JP4435844B1 - 内燃機関の停止制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 吸気弁と排気弁がともに開弁しているオーバラップ状態で停止することを確実に回避できるようにした、内燃機関の停止制御装置を提供する。
【解決手段】 イグニッションスイッチオフ後、エンジン回転数ＮＥが所定範囲まで低下した時点におけるクランク角度ＣＡに応じてスロットル弁３の目標開度ＴＨＣＭＤが設定される（Ｓ１２〜Ｓ１５）。スロットル弁３の開度が目標開度ＴＨＣＭＤと一致するように制御され、吸入空気量が増量される。エンジン回転数ＮＥの所定範囲は、機関停止時に圧縮行程となる気筒における機関停止前の最後の吸気行程の開始時期（ＣＡＩＳ２）より前に、吸入空気量の増量が行われるように設定される。
【選択図】 図８

Description

本発明は、内燃機関の停止時におけるピストンの停止位置の制御を行う停止制御装置に関する。

特許文献１には、機関の停止直前に吸入空気量を増量して圧縮行程にある気筒における負の回転トルクを増加させる制御を行う停止制御装置が示されている。この装置によれば、機関が停止するクランク角度範囲を従来に比べて狭い範囲に制御することができる。

特開２００４−２３２５３９号公報

機関が停止したときに吸気弁と排気弁がともに開弁している状態（以下「オーバラップ状態」という）の気筒が存在する場合には、排気が吸気管に逆流して次の始動時に円滑な始動が困難となることがある。したがって、オーバラップ状態で停止しないように停止制御を行う必要がある。

上記特許文献１に示された手法は、停止時のクランク角度範囲を狭めることを可能とするが、オーバラップ状態での停止を確実に回避できるものではない。

本発明はこの点に着目してなされたものであり、吸気弁と排気弁がともに開弁しているオーバラップ状態の機関の停止を確実に回避できるようにした、内燃機関の停止制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、内燃機関の停止指令に基づいて前記機関の点火及び燃料噴射の少なくとも一方を停止させる停止手段と、前記機関の吸入空気量を制御する吸入空気量制御弁（３）と、前記吸入空気量制御弁（３）を駆動して前記機関のピストンの停止位置を制御する停止位置制御手段と、前記機関のクランク軸の回転角度（ＣＡ）を検出する回転角度検出手段（８）と、前記機関の回転数（ＮＥ）を検出する回転数検出手段（８）とを備える、内燃機関の停止制御装置のおいて、前記停止位置制御手段は、検出される機関回転数（ＮＥ）が所定回転数（ＮＥＳ２）以下となったときに、前記回転角度検出手段により検出される回転角度（ＣＡ）に基づいて前記吸入空気量制御弁（３）の開弁量（ＴＨＣＭＤ）を決定し、該決定した開弁量（ＴＨＣＭＤ）となるように前記吸入空気量制御弁（３）を開弁方向に駆動して前記吸入空気量を増量することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、内燃機関の停止指令に基づいて前記機関の点火及び燃料噴射の少なくとも一方を停止させる停止手段と、前記機関の吸入空気量を制御する吸入空気量制御弁（３）と、前記吸入空気量制御弁（３）を駆動して前記機関のピストンの停止位置を制御する停止位置制御手段と、前記機関のクランク軸の回転角度（ＣＡ）を検出する回転角度検出手段（８）と、前記機関の回転数（ＮＥ）を検出する回転数検出手段（８）とを備える、内燃機関の停止制御装置において、前記停止位置制御手段は、前記回転角度検出手段により検出される回転角度（ＣＡ）が所定回転角度（ＣＡ０）となったときに、前記回転数検出手段により検出される機関回転数（ＮＥ）に基づいて前記吸入空気量制御弁の開弁量（ＴＨＣＭＤ）を決定し、該決定した開弁量（ＴＨＣＭＤ）となるように前記吸入空気量制御弁（３）を開弁方向に駆動して前記吸入空気量を増量することを特徴とする

請求項３に記載の発明は、内燃機関の停止指令に基づいて前記機関の点火及び燃料噴射の少なくとも一方を停止させる停止手段と、前記機関の吸入空気量を制御する吸入空気量制御弁（３）と、前記吸入空気量制御弁（３）を駆動して前記機関のピストンの停止位置を制御する停止位置制御手段と、前記機関のクランク軸の回転角度（ＣＡ）を検出する回転角度検出手段（８）と、前記機関の回転数（ＮＥ）を検出する回転数検出手段（８）とを備える、内燃機関の停止制御装置において、前記停止位置制御手段は、前記停止手段の作動後に、前記回転数検出手段により検出される機関回転数（ＮＥ）と前記回転角度検出手段により検出される回転角度（ＣＡ）とに基づいて、前記吸入空気量制御弁（３）の開弁量（ＴＨＣＭＤ）を決定し、該決定した開弁量（ＴＨＣＭＤ）となるように前記吸入空気量制御弁（３）を駆動して前記吸入空気量を増量することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関の停止制御装置において、前記吸入空気量制御弁（３）の開弁量（ＴＨＣＭＤ）を、前記機関回転数（ＮＥ）が「０」となるまで前記決定した開弁量に維持することを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の内燃機関の停止制御装置において、前記機関停止時に圧縮行程となる気筒における機関停止前の最後の吸気行程の開始時期（ＣＡＩＳ２）より前に、前記吸入空気量制御弁（３）の開弁が行われることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の内燃機関の停止制御装置において、前記機関停止時に膨張行程となる気筒における機関停止前の最後の吸気行程の開始時期（ＣＡＩＳ１）より前に、前記吸入空気量制御弁の開弁が行われることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、検出される機関回転数が所定回転数以下となったときに、検出される回転角度に基づいて吸入空気量制御弁の開弁量が決定され、該決定された開弁量となるように吸入空気量制御弁を開弁方向に駆動して吸入空気量が増量される。したがって、吸入空気量制御弁の開弁量がより適切に設定され、オーバラップ状態での停止を確実に回避することができる。

