Двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием (варианты) и способ управления таким двигателем (варианты)
Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания с искровым зажиганием. Двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием содержит механизм регулирования степени сжатия, который изменяет степень механического сжатия, и механизм регулирования времени срабатывания клапана, который регулирует время, при котором впускной клапан закрыт. Количество всасываемого воздуха, подаваемого в камеру сгорания, управляется изменением времени закрытия впускного клапана. Когда показатель отношения количества воздуха к количеству топлива в топливной смеси возрастает от первого заданного показателя отношения воздух/топливо до второго заданного показателя отношения воздух/топливо, время закрытия впускного клапана приурочивается ко времени прохождения поршнем при впуске нижней мертвой точки до тех пор, пока показатель отношения воздух/топливо не станет равным второму заданному показателю отношения воздух/топливо, не изменяя при этом количества впрыскиваемого топлива. Раскрыты варианты выполнения двигателя внутреннего сгорания и варианты способа управления двигателем внутреннего сгорания. Технический результат заключается в предотвращении изменений величины крутящего момента путем изменения степени сжатия и отношения компонентов топливной смеси. 4 н. и 26 з.п. ф-лы, 13 ил.
Настоящее изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания с искровым зажиганием и способу управления таким двигателем.
Доступный в настоящее время двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием включает в себя механизм регулирования степени сжатия, который изменяет степень механического сжатия, и механизм регулирования работы клапана, управляющий моментом закрытия впускного клапана, причем при средней или высокой нагрузке на двигатель, когда нагрузка, воздействующая на двигатель ослабевает, степень механического сжатия возрастает, и момент закрытия впускного клапана наступает с отставанием, при этом степень фактического сжатия остается неизменной (см. публикацию заявки на патент Японии №2004-218522).
В таком двигателе внутреннего сгорания, когда показатель отношения количества воздуха к количеству топлива в топливной смеси переходит от стехиометрического отношения компонентов топливной смеси к обедненному отношению компонентов топливной смеси, например, если количество впрыскиваемого топлива уменьшено, крутящий момент на выходном валу быстро уменьшается, и по этой причине происходят изменения показателей крутящего момента. В этом случае необходимо изменить отношение между количеством воздуха и количеством топлива, чтобы достичь стабильности крутящего момента. Однако описанный выше двигатель внутреннего сгорания не включает рекомендаций по изменению отношения компонентов топливной смеси с целью предотвращения возникновения изменений крутящего момента.
Согласно первому объекту настоящего изобретения создан двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием, содержащий механизм регулирования степени сжатия, который изменяет степень механического сжатия, определяемую путем деления суммы объема камеры сгорания и рабочего объема цилиндра на объем камеры сгорания, причем объем камеры сгорания определяется как объем камеры сгорания, при котором поршень находится при сжатии в верней мертвой точке; и механизм регулирования времени срабатывания клапана, регулирующий временной промежуток, при котором впускной клапан закрыт, при этом количество всасываемого воздуха, подаваемого в камеру сгорания, управляется путем изменения времени закрытия впускного клапана, причем, когда показатель отношения количества воздуха к количеству топлива в топливной смеси возрастает от первого заданного показателя отношения воздух/топливо до второго заданного показателя отношения воздух/топливо, время закрытия впускного клапана приурочивается ко времени прохождения поршнем при впуске нижней мертвой точки до тех пор, пока показатель отношения воздух/топливо не станет равным второму заданному показателю отношения воздух/топливо, без изменения количества впрыскиваемого топлива, при этом когда показатель отношения воздух/топливо возрастает от первого заданного показателя отношения воздух/топливо до второго заданного показателя отношения воздух/топливо, степень механического сжатия уменьшается.
Предпочтительно, когда показатель отношения воздух/топливо возрастает от первого заданного отношения воздух/топливо до второго заданного отношения воздух/топливо, возрастает степень фактического сжатия, которая определяется делением суммы объема камеры сгорания и фактического рабочего объема цилиндра на объем камеры сгорания.
Предпочтительно, когда показатель отношения воздух/топливо возрастает от первого заданного показателя отношения воздух/топливо до второго заданного показателя отношения воздух/топливо, степень механического сжатия сокращается, когда степень фактического сжатия, которая определяется путем деления суммы объема камеры сгорания и фактического рабочего объема цилиндра на объем камеры сгорания, превышает допустимый предел.
Предпочтительно первое заданное отношение воздух/топливо представляет собой стехиометрическое отношение, или отношение, характеризующее обогащенную воздухотопливную смесь, а второе заданное отношение воздух/топливо характеризует обедненное отношение воздух/топливо.
Предпочтительно при работе двигателя с низкой нагрузкой степень механического сжатия максимизируется, так что достигается максимальная степень расширения, и, когда отношение воздух/топливо равняется первому заданному отношению воздух/топливо, степень фактического сжатия, определяемая путем деления суммы объема камеры сгорания и фактического рабочего объема цилиндра на объем камеры сгорания для работы двигателя с низкой нагрузкой по существу приравнивается по степени фактического сжатия к работе двигателя со средней или высокой нагрузкой.
Предпочтительно максимальный показатель степени расширения равен или превышает 20.
Предпочтительно, когда частота вращения двигателя ниже расчетного показателя, степень фактического сжатия составляет примерно 10% от показателя степени фактического сжатия при работе двигателя со средней или высокой нагрузкой.
Предпочтительно время закрытия впускного клапана отсрочивается от момента прохождения поршнем при впуске нижней мертвой точки в пределе, определяемом предельным временем закрытия клапана, которое является пределом, в границах которого количество всасываемого воздуха, подаваемого в камеру сгорания, может управляться.
Предпочтительно на том участке, где нагрузка на двигатель больше, чем нагрузка на двигатель, при которой время закрытия впускного клапана достигает предельного показателя, количество всасываемого воздуха, который подается в камеру сгорания, управляется не дроссельной заслонкой, расположенной во впускном канале двигателя, а изменением времени закрытия впускного клапана.
Предпочтительно на том участке, где нагрузка на двигатель больше, чем нагрузка на двигатель, при которой время закрытия впускного клапана достигает предельного показателя, дроссельная заслонка поддерживается в полностью открытом положении.
Предпочтительно на том участке, где нагрузка на двигатель меньше, чем нагрузка на двигатель, при которой время закрытия впускного клапана достигает предельного показателя, количество всасываемого воздуха, который подается в камеру сгорания, управляется дроссельной заслонкой, расположенной во впускном канале двигателя.
Предпочтительно на том участке, где нагрузка на двигатель меньше, чем нагрузка на двигатель, при которой время закрытия впускного клапана достигает предельного показателя, время закрытия впускного клапана поддерживается на предельном показателе.
Предпочтительно степень механического сжатия возрастает до предельного показателя механического сжатия по мере того, как нагрузка на двигатель уменьшается.
Предпочтительно на том участке, где нагрузка на двигатель меньше, чем та нагрузка на двигатель, при которой степень механического сжатия достигает предельного показателя степени механического сжатия, степень механического сжатия поддерживается на предельном показателе.
Согласно второму объекту настоящего изобретения создан способ управления двигателем внутреннего сгорания с искровым зажиганием, содержащим: механизм регулирования степени сжатия, который изменяет степень механического сжатия, определяемую путем деления суммы объема камеры сгорания и рабочего объема цилиндра на объем камеры сгорания, причем объем камеры сгорания определяется как объем камеры сгорания, при котором поршень находится при сжатии в верхней мертвой точке; и механизм регулирования времени срабатывания клапана, регулирующий временной промежуток, при котором впускной клапан закрыт; при этом способ включает регулирование количества всасываемого воздуха, подаваемого в камеру сгорания, путем изменения времени закрытия впускного клапана; и, когда показатель отношения количества воздуха к количеству топлива в топливной смеси возрастает от первого заданного показателя отношения воздух/топливо до второго заданного показателя отношения воздух/топливо, приурочивание времени закрытия впускного клапана ко времени прохождения поршнем при впуске нижней мертвой точки до тех пор, пока показатель отношения воздух/топливо не станет равным второму заданному показателю отношения воздух/топливо, без изменения количества впрыскиваемого топлива, при этом когда показатель отношения воздух/топливо возрастает от первого заданного показателя отношения воздух/топливо до второго заданного показателя отношения воздух/топливо, степень механического сжатия уменьшается.
