JP2004301047A

JP2004301047A - エンジンの始動装置

Info

Publication number: JP2004301047A
Application number: JP2003095866A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Tetsuno; 雅之鐵野; Kaei Nakayama; 佳映中山; Takanori Sugiyama; 貴則杉山; Keiji Araki; 啓二荒木
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2004-10-28
Anticipated expiration: 2023-03-31
Also published as: JP4075666B2

Abstract

【課題】アイドルストップを行うエンジンの始動装置において、ピストン停止位置の適正化を図り、簡単な構造でエンジンの再始動性を高めることによって、一層の燃費低減およびＣＯ_２排出量抑制等を図ることができるエンジンの始動装置を提供する。
【解決手段】所定のエンジン停止条件が成立したときに自動的に燃料供給を停止してエンジン１を停止させるとともに、再始動条件成立時に、膨張行程にある気筒３に対して燃焼を行わせ、再始動させるエンジンの始動装置において、エンジン１の駆動力の一部を、クランクシャフト６の回転角に応じて周期的に変動する仕事として取り出し、燃料圧力を高める高圧燃料ポンプ１２６を備え、クランクシャフト６の回転角が各気筒３の略上死点にあるとき、高圧燃料ポンプ１２６の瞬間的な仕事が最大となるように構成する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アイドリング時等に自動的にエンジンを一旦停止させ、その後に自動的に再始動させるエンジンの始動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、燃費低減およびＣＯ_２排出量抑制等のため、アイドリング時に自動的にエンジンを一旦停止させ、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（以下アイドルストップ又はＩ／Ｓという）ようにしたエンジンの始動装置が開発されてきている。
【０００３】
アイドルストップにおける再始動は、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、スタータ（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。
【０００４】
そこで、停止状態のエンジンの特定気筒（膨張行程にある気筒）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。しかし、膨張行程にある気筒に燃料を供給して着火させ、燃焼させてもエンジン始動のための充分なトルクが得られるとは限らない。円滑に再始動を行うためには一定以上の着火性と発生トルクの大きさが求められる。
【０００５】
このような問題の対策として、例えば特許文献１に示されるように、ＩＧＯＦＦ（点火停止）後、排気弁の閉時期を制御してピストンが適正位置にある状態でエンジンを停止させ易くしたもの、あるいは特許文献２に示されるように、エンジンのクランク軸に対して制動装置を設け、エンジン停止時に膨張行程となる気筒のピストンが行程途中の適正位置で停止するように制動装置を制御するようにしたものなどが提案されている。
【０００６】
再始動するためのピストンの適正停止位置とは、一般的には上死点後９０°ＣＡ（クランク角）前後、即ち上死点と下死点の中間付近であり、この位置でピストンを停止させると、適度に存在する筒内空気と再始動時に供給される燃料とで良好な燃焼が得られ、再始動に充分なトルクを発生させ易い。即ち、特許文献１及び特許文献２は、燃焼によって充分な再始動トルクが得られるように、ピストンの停止位置を規制しようとするものである。
【０００７】
【特許文献１】
ＷＯ０１／４４６３６Ａ２号公報
【特許文献２】
実開昭６０−１２８９７５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１に示された始動装置は、排気弁を制御することによる筒内ガス圧の変化を利用した間接的な方法であるため、ばらつきが生じ易いものであった。従って、再始動を円滑に行うため、より高い確率でピストンを適正位置に停止させる技術が求められていた。また、上記特許文献２に示された始動装置によると、車両の制動装置とは別にクランク軸を制動し得る装置が必要になるとともに、ピストンが適正位置に停止するように制動装置を精度良くコントロールすることが非常に難しいものであった。
【０００９】
本発明は上記の事情に鑑み、別途特別な制動装置等を設けることなく、ピストンの停止位置ばらつきを削減し、より高い確率で適正位置に停止し得るようにしたエンジンの始動装置、即ち簡単な構造でエンジンの再始動性を高めることによって、一層の燃費低減およびＣＯ_２排出量抑制等を図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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、所定のエンジン停止条件が成立したときに自動的に燃料供給を停止してエンジンを停止させるとともに、エンジン停止後における再始動条件成立時に、膨張行程にある気筒に対して燃料を噴射させて点火、燃焼を行わせ、エンジンを再始動させるエンジンの始動装置において、エンジンの駆動力の一部を、クランクシャフトの回転角に応じて周期的に変動する仕事として取り出し、燃料を噴射するための燃料圧力を高める機械式の高圧燃料ポンプを備え、上記クランクシャフトの回転角が一部又は全部の気筒の略上死点にあるとき、上記高圧燃料ポンプの瞬間的な仕事が最大となるように、かつ上記クランクシャフトの回転角が一部又は全部の気筒の上死点と下死点の略中間にあるとき、上記高圧燃料ポンプの瞬間的な仕事が最小となるように構成されていることを特徴とする。
【００１１】
アイドルストップによるエンジン停止の際、燃料供給の停止後、エンジンは慣性で数回転して停止する。その停止時のピストン位置は、従来の構造であっても比較的適正位置（上死点と下死点の略中間位置）に近くなる傾向がある。それは、燃焼を行わなくても吸排気弁は開閉するため、ピストンが圧縮上死点付近にあるとき、筒内の空気圧が高くなるためである。つまり、ピストンが上死点に近づくと筒内空気圧によって上死点から遠ざける方向に作用する力が大きくなるので、ピストンは上死点付近で停止しにくいのである。そして、通常複数気筒のエンジンでは、ある気筒のピストンが上死点から遠ざかると他の気筒のピストンが上死点に近づく。従って、全ての気筒のピストンが上死点からできるだけ遠ざかった位置、即ち上死点と下死点の中間付近で停止し易くなる。
【００１２】
本発明の構成によると、上記傾向を更に強めることができる。即ち、エンジン停止時のピストン位置が適正位置となる確率を更に高めることができる。それは、ピストンが上死点と下死点の略中間にあるとき、高圧燃料ポンプの瞬間的な仕事が最小となるように構成されているからである。高圧燃料ポンプはエンジンによって駆動される、つまりエンジンの負荷として作用する。従って、エンジン停止時にはその負荷（高圧燃料ポンプの瞬間的な仕事）を最小にする方向、即ちピストンを上死点と下死点の略中間に移動させる方向に力が働き、結果的にその位置でピストンが停止し易くなる。
【００１３】
