JP4474969B2 - エンジンの始動装置 - Google Patents

Description

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

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

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

そこで、スタータモータを駆動させることなく、停止状態のエンジンの特定気筒に燃料を供給して着火、燃焼を行わせ、エンジンの燃焼によって発生するトルクのみによってエンジンが即時的に始動されるようにすることが望ましい。この場合、エンジン停止中に膨張行程にある気筒に燃料を供給して燃焼を行わせるようにすればその燃焼のエネルギーをエンジン正転方向に作用させることができる。このような始動装置として、多気筒エンジンにおいてエンジン停止時の圧縮行程気筒に対して初回の燃焼を実行して当該圧縮行程気筒のピストンを押し下げ、それに伴い膨張行程にある気筒のピストン上昇によって当該膨張行程気筒の筒内圧力を高めるようにした上で、当該膨張行程気筒に対して燃料を噴射させて点火、燃焼を行わせ、こうしてエンジン正転方向に作用する燃焼エネルギーを増大させるようにしたものも提案されている（例えば特許文献１参照）。
国際公開第０１／３８７２６号パンフレット

ところで、上記特許文献１に示されるような始動装置を４サイクルエンジンに適用し、この装置によってエンジンの燃焼により発生するトルクのみによってエンジンを繰り返し始動させると、エンジンの回転数の経時変化は図１６に代表されるような特性があることが分かった。

すなわち、エンジン再始動開始後、まず停止時圧縮行程気筒における初回燃焼によってエンジンを逆転方向に作動させて、停止時膨張行程気筒のピストン上昇によって筒内圧力を高めてから当該膨張行程気筒で燃焼させることによりエンジンを正転方向に作動させると、まず圧縮行程気筒のピストンが圧縮圧力に打ち勝って最初に圧縮上死点を超え（第１ＴＤＣ）、次いで停止時吸気行程気筒、排気行程気筒のピストンが順次圧縮上死点（第２，第３ＴＤＣ）を超えることになるが、再始動後、停止時吸気行程気筒のピストンが最初の圧縮上死点（第２ＴＤＣ）を超える際にエンジンの回転速度が極端に低下することが分かり、膨張行程気筒の上記燃焼による燃焼エネルギーが小さかったり、この燃焼エネルギーの損失が大きかったりすると、上記ピストンが圧縮圧力に打ち負けてこの上記第２ＴＤＣを超えることができず、エンジンを適正に始動させることができない可能性があることが分かった。

一方、停止時吸気行程気筒のピストンが一旦上記第２ＴＤＣを超えると適正にエンジンを始動させることができることが分かり、したがってエンジンの始動性にあたっては、エンジンの再始動開始からこの第２ＴＤＣを超える期間（再始動不安定期間）を如何にして乗り越えるかが問題となる。

本発明は、上記の事情に鑑み、エンジン停止時における吸気行程気筒のピストンが最初に迎える圧縮上死点を通過する確実性を向上することができ、これによりエンジンの始動性を向上させることができるエンジンの始動装置を提供するものである。

本発明に係るエンジンの始動装置は、エンジンの自動停止後において再始動条件が成立したときに、エンジン停止時に膨張行程にある気筒に対して燃料を供給して点火、燃焼を行わせることによりエンジンを再始動させる多気筒４サイクルエンジンの始動装置において、各気筒のピストン位置を検出するピストン位置検出手段と、クラッチ手段を介してクランクシャフトに連結される回転慣性体と、上記ピストン位置検出手段からの検出結果に基づいて上記クラッチ手段を断続制御する制御手段とを備え、当該制御手段は、上記クラッチ手段を断続することにより、上記膨張行程気筒での最初の燃焼によって上記回転慣性体を回転させるとともにエンジン停止時に吸気行程にある気筒が最初に迎える圧縮行程で上記回転慣性体の回転エネルギーをクランクシャフト側に供給するように制御することを特徴とするものである。

この発明によれば、ピストン位置を検出することにより各気筒の行程を特定し、この検出結果に基づいて少なくとも停止時膨張行程気筒の膨張行程の一部および停止時吸気行程気筒の圧縮行程で制御手段がクラッチ手段を締結するように制御するので、上記膨張行程気筒での最初の燃焼によってクランクシャフトが回転するときにクラッチ手段を締結して回転慣性体を回転させることにより慣性質量を増大させ、これによってイナーシャ（回転慣性）を増大させることができるとともに、回転エネルギーを低下させることなく回転速度を低く抑えることができる。このように、回転エネルギーを低下させることなく回転速度を低く抑えることにより回転速度が高いと増大する摩擦抵抗による回転エネルギーの損失を抑制することができ、またイナーシャを増大させることにより回転速度の時間変化を平滑化することができ、これにより上記吸気行程気筒のピストンが最初に迎える圧縮上死点を通過する確実性を向上させることができる。すなわち、膨張行程気筒での燃焼エネルギーの一部を回転慣性体の回転エネルギーとして貯留し、この回転エネルギーを吸気行程気筒での圧縮エネルギーに効率的に変換して当該吸気行程気筒のピストンが最初に迎える圧縮上死点を通過する際のエンジン回転速度の低下幅を軽減し、当該圧縮上死点を通過し易くしている。

この発明において、上記制御手段は、エンジンの再始動から、上記吸気行程気筒のピストンが最初に迎える圧縮上死点を通過するまでの再始動不安定期間において、上記クラッチ手段を締結状態で維持するのが好ましい（請求項２）。

すなわち、クラッチ手段の断絶にあたっては摩擦熱として一部のエネルギーが損失される。従って、上記のように構成すれば、エネルギー損失を軽減して効率的に回転慣性体の回転エネルギーを効率的に吸気行程気筒での圧縮エネルギーに変換することができる。

この場合、上記制御手段は、上記再始動不安定期間の経過後に上記クラッチ手段を断絶するように制御するのが好ましい（請求項３）。

このように構成すれば、制御手段によってクラッチ手段を断絶することにより、クランクシャフトと回転慣性体との間を断絶してエンジンへの負担を軽減することができ、回転速度の立ち上げを早めて発進の際の迅速性を向上させることができる。

