JP4702143B2 - エンジンの始動装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの自動停止条件が成立したときに、いったんエンジンを自動的に停止させるとともに、停止させたエンジンをその後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ＣＯ_２排出量の抑制等を図るため、アイドル時にエンジンを自動的にいったん停止させるとともに、その後に発進操作等の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。

このエンジンの再始動は、再始動条件成立に応じて即座に始動させることが要求されるため、スタータ（始動用のモータ）によりエンジン出力軸を駆動するクランキングを経てエンジンを始動させるような、始動完了までにかなりの時間を要する従来の一般的な始動方法は好ましくない。

そこで、停止状態のエンジンの膨張行程にある気筒（以下、エンジン停止時に膨張行程にある気筒を便宜上停止時膨脹行程気筒と称する。他の行程にある気筒も同様である）に燃料を供給して燃焼を行わせ、そのエネルギーでエンジンが即時的に始動されるようにする始動方法が開発されつつある。

このような技術として、例えば特許文献１や特許文献２が知られている。特許文献１は、エンジン自動停止時のピストン位置が再始動に有利な位置となるように制御するとともに、エンジンが完全に停止するまでに筒内に残留する排ガスを充分排出（掃気）し、再始動時の筒内の新気割合を増大させるように制御するものである。掃気という観点からすれば、燃料停止からエンジン完全停止までの期間（経過サイクル数）は長い方が好ましい。

一方、特許文献２は、減筒運転（複数ある気筒のうち、一部の気筒での燃焼を停止する運転）中に燃料停止を行う際に燃料停止からエンジンの完全停止までの時間を短縮する制御を行うものである。通常、減筒運転中は吸排気弁が全閉になっており、そのポンピングロスが小さいことによりエンジン停止までの時間が間延びし、このエンジン停止動作期間中にエンジンの再始動要求（車両の発進や加速要求）があった場合に支障をきたす虞があるからである。このように、エンジン停止動作中に再始動要求が発生する機会を低減するという観点からすれば、燃料停止からエンジン完全停止までの期間は短い方が好ましい。

結局、燃料停止からエンジン完全停止までの期間は、上記の各観点、あるいはその他諸々の条件を勘案して最適な値に設定され、調整されることとなる。
特開２００５−３１５２０３号公報 特開２００４−２２５５６１号公報

このような燃料停止からエンジン完全停止までの期間の最適値を策定するうえで、その期間を比較的短期間に設定する必要のある場合がある。例えば回転系の慣性モーメント（いわゆるイナーシャ）が小さい場合や、回転抵抗が大きい場合（自動変速機が連結されており、これがドライブ状態とされている場合を含む）などである。

このような場合、エンジン停止までの行程（吸気・圧縮・膨張・排気）数が少なくなり、エンジンの掃気が不充分となる虞がある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、比較的短いエンジン停止動作期間であっても、再始動時に有利な掃気形態をとることができるエンジンの始動装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための請求項１に係る発明は、エンジンの自動停止条件が成立したときに、エンジン運転を継続させるための燃料供給を停止してエンジンを自動的に停止させるエンジン自動停止制御を行うとともに、自動停止状態にある上記エンジンの再始動条件が成立したときに、少なくともエンジン停止時に膨張行程にある気筒で燃焼を行わせて上記エンジンを自動的に再始動させる自動再始動制御を行う停止再始動制御手段を備えたエンジンの始動装置であって、上記エンジンの吸排気弁を、電磁力で開閉駆動する電磁式動弁機構と、上記電磁式動弁機構による上記吸排気弁の開閉時期を設定する手段であって、その動作モードとして、吸気・圧縮・膨張・排気の４行程形態をとる通常の４サイクルモードと、吸気・排気を交互に繰り返す２行程形態をとる特定サイクルモードとの何れかを選択的に設定するバルブタイミング制御手段とを備え、上記バルブタイミング制御手段は、上記エンジン自動停止制御において、上記燃料供給停止時期以降の所定期間、上記電磁式動弁機構の動作モードを上記特定サイクルモードに切替えるとともに、エンジンの停止直前の所定時期に上記４サイクルモードに復帰させることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１記載のエンジンの始動装置において、上記特定サイクルモードから上記４サイクルモードに復帰される時期は、エンジン停止時に膨張行程となる気筒における、最後の圧縮行程開始時期以前であり、かつエンジン停止時に圧縮行程となる気筒における、その圧縮行程開始時期以前であることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１または２記載のエンジンの始動装置において、上記特定サイクルモードから上記４サイクルモードへの切替えおよび上記４サイクルモードから上記特定サイクルモードへの気筒単位の切替えは、点火順序順に１行程づつずらして行われることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項３記載のエンジンの始動装置において、上記特定サイクルモードから上記４サイクルモードへの切替えは、各気筒において吸気行程の次に圧縮行程を行うことによってなされることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項３または４記載のエンジンの始動装置において、上記４サイクルモードから上記特定サイクルモードへの切替えは、各気筒において吸気行程の次に排気行程を行うことによってなされることを特徴とする。

