JP2018178839A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の停止後に発生する凝縮水が、燃焼室と燃焼室に接続されるポートとの間を開閉するバルブのバルブフェイスとバルブシートとの隙間で凍結することを防止することができる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】内燃機関の停止後、バルブの周辺の温度が１０℃よりも低い所定温度範囲内まで低下した場合、或いは、内燃機関の停止時の外気温度が５℃よりも低い所定温度以下の場合、バルブを全閉にするか或いは１ｍｍ以上のリフト量で開いた状態にする凍結防止操作を実施する。【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、詳しくは、凝縮水がポートで発生する或いはポートへ流入する内燃機関に用いて好適な制御装置に関する。

特許文献１には、内燃機関の停止後にスロットルの周辺に凝縮した水分が凍結してスロットルが固着するという問題と、その解決策とについて記載されている。ところが凝縮水による凍結はスロットルに限った問題ではない。凝縮水は、燃焼室と燃焼室に接続されるポートとの間を開閉するバルブ、つまり、吸気バルブや排気バルブにも到達する場合がある。これらのバルブが中途半端な開度で開いていると、凝縮水の表面張力の作用によってバルブフェイスとバルブシートとの間に凝縮水が溜まる。この凝縮水が凍結した場合には、次回の内燃機関の始動時にバルブが完全に閉まらず、新気の不足や排気不良による残留ガスの過多によって失火が発生するおそれがある。

特開２００８−０８８８３５号公報 特開２０１２−１２７２４６号公報

本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、内燃機関の停止後、燃焼室と燃焼室に接続されるポートとの間を開閉するバルブのバルブフェイスとバルブシートとの隙間で、ポート内の凝縮水が凍結することを防止することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係る内燃機関の制御装置は、上記目的を達成するため、バルブ操作手段を備える。温度推定手段は、燃焼室と燃焼室に接続されるポートとの間を開閉するバルブの周辺の温度を推定するように構成される。バルブ操作手段は、内燃機関の停止後、バルブの周辺の温度が１０℃よりも低い所定温度範囲内まで低下した場合、或いは、内燃機関の停止時の外気温度が５℃よりも低い所定温度以下の場合、バルブを全閉にするか或いは１ｍｍ以上のリフト量で開いた状態にする凍結防止操作を実施するように構成される。

バルブが全閉になっていれば、バルブフェイスとバルブシートとの間に隙間はできないため、その隙間に凝縮水が溜まることはない。また、バルブが１ｍｍ以上のリフト量で開いていれば、凝縮水に作用する表面張力が弱まり、凝縮水はバルブフェイスとバルブシートとの間からシリンダ内に流れ落ちる。このようなバルブ操作をバルブの周辺の温度が０℃以下になる前に行うことで、バルブフェイスとバルブシートとの隙間で凝縮水が凍結することを防ぐことができる。

内燃機関の停止後にバルブの周辺の温度が１０℃よりも低くなったとき、その後の温度の低下によって、バルブの周辺の温度が凝縮水の凍結温度以下になる可能性がある。また、内燃機関の停止時の外気温度が５℃より低い場合にも、その後の外気温度の低下によって、バルブの周辺の温度が凝縮水の凍結温度以下になる可能性がある。つまり、内燃機関の停止後にバルブの周辺の温度が所定温度範囲内まで低下したことと、内燃機関の停止時の外気温度が所定温度以下であることは、それぞれ、将来的にバルブの周辺の温度が凝縮水の凍結温度以下になる可能性を判断する１つの条件である。

内燃機関の停止後のバルブの周辺の温度に基づいて凍結防止操作の実施を判断する場合、バルブの周辺の温度が所定温度範囲内まで低下する以前にバルブが開いていたのであれば、凍結防止操作においてバルブを全閉にしてもよい。この操作により、バルブシートやバルブフェイスに水滴が付着していたとしても、その水滴をバルブフェイスとバルブシートとの間で挟んで潰すことができる。一方、バルブの周辺の温度が所定温度範囲内まで低下する以前にバルブが全閉であったのであれば、凍結防止操作においてバルブを１ｍｍ以上のリフト量で開いてもよい。この操作により、ポート内のバルブヘッド上に溜まっている凝縮水を、バルブが開いたときにできるバルブフェイスとバルブシートとの隙間からシリンダ内に落とすことができる。

さらに、バルブの周辺の温度が所定温度範囲内まで低下する以前にバルブが全閉であったのであれば、凍結防止操作においてバルブを少なくとも一度開いてから全閉にしてもよい。全閉状態のバルブを一旦開くことにより、ポート内のバルブヘッド上に溜まっている凝縮水を、バルブが開いたときにできるバルブフェイスとバルブシートとの隙間からシリンダ内に落とし、さらに、開いたバルブを再び全閉にすることにより、バルブシートやバルブフェイスに付着した水滴を潰すことができる。

内燃機関の停止時の外気温度に基づいて凍結防止操作の実施を判断する場合、内燃機関の停止時の外気温度が所定温度以下であれば、内燃機関が停止するタイミングで凍結防止操作を実施してもよい。内燃機関が停止するタイミングであれば、内燃機関の停止位置制御に凍結防止操作を関連させることができる。つまり、バルブが全閉になるか或いは１ｍｍ以上のリフト量で開いた状態になるように、内燃機関の停止クランク角度を制御することができる。

内燃機関の停止時の外気温度が所定温度以下の場合、内燃機関の停止から所定時間が経過した後に凍結防止操作を実施してもよい。内燃機関の停止後、ポート内の温度の低下によって発生する凝縮水や、自由落下によってポートに流れてくる凝縮水も少なからず存在するからである。詳しくは、内燃機関の停止時にバルブが開いていたのであれば、凍結防止操作においてバルブを全閉にしてもよい。この操作により、バルブシートやバルブフェイスに水滴が付着していたとしても、その水滴をバルブフェイスとバルブシートとの間で挟んで潰すことができる。一方、内燃機関の停止時にバルブが全閉であったのであれば、凍結防止操作においてバルブを１ｍｍ以上のリフト量で開いてもよい。この操作により、ポート内のバルブヘッド上に溜まっている凝縮水を、バルブが開いたときにできるバルブフェイスとバルブシートとの隙間からシリンダ内に落とすことができる。

さらに、内燃機関の停止時の外気温度が所定温度以下である場合において内燃機関の停止時にバルブが全閉であったのであれば、凍結防止操作においてバルブを少なくとも一度開いてから全閉にしてもよい。全閉状態のバルブを一旦開くことにより、ポート内のバルブヘッド上に溜まっている凝縮水を、バルブが開いたときにできるバルブフェイスとバルブシートとの隙間からシリンダ内に落とし、さらに、開いたバルブを再び全閉にすることにより、バルブシートやバルブフェイスに付着した水滴を潰すことができる。

制御装置は、内燃機関の停止時或いは停止後にポート内に存在する凝縮水の量を推定する凝縮水量推定手段をさらに備えてもよい。この場合、凍結防止操作におけるバルブの操作を凝縮水の量に応じて変更してもよい。例えば、推定された凝縮水の量が大きいほどバルブのリフト量を大きくしてもよい。そうすることで、バルブフェイスとバルブシートとの隙間からの凝縮水の落下をより確実なものにすることができる。

