JP2007064008A - Valve temperature estimating device of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は内燃機関に関し、特に、混合気の空燃比制御などのためにバルブ温度を推定する技術に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine, and more particularly to a technique for estimating a valve temperature for air-fuel ratio control of an air-fuel mixture.
内燃機関において混合気の空燃比をできるだけ正確に制御する目的のために、特許文献1〜3に記載されているような吸気側のバルブ温度を推定する技術が提案されている。特許文献1記載の技術は、バルブ温度を始動後経過時間に基づき算出している。また、特許文献2記載の技術は、バルブ温度をエンジン冷却水温度と点火回数とから算出している。そして、特許文献3記載の技術は、バルブ温度をエンジン冷却水温度と触媒温度や油温(冷却水と異なる物性温度)とから算出している。
上記従来技術のバルブ温度推定装置の場合、運転条件に即した温度推定ができないために誤差を無視できないという改善点がある。すなわち、特許文献1記載の技術の場合は、エンジン冷却水温度に始動後経過時間分の補正値を上乗せするだけでバルブ温度とするものであり、始動後の運転条件に応じた細かな温度推定はできず、大きな誤差が発生し得る。且つこの場合、始動時の冷却水温度毎に経過時間毎の補正値を記憶する必要があり、メモリ容量と演算負荷が大きい。また、特許文献2記載の技術の場合は、エンジン冷却水温度と点火回数からバルブ温度を算出するものであるが、同じ点火回数でも吸入空気量や目標当量比が変化する運転条件に対応できず、大きな誤差が発生し得る。さらに、特許文献3記載の技術の場合は、エンジン冷却水温度と触媒温度や油温との温度差から始動時のバルブ温度初期値を予測しているだけなので、これも運転条件に応じた細かな温度推定ができず、大きな誤差が発生し得る。
The above-described conventional valve temperature estimation apparatus has an improvement in that the error cannot be ignored because the temperature cannot be estimated according to the operating conditions. That is, in the case of the technique described in
このような改善点に鑑みて本発明は、運転条件に応じて精度良くバルブ温度を推定可能なバルブ温度推定装置を提案する。 In view of such improvements, the present invention proposes a valve temperature estimation device that can accurately estimate the valve temperature according to operating conditions.
本発明による内燃機関のバルブ温度推定装置は、吸入空気量及びエンジン回転速度に基づいてバルブ温度の基本値を算出し且つ目標当量比に基づいてバルブ温度の補正値を算出し、その基本値を補正値で補正することによりバルブ温度を算出することを特徴とする。 The valve temperature estimating apparatus for an internal combustion engine according to the present invention calculates a basic value of the valve temperature based on the intake air amount and the engine speed, calculates a correction value of the valve temperature based on the target equivalence ratio, and calculates the basic value. The valve temperature is calculated by correcting with a correction value.
本発明のバルブ温度推定装置によれば、運転条件を反映している吸入空気量、エンジン回転速度、目標当量比に応じてバルブ温度を算出するので、運転条件に即した精度の高いバルブ温度の推定が可能となる。 According to the valve temperature estimation device of the present invention, the valve temperature is calculated according to the intake air amount, the engine rotation speed, and the target equivalence ratio reflecting the operation conditions. Estimation is possible.
図1に、本発明に係るバルブ温度推定装置を備えた多気筒ガソリンエンジンの実施形態について概略を示している。
当エンジンのシリンダヘッドには、各気筒毎の点火プラグ周囲に、可変動弁機構を備えた吸気バルブ1と排気バルブ2とが設けられている。これら吸気バルブ1及び排気バルブ2のリフト特性(開閉時期)が、吸気側と排気側とにそれぞれ設けられた可変動弁ソレノイド3,4でクランク軸に対するカム5,6の位相を変化させてバルブタイミングを制御することにより、調整可能となっている。カム5,6のカム角は、カムセンサ7,8により計測される。
FIG. 1 schematically shows an embodiment of a multi-cylinder gasoline engine provided with a valve temperature estimating device according to the present invention.
