CN108691662B - 内燃机的控制装置 - Google Patents

Abstract

一种内燃机的控制装置，所述内燃机包括：燃烧室；连接于所述燃烧室的端口；以及对所述燃烧室与所述端口之间进行开闭的气门。所述控制装置具备电子控制单元，所述电子控制单元构成为，在所述内燃机停止之后所述气门的周边的温度降低到预定温度范围内的情况下、或者在所述内燃机停止时的外部气体温度为预定温度以下的情况下，执行防冻结操作，所述防冻结操作是将所述气门控制为全闭或者以1mm以上的升程量打开的状态的操作。所述预定温度范围为上限值低于10℃的温度范围，所述预定温度低于5℃。

Description

内燃机的控制装置

技术领域

本发明涉及内燃机的控制装置，详细而言，涉及适合在有冷凝水在端口产生或者有冷凝水向端口流入的内燃机使用的控制装置。

背景技术

在日本特开2008-088835中记载了在内燃机停止后在节气门的周边冷凝了的水分冻结而使节气门固着这一问题以及针对上述问题的解决方案。但是，由冷凝水引起的冻结并不是局限于节气门的问题。冷凝水有时也到达对燃烧室与连接于燃烧室的端口之间进行开闭的气门，也就是进气门和/或排气门。当所述进气门和/或排气门以部分的开度打开时，由于冷凝水的表面张力的作用，冷凝水会积存在气门面(valve face)与气门座(valveseat)之间。在所述冷凝水冻结的情况下，在下一次的内燃机起动时气门不会完全关闭，有可能因由新气的不足和/或排气不良引起的残留气体的过多而导致失火的发生。

发明内容

本发明提供一种内燃机的控制装置，能够极力防止在内燃机停止后端口内的冷凝水在气门的气门面与气门座的间隙冻结这一情况，该气门对燃烧室与连接于燃烧室的端口之间进行开闭。

在本发明的技术方案的内燃机的控制装置中，所述内燃机包括：燃烧室；连接于所述燃烧室的端口；以及对所述燃烧室与所述端口之间进行开闭的气门。所述控制装置具备电子控制单元，所述电子控制单元构成为，在所述内燃机停止之后所述气门的周边的温度降低到预定温度范围内的情况下、或者在所述内燃机停止时的外部气体温度为预定温度以下的情况下，执行防冻结操作，所述防冻结操作是将所述气门控制为全闭或者以1mm以上的升程量打开的状态的操作。所述预定温度范围为上限值低于10℃的温度范围，所述预定温度低于5℃。

在气门全闭的情况下，在气门面与气门座之间不会存在间隙，所以，不会有冷凝水积存在所述间隙这一情况。另外，在气门以1mm以上的升程量打开的情况下，作用于冷凝水的表面张力较弱，冷凝水从气门面与气门座之间流落到汽缸内。根据本发明的技术方案，通过在气门的周边的温度变为0℃以下之前进行上述的气门操作，能够极力防止冷凝水在气门面与气门座的间隙冻结。

在内燃机停止后气门的周边的温度低于10℃时，由于之后的温度的降低，气门的周边的温度有可能变为冷凝水的冻结温度以下。在内燃机停止时的外部气体温度低于5℃的情况下，由于之后的外部气体温度的降低，气门的周边的温度也有可能变为冷凝水的冻结温度以下。也就是说，内燃机停止后气门的周边的温度降低到预定温度范围内的情况、和内燃机停止时的外部气体温度为预定温度以下的情况分别是判断将来气门的周边的温度变为冷凝水的冻结温度以下的可能性的条件之一。

在基于内燃机停止后的气门的周边的温度来判断防冻结操作的实施的情况下，在本发明的技术方案中，也可以是，所述电子控制单元构成为，在所述气门的周边的温度降低到所述预定温度范围内之前气门为打开的情况下，将所述气门控制为全闭来作为所述防冻结操作。根据本发明的技术方案，即使水滴附着于气门座和/或气门面，也能够将所述水滴夹在气门面与气门座之间而使其溃散。另一方面，在本发明的技术方案中，也可以是，所述电子控制单元构成为，在所述气门的周边的温度降低到所述预定温度范围内之前气门为全闭的情况下，控制气门以使其以1mm以上的升程量打开来作为所述防冻结操作。根据本发明的技术方案，能够使积存在端口内的气门盖上的冷凝水从在气门打开时形成的气门面与气门座的间隙落到汽缸内。

在本发明的技术方案中，也可以是，所述电子控制单元构成为，在所述气门的周边的温度降低到所述预定温度范围内之前所述气门为全闭的情况下，控制所述气门以使其在至少打开一次之后全闭来作为所述防冻结操作。根据本发明的技术方案，通过暂时打开全闭状态的气门，能够使积存在端口内的气门盖上的冷凝水从在气门打开时形成的气门面与气门座的间隙落到汽缸内，进而，通过使打开的气门再次全闭，能够使附着于气门座和/或气门面的水滴溃散。

在基于内燃机停止时的外部气体温度来判断防冻结操作的实施的情况下，在本发明的技术方案中，也可以是，所述电子控制单元构成为，在所述内燃机停止时的外部气体温度为所述预定温度以下的情况下，在所述内燃机停止的定时执行防冻结操作。根据本发明的技术方案，如果是内燃机停止的定时，则能够使防冻结操作与内燃机的停止位置控制相关联。也就是说，能够对内燃机的停止曲轴角度进行控制，以使得气门为全闭或者以1mm以上的升程量打开的状态。

在本发明的技术方案中，也可以是，所述电子控制单元构成为，在所述内燃机停止时的外部气体温度为所述预定温度以下、并且在所述内燃机停止时所述气门为打开的情况下，在从所述内燃机停止起经过了预定时间之后控制所述气门以使其全闭来作为防冻结操作。这是因为在所述内燃机停止之后也存在不少因端口内的温度的降低而产生的冷凝水、通过自由落下而流到端口的冷凝水。根据本发明的技术方案，即使水滴附着于气门座和/或气门面，也能够将所述水滴夹在气门面与气门座之间而使其溃散。另一方面，在本发明的技术方案中，也可以是，所述电子控制单元构成为，在所述内燃机停止时的外部气体温度为所述预定温度以下、并且在所述内燃机停止时所述气门为全闭的情况下，在从所述内燃机停止起经过了所述预定时间之后控制所述气门以使其以1mm以上的升程量打开来作为所述防冻结操作。根据本发明的技术方案，能够使积存在端口内的气门盖上的冷凝水从在气门打开时形成的气门面与气门座的间隙落到汽缸内。