請求項６に係る発明は、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において、上記エンジンに連結され、少なくともエンジン側から駆動輪側への駆動力の伝達が可能なドライブ状態を有する自動変速機を備え、上記自動停止制御の実行中、上記自動変速機は上記ドライブ状態を維持することを特徴とする。

請求項７に係る発明は、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において、上記燃料供給停止後の上記４サイクルモードから特定サイクルモードへの切替えは、既に供給された燃料が膨張行程で燃焼した後になされることを特徴とする。

請求項８に係る発明は、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、上記バルブタイミング制御手段は、エンジン停止時に圧縮行程となる気筒における
、最後の吸気行程の吸気弁閉タイミングを、エンジン停止時に膨張行程となる気筒における、最後の吸気行程の吸気弁閉タイミングよりも、相対的に下死点よりも遠い側に設定することを特徴とする。

請求項１の発明によると、以下説明するように、電磁式動弁機構による特定サイクルモードにより、比較的短いエンジン停止動作期間であっても、再始動時に有利な掃気形態をとることができる。

ここで特定サイクルモードについて説明する。特定サイクルモードとは、吸気・排気を交互に繰り返す２行程形態の動作モードである。具体的には、吸気・圧縮・膨張・排気の４行程形態をとる通常の４サイクルモードに対して、その圧縮行程に相当する期間に電磁式動弁機構によって排気弁を開弁する。すると実質上排気行程と同様の動弁系の挙動となる。また４サイクルモードの膨張行程に相当する期間に吸気弁を開弁する。すると実質上吸気行程と同様の動弁系の挙動となる。結局、４サイクルモードの吸気・圧縮・膨張・排気の４行程のうち、圧縮を排気に、膨張を吸気に置き換えることにより、吸気・排気・吸気・排気という２行程形態が得られるのである。

特定サイクルモードは、未燃ガスを排出させないようにするために、燃料停止状態で実行する必要がある。特定サイクルモードを行うと、４サイクルモードに対して吸排気弁の開弁期間が実質上約２倍になるので掃気が格段に促進される。

従って、エンジン自動停止制御中に、電磁式動弁機構が特定サイクルモードとされることにより、比較的短いエンジン停止動作期間であっても充分な掃気性が確保され、円滑な再始動を行うことができる。

さらに、特定サイクルモードには４サイクルモードの圧縮上死点に相当するものがなくなるので、この圧縮上死点を経過する際のエンジンの回転速度の波打ちが抑制される。すなわち、エンジン自動停止時の振動が抑制され、振動騒音（いわゆるＮＶＨ）レベルが向上する。

また、エンジンの停止直前の所定時期に４サイクルモードに復帰させることにより、エンジン停止時に、ピストンを適正停止範囲に停止させるために有効な停止時膨張行程気筒や停止時圧縮行程気筒を現出させることができる。つまりピストン停止位置精度を高めることができる。

請求項２の発明によると、上記ピストン停止位置精度の向上をより確実なものとすることができる。

エンジン自動停止制御では、停止直前に時膨張行程気筒と圧縮行程気筒との筒内圧バランスを調節することにより、ピストンを適正停止範囲に停止させるように制御される。そのためには、エンジン停止時に膨張行程となる気筒が、その停止前に実質的に膨張行程にある必要があり、その前には実質的に圧縮行程である必要がある。従って、エンジン停止時に膨張行程となる気筒における、最後の圧縮行程開始時期以前に特定サイクルモードから４サイクルモードに復帰させることにより、その条件が満たされるのである。また同様に、エンジン停止時に圧縮行程となる気筒における、その圧縮行程開始時期以前に特定サイクルモードから４サイクルモードに復帰させることにより、当該気筒を確実に停止時圧縮行程気筒となすことができる。

請求項３乃至５の発明によると、特定サイクルモードと４サイクルモードとのモード間切り替えを無理なく円滑に行うことができる。

請求項６の発明によると、以下に述べるように掃気性向上効果を顕著に得ることができる。自動変速機をドライブ状態としたままエンジンを自動停止させると、ニュートラル状態（エンジン側から駆動輪側への駆動力の伝達が切り離された状態）に切換えて自動停止させる場合に比べ、エンジンンの回転抵抗（負荷）が大きくなり、燃料供給停止からエンジン完全停止までの期間が短くなる。これは掃気性の低下を招き易く、再始動に不利な条件となっている。しかし本発明によれば特定サイクルモードによって掃気性が高められているので、そのような場合でも良好な再始動性を行うことができる。

また、自動変速機をドライブ状態としたままエンジンを自動停止させるので、自動停止動作期間中に再加速要求（アクセルオン）があった場合、エンジンの燃焼を復帰させるだけで円滑かつ速やかに車両を再加速させることができる。

請求項６の発明によると、筒内に供給された燃料が、電磁式動弁機構の動作モードの切替えによって、膨張行程を経過しないまま（つまり燃焼されることなく）排出されることが避けられる。従って未燃ガスの排出が抑制される。

