JP2007064008A - Valve temperature estimating device of internal combustion engine - Google Patents

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Yoichi Oshimi
陽一 押味
Kazuhiko Abe
和彦 安倍
Hatsuo Nagaishi
初雄 永石
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To propose a valve temperature estimating device capable of accurately estimating the valve temperature in response to an operation condition. <P>SOLUTION: This valve temperature estimating device of an internal combustion engine is characterized by calculating a basic value TVSTD of the valve temperature on the basis of the suction air volume Qa, an engine speed Ne and the engine cooling water temperature TWN, and calculating a correction value TVHOS of the valve temperature on the basis of the engine speed Ne and the target equivalent ratio TFBYA, and calculating the valve temperature TV by using the balance temperature TVH of correcting its basic value by the correction value and a time constant TCONST based on the suction air volume Qa. Since the valve temperature is calculated in response to the suction air volume, the engine speed and the target equivalent ratio of reflecting the operation condition, the valve temperature can be highly accurately estimated in conformity with the operation condition. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

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。
特開平8−49581号公報(段落0027〜0028) 特開平8−61115号公報(段落0027〜0028) 特開平9−177578号公報(段落0024〜0027)
In order to control the air-fuel ratio of the air-fuel mixture as accurately as possible in an internal combustion engine, a technique for estimating the valve temperature on the intake side as described in Patent Documents 1 to 3 has been proposed. The technique described in Patent Document 1 calculates the valve temperature based on the elapsed time after starting. In the technique described in Patent Document 2, the valve temperature is calculated from the engine coolant temperature and the number of ignitions. And the technique of patent document 3 is calculating the valve temperature from engine cooling water temperature, catalyst temperature, and oil temperature (physical temperature different from cooling water).
JP-A-8-49581 (paragraphs 0027 to 0028) JP-A-8-61115 (paragraphs 0027 to 0028) JP-A-9-177578 (paragraphs 0024 to 0027)

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 Patent Document 1, the valve temperature is obtained simply by adding the correction value for the elapsed time after the start to the engine coolant temperature, and a fine temperature estimation according to the operating conditions after the start is performed. Cannot be performed, and a large error may occur. In this case, it is necessary to store a correction value for each elapsed time for each coolant temperature at the time of starting, and the memory capacity and calculation load are large. Further, in the case of the technique described in Patent Document 2, the valve temperature is calculated from the engine coolant temperature and the number of ignitions, but it cannot cope with the operating conditions in which the intake air amount and the target equivalent ratio change even with the same number of ignitions. Large errors can occur. Furthermore, in the case of the technique described in Patent Document 3, the initial value of the valve temperature at the time of starting is only predicted from the temperature difference between the engine coolant temperature, the catalyst temperature, and the oil temperature. Temperature estimation cannot be performed, and a large error may occur.

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 intake valve 1 and an exhaust valve 2 each having a variable valve mechanism around a spark plug for each cylinder. The lift characteristics (open / close timing) of the intake valve 1 and the exhaust valve 2 change the phase of the cams 5 and 6 with respect to the crankshaft by the variable valve solenoids 3 and 4 provided on the intake side and the exhaust side, respectively. It can be adjusted by controlling the timing. The cam angles of the cams 5 and 6 are measured by cam sensors 7 and 8.

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 control throttle valve 11 for controlling the amount of intake air is provided in the intake passage 10 from the air cleaner to the intake port through the surge tank and manifold, and an air flow meter 12 and a downstream side of the electronic control throttle valve 11 are provided. In addition, an intake pressure sensor 13 for each cylinder is installed. An injector 14 faces the intake port immediately before the intake valve 1 to form an air-fuel mixture. The injector 14 may be a direct injection type that directly injects into the combustion chamber. On the other hand, an exhaust pressure sensor 21, an exhaust temperature sensor 22, and an oxygen sensor 23 for each cylinder are provided in the exhaust passage 20 from the exhaust port through the manifold and the catalyst to the muffler.

