圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置

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Publication number: JP5834699B2
Application number: JP2011209445A
Authority: JP
Inventors: 仁寿中本; 健生山内; 田賀　淳一; 淳一田賀
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2011-09-26
Filing date: 2011-09-26
Publication date: 2015-12-24
Anticipated expiration: 2031-09-26
Also published as: JP2013072279A

Description

本発明は、気筒内に噴射された燃料を自己着火により燃焼させる圧縮自己着火式エンジンに設けられ、所定の自動停止条件が成立したときに上記エンジンを自動停止させるとともに、その後所定の再始動条件が成立したときに、スタータモータを用いて上記エンジンに回転力を付与しつつ、エンジン停止時に圧縮行程にある停止時圧縮行程気筒に対して燃料噴射を実行することにより、上記エンジンを再始動させる圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置に関する。

ディーゼルエンジンに代表される圧縮自己着火式エンジンは、一般に、ガソリンエンジンのような火花点火式エンジンよりも熱効率に優れ、排出されるＣＯ_２の量も少ないことから、近年、車載用エンジンとして広く普及しつつある。

上記のような圧縮自己着火式エンジンにおいて、より一層のＣＯ_２の削減を図るには、アイドル運転時等にエンジンを自動的に停止させ、その後車両の発進操作等が行われたときにエンジンを自動的に再始動させる、いわゆるアイドルストップ制御の技術を採用することが有効であり、そのことに関する種々の研究もなされている。

例えば、特許文献１には、所定の自動停止条件が成立したときにディーゼルエンジンを自動的に停止させ、所定の再始動条件が成立すると、スタータモータを駆動してエンジンに回転力を付与しつつ燃料噴射を実行してディーゼルエンジンを再始動させるディーゼルエンジンの制御装置が開示されている。そして、エンジンの停止時（停止完了時）に圧縮行程にある気筒（停止時圧縮行程気筒）のピストン停止位置に基づき、最初に燃料を噴射する気筒を可変的に設定することが記載されている。

より具体的には、ディーゼルエンジンが自動停止されると、その時点で圧縮行程にある停止時圧縮行程気筒のピストン位置を求め、そのピストン位置が相対的に下死点寄りに予め設定された基準停止位置範囲内にあるか否かを判定し、基準停止位置範囲内にあるときには、エンジンを再始動させる際に、上記停止時圧縮行程気筒に最初に燃料を噴射する一方、基準停止位置範囲よりも上死点側にあるときには、エンジン全体として１回目の上死点を越えて、停止時吸気行程気筒（エンジンの停止時に吸気行程にある気筒）が圧縮行程を迎えたときに、該気筒に最初に燃料を噴射するようにしている。

このような構成によれば、停止時圧縮行程気筒のピストンが上記基準停止位置範囲内にあるときには、停止時圧縮行程気筒に燃料を噴射することにより、その燃料を確実に自己着火させることができ、比較的短時間でエンジンを迅速に再始動させることができる（これを便宜上「１圧縮始動」という）。一方、停止時圧縮行程気筒のピストンが上記基準停止位置範囲から上死点側に外れているときには、そのピストンによる圧縮ストローク量（圧縮代）が少なく気筒内の空気が十分に高温化しないことから、停止時圧縮行程気筒に燃料を噴射しても失火が起きるおそれがある。そこで、このような場合には、停止時圧縮行程気筒ではなく停止時吸気行程気筒に燃料を噴射することにより、筒内の空気を十分に圧縮して確実に燃料を自己着火させることができる（これを便宜上「２圧縮始動」という）。

特開２００９−０６２９６０号公報（段落００４８）

上記のように、従来、エンジンを再始動させる際は、停止時圧縮行程気筒のピストンが基準停止位置範囲内で停止しているか否かを判定し、停止している場合は、停止時圧縮行程気筒に燃料を噴射して、エンジンを１圧縮始動で迅速に再始動させることが行われている。ここで、１圧縮始動の機会を増やして迅速なエンジン再始動を図る観点からは、基準停止位置範囲をできるだけ上死点側まで拡大することが望ましい。しかしながら、ピストンが上死点寄りで停止している場合は、下死点寄りで停止している場合に比べて、圧縮ストローク量が少ない分、上死点まで圧縮したときの筒内温度（これを便宜上「上死点温度」という）が不足し、燃料が着火しない可能性が生じる。このため、従来の１圧縮始動のやり方では、基準停止位置範囲を下死点に近い範囲に限定せざるを得ないという問題があった。同様の問題（基準停止位置範囲が狭くなるという問題）は、例えば、エンジン冷却水温（エンジン温度）が相対的に低い場合等にも起こり得る。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、圧縮自己着火式エンジンを再始動させる際に、例えば、停止時圧縮行程気筒のピストンの停止位置が上死点寄りであったり、エンジン冷却水温が相対的に低い等、圧縮時の筒内温度の上昇に不利な要因、換言すれば、停止時圧縮行程気筒に噴射された燃料の着火に不利な要因があっても、圧縮自己着火式エンジンを、安定、確実に、１圧縮始動で迅速に再始動させることを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、気筒内に噴射された燃料を自己着火により燃焼させる圧縮自己着火式エンジンに設けられ、所定の自動停止条件が成立したときに上記エンジンを自動停止させるとともに、その後所定の再始動条件が成立したときに、エンジンの停止時に圧縮行程にある停止時圧縮行程気筒のピストンの停止位置が相対的に下死点寄りに設定された基準停止位置範囲内にある場合は、スタータモータを用いて上記エンジンに回転力を付与しつつ、上記停止時圧縮行程気筒に燃料噴射を実行することにより、上記エンジンを再始動させる圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置であって、気筒内に燃料を噴射する燃料噴射手段と、エンジンを再始動させる際に、上記停止時圧縮行程気筒に燃料噴射を実行するときは、圧縮上死点前にプレ燃焼用のプレ噴射が行われ、その後、主燃焼用の主噴射が行われるように、上記燃料噴射手段を制御する制御手段とを備え、上記ピストンは、冠面に凹環状のキャビティが設けられ、上記制御手段は、プレ噴射された燃料が上記キャビティ内に収まるタイミングで燃料がプレ噴射され、かつ、停止時圧縮行程気筒のピストンの停止位置が上死点寄りであるほど、プレ噴射される燃料がより多数段に分割されてプレ噴射されるように、上記燃料噴射手段を制御することを特徴とするものである（請求項１）。
また、本発明は、気筒内に噴射された燃料を自己着火により燃焼させる圧縮自己着火式エンジンに設けられ、所定の自動停止条件が成立したときに上記エンジンを自動停止させるとともに、その後所定の再始動条件が成立したときに、エンジンの停止時に圧縮行程にある停止時圧縮行程気筒のピストンの停止位置が相対的に下死点寄りに設定された基準停止位置範囲内にある場合は、スタータモータを用いて上記エンジンに回転力を付与しつつ、上記停止時圧縮行程気筒に燃料噴射を実行することにより、上記エンジンを再始動させる圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置であって、気筒内に燃料を噴射する燃料噴射手段と、エンジンを再始動させる際に、上記停止時圧縮行程気筒に燃料噴射を実行するときは、圧縮上死点前にプレ燃焼用のプレ噴射が行われ、その後、主燃焼用の主噴射が行われるように、上記燃料噴射手段を制御する制御手段とを備え、上記ピストンは、冠面に凹環状のキャビティが設けられ、上記制御手段は、プレ噴射された燃料が上記キャビティ内に収まるタイミングで燃料がプレ噴射され、かつ、エンジン冷却水温が低いほど、プレ噴射される燃料がより多数段に分割されてキャビティ内にプレ噴射されるように、上記燃料噴射手段を制御することを特徴とするものである（請求項２）。

