JP4244840B2 - エンジンの始動装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの始動装置に関し、エンジンのアイドル運転状態等において予め設定されたエンジンの自動停止条件が成立したときにエンジンを自動停止させるとともに、自動停止状態にあるエンジンを再始動条件が成立したときに再始動させるように構成された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排出量の抑制等を図るため、アイドル運転時等にエンジンを自動的に一旦停止させ、その後に運転者により車両の発進操作が行われる等の再始動条件が成立した時点で、エンジンを自動的に再始動させるようにしたエンジンの自動停止制御（いわゆるアイドルストップ制御）の技術が開発されている。このアイドルストップ制御時における再始動は、車両の発進操作等に応じてエンジンを即座に始動させる迅速性が要求されるが、従来から一般的に行われているように、スタータモータによりエンジンの出力軸を駆動するクランキングを経てエンジンを再始動させる方法によると、始動が完了するまでにかなりの時間を要するという問題がある。

そこで、膨張行程で停止状態にある気筒内に燃料を噴射して点火、燃焼させることにより、その燃焼エネルギーでエンジンを即時的に始動させることが望ましい。しかし、上記のように膨張行程で停止状態にある気筒のピストン停止位置が不適切である場合、例えば上死点あるいは下死点に極めて近い位置にピストンが停止している場合には、気筒内の空気量が著しく少なくなって燃焼エネルギーが充分に得られなくなり、あるいは燃焼エネルギーがピストンに作用する行程が短すぎる等により、エンジンを正常に始動させることができない可能性がある。

このような問題の対策として、例えば下記特許文献１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、膨張行程で停止状態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上記制動装置を制御し、あるいは下記特許文献２に示すように、エンジンの自動停止条件が成立したと判定されると、希薄空燃比で燃料を噴射する希薄空燃比噴射モードを選択する等により吸気圧力を増大させて圧縮圧力を上昇させた後にエンジンを停止させ、これによって膨張行程で停止状態となる気筒のピストンを所定位置で停止させることが行われている。
実開昭６０−１２８９７５号公報 特開２００１−１７３４７３号公報

上記特許文献１に開示されたエンジンの始動装置によると、車両の制動装置とは別にエンジンのクランク軸を制動するための装置を設ける必要があり、しかも膨張行程で停止状態となる気筒のピストンを適正位置に停止させるには上記制動装置を精度良くコントロールしなければならず、このコントロールが困難であるという問題がある。

一方、上記特許文献２に開示されているように、エンジンの自動停止条件が成立した時点で、吸気圧力を増大させて圧縮圧力を上昇させるように構成した場合においても、エンジン回転速度の低下度合が変化すると、ピストンの停止位置が変動してエンジンの再始動に適した位置にピストンを適正に停止させることが困難であるとともに、エンジンの自動停止時における掃気性を充分に向上させることが困難であるという問題がある。

本発明は上記の事情に鑑み、エンジンの自動停止時における掃気性を効果的に向上させる、ピストンを適正位置に停止させてエンジンを確実に再始動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。

請求項１に係る発明は、予め設定されたエンジンの自動停止条件が成立したときに、エンジンの運転を継続させるための燃料噴射を停止してエンジンを自動的に停止させるとともに、自動停止状態にあるエンジンの再始動条件が成立したときに、少なくとも膨張行程で停止状態にある気筒に燃料を噴射して点火、燃焼を行わせることによりエンジンを再始動させるように構成されたエンジンの始動装置であって、エンジンの上記自動停止条件が成立したときに、エンジンの気筒に吸入される吸気流量を調節する吸気流量調節手段を吸気流量の増大側に操作するとともに、圧縮行程の後半に燃料を噴射して点火することにより成層リーンの燃焼状態とした後に燃料噴射を停止し、エンジン回転速度が低下し始めた時点で上記吸気流量調節手段を吸気流量の減少側に操作するものである。

請求項２に係る本発明は、上記請求項１に記載のエンジンの始動装置において、燃料噴射の停止時点におけるエンジンの回転速度がアイドル回転速度よりも高い値に設定された基準速度を維持するように、成層リーン燃焼時における吸気流量と燃料噴射量とを設定したものである。

請求項３に係る本発明は、上記請求項２に記載のエンジンの始動装置において、エンジンを自動停止させる際に、エンジン回転速度が低下し始めた時点で吸気流量調節手段を操作して吸気流量を減少させる制御を、アイドル回転速度よりも高い回転速度で実行するものである。

請求項４に係る発明は、上記請求項１〜３の何れか１項に記載のエンジンの始動装置において、エンジンの上記自動停止条件が成立したときに、エンジンが成層リーンの燃焼状態にあるか否かを判別し、吸気行程で燃料を噴射して点火する均一燃焼状態にあると判別された場合に、吸気流量調節手段を吸気流量の増大側に操作した後に成層リーンの燃焼状態に移行するものである。

請求項５に係る発明は、予め設定されたエンジンの自動停止条件が成立したときに、エンジンを自動的に停止させるとともに、自動停止状態にあるエンジンの再始動条件が成立したときに、少なくとも膨張行程で停止状態にある気筒に燃料を噴射して点火、燃焼を行わせることによりエンジンを再始動させるように構成されたエンジンの始動装置であって、エンジンの上記自動停止条件が成立したときに、エンジンが成層リーンの燃焼状態にあるか否かを判別し、成層リーンの燃焼状態にあると判別された場合には、現時点における吸気流量調節手段の操作量を維持しつつ圧縮行程の後半に燃料を噴射して点火することにより成層リーンの燃焼状態を継続した後に燃料噴射を停止し、均一燃焼状態にあると判別された場合には、圧縮行程の後半に燃料を噴射して点火することにより成層リーンの燃焼状態に切り換えた後に、燃料噴射を停止し、それぞれエンジン回転速度が低下し始めた時点で上記吸気流量調節手段を吸気流量の減少側に操作するものである。

請求項６に係る本発明は、上記請求項１〜５の何れか１項に記載のエンジンの始動装置において、エンジンが温間運転状態にあることをエンジンの自動停止条件として設定したものである。

請求項７に係る発明は、上記請求項１〜６何れか１項に記載のエンジンの始動装置において、減速時に燃料噴射を停止する減速燃料カット制御を実行するとともに、エンジンの回転速度が、エンジンを自動停止させないときのアイドル回転速度よりも高い復帰速度となった時点で燃料噴射を復帰させた後に、成層リーンの燃焼状態とした後に燃料の噴射を停止する上記エンジンの自動停止制御を実行するものである。

請求項８に係る本発明は、上記請求項１〜７の何れか１項に記載のエンジンの始動装置において、減速時に燃料噴射を停止する減速燃料カット制御を実行するとともに、この減速燃料カットの制御状態から燃料噴射を復帰する際に、少なくとも吸気行程で燃料を噴射して均一燃焼とする制御を実行した後、圧縮行程の後半に燃料を噴射して点火することにより成層リーンの燃焼状態に切り換えるものである。

請求項１に係る発明によれば、エンジンの自動停止条件が成立して自動停止制御を実行する際に、エンジンの気筒に吸入される吸気流量を増大させるとともに、圧縮行程の後半で燃料を噴射、点火した成層リーンの燃焼状態とすることにより、エンジンの自動停止時におけるエンジンの回転速度を適正に調節して燃焼ガスの掃気性を効果的に向上させることができる。そして、燃料噴射が停止されることによりエンジンの回転速度が低下し始めた時点で、上記吸気流量を減少させることにより、エンジンの停止時点で膨張行程となる気筒等のピストンをエンジンの再始動に適した位置に停止させることができる。

請求項２に係る発明によれば、エンジンを自動停止させる際に、成層リーン燃焼を行わせてエンジンの回転速度を、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よりも高い基準速度に維持しつつ、燃料噴射を停止した後に吸気流量を減少させることにより、エンジンの停止時点で膨張行程となる気筒等のピストンをエンジンの再始動に適した位置に停止させるようにエンジンの回転速度を低下させる制御を適正に実行することができる。

