JP4329589B2 - エンジンの始動装置 - Google Patents

Description

本発明は、アイドリング時等にいったん停止させたエンジンを自動的に始動させるエンジンの始動装置に関するものである。

近年、燃費低減およびＣＯ₂排出量抑制等のため、アイドル時に自動的にエンジンをいったん停止させ、その後に発進操作等の再始動条件が成立したときに自動的にエンジンを再始動させるようにしたエンジンの始動装置が開発されてきている。

このようにエンジン停止後に自動的に再始動させる場合に、発進操作等に応じて即座に始動させることが要求されるため、始動用のモータによりエンジン出力軸を駆動するクランキングを経てエンジンを始動させるような、始動完了までにかなりの時間を要する従来の一般的な始動の方法は好ましくない。

そこで、停止状態のエンジンの特定気筒に燃料を供給して着火、燃焼を行わせ、そのエネルギーでエンジンが即時的に始動されるようにすることが望ましい。この場合、エンジン停止中に膨張行程にある気筒に燃料を供給して燃焼を行わせるようにすればその燃焼のエネルギーをエンジン正転方向に作用させることができる。しかし、エンジン作動中であれば燃焼室内が高圧縮状態となってから燃焼が行われるので大きなエネルギーが得られるが、エンジン停止中には膨張行程の気筒から空気が洩出して燃焼室内の圧力が低下するため、その低い圧力の燃焼室内に燃料を供給して燃焼を行わせても始動に必要なエネルギーが充分に得られない場合が多い。

このような問題の対策として、多気筒エンジンにおいてエンジン停止時の圧縮行程気筒に対して初回の燃焼を実行して当該圧縮行程気筒のピストンを押し下げ、それに伴い膨張行程にある気筒のピストン上昇によって当該膨張行程気筒の筒内圧力を高めるようにした上で、当該膨張行程気筒に対して燃料を噴射させて点火、燃焼を行わせ、こうしてエンジン正転方向に作用する燃焼エネルギーを増大させるように工夫したものも提案されている（例えば特許文献１参照）。
国際公開第０１／３８７２６号パンフレット

ここで、上記特許文献１に示されるような始動装置による場合、正転方向へのトルクを発生させるため停止時膨張行程気筒に充分な空気量を確保する一方、始動初期にエンジン停止時における圧縮行程気筒で燃焼させるときに、この筒内の空気量を確保して燃焼圧を高め、これにより当該気筒のピストンを押し下げて膨張行程の気筒の圧縮圧力を高めるようにすることが望ましいが、エンジン停止時に膨張行程気筒と圧縮行程気筒とにおいてそれぞれ空気量を確保すべくこれらの気筒のピストンを所定の適正範囲内に確実かつ継続的に停止させることは難しく、例えこの適正範囲内でピストンを停止させることを目標としてエンジン停止時における燃料噴射や点火時期等を制御してもこの適正範囲から外れる場合もあった。そして、圧縮行程気筒のピストンが上死点側（膨張行程気筒のピストンが下死点側）に外れた場合には、圧縮行程気筒の空気量不足から充分な燃焼エネルギーを得られないことから膨張行程気筒の圧縮圧力を充分に高めることができず、正常に始動できない可能性がある。従って、実用性を高める上では、始動性を向上させるため適正に始動可能な適正範囲を拡大しつつ、適正範囲内に停止した場合でもより確実な始動性を確保することが望まれる。

本発明は、上記の事情に鑑み、エンジンの始動初期に圧縮行程気筒での燃焼により当該気筒のピストンを押し下げているときに当該ピストンに作用する燃焼圧によって膨張行程気筒の圧縮圧力を効率的に高めることができ、これによりエンジンの始動性を向上させることができるエンジンの始動装置を提供するものである。

本発明に係るエンジンの始動装置は、所定のエンジン停止条件が成立したときに自動的にエンジンを停止させるとともに、エンジン停止後において再始動条件が成立したときに、エンジン停止時の圧縮行程気筒に燃料を供給して点火、燃焼を行わせることによりエンジンを逆転方向に所定量作動させて、エンジン停止時の膨張行程にある気筒のピストン上昇によって筒内圧力を高めてから、この膨張行程気筒で燃焼を行わせることによりエンジンを正転方向に回転させて再始動させるエンジンの始動装置において、吸気通路から各気筒に導入される吸気量を調節するスロットル弁と、エンジン停止時における膨張行程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、エンジン停止条件が成立したときに、その停止時における膨張行程気筒のピストンを所定の適正範囲内に停止させるように制御するとともに、上記ピストン位置検出手段による検出結果に基づいて、エンジンの再始動時における上記スロットル弁の開度を制御する制御手段とを備え、当該制御手段は、上記エンジン再始動条件が成立したときであって、エンジン停止時における膨張行程気筒のピストン位置が上記適正範囲内で、かつ、当該適正範囲内において定められた所定の基準位置よりも下死点側にあるときは、少なくとも上記エンジンの逆転方向作動期間において、当該膨張行程気筒のピストン位置が上記基準位置よりも上死点側にあるときと比べて上記スロットル弁の開度を増大させるように制御することを特徴とするものである。

この発明によれば、エンジン再始動の際に、まず圧縮行程にある気筒で燃焼が行われることによりエンジンがある程度だけ逆転し、これにより膨張行程となる気筒のピストンが上昇して筒内圧力が高められてから、当該気筒で燃焼が行われ、これによりその燃焼による燃焼圧が有効にピストンに作用し、エンジン正転方向の駆動力が得られる。このような始動形式では初回燃焼が行われる圧縮行程気筒が上記燃焼に適した適正範囲内に停止させることが望まれるが、この発明では、エンジン停止時における膨張行程気筒のピストンが所定の適正範囲に停止するように制御する制御手段が設けられるので、膨張行程のピストンと連動する圧縮行程気筒のピストンを適正な燃焼に必要な空気量を確保し得る所定の適正範囲内に停止させる確率を高めることができる。

ここで、上記制御手段は、エンジン停止時における膨張行程気筒のピストン位置をピストン位置検出手段によって検出し、この検出結果が上記適正範囲内で、かつ、当該適正範囲内において定められた所定の基準位置よりも下死点側にあるときは、少なくともエンジンの逆転方向作動期間において、当該ピストンが上記基準位置よりも上死点側にあるときと比べてスロットル弁の開度を増大させるように制御するので、スロットル弁の開度の増大により少なくともエンジンの逆転方向作動期間において吸気行程気筒のピストン抵抗によるポンピングロスを軽減することができる。このため、当該圧縮行程気筒のピストンの押し下げによるエネルギー損失を抑制して膨張行程気筒の圧縮圧力を効率的に高め、当該エネルギー損失の抑制により圧縮行程気筒の適正範囲を上死点側に拡大することができ（言い換えると、膨張行程気筒の適正範囲を下死点側に拡大することができ）、これによりエンジンの始動性を高めることができる。しかも、所定の基準位置を基準にピストン位置を判別するので、エンジンの経年劣化や外部環境の変化等に伴ってエンジンの逆転作動を実行し得るピストン位置の適正範囲が変化した場合であっても始動性を確実に向上することができる。