請求項２に記載の発明によれば、検出される回転角度が所定回転角度となったときに、検出される機関回転数に基づいて吸入空気量制御弁の開弁量が決定され、該決定された開弁量となるように吸入空気量制御弁を開弁方向に駆動して吸入空気量が増量される。したがって、吸入空気量制御弁の開弁量がより適切に設定され、オーバラップ状態での停止を確実に回避することができる。さらに開弁量の決定を機関回転数に基づいて行うことで、機関のフリクションが経年変化してオーバラップ状態での停止を回避可能な機関回転数の範囲が移動しても、良好な停止位置制御を行うことが可能となる。

請求項３に記載の発明によれば、検出される機関回転数と回転角度とに基づいて吸入空気量制御弁の開弁量が決定され、該決定された開弁量となるように吸入空気量制御弁が駆動され、吸入空気量が増量される。したがって、吸入空気量制御弁の開弁量がより適切に設定され、オーバラップ状態での停止を確実に回避することができる。さらに開弁量の決定を機関回転数に基づいて行うことで、機関のフリクションが経年変化してオーバラップ状態での停止を回避可能な機関回転数の範囲が移動しても、良好な停止位置制御を行うことが可能となる。

請求項４に記載の発明によれば、吸入空気量制御の開弁量が、機関回転数が「０」となるまで決定された開弁量に維持されるので、オーバラップ状態で停止する事態をより確実に回避することができる。

請求項５に記載の発明によれば、機関が停止する行程において圧縮行程となる気筒に吸入される空気量が増加してオーバラップ状態での停止を防止できることに加えて、機関が停止する行程において膨張行程となる気筒に吸入される空気量も増加するので、機関の逆転を抑止する力を増加させ、オーバラップ状態まで逆転することを防止できる。

請求項６に記載の発明によれば、機関が停止する行程において膨張行程となる気筒に吸入される空気量が請求項５の発明よりさらに増加するので、機関の逆転を抑止する力をより増加させ、オーバラップ状態まで逆転することをより確実に防止できる。

以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
図１は本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。内燃機関（以下単に「エンジン」という）１は、６気筒エンジンであり、吸気管２を有し、吸気管２の途中にはスロットル弁３が配されている。スロットル弁３には、スロットル弁３の開度ＴＨを検出するスロットル弁開度センサ４が設けられており、その検出信号が電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）５に供給される。スロットル弁３には、スロットル弁３を駆動するアクチュエータ７が接続されており、アクチュエータ７は、ＥＣＵ５によりその作動が制御される。

燃料噴射弁６は図示しない吸気弁の少し上流側に各気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されていると共にＥＣＵ５に電気的に接続されて当該ＥＣＵ５からの信号により燃料噴射弁６の開弁時間が制御される。エンジン１の各気筒には点火プラグ９が設けられており、点火プラグ９にはＥＣＵ５から点火信号が供給される。

ＥＣＵ５には、エンジン１のクランク軸（図示せず）の回転角度を検出するクランク角度位置センサ８が接続されており、クランク軸の回転角度に応じた信号がＥＣＵ５に供給される。クランク角度位置センサ８は、エンジン１の特定の気筒の所定クランク角度位置でパルス（以下「ＣＹＬパルス」という）を出力する気筒判別センサ、各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）に関し所定クランク角度前のクランク角度位置で（６気筒エンジンではクランク角１２０度毎に）ＴＤＣパルスを出力するＴＤＣセンサ及びＴＤＣパルスより短い一定クランク角周期（例えば６度周期）でＣＲＫパルスを発生するＣＲＫセンサから成り、ＣＹＬパルス、ＴＤＣパルス及びＣＲＫパルスがＥＣＵ５に供給される。これらの信号パルスは、燃料噴射時期、点火時期等の各種タイミング制御及びエンジン回転数（エンジン回転速度）ＮＥの検出に使用される。

ＥＣＵ５には、エンジン１により駆動される車両のアクセルペダルの踏み込み量（以下「アクセルペダル操作量」という）ＡＰを検出するアクセルセンサ１０が接続されており、その検出信号がＥＣＵ５に供給される。

ＥＣＵ５は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路、中央演算処理回路（以下「ＣＰＵ」という）、ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路、燃料噴射弁６などに駆動信号を供給する出力回路等から構成される。ＥＣＵ５は、上述したセンサの検出信号に基づいて、燃料噴射弁６の開弁時間の制御、点火プラグ９の点火時期制御、スロットル弁３の目標開度ＴＨＣＭＤを算出し、検出したスロットル弁開度ＴＨが目標開度ＴＨＣＭＤに一致するようにアクチュエータ７の駆動制御を行う。

次に本実施形態におけるエンジン停止時のピストン位置の制御（以下「停止位置制御」という）の概要を説明する。

図２は、時刻ｔ０においてイグニッションスイッチがオフされた後のエンジン回転数ＮＥ、吸気圧ＰＢＡ（吸気管２のスロットル弁３の下流側の圧力）、クランク軸の回転角度３０度ごとのクランク角度位置を示すステージ番号ＳＴＧ、スロットル弁の目標開度ＴＨＣＭＤ及び実開度ＴＨの推移を示す。ステージ番号ＳＴＧは、図４に示す基準角度位置ＣＡ０を０度としたとき、クランク角度ＣＡが０度以上３０度未満の範囲にあるとき「０」に設定され、クランク角度ＣＡが３０度以上６０度未満の範囲にあるとき「１」に設定され、クランク角度ＣＡが６０度以上９０度未満の範囲にあるとき「２」に設定され、クランク角度ＣＡが９０度以上１２０度未満の範囲にあるとき「３」に設定される。