請求項３に係る発明によれば、エンジンを自動停止させる際に、燃料噴射が停止されてエンジンの回転速度が、上記通常のアイドル回転速度よりも高い値に設定された値に低下したことが確認された時点で、上記吸気流量を減少させる制御が実行されることにより、上記吸気流量調節手段を吸気流量の減少方向に閉止操作した時点から、エンジンが停止状態となるまでの期間が充分に確保されるため、この間にエンジン回転速度を順次低下させて上記ピストンをエンジンの再始動に適した位置に停止させることができる。

請求項４に係る発明によれば、エンジンを自動停止させる際に、均一燃焼が行われている状態で、吸気流量を増大させて成層リーンの燃焼状態に移行させることにより、エンジンの自動停止時におけるエンジンの回転速度を適正に調節して燃焼ガスの掃気性を効果的に向上させつつ、エンジンの自動停止制御を適正に実行できるという利点がある。

請求項５に係る発明によれば、エンジンの自動停止動作の初期に吸気流量が比較的多い成層リーンの燃焼状態にある場合には、現時点における吸入空気量を維持して成層リーンの燃焼状態を維持することにより、エンジンの自動停止時におけるエンジンの回転速度を適正に調節して燃焼ガスの掃気性を効果的に向上させることができる。また、エンジンの自動停止動作の初期に、吸気流量が比較的少ない均一燃焼状態にある場合には、エンジンの気筒に吸入される吸気流量を増大させて成層リーンの燃焼状態に切り換えることにより、エンジンの自動停止時におけるエンジンの回転速度を適正に調節して燃焼ガスの掃気性を効果的に向上させることができる。そして、燃料噴射が停止されることによりエンジンの回転速度が低下し始めた時点で、上記吸気流量を減少させることにより、エンジンの停止時点で膨張行程となる気筒等のピストンをエンジンの再始動に適した位置に停止させることができる。

請求項６に係る発明によれば、エンジンの温間運転状態で、エンジンの自動停止動作の初期に成層リーンの燃焼制御を実行することにより、失火等を生じることなくエンジンの自動停止制御を適正に実行してエンジンの回転速度を適正に調節するとともに、燃焼ガスの掃気性を効果的に向上させることができる。

請求項７に係る発明によれば、エンジンの減速状態で燃料噴射を停止する減速燃料カットの制御が実行された後、エンジンの回転速度が上記通常のアイドル回転速度よりも高い復帰速度に低下した時点で、燃料噴射が再開されることにより、エンジンの回転速度が急低下することに起因してエンジンが停止状態となるのを効果的に防止しつつ、エンジンの自動停止時に膨張行程となる気筒等のピストンをエンジンの再始動に適した位置に停止させるエンジンの自動停止制御を適正に実行できるという利点がある。

請求項８に係る発明によれば、エンジンの減速状態で燃料噴射を停止する減速燃料カットの制御が実行された後、燃料噴射を再開する際に均一燃焼状態とすることにより、エンジンの回転速度が急低下することに起因してエンジンが停止状態となるのを、さらに効果的に防止しつつ、エンジンの自動停止時に膨張行程となる気筒等のピストンをエンジンの再始動に適した位置に停止させるエンジンの自動停止制御を、より適正に実行できるという利点がある。

図１および図２は本発明に係るエンジンの始動装置を有する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。このエンジンには、シリンダヘッド１０およびシリンダブロック１１を有するエンジン本体１と、エンジン制御用のＥＣＵ２とを備えている。上記エンジン本体１には、四つの気筒１２Ａ〜１２Ｄが設けられるとともに、各気筒１２Ａ〜１２Ｄの内部には、クランク軸３に連結されたピストン１３が嵌挿されることにより、その上方に燃焼室１４が形成されている。

上記各気筒１２Ａ〜１２Ｄの燃焼室１４の頂部には、プラグ先端が燃焼室１４内に臨むように点火プラグ１５が設置されている。また、上記燃焼室１４の側方には、燃焼室１４内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁１６が設けられている。この燃料噴射弁１６は、図外のニードル弁およびソレノイドを内蔵し、上記ＥＣＵ２から入力されたパルス信号の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上記点火プラグ１５の電極付近に向けて噴射するように構成されている。

また、上記各気筒１２Ａ〜１２Ｄの燃焼室１４の上部には、燃焼室１４に向かって開口する吸気ポート１７および排気ポート１８が設けられるとともに、これらのポート１７，１８に、吸気弁１９および排気弁２０がそれぞれ装備されている。上記吸気弁１９および排気弁２０は、図示を省略したカムシャフト等を有する動弁機構によって駆動されることにより、各気筒１２Ａ〜１２Ｄ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２の吸・排気弁１９，２０の開閉タイミングが設定されている。

上記吸気ポート１７および排気ポート１８には、吸気通路２１および排気通路２２が接続されている。上記吸気ポート１７に近い吸気通路２１の下流側は、図２に示すように、各気筒１２Ａ〜１２Ｄに対応して独立した分岐吸気通路２１ａとされ、この各分岐吸気通路２１ａの上流端がそれぞれサージタンク２１ｂに連通している。このサージタンク２１ｂよりも上流側には共通吸気通路２１ｃが設けられるとともに、この共通吸気通路２１ｃには、アクチュエータ２４により駆動されるスロットル弁２３が配設されている。このスロットル弁２３の上流側および下流側には、それぞれ吸気流量を検出するエアフローセンサ２５と、吸気圧力（負圧）を検出する吸気圧センサ２６とが配設されている。

また、上記エンジン本体１には、タイミングベルト等によりクランク軸３に連結されたオルタネータ（発電機）２８が付設されている。このオルタネータ２８は、図示を省略した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２８ａを内蔵し、このレギュレータ回路２８ａに入力される上記ＥＣＵ２からの制御信号に基づき、車両の電気負荷およ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、クランク軸３の回転角を検出する２つのクランク角センサ３０，３１が設けられ、一方のクランク角センサ３０から出力される検出信号に基づいてエンジンの回転速度が検出されるとともに、後述するように上記両クランク角センサ３０，３１から出力される位相のずれた検出信号に基づいてクランク軸３の回転方向および回転角度が検出されるようになっている。

上記ＥＣＵ２には、カムシャフトに設けられた気筒識別用の特定回転位置を検出するカム角センサ３２と、エンジンの冷却水温度を検出する水温センサ３３と、運転者のアクセル操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセルセンサ３４からそれぞれ出力される各検出信号が入力されるようになっている。

そして、ＥＣＵ２は、上記各センサ２５，２６，３０〜３４からの検出信号を受け、燃料噴射弁１６に対して燃料の噴射量および噴射時期を制御するための制御信号を出力するとともに、点火プラグ１５に付設された点火装置２７に対して点火時期を制御するため制御信号を出力し、かつ上記スロットル弁２３のアクチュエータ２４に対してスロットル開度を制御するための制御信号を出力するように構成されている。また、後述するように、予め設定されたエンジンの自動停止条件が成立したときに各気筒１２Ａ〜１２Ｄへの燃料噴射を所定のタイミングで停止（燃料カット）して自動的にエンジンを停止させるとともに、その後に運転者によるアクセル操作が行われる等により再始動条件が成立したときにエンジンを自動的に再始動させる制御が実行されるようになっている。

具体的には、エンジンの自動停止時に圧縮行程の途中でピストン１３が停止した圧縮行程気筒で初回の燃焼を行わせることにより、そのピストン１３を押し下げてクランク軸３を少しだけ逆転させる。これによってエンジンの自動停止時に膨張行程の途中でピストン１３が停止した膨張行程気筒のピストン１３を一旦上昇させ、その気筒内の混合気を圧縮した状態で、この混合気に点火して燃焼させることにより、クランク軸３に正転方向の駆動トルクを与えてエンジンを再始動させるように構成されている。

上記のようにして再始動モータ等を使用することなく、特定の気筒に噴射された燃料に点火するだけ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。したがって、エンジンの自動停止時にピストン１３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しておく必要がある。

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および圧縮行程になる気筒では、それぞれ位相が１８０°ＣＡずれているため、各ピストン１３が互いに逆方向に作動し、膨張行程気筒のピストン１３が行程中央よりも下死点側に位置していれば、その気筒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軸３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。