この発明において、上記制御手段は、上記エンジン再始動条件が成立したときであって、エンジン停止時における膨張行程気筒のピストン位置が所定の基準位置よりも上死点側にあるときに、上記スロットル弁を全閉状態とするように制御するのが好ましい（請求項２）。

すなわち、膨張行程気筒のピストン位置が所定の基準位置よりも上死点側にあるとき、言い換えると圧縮行程気筒のピストン位置が下死点側にあるときは、圧縮行程気筒での初回燃焼による燃焼エネルギーを充分に得ることができるので、スロットル弁を全閉状態とすることにより、吸気行程気筒のピストン抵抗を増大させて逆転量が必要以上に大きくなることを有効に防止することができる。しかも、エンジンの逆転作動時における吸気行程気筒のピストンの上昇によりスロットル弁の下流側の吸気通路における圧力が増大し、この圧力を利用することによりエンジンの正転作動初期におけるピストン抵抗を低減することができ、エンジンを円滑かつ確実に始動することができる。

上記エンジンの気筒数は特に限定するものではないが、例えば４気筒のエンジンを採用した場合には、上記制御手段は、エンジン停止条件が成立したときに、その停止時における膨張行程気筒のピストンを、圧縮上死点後９０°を超える上記所定の適正範囲内で停止するように制御するのが好ましい（請求項３）。

このように構成すれば、膨張行程気筒の空気量を充分に確保することができ、エンジンの逆転作動後の正転作動時における燃焼を適正に実行することができ、所望のトルクを得ることができる。

この場合、上記基準位置は、上記所定の適正範囲内であれば、特に限定するものではないが、エンジンの逆転作動のための初回燃焼及び正転作動のための次回燃焼を確実に実行させる観点から、上記基準位置は、圧縮上死点後１００°〜１２５°の範囲内で設定されるのが好ましい（請求項４）。

また、この発明において、上記制御手段は、停止時における膨張行程気筒が、上記所定の適正範囲を外れて停止していることを上記ピストン位置検出手段により検出したときは、圧縮行程にある気筒での燃焼によりエンジンを逆転方向に所定量作動させてから膨張行程にある気筒で燃焼を行わせる第１再始動モードを行わず、スタータモータを駆動することにより始動初期から当該エンジンを正転方向に作動させる第２再始動モードによってエンジンを再始動させるように構成されるのが好ましい（請求項５）。

すなわち、エンジンの停止時においてピストン位置を所定の適正範囲内に確実かつ継続的に停止させるのは困難であるため、上記のようにピストンの停止位置を制御している場合であっても、環境等の諸条件によってはこの適正位置にピストンを停止させることができない場合がある。従って、このような場合には通常のエンジンの始動と同様にスタータモータで作動させることにより、エンジンを円滑に始動させることができ、実用性を向上させることができる。

さらに、上記制御手段は、エンジンの逆転作動時にスロットル弁の開度を増大させたときは、エンジン停止時に吸気行程にある気筒のピストンが最初に迎える圧縮上死点を過ぎてからスロットル弁の開度を減少させるように制御するのが好ましい（請求項６）。

すなわち、スロットル弁の開度が増大した状態でエンジンの正転方向への作動が継続されると、吸気圧力が大気圧と略同等となって過度の吹き上がりが懸念される。従って、上記のように構成すれば、エンジン回転速度の急峻な吹き上がりを有効に抑えて発進時のトルクショックを効果的に抑制することができる。

本発明のエンジンの始動装置によれば、スロットル弁の開度を膨張行程気筒のピストン停止位置に応じて変更することによって吸気行程気筒のピストン抵抗を調整し、これにより始動の確実性を担保しつつ、エネルギー損失を抑制してエンジンの逆転作動を実行し得る所定の適正範囲を拡大することができるという利点がある。すなわち、エンジンの始動初期に圧縮行程気筒での燃焼により当該気筒のピストンを押し下げているときに当該ピストンに作用する燃焼圧によって膨張行程気筒の圧縮圧力を効率的に高めることができ、これによりエンジンの始動性を向上させることができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

図１及び図２は本発明の一実施形態による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。これらの図において、エンジン本体はシリンダヘッド１及びシリンダブロック２で構成され、複数の気筒を有し、図示の実施形態では４つの気筒３Ａ〜３Ｄを有している。各気筒３Ａ〜３Ｄにはピストン４が嵌挿され、ピストン４の上方に燃焼室５が形成されている。上記ピストン４はコンロッドを介してクランクシャフト６に連結されている。

各気筒３Ａ〜３Ｄの燃焼室５の頂部には点火プラグ７が装備され、そのプラグ先端が燃焼室５内に臨んでいる。

さらに、燃焼室５の側方部には、燃焼室５内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁８が設けられている。この燃料噴射弁８は、図略のニードル弁及びソレノイドを内蔵し、パルス信号が入力されることにより、そのパルス入力時期に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噴射するように構成されている。そして、点火プラグ７付近に向けて燃料を噴射するように燃料噴射弁８の噴射方向が設定されている。なお、この燃料噴射弁８には図外の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、かつ、圧縮行程での燃焼室内の圧力よりも高い燃料圧力を与え得るように燃料供給系統が構成されている。

また、各気筒３Ａ〜３Ｄの燃焼室５に対して吸気ポート９及び排気ポート１０が開口し、これらのポート９，１０に吸気弁１１及び排気弁１２が装備されている。これら吸気弁１１及び排気弁１２は、図外のカムシャフト等からなる動弁機構により駆動される。そして、後に詳述するように各気筒が所定の位相差をもって燃焼サイクルを行うように、各気筒の吸・排気弁の開閉タイミングが設定されている。

上記吸気ポート９及び排気ポート１０には吸気通路１５及び排気通路１６が接続されている。上記吸気ポート９に近い吸気通路１５の下流側は、各気筒３Ａ〜３Ｄに対応して独立した分岐吸気通路１５ａとされ、この各分岐吸気通路１５ａの上流端がそれぞれサージタンク１５ｂに連通している。このサージタンク１５ｂの上流側には共通吸気通路１５ｃが設けられるとともに、この共通吸気通路１５ｃには、スロットル弁１７が設けられている。このスロットル弁１７はアクチュエータ１８により駆動され、当該スロットル弁１７の上流側及び下流側には、それぞれ吸気流量を検出するエアフローセンサ２０と、吸気圧力（負圧）を検出する吸気圧センサ１９とが配設されている。

また、エンジンには、タイミングベルト等によりクランクシャフト６に連結されたオルタネータ（発電機）２６が付設されている。このオルタネータ２６は、図略の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２６ａを内蔵し、このレギュレータ回路２６ａに入力される後述するＥＣＵ３０からの制御信号に基づき、車両の電気的負荷及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、上記エンジンには、上記クランクシャフト６に対し、その回転角を検出するクランク角センサが設けられており、当実施形態では、後に詳述するように、互いに一定量だけ位相のずれたクランク角信号を出力する２つのクランク角センサ２１，２２が設けられている。さらにカムシャフトに対し、その特定回転位置を検出することで気筒識別信号を与えることのできるカム角センサ２３が設けられている。なお、この他にもエンジンの制御に必要な検出要素として、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサ２４、アクセル開度（アクセル操作量）を検出するアクセル開度センサ２５等が装備されている。

