JP3992000B2 - Intake / exhaust valve temperature estimation device and valve clearance amount estimation device for an internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の吸排気バルブの温度を推定する装置及びバルブクリアランス量を推定する装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for estimating the temperature of an intake / exhaust valve of an internal combustion engine and an apparatus for estimating a valve clearance amount.
特許文献1には、内燃機関の燃料供給量制御装置において、吸気バルブの温度を、エンジン始動直後は冷却水温とする一方、始動後は燃料の燃焼毎に燃焼エネルギー(燃料量)の蓄積値に応じ、燃焼最高温度に対して一次遅れで吸気バルブの温度が上昇するとして算出することが記載されている。
しかしながら、特許文献1に記載された装置では、過渡運転状態においても吸気バルブの温度の算出には温度応答を一次遅れとして近似するため、実際の吸気バルブの温度との間に大きな誤差が生じるおそれがある。
そして、バルブの傘部及び軸部が熱変形することで、カムとバルブとの隙間であるバルブクリアランス量が変化するため、吸入空気量が変化してエンジンの各種制御が適切に制御できないという問題があった。
However, in the apparatus described in
And, since the valve clearance amount, which is the gap between the cam and the valve, changes due to thermal deformation of the valve umbrella portion and the shaft portion, the intake air amount changes and various controls of the engine cannot be controlled properly. was there.
本発明は、このような問題に着目してなされたもので、実際のバルブクリアランス量を算出する場合において、吸排気バルブの温度を精度良く算出することを目的とする。 The present invention has been made paying attention to such a problem, and an object of the present invention is to accurately calculate the temperature of the intake and exhaust valves when calculating the actual valve clearance amount.
そのため本発明では、燃焼ガスによるバルブ傘の受熱量、バルブ傘からの放熱量、バルブ傘からバルブ軸へ移動する熱量及びバルブ軸からの放熱量をそれぞれ算出し、バルブ傘の受熱量、バルブ傘からの放熱量及びバルブ傘からバルブ軸へ移動する熱量に基づいてバルブ傘の代表温度を算出する一方、バルブ傘からバルブ軸へ移動する熱量及びバルブ軸からの放熱量に基づいてバルブ軸の代表温度を算出する。 Therefore, in the present invention, the amount of heat received by the valve umbrella by the combustion gas, the amount of heat released from the valve umbrella, the amount of heat transferred from the valve umbrella to the valve shaft, and the amount of heat released from the valve shaft are calculated, respectively. The representative temperature of the valve umbrella is calculated based on the amount of heat radiated from the valve umbrella and the amount of heat transferred from the valve umbrella to the valve shaft, while the representative of the valve shaft is calculated based on the amount of heat transferred from the valve umbrella to the valve shaft and the amount of heat released from the valve shaft. Calculate the temperature.
また本発明では、バルブ傘代表温度及びバルブ軸代表温度に基づいてバルブクリアランス量を算出する。 In the present invention, the valve clearance amount is calculated based on the valve umbrella representative temperature and the valve shaft representative temperature.
本発明によれば、バルブの受放熱量の変化に基づいて吸排気バルブの傘代表温度及び軸代表温度を精度良く算出することができるという効果がある。
また本発明によれば、バルブ傘代表温度及びバルブ軸代表温度に基づいてバルブクリアランス量を精度良く算出することができ、これをエンジンの各種制御に反映させることができるという効果がある。
According to the present invention, there is an effect that the umbrella representative temperature and the shaft representative temperature of the intake / exhaust valve can be accurately calculated based on the change in the amount of heat received and radiated from the valve.
Further, according to the present invention, the valve clearance amount can be accurately calculated based on the valve umbrella representative temperature and the valve shaft representative temperature, and this can be reflected in various controls of the engine.
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図1は、内燃機関のバルブクリアランス量推定装置の制御構成図である。図2は、吸気バルブ及び排気バルブの温度推定における簡略化モデル図である。図3は、吸気バルブ及び排気バルブの温度推定における熱量収支モデル図である。
バルブクリアランス量推定装置は、バルブ傘受熱量算出手段1、バルブ傘放熱量算出手段2、移動熱量算出手段5、バルブ軸放熱量算出手段6、バルブ傘代表温度算出手段7、バルブ軸代表温度算出手段8、バルブクリアランス量算出手段9から大別構成されており、バルブの傘代表温度Tdと軸代表温度Taxとを吸気バルブ及び排気バルブについてそれぞれ算出し、これらの代表温度Td,Taxに基づいてバルブクリアランス量VCLRを推定する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a control block diagram of a valve clearance amount estimating apparatus for an internal combustion engine. FIG. 2 is a simplified model diagram in the temperature estimation of the intake valve and the exhaust valve. FIG. 3 is a heat balance model diagram in the temperature estimation of the intake valve and the exhaust valve.
The valve clearance amount estimating device includes a valve umbrella heat receiving amount calculating means 1, a valve umbrella heat releasing amount calculating means 2, a moving heat amount calculating means 5, a valve shaft heat releasing amount calculating
バルブ傘受熱量算出手段1は、燃焼ガスによるバルブ傘の受熱量Q’in(なお、「’」は時間に対する変化量(すなわちQ’=dQ/dt)とする。以下同様)を算出する。
バルブ傘放熱量算出手段2は、バルブ傘からバルブシートを介して冷却水に放熱する放熱量Q’seatを算出するバルブ傘→バルブシート放熱量算出手段3と、バルブ傘での燃料気化による放熱量Q’fuelを算出する気化放熱量算出手段4とから構成されている。これによりバルブ傘から外部へ放出される熱量が算出される。
The valve umbrella heat receiving amount calculation means 1 calculates the amount of heat received by the valve umbrella by combustion gas Q′in (where “′” is the amount of change with respect to time (ie, Q ′ = dQ / dt), and so on).
