BRPI0816118B1

BRPI0816118B1 - motor de combustão interna do tipo ignição a centelhas

Info

Publication number: BRPI0816118B1
Application number: BRPI0816118A
Authority: BR
Inventors: Sawada Daisaku; Akihisa Daisuke; Kamiyama Eiichi; Nakasaka Yukihiro
Original assignee: Toyota Motor Co Ltd
Priority date: 2007-11-06
Filing date: 2008-11-04
Publication date: 2020-05-05
Also published as: JP4367549B2; WO2009060969A1; US20100139622A1; DE112008003247T5; US8322315B2; RU2010107238A; BRPI0816118A2; CN101796282B; DE112008003247B4; CN101796282A; JP2009114963A; RU2439354C2

Abstract

motor de combustão interna do tipo ignição a centelhas a presente invenção refere-se a um motor de combustão interna, um mecanismo de razão de compressão variável (a) capaz de mudar a razão de compressão mecânica e um mecanismo de regulação da válvula variável (b) capaz de controlar a regulação de fechamento de uma válvula de entrada (7) que são fornecidos. no momento da operação com carga baixa do motor, a razão de compressão mecânica é induzida para o máximo de modo que a razão de expansão se torna 20 ou mais. além do que, no momento da operação com carga baixa do motor, em parte da região de operação ou em toda a região de operação, a razão de compressão efetiva é reduzida comparada ao momento da operação com carga alta do motor e, no momento da operação com carga baixa do motor, pelo menos quando a razão de compressão efetiva está sendo reduzida comparado ao momento da operação com carga alta do motor, a válvula borboleta (17) é induzida a fechar.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA DO TIPO IGNIÇÃO A CENTELHAS. CAMPO TÉCNICO [001] A presente invenção refere-se a um motor de combustão interna do tipo ignição a centelhas.

ANTECEDENTES DA TÉCNICA [002] É conhecido na técnica um motor de combustão interna do tipo ignição a centelhas fornecido com um mecanismo de razão de compressão variável capaz de mudar a razão de compressão mecânica e um mecanismo de regulação de válvula variável capaz de controlar a regulação do fechamento de uma válvula de entrada, executando uma ação de superalimentação por um superalimentador no momento da operação com carga média do motor e operação com carga alta do motor e aumentando a razão de compressão mecânica e retardando a regulação de fechamento da válvula de entrada quando a carga do motor se torna menor no estado mantendo a razão de combustão efetiva constante quando a operação do motor é deslocada da operação com carga alta para a operação com carga média (por exemplo, vide Publicação de Patente Japonesa (A) N° 2004-218522).

[003] Entretanto, esse documento não faz alusão de forma alguma à razão de compressão efetiva quando a carga do motor é baixa.

[004] O pedido de patente japonês JP2007239550A revela que a taxa de compressão real é aumentada à medida que a carga do motor se torna mais baixa.

[005] Por outro lado, o pedido de patente japonês

JP2004218522A revela que a taxa de compressão real é maior quando a carga do motor é mais baixa, e menor quando a carga do motor é alta.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO [006] Um objetivo da presente invenção é proporcionar um motor

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2/21 de combustão interna do tipo ignição a centelhas possibilitando que a combustão estável seja mantida.

[007] De acordo com a presente invenção, é fornecido um motor de combustão interna do tipo ignição a centelhas fornecido com um mecanismo de razão de compressão variável capaz de mudar a razão de compressão mecânica, um mecanismo de regulação de válvula variável capaz de controlar a regulação do fechamento de uma válvula de entrada e uma válvula borboleta disposta em uma passagem de entrada do motor para controlar a quantidade do ar de entrada, em que a razão de compressão mecânica é aumentada para uma razão de compressão mecânica máxima quando a carga do motor é reduzida, e a compressão mecânica é mantida na compressão mecânica máxima em uma região de uma carga menor do que a carga do motor quando a razão de compressão mecânica alcança a razão de compressão mecânica máxima, a regulação de fechamento da válvula de entrada sendo alterada quando a carga do motor se torna menor em uma direção distante do centro motor inferior da entrada até uma regulação de fechamento limite possibilitando o controle da quantidade do ar de entrada alimentado para a câmara de combustão, a carga do motor quando a regulação de fechamento da válvula de entrada alcança a dita regulação de fechamento limite sendo menor do que a carga do motor quando a razão de compressão mecânica alcança a razão de compressão mecânica máxima, a razão de compressão efetiva sendo gradualmente reduzida quando comparado com o momento da operação com carga alta do motor quando a carga do motor é reduzida durante o tempo de quando a carga do motor é reduzida e a razão de compressão mecânica alcança a razão de compressão mecânica máxima até quando a regulação de fechamento da válvula de entrada alcança a dita regulação de fechamento limite, a quantidade do ar de entrada sendo controlada pela válvula borboleta na região de uma

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3/21 carga menor do que a carga do motor quando a regulação de fechamento da válvula de entrada alcança a regulação de fechamento limite.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [008] A figura 1 é uma visão geral de um motor de combustão interna do tipo ignição a centelhas.

[009] A figura 2 é uma vista em perspectiva desmontada de um mecanismo de razão de compressão variável.

[0010] A figura 3 é uma vista de seção transversal do motor de combustão interna ilustrado.

