RU2434157C1 - Двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания с искровым зажиганием (ДВС). ДВС содержит механизм регулированных фаз газораспределения, механизм переменной степени сжатия и дроссельную заслонку. Механизм регулированных фаз газораспределения выполнен с возможностью регулирования установки момента закрытия впускного клапана. Механизм переменной степени сжатия выполнен с возможностью изменения степени механического сжатия. При отрицательном давлении во впускном канале ДВС, меньшем, чем требуемое отрицательное давление, степень открывания дроссельной заслонки устанавливается меньшей. При меньшей степени открывания дроссельной заслонки во впускном канале устанавливается требуемое или большее отрицательное давление. При установке требуемого или большего отрицательного давления во впускном канале установка момента закрытия впускного клапана смещается в направлении, приближающемся к нижней мертвой точке впуска. Объем всасываемого воздуха, соответствующий нагрузке двигателя, подается в камеру сгорания в соответствии со степенью открывания дроссельной заслонки. При этом степень механического сжатия устанавливается меньшей для понижения давления в конце сжатия. Технический результат заключается в обеспечении возможности формирования большого отрицательного давления во впускном канале двигателя во время работы ДВС на низких нагрузках. 9 з.п. ф-лы, 13 ил.

Description

Область техники

Настоящее изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания с искровым зажиганием.

Уровень техники

В данной области техники известен двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием, оснащенный механизмом переменной степени сжатия, способным изменять степень механического сжатия, и механизмом регулируемых фаз газораспределения, способным регулировать установку момента закрытия впускного клапана, выполняющий действие наддува посредством компрессора наддува во время работы двигателя на средней нагрузке и во время работы двигателя на высокой нагрузке, и увеличения степени механического сжатия и задержки установки момента закрытия впускного клапана, в то время как нагрузка двигателя становится более низкой в состоянии, удерживающем степень фактического сжатия постоянной, во время работы двигателя на средней и высокой нагрузке (см., например, публикацию заявки на патент Японии № 2004-218522).

В этом отношении, в двигателе внутреннего сгорания, раскрытом в публикации заявки на патент Японии № 2004-218522, во время работы двигателя на низкой нагрузке, степень механического сжатия устанавливается большей, установка момента закрытия впускного клапана задерживается и больше не выполняется никакой наддув. При задержке установки момента закрытия впускного клапана в области работы двигателя на низких нагрузках этим способом, чтобы сделать объем всасываемого воздуха, подаваемого в камеру сгорания, целевым объемом всасываемого воздуха, необходимо устанавливать степень открывания дроссельной заслонки большей до известной степени. Таким образом, если степень открывания дроссельной заслонки велика во время работы двигателя на низких нагрузках, отрицательное давление, сформированное во впускном канале двигателя на стороне ниже по потоку от дроссельной заслонки (например, сглаживающего ресивера), не является таким большим.

С другой стороны, например, усилитель тормозов, бачок для управления очисткой и другие устройства, использующие отрицательное давление (в дальнейшем указываемые ссылкой как «использующие отрицательное давление устройства»), обычно приводятся в действие с использованием отрицательного давления, сформированного во впускном канале двигателя. По этой причине, если достаточное отрицательное давление не формируется внутри впускного канала двигателя во время работы двигателя на низких нагрузках, как пояснено выше, больше невозможно надлежащим образом эксплуатировать эти использующие отрицательное давление устройства. В частности, усилитель тормозов требует относительно большого отрицательного давления для формирования достаточной тормозной силы, таким образом, становится необходимым формирование большого отрицательного давления во впускном канале двигателя.

В этом отношении, как пояснено выше, в двигателе внутреннего сгорания, раскрытом в публикации заявки на патент Японии № 2004-218522, невозможно формировать большое отрицательное давление во впускном канале двигателя, по меньшей мере, во время работы двигателя на низких нагрузках, а потому невозможно надлежащим образом эксплуатировать использующие отрицательное давление устройства.

Краткое описание изобретения

Настоящее изобретение было разработано принимая во внимание вышеприведенную проблему, и задачей изобретения является создание двигателя внутреннего сгорания, увеличивающего степень механического сжатия и задерживающего установку момента закрытия впускного клапана во время работы двигателя на низких нагрузках, который может надлежащим образом эксплуатировать использующие отрицательное давление устройства без изменения режима работы двигателя.

Настоящее изобретение предлагает, в качестве средства для решения вышеприведенной проблемы, двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием, раскрытый в формуле изобретения.

Согласно первому аспекту настоящего изобретения двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием оснащен механизмом регулируемых фаз газораспределения, способным управлять установкой момента закрытия впускного клапана, и механизмом переменной степени сжатия, способным изменять степень механического сжатия, при этом когда отрицательное давление во впускном канале двигателя является меньшим, чем требуемое отрицательное давление, степень открывания дроссельной заслонки устанавливается меньшей, так что отрицательное давление во впускном канале двигателя становится требуемым отрицательным давлением или большим, а установка момента закрытия впускного клапана перемещается в направлении, приближающемся к нижней мертвой точке впуска, так что объем всасываемого воздуха, соответствующий нагрузке двигателя, подается в камеру сгорания в соответствии со степенью открывания дроссельной заслонки, и также степень механического сжатия устанавливается меньшей для понижения давления в конце сжатия.

В этом аспекте, если есть потребность в отрицательном давлении, степень открывания дроссельной заслонки устанавливается меньшей, и, в соответствии с этим, регулируется установка момента закрытия впускного клапана. Если степень открывания дроссельной заслонки сделана меньшей, отрицательное давление во впускном канале двигателя увеличивается. Если установка момента закрытия впускного клапана регулируется в соответствии со степенью открывания дроссельной заслонки, объем всасываемого воздуха, соответствующий нагрузке двигателя, может подаваться в камеру сгорания, даже если степень дроссельной заслонки установлена меньшей.

В третьем аспекте настоящего изобретения степень механического сжатия в случае, когда отрицательное давление во впускном канале двигателя становится требуемым отрицательным давлением или большим вследствие уменьшения степени открывания дроссельной заслонки, устанавливается меньшей, чем в случае, когда отрицательное давление во впускном канале двигателя является меньшим, чем требуемое отрицательное давление.

В четвертом аспекте настоящего изобретения степень механического сжатия в случае, когда отрицательное давление во впускном канале двигателя становится требуемым отрицательным давлением или большим вследствие уменьшения степени открывания дроссельной заслонки, устанавливается так, что температура в конце сжатия становится, по существу, такой же, как температура в конце сжатия в случае, когда отрицательное давление во впускном канале двигателя является меньшим, чем требуемое отрицательное давление.

В пятом аспекте настоящего изобретения, когда отрицательное давление во впускном канале двигателя является требуемым отрицательным давлением или большим, степень расширения имеет значение 20 или более во время работы двигателя на низких нагрузках.

В шестом аспекте настоящего изобретения степень фактического сжатия во время работы двигателя на низких нагрузках делается, по существу, такой же степенью сжатия, как во время работы двигателя на средних и высоких нагрузках.

В седьмом аспекте настоящего изобретения, в котором, когда отрицательное давление во впускном канале является требуемым отрицательным давлением или большим, установка момента закрытия впускного клапана вынуждается смещаться в направлении от нижней мертвой точки впуска до предельной установки момента закрытия, способной регулировать объем всасываемого воздуха, подаваемого в камеру сгорания, наряду со снижением нагрузки двигателя.

В восьмом аспекте настоящего изобретения в области, где нагрузка выше, чем нагрузка двигателя, когда установка момента закрытия впускного клапана достигает предельной установки момента закрытия, объем всасываемого воздуха, подаваемого в камеру сгорания, регулируется не дроссельной заслонкой, а изменением установки момента закрытия впускного клапана.

В девятом аспекте настоящего изобретения в области, где нагрузка выше, чем нагрузка двигателя, когда установка момента закрытия впускного клапана достигает предельной установки момента закрытия, дроссельная заслонка удерживается в полностью открытом состоянии.

