JP2013181524A - 圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの自動始動時におけるエミッション性や燃費の悪化を効果的に防止する。
【解決手段】エンジンの自動停止後、所定の再始動条件が成立すると、エンジンを自動始動させる制御として、圧縮行程で停止していた停止時圧縮行程気筒が圧縮上死点を迎える１圧縮目から燃焼を再開する１圧縮始動、または吸気行程で停止していた停止時吸気行程気筒が圧縮上死点を迎える２圧縮目から燃焼を再開する２圧縮始動のいずれかが行われる。上記１圧縮始動のときの１圧縮目の燃料噴射または上記２圧縮始動のときの２圧縮目の燃料噴射に基づく初回燃焼時の計算上の当量比は、同一エンジン水温下での強制始動時の当量比よりも小さく設定される。
【選択図】図７

Description

本発明は、燃料噴射弁から気筒内に噴射された燃料を自着火により燃焼させる圧縮自己着火式エンジンに設けられ、所定の自動停止条件が成立したときに上記エンジンを自動停止させるとともに、その後所定の再始動条件が成立したときに、スタータモータを用いて上記エンジンに回転力を付与しつつ上記燃料噴射弁から燃料を噴射することにより、上記エンジンを自動始動させる圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置に関する。

ディーゼルエンジンに代表される圧縮自己着火式エンジンは、一般に、ガソリンエンジンのような火花点火式エンジンよりも熱効率に優れ、排出されるＣＯ₂の量も少ないことから、近年、車載用エンジンとして広く普及しつつある。

上記のような圧縮自己着火式エンジンにおいて、より一層のＣＯ₂の削減を図るには、アイドル運転時等にエンジンを自動停止させ、その後車両の発進操作等が行われたときにエンジンを自動始動させる、いわゆるアイドルストップ制御の技術を採用することが有効であり、そのことに関する種々の研究もなされている。

その一例として、下記特許文献１には、所定の自動停止条件が成立したときにディーゼルエンジンを停止させ、その後所定の再始動条件が成立すると、スタータモータを駆動しながら燃料噴射を実行してディーゼルエンジンを自動始動させるディーゼルエンジンの制御装置が開示されている。

具体的に、同文献では、ディーゼルエンジンが自動停止されると、その時点で圧縮行程にある停止時圧縮行程気筒のピストンの停止位置が調べられる。その後、エンジンの再始動条件が成立すると、上記停止時圧縮行程気筒のピストン停止位置が、相対的に下死点寄りに設定された適正位置にあるか否かが判定され、適正位置にある場合には、上記停止時圧縮行程気筒に最初の燃料が噴射され、エンジン全体として１回目の圧縮上死点を迎える１圧縮目から燃焼が再開されることにより、エンジンが始動される（以下、これを「１圧縮始動」という）。一方、上記停止時圧縮行程のピストン停止位置が上記適正位置よりも上死点側にある場合には、吸気行程で停止していた気筒（停止時吸気行程気筒）が圧縮行程に移行してから当該気筒に最初の燃料が噴射され、エンジン全体として２回目の圧縮上死点を迎える２圧縮目から燃焼が再開させることにより、エンジンが始動される（以下、これを「２圧縮始動」という）。

特開２００９−６２９６０号公報

上記特許文献１の技術によると、停止時圧縮行程気筒のピストンが適正位置にあるときには、１圧縮目から燃料を噴射する１圧縮始動によって速やかにエンジンを自動始動させることができる一方、上記適正位置から上死点側に外れている場合には、１圧縮目ではなく２圧縮目から燃料を噴射する２圧縮始動により、始動の迅速性は多少犠牲にしながらも、燃料の失火を防止して確実なエンジンの自動始動を図ることができる。

ここで、所定の条件下でエンジンを自動的に停止させたり始動させたりするアイドルストップ制御の頻度は、車両に搭乗した乗員がエンジン始動のための所定の操作（例えばキー操作やボタン操作）を行うことで開始されるエンジン始動（以下、このようなエンジン始動のことを「強制始動」という）の頻度に比べて、かなり高いものとなる。特に、車両が頻繁に停止や発進を繰り返すような状況（例えば渋滞路や信号の多い道路を車両が走行している状況）においては、アイドルストップ制御の頻度が、エンジンの強制始動の頻度と比べて格段に高くなってしまう。

このような事情から、仮に、アイドルストップ制御によって自動停止したエンジンを自動始動させる際に、エミッション性や燃費を無視してやみくもに燃料を噴射したとすると、それによる影響（エミッション性や燃費の悪化）は、エンジンの強制始動時に比べて大きくならざるを得ない。したがって、自動停止したエンジンの再始動（自動始動）時において１圧縮目や２圧縮目等に噴射される燃料の量は、エミッション性等を考慮して緻密に決定することが望まれる。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、エンジンの自動始動時におけるエミッション性や燃費の悪化を効果的に防止することが可能な圧縮自己着火式エンジンの始動制御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ものとして、本発明は、燃料噴射弁から気筒内に噴射された燃料を自着火により燃焼させる圧縮自己着火式エンジンに設けられ、所定の自動停止条件が成立したときに上記エンジンを自動停止させるとともに、その後所定の再始動条件が成立したときに、スタータモータを用いて上記エンジンに回転力を付与しつつ上記燃料噴射弁から燃料を噴射することにより、上記エンジンを自動始動させる圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置であって、上記エンジンを自動始動させる制御として、圧縮行程で停止していた停止時圧縮行程気筒が圧縮上死点を迎える１圧縮目から当該気筒の燃料噴射弁に燃料を噴射させて燃焼を再開する１圧縮始動、または吸気行程で停止していた停止時吸気行程気筒が圧縮上死点を迎える２圧縮目から当該気筒の燃料噴射弁に燃料を噴射させて燃焼を再開する２圧縮始動のいずれかを行う制御手段を備え、上記制御手段は、上記１圧縮始動のときの１圧縮目の燃料噴射または上記２圧縮始動のときの２圧縮目の燃料噴射に基づく初回燃焼時の計算上の当量比を、同一エンジン水温下での強制始動時の当量比よりも小さく設定することを特徴とするものである（請求項１）。

本発明によれば、１圧縮始動または２圧縮始動によるエンジンの自動始動時に、初回燃焼時の計算上の当量比が、強制始動時のそれよりも小さく設定されるため、回転速度が低く筒内の圧縮空気が外部に漏れ易い自動始動の初期段階において、空気漏れを考慮した適正な量の燃料を供給することができる。これにより、エンジンの自動始動時に過剰な燃料が供給されることが回避され、燃焼により生じるＨＣやＣＯの増大を抑制できるとともに、燃費の悪化を効果的に防止することができる。

本発明において、好ましくは、上記初回燃焼時の計算上の当量比が０．８以下に設定される（請求項２）。

この構成によれば、燃料過多によるエミッション性の悪化等を確実に防止することができる。

上記構成において、より好ましくは、上記初回燃焼時の計算上の当量比が０．５以上０．８以下に設定される（請求項３）。

この構成によれば、エンジン自動始動の迅速性を担保しつつ、エミッション性および燃費を効果的に改善することができる。

上記構成において、より好ましくは、上記１圧縮始動によるエンジン自動始動時に、１圧縮目から３圧縮目までの計算上の当量比が、０．５以上１．０未満の範囲で徐々に増大設定される（請求項４）。

また、上記２圧縮始動によるエンジン自動始動時においても、２圧縮目から４圧縮目までの計算上の当量比が、０．５以上１．０未満の範囲で徐々に増大設定されるのがよい（請求項５）。

このように、圧縮回数を重ねるごとに当量比を徐々に増大させるようにした場合には、エミッション性を悪化させない範囲で、エンジンの自動始動の迅速化を図ることができる。すなわち、エンジン回転速度が増大すると、それに伴い圧縮空気の外部への漏れ量が少なくなるため、燃料過多にならない上限の当量比は、圧縮回数を重ねるほど（気筒順に燃焼が進むにつれて）増大する。そこで、これに合わせて当量比を徐々に増大させることにより、燃料過多によるエミッション性の悪化等を防止しつつ、エンジンの自動始動に要する時間（自動始動時間）を効果的に短縮することができる。