本発明によれば、エンジンを再始動させる際に、停止時圧縮行程気筒に燃料噴射を実行するとき、つまり１圧縮始動を行うときは、拡散燃焼である主燃焼の前に、圧縮上死点前のタイミングでプレ燃焼が行われる。そのため、停止時圧縮行程気筒内の温度がプレ燃焼によって高められ、上死点温度が上り、プレ噴射の後に主噴射された燃料の着火性が高められる。したがって、たとえ停止時圧縮行程気筒のピストンの停止位置が上死点寄りであったり、エンジン冷却水温が相対的に低い等、停止時圧縮行程気筒に噴射された燃料の着火に不利な要因があっても、それを克服して、圧縮自己着火式エンジンを、安定、確実に、１圧縮始動で迅速に再始動させることが可能となる。すなわち、基準停止位置範囲を上死点側に拡大し、１圧縮始動の機会を増やして、迅速な始動性を確保することができる。

発明の実施形態でより詳しく説明するように、プレ噴射された燃料がピストン冠面の凹環状キャビティに収まるようにした場合、同じプレ噴射量（プレ噴射される燃料の総噴射量が同じ）であっても、１段で全量をプレ噴射したときと、複数段に分割してプレ噴射したときとで、上記キャビティ内に形成される混合気の当量比が相違する。具体的には、１段噴射では当量比が相対的に小さい混合気（燃料リーンな混合気）が相対的に高い頻度で発生するのに対し、複数段噴射では当量比が相対的に大きい混合気（燃料リッチな混合気）が相対的に高い頻度で発生する。これは、複数段噴射では、１段当たりのペネトレーション（噴霧の直進性）が弱くなり、噴射された燃料がキャビティ壁面近傍に停滞して過濃混合気が形成され易くなるからと考えられる。そして、混合気の当量比が大きいほど（燃料リッチなほど）、着火遅れ時間が短くなる（着火し易くなる）ことが分かっている。したがって、燃料をより多数段に分割してプレ噴射するほど、ピストン冠面の凹環状キャビティ内に形成される混合気がより着火し易くなる。

以上のことから、上記構成によれば、停止時圧縮行程気筒のピストンの停止位置が上死点寄りであるほど、エンジン冷却水温が低いほど、又は、停止時圧縮行程気筒のピストンの停止位置が上死点寄りであるほどかつエンジン冷却水温が低いほど、プレ噴射される燃料がより多数段に分割されてプレ噴射されるので、プレ噴射された燃料がより着火し易くなる。その結果、プレ燃焼が安定、確実に行われ、たとえ停止時圧縮行程気筒に噴射された燃料の着火に不利な要因が大きくても、停止時圧縮行程気筒内の温度がプレ燃焼によって確実に高められ、上死点温度が確実に上り、プレ噴射の後に主噴射された燃料の着火性が確実に高められて、１圧縮始動が確実に行われる。

本発明において、好ましくは、上記制御手段は、上記プレ噴射の分割段数に拘らず、プレ噴射される燃料の総噴射量が一定となるように、上記燃料噴射手段を制御する（請求項３）。

この構成によれば、プレ噴射される燃料の総噴射量が一定とされるから、たとえプレ噴射の分割段数が多くなってもプレ燃焼による熱発生量は増大しない。そして、プレ燃焼は圧縮上死点前に行われるから、プレ燃焼による逆トルク（圧縮行程のピストンを押し下げようとする力）の生成が抑制される。結果として、スタータモータに過大な駆動負荷が作用することが回避される。

本発明は、圧縮比が１４以下の圧縮自己着火エンジンに好ましく適用することができる（請求項４）。

この構成によれば、圧縮比が１４以下と比較的小さく、気筒内の空気の高温化が不足しがちな圧縮自己着火エンジンであっても、停止時圧縮行程気筒内の温度がプレ燃焼によって高められ、上死点温度が上り、プレ噴射の後に主噴射された燃料の着火性が高められて、圧縮自己着火式エンジンを、安定、確実に、１圧縮始動で迅速に再始動させることが可能となる。

本発明において、好ましくは、上記制御手段は、上記プレ噴射及び上記主噴射による燃焼波形が、プレ噴射された燃料のプレ燃焼による熱発生率のピークを迎えた後、熱発生率がいったん低下し、その後、主噴射された燃料の主燃焼による熱発生率のピークを迎える燃焼波形となるように、上記燃料噴射手段を制御する（請求項５）。

この構成によれば、プレ燃焼は、主燃焼とは別の異なる目的の燃焼であることが明らかとなる。つまり、本発明では、プレ燃焼は、停止時圧縮行程気筒内の状態を燃料の着火に有利な状態に改善するための燃焼であって、主燃焼のようにエンジン始動のためのトルクを発生するための燃焼ではないのである。これにより、プレ燃焼による熱発生が専ら着火性を高めるためのものとなり、より確実に主燃焼を引き起こすことができる。

以上説明したように、本発明によれば、圧縮自己着火式エンジンを再始動させる際に、停止時圧縮行程気筒内で、主燃焼の前にプレ燃焼が行われるから、停止時圧縮行程気筒内の温度がプレ燃焼によって高められ、上死点温度が上り、プレ噴射の後に主噴射された燃料の着火性が高められる。したがって、たとえ停止時圧縮行程気筒のピストンの停止位置が上死点寄りであったり、エンジン冷却水温が相対的に低い等、停止時圧縮行程気筒に噴射された燃料の着火に不利な要因があっても、それを克服して、圧縮自己着火式エンジンを、安定、確実に、１圧縮始動で迅速に再始動させることが可能となる。

本発明の一実施形態に係る始動制御装置が適用されたディーゼルエンジンの全体構成を示すシステム構成図である。上記エンジンの自動停止制御の具体的動作の一例を示すフローチャートである。上記エンジンの再始動制御の具体的動作の一例を示すフローチャートである。上記再始動制御で１圧縮始動又は２圧縮始動を判定するために用いるマップである。プレ噴射された燃料の凹環状キャビティ内での挙動の説明図であって、（ａ）はプレ噴射を１段で行った場合、（ｂ）はプレ噴射を３段に分割して行った場合である。プレ噴射された燃料によって凹環状キャビティ内に形成される混合気の当量比と発生頻度との関係を示すグラフであって、（ａ）はプレ噴射を１段で行った場合、（ｂ）はプレ噴射を３段に分割して行った場合である。筒内温度と着火遅れ時間との関係を種々の当量比毎に示すグラフである。クランク角と熱発生率との関係を種々のプレ噴射段数毎に示すグラフである。上記再始動制御で１圧縮始動を行うときのプレ噴射段数を設定するために用いるマップである。上記再始動制御で気筒に噴射する燃料噴射量を設定するために用いるマップである。