В десятом аспекте настоящего изобретения в области, где нагрузка ниже, чем нагрузка двигателя, когда установка момента закрытия впускного клапана достигает предельной установки момента закрытия, объем всасываемого воздуха, подаваемого в камеру сгорания, регулируется дроссельной заслонкой.

В одиннадцатом аспекте настоящего изобретения, когда отрицательное давление во впускном канале двигателя является требуемым отрицательным давлением или большим, степень механического расширения устанавливается максимальной степенью механического расширения во время работы двигателя на низких нагрузках.

Далее, настоящее изобретение будет описано со ссылкой на прилагаемые чертежи и предпочтительные варианты его осуществления.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 - общий вид двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием;

Фиг. 2 - вид в перспективе с разнесением деталей механизма переменной степени сжатия;

Фиг. 3A и 3B - схематично проиллюстрированные виды сбоку в поперечном разрезе двигателя внутреннего сгорания;

Фиг. 4 - вид, показывающий механизм регулируемых фаз газораспределения;

Фиг. 5 - вид, показывающий величину подъема впускного клапана и выпускного клапана;

Фиг. 6A-6C - виды, иллюстрирующие степень механического сжатия, степень фактического сжатия и степень расширения;

Фиг. 7 - вид, иллюстрирующий зависимость теоретического теплового коэффициента полезного действия от степени расширения;

Фиг. 8A и 8B - виды, иллюстрирующие обычный цикл и цикл со сверхвысокой степенью расширения;

Фиг. 9 - вид, иллюстрирующий изменения степени механического сжатия и т.д., в соответствии с нагрузкой двигателя;

Фиг. 10A и 10B - виды, иллюстрирующие зависимость между степенью открывания дроссельной заслонки и установкой момента закрытия впускного клапана, и температурой в конце сжатия;

Фиг. 11 - вид, иллюстрирующий изменения степени открывания дросселя и т.д., когда есть потребность в отрицательном давлении;

Фиг. 12 - блок-схема последовательности операций способа, иллюстрирующая процедуру управления для управления формированием отрицательного давления; и

Фиг. 13A-13C - виды, иллюстрирующие целевую степень открывания дросселя и т.д.

Наилучший способ реализации изобретения

Далее, варианты осуществления настоящего изобретения будут пояснены со ссылкой на чертежи. Следует отметить, что одинаковые или подобные компоненты на чертежах обозначены одинаковыми ссылочными позициями. Фиг. 1 является видом сбоку в поперечном разрезе двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием.

На фиг. 1 ссылочной позицией 1 обозначен картер двигателя, 2 - блок цилиндров, 3 - головка цилиндра, 4 - поршень, 5 - камера сгорания, 6 - свеча зажигания, скомпонованная вверху и центре камеры 5 сгорания, 7 - впускной клапан, 8 - впускной канал, 9 - выпускной клапан и 10 - выпускной канал. Впускной канал 8 присоединен через впускной патрубок 11 к сглаживающему ресиверу 12, наряду с тем, что каждый впускной патрубок 11 оснащен топливной форсункой 13 для впрыска топлива по направлению к соответствующему впускному каналу 8. Следует отметить, что каждая топливная форсунка 13 может быть скомпонована в каждой камере 5 сгорания вместо присоединения к каждому впускному патрубку 11.

Сглаживающий ресивер 12 присоединен через впускной канал 14 к воздушному фильтру 15, причем впускной канал 14 оснащен, внутри него, дроссельной заслонкой 17, приводимой в действие исполнительным механизмом 16, и датчиком 18 количества всасываемого воздуха, например, использующим термоэлемент. Сглаживающий ресивер 12 присоединен к проводящей отрицательное давление трубке 19, которая присоединена к усилителю 20 тормозов. Усилитель 20 тормозов присоединен к тормозной педали 21, и внутри него предусмотрен датчик 22 отрицательного давления 22 для определения отрицательного давления в усилителе тормозов. Кроме того, сглаживающий ресивер 12 оснащен внутри датчиком 23 давления для определения давления в сглаживающем ресивере 12. С другой стороны, выпускной канал 10 присоединен через выпускной коллектор 24 к корпусу каталитического нейтрализатора 25 отработавших газов, например трехкомпонентному нейтрализатору. Выхлопной коллектор 24 снабжен внутри него датчиком 26 соотношения компонентов топливно-воздушной смеси.

Кроме того, в варианте осуществления, показанном на фиг. 1, соединительная деталь картера 1 двигателя и блока 2 цилиндров оснащена механизмом A переменной степени сжатия, способным изменять относительные положения картера 1 двигателя и блока 2 цилиндров в осевом направлении цилиндра, с тем чтобы изменять объем камеры 5 сгорания, когда поршень 4 расположен в верхней мертвой точке сжатия. Двигатель внутреннего сгорания дополнительно оснащен механизмом B регулируемых фаз газораспределения, способным изменять установку момента закрытия впускного клапана 7, с тем чтобы изменять установку времени начала действия фактического сжатия.

Электронный блок 30 управления составлен из цифрового компьютера, оснащенного компонентами, соединенными друг с другом через двунаправленную шину 31, такими как ПЗУ 32 (постоянное запоминающее устройство), ОЗУ 33 (оперативное запоминающее устройство), ЦП 34 (микропроцессор), порт 35 ввода и порт 36 вывода. Выходной сигнал датчика 18 количества всасываемого воздуха и выходной сигнал датчика 26 соотношения компонентов топливно-воздушной смеси вводятся через соответствующие аналого-цифровые преобразователи 37 в порт 35 ввода. Кроме того, педаль 40 акселератора присоединена к датчику 41 нагрузки, формирующему выходное напряжение, пропорциональное величине нажатия педали 40 акселератора. Выходное напряжение датчика 41 нагрузки вводится через соответствующий аналого-цифровой преобразователь 37 в порт 35 ввода. Кроме того, порт 35 ввода присоединен к датчику 42 поворота коленчатого вала, формирующему выходной импульс каждый раз, когда коленчатый вал поворачивается, например, на 30°. С другой стороны, порт 36 вывода присоединен через соответствующие схемы возбуждения к свече 6 зажигания, топливные форсунки 13, и приводному двигателю 16 дроссельной заслонки, механизму A переменной степени сжатия и механизму B регулируемых фаз газораспределения.

Фиг. 2 представляет собой вид в перспективе с разнесением деталей механизма A переменной степени сжатия, показанного на фиг. 1, наряду с тем, что фиг. 3A и фиг. 3B - схематично проиллюстрированные виды сбоку в поперечном разрезе двигателя внутреннего сгорания. Со ссылкой на фиг. 2, в нижней части двух боковых стенок блока 2 цилиндров сформировано множество выступающих частей 50, отделенных друг от друга некоторым расстоянием. Каждая выступающая часть 50 сформирована с отверстием 51 вставки кулачка круглого поперечного сечения. С другой стороны, верхняя поверхность картера 1 двигателя сформирована с множеством выступающих частей 52, отделенных друг от друга некоторым расстоянием и помещенных между соответствующими выступающими частями 50. Эти выступающие части 52 также сформированы с отверстиями 53 вставки кулачков круглого поперечного сечения.

Как показано на фиг. 2, предусмотрена пара распределительных валов 54, 55. Каждый из распределительных валов 54, 55 имеет дисковые кулачки 56, закрепленные на нем, способные с возможностью вращения вставляться в отверстия 51 вставки кулачков в каждом другом положении. Эти дисковые кулачки 56 являются соосными с осями вращения распределительных валов 54, 55. С другой стороны, между дисковыми кулачками 56, как показано штриховкой на фиг. 3A и 3B, проходят эксцентриковые валы 57, скомпонованные эксцентрически по отношению к осям вращения распределительных валов 54, 55. Каждый эксцентриковый вал 57 имеет другие дисковые кулачки 58, с возможностью вращения эксцентрически присоединенные к нему. Как показано на фиг. 2, эти дисковые кулачки 58 скомпонованы между дисковыми кулачками 56. Эти дисковые кулачки 58 с возможностью вращения вставлены в соответствующие отверстия 53 вставки кулачков.