本発明において、上記１圧縮始動によるエンジン自動始動時には、１圧縮目から３圧縮目までの計算上の当量比が、０．５以上１．０未満の所定値に一律に設定されるものであってもよい（請求項６）。

また、上記２圧縮始動によるエンジン自動始動時には、２圧縮目から４圧縮目までの計算上の当量比が、０．５以上１．０未満の所定値に一律に設定されるものであってもよい（請求項７）。

これらの構成によれば、当量比を一律に設定するという簡単な制御により、自動始動時のエミッション性および燃費を改善することができる。

以上説明したように、本発明の圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置によれば、エンジンの自動始動時におけるエミッション性や燃費の悪化を効果的に防止することができる。

本発明の一実施形態に係る始動制御装置が適用されたディーゼルエンジンの全体構成を示す図である。 上記エンジンの自動停止制御の具体的手順を示すフローチャートである。 上記自動停止制御が終了した時点における各気筒の状態を例示する模式図である。 上記エンジンの自動始動制御の具体的手順を示すフローチャートである。 プレ噴射およびメイン噴射により噴射された燃料がどのようなタイミングで燃焼するかを説明するための図である。 １圧縮始動のときのエンジンの挙動を示す図である。 １圧縮始動のときの１圧縮目の当量比と、１圧縮後のエンジンのピーク速度との関係を示す図である。 １圧縮始動のときの２圧縮目の当量比と、２圧縮後のエンジンのピーク速度との関係を示す図である。 １圧縮始動のときの１圧縮目の当量比と、２圧縮後のエンジンのピーク速度との関係を示す図である。

（１）エンジンの全体構成
図１は、本発明の一実施形態に係る始動制御装置が適用されたディーゼルエンジンの全体構成を示す図である。本図に示されるディーゼルエンジンは、走行駆動用の動力源として車両に搭載される４サイクルのディーゼルエンジンである。このエンジンのエンジン本体１は、いわゆる直列４気筒型のものであり、紙面に直交する方向に列状に並ぶ４つの気筒２Ａ〜２Ｄを有するシリンダブロック３と、シリンダブロック３の上面に設けられたシリンダヘッド４と、各気筒２Ａ〜２Ｄにそれぞれ往復摺動可能に挿入されたピストン５とを有している。

上記ピストン５の上方には燃焼室６が形成されており、この燃焼室６には、燃料としての軽油が、後述する燃料噴射弁１５からの噴射によって供給される。そして、噴射された燃料（軽油）が、ピストン５の圧縮作用により高温・高圧化した燃焼室６で自着火し（圧縮自己着火）、その燃焼による膨張力で押し下げられたピストン５が上下方向に往復運動するようになっている。

上記ピストン５は図外のコネクティングロッドを介してクランク軸７と連結されており、上記ピストン５の往復運動（上下運動）に応じて上記クランク軸７が中心軸回りに回転するようになっている。

ここで、図示のような４サイクル４気筒のディーゼルエンジンでは、各気筒２Ａ〜２Ｄに設けられたピストン５が、クランク角で１８０°（１８０°ＣＡ）の位相差をもって上下運動する。このため、各気筒２Ａ〜２Ｄでの燃焼（そのための燃料噴射）のタイミングは、１８０°ＣＡずつ位相をずらしたタイミングに設定される。具体的には、気筒２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの気筒番号をそれぞれ１番、２番、３番、４番とすると、１番気筒２Ａ→３番気筒２Ｃ→４番気筒２Ｄ→２番気筒２Ｂの順に燃焼が行われる。このため、例えば１番気筒２Ａが膨張行程であれば、３番気筒２Ｃ、４番気筒２Ｄ、２番気筒２Ｂは、それぞれ、圧縮行程、吸気行程、排気行程となる。

上記シリンダヘッド４には、各気筒２Ａ〜２Ｄの燃焼室６に開口する吸気ポート９および排気ポート１０と、各ポート９，１０を開閉する吸気弁１１および排気弁１２とが設けられている。なお、吸気弁１１および排気弁１２は、シリンダヘッド４に配設された一対のカムシャフト等を含む動弁機構１３，１４により、クランク軸７の回転に連動して開閉駆動される。

また、上記シリンダヘッド４には、燃料噴射弁１５が各気筒２Ａ〜２Ｄにつき１つずつ設けられている。各燃料噴射弁１５は、蓄圧室としてのコモンレール２０に分岐管２１を介してそれぞれ接続されている。コモンレール２０には、燃料供給ポンプ２３から燃料供給管２２を通じて供給された燃料（軽油）が高圧状態で蓄えられており、このコモンレール２０内で高圧化された燃料が分岐管２１を通じて各燃料噴射弁１５にそれぞれ供給されるようになっている。

上記燃料噴射弁１５は、先端部に複数（例えば８〜１２個）の噴孔を有した多噴孔型のものであり、その内部に、上記各噴孔に通じる燃料通路と、この燃料通路を開閉するために電磁的に駆動されるニードル状の弁体とを有している（いずれも図示省略）。そして、通電による電磁力で上記弁体が開方向に駆動されることにより、コモンレール２０から供給された燃料が上記各噴孔から燃焼室６に向けて直接噴射されるようになっている。

上記燃料噴射弁１５と対向するピストン５の冠面（上面）の中央部には、他の部分（冠面の周縁部）よりも下方に凹んだキャビティ５ａが形成されている。このため、ピストン５が上死点の近くにある状態で上記燃料噴射弁１５から燃料が噴射された場合、この燃料は、まずキャビティ５ａの内部に侵入することになる。

ここで、当実施形態のエンジン本体１は、その幾何学的圧縮比（ピストン５が下死点にあるときの燃焼室容積とピストン５が上死点にあるときの燃焼室容積との比）が１４に設定されている。すなわち、一般的な車載用のディーゼルエンジンの幾何学的圧縮比が１８もしくはそれ以上に設定されることが多いのに対し、当実施形態では、幾何学的圧縮比が１４というかなり低い値に設定されている。

上記シリンダブロック３やシリンダヘッド４の内部には、冷却水が流通する図外のウォータジャケットが設けられており、このウォータジャケット内の冷却水の温度を検出するための水温センサＳＷ１が、上記シリンダブロック３に設けられている。

また、上記シリンダブロック３には、クランク軸７の回転角度および回転速度を検出するためのクランク角センサＳＷ２が設けられている。このクランク角センサＳＷ２は、クランク軸７と一体に回転するクランクプレート２５の回転に応じてパルス信号を出力するものであり、このパルス信号に基づいて、クランク軸７の回転角度（クランク角）および回転速度（エンジン回転速度）が検出されるようになっている。

一方、上記シリンダヘッド４には、気筒判別情報を出力するためのカム角センサＳＷ３が設けられている。すなわち、カム角センサＳＷ３は、カムシャフトと一体に回転するシグナルプレートの歯の通過に応じてパルス信号を出力するものであり、この信号と、クランク角センサＳＷ２からのパルス信号とに基づいて、どの気筒が何行程にあるのかが判別されるようになっている。

上記吸気ポート９および排気ポート１０には、吸気通路２８および排気通路２９がそれぞれ接続されている。すなわち、外部からの吸入空気（新気）が上記吸気通路２８を通じて燃焼室６に供給されるとともに、燃焼室６で生成された排気ガス（燃焼ガス）が上記排気通路２９を通じて外部に排出されるようになっている。

上記吸気通路２８のうち、エンジン本体１から所定距離上流側までの範囲は、気筒２Ａ〜２Ｄごとに分岐した分岐通路部２８ａとされており、各分岐通路部２８ａの上流端がそれぞれサージタンク２８ｂに接続されている。このサージタンク２８ｂよりも上流側には、単一の通路からなる共通通路部２８ｃが設けられている。

上記共通通路部２８ｃには、各気筒２Ａ〜２Ｄに流入する空気量（吸気流量）を調節するための吸気絞り弁３０が設けられている。吸気絞り弁３０は、エンジンの運転中は基本的に全開もしくはこれに近い高開度に維持されており、エンジンの停止時等の必要時にのみ閉弁されて吸気通路２８を遮断するように構成されている。