（１）エンジンの全体構成
図１は、本発明の一実施形態に係る始動制御装置が適用されたディーゼルエンジンの全体構成を示すシステム構成図である。本図に示されるディーゼルエンジンは、走行駆動用の動力源として車両に搭載される４サイクルのディーゼルエンジンである。このエンジンのエンジン本体１は、いわゆる直列４気筒型のものであり、紙面に直交する方向に列状に並ぶ４つの気筒２Ａ〜２Ｄを有するシリンダブロック３と、シリンダブロック３の上面に設けられたシリンダヘッド４と、各気筒２Ａ〜２Ｄにそれぞれ往復摺動可能に挿入されたピストン５とを有している。

上記ピストン５の上方には燃焼室６が形成されており、この燃焼室６には、後述する燃料噴射弁１５から噴射される燃料（軽油）が供給される。そして、噴射された燃料が、ピストン５の圧縮作用により高温・高圧化した燃焼室６で自着火し（圧縮自己着火）、その燃焼による膨張力で押し下げられたピストン５が上下方向に往復運動するようになっている。

上記ピストン５は図外のコネクティングロッドを介してクランクシャフト７と連結されており、上記ピストン５の往復運動（上下運動）に応じて上記クランクシャフト７が中心軸回りに回転するようになっている。

ここで、図示のような４サイクル４気筒のディーゼルエンジンでは、各気筒２Ａ〜２Ｄに設けられたピストン５が、クランク角で１８０°（１８０°ＣＡ）の位相差をもって上下運動する。このため、各気筒２Ａ〜２Ｄでの燃焼（燃料噴射）のタイミングは、１８０°ＣＡずつ位相をずらしたタイミングに設定される。具体的には、気筒２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの気筒番号をそれぞれ１番、２番、３番、４番とすると、１番気筒２Ａ→３番気筒２Ｃ→４番気筒２Ｄ→２番気筒２Ｂの順に燃焼が行われる。このため、例えば１番気筒２Ａが膨張行程であれば、３番気筒２Ｃ、４番気筒２Ｄ、２番気筒２Ｂは、それぞれ、圧縮行程、吸気行程、排気行程となる。

上記シリンダヘッド４には、各気筒２Ａ〜２Ｄの燃焼室６に開口する吸気ポート９および排気ポート１０と、各ポート９，１０を開閉可能に閉止する吸気弁１１および排気弁１２とが設けられている。なお、吸気弁１１および排気弁１２は、シリンダヘッド４に配設された一対のカムシャフト等を含む動弁機構１３，１４により、クランクシャフト７の回転に連動して開閉駆動される。

また、上記シリンダヘッド４には、燃料噴射弁１５が各気筒２Ａ〜２Ｄにつき１つずつ設けられている。各燃料噴射弁１５は、蓄圧室としてのコモンレール２０と分岐管２１を介してそれぞれ接続されている。コモンレール２０には、燃料供給ポンプ２３から燃料供給管２２を通じて供給された燃料（軽油）が高圧状態で蓄えられており、このコモンレール２０内で高圧化された燃料が分岐管２１を通じて各燃料噴射弁１５にそれぞれ供給されるようになっている。

各燃料噴射弁１５は、複数の噴孔を有する噴射ノズルが先端部に設けられた電磁式のニードル弁からなり、その内部に、上記噴射ノズルに通じる燃料通路と、電磁力により作動して上記燃料通路を開閉するニードル状の弁体とを有している（いずれも図示省略）。そして、通電による電磁力で上記弁体が開方向に駆動されることにより、コモンレール２０から供給された燃料が上記噴射ノズルの各噴孔から燃焼室６に向けて直接噴射されるようになっている。燃料噴射弁１５は、気筒２Ａ〜２Ｄ内に燃料を噴射する、本発明に係る燃料噴射手段に相当する。

上記シリンダブロック３やシリンダヘッド４の内部には、冷却水が流通する図外のウォータジャケットが設けられており、このウォータジャケット内の冷却水の温度を検出するための水温センサＳＷ１が、上記シリンダブロック３に設けられている。

また、上記シリンダブロック３には、クランクシャフト７の回転角度および回転速度を検出するためのクランク角センサＳＷ２が設けられている。このクランク角センサＳＷ２は、クランクシャフト７と一体に回転するクランクプレート２５の回転に応じてパルス信号を出力する。

具体的に、上記クランクプレート２５の外周部には、一定ピッチで並ぶ多数の歯が突設されており、その外周部における所定範囲には、基準位置を特定するための歯欠け部２５ａ（歯の存在しない部分）が形成されている。そして、このように基準位置に歯欠け部２５ａを有したクランクプレート２５が回転し、それに基づくパルス信号が上記クランク角センサＳＷ２から出力されることにより、クランクシャフト７の回転角度（クランク角）および回転速度（エンジン回転速度）が検出されるようになっている。

一方、上記シリンダヘッド４には、動弁用のカムシャフト（図示省略）の角度を検出するためのカム角センサＳＷ３が設けられている。カム角センサＳＷ３は、カムシャフトと一体に回転するシグナルプレートの歯の通過に応じて、気筒判別用のパルス信号を出力するものである。

すなわち、上記クランク角センサＳＷ２から出力されるパルス信号の中には、上述した歯欠け部２５ａに対応して３６０°ＣＡごとに生成される無信号部分が含まれるが、その情報だけでは、例えばピストン５が上昇しているときに、それがどの気筒の圧縮行程または排気行程にあたるのか判別することができない。そこで、７２０°ＣＡごとに１回転するカムシャフトの回転に基づきカム角センサＳＷ３からパルス信号を出力させ、その信号が出力されるタイミングと、上記クランク角センサＳＷ２の無信号部分のタイミング（歯欠け部２５ａの通過タイミング）とに基づいて、気筒判別を行うようにしている。

上記吸気ポート９および排気ポート１０には、吸気通路２８および排気通路２９がそれぞれ接続されている。すなわち、外部からの吸入空気（新気）が上記吸気通路２８を通じて燃焼室６に供給されるとともに、燃焼室６で生成された排気ガス（燃焼ガス）が上記排気通路２９を通じて外部に排出されるようになっている。

上記吸気通路２８のうち、エンジン本体１から所定距離上流側までの範囲は、気筒２Ａ〜２Ｄごとに分岐した分岐通路部２８ａとされており、各分岐通路部２８ａの上流端がそれぞれサージタンク２８ｂに接続されている。このサージタンク２８ｂよりも上流側には、単一の通路からなる共通通路部２８ｃが設けられている。

上記共通通路部２８ｃには、各気筒２Ａ〜２Ｄに流入する空気量（吸気流量）を調節するための吸気絞り弁３０が設けられている。吸気絞り弁３０は、エンジンの運転中は基本的に全開もしくはこれに近い高開度に維持されており、エンジンの停止時等の必要時にのみ閉弁されて吸気通路２８を遮断するように構成されている。

上記サージタンク２８ｂには、吸気圧力を検出するための吸気圧センサＳＷ４が設けられており、上記サージタンク２８ｂと吸気絞り弁３０との間の共通通路部２８ｃには、吸気流量を検出するためのエアフローセンサＳＷ５が設けられている。

上記クランクシャフト７には、タイミングベルト等を介してオルタネータ３２が連結されている。このオルタネータ３２は、図外のフィールドコイルの電流を制御して発電量を調節するレギュレータ回路を内蔵しており、車両の電気負荷やバッテリの残容量等から定められる発電量の目標値（目標発電電流）に基づき、クランクシャフト７から駆動力を得て発電を行うように構成されている。