Когда дисковые кулачки, прикрепленные к дисковым кулачкам 54, 55, вращаются в противоположных направлениях, как показано стрелками сплошных линий на фиг. 3A, из состояния, показанного на фиг. 3A, эксцентриковые валы 57 перемещаются по направлению к нижнему центру, так что дисковые кулачки 58 вращаются в противоположных направлениях от дисковых кулачков 56 в отверстиях 53 вставки кулачков, как показано стрелками пунктирных линий на фиг. 3A. Как показано на фиг. 3B, когда эксцентриковые валы 57 перемещаются по направлению к нижнему центру, центры дисковых кулачков 58 перемещаются под эксцентриковые валы 57.

Как будет понятно из сравнения фиг. 3A и 3B, относительные положения картера 1 двигателя и блока 2 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 2 цилиндров от картера 1 двигателя. Если блок 2 цилиндров смещается от картера 1 двигателя, объем камеры 5 сгорания, когда поршень 4 расположен в верхней мертвой точке сжатия, возрастает, поэтому посредством вынуждения распределительных валов 54, 55 вращаться объем камеры 5 сгорания, когда поршень 4 расположен в верхней мертвой точке сжатия, может изменяться.

Как показано на фиг. 2, чтобы заставить распределительные валы 54, 55 вращаться в противоположных направлениях, вал приводного электродвигателя 59 оснащен парой червячных передач 61, 62 с противоположными направлениями резьбы. Шестерни 63, 64, входящие в зацепление с этими червячными передачами 61, 62, прикреплены к концам распределительных валов 54, 55 соответственно. В этом варианте осуществления приводной электродвигатель 59 может приводиться в движение для изменения объема камеры 5 сгорания, когда поршень 4 расположен в верхней мертвой точке сжатия, на широком диапазоне. Следует отметить, что механизм A переменной степени сжатия, показанный на фиг. 1- 3B, является примерным. Может использоваться любой тип механизма переменной степени сжатия.

С другой стороны, кроме того, фиг. 4 показывает механизм B регулируемых фаз газораспределения, прикрепленный к концу распределительного вала 70 для приведения в действие впускного клапана 7 на фиг. 1. Как показано на фиг. 4, механизм B регулируемых фаз газораспределения оснащен зубчатым шкивом 71, вращаемым коленчатым валом двигателя через зубчатый ремень в направлении стрелки, цилиндрическим корпусом 72, вращающимся вместе с зубчатым шкивом 71, валом 73 вращения, способным вращаться вместе с распределительным валом 70 и вращаться относительно цилиндрического корпуса 72, множеством перемычек 74, проходящих от внутренней окружности цилиндрического корпуса 72 к внешней окружности вала 73 вращения, и лопастями 75, проходящими между перемычками 74 от внешней окружности вала 73 вращения к внутренней окружности цилиндрического корпуса 72, две стороны лопастей 75 образованы гидравлическими камерами 76 использования опережения и гидравлическими камерами 77 использования запаздывания.

Подача рабочей жидкости на масляной основе в гидравлические камеры 76, 77 регулируется клапаном 85 управления подачей рабочей жидкости. Этот клапан 85 управления подачей рабочей жидкости оснащен гидравлическими каналами 78, 79, присоединенными к гидравлическим камерам 76, 77, каналом 81 питания для подачи рабочей жидкости на масляной основе, выпускаемой из гидравлического насоса 80, парой дренажных окон 82, 83, золотниковым клапаном 84 для управления соединением и разъединением окон 78, 79, 81, 82, 83.

Для продвижения вперед фазы кулачков распределительного вала 70 золотниковый клапан 84 вынуждается перемещаться вправо на фиг. 4, рабочая жидкость на масляной основе, подаваемая из канала 81 питания, подается через гидравлический канал 78 в гидравлические камеры 76 использования опережения, а рабочая жидкость на масляной основе в гидравлических камерах 77 использования запаздывания сливается из дренажного канала 83. В это время вал 73 вращения вращается относительно цилиндрического корпуса 72 в направлении стрелки.

В противоположность этому, для задержки фазы кулачков распределительного вала 70, золотниковый клапан 84 перемещается влево на фиг. 4, рабочая жидкость на масляной основе, подаваемая из канала 81 питания, подается через гидравлический канал 79 в гидравлические камеры 76 использования запаздывания, а рабочая жидкость на масляной основе в гидравлических камерах 77 использования опережения сливается из дренажного канала 82. В это время вал 73 вращения вращается относительно цилиндрического корпуса 72 в направлении, противоположном направлению стрелки.

Когда вал 73 вращения вращается относительно цилиндрического корпуса 72, если золотниковый клапан 84 возвращается в нейтральное положение, показанное на фиг. 4, действие для относительного вращения вала 73 вращения заканчивается, и вал 73 вращения тогда удерживается в положении относительного вращения. Поэтому можно использовать механизм B регулируемых фаз газораспределения, с тем чтобы продвигать вперед или задерживать фазу кулачка распределительного вала 70 точно на требуемую величину.

На фиг. 5, сплошная линия показывает случай, когда фаза кулачков распределительного вала 70 максимально продвигается вперед механизмом B регулируемых фаз газораспределения, а пунктирная линия показывает случай, когда фаза кулачков распределительного вала 70 максимально задерживается. Поэтому период открывания впускного клапана 70 может свободно устанавливаться между периодом, показанным сплошной линией, и периодом, показанным пунктирной линией, на фиг. 5, и, таким образом, установка момента закрытия впускного клапана может устанавливаться в заданный угол поворота коленчатого вала в пределах диапазона, указанного стрелкой C на фиг. 5.

Следует отметить, что механизм B регулируемых фаз газораспределения, показанный на фиг. 1 и 4, является примерным. Также можно использовать различные типы механизма регулируемых фаз газораспределения, такой как механизм регулируемых фаз газораспределения, способный изменять установку момента закрытия впускного клапана с установкой его момента открытия, поддерживаемой постоянной. Кроме того, хотя механизм B регулируемых фаз газораспределения используется для изменения установки момента начала действия фактического сжатия в настоящем изобретении, также можно использовать различные типы механизмов изменения установки момента действия фактического сжатия, способных изменять установку момента начала действия фактического сжатия, иных чем механизм регулируемых фаз газораспределения.

Далее, значение терминов, используемых в настоящей заявке, будет пояснено со ссылкой на фиг. 6A-6C. Следует отметить, что фиг. 6A, 6B и 6C показывают, для пояснительных целей, двигатель с объемом камер сгорания в 50 мл и объемом хода поршня в 500 мл. На фиг. 6A, 6B и 6C, объем камеры сгорания показывает объем камеры сгорания, когда поршень находится в верхней мертвой точке сжатия.

Фиг. 6A поясняет степень механического сжатия. Степень механического сжатия является значением, определяемым механически по объему хода поршня во время хода сжатия и объему камеры сгорания. Эта степень механического сжатия выражается как (объем камеры сгорания + объем хода)/объем камеры сгорания. В примере, показанном на фиг. 6A, степень механического сжатия становится (50 мл + 500 мл) / 50 мл = 11.

Фиг. 6B поясняет степень фактического сжатия. Эта степень фактического сжатия является значением, определяемым по объему камеры сгорания и фактическим объемом хода поршня, от того, когда фактически начинается действие сжатия, до того, когда поршень достигает верхней мертвой точки. Эта степень фактического сжатия выражается как (объем камеры сгорания + фактический объем хода)/объем камеры сгорания. То есть, как показано на фиг. 6B, даже если поршень начинает подниматься в ходе сжатия, никакого действия сжатия не выполняется, в то время как впускной клапан открыт. Фактическое действие сжатия начинается после того, как закрывается впускной клапан. Поэтому степень фактического сжатия выражается, как приведено выше, с использованием фактического объема хода. В примере, показанном на фиг. 6B, степень фактического сжатия становится (50 мл + 450 мл)/50 мл = 10.

