ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ИСКРОВЫМ ЗАЖИГАНИЕМ Российский патент 2014 года по МПК F02D15/04 F02D13/02 

Область техники

Настоящее изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания с искровым зажиганием.

Известный уровень техники

В уровне техники известен двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием, снабженный механизмом изменения степени сжатия, который может изменять механическую степень сжатия, и механизмом изменения момента открытия и закрытия клапана, который может регулировать момент закрытия впускного клапана и который предназначен для поддержания фактической степени сжатия по существу постоянной независимо от нагрузки на двигатель (см., например, патентный документ 1). В этом двигателе внутреннего сгорания при увеличении нагрузки на двигатель, т.е. когда требуемое количество всасываемого воздуха увеличивается, момент закрытия впускного клапана устанавливается с опережением, чтобы приблизить его к нижней мертвой точке при впуске. При этом, чтобы поддержать фактическую степень сжатия по существу постоянной, механическую степень сжатия снижают при увеличении требуемого количества всасываемого воздуха.

Список ссылок

Патентные документы

Патентный документ 1: опубликованная патентная заявка Японии (А) №2007-303423

Краткое изложение сущности изобретения

Техническая задача

В связи с этим, если таким образом изменять момент закрытия впускного клапана и механическую степень сжатия в соответствии с требуемым количеством всасываемого воздуха, то обычно скорости, с которыми можно изменять момент закрытия впускного клапана и механическую степень сжатия, отличаются друг от друга. Вообще говоря, для изменения механической степени сжатия требуется больше времени, чем для изменения момента закрытия впускного клапана. Поэтому, например, когда требуемое количество всасываемого воздуха уменьшают, скорость задержки момента закрытия впускного клапана становится больше, чем скорость увеличения механической степени сжатия и поэтому количество всасываемого воздуха уменьшают до того, как механическая степень сжатия увеличится. В результате возникает проблема, заключающаяся в том, что конечное давление сжатия в камере сгорания становится выше и вследствие этого происходит детонация.

В противоположность этому, если момент закрытия впускного клапана медленно перемещают на опережение при увеличении требуемого количества всасываемого воздуха, возникает проблема в том, что количество всасываемого воздуха будет только медленно увеличиваться, и в результате нельзя обеспечить работу по ускорению с надлежащим ответным действием.

С другой стороны, если момент закрытия впускного клапана быстро перемещается на опережение при уменьшении требуемого количества всасываемого воздуха, возникает проблема в том, что количество всасываемого воздуха уменьшается до того, как механическая степень сжатия повысится, и в результате конечное давление сжатия становится ниже, поэтому нельзя достичь надлежащего сгорания. В противоположность этому, при медленной задержке момента закрытия впускного клапана, когда требуемое количество всасываемого воздуха уменьшается, существует проблема в том, что не обеспечивается работа по замедлению с надлежащим ответным действием.

То есть, чтобы обеспечить работу по ускорению с надлежащим ответным действием, когда требуемое количество всасываемого воздуха изменяется, необходимо изменить момент закрытия впускного клапана насколько возможно быстро, обеспечивая надлежащее сгорание. Однако в вышеупомянутом внутреннем двигателе внутреннего сгорания это вообще не учитывается.

Целью настоящего изобретения является обеспечение двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием, который может обеспечить работу с надлежащим ответным действием при поддержании надлежащего сгорания, когда требуемое количество всасываемого воздуха изменяется.

Решение задачи

В соответствии с настоящим изобретением обеспечивается двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием, содержащий механизм изменения степени сжатия, который может изменять механическую степень сжатия, и механизм изменения момента открытия и закрытия клапана, который может регулировать момент закрытия впускного клапана, в котором устанавливается запретная зона для сочетания механической степени сжатия и момента закрытия впускного клапана, при этом предотвращается вход рабочей точки, показывающей указанное сочетание механической степени сжатия и момента закрытия впускного клапана, в запретную зону независимо от рабочего состояния двигателя, а когда количество всасываемого воздуха изменяется, рассчитывается целевая рабочая точка, которая может быть достигнута за фиксированное время без входа в запретную зону из текущей рабочей точки по направлению к рабочей точке, удовлетворяющей требуемому количеству всасываемого воздуха, чтобы изменить механическую степень сжатия и момент закрытия впускного клапана по направлению к целевой рабочей точке.

Полезные эффекты изобретения

Для обеспечения работы с надлежащим ответным действием, когда требуемое количество всасываемого воздуха изменяется, предпочтительно изменять рабочую точку механической степени сжатия и момента закрытия впускного клапана как можно быстрее до рабочей точки, удовлетворяющей требуемому количеству всасываемого воздуха. Однако, если в это время рабочая точка входит в запретную зону, сгорание заканчивается с ухудшением. Поэтому в настоящем изобретении сначала рассчитывается целевая рабочая точка, не входящая в запретную зону, затем изменяют механическую степень сжатия и момент закрытия впускного клапана по направлению к рассчитанной таким образом целевой рабочей точке. При этом рабочая точка, удовлетворяющая требуемому количеству всасываемого воздуха, может быть быстро достигнута без входа рабочей точки в запретную зону, и поэтому работа с быстрым ответным действием становится возможной при обеспечении надлежащего сгорания.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет собой вид двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием в общих чертах.

Фиг.2 представляет собой общий вид механизма изменения степени сжатия в разобранном состоянии.

Фиг.3 представляет собой схематичный продольный разрез показанного двигателя внутреннего сгорания.

Фиг.4 представляет собой вид, на котором показан механизм изменения момента открытия и закрытия клапана.

Фиг.5 представляет собой вид, на котором показаны величины подъема впускного клапана и выпускного клапана.

Фиг.6 представляет собой вид, на котором поясняются механическая степень сжатия, фактическая степень сжатия и степень расширения.

Фиг.7 представляет собой вид, на котором показана взаимосвязь между теоретическим тепловым кпд и степенью расширения.

Фиг.8 представляет собой вид, на котором поясняются обычный цикл и цикл со сверхвысокой степенью расширения.

Фиг.9 представляет собой вид, на котором показаны изменения механической степени сжатия и т.д. в соответствии с нагрузкой на двигатель.

Фиг.10 представляет собой вид, на котором показаны запретные зоны и целевая рабочая линия.

Фиг.11 представляет собой вид, на котором показаны запретные зоны и целевая рабочая линия.

Фиг.12 представляет собой вид, на котором показана запретная зона.

Фиг.13 представляет собой вид, на котором показаны целевая рабочая точка и рабочая точка.

Фиг.14 представляет собой вид, на котором показаны целевая рабочая точка и рабочая точка.

Фиг.15 представляет собой вид, на котором показаны изменения механической степени сжатия, момента закрытия впускного клапана и степени открытия дроссельной заслонки.

Фиг.16 представляет собой вид, на котором показана величина изменения механической степени сжатия за фиксированное время.

Фиг.17 представляет собой вид, на котором показана величина изменения механической степени сжатия за фиксированное время.

Фиг.18 представляет собой вид, на котором показана величина изменения механической степени сжатия за фиксированное время.

Фиг.19 представляет собой вид, на котором показана величина изменения механической степени сжатия за фиксированное время.

Фиг.20 представляет собой вид, на котором показаны изменения механической степени сжатия, момента закрытия впускного клапана и степени открытия дроссельной заслонки.

Фиг.21 представляет собой вид, на котором показаны целевая рабочая точка и рабочая точка.

Фиг.22 представляет собой вид, на котором показаны целевая рабочая точка и рабочая точка.

Фиг.23 представляет собой вид, на котором показаны целевая рабочая точка и рабочая точка.

Фиг.24 представляет собой вид, на котором показаны целевая рабочая точка и рабочая точка.

Фиг.25 представляет собой вид, на котором показаны целевая рабочая точка и рабочая точка.

Фиг.26 представляет собой вид, на котором показаны целевая рабочая точка и рабочая точка.

Фиг.27 представляет собой вид, на котором показаны целевая рабочая точка и рабочая точка.

Фиг.28 представляет собой вид, на котором показаны целевая рабочая точка и рабочая точка.

Фиг.29 представляет собой вид, на котором показаны изменения механической степени сжатия, момента закрытия впускного клапана, степени открытия дроссельной заслонки и т.д.

Фиг.30 представляет собой вид, на котором показаны целевая рабочая точка и рабочая точка.

Фиг.31 представляет собой вид, на котором показаны целевая рабочая точка и рабочая точка.

Фиг.32 представляет собой вид, на котором показаны целевая рабочая точка и рабочая точка.

Фиг.33 представляет собой вид, на котором показаны целевая рабочая точка и рабочая точка.

Фиг.34 представляет собой вид, на котором показаны целевая рабочая точка и рабочая точка.

Фиг.35 представляет собой временную диаграмму, показывающую изменения механической степени сжатия, момента закрытия впускного клапана, степени открытия дроссельной заслонки и т.д.

Фиг.36 представляет собой последовательность действий для вычисления целевого значения.

Фиг.37 представляет собой последовательность действий по управлению приведением в действие механизма изменения степени сжатия и т.д.

Описание примеров осуществления

Фиг.1 представляет собой продольное сечение двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием.

На фиг.1 позицией 1 обозначен картер двигателя, позицией 2 - блок цилиндров, позицией 3 - головка блока цилиндров, позицией 4 - поршень, позицией 5 - камера сгорания, позицией 6 - свеча зажигания, расположенная в центре верхней поверхности камеры сгорания 5, позицией 7 - впускной клапан, позицией 8 - впускное отверстие, позицией 9 - выпускной клапан и позицией 10 - выпускное отверстие. Каждое впускное отверстие 8 сообщается через впускной патрубок 11 с уравнительной камерой 12. У каждого впускного патрубка 11 расположена топливная форсунка 13 для впрыскивания топлива в соответствующее впускное отверстие 8. Следует отметить, что топливные форсунки 13 можно также расположить внутри камер сгорания 5, а не прикреплять к впускным патрубкам 11.

Уравнительная камера 12 сообщена через впускной канал 14 с воздушным фильтром 15. Внутри впускного канала 14 размещены дроссельная заслонка 17, которую приводит в действие исполнительный механизм 16, и датчик 18 количества всасываемого воздуха, в котором используется, например, проволока высокого сопротивления. С другой стороны, каждое выпускное отверстие 10 сообщается через выпускную трубу 19 с каталитическим преобразователем 20, в котором установлен, например, катализатор тройного действия. В выпускной трубе 19 расположен измеритель 21 соотношения воздуха и топлива.

С другой стороны, в примере осуществления, показанном на фиг.1, на соединительной части картера 1 двигателя и блока 2 цилиндров обеспечивается механизм А изменения степени сжатия, который может изменять взаимное положение картера 1 двигателя и блока 2 цилиндров в осевом направлении цилиндров, чтобы изменять объем камеры сгорания 5, когда поршень 4 находится в верхней мертвой точке при сжатии. Кроме того, обеспечивается механизм В изменения момента начала фактического действия сжатия, который может изменять момент начала фактического действия сжатия. Необходимо отметить, что в примере осуществления, показанном на фиг.1, этот механизм В изменения момента начала фактического действия сжатия содержит механизм изменения момента открытия и закрытия клапана, который может регулировать момент закрытия впускного клапана 7.

