RU2434152C1 - Engine control system - Google Patents
Engine control system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2434152C1 RU2434152C1 RU2010107202/11A RU2010107202A RU2434152C1 RU 2434152 C1 RU2434152 C1 RU 2434152C1 RU 2010107202/11 A RU2010107202/11 A RU 2010107202/11A RU 2010107202 A RU2010107202 A RU 2010107202A RU 2434152 C1 RU2434152 C1 RU 2434152C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- engine
- torque
- line
- output power
- fuel consumption
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y02T10/18—
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Настоящее изобретение относится к системе управления двигателем.The present invention relates to an engine control system.
Уровень техникиState of the art
В области техники известно гибридное транспортное средство, предназначенное для использования одного или обоих из двигателя и электродвигателя, чтобы приводить в движение транспортное средство, при этом двигатель состоит из двигателя, снабженного механизмом переменной степени сжатия, степень сжатия задается, посредством чего общий кпд, включающий в себя кпд двигателя, кпд электродвигателя, кпд системы передачи электроэнергии и все другие кпд, становится максимальным, и степень сжатия двигателя управляется до степени сжатия, дающей этот максимальный общий кпд (см., например, публикацию заявки на патент Японии № 2004-44433 A).A hybrid vehicle is known in the art for using one or both of an engine and an electric motor to drive a vehicle, the engine consisting of an engine equipped with a variable compression ratio mechanism, the compression ratio is set, whereby the overall efficiency including the efficiency of the engine, the efficiency of the electric motor, the efficiency of the power transmission system and all other efficiency becomes maximum, and the compression ratio of the engine is controlled to a compression ratio that gives this r maximum overall efficiency (see., e.g., the publication of Japanese Patent Application № 2004-44433 A).
Техническая проблемаTechnical problem
Однако даже если только управлять степенью сжатия так, что общий кпд становится максимальным, существует ограничение на улучшение уровня расхода топлива. В настоящее время желательно усовершенствование транспортного средства, дающее лучший уровень расхода топлива.However, even if only the compression ratio is controlled so that the overall efficiency becomes maximum, there is a limitation on improving fuel consumption. At present, a vehicle improvement giving a better level of fuel consumption is desired.
Задачей настоящего изобретения является создание системы управления двигателем, способной получать лучший уровень расхода топлива, в то же время, обеспечивая требуемую выходную мощность двигателя, когда требуемая выходная мощность двигателя увеличивается, посредством управления степенью механического сжатия и моментом закрытия впускного клапана, и способной устранять появление вибрации и шума.An object of the present invention is to provide an engine control system capable of obtaining a better level of fuel consumption, while at the same time providing the required engine output when the required engine output increases, by controlling the mechanical compression ratio and the timing of closing the intake valve, and capable of eliminating the occurrence of vibration and noise.
Решение проблемыSolution
Согласно настоящему изобретению создана система управления двигателем, снабженная системой регулирования выходной мощности, позволяющей задавать требуемую комбинацию крутящего момента двигателя и скорости вращения двигателя, дающую одинаковую выходную мощность, при этом предусмотрены механизм переменной степени сжатия, способный изменять степень механического сжатия, и механизм регулирования фаз газораспределения, способный управлять моментом закрытия впускного клапана, и когда требуемая выходная мощность двигателя ниже, чем предварительно определенная граничная выходная мощность, выполняется управление для сохранения минимального уровня расхода топлива, удовлетворяющее требуемой выходной мощности, посредством изменения скорости вращения двигателя в состоянии, поддерживающем степень механического сжатия на предварительно определенной степени сжатия или более, а когда требуемая выходная мощность двигателя увеличивается выше граничной выходной мощности, выполняется управление для увеличения выходной мощности, увеличивающее крутящий момент двигателя после понижения степени механического сжатия до предварительно определенной степени сжатия или менее.According to the present invention, an engine control system is provided with an output power control system that allows you to specify the desired combination of engine torque and engine speed giving the same output power, while there is a variable compression ratio mechanism capable of changing the mechanical compression ratio and a valve timing control mechanism able to control when the intake valve closes and when the required engine output is lower than twice defined boundary output power, control is performed to maintain a minimum fuel consumption level satisfying the required output power by changing the engine speed in a state that maintains a mechanical compression ratio by a predetermined compression ratio or more, and when the required engine output increases above the boundary output power, control is performed to increase the output power, increasing the engine torque by after reducing the mechanical compression ratio to a predetermined compression ratio or less.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Фиг.1 - общий вид двигателя и системы регулирования выходной мощности;Figure 1 - General view of the engine and the output power control system;
Фиг.2 - вид для пояснения работы системы регулирования выходной мощности;Figure 2 is a view for explaining the operation of the output power control system;
Фиг.3 - вид, показывающий соотношение между выходной мощностью двигателя и крутящим моментом Te двигателя и скоростью Ne вращения двигателя и т.д.;Figure 3 is a view showing the relationship between the engine power output and the engine torque Te and the engine speed Ne, etc .;
Фиг.4 - блок-схема последовательности операций оперативного управления транспортного средства;4 is a flowchart of operational control of the vehicle;
Фиг.5 - вид, поясняющий управление зарядом и разрядом аккумулятора;5 is a view illustrating the management of charge and discharge of the battery;
Фиг.6 - общий вид двигателя, показанного на Фиг.1;Fig.6 is a General view of the engine shown in Fig.1;
Фиг.7 -вид в перспективе с разнесением деталей механизма переменной степени сжатия;Fig.7 is a perspective view with exploded parts of the mechanism of variable compression ratio;
Фиг.8 - боковой поперечно-рассеченный вид двигателя, показанного схематически;Fig. 8 is a side cross-sectional view of an engine shown schematically;
Фиг.9 - вид, показывающий механизм регулирования фаз газораспределения;Fig.9 is a view showing a valve timing control mechanism;
Фиг.10 - вид, показывающий величину поднятия впускного клапана и выпускного клапана;Figure 10 is a view showing the amount of raising of the intake valve and exhaust valve;
Фиг.11 - вид для пояснения степени механического сжатия двигателя и степени фактического сжатия и степени расширения;11 is a view for explaining the degree of mechanical compression of the engine and the degree of actual compression and the degree of expansion;
Фиг.12 - вид, показывающий взаимосвязь между теоретическим термическим кпд и степенью расширения;12 is a view showing the relationship between theoretical thermal efficiency and the degree of expansion;
Фиг.13 - вид, показывающий обычный цикл и цикл сверхвысокой степени расширения;13 is a view showing a conventional cycle and an ultrahigh expansion ratio cycle;
Фиг.14 - вид, показывающий изменения в степени механического сжатия в соответствии с крутящим моментом двигателя и т.д.;14 is a view showing changes in the degree of mechanical compression in accordance with engine torque, etc .;
Фиг.15 - вид, показывающий равные линии уровня расхода топлива и линии работы;Fig. 15 is a view showing equal lines of a fuel consumption level and a line of operation;
Фиг.16 - вид, показывающий изменения в уровне расхода топлива и степени механического сжатия;Fig is a view showing changes in the level of fuel consumption and the degree of mechanical compression;
Фиг.17 - вид, показывающий эквивалентные линии уровня расхода топлива и линии работы;17 is a view showing equivalent lines of a fuel consumption level and a line of operation;
Фиг.18 - вид, показывающий эквивалентные уровни выходной мощности и граничные выходные мощности двигателя;Fig. 18 is a view showing equivalent output power levels and marginal engine output powers;
Фиг.19 - иллюстрация состояния крутящего момента Te двигателя и скорости Ne вращения двигателя, когда требуемая выходная мощность увеличивается или уменьшается;Fig. 19 is an illustration of a state of engine torque Te and engine speed Ne when the required output power increases or decreases;
Фиг.20 - временная диаграмма, показывающая изменения в степени механического сжатия, моменте закрытия впускного клапана и т.д.;Fig. 20 is a timing chart showing changes in the degree of mechanical compression, the closing timing of the intake valve, etc .;
Фиг.21 - вид, показывающий состояние изменений в крутящем моменте Te двигателя и скорости Ne вращения двигателя, когда требуемая выходная мощность двигателя увеличивается или уменьшается;21 is a view showing a state of changes in engine torque Te and engine speed Ne when the required engine output increases or decreases;
Фиг.22 - вид, показывающий состояние изменений в крутящем моменте Te двигателя и скорости Ne вращения двигателя, когда требуемая выходная мощность двигателя увеличивается или уменьшается;FIG. 22 is a view showing a state of changes in engine torque Te and engine speed Ne when the required engine output increases or decreases;
Фиг.23 - временная диаграмма, показывающая изменения в степени механического сжатия, моменте закрытия впускного клапана и т.д.;23 is a timing chart showing changes in the degree of mechanical compression, the closing timing of the intake valve, etc .;
Фиг.24 - блок-схема последовательности операций оперативного управления;24 is a flowchart of operational control;
Фиг.25 - вид, показывающий состояние изменений в крутящем моменте Te двигателя и скорости Ne вращения двигателя, когда требуемая выходная мощность двигателя увеличивается или уменьшается;25 is a view showing a state of changes in engine torque Te and engine speed Ne when the required engine output increases or decreases;
Фиг.26 - вид, показывающий состояние изменений в крутящем моменте Te двигателя и скорости Ne вращения двигателя, когда требуемая выходная мощность двигателя увеличивается или уменьшается;Fig. 26 is a view showing a state of changes in engine torque Te and engine speed Ne when the required engine output increases or decreases;
Фиг.27 - временная диаграмма, показывающая изменения в степени механического сжатия, моменте закрытия впускного клапана и т.д.; иFig. 27 is a timing chart showing changes in the degree of mechanical compression, the closing timing of the intake valve, etc .; and
Фиг.28 - блок-схема последовательности операций оперативного управления.Fig. 28 is a flowchart of operational control.
Наилучший способ осуществления изобретенияBEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Фиг.1 представляет собой общий вид двигателя 1 с искровым зажиганием и системы 2 регулирования выходной мощности, установленных в гибридном транспортном средстве.1 is a perspective view of a
Сначала будет описана, ссылаясь на Фиг.1, система 2 регулирования выходной мощности. В варианте осуществления, показанном на Фиг.1, система 2 регулирования выходной мощности состоит из пары электродвигателей-генераторов MG1 и MG2, работающих в качестве электродвигателей и генераторов, и планетарного зубчатого механизма 3. Планетарный зубчатый механизм 3 снабжен солнечной шестерней 4, коронной шестерней 5, планетарными шестернями 6, размещенными между солнечной шестерней 4 и коронной шестерней 5, и водилом 7 планетарной передачи, несущим планетарные шестерни 6. Солнечная шестерня 4 соединена с валом 8 электродвигателя-генератора MG1, в то время как водило 7 планетарной передачи соединено с выходным валом 9 двигателя. Дополнительно, коронная шестерня 5 с одной стороны соединена с валом 10 электродвигателя-генератора MG2, а с другой стороны соединена с выходным валом 12, соединенным с ведущими колесами через ремень 11. Следовательно, будет понятно, что, если коронная шестерня 5 вращается, выходной вал 12 вращается вместе с ним.First, it will be described with reference to FIG. 1, an output
Электродвигатели-генераторы MG1 и MG2, соответственно, состоят из AC-синхронизированных электродвигателей, снабженных роторами 13 и 15, прикрепленными к соответствующим валам 8 и 10 и имеющими множество постоянных электромагнитов, прикрепленных к внешним окружностям, и статорами 14 и 16, снабженными катушками возбуждения, формирующими вращающие магнитные поля. Катушки возбуждения статоров 14 и 16 электродвигателей-генераторов MG1 и MG2 соединены с соответствующими схемами 17 и 18 управления возбуждением электродвигателя, в то время как эти схемы 17 и 18 управления возбуждением электродвигателя соединены с аккумулятором 19, формирующим высокое напряжение постоянного тока. В варианте осуществления, показанном на Фиг.1, электродвигатель-генератор MG2 главным образом работает как электродвигатель, в то время как электродвигатель-генератор MG1 главным образом работает как генератор.Electric motors-generators MG1 and MG2, respectively, consist of AC-synchronized electric motors equipped with
Электронный блок 20 управления состоит из цифрового компьютера и снабжен ПЗУ 22, ОЗУ 23, ЦП (микропроцессором) 24, портом 25 ввода и портом 26 вывода, которые взаимосвязаны друг с другом посредством двунаправленной шины 21. Педаль 27 акселератора соединена с датчиком 28 нагрузки, формирующим выходное напряжение, пропорциональное величине надавливания L педали 27 акселератора. Выходное напряжение датчика 28 нагрузки вводится через соответствующий АЦП (аналогово-цифровой преобразователь) 25a в порт 25 ввода. Кроме того, порт 25 ввода соединен с датчиком 29 угла поворота коленчатого вала, формирующим выходной импульс каждый раз, когда коленчатый вал поворачивается, например, на 15°. Кроме того, порт 25 ввода принимает в качестве входных данных сигнал, выражающий ток заряда и разряда аккумулятора 19, и другие различные сигналы через соответствующий АЦП 25a. С другой стороны, порт 26 вывода соединен со схемами 17 и 18 управления возбуждением электродвигателя и соединен через соответствующую схему 26a привода с компонентами для управления двигателем 1, например топливной форсункой и т.д.The
При возбуждении электродвигателя-генератора MG2 высокое напряжение постоянного тока аккумулятора 19 преобразуется в схеме 18 управления возбуждением электродвигателя в трехфазный переменный ток с частотой fm и значением тока Im. Этот трехфазный переменный ток подается к катушке возбуждения статора 16. Эта частота fm является частотой, требуемой, чтобы заставить вращаться магнитное поле, сгенерированное катушкой возбуждения, синхронно с вращением ротора 15. Эта частота fm вычисляется посредством ЦП 24 на основе скорости выходного вала 10. В схеме 18 управления возбуждением электродвигателя эта частота fm равна частоте трехфазного переменного тока. С другой стороны, выходной крутящий момент электродвигателя-генератора MG2 становится, по существу, пропорциональным значению Im трехфазного переменного тока. Это значение Im тока вычисляется на основе требуемого выходного крутящего момента электродвигателя-генератора MG2. В схеме 18 управления возбуждением электродвигателя это значение Im тока сделано значением трехфазного переменного тока.Upon excitation of the motor generator MG2, the high DC voltage of the
