JP2021080845A - エンジン制御装置及びエンジン制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの停止に際して、新気が排気管に排出されると三元触媒に酸素が貯蔵されるため、エンリッチ噴射が必要となり、燃費と排気の悪化が生じていた。【解決手段】ＥＣＵ１０２は、エンジンの状態変化を判定する状態判定部３０１と、マップ情報３２１と、マップ情報３２１から読み出した位相変更情報、及び状態判定部が判定したエンジンの状態変化に基づいて、ＶＴＣ４０を通じて吸気弁の位相を基準位置から目標位置に変更する途中に、中間位置の付近で吸気弁の位相を変更する第１位相変更速度を、基準位置から中間位置の付近に変更するまでの第２位相変更速度よりも低下させ、中間保持期間の経過後に第１位相変更速度よりも高い第３位相変更速度で吸気弁の位相を中間位置の付近から目標位置に変更する吸気弁位相変更部３０２と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、吸気弁の位相を変更可能な可変バルブタイミング制御機構を備えたエンジンを制御するエンジン制御装置及びエンジン制御方法に関する。

従来、トラクションモータとエンジンを備えるハイブリッド方式の車両が提供されている。ハイブリッド方式には、電気とガソリンを併用して走行するパラレルハイブリッド方式、走行はモータのみを使用し、エンジンを発電のみで使用するシリーズハイブリッド方式の2種類が知られている。

パラレルハイブリッド方式では、エンジンの熱効率が低い低負荷運転域においてはエンジンを休止させてモータのみで車両が走行し、エンジンの熱効率が高い中負荷以上の運転域ではエンジン単体で車両が走行する。都市部では低負荷と中負荷の運転域が混合するため、エンジンの停止と始動の頻度が高い。

また、シリーズハイブリッド方式では、車両に搭載されたバッテリのバッテリ容量を監視し、バッテリ容量が下限値以下となるとエンジンが動作してジェネレータを回転することで発電してバッテリを充電する運転となる。そして、バッテリ容量が上限値以上になるとエンジンを停止させる運転となるので、エンジンの停止と始動の頻度が高い。

このようにそれぞれのハイブリッド方式で用いられるハイブリッドエンジンでは燃費低減のためエンジンの停止と始動の頻度が高くなっている。近年では、更なる燃費低減のため、エンジンを停止させる際のトルクが不要な期間において燃料噴射をカットする、「燃料カット運転」が実施される。しかし、この燃料カット運転中はエンジンが惰性で回転するため、通常走行時と同じバルブタイミングでは未燃焼の空気（新気）が筒内に吸入された後に排気管に排出される。

新気が排気管に排出され、排気管に設けられた三元触媒に到達すると、新気に含まれる酸素が三元触媒に貯蔵されるので、酸素過多の状態となる。この状態では三元触媒の窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化効率が低下してしまう。このため、エンジンが再始動する際には、運転空燃比が理論混合比よりも小さくなるように燃料噴射割合を増加させて余剰燃料を供給することで三元触媒に貯蔵された酸素を取り除く、エンリッチ噴射が実施されている。

しかし、エンリッチ噴射が行われると、余分な燃料が噴射されるために燃費が悪化し、さらに燃料過剰状態で燃焼させるため排気が悪化する課題がある。特にハイブリッドエンジンではエンジンの停止と始動の頻度が高いため、燃料カット運転による、燃費と排気の悪化への影響が大きくなる。

燃料カット運転での三元触媒の浄化効率低下を抑制するための技術として、例えば、特許文献１には、「燃料カット検出手段が燃料カットを検出したとき、吸気バルブの開弁時期を早めるように開弁時期可変手段を進角制御する」という技術が開示されている。

特開平１０−１１５２３４号公報

特許文献１に開示された技術により、吸気行程で筒内に吸入される新気量を低減し、排気管へ排出される新気の新気量を低減して三元触媒の酸素貯蔵を抑制することができると考えられていた。つまり、吸気弁の位相を進角させ、開弁から閉弁までの期間を排気行程に設定すると、排気行程中に吸気弁と排気弁が開く。このため、吸気管と排気管から筒内に吸入された空気が、ピストン上昇によって吸気管と排気管に噴き戻される状態となり、排気管への新気の排出を抑制可能となると考えられていた。

しかし、実際には吸気弁の位相を進角側に動作を開始してから目標位置に到達するまでに吸気弁が吸気行程中に開閉する過渡期間が存在する。この過渡期間では吸気弁が開いているため、吸気行程に吸気管から筒内に吸入された新気が排気管に排出される。また、エンジンを停止させる際に燃料カットが実施されているが、燃料カット時には新気が排気管に排出される。そして、排気管に排出された新気によって三元触媒へ酸素が貯蔵されてしまう。

そこで、燃料カット中に排気管に排出される新気の新気量を減らすことを目的として、吸気弁の位相を進角する方法がある。しかし、吸気弁の位相を切替え後に排気管への新気排出を抑制しても、位相を切替え途中の過程において排気管に排出された新気が三元触媒に到達し、三元触媒に酸素が貯蔵されていた。

エンジンを再始動する際には、エンジン始動直後にピストンの空気圧縮によるエンジン回転数の変動を抑制するデコンプレッション（ガス抜き）のため、吸気弁が進角された状態でエンジンモータリングが実施される。しかし、回転数が上昇して初爆サイクルに移行する際には上述した動作とは逆の動作が行われるため、初爆の吸気弁位相に到達する過渡期間でも同様に排気管に新気が排出される。

このように位相を目標位置まで変更した後には排気管への新気排出を抑制できるが、位相を変更途中の過渡期間では新気が排気管に排出されて三元触媒に酸素が貯蔵される。このため、エンジンの再始動時には、三元触媒から酸素を取り除くためのエンリッチ噴射が必要となる。このように従来の技術では、エンジンの再始動時におけるエンリッチ噴射を無しにすることができず、燃費と排気の悪化が生じる。

本発明はこのような状況に鑑みて成されたものであり、エンジンを再始動する際にエンリッチ噴射を無しとすることを目的とする。

本発明は、吸気管に設けられた吸気弁の位相を変更可能な可変バルブタイミング制御機構を備えたエンジンを制御するエンジン制御装置であって、エンジンの状態変化を判定する状態判定部と、エンジンの状態変化の前における吸気弁の位相の基準位置と、エンジンの状態変化の後における吸気弁の位相の目標位置と、基準位置及び目標位置の間の中間位置と、中間位置の付近で保持される吸気弁の位相の中間保持期間とを吸気弁の位相変更情報として記憶する位相変更情報記憶部と、位相変更情報記憶部から読み出した位相変更情報、及び状態判定部が判定したエンジンの状態変化に基づいて、可変バルブタイミング制御機構を通じて吸気弁の位相を基準位置から目標位置に変更する途中に、中間位置の付近で吸気弁の位相を変更する第１位相変更速度を、吸気弁の位相を基準位置から中間位置に変更するまでの第２位相変更速度よりも低下させ、中間保持期間の経過後に第１位相変更速度よりも高い第３位相変更速度で吸気弁の位相を中間位置から目標位置に変更する吸気弁位相変更部と、を備える。

本発明によれば、中間位置の付近で吸気弁の位相を変更する第１位相変更速度を、吸気弁の位相を基準位置から中間位置に変更するまでの第２位相変更速度よりも低下させることで、排気管内にあるガスが吸気管に戻る。このため、エンジンを再始動する際にエンリッチ噴射を無しとし、燃費を向上し、排気の悪化を抑えることができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。

本発明の第１の実施の形態に係るハイブリッド自動車に搭載される制御装置を、シリーズ式ハイブリッド自動車に適用した例を示す概略構成図である。 本発明の第１の実施の形態に係るエンジンの構成例を示す概要図である。 本発明の第１の実施の形態に係るＥＣＵの内部構成例を示す制御ブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に係るエンジンの発電運転時における吸気弁、排気弁のプロファイルの例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係るエンジンの燃料カット運転への移行時における吸気弁、排気弁のプロファイルの例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る吸気弁の位相が中間位置で保持される様子を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係るＥＣＵに格納された、燃料カット時のエンジン回転数と中間保持期間との関係を表すマップ情報の例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係るＥＣＵがエンジンを始動した後に、吸気弁位相変更部が吸気弁を遅角させた様子を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係るＥＣＵが燃料カットを開始後にエンジン回転数が変化する様子を示したグラフである。 本発明の第１の実施の形態に係るＥＣＵが燃料カットを開始後に、吸気弁位相変更部が吸気弁の位相を進角する様子を示したグラフである。 本発明の第１の実施の形態に係る吸気弁の位相が、中間位置のプロファイルに到達するまでに１気筒当たりの排気管へ排出される新気の新気量を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る中間位置のプロファイルに変更された吸気弁と、排気弁との動作例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係るクランキング開始後のエンジン回転数の変化の様子を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係るクランキング開始後における吸気弁９の位相進角量の変化の様子を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る吸気弁の位相変更の開始時点を基準として４サイクル中に排気管に排出される新気の新気量を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る目標位置のプロファイルに変更された吸気弁と、排気弁との動作例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る燃料カット開始からエンジン停止までの各サイクルにおいて排気管から吸気管に排出される新気の新気量を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る吸気弁位相変更部が、中間位置の付近で変化させるプロファイルの例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る吸気弁位相変更部が、エンジン停止時に位相変更速度を低速にして動かした場合に、排気管から吸気管に戻る空気の空気量の例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係るＥＣＵが燃料カットを開始後に、エンジン回転数が変化する様子を示したグラフである。 本発明の第２の実施の形態に係るＥＣＵが燃料カットを開始後に、吸気弁位相変更部が吸気弁の位相を進角する様子を示したグラフである。 本発明の第３の実施の形態に係るＥＣＵに格納された、位相変更速度と中間保持期間との関係を表すマップ情報を示す図である。 本発明の第４の実施の形態に係るＥＣＵに格納された、燃料カット時のスロットル開度と中間保持期間との関係を表すマップ情報を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照して説明する。本明細書及び図面において、実質的に同一の機能又は構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る制御装置を、シリーズ式ハイブリッド自動車に適用した例を示す概略構成図である。
本実施の形態に係るハイブリッド自動車１００は、走行用のトラクションモータを備え、エンジンは発電のみで使用するシリーズハイブリッド自動車の一例である。