これに対して上記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となる位置よりもやや下死点側の所定範囲Ｒ、例えば圧縮上死点後のクランク角が１００°〜１２０°ＣＡとなる適正範囲内にピストン１３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軸３を少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、膨張行程気筒内に多くの空気量を確保することにより、クランク軸３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。

そこで、上記ＥＣＵ２に設けられた自動停止制御手段により、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ｔ０で、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レンジ）に設定されたエンジンでは、上記目標速度（自動停止条件成立時のアイドル回転速度）を、８５０ｒｐｍ程度（自動変速機はニュートラルレンジ）に設定することにより、エンジンの回転速度Ｎｅを上昇させる制御を実行するようにしている。そして、エンジンの回転速度Ｎｅが上記目標速度で安定した時点ｔ１で、スロットル弁２３を開放操作して吸気流量を増大させるとともに、圧縮行程の後半に燃料を噴射して点火することにより成層リーンの燃焼状態とする制御を所定期間Ｔに亘って実行した後に、燃料噴射を停止させてエンジンの回転速度Ｎｅを低下させるとともに、オルタネータ２８の発電を停止することにより、クランク軸３の回転抵抗を低減するように構成されている。

また、燃焼噴射を停止することによりエンジンの回転速度Ｎｅが低下して予め設定された基準速度、例えば７６０ｒｐｍ以下になったことが確認された時点ｔ３で、上記するスロットル弁２３を閉止してエンジンの気筒１２Ａ〜１２Ｄに吸入される吸気流量を減少させた後、後述するようにエンジン回転速度Ｎｅの低下度合に対応させてオルタネータ２８の発電量Ｇｅを調節するとともに、上記スロットル弁２３の開度Ｋを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Ｎｅを低下させる制御を実行するように構成されている。

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ｔ２から、クランク軸３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１２Ａ〜１２Ｄ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軸３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１２Ａ〜１２Ｄが圧縮上死点を迎える度にエンジンの回転速度Ｎｅ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Ｎｅ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ｔ５の後に圧縮上死点を迎える気筒では、慣性力によるピストン１３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１３が押し返されてクランク軸３が逆転する。このクランク軸３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１３が下死点側に押し返されてクランク軸３が再び正転し始め、このクランク軸３の逆転と正転とが数回繰り返されてピストン１３が往復作動した後に停止することになる。このピストン１３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ｔ５のエンジンの回転慣性、つまりエンジン回転速度Ｎｅの行程によっても変化することになる。

したがって、エンジンが自動停止する際に膨張行程にある膨張行程気筒のピストン１３を再始動に適した上記適正範囲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、エンジンの自動停止動作の初期に、上記スロットル弁２３を開放して吸気流量を増大させるとともに、圧縮行程の後半で燃料を噴射して点火することにより成層リーンの燃焼状態とする制御を所定期間Ｔに亘り実行した後、所定時間が経過した時点ｔ３でスロットル弁２３の開度Ｋ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。

また、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１２Ａ〜１２Ｄ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ｎｅ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。このため、図４に示すように、燃料噴射を停止した時点ｔ２の後にエンジンの回転速度Ｎｅが低下する過程で、各気筒のピストン１３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）ｎｅをそれぞれ検出し、この上死点回転速度ｎｅの検出値に応じてオルタネータ２８の発電量を制御するとともに、スロットル弁２３の開度Ｋを調節することにより、エンジン回転速度Ｎｅの落ち込み度合を調節することが可能である。

すなわち、図５は、上記のようにエンジンの回転速度Ｎｅが所定速度となった時点となった時点で燃料噴射を停止するとともに、その後の所定期間に亘りスロットル弁２３を開弁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１２Ａ〜１２Ｄに設けられたピストン１３が圧縮上死点を通過する際の上死点回転速度ｎｅ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ｎｅ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ｎｅ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ｎｅ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ｎｅがハッチングで示す範囲内にあれば、ピストン１３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°〜１２０°ＣＡ）に入ることが分かる。特に、エンジンが停止状態となる前の２番目の上死点回転速度ｎｅについてみれば、図６に示すように、上記上死点回転速度ｎｅが略２８０ｒｐｍ〜３８０ｒｐｍの範囲内にあるとともに、約３２０ｒｐｍを境にしてそれ以下の低回転側では、上記上死点回転速度ｎｅが低下するのに伴ってピストン停止位置が徐々に上死点寄りに変化している。一方、上記上死点回転速度ｎｅが３２０ｒｐｍ以上の高回転側では、この上死点回転速度ｎｅの高低に拘わらず、ピストン１３の停止位置が概ね一定になり、略適正範囲Ｒ内に入ることが分かる。

上記のような特徴的な分布傾向が見られるのは、エンジンの上死点回転速度ｎｅが３２０ｒｐｍ以上の高回転側にあると、エンジン停止時の膨張行程気筒および圧縮行程気筒にそれぞれ充分な量の空気が充填され、この空気の圧縮反力によってピストン停止位置が行程の中央寄りに集中するためであると考えられる。なお、上記３２０ｒｐｍ以下の低回転側でピストン停止位置が左下がりの分布状態となるのは、各気筒内で往復動するピストン１３が圧縮上死点側で反転した後、摩擦等により減速されて行程中央まで戻ることができずに停止するためであると考えられる。

一方、燃料噴射を停止する前にスロットル弁２３を開放操作することなく、これを閉止状態に維持した場合には、図６に破線で示すように、一様な右肩上がりの分布状態となり、エンジンの上死点回転速度ｎｅの高低に応じてピストン１３の停止位置が変化することになる。これは、スロットル弁２３を閉じたままに維持すると、吸気負圧が大きい（吸気の圧力が低い）状態に維持され、エンジンの停止後に膨張行程気筒および圧縮行程気筒になる気筒の圧縮反力が小さくなるために、エンジンの回転速度（回転慣性）と摩擦との影響が相対的に大きくなるからである。

したがって、図４に示すように、燃料噴射の停止条件が成立した時点ｔ２から所定時間が経過するまで、つまりエンジン回転速度Ｎｅが基準速度（例えば７６０ｒｐｍ程度）に低下する時点ｔ３までは、各気筒の掃気性を確保するためにスロットル弁２３の開度Ｋを比較的大きな値（例えば３０％）に設定するとともに、上記ピストン１３を適正位置に停止させる制御が可能な速度にエンジンの回転速度Ｎｅを維持するために、オルタネータ２８の発電量Ｇｅを例えば０に設定する。

そして、上記の時点ｔ２から所定時間が経過した時点ｔ３で、上記スロットル弁２３の開度Ｋを低減するとともに、その後にエンジンの回転速度Ｎｅに対応させてオルタネータ２８の発電量Ｇｅを制御してクランク軸３の回転抵抗を調節することにより、予め行った実験等に基づいて設定された基準ラインに沿ってエンジン回転速度を低下させるようにしている。このようにして最後の圧縮上死点を通過した時点ｔ５でクランク軸３、フライホイール、ピストンおよびコネクティングロッド等が有する運動エネルギーや圧縮行程気筒で圧縮された空気が有する位置エネルギー等が、その後に作用する摩擦損失等と見合うものとなって、エンジンの停止状態で膨張行程となる気筒のピストン１３がエンジンの再始動に適した上記範囲Ｒ内に停止することになる。

上記ＥＣＵ２の自動停止制御手段によりエンジンを自動停止させる際の制御動作を図７および図８に示すフローチャートに基づいて説明する。この制御動作がスタートすると、まず各種センサ類から出力された検出信号に基づいてエンジンの自動停止条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ１）。具体的には、ブレーキスイッチのＯＮ状態が所定時間に亘り継続し、かつバッテリー残量が予め設定された基準値以上であり、車速が所定値（例えば１０ｋｍ／ｈ）以下の状態であること等が確認された場合には、エンジンの自動停止条件が成立したと判定され、上記要件の一つでも満たされていない場合には、エンジンの自動停止条件が成立していないと判定される。

