CN102639844A - 火花点火式内燃机 - Google Patents

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Abstract

在内燃机中，具备能够改变机械压缩比的可变压缩比机构（A）和能够控制进气门（7）的关闭时期的可变气门正时机构（B），在内燃机低负荷运转时，与内燃机高负荷运转时相比，提高膨胀比。使用含有醇的燃料作为燃料，在燃料中的醇浓度高的情况下，与燃料中的醇浓度低的情况相比，降低内燃机低负荷运转时的膨胀比。

Description

火花点火式内燃机
技术领域
本发明涉及火花点火式内燃机。
背景技术
使用含有醇的燃料作为燃料时，燃料中的醇浓度越高而辛烷值越高，爆震越不易发生。因此，燃料中的醇浓度越高越能够提高压缩比。因此，公知有一种内燃机，其具备能够改变机械压缩比的可变压缩比机构和能够控制进气门的关闭时期的可变气门正时机构，使用含有醇的燃料作为燃料，燃料中的醇浓度越高而实际压缩比越高（参照专利文献1）。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-115063号公报
发明内容
然而，在使醇那样的含氧的燃料燃烧时，与通常的使汽油燃烧的情况相比，生成大量比热大的水，其结果是，燃烧温度下降。当燃烧温度下降时，燃烧压力下降，膨胀端压力下降。因此，在通常的使用汽油时，膨胀端压力成为大气压以上，但在使用含有醇的燃料时，即使提高实际压缩比，也存在膨胀端压力成为大气压以下的情况，即存在成为过膨胀的情况。然而当如此成为过膨胀时，热效率会大幅下降。
本发明的目的在于提供一种防止在使用了含有醇的燃料时成为过膨胀的情况，由此能够确保高热效率的火花点火式内燃机。
根据本发明，提供一种火花点火式内燃机，具备能够改变机械压缩比的可变压缩比机构和能够控制进气门的关闭时期的可变气门正时机构，在内燃机低负荷运转时，与内燃机高负荷运转时相比，使膨胀比提高，其中，使用含有醇的燃料作为燃料，在燃料中的醇浓度高时，与燃料中的醇浓度低时相比，使内燃机低负荷运转时的膨胀比降低。
发明效果
在内燃机低负荷运转时，与内燃机高负荷运转时相比，使膨胀比提高，因此在使用含有醇的燃料作为燃料时，可能会产生过膨胀。这种情况下，燃料中的醇浓度越高越容易发生过膨胀。然而在本发明中，在燃料中的醇浓度高时，与燃料中的醇浓度低时相比，降低内燃机低负荷运转时的膨胀比，因此即使在燃料中的醇浓度高的情况下也能够防止过膨胀的发生。
附图说明
图1是火花点火式内燃机的整体图。
图2是可变压缩比机构的分解立体图。
图3是图解性地表示内燃机的侧视剖视图。
图4是表示可变气门正时机构的图。
图5是表示进气门及排气门的升程量的图。
图6是用于说明机械压缩比、实际压缩比及膨胀比的图。
图7是表示理论热效率与膨胀比的关系的图。
图8是用于说明通常的循环及超高膨胀比循环的图。
图9是表示与内燃机负荷对应的机械压缩比等的变化的图。
图10是PV线图。
图11是表示醇浓度与膨胀比的关系的图。
图12是表示醇浓度与实际压缩比的关系的图。
图13是表示进气门关闭时期IC等的映射的图。
图14是用于进行运转控制的流程图。
图15是表示火花点火式内燃机的另一实施例的整体图。
图16是表示与内燃机负荷对应的机械压缩比等的变化的图。
图17是表示醇浓度与排气门打开时期的提前量的关系的图。
图18是表示排气门打开时期EO的映射的图。
图19是用于进行运转控制的流程图。
图20是用于进行运转控制的流程图。
具体实施方式
图1表示火花点火式内燃机的侧视剖视图。
参照图1，1表示曲轴箱，2表示气缸体，3表示气缸盖，4表示活塞，5表示燃烧室，6表示在燃烧室5的顶面中央部配置的火花塞，7表示进气门，8表示进气口，9表示排气门，10表示排气口。进气口8经由进气支管11而与稳压箱12连结，在各进气支管11分别配置有用于朝向对应的进气口8内喷射燃料的燃料喷射阀13。需要说明的是，燃料喷射阀13也可以取代安装于各进气支管11而配置在各燃烧室5内。