また、推定された凝縮水の量が所定の上限量よりも大きい場合に限定して凍結防止操作を実施してもよい。バルブフェイスとバルブシートとの隙間で凝縮水が凍結する問題は凝縮水の量が少なければ発生しない。ゆえに、凝縮水の量が上限量以下であれば凍結防止操作を実施しないことにより、エネルギの消費を抑えることができる。

凝縮水の量が上限量よりも大きく、且つ、上限量より大きい第１基準量以下である場合、凍結防止操作においてバルブを全閉にするか或いは１ｍｍ以上のリフト量で開いた状態にし、凝縮水の量が第１基準量よりも大きい場合、凍結防止操作においてバルブを少なくとも一度開いてから全閉にしてもよい。効率的なバルブの操作は凝縮水の量によって異なるので、このように凝縮水の量に応じてバルブの操作を変更することにより、凍結防止操作のためのエネルギの消費を抑えることができる。

凝縮水の量が第１基準量以下であり、且つ、第１基準量より小さい第２基準量より大きい場合、凍結防止操作においてバルブを全閉にしてもよい。凝縮水の量がある程度大きくなると、バルブを開いたときにバルブシートやバルブフェイスに凝縮水が付着する確率が高くなる。ゆえに、上限量と第１基準量との間に第２基準量を設定して、これより凝縮水の量が大きくなったらバルブを全閉にすることで、バルブフェイスとバルブシートとの隙間で凝縮水が凍結することを防ぐことができる。

内燃機関が水平面に対する搭載角度の異なる複数のバルブを有する場合、凍結防止操作におけるバルブの操作をバルブの搭載角度に応じて異ならせてもよい。バルブが開いたときの凝縮水の流れ落ちやすさはバルブの搭載角度によって異なるからである。バルブのリフト量が同じであるなら、バルブの搭載角度が水平に近づくほど凝縮水は流れ落ちやすく、バルブの搭載角度が垂直に近づくほど凝縮水は流れ落ちにくくなる。ゆえに、例えば、バルブの搭載角度が垂直に近いほどバルブのリフト量を大きくしてもよい。そうすることで、バルブフェイスとバルブシートとの隙間からの凝縮水の落下をより確実なものにすることができる。さらに、凍結防止操作におけるバルブの操作を凝縮水の量と搭載角度に応じて異ならせてもよい。

バルブの周辺の温度を推定する方法としては、例えば、外気温度に基づいてバルブの周辺の温度を推定する方法、内燃機関の停止時の機関温度と外気温度と内燃機関の停止後の経過時間とに基づいてバルブの周辺の温度を推定する方法、内燃機関の内部に設けられた温度センサの出力に基づいてバルブの周辺の温度を推定する方法等が挙げられる。

また、外部との通信により得られた情報に基づいて内燃機関の停止後の凍結の可能性を判定し、凍結の可能性があると判定された場合のみ、内燃機関の停止後、バルブの周辺の温度の推定を行うようにしてもよい。凍結の可能性がない場合にはバルブの周辺の温度の推定を行わないことによりエネルギの消費を抑えることができる。

以上述べた通り、本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、内燃機関の停止後、燃焼室と燃焼室に接続されるポートとの間を開閉するバルブのバルブフェイスとバルブシートとの隙間で、ポート内の凝縮水が凍結することを防止することができる。

本発明の実施の形態の内燃機関の構成を示す図である。 内燃機関の停止直後の吸気系内の水の挙動を説明する図である。 バルブの搭載角とバルブヘッド上に溜まった凝縮水の量と凝縮水が流れ落ちるために必要なバルブのリフト量との関係を示す図である。 凍結防止操作の一例を示す図である。 凍結防止操作の実施タイミングを示す図である。 内燃機関の停止時の機関温度が高い場合と低い場合、そして、外気温度が高い場合と低い場合のそれぞれの組み合わせについて、内燃機関の停止後の経過時間による機関温度の変化を示す図である。 冷却水温度とバルブ周辺温度との関係を示す図である。 吸気温度と冷却水温度とからバルブ周辺温度を推定するためのマップのイメージを示す図である。 凍結防止制御の制御フローを示すフローチャートである。 凍結防止操作の変形例１を示す図である。 凍結防止操作の変形例２を示す図である。 第１の変形例による凍結防止制御の制御フローを示すフローチャートである。 第２の変形例による凍結防止制御の制御フローを示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、特に明示する場合を除き、構成部品の構造や配置、処理の順序などを下記のものに限定する意図はない。本発明は以下に示す実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

１．前提となる内燃機関の構成
図１は、本発明の実施の形態の内燃機関の構成を示す図である。本実施の形態の内燃機関２は、Ｖ型６気筒エンジン（以下、単にエンジンという）である。このエンジン４は、その燃焼方式に限定はなく、例えば、火花点火式エンジンとして構成されてもよいし、ディーゼルエンジンとして構成されてもよい。本実施の形態においてエンジン２が搭載される車両はＦＦ車である。エンジン２は車両の前部に横置きに、且つ、前方に傾けて搭載される。エンジン２の二つのバンク４Ｌ，４Ｒのうち車両の前側に位置するバンクが右バンク４Ｒであり、後側に位置するバンクが左バンク４Ｌである。本実施の形態では右バンク４Ｒと左バンク４Ｌとの間のバンク角は６０度である。

各バンク４Ｌ，４Ｒのシリンダヘッドには、各気筒の燃焼室６Ｌ，６Ｒに通じる吸気ポート８Ｌ，８Ｒ及び排気ポート１０Ｌ，１０Ｒが気筒毎に設けられている。各バンク４Ｌ，４Ｒにおいて、吸気ポート８Ｌ，８Ｒはエンジン２の内側に設けられ、排気ポート１０Ｌ，１０Ｒは外側に設けられている。燃焼室６Ｌ，６Ｒと吸気ポート８Ｌ，８Ｒとの間、燃焼室６Ｌ，６Ｒと排気ポート１０Ｌ，１０Ｒとの間はそれぞれバルブ１２Ｌ，１２Ｒ，１４Ｌ，１４Ｒによって開閉される。吸気側のバルブである吸気バルブ１２Ｌ，１２Ｒを駆動する動弁機構１６Ｌ，１６Ｒと、排気側のバルブである排気バルブ１４Ｌ，１４Ｒを駆動する動弁機構１８Ｌ，１８Ｒは、いずれもエンジン２のクランクシャフトから駆動力を分配される機械式の可変動弁機構である。なお、以下の説明では、右バンク４Ｒと左バンク４Ｌのそれぞれに設けられる部品や部位について、特に左右を区別する必要のない場合には、符号のＬ或いはＲは省略するものとする。

本実施の形態においてエンジン２が搭載される車両は、エンジン２とともにモータ２０を動力装置とするハイブリッド車両である。このハイブリッド車両では、エンジン２とモータ２０と図示しない駆動力伝達機構との間の駆動力の伝達経路を切り替えることにより、モータ２０によってエンジン２を回転させることができる。モータ２０によるエンジン２の強制回転は、エンジン２を始動させる場合に利用される他、所定の条件が成立した場合にはエンジン２の停止時に利用される。これについては後述する。

エンジン２の制御は、制御装置３０によって行われる。制御装置３０は、少なくとも１つのプロセッサと、少なくとも１つのメモリーとを有するＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。メモリーには、エンジン２の制御のための各種のプログラムやマップを含む各種のデータが記憶されている。メモリーに記憶されているプログラムがロードされてプロセッサで実行されることで、制御装置３０には様々な機能が実現される。なお、制御装置３０は、複数のＥＣＵから構成されていてもよい。

