JP6487407B2 - エンジンの始動制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの停止直前に再始動条件が成立した場合の始動制御に関連し、特に、膨張行程にある気筒内へ燃料を噴射する場合の噴射量の制御に係る。

従来より一般に、車両のエンジンをアイドル時などに自動で停止させ、その後、自動で再始動させるようにしたシステム（アイドリングストップシステム）は公知であり、このようなシステムにおいてエンジンが自動停止する直前に再始動条件が成立すれば、膨張行程にある気筒への燃料噴射および点火によって、スタータモータを用いずに始動（以下、スタータレス始動ともいう）させることが提案されている。

一例として特許文献１に記載されているように、エンジンを停止させるために燃料噴射および点火が停止されると、惰性で回転するクランクシャフトなどの慣性力が小さくなって、いずれかの気筒の圧縮行程において上死点を越えることができなくなる。そして、その上死点の手前でクランクシャフトが一瞬、停止した後に逆転動作し、その後、再び正転動作するという揺り戻しの期間を経て、完全に停止する。

そのようにしてクランクシャフトの回転が止まる間際に再始動条件が成立すれば、前記のような逆転動作によって膨張行程にある気筒のピストンが上死点に向かって上昇することに着目し、この気筒内に燃料を噴射するとともに、ピストンが上死点に近い所定位置に到達したときに混合気に点火する。これにより、クランクシャフトに回転力（燃焼トルク）を付与して、エンジンを始動させることができる。

特開２０１６−１３６０１５号公報

ところで、前記のようにクランクシャフトが逆転動作するのは主として、圧縮行程にある気筒においてピストンが大きな筒内圧（圧縮反力）を受けるからであり、その逆転動作の直前に一瞬、停止する位置にはばらつきが生じる。これは主として、一つ前のＴＤＣ（停止前の最後のＴＤＣ）を越えたときにクランクシャフトなどが有する運動エネルギのばらつきによるものであり、エンジンのフリクションやコンプレッションなどのばらつきの影響も受ける。

また、そうして圧縮行程にある気筒のピストンが上死点に近づいて一瞬、停止するときに、膨張行程にある気筒のピストンは下死点に近づいて一瞬、停止することになり、このときには排気バルブが開くことがある。こうして開いた排気バルブは、クランクシャフトの逆転動作に伴い再び閉じることになるが、この間に気筒内および排気ポートのガス交換が行われる。

すなわち、前記したようにエンジンを停止させるときには、燃料供給の停止によって気筒内や排気ポート内は大気圧状態になっており、この状態で排気バルブが開くと、膨張行程の終盤において負圧になっている気筒内に排気ポートから空気が流入することになる。この点について前記従来例（特許文献１）のエンジンでは、前記のような排気ポートからの空気の流入を考慮せずに燃料噴射量を決めているので、空燃比が目標値からリーン側にずれてしまい、エンジンの始動性の低下やエミッションの悪化を招くおそれがある。

このような不具合を考慮して本発明の目的は、エンジンの停止する過程で再始動条件が成立し、膨張行程にある気筒に燃料を噴射する場合の空燃比のずれを小さくして、始動性の低下やエミッションの悪化を抑制することにある。

前記の目的を達成するために本発明は、停止間際にクランクシャフトが逆転動作する際の気筒内と排気通路とのガス交換に着目し、これによる空気量の変化も加味して燃料噴射量を制御するようにした。

すなわち、本発明は、筒内噴射式のエンジンが停止する直前に再始動条件が成立した場合に、膨張行程にある気筒への燃料噴射および点火を実行して、当該エンジンを始動させるようにしたエンジンの始動制御装置を対象として、まず、クランクシャフトが回転を停止する前に逆転動作した場合に、膨張行程にある気筒内へ燃料噴射弁によって燃料を噴射させる噴射制御手段を備えるものとする。

そして、前記クランクシャフトの逆転動作の際に前記膨張行程にある気筒の排気バルブが開いたか否か判定する判定手段をさらに備え、前記噴射制御手段は、前記膨張行程にある気筒内の空気量に応じて目標空燃比になるように燃料噴射量を制御するとともに、前記判定手段によって、前記膨張行程にある気筒の排気バルブが開いたと判定された場合は、排気通路とのガス交換による前記膨張行程にある気筒内の空気量の変化も加味して、燃料噴射量を決定するように構成した。

なお、前記のようにクランクシャフトが逆転動作する際に膨張行程にある気筒の排気バルブが開いたか否かについては、クランク角センサなどの信号から判定することができる。すなわち、クランクシャフトが逆転動作する前に一瞬、停止する位置を検出し、この位置が、膨張行程にある気筒の排気バルブが開くタイミングを越えていれば、排気バルブが開いたと判定することができる。

そして、前記のように逆転動作の際に膨張行程にある気筒の排気バルブが開いていれば、排気通路とのガス交換による気筒内の空気量の変化を反映するように、噴射制御手段によって燃料噴射量が制御される。すなわち、空気量が増大していれば燃料噴射量も増量され、反対に空気量が減少していれば燃料噴射量も減量され、これにより、空燃比の目標値（目標空燃比）からのずれが小さくなって、エンジンの始動性の低下やエミッションの悪化が抑制される。

なお、前記エンジンの再始動は、従来例（特許文献１）のようにスタータモータを用いないスタータレス始動であることが好ましく、この場合に前記のような作用が得られることの意義が大きい。

