(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、気筒におけるバルブ設置部位の温度（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を算出し且つ当該バルブの温度ＴＶからバルブクリアランスの補正量ＶＣＬＲＶＡＲを算出し、その基準量を補正量で補正することにより実バルブクリアランス量ＶＣＬを算出することを特徴とする。【選択図】図３
2007064007.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒におけるバルブ設置部位の温度からバルブクリアランスの基準量を算出し且つ当該バルブの温度からバルブクリアランスの補正量を算出し、前記基準量を前記補正量で補正することにより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】
バルブ設置部位の温度として、エンジン冷却水温度を使用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】
前記補正量は、エンジン冷却水温度に対するバルブの温度差と当該バルブの熱膨張率とに基づき算出することを特徴とする請求項１又は請求項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】
前記補正量は、バルブの形状及び物性値による係数に基づき算出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。
【請求項５】
前記係数は、バルブのステム長さと該ステム長さに対する傘径の比とから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、気筒におけるバルブ設置部位の温度からバルブクリアランスの基準量を算出し且つ当該バルブの温度からバルブクリアランスの補正量を算出し、その基準量を補正量で補正することにより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、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することにより、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、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。
【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。
【００１２】
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（本実施形態の場合シリンダヘッド）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。なお、バルブ設置部位の温度として壁温センサ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。
【００１３】
また、ＥＣＵ３０は、エアフロメータ１２による吸入吸気量（Ｑａ）、クランク角センサ３３によるエンジン回転速度（Ｎｅ）、水温センサ３２によるエンジン冷却水温度、及び現在の目標当量比（ＴＦＢＹＡ）を入力して、後述のバルブ温度演算処理に従ってバルブの温度（ＴＶ）を算出し、これを使用してバルブクリアランスの補正量（ＶＣＬＲＶＡＲ）を算出する。
【００１４】
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２に、また当該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。
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３の基準量算出ブロックＢ１にて実行される。
【００１５】
基準量算出ブロックＢ１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。
【００１６】
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。
【００１７】
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Ｓ３でバルブ温度ＴＶを読み込み、続くステップＳ４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、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１：ＶＣＬＲＶＡＲ＝ＶＳＴＥＭ×ＶＲＡＴＩＯ×ＴＨＥＲＥＸＰ×（ＴＶ−ＴＷＮ）により補正量ＶＣＬＲＶＡＲを算出する。
【００１８】
数式１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。
【００１９】
補正量ＶＣＬＲＶＡＲが算出されると、ステップＳ５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３の実バルブクリアランス量算出ブロックＢ３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。
以上の演算処理を実行するバルブクリアランス量推定装置において、バルブ温度ＴＶは、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される。そのＥＣＵ３０の実行する演算処理の構成について、図４にブロック図で示してある。
【００２０】
まず最初に、バルブ温度基本参照値算出ブロックＢ１０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。
【００２１】
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Ｂ１１において基本参照値ＴＶＳＴＤ０に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。
【００２２】
一方、バルブ温度修正値算出ブロックＢ１２でＥＣＵ３０は、現在のエンジン回転速度Ｎｅに応じて目標当量比ＴＦＢＹＡに基づくバルブ温度の修正値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修正値マップＭＴＶＨＯＳから該当する修正値ＴＶＨＯＳが読み出される。修正値マップＭＴＶＨＯＳは、エンジン回転速度Ｎｅ毎に目標当量比ＴＦＢＹＡに対する修正値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に応じて修正値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が変われば修正値ＴＶＨＯＳも変化する。
【００２３】
算出された修正値ＴＶＨＯＳは、バルブ平衡温度算出ブロックＢ１３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を修正値ＴＶＨＯＳで修正することにより、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Ｂ１４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。
【００２４】
ＥＣＵ３０は、平衡温度算出ブロックＢ１３による平衡温度ＴＶＨ及び時定数算出ブロックＢ１４による時定数ＴＣＯＮＳＴを利用し、バルブ温度算出ブロックＢ１５においてバルブ温度ＴＶを算出する。バルブ温度ＴＶは、数式２：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。
【００２５】
このような演算処理を実行することにより、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且つ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。当該演算処理のフローチャートにつき、図５〜図７に図示してある。
まず、図５のステップＳ１０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Ｓ１１へ進んでエンジン冷却水温度ＴＷＮを読み込み、ステップＳ１２でエンジン冷却水温度ＴＷＮを平衡温度ＴＶＨとする。
【００２６】
一方、燃料カット中でなければステップＳ１３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Ｓ１４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４の基本参照値算出ブロックＢ１０）。さらにステップＳ１５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Ｓ１６で、ＴＶＳＴＤ０＋ＴＷＮにより基本値ＴＶＳＴＤを算出する（図４の基本値算出ブロックＢ１１）。
【００２７】
続いて（あるいは並行して）ステップＳ１７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Ｓ１８において、修正値マップＭＴＶＨＯＳから修正値ＴＶＨＯＳを算出し（図４の修正値算出ブロックＢ１２）、ステップＳ１９で、ＴＶＳＴＤ×ＴＶＨＯＳにより平衡温度ＴＶＨを算出する（図４の平衡温度算出ブロックＢ１３）。
【００２８】
平衡温度ＴＶＨの算出に続けて（あるいは並行して）、ＥＣＵ３０は、図６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４の時定数算出ブロックＢ１４）。
【００２９】
平衡温度ＴＶＨと時定数ＴＣＯＮＳＴが算出されると、図７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２による演算を行ってバルブ温度ＴＶを算出する（図４のバルブ温度算出ブロックＢ１５）。
このようにして算出された精度の高いバルブ温度ＴＶが本実施形態のバルブクリアランス量推定装置において使用される（図３の補正量算出ブロックＢ２）結果、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している。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【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】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】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】バルブ温度演算の構成を説明するブロック図。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【符号の説明】
【００３１】
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  基準量算出ブロック
Ｂ２  補正量算出ブロック
Ｂ３  実バルブクリアランス量算出ブロック
【図１】
2007064007.tif 000003
【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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