請求項８の発明によると、上記ピストン停止位置精度の向上をより確実なものとすることができる。

本発明の構成によれば、吸気弁を下死点後に閉じる場合（通常はこの設定）には、停止時圧縮行程気筒の吸気弁の閉タイミングは、停止時膨張行程気筒よりもリタードされたもの（遅閉じ）となる。また吸気弁を下死点前に閉じる場合には、停止時圧縮行程気筒の吸気弁の閉タイミングは、停止時膨張行程気筒よりもアドバンスされたもの（早閉じ）となる。いずれの場合も、停止時圧縮行程気筒の吸気量よりも停止時膨張行程気筒の吸気量の方が多くなる。従って、停止時圧縮行程気筒と停止時膨張行程気筒との筒内圧バランスが適正になり、ピストンを適正停止範囲に停止させる確率が高められる。

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および図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とを備える。エンジン本体１には複数の気筒（当実施形態では４つの気筒）１２Ａ〜１２Ｄが設けられている。各気筒１２Ａ〜１２Ｄにはコンロッドを介してクランクシャフト３に連結されたピストン１３が嵌挿され、ピストン１３の上方に燃焼室１４が形成されている。

各気筒１２Ａ〜１２Ｄの燃焼室１４の頂部には点火装置２７に接続された点火プラグ１５が装備され、そのプラグ先端が燃焼室１４内に臨んでいる。さらに、燃焼室１４の側方部には、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１５付近に向けて燃料を噴射するように燃料噴射弁１６の噴射方向が設定されている。なお、この燃料噴射弁１６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１２Ａ〜１２Ｄの燃焼室１４に対して吸気ポート１７及び排気ポート１８が開口し、これらのポート１７，１８に吸気弁１９及び排気弁２０が装備されている。これら吸気弁１９及び排気弁２０は、電磁ＶＶＴ５０（電磁式動弁機構）によって駆動される。

電磁ＶＶＴ５０は、電磁力で吸排気弁１９，２０を開閉駆動する電磁式動弁機構である。電磁ＶＶＴ５０は周知の構造なので簡潔に記すが、電磁石のオン・オフによって直接吸排気弁１９，２０を開閉させるものであって、一種のＶＶＴ（Variable Valve Timing）である。但し従来のカム位相をずらすようなＶＶＴよりも格段に制御自由度が高く、任意のクランク角で吸排気弁１９，２０を開閉することができる。吸気弁１９には吸気側ＶＶＴ５１が、排気弁２０には排気側ＶＶＴ５２がそれぞれ設けられている。

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からなる吸気流量調節手段が配設されている。スロットル弁２３に、アイドル運転時の回転速度を調節する図略のＩＳＣ（Idle Speed Control）ユニットを併設しても良い。このスロットル弁２３の上流側には吸気流量を検出するエアフローセンサ２５と吸気温度を検出する吸気温センサ２９とが配設されている。またスロットル弁２３の下流側には吸気圧力（ブースト圧）を検出する吸気圧センサ２６が配設されている。また排気通路２２には、排気を浄化する排気浄化装置３７が設けられている。

また、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シャフト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、図略のフィールドコイルの電流をレギュレータ回路２８ａで制御して出力電圧を調節できるように構成され、ＥＣＵ２からの制御信号に基づき、通常時に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目標発電電流の制御が実行されるように構成されている。

また、エンジン本体１には、クランクシャフト３に直結されたリングギヤ（そのピッチ円の一部を一点鎖線で示す）を駆動するスタータモータ（以下スタータ３６と称す）が設けられている。スタータ３６は、必要に応じてピニオンギヤをリングギヤに噛合させ、そのピニオンギヤを駆動することにより、エンジンを正転方向に駆動する。スタータ３６として、オルタネータを統合したモータ（ＩＳＧ：Integrated Starter Generator）を用いても良い。スタータ３６は、通常のエンジン始動時に用いられる他、当実施形態のエンジン自動停止後の再始動時に、その始動を補助するアシスト始動を行うときにも用いられる。

さらに、上記エンジンには、クランクシャフト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、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シャフト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。

さらにエンジン本体１には、自動変速機（以下ＡＴとも略称する）６０が連結されている。ＡＴ６０は、車両の走行状態や運転者の操作に応じて、エンジン出力を最適な回転速度および駆動トルクに自動的に変換して車軸に伝達する機構である。ＡＴ６０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と、車輪側への駆動力の伝達が可能なドライブ状態とに切換え可能に構成されている。

なお、ＡＴ６０のドライブ状態またはニュートラル状態とは、その動力伝達形態を指すものであり、必ずしも運転者が操作するシフトレバー等のポジションと一致するものではない。例えば、シフトレバーのポジションが「Ｄ」レンジであっても、ＡＴ６０内部の動力伝達系（油圧クラッチ等）を解放することにより、ＡＴ６０をニュートラル状態とすることができる。

また、上記エンジンでは、カムシャフトの特定回転位置を検出して気筒識別信号として出力するカム角センサ３２と、エンジンの冷却水温度を検出する水温センサ３３とが設けられ、さらに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開度センサ３４と、運転者がブレーキ操作を行ったことを検出するブレーキセンサ３５と、車速を検出する車速センサ３８とが設けられている。