この発明において、上記クラッチ手段や回転慣性体として新たな機構を設けるものであってもよいが、例えばクランクシャフトに連結されたトルクコンバータに含まれ、トルクコンバータの入力側と出力側とを直結する締結状態と断絶する断絶状態とに切換可能なロックアップクラッチを備え、上記クラッチ手段にこのロックアップクラッチが含まれ、上記制御手段は、車輪側への駆動力の伝達が切り離されたニュートラル状態においてロックアップクラッチを締結するように制御してもよい（請求項４）。

このように構成すれば、既存の機構を有効に利用して回転慣性を増大させることができるとともに回転エネルギーを低下させることなく回転速度を低下させることができ、これにより停止時吸気行程気筒のピストンが圧縮上死点を通過する際におけるエンジン回転速度の低下幅を軽減することができる。

また、この場合、上記請求項４の構成に加えて上記トルクコンバータの出力軸に連結され、かつ、複数の摩擦締結要素を断続することにより上記ニュートラル状態を含む多段変速可能な多段変速機構を備え、この多段変速機構は、駆動力伝達経路に含まれる回転慣性体と、上記駆動力伝達経路を変更するためにこの回転慣性体と上記トルクコンバータの出力軸を断続するクラッチとを更に備え、上記クラッチ手段にはこの多段変速機構のクラッチを含み、上記制御手段は、ニュートラル状態において上記ロックアップクラッチに加えて上記クラッチを締結するように制御してもよい（請求項５）。

このように構成しても、既存の機構を有効に利用して回転慣性を増大させる等することができ、これにより停止時吸気行程気筒のピストンが圧縮上死点を通過する際におけるエンジン回転速度の低下幅を軽減することができる。

ここで、通常、上記クラッチ手段を駆動させるには、エンジンを始動させてオイルポンプを駆動させることが多く、従ってエンジン始動前にはクラッチ手段を駆動させることができないことが想定される。従って、エンジンの始動前に上記クラッチ手段を断続させるための電動オイルポンプを備えることとすれば（請求項６）、エンジン始動前においても電動オイルポンプによりクラッチ手段に対してオイルの供給が可能となり、これによりクラッチ手段を任意に駆動させることができる。

この発明において、上記エンジンは、上記再始動不安定期間であって、上記膨張行程気筒の燃焼を実行してエンジンを正転方向に作動させる前に、エンジン停止時の圧縮行程気筒に燃料を供給して点火、燃焼を行わせることにより当該エンジンを逆転方向に所定量作動させて、上記膨張行程気筒のピストン上昇によって筒内圧力を高めるのが好ましい（請求項７）。

このように構成すれば、エンジン始動時に、まず上記圧縮行程気筒において初回燃焼が行われ、これによりエンジンが逆転方向に駆動されて膨張行程気筒のピストンが上死点に近づくことにより当該気筒内の空気が圧縮され、この状態で膨張行程気筒内の燃料が燃焼されることによりその燃焼圧が有効にピストンに作用してエンジンが正転方向に駆動され、これにより上記膨張行程気筒で高い燃焼エネルギーが得られ、このエネルギーに基づいて回転慣性体を適正に回転させることができ、この回転慣性体のエネルギーを有効に利用して吸気行程気筒のピストンが最初に迎える圧縮上死点近傍における圧縮反力に確実に打ち勝ってエンジンの始動性を向上させることができる。

この発明に係るエンジンの始動装置によれば、エンジンの停止時に膨張行程にある気筒での最初の燃焼による燃焼エネルギーの一部を回転慣性体の回転エネルギーとして貯留し、この回転エネルギーをエンジンの停止時に吸気行程気筒にある気筒での最初の圧縮行程における圧縮エネルギーとして利用することにより、吸気行程気筒のピストンがエンジンの始動後最初に迎える圧縮上死点を通過する際のエンジンの回転速度の落ち込みを軽減することができ、このため該ピストンを上記圧縮上死点を確実に通過させることができるという利点がある。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

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

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

さらに、燃焼室５の側方部には、燃焼室５内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁８が設けられている。この燃料噴射弁８は、図略のニードル弁及びソレノイドを内蔵し、パルス信号が入力されることにより、そのパルス入力時期にパルス幅に対応する時間だけ駆動されて開弁し、その開弁時間に応じた量の燃料を噴射するように構成されている。そして、点火プラグ７付近に向けて燃料を噴射するように燃料噴射弁８の噴射方向が設定されている。なお、この燃料噴射弁８には図外の燃料ポンプにより燃料供給通路等を介して燃料が供給され、かつ、圧縮行程での燃焼室内の圧力よりも高い燃料圧力を与え得るように燃料供給系統が構成されている。

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

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

また、エンジンには、タイミングベルト等によりクランクシャフト６に連結されたオルタネータ（発電機）２６が付設されている。このオルタネータ２６は、図略のフィールドコイルの電流を制御して出力電圧を調節することにより発電量を調整するレギュレータ回路２６ａを内蔵し、このレギュレータ回路２６ａに入力される後述するＥＣＵ３０からの制御信号に基づき、車両の電気的負荷及び車載バッテリーの電圧等に対応した発電量の制御が実行されるように構成されている。

さらに、上記エンジンには、上記クランクシャフト６に対し、その回転角を検出するクランク角センサが設けられており、当実施形態では、後に詳述するように、互いに一定量だけ位相のずれたクランク角信号を出力する２つのクランク角センサ２１，２２が設けられている。さらにカムシャフトに対し、その特定回転位置を検出することで気筒識別信号を与えることのできるカム角センサ２３が設けられている。なお、上記クランク角センサ２１，２２が本願発明にいうピストン位置検出手段である。

また、エンジンは、図３に示すように、その出力軸であるクランクシャフト６を通じて自動変速機構５０に接続されている。この自動変速機構５０は、上記クランクシャフト６に連結されたトルクコンバータ５１と、このトルクコンバータ５１の出力軸であるタービンシャフト５９に連結された多段変速機構５２とを備え、これらに含まれる複数の摩擦締結要素を断続させることにより、車輪側への駆動力の伝達が切り離されたニュートラル状態を含む多段変速可能に構成されている。

上記トルクコンバータ５１は、クランクシャフト６に連結されたポンプカバー５３と、このポンプカバー５３に一体に形成されたポンプインペラ５４（トルクコンバータ入力側）と、これに対向するように設置されたタービンランナ５５（トルクコンバータ出力側）と、その間でワンウェイクラッチ５６を介してケース５７に取付けられたステータ５８とを備えている。そして、トルクコンバータ５１の出力軸となるタービンシャフト５９が上記タービンランナ５５に連結されている。また、上記ポンプカバー５３内の空間には、作動流体としてのオイルが充満され、ポンプインペラ５４の駆動力がこの作動油を介してタービンランナ５５に伝達されるものとなされている。