Предпочтительно, когда показатель отношения воздух/топливо возрастает от первого заданного показателя отношения воздух/топливо до второго заданного показателя отношения воздух/топливо, возрастает степень фактического сжатия, которая определяется делением суммы объема камеры сгорания и фактического рабочего объема цилиндра на объем камеры сгорания.
Предпочтительно, когда показатель отношения воздух/топливо возрастает от первого заданного показателя отношения воздух/топливо до второго заданного показателя отношения воздух/топливо, степень механического сжатия сокращается, когда степень фактического сжатия, которая определяется путем деления суммы объема камеры сгорания и фактического рабочего объема цилиндра на объем камеры сгорания, превышает допустимый предел.
Предпочтительно первое заданное отношение воздух/топливо представляет собой стехиометрическое отношение, или отношение, характеризующее обогащенную воздухотопливную смесь, а второе заданное отношение воздух/топливо характеризует обедненную воздухотопливную смесь.
Предпочтительно при работе двигателя с низкой нагрузкой степень механического сжатия максимизируется, так что достигается максимальная степень расширения, и, когда отношение воздух/топливо равняется первому заданному отношению воздух/топливо, степень фактического сжатия, определяемая путем деления суммы объема камеры сгорания и фактического рабочего объема цилиндра на объем камеры сгорания, для работы двигателя с низкой нагрузкой по существу приравнивается по степени фактического сжатия к работе двигателя со средней или высокой нагрузкой.
Предпочтительно максимальный показатель степени расширения равен или превышает 20.
Предпочтительно, когда частота вращения двигателя ниже расчетного показателя, степень фактического сжатия составляет примерно 10% от показателя степени фактического сжатия при работе двигателя со средней или высокой нагрузкой.
Предпочтительно время закрытия впускного клапана отсрочивается от момента прохождения поршнем при впуске нижней мертвой точки в пределе, определяемом предельным временем закрытия клапана, которое является пределом, в границах которого количество всасываемого воздуха, подаваемого в камеру сгорания, может управляться.
Предпочтительно на том участке, где нагрузка на двигатель больше, чем нагрузка на двигатель, при которой время закрытия впускного клапана достигает предельного показателя, количество всасываемого воздуха, который подается в камеру сгорания, управляется не дроссельной заслонкой, расположенной во впускном канале двигателя, а изменением времени закрытия впускного клапана.
Предпочтительно на том участке, где нагрузка на двигатель больше, чем нагрузка на двигатель, при которой время закрытия впускного клапана достигает предельного показателя, дроссельная заслонка поддерживается в полностью открытом положении.
Предпочтительно на том участке, где нагрузка на двигатель меньше, чем нагрузка на двигатель, при которой время закрытия впускного клапана достигает предельного показателя, количество всасываемого воздуха, который подается в камеру сгорания, управляется дроссельной заслонкой, расположенной во впускном канале двигателя.
Предпочтительно на том участке, где нагрузка на двигатель меньше, чем нагрузка на двигатель, при которой время закрытия впускного клапана достигает предельного показателя, время закрытия впускного клапана поддерживается на предельном показателе.
Предпочтительно степень механического сжатия возрастает до предельного показателя механического сжатия по мере того, как нагрузка на двигатель уменьшается.
Предпочтительно на том участке, где нагрузка на двигатель меньше, чем та нагрузка на двигатель, при которой степень механического сжатия достигает предельного показателя степени механического сжатия, степень механического сжатия поддерживается на предельном показателе.
Согласно третьему объекту настоящего изобретения создан двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием, содержащий механизм регулирования степени сжатия, который изменяет степень механического сжатия, определяемую путем деления суммы объема камеры сгорания и рабочего объема цилиндра на объем камеры сгорания, причем объем камеры сгорания определяется как объем камеры сгорания, при котором поршень находится при сжатии в верней мертвой точке; и механизм регулирования времени срабатывания клапана, регулирующий временной промежуток, при котором впускной клапан закрыт, при этом количество всасываемого воздуха, подаваемого в камеру сгорания, управляется путем изменения времени закрытия впускного клапана, причем, когда показатель отношения количества воздуха к количеству топлива в топливной смеси возрастает от первого заданного показателя отношения воздух/топливо до второго заданного показателя отношения воздух/топливо, время закрытия впускного клапана приурочивается ко времени прохождения поршнем при впуске нижней мертвой точки до тех пор, пока показатель отношения воздух/топливо не станет равным второму заданному показателю отношения воздух/топливо, без изменения количества впрыскиваемого топлива, при этом, когда показатель отношения воздух/топливо возрастает от первого заданного показателя отношения воздух/топливо до второго заданного показателя отношения воздух/топливо, степень механического сжатия уменьшается, когда степень фактического сжатия, которая определяется делением суммы объема камеры сгорания и фактического рабочего объема цилиндра на объем камеры сгорания, превышает допустимый предельный показатель.
Согласно четвертому объекту настоящего изобретения создан способ управления двигателем внутреннего сгорания с искровым зажиганием, содержащим механизм регулирования степени сжатия, который изменяет степень механического сжатия, определяемую путем деления суммы объема камеры сгорания и рабочего объема цилиндра на объем камеры сгорания, причем объем камеры сгорания определяется как объем камеры сгорания, при котором поршень находится при сжатии в верней мертвой точке; и механизм регулирования времени срабатывания клапана, регулирующий временной промежуток, при котором впускной клапан закрыт, при этом способ включает регулирование количества всасываемого воздуха, подаваемого в камеру сгорания, путем изменения времени закрытия впускного клапана; и, когда показатель отношения количества воздуха к количеству топлива в топливной смеси возрастает от первого заданного показателя отношения воздух/топливо до второго заданного показателя отношения воздух/топливо, приурочивание времени закрытия впускного клапана ко времени прохождения поршнем при впуске нижней мертвой точки до тех пор, пока показатель отношения воздух/топливо не станет равным второму заданному показателю отношения воздух/топливо, без изменения количества впрыскиваемого топлива, при этом, когда показатель отношения воздух/топливо возрастает от первого заданного показателя отношения воздух/топливо до второго заданного показателя отношения воздух/топливо, степень механического сжатия уменьшается, когда степень фактического сжатия, которая определяется делением суммы объема камеры сгорания и фактического рабочего объема цилиндра на объем камеры сгорания, превышает допустимый предельный показатель.
Согласно объектам настоящего изобретения можно изменять показатели отношения количества воздуха к количеству топлива, не вызывая при этом изменения крутящего момента.
Описанные здесь и далее признаки настоящего изобретения станут более очевидными после прочтения нижеследующего описания вариантов воплощения изобретения, приведенного со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых одинаковые ссылочные позиции используются для обозначения одинаковых элементов. На чертежах:
Фиг.1 - общий вид двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием;
Фиг.2 - вид в перспективе с разнесением деталей механизма регулирования степени сжатия;
Фиг.3А и 3В - схематичные боковые сечения двигателя внутреннего сгорания;
Фиг.4 - механизм регулирования времени срабатывания клапана;
Фиг.5 - график, иллюстрирующий величину подъема впускного клапана и выпускного клапана;
Фиг.6А-6С - чертежи, иллюстрирующие степень механического сжатия, фактическую степень сжатия и степень расширения;
Фиг.7 - график, иллюстрирующий отношение между теоретическим термическим кпд и степенью расширения;
Фиг.8А и 8В - чертежи, иллюстрирующие обычный цикл и цикл с супервысокой степенью расширения;
Фиг.9 - диаграмма, показывающая изменения механической степени сжатия и т.д. в зависимости от нагрузки, применяемой к двигателю;
Фиг.10 - временная диаграмма, иллюстрирующая варианты времени закрытия впускного клапана и т.д. во время изменения показателя отношения воздух/топливо;
Фиг.11 - блок-схема управления операцией;
Фиг.12А и 12В - диаграммы, иллюстрирующие графики времени закрытия впускного клапана; и
Фиг.13 - иллюстрация отношения между степенью фактического сжатия и количеством уменьшения степени механического сжатия.