The valve umbrella heat dissipation amount calculating means 2 calculates the heat dissipation amount Q′seat that radiates heat from the valve umbrella to the cooling water through the valve seat → valve umbrella → valve seat heat dissipation amount calculation means 3 and release by fuel vaporization in the valve umbrella. It comprises vaporization heat radiation amount calculation means 4 for calculating the amount of heat Q'fuel. Thereby, the amount of heat released from the valve umbrella to the outside is calculated.
なお、Q’fuelは、吸気バルブの傘部での燃料気化による放熱量を示し、吸気通路に燃料噴射弁を配設する場合にのみ考慮される。このため、気化放熱量算出手段4は、吸気通路に燃料噴射弁を配設する場合にのみ設けられる。
移動熱量算出手段5は、バルブ傘からバルブ軸へ移動する熱量Q’d-axを算出する。
Note that Q ′ fuel indicates the amount of heat released by fuel vaporization at the umbrella portion of the intake valve, and is considered only when a fuel injection valve is provided in the intake passage. For this reason, the vaporization heat radiation amount calculation means 4 is provided only when the fuel injection valve is provided in the intake passage.
The moving heat amount calculating means 5 calculates a heat amount Q′d-ax moving from the valve umbrella to the valve shaft.
バルブ軸放熱量算出手段6は、バルブ軸→バルブガイド放熱量算出手段6aを有し、これにより、バルブ軸からバルブガイドを介して冷却水に放熱する放熱量Q’guideを算出する。
バルブ傘代表温度算出手段7は、バルブ傘受熱量算出手段1、バルブ傘放熱量算出手段2及び移動熱算出手段5の算出結果、すなわち、バルブ傘の受熱量Q’in、バルブ傘からバルブシートへの放熱量Q’seat、バルブ傘での燃料気化による放熱量Q’fuel及びバルブ傘からバルブ軸へ移動する熱量Q’d-axに基づいてバルブ傘の代表温度Tdを算出する。
The valve shaft heat radiation amount calculation means 6 has a valve shaft → valve guide heat radiation amount calculation means 6a, and thereby calculates a heat radiation amount Q′guide that radiates heat from the valve shaft to the cooling water via the valve guide.
The valve umbrella representative temperature calculating means 7 is a calculation result of the valve umbrella heat receiving amount calculating means 1, the valve umbrella heat radiation calculating
バルブ軸代表温度算出手段8は、移動熱量算出手段5及びバルブ軸放熱量算出手段6の算出結果、すなわち、バルブ傘からバルブ軸へ移動する熱量Q’d-ax及びバルブ軸からの放熱量Q’guideに基づいてバルブ軸の代表温度Taxを算出する。バルブ傘代表温度算出手段7及びバルブ軸代表温度算出手段8により、吸排気バルブ温度算出装置を構成する。これによりバルブ軸から外部へ放出される熱量が算出される。 The valve shaft representative temperature calculation means 8 calculates the calculation results of the movement heat amount calculation means 5 and the valve shaft heat radiation amount calculation means 6, that is, the heat amount Q'd-ax moving from the valve umbrella to the valve shaft and the heat radiation amount Q from the valve shaft. Based on “guide”, the representative temperature Tax of the valve shaft is calculated. The valve umbrella representative temperature calculating means 7 and the valve shaft representative temperature calculating means 8 constitute an intake / exhaust valve temperature calculating device. Thus, the amount of heat released from the valve shaft to the outside is calculated.
バルブクリアランス量算出手段9は、バルブ傘代表温度算出手段7及びバルブ軸代表温度算出手段8の算出結果、すなわち、バルブ傘代表温度Td及びバルブ軸代表温度Taxに基づいてバルブクリアランス量VCLRを算出する。
なお、バルブ傘代表温度Td及びバルブ軸代表温度Taxと、バルブクリアランス量VCLRとの算出は、吸気バルブ若しくは排気バルブのいずれか一方についてのみ行ってもよい。
The valve clearance amount calculating means 9 calculates the valve clearance amount VCLR based on the calculation results of the valve umbrella representative temperature calculating means 7 and the valve shaft representative temperature calculating means 8, that is, the valve umbrella representative temperature Td and the valve shaft representative temperature Tax. .
The calculation of the valve umbrella representative temperature Td, the valve shaft representative temperature Tax, and the valve clearance amount VCLR may be performed for only one of the intake valve and the exhaust valve.
次に、吸気バルブ及び排気バルブのバルブ傘代表温度Td及びバルブ軸代表温度Taxの算出について、図4に示す代表温度算出フローを用いて説明する。この演算は、所定時間(10msec)毎に行われる。
ステップ1(図には「S1」と示す。以下同様)では、バルブ傘からバルブ軸へ移動する熱量Q’d-axを、熱伝導率λ、バルブ傘とバルブ軸とにおける各代表温度Td,Taxを示す点の距離x、前回のバルブ傘代表温度Td、前回のバルブ軸代表温度Tax、バルブ軸面積Ad-axに基づいて次式により算出する。
Next, calculation of the valve umbrella representative temperature Td and the valve shaft representative temperature Tax for the intake and exhaust valves will be described using the representative temperature calculation flow shown in FIG. This calculation is performed every predetermined time (10 msec).