制御装置３０には、エンジン２や車両に取り付けられた各種のセンサから、エンジン２の運転状態や運転条件に関する様々な情報が入力される。例えば、車両のエンジン２からの熱の影響を受けない部位に取り付けられた外気温度センサ３２からは、外気温度に関する情報が入力される。エンジン２の吸気通路入口或いはサージタンクに取り付けられた吸気温度センサ３４からは、吸気温度に関する情報が入力される。水温センサ３６からは、エンジン２の冷却水温度に関する情報が入力される。クランク角センサ３８からは、エンジン２のクランク角度に関する情報が入力される。制御装置３０は、少なくともこれらの情報に基づいて、エンジン２の動作に関係するアクチュエータの操作量を決定する。このアクチュエータには、可変動弁機構１６，１８の他、図示しない燃料噴射装置やスロットルや点火装置等が含まれる。さらに、エンジン２を強制回転させることができるモータ２０もアクチュエータの一つに含まれる。

２．凝縮水に起因する課題
上記のごとく構成されたエンジン２における課題の１つがエンジン２の停止後にポート８，１０内に存在する凝縮水である。排気ポート１０の場合、エンジン２の始動後暫くの間は排気ポート１０の壁面温度が排気ガスの露点温度よりも低いため、排気ガスに含まれる水分が排気ポート１０の壁面で結露して凝縮水となる。このため、暖機が完了する前にエンジン２が停止した場合、排気ポート１０には凝縮水が付着したままとなり、これが排気バルブ１４へと流れてくる。

吸気ポート８の場合、ＥＧＲガスやブローバイガスに含まれる水分、或いは新気に含まれる水分によって凝縮水が発生する。特に、エンジン２がインタークーラを備える過給エンジンである場合、インタークーラ内にて凝縮水が発生しやすい。図２は、インタークーラ２２を備えるエンジン２における停止直後の吸気系内の水の挙動を説明する図である。この図に示すように、エンジン２の停止後、インタークーラ２２の壁面温度の低下によりインタークーラ２２内のガスに含まれる水分は結露して凝縮水が発生する。インタークーラ２２で発生した凝縮水は吸気ポート８へと流れ落ちていく。しかし、エンジン２の停止後暫くの間、吸気ポート８は高温のままであるため、凝縮水は吸気ポート８において蒸発する。蒸発した水分は低温のインタークーラ２２において再び結露して凝縮水となり、再び吸気ポート８に流れていく。このようなことがインタークーラ２２と吸気ポート８との温度差が小さくなるまで繰り返される。そして、吸気ポート８の温度が低下して吸気ポート８での蒸発がなくなったら、凝縮水が吸気バルブ１２へと流れてくる。

エンジン２が停止しているとき、当然のことながら各バルブ１２，１４も停止しているが、そのときの各バルブ１２，１４の開度はクランクシャフトの停止位置によって決まり、気筒によって異なる。例えば、全閉のバルブもあれば、全開のバルブもあり、微小開度で開いているバルブもある。上述のように凝縮水がバルブ１２，１４に流れてきたとき、全閉のバルブでは凝縮水がバルブヘッド上に溜る。開度の大きいバルブでは凝縮水はバルブフェイスとバルブシートとの隙間からシリンダ内に流れ落ちるが、凝縮水の量如何によってはバルブフェイスとバルブシートとの隙間に凝縮水が水滴となって残留する場合がある。開度の小さいバルブでは凝縮水はバルブフェイスとバルブシートとの隙間から流れ落ちずに滞留する。バルブ１２，１４の周辺に残留した凝縮水は、バルブ１２，１４の周辺の温度が凝縮水の凍結温度（ここでは凝縮水の凍結温度は０℃であるとする）以下まで低下したときに凍結して氷になる。

バルブ１２，１４の周辺で凝縮水が凍結してできる氷は、エンジン２を再始動するときの始動性に影響する。例えば、バルブフェイスとバルブシートとの隙間で凝縮水が凍結した場合、バルブ１２，１４が完全に閉まらない閉不良が発生してしまう。また、バルブ１２，１４が完全に閉じている場合であっても、バルブヘッド上に溜まった凝縮水が多い場合には、そこに氷の塊ができることによってガス通路が閉塞されてしまい吸排気機能を低下させてしまう。ゆえに、凝縮水が凍結するような環境下でもエンジン２の良好な始動性を担保するためには、少なくとも、バルブフェイスとバルブシートとの隙間で凝縮水が凍結することと、バルブヘッド上で多量の凝縮水が凍結することとは防止したい。

３．凝縮水の凍結に対する対策
本出願に係る発明者らは、バルブフェイスとバルブシートとの隙間で凝縮水が凍結する条件について研究を行なった。研究の結果、バルブフェイスとバルブシートとの隙間で凝縮水が凍結するかどうかは、凝縮水の量とバルブの開き具合と水平面に対するバルブの搭載角度との関係によって決まることが判明した。以下、判明した事実について説明する。

バルブが全閉であるならば、当然ながらバルブフェイスとバルブシートとの隙間で凝縮水が凍結することはない。問題となるのは、バルブが開いている場合である。図３は、実験結果から統計的に得られた、バルブの搭載角と、バルブヘッド上に溜まった凝縮水の量と、凝縮水が流れ落ちるために必要なバルブのリフト量との関係を示す図である。この図に示すように、バルブの搭載角が一定である場合、凝縮水の量が多ければ必要なバルブのリフト量は大きくなることが分かった。また、凝縮水量が一定の場合、バルブの搭載角が９０度に近づくほど必要なバルブのリフト量は大きくなることが分かった。これは、バルブの搭載角度が水平に近づくほど凝縮水は流れ落ちやすく、バルブの搭載角度が垂直に近づくほど凝縮水は流れ落ちにくくなることによる。

さらに、実験の結果分かったことは、凝縮水を流し落とすことができる最小リフト量が存在することである。実験結果から統計的に得られた最小リフト量は１ｍｍである。リフト量が１ｍｍより小さい場合には、バルブの搭載角の大小によらず、表面張力の作用によって凝縮水はバルブフェイスとバルブシートとの間に安定して留まる。ゆえに、バルブを開いて凝縮水を流し落そうとするのであれば、少なくとも１ｍ以上のリフト量でバルブを開く必要がある。

また、バルブのリフト量がある程度大きくなれば、凝縮水は滞留することなくシリンダ内に流れ落ちるようになるため、凝縮水の量が増えてもそれ以上はリフト量を大きくする必要がないことも分かった。このときのリフト量はバルブの搭載角度によっても異なる。バルブの搭載角度が垂直の場合は３．５ｍｍであり、バルブの搭載角度が水平に近づくにつれて少ないリフト量で済むようになる。

ただし、凝縮水の量が増えると、その分、バルブを開いたときにバルブシートやバルブフェイスに水滴の状態で付着する凝縮水の量も多くなる。このため、凝縮水の量が一定以上になったときには、バルブを開くだけではバルブフェイスとバルブシートとの隙間に凝縮水を残留させないようにすることはできない。本出願に係る発明者らによる実験では、バルブを開くことに効果がある凝縮水の量の上限は、１気筒当たりおよそ０．１ｃｃであった（請求項との関係では、この０．１ｃｃという凝縮水量は第２基準量に相当する）。

