(57)【要約】【課題】より簡単な方式で精度良く実バルブクリアランス量を算出可能なバルブクリアランス量推定装置を提案する。【解決手段】本発明による内燃機関のバルブクリアランス量推定装置は、気筒毎の排気通路における排気ガス温度ＴＥＸＨに基づいて実バルブクリアランス量を算出することを特徴とする。燃焼室から排出されて直ぐの排気ガス温度に関連付けて実バルブクリアランス量を算出することにより、運転条件に応じた実バルブクリアランス量の推定を可能とし、さらに、演算処理を簡略化して演算負荷及びメモリ容量の軽減を実現することができる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒毎の排気通路における排気ガス温度に基づいて実バルブクリアランス量を算出す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。
【請求項２】
前記排気ガス温度とエンジン冷却水温度とに基づいて吸気バルブと排気バルブの各実バルブクリアランス量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クリアランス量推定装置。
【請求項３】
エンジン冷却水温度に基づいて吸気バルブの実バルブクリアランス量を算出し且つ前記排気ガス温度に基づいて排気バブルの実バルブクリアランス量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クリアランス量推定装置。
【請求項４】
エンジン回転速度、吸入空気量、目標当量比又はバルブ変換角のいずれか一つ以上に基づいて実バルブクリアランス量を補正す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クリアランス量推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の特に吸排気バルブにおけるクリアランスを制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
可変動弁機構を持つ内燃機関においては、たとえば特許文献１に開示されているように、バルブリフト量に応じた機械的バルブ開口面積、バルブの作用角などに基づき気筒への吸入空気量を正確に算出する手法が知られている。そのバルブリフト量については、動弁機構関連部品の熱変形に伴うバルブクリアランス量の変化に応じて変わるので、始動直後、減速時燃料カット運転、高速運転、高負荷運転、高水温時等の運転条件に従い実際のバルブクリアランス量（実バルブクリアランス量）を把握することが重要である。このために、特許文献２に開示されたようなバルブクリアランス量推定装置が提案されている。
【０００３】
特許文献２のバルブクリアランス量推定装置は、シリンダヘッドに対する動弁系部品の熱変形によるバルブクリアランス変化量に基づいて実バルブクリアランス量を算出しており、具体的には、バルブの熱変形量とシリンダヘッドの熱変形量とをそれぞれ算出し、これらを基に実バルブクリアランス量を算出している。また、その動弁系部品の熱変形によるバルブクリアランス変化量について、動弁系部品のバルブ傘部の径方向の熱変形によるバルブクリアランスの変化量と、動弁系部品の軸方向の熱変形によるバルブクリアランスの変化量とに分離して算出するようにしている。
【特許文献１】特開２００２−１８０８９２号公報
【特許文献２】特開２００５−１６４７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような従来のバルブクリアランス量推定装置の場合、バルブの温度とシリンダヘッドの温度とをそれぞれ算出し、且つ算出された温度変化に従う両者の熱変形量からそれぞれバルブクリアランス変化量を算出し、そして最終的に、算出されたバルブ及びシリンダヘッドの両バランスクリアランス変化量から実バルブクリアランス量を算出しているため、演算処理が複雑となり、演算負荷及びメモリ容量が大きい。また、動弁系部品のバルブクリアランス変化量についても、バルブの傘径方向とバルブの軸方向とに分離して算出するようにしているため、さらに演算処理が複雑化しており、演算負荷及びメモリ容量を増大させている。
【０００５】
本発明はこの点を改善するものであり、より簡単な方式で精度良く実バルブクリアランス量を算出可能なバルブクリアランス量推定装置を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による内燃機関のバルブクリアランス量推定装置は、気筒毎の排気通路における排気ガス温度に基づいて実バルブクリアランス量を算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のバルブクリアランス量推定装置によれば、燃焼室から排出されて直ぐの排気ガス温度に関連付けて実バルブクリアランス量を算出することにより、運転条件に応じた実バルブクリアランス量の推定を可能とし、シリンダヘッド及びバルブの両熱変形量の算出とこれらに基づくそれぞれのバルブクリアランス変化量算出、さらに、バルブの傘径方向とバルブの軸方向とに分離してのバルブクリアランス変化量算出といった、従来技術に必要であった演算を不要としており、演算処理を簡略化して演算負荷及びメモリ容量の軽減を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１に、本発明に係るバルブクリアランス量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（バルブ変換角）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。
【０００９】