より具体的には例えば前記噴射制御手段は、前記判定手段によって排気バルブが開いたと判定されない場合には、前記膨張行程にある気筒の圧縮行程における吸気バルブの閉じタイミングに基づいて、当該気筒内の空気量を算出するようにすればよい。クランクシャフトの回転が停止する間際に気筒内の充填効率は十分に高くなると考えられるので、吸気バルブの閉じタイミングにおける気筒内容積から空気量を算出することができる。

一方、前記判定手段によって排気バルブが開いたと判定された場合、この排気バルブが閉じるまでの間に気筒内には、排気通路から流入する吸気が充填されると考えられるので、前記噴射制御手段は、膨張行程にある気筒の排気バルブが開くタイミングに基づいて、即ち例えば排気バルブの開くタイミングにおける気筒内容積から、気筒内の空気量を算出することができる。

また、厳密には前記排気バルブの開いている時間が非常に短かったり、その開度（リフト量）が非常に小さかったりすれば、気筒内に吸気が十分に充填されないことも考えられるので、この点も考慮すれば前記噴射制御手段は、前記排気バルブの開弁時間および開度の少なくとも一方を加味して、膨張行程にある気筒内の空気量を算出するようにするのが好ましい。

なお、前記排気バルブの開弁時間や開度は、クランクシャフトの逆転動作の前後におけるクランク角センサからの信号に基づき、エンジンの仕様に従って算出することができる。また、排気通路および気筒内は大気圧状態にあるとみなしてよいが、過給エンジンの場合は排気通路が大気圧よりも高くなっていたり、反対に大気圧よりも低くなっていたりすることがあるので、排気圧センサからの信号に基づいて補正するようにしてもよい。

さらに、好ましくは前記噴射制御手段として、エンジンの再始動条件が成立したときに圧縮行程にある気筒が上死点を越えられずに、クランクシャフトが逆転動作した場合は、そのときに膨張行程にある気筒への燃料噴射制御を行う一方、前記圧縮行程にある気筒が上死点を越えて膨張行程に移行すれば、当該気筒への燃料噴射制御を行うように構成してもよい。

すなわち、仮に圧縮行程にある気筒に燃料を噴射して、所定時間の経過後に点火するようにした場合は、当該気筒の上死点を越えられずにクランクシャフトが逆転動作すると、混合気の燃焼によって逆転の向きの大きなトルクが発生してしまう。これに対して、気筒が膨張行程に移行してから燃料噴射を行うようにすれば、確実に正転の向きの燃焼トルクが得られて、エンジンの始動が可能になる。

さらにまた、前記噴射制御手段は、クランクシャフトが逆転動作した後に再始動条件が成立すれば、そのときに膨張行程にある気筒への燃料噴射制御を実行するものとしてもよい。こうすれば、エンジンの停止する直前において、クランクシャフトの回転が停止する間際からでもスタータレス始動を行うことが可能になる。

以上、説明したように本発明に係るエンジンの始動制御装置によると、エンジンの停止直前にクランクシャフトが逆転動作する際に、膨張行程にある気筒において排気バルブが開くと、排気通路とのガス交換によって気筒内の空気量が変化することに着目し、この空気量の変化を加味して燃料噴射量を制御するようにしたので、空燃比の目標値からのずれを小さくして、エンジンの始動性の低下およびエミッションの悪化を抑制できる。

実施の形態に係るエンジンの概略構成図である。 エンジンが停止する際のエンジン回転数、クランクシャフトの回転速度、およびクランクカウンタの変化の一例を示すタイミングチャートである。 実施の形態に係るアイドリングストップ制御ルーチンを示すフローチャート図である。 クランクシャフトの回転が停止する間際のピストン位置の変化を示すタイミングチャートであり、上段には膨張行程で排気バルブが開く場合を、また、下段には開かない場合をそれぞれ示す。 クランクシャフトの逆転動作の際に膨張行程にある気筒で排気バルブが開く場合と、開かない場合とをそれぞれバルブ線図において示した説明図である。 実施の形態に係るスタータレス始動の制御ルーチンを示すフローチャート図である。 排気バルブの開き時間に応じて空気量を補正するようにした他の実施形態に係る図６相当図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。本実施の形態は一例として、本発明を車両に搭載されたガソリンエンジンに適用する場合について説明する。

−エンジンの概要−
図１にはエンジン１の概略構成を示すが、本実施の形態のエンジン１は４気筒ガソリンエンジンであって、第１〜第４の４つの気筒２（図には１つのみ示す）のそれぞれには燃焼室１１を区画するようにピストン１２が収容されている。ピストン１２とクランクシャフト１３はコンロッド１４によって連結されており、そのクランクシャフト１３の回転角（クランク角）を検出するためのクランク角センサ１０１が設けられている。

詳しくは、前記クランクシャフト１３にはシグナルロータ１７が取り付けられており、その外周面に複数の歯１７ａが設けられている。一方、クランク角センサ１０１は、例えば２つの電磁ピックアップを備えており、クランクシャフト１３の回転によってシグナルロータ１７の歯１７ａが通過する都度、それぞれの電磁ピックアップからパルス信号が出力されるようになっている。

前記２つの電磁ピックアップのうち一方から出力される信号がクランク信号であり、他方から出力される信号は、クランク信号と所定の位相差を有している。このため、一方の電磁ピックアップからの信号の立ち上がり時または立ち下がり時に、他方の信号がロー、ハイのいずれであるかによって、クランクシャフト１３が正回転中か否か（逆転動作中か）判定することができる。

また、図示はしないがクランクシャフト１３の端部には、一体に回転するようにフライホイールが取り付けられており、その外周に形成されたリングギヤにピニオンギヤを噛み合わせて、回転させることができるようにスタータモータ１８（図１には模式的に示す）が配設されている。このスタータモータ１８は、エンジン１の通常の始動の際に、後述するようにＥＣＵ１００からの信号を受けて動作する。