そして、上記ポンプカバー５３およびポンプインペラ５４がフライホイールとして機能し、これによりクランクシャフト６の回転むらを軽減するとともに、膨張行程を除く各行程でクランクシャフト６に回転エネルギーを供給する。

なお、ポンプインペラ５４には中空回転シャフト６０が連結され、このシャフト６０の後端にオイルポンプ６１が取付けられているとともに、ケース５７内にはこのオイルポンプ６１とは別に電動オイルポンプ６２が設けられ、これらの各オイルポンプ６１，６２がコントロールバルブ６３に接続されている。そして、このコントロールバルブ６３が後述するＥＣＵ３０によりオイルポンプ６１と電動オイルポンプ６２との間で切り換え制御されている。すなわち、エンジンの始動前と始動初期においては、電動オイルポンプ６２を駆動させて後述する各摩擦締結要素としてのクラッチやブレーキ等を駆動させるとともに、エンジンの駆動中にはオイルポンプ６１により各摩擦締結要素を駆動するものとなされている。

このトルクコンバータ５１には、更に上記ポンプカバー５３とタービンランナ５５との間に介設され、該カバー５３を介してクランクシャフト６とタービンランナ５５とを直結するロックアップクラッチ６４が設けられている。このロックアップクラッチ６４は、上記オイルポンプ６１および電動オイルポンプ６２に図外の油圧制御回路を介して接続されており、この油圧制御回路に設けられたコントロールバルブ６３および図外のソレノイドバルブをオン・オフ制御することにより油路を切り換えてエンジンの停止時においても駆動可能に構成されている。この油圧制御回路は、多段変速機構５２において車輪側への駆動力の伝達が切り離されたニュートラル状態においてもロックアップクラッチ６４を断続し得るように構成され、このニュートラル状態においてロックアップクラッチ６４が締結されることにより上記ポンプカバー５３、ポンプインペラ５４に加え、タービンランナ５５およびタービンシャフト５９も回転慣性体として機能することとなる。すなわち、これらのタービンランナ５５およびタービンシャフト５９等が本願発明にいう回転慣性体に相当する。

一方、多段変速機構５２は、第１および第２遊星ギヤ機構６５，６６と、この遊星ギヤ機構６５，６６を含む動力伝達経路を切り換えるクラッチやブレーキ等の複数の摩擦締結要素６７〜７２とを備え、これらの摩擦締結要素を適宜断続してニュートラル状態、後退速、複数段の前進速等の複数段に切換可能に構成されている。

第１および第２遊星ギヤ機構６５，６６は、それぞれ、サンギヤ６５ａ，６６ａと、これらのサンギヤ６５ａ，６６ａの周りに配置されこれらに噛合する複数個（例えば３個）の遊星ギヤ６５ｂ，６６ｂと、これらの遊星ギヤ６５ｂ，６６ｂを支持するキャリヤ６５ｃ，６６ｃと、遊星ギヤ６５ｂ，６６ｂの周りを取り囲むように配置されこれらの噛合するリングギヤ６５ｄ，６６ｄとを備え、第１遊星ギヤ機構６５のリングギヤ６５ｄと第２遊星ギヤ機構６６のキャリヤ６６ｃとが連結されているとともに、第１遊星ギヤ機構６５のキャリヤ６５ｃと第２遊星ギヤ機構６６のリングギヤ６６ｄとが連結され、各遊星ギヤ機構６５，６６が連動し得るものとなされている。

摩擦締結要素は、上記タービンシャフト５９および第１遊星ギヤ機構６５のサンギヤ６５ａの間に介在するフォワードクラッチ６７と、タービンシャフト５９と第２遊星ギヤ機構６６のサンギヤ６６ａとの間に介在するリバースクラッチ６８と、タービンシャフト５９と第２遊星ギヤ機構６６のキャリヤ６６ｃとの間に介在する３−４クラッチ６９と、第２遊星ギヤ機構６６のサンギヤ６６ａを固定する２−４ブレーキ７０と、これらの遊星ギヤ機構６５，６６とケース５７との間に並列的に介在するローリバースブレーキ７１およびワンウェイクラッチ７２等とを備え、これらの摩擦締結要素６７〜７２が断続されて出力ギヤ７３に繋がる動力伝達経路が変更ないし断絶されるものとなされている。

そして、この出力ギヤ７３が回転することにより、駆動力が車輪側、すなわち伝導ギヤ７４，７５，７６および差動機構７７を介して左右の車軸７８，７９に伝達されるようになっている。

これらの摩擦締結要素６７〜７２は、ロックアップクラッチ６４と同様に、図示しない油圧制御回路およびこの回路に設けられたコントロールバルブ６３を介してオイルポンプ６１および電動オイルポンプ６２に接続されており、後述するＥＣＵ３０によって電動オイルポンプ６２、コントロールバルブ６３や各摩擦締結要素６７〜７２に応じて設けられた図略のソレノイドバルブを駆動して油路を切り換えることにより、断続するものとなされている。

この他にもエンジンの制御に必要な検出要素として、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサ２４、アクセル開度（アクセル操作量）を検出するアクセル開度センサ２５等が装備されている。

３０は制御手段としてのＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）であり、上記各センサ２０〜２５からの信号を受け、上記燃料噴射弁８に対して燃料噴射量及び噴射時期を制御する信号を出力するとともに、点火装置に対して点火時期制御信号を出力し、かつ、スロットル弁１７のアクチュエータ１８に対してスロットル開度を制御する信号を出力し、さらにオルタネータ２６のレギュレータ回路２６ａに対して発電量を制御する信号を出力するとともに、上記ロックアップクラッチ６４を駆動すべくオイルポンプ６１，６２、コントロールバルブ６３およびソレノイドバルブに対して駆動制御信号を出力する。すなわち、このＥＣＵ３０が本発明にいう制御手段に相当する。

