JP5958416B2 - 予混合圧縮着火式エンジンの始動制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮上死点よりも前に気筒内に噴射された燃料を空気と混合しつつピストンの圧縮により自着火させる予混合圧縮着火燃焼が可能なエンジンに設けられた始動制御装置に関する。

従来、ガソリンエンジンの分野では、点火プラグの火花点火により強制的に混合気を着火させる燃焼形態（火花点火燃焼）が一般的であったが、近年、このような火花点火燃焼に代えて、いわゆる予混合圧縮着火燃焼をガソリンエンジンに適用する研究が進められている。予混合圧縮自己着火燃焼とは、圧縮上死点よりも前に気筒内に噴射された燃料が空気と混合されてできた混合気を、ピストンの圧縮による高温環境下で自主的に（火花点火によらず）着火させるというものである。このような予混合圧縮着火燃焼は、気筒内で混合気が同時多発的に燃焼する形態であるため、火花点火による燃焼に比べて燃焼期間が短く、より高い熱効率が得られると言われている。なお、以下では、予混合圧縮着火燃焼（Homogeneous-Charge Compression Ignition Combustion）のことを、ＨＣＣＩ燃焼と略称することがある。

上記のような予混合圧縮着火式エンジンにおいて、より一層の燃費性能の改善を図るには、エンジンを自動的に停止または再始動させる、いわゆるアイドルストップ制御を実行することが有効である。

上記のようなアイドルストップ制御に関する技術として、例えば下記特許文献１のものが知られている。この特許文献１には、軽油を圧縮着火により燃焼（拡散燃焼）させる多気筒ディーゼルエンジン、またはガソリンを圧縮着火により燃焼（予混合燃焼）させる多気筒ガソリンエンジンにおいて、特定の気筒のピストン停止位置に基づいて、エンジンを再始動させる際の制御の態様を切り換えることが開示されている。

具体的に、特許文献１では、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の停止位置が調べられる。その後、エンジンの再始動条件が成立すると、上記停止時圧縮行程気筒のピストン停止位置が、予め定められた所定位置よりも下死点側にあるか否かが判定され、下死点側にある場合には、上記停止時圧縮行程気筒に最初の燃料が噴射され、エンジン全体として１回目の圧縮上死点を迎える１圧縮目から燃焼が再開されることにより、エンジンが始動される（以下、これを「１圧縮始動」という）。

一方、上記停止時圧縮行程のピストン停止位置が上記所定位置よりも上死点側にある場合には、吸気行程で停止していた気筒（停止時吸気行程気筒）が圧縮行程に移行してから当該気筒に最初の燃料が噴射され、エンジン全体として２回目の圧縮上死点を迎える２圧縮目から燃焼が再開されることにより、エンジンが始動される（以下、これを「２圧縮始動」という）。

特開２０１２−０１２９９３号公報

上記特許文献１の技術によると、停止時圧縮行程気筒のピストンが下死点寄りにあるときには、１圧縮目から燃料を噴射する１圧縮始動によって迅速にエンジンを再始動させることができる一方、ピストンが上死点寄りにある場合には、１圧縮目ではなく２圧縮目から燃料を噴射する２圧縮始動により、始動の迅速性は多少犠牲にしながらも、燃料の失火を防止して確実なエンジンの再始動を図ることができる。

ところで、エンジンをできるだけ迅速に再始動したいという要求からすれば、特に燃焼が行われる最初の気筒（１圧縮始動のときは停止時圧縮行程気筒、２圧縮始動のときは停止時吸気行程気筒）において、ピストンが上死点をわずかに過ぎたあたりで燃焼重心（気筒内の燃料の５０％が燃焼し終わる時期）を迎えるように、燃焼を制御することが望ましい。これにより、燃焼の膨張力によりピストンに加わる押し下げ力が効率よくピストンを付勢し、ピストンスピードが充分に上昇するからである。

しかしながら、エンジンが自動停止した後の再始動時に、燃焼のタイミングを充分な精度で制御することは容易ではない。特に、ガソリンを空気と混合した後に圧縮着火させる予混合圧縮着火式エンジンでは、気筒内にガソリンが噴射されてから着火に至るまでの着火遅れ時間が気筒内の環境によって種々変動するので、混合気の着火時期を同じようなタイミングに揃えるには、何らかの工夫が必要である。しかしながら、上記特許文献１には、このような点について特に言及されておらず、改善の余地があった。

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、エンジンが自動停止した後の再始動時に、燃焼による膨張エネルギーを効率よくピストンに伝達し、もって始動の迅速性を向上させることが可能な予混合圧縮着火式エンジンの始動制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためのものとして、本発明は、複数の気筒と、各気筒に往復動可能に設けられたピストンと、各気筒に燃料を噴射するインジェクタとを備えるとともに、圧縮上死点よりも前に上記インジェクタから気筒内に噴射された燃料を空気と混合しつつ上記ピストンの圧縮により自着火させる予混合圧縮着火燃焼が可能なエンジンに設けられた始動制御装置であって、上記エンジンのクランク角を検出するクランク角センサと、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自動停止制御部と、上記クランク角センサの検出値に基づいて、上記自動停止に伴い圧縮行程で停止した停止時圧縮行程気筒のピストンが予め定められた上限位置から下死点までの範囲である特定範囲にあるか否かを判定する停止位置判定部と、上記停止時圧縮行程気筒のピストンが上記特定範囲で停止したと判定され、かつ所定の再始動条件が成立した場合に、上記インジェクタから上記停止時圧縮行程気筒に最初の燃料を噴射して自着火させる１圧縮始動を実行する再始動制御部とを備え、上記再始動制御部は、上記停止時圧縮行程気筒のピストン停止位置が上記上限位置から当該上限位置よりも下死点側に離れた所定の位置までの範囲にあるときは、当該範囲の中でも下死点側にあるほど、上記停止時圧縮行程気筒への最初の燃料の噴射開始時期を早くする、ことを特徴とするものである（請求項１）。

本発明によれば、停止時圧縮行程気筒に最初の燃料を噴射して自着火させる１圧縮始動時に、当該気筒のピストン停止位置が下死点側にあるほど、つまりピストンによる圧縮代（ピストン停止位置から圧縮上死点までのストローク量）が大きいほど、上記最初の燃料噴射の開始時期が早められ、その結果、噴射された燃料の気化潜熱によって気筒内の温度上昇が鈍り始める時期も早められる。このように、気筒内の温度が上昇し易い条件であるほど温度上昇を抑制する方向に噴射開始時期が調節されるため、停止時圧縮行程気筒のピストン停止位置が１圧縮始動が可能な範囲（特定範囲）内で変動したとしても、気筒内の温度が混合気の自着火に必要な温度（着火開始温度）まで上昇する時期を、同一のクランク角の近傍（例えば圧縮上死点の近傍）に揃えることができる。これにより、例えば燃焼による膨張エネルギーが最も効率よくピストンに伝達されるような時期に常に混合気を燃焼させることができるので、ピストンを勢いよく押し下げてエンジンに大きな回転力を付与することができ、エンジンを再始動する際の迅速性を効果的に向上させることができる。

本発明において、好ましくは、上記再始動制御部は、少なくとも１圧縮始動時に停止時圧縮行程気筒に噴射する最初の燃料の噴射開始時期を、当該気筒での圧縮着火燃焼の燃焼重心が圧縮上死点後５±５°ＣＡに収まるような時期に設定する（請求項２）。