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 variable valve solenoids 3 and 4, the electronically controlled throttle valve 11, and the injector 14 in the engine are controlled by an ECU (engine control unit) 30, and in synchronization with this, the ECU 30 performs an internal power coil built-in ignition coil 31 (ignition plug). In other words, the ignition timing is also controlled.
For these controls, the ECU 30 receives signals from various sensors. That is, the cam sensors 7 and 8 for detecting the cam angle, the air flow meter 12 for detecting the intake air amount, the intake pressure sensor 13 for detecting the intake pressure, the exhaust pressure sensor 21 for detecting the exhaust pressure, and the exhaust temperature sensor for detecting the exhaust temperature. 22, an oxygen sensor 23 for detecting the oxygen concentration in the exhaust, a water temperature sensor 32 for detecting the temperature of the engine cooling water, a crank angle sensor 33 for detecting the crank angle and obtaining the engine rotation speed, and the wall temperature of the cylinder head Receiving the outputs of the wall temperature sensor 34 to be detected and the accelerator opening sensor 35 to detect the accelerator opening, arithmetic processing is executed.

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 variable valve solenoids 3, 4, the electronically controlled throttle valve 11, the injector 14, etc., the ECU 30 estimates the temperature of the valves 1, 2 and executes more accurate control. . A valve temperature estimation device for this purpose will be described by taking the intake valve 1 as an example. It should be understood that the valve temperature estimation device for the exhaust valve 2 can be implemented with the same configuration.

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 ECU 30 serving as a calculation means for calculating the valve temperature calculates the valve temperature TV based on the intake air amount Qa, the engine rotational speed Ne, and the target equivalent ratio TFBYA as follows. The configuration of the arithmetic processing executed by the ECU 30 is shown in a block diagram in FIG.
First, in the valve temperature basic reference value calculation block B1, the ECU 30 calculates the valve temperature basic reference value TVSTD0 from the current intake air amount Qa and the engine rotational speed Ne. In this example, the corresponding basic reference value TVSTD0 is read from the basic reference value map MTVSTD0 stored in advance in a memory such as a ROM. The basic reference value map MTVSTD0 is obtained by mapping the basic reference value TVSTD0 in relation to the intake air amount Qa and the engine rotational speed Ne. The higher the both values, the higher the basic reference value TVSTD0 tends to be. At this time, the target equivalent ratio TFBYA is 1.

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 wall temperature sensor 34 as the temperature of the valve installation site. However, measuring the temperature of the engine coolant flowing through the cylinder head will result in a temperature closer to the valve. Since it is caught, it is preferable.

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 ECU 30 calculates the valve temperature correction value TVHOS based on the current engine speed Ne and the target equivalent ratio TFBYA. In this example, the corresponding correction value TVHOS is read from the correction value map MTVHOS stored in advance in a memory such as a ROM. The correction value map MTVHOS is obtained by mapping the correction value TVHOS with respect to the target equivalent ratio TFBYA for each engine speed Ne, and the correction value TVHOS rises and falls according to the engine speed Ne even at the same target equivalent ratio TFBYA. On the contrary, even if the engine speed Ne is the same, the correction value TVHOS also changes if the target equivalent ratio TFBYA changes.

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 ECU 30 calculates the valve temperature time constant TCONST according to the intake air amount Qa. In this example, a corresponding time constant TCONST is read from a time constant map MTCONST stored in advance in a memory such as a ROM. The time constant map MTCONST is obtained by mapping the time constant TCONST to the intake air amount Qa, and the time constant TCONST tends to increase as the intake air amount Qa increases. This time constant TCONST represents the transient response of the valve temperature to the operating conditions.

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 ECU 30 calculates the valve temperature TV in the valve temperature calculation block B6 using the equilibrium temperature TVH from the equilibrium temperature calculation block B4 and the time constant TCONST from the time constant calculation block B5. The valve temperature TV can be calculated by Formula 1: TV = TVH × TCONST + TVz × (1−TCONST). By calculating the current equilibrium temperature TVH using the time constant TCONST and the previous value TVz of the valve temperature, it is possible to calculate the valve temperature with higher accuracy corresponding to the transient operating condition change.

