Устройство и способ для управления двигателем внутреннего сгорания
Изобретение относится к устройству управления и способу управления для двигателя внутреннего сгорания, снабженного механизмом переменной степени сжатия. Двигатель внутреннего сгорания имеет механизм переменной степени сжатия, использующий многорычажный поршневой кривошипно-шатунный механизм, перемещая позицию верхней мертвой точки поршня вверх или вниз, и оснащен клапаном для впрыска топлива, который впрыскивает топливо в цилиндры. Во время высокой нагрузки период впрыска топлива увеличивается, но с помощью настоящего изобретения целевая степень сжатия становится низкой степенью сжатия во время высокой нагрузки, и момент начала впрыска топлива находится перед верхней мертвой точкой такта выпуска, таким образом, период впрыска топлива перекрывает верхнюю мертвую точку такта выпуска. Когда степень сжатия является низкой (характеристика 'b'), расстояние между клапаном для впрыска топлива и поверхностью головки поршня рядом с верхней мертвой точкой увеличивается, как указано символом 'H', таким образом, даже если впрыск происходит рядом с верхней мертвой точкой, дымность не формируется легко, и период впрыска может быть продлен, чтобы перекрывать верхнюю мертвую точку. Техническим результатом является увеличение времени впрыска топлива при высокой нагрузке. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
[0001.] Это изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания, выполненному с возможностью непосредственно впрыскивать топливо в камеру сгорания и зажигать сформированную воздушную смесь посредством свечи зажигания, а более конкретно, к устройству управления и способу управления для двигателя внутреннего сгорания, снабженного механизмом переменной степени сжатия.
Уровень техники
[0002.] Традиционно, существуют известные различные типы механизмов переменной степени сжатия, выполненных с возможностью изменять механическую степень сжатия двигателя внутреннего сгорания. Например, заявитель настоящей заявки формирует множество предложений для механизмов переменной степени сжатия, выполненных с возможностью изменять геометрию многорычажного поршневого кривошипно-шатунного механизма. Кроме того, существует известный механизм переменной степени сжатия, выполненный с возможностью смещать позицию цилиндра в направлениях вверх и вниз относительно центральной позиции коленчатого вала.
[0003.] С другой стороны, существует известный двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием с непосредственным типом впрыска, в котором клапан подачи топлива расположен так, чтобы находиться напротив камеры сгорания, и который выполнен с возможностью впрыскивать топливо непосредственно в цилиндр. В этом двигателе внутреннего сгорания с непосредственным впрыском в цилиндр, как описано в патентном документе 1, когда выполняется гомогенное горение, в частности, в области высокой нагрузки, впрыск топлива выполняется в течение процесса впуска. Период впрыска топлива, который задается, таким образом, в течение процесса впуска, является значением, основанным на фактическом времени, и пропорционален объему впрыскиваемого топлива. Угол поворота коленчатого вала становится больше, когда выше скорость и выше нагрузка. Когда скорость впрыска клапана для впрыска топлива (объем впрыска в единицу времени) является небольшой, впрыск топлива не заканчивается до момента после нижней мертвой точки такта впуска. Испарение и смешивание топлива ухудшается.
[0004.] Что касается этих проблем, патентный документ 1 описывает возможность предоставления задержки характеристик подъема пары впускных клапанов в области высокой скорости и высокой нагрузки с тем, чтобы формировать завихрение. С помощью этого испарение топлива и смешивание топлива ускоряется (облегчается).
[0005.] В этом случае патентный документ 1 раскрывает пример, в котором момент начала впрыска топлива в области высокой нагрузки устанавливается точно в верхнюю мертвую точку такта выпуска (называемую также верхней мертвой точкой такта впуска). В случае, когда впрыск топлива начинается в верхней мертвой точке такта выпуска таким способом, впрыскиваемое топливо наталкивается и налипает на поршень. Это становится причиной для формирования дымности в области высокой нагрузки. Как правило, впрыск топлива начинается в момент слегка позже верхней мертвой точки такта выпуска.
[0006.] Как описано в патентном документе 1, в случае, когда момент окончания впрыска топлива чрезмерно задерживается при высокой нагрузке, невозможно гарантировать время, необходимое для смешивания и испарения распыленного топлива, так что сгорание ухудшается. С другой стороны, в случае, когда момент начала впрыска топлива ближе к верхней мертвой точке такта выпуска, дымность увеличивается посредством столкновения и налипания топлива на поршень. Соответственно, необходимо гарантировать, чтобы скорость впрыска клапана для впрыска топлива была большой скоростью до некоторой степени. Однако, когда скорость впрыска клапана для впрыска топлива большая, период впрыска (т.е. период открытия клапана для впрыска топлива) становится чрезмерно коротким, когда объем впрыска топлива небольшой. Следовательно, точность измерения уменьшается.