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、気筒毎の排気通路（排気ポート又は排気マニホールド）に排気圧力センサ２１、排気温度センサ２２、酸素センサ２３が設けられている。
【００１０】
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、排気ガス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。
【００１１】
当該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、上述のように、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が重要である。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に対するものと排気バルブ２に対するものとに分けて説明する。
吸気バルブ１の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、気筒におけるバルブ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を入力し、また、クランク角センサ３３による現在のエンジン回転速度Ｎｅを入力する。なお、バルブ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、よりバルブに近い温度を捉えられるので好ましい。
【００１２】
各値を読み込んだＥＣＵ３０は、エンジン冷却水温度ＴＷＮに基づき実バルブクリアランス量を算出すると共にエンジン回転速度Ｎｅに基づき実バルブクリアランス量の補正量を算出し、その実バルブクリアランス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。当該演算処理のフローチャートを図２に、またその演算処理の構成についてブロック図で図３に示している。
【００１３】
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Ｓ１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Ｓ２において、読み込んだエンジン冷却水温度ＴＷＮから実バルブクリアランス量ＶＣＬＲＳＴＩを算出する。この処理が、図３の実バルブクリアランス量算出ブロックＢ１にて実行される。
【００１４】
実バルブクリアランス量算出ブロックＢ１では、エンジン冷却水温度ＴＷＮに実バルブクリアランス量ＶＣＬＲＳＴＩを関連付けたマップＭＳＴＩ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に従いマップＭＳＴＩをアクセスすることで該当する実バルブクリアランス量ＶＣＬＲＳＴＩを読み出すようにしている。マップＭＳＴＩ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実バルブクリアランス量ＶＣＬＲＳＴＩとしてマップＭＳＴＩに記憶される。
【００１５】
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実バルブクリアランス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。
【００１６】
実バルブクリアランス量ＶＣＬＲＳＴＩの算出が終わると（あるいはこれと並行して）、ＥＣＵ３０はステップＳ３でエンジン回転速度Ｎｅを読み込み、続くステップＳ４で補正量ＶＣＬＲＩＨＯＳを算出する。この補正量算出は、図３の補正量算出ブロックＢ２にて実行される。
補正量算出ブロックＢ２では、エンジン回転速度Ｎｅに補正量ＶＣＬＲＩＨＯＳを関連付けた補正量マップＭＩＨＯＳをＥＣＵ３０のＲＯＭ等に記憶してあり、実測されたエンジン回転速度Ｎｅに従い補正量マップＭＩＨＯＳをアクセスすることで該当する補正量ＶＣＬＲＩＨＯＳを読み出すようにしている。補正量マップＭＩＨＯＳは予め作成してメモリに記憶させてあるもので、これにより、バルブクリアランス関連部品の特性等をそれぞれ計算せずとも良いようになっている。
【００１７】
補正量ＶＣＬＲＩＨＯＳが算出されると、ステップＳ５へ進んで吸気バルブ１についての実バルブクリアランス量ＶＣＬＲＩを算出する。当該演算を実行する図３の結果算出ブロックＢ３では、エンジン冷却水温度ＴＷＮに基づく実バルブクリアランス量ＶＣＬＲＳＴＩに、エンジン回転速度Ｎｅに基づく補正量ＶＣＬＲＩＨＯＳを乗算して補正することにより、最終的に吸気バルブ１の実バルブクリアランス量ＶＣＬＲＩを算出している。
【００１８】
このように、エンジン回転速度Ｎｅに基づく補正量ＶＣＬＲＩＨＯＳで補正することにより、運転条件に細かく対応した補正が行われ、推定精度を向上させることができる。
以上は吸気バルブ１についての実バルブクリアランス量推定であるが、これと並行して排気バルブ２についての実バルブクリアランス量推定も実行される。本実施形態では、排気バルブ２の実バルブクリアランス量に関しては排気ガス温度に基づき算出する。
【００１９】
排気バルブ２に関する実バルブクリアランス量の演算手段となるＥＣＵ３０は、気筒におけるバルブの温度として排気温度センサ２２による排気ガス温度ＴＥＸＨを入力し、また、クランク角センサ３３による現在のエンジン回転速度Ｎｅを入力する。各値を読み込んだＥＣＵ３０は、排気ガス温度ＴＥＸＨに基づき実バルブクリアランス量を算出すると共にエンジン回転速度Ｎｅに基づき実バルブクリアランス量の補正量を算出し、その実バルブクリアランス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。当該演算処理のフローチャートを図４に、またその演算処理の構成についてブロック図で図５に示している。