上記ステップＳ１でＹＥＳと判定されてエンジンの自動停止条件が成立したことが確認された場合には、自動変速機のシフトレンジをニュートラルに設定して無負荷状態とするとともに（ステップＳ２）、ＥＧＲ通路（図示せず）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（ステップＳ３０）、エンジン回転速度Ｎｅの目標値（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よりも高い値Ｎ１、例えば８５０ｒｐｍ程度に設定する（ステップＳ３）。また、ブースト圧Ｂｔが例えば−４００ｍｍＨｇ程度に設定された目標圧Ｐ１となるようにスロットル弁２３の開度Ｋを調節（スロットル弁２３を開弁方向に操作）するとともに（ステップＳ４）、吸気行程で噴射された燃料を均一燃焼させてエンジンの回転速度Ｎｅを目標速度Ｎ１とするための点火時期のリタード量を算出する（ステップＳ５）。これにより、上記ブースト圧Ｂｔを目標圧Ｐ１とするためにスロットル開度Ｋがフィードバック制御されるとともに、エンジンの回転速度Ｎｅを目標速度Ｎ１とするために点火時期のリタード量がフィートバック制御されることになる。

なお、上記ステップＳ１において、エンジンの自動停止条件の判定を、車速が１０ｋｍ／ｈ以下に低下した時点で実行するようにしているので、エンジンの自動停止条件成立時のアイドル回転速度を、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（例えば、自動変速機のドライブレンジ状態において６５０ｒｐｍ）よりも高い値（８５０ｒｐｍ）に設定でき、エンジン回転速度が通常のアイドル回転速度（６５０ｒｐｍ）に低下する前に、上記ステップＳ２およびステップＳ３が実行できる。よって、一旦、通常のアイドル回転速度まで低下したエンジン回転速度を目標速度Ｎ１（８５０ｒｐｍ）まで上昇させる必要がなく、運転者に対して、エンジン回転速度の上昇に伴う不快感を与えることがない。

また、エンジンの自動停止条件が成立した時点ｔ０で、上記ステップＳ２の自動変速機のシフトレンジがドライブ状態（Ｄレンジ）からニュートラル状態（Ｎレンジ）にシフトされて自動変速機の負荷が軽減されるようになり、かつ上記ステップＳ３によってエンジンの目標速度がＮ１に設定されるため、図４に示されるように、エンジン回転速度Ｎｅが、時点ｔ０から少し上昇して安定するようになる。

次いで、燃料噴射の停止条件（燃料カット条件）が成立したか否か、具体的にはエンジン回転速度Ｎｅが目標速度Ｎ１となるとともに、ブースト圧Ｂｔが上記目標圧Ｐ１となったか否かを判定し（ステップＳ６）、ＮＯと判定された場合には、ステップＳ４に戻って上記制御動作を繰り返す。上記ステップＳ６でＹＥＳと判定された時点ｔ１で、オルタネータ２８の発電量Ｇｅを０に設定して発電を停止させるとともに（ステップＳ７）、スロットル弁２３を開放状態（例えば全開の３０％程度の開度）とした後（ステップＳ８）、エンジンを一定期間Ｔに亘り成層リーンの燃焼状態とする制御を実行する（ステップＳ９）。具体的には、各気筒１２Ａ〜１２Ｄの空気過剰率λを３以上のリーンに設定するとともに、上記目標速度Ｎ１を維持するように吸気流量および燃料噴射量を制御しつつ、圧縮行程の後半に燃料を噴射して圧縮上死点付近で点火することにより、成層リーンの燃焼制御を実行する。

そして、全気筒１２Ａ〜１２Ｄで１回の成層リーン燃焼が行われたか否かを判定し（ステップＳ１０）、このステップＳ１０でＹＥＳと判定されて全気筒１２Ａ〜１２Ｄで１回の成層リーン燃焼が行われたことが確認された時点ｔ２で、燃料噴射を停止する（ステップＳ１１）。なお、上記ステップＳ７でスロットル弁２３を開放操作する際の開度Ｋは、エンジンの回転速度が８５０ｒｐｍ程度のときにおいて、吸入空気量が増大しなくなる（スロットル弁２３の前後における圧力差がなくなって吸入空気量が飽和状態となる）最小開度付近に設定されており、成層燃焼が実行できる可燃空燃比と、気筒内の掃気性とを確保しつつ、スロットル弁２３の全閉までの動作量（開度）を少なくできて、時点ｔ３でのスロットル弁２３の閉弁応答性が早くなる開度（例えば全閉開度の３０％程度）に設定されている。

その後、ピストン１３が圧縮上死点を通過するときのエンジン回転速度（エンジンの上死点回転速度）ｎｅが、予め７６０ｒｐｍ程度に設定された基準速度Ｎ２以下となったか否かを判定することにより（ステップＳ１２）、図４に示す燃料噴射の停止時点ｔ２の後に、エンジンの回転速度Ｎｅが低下し始めたか否かを判定し、ＹＥＳと判定された時点ｔ３でスロットル弁２３を閉止状態とする（ステップＳ１３）。この結果、上記ステップＳ７でスロットル弁２３が開放操作されて大気圧に近付くように上昇したブースト圧Ｂｔが、上記スロットル弁２３の閉止操作に応じて所定の時間差をもって低下し始めることになる。なお、上記ステップＳ１２でエンジンの上死点回転速度ｎｅが基準速度Ｎ２以下となったと判定された時点ｔ３でスロットル弁２３を閉止状態とするように構成された上記実施形態に代え、エンジン回転速度Ｎｅが基準速度Ｎ２以下になったと判定された時点で、スロットル弁２３を閉止状態とするように構成してもよい。

次いで、エンジンの上死点回転速度ｎｅが、予め設定された第１範囲α内にあるか否かを判定する（ステップＳ１４）。この第１範囲α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Ｎｅが低下している過程で、例えばエンジンが停止状態となる前の４番目の圧縮上死点を通過する時点ｔ４におけるエンジン回転速度に基づいて設定された値であり、この実施形態では４８０ｒｐｍ〜５４０ｒｐｍに設定されている。上記ステップＳ１４でＹＥＳと判定され、上記上死点回転速度ｎｅが第１範囲α（４８０ｒｐｍ〜５４０ｒｐｍ）内にあることが確認された場合には、その時点ｔ４の上死点回転速度ｎｅに対応したオルタネータ２８の発電量Ｇｅの制御を実行する（ステップＳ１５）。すなわち、図９に示すように、エンジンの上死点回転速度ｎｅが高い程、発電量Ｇｅが大きな値に設定されたマップから上死点回転速度ｎｅに対応した発電量Ｇｅを読み出し、この発電量Ｇｅを目標値に設定して所定期間、例えば約３００ｍｓ程度の期間に亘りオルタネータ２８を作動させることにより、オルタネータ２８の発電量Ｇｅを制御する。

その後、エンジンの上死点回転速度ｎｅが所定値Ｎ３以下であるか否かを判定する（ステップＳ１６）。この所定値Ｎ３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Ｎｅが低下している過程で最後の圧縮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。また、各気筒が順次圧縮上死点を通過する各時点のブースト圧Ｂｔが検知され、その値が記憶される。

上記ステップＳ１６でＮＯと判定された場合には、ステップＳ１４に戻って上記制御動作を繰り返す。上記ステップＳ１６でＹＥＳと判定されてエンジンの上死点回転速度ｎｅが上記所定値Ｎ３以下になったことが確認された時点（ｔ５）で、エンジンが最後の圧縮上死点を通過したと判断され、この時点ｔ５で、その１回前の圧縮上死点を通過する際のブースト圧Ｂｔを読み出し、この値をエンジン停止前から２番目の圧縮上死点におけるブースト圧であると決定する（ステップＳ１７）。

