ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ИСКРОВЫМ ЗАЖИГАНИЕМ Российский патент 2011 года по МПК F02D41/04 F02D15/00 F02D13/02 F02D9/02 

Область техники

Изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания с искровым зажиганием.

Уровень техники

В уровне техники известен двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием, содержащий механизм переменной степени сжатия, способный изменять степень механического сжатия, и механизм регулирования фаз газораспределения, способный управлять регулированием по времени закрывания впускного клапана, выполняя действие наддува с помощью компрессора наддува во время работы двигателя со средней нагрузкой и высокой нагрузкой, и увеличивающий коэффициент механического сжатия, а также замедляющий регулирование по времени впускного клапана, когда нагрузка двигателя становится ниже во время работы двигателя со средней и высокой нагрузкой в состоянии удерживания степени фактического сгорания на постоянном уровне (например, см. публикацию заявки на патент Японии № 2004-218522).

Однако, в таком двигателе внутреннего сгорания с переменной степенью сжатия при увеличении степени механического сжатия будет увеличиваться давление сгорания, вызывая интенсивную вибрацию и шум. В том случае, когда вибрация и шум от источников, отличающихся от двигателя, такие сильные, что при приведении в действие они заглушают вибрацию и шум от двигателя, не возникает никакой проблемы, но когда вибрация и шум от источников, отличающихся от двигателя, будут такими низкими, как во время работы на холостом ходу, вибрация и шум от двигателя станут проблемой. Однако в упомянутом двигателе внутреннего сгорания такую проблему в любом случае не рассматривают.

Краткое описание изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием, способного уменьшить вибрацию и шум от двигателя во время работы на холостом ходу.

Согласно настоящему изобретению создан двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием, содержащий механизм переменной степени сжатия, выполненный с возможностью изменения степени механического сжатия, и механизм регулирования фаз газораспределения, выполненный с возможностью управления регулированием по времени закрывания впускного клапана, при этом степень механического сжатия в большей части рабочей области малой нагрузки, исключая работу на холостом ходу, делается степенью сжатия, большей, чем во время работы под большой нагрузкой, и степень механического сжатия во время работы на холостом ходу делается меньшей, чем степень механического сжатия для большей части рабочей области малой нагрузки, исключая работы на холостом ходу.

Краткое описание чертежей

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

фиг.2 - вид в перспективе в разобранном состоянии механизма переменной степени сжатия;

фиг.3 - вид сбоку с разрезом проиллюстрированного двигателя внутреннего сгорания;

фиг.4 - вид механизма регулирования фаз газораспределения;

фиг.5 - вид, показывающий степень подъема впускного клапана и выпускного клапана;

фиг.6 - вид для объяснения степени механического сжатия, степени фактического сжатия и степени расширения;

фиг.7 - вид, показывающий соотношение между теоретической термической эффективностью и степенью расширения;

фиг.8 - вид для объяснения обычного цикла и цикла со сверхвысокой степенью расширения;

фиг.9 - вид, показывающий изменение в степени механического сжатия и т.д. в соответствии с нагрузкой двигателя;

фиг.10 - вид, показывающий изменение в степени механического сжатия и т.д. в соответствии с нагрузкой двигателя;

фиг.11 - вид, показывающий изменение в степени механического сжатия и т.д. в соответствии с нагрузкой двигателя;

фиг.12 - диаграмма для показа алгоритма операционного управления;

фиг.13 - вид, показывающий карты согласования по времени закрытия впускного клапана и т.д.

Наилучший способ осуществления изобретения

Фиг.1 показывает боковой вид с разрезом двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием.

На фиг.1 ссылочной позицией 1 обозначен картер коленчатого вала, 2 - блок цилиндров, 3 - крышка цилиндра, 4 - поршень, 5 - камера сгорания, 6 - свеча зажигания, расположенная в верхней центральной части камеры 5 сгорания, 7 - впускной клапан, 8 - впускное отверстие, 9 - выпускной клапан и 10 - выпускное отверстие. Впускное отверстие 8 присоединяется через впускной патрубок 11 к сглаживающему ресиверу 12, в то время как каждый впускной патрубок 11 обеспечен топливным инжектором 13 для впрыскивания топлива по направлению к соответствующему впускному отверстию 8. Следует отметить, что каждый топливный инжектор 13 может быть расположен на каждой камере 5 сгорания вместо того, чтобы прикрепляться к каждому впускному патрубку 11.

Сглаживающий ресивер 12 присоединяется через впускной канал 14 к воздухоочистителю 15, в то же время впускной канал 14 обеспечивается внутри дроссельной заслонкой 17, имеющей привод от управляющего устройства 16 и датчик 18 количества всасываемого воздуха, использующий, например, нагревающуюся проволоку с высоким сопротивлением. С другой стороны, выпускное отверстие 10 соединяется через выпускной коллектор 19 с каталитическим конвертером 20, вмещающим, например, трехходовой катализатор, в то же время внутри выпускного коллектора 19 обеспечивается датчик 21 для определения соотношения воздуха и топлива.