[0011] A figura 4 é uma vista de um mecanismo de regulação de válvula variável.

[0012] A figura 5 é uma vista mostrando as quantidades de suspensão da válvula de entrada e válvula de descarga.

[0013] A figura 6 é uma vista para explicar a razão de compressão do motor, razão de compressão efetiva e razão de expansão.

[0014] A figura 7 é uma vista mostrando a relação entre a eficiência térmica teórica e a razão de expansão.

[0015] A figura 8 é uma vista para explicar um ciclo comum e um ciclo de razão de expansão superalta.

[0016] A figura 9 é uma vista mostrando a mudança na razão de compressão mecânica, etc., de acordo com a carga do motor.

[0017] A figura 10 é uma vista mostrando a mudança na razão de compressão mecânica, etc., de acordo com a carga do motor.

[0018] A figura 11 é um fluxograma para o controle operacional.

[0019] A figura 12 é uma vista mostrando um mapa da regulação de fechamento da válvula de entrada, etc.

MELHOR MODO PARA EXECUÇÃO DA INVENÇÃO [0020] A figura 1 mostra uma vista do corte lateral de um motor de combustão interna do tipo ignição a centelhas.

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4/21 [0021] Com referência à figura 1, 1 indica um cárter, 2 um bloco de cilindros, 3 uma cabeça de cilindro, 4 um pistão, 5 uma câmara de combustão, 6 uma vela de ignição disposta no centro superior da câmara de combustão 5, 7 uma válvula de entrada, 8 um orifício de entrada, 9 uma válvula de descarga e 10 um orifício de descarga. O orifício de entrada 8 é conectado através de um tubo derivado de entrada 11 em uma câmara de equilíbrio 12, enquanto cada tubo derivado de entrada 11 é fornecido com um injetor de combustível 13 para injetar o combustível para um orifício de entrada correspondente 8. Observe que cada injetor de combustível 13 pode ser disposto em cada câmara de combustão 5 ao invés de ser preso em cada tubo derivado de entrada 11.

[0022] A câmara de equilíbrio 12 é conectada através de um duto de entrada 14 em um filtro de ar 15, enquanto o duto de entrada 14 é fornecido dentro dele com uma válvula borboleta 17 acionada por um atuador 16 e um detector da quantidade do ar de entrada 18 usando, por exemplo, um fio quente. Por outro lado, o orifício de descarga 10 é conectado através de um tubo de distribuição de descarga 19 em um alojamento do conversor catalítico 20, por exemplo, um catalisador de três vias, enquanto o tubo de distribuição de descarga 19 é fornecido dentro dele com um sensor da razão de ar-combustível 21.

[0023] Por outro lado, na modalidade mostrada na figura 1, a parte de conexão do cárter 1 e do bloco de cilindros 2 é fornecida com um mecanismo de razão de compressão variável A capaz de mudar as posições relativas do cárter 1 e bloco de cilindros 2 na direção axial do cilindro, de modo a mudar o volume da câmara de combustão 5 quando o pistão 4 é posicionado no centro morto superior de compressão, e também é fornecido com um mecanismo de alteração da regulação do início da ação de compressão efetiva B capaz de mudar a regulação de início de uma ação de compressão efetiva. Observe que na modali

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5/21 dade mostrada na figura 1, esse mecanismo de alteração da regulação do início da ação de compressão efetiva B é compreendido de um mecanismo de regulação de válvula variável capaz de controlar a regulação de fechamento da válvula de entrada 7.

[0024] A unidade de controle eletrônico 30 é compreendida de um computador digital fornecido com componentes conectados entre si através de um barramento bidirecional 31, tais como uma ROM (memória somente de leitura) 32, RAM (memória de acesso aleatório) 33, CPU (microprocessador) 34, porta de entrada 35 e porta de saída 36. O sinal de saída do detector da quantidade do ar de entrada 18 e o sinal de saída do sensor da razão de ar-combustível 21 são inseridos através de conversores AD correspondentes 37 na porta de entrada 35. Além do que, o pedal do acelerador 40 é conectado em um sensor de carga 41 gerando uma voltagem de saída proporcional à quantidade de aperto L do pedal do acelerador 40. A voltagem de saída do sensor de carga 41 é inserida através de um conversor AD correspondente 37 na porta de entrada 35. Além do que, a porta de entrada 35 é conectada em um sensor do ângulo de manivela 42 gerando um pulso de saída toda vez que o eixo de manivela gira por, por exemplo, 30°. Por outro lado, a porta de saída 36 é conectada através do circuito de acionamento 38 em uma vela de ignição 6, injetor de combustível 13, atuador de acionamento da válvula borboleta 16, mecanismo de razão de compressão variável A e mecanismo de regulação de válvula variável B.

[0025] A figura 2 é uma vista em perspectiva desmontada do mecanismo de razão de compressão variável A mostrado na figura 1, enquanto a figura 3 é uma vista do corte lateral do motor de combustão interna ilustrado. Com referência à figura 2, no fundo das duas paredes laterais do bloco de cilindros 2, uma pluralidade de partes projetadas 50 separadas entre si por uma certa distância é formada. Cada

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6/21 parte projetada 50 é formada com um furo de inserção de came de seção transversal circular 51. Por outro lado, a superfície superior do cárter 1 é formada com uma pluralidade de partes projetadas 52 separadas entre si por uma certa distância e encaixando entre as partes projetadas 50 correspondentes. Essas partes projetadas 50 são também formadas com furos de inserção de came de seção transversal circular

53.