Дополнительно, если установка состояния использует внешнюю силу, чтобы возбуждать электродвигатель-генератор MG2, электродвигатель-генератор MG2 действует как генератор. Энергия, сгенерированная в это время, регенерируется в аккумуляторе 19. Требуемый крутящий момент привода, когда используется внешняя сила, чтобы возбуждать электродвигатель-генератор MG2, вычисляется в ЦП 24. Схема 18 управления возбуждением электродвигателя работает так, что этот требуемый крутящий момент привода действует на вал 10.Further, if the state setting uses external force to drive the motor generator MG2, the motor generator MG2 acts as a generator. The energy generated at this time is regenerated in the
Этот вид управления возбуждением в электродвигателе-генераторе MG2 похожим образом выполняется в электродвигателе-генераторе MG1. То есть при возбуждении электродвигателя-генератора MG1 высокое напряжение постоянного тока аккумулятора 19 преобразуется в схеме 17 управления возбуждением электродвигателя в трехфазный переменный ток с частотой fm и значением тока Im. Этот трехфазный переменный ток подается к катушке возбуждения статора 14. Дополнительно, если установка состояния использует внешнюю силу, чтобы возбуждать электродвигатель-генератор MG1, электродвигатель-генератор MG1 действует как генератор. Энергия, сгенерированная в это время, регенерируется в аккумуляторе 19. В это время схема 17 управления возбуждением электродвигателя работает так, что вычисленный требуемый крутящий момент привода действует на вал 8.This type of drive control in the motor generator MG2 is similarly performed in the motor generator MG1. That is, upon excitation of the motor generator MG1, the high DC voltage of the
Далее будут пояснены со ссылкой на Фиг.2(A), иллюстрирующую планетарный зубчатый механизм 3, соотношение крутящих моментов, действующих на различные валы 8, 9 и 10, и соотношение скоростей валов 8, 9 и 10.Next will be explained with reference to Figure 2 (A), illustrating the
На Фиг.2(A) r1 показывает радиус начальной окружности солнечной шестерни 4, в то время как r2 показывает радиус начальной окружности коронной шестерни 5. Теперь предположим, что в состоянии, показанном на Фиг.2(A), крутящий момент Te прикладывается к выходному валу 9 двигателя 1, и сила F, действующая в направлении вращения выходного вала 9, формируется в центре вращения каждой планетарной шестерни 6. В это время в частях, сцепляющихся с планетарной шестерней 6, на солнечную шестерню 4 и коронную шестерню 5 действует сила F/2 в том же направлении, что и сила F. В результате на вал 8 солнечной шестерни 4 воздействует крутящий момент Tes=((F/2)r1), в то время как на вал 10 коронной шестерни 5 воздействует крутящий момент Ter=((F/2)r2). С другой стороны, крутящий момент Te, действующий на выходном валу 9 двигателя 1, выражается как F(r1+r2)/2, таким образом, если выражать крутящий момент Tes, действующий на валу 8 солнечной шестерни 4, посредством r1, r2 и Te, результатом становится Tes=(r1/(r1+r2))·Te, в то время как если выражать крутящий момент Ter, действующий на вал 10 коронной шестерни 5, посредством r1, r2 и Te, результатом становится Ter=(r2/(r1+r2))·Te.In FIG. 2 (A), r 1 shows the radius of the initial circumference of the
То есть крутящий момент Te, возникающий на выходном валу 9 двигателя 1, делится на крутящий момент Tes, действующий на вал 8 солнечной шестерни 4, и крутящий момент Ter, действующий на вал 10 коронной шестерни 5, с соотношением r1:r2. В этом случае, r2>r1, таким образом, крутящий момент Ter, действующий на вал 10 коронной шестерни 5, всегда становится больше, чем крутящий момент Tes, действующий на вал 8 солнечной шестерни 4. Следует отметить, что если определять радиус r1 начальной окружности солнечной шестерни/радиус r2 начальной окружности коронной шестерни 5, то есть число зубцов солнечной шестерни 4/число зубцов коронной шестерни 5 как ρ, Tes выражается как Tes=(ρ/(1+ρ))·Te, и Ter выражается как Ter=(1/(1+ρ))·Te.That is, the torque Te occurring on the
С другой стороны, если направление вращения выходного вала 9 двигателя 1, то есть направление действия крутящего момента Te, показанное знаком стрелки на Фиг.2(A), указано как прямое направление, когда вращение водила 7 планетарной передачи остановлено, и в этом состоянии солнечная шестерня 4 вращается в прямом направлении, коронная шестерня 5 вращается в противоположном направлении. В это время соотношение скоростей солнечной шестерни 4 и коронной шестерни 5 становится r2:r1. Прерывистая линия Z1 на Фиг.2(B) иллюстрирует соотношение скоростей в это время. Следует отметить, что на Фиг.2(B) ордината показывает прямое направление выше 0 и обратное направление ниже него. Дополнительно, на Фиг.2(B), S показывает солнечную шестерню 4, C показывает водило 7 планетарной передачи, а R показывает коронную шестерню 5. Как показано на Фиг.2(B), если расстояние между водилом C планетарной передачи и коронной шестерней R задано как r1, расстояние между водилом C планетарной передачи и солнечной шестерней S задано как r2, и скорости солнечной шестерни S, водила C планетарной передачи и коронной шестерни R показаны черными точками, точки, показывающие скорости, расположены на линии, показанной прерывистой линией Z1.On the other hand, if the direction of rotation of the
С другой стороны, если остановить относительное вращение солнечной шестерни 4, коронной шестерни 5 и планетарных шестерней 6, чтобы заставить водило 7 планетарной передачи вращаться в прямом направлении, солнечная шестерня 4, коронная шестерня 5 и водило 7 планетарной передачи будут вращаться в прямом направлении с одинаковой скоростью вращения. Соотношения скоростей в это время показано прерывистой линией Z2. Следовательно, соотношение фактических скоростей выражается сплошной линией Z, полученной наложением прерывистой линии Z1 на прерывистую линию Z2, следовательно, точки, показывающие скорости солнечной шестерни S, водила C планетарной передачи и коронной шестерни R, расположены на линии, показанной сплошной линией Z. Следовательно, когда устанавливаются любые две скорости солнечной шестерни S, водила C планетарной передачи и коронной шестерни R, оставшаяся одна скорость устанавливается автоматически. Следует отметить, что если использовать вышеупомянутое соотношение r1/r2=ρ, как показано на Фиг.2(B), расстояние между солнечной шестерней C и водилом C планетарной передачи и расстояние между водилом C планетарной передачи и коронной шестерней R становится 1:ρ.On the other hand, if the relative rotation of the
Фиг.2(C) иллюстрирует скорости солнечной шестерни S, водила C планетарной передачи и коронной шестерни R и крутящие моменты, действующие на солнечную шестерню S, водило C планетарной передачи и коронную шестерню R. Ордината и абсцисса на Фиг.2(C) являются теми же, что и на Фиг.2(B). Дополнительно, сплошная линия, показанная на Фиг.2(C), соответствует сплошной линии, показанной на Фиг.2(B). С другой стороны, Фиг.2(C) показывает крутящие моменты, действующие на соответствующие валы, в черных точках, показывающих скорости. Следует отметить, что когда направление действия крутящего момента и направление вращения являются одинаковыми при каждом крутящем моменте, это показывает случай, где крутящий момент привода передается соответствующему валу, в то же время когда направление действия крутящего момента и направление вращения являются противоположными, это показывает случай, где крутящий момент передается соответствующему валу.FIG. 2 (C) illustrates the speeds of the sun gear S, planet carrier C and the ring gear R and the torques acting on the sun gear S, planet carrier C and the ring gear R. The ordinate and abscissa in FIG. 2 (C) are the same as in Figure 2 (B). Additionally, the solid line shown in FIG. 2 (C) corresponds to the solid line shown in FIG. 2 (B). On the other hand, FIG. 2 (C) shows the torques acting on the respective shafts at black points indicating speeds. It should be noted that when the direction of action of the torque and the direction of rotation are the same for each torque, this shows the case where the drive torque is transmitted to the corresponding shaft, while the direction of the torque and the direction of rotation are opposite, this shows the case. where torque is transmitted to the corresponding shaft.
Теперь, в примере, показанном на Фиг.2(C), на водило C планетарной передачи действует крутящий момент Te двигателя. Этот крутящий момент Te двигателя делится на крутящий момент Ter, прикладываемый к коронной шестерне R, и крутящий момент Tes, прикладываемый к солнечной шестерне S. На вал 10 коронной шестерни R воздействует разделенный крутящий момент Ter двигателя, крутящий момент Tm2 электродвигателя-генератора MG2 и крутящий момент Tr привода транспортного средства для приведения в движение транспортного средства. Эти крутящие моменты Ter, Tm2 и Tr сбалансированы. В случае, показанном на Фиг.2(C), крутящий момент Tm2 является моментом, где направление действия крутящего момента и направление вращения являются одинаковыми, таким образом, этот крутящий момент Tm2 передает крутящий момент привода валу 10 коронной шестерни R. Следовательно, в это время электродвигатель-генератор MG2 работает как приводной электродвигатель. В случае, показанном на Фиг.2(C), сумма крутящего момента Ter двигателя, разделенного в это время, и крутящего момента Tm2 привода посредством электродвигателя-генератора MG2 становится равной крутящему моменту Tr привода транспортного средства. Следовательно, в это время транспортное средство приводится в движение двигателем 1 и электродвигателем-генератором MG2.Now, in the example shown in FIG. 2 (C), an engine torque Te is applied to the planet carrier C of the planetary gear. This engine torque Te is divided by the torque Ter applied to the ring gear R and the torque Tes applied to the sun gear S. The divided ring torque Ter acts on the
С другой стороны, на вал 8 солнечной шестерни 5 действует разделенный крутящий момент Tes двигателя и крутящий момент Tm1 электродвигателя-генератора MG1. Эти крутящие моменты Tes и Tm1 сбалансированы. В случае, показанном на Фиг.2(C), крутящий момент Tm1 является таким, что направление действия крутящего момента и направление вращения являются противоположными, таким образом, этот крутящий момент Tm1 становится крутящим моментом привода, переданным от вала 10 коронной шестерни R. Следовательно, в это время электродвигатель-генератор MG1 работает как генератор. То есть разделенный крутящий момент Tes двигателя становится равным крутящему моменту для возбуждения электродвигателя-генератора MG1. Следовательно, в это время электродвигатель-генератор MG1 приводится в действие двигателем 1.On the other hand, the divided engine torque Tes and the torque Tm 1 of the motor generator MG1 are acting on the
На Фиг.2(C) Nr, Ne и Ns соответственно показывают скорости вала 10 коронной шестерни R, вала водила C планетарной передачи, то есть приводного вала 9, и вала 8 солнечной шестерни S. Следовательно, соотношение скоростей валов 8, 9 и 10 и соотношение крутящих моментов, действующих на валы 8, 9 и 10, будет очевидно с первого взгляда на Фиг.2(C). Фиг.2(C) называется "номограммой". Сплошная линия, показанная на Фиг.2(C), называется "операционной линией".In Fig. 2 (C), Nr, Ne and Ns respectively show the speeds of the
Теперь, как показано на Фиг.2(C), если крутящий момент привода транспортного средства равен Tr, а скоростью коронной шестерни 5 является Nr, выходная мощность Pr привода транспортного средства для приведения в движение транспортного средства выражается как Pr=Tr·Nr. Дополнительно, выходная мощность Pe двигателя 1 в это время выражается произведением Te·Ne крутящего момента Te двигателя и скорости Ne вращения двигателя. С другой стороны, в это время генерируемая электроэнергия электродвигателя-генератора MG1 подобным образом выражается произведением крутящего момента и скорости вращения. Следовательно, генерируемая электроэнергия электродвигателя-генератора MG1 становится равной Tm1·Ns. Дополнительно, энергия возбуждения электродвигателя-генератора MG2 также выражается произведением крутящего момента и скорости. Следовательно, энергия возбуждения электродвигателя-генератора MG2 становится равной Tm2·Nr. Здесь если предполагать, что генерированная электроэнергия Tm1·Ns электродвигателя-генератора MG1 равна энергии Tm2·Nr возбуждения электродвигателя-генератора MG2, и энергия, сгенерированная электродвигателем-генератором MG1, используется, чтобы возбуждать электродвигатель-генератор MG2, общая выходная мощность Pe двигателя 1 используется выходной мощностью Pr привода транспортного средства. В это время Pr=Pe, следовательно, Tr·Nr=Te·Ne. То есть крутящий момент Te двигателя преобразуется в крутящий момент Tr привода транспортного средства. Следовательно, система регулирования 2 выходной мощности выполняет действие преобразования крутящего момента. Следует отметить, что, в действительности, существует потеря при выработке электроэнергии и потеря зубчатой передачи, таким образом, выходная мощность Pe двигателя 1 не может использоваться для выходной мощности Pr привода транспортного средства, но система 2 регулирования выходной мощности все еще выполняет действие преобразования крутящего момента.Now, as shown in FIG. 2 (C), if the vehicle drive torque is Tr and the
Фиг.3(A) показывает эквивалентные линии выходных мощностей от Pe1 до Pe9 двигателя 1. Между величинами выходных мощностей существует соотношение Pe1<Pe2<Pe3<Pe4<Pe5<Pe6<Pe7<Pe8<Pe9. Следует отметить, что ордината на Фиг.3(A) показывает крутящий момент Te двигателя, в то время как абсцисса на Фиг.3(A) показывает скорость Ne вращения двигателя. Как будет понятно из Фиг.3(A), существуют бесчисленные комбинации крутящего момента Te двигателя и скорости Ne вращения двигателя, удовлетворяющие требуемой выходной мощности Pe двигателя 1, запрошенной для приведения в движение транспортного средства. В этом случае неважно, какая комбинация крутящего момента Te двигателя и скорости Ne вращения двигателя выбирается, возможно преобразовать крутящий момент Te двигателя в крутящий момент Tr привода транспортного средства в системе 2 регулирования выходной мощности. Следовательно, если использовать эту систему 2 регулирования выходной мощности, становится возможным устанавливать требуемую комбинацию крутящего момента Te двигателя и скорости Ne вращения двигателя, дающую одну и ту же выходную мощность Pe двигателя. В настоящем изобретении, как поясняется позже, устанавливается комбинация крутящего момента Te двигателя и скорости Ne вращения двигателя, способная обеспечивать требуемую выходную мощность Pe двигателя 1 и получать лучший расход топлива. Соотношение, показанное на Фиг.3(A), сохраняется заранее в ПЗУ 22.Figure 3 (A) shows the equivalent output power lines from Pe 1 to Pe 9 of engine 1. Between the output powers, there is a relation Pe 1 <Pe 2 <Pe 3 <Pe 4 <Pe 5 <Pe 6 <Pe 7 <Pe 8 < Pe 9 . It should be noted that the ordinate in FIG. 3 (A) shows the engine torque Te, while the abscissa in FIG. 3 (A) shows the engine rotation speed Ne. As will be understood from FIG. 3 (A), there are innumerable combinations of engine torque Te and engine speed Ne satisfying the required output power Pe of
Фиг.3(B) показывает эквивалентные линии степени открытия акселератора педали 27 акселератора, то есть эквивалентные линии L нажатия. Величины L нажатия показаны как проценты относительно эквивалентных линий L нажатия. Следует отметить, что ордината на Фиг.3(B) показывает требуемый крутящий момент TrX привода транспортного средства, запрошенный для приведения в движение транспортного средства, в то время как абсцисса на Фиг.3(B) показывает скорость Nr вращения коронной шестерни 5. Из Фиг.3(B) будет понятно, что требуемый крутящий момент TrX привода транспортного средства определяется из величины нажатия L педали 27 акселератора и скорости Nr вращения коронной шестерни 5 в это время. Соотношение, показанное на Фиг.3(B), сохраняется заранее в ПЗУ 22.Figure 3 (B) shows the equivalent lines of the degree of opening of the accelerator of the
Далее, обращаясь к Фиг.4, будет пояснена основная управляющая процедура для управления транспортным средством. Следует отметить, что эта процедура выполняется по прерыванию в предварительно определенные временные интервалы.Next, referring to FIG. 4, a basic control procedure for driving a vehicle will be explained. It should be noted that this procedure is performed by interruption at predetermined time intervals.
