JP7565761B2

JP7565761B2 - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP7565761B2
Application number: JP2020190246A
Authority: JP
Inventors: 光一西谷; 雅志佐野
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2020-11-16
Filing date: 2020-11-16
Publication date: 2024-10-11
Anticipated expiration: 2040-11-16
Also published as: MY208627A; JP2022079204A

Description

本発明は、車両等に搭載される内燃機関を制御する制御装置に関する。

運転していた内燃機関を停止させるにあたっては、気筒における燃料噴射及び着火燃焼を中止するが、その後もクランクシャフトは惰性で回転し、最終的に各気筒の筒内圧力による回転トルクが均衡するような位置でピストン及びクランクシャフトが静止する。

直列三気筒内燃機関では、ある気筒の圧縮上死点とこれに続く次の気筒の圧縮上死点との中間の位置で回転が停止することが多い。このとき、残りのもう一つの気筒は排気上死点近傍にあり、同気筒の吸気バルブ及び排気バルブがともに開いているバルブオーバラップ状態となる。

バルブオーバラップ状態で内燃機関が停止していると、当該気筒を介して排気通路と吸気通路とが連通し、排気通路内雰囲気と吸気通路内雰囲気との温度差や、マフラから排気通路に吹き込む自然風その他の要因により、排気通路に残存する排気ガスが吸気通路に逆流入することが起こる。さすれば、吸気通路内の雰囲気が酸素欠乏になる。そのような状況下で再び内燃機関を始動しようとすると、クランキング中に気筒に供給される酸素量が不足し、燃料が適正に着火燃焼せず、クランクシャフトの回転を加速させるのに十分なエンジントルクが発生せずに、始動遅延即ちクランキング時間が大幅に長くなる事象を招く。

このような事象を予防する、つまりはバルブオーバラップ状態で内燃機関が停止することを回避する手立てとして、内燃機関に従動する発電機（オルタネータ）により適時に発電してクランクシャフトを制動する（例えば、下記特許文献１を参照）ことが考えられる。しかしながら、発電機は電磁誘導により起電力を得るものであり、回転速度がある程度以上高くないと電力ひいては負荷が発生しない。それ故、内燃機関の停止直前に大きな制動力を得ることは現実には困難である。

クランクシャフトの回転が静止した後、電動機（スタータモータ、セルモータ）によりクランクシャフトを回転駆動する（例えば、下記特許文献２を参照）ことも可能ではある。とは言え、この手法は、内燃機関の停止直前においてもクランクシャフトの回転角度、換言すれば各気筒のピストンの現在位置を精確にセンシングできることが前提となる。正転及び逆転を繰り返しながら完全停止に至るクランクシャフトの最終的な停止位置または姿勢を把握するためには、正転角度も逆転角度も検出可能な高度なセンサを採用することが必須となる。しかも、電動機の起動機会が増えることから、車両のＮＶ（ＮｏｉｓｅａｎｄＶｉｂｒａｔｉｏｎ）性能の低下や電動機の寿命の短命化といった不利を招く。

特開２００４－２１８４４９号公報特開２０１６－００８５５２号公報

本発明は、何れかの気筒の吸気バルブ及び排気バルブがともに開弁したバルブオーバラップ状態で内燃機関のクランクシャフトの回転が停止することを簡便かつ確実に回避することを所期の目的としている。

上述した課題を解決するべく、本発明では、直列三気筒内燃機関を停止させるに際し、吸気通路上に設置したスロットルバルブを全閉しまたは全閉に近い開度に縮小して吸気通路における当該スロットルバルブの下流の吸気負圧を大きく（または、吸気圧を小さく）する操作を行うとともに、惰性回転しているクランクシャフトの現在の運動エネルギの大きさまたは回転速度を基に、向後その回転が停止するまでにクランクシャフトがどれだけの角度回転するかを予測し、予測の結果、何れか一つの気筒の吸気バルブが閉弁する最後のタイミングを迎えかつ他の気筒の吸気バルブが閉弁する前にクランクシャフトの回転が停止すると判断したならば、最後に吸気バルブの閉弁機会を迎えると予測した当該一つの気筒の吸気バルブが閉弁するタイミングでスロットルバルブの開度を拡大し、次に吸気行程を迎え吸気バルブが開弁する前記他の気筒の吸気行程中の吸気負圧を、直近に吸気行程を終え吸気バルブが閉弁した前記一つの気筒の吸気行程中の吸気負圧よりも小さく（または、吸気圧をより大きく）する操作を行う内燃機関の制御装置を構成した。