上記シリンダブロック３には、エンジンを始動するためのスタータモータ３４が設けられている。このスタータモータ３４は、モータ本体３４ａと、モータ本体３４ａにより回転駆動されるピニオンギア３４ｂとを有している。上記ピニオンギア３４ｂは、クランクシャフト７の一端部に連結されたリングギア３５と離接可能に噛合している。そして、上記スタータモータ３４を用いてエンジンを始動する際には、ピニオンギア３４ｂが所定の噛合位置に移動して上記リングギア３５と噛合し、ピニオンギア３４ｂの回転力がリングギア３５に伝達されることにより、クランクシャフト７が回転駆動されるようになっている。

（２）制御システム
以上のように構成されたエンジンは、その各部がＥＣＵ（電子制御ユニット）５０により統括的に制御される。ＥＣＵ５０は、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されたマイクロプロセッサであり、本発明に係る制御手段に相当する。

上記ＥＣＵ５０には、各種センサから種々の情報が入力される。すなわち、ＥＣＵ５０は、エンジンの各部に設けられた上記水温センサＳＷ１、クランク角センサＳＷ２、カム角センサＳＷ３、吸気圧センサＳＷ４、およびエアフローセンサＳＷ５と電気的に接続されており、これら各センサＳＷ１〜ＳＷ５からの入力信号に基づいて、エンジンの冷却水温、クランク角、エンジン回転速度、気筒判別、吸気圧力、吸気流量等の種々の情報を取得する。

また、ＥＣＵ５０には、車両に設けられた各種センサ（ＳＷ６〜ＳＷ９）からの情報も入力される。すなわち、車両には、運転者により踏み込み操作されるアクセルペダル３６の開度を検出するためのアクセル開度センサＳＷ６と、ブレーキペダル３７のＯＮ／ＯＦＦ（ブレーキの有無）を検出するためのブレーキセンサＳＷ７と、車両の走行速度（車速）を検出するための車速センサＳＷ８と、バッテリ（図示省略）の残容量を検出するためのバッテリセンサＳＷ９とが設けられている。ＥＣＵ５０は、これら各センサＳＷ６〜ＳＷ９からの入力信号に基づいて、アクセル開度、ブレーキの有無、車速、バッテリの残容量といった情報を取得する。

上記ＥＣＵ５０は、上記各センサＳＷ１〜ＳＷ９からの入力信号に基づいて種々の演算等を実行しつつ、エンジンの各部を制御する。具体的に、ＥＣＵ５０は、上記燃料噴射弁１５、吸気絞り弁３０、オルタネータ３２、およびスタータモータ３４と電気的に接続されており、上記演算の結果等に基づいて、これらの機器にそれぞれ駆動用の制御信号を出力する。

上記ＥＣＵ５０が有するより具体的な機能について説明する。ＥＣＵ５０は、例えばエンジンの通常運転時に、運転条件に基づき定められる所要量の燃料を燃料噴射弁１５から噴射させたり、車両の電気負荷やバッテリの残容量等に基づき定められる所要発電量をオルタネータ３２に発電させる等の基本的な機能を有する他、予め定められた特定の条件下でエンジンを自動的に停止させ、または再始動させる機能をも有している。このため、ＥＣＵ５０は、エンジンの自動停止または再始動制御に関する機能的要素として、自動停止制御部５１および再始動制御部５２を有している。

上記自動停止制御部５１は、エンジンの運転中に、予め定められたエンジンの自動停止条件が成立したか否かを判定し、成立した場合に、エンジンを自動停止させる制御を実行するものである。

例えば、車両が停止状態にあること等の複数の条件が揃い、エンジンを停止させても支障のない状態であることが確認された場合に、自動停止条件が成立したと判定する。そして、燃料噴射弁１５からの燃料噴射を停止（燃料カット）する等により、エンジンを停止させる。

上記再始動制御部５２は、エンジンが自動停止した後、予め定められた再始動条件が成立したか否かを判定し、成立した場合に、エンジンを再始動させる制御を実行するものである。

例えば、車両を発進させるために運転者がアクセルペダル３６を踏み込むなどして、エンジンを始動させる必要が生じたときに、再始動条件が成立したと判定する。そして、スタータモータ３４を駆動してクランクシャフト７に回転力を付与しつつ、燃料噴射弁１５からの燃料噴射を再開させることにより、エンジンを再始動させる。

（３）自動停止制御
次に、エンジン自動停止制御を司るＥＣＵ５０の自動停止制御部５１の具体的制御動作の一例について、図２のフローチャートを用いて説明する。

図２のフローチャートに示す処理がスタートすると、自動停止制御部５１は、各種センサ値を読み込む（ステップＳ１）。具体的には、水温センサＳＷ１、クランク角センサＳＷ２、カム角センサＳＷ３、吸気圧センサＳＷ４、エアフローセンサＳＷ５、アクセル開度センサＳＷ６、ブレーキセンサＳＷ７、車速センサＳＷ８、およびバッテリセンサＳＷ９からそれぞれの検出信号を読み込み、これらの信号に基づいて、エンジンの冷却水温、クランク角、エンジン回転速度、気筒判別、吸気圧力、吸気流量、アクセル開度、ブレーキの有無、車速、バッテリの残容量等の各種情報を取得する。

次いで、自動停止制御部５１は、上記ステップＳ１で取得された情報に基づいて、エンジンの自動停止条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ２）。例えば、車両が停止していること（車速＝０ｋｍ／ｈ）、アクセルペダル３６の開度がゼロ（アクセルＯＦＦ）であること、ブレーキペダル３７が操作中（ブレーキＯＮ）であること、エンジンの冷却水温が所定値以上（温間状態）にあること、バッテリの残容量が所定値以上であること、等の複数の条件が全て揃ったときに、自動停止条件が成立したと判定する。なお、車速については、必ずしも完全停止（車速＝０ｋｍ／ｈ）を条件とする必要はなく、所定の低車速以下（例えば３ｋｍ／以下）という条件を設定してもよい。

上記ステップＳ２でＹＥＳと判定されて自動停止条件が成立したことが確認された場合、自動停止制御部５１は、吸気絞り弁３０の開度を全閉（０％）に設定する（ステップＳ３）。すなわち、上記自動停止条件が成立した時点で、吸気絞り弁３０の開度を、アイドル運転時に設定される所定の開度（例えば３０％）から、全閉（０％）まで低下させる。

次いで、自動停止制御部５１は、燃料噴射弁１５を常に閉状態に維持することにより、燃料噴射弁１５からの燃料の供給を停止（燃料カット）する（ステップＳ４）。

次いで、自動停止制御部５１は、エンジン回転速度が０ｒｐｍであるか否かを判定することにより、エンジンが完全停止したか否かを判定する（ステップＳ５）。そして、エンジンが完全停止していれば、自動停止制御部５１は、例えば、吸気絞り弁３０の開度を、通常運転時に設定される所定の開度（例えば８０％等）に設定する等して（ステップＳ６）、この自動停止制御はエンドとなる。

（４）再始動制御及び本実施形態の作用効果
次に、エンジン再始動制御を司るＥＣＵ５０の再始動制御部５２の具体的制御動作の一例について、図３のフローチャートを用いて説明する。