ナビゲーション装置１１１は、内燃機関（エンジン１１３）を駆動源として備えるハイブリッド自動車１００の上空にある複数のＧＰＳ（Global Positioning System）衛星が衛星電波に載せて送信したＧＰＳ信号を受信して現在位置を測位し、ハイブリッド自動車１００内の表示装置に表示された地図にハイブリッド自動車１００の現在位置を重畳して表示することが可能である。ナビゲーション装置１１１による現在位置の測位には、携帯電話端末の基地局やＷｉ−Ｆｉ（登録商標）のアクセスポイント等も併用されることがある。ナビゲーション装置１１１が測位したハイブリッド自動車１００の現在位置の情報、及びハイブリッド自動車１００が走行する周辺及び目的地までの経路を含む地図情報は、自動車制御装置、すなわちＶＣＵ（Vehicle Control Unit）１０１に出力される。

ハイブリッド自動車１００のキャビン内には、アクセル開度センサ１０６及びブレーキスイッチ１０７が設けられる。アクセル開度センサ１０６は、アクセルペダルの踏み込み量、すなわちアクセル開度を検出する。ブレーキスイッチ１０７は、ブレーキペダルが踏みこまれているか否かを検出する。

エンジン１１３は、火花点火式燃焼を用いる自動車用の直列３気筒ガソリンエンジンであり、内燃機関の一例である。このエンジン１１３は、エンジン１１３を始動するためのスタータ１１２を備えている。エンジン１１３のクランク軸には、その回転角度を検出するためのクランク角センサ１１０が備えられ、クランク軸の他端は、モータジェネレータ１１４に接続されている。

ジェネレータ制御装置、すなわちＧＣＵ（Generator Control Unit）１０３は、インバータ１１５が所定電圧でバッテリ１１６を充電可能となるようにインバータ１１５を介してモータジェネレータ１１４の駆動を制御する。モータジェネレータ１１４は、エンジン１１３により駆動されて発電し、インバータ１１５を介してバッテリ１１６を充電する。

バッテリ制御装置、すなわちＢＣＵ（Battery Control Unit）１０４は、ＶＣＵ１０１からのバッテリ要求出力に基づいてバッテリ１１６の充電及び放電を制御する。バッテリ１１６には、バッテリ１１６の内部電圧を計測するバッテリ電圧センサ１０９が設けられており、ＶＣＵ１０１は、バッテリ１１６の電圧を常時確認する。

モータ制御装置、すなわちＭＣＵ（Motor Control Unit）１０５は、ＶＣＵ１０１からのモータ要求出力に基づいてインバータ１１７及びモータ１１８を制御する。インバータ１１７には、電気的に接続されたバッテリ１１６から電力が供給される。そして、インバータ１１７は、バッテリ１１６から放電される直流電力を交流電力に変換し、モータ１１８に交流電力を供給する。モータ１１８は、減速ギア１１９を介して車輪１２０と接続されている。また、車輪１２０の駆動軸には、自動車速度センサ１０８が備えられている。

自動車速度センサ１０８、バッテリ電圧センサ１０９及びクランク角センサ１１０から出力される各信号は、ＶＣＵ１０１に送られる。また、アクセル開度センサ１０６及びブレーキスイッチ１０７から出力される各信号もＶＣＵ１０１に送られる。

ＶＣＵ１０１は、内燃機関（エンジン１１３）及び電動駆動部（モータ１１８）の少なくとも一方の出力によって走行する自動車（ハイブリッド自動車１００）に搭載される。ＶＣＵ１０１は、アクセル開度センサ１０６の出力信号に基づいてドライバの要求トルクを演算する。すなわち、アクセル開度センサ１０６は、エンジン１１３及びモータ１１８への要求トルクを検出する要求トルク検出センサとして用いられる。また、ＶＣＵ１０１は、ブレーキスイッチ１０７の出力信号に基づいてドライバの減速要求の有無を判断する。また、ＶＣＵ１０１は、バッテリ電圧センサ１０９の出力信号に基づいてバッテリ１１６の残電力量を演算する。また、ＶＣＵ１０１は、クランク角センサ１１０の出力信号に基づいてエンジン１１３の回転速度を演算する。そして、ＶＣＵ１０１は、上記各種センサの出力から得られるドライバ要求、及びハイブリッド自動車１００の運転状態に基づいてエンジン要求出力、モータ要求出力、バッテリ要求出力等の各装置の最適な動作量を演算する。

ＶＣＵ１０１で演算されたエンジン要求出力は、エンジン制御装置、すなわちＥＣＵ（Engine Control Unit）２に送られる。ＥＣＵ１０２は、ＶＣＵ１０１からの要求出力に基づいてエンジン１１３を制御する。具体的には、ＥＣＵ１０２は、スタータ１１２の制御の他、後述する図２に示す吸気カム１１、排気カム１２、インジェクタ１３、点火プラグ１４、点火コイル１５、図２に示すスロットル２６、及び図３に示すＶＴＣ（Valve Timing Control）４０の制御を実施する。また、ＶＣＵ１０１で演算されたモータ要求出力は、ＭＣＵ１０５に送られる。また、ＶＣＵ１０１で演算されたバッテリ要求出力は、ＢＣＵ１０４に送られる。

図２は、本発明の第１の実施の形態に係るエンジン１１３の構成例を示す概要図である。
シリーズハイブリッド自動車では、搭載したバッテリ１１６の充電容量（「バッテリ容量」と呼ぶ）が規定値未満になった場合にエンジン（エンジン１１３）が始動される。逆に、バッテリ１１６の充電容量（「バッテリ容量」と呼ぶ）が規定値以上になった場合にエンジン（エンジン１１３）が停止される。

図２に示すエンジン１１３は、１気筒当たり４００ｃｃの直列３気筒の自然吸気エンジンとして構成される。このエンジン１１３が備えるシリンダヘッド１とシリンダブロック２、そしてシリンダブロック２に挿入されたピストン３により燃焼室が形成される。ピストン３はコンロッド４を介してクランク軸５と連結されている。クランク軸５の近傍に設けられたクランク角センサ１１０は、エンジン回転数を検知する。

１気筒の燃焼室に向けて吸気管７と排気管８が接続されており、燃焼室の開口部を開閉するように吸気弁９と排気弁１０が設けられている。吸気弁９の上部に吸気カム１１が設けられ、排気弁１０の上部に排気カム１２が設けられる。吸気カム１１が回転することで吸気弁９が開閉され、排気カム１２が回転することで排気弁１０が開閉される。

図示しないがエンジン１１３の側部には、吸気カム１１と連結した吸気カムプーリ、排気カムと連結した排気カムプーリ、クランク軸５と連結したクランクプーリが設けられ、タイミングベルトを介して接続されている。これによりエンジン１１３の動作時にクランク軸５が回転することで吸気カム１１と排気カム１２が回転される。クランク軸５が２回転で吸気カム１１と排気カム１２は１回転するように吸気カムプーリ及び排気カムプーリが設定されている。

また、吸気カム１１には、吸気管（吸気管７）に設けられた吸気弁（吸気弁９）の位相を変更可能な可変バルブタイミング制御機構（以下、ＶＴＣ）４０（後述する図３を参照）が設けられている。また、クランク軸５には、発電時はジェネレータとして働き、エンジン１１３の始動や停止時にはモータとして働くモータジェネレータ１１４が設けられている。ＶＴＣ４０は電動式とし、ＥＣＵ１０２が、ＶＴＣ４０に設けられたモータを回転させることで吸気弁９の位相を進角又は遅角に変更可能である。ＶＴＣ４０が吸気弁９の位相を変更する速度（「位相変更速度」と呼ぶ）は１秒間あたり３００ｄｅｇＣＡ（Crank Angle）である。

燃焼室の吸気側にインジェクタ１３が設けられ、燃焼室上部に点火プラグ１４と点火コイル１５が設けられている。燃料は燃料タンク１６に貯蔵され、フィードポンプ１７によって燃料配管を通じて高圧燃料ポンプ１８に送られる。高圧燃料ポンプ１８は、排気カム１２によって駆動され、昇圧された燃料がコモンレール１９に送られる。コモンレール１９には燃圧センサ２０が設置され、燃料圧力（「燃圧」と呼ぶ）を検知できるようになっている。コモンレール１９と各気筒に設けられたインジェクタ１３は燃料配管によって接続されている。