在本发明的技术方案中，也可以是，所述电子控制单元构成为，在所述内燃机停止时的外部气体温度为所述预定温度以下、并且在所述内燃机停止时所述气门为全闭的情况下控制所述气门以使其在至少打开一次之后全闭来作为所述防冻结操作。根据本发明的技术方案，通过暂时打开全闭状态的气门，能够使积存在端口内的气门盖上的冷凝水从在气门打开时形成的气门面与气门座的间隙落到汽缸内。进而，通过使打开的气门再次全闭，能够使附着于气门座和/或气门面的水滴溃散。

在本发明的技术方案中，也可以是，所述电子控制单元构成为推定在所述内燃机停止时或停止后存在于所述端口内的冷凝水的量。也可以是，所述电子控制单元构成为根据所述冷凝水的量变更对所述气门的控制来作为所述防冻结操作。例如可以是，所推定的冷凝水的量越大，则使气门的升程量越大。根据本发明的技术方案，能够更可靠地使冷凝水从气门面与气门座的间隙落下。

在本发明的技术方案中，也可以是，所述电子控制单元构成为在所述冷凝水的量比预定的上限量大的情况下执行所述防冻结操作。在冷凝水的量为预定的上限量以下时，不会出现冷凝水在气门面与气门座的间隙冻结这一问题。根据本发明的技术方案，通过在冷凝水的量为上限量以下时不执行防冻结操作，由此能够极力抑制能量消耗量。

在本发明的技术方案中，也可以是，所述电子控制单元构成为，在所述冷凝水的量比所述上限量大且为第1基准量以下的情况下将所述气门控制为全闭或以1mm以上的升程量打开的状态来作为所述防冻结操作，所述第1基准量比所述上限量大。也可以是，所述电子控制单元构成为，在所述冷凝水的量比所述第1基准量大的情况下控制所述气门以使其在至少打开一次之后全闭来作为所述防冻结操作。有效的气门的操作根据冷凝水的量而不同，所以，根据本发明的技术方案，通过如上述那样根据冷凝水的量来变更气门的操作，能够极力抑制用于防冻结操作的能量消耗量。

在本发明的技术方案中，也可以是，所述电子控制单元构成为，在所述冷凝水的量为所述第1基准量以下、并且比第2基准量大的情况下控制所述气门以使其全闭来作为所述防冻结操作，所述第2基准量小于所述第1基准量。当冷凝水的量变大到某种程度时，在打开气门时冷凝水附着于气门座和/或气门面的概率进一步变高。根据本发明的技术方案，将第2基准量设定在上限量与第1基准量之间，在冷凝水的量变得比所述第2基准量大时使气门全闭，由此能够极力防止冷凝水在气门面与气门座的间隙冻结。

在本发明的技术方案中，也可以是，所述内燃机具有多个相对于水平面的搭载角度不同的气门。所述电子控制单元也可以构成为根据所述搭载角度使所述气门的控制不同来作为所述防冻结操作。这是因为气门打开时的冷凝水的流落容易度根据气门的搭载角度而不同。当气门的升程量相同时，气门的搭载角度越接近水平，则冷凝水越容易流落，气门的搭载角度越接近垂直，则冷凝水越不容易流落。因此，例如可以是，气门的搭载角度越接近垂直，则使气门的升程量越大。根据本发明的技术方案，能够更可靠地使冷凝水从气门面与气门座的间隙落下。进而，也可以使防冻结操作中的气门的操作根据冷凝水的量和搭载角度而不同。

在本发明的技术方案中，所述电子控制单元也可以构成为基于外部气体温度来推定气门的周边的温度。所述电子控制单元也可以构成为基于所述内燃机停止时的内燃机温度、外部气体温度以及内燃机停止后的经过时间来推定所述气门的周边的温度。所述电子控制单元也可以构成为基于设置于所述内燃机的内部的温度传感器的输出来推定所述气门的周边的温度。

在本发明的技术方案中，所述电子控制单元可以构成为基于通过与外部的通信而获得的信息来判定所述内燃机停止后的冻结的可能性，所述电子控制单元可以构成为，仅在所述电子控制单元判定为存在冻结的可能性的情况下，在所述内燃机停止后执行对所述气门的周边的温度的推定。根据本发明的技术方案，在不存在冻结的可能性的情况下不进行对气门的周边的温度的推定，从而能够极力抑制能量消耗量。

如上述那样，根据本发明的技术方案的内燃机的控制装置，能够极力防止在内燃机停止后端口内的冷凝水在气门的气门面与气门座的间隙冻结这一情况，所述气门对燃烧室与连接于燃烧室的端口之间进行开闭。

附图说明

以下将参考附图说明本发明的示例性实施方式的特征、优点以及技术和产业意义，在附图中相似的附图标记表示相似的要素，并且其中：

图1是示出本发明的实施方式的内燃机的构成的图。

图2是说明内燃机刚停止后的进气系统内的水的举动的图。

图3是示出气门的搭载角、积存在气门盖上的冷凝水的量、以及为了使冷凝水流落而需要的气门的升程量之间的关系的图表。

图4是示出防冻结操作的一例的图。

图5是示出防冻结操作的实施定时的图表。

图6是针对内燃机停止时的内燃机温度较高的情况和内燃机温度较低的情况、以及外部气体温度较高的情况和外部气体温度较低的情况的各个组合，示出在内燃机停止后随时间的经过的内燃机温度的变化的图表。