In step 1 (shown as “S1” in the figure, the same applies hereinafter), the amount of heat Q′d-ax moving from the valve umbrella to the valve shaft is expressed by the thermal conductivity λ, the representative temperatures Td in the valve umbrella and the valve shaft, Based on the distance x of the point indicating Tax, the previous valve umbrella representative temperature Td, the previous valve shaft representative temperature Tax, and the valve shaft area Ad-ax, the following equation is used.
Q’d-ax=λ((Td−Tax)/x)・Ad-ax ・・・(1)
これが移動熱量算出手段5に相当する。なお、バルブ傘からバルブ軸へ移動する熱量Q’d-axの初期値は0とする。これはエンジン始動直後には、バルブ傘が燃焼ガスから熱量を受けるだけで、バルブ軸にはバルブ傘からの熱がほとんど伝わらないためである。
ここで、熱伝導率λは、図5に示すバルブの温度変化による熱伝導特性テーブルを参照し、バルブ温度に応じて直線近似により算出する。このテーブルにおける熱伝導率λの傾きは、バルブの材料によって定まる。
Q′d−ax = λ ((Td−Tax) / x) · Ad−ax (1)
This corresponds to the moving heat amount calculation means 5. Note that the initial value of the amount of heat Q′d-ax moving from the valve umbrella to the valve shaft is 0. This is because immediately after the engine is started, the valve umbrella only receives heat from the combustion gas, and almost no heat is transmitted from the valve umbrella to the valve shaft.
Here, the thermal conductivity λ is calculated by linear approximation according to the valve temperature with reference to the thermal conductivity characteristic table according to the temperature change of the valve shown in FIG. The slope of the thermal conductivity λ in this table is determined by the valve material.
また、バルブ傘とバルブ軸とにおける各代表温度Td,Taxを示す点の距離xは、図6(イ)に示す通り、バルブ傘の代表温度Tdとなる所定点とバルブ軸の代表温度Taxとなる所定点との間の距離である。この距離xは、バルブ温度の分布に基づいて算出する。バルブ軸面積Ad-axは、(ロ)に示す通り、バルブ傘部の断面積Adからステム部の断面積Aaxまでにおける面積である。 Further, the distance x between the points indicating the representative temperatures Td and Tax between the valve umbrella and the valve shaft is as follows. As shown in FIG. The distance between the predetermined points. This distance x is calculated based on the distribution of the valve temperature. The valve shaft area Ad-ax is an area from the cross-sectional area Ad of the valve umbrella portion to the cross-sectional area Aax of the stem portion, as shown in (b).
ステップ2では、燃焼ガス温度Tgを算出する。燃焼ガス温度Tgには、吸気バルブの閉弁時における燃焼ガス温度Tgivc、最高温度時における燃焼ガス温度Tgmax及び排気バルブ閉弁時における燃焼ガス温度Tgevcがあり、これらをそれぞれ算出する。これらの燃焼ガス温度Tgmax,Tgivc,Tgevcは、特願2003−364099号に記載されているようにして算出する。
In
すなわち、吸気バルブの閉弁時における燃焼ガス温度Tgivcは、次式に示す通り、排気温度Texh、不活性ガスの割合である不活性ガス率MRESFR及びコレクタ内温度Tcolから算出する。
Tgivc=Texh×MRESFR+Tcol×(1−MRESFR) ・・・(2)
最高温度時における燃焼ガス温度Tgmaxは、次式に示す通り、燃焼室の圧縮終了時期における温度Tcmax(圧縮終了時最高温度)、燃焼による発熱量Q、燃焼室の総ガス量MASSC及び燃焼ガスの定圧比熱Cpから算出する。
That is, the combustion gas temperature Tgivc when the intake valve is closed is calculated from the exhaust temperature Texh, the inert gas ratio MRESFR which is the ratio of the inert gas, and the collector internal temperature Tcol as shown in the following equation.
Tgivc = Texh × MRESFR + Tcol × (1-MRESFR) (2)
As shown in the following equation, the combustion gas temperature Tgmax at the maximum temperature is a temperature Tcmax at the end of compression of the combustion chamber (maximum temperature at the end of compression), a calorific value Q due to combustion, a total gas amount MASSC of the combustion chamber, and a combustion gas Calculated from the constant pressure specific heat Cp.
Tgmax=Tcmax+Q/(MASSC×Cp) ・・・(3)
排気バルブ閉弁時における燃焼ガス温度Tgevcは、排気バルブ閉弁時において温度センサにより検出される排気温度Texhとして算出する(Tgevc=Texh)。
再度図4を参照して、ステップ3では、次式に示す通り、シリンダボア径d、燃料噴射量TP、エンジン回転数Ne及び適合定数C1,C2,C3として熱伝達率hを算出する。
Tgmax = Tcmax + Q / (MASSC × Cp) (3)
The combustion gas temperature Tgevc when the exhaust valve is closed is calculated as the exhaust temperature Texh detected by the temperature sensor when the exhaust valve is closed (Tgevc = Texh).