На фиг.1 показано боковое сечение двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием. На фиг.1 ссылочной позицией 1 обозначен картер двигателя; 2 - блок цилиндров; 3 - головку цилиндра; 4 - поршень; 5 - камеру сгорания; 6 - свечу зажигания, расположенную в центральном участке верхней поверхности камеры 5 сгорания; 7 - впускной клапан; 8 - впускной канал; 9 - выпускной клапан; и 10 - выпускной канал соответственно. Впускной канал 8 присоединен к уравнительному резервуару 12 с помощью впускной трубки 11. Для каждой впускной трубки 11 имеется клапан впрыска топлива 13, служащий для впрыска топлива в соответствующий впускной канал 8. Следует отметить, что клапан 13 впрыска топлива может быть расположен в каждой камере 5 сгорания, вместо его установки в каждой впускной трубке 11.
Уравнительный резервуар 12 присоединен к воздухоочистителю 15 через впускной канал 14. При этом во впускном канале 14 расположены дроссельная заслонка 11, приводимая в действие приводом 16, и датчик 18, определяющий количество всасываемого воздуха и использующий для этого, например, проволоку высокого сопротивления. В это же время выпускной канал 10 присоединен к каталитическому преобразователю 20, включающему в себя трехкомпонентный катализатор, подсоединенный, например, через выпускной коллектор 19, и в этом выпускном коллекторе 19 располагается датчик 21, служащий для определения показателя отношения воздух/топливо.
В варианте воплощения, показанном на фиг.1, механизм А регулирования степени сжатия располагается на участке соединения между картером 1 и блоком 2 цилиндров. Этот механизм А регулирования степени сжатия изменяет объем камеры 5 сгорания, когда поршень 4 располагается в верхней мертвой точке сжатия, изменяя при этом относительное положение между картером 1 и блоком 2 цилиндров в направлении оси цилиндра. Кроме того, для изменения времени фактического начала сжатия имеется механизм В регулирования времени срабатывания клапана. Этот механизм В регулирования времени срабатывания клапана управляет временем, при котором впускной клапан 7 закрыт.
Электронный блок 30 управления представляет собой цифровой компьютер и содержит постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 32, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 33, микропроцессор (ЦП) 34, входной порт 35 и выходной порт 36, которые присоединены друг к другу посредством двунаправленной шины 31. Выходной сигнал от датчика 18, определяющего количество забранного воздуха, и выходной сигнал от датчика 21, определяющего отношение количества воздуха к количеству топлива, подведены к входному порту 35 посредством соответствующих аналогово/цифровых (А/Ц) преобразователей 37. Датчик 41 нагрузки, который определяет выходное напряжение, пропорциональное величине силы нажатия L на педаль акселератора 40, присоединен к этой педали 40 акселератора, при этом выходное напряжение от датчика 41 нагрузки подведено к входному порту 35 посредством одного из соответствующих А/Ц преобразователей 37. Кроме того, к входному порту 35 присоединен датчик 42 угла поворота кулачка, который генерирует выходной импульс всякий раз, когда коленчатый вал поворачивается, например, на 30 градусов. В то же время выходной порт 36 присоединен к свече 6 зажигания, клапану 13 впрыска топлива, дроссельному устройству 16, выполняющему роль привода клапана, механизму А, регулирующему степень сжатия, и механизму В, регулирующему время срабатывания клапана через соответствующие приводные цепи 38.
На фиг.2 показан вид в перспективе с разнесением деталей механизма А регулирования степени сжатия с фиг.1. На фиг.3А и 3В схематично показаны боковые сечения двигателя внутреннего сгорания. Обращаясь снова к фиг.2, можно видеть множество выступов 50, которые разнесены друг от друга и выполнены на нижнем участке каждой боковой стенки блока 2 цилиндров, и в каждом из этих выступов 50 выполнено отверстие 51, имеющее круглое сечение и предназначенное для вставки в него кулачка. В то же время на верхней поверхности картера 1 имеется множество разнесенных друг от друга выступов 52, которые занимают промежутки между соответствующими выступами 50, при этом в каждом таком выступе 52 имеется отверстие 53 круглого сечения для вставки кулачка.
На фиг.2 показана пара распределительных валов 54 и 55, к которым прикреплены дисковые кулачки 56, которые входят для вращения в соответствующие отверстия 51 для вставки кулачков. Дисковые кулачки 56 коаксиальны осям вращения распределительных валов 54 и 55. В то же время кулачковый вал 57, расположенный эксцентрично относительно оси вращения каждого из распределительных валов 54 и 55, проходит между каждой парой дисковых кулачков 56, как показано штрихами на фиг.3А и 3В, и еще один дисковый кулачок 58 вставлен эксцентрично для вращения на кулачковый вал 57. Как показано на фиг.2, дисковые кулачки 58 размещены между дисковыми кулачками 56, при этом каждый круглый кулачок 58 вставляется для вращения в соответствующее отверстие 53 для вставки кулачка.
Если дисковые кулачки 56, которые прикреплены к распределительным валам 54 и 55, вращаются в противоположных направлениях, как это показано сплошными стрелками на фиг.3А, когда механизм находится в положении, показанном на фиг.3А, то кулачковые валы 57 перемещаются к нижней мертвой точке. Таким образом, дисковые кулачки 58 вращаются в отверстиях 53 для вставки кулачков в направлении, противоположном направлению, в котором вращаются дисковые кулачки 56, как это показано прерывистыми стрелками на фиг.3А, а когда кулачковые валы 57 подходят к нижней мертвой точке, как это показано на фиг.3В, центр этих дисковых кулачков 58 занимает положение под кулачковыми валами 57.
При сравнении фиг.3А и 3В можно видеть, что относительное расположение между картером 1 и блоком 2 цилиндров определяется расстоянием между центром дисковых кулачков 56 и центром дисковых кулачков 58. Блок 2 цилиндров отходит от картера 1, когда расстояние между центром дисковых кулачков 56 и центром дисковых кулачков 58 возрастает. Когда блок 2 цилиндров отходит от картера 1, то объем камеры 5 сгорания, образуемый, когда поршень 4 при сжатии находится в верхней мертвой точке, возрастает, и таким образом можно изменить объем камеры 5 сгорания, который образуется, когда поршень 4 находится при сжатии в верхней мертвой точке, путем вращения распределительных валов 54 и 55.
Как показано на фиг.2, к ротационному валу приводного двигателя 59 прикреплена пара червячных шестерен 61 и 62 со спиральными зубьями, направленными друг против друга, служащих для вращения распределительных валов 54 и 55 в противоположных направлениях, как это показано на фиг.2. При этом к концам распределительных валов 54 и 55 прикреплены зубчатые колеса 63 и 64, которые сцепляются с червячными шестернями 61 и 62. В этом варианте воплощения, запуская приводной двигатель 59, можно производить широкодиапазонные изменения объема камеры 5 сгорания, что происходит, когда поршень 4 при сжатии находится в верхней мертвой точке. Следует отметить, что механизм А регулирования степени сжатия, показанный на фиг.1, 2, 3А и 3 В, является одним из примеров воплощения, и настоящее изобретение может быть применимо к любому типу механизма регулирования степени сжатия.
На фиг.4 показан механизм В регулирования времени срабатывания клапана, который прикреплен к концу распределительного вала 70 для приведения в действие впускного клапана 7, показанного на фиг.1. Показанный на фиг.4 механизм В регулирования времени срабатывания клапана включает зубчатый шкив 71, который вращается в направлении, показанном стрелкой, коленчатым валом двигателя посредством зубчатого приводного ремня; цилиндрический кожух 72, который вращается вместе с зубчатым шкивом 71; ротационный вал 73, который вращается с распределительным валом 70, являющимся приводным для впускного клапана, и может вращаться относительно цилиндрического кожуха 72; множество разделительных перегородок 74, каждая из которых проходит от внутренней круглой поверхности цилиндрического кожуха 72 к внешней круглой поверхности ротационного вала 73; и лопасти 75, расположенные между разделительными перегородками 74, при этом каждая лопасть проходит от внешней круглой поверхности ротационного вала 73 к внутренней круглой поверхности цилиндрического кожуха 72. При этом на соответствующих сторонах каждой лопасти 75 образованы передняя гидравлическая полость 76 и задняя гидравлическая полость 77.