图7是示出冷却水温度与气门周边温度的关系的图表。

图8是示出用于根据进气温度和冷却水温度来推定气门周边温度的映射的图像的图表。

图9是示出防冻结控制的控制流程的流程图。

图10是示出防冻结操作的变形例1的图。

图11是示出防冻结操作的变形例2的图。

图12是示出第1变形例的防冻结控制的控制流程的流程图。

图13是示出第2变形例的防冻结控制的控制流程的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。但是，以下所示出的实施方式例示出用于将本发明的技术思想具体化的装置、方法，除了特别明示的情况之外，并非旨在将构成部件的构造、配置、处理的顺序等限定于下述构造、配置、处理的顺序等。本发明并不限定于以下所示出的实施方式，能够在不脱离本发明的要旨的范围内进行各种变形并实施。

1.作为前提的内燃机的构成

图1是示出本发明的实施方式的内燃机的构成的图。本实施方式的内燃机2是V型六汽缸发动机(以下，简称为发动机)。关于所述发动机2，不限定其燃烧方式，例如，既可以构成为火花点火式发动机，也可以构成为柴油发动机。在本实施方式中搭载发动机2的车辆是FF(Front-engine Front-drive：前置前驱)车。发动机2横置在车辆的前部，并且被搭载成向前方倾斜。发动机2的两个汽缸组4L、4R中的位于车辆的前侧的汽缸组是右汽缸组4R，位于后侧的汽缸组是左汽缸组4L。在本实施方式中，右汽缸组4R与左汽缸组4L之间的汽缸组角为60度。

在各汽缸组4L、4R的汽缸盖按每个汽缸设置有与各汽缸的燃烧室6L、6R连通的进气口8L、8R和排气口10L、10R。在各汽缸组4L、4R中，进气口8L、8R设置在发动机2的内侧，排气口10L、10R设置在发动机2的外侧。燃烧室6L、6R与进气口8L、8R之间、燃烧室6L、6R与排气口10L、10R之间分别通过气门12L、12R、14L、14R来开闭。气门传动机构16L、16R和气门传动机构18L、18R均为被从发动机2的曲轴分配驱动力的机械式的可变气门机构，其中，所述气门传动机构16L、16R对进气侧的气门，即进气门12L、12R进行驱动，所述气门传动机构18L、18R对排气侧的气门，即排气门14L、14R进行驱动。在以下的说明中，关于在右汽缸组4R和左汽缸组4L分别设置的部件、部位，在不需要特别区分左右的情况下，省略标号L或标号R。

在本实施方式中搭载发动机2的车辆是将马达20与发动机2一起作为动力装置的混合动力车辆。在所述混合动力车辆中，通过切换发动机2和马达20与未图示的驱动力传递机构之间的驱动力的传递路径，能够通过马达20使发动机2旋转。通过马达20实现的发动机2的强制旋转除了在使发动机2起动的情况下使用以外，还在预定的条件成立的情况下发动机2停止时使用。在后面对此进行叙述。

发动机2的控制通过控制装置30来进行。控制装置30由具有至少1个处理器和至少1个存储器的ECU(Electronic Control Unit：电子控制单元)构成。在存储器中存储有包括用于控制发动机2的各种程序和/或映射的各种数据。加载存储于存储器的程序并利用处理器来执行，由此在控制装置30中实现各种功能。控制装置30也可以由多个ECU构成。

从安装于发动机2和/或车辆的各种传感器向控制装置30输入与发动机2的运转状态和/或运转条件相关的各种信息。例如，从外部气体温度传感器32输入与外部气体温度相关的信息，所述外部气体温度传感器32安装于不受来自车辆的发动机2的热影响的部位。从安装于发动机2的进气通路入口或稳压罐的进气温度传感器34输入与进气温度相关的信息。从水温传感器36输入与发动机2的冷却水温度相关的信息。从曲轴角传感器38输入与发动机2的曲轴角度相关的信息。控制装置30至少基于上述的信息来决定与发动机2的动作有关的致动器的操作量。所述致动器除了包括可变气门机构16、18以外，还包括未图示的燃料喷射装置、节气门、点火装置等。进而，能够使发动机2强制旋转的马达20也属于致动器之一。

2.起因于冷凝水的问题

像上述那样构成的发动机2的问题之一是在发动机2停止后存在于端口8、10内的冷凝水。在排气口10处，在发动机2起动之后，排气口10的壁面温度在短时间内比排气气体的露点温度低，所以，排气气体所包含的水分在排气口10的壁面结露而变成冷凝水。由于上述的原因，在预热完成之前发动机2停止的情况下，冷凝水附着于排气口10，所述冷凝水流向排气门14。

在进气口8处，由于EGR气体和/或窜气所包含的水分或新气所包含的水分而产生冷凝水。尤其是在发动机2是具备中冷器的增压发动机的情况下，容易在中冷器内产生冷凝水。图2是说明具备中冷器22的发动机2刚停止后的进气系统内的水的举动的图。如图2所示，在发动机2停止之后，由于中冷器22的壁面温度降低，中冷器22内的气体所包含的水分结露，产生冷凝水。在中冷器22产生的冷凝水流落到进气口8。但是，在发动机2停止之后，进气口8在短时间内仍为高温，所以，冷凝水在进气口8中蒸发。蒸发后的水分在低温的中冷器22中再次结露而变成冷凝水，再次流向进气口8。上述那样的过程会反复出现，直到中冷器22与进气口8的温度差变小为止。然后，在进气口8的温度降低而进气口8处的蒸发停止之后，冷凝水流向进气门12。

在发动机2停止时，当然各气门12、14也停止。发动机2停止时的各气门12、14的开度取决于曲轴的停止位置，根据汽缸而不同。例如，既有全闭的气门，也有全开的气门，还有以微小开度打开的气门。当如上述那样冷凝水流入到气门12、14时，在全闭的气门中，冷凝水积存在气门盖上。在开度较大的气门中，冷凝水从气门面与气门座的间隙流落到汽缸内，但有时根据冷凝水的量，冷凝水会成为水滴而残留在气门面与气门座的间隙。在开度较小的气门中，冷凝水不会从气门面与气门座的间隙流落，而是发生滞留。当气门12、14的周边的温度降低到冷凝水的冻结温度(在此，将冷凝水的冻结温度设为0℃)以下时，残留在气门12、14的周边的冷凝水会冻结成冰。