Referring to FIG. 4 again, in
h=110d-0.2×TP0.27×(Ne×C1+TP×C2)0.8×C3 ・・・(4)
ここで適合定数C1,C2,C3は、図7に示す通り、吸気バルブの閉弁時における燃焼ガス温度Tgivc、最高温度時における燃焼ガス温度Tgmax及び排気バルブ閉弁時における燃焼ガス温度Tgevcに応じた値を適用する。
h = 110d− 0.2 × TP 0.27 × (Ne × C1 + TP × C2) 0.8 × C3 (4)
Here, the adaptation constants C1, C2, and C3 correspond to the combustion gas temperature Tgivc when the intake valve is closed, the combustion gas temperature Tgmax when the intake valve is closed, and the combustion gas temperature Tgevc when the exhaust valve is closed, as shown in FIG. Apply the value.
ステップ4では、次式に示す通り、燃焼ガス温度Tgにステップ2で算出した燃焼ガス温度Tgivc,Tgmax,Tgevcをそれぞれ代入して、各時点における燃焼ガスが吸気バルブに与える熱量Q’inivc,Q’inmax,Q’inevcを算出する。
Q’inivc=h×(Tgivc−Td)×Ad ・・・(5)
Q’inmax=h×(Tgmax−Td)×Ad ・・・(6)
Q’inevc=h×(Tgevc−Td)×Ad ・・・(7)
ステップ5では、次式に示す通り、各時点における燃焼ガスが吸気バルブに与える熱量Q’inivc,Q’inmax,Q’inevcの平均値により、バルブ傘受熱量Q’inを算出する。
In
Q′inivc = h × (Tgivc−Td) × Ad (5)
Q′inmax = h × (Tgmax−Td) × Ad (6)
Q′inevc = h × (Tgevc−Td) × Ad (7)
In step 5, as shown in the following equation, the valve umbrella received heat amount Q′in is calculated from the average value of the heat amounts Q′inivc, Q′inmax, Q′inevc that the combustion gas gives to the intake valve at each time point.
Q’in=(Q’inivc+Q’inmax+Q’inevc)/3 ・・・(8)
ステップ6では、次式に示す通り、バルブ傘代表温度Tdから水温Twを減算した値に熱容量係数M1を乗算することにより、バルブ傘からバルブシートへの放熱量Q’seatを算出する。
Q′in = (Q′inivc + Q′inmax + Q′inevc) / 3 (8)
In
Q’seat=(Td−Tw)×M1 ・・・(9)
ここで熱容量係数は、図8に示す熱容量係数算出テーブルを参照して、エンジン回転数Neに応じた熱容量係数M1,M2を算出する。エンジン回転数Neが高ければ熱容量係数M1,M2は大きい値を示す。
ステップ7では、次式に示す通り、バルブ軸代表温度Taxから水温Twを減算した値に熱容量係数M2を乗算することにより、バルブ軸からバルブガイドへの放熱量Q’guideを算出する。
Q′seat = (Td−Tw) × M1 (9)
Here, with respect to the heat capacity coefficient, the heat capacity coefficients M1 and M2 corresponding to the engine speed Ne are calculated with reference to the heat capacity coefficient calculation table shown in FIG. If the engine speed Ne is high, the heat capacity coefficients M1 and M2 show large values.
In
Q’guide=(Tax−Tw)×M2 ・・・(10)
ステップ8では、次式に示す通り、燃料噴射量Tiと燃料気化割合Xとを乗算することにより、バルブ傘での燃料気化による放熱量Q’fuelを算出する。
Q’fuel=Ti×X ・・・(11)
なお、燃料気化による放熱量Q’fuelは、吸気通路に配設された燃料噴射弁から燃料が噴射される場合にのみ考慮する。
Q′guide = (Tax−Tw) × M2 (10)
In
Q'fuel = Ti × X (11)
Note that the heat release amount Q'fuel due to fuel vaporization is considered only when fuel is injected from the fuel injection valve disposed in the intake passage.
ステップ9では、次式に示す通り、バルブ傘の受熱量Q’in、燃料気化による放熱量Q’fuel、バルブ傘からバルブシートへの放熱量Q’seat、バルブ傘からバルブ軸へ移動する熱量Q’d-ax、バルブ比熱c及び図6(ハ)に示すバルブ傘質量mdにより、バルブ傘方向の温度変化ΔTdを算出する。
ΔTd=Q’in−(Q’fuel+Q’seat+Q’d-ax)/md・c ・・・(12)
ステップ10では、次式に示す通り、バルブ傘方向の温度変化ΔTdに前回のバルブ傘代表温度Td(n−1)を加算することにより、現在のバルブ傘代表温度Tdを算出する。なお、Td(n−1)の初期値は水温Twとする。
In
ΔTd = Q′in− (Q′fuel + Q′seat + Q′d−ax) / md · c (12)
In step 10, the current valve umbrella representative temperature Td is calculated by adding the previous valve umbrella representative temperature Td (n-1) to the temperature change ΔTd in the valve umbrella direction as shown in the following equation. The initial value of Td (n-1) is the water temperature Tw.
Td=ΔTd+Td(n−1) ・・・(13)
ステップ11では、次式に示す通り、バルブ傘からバルブ軸へ移動する熱量Q’d-ax、バルブ軸からの放熱量Q’guide、バルブ比熱c及び図6(ハ)に示すバルブ軸質量maxにより、バルブ軸方向の温度変化ΔTaxを算出する。
ΔTax=(Q’d-ax−Q’guide)/max・c ・・・(14)
ステップ12では、次式に示す通り、バルブ軸方向の温度変化ΔTaxに前回のバルブ軸代表温度Tax(n−1)を加算することにより、現在のバルブ軸代表温度Taxを算出する。なお、Tax(n−1)の初期値は水温Twとする。
Td = ΔTd + Td (n−1) (13)
In step 11, the amount of heat Q′d-ax moving from the valve umbrella to the valve shaft, the amount of heat radiation Q′guide from the valve shaft, the specific heat c of the valve, and the valve shaft mass max shown in FIG. Thus, the temperature change ΔTax in the valve shaft direction is calculated.