Управление подачей гидравлической рабочей среды в гидравлические полости 76 и 77 выполняется с помощью клапана 78 управления подачи рабочей среды. Клапан 78 управления подачи гидравлической рабочей среды содержит гидравлические каналы 79 и 80, которые соответственно присоединены к гидравлическим полостям 76 и 77; канал 82 для подачи гидравлической рабочей среды, выпущенной гидравлическим насосом 81; пару сливных каналов 83 и 84 и золотниковый клапан 85, который управляет соединением и разъединением между каналами 79, 80, 82, 83 и 84.
Когда фазу кулачка на приводном для впускного клапана распределительном валу 70 следует выполнить с опережением, то золотниковый клапан 85 перемещается вправо, как показано на фиг.4, так что подаваемая через канал подачи 82 рабочая жидкость подается в переднюю гидравлическую полость 76 по гидравлическому каналу 79, а рабочая жидкость в задней гидравлической полости 77 выпускается через сливной канал 84. В этом случае ротационный вал 73 вращается относительно цилиндрического кожуха 72 в направлении, обозначенном стрелкой.
С другой стороны, когда фазу кулачка на приводном для впускного клапана распределительном валу 70 следует выполнить с отставанием, золотниковый клапан 85 перемещается влево, как показано на фиг.4, так что подаваемая через канал подачи 82 рабочая жидкость подается в заднюю гидравлическую полость 77 по гидравлическому каналу 80, а рабочая жидкость в передней гидравлической полости 76 выпускается через сливной канал 83. В этом случае ротационный вал 73 вращается относительно цилиндрического кожуха 72 в направлении, противоположном направлению, обозначенному стрелкой.
Когда золотниковый клапан 85 возвращен в нейтральное положение, показанное на фиг.4, в то время как ротационный вал 73 вращается относительно цилиндрического кожуха 72, то это относительное вращение ротационного вала 73 останавливается, и такое относительное вращательное положение этого ротационного вала 73 поддерживается в том положении, в каком он находится. Таким образом, можно выполнять с опережением или отставанием фазу кулачка на приводящем в действие впускной клапан распределительном валу 70, используя для этого механизм В регулирования времени срабатывания клапана.
На фиг.5 сплошная линия иллюстрирует тот случай, когда фаза кулачка на распределительном валу 70, служащим для приведения в действие впускного клапана, выполнена с максимальным опережением с помощью механизма В регулирования времени срабатывания клапана, а прерывистая линия иллюстрирует тот случай, когда фаза кулачка на распределительном валу 70, служащем для приведения в действие впускного клапана, выполнена с максимальным отставанием. Таким образом, можно избирательно устанавливать период, во время которого впускной клапан 7 открыт, при этом данный период находится в пределах между ограничением, обозначенным сплошной линией, и ограничением, обозначенным прерывистой линией, как показано на фиг.5, и также можно устанавливать время закрытия впускного клапана 7 на избранный угол поворота кулачка в пределе, показанном стрелкой С на фиг.5.
Следует отметить, что механизм В регулирования времени срабатывания клапана, показанный на фиг.1-4, дан в качестве примера, и допускается использование различных типов механизмов регулирования времени срабатывания клапана, таких как механизм В регулирования времени срабатывания клапана, который, например, может менять время закрытия впускного клапана на время открытия клапана, при котором впускной клапан открыт, поддерживается в неизменном положении.
Далее, со ссылкой на фиг.6А-6С будут даны пояснения терминов, используемых в данном контексте. Для наглядности на фиг.6А-6С показан двигатель, в котором объем камеры сгорания составляет 50 мл, а рабочий объем цилиндра составляет 500 мл. Объем камеры сгорания, показанный на фиг.6А-6С, является объемом камеры сгорания, который получается, когда поршень находится при сжатии в верхней мертвой точке.
Фиг.6А наглядно иллюстрирует формулу, по которой рассчитывается степень механического сжатия. Эта степень механического сжатия представляет собой величину, автоматически определяемую объемом камеры сгорания и рабочим объемом цилиндра во время такта сжатия, которая выражается отношением (объем камеры сгорания+рабочий объем цилиндра)/(объем камеры сгорания). В случае с примером, показанным на фиг.6А, степень механического сжатия составляет (50 мл+500 мл)/50 мл=11.
На фиг.6В наглядно иллюстрируется формула, по которой рассчитывается степень фактического сжатия. Эта степень фактического сжатия представляет собой величину, определяемую объемом камеры сгорания и фактическим рабочим объемом цилиндра с того момента, когда начинается фактическое сжатие, до того момента, когда поршень достигает верхней мертвой точки, и при этом данная величина выражается как отношение (объем камеры сгорания+фактический рабочий объем цилиндра)/(объем камеры сгорания). В частности, как показано на фиг.6В, даже когда поршень начинает подниматься в ходе такта сжатия, то сжатия практически не происходит, пока впускной клапан открыт, и фактическое сжатие начинается, когда впускной клапан закрыт. Таким образом, степень фактического сжатия определяется по описанной выше формуле с использованием данных о фактическом рабочем объеме цилиндра. В случае с примером, показанным на фиг.6В, степень фактического сжатия составляет (50 мл+450 мл)/50 мл=10.
На фиг.6С наглядно иллюстрируется формула, с помощью которой рассчитывается степень расширения. Эта степень расширения представляет собой величину, определяемую рабочим объемом цилиндра во время такта расширения и объемом камеры сгорания, и выражается как отношение (объем камеры сгорания+рабочий объем цилиндра)/(объем камеры сгорания). В данном случае на примере, показанном на фиг.6С, показатель степени расширения составляет (50 мл+500 мл)/50 мл=11.
На фиг.7, 8А и 8В иллюстрируются основные свойства настоящего изобретения. На фиг.7 графически показано отношение между теоретическим термическим кпд и степенью расширения. На фиг.8А и 8В предлагаются для сравнения цикл с обычной степенью расширения и цикл с супервысокой степенью расширения, которые используются выборочно в зависимости от нагрузки, предлагаемой в данном изобретении.
На фиг.8А показан обычный цикл, при котором впускной клапан закрыт при нахождении поршня у нижней мертвой точки, и сжатие, выполняемое поршнем, начинается у нижней мертвой точки. На этом примере на фиг.8А объем камеры сгорания также составляет 50 мл, а рабочий объем составляет 500 мл, как в случае с примером, показанным на фиг.6А-6С. Как можно видеть на фиг.8А, при обычном цикле степень механического сжатия составляет отношение (50 мл+500 мл)/50 мл=11, при этом степень фактического сжатия приблизительно равна 11, а степень расширения составляет отношение (50 мл+500 мл)/50 мл=11. Таким образом, в обычном двигателе внутреннего сгорания показатели степени механического сжатия, степени фактического сжатия и степени расширения по существу равны друг другу.
На фиг.7 сплошная линия показывает, как изменяется теоретический термальный кпд, когда степень фактического сжатия и степень расширения являются по существу равными друг другу, то есть, как это происходит при обычном цикле. В этом случае на фиг.7 можно видеть, что, когда возрастает степень расширения, то есть когда возрастает степень фактического сжатия, возрастает теоретический термальный кпд. Соответственно, в обычных циклах, для того чтобы увеличить теоретический термальный кпд, достаточно увеличить степень фактического сжатия. Однако из-за ограничений, возникающих вследствие возможной детонации во время срабатывания двигателя с высокой нагрузкой, показатель верхнего предела степени фактического сжатия составляет приблизительно 12, и поэтому при обычных циклах теоретический термальный кпд не может быть увеличен в достаточной степени.