吸気管７の上流にはコレクタ２１が設けられる。このコレクタ２１から各気筒に吸気管７が接続される。また、気筒に吸入される空気量を変更可能なスロットル２６がコレクタ２１の上流側に設けられている。

一方、排気管８の先には三元触媒２２が設けられ、その下流に酸素センサ２４が設けられる。三元触媒２２には温度センサ２３が設けられ、三元触媒２２の温度を検出する。シリンダブロック２には、シリンダブロック２の周囲を流れる水の水温を測定する水温センサ２７が設けられる。

水温やエンジン回転数の信号はＥＣＵ１０２に入力される。ＥＣＵ１０２は、各センサから入力する信号から求めた各種の情報に基づいて燃料噴射のオン、オフやＶＴＣ４０の位相を制御する。

次に、ＥＣＵ１０２の内部構成例及び動作例について以下に説明する。
図３は、ＥＣＵ１０２の内部構成例を示す制御ブロック図である。エンジン制御装置（ＥＣＵ１０２）は、吸気弁（吸気弁９）の位相を変更可能な可変バルブタイミング制御機構（ＶＴＣ４０）を備えたエンジン（エンジン１１３）を制御する。ＥＣＵ１０２は、本実施の形態に係るエンジン制御方法を実行して、ＶＴＣ４０を備えたエンジン１１３を制御する。

ＥＣＵ１０２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３０、ＲＡＭ（Random Access Memory）３１、ＲＯＭ（Read Only Memory）３２を備える。
ＥＣＵ１０２には、点火コイル１５の電圧センサ（不図示）が検出した１次電圧、点火コイル１５の電流センサ（不図示）が検出した２次電流、アクセル開度センサ１０６が検出したアクセル踏込情報（アクセル開度）、クランク角センサ１１０が検出した角度情報（クランク角度）及びエンジン１１３の回転数、スロットル２６からのスロットル開度、バッテリ電圧センサ１０９が検出したバッテリ電圧（バッテリ容量）等の入力信号等が入力される。

ＥＣＵ１０２に入力された各センサの入力情報は、ＲＡＭ３１に一時保管され、ＣＰＵ３０で、所定の制御プログラムに従って演算処理される。ＲＡＭ３１には、ＣＰＵ３１の演算処理の途中で発生した変数やパラメーター等が一時的に書き込まれ、これらの変数やパラメーター等がＣＰＵ３１によって適宜読み出される。ただし、ＣＰＵ３１に代えてＭＰＵ（Micro Processing Unit）が用いられてもよい。

ＲＯＭ３２は、ＣＰＵ３１が動作するために必要なプログラムやデータ等を永続的に記録しており、ＥＣＵ１０２によって実行されるプログラムを格納したコンピューター読取可能な非一過性の記録媒体の一例として用いられる。このため、ＣＰＵ３０で行われる演算処理の内容を記述した制御プログラムは、ＲＯＭ３２に予め書き込まれており、ＣＰＵ３０により適宜読み出されて実行される。また、ＲＯＭ３２には、後述する図７に示すように、例えば、燃料カット時のエンジン回転数に応じた中間保持期間を規定するマップ情報３２１が記憶されている。ただし、ＥＣＵ１０２に不揮発性ストレージを設け、ネットワークを通じて更新されるマップ情報３２１が不揮発性ストレージに記憶される構成としてもよい。

ＲＯＭ３２に構成される位相変更情報記憶部（マップ情報３２１）は、エンジン（エンジン１１３）の状態変化の前における吸気弁（吸気弁９）の基準位置と、エンジン（エンジン１１３）の状態変化の後における吸気弁（吸気弁９）の目標位置と、基準位置及び目標位置の間の中間位置と、中間位置を含む所定範囲における中間位置の継続時間とを吸気弁（吸気弁９）の位相変更情報として記憶する。

上述したようにＣＰＵ３０で実行される制御プログラムにより、図中に示す状態判定部３０１及び吸気弁位相変更部３０２の各機能が実現される。
本実施の形態に係るＥＣＵ１０２は、例えば、ＶＣＵ１０１からＥＣＵ１０２に対して、エンジン１１３の停止が指示されると、エンジン１１３に供給する燃料をカットする制御を行う。燃料のカットの開始は、車両（ハイブリッド自動車１００）の駆動に用いられるバッテリ（バッテリ１１６）の充電容量が規定値以上になった場合に、エンジン（エンジン１１３）の停止に先立って行われる。

また、ＥＣＵ１０２は、エンジン１１３が停止し、燃料カットされている状態で、ドライバがアクセルを踏み込んだ場合には、エンジン１１３を再始動する。そこで、状態判定部３０１は、エンジン（エンジン１１３）の状態変化を判定し、判定結果を出力する。エンジン（エンジン１１３）の状態変化は、エンジン（エンジン１１３）の停止に伴い、エンジン（エンジン１１３）に供給される燃料がカットされたことを含む。また、エンジン（エンジン１１３）の状態変化は、燃料のカットが継続した状態からエンジン（エンジン１１３）が再始動したことを含む。

吸気弁位相変更部（吸気弁位相変更部３０２）は、位相変更情報記憶部（マップ情報３２１）から読み出した位相変更情報、及び状態判定部（状態判定部３０１）が判定したエンジン（エンジン１１３）の状態変化に基づいて、可変バルブタイミング制御機構（ＶＴＣ４０）を通じて吸気弁（吸気弁９）の位相を基準位置から目標位置に変更する途中に、中間位置の付近で吸気弁（吸気弁９）の位相を変更する第１位相変更速度を、吸気弁（吸気弁９）の位相を基準位置から中間位置の付近に変更するまでの第２位相変更速度よりも低下させ、中間保持期間の経過後に第１位相変更速度よりも高い第３位相変更速度で吸気弁（吸気弁９）の位相を中間位置の付近から目標位置に変更する。エンジン（エンジン１１３）に供給される燃料がカットされたことが、エンジン（エンジン１１３）の状態変化として判定されると、吸気弁位相変更部（吸気弁位相変更部３０２）は、第１位相変更速度、第２位相変更速度又は第３位相変更速度で、吸気弁（吸気弁９）の位相を基準位置から目標位置に進角させる。一方、エンジン（エンジン１１３）が再始動したことが判定されると、吸気弁位相変更部（吸気弁位相変更部３０２）は、吸気弁（吸気弁９）の位相を基準位置から目標位置に向けて遅角させる。

吸気弁位相変更部３０２は、例えば、バッテリ容量に基づいて、ＥＣＵ１０２がエンジン１１３を停止するため燃料カットを開始したこと、エンジン１１３を再始動すること等のエンジン１１３の状態変化に応じて、吸気弁９の位相を変更する指示をＶＴＣ４０に行う。この際、吸気弁位相変更部３０２は、ＲＯＭ３２からマップ情報３２１を読み出して、吸気弁９の位相を変更開始するタイミング、吸気弁９の位相変更速度を切り替える等の制御を行う。

ＶＴＣ４０は、吸気弁位相変更部３０２の指示に基づいて、吸気カム１１を駆動することで、吸気弁９の位相を進角又は遅角に変更することが可能である。以下の説明では、吸気弁位相変更部３０２が、吸気弁９の位相を進角又は遅角に変更するとして説明する。

なお、本実施の形態においては、ＥＣＵ１０２内に状態判定部３０１、吸気弁位相変更部３０２及びマップ情報３２１を備える構成とするが、この構成に限るものではない。例えば、状態判定部３０１、吸気弁位相変更部３０２及びマップ情報３２１の一部、又は全てが、ＥＣＵ１０２とは別の装置に実装されていても差し支えない。

＜吸気弁及び排気弁の位相とリフト量の関係＞
次に、吸気弁９の位相を変えるタイミング（バルブ開閉タイミング）と、変更された吸気弁９の位相について図４〜図８を参照して説明する。なお、図４〜図６及び図８の横軸には、膨張行程、排気行程、吸気行程、圧縮行程の順に行程が変化する様子が示され、縦軸には、吸気弁９及び排気弁１０のリフト量が示される。

図４は、第１の実施の形態に係るエンジン１１３の発電運転時における吸気弁９、排気弁１０のプロファイルの例を示す図である。以下の図中に示す、吸気弁９、排気弁１０の各プロファイルは、吸気弁９、排気弁１０の開閉タイミング、位相の変化、及びリフト量を表す。

図４では、吸気弁９の位相の変化をプロファイル９ａで表し、排気弁１０の位相の変化をプロファイル１０ａで表す。吸気弁９のリフト量は６ｍｍ、作用角は１９０ｄｅｇで設定され、排気弁１０のリフト量は８ｍｍ、作用角は２００ｄｅｇで設定されている。また、吸気弁９の閉弁時期は下死点（ＢＤＣ：Bottom Dead Center）、排気弁１０の閉弁時期は上死点（ＴＤＣ：Top Dead Center）に設定されている。図４に示すように、エンジン１１３が駆動している時は、排気行程で排気弁１０のプロファイル１０ａが変化し、吸気行程で吸気弁９のプロファイル９ａが変化する。プロファイル１０ａ，９ａは、ほぼ重なっていない。プロファイル９ａで表される吸気弁９の位相の位置を「基準位置」と呼ぶ。

