JP3966230B2 - エンジンの始動装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンの始動装置に関し、特に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場合に好適な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一旦停止させ、その後、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、所謂アイドルストップの技術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迅速性が要求されるため、スタータモータによりエンジン出力軸（クランクシャフト）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、アイドルストップの再始動に好適な始動装置として、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を即時的に始動させるようにしたものが開発されてきている。一般的に、膨張行程にある気筒に単に燃料を供給して着火、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発生トルクの大きさが必要であり、上記始動装置にはこれを満足するための技術が求められる。
【０００５】
そのような技術として、ＩＧ ＯＦＦ（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（一般的には上死点と下死点の中間付近）にある状態でエンジンを停止させ易くしたもの（例えば特許文献１参照。）が知られている。ピストンを適正位置で停止させると、再始動時に適度な空気量が得られ、燃焼によって一定以上のトルクが発生するので再始動性を高めることができる。
【０００６】
このように再始動性を向上させる一方、ピストンが適正位置に停止しなかった場合や、その他の要因で再始動性の低い状態にある場合でも、確実に再始動させるような技術も開発されてきている。例えば、エンジンの始動が不完全であった場合にスタータモータによって始動をアシスト（補助的に駆動力を付与）する始動装置が知られている（例えば特許文献２参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
ＷＯ ０１／４４６３６ Ａ２号公報
【０００８】
【特許文献２】
特開２００２−００４９８５号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献２に示された始動装置は、始動後の所定時間経過後のエンジン回転数を検出して、それが所定回転数以下であったときに電動機（スタータモータ）によってアシストするようにしているため、アシストを開始するまでに少なくとも上記所定時間以上の遅れが避けられない。このため、再始動のフェイルを回避することができるものの、始動の迅速性に関しては課題を残すものであった。
【００１０】
また、アイドルストップによる再始動においては、その静粛性の要求が高い。運転者の操作（イグニションキーＯＮ）によらない始動であるため、比較的小さなノイズでも運転者に違和感を与え易いからである。一方、スタータモータによって駆動されるピニオンがスタータリングギヤ（クランクシャフトと直結されている）を回転させるという一般的な始動機構によってアシストがなされる場合、エンジン回転数が高い程、ピニオンとスタータリングギヤとの間に発生するノイズ（所謂クランキングノイズ）が大きくなる傾向がある。特許文献２に示された始動装置は、ある程度エンジン回転数が上昇してからアシストを開始するため、必然的に比較的高回転までアシストを継続することになる。このため、クランキングノイズが大きくなり易く、始動時の静粛性が低いという問題もあった。
【００１１】
本発明は上記の事情に鑑み、必要に応じてスタータモータによる始動のアシストを行いながらも、その際の始動の迅速性を高め、更に静粛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。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１は、エンジンを始動させる際、始動前のエンジン停止時に実質的に圧縮行程にある気筒と実質的に膨張行程にある気筒とに対して燃料を供給し、上記実質的に圧縮行程にある気筒で点火、燃焼を行って圧縮下死点付近までエンジンを一旦逆転させ、その後上記実質的に膨張行程にある気筒で点火、燃焼を行わせ、エンジンを正転方向に始動させるエンジンの始動装置において、上記実質的に膨張行程にある気筒が、エンジンの逆転によって圧縮状態となっているときの圧縮レベルを判別する圧縮レベル判別手段と、エンジンに正転方向の駆動力を付与するスタータモータとを備え、上記圧縮レベル判別手段によって、圧縮レベルが所定レベル以下であると判別されたとき、エンジンの回転方向が逆転から正転に移行する時点乃至はその付近で、上記スタータモータによって正転方向の始動をアシストすることを特徴とする。
【００１３】
この構成によると、始動前のエンジン停止時に実質的に圧縮行程にある気筒と実質的に膨張行程にある気筒とに対して燃料を供給し、上記実質的に圧縮行程にある気筒で点火、燃焼を行って圧縮下死点付近までエンジンを一旦逆転させ、その後上記実質的に膨張行程にある気筒（この気筒は、上記逆転によってピストンが逆向きに動いて圧縮がなされ、筒内圧が上昇している）で点火、燃焼を行わせるので、エンジンを正転方向に始動させるに充分なトルクを発生することができ、外部からの駆動力を付与することなく始動させ易くすることができる。即ち始動性を向上させることができる。
【００１４】
なお、上記実質的に圧縮行程にある気筒とは、密閉された筒内の容積を減じて筒内ガスを圧縮する状態にある気筒を言い、本来の圧縮行程にある気筒以外にも、例えば本来排気行程（ピストンの動作方向は圧縮行程と同じ）にある気筒であるが、電磁弁等を用いて排気弁を閉じたもの等を含む。同様に実質的に膨張行程にある気筒とは、密閉された筒内のガス体積を膨張させて筒内容積を増大させる状態にある気筒を言い、本来の膨張行程にある気筒以外にも、例えば本来吸気行程（ピストンの動作方向は膨張行程と同じ）にある気筒であるが、電磁弁等を用いて吸気弁を閉じた状態で燃焼させるもの等を含む。以下、特に記す場合を除き、圧縮行程にある気筒（圧縮行程気筒ともいう）や膨張行程にある気筒（膨張行程気筒ともいう）には、上記実質的に圧縮行程（ないし膨張行程）にある気筒を含むものとする。
【００１５】
ところで、この始動方法によって安定した始動を行うには、膨張行程気筒において、確実に着火させるとともに、良好な燃焼がなされる程度に筒内ガス（空気又は混合気）が充分に圧縮される必要がある（当明細書において、このような圧縮状態を圧縮レベルが高いという）。しかし、エンジン停止時のピストン位置やエンジン停止期間の長さ等、始動時の条件にバラツキ要因が多く、条件によっては圧縮レベルが低くなる可能性もあり得る。そのような場合でも、請求項１の構成によると、圧縮レベル判別手段によって、膨張行程気筒がエンジンの逆転によって圧縮状態となっているときの圧縮レベルを判別し、それが所定レベル以下であると判別されたときに、スタータモータによって正転方向の始動をアシストするので、安定した始動性を確保することができる。
【００１６】
しかも、圧縮レベルの判別がエンジン逆転中の状態によってなされ、必要に応じてエンジンが逆転から正転に移行する時点乃至はその付近で、スタータモータによって正転方向の始動をアシストするので、アシスト開始の早期化が図られ、始動の迅速性を高めることができる。
【００１７】
また、ある程度エンジン回転数が上昇してからアシストを開始する従来技術に比べ、アシスト時のエンジン回転数を低くすることができるので、ピニオンとスタータリングギヤとを用いてアシストを行う機構を採用した場合のクランキングノイズを低減させ、始動の静粛性を向上することができる。
【００１８】
圧縮レベル判別のために、エンジンの逆転時に、その回転速度レベルを判別する回転速度レベル判別手段を備え、上記圧縮レベル判別手段は、上記回転速度レベル判別手段による回転速度レベルが高い程、圧縮レベルが高いと判別する（請求項２）ように構成することができる。
【００１９】
ここで回転速度レベルとは、一般的に回転速度の絶対値が大なる程、大きくなるような指標であって、例えば、エンジンの回転速度を検出する回転速度検出手段を備え、回転速度レベル判別手段は、エンジン逆転時の最高回転速度の絶対値が高い程、回転速度レベルが高いと判別する（請求項３）ようにすることができる。この最高回転速度を平均回転速度に置き換え（請求項４）ても良い。
【００２０】
回転速度レベルが高いということは、逆転時のピストンの動きが速いことを意味し、圧縮速度が大であることを示している。圧縮速度が大であると、圧縮による筒内圧上昇が大となるので、燃焼時の発生トルクを大とすることができる。即ち他の条件が同一であれば、回転速度レベルが高い程、圧縮レベルが高くなる。
【００２１】
エンジンの逆転時に、上記実質的に膨張行程にある気筒の筒内圧レベルを判定する筒内圧判別手段を備え、上記圧縮レベル判別手段は、上記筒内圧レベル判別手段による筒内圧レベルが高い程、圧縮レベルが高いと判別する（請求項５）ように構成しても良い。
【００２２】
ここで筒内圧レベルとは、一般的に筒内圧が大なる程、大きくなるような指標であって、例えば、指圧センサ等によって直接筒内圧を測定すれば、筒内圧が高い程、筒内圧レベルが高いようにすることができる。
【００２３】
筒内圧レベルが高いということは、逆転時の実質的な圧縮率が大であることを示している。圧縮率が大であると燃焼時の発生トルクを大とすることができる。即ち他の条件が同一であれば、筒内圧レベルが高い程、圧縮レベルが高くなる。
【００２４】
なお、ここで実質的な圧縮率とは、ガス漏れも考慮に入れた筒内ガスの体積変化率を指す。通常、燃焼室のガス漏れば極めて僅かであるので、筒内容積の変化によって求めた圧縮率（見かけの圧縮率）を実質的な圧縮率とすることができる。しかし始動時には、停止時間の長さにもよるが、ピストンリングからのガス漏れが比較的多くなる。このようなときは、見かけの圧縮率ほどは内部のガスが圧縮されていない。つまり実質的な圧縮率は低く（筒内圧レベルも低く）なる。筒内圧レベルの判別結果を圧縮レベルの判別に反映させることによって、実質的な圧縮率に基づく、より正確な圧縮レベルの判別を行うことができる。
【００２５】
また、エンジン逆転時における、ピストンの移動量を検出するピストン移動量検出手段を備え、上記圧縮レベル判別手段は、上記ピストン移動量検出手段によるエンジン逆転時のピストン移動量が大なる程、圧縮レベルが高いと判別する（請求項６）ように構成しても良い。
【００２６】
ピストン移動量が大であるということは、元の停止位置が同じであれば見かけの圧縮率が大であることを示す。上記のように、ガス漏れによって見かけの圧縮率と実質的な圧縮率とが一致しない場合があるものの、他の条件が同じであればピストンの移動量が大（見かけの圧縮率が大）なる程、圧縮レベルが高いと判別して良い。ピストン移動量は、一般的に筒内圧レベルよりも安価かつ容易に測定できるので、低コスト化のために筒内圧レベルの代用としてピストン移動量を用いることも有効である。
【００２７】
更に、エンジンを運転状態から停止させ、その後エンジンを始動させる場合の、始動前のエンジン停止時間を計測する停止時間計測手段を備え、上記圧縮レベル判別手段は、上記停止時間計測手段によるエンジン停止時間が短い程、圧縮レベルが高いと判別する（請求項７）ように構成しても良い。
【００２８】