Обращаясь к Фиг.4, сначала, на этапе 100, определяется скорость Nr вращения коронной шестерни 5. Далее, на этапе 101, считывается величина нажатия L педали 27 акселератора. Далее, на этапе 102, требуемый крутящий момент TrX привода транспортного средства вычисляется из соотношения, показанного на Фиг.3(B). Далее, на этапе 103, скорость Nr вращения коронной шестерни 5 умножается на требуемый крутящий момент TrX привода транспортного средства, чтобы вычислять требуемую выходную мощность Pr=(TrX Nr) привода транспортного средства. Далее, на этапе 104, требуемая выходная мощность Pr привода транспортного средства складывается с выходной мощностью Pd двигателя, чтобы увеличиваться или уменьшаться для заряда или разряда аккумулятора 19, и выходной мощностью Ph двигателя, требуемой для вспомогательных приводящих устройств, чтобы вычислять выходную мощность Pn, требуемую от двигателя 1. Следует отметить, что выходная мощность Pd двигателя для заряда и разряда аккумулятора 19 вычисляется процедурой, показанной на поясненной далее Фиг.5(B).Turning to FIG. 4, first, at
Далее, на этапе 105, выходная мощность Pr, требуемая двигателем 1, делится на кпд ηt преобразования крутящего момента системы 2 регулирования выходной мощности с тем, чтобы вычислять конечную требуемую выходную мощность Pe двигателя 1 =(Pn/ηt). Далее, на этапе 106, из соотношения, показанного на Фиг.3(A), устанавливаются требуемый крутящий момент TeX двигателя и требуемая скорость NeX вращения двигателя и т.д., удовлетворяющие требуемой выходной мощности двигателя Pe и дающие минимальный расход топлива. Требуемый крутящий момент TeX двигателя и требуемая скорость NeX вращения двигателя и т.д. устанавливаются процедурой, показанной на поясненных далее Фиг.24 и 28. Следует отметить, что в настоящем изобретении "минимальный расход топлива" означает минимальный расход топлива, когда рассматривается не только кпд двигателя 1, но также и кпд передаточного механизма системы 2 регулирования выходной мощности и т.д.Next, in
Далее, на этапе 107, требуемый крутящий момент Tm2X электродвигателя-генератора MG2=(TrX-Ter=TrX-TeX/(1+ρ)) вычисляется из требуемого крутящего момента TrX привода транспортного средства и требуемого крутящего момента TeX двигателя. Далее, на этапе 108, требуемая скорость NsX вращения солнечной шестерни 4 вычисляется из скорости Nr вращения коронной шестерни 5 и требуемой скорости NeX вращения двигателя. Следует отметить, что из соотношения, показанного на Фиг.2(C), (NeX-Ns):(Nr-NeX)=1:ρ, таким образом, требуемая скорость NsX вращения солнечной шестерни 4 выражается как Nr-(Nr-NeX)·(1+ρ)/p, как показано этапом 108 на Фиг.4.Next, in
Далее, на этапе 109, электродвигатель-генератор MG1 управляется так, что скорость вращения электродвигателя-генератора MG1 становится требуемой скоростью NsX вращения. Если скорость вращения электродвигателя-генератора MG1 становится требуемой скоростью NsX вращения, скорость Ne вращения двигателя становится требуемой скоростью NeX вращения двигателя и, следовательно, скорость Ne вращения двигателя управляется электродвигателем-генератором MG1 до требуемой скорости NeX вращения двигателя. Далее, на этапе 110, электродвигатель-генератор MG2 управляется так, что крутящий момент электродвигателя-генератора MG2 становится требуемым крутящим моментом Tm2X. Далее, на этапе 111, величина впрыска топлива, требуемая для получения требуемого крутящего момента TeX двигателя, и целевая степень открытия дроссельной заслонки вычисляются. На этапе 112 двигатель 1 управляется на их основе.Next, in
В этом отношении в гибридном транспортном средстве необходимо поддерживать накопленный заряд аккумулятора 19 на постоянной величине или больше все время. Следовательно, в варианте осуществления согласно настоящему изобретению, как показано на Фиг.5(A), накопленный заряд SOC сохраняется между нижним предельным значением SC1 и верхним предельным значением SC2. То есть в варианте осуществления согласно настоящему изобретению, если накопленный заряд SOC падает ниже нижнего предельного значения SC1, выходная мощность двигателя принудительно возрастает с тем, чтобы увеличивать величину выработки электроэнергии. Если накопленный заряд SOC превышает верхнее предельное значение SC2, выходная мощность двигателя принудительно уменьшается с тем, чтобы увеличивать величину потребления энергии электродвигателем-генератором. То есть накопленный заряд SOC, например, вычисляется совокупным сложением тока I заряда и разряда аккумулятора 19.In this regard, in a hybrid vehicle, it is necessary to maintain the accumulated charge of the
Фиг.5(B) показывает управляющую процедуру для заряда и разряда аккумулятора 19. Эта процедура выполняется по прерыванию в предварительно определенные временные интервалы.5 (B) shows a control procedure for charging and discharging the
Обращаясь к Фиг.5(B), сначала, на этапе 120, накопленный заряд SOC складывается с током I заряда и разряда аккумулятора 19. Это значение I тока задано положительным во время заряда и сделано отрицательным во время разряда. Далее, на этапе 121, оценивается, находится ли аккумулятор в середине принудительного заряда. Когда не находится посреди принудительного заряда, процедура переходит к этапу 122, где оценивается, упал ли накопленный заряд SOC ниже, чем нижнее предельное значение SC1. Если SOC<SC1, процедура переходит к этапу 124, где выходная мощность Pd двигателя на этапе 104 на Фиг.4 становится равной предварительно определенному значению Pd1. В это время выходная мощность двигателя принудительно увеличивается, и аккумулятор 19 принудительно заряжается. Если аккумулятор 19 принудительно заряжается, процедура переходит от этапа 121 к этапу 123, где оценивается, было ли завершено действие принудительного заряда. Процедура переходит к этапу 124 до тех пор, пока действие принудительного заряда не будет завершено.Referring to FIG. 5 (B), first, at
С другой стороны, когда на этапе 122 оценивается, что SOC≥SC1, процедура переходит к этапу 125, где оценивается, находится ли аккумулятор 19 в середине принудительного разряда. Когда он не находится в середине принудительного разряда, процедура переходит к этапу 126, где оценивается, превысил ли накопленный заряд SOC верхнее предельное значение SC2. Если SOC>SC2, процедура переходит к этапу 128, где выходная мощность Pd двигателя на этапе 104 на Фиг.4 становится равной предварительно определенному значению Pd2. В это время выходная мощность двигателя принудительно уменьшается, и аккумулятор 19 принудительно разряжается. Если аккумулятор 19 принудительно разряжается, процедура переходит от этапа 125 к этапу 127, где оценивается, было ли завершено действие принудительного разряда или нет. Процедура переходит к этапу 128 до окончания действия принудительного разряда.On the other hand, when it is estimated that SOC≥SC 1 is in
Далее, двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием, показанный на Фиг.1, будет пояснен со ссылкой на Фиг.6.Next, the spark ignition type internal combustion engine shown in FIG. 1 will be explained with reference to FIG. 6.
На Фиг.6 ссылочной позицией 30 обозначен картер двигателя, 31 - блок цилиндров, 32 - головка блока цилиндров, 33 - поршень, 34 - камера сгорания, 35 - свеча зажигания, размещенная в верхней мертвой точке камеры 34 сгорания, 36 - впускной клапан, 37 - впускное отверстие, 38 - выпускной клапан, 39 - выпускное отверстие. Впускное отверстие 37 соединено через впускной патрубок 40 с уравнительный бачком 41, в то время как каждый впускной патрубок 40 снабжен топливной форсункой 42 для впрыска топлива в соответствующее впускное отверстие 37. Следует отметить, что каждая топливная форсунка 42 может быть размещена в каждой камере 34 сгорания вместо прикрепления к каждому впускному патрубку 40.6,
Уравнительный бачок 41 соединяется через впускной канал 43 с воздушным фильтром 44, в то время как впускной канал 43 снабжен внутри дроссельной заслонкой 46, приводимой в действие приводом 45, и датчиком 47 объема всасываемого воздуха, использующим, например, провод с высоким сопротивлением. С другой стороны, выпускное отверстие 39 соединяется через выпускной коллектор 48 с каталитическим нейтрализатором 4, вмещающим в себя, например, трехкомпонентный нейтрализатор, в то время как выпускной коллектор 48 снабжен внутри датчиком 49а качества воздушно-топливной смеси.The
С другой стороны, в варианте осуществления, показанном на Фиг.6, соединяющая часть картера 30 двигателя и блока 31 цилиндров снабжена механизмом A переменной степени сжатия, способным изменять относительные положения картера 30 двигателя и блока 2 цилиндров в осевом направлении цилиндров с тем, чтобы изменять объем камеры 34 сгорания, когда поршень 33 расположен в верхней мертвой точке сжатия, и дополнительно снабжена механизмом изменения фаз газораспределения для того, чтобы управлять моментом закрытия впускного клапана 7 так, чтобы управлять объемом всасываемого воздуха, фактически подаваемого в камеру 34 сгорания.On the other hand, in the embodiment shown in FIG. 6, the connecting part of the
Фиг.7 является видом в перспективе с разнесением деталей механизма A переменной степени сжатия, показанного на Фиг.6, в то время как Фиг.8 является боковым поперечно-рассеченным видом иллюстрированного двигателя внутреннего сгорания. Обращаясь к Фиг.7, внизу двух боковых стенок блока 31 цилиндров сформированы множество выступающих частей 50, разделенных друг от друга определенным расстоянием. Каждая выступающая часть 50 сформирована с круглым в поперечном сечении отверстием 51 для вставки кулачка. С другой стороны, верхняя поверхность картера 30 двигателя сформирована с множеством выступающих частей 52, разделенных друг от друга определенным расстоянием и устанавливаемых между соответствующими выступающими частями 50. Эти выступающие части 52 также сформированы с круглыми в поперечном сечении отверстиями 53 для вставки кулачка.FIG. 7 is an exploded perspective view of a variable compression ratio mechanism A shown in FIG. 6, while FIG. 8 is a side cross-sectional view of an illustrated internal combustion engine. Referring to FIG. 7, at the bottom of two side walls of the
Как показано на Фиг.7, предусмотрена пара кулачковых валов 54, 55. Каждый из кулачковых валов 54, 55 имеет дисковые кулачки 56, закрепленные на них, выполненные с возможностью вращающимся образом вставляться в отверстия 51 для вставки кулачков в каждой второй позиции. Эти дисковые кулачки 56 являются соосными с осями вращения кулачковых валов 54, 55. С другой стороны, между дисковыми кулачками 56, как показано штриховкой на Фиг.8, протягивающиеся эксцентриковые валы 57 размещены эксцентрично по отношению к осям вращения кулачковых валов 54, 55. Каждый эксцентриковый вал 57 имеет другие дисковые кулачки 58, вращающимся образом прикрепленные к ним эксцентрично. Как показано на Фиг.7, эти дисковые кулачки 58 размещены между дисковыми кулачками 56. Эти дисковые кулачки 58 вращающимся образом вставлены в соответствующие отверстия 53 для вставки кулачков.As shown in FIG. 7, a pair of
Когда дисковые кулачки 56, прикрепленные к кулачковым валам 54, 55, вращаются в противоположных направлениях, как показано стрелками сплошной линии на Фиг.8(A), из состояния, показанного на Фиг.8(A), эксцентриковые валы 57 движутся к нижней точке, таким образом, дисковые кулачки 58 вращаются в противоположных направлениях от дисковых кулачков 56 в отверстиях 53 для вставки кулачков, как показано стрелками прерывистой линии на Фиг.8(A). Как показано на Фиг.8(B), когда эксцентриковые валы 57 движутся к нижней точке, центры дисковых кулачков 58 движутся ниже эксцентриковых валов 57.When the
Как будет понятно из сравнения Фиг.8(A) и 8(B), относительные положения картера 30 двигателя и блока 31 цилиндров определяются расстоянием между центрами дисковых кулачков 56 и центрами дисковых кулачков 58. Чем больше расстояние между центрами дисковых кулачков 56 и центрами дисковых кулачков 58, тем дальше блок 31 цилиндров от картера 31 двигателя. Если блок 31 цилиндров движется от картера 30 двигателя, объем камеры 34 сгорания, когда поршень 33 расположен в верхней мертвой точке сжатия, увеличивается, следовательно, создавая вращение кулачковых валов 54, 55, объем камеры 34 сгорания, когда поршень 33 расположен в верхней мертвой точке сжатия, может изменяться.As will be understood from the comparison of Figs. 8 (A) and 8 (B), the relative positions of the
Как показано на Фиг.7, чтобы создать вращение кулачковых валов 54, 55 в противоположных направлениях, вал приводного двигателя 59 снабжен парой червячных шестерней 61, 62 с противоположными направлениями резьбы. Шестерни 63, 64, сцепляющиеся с этими червячными шестернями 61, 62, прикреплены к концам кулачковых валов 54, 55. В этом варианте осуществления приводной двигатель 59 может приводиться в движение, чтобы изменять объем камеры 34 сгорания, когда поршень 33 расположен в верхней мертвой точке сжатия, в большом диапазоне. Следует отметить, что механизм A переменной степени сжатия, показанный на Фиг.6-8, является примерным. Может быть использован любой тип механизма переменной степени сжатия.As shown in FIG. 7, in order to rotate the
С другой стороны, Фиг.9 показывает механизм B регулирования фаз газораспределения, прикрепленный к концу кулачкового вала 70 для приведения в движение впускного клапана 36 на Фиг.6. Обращаясь к Фиг.9, этот механизм B регулирования фаз газораспределения снабжен зубчатым шкивом 71, вращаемым выходным валом 9 двигателя 1 через зубчатый ремень привода в направлении стрелки, цилиндрическим корпусом 72, вращающимся вместе с зубчатым шкивом 71, валом 73, способным вращаться вместе с кулачковым валом 70 привода впускного клапана и вращаться относительно цилиндрического корпуса 72, множеством частей 74, проходящих от внутренней окружности цилиндрического корпуса 72 к внешней окружности вала 73, и лопастями 75, проходящими между частями 74 от внешней окружности вала 73 к внутренней окружности цилиндрического корпуса 72, две стороны лопастей 75 сформированы с гидравлическими камерами 76 для опережения и используют гидравлические камеры 77 для запаздывания.On the other hand, FIG. 9 shows a valve timing control mechanism B attached to the end of a
Подача рабочей жидкости на масляной основе в гидравлические камеры 76, 77 управляется клапаном 78 управления подачей рабочей жидкости на масляной основе. Этот клапан 78 управления подачей рабочей жидкости на масляной основе снабжен отверстиями 79, 80 для жидкости, соединенными с гидравлическими камерами 76, 77, отверстием 82 подачи рабочей жидкости на масляной основе, выпущенной из гидравлического насоса 81, парой сливных отверстий 83, 84 и золотниковым клапаном 85 для управления соединением и разъединением отверстий 79, 80, 82, 83 и 84.The oil-based fluid supply to the
Чтобы сдвинуть в сторону опережения фазу кулачков кулачкового вала 70 привода впускного клапана, на Фиг.9, золотниковый клапан 85 выполнен двигающимся вправо, рабочая жидкость на масляной основе, подаваемая из подающего отверстия 82, подается через гидравлическое отверстие 79 к гидравлическим камерам 76 для опережения, а рабочая жидкость на масляной основе в гидравлических камерах 77 для запаздывания стекает из сливного отверстия 84. В это время вал 73 вращается относительно цилиндрического корпуса 72 в направлении стрелки.In order to advance the cam phase of the camshaft of the
Как противоположность этому, чтобы задержать фазу кулачков кулачкового вала 70 привода впускного клапана, на Фиг.9, золотниковый клапан 85 выполнен двигающимся влево, рабочая жидкость на масляной основе, подаваемая из подающего отверстия 82, подается через гидравлическое отверстие 80 к гидравлическим камерам 77 для запаздывания, а рабочая жидкость на масляной основе в гидравлических камерах 76 для опережения стекает из сливного отверстия 83. В это время вал 73 вращается относительно цилиндрического корпуса 72 в направлении, противоположном стрелкам.In contrast, in order to delay the phase of the cams of the camshaft of the
Когда вал 73 вращается относительно цилиндрического корпуса 72, если золотниковый клапан 85 возвращен в нейтральную позицию, показанную на Фиг.9, операция относительного вращения вала 73 заканчивается, и вал 73 удерживается в относительной вращающейся позиции в это время. Следовательно, возможно использовать механизм B регулирования фаз газораспределения с тем, чтобы двигать в сторону опережения или запаздывания фазу кулачков кулачкового вала 70 привода впускного клапана на точную требуемую величину.When the
На Фиг.10 сплошная линия показывает, когда механизм B регулирования фаз газораспределения используется, чтобы наиболее сдвигать в сторону опережения фазу кулачков кулачкового вала 70 привода впускного клапана, в то время как прерывистая линия показывает, когда он используется, чтобы сдвигать в сторону запаздывания фазу кулачков кулачкового вала 70 привода впускного клапана. Следовательно, момент открытия впускного клапана 36 может быть свободно установлен между диапазоном, показанным сплошной линией на Фиг.10, и диапазоном, показанным прерывистой линией, следовательно, момент закрытия впускного клапана 36 может быть установлен в любом угле поворота коленчатого вала в диапазоне, показанном стрелкой C на Фиг.10.In Fig. 10, a solid line shows when the camshaft adjuster B is used to advance the cam phase of the
Механизм B регулирования фаз газораспределения, показанный на Фиг.6 и 9, является одним примером. Например, может использоваться механизм регулирования фаз газораспределения или другие различные типы механизмов регулирования фаз газораспределения, способные изменять только момент закрытия впускного клапана, в то же время сохраняя постоянным момент открытия впускного клапана.The valve timing control mechanism B shown in FIGS. 6 and 9 is one example. For example, a valve timing control mechanism or other various types of valve timing control mechanisms that can only change the timing of closing the intake valve while maintaining a constant timing of opening the intake valve can be used.