在气门12、14的周边冷凝水冻结而成的冰会影响到发动机2再起动时的起动性。例如，在冷凝水在气门面与气门座的间隙冻结的情况下，会发生气门12、14无法完全关闭的关闭不良。即使在气门12、14完全关闭的情况下，当积存于气门盖上的冷凝水较多时也会在气门盖上形成冰块，从而导致气体通路被堵塞，进气/排气功能降低。因此，为了即使在冷凝水冻结那样的环境下也可确保发动机2的良好的起动性，至少需要极力防止冷凝水在气门面与气门座的间隙冻结的情况、和大量的冷凝水在气门盖上冻结的情况。

3.针对冷凝水的冻结的对策

本申请的发明人等对冷凝水在气门面与气门座的间隙冻结的条件进行了研究。研究的结果是判明了如下事实：冷凝水是否在气门面与气门座的间隙冻结取决于冷凝水的量、气门的开度、以及气门相对于水平面的搭载角度之间的关系。以下，对已判明的事实进行说明。

在气门为全闭的情况下，当然不会出现冷凝水在气门面与气门座的间隙冻结这一情况。出现问题的是气门打开的情况。图3是示出根据实验结果统计出的，气门的搭载角、积存在气门盖上的冷凝水的量、以及为了使冷凝水流落而需要的气门的升程量之间的关系的图表。如图3所示，可知：在气门的搭载角恒定的情况下，如果冷凝水的量变多，则所需的气门的升程量变大。另外，可知：在冷凝水的量恒定的情况下，气门的搭载角越接近90度，则所需的气门的升程量越大。这是因为气门的搭载角度越接近水平，则冷凝水越容易流落，气门的搭载角度越接近垂直，则冷凝水越不容易流落。

根据实验的结果可知：存在能够使冷凝水流落的最小升程量。根据实验结果统计出的最小升程量为1mm。在升程量比1mm小的情况下，无论气门的搭载角的大小如何，冷凝水都会因表面张力的作用稳定地积存在气门面与气门座之间。因此，在想要打开气门使冷凝水流落的情况下，需要以至少1mm以上的升程量打开气门。

还可知：当气门的升程量变大到某种程度时，冷凝水不会发生滞留，而是流落到汽缸内，所以，即使冷凝水的量增加，也不需要进一步使升程量变大。此时的升程量也根据气门的搭载角度而不同。在气门的搭载角度为垂直的情况下为3.5mm，随着气门的搭载角度接近水平，所需的升程量变小。

但是，当冷凝水的量增加时，当打开气门时以水滴的状态附着在气门座和/或气门面上的冷凝水的量也与增加的冷凝水的量相应地变多。因此，当冷凝水的量为一定量以上时，无法仅通过打开气门来使得冷凝水不残留在气门面与气门座的间隙。在本申请的发明人等所进行的实验中，打开气门有效果的冷凝水的量的上限为每一汽缸大约0.1cc(在与权利要求的关系中，所述0.1cc这一冷凝水量相当于第2基准量)。

本申请的发明人等对在使气门全闭的情况下滞留在端口内的气门盖上的冷凝水的量所造成的影响进行了研究。根据研究的结果可知：在冷凝水的量成为某一定值以上的量的情况下，因冷凝水冻结所导致的气体通路的堵塞，进气/排气功能的降低变得更显著。在本申请的发明人等所进行的实验中，冻结开始显著影响进气/排气功能的冷凝水的量为每一汽缸大约1cc(在与权利要求的关系中，所述1cc这一冷凝水量相当于第1基准量)。在此所获得的实验结果意味着，在冷凝水的量比每一汽缸大约0.1cc多且小于大约1cc的情况下，使气门全闭是最有效的不使冷凝水残留在气门面与气门座的间隙的方法。

本申请的发明人等讨论了冷凝水的量为超多量的情况下的对策。在本申请的发明人等所进行的实验中，超多量的冷凝水是指超过每一汽缸1cc的量的冷凝水。根据进行各种实验而得到的结果可知：在冷凝水的量为大量的情况下，“不将气门维持为全闭，而是在暂时打开气门后再次使气门全闭”这一方法更有效。通过暂时打开气门，使积存在端口内的气门盖上的冷凝水流落到汽缸内。然后，通过使打开的气门再次全闭，能够使附着于气门座和/或气门面的水滴夹在气门座与气门面之间而使水滴溃散。

如以上所说明的那样，根据本申请的发明人等所进行的研究的结果判明了以下三个事实。第一，在冷凝水的量为少量的情况下，例如，在比每一汽缸大约0.1cc少的情况下，通过使气门全闭或者以至少1mm以上的升程量打开气门，能够实现不使冷凝水残留在气门面与气门座的间隙这一目的。但是，为了更可靠地使冷凝水从气门面与气门座的间隙落下，优选的是，气门的搭载角度越接近垂直，则使气门的升程量越大。第二，在冷凝水的量为大量的情况下，例如，在比每一汽缸大约0.1cc大且小于每一汽缸大约1cc的情况下，通过使气门全闭，能够实现不使冷凝水残留在气门面与气门座的间隙这一目的。并且，第三，在冷凝水的量为超多量的情况下，例如，在超过每一汽缸大约1cc的情况下，不将气门维持为全闭，而是在暂时打开气门后再次关闭气门，由此能够实现如下目的：既防止因冻结的冷凝水导致的气体通路的堵塞，又使冷凝水不残留在气门面与气门座的间隙。上述的气门操作是用于极力防止冷凝水在气门面与气门座的间隙冻结的操作，所以，以下将上述的气门操作统称为防冻结操作。

4.防冻结操作的具体例

在图1所示的控制装置30中装入有如下程序，在发动机2停止之后，在气门12、14的周边有可能产生冷凝水的情况下，该程序被用于执行上述的防冻结操作。所述程序通过处理器来执行，由此，控制装置30作为防冻结操作手段发挥功能。以上对防冻结操作的内容进行了说明，以下，举例对通过控制装置30执行防冻结操作时的具体的动作进行说明。