稳压箱12经由进气通道14而与空气过滤器15连结，在进气通道14内配置有由促动器16驱动的节气阀17和使用了例如热线的吸入空气量检测器18。另一方面，排气口10经由排气岐管19而与内置有例如三效催化剂的催化剂转换器20连结，在排气岐管19内配置有空燃比传感器21。
在图1所示的实施例中，使用含有醇的燃料作为燃料，将积存在燃料罐22内的含醇燃料向燃料喷射阀13供给。在本发明的实施例中使用的燃料中的醇浓度遍及0%至85%左右的大范围，因此从燃料喷射阀13喷射的燃料中的醇浓度也遍及大范围进行变化。在燃料罐22内安装醇浓度传感器23，该醇浓度传感器23用于检测从燃料喷射阀13喷射的燃料中的醇浓度。
另一方面，在图1所示的实施例中，在曲轴箱1与气缸体2的连结部设有可变压缩比机构A，该可变压缩比机构A通过使曲轴箱1与气缸体2的气缸轴线方向的相对位置变化而能够改变活塞4位于压缩上死点时的燃烧室5的容积，此外还设有实际压缩作用开始时期变更机构B，该实际压缩作用开始时期变更机构B能够改变实际的压缩作用的开始时期。需要说明的是，在图1所示的实施例中，该实际压缩作用开始时期变更机构B由能够控制进气门7的关闭时期的可变气门正时机构构成。
电子控制单元30由数字计算机构成，具备通过双向性总线31相互连接的ROM（只读存储器）32、RAM（随机存取存储器）33、CPU（微处理器）34、输入口35及输出口36。吸入空气量检测器18、空燃比传感器21及醇传感器23的输出信号分别经由对应的AD转换器37向输入口35输入。另外，在油门踏板40连接有产生与油门踏板40的踏入量L成比例的输出电压的负荷传感器41，负荷传感器41的输出电压经由对应的AD转换器37向输入口35输入。此外在输入口35连接有在曲轴每当旋转例如30°时产生输出脉冲的曲轴角传感器42。另一方面，输出口36经由对应的驱动回路38而与火花塞6、燃料喷射阀13、节气阀驱动用促动器16、可变压缩比机构A及可变气门正时机构B连接。
图2表示图1所示的可变压缩比机构A的分解立体图，图3表示图解性地表示的内燃机的侧视剖视图。参照图2，相互隔开间隔的多个突出部50形成在气缸体2的两侧壁的下方，在各突出部50内分别形成有截面圆形的凸轮插入孔51。另一方面，在曲轴箱1的上壁面上形成有相互隔开间隔而分别与对应的突出部50之间嵌合的多个突出部52，在这些各突出部52内分别形成有截面圆形的凸轮插入孔53。
如图2所示，设有一对凸轮轴54、55，在各凸轮轴54、55的每一个上固定有以可旋转的方式插入到各凸轮插入孔51内的圆形凸轮56。这些圆形凸轮56与各凸轮轴54、55的旋转轴线成为共轴。另一方面，在各圆形凸轮56间，如图3中阴影线所示，相对于各凸轮轴54、55的旋转轴线偏心配置的偏心轴57延伸，另一圆形凸轮58偏心而可旋转地安装在该偏心轴57上。如图2所示，这些圆形凸轮58配置在各圆形凸轮56之间，这些圆形凸轮58以可旋转的方式插入到对应的各凸轮插入孔53内。
从图3（A）所示的状态开始，使固定在各凸轮轴54、55上的圆形凸轮56如图3（A）中的实线的箭头所示那样彼此向相反方向旋转时，为了使偏心轴57朝向下方中央移动，而圆形凸轮58在凸轮插入孔53内如图3（A）的虚线的箭头所示那样向圆形凸轮56的相反方向旋转，如图3（B）所示，当偏心轴57移动到下方中央时，圆形凸轮58的中心向偏心轴57的下方移动。
对图3（A）与图3（B）进行比较可知，曲轴箱1与气缸体2的相对位置由圆形凸轮56的中心与圆形凸轮58的中心的距离决定，圆形凸轮56的中心与圆形凸轮58的中心的距离越大而气缸体2越从曲轴箱1分离。若气缸体2从曲轴箱1分离，则活塞4位于压缩上死点时的燃烧室5的容积增大，因此，通过使各凸轮轴54、55旋转而能够改变活塞4位于压缩上死点时的燃烧室5的容积。
如图2所示，为了使各凸轮轴54、55分别向相反方向旋转而在驱动电动机59的旋转轴分别安装螺旋方向为反向的一对蜗轮61、62，与所述蜗轮61、62啮合的齿轮63、64分别固定在各凸轮轴54、55的端部。在该实施例中，通过对驱动电动机59进行驱动而能够遍及大范围改变活塞4位于压缩上死点时的燃烧室5的容积。需要说明的是，图1至图3所示的可变压缩比机构A表示一例，可以使用任一种形式的可变压缩比机构。