Фиг. 6C поясняет степень расширения. Степень расширения является значением, определяемым по объему хода поршня во время хода расширения и объему камеры сгорания. Эта степень расширения выражается как (объем камеры сгорания + объем хода)/объем камеры сгорания. В примере, показанном на фиг. 6C, эта степень расширения становится (50 мл + 500 мл)/50 мл = 11.

Теперь, основные признаки настоящего изобретения будут пояснены со ссылкой на фиг. 7, 8A и 8B. Следует отметить, что фиг. 7 показывает зависимость между теоретическим тепловым коэффициентом полезного действия и степенью расширения, а фиг. 8A и 8B показывают сравнение между обычным циклом и циклом сверхвысокого расширения, избирательно используемым в соответствии с нагрузкой в настоящем изобретении.

Фиг. 8A показывает обычный цикл, в котором впускной клапан закрывается около нижней мертвой точки, и действие сжатия поршня начинается, по существу, почти от нижней мертвой точки сжатия. В примере, показанном на этой фиг. 8A, также, таким же образом, как примеры, показанные на фиг. 6A, 6B и 6C, объем камеры сгорания сделан 50 мл, а объем хода поршня сделан 500 мл. Как будет понятно по фиг. 8A, в обычном цикле, степень механического сжатия имеет значение (50 мл + 500 мл)/50 мл = 11, степень фактического сжатия также имеет значение около 11, а степень расширения также становится (50 мл + 500 мл)/50 мл = 11. То есть в обычном двигателе внутреннего сгорания, степень механического сжатия и степень фактического сжатия, а также степень расширения, становятся, по существу, равными.

Сплошная линия на фиг. 7 показывает изменение теоретического теплового коэффициента полезного действия в случае, когда степень фактического сжатия и степень расширения являются, по существу, равными, то есть в обычном цикле. В этом случае определяется, что чем больше степень расширения, то есть чем выше степень фактического сжатия, тем выше теоретический тепловой коэффициент полезного действия. Поэтому, в обычном цикле, для подъема теоретического теплового коэффициента полезного действия, степень фактического сжатия должна устанавливаться более высокой. Однако, вследствие ограничений на возникновение детонации во время работы двигателя на высоких нагрузках, степень фактического сжатия может подниматься даже на максимуме только до приблизительно 12, соответственно, в обычном цикле, теоретический тепловой коэффициент полезного действия не может делаться достаточно высоким.

С другой стороны, при этой ситуации, изобретатели проводили строгое различие между степенью механического сжатия и степенью фактического сжатия, и изучали теоретический тепловой коэффициент полезного действия, и, как результат, обнаружили, что в теоретическом коэффициенте полезного действия доминирующим является степень расширения, и теоретический коэффициент полезного действия вообще не находится под сильным влиянием степени фактического сжатия. То есть, если растет степень фактического сжатия, растет взрывная сила; но сжатие требует большой энергии, соответственно, даже если растет степень фактического сжатия, теоретический тепловой коэффициент полезного действия почти совсем не будет расти.

В противоположность этому, если растет степень расширения, чем больший период, в течение которого действует сила, прижимающая поршень во время хода расширения, тем больше время, в которое поршень выдает силу вращения на коленчатый вал. Поэтому, чем большим делается степень расширения, тем выше становится теоретический тепловой коэффициент полезного действия. Пунктирная линия ε=10 на фиг. 7 показывает теоретический тепловой коэффициент полезного действия в случае фиксации степени фактического сжатия на 10 и подъема степени расширения в таком состоянии. Узнано, что величина подъема теоретического теплового коэффициента полезного действия, при подъеме степени расширения в состоянии, когда степень фактического сжатия поддерживается в низком значении вышеприведенным образом, а величина подъема теоретического теплового коэффициента полезного действия в случае, когда степень фактического сжатия увеличивается наряду со степенью расширения, как показано сплошной линией по фиг. 7, не будет отличаться так сильно.

Если степень фактического сжатия удерживается на низком значении таким образом, детонация происходить не будет, так что при подъеме степени расширения в состоянии, когда степень фактического сжатия удерживается на низком значении, появление детонации может предотвращаться, а теоретический тепловой коэффициент полезного действия может значительно подниматься. Фиг. 8B показывает пример случая при использовании механизма A переменной степени сжатия и механизма B регулируемых фаз газораспределения для удерживания степени фактического сжатия на низком значении и подъема степени расширения.

Как показано на фиг. 8B, в этом примере, механизм A переменной степени сжатия используется для понижения объема камеры сгорания с 50 мл до 20 мл. С другой стороны, механизм B регулируемых фаз газораспределения используется для задерживания установки момента закрытия впускного клапана до тех пор, пока фактический объем хода поршня не изменяется с 500 мл до 200 мл. Как результат, в этом примере, степень фактического сжатия становится (20 мл + 200 мл)/20 мл = 11, а степень расширения становится (20 мл + 500 мл)/20 мл = 26. В обычном цикле, показанном на фиг. 8A, как пояснено выше, степень фактического сжатия имеет значение приблизительно 11, и степень расширения имеет значение 11. По сравнению с этим случаем, в случае, показанном на фиг. 8B, изучено, что только степень расширения поднимается до 26. Это является причиной того, что называется «цикл сверхвысокой степени расширения». Как пояснено выше, вообще говоря, в двигателе внутреннего сгорания, чем ниже нагрузка двигателя, тем хуже тепловой коэффициент полезного действия, поэтому для улучшения теплового коэффициента полезного действия во время работы транспортного средства, то есть для улучшения расхода топлива, необходимо улучшать тепловой коэффициент полезного действия во время работы двигателя на низких нагрузках. С другой стороны, в цикле сверхвысокой степени расширения, показанном на фиг. 8B, фактический объем хода поршня во время хода сжатия устанавливается меньшим, так что объем всасываемого воздуха, который может всасываться в камеру 5 сгорания, становится меньшим, поэтому цикл сверхвысокой степени расширения может применяться, только когда нагрузка двигателя относительно низка. Поэтому в настоящем изобретении во время работы двигателя на низких нагрузках устанавливается цикл сверхвысокой степени расширения, показанный на фиг. 8B, а во время работы двигателя на высоких нагрузках, устанавливается обычный цикл, показанный на фиг. 8A. Это является основным признаком настоящего изобретения.

Теперь, со ссылкой на фиг. 9, будет пояснено регулирование хода технологического процесса в целом.

Фиг. 9 показывает изменения степени механического сжатия, степени расширения, установки времени закрытия впускного клапана 7, степени фактического сжатия, количества всасываемого воздуха, степени открывания дроссельной заслонки 17 и насосных потерь согласно нагрузке двигателя. Следует отметить, что, в вариантах осуществления согласно настоящему изобретению, для предоставления возможности трехкомпонентному нейтрализатору в каталитическом нейтрализаторе 25 отработавших газов одновременно сокращать несгоревшие HC, CO и NO_x в выхлопном газе, традиционно, среднее соотношение компонентов воздушно-топливной смеси в камере 5 сгорания регулируется с обратной связью в стехиометрическое соотношение компонентов воздушно-топливной смеси на основании выходного сигнала датчика 26 соотношения компонентов воздушно-топливной смеси.

Как пояснено выше, во время работы двигателя на больших нагрузках, выполняется обычный цикл, показанный на фиг. 8A. Поэтому, как показано на фиг. 9, в это время, степень механического сжатия устанавливается низкой, и, как показано сплошной линией на фиг. 9, установка момента закрытия впускного клапана 7 продвигается вперед. Кроме того, в это время, степень открывания дроссельной заслонки 17 удерживается полностью открытой или по существу полностью открытой, так что насосные потери становятся нулевыми.

С другой стороны, как показано на фиг. 9, наряду с уменьшением нагрузки двигателя, степень механического сжатия повышается, так что также повышается степень расширения. Кроме того, в это время, степень фактического сжатия удерживается, по существу, постоянной, как показано сплошной линией на фиг. 9, посредством задержки установки времени закрытия впускного клапана 7 по мере того, как нагрузка двигателя становится ниже. Следует отметить, что в это время также дроссельная заслонка 17 удерживается в полностью открытом или по существу полностью открытом состоянии, поэтому количество всасываемого воздуха, подаваемое в камеру 5 сгорания, регулируется не дроссельной заслонкой 17, а посредством изменения установки момента закрытия впускного клапана 7. В это время насосные потери становятся нулевыми.