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 ECU 30 confirms whether or not a fuel cut is being performed, for example, during an accelerator-off deceleration operation. If the fuel is being cut, combustion is not performed. Therefore, the process proceeds to step S2, and the engine coolant temperature TWN is read. In step S3, the engine coolant temperature TWN is set to the equilibrium temperature TVH.
On the other hand, if the fuel is not being cut, the process proceeds to step S4, where the ECU 30 reads the intake air amount Qa and the engine rotational speed Ne. In step S5, the corresponding basic reference value TVSTD0 is calculated from the basic reference value map MTVSTD0 (basic reference value calculation block B1 in FIG. 2). In step S6, the ECU 30 reads the engine coolant temperature TWN. In step S7, the ECU 30 calculates the basic value TVSTD from TVSTD0 + TWN (basic value calculation block B2 in FIG. 2).

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 ECU 30 reads the target equivalent ratio TFBYA and the engine speed Ne. In step S9, a correction value TVHOS is calculated from the correction value map MTVHOS (correction value calculation block B3 in FIG. 2). In step S10, an equilibrium temperature TVH is calculated by TVSTD × TVHOS (equilibrium temperature calculation block B4 in FIG. 2). ).

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 ECU 30 executes the calculation flow of the time constant TCONST in FIG. First, in step S20, it is checked whether the fuel is being cut. If the fuel is being cut, the process proceeds to step S21, and a previously stored time constant TCONSTF dedicated for the fuel cut is read. On the other hand, if the fuel is not being cut, the process proceeds to step S22, where the ECU 30 reads the intake air amount Qa, and calculates the corresponding time constant TCONST from the time constant map MTCONST in step S23 (time constant calculation block B5 in FIG. 2).

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 ECU 30 reads the equilibrium temperature TVH, the time constant TCONST, and the valve temperature previous value TVz. In step S31, the valve temperature TV is calculated by performing the calculation according to Equation 1 (valve temperature calculation block B6 in FIG. 2).
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 variable valve solenoids 3 and 4 and the associated ignition timing by the ECU 30, it is also important to calculate the actual valve clearance amount according to the operating conditions. A valve clearance amount estimation apparatus for this purpose will be described by taking the intake valve 1 as an example. It should be understood that the valve clearance amount estimation device for the exhaust valve 2 can be implemented with the same configuration.

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 ECU 30, which is a calculation means for calculating the actual valve clearance amount, inputs the engine coolant temperature TWN by the water temperature sensor 32 as the temperature of the valve installation part in the cylinder in order to calculate the reference amount VCLRSTD of the valve clearance. . Further, the ECU 30 calculates the valve clearance correction amount VCLRVAR using the valve temperature TV by the valve temperature estimation device. Then, the ECU 30 calculates the actual valve clearance amount under the current operating conditions by correcting the calculated reference amount of the valve clearance with the correction amount. A flowchart of the calculation processing is shown in FIG. 6, and the configuration of the calculation processing is shown in a block diagram in FIG.

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 ECU 30 reads the engine coolant temperature TWN by the water temperature sensor 32 in step S40. In step S41, a reference amount VCLRSTD of the valve clearance is calculated from the read engine coolant temperature TWN. This reference amount calculation is executed in the reference amount calculation block B10 in FIG.

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 ECU 30, and the reference amount map MSTD is determined according to the actually measured engine coolant temperature TWN. The corresponding reference amount VCLRSTD is read out by accessing. The reference amount map MSTD is created in advance by associating the amount of change in valve clearance due to thermal deformation of the valve clearance-related components with the engine coolant temperature TWN and storing it in the memory. The valve clearance-related parts are, for example, a cylinder head, a valve, a valve seat, a valve guide, a valve lifter, a retainer, and a cam base circle. The total change amount of the valve clearance due to thermal deformation of these valve clearance-related parts is a reference amount VCLRSTD. It is stored in the reference amount map MSTD.

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 intake valve 1, the engine coolant temperature TWN, the thermal expansion coefficient THEREXP of the intake valve 1 known in advance, and the stem length VSTEM and the stem length of the intake valve 1 are also calculated. Using the umbrella diameter ratio VRATIO, the correction amount VCLRVAR is calculated by Formula 2: VCLRVAR = VSTEM × VRATIO × THEREX × (TV−TWN).