С другой стороны, в варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.1, соединительная часть картера 1 коленчатого вала и блока 2 цилиндров обеспечивается механизмом А переменной степени сжатия, способным изменять относительные положения картера 1 коленчатого вала и блока 2 цилиндров в осевом направлении цилиндра для того, чтобы изменять объем камеры 5 сгорания, когда поршень 4 располагается в верхней мертвой точке такта сжатия. Кроме того, дополнительно обеспечивается механизм В для изменения согласования во времени начала действия фактического сжатия, способный изменить согласование во времени при осуществлении действия фактического сжатия. Следует отметить, что в варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.1, этот механизм В для изменения согласования во времени начала действия фактического сжатия содержится в механизме регулирования фаз газораспределения, который способен управлять согласованным по времени закрыванием впускного клапана 7.

Модуль 30 электронного управления является составной частью цифрового компьютера, обеспеченного компонентами, которые соединены друг с другом через двунаправленную шину 31, такими как ПЗУ 32, ОЗУ 33, ЦП (микропроцессор) 34, входной порт 35 и выходной порт 36. Выходной сигнал датчика 18 количества всасываемого воздуха и выходной сигнал датчика 21 для определения соотношения воздуха и топлива вводятся через соответствующие аналого-цифровые преобразователи 37 во входной порт 35. Кроме того, педаль 40 акселератора присоединяется к датчику 41 нагрузки, генерирующему выходное напряжение, пропорциональное величине давления L на педаль 40 акселератора. Выходное напряжение датчика 41 нагрузки вводится через соответствующий аналого-цифровой преобразователь 37 во входной порт 35. Кроме того, входной порт 35 присоединяется к датчику 42 угла кривошипа, генерирующему выходной импульс каждый раз, когда коленчатый вал поворачивается, например, на 30º. С другой стороны, выходной порт 36 присоединяется через схему 38 управления к свече 6 зажигания, топливному инжектору 13, управляющему устройству 16 дроссельной заслонки, механизму А переменной степени сжатия и механизму В для регулирования фаз газораспределения.

Фиг.2 представляет собой вид в перспективе в разобранном состоянии механизма А переменной степени сжатия, показанного на фиг.1, а фиг.3 - вид сбоку с разрезом проиллюстрированного двигателя внутреннего сгорания. На фиг.2 на нижней части двух боковых стенок блока 2 цилиндров образовано множество выступающих частей 50, отделенных друг от друга на определенное расстояние. Каждая выступающая часть 50 образована отверстием 51, в которое вставляется кулачок кругового сечения. С другой стороны, верхняя поверхность картера 1 коленчатого вала образована множеством выступающих частей 52, отделенных друг от друга на определенное расстояние и подогнанных таким образом, чтобы соответствовать выступающим частям 50. Эти выступающие части 52 также образованы отверстиями 53, в которые вставляется кулачок кругового сечения.

Как показано на фиг.2, обеспечивается пара кулачковых валов 54, 55. Каждый из этих кулачковых валов 54, 55 имеет круглые кулачки 56, закрепленные на них таким образом, чтобы они могли быть вставлены с возможностью вращения в отверстия 51 для вставления кулачков, расположенных в чередующихся положениях. Эти круглые кулачки 56 соосны с осями вращения кулачковых валов 54, 55. С другой стороны, между круглыми кулачками 56, как показано с помощью штриховки на фиг.3, продолжения валов 57 эксцентрика расположены эксцентрично относительно осей вращения кулачковых валов 54, 55. Каждый вал 57 эксцентрика имеет другие круглые кулачки 58, которые эксцентрично прикреплены к ним с возможностью вращения. Как показано на фиг.2, эти круглые кулачки 58 расположены между круглыми кулачками 56. Эти круглые кулачки 58 вставлены с возможностью вращения в соответствующие отверстия 53 для вставления кулачков.

Когда круглые кулачки 56, прикрепленные к кулачковым валам 54, 55, вращаются в противоположных направлениях, как показано стрелками из сплошной линии на фиг.3(А), из состояния, показанного на фиг.3(А), то валы 57 эксцентрика перемещаются по направлению к нижней мертвой точке, таким образом круглые кулачки 58 вращаются в противоположных направлениях относительно круглых кулачков 56 в отверстиях 53 для вставления кулачков, как показано стрелками из пунктирных линий на фиг.3(А). Как показано на фиг.3(В), когда валы 57 эксцентрика перемещаются по направлению к нижней мертвой точке, центры круглых кулачков 58 перемещаются ниже валов 57 эксцентрика.

Как будет понятно из сравнения фиг.3(А) и фиг.3(В), относительные положения картера 1 коленчатого вала и блока 2 цилиндров определяются расстоянием между центрами круглых кулачков 56 и центрами круглых кулачков 58. Чем большее расстояние между центрами круглых кулачков 56 и центрами круглых кулачков 58, тем дальше блок 2 цилиндров находится от картера 1 коленчатого вала. Если блок 2 цилиндров перемещается по направлению от картера 1 коленчатого вала, то объем камеры сгорания 5, когда поршень 4 располагается в верхней мертвой точке, соответствующей сжатию, увеличивается, поэтому за счет вращения кулачковых валов 54, 55 объем камеры сгорания 5, когда поршень 4 располагается в верхней мертвой точке, соответствующей сжатию, может быть изменен.