При таких обстоятельствах было проведено исследование относительно улучшения показателей теоретического термального кпд, при котором степень механического сжатия и степень фактического сжатия четко отличаются друг от друга. В результате было обнаружено, что при определении теоретического термального кпд степень расширения является доминирующим показателем, а показатель степени фактического сжатия практически не влияет на теоретический термальный кпд. А именно, когда степень фактического сжатия возрастает, хотя при этом возрастает и мощность детонации, на выполнение сжатия требуется больше энергии. По этой причине, даже когда степень фактического сжатия возрастает, теоретический термальный кпд практически не повышается.
С другой стороны, когда степень расширения увеличивается, период воздействия силы нажатия на поршень во время такта расширения удлиняется, так что период, во время которого поршень сообщает крутящий момент к коленчатому валу, увеличивается. Таким образом, поскольку степень расширения увеличилась, увеличивается теоретический термальный кпд. Прерывистая линия на фиг.7 показывает, как изменяется теоретический термальный кпд, когда степень расширения возрастает при показателе степени фактического сжатия, равном 10. Как можно видеть на фиг.7, по существу нет значительного различия между количественным показателем увеличения теоретического термального кпд, когда степень расширения возрастает, а степень фактического сжатия поддерживается на низком показателе, и количественным показателем увеличения теоретического термального кпд, когда и степень фактического сжатия, и степень расширения увеличиваются, как это показано сплошной линией на фиг.7.
Когда степень фактического сжатия поддерживается на низком показателе, детонации не возникает. Таким образом, когда степень расширения возрастает при поддерживании фактического сжатия на низком показателе, имеется возможность значительно увеличить теоретический термальный кпд, одновременно препятствуя возникновению детонации. На фиг.8 В показан пример, в котором степень расширения увеличивается с одновременным поддерживанием степени фактического сжатия на низком показателе, задействуя при этом механизм А регулирования степени сжатия и механизм В, регулирующий время срабатывания клапана.
На фиг.8В показан пример, где объем камеры сгорания уменьшен с 50 мл до 20 мл с помощью механизма А, регулирующего степень сжатия. Между тем, закрытие впускного клапана происходит с отставанием с помощью механизма В, регулирующего время срабатывания клапана, так что фактический рабочий объем цилиндра сокращается с 500 мл до 200 мл. В результате, как показано на этом примере, степень фактического сжатия составляет отношение (20 мл+200 мл)/20 мл=11, а степень расширения выражается отношением (20 мл+500 мл)/20 мл=26. При выполнении обычного цикла, показанного на фиг.8А, степень фактического сжатия приблизительно составляет 11 и степень расширения равна 11, как это описано выше. При сравнении с этим примером можно убедиться, что в случае, показанном на фиг.8 В, до показателя 26 возрастает только степень расширения. По этой причине такой цикл и называется циклом с супервысокой степенью расширения.
В общем, как описано выше, термальный кпд является низким, когда нагрузка на двигатель является низкой в случае с двигателем внутреннего сгорания. Соответственно, для улучшения термального кпд, то есть для экономии топлива, при движении транспортного средства необходимо улучшить термальный кпд во время срабатывания двигателя с низкой нагрузкой. Однако в случае с циклом, имеющим супервысокую степень расширения, показанным на фиг.8В, фактический рабочий объем цилиндра во время такта сжатия является малым, и, следовательно, количество всасываемого воздуха, которое можно ввести в камеру 5 сгорания, является небольшим. Следовательно, для данной цели нельзя задействовать цикл с супервысокой степенью расширения, кроме тех случаев, когда нагрузка на двигатель является относительно низкой. Соответственно, в настоящем изобретении цикл с супервысокой степенью расширения, показанный на фиг.8В, используется во время срабатывания двигателя с низкой нагрузкой, а обычный цикл, показанный на фиг.8А, используется во время срабатывания двигателя с высокой нагрузкой.
Далее на фиг.9 предлагается вниманию вся последовательность управления операциями. На фиг.9 показаны различия в степени механического сжатия, в степени расширения, во времени закрытия впускного клапана 7, в степени фактического сжатия, в количестве всасываемого воздуха, в степени открытия дроссельной заслонки 17 и различия в насосных потерях, и все это в зависимости от нагрузки на двигатель. Следует отметить, что в этом варианте воплощения настоящего изобретения средний показатель отношения воздух/топливо в камере 5 сгорания обычно доводится по принципу обратной связи до стехиометрического отношения воздух/топливо в соответствии с выходным сигналом от датчика 21, определяющего отношение воздух/топливо с тем, чтобы иметь возможность одновременно сократить содержание несгоревших НС, СО и NOx в выхлопном газе, используя для этого трехкомпонентный катализатор в каталитическом преобразователе 20.
Как описано выше, во время срабатывания двигателя с высокой нагрузкой выполняется обычный цикл, показанный на фиг.8А. Таким образом, как показано на фиг.9, в этом случае степень механического сжатия является низкой, и степень расширения поэтому является низкой, и, кроме того, как показано сплошной линией на фиг.9, закрытие впускного клапана 7 происходит с опережением, как это показано сплошной линией на фиг.5. Кроме того, в этом случае, как показано сплошной линией, количество всасываемого воздуха является большим, и степень открытия дроссельной заслонки 17 является таковой, что она открыта полностью или почти полностью, так что насосные потери равняются нулю.
С другой стороны, когда нагрузка на двигатель уменьшается, как это показано на фиг.9, степень механического сжатия, соответственно, увеличивается и степень расширения также увеличивается. Кроме того, в этом случае, как показано сплошной линией, когда нагрузка, применяемая к двигателю, уменьшается, то время закрытия впускного клапана 7 замедляется, чтобы степень фактического сжатия оставалась по существу неизменной. В этом случае следует также отметить, что дроссельная заслонка 17 поддерживается в полностью открытом или почти полностью открытом положении, и количество всасываемого воздуха, который подается в камеру 5 сгорания, управляется, таким образом, не дроссельной заслонкой 17, а изменением времени закрытия впускного клапана 7. В этом случае насосные потери также равны нулю.
Когда двигатель работает с высокой нагрузкой и эта нагрузка на двигатель затем уменьшается, степень механического сжатия увеличивается, поскольку количество всасываемого воздуха уменьшается, а степень фактического сжатия остается по существу неизменной. А именно, объем камеры 5 сгорания, когда поршень 4 достигает при сжатии верхней мертвой точки, уменьшается пропорционально уменьшению количеству всасываемого воздуха. Соответственно, объем камеры 5 сгорания, когда поршень 4 достигает при сжатии верхней мертвой точки, изменяется пропорционально уменьшению количества всасываемого воздуха. Это означает, что объем камеры 5 сгорания, когда поршень 4 достигает при сжатии верхней мертвой точки, изменяется пропорционально количеству топлива, поскольку отношение воздух/топливо в камере 5 сгорания является стехиометрическим отношением воздух/топливо.
Степень механического сжатия возрастает далее, по мере дальнейшего уменьшения нагрузки двигателя. Когда степень механического сжатия достигает предельного показателя, определяемого конструкционными особенностями камеры 5 сгорания, эта степень механического сжатия поддерживается на предельных показателях на том участке, где нагрузка является меньшей, чем нагрузка L1 двигателя, при которой степень механического сжатия достигает предельного показателя. Таким образом, при работе двигателя с низкой нагрузкой степень механического сжатия становится максимальной и степень расширения также становится максимальной. Другими словами, в настоящем изобретении степень механического сжатия максимизируется, чтобы в результате добиться максимальной степени расширения во время срабатывания двигателя с низкой нагрузкой. Кроме того, в этом случае степень фактического сжатия поддерживается по существу на том же уровне, что и степень фактического сжатия при работе двигателя со средней или высокой нагрузкой, как это показано сплошной линией.