図５は、第１の実施の形態に係るエンジン１１３の燃料カット運転への移行時における吸気弁９、排気弁１０のプロファイルの例を示す図。図５の横軸及び縦軸は、図４の横軸及び縦軸と同じである。

第１の実施の形態に係るＥＣＵ１０２は、バッテリ容量が上限値に到達するとエンジン１１３を停止させる制御を行う。そこで、ＥＣＵ１０２は、エンジン１１３を停止させる前に燃料噴射を停止させる燃料カット運転に移行する。

その際、エンジン１１３が惰性で回転するため、プロファイル９ａの状態では燃焼されていない空気（新気）が排気管８に排出される。そこで、吸気弁位相変更部３０２は、図５に示すように、プロファイル９ａを、プロファイル９ｂの停止位置に進角させる。プロファイル９ｂは、発電運転時のプロファイル９ａに対して、クランク角度で１８０ｄｅｇ進角した位置となっている。このため、吸気弁９のプロファイル９ｂと、排気弁１０のプロファイル１０ａとは、ほぼ同じタイミングで重なっている。このプロファイル９ｂで表される吸気弁９の位相の位置を「目標位置」と呼ぶ。

図６は、吸気弁９の位相が中間位置で保持される様子を示す図である。図６の横軸及び縦軸は、図４の横軸及び縦軸と同じである。

本実施の形態に係る吸気弁位相変更部３０２は、ＥＣＵ１０２がエンジン１１３を停止する制御に際して、燃料カット運転をする際に、吸気弁９の中間位置制御を行う。中間位置制御は、吸気弁位相変更部３０２が吸気弁９を進角し、プロファイル９ａからプロファイル９ｂに変更する途中で、吸気弁９が中間位置に到達すると所定期間（「中間保持期間」と呼ぶ）にわたって、中間位置を保持する制御である。

上述したように吸気弁位相変更部３０２が中間位置制御を行うと、吸気弁９の位相は、中間保持期間にわたって、中間位置で保持される。このとき、吸気弁９の位相は、プロファイル９ｃで表される。プロファイル９ｃで表される吸気弁９の位相の位置を「中間位置」と呼ぶ。

目標位置では、エンジン（エンジン１１３）が有する気筒に膨張行程で排気管（排気管８）から気筒内に吸入されたガスが、排気行程で排気管（排気管８）及び吸気管（吸気管７）に戻るように、排気行程で吸気管（吸気管７）に設けられた吸気弁（吸気弁９）の開弁時期と、排気管（排気管８）に設けられた排気弁（排気弁１０）の開弁時期とが重なる。ただし、中間位置では、吸気弁（吸気弁９）の開弁時期が、排気弁（排気弁１０）の開弁時期よりも遅角側に設定される。また、中間保持期間は、燃料カット時のエンジン１１３の回転数によって変わる。中間保持期間について、図７を参照して説明する。

図７は、ＥＣＵ１０２に格納された、燃料カット時のエンジン回転数と中間保持期間との関係を表すマップ情報３２１の例を示す図である。図７の横軸は燃料カット時のエンジン回転数［ｒｐｍ］を表し、縦軸は中間保持期間［ｓ］を表す。

位相変更情報記憶部（マップ情報３２１）には、燃料のカットが開始された時点のエンジン（エンジン１１３）の回転数が上がるほど、長い中間保持期間が規定される。そこで、吸気弁位相変更部３０２は、図３に示すＲＯＭ３２から読み出したマップ情報３２１に基づいて、燃料カット時のエンジン回転数に応じた中間保持期間を取得する。

再び、図６を参照すると、中間位置のプロファイル９ｃは、発電運転時におけるプロファイル９ａに対して、１５０ｄｅｇだけ進角した位置となっている。つまり、中間保持位置は、位相変更開始前の吸気行程における吸気弁９の位置に対して、１５０ｄｅｇだけ進角した位置である。また、吸気弁位相変更部３０２は、図７のマップ情報３２１に示したように、燃料カットが開始された直後のエンジン回転数に基づいて中間位置の保持期間を決定し、かつ、エンジン回転数が高いほど中間保持期間が長くなるよう制御する。

エンジン１１３が停止した後にバッテリ容量が下限値以下となるとエンジン１１３が再始動される。その際は、モータジェネレータ１１４がクランク軸５を回転させることでエンジン１１３の回転が始まる。しかし、エンジン１１３の始動直後は吸気行程で吸入された空気が圧縮行程で圧縮されると回転の抵抗になり回転数の上昇が変動する。このため、吸気弁位相変更部３０２は、吸気弁９の位相をプロファイル９ｂの状態で維持するデコンプレッションでエンジン１１３を再始動する。

その後、ＥＣＵ１０２は、エンジン回転数が１２００ｒｐｍまで上昇したところでモータ回転数を維持するように制御する。
図８は、ＥＣＵ１０２がエンジン１１３を始動した後に、吸気弁位相変更部３０２が吸気弁９を遅角させる様子を示す図である。

ＥＣＵ１０２がエンジン１１３を再始動すると、吸気弁位相変更部３０２は、プロファイル９ｄで吸気弁９が動作するよう、吸気弁９を遅角する。プロファイル９ｄは、排気行程と吸気行程にまたがった位置にある。プロファイル９ｄは、エンジン（エンジン１１３）の初爆時にＥＣＵ１０２がエンジン（エンジン１１３）を自立回転させるために必要なトルクを発生させるために設定された吸入弁９の位相を表している。例えば、プロファイル９ｄに示される、吸気弁９の閉弁時期は上死点後１２０ｄｅｇだけ遅角した位置に設定される。

プロファイル９ｄに到達すると、ＥＣＵ１０２の制御により、インジェクタ１３から燃料が噴射され、エンジン１１３が初爆される。初爆後はエンジン１１３の燃焼により回転数が上昇し、モータジェネレータ１１４のクランキングへのアシストは停止される。

次に、本実施の形態に係るＥＣＵ１０２が制御するエンジン１１３の作用について説明する。ここでは、ＥＣＵ１０２が、エンジン回転数１８００ｒｐｍ、エンジントルク６０Ｎｍの発電点での運転からエンジン１１３を停止し、その後、エンジン１１３を再始動する過程について説明する。

例えば、ハイブリッド自動車１００が走行中の条件で、エンジン１１３は暖気後で水温が８０℃となっており、バッテリ容量が下限値以下のため、発電点でエンジンは動作中である。発電点であるエンジン１８００ｒｐｍの条件では、吸気弁位相変更部３０２が、図４に示したプロファイル９ａ，１０ａに従って、吸気弁９及び排気弁１０が動作するように運転している。この状態では、吸気行程で燃焼室に吸入された空気の空気量に対する燃料の空燃比が“１４．５”となるように、インジェクタ１３から燃料が噴射される。

燃料噴射時期は吸気行程の６０ｄｅｇＡＴＤＣとなっており、吸気行程から圧縮行程の期間を経て燃焼室内に均一な混合気が形成される。混合気は、圧縮行程後期の燃費最良点火時期で点火され、燃焼圧がピストン３を押すことでクランク軸５が回転される。クランク軸５が回転することで、クランク軸５に連結されたモータジェネレータ１１４も回転されて発電され、バッテリ１１６に電力が充電される。

信号や渋滞等によってハイブリッド自動車１００が停止し、バッテリ容量が上限値以上となると充電を停止し、ＥＣＵ１０２の制御により、エンジン１１３は停止処理を開始する。この際、エンジントルクが不要なためエンジンは燃料カット運転モードに入る。そして、ＥＣＵ１０２は、インジェクタ１３への燃料噴射信号をオフとすることで、燃焼室への燃料供給を停止する。

そこで、燃料カットの開始からエンジン停止までのエンジン回転数と、吸気弁９の位相進角量との時間履歴について、図９と図１０を参照して説明する。

図９は、ＥＣＵ１０２が燃料カットを開始後にエンジン回転数が変化する様子を示したグラフである。図９の横軸は、燃料カットの開始後に経過した時間［ｓ］を表し、縦軸は、エンジン回転数［ｒｐｍ］を表す。

そして、図９の時間０．０［ｓ］が、ＥＣＵ１０２が燃料カットを開始したタイミングを表す。燃料カットが開始されると、エンジンは惰性で回転し、エンジン回転数が徐々に低くなる。

図１０は、ＥＣＵ１０２が燃料カットを開始後に、吸気弁位相変更部３０２が吸気弁９の位相を進角する様子を示したグラフである。図１０の横軸は、燃料カットの開始後に経過した時間［ｓ］を表し、縦軸は、吸気弁９の位相進角量［ｄｅｇ］を表す。

図１０の時間０．０［ｓ］は、図９と同様に、ＥＣＵ１０２が燃料カットを開始したタイミングを表す。吸気弁位相変更部３０２は、燃料カットを開始したタイミングと同時に、吸気弁９の位相を進角させる制御を開始し、ＶＴＣ４０を駆動する。まず、ＥＣＵ１０２は、図６に中間保持位置として示したプロファイル９ｃを中間位置の目標値として設定する。プロファイル９ａからプロファイル９ｃまでのクランク角度は１５０ｄｅｇ、ＶＴＣ４０の応答速度は３００ｄｅｇＣＡ／ｓとなっている。