より具体的には、惰性回転しているクランクシャフトが所定角度Ｄ回転する都度、現在のクランクシャフトの回転速度Ｎを実測し、今回実測した回転速度Ｎ_i及び前回実測した回転速度Ｎ_i-1を基に、向後クランクシャフトの回転が停止するまでに回転する角度ＡをＡ＝Ｄ×Ｎ_i ²／（Ｎ_i-1 ²－Ｎ_i ²）として推算し、ある気筒の吸気バルブが閉弁してから次の気筒の吸気バルブが閉弁するまでの間にクランクシャフトが回転する角度Ｂとの比較においてＡ≦Ｂが成立するとき、何れか一つの気筒の吸気バルブが閉弁する最後のタイミングを迎えかつ他の気筒の吸気バルブが閉弁する前にクランクシャフトの回転が停止すると判断する。

並びに、本発明では、直列三気筒内燃機関を停止させるに際し、吸気通路上に設置したスロットルバルブを全閉しまたは全閉に近い開度に縮小して吸気通路における当該スロットルバルブの下流の吸気負圧を大きく（または、吸気圧を小さく）する操作を行うとともに、惰性回転しているクランクシャフトの現在の運動エネルギの大きさまたは回転速度を基に、向後その回転が停止するまでにクランクシャフトがどれだけの角度回転するかを予測し、予測の結果、何れか一つの気筒の吸気バルブが閉弁する最後のタイミングを迎えかつ他の気筒の吸気バルブが閉弁する前にクランクシャフトの回転が停止すると判断し、かつそのときのスロットルバルブ下流の吸気負圧が所定値以上に高い（または、吸気圧が所定値以下に低い）場合、最後に吸気バルブの閉弁機会を迎えると予測した当該一つの気筒の吸気バルブが閉弁するタイミングでスロットルバルブの開度を拡大し、次に吸気行程を迎え吸気バルブが開弁する前記他の気筒の吸気行程中の吸気負圧を、直近に吸気行程を終え吸気バルブが閉弁した前記一つの気筒の吸気行程中の吸気負圧よりも小さく（または、吸気圧をより大きく）する操作を行うが、何れか一つの気筒の吸気バルブが閉弁する最後のタイミングを迎えかつ他の気筒の吸気バルブが閉弁する前にクランクシャフトの回転が停止すると判断していない、または何れか一つの気筒の吸気バルブが閉弁する最後のタイミングを迎えかつ他の気筒の吸気バルブが閉弁する前にクランクシャフトの回転が停止すると判断したときのスロットルバルブ下流の吸気負圧が前記所定値よりも低い（または、吸気圧が所定値よりも高い）場合には、最後に吸気バルブの閉弁機会を迎えると予測した当該一つの気筒の吸気バルブが閉弁するタイミングでスロットルバルブの開度を拡大する操作を行わない内燃機関の制御装置を構成した。

本発明によれば、何れかの気筒の吸気バルブ及び排気バルブがともに開弁したバルブオーバラップ状態で内燃機関のクランクシャフトの回転が停止することを簡便かつ確実に回避できる。

本発明の一実施形態における車両用内燃機関及び制御装置の概略構成を示す図。同実施形態の内燃機関の各気筒の行程並びにクランク角信号及びカム角信号のパルス列を示す図。同実施形態の制御装置がプログラムに従い実行する処理の手順例を示すフロー図。同実施形態の制御装置が演算する予想残り回転角度Ａの算出式に関する補足説明のための図。同実施形態の制御装置による制御の作用の説明のための図。同実施形態の制御装置による制御の作用の説明のための図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、火花点火式の４ストロークレシプロエンジンであり、複数の気筒１（例えば、三気筒。図１には、そのうち一つを図示している）を具備する。各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。

吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。

排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気ガスを各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。

排気ガス再循環（ＥｘｈａｕｓｔＧａｓＲｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置２は、排気通路４と吸気通路３とを連通する外部ＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲ通路２１上に設けたＥＧＲクーラ２２と、ＥＧＲ通路２１を開閉し当該ＥＧＲ通路２１を流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブ２３とを要素とする。ＥＧＲ通路２１の入口は、排気通路４における触媒４１の下流の所定箇所に接続している。ＥＧＲ通路２１の出口は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の所定箇所（特に、サージタンク３３または吸気マニホルド３４）に接続している。