另一方面，图4表示在图1中的用于驱动进气门7的凸轮轴70的端部上所安装的可变气门正时机构B。参照图4，该可变气门正时机构B具备通过内燃机的曲轴经由正时带沿箭头方向旋转的正时带轮71、与正时带轮71一起旋转的圆筒状壳体72、与进气门驱动用凸轮轴70一起旋转且相对于圆筒状壳体72能够相对旋转的旋转轴73、从圆筒状壳体72的内周面到旋转轴73的外周面延伸的多个分隔壁74、在各分隔壁74之间从旋转轴73的外周面到圆筒状壳体72的内周面延伸的叶片75，在各叶片75的两侧分别形成有提前用液压室76和延迟用液压室77。
向各液压室76、77的工作油的供给控制由工作油供给控制阀78进行。该工作油供给控制阀78具备：与各液压室76、77分别连结的液压口79、80；从液压泵81喷出的工作油的供给口82；一对排泄口83、84；及进行各口79、80、82、83、84之间的连通切断控制的滑阀85。
应当使进气门驱动用凸轮轴70的凸轮的相位提前时，图4中的滑阀85向右方移动，从供给口82供给的工作油经由液压口79向提前用液压室76供给，并且延迟用液压室77内的工作油从排泄口84排出。此时，旋转轴73相对于圆筒状壳体72向箭头方向进行相对旋转。
相对于此，应当使进气门驱动用凸轮轴70的凸轮的相位延迟时，在图4中，滑阀85向左方移动，从供给口82供给的工作油经由液压口80向延迟用液压室77供给，并且提前用液压室76内的工作油从排泄口83排出。此时，旋转轴73相对于圆筒状壳体72向箭头的相反方向进行相对旋转。
旋转轴73相对于圆筒状壳体72进行相对旋转时，若滑阀85返回到图4所示的中立位置，则旋转轴73的相对旋转动作停止，旋转轴73被保持在此时的相对旋转位置。因此，通过可变气门正时机构B，能够使进气门驱动用凸轮轴70的凸轮的相位提前、延迟所希望的量。
在图5中，实线表示通过可变气门正时机构B而进气门驱动用凸轮轴70的凸轮的相位最提前时，虚线表示进气门驱动用凸轮轴70的凸轮的相位最延迟时。因此，进气门7的打开期间能够在图5中的实线所示的范围和虚线所示的范围之间任意设定，因此，进气门7的关闭时期也能够设定成图5中的箭头C所示的范围内的任意的曲轴角。
图1及图4所示的可变气门正时机构B表示一例，例如能够使用在将进气门的打开时期维持为一定的状态下仅改变进气门的关闭时期的可变气门正时机构等各种形式的可变气门正时机构。
接着，参照图6说明在本申请中使用的用语的意思。需要说明的是，在图6的（A）、（B）、（C）中，为了说明而表示燃烧室容积为50ml且活塞的行程容积为500ml的发动机，在这些图6的（A）、（B）、（C）中，燃烧室容积表示活塞位于压缩上死点时的燃烧室的容积。
图6（A）说明机械压缩比。机械压缩比是仅根据压缩行程时的活塞的行程容积和燃烧室容积而机械性地决定的值，即该机械压缩比由（燃烧室容积+行程容积）/燃烧室容积表示。在图6（A）所示的例子中该机械压缩比成为（50ml+500ml）/50ml=11。
图6（B）说明实际压缩比。该实际压缩比是根据从压缩作用实际开始时到活塞达到上死点为止的实际的活塞行程容积和燃烧室容积而决定的值，即该实际压缩比由（燃烧室容积+实际的行程容积）/燃烧室容积表示。即，如图6（B）所示，在压缩行程中，即使活塞开始上升，进气门打开期间也不进行压缩作用，而从进气门关闭时起开始产生实际的压缩作用。因此，实际压缩比使用实际的行程容积如上述那样表示。在图6（B）所示的例子中，实际压缩比成为（50ml+450ml）/50ml=10。
图6（C）说明膨胀比。膨胀比是根据膨胀行程时的活塞的行程容积和燃烧室容积而决定的值，即该膨胀比由（燃烧室容积+行程容积）/燃烧室容积表示。在图6（C）所示的例子中，该膨胀比成为（50ml+500ml）/50ml=11。
接着，参照图7及图8，说明在本发明中使用的超高膨胀比循环。需要说明的是，图7表示使用汽油作为燃料时的理论热效率与膨胀比的关系，图8表示本发明中根据负荷而区分使用的通常的循环与超高膨胀比循环的比较。