エンジンを運転状態から停止させると、圧縮行程気筒内のガスがピストンリングから漏れ出し、時間の経過に伴って筒内圧が低下する（ある程度時間が経過すると大気圧と等しくなる）。従って、再始動の初期にエンジンを逆回転させるためのトルクは停止時間が長いほど低下する。逆回転トルクが低下すると、ピストンの移動速度、即ち回転速度レベルも低下し、結果的に圧縮レベルの低下につながる。
【００２９】
また、停止時間の経過に伴いピストンリングの油膜切れも増大し、再始動時のガス漏れ量が増大する。つまり実質的な圧縮率が低下するので、圧縮レベルが低下する。
【００３０】
何れの場合も、停止時間の経過に伴って圧縮レベルが低下してゆくので、この停止時間が短いほど、圧縮レベルが高いと判別することができる。
【００３１】
請求項８の発明は、請求項１乃至７の何れか１項に記載のエンジンの始動装置において、クランクシャフトと一体回転するスタータリングギヤと、上記スタータリングギヤに対し噛合状態と非噛合状態とに切換可能に構成されるとともに、その噛合状態において上記スタータモータの駆動力を上記スタータリングギヤに伝達するピニオンとを備え、エンジンの回転方向が逆転から正転に移行する回転速度ゼロ付近で、上記スタータモータを非駆動状態としつつ上記ピニオンを噛合状態に切換えるとともに、上記圧縮レベル判別手段による圧縮レベルが所定レベル以下であると判別されたときのみ、その後上記スタータモータを駆動することを特徴とする。
【００３２】
このようにすると、圧縮レベルを判別するための演算処理による動作遅れを削減することができる。圧縮レベルを判別するパラメータには、エンジンの逆転期間が終了しないと確定しないもの（例えば平均回転速度など）を含む場合がある。このようなとき、本構成によると、エンジンの回転方向が逆転から正転に移行する回転速度ゼロ付近で、圧縮レベルの判別結果を待つことなく、ピニオンとスタータリングギヤとを噛合させる。こうすると、その後演算処理時間を経て得られる判別結果がアシスト要であった場合には、既に噛合状態にあるピニオンを回転させるだけでスタータリングギヤにトルクを付与することができるので、より迅速性と静粛性の高い始動アシストを行うことができる。
【００３３】
この場合、エンジンの回転方向が逆転から正転に移行した後、エンジン停止時に吸気行程にある気筒（以下吸気行程気筒という）が燃焼を開始した時点付近で上記ピニオンを非噛合状態に切換える（請求項９）ようにしても良い。
【００３４】
膨張行程気筒、圧縮行程気筒に続き、吸気行程気筒での燃焼が開始すると、もはやスタータモータによるアシストがなくても以降の気筒での正常な燃焼が行われ、円滑な始動がなされる。そして、吸気行程気筒での燃焼が開始した時点では、一般的にエンジン回転数は未だ完爆回転数（アイドル回転数よりやや低めの回転数）より低回転である。このような低回転でピニオンを非噛合状態に切換えるようにすれば、完爆回転数に達した後にピニオンを非噛合状態に切換える場合に比べて、より早期に噛合を解除するので、一層静粛性の向上が図られる。なお、吸気行程気筒での燃焼が開始したことを、エンジン回転数が完爆回転数よりやや低めの所定の回転数以上となったことによって検知するようにしても良い。
【００３５】
一方、圧縮レベルの判別結果がアシスト不要であった場合には、ピニオンを回転させることなく速やかに非噛合状態に切換えれば良い。
【００３６】
【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。
【００３７】
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。
【００３８】
各気筒３の燃焼室５の頂部には点火プラグ７と、燃焼室５内の圧力（筒内圧）を検出する指圧センサ２６とが装備され、それぞれその先端が燃焼室５内に臨んでいる。
【００３９】
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。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。
【００４０】
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２７（シリンダヘッド２ａに１対設けられている。図では一方を示す。）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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
クランクシャフト６の一端には、クランクシャフト６と一体回転するスタータリングギヤ４１が設けられており、その外周部には多数の歯形が形成されている。一方、このスタータリングギヤ４１を回転させてエンジン１を始動させるためのスタータモータ２８とピニオン２９が設けられている。ピニオン２９は、スタータモータ２８に対して軸方向の移動可能に設けられ、その外周部にはスタータリングギヤ４１と噛合する歯形が形成されている。スタータモータ２８は、その駆動によってピニオン２９を回転させると共に、ピニオン２９がスタータリングギヤ４１と噛合する位置まで移動させる。スタータモータ２８の駆動を停止すると、ピニオン２９の回転を停止すると共に、ピニオン２９を非噛合状態となる位置まで移動させる。
【００４４】
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３参照）等が装備されている。
【００４５】
図３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、本発明の構成に関する部分を中心に記載したものであり、その他の制御に関する部分については省略している。
【００４６】
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及び指圧センサ２６が接続され、各検出信号が入力される。
【００４７】
またＥＣＵ３０の出力側には、上記点火プラグ７、燃料噴射弁８、スロットル弁アクチュエータ１８及びスタータモータ２８が接続され、各装置類への駆動信号を出力する。
【００４８】
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、アイドルストップ制御手段３４及び圧縮レベル判別手段３５を含む。
【００４９】
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速度等から、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。
【００５０】
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。
【００５１】
また、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は、アイドルストップ（以下Ｉ／Ｓとも記す）を行う場合には上記制御に加えて、次に述べるアイドルストップ制御手段３４によっても制御される。
【００５２】
アイドルストップ制御手段３４は、Ｉ／Ｓ実行条件やＩ／Ｓによるエンジン停止後の再始動条件を判定したり、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。
【００５３】
Ｉ／Ｓ実行条件としては、例えば車速がゼロ、かつフットブレーキＯＮ、かつパーキングブレーキがＯＮ、かつエンジン水温が所定値以上、等々の所定の条件が設定される。また、再始動条件としては、アクセル踏み込み量が所定値以上、又はフットブレーキＯＦＦ、又はパーキングブレーキＯＦＦ、等々の所定の条件が設定される。
【００５４】
所定のＩ／Ｓ実行条件が成立すると、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。
【００５５】
エンジン停止の際の制御としては、エンジン停止時に圧縮行程となる気筒（説明の都合上、これを３番気筒３Ｃであると想定し、以下圧縮行程気筒３Ｃと記す。）及び膨張行程となる気筒（同様に１番気筒３Ａであると想定し、以下膨張行程気筒３Ａと記す。）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。
【００５６】
こうしてエンジン１が自動停止した後、所定の再始動条件が成立すると、エンジンの再始動がなされる。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。
【００５７】
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。
【００５８】
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モータ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。
【００５９】
また、第１再始動制御モード及び第２再始動制御モードにおいて、再始動初期のエンジン逆転中の膨張行程気筒３Ａ（この気筒では、エンジン逆転によって内部ガスの圧縮がなされる）の圧縮レベル（詳細は後述する）が所定値以下であるときには、スタータモータ２８による始動のアシストがなされる。
【００６０】
圧縮レベル判別手段３５は、エンジン逆転中の膨張行程気筒３Ａの圧縮レベル（以下、単に圧縮レベルというときにはこれを指す）の判別を行う。当実施形態において圧縮レベルとは、筒内の圧縮状態の、着火性や燃焼良好性に対する有利さの度合を示す指標である。即ち、確実に着火させるとともに、良好な燃焼がなされるような圧縮状態を圧縮レベルが高いという。
【００６１】
圧縮レベルを求める方法は、圧縮レベルに寄与するパラメータと圧縮レベルとの関係や各パラメータの寄与度等を理論的或いは実験的に求めて得られる演算式による。当実施形態では、パラメータとして、回転速度レベル、筒内圧レベル、ピストン移動量及び停止時間（エンジンが自動停止してから再始動を開始するまでの時間）を用いている。
【００６２】
回転速度レベルは、圧縮レベル判別手段３５に含まれる回転速度レベル判別手段３６によって求められる。当実施形態では、エンジン逆転中の最高回転速度の絶対値（図１４に示すＲ１）を回転速度レベルとしている。なお、回転速度レベルを求めるための回転速度検出手段としてはクランク角センサ２１，２２が用いられる。
【００６３】
回転速度レベルが高いということは、逆転時のピストン４の動きが速いことを意味し、圧縮速度が大であることを示している。圧縮速度が大であると、圧縮による筒内圧上昇が大となるので、燃焼時の発生トルクを大とすることができる。即ち他の条件が同一であれば、図４（ａ）の特性Ｍ４に示すように回転速度レベルが高い程、圧縮レベルが高くなる。
【００６４】
筒内圧レベルは、圧縮レベル判別手段３５に含まれる筒内圧レベル判別手段３７によって求められる。当実施形態では、エンジン逆転中の膨張行程気筒３Ａの最大筒内圧（指圧センサ２６によって検出される。図１４に示すＰ１）を筒内圧レベルとしている。
【００６５】
筒内圧レベルが高いということは、逆転時の実質的な圧縮率（燃焼室のガス漏れを考慮した圧縮率）が大であることを示している。圧縮率が大であると燃焼時の発生トルクを大とすることができる。即ち他の条件が同一であれば、図４（ｂ）の特性Ｍ５に示すように筒内圧レベルが高い程、圧縮レベルが高くなる。
【００６６】
ピストン移動量は、圧縮レベル判別手段３５に含まれるピストン移動量検出手段３８によって求められる。ピストン移動量検出手段３８は、クランク角センサ２１，２２によって検出されるクランク角の変化量からピストン４の移動量を算出する。
【００６７】