[0026] Como mostrado na figura 2, um par de eixos de cames 54, é fornecido. Cada um dos eixos de cames 54, 55 tem cames circulares 56 fixados nele que podem ser inseridos de maneira giratória nos furos de inserção de cames 51 em cada outra posição. Esses cames circulares 56 são coaxiais com os eixos geométricos de rotação dos eixos de cames 54, 55. Por outro lado, entre os cames circulares 56, como mostrado pelo tracejado na figura 3, se estendem eixos excêntricos 57 dispostos de maneira excêntrica em relação aos eixos geométricos de rotação dos eixos de cames 54, 55. Cada eixo excêntrico tem outros cames circulares 58 presos a ele de maneira rotativamente excêntrica. Como mostrado na figura 2, esses cames circulares são dispostos entre os cames circulares 56. Esses cames circulares 58 são inseridos de maneira rotativa nos furos correspondentes de inserção de cames 53.

[0027] Quando os cames circulares 56 presos nos eixos de cames

54, 55 são girados em direções opostas como mostrado pelas setas de linha sólida na figura 3(A) do estado mostrado na figura 3(A), os eixos excêntricos 57 se movem para o centro inferior, então os cames circulares 58 giram nas direções opostas dos cames circulares 56 nos furos de inserção de cames 53 como mostrado pelas setas de linhas tracejadas na figura 3(A). Como mostrado na figura 3(B), quando os eixos excêntricos 57 se movem para o centro inferior, os centros dos cames circulares 58 se movem para abaixo dos eixos excêntricos 57.

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7/21 [0028] Como será entendido a partir de uma comparação da figura

3(A) e figura 3(B), as posições relativas do cárter 1 e bloco de cilindros 2 são determinadas pela distância entre os centros dos cames circulares 56 e os centros dos cames circulares 58. Quanto mais longa a distância entre os centros dos cames circulares 56 e os centros dos cames circulares 58, mais distante o bloco de cilindros 2 do cárter 1. Se o bloco de cilindros 2 se move para longe do cárter 1, o volume da câmara de combustão 5 quando o pistão 4 é posicionado como o centro morto superior de compressão aumenta, portanto, fazendo os eixos de cames 54, 55 girarem, o volume da câmara de combustão 5 quando o pistão 4 é posicionado como o centro morto superior de compressão pode ser alterado.

[0029] Como mostrado na figura 2, para fazer os eixos de cames

54, 55 girarem em direções opostas, o eixo de um motor de acionamento 59 é fornecido com um par de engrenagens helicoidais 61, 62 com direções de rosca opostas. As engrenagens 63, 64 engatando com essas engrenagens helicoidais 61, 62 ficam presas nas extremidades dos eixos de cames 54, 55. Nessa modalidade, o motor de acionamento 59 pode ser acionado para mudar o volume da câmara de combustão 5 quando o pistão 4 é posicionado no centro morto superior de compressão sobre uma faixa ampla. Observe que o mecanismo da razão de compressão variável A mostrado da figura 1 a figura 3 mostra um exemplo. Qualquer tipo de mecanismo de razão de compressão variável pode ser usado.

[0030] Por outro lado, a figura 4 mostra um mecanismo de regulação de válvula variável B preso na extremidade do eixo de cames 70 para acionar a válvula de entrada 7 na figura 1. Com referência à figura 4, esse mecanismo de regulação de válvula variável B é fornecido com uma polia de regulação 71 girada por um eixo de manivela do motor através de uma correia de regulação na direção da seta, um aloja

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8/21 mento cilíndrico 72 girando junto com a polia de regulação 71, um eixo 73 capaz de girar junto com o eixo de cames de acionamento da válvula de entrada 70 e girar em relação ao alojamento cilíndrico 72, uma pluralidade de divisões 74 estendidas de uma circunferência interna do alojamento cilíndrico 72 para uma circunferência externa do eixo 73 e pás 75 estendidas entre as divisões 74 a partir da circunferência externa do eixo 73 para a circunferência interna do alojamento cilíndrico 72, os dois lados das pás 75 formados com câmaras hidráulicas para avançar 76 e usar as câmaras hidráulicas para retardar 77.

[0031] A alimentação do óleo de funcionamento para as câmaras hidráulicas 76, 77 é controlada por uma válvula de controle de alimentação do óleo de funcionamento 78. Essa válvula de controle de alimentação do óleo de funcionamento 78 é fornecida com orifícios hidráulicos 79, 80 conectados nas câmaras hidráulicas 76, 77, um orifício de alimentação 82 para o óleo de funcionamento descarregado de uma bomba hidráulica 81, um par de orifícios de dreno 83, 84 e uma válvula de carretel 85 para controlar a conexão e a desconexão dos orifícios 79, 80, 82, 83, 84.

[0032] Para avançar a fase dos cames do eixo de cames de acionamento da válvula de entrada 70, na figura 4, a válvula de carretel 85 é induzida a se mover para a direita, o óleo de funcionamento alimentado do orifício de alimentação 82 é alimentado através do orifício hidráulico 79 para as câmaras hidráulicas para avançar 76 e o óleo de funcionamento nas câmaras hidráulicas para retardar 77 é escoado do orifício de dreno 84. Nesse momento, o eixo 73 é induzido a girar em relação ao alojamento cilíndrico 72 na direção da seta.