更に、高圧燃料ポンプの瞬間的な仕事が最小となる上記クランクシャフトの回転角を、一部又は全部の気筒の行程における上死点と下死点の中間よりもやや遅れ側となるように設定（請求項２）すれば、ピストンがより適正な位置（膨張行程における上死点と下死点の中間位置よりやや下死点寄り）に停止する確率を高めることができる。
【００１４】
ピストンの停止位置が、上死点と下死点の略中間にあるときに再始動性を高められることは従来知られているが、本発明の発明者は、鋭意研究により、そのなかでも膨張行程における上死点と下死点の中間位置よりやや遅れ側、即ち下死点寄りに停止させた場合に最も再始動性を高められることを確認している。これは、再始動時には膨張行程にある気筒で燃焼を行わせるところ、気筒内に多めに空気を入れておくことで多くの燃料を燃焼させ、高い再始動トルクを得られることによる。一方、この場合、単に燃焼させたのでは空気の圧縮率が低い（エンジン停止中の筒内空気圧はほぼ大気圧と等しくなっている）上に、下死点までのピストンストロークが小さくなって充分に仕事を取り出すことができないという懸念があるが、それは、膨張行程にある気筒で燃焼を行わせる前にエンジンを瞬間的に逆転させ（他の圧縮行程にある気筒で燃焼を行わせる）、一旦ピストンを上死点側に移動させてから燃焼させることにより解決可能である。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項１または２記載の構成において、上記高圧燃料ポンプの仕事がクランクシャフトの回転角に対応した回転角を有する燃料ポンプ用カムの回転によって取り出されるように構成され、上記燃料ポンプ用カムのカム半径が大なるカムノーズにおいて上記高圧燃料ポンプの瞬間的な仕事が大であるように構成されていることを特徴とする。
【００１６】
気筒内に燃料を噴射する、いわゆる直噴エンジンにおいてはエンジンの駆動力の一部をクランクシャフトの回転角に応じて周期的に変動する仕事として取り出し、燃料圧力を高める機械式の高圧燃料ポンプは既存の構造であり、その仕事の取り出しは燃料ポンプ用カムの回転によってなされるのが一般的である。このような機構では、クランクシャフトの回転角がカムノーズの位置に相当するときに高圧燃料ポンプの瞬間的な仕事が大となり、カムノーズとカムノーズの間の位置では小となる。結局、燃料圧力を高めるために取り出される仕事はそれを時間平均したものとなる。なお従来機構では、このカムノーズの位置とクランクシャフトの回転角との関係は任意であり、特に規定されていない。
【００１７】
請求項３の構成によれば、カムノーズの位置を上死点付近に合わせることにより、また必然的にカム半径の小さい位置（カムノーズとカムノーズの間）を上死点と下死点の間であるピストンの適正な停止位置に合わせることにより、請求項１または２に記載の構成を実現することができる。
【００１８】
即ち、既存の構造を利用しつつ、カムノーズの位置を工夫することによって、容易に、しかも装置全体を複雑化、大型化或いは高コスト化することなくピストンが適正位置で停止する確率を高めることができる。
【００１９】
そして、カムノーズの数は、エンジンの気筒数の２分の１の倍数（例えば４気筒エンジンでは２、４、６、・・・の何れか）にすると良く（請求項３）、更にはエンジンの気筒数と等しい数とする（請求項４）ことが望ましい。
【００２０】
カムノーズの数をエンジンの気筒数と等しく、或いはその１．５倍、２倍・・・とすると、各気筒の圧縮上死点に対し、少なくとも１箇所のカムノーズを対応させることができるので、どの気筒がエンジン停止の際に膨張行程となる気筒（以下膨張行程気筒という）になっても、ピストンが適正位置に停止する確率を高めることができる。また、本発明の発明者は、カムノーズの数をエンジンの気筒数の２分の１としても、その確率が高められることを実験的に確認している。
【００２１】
請求項６の発明は、請求項１または５のいずれか１項に記載の構成において、上記燃料ポンプ用カムの回転によって上記高圧燃料ポンプの仕事が有効となり、燃料圧力を高めるポンプＯＮ状態と、上記燃料ポンプ用カムが回転しても上記高圧燃料ポンプによる仕事が有効になされず、燃料圧力が高くならないポンプＯＦＦ状態とに切換え可能なポンプ切換え手段を備え、少なくとも上記所定のエンジン停止条件成立後のエンジン停止直前からエンジンが完全に停止するまでの間、上記ポンプ切換え手段は、ポンプＯＮ状態とすることを特徴とする。
【００２２】
この構成によると、エンジン停止の直前においてはポンプＯＮ状態とすることによってエンジンに負荷がかかり、ピストンが適正位置に停止し易くなる。そして、少なくともエンジンが完全に停止するまでの間、ポンプＯＮ状態を維持することによって、再始動時の燃料圧力を確保し易くなる。即ち、再始動時に適切な燃料噴射を行い、良好な燃焼によって再始動性を高めることができる。
【００２３】
なお、所定のエンジン停止条件成立後におけるエンジン停止直前までの所定期間、上記ポンプ切換え手段は、ポンプＯＦＦ状態とする（請求項７）ことが望ましい。
【００２４】
このようにすると、エンジン停止中の燃料漏れを防止したり再始動時の燃料圧力が必要以上に高くなることを防止したりすることができる。つまり、エンジン停止条件成立後、燃料噴射弁からの噴射が停止（燃料供給の停止）されるところ、この状態でポンプＯＮ状態を継続すると、燃料圧力が必要以上に高くなってしまう。その結果、燃料漏れが発生し易くなったり、再始動時の燃料圧力が高くなり過ぎ、かえって再始動時に良好な燃焼が得難くなったりする懸念がある。
【００２５】
しかし上記構成によれば、エンジン停止直前まではポンプＯＦＦ状態として燃料圧力が高くならないようにしているので、上記のような懸念がない。なお、本構成においても、エンジン停止直前にポンプＯＮ状態とすることにより、上記のようなピストンの適正位置での停止確率向上や再始動時における燃料圧力確保などの効果を得ることができる。
【００２６】
また、上記ポンプ切換え手段は、上記エンジン再始動時の燃料圧力が所定の圧力となるように、上記ポンプＯＮ状態とポンプＯＦＦ状態とを切換える（請求項８）ようにしても良く、燃料圧力を検知する燃料圧力検知手段を備え、上記ポンプＯＮ状態とポンプＯＦＦ状態との切換えがフィードバック制御によってなされるようにする（請求項９）と更に望ましい。
【００２７】
このようにすると、エンジン停止時の燃料圧力を再始動時に好適な値に調整することができるので、一層再始動性を高めることができる。再始動に好適な燃料圧力はエンジンの特性等によって異なるが、例えば通常の燃料圧力が３〜７ＭＰａ、再始動時には３ＭＰａ付近となるように設定すると良い。その際、必要に応じてエンジン停止中の圧力降下を加味するようにしても良い。
【００２８】
【発明の実施の形態】
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は本発明の実施形態による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１の本体はシリンダヘッド２ａ及びシリンダブロック２で構成される。当実施形態ではエンジン１は４気筒４サイクルエンジンであり、４つの気筒３（詳しくは、図２に示す状態で左から順に１番気筒３Ａ、２番気筒３Ｂ、３番気筒３Ｃ、４番気筒３Ｄ）を有している。各気筒３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。
【００２９】
各気筒３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。
【００３０】