ピストン移動量が大であるということは、元の停止位置が同じであれば見かけの圧縮率（燃焼室の容積変化によって求められる圧縮率）が大であることを示す。即ち他の条件が同一であれば、図４（ｃ）の特性Ｍ６に示すようにピストン移動量が大きい程、圧縮レベルが高くなる。
【００６８】
停止時間は、圧縮レベル判別手段３５に含まれる停止時間計測手段３９によって求められる。停止時間計測手段３９は、ＥＣＵ３０内のタイマーによって、エンジンが自動停止してから再始動を開始するまでの停止時間を計測する。
【００６９】
停止時間が長いと、筒内ガスの漏出量が増大し、再始動開始時点の筒内圧が低下する（ある程度時間が経過すると大気圧と等しくなる）。また、ピストンリングの油膜切れも増大し、再始動時のガス漏れ量が増大する。何れの作用も、時間の経過に伴って圧縮レベルを低下させる。従って、他の条件が同一であれば、図４（ｄ）の特性Ｍ７に示すように停止時間が短い程、圧縮レベルが高くなる。
【００７０】
以上のような当実施形態の装置の作用を次に説明する。
【００７１】
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５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）づつの位相差をもって行われるようになっている。
【００７２】
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。
【００７３】
エンジン停止条件が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される（燃料カット時点ｔ１）。このときのエンジン回転数はアイドル回転数（当実施形態では約６５０ｒｐｍ）である。
【００７４】
そして、ピストン４を再始動のための好ましい範囲内（図６の範囲Ａ）で停止させるために、燃料カット時点ｔ１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Ｎ１（当実施形態では約５００ｒｐｍ）まで低下した時点ｔ２でスロットル弁１７を閉じるように制御する。
【００７５】
このようにすると、上記時点ｔ１からｔ２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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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でも圧力は時間の経過に伴い低下する。
【００７９】
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ｔ２でスロットル弁１７を閉弁するのが望ましい。
【００８０】
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７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７（ａ）は正転時（図１の状態で右回り）のもの、図７（ｂ）は逆転時のものを示す。エンジンの正転時には、図７（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７（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。
【００８１】
図８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）。
【００８２】
図９は、アイドルストップにおけるエンジン停止までのＥＣＵ３０の概略制御フローチャートを示す。スタート後、各種センサ類（図３参照）からの信号を読み取る（ステップＳ１）。次にその信号に基づき、エンジン停止条件が成立したか否かの判定を行い（ステップＳ２）、ＮＯであればリターンするが、ＹＥＳであれば続いてエンジン自動停止のための一連の制御を行う。
【００８３】
まず燃料噴射弁８からの燃料供給を停止（燃料カット）する（ステップＳ７）。続くステップＳ１１でスロットル弁１７を開弁し、吸気負圧を減少させる。その後、エンジン回転数が所定回転数Ｎ１（約５００ｒｐｍ）よりも低くなった時点でスロットル弁１７を閉弁する（ステップＳ１３、Ｓ１５）。次に、常時カウント中のＣＡカウンタ値（図８参照）を読み取る（ステップＳ１６）。次のステップＳ１７で、ＣＡカウンタ値の変化度合いからエンジン１が完全に停止したか否かの判定がなされ、ＹＥＳであればＣＡカウンタ値から決定されるピストン４の停止位置を記憶（ステップＳ１９）してリターンする。
【００８４】
次にエンジンの再始動について説明する。エンジン停止後に再始動条件が成立すると、自動的にエンジン１を再始動する制御が行われる。再始動に当たって、当実施形態では第１再始動モード、第２再始動モード及び第３再始動モードのうち何れかが選択され、その始動モードを経て通常の燃焼制御に移行する。各モードの詳細は後述するが、第１再始動モードでは、圧縮行程気筒３Ｃで燃焼を行って一旦エンジンを逆転させた後、膨張行程気筒３Ａで燃焼を行ってエンジンを正転させる。その後、圧縮行程気筒３Ｃでの最初の燃焼ガスを排気することなく、残留ガス（未燃空気を含む）に燃料を噴射して再燃焼させる。第２再始動モードは、一旦エンジンを逆転させる点は第１再始動モードと同様であるが、圧縮行程気筒３Ｃでの再燃焼を行わない。第３再始動モードは、エンジンの逆転を行わず、スタータモータ２８による始動アシストがなされる。
【００８５】
図１０は、その再始動モード選択のためのフローチャートである。エンジンの自動停止中に所定の再始動条件が成立する（ステップＳ１０１でＹＥＳ）と、ステップＳ１０３及びステップＳ１０５において膨張行程気筒３Ａのピストン停止位置（図９のステップＳ１９で記憶された位置）の判定が行われ、その位置が図６の範囲Ａ１にあればステップＳ１０７に移行し、第１再始動モードでの再始動を行う。同じく範囲Ａ２にあればステップＳ１０９に移行し、第２再始動モードでの再始動を行う。そして同じく範囲Ａ以外にあればステップＳ１１１に移行し、第３再始動モードでの再始動を行う。何れのモードが選択された場合も、その後ステップＳ１１３で通常の燃焼制御に移行し、リターンする。
【００８６】
図１１、図１２は第１再始動制御モードの概略フローチャートである。また図１３はそれに対応する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丸印「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す図である。そして図１４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、図示トルク及び始動アシストを行う場合のスタータモータ２８の駆動信号の時間的変化を示している。
【００８７】
図１１のフローチャートにおいて、第１再始動モードによる始動が開始すると、ステップＳ１５１で、ピストン４の停止位置に基づいて圧縮行程気筒３Ｃ及び膨張行程気筒３Ａの筒内空気量を算出する。次にステップＳ１５３で、圧縮行程気筒３Ｃに対して算出した空気量に対し、所定のリーン空燃比（ピストン４の停止位置の関数として予め定められた特性Ｍ１のマップから読み取り。）となるように燃料が噴射される。続いてステップＳ１５５で膨張行程気筒３Ａに対して算出した空気量に対し、所定の空燃比（理論空燃比付近。ピストン４の停止位置の関数として予め定められた特性Ｍ２のマップから読み取り。）となるように燃料が噴射される。次にステップＳ１５７で、所定の気化時間を考慮した設定時間経過後、圧縮行程気筒３Ｃにおいて点火（図１４中の点火Ｆ１）がなされ、初回燃焼が行われる（図１３中の「１」）。但し、点火を行っても着火しない、つまり燃焼が行われない虞があるので、次のステップＳ１５９で、クランク角センサ２１，２２のエッジ（図７に示す波形）が検出されたか否かの判定が行われる。ＹＥＳであれば、クランクシャフト６が回転を始めた、即ち燃焼が行われたことを示す。ＮＯであれば燃焼が行われなかったことを示すので、ステップＳ１６１に移行して再点火を行う。
【００８８】
この初回燃焼による燃焼圧（図１４中のａ部分）で圧縮行程気筒３Ｃ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１４中のｂ部分。最大圧縮圧はＰ１）。
【００８９】
次にフローチャートのステップＳ１６３で、所定のディレイ時間（膨張行程気筒３Ａのピストン４が上死点に充分に近づくまでの時間。ピストン４の停止位置の関数として予め定められた特性Ｍ３のマップから読み取り。）経過後に膨張行程気筒３Ａに対する点火（図１４中の点火Ｆ２）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１３中の「２」）、その燃焼圧（図１４中のｃ部分）でエンジン１が正転方向に駆動される。
【００９０】
膨張行程気筒３Ａでの燃焼「２」が行われると、それまで逆転（エンジン回転数が負値）していたエンジン１が正転方向に切り換わる。その切り換わりポイントはエンジン回転数がゼロのとき（図１４中の時点ｔ３）である。図１４に示す、エンジン逆転中の最小回転数Ｒ１（絶対値では最大）や膨張行程気筒３Ａでの最大圧縮圧Ｐ１は、圧縮レベルを算出するためにＥＣＵ３０の回転速度判別手段３６や筒内圧判別手段３７によって記憶される。
【００９１】
フローチャートのステップＳ１６５でＹＥＳ（エンジン正転）と判定されると、次のステップＳ１６７で膨張行程気筒３Ａの圧縮レベルが算出される。圧縮レベルは、図４（ａ）〜（ｄ）に示す特性Ｍ４、Ｍ５、Ｍ６及びＭ７の各マップに基づき、所定の演算式によって算出される。そして次のステップＳ１６９（以降図１２）で、圧縮レベルが所定の値を超えているかが判定され、ＹＥＳであればステップＳ１７３に移行するが、ＮＯであれば、その前にステップＳ１７１に移行し、スタータモータ２８の駆動を開始する。即ち、圧縮レベルが所定値以下のときは始動不良が発生する可能性が高いと判断し、それを未然に防止するためにスタータモータ２８によって始動アシストを行う（図１４に示すように、エンジン回転数がゼロとなる時点ｔ３付近でスタータモータ駆動信号ＯＮ）。
【００９２】
エンジンが正転に転ずると、圧縮行程気筒３Ｃの筒内ガス（再始動を開始してからまだ排気弁１２が開いていないので、初回燃焼「１」による既燃ガスは筒内に残存している）は再び圧縮される。そして次のステップＳ１７３で燃料の噴射と点火（図１４中の点火Ｆ３）がなされ、２回目の燃焼（図１３中の「３」）が行われ、その燃焼圧（図１４中のｄ部分）でエンジン駆動力が高められる。この際の空燃比（理論空燃比相当とする）と点火時期は、ピストン４の停止位置の関数として予め定められた特性Ｍ８及びＭ９のマップから読み取る。
【００９３】
そしてステップＳ１７５で、順次他の気筒に燃料の噴射と点火（図１４中の点火Ｆ４、Ｆ５）がなされ、燃焼（図１３中の「４」、「５」）が行われる。次のステップＳ１７７で、エンジン回転数が所定回転数Ｎ２（約５００ｒｐｍ）以上となったか否かを判定し、ＹＥＳであれば、ステップＳ１７９及びＳ１８１へ移行し、スタータモータ２８が駆動中の場合にその駆動を停止する（図１４の時点ｔ４）。図１４に示すように、所定回転数Ｎ２は、４番気筒３Ｄ（図１３に示すように、この気筒はエンジン停止時に吸気行程にある。以下吸気行程気筒３Ｄともいう）での燃焼「４」によって達する回転数であるように設定されている。即ち、エンジン回転数が所定回転数Ｎ２に達したことによって、吸気行程気筒３Ｄでの燃焼が開始したことを検知している。吸気行程気筒３Ｄでの燃焼が行われると、もはやスタータモータによるアシストがなくても以降の気筒での正常な燃焼が行われ、円滑な始動がなされる。また、所定回転数Ｎ２は、完爆回転数（クランキングによる通常の始動において、各気筒での燃焼が１回以上行われた状態を示す回転数であり、アイドル回転数よりもやや低めの回転数、例えば５５０〜６００ｒｐｍである。）より低回転であるようにも設定されている。このように低回転でスタータモータ２８の駆動を停止するので、クランキングノイズが抑制されて静粛性が高くなっている。