ＥＣＵ２は、エンジンの運転を統括的に制御するコントロールユニットである。当実施形態のエンジンは、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エンジン自動停止制御を行うとともに、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自動再始動制御を行うように構成されている。つまりＥＣＵ２は停止再始動制御手段として機能する。

以下ＥＣＵ２の説明にあたり、上記エンジン自動停止制御および自動再始動制御に関する部分を中心に説明する。

ＥＣＵ２には、エアフローセンサ２５、吸気圧センサ２６、吸気温センサ２９、クランク角センサ３０，３１、カム角センサ３２、水温センサ３３、アクセル開度センサ３４、ブレーキセンサ３５および車速センサ３８からの各検知信号が入力されるとともに、燃料噴射弁１６、スロットル弁２３のアクチュエータ２４、点火プラグ１５の点火装置２７、オルタネータ２８のレギュレータ回路２８ａ、およびスタータ３６のそれぞれに各駆動信号を出力する。またＡＴ６０に対して制御信号を入出力し、エンジンとＡＴ６０との総合的な制御を行う。ＥＣＵ２は、燃料噴射制御部４１、点火制御部４２、吸気流量制御部４３、発電量制御部４４、ピストン位置検出部４５、スタータ制御部４６、電磁ＶＶＴ制御部４８およびＡＴ制御部４９を機能的に含んでいる。

燃料噴射制御部４１は、燃料噴射時期と、各噴射における燃料噴射量とを設定して、その信号を燃料噴射弁１６に出力する燃料噴射制御手段である。特に当実施形態のエンジン自動停止制御では、後述するように、エンジンの自動停止条件が成立したときに、エンジン運転を継続させるための燃料噴射を停止させる。

点火制御部４２は、各気筒１２Ａ〜１２Ｄに対して適切な点火時期を設定し、各点火装置２７に点火信号を出力する。

吸気流量制御部４３は、各気筒１２Ａ〜１２Ｄに対して適切な吸気流量を設定し、その吸気流量に応じたスロットル弁２３の開度信号をアクチュエータ２４に出力する。スロットル弁２３にＩＳＣユニットが併設されている場合は、その制御（ＩＳＣ制御）も行う。

発電量制御部４４は、オルタネータ２８の適切な発電量を設定し、その駆動信号をレギュレータ回路２８ａに出力する。特に当実施形態では、エンジン自動停止制御においてオルタネータ２８の発電量を調節することによってクランクシャフト３の負荷を変化させ、ピストン１３が再始動に適した適正範囲に停止するような制御を行っている。発電量制御部４４は、その際のオルタネータ２８の発電量の調節も行う。

ピストン位置検出部４５は、クランク角センサ３０，３１の各検出信号に基づき、ピストン位置を検出する。ピストン位置とクランク角（°ＣＡ）とは１対１に対応するので、一般的になされているように当明細書においてもピストン位置をクランク角で表す。当実施形態では、膨張行程気筒および圧縮行程気筒の自動停止中のピストン位置に基いて各筒内空気量を算出し、それに応じて再始動時における各気筒の燃焼制御を行っている。

スタータ制御部４６は、スタータ３６の駆動制御を行う。通常は、運転者のエンジン始動操作に応じてスタータ３６に駆動信号を送る。また自動再始動制御において、必要に応じてエンジン始動を補助するアシスト始動を行う際にもスタータ３６に駆動信号を送る。

電磁ＶＶＴ制御部４８は、電磁ＶＶＴ５０による吸気弁１９および排気弁２０の開閉時期を設定するバルブタイミング制御手段である。電磁ＶＶＴ制御部４８は、その動作モードとして、吸気・圧縮・膨張・排気の４行程形態をとる通常の４サイクルモード４Ｓ（図４参照）と、吸気・排気を交互に繰り返す２行程形態をとる特定サイクルモード２Ｓ（図４参照）との何れかを選択的に設定する。４サイクルモード４Ｓは、通常燃焼時に選択され、各気筒１２Ａ〜１２Ｄが所定の位相差をもって吸気・圧縮・膨張・排気という燃焼サイクルを行うように、各気筒１２Ａ〜１２Ｄの吸・排気弁１９，２０の開閉タイミングを設定するものである。

一方、特定サイクルモード２Ｓは、エンジン自動停止制御中に選択される特有の動作モードである。特定サイクルモード２Ｓでは、具体的には上記４サイクルモード４Ｓに対して、その圧縮行程に相当する期間に排気側ＶＶＴ５２によって排気弁２０が開弁される。すると実質上排気行程と同様の動弁系の挙動となる。また４サイクルモード４Ｓの膨張行程に相当する期間に吸気側ＶＶＴ５１によって吸気弁１９が開弁される。すると実質上吸気行と同様の動弁系の挙動となる。結局、４サイクルモード４Ｓの吸気・圧縮・膨張・排気の４行程のうち、圧縮を排気に、膨張を吸気に置き換えることにより、吸気・排気・吸気・排気という２行程形態が得られるのである。