本実施形態では、イグニッションスイッチがオフされた後にエンジン回転数ＮＥが所定回転数範囲に入った時点（ｔ１）におけるクランク角度ＣＡに応じて、目標開度ＴＨＣＭＤが設定され、スロットル弁開度ＴＨが目標開度ＴＨＣＭＤと一致するようにスロットル弁３が開弁される。図２（ｃ）では、実線Ｌ１が目標開度ＴＨＣＭＤの推移を示し、細い実線Ｌ２が実際のスロットル弁開度ＴＨの推移を示す。スロットル弁３を開弁することにより、吸気圧ＰＢＡが上昇し、停止直前に圧縮行程にある気筒においては負のトルク（エンジン回転を止める方向のトルク）ＴＲＱＮを増加させる一方、膨張行程にある気筒においては正のトルクＴＲＱＰを発生させる。

エンジンの各気筒における空気の吸気、圧縮、及び排気に必要な負の力及び空気の膨張によって発生する正の力の総和が合計筒内圧力ＦＣＹＬであり、この合計筒内圧力ＦＣＹＬによる仕事を「筒内圧仕事ＥＣＹＬ」と定義すると、時刻ｔ０の時点におけるエンジンの慣性エネルギＥＩＮＲが、筒内圧仕事ＥＣＹＬ及び可動部品のフリクション（摩擦力）ＦＦＲＣによって消費されるエネルギ（以下「フリクション仕事」という）ＥＦＲＣによって減少して「０」になった際に、合計筒内圧力ＦＣＹＬの絶対値がフリクションＦＦＲＣの絶対値以下となった時点（時刻ｔ２）でエンジンは停止する。図２（ａ）で時刻ｔ２においてエンジン回転数ＮＥが「０」となっていないが、これはエンジンが停止する直前に逆転・正転を繰り返すため、エンジン回転数ＮＥの更新が行われないことによるものである。

時刻ｔ１における目標開度ＴＨＣＭＤを大きくするほど、吸気圧ＰＢＡの上昇が早まるため、エンジン回転数ＮＥがより早く減少する。すなわち目標開度ＴＨＣＭＤが変わるとエンジン回転数ＮＥの減少の仕方が変わる。

図３（ａ）は、エンジンが停止する直前の慣性エネルギＥＩＮＲの推移を示し、図３（ｂ）は、上記した合計筒内圧力ＦＣＹＬ（Ｌ１１）及びフリクションＦＦＲＣ（Ｌ１２，Ｌ１３）の推移を示す。この図に示すように、時刻ｔ１１において慣性エネルギＥＩＮＲが「０」となるが、このとき合計筒内圧力ＦＣＹＬがフリクションＦＦＲＣより大きい場合には、合計筒内圧力ＦＣＹＬによって逆転が始まり、その結果逆転方向の慣性エネルギＥＩＮＲが発生し、慣性エネルギＥＩＮＲが「０」且つ合計筒内圧力ＦＣＹＬの絶対値がフリクションＦＦＲＣの絶対値以下となるまで（即ちＥＩＮＲ＝０かつＬ１３≦Ｌ１１≦Ｌ１２が成立するまで）正転・逆転を繰り返す。図３に示す例では、時刻ｔ１２において慣性エネルギＥＩＮＲが「０」となり、正転に移行し、時刻ｔ１３において慣性エネルギＥＩＮＲがまた「０」となる。このとき、合計筒内圧力ＦＣＹＬの絶対値はフリクションＦＦＲＣの絶対値以下であるため、エンジンは停止する。ただし、慣性エネルギＥＩＮＲが最初に「０」となった時刻ｔ１１において、合計筒内圧力ＦＣＹＬの絶対値がフリクションＦＦＲＣの絶対値以下であるときは、エンジンは逆転することなく停止する。

図４は、６気筒エンジンにおける各気筒における行程の推移を示しており、オーバラップ状態で停止するクランク角度範囲（以下「オーバラップ範囲」という）がハッチングを付して示されている。本実施形態では、上述したように時刻ｔ１におけるクランク角度ＣＡに応じて、目標開度ＴＨＣＭＤを設定することにより、オーバラップ範囲での停止が回避される。

図５は、スロットル弁３の開弁指令時（図２の時刻ｔ１）におけるエンジン回転数（以下「開弁指令回転数」という）ＮＥＴＨＯ、及びクランク角度（以下「開弁クランク角度」という）ＣＡＴＨＯによって、エンジン停止位置が変化することを説明するための図である。図５において実線のハッチングを付した領域Ｒ１がオーバラップ範囲外で停止する領域（以下「ＯＫ領域」という）に相当し、破線のハッチングを付して示す領域Ｒ２及びＲ３が、オーバラップ範囲で停止する領域（以下「ＮＧ領域」という）に相当する。なお図５に示す領域Ｒ１〜Ｒ３は、スロットル弁３の開弁量を一定とし、実験的に求められたものである。

例えば、開弁指令回転数ＮＥＴＨＯが４４０ｒｐｍで開弁クランク角度ＣＡＴＨＯが３０度であるときは（点Ｐ２）、オーバラップ範囲で停止し、開弁指令回転数ＮＥＴＨＯが４８０ｒｐｍで開弁クランク角度ＣＡＴＨＯが３０度であるときは（点Ｐ１）、オーバラップ範囲外で停止し、開弁指令回転数ＮＥＴＨＯが５２０ｒｐｍで開弁クランク角度ＣＡＴＨＯが３０度であるときは（点Ｐ３）、オーバラップ範囲で停止する。