【００９４】
次に、第２再始動モードによる始動について説明する。第２再始動モードも、第１再始動モードのフローチャートに準じた制御がなされる。但し、ステップＳ１５３でなされる圧縮行程気筒３Ｃへの燃料噴射が、理論空燃比もしくはそれよりややリッチな空燃比となるようになされる点と、ステップＳ１７３での２回目の燃焼「３」がなされない点とが異なる。なお、エンジン１が逆転から正転に切り換わる時点で、圧縮レベルが所定値以下のときにスタータモータ２８による始動アシストを行う点も第１始動モードと同様である。
【００９５】
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１５も参照しつつ説明する。
【００９６】
図１５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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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１５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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
次に、エンジン停止時のピストン位置が上記範囲Ａから外れた場合に選択され、再始動初期から始動アシストがなされる第３再始動モードについて説明する。図１６は、第３再始動モード（モーターアシスト）のフローチャートである。所定の再始動条件が成立（ステップＳ２０１でＹＥＳ）すると、ステップＳ２０２でスタータモータ２８の駆動を開始する。次のステップＳ２０３でピストン４の停止位置に基づいて圧縮行程気筒３Ｃ及び膨張行程気筒３Ａの空気量を算出し、ステップＳ２０４で圧縮行程気筒３Ｃ及び膨張行程気筒３Ａの各空燃比が理論空燃比付近となるように燃料を噴射する。そして、ステップＳ２０５で、膨張行程気筒３Ａの燃料噴射後に燃料の気化時間を考慮して設定された時間が経過してから、当該気筒に対して点火を行う。従って、エンジン１は最初から正転方向に回転を始める。
【０１０４】
次に、ステップＳ２０６で所定クランク角となったとき圧縮行程気筒３Ｃに対して点火を行って燃焼させる。その後ステップＳ２０７で順次他の気筒に対しても燃料噴射と点火を行って燃焼させる。次のステップＳ２０８で、エンジン回転数が所定回転数Ｎ２（約５００ｒｐｍ）以上となったか否かを判定し、ＹＥＳであれば、ステップＳ２０９へ移行し、スタータモータ２８の駆動を停止する。この場合も、第１及び第２始動モードにおける始動アシストと同様、完爆回転数以下の低回転でスタータモータ２８の駆動を停止するので、クランキングノイズが抑制されて静粛性が高くなっている。
【０１０５】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、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。
【０１０６】
例えば、スタータモータ２８からクランクシャフト６に駆動力を付与する手段として、必ずしもピニオン２９とスタータリングギヤ４１との噛合によるものでなくても良く、駆動ベルトとクラッチを組み合わせた機構等、何らかの動力伝達手段や切換え手段を備えた機構であれば良い。
【０１０７】
上記実施形態のスタータモータ２８は、その駆動によってピニオン２９を回転させると共にスタータリングギヤ４１に噛合させるように構成されているが、これらの作動を独立させた機構、即ち、別途噛合手段によってピニオン２９をスタータリングギヤ４１に噛合させ、スタータモータ２８の駆動によってピニオン２９を回転させるような機構としても良い。そのようにすると、エンジン回転速度がゼロ付近の時に、始動アシストを行うか否かの判別が未定であってもピニオン２９をスタータリングギヤ４１に噛合させ、その後、アシスト要との判別が決定した場合にのみピニオン２９を回転させて駆動力を付与し、そうでない場合にはピニオン２９を回転させることなく非噛合状態に戻すような始動装置とすることができる。
【０１０８】
このようにすることにより、よりピニオン２９とスタータリングギヤ４１との噛合タイミングをよりエンジン回転数ゼロ時点に近づけることができるので、迅速性と静粛性を一層向上させることができる。
【０１０９】
この場合のエンジンは、必ずしも一旦逆転するものに限定されず、最初から正転させるものに適用しても良い。即ち、再始動開始と同時にピニオン２９とスタータリングギヤ４１とを噛合させ、必要に応じてスタータモータ２８を駆動するようにしても良い。
【０１１０】
上記実施形態では、回転速度レベルとしてエンジン逆転中の最大回転速度の絶対値Ｒ１としたが、これに代えて平均回転速度の絶対値を回転速度レベルとしても良い。
【０１１１】
圧縮レベル判別手段は、上記実施形態に挙げたもの以外のパラメータを用いるものであっても、逆に上記のパラメータの一部を用いるものであっても良い。
【０１１２】
上記実施形態において、再始動直後の膨張行程気筒３Ａへの燃料噴射は、圧縮行程気筒３Ｃへの噴射と略同時であっても、それより遅めの設定としても良い。例えば、図１１に示すフローチャートで、ステップＳ１５５は、ステップＳ１５３と同時であっても良く、逆にステップＳ１６３の直前であっても良い。ステップＳ１５５をステップＳ１５３に近づけたものは、膨張行程気筒３Ａにおける気化時間を長くすることができるので均一燃焼に適し、ステップＳ１６３に近づけたものは点火時に燃料を偏在させ易いので成層燃焼に適する。
【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、エンジンを始動させる際、始動前のエンジン停止時に実質的に圧縮行程にある気筒と実質的に膨張行程にある気筒とに対して燃料を供給し、上記実質的に圧縮行程にある気筒で点火、燃焼を行って圧縮下死点付近までエンジンを一旦逆転させ、その後上記実質的に膨張行程にある気筒で点火、燃焼を行わせ、エンジンを正転方向に始動させるエンジンの始動装置において、上記実質的に膨張行程にある気筒が、エンジンの逆転によって圧縮状態となっているときの圧縮レベルを判別する圧縮レベル判別手段と、エンジンに正転方向の駆動力を付与するスタータモータとを備え、上記圧縮レベル判別手段によって、圧縮レベルが所定レベル以下であると判別されたとき、エンジンの回転方向が逆転から正転に移行する時点乃至はその付近で、上記スタータモータによって正転方向の始動をアシストすることを特徴とするので、必要に応じてスタータモータによる始動のアシストを行いながらも、その際の始動の迅速性を高めることができる。
【０１１４】
更に、その駆動力伝達手段がスタータモータとスタータリングギヤとを用いる場合には、クランキングノイズを低減し、静粛性を向上させることができる。
【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】 上記エンジンの概略制御ブロック図である。
【図４】 各パラメータと圧縮レベルとの関係を示す特性図であり、（ａ）は回転速度レベルを、（ｂ）は筒内圧レベルを、（ｃ）はピストン移動量を、（ｄ）は停止時間を、それぞれパラメータとするものである。
【図５】 エンジン停止時のエンジン回転数、スロットル開度及び吸気管負圧の変化並びに各気筒のサイクルを示す説明図である。
【図６】 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７】 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８】 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９】 エンジン停止時の制御フローを示すフローチャートである。
【図１０】 エンジン再始動時の制御フローを示すフローチャートである。
【図１１】 図１０に示すフローチャートにおける、第１再始動モードのサブルーチンを示すフローチャート（前半）である。
【図１２】 図１０に示すフローチャートにおける、第１再始動モードのサブルーチンを示すフローチャート（後半）である。
【図１３】 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１４】 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、図示トルク及び始動アシストを行う場合のスタータモータ駆動信号の、それぞれの変化を示す説明図である。
【図１５】 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。
【図１６】 図１０に示すフローチャートにおける、第３再始動モードのサブルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１，１ａ エンジン
３ 気筒
３Ａ １番気筒、膨張行程気筒（実質的に膨張行程にある気筒）
３Ｃ ３番気筒、圧縮行程気筒（実質的に圧縮行程にある気筒）
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
２１，２２ クランク角センサ（回転速度検出手段）
２６ 指圧センサ
２８ スタータモータ
２９ ピニオン
３０ ＥＣＵ
３５ 圧縮レベル判別手段
３６ 回転速度判別手段
３７ 筒内圧判別手段
３８ ピストン移動量検出手段
３９ 停止時間計測手段
４１ スタータリングギヤ
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンの始動装置に関し、特に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場合に好適な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一旦停止させ、その後、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、所謂アイドルストップの技術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迅速性が要求されるため、スタータモータによりエンジン出力軸（クランクシャフト）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、アイドルストップの再始動に好適な始動装置として、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を即時的に始動させるようにしたものが開発されてきている。一般的に、膨張行程にある気筒に単に燃料を供給して着火、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発生トルクの大きさが必要であり、上記始動装置にはこれを満足するための技術が求められる。
【０００５】
そのような技術として、ＩＧ ＯＦＦ（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（一般的には上死点と下死点の中間付近）にある状態でエンジンを停止させ易くしたもの（例えば特許文献１参照。）が知られている。ピストンを適正位置で停止させると、再始動時に適度な空気量が得られ、燃焼によって一定以上のトルクが発生するので再始動性を高めることができる。
【０００６】