３０は制御手段としてのＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）であり、上記各センサ２０〜２５からの信号を受け、上記燃料噴射弁８に対して燃料噴射量及び噴射時期を制御する信号を出力するとともに、点火装置に対して点火時期制御信号を出力し、かつ、スロットル弁１７のアクチュエータ１８に対してスロットル開度を制御する信号を出力し、さらにオルタネータ２６のレギュレータ回路２６ａに対して発電量を制御する信号を出力する。すなわち、このＥＣＵ３０が本願発明にいう制御手段に相当する。

そして、アイドリング時において所定のエンジン停止条件が成立したときに、燃料供給停止等により自動的にエンジンを停止させるとともに、その後のエンジン再始動条件成立時に、自動的にエンジンの再始動を行わせる。このエンジン再始動時に、ピストンの停止位置が特定範囲（適正範囲）にある場合は、まずエンジン停止時の圧縮行程気筒に対して初回の燃焼を実行してピストンを押し下げ、膨張行程にある気筒のピストン上昇によって筒内圧力を高めるようにしてから、当該膨張行程気筒に対して燃料を噴射させて点火、燃焼を行わせ、かつ、上記圧縮行程気筒における初回燃焼後の燃焼室内に燃焼用空気を存在させ、その空気量に応じた燃料を初回燃焼後の適当な時期に供給することにより、当該気筒がピストン上昇に転じて圧縮上死点を越える際に当該気筒で再燃焼を行わせるように制御する。すなわち、エンジンの自動再始動時に、ピストンの停止位置が後述する適正範囲にあるときは、始動初期で一旦エンジンを逆転作動させ、その後正転作動に転じるように制御する。

なお、当実施形態では、停止時膨張行程気筒のピストンが適正範囲内にあるときは上述のように圧縮行程気筒での初回燃焼及び膨張行程気筒での燃焼を行わせる第１再始動制御モードを実行し、一方当該ピストンが適正範囲にないときは圧縮行程気筒での初回燃焼を行わずにスタータ（始動用モータ）３１でアシストしつつ膨張行程気筒での燃焼及びその次の圧縮行程気筒での燃焼により始動を行う第２再始動制御モード実行するようになっている。

具体的には、第１再始動制御モードでエンジンを適正に再始動させるためには、上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がその圧縮反力に打ち勝って圧縮上死点を超えるようにしなければならない。従って、エンジンの自動停止時にピストンが膨張行程の途中にある上記膨張行程気筒内に充分な空気量を確保することを考慮しつつ、当該気筒の圧縮圧力を有効に高めるべく、当該ピストンをこの燃焼に適した所定の適正範囲に停止させておく必要がある。

すなわち、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、エンジンの停止時点で膨張行程気筒および圧縮行程気筒になる気筒では、それぞれ位相が１８０°ＣＡずれているため、各ピストン４が互いに逆方向に作動し、膨張行程気筒のピストン４が行程中央（上死点後９０°ＣＡ）よりも下死点側に位置していれば、その気筒内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、上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クランクシャフト６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。

そこで、上記所定の適正範囲Ｒとして、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となる位置をやや下死点側に超える所定範囲、例えば圧縮上死点後のクランク角が、上限が１００°ＣＡで下限が１２５°ＣＡ、好ましくは上限が１０５°ＣＡで下限が１２０°ＣＡとなる範囲内にピストン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上記初回の燃焼によりクランクシャフト６をすこ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、このクランクシャフト６の逆転によって当該気筒内の圧縮圧力を高めるとともに当該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６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を確実に再始動させることが可能となる。なお、当実施形態では、圧縮行程気筒の燃焼エネルギーの損失を抑制する手段を講じていることから、この手段が設けられていないエンジンの始動装置と比べて、上記再始動に適するピストン位置の適正範囲が若干拡大されている。

このエンジンの自動停止時におけるピストンの停止位置制御の具体的手法は、種々あるが、ここではスロットル弁１７の開度を制御することによってエンジン停止時における膨張行程気筒および圧縮行程気筒の空気による圧縮反力を調整するとともに、エンジンの自動停止過程におけるオルタネータ２６の発電量を制御することによってクランクシャフト６の抵抗を通じてエンジンの回転速度を調整し、これによりピストン４の停止位置を制御する場合について説明する。

図４に示すように、エンジンの自動停止条件が成立した時点で、車輪側への駆動力の伝達が切り離されたニュートラル状態および車輪側への駆動力の伝達が可能なドライブ状態を含む複数段に切換可能な自動変速機をドライブ状態からニュートラル状態に切り換えるとともに、エンジンの目標速度を、エンジンを自動停止させないとき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状態）に設定されたエンジンでは上記目標速度を自動停止条件成立時のアイドル回転速度としての８５０ｒｐｍ程度（自動変速機はニュートラル状態）に設定することにより、エンジンの回転速度Ｎで安定させる制御を実行し、エンジンの回転速度Ｎが目標速度で安定した時点ｔ１で燃料噴射を停止させる。

また、エンジンを自動停止させる制御動作の初期段階である上記燃料噴射の停止時期ｔ１で、気筒内空燃比をλ＝１にしたときのアイドル時の吸気量（エンジン運転を継続させるために必要な最小限の吸気流量）よりも多い吸入流量となるように上記スロットル弁１７の開度を設定、つまり上記時点ｔ１の直前の燃焼状態が、気筒内空燃比をλ＝１ないしその付近に設定された均一燃焼であるため、スロットル弁１７の開度を増大させて（例えば開度を全開時の３０％程度に開いて）、エンジンの気筒３Ａ〜３Ｄに吸入される吸入空気量を大きな値に設定することにより、燃焼ガスの掃気性を確保するとともに、オルタネータ２６の発電量を上記自動停止条件の成立時点ｔ０よりも低下させることにより、クランクシャフト６の回転抵抗を低減するように構成されている。

また、上記の時点ｔ１で燃焼噴射を停止することによりエンジンの回転速度Ｎが低下して予め設定された基準速度、例えば７６０ｒｐｍ程度になったことが確認された時点ｔ２で、上記スロットル弁１７を閉止してエンジンの気筒３Ａ〜３Ｄに吸入される吸気流量を減少させるとともに、オルタネータ２６の発電量を増大させ、かつ後述するように上記スロットル弁１７の開度およびオルタネータ２６の発電量をエンジン回転速度Ｎの低下度合に対応させて調節することにより、予め行った実験結果等に基づいて設定された基準ラインに沿ってエンジンの回転速度Ｎを低下させる制御を実行する。

上記のようにエンジンを自動停止させる際に、燃料噴射の停止時点ｔ１から、クランクシャフト６やフライホイール等が有する運動エネルギーが摩擦による機械的な損失や、各気筒３Ａ〜３Ｄのポンプ仕事によって消費されることにより、エンジンのクランクシャフト６は惰性で数回転し、４気筒４サイクルエンジンでは１０回前後の圧縮上死点（図４ではＡbt： bt＝…３，２，１）を迎えた後に停止する。

具体的には、図４に示すように、上記気筒３Ａ〜３Ｄが圧縮上死点を迎える度にエンジンの回転速度Ｎが一時的に落ち込んだ後に、圧縮上死点を超えた時点で再び上昇するというアップダウンを繰り返しながらエンジン回転速度Ｎが次第に低下する。