ここで、燃焼重心とは、気筒内に噴射された燃料の５０％が燃焼し終わる時期のことをいう。この時期（燃焼重心）が圧縮上死点後５±５°ＣＡに収まっていれば、燃焼による膨張エネルギーが高い効率でピストンの押し下げ力に変換され、ピストンスピードを充分に増大させることができる。

本発明において、好ましくは、上記再始動制御部は、少なくとも１圧縮始動時に停止時圧縮行程気筒に噴射する最初の燃料の噴射量を、当該気筒内の混合気の当量比が１になるような値に設定する（請求項３）。

この構成によれば、停止時圧縮行程気筒での最初の燃焼が理論空燃比下での高効率な燃焼となるので、当該最初の燃焼によって大きな回転力をエンジンに付与することができ、始動の迅速性をより高めることができる。

本発明において、好ましくは、上記停止時圧縮行程気筒のピストン停止位置が上記特定範囲にあるとき、上記再始動制御部は、少なくとも１圧縮始動時に停止時圧縮行程気筒に噴射する最初の燃料の噴射開始時期を、上記ピストン停止位置が同一の条件での比較においてエンジンの冷却水の温度が高いほど早くする（請求項４）。

エンジンの冷却水温が高ければ、気筒内で圧縮される空気の初期温度が高くなるので、圧縮上死点付近における筒内温度をほぼ同一の温度まで上昇させるには、燃料の噴射開始時期を早めて、その燃料噴射に基づきより早い時期から筒内温度の上昇スピードを抑える必要がある。このような点を考慮して、上記構成では、エンジンの冷却水温が高いほど噴射開始時期を早めているので、冷却水温の値が多少変動しても、常に適正なタイミングで混合気を燃焼させることができ、燃焼による膨張エネルギーをピストンに効率よく伝達することができる。

本発明において、上記停止時圧縮行程気筒のピストンが上記上限位置よりも上死点側で停止したと判定された場合、上記再始動制御部は、上記自動停止に伴い吸気行程で停止した停止時吸気行程気筒に最初の燃料を噴射して自着火させる２圧縮始動を実行することが好ましい（請求項５）。

この構成によれば、停止時圧縮行程気筒のピストンが比較的上死点寄りにあるために充分な圧縮代が確保できない状況において、停止時圧縮行程気筒ではなく、その次に圧縮行程を迎える停止時吸気行程気筒に最初の燃料を噴射して自着火させるので、失火を招くことなく確実にエンジンを再始動させることができる。

以上説明したように、本発明の予混合圧縮着火式エンジンの始動制御装置によれば、エンジンが自動停止した後の再始動時に、燃焼による膨張エネルギーを効率よくピストンに伝達することができるので、始動の迅速性を向上させることができる。

本発明の一実施形態にかかる始動制御装置が適用された予混合圧縮着火式エンジンの全体構成を示す図である。 上記エンジンの自動停止・再始動制御の具体的手順を示すフローチャートである。 上記エンジンの自動停止制御が終了した後の各気筒の状態を例示する図である。 上記エンジンを１圧縮始動する際に行われる燃料噴射の順序を示す図である。 １圧縮始動における最初の燃料噴射の開始時期を、停止時圧縮行程気筒のピストン停止位置との関係で示すグラフである。 １圧縮始動時に行われる各回の燃料噴射の開始時期と、各燃料噴射の実行時のエンジン回転速度とを示すグラフである。 １圧縮始動時に行われる各回の燃料噴射に基づく当量比と、各燃料噴射の実行時のエンジン回転速度とを示すグラフである。 停止時圧縮行程気筒のクランク角と筒内温度との関係を、当該気筒のピストン停止位置が異なる２種類の場合について示したグラフである。 １圧縮始動時に停止時圧縮行程気筒で起きる最初の燃焼の開始時期（混合気の着火時期）を、燃料の噴射量と噴射開始時期との関係で示したグラフである。 １圧縮始動時の最初の燃料噴射の開始時期を、エンジンの冷却水温によって可変的に設定する例を説明するためのグラフである。

（１）エンジンの全体構成
図１は、本発明の一実施形態にかかる始動制御装置が適用された予混合圧縮着火式エンジンの全体構成を示す図である。本図に示されるエンジンは、走行用の動力源として車両に搭載される４サイクルのガソリンエンジンである。具体的に、このエンジンは、紙面に直交する方向に列状に並ぶ複数の気筒２Ａ〜２Ｄ（後述する図３も参照）を有する直列４気筒型のエンジン本体１と、エンジン本体１に空気を導入するための吸気通路２８と、エンジン本体１で生成された排気ガスを排出するための排気通路２９とを有している。

エンジン本体１は、上記複数の気筒２Ａ〜２Ｄが内部に形成されたシリンダブロック３と、シリンダブロック３の上部に設けられたシリンダヘッド４と、各気筒２Ａ〜２Ｄに往復摺動可能に挿入されたピストン５とを有している。

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、後述するインジェクタ１５からの噴射によって燃料が供給される。そして、噴射された燃料が燃焼室６で燃焼し、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。なお、当実施形態のエンジンはガソリンエンジンであるため、燃料としてはガソリンが用いられる。ただし、燃料の全てがガソリンである必要はなく、例えばアルコール等の副成分が燃料に含まれていてもよい。

ピストン５は、エンジン本体１の出力軸であるクランク軸７と図外のコネクティングロッドを介して連結されており、上記ピストン５の往復運動に応じてクランク軸７が中心軸回りに回転するようになっている。

各気筒２Ａ〜２Ｄの幾何学的圧縮比、つまり、ピストン５が下死点にあるときの燃焼室６の容積とピストン５が上死点にあるときの燃焼室６の容積との比は、ガソリンエンジンとしてはかなり高めの値である１８以上５０以下に設定されている。これは、ガソリンを自着火により燃焼させるＨＣＣＩ燃焼（予混合圧縮着火燃焼）を実現するために、燃焼室６を大幅に高温・高圧化する必要があるからである。

ここで、図示のような４サイクルかつ直列４気筒型のエンジンでは、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、エンジンの通常運転時、各気筒２Ａ〜２Ｄでの燃焼（そのための燃料噴射）のタイミングは、基本的に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、紙面手前側から奥側に向けて気筒が２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの順に並んでいるものとし、これら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（後述する図４も参照）。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。

シリンダヘッド４には、吸気通路２８から供給される空気を各気筒２Ａ〜２Ｄの燃焼室６に導入するための吸気ポート９と、各気筒２Ａ〜２Ｄの燃焼室６で生成された排気ガスを排気通路２９に導出するための排気ポート１０と、吸気ポート９の燃焼室６側の開口を開閉する吸気弁１１と、排気ポート１０の燃焼室６側の開口を開閉する排気弁１２とが設けられている。