上記クランク軸７には、ベルト等を介してオルタネータ３２が連結されている。このオルタネータ３２は、図外のフィールドコイルの電流を制御して発電量を調節するレギュレータ回路を内蔵しており、車両の電気負荷やバッテリの残容量等から定められる発電量の目標値（目標発電電流）に基づき、クランク軸７から駆動力を得て発電を行うように構成されている。

上記シリンダブロック３には、エンジンを始動するためのスタータモータ３４が設けられている。このスタータモータ３４は、モータ本体３４ａと、モータ本体３４ａにより回転駆動されるピニオンギア３４ｂとを有している。上記ピニオンギア３４ｂは、クランク軸７の一端部に連結されたリングギア３５と離接可能に噛合している。そして、上記スタータモータ３４を用いてエンジンを始動する際には、ピニオンギア３４ｂが所定の噛合位置に移動して上記リングギア３５と噛合し、ピニオンギア３４ｂの回転力がリングギア３５に伝達されることにより、クランク軸７が回転駆動されるようになっている。

（２）制御系
以上のように構成されたエンジンは、その各部がＥＣＵ（エンジン制御ユニット）５０により統括的に制御される。ＥＣＵ５０は、周知のとおり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されるマイクロプロセッサであり、本発明にかかる制御手段に相当するものである。

上記ＥＣＵ５０には、各種センサから種々の情報が入力される。すなわち、ＥＣＵ５０は、エンジンの各部に設けられた上記水温センサＳＷ１、クランク角センサＳＷ２、およびカム角センサＳＷ３と電気的に接続されており、これら各センサＳＷ１〜ＳＷ３からの入力信号に基づいて、エンジンの冷却水温、クランク角、回転速度、気筒判別情報等の種々の情報を取得する。

また、ＥＣＵ５０には、車両に設けられた各種センサ（ＳＷ４〜ＳＷ８）からの情報も入力される。すなわち、車両には、車両の走行速度（車速）を検出するための車速センサＳＷ４と、運転者により踏み込み操作されるアクセルペダル３６の開度を検出するためのアクセル開度センサＳＷ５と、ブレーキペダル３７のＯＮ／ＯＦＦ（ブレーキの有無）を検出するためのブレーキセンサＳＷ６と、バッテリ（図示省略）の残容量を検出するためのバッテリセンサＳＷ７と、車室内の温度を検出するための室温センサＳＷ８とが設けられている。ＥＣＵ５０は、これら各センサＳＷ４〜ＳＷ８からの入力信号に基づいて、車速、アクセル開度、ブレーキの有無、バッテリの残容量、車室内温度といった情報を取得する。

上記ＥＣＵ５０は、上記各センサＳＷ１〜ＳＷ８からの入力信号に基づいて種々の演算等を実行しつつ、エンジンの各部を制御する。すなわち、ＥＣＵ５０は、上記燃料噴射弁１５、吸気絞り弁３０、オルタネータ３２、およびスタータモータ３４と電気的に接続されており、上記演算の結果等に基づいて、これらの機器にそれぞれ駆動用の制御信号を出力する。

上記ＥＣＵ５０が有するより具体的な機能について説明する。ＥＣＵ５０は、例えばエンジンの通常運転時に、運転条件に基づき定められる所要量の燃料を燃料噴射弁１５から噴射させたり、車両の電気負荷やバッテリの残容量等に基づき定められる所要発電量をオルタネータ３２に発電させる等の基本的な機能を有する他、いわゆるアイドルストップ機能として、予め定められた特定の条件下でエンジンを自動的に停止させ、または始動させる機能をも有している。このため、ＥＣＵ５０は、エンジンの自動停止または自動始動に関する機能的要素として、自動停止制御部５１および自動始動制御部５２を有している。

すなわち、上記自動停止制御部５１は、エンジンの運転中に、予め定められたエンジンの自動停止条件が成立したか否かを判定し、成立した場合に、エンジンを自動停止させる制御を実行するものである。

また、上記自動始動制御部５２は、エンジンが自動停止した後、予め定められた再始動条件が成立したか否かを判定し、成立した場合に、エンジンを自動始動させる制御を実行するものである。

（３）自動停止制御
次に、上記ＥＣＵ５０の自動停止制御部５１により実行されるエンジンの自動停止制御の内容を、図２のフローチャートを用いて説明する。図２のフローチャートに示す処理がスタートすると、自動停止制御部５１は、各種センサ値を読み込む制御を実行する（ステップＳ１）。具体的には、水温センサＳＷ１、クランク角センサＳＷ２、カム角センサＳＷ３、車速センサＳＷ４、アクセル開度センサＳＷ５、ブレーキセンサＳＷ６、バッテリセンサＳＷ７、および室温センサＳＷ８からそれぞれの検出信号を読み込み、これらの信号に基づいて、エンジンの冷却水温、クランク角、回転速度、気筒判別情報、車速、アクセル開度、ブレーキの有無、バッテリの残容量、車室内温度等の各種情報を取得する。

次いで、自動停止制御部５１は、上記ステップＳ１で取得された情報に基づいて、エンジンの自動停止条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ２）。例えば、車両が停止状態にあること、アクセルペダル３６の開度がゼロであること（アクセルＯＦＦ）、ブレーキペダル３７が所定の踏力以上で踏み込まれていること（ブレーキＯＮ）、エンジンの冷却水温が所定値以上であること（つまり暖機がある程度進んでいること）、バッテリの残容量が所定値以上であること、エアコンの負荷（車室内温度とエアコンの設定温度との差）が比較的少ないこと、等の複数の要件が全て揃ったときに、自動停止条件が成立したと判定する。なお、車両が停止状態にあるという要件については、必ずしも完全停止（車速＝０ｋｍ／ｈ）を必須とする必要はなく、所定の低車速以下（例えば３ｋｍ／以下）になったときに車両が停止状態にあると判定してもよい。

上記ステップＳ２でＹＥＳと判定されて自動停止条件が成立したことが確認された場合、自動停止制御部５１は、吸気絞り弁３０の開度を、アイドル運転時に設定される通常時の開度（例えば８０％）から、全閉（０％）まで低下させる制御を実行する（ステップＳ３）。

次いで、自動停止制御部５１は、燃料噴射弁１５からの燃料の供給を停止する燃料カットを実行する（ステップＳ４）。すなわち、吸気絞り弁３０が全閉（０％）になった時点で、各気筒２Ａ〜２Ｄの燃料噴射弁１５から噴射すべき燃料の量である目標噴射量をゼロに設定し、全ての燃料噴射弁１５からの燃料噴射を停止することにより、燃料カットを実行する。

上記燃料カットの後、エンジンは一時的に惰性で回転するが、最終的には完全停止に至る。そのことを確認するため、自動停止制御部５１は、エンジンの回転速度が０ｒｐｍであるか否かを判定する（ステップＳ５）。そして、ここでＹＥＳとなってエンジンが完全停止していることが確認されると、自動停止制御部６１は、吸気絞り弁３０の開度を通常時の開度（例えば８０％）に戻した上で（ステップＳ６）、自動停止制御を終了する。

以上のような自動停止制御が終了した後のエンジンの各気筒２Ａ〜２Ｄの状態を、図３に例示する。本図の例では、１番気筒２Ａが膨張行程で停止し、２番気筒２Ｂが排気行程で停止し、３番気筒２Ｃが圧縮行程で停止し、４番気筒２Ｄが吸気行程で停止している。なお、以下では、自動停止制御によって○○行程で停止した気筒のことを、「停止時○○行程気筒」ということがある。例えば、膨張行程で停止した気筒２Ａのことを「停止時膨張行程気筒２Ａ」といい、排気行程で停止した気筒２Ｂのことを「停止時排気行程気筒２Ｂ」といい、圧縮行程で停止した気筒２Ｃのことを「停止時圧縮行程気筒２Ｃ」といい、吸気行程で停止した停止した気筒２Ｄのことを「停止時吸気行程気筒２Ｄ」という。