Таким образом, когда нагрузка двигателя становится ниже от состояния работы двигателя на высоких нагрузках, степень механического сжатия увеличивается наряду с уменьшением количества всасываемого воздуха при, по существу, постоянной степени фактического сжатия. То есть объем камеры 5 сгорания, когда поршень 4 достигает верхней мертвой точки сжатия, уменьшается пропорционально уменьшению количества всасываемого воздуха. Поэтому объем камеры 5 сгорания, когда поршень 4 достигает верхней мертвой точки сжатия, изменяется пропорционально количеству всасываемого воздуха. Следует отметить, что, в это время, соотношение компонентов топливно-воздушной смеси в камере 5 сгорания становится стехиометрическим соотношением компонентов топливно-воздушной смеси; поэтому объем камеры 5 сгорания, когда поршень достигает верхней мертвой точки сжатия, изменяется пропорционально количеству топлива.

Если нагрузка двигателя становится гораздо ниже, степень механического сжатия дополнительно повышается. Если степень механического сжатия достигает предельной степени механического сжатия, служащей в качестве верхнего конструктивного предела камеры 5 сгорания, в области, где нагрузка ниже, чем нагрузка L₁ двигателя, когда степень механического сжатия достигает предельной степени механического сжатия, степень механического сжатия удерживается на предельной степени механического сжатия. Поэтому, во время работы двигателя на низких нагрузках, степень механического сжатия становится максимальной, и степень расширения также становится максимальной. Другими словами, в настоящем изобретении, во время работы двигателя на низких нагрузках, степень механического сжатия делается максимальной, так что получается максимальная степень расширения. Кроме того, в это время, степень фактического сжатия удерживается на, по существу, такой же степени фактического сжатия, как во время работы двигателя на средних и высоких нагрузках.

С другой стороны, как показано сплошными линиями на фиг. 9, установка момента закрытия впускного клапана 7, задерживается наряду с падением нагрузки двигателя до предельной установки времени закрытия, при которой количество всасываемого воздуха, подаваемого в камеру 5 сгорания, может регулироваться изменением установки времени закрытия впускного клапана 7. В области, где нагрузка ниже, чем нагрузка L₂ двигателя, когда установка момента закрытия впускного клапана 7 достигает предельной установки момента закрытия, установка момента закрытия впускного клапана 7 удерживается на предельной установке момента закрытия. Если установка момента закрытия впускного клапана 7 удерживается на предельной установке момента закрытия, необходимо регулировать количество всасываемого воздуха некоторой другой разновидностью способа, поскольку установка момента закрытия впускного клапана 7 больше не может использоваться для регулирования количества всасываемого воздуха.

В варианте осуществления, показанном на фиг. 9, в это время, то есть в области нагрузки, меньшей, чем нагрузка L₂ двигателя, когда установка времени закрытия впускного клапана 7 достигает предельной установки времени закрытия, дроссельная заслонка 17 используется для управления количеством всасываемого воздуха, подаваемого в камеру 5 сгорания. Однако, если дроссельная заслонка 17 используется для управления количеством всасываемого воздуха, как показано на фиг. 9, насосные потери увеличиваются.

Следует отметить, что, для того чтобы предохранять такие насосные потери от возникновения, в области нагрузки, меньшей, чем нагрузка L₂ двигателя, когда установка момента закрытия впускного клапана 7 достигает предельной установки момента закрытия, соотношение компонентов воздушно-топливной смеси может делаться тем большей, чем ниже нагрузка двигателя, в состоянии, удерживающем дроссельную заслонку 17 полностью открытой или по существу полностью открытой. В это время топливная форсунка 13 предпочтительно скомпонована в камере 5 сгорания для выполнения стратифицированного сжигания.

Как показано на фиг. 9, во время низкой частоты вращения двигателя, независимо от нагрузки двигателя, степень фактического сжатия удерживается, по существу, постоянной. Степень фактического сжатия в это время устанавливается в пределах диапазона приблизительно в ±10 процентов по отношению к степени фактического сжатия во время работы двигателя на средних и высоких нагрузках, предпочтительно, ±5 процентов. Следует отметить, что в настоящем варианте осуществления степень фактического сжатия во время низкой частоты вращения двигателя делается приблизительно 10±1, то есть от 9 до 11. Однако, если частота вращения двигателя становится более высокой, возникает турбулентность в воздушно-топливной смеси в камере 5 сгорания, и, как результат, детонация имеет тенденцию не возникать. Поэтому, в варианте осуществления согласно настоящему изобретению, чем выше частота вращения двигателя, тем выше степень фактического сжатия.

С другой стороны, как пояснено выше, в цикле сверхвысокой степени расширения, показанном на фиг. 8B, степень расширения устанавливается равной 26. Чем выше эта степень расширения, тем более предпочтительна, но, как будет понятно из фиг. 7, даже для практически используемой нижней предельной степени сжатия ε=5, существенно высокий теоретический тепловой коэффициент полезного действия может быть получен, по крайней мере 20 или более. Поэтому, в настоящем изобретении, механизм A переменной степени сжатия сформирован так, что степень расширения становится 20 или более.

Кроме того, в примере, показанном на фиг. 9, степень механического сжатия непрерывно изменяется в соответствии с нагрузкой двигателя. Однако степень механического сжатия также может изменяться ступенями в соответствии с нагрузкой двигателя.

С другой стороны, как показано пунктирной линией на фиг. 9, по мере того, как нагрузка двигателя становится ниже, также посредством продвижения вперед установки момента закрытия впускного клапана 7, можно регулировать количество всасываемого воздуха без изменения степени открывания дроссельной заслонки. Поэтому для всестороннего выражения как случая, показанного сплошной линией, так и случая, показанного пунктирной линией на фиг. 9, в варианте осуществления согласно настоящему изобретению, установка момента закрытия впускного клапана 7 смещается по мере того, как нагрузка двигателя становится более низкой, в направлении от нижней мертвой точки НМТ сжатия до предельной установки L₂ момента закрытия, позволяя регулировать количество всасываемого воздуха, подаваемого в камеру сгорания.

Следует отметить, что, в вышеприведенном варианте осуществления, степень механического сжатия и установка момента закрытия впускного клапана управляются, с тем чтобы удерживать степень фактического сжатия, по существу, постоянной, независимо от нагрузки двигателя. Однако необязательно требуется управлять таковыми так, чтобы степень фактического сжатия удерживалась, по существу, постоянной. Кроме того, даже если не управлять работой для удерживания степени фактического сжатия, по существу, постоянной, в своей основе, необходимо увеличивать степень механического сжатия и перемещать установку момента закрывания впускного клапана от нижней мертвой точки впуска по мере того, как нагрузка двигателя становится ниже.

В этом отношении, большинство транспортных средств, монтирующих двигатели внутреннего сгорания, оснащено усилителем 20 тормозов или бачком (не показанным) для управления очисткой. Эти усилитель 20 тормозов и бачок используют отрицательное давление для своей работы. Например, усилитель 20 тормозов использует перепад давления между отрицательным давлением в усилителе 20 тормозов и атмосферным давлением для увеличения силы нажатия, прикладываемой к тормозной педали 21. Отрицательное давление в усилителе 20 тормозов уменьшается каждый раз, когда тормозная педаль 21 отжимается. Обычно, если отрицательное давление в усилителе 20 тормозов снижается, отрицательное давление пополняется из источника формирования отрицательного давления. Следует отметить, что ниже пояснение дается с использованием усилителя 20 тормозов в качестве устройства, использующего отрицательное давление.