Как показано на фиг.2, чтобы заставить кулачковые валы 54, 55 вращаться в противоположных направлениях, вал приводного двигателя 59 обеспечивается парой червячных колес 61, 62 с противоположными направлениями червячной резьбы. Зубчатые колеса 63, 64, входящие в зацепление с этими червячными колесами 61, 62, закреплены на концах кулачковых валов 54, 55. В этом варианте осуществления изобретения приводной двигатель 59 может управляться от преобразователя для изменения объема камеры сгорания 5, когда поршень 4 располагается в верхней мертвой точке, соответствующей сжатию, в широком диапазоне. Следует отметить, что механизм А переменной степени сжатия, показанный на фиг.1-3, показывает пример использования. Однако возможно использование любого типа механизма переменной степени сжатия.

С другой стороны, фиг.4 показывает механизм В регулирования фаз газораспределения, прикрепленный к концу кулачкового вала 70 для привода впускного клапана 7, показанного на фиг.1. На фиг.4 этот механизм В регулирования фаз газораспределения обеспечивается шкивом 71 для зубчатого ремня, который вращается от коленчатого вала двигателя через зубчатый ремень по направлению, показанному стрелкой. Кроме того, механизм обеспечивается цилиндрическим корпусом 72, который вращается вместе со шкивом 71 для зубчатого ремня, валом 73, который может вращаться вместе с приводным кулачковым валом 70 впускного клапана, и при этом вращается относительно цилиндрического корпуса 72, множеством перегородок 74, выступающих из внутренней окружности цилиндрического корпуса 72 к наружной окружности вала 73, и лопатками 75, выступающими между перегородками 74 от наружной окружности вала 73 к внутренней окружности цилиндрического корпуса 72, при этом две стороны лопаток 75 сформированы с гидравлическими камерами 76 для опережения зажигания и гидравлическими камерами 77 для уменьшения угла опережения зажигания.

Подача рабочего масла в гидравлические камеры 76, 77 управляется клапаном 78, регулирующим подачу рабочего масла. Этот клапан 78 регулировки подачи рабочего масла обеспечивается гидравлическими отверстиями 79, 80, соединенными с гидравлическими камерами 76, 77, загрузочным отверстием 82 для рабочего масла, подаваемого из гидравлического насоса 81, парой дренажных отверстий 83, 84 и золотниковым клапаном 85 для управления соединением и разъединением отверстий 79, 80, 82, 83, 84.

Чтобы поставить на опережение фазу кулачков приводного кулачкового вала 70 впускного клапана, показанного на фиг.4, золотниковый клапан 85 выполнен таким образом, чтобы перемещаться направо, при этом рабочее масло, подаваемое из загрузочного отверстия 82, подается через гидравлическое отверстие 79 к гидравлическим камерам 76 для опережения зажигания, а рабочее масло в гидравлических камерах 77 для уменьшения угла опережения зажигания стекает из дренажного отверстия 84. В это время вал 73 принуждается вращаться относительно цилиндрического корпуса 72 по направлению, указанному стрелкой.

В противоположность этому, для уменьшения угла опережения зажигания фазы кулачков приводного кулачкового вала 70 впускного клапана, показанного на фиг.4, золотниковый клапан 85 выполнен таким образом, чтобы перемещаться влево, при этом рабочее масло, подаваемое из загрузочного отверстия 82, подается через гидравлическое отверстие 80 к гидравлическим камерам 77 для уменьшения угла опережения зажигания, а рабочее масло в гидравлических камерах 76 для опережения зажигания стекает из дренажного отверстия 83. В это время вал 73 вращается относительно цилиндрического корпуса 72 по направлению, противоположному стрелкам.

Когда вал 73 принуждается вращаться относительно цилиндрического корпуса 72, то в том случае, если золотниковый клапан 85 возвращается в нейтральное положение, показанное на фиг.4, операция относительного вращения вала 73 заканчивается, и вал 73 удерживается в относительном поворотном положении, имевшемся на этот момент времени. Поэтому существует возможность использования механизма В регулирования фаз газораспределения таким образом, чтобы увеличить или уменьшить угол фазы кулачков приводного кулачкового вала 70 впускного клапана для изменения опережения зажигания на точную желаемую величину.

На фиг.5 сплошными линиями показано, когда механизм В регулирования фаз газораспределения используется для увеличения опережения фазы кулачков приводного кулачкового вала 70 впускного клапана в большей степени, в то время как пунктирная линия показывает, когда он используется для уменьшения угла опережения фазы кулачков приводного кулачкового вала 70 впускного клапана в большей степени. Поэтому, время открывания впускного клапана 7 может быть свободно установлено между диапазоном, показанным сплошной линией на фиг.5, и диапазоном, показанным пунктирной линией, поэтому время закрывания впускного клапана 7 может быть установлено на любой угол кривошипа в диапазоне, показанном стрелкой С на фиг.5.