（４）自動始動制御
次に、上記ＥＣＵ５０の自動始動制御部５２により実行されるエンジンの自動始動制御の具体的内容について、図４のフローチャートを用いて説明する。この図４のフローチャートに示す処理がスタートすると、自動始動制御部５２は、各種センサ値に基づいて、エンジンの再始動条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ１１）。例えば、ブレーキペダル３７がリリースされたこと、アクセルペダル３６が踏み込まれたこと、エンジンの冷却水温が所定値未満になったこと、バッテリの残容量の低下量が許容値を超えたこと、エンジンの停止時間（自動停止後の経過時間）が上限時間を越えたこと、エアコン作動の必要性が生じたこと（つまり車室内温度とエアコンの設定温度との差が許容値を超えたこと）等の要件の少なくとも１つが成立したときに、再始動条件が成立したと判定する。

上記ステップＳ１１でＹＥＳと判定されて再始動条件が成立したことが確認された場合、自動始動制御部５２は、上述したエンジンの自動停止制御に伴い圧縮行程で停止した気筒（図３の停止時圧縮行程気筒２Ｃ）のピストン停止位置を、クランク角センサＳＷ２に基づき特定し、その特定したピストン停止位置が、図３に示す基準停止位置Ｘよりも下死点側に設定された特定範囲Ｒｘにあるか否かを判定する（ステップＳ１２）。なお、当実施形態において、上記基準停止位置Ｘは、上死点と下死点との間の中間位置付近、例えばＢＴＤＣ（上死点前）９０〜７５°ＣＡのいずれかの位置に設定される。

上記ステップＳ１２でＹＥＳと判定されて停止時圧縮行程気筒２Ｃのピストン停止位置が特定範囲Ｒｘにあることが確認された場合、自動始動制御部５２は、上記停止時圧縮行程気筒２Ｃが圧縮上死点を迎える１圧縮目から燃焼を再開する１圧縮始動によりエンジンを始動させる制御を実行する。

上記１圧縮始動の具体的な手順は次のとおりである。まず、自動始動制御部５２は、スタータモータ３４を駆動する制御を実行する（ステップＳ１３）。これにより、エンジンが強制的に回転させられ、上記停止時圧縮行程気筒２Ｃのピストン５が圧縮上死点に向けて移動を開始する。そして、この停止時圧縮行程気筒２Ｃのピストン５が、上死点付近に予め設定された所定位置まで到達したか否かに基づいて、１圧縮目の燃焼噴射タイミングが到来したか否かを判定する（ステップＳ１４）。

上記ステップＳ１４でＹＥＳと判定されて１圧縮目の燃料噴射タイミングが到来したことが確認された場合、自動始動制御部５２は、上記停止時圧縮行程気筒２Ｃの燃料噴射弁１５から当該気筒２Ｃに燃料を噴射し、その燃料を自着火により燃焼させる制御を実行する（ステップＳ１５）。この１圧縮目の燃料噴射における噴射量は、筒内の計算上の当量比φが０．７５になるような値に設定される。

ここで、上記１圧縮目の燃料噴射における「計算上の当量比φ」とは、停止時圧縮行程気筒２Ｃのピストン停止位置に応じた筒内の空気量と、燃料噴射弁１５から噴射される燃料の量とに基づき算出される値であり、筒内の空気量に対し理論上過不足のない燃料が供給されたときの当量比φが１となり、それに満たない量の燃料が供給されたときの当量比φは１未満となる（逆に、燃料過多のときの当量比φは１を超える）。なお、停止時圧縮行程気筒２Ｃの内部空気は、エンジンが完全停止した直後から、ピストン５とシリンダー壁面との隙間を通じて外部に漏れ出ていくため、ある程度の時間が過ぎれば、筒内の圧力が大気圧になるまで筒内の空気は減少する。そこで、１圧縮目の筒内の空気量は、このようなエンジン停止中の空気漏れをも見越して、ピストン停止位置が上死点にあるほど少ないものとみなされる。つまり、上記１圧縮目の「計算上の当量比φ」は、停止時圧縮行程気筒２Ｃの内部圧力が大気圧まで減少したときの空気量（ピストン５の停止位置に比例して定まる）と、燃料噴射弁１５からの燃料噴射量とから求まる当量比である。

上記のようにして停止時圧縮行程気筒２Ｃへの１圧縮目の燃料噴射が終了すると、自動始動制御部５２は、上記停止時圧縮行程気筒２Ｃの次に圧縮上死点を迎える停止時吸気行程気筒２Ｄのピストン位置に基づいて、２圧縮目の燃焼噴射タイミング（当該気筒２Ｄのピストン５が圧縮上死点付近に至るタイミング）が到来したか否かを判定する（ステップＳ１６）。

上記ステップＳ１６でＹＥＳと判定されて２圧縮目の燃料噴射タイミングが到来したことが確認された場合、自動始動制御部５２は、上記停止時吸気行程気筒２Ｄに対し、計算上の当量比φが０．８５になるような量の燃料を噴射し、その燃料を自着火により燃焼させる制御を実行する（ステップＳ１７）。

ここで、２圧縮目の燃料噴射における「計算上の当量比φ」とは、停止時吸気行程気筒２Ｄに最大限空気が充填されたと仮定した場合の空気量、つまり吸気弁１１の閉タイミングに対応する位置（下死点の近傍）にピストン５があるときの筒内に大気圧の空気が充填されたと仮定した場合の空気量と、燃料噴射弁１５から噴射される燃料の量とに基づき算出される値である。なお、このことは、後述する３圧縮目の「計算上の当量比φ」、および、２圧縮始動時の２〜４圧縮目の「計算上の当量比φ」でも同様である。

上記のようにして停止時吸気行程気筒２Ｄへの２圧縮目の燃料噴射が終了すると、自動始動制御部５２は、上記停止時吸気行程気筒２Ｄの次に圧縮上死点を迎える停止時排気行程気筒２Ｂのピストン位置に基づいて、３圧縮目の燃焼噴射タイミング（当該気筒２Ｂのピストン５が圧縮上死点付近に至るタイミング）が到来したか否かを判定する（ステップＳ１８）。

上記ステップＳ１８でＹＥＳと判定されて３圧縮目の燃料噴射タイミングが到来したことが確認された場合、自動始動制御部５２は、上記停止時排気行程気筒２Ｂに対し、計算上の当量比φが０．９になるような量の燃料を噴射し、その燃料を自着火により燃焼させる制御を実行する（ステップＳ１９）。

以上のようにして合計３回の燃料噴射に基づく燃焼が行われると、エンジン回転速度は十分に上昇し、例えば７００〜８００ｒｐｍ程度に設定される完爆回転速度Ｎｘ（後述する図６参照）に到達する。そこで、自動始動制御部５２は、エンジン回転速度が上記完爆回転速度Ｎｘに達するのを待ってから（ステップＳ３０）、通常運転へと移行する（ステップＳ３１）。通常運転では、アクセル開度（エンジン負荷）やエンジン回転速度に応じた適宜の量の燃料が噴射されるが、例えばアクセル開度がゼロである場合（アイドリング時）には、アイドリング速度を維持するのに必要な最小限の燃料（例えばφ＝０．４未満に相当する量の燃料）が噴射される。

次に、上記ステップＳ１２でＮＯと判定された場合、つまり、エンジンの自動停止制御に伴い圧縮行程で停止した停止時圧縮行程気筒２Ｃのピストン停止位置が上記特定範囲Ｒｘ（図３）よりも上死点側に外れていた場合の制御について説明する。この場合、自動始動制御部５２は、上記停止時圧縮行程気筒２Ｃが圧縮上死点を迎える１圧縮目からではなく、吸気行程で停止していた停止時吸気行程気筒２Ｄが圧縮上死点を迎える２圧縮目から燃焼を再開する２圧縮始動によりエンジンを始動させる制御を実行する。