そして、最後の圧縮上死点を超えた時点ｔ３の後に圧縮上死点を迎えようとする気筒では、慣性力によるピストン４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４が押し返されてクランクシャフト６が反転する。このクランクシャフト６の逆転によって膨張行程気筒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のピストン４が下死点側に押し返されてクランクシャフト６が再び正転し始め、このクランクシャフト６の逆転と正転とが数回繰り返されてピストン４が往復作動した後に停止することになる。このピストン４の停止位置は、上記圧縮行程気筒および膨張行程気筒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、エンジンの摩擦等の影響を受け、上記最後の圧縮上死点を超えた時点ｔ３のエンジンの回転慣性、つまりエンジン回転速度Ｎの高低によっても変化することになる。

従って、エンジンが自動停止する際に膨張行程にある気筒のピストン４を再始動に適した上記所定の適正範囲Ｒ内に停止させるためには、まず上記膨張行程気筒および圧縮行程にある圧縮行程気筒の圧縮反力がそれぞれ充分に大きくなり、かつ膨張行程気筒の圧縮反力が圧縮行程気筒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、本発明では、燃料噴射の停止時点ｔ１でスロットル弁１７を開放することにより上記膨張行程気筒および圧縮行程にある圧縮行程気筒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で上記スロットル弁１７を閉止してその開度を低減することにより上記吸入空気量を調節するようにしている。

ただし、実際のエンジンでは、スロットル弁１７、吸気ポート９および分岐吸気通路１５ａ等の形状に個体差があることにより、それらを流通する空気の挙動が変化するため、エンジンの自動停止期間中に各気筒３Ａ〜３Ｄに吸入される吸気流量にバラツキが生じ、上記のようにスロットル弁１７の開閉制御を行っても、エンジンの停止時点で膨張行程にある気筒および圧縮行程にある気筒のピストン停止位置を適正範囲Ｒ内に納めることは困難である。

この点につき、当実施形態では、エンジンの自動停止期間中においてエンジンの回転速度が低下する過程で、図５に一例を示すように、各気筒３Ａ〜３Ｄ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）ｎと、エンジンの停止時点で膨張行程にある気筒のピストン停止位置との間に明確な相関関係があることに着目し、燃料噴射を停止した時点ｔ１の後にエンジンの回転速度Ｎが低下する過程で、各気筒のピストン４が圧縮上死点を通過する際のエンジン回転速度、つまり上死点回転速度ｎをそれぞれ検出し、この上死点回転速度ｎの検出値に応じてオルタネータ２６の発電量を制御することにより、クランクシャフト６の回転抵抗を調整してエンジン回転速度の落ち込み度合を調節するようにしている。

すなわち、図５は、上記のようにエンジンの回転速度Ｎが所定速度となった時点ｔ１で燃料噴射を停止し、その後の所定期間に亘りスロットル弁１７を開状態に維持するようにして惰性により回転するエンジンの各気筒３Ａ〜３Ｄに設けられたピストン４が圧縮上死点を通過する際の上死点回転速度ｎを計測するとともに、エンジンの停止時点における膨張行程気筒のピストン位置を調べ、このピストン位置を縦軸に取るとともに、上記エンジンの上死点回転速度ｎを横軸に取って、両者の関係をグラフ化したものである。この作業を繰り返してエンジンの停止動作期間中における上記上死点回転速度ｎと、膨張行程気筒におけるピストン停止位置との相関関係を示す分布図が得られることになる。

上記の分布図から、エンジンの停止動作期間中における上死点回転速度ｎと膨張行程気筒におけるピストン停止位置と間に所定の相関関係が見られ、図５に示す例では、エンジンが停止状態となる前の６番目〜２番目における上死点回転速度ｎがハッチングで示す範囲（適正回転速度範囲）内にあれば、ピストン４の停止位置がエンジンの再始動に適した範囲Ｒ（圧縮上死点後の１００°〜１２５°ＣＡ）に入ることが分かる。従って、ＥＣＵ３０は、スロットル弁１７が閉止された時点ｔ２以降、オルタネータ２６の発電量を制御することにより、所定の上死点回転速度ｎが適正回転速度範囲内に含まれるように制御している。

以上、エンジンの自動停止制御を図６に示すフローチャートに基づいて説明する。図６のフローチャートに示す処理は、エンジンが運転されている状態からスタートし、ＥＣＵ３０は、まずステップＳ１でアイドルストップ条件が成立したか否かを判定する。この判定は、車速、エンジン温度（エンジン冷却水の温度）等に基づいて行い、例えば車速が０の停車状態ないしは車速が１０ｋｍ／ｈ以下の超低速状態が所定時間以上持続し、かつ、エンジン温度が所定範囲内にあり、さらにエンジンを停止させることに格別の不都合（例えばバッテリー残量が少ないということ）がない状況にある場合等に、アイドルストップ条件成立とする。

アイドルストップ条件が成立したときは（ステップＳ１でＹＥＳ）、まず自動変速機をニュートラル状態に自動的に切り換えるとともに、通常のアイドル回転速度よりも高い目標速度にエンジンの回転速度を安定させ、さらにＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲ弁（図示せず）を閉弁して排気還流を停止させる等の初期制御を実行してから、エンジンの回転速度やブースト圧等の所定の条件に基づいてエンジンの各気筒に対する燃料供給を停止し（ステップＳ２）、次いで一旦スロットル弁１７を所定開度に開き（ステップＳ３）、これにより排気ガスの掃気性を確保するとともに、オルタネータ２６の発電量を自動停止条件の成立時点よりも低下させ（ステップＳ４）、これより、クランクシャフト６の回転抵抗を低減させる。それから、エンジン回転数が所定回転数（図４の例では７６０ｒｐｍ程度）以下となるまでこの状態を保ち（ステップＳ５）、所定回転数以下となればスロットル弁１７を閉じ（ステップＳ６）、これにより各気筒３Ａ〜３Ｄに吸入される吸気流量を減少させる。

次いで、オルタネータ２８の発電量を予め６０Ａ程度に設定された初期値に設定して所定期間（例えば約３００ｍｓ程度）に亘りオルタネータ２８を作動させる発電量の初期制御を実行する（ステップＳ７）。

続いて、ピストン４が圧縮上死点を通過する際のエンジンの回転速度である上死点回転速度ｎを検出し（ステップＳ８）、この上死点回転速度ｎが図５に示す所定の範囲内（適正回転速度範囲内）にあるかどうかを判定する（ステップＳ９）。この判定の結果、上死点回転速度ｎが所定の適正回転速度範囲内にない場合には、上死点回転速度ｎと上記適正回転速度範囲との間の回転速度の偏差に基づいてオルタネータ２６の発電量を算出する（ステップＳ１０）。このように上死点回転速度ｎが適正回転速度範囲内にない場合、例えば図５で回転速度が４７０ｒｐｍである場合には、この回転速度を挟む適正回転速度範囲（高回転側範囲と低回転側範囲）のうち近接する適正回転速度範囲（この例では低回転側範囲）に基づいて偏差を算出する。具体的には、高回転側範囲の下限値と低回転側範囲の上限値の中間値に基づいて、検出された上死点回転速度がこの中間値よりも高いか低いかを判定することによって偏差の基準となる適正回転速度範囲を決定する。そして、この発電量は、上記回転速度の偏差および現在の発電量に基づいて予め設定されたマップから読み出され、上死点回転速度ｎが上記基準適正回転速度範囲よりも高い場合には、オルタネータ２６の発電量を増大させ、逆に低い場合にはオルタネータ２６の発電量を減少ないし停止して（ステップＳ１１）、ステップＳ１２に移行する。