このように再始動性を向上させる一方、ピストンが適正位置に停止しなかった場合や、その他の要因で再始動性の低い状態にある場合でも、確実に再始動させるような技術も開発されてきている。例えば、エンジンの始動が不完全であった場合にスタータモータによって始動をアシスト（補助的に駆動力を付与）する始動装置が知られている（例えば特許文献２参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
ＷＯ ０１／４４６３６ Ａ２号公報
【０００８】
【特許文献２】
特開２００２−００４９８５号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献２に示された始動装置は、始動後の所定時間経過後のエンジン回転数を検出して、それが所定回転数以下であったときに電動機（スタータモータ）によってアシストするようにしているため、アシストを開始するまでに少なくとも上記所定時間以上の遅れが避けられない。このため、再始動のフェイルを回避することができるものの、始動の迅速性に関しては課題を残すものであった。
【００１０】
また、アイドルストップによる再始動においては、その静粛性の要求が高い。運転者の操作（イグニションキーＯＮ）によらない始動であるため、比較的小さなノイズでも運転者に違和感を与え易いからである。一方、スタータモータによって駆動されるピニオンがスタータリングギヤ（クランクシャフトと直結されている）を回転させるという一般的な始動機構によってアシストがなされる場合、エンジン回転数が高い程、ピニオンとスタータリングギヤとの間に発生するノイズ（所謂クランキングノイズ）が大きくなる傾向がある。特許文献２に示された始動装置は、ある程度エンジン回転数が上昇してからアシストを開始するため、必然的に比較的高回転までアシストを継続することになる。このため、クランキングノイズが大きくなり易く、始動時の静粛性が低いという問題もあった。
【００１１】
本発明は上記の事情に鑑み、必要に応じてスタータモータによる始動のアシストを行いながらも、その際の始動の迅速性を高め、更に静粛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。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１は、エンジンを始動させる際、始動前のエンジン停止時に実質的に圧縮行程にある気筒と実質的に膨張行程にある気筒とに対して燃料を供給し、上記実質的に圧縮行程にある気筒で点火、燃焼を行って圧縮下死点付近までエンジンを一旦逆転させ、その後上記実質的に膨張行程にある気筒で点火、燃焼を行わせ、エンジンを正転方向に始動させるエンジンの始動装置において、上記実質的に膨張行程にある気筒が、エンジンの逆転によって圧縮状態となっているときの圧縮レベルを判別する圧縮レベル判別手段と、エンジンに正転方向の駆動力を付与するスタータモータとを備え、上記圧縮レベル判別手段によって、圧縮レベルが所定レベル以下であると判別されたとき、エンジンの回転方向が逆転から正転に移行する時点乃至はその付近で、上記スタータモータによって正転方向の始動をアシストすることを特徴とする。
【００１３】
この構成によると、始動前のエンジン停止時に実質的に圧縮行程にある気筒と実質的に膨張行程にある気筒とに対して燃料を供給し、上記実質的に圧縮行程にある気筒で点火、燃焼を行って圧縮下死点付近までエンジンを一旦逆転させ、その後上記実質的に膨張行程にある気筒（この気筒は、上記逆転によってピストンが逆向きに動いて圧縮がなされ、筒内圧が上昇している）で点火、燃焼を行わせるので、エンジンを正転方向に始動させるに充分なトルクを発生することができ、外部からの駆動力を付与することなく始動させ易くすることができる。即ち始動性を向上させることができる。
【００１４】
なお、上記実質的に圧縮行程にある気筒とは、密閉された筒内の容積を減じて筒内ガスを圧縮する状態にある気筒を言い、本来の圧縮行程にある気筒以外にも、例えば本来排気行程（ピストンの動作方向は圧縮行程と同じ）にある気筒であるが、電磁弁等を用いて排気弁を閉じたもの等を含む。同様に実質的に膨張行程にある気筒とは、密閉された筒内のガス体積を膨張させて筒内容積を増大させる状態にある気筒を言い、本来の膨張行程にある気筒以外にも、例えば本来吸気行程（ピストンの動作方向は膨張行程と同じ）にある気筒であるが、電磁弁等を用いて吸気弁を閉じた状態で燃焼させるもの等を含む。以下、特に記す場合を除き、圧縮行程にある気筒（圧縮行程気筒ともいう）や膨張行程にある気筒（膨張行程気筒ともいう）には、上記実質的に圧縮行程（ないし膨張行程）にある気筒を含むものとする。
【００１５】
ところで、この始動方法によって安定した始動を行うには、膨張行程気筒において、確実に着火させるとともに、良好な燃焼がなされる程度に筒内ガス（空気又は混合気）が充分に圧縮される必要がある（当明細書において、このような圧縮状態を圧縮レベルが高いという）。しかし、エンジン停止時のピストン位置やエンジン停止期間の長さ等、始動時の条件にバラツキ要因が多く、条件によっては圧縮レベルが低くなる可能性もあり得る。そのような場合でも、請求項１の構成によると、圧縮レベル判別手段によって、膨張行程気筒がエンジンの逆転によって圧縮状態となっているときの圧縮レベルを判別し、それが所定レベル以下であると判別されたときに、スタータモータによって正転方向の始動をアシストするので、安定した始動性を確保することができる。
【００１６】
しかも、圧縮レベルの判別がエンジン逆転中の状態によってなされ、必要に応じてエンジンが逆転から正転に移行する時点乃至はその付近で、スタータモータによって正転方向の始動をアシストするので、アシスト開始の早期化が図られ、始動の迅速性を高めることができる。
【００１７】
また、ある程度エンジン回転数が上昇してからアシストを開始する従来技術に比べ、アシスト時のエンジン回転数を低くすることができるので、ピニオンとスタータリングギヤとを用いてアシストを行う機構を採用した場合のクランキングノイズを低減させ、始動の静粛性を向上することができる。
【００１８】
圧縮レベル判別のために、エンジンの逆転時に、その回転速度レベルを判別する回転速度レベル判別手段を備え、上記圧縮レベル判別手段は、上記回転速度レベル判別手段による回転速度レベルが高い程、圧縮レベルが高いと判別する（請求項２）ように構成することができる。
【００１９】
ここで回転速度レベルとは、一般的に回転速度の絶対値が大なる程、大きくなるような指標であって、例えば、エンジンの回転速度を検出する回転速度検出手段を備え、回転速度レベル判別手段は、エンジン逆転時の最高回転速度の絶対値が高い程、回転速度レベルが高いと判別する（請求項３）ようにすることができる。この最高回転速度を平均回転速度に置き換え（請求項４）ても良い。
【００２０】
回転速度レベルが高いということは、逆転時のピストンの動きが速いことを意味し、圧縮速度が大であることを示している。圧縮速度が大であると、圧縮による筒内圧上昇が大となるので、燃焼時の発生トルクを大とすることができる。即ち他の条件が同一であれば、回転速度レベルが高い程、圧縮レベルが高くなる。
【００２１】
エンジンの逆転時に、上記実質的に膨張行程にある気筒の筒内圧レベルを判定する筒内圧判別手段を備え、上記圧縮レベル判別手段は、上記筒内圧レベル判別手段による筒内圧レベルが高い程、圧縮レベルが高いと判別する（請求項５）ように構成しても良い。
【００２２】
ここで筒内圧レベルとは、一般的に筒内圧が大なる程、大きくなるような指標であって、例えば、指圧センサ等によって直接筒内圧を測定すれば、筒内圧が高い程、筒内圧レベルが高いようにすることができる。
【００２３】
筒内圧レベルが高いということは、逆転時の実質的な圧縮率が大であることを示している。圧縮率が大であると燃焼時の発生トルクを大とすることができる。即ち他の条件が同一であれば、筒内圧レベルが高い程、圧縮レベルが高くなる。
【００２４】
なお、ここで実質的な圧縮率とは、ガス漏れも考慮に入れた筒内ガスの体積変化率を指す。通常、燃焼室のガス漏れば極めて僅かであるので、筒内容積の変化によって求めた圧縮率（見かけの圧縮率）を実質的な圧縮率とすることができる。しかし始動時には、停止時間の長さにもよるが、ピストンリングからのガス漏れが比較的多くなる。このようなときは、見かけの圧縮率ほどは内部のガスが圧縮されていない。つまり実質的な圧縮率は低く（筒内圧レベルも低く）なる。筒内圧レベルの判別結果を圧縮レベルの判別に反映させることによって、実質的な圧縮率に基づく、より正確な圧縮レベルの判別を行うことができる。
【００２５】
また、エンジン逆転時における、ピストンの移動量を検出するピストン移動量検出手段を備え、上記圧縮レベル判別手段は、上記ピストン移動量検出手段によるエンジン逆転時のピストン移動量が大なる程、圧縮レベルが高いと判別する（請求項６）ように構成しても良い。
【００２６】
ピストン移動量が大であるということは、元の停止位置が同じであれば見かけの圧縮率が大であることを示す。上記のように、ガス漏れによって見かけの圧縮率と実質的な圧縮率とが一致しない場合があるものの、他の条件が同じであればピストンの移動量が大（見かけの圧縮率が大）なる程、圧縮レベルが高いと判別して良い。ピストン移動量は、一般的に筒内圧レベルよりも安価かつ容易に測定できるので、低コスト化のために筒内圧レベルの代用としてピストン移動量を用いることも有効である。
【００２７】
更に、エンジンを運転状態から停止させ、その後エンジンを始動させる場合の、始動前のエンジン停止時間を計測する停止時間計測手段を備え、上記圧縮レベル判別手段は、上記停止時間計測手段によるエンジン停止時間が短い程、圧縮レベルが高いと判別する（請求項７）ように構成しても良い。
【００２８】
エンジンを運転状態から停止させると、圧縮行程気筒内のガスがピストンリングから漏れ出し、時間の経過に伴って筒内圧が低下する（ある程度時間が経過すると大気圧と等しくなる）。従って、再始動の初期にエンジンを逆回転させるためのトルクは停止時間が長いほど低下する。逆回転トルクが低下すると、ピストンの移動速度、即ち回転速度レベルも低下し、結果的に圧縮レベルの低下につながる。
【００２９】
また、停止時間の経過に伴いピストンリングの油膜切れも増大し、再始動時のガス漏れ量が増大する。つまり実質的な圧縮率が低下するので、圧縮レベルが低下する。
【００３０】
何れの場合も、停止時間の経過に伴って圧縮レベルが低下してゆくので、この停止時間が短いほど、圧縮レベルが高いと判別することができる。
【００３１】
請求項８の発明は、請求項１乃至７の何れか１項に記載のエンジンの始動装置において、クランクシャフトと一体回転するスタータリングギヤと、上記スタータリングギヤに対し噛合状態と非噛合状態とに切換可能に構成されるとともに、その噛合状態において上記スタータモータの駆動力を上記スタータリングギヤに伝達するピニオンとを備え、エンジンの回転方向が逆転から正転に移行する回転速度ゼロ付近で、上記スタータモータを非駆動状態としつつ上記ピニオンを噛合状態に切換えるとともに、上記圧縮レベル判別手段による圧縮レベルが所定レベル以下であると判別されたときのみ、その後上記スタータモータを駆動することを特徴とする。
【００３２】
このようにすると、圧縮レベルを判別するための演算処理による動作遅れを削減することができる。圧縮レベルを判別するパラメータには、エンジンの逆転期間が終了しないと確定しないもの（例えば平均回転速度など）を含む場合がある。このようなとき、本構成によると、エンジンの回転方向が逆転から正転に移行する回転速度ゼロ付近で、圧縮レベルの判別結果を待つことなく、ピニオンとスタータリングギヤとを噛合させる。こうすると、その後演算処理時間を経て得られる判別結果がアシスト要であった場合には、既に噛合状態にあるピニオンを回転させるだけでスタータリングギヤにトルクを付与することができるので、より迅速性と静粛性の高い始動アシストを行うことができる。