Обычно, усилитель 20 тормозов или другое устройство, использующее отрицательное давление, по существу, использует источник формирования отрицательного давления, отрицательное давление, сформированное во впускном канале двигателя на стороне ниже по потоку дроссельной заслонки 17, например, отрицательное давление, сформированное в сглаживающем резервуаре 12. То есть, в обычном двигателе внутреннего сгорания, даже во время работы двигателя на низких и средних нагрузках, двигатель задействуется не посредством цикла сверхвысокой степени расширения, а нормального цикла. Таким образом, когда задействуется посредством нормального цикла, количество всасываемого воздуха в камеру 5 сгорания, главным образом, регулируется дроссельной заслонкой 17. Поэтому, во время работы двигателя на низких и средних нагрузках, степень открывания дроссельной заслонки 17 устанавливается меньшей. По этой причине, даже во время работы двигателя на низких нагрузках, большое отрицательное давление формируется в сглаживающем ресивере 12.

В этом отношении, при управлении степенью механического сжатия, установкой момента закрытия впускного клапана 7, степенью открывания дросселя и т.д., как показано на фиг. 9, во время работы двигателя на низких и средних нагрузках, количество всасываемого воздуха, подаваемого в камеру 5 сгорания, регулируется установкой момента закрытия впускного клапана 7 и не регулируется дроссельной заслонкой 17. По этой причине, дроссельная заслонка 17, в основном, полностью открыта. Поэтому большое отрицательное давление не формируется в сглаживающем ресивере 12. Кроме того, в области, где нагрузка ниже, чем нагрузка L₂ двигателя, когда установка момента закрытия впускного клапана 7 достигает предельной установки момента закрытия, как пояснено выше, установка момента закрытия впускного клапана 7 удерживается на предельной установке момента закрытия, и количество всасываемого воздуха, подаваемого в камеру 5 сгорания, регулируется дроссельной заслонкой 17. Однако, даже в этой области, степень открывания дроссельной заслонки 17 не делается малой, например, достаточной для формирования отрицательного давления, требуемого усилителем 20 тормозов, в сглаживающем ресивере 12, а потому достаточное отрицательное давление не формируется в сглаживающем ресивере 12.

Поэтому, как показано на фиг. 9, если регулируется степень механического сжатия, установка момента закрытия впускного клапана 7, степень открывания дросселя и т.д., необязательно формировать достаточное отрицательное давление для надлежащей эксплуатации усилителя 20 тормозов и т.д., в сглаживающем ресивере 12 во время низкой и средней нагрузки двигателя. Поэтому для надлежащей эксплуатации усилителя 20 тормозов и т.д., в частности во время работы двигателя на низких и средних нагрузках можно управлять работой, с тем чтобы формировать отрицательное давление. Поэтому, в этом варианте осуществления настоящего изобретения, как пояснено ниже, степень открывания дросселя и т.д. регулируется, с тем чтобы формировать отрицательное давление в сглаживающем ресивере 12, с тем чтобы обеспечить надлежащую работу усилителя 20 тормозов, даже во время работы двигателя на низких и средних нагрузках. Здесь усилитель 20 тормозов и другие устройства, использующие отрицательное давление, не всегда требуют постоянного или более высокого отрицательного давления. Например, если взять в качестве примера усилитель 20 тормозов, только когда давление в усилителе 20 тормозов поднимается до определенного значения или более, вследствие содействия операции отжимания тормозной педали 21, то есть когда отрицательное давление в усилителе 20 тормозов падает до определенного значения или меньшего, необходимо подавать отрицательное давление в усилитель 20 тормозов, с тем чтобы восстанавливать отрицательное давление в усилителе 20 тормозов. То есть в усилителе 20 тормозов и других устройствах, использующих отрицательное давление, отрицательное давление не требуется постоянно. Отрицательное давление требуется периодически.

Поэтому, в варианте осуществления согласно настоящему изобретению, отрицательное давление формируется в сглаживающем ресивере 12, только когда есть потребность в отрицательном давлении из усилителя 20 тормозов. Более точно, когда есть потребность в отрицательном давлении от усилителя 20 тормозов, и т.д., степень открывания дросселя делается меньшей, так что опорное отрицательное давление (требуемое отрицательное давление) или более высокое отрицательное давление формируется в сглаживающем ресивере 12, то есть, давление в сглаживающем ресивере 12 становится опорным давлением (давлением, соответствующим опорному отрицательному давлению) или меньшим. Вследствие этого, отрицательное давление в сглаживающем ресивере 12 повышается и, как результат, отрицательное давление подается в усилитель 20 тормозов.

Однако, если уменьшается только степень открывания дросселя этим способом, количество всасываемого воздуха, подаваемого в камеру 5 сгорания, прекращается, будучи уменьшаемым, и невозможно получать достаточную отдачу двигателя для работы с нагрузкой двигателя. Поэтому, в варианте осуществления настоящего изобретения, степень открывания дросселя уменьшается, и одновременно продвигается вперед установка момента закрывания впускного клапана 7, то есть перемещается, с тем чтобы достигать нижней мертвой точки впуска. Посредством продвижения вперед установки момента закрытия впускного клапана 7 таким образом, количество всасываемого воздуха, подаваемого в камеру 5 сгорания, увеличивается. Поэтому можно компенсировать всасываемый воздух, сокращенный вследствие снижения степени открывания дросселя. Другими словами, в варианте осуществления настоящего изобретения, когда нагрузка двигателя постоянна, установка момента закрытия впускного клапана 7 продвигается вперед так, что количество всасываемого воздуха, подаваемого в камеру 5 сгорания, не изменяется между до и после снижения степени открывания дросселя.

Посредством управления степенью открывания дросселя и установкой момента закрытия впускного клапана 7 таким образом, когда есть потребность в отрицательном давлении из усилителя 20 тормозов и т.д., можно делать количество всасываемого воздуха, подаваемое в камеру 5 сгорания, надлежащим значением, соответствующим нагрузке двигателя и т.д., и надлежащим образом формировать отрицательное давление в сглаживающем ресивере 12.

В этом отношении, при управлении степенью открывания дросселя и установкой момента закрытия впускного клапана 7 таким образом, температура воздушно-топливной смеси в камере 5 сгорания, когда поршень достигает верхней мертвой точки сжатия, то есть температура в конце сжатия, становится более высокой. Это будет более точно пояснено со ссылкой на фиг. 10A и 10B.

Фиг. 10A является графиком PV, показывающим изменения объема и давления воздуха (или воздушно-топливной смеси) в камере 5 сгорания во время хода сжатия, а фиг. 10B - видом, показывающим изменения объема и температуры воздуха в камере 5 сгорания во время хода сжатия. Сплошные линии на чертеже показывают зависимости при работе двигателя внутреннего сгорания согласно циклу сверхвысокой степени расширения во время работы двигателя на низких нагрузках. С другой стороны, пунктирные линии на чертеже показывают зависимости случая при увеличении отрицательного давления во впускном канале двигателя во время работы двигателя на низких нагрузках посредством уменьшения степени открывания дросселя и продвижения вперед установки момента закрытия впускного клапана 7 (в дальнейшем указываемого ссылкой как «цикл удовлетворения потребности в отрицательном давлении») по сравнению со случаем работы двигателя внутреннего сгорания посредством цикла сверхвысокой степени расширения.

По сравнению с циклом сверхвысокой степени расширения, показанным сплошной линией на фиг. 10A, во время цикла удовлетворения потребности в отрицательном давлении, показанного пунктирной линией, давление воздуха в камере 5 сгорания в начальной точке A действия сжатия является низким, и объем воздуха в камере 5 сгорания мал. Таким образом, давление воздуха в камере 5 сгорания является низким в начальной точке действия сжатия, так как, во время цикла удовлетворения потребности в отрицательном давлении, малая степень открывания дросселя обеспечивает в результате большое отрицательное давление в сглаживающем ресивере 12 и впускном патрубке 11. С другой стороны, объем воздуха в камере 5 сгорания в начальной точке действия сжатия является большим, так как, во время цикла удовлетворения потребности в отрицательном давлении, установка момента закрытия впускного клапана 7 продвинута вперед.