Далее, значение терминов, используемых в настоящей заявке, будет пояснено со ссылкой на Фиг.11. Следует отметить, что Фиг.11(A), 11(B) и 11(C) показывают в пояснительных целях двигатель с объемом камер сгорания в 50 мл и рабочим объемом цилиндра над поршнем в 500 мл. На этих Фиг.11(A), 11(B) и 11(C) объем камеры сгорания показывает объем камеры сгорания, когда поршень находится в верхней мертвой точке сжатия.Next, the meaning of the terms used in this application will be explained with reference to Fig.11. It should be noted that FIGS. 11 (A), 11 (B) and 11 (C) show, for explanatory purposes, an engine with a volume of combustion chambers of 50 ml and a cylinder displacement of 500 ml above the piston. In these Figures 11 (A), 11 (B) and 11 (C), the volume of the combustion chamber indicates the volume of the combustion chamber when the piston is at compression top dead center.
Фиг.11(A) поясняет степень механического сжатия. Степень механического сжатия является величиной, определенной механически из рабочего объема цилиндра и объема камеры сгорания в момент такта сжатия. Эта степень механического сжатия выражается значением (объем камеры сгорания + рабочий объем)/объем камеры сгорания. В примере, показанном на Фиг.11(A), эта степень механического сжатия становится (50 мл+500 мл)/50 мл=11.11 (A) illustrates the degree of mechanical compression. The degree of mechanical compression is a value determined mechanically from the working volume of the cylinder and the volume of the combustion chamber at the time of the compression stroke. This degree of mechanical compression is expressed by the value (volume of the combustion chamber + working volume) / volume of the combustion chamber. In the example shown in FIG. 11 (A), this mechanical compression ratio becomes (50 ml + 500 ml) / 50 ml = 11.
Фиг.11(B) поясняет степень фактического сжатия. Эта степень фактического сжатия является величиной, определенной из фактического рабочего объема цилиндра от момента, когда действие сжатия фактически началось, до момента, когда поршень достигает верхней мертвой точки, и объема камеры сгорания. Эта степень фактического сжатия выражается значением (объем камеры сгорания + фактический рабочий объем)/объем камеры сгорания. То есть, как показано на Фиг.11(B), даже если поршень начинает подниматься в ходе сжатия, действие сжатия не выполняется, пока открыт впускной клапан. Фактическое действие сжатия начинается после того, как впускной клапан закрывается. Следовательно, степень фактического сжатия выражается следующим образом с помощью фактического рабочего объема. В примере, показанном на Фиг.11(B), степень фактического сжатия становится (50 мл+450 мл)/50 мл=10.11 (B) illustrates the degree of actual compression. This degree of actual compression is a value determined from the actual working volume of the cylinder from the moment when the compression action actually began to the moment when the piston reaches top dead center and the volume of the combustion chamber. This actual compression ratio is expressed by the value (volume of the combustion chamber + actual working volume) / volume of the combustion chamber. That is, as shown in FIG. 11 (B), even if the piston starts to rise during compression, the compression action is not performed while the intake valve is open. The actual compression action begins after the intake valve closes. Therefore, the actual compression ratio is expressed as follows using the actual working volume. In the example shown in FIG. 11 (B), the actual compression ratio becomes (50 ml + 450 ml) / 50 ml = 10.
Фиг.11(C) поясняет степень расширения. Степень расширения является величиной, определенной из рабочего объема цилиндра во время такта расширения и объема камеры сгорания. Эта степень расширения выражается значением (объем камеры сгорания + рабочий объем)/объем камеры сгорания. В примере, показанном на Фиг.11(C), эта степень расширения равна (50 мл+500 мл)/50 мл=11.11 (C) illustrates the degree of expansion. The expansion ratio is a value determined from the working volume of the cylinder during the expansion stroke and the volume of the combustion chamber. This expansion ratio is expressed by the value (volume of the combustion chamber + working volume) / volume of the combustion chamber. In the example shown in FIG. 11 (C), this expansion ratio is (50 ml + 500 ml) / 50 ml = 11.
Далее, со ссылкой Фиг.12 и 13 будет пояснен цикл сверхвысокой степени расширения в настоящем изобретении. Следует отметить, что Фиг.12 показывает соотношение между теоретическим термическим кпд и степенью расширения, в то время как Фиг.13 показывает сравнение между обычным циклом и циклом сверхвысокой степени расширения, используемым выборочно в соответствии с нагрузкой в настоящем изобретении.Next, with reference to Figs. 12 and 13, an ultrahigh expansion ratio cycle in the present invention will be explained. It should be noted that FIG. 12 shows the relationship between theoretical thermal efficiency and expansion ratio, while FIG. 13 shows a comparison between a conventional cycle and an ultra-high expansion cycle used selectively in accordance with the load in the present invention.
Фиг.13(A) показывает обычный цикл, когда впускной клапан закрывается рядом с нижней мертвой точкой, и действие сжатия посредством поршня начинается близко, по существу, от нижней мертвой точки сжатия. В примере, также показанном на этом Фиг.13(A), в том же способе, что и в примерах, показанных на Фиг.11(A), 11(B) и 11(C), объем камеры сгорания равен 50 мл, а рабочий объем цилиндра равен 500 мл. Как будет понятно из Фиг.13(A), в обычном цикле степень механического сжатия равна (50 мл+500 мл)/50 мл=11, степень фактического сжатия также равна приблизительно 11, и степень расширения также равна (50 мл+500 мл)/50 мл=11. То есть в обычном двигателе внутреннего сгорания степень механического сжатия и степень фактического сжатия и степень расширения становятся, по существу, одинаковыми.13 (A) shows a normal cycle when the intake valve closes near the bottom dead center and the compression action by the piston starts close essentially from the bottom dead center of the compression. In the example also shown in this FIG. 13 (A), in the same method as in the examples shown in FIGS. 11 (A), 11 (B) and 11 (C), the volume of the combustion chamber is 50 ml, and the working volume of the cylinder is 500 ml. As will be understood from FIG. 13 (A), in a typical cycle, the mechanical compression ratio is (50 ml + 500 ml) / 50 ml = 11, the actual compression ratio is also approximately 11, and the expansion ratio is also (50 ml + 500 ml ) / 50 ml = 11. That is, in a conventional internal combustion engine, the mechanical compression ratio and the actual compression ratio and the expansion ratio become substantially the same.
Сплошная линия на Фиг.12 показывает изменение в теоретическом термическом кпд в случае, когда степень фактического сжатия и степень расширения, по существу, равны, то есть в обычном цикле. В этом случае изучено, что чем больше степень расширения, т.е. выше степень фактического сжатия, тем выше теоретический термический кпд. Следовательно, в обычном цикле, чтобы повысить теоретический термический кпд, степень фактического сжатия должна быть более высокой. Однако из-за ограничений на возникновение детонации во время работы двигателя при высокой нагрузке степень фактического сжатия может быть повышена только равномерно максимум приблизительно до 12, соответственно, в обычном цикле, теоретический термический кпд не может быть сделан достаточно высоким.The solid line in FIG. 12 shows the change in theoretical thermal efficiency in the case where the actual compression ratio and the expansion ratio are substantially equal, that is, in a normal cycle. In this case, it was studied that the greater the degree of expansion, i.e. the higher the actual compression ratio, the higher the theoretical thermal efficiency. Therefore, in a normal cycle, in order to increase the theoretical thermal efficiency, the actual compression ratio should be higher. However, due to restrictions on the occurrence of detonation during engine operation under high load, the actual compression ratio can only be increased uniformly to a maximum of approximately 12, respectively, in a normal cycle, the theoretical thermal efficiency cannot be made sufficiently high.
С другой стороны, в такой ситуации изучается способ повысить теоретический термический кпд при четком различении между степенью механического сжатия и степенью фактического сжатия и в результате обнаружилось, что в теоретическом термическом кпд степень расширения является доминирующей, и на теоретический термический кпд почти совсем не влияет степень фактического сжатия. То есть если степень фактического сжатия повышается, взрывная сила растет, но сжатие требует большой энергии, соответственно, даже если степень фактического сжатия повышается, теоретический термический кпд почти совсем не будет повышаться.On the other hand, in such a situation, a method is being studied to increase the theoretical thermal efficiency with a clear distinction between the degree of mechanical compression and the actual compression ratio, and as a result, it was found that in the theoretical thermal efficiency the degree of expansion is dominant, and the theoretical thermal efficiency is almost completely unaffected by the degree of actual compression. That is, if the actual compression ratio increases, the explosive force increases, but the compression requires a lot of energy, respectively, even if the actual compression ratio increases, the theoretical thermal efficiency will almost not increase.
В противоположность этому, если повышается степень расширения, чем длиннее период, в течение которого сила действует как сила, придавливающая поршень в момент такта расширения, тем более продолжительно время, в течение которого поршень передает силу вращения коленчатому валу. Следовательно, чем больше степень расширения, тем более высоким становится теоретический термический кпд. Прерывистая линия на Фиг.12 показывает теоретический термический кпд в случае фиксирования степени фактического сжатия в значениях 5, 6, 7, 8, 9, 10, соответственно, и повышения степени расширения в этом состоянии. Заметим, что на Фиг.12 черные точки показывают пиковые позиции теоретического термического кпд, когда фактические степени сжатия равны 5, 6, 7, 8, 9, 10. Понятно из Фиг.12, что величина роста теоретического термического кпд при повышении степени расширения в состоянии, когда степень ε фактического сжатия сохраняется на низком значении, и величина роста теоретического термического кпд в случае, когда степень фактического сжатия повышается вместе со степенью расширения, как показано сплошной линией на Фиг.12, почти не будут отличаться.In contrast, if the degree of expansion increases, the longer the period during which the force acts as the force pressing the piston at the time of the expansion stroke, the longer the time during which the piston transfers the rotational force to the crankshaft. Therefore, the greater the degree of expansion, the higher the theoretical thermal efficiency becomes. The dashed line in FIG. 12 shows the theoretical thermal efficiency in the case of fixing the actual compression ratio at 5, 6, 7, 8, 9, 10, respectively, and increasing the expansion ratio in this state. Note that in Fig. 12, black dots show the peak positions of the theoretical thermal efficiency when the actual compression ratios are 5, 6, 7, 8, 9, 10. It is clear from Fig. 12 that the growth rate of the theoretical thermal efficiency with increasing degree of expansion in the state where the actual compression ratio ε is kept at a low value, and the theoretical thermal efficiency growth rate when the actual compression ratio increases together with the expansion ratio, as shown by the solid line in FIG. 12, will hardly differ.
Если степень ε фактического сжатия удерживается на низком значении в этом способе, детонация не возникнет, следовательно, при повышении степени расширения в состоянии, где степень фактического сжатия удерживается на низком значении, возникновение детонации может быть предотвращено, и теоретический термический кпд может быть значительно повышен. Фиг.13(B) показывает пример случая, когда используется механизм A переменной степени сжатия и механизм B регулирования фаз газораспределения, чтобы поддерживать степень фактического сжатия на низком значении и повышать степень расширения.If the actual compression ratio ε is kept at a low value in this method, knocking will not occur, therefore, if the expansion ratio is increased in a state where the actual compression ratio is kept at a low value, the occurrence of detonation can be prevented, and the theoretical thermal efficiency can be significantly increased. 13 (B) shows an example of a case where a variable compression ratio mechanism A and a variable valve timing mechanism B are used to maintain the actual compression ratio at a low value and increase the expansion ratio.
Обращаясь к Фиг.13(B), в этом примере, используется механизм A переменной степени сжатия, чтобы уменьшить объем камеры сгорания с 50 мл до 20 мл. С другой стороны, механизм B регулирования фаз газораспределения используется, чтобы задержать момент закрытия впускного клапана до тех пор, пока фактический рабочий ход поршня не изменится с 500 мл до 200 мл. В результате, в этом примере, степень фактического сжатия равна (20 мл+200 мл)/20 мл=11, а степень расширения равна (20 мл+500 мл)/20 мл=26. В обычном цикле, показанном на Фиг.13(A), как пояснено выше, степень фактического сжатия равна приблизительно 11 и степень расширения равна 11. По сравнению с этим случаем в случае, показанном на Фиг.13(B), изучено, что только степень расширения повышается до 26. По это причине цикл и называется "циклом сверхвысокой степени расширения".Referring to FIG. 13 (B), in this example, a variable compression ratio mechanism A is used to reduce the volume of the combustion chamber from 50 ml to 20 ml. On the other hand, valve timing control mechanism B is used to delay the closing timing of the intake valve until the actual piston stroke has changed from 500 ml to 200 ml. As a result, in this example, the actual compression ratio is (20 ml + 200 ml) / 20 ml = 11, and the expansion ratio is (20 ml + 500 ml) / 20 ml = 26. In the conventional cycle shown in FIG. 13 (A), as explained above, the actual compression ratio is approximately 11 and the expansion ratio is 11. Compared to this case in the case shown in FIG. 13 (B), it has been studied that only the degree of expansion rises to 26. For this reason, the cycle is called the "cycle of superhigh degree of expansion".