また、シリンダブロック１５の上部にはシリンダヘッド１６が載置されており、各気筒２毎にインジェクタ１９が配設されて、燃焼室１１に臨んでいる。例えば気筒２の吸気行程でインジェクタ１９から噴射された燃料は、気筒２内の吸気の流動に乗って拡散しながら混合気を形成する。こうして形成される混合気に点火するために、シリンダヘッド１６には点火プラグ２０も配設され、イグナイタ２１からの電力の供給を受けて火花放電するようになっている。

さらに、シリンダヘッド１６には、各気筒２内の燃焼室１１に連通するように吸気ポート３０および排気ポート４０が形成されており、それぞれの気筒２内に臨む開口部が吸気バルブ３１および排気バルブ４１によって開閉されるようになっている。これら吸気バルブ３１および排気バルブ４１を動作させる動弁系は、吸気および排気の２本のカムシャフト３２，４２を備え、図示しないタイミングチェーンおよびスプロケットを介して、クランクシャフト１３により回転される。

また、吸気カムシャフト３２の近傍には、いずれかの気筒２が所定クランク角位置（例えば第１気筒２が上死点）にあるときにパルス信号（以下、カム信号という）を出力するように、カム角センサ１０２が設けられている。吸気カムシャフト３２はクランクシャフト１３の半分の速度で回転するので、クランクシャフト１３が２回転（クランク角で７２０°変化）する毎に、カム角センサ１０２は少なくとも１回、カム信号を出力する。

また、前記吸気ポート３０の上流側（吸気の流れの上流側）に連通する吸気通路３には、エアフローメータ１０３、吸気温センサ１０４（エアフローメータ１０３に内蔵）、および、電子制御式のスロットルバルブ３３が配設されている。このスロットルバルブ３３はスロットルモータ３４によって駆動され、吸気の流れを絞ってエンジン１の吸気量を調整するようになっている。

そのようにスロットルバルブ３３によって流量調整された吸気の流れが吸気ポート３０から各気筒２内に流入し、前記のようにインジェクタ１９から噴射された燃料と混じり合って混合気を形成する。そして、圧縮行程の後半に点火プラグ２０により点火されて燃焼し、これにより発生したガスが気筒２の排気行程で排気ポート４０に流出する。この排気ポート４０の下流側（排気の流れの下流側）に連通する排気通路４には、排気浄化用の触媒４３が配設され、その上流側には空燃比センサ１０５が配設されている。

−ＥＣＵ−
以上のように構成されたエンジン１はＥＣＵ１００によって制御される。ＥＣＵ１００は、公知の電子制御ユニット（Electronic Control Unit）からなり、図示は省略するが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）およびバックアップＲＡＭなどを備えている。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。また、ＲＡＭは、ＣＰＵでの演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶し、バックアップＲＡＭは例えばエンジン１の停止時に保存すべきデータ等を記憶する。

そして、ＥＣＵ１００には、前記したクランク角センサ１０１、カム角センサ１０２、エアフローメータ１０３、吸気温センサ１０４、空燃比センサ１０５などの他に、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）を検出するアクセルセンサ１０６、ブレーキペダルの操作を検出するブレーキスイッチ（ブレーキＳＷ）１０７、スタータモータ１８を動作させるためのスタータスイッチ（スタータＳＷ）１０８などが接続されている。

そして、それらの各種センサおよびスイッチ１０１〜１０８から入力する信号に基づいてＥＣＵ１００は、種々の制御プログラムを実行することにより、エンジン１の運転状態を制御する。例えばＥＣＵ１００は、インジェクタ１９による燃料噴射制御（噴射量および噴射時期の制御）、イグナイタ２１による点火制御（点火プラグ２０のよる点火時期の制御）、およびスロットルモータ３４によるスロットル開度の制御（即ち、吸気量の制御）などを実行する。

そのような燃料噴射制御や点火制御は各気筒２毎に好適なタイミングで行われるものであり、そのために、クランクシャフト１３の２回転（クランク角で７２０°）を１周期とするクランクカウンタが生成される。図２に一例を示すようにクランクカウンタは、例えば第１気筒２の上死点（＃１ＴＤＣ）を基準として生成され、図２の下段に示すように時刻ｔ１にカム信号の入力に応じてリセットされて、カウント値が零（０）になった後に、クランク信号の入力に応じてカウントアップされてゆく。

また、ＥＣＵ１００は、スタータＳＷ１０８がオン操作されるとスタータモータ１８を動作させ、クランクシャフト１３を回転させる（クランキング）とともに、始動時の燃料噴射および点火の制御を実行して、エンジン１を始動（通常の始動）させる。さらに、以下に説明するようにＥＣＵ１００は、車両の停止時など所定の状況下において自動的にエンジン１を停止させるとともに、その後の運転者の所定操作に応じて、スタータモータ１８を用いずにエンジン１を始動（以下、スタータレス始動ともいう）させる、アイドリングストップ制御も実行する。

−アイドリングストップ制御−
図３にはアイドリングストップ制御ルーチンの全体的な処理の流れを示している。このルーチンは、ＥＣＵ１００において所定のタイミングで繰り返し実行されるものであり、まず、ステップＳＴ１０１において、エンジン１の運転中に所定のアイドリングストップ条件が成立したか否か判定する。そして、否定判定（ＮＯ）であればリターンする一方、肯定判定（ＹＥＳ）になればステップＳＴ１０２に進んでエンジン１の自動停止処理を実行する。