Механизм В регулирования фаз газораспределения, показанный на фиг.1 и 4, является одним примером. Например, механизм регулирования фаз газораспределения или другие различные типы механизмов регулирования фаз газораспределения способны изменять только распределение по времени закрывания впускного клапана, при этом может быть использовано поддержание распределения времени открывания впускного клапана постоянным.

Далее, значение терминов, используемых в настоящей заявке, будет объясняться со ссылкой на фиг.6. Следует отметить, что фиг.6(А), 6(В) и 6(С) показывают, с целью пояснения, двигатель с объемом камеры сгорания 50 мл и тактовым объемом поршня, составляющим 500 мл. На этих фиг.6(А), 6(В) и 6(С) объем камеры сгорания показывает ее объем в момент сжатия, когда поршень находится в верхней мертвой точке.

Фиг.6(А) объясняет степень механического сжатия. Степень механического сжатия - это значение, определяемое механически из тактового объема поршня и объема камеры сгорания во время такта сжатия. Эта степень механического сжатия выражается соотношением (объем камеры сгорания + тактовый объем)/ объем камеры сгорания. В примере, показанном на фиг.6(А), степень механического сжатия составляет: (50 мл + 500 мл)/50 мл = 11.

Фиг.6(В) объясняет степень фактического сжатия. Эта степень фактического сжатия является значением, определяемым из фактического тактового объема поршня, с того момента, когда фактически начинается действие сжатия, до того момента, когда поршень достигает верхней мертвой точки, и объема камеры сгорания. Степень фактического сжатия определяется следующим выражением: (объем камеры сгорания + фактический тактовый объем)/объем камеры сгорания. То есть, как показано на фиг.6(В), даже если поршень начинает подниматься во время такта сжатия, никакого действия сжатия не производится, пока впускной клапан остается открытым. Фактическое действие сжатия начинается после того, как впускной клапан закрывается. Поэтому степень фактического сжатия выражается так, как следует из приведенной выше формулы с использованием фактического тактового объема. В примере, показанном на фиг.6(В), степень фактического сжатия соответствует выражению: (50 мл + 450 мл)/50 мл = 10.

Фиг.6(С) объясняет степень расширения. Степень расширения является значением, определяемым из тактового объема поршня во время такта расширения и объема камеры сгорания. Эта степень расширения определяется следующим выражением: (объем камеры сгорания + тактовый объем)/объем камеры сгорания. В примере, показанном на фиг.6(С), степень расширения соответствует выражению: (50 мл + 500 мл)/50 мл = 11.

Далее самые основные признаки настоящего изобретения будут объясняться со ссылками на фиг.7 и 8. Следует отметить, что фиг.7 показывает соотношение между теоретической термической эффективностью и степенью расширения, в то время как фиг.8 показывает сравнение между обычным циклом и циклом со сверхвысокой степенью расширения, используемой выборочно, в соответствии с нагрузкой в настоящем изобретении.

Фиг.8(А) показывает обычный цикл, когда впускной клапан закрывается около нижней мертвой точки и действие сжатия, осуществляемое с помощью поршня, начинается около, по существу, нижней мертвой точки. В примере, показанном на фиг.8(А), также как и в примерах, показанных на фиг.6(А), 6(В) и 6(С), объем камеры сгорания составляет 50 мл, а тактовый объем поршня составляет 500 мл. Как будет понятно из фиг.8(А), в обычном цикле степень механического сжатия составляет: (50 мл + 500 мл)/50 мл = 11, степень фактического сжатия также составляет около 11, и степень расширения также составляет (50 мл + 500 мл)/50 мл = 11. То есть, в обычном двигателе внутреннего сгорания степень механического сжатия и степень фактического сжатия, а также степень расширения становятся, по существу, одинаковыми.

Сплошная линия на фиг.7 показывает изменение теоретической термической эффективности в том случае, когда степень фактического сжатия и степень расширения, по существу, одинаковые, т.е. такие, как в обычном цикле. В этом случае известно, что чем больше степень расширения, т.е. более высокая степень фактического сжатия, тем выше теоретическая термическая эффективность. Поэтому в обычном цикле, для того чтобы поднять теоретическую термическую эффективность, степень фактического сжатия должна быть увеличена. Однако, из-за ограничений, связанных с возникновением детонации в двигателе во время работы двигателя с высокой нагрузкой, степень фактического сжатия может быть увеличена, даже при максимальном значении, до величины около 12. Соответственно, в обычном цикле теоретическая термическая эффективность не может быть сделана достаточно высокой.

С другой стороны, в этой ситуации изобретатели определенно провели различия между степенью механического сжатия и степенью фактического сжатия, а также исследовали теоретическую термическую эффективность и в результате открыли, что в теоретической термической эффективности степень расширения является главным фактором, и теоретическая термическая эффективность совсем немного зависит от степени фактического сжатия. То есть, если увеличивать степень фактического сжатия, то взрывная сила увеличивается, но сжатие требует большой энергии, соответственно даже в том случае, если увеличивается степень фактического сжатия, и при этом теоретическая термическая эффективность будет увеличиваться совсем ненамного.