Между тем, как показано сплошной линией на фиг.9, время закрытия впускного клапана 7 задерживается до предельного времени закрытия, когда нагрузка на двигатель уменьшается, при этом предельный временной показатель закрытия клапана является пределом, в рамках которого количество всасываемого воздуха, который подается в камеру 5 сгорания, может быть управляемым. Далее время закрытия впускного клапана 7 поддерживается у своего предельного показателя на том участке, где нагрузка является меньшей, чем нагрузка L2 двигателя, при которой время закрытия впускного клапана 7 достигает своего предельного показателя. Когда время закрытия впускного клапана 7 поддерживается у предельного показателя, то количество всасываемого воздуха не может управляться путем изменения времени закрытия впускного клапана 7, и поэтому необходимо регулировать количество всасываемого воздуха, используя альтернативные средства.
При изучении варианта воплощения, показанного на фиг.9, в том случае, когда нагрузка является меньшей, чем нагрузка L2 двигателя, при которой время закрытия впускного клапана 7 достигает предельного показателя, количество всасываемого воздуха, который подается в камеру 5 сгорания, управляется дроссельной заслонкой 17, как это показано сплошной линией. Однако когда количество всасываемого воздуха управляется с помощью дроссельной заслонки 17, насосные потери возрастают, как это показано сплошной линией на фиг.9.
Как показано сплошной линией на фиг.9, степень фактического сжатия поддерживается по существу неизменной вне зависимости от нагрузки двигателя, когда частота вращения этого двигателя является меньшей, чем расчетный показатель. Степень фактического сжатия составляет примерно 10% от степени фактического сжатия, предусмотренной для работы двигателя со средней или высокой нагрузкой, а в предпочтительном варианте она составляет около 5%. В этом варианте воплощения настоящего изобретения показатель степени фактического сжатия равен приблизительно 10±1, то есть находится в диапазоне от 9 до 11, когда частота вращения двигателя является низкой. Однако, когда частота вращения двигателя является большей, чем расчетная, в камере 5 сгорания возникает турбулентность смеси, и, следовательно, шанс возникновения детонации уменьшается. Таким образом, в данном варианте воплощения настоящего изобретения, когда увеличивается частота вращения двигателя, увеличивается степень фактического сжатия.
Тем временем в случае выполнения цикла с супервысокой степенью сжатия, как показано на фиг.8 В, показатель степени расширения равняется 26, как это описано выше. При этом более высокая степень расширения является заданной. Когда степень расширения равна показателю 20 или превышает этот показатель, обеспечивается достижение достаточно высокого теоретического термального кпд. Таким образом, в настоящем изобретении механизм А регулирования степени сжатия сконструирован так, что показатель степени расширения становится равным показателю 20 или превышает его.
С другой стороны, также обеспечивается возможность управления количеством всасываемого воздуха, не задействуя при этом дроссельную заслонку 17, а ускоряя время закрытия впускного клапана 7, когда нагрузка на двигатель уменьшается, как это показано прерывистой линией на фиг.9. Таким образом, случай, показанный сплошной линией, и случай, показанный прерывистой линией на фиг.9, описаны вместе следующим образом. В варианте воплощения настоящего изобретения время закрытия впускного клапана 7 отсрочено от момента прохождения поршнем при впуске нижней мертвой точки НМТ в пределе, определяемом предельным временем L2 закрытия клапана, которое являет собой предел, в границах которого количество всасываемого воздуха, подаваемого в камеру сгорания, может управляться.
Как описано выше, в варианте воплощения настоящего изобретения средний показатель отношения воздух/топливо в камере 5 сгорания обычно является стехиометрическим отношением воздух/топливо, и на фиг.9 сплошными линиями обозначены соответствующие показатели. С другой стороны, в данном варианте воплощения настоящего изобретения в случае необходимости отношение воздух/топливо меняется от стехиометрического отношения воздуха и топлива до обедненного отношения воздух/ топливо. На фиг.10 показаны изменения относительно времени закрытия впускного клапана 7, количества всасываемого воздуха, степени фактического сжатия и т.д., которые происходят, когда показатель отношения воздух/топливо меняется от стехиометрического отношения воздух/топливо до обедненного отношения воздух/топливо описанным способом.
На фиг.10 иллюстрируется то, что если заданное отношение воздух/топливо изменено от стехиометрического отношения до обедненного отношения воздух/топливо во время t, то количество впрыскиваемого топлива не меняется и время закрытия впускного клапана 7 приближено к прохождению поршнем при впуске нижней мертвой точки НМТ. В примере, показанном на фиг.10, закрытие впускного клапана 7 приближено ко времени прохождения поршнем при впуске нижней мертвой точки НМТ. Если время закрытия впускного клапана 7 таким образом перенесено, то количество всасываемого воздуха возрастает, и, таким образом, отношение воздух/топливо изменяется от стехиометрического отношения до обедненного отношения воздух/топливо. Однако в этом случае количество впрыснутого топлива не меняется, и поэтому крутящий момент практически остается неизменным.
В частности, согласно настоящему изобретению, когда показатель отношения воздух/топливо возрастает от первого заданного отношения воздух/топливо до второго заданного отношения воздух/топливо, время закрытия впускного клапана 7 приближено к прохождению поршнем при впуске нижней мертвой точки до тех пор, пока показатель отношения воздух/топливо не сравняется со вторым заданным отношением воздух/топливо, без изменения количества впрыснутого топлива. В примере, показанном на фиг.10, первое заданное отношение воздух/топливо представляет собой стехиометрическое отношение воздух/топливо, а второе заданное отношение воздух/топливо является показателем отношения воздух/топливо в обедненной смеси. Однако первый заданный показатель отношения воздух/топливо может являться показателем отношения воздух/топливо в обогащенной смеси.
С другой стороны, когда время закрытия впускного клапана 7 отнесено ко времени t, что показано на фиг.10, то степень фактического сжатия возрастает. Обедненная смесь сгорает хуже по сравнению со стехиометрической смесью. Однако в варианте воплощения настоящего изобретения, когда отношение воздух/топливо изменяется от стехиометрического отношения до обедненного отношения воздух/топливо, степени фактического сжатия увеличивается, как это описано выше, и поэтому достигаются благоприятные условия для сгорания даже тогда, когда отношение воздух/топливо в топливной смеси является обедненным. В частности, согласно настоящему изобретению, когда отношение воздух/топливо изменяется, изменений крутящего момента не происходит и, кроме того, обеспечивается возможность создания благоприятных условий для сжигания обедненной топливной смеси даже после изменения отношения воздух/топливо в топливной смеси.
Из примера, показанного на фиг.10, видно, что даже когда время закрытия впускного клапана 7 отнесено ко времени t, степень механического сжатия не изменяется, как это показано сплошной линией. Однако когда это случается, то есть когда показатель отношения воздух/топливо возрастает от первого заданного отношения воздух/топливо до второго заданного отношения воздух/топливо, степень механического сжатия может быть уменьшена, как это показано штрихованной линией на фиг.10. Особенно когда степень фактического сжатия чрезмерно увеличена и допустимый предел, за которым может произойти детонация, превышен, предпочтительно уменьшить степень механического сжатия. По этой причине в варианте воплощения настоящего изобретения, если степень фактического сжатия превышает допустимый расчетный предел, когда показатель отношения воздух/топливо возрастает от первого заданного отношения воздух/топливо до второго заданного отношения воздух/топливо, степень механического сжатия уменьшается.
На фиг.9 прерывистой линией показаны изменения времени закрытия впускного клапана 7, степень фактического сжатия, количество всасываемого воздуха, степень открытия дроссельной заслонки и насосные потери, происходящие, когда показатель отношения воздух/топливо является вторым заданным показателем этого отношения, то есть когда этот показатель отношения воздух/топливо свидетельствует об обедненности топливной смеси. Когда отношение воздух/топливо меняется от обедненного отношения воздух/топливо до стехиометрического отношения воздух/топливо, состояние двигателя возвращается от состояния, показанного прерывистой линией, к состоянию, показанному сплошной линией на фиг.9.