なお、前記アイドリングストップ条件としては、一例としてエンジン１が運転中であること、アクセルオフ（アクセル開度が所定閾値以下でほぼ０）であること、ブレーキオン（ブレーキ踏力が所定の閾値以上）であること、車速が所定閾値以下であること（停止直前と考えられる場合、および実質、停止していると考えられる場合）などを含むように設定すればよい。

前記ステップＳＴ１０２の自動停止処理により、インジェクタ１９からの燃料噴射と点火プラグ２０による点火とを停止させると、前記の図２に表れているようにクランクシャフト１３の回転速度が低下してゆく。なお、このときにスロットルバルブ３３は例えばアイドリング相当の開度とすればよい。そして、以下に詳述するようにクランクシャフト１３の回転の停止が判定され（ステップＳＴ１０３）、否定判定（ＮＯ）であれば後述のステップＳＴ１０８に進んで、所定の再始動条件が成立したか否か判定する。

このステップＳＴ１０８においても否定判定（ＮＯ）すれば前記ステップＳＴ１０２に戻る一方、肯定判定（ＹＥＳ）すればステップＳＴ１０９に進み、詳しくは後述するが、スタータレス始動を行ってルーチンを終了する（ＥＮＤ）。一方、前記のステップＳＴ１０３においてクランクシャフト１３の回転が停止したと肯定判定（ＹＥＳ）すれば、ステップＳＴ１０４に進んで、所定のデータをバックアップＲＡＭに記憶する。

その後、ＥＣＵ１００は、所定の再始動条件が成立するまで待機する。すなわち、ステップＳＴ１０５においてエンジン１の再始動条件が成立したかどうか判定し、否定判定（ＮＯ）であればステップＳＴ１０６に進んで、例えば車両のイグニッションスイッチがオフされたなど、アイドリングストップ制御の終了条件の成立を判定する。この条件の成立について肯定判定（ＹＥＳ）であればルーチンを終了する（ＥＮＤ）。

一方、アイドリングストップ制御の終了条件が成立しておらず否定判定（ＮＯ）すれば、前記のステップＳＴ１０５に戻る。そして、再始動条件が成立したと肯定判定（ＹＥＳ）すればステップＳＴ１０７に進んで、エンジン１の通常の再始動処理を実行する。ここで再始動条件としては、例えばブレーキペダルの踏力が緩められて所定の閾値よりも小さくなったこと、アクセル踏み操作がなされたこと、シフトレバーの所定の操作がなされたこと、などを含むように設定すればよい。

なお、前記通常の再始動処理について詳細な説明は省略するが、例えばスタータモータ１８を作動させてクランキングを開始するとともに、インジェクタ１９による燃料の噴射を開始させ、さらに点火プラグ２０による点火も開始する。これにより、いずれかの気筒２において燃焼が始まり（初爆）、エンジン回転数が所定値まで上昇すれば（始動完了）、ルーチンを終了する（ＥＮＤ）。

−エンジンの停止判定−
次に、前記フローのステップＳＴ１０３におけるクランクシャフト１３の回転停止の判定について詳細に説明すると、まず、エンジン１が停止するときには、前記図２の上段に表れているようにエンジン回転数が低下するが、このときには、同図の中段に示すようにクランクシャフト１３の回転速度も全体として低下してゆく。また、クランク信号の入力する間隔が長くなってゆくことから、同図の下段に示すようにクランクカウンタのグラフの傾斜は徐々に緩やかになってゆく。

このようにエンジン１の停止する過程においてクランクシャフト１３の回転は、各気筒２毎の圧縮行程において上昇する筒内圧（気筒２の圧縮反力）によって減速され、図の中段に表れているように上死点（ＴＤＣ）に近づくに連れて、クランクシャフト１３の回転速度が低下する。一方、上死点を越えて膨張行程に移行すれば、今度は筒内圧によってクランクシャフト１３の回転が加速されるので、その回転速度は上昇するようになる。

すなわち、クランクシャフト１３の回転速度は、各気筒２の上死点（＃１ＴＤＣ、＃３ＴＤＣ、＃４ＴＤＣ、…）の前後で低下および上昇を繰り返しながら、全体としては徐々に低下してゆく。これにより回転の慣性力が小さくなってゆき、図示の例では時刻ｔ２において第３気筒２の上死点（＃３ＴＤＣ）を越えた後に、時刻ｔ３において第４気筒２の筒内圧に抗して上死点（＃４ＴＤＣ）を越えることができなくなる。

このためクランクシャフト１３は、上死点の手前で一瞬、停止した後に逆転動作し、その後、再び正回転の向きに少しだけ動作する、という揺り戻しの期間を経て完全に停止するようになる。このとき、時刻ｔ３の少し手前でクランクシャフト１３が逆転動作した後は、クランク信号に応じてクランクカウンタが減少し、また、時刻ｔ４において再び正回転の向きになれば、時刻ｔ５においてクランクカウンタは増大する。

そうして揺り戻し期間を経て停止するまでの間にクランクシャフト１３の回動する角度が小さくなると、クランク角センサ１０１からはクランク信号が出力されなくなる。そして、時刻ｔ５〜ｔ６のようにクランク信号の入力しない時間が予め設定した時間Δｔになると（時刻ｔ６）、クランクシャフト１３の回転が停止した（即ちエンジン１が完全に停止した）と判定される。