[0033] Como em oposição a isso, para retardar a fase dos cames do eixo de cames de acionamento da válvula de entrada 70, na figura 4, a válvula de carretel 85 é induzida a se mover para a esquerda, o óleo de funcionamento alimentado do orifício de alimentação 82 é ali

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9/21 mentado através do orifício hidráulico 80 para as câmaras hidráulicas para retardar 77 e o óleo de funcionamento nas câmaras hidráulicas para avançar 76 é escoado no orifício de dreno 83. Nesse momento, o eixo 73 é induzido a girar em relação ao alojamento cilíndrico 72 na direção oposta às setas.

[0034] Quando o eixo 73 é induzido a girar em relação ao alojamento cilíndrico 72, se a válvula de carretel 85 é retornada para a posição neutra mostrada na figura 4, a operação para a rotação relativa do eixo 73 é terminada e o eixo 73 é mantido na posição rotacional relativa nesse momento. Portanto, é possível usar o mecanismo de regulação de válvula variável B de modo a avançar ou retardar a fase dos cames do eixo de cames de acionamento da válvula de entrada 70 exatamente pela quantidade desejada.

[0035] Na figura 5, a linha sólida mostra quando o mecanismo de regulação de válvula variável B é usado para avançar ao máximo a fase dos cames do eixo de cames de acionamento da válvula de entrada 70, enquanto a linha tracejada mostra quando ele é usado para retardar ao máximo a fase dos cames do eixo de cames de acionamento da válvula de entrada 70. Portanto, o tempo de abertura da válvula de entrada 7 pode ser livremente ajustado entre a faixa mostrada pela linha sólida na figura 5 e a faixa mostrada pela linha tracejada, portanto, a regulação de fechamento da válvula de entrada 7 pode ser ajustada para qualquer ângulo de manivela na faixa mostrada pela seta C na figura 5.

[0036] O mecanismo de regulação da válvula variável B mostrado na figura 1 e figura 4 é um exemplo. Por exemplo, um mecanismo de regulação de válvula variável ou outros vários tipos de mecanismos de regulação de válvula variável capazes de mudar somente a regulação de fechamento da válvula de entrada enquanto mantendo a regulação de abertura da válvula de entrada constante podem ser usados.

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10/21 [0037] A seguir, o significado dos termos usados no presente pedido será explicado com referência à figura 6. Observe que as figuras 6(A), (B) e (C) mostram por finalidades explicativas um motor com um volume das câmaras de combustão de 50 ml e um volume de curso do pistão de 500 ml. Nessas figuras 6(A), (B) e (C), o volume da câmara de combustão mostra o volume da câmara de combustão quando o pistão está no centro morto superior de compressão.

[0038] A figura 6(A) explica a razão de compressão mecânica. A razão de compressão mecânica é um valor determinado mecanicamente a partir do volume de curso do pistão e volume da câmara de combustão no momento do curso de compressão. Essa razão de compressão mecânica é expressa por (volume da câmara de combustão + volume de curso)/volume da câmara de combustão. No exemplo mostrado na figura 6(A), essa razão de compressão mecânica se torna (50 mL+500mL)/50 ml=11.

[0039] A figura 6(B) explica a razão de compressão efetiva. Essa razão de compressão efetiva é um valor determinado a partir do volume de curso efetivo do pistão a partir de quando a ação de compressão é realmente iniciada até quando o pistão alcança o centro morto superior e o volume da câmara de combustão. Essa razão de compressão efetiva é expressa por (volume da câmara de combustão+volume do curso efetivo)/volume da câmara de combustão. Isto é, como mostrado na figura 6(B), mesmo se o pistão começa a subir no curso de compressão, nenhuma ação de compressão é executada enquanto a válvula de entrada está aberta. A ação de compressão efetiva é iniciada depois que a válvula de entrada fecha. Portanto, a razão de compressão efetiva é expressa como segue usando o volume de curso efetivo. No exemplo mostrado na figura 6(B), a razão de compressão efetiva se torna (50 mL+450 ml)/50 ml=10.

[0040] A figura 6(C) explica a razão de expansão. A razão de ex

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11/21 pansão é um valor determinado a partir do volume de curso do pistão no momento do curso de expansão e do volume da câmara de combustão. Essa razão de expansão é expressa por (volume da câmara de combustão + volume de curso)/volume da câmara de combustão. No exemplo mostrado na figura 6(C), essa razão de expansão se torna (50 ml+500 ml)/50 ml=11.

[0041] A seguir, os aspectos mais básicos da presente invenção serão explicados com referência à figura 7 e figura 8. Observe que a figura 7 mostra a relação entre a eficiência térmica teórica e a razão de expansão, enquanto a figura 8 mostra uma comparação entre o ciclo comum e o ciclo da razão de expansão superalta usados seletivamente de acordo com a carga na presente invenção.