更に、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。そして、この燃料噴射弁８には後述するようにカムシャフト２６付近に設けられた高圧燃料ポンプ１２６により燃料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。
【００３１】
また、各気筒３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、カムシャフト２６，２７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３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。
【００３２】
吸気弁１１及び排気弁１２の開閉時期は、カム位相可変機構２６ａ，２７ａによって可変となっている。カム位相可変機構２６ａ，２７ａは、カムシャフト２６，２７の回転位相をクランクシャフトの回転位相に対して変動させる、従来から知られた機構である。図２に示すように吸気弁１１側のカムシャフト２６にはカム位相可変機構２６ａが、排気弁１２側のカムシャフト２７にはカム位相可変機構２７ａが設けられており、それぞれ独立して制御されている。従って、吸気弁１１及び排気弁１２の開閉時期は、カム位相可変機構２６ａ，２７ａによってそれぞれ独立して全体的に前後に変動させることができる。
【００３３】
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。吸気通路１５は、サージタンク１５ｂの下流に気筒別の分岐吸気通路１５ａを有し、各分岐吸気通路１５ａの下流端が各気筒の吸気ポート９に連通するが、その各分岐吸気通路１５ａの下流端近傍に、各分岐吸気通路１５ａを同時に絞り調節する多連型のロータリバルブからなるスロットル弁１７が配設されている。このスロットル弁１７はスロットル弁アクチュエータ１８により駆動されるようになっている。
【００３４】
上記吸気通路１５におけるサージタンク１５ｂの上流の共通吸気通路１５ｃには、吸気量を検出するエアフローセンサ２０が設けられている。また、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２６，２７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。また、エンジン１を始動させるためのモータであるスタータ２８が設けられており、このスタータ２８の駆動力が図外のスタータギヤを介してクランクシャフト６に直接伝達されることにより、エンジン１が始動するように構成されている。
【００３５】
なお、この他にもエンジン１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（図６参照）等が装備されている。
【００３６】
図３乃至図５は、燃料供給系１２０の説明図である。図３に示すように、燃料タンク１２１から燃料噴射弁８に至る燃料通路１２２には、上流側から下流側に向かって、低圧ポンプ１２３、低圧レギュレータ１２４、燃料フィルタ１２５、高圧燃料ポンプ１２６及び燃料分配管１１９が順に配設されており、燃料分配管１１９から各気筒の燃料噴射弁８に燃料が供給されるように構成されている。
【００３７】
そして、低圧ポンプ１２３により燃料タンク１２１から吸い上げられた燃料が、低圧レギュレータ１２４により調圧された後、燃料フィルタ１２５により濾過された状態で高圧燃料ポンプ１２６に圧送されるようになっている。
【００３８】
高圧燃料ポンプ１２６は、燃料フィルタ１２５を介して供給された燃料を高圧（例えば略３ＭＰａ〜略１３ＭＰａ、好ましくは３ＭＰａ〜７ＭＰａ程度）に加圧して燃料分配管１１９に圧送するものである。燃料分配管１１９には燃料圧力検知手段として燃圧センサ６９（図４参照）が設けられている。高圧燃料ポンプ１２６は、図４にその内部構造を示すように燃料の吸入部１５１および吐出部１５２が設けられたポンプ室１５３と、このポンプ室１５３内の燃料を加圧する加圧手段１５４とを有している。
【００３９】
ポンプ室１５３の燃料吸入部１５１には、この燃料吸入部１５１を開閉する吸入弁１５５と、この吸入弁１５５を閉止方向に付勢する第１付勢手段１５６と、プッシュロッド１５７を介して上記吸入弁１５５を開放方向に付勢する圧縮コイルばねからなる第２付勢手段１５８と、この第２付勢手段１５８の付勢力に抗して上記プッシュロッド１５７を、ソレノイドケース１５９内に引き込むことにより吸入弁１５５から離間させる方向に駆動する高圧ポンプ用ソレノイド１６０とが設けられている。
【００４０】
第１付勢手段１５６の付勢力は、第２付勢手段１５８の付勢力よりも小さな値に設定され、通常の状態（高圧ポンプ用ソレノイド１６０がＯＦＦ）では上記第２付勢手段１５８の付勢力に応じて吸入弁１５５が開放状態に保持されている。そして、高圧ポンプ用ソレノイド１６０が通電状態（ＯＮ）となってプッシュロッド１５７がソレノイドケース１５９内に引き込まれると、第１付勢手段１５６の付勢力およびポンプ室１５３内の燃料圧力に応じ、吸入弁１５５が閉止状態となるようになっている。
【００４１】
従って、高圧ポンプ用ソレノイド１６０をＯＮとすると、吸入弁１５５は、燃料が燃料タンク１２１から燃料噴射弁８方向に流れるときのみ開放し、逆流時には閉止するので、吸入弁１５５よりも下流側の燃料圧力を保持する。即ち高圧燃料ポンプ１２６の仕事を有効とするポンプＯＮ状態となる。一方、高圧ポンプ用ソレノイド１６０をＯＦＦとすると、吸入弁１５５は常時開放となるので、ポンプ室１５３で燃料圧力を高めても、燃料は燃料タンク１２１へ逆流し、燃料噴射弁８での燃料圧力は高くならない。即ちポンプＯＦＦ状態となる。このように、吸入弁１５５及び高圧ポンプ用ソレノイド１６０は、ポンプＯＮ状態とポンプＯＦＦ状態とを切換える、ポンプ切換え手段として機能する。
【００４２】
ポンプ室１５３の燃料吐出部１５２には、この燃料吐出部１５２を開閉する吐出弁１６１と、この吐出弁１６１を閉止方向に付勢する圧縮コイルばねからなる吐出弁付勢手段１６２とが設けられ、通常の状態では上記吐出弁付勢手段１６２の付勢力に応じて吐出弁１６１が閉止状態に保持されている。そして、上記加圧手段１５４によりポンプ室１５３内の燃料が加圧されてその燃料圧力が一定値以上に上昇すると、上記吐出弁付勢手段１６２の付勢力に抗して吐出弁１６１が開放方向に駆動されることにより、燃料が燃料噴射弁８に圧送されるように構成されている。
【００４３】
また、上記加圧手段１５４は、ポンプ室１５３内の燃料に加圧力を付与するプランジャ１６３と、このプランジャ１６３を昇降駆動する燃料ポンプ用カム１６４と、プランジャ１６３の下端部を下方に付勢して燃料ポンプ用カム１６４に圧接させるプランジャ付勢手段１６６とを有し、上記燃料ポンプ用カム１６４が回転駆動されるのに対応してプランジャ１６３が昇降駆動されることにより、ポンプ室１５３内に燃料が供給されて加圧されるようになっている。すなわち、上記吸入弁１５５の開放状態でプランジャ１６３が下降することにより、燃料吸入部１５１からポンプ室１５３内に燃料が吸入された後、上記吸入弁１５５の閉止状態でプランジャ１６３が上昇することにより、ポンプ室１５３内の燃料が加圧されるように構成されている。
【００４４】
燃料ポンプ用カム１６４は、９０°の角度で突設された４箇所のカムノーズ１６５を有するとともに、カムシャフト２６に一体に取り付けられることにより、このカムシャフト２６が一回転する間に、上記プランジャ１６３を４回昇降駆動するように構成されている。また、カムシャフト２６は、図５に示すように、エンジン本体１のクランクシャフト６により駆動されるチェーン伝動機構１６７（ベルト伝動機構としても良い）を介して回転駆動され、これによってクランクシャフト６が２回転（１サイクル）するのに応じ、カムシャフト２６が１回転するとともに、上記プランジャ１６３が４回昇降するように構成されている。