ΔTax = (Q′d−ax−Q′guide) / max · c (14)
In
Tax=ΔTax+Tax(n−1) ・・・(15)
以上により、バルブ傘代表温度Td及びバルブ軸代表温度Taxが算出される。
次に、これらの代表温度Td,Taxを用いたバルブクリアランス量の算出について以下に説明する。バルブクリアランス量の算出は、例えば特願2003−185133号に記載のようにして算出する。
Tax = ΔTax + Tax (n−1) (15)
As described above, the valve umbrella representative temperature Td and the valve shaft representative temperature Tax are calculated.
Next, calculation of the valve clearance amount using these representative temperatures Td and Tax will be described below. The valve clearance amount is calculated as described in Japanese Patent Application No. 2003-185133, for example.
ここで吸気バルブ及び排気バルブは、燃焼室内において燃焼が行われると燃焼ガスにより熱膨張する。バルブ傘は、燃焼ガスにより傘方向(径方向)に熱膨張されて変形する。バルブ傘が熱膨張により変形すると、その熱変形量分だけ傘方向に変形し、バルブシートと接するバルブ傘部が下向き(燃焼室側)に押し出されるため、バルブクリアランス量が増加することとなる。 Here, the intake valve and the exhaust valve are thermally expanded by the combustion gas when combustion is performed in the combustion chamber. The valve umbrella is deformed by being thermally expanded in the umbrella direction (radial direction) by the combustion gas. When the valve umbrella is deformed by thermal expansion, the valve umbrella is deformed in the umbrella direction by the amount of thermal deformation, and the valve umbrella portion in contact with the valve seat is pushed downward (combustion chamber side), so that the valve clearance amount increases.
一方、バルブ軸は、バルブ傘からの熱伝導により移動する熱量によって軸方向に熱膨張する。バルブ軸が熱膨張すると、その熱変形量分だけカムに向かって変形するため、バルブクリアランス量が減少することとなる。
ここで、バルブ傘が熱変形することによるバルブ軸方向の熱変形量VCLRdは、次式に示す通り、バルブ傘とバルブシートとの接触角度θ、バルブ傘の傘方向長さ(バルブ傘の直径)Vd♯、バルブの材料に基づいた傘方向の熱膨張係数THEXCd、バルブ傘代表温度Td、水温Twにより算出する。
On the other hand, the valve shaft thermally expands in the axial direction by the amount of heat that moves due to heat conduction from the valve umbrella. When the valve shaft is thermally expanded, the valve is deformed toward the cam by the amount of thermal deformation, so that the valve clearance is reduced.
Here, the amount of thermal deformation VCLRd in the valve axial direction due to the thermal deformation of the valve umbrella, as shown in the following equation, is the contact angle θ between the valve umbrella and the valve seat, the length of the valve umbrella in the umbrella direction (the diameter of the valve umbrella) ) Vd #, the thermal expansion coefficient THEXCd in the direction of the umbrella based on the valve material, the valve umbrella representative temperature Td, and the water temperature Tw.
VCLRd=1/2×tanθ×Vd♯×THEXCd×(Td−Tw) ・・・(16)
バルブ軸が熱変形することによるバルブ軸方向の熱変形量VCLRaxは、次式に示す通り、バルブ軸の軸方向長さ(ステム部の長さ)Vax#、バルブの材料に基づいた軸方向の熱膨張係数THEXCax、バルブ軸代表温度Tax、水温Twにより算出する。
VCLRd = 1/2 × tan θ × Vd # × THEXCd × (Td−Tw) (16)
The amount of thermal deformation VCLRax in the valve shaft direction due to the thermal deformation of the valve shaft is as follows. The axial direction length (stem portion length) Vax # of the valve shaft and the axial direction based on the valve material It is calculated from the coefficient of thermal expansion THEXCax, the valve shaft representative temperature Tax, and the water temperature Tw.
VCLRax=Vax#×THEXCax×(Tax−Tw) ・・・(17)
そして、バルブ傘の熱変形による軸方向の熱変形量VCLRdからバルブ傘の熱変形による軸方向の熱変形量VCLRaxを減算することにより、バルブクリアランス変化量VDCLRを算出する。
VDCLR=VCLRd−VCLRax ・・・(18)
ここで、燃焼室内での燃焼によりシリンダヘッドが熱変形してバルブクリアランス量に影響を補完する量VCLRSTDを算出する。
VCLRax = Vax # × THEXCax × (Tax−Tw) (17)
The valve clearance change amount VDCLR is calculated by subtracting the axial thermal deformation amount VCLRax due to the thermal deformation of the valve umbrella from the axial thermal deformation amount VCLRd due to the thermal deformation of the valve umbrella.
VDCLR = VCLRd−VCLRax (18)
Here, an amount VCLRSTD that compensates for the influence of the valve clearance amount due to thermal deformation of the cylinder head due to combustion in the combustion chamber is calculated.