Однако, когда степень механического сжатия одинакова, объем воздуха в камере 5 сгорания в конечной точке B действия сжатия становится одинаковым в течение цикла сверхвысокой степени расширения и во время цикла удовлетворения требования нагрузки, как показано на фиг. 10A. Кроме того, как пояснено выше, в настоящем варианте осуществления, установка момента закрытия впускного клапана 7 регулируется так, что количество всасываемого воздуха, подаваемого в камеру 5 сгорания, не изменяется между, до и после уменьшения степени открывания дросселя, поэтому, даже во время цикла удовлетворения требования нагрузки, камера 5 сгорания заполняется таким же количеством воздуха, как во время цикла сверхвысокой степени расширения, поэтому давление воздуха в камере 5 сгорания в конечной точке B действия сжатия становится, по существу, одинаковым во время цикла сверхвысокой степени расширения и во время цикла удовлетворения требования нагрузки, как показано на фиг. 10A.

С другой стороны, как показано на фиг. 10B, температура воздуха в камере 5 сгорания в начальной точке A действия сжатия является, по существу, равной в цикле сверхвысокой степени расширения и цикле удовлетворения потребности в отрицательном давлении. Однако, в цикле удовлетворения потребности в отрицательном давлении, период, во время которого выполняется действие сжатия, является более длинным, чем в цикле сверхвысокой степени расширения; поэтому, как показано на фиг. 10B, температура воздуха в камере 5 сгорания в конечной точке B действия сжатия, то есть температура в конце сжатия, во время цикла удовлетворения потребности в отрицательном давлении, становится выше, чем температура в конце сжатия во время цикла сверхвысокой степени расширения. Здесь, в цикле сверхвысокой степени расширения, работа управляется так, что давление в конце сжатия или температура в конце сжатия становятся как можно большими в пределах диапазона, где не происходит детонация, поэтому, если температура в конце сжатия становится выше, чем во время цикла сверхвысокой степени расширения, детонация будет прекращать возникновение в некоторых случаях.

Поэтому, в варианте осуществления настоящего изобретения, степень механического сжатия во время цикла удовлетворения потребности в отрицательном давлении уменьшается, так что температура в конце сжатия становится такой же величиной, как во время цикла сверхвысокой степени расширения, даже во время цикла удовлетворения потребности в отрицательном давлении. Например, в примере, показанном на фиг. 10A и 10B, определяется объем, когда поршень 4 находится в верхней мертвой точке сжатия (в проиллюстрированном примере, V₀), так что температура в конце сжатия во время цикла удовлетворения потребности в отрицательном давлении становится, по существу, такой же температурой, как температура T₀ в конце сжатия во время цикла сверхвысокой степени расширения. Степень механического сжатия определяется наряду с этим.

Вследствие вышеприведенного, в варианте осуществления настоящего изобретения, когда есть потребность в отрицательном давлении усилителя тормозов и т.д., степень открывания дросселя делается меньшей, так что отрицательное давление в сглаживающем ресивере становится опорным отрицательным давлением или большим, установка момента закрытия впускного клапана 7 регулируется так, что количество всасываемого воздуха, соответствующее нагрузке двигателя, подается в камеру 5 сгорания в соответствии со степенью открывания дросселя, и, кроме того, степень механического сжатия регулируется так, что температура в конце сжатия становится, по существу, равной до и после изменения степени открывания дросселя и установки момента закрытия впускного клапана 7.

Далее, со ссылкой на фиг. 11, будет пояснено управление, когда есть потребность в отрицательном давлении. Фиг. 11 показывает изменение степени открывания дросселя, отрицательного давления в сглаживающем ресивере 12, установки момента закрытия впускного клапана 7, количества всасываемого воздуха и степени механического сжатия, когда есть потребность в отрицательном давлении.

В примере, показанном на фиг. 11, например, в момент t₁ времени, есть потребность в отрицательном давлении из усилителя 20 тормозов. Если есть потребность в отрицательном давлении, таким образом, степень открывания дросселя понижается, а отрицательное давление внутри сглаживающего ресивера 12 увеличивается наряду с падением степени открывания дросселя. Кроме того, наряду с падением степени открывания дросселя, продвигается вперед установка момента закрытия впускного клапана 7. Вследствие этого, количество всасываемого воздуха поддерживается постоянным. Более того, наряду с падением степени открывания дросселя и продвижением вперед установки момента закрытия впускного клапана 7, уменьшается степень механического сжатия. Вследствие этого, температура в конце сжатия также удерживается постоянной.

После этого, когда отрицательное давление в сглаживающем ресивере 12 достигает опорного отрицательного давления (момент t₂ времени), степень открывания дросселя, установка момента закрытия впускного клапана 7 и степень механического сжатия поддерживаются такими, какие есть. Вследствие этого, количество всасываемого воздуха и температура в конце сжатия поддерживаются постоянными в состоянии только с высоким отрицательным давлением в сглаживающем ресивере 12. В течение этого времени, отрицательное давление в усилителе 12 тормозов увеличивается.

Кроме того, если отрицательное давление в усилителе 12 тормозов становится достаточно высоким, больше не будет никакой потребности в отрицательном давлении от усилителя 12 тормозов (момент t₃ времени). Если больше нет никакой потребности в отрицательном давлении, таким образом, степень открывания дросселя увеличивается, установка момента закрытия впускного клапана 7 задерживается, и степень механического сжатия повышается так, что эти степень открывания дросселя, установка момента закрытия впускного клапана 7 и степень механического сжатия возвращаются в состояние до потребности в отрицательном давлении (момент t₄ времени).

Следует отметить, что, в вышеприведенном варианте осуществления, степень открывания дросселя и т.д., управляются так, что, когда есть потребность в отрицательном давлении, отрицательное давление в сглаживающем ресивере 12 всегда поднимается до определенного опорного отрицательного давления. Однако, например, величина отрицательного давления, требуемого для каждого устройства, использующего отрицательное давление, отличается. Поэтому, также можно изменять целевое отрицательное давление в сглаживающем ресивере 12 для каждого устройства, использующего отрицательное давление, создающего потребность в отрицательном давлении. Кроме того, даже с одним и тем же устройством, использующим отрицательное давление, требуемая величина отрицательного давления иногда будет отличаться в зависимости от режима работы двигателя, поэтому можно изменять целевое отрицательное давление в сглаживающем ресивере 12 в соответствии с величиной отрицательного давления, требуемого устройством.

Кроме того, в вышеприведенном варианте осуществления, степень механического сжатия изменяется, так что температура в конце сжатия становится постоянной, когда есть потребность в отрицательном давлении. Однако, при управлении степенью механического сжатия, так что температура в конце сжатия становится постоянной, как будет понятно из фиг. 10A и 10B, при переключении с цикла сверхвысокой степени расширения на цикл удовлетворения потребности в отрицательном давлении, давление в камере 5 сгорания, когда поршень находится в верхней мертвой точке сжатия (давление в конце сжатия) падает (то есть давление, когда объемом в камере 5 сгорания является V₀, является меньшим, чем давление в конечной точке B сжатия). Поэтому, даже если регулировать степень механического сжатия так, что температура в конце сжатия во время цикла удовлетворения потребности в отрицательном давлении становится слегка выше, чем во время цикла сверхвысокой степени расширения, детонация не возникает во время цикла удовлетворения потребности в отрицательном давлении. Поэтому, если управлять степенью механического сжатия так, что не возникает детонация во время цикла удовлетворения потребности в отрицательном давлении, также можно не регулировать степень механического сжатия, так что температура в конце сжатия становится постоянной во время цикла сверхвысокой степени расширения и во время цикла удовлетворения потребности в отрицательном давлении, но поднимать температуру в конце сжатия во время цикла удовлетворения потребности в отрицательном давлении до более, чем таковая во время цикла сверхвысокой степени расширения (следует отметить, что, в это время, необходимо создавать давление в конце сжатия, меньшее чем давление в вышеприведенной конечной точке B сжатия).