图4是示出通过控制装置30执行的防冻结操作的一例的图。在图4中沿着时间轴描绘出任一方的汽缸组的第1汽缸#1、第2汽缸#2、第3汽缸#3中的进气门12的动作。汽缸间的相位差为240度。在上述的例子中，在发动机2停止时，第1汽缸#1的进气门12打开，第2汽缸#2和第3汽缸#3的进气门12关闭。打开的第1汽缸#1的进气门12的升程量为至少1mm以上。

在发动机2刚停止后，进气口8内的冷凝水附着于进气口8的壁面。不久，当由于时间的经过而进气口8冷却时，冷凝水逐渐产生，冷凝水经由进气口8的壁面落入到进气门12。此时，在打开的第1汽缸#1的进气门12中，冷凝水从间隙流落到汽缸内，但在冷凝水量为大量的情况下，有水滴附着于气门座和/或气门面。另一方面，在关闭的第2汽缸#2和第3汽缸#3的进气门12中，在气门盖上形成有冷凝水的积液。

当在上述那样的状态下进气门12的周边的温度降低到冰点以下时，冷凝水会冻结，在第1汽缸#1中，在气门座与气门面的间隙形成的冰会导致进气门12的关闭不良的发生。另外，在第2汽缸#2和第3汽缸#3中，在大量的冷凝水积存在气门盖上的情况下，吸入空气的通路会因冰而堵塞。在此处示出的防冻结操作的例子中，在冷凝水有可能冻结的情况下，通过马达20使发动机2旋转1个循环，即720度。由此，在第1汽缸#1中，附着于气门座和/或气门面的水滴在进气门12暂时关闭时溃散而消失。在第2汽缸#2和第3汽缸#3中，积存在气门盖上的冷凝水在进气门12暂时打开时流落，此时附着于气门座和/或气门面的水滴在进气门12再次关闭时溃散而消失。

在利用马达20使停止期间的发动机2旋转的情况下，会从停止的发动机2产生异常声音。来自应该停止的发动机2的异常声音有可能使周围的人受惊。因此，利用马达20使发动机2旋转的情况下的发动机转速优选为极低的转速(例如100rpm左右)。通过进一步将发动机转速抑制得较低，能够在压缩汽缸中充分确保压缩气体向汽缸外漏出的时间，能够在膨胀汽缸中充分确保气体的流入时间。由此，通过减少压缩做功和膨胀做功，也能够极力减少涉及防冻结操作的能量消耗量。

控制装置30在气门12、14的周边的温度降低到冰点以下之前执行如以上所例示出的防冻结操作。图5是示出防冻结操作的执行定时的图表。如图5所示，在进气门12的周边温度降低到冰点以下之后，已经开始冻结，所以作为执行防冻结操作的定时而言太迟。另一方面，当从发动机2停止起的经过时间过短时，冷凝水没有完全落到气门12、14，所以即使执行防冻结操作也没有效果。因此，作为执行防冻结操作的定时，优选是在冷凝水充分地完全落到气门12、14之后，并且是在进气门12的周边温度降低到冰点以下之前。

当基于进气门12的周边温度来确定防冻结操作的执行定时时，将气门12、14的周边温度成为0℃+α的温度的定时设定为执行定时即可。更具体而言，当气门12、14的周边温度降低到比10℃低的预定温度范围内后执行防冻结操作即可。规定预定温度范围的10℃是考虑到对气门12、14的周边的温度进行推定时的推定误差而确定的温度(接下来对温度推定进行说明)。因此，若推定误差变小，则可以使预定温度范围的上限温度进一步变低。预定温度范围的上限温度优选为低于5℃的温度，更优选为低于3℃的温度。另外，也可以对预定温度范围设定下限温度。优选下限温度为冷凝水的冻结温度(例如0℃)。

5.气门周边温度的推定

当没有在气门周边设置温度传感器时，无法直接计测气门12、14的周边的温度(以下，称为气门周边温度)。基于上述的理由，为了判断防冻结操作的执行，需要基于相关的信息来推定气门周边温度。推定气门周边温度的方法并非只有一个，如以下所公开的那样存在多个方法。在控制装置30中装入有用于通过以下的任意方法来推定气门周边温度的程序。所述程序通过处理器来执行，由此，控制装置30作为温度推定手段发挥功能。

第1方法是根据由外部气体温度传感器32计测出的外部气体温度来推定气门周边温度的方法。在发动机2停止之后，发动机2因外部气体而冷却从而温度降低。基于上述的理由，发动机2停止后的气门周边温度比外部气体温度高。在发动机2停止时外部气体温度为冰点以上的情况下，如果将气门周边温度视为比外部气体温度高出预定温度的温度，则在外部气体温度降低到冰点附近时，能够检测到气门周边温度降低到预定温度范围这一情况。

第2方法是根据发动机停止时的内燃机温度、由外部气体温度传感器32计测出的外部气体温度、以及发动机2停止后的经过时间来推定气门周边温度的方法。图6是针对发动机停止时的内燃机温度相对较高的情况(内燃机温度1)和内燃机温度相对较低的情况(内燃机温度2)、以及外部气体温度相对较高的情况(外部气体温度1)和外部气体温度相对较低的情况(外部气体温度2)的各个组合，示出发动机停止后的随时间的经过的内燃机温度的变化的图表。可以使用由水温传感器36计测出的发动机停止时的冷却水温度作为发动机停止时的内燃机温度。并且，发动机停止后的内燃机温度可视为与气门周边温度相等。在第2方法中，使用规定图6所示的关系的映射来推定气门周边温度。

图6所示的参数之间的关系也可以通过下述的简易的式子来表示。也可以代替映射而使用下述的式子来推定气门周边温度。此外，下述的式子中的推定温度是指气门周边温度的推定温度，时间常数是指每个计算周期的时间常数。n＝1时的推定温度，即初始温度是发动机停止时的内燃机温度。

推定温度(n)＝推定温度(n－1)－时间常数×(推定温度(n－1)－外部气体温度)

第3方法是根据由水温传感器36计测出的冷却水温度来推定气门周边温度的方法。图7是示出由水温传感器36计测出的冷却水温度与气门周边温度的关系的图表。如图7所示，两者之间存在误差，温度越低则所述误差越大。但是，能够通过使用误差范围的中央值、下限值等并且根据冷却水温度来推定气门周边温度。在第3方法中，使用规定了冷却水温度与气门周边温度的关系的映射来推定气门周边温度。