В противоположность этому, если увеличивается степень расширения, то период времени, в течение которого действует сила, которая давит вниз на поршень во время такта расширения, становится дольше, также дольше продолжается время, в течение которого поршень сообщает вращательное усилие коленчатому валу. По этой причине, чем большая создается степень расширения, тем выше становится теоретическая термическая эффективность. Пунктирная линия ε=10 на фиг.7 показывает теоретическую термическую эффективность в случае фиксирования степени фактического сжатия на значении 10 и увеличения в этом состоянии степени расширения. Таким образом выяснилось, что величина увеличения теоретической термической эффективности при увеличении степени расширения в состоянии, когда степень фактического сжатия поддерживается на низком значении, и величина увеличения теоретической термической эффективности в том случае, когда степень фактического сжатия увеличивается наряду со степенью расширения, как показано сплошной линией на фиг.7, не будут сильно различаться.

Если степень фактического сжатия поддерживается на низком значении таким способом, то детонации не произойдет, поэтому если увеличивать степень расширения в состоянии, когда степень фактического сжатия поддерживается на низком значении, то возникновение детонации может быть предотвращено, а теоретическая термическая эффективность может быть значительно увеличена. Фиг.8(В) показывает пример случая, когда используется механизм А переменной степени сжатия и механизм В регулирования фаз газораспределения, чтобы поддерживать степень фактического сжатия на низком значении и увеличивать степень расширения.

В примере, изображенном на фиг.8(В), используется механизм А переменной степени сжатия, чтобы понизить объем камеры сгорания с 50 мл до 20 мл. С другой стороны, используется механизм В регулирования фаз газораспределения, чтобы замедлить регулирование по времени впускного клапана до тех пор, пока фактический тактовый объем поршня не изменится с 500 мл до 200 мл. В результате, в этом примере степень фактического сжатия становится равной (20 мл + 200 мл)/20 мл = 11, а степень расширения становится равной (20 мл + 500 мл)/20 мл = 26. В обычном цикле, показанном на фиг.8(А), как объяснялось выше, степень фактического сжатия составляет около 11, и степень расширения равна 11. В сравнении с этим случаем, в случае, показанном на фиг.8(В), выясняется, что только степень расширения увеличивается до значения 26. Это является причиной того, что называется «циклом со сверхвысокой степенью расширения».

Как объяснялось выше, вообще говоря, в двигателе внутреннего сгорания, чем ниже нагрузка на двигатель, тем хуже термическая эффективность. Поэтому, чтобы улучшить термическую эффективность во время работы автомобиля, т.е. чтобы улучшить потребление топлива, необходимо улучшить термическую эффективность во время работы двигателя с низкой нагрузкой. С другой стороны, в цикле со сверхвысокой степенью расширения, показанном на фиг.8(В), фактический тактовый объем поршня во время такта сжатия сделан меньшим, поэтому количество всасываемого воздуха, который может быть всосан в камеру сгорания 5, становится меньше. По этой причине этот цикл со сверхвысокой степенью расширения может применяться только в том случае, когда нагрузка на двигатель относительно низкая. Поэтому в настоящем изобретении во время работы двигателя с низкой нагрузкой устанавливается цикл со сверхвысокой степенью расширения, показанный на фиг.8(В), а во время работы двигателя с высокой нагрузкой устанавливается обычный цикл, показанный на фиг.8(А).

Далее будет объясняться, в целом, оперативное управление работой двигателя со ссылками на фиг.9.

Фиг.9 показывает изменения степени механического сжатия, степени расширения, регулирование закрывания впускного клапана 7, степень фактического сжатия, количество впускаемого воздуха, степень открывания дроссельной заслонки 17 и насосные потери наряду с нагрузкой двигателя при определенной скорости двигателя. Следует отметить, что в варианте осуществления настоящего изобретения обычно среднее соотношение воздуха-топлива в камере сгорания 5 управляется с помощью обратной связи согласно стехиометрическому соотношению воздуха-топлива, основанному на выходном сигнале датчика 21, для определения соотношения воздуха-топлива таким образом, чтобы трехходовой катализатор в каталитическом конвертере 20 мог одновременно уменьшать недоокисленные НС, СО и NO_x в выхлопном газе.

Сейчас, как объяснялось выше, во время работы двигателя с высокой нагрузкой выполняется обычный цикл, показанный на фиг.8(А). Поэтому, как показано на фиг.9, в это время, поскольку степень механического сжатия сделана низкой, степень расширения становится низкой. Как показано с помощью сплошной линии на фиг.9, регулирование закрывания впускного клапана 7 выполнено с опережением, как показано сплошной линией на фиг.5. Кроме того, в это время количество всасываемого воздуха является большим. В это время степень открывания дроссельной заслонки 17 поддерживается на полностью открытом уровне или практически полностью открытой, таким образом насосные потери становятся нулевыми.