[0042] A figura 8(A) mostra o ciclo comum quando a válvula de entrada fecha perto do centro morto inferior e a ação de compressão pelo pistão é iniciada perto substancialmente do centro morto inferior de compressão. No exemplo mostrado nessa figura 8(A) também, da mesma maneira como nos exemplos mostrados nas figuras 6(A), (B) e (C), o volume da câmara de combustão é de 50 ml e o volume de curso do pistão é 500 ml. Como será entendido a partir da figura 8(A), em um ciclo comum, a razão de compressão mecânica é (50 mL+500 ml)/50 ml=11, a razão de compressão efetiva é também aproximadamente 11 e a razão de expansão também se torna (50 mL+500 ml)/50 ml=11. Isto é, em um motor de combustão interna comum, a razão de compressão mecânica e a razão de compressão efetiva e a razão de expansão se tornam substancialmente iguais.

[0043] A linha sólida na figura 7 mostra a mudança na eficiência térmica teórica no caso onde a razão de compressão efetiva e a razão de expansão são substancialmente iguais, isto é, no ciclo comum. Nesse caso, é aprendido que quanto maior a razão de expansão, isto é, quanto mais alta a razão de compressão efetiva, tanto mais alta a

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12/21 eficiência térmica teórica. Portanto, em um ciclo comum, para elevar a eficiência térmica teórica, a razão de compressão efetiva deve ser induzida a ficar mais alta. Entretanto, devido às restrições na ocorrência de ruídos anormais no momento de operação com carga alta do motor, a razão de compressão efetiva pode somente ser elevada uniformemente no máximo até aproximadamente 12, dessa maneira, em um ciclo comum, a eficiência térmica teórica não pode ser induzida a ficar suficientemente alta.

[0044] Por outro lado, sob essa situação, os inventores diferenciaram estritamente entre a razão de compressão mecânica e a razão de compressão efetiva e estudaram a eficiência térmica teórica e, como um resultado, verificaram que na eficiência térmica teórica, a razão de expansão é dominante e a eficiência térmica teórica não é afetada muito absolutamente pela razão de compressão efetiva. Isto é, se elevando a razão de compressão efetiva, a força explosiva aumenta, mas a compressão exige uma grande energia, dessa maneira mesmo se elevando a razão de compressão efetiva, a eficiência térmica teórica não subirá muito de forma alguma.

[0045] Em oposição a isso, se aumentando a razão de expansão, quanto mais longo o período durante o qual uma força age pressionando para baixo o pistão no momento do curso de expansão, mais longo o tempo que o pistão proporciona uma força rotacional ao eixo de manivelas. Portanto, quanto maior é induzida a razão de expansão, mais alta se torna a eficiência térmica teórica. A linha tracejada ε=10 na figura 7 mostra a eficiência térmica teórica no caso da fixação da razão de compressão efetiva em 10 e aumento da razão de expansão nesse estado. Dessa maneira, é aprendido que a quantidade de aumento da eficiência térmica teórica quando aumentando a razão de expansão no estado onde a razão de compressão efetiva é mantida em um baixo valor e a quantidade de aumento da eficiência térmica

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13/21 teórica no caso onde a razão de compressão efetiva é aumentada junto com a razão de expansão como mostrado pela linha sólida da figura 7 não diferirão muito.

[0046] Se a razão de compressão efetiva é mantida em um baixo valor nessa maneira, ruídos anormais não ocorrerão, portanto, se aumentando a razão de expansão no estado onde a razão de compressão efetiva é mantida em um baixo valor, a ocorrência de ruídos anormais pode ser evitada e a eficiência térmica teórica pode ser grandemente elevada. A figura 8(B) mostra um exemplo do caso quando usando o mecanismo da razão de compressão variável A e o mecanismo de regulação da válvula variável B para manter a razão de compressão efetiva em um baixo valor e aumentar a razão de expansão.

[0047] Com referência à figura 8(B), nesse exemplo, o mecanismo da razão de compressão variável A é usado para diminuir o volume da câmara de combustão de 50 ml para 20 ml. Por outro lado, o mecanismo de regulação de válvula variável B é usado para retardar a regulação de fechamento da válvula de entrada até que o volume de curso efetivo do pistão mude de 500 ml para 200 ml. Como um resultado, nesse exemplo, a razão de compressão efetiva se torna (20 mL+200 ml)/20 ml=11 e a razão de expansão se torna (20 mL+500 ml)/20 ml=26. No ciclo comum mostrado na figura 8(A), como explicado acima, a razão de compressão efetiva é aproximadamente 11 e a razão de expansão é 11. Comparado a esse caso, no caso mostrado na figura 8(B), é aprendido que somente a razão de expansão é aumentada para 26. Essa é a razão porque ele é chamado o ciclo da razão de expansão superalta.

[0048] Em um motor de combustão interna, falando de forma geral, quanto menor a carga do motor, pior a eficiência térmica, portanto, para melhorar a eficiência térmica no momento da operação do motor, isto é, para melhorar o consumo de combustível, torna-se necessário

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14/21 melhorar a eficiência térmica no momento de operação com carga baixa do motor. Por outro lado, no ciclo da razão de expansão superalta mostrado na figura 8(B), o volume de curso efetivo do pistão no momento do curso de compressão é induzido a ficar menor, então a quantidade do ar de entrada que pode ser sugado para dentro da câmara de combustão 5 se torna menor, portanto, esse ciclo da razão de expansão superalta pode ser somente utilizado quando a carga do motor é relativamente baixa. Portanto, na presente invenção, no momento de operação com carga baixa do motor, o ciclo da razão de expansão superalta mostrado na figura 8(B) é ajustado, enquanto no momento de operação com carga alta do motor, o ciclo comum mostrado na figura 8(A) é ajustado.