そして、エンジンが最後の圧縮上死点を迎える時点ｔ５における上死点回転速度ｎｅ（以下、最終上死点回転速度ｎｅ１という）と、停止前から２番目の圧縮上死点におけるブースト圧Ｂｔ（以下、ブースト圧Ｂｔ２という）とに基づき、ピストン１３が行程の後期寄りの位置（膨張行程気筒では下死点寄りの位置）で停止する傾向があるか否かを判定する（ステップＳ１８）。具体的には、最終上死点回転速度ｎｅ１が所定回転速度Ｎ４（例えばＮ４＝２００ｒｐｍ）以上であり、かつ上記ブースト圧Ｂｔ２が所定圧力Ｐ２（例えばＰ２＝−２００ｍｍＨｇ）以下であるとき（真空側であるとき）に、行程の後期寄りの位置で停止する傾向が大である（ステップＳ１８でＹＥＳ）と判定、つまり膨張行程気筒におけるピストン停止位置が、圧縮上死点後１００°〜１２０°ＣＡとなる適正範囲Ｒに対して１２０°ＣＡに近い位置で停止する傾向が大であると判定される。

上記ステップＳ１８でＮＯと判定された場合には、エンジンが上記のように行程の後期寄りの位置で停止する傾向が顕著ではなく、比較的に行程の前期寄りの位置、つまり膨張行程気筒におけるピストン停止位置が、圧縮上死点後１００°〜１２０°ＣＡとなる適正範囲Ｒに対して１００°ＣＡに近い位置または１００°ＣＡ以下で停止する傾向がある。そこで、ピストン１３を上記適正範囲Ｒ内により確実に停止させることができるように、スロットル弁２３を開放操作する。例えばスロットル弁２３の開度Ｋが、全開の４０％程度に設定された第１開度Ｋ１となるようにスロットル弁２３を開弁することにより（ステップＳ１９）、吸気流量を増加させる。これにより、吸気行程気筒の吸気抵抗が減少し、エンジンが行程の後期寄りの位置で停止し易くなり、結果的に膨張行程気筒におけるピストン１３の停止位置が適正範囲Ｒ内の下限（１００°ＣＡ）を超えることが防止され、上記適正範囲Ｒ内で停止する確率を効果的に向上させることができる。

一方、上記ステップＳ１８でＹＥＳと判定された場合には、エンジンの回転慣性が大きく、また圧縮行程気筒への最終吸気行程における吸気流量が少なく、圧縮反力が小さい状態にあって、ピストン１３が行程の後期寄りの位置で停止し易い条件が既に揃っている。そこで、スロットル弁２３の開度Ｋが、第２開度Ｋ２（上記ステップＳ７で閉弁したときのスロットル弁開度に近い開度、例えばＫ２＝５％程度）となるようにスロットル弁２３を操作する（ステップＳ２０）。上記第２開度Ｋ２は、エンジンの特性等に応じ、さらに小開度、あるいは閉止状態としてもよい。このようにして吸気行程気筒に適度の吸気抵抗が生じ、ピストン１３の停止位置が上記適正範囲Ｒを超えてさらに後期側となるという事態の発生を抑制することができる。

次いで、エンジンが停止状態になったか否かを判定し（ステップＳ２１）、ＹＥＳと判定された時点で、後述するように上記クランク角センサ３０，３１の検出信号に基づいてピストン１３の停止位置の検出する制御を実行した後に（ステップＳ２２）、制御動作を終了する。

図１０は、上記フローチャートのステップＳ２２において実行されるピストン停止位置の検出制御動作を示している。この検出制御がスタートすると、第１クランク角信号ＣＡ１（クランク角センサ３０からの信号）および第２クランク角信号ＣＡ２（クランク角センサ３１からの信号）に基づき、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であるか否か、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であるか否かする（ステップＳ３１）。これにより、エンジンの停止動作時における上記信号ＣＡ１，ＣＡ２の位相の関係が、図１１（ａ）のようになるか、それとも図１１（ｂ）のようになるかを判定してエンジンが正転状態にあるか逆転状態にあるかを判別する。

すなわち、エンジンの正転時には、図１１（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１１（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Ｓ３１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Ｓ３２）、ステップＳ３１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Ｓ３３）。そして、エンジン停止後に上記ＣＡカウンタの計測値を調べることでピストン停止位置を求める（ステップＳ３４）。

上記のようにして自動停止状態となったエンジンを再始動させる際の制御動作を図１２に示すフローチャートおよび図１３および図１４に示すタイムチャートに基づいて説明する。図１３および図１４では、エンジンの停止時に第１気筒１２Ａが膨張行程気筒となるとともに、第３気筒１２Ｃが圧縮行程気筒となり、第４気筒２Ｄが吸気行程気筒となり、第２気筒１２Ｂが排気行程気筒となった例を示している。

まず、予め設定されたエンジンの再始動条件が成立したか否かを判定し（ステップＳ１０１）、ＮＯと判定されてエンジンの再始動条件が成立していないことが確認された場合には、そのままの状態で待機する。そして、上記ステップＳ１０１でＹＥＳと判定され、停車状態から発進のためのアクセル操作等が行われ、あるいはバッテリー電圧が低下する等により、エンジンの再始動条件が成立したことが確認された場合には、ピストン１３の停止位置に基づいて圧縮行程気筒１２Ｃおよび膨張行程気筒内１２Ａの空気量を算出する（ステップＳ１０２）。つまり、上記ピストン１３の停止位置から圧縮行程気筒１２Ｃおよび膨張行程気筒１２Ａ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噴射の停止後にエンジンが数回転してから停止するので膨張行程気筒１２Ａ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１２Ｃおよび膨張行程気筒１２Ａの内部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。

続いて、上記ステップＳ１０２で算出された圧縮行程気筒１２Ｃの空気量に対して所定の１回目用空燃比となるように燃料を噴射させ（ステップＳ１０３）、その後、上記ステップＳ１０２で算出された膨張行程気筒１２Ａ内の空気量に対して所定の空燃比となるように燃料を噴射する（ステップＳ１０４）。この場合、圧縮行程気筒１２Ｃの１回目用空燃比および膨張行程気筒１２Ａ用の空燃比はピストンの停止位置に応じてマップＭ１，Ｍ２から求められる。圧縮行程気筒１２Ｃの１回目用空燃比は理論空燃比よりもリッチな空燃比（空燃比１１〜１４の範囲）となり、膨張行程気筒１２Ａの空燃比は略理論空燃比もしくはそれより多少リッチな空燃比となるように、予め上記各マップＭ１，Ｍ２が設定されている。

次に圧縮行程気筒１２Ｃ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１２Ｃに対して点火を行う（ステップＳ１０５）。そして、点火してから一定時間内にクランク角センサのエッジ（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１３が動いたか否かを判定し（ステップＳ１０６）、ＮＯと判定されて失火によりピストン１３が動かなかったことが確認された場合には、上記圧縮行程気筒１２Ｃに対して再点火を繰り返し行う（ステップＳ１０７）。

上記ステップＳ１０６でＹＥＳと判定されてクランク角センサのエッジが検出された場合には、エッジ検出後に所定のディレイ時間が経過してから、つまりエンジンの逆転動作が終了する頃までの時間が経過してから、膨張行程気筒１２Ａに対して点火を行う（ステップＳ１０８）。上記ディレイ時間はピストン１３の停止位置に応じてマップＭ３から求められる。さらに、所定クランク角（圧縮行程気筒１２Ｃの２回目用噴射時期）となった時点で、圧縮行程気筒１２Ｃに対して再度燃料を噴射する（ステップＳ１０９）。この場合、上記停止位置に応じてマップＭ４から圧縮行程気筒１２Ｃの２回目用空燃比を求め、これらに基づいて燃料噴射量を演算するとともに、マップＭ５から、圧縮行程気筒１２Ｃの適正な燃料噴射時期、すなわち、燃料噴射による気化潜熱の作用（燃料の気化によって気筒内のガス温度を下げる）が、圧縮圧力の低下に寄与する適正な噴射時期（例えば、圧縮行程の中期から後期前半の適正な時期）を設定する。

なお、圧縮行程気筒１２Ｃの２回目用空燃比は、気化潜熱の効果が大きくなる適正なリッチ空燃比に設定されており、この圧縮行程気筒１２Ｃの再度の燃料噴射によって、圧縮行程気筒１２Ｃの圧縮上死点付近の圧縮反力を低下させ、膨張行程気筒１２Ａの燃焼（上記ステップＳ１０８の点火によってもたらされた燃焼）による圧縮上死点の乗り越えを充分に可能とする。このような始動時の制御が完了すれば、通常制御に移行する（ステップＳ１１０）。