上記ステップＳ９で上死点回転速度ｎが所定の適正回転速度範囲内にある場合には、上記ステップＳ１０およびＳ１１をスキップして、エンジンの上死点回転速度ｎが所定値以下であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。この所定値は、予め設定された基準ラインに沿ってエンジンの回転速度が低下している過程で最後の上死点を超える際のエンジン回転速度に対応した値であり、例えば２６０ｒｐｍ程度に設定されている。上記ステップＳ１２でＮＯと判定された場合には、ステップＳ８に戻って上記制御動作を繰り返す。上記ステップＳ８でＹＥＳと判定されてエンジンの上死点回転速度ｎが上記所定値以下になったことが確認されれば、ステップＳ１３でエンジンが停止したか否かを判定し、エンジンが停止すると、後述の図７の停止位置検出ルーチンによるピストンの停止位置の検出に基づき、上記ステップＳ１４で上記停止位置を検出してＥＣＵ３０に含まれる図外の記憶手段に記憶される。

図７は停止位置検出ルーチンを示している。このルーチンがスタートすると、ＥＣＵ３０は、第１クランク角信号ＣＡ１（第１クランク角センサからの信号）および第２クランク角信号ＣＡ２（第２クランク角センサからの信号）を調べ、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。要するに、これらの信号ＣＡ１，ＣＡ２の位相の関係が図８（ａ）のようになるか、それとも図８（ｂ）のようになるかを判別することにより、エンジンの正転時か逆転時かを判別する（ステップＳ２０）。

すなわち、エンジンの正転時には、図８（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、エンジンの逆転時には、図８（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Ｓ２０の判定がＹＥＳであればエンジン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Ｓ２１）、ステップＳ２０の判定がＮＯの場合は上記ＣＡカウンタをダウンする（ステップＳ２２）。そして、エンジン停止時に上記ＣＡカウンタの値を調べることで停止位置を求めるのである（ステップＳ２３）。

一方、ＥＣＵ３０は、上記のようにして自動停止状態にあるエンジンについて、所定の再始動条件が成立した場合であって、膨張行程気筒のピストン４が所定の適正範囲内にある場合には、第１再始動制御モード（ダイレクトスタートモード）で当該エンジンを自動的に再始動するように制御される。

この第１再始動制御モードによるエンジンの再始動は、上記したように、まずエンジン停止時の圧縮行程気筒に対して燃料を噴射し点火することにより初回の燃焼を実行して当該圧縮行程気筒のピストンを押し下げ、このピストンの運動を該気筒のコンロッドを介してクランクシャフト６に伝達し、このクランクシャフト６の回転運動によって膨張行程気筒のコンロッドを介して当該気筒のピストンを上昇させて筒内圧力を高めてから、当該膨張行程気筒に対して燃料を噴射させて点火、燃焼を行わせ、これによりスタータモータを使用することなく、エンジンの燃焼により発生するトルクのみによってエンジンを再始動させるようにしたものである。このようにエンジンの燃焼により発生するトルクのみによってエンジンを再始動させるようにすれば、スタータモータを使用する場合に比べて、迅速にエンジンを再始動することができ、車両の発進時におけるもたつきを可及的に抑制することができる。

ところで、この第１再始動制御モードによるエンジンの再始動にあっては、エンジン停止時の圧縮行程気筒の燃焼エネルギーを利用して膨張行程気筒の筒内圧力を高めるようにしたものであるが、この圧縮行程気筒の燃焼エネルギーの全てが膨張行程気筒の筒内圧力の上昇に寄与するのではなく、圧縮行程気筒の燃焼エネルギーがクランクシャフト６の摩擦や各気筒３Ａ〜３Ｄのポンプ仕事によって一部消費される。

従って、上記膨張行程気筒のピストンが適正位置に停止している場合であっても、圧縮行程気筒の燃焼エネルギーが比較的小さくなる下死点側にピストンが停止している場合には、上死点側にピストンが停止している場合に比べて始動の確実性が低下する。そこで、本願発明では、膨張行程気筒のピストンが下死点側に停止している場合に、この始動の確実性を担保するように構成されている。

この始動の確実性を担保すべく、本願発明者は、圧縮行程気筒の燃焼エネルギーの一部消費、特にエンジンの逆転作動時におけるポンプ仕事によって消費される燃焼エネルギーに着目し、この消費されるエネルギーを可及的に抑制して圧縮行程気筒の燃焼エネルギーを効率的に膨張行程気筒の筒内圧力の上昇に寄与させるようにしている。

すなわち、ＥＣＵ３０は、エンジンの再始動条件が成立したときであって、エンジン停止時における膨張行程気筒のピストン位置が所定の基準位置（当実施形態では１１５°ＣＡ）よりも下死点側にあるときは、再始動時からエンジンの正転方向作動後２回目の燃焼（エンジン停止時の吸気行程気筒における初回燃焼）前までの間において、当該膨張行程気筒のピストン位置が上記基準位置よりも上死点側にあるときと比べて上記スロットル弁１７の開度を増大、例えばスロットル弁１７を全開するように制御している。

ここで、エンジンの停止時には吸気通路の１５の圧力が大気圧もしくはこれに近い状態となっており、従って、通常、エンジンの始動時には、過度の吹き上がりを防止するため、吸気通路１５の吸気圧力が所定の負圧になるまで、スロットル弁１７が全閉状態となされている。しかし、スロットル弁１７が全閉状態となされているときにエンジンの逆転作動が実行されると、逆転作動に伴ってエンジン停止時の吸気行程気筒内の空気が吸気通路１５に押し戻され、この吸気通路１５のスロットル弁１７が閉じられていることから、エンジン停止時の吸気行程気筒の排圧が大きくなり、このためポンプ仕事によって消費される燃焼エネルギーが大きくなる。しかも、エンジンの逆転作動時においては、正転作動時に比べてそもそも圧縮行程気筒の燃焼エネルギーが小さいことから過度の吹き上がりを考慮する必要性も少ない。

そこで、上記のようにエンジンの逆転作動期間を含む始動初期にスロットル弁１７の開度を全開にすることにより、逆転作動期間における吸気行程気筒の排圧を小さくすることができ、これにより吸気行程気筒のピストン抵抗の軽減を通じて膨張行程気筒の圧縮圧力を効率的に高めることができる。また、このように圧縮行程気筒の燃焼エネルギーを効率的に膨張行程気筒の圧縮圧力に利用することができるため、このような手段を有しないエンジンの始動装置における上記適正範囲に対して、該適正範囲を膨張行程気筒の下死点側に拡大することができる。

一方、ＥＣＵ３０は、エンジンの再始動条件が成立したときであって、エンジン停止時における膨張行程気筒のピストン位置が所定の基準位置（当実施形態では１１５°ＣＡ）よりも上死点側にあるときは、再始動時から上記スロットル弁１７の開度を全閉状態とするように制御している。