Документ предшествующего уровня техники
Патентный документ
[0007.] Патентный документ 1: Публикация японской патентной заявки № 2003-106177
Сущность изобретения
[0008.] Задачей настоящего изобретения является обращение с довольно длительным периодом впрыска в области высокой нагрузки посредством подхода, отличного от ускорения испарения и смешивания аналогично патентному документу 1, и установки скорости впрыска клапана для впрыска топлива в относительно небольшое значение.
[0009.] Настоящее изобретение является устройством управления для двигателя внутреннего сгорания, включающего в себя механизм переменной степени сжатия, чтобы изменять относительное позиционное соотношение между поршнем и цилиндром и, тем самым изменять механическую степень сжатия, и клапан для впрыска топлива, выполненный с возможностью непосредственно впрыскивать топливо в камеру сгорания, устройство управления содержит: по меньшей мере, в области высокой нагрузки двигателя, включающей в себя полное открытие, степень сжатия, управляемую до низкой степени сжатия, момент начала впрыска топлива, устанавливаемый перед верхней мертвой точкой такта выпуска, так что период впрыска топлива пересекает верхнюю мертвую точку.
[0010.] Более предпочтительно, механизм переменной степени сжатия является многорычажным поршневым кривошипно-шатунным механизмом; и многорычажный поршневой кривошипно-шатунный механизм имеет рычажную геометрию, заданную так, что скорость поднятия поршня рядом с верхней мертвой точкой становится меньше скорости поднятия однорычажного поршневого кривошипно-шатунного механизма в том же процессе.
[0011.] В настоящем изобретении, в области высокой нагрузки, в которой период впрыска топлива, соответствующий объему впрыскиваемого топлива, становится длительным, степень сжатия посредством механизма переменной степени сжатия становится низкой степенью сжатия. Соответственно, позиция поршня (позиция относительно цилиндра) в верхней мертвой токе становится более низкой относительно высокой степени сжатия. Т.е., расстояние между клапаном для впрыска топлива, расположенным на стороне цилиндра, и поверхностью головки поршня увеличивается относительно высокой степени сжатия. Соответственно, когда топливо впрыскивается из клапана для впрыска топлива рядом с верхней мертвой точкой такта выпуска, столкновение и налипание на поверхности головки поршня пресекается.
[0012.] Соответственно, даже когда момент начала впрыска топлива устанавливается в момент перед верхней мертвой точкой такта выпуска, так что период впрыска топлива пересекает верхнюю мертвую точку такта выпуска, формирование дымности затруднено. Возможно разрешать относительно длительный период времени впрыска без чрезмерной задержки момента окончания впрыска топлива. Соответственно, возможно использовать клапан для впрыска топлива, имеющий небольшую скорость впрыска.
[0013.] Кроме того, в случае, когда механизм переменной степени сжатия является многорычажным поршневым кривошипно-шатунным механизмом, имеющим небольшую скорость поднятия (подъема) поршня рядом с верхней мертвой точкой, относительная скорость поршня относительно распыления становится небольшой. Столкновение с поверхностью головки поршня дополнительно уменьшается. Это дополнительно оптимальным образом пресекает формирование дымности.
[0014.] Посредством этого изобретения, относительно длительный период впрыска может быть разрешен без чрезмерной задержки момента окончания впрыска топлива при высокой нагрузке, и чтобы использовать клапан для впрыска топлива, имеющий небольшую скорость впрыска.
Краткое описание чертежей
[0015.] Фиг.1 – это иллюстрирующий конфигурацию вид, показывающий конфигурацию системы устройства управления согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.2 – это блок-схема последовательности операций, показывающая последовательность операций управления в этом варианте осуществления.
Фиг.3 – это вид характеристики, показывающий сравнение между этим вариантом осуществления и сравнительным примером относительно характеристики хода поршня и периода разрешения впрыска.
Подробное описание вариантов осуществления
[0016.] Далее в данном документе один вариант осуществления согласно настоящему изобретению иллюстрируется подробно на основе чертежей.
[0017.] Фиг.1 показывает конфигурацию системы автомобильного двигателя 1 внутреннего сгорания, к которой применяется настоящее изобретение. Этот двигатель 1 внутреннего сгорания является двигателем внутреннего сгорания с непосредственным типом впрыска в цилиндр, который является четырехтактным двигателем, который снабжен турбонагнетателем и который снабжен механизмом 2 переменной степени сжатия, который использует поршневой кривошипно-шатунный механизм многорычажного типа. Пара впускных клапанов 4 и пара выпускных клапанов 5 расположены на поверхности верхней стенки (верхней поверхности) камеры 3 сгорания. Свеча 6 зажигания расположена в центральном фрагменте, окруженном этими впускными клапанами 4 и выпускными клапанами 5.