本実施形態の内燃機関の制御装置たるＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。ＥＣＵ０は、複数基のＥＣＵまたはコントローラがＣＡＮ（ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）等の電気通信回線を介して相互に通信可能に接続されてなるものであることがある。

ＥＣＵ０の入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、内燃機関のクランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するクランク角センサから出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（いわば、内燃機関に要求されるエンジントルクまたはエンジン負荷率）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、気筒１に連なる吸気通路３（特に、サージタンク３３または吸気マニホルド３４）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｄ、内燃機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｅ、気筒１から排出され排気通路４を流れるガスの空燃比を検出する空燃比センサから出力される空燃比信号ｆ、各気筒１の吸排気バルブ１３、１４を開閉駆動する吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号ｇ、大気圧を検出する大気圧センサから出力される大気圧信号ｈ等が入力される。

クランク角センサは、クランクシャフトと一体となって回転するロータの回転角度をセンシングする。そのロータには、クランクシャフトの回転方向に沿った所定角度毎に、歯または突起が形成されている。典型的には、クランクシャフトが１０°回転する毎に、歯または突起が配置される。クランク角センサは、ロータの外周に臨み、個々の歯または突起が当該センサの近傍を通過することを検知して、その都度クランク角信号ｂとしてパルス信号を発信する。

尤も、クランクシャフトが一回転する間に三十六回のパルスを出力するわけではない。クランクシャフトのロータの歯または突起は一部欠けており、その欠歯部分に起因して、クランク角信号ｂのパルス列もまた一部が欠損する。例えば、図２に示すように、十七番目、十八番目、二十番目、二十一番目、三十五番目及び三十六番目に該当するパルスが欠損する。ＥＣＵ０は、このパルスの欠損に基づき、現在のクランクシャフトの絶対的な角度、姿勢を知得する。欠損した三十六番目のパルスの次の一番目のパルスのタイミングを０°ＣＡ（クランク角度）とおくと、欠損した十八番目のパルスに続く十九番目のパルスのタイミングが１８０°ＣＡということになる。

カム角センサは、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトと一体となって回転するロータの回転角度をセンシングする。そのロータには、カムシャフトの一回転を気筒１の数で割った角度毎に、歯または突起が形成されている。三気筒内燃機関の場合、カムシャフトが１２０°回転する毎に、歯または突起が配置される。カムシャフトは、巻掛伝動機構等を介してクランクシャフトからトルクの伝達を受けて回転し、その回転速度はクランクシャフトの二分の一である。従って、上記の歯または突起は、クランク角度に換算すれば２４０°ＣＡ毎に配置されていることになる。加えて、ロータには、追加的なカム角信号ｇを発生させるための歯または突起が、２４０°ＣＡ毎の歯または突起の間に一つ設けられる。

カム角センサは、ロータの外周に臨み、個々の歯または突起が当該センサの近傍を通過することを検知して、その都度カム角信号ｇとしてパルス信号を発信する。図２に示しているように、カム角信号ｇは、各気筒１の圧縮上死点の近傍、または圧縮上死点から所定のクランク角度だけ進角側に偏倚したタイミングを示唆する。ＥＣＵ０は、クランク角信号ｂ及びカム角信号ｇを参照して、現在の各気筒１の行程及びピストン１５の位置を知得する。因みに、いわゆる位相変化型の可変バルブタイミング（ＶａｒｉａｂｌｅＶａｌｖｅＴｉｍｉｎｇ）機構が付帯している内燃機関にあっては、カム角信号ｇが当該ＶＶＴ機構により調節される吸気バルブ１３または排気バルブ１４の開閉タイミングをも表す。

ＥＣＵ０の出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタ１３に対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、ＥＧＲバルブ２３に対して開度操作信号ｌ等を出力する。

ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数及びアクセル開度を知得するとともに気筒１に吸入される空気（新気）量を推算する。そして、吸入空気量に見合った要求燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、要求ＥＧＲ率（または、ＥＧＲガス量）、点火タイミング（一度の燃焼に対する火花点火の回数を含む）等といった各種運転パラメータを決定する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌを出力インタフェースを介して印加する。