【００３３】
この場合、エンジンの回転方向が逆転から正転に移行した後、エンジン停止時に吸気行程にある気筒（以下吸気行程気筒という）が燃焼を開始した時点付近で上記ピニオンを非噛合状態に切換える（請求項９）ようにしても良い。
【００３４】
膨張行程気筒、圧縮行程気筒に続き、吸気行程気筒での燃焼が開始すると、もはやスタータモータによるアシストがなくても以降の気筒での正常な燃焼が行われ、円滑な始動がなされる。そして、吸気行程気筒での燃焼が開始した時点では、一般的にエンジン回転数は未だ完爆回転数（アイドル回転数よりやや低めの回転数）より低回転である。このような低回転でピニオンを非噛合状態に切換えるようにすれば、完爆回転数に達した後にピニオンを非噛合状態に切換える場合に比べて、より早期に噛合を解除するので、一層静粛性の向上が図られる。なお、吸気行程気筒での燃焼が開始したことを、エンジン回転数が完爆回転数よりやや低めの所定の回転数以上となったことによって検知するようにしても良い。
【００３５】
一方、圧縮レベルの判別結果がアシスト不要であった場合には、ピニオンを回転させることなく速やかに非噛合状態に切換えれば良い。
【００３６】
【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。
【００３７】
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。
【００３８】
各気筒３の燃焼室５の頂部には点火プラグ７と、燃焼室５内の圧力（筒内圧）を検出する指圧センサ２６とが装備され、それぞれその先端が燃焼室５内に臨んでいる。
【００３９】
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。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。
【００４０】
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２７（シリンダヘッド２ａに１対設けられている。図では一方を示す。）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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
クランクシャフト６の一端には、クランクシャフト６と一体回転するスタータリングギヤ４１が設けられており、その外周部には多数の歯形が形成されている。一方、このスタータリングギヤ４１を回転させてエンジン１を始動させるためのスタータモータ２８とピニオン２９が設けられている。ピニオン２９は、スタータモータ２８に対して軸方向の移動可能に設けられ、その外周部にはスタータリングギヤ４１と噛合する歯形が形成されている。スタータモータ２８は、その駆動によってピニオン２９を回転させると共に、ピニオン２９がスタータリングギヤ４１と噛合する位置まで移動させる。スタータモータ２８の駆動を停止すると、ピニオン２９の回転を停止すると共に、ピニオン２９を非噛合状態となる位置まで移動させる。
【００４４】
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３参照）等が装備されている。
【００４５】
図３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、本発明の構成に関する部分を中心に記載したものであり、その他の制御に関する部分については省略している。
【００４６】
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及び指圧センサ２６が接続され、各検出信号が入力される。
【００４７】
またＥＣＵ３０の出力側には、上記点火プラグ７、燃料噴射弁８、スロットル弁アクチュエータ１８及びスタータモータ２８が接続され、各装置類への駆動信号を出力する。
【００４８】
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、アイドルストップ制御手段３４及び圧縮レベル判別手段３５を含む。
【００４９】
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速度等から、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。
【００５０】
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。
【００５１】
また、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は、アイドルストップ（以下Ｉ／Ｓとも記す）を行う場合には上記制御に加えて、次に述べるアイドルストップ制御手段３４によっても制御される。
【００５２】
アイドルストップ制御手段３４は、Ｉ／Ｓ実行条件やＩ／Ｓによるエンジン停止後の再始動条件を判定したり、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。
【００５３】
Ｉ／Ｓ実行条件としては、例えば車速がゼロ、かつフットブレーキＯＮ、かつパーキングブレーキがＯＮ、かつエンジン水温が所定値以上、等々の所定の条件が設定される。また、再始動条件としては、アクセル踏み込み量が所定値以上、又はフットブレーキＯＦＦ、又はパーキングブレーキＯＦＦ、等々の所定の条件が設定される。
【００５４】
所定のＩ／Ｓ実行条件が成立すると、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。
【００５５】
エンジン停止の際の制御としては、エンジン停止時に圧縮行程となる気筒（説明の都合上、これを３番気筒３Ｃであると想定し、以下圧縮行程気筒３Ｃと記す。）及び膨張行程となる気筒（同様に１番気筒３Ａであると想定し、以下膨張行程気筒３Ａと記す。）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。
【００５６】
こうしてエンジン１が自動停止した後、所定の再始動条件が成立すると、エンジンの再始動がなされる。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。
【００５７】
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。
【００５８】
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モータ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。
【００５９】
また、第１再始動制御モード及び第２再始動制御モードにおいて、再始動初期のエンジン逆転中の膨張行程気筒３Ａ（この気筒では、エンジン逆転によって内部ガスの圧縮がなされる）の圧縮レベル（詳細は後述する）が所定値以下であるときには、スタータモータ２８による始動のアシストがなされる。
【００６０】
圧縮レベル判別手段３５は、エンジン逆転中の膨張行程気筒３Ａの圧縮レベル（以下、単に圧縮レベルというときにはこれを指す）の判別を行う。当実施形態において圧縮レベルとは、筒内の圧縮状態の、着火性や燃焼良好性に対する有利さの度合を示す指標である。即ち、確実に着火させるとともに、良好な燃焼がなされるような圧縮状態を圧縮レベルが高いという。
【００６１】
圧縮レベルを求める方法は、圧縮レベルに寄与するパラメータと圧縮レベルとの関係や各パラメータの寄与度等を理論的或いは実験的に求めて得られる演算式による。当実施形態では、パラメータとして、回転速度レベル、筒内圧レベル、ピストン移動量及び停止時間（エンジンが自動停止してから再始動を開始するまでの時間）を用いている。
【００６２】
回転速度レベルは、圧縮レベル判別手段３５に含まれる回転速度レベル判別手段３６によって求められる。当実施形態では、エンジン逆転中の最高回転速度の絶対値（図１４に示すＲ１）を回転速度レベルとしている。なお、回転速度レベルを求めるための回転速度検出手段としてはクランク角センサ２１，２２が用いられる。
【００６３】
回転速度レベルが高いということは、逆転時のピストン４の動きが速いことを意味し、圧縮速度が大であることを示している。圧縮速度が大であると、圧縮による筒内圧上昇が大となるので、燃焼時の発生トルクを大とすることができる。即ち他の条件が同一であれば、図４（ａ）の特性Ｍ４に示すように回転速度レベルが高い程、圧縮レベルが高くなる。
【００６４】
筒内圧レベルは、圧縮レベル判別手段３５に含まれる筒内圧レベル判別手段３７によって求められる。当実施形態では、エンジン逆転中の膨張行程気筒３Ａの最大筒内圧（指圧センサ２６によって検出される。図１４に示すＰ１）を筒内圧レベルとしている。
【００６５】
筒内圧レベルが高いということは、逆転時の実質的な圧縮率（燃焼室のガス漏れを考慮した圧縮率）が大であることを示している。圧縮率が大であると燃焼時の発生トルクを大とすることができる。即ち他の条件が同一であれば、図４（ｂ）の特性Ｍ５に示すように筒内圧レベルが高い程、圧縮レベルが高くなる。
【００６６】
ピストン移動量は、圧縮レベル判別手段３５に含まれるピストン移動量検出手段３８によって求められる。ピストン移動量検出手段３８は、クランク角センサ２１，２２によって検出されるクランク角の変化量からピストン４の移動量を算出する。
【００６７】
ピストン移動量が大であるということは、元の停止位置が同じであれば見かけの圧縮率（燃焼室の容積変化によって求められる圧縮率）が大であることを示す。即ち他の条件が同一であれば、図４（ｃ）の特性Ｍ６に示すようにピストン移動量が大きい程、圧縮レベルが高くなる。
【００６８】
停止時間は、圧縮レベル判別手段３５に含まれる停止時間計測手段３９によって求められる。停止時間計測手段３９は、ＥＣＵ３０内のタイマーによって、エンジンが自動停止してから再始動を開始するまでの停止時間を計測する。
【００６９】
停止時間が長いと、筒内ガスの漏出量が増大し、再始動開始時点の筒内圧が低下する（ある程度時間が経過すると大気圧と等しくなる）。また、ピストンリングの油膜切れも増大し、再始動時のガス漏れ量が増大する。何れの作用も、時間の経過に伴って圧縮レベルを低下させる。従って、他の条件が同一であれば、図４（ｄ）の特性Ｍ７に示すように停止時間が短い程、圧縮レベルが高くなる。
【００７０】
以上のような当実施形態の装置の作用を次に説明する。
【００７１】
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５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）づつの位相差をもって行われるようになっている。
【００７２】
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。
【００７３】
エンジン停止条件が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される（燃料カット時点ｔ１）。このときのエンジン回転数はアイドル回転数（当実施形態では約６５０ｒｐｍ）である。
【００７４】
そして、ピストン４を再始動のための好ましい範囲内（図６の範囲Ａ）で停止させるために、燃料カット時点ｔ１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Ｎ１（当実施形態では約５００ｒｐｍ）まで低下した時点ｔ２でスロットル弁１７を閉じるように制御する。