すなわち、膨張行程気筒のピストン位置が所定の基準位置よりも上死点側にあるとき、言い換えると圧縮行程気筒のピストン位置が下死点側にあるときは、圧縮行程気筒での初回燃焼による燃焼エネルギーを充分に得ることができるので、スロットル弁１７を全閉状態とすることにより、エンジン停止時における吸気行程気筒のピストン抵抗を増大させて逆転量が必要以上に大きくなることを有効に防止することができ、またエンジンの逆転作動時における吸気行程気筒のピストンの上昇によりスロットル弁１７の下流側の吸気通路１５における圧力が増大し、この圧力を利用することによりエンジンの正転作動初期におけるピストン抵抗を低減することができ、エンジンを円滑かつ確実に始動することができる。

以上、エンジンの自動再始動制御を図９および図１０に示すフローチャートに基づいて説明する。

制御動作がスタートすると、エンジン自動停止時の膨張行程気筒のピストン停止位置が所定の適正範囲（当実施形態では１００°〜１２５°ＣＡ）内にあるか否かを判定し（ステップＳ１０１）、この適正範囲内にない場合には、第１再始動制御モードでの始動が困難と判断して、第２再始動制御モードでの制御、すなわち、スタータモータ３１を使用した通常の始動制御を実行し（ステップＳ１０２）、後述するステップＳ１２３に移行する。

一方、膨張行程気筒のピストン停止位置が所定の適正範囲内にある場合には（ステップＳ１０１でＹＥＳ）、このピストン停止位置が所定の基準位置（当実施形態では１１５°ＣＡ）よりも下死点側にあるか否かを判定する（ステップＳ１０３）。当該膨張行程気筒のピストンの停止位置が１１５°ＣＡ以上である場合には、圧縮行程気筒の空気が不足気味であり、当該圧縮行程気筒の燃焼エネルギーの損失を抑制する観点からアクチュエータ１８を駆動してスロットル弁１７を全開にする（ステップＳ１０４）。

これに対して、膨張行程気筒のピストンの停止位置が１１５°ＣＡ未満である場合には、圧縮行程気筒に充分な空気が吸入されて燃焼エネルギーを充分に確保することができ、逆に過度の吹き上がりを防止するために、スロットル弁１７を全閉状態に維持する（ステップＳ１０４をスキップする）。

そして、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や、バッテリー電圧が低下した場合等のエンジン再始動条件成立時（ステップＳ１０５の判定がＹＥＳのとき）には、ステップＳ１０６でピストンの停止位置に基づいて圧縮行程気筒及び膨張行程気筒の空気量を算出する。つまり、上記停止位置から圧縮行程気筒及び膨張行程気筒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カット後にエンジンが数回転してから停止するので上記膨張行程気筒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及び膨張行程気筒の筒内圧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。

なお、上記ステップＳ１０１〜Ｓ１０４は、この再始動成立条件の判定（ステップＳ１０５）後に実行するものであっても良いが、上記各ステップＳ１０１〜Ｓ１０４を予め実行しておくことにより、迅速な再始動が可能となる点で有利である。

続いて、ステップＳ１０７で、算出された圧縮行程気筒の空気量に対して所定の圧縮行程気筒１回目用空燃比（Ａ／Ｆ＝１１〜１４）となるように燃料を噴射するとともに、ステップＳ１０８で、当該圧縮行程気筒の燃料噴射後に燃料の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。この場合、圧縮行程気筒１回目用空燃比はピストンの停止位置に応じてマップＭ１から求められる。そして、圧縮行程気筒の１回目用空燃比は略理論空燃比もしくは理論空燃比よりも多少リッチな空燃比となるように、予め上記マップＭ１が設定されている。

次にステップＳ１０９で、点火してから一定時間内にクランク角センサ２１，２２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、ピストンが動いたか否かを判定し、失火によりピストンが動かなかった場合は圧縮行程気筒に対して再点火を繰り返し行う（ステップＳ１１０）。

クランク角センサ２１，２２のエッジが検出されたとき（ステップＳ１０９の判定がＹＥＳのとき）は、ステップＳ１０６で算出した膨張行程気筒の空気量に対して所定の膨張行程気筒用空燃比となるように燃料を噴射する（ステップＳ１１１）。この場合、膨張行程気筒用空燃比はそのピストンの停止位置に応じてマップＭ２から求められる。そして、膨張行程気筒用空燃比は圧縮行程用の１回目の空燃比と同様に、略理論空燃比もしくは理論空燃比よりも多少リッチな空燃比となるように、予め上記マップＭ２が設定されている。そして、エッジ検出後所定ディレイ時間が経過してから膨張行程に対して点火を行う（ステップＳＳ１１２）。上記ディレイ時間はピストンの停止位置に応じてマップＭ３から求められる。

さらに、ステップＳ１１３で、圧縮行程気筒のピストンが上死点の近傍に近づいた所定のタイミングで圧縮行程気筒に対して再度燃料を噴射する。この燃料噴射は、圧縮行程気筒での再燃焼のためのものではなく、気化潜熱によって圧縮行程気筒における圧力を低減するために噴射するものであり、停止位置に応じてマップＭ４から圧縮行程気筒２回目用燃料噴射量を求めるとともに、この噴射燃料によって自着火が発生しないように噴射時期を設定する。

ここで、エンジンの停止によって空気の流れが止まり、エンジン停止時における吸気行程気筒内に吸入された新気温度も上昇する。従って、エンジンを効率的に正転させるためには、エンジンの始動後、当該吸入行程気筒が始めて圧縮行程を迎える際にその自着火を防止しつつ、効率的にエンジンを正転させるように制御することが求められ、当実施形態では次のような制御を実行している。

すなわち、図１０に移って、水温センサ２４によりエンジンの水温を検出するとともに図示しないタイマや温度センサに基づいてエンジンの停止時間や吸気温度等を検出し、この検出結果から推定される筒内温度と大気圧に基づいて、エンジンの停止時における吸気行程気筒の再始動後初回吸入空気の密度を推定し、この推定値に基づいて当該吸入行程気筒の吸入空気量を算出する（ステップＳ１１４）。

続いて、ステップＳ１１５において、吸気行程気筒での自着火を防止するため、先に推定された吸気行程気筒の筒内温度に基づいて当該吸気行程気筒用空燃比の補正値が求められる。この補正値は、筒内温度に基づいて予め実験等によって求められたマップＭ５から算出する。

そして、この空燃比の補正値と、ステップＳ１１４で算出された空気量とから当該吸気行程気筒に対して噴射する燃料の噴射量を算出するとともに（ステップＳ１１６）、エンジン停止時に温度が上昇した新気を気化潜熱によってその温度上昇を抑制して圧縮圧を低減するように、通常の噴射時期（吸気行程）よりも遅延させて圧縮行程で燃料を噴射する（ステップＳ１１７）。この燃料の具体的噴射時期は、エンジンの水温、エンジンの停止時間、および吸気温度等を考慮して設定され、例えば圧縮行程の中期ないしはそれよりも遅い時期に設定されている。

さらに、ステップＳ１０４においてスロットル弁１７を全開にしている場合には（ステップＳ１１８でＹＥＳ）、エンジン停止時における吸気行程気筒が圧縮上死点を超える際にアクチュエータ１８を駆動してスロットル弁１７を閉じて全閉状態とする（ステップＳ１１９）。