Как показано на фиг.1, картер 1 двигателя и блок 2 цилиндров имеют прикрепленный к ним датчик 22 относительного положения для определения относительного положения картера 1 двигателя и блока 2 цилиндров. Этот датчик 22 относительного положения выдает выходной сигнал, показывающий изменение расстояния между блоком 2 цилиндров и картером 1 двигателя. Кроме того, к механизму В изменения момента открытия и закрытия клапана прикреплен датчик 23 момента открытия и закрытия впускного клапана, генерирующий выходной сигнал, показывающий момент закрытия каждого впускного клапана 7, в то время как к исполнительному механизму 16 для приведения в действие и использования дроссельной заслонки прикреплен датчик 24 степени открытия дроссельной заслонки, генерирующий выходной сигнал, показывающий степень открытия дроссельной заслонки.

Электронный блок управления 30 содержит цифровой компьютер, снабженный ПЗУ (постоянным запоминающим устройством) 32, ОЗУ (оперативным запоминающим устройством) 33, центральным процессором ЦП (микропроцессором) 34, входным портом 35 и выходным портом 36, которые соединены друг с другом двунаправленной шиной 31. Выходные сигналы датчика 18 количества всасываемого воздуха, измерителя 21 соотношения воздуха и топлива, датчика 22 относительного положения, датчика 23 момента открытия и закрытия клапана и датчика 24 степени открытия дроссельной заслонки вводятся через соответствующие аналого-цифровые преобразователи (АЦП) 37 во входной порт 35. Кроме того, педаль 40 акселератора присоединена к датчику нагрузки 41, который генерирует выходное напряжение, пропорциональное величине нажатия L на педаль 40 акселератора. Выходное напряжение датчика нагрузки 41 подается через соответствующий АЦП 37 на входной порт 35. Кроме того, входной порт 35 соединен с датчиком 42 угла поворота коленчатого вала, генерирующим выходной импульс при каждом повороте коленчатого вала, например, на 30°. С другой стороны, выходной порт 36 подключен через соответствующие схемы возбуждения 38 к свечам зажигания 6, топливным форсункам 13, исполнительному механизму 16 для приведения в действие и использования дроссельной заслонки, механизму А изменения степени сжатия и механизму В изменения момента открытия и закрытия клапана.

Фиг.2 представляет собой общий вид механизма А изменения степени сжатия в разобранном состоянии, который показан на фиг.1, а фиг.3 представляет собой схематичный продольный разрез показанного двигателя внутреннего сгорания. Согласно фиг.2 внизу двух боковых стенок блока 2 цилиндров выполнено множество выступающих частей 50 с интервалами друг от друга. В выступающих частях 50 выполнены отверстия 51 круглого поперечного сечения под кулачок. С другой стороны, на верхней поверхности картера 1 двигателя выполнено множество выступающих частей 52 с интервалами друг от друга, которые входят между соответствующими выступающими частями 50. В этих выступающих частях 52 также выполнены отверстия 53 круглого поперечного сечения под кулачки.

Как показано на фиг.2, имеется пара распределительных валов 54 и 55. На распределительных валах 54 и 55 закреплены с чередованием через одну позицию дисковые кулачки 58, способные при вращении входить в отверстия 53 под кулачок. Эти дисковые кулачки 58 соосны осям вращения распределительных валов 54 и 55. С другой стороны, по обеим сторонам каждого дискового кулачка 58, как показано на фиг.3, расположены эксцентриковые валы 57, установленные эксцентрично по отношению к осям вращения распределительных валов 54 и 55. На эксцентриковых валах 57 эксцентрично закреплены с возможностью вращения другие дисковые кулачки 56. Как показано на фиг.2, эти дисковые кулачки 56 расположены по обеим сторонам каждого дискового кулачка 58. При вращении эти дисковые кулачки 56 входят в соответствующие отверстия 51 под кулачки. Кроме того, как показано на фиг.2, к распределительному валу 55 прикреплен датчик 25 угла поворота кулачка, генерирующий выходной сигнал, показывающий угол поворота распределительного вала 55.

Если дисковые кулачки 58, которые прикреплены к распределительным валам 54 и 55, вращают в противоположных направлениях, как показано стрелками на фиг.3(А), из положения, показанного на фиг.3(А), эксцентриковые валы 57 перемещаются в противоположных направлениях, поэтому дисковые кулачки 56 вращаются в противоположных направлениях от дисковых кулачков 58 в отверстиях 51 под кулачки, и, как показано на фиг.3(В), положения эксцентриковых валов 57 изменяются от верхних положений к положениям промежуточной высоты. Далее, если дисковые кулачки 58 вращать в направлении по стрелке, как показано на фиг.3(С), то эксцентриковые валы 57 займут самое нижнее положение.

Необходимо отметить, что на фиг.3(А), фиг.3(В) и фиг.3(С) показано взаимное расположение центра "а" дискового кулачка 58, центра "b" эксцентрикового вала 57 и центра "с" дискового кулачка 56 в соответствующих состояниях.

Как можно понять из сравнения фиг.3(А)-3(С), относительные положения картера 1 двигателя и блока 2 цилиндров определяются расстоянием между центром "а" дискового кулачка 58 и центром "с" дискового кулачка 56. Чем больше расстояние между центром "а" дискового кулачка 58 и центром "с" дискового кулачка 56, тем дальше блок 2 цилиндров от картера 1 двигателя. То есть механизм А изменения степени сжатия изменяет взаимное положение картера 1 двигателя и блока 2 цилиндров с помощью кривошипно-шатунного механизма, в котором используется вращающийся кулачок. Если блок 2 цилиндров удаляется от картера 1 двигателя, объем камеры сгорания 5, когда поршень 4 расположен в верхней мертвой точке при сжатии, увеличивается, поэтому путем вращения распределительных валов 54 и 55 можно изменить объем камеры сгорания, когда поршень 4 расположен в верхней мертвой точке при сжатии.

Как показано на фиг.2, чтобы распределительные валы 54 и 55 вращались в противоположных направлениях, вал приводного электродвигателя 59 снабжен парой червяков 61 и 62 с противоположным направлением резьбы. Червячные колеса 63 и 64, взаимодействующие с этими червяками 61 и 62, прикреплены к концам распределительных валов 54 и 55. В этом примере осуществления путем приведения в действие приводного электродвигателя 59 можно в широком диапазоне изменять объем камеры сгорания 5, когда поршень 4 находится в верхней мертвой точке при сжатии.

С другой стороны, на фиг.4 показан механизм В изменения момента открытия и закрытия клапана, который присоединен к концу распределительного вала 70 для приведения в действие впускного клапана 7 на фиг.1. Согласно фиг.4 этот механизм В изменения момента открытия и закрытия клапана снабжен синхронным шкивом 71, который приводится во вращение коленчатым валом двигателя с помощью зубчатого ремня в направлении стрелки; цилиндрическим корпусом 72, который вращается вместе с синхронным шкивом 71; валом 73, который вращается вместе с распределительным валом 70 для приведения в действие впускного клапана и может вращаться относительно цилиндрического корпуса 72; множеством перемычек 74, которые расположены от внутренней окружности цилиндрического корпуса 72 до наружной окружности вала 73; и лопатками 75, которые расположены между перемычками 74 от наружной окружности вала 73 до внутренней окружности цилиндрического корпуса 72. По обеим сторонам лопаток 75 образованы гидравлические камеры 76, используемые для опережения, и гидравлические камеры 77, используемые для задержки.

Подача рабочего масла в гидравлические камеры 76 и 77 регулируется регулирующим клапаном 78 подачи рабочего масла. Этот регулирующий клапан 78 подачи рабочего масла снабжен гидравлическими каналами 79 и 80, которые сообщаются с гидравлическими камерами 76 и 77, каналом 82 подачи для рабочего масла, которое подается от гидравлического насоса 81, парой дренажных каналов 83 и 84 и золотниковым клапаном 85 для управления сообщением и разобщением каналов 79, 81, 82, 83 и 84.

Когда необходимо обеспечить опережение фазы кулачков распределительного вала 70 для приведения впускного клапана в действие, золотниковый клапан 85 на фиг.4 перемещают вправо, рабочее масло, которое подается по каналу 82 подачи, проходит через гидравлический канал 79 в гидравлические камеры 76, используемые для опережения, а рабочее масло из гидравлических камер 77, используемых для задержки, выводится по дренажному каналу 84. При этом вал 73 вращают относительно цилиндрического корпуса 72 в направлении стрелки.

И, наоборот, когда необходимо обеспечить задержку фазы кулачков распределительного вала 70 для приведения в действие впускного клапана, золотниковый клапан 85 на фиг.4 перемещают влево, рабочее масло, которое подается по каналу 82 подачи, проходит через гидравлический канал 80 в гидравлические камеры 77, используемые для задержки, а рабочее масло из гидравлических камер 76, используемых для опережения, отводится по дренажному каналу 83. При этом вал 73 вращают относительно цилиндрического корпуса 72 в направлении, противоположном стрелке.

Когда вал 73 вращают относительно цилиндрического корпуса 72, то, если золотниковый клапан 85 возвращается в нейтральное положение, показанное на фиг.4, относительное вращение вала 73 прекращают. В это время вал 73 удерживается в положении относительного вращения. Поэтому можно использовать механизм В изменения момента открытия и закрытия клапана таким образом, чтобы обеспечить опережение или отставание фазы кулачков распределительного вала 70 для приведения в действие впускного клапана точно на желаемую величину.

На фиг.5 сплошной линией показано время, когда фаза кулачка распределительного вала 70 для приведения впускного клапана в действие и использования имеет максимальное опережение, тогда как пунктирной линией показано, когда фаза кулачка распределительного вала 70 для приведения впускного клапана в действие и использования имеет максимальную задержку с помощью механизма В изменения момента открытия и закрытия клапана. Поэтому период открытия впускного клапана 7 может быть установлен в любом диапазоне в зоне, показанной сплошной линией на фиг.5, и в диапазоне, показанном пунктирной линией, поэтому момент закрытия впускного клапана 7 может быть также установлен в соответствии с любым углом поворота коленчатого вала в диапазоне, показанном стрелкой "с" на фиг.5.

Механизм В изменения момента открытия и закрытия клапана, показанный на фиг.1 и фиг.4, представляет собой один пример. Например, можно использовать механизм изменения момента открытия и закрытия клапана, который изменяет только момент закрытия впускного клапана при сохранении момента открытия впускного клапана постоянным, или другие различные типы механизмов изменения момента открытия и закрытия клапана.

Далее значение терминов, используемых в настоящей заявке, будет объяснено со ссылкой на фиг.6. Необходимо отметить, что на фиг.6(А), 6(В) и 6(С) для пояснительных целей показан двигатель с объемом камер сгорания 50 мл и рабочим объемом цилиндра поршня 500 мл. На этих фиг.6(А), 6(В) и 6(С) «объем камеры сгорания» означает объем камеры сгорания, когда поршень находится в верхней мертвой точке при сжатии.