−エンジンのスタータレス始動−
次に、前記図３のフローのステップＳＴ１０９におけるエンジン１のスタータレス始動について詳細に説明する。まず、前記のアイドリングストップ制御によってエンジン１が自動停止するのは通常、運転者が車両を停止させようとしているときであるが、これによりエンジン１が完全に停止する前に、運転者の心変わり（Change Of Mind：COM）によって再びエンジン１を始動させることがある。

このときに運転者は、例えばブレーキペダルを離して、アクセルペダルを踏み込んだりするので、エンジン１の再始動条件が成立し（ステップＳＴ１０８でＹＥＳ）、これに応じて吸気行程ないし圧縮行程にある気筒２への燃料噴射および点火が再開される。これにより、クランクシャフト１３に回転力を付与して、スタータモータ１８を用いずにエンジン１を始動させることができる。

すなわち、例えば図２を参照して上述した時刻ｔ１〜ｔ２のように或る程度、エンジン回転数が高くて、クランクシャフト１３の回転の慣性力が大きいときに再始動条件が成立すれば、例えば圧縮行程にある気筒２のインジェクタ１９に燃料を噴射させ、これにより混合気が形成されるのを待って、上死点近傍において点火プラグ２０により点火すればよい。

但し、前記の時刻ｔ１〜ｔ２の期間の終盤で、かなりエンジン回転数が低くなっていると、圧縮行程にある気筒２が上死点（図２では第３気筒２の上死点：＃３ＴＤＣ）を越えるとは限らない。そこで、この第３気筒２が上死点（＃３ＴＤＣ）を越えて膨張行程に移行してから、インジェクタ１９により燃料を噴射させ、これにより形成される混合気に点火する。こうすれば、より確実に正転の向きの燃焼トルクが得られ、エンジン１の始動が可能になる。

一方、例えば時刻ｔ２以降で再始動条件が成立した場合、そのときに圧縮行程にある第４気筒２ではピストン１２が大きな筒内圧を受けていて、上死点（＃４ＴＤＣ）を越えられない。この場合、上述したように上死点の手前でクランクシャフト１３は一瞬、停止した後に逆転動作するので、圧縮行程にある第４気筒２では、図４の上段に破線のグラフで示すようにピストン１２が上死点の手前で一瞬、停止し（図４の時刻ｔ１）、その後、下降を始めるようになる。

このときに膨張行程にある第３気筒２のピストン１２は、図４の上段に実線のグラフで示すように下死点（ＢＤＣ）の手前で一瞬、停止し、その後、上昇を始めるようになる。そこで、この第３気筒２内に燃料を噴射して（図４の時刻ｔ２）、ピストン１２が上死点の近くまで上昇したときに混合気に点火する（図４の時刻ｔ３）。こうすれば、混合気の燃焼によってクランクシャフト１３に効果的に回転力（燃焼トルク）を付与することができる。

ところで、前記のようにクランクシャフト１３が逆転動作する直前に一瞬、停止する位置にはばらつきがある。これは主として、一つ前の上死点（停止前の最後の上死点であり、前記の例では＃３ＴＤＣ）を越えたときにクランクシャフト１３などが有する運動エネルギのばらつきによるもので、この運動エネルギが大きいほど、圧縮行程においてピストン１２は上死点（前記の例では＃４ＴＤＣ）の近くまで到達する。

そうして圧縮行程にある気筒２のピストン１２が上死点に近づくほど、膨張行程にある気筒２においてピストン１２は下死点に近づくことになり、このときに排気バルブ４１の開くタイミング（図４にＥＶＯとして示す）を越えることがある。すなわち、図５のバルブ線図にハッチング入りの矢印で示すように、排気バルブ４１は、膨張行程の後半（図の例ではＡＴＤＣ１００°ＣＡくらい）にて開き、排気行程を経た後に、吸気行程の序盤にて閉じる。

このため、前記のようにクランクシャフト１３が逆転動作する直前に、膨張行程にある気筒２のピストン１２が一瞬、停止する位置が、図５．Ｃのように「ＥＶＯ」を越えている場合は、排気バルブ４１は開くことになる。詳しくは図５において時計回りがクランクシャフト１３の正回転の向きであり、同図Ａ〜Ｄには、黒丸で着目気筒２の位置（ピストン１２の位置）を示している。

そして、図５．Ａには圧縮行程の序盤において吸気バルブ３１が開く前の様子を示し、図５．Ｂには上死点を通過して圧縮行程から膨張行程に移行する様子を示している。また、図５．Ｃには膨張行程の後半において排気バルブ４１の開くタイミング「ＥＶＯ」を越えてから逆転する様子を示し、一方、図５．Ｄは、「ＥＶＯ」を越えずに逆転する様子を示している。

前記図５．Ｃのように「ＥＶＯ」を越えてから逆転するときには一旦、開いた排気バルブ４１が、クランクシャフト１３の逆転動作に伴い再び閉じることになる。そして、そのように一時的に排気バルブ４１が開いている間に、排気ポート４０から空気が流入することによって（即ち、排気ポート４０とのガス交換によって）、気筒２内の空気量が増大する。

これは、一般的に膨張行程の終盤において気筒２内は負圧になる一方、上述したようにクランクシャフト１３が逆転動作する直前には、燃料供給の停止によって気筒２内および排気ポート４０内が大気圧状態になるからである。このため、前記のようにクランクシャフト１３の逆転動作の際に排気バルブ４１が開けば、膨張行程にある第３気筒２内には排気ポート４０から空気が流入するようになる。

但し、クランクシャフト１３が逆転動作する直前に一瞬、停止する位置は、その回転の運動エネルギなどのばらつきに起因して変化し、図４の下段に実線のグラフで示すように、膨張行程にある気筒２においてピストン１２が最も下死点（ＢＤＣ）に近づいたときにも「ＥＶＯ」を越えないことがある。このときには排気バルブ４１は開かない。