なお、ステップＳ１１８の判定は、具体的には例えばステップＳ１０４でスロットル弁１７の開度を増大した場合には、フラグを立ててこのフラグの有無に判定する。

その後、停止時吸気行程気筒のピストン４が圧縮上死点を超えた直後に点火プラグ７によって点火し（ステップＳ１２０）、エンジンの始動初期で充分な慣性力がない時期において逆トルクの発生によって始動の妨げにならないようになされている。

次に、ステップＳ１２１に移行して、スロットル弁１７よりも下流の分岐吸気通路１５ａの吸気圧力（吸気管負圧）がエンジンの通常のアイドル運転時における吸気圧力よりも高いか否かを判定し、アイドル運転時の吸気圧力よりも高い場合には、（ステップＳ１２１でＹＥＳ）、各気筒３Ａ〜３Ｄに吸入される空気量を確保しつつ、過度の吹き上がりを防止する観点から、アイドル運転時のスロットル弁１７の開度（例えば全開時の８％の開度）よりも小さい開度（例えば全開時の４〜５％の開度）となるようにスロットル弁１７を駆動し（ステップＳ１２２）、分岐吸気通路１５ａの吸気圧力がアイドル運転時の吸気圧力と同程度ないし低くなるまで３Ａ〜３Ｄに吸入される空気量を絞る。一方、アイドル運転時における吸気圧力と同程度ないし低いと判定した場合（ステップＳ１２１でＮＯ）には、通常のエンジン制御に移行して終了する。

なお、図９のフローチャート中のステップＳ１０１での判定がＮＯのときに実行される第２再始動制御モード（スタータモータ始動モード）のルーチンの詳細については図示を省略するが、通常のエンジンの始動と同様の制御が実行される。

以上のような当実施形態の装置における再始動の際の作用を説明する。

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サイクルを行うようになっており、４気筒エンジンの場合、気筒列方向一端側から１番気筒３Ａ、２番気筒３Ｂ、３番気筒３Ｃ、４番気筒３Ｄと呼ぶと、図１１中及び図１２中に示すように、上記サイクルが１番気筒３Ａ、３番気筒３Ｃ、４番気筒３Ｄ、２番気筒３Ｂの順にクランク角で１８０°ずつの位相差をもって行われるようになっている。

エンジン停止後に所定の再始動条件が成立したときは、自動的にエンジンを再始動する制御が行われるが、この際、ピストンの停止位置が膨張行程気筒において行程中間部付近の所定適正範囲内にある場合は、第１再始動制御モードのルーチンが実行される。図１１は上記第１再始動制御モードによる場合のエンジンの各気筒の行程と始動制御開始時点からの各気筒における燃焼（図中に燃焼の順序に従って（１），（２），（３）……で示す）との関係を示すとともに、各燃焼によるエンジンの動作方向を矢印で示しており、また図１２は、上記第１再始動制御モードによる場合のエンジン回転速度、１番目気筒のクランク角、所定の気筒の筒内圧及びスロットル弁１７の開度の時間的変化を示している。

これらの図に示すように、上記第１再始動制御モードによる場合には、まず圧縮行程気筒（図示の例では３番気筒）において燃焼空燃比は略理論空燃比ないしはこれよりも若干リッチ空燃比とされつつ初回燃焼（図１１中の（１））が行われ、この初回燃焼による燃焼圧（図１２中のａ部分）で圧縮行程気筒のピストンが下死点側に押し下げられてエンジンが逆転方向に駆動され、それに伴い、膨張行程気筒（図示の例では１番気筒）のピストンが上死点に近づくことにより当該気筒内の空気が圧縮されて筒内圧が上昇する（図１２中のｂ部分）。そして、膨張行程気筒のピストン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て、予め当該気筒に噴射されている燃料が燃焼し（図１１中の（２））、その燃焼圧（図１２中のｃ部分）でエンジンが正転方向に駆動される。さらに、上記圧縮行程気筒に対してその圧縮行程後半の適当なタイミングで燃料が噴射されることにより、圧縮行程気筒の上死点付近での圧縮圧力が低減される（図１１中の（３））。その後、圧縮行程気筒のピストンがこの低減された圧縮圧力に打ち勝って圧縮上死点を超え（図１２中のｄ部分）、続いて圧縮行程を迎える停止時吸気行程気筒に当該圧縮行程の後半で燃料が噴射されるとともに、当該気筒のピストンが上死点を超えた所定のタイミングで点火して（図１２中のｅ部分）、吸気行程気筒における燃焼が行われる（図１１中の（４））。その燃焼圧（図１２中のｆ部分）でエンジンの駆動力が高められ、円滑な始動が実行される。

そして、エンジンの停止時における膨張行程気筒のピストンが所定の基準値よりも下死点側にある場合には、図１２に示すように、始動時から吸気行程気筒のピストンが上死点を超える際までスロットル弁１２が全開状態となされ、エンジンの逆転作動時における吸気行程気筒の排圧を小さくすることにより当該気筒のピストン抵抗を軽減し、これにより圧縮行程気筒のピストン抵抗も軽減することができる。このため、圧縮行程気筒のピストンの押し下げによるエネルギー損失を抑制して膨張行程気筒の圧縮圧力を効率的に高めることができるとともに、当該エネルギー損失の抑制により圧縮行程気筒の適正範囲を上死点側に拡大することができ（言い換えると、膨張行程気筒の適正範囲を下死点側に拡大することができ）、これによりエンジンの始動性を高めることができる。しかも、所定の基準位置を基準にピストン位置を判別するので、エンジンの経年劣化や外部環境の変化等に伴ってエンジンの逆転作動を実行し得るピストン位置の適正範囲が変化した場合であっても始動性を確実に向上することができる。

一方、エンジンの停止時における膨張行程気筒のピストンが所定の基準値よりも上死点側にある場合には、始動時から吸気通路１５の吸気負圧が所定の負圧になるまで全閉状態で維持し、エンジンの逆転作動時における吸気行程気筒のピストン抵抗を増大させて逆転量が必要以上に大きくなることを有効に防止することができる。しかも、エンジンの逆転作動時における吸気行程気筒のピストンの上昇によりスロットル弁１７の下流側の吸気通路１５における圧力が増大し、この圧力を利用することによりエンジンの正転作動初期におけるピストン抵抗を低減することができ（図１２中のｅ部分に相当）、エンジンを円滑かつ確実に始動することができる。

なお、以上説明したエンジンの始動装置は、本発明に係る始動装置が適用される装置の一実施形態であって、装置の具体的な構成等は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であり、変形例を以下に説明する。

（１）上記実施形態では、第１再始動制御モードが実行される場合であって、膨張行程気筒のピストンの停止位置が所定の基準位置よりも下死点寄りの範囲にある場合は、スロットル弁１７を全開にするものとなされているが、上記膨張行程気筒のピストンが所定の基準位置よりも上死点よりの範囲にある場合と比べてその開度を大きく設定すれば、このスロットル弁１７の開度は特に限定するものではない。また、このスロットル弁１７を開いている期間も上記実施形態のものに限定されるものではなく、例えばエンジンの逆転作動終了後にスロットル弁１７を閉じるものであってもよい。