С другой стороны, как показано сплошной линией на фиг.9, когда нагрузка двигателя становится ниже, регулирование закрывания впускного клапана 7 сдвигается назад, на уменьшение угла опережения, таким образом, наряду с этим, уменьшая количество всасываемого воздуха. Кроме того, в это время степень механического сжатия увеличивается, когда нагрузка двигателя становится ниже, как показано на фиг.9, так что степень фактического сжатия поддерживается, по существу, постоянной. Поэтому степень расширения также увеличивается, когда нагрузка двигателя становится ниже. Следует отметить, что в это время дроссельная заслонка 17 также поддерживается в полностью открытом состоянии или практически в полностью открытом состоянии. Поэтому количество всасываемого воздуха, подаваемого в камеру сгорания 5, управляется за счет изменения регулировки закрывания впускного клапана 7, независимо от дроссельной заслонки 17. Также в это время насосные потери становятся равными нулю.

Таким образом, когда двигатель переходит из состояния высокой рабочей нагрузки в состояние с более низкой нагрузкой, степень механического сжатия должна увеличиваться, наряду с уменьшением количества всасываемого воздуха при практически постоянной степени фактического сжатия. То есть, объем камеры 5 сгорания, когда поршень 4 достигает мертвой точки такта сжатия, уменьшается пропорционально уменьшению количества всасываемого воздуха. По этой причине объем камеры 5 сгорания, когда поршень 4 достигает мертвой точки такта сжатия, изменяется пропорционально количеству всасываемого воздуха. Следует отметить, что соотношение воздуха-топлива в камере 5 сгорания в это время в этом примере становится равным стехиометрическому соотношению воздуха-топлива, таким образом объем камеры 5 сгорания, когда поршень 4 достигает мертвой точки такта сжатия, изменяется пропорционально количеству топлива.

Если нагрузка двигателя дополнительно уменьшается, то степень механического сжатия дополнительно увеличивается. Когда нагрузка двигателя падает до уровня средней нагрузки L₁, ближе к низкой нагрузке, то степень механического сжатия достигает предела степени механического сжатия, составляющего конструктивный предел камеры 5 сгорания. В области нагрузки меньше, чем нагрузка L₁ двигателя, при которой степень механического сжатия достигает предельной степени механического сжатия, степень механического сжатия поддерживается на предельной степени механического сжатия. Следовательно, во время низкой нагрузки со стороны работы двигателя на средней нагрузке и во время работы двигателя при низкой нагрузке, т.е. на стороне работы двигателя при низкой нагрузке, степень механического сжатия становится максимальной, и степень расширения также достигает максимума. Другими словами, во время работы под средней нагрузкой двигателя на стороне под малой нагрузкой и во время работы двигателя под малой нагрузкой степень механического сжатия становится максимальной так, что получается максимальная степень расширения.

С другой стороны, в варианте осуществления, показанном на фиг.9, даже когда нагрузка двигателя становится меньше, чем L₁, как показано сплошной линией на фиг.9, регулирование закрывания впускного клапана 7 запаздывает, когда нагрузка двигателя становится меньше. Когда нагрузка двигателя падает до L₂, регулирование закрывания впускного клапана 7 становится предельным регулированием закрывания впускного клапана, при котором количество всасываемого воздуха, подаваемого в камеру 5 сгорания, можно регулировать. Когда регулирование закрывания впускного клапана 7 достигает предельного регулирования закрывания, в области нагрузки меньшей, чем нагрузка L₂ двигателя, когда регулирование закрывания впускного клапана 7 достигает предельного регулирования закрывания, выбор регулирования закрывания впускного клапана 7 поддерживается на предельном регулировании закрывания.

Если регулирование закрывания впускного клапана 7 поддерживается на предельном регулировании закрывания, больше нет возможности регулировать количество всасываемого воздуха с помощью изменения регулирования закрывания впускного клапана 7. В варианте осуществления, показанном на фиг.9, количество всасываемого воздуха, подаваемого в камеру 5 сгорания, регулирует дроссельную заслонку 17 в областях нагрузки, меньшей, чем нагрузка L₂ двигателя в это время, то есть регулирование закрывания впускного клапана 7 достигает предельного регулирования закрывания. Однако, когда количество всасываемого воздуха регулирует дроссельную заслонку 17, потери при перекачке увеличиваются, как показано на фиг.9.

С другой стороны, как показано на фиг.9, степень фактического сжатия поддерживается почти на такой же степени фактического сжатия относительно такой же скорости двигателя, на стороне работы двигателя под большой нагрузкой, где нагрузка двигателя больше L₁. В противоположность этому, когда нагрузка двигателя меньше L₂, то есть когда степень механического сжатия поддерживается на предельной степени механического сжатия, степень фактического сжатия определяется выбором времени закрытия впускного клапана 7. Если выбор времени закрытия впускного клапана 7 задерживается, как в состоянии, когда нагрузка двигателя находится между L₁ и L₂, то степень фактического сжатия понижается, в то время как, если выбор времени закрытия впускного клапана 7 поддерживался на предельном выборе времени закрытия, как в области работы с нагрузкой двигателя меньше L₂, степень фактического сжатия будет поддерживаться постоянной.