このため、燃料カットの開始から０．５秒でプロファイル９ａがプロファイル９ｃの位置に到達する。なお、図９に示したように、燃料カット直前のエンジン回転数は１８００ｒｐｍ、０．５秒後の回転数は１７８０ｒｐｍである。このため、プロファイル９ｃには７サイクル目の途中で到達することとなる。そして、吸気弁位相変更部３０２は、中間保持期間（２．１秒）が経過するまでの間、中間位置の付近（１５０ｄｅｇ付近）で吸気弁（吸気弁９）の位相を進角させる第１位相変更速度をゼロとする。中間保持期間が経過した後、吸気弁位相変更部３０２は、第１位相変更速度より高い第３位相変更速度で吸気弁９の位相を目標位置に変更する。

ここで、１気筒当たりの排気管８へ排出される新気の新気量について説明する。
図１１は、吸気弁９の位相が、中間位置のプロファイル９ｃに到達するまでに１気筒当たりの排気管８へ排出される新気の新気量を示す図である。図１１の横軸は、燃料カット開始からのサイクル番号（サイクル数）を表し、縦軸は排気管８に排出された新気の体積（新気量）［ｃｍ^３］を表す。

燃料カットの直後は、吸気弁９の閉弁時期が吸気行程の下死点付近にある。このため、燃料カットの直後は、吸気行程で多量の新気が燃焼室内に吸入され、吸気弁９の閉弁後に圧縮行程を経て排気行程で排気管８に新気が排出される。

しかし、吸気弁９の位相が進角されるにしたがって吸気弁９の閉弁時期が吸気行程の上死点に近づくため、排気管８に排出される新気の新気量は徐々に減少する。そして、６サイクル目では排気管８に排出される新気の新気量はゼロとなり、７サイクル目では排出される新気の新気量がマイナスとなり、排気管８から吸気管７に新気が戻る状態となる。
図１１に示す、吸気管７から排気管８に排出される新気の体積Ｖ１は１４１１ｃｃとなる。また、図１１には、吸気管７から排気管８に戻される新気の体積Ｖ２が示される。

ここで、図１１に示した８サイクル目のプロファイル９ｃの状態において、新気が排気管８から吸気管７に戻される現象について説明する。
図１２は、中間位置のプロファイル９ｃに変更された吸気弁９と、排気弁１０との動作例を示す図である。

図１２の上側には、図６と同様のプロファイル９ｃ，１０ａが示される。
図１２の下側には、プロファイル９ｃ，１０ａで規定される吸気弁９、排気弁１０の動作の様子がタイミング（１）〜（４）ごとに示される。図１２の下側に示す吸気管７と排気管８、燃焼室の模式図のうち、左側の管を吸気管７、右側の管を排気管８とする。また、タイミング（１）〜（４）において、縦縞の領域が吸気管７の新気を表し、横縞の領域が排気管８の新気又は排気ガスを表す。図中の矢印は、新気の移動方向を表す。

吸気行程では、プロファイル９ｃに示すように、吸気弁９が吸気行程初期のピストン３が下降する前に閉弁されるため、燃焼室内に新気が殆ど吸入されない。そのため、吸気弁９の閉弁後にピストン３が下降すると、初期に燃焼室に存在した新気が膨張され燃焼室内に負圧が形成される。

圧縮行程では、ピストン３が上昇し、燃焼室の容積が小さくなる。このため、ピストン３の上死点付近で初期の大気圧の状態に戻る。次に、膨張行程でピストン３が下降すると、初期に存在した新気が再度膨張して負圧が形成される。

つまり、タイミング（１）に示す膨張行程において、排気弁１０が開弁前の状態では、吸気管７から吸入された新気が無いので、燃焼室内に負圧が形成された状態となる。

タイミング（２）に示す排気弁１０のみが開弁された期間では、排気管８内は大気圧となり、燃焼室は負圧となっている。このため、排気管８と燃焼室との圧力差により、前のサイクルで排気管８に排出されていた排気ガスを含む新気が燃焼室内に吸入される。排気弁１０が開弁してから、吸気弁９が開弁されるまでの期間は４０ｄｅｇであるため、排気管８の前のサイクルで排出された空気が燃焼室内に充満し、排気管８と同じ大気圧まで、燃焼室内の圧力が回復する。

排気行程に入るとピストン３の上昇が開始される。ここで、タイミング（３）に示す排気行程では、吸気弁９も開弁した状態となる。このため、燃焼室内の圧力は大気圧まで回復しており、燃焼室内の圧力と、吸気管７及び排気管８の圧力とで差圧がない。このため、吸気管７から新気は吸入されず、排気管８から燃焼室に流入した新気が、吸気管７及び排気管８に戻される。

タイミング（４）に示すピストン３の上昇中は、排気管８から吸入された前のサイクルの混合気を含む新気が、吸気管７と排気管８にそれぞれ押し出される状態となる。この結果、排気管８の新気が吸気管７に戻されている。タイミング（４）では、吸気弁９のリフト量が、排気弁１０のリフト量より多いため、前のサイクルの混合気を含む新気は、吸気管７に多く戻される。

ここで、図１１を参照すると、燃料開始から６サイクル目までに１４１１ｃｃの体積Ｖ１で示す新気が排気管８に排出されており、８サイクル目以降のプロファイル９ｃの状態では１サイクル当たり６２ｃｃの新気が排気管８から吸気管７に戻される状態となる。例えば、プロファイル９ｃの状態を２３サイクル続けることで排気管８に排出された新気をすべて吸気管７に戻すことが可能となる。この間の平均回転数は約１７００ｒｐｍのため、２３サイクルは１．７秒に相当する。

エンジン１１３の再始動時にエンリッチ噴射を無くすためには、排気管８に排出される新気の新気量をゼロにする必要がある。しかし、デコンプレッションのため、吸気弁位相変更部３０２は、ＥＣＵ１０２がエンジン１１３を始動した時に、吸気弁９の位相をプロファイル９ｂ（図５を参照）の状態とする。そして、吸気弁位相変更部３０２は、ＥＣＵ１０２がモータジェネレータ１１４によりクランク軸５を回転させ、回転数が１２００ｒｐｍに上昇した後に初爆するために、吸気弁９の位相をプロファイル９ｂから１２０ｄｅｇだけ遅角させて、プロファイル９ｄ（図８を参照）に変更する。

吸気弁位相変更部３０２が、吸気弁９の位相を、初爆前のプロファイル９ｂからプロファイル９ｄに変更する期間においても新気が排気管８に排出される。このため、エンジン停止の段階で再始動時に排出される新気を見越し、燃料カットにおいて排気管８へ排出された新気に追加して燃焼ガスも吸気管７に戻しておく必要がある。

ハイブリッド自動車１００が走行し、バッテリ容量が下限値以下になると発電のため、ＥＣＵ１０２からエンジン１１３の始動指令が出力される。エンジン１１３の始動時には、まず、吸気弁９の位相がプロファイル９ｂのまま、モータジェネレータ１１４によりクランク軸５が回転される。

図５に示したように、プロファイル９ｂでは、圧縮行程におけるピストン３の上昇時に、吸気行程で負圧となった空気が大気圧に戻される。また、排気行程では、吸気弁９及び排気弁１０が開弁しているため、燃焼室内の空気が圧縮されることはない。このため、ピストン３が空気を圧縮することによって生じるエンジン回転数の変動が抑制され、振動による不快感が運転者に発生しない。そして、吸気弁位相変更部３０２は、ＥＣＵ１０２により、エンジン回転数が１２００ｒｐｍに上昇するのを待ってからＶＴＣ４０を動作させ、吸気弁９の位相をプロファイル９ｂから初爆のためのプロファイル９ｄに変更する。

次に、モータジェネレータ１１４によるクランキングの影響について、図１３と図１４を参照して説明する。
図１３は、クランキング開始後のエンジン回転数の変化の様子を示す図である。図１３の横軸はクランキング開始後の時間［ｓ］を表し、縦軸はエンジン回転数［ｒｐｍ］を表す。図１３の時間０．０［ｓ］が、ＥＣＵ１０２がクランキングを開始したタイミングを表す。

エンジン１１３の再始動時には、モータジェネレータ１１４により回転数が１２００ｒｐｍに上昇するまでに１気筒あたり３サイクルの０．２秒を要する。そしてエンジン１１３の再始動から０．２秒後にエンジン回転数が１２００ｒｐｍに到達した時点でモータジェネレータ１１４により回転数が１２００ｒｐｍで保持される。このとき、ＥＣＵ１０２は、プロファイル９ｂがプロファイル９ｄになるように吸気弁９の位相を変更する。

図８に示すようにプロファイル９ｂは吸気弁９の閉弁時期が上死点（ＴＤＣ）であり、プロファイル９ｄは吸気弁９の閉弁時期が上死点後１２０ｄｅｇである。また、ＶＴＣ４０の応答速度は３００ｄｅｇＣＡ／ｓである。このため、ＥＣＵ１０２は、プロファイル９ｂからプロファイル９ｄに０．４秒で変更できる。なお、エンジン回転数は１２００ｒｐｍであるので、プロファイルの変更期間は４サイクルに相当する。そしてプロファイル９ｄに到達後は燃料が噴射されて初爆サイクルとなり新気ではなく既燃焼ガスが排出される。