また、本出願に係る発明者らは、バルブを全閉にした場合にポート内のバルブヘッド上に滞留する凝縮水の量が与える影響について研究を行なった。研究の結果、凝縮水の量がある一定以上の量になった場合には、凝縮水が凍結することによるガス通路の閉塞によって吸排気機能の低下が顕著になることが分かった。本出願に係る発明者らによる実験では、凍結が吸排気機能に顕著に影響し始める凝縮水の量は、１気筒当たりおよそ１ｃｃであった（請求項との関係では、この１ｃｃという凝縮水量は第１基準量に相当する）。ここで得られた実験結果は、凝縮水の量が１気筒当たりおよそ０．１ｃｃより多く、且つ、およそ１ｃｃ未満の場合には、バルブを全閉にすることがバルブフェイスとバルブシートとの隙間に凝縮水を残留させない最も効果的な方法であることを意味している。

本出願に係る発明者らは、凝縮水の量が超多量である場合の対策について検討した。本出願に係る発明者らによる実験では、超多量の凝縮水とは１気筒当たり１ｃｃを超える量の凝縮水を意味する。様々な実験を行った結果、凝縮水の量が多量である場合には、バルブを全閉に維持するのではなく、バルブを一旦開いた後で再び全閉にすることが効果的であることが分かった。バルブを一旦開くことで、ポート内のバルブヘッド上に溜まった凝縮水はシリンダ内に流れ落ちる。そして、開いたバルブを再び全閉にすることにより、バルブシートやバルブフェイスに付着した水滴をバルブシートとバルブフェイスとの間で挟んで潰すことができる。

以上説明した通り、本出願に係る発明者らによる研究の結果から判明したことは、次の３つである。１つ目は、凝縮水の量が少量である場合、例えば、１気筒当たりおよそ０．１ｃｃより少ない場合には、バルブを全閉にするか、或いは、少なくとも１ｍｍ以上のリフト量でバルブを開くことにより、バルブフェイスとバルブシートとの隙間に凝縮水を残留させないという目的を達せられるということである。ただし、バルブフェイスとバルブシートとの隙間からの凝縮水の落下をより確実なものにするには、バルブの搭載角度が垂直に近いほどバルブのリフト量を大きくすることがよい。２つ目は、凝縮水の量が多量である場合、例えば、１気筒当たりおよそ０．１ｃｃより大きくおよそ１ｃｃ未満の場合には、バルブを全閉にすることにより、バルブフェイスとバルブシートとの隙間に凝縮水を残留させないという目的を達せられるということである。そして、３つ目は、凝縮水の量が超多量である場合、例えば、１気筒当たりおよそ０．１ｃｃを超える場合には、バルブを全閉に維持するのではなく、バルブを一旦開いてから再び閉じることにより、凍結した凝縮水によるガス通路の閉塞を防止しつつ、バルブフェイスとバルブシートとの隙間に凝縮水を残留させないという目的を達せられるということである。これらのバルブ操作は、凝縮水がバルブフェイスとバルブシートとの隙間で凍結することを防止するための操作であるので、以下、これらのバルブ操作を総称して凍結防止操作という。

３．凍結防止操作の具体例
図１に示す制御装置３０には、エンジン２の停止後、バルブ１２，１４の周辺において凝縮水が発生する可能性が生じた場合に、上述の凍結防止操作を実行するためのプログラムが組み込まれている。そのプログラムがプロセッサによって実行されることで、制御装置３０は凍結防止操作手段として機能する。ここまでは凍結防止操作の内容について説明したが、以下では、制御装置３０によって凍結防止操作が実行されたときの具体的な動作について例を挙げて説明する。

図４は、制御装置３０によって実行される凍結防止操作の一例を示す図である。図４には、何れか一方のバンクの第１気筒＃１、第２気筒＃２、第３気筒＃３における吸気バルブ１２の動作が時間軸に沿って描かれている。気筒間の位相差は２４０度である。この例では、エンジン２の停止時、第１気筒＃１の吸気バルブ１２は開き、第２気筒＃２及び第３気筒＃３の吸気バルブ１２は閉じている。開いている第１気筒＃１の吸気バルブ１２のリフト量は、少なくとも１ｍｍ以上である。

エンジン２の停止直後は、吸気ポート８内の凝縮水は吸気ポート８の壁面に付着している。やがて、時間の経過によって吸気ポート８が冷えてくると、凝縮水の発生が進み、また、凝縮水は吸気ポート８の壁面を伝って吸気バルブ１２まで落ちてくる。このとき、開いている第１気筒＃１の吸気バルブ１２では、凝縮水は隙間からシリンダ内に流れ落ちるが、凝縮水量が多量である場合にはバルブシートやバルブフェイスに水滴が付着する。一方、閉じている第２気筒＃２及び第３気筒＃３の吸気バルブ１２では、バルブヘッド上に凝縮水の液溜まりができる。

このような状態で吸気バルブ１２の周辺の温度が氷点下まで下がると、凝縮水が凍結し、第１気筒＃１ではバルブシートとバルブフェイスとの隙間にできた氷により吸気バルブ１２の閉不良が起きる。また、第２気筒＃２及び第３気筒＃３では、多量の凝縮水がバルブヘッド上に溜まっている場合、氷によって吸入空気の通路が閉塞される。そこで、ここに示す凍結防止操作の例では、凝縮水が凍結する可能性が生じた場合、モータ２０によってエンジン２を１サイクル分、すなわち、７２０度回転させる。これにより、第１気筒＃１では、バルブシートやバルブフェイスに付着した水滴は吸気バルブ１２が一旦閉じる際に潰されてなくなる。第２気筒＃２及び第３気筒＃３では、バルブヘッド上に溜まっていた凝縮水は吸気バルブ１２が一旦開いた際に流れ落ち、その際にバルブシートやバルブフェイスに付着した水滴は吸気バルブ１２が再び閉じる際に潰されてなくなる。

なお、停止中のエンジン２をモータ２０で回転させる場合、停止しているエンジン２から異音が発生することになる。停止しているはずのエンジン２からの異音は周囲の人を驚かすことになりかねない。よって、モータ２０によりエンジン２を回転させる場合のエンジン回転数は極低速（例えば１００ｒｐｍほど）であることが望ましい。エンジン回転数を低く抑えることで、圧縮気筒では圧縮ガスがシリンダ外に漏出する時間を確保し、膨張気筒ではガスの流入時間を確保することができるので、圧縮仕事と膨張仕事の低減によって凍結防止操作にかかるエネルギ消費量を低減することもできる。

制御装置３０は、上に例示したような凍結防止操作をバルブ１２，１４の周辺の温度が氷点下まで下がる前に実施する。図５は、凍結防止操作の実施タイミングを示す図である。この図に示すように、吸気バルブ１２の周辺温度が氷点下まで下がった後では、既に凍結が始まっているために凍結防止操作を実施するタイミングとしては遅すぎる。一方、エンジン２の停止からの経過時間が短すぎると、凝縮水がバルブ１２，１４まで落ち切っていないために凍結防止操作を実施しても効果がない。ゆえに、凍結防止操作を実施するタイミングとしては、凝縮水がバルブ１２，１４まで十分に落ち切った後で、吸気バルブ１２の周辺温度が氷点下に下がる前が好ましい。