上記の再始動制御が実行されることにより、図１３および図１４に示すように、先ず圧縮行程気筒１２Ｃ（＃３気筒）において燃焼空燃比が理論空燃比よりも多少リッチとされて燃焼（図１３中の（１））が行われ、この燃焼（１）による燃焼圧（図１４中のａ部分）で、圧縮行程気筒１２Ｃのピストン１３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、それに伴って膨張行程気筒１２Ａ（＃１気筒）のピストン１３が上死点に近付くことにより、当該気筒内の空気が圧縮されて筒内圧が上昇する（図１４中のｂ部分）。そして、膨張行程気筒１２Ａのピストン１３が上死点に充分に近付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１３中の（２））、その燃焼圧（図１４中のｃ部分）でエンジンが正転方向に駆動される。さらに、圧縮行程気筒１２Ｃ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（図１３中の（３））、この圧縮行程気筒１２Ｃでは燃焼させないものの、燃料噴射による気化潜熱作用によって該圧縮行程気筒１２Ｃの圧縮圧力を低下させる（図１４中のｄ部分）。これにより、上記膨張行程気筒１２Ａでの燃焼によって始動開始から２番目の圧縮上死点を超えるまで、すなわち、吸気行程気筒１２Ｄ（＃４気筒）で燃焼が行われてエンジン駆動力を付与するまで、のエンジン駆動力が確保される。

この場合、圧縮行程気筒１２Ｃの空燃比が多少リッチとされたことにより、エンジンの駆動力が高められて逆転動作が充分に行われ、膨張行程気筒１２Ａの気筒内の圧力が高められて、充分な燃焼トルク（エンジンの駆動力）が生成できるようになる。

また、圧縮行程気筒１２Ｃにおいて圧縮圧力を低下させるための燃料噴射を行うことで、膨張行程気筒１２Ａの燃焼による始動を確実なものとする。

さらに、吸気行程気筒１２Ｄにおける燃料噴射時期を、燃料の気化潜熱によって気筒内の温度、および圧縮圧力を低下させる適正なタイミング（例えば圧縮行程の中期以降）に設定しているため（図１３中の（４））、該吸気行程気筒１２Ｄの圧縮行程での（圧縮上死点前での）自着火が防止され、また、該吸気行程気筒１２Ｄの点火時期が圧縮上死点以降に設定されているため、圧縮上死点前での燃焼が防止され、該吸気行程気筒１２Ｄにおいて、圧縮反力を低下させつつ、正転方向へのエンジン駆動効率を高めることができる。

その後は、通常制御により各気筒で順次燃焼（図１３中の（５）、（６））が行われてエンジンの再始動が完了する。

上記のように予め設定されたエンジンの自動停止条件が成立したときに、エンジンを自動的に停止させるとともに、自動停止状態にあるエンジンの再始動条件が成立したときに、膨張行程で停止状態にある気筒に燃料を噴射して点火、燃焼を行わせることによりエンジンを再始動させるように構成されたエンジンの始動装置において、エンジンの上記自動停止条件が成立したときに、スロットル弁２３からなる吸気流量調節手段により、エンジンの気筒１２Ａ〜１２Ｄに吸入される吸気流量を増大側に操作するとともに、圧縮行程の後半に燃料を噴射して点火することにより成層リーンの燃焼状態とした後に燃料噴射を停止し、エンジンの回転速度がある程度低下したことが確認された時点ｔ３で、上記吸気流量調節手段を吸気流量の減少側に操作するようにしたため、エンジンの自動停止時における掃気性を効果的に向上させることができるとともに、ピストン１３を適正位置に停止させてエンジンを確実に再始動させることができる。

すなわち、エンジンの自動停止条件が成立して自動停止制御を実行する際に、スロットル弁２３の開度Ｋを所定期間に亘り増大させる方向にすることにより、エンジンの自動停止時に吸気流量を充分に維持して燃焼ガスの掃気性を効果的に向上させることができるとともに、上記スロットル弁２３の開度Ｋを大きな値に設定した状態で成層リーンの燃焼制御を実行することにより、エンジンが停止状態となるまでの期間を充分に確保して自動停止制御を適正に実行することができる。

そして、エンジンの回転速度Ｎｅが、７６０ｒｐｍ程度に予め設定された基準速度Ｎ２よりも低下した時点ｔ３で、上記スロットル弁２３の開度Ｋを低減して吸気流量を減少させるように構成したため、エンジンの停止時点で膨張行程となる気筒内に導入される空気量が圧縮行程となる気筒よりも多くなるように調節することにより、膨張行程気筒のピストン１３をエンジンの再始動に適した範囲Ｒ内、つまり行程中央よりもやや下死点側に片寄った位置に停止させることができる。

また、上記実施形態では、燃料噴射の停止時点におけるエンジンの回転速度Ｎｅが、通常のアイドル回転速度よりも高い値に設定された目標速度Ｎ１を維持するように、上記成層リーン燃焼時における吸気流量と燃料噴射量とを設定したため、所定の速度領域でエンジンの回転速度Ｎｅを安定させた状態で、燃料噴射を停止してエンジンの再始動に適した位置にピストン１３を停止させる自動停止制御を安定して実行できるという利点がある。

さらに、上記実施形態では、燃料噴射の停止後にスロットル弁２３からなる吸気流量調節手段を操作して吸気流量を減少させる制御を、通常のアイドル回転速度よりも高いエンジンの回転速度（基準速度Ｎ２）で実行するように構成したため、上記スロットル弁２３を閉止操作した時点ｔ３から、エンジンが停止状態となるまでの期間を充分に確保することにより、この間に、エンジンの再始動に適した位置にピストン１３を停止させる自動停止制御を、より適正に実行できるという利点がある。

エンジンの自動停止条件が成立した時点ｔ０からエンジンの回転速度Ｎｅが上記目標速度Ｎ１で安定する時点ｔ１までの間、均一燃焼を行わせるように構成された上記実施形態に代え、上記時点ｔ０から時点ｔ１までの間は、エンジンの運転状態に応じて成層リーンの燃焼状態と均一燃焼状態とを適宜に選択して実行するように構成してもよい。そして、エンジンの自動停止動作の初期に、エンジンが成層リーンの燃焼状態にあるか否かを判別し、成層リーンの燃焼状態にあると判別された場合には、現時点における吸気流量調節手段の操作量を維持しつつ、圧縮行程の後半に燃料を噴射して点火することにより成層リーンの燃焼状態とした後に、燃料噴射を停止し、均一燃焼状態にあると判別された場合には、圧縮行程の後半に燃料を噴射して点火する成層リーンの燃焼状態に切り換えた後に、燃料噴射を停止してエンジン回転速度が低下し始めた時点ｔ３で上記吸気流量調節手段を吸気流量の減少側に操作するように構成してもよい。

具体的には、図７のステップＳ７でオルタネータ２８の発電を停止した後、図１５に示すように、現時点でエンジンが成層リーンの燃焼状態にあるか否かを判定し（ステップＳ４１）、ＹＥＳと判定された場合、つまり筒内空燃比が４０〜５０程度に設定されてスロットル開度Ｋを充分に大きな値にとするために開放状態にある現時点のスロットル開度Ｋを維持しつつ（ステップＳ４２）、圧縮行程の後半で燃料噴射する（ステップＳ４３）。なお、スロットル開度Ｋが比較的小さい値、例えば６％〜７％程度の状態で上記ステップＳ４１でＹＥＳと判定され、成層リーンの燃焼状態にあることが確認された場合には、上記ステップＳ４２でスロットル弁２３を開放操作してスロットル開度Ｋを３０％程度に設定することが好ましい。

そして、圧縮上死点の近傍で点火を行った後（ステップＳ４４）、全気筒１２Ａ〜１２Ｄで１回の成層リーン燃焼が行われたか否かを判定し（ステップＳ４５）、ＮＯと判定された場合には、上記ステップＳ４３に戻る。そして上記ステップＳ４５でＹＥＳと判定され、全気筒１２Ａ〜１２Ｄで１回の成層リーン燃焼が行われたことが確認された時点ｔ３で、図８のステップＳ１１に移行して燃料噴射を停止する。