図１４は、クランキング開始後における吸気弁９の位相進角量の変化の様子を示す図である。図１４の横軸はクランキング開始後の時間［ｓ］を表し、縦軸は吸気弁９の位相進角量［ｄｅｇ］（ＶＴＣ位相とも呼ぶ）を表す。図１４の時間０．０［ｓ］が、ＥＣＵ１０２がクランキングを開始したタイミングを表す。

エンジン１１３の再始動時には、デコンプレッションが必要とされる。そこで、吸気弁位相変更部（吸気弁位相変更部３０２）は、エンジン（エンジン１１３）の再始動により発生するデコンプレッションが完了した後に、吸気弁（吸気弁９）の位相を目標位置から基準位置に向けて遅角させる。この際、図中に示すように、エンジン１１３の再始動の開始は、クランキングの開始と同じとしてよい。

吸気弁位相変更部３０２は、クランキングの開始タイミングから、デコンプレッションを完了するまでの期間は、プロファイル９ｂのまま吸気弁９の位相を変えない。デコンプレッションを完了した後、吸気弁位相変更部３０２は、吸気弁９の位相進角量を、１８０［ｄｅｇ］から６０［ｄｅｇ］まで遅角する。つまり、吸気弁位相変更部３０２は、エンジン（エンジン１１３）の状態変化がエンジン（エンジン１１３）の始動である場合に、排気行程と吸気行程にまたがった位置であって、エンジン（エンジン１１３）の初爆時に、エンジン（エンジン１１３）が自立回転可能なトルクが発生する位置まで吸気弁（吸気弁９）の位相を遅角する。そして、ＥＣＵ１０２は、吸気弁位相変更部３０２が吸気弁９の位相進角量を６０［ｄｅｇ］に変更したタイミングで初爆サイクルとする。

図１５は、吸気弁９の位相変更の開始時点を基準として４サイクル中に排気管８に排出される新気の新気量を示す図である。

吸気弁位相変更部３０２が吸気弁９の位相を変更する途中の１サイクル目で、吸気弁９の位相がプロファイル９ｃ付近に変化する。この時、排気管８から吸気管７に空気が戻るサイクルとなっているが２サイクル目以降は吸気管７から排気管８に新気が排出される。

ここで、１サイクル目での排気管８から吸気管７に空気が戻る体積Ｖ３は５０ｃｃである。一方、２サイクル目から４サイクル目の吸気管７から排気管８に新気が排出される体積Ｖ４は５００ｃｃに相当する。そして、体積Ｖ４のうち、４５０ｃｃがエンジン１１３の始動時に吸気管７から排気管８に排出される新気の新気量となる。

このことから、エンジン停止の燃料カットにおいて吸気管７から排気管８に排出される新気の体積Ｖ１は１４１１ｃｃ、エンジン１１３の始動時のクランキングから初爆までの期間において吸気管７から排気管８に排出される新気の体積は、体積Ｖ４（５００ｃｃ）−体積Ｖ３（５０ｃｃ）の４５０ｃｃとなる。そして、エンジン停止から初爆までに排出される新気の新気量をゼロとするには、エンジン停止時のプロファイル９ｃにおいて１８６１ｃｃ（＝１４１１＋４５０）の空気を排気管８から吸気管７に戻しておく必要がある。

ここで、プロファイル９ｃでは１サイクルあたり６２ｃｃの空気を戻すことが可能である。このため、プロファイル９ｃで３０サイクル、エンジン１１３の平均回転数を１７００ｒｐｍとすると、２．１秒間が必要となる。

そこで、吸気弁位相変更部３０２は、エンジン停止の燃料カットにおいてプロファイル９ｃの保持期間を２．３秒に設定し、燃料カットの開始から２．８秒後にプロファイル９ｂに変更する。プロファイル９ｂに到達すると吸気管７から排気管８に排出される空気量は０となり、エンジン１１３が回転していても排気管８に新気が流れることはない。

ここで、プロファイル９ｂにおいて吸気管７から排気管８に排出される量がゼロとなる現象について説明する。
図１６は、目標位置のプロファイル９ｂに変更された吸気弁９と、排気弁１０との動作例を示す図である。
図１６の上側には、図５と同様のプロファイル９ｂ，１０ａが示される。
図１６の下側には、プロファイル９ｂ，１０ａで規定される吸気弁９、排気弁１０の動作の様子がタイミング（１）〜（４）ごとに示される。

図１６に示すプロファイル９ｂにおいても、図１２に示したプロファイル９ｃと同様にタイミング（１）の排気弁１０の閉弁前は負圧が形成されている。タイミング（２）では、まず排気弁１０が開弁され、排気管８の新気が燃焼内に吸入される。

ここで、図１２に示したプロファイル９ｃとは異なり、タイミング（２）で排気弁１０が開弁してから１０ｄｅｇ後の早いタイミングで吸気弁９が開弁される。このため、タイミング（３）では、燃焼室内に十分な負圧が残っており、開弁された吸気管７からも新気が燃焼室に吸入される。このとき、排気弁１０の方が先に開弁されるため排気管８からの新気の吸入量が、吸気管７からの新気の吸入量よりも多くなっている。

そして、吸気管７と排気管８から燃焼室に吸入された新気が、タイミング（４）に示す排気行程中にピストン３が上昇することでそれぞれ吸気管７と排気管８に押し出される。この際、吸気弁９のリフト量が６ｍｍであるのに対し、排気弁１０のリフト量は８ｍｍであるので、排気弁１０の方が吸気弁９よりリフト量が大きい。このため、圧力損失の影響から排気管８側に新気が多く排出される。この結果、吸気管７と排気管８から吸入した新気量と同等の量がそれぞれ戻されるため、排気管８に排出される新気の新気量はゼロとなっている。

また、吸気弁位相変更部３０２は、吸気弁９の位相をプロファイル９ｃからプロファイル９ｂに到達させてエンジン１１３を停止させる。そこで、燃料カットからエンジン停止までに排気管８に排出される新気について説明する。

図１７は、燃料カット開始からエンジン停止までの各サイクルにおいて排気管８から吸気管７に排出される新気の新気量を示す図である。ここでは、プロファイル９ｃの保持期間が２．３秒となるように制御される。図１７の横軸は、燃料カット開始からのサイクル番号を表し、縦軸は排気管８に排出された新気の体積（新気量）［ｃｍ^３］を表す。

８サイクル目から３７サイクルまでが、吸気弁９の位相が、プロファイル９ｃの中間位置に保持されている状態である。上述したように図１５では、エンジン１１３の始動時のクランキング後に、吸気弁位相変更部３０２が吸気弁９の位相を初爆位置に変更する際、吸気管７から排気管８に戻される新気の体積Ｖ３と、エンジン停止時の燃料カットからエンジン１１３の始動時の初爆までに吸気管７から排気管８に排出される新気の体積Ｖ４とが示される。

また、図１７には、エンジン停止時の燃料カット開始からエンジン停止までに吸気管７から排気管８に排出される新気の体積Ｖ１と、吸気弁位相変更部３０２が吸気弁９の位相を中間位置に保持することで排気管８から吸気管７に戻される新気の体積Ｖ２とが示される。そして、ＥＣＵ１０２は、新気の体積Ｖ１＋Ｖ４と、新気の体積Ｖ２＋Ｖ３との積算値をゼロにすることでエンジン初爆から噴射する燃料のエンリッチが不要となり、エンジン停止から再始動に伴う燃費、排気の悪化を抑制することが可能となる。

以上説明した第１の実施の形態に係る吸気弁位相変更部３０２は、エンジン停止時に吸気弁９の位相変更を開始した直後の過渡期間で排気管８に排出された新気に対し、この新気を燃焼室内に再吸入してから吸気管７に戻すことが可能な位相（プロファイル９ｃ）を一定に保持する保持期間を設ける。そして、吸気弁位相変更部３０２は、保持期間中に排気管８に排出された新気を吸気管７に戻した後に、排気管８への新気の排出を抑制する位置（プロファイル９ｂ）に動作させる。

具体的には、位相変更の開始直後に排気管８に排出された新気を吸気管７に噴き戻させるため、吸気弁位相変更部３０２は、吸気弁９の位相を目標位置に変更する途中の、排気弁１０の開弁時期が吸気弁９の開弁時期よりも進角した状態を所定期間にわたって維持させる。そして、吸気弁位相変更部３０２は、エンジン停止時の位相変更途中で排気管８に排出された新気の新気量と、エンジン１１３の再始動時に位相をデコンプレッション位置から初爆位置に変更する際に排出される新気の新気量とを見越して、この所定期間を、これらの新気量に相当する排気ガスを事前に吸気管７に戻すことが可能な期間に設定する。

このようにエンジン停止時の過渡期間で排気管８に排出された新気と、エンジン１１３の始動時の過渡期間で排気管８に排出されることを見越した量の燃焼ガスをエンジン停止時の時点で吸気管７に戻しておくことで、ＥＣＵ１０２は、エンジン１１３の始動時のエンリッチ噴射を無しとすることが可能となる。また、エンジン１１３の始動時のエンリッチ噴射を無しとしたことで、燃費を向上し、排気の悪化を抑えることができる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態に係る吸気弁９の位相変更制御の例について、図１８〜図２１を参照して説明する。