図３のフローチャートに示す処理がスタートすると、再始動制御部５２は、各種センサ値に基づいて、エンジンの再始動条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ２１）。例えば、車両発進のためにアクセルペダル３６が踏み込まれたこと（アクセルＯＮ）、バッテリの残容量が低下したこと、エンジンの冷却水温が所定値未満（冷間状態）になったこと、エンジンの停止継続時間（自動停止後の経過時間）が所定時間を越えたこと、等の条件の少なくとも１つが成立したときに、再始動条件が成立したと判定する。

上記ステップＳ２１でＹＥＳと判定されて再始動条件が成立したことが確認された場合、再始動制御部５２は、図４に示すようなマップを用いて、停止時圧縮行程気筒（エンジン停止時に圧縮行程にある気筒）のピストン停止位置が基準停止位置範囲Ｒ（例えば圧縮上死点前８３°ＣＡ〜１８０°ＣＡの範囲等）内にあるか否かを判定する（ステップＳ２２）。

ここで、上記マップは、エンジンを再始動させる際にエンジンを１圧縮始動で再始動させるか２圧縮始動で再始動させるかを判定するために用いるマップである。１圧縮始動とは、エンジン停止時に圧縮行程にある気筒（停止時圧縮行程気筒）に、エンジン全体として１つ目の上死点（ＴＤＣ）を迎えるときに燃料を噴射してエンジンを再始動させることである。２圧縮始動とは、エンジン停止時に吸気行程にある気筒（停止時吸気行程気筒）に、エンジン全体として２つ目の上死点を迎えるときに燃料を噴射してエンジンを再始動させることである。

図４に示すように、上記判定用マップは、停止時圧縮行程気筒のピストン停止位置とエンジン冷却水温とをパラメータとして、基準停止位置範囲Ｒが設定されたものである。ここで、縦軸のエンジン冷却水温は、エンジンの再始動制御の開始時のエンジン冷却水温である。エンジンの再始動制御の開始時とは、本実施形態では、ステップＳ２１で再始動条件の成立が確認された時点である。

基準停止位置範囲Ｒは、図示したように、相対的に下死点（ＢＤＣ）寄りに設定されている。また、基準停止位置範囲Ｒは、エンジン冷却水温が高いほど上死点側に拡大されている。つまり、再始動制御の開始時のエンジン冷却水温が相対的に高いときは、相対的に低いときに比べて、停止時圧縮行程気筒のピストン停止位置が基準停止位置範囲Ｒに入る確率が高くなる。

上記ステップＳ２２でＹＥＳと判定されて停止時圧縮行程気筒のピストン停止位置が基準停止位置範囲Ｒ内にあることが確認された場合、再始動制御部５２は、停止時圧縮行程気筒に最初の燃料を噴射してエンジンを再始動させる制御（１圧縮始動）を実行する（ステップＳ２３）。すなわち、スタータモータ３４を駆動してクランクシャフト７に回転力を付与しつつ、停止時圧縮行程気筒に燃料を噴射して自着火させることにより、エンジン全体として１つ目の上死点を迎えた時点から燃焼を再開させ、エンジンを再始動させる。そして、この再始動制御はエンドとなる。

一方、上記ステップＳ２２でＮＯと判定されて停止時圧縮行程気筒のピストン停止位置が基準停止位置範囲Ｒから外れていることが確認された場合、再始動制御部５２は、停止時吸気行程気筒（エンジン停止時に吸気行程にある気筒）に最初の燃料を噴射してエンジンを再始動させる制御（２圧縮始動）を実行する（ステップＳ２４）。すなわち、スタータモータ３４を駆動してクランクシャフト７に回転力を付与しつつ、エンジン全体として１つ目の上死点を越えて、停止時吸気行程気筒が圧縮行程を迎えたときに、停止時吸気行程気筒に燃料を噴射して自着火させることにより、エンジン全体として２つ目の上死点を迎えた時点から燃焼を再開させ、エンジンを再始動させる。そして、この再始動制御はエンドとなる。

すなわち、本実施形態に係るディーゼルエンジン（圧縮自己着火式エンジン）の始動制御装置は、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、停止時圧縮行程気筒のピストン５の停止位置が基準停止位置範囲Ｒ内にある場合は、スタータモータ３４を用いてエンジンに回転力を付与しつつ、停止時圧縮行程気筒に燃料を噴射することにより、エンジンを再始動させるＥＣＵ５０を備えている。

１圧縮始動と２圧縮始動とを対比して説明すると、およそ次のようになる。すなわち、図４に示したように、基準停止位置範囲Ｒは、相対的に下死点寄りの範囲（例えば圧縮上死点前８３°ＣＡ〜１８０°ＣＡの範囲等）に予め定められたものである。停止時圧縮行程気筒のピストン５がこのような下死点寄りの位置に停止していれば、エンジンの再始動時に、上記停止時圧縮行程気筒に最初の（エンジン全体として最初の）燃料を噴射することにより、エンジンを１圧縮始動で迅速かつ確実に再始動させることができる。つまり、停止時圧縮行程気筒のピストン停止位置が上記基準停止位置範囲Ｒ内にあれば、停止時圧縮行程気筒内に比較的多くの空気が存在するため、エンジン再始動時のピストン５の上昇に伴い、ピストン５による圧縮ストローク量（圧縮代）が多くなり、停止時圧縮行程気筒内の空気は十分に圧縮されて高温化する。このため、再始動時の最初の燃料を停止時圧縮行程気筒内に噴射すると、この燃料は停止時圧縮行程気筒内で確実に自着火して燃焼するのである。

これに対し、停止時圧縮行程気筒のピストン５が基準停止位置範囲Ｒから上死点側に外れていると、ピストン５による圧縮ストローク量が少なくなり、停止時圧縮行程気筒内の空気が十分に高温化しないことから、停止時圧縮行程気筒に燃料を噴射しても失火が起きるおそれがある。そこで、このような場合には、停止時圧縮行程気筒ではなく停止時吸気行程気筒に燃料を噴射することにより、停止時吸気行程気筒の空気を十分に圧縮して確実に燃料を自己着火させる（２圧縮始動）。

このように、停止時圧縮行程気筒のピストン５が基準停止位置範囲Ｒ内にあるときにはエンジンを１圧縮始動で速やかに再始動できるものの、基準停止位置範囲Ｒから上死点側に外れてしまったときには、２圧縮始動で停止時吸気行程気筒に燃料を噴射する必要があるため、停止時吸気行程気筒のピストン５が圧縮上死点付近に到達するまでは（つまりエンジン全体として２つ目の上死点を迎えるまでは）、燃料噴射に基づく自己着火を行わせることができず、再始動時間（本実施形態では、スタータモータ３４の始動時点から、エンジン回転速度が７５０ｒｐｍになるまでの時間をいう）が長くなってしまう。したがって、エンジンを再始動させる際は、できるだけ１圧縮始動で迅速にエンジンを再始動させることが好ましい。