Фиг.6(А) объясняет механическую степень сжатия. Механическая степень сжатия представляет собой величину, определяемую механически только по рабочему объему цилиндра поршня и объему камеры сгорания во время такта сжатия. Эта механическая степень сжатия выражается как (объем камеры сгорания + рабочий объем цилиндра)/объем камеры сгорания. В примере, показанном на фиг.6(А), эта механическая степень сжатия определяется как (50 мл+500 мл)/50 мл=11.

Фиг.6(В) объясняет фактическую степень сжатия. Эта фактическая степень сжатия представляет собой величину, определяемую по фактическому рабочему объему цилиндра поршня и объему камеры сгорания с момента, когда действие сжатия фактически начинается, до момента, когда поршень достигает верхней мертвой точки при сжатии. Эта фактическая степень сжатия выражается как (объем камеры сгорания + фактический рабочий объем цилиндра)/объем камеры сгорания. То есть, как показано на фиг.6(В), даже если поршень начинает подниматься на такте сжатия, действие сжатия не будет осуществляться, пока впускной клапан открыт. Фактическое действие сжатия начинается после закрытия впускного клапана. Поэтому фактическая степень сжатия выражается так, как указано выше, с использованием фактического рабочего объема цилиндра. В примере, показанном на фиг.6(В), фактическая степень сжатия определяется как (50 мл+450 мл)/50 мл=10.

Фиг.6(С) объясняет степень расширения. Степень расширения представляет собой величину, определяемую по рабочему объему цилиндра поршня и объему камеры сгорания во время такта расширения. Эта степень расширения выражается как (объем камеры сгорания + рабочий объем цилиндра)/объем камеры сгорания. В примере, показанном на фиг.6 (С), эта степень расширения определяется как (50 мл+500 мл)/50 мл=11.

Далее со ссылкой на фиг.7 и 8 будет пояснен цикл со сверхвысокой степенью расширения, который используется в настоящем изобретении. Необходимо отметить, что на фиг.7 показана взаимосвязь между теоретическим тепловым кпд и степенью расширения, а на фиг.8 показано сравнение обычного цикла и цикла со сверхвысокой степенью расширения, которые используются в настоящем изобретении выборочно в соответствии с нагрузкой.

На фиг.8(А) показан обычный цикл в случае, когда впускной клапан закрывается около нижней мертвой точки и действие сжатия посредством поршня начинается по существу около нижней мертвой точки при впуске. В примере, показанном на фиг.8(А), как и в примере, показанном на фиг.6(А), 6(В) и 6(С), объем камеры сгорания равен 50 мл, а рабочий объем цилиндра поршня - 500 мл. Как можно понять из фиг.8(А), в обычном цикле механическая степень сжатия равна (50 мл+500 мл)/50 мл=11, фактическая степень сжатия также равна приблизительно 11, степень расширения также становится равной (50 мл+500 мл)/50 мл=11. То есть в обычном двигателе внутреннего сгорания механическая степень сжатия, фактическая степень сжатия и степень расширения становятся по существу одинаковыми.

Сплошной линией на фиг.7 показано изменение теоретического теплового кпд в том случае, когда фактическая степень сжатия и степень расширения являются по существу одинаковыми, т.е. в обычном цикле. В этом случае понятно, что чем выше степень расширения, т.е. чем выше фактическая степень сжатия, тем выше теоретический тепловой кпд. Поэтому в обычном цикле, чтобы увеличить теоретический тепловой кпд, достаточно увеличить фактическую степень сжатия. Однако из-за ограничений, связанных с возникновением детонации во время работы двигателя с высокой нагрузкой, фактическая степень сжатия может быть увеличена только до максимального значения, равного приблизительно 12. Соответственно в обычном цикле теоретический тепловой кпд не может быть достаточно высоким.

С другой стороны, в этой ситуации, чтобы повысить теоретический тепловой кпд, были проведены исследования при строгом различении механической степени сжатия и фактической степени сжатия, и в результате было обнаружено, что в теоретическом тепловом кпд преобладает степень расширения и на него во многом не влияет фактическая степень сжатия. То есть, если увеличить фактическую степень сжатия, сила взрыва возрастет, но сжатие требует большой энергии, соответственно, даже если увеличить фактическую степень сжатия, теоретический тепловой кпд намного не увеличится.

В противоположность этому, если увеличивать степень расширения, то тем длительнее будет период времени, в течение которого на поршень во время такта расширения действует нажимающая сила, поэтому продолжительнее становится период времени, в течение которого поршень создает вращательное усилие на коленчатый вал. Поэтому чем больше степень расширения, тем выше теоретический тепловой кпд. Пунктирная линия ε=10 на фиг.7 показывает теоретический тепловой кпд в случае увеличения степени расширения в состоянии фиксации фактической степени сжатия при 10. Таким образом, понятно, что нет большого отличия между величиной повышения теоретического теплового кпд при повышении степени расширения в состоянии, когда фактическая степень сжатия ε поддерживается на низком уровне, и величиной повышения теоретического теплового кпд, когда фактическую степень сжатия увеличивают вместе со степенью расширения, как показано сплошной линией на фиг.7.

Если фактическая степень сжатия поддерживается на низком уровне таким образом, детонации не произойдет. Поэтому, если повысить степень расширения в состоянии, когда фактическая степень сжатия поддерживается на низком уровне, детонацию можно предотвратить и при этом можно значительно увеличить теоретический тепловой кпд. На фиг.8(В) показан пример случая использования механизма А изменения степени сжатия и механизма В изменения момента открытия и закрытия клапана для поддержания фактической степени сжатия на низком уровне и повышения при этом степени расширения.

В примере на фиг.8(В) механизм А изменения степени сжатия используется для уменьшения объема камеры сгорания с 50 мл до 20 мл. С другой стороны, механизм В изменения момента открытия и закрытия клапана используется для задержки момента закрытия впускного клапана до тех пор, пока объем фактического такта поршня не изменится с 500 мл до 200 мл. В результате в этом примере фактическая степень сжатия становится (20 мл+200 мл)/20 мл=11, в то время как степень расширения становится (20 мл+500 мл)/20 мл=26. В обычном цикле, показанном на фиг.8(А), как объяснено выше, фактическая степень сжатия приблизительно равна 11 и степень расширения равна 11. По сравнению с этим случаем в случае, показанном на фиг.8(В), понятно, что только степень расширения увеличивается до 26. По этой причине такой цикл называется «цикл со сверхвысокой степенью расширения».

Вообще говоря, в двигателе внутреннего сгорания чем меньше нагрузка на двигатель, тем хуже тепловой кпд. Поэтому для повышения теплового кпд во время работы транспортного средства, то есть для повышения топливной экономичности, становится необходимым повышение теплового кпд во время, когда нагрузка на двигатель является низкой. С другой стороны, в цикле со сверхвысокой степенью расширения, показанном на фиг.8(В), фактический рабочий объем цилиндра поршня во время такта сжатия делают меньше, поэтому количество всасываемого воздуха, которое может поступать в камеру сгорания 5, становится меньше, следовательно, такой цикл со сверхвысокой степенью расширения может использоваться только тогда, когда нагрузка на двигатель является относительно низкой. Поэтому в настоящем изобретении, когда нагрузка на двигатель является относительно низкой, используется цикл со сверхвысокой степенью расширения, показанный на фиг.8(В), а во время работы двигателя с высокой нагрузкой используется обычный цикл, показанный на фиг.8(А).

Далее со ссылкой на фиг.9 будет объяснено операционное управление в целом.

На фиг.9 показаны изменения количества всасываемого воздуха, момента закрытия впускного клапана, механической степени сжатия, степени расширения, фактической степени сжатия и степени открытия дроссельной заслонки 17 в соответствии с нагрузкой на двигатель при некоторой частоте вращения двигателя. Необходимо отметить, что на фиг.9 показан случай, когда среднее соотношение воздуха и топлива в камере сгорания 5 регулируется с использованием обратной связи по стехиометрическому соотношению воздуха и топлива на основании выходного сигнала измерителя 21 соотношения воздуха и топлива, так что катализатор тройного действия в каталитическом преобразователе 20 может одновременно уменьшать количество несгоревших углеводородов, СО, и NO_x в выхлопных газах.

Итак, как объяснено 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 механическую степень сжатия снижают, поэтому степень расширения является низкой. Как показано сплошной линией на фиг.9, момент закрытия впускного клапана 7 смещают на опережение, как показано сплошной линией на фиг.5. Кроме того, в это время количество всасываемого воздуха является большим. При этом степень открытия дроссельной заслонки 17 поддерживается полностью открытой, поэтому насосные потери становятся нулевыми.

С другой стороны, как показано на фиг.9 сплошной линией, если нагрузка на двигатель становится ниже, то вместе с этим задерживается момент закрытия впускного клапана 7, чтобы уменьшить количество всасываемого воздуха. Кроме того, в это время, как показано на фиг.9, механическая степень сжатия увеличивается по мере уменьшения нагрузки на двигатель так, что фактическая степень сжатия поддерживается по существу постоянной. Следовательно, по мере уменьшения нагрузки на двигатель также повышается степень расширения. Необходимо отметить, что также при этом дроссельная заслонка 17 поддерживается в полностью открытом состоянии. Поэтому количество всасываемого воздуха, которое подается в камеру сгорания 5, регулируется путем изменения момента закрытия впускного клапана 7 независимо от дроссельной заслонки 17.

Таким образом, когда из состояния высокой нагрузки на двигатель нагрузка на двигатель снижается, механическую степень сжатия увеличивают вместе с уменьшением количества всасываемого воздуха при по существу постоянной фактической степени сжатия. То есть, когда поршень 4 достигает верхней мертвой точки при сжатии, объем камеры сгорания 5 уменьшают пропорционально уменьшению количества всасываемого воздуха. Поэтому, когда поршень 4 достигает верхней мертвой точки при сжатии, объем камеры сгорания 5 изменяется пропорционально количеству всасываемого воздуха. Необходимо отметить, что при этом в примере, показанном на фиг.9, соотношение воздуха и топлива в камере сгорания становится стехиометрическим соотношением воздуха и топлива, поэтому, когда поршень 4 достигает верхней мертвой точки при сжатии, объем камеры сгорания 5 изменяется пропорционально количеству топлива.

Если нагрузка на двигатель становится еще ниже, механическую степень сжатия также дополнительно увеличивают. Если нагрузка на двигатель падает до промежуточной нагрузки L₁ приблизительно около низкой нагрузки, механическая степень сжатия достигает предельной механической степени сжатия в соответствии с предельным значением для конструкции камеры сгорания 5. Если механическая степень сжатия достигает предельной механической степени сжатия, то в зоне нагрузки ниже нагрузки L₁ на двигатель, когда механическая степень сжатия достигает своего предельного значения, механическую степень сжатия поддерживают при ее предельном значении. Следовательно, во время работы двигателя с промежуточной нагрузкой со стороны низкой нагрузки и работы двигателя с низкой нагрузкой, т.е. на стороне низкой нагрузки на двигатель, механическая степень сжатия становится максимальной, и степень расширения также становится максимальной. Другими словами, со стороны работы двигателя с низкой нагрузкой механическую степень сжатия делают максимальной для того, чтобы получить максимальную степень расширения.