[0018.] Клапан 8 для впрыска топлива расположен под впускным отверстием 7, выполненным с возможностью открываться и закрываться посредством впускного клапана 4. Клапан 8 для впрыска топлива выполнен с возможностью непосредственно впрыскивать топливо в камеру 3 сгорания. Клапан 8 для впрыска топлива является электромагнитным или пьезоэлектрическим клапаном впрыска, выполненным с возможностью открываться посредством приложения к нему управляющего импульсного сигнала. Клапан 8 для впрыска топлива впрыскивает топливо, имеющее объем, который практически пропорционален длительности импульса этого импульсного сигнала. В примере, показанном на чертежах, клапан 8 для впрыска топлива расположен, чтобы впрыскивать топливо в наклоненном вниз направлении.
[0019.] Дроссельная заслонка 19 электрически управляемого типа расположена на стороне выше по потоку от фрагмента 18a коллектора впускного канала 18, соединенного с впускным отверстием 7. Степень открытия дроссельной заслонки 19 электрически управляемого типа управляется посредством управляющего сигнала от контроллера 9 двигателя. На стороне дальше выше по потоку от дроссельной заслонки 19 электрически управляемого типа предусмотрен компрессор 19 турбонагнетателя. На стороне выше по потоку от этого компрессора 20 предусмотрен расходомер 10 воздуха, выполненный с возможностью измерять количество всасываемого воздуха.
[0020.] Выпускной клапан 5 снабжен исполнительным механизмом 41 регулируемого клапана на стороне выпуска, который выполнен с возможностью управления, чтобы изменять момент открытия и закрытия выпускного клапана 5. Этот исполнительный механизм 41 регулируемого клапана может быть механизмом, выполненным с возможностью независимо изменять момент открытия и момент закрытия, и механизмом, выполненным с возможностью одновременно сдвигать на более ранний срок или задерживать момент открытия и момент закрытия. В этом варианте осуществления исполнительный механизм 41 регулируемого клапана имеет последний тип, выполненный с возможностью сдвигать на более ранний срок и задерживать фазу кулачкового вала 42 на стороне выпуска относительно коленчатого вала 21. Кроме того, впускной клапан 4 может быть снабжен аналогичным исполнительным механизмом регулируемого клапана.
[0021.] Кроме того, существует устройство 13 каталитического нейтрализатора, которое расположено в выпускном канале 12, соединенном с выпускным отверстием 11, и которое состоит из трехкомпонентного нейтрализатора. На стороне выше по потоку от устройства 13 каталитического нейтрализатора расположен датчик 14 соотношения воздух-топливо, выполненный с возможностью измерять соотношение воздух-топливо.
[0022.] Контроллер 9 двигателя выполнен с возможностью принимать сигналы обнаружения датчиков, таких как расходомер 10 воздуха, датчик 14 соотношения воздух-топливо и, кроме того, датчика 15 угла поворота коленвала, выполненного с возможностью измерять скорость вращения двигателя, датчика 16 температуры воды, выполненного с возможностью измерять температуру охлаждающей жидкости, и датчика 17 степени открытия акселератора, выполненного с возможностью измерять величину нажатия педали акселератора, которая задействуется водителем. Контроллер 9 двигателя выполнен с возможностью соответствующим образом управлять объемом впрыскиваемого топлива и моментом впрыска посредством клапана 8 для впрыска топлива, моментом зажигания посредством свечи 6 зажигания, степенью открытия дроссельной заслонки 19, моментом открытия и закрытия выпускного клапана 5 и т.д.
[0023.] В этом случае объем впрыска клапана 8 для впрыска топлива управляется до целевого стехиометрического соотношения воздух-топливо посредством известного управления с обратной связью на основе сигналов обнаружения датчика соотношения воздух-топливо, за исключением части области возбуждения (некоторой области возбуждения). Т.е. коэффициент α корректировки по сигналам обратной связи для соотношения воздух-топливо вычисляется на основе сигналов обнаружения датчика 14 соотношения воздух-топливо. Объем впрыскиваемого топлива, который должен быть впрыснут из клапана 8 для впрыска топлива, определяется умножением основного объема впрыскиваемого топлива на этот коэффициент α корректировки по сигналам обратной связи для соотношения воздух-топливо.
[0024.] С другой стороны, механизм 2 переменной степени сжатия использует известный многорычажный поршневой кривошипно-шатунный механизм, описанный в публикации японской патентной заявки № 2004-116434. Механизм 2 переменной степени сжатия, главным образом, включает в себя нижний рычаг 22, поддерживаемый с возможностью вращения посредством оси 21a кривошипа коленчатого вала; верхний рычаг 25, соединяющийся с верхней осью 23, предусмотренной на одном крайнем фрагменте этой нижней оси 22, и поршневой палец 24a поршня 24; управляющий рычаг 27, имеющий один конец, соединенный с управляющим штифтом 26, предусмотренным на другом крайнем фрагменте нижнего звена; и вал 28 управления, поворотно поддерживающий другой конец этого управляющего звена 27. Коленчатый вал 21 и вал 28 управления поддерживаются с возможностью вращения через несущую конструкцию (не показана) в картере двигателя, предусмотренном в нижнем фрагменте блока 29 цилиндров. Вал 28 управления включает в себя эксцентриковый фрагмент 28a вала, позиция которого изменяется в соответствии с поворотным движением вала 28 управления. Крайний фрагмент управляющего рычага 28 установлен с возможностью вращения в этом эксцентриковом фрагменте 28a вала. В этом механизме 2 переменной степени сжатия верхняя мертвая точка поршня 24 смещается в направления вверх и вниз в соответствии с поворотным движением вала 28 управления. Соответственно, механическая степень сжатия изменяется.