图8（A）表示进气门在下死点附近关闭，从大致进气下死点附近开始基于活塞的压缩作用时的通常的循环。在该图8（A）所示的例子中，与图6的（A）、（B）、（C）所示的例子同样地，燃烧室容积为50ml，活塞的行程容积为500ml。从图8（A）可知，在通常的循环中，机械压缩比为（50ml+500ml）/50ml=11，实际压缩比也大致为11，膨胀比也成为（50ml+500ml）/50ml=11。即，在通常的内燃机中，机械压缩比、实际压缩比及膨胀比大致相等。
图7中的实线表示实际压缩比与膨胀比大致相等时的、即通常的循环中的理论热效率的变化。这种情况下可知，膨胀比越大，即实际压缩比越高而理论热效率越高。因此在通常的循环中，为了提高理论热效率而只要升高实际压缩比即可。然而由内燃机高负荷运转时的爆震的发生的制约，实际压缩比最大也只能升高到12左右，如此在通常的循环中，理论热效率无法充分升高。
另一方面，在此种状况下，本发明者研讨了对机械压缩比和实际压缩比进行严格区分而提高理论热效率的情况，其结果是发现了理论热效率的膨胀比是支配性的，实际压缩比几乎不会对理论热效率造成影响。即，当实际压缩比升高时，爆发力升高，但为了进行压缩而需要大的能量，如此即使提高实际压缩比，理论热效率也几乎不会升高。
相对于此，若增大膨胀比，则在膨胀行程时，下压力作用于活塞的期间变长，如此，活塞对曲轴施加旋转力的期间变长。因此，膨胀比越大，则理论热效率越升高。图7的虚线ε=10表示将实际压缩比固定为10的状态下升高膨胀比时的理论热效率。如此可知，在将实际压缩比维持成低的值的状态下升高膨胀比时的理论热效率的上升量与图7的实线所示实际压缩比也与膨胀比一起增大时的理论热效率的上升量没有大的差别。
如此，将实际压缩比维持成低的值时，不会发生爆震，因此，在将实际压缩比维持成低的值的状态下升高膨胀比时，能够防止爆震的发生并大幅地提高理论热效率。图8（B）表示使用可变压缩比机构A及可变气门正时机构B将实际压缩比维持成低的值并提高膨胀比时的一例。
参照图8（B），在该例子中，通过可变压缩比机构A使燃烧室容积从50ml减少至20ml。另一方面，通过可变气门正时机构B使进气门的关闭时期延迟直至实际的活塞行程容积从500ml成为200ml。其结果是，在该例子中，实际压缩比成为（20ml+200ml）/20ml=11，膨胀比成为（20ml+500ml）/20ml=26。在图8（A）所示的通常的循环中，如上述那样，实际压缩比大致为11，膨胀比为11，与该情况相比，在图8（B）所示的情况下可知，仅膨胀比升高至26。这称为超高膨胀比循环。
通常而言，在内燃机中，内燃机负荷越低而热效率越差，因此，为了提高内燃机运转时的热效率，即为了改善燃耗，而需要提高内燃机负荷低时的热效率。另一方面，在图8（B）所示的超高膨胀比循环中，为了减小压缩行程时的实际的活塞行程容积而能吸入到燃烧室5内的吸入空气量减少，因此，该超高膨胀比循环仅能在内燃机负荷比较低时采用。因此在本发明中，在内燃机负荷比较低时，形成图8（B）所示的超高膨胀比循环，在内燃机高负荷运转时，形成图8（A）所示的通常的循环。
接着，参照图9，说明整个运转控制。
图9表示某内燃机转速下的与内燃机负荷对应的吸入空气量、机械压缩比、膨胀比、膨胀端压力、实际压缩比、进气门7的关闭时期及节气阀17的开度的各变化。需要说明的是，在图9中，虚线表示使用汽油作为燃料的情况，实线表示使用某种醇浓度的含醇燃料作为燃料的情况。另外，在本发明的实施例中，为了能够利用催化剂转换器20内的三效催化剂使废气中的未燃HC、CO及NOx同时减少，通常对于燃烧室5内的平均空燃比，基于空燃比传感器21的输出信号而对理论空燃比进行反馈控制。
首先，在图9中，对虚线所示的情况，即，使用汽油作为燃料的情况进行说明时，在内燃机高负荷运转时，如上所述，执行图8（A）所示的通常的循环。因此此时，如图9所示，机械压缩比降低，因此膨胀比降低，在图9中，如虚线所示，进气门7的关闭时期如图5中的实线所示那样提前。另外，此时，吸入空气量多，此时，节气阀17的开度保持为全开或大致全开。