上記２圧縮始動の具体的な手順は次のとおりである。まず、自動始動制御部５２は、スタータモータ３４を駆動してエンジンの強制回転を始めるとともに（ステップＳ２１）、停止時圧縮行程気筒２Ｃのピストン５が圧縮上死点を通過するまで、燃料噴射を行うことなく待機する（ステップＳ２２）。そして、上記停止時圧縮行程気筒２Ｃの次に圧縮上死点を迎える停止時吸気行程気筒２Ｄのピストン位置に基づいて、２圧縮目の燃焼噴射タイミング（当該気筒２Ｄのピストン５が圧縮上死点付近に至るタイミング）が到来したか否かを判定する（ステップＳ２３）。

上記ステップＳ２３でＹＥＳと判定されて２圧縮目の燃料噴射タイミングが到来したことが確認された場合、自動始動制御部５２は、上記停止時吸気行程気筒２Ｄに対し、計算上の当量比φが０．７５になるような量の燃料を噴射し、その燃料を自着火により燃焼させる制御を実行する（ステップＳ２４）。

次いで、自動始動制御部５２は、上記停止時吸気行程気筒２Ｄの次に圧縮上死点を迎える停止時排気行程気筒２Ｂのピストン位置に基づいて、３圧縮目の燃焼噴射タイミング（当該気筒２Ｂのピストン５が圧縮上死点付近に至るタイミング）が到来したか否かを判定する（ステップＳ２５）。

上記ステップＳ２５でＹＥＳと判定されて３圧縮目の燃料噴射タイミングが到来したことが確認された場合、自動始動制御部５２は、上記停止時排気行程気筒２Ｂに対し、計算上の当量比φが０．８５になるような量の燃料を噴射し、その燃料を自着火により燃焼させる制御を実行する（ステップＳ２６）。

次いで、自動始動制御部５２は、上記停止時排気行程気筒２Ｂの次に圧縮上死点を迎える停止時膨張行程気筒２Ａのピストン位置に基づいて、４圧縮目の燃焼噴射タイミング（当該気筒２Ａのピストン５が圧縮上死点付近に至るタイミング）が到来したか否かを判定する（ステップＳ２７）。

上記ステップＳ２７でＹＥＳと判定されて４圧縮目の燃料噴射タイミングが到来したことが確認された場合、自動始動制御部５２は、上記停止時膨張行程気筒２Ａに対し、計算上の当量比φが０．９になるような量の燃料を噴射し、その燃料を自着火により燃焼させる制御を実行する（ステップＳ２８）。

以上のようにして合計３回の燃料噴射に基づく燃焼が行われると、自動始動制御部５２は、上述した１圧縮始動のときと同様、エンジンが完爆に至るのを待ってから（ステップＳ３０）、通常運転へと移行する（ステップＳ３１）。

ここで、当実施形態におけるエンジンの自動始動制御では、図４に示したように、停止時圧縮行程気筒２Ｃのピストン停止位置に応じて、１圧縮始動（Ｓ１３〜）と２圧縮始動（Ｓ２１〜）とが使い分けられるようになっているが、それは、次のような理由による。

１圧縮始動が可能な特定範囲Ｒｘ（図３）は、上述したように、予め定められた基準停止位置Ｘ（例えばＢＴＤＣ９０〜７５°ＣＡ間のいずれかの位置）よりも下死点側に設定されている。停止時圧縮行程気筒２Ｃのピストン５がこのような下死点寄りの特定範囲Ｒｘに停止していれば、ピストン５による圧縮代（上死点までのストローク量）が比較的多いため、エンジン自動始動時のピストン５の上昇に伴い、上記気筒２Ｃ内の空気は十分に圧縮されて高温・高圧化する。このため、自動始動時の最初の燃料を停止時圧縮行程気筒２Ｃに噴射してやれば（１圧縮始動）、この燃料は、気筒２Ｃ内で比較的容易に自着火に至り、燃焼する。

これに対し、停止時圧縮行程気筒２Ｃのピストン５が特定範囲Ｒｘから上死点側に外れていれば、ピストン５による圧縮代が少なく、ピストン５が上死点まで上昇しても筒内の空気が十分に高温・高圧化しないため、停止時圧縮行程気筒２Ｃに燃料を噴射しても失火が起きるおそれがある。そこで、このような場合には、停止時圧縮行程気筒２Ｃではなく停止時吸気行程気筒２Ｄに燃料を噴射して自着火させることにより、エンジンを自動始動させる（２圧縮始動）。

上記２圧縮始動では、停止時吸気行程気筒２Ｄのピストン５が圧縮上死点付近に到達する２圧縮目までは、燃料噴射に基づく燃焼を行わせることができず、エンジンの自動始動に要する時間、つまり、スタータモータ３４の駆動開始時点からエンジン完爆までの時間が長くなってしまう。したがって、エンジンを自動始動させる際には、できるだけ１圧縮始動によってエンジンを始動させることが好ましい。

そこで、当実施形態では、少なくとも１圧縮始動における１圧縮目の燃料噴射（停止時圧縮行程気筒２Ｃへの燃料噴射）の際に、複数回に分けて燃料を噴射するようにしている。具体的には、圧縮上死点付近もしくはそれ以降に噴射されるメイン噴射に加えて、このメイン噴射よりも前の予備的な噴射であるプレ噴射を行う。

上記プレ噴射による燃料は、メイン噴射に基づき主に圧縮上死点以降に生じる拡散燃焼（以下、この燃焼を「メイン燃焼」という）を確実に引き起こすために利用される。すなわち、メイン噴射よりも早い段階で、プレ噴射によって少量の燃料を噴射し、その噴射した燃料を所定の着火遅れの後に燃焼させることにより（以下、この燃焼を「プレ燃焼」という）、筒内温度・圧力を上昇させて、その後に続くメイン燃焼を促進する。

上記のようなプレ噴射を停止時圧縮行程気筒２Ｃに対し実行すれば、圧縮上死点付近での筒内温度・圧力を故意に高めることができるので、停止時圧縮行程気筒２Ｃのピストン停止位置が少々上死点側に近づいても、確実に１圧縮始動によりエンジンを自動始動させることができるようになる。上記特定範囲Ｒｘの境界である基準停止位置Ｘ（図３）は、このようなプレ噴射による着火性の改善を加味して設定されたものである。つまり、プレ噴射がなかった場合には、上記基準停止位置Ｘは、図３の例よりも下死点側に設定せざるを得ないが、プレ噴射によって着火性を改善することで、基準停止位置Ｘをより上死点側に設定することが可能になり、その結果、基準停止位置Ｘを、例えばＢＴＤＣ９０〜７５°ＣＡといった、下死点からかなり離れた位置に設定することが可能となる。これにより、特定範囲Ｒｘが上死点側に拡大するので、停止時圧縮行程気筒２Ｃのピストン５がより高い頻度で上記特定範囲Ｒｘに収まることとなり、１圧縮始動による迅速な自動始動を行える機会が増える。特に、当実施形態では、エンジン本体１の幾何学的圧縮比が１４とかなり低く、燃料の着火性を確保しにくい状況にあるため、上記プレ噴射により始動時の着火性を改善することが、１圧縮始動の機会を増やす上で特に有効である。

より具体的に、当実施形態におけるプレ噴射は、圧縮上死点前よりも前であって、かつ噴射した燃料がピストン５冠面のキャビティ５ａに収まるようなクランク角範囲内で、複数回（例えば２〜５回のいずれかの回数）実行される。これは、同じ量の燃料であれば、１回のプレ噴射で噴射し切るよりも、複数回のプレ噴射に分けて噴射した方が、キャビティ５ａ内にリッチな混合気を継続的に形成でき、着火遅れを短くできるからである。つまり、プレ噴射を複数回にすることで、１回あたりのプレ噴射の噴射量が減って噴霧のペネトレーション（貫徹力）が弱まるため、キャビティ５ａ内に留まる燃料の割合が増大する結果、キャビティ５ａ内の混合気がリッチになり、着火性を効果的に改善することができる。

