Двигатель внутреннего сгорания
Изобретение относится к двигателестроению. Двигатель (100) внутреннего сгорания содержит турбокомпрессор (101), выполненный с возможностью приведения в движение отработавшими газами для повышения давления на впуске. Механизм переменной синхронизации клапанов выполнен с возможностью изменения времени закрытия впускного клапана. Механизм изменения степени сжатия выполнен с возможностью изменения механической степени сжатия двигателя (100) внутреннего сгорания. Электронный блок (31) управления выполнен с возможностью управления механизмом изменения степени сжатия так, что механическая степень сжатия становится целевой механической степенью сжатия, и управления механизмом переменной синхронизации клапанов так, что время закрытия клапана становится целевым временем закрытия клапана. Причем электронный блок (31) управления выполнен с возможностью приближения целевого времени закрытия клапана к нижней мертвой точке такта впуска и снижения целевой механической степени сжатия по сравнению с установившимся режимом после достижения давлением на впуске целевого давления в переходном режиме до того, как давление на впуске достигнет целевого давления в случае, когда давление на впуске повышено турбокомпрессором до целевого давления выше атмосферного давления. Технический результат заключается в подавлении ухудшения топливной экономичности при дальнейшем снижении эффекта турбоямы. 6 з.п. ф-лы, 18 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Настоящее изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания.
Уровень техники
[0002] Из уровня техники известно, что турбокомпрессор устанавливают на двигатель внутреннего сгорания, работающий по циклу Аткинсона, в котором степень расширения выше, чем степень сжатия, в связи с поздним или ранним закрытием впускного клапана (например, в публикации нерассмотренной патентной заявки Японии № 2005-090425 (JP 2005-090425 A). Турбокомпрессор приводится в действие отработавшими газами, чтобы повысить давление на впуске. Турбонаддув, выполняемый турбокомпрессором, увеличивает количество впускаемого воздуха, и увеличивает отдачу от двигателя внутреннего сгорания.
[0003] Однако в случае, когда требуемая нагрузка двигателя внутреннего сгорания резко возрастает из-за ускорения или чего-либо подобного у транспортного средства, снабженного двигателем внутреннего сгорания, - турбонаддув, выполняемый турбокомпрессором, занимает значительное время. Следовательно, количество впускаемого воздуха не может быть быстро увеличено до целевого значения. Вышеописанное явление называется турбоямой.
[0004] Чтобы уменьшить турбояму, необходимо увеличить энергию на выпуске. Однако, когда в двигателе внутреннего сгорания, работающем по циклу Аткинсона, выполняется позднее или раннее закрытие впускного клапана, количество впускаемого воздуха невелико. Поэтому энергия на выпуске мала. По этой причине, в двигателе внутреннего сгорания, описанном в JP 2005-090425 A, количество впускаемого воздуха в переходном режиме увеличивают за счет того, что момент закрытия впускного клапана в переходном режиме приближают к нижней мертвой точке такта впуска по сравнению со установившимся режимом, чтобы уменьшить турбояму.
[0005] С другой стороны, когда момент закрытия впускного клапана подходит близко к нижней мертвой точке такта впуска, степень сжатия становится высокой. Поэтому вероятно появление детонации. По этой причине, в двигателе внутреннего сгорания, описанном в JP 2005-090425 A, момент закрытия впускного клапана приближается к нижней мертвой точке такта впуска, а момент зажигания задерживается.
Раскрытие изобретения
[0006] Однако, когда момент зажигания задерживается, тепловой КПД уменьшается, и отдача двигателя внутреннего сгорания уменьшается. Следовательно, когда момент зажигания задерживается, чтобы предотвратить возникновение детонации, как описано в JP 2005-090425 A, - топливная экономичность заметно снижается.
[0007] Согласно настоящему изобретению предложен двигатель внутреннего сгорания, который может дополнительно подавлять ухудшение топливной экономичности при дальнейшем снижении эффекта турбоямы.
[0008] Аспект изобретения относится к двигателю внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания включает в себя турбокомпрессор, механизм переменной синхронизации клапанов, механизм изменения степени сжатия и электронный блок управления. Турбокомпрессор выполнен с возможностью приведения в движение отработавшими газами, чтобы повысить давление на впуске. Механизм переменной синхронизации клапанов выполнен с возможностью изменения времени закрытия впускного клапана. Механизм изменения степени сжатия выполнен с возможностью изменения механической степени сжатия двигателя внутреннего сгорания. Электронный блок управления выполнен с возможностью управления механизмом изменения степени сжатия таким образом, что механическая степень сжатия становится целевой механической степенью сжатия, и возможностью управления механизмом переменной синхронизации клапанов таким образом, что время закрытия клапана становится целевым временем закрытия клапана. Электронный блок управления выполнен с возможностью приближения целевого времени закрытия клапана к нижней мертвой точке такта впуска, и возможностью снижения целевой механической степени сжатия по сравнению с установившимся режимом после достижения давлением на впуске целевого давления - в переходном режиме перед тем, как давление на впуске достигнет целевого давления в случае, когда давление на впуске повышено турбокомпрессором до целевого давления, превышающего атмосферное давление.
[0009] В двигателе внутреннего сгорания в соответствии с аспектом настоящего изобретения электронный блок управления может быть выполнен с возможностью вычисления времени закрытия клапана установившегося режима, которое является целевым значением времени закрытия впускного клапана в установившемся режиме, и вычислять время закрытия клапана переходного режима, которое является целевым значением времени закрытия впускного клапана в переходном режиме. Электронный блок управления может быть выполнен с возможностью вычисления целевого времени закрытия клапана основываясь на установившемся времени закрытия клапана и переходном времени закрытия клапана.
[0010] В двигателе внутреннего сгорания в соответствии с аспектом настоящего изобретения электронный блок управления может быть выполнен с возможностью вычисления времени закрытия клапана переходного режима на основании давления на впуске, частоты вращения двигателя и целевой степени нагрузки на двигатель.
[0011] В двигателе внутреннего сгорания в соответствии с аспектом настоящего изобретения электронный блок управления может быть выполнен с возможностью вычисления степени сжатия установившегося режима, которая представляет собой целевое значение механической степени сжатия в установившемся режиме, и вычислять степень сжатия переходного режима, которая представляет собой целевое значение механической степени сжатия в переходном режиме. Электронный блок управления может быть выполнен с возможностью вычисления целевой механической степени сжатия на основании степени сжатия установившегося режима и степени сжатия переходного режима.
[0012] В двигателе внутреннего сгорания в соответствии с аспектом настоящего изобретения электронный блок управления может быть выполнен с возможностью вычисления степени сжатия переходного режима на основании времени закрытия клапана переходного режима, давления на впуске и частоты вращении двигателя.
[0013] В двигателе внутреннего сгорания в соответствии с аспектом настоящего изобретения электронный блок управления может быть выполнен с возможностью вычисления целевой механической степени сжатия на основании целевого времени закрытия клапана, частоты вращения двигателя и целевой степени нагрузки на двигатель.
[0014] В двигателе внутреннего сгорания в соответствии с аспектом настоящего изобретения электронный блок управления может быть выполнен с возможностью установления целевого времени закрытия клапана до времени закрытия клапана переходного режима когда разность между переходным временем закрытия клапана и установившимся временем закрытия клапана становится равной или большей, чем первое контрольное значение. Электронный блок управления может быть выполнен с возможностью переключения целевого времени закрытия клапана от времени закрытия клапана переходного режима до установившегося времени закрытия клапана когда разность становится равной или меньшей, чем второе контрольное значение, - меньшее, чем первое контрольное значение.
[0015] В соответствии с аспектом изобретения, возможно реализовать двигатель внутреннего сгорания, который может дополнительно подавлять снижение топливной экономичности при дальнейшем уменьшении турбоямы.