[0049] A seguir, o controle operacional como um todo será explicado com referência à figura 9.

[0050] A figura 9 mostra as mudanças na razão de compressão mecânica, razão de expansão, regulação de fechamento da válvula de entrada 7, razão de compressão efetiva, a quantidade do ar de entrada, grau de abertura da válvula borboleta 17 e perda de bombeamento junto com a carga do motor sob uma certa velocidade do motor. Observe que na modalidade de acordo com a presente invenção, ordinariamente a razão média de ar-combustível na câmara de combustão 5 é controlada pela realimentação para a razão estequiométrica de arcombustível com base no sinal de saída do sensor de razão de arcombustível 21, de modo que o catalisador de três vias no conversor catalítico 20 pode reduzir simultaneamente o HC, CO e NOx não queimados no gás de descarga.

[0051] Agora, como explicado acima, no momento de operação com carga alta do motor, o ciclo comum mostrado na figura 8(A) é executado. Portanto, como mostrado na figura 9, nesse momento, desde que a razão de compressão mecânica é induzida a ser peque

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15/21 na, a razão de expansão se torna baixa. Como mostrado pela linha sólida fraca na figura 9, a regulação de fechamento da válvula de entrada 7 é avançada como mostrado pela linha sólida na figura 5. Além do que, nesse momento, a quantidade do ar de entrada é grande. Nesse momento, o grau de abertura da válvula borboleta 17 é mantido totalmente aberto ou substancialmente de maneira totalmente aberta, de modo que a perda de bombeamento se torna zero.

[0052] Por outro lado, como mostrado pela linha sólida na figura 9, quando a carga do motor se torna menor, a regulação de fechamento da válvula de entrada 7 é retardada de modo a reduzir a quantidade do ar de entrada com isso. Além do que, nesse momento, a razão de compressão mecânica é aumentada à medida que a carga do motor se torna menor como mostrado na figura 9, de modo que a razão de compressão efetiva é mantida substancialmente constante. Portanto, a razão de expansão é também aumentada à medida que a carga do motor se torna menor. Observe que nesse momento também, a válvula borboleta 17 é mantida no estado totalmente aberto ou substancialmente de maneira totalmente aberta. Portanto, a quantidade do ar de entrada alimentado para a câmara de combustão 5 é controlada mudando a regulação de fechamento da válvula de entrada 7 sem contar com a válvula borboleta 17. Nesse momento também, a perda do bombeamento se torna zero.

[0053] Dessa maneira, quando a carga do motor se torna menor de acordo com o estado de operação com carga alta do motor, a taxa de compressão mecânica é induzida a aumentar junto com a redução na quantidade do ar de entrada sob uma razão de compressão efetiva substancialmente constante. Isto é, o volume da câmara de combustão 5 quando o pistão 4 alcança o centro morto superior de compressão é reduzido proporcionalmente à redução na quantidade do ar de entrada. Portanto, o volume da câmara de combustão 5 quando o pistão 4

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16/21 alcança o centro morto superior de compressão muda em proporção à quantidade do ar de entrada. Observe que a razão de ar-combustível na câmara de combustão 5 nesse momento é induzida para a razão estequiométrica de ar-combustível, então o volume da câmara de combustão 5 quando o pistão 4 alcança o centro morto superior de compressão muda em proporção à quantidade de combustível.

[0054] Se a carga do motor se torna ainda menor, a razão de compressão mecânica é também induzida a aumentar. Quando a carga do motor cai para a carga média Li mais próxima da carga baixa, a razão de compressão mecânica alcança a razão de compressão mecânica limite constituindo o limite estrutural da câmara de combustão 5. Na região de uma carga mais baixa do que a carga do motor Li onde a razão de compressão mecânica alcança a razão de compressão mecânica limite, a razão de compressão mecânica é mantida na razão de compressão mecânica limite. Portanto, no momento da operação com carga média do motor no lado de carga baixa e no momento de operação com carga baixa do motor, a razão de compressão mecânica se torna máxima e a razão de expansão também se torna máxima. Em outras palavras, no momento da operação com carga média do motor no lado de carga baixa e no momento de operação com carga baixa do motor, a razão de compressão mecânica é induzida ao máximo de modo que a razão de expansão máxima é obtida.

[0055] Por outro lado, na modalidade mostrada na figura 9, mesmo quando a carga do motor se torna menor do que Li, como mostrado pela linha sólida na figura 9, a regulação de fechamento da válvula de entrada 7 é retardada à medida que a carga do motor se torna menor. Quando a carga do motor cai para L2, a regulação de fechamento da válvula de entrada 7 se torna a regulação de fechamento limite onde a quantidade do ar de entrada alimentado para a câmara de combustão 5 pode ser controlada. Quando a regulação de fechamento da válvula

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17/21 de entrada 7 alcança a regulação de fechamento limite, na região de uma carga mais baixa do que a carga do motor L2 quando a regulação de fechamento da válvula de entrada 7 alcança a regulação de fechamento limite, a regulação de fechamento da válvula de entrada 7 é mantida na regulação de fechamento limite.