したがって、図５に示すＯＫ領域Ｒ１においてスロットル弁３の開弁指令を行えば、オーバラップ範囲外でエンジンを停止させることができる。しかしながら、イグニッションスイッチをオフしたタイミングと、そのときのエンジン回転数ＮＥ及びクランク角度ＣＡとの関係によっては、図５に曲線Ｌ２１あるいはＬ２２で示すように、エンジン回転数ＮＥ及びクランク角ＣＡが推移して停止する場合がある。このような場合にはＯＫ領域Ｒ１においてスロットル弁の開弁指令を行うことができず、オーバラップ範囲外での停止を実現できない。

そこで本実施形態では、スロットル弁３の開弁指令時における開度をクランク角度ＣＡに応じて変更することにより、オーバラップ範囲外での確実な停止を実現している。

図６は、図２と同様にイグニッションスイッチオフ後のエンジン回転数ＮＥ、吸気圧ＰＢＡ、及びステージ番号ＳＴＧの推移を示す図であり、実線がスロットル弁３の目標開度ＴＨＣＭＤを第１開度ＴＨＳ１（例えば１７．５度）に設定した場合に対応し、破線が目標開度ＴＨＣＭＤを第２開度ＴＨＳ２（例えば３０度）に設定した場合に対応する。目標開度ＴＨＣＭＤを第２開度ＴＨＳ２に設定した場合の方が、吸気圧ＰＢＡの増加速度が高くなり、図のＡ部におけるエンジン回転数ＮＥの落ち込みが大きくなる。これにより、エンジンの停止位置をオーバラップ範囲外とすることが可能となる。

図７（ａ）は、目標開度ＴＨＣＭＤを第１開度ＴＨＳ１に設定した場合におけるＯＫ領域Ｒ１及びＮＧ領域Ｒ２，Ｒ３を示し、図７（ｂ）は、目標開度ＴＨＣＭＤを第２開度ＴＨＳ２に設定した場合におけるＯＫ領域Ｒ１及びＮＧ領域Ｒ２，Ｒ３を示す。これらの図を対比すれば明らかなように、第１開度ＴＨＳ１に対応するＯＫ領域と比較して、第２開度ＴＨＳ２に対応するＯＫ領域は高回転側に移動している。なお高回転側に移動するとＯＫ領域の幅は狭くなり、やがてある幅で収束する傾向がある。スロットル弁３の開弁時期を高回転側とするほど、エンジン停止直前の行程において、各気筒における空気の圧縮に必要な負の力の絶対値と空気の膨張によって発生する正の力の絶対値の差異がなくなってゆき、エンジン停止位置を制御するための力である合計筒内圧力ＦＣＹＬが小さくなるためＯＫ領域の幅が狭くなる。但し、スロットル弁下流の圧力は大気圧以上にはならないことから、さらに高回転側に移動するとＯＫ領域の幅はある幅で収束するようになる。一方、スロットル弁３の開弁時期を低回転側とするほど、スロットル弁下流の圧力が上昇する前にエンジン停止するようになるため、ＯＫ領域の幅が無くなる傾向がある。

図７（ｃ）は、図７（ａ）及び（ｂ）のＯＫ領域Ｒ１を重ねて示す図である。例えばエンジン回転数ＮＥが４８０ｒｐｍ近傍の範囲に達した場合において、その時点のクランク角度ＣＡが基準角度ＣＡ０と閾値ＣＡＳ２との間にあるときは、目標開度ＴＨＣＭＤを第１開度ＴＨＳ１に設定し、閾値ＣＡＳ２以上であるときは、目標開度ＴＨＣＭＤを第２開度ＴＨＳ２に設定することにより、エンジンをオーバラップ範囲外で確実に停止させることができる。

以上説明したように本実施形態におけるエンジン停止制御は、１）停止直前においてスロットル弁を開弁するときのスロットル弁開度を変化させることによって筒内圧仕事ＥＣＹＬが変化し、ＯＫ領域（すなわち、スロットル弁を開弁するときのクランク角度ＣＡ及びエンジン回転数ＮＥと、エンジン停止時のピストン位置との相関関係）が変化すること、及び２）１つのスロットル弁開度（ＴＨＳ１またはＴＨＳ２）に対応するＯＫ領域では、エンジン停止時におけるエンジン回転数変化態様のすべての場合（換言すれば図５に示す特性図上のすべての軌跡）をカバーしきれないことに着目し、エンジン停止時におけるエンジン回転数変化態様のすべての場合をカバーできるように、複数のスロットル弁開度（ＴＨＳ１，ＴＨＳ２）に対応するＯＫ領域が相互に補完し合うようにした点に特徴がある。

図８は、上述した停止位置制御のフローチャートであり、この制御はエンジン１の作動中にＥＣＵ５のＣＰＵで所定時間（例えば１０ミリ秒）毎に実行される。

ステップＳ１１では、エンジン１の停止許可がなされたか否か、具体的にはイグニッションスイッチがオフされたか、またはアイドル停止指令が出されたか否かを判別する。停止許可がなされると、エンジン１への燃料の供給及び点火プラグ９による点火が停止される。ステップＳ１１の答が否定（ＮＯ）であるときは、直ちに処理を終了する。

停止許可がなされると、ステップＳ１１からステップＳ１２に進み、開弁指令フラグＦＥＮＧＳＴＰが「１」であるか否かを判別する。開弁指令フラグＦＥＮＧＳＴＰはステップＳ１７で「１」に設定されるフラグであり、最初はＦＥＮＧＳＴＰ＝０であるので、ステップＳ１３に進む。