【００４５】
このように、プランジャ１６３の昇降によってポンプ室１５３内の燃料圧力が高められるが、そのポンプ仕事を瞬間的に見れば、プランジャ１６３の上昇時には仕事量が大であり、下降時には小となる。そして、周期的に仕事量が大の状態と小の状態を繰り返しつつ、結局その時間平均の仕事として燃料圧力の上昇がなされるようになっている。
【００４６】
カムノーズ１６５の４箇所の各頂点は、それぞれ各気筒３Ａ〜３Ｄに対し、クランクシャフト６の回転角（ＣＡ）で圧縮行程上死点又はそれよりやや遅れ側（例えば１０°ＣＡ程度）となるように調整されている。
【００４７】
その結果、ポンプＯＮ状態においては、何れかの気筒３が圧縮上死点付近となる１８０°ＣＡ周期でプランジャ１６３の上昇が最大（プランジャストローク最大）となり、高圧燃料ポンプ１２６の瞬間的な仕事（クランクシャフト６に対しては負荷）が最大となる。（図７参照）。
【００４８】
図６は、エンジン１の制御ブロック図であり、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）３０を中心に、信号を入力するスイッチやセンサと、出力する装置やアクチュエータ等を示す。なお、このブロック図は、アイドルストップ制御に関するものなので、その他の制御に関する部分については省略している。
【００４９】
ＥＣＵ３０の入力側には、上記エアフローセンサ２０、クランク角センサ２１，２２、カム角センサ２３、水温センサ２４、アクセル開度センサ２５及び燃圧センサ６９に加え、Ｉ／Ｓ（アイドルストップ）を行うためのセンサ類として、ブレーキの踏み込み深さを検出するブレーキセンサ６２、車速を検出する車速センサ６３、ＡＴ（自動変速機）のシフトレバー位置を検出するインヒビタスイッチ６４、パーキングブレーキのＯＮ／ＯＦＦを検出するパーキングブレーキスイッチ６５、ウインカのＯＮ／ＯＦＦを検出するウインカスイッチ６６、エアコンのＯＮ／ＯＦＦを検出するエアコンスイッチ６７及びブレーキ負圧を検出するブレーキ負圧センサ６８がそれぞれ接続され、各検出信号が入力される。
【００５０】
またＥＣＵ３０の出力側には、上記点火プラグ７、燃料噴射弁８、高圧ポンプ用ソレノイド１６０、スロットル弁アクチュエータ１８、カム位相可変機構２６ａ，２７ａ及びスタータ２８に加え、アイドルストップ表示ランプ７１、電動オイルポンプ７２、ＡＴＦ切換弁７３及びヒルホルダ用ソレノイド弁７４が接続され、各装置類への駆動信号を出力する。
【００５１】
アイドルストップ表示ランプ７１は、Ｉ／Ｓの実施状況を運転者に示すためのランプで、詳細は後述するが、Ｉ／Ｓによるエンジンの停止中であることや、Ｉ／Ｓが禁止中であること、或いはエンジンを再始動すること等を表示するランプの総称である。
【００５２】
電動オイルポンプ７２は、Ｉ／Ｓによるエンジン停止中に、ＡＴへの油圧を供給する電動のオイルポンプである。通常運転時、ＡＴ内部のクラッチは、クランクシャフト６に直結して駆動される図外の機械式オイルポンプを油圧供給源として作動する。従って、Ｉ／Ｓによってエンジンが停止すると、油圧が低下し、クラッチは解放する。これではエンジン再始動後、クラッチを再締結させるための時間ロスが発生し、発進性が悪化する。それを防止するため、エンジンの停止中には別途電動オイルポンプ７２によってＡＴに油圧を供給するように構成されている。
【００５３】
ＡＴＦ切換弁７３は、油圧供給源からＡＴへのＡＴＦ（自動変速機油）の通路を切換える切換え弁である。通常の運転時には機械式オイルポンプからＡＴにＡＴＦを導き、Ｉ／Ｓによるエンジン停止中には電動オイルポンプ７２から導くように切換えられる。
【００５４】
ヒルホルダ用ソレノイド弁７４は、ブレーキオイルの供給通路を遮断する図略のヒルホルダーを駆動するためのソレノイド弁である。通常運転時にはエンジンに連動する倍力装置が作動し、ブレーキ油圧が高められている。しかしエンジン停止中にはこの倍力装置が作動しないため、ブレーキ油圧が低下し、制動力が減少する。従って、例えば坂道等でアイドルストップを行った場合、制動力不足によって車両が動く可能性がある。それを防止するため、ヒルホルダは、ヒルホルダ用ソレノイド弁７４でブレーキオイルの供給通路を遮断することによってブレーキ油圧を高い状態で保持するように構成されている。
【００５５】
ＥＣＵ３０は、内部にスロットル弁制御手段３１、燃料噴射弁制御手段３２、点火制御手段３３、気筒識別手段４０、高圧ボンプ制御手段４１、アイドルストップ制御手段３４、カム位相制御手段３５、表示制御手段３６、ＡＴ制御手段３７及びヒルホルダ制御手段３８を含む。
【００５６】
スロットル弁制御手段３１は、アクセル開度センサ２５からのアクセル開度情報や、クランク角センサ２１，２２からのクランク角速度情報に基づくエンジン回転数等から、必要なスロットル弁１７の開度を演算し、スロットル弁アクチュエータ１８を制御する。
【００５７】
燃料噴射弁制御手段３２及び点火制御手段３３は、上記アクセル開度情報やエンジン回転数情報に加え、エアフローセンサ２０による吸気量情報や水温センサ２４による冷却水温度情報等から、必要な燃料噴射量とその噴射時期及び適正な点火時期を演算し、燃料噴射弁８及び点火プラグ７に制御信号を出力する。
【００５８】
スロットル弁制御手段３１および燃料噴射弁制御手段３２によって、アイドル時にはエンジン回転数が所定の目標回転数（例えば温間時には６５０±５０ｒｐｍ）となるようにフィードバック制御されている（スロットル弁１７をバイパスする吸気経路を形成するＩＳＣ（アイドルスピードコントロール）バルブを設けてアイドル回転数の制御を行うようにしても良い）。
【００５９】
気筒識別手段４０は、エンジン１の始動時にクランク角センサ２１，２２から入力されたクランク角信号およびカム角センサ２３から入力されたカム角信号に基づいて気筒を識別する。
【００６０】
高圧ボンプ制御手段４１は、高圧ポンプ用ソレノイド１６０に対する通電タイミングを制御して、ポンプＯＮ状態とポンプＯＦＦ状態との切換えを行う。通常運転時は、断続的にポンプＯＮ状態とポンプＯＦＦ状態とを繰り返すことにより、燃料圧力が予め設定された所定の圧力となるように調節する。その際、燃圧センサ６９による燃料圧力の測定値に基づき、フィードバック制御するようにしても良い。そして、アイドルストップによるエンジン１の自動停止の際には、燃料供給の停止とともにポンプＯＦＦ状態として燃料圧力が高くなり過ぎるのを防ぎつつ、エンジン停止直前にポンプＯＮ状態として再始動時の燃料圧力を確保する。その際、フィードバック制御を行うことにより、再始動に適した燃料圧力（３ＭＰ程度）となるようにしても良い。
【００６１】
また、エンジン停止直前にポンプＯＮ状態とすると、そのポンプ仕事はクランクシャフト６の負荷となるため、エンジン１は、その負荷が最小となる位置、つまりプランジャ１６３の上昇が最小（プランジャストローク最小）の位置で停止し易くなる。当実施形態では、それを各行程の中間位置、或いはそれよりも１０°ＣＡ程度遅れ側に設定しているので、エンジン停止時に膨張行程となる気筒（説明の都合上、これを１番気筒３Ａであると想定し、以下膨張行程気筒３Ａと記す。同様に、エンジン停止時に圧縮行程となる気筒を３番気筒３Ｃであると想定し、以下圧縮行程気筒３Ｃと記す。）におけるピストン４の停止位置は、上死点と下死点の中間或いはそれよりも１０°ＣＡ程度下死点寄り付近となる確率が高くなる。
【００６２】
アイドルストップ制御手段３４は、Ｉ／Ｓの実行条件を判定したり、ＥＣＵ３０内の各手段にＩ／Ｓを実行するために必要な情報を提供したりする。