凍結防止操作の実施タイミングを吸気バルブ１２の周辺温度に基づいて計るとすれば、バルブ１２，１４の周辺温度が０℃＋αの温度となるタイミングを実施タイミングとして設定すればよい。より具体的には、バルブ１２，１４の周辺温度が１０℃よりも低い所定温度範囲内まで低下したら、凍結防止操作を実施すればよい。所定温度範囲を規定する１０℃は、バルブ１２，１４の周辺の温度を推定する際の推定誤差を考慮して決められた温度である（温度推定については次に説明する）。ゆえに、推定誤差が小さければ、所定温度範囲の上限温度は低くしてよい。所定温度範囲の上限温度は、好ましくは５℃よりも低い温度であり、より好ましくは３℃よりも低い温度である。また、所定温度範囲には下限温度を設定することもできる。下限温度は凝縮水の凍結温度（例えば０℃）であることが好ましい。

４．バルブ周辺温度の推定
ところで、バルブ１２，１４の周辺の温度（以下、バルブ周辺温度という）は、そこに温度センサが設けられていない限りは直接には計測することができない。このため、凍結防止操作の実施を判断するためには、関連する情報に基づいてバルブ周辺温度を推定することが必要となる。バルブ周辺温度を推定する方法は１つではなく、以下に開示するようにいくつかの方法がある。制御装置３０には、以下の何れかの方法によりバルブ周辺温度を推定するためのプログラムが組み込まれている。そのプログラムがプロセッサによって実行されることで、制御装置３０は温度推定手段として機能する。

第１の方法は、外気温度センサ３２により計測される外気温度からバルブ周辺温度を推定する方法である。エンジン２の停止後、エンジン２は外気によって冷却されて温度が低下していく。このため、エンジン２の停止後のバルブ周辺温度は外気温度よりも高い。エンジン２の停止時に外気温度が氷点以上であった場合、バルブ周辺温度を外気温度よりも所定温度だけ高い温度とみなしておけば、外気温度が氷点近傍まで低下したときに、バルブ周辺温度が所定温度範囲まで低下したことを検知することができる。

第２の方法は、エンジン停止時の機関温度と、外気温度センサ３２により計測される外気温度と、エンジン２の停止後の経過時間とからバルブ周辺温度を推定する方法である。図６は、エンジン停止時の機関温度が高い場合（機関温度１）と低い場合（機関温度２）、そして、外気温度が高い場合（外気温度１）と低い場合（外気温度２）のそれぞれの組み合わせについて、エンジン停止後の経過時間による機関温度の変化を示している。エンジン停止時の機関温度としては、水温センサ３６により計測されるエンジン停止時の冷却水温度を用いてもよい。そして、エンジン停止後の機関温度はバルブ周辺温度に等しいとみなしてよい。第２の方法では、図６に示す関係が規定されたマップを用いてバルブ周辺温度が推定される。

なお、図６に示すパラメータ間の関係は下記の簡易な式によって表現することもできる。マップの代わりに、下記の式を用いてバルブ周辺温度を推定してもよい。なお、下記の式における推定温度とはバルブ周辺温度の推定温度を意味し、時定数とは、計算周期当たりの時定数を意味する。ｎ＝１のときの推定温度、すなわち、初期温度はエンジン停止時の機関温度である。
推定温度（ｎ）＝推定温度（ｎ−１）−時定数×（推定温度（ｎ−１）−外気温度）

第３の方法は、水温センサ３６により計測される冷却水温度からバルブ周辺温度を推定する方法である。図７は、水温センサ３６により計測される冷却水温度とバルブ周辺温度との関係を示している。この図に示すように両者の間には誤差があり、その誤差は温度が低い温度が大きくなる。しかし、誤差範囲の中央値や下限値等を用いることで冷却水温度からバルブ周辺温度を推定することができる。第３の方法では、冷却水温度とバルブ周辺温度との関係が規定されたマップを用いてバルブ周辺温度が推定される。

第４の方法は、水温センサ３６により計測される冷却水温度と吸気温度センサ３４により計測される吸気温度とに基づいてバルブ周辺温度を推定する方法である。図８は、吸気温度と冷却水温度とからバルブ周辺温度を推定するためのマップのイメージを示す図である。吸気温度と冷却水温度とで定義される座標毎にバルブ周辺温度が記憶されている。第４の方法では、図８に示すようなマップを用いてバルブ周辺温度が推定される。

５．凍結防止制御の手順
先に述べたように、制御装置３０には、凍結防止操作を実行するためのプログラムと、バルブ周辺温度を推定するためのプログラムとが組み込まれている。これらのプログラムは、メインルーチンである凍結防止制御のサブルーチンとして実行される。凍結防止制御は、制御装置３０によってエンジン２の停止後に一定の周期で実行されるプログラムであり、その制御フローは図９のフローチャートによって表される。

フローチャートに示すように、凍結防止制御は６つのステップで構成される。ステップＳ２では、吸気ポート８と排気ポート１０の凝縮水量の推定が行われる。吸気ポート８の凝縮水量の推定では、吸気ポート８を吸入空気の流れ方向に複数の円環に分割し、円環ごとに壁面温度とガスの露点から凝縮水量が計算される。凝縮水量の計算は、吸気ポート８の上流部から燃焼室６に向かう順に行われる。排気ポート１０の凝縮水量の推定では、排気ポート１０を排気の流れ方向に複数の円環に分割し、円環ごとに壁面温度とガスの露点から凝縮水量が計算される。凝縮水量の計算は、排気ポート１０の下流部から燃焼室６に向かう順に行われる。

ステップＳ４では、吸気ポート８の凝縮水量が所定の上限量を超えたかどうか判定される。ステップＳ６では、排気ポート１０の凝縮水量が所定の上限量を超えたかどうか判定される。ステップＳ４及びＳ６の判定で用いられる上限量は、凍結防止操作を実施しないことが許容される凝縮水量の上限値であって、具体的には、第２基準量である０．１ｃｃよりも少ない量である。ステップＳ４の判定結果とステップＳ６の判定結果の両方が否定である場合、以降の処理は全てスキップされる。バルブフェイスとバルブシートとの隙間で凝縮水が凍結する問題は凝縮水の量が少なければ発生しない。ゆえに、凝縮水の量が上限量以下であれば凍結防止操作を実施しないことにより、エネルギの消費を抑えることができる。

ステップＳ４の判定結果とステップＳ６の判定結果の少なくとも一方が肯定である場合、ステップＳ８の処理が行われる。ステップＳ８では、先に述べた方法によりバルブ周辺温度が推定される。ステップＳ１０では、ステップＳ８で推定されたバルブ周辺温度が０℃よりも高く１０℃よりも低い所定温度範囲内まで低下したかどうか判定される。ステップＳ１０の判定結果が否定である場合、凍結防止操作を実施する必要はないため以降の処理はスキップされる。

ステップＳ１０の判定結果が肯定である場合、ステップＳ１２において凍結防止操作が実施される。凍結防止操作は、吸気ポート８の凝縮水量が上限量を超えている場合には少なくとも吸気バルブ１２に対して行われ、排気ポート１０の凝縮水量が上限量を超えている場合には少なくとも排気バルブ１４に対して行われる。そして、凍結防止操作が実施されることにより、エンジン２の停止後に発生する凝縮水がバルブ１２，１４のバルブフェイスとバルブシートとの隙間で凍結することは防止される。