Более того, вышеприведенный вариант осуществления показывает случай в двигателе внутреннего сгорания, содержащем механизм переменной степени сжатия, когда выполняются как управление установкой момента закрытия впускного клапана, так и управление степенью механического сжатия. Однако, управление установкой момента закрытия впускного клапана необязательно должно выполняться вместе с управлением степенью механического сжатия. При управлении установкой момента закрытия впускного клапана, когда есть потребность в отрицательном давлении, степень открывания дросселя делается меньшей, так что отрицательное давление в сглаживающем ресивере становится опорным отрицательным давлением или большим, и так что количество всасываемого воздуха в соответствии с нагрузкой двигателя подается в камеру сгорания в соответствии со степенью открывания дросселя, в результате чего изобретение также можно применять к двигателю внутреннего сгорания без механизма переменной степени сжатия.

Фиг. 12 является блок-схемой последовательности операций способа, показывающей процедуру управления по управлению формированием отрицательного давления. Сначала, на этапе S10, отрицательное давление усилителя в усилителе 20 тормозов, отрицательное давление впуска в сглаживающем ресивере 12 и нагрузка двигателя определяются датчиком 22 отрицательного давления, предусмотренным в усилителе 20 тормозов, датчиком 23 давления, предусмотренным в сглаживающем ресивере 12, и датчиком 41 нагрузки соответственно. Затем, на этапе S11, выносится суждение, является ли отрицательное давление усилителя, определенное датчиком 22 отрицательного давления, меньшим, чем предельное отрицательное давление. Здесь «предельное отрицательное давление» является отрицательным давлением, где, если отрицательное давление внутри усилителя 20 тормозов падает сколько-нибудь еще, действие усиления усилителя 20 тормозов уже будет становиться недостаточным. Когда, на этапе S11, выносится суждение, что отрицательное давление усилителя является предельным отрицательным давлением или большим, процедура управления завершается.

С другой стороны, на этапе S11, когда выносится суждение, что отрицательное давление усилителя является меньшим, чем предельное отрицательное давление, процедура переходит на этап S12. На этапе S12 выносится суждение, является ли отрицательное давление впуска, определенное датчиком 23 давления, более низким, чем вышеприведенное опорное отрицательное давление. Когда выносится суждение, что определенное отрицательное давление впуска является опорным отрицательным давлением или большим, процедура управления завершается. С другой стороны, когда выносится суждение, что определенное отрицательное давление впуска ниже, чем вышеприведенное опорное отрицательное давление, то есть когда есть потребность в отрицательном давлении, процедура переходит на этап S13.

На этапе S13 целевая степень TO открывания дросселя рассчитывается, например, используя отображение, показанное на фиг. 13A. То есть степень открывания дросселя, необходимая для создания отрицательного давления в сглаживающем ресивере 12, опорного отрицательного давления или большего, заблаговременно сохраняется в ПЗУ 32 в качестве функции нагрузки L двигателя и частоты N вращения двигателя в виде отображения, показанного на фиг. 13A. Из этого отображения рассчитывается целевая степень TO открывания дросселя.

Затем, на этапе S14, целевая установка IC момента закрытия впускного клапана 7 рассчитывается, например, используя отображение, показанное на фиг. 13B. То есть целевая установка IC момента закрытия впускного клапана 7, требуемая для создания количества всасываемого воздуха, подаваемого в камеру 5 сгорания, количества согласно нагрузке двигателя, заранее сохраняется в ПЗУ 32 в качестве функции нагрузки L двигателя и целевой степени TO открывания дросселя в виде отображения, показанного на фиг. 13B. Из этого отображения рассчитывается целевая установка 10 момента закрытия впускного клапана 7. На этапе S15 целевая степень механического CR сжатия рассчитывается, например, используя отображение, показанное на фиг. 13C. То есть степень механического CR сжатия, требуемая для становления температуры в конце сжатия постоянной, заблаговременно сохраняется в ПЗУ 32 в качестве функции нагрузки L двигателя и установки IC момента закрытия впускного клапана 7 в виде отображения, которое показано на фиг. 13C. По этому отображению рассчитывается целевая степень механического CR сжатия.

Затем, на этапе S16, управляется механизм A переменной степени сжатия, поэтому степень механического сжатия становится целевой степенью механического CR сжатия, механизм B регулируемых фаз газораспределения управляется так, что установка момента закрытия впускного клапана 7 становится целевой установкой IC момента закрытия, а дроссельная заслонка 17 управляется так, что степень открывания дросселя становится целевой степенью TO открывания дросселя.

Следует отметить, что настоящее изобретение было подробно пояснено на основе отдельных вариантов осуществления, причем специалист в данной области техники может выполнить различные изменения, модификации и т.д., не выходя за рамки идеи и объема настоящего изобретения, определяемых формулой изобретения.

Claims (10)

1. Двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием, содержащий механизм регулируемых фаз газораспределения, выполненный с возможностью регулирования установки момента закрытия впускного клапана, и механизм переменной степени сжатия, выполненный с возможностью изменения степени механического сжатия,
при этом, когда отрицательное давление во впускном канале двигателя является меньшим, чем требуемое отрицательное давление, степень открывания дроссельной заслонки устанавливается меньшей, так что отрицательное давление во впускном канале двигателя становится требуемым отрицательным давлением или большим, и установка момента закрытия впускного клапана смещается в направлении, приближающемся к нижней мертвой точке впуска, так что объем всасываемого воздуха, соответствующий нагрузке двигателя, подается в камеру сгорания в соответствии со степенью открывания дроссельной заслонки, и также степень механического сжатия устанавливается меньшей для понижения давления в конце сжатия.

2. Двигатель по п.1, в котором степень механического сжатия в случае, когда отрицательное давление во впускном канале двигателя становится требуемым отрицательным давлением или большим вследствие уменьшения степени открывания дроссельной заслонки, установлена меньшей, чем в случае, когда отрицательное давление во впускном канале двигателя является меньшим, чем требуемое отрицательное давление.

3. Двигатель по п.2, в котором степень механического сжатия в случае, когда отрицательное давление во впускном канале двигателя становится требуемым отрицательным давлением или большим вследствие уменьшения степени открывания дроссельной заслонки, установлена так, что температура в конце сжатия становится, по существу, такой же, как температура в конце сжатия в случае, когда отрицательное давление во впускном канале двигателя является меньшим, чем требуемое отрицательное давление.

4. Двигатель по п.1, в котором, когда отрицательное давление во впускном канале двигателя является требуемым отрицательным давлением или большим, степень расширения имеет значение 20 или более во время работы двигателя на низких нагрузках.

5. Двигатель по п.1, в котором степень фактического сжатия во время работы двигателя на низких нагрузках установлена, по существу, такой же степенью сжатия, как во время работы двигателя на средних и высоких нагрузках.

6. Двигатель по п.1, в котором, когда отрицательное давление во впускном канале является требуемым отрицательным давлением или большим, установка момента закрытия впускного клапана смещена в направлении от нижней мертвой точки впуска до предельной установки момента закрытия, способной регулировать объем всасываемого воздуха, подаваемого в камеру сгорания, наряду со снижением нагрузки двигателя.

7. Двигатель по п.6, в котором в области, где нагрузка выше, чем нагрузка двигателя, когда установка момента закрытия впускного клапана достигает предельной установки момента закрытия, объем всасываемого воздуха, подаваемого в камеру сгорания, регулируется не дроссельной заслонкой, а изменением установки момента закрытия впускного клапана.

8. Двигатель по п.7, в котором в области, где нагрузка выше, чем нагрузка двигателя, когда установка момента закрытия впускного клапана достигает предельной установки момента закрытия, дроссельная заслонка удерживается в полностью открытом состоянии.

9. Двигатель по п.7, в котором в области, где нагрузка ниже, чем нагрузка двигателя, когда установка момента закрытия впускного клапана достигает предельной установки момента закрытия, объем всасываемого воздуха, подаваемого в камеру сгорания, регулируется дроссельной заслонкой.

10. Двигатель по п.1, в котором, когда отрицательное давление во впускном канале двигателя является требуемым отрицательным давлением или большим, степень механического сжатия установлена как максимальная степень механического сжатия во время работы двигателя на низких нагрузках.

Images