つまり、クランクシャフト１３の逆転動作の際に排気バルブ４１は開くときと開かないときとがあり、排気バルブ４１が開けば、排気ポート４０からの流入によって気筒２内の空気量が増大する。これにより、エンジン再始動のために気筒２内に燃料を噴射したときに空燃比がリーン側にずれてしまい、着火性が低下したり、触媒４３の働きが低下して、エミッションの悪化を招いたりするおそれがあった。

そこで、本実施の形態では、クランクシャフト１３の逆転動作の際に排気バルブ４１が開いた場合は、排気ポート４０とのガス交換による空気量の増大を加味して、膨張行程にある気筒２のインジェクタ１９による燃料噴射量を増量するようにしている。以下、図６のフローチャートを参照してエンジン１の始動（スタータレス始動）の手順を具体的に説明する。

−始動制御ルーチン−
図６に示すルーチンは、図３のステップＳＴ１０８において再始動条件が成立したときに開始され、スタート後のステップＳＴ２０１では、まず、エンジン回転数が所定の閾値以下になっていて、次の上死点を越えない可能性があるか否か判定するこの閾値は、クランクシャフト１３やフライホイールなどの回転部分の慣性、および気筒２の圧縮反力やフリクションなどを考慮して、余裕を持って次の上死点を越えるようなエンジン回転数を予め実験などによって設定したものである。

そして、否定判定（ＮＯ）すればステップＳＴ２０２へ進み、その後に上死点を迎える気筒２から順に燃料噴射および点火を再開して、ルーチンを終了する（エンド）。一方、エンジン回転数が前記閾値以下になっていて、次の上死点を越えない可能性があると肯定判定（ＹＥＳ）すれば、ステップＳＴ２０３へ進み、今度は圧縮行程にある気筒２が実際に上死点を越えたか否か判定する。そして、否定判定（ＮＯ）すれば後述のステップＳＴ２０６に進む一方、肯定判定（ＹＥＳ）すればステップＳＴ２０４，ＳＴ２０５に進んで、スタータレス始動のための燃料噴射および点火を実行する。

具体的には、まず、ステップＳＴ２０４で吸気バルブ３１の閉じタイミング（ＩＶＣ）に基づいて、膨張行程にある気筒２の空気量を算出する。すなわち、前記図５に表れているように吸気バルブ３１は排気行程の終盤に開き、吸気行程を経て圧縮行程の前半（図の例ではＡＢＤＣ８０°ＣＡくらい）にて閉じる。そして、クランクシャフト１３の回転に伴い圧縮行程で吸気バルブ３１が閉じると、気筒２内の空気量が一旦、確定する。

このときには「ＩＶＣ」に基づいて気筒２の空気量を算出することができる。すなわち、クランクシャフト１３の回転が停止する直前には、その回転速度が非常に低くなっており、気筒２への吸気の充填効率は極めて高くなるので、このときに吸気行程で気筒２内に吸入、充填される空気量は、エアフローメータ１０３からの信号と、「ＩＶＣ」における気筒２内容積とに基づいて算出することができる。

そして、前記図５．Ｂに表れているように上死点を越えて、膨張行程に移行した気筒２内に、前記の空気量に対して目標空燃比（理論空燃比よりもリッチにするのが好ましい）になるように、インジェクタ１９によって噴射する燃料の量（燃料噴射量Ｑ１）を算出する。なお、空燃比をリッチにするのは、燃料の蒸発が不十分になりやすいことや触媒４３の酸素吸蔵能を考慮したものである。

続いてステップＳＴ２０５において所定のタイミングで膨張行程にある気筒２のインジェクタ１９に燃料噴射を行わせた後に、予め設定されている点火ディレー時間が経過するのを待って、当該気筒２の点火プラグ２０に通電し、混合気に点火する。この混合気の燃焼トルクがクランクシャフト１３に付与されれば、前記のステップＳＴ２０２に進んで、その後に上死点を迎える気筒２から順に燃料噴射および点火を再開して、ルーチンを終了する（エンド）。

一方、前記のステップＳＴ２０３で否定判定（ＮＯ）して進んだステップＳＴ２０６では、図２を参照して上述したようにクランクシャフト１３が逆転動作したか否かを、クランク角センサ１０１からの信号に基づいて判定する。そして、クランクシャフト１３が逆転動作しておらず、否定判定（ＮＯ）すれば前記ステップＳＴ２０３へ戻る一方、逆転動作して肯定判定（ＹＥＳ）すれば、ステップＳＴ２０７へ進んで、その逆転動作の際に排気バルブ４１が開いたか否か判定する。

この判定は、クランク角センサ１０１からの信号に基づいて行うことができる。すなわち、図５Ａ〜Ｄを参照して前述したように、排気バルブ４１は膨張行程の後半の「ＥＶＯ」のタイミングで開くので、前記図５．Ｄに表れているように、膨張行程にある気筒２が「ＥＶＯ」を越える前にクランクシャフト１３が逆転動作すれば、排気バルブ４１は開いていないと否定判定（ＮＯ）して、前記のステップＳＴ２０４，ステップＳＴ２０５に進む。

一方、前記図５．Ｃに表れているように膨張行程にある気筒２が「ＥＶＯ」を越えてから、クランクシャフト１３が逆転動作すれば、排気バルブ４１は開いていると肯定判定（ＹＥＳ）してステップＳＴ２０８に進む。この場合には排気バルブ４１の開いている期間に排気ポート４０から空気が流入するので、クランクシャフト１３の逆転動作によって排気バルブ４１が閉じたときに、気筒２内の空気量が確定する。