The cylinder head of the engine is provided with an
エアクリーナからサージタンク、マニホールドを通って吸気ポートへ至る吸気通路10には、吸入空気量を制御する電子制御スロットル弁11が設けられ、この電子制御スロットル弁11の上流側にエアフロメータ12、下流側に各気筒毎の吸気圧力センサ13が設置される。吸気バルブ1直前の吸気ポートにはインジェクタ14が臨ませてあり、混合気を形成する。インジェクタ14は、燃焼室内へ直接噴射する直噴式のものも可能である。一方、排気ポートからマニホールド、触媒を通ってマフラーへ至る排気通路20には、各気筒毎の排気圧力センサ21、排気温度センサ22、酸素センサ23が設けられている。
An electronic
当該エンジンにおける可変動弁ソレノイド3,4、電子制御スロットル弁11、インジェクタ14の作動は、ECU(エンジンコントロールユニット)30により制御され、これに同期してECU30により、パワトラ内蔵点火コイル31(点火プラグ)つまり点火時期も制御される。
これらの制御のため、ECU30には、各種センサからの信号が入力される。すなわち、カム角を検出するカムセンサ7,8、吸入空気量を検出するエアフロメータ12、吸気圧力を検出する吸気圧力センサ13、排気圧力を検出する排気圧力センサ21、排気温度を検出する排気温度センサ22、排気中の酸素濃度を検出する酸素センサ23、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサ32、クランク角を検出してエンジン回転速度を求めるためのクランク角センサ33、シリンダヘッドの壁温を検出する壁温センサ34、そして、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ35の各出力を受けて、演算処理を実行する。
The operations of the
For these controls, the
ECU30は、たとえば可変動弁ソレノイド3,4、電子制御スロットル弁11、インジェクタ14などにより混合気の空燃比を制御するに当たって、バルブ1,2の温度を推定してより精度の高い制御を実行する。そのためのバルブ温度推定装置について、吸気バルブ1に対するものを例として説明する。なお、排気バルブ2に対するバルブ温度推定装置も同様の構成にて実施可能であることは当然理解されるところである。
For example, when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is controlled by the
本例においてバルブ温度を算出する演算手段となるECU30は、バルブ温度TVについて、吸入空気量Qa、エンジン回転速度Ne、目標当量比TFBYAに基づき次のようにして算出する。そのECU30の実行する演算処理の構成について、図2にブロック図で示してある。
まず最初に、バルブ温度基本参照値算出ブロックB1においてECU30は、現在の吸入空気量Qa及びエンジン回転速度Neからバルブ温度の基本参照値TVSTD0を算出する。本例においては、予めROM等のメモリに記憶させてある基本参照値マップMTVSTD0から該当する基本参照値TVSTD0が読み出される。基本参照値マップMTVSTD0は、吸入空気量Qaとエンジン回転速度Neに関連させて基本参照値TVSTD0をマッピングしたもので、両値が高くなるほど基本参照値TVSTD0も高くなる傾向を持つ。このときの目標当量比TFBYAは1である。
In this example, the
First, in the valve temperature basic reference value calculation block B1, the
基本参照値TVSTD0が算出されると、バルブ温度基本値算出ブロックB2において基本参照値TVSTD0に、バルブ設置部位(本実施形態の場合シリンダヘッド)の温度としてエンジン冷却水温度TWNを加算し、バルブ温度の基本値TVSTDを算出する。これにより、現在の運転条件に応じた基本値TVSTDが算出されることになる。ただし、この基本値TVSTDは、目標当量比TFBYAが1のときの平衡温度を示すことになる。バルブ設置部位の温度としては壁温センサ34によるシリンダヘッドの壁温を入力することも可能であるが、シリンダヘッド内を流れるエンジン冷却水温度を計測する方が、よりバルブに近い部位の温度を捉えられるので好ましい。
When the basic reference value TVSTD0 is calculated, the engine coolant temperature TWN is added to the basic reference value TVSTD0 as the temperature of the valve installation site (cylinder head in this embodiment) in the valve temperature basic value calculation block B2. The basic value TVSTD is calculated. Thereby, the basic value TVSTD corresponding to the current operating condition is calculated. However, this basic value TVSTD indicates the equilibrium temperature when the target equivalent ratio TFBYA is 1. It is possible to input the wall temperature of the cylinder head by the
一方、バルブ温度補正値算出ブロックB3でECU30は、現在のエンジン回転速度Neと目標当量比TFBYAとに基づきバルブ温度の補正値TVHOSを算出する。本例においては、予めROM等のメモリに記憶させてある補正値マップMTVHOSから該当する補正値TVHOSが読み出される。補正値マップMTVHOSは、エンジン回転速度Ne毎に目標当量比TFBYAに対する補正値TVHOSをマッピングしたもので、同じ目標当量比TFBYAであってもエンジン回転速度Neに応じて補正値TVHOSは上下する。逆に、同じエンジン回転速度Neであっても目標当量比TFBYAが変われば補正値TVHOSも変化する。