另一方面，在图9中，如虚线所示，当内燃机负荷降低时，伴随于此，为了减少吸入空气量而进气门7的关闭时期延迟。另外此时，以将实际压缩比保持为大致一定的方式如图9所示那样，随着内燃机负荷降低而机械压缩比增大，因此，随着内燃机负荷降低而膨胀比也增大。需要说明的是，此时，节气阀17也保持为全开或大致全开状态，因此向燃烧室5内供给的吸入空气量与节气阀17无关地通过改变进气门7的关闭时期来进行控制。
如此，从内燃机高负荷运转状态开始内燃机负荷降低时，在实际压缩比大致一定的情况下，随着吸入空气量减少而机械压缩比增大。即，与吸入空气量的减少成比例地，活塞4到达压缩上死点时的燃烧室5的容积减少。因此，活塞4到达压缩上死点时的燃烧室5的容积与吸入空气量成比例地变化。需要说明的是，此时，燃烧室5内的空燃比成为理论空燃比，因此活塞4到达压缩上死点时的燃烧室5的容积与燃料量成比例地变化。
当内燃机负荷进一步降低时，机械压缩比进一步增大，内燃机负荷下降到中负荷区域的某负荷L时，机械压缩比达到作为燃烧室5的结构上极限的极限机械压缩比。当机械压缩比达到极限机械压缩比时，在比机械压缩比达到极限机械压缩比时的内燃机负荷L的负荷更低的区域中，机械压缩比保持为极限机械压缩比。因此，在低负荷侧的内燃机中负荷运转时及内燃机低负荷运转时，即在内燃机低负荷运转侧，机械压缩比成为最大，膨胀比也成为最大。换言之，在内燃机低负荷运转侧，以能得到最大的膨胀比的方式使机械压缩比最大。
另一方面，在图9所示的例子中，内燃机负荷下降到负荷L时，进气门7的关闭时期成为能控制向燃烧室5内供给的吸入空气量的极限关闭时期。若进气门7的关闭时期达到极限关闭时期，则在比进气门7的关闭时期达到了极限关闭时期时的内燃机负荷L的负荷更低的区域中，进气门7的关闭时期保持为极限关闭时期。如此，当内燃机负荷成为负荷L以下时，机械压缩比及进气门7的关闭时期保持为一定，因此实际压缩比保持为一定。
进气门7的关闭时期保持为极限关闭时期时已经不能由进气门7的关闭时期的变化来控制吸入空气量。在图9所示的实施例中，此时，即在比进气门7的关闭时期达到了极限关闭时期时的内燃机负荷L的负荷更低的区域中，通过节气阀17来控制向燃烧室5内供给的吸入空气量，内燃机负荷越低而节气阀17的开度越小。
另外，当内燃机负荷降低时，由于燃烧压力下降而膨胀端压力也下降。因此在图9中，如虚线所示，随着内燃机负荷下降而膨胀端压力也下降。这种情况下，当内燃机负荷下降最多时，膨胀端压力也下降最多，但从图9可知，在膨胀端压力下降最多时，膨胀端压力也不会成为大气压以下。
另一方面，在图9中，如点划线所示，即使随着内燃机负荷降低而提前进气门7的关闭时期，也能够与节气阀17无关地控制吸入空气量。因此，在图9中，若以能够将虚线所示的情况和点划线所示的情况均包含的方式表现，则在图9所示的例子中，进气门7的关闭时期随着内燃机负荷降低，直至能控制向燃烧室内供给的吸入空气量的极限关闭时期L为止，向从进气下死点BDC离开的方向移动。如此，即使进气门7的关闭时期如图9中的虚线所示那样变化也能够控制吸入空气量，即使如点划线所示变化也能够控制，但以下，以使进气门7的关闭时期如图9中的虚线所示那样变化的情况为例进行说明。
然而，如上述那样，在图8（B）所示的超高膨胀比循环中，膨胀比为26。该膨胀比越高越优选，但从图7可知，对于实用上可使用的下限实际压缩比ε=5，若为20以上，则能够得到相当高的理论热效率。因此，在本发明中，以膨胀比成为20以上的方式形成可变压缩比机构A。
图10表示以对数来表示燃烧室5的容积V及燃烧室5内的压力P这双方的PV线图，在图10中，实线表示使用了汽油作为燃料的情况下的内燃机低负荷运转时的容积V与压力P的关系。在图10中，如实线所示可知，在使用汽油作为燃料的情况下，即使在内燃机低负荷运转时，膨胀端压力也为大气压以上。然而，如本发明那样，在使用含有醇的燃料作为燃料的情况下，膨胀端压力有时会成为大气压以下。
即，在使醇那样的含有氧的燃料燃烧时，与通常的使汽油燃烧时相比，比热大的水大量生成。其结果是，燃烧温度下降，燃烧压力下降。当燃烧压力下降时，膨胀端压力下降，其结果是，在图10中，如虚线所示，有时膨胀端压力成为大气压以下，即有时成为过膨胀。然而，如此成为过膨胀时，热效率大幅下降，因此，需要防止成为过膨胀的情况。