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

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

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

すなわち、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、エンジンの停止時点で膨張行程気筒および圧縮行程気筒になる気筒では、それぞれ位相が１８０°ＣＡずれているため、各ピストン４が互いに逆方向に作動し、膨張行程気筒のピストン４が行程中央（上死点後９０°ＣＡ）よりも下死点側に位置していれば、その気筒内の空気量が多くなって充分な燃焼エネルギーが得られる。しかし、上記膨張行程気筒のピストン１３が極端に下死点側に位置した状態となると、圧縮行程気筒内の空気量が少なくなり過ぎてクランクシャフト６を逆転させるための燃焼エネルギーが充分に得られなくなる。

そこで、上記所定の適正範囲Ｒとして、膨張行程気筒の行程中央、つまり圧縮上死点後のクランク角が９０°ＣＡとなる位置をやや下死点側に超える所定範囲、例えば圧縮上死点後のクランク角が１００°〜１２０°ＣＡとなる範囲内にピストンを停止させることができれば、圧縮行程気筒内に所定量の空気が確保されて上記初回の燃焼によりクランクシャフト６をすこしだけ逆転させ得る程度の燃焼エネルギーが得られることになる。しかも、このクランクシャフト６の逆転によって当該気筒内の圧縮圧力を高めるとともに当該気筒内に多くの空気量を確保することにより、クランクシャフト６を正転させるための燃焼エネルギーを充分に発生させてエンジンを確実に再始動させることが可能となる。

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

図５に示すように、自動変速機構５０をドライブ状態からニュートラル状態に切り換えるとともに、エンジンの目標速度を、エンジンを自動停止させないときの通常のアイドル回転速度（以下、「通常のアイドル回転速度」という）よりも高い値、例えば通常のアイドル回転速度が６５０ｒｐｍ（自動変速機はドライブ状態）に設定されたエンジンでは上記目標速度を自動停止条件成立時のアイドル回転速度としての８５０ｒｐｍ程度（自動変速機はニュートラル状態）に設定することにより、エンジンの回転速度Ｎで安定させる制御を実行し、エンジンの回転速度Ｎが目標速度で安定した時点ｔ１で燃料噴射を停止させる。

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

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

上記のようにエンジンを自動停止させる際に、燃料噴射の停止時点ｔ１から、クランクシャフト６やフライホイール等が有する運動エネルギーが摩擦による機械的な損失や、各気筒３Ａ〜３Ｄのポンプ仕事によって消費されることにより、エンジンのクランクシャフト６は惰性で数回転し、４気筒４サイクルエンジンでは１０回前後の圧縮上死点（図５ではＡbt： bt＝…３，２，１）を迎えた後に停止する。

具体的には、図５に示すように、上記気筒３Ａ〜３Ｄが圧縮上死点を迎える度にエンジンの回転速度Ｎが一時的に落ち込んだ後に、圧縮上死点を超えた時点で再び上昇するというアップダウンを繰り返しながらエンジン回転速度Ｎが次第に低下する。

そして、最後の圧縮上死点を超えた時点ｔ３の後に圧縮上死点を迎えようとする気筒では、慣性力によるピストン４の上昇に伴って空気圧が高まり、その圧縮反力によりピストン４が押し返されてクランクシャフト６が反転する。このクランクシャフト６の逆転によって膨張行程気筒の空気圧が上昇するため、その圧縮反力に応じて膨張行程気筒のピストン４が下死点側に押し返されてクランクシャフト６が再び正転し始め、このクランクシャフト６の逆転と正転とが数回繰り返されてピストン４が往復作動した後に停止することになる。このピストン４の停止位置は、上記圧縮行程気筒および膨張行程気筒における圧縮反力のバランスにより略決定されるとともに、エンジンの摩擦等の影響を受け、上記最後の圧縮上死点を超えた時点ｔ３のエンジンの回転慣性、つまりエンジン回転速度Ｎの高低によっても変化することになる。

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気筒のピストン４を再始動に適した上記所定の適正範囲Ｒ内に停止させるためには、まず上記膨張行程気筒および圧縮行程にある圧縮行程気筒の圧縮反力がそれぞれ充分に大きくなり、かつ膨張行程気筒の圧縮反力が圧縮行程気筒の圧縮反力よりも所定値以上大きくなるように、両気筒に対する吸気流量を調節する必要がある。このために、燃料噴射の停止時点ｔ１でスロットル弁１７を開放することにより上記膨張行程気筒および圧縮行程にある圧縮行程気筒の両方に所定量の空気を吸入させた後、所定時間が経過した時点ｔ２で上記スロットル弁１７を閉止してその開度を低減することにより上記吸入空気量を調節するようにしている。

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

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

すなわち、図６は、上記のようにエンジンの回転速度Ｎが所定速度となった時点ｔ１で燃料噴射を停止し、その後の所定期間に亘りスロットル弁１７を開状態に維持するようにして惰性により回転するエンジンの各気筒３Ａ〜３Ｄに設けられたピストン４が圧縮上死点を通過する際の上死点回転速度ｎを計測するとともに、エンジンの停止時点における膨張行程気筒のピストン位置を調べ、このピストン位置を縦軸に取るとともに、上記エンジンの上死点回転速度ｎを横軸に取って、両者の関係をグラフ化したものである。この作業を繰り返してエンジンの停止動作期間中における上記上死点回転速度ｎと、膨張行程気筒におけるピストン停止位置との相関関係を示す分布図が得られることになる。

上記の分布図から、エンジンの停止動作期間中における上死点回転速度ｎと膨張行程気筒におけるピストン停止位置と間に所定の相関関係が見られ、図６に示す例では、エンジンが停止状態となる前の６番目〜２番目における上死点回転速度ｎがハッチングで示す範囲（適正回転速度範囲）内にあれば、ピストン４の停止位置がエンジンの再始動に適した範囲Ｒ（圧縮上死点後の１００°〜１２０°ＣＡ）に入ることが分かる。したがって、ＥＣＵ３０は、スロットル弁１７が閉止された時点ｔ２以降、オルタネータ２６の発電量を制御することにより、所定の上死点回転速度ｎが適正回転速度範囲内に含まれるように制御している。

以上、エンジンの自動停止制御を図７に示すフローチャートに基づいて説明する。図７のフローチャートに示す処理は、エンジンが運転されている状態からスタートし、ＥＣＵ３０は、まずステップＳ１でアイドルストップ条件が成立したか否かを判定する。この判定は、車速、エンジン温度（エンジン冷却水の温度）等に基づいて行い、例えば車速が０の停車状態ないしは車速が１０ｋｍ／ｈ以下の超低速状態が所定時間以上持続し、かつ、エンジン温度が所定範囲内にあり、さらにエンジンを停止させることに格別の不都合（例えばバッテリー残量が少ないということ）がない状況にある場合等に、アイドルストップ条件成立とする。