【００６３】
Ｉ／Ｓの実行条件としては、基本停止条件、基本再始動条件及びＩ／Ｓ禁止条件に類別される。各条件は適宜設定して良いが、例えばブレーキセンサ６２から得られるブレーキの踏み込み深さが所定値以上、かつ車速センサ６３から得られる車速がゼロ、かつインヒビタスイッチ６４から得られるＡＴのシフトレバー位置が非走行レンジ、かつパーキングブレーキスイッチ６５の信号がＯＮ、かつウインカスイッチ６６の信号がＯＦＦ、かつエアコンスイッチ６７がＯＦＦの場合に基本停止条件が成立とされる。
【００６４】
また、例えばブレーキの踏み込み深さが所定値以下、又は車速が所定値以上、又はＡＴのシフトレバー位置が走行レンジ、又はウインカスイッチ６６の信号がＯＮ、又はエアコンスイッチ６７がＯＮ、又はブレーキ負圧センサ６８から得られるブレーキ負圧（制動力を補う倍力装置を構成するブースター内の負圧）が所定値以下の場合に基本再始動条件が成立とされる。
【００６５】
そして、例えばエンジン冷却水温度Ｔｃが所定値以下（例えばＴｃ＜６０℃）、又はバッテリのモニタ電圧が所定値以下、又は前回の再始動からの経過時間が所定値以下の場合にＩ／Ｓ禁止条件が成立とされる。
【００６６】
基本停止条件が成立し、かつＩ／Ｓ禁止条件が成立しないとき、最終的にエンジンの停止条件が成立（当明細書では、これをエンジン停止条件の成立という）したとされ、Ｉ／Ｓによるエンジンの自動停止が行われる。即ち燃料噴射弁８からの燃料噴射を停止させるとともに、点火プラグ７の点火を停止させる。
【００６７】
エンジン停止の際の制御としては、上記高圧ボンプ制御手段４１による制御の他に、膨張行程気筒３Ａ及び圧縮行程気筒３Ｃにおいてピストン上死点方向の移動に対する抵抗を大きくすべく少なくともこれらの気筒に対する吸気量を増大させ、特に膨張行程気筒３Ａにより多く吸気を供給するように、上記スロットル弁１７をエンジン停止動作期間中の所定期間だけ所定の開弁状態とする。
【００６８】
こうしてエンジン１が自動停止した後、基本再始動条件またはＩ／Ｓ禁止条件が成立すると、最終的に再始動条件が成立（当明細書では、これを再始動条件の成立という）したとされ、再始動がなされる。即ち燃料噴射弁８からの燃料噴射と点火プラグ７の点火を復帰させる。
【００６９】
再始動の際の制御としては、先ず圧縮行程気筒３Ｃに対して初回の燃焼を実行してエンジンを少し逆転させることにより、膨張行程気筒３Ａ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３Ａで燃焼を行わせるようにする。
【００７０】
当実施形態では、上述のように圧縮行程気筒３Ｃでの初回燃焼、膨張行程気筒３Ａでの燃焼を行わせるとともに、初回燃焼後の圧縮行程気筒３Ｃの筒内に燃焼用空気を残存させて圧縮行程気筒３Ｃのピストン４が上昇に転じてから上死点付近に達したときに再燃焼を行わせる第１再始動制御モードと、圧縮行程気筒３Ｃでの初回燃焼及び膨張行程気筒３Ａでの燃焼は行わせるが圧縮行程気筒３Ｃでの再燃焼を行わせない第２再始動制御モードと、圧縮行程気筒３Ｃでの初回燃焼を行わずにスタータ２８でアシストしつつ膨張行程気筒３Ａでの燃焼及びその次の圧縮行程気筒３Ｃでの燃焼により始動を行う第３再始動制御モードとを、ピストン４の停止位置に応じて選択的に実行するようになっている。
【００７１】
カム位相制御手段３５は、クランクシャフト６に対するカムシャフト２６，２７の位相変動信号をカム位相可変機構２６ａ，２７ａに出力し、吸気弁１１及び排気弁１２の開閉時期を制御する。これにより、エンジンの回転数に応じた最適な吸排気弁の開閉時期を設定し、広回転域に亘って高出力を得るための制御等を行う。
【００７２】
表示制御手段３６は、Ｉ／Ｓの実行状況に応じてアイドルストップ表示ランプ７１のＯＮ／ＯＦＦ制御を行う。アイドルストップ表示ランプ７１は、図外の自動停止中ランプ、アイドルストップ禁止中ランプ及び再始動ランプによって構成されている。Ｉ／Ｓによるエンジンの自動停止中は、自動停止中ランプを点灯させ、Ｉ／Ｓ禁止条件が成立中はアイドルストップ禁止中ランプを点灯させ、エンジンの再始動時には再始動ランプを点灯させる。このようにして、運転者がアイドルストップの制御状況を認識できるようにしている。
【００７３】
ＡＴ制御手段３７は、アイドルストップが実行されることにより、自動変速機に供給される作動油の圧力が低下した場合に、ＡＴＦ切換弁７３に切換指令信号を出力して上記作動油の供給経路をエンジン１によって駆動される図外の機械式オイルポンプ側から電動オイルポンプ７２側に切換えるとともに、電動オイルポンプ７２を作動させる作動指令信号を出力して、この電動オイルポンプ７２から自動変速機に所定圧力の作動油を供給するように構成されている。
【００７４】
ヒルホルダ制御手段３８は、Ｉ／Ｓによるエンジン停止中に、ヒルホルダ用ソレノイド弁７４によってヒルホルダの制御を行う。
【００７５】
以上のような当実施形態の装置の作用を次に説明する。
【００７６】
４気筒４サイクルエンジンであるエンジン１では、各気筒３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、図７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°（１８０°ＣＡ）ずつの位相差をもって行われるようになっている。
【００７７】
また、同様に１８０°ＣＡ周期で燃料ポンプ用カム１６４のカムノーズ１６５がプランジャ１６３を昇降させ、カムノーズ１６５の頂点に相当する位置を圧縮上死点付近としているので、プランジャストロークは図示のように各行程の境界付近で最大となり、各行程の中間付近で最小となっている。なお、高圧ポンプ用ソレノイド１６０をＯＮとしたポンプＯＮ状態において、クランクシャフト６の高圧燃料ポンプ１２６による負荷は、その増減がプランジャストロークの増減に対応したものとなっている。
【００７８】
エンジン１が運転されている状態においてエンジン１の出力を要しない所定のアイドリング状態となった場合には、エンジン停止条件の成否判定に基づき、アイドルストップが実行される。
【００７９】
エンジン停止条件が時点ｔ１で成立するとアイドルストップによるエンジン停止のための一連の制御が行われる。エンジンを停止させるため、まず燃料供給が停止（燃料カット）される。燃料カットを行うにあたり、燃料カット許容回転数（燃料供給停止許容回転数）域が設けられており、エンジン回転数が燃料カット許容回転数域内にある時を狙って燃料カットを行うように構成されている。例えばアイドル回転数の目標回転数域が６５０±５０ｒｐｍに設定されており、これに対し燃料カット許容回転数域が６５０±１０ｒｐｍに設定されている。つまり、アイドル時には６５０±５０ｒｐｍの範囲でエンジン回転数にふらつきが発生するところ、その中で６５０±１０ｒｐｍの範囲に入った瞬間を狙って燃料カットを行うのである。
【００８０】
これは、ピストン４を再始動のための好ましい範囲内（図８の範囲Ａ）で停止させるためになされるもので、燃料カット許容回転数域で燃料カットを行うと、ピストン４が好ましい範囲内で停止する確率が高くなることが確認されている。なお、エンジン停止条件が成立した時のエンジン回転数が、燃料カット許容回転数域内にあれば直ちに燃料カットされる。
【００８１】
エンジン回転数が燃料カット許容回転数域に入ると燃料カットを行う（燃料カット時点ｔ２）。それとともに、それまで断続的にＯＮ−ＯＦＦを繰り返していた高圧ポンプ用ソレノイド１６０の駆動信号が図示のように一旦ＯＦＦに固定される。こうすることでプランジャ１６３が昇降してもその仕事が有効でなくなる、即ち燃料噴射弁８に燃料が圧送されなくので、必要以上に燃料圧力が上昇せず、再始動直後の噴射量が過大となったり燃料漏れが発生したりすることが効果的に防止される。