【００２０】
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Ｓ１０で、排気温度センサ２２による排気ガス温度ＴＥＸＨを読み込む。そしてステップＳ１１において、読み込んだ排気ガス温度ＴＥＸＨから実バルブクリアランス量ＶＣＬＲＳＴＥを算出する。この処理が、図５の実バルブクリアランス量算出ブロックＢ１０にて実行される。
【００２１】
実バルブクリアランス量算出ブロックＢ１０では、排気ガス温度ＴＥＸＨに実バルブクリアランス量ＶＣＬＲＳＴＥを関連付けたマップＭＳＴＥをＥＣＵ３０のＲＯＭ等に記憶してあり、実測された排気ガス温度ＴＥＸＨに従いマップＭＳＴＥをアクセスすることで該当する実バルブクリアランス量ＶＣＬＲＳＴＥを読み出すようにしている。マップＭＳＴＥ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排気ガス温度ＴＥＸＨ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、上記同様、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などであり、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実バルブクリアランス量ＶＣＬＲＳＴＥとしてマップＭＳＴＥに記憶される。
【００２２】
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、排気ガス温度から実バルブクリアランス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。
【００２３】
実バルブクリアランス量ＶＣＬＲＳＴＥの算出が終わると（あるいはこれと並行して）、ＥＣＵ３０はステップＳ１２でエンジン回転速度Ｎｅを読み込み、続くステップＳ１３で補正量ＶＣＬＲＥＨＯＳを算出する。この補正量算出は、図５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は、エンジン回転速度Ｎｅに補正量ＶＣＬＲＥＨＯＳを関連付けた補正量マップＭＥＨＯＳをＥＣＵ３０のＲＯＭ等に記憶してあり、実測されたエンジン回転速度Ｎｅに従い補正量マップＭＥＨＯＳをアクセスすることで該当する補正量ＶＣＬＲＥＨＯＳを読み出すようにしている。補正量マップＭＥＨＯＳは予め作成してメモリに記憶させてあるもので、これにより、バルブクリアランス関連部品の特性等をそれぞれ計算せずとも良いようになっている。
【００２４】
補正量ＶＣＬＲＥＨＯＳが算出されると、ステップＳ１４へ進んで排気バルブ２についての実バルブクリアランス量ＶＣＬＥを算出する。当該演算を実行する図５の結果算出ブロックＢ１２では、排気ガス温度ＴＥＸＨに基づく実バルブクリアランス量ＶＣＬＲＳＴＥに、エンジン回転速度Ｎｅに基づく補正量ＶＣＬＲＥＨＯＳを乗算して補正することにより、最終的に排気バルブ２の実バルブクリアランス量ＶＣＬＲＥを算出している。
【００２５】
このように、エンジン回転速度Ｎｅに基づく補正量ＶＣＬＲＥＨＯＳで補正することにより、運転条件に細かく対応した補正が行われ、推定精度を向上させることができる。
上記の各実施形態では、吸排気バルブの温度推定にエンジン回転速度Ｎｅを使用しているが、この他に運転条件を現す、吸入空気量、バルブ変換角、目標当量比のいずれか一つ、あるいはこれらの組み合わせに対し補正量ＶＣＬＲＩＨＯＳ，ＶＣＬＲＥＨＯＳを予めマッピングして用いるようにしても良い。たとえばバルブ変換角Ｖａを使用した場合の補正量マップＭＩＨＯＳ，ＭＥＨＯＳは、図６（吸気バルブ）、図７（排気バルブ）に示すようになる。これによっても同様に、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。
【００２６】
また、上記の実施形態では、吸気側の実バルブクリアランス量をエンジン冷却水温度に基づき算出し且つ排気側の実バルブクリアランス量を排気ガス温度に基づき算出して正確性を期しているが、他にも、排気ガス温度に基づいて吸排気バルブ両方の実バルブクリアランス量を算出する例も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係るバルブクリアランス量推定装置を備えたエンジンの実施形態を示す概略図。
【図２】吸気バルブに関する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。
【図３】吸気バルブに関する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。
【図４】排気バルブに関する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。
【図５】排気バルブに関する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。
【図６】吸気バルブに関する補正量マップの他の例を示した図。
【図７】排気バルブに関する補正量マップの他の例を示した図。
【符号の説明】
【００２８】
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
２２  排気温度センサ
３０  ＥＣＵ
３２  水温センサ
３３  クランク角センサ
Ｂ１，Ｂ１０  実バルブクリアランス量算出ブロック
Ｂ２，Ｂ１１  補正量算出ブロック
Ｂ３，Ｂ１２  結果算出ブロック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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