図５は、１圧縮始動のときの１圧縮目の燃料噴射（ステップＳ１５）の態様を例示する図である。ここでは、一例として、プレ噴射を３回実行している。具体的には、ＢＴＤＣ１８〜１０°ＣＡの間に、プレ噴射として１回あたり２ｍｍ³の燃料を３回噴射し（下段の波形Ｉｐ）、その後、メイン噴射として、比較的多くの燃料を圧縮上死点（ＢＴＤＣ０°ＣＡ）で噴射している（下段の波形Ｉｍ）。なお、図４のフローチャートで示したように、１圧縮目の噴射量（プレ噴射およびメイン噴射の合計の噴射量）は、筒内の計算上の当量比φが０．７５になるような値に設定されるから、メイン噴射量は、このφ＝０．７５相当の噴射量から、プレ噴射の噴射量（２×３＝６ｍｍ³）を差し引いた値として決定される。

図５の上段には、上記のような燃料噴射に伴い生じる燃焼の様子を熱発生率の変化として図示している。この図５の上段の波形から理解されるように、３回のプレ噴射（Ｉｐ）が実行されると、最後のプレ噴射の完了後、所定の着火遅れ時間が経過してから、プレ噴射された燃料の自着火によるプレ燃焼（Ｂｐ）が起きる。このプレ燃焼（Ｂｐ）は、圧縮上死点（ＢＴＤＣ０°ＣＡ）よりも前に生じ、その後熱発生率のピークを迎えてからいったん収束しかけるが、圧縮上死点からメイン噴射（Ｉｍ）が開始されることで、そのメイン噴射された燃料の自着火によるメイン燃焼（Ｂｍ）が、引き続いて発生する。このメイン燃焼（Ｂｍ）は、プレ燃焼（Ｂｐ）によって筒内が高温・高圧化された状態で実行されるメイン噴射（Ｉｍ）に基づき、ごく短い着火遅れの後に燃焼を開始する（拡散燃焼）。

なお、図５には、１圧縮始動のときに行われる１圧縮目の燃料噴射（停止時圧縮行程気筒２Ｃへの燃料噴射）の態様を示したが、停止時圧縮行程気筒２Ｃよりも後に圧縮行程を迎える気筒（停止時吸気行程２Ｄや停止時排気行程気筒２Ｂ）に対しても、１圧縮目と同様に、プレ噴射およびメイン噴射に基づく燃焼制御を実行することが望ましい。エンジンの自動始動時に最も着火性が厳しいのは、エンジン全体として最初の圧縮上死点を迎える１圧縮目であるが、少なくとも２圧縮目や３圧縮目についても、着火性の改善は充分ではないと考えられるからである。ただし、エンジン回転速度がある程度上昇している２圧縮目や３圧縮目においては、プレ噴射の回数を、１圧縮目のときよりも少なくすることができる。

また、上記のようなプレ噴射およびメイン噴射に基づく燃焼制御は、１圧縮目から燃料噴射による燃焼を再開する１圧縮始動のときだけでなく、２圧縮目から燃料噴射による燃焼を再開する２圧縮始動によってエンジンを始動する際にも、同様に行うことが望ましい。

（５）作用効果等
以上説明したように、当実施形態では、所定の条件下で自動的にエンジンを停止させたり始動させたりする、いわゆるアイドルストップ機能を有したディーゼルエンジンにおいて、次のような特徴的な構成を採用した。

エンジンが自動停止した後、所定の再始動条件が成立すると、ＥＣＵ（エンジン制御ユニット）５０の自動始動制御部５２は、圧縮行程で停止していた停止時圧縮行程気筒２Ｃのピストン停止位置が相対的に下死点寄りの特定範囲Ｒｘ（図３）にあるか否かを判定し、その判定結果に応じて、上記停止時圧縮行程２Ｃが圧縮上死点を迎える１圧縮目から燃焼を再開する１圧縮始動、または、吸気行程で停止していた停止時吸気行程気筒２Ｄが圧縮上死点を迎える２圧縮目から燃焼を再開する２圧縮始動を行う。それぞれのエンジン始動時において、１回目、２回目、３回目の各燃料噴射（つまり１圧縮始動のときの１〜３圧縮目の燃料噴射、２圧縮始動のときの２〜４圧縮目の燃料噴射）に基づく計算上の当量比φは、それぞれ０．７５、０．８５、０．９に設定される。

ここで、上記のような値に設定される自動始動時の当量比φは、エンジンを強制始動させるとき、つまり、車両に搭乗した乗員がエンジン始動のための所定の操作を行うことで開始されるエンジン始動のときと比べて、明らかに小さい値であるということができる。

すなわち、エンジンの強制始動時には、一般に、スタータモータ３４により１回転以上エンジンを強制的に回転させた後で、最初の燃料噴射として、理論当量比（φ＝１）よりもリッチな値（例えばφ＝１．１もしくはそれよりもさらに大きい当量比）に相当する量の燃料を噴射する。このように、エンジンの強制始動時に比較的多くの燃料を噴射するのは、冷間状態からの始動であっても燃料を確実に着火させるためであり、また、エンジンの吹け上がり（完爆回転速度を超えるまで勢いよくエンジン回転速度が上昇すること）を故意に起こし、それによってエンジンが始動したことを乗員に認識させるためでもある。なお、最初の燃料噴射までに１回転以上の強制回転（スタータモータ３４による回転）が必要なのは、エンジンの強制始動は、システムが一旦シャットダウンされて気筒判別情報が無効になった状態から行われるので、新たに気筒判別を行うために少なくとも１回転以上のエンジン回転が必要だからである。

これに対し、自動停止したエンジンを再始動させる自動始動においては、上記実施形態に示したように、１回目〜３回目の燃料噴射による計算上の当量比φが、０．７５〜０．９という、強制始動時に比べれば小さい（リーンな）値に設定される。これは、エンジン自動始動時の燃料消費を削減するとともに、ＨＣやＣＯの発生量を低減してエミッション性を高めるためである。

上記のように当量比φの値を設定することによって燃費やエミッション性が改善される理由について、図６〜図８を用いて詳しく説明する。

まず、自動始動時にエンジンが示す挙動について大まかに説明する。図６は、１圧縮始動によりエンジンを自動始動したときのエンジン回転速度の変化の一例を示す図である。この図６の例では、時点ｔ０で、スタータモータ３４によるエンジンの回転駆動が始まっており、続く時点ｔ１で、エンジン全体での最初の圧縮上死点、つまり、停止時圧縮行程気筒２Ｃのピストン５が最初に上死点に至る１ＴＤＣを迎えている。そして、この１ＴＤＣの時点ｔ１の近傍で、停止時圧縮行程気筒２Ｃに噴射された燃料に基づく最初の燃焼が行われるとともに、その燃焼をきっかけにエンジン回転速度が上昇し、時点ｔ２で回転速度のピークである１ＭａｘＮＥを迎える。その後、エンジン回転速度は再び落ち込むが、エンジン全体での２回目の圧縮上死点、つまり、停止時吸気行程気筒２Ｄのピストン５が最初に上死点に至る２ＴＤＣを迎える時点ｔ３の近傍で、当該気筒２Ｄに噴射された燃料に基づき２回目の燃焼が行われると、エンジン回転速度は再び上昇し、時点ｔ４において回転速度のピークである２ＭａｘＮＥを迎える。さらにその後は、時点ｔ５において停止時排気行程気筒２Ｂが圧縮上死点（エンジン全体での３回目の圧縮上死点）に至る３ＴＤＣを迎え、そこで行われる３回目の燃焼により、エンジン回転速度がさらに上昇して、完爆回転速度Ｎｘ（例えば７００〜８００ｒｐｍ）に到達している。

続く図７、図８は、以上のようなエンジン自動始動時の挙動の中で、１圧縮目（１ＴＤＣ）および２圧縮目（２ＴＤＣ）における当量比φをどのように設定するのが最適であるかを調べるために本願発明者が行った実験の結果を示している。具体的に、図７および図８に示されるデータは、エンジン自動始動の典型的な例として、高度が０ｍ、吸気温度が２０℃、エンジンの停止時間（完全停止後の経過時間）が１０秒、停止時圧縮行程気筒２Ｃのピストン停止位置がＢＴＤＣ１０８°ＣＡという条件下で、１圧縮始動によるエンジン自動始動を行った場合のデータを示している。