С другой стороны, в показанном на фиг.9 примере осуществления, если нагрузка на двигатель падает до L₁, то момент закрытия впускного клапана 7 становится предельным моментом закрытия, обеспечивающим регулирование количества всасываемого воздуха, подаваемого в камеру сгорания 5. Если момент закрытия впускного клапана 7 достигает предельного момента закрытия, то в зоне нагрузки ниже нагрузки L₁ на двигатель, когда момент закрытия впускного клапана 7 достигает предельного момента закрытия, момент закрытия впускного клапана 7 поддерживают на его предельном значении.

Если момент закрытия впускного клапана 7 поддерживают на его предельном значении, количество всасываемого воздуха нельзя дольше регулировать путем изменения момента закрытия впускного клапана 7. В примере осуществления, показанном на фиг.9, в это время, то есть в зоне нагрузки ниже нагрузки L₁ на двигатель, когда момент закрытия впускного клапана 7 достигает своего предельного значения, дроссельная заслонка 17 используется для регулирования количества всасываемого воздуха, подаваемого в камеру сгорания 5. Чем ниже нагрузка на двигатель, тем меньше делают степень открытия дроссельной заслонки 17.

С другой стороны, как показано пунктирной линией на фиг.9, существует возможность регулирования количества всасываемого воздуха безотносительно к дроссельной заслонке 17, путем установки момента закрытия впускного клапана 7 на опережение, когда нагрузка на двигатель становится ниже. Поэтому, если обобщенно выразить как случай, показанный на фиг.9 сплошной линией, так и случай, показанный пунктирной линией, то в примере осуществления в соответствии с настоящим изобретением, когда нагрузка на двигатель становится ниже, момент закрытия впускного клапана 7 перемещается в направлении от нижней мертвой точки НМТ при впуске до предельного момента закрытия L₁, обеспечивающего регулирование количества всасываемого воздуха, подаваемого в камеру сгорания 5. Таким образом, количество всасываемого воздуха может регулироваться путем изменения момента закрытия впускного клапана 7, как показано на фиг.9 сплошной линией, и может регулироваться путем его изменения, как показано пунктирной линией, но ниже настоящее изобретение будет объяснено со ссылкой на пример изменения момента закрытия впускного клапана 7, показанный на фиг.9 сплошной линией.

В связи с этим, как пояснялось выше, в цикле со сверхвысокой степенью расширения, показанном на фиг.8(В), степень расширения равна 26. Эта степень расширения является предпочтительно высокой, но, как можно понять из фиг.7, при значении 20 или более по отношению к используемой на практике нижней предельной фактической степени сжатия ε=5 может быть получен в значительной мере высокий теоретический тепловой кпд. Поэтому в настоящем изобретении механизм А изменения степени сжатия выполнен так, что степень расширения становится равной 20 или более.

Далее со ссылкой на фиг.10-12 будут объяснены понятия запретной зоны и базовой рабочей линии для механической степени сжатия и момента закрытия впускного клапана.

На фиг.10 показаны количество всасываемого воздуха, которое требуется для получения требуемой нагрузки на двигатель, то есть требуемое количество всасываемого воздуха, механическая степень сжатия и момент закрытия впускного клапана. Необходимо отметить, что на фиг.10 требуемое количество всасываемого воздуха увеличивается от исходного значения 0, в то время как механическая степень сжатия увеличивается от исходного значения 10. Кроме того, на фиг.10 момент закрытия впускного клапана выражен в виде угла поворота коленчатого вала после нижней мертвой точки при впуске (НМТ при впуске), поэтому момент закрытия впускного клапана смещается дальше от исходного 0 в сторону запаздывания.

С другой стороны, на фиг.10 Q₁, Q₂, Q₃, Q₄ и Q₅ обозначают соответственно плоскости одинакового количества всасываемого воздуха. Q₆ обозначает плоскость полного открытия дроссельной заслонки, где дроссельная заслонка 17 полностью открыта. Как можно понять из фиг.10, эта плоскость Q₆ полного открытия дроссельной заслонки представляет собой криволинейную плоскость, обращенную выпуклостью вверх. Чем дальше вниз от указанной плоскости Q₆ полного открытия дроссельной заслонки, тем меньше степень открытия дроссельной заслонки.

На фиг.10 заштрихованные зоны являются запретными зонами в плоскостях одинакового количества всасываемого воздуха Q₁, Q₂, Q₃, Q₄ и Q₅. С другой стороны, на фиг.11 показан вид сверху изображения на фиг.10. На фиг.12 (А) показана левая боковая плоскость S₁ на фиг.10, если смотреть в направлении стрелки, тогда как на фиг.12 (В) показана правая боковая плоскость S₂ на фиг.10, если смотреть в направлении стрелки. На этих фиг.11 и фиг.12 (А) и (В) заштрихованные зоны также представляют собой запретные зоны.

Из фиг.10, фиг.11 и фиг.12 (А) и (В) можно понять, что запретные зоны расположены в трех измерениях, и что, кроме того, запретные зоны содержат зоны X₁ стороны высокой нагрузки и зоны X₂ стороны низкой нагрузки, то есть два типа зон. Необходимо отметить, что как можно понять из фиг.10, 11 и фиг.12 (А) и (В), запретные зоны X₁ стороны высокой нагрузки образованы на той стороне, где требуемое количество всасываемого воздуха велико, момент закрытия впускного клапана находится на стороне опережения и механическая степень сжатия имеет высокое значение, тогда как запретные зоны Х₂ стороны низкой нагрузки образованы на той стороне, где требуемое количество всасываемого воздуха мало, момент закрытия впускного клапана находится на стороне запаздывания, а механическая степень сжатия имеет низкое значение.

Далее, на фиг.9 показана взаимосвязь между моментом закрытия впускного клапана, механической степенью сжатия, фактической степенью сжатия и степенью открытия дроссельной заслонки, которые обеспечивают минимальный расход топлива для требуемого количества всасываемого воздуха. Линия, удовлетворяющая указанной взаимосвязи, показана как сплошная линия W на фиг.10 и 11. Как можно понять из фиг.10, указанная линия W проходит по плоскости Q₆ полного открытия дроссельной заслонки со стороны большего количества всасываемого воздуха, чем в плоскости Q₃ одинакового количества всасываемого воздуха, и продолжается по правой боковой плоскости S₂ со стороны меньшего количества всасываемого воздуха, чем в плоскости Q₃ одинакового количества всасываемого воздуха. Эта плоскость Q₃ одинакового количества всасываемого воздуха соответствует нагрузке L₁ на фиг.9.

То есть на фиг.9 в зоне, где нагрузка на двигатель выше L₁, чем выше нагрузка на двигатель, тем больше требуемое количество всасываемого воздуха, тем больше смещен момент закрытия впускного клапана в сторону опережения в состоянии, когда дроссельная заслонка 17 полностью открыта. В это время механическую степень сжатия снижают по мере возрастания требуемого количества всасываемого воздуха, так что фактическая степень сжатия становится постоянной. Взаимосвязь между механической степенью сжатия и моментом закрытия впускного клапана в это время выражается линией W в плоскости Q₆ полного открытия дроссельной заслонки на фиг.10. То есть, как показано на фиг.10, с той стороны от плоскости Q₃ одинакового количества всасываемого воздуха, где количество всасываемого воздуха больше, с увеличением требуемого количества всасываемого воздуха момент закрытия впускного клапана больше сдвигается в сторону опережения в состоянии, когда дроссельная заслонка 17 полностью открыта. В это время механическую степень сжатия снижают с увеличением требуемого количества всасываемого воздуха, так что фактическая степень сжатия становится постоянной.

С другой стороны, как показано на фиг.9, в зоне, где нагрузка на двигатель ниже L₁, механическая степень сжатия и момент закрытия впускного клапана поддерживаются постоянными. Чем ниже нагрузка на двигатель, т.е. чем больше уменьшается требуемое количество всасываемого воздуха, тем больше уменьшают степень открытия дроссельной заслонки 17. Взаимосвязь между механической степенью сжатия и моментом закрытия впускного клапана в это время выражается линией W в правой боковой плоскости S₂ на фиг.10. То есть, как показано на фиг.10, со стороны, где количество всасываемого воздуха меньше, чем в плоскости Q₃ одинакового количества всасываемого воздуха, механическая степень сжатия и момент закрытия впускного клапана поддерживаются постоянными. Чем ниже нагрузка на двигатель, т.е. чем больше уменьшается требуемое количество всасываемого воздуха, тем больше уменьшают степень открытия дроссельной заслонки 17.

В данном описании линия, по которой следуют механическая степень сжатия и момент закрытия впускного клапана, когда изменяется требуемое количество всасываемого воздуха, называется "рабочая линия". В частности, линия W, показанная на фиг.10, называется "базовая рабочая линия". Необходимо отметить, что, как объяснялось ранее, указанная базовая рабочая линия соответствует рабочей линии при минимальном расходе топлива, обеспечивая минимальный расход топлива.

Как объяснялось ранее, на указанной базовой рабочей линии W фактическую степень сжатия делают постоянной. Фактическая степень сжатия никак не связана со степенью открытия дроссельной заслонки 17 и определяется только механической степенью сжатия и моментом закрытия впускного клапана, поэтому на фиг.10 она становится одинаковой фактической степенью сжатия на изогнутой плоскости, проходящей через базовую рабочую линию W и продолжающейся в вертикальном направлении. В этом случае фактическая степень сжатия становится высокой со стороны высокой механической степени сжатия от этой изогнутой плоскости, в то время как со стороны низкой механической степени сжатия от этой изогнутой плоскости фактическая степень сжатия становится низкой. То есть, грубо говоря, запретные зоны X₁ стороны высокой нагрузки расположены в зонах более высокой фактической степени сжатия, чем фактическая степень сжатия на базовой рабочей линии W, тогда как запретные зоны Х₂ стороны низкой нагрузки расположены в зонах более низкой фактической степени сжатия, чем фактическая степень сжатия на базовой рабочей линии W.

Но теперь, если повышать фактическую степень сжатия, чтобы повысить экономию топлива, то может возникнуть детонация. Если для предотвращения возникновения детонации задержать зажигание, то горение станет неустойчивым и могут возникнуть колебания крутящего момента. Запретные зоны X₁ стороны высокой нагрузки являются рабочими зонами, где происходят такие колебания крутящего момента. Поэтому во время работы двигателя необходимо не допускать перехода рабочего состояния двигателя в такие рабочие зоны, где происходят колебания крутящего момента. С другой стороны, если количество всасываемого воздуха мало и фактическая степень сжатия становится ниже, то горение будет становиться сильнее. Когда степень открытия дроссельной заслонки 17 становится меньше и конечное давление сжатия становится ниже, экономия топлива ухудшается и возникают колебания крутящего момента. Запретные зоны Х₂ стороны низкой нагрузки являются рабочими зонами, в которых возникают такие колебания крутящего момента. Поэтому при работе двигателя необходимо не допускать перехода рабочего состояния двигателя в такие рабочие зоны.