これらに基づいて、次式に示す通り、バルブクリアランス変化量VDCLRと補完量VCLRSTDとの加算により、バルブクリアランス量VCLRを算出する。
VCLR=VDCLR+VCLRSTD ・・・(19)
本実施形態によれば、内燃機関の吸排気バルブ温度推定装置において、燃焼ガスによるバルブ傘の受熱量Q’inを算出するバルブ傘受熱量算出手段1と、バルブ傘からの放熱量Q’seat,Q’fuelを算出するバルブ傘放熱量算出手段2と、バルブ傘からバルブ軸へ移動する熱量Q’d-axを算出する移動熱量算出手段5と、バルブ軸からの放熱量Q’guideを算出するバルブ軸放熱量算出手段6と、バルブ傘の受熱量Q’in、バルブ傘からの放熱量Q’seat,Q’fuel及びバルブ傘からバルブ軸へ移動する熱量Q’d-axに基づいてバルブ傘の代表温度Tdを算出するバルブ傘代表温度算出手段7と、バルブ傘からバルブ軸へ移動する熱量Q’d-ax及びバルブ軸からの放熱量Q’guideに基づいてバルブ軸の代表温度Taxを算出するバルブ軸代表温度算出手段8と、を備える。このため、バルブの受放熱量の変化に基づいて吸排気バルブの傘代表温度Td及び軸代表温度Taxを精度良く算出することができる。
Based on these, as shown in the following equation, the valve clearance amount VCLR is calculated by adding the valve clearance change amount VDCLR and the complementary amount VCLRSTD.
VCLR = VDCLR + VCLRSTD (19)
According to the present embodiment, in the intake / exhaust valve temperature estimation device for an internal combustion engine, the valve umbrella heat receiving amount calculation means 1 for calculating the heat receiving amount Q′in of the valve umbrella by the combustion gas, and the heat dissipation amount Q′seat from the valve umbrella. , Q ′ fuel, a valve umbrella heat dissipation amount calculating means 2, a moving heat amount calculating means 5 for calculating a heat amount Q′d-ax moving from the valve umbrella to the valve shaft, and a heat dissipation amount Q′guide from the valve shaft. Based on the valve shaft heat radiation amount calculation means 6 to be calculated, the heat receiving amount Q′in of the valve umbrella, the heat radiation amounts Q′seat and Q′fuel from the valve umbrella, and the heat amount Q′d-ax moving from the valve umbrella to the valve shaft. The valve umbrella representative temperature calculating means 7 for calculating the representative temperature Td of the valve umbrella, the amount of heat Q′d-ax moving from the valve umbrella to the valve shaft, and the amount of heat released Q′guide from the valve shaft. Temperature Ta Comprises a valve shaft representative
また本実施形態によれば、移動熱量算出手段5は、バルブ傘代表温度Td、バルブ軸代表温度Tax、及びバルブ傘とバルブ軸とにおける各代表温度Td,Taxを示す点の距離xに基づいてバルブ傘からバルブ軸へ移動する熱量Q’d-axを算出する。このため、時間の経過と共にバルブ傘代表温度Td及びバルブ軸代表温度Taxが変化しても、バルブ温度分布により適切に移動熱量Q’d-axを精度良く算出することができる。 Further, according to the present embodiment, the moving heat amount calculation means 5 is based on the valve umbrella representative temperature Td, the valve shaft representative temperature Tax, and the distance x between the points indicating the representative temperatures Td and Tax on the valve umbrella and the valve shaft. The amount of heat Q′d-ax moving from the valve umbrella to the valve shaft is calculated. For this reason, even if the valve umbrella representative temperature Td and the valve shaft representative temperature Tax change with the passage of time, the transferred heat quantity Q′d-ax can be appropriately calculated with high accuracy from the valve temperature distribution.
また本実施形態によれば、移動熱量算出手段5は、バルブ傘からバルブ軸へ移動する熱量Q’d-axの初期値を0にする。このため、エンジン始動直後において、バルブ傘が燃焼ガスから熱量を受けるだけで、バルブ軸にはバルブ傘からの熱がほとんど伝わらないことを考慮することができる。
また本実施形態によれば、バルブ傘受熱量算出手段1は、燃料噴射量TP、エンジン回転数Ne及び燃焼ガス温度Tgivc,Tgmax,Tgevcに基づいてバルブ傘の受熱量Q’inを算出する。このため、運転状態に応じて適切にバルブ傘受熱量Q’inを算出できる。
Further, according to the present embodiment, the moving heat amount calculating means 5 sets the initial value of the heat amount Q′d-ax moving from the valve umbrella to the valve shaft to 0. For this reason, it can be considered that immediately after the engine is started, the valve umbrella receives only the amount of heat from the combustion gas, and the heat from the valve umbrella is hardly transmitted to the valve shaft.
Further, according to the present embodiment, the valve umbrella heat receiving amount calculation means 1 calculates the heat receiving amount Q′in of the valve umbrella based on the fuel injection amount TP, the engine speed Ne, and the combustion gas temperatures Tgivc, Tgmax, Tgevc. For this reason, the amount of heat received by the valve umbrella Q′in can be calculated appropriately according to the operating state.
また本実施形態によれば、バルブ傘放熱量算出手段2は、バルブ傘からバルブシートを介して冷却水に放熱する放熱量Q’seatを算出するバルブ傘→バルブシート放熱量算出手段3を有し、バルブ傘からバルブシートを介して冷却水に放熱する放熱量Q’seatに基づいてバルブ傘からの放熱量を算出する。このため、バルブ傘からの放熱量を精度良く算出できる。 Further, according to the present embodiment, the valve umbrella heat dissipation amount calculating means 2 includes the valve umbrella → valve seat heat dissipation amount calculating means 3 for calculating the heat dissipation amount Q′seat that radiates heat from the valve umbrella to the cooling water via the valve seat. Then, the heat radiation amount from the valve umbrella is calculated based on the heat radiation amount Q′seat that radiates heat from the valve umbrella to the cooling water through the valve seat. For this reason, the heat dissipation from the valve umbrella can be accurately calculated.