С другой стороны, согласно фиг.9, степень механического сжатия и т.п. во время работы на холостом ходу показаны черными точками. Как показано на фиг.9, степень механического сжатия во время работы на холостом ходу ниже, чем максимальная степень механического сжатия. Если степень механического сжатия снижается, снижается степень расширения и немного снижается степень фактического сжатия. Следует отметить, что действие снижения степени механического сжатия во время состояния работы на холостом ходу можно выполнять быстро и можно выполнять медленно. Если степень механического сжатия снижается во время работы на холостом ходу, давление сгорания снижается, и это вызывает уменьшение вибрации и шума от двигателя.

На фиг.10 показан другой вариант осуществления изобретения. В этом варианте осуществления, когда нагрузка двигателя уменьшается и работа двигателя переключается на работу на холостом ходу, степень механического сжатия будет постепенно уменьшаться, поскольку нагрузка двигателя уменьшается. Поэтому, как видно из фиг.9 и 10, в настоящем изобретении степень механического сжатия является максимальной степенью механического сжатия в большей части низкой области работы под малой нагрузкой, исключая работу на холостом ходу, в то время как во время работы на холостом ходу степень механического сжатия ниже, чем максимальная степень механического сжатия.

С другой стороны, если действие дросселирования всасываемого воздуха дроссельной заслонкой 17 усиливается во время работы на холостом ходу, скорость двигателя во время работы на холостом ходу стабилизируется. Таким образом, усиливая действие дросселирования всасываемого воздуха дроссельной заслонкой 17, когда скорость двигателя уменьшается, количество всасываемого воздуха за один оборот увеличивается. Если количество всасываемого воздуха за один оборот увеличивается, то увеличивается и получаемый вращающий момент двигателя, и, в результате, снижение скорости заглушается или скорость растет. Благодаря этому, скорость стабилизируется независимым образом.

Поэтому, чтобы стабилизировать скорость двигателя во время работы на холостом ходу, в варианте осуществления, показанном на фиг.11, когда нагрузка двигателя уменьшается и работа двигателя переключается на работу на холостом ходу, степень механического сжатия постепенно снижается, поскольку нагрузка двигателя уменьшается, выбор времени закрытия впускного клапана 7 смещается в направлении увеличения количества всасываемого воздуха в камеру 5 сгорания, и степень открытия дроссельной заслонки 17 уменьшается.

В этом отношении, как показано пунктирной линией на фиг.9, количество всасываемого воздуха можно регулировать, не принимая во внимание дроссельную заслонку 17, опережая выбор времени закрытия впускного клапана 7, когда нагрузка двигателя становится меньше. Поэтому, изображая это так, чтобы и случай, показанный сплошной линией на фиг.9, и случай, показанный пунктирной линией, были наложены, в варианте осуществления настоящего изобретения, выбор времени закрытия впускного клапана 7 смещается, когда нагрузка двигателя становится меньше, в направлении от нижней мертвой точки (НМТ) всасывания до предельного выбора времени L₂ закрытия, в котором количество всасываемого воздуха, подаваемого в камеру сгорания, можно регулировать. Поэтому, выражаясь в других показателях для варианта осуществления, показанного на фиг.11, когда нагрузка двигателя уменьшается и работа двигателя переключается на работу на холостом ходу, выбор времени закрытия впускного клапана 7 смещается от предельного выбора времени закрытия к нижней мертвой точке всасывания.

В этом отношении, как объяснялось выше, в цикле со сверхвысокой степенью расширения, показанном на фиг.8(В), степень расширения сделана равной 26. Чем более высокой является эта степень расширения, тем лучше, но как будет понятно из фиг.7, возможно получить существенно высокую теоретическую термическую эффективность при значении степени расширения 20 или более, даже для практически неиспользуемого нижнего предела степени фактического сжатия ε=5. Поэтому в настоящем изобретении механизм А переменной степени сжатия формируется таким образом, чтобы степень расширения становилась равной 20 или более.

На фиг.12 показана подпрограмма оперативного управления. Как показано на фиг.12, в первую очередь, во время выполнения этапа 100 рассчитывается целевая степень фактического сжатия. Далее, во время этапа 101 рассчитывается регулирование IC по времени закрывания впускного клапана 7, в соответствии с картой, показанной на фиг.13(А). То есть, регулирование IC по времени закрывания впускного клапана 7 требуется для подачи требуемого количества всасываемого воздуха в камеру сгорания 5, заранее сохраняется как функция от нагрузки L двигателя и скорости N двигателя в виде карты, как показано на фиг.13(А), в постоянном запоминающем устройстве ПЗУ 32. Следует отметить, что во время работы на холостом ходу используют регулирование по времени закрывания, сохраненное заранее в течение времени холостого хода.