アイドルストップ条件が成立したときは（ステップＳ１でＹＥＳ）、まず自動変速機をニュートラル状態に自動的に切り換えるとともに、通常のアイドル回転速度よりも高い目標速度にエンジンの回転速度を安定させ、さらにＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲ弁（図示せず）を閉弁して排気還流を停止させる等の初期制御を実行してから、エンジンの回転速度や吸気圧等の所定の条件に基づいてエンジンの各気筒に対する燃料供給を停止し（ステップＳ２）、次いで一旦スロットル弁１７を所定開度に開き（ステップＳ３）、これにより排気ガスの掃気性を確保するとともに、オルタネータ２６の発電量を自動停止条件の成立時点よりも低下させ（ステップＳ４）、これより、クランクシャフト６の回転抵抗を低減させる。それから、エンジン回転数が所定回転数（図５の例では７６０ｒｐｍ程度）以下となるまでこの状態を保ち（ステップＳ５）、所定回転数以下となればスロットル弁１７を閉じ（ステップＳ６）、これにより各気筒３Ａ〜３Ｄに吸入される吸気流量を減少させる。

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

続いて、ピストン４が圧縮上死点を通過する際のエンジンの回転速度である上死点回転速度ｎを検出し（ステップＳ８）、この上死点回転速度ｎが図６に示す所定の範囲内（適正回転速度範囲内）にあるかどうかを判定する（ステップＳ９）。この判定の結果、上死点回転速度ｎが所定の適正回転速度範囲内にない場合には、上死点回転速度ｎと上記適正回転速度範囲との間の回転速度の偏差に基づいてオルタネータ２６の発電量を算出する（ステップＳ１０）。このように上死点回転速度ｎが適正回転速度範囲内にない場合、例えば図６で回転速度が４７０ｒｐｍである場合には、この回転速度を挟む適正回転速度範囲（高回転側範囲と低回転側範囲）のうち近接する適正回転速度範囲（この例では低回転側範囲）に基づいて偏差を算出する。具体的には、高回転側範囲の下限値と低回転側範囲の上限値の中間値に基づいて検出された上死点回転速度がこの中間値よりも高いか低いかを判定することによって偏差の基準となる適正回転速度範囲を決定する。そして、この発電量は、上記回転速度の偏差および現在の発電量に基づいて予め設定されたマップから読み出され、上死点回転速度ｎが上記基準適正回転速度範囲よりも高い場合には、オルタネータ２６の発電量を増大させ、逆に低い場合にはオルタネータ２６の発電量を減少ないし停止して（ステップＳ１１）、ステップＳ１２に移行する。

上記ステップＳ９で上死点回転速度ｎが所定の適正回転速度範囲内にある場合には、上記ステップＳ１０およびＳ１１をスキップして、エンジンの上死点回転速度ｎが所定値以下であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。この所定値は、予め設定された基準ラインに沿ってエンジンの回転速度が低下している過程で最後の上死点を超える際のエンジン回転速度に対応した値であり、例えば２６０ｒｐｍ程度に設定されている。上記ステップＳ１２でＮＯと判定された場合には、ステップＳ８に戻って上記制御動作を繰り返す。上記ステップＳ８でＹＥＳと判定されてエンジンの上死点回転速度ｎが上記所定値以下になったことが確認されれば、ステップＳ１３でエンジンが停止したか否かを判定し、エンジンが停止すると、後述の図８の停止位置検出ルーチンによるピストンの停止位置の検出に基づき、上記ステップＳ１４で上記停止位置を検出してＥＣＵ３０に含まれる図外の記憶手段に記憶される。

図８は停止位置検出ルーチンを示している。このルーチンがスタートすると、ＥＣＵ３０は、第１クランク角信号ＣＡ１（第１クランク角センサからの信号）および第２クランク角信号ＣＡ２（第２クランク角センサからの信号）を調べ、第１クランク角信号ＣＡ１の立ち上がり時に第２クランク角信号ＣＡ２がLowまたは第１クランク角信号ＣＡ１の立ち下がり時に第２クランク角信号ＣＡ２がHighであるか否かを判定する。要するに、これらの信号ＣＡ１，ＣＡ２の位相の関係が図９（ａ）のようになるか、それとも図９（ｂ）のようになるかを判別することにより、エンジンの正転時か逆転時かを判別する（ステップＳ２０）。

すなわち、エンジンの正転時には、図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。そこで、ステップＳ２０の判定がＹＥＳであればエンジンの正転方向のクランク角変化を計測するためのＣＡカウンタをアップし（ステップＳ２１）、ステップＳ２０の判定がＮＯの場合は上記ＣＡカウンタをダウンする（ステップＳ２２）。そして、エンジン停止時に上記ＣＡカウンタの値を調べることで停止位置を求めるのである（ステップＳ２３）。

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

多気筒４サイクルエンジンにおいては各気筒が所定の位相差をもって吸気、圧縮、膨張、排気の各行程からなるサイクルを行うようになっており、４気筒エンジンの場合、気筒列方向一端側から１番気筒３Ａ、２番気筒３Ｂ、３番気筒３Ｃ、４番気筒３Ｄと呼ぶと、図１０中及び図１１中に示すように、上記サイクルが１番気筒３Ａ、３番気筒３Ｃ、４番気筒３Ｄ、２番気筒３Ｂの順にクランク角で１８０°ずつの位相差をもって行われるようになっている。

エンジン停止後に所定の再始動条件が成立したときは、ＥＣＵ３０によって自動的にエンジンを再始動する制御が行われるが、この際、ピストンの停止位置が膨張行程気筒において行程中間部付近の所定適正範囲内にある場合は、第１再始動制御モードのルーチンが実行される。図１０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１１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、ロックアップクラッチ６４の断続状態、スロットル弁１７の開度を示している。