吸気弁１１および排気弁１２は、それぞれ、シリンダヘッド４に配設された一対のカム軸等を含む動弁機構１３，１４により、クランク軸７の回転に連動して開閉駆動される。

シリンダヘッド４には、燃焼室６に向けて燃料（ガソリン）を噴射するインジェクタ１５と、インジェクタ１５から噴射された燃料と空気との混合気に対し火花放電による点火エネルギーを供給する点火プラグ１６とが、各気筒２Ａ〜２Ｄにつきそれぞれ１組ずつ設けられている。ただし、当実施形態のエンジンは、混合気をピストン５の圧縮により自着火させるＨＣＣＩ燃焼を基本とするため、点火プラグ１６は、ＨＣＣＩ燃焼が不可能かまたは困難な状況（例えばエンジン冷却水の温度がかなり低いとき）でのみ作動し、ＨＣＣＩ燃焼の実行時には基本的に点火プラグ１６の作動は休止される。

インジェクタ１５は、ピストン５の上面を臨むような姿勢でシリンダヘッド４に設けられている。各気筒２Ａ〜２Ｄのインジェクタ１５にはそれぞれ燃料供給管１７が接続されており、各燃料供給管１７を通じて供給される燃料（ガソリン）が、インジェクタ１５の先端部に設けられた複数の噴孔（図示省略）から噴射されるようになっている。

より具体的に、燃料供給管１７の上流側には、エンジン本体１により駆動されるプランジャー式のポンプ等からなるサプライポンプ１８が設けられているとともに、このサプライポンプ１８と燃料供給管１７との間には、全気筒２Ａ〜２Ｄに共通の蓄圧用のコモンレール（図示省略）が設けられている。そして、このコモンレール内で蓄圧された燃料が各気筒２Ａ〜２Ｄのインジェクタ１５に供給されることにより、各インジェクタ１５からは、２０ＭＰａ以上の高い圧力で燃料が噴射可能とされている。

クランク軸７には、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への印加電流（フィールド電流）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目標発電量に基づいてフィールド電流を調節しつつ、クランク軸７から駆動力を得て発電を行う。

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。ピニオンギア３４ｂは、クランク軸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、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、クランク軸７が回転駆動される。

吸気通路２８は、１本の共通通路部２８ｃと、共通通路部２８ｃの下流端部に接続された所定容積のサージタンク２８ｂと、サージタンク２８ｂから下流側に延びて各気筒２Ａ〜２Ｄの吸気ポート９とそれぞれ連通する複数本の独立通路部２８ａ（図１にはそのうちの１本のみを示す）とを有している。

吸気通路２８の共通通路部２８ｃには、その内部の流通断面積を可変とするためのスロットル弁３０が設けられている。スロットル弁３０は、運転者により踏み込み操作されるアクセルペダル３６の開度と非連動で操作可能なように、電動式とされている。すなわち、スロットル弁３０は、共通通路部２８ｃの内部に設けられたバタフライ式の弁本体と、この弁本体を開閉駆動する電動式のアクチュエータとを有している。

排気通路２９は、その詳しい図示を省略するが、各気筒２Ａ〜２Ｄの排気ポート１０と連通する複数本の独立通路部と、独立通路部の各下流端部が集合した排気集合部と、排気集合部から下流側に延びる１本の共通通路部とを有している。

排気通路２９（より詳しくはその共通通路部）には触媒コンバータ３１が設けられている。触媒コンバータ３１は、例えば三元触媒等からなる触媒を内蔵しており、排気通路２９を通過する排気ガス中に含まれる有害成分（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ）を浄化する機能を有している。

（２）制御系
次に、エンジンの制御系について説明する。当実施形態のエンジンは、その各部がＥＣＵ（エンジン制御ユニット）５０によって統括的に制御される。ＥＣＵ５０は、周知のとおり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含むマイクロプロセッサからなるものである。

エンジンもしくは車両には、その各部の状態量を検出するための複数のセンサが設けられており、各センサからの情報がＥＣＵ５０に入力されるようになっている。

例えば、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水温センサＳＮ１が、シリンダブロック３に設けられている。

また、シリンダブロック３には、クランク軸７の回転角度および回転速度を検出するクランク角センサＳＮ２が設けられている。このクランク角センサＳＮ２は、クランク軸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ものであり、このパルス信号に基づいて、クランク軸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。

シリンダヘッド４には、気筒判別情報を出力するためのカム角センサＳＮ３が設けられている。すなわち、カム角センサＳＮ３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パルス信号を出力するものであり、この信号と、クランク角センサＳＮ２からのパルス信号とに基づいて、どの気筒が何行程にあるのかが判別されるようになっている。

吸気通路２８のサージタンク２８ｂには、エンジン本体１の各気筒２Ａ〜２Ｄに吸入される空気の量（吸入空気量）を検出するエアフローセンサＳＮ４が設けられている。

また、車両には、その走行速度（車速）を検出する車速センサＳＮ５と、アクセルペダル３６の開度（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサＳＮ６と、ブレーキペダル３７のＯＮ／ＯＦＦ（ブレーキの有無）を検出するブレーキセンサＳＮ７と、バッテリ（図示省略）の残容量を検出するバッテリセンサＳＮ８と、車室内の温度を検出する室温センサＳＮ９とが設けられている。

ＥＣＵ５０は、これらのセンサＳＮ１〜ＳＮ９と電気的に接続されており、それぞれのセンサから入力される信号に基づいて、上述した各種情報（エンジンの冷却水温、クランク角、回転速度‥‥など）を取得する。

また、ＥＣＵ５０は、上記各センサＳＮ１〜ＳＮ９からの入力信号に基づいて種々の判定や演算等を実行しつつ、エンジンの各部を制御する。すなわち、ＥＣＵ５０は、インジェクタ１５、点火プラグ１６、スロットル弁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。

ＥＣＵ５０のより具体的な機能について説明する。ＥＣＵ５０は、いわゆるアイドリングストップ制御に関わる特有の機能的要素として、自動停止制御部５１、停止位置判定部５２、および再始動制御部５３を有している。

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。

停止位置判定部５２は、エンジンが自動停止したときに、圧縮行程で停止した気筒のピストン５の位置を特定し、この位置が特定の範囲（後述する特定範囲Ｒｘ）にあるか否か判定するものである。

再始動制御部５３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、エンジンを自動的に再始動させる制御を実行するものである。

（３）自動停止・再始動制御
次に、エンジンの自動停止・再始動制御を司るＥＣＵ５０の具体的な制御手順について、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、ＥＣＵ５０は、各種センサ値を読み込む処理を実行する（ステップＳ１）。具体的には、水温センサＳＮ１、クランク角センサＳＮ２、カム角センサＳＮ３、エアフローセンサＳＮ４、車速センサＳＮ５、アクセル開度センサＳＮ６、ブレーキセンサＳＮ７、バッテリセンサＳＮ８、および室温センサＳＮ９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、回転速度、気筒判別情報、吸入空気量、車速、アクセル開度、ブレーキの有無、バッテリの残容量、車室内温度等の各種情報を取得する。

次いで、ＥＣＵ５０の自動停止制御部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処理を実行する（ステップＳ２）。例えば、車両が停止状態にあること、アクセルペダル３６の開度がゼロであること（アクセルＯＦＦ）、ブレーキペダル３７が踏み込まれていること（ブレーキＯＮ）、エンジンの冷却水温が所定値以上であること（つまり暖機がある程度進んでいること）、バッテリの残容量が所定値以上であること、エアコンの負荷（車室内温度とエアコンの設定温度との差）が比較的少ないこと、等の複数の要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。

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、スロットル弁３０の開度を、アイドル運転時に設定される通常の開度から、所定の低開度（例えば０％）まで低下させる処理を実行する（ステップＳ３）。