６．凍結防止操作の変形例
本実施の形態のようにモータによって駆動されるエンジンの場合、モータの回転方向を制御することによって、停止時のエンジンの回転方向を正転から逆転へ、または、逆転から正転へと切り替えることができる。エンジンの回転方向の切り替えを凍結防止操作と組み合わせたものが、図１０に示す凍結防止操作の変形例１と図１１に示す凍結防止操作の変形例２である。ただし、これら変形例１，２のエンジンは直列４気筒エンジンである。

図１０に示す凍結防止操作の変形例１では、エンジンを４２０度正転させた後、６０度逆転させている。つまり、合計で４８０度エンジンを回転させている。この動作により、エンジンの停止時に開いていた吸気バルブは一旦閉じた後で再び開き、エンジンの停止時に閉じていた吸気バルブは一旦開いた後で再び閉じる。同様な吸気バルブの動作をエンジンの正転のみで実現する場合、図１０に示す例では、少なくとも６３０度エンジンを回転させる必要がある。ゆえに、凍結防止操作の変形例１によれば、エンジンの回転量を減らすことにより、異音の発生を抑制できるとともに、エネルギ消費量を抑制することができる。

図１１に示す凍結防止操作の変形例２では、可変動弁機構に対する気筒停止操作によって第２気筒＃２と第４気筒＃４は吸気バルブを全閉に維持している。そして、第１気筒＃１と第３気筒＃３の吸気バルブのみが運動する状態で、エンジンを６０度正転させた後、２１０度逆転させ、さらに６０度正転させている。つまり、合計で３３０度エンジンを回転させている。この動作により、エンジンの停止時に閉じていた第１気筒＃１と第３気筒＃３の吸気バルブは一旦開いた後で再び閉じる。同様な吸気バルブの動作をエンジンの正転のみで実現する場合、図１１に示す例では、少なくとも６３０度エンジンを回転させる必要がある。ゆえに、凍結防止操作の変形例２によれば、エンジンの回転量を減らすことにより、異音の発生を抑制できるとともに、エネルギ消費量を抑制することができる。

７．その他の実施の形態
制御装置は、外部との通信機能、例えば、インターネットへの接続による外部サーバとの通信機能を備えることができる。その場合、外部サーバからの気象情報の提供サービスを利用すれば、エンジン停止後の外気温度の変化予測を取得することができる。外気温度がこの先どのように変化するのか予測できれば、その予測に基づいてエンジンの停止後の凍結の可能性を判定することができる。凍結の可能性があると判定した場合のみ、エンジン停止後のバルブ周辺温度の推定を行うようにすれば、制御装置はエンジン停止後に推定プログラムを動かし続ける必要がなくなり、エネルギ消費を減らすことができる。

また、エンジン停止後の凍結の可能性を学習結果から判定するようにしてもよい。例えば、長時間のエンジン停止後のバルブ周辺温度、好ましくは、再始動時のバルブ周辺温度を記憶し、バルブ周辺温度が所定温度範囲まで低下することが所定回数連続した場合には、次回のエンジン停止時にも凍結の可能性があると判定してもよい。或いは、エンジン停止時の時刻ごと車両位置（例えば、高度や緯度経度）ごとに区分けした停止パターンを作成し、停止パターンごとにエンジン停止後のバルブ周辺温度を学習し、停止パターンごとに次回のエンジン停止時の凍結の可能性を判定してもよい。

さらに、変形例として、エンジンの停止後の凍結の可能性をエンジン停止時の外気温度のみで判定するようにしてもよい。具体的には、エンジン停止時の外気温度が所定温度以下であれば、この後のエンジン停止中に、バルブ周辺温度が０℃以下まで低下する可能性があると判断するようにしてもよい。エンジン停止時の外気温度が既に０℃以下であれば、やがてバルブ周辺温度も０℃以下になることは明らかである。ゆえに、判断基準となる所定温度は例えば０℃以下の温度に設定してもよい。

しかし、エンジン停止時の外気温度が０℃より高い場合であっても、その後に外気温度が０℃以下になる可能性はある。そして、その可能性はエンジン停止時の外気温度が０℃に近いほど高くなる。ゆえに、エンジン停止後にバルブ周辺温度が０℃以下になることの判断を誤らないようにするには、判断基準となる所定温度は、０℃よりも高い温度であることが好ましい。一方、無駄に凍結防止操作を行うことによるエネルギ消費を抑えるためには、判断基準となる所定温度は高すぎないほうが良く、好ましくは５℃よりも低い温度である。この場合の５℃は所定温度の極限値であるので、例えば、エンジン停止時の外気温度が５℃よりも低い温度かどうか判定するようにしてもよい。外気温度を計測する温度センサの計測精度が高い場合には、３℃よりも低い温度を所定温度としてもよい。

エンジンの停止後の凍結の可能性をエンジン停止時の外気温度のみで判断するのであれば、凍結防止操作はエンジンが停止するタイミングで実施するか、或いは、エンジンの停止から所定時間が経過した後に実施することが好ましい。以下、前者の条件及びタイミングで実施する凍結防止制御を第１の変形例による凍結防止制御と言い、後者の条件及びタイミングで実施する凍結防止制御を第２の変形例による凍結防止制御と言う。

図１２は、第１の変形例による凍結防止制御の制御フローを示すフローチャートである。このフローチャートに示される凍結防止制御は、エンジン停止要求のフラグが立ち、エンジン停止操作が開始されたタイミングで実施される。まず、最初の処理であるステップＳ１０２では、エンジン停止操作が開始された時点での外気温度が温度センサによって計測される。そして、計測された外気温度が所定温度以下かどうか判定される。外気温度が所定温度よりも高ければ凍結防止操作は行われない。無駄に凍結防止操作を行わないことにより、エネルギ消費を抑えることができる。

外気温度が所定温度以下の場合、ステップＳ１０４の処理が行われる。ステップＳ１０４では、エンジンの停止が完了するまでの期間内で凍結防止操作が行われる。ここでは、エンジンの停止位置制御が凍結防止操作に利用される。詳しくは、バルブが全閉になるか或いは１ｍｍ以上のリフト量で開いた状態になるように、エンジンの停止クランク角度を制御することが行われる。なお、エンジンの停止位置制御の方法には限定はない。例えば、燃料カットのタイミングによって停止クランク角度を制御してもよいし、補機等の負荷を制御することによって停止クランク角度を制御してもよい。

エンジンの停止後に凍結防止操作を行う場合には、モータ等によってクランク軸を回転させてバルブを動かす必要がある。つまり、凍結防止操作のためのエネルギの投入が必要となる。しかし、この第１の変形例による凍結防止制御によれば、エンジンが完全に停止する前の停止位置制御によって凍結防止操作を行うことにより、エンジンが有している運動エネルギを凍結防止操作に利用することができる。また、停止位置制御を精度良く実施するには相応の負担が制御装置にかかるものの、停止位置制御による凍結防止操作はエンジン停止時の外気温度が所定温度以下の場合に限定されるので、凍結防止制御に伴う制御装置の負担は抑えられる。