ステップＳ１３では、エンジン回転数ＮＥが第１所定回転数ＮＥＳ１（例えば４７５ｒｐｍ）より高くかつ第２所定回転数ＮＥＳ２（例えば４８５ｒｐｍ）以下であるか否かを判別する。この答が否定（ＮＯ）であるときは処理を終了し、肯定（ＹＥＳ）となると、すなわちエンジン回転数ＮＥが低下して第２所定回転数ＮＥＳ２に達すると、ステップＳ１４に進み、その時点のクランク角度ＣＡが第１所定角度ＣＡＳ１（例えば、基準角度位置ＣＡ０に相当する角度）より大きくかつ第２所定角度ＣＡＳ２（例えば、ＣＡ０＋６５度）より小さいか否かを判別する。この答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、目標開度ＴＨＣＭＤを第１開度ＴＨＳ１に設定する（ステップＳ１５）。一方、ステップＳ１４の答が否定（ＮＯ）であるときは、目標開度ＴＨＣＭＤを第２開度ＴＨＳ２に設定する（ステップＳ１６）。なお所定回転数ＮＥＳ１およびＮＥＳ２はイグニッションオフ後に必ず１度はステップＳ１４が実行されるように設定される。

ステップＳ１５またはＳ１６実行後に、開弁指令フラグＦＥＮＧＳＴＰを「１」に設定する（ステップＳ１７）。これにより、以後はステップＳ１２の答が肯定（ＹＥＳ）となり、エンジン停止まで設定された目標開度ＴＨＣＭＤが維持される。

図８の処理により、図７（ｃ）においてハッチングを付して示すＯＫ領域内で対応する目標開度ＴＨＣＭＤの設定及びスロットル弁３の開弁指令が行われるので、オーバラップ範囲内での停止を確実に回避することができる。

また停止位置（停止時のクランク角度位置）を正確に制御できるため、その状態を記憶しておくことにより、次の始動時において各気筒と行程との関係（図４）が始動開始当初から明らかとなり、燃料噴射及び点火を適切に実行し、始動性を向上させることができる。

図９は、特許文献１に示された制御手法と、本実施形態の制御手法とを対比して説明するための図である。本実施形態では６気筒エンジンを対象しているが、特許文献１では４気筒エンジンが示されているため、図９は４気筒エンジンに対応するものとなっている。

特許文献１の手法では、＃４気筒の圧縮行程で停止させるために＃４気筒の吸気行程開始時期ＣＡＯ１近傍でアイドル回転数制御弁を全開とし（図９ではＴＨＣＭＤで示されている）、急激に吸入空気量を増加させて＃４気筒の筒内圧ＰＣＹＬによるブレーキ力（実線Ｌ３１）を増加させている。エンジンが停止する行程を「最終行程」と呼ぶことにすると、＃３気筒は最終行程では膨張行程にあり、＃３気筒の筒内圧ＰＣＹＬは実線Ｌ３２で示すように、行程の初期段階で高く徐々に低下し、正のトルクＴＲＱＰを発生する（実線Ｌ４１）。特許文献１の手法では、アイドル回転数制御弁の開弁時期がクランク角度ＣＡＯ１近傍であるため、＃３気筒においては、アイドル回転数制御弁を開弁することによる吸入空気量の増加の影響はほとんどなく、筒内圧ＰＣＹＬは、実線Ｌ３２で示すように比較的低く、発生する正のトルクＴＲＱＰは実線Ｌ４１で示すように比較的小さい。そのため、最終行程でエンジンの停止直前における逆回転角度が比較的大きくなり、停止位置が正確に制御されないことがある。

これに対し、本実施形態では、最終行程が膨張行程となる＃３気筒におけるエンジン停止前の最後の吸気行程の開始時期ＣＡＩＳ１より前の開弁時期ＣＡＯ２において、比較的低い開度でスロットル弁を開弁するようにしたので、＃３気筒に吸入される空気量が増加し、最終の膨張行程における筒内圧ＰＣＹＬは破線Ｌ３３で示すように増加し、正のトルクＴＲＱＰが破線Ｌ４２で示すように増加する。これにより、エンジンが逆転してオーバラップ状態で停止することを確実に防止し、停止位置を正確に制御することができる。なお、スロットル弁開弁時期は、上記吸気行程開始時期ＣＡＩＳ１より前とすることが望ましいが、最終行程が圧縮行程となる＃４気筒におけるエンジン停止前の最後の吸気行程の開始時期ＣＡＩＳ２より前に設定することにより、＃３気筒の吸入空気量が増加するので、従来手法に比べて正のトルクＴＲＱＰを増加させることができる。

なお、本実施形態の６気筒エンジンにおける、上記吸気行程開始時期ＣＡＩＳ１，ＣＡＩＳ２は、図４に示されており、この表示位置は、図４に示したクランク角度ＣＡＳＴＰでエンジンが停止した場合に対応している。

図８の処理における第１及び第２所定回転数ＮＥＳ１，ＮＥＳ２、第１及び第２所定角度ＣＡＳ１，ＣＡＳ２は、実験的に求められた図７（ｃ）の特性図に基づいて設定されるものであるが、以下に説明するようにイグニッションスイッチがオフ後の慣性エネルギＥＩＮＲ、筒内圧仕事ＥＣＹＬ、及びフリクション仕事ＥＦＲＣを演算により算出して、演算またはコンピュータシュミレーションによって図７（ｃ）の特性図に相当するものを求めることも可能である。

慣性エネルギＥＩＮＲは、下記式（１）で算出される。
ＥＩＮＲ＝（１／２）Ｉ・ω² （１）
ここでＩは、エンジン１のピストン、クランク軸及びそれに付随する回転駆動部品の合成慣性モーメントであり、エンジンの仕様が決まれば一義的に決まるパラメータである。ωは、エンジン回転数ＮＥを回転角速度で表したパラメータである。