ＡＴ制御部４９は、ＡＴ６０に関する制御を行うが、特に当実施形態に関する事項として、ＡＴ６０のドライブ状態とニュートラル状態との切替えに係る制御信号をＡＴ６０との間で送受信する。

以上のような構成のＥＣＵ２によってエンジンを自動停止させた後、自動再始動制御を行うにあたり、当実施形態では最初に圧縮行程気筒で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シャフト３を少しだけ逆転させる。これによって膨張行程気筒のピストン１３を一旦上昇（上死点に近づける）させ、その気筒内の空気（燃料噴射後は混合気となる）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、クランクシャフト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。

上記のように原則としてスタータ３６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（当実施形態では圧縮行程気筒および吸気行程気筒）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、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。

図３（ａ），（ｂ）に示すように、圧縮行程気筒と膨張行程気筒とでは、それぞれ位相が１８０°ＣＡだけずれているため、各ピストン１３が互いに逆方向に作動する。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、再始動時の初回燃焼でクランクシャフト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となる範囲Ｒ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シャフト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、クランクシャフト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（以下この範囲Ｒを適正停止範囲Ｒとする）。そこで、ピストン１３を適正停止範囲Ｒ内に停止させるよう、ＥＣＵ２によってスロットル弁２３の開度を調節する等のエンジン自動停止制御が行われる。

ところで、たとえピストン１３が適正停止範囲Ｒに停止したとしても、気筒、特に膨張行程気筒の掃気が不充分であって、気筒内に既燃ガスが多く残留している状態であると、新気による燃焼のエネルギーを充分得ることができないので再始動に不利となる。従って、燃料供給が停止されてからエンジンが完全停止するまでの間に、充分掃気されていることが望ましい。

図４は、主にエンジン自動停止制御によるエンジン自動停止時のタイムチャートであり、上段から順にエンジンの回転速度、電磁ＶＶＴ制御部４８が選択する動作モード、各気筒の行程推移チャート（「吸」は吸気行程、「圧」は圧縮行程、「膨」は膨張行程、「排」は排気行程）、およびＡＴ６０の状態（「Ｄ」はドライブ状態、「Ｎ」はニュートラル状態）を示す。

なお、以下説明を簡潔にするため、エンジンが完全に停止した時、＃１気筒１２Ａが圧縮行程、＃２気筒１２Ｂが膨張行程、＃３気筒１２Ｃが吸気行程、＃４気筒１２Ｄが排気行程にあるものとする。そして便宜上、＃１気筒１２Ａを停止時圧縮行程気筒１２Ａ、＃２気筒１２Ｂを停止時膨張行程気筒１２Ｂ、＃３気筒１２Ｃを停止時吸気行程気筒１２Ｃ、＃４気筒１２Ｄを停止時排気行程気筒１２Ｄと称する。

図４のタイムチャートにおいて、ＥＣＵ２は、所定のアイドルストップ条件（例えば、車速Ｖ＜２０ｋｍ／ｈ、アクセルオフ、ブレーキオン、エアコンオフ、ＡＴ６０のロックアップオフ、ステアリング操舵角が所定値以下、ウインカーオフ、バッテリー電圧が所定値以上等）が成立した時点ｔ０で、エンジンの目標回転速度を、エンジンを自動停止させない時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）Ｎ１よりも高い目標回転速度Ｎ２に設定する。そうすることにより、エンジン完全停止までの期間を適度に延長させ、掃気性の向上が図られる。またピストンを狙いの位置に停止させる制御が行い易くなる。当実施形態では、ＡＴ６０がドライブ状態のときの通常のアイドル回転速度Ｎ１が６５０ｒｐｍに設定されており、目標回転速度Ｎ２は８５０ｒｐｍ程度に設定されている。

エンジンの回転速度が目標回転速度Ｎ２で安定する（時点ｔ１）と、ＥＣＵ２は所定の待ち時間（２００ｍｓ程度）待機した後、時点ｔ２で燃料噴射停止Ａ１を行う。

また時点ｔ２で、電磁ＶＶＴ制御部４８は、電磁ＶＶＴ５０を特定サイクルモード２Ｓに切替える。４サイクルモード４Ｓから上記特定サイクルモード２Ｓへの切替えは、各気筒において吸気行程の次に排気行程を行うことによってなされる。すなわち、４サイクルモード４Ｓにおいて吸気行程の次は圧縮工程であるところ、特定サイクルモード２Ｓは、この圧縮工程を実質上排気行程に置き換えるものであるから、電磁ＶＶＴ５０によってそれがなされた時点が、その気筒における４サイクルモード４Ｓから特定サイクルモード２Ｓへの切替えポイントとなる。吸気行程は、点火順序順（＃１→＃３→＃４→＃２。図では＃２から切り替っている）に１行程づつずれて現出するので、気筒別の切替えポイントを結んだ境界７６は、図示のように段付きの線になる。なお、エンジン全体としてのモード切替えポイントは、最も早く切替えポイントを通過する気筒（図示の場合、停止時膨張行程気筒１２Ｂ）の切替えポイント（時点ｔ２）とする。