On the other hand, in the valve temperature correction value calculation block B3, the
算出された補正値TVHOSは、バルブ平衡温度算出ブロックB4で基本値TVSTDに乗算され、目標当量比を加味したバルブの平衡温度TVHが算出される。このように基本値TVSTDを補正値TVHOSで補正することにより、運転条件に細かく応じた精度の高いバルブ温度を算出することができるようになる。
さらに、バルブ温度時定数算出ブロックB5でECU30は、吸入空気量Qaに従ってバルブ温度の時定数TCONSTを算出する。本例においては、予めROM等のメモリに記憶させてある時定数マップMTCONSTから該当する時定数TCONSTが読み出される。時定数マップMTCONSTは、吸入空気量Qaに対し時定数TCONSTをマッピングしたもので、吸入空気量Qaが上がると時定数TCONSTも上昇する傾向にある。この時定数TCONSTは、運転条件に対するバルブ温度の過渡応答を示すことになる。
The calculated correction value TVHOS is multiplied by the basic value TVSTD in the valve equilibrium temperature calculation block B4, and the valve equilibrium temperature TVH taking into account the target equivalence ratio is calculated. In this way, by correcting the basic value TVSTD with the correction value TVHOS, it is possible to calculate a highly accurate valve temperature that closely corresponds to the operating conditions.
Further, in the valve temperature time constant calculation block B5, the
ECU30は、平衡温度算出ブロックB4による平衡温度TVH及び時定数算出ブロックB5による時定数TCONSTを利用し、バルブ温度算出ブロックB6においてバルブ温度TVを算出する。バルブ温度TVは、数式1:TV=TVH×TCONST+TVz×(1−TCONST)により算出することができる。この時定数TCONSTを用いた現在の平衡温度TVHとバルブ温度の前回値TVzとの演算により、過渡の運転条件変化に対応したより精度の高いバルブ温度算出が可能となっている。
The
このような演算処理を実行することにより、運転条件の変化に応じた細かなバルブ温度を算出することができ、精度を大きく向上させられている。且つ、始動時の冷却水温度毎に経過時間毎の補正値を記憶するようなメモリ容量及び演算負荷は不要で、簡素な演算でメモリ容量及び演算負荷を増やすことなく推定精度を高められている。
当該演算処理のフローチャートにつき、図3〜図5に図示してある。
By executing such arithmetic processing, it is possible to calculate a fine valve temperature in accordance with changes in operating conditions, and the accuracy is greatly improved. In addition, the memory capacity and calculation load for storing the correction value for each elapsed time for each coolant temperature at the time of starting are unnecessary, and the estimation accuracy is increased by simple calculation without increasing the memory capacity and calculation load. .
The flowchart of the calculation process is shown in FIGS.
まず、図3のステップS1でECU30は、アクセルオフの減速運転中などで燃料カットが行われていないかどうか確認する。燃料カット中であれば燃焼が行われないので、ステップS2へ進んでエンジン冷却水温度TWNを読み込み、ステップS3でエンジン冷却水温度TWNを平衡温度TVHとする。
一方、燃料カット中でなければステップS4へ進み、ECU30は吸入空気量Qa及びエンジン回転速度Neを読み込む。そしてステップS5で、基本参照値マップMTVSTD0から該当する基本参照値TVSTD0を算出する(図2の基本参照値算出ブロックB1)。さらにステップS6へ進んでECU30はエンジン冷却水温度TWNを読み込み、そしてステップS7で、TVSTD0+TWNにより基本値TVSTDを算出する(図2の基本値算出ブロックB2)。
First, in step S1 of FIG. 3, the
On the other hand, if the fuel is not being cut, the process proceeds to step S4, where the
続いて(あるいは並行して)ステップS8でECU30は、目標当量比TFBYA及びエンジン回転速度Neを読み込む。そしてステップS9において、補正値マップMTVHOSから補正値TVHOSを算出し(図2の補正値算出ブロックB3)、ステップS10で、TVSTD×TVHOSにより平衡温度TVHを算出する(図2の平衡温度算出ブロックB4)。
Subsequently (or in parallel), in step S8, the
平衡温度TVHの算出に続けて(あるいは並行して)、ECU30は、図4の時定数TCONSTの演算フローを実施する。まずステップS20で、燃料カット中かどうかチェックを行う。燃料カット中であればステップS21へ進み、予め記憶してある燃料カット中専用の時定数TCONSTFを読み出す。一方、燃料カット中でなければステップS22へ進んで、ECU30は吸入空気量Qaを読み込み、ステップS23で時定数マップMTCONSTから該当する時定数TCONSTを算出する(図2の時定数算出ブロックB5)。