然而在使用含有醇的燃料作为燃料时，燃料中的醇浓度越高而燃烧压力越下降，膨胀端压力越下降。另一方面，膨胀端压力随着使膨胀比下降而上升。因此，为了防止成为过膨胀的情况而只要在燃料中的醇浓度越高时使膨胀比越下降即可。因此，在本发明中，当燃料中的醇浓度高的情况下，与燃料中的醇浓度低的情况相比，使内燃机低负荷运转时的膨胀比下降。
需要说明的是，在本发明的实施例中，如图11所示，随着燃料中的醇浓度升高而膨胀比升高。另外，燃料中的醇浓度越高越难以发生爆震，因此，燃料中的醇浓度越高，越能够提高实际压缩比。因此，在本发明中，当燃料中的醇浓度高时，与燃料中的醇浓度低的情况相比，实际压缩比升高。这种情况下，在本发明的实施例中，如图12所示，燃料中的醇浓度越高而实际压缩比越增大。
为了使膨胀比下降，存在使机械压缩比下降的方法和提前排气门9的打开时期的方法这两种方法。图9的实线表示通过使机械压缩比下降而使内燃机低负荷运转时的膨胀比下降时的机械压缩比等的变化。需要说明的是，图9的实线表示使用某种浓度的含醇燃料作为燃料而实际压缩比与内燃机负荷无关地一律升高的情况。
参照图9，如实线所示，在内燃机高负荷运转时，机械压缩比升高实际压缩比升高的量。因此，此时膨胀比也比虚线所示的情况即使用汽油的情况高。另一方面，此时，与使用汽油的情况相比，膨胀端压力降低。另外，此时，节气阀17保持为全开或大致全开状态。
当内燃机负荷降低时，在图9中，如实线所示，为了减少吸入空气量而进气门7的关闭时期延迟。另外，此时，为了将实际压缩比保持为大致一定，随着内燃机负荷降低而机械压缩比增大，因此随着内燃机负荷降低而膨胀比也增大。需要说明的是，此时，节气阀17也保持为全开或大致全开状态，因此，向燃烧室5内供给的吸入空气量与节气阀17无关地通过改变进气门7的关闭时期来控制。另外，此时膨胀端压力逐渐下降。
接着，当内燃机负荷进一步降低时，机械压缩比进一步增大，当内燃机负荷下降到负荷L1（>L）时机械压缩比达到最大机械压缩比。另一方面，在图9所示的例子中，当内燃机负荷下降到L1时，进气门7的关闭时期成为能控制向燃烧室5内供给的吸入空气量的极限关闭时期。当进气门7的关闭时期到达极限关闭时期时已经不能利用进气门7的关闭时期的变化来控制吸入空气量，因此此时，通过节气阀17来控制向燃烧室5内供给的吸入空气量。当内燃机负荷低于L1时，内燃机负荷越低而节气阀17的开度越小。
另一方面，在图9所示的例子中，如实线所示，当内燃机负荷下降到L2（<L）时，膨胀端压力下降到大气压。因此，在内燃机负荷比膨胀端压力成为大气压的负荷L2低的低负荷运转时，通过使机械压缩比下降而能够使膨胀比下降。从图9可知，在内燃机低负荷运转时若将膨胀比保持为一定，则膨胀端压力随着内燃机负荷下降而逐渐下降到大气压以下，此时为了防止膨胀端压力成为大气压以下的情况而需要在内燃机负荷下降时使膨胀比下降。
因此在本发明中，在内燃机低负荷运转时，在内燃机负荷低的一侧，与内燃机负荷高的一侧相比，能够使膨胀比的下降量增大。需要说明的是，这种情况下，在图9所示的例子中，随着内燃机负荷降低而机械压缩比下降，伴随于此，膨胀比下降。另一方面，在图9所示的例子中，在内燃机负荷比L2低的内燃机低负荷运转区域中，为了将实际压缩比维持成一定，随着使机械压缩比下降而提前进气门7的关闭时期，此时，为了使吸入空气量成为与负荷对应的要求吸入空气量，与使用汽油的情况相比，能够减小节气阀17的开度。
在本发明的实施例中，进气门7的关闭时期、机械压缩比及节气阀17的开度除了内燃机负荷及内燃机转速之外成为燃料中的氨浓度的函数。在本发明的实施例中，相对于各种醇浓度，图13（A）所示的多个进气门7的关闭时期IC的映射作为内燃机负荷L及内燃机转速N的函数而预先存储在ROM32内，相对于各种醇浓度，图13（B）所示的多个机械压缩比CA的映射作为内燃机负荷L及内燃机转速N的函数而预先存储在ROM32内，相对于各种醇浓度，图13（C）所示的多个节气阀17的开度θ的映射作为内燃机负荷L及内燃机转速N的函数而预先存储在ROM32内。