このように、１行程づつずらして動作モードを切替えて行くことにより、無理のない、円滑なモード切替を行うことができる。

なお、既に供給された燃料が未燃焼のまま筒内に残っている場合は、その燃料を燃焼させる膨張行程を経過した後にモード切替がなされる。そうすることにより未燃ガスの排出が抑制される。

時点ｔ２以降はエンジンが惰性で回転するため、エンジンの回転速度が次第に低下し、やがて時点ｔ５で停止する。このエンジンの回転速度の低下は、図４に示すように、波打ちながら低下して行く。この波の谷のタイミングは、４サイクルモード４Ｓにおける、何れかの気筒が圧縮上死点となるタイミングと一致している。つまり、４サイクルモード４Ｓでは、エンジンの回転速度は、各気筒が順次圧縮上死点を経過する度に一時的に落ち込んだ後、その圧縮上死点を超えた後に再び上昇するという小刻みなアップダウンを繰り返しながら次第に低下する。

以下、当明細書では、気筒を指定せず圧縮ＴＤＣという場合、エンジン全体から見て何れかの気筒が圧縮ＴＤＣであるポイントを指すものとする（つまりエンジン回転速度の振動の各谷を指す）。また、特定サイクルモード２Ｓにおいても、便宜上このポイントを圧縮ＴＤＣと呼ぶものとする。

特定サイクルモード２Ｓでは、４サイクルモード４Ｓの圧縮行程を事実上排気行程に置き換えたものであるから、圧縮ＴＤＣで圧縮圧が殆ど発生しない。従って圧縮ＴＤＣを通過する際のエンジンの回転速度の波打ちが抑制される。すなわちエンジンの振動が抑制され、ＮＶＨレベルが向上する。

この特定サイクルモード２Ｓは、停止時膨張行程気筒１２Ｂにおける、停止前の最後の圧縮行程開始時期（時点ｔ３）で４サイクルモード４Ｓに復帰される。なお、特定サイクルモード２Ｓから４サイクルモード４Ｓへの復帰ポイントは、気筒別に見れば本来の吸気行程後に排気弁を開弁させず、圧縮行程に移行させた時点（下死点）が復帰ポイントとなる。この復帰ポイントは気筒別に順次現出する（境界線７９参照）。エンジン全体としては、何れかの気筒（図４の場合は停止時膨張行程気筒１２Ｂ）でそのような復帰ポイントが現出した最早の時点ｔ３をもって４サイクルモード４Ｓへの復帰ポイントとする。

このように特定サイクルモード２Ｓから４サイクルモード４Ｓに切替える場合も、気筒毎に１行程づつずらせることにより、無理のない円滑なモード切替えを行うことができる。

特定サイクルモード２Ｓから４サイクルモード４Ｓへの復帰ポイントをこのように最後から２番目の圧縮ＴＤＣ（時点ｔ３）としているので、停止時膨張行程気筒１２Ｂにも停止時圧縮行程気筒１２Ａにもエンジン停止前に圧縮行程を迎えさせることができる。そして最後の圧縮ＴＤＣ（特にこれを最終ＴＤＣともいう）を通過した時点ｔ４の後に圧縮上死点を迎える停止時圧縮行程気筒１２Ａ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が上死点を超えることなく押し返されてクランクシャフト３が逆転する（エンジン回転速度が負の値となる）。このクランクシャフト３の逆転によって停止時膨張行程気筒１２Ｂの空気圧が上昇するため、その圧縮反力に応じて停止時膨張行程気筒１２Ｂのピストン１３が下死点側に押し返されてクランクシャフト３が再び正転し始め、このクランクシャフト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。

なお、最後から２番目の圧縮ＴＤＣは、その圧縮ＴＤＣにおけるエンジンの回転速度が、所定値Ｎ４（例えばＮ４＝４００ｒｐｍ程度）以下となった時点で、それが最後から２番目の圧縮ＴＤＣであると判定される。

このようにしてエンジンを自動停止させ、エンジン回転速度が低下する過程において、各気筒１２Ａ〜１２Ｄが圧縮ＴＤＣを通過する際のエンジン回転速度（上死点回転速度）と、膨張行程気筒１２Ａのピストン停止位置との間に明確な相関関係がある。すなわち、各段階（停止前から２番目、３番目、４番目・・・）の上死点回転速度がそれぞれ一定の速度範囲内にあるときに膨張行程気筒１２Ａのピストン停止位置が適正停止範囲Ｒ内となる確率が高くなるのである。

この特性を利用し、当実施形態ではエンジン回転速度の低下過程における所定の段階（特に重要なのは停止前から２番目（時点ｔ３））の上死点回転速度が一定の速度範囲内となるような制御を行って、膨張行程気筒１２Ａのピストン１３がより確実に適正停止範囲Ｒ内で停止するような制御を行っている。具体的には、オルタネータ２８の発電量を増減させることによってクランクシャフト３の負荷（エンジン負荷）を調節し、停止前から２番目の上死点回転速度（時点ｔ３）が、３５０±５０ｒｐｍの範囲内となるようにしている。