Далее, во время этапа 102 рассчитывается степень механического CR сжатия согласно нагрузке двигателя или во время работы на холостом ходу. Далее, во время этапа 103 рассчитывается степень открывания дроссельной заслонки 17. Степень θ открывания дроссельной заслонки 17 заранее сохраняется как функция от нагрузки L двигателя и скорости N двигателя в виде карты, как показано на фиг.13(В), в ПЗУ 32. Следует отметить, что используют сохраненную заранее степень открытия в течение времени работы на холостом ходу. Далее, во время этапа 104 механизм А переменной степени сжатия управляется таким образом, что степень механического сжатия становится степенью механического CR сжатия, механизм В регулирования фаз газораспределения управляется таким образом, что регулирование по времени закрывания впускного клапана 7 становится регулированием IC по времени закрывания впускного клапана, и дроссельная заслонка 17 управляется таким образом, что степень открывания дроссельной заслонки 17 становится открыванием заслонки на угол θ.

Изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания с искровым зажиганием (ДВС). ДВС содержит механизм переменной степени сжатия и механизм регулирования фаз газораспределения. Механизм переменной степени сжатия выполнен с возможностью изменения степени механического сжатия. Механизм регулирования фаз газораспределения выполнен с возможностью управления моментом закрытия впускного клапана. Степень механического сжатия в рабочей области малой нагрузки, исключая работу на холостом ходу, больше, чем во время работы под большой нагрузкой. Степень механического сжатия во время работы на холостом ходу делается меньшей, чем для рабочей области малой нагрузки. При переключении работы двигателя на холостой ход, степень механического сжатия может уменьшаться постепенно. Технический результат заключается в уменьшении вибрации и шума от двигателя во время работы на холостом ходу. 8 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием, содержащий механизм переменной степени сжатия, выполненный с возможностью изменения степени механического сжатия, и механизм регулирования фаз газораспределения, выполненный с возможностью управления регулированием по времени закрывания впускного клапана, при этом степень механического сжатия в большей части рабочей области малой нагрузки, исключая работу на холостом ходу, делается степенью сжатия, большей, чем во время работы под большой нагрузкой, и степень механического сжатия во время работы на холостом ходу делается меньшей, чем степень механического сжатия для большей части рабочей области малой нагрузки, исключая работу на холостом ходу.

2. Двигатель по п.1, в котором в большей части рабочей области малой нагрузки, исключая работу на холостом ходу, степень механического сжатия делается максимальной степенью механического сжатия.

3. Двигатель по п.1, в котором степень расширения в рабочей области низкой нагрузки, исключая работу на холостом ходу, составляет 20 или более.

4. Двигатель по п.1, в котором, когда нагрузка двигателя уменьшается и работа двигателя переключается на работу на холостом ходу, степень механического сжатия постепенно уменьшается.

5. Двигатель по п.1, в котором во впускном канале двигателя установлена дроссельная заслонка для регулирования количества всасываемого воздуха, и когда нагрузка двигателя уменьшается и работа двигателя переключается на работу на холостом ходу, регулирование по времени закрывания впускного клапана сдвигается в направлении увеличения количества всасываемого воздуха в камере сгорания, и степень открытия дроссельной заслонки уменьшается.

6. Двигатель по п.5, в котором регулирование по времени закрывания впускного клапана, когда нагрузка двигателя становится меньше, сдвигается в направлении от нижней мертвой точки всасывания до предельного регулирования по времени закрывания, при котором количество всасываемого воздуха, подаваемого в камеру сгорания, можно регулировать, и когда нагрузка двигателя уменьшается и работа двигателя переключается на работу на холостом ходу, регулирование по времени закрывания впускного клапана сдвигается в направлении от предельного регулирования по времени закрывания до нижней мертвой точки всасывания.

7. Двигатель по п.5, в котором степень открытия дроссельной заслонки уменьшается, когда нагрузка двигателя становится меньше в области нагрузки, меньшей, чем нагрузка двигателя, при которой регулирование по времени закрывания впускного клапана достигает предельного регулирования по времени закрывания.

8. Двигатель по п.5, в котором дроссельная заслонка поддерживается в полностью открытом состоянии в области нагрузки, большей, чем нагрузка двигателя, при которой регулирование по времени закрывания впускного клапана достигает предельного регулирования по времени закрывания.

9. Двигатель по п.1, в котором степень механического сжатия увеличивается до максимальной степени механического сжатия, когда нагрузка на двигатель уменьшается, причем степень механического сжатия удерживается на максимальном значении степени механического сжатия на стороне работы двигателя с низкой нагрузкой, исключая время работы на холостом ходу, причем эта нагрузка ниже, чем нагрузка двигателя, когда степень механического сжатия становится максимальной степенью механического сжатия, и степень механического сжатия постепенно уменьшаться, когда нагрузка на двигатель становится выше на стороне работы двигателя с высокой нагрузкой, причем эта нагрузка выше, чем нагрузка двигателя, когда степень механического сжатия становится максимальной степенью механического сжатия.