第4方法是基于由水温传感器36计测出的冷却水温度和由进气温度传感器34计测出的进气温度来推定气门周边温度的方法。图8是示出用于根据进气温度和冷却水温度来推定气门周边温度的映射的图像的图表。按每一由进气温度和冷却水温度定义的坐标存储有气门周边温度。在第4方法中，使用如图8所示的映射来推定气门周边温度。

6.防冻结控制的过程

如上所述，在控制装置30中装入有用于执行防冻结操作的程序和用于推定气门周边温度的程序。上述的程序被当作作为主例程的防冻结控制的子例程来执行。防冻结控制是由控制装置30在发动机2停止后按一定的周期执行的程序，其控制流程通过图9的流程图来表示。

如流程图所示，防冻结控制由6个步骤构成。在步骤S2中，进行进气口8和排气口10的冷凝水量的推定。在进气口8的冷凝水量的推定中，将进气口8在吸入空气的流动方向上分割成多个圆环，按每个圆环并且根据壁面温度和气体的露点来计算冷凝水量。冷凝水量的计算是按照从进气口8的上游部朝向燃烧室6的顺序进行的。在排气口10的冷凝水量的推定中，将排气口10在排气的流动方向上分割成多个圆环，按每个圆环并且根据壁面温度和气体的露点来计算冷凝水量。冷凝水量的计算是按照从排气口10的下游部朝向燃烧室6的顺序进行的。

在步骤S4中，判定进气口8的冷凝水量是否超过预定的上限量。在步骤S6中，判定排气口10的冷凝水量是否超过预定的上限量。在步骤S4和S6的判定中使用的上限量是允许不执行防冻结操作的冷凝水量的上限值，具体而言，是比作为第2基准量的0.1cc少的量。在步骤S4的判定结果和步骤S6的判定结果双方均为“否”的情况下，以后的处理全部跳过。在冷凝水的量为预定的上限量以下时不会出现冷凝水在气门面与气门座的间隙冻结这一问题。因此，通过在冷凝水的量为上限量以下时不执行防冻结操作，能够极力抑制能量消耗量。

在步骤S4的判定结果和步骤S6的判定结果中的至少一方为“是”的情况下，进行步骤S8的处理。在步骤S8中，利用上述的方法来推定气门周边温度。在步骤S10中，判定在步骤S8中推定的气门周边温度是否降低到比0℃高且比10℃低的预定温度范围内。在步骤S10的判定结果为“否”的情况下，不需要执行防冻结操作，所以跳过以后的处理。

在步骤S10的判定结果为“是”的情况下，在步骤S12中执行防冻结操作。在进气口8的冷凝水量超过了上限量的情况下，至少对进气门12进行防冻结操作，在排气口10的冷凝水量超过了上限量的情况下，至少对排气门14进行防冻结操作。并且，通过执行防冻结操作，可极力防止在发动机2停止后产生的冷凝水在气门12、14的气门面与气门座的间隙冻结这一情况。

7.防冻结操作的变形例

在如本实施方式那样通过马达驱动的发动机的情况下，通过对马达的旋转方向进行控制，能够将停止时的发动机的旋转方向从正转切换为反转、或者从反转切换为正转。发动机的旋转方向的切换与防冻结操作的组合是图10所示的防冻结操作的变形例1和图11所示的防冻结操作的变形例2。但是，变形例1、2的发动机是直列四汽缸发动机。

在图10所示的防冻结操作的变形例1中，使发动机在正转420度之后反转60度。也就是说，总共使发动机旋转480度。通过上述的动作，使在发动机停止时打开的进气门在暂时关闭之后再次打开，使在发动机停止时关闭的进气门在暂时打开之后再次关闭。在仅通过发动机的正转来实现同样的进气门的动作的情况下，在图10所示的例子中，需要使发动机至少旋转630度。因此，根据防冻结操作的变形例1，通过减少发动机的旋转量，能够进一步抑制异常声音的产生，并且能够极力抑制能量消耗量。

在图11所示的防冻结操作的变形例2中，通过针对可变气门机构的汽缸停止操作来将第2汽缸#2和第4汽缸#4维持为进气门全闭。并且，在仅第1汽缸#1和第3汽缸#3的进气门运动的状态下，使发动机在正转60度之后反转210度，然后再正转60度。也就是说，总共使发动机旋转330度。通过上述的动作，在发动机停止时关闭的第1汽缸#1和第3汽缸#3的进气门在暂时打开后再次关闭。在仅通过发动机的正转来实现同样的进气门的动作的情况下，在图11所示的例子中，需要使发动机至少旋转630度。因此，根据防冻结操作的变形例2，通过减少发动机的旋转量，能够进一步抑制异常声音的产生，并且能够极力抑制能量消耗量。

8.其他实施方式

控制装置可以具备与外部通信的功能，例如可以具备通过连接到因特网而实现的与外部服务器通信的功能。在上述的情况下，如果利用来自外部服务器的气象信息的提供服务，则能够取得发动机停止后的外部气体温度的变化预测。如果能够预测到外部气体温度将如何变化，则能够基于该预测来判定发动机停止后的冻结的可能性。如果仅在判定为有可能冻结的情况下进行发动机停止后的气门周边温度的推定，则控制装置不再需要在发动机停止后持续运行推定程序，能够极力减少能量消耗量。

另外，也可以根据学习结果来判定发动机停止后的冻结的可能性。例如也可以是，存储发动机长时间停止后的气门周边温度，优选存储再起动时的气门周边温度，在气门周边温度连续预定次数地降低到预定温度范围的情况下，在下一次的发动机停止时也判定为存在冻结的可能性。或者也可以是，制作按每个发动机停止时的时刻并且按每个车辆位置(例如，高度、纬度和经度)进行区分的停止模式(pattern)，按每个停止模式学习发动机停止后的气门周边温度，按每个停止模式判定下一次的发动机停止时的冻结的可能性。