また本実施形態によれば、バルブ傘放熱量算出手段2は、バルブ傘からバルブシートを介して冷却水に放熱する放熱量Q’seatを算出するバルブ傘→バルブシート放熱量算出手段3と、バルブ傘での燃料気化による放熱量Q’fuelを算出する気化放熱量算出手段4と、を有し、バルブ傘からバルブシートを介して冷却水に放熱する放熱量Q’seat及びバルブ傘での燃料気化による放熱量Q’fuelに基づいてバルブ傘からの放熱量(Q’seat+Q’fuel)を算出する。このため、バルブ傘からの放熱量をより精度良く算出できる。 Further, according to the present embodiment, the valve umbrella heat dissipation amount calculation means 2 calculates the heat dissipation amount Q′seat that radiates heat from the valve umbrella to the cooling water via the valve seat, and the valve umbrella → valve seat heat dissipation amount calculation means 3; Vaporization heat dissipation amount calculation means 4 for calculating a heat dissipation amount Q'fuel due to fuel vaporization in the valve umbrella, and a heat dissipation amount Q'seat that radiates heat from the valve umbrella to the cooling water through the valve seat. The amount of heat released from the valve umbrella (Q'seat + Q'fuel) is calculated based on the amount of heat released by fuel vaporization Q'fuel. For this reason, the heat dissipation from the valve umbrella can be calculated with higher accuracy.
また本実施形態によれば、気化放熱量算出手段4は、燃料噴射量Ti及び燃料気化割合Xに基づいて吸気バルブでの燃料気化による放熱量Q’fuelを算出する。このため、運転状態に応じて吸気バルブの傘部から気化する燃料による放熱量Q’fuelを精度良く算出できる。
また本実施形態によれば、バルブ軸放熱量算出手段6は、バルブ軸からバルブガイドを介して冷却水に放熱する放熱量Q’guideを算出するバルブ軸→バルブガイド放熱量算出手段6aを有し、バルブ軸からバルブガイドを介して冷却水に放熱する放熱量Q’guideに基づいてバルブ軸からの放熱量Q’guideを算出する。このため、バルブ軸から外部へ放熱する放熱量が精度良く算出することができる。
Further, according to the present embodiment, the vaporized heat release amount calculation means 4 calculates the heat release amount Q′fuel due to fuel vaporization at the intake valve based on the fuel injection amount Ti and the fuel vaporization ratio X. For this reason, it is possible to accurately calculate the heat dissipation amount Q ′ fuel due to the fuel vaporized from the umbrella portion of the intake valve according to the operating state.
Further, according to the present embodiment, the valve shaft heat radiation amount calculation means 6 includes the valve shaft → valve guide heat radiation amount calculation means 6a for calculating the heat radiation amount Q'guide that radiates heat from the valve shaft to the cooling water via the valve guide. Then, the heat radiation amount Q′guide from the valve shaft is calculated based on the heat radiation amount Q′guide that radiates heat from the valve shaft to the cooling water through the valve guide. For this reason, it is possible to accurately calculate the amount of heat released from the valve shaft to the outside.
また本実施形態によれば、バルブ傘放熱量算出手段2は、バルブ傘代表温度Td、水温Tw及びエンジン回転数Neに基づいてバルブ傘の放熱量Q’seatを算出する。このため、運転状態に応じてバルブ傘の放熱量Q’seatを精度良く算出できる。
また本実施形態によれば、バルブ軸放熱量算出手段6は、バルブ軸代表温度Tax、水温Tw及びエンジン回転数Neに基づいてバルブ軸の放熱量Q’guideを算出する。このため、運転状態に応じてバルブ軸の放熱量Q’guideを精度良く算出できる。
Further, according to the present embodiment, the valve umbrella heat dissipation amount calculation means 2 calculates the valve umbrella heat dissipation amount Q′seat based on the valve umbrella representative temperature Td, the water temperature Tw, and the engine speed Ne. For this reason, the heat dissipation amount Q′seat of the valve umbrella can be accurately calculated according to the operating state.
Further, according to the present embodiment, the valve shaft heat radiation amount calculation means 6 calculates the valve shaft heat radiation amount Q′guide based on the valve shaft representative temperature Tax, the water temperature Tw, and the engine speed Ne. For this reason, the heat dissipation amount Q′guide of the valve shaft can be accurately calculated according to the operating state.
また本実施形態によれば、上述の内燃機関の吸排気バルブ温度推定装置と、これにより推定したバルブ傘代表温度Td及びバルブ軸代表温度Taxに基づいてバルブクリアランス量VCLRを算出するバルブクリアランス量算出手段9と、を備える。このため、バルブクリアランス量VCLRを、バルブ傘代表温度Td及びバルブ軸代表温度Taxを考慮して精度良く算出できる。そして、このバルブクリアランス量VCLRをエンジンの各種制御に反映させることができる。
According to the present embodiment, the above-described intake / exhaust valve temperature estimation device for an internal combustion engine, and the valve clearance amount calculation for calculating the valve clearance amount VCLR based on the valve umbrella representative temperature Td and the valve shaft representative temperature Tax estimated thereby.