第２の実施の形態に係るＥＣＵ１０２の構成は、第１の実施の形態に係るＥＣＵ１０２の構成と同じである。ただし、第２の実施の形態に係るＥＣＵ１０２は、吸気弁位相変更部３０２が吸気弁９の位相を変更途中で位相変更速度をゼロとせず、排気管８から吸気管７へ空気が戻る現象が生じる期間中に位相変更速度を遅くすることで排気管８から吸気管７への空気が戻る期間を生成する点で第１の実施の形態と異なる。このように第２の実施の形態に係るＥＣＵ１０２が動作することの利点は、位相変更速度をゼロにしないため、動作を開始した際のモータ起動電力の増加を抑制できることにある。

図１８は、第２の実施の形態に係る吸気弁位相変更部３０２が、中間位置の付近で変化させるプロファイル９ｄ，９ｅの例を示す図である。

第１の実施の形態に係る吸気弁位相変更部３０２は、図６に示したように、排気管８から吸気管７に最大の空気（６２ｃｃ）が戻る位相進角量１５０ｄｅｇのプロファイル９ｃで位相を停止する制御を行った。
一方、第２の実施の形態に係る吸気弁位相変更部３０２は、図１８に示すように、排気管８から吸気管７に空気が戻り始める位相進角量１４０ｄｅｇのプロファイル９ｄに到達した時点で位相変更速度（第１位相変更速度）を、プロファイル９ａからプロファイル９ｄに到達するまでの位相変更速度（第２位相変更速度）よりも低下させる。そして、吸気弁位相変更部３０２は、排気管８から吸気管７に空気が戻らなくなる位相進角量１６０ｄｅｇのプロファイル９ｅに到達した時点で通常の位相変更速度（第３位相変更速度）に戻す制御となる。なお、プロファイル９ｅは、図６に示したプロファイル９ｃよりも１０ｄｅｇだけ進角した位置にある。

なお、エンジン停止時に吸気管７から排気管８に排出される空気量１４１１ｃｃ（図１１に示す体積Ｖ１）と、エンジン１１３の再始動時に排気管８に排出される空気量４５０ｃｃ（図１５に示す体積Ｖ３の−５０ｃｃと、図１５に示す体積Ｖ４の５００ｃｃとの合算値）は第１の実施の形態と同じである。また、排気管８から吸気管７に戻す目標空気量は１８６１ｃｃであり、第１の実施の形態、第２の実施の形態とも同じである。

第２の実施の形態に係るＥＣＵ１０２の吸気弁位相変更部３０２は、位相変更速度をゼロにせず、低速で動かし続けるため、上述した１８６１ｃｃの空気を排気管８から吸気管７に戻せる期間となるように位相変更速度（第１位相変更速度）を設定する必要がある。

ここで、第２の実施の形態に係る位相変更速度の制御により、排気管８から吸気管７に戻る空気の空気量について、図１９を参照して説明する。
図１９は、吸気弁位相変更部３０２が、エンジン停止時に位相変更速度を低速にして動かした場合に、排気管８から吸気管７に戻る空気の空気量の例を示す図である。図１９の横軸は、燃料カット開始後の６サイクル目からのサイクル番号を表し、縦軸は排気管８に排出された新気の体積（新気量）［ｃｍ^３］を表す。

吸気弁位相変更部３０２は、吸気弁９の位相が６サイクル目でプロファイル９ｄに到達するように位相を変更する。第２の実施の形態に係る吸気弁位相変更部３０２によるエンジン停止後、６サイクル目までの制御は、図１１に示した第１の実施の形態に係る吸気弁位相変更部３０２の制御と同じである。その後、吸気弁位相変更部３０２は、排気管８から吸気管７に戻る空気量が最大となるプロファイル９ｃの位置まで１６サイクル目で到達させる。ただし、吸気弁位相変更部３０２は、プロファイル９ｃの位置に到達するまでの間、吸気弁９の位相を低速で変更するので、徐々に排気管８から吸気管７に戻る空気量が増加している。

１６サイクル目以降は、吸気弁位相変更部３０２が、プロファイル９ｃからプロファイル９ｅに位相を変更するため、徐々に排気管８から吸気管７に戻る空気量が減少する。２６サイクル目でプロファイル９ｅに到達すると排気管８から吸気管７に戻る空気量はゼロとなる。

なお、図１９でプロファイル９ｄからプロファイル９ｅまで変更する期間が２０サイクルの場合、排気管８から吸気管７に戻る空気量は５３９．６ｃｃとなる。この結果から、排気管８から吸気管７に戻す空気量を１８６１ｃｃとするには、プロファイル９ｄからプロファイル９ｅに変更するサイクルを“６９”に設定する必要がある。

ここで、第２の実施の形態における吸気弁位相変更部３０２が、エンジン１１３を停止して燃料カットを開始してからのエンジン回転数と吸気弁位相進角量との関係について、図２０と図２１を参照して説明する。

図２０は、ＥＣＵ１０２が燃料カットを開始後に、エンジン回転数が変化する様子を示したグラフである。図２０の横軸は、燃料カットの開始後に経過した時間［ｓ］を表し、縦軸は、エンジン回転数［ｒｐｍ］を表す。
図２１は、ＥＣＵ１０２が燃料カットを開始後に、吸気弁位相変更部３０２が吸気弁９の位相を進角する様子を示したグラフである。図２１の横軸は、燃料カットの開始後に経過した時間［ｓ］を表し、縦軸は、吸気弁９の位相進角量［ｄｅｇ］を表す。

上述したように、第２の実施の形態に係る吸気弁位相変更部３０２が、排気管８から吸気管７にガスを戻すには６９サイクルが必要となり、第１の実施の形態に係る制御で必要とされた３０サイクルよりも長くなる。そのため平均回転数は１６００ｒｐｍとなり、６９サイクルの期間は５．２秒となる。そして、図１８に示したように、吸気弁位相変更部３０２がプロファイル９ｄからプロファイルｅに変更に要する位相は２０ｄｅｇである。そこで、２０ｄｅｇの位相を５．２秒で変更するために必要な位相変更速度は３．８ｄｅｇＣＡ／ｓとなる。

以上説明した第２の実施の形態に係る吸気弁位相変更部３０２は、排気管８から吸気管７に空気が戻る位相範囲において、吸気弁９の位相を低速で動かすことでも第１の実施の形態と同じ効果を得ることができる。すなわち、ＥＣＵ１０２は、エンジン１１３の始動時のエンリッチ噴射を無しとしたことで、燃費を向上し、排気の悪化を抑えることができる。

［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態に係る吸気弁９の位相変更制御の例について、図２２を参照して説明する。

第３の実施の形態に係るＥＣＵ１０２の構成は、第１の実施の形態に係るＥＣＵ１０２の構成と同じである。ただし、第３の実施の形態に係る吸気弁位相変更部３０２は、ＶＴＣ４０の低コスト化を目的として、第１の実施の形態の位相変更速度３００ｄｅｇＣＡ／ｓに対して半分の１５０ｄｅｇＣＡ／ｓに性能を落としたモータを採用し、このモータを動作させる点が第１の実施の形態と異なる。

性能を落としたモータを採用したＶＴＣ４０を使用すると、位相変更速度が第１の実施の形態に係る位相変更速度の半分となるため、エンジン停止時と始動時のサイクル数が増加する。例えば、エンジン停止時の位相変更の様子を示した図１１のサイクル数、エンジン１１３の始動時の位相変更の様子を示した図１５でのサイクル数が概ね２倍になると考えられる。この場合、図１１に示した、吸気管７から排気管８に排出される空気の体積Ｖ１が２倍の２８２２ｃｃとなり、図１５に示した、排気管８から吸気管７に戻される空気の体積Ｖ３が１００ｃｃ、吸気管７から排気管８に排出される空気の体積Ｖ４が１０００ｃｃとなる。

そこで、位相変更速度と中間保持期間との関係について説明する。
図２２は、ＥＣＵ１０２に格納された、位相変更速度と中間保持期間との関係を表すマップ情報３２１Ａの例を示す図である。図２２の横軸は位相変更速度［ｄｅｇＣＡ／ｓ］を表し、縦軸は中間保持期間［ｓ］を表す。

位相変更速度が半分になったことで、ＥＣＵ１０２は、図１７に体積Ｖ２で示す３７２２ｃｃ（＝２８２２−１００＋１０００）の空気量を排気管８から吸気管７に戻すことが可能な中間保持期間を設定する必要がある。そこで、ＥＣＵ１０２は、エンジン停止時とエンジン１１３の始動時の位相変更速度に応じた中間保持期間に変更する。位相変更情報記憶部（マップ情報３２１）には、吸気弁（吸気弁９）の位相変更速度が上がるほど、短い中間保持期間が規定される。

中間保持期間は、燃料カット直後のエンジン回転数によって変わる。このため、吸気弁位相変更部３０２は、異なるエンジン回転数で燃料カットを実施する場合に、それぞれの条件に対応して用意した図２２に示すマップ情報３２１Ａを参照して、位相変更速度に応じた中間保持期間に変更する。