Краткое описание чертежей
[0016] Признаки, преимущества и техническая и промышленная значимость приводимых в качестве примера вариантов осуществления настоящего изобретения будут описаны ниже со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых одинаковые ссылочные позиции обозначают одинаковые элементы, и на которых:
фиг. 1 - вид, схематично иллюстрирующий двигатель внутреннего сгорания, относящийся к первому варианту осуществления изобретения;
фиг. 2 - вид в перспективе, с пространственным разделением деталей, на механизм изменения степени сжатия;
фиг. 3А - вид сбоку в разрезе, на котором двигатель внутреннего сгорания проиллюстрирован схематически;
фиг. 3В - вид сбоку в разрезе, на котором двигатель внутреннего сгорания проиллюстрирован схематически;
фиг. 4А - вид для описания механической степени сжатия;
фиг. 4B - вид для описания фактической степени сжатия;
фиг. 5 - график, иллюстрирующий изменения необходимого количества впускаемого воздуха и т.п. в соответствии с нагрузкой на двигатель;
фиг. 6 - временная диаграмма степени нагрузки на двигатель и т.п. когда выполняется турбонаддув;
фиг. 7 - график, иллюстрирующий область, в которой не происходит детонация при изменении времени зажигания и механической степени сжатия в состоянии, когда время закрытия впускного клапана устанавливается равным времени закрытия клапана установившегося режима;
фиг. 8 - график, иллюстрирующий область, в которой не происходит детонации при изменении времени зажигания и механической степени сжатия в состоянии, когда время закрытия впускного клапана устанавливается равным времени закрытия клапана переходного режима;
фиг. 9 - блок-схема, иллюстрирующая управление в первом варианте осуществления изобретения;
фиг. 10 - карта для вычисления времени закрытия клапана установившегося режима;
фиг. 11 - карта для вычисления степени сжатия установившегося режима;
фиг. 12 - карта для вычисления времени закрытия клапана переходного режима;
фиг. 13 - карта для вычисления степени сжатия переходного режима;
фиг. 14 - блок-схема, иллюстрирующая управление во втором варианте осуществления изобретения;
фиг. 15 - карта для вычисления целевой механической степени сжатия; а также
фиг. 16 - блок-схема, иллюстрирующая управление в третьем варианте осуществления изобретения.
Осуществление изобретения
[0017] Далее варианты осуществления изобретения будут описаны подробно со ссылкой на чертежи. В следующем описании одни и те же составляющие элементы будут обозначены одинаковыми ссылочными позициями.
Первый вариант осуществления
[0018] Вначале первый вариант осуществления настоящего изобретения будет описан со ссылкой на фиг. 1-13.
Конфигурация двигателя внутреннего сгорания
[0019] На фиг. 1 представлен вид, схематично иллюстрирующий двигатель 100 внутреннего сгорания, относящийся к первому варианту осуществления изобретения. В первом варианте осуществления, двигатель 100 внутреннего сгорания представляет собой двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием (бензиновый двигатель). Двигатель 100 внутреннего сгорания установлен на транспортном средстве. Двигатель 100 внутреннего сгорания включает в себя картер 1, блок 2 цилиндров и головку 3 цилиндров. Поршень 4, который совершает возвратно-поступательное движение внутри блока 2 цилиндров, расположен внутри блока 2 цилиндров. Двигатель 100 внутреннего сгорания имеет множество цилиндров. В первом варианте осуществления число цилиндров равно четырем.
[0020] Камера 5 сгорания образована между поршнем 4 и головкой 3 цилиндра для каждого цилиндра. В головке 3 цилиндра образованы впускной канал 7 и выпускной канал 9. Впускной канал 7 и выпускной канал 9 - соединены с камерой 5 сгорания. Впускной клапан 6 расположен на концевой части впускного канала 7 с возможностью открытия и закрытия впускного канала 7. Выпускной клапан 8 расположен в концевой части выпускного канала 9 с возможностью открытия и закрытия выпускного канала 9. Двигатель 100 внутреннего сгорания включает в себя механизм B переменной синхронизации клапанов, который изменяет время открытия и время закрытия впускного клапана 6, и механизм C переменной синхронизации клапанов, который изменяет время открытия и время закрытия выпускного клапана 8.
[0021] Двигатель 100 внутреннего сгорания включает в себя клапан 11 впрыска топлива, который подает топливо в камеру 5 сгорания, и свечу 10 зажигания, которая воспламеняет топливо-воздушную смесь в камере 5 сгорания. Клапан 11 впрыска топлива расположен в периферийной части впускного канала 7 чтобы впрыскивать топливо во впускной канал 7. То есть, двигатель 100 внутреннего сгорания является двигателем внутреннего сгорания с впрыском в канал. Двигатель 100 внутреннего сгорания может представлять собой двигатель внутреннего сгорания с впрыском в цилиндр. В этом случае клапан 11 впрыска топлива расположен в периферийной части поверхности внутренней стенки головки цилиндра 3 так, чтобы непосредственно впрыскивать топливо в камеру 5 сгорания. Для двигателя 100 внутреннего сгорания в качестве топлива используется бензин, имеющий стехиометрическое соотношение воздух-топливо 14,6. Однако, в двигателе 100 внутреннего сгорания могут использоваться другие виды топлива.
[0022] Двигатель 100 внутреннего сгорания включает в себя турбокомпрессор 101. Турбокомпрессор 101 включает в себя турбину 102, расположенную в выпускном тракте, компрессор 103, расположенный во впускном тракте, и вращающийся вал, который соединяет вместе турбину 102 и компрессор 103. Когда турбина 102 вращается благодаря отработавшим газам, выпускаемым изнутри каждого цилиндра в выпускной тракт, компрессор 103 также вращается через вращающийся вал. В результате давление (давление на впуске) впускаемого воздуха, подаваемого из впускного тракта внутрь цилиндра, повышается, и количество впускаемого воздуха увеличивается. Следовательно, турбокомпрессор 101 приводится в действие отработавшими газами для повышения давления на впуске.
[0023] Впускной канал 7 каждого цилиндра соединен с ресивером 14 через соответствующий подводящий патрубок 13. Ресивер 14 соединен с выходной частью компрессора 103 турбокомпрессора 101 через впускной патрубок 15. Дроссельная заслонка 18, приводимая в действие приводным устройством 17 дроссельной заслонки, расположена внутри впускного патрубка 15 между ресивером 14 и компрессором 103. Дроссельная заслонка 18 может изменять проходное сечение впускного тракта, и изменять количество впускаемого воздуха за счет поворота дроссельной заслонки приводным устройством 17.
[0024] Охладитель (промежуточный охладитель) 106, который охлаждает впускаемый воздух, сжатый турбокомпрессором 101, расположен во впускном патрубке 15 между компрессором 103 и дроссельной заслонкой 18. Впускная часть компрессора 103 соединена с воздушным фильтром 48 через впускной патрубок 15. Впускной канал 7, подводящий патрубок 13, впускной патрубок 15 и т.п. - образуют впускной тракт, который направляет воздух в камеру 5 сгорания.
[0025] Между тем, выпускной канал 9 каждого цилиндра соединен с выпускным коллектором 19. Выпускной коллектор 19 имеет множество ответвлений, соединенных с соответствующими выпускными каналами 9, и общую часть, в которую собираются отдельные ветви. Общая часть выпускного коллектора 19 соединена с выпускной частью турбины 102 турбокомпрессора 101. Выпускная часть турбины 102 соединена с корпусом 21 через выпускной патрубок 22. В корпус 21 встроен катализатор 20 управления отработавшими газами. Выпускной канал 9, выпускной коллектор 19, выпускной патрубок 22 и т.п. - образуют выпускной тракт, который выпускает отработавшие газы, образующиеся при сгорании топливо-воздушной смеси, из камеры 5 сгорания.
[0026] Перепускной канал 104, который обходит турбину 102, расположен между выпускным коллектором 19 выше по потоку, чем турбина 102 и выпускным патрубком 22, расположенным ниже по потоку, чем турбина 102. Запорный клапан 105, который представляет собой перепускной клапан, открывающий и закрывающий перепускной канал 104, расположен в перепускном канале 104. Путем регулирования степени открытия запорного клапана 105 можно регулировать количество отработавших газов, проходящих через турбину 102. Следовательно, давлением на впуске (давлением наддува) можно управлять путем регулирования степени открытия запорного клапана 105.
[0027] Двигатель 100 внутреннего сгорания включает в себя электронный блок управления (ЭБУ) 31, включающий в себя цифровой компьютер. ЭБУ 31 включает в себя оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 33, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 34 и микропроцессор (ЦП) 35, порт 36 входа и порт 37 выхода, которые взаимно соединены через двунаправленные шины 32. Двигатель 100 внутреннего сгорания снабжен различными датчиками для определения текущего состояния двигателя 100 внутреннего сгорания, а выходные сигналы от различных датчиков передаются на ЭБУ 31. ЭБУ 31 управляет текущим состоянием двигателя 100 внутреннего сгорания посредством управления различными приводами на основании выходных данных различных датчиков.
[0028] Двигатель внутреннего сгорания 100 включает в себя датчик 16 расхода воздуха, который определяет количество воздуха на впуске. Датчик 15 расхода воздуха расположен внутри впускного патрубка 15 между воздушным фильтром 48 и компрессором 103. Выходной сигнал датчика 16 расхода воздуха поступает на порт 36 входа через соответствующий аналого-цифровой преобразователь 38 (АЦП).
[0029] Двигатель 100 внутреннего сгорания включает в себя педаль 42 акселератора, и датчик 43 нагрузки, соединенный с педалью акселератора 42. Датчик 43 нагрузки формирует выходное напряжение, пропорциональное количеству ступеней педали 42 акселератора. Выходное напряжение датчика 43 нагрузки вводится в порт 36 входа через соответствующий АЦП 38.