作为变形例，也可以仅根据发动机停止时的外部气体温度来判定发动机停止后的冻结的可能性。具体而言，也可以是，如果发动机停止时的外部气体温度为预定温度以下，则判断为在之后的发动机停止期间气门周边温度有可能降低到0℃以下。如果发动机停止时的外部气体温度已经为0℃以下，则显然气门周边温度不久也会变为0℃以下。因此，作为判断基准的预定温度也可以设定为例如0℃以下的温度。

但是，即使在发动机停止时的外部气体温度比0℃高的情况下，外部气体温度也有可能在之后变为0℃以下。发动机停止时的外部气体温度越接近0℃，则上述的可能性越高。因此，为了准确判断出发动机停止后气门周边温度成为0℃以下这一情况，优选作为判断基准的预定温度是比0℃高的温度。另一方面，为了极力抑制因不必要地进行防冻结操作而导致的能量消耗量，作为判断基准的预定温度最好不要过高，优选为低于5℃的温度。上述的情况下的5℃是预定温度的极限值，所以，例如也可以判定发动机停止时的外部气体温度是否为低于5℃的温度。在计测外部气体温度的温度传感器的计测精度较高的情况下，也可以将低于3℃的温度设为预定温度。

在仅根据发动机停止时的外部气体温度来判断发动机停止后的冻结的可能性的情况下，优选在发动机停止的定时执行防冻结操作、或者在从发动机停止起经过了预定时间之后执行防冻结操作。以下，将在前者的条件和定时下执行的防冻结控制称为第1变形例的防冻结控制，将在后者的条件和定时下执行的防冻结控制称为第2变形例的防冻结控制。

图12是示出第1变形例的防冻结控制的控制流程的流程图。图12所示的防冻结控制在满足发动机停止要求的条件并且开始发动机停止操作的定时执行。首先，在作为最初的处理的步骤S102中，通过温度传感器来计测开始发动机停止操作的时间点下的外部气体温度。然后，判定所计测出的外部气体温度是否为预定温度以下。如果外部气体温度比预定温度高，则不进行防冻结操作。由于不进行不必要的防冻结操作，所以能够极力抑制能量消耗量。

在外部气体温度为预定温度以下的情况下，进行步骤S104的处理。在步骤S104中，在到发动机的停止完成为止的期间内进行防冻结操作。这里，发动机的停止位置控制被用于防冻结操作。详细而言，对发动机的停止曲轴角度进行控制，以使得气门成为全闭或者以1mm以上的升程量打开的状态。此外，不限定发动机的停止位置控制的方法。例如，可以基于燃料切断的定时来控制停止曲轴角度，也可以通过控制辅机等的负荷来控制停止曲轴角度。

在发动机停止后进行防冻结操作的情况下，需要利用马达等使曲轴旋转来使气门动作。也就是说，需要投入用于防冻结操作的能量。但是，根据第1变形例的防冻结控制，通过发动机完全停止之前的停止位置控制来进行防冻结操作，由此能够将发动机所具有的动能用于防冻结操作。另外，为了高精度地执行停止位置控制，会对控制装置施加相应的负担。但是，通过停止位置控制实现的防冻结操作被限定为在发动机停止时的外部气体温度为预定温度以下的情况下执行，所以，进一步抑制了伴随防冻结控制的控制装置的负担。

图13是示出第2变形例的防冻结控制的控制流程的流程图。图13所示的防冻结控制也是在满足发动机停止要求的条件并且开始发动机停止操作的定时执行。首先，在作为最初的处理的步骤S202中，通过温度传感器来计测开始发动机停止操作的时间点下的外部气体温度。然后，判定所计测出的外部气体温度是否为预定温度以下。如果外部气体温度比预定温度高，则不进行防冻结操作。

在外部气体温度为预定温度以下的情况下，进行步骤S204的判定。在步骤S204中，判定从发动机停止起的经过时间是否超过了预定时间。并且，不进行防冻结操作而处于待机状态，直到经过时间超过预定时间为止。在发动机停止之后，也存在不少因端口内的温度的降低而产生的冷凝水、通过自由落下而流到端口的冷凝水。作为判断基准的预定时间是一定程度的量的冷凝水流到气门周边所需要的时间(例如，1个小时)。

在从发动机停止起的经过时间超过了预定时间的情况下，进行通过马达等使曲轴旋转来使气门动作的防冻结操作。这里，在发动机停止时打开的气门全闭，发动机停止时全闭的气门以1mm以上的升程量打开。通过上述的操作，积存在端口内的气门盖上的冷凝水从在气门打开时形成的气门面与气门座的间隙落到汽缸内。也可以使发动机停止时全闭的气门在至少打开一次之后全闭。通过暂时打开全闭状态的气门，积存在端口内的气门盖上的冷凝水从在气门打开时形成的气门面与气门座的间隙落到汽缸内。通过使打开的气门再次全闭，使附着于气门座和/或气门面的水滴溃散而将其除去。

根据第2变形例的防冻结控制，虽然需要在发动机停止后驱动气门，但能够进一步防止在发动机停止后在端口产生的、或流落到端口的冷凝水积存在气门周边这一情况。执行防冻结操作的定时可以通过计时器来计测，所以，与像上述的实施方式那样在发动机停止后持续推定气门周边温度的情况相比，进一步抑制了伴随防冻结控制的控制装置的负担。

在车辆为所谓的插电式混合动力车辆的情况下，在长时间持续进行马达行驶的情况下在停止的发动机内冷凝水有可能冻结。本发明也能够应用于插电式混合动力车辆，但优选禁止车辆停止时的发动机的防冻结操作，而是在马达行驶期间执行防冻结操作。这是因为，在处于马达行驶期间时，即使因防冻结操作而从停止期间的发动机产生异常声音，也很少会使乘员、周围的人感到不安。

虽然在上述的实施方式中可变气门机构是机械式，但可变气门机构也可以是电动式。若是通过电磁线圈和/或马达直接驱动气门的电动式的可变气门机构，则能够不使发动机旋转地执行防冻结操作中的气门的开闭操作。

Claims (13)