[0025.] Кроме того, электромотор 31 расположен в нижнем фрагменте блока 29 цилиндров в качестве приводного механизма, выполненного с возможностью переменным образом управлять степенью сжатия механизма 2 переменной степени сжатия. Электромотор 31 имеет центральный вал вращения, который параллелен коленчатому валу 21. Устройство 32 уменьшения скорости соединено с этим электромотором 31, чтобы быть размещенным последовательно с электромотором 31 в осевом направлении. Это устройство 32 уменьшения скорости использует, например, механизм волновой зубчатой передачи, имеющий большой коэффициент уменьшения скорости. Выходной вал 32a устройства уменьшения скорости для устройства 32 уменьшения скорости расположен соосно с выходным валом (не показан) электромотора 31. Соответственно, выходной вал 32a устройства уменьшения скорости и вал 28 управления расположены параллельно друг с другом. Первый рычаг 33, прикрепленный к выходному валу 32a устройства уменьшения скорости, и второй рычаг 34, прикрепленный к валу 34 управления, соединены друг с другом через промежуточное звено 35 так, что выходной вал 32a устройства уменьшения скорости и вал 28 управления взаимно блокирующимся образом поворачиваются друг с другом.
[0026.] Т.е. когда электромотор 31 вращается, скорость вращения значительно уменьшается посредством устройства 32 уменьшения скорости, и угол поворота выходного вала 32a устройства уменьшения скорости изменяется. Поворотное движение выходного вала 32a устройства уменьшения скорости передается от первого рычага 33 через промежуточное звено 35 ко второму рычагу 34, так что вал 28 управления поворачивается. С помощью этого, как описано выше, механическая степень сжатия двигателя 1 внутреннего сгорания изменяется. Кроме того, в примере, показанном на чертеже, первый рычаг 33 и второй рычаг 34 протягиваются в одинаковом направлении. Соответственно, например, когда выходной вал 32a устройства уменьшения скорости поворачивается в направлении по часовой стрелке, вал 28 управления поворачивается в направлении по часовой стрелке. Однако, рычажный механизм может быть сконструирован так, что вал 28 управления поворачивается в противоположном направлении.
[0027.] Целевая степень сжатия механизма 2 переменной степени сжатия устанавливается в контроллере 9 двигателя на основе условий привода двигателя (например, желаемой нагрузки и скорости вращения двигателя). Электромотор 31 управляется с возможностью передачи приводного усилия так, чтобы поддерживать эту целевую степень сжатия.
[0028.] Фиг.2 является блок-схемой последовательности операций, показывающей последовательность операций управления этого варианта осуществления, которое выполняется повторяющимся образом в контроллере 9 двигателя с предварительно определенным интервалом времени во время приведения в действие двигателя 1 внутреннего сгорания.
[0029.] Сначала, на этапе 1, считываются объем Qa всасываемого воздуха и скорость Ne вращения (скорость двигателя). Объем Qa всасываемого воздуха является обнаруженным значением расходомера 10 воздуха. Скорость Ne вращения последовательно (секвенциально) вычисляется из считанного сигнала датчика 15 угла поворота коленчатого вала.
[0030.] На этапе 2 основная длительность Tp импульса впрыска топлива, соответствующая вышеописанному основному объему впрыскиваемого топлива, вычисляется из объема Qa всасываемого воздуха, скорости Ne вращения и предварительно определенного коэффициента K. Основная длительность Tp импульса впрыска топлива является длительностью возбуждающего импульса клапана 8 для впрыска топлива, которая соответствует объему впрыскиваемого топлива, посредством которого соотношение воздух-топливо становится стехиометрическим соотношением воздух-топливо.
[0031.] На этапе 3 вышеописанный коэффициент α корректировки по сигналам обратной связи для соотношения воздух-топливо вычисляется или задается. Когда условие управления с обратной связью соотношением воздух-топливо удовлетворяется, коэффициент α корректировки по сигналам обратной связи для соотношения воздух-топливо, чтобы устанавливать соотношение воздух-топливо в стехиометрическое соотношение воздух-топливо, вычисляется на основе считанного сигнала датчика 14 соотношения воздух-топливо. Когда условие управления с обратной связью соотношением воздух-топливо не удовлетворяется, коэффициент α корректировки по сигналам обратной связи для соотношения воздух-топливо задается в 1, поскольку это управление с разомкнутым контуром.