図３に示すように、本実施形態のＥＣＵ０は、運転していた内燃機関を停止するに際して（ステップＳ１）、インジェクタ１１からの燃料噴射及び点火プラグ１２による火花点火を中止する（ステップＳ２）。内燃機関の運転停止の契機は、典型的には、車両の運転者によりイグニッションスイッチ（イグニッションキー、またはパワースイッチ）がＯＮからＯＦＦに操作されたときである。

それと相前後して、ＥＣＵ０は、吸気通路３上のスロットルバルブ３２を全閉し、または全閉に近い所定開度まで閉じる操作を行う（ステップＳ３）。スロットルバルブ３２の開度を縮小するのは、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の吸気負圧を増大させる、換言すれば気筒１に連なる吸気通路３内の吸気圧力を低減させる意図である。これにより、内燃機関のポンピングロスが大きくなって、クランクシャフトの惰性回転が制動される。

また、内燃機関に付随する補機の負荷を０にする（ステップＳ４）。補機とは、例えば、内燃機関のクランクシャフトからエンジントルクの供給を受けて稼働する、エアコンディショナの冷媒圧縮用コンプレッサや発電機等である。ステップＳ４では、クランクシャフトとコンプレッサとの間に介在するクラッチを切り離したり、発電機による発電電力（または、出力電圧若しくは電流）を０にしたりする。当該ステップＳ４により、クランクシャフトが惰性回転している間のクランクシャフトに作用する機械的負荷を常に一定化し、下記ステップＳ５における残り回転角度Ａの予測の精度を高める。

そして、ＥＣＵ０は、惰性回転しているクランクシャフトの現在の運動エネルギの大きさまたは回転速度を基に、向後その回転が停止するまでにクランクシャフトがどれだけの角度回転するかを予測する（ステップＳ５）。

ステップＳ５は、クランクシャフトが所定角度Ｄ回転する都度実施する。所定角度Ｄは、例えば、気筒１の一サイクル（吸気行程－圧縮行程－膨脹行程－排気行程の一連）に相当する７２０°ＣＡを気筒１の数で割った角度に定める。三気筒内燃機関であれば、所定角度Ｄは２４０°ＣＡとなるが、そうすることで各気筒１の同じ行程中の同等のタイミングでステップＳ５を実施することとなり、残り回転角度の予測が安定する、即ち予測精度が高くなる。尤も、ステップＳ５はいつ実施しても構わない。所定角度Ｄを、２４０°ＣＡよりも小さい角度に設定することも許される。ステップＳ５は、各気筒１の吸気バルブ１３が閉弁するタイミングまたはその近傍のタイミングで実施することが好ましい。各気筒１の吸気バルブ１３の閉弁タイミングは、クランク角信号ｂ及びカム角信号ｇを参照して知得することができる。

ステップＳ５にて、ＥＣＵ０は、クランク角信号ｂを参照して現在のクランクシャフトの回転速度Ｎを実測する。その上で、今回実測した回転速度Ｎ_iと、前回（即ち、２４０°ＣＡ前に）実測した回転速度Ｎ_i-1とから、向後クランクシャフトが停止するまでに回転する角度の予想量Ａを、
Ａ＝Ｄ×Ｎ_i ²／（Ｎ_i-1 ²－Ｎ_i ²）
として推算する。