1.一种内燃机的控制装置，所述内燃机包括：燃烧室；连接于所述燃烧室的端口；以及对所述燃烧室与所述端口之间进行开闭的气门，

所述控制装置的特征在于，包括电子控制单元，

所述电子控制单元构成为，在所述内燃机停止之后所述气门的周边的温度降低到预定温度范围内的情况下执行防冻结操作，所述防冻结操作是将所述气门控制为全闭或者以1mm以上的升程量打开的状态的操作，所述预定温度范围为上限值低于10℃的温度范围，

所述电子控制单元构成为，在所述气门的周边的温度降低到所述预定温度范围内之前所述气门为打开的情况下，将所述气门控制为全闭来作为所述防冻结操作，

所述电子控制单元构成为，在所述气门的周边的温度降低到所述预定温度范围内之前所述气门为全闭的情况下，控制所述气门以使其以1mm以上的升程量打开来作为所述防冻结操作。

2.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，

所述电子控制单元构成为，在所述气门的周边的温度降低到所述预定温度范围内之前所述气门为全闭的情况下，控制所述气门以使其在至少打开一次之后全闭来作为所述防冻结操作。

3.一种内燃机的控制装置，所述内燃机包括：燃烧室；连接于所述燃烧室的端口；以及对所述燃烧室与所述端口之间进行开闭的气门，

所述控制装置的特征在于，包括电子控制单元，

所述电子控制单元构成为，在所述内燃机停止之后所述气门的周边的温度降低到预定温度范围内的情况下、或者在所述内燃机停止时的外部气体温度为预定温度以下的情况下，执行防冻结操作，所述防冻结操作是将所述气门控制为全闭或者以1mm以上的升程量打开的状态的操作，所述预定温度范围为上限值低于10℃的温度范围，所述预定温度低于5℃，

所述电子控制单元构成为，推定在所述内燃机停止时或停止后存在于所述端口内的冷凝水的量，在所述冷凝水的量比预定的上限量大的情况下执行所述防冻结操作，

所述电子控制单元构成为，在所述冷凝水的量比所述上限量大且为第1基准量以下的情况下将所述气门控制为全闭或以1mm以上的升程量打开的状态来作为所述防冻结操作，所述第1基准量比所述上限量大，

所述电子控制单元构成为，在所述冷凝水的量比所述第1基准量大的情况下控制所述气门以使其在至少打开一次之后全闭来作为所述防冻结操作。

4.根据权利要求3所述的内燃机的控制装置，其特征在于，

所述电子控制单元构成为，在所述冷凝水的量为所述第1基准量以下、并且比第2基准量大的情况下控制所述气门以使其全闭来作为所述防冻结操作，所述第2基准量小于所述第1基准量。

5.一种内燃机的控制装置，所述内燃机包括：燃烧室；连接于所述燃烧室的端口；以及对所述燃烧室与所述端口之间进行开闭的气门，

所述控制装置的特征在于，包括电子控制单元，

所述电子控制单元构成为，在所述内燃机停止之后所述气门的周边的温度降低到预定温度范围内的情况下、或者在所述内燃机停止时的外部气体温度为预定温度以下的情况下，执行防冻结操作，所述防冻结操作是将所述气门控制为全闭或者以1mm以上的升程量打开的状态的操作，所述预定温度范围为上限值低于10℃的温度范围，所述预定温度低于5℃，

所述内燃机具有多个相对于水平面的搭载角度不同的气门，

所述电子控制单元构成为，根据所述搭载角度使所述气门的控制不同来作为所述防冻结操作。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，

所述电子控制单元构成为，基于外部气体温度来推定所述气门的周边的温度。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，

所述电子控制单元构成为，基于所述内燃机停止时的内燃机温度、外部气体温度以及所述内燃机停止后的经过时间来推定所述气门的周边的温度。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，

所述电子控制单元构成为，基于设置于所述内燃机的内部的温度传感器的输出来推定所述气门的周边的温度。

9.根据权利要求6所述的内燃机的控制装置，其特征在于，

所述电子控制单元构成为，基于通过与外部的通信而获得的信息来判定所述内燃机停止后的冻结的可能性，

所述电子控制单元构成为，仅在所述电子控制单元判定为存在冻结的可能性的情况下，在所述内燃机停止后执行对所述气门的周边的温度的推定。

10.根据权利要求7所述的内燃机的控制装置，其特征在于，

所述电子控制单元构成为，基于通过与外部的通信而获得的信息来判定所述内燃机停止后的冻结的可能性，

所述电子控制单元构成为，仅在所述电子控制单元判定为存在冻结的可能性的情况下，在所述内燃机停止后执行对所述气门的周边的温度的推定。

11.根据权利要求8所述的内燃机的控制装置，其特征在于，

所述电子控制单元构成为，基于通过与外部的通信而获得的信息来判定所述内燃机停止后的冻结的可能性，

所述电子控制单元构成为，仅在所述电子控制单元判定为存在冻结的可能性的情况下，在所述内燃机停止后执行对所述气门的周边的温度的推定。

12.一种内燃机的控制装置，所述内燃机包括：燃烧室；连接于所述燃烧室的端口；以及对所述燃烧室与所述端口之间进行开闭的气门，

所述控制装置的特征在于，包括电子控制单元，

所述电子控制单元构成为，在所述内燃机停止时的外部气体温度为预定温度以下的情况下执行防冻结操作，所述防冻结操作是将所述气门控制为全闭或者以1mm以上的升程量打开的状态的操作，所述预定温度低于5℃，

所述电子控制单元构成为，在所述内燃机停止时的外部气体温度为所述预定温度以下、并且在所述内燃机停止时所述气门为打开的情况下，在从所述内燃机停止起经过了预定时间之后控制所述气门以使其全闭来作为所述防冻结操作，

所述电子控制单元构成为，在所述内燃机停止时的外部气体温度为所述预定温度以下、并且在所述内燃机停止时所述气门为全闭的情况下，在从所述内燃机停止起经过了所述预定时间之后控制所述气门以使其以1mm以上的升程量打开来作为所述防冻结操作。

13.根据权利要求12所述的内燃机的控制装置，其特征在于，

所述电子控制单元构成为，在所述内燃机停止时的外部气体温度为所述预定温度以下、并且在所述内燃机停止时所述气门为全闭的情况下控制所述气门以使其在至少打开一次之后全闭来作为所述防冻结操作。

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