【００７５】
このようにすると、上記時点ｔ１からｔ２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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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でも圧力は時間の経過に伴い低下する。
【００７９】
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ｔ２でスロットル弁１７を閉弁するのが望ましい。
【００８０】
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７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７（ａ）は正転時（図１の状態で右回り）のもの、図７（ｂ）は逆転時のものを示す。エンジンの正転時には、図７（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７（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。
【００８１】
図８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）。
【００８２】
図９は、アイドルストップにおけるエンジン停止までのＥＣＵ３０の概略制御フローチャートを示す。スタート後、各種センサ類（図３参照）からの信号を読み取る（ステップＳ１）。次にその信号に基づき、エンジン停止条件が成立したか否かの判定を行い（ステップＳ２）、ＮＯであればリターンするが、ＹＥＳであれば続いてエンジン自動停止のための一連の制御を行う。
【００８３】
まず燃料噴射弁８からの燃料供給を停止（燃料カット）する（ステップＳ７）。続くステップＳ１１でスロットル弁１７を開弁し、吸気負圧を減少させる。その後、エンジン回転数が所定回転数Ｎ１（約５００ｒｐｍ）よりも低くなった時点でスロットル弁１７を閉弁する（ステップＳ１３、Ｓ１５）。次に、常時カウント中のＣＡカウンタ値（図８参照）を読み取る（ステップＳ１６）。次のステップＳ１７で、ＣＡカウンタ値の変化度合いからエンジン１が完全に停止したか否かの判定がなされ、ＹＥＳであればＣＡカウンタ値から決定されるピストン４の停止位置を記憶（ステップＳ１９）してリターンする。
【００８４】
次にエンジンの再始動について説明する。エンジン停止後に再始動条件が成立すると、自動的にエンジン１を再始動する制御が行われる。再始動に当たって、当実施形態では第１再始動モード、第２再始動モード及び第３再始動モードのうち何れかが選択され、その始動モードを経て通常の燃焼制御に移行する。各モードの詳細は後述するが、第１再始動モードでは、圧縮行程気筒３Ｃで燃焼を行って一旦エンジンを逆転させた後、膨張行程気筒３Ａで燃焼を行ってエンジンを正転させる。その後、圧縮行程気筒３Ｃでの最初の燃焼ガスを排気することなく、残留ガス（未燃空気を含む）に燃料を噴射して再燃焼させる。第２再始動モードは、一旦エンジンを逆転させる点は第１再始動モードと同様であるが、圧縮行程気筒３Ｃでの再燃焼を行わない。第３再始動モードは、エンジンの逆転を行わず、スタータモータ２８による始動アシストがなされる。
【００８５】
図１０は、その再始動モード選択のためのフローチャートである。エンジンの自動停止中に所定の再始動条件が成立する（ステップＳ１０１でＹＥＳ）と、ステップＳ１０３及びステップＳ１０５において膨張行程気筒３Ａのピストン停止位置（図９のステップＳ１９で記憶された位置）の判定が行われ、その位置が図６の範囲Ａ１にあればステップＳ１０７に移行し、第１再始動モードでの再始動を行う。同じく範囲Ａ２にあればステップＳ１０９に移行し、第２再始動モードでの再始動を行う。そして同じく範囲Ａ以外にあればステップＳ１１１に移行し、第３再始動モードでの再始動を行う。何れのモードが選択された場合も、その後ステップＳ１１３で通常の燃焼制御に移行し、リターンする。
【００８６】
図１１、図１２は第１再始動制御モードの概略フローチャートである。また図１３はそれに対応する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丸印「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す図である。そして図１４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、図示トルク及び始動アシストを行う場合のスタータモータ２８の駆動信号の時間的変化を示している。
【００８７】
図１１のフローチャートにおいて、第１再始動モードによる始動が開始すると、ステップＳ１５１で、ピストン４の停止位置に基づいて圧縮行程気筒３Ｃ及び膨張行程気筒３Ａの筒内空気量を算出する。次にステップＳ１５３で、圧縮行程気筒３Ｃに対して算出した空気量に対し、所定のリーン空燃比（ピストン４の停止位置の関数として予め定められた特性Ｍ１のマップから読み取り。）となるように燃料が噴射される。続いてステップＳ１５５で膨張行程気筒３Ａに対して算出した空気量に対し、所定の空燃比（理論空燃比付近。ピストン４の停止位置の関数として予め定められた特性Ｍ２のマップから読み取り。）となるように燃料が噴射される。次にステップＳ１５７で、所定の気化時間を考慮した設定時間経過後、圧縮行程気筒３Ｃにおいて点火（図１４中の点火Ｆ１）がなされ、初回燃焼が行われる（図１３中の「１」）。但し、点火を行っても着火しない、つまり燃焼が行われない虞があるので、次のステップＳ１５９で、クランク角センサ２１，２２のエッジ（図７に示す波形）が検出されたか否かの判定が行われる。ＹＥＳであれば、クランクシャフト６が回転を始めた、即ち燃焼が行われたことを示す。ＮＯであれば燃焼が行われなかったことを示すので、ステップＳ１６１に移行して再点火を行う。
【００８８】
この初回燃焼による燃焼圧（図１４中のａ部分）で圧縮行程気筒３Ｃ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１４中のｂ部分。最大圧縮圧はＰ１）。
【００８９】
次にフローチャートのステップＳ１６３で、所定のディレイ時間（膨張行程気筒３Ａのピストン４が上死点に充分に近づくまでの時間。ピストン４の停止位置の関数として予め定められた特性Ｍ３のマップから読み取り。）経過後に膨張行程気筒３Ａに対する点火（図１４中の点火Ｆ２）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１３中の「２」）、その燃焼圧（図１４中のｃ部分）でエンジン１が正転方向に駆動される。
【００９０】
膨張行程気筒３Ａでの燃焼「２」が行われると、それまで逆転（エンジン回転数が負値）していたエンジン１が正転方向に切り換わる。その切り換わりポイントはエンジン回転数がゼロのとき（図１４中の時点ｔ３）である。図１４に示す、エンジン逆転中の最小回転数Ｒ１（絶対値では最大）や膨張行程気筒３Ａでの最大圧縮圧Ｐ１は、圧縮レベルを算出するためにＥＣＵ３０の回転速度判別手段３６や筒内圧判別手段３７によって記憶される。
【００９１】
フローチャートのステップＳ１６５でＹＥＳ（エンジン正転）と判定されると、次のステップＳ１６７で膨張行程気筒３Ａの圧縮レベルが算出される。圧縮レベルは、図４（ａ）〜（ｄ）に示す特性Ｍ４、Ｍ５、Ｍ６及びＭ７の各マップに基づき、所定の演算式によって算出される。そして次のステップＳ１６９（以降図１２）で、圧縮レベルが所定の値を超えているかが判定され、ＹＥＳであればステップＳ１７３に移行するが、ＮＯであれば、その前にステップＳ１７１に移行し、スタータモータ２８の駆動を開始する。即ち、圧縮レベルが所定値以下のときは始動不良が発生する可能性が高いと判断し、それを未然に防止するためにスタータモータ２８によって始動アシストを行う（図１４に示すように、エンジン回転数がゼロとなる時点ｔ３付近でスタータモータ駆動信号ＯＮ）。
【００９２】
エンジンが正転に転ずると、圧縮行程気筒３Ｃの筒内ガス（再始動を開始してからまだ排気弁１２が開いていないので、初回燃焼「１」による既燃ガスは筒内に残存している）は再び圧縮される。そして次のステップＳ１７３で燃料の噴射と点火（図１４中の点火Ｆ３）がなされ、２回目の燃焼（図１３中の「３」）が行われ、その燃焼圧（図１４中のｄ部分）でエンジン駆動力が高められる。この際の空燃比（理論空燃比相当とする）と点火時期は、ピストン４の停止位置の関数として予め定められた特性Ｍ８及びＭ９のマップから読み取る。
【００９３】
そしてステップＳ１７５で、順次他の気筒に燃料の噴射と点火（図１４中の点火Ｆ４、Ｆ５）がなされ、燃焼（図１３中の「４」、「５」）が行われる。次のステップＳ１７７で、エンジン回転数が所定回転数Ｎ２（約５００ｒｐｍ）以上となったか否かを判定し、ＹＥＳであれば、ステップＳ１７９及びＳ１８１へ移行し、スタータモータ２８が駆動中の場合にその駆動を停止する（図１４の時点ｔ４）。図１４に示すように、所定回転数Ｎ２は、４番気筒３Ｄ（図１３に示すように、この気筒はエンジン停止時に吸気行程にある。以下吸気行程気筒３Ｄともいう）での燃焼「４」によって達する回転数であるように設定されている。即ち、エンジン回転数が所定回転数Ｎ２に達したことによって、吸気行程気筒３Ｄでの燃焼が開始したことを検知している。吸気行程気筒３Ｄでの燃焼が行われると、もはやスタータモータによるアシストがなくても以降の気筒での正常な燃焼が行われ、円滑な始動がなされる。また、所定回転数Ｎ２は、完爆回転数（クランキングによる通常の始動において、各気筒での燃焼が１回以上行われた状態を示す回転数であり、アイドル回転数よりもやや低めの回転数、例えば５５０〜６００ｒｐｍである。）より低回転であるようにも設定されている。このように低回転でスタータモータ２８の駆動を停止するので、クランキングノイズが抑制されて静粛性が高くなっている。
【００９４】
次に、第２再始動モードによる始動について説明する。第２再始動モードも、第１再始動モードのフローチャートに準じた制御がなされる。但し、ステップＳ１５３でなされる圧縮行程気筒３Ｃへの燃料噴射が、理論空燃比もしくはそれよりややリッチな空燃比となるようになされる点と、ステップＳ１７３での２回目の燃焼「３」がなされない点とが異なる。なお、エンジン１が逆転から正転に切り換わる時点で、圧縮レベルが所定値以下のときにスタータモータ２８による始動アシストを行う点も第１始動モードと同様である。
【００９５】
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１５も参照しつつ説明する。
【００９６】
図１５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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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１５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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