[0030] Двигатель 100 внутреннего сгорания включает в себя датчик 44 угла поворота коленчатого вала (УПКВ), который определяет частоту вращения двигателя. Датчик 44 угла поворота коленчатого вала формирует выходной импульс когда коленчатый вал вращается, например, на заданном угле, и выходной импульс вводится в порт 36 входа. В ЦП 35 частота вращения двигателя вычисляется исходя из выходного импульса датчика 44 угла поворота коленчатого вала. Угол поворота может быть определен в зависимости от выходного сигнала датчика 44 угла поворота коленчатого вала.
[0031] Двигатель 100 внутреннего сгорания включает в себя датчик 80 давления на впуске, который определяет давление на впуске. Датчик 80 давления на впуске расположен во впускном тракте ниже по потоку, чем дроссельная заслонка 18. В первом варианте осуществления датчик 80 давления на впуске расположен внутри впускного патрубка 15 между дроссельной заслонкой 18 и ресивером 14. Выходной сигнал датчика 80 давления на впуске вводится на порт 36 входа через соответствующий АЦП 38.
[0032] Порт 37 выхода ЭБУ 31 соединен со свечой 10 зажигания, клапаном 11 впрыска топлива, приводным устройством 17 дроссельной заслонки, запорным клапаном 105, а также механизмами B и C переменной синхронизации клапанов - с помощью соответствующих контуров 45 управления приводами. ЭБУ 31 может управлять моментом зажигания свечи 10 зажигания, моментом впрыска топлива и количеством топлива, впрыскиваемого клапаном 11 впрыска топлива, степенью открытия дроссельной заслонки 18, степенью открытия запорного клапана 105, моментами открытия и закрытия впускного клапана 6, моментами открытия и закрытия выпускного клапана 8.
Механизм изменения степени сжатия
[0033] Двигатель 100 внутреннего сгорания включает в себя механизм A изменения степени сжатия, который изменяет механическую степень сжатия двигателя 100 внутреннего сгорания. Механизм A изменения степени сжатия соединен с портом 37 выхода ЭБУ 31, и ЭБУ 31 управляет механизмом A изменения степени сжатия. Механизм A изменения степени сжатия выполнен в месте соединения между картером 1 и блоком 2 цилиндров. Механизм A изменения степени сжатия изменяет относительные положения картера 1 и блока 2 цилиндров в направлении оси цилиндра, тем самым изменяя объем камеры 5 сгорания, когда поршень 4 расположен в верхней мертвой точке такта сжатия, чтобы изменить механическую степень сжатия двигателя 100 внутреннего сгорания.
[0034] Фиг. 2 иллюстрирует вид в перспективе, с пространственным разделением деталей, механизма A изменения степени сжатия, показанного на фиг. 1, а на фиг. 3А и 3В - показаны виды сбоку в разрезе двигателя 100 внутреннего сгорания, который проиллюстрирован схематически. Как можно видеть на фиг. 2, множество выступающих частей 50 сформировано на нижних сторонах обеих боковых стенок блока 2 цилиндров таким образом, что выступающие части 50 отстоят друг от друга, и отверстие 51 для установки кулачков, имеющее круглое сечение, сформировано внутри каждой выступающей части 50. Между тем, множество выступающих частей 52 сформировано на верхней поверхности стенок картера 1 так, что выступающие части 52 отстоят друг от друга, и установлены между соответствующими выступающими частями 50, и отверстие 53 для установки кулачков, имеющее круглое сечение, - также сформировано внутри каждой выступающей части 52.
[0035] Как показано на фиг. 2, предусмотрена пара распределительных валов 54, 55, а дисковые кулачки 56, вставленные с возможностью вращения в отверстия 51 для установки кулачков, - соответственно попеременно зафиксированы на каждом из распределительных валов 54, 55. Дисковые кулачки 56 соосны с осью вращения каждого из распределительных валов 54, 55. Между тем, как показано штриховкой на фиг. 3А и 3В, эксцентриковый вал 57, который расположен с эксцентриситетом относительно оси вращения каждого из распределительных валов 54, 55, проходит между дисковыми кулачками 56, а другие дисковые кулачки 58 закреплены с эксцентриситетом и с возможностью вращения к эксцентриковому валу 57. Как показано на фиг. 2, каждый дисковый кулачок 58 расположен между дисковыми кулачками 56, и дисковый кулачок 58 установлен с возможностью вращения в каждое соответствующее отверстие 53 для установки кулачка.
[0036] Когда дисковые кулачки 56, закрепленные на распределительных валах 54, 55 соответственно, вращаются во взаимно противоположных направлениях, как показано сплошными стрелками на фиг. 3А из состояния, показанного на фиг. 3А, - эксцентриковый вал 57 перемещается к нижнему центру. Таким образом, дисковые кулачки 58 вращаются в направлениях, противоположных дисковым кулачкам 56, как показано пунктирными стрелками на фиг. 3А, внутри отверстий 53 для установки кулачков. Когда эксцентриковый вал 57 перемещается в нижний центр, как показано на фиг. 3В, - центры дисковых кулачков 58 перемещаются в направлении ниже эксцентрикового вала 57.
[0037] Как можно видеть при сравнении фиг. 3А и 3В, относительные положения картера 1 и блока 2 цилиндров определяются в зависимости от расстояния между центром каждого дискового кулачка 56 и центром каждого дискового кулачка 58, а блок 2 цилиндра отделяется от картера 1 по мере того, как расстояние между центром дискового кулачка 56 и центром дискового кулачка 58 становится больше. Когда блок 2 цилиндров отделяется от картера 1, объем камеры 5 сгорания - когда поршень 4 расположен в верхней мертвой точке такта сжатия - увеличивается. С другой стороны, когда блок 2 цилиндров приближается к картеру 1, объем камеры 5 сгорания - когда поршень 4 расположен в верхней мертвой точке такта сжатия - уменьшается. Следовательно, путем поворота каждого из распределительных валов 54, 55 объем камеры 5 сгорания - когда поршень 4 расположен в верхней мертвой точке такта сжатия - может быть изменен, и механическая степень сжатия двигателя 100 внутреннего сгорания может быть линейно (непрерывно) изменена.
[0038] Как показано на фиг. 2, пара червяков 61, 62 с противоположными спиральными направлениями соединена с вращающимся валом приводного электродвигателя 59 чтобы вращать распределительные валы 54, 55 во взаимно противоположных направлениях соответственно, а шестерни 63, 64, которые находятся в зацеплении с червяками 61, 62 соответственно, - зафиксированы на торцевых частях распределительных валов 54, 55. В первом варианте осуществления объем камеры 5 сгорания - когда поршень 4 расположен в верхней мертвой точке такта сжатия - может быть изменен в широком диапазоне путем приведения в движение приводного электродвигателя 59.
Механическая степень сжатия и фактическая степень сжатия
[0039] Как описано выше, механизм A изменения степени сжатия изменяет механическую степень сжатия двигателя 100 внутреннего сгорания. В первом варианте осуществления термины «механическая степень сжатия» и «фактическая степень сжатия» используются четко различающимся образом. Далее будут описаны механическая степень сжатия и фактическая степень сжатия со ссылкой на фиг. 4А и 4В.
[0040] На фиг. 4А и 4В представлены виды для описания механической степени сжатия и фактической степени сжатия. Двигатель внутреннего сгорания, имеющий объем камеры сгорания 50 мл и объем вытеснения поршня 500 мл, - показан для описания на фиг. 4А и 4В. На фиг. 4А и 4В, объем камеры сгорания представляет собой объем камеры сгорания в момент, когда поршень расположен в верхней мертвой точке такта сжатия.
[0041] На фиг. 4А показана механическая степень сжатия. Механическая степень сжатия представляет собой значение, которое геометрически определяется по объему вытеснения поршня и объему камеры сгорания во время такта сжатия, и выражается как (Объем камеры сгорания+Объем вытеснения поршня)/Объем камеры сгорания. Механическая степень сжатия равна (50 мл+500 мл)/50 мл=11 - в примере, показанном на фиг. 4A. Механическая степень сжатия равна коэффициенту расширения.
[0042] На фиг. 4B показана фактическая степень сжатия. Фактическая степень сжатия представляет собой значение, которое определяется по фактически вытесняемому поршнем объему до того момента, пока поршень не достигнет верхней мертвой точки, с того момента, как началось фактическое сжатие, и по объему камеры сгорания, и выражается как (Объем камеры сгорания+Фактически вытесняемый поршнем объем)/Объем камеры сгорания. То есть, как показано на фиг. 4B, никакое сжатие не выполняется, пока впускной клапан открыт, даже когда поршень начинает двигаться вверх в такте сжатия, а фактическое сжатие начинается с того момента, когда впускной клапан закрывается. В результате, фактическая степень сжатия составляет (50 мл+450 мл)/50 мл=10 - в примере, показанном на фиг. 4В.