次いで、自動停止制御部５１は、インジェクタ１５からの燃料の噴射を停止する燃料カットの処理を実行する（ステップＳ４）。すなわち、各気筒２Ａ〜２Ｄのインジェクタ１５から噴射すべき燃料の量である目標噴射量をゼロに設定し、全てのインジェクタ１５からの燃料噴射を停止することにより、燃料カットを実現する。

上記燃料カットの後、エンジンは一時的に惰性で回転するが、最終的には完全停止に至る。そのことを確認するため、自動停止制御部５１は、エンジンの回転速度が０ｒｐｍであるか否かを判定する処理を実行する（ステップＳ５）。そして、ここでＹＥＳとなってエンジンが完全停止していることが確認されると、自動停止制御部５１は、スロットル弁３０の開度を所定の高開度（例えば８０％）まで増大させる処理を実行する（ステップＳ６）。

以上のような自動停止制御が終了した後のエンジンの各気筒２Ａ〜２Ｄの状態を、図３に例示する。この図３の例では、１番気筒２Ａが膨張行程で停止し、２番気筒２Ｂが排気行程で停止し、３番気筒２Ｃが圧縮行程で停止し、４番気筒２Ｄが吸気行程で停止している。なお、以下では、自動停止制御によって○○行程で停止した気筒のことを、「停止時○○行程気筒」ということがある。例えば、膨張行程で停止した気筒２Ａのことを「停止時膨張行程気筒２Ａ」といい、排気行程で停止した気筒２Ｂのことを「停止時排気行程気筒２Ｂ」といい、圧縮行程で停止した気筒２Ｃのことを「停止時圧縮行程気筒２Ｃ」といい、吸気行程で停止した停止した気筒２Ｄのことを「停止時吸気行程気筒２Ｄ」という。ただし、図３のような状態でエンジンが停止するのはあくまで一例に過ぎず、各気筒２Ａ〜２Ｄがどの行程で停止するかはその都度変わり得る。ただしその場合でも、以下に説明する制御（エンジンが自動停止した後に行われる制御）の中身は、気筒番号が異なる以外は全て同じである。

上記のようにしてエンジンが完全停止すると、ＥＣＵ５０の再始動制御部５３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処理を実行する（ステップＳ７）。例えば、ブレーキペダル３７がリリースされたこと、アクセルペダル３６が踏み込まれたこと、エンジンの冷却水温が所定値未満になったこと、バッテリの残容量の低下量が許容値を超えたこと、エンジンの停止時間（自動停止後の経過時間）が上限時間を越えたこと、エアコン作動の必要性が生じたこと（つまり車室内温度とエアコンの設定温度との差が許容値を超えたこと）等の要件の少なくとも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Ｓ７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、ＥＣＵ５０の停止位置判定部５２は、上記エンジンの自動停止に伴い圧縮行程で停止した気筒（図３の停止時圧縮行程気筒２Ｃ）のピストン停止位置を、クランク角センサＳＮ２およびカム角センサＳＮ３に基づき特定し、その特定したピストン停止位置が、図３に示す上限位置Ｘよりも下死点側に設定された特定範囲Ｒｘ（より詳しくは上限位置Ｘから下死点までの間であって上限位置Ｘを含む範囲）にあるか否かを判定する処理を実行する（ステップＳ８）。なお、上限位置Ｘは、エンジンの形状（排気量、ボア／ストローク比等）や暖機の進行度合い等によって異なり得るが、例えば上死点前（ＢＴＤＣ）９０〜７５°ＣＡの間のいずれかの位置に設定することができる。

上記ステップＳ８でＹＥＳと判定されて停止時圧縮行程気筒２Ｃのピストン停止位置が特定範囲Ｒｘにあることが確認された場合、ＥＣＵ５０の再始動制御部５３は、停止時圧縮行程気筒２Ｃが圧縮上死点を迎える１圧縮目から混合気の燃焼を開始する１圧縮始動によりエンジンを再始動させる処理を実行する（ステップＳ９）。すなわち、再始動制御部５３は、スタータモータ３４を駆動してクランク軸７に回転力を付与しつつ、それによって停止時圧縮行程気筒２Ｃのピストン５が上昇している途中で（圧縮上死点に至る前に）、当該気筒２Ｃに対しインジェクタ１５から燃料を噴射させる。そして、気筒２Ｃに噴射した燃料と空気との混合気をピストン５の圧縮に伴い自着火させることにより、エンジン全体として１回目の上死点を迎える１圧縮目からＨＣＣＩ燃焼を行わせ、エンジンを再始動させる。

一方、上記ステップＳ８でＮＯと判定された場合、つまり、停止時圧縮行程気筒２Ｃのピストン停止位置が上記特定範囲Ｒｘを外れている（上限位置Ｘよりも上死点側にある）ことが確認された場合、再始動制御部５３は、停止時圧縮行程気筒２Ｃが圧縮上死点を迎える１圧縮目からではなく、吸気行程で停止していた停止時吸気行程気筒２Ｄが圧縮上死点を迎える２圧縮目から混合気の燃焼を開始する２圧縮始動によりエンジンを再始動させる処理を実行する（ステップＳ１０）。すなわち、停止時吸気行程気筒２Ｄのピストン５が一旦下降してから上昇に転じて圧縮上死点に至るまで、スタータモータ３４の駆動力のみによってクランク軸７を回転させるとともに、停止時吸気行程気筒２Ｄのピストン５が上昇している途中で（圧縮上死点に至る前に）、当該気筒２Ｄに対しインジェクタ１５から燃料を噴射させる。そして、気筒２Ｄに噴射した燃料と空気との混合気をピストン５の圧縮に伴い自着火させることにより、エンジン全体として２回目の上死点を迎える２圧縮目からＨＣＣＩ燃焼を行わせ、エンジンを再始動させる。

なお、上記のフローチャート（図２）では説明を省略したが、エンジンが自動停止したときに圧縮行程にある停止時圧縮行程気筒（図３では気筒２Ｃ）のピストン停止位置が下死点寄りの特定範囲Ｒｘに高い確率で収まるように、エンジンの自動停止制御中（エンジンが完全停止する前）に所定の制御を付加することが考えられる。２圧縮始動の場合、停止時吸気行程気筒２Ｄのピストン５が圧縮上死点付近に到達する２圧縮目までは燃焼を再開することができず、エンジンの再始動に要する時間、つまり、スタータモータ３４による駆動が開始されてからエンジンが完爆（全気筒２Ａ〜２Ｄで１回ずつ燃焼が行われた状態）に至るまでに要する時間が、１圧縮始動のときに比べて若干長くなってしまう。そこで、できるだけ高い確率で１圧縮始動ができるように、ピストン停止位置を上記特定範囲Ｒｘに収めるために何らかの制御を実行することが望ましい。