本実施形態では、停止時圧縮行程気筒のピストン５が基準停止位置範囲Ｒ内で停止していれば、停止時圧縮行程気筒に燃料噴射を行う１圧縮始動が実行される。１圧縮始動の機会を増やして迅速なエンジン再始動を図る観点からは、基準停止位置範囲Ｒをできるだけ上死点側まで拡大することが望ましい。しかしながら、ピストン５が上死点寄りで停止している場合は、下死点寄りで停止している場合に比べて、圧縮ストローク量が少ない分、上死点まで圧縮したときの筒内温度（上死点温度）が不足し、燃料が着火しない可能性が生じる。このため、基準停止位置範囲Ｒが下死点に近い狭い範囲に限定されてしまうという問題がある。同様の問題（基準停止位置範囲Ｒが狭くなるという問題）は、エンジン冷却水温（エンジン温度）が相対的に低い場合にも起こり得る。

そこで、本実施形態では、上記ステップＳ２３で１圧縮始動を行う場合、ＥＣＵ５０の再始動制御部５２は、燃料噴射弁１５に対し、プレ噴射ありの燃料噴射を命令する。つまり、停止時圧縮行程気筒に対し、圧縮上死点前にプレ燃焼用のプレ噴射が行われ、その後、主燃焼用の主噴射が行われるように、燃料噴射弁１５を制御するのである。

これにより、エンジンを再始動させる際に、１圧縮始動を行うときは、拡散燃焼である主燃焼の前に、圧縮上死点前のタイミングでプレ燃焼が行われるため、停止時圧縮行程気筒内の温度がプレ燃焼によって高められ、上死点温度が上り、プレ噴射の後に主噴射された燃料の着火性が高められる。したがって、たとえ停止時圧縮行程気筒のピストン５の停止位置が上死点寄りであったり、エンジン冷却水温が相対的に低い等、停止時圧縮行程気筒に噴射された燃料の着火に不利な要因があっても、それを克服して、圧縮自己着火式エンジンを、安定、確実に、１圧縮始動で迅速に再始動させることが可能となる。すなわち、基準停止位置範囲Ｒを上死点側に拡大し、１圧縮始動の機会を増やして、迅速な始動性を確保することができる。

図５（ａ）は、プレ噴射を１段で行った場合におけるプレ噴射された燃料Ｆの凹環状キャビティ５ｂ内での挙動の説明図、図５（ｂ）は、プレ噴射を３段に分割して行った場合におけるプレ噴射された燃料Ｆの凹環状キャビティ５ｂ内での挙動の説明図である。凹環状キャビティ５ｂは、ピストン５の冠面５ａに設けられている。このキャビティ５ｂに向けて燃料噴射弁１５から燃料Ｆが噴射されることにより、キャビティ５ｂ内にスワール流が発生して、空気と燃料Ｆとの積極的混合が図られ、スモークの発生が低減される。

本実施形態では、プレ噴射は、プレ噴射された燃料Ｆが上記凹環状キャビティ５ｂ内に収まるタイミングで行われる。例えば、プレ噴射は、圧縮上死点前２０°ＣＡ〜０°ＣＡの範囲等で行われる。そして、停止時圧縮行程気筒のピストン５の停止位置が上死点寄りであるほど、プレ噴射される燃料Ｆがより多数段に分割されてプレ噴射される。あるいは、これに代えて又はこれと共に、エンジン冷却水温が低いほど、プレ噴射される燃料Ｆがより多数段に分割されてプレ噴射される。つまり、停止時圧縮行程気筒に噴射された燃料Ｆの着火に不利な要因が大きいほど、プレ噴射される燃料Ｆがより多数段に分割されてプレ噴射される。このようにした理由を次に説明する。

図５（ａ）及び図５（ｂ）に示したプレ噴射は、総噴射量２ｍｍ^３の燃料を、８噴孔の燃料噴射弁１５を用いて、エンジン回転数１０００ｒｐｍ、エンジン冷却水温４０℃、吸気温度−２５℃の条件下で、図５（ａ）では、圧縮上死点前１０°ＣＡのタイミングで１段噴射した場合のもの、図５（ｂ）では、圧縮上死点前１８°ＣＡ、１４°ＣＡ及び１０°ＣＡのタイミングで３段に分割して噴射した場合のものである。

図示したように、１段噴射（図５（ａ））では、噴霧の直進性であるペネトレーションが相対的に強いため、キャビティ５ｂ内に発生するスワール流が相対的に強い流れとなる。一方、３段噴射（図５（ｂ））では、１段当たりのペネトレーションが相対的に弱いため、キャビティ５ｂ内に発生するスワール流が相対的に弱い流れとなる。その結果、３段噴射では、噴射された燃料Ｆがキャビティ５ｂ壁面近傍に停滞して過濃混合気が形成され易くなる。

その結果、図６（ａ）に示すように、プレ噴射を１段で行った場合は、当量比が相対的に小さい希薄混合気（燃料リーンな混合気）が相対的に高い頻度で発生する。これに対し、図６（ｂ）に示すように、プレ噴射を３段に分割して行った場合は、当量比が相対的に大きい過濃混合気（燃料リッチな混合気）が相対的に高い頻度で発生する。このように、同じプレ噴射量（プレ噴射される燃料の総噴射量が２ｍｍ^３で同じ）であっても、１段で全量をプレ噴射したときと、３段に分割してプレ噴射したときとで、キャビティ５ｂ内に形成される混合気の当量比が相違する。

そして、図７に示すように、混合気の当量比Φが大きいほど、つまり燃料リッチなほど、着火遅れ時間が短くなる、つまり着火し易くなることが知られている。図７を参照すると、筒内温度が高いほど、また、当量比Φが大きいほど、着火遅れ時間は全体として短くなる傾向を示す。したがって、図５（ａ）のように燃料Ｆを１段でプレ噴射するよりも、図５（ｂ）のように３段（一般化すれば複数段〜多数段）に分割してプレ噴射するほうが、ピストン冠面５ａの凹環状キャビティ５ｂ内に形成される混合気がより着火し易くなる。

以上のことから、本実施形態では、停止時圧縮行程気筒に噴射された燃料Ｆの着火に不利な要因が大きいほど（停止時圧縮行程気筒のピストン５の停止位置が上死点寄りであるほど、エンジン冷却水温が低いほど）、プレ噴射される燃料Ｆをより多数段に分割してプレ噴射するようにしたものである。これにより、停止時圧縮行程気筒に噴射された燃料Ｆの着火に不利な要因が大きいほど、プレ噴射された燃料Ｆがより着火し易くなるため、プレ燃焼が安定、確実に行われる。その結果、たとえ停止時圧縮行程気筒に噴射された燃料の着火に不利な要因が大きくても、停止時圧縮行程気筒内の温度がプレ燃焼によって確実に高められ、上死点温度が確実に上り、プレ噴射の後に主噴射された燃料Ｆの着火性が確実に高められて、１圧縮始動が確実に行われる。

図８は、総噴射量２ｍｍ^３の燃料を、圧縮上死点前１８°ＣＡのタイミングで１段でプレ噴射した場合（ｉ）、圧縮上死点前１８°ＣＡ及び１４°ＣＡのタイミングで２段でプレ噴射した場合（ｉｉ）、圧縮上死点前１８°ＣＡ、１４°ＣＡ及び１０°ＣＡのタイミングで３段でプレ噴射した場合（ｉｉｉ）、圧縮上死点前１８°ＣＡ、１４°ＣＡ及び１０°ＣＡのタイミングで３段でプレ噴射した後、圧縮上死点前０°ＣＡのタイミングで主噴射（噴射量３４ｍｍ^３）した場合（ｉｖ）における、クランク角と熱発生率との関係を示すグラフである。プレ噴射の分割段数を増やすことで大幅に燃焼が改善されることが分かる。