[0043] В случае, когда время закрытия впускного клапана совпадает с нижней мертвой точкой такта впуска, объем вытеснения поршня и фактически вытесняемый поршнем объем - одинаковы. Поэтому механическая степень сжатия и фактическая степень сжатия - одинаковы. С другой стороны, как показано на фиг. 4B, в случае, когда момент закрытия впускного клапана задерживается относительно нижней мертвой точки такта впуска, фактически вытесняемый поршнем объем становится меньше, чем объем вытеснения поршня. Следовательно, фактическая степень сжатия становится меньше механической степени сжатия. Даже в случае, когда время закрытия впускного клапана имеет опережение относительно нижней мертвой точки такта впуска, фактически вытесняемый поршнем объем становится меньше, чем объем вытеснения поршня. Следовательно, фактическая степень сжатия становится меньше механической степени сжатия. Следовательно, в случае, когда момент закрытия впускного клапана не совпадает с нижней мертвой точкой такта впуска, - фактическая степень сжатия становится меньше, чем механическая степень сжатия.
Цикл Аткинсона
[0044] В двигателе 100 внутреннего сгорания степень расширения выполнена большей, чем степень сжатия (фактическая степень сжатия) из-за позднего закрытия или раннего закрытия впускного клапана 6. Следовательно, двигатель 100 внутреннего сгорания является двигателем внутреннего сгорания, работающим по так называемому циклу Аткинсона. Позднее закрытие впускного клапана 6 выполняется путем замедления закрытия впускного клапана 6 относительно нижней мертвой точки такта впуска с помощью механизма B переменной синхронизации клапанов. С другой стороны, раннее закрытие впускного клапана 6 выполняется путем опережения закрытия впускного клапана 6 относительно нижней мертвой точки такта впуска с помощью механизма B переменной синхронизации клапанов. В двигателе 100 внутреннего сгорания, когда выполняется позднее закрытие или раннее закрытие впускного клапана 6, механическая степень сжатия увеличивается с помощью механизма A изменения степени сжатия - чтобы сделать степень расширения высокой для повышения теплового КПД.
[0045] Далее будет описано управление двигателем 100 внутреннего сгорания в установившемся режиме со ссылкой на фиг. 5. На фиг. 5 показаны соответствующие изменения необходимого количества впускаемого воздуха, времени закрытия впускного клапана 6, механической степени сжатия, степени расширения, фактической степени сжатия, степени открытия дроссельной заслонки 18 и насосных потерь - в соответствии с нагрузкой на двигатель. На графике времени закрытия клапана для впускного клапана 6 - сплошная линия показывает изменения в случае, когда выполняется позднее закрытие впускного клапана 6, а пунктирная линия показывает изменения в случае, когда выполняется раннее закрытие впускного клапана 6. В примере на фиг. 5 - частота вращения двигателя поддерживается постоянной.
[0046] Как показано на фиг. 5, когда нагрузка на двигатель высока, необходимое количество впускаемого воздуха велико. Следовательно, дроссельная заслонка 18 полностью открыта или по существу полностью открыта, и, как показано сплошной линией на фиг. 5, время закрытия впускного клапана 6 имеет опережение относительно нижней мертвой точки НМТ такта впуска. Поскольку дроссельная заслонка 18 поддерживается полностью открытой или по существу полностью открытой - насосные потери равны нулю. Когда нагрузка на двигатель и, следовательно, необходимое количество впускаемого воздуха максимальны, - время закрытия впускного клапана 6 немного задерживается за нижнюю мертвую точку НМТ такта впуска, принимая во внимание инерционность впускаемого воздуха.
[0047] Когда нагрузка на двигатель высока, механическая степень сжатия уменьшается, чтобы компенсировать увеличение фактической степени сжатия, возникающей в результате опережения закрытия впускного клапана 6, - чтобы предотвратить возникновение детонации. В результате, степень расширения также становится низкой.
[0048] С другой стороны, когда нагрузка на двигатель становится низкой, - необходимое количество впускаемого воздуха уменьшается. По этой причине, чтобы уменьшить количество впускаемого воздуха, закрытие впускного клапана 6 задерживается, как показано сплошной линией на фиг. 5. Механическая степень сжатия увеличивается по мере того, как нагрузка на двигатель становится низкой, так что фактическая степень сжатия поддерживается по существу постоянной. Следовательно, степень расширения также увеличивается, когда нагрузка на двигатель становится низкой. В этом случае количеством впускаемого воздуха управляют путем изменения времени закрытия впускного клапана 6 без изменения степени открытия дроссельной заслонки 18. По этой причине, даже в этом случае, когда дроссельная заслонка 18 поддерживается полностью открытой или по существу полностью открытой, насосные потери равны нулю.
[0049] Следовательно, когда нагрузка на двигатель становится низкой из состояния, в котором нагрузка на двигатель высока, - механическая степень сжатия увеличивается по мере уменьшения необходимого количества впускаемого воздуха. То есть объем камеры 5 сгорания, когда поршень 4 достигает нижней мертвой точки такта сжатия, уменьшается пропорционально уменьшению количества впускаемого воздуха.
[0050] Когда нагрузка на двигатель становится ниже, механическая степень сжатия дополнительно увеличивается. Когда нагрузка на двигатель уменьшается до средней нагрузки L1, - механическая степень сжатия достигает максимальной возможной механической степени сжатия, которая становится верхним конструктивным пределом для камеры 5 сгорания. Когда механическая степень сжатия достигает максимальной механической степени сжатия при нагрузке L1 двигателя, - механическая степень сжатия поддерживается на уровне максимальной механической степени сжатия в области с меньшей нагрузкой, чем нагрузка L1 двигателя. Следовательно, механическая степень сжатия и степень расширения становятся максимальными в области, имеющей более низкую нагрузку, чем нагрузка L1 двигателя.
[0051] С другой стороны, в примере на фиг. 5, когда нагрузка на двигатель уменьшается до L1, время закрытия впускного клапана 6 становится предельным временем закрытия клапана, при котором можно управлять количеством впускаемого воздуха, подаваемого в камеру 5 сгорания. Когда время закрытия впускного клапана 6 достигает предельного времени закрытия клапана при нагрузке L1 двигателя, - время закрытия впускного клапана 6 поддерживается на уровне предельного времени закрытия клапана в области, имеющей более низкую нагрузку, чем нагрузка L1 двигателя.
[0052] Когда время закрытия впускного клапана 6 поддерживается на предельном значении времени закрытия клапана, - невозможно управлять количеством впускаемого воздуха за счет изменения времени закрытия впускного клапана 6. По этой причине, в области с меньшей нагрузкой, чем нагрузка L1 двигателя, - количество впускаемого воздуха регулируется путем изменения степени открытия дроссельной заслонки 18, а степень открытия дроссельной заслонки 18 уменьшается по мере того, как нагрузка на двигатель становится низкой. По этой причине, насосные потери возрастают по мере снижения нагрузки на двигатель.
[0053] Как показано пунктирной линией на фиг. 5, количество впускаемого воздуха может быть уменьшено путем опережения закрытия впускного клапана 6 относительно нижней мертвой точки НМТ такта впуска при снижении нагрузки на двигатель.
Требования к турбонаддуву
[0054] Между тем, в случае, когда требуемая нагрузка резко возрастает из-за ускорения транспортного средства, оборудованного двигателем 100 внутреннего сгорания или тому подобного, - турбонаддув (повышение давления на впуске), выполняемый турбокомпрессором 101, необходим для увеличения количества впускаемого воздуха. В этом случае, поскольку нагрузка на двигатель 100 внутреннего сгорания становится высокой, целевое значение времени закрытия впускного клапана 6 в установившемся режиме приближается к нижней мертвой точке такта впуска, а целевое значение механической степени сжатия в установившемся режиме становится низким.
[0055] Однако, в переходном режиме, когда происходит переход из безнаддувного состояния в состояние турбонаддува, имеет место задержка повышения давления на впуске - так называемая турбояма. В первом варианте осуществления выполняется следующее управление для дальнейшего снижения турбоямы.
Управление в переходном режиме
[0056] Двигатель 100 внутреннего сгорания включает в себя электронный блок управления, который управляет механизмом A изменения степени сжатия и механизмом B переменной синхронизации клапанов. Электронный блок управления управляет механизмом A изменения степени сжатия так, что механическая степень сжатия становится целевой механической степенью сжатия, и управляет механизмом B переменной синхронизации клапанов так, что время закрытия впускного клапана 6 становится целевым временем закрытия клапана. В первом варианте осуществления ЭБУ 31 эквивалентен электронному блоку управления.