次に、エンジン停止時のピストン位置が上記範囲Ａから外れた場合に選択され、再始動初期から始動アシストがなされる第３再始動モードについて説明する。図１６は、第３再始動モード（モーターアシスト）のフローチャートである。所定の再始動条件が成立（ステップＳ２０１でＹＥＳ）すると、ステップＳ２０２でスタータモータ２８の駆動を開始する。次のステップＳ２０３でピストン４の停止位置に基づいて圧縮行程気筒３Ｃ及び膨張行程気筒３Ａの空気量を算出し、ステップＳ２０４で圧縮行程気筒３Ｃ及び膨張行程気筒３Ａの各空燃比が理論空燃比付近となるように燃料を噴射する。そして、ステップＳ２０５で、膨張行程気筒３Ａの燃料噴射後に燃料の気化時間を考慮して設定された時間が経過してから、当該気筒に対して点火を行う。従って、エンジン１は最初から正転方向に回転を始める。
【０１０４】
次に、ステップＳ２０６で所定クランク角となったとき圧縮行程気筒３Ｃに対して点火を行って燃焼させる。その後ステップＳ２０７で順次他の気筒に対しても燃料噴射と点火を行って燃焼させる。次のステップＳ２０８で、エンジン回転数が所定回転数Ｎ２（約５００ｒｐｍ）以上となったか否かを判定し、ＹＥＳであれば、ステップＳ２０９へ移行し、スタータモータ２８の駆動を停止する。この場合も、第１及び第２始動モードにおける始動アシストと同様、完爆回転数以下の低回転でスタータモータ２８の駆動を停止するので、クランキングノイズが抑制されて静粛性が高くなっている。
【０１０５】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、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。
【０１０６】
例えば、スタータモータ２８からクランクシャフト６に駆動力を付与する手段として、必ずしもピニオン２９とスタータリングギヤ４１との噛合によるものでなくても良く、駆動ベルトとクラッチを組み合わせた機構等、何らかの動力伝達手段や切換え手段を備えた機構であれば良い。
【０１０７】
上記実施形態のスタータモータ２８は、その駆動によってピニオン２９を回転させると共にスタータリングギヤ４１に噛合させるように構成されているが、これらの作動を独立させた機構、即ち、別途噛合手段によってピニオン２９をスタータリングギヤ４１に噛合させ、スタータモータ２８の駆動によってピニオン２９を回転させるような機構としても良い。そのようにすると、エンジン回転速度がゼロ付近の時に、始動アシストを行うか否かの判別が未定であってもピニオン２９をスタータリングギヤ４１に噛合させ、その後、アシスト要との判別が決定した場合にのみピニオン２９を回転させて駆動力を付与し、そうでない場合にはピニオン２９を回転させることなく非噛合状態に戻すような始動装置とすることができる。
【０１０８】
このようにすることにより、よりピニオン２９とスタータリングギヤ４１との噛合タイミングをよりエンジン回転数ゼロ時点に近づけることができるので、迅速性と静粛性を一層向上させることができる。
【０１０９】
この場合のエンジンは、必ずしも一旦逆転するものに限定されず、最初から正転させるものに適用しても良い。即ち、再始動開始と同時にピニオン２９とスタータリングギヤ４１とを噛合させ、必要に応じてスタータモータ２８を駆動するようにしても良い。
【０１１０】
上記実施形態では、回転速度レベルとしてエンジン逆転中の最大回転速度の絶対値Ｒ１としたが、これに代えて平均回転速度の絶対値を回転速度レベルとしても良い。
【０１１１】
圧縮レベル判別手段は、上記実施形態に挙げたもの以外のパラメータを用いるものであっても、逆に上記のパラメータの一部を用いるものであっても良い。
【０１１２】
上記実施形態において、再始動直後の膨張行程気筒３Ａへの燃料噴射は、圧縮行程気筒３Ｃへの噴射と略同時であっても、それより遅めの設定としても良い。例えば、図１１に示すフローチャートで、ステップＳ１５５は、ステップＳ１５３と同時であっても良く、逆にステップＳ１６３の直前であっても良い。ステップＳ１５５をステップＳ１５３に近づけたものは、膨張行程気筒３Ａにおける気化時間を長くすることができるので均一燃焼に適し、ステップＳ１６３に近づけたものは点火時に燃料を偏在させ易いので成層燃焼に適する。
【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、エンジンを始動させる際、始動前のエンジン停止時に実質的に圧縮行程にある気筒と実質的に膨張行程にある気筒とに対して燃料を供給し、上記実質的に圧縮行程にある気筒で点火、燃焼を行って圧縮下死点付近までエンジンを一旦逆転させ、その後上記実質的に膨張行程にある気筒で点火、燃焼を行わせ、エンジンを正転方向に始動させるエンジンの始動装置において、上記実質的に膨張行程にある気筒が、エンジンの逆転によって圧縮状態となっているときの圧縮レベルを判別する圧縮レベル判別手段と、エンジンに正転方向の駆動力を付与するスタータモータとを備え、上記圧縮レベル判別手段によって、圧縮レベルが所定レベル以下であると判別されたとき、エンジンの回転方向が逆転から正転に移行する時点乃至はその付近で、上記スタータモータによって正転方向の始動をアシストすることを特徴とするので、必要に応じてスタータモータによる始動のアシストを行いながらも、その際の始動の迅速性を高めることができる。
【０１１４】
更に、その駆動力伝達手段がスタータモータとスタータリングギヤとを用いる場合には、クランキングノイズを低減し、静粛性を向上させることができる。
【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】 上記エンジンの概略制御ブロック図である。
【図４】 各パラメータと圧縮レベルとの関係を示す特性図であり、（ａ）は回転速度レベルを、（ｂ）は筒内圧レベルを、（ｃ）はピストン移動量を、（ｄ）は停止時間を、それぞれパラメータとするものである。
【図５】 エンジン停止時のエンジン回転数、スロットル開度及び吸気管負圧の変化並びに各気筒のサイクルを示す説明図である。
【図６】 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７】 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８】 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９】 エンジン停止時の制御フローを示すフローチャートである。
【図１０】 エンジン再始動時の制御フローを示すフローチャートである。
【図１１】 図１０に示すフローチャートにおける、第１再始動モードのサブルーチンを示すフローチャート（前半）である。
【図１２】 図１０に示すフローチャートにおける、第１再始動モードのサブルーチンを示すフローチャート（後半）である。
【図１３】 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１４】 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、図示トルク及び始動アシストを行う場合のスタータモータ駆動信号の、それぞれの変化を示す説明図である。
【図１５】 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。
【図１６】 図１０に示すフローチャートにおける、第３再始動モードのサブルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１，１ａ エンジン
３ 気筒
３Ａ １番気筒、膨張行程気筒（実質的に膨張行程にある気筒）
３Ｃ ３番気筒、圧縮行程気筒（実質的に圧縮行程にある気筒）
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
２１，２２ クランク角センサ（回転速度検出手段）
２６ 指圧センサ
２８ スタータモータ
２９ ピニオン
３０ ＥＣＵ
３５ 圧縮レベル判別手段
３６ 回転速度判別手段
３７ 筒内圧判別手段
３８ ピストン移動量検出手段
３９ 停止時間計測手段
４１ スタータリングギヤ
Claims (9)
- エンジンを始動させる際、始動前のエンジン停止時に実質的に圧縮行程にある気筒と実質的に膨張行程にある気筒とに対して燃料を供給し、上記実質的に圧縮行程にある気筒で点火、燃焼を行って圧縮下死点付近までエンジンを一旦逆転させ、その後上記実質的に膨張行程にある気筒で点火、燃焼を行わせ、エンジンを正転方向に始動させるエンジンの始動装置において、
上記実質的に膨張行程にある気筒が、エンジンの逆転によって圧縮状態となっているときの圧縮レベルを判別する圧縮レベル判別手段と、
エンジンに正転方向の駆動力を付与するスタータモータとを備え、
上記圧縮レベル判別手段によって、圧縮レベルが所定レベル以下であると判別されたとき、エンジンの回転方向が逆転から正転に移行する時点乃至はその付近で、上記スタータモータによって正転方向の始動をアシストする
ことを特徴とするエンジンの始動装置。 - エンジンの逆転時に、その回転速度レベルを判別する回転速度レベル判別手段を備え、
上記圧縮レベル判別手段は、上記回転速度レベル判別手段による回転速度レベルが高い程、圧縮レベルが高いと判別する
ことを特徴とする請求項１記載のエンジンの始動装置。 - エンジンの回転速度を検出する回転速度検出手段を備え、
上記回転速度レベル判別手段は、エンジン逆転時の最高回転速度の絶対値が高い程、回転速度レベルが高いと判別する
ことを特徴とする請求項２記載のエンジンの始動装置。 - エンジンの回転速度を検出する回転速度検出手段を備え、
上記回転速度レベル判別手段は、エンジン逆転時の平均回転速度の絶対値が高い程、回転速度レベルが高いと判別する
ことを特徴とする請求項２記載のエンジンの始動装置。 - エンジンの逆転時に、上記実質的に膨張行程にある気筒の筒内圧レベルを判定する筒内圧判別手段を備え、
上記圧縮レベル判別手段は、上記筒内圧レベル判別手段による筒内圧レベルが高い程、圧縮レベルが高いと判別する
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のエンジンの始動装置。 - エンジン逆転時における、ピストンの移動量を検出するピストン移動量検出手段を備え、
上記圧縮レベル判別手段は、上記ピストン移動量検出手段によるエンジン逆転時のピストン移動量が大なる程、圧縮レベルが高いと判別する
ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載のエンジンの始動装置。 - エンジンを運転状態から停止させ、その後エンジンを始動させる場合の、始動前のエンジン停止時間を計測する停止時間計測手段を備え、
上記圧縮レベル判別手段は、上記停止時間計測手段によるエンジン停止時間が短い程、圧縮レベルが高いと判別する
ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載のエンジンの始動装置。 - クランクシャフトと一体回転するスタータリングギヤと、
上記スタータリングギヤに対し噛合状態と非噛合状態とに切換可能に構成されるとともに、その噛合状態において上記スタータモータの駆動力を上記スタータリングギヤに伝達するピニオンとを備え、
エンジンの回転方向が逆転から正転に移行する回転速度ゼロ付近で、上記スタータモータを非駆動状態としつつ上記ピニオンを噛合状態に切換えるとともに、上記圧縮レベル判別手段による圧縮レベルが所定レベル以下であると判別されたときのみ、その後上記スタータモータを駆動する
ことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載のエンジンの始動装置。 - エンジンの回転方向が逆転から正転に移行した後、エンジン停止時に吸気行程にある気筒が燃焼を開始した時点付近で上記ピニオンを非噛合状態に切換える
ことを特徴とする請求項８記載のエンジンの始動装置。
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