残り回転角度Ａに係る上式に関して補足する。図４に示すように、勾配角度αの登坂路上にある質量Ｍの物体が、登坂路に沿って斜め上方に摺動する状況を仮想する。物体には、鉛直下方に重量Ｇが、登坂路に沿って斜め下方に動摩擦力Ｆが作用する。物体が水平方向位置Ｘ₁にあるとき、登坂路に沿って速度Ｖ’₁を有しており、その後同物体が水平方向位置Ｘ₂まで変位し、そのときに有している登坂路に沿った速度がＶ’₂であるとする。物体が登坂路に沿って水平方向位置Ｘ₁から水平方向位置Ｘ₂まで変位する過程において、物体の位置エネルギの増分Ｕは
Ｕ＝ＭＧ（Ｘ₂－Ｘ₁）ｔａｎα
であり、摩擦損失Ｌは
Ｌ＝Ｆ（Ｘ₂－Ｘ₁）／ｃｏｓα
である。物体が水平方向位置Ｘ₁にあるときに有している運動エネルギと、同物体が水平方向位置Ｘ₂にあるときに有している運動エネルギとの差分は、物体が登坂路に沿って水平方向位置Ｘ₁から水平方向位置Ｘ₂まで変位するために失う運動エネルギを意味する。エネルギ保存則より、その差分は位置エネルギの増分Ｕと摩擦損失Ｌとの和に等しい。つまり、
（ＭＶ’₁ ²／２）－（ＭＶ’₂ ²／２）＝（Ｘ₂－Ｘ₁）（ＭＧｔａｎα－Ｆ／ｃｏｓα）
である。物体が水平方向位置Ｘ₂に所在する時点で有している運動エネルギは（ＭＶ’₂ ²／２）であり、この物体が登坂路に沿って水平方向距離（Ｘ₁－Ｘ₂）分だけ変位するために失う運動エネルギは（Ｘ₂－Ｘ₁）（ＭＧｔａｎα－Ｆ／ｃｏｓα）である。となれば、水平方向位置Ｘ₂に所在する物体が向後完全停止するまでに移動することのできる残りの水平方向距離Ａは、
Ａ＝（Ｘ₂－Ｘ₁）（ＭＶ’₂ ²／２）／｛（Ｘ₂－Ｘ₁）（ＭＧｔａｎα－Ｆ／ｃｏｓα）｝＝（Ｘ₂－Ｘ₁）（ＭＶ’₂ ²／２）／｛（ＭＶ’₁ ²／２）－（ＭＶ’₂ ²／２）｝
ということになる。登坂路に沿った斜め上方を向く速度Ｖ’₁及びＶ’₂を、水平方向速度Ｖ₁及びＶ₂にそれぞれ換算すると、
Ｖ₁＝Ｖ’₁ｃｏｓα
Ｖ₂＝Ｖ’₂ｃｏｓα
である。よって、
Ａ＝（Ｘ₂－Ｘ₁）Ｖ₂ ²／（Ｖ₁ ²－Ｖ₂ ²）
が成立する。（Ｘ₂－Ｘ₁）をＤに、Ｖ₂をＮ_iに、Ｖ₁をＮ_i-1に置き換えれば、クランクシャフトの残り回転角度Ａに係る上式となる。少なくとも、クランクシャフトの回転が停止する間際の２４０°ＣＡの区間においては、このような物理系と近似的に等価であると解してよい。無論、実際には、気筒１のシリンダボア内壁とピストンリングとの間の摺動摩擦や、クランクシャフト及びカムシャフトとそれらを支持する軸受との間の摺動摩擦等が、潤滑油温、潤滑油圧、油膜厚さ等によって変化する。

並びに、ＥＣＵ０は、直近のステップＳ５にて推算したクランクシャフトの残り回転角度Ａを、閾値Ｂと大小比較する（ステップＳ６）。閾値Ｂは、ある気筒１の吸気バルブ１３が閉弁してから次の気筒１の吸気バルブ１３が閉弁するまでの間にクランクシャフトが回転する角度、またはそれに近い角度である。通常、角度Ｂは、７２０°ＣＡを気筒１の数で割った角度、三気筒内燃機関であれば２４０°ＣＡである。ステップＳ６もまた、クランクシャフトが所定角度Ｄ回転する都度実施する。ステップＳ５及びＳ６は、同時または略同時に実施してよい。

クランクシャフトの残り回転角度Ａが閾値Ｂよりも大きいことは、クランクシャフトの回転が停止するまでに少なくともあと一回以上、何れかの気筒１における吸気バルブ１３の閉弁タイミングが訪れる、即ち最後の吸気バルブ１３の閉弁機会ではないことを意味する。

対して、クランクシャフトの残り回転角度Ａが閾値Ｂよりも小さいことは、最後の吸気バルブ１３の閉弁機会であることを意味する。その後、他の気筒１の吸気バルブ１３が開弁することがあるが、その吸気バルブ１３が閉弁する前にクランクシャフトの回転は停止する。本実施形態のＥＣＵ０は、ステップＳ６にてＡ≦Ｂが成立すると判断したとき、可及的速やかに、閉弁または開度を縮小していたスロットルバルブ３２の開度を拡大する操作を行う（ステップＳ７）。スロットルバルブ３２の開度を拡大するのは、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の吸気負圧を低減させる、換言すれば気筒１に連なる吸気通路３内の吸気圧力を増大させる意図である。当該ステップＳ７では、スロットルバルブ３２を全開まで開く必要はない。