また、時点ｔ２以降、電磁ＶＶＴ制御部４８は通過した圧縮ＴＤＣの数をカウントアップし、それに応じて次第に吸気弁１９の閉弁時期を遅延（リタード）させる。図４には、停止時膨張行程気筒１２Ｂの最後の吸気行程における吸気弁１９の開弁期間７７と、停止時圧縮行程気筒１２Ａの最後の吸気行程における吸気弁１９の開弁期間７８とを示す。この図に示すように、後から吸気行程を迎えた停止時圧縮行程気筒１２Ａの方が、吸気弁の閉弁時期がリタードされている（下死点から遠い側に設定されている）。吸気弁１９閉弁時期をリタードすると、吸気量が低減する。従って図４に示す例では、停止時膨張行程気筒１２Ｂの吸気量の方が停止時圧縮行程気筒１２Ａの吸気量よりも多くなる。このため最終ＴＤＣ（ｔ４）を越えた後の筒内圧バランスによってピストン１３が適正停止範囲Ｒ内に停止し易くなる。

ところで、ＡＴ状態を示す特性７５に示すように、ＡＴ６０は、このエンジン自動停止制御の期間中、終始ドライブ状態Ｄを保持している。こうすることによって、エンジンが完全停止する時点ｔ５までの間に再加速要求（アクセルオン）があっても、エンジンを燃焼復帰させるだけで迅速かつＮＶＨレベルの良好な再加速を行うことができる。一方、ＡＴ６０をドライブ状態Ｄとすることにより、ニュートラル状態Ｎに切替える場合よりもエンジンの抵抗（負荷）が増えるので比較的急速にエンジン回転速度が低下する。これは掃気性やピストンの停止位置精度に関して不利に作用するが、電磁ＶＶＴ５０を特定サイクルモード２Ｓに切替えて掃気性を向上させたり、吸気弁１９の閉弁時期を調節してピストンの停止位置精度を向上させたりすることにより、その不利を充分補うことができる。

図５は、エンジン自動停止制御の概略フローチャートである。この制御がスタートすると、まずステップＳ１で上記エンジンの自動停止条件が成立したか否かが判定される。ステップＳ１でＹＥＳとなると、次にＦ／Ｃ（燃料停止）開始カウンタＣＴがリセットされる（ステップＳ１３）。そして所定の待ち時間経過後（ステップＳ１５でＹＥＳ）、燃料噴射が停止される（ステップＳ１９）。

次に電磁ＶＶＴ制御部４８が電磁ＶＶＴ５０を特定サイクルモード２Ｓにする（ステップＳ２３）。そして、上死点回転速度が所定値Ｎ４（例えば４００ｒｐｍ）を下回った時点で（ステップＳ２５でＹＥＳ）、その圧縮ＴＤＣを最後から２番目の圧縮ＴＤＣであると判定し、電磁ＶＶＴ制御部４８が電磁ＶＶＴ５０を４サイクルモード４Ｓに復帰させる（ステップＳ２７）。

次に電磁ＶＶＴ制御部４８は通過した圧縮ＴＤＣの数をカウントアップし（ステップＳ２９）、それに応じて次第に吸気弁１９の閉弁時期を遅延（リタード）させる（ステップＳ３１）。こうすることにより、上述したようにピストンが適正停止範囲Ｒに停止する確率を高めることができる。

これを最終ＴＤＣ通過まで繰り返す。最終ＴＤＣの通過は、その上死点回転速度が所定の回転速度（例えば２６０ｒｐｍ）以下となったことで判定される。そして最終ＴＤＣ通過後（ステップＳ３３でＹＥＳ）、リターンされる。

以降は、クランク角センサ３０，３１によってエンジンが完全停止したことが確認される。そして、所定のエンジン再始動条件（アクセルオン、ブレーキオフ、エアコンオン、バッテリー電圧が低下などのうち、少なくとも１つがＹＥＳのときに成立）が成立すると、ＥＣＵ２は、まず停止時圧縮行程気筒１２Ａで燃焼を行わせてエンジンを少し逆転させる。そうすると停止時膨張行程気筒１２Ｂの筒内圧が高められるので、その停止時膨張行程気筒１２Ｂで燃焼を行わせ、大きな燃焼エネルギーでエンジンを正転方向に駆動する（逆転始動方式）。

なお、この最初の停止時圧縮行程気筒１２Ａでの燃焼を省略して最初から停止時膨張行程気筒１２Ｂで燃焼を行わせても良い（正転始動方式）。

また、必要に応じてスタータ３６を駆動させ、アシスト始動（正転方向のトルクをスタータ３６で補う）や、バックアップ始動（燃焼による始動が適正になされなかったときにスタータ３６を用いた始動を行う）を行っても良い。

以上、本発明の実施形態について説明したが、この実施形態は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。その変形例を以下に説明する。

（１）上記実施形態では、説明の都合上、＃１気筒１２Ａを停止時圧縮行程気筒、＃２気筒１２Ｂを停止時膨張行程気筒、＃３気筒１２Ｃを停止時吸気行程気筒、＃４気筒１２Ｄを停止時排気行程気筒であるとしたが、必ずしもそのようにする必要はなく、また自動停止する度に変動しても良い。但し着火順序は変動しないので、どの気筒が停止時膨張行程気筒であるかが決定すれば、他の気筒は一義的に決定する。