（２）上記実施形態では、第１再始動制御モードによる自動再始動時の圧縮行程気筒のピストンが最初に上死点を迎える際の燃焼はなされず、燃料だけが噴射されるものとなされているが、当該気筒でのエンジンの逆転作動のための初回燃焼を理論空燃比よりもリーン空燃比としたリーン燃焼とすることにより、上記最初に上死点を迎える際にも燃焼させることができる。また、初回燃焼後の筒内に空気を補給するようにしてもよく、この場合、吸気弁に対する動弁機構に、少なくとも吸気弁閉時期を変更可能にするバルブタイミング可変機構を設け、エンジン再燃焼時に、圧縮行程気筒の吸気弁閉時期を通常時よりも遅らせて、下死点より所定クランク角だけ圧縮行程に入り込んだ時期となるようにしてもよい。

このようにすると、圧縮行程気筒での初回燃焼により吸気弁閉時期よりも進角側までエンジンが逆転したとき、吸気弁が開かれることにより、筒内ガスの一部と新気が入れ替わり、２回目燃焼のための新気が補給されることとなる。 なお、このような作用に加え、初回燃焼後に吸気弁が開かれると筒内の圧力が低下するため、 その後の膨張行程気筒での燃焼によるエンジン正転時に圧縮行程気筒のピストンに作用する抵抗が軽減され、再始動に有利となる。

また、この圧縮行程気筒での２回目の燃焼を実行するように構成した場合、この燃焼を圧縮自己着火による燃焼となるように制御してもよい。

（３）上記実施形態の構成に加え、排気弁に対する動弁機構に、少なくとも排気弁開時期を変更可能にするバルブタイミング可変機構を設け、エンジン停止時の膨張行程にある気筒がエンジン再始動時に最初に排気行程となるときの排気弁の開時期を通常時よりも遅らせて、略下死点で排気弁が開くようにすることが好ましい。

このようにすると、膨張行程での燃焼によるエネルギーが、略下死点まで、排気通路側に逃げることなく有効に当該気筒のピストンに作用するため、始動性が高められる。

（４）図９に示す例では、エンジン再始動条件成立時に、圧縮行程気筒の初回燃焼用の燃料を噴射した後に膨張行程気筒用の燃料も噴射することにより、圧縮行程気筒の初回燃焼が失敗に終わった場合（再点火を繰り返しても成功しなかった場合）、膨張行程気筒用の燃料噴射を中止することによって無駄な燃料噴射を避けることができるようにしているが、圧縮行程気筒の初回燃焼用の燃料の噴射時期と略同時期に膨張行程用の燃料を噴射してもよい。このように、膨張行程気筒の燃料噴射時期を早めることにより、膨張行程気筒の燃料噴射から点火までに燃料の気化のための時間を稼ぐことができる。なお、圧縮行程気筒の初回燃焼が失敗に終わった場合、再始動制御モードをスタータモータ３１でのモータアシストによる始動に変更すればよい。

（５）上記実施形態では、スロットル弁１７を共通吸気通路１５ｃに設けられたものについて説明しているが、このスロットル弁１７の配置箇所はこれに限定されるものではなく、例えば各分岐吸気通路１５ａに多連型のスロットル弁を設けるものとしてもよい。

（６）本発明の装置は４気筒以外の多気筒エンジンにも適用可能である。

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。 エンジン停止時のエンジン回転速度とピストン停止位置との相関関係を示す分布図である。 エンジンの自動停止制御動作を示すフローチャートである。 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。 クランク角信号に出力信号を示す説明図である。 エンジンの再始動時における制御動作の前半部を示すフローチャートである。 エンジンの再始動時における制御動作の後半部を示すフローチャートである。 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。 エンジンの再始動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。

符号の説明

３Ａ〜３Ｄ 気筒
４ ピストン
６ クランクシャフト
１５ 吸気通路
１５ｂ サージタンク
１５ｃ 共通吸気通路
１７ スロットル弁
２１，２２ クランク角センサ（ピストン位置検出手段）
２６ オルタネータ
３０ ＥＣＵ（制御手段）
３１ スタータモータ
Ｒ 適正範囲
Ｎ 回転速度
ｎ 上死点回転速度

Claims (6)

1. 所定のエンジン停止条件が成立したときに自動的にエンジンを停止させるとともに、エンジン停止後において再始動条件が成立したときに、エンジン停止時の圧縮行程気筒に燃料を供給して点火、燃焼を行わせることによりエンジンを逆転方向に所定量作動させて、エンジン停止時の膨張行程にある気筒のピストン上昇によって筒内圧力を高めてから、この膨張行程気筒で燃焼を行わせることによりエンジンを正転方向に回転させて再始動させるエンジンの始動装置において、
   吸気通路から各気筒に導入される吸気量を調節するスロットル弁と、
   エンジン停止時における膨張行程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、
   エンジン停止条件が成立したときに、その停止時における膨張行程気筒のピストンを所定の適正範囲内に停止させるように制御するとともに、上記ピストン位置検出手段による検出結果に基づいて、エンジンの再始動時における上記スロットル弁の開度を制御する制御手段とを備え、
   当該制御手段は、上記エンジン再始動条件が成立したときであって、エンジン停止時における膨張行程気筒のピストン位置が上記適正範囲内で、かつ、当該適正範囲内において定められた所定の基準位置よりも下死点側にあるときは、少なくとも上記エンジンの逆転方向作動期間において、当該膨張行程気筒のピストン位置が上記基準位置よりも上死点側にあるときと比べて上記スロットル弁の開度を増大させるように制御することを特徴とするエンジンの始動装置。
2. 上記制御手段は、上記エンジン再始動条件が成立したときであって、エンジン停止時における膨張行程気筒のピストン位置が所定の基準位置よりも上死点側にあるときは、上記スロットル弁を全閉状態とするように制御することを特徴とする請求項１記載のエンジンの始動装置。
3. 上記エンジンは、各気筒の燃焼サイクルが所定の位相差をもって行われるようになっている４気筒のエンジンであり、上記制御手段は、エンジン停止条件が成立したときに、その停止時における膨張行程気筒のピストンを、圧縮上死点後９０°を超える上記適正範囲内で停止するように制御することを特徴とする請求項１または請求項２記載のエンジンの始動装置。
4. 上記基準位置が、圧縮上死点後１００°〜１２５°の範囲内で設定されていることを特徴とする請求項３記載のエンジンの始動装置。
5. 上記制御手段は、停止時における膨張行程気筒が、上記所定の適正範囲を外れて停止していることを上記ピストン位置検出手段により検出したときは、圧縮行程にある気筒での燃焼によりエンジンを逆転方向に所定量作動させてから膨張行程にある気筒で燃焼を行わせる第１再始動モードを行わず、スタータモータを駆動することにより始動初期から当該エンジンを正転方向に作動させる第２再始動モードによってエンジンを再始動させることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のエンジンの始動装置。
6. 上記制御手段は、エンジンの逆転作動時にスロットル弁の開度を増大させたときは、エンジン停止時に吸気行程にある気筒のピストンが最初に迎える圧縮上死点を過ぎてからスロットル弁の開度を減少させるように制御することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のエンジンの始動装置。

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