С другой стороны, чем выше становится фактическая степень сжатия, тем больше повышается экономия топлива. Поэтому рабочая линия минимального расхода топлива, при которой минимальный расход топлива может быть достигнут без возникновения детонации или колебаний крутящего момента, как показано линий W на фиг.10 и 11, продолжается вне запретных зон X₁ стороны высокой нагрузки вдоль наружных краев запретных зон X₁ стороны высокой нагрузки. Как объяснялось ранее, в примере осуществления настоящего изобретения эту рабочую линию минимального расхода топлива делают базовой рабочей линией W. По существу, механическая степень сжатия, момент закрытия впускного клапана и степень открытия дроссельной заслонки 17 регулируются в соответствии с требуемым количеством всасываемого воздуха так, что рабочая точка, указывающая сочетание механической степени сжатия и момента закрытия впускного клапана, перемещается по этой базовой рабочей линии W. Необходимо отметить, что текущая рабочая точка постоянно отслеживается датчиком 22 относительного положения, датчиком 23 момента открытия и закрытия клапана и датчиком 24 степени открытия дроссельной заслонки.

Далее будет пояснен способ регулирования механической степени сжатия, момента закрытия впускного клапана и степени открытия дроссельной заслонки 17 в соответствии с настоящим изобретением, начиная с базового способа регулирования. Этот базовый способ регулирования показан на фиг.13-15.

То есть на фиг.13 показан случай, в котором требуемое количество всасываемого воздуха увеличивают, когда механическая степень сжатия и момент закрытия впускного клапана поддерживаются при значениях в точке "m" на базовой рабочей линии W. В этом отношении, в примере осуществления настоящего изобретения, например, требуемое количество всасываемого воздуха рассчитывается в каждый заданный период времени. Рабочие точки на базовой рабочей линии W, удовлетворяющие требуемому количеству всасываемого воздуха, рассчитываемому в каждый заданный период времени, последовательно рассчитываются. Пример рабочих точек, удовлетворяющих требуемому количеству всасываемого воздуха, т.е. требуемых рабочих точек, показан на фиг.13 в виде точек а₁, а₂, а₃, а₄, a₅ и а₆. То есть в этом примере требуемой рабочей точкой, удовлетворяющей требуемому количеству всасываемого воздуха и определяемой первой после того, как увеличивают требуемое количество всасываемого воздуха, является точка a₁, требуемой рабочей точкой, удовлетворяющей требуемому количеству всасываемого воздуха и определяемой следующей, является точка a₂ и требуемой рабочей точкой, удовлетворяющей требуемому количеству всасываемого воздуха и определяемой следующей, является точка а₃.

Если требуемая рабочая точка меняется, то рабочая точка, которая показывает механическую степень сжатия и момент закрытия впускного клапана, меняется на новую требуемую рабочую точку. То есть в примере, показанном на фиг.13, рабочая точка, показывающая механическую степень сжатия и момент закрытия впускного клапана, меняется с точки "m" на точку "a₁", если требуемой рабочей точкой является точка a₁, в то время как рабочая точка, показывающая механическую степень сжатия и момент закрытия впускного клапана, меняется на точку а₂, если требуемой рабочей точкой является точка а₂. В этом случае, если механическая степень сжатия и момент закрытия впускного клапана достигают требуемой рабочей точки до изменения требуемой рабочей точки, то механическая степень сжатия и момент закрытия впускного клапана изменятся, следуя изменениям требуемой рабочей точки, вообще без всяких проблем. Однако, если механическая степень сжатия и момент закрытия впускного клапана не достигают требуемой рабочей точки до того как требуемая рабочая точка изменится, то иногда могут возникать проблемы.

То есть на фиг.13, когда механическая степень сжатия и момент закрытия впускного клапана находятся в точке "m", если при этом требуемой рабочей точкой является точка a₁, то механическая степень сжатия и момент закрытия впускного клапана не изменятся. В это время степень открытия дроссельной заслонки 17 увеличивают, чтобы удовлетворить требуемому количеству всасываемого воздуха. Ответное действие по изменению степени открытия дроссельной заслонки 17 с помощью исполнительного механизма 16 является чрезвычайно быстрым, поэтому, когда требуемой рабочей точкой становится точка a₁, то рабочая точка, которая показывает механическую степень сжатия и момент закрытия впускного клапана, немедленно перемещается из точки "m" в точку "a₁".

Далее, когда требуемой рабочей точкой становится точка а₂, механическую степень сжатия немного уменьшают, а момент закрытия впускного клапана немного смещается в сторону опережения, тогда как дроссельную заслонку 17 полностью открывают. При этом механическая степень сжатия и момент закрытия впускного клапана почти достигают окрестности требуемой рабочей точки а₂, когда вычисляется следующая требуемая рабочая точка а₃. Механическая степень сжатия и момент закрытия впускного клапана, достигнутые в это время, отображаются рабочей точкой b₂ на фиг.14, которая показывает, как они видны сверху фиг.13.

Если рассчитывается требуемая рабочая точка а₃, то механическая степень сжатия и момент закрытия впускного клапана начинают перемещаться из рабочей точки b₂ к требуемой рабочей точке а₃. То есть в состоянии, когда дроссельная заслонка 17 полностью открыта, механическую степень сжатия снижают, а момент закрытия впускного клапана устанавливают на опережение. Однако ответное действие изменения механической степени сжатия с помощью механизма А изменения степени сжатия и ответное действие изменения момента закрытия впускного клапана 7 с помощью механизма В изменения момента открытия и закрытия клапана не являются быстрыми. В частности, ответное действие изменения механической степени сжатия с помощью механизма А изменения степени сжатия является в значительной мере медленным. Поэтому, если скорость увеличения требуемого количества всасываемого воздуха велика, то требуемая рабочая точка и рабочая точка, показывающая фактические значения механической степени сжатия и момента закрытия впускного клапана, постепенно отдаляются друг от друга. Например, на фиг.14, когда требуемая рабочая точка перемещается к точке а₆, то возникает состояние, в котором рабочая точка, отражающая фактические значения механической степени сжатия и момента закрытия впускного клапана, продолжает оставаться около точки b₂.

Однако в таком случае при перемещении механической степени сжатия и момента закрытия впускного клапана к требуемой рабочей точке без входа в запретную зону X₁ путем регулирования с использованием обратной связи требуется время, пока механическая степень сжатия и момент закрытия впускного клапана достигнут требуемой рабочей точки. То есть в этом случае путем установки момента закрытия впускного клапана на опережение, когда рабочая точка готова войти внутрь запретной зоны X₁, действие по установке момента закрытия впускного клапана на опережение прекращается, после чего механическую степень сжатия уменьшают точно на определенную величину. Если механическую степень сжатия уменьшают точно на определенную величину, момент закрытия впускного клапана снова устанавливается на опережение. Если рабочая точка готова войти в запретную зону X₁, действие по задержке момента закрытия впускного клапана прекращается. Ниже это повторяется.

То есть при перемещении механической степени сжатия и момента закрытия впускного клапана к требуемой рабочей точке путем регулирования с использованием обратной связи рабочая точка, показывающая механическую степень сжатия и момент закрытия впускного клапана, перемещается зигзагообразно вдоль внешних краев запретной зоны X₁, поэтому требуется время для того, чтобы механическая степень сжатия и момент закрытия впускного клапана достигли требуемой рабочей точки. В результате нельзя добиться надлежащей реакции двигателя на изменения требуемого количества всасываемого воздуха.

Поэтому в настоящем изобретении при изменении требуемого количества всасываемого воздуха рассчитывается целевая рабочая точка, которую могут достичь механическая степень сжатия и момент закрытия впускного клапана спустя определенное время при перемещении от текущей рабочей точки к требуемой рабочей точке, удовлетворяющей требуемому количеству всасываемого воздуха, без входа в запретные зоны X₁ и Х₂, а механическую степень сжатия и момент закрытия впускного клапана изменяют в направлении этой целевой рабочей точки.

Далее будет объяснен один пример осуществления настоящего изобретения со ссылкой на фиг.14, на которой показана плоскость Q₆ полного открытия дроссельной заслонки. Как объяснялось выше, на фиг.14 показан случай, в котором, когда требуемой рабочей точкой становится точка а₃, рабочей точкой, показывающей механическую степень сжатия и момент закрытия впускного клапана, является точка b₂. В этом случае стрелка R₂ выражает значение, которого может достичь механическая степень сжатия за заданное фиксированное время при перемещении к требуемой рабочей точке а₃, тогда как стрелка S₂ выражает значение, которого может достичь момент закрытия впускного клапана за заданное фиксированное время при перемещении к требуемой рабочей точке а₃. Кроме того, как показано на фиг.14, точка c₂ представляет собой целевую рабочую точку, которая может быть достигнута за фиксированное время при перемещении от текущей рабочей точки b₂ к требуемой рабочей точке а₃, удовлетворяющей требуемому количеству всасываемого воздуха, без входа в запретную зону X₁.

Как показано на фиг.14, когда требуемое количество всасываемого воздуха увеличивают и рабочая точка b₂ и требуемая рабочая точка а₃ находятся в плоскости Q₆ полного открытия дроссельной заслонки, эта целевая рабочая точка c₂ находится на базовой рабочей линии W, в примере, показанном на фиг.14 - на рабочей линии W минимального расхода топлива. То есть в примере, представленном на фиг.14, когда дроссельная заслонка 17 поддерживается в полностью открытом состоянии, целевую рабочую точку перемещают за пределы запретных зон X₁ на рабочей линии W минимального расхода топлива, идущей вдоль наружных краев запретных зон X₁.

Кроме того, на фиг.14, когда требуемой рабочей точкой является точка a₆, если рабочей точкой, показывающей механическую степень сжатия и момент закрытия впускного клапана, является точка b_i, то в этом случае целевой рабочей точкой также делают точку c_i на базовой рабочей линии W. Необходимо отметить, что на фиг.14 стрелка R_i аналогичным образом выражает значение, которого может достичь механическая степень сжатия за фиксированное время, тогда как стрелка S_i выражает значение, которого может достичь момент закрытия впускного клапана за фиксированное время.

Таким образом, в примере, представленном на фиг.14, если целевая рабочая точка c₂ рассчитывается, когда рабочей точкой является точка b₂, то рабочая точка, показывающая механическую степень сжатия и момент закрытия впускного клапана, будет достигать целевой рабочей точки c₂ за фиксированное время. В этот время рассчитывается следующая новая целевая рабочая точка, которая может быть достигнута за фиксированное время при перемещении от текущей рабочей точки с₂ к требуемой рабочей точке, удовлетворяющей требуемому количеству всасываемого воздуха, без входа в запретную зону X₁. Указанная рабочая точка за фиксированное время достигает этой новой целевой рабочей точки. В этом случае в примере осуществления настоящего изобретения механическая степень сжатия, момент закрытия впускного клапана и степень открытия дроссельной заслонки 17 обеспечивают так, чтобы они достигали целевой рабочей точки с помощью ПИД-регулирования (пропорционально-интегрально-дифференциального регулирования).

Таким образом, в примере, представленном на фиг.14, рабочая точка, показывающая механическую степень сжатия и момент закрытия впускного клапана, плавно, без остановок перемещается по базовой рабочей линии W. То есть на фиг.13, когда механическая степень сжатия и момент закрытия впускного клапана поддерживаются в точке "m", если требуемое количество всасываемого воздуха увеличивают, то механическую степень сжатия и момент закрытия впускного клапана можно плавно изменять по базовой рабочей линии W без останова, как показано стрелкой на фиг.15. В результате становится возможным обеспечить надлежащее ответное действие двигателя на изменения требуемого количества всасываемого воздуха.