[0057] В первом варианте осуществления целевое время закрытия впускного клапана 6 в переходном режиме ближе к нижней мертвой точке такта впуска, чем целевое время закрытия впускного клапана 6 в установившемся режиме - для того, чтобы быстро увеличить количество впускаемого воздуха, чтобы дополнительно уменьшить турбояму. В случае, когда для реализации цикла Аткинсона выполняется раннее закрытие впускного клапана 6, - целевое время закрытия впускного клапана 6 в переходном режиме задерживается от целевого времени закрытия впускного клапана 6 в установившемся режиме. С другой стороны, в случае, когда для реализации цикла Аткинсона выполняется позднее закрытие впускного клапана 6, - целевое время закрытия впускного клапана 6 в переходном режиме имеет опережение относительно целевого времени закрытия впускного клапана 6 в установившемся режиме.
[0058] Поскольку время закрытия впускного клапана 6 приближается к нижней мертвой точке такта впуска, фактическая степень сжатия становится высокой, и возникает вероятность детонации. По этой причине, чтобы подавить увеличение фактической степени сжатия для предотвращения возникновения детонации, механическая степень сжатия в переходном режиме становится ниже, чем механическая степень сжатия в установившемся режиме.
[0059] Таким образом, в первом варианте осуществления, в случае, когда давление на впуске повышается до целевого давления выше атмосферного давления с помощью турбокомпрессора 101, - электронный блок управления сдвигает целевое время закрытия клапана ближе к нижней мертвой точке такта впуска, и делает целевую механическую степень сжатия низкой в переходном режиме до того, как давление на впуске достигнет целевого давления по сравнению с установившимся режимом после достижения давлением на впуске целевого давления. Целевое давление означает целевое значение давления на впуске в установившемся режиме.
Описание временной диаграммы управления
[0060] Далее управление, когда выполняется турбонаддув, будет более конкретно описано со ссылкой на фиг. 6. На фиг. 6 представлена временная диаграмма степени нагрузки на двигатель, давления на впуске, степени открытия дроссельной заслонки 18, времени закрытия впускного клапана 6, механической степени сжатия, фактической степени сжатия, времени зажигания свечи 10 зажигания, и теплового КПД при выполнении турбонаддува. Частота вращения двигателя в примере на фиг. 6 постоянна. Степень нагрузки на двигатель представляет собой значение, показывающее отношение текущего количества впускаемого воздуха к максимальному значению количества впускаемого воздуха - соответственно частоте вращения двигателя, и рассчитывается на основании количества впускаемого воздуха и частоты вращения двигателя. Давление на впуске - это давление впускаемого воздуха, протекающего через впускной канал, ниже по потоку, чем дроссельная заслонка 18.
[0061] Сначала будет описано управление в первом варианте осуществления, проиллюстрированное сплошными линиями. В примере на фиг. 6 - до момента времени t1 степень нагрузки на двигатель низка, и время закрытия впускного клапана 6 задерживается более существенно, чем нижняя мертвая точка НМТ такта впуска. Следовательно, в примере на фиг. 6 - цикл Аткинсона реализуется путем позднего закрытия впускного клапана 6.
[0062] В момент времени t1, поскольку требуемая нагрузка двигателя 100 внутреннего сгорания быстро увеличивается как показано штрихпунктирной линией, - целевое значение степени нагрузки на двигатель значительно увеличивается. В результате, требуется турбонаддув, и начинается управление временем закрытия впускного клапана 6 и механической степенью сжатия.
[0063] Целевое значение времени закрытия впускного клапана 6 в переходном режиме устанавливают равным времени IVCt закрытия клапана переходного режима, а целевое значение времени закрытия впускного клапана 6 в установившемся режиме устанавливают равным времени IVCs закрытия клапана установившегося режима. Время IVCt закрытия клапана переходного режима представляет собой значение, полученное путем опережения от времени IVCs закрытия клапана установившегося режима, то есть значение, которое ближе к нижней мертвой точке НМТ впуска, чем время IVCs закрытия клапана установившегося режима. Целевое значение механической степени сжатия в переходном режиме устанавливают равным степени εt сжатия переходного режима, а целевое значение механической степени сжатия в установившемся режиме устанавливают равным степени εs сжатия установившегося режима. Степень εt сжатия переходного режима представляет собой меньшее значение, чем степень εs сжатия установившегося режима. Степень εt сжатия переходного режима устанавливается таким образом, что фактическая степень сжатия в переходном режиме становится такой же, как фактическая степень сжатия в установившемся режиме, чтобы предотвратить детонацию в переходном режиме.
[0064] Чтобы увеличить количество впускаемого воздуха, степень открытия дроссельной заслонки 18 в момент времени t1 увеличивается. В момент времени t2 дроссельная заслонка 18 полностью открывается, а давление на впуске достигает атмосферного давления. От момента времени t1 до момента времени t2, когда степень открытия дроссельной заслонки 18 становится больше, - насосные потери снижаются. Поэтому, тепловой КПД увеличивается. После момента времени t2 степень открытия дроссельной заслонки 18 остается в состоянии полного открытия.
[0065] После этого, в момент времени t4, время закрытия впускного клапана 6 достигает времени IVCt закрытия клапана переходного режима, а механическая степень сжатия достигает степени εt сжатия переходного режима. Степень нагрузки на двигатель достигает целевого значения. От момента времени t2 до момента времени t4, - так как механическая степень сжатия уменьшается в состоянии, когда насосные потери постоянны (практически равны нулю) - тепловой КПД уменьшается. Между тем, поскольку время закрытия впускного клапана 6 имеет значительное опережение, давление на впуске быстро повышается, а турбояма уменьшается.
[0066] Даже после момента времени t4 давление на впуске продолжает повышаться в сторону целевого значения из-за турбонаддува, выполняемого турбокомпрессором 101. После момента времени t4 - время закрытия впускного клапана 6 постепенно задерживается, так что степень нагрузки на двигатель и, следовательно, количество впускаемого воздуха, - становятся постоянными. То есть, время закрытия впускного клапана 6 постепенно отходит от нижней мертвой точки НМТ такта впуска. Механическая степень сжатия постепенно увеличивается, так что фактическая степень сжатия становится постоянной. В результате, тепловой КПД постепенно увеличивается.
[0067] После этого, в момент времени t5 давление на впуске достигает целевого давления. Время закрытия впускного клапана 6 достигает времени IVCs закрытия клапана установившегося режима, а механическая степень сжатия достигает степени εs сжатия установившегося режима. После момента времени t5 - значения соответствующих параметров остаются без изменений. В примере на фиг. 6 - период от момента времени t1 до момента времени t5 - является переходным режимом, а период после момента времени t5 - является установившимся режимом.
[0068] Участки, которые отличаются от управления в первом варианте осуществления, будут описаны для управления в сравнительном примере, проиллюстрированном пунктирными линиями. В сравнительном примере, когда величина опережения времени закрытия впускного клапана 6 в переходном режиме увеличивается, время зажигания задерживается вместо того, чтобы уменьшалась механическая степень сжатия, чтобы предотвратить детонацию.
[0069] По этой причине, когда механическая степень сжатия достигает степени εs сжатия установившегося режима в момент времени t3, механическая степень сжатия поддерживается на уровне степени εs сжатия установившегося режима после времени t3. Когда время закрытия впускного клапана 6 опережает время IVCs закрытия клапана установившегося режима в сторону значения времени IVCt закрытия клапана переходного режима между моментом времени t3 и моментом времени t4, - время зажигания задерживается чтобы предотвратить возникновение детонации. После момента времени t4, когда время закрытия впускного клапана 6 постепенно задерживается в сторону значения времени IVCs закрытия клапана установившегося режима, время зажигания, соответственно, постепенно увеличивается.
[0070] Когда время зажигания задерживается в переходном режиме, как в сравнительном примере на фиг. 6, тепловой КПД значительно снижается по сравнению со случаем, когда механическая степень сжатия ниже, чем в установившемся режиме, как в первом варианте осуществления. Далее будут описаны причины.
[0071] На фиг. 7 показан график, иллюстрирующий область, в которой не происходит детонации при изменении времени зажигания и механической степени сжатия - в состоянии, когда время закрытия впускного клапана 6 устанавливают равным времени закрытия клапана установившегося режима. На графике фиг. 7 - область, где не происходит детонации, проиллюстрирована штриховкой. Время зажигания MBT - это время зажигания, при котором крутящий момент от сгорания достигает максимума.
[0072] На графике фиг. 7 - области, где тепловой КПД становится равным, - иллюстрируются контурными пунктирными линиями. Тепловой КПД двигателя 100 внутреннего сгорания становится относительно высоким в верхней правой области, и становится относительно низким в нижней левой области. То есть, тепловой КПД становится выше, когда время зажигания ближе к времени зажигания MBT, и когда механическая степень сжатия выше.