また、上記ステップＳ４１でＮＯと判定され、現時点でエンジンが均一燃焼状態にあること、つまり各気筒１２Ａ〜１２Ｄの空気過剰率λを１程度の理論空燃比に設定するとともに、吸気行程で燃料噴射弁１６から噴射された燃料を気筒内で均一に分散させた状態で点火する燃焼状態にあることが確認された場合には、スロットル弁２３を開放操作してスロットル開度Ｋを３０％程度に設定する（ステップＳ４７）。そして、各気筒１２Ａ〜１２Ｄの空気過剰率λを３以上のリーンに設定するとともに、圧縮行程の後半に燃料噴射弁１６から噴射された燃料の一部を点火プラグ１５の電極周りに偏在させた状態で点火する成層リーン燃焼を行わせるようにエンジンの運転状態を切り換えた後（ステップＳ４８）、上記ステップＳ４５に移行する。

上記構成によれば、エンジンの自動停止動作の初期に吸気流量が比較的多い成層リーンの燃焼状態にある場合には、現時点における吸入空気量を維持して成層リーンの燃焼状態を維持することにより、エンジンの自動停止時におけるエンジンの回転速度を適正に調節して燃焼ガスの掃気性を効果的に向上させることができる。また、エンジンの自動停止動作の初期に、吸気流量が比較的少ない均一燃焼状態にある場合には、エンジンの気筒に吸入される吸気流量を増大させて成層リーンの燃焼状態に切り換えることにより、エンジンの自動停止時におけるエンジンの回転速度を適正に調節して燃焼ガスの掃気性を効果的に向上させる。そして、燃料噴射が停止されることによりエンジンの回転速度がある程度低下したことが確認された時点ｔ３で、上記吸気流量を減少させることにより、エンジンの停止時点で膨張行程となる気筒等のピストンをエンジンの再始動に適した位置に停止させることができる。

また、上記エンジンの自動停止条件としてエンジンが温間運転状態にあることを設定することが好ましく、このように構成した場合には、エンジンの自動停止動作の初期に失火等を生じることなく成層リーンの燃焼状態とすることにより、エンジンの自動停止制御を適正に実行してエンジンの回転速度を適正に調節するとともに、燃焼ガスの掃気性を効果的に向上させる制御をエンジンの温間状態で適正に実行することができる。

また、減速時に燃料噴射を停止する減速燃料カット制御を実行するように構成されたエンジンにおいて、エンジンの回転速度がアイドル回転速度よりも高い復帰速度となった時点で燃料噴射を復帰させるように構成した場合には、上記減速燃料カット制御が実行されることによりエンジン回転速度が急低下してエンジン・ストップが発生するのを効果的に防止し、その後に自動停止条件が成立した時点で上記エンジンの自動停止制御を適正に実行できるという利点がある。

特に、上記減速燃料カットの制御状態から燃料噴射を復帰する際に、少なくとも吸気行程で燃料を噴射して均一燃焼とする制御を実行した後、圧縮行程の後半に燃料を噴射して点火することにより成層リーンの燃焼状態に切り換えるように構成した場合には、上記減速燃料カット制御が実行されることによりエンジン回転速度が急低下してエンジン・ストップが発生するのを、さらに効果的に防止することができる。

また、上記実施形態では、エンジンを自動停止させる際に、スロットル弁２３が閉止状態とされ、燃料噴射が停止された後に、エンジンの回転速度Ｎｅが予め設定された基準速度Ｎ２となって所定時間が経過したことが確認された時点ｔ４で、エンジンの上死点回転速度ｎｅを検出し、この上死点回転速度ｎｅに対応した発電量Ｇｅを図９に示すマップから読み出す等により、上記上死点回転速度ｎｅが大きい場合には、小さい場合に比べてオルタネータ２８の発電量Ｇｅを大きな値に設定するように構成したため、予め設定された基準ラインに沿ってエンジン回転速度Ｎｅを低下させるようにオルタネータ２８の発電量Ｇｅを適正に制御することができる。

具体的には、エンジンが停止状態となる前の２番目の上死点（最後の上死点より一つ前の上死点）を通過する時点の上死点回数速度ｎｅ等が図５のハッチングで示す範囲内に収まるように、エンジンが停止状態となる前の４番目の上死点回数速度ｎｅに基づいてオルタネータ２８の発電量Ｇｅを調節し、エンジンの回転抵抗を変化させることにより、エンジンの停止時点で膨張行程となる気筒のピストン１３をエンジンの再始動に適した位置に停止させることができる。なお、エンジンの回転速度Ｎｅが３６０ｒｐｍよりも低いと、上記オルタネータ２８の発電が充分に行われず、その発電量Ｇｅの目標値を増大させてもクランク軸３の回転抵抗をそれ程、増大させることができず、エンジンの回転速度Ｎｅを効果的に調節することができないため、上記エンジンの自動停止制御時における初期段階で、オルタネータ２８の発電量Ｇｅを増大させる必要がある。

また、上記実施形態に示すように、ピストン１３が圧縮上死点を通過してエンジンの回転速度Ｎｅが一時的に安定した状態となる時期に検出されたエンジンの上死点回転速度ｎｅに基づき、オルタネータ２８の発電量Ｇｅを制御するように構成した場合には、この発電量Ｇｅを適正に制御してエンジン回転速度Ｎｅの低下度合を正確に調節できるという利点がある。

なお、エンジンを自動停止させる際に、燃料噴射が停止されてエンジンの回転速度Ｎｅが予め設定された基準速度Ｎ２となった後、所定時間が経過した時点で検出されたエンジン回転速度Ｎｅの低下度合に基づき、エンジンの回転速度Ｎｅが顕著に低下していることが確認された場合に、何らかの原因で予め設定された基準ラインよりも早い時期にエンジンが停止状態となると判断してオルタネータ２８の発電量Ｇｅを一時的に増大させるように構成してもよい。このように構成した場合には、燃料噴射の停止時点ｔ２からエンジンが停止状態となるまでの間に迎える圧縮上死点の回数を１回程度だけ減少させてエンジンの停止時期を予定よりも早めることができる。これにより、エンジン回転速度Ｎｅの低下度合が大きすぎることに起因してピストン１３が不適正位置に停止するという事態の発生を効果的に防止できるという利点がある。

また、上記実施形態に示すように、例えば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が６５０ｒｐｍ（自動変速機はドライブレンジ）に設定されたエンジンにおいて、上記のようにエンジンの自動停止条件が成立した時点ｔ０で、エンジンの目標速度（自動定常件成立時のアイドル回転速度）Ｎ１を、上記通常のアイドル回転速度よりも高い値、例えば８５０ｒｐｍ（自動変速機はニュートラルレンジ）に設定してエンジン回転速度Ｎｅを安定させるとともに、吸気負圧Ｂｔが一定値となるように上記スロットル弁２３からなる吸気流量調節手段を制御してエンジンの運転状態を安定させた状態で、燃料噴射を停止させるように構成した場合には、予め設定された基準ラインに沿ってエンジン回転速度Ｎｅを低下させるエンジンの自動停止制御を適正に実行することにより、エンジンの再始動に適した範囲Ｒ内にピストン１３を停止させることができる。

さらに、上記実施形態では、エンジンの自動停止条件が成立した時点ｔ０で、自動変速機をニュートラル状態とするように構成したため、自動変速機を介してエンジン本体１に入力される外乱によるエンジン回転速度Ｎｅの変動を抑制した状態で、燃料噴射を停止してエンジンの回転速度Ｎｅを所定の基準ラインに沿って低下させることにより、エンジンの再始動に適した範囲Ｒ内にピストン１３を停止させる自動停止制御を適正に実行できるという利点がある。

また、上記実施形態では、ピストン１３が最後の圧縮上死点を迎える時点ｔ５における上死点回転速度ｎｅ１に基づき、ピストン１３が行程の後半寄りの位置で停止する傾向があるか否かを判定し、その判定結果に応じてスロットル弁２３の開度Ｋを調節するように構成したため、エンジンの停止直前におけるピストン１３のストローク量を適正に調節してエンジンの再始動に適した範囲Ｒ内にピストン１３を停止させる自動停止制御を適正に実行することができる。