图14表示运转控制过程。参照图14，首先在步骤100中，通过醇浓度传感器23来检测向燃烧室5内供给的燃料中的醇浓度。接着，在步骤101中，根据与检测到的醇浓度对应的图13（A）所示的映射，算出进气门7的关闭时期IC，接着在步骤102中，根据与检测到的醇浓度对应的图13（B）所示的映射，算出机械压缩比CR，接着在步骤103中，根据与检测到的醇浓度对应的图13（C）所示的映射，算出节气阀17的开度。接着，在步骤104中，以使机械压缩比成为机械压缩比CR的方式控制可变压缩比机构A，以使进气门7的关闭时期成为关闭时期IC的方式控制可变气门正时机构B，以使节气阀17的开度成为开度θ的方式控制节气阀17。
图15表示另一实施例。在该实施例中，为了对排气门9的打开时期进行控制，具有与可变气门正时机构B同样的结构的可变气门正时机构B′相对于驱动排气门9的凸轮轴90进行设置。在该实施例中，通过可变气门正时机构B′来使排气门9的打开时期提前，由此使内燃机低负荷运转时的膨胀比下降。
图16的虚线与图9同样地表示使用汽油作为燃料时，图16的实线表示使用某醇浓度的含醇燃料作为燃料的情况。在图16中，如实线所示，在该实施例中，在内燃机负荷比膨胀端压力成为大气压的负荷L2低的内燃机低负荷运转区域中，与使用汽油的情况即虚线所示的情况相比，排气门9的打开时期提前。排气门9的打开时期提前时，膨胀比下降。
这种情况下，在本发明的实施例中，如图17所示，燃料中的醇浓度越高而排气门9的打开时期的提前量越增大。另外，根据图16的实线可知，在内燃机低负荷运转时，内燃机负荷越下降而排气门9的打开时期的提前量越增大，如此，内燃机负荷越低而膨胀比越下降。需要说明的是，在该实施例中，在内燃机低负荷运转时，机械压缩比被维持成最大机械压缩比，进气门7的关闭时期被保持为极限关闭时期。
在该实施例中，进气门7的关闭时期、机械压缩比及节气阀17的开度除了内燃机负荷及内燃机转速之外成为燃料中的氨浓度的函数，这些进气门7的关闭时期、机械压缩比及节气阀17的开度相对于各种醇浓度，以图13（A）、（B）、（C）所示的映射的形式预先存储。
另外，在该实施例中，排气门9的打开时期也除了内燃机负荷及内燃机转速之外成为燃料中的氨浓度的函数。因此，在该实施例中，相对于各种醇浓度，图18所示的多个排气门9的打开时期EO的映射作为内燃机负荷L及内燃机转速N的函数而预先存储在ROM32内。
图19表示运转控制过程。参照图19，首先，在步骤200中，通过醇浓度传感器23来检测向燃烧室5内供给的燃料中的醇浓度。接着在步骤201中，根据与检测到的醇浓度对应的图13（A）所示的映射，算出进气门7的关闭时期IC，接着在步骤202中，根据与检测到的醇浓度对应的图13（B）所示的映射，算出机械压缩比CR，接着在步骤203中，根据与检测到的醇浓度对应的图13（C）所示的映射，算出节气阀17的开度。
接着在步骤204中，根据与检测到的醇浓度对应的图18所示的映射，算出排气门9的打开时期EO。接着在步骤205中，以使机械压缩比成为机械压缩比CR的方式控制可变压缩比机构A，以使进气门7的关闭时期成为关闭时期IC的方式控制可变气门正时机构B，以使节气阀17的开度成为开度θ的方式控制节气阀17，以使排气门9的打开时期成为EO的方式控制可变气门正时机构B′。
图20进而表示另一实施例。在该实施例中，通常通过使排气门9的打开时期提前而降低内燃机低负荷运转时的膨胀比，当存在应降低机械压缩比的要求的情况下，通过使机械压缩比下降而内燃机低负荷运转时的膨胀比下降。
即，对图9及图16进行比较可知，在图9所示的情况，与图16所示的情况相比，内燃机低负荷运转时的节气阀17的开度小，因此，在图9所示的情况下，与图16所示的情况相比，泵送损失增大。因此，考虑热效率时，如图16所示，优选通过使排气门9的打开时期EO提前而降低膨胀比，因此在该例子中，通常通过使排气门9的打开时期EO提前来降低膨胀比。
然而，存在作出应降低机械压缩比的要求的情况。即，在可改变机械压缩比时，机械压缩比越高而燃烧室5越成为扁平。其结果是，机械压缩比越高而燃烧室5周边部的燃料越难以燃烧，如此容易产生未燃HC。因此例如此时要使未燃HC的产生量下降时，优选降低机械压缩比，这种情况下，作出应降低机械压缩比的要求。