На фиг.11 показана блок-схема операций управления. Согласно фиг.11 на этапе 100 определяется количество впрыскиваемого топлива. Затем на этапе 101 рассчитывается время ICS закрытия впускного клапана 7, согласно графику, показанному на фиг.12А. В частности, время ICS закрытия впускного клапана 7, которое требуется для подачи необходимого количества всасываемого воздуха в камеру 5 сгорания, когда отношение воздух/топливо является стехиометрическим отношением воздух/топливо, предварительно хранится в ПЗУ 32 как функция от нагрузки L двигателя и частоты вращения N этого двигателя в виде графика, показанного на фиг.12А. Время ICS закрытия впускного клапана 7 рассчитывается согласно данному графику. Соответственно, на этапе 102 рассчитывается требуемая степень фактического сжатия. Далее на этапе 103 рассчитывается показатель степени механического сжатия CR, который требуется, чтобы довести степень фактического сжатия до заданного показателя.
Далее на этапе 104 принимается решение, доводить ли отношение воздух/топливо до обедненного отношения, то есть до второго заданного отношения воздух/топливо. Когда принимается решение, что отношение воздух/топливо не следует доводить до отношения, считающегося обедненным, то есть когда определяется, что показатель отношения воздух/топливо должен быть доведен до стехиометрического показателя, то есть до первого заданного показателя отношения воздух/топливо, то процесс переходит к этапу 105. На этапе 105 механизм А регулирования степени сжатия управляется таким образом, что степень механического сжатия доводится до степени механического сжатия CR, и механизм В регулирования времени открытия клапана управляется таким образом, что время закрытия впускного клапана 7 приурочено ко времени ICS закрытия клапана.
С другой стороны, если на этапе 104 определено, что показатель отношения воздух/топливо должен быть доведен до показателя обедненной смеси, то процесс переходит к этапу 106, и время ICL закрытия впускного клапана, при котором закрывается впускной клапан 7, вычисляется на основе графика, показанного на фиг.12В. В частности, время ICL закрытия впускного клапана 7, требуемое для подачи необходимого количество всасываемого воздуха в камеру 5 сгорания, когда показатель отношения воздух/топливо является показателем отношения воздух/топливо в обедненной смеси, предварительно хранится в ПЗУ 32 как функция от нагрузки L двигателя и частоты вращения N этого двигателя в виде графика, показанного на фиг.12В. Время ICL закрытия впускного клапана 7 рассчитывается на основе этого графика. Далее на этапе 107 на основе данных о времени ICL закрытия впускного клапана 7 рассчитывается степень фактического сжатия.
После этого на этапе 108 рассчитывается величина сокращения ΔCR, на которую уменьшается степень механического сжатия, на основе степени фактического сжатия согласно отношению, показанному на фиг.13. Как показано на фиг.13, когда степень фактического сжатия превышает допустимый предел Ро, то величина сокращения ΔCR степени механического сжатия возрастает по мере возрастания степени фактического сжатия. Далее, на этапе 109 рассчитывается окончательный показатель степени CR механического сжатия путем вычитания величины сокращения ΔCR из показателя CR степени механического сжатия, который рассчитывается на этапе 103 и применяется, когда отношение воздух/топливо является стехиометрическим отношением воздух/топливо. На этапе S105 механизм А регулирования степени сжатия управляется таким образом, что степень механического сжатия доводится до заключительной степени CR механического сжатия, а механизм В регулирования времени срабатывания клапана управляется так, что время закрытия впускного клапана 7 приурочено ко времени ICL закрытия клапана.
1. Двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием, отличающийся тем, что он содержит:
механизм регулирования степени сжатия, который изменяет степень механического сжатия, определяемую путем деления суммы объема камеры сгорания и рабочего объема цилиндра на объем камеры сгорания, причем объем камеры сгорания определяется как объем камеры сгорания, при котором поршень находится при сжатии в верхней мертвой точке; и
механизм регулирования времени срабатывания клапана, регулирующий временной промежуток, при котором впускной клапан закрыт, при этом количество всасываемого воздуха, подаваемого в камеру сгорания, управляется путем изменения времени закрытия впускного клапана,
причем, когда показатель отношения количества воздуха к количеству топлива в топливной смеси возрастает от первого заданного показателя отношения воздух/топливо до второго заданного показателя отношения воздух/топливо, время закрытия впускного клапана приурочивается ко времени прохождения поршнем при впуске нижней мертвой точки до тех пор, пока показатель отношения воздух/топливо не станет равным второму заданному показателю отношения воздух/топливо, без изменения количества впрыскиваемого топлива, при этом, когда показатель отношения воздух/топливо возрастает от первого заданного показателя отношения воздух/топливо до второго заданного показателя отношения воздух/топливо, степень механического сжатия уменьшается.
2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что, когда показатель отношения воздух/топливо возрастает от первого заданного отношения воздух/топливо до второго заданного отношения воздух/топливо, возрастает степень фактического сжатия, которая определяется делением суммы объема камеры сгорания и фактического рабочего объема цилиндра на объем камеры сгорания.
3. Двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что, когда показатель отношения воздух/топливо возрастает от первого заданного показателя отношения воздух/топливо до второго заданного показателя отношения воздух/топливо, степень механического сжатия сокращается, когда степень фактического сжатия, которая определяется путем деления суммы объема камеры сгорания и фактического рабочего объема цилиндра на объем камеры сгорания, превышает допустимый предел.
4. Двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что первое заданное отношение воздух/топливо представляет собой стехиометрическое отношение или отношение, характеризующее обогащенную воздухотопливную смесь, а второе заданное отношение воздух/топливо характеризует обедненное отношение воздух/топливо.
5. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что при работе двигателя с низкой нагрузкой степень механического сжатия максимизируется, так что достигается максимальная степень расширения, и когда отношение воздух/топливо равняется первому заданному отношению воздух/топливо, степень фактического сжатия, определяемая путем деления суммы объема камеры сгорания и фактического рабочего объема цилиндра на объем камеры сгорания для работы двигателя с низкой нагрузкой, по существу, приравнивается по степени фактического сжатия к работе двигателя со средней или высокой нагрузкой.
6. Двигатель по п.5, отличающийся тем, что максимальный показатель степени расширения равен или превышает 20.
7. Двигатель по п.5, отличающийся тем, что, когда частота вращения двигателя ниже расчетного показателя, степень фактического сжатия составляет примерно 10% от показателя степени фактического сжатия при работе двигателя со средней или высокой нагрузкой.
8. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что время закрытия впускного клапана отсрочивается от момента прохождения поршнем при впуске нижней мертвой точки в пределе, определяемом предельным временем закрытия клапана, которое является пределом, в границах которого количество всасываемого воздуха, подаваемого в камеру сгорания, может управляться.
9. Двигатель по п.8, отличающийся тем, что на том участке, где нагрузка на двигатель больше, чем нагрузка на двигатель, при которой время закрытия впускного клапана достигает предельного показателя, количество всасываемого воздуха, который подается в камеру сгорания, управляется не дроссельной заслонкой, расположенной во впускном канале двигателя, а изменением времени закрытия впускного клапана.
10. Двигатель по п.9, отличающийся тем, что на том участке, где нагрузка на двигатель больше, чем нагрузка на двигатель, при которой время закрытия впускного клапана достигает предельного показателя, дроссельная заслонка поддерживается в полностью открытом положении.
11. Двигатель по п.8, отличающийся тем, что на том участке, где нагрузка на двигатель меньше, чем нагрузка на двигатель, при которой время закрытия впускного клапана достигает предельного показателя, количество всасываемого воздуха, который подается в камеру сгорания, управляется дроссельной заслонкой, расположенной во впускном канале двигателя.
12. Двигатель по п.8, отличающийся тем, что на том участке, где нагрузка на двигатель меньше, чем нагрузка на двигатель, при которой время закрытия впускного клапана достигает предельного показателя, время закрытия впускного клапана поддерживается на предельном показателе.
13. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что степень механического сжатия возрастает до предельного показателя механического сжатия по мере того, как нагрузка на двигатель уменьшается.
14. Двигатель по п.13, отличающийся тем, что на том участке, где нагрузка на двигатель меньше, чем та нагрузка на двигатель, при которой степень механического сжатия достигает предельного показателя степени механического сжатия, степень механического сжатия поддерживается на предельном показателе.