Как пояснено выше, если увеличивается степень расширения, теоретический термический кпд улучшается, и расход топлива улучшается. Следовательно, степень расширения предпочтительно растет в настолько широкой рабочей области, насколько возможно. Однако, как показано на Фиг.13(B), в цикле сверхвысокой степени расширения, так как фактический рабочий ход поршня в момент такта сжатия сделан меньше, объем всасываемого воздуха, подаваемого в камеру 34 сгорания, становится меньше. Следовательно, этот цикл сверхвысокой степени расширения может применяться только тогда, когда объем всасываемого воздуха, подаваемого в камеру 34 сгорания, является небольшим, то есть когда требуемый крутящий момент Te двигателя является низким. Следовательно, в варианте осуществления согласно настоящему изобретению, когда требуемый крутящий момент Te двигателя низкий, применяется цикл сверхвысокой степени расширения, показанный на Фиг.13(B), в то же время когда требуемый крутящий момент Te двигателя высокий, применяется нормальный цикл, показанный на Фиг.13(A).As explained above, if the degree of expansion increases, the theoretical thermal efficiency improves and fuel consumption improves. Therefore, the degree of expansion preferably grows in as wide a work area as possible. However, as shown in FIG. 13 (B), in the super-high expansion ratio cycle, since the actual piston stroke at the time of the compression stroke is made smaller, the amount of intake air supplied to the
Далее, обращаясь к Фиг.14, поясняется, как двигатель 1 управляется в соответствии с требуемым крутящим моментом Te.Next, referring to FIG. 14, it is explained how the
Фиг.14 показывает изменения в степени механического сжатия, степени расширения, моменте закрытия впускного клапана 36, степени фактического сжатия, объеме всасываемого воздуха, степени открытия дроссельной заслонки 46 и уровне расхода топлива в соответствии с требуемым крутящим моментом Te двигателя. Уровень расхода топлива показывает величину расхода топлива, когда транспортное средство проходит предварительно определенное расстояние перемещения в предварительно определенном режиме движения. Следовательно, значение, показывающее уровень расхода топлива, становится тем меньше, чем лучше уровень расхода топлива. Следует отметить, что в варианте осуществления согласно настоящему изобретению обычно среднее соотношение воздух-топливо в камере 34 сгорания является обратной связью, управляемой на основе выходного сигнала датчика 49a соотношения воздух-топливо до стехиометрического соотношения воздух-топливо, так что трехкомпонентный нейтрализатор в каталитическом нейтрализаторе 49 отработавших газов может одновременно уменьшать несгоревшие CH, CO и NOX в выхлопном газе. Фиг.12 показывает теоретический термический кпд, когда среднее соотношение воздух-топливо в камере сгорания 34 равно стехиометрическому соотношению воздух-топливо таким способом.14 shows changes in the degree of mechanical compression, the degree of expansion, the closing timing of the
С другой стороны, в этом способе в варианте осуществления согласно изобретению среднее соотношение воздух-топливо в камере 34 сгорания управляется до стехиометрического соотношения воздух-топливо, таким образом, крутящий момент Te двигателя становится пропорциональным объему всасываемого воздуха, подаваемого в камеру 34 сгорания. Следовательно, как показано на Фиг.14, чем больше требуемый крутящий момент Te двигателя падает, тем больше уменьшается объем всасываемого воздуха. Следовательно, чтобы еще больше уменьшать объем всасываемого воздуха при падении требуемого крутящего момента Te двигателя, как показано сплошной линией на Фиг.14, момент закрытия впускного клапана 36 задерживается. Дроссельная заслонка 46 удерживается в полностью открытом состоянии, пока объем всасываемого воздуха управляется посредством задержки момента закрытия дроссельной заслонки 36 таким способом. С другой стороны, если требуемый крутящий момент Te двигателя становится ниже, чем определенное значение Te1, дальше невозможно управлять объемом всасываемого воздуха до требуемого объема всасываемого воздуха посредством управления моментом закрытия впускного клапана 36. Следовательно, когда требуемый крутящий момент Te двигателя ниже, чем это значение Te1, предельное значение Te1, момент закрытия впускного клапана 36 удерживается на предельном моменте закрытия во время предельного значения Te1. В это время объем всасываемого воздуха управляется дроссельной заслонкой 46.On the other hand, in this method, in the embodiment according to the invention, the average air-fuel ratio in the
С другой стороны, как пояснено выше, когда требуемый крутящий момент Te двигателя низкий, применяется цикл сверхвысокой степени расширения, следовательно, как показано на Фиг.14, когда требуемый крутящий момент Te двигателя низкий, степень механического сжатия растет, посредством чего степень расширения становится выше. В этом отношении, как показано на Фиг.12, когда, например, степень ε фактического сжатия равна 10, теоретический термический кпд достигает пика, когда степень расширения равна 35 или около того. Следовательно, когда требуемый крутящий момент Te двигателя низкий, предпочтительно повышать степень механического сжатия до тех пор, пока степень расширения не станет 35 или около того. Однако трудно повышать степень механического сжатия до тех пор, пока степень расширения не станет 35 или около того, из-за структурных ограничений. Следовательно, в варианте осуществления согласно настоящему изобретению, когда требуемый крутящий момент Te двигателя низкий, степень механического сжатия становится максимальной структурно возможной степенью механического сжатия, так что получается высокая степень расширения, насколько возможно.On the other hand, as explained above, when the required engine torque Te is low, an ultra-high expansion ratio cycle is applied, therefore, as shown in FIG. 14, when the required engine torque Te is low, the mechanical compression ratio increases, whereby the expansion ratio becomes higher . In this regard, as shown in FIG. 12, when, for example, the actual compression ratio ε is 10, the theoretical thermal efficiency reaches a peak when the expansion ratio is 35 or so. Therefore, when the required engine torque Te is low, it is preferable to increase the mechanical compression ratio until the expansion ratio is 35 or so. However, it is difficult to increase the mechanical compression ratio until the expansion ratio is 35 or so, due to structural limitations. Therefore, in the embodiment according to the present invention, when the required engine torque Te is low, the mechanical compression ratio becomes the maximum structurally possible mechanical compression ratio, so that a high expansion ratio is obtained as much as possible.
С другой стороны, если момент закрытия впускного клапана 36 сдвигается в сторону опережения так, что объем всасываемого воздуха увеличивается в состоянии, сохраняющем степень механического сжатия на максимальной степени механического сжатия, степень фактического сжатия становится выше. Однако степень фактического сжатия должна удерживаться в 12 или менее даже при максимуме. Следовательно, когда требуемый крутящий момент Te двигателя становится высоким, и объем всасываемого воздуха увеличивается, степень механического сжатия понижается так, что степень фактического сжатия поддерживается на оптимальной степени фактического сжатия. В варианте осуществления согласно настоящему изобретению, как показано на Фиг.14, когда требуемый крутящий момент Te двигателя превышает предельное значение Te2, степень механического сжатия понижается, когда требуемый крутящий момент Te двигателя увеличивается, так, что степень фактического сжатия поддерживается на оптимальной степени фактического сжатия.On the other hand, if the closing moment of the
Если требуемый крутящий момент Te двигателя становится выше, степень механического сжатия понижается до минимальной степени механического сжатия. В это время цикл становится нормальным циклом, показанным на Фиг.13(A).If the required engine torque Te becomes higher, the mechanical compression ratio is reduced to a minimum mechanical compression ratio. At this time, the cycle becomes the normal cycle shown in FIG. 13 (A).
В этом отношении в варианте осуществления согласно настоящему изобретению, когда скорость Ne вращения двигателя низкая, степень ε фактического сжатия равна 9-11. Однако если скорость Ne вращения двигателя становится выше, воздушно-топливная смесь в камере 34 сгорания возмущена, таким образом, детонация возникает не так легко. Следовательно, в варианте осуществления согласно настоящему изобретению, чем выше скорость Ne вращения двигателя, тем выше степень ε фактического сжатия.In this regard, in the embodiment according to the present invention, when the engine rotation speed Ne is low, the actual compression ratio ε is 9-11. However, if the engine rotation speed Ne becomes higher, the air-fuel mixture in the
С другой стороны, в варианте осуществления согласно настоящему изобретению степень расширения, когда используется цикл сверхвысокой степени расширения, равна 26-30. С другой стороны, на Фиг.12, степень фактического сжатия ε=5 показывает нижний предел практически реализуемой степени фактического сжатия. В этом случае теоретический термический кпд достигает пика, когда степень расширения равна приблизительно 20. Степень расширения, где теоретическое соотношение воздух-топливо достигает пика, становится больше 20, когда степень ε фактического расширения становится больше 5. Следовательно, если рассматривать практически реализуемую степень ε фактического сжатия, можно сказать, что степень расширения предпочтительно равна 20 или более. Следовательно, в варианте осуществления согласно настоящему изобретению механизм A переменной степени сжатия сформирован так, что степень расширения становится равной 20 или более.On the other hand, in the embodiment according to the present invention, the expansion ratio when the superhigh expansion ratio cycle is used is 26-30. On the other hand, in FIG. 12, the actual compression ratio ε = 5 shows the lower limit of the practicable actual compression ratio. In this case, the theoretical thermal efficiency reaches a peak when the degree of expansion is approximately 20. The degree of expansion, where the theoretical air-fuel ratio reaches a peak, becomes greater than 20 when the degree ε of actual expansion becomes greater than 5. Therefore, if we consider the practicable degree ε of actual compression, it can be said that the expansion ratio is preferably equal to 20 or more. Therefore, in the embodiment according to the present invention, the variable compression ratio mechanism A is formed so that the expansion ratio becomes 20 or more.
Кроме того, в примере, показанном на Фиг.14, степень механического сжатия непрерывно изменяется в соответствии с требуемым крутящим моментом Te двигателя. Однако степень механического сжатия может изменяться поэтапно в соответствии с требуемым крутящим моментом Te двигателя.In addition, in the example shown in FIG. 14, the mechanical compression ratio continuously changes in accordance with the required engine torque Te. However, the mechanical compression ratio can be changed in stages in accordance with the required engine torque Te.
С другой стороны, как показано прерывистой линией на Фиг.14, когда требуемый крутящий момент Te двигателя становится ниже, возможно управлять объемом всасываемого воздуха, сдвигая в сторону опережения момент закрытия впускного клапана 36. Следовательно, если описывать изобретение так, чтобы включать в него как случай, показанный сплошной линией, так и случай, показанный прерывистой линией на Фиг.14, в варианте осуществления согласно настоящему изобретению, момент закрытия впускного клапана 36 перемещается в направлении от нижней мертвой точки BDC впуска до предельного момента закрытия, способного управлять объемом всасываемого воздуха, подаваемого в камеру 34 сгорания, когда требуемый крутящий момент Te двигателя становится ниже.On the other hand, as shown by the dashed line in FIG. 14, when the required engine torque Te becomes lower, it is possible to control the intake air volume by shifting in advance the closing timing of the
В этом отношении, если степень расширения становится выше, теоретический термический кпд становится выше, и расход топлива становится лучше, то есть уровень расхода топлива становится меньше. Следовательно, на Фиг.14, когда требуемый крутящий момент Te двигателя является предельным значением Te2 или меньше, уровень расхода топлива становится наименьшим. Однако между предельным значением Te1 и Te2 степень фактического сжатия падает, когда требуемый крутящий момент Te двигателя становится ниже, таким образом, уровень расхода топлива ухудшается совсем немного, то есть уровень расхода топлива становится выше. Дополнительно, в области, где требуемый крутящий момент Te двигателя ниже, чем предельное значение Te1, дроссельная заслонка 46 закрывается, таким образом, уровень расхода топлива становится дополнительно выше. С другой стороны, если требуемый крутящий момент Te двигателя становится выше, чем предельное значение Te2, степень расширения падает, таким образом, уровень расхода топлива растет, когда требуемый крутящий момент Te становится выше. Следовательно, когда требуемый крутящий момент Te является предельным значением Te2, то есть на границе области, где степень механического сжатия понижается посредством увеличения требуемого крутящего момента Te двигателя, и областью, где степень механического сжатия поддерживается на максимальной степени механического сжатия, уровень расхода топлива становится наименьшим.In this regard, if the expansion ratio becomes higher, the theoretical thermal efficiency becomes higher and the fuel consumption becomes better, that is, the fuel consumption level becomes lower. Therefore, in FIG. 14, when the required engine torque Te is the limit value Te 2 or less, the fuel consumption level becomes the smallest. However, between the limit value of Te 1 and Te 2, the actual compression ratio drops when the required engine torque Te becomes lower, thus, the fuel consumption level deteriorates quite a bit, that is, the fuel consumption level becomes higher. Further, in an area where the required engine torque Te is lower than the limit value Te 1 , the
Предельное значение Te2 крутящего момента Te двигателя, где расход топлива становится наименьшим, изменяется отчасти в соответствии со скоростью Ne вращения двигателя, но в любом случае, если возможно поддерживать крутящий момент Te двигателя на предельном значении Te2, достигается минимальный расход топлива. В настоящем изобретении система 2 регулирования выходной мощности используется для поддержания крутящего момента Te двигателя на предельном значении Te2, даже если требуемая выходная мощность Pe двигателя 1 изменяется.The limit value Te 2 of the engine torque Te, where the fuel consumption becomes the smallest, partly changes in accordance with the engine speed Ne, but in any case, if it is possible to maintain the engine torque Te at the limit value Te 2 , the minimum fuel consumption is achieved. In the present invention, the output
Далее, обращаясь к Фиг.15, будет пояснен способ управления двигателем 1.Next, referring to Fig. 15, a method for controlling the
Фиг.15 показывает эквивалентные линии a1, a2, a3, a4, a5, a6, a7 и a8 уровня расхода топлива, выраженные в двумерных координатах с ординатой, равной крутящему моменту Te двигателя, и абсциссой, равной скорости Ne вращения двигателя. Эквивалентные линии a1-a8 уровня расхода топлива являются эквивалентными линиями уровня расхода топлива, полученными при управлении двигателем 1, показанным на Фиг.6, как показано на Фиг.14. Чем больше a1-a8, тем выше уровень расхода топлива. То есть внутри a1 существует область наименьшего уровня расхода топлива. Точка O1, показанная во внутренней области a1, является рабочим состоянием, дающим наименьший уровень расхода топлива. В двигателе 1, показанном на Фиг.6, точка O1, где уровень расхода топлива становится минимальным, - это случай, когда крутящий момент Te двигателя низкий, а скорость Ne вращения двигателя равна приблизительно 2000 об/мин.Fig. 15 shows equivalent lines a 1 , a 2 , a 3 , a 4 , a 5 , a 6 , a 7 and a 8 of the fuel consumption level expressed in two-dimensional coordinates with an ordinate equal to the engine torque Te and an abscissa equal to engine speed Ne. The equivalent fuel consumption level lines a 1 -a 8 are equivalent fuel consumption level lines obtained by controlling the
На Фиг.15 сплошная линия K1 показывает соотношение крутящего момента Te двигателя и скорости Ne вращения двигателя, где крутящий момент Te двигателя становится предельным значением Te2, показанным на Фиг.14, то есть где уровень расхода топлива становится минимальным. Следовательно, при установке крутящего момента Te двигателя и скорости Ne вращения двигателя равным крутящему моменту Te двигателя и скорости Ne вращения двигателя на сплошной линии K1, уровень расхода топлива становится минимальным. Следовательно, сплошная линия K1 называется "линией работы с минимальным уровнем расхода топлива". Эта линия K1 работы с минимальным уровнем расхода топлива принимает форму кривой, проходящей через точку O1 в направлении увеличения скорости Ne вращения двигателя.In Fig. 15, the solid line K1 shows the ratio of the engine torque Te and the engine speed Ne, where the engine torque Te becomes the limit value Te 2 shown in Fig. 14, that is, where the fuel consumption level becomes minimal. Therefore, when setting the engine torque Te and the engine speed Ne equal to the engine torque Te and the engine speed Ne on the solid line K1, the fuel consumption level becomes minimal. Therefore, the solid line K1 is called the “minimum fuel consumption line”. This minimum fuel consumption line K1 takes the form of a curve passing through point O 1 in the direction of increasing the engine rotation speed Ne.