翻って、Ａ≦Ｂが成立しないと判断したならば、スロットルバルブ３２の開度を拡大せずに保ち、再度ステップＳ５及びＳ６を反復する。

スロットルバルブ３２を開操作するステップＳ７は、最後に吸気バルブ１３の閉弁機会を迎える気筒１の吸気バルブ１３が閉弁するタイミングまたはその近傍のタイミングで実施することが好ましい。最後の吸気バルブ１３の閉弁機会であるか否かを判定するステップＳ６は、残り回転角度を予測するステップＳ５とスロットルバルブ３２を開操作するステップＳ７との間のタイミングであればいつ実施してもよいが、各気筒１の吸気バルブ１３が閉弁するタイミングまたはその近傍のタイミングで実施することが好ましい。総じて、ステップＳ５、Ｓ６及びＳ７を、同時または略同時に実施することが理想的であると言える。

ステップＳ３ないしＳ７の意義を述べる。仮に、ステップＳ３ないしＳ７を実施しない、即ち途中でスロットルバルブ３２の開度を変化させず単純にクランクシャフトの惰性回転を停止させることとすると、図５に模式的に示すように、ある気筒（例えば、第三気筒）１の圧縮上死点と、これに続く次の気筒（例えば、第一気筒）１の圧縮上死点との中間の位置（例えば、図３のクランク角度３６０°ＣＡ）で回転が停止することが多い。前者の気筒（第三気筒）１は膨脹行程の後期、後者の気筒（第一気筒）１は圧縮行程の前期にあり、何れの気筒１もその吸気バルブ１３及び排気バルブ１４が閉じている。それら気筒１に充填されている吸気（空気）の量は略同等であり、双方の気筒１の筒内圧力が均衡するために、前者の気筒１のピストン１５の高さ（または、筒内容積）と後者の気筒１のそれとが略等しくなる位置でクランクシャフトが静止するからである。

このとき、残りのもう一つの気筒（例えば、第二気筒）１は排気上死点近傍、即ち排気行程と吸気行程との狭間にあり、同気筒１の吸気バルブ１３及び排気バルブ１４がともに開くバルブオーバラップ状態となる。となれば、内燃機関の停止中に、当該気筒１を介して排気通路４と吸気通路３とが連通し、排気通路４から酸素を殆ど含まないガスが吸気通路３に逆流入することが起こる。さすれば、吸気通路３内の雰囲気が酸素欠乏となり、後に内燃機関を再始動する際に気筒１に供給される酸素の量が不足して、始動遅延即ちクランキング時間が大幅に長くなる問題を招きかねない。

そこで、本実施形態では、ステップＳ３ないしＳ７を通じて、最後の吸気バルブ１３の閉弁タイミングが訪れるまでは吸気通路３上のスロットルバルブ３２を閉じるかその開度を絞り、最後の吸気バルブ１３の閉弁タイミングが訪れた直後にスロットルバルブ３２の開度を拡大する制御を実施する。ある気筒（例えば、第三気筒）１の吸気バルブ１３が閉弁するまではスロットルバルブ３２の開度を絞り、その直後にスロットルバルブ３２を拡開すれば、次に吸気行程を迎えて吸気バルブ１３が開弁する他の気筒（例えば、第一気筒）１に、直近に吸気行程を終え吸気バルブ１３が閉弁した気筒（第三気筒）１に比して、より多くの量の吸気を充填することができる。換言すれば、前者の気筒（第三気筒）１の吸気行程中の吸気負圧がより大きく（吸気圧が低く）、後者の気筒（第一気筒）１の吸気行程中の吸気負圧がより小さく（吸気圧が高く、大気圧に近く）なる。しかして、その後者の気筒１の吸気バルブ１３が閉弁する前または閉弁した後に、クランクシャフトの回転が停止する。

結果、図６に模式的に示すように、前者の気筒１のピストン１５の高さ（または、筒内容積）と後者の気筒１のそれとが不等となる位置でクランクシャフトが静止する。そして、残りのもう一つの気筒（例えば、第二気筒）１の吸気バルブ１３及び排気バルブ１４がともに開くバルブオーバラップ状態を回避することができる。