[0032.] На этапе 4 целевое задается эквивалентное соотношение TFBYA, необходимое для (при) управления с разомкнутым контуром для соотношения воздух-топливо. Когда условие управления с обратной связью для соотношения воздух-топливо удовлетворяется, целевое эквивалентное соотношение TFBYA задается фиксированным образом. Когда условие управления с обратной связью для соотношения воздух-топливо не удовлетворяется, и это управление с разомкнутым контуром, целевое эквивалентное соотношение TFBYA задается в значение больше 1 для увеличения необходимого объема топлива. Например, в области высокой нагрузки, в которой оно становится управлением с разомкнутым контуром, целевое эквивалентное соотношение TFBYA устанавливается в значение больше 1 на основе объема Qa всасываемого воздуха и скорости Ne вращения.
[0033.] Затем, на этапе 5, длительность Ti импульса впрыска топлива вычисляется умножением основной длительности Tp импульса впрыска топлива на целевое эквивалентное соотношение TFBYA и коэффициент α корректировки по сигналам обратной связи для соотношения воздух-топливо. Посредством алгоритма управления впрыском топлива (не показан) возбуждающий сигнал для открытия клапана впрыска согласно этой длительности Ti импульса впрыска топлива передается клапану 8 для впрыска топлива каждого цилиндра в момент впрыска (описан позже). С помощью этого, топливо, имеющее объем, который практически пропорционален длительности Ti импульса впрыска топлива, впрыскивается в цилиндр для каждого цилиндра. Кроме того, основная длительность Tp импульса впрыска топлива и длительность Ti импульса впрыска топлива являются значениями, основанными на фактическом времени.
[0034.] С другой стороны, на этапе 6, вычисляется целевая степень tε сжатия. В частности, значение (целевая степень tε сжатия), соответствующее объему Qa всасываемого воздуха и скорости Ne вращения в это время, отыскивается в таблице управления, в которой целевая степень tε сжатия индексирована с помощью, в качестве параметра, объема Qa всасываемого воздуха и скорости Ne вращения, которые соответствуют нагрузке. Целевая степень tε сжатия является механической степенью сжатия, посредством (при) которой детонация не формируется при соответствующем объеме Qa всасываемого воздуха (нагрузке) и скорости Ne вращения, посредством (при) которой термический КПД становится наилучшим, и которая ранее отрегулирована посредством эксперимента. В основном, целевая степень tε сжатия устанавливается в высокое значение на стороне низкой нагрузки. Когда нагрузка увеличивается, целевая степень tε сжатия становится более низким значением, ограниченным детонацией.
[0035.] На этапе 7 момент IT начала впрыска топлива вычисляется на основе объема Qa всасываемого воздуха и скорости Ne вращения. В частности, значение (момент IT начала впрыска топлива), соответствующее объему Qa всасываемого воздуха и скорости Ne вращения в это время, отыскивается в таблице управления, в которой момент IT начала впрыска топлива индексирован с помощью, в качестве параметра, скорости Ne вращения и объема Qa всасываемого воздуха, который соответствует нагрузке. Как описано позже, значения таблицы управления индексированы, чтобы быть оптимальными, принимая во внимание гарантирование периода времени, необходимого для испарения и смешивания впрыскиваемого топлива, и для того, чтобы избегать формирования дымности вследствие столкновения распыления с поршнем 24. В области низкой-средней нагрузки момент IT начала впрыска топлива устанавливается во время процесса впуска. В области предварительно определенной высокой нагрузки, включающей в себя, по меньшей мере, полностью открытое состояние (условие приведения в действие, при котором длительность Ti импульса впрыска топлива становится максимальной), момент IT начала впрыска топлива устанавливается в последнее выражение процесса выпуска, т.е., на стороне угла опережения от верхней мертвой точки такта выпуска, так что период впрыска топлива пересекает (продолжает пересекать) верхнюю мертвую точку такта выпуска.
[0036.] Кроме того, хотя это не является целью настоящего изобретения, если сгорание послойного заряда топлива выполняется в области низкой или средней нагрузки, момент IT начала впрыска топлива устанавливается в последнее выражение процесса сжатия в соответствующей области приведения в действие.
[0037.] На этапе 8 момент EVC закрытия выпускного клапана вычисляется на основе объема Qa всасываемого воздуха и скорости Ne вращения. Значение (момент EVC закрытия выпускного клапана), которое соответствует объему Qa всасываемого воздуха и скорости Ne вращения в это время, отыскивается в таблице управления, в которой момент EVC закрытия выпускного клапана индексирован с помощью, в качестве параметра, скорости Ne вращения и объема Qa всасываемого воздуха, которые соответствуют нагрузке. Значения таблицы управления задаются, принимая во внимание момент IT начала впрыска топлива, по меньшей мере, в области высокой нагрузки. Момент EVC закрытия выпускного клапана также становится значением на стороне угла опережения от верхней мертвой точки такта выпуска, так что топливо, впрыскиваемое в точке рядом с верхней мертвой точкой, не выбрасывается через выпускной клапан 5 по направлению к выпускному отверстию 11. Исполнительный механизм 41 регулируемого клапана на стороне выпуска управляется, чтобы получать этот момент EVC закрытия выпускного клапана. Исполнительный механизм 41 регулируемого клапана на стороне выпуска управляется так, чтобы получать этот момент EVC закрытия выпускного клапана.