これらの図に示すように、上記第１再始動制御モードによる場合には、まず圧縮行程気筒（図示の例では３番気筒）において燃焼空燃比は略理論空燃比ないしはこれよりも若干リッチ空燃比となるように制御されつつ初回燃焼（図１０中の（１））を実行し、この初回燃焼による燃焼圧（図１１中のａ部分）で圧縮行程気筒のピストンが下死点側に押し下げられてエンジンが逆転方向に駆動され、それに伴い、膨張行程気筒（図示の例では１番気筒）のピストンが上死点に近づくことにより当該気筒内の空気が圧縮されて筒内圧が上昇する（図１１中のｂ部分）。そして、膨張行程気筒のピストンが上死点に充分に近づいた時点で当該気筒に対する点火制御が実行されて、予め当該気筒に噴射されている燃料が燃焼し（図１０中の（２））、その燃焼圧（図１１中のｃ部分）でエンジンが正転方向に駆動される。さらに、上記圧縮行程気筒に対して適当なタイミングで燃料を噴射するように制御することにより、圧縮行程気筒の上死点付近での圧縮圧力が低減される。その後、圧縮行程気筒のピストンがこの低減された圧縮圧力に打ち勝って圧縮上死点を超え（図１１中のｄ部分）、続いて圧縮行程を迎える停止時吸気行程気筒に当該圧縮行程後半の所定のタイミングで燃料が噴射される（図１１中のｅ部分）とともに、当該気筒のピストンが上死点を超えた所定のタイミングで点火して（図１１中のｆ部分）、吸気行程気筒における燃焼が行われる（図１０中の（３））。その燃焼圧でエンジンの駆動力が高められ、円滑な始動が実行される。

ところで、上記のようにエンジンの燃焼により発生するトルクのみによってエンジンを再始動する場合、具体的にはエンジンの再始動にあたって、圧縮行程気筒で初回の燃焼を実行して少しだけエンジンを逆回転させた後、膨張行程気筒で燃焼させることによりエンジンを正回転させる場合には、圧縮行程気筒のピストンが上昇した後に、圧縮上死点（第１ＴＤＣ）を経て燃焼を伴う膨張行程に移行するが、エンジンを逆回転させる初回の燃焼で空気が既に使われているため、上記圧縮上死点付近における本来の燃焼時（エンジンを正回転させる膨張行程気筒での燃焼時）に、必要な量の空気が気筒内に存在していない状態となる。したがって、エンジンを正回転させる本来の燃焼が充分に行われず、エンジンの停止時に膨張行程にある上記気筒で燃焼が行われた後、別の気筒で次の燃焼が行われるまでの間隔が長くなり、この間にエンジンの回転速度が低下して始動性が悪化する虞がある。特に、エンジンが正転方向に再始動されると、まず圧縮行程気筒のピストンが圧縮圧力に打ち勝って最初に圧縮上死点を超え（第１ＴＤＣ）、次いで停止時吸気行程気筒、排気行程気筒のピストンが順次圧縮上死点（第２，第３ＴＤＣ）を超えることになるが、圧縮行程気筒が第１ＴＤＣを超える時点で燃焼が行われないことから、再始動後、停止時吸気行程気筒のピストンが最初の圧縮上死点（第２ＴＤＣ）を超える際にエンジンの回転速度が極端に低下する。

従って、当実施形態では、エンジンの再始動から、エンジン停止時における吸気行程気筒のピストンが最初に圧縮上死点（第２ＴＤＣ）を通過するまでの再始動不安定期間に次のような制御を実行することにより、停止時吸気行程気筒（４番気筒）が最初に迎える圧縮行程でのイナーシャ（回転慣性）を向上させるとともに、慣性質量を増大させることにより回転エネルギーの低下を抑制しつつ回転速度を低下させてこの吸気行程気筒のピストンが再始動後最初に迎える圧縮上死点（第２ＴＤＣ）を確実に通過できるようになされている。

すなわち、ＥＣＵ３０は、第１再始動制御モードが実行される場合であって、エンジンの自動停止後、クランク角センサ２１，２２によりエンジンの始動を検出したときは、この再始動の始めから停止時吸気行程気筒（４番気筒）のピストンが第２ＴＤＣを通過したことをクランク角センサ２１，２２により検出するまでの再始動不安定期間において、各摩擦締結要素に応じて設けられたソレノイドバルブを制御することにより多段変速機構５２をニュートラル状態としつつ、トルクコンバータ５１のロックアップクラッチ６４を締結すべく、電動オイルポンプ６２、コントロールバルブ６３およびソレノイドバルブを駆動制御する。そして、第２ＴＤＣを通過したことをクランク角センサ２１，２２により検出した後に、上記ロックアップクラッチ６４を断絶するように制御する。

なお、第２ＴＤＣを通過した後は、多段変速機構５２をニュートラル状態に維持するものであってもよいが、発進性を良好にする観点から、クランクシャフト６の駆動力が車軸７８，７９に伝達される状態、例えば前進低速段（１速段）とするようにソレノイドバルブを制御してもよい。

このように、再始動不安定期間においてニュートラル状態でロックアップクラッチ６４を締結すると、停止時膨張行程気筒での最初の燃焼により、図１２に示すように、クランクシャフト６を介してポンプカバー５３およびポンプインペラ５４等に加え、タービンランナ５５、タービンシャフト５９等（図１２で太線で示す部分）が回転し、これによりロックアップクラッチ６４を断絶している場合（図１１に点線を参照）に比べてエンジンの回転速度が一時低下するが、この回転によるイナーシャは、ロックアップクラッチ６４が断絶してポンプカバー５３およびポンプインペラ５４等のみが回転している場合に比べて大きくなる。そして、このニュートラル状態においてロックアップクラッチ６４を締結した状態（以下、この状態を「慣性増幅状態」と称す）が、停止時吸気行程気筒における再始動後最初に迎える圧縮行程が終了するまで、言い換えると当該吸気行程気筒のピストンが最初に迎える圧縮上死点を通過するまで継続されると、この圧縮行程でピストンが圧縮圧力による抵抗を受けて圧縮エネルギーが低減している場合においても、上記回転慣性体としてのタービンランナ５５、タービンシャフト５９等の回転エネルギーがクランクシャフト６を介して供給され、これにより第２ＴＤＣ通過時のエンジン回転速度の低下幅を低減して（図１１参照）、エンジンの始動性を効果的に向上させることができる。

なお、慣性増幅状態においては、少なくともフォワードクラッチ６７およびリバースクラッチ６８が断絶された状態となっており、当実施形態では各摩擦締結要素６７〜７２の全てが断絶された状態にある。