1 バルブ傘受熱量算出手段
2 バルブ傘放熱量算出手段
3 バルブ傘→バルブシート放熱量算出手段
4 気化放熱量算出手段
5 移動熱量算出手段
6 バルブ軸放熱量算出手段
6a バルブ軸→バルブガイド放熱量算出手段
7 バルブ傘代表温度算出手段
8 バルブ軸代表温度算出手段
9 バルブクリアランス量算出手段
DESCRIPTION OF
Claims (11)
燃焼ガスによるバルブ傘の受熱量を算出するバルブ傘受熱量算出手段と、
バルブ傘からの放熱量を算出するバルブ傘放熱量算出手段と、
バルブ傘からバルブ軸へ移動する熱量を算出する移動熱量算出手段と、
バルブ軸からの放熱量を算出するバルブ軸放熱量算出手段と、
前記バルブ傘の受熱量、前記バルブ傘からの放熱量及び前記バルブ傘からバルブ軸へ移動する熱量に基づいてバルブ傘の代表温度を算出するバルブ傘代表温度算出手段と、
前記バルブ傘からバルブ軸へ移動する熱量及び前記バルブ軸からの放熱量に基づいてバルブ軸の代表温度を算出するバルブ軸代表温度算出手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の吸排気バルブ温度推定装置。 In the intake and exhaust valve temperature estimation device for an internal combustion engine,
A valve umbrella heat receiving amount calculating means for calculating a heat receiving amount of the valve umbrella by the combustion gas;
A valve umbrella heat dissipation amount calculating means for calculating a heat dissipation amount from the valve umbrella;
A moving heat amount calculating means for calculating the amount of heat moving from the valve umbrella to the valve shaft;
A valve shaft heat dissipation amount calculating means for calculating a heat dissipation amount from the valve shaft;
A valve umbrella representative temperature calculating means for calculating a representative temperature of the valve umbrella based on an amount of heat received by the valve umbrella, an amount of heat released from the valve umbrella, and an amount of heat moving from the valve umbrella to the valve shaft;
A valve shaft representative temperature calculating means for calculating a representative temperature of the valve shaft based on the amount of heat moving from the valve umbrella to the valve shaft and the amount of heat released from the valve shaft;
An intake / exhaust valve temperature estimation device for an internal combustion engine, comprising:
バルブ傘からバルブシートを介して冷却水に放熱する放熱量を算出するバルブ傘→バルブシート放熱量算出手段を有し、
前記バルブ傘からバルブシートを介して冷却水に放熱する放熱量に基づいてバルブ傘からの放熱量を算出することを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1つに記載の内燃機関の吸排気バルブ温度推定装置。 The valve umbrella heat dissipation amount calculating means includes:
A valve umbrella for calculating the amount of heat radiated from the valve umbrella to the cooling water through the valve seat → the valve seat radiation amount calculating means;
The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4, wherein a heat radiation amount from the valve umbrella is calculated based on a heat radiation amount radiated from the valve umbrella to the cooling water through a valve seat. Intake and exhaust valve temperature estimation device.
バルブ傘からバルブシートを介して冷却水に放熱する放熱量を算出するバルブ傘→バルブシート放熱量算出手段と、
バルブ傘での燃料気化による放熱量を算出する気化放熱量算出手段と、を有し、
前記バルブ傘からバルブシートを介して冷却水に放熱する放熱量及び前記バルブ傘での燃料気化による放熱量に基づいてバルブ傘からの放熱量を算出することを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1つに記載の内燃機関の吸排気バルブ温度推定装置。 The valve umbrella heat dissipation amount calculating means includes:
A valve umbrella for calculating the amount of heat released from the valve umbrella to the cooling water through the valve seat → the valve seat heat dissipation amount calculating means;
Vaporization heat dissipation amount calculating means for calculating a heat dissipation amount due to fuel vaporization in the valve umbrella,
The amount of heat released from the valve umbrella is calculated based on the amount of heat released from the valve umbrella to the cooling water through the valve seat and the amount of heat released by fuel vaporization in the valve umbrella. 4. The intake / exhaust valve temperature estimation device for an internal combustion engine according to any one of 4 above.
バルブ軸からバルブガイドを介して冷却水に放熱する放熱量を算出するバルブ軸→バルブガイド放熱量算出手段を有し、
前記バルブ軸からバルブガイドを介して冷却水に放熱する放熱量に基づいてバルブ軸からの放熱量を算出することを特徴とする請求項1〜請求項7のいずれか1つに記載の内燃機関の吸排気バルブ温度推定装置。 The valve shaft heat dissipation amount calculating means includes:
There is a valve shaft → valve guide heat dissipation amount calculating means for calculating the heat dissipation amount radiated from the valve shaft to the cooling water through the valve guide,
The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 7, wherein a heat radiation amount from the valve shaft is calculated based on a heat radiation amount radiated from the valve shaft to the cooling water through a valve guide. Intake and exhaust valve temperature estimation device.
前記吸排気バルブ温度推定装置により推定したバルブ傘代表温度及びバルブ軸代表温度に基づいてバルブクリアランス量を算出するバルブクリアランス量算出手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関のバルブクリアランス量推定装置。 An intake / exhaust valve temperature estimation device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 10,
Valve clearance amount calculating means for calculating a valve clearance amount based on the valve umbrella representative temperature and the valve shaft representative temperature estimated by the intake / exhaust valve temperature estimating device;
A valve clearance amount estimation device for an internal combustion engine, comprising:
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