以上の作用は、スロットルバルブ３２の開度を全閉または全閉に近い開度に縮小しているときの吸気負圧が十分に大きくなる（吸気圧としては低下する）ことが前提である。だが、内燃機関の停止前の運転領域如何によっては、スロットルバルブ３２を全閉したにもかかわらず吸気負圧が十分に大きくならないことがあり得る。従って、ステップＳ６にいうＡ≦Ｂの条件が成立したとしても、そのときの吸気負圧が所定値よりも低い（または、吸気圧が所定値よりも高い）場合には、スロットルバルブ３２の開度を拡大するステップＳ７を実施せず、スロットルバルブ３２を全閉または全閉に近い開度に維持したままでクランクシャフトの回転が停止するのを待つ。吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の吸気圧は、吸気圧信号ｄを参照して知得することができる。

Ａ≦Ｂの条件が成立したにもかかわらず、そのときの吸気負圧が所定値よりも低い場合に、閉じたスロットルバルブ３２を開操作しない理由は、以下の通りである。第一に、スロットルバルブ３２を閉じたままとしておけば、クランクシャフトが静止する直前に逆回転して閉じた気筒１の吸気バルブが再び開いたとしても、各気筒１間の筒内圧力の差が残存しやすく、何れかの気筒１の排気上死点近傍で内燃機関が停止する可能性が低くなることである。

第二に、内燃機関が停止に至る際の振動の発生を抑制できることである。内燃機関の停止時に振動が発生するメカニズムを述べると、
［ｉ］クランクシャフトが惰性回転中、例えば、圧縮行程を迎えた第一気筒１の圧縮上死点の手前で一旦停止し、その後第一気筒１内で圧縮された空気からピストンが受ける反力により、クランクシャフトの逆回転が惹起されたとする。このとき、排気行程を迎えていた第二気筒１は排気バルブ１４が開き、第二気筒１の筒内圧力は負圧でなくなっている。
［ii］クランクシャフトの惰性回転が一旦停止したときの各気筒１のピストンの位置によっては、クランクシャフトが逆回転する結果、圧縮行程を迎えて閉じた第一気筒１の吸気バルブが再び開くことがあり得る。第一気筒１の吸気バルブが再び開いた時点で、既にステップＳ７を実施してスロットルバルブ３２を開いていたとすると、第一気筒１の筒内圧力が負圧でなくなる。
［iii］他方、膨脹行程にある第三気筒１内では、クランクシャフトの逆回転により空気が圧縮される。その圧縮された空気からピストンが受ける反力により、クランクシャフトが逆回転から正回転へと転じる。
［iv］クランクシャフトが逆回転から正回転へと転じることで、圧縮行程を迎えた第一気筒１内で空気が圧縮される。その圧縮された空気からピストンが受ける反力により、クランクシャフトが正回転から逆回転へと転じる。
［ｖ］以上の過程を経て、クランクシャフトが逆回転と正回転とを幾度か繰り返した後、完全に静止するに至る。この繰り返しは、一往復あたりのエネルギの減衰が小さく、無視できない程度に大きな内燃機関の振動が発生する。
上記［ii］の時点でスロットルバルブ３２を開いていなければ（閉じていれば）、上記［iv］における第一気筒１の圧縮行程による空気の再圧縮、そしてクランクシャフトの正回転と逆回転との反復が抑止され、内燃機関の大きな振動を発生させずに済む。

本実施形態によれば、内燃機関の運転を停止するにあたり、何れかの気筒１の吸気バルブ１３及び排気バルブ１４がともに開弁したバルブオーバラップ状態でクランクシャフトの回転が停止することを有効に回避できる。

本実施形態の制御は、正転角度も逆転角度も検出可能な高度なクランク角センサその他、新たなハードウェアの追加を必要とせず、低コストで実現可能である。

また、惰性回転中に刻一刻と変化するクランクシャフトの回転速度の低下の度合いを考慮して残り回転角度Ａを推算し、それに応じてスロットルバルブ３２の開度を操作することとしており、経年変化を含む内燃機関の個体差やその時々の環境条件の相異等にも対応して、バルブオーバラップ状態とならない適正な位置にクランクシャフトを静止させることができる。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、ステップＳ６にて残り回転角度Ａと比較するべき閾値Ｂは、そのときの吸気負圧の大きさやその他に応じて増減させてもよい。