次に図１０を参照して、筒内圧仕事ＥＣＹＬの算出手法を説明する。図１０（ａ）に示すようにコンロッド長Ｌ、クランク半径Ｒ、及び角度φ及びθを定義すると、コンロッド方向の力ＦＬは、下記式（２）により算出される。

ここでＦは筒内圧ＰＣＹＬよる鉛直方向下向きの力であり、下記式（３）により算出される。
Ｆ＝ＰＣＹＬ×ＡＩＮ−ＰＡ×ＡＯＵＴ （３）
ここで、ＰＡは大気圧、ＡＩＮ及びＡＯＵＴはそれぞれピストン上面の面積及ピストン下面の面積である。

また筒内圧ＰＣＹＬは、吸気終了時点の筒内圧が吸気圧ＰＢＡとほぼ等しいという初期条件と、下記式（４）の関係とを用いることにより、クランク角度（図１０のθ）の関数として求めることができる。
ＰＣＹＬ×Ｖ^k＝一定 （４）
ここで、Ｖは燃焼室容積、ｋは例えば１．３に設定されるポリトロープ指数である。

また図１０（ｃ）に示す、クランク軸の中心を通る直線Ｌ５１に対して垂直に作用する力ＦＲは、力ＦＬを用いて下記式（５）により与えられるので、これに式（２）を適用することにより、式（６）が得られる。なお、式（５）のｓｉｎψは、下記式（７）で与えられる。
ＦＲ＝ＦＬ×ｓｉｎψ （５）

したがって、筒内圧仕事ＥＣＹＬは下記式（８）で算出することができる。

スロットル弁開弁時期（図２，時刻ｔ１）における目標開度ＴＨＣＭＤの設定によって筒内圧ＰＣＹＬが変化し、筒内圧仕事ＥＣＹＬが変化する。

また、フリクション仕事ＥＦＲＣは、以下に示す２つの手法のいずれかにより、求めることができる。
第１の手法は、エンジン単体をモータ（例えばスタータモータ）で回転させ、そのときのモータ発生トルクからフリクション仕事ＥＦＲＣを求るものである。

第２の手法は、エンジンへの燃料供給を停止するフュエルカット運転中の所定行程区間の開始時の回転速度ω１と、終了時の回転速度ω２の差分から消費された慣性エネルギΔＥを算出し、この消費慣性エネルギΔＥから行程間筒内圧仕事ΔＥＣＹＬを除くことにより、行程間フリクション仕事ΔＥＦＲＣを求めるものである。

具体的には、下記式（９）により、消費慣性エネルギΔＥが算出され、行程間フリクション仕事ΔＥＦＲＣは下記式（１０）により算出される。
ΔＥ＝（１／２）Ｉ・ω１²−（１／２）Ｉ・ω２² （９）
ΔＥＲＦＣ＝ΔＥ−ΔＥＣＹＬ （１０）

上述したように算出される慣性エネルギＥＩＮＲ、筒内圧仕事ＥＣＹＬ、及びフリクション仕事ＥＦＲＣを用いて、慣性エネルギＥＩＮＲが「０」となりかつ合計筒内圧力ＦＣＹＬの絶対値がフリクションＦＦＲＣの絶対値以下となるクランク角度ＣＡ（θ）を求めることにより、停止位置を演算によって求めることができ、その結果から図７（ｃ）に示すような特性図を作成することができる。

本実施形態では、スロットル弁３が吸入空気量制御弁に相当し、クランク角度位置センサ８が回転角度検出手段及び回転数検出手段に相当し、ＥＣＵ５が停止手段及び停止位置制御手段を構成する。

［変形例］
図８に示す処理に代えて、図１１に示す処理により停止位置制御を行うようにしてもよい。図１１は、図８のステップＳ１４及びＳ１６をそれぞれステップＳ１４ａ及びＳ１６ａに変更するとともに、ステップＳ１４ｂ及びＳ１６ｂを追加したものである。

ステップＳ１４ａでは、クランク角度ＣＡが第１所定角度ＣＡＳ１より大きくかつ第２所定角度ＣＡＳ２ａ（＜ＣＡＳ２）より小さいか否かを判別し、その答が否定（ＮＯ）であるときは、さらにクランク角度ＣＡが第２所定角度ＣＡＳ２ａ以上でかつ第３所定角度ＣＡＳ３より小さいか否かを判別する（ステップＳ１４ｂ）。ステップＳ１４ｂの答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、目標開度ＴＨＣＭＤを第２開度ＴＨＳ２ａ（＜ＴＨＳ２）に設定し（ステップＳ１６ａ）、ステップＳ１４ｂの答が否定（ＮＯ）であるときは、目標開度ＴＨＣＭＤを第３開度ＴＨＳ３（＞ＴＨＳ２）に設定する（ステップＳ１６ｂ）。

このようにクランク角度範囲をより狭い範囲に設定し、目標開度ＴＨＣＭＤの設定を３通りに設定することにより、より確実にオーバラップ範囲での停止を回避することができる。

またステップＳ１３の答が肯定（ＹＥＳ）となった時点におけるクランク角ＣＡに応じて設定開度ＴＨＳが設定されたテーブルを検索することにより、目標開度ＴＨＣＭＤの設定を行うようにしてもよい。その際使用するＴＨＳテーブルは、クランク角ＣＡが増加するほど、設定開度ＴＨＳが増加するように設定する。

