JP3992000B2 - 内燃機関の吸排気バルブ温度推定装置及びバルブクリアランス量推定装置 - Google Patents

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。

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。
特開平８−１７７５５６号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

ｈ＝１１０ｄ^-0.2×ＴＰ^0.27×（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。

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。

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’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’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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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 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 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 代表温度算出フロー バルブの温度変化による熱伝導特性テーブル バルブ傘とバルブ軸との温度算出距離を示す図 適合定数算出テーブル 熱容量係数算出テーブル

符号の説明

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

Claims (11)

1. 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。
2. 前記移動熱量算出手段は、バルブ傘代表温度、バルブ軸代表温度、及びバルブ傘とバルブ軸とにおける各代表温度を示す点の距離に基づいてバルブ傘からバルブ軸へ移動する熱量を算出することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の吸排気バルブ温度推定装置。
3. 前記移動熱量算出手段は、前記バルブ傘からバルブ軸へ移動する熱量の初期値を０にすることを特徴とする請求項１または請求項２記載の内燃機関の吸排気バルブ温度推定装置。
4. 前記バルブ傘受熱量算出手段は、燃料噴射量、エンジン回転数及び燃焼ガス温度に基づいて前記バルブ傘の受熱量を算出することを特徴とする請求項１〜請求項３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。
5. 前記バルブ傘放熱量算出手段は、
   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。
6. 前記バルブ傘放熱量算出手段は、
   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。
7. 前記気化放熱量算出手段は、燃料噴射量及び燃料気化割合に基づいて吸気バルブでの燃料気化による放熱量を算出することを特徴とする請求項６記載の内燃機関の吸排気バルブ温度推定装置。
8. 前記バルブ軸放熱量算出手段は、
   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。
9. 前記バルブ傘放熱量算出手段は、バルブ傘代表温度、水温及びエンジン回転数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８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。
10. 前記バルブ軸放熱量算出手段は、バルブ軸代表温度、水温及びエンジン回転数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９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。
11. 請求項１〜請求項１０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と、
    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。

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