本発明の適用対象となる内燃機関の気筒１数は、三気筒には限定されない。

その他、各部の具体的な構成や処理の手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は、車両等に搭載される内燃機関の制御に用いることができる。

０…制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
１３…吸気バルブ
１４…排気バルブ
３…吸気通路
３２…スロットルバルブ
３３…サージタンク
３４…吸気マニホルド
４…排気通路
ｂ…クランク角信号
ｄ…吸気圧信号
ｇ…カム角信号
ｋ…開度操作信号

Claims

直列三気筒内燃機関を停止させるに際し、
吸気通路上に設置したスロットルバルブを全閉しまたは全閉に近い開度に縮小して吸気通路における当該スロットルバルブの下流の吸気負圧を大きくする操作を行うとともに、
惰性回転しているクランクシャフトの現在の運動エネルギの大きさまたは回転速度を基に、向後その回転が停止するまでにクランクシャフトがどれだけの角度回転するかを予測し、
予測の結果、何れか一つの気筒の吸気バルブが閉弁する最後のタイミングを迎えかつ他の気筒の吸気バルブが閉弁する前にクランクシャフトの回転が停止すると判断したならば、最後に吸気バルブの閉弁機会を迎えると予測した当該一つの気筒の吸気バルブが閉弁するタイミングでスロットルバルブの開度を拡大し、次に吸気行程を迎え吸気バルブが開弁する前記他の気筒の吸気行程中の吸気負圧を、直近に吸気行程を終え吸気バルブが閉弁した前記一つの気筒の吸気行程中の吸気負圧よりも小さくする操作を行う内燃機関の制御装置。
惰性回転しているクランクシャフトが所定角度Ｄ回転する都度、現在のクランクシャフトの回転速度Ｎを実測し、
今回実測した回転速度Ｎ_i及び前回実測した回転速度Ｎ_i-1を基に、向後クランクシャフトの回転が停止するまでに回転する角度Ａを
Ａ＝Ｄ×Ｎ_i ²／（Ｎ_i-1 ²－Ｎ_i ²）
として推算し、ある気筒の吸気バルブが閉弁してから次の気筒の吸気バルブが閉弁するまでの間にクランクシャフトが回転する角度Ｂとの比較において
Ａ≦Ｂ
が成立するとき、何れか一つの気筒の吸気バルブが閉弁する最後のタイミングを迎えかつ他の気筒の吸気バルブが閉弁する前にクランクシャフトの回転が停止すると判断する請求項１記載の内燃機関の制御装置。
直列三気筒内燃機関を停止させるに際し、
吸気通路上に設置したスロットルバルブを全閉しまたは全閉に近い開度に縮小して吸気通路における当該スロットルバルブの下流の吸気負圧を大きくする操作を行うとともに、
惰性回転しているクランクシャフトの現在の運動エネルギの大きさまたは回転速度を基に、向後その回転が停止するまでにクランクシャフトがどれだけの角度回転するかを予測し、
予測の結果、何れか一つの気筒の吸気バルブが閉弁する最後のタイミングを迎えかつ他の気筒の吸気バルブが閉弁する前にクランクシャフトの回転が停止すると判断し、かつそのときのスロットルバルブ下流の吸気負圧が所定値以上に高い場合、最後に吸気バルブの閉弁機会を迎えると予測した当該一つの気筒の吸気バルブが閉弁するタイミングでスロットルバルブの開度を拡大し、次に吸気行程を迎え吸気バルブが開弁する前記他の気筒の吸気行程中の吸気負圧を、直近に吸気行程を終え吸気バルブが閉弁した前記一つの気筒の吸気行程中の吸気負圧よりも小さくする操作を行うが、
何れか一つの気筒の吸気バルブが閉弁する最後のタイミングを迎えかつ他の気筒の吸気バルブが閉弁する前にクランクシャフトの回転が停止すると判断していない、または何れか一つの気筒の吸気バルブが閉弁する最後のタイミングを迎えかつ他の気筒の吸気バルブが閉弁する前にクランクシャフトの回転が停止すると判断したときのスロットルバルブ下流の吸気負圧が前記所定値よりも低い場合には、最後に吸気バルブの閉弁機会を迎えると予測した当該一つの気筒の吸気バルブが閉弁するタイミングでスロットルバルブの開度を拡大する操作を行わない内燃機関の制御装置。