そこで、ステップＳＴ２０８では、排気バルブ４１の開きタイミング「ＥＶＯ」に基づいて、気筒２内の空気量を算出する。すなわち、上述したようにクランクシャフト１３の逆転動作の直前には気筒２内および排気ポート４０内が大気圧状態になっているので、排気ポート４０からの空気の流入によって気筒２内も大気圧状態になるとみなして、その空気量を「ＥＶＯ」における気筒２内容積に基づいて算出する。

こうして算出した空気量に対して目標空燃比（理論空燃比よりもリッチ）になるように、インジェクタ１９による燃料噴射量Ｑ２を算出し、前記のステップＳＴ２０５に進んで膨張行程にある気筒２のインジェクタ１９に燃料噴射を行わせた後に、点火ディレー時間の経過を待って当該気筒２の点火プラグ２０に通電し、混合気に点火する。そして、前記のステップＳＴ２０２に進み、その後に上死点を迎える気筒２に逐次、燃料噴射および点火を行って、ルーチンを終了する（エンド）。

前記図６のフローのステップＳＴ２０４，ＳＴ２０８を実行することによってＥＣＵ１００は、クランクシャフト１３が逆転動作した場合に、膨張行程にある気筒２内へインジェクタ１９により燃料を噴射させる噴射制御手段を構成する。また、ステップＳＴ２０７を実行することによって、前記クランクシャフト１３の逆転動作の際に排気バルブ４１が開いたか否か判定する判定手段を構成する。

そして、前記のステップＳＴ２０７において肯定判定（ＹＥＳ）し、ステップＳＴ２０８を実行することにより、ＥＣＵ１００（前記噴射制御手段）は、前記判定手段によって排気バルブが開いたと判定されれば、排気ポート４０とのガス交換による気筒２内の空気量の変化を加味して、燃料噴射量を決定するように構成されている。

以上、説明したように本実施の形態では、アイドリングストップ制御によってエンジン１を自動停止させる過程で再始動条件が成立したときに、圧縮行程にある気筒２が上死点を越えて膨張行程に移行すれば、当該気筒２への燃料噴射および点火によってクランクシャフト１３に燃焼トルクを付与し、エンジン１をスムーズにスタータレス始動することができる。

すなわち、仮に圧縮行程にある気筒２に燃料を噴射してしまうと、この気筒２の上死点を越えられずにクランクシャフト１３が逆転動作した場合に、混合気の燃焼によって逆転の向きの燃焼トルクが発生するおそれがあるが、前記のように気筒２が膨張行程に移行してから燃料噴射を行うようにすれば、確実に正転の向きの燃焼トルクが得られるからである。

一方、前記圧縮行程にある気筒２が上死点を越えられずに、クランクシャフト１３が逆転動作した場合、或いは、クランクシャフト１３が逆転動作しているときに再始動条件が成立した場合は、その逆転動作によってピストン１２が上死点に向かう膨張行程気筒２に燃料噴射および点火を行って、クランクシャフト１３に正転の向きの燃焼トルクを付与するようにする。

この際、クランクシャフト１３の逆転動作の際に排気バルブ４１が開けば、排気ポート４０からの流入によって気筒２内の空気量が増えることになるので、排気バルブ４１が開いていれば、インジェクタ１９による燃料の噴射量を増量する。これにより、混合気の空燃比が目標値（理論空燃比よりも少しリッチ）からリーン側にずれることを抑制し、エンジン１の始動性の低下およびエミッションの悪化を抑制することができる。

−他の実施の形態−
以上、説明した実施の形態は例示に過ぎず、本発明の構成や用途などについて限定するものではない。例えば前記実施の形態では、エンジン１の停止直前にクランクシャフト１３が逆転動作する際に、排気バルブ４１が開いたと判定すれば、その開きタイミング「ＥＶＯ」に基づいて空気量を算出し、これに対応するように燃料噴射量を制御するようにしているが、これに限るものではない。

すなわち、排気バルブ４１の開いている時間が非常に短かったり、その開度（リフト量）が非常に小さかったりすれば、排気ポート４０から気筒２内に空気が十分に充填されないことも考えられるので、厳密には排気バルブ４１の開弁時間や開度などを加味して空気量を算出するようにしてもよい。具体的には図７に一例を示すように、まず、ステップＳＴ３０１〜ＳＴ３０７までの各ステップにおいて、図６に示すフローのステップＳＴ２０１〜ＳＴ２０７と同じ処理を行う。

そして、ステップＳＴ３０７で排気バルブ４１が開いたと肯定判定（ＹＥＳ）した場合、ステップＳＴ３０８において、開弁時間ｔが所定時間ｔ０よりも長いか否か判定し、ｔ＞ｔ０で肯定判定（ＹＥＳ）すればステップＳＴ３０９に進んで、図６のフローのステップＳＴ２０８と同じく「ＥＶＯ」の空気量に基づいて燃料噴射量Ｑ２を算出する。一方、開弁時間ｔが所定時間ｔ０以下で否定判定（ＮＯ）すればステップＳＴ３１０に進んで、そのように排気バルブ４１の開弁期間が短いことを加味して燃料噴射量Ｑ３を算出する。

例えば、排気バルブ４１の開いている間に排気ポート４０から気筒２内に流入する空気の流れを一次遅れとみなし、その時定数τ（予め実験などによって設定すればよい）を用いて燃料噴射量Ｑ３は、以下の（式１）により算出することができる。そうして燃料噴射量Ｑ２、Ｑ３を算出した後に前記ステップＳＴ３０５に進んで、膨張行程にある気筒２に燃料噴射および点火を行えばよい。