Как будет понятно из Фиг.15, на линии K1 работы с минимальным уровнем расхода топлива крутящий момент Te двигателя вообще не изменяется. Следовательно, когда требуемая выходная мощность Pe двигателя 1 увеличивается, требуемая выходная мощность Pe двигателя 1 удовлетворяется посредством повышения скорости Ne вращения двигателя. На этой линии K1 работы с минимальным уровнем расхода топлива степень механического сжатия зафиксирована на максимальной степени механического сжатия. Момент закрытия впускного клапана 36 также зафиксирован на моменте, дающем требуемый объем всасываемого воздуха.As will be understood from FIG. 15, on the line with the minimum fuel consumption level K1, the engine torque Te does not change at all. Therefore, when the required output power Pe of the
В зависимости от конструкции двигателя можно задавать эту линию K1 работы с минимальным уровнем расхода топлива, чтобы она проходила прямо в направлении увеличения скорости Ne вращения двигателя до тех пор, пока скорость Ne вращения двигателя не станет максимальной. Однако когда скорость Ne вращения двигателя становится высокой, потери от увеличения трении становятся больше. Следовательно, в двигателе 1, показанном на Фиг.6, когда требуемая выходная мощность Pe двигателя 1 возрастает, по сравнению с тем, когда степень механического сжатия поддерживается на максимальной степени механического сжатия, и в этом состоянии увеличивается только скорость Ne вращения двигателя, когда крутящий момент Te двигателя увеличивается вместе с увеличением скорости Ne вращения двигателя, падение в степени механического сжатия заставляет теоретический термический кпд падать, но практический термический кпд растет. То есть в двигателе 1, показанном на Фиг.6, когда скорость Ne вращения двигателя становится высокой, расход топлива становится меньше, когда скорость Ne вращения двигателя и крутящий момент Te двигателя возрастают, чем когда только скорость Ne вращения двигателя увеличивается.Depending on the engine design, it is possible to set this line K1 of operation with a minimum fuel consumption level so that it runs directly in the direction of increasing the engine rotation speed Ne until the engine rotation speed Ne becomes maximum. However, when the engine rotation speed Ne becomes high, the losses due to the increase in friction become larger. Therefore, in the
Следовательно, в варианте осуществления согласно настоящему изобретению линия K1 работы с минимальным уровнем расхода топлива, как показано посредством K1' на Фиг.15, проходит в сторону высокого крутящего момента Te двигателя вместе с увеличением скорости Ne вращения двигателя, если скорость Ne вращения двигателя становится выше. На этой линии K1' работы с минимальным уровнем расхода топлива, чем дальше от линии K1 работы с минимальным уровнем расхода топлива, тем ближе момент закрытия впускного клапана 36 к нижней мертвой точке впуска, и степень механического сжатия больше уменьшается от максимальной степени механического сжатия.Therefore, in the embodiment according to the present invention, the minimum fuel consumption line K1, as shown by K1 ′ in FIG. 15, extends toward the high engine torque Te along with the increase in engine speed Ne if the engine speed Ne becomes higher . On this line K1 ′ of operation with a minimum level of fuel consumption, the further from the line K1 of operation with a minimum level of fuel consumption, the closer the closing moment of the
Теперь, как пояснено выше, в варианте осуществления согласно настоящему изобретению соотношение крутящего момента Te двигателя и скорости Ne вращения двигателя, когда расход топлива становится минимальным, если выражено в двумерных координатах как функция крутящего момента Te двигателя и скорости Ne вращения двигателя, выражается как линия K1 работы с минимальным уровнем расхода топлива, формирующая кривую, проходящую в направлении увеличения скорости Ne вращения двигателя. Чтобы минимизировать уровень расхода топлива, пока возможно удовлетворять требуемой выходной мощности Pe двигателя 1, предпочтительно изменять крутящий момент Te двигателя и скорость Ne вращения двигателя вдоль этой линии K1 работы с минимальным уровнем расхода топлива.Now, as explained above, in the embodiment according to the present invention, the ratio of the engine torque Te and the engine speed Ne when the fuel consumption becomes minimal, if expressed in two-dimensional coordinates as a function of the engine torque Te and the engine speed Ne, is expressed as line K1 work with a minimum level of fuel consumption, forming a curve passing in the direction of increasing the speed Ne of rotation of the engine. In order to minimize the fuel consumption level, while it is possible to satisfy the required output power Pe of the
Следовательно, в варианте осуществления согласно настоящему изобретению, пока требуемая выходная мощность Pe двигателя 1 может быть удовлетворена, крутящий момент Te двигателя и скорость Ne вращения двигателя изменяются вдоль линии K1 работы с минимальным уровнем расхода топлива в соответствии с изменением в требуемой выходной мощности Pe двигателя. Следует отметить, что, как и следовало ожидать, эта линия K1 работы с минимальным уровнем расхода топлива сама по себе не сохраняется заранее в ПЗУ 22. Соотношения крутящего момента Te двигателя и скорости Ne вращения двигателя, показывающие линии K1 и K1' работы с минимальным уровнем расхода топлива, сохраняются заранее в ПЗУ 22. Дополнительно, в варианте осуществления согласно настоящему изобретению крутящий момент Te двигателя и скорость Ne вращения двигателя изменяются в диапазоне линии K1 работы с минимальным уровнем расхода топлива вдоль линии K1 работы с минимальным уровнем расхода топлива, но диапазон изменения крутящего момента Te двигателя и скорости Ne вращения двигателя может также быть расширен до линии K1' работы с минимальным уровнем расхода топлива.Therefore, in the embodiment according to the present invention, while the required output power Pe of the
Далее будут пояснены линии работы, отличные от линий K1 и K1' работы с минимальным уровнем расхода топлива.Next, operation lines other than the operation lines K1 and K1 ′ with a minimum fuel consumption level will be explained.
Обращаясь к Фиг.15, когда выражается в двумерных координатах как функция крутящего момента Te двигателя и скорости Ne вращения двигателя, линия работы с высоким крутящим моментом, показанная прерывистой линией K2, задается со стороны высокого крутящего момента Te двигателя линий K1 и K1' работы с минимальным уровнем расхода топлива. В действительности соотношение крутящего момента Te двигателя и скорости Ne вращения двигателя, показывающее эту линию K2 работы с высоким крутящим моментом, определяется заранее. Это соотношение сохраняется заранее в ПЗУ 22.Turning to FIG. 15, when expressed in two-dimensional coordinates as a function of engine torque Te and engine speed Ne, the high-torque operation line shown by the dashed line K2 is set from the high-torque side Te of the engine operation lines K1 and K1 ′ minimum fuel consumption. In fact, the ratio of the engine torque Te and the engine speed Ne showing this high torque line K2 is determined in advance. This ratio is stored in advance in the
Далее, эта линия K2 работы с высоким крутящим моментом будет пояснена со ссылкой на Фиг.17. Фиг.17 показывает эквивалентные линии b1, b2, b3, и b4 уровня расхода топлива, выраженные в двумерных координатах с ординатой, равной крутящему моменту Te двигателя, и абсциссой, равной скорости Ne вращения двигателя. Эквивалентные линии b1-b4 уровня расхода топлива показывают линии уровня расхода топлива в случае, когда двигатель 1, показанный на Фиг.6, работает в состоянии понижения степени механического сжатия до наименьшего значения в двигателе 1, т.е. в случае нормального цикла, показанного на Фиг.13(A). От b1 к b4 расход топлива становится выше. То есть внутри b1 существует область наименьшего уровня расхода топлива. Точка, показанная как O2 внутри области b1, становится рабочим состоянием наименьшего уровня расхода топлива. В двигателе 1, показанном на Фиг.17, точка O2, где уровень расхода топлива становится минимальным, - это случай, когда крутящий момент Te двигателя высокий и скорость Ne вращения двигателя равна приблизительно 2400 об/мин.Next, this high torque operation line K2 will be explained with reference to FIG. 17 shows the equivalent lines b 1 , b 2 , b 3 , and b 4 of the fuel consumption level expressed in two-dimensional coordinates with an ordinate equal to the engine torque Te and an abscissa equal to the engine rotation speed Ne. The equivalent fuel consumption level lines b 1 -b 4 show the fuel consumption level lines when the
В варианте осуществления согласно настоящему изобретению линия K2 работы с высоким крутящим моментом задается кривой, где уровень расхода топлива становится минимальным, когда двигатель 1 работает в состоянии, когда степень механического сжатия уменьшается до минимального значения.In an embodiment according to the present invention, the high-torque line K2 is defined by a curve where the fuel consumption level becomes minimum when the
Обращаясь к Фиг.15 снова, когда выражена в двумерных координатах как функция крутящего момента Te двигателя и скорости Ne вращения двигателя, линия K3 работы с полной нагрузкой, по которой выполняется работа с полной нагрузкой, задается дальше в стороне более высокого крутящего момента от линии K2 работы с высоким крутящим моментом. Соотношение между крутящим моментом Te двигателя и скоростью Ne вращения двигателя, показывающее эту линию K3 работы с полной нагрузкой, находится заранее. Это соотношение сохраняется заранее в ПЗУ 22.Referring again to FIG. 15, when expressed in two-dimensional coordinates as a function of engine torque Te and engine rotation speed Ne, the full-load line K3 along which full-load operation is performed is set further in the direction of the higher torque from the K2 line work with high torque. The relationship between the engine torque Te and the engine speed Ne, showing this full load operation line K3, is predetermined. This ratio is stored in advance in the
Фиг.16(A) и (B) показывают изменение в уровне расхода топлива и изменение в степени механического сжатия при просмотре вдоль линии f-f на Фиг.15. Как показано на Фиг.16, уровень расхода топлива становится минимальным в точке O1 на линии K1 работы с минимальным уровнем расхода и становится выше по направлению к точке O2 на линии K2 работы с высоким крутящим моментом. Дополнительно, степень механического сжатия становится максимальной в точке O1 на линии K1 работы с минимальным уровнем расхода топлива и постепенно падает по направлению к точке O2. Дополнительно, объем всасываемого воздуха становится больше, чем выше крутящий момент Te двигателя, таким образом, объем всасываемого воздуха увеличивается от точки O1 на линии K1 работы с минимальным уровнем расхода топлива до точки O2, в то время как момент закрытия впускного клапана 36 приближается к нижней мертвой точке впуска вместе с перемещением от точки O1 к точке O2.Fig. 16 (A) and (B) show a change in the fuel consumption level and a change in the mechanical compression ratio when viewed along the line ff in Fig. 15. As shown in FIG. 16, the fuel consumption level becomes minimal at the point O 1 on the operation line K1 with the minimum consumption level and becomes higher towards the point O 2 on the high torque line K2. Additionally, the degree of mechanical compression becomes maximum at point O 1 on line K1 of operation with a minimum level of fuel consumption and gradually decreases towards point O 2 . Additionally, the intake air volume becomes larger the higher the engine torque Te, thus the intake air volume increases from the point O 1 on the minimum flow rate line K1 to the point O 2 , while the closing timing of the
Фиг.18 показывает эквивалентные линии Pe1-Pe9 выходной мощности и линии K1, K2 и K3 работы двигателя 1, показанного на Фиг.3(A), а также две граничные выходные мощности, состоящие из первой граничной выходной мощности PY и второй граничной выходной мощности PZ. Как будет понятно из Фиг.18, эквивалентная линия первой граничной выходной мощности PY проходит через пересечение линий K1 и K1' работы с минимальным уровнем расхода топлива, в то время как эквивалентная линия второй граничной мощности PZ проходит так, чтобы соприкасаться с линией K2 работы с высоким крутящим моментом.Fig. 18 shows the equivalent output power lines Pe 1 -Pe 9 and the operation lines K1, K2 and K3 of the
Теперь, как пояснено выше, в варианте осуществления согласно настоящему изобретению, когда требуемая выходная мощность Pe двигателя 1 увеличивается, пока возможно удовлетворять требуемой выходной мощности Pe двигателя 1, крутящий момент Te двигателя и скорость Ne вращения двигателя изменяются вдоль линии K1 работы с минимальным уровнем расхода топлива. То есть в варианте осуществления согласно настоящему изобретению, когда требуемая выходная мощность Pe двигателя 1 ниже, чем предварительно определенная первая граничная выходная мощность PY, выполняется управление для сохранения минимального уровня расхода топлива, удовлетворяющее требуемой выходной мощности двигателя, посредством изменения скорости вращения двигателя в состоянии, поддерживающем степень механического сжатия на предварительно определенной степени сжатия или более.Now, as explained above, in the embodiment according to the present invention, when the required output power Pe of the
Как противоположность этому, когда требуемая выходная мощность Pe двигателя 1 не удовлетворяется крутящим моментом Te двигателя и скоростью Ne вращения двигателя по линии K1 работы с минимальным уровнем расхода топлива, т.е. требуемая выходная мощность двигателя увеличивается выше первой граничной выходной мощности PY, выполняется управление для увеличения выходной мощности, увеличивающее крутящий момент Te двигателя после понижения степени механического сжатия до предварительно определенной степени сжатия, то есть 20 или менее.In contrast, when the required output power Pe of the
Это управление для увеличения выходной мощности выполняется посредством управления моментом закрытия впускного клапана 36, чтобы увеличивать объем всасываемого воздуха в камеру 34 сгорания и, в связи с этим, изменять крутящий момент Te двигателя и скорость Ne вращения двигателя с точек на линии K1 работы с минимальным уровнем расхода топлива в направлении увеличения крутящего момента Te.This control to increase the output power is performed by controlling the closing timing of the
Далее, обращаясь к Фиг.19-28, будут пояснены два варианта осуществления, показывающие способ управления крутящим моментом Te двигателя и скорости Ne вращения двигателя. Следует отметить, что Фиг.18, 19, 21, 22, 25 и 26 показывают эквивалентные линии Pe1-Pe9 выходной мощности двигателя, линии K1, K2 и K3 работы и граничные выходные мощности PY и PZ, которые являются такими же, что и на Фиг.18.Next, referring to Figs. 19-28, two embodiments will be explained showing a method for controlling engine torque Te and engine speed Ne. It should be noted that FIGS. 18, 19, 21, 22, 25 and 26 show equivalent lines Pe 1 -Pe 9 of the engine output power, operation lines K1, K2 and K3 and boundary output powers PY and PZ, which are the same as and Fig. 18.