[0056] Quando a regulação de fechamento da válvula de entrada 7 é mantida na regulação de fechamento limite, a quantidade do ar de entrada logo não pode mais ser controlada alterando a regulação de fechamento da válvula de entrada 7. Na modalidade mostrada na figura 9, nesse momento, isto é, na região de uma carga mais baixa do que a carga do motor L2 quando a regulação de fechamento da válvula de entrada 7 alcança a regulação de fechamento limite, a quantidade do ar de entrada alimentado para a câmara de combustão 5 é controlada pela válvula borboleta 17. Entretanto, se a quantidade do ar de entrada é controlada pela válvula borboleta 17, a perda do bombeamento aumenta como mostrado na figura 9.

[0057] Por outro lado, como mostrado na figura 9, quando a carga do motor é mais alta do que L1, isto é, no momento da operação com carga média do motor no lado de carga alta e no momento da operação com carga alta do motor, a razão de compressão efetiva é mantida substancialmente na mesma razão de compressão efetiva para a mesma velocidade do motor. Em oposição a isso, quando a carga do motor é menor do que L2, isto é, quando a razão de compressão mecânica é mantida na razão de compressão mecânica limite, a razão de compressão efetiva é determinada pela regulação de fechamento da válvula de entrada 7. Se a regulação de fechamento da válvula de entrada 7 é retardada como na carga do motor entre L1 e L2, a razão de compressão efetiva cai. Se a regulação de fechamento da válvula de entrada 7 é mantida na regulação de fechamento limite como na carga do motor menor do que L2, a razão de compressão efetiva é mantida

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18/21 constante.

[0058] Portanto, na modalidade mostrada na figura 9, no momento da operação com carga média do motor no lado de carga baixa e no momento da operação com carga baixa do motor onde a carga do motor é menor do que Li, a razão de compressão efetiva é reduzida comparada com a razão de compressão efetiva no momento da operação com carga alta do motor. Sob esse aspecto, se a razão de compressão efetiva cai dessa maneira, a temperatura na câmara de combustão 5 na extremidade de compressão cai e a ignição e a combustão do combustível deterioram. Entretanto, nesse caso, se fechando a válvula borboleta 17, a ação de estrangulamento do fluxo do ar de entrada pela válvula borboleta 17 causa distúrbios dentro da câmara de combustão 5 e dessa maneira pode melhorar a ignição e a combustão do combustível.

[0059] Por outro lado, na região de operação onde a carga do motor é menor do que L2, a operação pode também ser controlada aumentando a razão de ar-combustível quanto menor a carga do motor no estado com a válvula borboleta 17 mantida totalmente aberta. Entretanto, na presente invenção, para melhorar a ignição e a combustão do combustível, como mostrado na figura 9, a operação é controlada fechando a válvula borboleta 17 quando a razão de compressão efetiva cai.

[0060] Na modalidade mostrada na figura 10, mesmo quando a carga do motor se torna menor do que Li, enquanto mais alta do que L3, o período de fechamento da válvula de entrada 7 é mantido constante e durante esse tempo, a válvula borboleta 17 é induzida a fechar. Por outro lado, quando a carga do motor se torna menor do que L3 também, a regulação de fechamento da válvula de entrada 7 é retardada até L2, isto é, até que a regulação de fechamento da válvula de entrada 7 alcance a regulação de fechamento limite. Isto é, nessa mo

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19/21 dalidade, enquanto a regulação de fechamento da válvula de entrada 7 está sendo retardada junto com a queda na carga do motor, mesmo se a carga do motor muda, existem regiões de carga L3 a Li onde a regulação de fechamento da válvula de entrada 7 não pode ser alterada. Nessas regiões de carga L3 a L1, a quantidade do ar de entrada é controlada pela válvula borboleta 17.

[0061] Sob esse aspecto, nessa modalidade, na região de uma carga mais alta do que as regiões de carga L3 a L1, a válvula borboleta 17 é mantida no estado totalmente aberto. Na região de operação onde a carga do motor é menor do que L3, a razão de compressão efetiva é reduzida comparada com o tempo de operação com carga alta do motor. Nessa modalidade também, a válvula borboleta 17 é induzida a fechar quando a razão de compressão efetiva é reduzida.

[0062] Portanto, na presente invenção, no momento de operação com carga baixa do motor, a razão de compressão efetiva é reduzida em parte da região de operação ou em toda a região de operação comparada ao momento de operação com carga alta do motor e, no momento da operação com carga baixa do motor, pelo menos quando a razão de compressão efetiva é reduzida comparada ao momento de operação com carga alta do motor, a válvula borboleta 17 é induzida a fechar.

[0063] Explicado mais especificamente, na presente invenção, na região de operação onde a carga é menor do que a carga do motor L1 quando a razão de compressão mecânica alcança a razão de compressão mecânica limite, em parte ou em toda a região de operação, a razão de compressão efetiva é reduzida comparada com a região de operação onde a carga é mais alta do que essa região de operação. Dessa maneira, a válvula borboleta 17 é fechada quando a razão de compressão efetiva é reduzida dessa maneira.