Following the calculation of the equilibrium temperature TVH (or in parallel), the
平衡温度TVHと時定数TCONSTが算出されると、図5の演算フローへ行き、ステップS30でECU30は、平衡温度TVH、時定数TCONST及びバルブ温度前回値TVzを読み込む。そしてステップS31で、上記数式1による演算を行ってバルブ温度TVを算出する(図2のバルブ温度算出ブロックB6)。
このようにして算出された精度の高いバルブ温度TVは、たとえば次に説明するようなバルブクリアランス量推定装置において使用することもできる。これにより、精度の高い実バルブクリアランス量の算出に大きく貢献する。
When the equilibrium temperature TVH and the time constant TCONST are calculated, the operation flow of FIG. 5 is performed, and in step S30, the
The highly accurate valve temperature TV calculated in this way can also be used, for example, in a valve clearance amount estimating device as described below. This greatly contributes to the calculation of the actual valve clearance amount with high accuracy.
ECU30による可変動弁ソレノイド3,4及びこれに伴う点火時期の制御にあたっては、運転条件に応じた実バルブクリアランス量を算出することも重要である。そのためのバルブクリアランス量推定装置について、吸気バルブ1に対するものを例として説明する。なお、排気バルブ2に対するバルブクリアランス量推定装置も同様の構成にて実施可能であることは当然理解されるところである。
In controlling the
本例において実バルブクリアランス量を算出する演算手段となるECU30は、バルブクリアランスの基準量VCLRSTDを算出するために、気筒におけるバルブ設置部位の温度として、水温センサ32によるエンジン冷却水温度TWNを入力する。また、ECU30は、上記のバルブ温度推定装置によるバルブ温度TVを使用して、バルブクリアランスの補正量VCLRVARを算出する。そして、ECU30は、算出したバルブクリアランスの基準量を補正量で補正することにより、現在の運転条件における実バルブクリアランス量を算出する。その演算処理のフローチャートを図6に、また当該演算処理の構成についてブロック図で図7に示している。
In this example, the
実バルブクリアランス量の推定処理が、所定周期あるいはバルブタイミング制御に伴い開始されると、ECU30はステップS40で、水温センサ32によるエンジン冷却水温度TWNを読み込む。そしてステップS41において、読み込んだエンジン冷却水温度TWNからバルブクリアランスの基準量VCLRSTDを算出する。この基準量算出が、図7の基準量算出ブロックB10にて実行される。
When the estimation process of the actual valve clearance amount is started with a predetermined period or valve timing control, the
基準量算出ブロックB10では、エンジン冷却水温度TWNにバルブクリアランスの基準量VCLRSTDを関連付けた基準量マップMSTDをECU30のROM等に記憶してあり、実測されたエンジン冷却水温度TWNに従い基準量マップMSTDをアクセスすることで該当する基準量VCLRSTDを読み出すようにしている。基準量マップMSTDは、バルブクリアランス関連部品の熱変形によるバルブクリアランスの変化量をエンジン冷却水温度TWNに関連付けて予め作成し、メモリに記憶させたものである。そのバルブクリアランス関連部品とは、たとえばシリンダヘッド、バルブ、バルブシート、バルブガイド、バルブリフタ、リテーナ、カムベースサークルであり、これらバルブクリアランス関連部品の熱変形によるバルブクリアランスの総変化量が基準量VCLRSTDとして基準量マップMSTDに記憶される。
In the reference amount calculation block B10, a reference amount map MSTD in which the valve coolant reference amount VCLRSTD is associated with the engine coolant temperature TWN is stored in the ROM of the
このようにマップを予め作成してアクセスする手法とすることにより、シリンダヘッド、バルブの熱変形量をそれぞれ算出したり、バルブの傘径方向と軸方向とに分けて熱変形量を算出したりする必要が無くなり、演算処理が簡素化され、演算負荷及びメモリ容量の軽減を図ることができる。また、エンジン冷却水温度から基準量を算出することにより、簡易な処理で済むようにしてある。 In this way, by creating and accessing a map in advance, the amount of thermal deformation of the cylinder head and the valve can be calculated, or the amount of thermal deformation can be calculated separately for the umbrella radial direction and the axial direction of the valve. This eliminates the need to perform calculation, simplifies the calculation process, and reduces the calculation load and memory capacity. In addition, by calculating the reference amount from the engine coolant temperature, simple processing is sufficient.