（２）また説明の都合上、４サイクルモード４Ｓから特定サイクルモード２Ｓへの切替えが、停止時膨張行程気筒１２Ｂから始まるようにしている（図４）が、必ずしもそのようにする必要はなく、適宜燃焼が済み、吸気行程の完了した気筒から順次特定サイクルモード２Ｓに切替えて行けば良い。

（３）上記実施形態では、ＡＴ６０がドライブ状態Ｄのままエンジンを自動停止させるものを挙げたが、必ずしもそれに限定するものではなく、ＡＴ６０をニュートラル状態Ｎとしてエンジンを自動停止させるものに適用しても良い。但し、ＡＴ６０をドライブ状態Ｄのままエンジンを自動停止させるものに適用することにより、本発明の効果を顕著に享受することができる。

（４）上記実施形態では、燃料噴射弁１６について筒内噴射型のものを採用しているが、ポート噴射型の燃料噴射弁を採用する場合にも適用することができる。

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。 エンジンを自動停止させる際の圧縮行程気筒と膨張行程気筒との関係を示す図である。（ａ）は圧縮行程気筒および膨張行程気筒のピストンの位置関係を示す図であり、（ｂ）はピストンの停止位置と各気筒内の空気量との関係を示す図である。 エンジンを自動停止させる際のタイムチャートである。 エンジン自動停止制御の概略フローチャートである。

符号の説明

１ エンジン本体
２ ＥＣＵ（停止再始動制御手段）
２Ｓ 特定サイクルモード
４Ｓ ４サイクルモード
１２Ａ ＃１気筒（停止時圧縮行程気筒）
１２Ｂ ＃２気筒（停止時膨張行程気筒）
１２Ｃ ＃３気筒（停止時吸気行程気筒）
１２Ｄ ＃４気筒（停止時排気行程気筒）
４８ 電磁ＶＶＴ制御部（バルブタイミング制御手段）
５０ 電磁ＶＶＴ（電磁式動弁機構）
６０ ＡＴ（自動変速機）

Claims (8)

1. エンジンの自動停止条件が成立したときに、エンジン運転を継続させるための燃料供給を停止してエンジンを自動的に停止させるエンジン自動停止制御を行うとともに、自動停止状態にある上記エンジンの再始動条件が成立したときに、少なくともエンジン停止時に膨張行程にある気筒で燃焼を行わせて上記エンジンを自動的に再始動させる自動再始動制御を行う停止再始動制御手段を備えたエンジンの始動装置であって、
   上記エンジンの吸排気弁を、電磁力で開閉駆動する電磁式動弁機構と、
   上記電磁式動弁機構による上記吸排気弁の開閉時期を設定する手段であって、その動作モードとして、吸気・圧縮・膨張・排気の４行程形態をとる通常の４サイクルモードと、吸気・排気を交互に繰り返す２行程形態をとる特定サイクルモードとの何れかを選択的に設定するバルブタイミング制御手段とを備え、
   上記バルブタイミング制御手段は、上記エンジン自動停止制御において、上記燃料供給停止時期以降の所定期間、上記電磁式動弁機構の動作モードを上記特定サイクルモードに切替えるとともに、エンジンの停止直前の所定時期に上記４サイクルモードに復帰させることを特徴とするエンジンの始動装置。
2. 上記特定サイクルモードから上記４サイクルモードに復帰される時期は、エンジン停止時に膨張行程となる気筒における、最後の圧縮行程開始時期以前であり、かつエンジン停止時に圧縮行程となる気筒における、その圧縮行程開始時期以前であ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. 上記特定サイクルモードから上記４サイクルモードへの切替えおよび上記４サイクルモードから上記特定サイクルモードへの気筒単位の切替えは、点火順序順に１行程づつずらして行われることを特徴とする請求項１または２記載のエンジンの始動装置。
4. 上記特定サイクルモードから上記４サイクルモードへの切替えは、各気筒において吸気行程の次に圧縮行程を行うことによってなされることを特徴とする請求項３記載のエンジンの始動装置。
5. 上記４サイクルモードから上記特定サイクルモードへの切替えは、各気筒において吸気行程の次に排気行程を行うことによってなされることを特徴とする請求項３または４記載のエンジンの始動装置。
6. 上記エンジンに連結され、少なくともエンジン側から駆動輪側への駆動力の伝達が可能なドライブ状態を有する自動変速機を備え、
   上記自動停止制御の実行中、上記自動変速機は上記ドライブ状態を維持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。
7. 上記燃料供給停止後の上記４サイクルモードから特定サイクルモードへの切替えは、既に供給された燃料が膨張行程で燃焼した後になされ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。
8. 上記バルブタイミング制御手段は、エンジン停止時に圧縮行程となる気筒における、最後の吸気行程の吸気弁閉タイミングを、エンジン停止時に膨張行程となる気筒における、最後の吸気行程の吸気弁閉タイミングよりも、相対的に下死点よりも遠い側に設定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。

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