【００８２】
そして、燃料カット時点ｔ２で燃料カットするとともに、スロットル弁１７を所定開度に開き、その後、エンジン回転数が予め設定された所定回転数Ｎ３（当実施形態ではＮ３＝５００ｒｐｍ）まで低下した時点ｔ３でスロットル弁１７を閉じるように制御する。これにより、気筒３内の空気の圧力を利用してエンジン停止位置が好ましい範囲内となる確率を高めるようにしている。
【００８３】
すなわち、上記時点ｔ２からｔ３の間、スロットル弁１７が所定開度に開かれることにより、多少の時間的遅れをもって一時的に吸気負圧が減少（吸気量が増大）し、その後に吸気圧負圧が増大（吸気量が減少）するが、一時的に吸気負圧が減少する期間が、膨張行程気筒３Ａの吸気行程の期間に概ね対応するように予め上記所定回転数等が設定されている。これにより、スロットル弁１７が開かれない場合と比べ、エンジン停止前に各気筒３に吸入される空気量が増加し、そのうちでも特に膨張行程気筒３Ａに流入する吸気量が多くなる。
【００８４】
そして、エンジン停止に至るときには、圧縮行程気筒３Ｃではピストン４が上死点に近づくにつれて当該気筒３Ｃ内の空気が圧縮されてピストン４を押し返す方向に圧力が作用し、これによりエンジン１が逆転して圧縮行程気筒３Ｃのピストン４が下死点側に押し返されると、膨張行程気筒３Ａのピストン４が上死点側に移動し、それに伴い当該気筒３Ａ内の空気が圧縮され、その圧力で膨張行程気筒３Ａのピストン４が下死点側に押し返される。このようにしてピストン４がある程度振動してから停止し、この際、圧縮行程及び膨張行程においてそれぞれピストン４が上死点に近いほどこれを押し戻す力が大きいため、ピストン４の停止位置は行程中間部に近い位置（図６の範囲Ａ）となる場合が多い。
【００８５】
上記のようにエンジン停止前に吸気量が増加されることにより、上死点に近づいたときにピストン４を押し戻す力が増大するので、ピストン４が上記範囲Ａ内に停止する確率が高くなる。さらに、上記のようなスロットル弁１７の制御により膨張行程気筒３Ａの吸気量が圧縮行程気筒３Ｃと比べて多くなるようにすれば、膨張行程気筒３Ａにおいてピストン４が行程中間部に近い範囲のうちでも多少下死点寄り（図６の範囲Ａ２）に停止することが多くなる。
【００８６】
そして、上記のように燃料カット時点ｔ２でのエンジン回転数Ｎ２が燃料カット許容回転数域８３内にあるようにするとともに、燃料カット後の発生トルクを抑制することにより、一層高い確率でピストン４を範囲Ａ２に停止させ易くなっている。
【００８７】
なお、燃料カットからエンジン１が完全に停止するまでに慣性でエンジン１が数回転するため、既燃ガスは排出され、膨張行程といえども筒内は殆ど新気となる。また、エンジン１が停止すると圧縮行程気筒３Ｃでも圧力は直ぐにリークする。従って、エンジン停止後は、いずれの気筒も筒内には略大気圧の新気が存在する状態となる。
【００８８】
また、スロットル弁１７をエンジン停止まで閉弁しないようにしても良いが、そうするとエンジン停止までずっと吸気量が多い状態が続くので、吸気の圧縮によるピストン４の押し下げ力が減衰し難く、ピストン４の振動回数が増加してエンジン停止時に揺れ戻しが大きくなる場合がある。従って、当実施形態に示すように好適な時点ｔ３でスロットル弁１７を閉弁するのが望ましい。
【００８９】
そしてエンジン回転数が低下して停止直前となったとき、図示のように高圧ポンプ用ソレノイド１６０を再びＯＮとしてポンプＯＮ状態とする。こうすることで、再始動時の燃料圧力を確保するようにしている。ポンプＯＮ状態とするタイミングは、エンジン停止中の圧力低下を考慮したうえで再始動時の燃料圧力が適正値（３ＭＰ程度）となるように設定される。その際、燃圧センサ６９による燃料圧力をフィードバックしつつ決定するようにしても良い。
【００９０】
エンジン停止時のピストン４の停止位置は、クランク角センサ２１，２２からの信号によって以下のように検出される。図９はクランクシャフト６が回転することによって得られるパルス信号であり、クランク角センサ２１からの第１クランク角信号ＣＡ１と、クランク角センサ２２からの第２クランク角信号ＣＡ２とを示す。図９（ａ）は正転時（図１の状態で右回り）のもの、図９（ｂ）は逆転時のものを示す。エンジンの正転時には、図９（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９（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。ＥＣＵ３０は、この差異を検出して、クランクシャフト６が正転中か逆転中かを判定しつつパルス信号をカウントする。カウントした値はＣＡカウンタ値として記憶され、エンジン１が作動中は常時更新される。そして、ＣＡカウンタ値の増減がなくなった状態がエンジン１の停止であり、そのときのＣＡカウンタ値によってピストン４の停止位置が検出される。
【００９１】
図１０は、ＣＡカウンタ値の積算フローチャートである。スタート後、ステップＳ５１で、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となっているか、或いは第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となっているかの判定がなされ、ＹＥＳであればエンジン１は正転していることを示すので、ステップＳ５２に移行して計測したパルス数をＣＡカウンタ値に加算する（ＣＡカウンタｕｐ）。ステップＳ５１でＮＯであれば、エンジン１が逆転していることを示すので、ステップＳ５３に移行して計測したパルス数をＣＡカウンタ値から減算する（ＣＡカウンタｄｏｗｎ）。
【００９２】
次にエンジンの再始動について説明する。エンジン停止後に上記基本再始動条件またはＩ／Ｓ禁止条件が成立すると、再始動条件が成立したとされ、自動的にエンジン１を再始動する制御が行われる。この際、ピストン４の停止位置が膨張行程気筒３Ａにおいて行程中間部付近の所定範囲内で、かつ、上死点寄りの範囲Ａ１（図８）にある場合は、第１再始動制御モードが実行される。
【００９３】
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、クランク角、角気筒の筒内圧及び図示トルクの時間的変化を示している。
【００９４】
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、先ず圧縮行程気筒３Ｃにおいて燃焼空燃比は理論空燃比よりもリーン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４が下死点側に押し下げられてエンジン１が逆転方向に駆動され、それに伴い、膨張行程気筒３Ａのピストン４が上死点に近づくことにより当該気筒３Ａ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３Ａのピストン４が上死点に充分に近づいた時点で当該気筒３Ａに対する点火が行われて、予め当該気筒３Ａ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１が正転方向に駆動される。さらに、上記圧縮行程気筒３Ｃに対して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３Ｃの上死点付近で当該気筒３Ｃにおける２回目の燃焼が行われる（図１１中の▲３▼）。その燃焼圧（図１２中のｄ部分）でエンジン駆動力が高められる。
【００９５】