図１３は、第２の変形例による凍結防止制御の制御フローを示すフローチャートである。このフローチャートに示される凍結防止制御も、エンジン停止要求のフラグが立ち、エンジン停止操作が開始されたタイミングで実施される。まず、最初の処理であるステップＳ２０２では、エンジン停止操作が開始された時点での外気温度が温度センサによって計測される。そして、計測された外気温度が所定温度以下かどうか判定される。外気温度が所定温度よりも高ければ凍結防止操作は行われない。

外気温度が所定温度以下の場合、ステップＳ２０４の判定が行われる。ステップＳ２０４では、エンジン停止からの経過時間が所定時間を超えたかどうか判定される。そして、経過時間が所定時間を超えるまでは凍結防止操作は行われず待機状態とされる。エンジンの停止後、ポート内の温度の低下によって発生する凝縮水や、自由落下によってポートに流れてくる凝縮水も少なからず存在する。判断基準となる所定時間は、ある程度の量の凝縮水がバルブ周辺まで流れてくるのに要する時間（例えば、１時間）である。

エンジン停止からの経過時間が所定時間を超えた場合、モータ等によってクランク軸を回転させてバルブを動かすことによる凍結防止操作が行われる。ここでは、エンジン停止時に開いていたバルブは全閉にされ、エンジ停止時に全閉であったバルブは１ｍｍ以上のリフト量で開かれる。この操作により、ポート内のバルブヘッド上に溜まっている凝縮水は、バルブが開いたときにできるバルブフェイスとバルブシートとの隙間からシリンダ内に落とされる。また、エンジンの停止時に全閉であったバルブは、少なくとも一度開いてから全閉にしてもよい。全閉状態のバルブを一旦開くことにより、ポート内のバルブヘッド上に溜まっている凝縮水は、バルブが開いたときにできるバルブフェイスとバルブシートとの隙間からシリンダ内に落とされる。さらに、開いたバルブを再び全閉にすることにより、バルブシートやバルブフェイスに付着した水滴は潰されて除去される。

第２の変形例による凍結防止制御によれば、エンジンの停止後にバルブを駆動する必要はあるものの、エンジン停止後にポートで発生した或いはポートに流れ落ちてきた蒸留水がバルブ周辺に溜ることを防ぐことができる。また、凍結防止操作を実施するタイミングはタイマーで計ることができるので、上述の実施の形態のようにエンジン停止後にバルブ周辺温度を推定し続ける場合に比較して、凍結防止制御に伴う制御装置の負担は抑えられる。

ところで、車両がいわゆるプラグインハイブリッド車両の場合、モータ走行が長時間続いている場合には停止しているエンジン内で凝縮水が凍結する可能性がある。本発明はプラグインハイブリッド車両にも適用可能であるが、好ましくは、車両停止時のエンジンの凍結防止操作は禁止し、モータ走行中に凍結防止操作を実施する。モータ走行中であれば、凍結防止操作によって停止中のエンジンから異音が発生したとしても乗員や周囲の人に不安を与えることは少ないためである。

また、上述の実施の形態では可変動弁機構は機械式であったが、可変動弁機構は電気式であってもよい。電磁コイルやモータによって直接バルブを駆動する電気式の可変動弁機構であれば、エンジンを回転させずに凍結防止操作におけるバルブの開閉操作を実施することができる。

２ エンジン
４Ｌ 左バンク
４Ｒ 右バンク
６Ｌ，６Ｒ 燃焼室
８Ｌ，８Ｒ 吸気ポート
１０Ｌ，１０Ｒ 排気ポート
１２Ｌ，１２Ｒ 吸気バルブ
１４Ｌ，１４Ｒ 排気バルブ
２０ モータ
３０ 制御装置
３２ 外気温度センサ
３４ 吸気温度センサ
３６ 水温センサ

１．前提となる内燃機関の構成
図１は、本発明の実施の形態の内燃機関の構成を示す図である。本実施の形態の内燃機関２は、Ｖ型６気筒エンジン（以下、単にエンジンという）である。このエンジン２は、その燃焼方式に限定はなく、例えば、火花点火式エンジンとして構成されてもよいし、ディーゼルエンジンとして構成されてもよい。本実施の形態においてエンジン２が搭載される車両はＦＦ車である。エンジン２は車両の前部に横置きに、且つ、前方に傾けて搭載される。エンジン２の二つのバンク４Ｌ，４Ｒのうち車両の前側に位置するバンクが右バンク４Ｒであり、後側に位置するバンクが左バンク４Ｌである。本実施の形態では右バンク４Ｒと左バンク４Ｌとの間のバンク角は６０度である。

さらに、実験の結果分かったことは、凝縮水を流し落とすことができる最小リフト量が存在することである。実験結果から統計的に得られた最小リフト量は１ｍｍである。リフト量が１ｍｍより小さい場合には、バルブの搭載角の大小によらず、表面張力の作用によって凝縮水はバルブフェイスとバルブシートとの間に安定して留まる。ゆえに、バルブを開いて凝縮水を流し落そうとするのであれば、少なくとも１ｍｍ以上のリフト量でバルブを開く必要がある。

以上説明した通り、本出願に係る発明者らによる研究の結果から判明したことは、次の３つである。１つ目は、凝縮水の量が少量である場合、例えば、１気筒当たりおよそ０．１ｃｃより少ない場合には、バルブを全閉にするか、或いは、少なくとも１ｍｍ以上のリフト量でバルブを開くことにより、バルブフェイスとバルブシートとの隙間に凝縮水を残留させないという目的を達せられるということである。ただし、バルブフェイスとバルブシートとの隙間からの凝縮水の落下をより確実なものにするには、バルブの搭載角度が垂直に近いほどバルブのリフト量を大きくすることがよい。２つ目は、凝縮水の量が多量である場合、例えば、１気筒当たりおよそ０．１ｃｃより大きくおよそ１ｃｃ未満の場合には、バルブを全閉にすることにより、バルブフェイスとバルブシートとの隙間に凝縮水を残留させないという目的を達せられるということである。そして、３つ目は、凝縮水の量が超多量である場合、例えば、１気筒当たりおよそ１ｃｃを超える場合には、バルブを全閉に維持するのではなく、バルブを一旦開いてから再び閉じることにより、凍結した凝縮水によるガス通路の閉塞を防止しつつ、バルブフェイスとバルブシートとの隙間に凝縮水を残留させないという目的を達せられるということである。これらのバルブ操作は、凝縮水がバルブフェイスとバルブシートとの隙間で凍結することを防止するための操作であるので、以下、これらのバルブ操作を総称して凍結防止操作という。

４．凍結防止操作の具体例
図１に示す制御装置３０には、エンジン２の停止後、バルブ１２，１４の周辺において凝縮水が発生する可能性が生じた場合に、上述の凍結防止操作を実行するためのプログラムが組み込まれている。そのプログラムがプロセッサによって実行されることで、制御装置３０は凍結防止操作手段として機能する。ここまでは凍結防止操作の内容について説明したが、以下では、制御装置３０によって凍結防止操作が実行されたときの具体的な動作について例を挙げて説明する。

５．バルブ周辺温度の推定
ところで、バルブ１２，１４の周辺の温度（以下、バルブ周辺温度という）は、そこに温度センサが設けられていない限りは直接には計測することができない。このため、凍結防止操作の実施を判断するためには、関連する情報に基づいてバルブ周辺温度を推定することが必要となる。バルブ周辺温度を推定する方法は１つではなく、以下に開示するようにいくつかの方法がある。制御装置３０には、以下の何れかの方法によりバルブ周辺温度を推定するためのプログラムが組み込まれている。そのプログラムがプロセッサによって実行されることで、制御装置３０は温度推定手段として機能する。