図８の符号（ｉｖ）の燃焼波形を参照すると、プレ噴射及び主噴射による燃焼波形は、プレ噴射された燃料のプレ燃焼による熱発生率のピークを圧縮上死点前に迎えた後、熱発生率がいったん低下し、その後、主噴射された燃料の主燃焼による熱発生率のピークを圧縮上死点後に迎える燃焼波形となっている。つまり、プレ燃焼と主燃焼とは熱発生率の谷によって分断され、それぞれ独立した燃焼である。すなわち、本実施形態では、プレ燃焼は、主燃焼とは別の異なる目的の燃焼であることが明らかである。本実施形態では、プレ燃焼は、停止時圧縮行程気筒内の状態を燃料Ｆの着火に有利な状態に改善するための燃焼であって、主燃焼のようにエンジン始動のためのトルクを発生するための燃焼ではないことが分かる。プレ燃焼による熱発生が専ら着火性を高めるためのものであるから、より確実に主燃焼が引き起こされることになる。

図９に、上記再始動制御で１圧縮始動を行うときのプレ噴射段数を設定するために用いるマップの具体例を示す。図４の判定用マップと同様、このプレ噴射段数設定用マップは、停止時圧縮行程気筒のピストン停止位置とエンジン冷却水温とをパラメータとして、基準停止位置範囲Ｒが、１段噴射領域、２段噴射領域、３段噴射領域に区分けされたものである。そして、再始動制御部５２は、図３のステップＳ２３で１圧縮始動を実行するときに、この段数設定用マップを参照し、停止時圧縮行程気筒のピストン５の停止位置と再始動条件成立時のエンジン冷却水温とから、プレ噴射の段数を決定する。そして、決定された段数でプレ噴射を圧縮上死点前に行い、その後、エンジン始動のためのトルクを発生するための主噴射を行う。

図９によれば、停止時圧縮行程気筒のピストン停止位置が上死点寄りであるほど、プレ噴射の段数が多くなっている。また、エンジン冷却水温が低いほど、プレ噴射の段数が多くなっている。したがって、停止時圧縮行程気筒に噴射された燃料Ｆの着火に不利な要因が大きいほど、プレ噴射される燃料Ｆがより多数段に分割されてプレ噴射され、その結果、たとえ停止時圧縮行程気筒に噴射された燃料Ｆの着火に不利な要因が大きくても、プレ噴射の後に主噴射された燃料Ｆの着火性が確実に高められて、１圧縮始動が確実に行われる。

図４に示したような判定用マップ及び図９に示したような段数設定用マップは、およそ次にようにして作成される。まず、停止時圧縮行程気筒のピストン５がピストン停止位置から上死点まで筒内空気を圧縮したときの筒内温度、すなわち上死点温度を、次式（１）に従い算出する。

ＴＣＹＬＴＤＣ＝ＴＣＹＬＩＳＳ×（ＶＴＥＩ／ＶＴＤＣ）^{（ｋ−１）} …（１）
ここで、ＴＣＹＬＴＤＣは上死点温度、ＴＣＹＬＩＳＳは再始動制御開始時（図３のステップＳ２１の再始動条件成立時）の筒内温度、ＶＴＥＩはピストン停止位置での筒内容積、ＶＴＤＣは上死点での筒内容積、ｋは比熱比である。なお、再始動制御開始時の筒内温度（ＴＣＹＬＩＳＳ）は、燃料カット開始時（図２のステップＳ４の実行時）の筒内温度と、再始動制御開始時のエンジン冷却水温と、筒内温度低下速度ゲインと、燃料カット継続時間とから求められる。さらに、燃料カット開始時の筒内温度は、燃料カットされる直前のエンジンの運転状態（アイドル状態）から予測される。

式（１）で算出された上死点温度（ＴＣＹＬＴＤＣ）をさらに大気圧で補正して最終上死点温度（ＴＴＤＣ）を得る。そして、その最終上死点温度（ＴＴＤＣ）に応じて基準停止位置範囲Ｒ及びプレ噴射段数を定める。例えば、最終上死点温度（ＴＴＤＣ）が８００℃未満は、基準停止位置範囲Ｒ外とし、最終上死点温度（ＴＴＤＣ）が８００℃以上、９００℃未満は、３段噴射領域とし、最終上死点温度（ＴＴＤＣ）が９００℃以上、９７０℃未満は、２段噴射領域とし、最終上死点温度（ＴＴＤＣ）が９７０℃以上は、１段噴射領域とする。

本実施形態では、図１０に示すように、再始動制御で気筒に噴射する燃料噴射量は、ピストン停止位置が下死点寄りであるほど、また、エンジン冷却水温が低いほど、多くされる。これは、ピストン停止位置で定まる気筒内の空気量に対応させて、また、エンジン温度に対応させて、燃料噴射量を設定した結果である。なお、図１０に例示した燃料噴射量設定用マップは、１圧縮始動にも２圧縮始動にも使用可能である。ただし、１圧縮始動の場合は、基準停止位置範囲Ｒの外となる上死点寄りの範囲では、燃料噴射量の値が無効となる。また、２圧縮始動の場合は、圧縮上死点前１８０°ＣＡ、又は、吸気弁１１の閉弁（ＩＶＣ）タイミングに対応するクランク角度（例えば圧縮上死点前１４４°ＣＡ等）にのみ、燃料噴射量の値が設定されている。

本実施形態では、プレ噴射の分割段数に拘らず、プレ噴射される燃料の総噴射量が一定となるように燃料噴射弁１５が制御される。

プレ燃焼は圧縮上死点前に行われるから、プレ燃焼による逆トルク（圧縮行程のピストン５を押し下げようとする力）の生成が懸念される。しかし、プレ噴射される燃料の総噴射量を一定とするから、たとえプレ噴射の分割段数が多くなってもプレ燃焼による熱発生量は増大しない。したがって、プレ燃焼による逆トルクの生成が抑制され、結果として、スタータモータ３４に過大な駆動負荷が作用することが回避される。

なお、プレ噴射される燃料の総噴射量が常に一定とされる結果、図１０に示される燃料噴射量からプレ噴射の燃料噴射量を減算した残りの始動トルク発生用の主噴射の燃料噴射量は、図１０に示した傾向と同じ傾向となる。

本実施形態では、図１に示したディーゼルエンジンの圧縮比は１４以下である。一般に、ディーゼルエンジンの圧縮比は１５〜２２程度である（因みにガソリンのレシプロエンジンの圧縮比はノッキング回避のため１０以下である）。すなわち、本実施形態に係るディーゼルエンジンは、圧縮比が１４以下と比較的小さく、気筒内の空気の高温化が不足しがちな圧縮自己着火エンジンである。しかし、それであっても、本実施形態に係るディーゼルエンジンは、停止時圧縮行程気筒内の温度がプレ燃焼によって高められ、上死点温度が上り、プレ噴射の後に主噴射された燃料の着火性が高められるから、安定、確実に、１圧縮始動で迅速に再始動させることが可能となる。