この場合、圧縮行程気筒３Ｃの初回燃焼では空燃比がリーンとされたことにより初回燃焼後も当該気筒３Ｃに空気が残存するため、上記２回目の燃焼が可能となる。そして、上記初回燃焼により圧縮行程気筒３Ｃ内の温度が高くなっている状態で燃料が噴射されるとともに圧縮が行われるため、当該気筒３Ｃでの２回目の燃焼は圧縮自己着火により行われる。
【００９６】
このようにして上記２回目の燃焼が行われてから、当該気筒３Ｃの次に圧縮行程を迎える気筒（４番気筒３Ｄ）の圧縮上死点に達した後は、通常制御により各気筒で順次燃焼が行われ、再始動が完了する。
【００９７】
以上のような再始動の初期における燃料噴射を適正に行うには、燃料圧力が所定値（例えば３ＭＰ程度）であることが望ましい。当実施形態では、そうなるようにエンジン停止直前にポンプＯＮ状態として燃料圧力を高めている。また、エンジン停止中もポンプＯＮ状態を維持しているので、再始動時における燃料圧力の上昇も速やかになされ、良好な燃焼が得られ易くなっている。このことは、以下に述べる第２再始動制御モード及び第３再始動制御モードにおいても同様である。
【００９８】
ピストン４の停止位置が膨張行程気筒３Ａにおいて行程中間部付近の所定範囲内で、かつ、下死点寄りの範囲Ａ２（図８参照）にある場合の再始動時には、第２再始動制御モードによる制御が行われる。
【００９９】
この第２再始動制御モードによる制御としては、先ず圧縮行程気筒３Ｃにおいて燃焼空燃比が略理論空燃比もしくはそれよりリッチとされつつ初回燃焼（図１１中の▲１▼に相当する燃焼）が行われる。そして、初回燃焼により圧縮行程気筒３Ｃのピストン４が押し下げられてエンジン１が逆転方向に駆動され、それに伴い膨張行程気筒３Ａのピストン４が上死点に近づくことにより当該気筒３Ａ内の空気が圧縮されて筒内圧が上昇し、膨張行程気筒３Ａのピストンが上死点に充分に近づいた時点で当該気筒３Ａに対する点火が行われて、予め当該気筒３Ａに噴射されている燃料が燃焼すること（図１１中の▲２▼に相当）によりエンジン１が正転方向に駆動されることは、第１再始動制御モードによる制御と同様である。ただし、第２再始動制御モードでは、膨張行程気筒３Ａの燃焼後に圧縮行程気筒３Ｃが上死点を過ぎるときに燃焼（図１１中の▲３▼の燃焼）は行われず、次に圧縮行程を迎える気筒（４番気筒３Ｄ）の圧縮上死点に達するまでエンジンの回転が慣性で維持され、その後は通常制御に移行して再始動が完了する。
【０１００】
上述のように第１再始動制御モードと第２再始動制御モードとがピストン４の停止位置によって使い分けられることにより、エンジン１の再始動が効果的に行われる。この点を図１３も参照しつつ説明する。
【０１０１】
図１３はエンジン停止時のピストン位置と圧縮行程気筒３Ｃの初回燃焼（逆転用）における要求空燃比、圧縮行程気筒３Ｃの空気量、膨張行程気筒３Ａの空気量及び発生頻度との関係を示しており、この図のように、エンジン停止時に膨張行程気筒３Ａのピストン４が上死点寄り（圧縮行程気筒３Ｃのピストン４が下死点寄り）となるほど膨張行程気筒３Ａの空気量が少なくて圧縮行程気筒３Ｃの空気量が多くなり、逆に膨張行程気筒３Ａのピストン４が下死点寄り（圧縮行程気筒３Ｃのピストン４が上死点寄り）となるほど膨張行程気筒３Ａの空気量が多くて圧縮行程気筒３Ｃの空気量が少なくなる。
【０１０２】
また、圧縮行程気筒３Ｃでの初回燃焼では、圧縮行程気筒３Ｃのピストン４が下死点より少し手前（膨張行程気筒３Ａのピストン４が上死点より少し手前）となる所定位置までエンジンを逆転させるだけのトルクを生じさせることが要求されるが、圧縮行程気筒３Ｃのピストン４が上死点寄りにあれば、圧縮行程気筒３Ｃ内の空気量が少なく、かつ、上記所定位置までの逆転に要求されるトルクが比較的大きいので、要求空燃比がリッチとなり、一方、圧縮行程気筒３Ｃのピストン４が下死点寄りにあれば圧縮行程気筒内３Ｃの空気量が多く、かつ、上記所定位置までの逆転に要求されるトルクが比較的小さいので、要求空燃比がリーンとなる。
【０１０３】
膨張行程気筒３Ａにおいては、ピストン４が下死点寄りにある程空気量が多いため燃料を多く燃焼させることができる。
【０１０４】
従って、エンジン停止時に膨張行程気筒３Ａのピストン位置が中間部より下死点寄り（圧縮行程気筒３Ｃのピストン位置が上死点寄り）の所定範囲Ａ２にある場合、圧縮行程気筒３Ｃでは初回燃焼時の空燃比が上記要求に適合するようにリッチとされ、初回燃焼後に燃焼用空気が残存しないため圧縮上死点付近での２回目の燃焼は行われないが、膨張行程気筒３Ａでは空気量が比較的多くて、それに応じた燃料が噴射された上で、圧縮されてから着火、燃焼が行われるため、比較的大きなトルクが得られ、上記圧縮行程気筒３Ｃの圧縮上死点を過ぎてさらに次の気筒の圧縮上死点を越えるまでエンジンを回転させることができ、再始動を達成することができる。
【０１０５】
一方、エンジン停止時に膨張行程気筒３Ａのピストン位置が中間部より上死点寄り（圧縮行程気筒３Ｃのピストン位置が下死点寄り）の所定範囲Ａ１にある場合、範囲Ａ２にある場合と比べると、膨張行程気筒内３Ａの空気量が少ないため膨張行程での燃焼により得られるトルクが小さくなるが、圧縮行程気筒３Ｃでは初回燃焼時の空燃比が上記要求に対応してリーンとされ、それにより初回燃焼後も残存する余剰空気が利用されて圧縮上死点付近での２回目の燃焼が行われるため、エンジン正転方向の駆動のためのトルクが補われ、膨張行程気筒３Ａでの燃焼と圧縮行程気筒３Ｃにおける２回目の燃焼の両方により、再始動を達成するに足るトルクが得られる。
【０１０６】
ところで、当実施形態では、前述のようにエンジン停止の際、燃料供給停止後に所定期間だけスロットル弁１７を所定の開弁状態として吸気量を増加させることにより、圧縮行程気筒３Ｃ及び膨張行程気筒３Ａにおいてピストン４の上死点方向への移動に対する抵抗を大きくし、かつ、膨張行程気筒３Ａの吸気量をより多くしているため、図１２中にも示すように、エンジン停止時の膨張行程気筒３Ａにおけるピストン位置は行程中間部付近の所定範囲Ａ内となることが殆どであり、そのうちでも多少下死点寄りの範囲Ａ２内となることが多く、このように停止位置が調整されることで効果的に再始動が行われる。
【０１０７】
すなわち、ピストン停止位置が上記範囲Ａよりも膨張行程気筒３Ａの上死点側（圧縮行程気筒３Ｃの下死点側）に近づきすぎた場合には、エンジン逆転方向の移動量を充分にとることができなくなるとともに、膨張行程気筒３Ａの空気量が少なくなるので膨張行程気筒３Ａでの燃焼により得られるトルクが少なくなり、また、上記範囲よりも膨張行程気筒３Ａの下死点側（圧縮行程気筒３Ｃの上死点側）に近づきすぎた場合には、圧縮行程気筒３Ｃの空気量が少なくなるのでエンジン逆転のためのトルクが充分に得られなくなる。これに対し、ピストン停止位置が上記範囲Ａ内にあれば、圧縮行程気筒３Ｃでの初期燃焼による逆転駆動が可能で、かつ、膨張行程気筒３Ａでの燃焼が良好に行われてその燃焼エネルギーを充分にピストンに作用させることができ、とくにピストン停止位置が膨張行程気筒３Ａの下死点寄りの範囲Ａ２にあれば膨張行程気筒３Ａの空気量を充分に多く確保でき、膨張行程気筒３Ａでの燃焼エネルギーを増大させ、始動性を高めることができる。
【０１０８】
なお、稀にエンジン停止時のピストン位置が上記範囲Ａから外れた場合や、エンジン停止中に筒内温度が低下し、冷却水温度ＴｃがＴｃ＜６０℃となった場合には、第３再始動制御モードが実行されてスタータ２８により始動がアシストされる。
【０１０９】
本発明の装置の具体的構成は上記実施形態に限定されず、特許請求の範囲内で種々変更可能である。例えば、カムノーズ１６５の数を４個としたが、同様の４気筒エンジンにおいて、カムノーズ１６５の数を２個（プランジャストロークが３６０°ＣＡ周期）としても良い。或いは６個、８個、・・・としても良いが、あまり多くし過ぎると高圧燃料ポンプ１２６による負荷の振幅が小さくなるので、ピストン４を適正位置に停止させる効果が小さくなる。