以上、エンジンの再始動制御を図１３および図１４に示すフローチャートに基づいて説明する。

制御動作がスタートすると、エンジン自動停止時の膨張行程気筒のピストン停止位置が所定の適正範囲（当実施形態では１００°〜１２０°ＣＡ）内にあるか否かを判定し（ステップＳ１０１）、この適正範囲内にない場合には、第１再始動制御モードでの始動が困難と判断して、第２再始動制御モードでの制御、すなわち、スタータモータ３１を使用した通常の始動制御を実行し（ステップＳ１０２）、後述するステップＳ１２３に移行する。

一方、膨張行程気筒のピストン停止位置が所定の適正範囲内にある場合には（ステップＳ１０１でＹＥＳ）、ロックアップ（Ｌ／Ｕ）クラッチ６４を締結しつつ、フォワードクラッチ６７およびリバースクラッチ６８を断絶する（ステップＳ１０３）。具体的には、コントロールバルブ６３を制御して油路を切り換えることにより油圧発生源を電動オイルポンプ６２に切り換えるとともに、各クラッチ６４，６７，６８に対応したソレノイドバルブをオン・オフ制御することにより各クラッチを駆動させる。

そして、ロックアップクラッチ６４を締結した後に、再始動不安定期間において吸気行程を迎える気筒、具体的には停止時吸気行程気筒（４番気筒）および排気行程気筒（２番気筒）のポンピングロスを低減すべく、アクチュエータ１８を駆動してスロットル弁１７を全開にする（ステップＳ１０４）。

そして、停車状態から発進のためのアクセル操作等が行われた場合や、バッテリー電圧が低下した場合等のエンジン再始動条件成立時（ステップＳ１０５の判定がＹＥＳのとき）には、ステップＳ１０６でピストンの停止位置に基づいて圧縮行程気筒及び膨張行程気筒の空気量を算出する。つまり、上記停止位置から圧縮行程気筒及び膨張行程気筒の燃焼室容積が求められ、また、エンジン停止の際には燃料カット後にエンジンが数回転してから停止するので上記膨張行程気筒も新気で満たされた状態にあり、かつ、エンジン停止中に圧縮行程気筒及び膨張行程気筒の筒内圧は略大気圧となっているので、上記燃焼室容積から新気量が求められることとなる。

なお、上記ステップＳ１０１〜Ｓ１０４は、この再始動成立条件の判定（ステップＳ１０５）後に実行するものであっても良いが、上記各ステップＳ１０１〜Ｓ１０３を予め実行しておくことにより、迅速な再始動が可能となる点で有利である。

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

次にステップＳ１０９で、点火してから一定時間内にクランク角センサ２１，２２のエッジ（クランク角信号の立ち上がり又は立ち下がり）が検出されたか否かにより、ピストンが動いたか否かを判定し、失火によりピストンが動かなかった場合は圧縮行程気筒に対して再点火を繰り返し行う（ステップＳ１１０）。

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

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

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

すなわち、図１４に移って、水温センサ２４によりエンジンの水温を検出するとともに図示しないタイマや温度センサに基づいてエンジンの停止時間や吸気温度等を検出し、この検出結果から推定される筒内温度と大気圧に基づいて、エンジンの停止時における吸気行程気筒の再始動後初回吸入空気の密度を推定し、この推定値に基づいて当該吸入行程気筒の吸入空気量を算出する（ステップＳ１１４）。

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

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

さらに、エンジン停止時における吸気行程気筒が圧縮上死点を超える際にアクチュエータ１８を駆動してステップＳ１０４において全開にしたスロットル弁１７を閉じて全閉状態とし（ステップＳ１１８）、これによりエンジンの急峻な吹き上がりを有効に抑制してこの吹き上がりに基づく乗員の違和感や車両発進時のトルクショックを効果的に抑えることができる。

その後、すなわち、停止時吸気行程のピストンが圧縮上死点を超える所定のタイミングで、ステップＳ１０３で締結状態としたロックアップクラッチ６４を断絶すべく、対応するソレノイドバルブを作動させ、必要に応じて油圧発生源を電動オイルポンプ６２からオイルポンプ６１に切り換える（ステップＳ１１９）。

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

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

なお、図１３のフローチャート中のステップＳ１０１での判定がＮＯのときに実行される第２再始動制御モード（スタータモータ始動モード）のルーチンの詳細については図示を省略するが、通常のエンジンの始動と同様の制御が実行される。

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

（１）上記実施形態では、この自動変速機構５０におけるトルクコンバータ５１のロックアップクラッチ６４を締結することにより回転慣性体としてのタービンランナ５５およびタービンシャフト５９等を回転させてイナーシャを増幅するものとなされているが、回転慣性体の具体的構成はこれに限定されるものではない。例えば、図１５に示すように、ロックアップクラッチ６４に加えて３−４クラッチ６９も締結させて回転慣性体として回転する要素を第１および第２遊星ギヤ６５，６６等にまで拡大してもよい（図１５の太線参照）。このように構成すれば、慣性質量をさらに増大させ、これによってイナーシャ（回転慣性）を増大させることができ、その結果、回転エネルギーを低下させることなく回転速度をさらに低く抑えることができる。このように、回転エネルギーを低下させることなく回転速度をさらに低く抑えることにより回転速度が高いと増大する摩擦抵抗による回転エネルギーの損失を抑制することができ、またイナーシャも大きくなるため、エンジンの始動初期におけるエンジン回転速度の時間変化がより平滑的なものとなり、第２ＴＤＣを通過する際の当該回転速度の落ち込みをより低減することができる。

また、上記実施形態では、回転慣性体を回転させることにより慣性を増大させる慣性増幅手段として自動変速機構５０を利用しているが、この慣性増幅手段の具体的構成はこれに限定されるものではなく、例えば手動変速機構を用いることもでき、さらに別途慣性の増幅に特化した機構を設けるものであってもよい。ただし、自動変速機構５０等の既存の動力伝達機構を有効に利用することにより低コストで信頼性の高い慣性増幅手段を構成することができる。

（２）上記実施形態では、エンジンの始動初期からロックアップクラッチ６４を締結し、再始動不安定期間の終了までその締結状態を維持するものとなされているが、この再始動不安定期間においてロックアップクラッチ６４等のクラッチ手段を断続させるものであってもよく、例えば、エンジンの逆転作動後にロックアップクラッチ６４を締結するものであってもよい。ただし、エンジン始動の開始前からロックアップクラッチ６４を締結しておくことにより摩擦によるエネルギー損失を軽減することができ、膨張行程気筒の燃焼エネルギーを効率的に回転慣性体の回転エネルギーを通じて吸気行程気筒での圧縮エネルギーに変換することができる。