例えば最終上死点回転速度ｎｅ１が２００ｒｐｍ以上であり、かつ上記ブースト圧Ｂｔ２がＰ２＝−２００ｍｍＨｇ以下である条件を満たすか否かによってピストン１３が行程の後半寄りの位置で停止する傾向があるか否かを判定し、ＮＯと判定された場合には、スロットル弁２３の開度Ｋを４０％程度に予め設定された第１開度に設定して、吸気行程気筒の吸気抵抗を減少させることにより、膨張行程気筒のピストン１３の位置が適正範囲Ｒの下限を超えた状態となるのを効果的に防止することができる。一方、上記判定結果がＹＥＳの場合には、スロットル弁２３の開度Ｋを５％程度の第２開度に設定して、吸気行程気筒に適度の吸気抵抗を生じさせることにより、ピストン１３の停止位置が上記適正範囲Ｒを超えてさらに後期側となるのを防止できるという利点がある。

なお、上記実施形態では、エンジン再始動時において、圧縮行程気筒１２Ｃに対して、１回目用空燃比を理論空燃比以下のリッチ空燃比に設定した例を説明したが、これに限らず、１回目用空燃比を理論空燃比よりも所定量リーンに設定して余剰酸素を気筒内に残し、エンジンが正転方向に転じた後の本来の圧縮行程において、圧縮上死点直後に２回目の燃焼が行えるように燃料を噴射させ、圧縮上死点直後に点火するようにしてもよい。

特に、エンジン停止時の膨張行程気筒１２Ａのピストン位置が、始動適正範囲内の上死点側に寄っている場合は、このようにすることが好ましい。

すなわち、エンジン停止時の膨張行程気筒１２Ａのピストン位置が、始動適正範囲内の上死点側に寄っている場合は、膨張行程気筒１２Ａの空気容積が少ない側に振れているため、その空気量に対応する燃料噴射量が抑えられ、一方で、膨張行程気筒１２Ａと逆位相の関係にある圧縮行程気筒１２Ｃにおいては、空気容積が多い側に振れているため、その空気量に対応する燃料噴射量が増大できる関係にあることから、圧縮行程気筒１２Ｃにおいて、逆転動作（膨張行程気筒１２Ａの空気圧縮）と正転動作との双方で燃焼させるように、１回目用空燃比をリーンとし、２回目用空燃比が理論空燃比以下となるように設定して、正転動作時における膨張行程気筒１２Ａでの燃焼に続いて、圧縮行程気筒１２Ｃで燃焼させてもよい。

また、上記実施形態では、サージタンク２１ｂの上流側に配設されたスロットル弁２３からなる吸気流量調節手段により各気筒１２Ａ〜１２Ｄへの吸気流量を調節するように構成した例について説明したが、これに限らず、各気筒１２Ａ〜１２Ｄに設けられた吸気弁１９のリフト量を変更する周知の可変動弁機構を設けることにより、上記各気筒１２Ａ〜１２Ｄへの吸気流量を調節するように構成してもよく、あるいは各気筒１２Ａ〜１２Ｄに接続された分岐吸気通路２１ａに個別に弁体が配設された多連型スロットル弁を用いて上記各気筒１２Ａ〜１２Ｄへの吸気流量を調節するように構成してもよい。

また、上記実施形態におけるエンジンの始動装置では、自動停止状態にあるエンジンを再始動させる際に、圧縮行程気筒に第１回の燃焼を行わせることにより、最初にクランク軸３を少しだけ逆回転させて膨張行程気筒内の混合気を圧縮した後に点火するようにしているが、本発明に係るエンジンの始動装置は、これに限るものではなく、膨張行程気筒に対して最初に点火を行うことによりエンジンを再始動させるように構成してもよい。

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。 エンジン停止前に２番目における上死点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の前半部を示すフローチャートである。 エンジンの自動停止制御動作の後半部を示すフローチャートである。 エンジンの回転速度に応じてオルタネータの発電量を設定するためのマップの一例を示す図表である。 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。 エンジンの自動停止制御動作の別の例を示すフローチャートである。

符号の説明

２ ＥＣＵ
３ クランク軸
１３ ピストン
１６ 燃料噴射弁
２３ スロットル弁

Claims (8)

1. 予め設定されたエンジンの自動停止条件が成立したときに、エンジンの運転を継続させるための燃料噴射を停止してエンジンを自動的に停止させるとともに、自動停止状態にあるエンジンの再始動条件が成立したときに、少なくとも膨張行程で停止状態にある気筒に燃料を噴射して点火、燃焼を行わせることによりエンジンを再始動させるように構成されたエンジンの始動装置であって、エンジンの上記自動停止条件が成立したときに、エンジンの気筒に吸入される吸気流量を調節する吸気流量調節手段を吸気流量の増大側に操作するとともに、圧縮行程の後半に燃料を噴射して点火することにより成層リーンの燃焼状態とした後に燃料噴射を停止し、エンジン回転速度が低下し始めた時点で上記吸気流量調節手段を吸気流量の減少側に操作することを特徴とするエンジンの始動装置。
2. 燃料噴射の停止時点におけるエンジンの回転速度が、エンジンを自動停止させないときのアイドル回転速度よりも高い値に設定された基準速度を維持するように、成層リーン燃焼時における吸気流量と燃料噴射量とを設定したことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの始動装置。
3. エンジンを自動停止させる際に、エンジンの回転速度が低下し始めた時点で吸気量調節手段を操作して吸気流量を減少させる制御を、上記アイドル回転速度よりも高い回転速度で実行することを特徴とする請求項２に記載のエンジンの始動装置。
4. エンジンの上記自動停止条件が成立したときに、エンジンが成層リーンの燃焼状態にあるか否かを判別し、吸気行程で燃料を噴射して点火する均一燃焼状態にあると判別された場合に、吸気流量調節手段を吸気流量の増大側に操作した後に成層リーンの燃焼状態に移行することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のエンジンの始動装置。
5. 予め設定されたエンジンの自動停止条件が成立したときに、エンジンを自動的に停止させるとともに、自動停止状態にあるエンジンの再始動条件が成立したときに、少なくとも膨張行程で停止状態にある気筒に燃料を噴射して点火、燃焼を行わせることによりエンジンを再始動させるように構成されたエンジンの始動装置であって、エンジンの上記自動停止条件が成立したときに、エンジンが成層リーンの燃焼状態にあるか否かを判別し、成層リーンの燃焼状態にあると判別された場合には、現時点における吸気流量調節手段の操作量を維持しつつ圧縮行程の後半に燃料を噴射して点火することにより成層リーンの燃焼状態を継続した後に燃料噴射を停止し、均一燃焼状態にあると判別された場合には、圧縮行程の後半に燃料を噴射して点火することにより成層リーンの燃焼状態に切り換えた後に、燃料噴射を停止し、それぞれエンジン回転速度が低下し始めた時点で上記吸気流量調節手段を吸気流量の減少側に操作することを特徴とするエンジンの始動装置。
6. エンジンが温間運転状態にあることをエンジンの自動停止条件として設定したことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のエンジンの始動装置。
7. 減速時に燃料噴射を停止する減速燃料カット制御を実行するとともに、エンジンの回転速度が、エンジンを自動停止させないときのアイドル回転速度よりも高い復帰速度となった時点で燃料噴射を復帰させた後に、成層リーンの燃焼状態とした後に燃料の噴射を停止する上記エンジンの自動停止制御を実行することを特徴とする請求項１〜６何れか１項に記載のエンジンの始動装置。
8. 減速時に燃料噴射を停止する減速燃料カット制御を実行するとともに、この減速燃料カットの制御状態から燃料噴射を復帰する際に、少なくとも吸気行程で燃料を噴射して均一燃焼とする制御を実行した後、圧縮行程の後半に燃料を噴射して点火することにより成層リーンの燃焼状態に切り換えることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載のエンジンの始動装置。

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