【０１１０】
４気筒以外のエンジン、例えば６気筒、８気筒などのエンジンに対しても、その気筒数や気筒の配置形式（直列あるいはＶ型）に応じてカムノーズ１６５の数を設定すれば良い。例えば直列６気筒の場合はカムノーズ１６５の数を６個又は３個とし、Ｖ型６気筒の場合は各バンク（直線状に配列された３気筒）毎に高圧燃料ポンプ１２６を設け、カムノーズ１６５の数を３個とする、等である。
【０１１１】
また、高圧燃料ポンプ１２６の形式は、当実施形態のようなプランジャ１６３と燃料ポンプ用カム１６４によるものである必要はなく、クランクシャフト６の回転角に応じて周期的に変動する仕事として取り出すものであれば他の形式、例えばギヤポンプやベーンポンプ等であっても良い。
【０１１２】
上記実施形態では、エンジン停止時のピストン位置が所定範囲内にあるときのエンジン始動時に、圧縮行程気筒３Ｃで初回燃焼を行わせてエンジンを少し逆転させてから膨張行程気筒３Ａでの燃焼を行わせるようにしているが、上記圧縮行程気筒３Ｃでの初回燃焼によるエンジン逆転を行わず、エンジン停止状態でいきなり膨張行程気筒３Ａに燃料を供給し、所定時間後に点火することにより、膨張行程気筒３Ａでの燃焼を最初に行わせるようにしてもよい。
【０１１３】
【発明の効果】
以上のように本発明のエンジンの始動装置によると、所定のエンジン停止条件が成立したときに自動的に燃料供給を停止してエンジンを停止させるとともに、エンジン停止後における再始動条件成立時に、膨張行程にある気筒に対して燃料を噴射させて点火、燃焼を行わせ、エンジンを再始動させるエンジンの始動装置において、エンジンの駆動力の一部を、クランクシャフトの回転角に応じて周期的に変動する仕事として取り出し、燃料を噴射するための燃料圧力を高める機械式の高圧燃料ポンプを備え、上記クランクシャフトの回転角が一部又は全部の気筒の略上死点にあるとき、上記高圧燃料ポンプの瞬間的な仕事が最大となるように、かつ上記クランクシャフトの回転角が一部又は全部の気筒の上死点と下死点の略中間にあるとき、上記高圧燃料ポンプの瞬間的な仕事が最小となるように構成されているので、別途特別な制動装置等を設けることなく、ピストンの停止位置ばらつきを削減し、より高い確率で適正位置に停止させることができる。即ち簡単な構造でエンジンの再始動性を高めることによって、一層の燃費低減およびＣＯ_２排出量抑制等を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による始動装置を備えたエンジンの概略断面図である。
【図２】上記エンジンの概略平面図である。
【図３】燃料供給系の具体的構成を示すブロック図である。
【図４】高圧燃料ポンプの具体的構造を示す説明図である。
【図５】高圧燃料ポンプの設置状態を示す説明図である。
【図６】エンジンの概略制御ブロック図である。
【図７】エンジン停止時のエンジン回転数、スロットル開度、吸気管負圧の変化、プランジャストローク、高圧ポンプ用ソレノイドの駆動信号及び各気筒のサイクルを示す説明図である。
【図８】エンジン停止時のピストン位置に応じた再始動制御モード選択のための範囲の設定を示す説明図である。
【図９】２つのクランク角センサからのクランク角信号を示すものであって、（ａ）はエンジン正転時の信号、（ｂ）はエンジン逆転時の信号である。
【図１０】エンジン停止時のピストン位置を検出するための処理を示すフローチャートである。
【図１１】エンジン再始動時の各気筒のサイクル及び燃焼動作を示す説明図である。
【図１２】エンジン再始動時のエンジン回転数、クランク角、各気筒の筒内圧及び図示トルクの変化を示す説明図である。
【図１３】エンジン停止時のピストン位置と圧縮行程気筒の要求空燃比、圧縮行程気筒の空気量、膨張行程気筒の空気量及び発生頻度との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１，１ａエンジン
３（３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ）気筒（１番気筒，・・・，４番気筒）
４ピストン
６クランクシャフト
７点火プラグ
８燃料噴射弁
１１吸気弁
１２排気弁
１７スロットル弁
３０ＥＣＵ
６９燃圧センサ（燃料圧力検知手段）
１２０燃料供給系
１２６高圧燃料ポンプ
１５５吸入弁（ポンプ切換え手段）
１６０高圧ポンプ用ソレノイド（ポンプ切換え手段）
１６３プランジャ
１６４燃料ポンプ用カム
１６５カムノーズ

Claims

所定のエンジン停止条件が成立したときに自動的に燃料供給を停止してエンジンを停止させるとともに、エンジン停止後における再始動条件成立時に、膨張行程にある気筒に対して燃料を噴射させて点火、燃焼を行わせ、エンジンを再始動させるエンジンの始動装置において、
エンジンの駆動力の一部を、クランクシャフトの回転角に応じて周期的に変動する仕事として取り出し、燃料を噴射するための燃料圧力を高める機械式の高圧燃料ポンプを備え、
上記クランクシャフトの回転角が一部又は全部の気筒の略上死点にあるとき、上記高圧燃料ポンプの瞬間的な仕事が最大となるように、かつ上記クランクシャフトの回転角が一部又は全部の気筒の上死点と下死点の略中間にあるとき、上記高圧燃料ポンプの瞬間的な仕事が最小となるように構成されている
ことを特徴とするエンジンの始動装置。
上記高圧燃料ポンプの瞬間的な仕事が最小となる上記クランクシャフトの回転角は、一部又は全部の気筒の行程における上死点と下死点の中間よりもやや遅れ側となるように設定されてい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。
上記高圧燃料ポンプの仕事は、クランクシャフトの回転角に対応した回転角を有する燃料ポンプ用カムの回転によって取り出されるように構成され、上記燃料ポンプ用カムのカム半径が大なるカムノーズにおいて上記高圧燃料ポンプの瞬間的な仕事が大であるように構成されていることを特徴とする請求項１または２記載のエンジンの始動装置。
上記カムノーズの数は、エンジンの気筒数の２分の１の倍数となっ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。
上記カムノーズの数は、エンジンの気筒数と等しいことを特徴とする請求項４記載のエンジンの始動装置。
上記燃料ポンプ用カムの回転によって上記高圧燃料ポンプの仕事が有効となり、燃料圧力を高めるポンプＯＮ状態と、上記燃料ポンプ用カムが回転しても上記高圧燃料ポンプによる仕事が有効になされず、燃料圧力が高くならないポンプＯＦＦ状態とに切換え可能なポンプ切換え手段を備え、
少なくとも上記所定のエンジン停止条件成立後のエンジン停止直前からエンジンが完全に停止するまでの間、上記ポンプ切換え手段は、ポンプＯＮ状態とすることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のエンジンの始動装置。
上記所定のエンジン停止条件成立後におけるエンジン停止直前までの所定期間、上記ポンプ切換え手段は、ポンプＯＦＦ状態とすることを特徴とする請求項６記載のエンジンの始動装置。
上記ポンプ切換え手段は、上記エンジン再始動時の燃料圧力が所定の圧力となるように、上記ポンプＯＮ状態とポンプＯＦＦ状態とを切換えることを特徴とする請求項６または７記載のエンジンの始動装置。
燃料圧力を検知する燃料圧力検知手段を備え、上記ポンプＯＮ状態とポンプＯＦＦ状態との切換えがフィードバック制御によってなされることを特徴とする請求項８記載のエンジンの始動装置。