バルブクリアランスの基準量VCLRSTDの算出が終わると(あるいはこれと並行して)、ステップS42でバルブ温度TVを読み込み、続くステップS43でバルブクリアランスの補正量VCLRVARを算出する。この補正量算出は、図7の補正量算出ブロックB11にて実行される。
補正量算出ブロックB11では、吸気バルブ1のバルブ温度TV、エンジン冷却水温度TWN、そして、予め分かっている吸気バルブ1の熱膨張率THEREXP、同じく吸気バルブ1のステム長さVSTEM及びステム長さに対する傘径の比VRATIOを利用して、数式2:VCLRVAR=VSTEM×VRATIO×THEREXP×(TV−TWN)により補正量VCLRVARを算出する。
When the calculation of the reference amount VCLRSTD of the valve clearance is completed (or in parallel), the valve temperature TV is read in step S42, and the correction amount VCLRVAR of the valve clearance is calculated in the subsequent step S43. This correction amount calculation is executed in the correction amount calculation block B11 in FIG.
In the correction amount calculation block B11, the valve temperature TV of the
数式2では、TV−TWNにより、エンジン冷却水温度と実際のバルブ温度との差を演算し、これに熱膨張率THEREXPを乗算することで、エンジン冷却水温度TWNから求められる基準量VCLRSTDについて、より実際の値に即するように精度を高める補正値を算出する。そして、吸気バルブ1の形状及び物性値となるステム長さVSTEM(初期値)とステム長さに対する傘径の比VRATIOを乗算することで係数とし、これをTHEREXP×(TV−TWN)に掛け合わせて補正量VCLRVARを算出している。VSTEM×VRATIOの演算を行うことにより、バルブの受放熱を解くことなく簡略化したモデル演算にて簡易に処理することができる。したがって、バルブの傘径方向と軸方向とに分けて熱変形量を算出する必要が無くなり、演算処理が簡素化され、演算負荷及びメモリ容量の軽減を図れる。
In Formula 2, the reference amount VCLRSTD obtained from the engine coolant temperature TWN is calculated by calculating the difference between the engine coolant temperature and the actual valve temperature by TV-TWN and multiplying this by the thermal expansion coefficient THEREXP. A correction value that increases accuracy is calculated so as to be more in line with the actual value. Then, the shape and physical property value of the
補正量VCLRVARが算出されると、ステップS44へ進んで実バルブクリアランス量VCLを算出する。当該演算を実行する図7の実バルブクリアランス量算出ブロックB12では、基準量VCLRSTDに補正量VCLRVARを合算して補正し、最終的に実バルブクリアランス量VCLを算出している。 When the correction amount VCLRVAR is calculated, the process proceeds to step S44 to calculate the actual valve clearance amount VCL. In the actual valve clearance amount calculation block B12 of FIG. 7 that executes this calculation, the correction amount VCLRVAR is added to the reference amount VCLRSTD for correction, and finally the actual valve clearance amount VCL is calculated.
1,2 バルブ
3,4 可変動弁ソレノイド
5,6 カム
7,8 カムセンサ
12 エアフロメータ
30 ECU
32 水温センサ
33 クランク角センサ
B1 バルブ温度基本参照値算出ブロック
B2 バルブ温度基本値算出ブロック
B3 バルブ温度補正値算出ブロック
B4 バルブ平衡温度算出ブロック
B5 バルブ温度時定数算出ブロック
B6 バルブ温度算出ブロック
1, 2
32
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Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2005247687A JP2007064008A (en) | 2005-08-29 | 2005-08-29 | Valve temperature estimating device of internal combustion engine |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019060272A (en) * | 2017-09-26 | 2019-04-18 | トヨタ自動車株式会社 | Temperature estimation device for engine |
-
2005
- 2005-08-29 JP JP2005247687A patent/JP2007064008A/en active Pending
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