例えば、全気筒２Ａ〜２Ｄにおけるエンジン停止直前の最後の上死点を最終ＴＤＣとすると、この最終ＴＤＣまたはそのｎ回前の上死点通過時のエンジン回転速度がどのような範囲にあれば停止時圧縮行程気筒のピストン停止位置が特定範囲Ｒｘ内に収まるかということは、実験等により予め知ることができる。そこで、最終ＴＤＣまたはそのｎ回前の上死点通過時のエンジン回転速度が予め定められた所定の速度範囲（つまりピストン停止位置を特定範囲Ｒｘに収めるために必要な速度範囲）に収まっているか否かを判定し、当該速度範囲から外れている場合には、オルタネータ３２のフィールド電流を増減させることにより、エンジン本体１に加わる回転抵抗を調節することが考えられる。あるいは、最終ＴＤＣの１つ前の上死点通過時にスロットル弁３０を開くことにより、その時点から吸気行程を迎える気筒（言い換えれば最終的に圧縮行程で停止する停止時圧縮行程気筒）への吸入空気量を増大させ、空気の圧縮に伴い生じる圧縮反力を増大させることにより、停止時圧縮行程気筒のピストン停止位置を下死点寄りにもっていくようにしてもよい。これらの少なくとも一方の対策を施せば、停止時圧縮行程気筒のピストン停止位置を半ば強制的に特定範囲Ｒｘに収めることができるので、１圧縮始動による迅速なエンジン再始動をかなり高い確率で実現することができる。

（４）１圧縮始動時の噴射制御
次に、１圧縮始動によるエンジン再始動時に行われる燃料噴射の具体的態様について説明する。

図４は、１圧縮始動時における各気筒２Ａ〜２Ｄの行程の移り変わりと、各気筒２Ａ〜２Ｄに対し実行される燃料噴射を図示したものである。本図に示すように、１圧縮始動のときは、停止時圧縮行程気筒２Ｃに対し最初の燃料噴射が実行され（Ｆ１）、その後は、停止時吸気行程気筒２Ｄ、停止時排気行程気筒２Ｂ、停止時膨張行程気筒２Ａの順に燃料噴射が実行される（Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４）。

図５は、１圧縮始動の際に停止時圧縮行程気筒２Ｃに対し行われる最初の燃料噴射Ｆ１の開始時期を、停止時圧縮行程気筒２Ｃのピストン停止位置との関係で示すグラフである。この図５に示すように、最初の燃料噴射Ｆ１の開始時期は、停止時圧縮行程気筒２Ｃのピストン停止位置が上限位置Ｘ（つまり１圧縮始動が許容される限界の停止位置）から下死点（ＢＤＣ）側に離れるほど、早い時期に設定される。具体的に、図５の例では、ピストン停止位置が上限位置Ｘであるときの燃料噴射Ｆ１の開始時期が上死点前（ＢＴＤＣ）約１０°ＣＡに設定されるのに対し、ピストン停止位置が上限位置Ｘより所定のクランク角だけ下死点側に離れた位置Ｙ（請求項にいう「所定の位置」に相当）であるときの燃料噴射Ｆ１の開始時期は、ＢＴＤＣ約２５°ＣＡに設定される。また、停止位置ＸからＹまでの間においては、燃料噴射Ｆ１の開始時期がＢＴＤＣ２５°ＣＡから１０°ＣＡの間の時期に設定されるが、その時期は、総じてピストン停止位置がＹに近づくほど早く設定される。なお、停止位置Ｙは、吸気弁１１の閉時期（ＩＶＣ）に対応するクランク角、つまり実質的に気筒内の空気が圧縮され始めるクランク角である。このため、ピストン停止位置が上記停止位置Ｙよりさらに下死点側であるときの燃料噴射Ｆ１の開始時期は、破線の波形で示すように、停止位置Ｙのときとほぼ同一の時期に維持される。

図６は、１圧縮始動時に各気筒２Ａ〜２Ｄに対し燃料が噴射されるときのエンジン回転速度と、各燃料噴射（Ｆ１〜Ｆ４）の開始時期との関係を示すグラフである。本図に示すように、１圧縮始動時の最初の燃料噴射である停止時圧縮行程気筒２Ｃへの燃料噴射Ｆ１が実行されるとき、エンジン回転速度は１００ｒｐｍを若干超える程度（例えば１２０ｒｐｍ程度）の速度になっており、そのときの燃料噴射Ｆ１の開始時期は、既に図５でも説明したとおり、ＢＴＤＣ約２５〜１０°ＣＡのいずれかに設定される。図６には、噴射開始時期がＢＴＤＣ約２５°ＣＡに設定される場合を実線の波形で表し、ＢＴＤＣ約１０°ＣＡに設定される場合を破線の波形で表している。一方、上記燃料噴射Ｆ１が実行されると、噴射された燃料が停止時圧縮行程気筒２Ｃで自着火により燃焼（ＨＣＣＩ燃焼）してピストン５が押し下げられることにより、エンジンの回転速度が上昇し始める。このため、最初の燃料噴射Ｆ１に次ぐ２回目の燃料噴射（停止時吸気行程気筒２Ｄへの燃料噴射）Ｆ２が行われるときのエンジン回転速度は、最初の燃料噴射Ｆ１のときよりも上昇しており、以下同様に、３回目の燃料噴射（停止時排気行程気筒２Ｂへの燃料噴射）Ｆ３、４回目の燃料噴射（停止時膨張行程気筒２Ａへの燃料噴射）Ｆ４へと進むにつれて、エンジン回転速度はさらに上昇していく。そして、このようなエンジン回転速度の上昇と相関するように、各回の燃料噴射の開始時期は、圧縮上死点からより遠ざかった早めの時期へとずらされていく。つまり、２回目の燃料噴射Ｆ２の開始時期は最初の燃料噴射Ｆ１の開始時期よりも早く、３回目の燃料噴射Ｆ３の開始時期は２回目の燃料噴射Ｆ２の開始時期よりも早く、４回目の燃料噴射Ｆ４の開始時期は３回目の燃料噴射Ｆ３の開始時期よりも早くされる。なお、４回目の燃料噴射Ｆ４が行われてエンジンが完爆（全気筒２Ａ〜２Ｄで１回ずつ燃焼が行われた状態）に至った後は、アクセル開度に基づく通常の制御に移行するので、５回目以降の燃料噴射についてはその図示を省略している。

図７は、１圧縮始動時に各気筒２Ａ〜２Ｄに対し燃料が噴射されるときのエンジン回転速度と、各燃料噴射（Ｆ１〜Ｆ４）に基づき気筒内に形成される混合気の当量比φとの関係を示すグラフである。なお、当量比φとは、混合気の理論空燃比を実空燃比で割った値のことであり、理論空燃比に相当する量（気筒内の空気に対して過不足ない量）の燃料が噴射されたときにφ＝１となり、それより少ない量の燃料が噴射されたときにφ＜１となる。本図に示すように、当量比φは、燃料噴射の回数が進むほど（言い換えればエンジン回転速度が上昇するほど）、徐々に小さくされる。すなわち、１圧縮始動時の最初の燃料噴射である停止時圧縮行程気筒２Ｃへの燃料噴射Ｆ１では、当量比φが１になるように燃料の噴射量が設定されるのに対し、２回目、３回目、４回目の燃料噴射（気筒２Ｄ、２Ｂ、２Ａへの燃料噴射）Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４では、当量比φが１より小さくなるように燃料の噴射量が調節される。しかも、２回目、３回目、４回目へと進むにつれて、当量比φは、１未満の範囲で徐々に小さくされる。図７の例では、１回目の燃料噴射Ｆ１のときの当量比φが１であるのに対し、２回目、３回目、４回目の燃料噴射Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４のときの当量比φは、それぞれ０．９，０．８，０．７とされる。