まず、図７は、停止時圧縮行程気筒２Ｃが圧縮上死点を迎える１圧縮目（１ＴＤＣ）での燃焼のために当該気筒２Ｃに噴射される燃料に基づく計算上の当量比φと、その燃焼後（図６の時点ｔ２）のエンジンのピーク速度１ＭａｘＮＥとの関係を示している。なお、図７の横軸に示す当量比は、上述したプレ噴射およびメイン噴射によるトータルの噴射量に基づく当量比を表している（後述する図８でも同様）。

図７に示すように、１圧縮目の当量比φが０．８以下の範囲では、当量比φが大きくなるほど１圧縮後のピーク速度１ＭａｘＮＥが大きくなっている。これは、当量比φが大きいほど、燃焼エネルギーが大きく、燃焼後のピストン５の移動速度を速めるためと考えられる。これに対し、１圧縮目の当量比φが０．８を超える範囲では、当量比φが増えても１圧縮後のピーク速度１ＭａｘＮＥは特に上昇せず、場所によってはむしろ落ち込んでいる。このことは、噴射した燃料の一部が燃焼エネルギーに変換されることなく未燃のまま排出されていることを表している。

ここで、上記１圧縮目の計算上の当量比φは、上述したように、停止時圧縮行程気筒２Ｃの内部にピストン停止位置に応じた量の空気があると仮定した場合の空気量と、燃料噴射弁１５から噴射される燃料の量とに基づくものである。したがって、ピストン５が上死点に至るまでの間に筒内の空気が外部に漏れなければ、理論上は、少なくとも当量比φ≦１の範囲で、当量比φが増えるほど燃焼エネルギーも増大し、１圧縮後のピーク速度１ＭａｘＮＥも上昇するはずである。

しかしながら、図７の結果では、当量比φ＝０．８のときに１圧縮後のピーク速度１ＭａｘＮＥが最大となり、φ＝０．８〜１の間はピーク速度１ＭａｘＮＥの上昇が見られない。これは、停止時圧縮行程気筒２Ｃの内部空気が、ピストン５が上死点に至るまでの過程で外部に漏れ出し、圧縮上死点付近での空気量が圧縮開始時に比べて減少したことが主な原因であると考えられる。すなわち、エンジンの自動始動が開始されて停止時圧縮行程気筒２Ｃのピストン５が上死点に到達するまでの間、言い換えると、スタータモータ３４の駆動力のみによってエンジンが回転している間では、エンジン回転速度が低い（ピストン５の上昇スピードが遅い）ため、停止時圧縮行程気筒２Ｃ内の空気がピストン５とシリンダー壁面との隙間から外部に漏れ出るという現象が起き易い。このため、ピストン５が上死点に到達した時点では、ピストン５が上昇を始める圧縮開始時（スタータモータ３４の駆動を開始する時点）に比べて筒内の空気量が減少しており、結果として、φ＝０．８相当を超える分の燃料を燃焼させられないという上記のような現象を生んでいると考えられる。

このような事情から、上記実施形態では、１圧縮始動のときの１圧縮目の計算上の当量比φを、０．７５に設定している（図４のステップＳ１５）。なお、図７において、１圧縮後のピーク速度１ＭａｘＮＥが最大となる当量比は０．８であったが、上記実施形態では、少し余裕をみて（つまり想定よりも多くの空気が筒内から漏れることがあることも考慮して）、１圧縮目の当量比φを０．８よりもやや低い値である０．７５に設定している。

図８は、停止時吸気行程気筒２Ｄが圧縮上死点を迎える２圧縮目（２ＴＤＣ）に噴射される燃料に基づく計算上の当量比φと、その燃焼後（図６の時点ｔ４）のエンジンのピーク速度２ＭａｘＮＥとの関係を示している。この図８によると、２圧縮後のピーク速度２ＭａｘＮＥは、２圧縮目の当量比φが０．８５になるあたりまで、当量比φの増大に伴い上昇するが、当量比φが０．８５を超えてからは、上記ピーク速度２ＭａｘＮＥの上昇は見られない。このような現象が見られる理由は、先の図７のときと同様であり、圧縮中の空気漏れが原因であると考えられる。ただし、図８に示す２圧縮目のケースでは、図７に示した１圧縮目のケースよりもエンジン回転速度が高いので、圧縮中に筒内から漏れ出す空気の量がやや少なく済む。このため、図８においてピーク速度２ＭａｘＮＥが最大になる当量比φ（０．８５）は、図７の場合（φ＝０．８）よりもやや大きくなっていると考えられる。このような図８の結果から、上記実施形態では、２圧縮目の計算上の当量比φを０．８５に設定した（図４のステップＳ１７）。

なお、ここでは説明を省略するが、３圧縮目については、エンジン回転速度がさらに上昇しており、圧縮中に筒内から漏れ出す空気の量がさらに少なくなるはずなので、３圧縮目の計算上の当量比φは、２圧縮目よりもさらに大きくすることが可能と考えられる。そこで、上記実施形態では、３圧縮目の計算上の当量比φを０．９に設定している（図４のステップＳ１９）。

なお、ここまでは、停止時圧縮行程２Ｃが圧縮上死点を迎える１圧縮目から燃焼を再開する１圧縮始動時の当量比の設定について説明したが、停止時吸気行程気筒２Ｄが圧縮上死点を迎える２圧縮目から燃焼を再開する２圧縮始動の場合も、基本的な考え方は同じである。すなわち、圧縮中に筒内から漏れ出す空気の量は、エンジン回転速度が上昇するほど少なくなるため、圧縮回数を重ねるごとに当量比φを増やしていけばよい。ただし、２圧縮始動の場合は、２圧縮目までスタータモータ３４の駆動力のみでエンジンが回転するため、エンジン回転速度は、２圧縮目を迎えるまでそれほど上昇しない。このため、圧縮中の空気漏れ量は、１圧縮目や２圧縮目で多く、３圧縮目、４圧縮目、となるにつれて少なくなる。そこで、上記実施形態では、２圧縮始動のときの２圧縮目、３圧縮目、４圧縮目の計算上の当量比φを、１圧縮始動のときの１圧縮目、２圧縮目、３圧縮目のときと同様、それぞれ０．７５、０．８５、０．９に設定している（図４のステップＳ２４，Ｓ２６，Ｓ２８）。

以上のとおり、上記実施形態では、１圧縮始動のときの１〜３圧縮目の計算上の当量比φ、および２圧縮始動のときの２〜４圧縮目の計算上の当量比φを、０．７５〜０．９という、エンジンを強制始動させるときの当量比（φ＝１．１もしくはそれ以上）よりも小さい値に設定した。これにより、回転速度が低く筒内の圧縮空気が外部に漏れ易い自動始動の初期段階において、空気漏れを考慮した適正な量の燃料が供給されるため、供給燃料が過剰になることによるＨＣやＣＯの増大を抑制できるとともに、燃費の悪化を効果的に防止することができる。

特に、上記実施形態では、自動始動時の計算上の当量比φを、圧縮回数を重ねるごとに、０．７５→０．８５→０．９と徐々に増大させるようにしたため、エミッション性を悪化させない範囲で、エンジンの自動始動の迅速化を図ることができる。すなわち、エンジン回転速度が徐々に増大すると、それに伴い圧縮空気の外部への漏れ量が少なくなるため、燃料過多にならない上限の当量比φは、圧縮回数を重ねるほど（気筒順に燃焼が進むにつれて）増大する。そこで、これに合わせて当量比φを徐々に増大させることにより、燃料過多によるエミッション性の悪化等を防止しつつ、エンジンの自動始動に要する時間（自動始動時間）を効果的に短縮することができる。

なお、上記実施形態では、エンジンの自動始動時における初回燃焼時の計算上の当量比φ、つまり、１圧縮始動時の１圧縮目の当量比および２圧縮始動時の２圧縮目の当量比を、いずれも０．７５に設定したが、図７によれば、１圧縮後のエンジンのピーク速度１ＭａｘＮＥが最大になるのはφ＝０．８であるので、上記初回燃焼時の計算上の当量比は、０．８であってもよい。