Фиг.19 показывает случай, где, когда выходная мощность двигателя 1 - это Pe2 и он находится в рабочем состоянии, показанном точкой R на линии K1 работы с минимальным уровнем расхода топлива, требуемая выходная мощность Pe двигателя 1 становится Pe4. В этом случае выполняется упомянутое управление для сохранения минимального уровня расхода топлива. То есть в соответствии с изменением требуемой выходной мощности Pe двигателя крутящий момент Te двигателя и скорость Ne вращения двигателя изменяются, как показано стрелкой, вдоль линии K1 работы с минимальным уровнем расхода топлива от точки R в точку Pe.FIG. 19 shows a case where when the output power of
Следует отметить, что в это время, в действительности, требуемый крутящий момент TeX двигателя и требуемая скорость NeX вращения двигателя обнаруживаются в нескольких точках на линии K1 работы с минимальным уровнем расхода топлива от точки R до точки Pe, и требуемый крутящий момент TeX двигателя и требуемая скорость NeX вращения двигателя последовательно задаются из найденных требуемых крутящих моментов TeX двигателя и требуемых скоростей NeX вращения двигателя так, что крутящий момент Te двигателя и скорость Ne вращения двигателя изменяются вдоль линии K1 работы с минимальным уровнем расхода топлива от точки R до точки Pe.It should be noted that at this time, in reality, the required engine torque TeX and the required engine rotation speed NeX are detected at several points on the operation line K1 with a minimum fuel consumption level from point R to point Pe, and the required engine torque TeX and the required the engine rotation speed NeX is sequentially set from the required engine torques TeX and the required engine rotational speeds NeX so that the engine torque Te and the engine rotation speed Ne vary along l K1 lines with minimum fuel consumption from point R to point Pe.
С другой стороны, Фиг.19 также показывает случай, где, когда выходная мощность двигателя 1 - это Pe4, и он находится в рабочем состоянии, показанном точкой Pe на линии K1 работы с минимальным уровнем расхода топлива, требуемая выходная мощность двигателя 1 становится Pe2. В этом случае также выполняется вышеупомянутое управление для сохранения минимального уровня расхода топлива. То есть крутящий момент Te двигателя и скорость Ne вращения двигателя изменяются, как показано стрелкой, вдоль линии K1 работы с минимальным уровнем расхода топлива от точки Pe до точки R.On the other hand, FIG. 19 also shows a case where when the output power of
Фиг.20 показывает изменения в степени механического сжатия, моменте закрытия впускного клапана 36, крутящем моменте Te и двигателе Ne вращения двигателя, когда такое управление для сохранения минимального уровня расхода топлива выполняется. Следует отметить, что, на Фиг.20, MAX показывает максимальную степень механического сжатия, в то время как MIN показывает минимальную степень механического сжатия. Дополнительно, на Фиг.20 момент t1 показывает момент времени, когда требуемая выходная мощность двигателя изменяется с Pe2 в Pe, в то время как момент t2 показывает время, когда требуемая выходная мощность двигателя изменяется с Pe в Pe2.FIG. 20 shows changes in the degree of mechanical compression, the closing timing of the
Как будет понятно из Фиг.20, когда выполняется управление для сохранения минимального уровня расхода топлива, даже если требуемая выходная мощность двигателя изменяется, степень механического сжатия и момент закрытия впускного клапана 36 не будут изменяться. Как противоположность этому, когда требуемая выходная мощность двигателя изменяется с Pe2 на Pe, скорость Ne вращения двигателя увеличивается, в то время как, когда требуемая выходная мощность двигателя изменяется с Pe на Pe2, скорость Ne вращения двигателя уменьшается. В это время крутящий момент Te двигателя почти не изменяется вообще.As will be understood from FIG. 20, when control is performed to maintain a minimum fuel consumption level, even if the required engine output is changed, the mechanical compression ratio and the closing timing of the
Фиг.21 показывает случай, где, когда выходная мощность двигателя 1 - это Pe2, и он находится в рабочем состоянии, показанном точкой R на линии K1 работы с минимальным уровнем расхода топлива, выполняется операция ускорения, и требуемая выходная мощность Pe двигателя 1 становится Pe7. В этом случае требуемая выходная мощность Pe двигателя 1 выше, чем первая граничная выходная мощность PY, таким образом, выполняется управление для увеличения выходной мощности. То есть сначала степень механического сжатия понижается, далее крутящий момент Te двигателя и скорость Ne вращения двигателя увеличиваются с точки R на линии K1 работы с минимальным уровнем расхода топлива до точки Pe на линии K2 работы с высоким крутящим моментом, где выходная мощность двигателя становится требуемой выходной мощностью Pe7.FIG. 21 shows a case where, when the output power of
В этом случае требуемый крутящий момент TeX двигателя и требуемая скорость NeX вращения двигателя находятся на нескольких точках на прямой линии R-Pe, соединяющей точку R на линии K1 работы с минимальным уровнем расхода топлива и точку Pe на линии K2 работы с высоким крутящим моментом, и требуемый крутящий момент TeX двигателя и требуемая скорость NeX вращения двигателя последовательно задаются из установленных требуемых крутящих моментов TeX двигателя и требуемых скоростей NeX вращения двигателя так, что крутящий момент Te двигателя и скорость Ne вращения двигателя изменяются вдоль этой прямой линии R-Pe от точки R до точки Pe.In this case, the required engine torque TeX and the required engine speed NeX are located at several points on a straight line R-Pe connecting the point R on the line K1 with a minimum fuel consumption and the point Pe on the line K2 with high torque, and the required engine torque TeX and the required engine speed NeX are sequentially set from the required required engine torques TeX and the required engine speeds NeX so that the engine torque Te and the rotational speed Ne Nia engine vary along the R-Pe straight line from the point R to the point Pe.
С другой стороны, в состоянии, показанном точкой на линии K2 работы с высоким крутящим моментом, если требуемая выходная мощность двигателя становится Pe2, как показано на Фиг.21, крутящий момент Te двигателя и скорость Ne вращения двигателя уменьшаются с точки Pe на линии K2 работы с высоким крутящим моментом вдоль прямой линии R-Pe до точки R на линии K1 работы с минимальным уровнем расхода топлива, где выходная мощность двигателя становится требуемой выходной мощностью Pe2.On the other hand, in the state shown by the point on the high-torque line K2, if the required engine output becomes Pe 2 , as shown in FIG. 21, the engine torque Te and the engine speed Ne decrease from the point Pe on the line K2 work with high torque along a straight line R-Pe to point R on line K1 work with a minimum level of fuel consumption, where the output of the engine becomes the required output power Pe 2 .
Фиг.22 показывает случай, где, когда выходная мощность двигателя 1 - это Pe2, и он находится в рабочем состоянии, показанном точкой R на линии K1 работы с минимальным уровнем расхода топлива, выполняется операция ускорения, и требуемая выходная мощность Pe двигателя 1 превышает вторую граничную выходную мощность PZ, в частности случай, где требуемая выходная мощность Pe двигателя 1 становится максимальной выходной мощностью. В этом случае сначала степень механического сжатия уменьшается, далее крутящий момент Te двигателя и скорость Ne вращения двигателя увеличиваются от точки R на линии K1 работы с минимальным уровнем расхода топлива до точки Pe на линии K3 работы с полной нагрузкой, где выходная мощность двигателя становится требуемой выходной мощностью Pe, вдоль прямой линии R-Pe, соединяющей точку R на линии K1 работы с минимальным уровнем расхода топлива с точкой Pe на линии K3 работы с полной нагрузкой.FIG. 22 shows a case where, when the output power of
С другой стороны, в состоянии, показанном точкой Pe на линии K3 работы с полной нагрузкой, если требуемая выходная мощность двигателя становится Pe2, как показано на Фиг.22, крутящий момент Te двигателя и скорость Ne вращения двигателя уменьшаются с точки Pe на линии K3 работы с полной нагрузкой до точки R на линии K1 работы с минимальным уровнем расхода топлива, где выходная мощность двигателя становится требуемой выходной мощностью Pe2, вдоль прямой линии R-Pe.On the other hand, in the state shown by the point Pe on the full load line K3, if the required engine output becomes Pe 2 , as shown in FIG. 22, the engine torque Te and the engine speed Ne decrease from the point Pe on the line K3 full load operation up to point R on line K1 with minimum fuel consumption, where the engine output becomes the required output Pe 2 , along a straight R-Pe line.
Фиг.23 показывает изменения в степени механического сжатия, моменте закрытия впускного клапана 36, крутящем моменте Te двигателя и скорости Ne вращения двигателя, когда выполняется управление для увеличения выходной мощности, показанное на Фиг.21 и 22. Следует отметить, что на Фиг.23 также момент t1 показывает время, когда требуемая выходная мощность двигателя изменяется с Pe2 на Pe, в то время как момент t2 показывает время, когда требуемая выходная мощность двигателя изменяется с Pe на Pe2.FIG. 23 shows changes in the mechanical compression ratio, the closing timing of the
Как показано на Фиг.23, когда требуемая выходная мощность двигателя изменяется с Pe2 на Pe, сначала степень механического сжатия уменьшается. После того как действие уменьшения степени механического сжатия завершено, момент закрытия впускного клапана 34 изменяется так, чтобы приближаться к нижней мертвой точке впуска, то есть объем всасываемого воздуха увеличивается, в связи с чем крутящий момент Te двигателя и скорость Ne вращения двигателя увеличиваются. В этом случае, в действительности, целевая степень механического сжатия для времени, когда крутящий момент Te двигателя и скорость Ne вращения двигателя находятся на линии K2 работы с высоким крутящим моментом, предварительно задается. Когда выполняется управление для повышения выходной мощности, степень механического сжатия понижается до целевой степени механического сжатия, затем крутящий момент Te двигателя и скорость Ne вращения двигателя изменяются со значений на линии K1 работы с минимальным уровнем расхода топлива на значения на линии K2 работы с высоким крутящим моментом.As shown in FIG. 23, when the required engine power output changes from Pe 2 to Pe, the mechanical compression ratio is first reduced. After the action of reducing the mechanical compression ratio is completed, the closing moment of the
Как пояснено выше, в варианте осуществления согласно настоящему изобретению, линия K2 работы с высоким крутящим моментом является кривой, где уровень расхода топлива становится минимальным, когда двигатель работает в состоянии, где степень механического сжатия понижается до минимального уровня. Следовательно, в варианте осуществления согласно настоящему изобретению целевая степень механического сжатия становится минимальной степенью механического сжатия. Следовательно, в варианте осуществления согласно настоящему изобретению, когда выполняется управление для увеличения выходной мощности, степень механического сжатия уменьшается с максимальной степени механического MAX сжатия до минимальной степени механического сжатия.As explained above, in the embodiment according to the present invention, the high torque line K2 is a curve where the fuel consumption level becomes minimal when the engine is running in a state where the mechanical compression ratio is reduced to a minimum level. Therefore, in the embodiment according to the present invention, the target mechanical compression ratio becomes the minimum mechanical compression ratio. Therefore, in the embodiment according to the present invention, when control is performed to increase the output power, the mechanical compression ratio is reduced from the maximum mechanical compression ratio MAX to the minimum mechanical compression ratio.
Уменьшение степени механического сжатия занимает некоторое время. Следовательно, если момент закрытия впускного клапана 34 приближается к нижней мертвой точке впуска, чтобы увеличивать объем всасываемого воздуха немедленно, когда требуемая выходная мощность двигателя увеличивается, действие уменьшения степени механического сжатия не сможет продолжаться, таким образом, степень фактического сжатия окажется крайне высокой. В результате возникнет детонация. Следовательно, в настоящем изобретении, в этом способе, чтобы предотвращать возникновение детонации, сначала степень механического сжатия уменьшается, когда требуемая выходная мощность двигателя увеличивается.Reducing the degree of mechanical compression takes some time. Therefore, if the closing timing of the
Если степень механического сжатия падает, степень фактического сжатия падает. В это время, для того чтобы предотвращать слишком большое падение степени фактического сжатия, в варианте осуществления согласно настоящему изобретению, как показано на Фиг.2, когда степень механического сжатия падает, момент закрытия впускного клапана 34 постепенно приближается к нижней мертвой точке впуска. Когда степень механического сжатия становится минимальной, степенью механического MIN сжатия, момент закрытия впускного клапана 34 быстро приближается к нижней мертвой точке впуска, чтобы увеличивать крутящий момент Te двигателя и скорость Ne вращения двигателя. Следует отметить, что когда действие для увеличения запрашиваемой выходной мощности, требуемой от транспортного средства во время операции ускорения, не охватывается действием для увеличения выходной мощности двигателя, нехватка выходной мощности двигателя восполняется увеличением выходной мощности электродвигателя-генератора MG1.If the mechanical compression ratio drops, the actual compression ratio drops. At this time, in order to prevent the actual compression ratio from dropping too much, in the embodiment according to the present invention, as shown in FIG. 2, when the mechanical compression ratio drops, the closing timing of the
С другой стороны, когда требуемая выходная мощность двигателя изменяется с Pe на Pe2 в момент t2, момент закрытия впускного клапана 34 перемещается в направлении от нижней мертвой точки впуска, и крутящий момент Te двигателя и скорость Ne вращения двигателя понижаются. Далее, когда выходная мощность двигателя становится Pe2, степень механического сжатия увеличивается с минимальной степени механического MIN сжатия до максимальной степени механического MAX сжатия. Момент закрытия впускного клапана 34 перемещается в направлении от нижней мертвой точки впуска, затем степень механического сжатия увеличивается в этом способе так, чтобы предотвращать возникновение детонации.On the other hand, when the required engine power output changes from Pe to Pe 2 at time t 2 , the closing timing of the
После того как управление для увеличения выходной мощности, такое как показанное на Фиг.21, выполняется, и крутящий момент Te двигателя и скорость Ne вращения двигателя достигают значений на линии K2 работы с высоким крутящим моментом, крутящий момент Te двигателя и скорость Ne вращения двигателя изменяются вдоль линии K2 работы с высоким крутящим моментом, пока требуемая выходная мощность двигателя является первой граничной выходной мощностью PY или более.After the control to increase the output power, such as that shown in FIG. 21, is performed, and the engine torque Te and the engine speed Ne reach the values on the high torque line K2, the engine torque Te and the engine speed Ne change along the high torque operation line K2, while the required engine output is the first boundary output power PY or more.
Дополнительно, после того как управление для увеличения выходной мощности, такое как показанное на Фиг.22, выполняется, и крутящий момент Te двигателя и скорость Ne вращения двигателя достигают значений на линии K3 работы с полной нагрузкой, крутящий момент Te двигателя и скорость Ne вращения двигателя изменяются вдоль линии K3 работы с высоким крутящим моментом, пока требуемая выходная мощность двигателя является второй граничной выходной мощностью PZ или более.Further, after a control for increasing the output power, such as that shown in FIG. 22, is performed, and the engine torque Te and the engine speed Ne reach the values on the full load line K3, the engine torque Te and the engine speed Ne vary along the high torque line K3, while the required engine output is the second boundary output PZ or more.