[0064] Observe que, na modalidade da presente invenção, como

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20/21 será entendido a partir da figura 9 e figura 10, na região de operação onde a carga é mais baixa do que a carga do motor Li quando a razão de compressão mecânica alcança a razão de compressão mecânica limite, a quantidade do ar de entrada é controlada controlando uma da regulação de fechamento da válvula de entrada 7 e da regulação de abertura da válvula borboleta 17.

[0065] Como explicado acima, no ciclo da razão de expansão superalta mostrado na figura 8(B), a razão de expansão é induzida a ser 26. Quanto mais alta essa razão de expansão melhor, mas como será entendido a partir da figura 7, é possível obter uma eficiência térmica teórica consideravelmente alta se 20 ou mais mesmo para a razão de compressão efetiva limite praticamente usável ε=5. Portanto, na presente invenção, o mecanismo de razão de compressão variável A é formado, de modo que a razão de expansão se torna 20 ou mais.

[0066] Por outro lado, como mostrado pela linha tracejada na figura 9, é possível controlar a quantidade do ar de entrada sem considerar a válvula borboleta 17 avançando a regulação de fechamento da válvula de entrada 7 à medida que a carga do motor se torna menor. Portanto, expressando isso de modo que ambos o caso mostrado pela linha sólida na figura 9 e o caso mostrado pela linha tracejada sejam cobertos, na modalidade da presente invenção, a regulação de fechamento da válvula de entrada 7 é induzida a mudar à medida que a carga do motor se torna mais baixa na direção para longe do centro morto inferior de entrada BDC até a regulação de fechamento limite L2 possibilitando o controle da quantidade do ar de entrada alimentado para a câmara de combustão.

[0067] A figura 11 mostra a rotina de controle operacional. Com referência à figura 11, primeiro, na etapa 100, a razão de compressão efetiva alvo é calculada. A seguir, na etapa 101, a regulação de fechamento IC da válvula de entrada 7 é calculada a partir do mapa

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21/21 mostrado na figura 12(A). Isto é, a regulação de fechamento IC da válvula de entrada 7 exigida para alimentar a quantidade do ar de entrada requerido para a câmara de combustão 5 é armazenada como uma função da carga do motor L e velocidade do motor N na forma do mapa como mostrado na figura 12(A) antecipadamente na ROM 32. A regulação de fechamento IC da válvula de entrada 7 é calculada a partir desse mapa.

[0068] A seguir, na etapa 102, a razão de compressão mecânica

CR é calculada. A seguir, na etapa 103, o grau de abertura da válvula borboleta 17 é calculado. O grau de abertura Θ dessa válvula borboleta 17 é armazenado como uma função da carga do motor L e velocidade do motor N na forma de um mapa como mostrado na figura 12(B) antecipadamente na ROM 32. A seguir, na etapa 104, o mecanismo de razão de compressão variável A é controlado de modo que a razão de compressão mecânica se torna a razão de compressão mecânica CR, o mecanismo de regulação de válvula variável B é controlado de modo que a regulação de fechamento da válvula de entrada 7 se torna a regulação de fechamento IC e a válvula borboleta 17 é controlada de modo que o grau de abertura da válvula borboleta 17 se torna o grau de abertura Θ.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Motor de combustão interna do tipo ignição a centelhas fornecido com um mecanismo de razão de compressão variável (A) capaz de mudar a razão de compressão mecânica, um mecanismo de regulação de válvula variável (B) capaz de controlar a regulação do fechamento de uma válvula de entrada (7) e uma válvula borboleta (17) disposta em uma passagem de entrada do motor para controlar a quantidade do ar de entrada, em que a razão de compressão mecânica (A) é aumentada para uma razão de compressão mecânica máxima quando a carga do motor é reduzida, e a compressão mecânica (A) é mantida na compressão mecânica máxima em uma região de uma carga menor do que a carga do motor quando a razão de compressão mecânica (A) alcança a razão de compressão mecânica máxima, caracterizado pelo fato de que a regulação de fechamento da válvula de entrada (7) sendo alterada quando a carga do motor se torna menor em uma direção distante do centro morto inferior de entrada até uma regulação de fechamento limite possibilitando o controle da quantidade do ar de entrada alimentado para a câmara de combustão (5), a carga do motor quando a regulação de fechamento da válvula de entrada (7) alcança a dita regulação de fechamento limite sendo menor do que a carga do motor quando a razão de compressão mecânica (A) alcança a razão de compressão mecânica máxima, a razão de compressão efetiva sendo gradualmente reduzida quando comparada com o momento da operação com carga alta do motor quando a carga do motor é reduzida durante o tempo de quando a carga do motor é reduzida, e a razão de compressão mecânica alcança a razão de compressão mecânica máxima até quando a regulação de fechamento da

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2/2 válvula de entrada (7) alcança a dita regulação de fechamento limite, a quantidade do ar de entrada sendo controlada pela válvula borboleta (17) na região de uma carga menor do que a carga do motor quando a regulação de fechamento da válvula de entrada (7) alcança a regulação de fechamento limite.

2. Motor de combustão interna do tipo ignição a centelhas, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que no momento da razão de compressão mecânica máxima, a razão de expansão é induzida a ser 20 ou mais.
3. Motor de combustão interna do tipo ignição a centelhas, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que na região de uma carga mais alta do que a carga do motor quando a regulação de fechamento da válvula de entrada (7) alcança a regulação de fechamento limite, a válvula borboleta (17) é mantida no estado totalmente aberto.