Ｑ３＝Ｑ１＋（Ｑ２−Ｑ１）×｛１−ｅｘｐ（−ｔ／τ）｝ ・・・ （式１）
なお、前記の開弁時間ｔは、クランク角センサ１０１からの信号に基づいて算出することができる。また、そのように開弁時間ｔを加味して空気量を算出するのに加えて、またはこれに代えて、排気バルブ４１の開度も加味して空気量を算出するようにしてもよい。

また、そのように前記実施の形態では、クランクシャフト１３の逆転動作の際に排気バルブ４１が開けば、排気ポート４０から空気が流入するという前提で気筒２内の空気量を算出するようにしているが、これにも限定されない。例えばターボチャージャを備えたエンジンでは、排気ポート４０が大気圧状態になっておらず、大気圧よりも高くなっていたり、反対に大気圧よりも低くなっていたりすることもあるので、この場合には排気圧センサからの信号に基づいて補正するようにしてもよい。

さらに、前記実施の形態ではアイドリングストップ条件として、車速が所定閾値以下であること（停止直前と考えられる場合、および実質、停止していると考えられる場合）などを含むように設定しているが、これにも限定されず、車両の走行中にエンジン１を自動で停止させ、再始動する場合（いわゆるフリーラン制御など）にも、本発明を適用することができる。

また、前記実施の形態ではスタータレス始動についてのみ、説明しているが、これにも限定されることなく、例えば、スタータモータ１８によってエンジン１のクランキングを行うスタータ始動の際にも、本発明を適用することができる。

さらにまた、前記実施の形態では、車両に搭載された筒内噴射式の４気筒ガソリンエンジン１に本発明を適用した場合について説明しており、インジェクタとしては筒内噴射用のインジェクタ１９のみであるが、これにも限定されない。エンジンは例えば３気筒、５気筒、６気筒、８気筒などであってもよいし、筒内噴射用のインジェクタ１９以外にポート噴射用のインジェクタも備えていてもよい。さらにガソリンエンジンにも限定されず、例えば筒内噴射式のアルコールエンジンやガスエンジンなどであってもよい。

本発明は、エンジンの停止直前に再始動条件が成立した場合に、スタータモータを用いずスムーズに再始動させることができるものであり、例えば自動車に搭載されたエンジンに適用して効果が高い。

１ エンジン
２ 気筒
１３ クランクシャフト
１８ スタータモータ
１９ インジェクタ（燃料噴射弁）
３１ 吸気バルブ
４０ 排気ポート（排気通路）
４１ 排気バルブ
１００ ＥＣＵ（判定手段、噴射制御手段）

Claims (7)

1. 筒内噴射式のエンジンが停止する直前に再始動条件が成立した場合に、膨張行程にある気筒への燃料噴射および点火を実行して、当該エンジンを始動させるようにしたエンジンの始動制御装置であって、
   クランクシャフトが回転を停止する前に逆転動作した場合に、膨張行程にある気筒内へ燃料噴射弁によって燃料を噴射させる噴射制御手段と、
   前記クランクシャフトの逆転動作の際に前記膨張行程にある気筒の排気バルブが開いたか否か判定する判定手段と、を備え、
   前記噴射制御手段は、前記膨張行程にある気筒内の空気量に応じて、目標空燃比になるように燃料噴射量を制御するものであって、前記判定手段によって、前記膨張行程にある気筒の排気バルブが開いたと判定された場合は、排気通路とのガス交換による前記膨張行程にある気筒内の空気量の変化も加味して、燃料噴射量を決定するように構成されている、ことを特徴とするエンジンの始動制御装置。
2. 請求項１に記載のエンジンの始動制御装置において、
   前記エンジンの停止する直前に再始動条件が成立した場合に、膨張行程にある気筒への燃料噴射および点火を実行して、スタータモータを用いずにエンジンを始動させるように構成されている、エンジンの始動制御装置。
3. 請求項１または２のいずれかに記載のエンジンの始動制御装置において、
   前記噴射制御手段は、前記判定手段によって排気バルブが開いたと判定されない場合、前記膨張行程にある気筒の圧縮行程における吸気バルブの閉じタイミングに基づいて、当該気筒内の空気量を算出する、エンジンの始動制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載のエンジンの始動制御装置において、
   前記噴射制御手段は、前記判定手段によって排気バルブが開いたと判定された場合は、前記膨張行程にある気筒の排気バルブが開くタイミングに基づいて、当該気筒内の空気量を算出する、エンジンの始動制御装置。
5. 請求項４に記載のエンジンの始動制御装置において、
   前記噴射制御手段は、排気バルブの開弁時間および開度の少なくとも一方を加味して、前記膨張行程にある気筒内の空気量を算出する、エンジンの始動制御装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載のエンジンの始動制御装置において、
   前記噴射制御手段は、エンジンの再始動条件が成立したときに圧縮行程にある気筒が上死点を越えられずに、クランクシャフトが逆転動作した場合は、そのときに膨張行程にある気筒への燃料噴射制御を行う一方、前記圧縮行程にある気筒が上死点を越えて膨張行程に移行すれば、当該気筒への燃料噴射制御を行う、エンジンの始動制御装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１つに記載のエンジンの始動制御装置において、
   前記噴射制御手段は、クランクシャフトが逆転動作した後に再始動条件が成立すれば、そのときに膨張行程にある気筒への燃料噴射制御を行う、エンジンの始動制御装置。

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