[0038.] Далее, операции вышеописанного варианта осуществления иллюстрируются со ссылкой на фиг. 3. Фиг. 3 показывает позицию поршня 24 относительно угла поворота коленчатого вала, т.е., характеристику хода поршня. Характеристика a – это характеристика хода поршня, когда механизм 2 переменной степени сжатия находится в состоянии высокой степени сжатия (например, управляемой наивысшей степени сжатия). Характеристика b – это характеристика хода поршня, когда механизм 2 переменной степени сжатия находится в состоянии низкой степени сжатия (например, управляемой наименьшей степени сжатия). Характеристика c – это характеристика хода поршня для двигателя с фиксированной степенью сжатия, оснащенного обычным однорычажным поршневым кривошипно-шатунным механизмом, в качестве справочного примера. В частности, характеристика c показывает характеристику двигателя с фиксированной степенью сжатия, имеющего механическую степень сжатия, и процесс, которые идентичны характеристике и процессу, когда механизм 2 переменной степени сжатия варианта осуществления находится в состоянии управления высокой степенью сжатия.
[0039.] Период угла поворота коленчатого вала, в течение которого топливо может быть впрыснуто при высокой нагрузке (т.е., когда длительность Ti импульса впрыска топлива является длительной), определяется по ограничению дымности, которое является ограничением относительно момента начала впрыска топлива, и ограничению испарения и смешивания, которое является ограничением относительно момента окончания впрыска топлива. В двигателе с фиксированной степенью сжатия из характеристики c, который включает в себя обычный однорычажный поршневой кривошипно-шатунный механизм, ограничение дымности является углом поворота коленчатого вала, показанным по ссылке Lim1, который является углом в сторону небольшой задержки относительно верхней мертвой точки такта выпуска. Рядом с верхней мертвой точкой такта выпуска расстояние между верхним концом отверстия для впрыска клапана 8 для впрыска топлива и поверхностью головки поршня 24 становится очень коротким. Распыляемое впрыскиваемое топливо немедленно сталкивается с поверхностью головки поршня 24, так что распыляемое впрыскиваемое топливо налипает в жидком состоянии на поверхность головки и поверхность стенки камеры сгорания вокруг поверхности головки. Соответственно, дымность увеличивается. Следовательно, невозможно впрыскивать топливо на стороне угла опережения (стороне верхней мертвой точки такта выпуска) относительно ограничения дымности, показанного по ссылке Lim1. Кроме того, ограничение испарения и смешивания, показанное по ссылке Lim2 на чертеже, является ограничением, определенным, чтобы гарантировать период времени, необходимый для испарения и смешивания распыляемого впрыскиваемого топлива, и, в целом, находится на стороне угла небольшой задержки относительно нижней мертвой точки такта впуска. В случае, когда впрыск топлива продолжается после ограничения испарения и смешивания, показанного по ссылке Lim2, невозможно выполнять достаточное испарение и достаточное смешивание. Это является нежелательным. Соответственно, как показано в качестве "традиционного возможного для впрыска периода коленчатого вала" на чертеже, в обычном поршневом кривошипно-шатунном механизме однорычажного типа, в периоде T1 от Lim1 на стороне угла задержки относительно верхней мертвой точки такта выпуска до Lim2 после нижней мертвой точки такта впуска, необходимо, чтобы впрыск топлива начинался, и заканчивался. Продолжительность периода впрыска зависит от скорости впрыска клапана 8 для впрыска топлива (объема впрыска в единичный период времени). Когда необходимое топливо впрыскивается при высокой нагрузке в течение относительно короткого периода T1, необходим клапан 8 для впрыска топлива, имеющий большую скорость впрыска. С другой стороны, в клапане 8 для впрыска топлива, имеющем большую скорость впрыска в этом способе, длительность импульса впрыска становится короткой, когда выполняется впрыск топлива небольшого объема типа впрыска на холостом ходу и парциального впрыска. Точность измерения снижается.
[0040.] Относительно вышеописанного двигателя с фиксированной степенью сжатия, в двигателе 1 внутреннего сгорания, снабженном механизмом 2 переменной степени сжатия согласно этому варианту осуществления, в состоянии управления высокой степенью сжатия (характеристика a), позиция поршня 24 рядом с верхней мертвой точкой такта выпуска несильно отличается от характеристики c двигателя с фиксированной степенью сжатия. Однако, в состоянии управления низкой степенью сжатия (характеристика b), позиция поршня 24 рядом с верхней мертвой точкой такта выпуска становится низкой, так что расстояние между клапаном 8 для впрыска топлива и поверхностью головки поршня 24 увеличивается (увеличивающийся объем (расстояние) показано символом H на чертеже). Соответственно, даже когда впрыск топлива выполняется рядом с верхней мертвой точкой такта выпуска, формирование дымности вследствие столкновения распыления с поверхностью головки поршня 24 относительно ослабляется (уменьшается). Ограничение дымности становится на стороне угла опережения относительно верхней мертвой точки такта выпуска, как показано ссылкой Lim3 на чертеже. Lim2 едва ли затрагивается даже в состоянии управления низкой степенью сжатия. Соответственно, период коленчатого вала, в течение которого впрыскивание может быть выполнено, является периодом T2 от Lim3 до Lim2, так что он больше выражения T1 в случае двигателя с фиксированной степенью сжатия.