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 intake valve 1 is multiplied by the stem length VSTEM (initial value) and the ratio of the umbrella diameter to the stem length VRATIO to obtain a coefficient, which is multiplied by THEREXP × (TV-TWN). Thus, the correction amount VCLRVAR is calculated. By performing the calculation of VSTEM × VRATIO, it is possible to easily process with a simplified model calculation without solving the heat receiving and radiating of the valve. Therefore, it is not necessary to calculate the amount of thermal deformation separately for the umbrella diameter direction and the axial direction of the valve, the calculation process is simplified, and the calculation load and the memory capacity can be reduced.

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.

本発明に係るバルブ温度推定装置を備えたエンジンの実施形態を示す概略図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Schematic which shows embodiment of the engine provided with the valve temperature estimation apparatus which concerns on this invention. バルブ温度演算の構成を説明するブロック図。The block diagram explaining the structure of valve temperature calculation. バルブ温度演算処理における平衡温度算出過程の一例を示したフローチャート。The flowchart which showed an example of the equilibrium temperature calculation process in valve temperature calculation processing. バルブ温度演算処理における時定数算出過程の一例を示したフローチャート。The flowchart which showed an example of the time constant calculation process in valve temperature calculation processing. バルブ温度演算処理におけるバルブ温度算出過程の一例を示したフローチャート。The flowchart which showed an example of the valve temperature calculation process in valve temperature calculation processing. 実バルブクリアランス量演算処理の一例を示したフローチャート。The flowchart which showed an example of the actual valve clearance amount calculation process. 実バルブクリアランス量演算の構成を説明するブロック図。The block diagram explaining the structure of actual valve clearance amount calculation.

符号の説明Explanation of symbols

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 Valve 3, 4 Variable valve solenoid 5, 6 Cam 7, 8 Cam sensor 12 Air flow meter 30 ECU
32 Water temperature sensor 33 Crank angle sensor B1 Valve temperature basic reference value calculation block B2 Valve temperature basic value calculation block B3 Valve temperature correction value calculation block B4 Valve equilibrium temperature calculation block B5 Valve temperature time constant calculation block B6 Valve temperature calculation block

Claims (7)

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、前記基本値を前記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内燃機関のバルブ温度推定装置。   Calculate the basic value of the valve temperature based on the intake air amount and the engine speed, calculate the correction value of the valve temperature based on the target equivalence ratio, and calculate the valve temperature by correcting the basic value with the correction value A valve temperature estimation device for an internal combustion engine, characterized in that: 吸入空気量、エンジン回転速度及びエンジン冷却水温度に基づいて前記基本値を算出することを特徴とする請求項1記載の内燃機関のバルブ温度推定装置。   2. The valve temperature estimating device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the basic value is calculated based on an intake air amount, an engine rotation speed, and an engine coolant temperature. 吸入空気量及びエンジン回転速度により基本参照値を算出してから該基本参照値とエンジン冷却水温度とを演算することにより、前記基本値を算出することを特徴とする請求項2記載の内燃機関のバルブ温度推定装置。   3. The internal combustion engine according to claim 2, wherein the basic value is calculated by calculating the basic reference value based on the intake air amount and the engine rotational speed and then calculating the basic reference value and the engine coolant temperature. Valve temperature estimation device. 前記基本値は、目標当量比が1のときの値であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の内燃機関のバルブ温度推定装置。   The valve temperature estimation device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the basic value is a value when the target equivalent ratio is 1. エンジン回転速度と目標当量比とに基づき前記補正値を算出することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の内燃機関のバルブ温度推定装置。   The valve temperature estimation device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4, wherein the correction value is calculated based on an engine speed and a target equivalent ratio. 前記基本値を前記補正値で補正した値を所定の時定数で応答変化させた結果をバルブ温度とすることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の内燃機関のバルブ温度推定装置。   The valve temperature of the internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5, wherein a valve temperature is a result of a response change of a value obtained by correcting the basic value with the correction value with a predetermined time constant. Estimating device. 前記時定数を吸入空気量に基づき算出することを特徴とする請求項6記載の内燃機関のバルブ温度推定装置。   7. The valve temperature estimating device for an internal combustion engine according to claim 6, wherein the time constant is calculated based on an intake air amount.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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

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