В этом случае, чтобы дополнительно улучшить ответное действие двигателя на требуемое количество всасываемого воздуха, предпочтительно как можно больше отдалить целевые рабочие точки с₂ и c_i от соответствующих текущих рабочих точек b₂ и b_i. Поэтому в примере осуществления настоящего изобретения целевыми рабочими точками c₂ и c_i делают рабочие точки, наиболее удаленные от текущих рабочих точек b₂ и b_i из числа рабочих точек, которых можно достичь за фиксированное время при перемещении от соответствующих текущих рабочих точек b₂ и b_i к требуемой рабочей точке, удовлетворяющей требуемому количеству всасываемого воздуха, без входа в запретную зону X₁.

То есть, когда текущей рабочей точкой является точка b₂, пределом, достигаемым механической степенью сжатия из рабочей точки b₂, делают целевую рабочую точку c₂. Что касается момента закрытия впускного клапана, то эта целевая рабочая точка c₂ устанавливается перед достижимым пределом момента закрытия впускного клапана от рабочей точки b₂. Поэтому в это время механическую степень сжатия снижают с максимально возможной скоростью, тогда как момент закрытия впускного клапана устанавливают на опережение со скоростью, меньшей, чем максимально возможная скорость. В отличие от этого, когда текущей рабочей точкой является точка b_i, достижимым пределом момента закрытия впускного клапана от рабочей точки b_i делают целевую рабочую точку c_i. Что касается механической степени сжатия, то эта целевая рабочая точка c_i устанавливается перед достижимым пределом момента закрытия впускного клапана от рабочей точки b_i. Поэтому в это время момент закрытия впускного клапана устанавливается на опережение с максимально возможной скоростью, тогда как механическую степень сжатия уменьшают со скоростью меньшей, чем максимально возможная скорость.

Максимальная скорость изменения, возможная для момента закрытия впускного клапана, т.е. значение, которое может быть достигнуто за фиксированное время, не слишком зависит от рабочего состояния двигателя. Поэтому значение, которого может достичь момент закрытия впускного клапана за фиксированное время, становится постоянным независимо от рабочего состояния двигателя. В противоположность этому, максимальная скорость изменения, возможная для механической степени сжатия, т.е. значение, которое может быть достигнуто за фиксированное время, сильно зависит от рабочего состояния двигателя и т.д. Ниже это будет объяснено со ссылкой на фиг.16-19.

На фиг.16 показана взаимосвязь между величиной изменения механической степени сжатия за фиксированное время, т.е. разности степени сжатия между текущей механической степенью сжатия и механической степенью сжатия, которая может быть достигнута за фиксированное время, и нагрузкой на двигатель. Необходимо отметить, что на фиг.16 показана величина изменения степени сжатия, когда механическую степень сжатия делают некоторой механической степенью сжатия. На фиг.16 штрихпунктирная линия F₀ показывает величину изменения степени сжатия, когда двигатель остановлен. Кроме того, на фиг.16 пунктирной линией показан крутящий момент, приложенный к механизму А изменения степени сжатия за счет давления сгорания. Этот крутящий момент действует в направлении выхода блока 2 цилиндров наружу из картера 1 двигателя, т.е. в направлении, в котором степень сжатия снижают. Этот крутящий момент, показанный пунктирной линией, делают тем больше, чем выше становится давление сгорания, то есть чем выше становится нагрузка на двигатель.

Таким образом, этот крутящий момент действует на механизм А изменения степени сжатия в направлении, в котором степень сжатия снижают, поэтому, когда механическую степень сжатия снижают, она легко снижается. Поэтому в этом случае величина изменения степени сжатия становится больше. На фиг.16 сплошной линией F₁ показана величина изменения степени сжатия в этом случае. Величина изменения степени сжатия в этом случае становится больше с повышением нагрузки на двигатель. В отличие от этого указанный крутящий момент противодействует увеличению механической степени сжатия, поэтому, когда механическую степень сжатия повышают, величина изменения степени сжатия становится меньше по сравнению с тем, когда механическую степень сжатия снижают. На фиг.16 сплошной линией F₂ показана величина изменения степени сжатия в случае, когда механическую степень сжатия увеличивают. Величина изменения степени сжатия в этом случае становится меньше с повышением нагрузки на двигатель.

В одном примере осуществления настоящего изобретения величину изменения степени сжатия, которая становится базовой, как показано на фиг.16 линией F₀, сохраняют в памяти заранее. Для расчета величины изменения степени сжатия в соответствии с нагрузкой на двигатель эту базовую величину изменения степени сжатия корректируют посредством зависимости, показанной на фиг.16 линиями F₁ и F₂. Далее значение механической степени сжатия, которое может быть достигнуто за фиксированное время, рассчитывают по этой рассчитанной величине изменения степени сжатия. То есть в этом примере осуществления значение механической степени сжатия, которое может быть достигнуто за фиксированное время, изменяется в соответствии с нагрузкой на двигатель, когда изменяется требуемое количество всасываемого воздуха.

На фиг.17 показана взаимосвязь между величиной изменения механической степени сжатия и углами поворота распределительных валов 54 и 55, т.е. углами поворота дисковых кулачков 58, за фиксированное время. Необходимо отметить, что на левом конце оси абсцисс на фиг.17 указан момент самого низкого значения механической степени сжатия, которое показано на фиг.3(А), тогда как на правом конце оси абсцисс на фиг.17 указан момент самого высокого значения механической степени сжатия, которое показано на фиг.3(С). Кроме того, на фиг.17 показана величина изменения степени сжатия, когда нагрузка на двигатель является некоторой нагрузкой. Пунктирной линией на фиг.17 показан крутящий момент, приложенный к механизму А изменения степени сжатия за счет давления сгорания.

В примере осуществления, показанном на фиг.2, в качестве червячных передач используется тип, в котором червяки 61 и 62 не предназначены для приведения во вращение червячными колесами 63 и 64, то есть тип, в котором червяки 61 и 62 действуют так, чтобы блокировать обратное вращение червячных колес 63 и 64. Штрихпунктирная линия G₀ на фиг.17 показывает величину изменения степени сжатия, когда работа двигателя останавливается при использовании таких червячных передач. Как можно понять из фиг.3(А), 3(В) и 3(С), когда механическая степень сжатия имеет промежуточное значение, т.е. в момент, показанный на фиг.3(В), изменение степени сжатия на единичный угол поворота распределительных валов 54, 55 становится максимальным. Поэтому, как показано штрихпунктирной линией G₀ на фиг.17, величина изменения степени сжатия становится максимальной, когда механическая степень сжатия имеет промежуточное значение.

Кроме того, как показано пунктирной линией на фиг.17, крутящий момент, приложенный к механизму А изменения степени сжатия за счет давления сгорания, становится наибольшим в момент, показанный на фиг.3(В), то есть в момент, когда механическая степень сжатия имеет промежуточное значение. С другой стороны, на фиг.17 сплошной линией G₁ показан случай, когда механическую степень сжатия снижают, тогда как сплошной линией G₂ показан случай, когда механическую степень сжатия повышают. Как показано на фиг.17, когда механическую степень сжатия снижают, величина изменения G₁ степени сжатия становится больше, чем величина изменения G₂ степени сжатия, когда механическую степень сжатия повышают. Далее, когда механическая степень сжатия имеет промежуточное значение, крутящий момент, обусловленный давлением сгорания, становится самым высоким, поэтому в этот момент величина изменения G₁ степени сжатия становится высокой, а величина изменения G₂ степени сжатия снижается.

В примере осуществления настоящего изобретения величина изменения степени сжатия, которая становится базовой, показанной на фиг.17 линией G₀, сохраняется в памяти заранее. Для расчета величины изменения степени сжатия в соответствии с углами поворота распределительных валов 54 и 55 эту базовую величину изменения степени сжатия корректируют с помощью зависимостей, показанных линиями G₁ и G₂ на фиг.17. Кроме того, для расчета величины изменения степени сжатия в соответствии с углами поворота распределительных валов 54 и 55 и нагрузки на двигатель эту базовую величину изменения степени сжатия корректируют с помощью зависимостей, показанных линиями F₁ и F₂ на фиг.16. Далее значение механической степени сжатия, которое может быть достигнуто за фиксированное время, рассчитывается по этой рассчитанной величине изменения степени сжатия.

То есть в этом примере осуществления, когда требуемое количество всасываемого воздуха изменяется, значение механической степени сжатия, которое может быть достигнуто за фиксированное время, изменяют в соответствии с углом поворота вращающихся кулачков 58 и нагрузкой на двигатель.

С другой стороны, на фиг.18 иллюстрируется влияние состояния смазки подшипников скольжения на величину изменения степени сжатия в случае, когда все подшипники механизма А изменения степени сжатия содержат подшипники скольжения. То есть чем выше нагрузка на двигатель, тем легче состояние смазки становится предельным диапазоном смазки, где масляная пленка начинает разрушаться. Кроме того, чем ниже рабочая скорость на поверхностях подшипника, тем легче состояние смазки становится предельным диапазоном смазки. Поэтому, как показано на фиг.18, если показатель (нагрузка на двигатель/производительность) превышает определенное предельное значение, состояние смазки соответствует предельному диапазону смазки. В результате сила трения на подшипниках скольжения возрастает, поэтому величина изменения степени сжатия становится меньше.

В другом примере осуществления настоящего изобретения величина изменения степени сжатия рассчитывается также с учетом состояния смазки на подшипниках скольжения. Например, базовая величина изменения степени сжатия, показанная линией F₀ на фиг.16, корректируется зависимостью, показанной линиями F₁ и F₂ на фиг.16, скорректированная величина изменения степени сжатия корректируется зависимостью, показанной линиями G₁ и G₂ на фиг.17, и скорректированная величина изменения степени сжатия корректируется зависимостью, показанной на фиг.18, чтобы рассчитать величину изменения степени сжатия в соответствии с нагрузкой на двигатель, углами поворота распределительных валов 54, 55 и показателем (нагрузка на двигатель/производительность). Далее, на основании рассчитанной таким образом величины изменения степени сжатия рассчитывается значение, которое может быть достигнуто механической степенью сжатия за фиксированное время.

На фиг.19 показан пример осуществления, в котором определяются колебания нагрузки на двигатель, и на основании обнаруженных колебаний нагрузки на двигатель рассчитывается величина изменения степени сжатия. Если давление сгорания колеблется между циклами или между цилиндрами, эксцентриковый вал 57 изгибается и относительное положение между блоком 2 цилиндров и картером 1 двигателя изменяется. Изменение относительного положения этого блока 2 цилиндров и картера 1 двигателя, то есть изменение расстояния между блоком 2 цилиндров и картером 1 двигателя, регистрируется датчиком 22 относительного расположения. Расстояние между блоком 2 цилиндров и картером 1 двигателя увеличивается по мере повышения давления сгорания.