[0041.] В вышеописанном варианте осуществления, в предварительно определенной области высокой нагрузки, включающей в себя полностью открытое состояние, целевая степень tε сжатия механизма 2 переменной степени сжатия задается в минимальную степень сжатия (управляемую наименьшую степень сжатия) или значение рядом с минимальной степенью сжатия. Одновременно, момент IT начала впрыска топлива задается на стороне угла опережения относительно верхней мертвой точки такта выпуска, принимая во внимание ограничение Lim3 дымности. Т.е., период впрыска топлива задается, чтобы пересекать (продолжать пересекать) верхнюю мертвую точку такта выпуска. Соответственно, возможно впрыскивать необходимое топливо при полностью открытом клапане в течение периода T2 времени, показанного на фиг.3, даже посредством клапана 8 для впрыска топлива, имеющего относительно небольшую скорость впрыска. Ухудшение дымности и ухудшение испарения и смешивания не вызываются. Более того, точность измерения при впрыске топлива небольшого объема улучшается с помощью клапана 8 для впрыска топлива, имеющего небольшую скорость впрыска.
[0042.] С другой стороны, в механизме 2 переменной степени сжатия, использующем многорычажный поршневой кривошипно-шатунный механизм согласно вышеописанному варианту осуществления, в частности, рычажная геометрия механизма 2 переменной степени сжатия задана так, что увеличивающаяся скорость поршня 24 рядом с верхней мертвой точкой становится меньше скорости характеристики c, в частности, при однорычажном поршневом кривошипно-шатунном механизме. Т.е., наклоны характеристик a и b рядом с верхней мертвой точкой более плавные, чем наклон характеристики c. Кроме того, увеличивающаяся скорость поршня 24 рядом с верхней мертвой точкой в состоянии управления низкой степенью сжатия меньше увеличивающейся скорости поршня 24 в состоянии управления высокой степенью сжатия. Т.е., наклон характеристики b рядом с верхней мертвой точкой слегка больше наклона характеристики a.
[0043.] Таким образом, увеличивающаяся скорость поршня 24 рядом с верхней мертвой точкой является небольшой. Соответственно, относительная скорость, когда топливо, впрыскиваемое рядом с верхней мертвой точкой, ударяется о поверхность головки поршня 24, становится небольшой. Соответственно, налипание жидкого топлива на поршне 24 и налипание жидкого топлива на поверхности стенки камеры сгорания вокруг поршня 24 пресекаются. Это превосходно для снижения дымности.
[0044.] С другой стороны, в случае, когда впрыск топлива начинается перед верхней мертвой точкой такта выпуска, как описано выше, как иллюстрировано на вышеописанном этапе 8, момент EVC закрытия выпускного клапана сдвигается к стороне угла опережения относительно верхней мертвой точки такта выпуска, чтобы соответствовать моменту IT начала впрыска топлива для предотвращения выброса топлива насквозь по направлению к выпускному отверстию 11. Нежелательно в момент увеличения отходящего газа закрывать выпускной клапан 5 с относительно ранним моментом, таким образом. Однако возможно частично нивелировать недостаток согласно закрытию выпускного клапана 5 в ранний момент времени, используя многорычажный поршневой кривошипно-шатунный механизм, имеющий увеличивающуюся скорость поршня 24 рядом с верхней мертвой точкой, как показано посредством характеристики b на фиг.3. Т.е., когда увеличивающаяся скорость поршня 24 рядом с верхней мертвой точкой велика аналогично характеристике c, выпускной клапан 5 закрывается посредине, когда газ вытекает через выпускной клапан 5 с высокой скоростью. С другой стороны, в характеристике b, увеличивающаяся скорость поршня 24 в первой половине процесса поднятия (процесса выпуска) поршня 24 больше, чем скорость поршня характеристики c. Выпускной клапан 5 закрывается, когда вытекание газа становится слабым, после того как большая часть газа вытекает в первой половине процесса выпуска. Соответственно, недостаток согласно раннему закрытию выпускного клапана 5 становится относительно небольшим.
[0045.] Выше, хотя один вариант согласно настоящему изобретению иллюстрирован, настоящее изобретение не ограничено вышеописанным вариантом осуществления. Могут быть применены различные вариации. Например, вышеописанный вариант осуществления использует механизм 2 переменной степени сжатия, выполненный с возможностью смещать позицию верхней мертвой точки поршня 24 в направлениях вверх и вниз и, тем самым изменять степень сжатия. Настоящее изобретение аналогично применимо к механизму переменной степени сжатия, выполненному с возможностью перемещать сторону цилиндра в направлениях вверх и вниз.