以上説明した第３の実施の形態に係るＥＣＵ１０２では、燃料カット直後のエンジン回転数によって変わる中間保持期間を求め、位相変更速度を変えて中間保持期間を変更する。このとき、ＥＣＵ１０２は、位相変更速度が遅い時には中間保持期間を長くし、位相変更速度が速い時には中間保持期間を短くするように制御する。このようにＥＣＵ１０２は、位相変更速度によって中間保持期間を変更することで第１の実施の形態と同様に、エンジン１１３の始動時のエンリッチ噴射を無しとしたことで、燃費を向上し、排気の悪化を抑えるという効果を得ることができる。

［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態に係る吸気弁９の位相変更制御の例について、図２３を参照して説明する。

第４の実施の形態に係るＥＣＵ１０２の構成は、第１の実施の形態に係るＥＣＵ１０２の構成と同じである。ただし、第４の実施の形態に係るＥＣＵ１０２は、スロットル開度が異なる条件で燃料カットを開始した場合について説明する。

図２３は、ＥＣＵ１０２に格納された、燃料カット時のスロットル開度と中間保持期間との関係を表すマップ情報３２１Ｂの例を示す図である。図２３の横軸は燃料カット時のスロットル開度［ｄｅｇ］を表し、縦軸は中間保持期間［ｓ］を表す。

スロットル開度が大きいほど吸気管７の圧力は高くなるので、エンジン停止時に吸気管７から排気管８に排出される空気の体積Ｖ１が増加する。このため、ＥＣＵ１０２は、体積Ｖ１の増加に合わせて、中間保持期間を長くする必要がある。そこで、位相変更情報記憶部（マップ情報３２１）には、燃料のカットが開始された時点のスロットル開度が大きくなるほど、長い中間保持期間が規定される。

そして、第４の実施の形態に係る吸気弁位相変更部３０２は、ＥＣＵ１０２が燃料カットを実施する場合に、マップ情報３２１Ｂを参照して、燃料カット時のスロットル開度に応じた中間保持期間に変更する。

以上説明した第４の実施の形態に係るＥＣＵ１０２では、燃料カット直後のスロットル開度に応じて変わる中間保持期間を求め、中間保持期間を増減する。このとき、ＥＣＵ１０２は、スロットル開度が小さい時には中間保持期間を短くし、スロットル開度が大きい時には中間保持期間を長くする。このようにＥＣＵ１０２は、燃料カット時のスロットル開度によって中間保持期間を変更することで第１の実施の形態と同様に、エンジン１１３の始動時のエンリッチ噴射を無しとしたことで、燃費を向上し、排気の悪化を抑えるという効果を得ることができる。

［変形例］
なお、上述した各実施の形態では、吸気弁の位相を変更可能な可変バルブタイミング制御機構として、ＶＴＣ４０を備えたエンジン１１３の構成例について説明したが、吸気弁９の位相とリフト量を変更可能なＶＶＬ（Variable Valve Lift：可変バルブリフト機構）を備えたエンジンであってもよい。

また、ＶＴＣ４０は、電動で動作する機構であるが、油圧で動作する機構であってもよい。いずれであっても、吸気弁９の位相を適切に変更することが可能となる。

また、上述した各実施の形態では、吸気弁位相変更部３０２が吸気弁９の位相を適切に変更したことで、ＥＣＵ１０２がエンリッチ噴射を無しとしたが、エンジン１１３の部品品質のばらつき、エンジン１１３の部品劣化等を考慮して、ＥＣＵ１０２がわずかにエンリッチ噴射を行ってもよい。

なお、本発明は上述した各実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りその他種々の応用例、変形例を取り得ることは勿論である。
例えば、上述した各実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために装置及びシステムの構成を詳細かつ具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。また、ここで説明した実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることは可能であり、さらにはある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

３…ピストン、９…吸気弁、１０…排気弁、２２…三元触媒、３０…ＣＰＵ、４０…ＶＴＣ、１００…ハイブリッド自動車、１０１…ＶＣＵ、１０２…ＥＣＵ、１１３…エンジン、１１６…バッテリ、３０１…状態判定部、３０２…吸気弁位相変更部、３２１…マップ情報

Claims (10)

1. 吸気管に設けられた吸気弁の位相を変更可能な可変バルブタイミング制御機構を備えたエンジンを制御するエンジン制御装置であって、
   前記エンジンの状態変化を判定する状態判定部と、
   前記エンジンの状態変化の前における前記吸気弁の位相の基準位置と、前記エンジンの状態変化の後における前記吸気弁の位相の目標位置と、前記基準位置及び前記目標位置の間の中間位置と、前記中間位置を含む所定範囲における前記中間位置の付近で保持される前記吸気弁の位相の中間保持期間とを前記吸気弁の位相変更情報として記憶する位相変更情報記憶部と、
   前記位相変更情報記憶部から読み出した前記位相変更情報、及び前記状態判定部が判定した前記エンジンの状態変化に基づいて、前記可変バルブタイミング制御機構を通じて前記吸気弁の位相を前記基準位置から前記目標位置に変更する途中に、前記中間位置の付近で前記吸気弁の位相を変更する第１位相変更速度を、前記基準位置から前記中間位置の付近に変更するまでの第２位相変更速度よりも低下させ、前記中間保持期間の経過後に前記第１位相変更速度よりも高い第３位相変更速度で前記吸気弁の位相を前記中間位置の付近から前記目標位置に変更する吸気弁位相変更部と、を備える
   エンジン制御装置。
2. 前記エンジンの状態変化は、前記エンジンの停止に伴い、前記エンジンに供給される燃料がカットされたことを含み、
   前記吸気弁位相変更部は、前記第１位相変更速度、前記第２位相変更速度又は前記第３位相変更速度で、前記吸気弁の位相を前記基準位置から前記目標位置に進角させる
   請求項１に記載のエンジン制御装置。
3. 前記エンジンの状態変化は、前記エンジンに供給される燃料のカットが継続した状態から前記エンジンが再始動したことを含み、
   前記吸気弁位相変更部は、前記エンジンの再始動により発生するデコンプレッションが完了した後に、前記吸気弁の位相を前記目標位置から前記基準位置に向けて遅角させる
   請求項１に記載のエンジン制御装置。
4. 前記中間位置では、前記吸気弁の開弁時期が、排気管に設けられた排気弁の開弁時期よりも遅角側に設定され、
   前記目標位置では、前記エンジンが有する気筒に膨張行程で前記排気管から前記気筒内に吸入されたガスが、排気行程で前記排気管及び前記吸気管に戻るように、前記排気行程で前記吸気弁の開弁時期と、前記排気弁の開弁時期とが重なる
   請求項２又は３に記載のエンジン制御装置。
5. 前記吸気弁位相変更部は、前記中間保持期間が経過するまでの間、前記中間位置の付近で前記吸気弁の位相を進角させる前記第１位相変更速度をゼロとする
   請求項４に記載のエンジン制御装置。
6. 前記燃料のカットの開始は、車両の駆動に用いられるバッテリの充電容量が規定値以上になった場合に、前記エンジンの停止に先立って行われ、
   前記位相変更情報記憶部には、前記燃料のカットが開始された時点の前記エンジンの回転数が上がるほど、長い前記中間保持期間が規定される
   請求項４に記載のエンジン制御装置。
7. 前記位相変更情報記憶部には、前記吸気弁の位相変更速度が上がるほど、短い前記中間保持期間が規定される
   請求項４に記載のエンジン制御装置。
8. 前記位相変更情報記憶部には、前記燃料のカットが開始された時点のスロットル開度が大きくなるほど、長い前記中間保持期間が規定される
   請求項４に記載のエンジン制御装置。
9. 前記吸気弁位相変更部は、前記エンジンの状態変化が前記エンジンの再始動したことである場合に、排気行程と吸気行程にまたがった位置であって、前記エンジンの初爆時に、前記エンジンが自立回転可能なトルクが発生する位置まで前記吸気弁の位相を遅角する
   請求項３に記載のエンジン制御装置。
10. 吸気弁の位相を変更可能な可変バルブタイミング制御機構を備えたエンジンを制御するエンジン制御方法であって、
    前記エンジンの状態変化を判定する処理と、
    前記エンジンの状態変化の前における前記吸気弁の位相の基準位置と、前記エンジンの状態変化の後における前記吸気弁の位相の目標位置と、前記基準位置及び前記目標位置の間の中間位置と、前記中間位置を含む所定範囲における前記中間位置の付近で保持される前記吸気弁の位相の中間保持期間とを前記吸気弁の位相変更情報として記憶する位相変更情報記憶部から読み出した前記位相変更情報、及び前記エンジンの状態変化に基づいて、前記可変バルブタイミング制御機構を通じて前記吸気弁の位相を前記基準位置から前記目標位置に変更する処理と、を含み、
    前記吸気弁の位相を前記基準位置から前記目標位置に変更する処理の途中に、
    前記中間位置の付近で前記吸気弁の位相を変更する第１位相変更速度を、前記基準位置から前記中間位置の付近に変更するまでの第２位相変更速度よりも低下させる処理と、
    前記中間保持期間の経過後に前記第１位相変更速度よりも高い第３位相変更速度で前記吸気弁の位相を前記中間位置の付近から前記目標位置に変更する処理と、を含む
    エンジン制御方法。

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