６．凍結防止制御の手順
先に述べたように、制御装置３０には、凍結防止操作を実行するためのプログラムと、バルブ周辺温度を推定するためのプログラムとが組み込まれている。これらのプログラムは、メインルーチンである凍結防止制御のサブルーチンとして実行される。凍結防止制御は、制御装置３０によってエンジン２の停止後に一定の周期で実行されるプログラムであり、その制御フローは図９のフローチャートによって表される。

７．凍結防止操作の変形例
本実施の形態のようにモータによって駆動されるエンジンの場合、モータの回転方向を制御することによって、停止時のエンジンの回転方向を正転から逆転へ、または、逆転から正転へと切り替えることができる。エンジンの回転方向の切り替えを凍結防止操作と組み合わせたものが、図１０に示す凍結防止操作の変形例１と図１１に示す凍結防止操作の変形例２である。ただし、これら変形例１，２のエンジンは直列４気筒エンジンである。

８．その他の実施の形態
制御装置は、外部との通信機能、例えば、インターネットへの接続による外部サーバとの通信機能を備えることができる。その場合、外部サーバからの気象情報の提供サービスを利用すれば、エンジン停止後の外気温度の変化予測を取得することができる。外気温度がこの先どのように変化するのか予測できれば、その予測に基づいてエンジンの停止後の凍結の可能性を判定することができる。凍結の可能性があると判定した場合のみ、エンジン停止後のバルブ周辺温度の推定を行うようにすれば、制御装置はエンジン停止後に推定プログラムを動かし続ける必要がなくなり、エネルギ消費を減らすことができる。

エンジン停止からの経過時間が所定時間を超えた場合、モータ等によってクランク軸を回転させてバルブを動かすことによる凍結防止操作が行われる。ここでは、エンジン停止時に開いていたバルブは全閉にされ、エンジン停止時に全閉であったバルブは１ｍｍ以上のリフト量で開かれる。この操作により、ポート内のバルブヘッド上に溜まっている凝縮水は、バルブが開いたときにできるバルブフェイスとバルブシートとの隙間からシリンダ内に落とされる。また、エンジンの停止時に全閉であったバルブは、少なくとも一度開いてから全閉にしてもよい。全閉状態のバルブを一旦開くことにより、ポート内のバルブヘッド上に溜まっている凝縮水は、バルブが開いたときにできるバルブフェイスとバルブシートとの隙間からシリンダ内に落とされる。さらに、開いたバルブを再び全閉にすることにより、バルブシートやバルブフェイスに付着した水滴は潰されて除去される。

第２の変形例による凍結防止制御によれば、エンジンの停止後にバルブを駆動する必要はあるものの、エンジン停止後にポートで発生した或いはポートに流れ落ちてきた凝縮水がバルブ周辺に溜ることを防ぐことができる。また、凍結防止操作を実施するタイミングはタイマーで計ることができるので、上述の実施の形態のようにエンジン停止後にバルブ周辺温度を推定し続ける場合に比較して、凍結防止制御に伴う制御装置の負担は抑えられる。

Claims (15)

1. 内燃機関の停止後、燃焼室と前記燃焼室に接続されるポートとの間を開閉するバルブの周辺の温度が１０℃よりも低い所定温度範囲内まで低下した場合、或いは、前記内燃機関の停止時の外気温度が５℃よりも低い所定温度以下の場合、前記バルブを全閉にするか或いは１ｍｍ以上のリフト量で開いた状態にする凍結防止操作を実施するバルブ操作手段を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記バルブ操作手段は、前記バルブの周辺の温度が前記所定温度範囲内まで低下する以前に前記バルブが開いていた場合、前記凍結防止操作において前記バルブを全閉にし、前記バルブの周辺の温度が前記所定温度範囲内まで低下する以前に前記バルブが全閉であった場合、前記凍結防止操作において前記バルブを１ｍｍ以上のリフト量で開くことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記バルブ操作手段は、前記バルブの周辺の温度が前記所定温度範囲内まで低下する以前に前記バルブが全閉であった場合、前記凍結防止操作において前記バルブを少なくとも一度開いてから全閉にすることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記バルブ操作手段は、前記内燃機関の停止時の外気温度が前記所定温度以下の場合、前記内燃機関が停止するタイミングで前記凍結防止操作を実施することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記バルブ操作手段は、前記内燃機関の停止時の外気温度が前記所定温度以下であり前記内燃機関の停止時に前記バルブが開いていた場合、前記内燃機関の停止から所定時間が経過した後に前記凍結防止操作において前記バルブを全閉にし、前記内燃機関の停止時の外気温度が前記所定温度以下であり前記内燃機関の停止時に前記バルブが全閉であった場合、前記内燃機関の停止から前記所定時間が経過した後に前記凍結防止操作において前記バルブを１ｍｍ以上のリフト量で開くことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記バルブ操作手段は、前記内燃機関の停止時の外気温度が前記所定温度以下であり前記内燃機関の停止時に前記バルブが全閉であった場合、前記凍結防止操作において前記バルブを少なくとも一度開いてから全閉にすることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記内燃機関の停止時或いは停止後に前記ポート内に存在する凝縮水の量を推定する凝縮水量推定手段をさらに備え、
   前記バルブ操作手段は、前記凍結防止操作における前記バルブの操作を前記凝縮水の量に応じて変更することを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
8. 前記バルブ操作手段は、前記凝縮水の量が所定の上限量よりも大きい場合に前記凍結防止操作を実施することを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の制御装置。
9. 前記バルブ操作手段は、前記凝縮水の量が前記上限量よりも大きく、且つ、前記上限量より大きい第１基準量以下である場合、前記凍結防止操作において前記バルブを全閉にするか或いは１ｍｍ以上のリフト量で開いた状態にし、前記凝縮水の量が前記第１基準量よりも大きい場合、前記凍結防止操作において前記バルブを少なくとも一度開いてから全閉にすることを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の制御装置。
10. 前記バルブ操作手段は、前記凝縮水の量が前記第１基準量以下であり、且つ、前記第１基準量より小さい第２基準量より大きい場合、前記凍結防止操作において前記バルブを全閉にすることを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の制御装置。
11. 前記内燃機関は水平面に対する搭載角度の異なる複数のバルブを有し、
    前記バルブ操作手段は、前記凍結防止操作における前記バルブの操作を前記搭載角度に応じて異ならせることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
12. 外気温度に基づいて前記バルブの周辺の温度を推定する温度推定手段を備えることを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
13. 前記内燃機関の停止時の機関温度と外気温度と前記内燃機関の停止後の経過時間とに基づいて前記バルブの周辺の温度を推定する温度推定手段を備えることを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
14. 前記内燃機関の内部に設けられた温度センサの出力に基づいて前記バルブの周辺の温度を推定する温度推定手段を備えることを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
15. 外部との通信により得られた情報に基づいて前記内燃機関の停止後の凍結の可能性を判定する凍結可能性判定手段をさらに備え、
    前記温度推定手段は、前記凍結可能性判定手段により凍結の可能性があると判定された場合のみ、前記内燃機関の停止後、前記バルブの周辺の温度の推定を行うことを特徴とする請求項１２乃至１４の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。

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