Как объяснялось ранее, на механизм А изменения степени сжатия действует крутящий момент вследствие давления сгорания. Этот крутящий момент действует на механизм А изменения степени сжатия в направлении, вызывающем снижение степени сжатия. Следовательно, при повышении давления сгорания механизм А изменения степени сжатия обеспечивает беспрепятственное снижение механической степени сжатия. H₁ на фиг.19 показывает величину изменения степени сжатия, когда механическую степень сжатия снижают, тогда как Н₂ на фиг.19 показывает величину изменения степени сжатия, когда механическую степень сжатия увеличивают. Значение, которого механическая степень сжатия может достигнуть за фиксированное время, рассчитывается по этой величине изменения степени сжатия.

В этом примере осуществления можно надлежащим образом регулировать величину изменения степени сжатия в соответствии с колебаниями давления сгорания. В частности, при регулировании величины изменения степени сжатия в соответствии с нагрузкой на двигатель, как показано на фиг.16, и последующем регулировании величины изменения степени сжатия в это время на основании давления сгорания, как показано на фиг.19, можно точно регулировать величину изменения степени сжатия до оптимальной величины изменения степени сжатия. Следует отметить, что, если в качестве зубчатого зацепления использовать зубчатое зацепление такого типа, которое может повернуть червяки 61 и 62 с помощью червячных колес 63 и 64, изгиб эксцентрикового вала 57 при колебаниях давления сгорания и дальше увеличивается, и в результате датчик 22 относительного расположения может более точно определять колебания крутящего момента, действующего на механизм А изменения степени сжатия вследствие давления сгорания.

Далее, со ссылкой на фиг.20-35 будет объяснен случай, в котором требуемое количество всасываемого воздуха уменьшают. Следует отметить, что из указанных фиг.20-35 на фиг.20 и 21 показан случай, в котором требуемое количество всасываемого воздуха уменьшают медленно, на фиг.22-29 показан случай, в котором требуемое количество всасываемого воздуха уменьшают относительно быстро, а на фиг.30-35 показан случай, в котором требуемое количество всасываемого воздуха уменьшают очень быстро. Следует отметить, что на фиг.20-35 показан случай, в котором действие уменьшения требуемого количества всасываемого воздуха начинается, когда рабочая точка, показывающая сочетание механической степени сжатия и времени закрытия впускного клапана, находится в точке "n" на базовой рабочей линии W.

Сначала со ссылкой на фиг.20 и 21 будет объяснен случай, в котором требуемое количество всасываемого воздуха уменьшают медленно. Следует отметить, что на фиг.21 показана плоскость Q₆ полного открытия дроссельной заслонки, аналогичная фиг.14.

На фиг.21 показа взаимосвязь между текущей рабочей точкой и требуемой рабочей точкой в этом случае. То есть на фиг.21 показано, что требуемой рабочей точкой является точка d_i, когда текущей рабочей точкой является точка e_i. При этом значение, которого механическая степень сжатия может достигнуть за фиксированное время, обозначено R_i. При этом значение, которого может достигнуть момент закрытия впускного клапана за фиксированное время, обозначено S_i. Кроме того, на фиг.21 показана требуемая рабочая точка, когда текущей рабочей точкой является точка e_j рядом с точкой d_j. При этом значение, которого может достигнуть механическая степень сжатия за фиксированное время, обозначается R_j. При этом значение, которого может достигнуть момент закрытия впускного клапана за фиксированное время, обозначено S_j.

В этом случае требуемая рабочая точка d_i становится перед достижимым пределом механической степени сжатия и перед достижимым пределом момента закрытия впускного клапана, поэтому требуемая рабочая точка d_i соответствует целевой рабочей точке. Аналогичным образом требуемая рабочая точка d_j становится перед достижимым пределом механической степени сжатия и перед достижимым пределом момента закрытия впускного клапана, поэтому требуемая рабочая точка d_j соответствует целевой рабочей точке. Следовательно, в этом случае рабочая точка перемещается по базовой рабочей линии W. То есть, когда требуемое количество всасываемого воздуха уменьшается медленно, дроссельная заслонка 17 удерживается полностью открытой, и в этом состоянии момент закрытия впускного клапана постепенно задерживается, а механическая степень сжатия постепенно увеличивается, так что фактическая степень сжатия становится постоянной.

Далее со ссылкой на фиг.22-29 будет объяснен случай, в котором требуемое количество всасываемого воздуха уменьшают относительно быстро. Как объяснялось ранее, в примере осуществления настоящего изобретения требуемое количество всасываемого воздуха рассчитывается, например, через каждый заданный интервал времени. Последовательно рассчитанные требуемые рабочие точки на базовой рабочей линии W, удовлетворяющие требуемому количеству всасываемого воздуха, показаны на фиг.22 как точки d₁, d₂, d₃, d₄ и d₅.

Следует отметить, что для упрощения понимания регулирования в соответствии с настоящим изобретением на фиг.22 показан случай, в котором требуемое количество всасываемого воздуха в требуемой рабочей точке d₁ равно Q₅, требуемое количество всасываемого воздуха в требуемой рабочей точке d₂ является значением между Q₅ и Q₄, требуемое количество всасываемого воздуха в требуемой рабочей точке d₃ равно Q₄, требуемое количество всасываемого воздуха в требуемой рабочей точке d₄ является значением между Q₄ и Q₃, а требуемое количество всасываемого воздуха в требуемой рабочей точке d₅ равно Q₃. То есть показан случай, в котором требуемое количество всасываемого воздуха, рассчитываемое последовательно, изменяется от Q₆ (точка «n») до Q₅, значения между Q₅ и Q₄, Q₄, значения между Q₄ и Q₃ и Q₃.

Кроме того, на фиг.23 показана плоскость Q₆ полного открытия дроссельной заслонки, на фиг.24 показана плоскость одинакового количества всасываемого воздуха, где количество всасываемого воздуха равно Q₅, на фиг.25 показана плоскость одинакового количества всасываемого воздуха, где количество всасываемого воздуха представляет собой величину между Q₅ и Q₄, на фиг.26 показана плоскость одинакового количества всасываемого воздуха, где количество всасываемого воздуха равно Q₄, на фиг.27 показана плоскость одинакового количества всасываемого воздуха, где количество всасываемого воздуха представляет собой значение между Q₄ и Q₃, а на фиг.28 показана плоскость одинакового количества всасываемого воздуха, где количество всасываемого воздуха равно Q₃.

Итак, когда механическая степень сжатия и момент закрытия впускного клапана удерживаются в рабочей точке "n", показанной на фиг.22, требуемое количество всасываемого воздуха изменяется от Q₆ до Q₅. В результате, когда требуемой рабочей точкой становится точка d₁, сначала, как показано на фиг.23, рассчитывается целевая рабочая точка e₁ на плоскости Q₆ широкого открытия дроссельной заслонки. Метод расчета этой целевой рабочей точки e₁ тот же, что и метод, который был объяснен ранее. Целевая рабочая точка e₁ без входа в запретную зону X₁, ближайшая к требуемой рабочей точке d₁, рассчитывается на основании величины, которой может достигнуть механическая степень сжатия за фиксированное время, и величины, которой может достигнуть момент закрытия впускного клапана за фиксированное время. В примере, показанном на фиг.23, эта целевая рабочая точка e₁ расположена на базовой рабочей линии W.

Теперь количество всасываемого воздуха в этой целевой рабочей точке e₁ является значением между Q₆ и Q₅ и соответствует состоянию превышения требуемого количества всасываемого воздуха Q₅. Однако количество всасываемого воздуха предпочтительно делают соответствующим насколько возможно требуемому количеству всасываемого воздуха. В этом отношении, когда требуемое количество всасываемого воздуха уменьшают, можно регулировать количество всасываемого воздуха, изменяя степень открытия дроссельной заслонки 17. Поэтому, когда в состоянии, в котором количество всасываемого воздуха в целевой рабочей точке e₁ больше, чем требуемое количество всасываемого воздуха Q₅, целевые значения механической степени сжатия и момента закрытия впускного клапана не изменяют, но дроссельную заслонку 17 закрывают до целевой степени закрытия, которая необходима для того, чтобы сделать количество всасываемого воздуха требуемым количеством всасываемого воздуха Q₅.

То есть на фиг.22 точку на плоскости Q₅ одинакового количества всасываемого воздуха, расположенную непосредственно под целевой рабочей точкой e₁ на плоскости Q₆ полного открытия дроссельной заслонки, показанной на фиг.23, делают конечной целевой рабочей точкой e₁. Конечная целевая рабочая точка e₁ на плоскости Q₅ одинакового количества всасываемого воздуха показана на фиг.22 и 24. Механическая степень сжатия, момент закрытия впускного клапана и степень открытия дроссельной заслонки 17 изменяют по направлению к конечной целевой рабочей точке e₁. То есть в это время механическую степень сжатия увеличивают, момент закрытия впускного клапана задерживается, а степень открытия дроссельной заслонки 17 делают меньше полностью открытого состояния.

Далее, если требуемое количество всасываемого воздуха становится значением между Q₅ и Q₄, а требуемой рабочей точкой становится точка d₂, в это время, как показано на фиг.24, рассчитывается целевая рабочая точка е₂ на плоскости одинакового количества всасываемого воздуха при текущем количестве всасываемого воздуха, равном Q₅. Методом расчета этой целевой рабочей точки е₂ также является тот же метод расчета, что и объясненный ранее. Целевая рабочая точка е₂ без входа в запретную зону X₁, ближайшая к требуемой рабочей точке d₂, рассчитывается на основании значения механической степени сжатия, которое может быть достигнуто за фиксированное время, и значения момента закрытия впускного клапана, которое может быть достигнуто за фиксированное время. В примере, показанном на фиг.24, эта целевая рабочая точка е₂ расположена на базовой рабочей линии W на плоскости Q₅ одинакового количества всасываемого воздуха.

В этом отношении, в этом случае также количество всасываемого воздуха в целевой рабочей точке е₂ больше, чем требуемое количество всасываемого воздуха. Поэтому в данном случае также на фиг.22 точку на плоскости одинакового количества всасываемого воздуха (значение между Q₅ и Q₄), которая расположена непосредственно под целевой рабочей точкой е₂ на плоскости Q₅ одинакового количества всасываемого воздуха, показанной на фиг.24, делают конечной целевой рабочей точкой е₂. Конечная целевая рабочая точка на этой плоскости одинакового количества всасываемого воздуха (значение между Q₅ и Q₄) показана на фиг.22 и 25. Механическую степень сжатия, момент закрытия впускного клапана и степень открытия дроссельной заслонки 17 изменяют по направлению к конечной целевой рабочей точке е₂. В это время также механическую степень сжатия увеличивают, момент закрытия впускного клапана задерживается, а степень открытия дроссельной заслонки 17 уменьшают по сравнению с состоянием полного открытия.

Далее, когда требуемое количество всасываемого воздуха становится равным Q₄, потом становится значением между Q₄ и Q₃, а потом становится равным Q₃, аналогичная операция последовательно повторяется. То есть, когда требуемое количество всасываемого воздуха становится равным Q₄, как показано на фиг.26, рассчитывается конечная целевая рабочая точка е₃ на плоскости Q₄ одинакового количества всасываемого воздуха, когда требуемое количество всасываемого воздуха становится значением между Q₄ и Q₃, как показано на фиг.27, рассчитывается конечная целевая рабочая точка е₄ на плоскости одинакового количества всасываемого воздуха (значение между Q₄ и Q₃), после этого, когда требуемое количество всасываемого воздуха становится равным Q₃, как показано на фиг.28, рассчитывается конечная целевая рабочая точка e₅ на плоскости Q₃ одинакового количества всасываемого воздуха.