15. Способ управления двигателем внутреннего сгорания с искровым зажиганием, содержащим:
механизм регулирования степени сжатия, который изменяет степень механического сжатия, определяемую путем деления суммы объема камеры сгорания и рабочего объема цилиндра на объем камеры сгорания, причем объем камеры сгорания определяется как объем камеры сгорания, при котором поршень находится при сжатии в верхней мертвой точке; и
механизм регулирования времени срабатывания клапана, регулирующий временной промежуток, при котором впускной клапан закрыт, отличающийся тем, что он включает:
регулирование количества всасываемого воздуха, подаваемого в камеру сгорания, путем изменения времени закрытия впускного клапана; и,
когда показатель отношения количества воздуха к количеству топлива в топливной смеси возрастает от первого заданного показателя отношения воздух/топливо до второго заданного показателя отношения воздух/топливо, приурочивание времени закрытия впускного клапана ко времени прохождения поршнем при впуске нижней мертвой точки до тех пор, пока показатель отношения воздух/топливо не станет равным второму заданному показателю отношения воздух/топливо, без изменения количества впрыскиваемого топлива, при этом, когда показатель отношения воздух/топливо возрастает от первого заданного показателя отношения воздух/топливо до второго заданного показателя отношения воздух/топливо, степень механического сжатия уменьшается.
16. Способ по п.15, отличающийся тем, что, когда показатель отношения воздух/топливо возрастает от первого заданного показателя отношения воздух/топливо до второго заданного показателя отношения воздух/топливо, возрастает степень фактического сжатия, которая определяется делением суммы объема камеры сгорания и фактического рабочего объема цилиндра на объем камеры сгорания.
17. Способ по п.15 или 16, отличающийся тем, что, когда показатель отношения воздух/топливо возрастает от первого заданного показателя отношения воздух/топливо до второго заданного показателя отношения воздух/топливо, степень механического сжатия сокращается, когда степень фактического сжатия, которая определяется путем деления суммы объема камеры сгорания и фактического рабочего объема цилиндра на объем камеры сгорания, превышает допустимый предел.
18. Способ по п.15 или 16, отличающийся тем, что первое заданное отношение воздух/топливо представляет собой стехиометрическое отношение или отношение, характеризующее обогащенную воздухотопливную смесь, а второе заданное отношение воздух/топливо характеризует обедненную воздухотопливную смесь.
19. Способ по п.15, отличающийся тем, что при работе двигателя с низкой нагрузкой степень механического сжатия максимизируется, так что достигается максимальная степень расширения, и когда отношение воздух/топливо равняется первому заданному отношению воздух/топливо, степень фактического сжатия, определяемая путем деления суммы объема камеры сгорания и фактического рабочего объема цилиндра на объем камеры сгорания, для работы двигателя с низкой нагрузкой, по существу, приравнивается по степени фактического сжатия к работе двигателя со средней или высокой нагрузкой.
20. Способ по п.19, отличающийся тем, что максимальный показатель степени расширения равен или превышает 20.
21. Способ по п.19, отличающийся тем, что, когда частота вращения двигателя ниже расчетного показателя, степень фактического сжатия составляет примерно 10% от показателя степени фактического сжатия при работе двигателя со средней или высокой нагрузкой.
22. Способ по п.15, отличающийся тем, что время закрытия впускного клапана отсрочивается от момента прохождения поршнем при впуске нижней мертвой точки в пределе, определяемом предельным временем закрытия клапана, которое является пределом, в границах которого количество всасываемого воздуха, подаваемого в камеру сгорания, может управляться.
23. Способ по п.22, отличающийся тем, что на том участке, где нагрузка на двигатель больше, чем нагрузка на двигатель, при которой время закрытия впускного клапана достигает предельного показателя, количество всасываемого воздуха, который подается в камеру сгорания, управляется не дроссельной заслонкой, расположенной во впускном канале двигателя, а изменением времени закрытия впускного клапана.
24. Способ по п.23, отличающийся тем, что на том участке, где нагрузка на двигатель больше, чем нагрузка на двигатель, при которой время закрытия впускного клапана достигает предельного показателя, дроссельная заслонка поддерживается в полностью открытом положении.
25. Способ по п.22, отличающийся тем, что на том участке, где нагрузка на двигатель меньше, чем нагрузка на двигатель, при которой время закрытия впускного клапана достигает предельного показателя, количество всасываемого воздуха, который подается в камеру сгорания, управляется дроссельной заслонкой, расположенной во впускном канале двигателя.
26. Способ по п.2, отличающийся тем, что на том участке, где нагрузка на двигатель меньше, чем нагрузка на двигатель, при которой время закрытия впускного клапана достигает предельного показателя, время закрытия впускного клапана поддерживается на предельном показателе.
27. Способ по п.15, отличающийся тем, что степень механического сжатия возрастает до предельного показателя механического сжатия по мере того, как нагрузка на двигатель уменьшается.
28. Способ по п.27, отличающийся тем, что на том участке, где нагрузка на двигатель меньше, чем та нагрузка на двигатель, при которой степень механического сжатия достигает предельного показателя степени механического сжатия, степень механического сжатия поддерживается на предельном показателе.
29. Двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием, отличающийся тем, что он содержит:
механизм регулирования степени сжатия, который изменяет степень механического сжатия, определяемую путем деления суммы объема камеры сгорания и рабочего объема цилиндра на объем камеры сгорания, причем объем камеры сгорания определяется как объем камеры сгорания, при котором поршень находится при сжатии в верхней мертвой точке; и
механизм регулирования времени срабатывания клапана, регулирующий временной промежуток, при котором впускной клапан закрыт, при этом количество всасываемого воздуха, подаваемого в камеру сгорания, управляется путем изменения времени закрытия впускного клапана,
причем, когда показатель отношения количества воздуха к количеству топлива в топливной смеси возрастает от первого заданного показателя отношения воздух/топливо до второго заданного показателя отношения воздух/топливо, время закрытия впускного клапана приурочивается ко времени прохождения поршнем при впуске нижней мертвой точки до тех пор, пока показатель отношения воздух/топливо не станет равным второму заданному показателю отношения воздух/топливо, без изменения количества впрыскиваемого топлива, при этом, когда показатель отношения воздух/топливо возрастает от первого заданного показателя отношения воздух/топливо до второго заданного показателя отношения воздух/топливо, степень механического сжатия уменьшается, когда степень фактического сжатия, которая определяется делением суммы объема камеры сгорания и фактического рабочего объема цилиндра на объем камеры сгорания, превышает допустимый предельный показатель.
30. Способ управления двигателем внутреннего сгорания с искровым зажиганием, содержащим:
механизм регулирования степени сжатия, который изменяет степень механического сжатия, определяемую путем деления суммы объема камеры сгорания и рабочего объема цилиндра на объем камеры сгорания, причем объем камеры сгорания определяется как объем камеры сгорания, при котором поршень находится при сжатии в верхней мертвой точке; и
механизм регулирования времени срабатывания клапана, регулирующий временной промежуток, при котором впускной клапан закрыт, отличающийся тем, что он включает:
регулирование количества всасываемого воздуха, подаваемого в камеру сгорания, путем изменения времени закрытия впускного клапана; и,
когда показатель отношения количества воздуха к количеству топлива в топливной смеси возрастает от первого заданного показателя отношения воздух/топливо до второго заданного показателя отношения воздух/топливо, приурочивание времени закрытия впускного клапана ко времени прохождения поршнем при впуске нижней мертвой точки до тех пор, пока показатель отношения воздух/топливо не станет равным второму заданному показателю отношения воздух/топливо, без изменения количества впрыскиваемого топлива, при этом, когда показатель отношения воздух/топливо возрастает от первого заданного показателя отношения воздух/топливо до второго заданного показателя отношения воздух/топливо, степень механического сжатия уменьшается, когда степень фактического сжатия, которая определяется делением суммы объема камеры сгорания и фактического рабочего объема цилиндра на объем камеры сгорания, превышает допустимый предельный показатель.