なお、図３のステップＳ２４で２圧縮始動を行う場合は、プレ噴射を行っても行わなくてもよいが、本実施形態では、ＥＣＵ５０の再始動制御部５２は、２圧縮始動を行う場合も１圧縮始動を行う場合と同様、燃料噴射弁１５に対し、プレ噴射ありの燃料噴射を実行させる。つまり、停止時吸気行程気筒に対し、主燃焼用の主噴射の前にプレ燃焼用のプレ噴射が行われるように、燃料噴射弁１５を制御する。そして、上記ステップＳ２４で（２圧縮始動で）プレ噴射を行う場合の各種の制御態様は、適用可能な限り、上記したような、上記ステップＳ２３で（１圧縮始動で）プレ噴射を行う場合の各種の制御態様に準じて同様である。

（５）他の実施形態
停止時圧縮行程気筒のピストン５の停止位置が上死点寄りであることや、エンジン冷却水温が相対的に低いこと以外に、停止時圧縮行程気筒に噴射された燃料Ｆの着火に不利な要因としては、再始動制御開始時（再始動条件成立時）の筒内温度（ＴＣＹＬＩＳＳ）や、外気温度、すなわち気筒内に導入される新気の温度（吸気温度）や、大気圧、すなわち気筒内に導入される新気の圧力（吸気圧力）等が挙げられる。

したがって、ＥＣＵ５０は、例えば、再始動制御開始時（再始動条件成立時）の筒内温度が低いほど、エンジンの自動停止制御中の吸気温度が低いほど、あるいはエンジンの自動停止制御中の吸気圧力が低いほど、プレ噴射される燃料Ｆがより多数段に分割されてプレ噴射されるように、燃料噴射弁１５を制御することもできる。

これによっても、停止時圧縮行程気筒に噴射された燃料Ｆの着火に不利な要因が大きくても、停止時圧縮行程気筒内の温度がプレ燃焼によって確実に高められ、上死点温度が確実に上り、プレ噴射の後に主噴射された燃料Ｆの着火性が確実に高められて、１圧縮始動が確実に行われる。

また、上記実施形態では、自動停止条件の成立時点（ステップＳ２でＹＥＳ）で吸気絞り弁３０の開度を全閉（０％）に設定し（ステップＳ３）、その後、ある程度の吸気圧力の低下が見られる時点で、燃料噴射弁１５からの燃料噴射を停止する燃料カットを実行する（ステップＳ４）ようにしたが、吸気絞り弁３０を全閉にするのと同じ時点で燃料カットを実行してもよい。

また、上記実施形態では、ステップＳ２３で１圧縮始動を行うときは常にプレ噴射を行うようになっていたが、状況に応じて（例えばピストン停止位置が極めて下死点に近い、エンジン冷却水温が極めて高い等）、プレ噴射なしの１圧縮始動を行う場合があってもよい。

また、上記実施形態では、圧縮自己着火式エンジンの一例としてディーゼルエンジン（軽油を自己着火により燃焼させるエンジン）を用い、ディーゼルエンジンに本発明に係る自動停止・再始動制御を適用した例を説明したが、圧縮自己着火式エンジンであれば、ディーゼルエンジンに限定されない。例えば、最近では、ガソリンを含む燃料を高圧縮比で圧縮して自己着火させる（ＨＣＣＩ：Ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ−ＣｈａｒｇｅＣｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎＩｇｎｉｔｉｏｎ：予混合圧縮着火）タイプのエンジンが研究、開発されているが、このような圧縮自己着火式のガソリンエンジンに対しても、本発明に係る自動停止・再始動制御は好適に適用可能である。

２Ａ〜２Ｄ気筒
５ピストン
５ａ冠面
５ｂ凹環状キャビティ
１５燃料噴射弁（燃料噴射手段）
３４スタータモータ
５０ＥＣＵ（制御手段）
Ｆ燃料
Ｒ基準停止位置範囲

Claims

気筒内に噴射された燃料を自己着火により燃焼させる圧縮自己着火式エンジンに設けられ、所定の自動停止条件が成立したときに上記エンジンを自動停止させるとともに、その後所定の再始動条件が成立したときに、エンジンの停止時に圧縮行程にある停止時圧縮行程気筒のピストンの停止位置が相対的に下死点寄りに設定された基準停止位置範囲内にある場合は、スタータモータを用いて上記エンジンに回転力を付与しつつ、上記停止時圧縮行程気筒に燃料噴射を実行することにより、上記エンジンを再始動させる圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置であって、
気筒内に燃料を噴射する燃料噴射手段と、
エンジンを再始動させる際に、上記停止時圧縮行程気筒に燃料噴射を実行するときは、圧縮上死点前にプレ燃焼用のプレ噴射が行われ、その後、主燃焼用の主噴射が行われるように、上記燃料噴射手段を制御する制御手段とを備え、
上記ピストンは、冠面に凹環状のキャビティが設けられ、
上記制御手段は、プレ噴射された燃料が上記キャビティ内に収まるタイミングで燃料がプレ噴射され、かつ、停止時圧縮行程気筒のピストンの停止位置が上死点寄りであるほど、プレ噴射される燃料がより多数段に分割されてプレ噴射されるように、上記燃料噴射手段を制御することを特徴とする圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置。
気筒内に噴射された燃料を自己着火により燃焼させる圧縮自己着火式エンジンに設けられ、所定の自動停止条件が成立したときに上記エンジンを自動停止させるとともに、その後所定の再始動条件が成立したときに、エンジンの停止時に圧縮行程にある停止時圧縮行程気筒のピストンの停止位置が相対的に下死点寄りに設定された基準停止位置範囲内にある場合は、スタータモータを用いて上記エンジンに回転力を付与しつつ、上記停止時圧縮行程気筒に燃料噴射を実行することにより、上記エンジンを再始動させる圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置であって、
気筒内に燃料を噴射する燃料噴射手段と、
エンジンを再始動させる際に、上記停止時圧縮行程気筒に燃料噴射を実行するときは、圧縮上死点前にプレ燃焼用のプレ噴射が行われ、その後、主燃焼用の主噴射が行われるように、上記燃料噴射手段を制御する制御手段とを備え、
上記ピストンは、冠面に凹環状のキャビティが設けられ、
上記制御手段は、プレ噴射された燃料が上記キャビティ内に収まるタイミングで燃料がプレ噴射され、かつ、エンジン冷却水温が低いほど、プレ噴射される燃料がより多数段に分割されてキャビティ内にプレ噴射されるように、上記燃料噴射手段を制御することを特徴とする圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置。
請求項１又は２に記載の圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置において、
上記制御手段は、上記プレ噴射の分割段数に拘らず、プレ噴射される燃料の総噴射量が一定となるように、上記燃料噴射手段を制御することを特徴とする圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置。
請求項１から３のいずれか１項に記載の圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置において、
上記圧縮自己着火エンジンの圧縮比は１４以下であることを特徴とする圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置。
請求項１から４のいずれか１項に記載の圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置において、
上記制御手段は、上記プレ噴射及び上記主噴射による燃焼波形が、プレ噴射された燃料のプレ燃焼による熱発生率のピークを迎えた後、熱発生率がいったん低下し、その後、主噴射された燃料の主燃焼による熱発生率のピークを迎える燃焼波形となるように、上記燃料噴射手段を制御することを特徴とする圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置。