[0046.] Кроме того, в блок-схеме последовательности операций, показанной на фиг.2, момент IT начала впрыска топлива предпочтительно определяется в соответствии с условием приведения в действие двигателя. Соответственно, момент окончания впрыска топлива определяется из момента IT начала впрыска топлива и периода впрыска топлива (объема впрыскиваемого топлива). Вместо этой операции момент окончания впрыска топлива может быть предпочтительно определен, а момент IT начала впрыска топлива может быть вычислен посредством вычитания необходимого периода впрыска топлива, преобразованного в угол поворота коленчатого вала, от момента окончания впрыска топлива. В этом случае, момент IT начала впрыска топлива становится на стороне угла опережения относительно верхней мертвой точки такта выпуска в предварительно определенной области высокой нагрузки, включающей в себя полностью открытое состояние.
[0047.] Кроме того, как иллюстрировано на этапе 6, целевая степень сжатия механизма 2 переменной степени сжатия является, в основном, более низкой степенью сжатия, когда нагрузка становится более высокой, чтобы избегать детонации. Однако, в настоящем изобретении, целевая степень сжатия предварительно определенной области высокой нагрузки, включающей в себя полностью открытое состояние, может быть задана в соответствии с ограничением детонации. Кроме того, целевая степень сжатия области высокой нагрузки может быть задана в значение, более низкое, чем ограничение детонации, чтобы иметь приоритет по отношению к пресечению дымности вследствие впрыска топлива рядом с верхней мертвой точкой такта выпуска.
1. Устройство управления для двигателя внутреннего сгорания, включающего в себя механизм переменной степени сжатия, выполненный с возможностью изменять относительное позиционное соотношение между поршнем и цилиндром и тем самым изменять механическую степень сжатия, и клапан для впрыска топлива, выполненный с возможностью непосредственно впрыскивать топливо в камеру сгорания, причем устройство управления содержит:
по меньшей мере, в области высокой нагрузки двигателя, включающей в себя полное открытие, степень сжатия в верхней мертвой точке такта выпуска, управляемую до низкой степени сжатия, момент начала впрыска топлива для топлива, при котором топливно-воздушная смесь формируется в камере сгорания и которое поджигается свечой зажигания, устанавливаемый перед упомянутой верхней мертвой точкой такта выпуска, и момент окончания впрыска топлива, устанавливаемый после нижней мертвой точки такта впуска, так что период впрыска топлива пересекает упомянутую верхнюю мертвую точку такта выпуска.
2. Устройство управления для двигателя внутреннего сгорания по п.1, в котором механизм переменной степени сжатия является многорычажным поршневым кривошипно-шатунным механизмом; и многорычажный поршневой кривошипно-шатунный механизм имеет рычажную геометрию, заданную так, что скорость поднятия поршня рядом с верхней мертвой точкой становится меньше скорости поднятия однорычажного поршневого кривошипно-шатунного механизма в том же процессе.
3. Устройство управления для двигателя внутреннего сгорания по п.1, в котором механизм переменной степени сжатия является многорычажным поршневым кривошипно-шатунным механизмом; и многорычажный поршневой кривошипно-шатунный механизм имеет рычажную геометрию, заданную так, что скорость поднятия поршня рядом с верхней мертвой точкой, когда устанавливается низкая степень сжатия, меньше скорости поднятия, когда устанавливается высокая степень сжатия.
4. Устройство управления для двигателя внутреннего сгорания по одному из пп.1-3, в котором момент закрытия выпускного клапана сдвигается на более ранний срок перед верхней мертвой точкой такта выпуска, чтобы соответствовать моменту начала впрыска топлива, который сдвигается на более ранний срок перед верхней мертвой точкой такта выпуска в области высокой нагрузки двигателя.
5. Способ управления для двигателя внутреннего сгорания, включающего в себя механизм переменной степени сжатия, выполненный с возможностью изменять относительное позиционное соотношение между поршнем и цилиндром и тем самым изменять механическую степень сжатия, и клапан для впрыска топлива, выполненный с возможностью непосредственно впрыскивать топливо в камеру сгорания, причем способ управления содержит этапы, на которых:
управляют степенью сжатия в верхней мертвой точке такта выпуска до низкой степени сжатия, по меньшей мере, в области высокой нагрузки двигателя, включающей в себя полное открытие, и
устанавливают момент начала впрыска топлива для топлива, при котором топливно-воздушная смесь формируется в камере сгорания и которое поджигается свечой зажигания, перед упомянутой верхней мертвой точкой такта выпуска, и устанавливают момент окончания впрыска топлива после нижней мертвой точки такта впуска, так что период впрыска топлива пересекает верхнюю мертвую точку такта выпуска в упомянутой области высокой нагрузки двигателя.