（３）上記実施形態では、エンジンの再始動の際にまず圧縮行程気筒で初回燃焼を実行してエンジンの逆転作動後に膨張行程気筒で燃焼させて正転回転するものについて説明しているが、本発明は、逆転作動を実行せずにエンジンの燃焼により発生するトルクのみによって再始動させる場合にも適用可能である。

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

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

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

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

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

（６）上記実施形態では、エンジンの停止時における排気行程気筒に対する、エンジン始動後最初の燃料噴射時期を吸気行程吸気行程に設定しているが、この燃料噴射時期を圧縮行程気筒の後半に設定することもできる。このように設定すれば、当該排気行程気筒のピストンが第３ＴＤＣを超える際の圧縮反力を当該燃料の気化潜熱によって低減することができ、より確実な始動性を担保することができる。

（７）図１３に示す例では、エンジン再始動条件成立時に、圧縮行程気筒の初回燃焼用の燃料を噴射した後に膨張行程気筒用の燃料も噴射することにより、圧縮行程気筒の初回燃焼が失敗に終わった場合（再点火を繰り返しても成功しなかった場合）、膨張行程気筒用の燃料噴射を中止することによって無駄な燃料噴射を避けることができるようにしているが、圧縮行程気筒の初回燃焼用の燃料の噴射時期と略同時期に膨張行程用の燃料を噴射してもよい。このように、膨張行程気筒の燃料噴射時期を早めることにより、膨張行程気筒の燃料噴射から点火までに燃料の気化のための時間を稼ぐことができる。なお、圧縮行程気筒の初回燃焼が失敗に終わった場合、再始動制御モードをスタータモータ３１でのアシストによる始動に変更すればよい。

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。 本発明に係る始動装置における自動変速機構の一例を示す概略図である。 エンジンの停止時に膨張行程および圧縮行程になる気筒のピストン停止位置と空気量との関係を示す説明図である。 エンジン停止時におけるエンジン回転速度の変化状態等を示すタイムチャートである。 エンジン停止時のエンジン回転速度とピストン停止位置との相関関係を示す分布図である。 エンジンの自動停止制御動作を示すフローチャートである。 ピストン停止位置の検出制御動作を示すフローチャートである。 クランク角信号に出力信号を示す説明図である。 エンジンの再始動時における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。 ロックアップクラッチが締結された状態で回転慣性体として回転する要素を示した説明図である。 エンジンの再始動時における制御動作の前半部を示すフローチャートである。 エンジンの再始動時における制御動作の後半部を示すフローチャートである。 他の実施形態におけるロックアップクラッチが締結された状態で回転慣性体として回転する要素を示した説明図である。 従来の始動装置によるエンジンの再始動時におけるエンジン回転速度の変化状態等を示すタイムチャートである。

符号の説明

１ エンジン本体
３ 気筒
４ ピストン
６ クランクシャフト
１７ スロットル弁
５０ 自動変速機構
５１ トルクコンバータ
５２ 多段変速機構
５５ タービンランナ（回転慣性体）
５９ タービンシャフト（回転慣性体）
６２ 電動オイルポンプ
６４ ロックアップクラッチ（クラッチ手段）
６５，６６ 遊星ギヤ機構
６７ フォワードクラッチ
６９ ３−４クラッチ（クラッチ手段）

Claims (7)

1. エンジンの自動停止後において再始動条件が成立したときに、エンジン停止時に膨張行程にある気筒に対して燃料を供給して点火、燃焼を行わせることによりエンジンを再始動させる多気筒４サイクルエンジンの始動装置において、
   各気筒のピストン位置を検出するピストン位置検出手段と、クラッチ手段を介してクランクシャフトに連結される回転慣性体と、上記ピストン位置検出手段からの検出結果に基づいて上記クラッチ手段を断続制御する制御手段とを備え、
   当該制御手段は、上記クラッチ手段を断続することにより、上記膨張行程気筒での最初の燃焼によって上記回転慣性体を回転させるとともにエンジン停止時に吸気行程にある気筒が最初に迎える圧縮行程で上記回転慣性体の回転エネルギーをクランクシャフト側に供給するように制御することを特徴とするエンジンの始動装置。
2. 上記制御手段は、エンジンの再始動から、上記吸気行程気筒のピストンが最初に迎える圧縮上死点を通過するまでの再始動不安定期間において、上記クラッチ手段を締結状態で維持することを特徴とする請求項１記載のエンジンの始動装置。
3. 上記制御手段は、上記再始動不安定期間の経過後に上記クラッチ手段を断絶するように制御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。
4. クランクシャフトに連結されたトルクコンバータに含まれ、トルクコンバータの入力側と出力側とを直結する締結状態と断絶する断絶状態とに切換可能なロックアップクラッチを備え、上記クラッチ手段にこのロックアップクラッチが含まれ、上記制御手段は、車輪側への駆動力の伝達が切り離されたニュートラル状態においてロックアップクラッチを締結するように制御することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のエンジンの始動装置。
5. 上記トルクコンバータの出力軸に連結され、かつ、複数の摩擦締結要素を断続することにより上記ニュートラル状態を含む多段変速可能な多段変速機構を備え、この多段変速機構は、駆動力伝達経路に含まれる上記回転慣性体と、上記駆動力伝達経路を変更するためにこの回転慣性体と上記トルクコンバータの出力軸を断続するクラッチとを更に備え、上記クラッチ手段にはこの多段変速機構のクラッチを含み、上記制御手段は、ニュートラル状態において上記ロックアップクラッチに加えて上記クラッチを締結するように制御することを特徴とする請求項４記載のエンジンの始動装置。
6. エンジンの始動前に上記クラッチ手段を断続させるための電動オイルポンプを備えることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のエンジンの始動装置。
7. 上記エンジンは、上記再始動不安定期間であって、上記膨張行程気筒の燃焼を実行してエンジンを正転方向に作動させる前に、エンジン停止時の圧縮行程気筒に燃料を供給して点火、燃焼を行わせることにより当該エンジンを逆転方向に所定量作動させて、上記膨張行程気筒のピストン上昇によって筒内圧力を高めることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のエンジンの始動装置。

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