（５）作用等
以上説明したように、当実施形態では、インジェクタ１５から気筒２Ａ〜２Ｄ内に噴射された燃料を空気と混合しつつピストン５の圧縮により自着火させるＨＣＣＩ燃焼（予混合圧縮着火燃焼）が可能で、しかもアイドルストップ機能を備えたエンジンにおいて、次のような特徴的な構成を採用した。

エンジンの自動停止後、所定の再始動条件が成立すると、圧縮行程で停止した停止時圧縮行程気筒２Ｃのピストン５が所定の上限位置Ｘよりも下死点側に設定された特定範囲Ｒｘ（図３）にあるか否かが判定され、特定範囲Ｒｘにある場合には、インジェクタ１５から停止時圧縮行程気筒２Ｃに最初の燃料を噴射して自着火させる１圧縮始動が実行される。この１圧縮始動においては、停止時圧縮行程気筒２Ｃのピストン停止位置が特定範囲Ｒｘの中でも下死点側にあるほど（より正確には、図５に示したＸ〜Ｙのクランク角範囲の中でも下死点側にあるほど）、当該気筒２Ｃへの最初の燃料噴射Ｆ１の開始時期が早く設定される（図５参照）。このような構成によれば、エンジンの再始動時に、燃焼による膨張エネルギーを効率よくピストン５に伝達し、もって始動の迅速性を向上させることができるという利点がある。

すなわち、上記実施形態では、停止時圧縮行程気筒２Ｃに最初の燃料を噴射して自着火させる１圧縮始動時に、当該気筒２Ｃのピストン停止位置が下死点側にあるほど、つまりピストン５による圧縮代（ピストン停止位置から圧縮上死点までのストローク量）が大きいほど、上記最初の燃料噴射Ｆ１の開始時期が早められ、その結果、噴射された燃料の気化潜熱によって気筒２Ｃ内の温度上昇が鈍り始める時期も早められる。このように、気筒２Ｃ内の温度が上昇し易い条件であるほど温度上昇を抑制する方向に噴射開始時期が調節されるため、停止時圧縮行程気筒２Ｃのピストン停止位置が１圧縮始動が可能な範囲（特定範囲Ｒｘ）内で変動したとしても、気筒２Ｃ内の温度が混合気の自着火に必要な温度（着火開始温度）まで上昇する時期を、同一のクランク角の近傍（例えば圧縮上死点の近傍）に揃えることができる。これにより、例えば燃焼による膨張エネルギーが最も効率よくピストン５に伝達されるような時期に常に混合気を燃焼させることができるので、ピストン５を勢いよく押し下げてエンジンに大きな回転力を付与することができ、エンジンを再始動する際の迅速性を効果的に向上させることができる。

図８は、１圧縮始動時に停止時圧縮行程気筒２Ｃのピストン５が停止位置から圧縮上死点まで上昇したときに当該気筒２Ｃ内の温度（筒内温度）がどのように変化するかを、気筒２Ｃのピストン停止位置がＢＴＤＣ１１０°ＣＡであったときとＢＴＤＣ９０°ＣＡであったときとで比較したグラフである。なお、これらのピストン停止位置（ＢＴＤＣ１１０°ＣＡ、９０°ＣＡ）は、いずれも図５に示したＸ〜Ｙのクランク角範囲に含まれており、よって１圧縮始動が可能な特定範囲Ｒｘにも含まれているものとする。

具体的に、図８のグラフでは、ピストン停止位置がＢＴＤＣ１１０°ＣＡであったときをケースＳ１、ピストン停止位置がＢＴＤＣ９０°ＣＡであったときをケースＳ２とし、それぞれのケースにおいてピストンの上昇に応じた筒内温度の変化をプロットしている。また、同グラフにおいて、横軸のクランク角Ｄ１は、ケースＳ１（ピストン停止位置＝ＢＴＤＣ１１０°ＣＡ）のときに設定される燃料の噴射開始時期に対応し、クランク角Ｄ２は、ケースＳ２（ピストン停止位置＝ＢＴＤＣ９０°ＣＡ）のときに設定される燃料の噴射開始時期に対応している。そして、仮にこれらの時期に燃料噴射をしなかった場合（つまり空気のみを圧縮した場合）の筒内温度を破線で表し、燃料噴射をした場合の筒内温度を実線で表している。

図８に示すように、燃料噴射がなかったと仮定した場合の筒内温度（破線の波形）は、ピストン停止位置をＢＴＤＣ１１０°ＣＡとしたケースＳ１の方が、ＢＴＤＣ９０°ＣＡのケースＳ２のときよりも高くなっており、特に、圧縮上死点（ＢＴＤＣ０°ＣＡ）のときの筒内温度については、ケースＳ１の方がケースＳ２よりも大幅に高くなっている。これは、ケースＳ１（ピストン停止位置＝ＢＴＤＣ１１０°ＣＡ）の方が早い時期からピストン５の圧縮が開始されるので、その分圧縮による加熱期間が長くなるからである。

これに対し、燃料噴射を行った場合、つまり、ケースＳ１においてはクランク角Ｄ１で燃料噴射を開始し、ケースＳ２においてはクランク角Ｄ２で燃料噴射を開始した場合には、実線の波形に示すように、各燃料噴射を開始した後の筒内温度が燃料噴射を省略した場合に比べて低下している。つまり、燃料噴射をきっかけにして、筒内温度の上昇スピードが緩やかになり、筒内温度が上昇し難くなっている。これは、筒内に燃料が噴射されることで、ピストン５による圧縮の対象が空気単体から混合気（空気と燃料の混合物）へと変化し、圧縮対象物の比熱が増大したためである。

ここで注目すべきは、ケースＳ１（ピストン停止位置＝ＢＴＤＣ１１０°ＣＡ）のときの燃料の噴射開始時期Ｄ１が、ケースＳ２（ピストン停止位置＝ＢＴＤＣ９０°ＣＡ）のときの噴射開始時期Ｄ２よりも早められていることである。このように、ピストン停止位置が下死点側に近いほど噴射開始時期が早められることで、ピストン５による圧縮代が大きい条件、つまり圧縮による加熱期間（ピストン停止位置から圧縮上死点に至るまでの期間）が長くなる条件であるほど、噴射された燃料の気化潜熱によって筒内温度の上昇が鈍り始める時期が早められることになる。その結果、ケースＳ１，Ｓ２のいずれであったとしても、つまりピストン停止位置がＢＴＤＣ１１０°ＣＡまたは９０°ＣＡのいずれであったとしても、圧縮上死点を迎える頃には筒内温度が同じような温度、ここでは１０００Ｋ程度まで上昇している。この１０００Ｋという温度は、混合気の自着火に必要な温度（着火開始温度）にほぼ一致するといえるので、図８の例では、ピストン停止位置が異なるいずれのケースでも、圧縮上死点の近傍で混合気が自着火に至ることになる。圧縮上死点の近傍で混合気が自着火すると、その後の圧縮着火燃焼が、圧縮上死点をわずかに経過した時点、例えば上死点後（ＡＴＤＣ）５°ＣＡの近傍で燃焼重心（気筒内の燃料の５０％が燃焼し終わる時期）を迎えるような燃焼となる。このような燃焼が起きると、その燃焼による膨張エネルギーが上死点を過ぎたばかりのピストン５に作用することにより、エネルギーがピストン５の押し下げ力に効率よく変換され、ピストンスピードが大幅に上昇することになる。なお、ピストン５の押し下げ力を充分に生み出すために望ましい燃焼重心の時期は、ＡＴＤＣ５°ＣＡに限られず、少なくともＡＴＤＣ５±５°ＣＡの範囲にあればよい。