如此，作为作出应降低机械压缩比的要求的情况的一例，可列举有内燃机起动时或内燃机预热运转时。即，内燃机起动时及内燃机预热运转时，通常不使催化剂20活化，因此此时若未燃HC向催化剂20流入，则未燃HC在催化剂20中未净化而通过催化剂20。因此在内燃机起动时或内燃机预热运转时，优选降低来自燃烧室5的未燃HC的排出量，因此在该例子中，在内燃机起动时或内燃机预热运转时，作出应降低内燃机压缩比的要求。在该实施例中，在如此作出应降低机械压缩比的要求时，通过降低机械压缩比而使膨胀比下降。
参照图20所示的运转控制过程，首先在步骤300中，通过醇浓度传感器23来检测向燃烧室5内供给的燃料中的醇浓度。接着在步骤301中，判别是否作出了应降低机械压缩比的要求。在未作出应降低机械压缩比的要求时，向步骤302前进，如图16的实线所示来控制机械压缩比等。
即，在步骤302中，根据与检测到的醇浓度对应的图13（A）所示的映射，算出进气门7的关闭时期IC，接着在步骤303中，根据与检测到的醇浓度对应的图13（B）所示的映射，算出机械压缩比CR，接着在步骤304中，根据与检测到的醇浓度对应的图13（C）所示的映射，算出节气阀17的开度。接着在步骤305中，根据与检测到的醇浓度对应的图18所示的映射，算出排气门9的打开时期EO。
接着在步骤306中，以使机械压缩比成为机械压缩比CR的方式控制可变压缩比机构A，以使进气门7的关闭时期成为关闭时期IC的方式控制可变气门正时机构B，以使节气阀17的开度成为开度θ的方式控制节气阀17，以使排气门9的打开时期成为EO的方式控制可变气门正时机构B′。
另一方面，在步骤301中判断为作出了应降低机械压缩比的要求时，向步骤307前进，如图9的实线所示，控制机械压缩比等。
即，在步骤307中，根据与检测到的醇浓度对应的图13（A）所示的映射，算出进气门7的关闭时期IC，接着在步骤308中，根据与检测到的醇浓度对应的图13（B）所示的映射，算出机械压缩比CR，接着在步骤309中，根据与检测到的醇浓度对应的图13（C）所示的映射，算出节气阀17的开度。接着在步骤310中，将排气门9的打开时期EO固定为基准时期，接着向步骤306前进。此时在步骤306中，以使机械压缩比成为机械压缩比CR的方式控制可变压缩比机构A，以使进气门7的关闭时期成为关闭时期IC的方式控制可变气门正时机构B，以使节气阀17的开度成为开度θ的方式控制节气阀17。
标号说明：
1…曲轴箱
2…气缸体
3…气缸盖
4…活塞
5…燃烧室
7…进气门
23…醇浓度传感器
70…进气门驱动用凸轮轴
A…可变压缩比机构
B…可变气门正时机构

Claims (6)

1.一种火花点火式内燃机，具备能够改变机械压缩比的可变压缩比机构和能够控制进气门的关闭时期的可变气门正时机构，在内燃机低负荷运转时，与内燃机高负荷运转时相比，使膨胀比提高，其中，
使用含有醇的燃料作为燃料，在燃料中的醇浓度高时，与燃料中的醇浓度低时相比，使内燃机低负荷运转时的膨胀比降低。
2.根据权利要求1所述的火花点火式内燃机，其中，
在燃料中的醇浓度高时，与燃料中的醇浓度低时相比使实际压缩比提高。
3.根据权利要求1或2所述的火花点火式内燃机，其中，
在使内燃机低负荷运转时的膨胀比降低时，在内燃机负荷低的一侧与内燃机负荷高的一侧相比使膨胀比的降低量增大。
4.根据权利要求1或2所述的火花点火式内燃机，其中，
通过降低机械压缩比来降低内燃机低负荷运转时的膨胀比。
5.根据权利要求1或2所述的火花点火式内燃机，其中，
通过使排气门的打开时期提前来降低内燃机低负荷运转时的膨胀比。
6.根据权利要求1或2所述的火花点火式内燃机，其中，
通常通过使排气门的打开时期提前来降低内燃机低负荷运转时的膨胀比，当存在应降低机械压缩比的要求时，通过降低机械压缩比来降低内燃机低负荷运转时的膨胀比。
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