［第２の実施形態］
図１２は、本実施形態における停止位置制御を説明するための特性図であり、前述した図７（ｃ）と同様に、２つのスロットル弁開度ＴＨＳ１及びＴＨＳ２に対応するＯＫ領域を示している。ただし、ＯＫ領域の形状は図７（ｃ）とは若干異なっている。本実施形態では、クランク角度ＣＡが基準角度ＣＡ０にあるときのエンジン回転数ＮＥに応じて、目標開度ＴＨＣＭＤを第１開度ＴＨＳ１または第２開度ＴＨＳ２に設定するようにしたものである。本実施形態は、以下に説明する点以外は、第１の実施形態と同一である。

図１３は、本実施形態における停止位置制御のフローチャートである。図１３は、図８のステップＳ１３及びＳ１４をそれぞれステップＳ２２及びＳ２３に変更し、ステップＳ２１を追加したものである。

ステップＳ２１では、クランク角度ＣＡが基準角度ＣＡ０と等しいか否かを判別する。なおステップＳ２１では、クランク角度ＣＡが基準角度ＣＡ０を中心とした所定範囲（ＣＡ０±ΔＣＡ）内にあるか否かが判別されるようにしてもよい。

ステップＳ２１の答が否定（ＮＯ）であるときは直ちに処理を終了し、肯定（ＹＥＳ）であるときは、エンジン回転数ＮＥが第３所定回転数ＮＥＳ１１以下でかつ第５所定回転数ＮＥＳ１３以上であるか否かを判別する（ステップＳ２２）。この答が否定（ＮＯ）であるとき直ちに処理を終了し、肯定（ＹＥＳ）であるときは、エンジン回転数ＮＥが第４所定回転数ＮＥＳ１２より低くかつ第５所定回転数ＮＥＳ１３以上であるか否かを判別する（ステップＳ２３）。なお所定回転数ＮＥＳ１１およびＮＥＳ１３はイグニッションオフ後に必ず１度はステップＳ２３が実行されるように設定される。

ステップＳ２３の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、目標開度ＴＨＣＭＤを第１開度ＴＨＳ１に設定し（ステップＳ１５）、ステップＳ２３の答が否定（ＮＯ）であるときは、目標開度ＴＨＣＭＤを第２開度ＴＨＳ２に設定する（ステップＳ１６）。

上記第３〜第５所定回転数ＮＥＳ１１，ＮＥＳ１２，ＮＥＳ１３は図１２に示されているように設定されており、図１３の処理によりＯＫ領域において、目標開度ＴＨＣＭＤが適切な開度に設定され、オーバラップ範囲内での停止を確実に回避することができる。さらにＯＫ領域の利用範囲をエンジン回転数方向（横軸方向）に広げることができるので、エンジンのフリクションが経年変化し、ＯＫ領域が横軸方向に移動した場合でも良好な停止位置制御を行うことが可能となる。

なお本実施形態においても、第１の実施形態の変形例に示したように、スロットル弁を開弁するときの開度を３通り、あるいはそれ以上に設定するようにしてもよい。

［第３の実施形態］
図１４は、本実施形態における停止位置制御を説明するための特性図であり、前述した図７（ｃ）と同様に、２つのスロットル弁開度ＴＨＳ１及びＴＨＳ２に対応するＯＫ領域を示している。ただし、ＯＫ領域の形状は図７（ｃ）とは若干異なっている。本実施形態では、エンジン回転数ＮＥが第６所定回転数ＮＥＳ２１以下でかつ第７所定回転数ＮＥＳ２２以上であるときに、エンジン回転数ＮＥ及びクランク角度ＣＡに応じて設定されたＴＨＳマップを検索し、目標開度ＴＨＣＭＤを第１開度ＴＨＳ１または第２開度ＴＨＳ２に設定するようにしたものである。本実施形態は、以下に説明する点以外は、第１の実施形態と同一である。

図１５は、本実施形態における停止位置制御のフローチャートである。図１５は、図８のステップＳ１４及びＳ１６を削除し、ステップＳ１３及びＳ１５をそれぞれステップＳ３１及びＳ３２に変更したものである。

ステップＳ３１では、エンジン回転数ＮＥが第６所定回転数ＮＥＳ２１以下でかつ第７所定回転数ＮＥＳ２２以上であるか否かを判別する。その答が否定（ＮＯ）であるときは直ちに処理を終了し、肯定（ＹＥＳ）であるときは、エンジン回転数ＮＥ及びクランク角度ＣＡに応じて図１６に示すＴＨＳマップを検索して設定開度ＴＨＳを決定し、目標開度ＴＨＣＭＤをその設定開度ＴＨＳに設定する（ステップＳ３２）。ＴＨＳマップは、図１４において細い破線で囲まれた領域における第１開度ＴＨＳ１に対応したＯＫ領域と、第２開度ＴＨＳ２に対応したＯＫ領域とに対応して、第１開度ＴＨＳ１または第２開度ＴＨＳ２が選択されるように設定されている。なお所定回転数ＮＥＳ２１およびＮＥＳ２２はイグニッションオフ後に必ず１度はステップＳ３２が実行されるように設定される。

上記第６及び第７所定回転数ＮＥＳ２１，ＮＥＳ２２は図１４に示されている通りであり、図１５の処理によりＯＫ領域において、目標開度ＴＨＣＭＤが適切な開度に設定され、オーバラップ範囲内での停止を確実に回避することができる。さらにＯＫ領域の利用範囲をエンジン回転数方向（横軸方向）に広げることができるので、エンジンのフリクションが経年変化し、ＯＫ領域が横軸方向に移動した場合でも良好な停止位置制御を行うことが可能となる。

本実施形態におけるＴＨＳマップの設定値は、第１開度ＴＨＳ１及び第２ＴＨＳ２の２個としたが、より細かくＯＫ領域を分割して３個以上としてもよい。

なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば吸入空気量制御弁は、スロットル弁に限るものではなく、特許文献１に示されるようにスロットル弁をバイパスする通路に設けられたアイドル回転数制御弁、あるいはリフト量及び開弁期間を連続的に変更可能な吸気弁（及びその動弁機構）により構成してもよい。