一方、初回燃焼時の計算上の当量比をあまり小さくすると、エンジンの自動始動時間、つまりスタータモータ３４の駆動開始からエンジンが完爆に至るまでの時間が長くなってしまう。図９は、１圧縮始動によるエンジン自動始動時に設定される１圧縮目の計算上の当量比φと、２圧縮後のエンジンのピーク速度２ＭａｘＮＥとの関係を示す図である。なお、本図において、２圧縮目の当量比φは０．８５で固定とした。

図９の縦軸における値「Ｎ１」は、エンジンの自動始動時間を所定の目標値（例えば０．４〜０．５ｓｅｃ）に収めるのに必要な２圧縮後のピーク速度（図６の時点ｔ４での速度）を表している。つまり、２圧縮後のピーク速度２ＭａｘＮＥが上記Ｎ１以上であれば、エンジンの自動始動時間を上記目標値以下に収めることができる。図９によれば、１圧縮目の計算上の当量比φが０．５よりも小さいと、２圧縮後ピーク速度２ＭａｘＮＥがＮ１を下回るケースが生じるが、上記当量比φが０．５以上であれば、２圧縮後ピーク速度２ＭａｘＮＥは常にＮ１以上になることが分かる。

以上のことから、エンジン自動始動の迅速性を担保する観点からは、初回燃焼時の計算上の当量比φを０．５以上にすることが望ましい。一方、燃料過多にならない上限の当量比φは、上述したとおり０．８であった。したがって、エンジンの自動始動時における初回燃焼時の当量比φは、０．５以上０．８以下に設定することが望ましい。これにより、エンジンを自動始動させる際の迅速性を確保しつつ、自動始動時のエミッション性および燃費を効果的に改善することができる。

また、上記実施形態では、エンジンの自動始動時に、エンジンが完爆に至る前の１〜３回目の燃焼時における計算上の当量比φ（つまり１圧縮始動時の１〜３圧縮目の当量比、および２圧縮始動時の２〜４圧縮目の当量比）を、エンジン水温とは関係なく、それぞれ０．７５、０．８５、０．９に設定するものとしたが、エンジン水温が比較的低い値（エンジンの自動停止が許容される水温範囲の中でも特に低い値）である場合には、噴射した燃料が十分に気化しないことを見越して、上記の値（０．７５〜０．９）よりも当量比φを若干大きく設定してもよい。ただし、このように自動始動時の計算上の当量比φをエンジン水温に応じて可変的に設定する場合でも、少なくとも初回燃焼時の当量比φ（１圧縮始動時の１圧縮目の当量比、２圧縮始動時の２圧縮目の当量比）については、常に、同一エンジン水温下でエンジンを強制始動させる際の当量比に比べて小さい値に設定すべきである。圧縮時にピストン５とシリンダー壁面との隙間から漏れる空気の量は、初回燃焼時が最も多く、燃料過多によるエミッション性の悪化が起き易いからである。

また、上記実施形態では、１〜３回目の燃焼時に設定される計算上の当量比φ（１圧縮始動時の１〜３圧縮目の当量比、および２圧縮始動時の２〜４圧縮目の当量比）を、０．７５→０．８５→０．９と徐々に増大させるようにしたが、上記各回の当量比φは、０．５以上１．０未満の範囲であれば適宜変更可能である。また、上記各回の当量比φを、０．５以上１．０未満の範囲で全て同一の値に設定してもよい。このように、当量比を一律に設定すれば、制御を単純化しつつ、自動始動時のエミッション性および燃費を改善することができる。

また、上記実施形態では、幾何学的圧縮比が１４のエンジン本体１を備えたディーゼルエンジンを例に挙げて本発明の好ましい形態を説明したが、当然ながら、本発明の構成を適用可能なエンジンは、幾何学的圧縮比が１４のものに限られない。エミッション性および着火性の確保等の観点からすれば、本発明を好適に適用可能なディーゼルエンジンは、幾何学的圧縮比が１２以上１６未満のディーゼルエンジンであり、より好ましくは、幾何学的圧縮比が１３以上１５以下のディーゼルエンジンである。

また、上記実施形態では、エンジンの自動停止条件または再始動条件の成立を、アクセルペダル３６やブレーキペダル３７の操作に関する要件を含めて判断するようにしたが、これは、主に自動変速機を搭載したＡＴ車を念頭に入れたものである。一方、ＡＴ車でない場合、つまり、手動変速機を搭載したＭＴ車である場合は、上記とは異なる要件を採用することができる。例えば、自動停止条件に関しては、アクセルＯＦＦかつブレーキＯＮという要件に代えて、手動変速機の変速段がニュートラルであり、かつクラッチペダルがリリースされていること、という要件を設定することができる。また、再始動条件に関しては、アクセルＯＮまたはブレーキＯＦＦという要件に代えて、クラッチペダルが踏み込まれていること、という要件を設定することができる。

また、本発明は、圧縮自己着火式のエンジンであれば、上記実施形態のようなディーゼルエンジン（軽油を自着火により燃焼させるエンジン）に限らず適用可能である。例えば、最近では、ガソリンを含む燃料を高圧縮比で圧縮して自着火させるタイプのエンジンが研究、開発されているが、このような圧縮自己着火式のガソリンエンジンに対しても、本発明にかかる自動停止・始動制御を好適に適用することができる。

１ エンジン本体
２Ａ〜２Ｄ 気筒
５ ピストン
１５ 燃料噴射弁
３４ スタータモータ
５０ ＥＣＵ（制御手段）
Ｘ 基準停止位置
Ｒｘ 特定範囲

Claims (7)

1. 燃料噴射弁から気筒内に噴射された燃料を自着火により燃焼させる圧縮自己着火式エンジンに設けられ、所定の自動停止条件が成立したときに上記エンジンを自動停止させるとともに、その後所定の再始動条件が成立したときに、スタータモータを用いて上記エンジンに回転力を付与しつつ上記燃料噴射弁から燃料を噴射することにより、上記エンジンを自動始動させる圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置であって、
   上記エンジンを自動始動させる制御として、圧縮行程で停止していた停止時圧縮行程気筒が圧縮上死点を迎える１圧縮目から当該気筒の燃料噴射弁に燃料を噴射させて燃焼を再開する１圧縮始動、または吸気行程で停止していた停止時吸気行程気筒が圧縮上死点を迎える２圧縮目から当該気筒の燃料噴射弁に燃料を噴射させて燃焼を再開する２圧縮始動のいずれかを行う制御手段を備え、
   上記制御手段は、上記１圧縮始動のときの１圧縮目の燃料噴射または上記２圧縮始動のときの２圧縮目の燃料噴射に基づく初回燃焼時の計算上の当量比を、同一エンジン水温下での強制始動時の当量比よりも小さく設定することを特徴とする圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置。
2. 請求項１記載の圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置において、
   上記初回燃焼時の計算上の当量比が０．８以下に設定されることを特徴とする圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置。
3. 請求項２記載の圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置において、
   上記初回燃焼時の計算上の当量比が０．５以上０．８以下に設定されることを特徴とする圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置。
4. 請求項２または３記載の圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置において、
   上記１圧縮始動によるエンジン自動始動時に、１圧縮目から３圧縮目までの計算上の当量比が、０．５以上１．０未満の範囲で徐々に増大設定されることを特徴とすることを特徴とする圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置。
5. 請求項４記載の圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置において、
   上記２圧縮始動によるエンジン自動始動時に、２圧縮目から４圧縮目までの計算上の当量比が、０．５以上１．０未満の範囲で徐々に増大設定されることを特徴とする圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置。
6. 請求項１記載の圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置において、
   上記１圧縮始動によるエンジン自動始動時に、１圧縮目から３圧縮目までの計算上の当量比が、０．５以上１．０未満の所定値に一律に設定されることを特徴とする圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置。
7. 請求項６記載の圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置において、
   上記２圧縮始動によるエンジン自動始動時に、２圧縮目から４圧縮目までの計算上の当量比が、０．５以上１．０未満の所定値に一律に設定されることを特徴とする圧縮自己着火式エンジンの始動制御装置。

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