このように、上記実施形態では、１圧縮始動時における停止時圧縮行程気筒２Ｃへの燃料の噴射開始時期が、当該気筒２Ｃのピストン停止位置が下死点側にあるほど早められるので、燃焼による膨張エネルギーが効率よくピストン５に伝達される適正な時期に混合気を燃焼させることができ、エンジン始動の迅速性を効果的に向上させることができる。

また、上記実施形態では、１圧縮始動時に停止時圧縮行程気筒２Ｃに対し行われる最初の燃料噴射Ｆ１において、その噴射量が、混合気の当量比φが１になるような値に設定される（図７参照）。このような構成によれば、停止時圧縮行程気筒２Ｃでの最初の燃焼が理論空燃比下での高効率な燃焼となるので、当該最初の燃焼によって大きな回転力をエンジンに付与することができ、始動の迅速性をより高めることができる。

図９（ａ）（ｂ）は、１圧縮始動時に停止時圧縮行程気筒２Ｃで起きる最初の燃焼の開始時期（つまり混合気の着火時期）を、燃料の噴射量と噴射開始時期との関係で示したグラフであり、（ａ）は停止時圧縮行程気筒２Ｃのピストン停止位置がＢＴＤＣ１１０°ＣＡのときを、（ｂ）は同停止位置がＢＴＤＣ８０°ＣＡのときをそれぞれ示している。各グラフにおいて、ハッチングのない白抜きの領域は、着火時期がＢＴＤＣ２°ＣＡ〜ＡＴＤＣ２°ＣＡ（ＢＴＤＣ±２°ＣＡ）の範囲に収まる領域である。また、この白抜きの領域よりも内側にあるハッチングの領域は、上記角度範囲よりも着火時期が進角する（早まる）領域であり、白抜きの領域よりも外側にあるハッチングの領域は、上記角度範囲よりも着火時期が遅角する領域である。なお、図９（ａ）（ｂ）の実験結果を得るのに用いたエンジンでは、１圧縮始動が許容される限界の停止位置、つまり上限位置Ｘ（図３）に対応するクランク角がＢＴＤＣ８０°ＣＡであった。このため、図９（ｂ）は、１圧縮始動が可能な限界の停止位置条件における結果であり、図９（ａ）は、これよりもピストン停止位置に余裕があるとき（下死点に近いとき）の結果である。

図９（ａ）に示すように、ピストン停止位置＝ＢＴＤＣ１１０°ＣＡという条件でφ＝１相当量の燃料を噴射する場合において、着火時期をＢＴＤＣ２°ＣＡ〜ＡＴＤＣ２°ＣＡの範囲（白抜きの領域）に収めるには、点Ｐか点Ｑの位置に噴射開始時期を設定すればよい。ただし、点Ｑの位置を噴射開始時期とした場合は、圧縮上死点にかなり近いタイミングで（つまり筒内がかなり高温化した状態で）燃料が噴射されるので、噴射開始後ごく短期間で燃料が自着火することになる。このように、噴射開始から自着火までの期間（着火遅れ時間）が短くなり過ぎると、筒内での燃料の分布に大きな偏りが生じた状態（つまり極端に燃料リッチまたは燃料リーンな領域ができた状態）で燃焼が起きる結果、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの発生量やスート（煤）の発生量が増大し、エミッション性能が悪化してしまう。このため、燃料の噴射開始時期としては、点Ｑよりも進角側の点Ｐに対応する時期が望ましく、この点Ｐに対応する時期は、この例ではＢＴＤＣ約２５°ＣＡとなる。これにより、着火遅れ時間が充分に確保され、エミッション性能に優れた燃焼が実現される。なお、本願発明者の研究によれば、エミッション性能を満足するには、着火遅れ時間を少なくとも３ｍｓｅｃ以上確保する必要がある。ＢＴＤＣ約２５°ＣＡという噴射開始時期は、この要件を充分に満足するものである。

一方、図９（ｂ）に示すように、ピストン停止位置＝ＢＴＤＣ８０°ＣＡという条件でφ＝１相当量の燃料を噴射する場合、着火時期をＢＴＤＣ２°ＣＡ〜ＡＴＤＣ２°ＣＡの範囲に収めるには、点Ｒの位置に噴射開始時期を設定すればよい。この例では、点Ｒに対応する時期はＢＴＤＣ約１０°ＣＡであり、上述した図９（ａ）のケース（ピストン停止位置＝ＢＴＤＣ１１０°ＣＡの場合）に比べて遅れた時期となる。この場合でも、噴射開始から自着火までの期間（着火遅れ時間）は３ｍｓｅｃ以上確保されるので、エミッション性能は必要なレベルで確保される。

図９（ａ）（ｂ）の結果からも理解されるように、当量比φ＝１という条件下で混合気の着火時期を圧縮上死点の近傍（この例ではＢＴＤＣ２°ＣＡ〜ＡＴＤＣ２°ＣＡ）に揃えつつ、しかもエミッション性能を確保しようとすれば、停止時圧縮行程気筒２Ｃのピストン停止位置に応じて燃料の噴射開始時期を変化させる、つまりピストン停止位置が下死点側に近い場合は遠い場合に比べて噴射開始時期を遅くする（言い換えれば下死点に近いほど噴射開始時期を早める）必要があることが分かる。このような事情から、上記実施形態では、図５に示したような噴射開始時期を採用しているのである。これにより、同じく図５に示すように、混合気の着火時期が、停止時圧縮行程気筒２Ｃのピストン停止位置にかかわらず圧縮上死点の近傍に設定される。そして、このような時期に着火時期が設定されることで、燃焼重心はＡＴＤＣ５°ＣＡ（縦軸の−５の目盛に相当）の前後の所定範囲に収められることになる。なお、図５において、燃焼重心の時期は、少なくともＡＴＤＣ５±５°ＣＡの範囲に含まれている。

ここで、図５に示した燃料の噴射開始時期は、停止時圧縮行程気筒２Ｃのピストン停止位置が異なる以外、他の条件は全て同一であることが前提となっている。逆にいえば、停止時圧縮行程気筒２Ｃへの燃料の噴射開始時期は、ピストン停止位置以外の要因を考慮して変動させることも可能であり、その一例を図１０に示す。

図１０の例では、１圧縮始動時の最初の燃料噴射Ｆ１（停止時圧縮行程気筒２Ｃへの燃料噴射）の開始時期が、エンジンの冷却水温によって可変的に設定されるようになっている。より具体的には、エンジンの冷却水温が温間運転時の標準温度（例えば８０℃）である場合の燃料噴射Ｆ１の開始時期が実線のラインであるとすると、上記標準温度よりも冷却水温が高いときの噴射開始時期は、全体として実線のラインよりも進角側（ＢＤＣに近い側）に設定され、逆に、上記標準温度よりも冷却水温が低いときの噴射開始時期は、全体として実線のラインよりも遅角側（ＴＤＣに近い側）に設定される。言い換えると、停止時圧縮行程気筒２Ｃのピストン停止位置が同一であれば、１圧縮始動時の最初の燃料噴射Ｆ１の開始時期は、エンジンの冷却水の温度が高いほど早く設定される。このようにすれば、冷却水温の値が多少変動しても混合気を適正な時期に燃焼させることができるという利点がある。