[0073] Целевые значения механической степени сжатия и времени зажигания в установившемся режиме - изображены на графике фиг. 7. Целевое значение механической степени сжатия в установившемся режиме устанавливают равным степени εs сжатия установившегося режима. Целевое значение времени зажигания в установившемся режиме устанавливают равным значению, имеющему некоторую задержку относительно времени MBT зажигания, так что детонации не происходит.
[0074] На фиг. 8 представлен график, иллюстрирующий область, где не происходит детонации при изменении времени зажигания и механической степени сжатия в состоянии, когда время закрытия впускного клапана 6 устанавливают равным времени IVCt закрытия клапана переходного режима. Подобно фиг. 7, на графике фиг. 8 - область, в которой не происходит детонации, - проиллюстрирована штриховкой, а области, где тепловой КПД становится равным, - иллюстрируются контурными пунктирными линиями. На графике фиг. 8 представлены целевые значения механической степени сжатия и времени зажигания в установившемся режиме, целевые значения механической степени сжатия и времени зажигания в переходном режиме в первом варианте осуществления, целевое значение механической степени сжатия и времени зажигания в переходном режиме в сравнительном примере.
[0075] Время IVCt закрытия клапана переходного режима ближе к нижней мертвой точке НМТ впуска, чем время IVCs закрытия клапана установившегося режима. Следовательно, в случае, когда механическая степень сжатия является постоянной, фактическая степень сжатия в переходном режиме становится выше фактической степени сжатия в установившемся режиме. По этой причине, как видно из фиг. 7, детонация происходит в случае, когда целевое значение механической степени сжатия и время зажигания в переходном режиме - устанавливают равными тем же значениям, что и в установившемся режиме.
[0076] В первом варианте осуществления, чтобы предотвратить возникновение детонации, механическая степень сжатия в переходном режиме становится ниже, чем в установившемся режиме, как показано стрелкой со сплошной линией. С другой стороны, в сравнительном примере, чтобы предотвратить возникновение детонации, - целевое значение времени зажигания в переходном режиме задерживается от значения в установившемся режиме, как показано стрелкой с пунктирной линией.
[0077] Как видно из фиг. 8 - когда время зажигания задерживается в переходном режиме, как в сравнительном примере, - тепловой КПД значительно уменьшается по сравнению со случаем, когда механическая степень сжатия становится ниже, чем в установившемся режиме, как в первом варианте осуществления. Следовательно, в первом варианте осуществления снижение теплового КПД и, следовательно, ухудшение топливной экономичности - могут быть дополнительно подавлены за счет того, что механическая степень сжатия в переходном режиме низкая, при дальнейшем уменьшении турбоямы за счет приближения времени закрытия впускного клапана 6 в переходном режиме ближе к нижней мертвой точке такта впуска.
Описание блок-схемы используемого управления
[0078] Далее будет описано управление для установки целевых значений времени закрытия впускного клапана 6 и механической степени сжатия в первом варианте осуществления со ссылкой на фиг. 9. На фиг. 9 представлена блок-схема, иллюстрирующая управление в первом варианте осуществления изобретения. После запуска двигателя 100 внутреннего сгорания - процедура управления на фиг. 9 повторно выполняется в заданные временные интервалы посредством ЭБУ 31.
[0079] В начале, на этапе S101, определяют текущее состояние двигателя 100 внутреннего сгорания. В частности, определяют частоту вращения двигателя, степень открытия педали 42 акселератора и давление на впуске. Частоту вращения двигателя определяют датчиком 44 угла поворота коленчатого вала. Степень открытия педали 42 акселератора определяют датчиком 43 нагрузки. Давление на впуске определяют датчиком 80 давления на впуске. Давление на впуске можно оценить из текущего состояния двигателя 100 внутреннего сгорания или тому подобного. Например, давление на впуске (давление турбонаддува) может быть рассчитано с помощью хорошо известного расчета модели, как описано в Публикации нерассмотренной заявки на патент Японии № 2012-241625 (JP 2012-241625 A). На этапе S102 - целевое значение (целевая степень нагрузки на двигатель) степени нагрузки на двигатель рассчитывается на основании степени открытия педали 42 акселератора.
[0080] На этапе S103 вычисляют целевое значение (время IVCs закрытия клапана установившегося режима) времени закрытия впускного клапана 6 в установившемся режиме и целевое значение (степень εs сжатия установившегося режима) механической степени сжатия в установившемся режиме. Время IVCs закрытия клапана установившегося режима рассчитывают на основании частоты вращения двигателя и степени нагрузки на двигатель. Время закрытия клапана установившегося режима приближают к нижней мертвой точке впуска по мере снижения частоты вращения двигателя и по мере увеличения целевой степени нагрузки на двигатель. Время IVCs закрытия клапана установившегося режима вычисляют с использованием, например, карты или формулы расчета. Карту или формулу расчета - сохраняют, например, в ПЗУ 34 ЭБУ 31. В карте, как показано на фиг. 10, время IVCs закрытия клапана установившегося режима выражают как функцию от частоты Ne вращения двигателя и целевой степени нагрузки TKL на двигатель.
[0081] Степень εs сжатия установившегося режима рассчитывают на основании числа оборотов двигателя и целевой степени нагрузки на двигатель. Степень εs сжатия установившегося режима снижают по мере снижения частоты вращения двигателя, и по мере увеличения целевой степени нагрузки на двигатель. Степень εs сжатия установившегося режима вычисляют с использованием, например, карты или формулы расчета. Карту или формулу расчета - сохраняют, например, в ПЗУ 34 ЭБУ 31. В карте, как показано на фиг. 11, степень εs сжатия установившегося режима выражают как функцию от частоты Ne вращения и целевой степени нагрузки TKL на двигатель. Степень εs сжатия установившегося режима может быть рассчитана на основании времени IVCs закрытия клапана установившегося режима. В этом случае степень εs сжатия установившегося режима уменьшают по мере того, как время IVCs закрытия клапана установившегося режима приближается к нижней мертвой точке такта впуска.
[0082] На этапе S104 вычисляют целевое значение (время IVCt закрытия клапана переходного режима) времени закрытия впускного клапана 6 в переходном режиме и целевое значение (степень εt сжатия переходного режима) механической степени сжатия в переходном режиме. Время IVCt закрытия клапана переходного режима рассчитывают на основании давления на впуске, частоты вращения двигателя и целевой степени нагрузки на двигатель. Время IVCt закрытия клапана переходного режима приближают к нижней мертвой точке такта впуска по мере снижения давления на впуске, снижения частоты вращения двигателя и повышения целевой степени нагрузки на двигатель. Время IVCt закрытия клапана переходного режима ближе к нижней мертвой точке такта впуска, чем время IVCs закрытия клапана установившегося режима - в случае, когда давление на впуске низкое относительно целевой степени нагрузки на двигатель, и требуется турбонаддув. Время IVCt закрытия клапана переходного режима вычисляют с использованием, например, карты или формулы расчета. Карту или формулу расчета сохраняют, например, в ПЗУ 34 ЭБУ 31. В карте, как показано на фиг. 12, время IVCt закрытия клапана переходного режима выражают как функцию от давления Pm на впуске, частоты Ne вращения двигателя и целевой степени нагрузки TKL на двигатель.
[0083] Степень εt сжатия переходного режима рассчитывают на основании давления на впуске, частоты вращения двигателя и времени IVCt закрытия клапана переходного режима. Степень εt сжатия переходного режима уменьшают при повышении давления на впуске, при снижении частоты вращения двигателя и при приближении времени IVCt закрытия клапана переходного режима ближе к нижней мертвой точке такта впуска. Степень εt сжатия переходного режима устанавливают меньшей, чем степень εs сжатия установившегося режима в случае, когда время IVCt закрытия клапана переходного режима находится ближе к нижней мертвой точке такта впуска, чем время IVCs закрытия клапана установившегося режима. Степень εt сжатия переходного режима рассчитывают с использованием, например, карты или формулы расчета. Карту или формулу расчета - сохраняют, например, в ПЗУ 34 ЭБУ 31. В карте, как показано на фиг. 13, степень εt сжатия переходного режима выражается как функция от давления Pm на впуске, частоты Ne вращения двигателя и времени IVCt закрытия клапана переходного режима.