また上述した実施形態ではエンジン停止許可がなされたときに、燃料供給及び点火をともに停止したが、いずれか一方を停止してもよい。また上述した実施形態では、６気筒エンジンに本発明を適用した例を示したが、本発明はどのような気筒数のエンジンにも適用可能である。

また上述した実施形態では、本発明を吸気管内に燃料を噴射するエンジンの停止位置制御に適用した例を示したが、本発明は燃焼室内に直接燃料を噴射するエンジンの停止位置制御にも適用が可能である。さらに本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどの停止位置制御にも適用が可能である。

また上述した実施形態では、クランク角度位置センサ８が気筒判別センサを含む例を示したが、ＴＤＣパルス及びＣＲＫパルスから気筒判別するように構成することもできるので、気筒判別センサを省略するようにしてもよい。

本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。 本発明の停止位置制御の概要を説明するためのタイムチャートである。 機関が停止する直前の状態を説明するためのタイムチャートである。 ６気筒機関の各気筒の行程とクランク角度との関係を示す図である。 スロットル弁の開弁指令時における機関回転数（ＮＥＴＨＯ）及びクランク角度（ＣＡＴＨＯ）によって、機関停止位置が変化することを説明するための図である。 スロットル弁の開弁指令時におけるスロットル弁開度によって、開弁後の機関回転数（ＮＥ）及び吸気圧（ＰＢＡ）の変化態様が変化することを説明するためのタイムチャートである。 スロットル弁の開弁指令時におけるスロットル弁開度（ＴＨＳ１，ＴＨＳ２）によって、機関停止位置が変化することを説明するための図である。 停止位置制御のフローチャート（第１の実施形態）である。 本願発明を従来技術と対比して説明するための図である。 筒内圧仕事（ＥＣＹＬ）の算出手法を説明するための図である。 図８に示す処理の変形例を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態における停止位置制御を説明するための図である。 停止位置制御のフローチャート（第２の実施形態）である。 本発明の第３の実施形態における停止位置制御を説明するための図である。 停止位置制御のフローチャート（第３の実施形態）である。 図１５の処理で参照されるマップを示す図である。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 吸気管
３ スロットル弁（吸入空気量制御弁）
５ 電子制御ユニット（停止手段、停止位置制御手段）
８ クランク角度位置センサ（回転角度検出手段、回転数検出手段）

Claims (6)

1. 内燃機関の停止指令に基づいて前記機関の点火及び燃料噴射の少なくとも一方を停止させる停止手段と、前記機関の吸入空気量を制御する吸入空気量制御弁と、前記吸入空気量制御弁を駆動して前記機関のピストンの停止位置を制御する停止位置制御手段と、前記機関のクランク軸の回転角度を検出する回転角度検出手段と、前記機関の回転数を検出する回転数検出手段とを備える、内燃機関の停止制御装置において、
   前記停止位置制御手段は、検出される機関回転数が所定回転数以下となったときに、前記回転角度検出手段により検出される回転角度に基づいて前記吸入空気量制御弁の開弁量を決定し、該決定した開弁量となるように前記吸入空気量制御弁を開弁方向に駆動して前記吸入空気量を増量することを特徴とする内燃機関の停止制御装置。
2. 内燃機関の停止指令に基づいて前記機関の点火及び燃料噴射の少なくとも一方を停止させる停止手段と、前記機関の吸入空気量を制御する吸入空気量制御弁と、前記吸入空気量制御弁を駆動して前記機関のピストンの停止位置を制御する停止位置制御手段と、前記機関のクランク軸の回転角度を検出する回転角度検出手段と、前記機関の回転数を検出する回転数検出手段とを備える、内燃機関の停止制御装置において、
   前記停止位置制御手段は、前記回転角度検出手段により検出される回転角度が所定回転角度となったときに、前記回転数検出手段により検出される機関回転数に基づいて前記吸入空気量制御弁の開弁量を決定し、該決定した開弁量となるように前記吸入空気量制御弁を開弁方向に駆動して前記吸入空気量を増量することを特徴とする内燃機関の停止制御装置。
3. 内燃機関の停止指令に基づいて前記機関の点火及び燃料噴射の少なくとも一方を停止させる停止手段と、前記機関の吸入空気量を制御する吸入空気量制御弁と、前記吸入空気量制御弁を駆動して前記機関のピストンの停止位置を制御する停止位置制御手段と、前記機関のクランク軸の回転角度を検出する回転角度検出手段と、前記機関の回転数を検出する回転数検出手段とを備える、内燃機関の停止制御装置において、
   前記停止位置制御手段は、前記停止手段の作動後に、前記回転数検出手段により検出される機関回転数と前記回転角度検出手段により検出される回転角度とに基づいて、前記吸入空気量制御弁の開弁量を決定し、該決定した開弁量となるように前記吸入空気量制御弁を駆動して前記吸入空気量を増量することを特徴とする内燃機関の停止制御装置。
4. 前記吸入空気量制御弁の開弁量を、前記機関回転数が「０」となるまで前記決定した開弁量に維持することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関の停止制御装置。
5. 前記機関停止時に圧縮行程となる気筒における機関停止前の最後の吸気行程の開始時期より前に、前記吸入空気量制御弁の開弁が行われることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の内燃機関の停止制御装置。
6. 前記機関停止時に膨張行程となる気筒における機関停止前の最後の吸気行程の開始時期より前に、前記吸入空気量制御弁の開弁が行われることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の内燃機関の停止制御装置。

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