すなわち、エンジンの冷却水温が高ければ、気筒内で圧縮される空気の初期温度が高くなるので、圧縮上死点付近における筒内温度をほぼ同一の温度まで上昇させるには、燃料の噴射開始時期を早めて、その燃料噴射に基づきより早い時期から筒内温度の上昇スピードを抑える必要がある。この点を考慮して、図１０の例では、エンジンの冷却水温が高いほど噴射開始時期を早めるようにしており、これにより、冷却水温の値が多少変動しても常に適正なタイミングで混合気を燃焼させることができ、燃焼による膨張エネルギーをピストン５に効率よく伝達することができる。

また、上記実施形態では、停止時圧縮行程気筒２Ｃのピストン５が上限位置Ｘよりも上死点側で停止したと判定された場合、その後のエンジン再始動時において、停止時圧縮行程気筒２Ｃの次に圧縮行程を迎える停止時吸気行程気筒２Ｄに最初の燃料を噴射して自着火させる２圧縮始動が実行される。このような構成によれば、停止時圧縮行程気筒２Ｃのピストン５が比較的上死点寄りにあるために充分な圧縮代が確保できない状況において、停止時圧縮行程気筒２Ｃではなく、その次に圧縮行程を迎える停止時吸気行程気筒２Ｄに最初の燃料を噴射して自着火させるので、失火を招くことなく確実にエンジンを再始動させることができる。

すなわち、停止時圧縮行程気筒２Ｃのピストン５が上限位置Ｘよりも上死点側で停止していれば、このピストン５による圧縮代が少なく、ピストン５が上死点まで上昇しても筒内の空気が十分に高温化しないため、停止時圧縮行程気筒２Ｃに燃料を噴射しても失火が起きるおそれがある。これに対し、上記実施形態では、このような場合に停止時圧縮行程気筒２Ｃではなく停止時吸気行程気筒２Ｄ（つまり圧縮行程に移行したときには充分な圧縮代を確保できる気筒）に燃料を噴射して自着火させるので、噴射した燃料を確実に燃焼させてエンジンを再始動させることができる。

なお、上記実施形態では、１圧縮始動時の最初の燃料噴射Ｆ１に基づく当量比φを１に設定する一方、２回目以降の燃料噴射（Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４）においては、当量比φを１未満の範囲において徐々に低下させるようにしたが、エンジンが完爆するまでの間、当量比φを一律に１に設定することも可能である。このようにすれば、より短期間のうちにエンジン回転速度を充分に上昇させることができる。しかしながら、図６に示したように、上記実施形態では、燃料噴射の回数が進むほどにその噴射開始時期が徐々に早められるので、上記のように当量比φを一律に１に設定すると、混合気の着火時期が早くなり過ぎるプリイグニッションと呼ばれる異常燃焼が起きることが懸念される。そこで、上記実施形態では、このような異常燃焼を確実に回避する観点から、噴射回数が進むほどに噴射量を減らし、当量比φを徐々に低下させるようにしている。

また、上記実施形態では、エンジンの自動停止条件または再始動条件の成立を、アクセルペダル３６やブレーキペダル３７の操作に関する要件を含めて判断するようにしたが、これは、主に自動変速機を搭載したＡＴ車を念頭に入れたものである。一方、ＡＴ車でない場合、つまり、手動変速機を搭載したＭＴ車である場合は、上記とは異なる要件を採用することができる。例えば、自動停止条件に関しては、アクセルＯＦＦかつブレーキＯＮという要件に代えて、手動変速機の変速段がニュートラルであり、かつクラッチペダルがリリースされていること、という要件を設定することができる。また、再始動条件に関しては、アクセルＯＮまたはブレーキＯＦＦという要件に代えて、クラッチペダルが踏み込まれていること、という要件を設定することができる。

１ エンジン本体
２Ａ〜２Ｄ 気筒
５ ピストン
１５ インジェクタ
５１ 自動停止制御部
５２ 停止位置判定部
５３ 再始動制御部
Ｘ 上限位置
Ｒｘ 特定範囲

Claims (5)

1. 複数の気筒と、各気筒に往復動可能に設けられたピストンと、各気筒に燃料を噴射するインジェクタとを備えるとともに、圧縮上死点よりも前に上記インジェクタから気筒内に噴射された燃料を空気と混合しつつ上記ピストンの圧縮により自着火させる予混合圧縮着火燃焼が可能なエンジンに設けられた始動制御装置であって、
   上記エンジンのクランク角を検出するクランク角センサと、
   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自動停止制御部と、
   上記クランク角センサの検出値に基づいて、上記自動停止に伴い圧縮行程で停止した停止時圧縮行程気筒のピストンが予め定められた上限位置から下死点までの範囲である特定範囲にあるか否かを判定する停止位置判定部と、
   上記停止時圧縮行程気筒のピストンが上記特定範囲で停止したと判定され、かつ所定の再始動条件が成立した場合に、上記インジェクタから上記停止時圧縮行程気筒に最初の燃料を噴射して自着火させる１圧縮始動を実行する再始動制御部とを備え、
   上記再始動制御部は、上記停止時圧縮行程気筒のピストン停止位置が上記上限位置から当該上限位置よりも下死点側に離れた所定の位置までの範囲にあるときは、当該範囲の中でも下死点側にあるほど、上記停止時圧縮行程気筒への最初の燃料の噴射開始時期を早くする、ことを特徴とする予混合圧縮着火式エンジンの始動制御装置。
2. 請求項１記載の予混合圧縮着火式エンジンの始動制御装置において、
   上記再始動制御部は、少なくとも１圧縮始動時に停止時圧縮行程気筒に噴射する最初の燃料の噴射開始時期を、当該気筒での圧縮着火燃焼の燃焼重心が圧縮上死点後５±５°ＣＡに収まるような時期に設定する、ことを特徴とする予混合圧縮着火式エンジンの始動制御装置。
3. 請求項１または２記載の予混合圧縮着火式エンジンの始動制御装置において、
   上記再始動制御部は、少なくとも１圧縮始動時に停止時圧縮行程気筒に噴射する最初の燃料の噴射量を、当該気筒内の混合気の当量比が１になるような値に設定する、ことを特徴とする予混合圧縮着火式エンジンの始動制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の予混合圧縮着火式エンジンの始動制御装置において、
   上記停止時圧縮行程気筒のピストン停止位置が上記特定範囲にあるとき、上記再始動制御部は、少なくとも１圧縮始動時に停止時圧縮行程気筒に噴射する最初の燃料の噴射開始時期を、上記ピストン停止位置が同一の条件での比較においてエンジンの冷却水の温度が高いほど早くする、ことを特徴とする予混合圧縮着火式エンジンの始動制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の予混合圧縮着火式エンジンの始動制御装置において、
   上記停止時圧縮行程気筒のピストンが上記上限位置よりも上死点側で停止したと判定された場合、上記再始動制御部は、上記自動停止に伴い吸気行程で停止した停止時吸気行程気筒に最初の燃料を噴射して自着火させる２圧縮始動を実行する、ことを特徴とする予混合圧縮着火式エンジンの始動制御装置。
   

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