[0084] На этапе S105 определяют, ближе или нет время IVCt закрытия клапана переходного режима к нижней мертвой точке такта впуска, чем время IVCs закрытия клапана установившегося режима. В случае, когда время IVCt закрытия клапана переходного режима ближе к нижней мертвой точке такта впуска, чем время IVCs закрытия клапана установившегося режима, то есть в случае, когда требуется коррекция времени закрытия клапана, вызванная задержкой турбонаддува, - процедура управления на фиг. 9 переходит к этапу S106. На этапе S106 целевое значение (целевое время TIVC закрытия клапана) времени закрытия впускного клапана 6 устанавливают равным времени IVCt закрытия клапана переходного режима, а целевое значение (целевую степень Tε сжатия) механической степени сжатия устанавливают равным степени εt сжатия переходного режима. Процедура управления на фиг. 9 заканчивается после этапа S106.
[0085] С другой стороны, в случае, когда время IVCt закрытия клапана переходного режима является таким же, как время IVCs закрытия клапана установившегося режима, то есть, в случае, когда коррекции времени закрытия клапана, вызванной задержкой турбонаддува, не требуется, - процедура управления на фиг. 9 переходит к этапу S107. На этапе S107 целевое время TIVC закрытия клапана устанавливают равным времени IVCs закрытия клапана установившегося режима, а целевую степень Tε сжатия устанавливают равной степени εs сжатия установившегося режима. Процедура управления на фиг. 9 заканчивается после этапа S107.
Второй вариант осуществления
[0086] Выполнение двигателя внутреннего сгорания и управление двигателем, относящимся ко второму варианту осуществления, - в основном такие же, как для двигателя внутреннего сгорания, относящегося к первому варианту осуществления, за исключением моментов, которые будут описаны ниже. В этой связи, второй вариант осуществления изобретения будет описан ниже, главным образом в отношении частей, отличных от первого варианта осуществления.
[0087] Во втором варианте осуществления, аналогичном первому варианту осуществления, электронный блок управления двигателем 100 внутреннего сгорания вычисляет время IVCs закрытия клапана установившегося режима и время IVCt закрытия клапана переходного режима, и вычисляет целевое время закрытия клапана на основании времени IVCs закрытия клапана установившегося режима и времени IVCt закрытия клапана переходного режима. В отличие от первого варианта осуществления, электронный блок управления вычисляет целевую механическую степень сжатия на основании целевого времени закрытия клапана.
[0088] На фиг. 14 представлена блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая управление во втором варианте осуществления изобретения. Процедура управления на фиг. 14 повторно запускается с заданными временными интервалами посредством ЭБУ 31 после запуска двигателя 100 внутреннего сгорания. Поскольку этап S201 и этап S202 - являются такими же, как этап S101 и этап S102 на фиг. 9, их описание будет опущено.
[0089] На этапе S203 рассчитывают время IVCs закрытия клапана установившегося режима и время IVCt закрытия клапана переходного режима. Время IVCs закрытия клапана установившегося режима и время IVCt закрытия клапана переходного режима - вычисляются тем же способом, что и в первом варианте осуществления.
[0090] На этапе S204 определяют, ближе или нет время IVCt закрытия клапана переходного режима к нижней мертвой точке такта впуска, чем время IVCs закрытия клапана установившегося режима. В случае, когда время IVCt закрытия клапана переходного режима ближе к нижней мертвой точке такта впуска, чем время IVCs закрытия клапана установившегося режима, - процедура управления на фиг. 14 переходит к этапу S205. На этапе S205 - целевое время TIVC закрытия клапана устанавливают равным времени IVCt закрытия клапана переходного режима. С другой стороны, в случае, когда время IVCt закрытия клапана переходного режима такое же, как время IVCs закрытия клапана установившегося режима, - процедура управления на фиг. 14 переходит к этапу S206. На этапе S206 - целевое время TIVC закрытия клапана устанавливают равным времени IVCs закрытия клапана установившегося режима.
[0091] Процедура управления на фиг. 14 переходит к этапу S207 после этапа S205 или этапа S206. На этапе S207 вычисляют целевую механическую степень Tε сжатия. Целевую степень Tε сжатия рассчитывают на основании целевого времени TIVC закрытия клапана, установленного на этапе S205 или на этапе S206, на основании скорости вращения двигателя и целевой нагрузки двигателя. Целевая механическая степень Tε сжатия уменьшается по мере приближения целевого времени TIVC закрытия клапана к нижней мертвой точке такта впуска, по мере снижения частоты вращения двигателя и по мере увеличения целевой степени нагрузки на двигатель. Целевую механическую степень Tε сжатия рассчитывают с использованием, например, карты или формулы расчета. Карту или формулу расчета - сохраняют, например, в ПЗУ 34 ЭБУ 31. В карте, как показано на фиг. 15, целевая степень Tε сжатия выражается как функция от целевого времени TIVC закрытия клапана, частоты Ne вращения двигателя и целевой нагрузки TKL на двигатель. Процедура управления на фиг. 14 заканчивается после этапа S207.
[0092] Во втором варианте осуществления - количество карт может быть уменьшено по сравнению с управлением в первом варианте осуществления, в котором целевая механическая степень Tε сжатия рассчитывается на основании степени εs сжатия установившегося режима и степени εt сжатия переходного режима. По этой причине емкость ПЗУ 34 ЭБУ 31 и вычислительная нагрузка ЦП 35 ЭБУ 31 - могут быть уменьшены.
Третий вариант осуществления
[0093] Выполнение двигателя внутреннего сгорания и управление двигателем, относящимся к третьему варианту осуществления, - в основном такие же, как и у двигателя внутреннего сгорания, относящегося к первому варианту осуществления, за исключением моментов, которые будут описаны ниже. В этой связи, третий вариант осуществления изобретения будет описан ниже, главным образом, в отношении частей, отличных от первого варианта осуществления.
[0094] В третьем варианте осуществления - электронный блок управления двигателя 100 внутреннего сгорания устанавливает целевое время TIVC закрытие клапана равным времени IVCt закрытия клапана переходного режима, когда разность между временем IVCt закрытия клапана переходного режима и временем IVCs закрытия клапана установившегося режима становится равной или большей, чем первое контрольное значение, и переключает целевое время TIVC закрытия клапана от времени IVCt закрытия клапана переходного режима до времени IVCs закрытия клапана установившегося режима - когда разность между временем IVCt закрытия клапана переходного режима и временем IVCs закрытия клапана установившегося режима становится равной или меньшей, чем второе контрольное значение. Следовательно, электронный блок управления двигателем 100 внутреннего сгорания устанавливает целевое время TIVC закрытия клапана равным времени IVCt закрытия клапана переходного режима до тех пор, пока разность между временем IVCt закрытия клапана переходного режима и временем IVCs закрытия клапана установившегося режима не станет равной или меньшей, чем второе контрольное значение после того, как разность станет равной или большей, чем первое контрольное значение. Первое контрольное значение и второе контрольное значение - определяют заранее, и устанавливают таким образом, что второе контрольное значение становится меньшим, чем первое контрольное значение. Первое контрольное значение и второе контрольное значение - больше нуля.
[0095] На фиг. 16 представлена блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая управление в третьем варианте осуществления изобретения. Процедура управления на фиг. 16 повторно выполняется с заданными временными интервалами посредством ЭБУ 31 после запуска двигателя 100 внутреннего сгорания. Поскольку этапы с S301 по S304 - являются такими же, как этапы с S101 по S104 на фиг. 9, - их описание будет опущено.
[0096] На этапе S305 после этапа S304 определяется, установлен или нет на 1 флаг F установки времени закрытия клапана. Флаг установки времени закрытия клапана F является флагом, который устанавливают на 1 - в случае, когда целевое время TIVC закрытия клапана установлено равным времени IVCt закрытия клапана переходного режима в предыдущей процедуре управления, и устанавливают равным нулю - в случае, когда целевое время TIVC закрытия клапана установлено равным времени IVCs закрытия клапана установившегося режима в предыдущей процедуре управления. В случае, когда флаг F установки времени закрытия клапана установлен на ноль на этапе S305, то есть в случае, когда целевое время TIVC закрытия клапана устанавливается равным времени IVCs закрытия клапана установившегося режима в предыдущей процедуре управления, - процедура управления на фиг. 16 переходит к этапу S306.
[0097] На этапе S306 определяют, является или нет абсолютное значение величины, полученной путем вычитания времени IVCs закрытия клапана установившегося режима из времени IVCt закрытия клапана переходного режима равной или большей, чем первое контрольное значение R1. Другими словами, определяют, является или нет разность между временем IVCt закрытия клапана переходного режима и временем IVCs закрытия клапана установившегося режима равной или большей, чем первое контрольное значение R1. В случае, когда разность между временем IVCt закрытия клапана переходного режима и временем IVCs закрытия клапана установившегося режима определяется, как меньшая, чем первое контрольное значение R1, - процедура управления на фиг. 16 переходит к этапу S307. На этапе S 307 целевое время TIVC закрытия клапана устанавливают равным времени IVCs закрытия клапана установившегося режима, целевую механическую степень Tε сжатия устанавливают равной степени εs сжатия установившегося режима, а флаг F установки времени закрытия клапана устанавливают равным нулю. Процедура управления на фиг. 16 заканчивается после этапа S307.