То есть в варианте осуществления согласно настоящему изобретению крутящий момент Te двигателя и скорость Ne вращения двигателя обычно сохраняются в значениях на линиях K1, K2 и K3 работы. За исключением времени управления для увеличения выходной мощности и т.д. крутящий момент Te двигателя и скорость Ne вращения двигателя не сохраняются между линиями K1 и K2 работы или линиями K2 и K3 работы. Например, если крутящий момент Te двигателя и скорость Ne вращения двигателя сохраняются в каких-либо значениях между линиями K1 и K2 работы, степень механического сжатия часто меняется, и долговечность механизма A переменной степени сжатия становится проблемой.That is, in the embodiment according to the present invention, the engine torque Te and the engine rotation speed Ne are usually stored in the values on the operation lines K1, K2 and K3. Except control time to increase power output, etc. the engine torque Te and the engine speed Ne are not stored between the operation lines K1 and K2 or the operation lines K2 and K3. For example, if the engine torque Te and the engine speed Ne are maintained at any value between the operation lines K1 and K2, the mechanical compression ratio often changes, and the durability of the variable compression ratio mechanism A becomes a problem.
Как противоположность этому, как и в варианте осуществления настоящего изобретения, если крутящий момент Te двигателя и скорость Ne вращения двигателя не сохраняются между линиями K1, K2 и K3 работы, но они сохраняются на линиях K1, K2 и K3 работы, частота изменения степени механического сжатия значительно уменьшается, и, следовательно, может быть обеспечена долговечность механизма A переменной степени сжатия.As opposed to this, as in the embodiment of the present invention, if the engine torque Te and the engine speed Ne are not stored between the operation lines K1, K2 and K3, but they are stored on the operation lines K1, K2 and K3, the rate of change of the mechanical compression ratio significantly reduced, and therefore, the durability of mechanism A of variable compression ratio can be ensured.
Фиг.24 показывает процедуру оперативного управления для выполнения первого варианта осуществления, показанного на Фиг.19-23. Эта процедура выполняется по прерыванию в предварительно определенные временные интервалы.Fig. 24 shows an operational control procedure for executing the first embodiment shown in Figs. 19-23. This procedure is performed by interruption at predefined time intervals.
Обращаясь к Фиг.24, сначала, на этапе 200, оценивается, действительно ли во время предыдущего прерывания требуемая выходная мощность Pe двигателя была ниже, чем первая граничная выходная мощность PY. Когда во время предыдущего прерывания Pe<PY, процедура переходит к этапу 201, где оценивается, действительно ли во время текущего прерывания Pe<PY. Когда во время текущего прерывания Pe<PY, то есть когда требуемая выходная мощность Pe двигателя продолжает быть ниже, чем первая граничная выходная мощность PY, процедура переходит к этапу 202, где крутящий момент Te двигателя и скорость Ne вращения двигателя управляются вдоль линии K1 работы с сохранением уровня расхода топлива.Referring to FIG. 24, first, at
С другой стороны, когда на этапе 200 оценивается, что Pe не была меньше PY во время предыдущего прерывания, процедура переходит к этапу 203, где оценивается, действительно ли Pe<PY во время текущего прерывания. Когда Pe не меньше, чем PY, во время текущего прерывания, то есть когда требуемая выходная мощность Pe двигателя продолжает быть выше, чем первая граничная выходная мощность PY, процедура переходит к этапу 204, где оценивается, является ли требуемая выходная мощность Pe двигателя более низкой, чем вторая граничная выходная мощность PZ. Когда Pe<PZ, процедура переходит к этапу 205, где крутящий момент Te двигателя и скорость Ne вращения двигателя управляются вдоль линии K2 работы с высоким крутящим моментом. Как противоположность этому, когда на этапе 204 оценивается, что Pe>PZ, процедура переходит к этапу 206, где крутящий момент Te двигателя и скорость Ne вращения двигателя управляются вдоль линии K3 работы с полной нагрузкой.On the other hand, when it is estimated in
С другой стороны, когда на этапе 201 оценивается, что Pe не меньше PY во время текущего прерывания, то есть когда требуемая выходная мощность двигателя превышает первую граничную выходную мощность PY, процедура перескакивает к этапу 207. На этапе 207 оценивается, завершен ли процесс понижения степени механического сжатия. Когда процесс понижения степени механического сжатия не завершен, процедура переходит к этапу 208, где степень механического сжатия понижается. Далее, когда на этапе 207 оценивается, что процесс понижения степени механического сжатия завершен, процедура переходит к этапу 209, где выполняется управление для повышения выходной мощности.On the other hand, when it is estimated at
С другой стороны, когда на этапе 203 оценивается, что Pe<PY во время текущего прерывания, то есть когда требуемая выходная мощность двигателя становится ниже, чем первая граничная выходная мощность PY, процедура перескакивает к этапу 210. На этапе 210 оценивается, завершено ли управление для понижения выходной мощности двигателя. Когда управление для понижения выходной мощности двигателя не завершено, процедура переходит к этапу 211, где выполняется управление для понижения выходной мощности двигателя. Далее, когда на этапе 210 оценивается, что управление для понижения выходной мощности двигателя завершено, процедура переходит к этапу 212, где выполняется обработка для увеличения степени механического сжатия.On the other hand, when it is estimated at
Фиг.25-28 показывают второй вариант осуществления. В этом варианте осуществления, как показано на Фиг.25 и Фиг.27, когда выходная мощность двигателя 1 - это Pe2, и он находится в рабочем состоянии, показанном точкой R на линии K1 работы с минимальным уровнем расхода топлива, если требуемая выходная мощность Pe двигателя превышает первую граничную выходную мощность PY, сначала скорость Ne вращения двигателя увеличивается вдоль линии K1 работы с минимальным уровнем расхода топлива до скорости вращения двигателя на линии K2 работы с высоким крутящим моментом, удовлетворяющей требуемой выходной мощности Pe, затем степень механического сжатия уменьшается от максимальной степени механического MAX сжатия до минимальной степени механического MIN сжатия, далее управление для увеличения выходной мощности выполняется в состоянии, сохраняющем скорость Ne вращения двигателя постоянной.25-28 show a second embodiment. In this embodiment, as shown in FIG. 25 and FIG. 27, when the output power of
То есть в этом случае сначала находятся целевой крутящий момент двигателя и целевая скорость вращения двигателя на линии K2 работы с высоким крутящим моментом, удовлетворяющие требуемой выходной мощности Pe, далее скорость Ne вращения двигателя становится целевой скоростью вращения двигателя, далее степень механического сжатия понижается до целевой степени механического сжатия, затем крутящий момент Te двигателя увеличивается со значения на линии K1 работы с минимальным уровнем расхода топлива до целевого крутящего момента на линии K2 работы с высоким крутящим моментом.That is, in this case, the target engine torque and the target engine speed are first found on the high-torque line K2 satisfying the required output power Pe, then the engine speed Ne becomes the target engine speed, then the mechanical compression ratio is reduced to the target degree mechanical compression, then the engine torque Te increases from the value on the line K1 with a minimum fuel consumption to the target torque on the line K2 slave you with high torque.
Как противоположность этому, когда двигатель находится в рабочем состоянии, где выходная мощность двигателя 1 показана точкой Pe на линии K2 работы с высоким крутящим моментом, если требуемая выходная мощность Pe двигателя становится ниже, чем первая граничная выходная мощность PY, сначала скорость Ne вращения двигателя сохраняется постоянной, и в этом состоянии выполняется управление для уменьшения выходной мощности, далее степень механического сжатия увеличивается с минимальной степени механического MIN сжатия до максимальной степени механического MAX сжатия, далее скорость Ne вращения двигателя понижается.In contrast, when the engine is operational, where the output of
С другой стороны, как показано на Фиг.26, когда выходная мощность двигателя 1 - это Pe2, и он находится в рабочем состоянии, показанном точкой R на линии K1 работы с минимальным уровнем расхода топлива, если требуемая выходная мощность Pe двигателя превышает вторую граничную выходную мощность PZ тем же способом, что и в случае на Фиг.25, как показано на Фиг.27, сначала скорость Ne вращения двигателя увеличивается вдоль линии K1 работы с минимальным уровнем расхода топлива до скорости вращения двигателя на линии K3 работы с полной нагрузкой, удовлетворяющей требуемой выходной мощности Pe, далее степень механического сжатия понижается от максимальной степени механического MAX сжатия до минимальной степени механического MIN сжатия, далее скорость Ne вращения двигателя сохраняется постоянной, и в этом состоянии выполняется управление для увеличения выходной мощности.On the other hand, as shown in FIG. 26, when the output power of
В противоположность этому, когда выходная мощность двигателя 1 является рабочим состоянием, показанным точкой Pe на линии K3 работы с полной нагрузкой, и когда требуемая выходная мощность Pe двигателя становится ниже, чем первая граничная выходная мощность PY, сначала управление для уменьшения выходной мощности выполняется в состоянии, сохраняющем скорость Ne вращения двигателя постоянной. Далее степень механического сжатия увеличивается с минимальной степени механического MIN сжатия до максимальной степени механического MAX сжатия, далее скорость Ne вращения двигателя уменьшается.In contrast, when the output power of the
Когда крутящий момент Te двигателя и скорость Ne вращения двигателя управляются до линии K1 работы с минимальным уровнем расхода топлива, если скорость Ne вращения двигателя растет, выходная мощность двигателя увеличивается. С другой стороны, как пояснено выше, скорость Ne вращения двигателя управляется электродвигателем-генератором MG1. Управление скоростью Ne вращения двигателя посредством этого электродвигателя-генератора MG1 имеет очень хорошую реакцию. Следовательно, как показано на Фиг.25 или Фиг.26, если скорость Ne вращения двигателя увеличивается, когда существует запрос ускорения, выходная мощность двигателя немедленно увеличивается, и, следовательно, может быть получено хорошее ощущение ускорения.When the engine torque Te and the engine speed Ne are controlled before the operation line K1 with a minimum fuel consumption level, if the engine speed Ne is increased, the engine output is increased. On the other hand, as explained above, the engine rotation speed Ne is controlled by the motor generator MG1. Controlling the engine speed Ne by this motor generator MG1 has a very good response. Therefore, as shown in FIG. 25 or FIG. 26, if the engine rotation speed Ne increases when an acceleration request exists, the output of the engine immediately increases, and therefore, a good acceleration sensation can be obtained.
Фиг.28 показывает процедуру оперативного управления для выполнения второго варианта осуществления, показанного на Фиг.25-27. Эта процедура также выполняется по прерыванию в каждом постоянном интервале времени. Следует отметить, что в этой процедуре этапы 300-306 являются такими же, что и этапы 200-206 процедуры, показанной на Фиг.24, таким образом, объяснение этапов 300-306 будет опущено.Fig. 28 shows an operational control procedure for executing the second embodiment shown in Figs. 25-27. This procedure is also performed by interruption at each constant time interval. It should be noted that in this procedure, steps 300-306 are the same as steps 200-206 of the procedure shown in FIG. 24, so an explanation of steps 300-306 will be omitted.
Обращаясь к Фиг.28, в этом втором варианте осуществления, когда на этапе 301 оценивается, что Pe не меньше, чем PY во время текущего прерывания, то есть когда требуемая выходная мощность двигателя превышает первую граничную выходную мощность PY, процедура перескакивает к этапу 307. На этапе 307 оценивается, завершен ли процесс увеличения скорости Ne вращения двигателя. Когда процесс увеличения скорости вращения двигателя не завершен, процедура переходит к этапу 308, где скорость Ne вращения двигателя увеличивается. Далее, когда на этапе 307 оценивается, что процесс увеличения скорости Ne вращения двигателя завершен, процедура переходит к этапу 309.Referring to FIG. 28, in this second embodiment, when it is estimated in
На этапе 309 оценивается, завершен ли процесс понижения степени механического сжатия. Когда процесс понижения степени механического сжатия не завершен, процедура переходит к этапу 310, где степень механического сжатия понижается. Далее, когда на этапе 309 оценивается, что процесс понижения степени механического сжатия завершен, процедура переходит к этапу 311, где выполняется управление для повышения выходной мощности.At
С другой стороны, когда на этапе 303 оценивается, что Pe<PY во время текущего прерывания, т.е. когда требуемая выходная мощность двигателя становится ниже, чем первая граничная выходная мощность PY, процедура перескакивает к этапу 312. На этапе 312 оценивается, завершено ли управление для понижения выходной мощности двигателя. Когда управление для понижения выходной мощности двигателя не завершено, процедура переходит к этапу 313, где выполняется управление для понижения выходной мощности двигателя. Далее, когда на этапе 312 оценивается, что управление для понижения выходной мощности двигателя завершено, процедура переходит к этапу 314.On the other hand, when it is estimated at
На этапе 314 оценивается, завершен ли процесс повышения степени механического сжатия. Когда процесс увеличения степени механического сжатия не завершен, процедура переходит к этапу 315, где степень механического сжатия увеличивается. Далее, когда на этапе 314 оценивается, что процесс увеличения степени механического сжатия завершен, процедура переходит к этапу 316, где скорость Ne вращения двигателя уменьшается.At 314, it is judged if the process of increasing the mechanical compression ratio has been completed. When the process of increasing the mechanical compression ratio is not completed, the process proceeds to step 315, where the mechanical compression ratio is increased. Further, when it is estimated at
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010107202/11A RU2434152C1 (en) | 2009-04-02 | 2009-04-02 | Engine control system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010107202/11A RU2434152C1 (en) | 2009-04-02 | 2009-04-02 | Engine control system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2010107202A RU2010107202A (en) | 2011-09-10 |
RU2434152C1 true RU2434152C1 (en) | 2011-11-20 |
Family
ID=44757213
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010107202/11A RU2434152C1 (en) | 2009-04-02 | 2009-04-02 | Engine control system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2434152C1 (en) |
-
2009
- 2009-04-02 RU RU2010107202/11A patent/RU2434152C1/en active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2010107202A (en) | 2011-09-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2481210C1 (en) | Engine control system | |
US8364382B2 (en) | Engine control system | |
JP4241676B2 (en) | POWER OUTPUT DEVICE, VEHICLE MOUNTING THE SAME, AND METHOD FOR CONTROLLING POWER OUTPUT DEVICE | |
CN101443538B (en) | Method for controlling start timing and mechanical compression ratio of actual compression action | |
US9909512B2 (en) | Hybrid vehicle and control method for hybrid vehicle | |
US20140041638A1 (en) | Drive control system | |
US9815452B2 (en) | Hybrid vehicle, controller for hybrid vehicle, and control method for hybrid vehicle with two stages catalyst warm-up in relationship with variable intake valve timing | |
US20160244064A1 (en) | Hybrid vehicle, controller for hybrid vehicle, and control method for hybrid vehicle for reducing the compression ratio at start-up of the engine according a battery level | |
CA2695694C (en) | Spark ignition type internal combustion engine | |
US8413618B2 (en) | Spark ignition type internal combustion engine | |
JP2007239461A (en) | Control device for internal combustion engine | |
JP2012086720A (en) | Jump spark ignition internal combustion engine | |
RU2434152C1 (en) | Engine control system | |
RU2434155C1 (en) | Engine control system | |
JP5915566B2 (en) | Engine control device | |
JP3888250B2 (en) | Hybrid vehicle equipped with a compression auto-ignition engine |