[0098] С другой стороны, в случае, когда разность между временем IVCt закрытия клапана переходного режима и временем IVCs закрытия клапана установившегося режима определяется равной или большей, чем первое контрольное значение R1 на этапе S306 - процедура управления на фиг. 16 переходит к этапу S308. На этапе S308, целевое время TIVC закрытия клапана устанавливают равным времени IVCt закрытия клапана переходного режима, целевую механическую степень Tε сжатия устанавливают равной степени εt сжатия переходного режима, а флаг F установки времени закрытия клапана устанавливают равным 1. Процедура управления на фиг. 16 заканчивается после этапа S308.
[0099] В случае, когда флаг F установки времени закрытия клапана определен равным 1 на этапе S305, то есть, в случае, когда целевое время TIVC закрытия клапана установлено равным времени IVCt закрытия клапана переходного режима в предыдущей процедуре управления - процедура управления на фиг. 16 переходит к этапу S309. На этапе S309 определяют - является или нет абсолютное значение величины, полученной путем вычитания времени IVCs закрытия клапана установившегося режима из времени IVCt закрытия клапана переходного режима равной или меньшей, чем второе контрольное значение R2. Другими словами, определяют, является или нет разность между переходным временем закрытия клапана и установившимся временем закрытия клапана равной или меньшей, чем второе контрольное значение R2. Второе контрольное значение R2 представляет собой меньшее значение, чем первое контрольное значение R1.
[0100] В случае, когда разность между временем IVCt закрытия клапана переходного режима и временем IVCs закрытия клапана установившегося режима определяется большей, чем второе контрольное значение R2 на этапе S309 - процедура управления на фиг. 16 переходит к этапу S310. На этапе S310 - целевое время TIVC закрытия клапана устанавливают равным времени IVCt закрытия клапана переходного режима, целевую степень Tε сжатия устанавливают равной степени εt сжатия переходного режима, а флаг F установки времени закрытия клапана устанавливают равным 1. Процедура управления на фиг. 16 заканчивается после этапа S310.
[0101] С другой стороны, в случае, когда разность между временем IVCt закрытия клапана переходного режима и временем IVCs закрытия клапана установившегося режима определяется равной или меньшей, чем второе контрольное значение R2 на этапе S309 - процедура управления на фиг. 16 переходит к этапу S307. На этапе S307 целевое время TIVC закрытия клапана устанавливают равным времени IVCs закрытия клапана установившегося режима, целевую механическую степень Tε сжатия устанавливают равной степени εs сжатия установившегося режима, а флаг F установки времени закрытия клапана устанавливают равным нулю. Процедура управления на фиг. 16 заканчивается после этапа S307.
[0102] В третьем варианте осуществления - разница значений передается для управления целевым временем TIVC закрытия клапана и целевой механической степенью Tε сжатия, как указано выше. В этой связи, целевое время TIVC закрытия клапана часто переключается между установившемся временем IVCs закрытия клапана и временем IVCt закрытия клапана переходного режима, а целевая механическая степень Tε сжатия часто переключается между установившейся степенью εs сжатия и переходной степенью εt сжатия, - тем самым так называемая болтанка может быть подавлена.
Другие варианты осуществления
[0103] Хотя предпочтительные варианты осуществления, относящиеся к настоящему изобретению, были описаны выше, - настоящее изобретение не ограничивается описанными выше вариантами осуществления, и различные модификации и изменения могут быть сделаны в пределах объема формулы изобретения.
[0104] Например, механизм изменения степени сжатия может иметь произвольные конфигурации, если они позволяют механизму изменять механическую степень сжатия. Например, механизм изменения степени сжатия может быть механизмом изменения хода поршня многорычажного типа, который изменяет механическую степень сжатия путем изменения положения верхней мертвой точки поршня с использованием многорычажного механизма (см. публикацию японской нерассмотренной патентной заявки № 2005-69027 (JP 2005-69027 A), публикацию нерассмотренной заявки на патент Японии № 2001-227367 (JP 2001-227367 A) и тому подобные).
[0105] Механизм изменения степени сжатия может быть механизмом с переменной длиной шатуна (см. публикацию нерассмотренной заявки на патент Японии № 2016-142137 (JP 2016-142137 А), публикацию нерассмотренной заявки на патент Японии № 2016-118180 (2016- 118180), публикацию нерассмотренной заявки на патент Японии № 2015-527518 (JP 2015-527518 A и тому подобные), который изменяет механическую степень сжатия путем изменения эффективной длины шатуна (расстояния между центром приемного отверстия коренной шейки, которое принимает шатун, и центром приемного отверстия поршневого пальца, которое принимает поршневой палец). В случае, когда механизм изменения степени сжатия способен изменять механическую степень сжатия только в два шага - на низкую степень сжатия и высокую степень сжатия, - целевая механическая степень сжатия устанавливается равной низкой степени сжатия в переходном режиме, и целевая механическая степень сжатия устанавливается равной высокой степени сжатия в установившемся режиме.
[0106] Вышеописанные варианты осуществления могут быть произвольно объединены и реализованы. Например, с этапа S305 по этап S310 на фиг. 16 могут выполняться вместо этапов с S204 по S206 на фиг. 14. В этом случае на этапах S307, S308 и S310 устанавливают только целевое время TIVC закрытия клапана, а целевую механическую степень Tε сжатия - устанавливают на этапе S207 после этапа S307, этапа S308, или этапа S310.
1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий:
турбокомпрессор, выполненный с возможностью приведения в движение отработавшими газами для повышения давления на впуске;
механизм переменной синхронизации клапанов, выполненный с возможностью изменения времени закрытия впускного клапана;
механизм изменения степени сжатия, выполненный с возможностью изменения механической степени сжатия двигателя внутреннего сгорания; и
электронный блок управления, выполненный с возможностью управления механизмом изменения степени сжатия, так что механическая степень сжатия становится целевой механической степенью сжатия, и управления механизмом переменной синхронизации клапанов, так что время закрытия клапана становится целевым временем закрытия клапана,
причем электронный блок управления выполнен с возможностью приближения целевого времени закрытия клапана к нижней мертвой точке такта впуска и снижения целевой механической степени сжатия по сравнению с установившимся режимом после достижения давлением на впуске целевого давления в переходном режиме до того, как давление на впуске достигнет целевого давления в случае, когда давление на впуске повышено турбокомпрессором до целевого давления выше атмосферного давления.
2. Двигатель внутреннего сгорания по п.1, в котором:
электронный блок управления выполнен с возможностью вычисления времени закрытия клапана установившегося режима, которое является целевым значением времени закрытия впускного клапана в установившемся режиме, и времени закрытия клапана переходного режима, которое является целевым значением времени закрытия впускного клапана в переходном режиме; и
электронный блок управления выполнен с возможностью вычисления целевого времени закрытия клапана на основании времени закрытия клапана установившегося режима и времени закрытия клапана переходного режима.
3. Двигатель внутреннего сгорания по п.2, в котором электронный блок управления выполнен с возможностью вычисления времени закрытия клапана переходного режима на основании давления на впуске, частоты вращения двигателя и целевой степени нагрузки двигателя.
4. Двигатель внутреннего сгорания по п.2 или 3, в котором:
электронный блок управления выполнен с возможностью вычисления степени сжатия установившегося режима, которая является целевым значением механической степени сжатия в установившемся режиме, и степени сжатия переходного режима, которая является целевым значением механической степени сжатия в переходном режиме; и
электронный блок управления выполнен с возможностью вычисления целевой механической степени сжатия на основании степени сжатия установившегося режима и степени сжатия переходного режима.
5. Двигатель внутреннего сгорания по п.4, в котором электронный блок управления выполнен с возможностью вычисления степени сжатия переходного режима на основании времени закрытия клапана переходного режима, давления на впуске и частоты вращения двигателя.
6. Двигатель внутреннего сгорания по п.2 или 3, в котором электронный блок управления выполнен с возможностью вычисления целевой механической степени сжатия на основании целевого времени закрытия клапана, частоты вращения двигателя и целевой степени нагрузки на двигатель.
7. Двигатель внутреннего сгорания по п.2 или 3, в котором:
электронный блок управления выполнен с возможностью установления целевого времени закрытия клапана для времени закрытия клапана переходного режима, когда разность между временем закрытия клапана переходного режима и временем закрытия клапана установившегося режима становится равной или большей, чем первое контрольное значение; и
электронный блок управления выполнен с возможностью переключения целевого времени закрытия клапана от времени закрытия клапана переходного режима до времени закрытия клапана установившегося режима, когда разность становится равной или меньшей, чем второе контрольное значение, меньшее, чем первое контрольное значение.