В течение этого времени, то есть, когда механическую степень сжатия, момент закрытия впускного клапана и степень открытия дроссельной заслонки 17 последовательно изменяют по направлению к конечным целевым рабочим точкам е₃, е₄ и e₅, механическую степень сжатия увеличивают, момент закрытия впускного клапана задерживается, а степень открытия дроссельной заслонки 17 уменьшают.

Если требуемое количество всасываемого воздуха становится равным Q₃, как показано на фиг.28, конечные целевые рабочие точки е₅, е₇, e₈, e₉ и е₁₀ рассчитываются последовательно на плоскости Q₃ одинакового количества всасываемого воздуха, и механическую степень сжатия, момент закрытия впускного клапана и степень открытия дроссельной заслонки 17 изменяют по последовательным конечным целевым рабочим точкам е₆, e₇, e₈, е₉ и е₁₀ до требуемой рабочей точки d₅. В течение этого периода механическую степень сжатия увеличивают, момент закрытия впускного клапана задерживается, пока не будет достигнута точка e₈, а степень открытия дроссельной заслонки 17 постепенно увеличивается, и заслонку полностью открывают при достижении точки e₈.

На фиг.29 показаны изменения момента закрытия впускного клапана, механической степени сжатия, фактической степени сжатия и степени открытия дроссельной заслонки, когда, как показано на фиг.22, целевое количество всасываемого воздуха уменьшают относительно быстро от Q₆ (точка «n») до Q₃ (целевая рабочая точка d₅). Из фиг.29 можно понять, что в этом случае после того, как требуемое количество всасываемого воздуха становится целевым значением (рабочая точка e₄), действие по задержке момента закрытия впускного клапана заканчивается (рабочая точка e₈), затем заканчивается действие по увеличению механической степени сжатия (целевая рабочая точка d₅). С другой стороны, фактическая степень сжатия постепенно уменьшается, пока не завершится действие по задержке момента закрытия впускного клапана (рабочая точка e₈), затем постепенно возрастает. Кроме того, степень открытия дроссельной заслонки постепенно снижают от полностью открытого состояния, пока рабочая точка не станет рабочей точкой е₅ на плоскости Q₃ одинакового количества всасываемого воздуха, после чего дроссельную заслонку постепенно открывают до полностью открытого состояния, пока не завершится действие по задержке момента закрытия впускного клапана (рабочая точка e₈).

Как показано на фиг.22-29, когда требуемое количество всасываемого воздуха уменьшают относительно быстро, дополнительно к регулированию механической степени сжатия и момента закрытия впускного клапана регулируется степень открытия дроссельной заслонки. В настоящем изобретении при этом установлены трехмерные запретные зоны X₁ и Х₂ для сочетания механической степени сжатия, момента закрытия впускного клапана и степени открытия дроссельной заслонки. Рабочей точке, показывающей сочетание механической степени сжатия, момента закрытия впускного клапана и степени открытия дроссельной заслонки, запрещен вход в трехмерные запретные зоны X₁ и Х₂.

Следует отметить, что в этом случае также после изменения требуемого количества всасываемого воздуха рассчитывается целевая рабочая точка, которой механическая степень сжатия и момент закрытия впускного клапана могут достигнуть за фиксированное время, перемещаясь от текущей рабочей точки к рабочей точке, удовлетворяющей требуемому количеству всасываемого воздуха без входа в трехмерные запретные зоны X₁ и Х₂, а механическую степень сжатия и момент закрытия впускного клапана изменяют по направлению к рассчитанной целевой рабочей точке. Кроме того, в этом случае, когда требуемое количество всасываемого воздуха изменяется, степень открытия дроссельной заслонки изменяют в соответствии с требуемым количеством всасываемого воздуха так, что степень открытия дроссельной заслонки не входит в трехмерные запретные зоны X₁ и Х₂.

Следует отметить, что в этом случае также, чтобы обеспечить достижение механической степенью сжатия, моментом закрытия впускного клапана и степенью открытия дроссельной заслонки требуемой рабочей точки, удовлетворяющей требуемому количеству всасываемого воздуха, насколько возможно быстро, целевой рабочей точкой делают рабочую точку, наиболее удаленную от текущей рабочей точки из числа рабочих точек, которых эти показатели могут достигнуть за фиксированное время, при перемещении от текущей рабочей точки к рабочей точке, удовлетворяющей требуемому количеству всасываемого воздуха, без входа в трехмерные запретные зоны X₁ и Х₂.

Кроме того, в этом случае, в примере осуществления настоящего изобретения, когда требуемое количество всасываемого воздуха уменьшается, рассчитывается целевая рабочая точка, которой могут достигнуть механическая степень сжатия и момент закрытия впускного клапана за фиксированное время, перемещаясь от текущей рабочей точки к рабочей точке, удовлетворяющей требуемому количеству всасываемого воздуха, без входа в запретные зоны X₁ и Х₂ при текущем количестве всасываемого воздуха, а механическую степень сжатия и момент закрытия впускного клапана изменяют по направлению к целевой рабочей точке. С другой стороны, в этом случае для степени открытия дроссельной заслонки рассчитывается целевая степень открытия, удовлетворяющая требуемому количеству всасываемого воздуха, в рассчитанной целевой рабочей точке, а степень открытия дроссельной заслонки изменяют на такую целевую степень открытия, которая не находится в трехмерных запретных зонах X₁ и Х₂.

Далее со ссылкой на фиг.30-35 будет объяснен случай, когда требуемое количество всасываемого воздуха резко уменьшают до минимального количества всасываемого воздуха Q₁. Как объяснялось ранее, в примере осуществления настоящего изобретения требуемое количество всасываемого воздуха рассчитывается, например, каждый заданный интервал времени. Последовательно рассчитанные требуемые рабочие точки на базовой рабочей линии W, которые удовлетворяют требуемому количеству всасываемого воздуха, показаны на фиг.30 как точки d₁, d₂ и d₃.

Следует отметить, что для упрощения понимания способа регулирования в соответствии с настоящим изобретением на фиг.30 показан случай, когда требуемое количество всасываемого воздуха в требуемой рабочей точке d₁ равно Q₄, требуемое количество всасываемого воздуха в требуемой рабочей точке d₂ представляет собой значение между Q₂ и Q₃ и требуемое количество всасываемого воздуха в требуемой рабочей точке d₃ равно Q₁. То есть показан случай, в котором требуемое количество всасываемого воздуха, рассчитываемое последовательно, изменяется от Q₆ (точка "n") к Q₄, значению между Q₂ и Q₃ и Q₁.

Кроме того, на фиг.31 показана плоскость Q₆ полного открытия дроссельной заслонки, на фиг.32 показана плоскость одинакового количества всасываемого воздуха, где количество всасываемого воздуха равно Q₄, на фиг.33 показана плоскость одинакового количества всасываемого воздуха, где количество всасываемого воздуха является величиной между Q₃ и Q₂, а на фиг.34 показана плоскость одинакового количества всасываемого воздуха, где количество всасываемого воздуха равно Q₁.

Итак, когда механическая степень сжатия и момент закрытия впускного клапана удерживаются в рабочей точке "n", показанной на фиг.30, требуемое количество всасываемого воздуха изменяется от Q₆ до Q₄, и в результате, если требуемой рабочей точкой становится d₁, сначала, как показано на фиг.31, рассчитывается целевая рабочая точка e₁ на плоскости Q₆ полного открытия дроссельной заслонки. Метод расчета этой целевой рабочей точки e₁ тот же, что и метод расчета, представленный на фиг.23. Целевая рабочая точка e₁, ближайшая к требуемой рабочей точке d₁ без входа в запретную зону X₁, рассчитывается на основании величины, которой механическая степень сжатия может достигнуть за фиксированное время, и величины, которой может достигнуть момент закрытия впускного клапана за фиксированное время. В примере, который показан на фиг.31, целевая рабочая точка e₁ расположена на базовой рабочей линии W.

С другой стороны, как и в случае, который показан на фиг.22, дроссельную заслонку 17 закрывают до целевой степени открытия, которая необходима для того, чтобы сделать количество всасываемого воздуха равным требуемому количеству всасываемого воздуха Q4 без изменения соотношения целевого значения для механической степени сжатия и момента закрытия впускного клапана.

То есть на фиг.30 точку на плоскости Q₄ одинакового количества всасываемого воздуха, расположенную непосредственно под целевой рабочей точкой e₁ на плоскости Q₆ полного открытия дроссельной заслонки, показанной на фиг.31, делают конечной целевой рабочей точкой e₁. Конечная целевая рабочая точка e₁ на плоскости Q₄ одинакового количества всасываемого воздуха показана на фиг.30 и 32. Механическая степень сжатия, момент закрытия впускного клапана и степень открытия дроссельной заслонки 17 изменяют по направлению к конечной целевой рабочей точке e₁. В это время механическую степень сжатия увеличивают, момент закрытия впускного клапана задерживается, а степень открытия дроссельной заслонки 17 делают меньше полностью открытого состояния.

Затем, если требуемое количество всасываемого воздуха становится значением между Q₃ и Q₂, а требуемой рабочей точкой становится точка d₂, в это время, как показано на фиг.32, рассчитывается целевая рабочая точка е₂ в плоскости одинакового количества всасываемого воздуха при текущем количестве всасываемого воздуха Q₄. Метод расчета этой целевой рабочей точки е₂ также является тем же, что и метод расчета, объясненный выше. Целевая рабочая точка е₂, ближайшая к требуемой рабочей точке d₂ и без входа в запретную зону X₁, рассчитывается на основании величины механической степени сжатия, которая может быть достигнута за фиксированное время, и величины момента закрытия впускного клапана, которая может быть достигнута за фиксированное время. В этом случае также на фиг.30 точка на плоскости одинакового количества всасываемого воздуха (значение между Q₃ и Q₂), расположенная непосредственно под целевой рабочей точкой е₂ в плоскости Q₄ одинакового количества всасываемого воздуха, показанной на фиг.32, является конечной целевой рабочей точкой е₂. Конечная целевая рабочая точка е₂ в этой плоскости одинакового количества всасываемого воздуха (значение между Q₃ и Q₂) показана на фиг.30 и 33.

Затем, когда требуемое количество всасываемого воздуха становится равным Q₁, а требуемой рабочей точкой становится точка d₃, как показано на фиг.33, рассчитывается целевая рабочая точка е₃ в плоскости одинакового количества всасываемого воздуха (значение между Q₃ и Q₂), после этого рассчитывается конечная целевая рабочая точка е₃ в плоскости Q₁ одинакового количества всасываемого воздуха, как показано на фиг.34. Когда конечная целевая рабочая точка е₃ рассчитана, механическую степень сжатия, момент закрытия впускного клапана и степень открытия дроссельной заслонки 17 изменяют по направлению к конечной целевой рабочей точке е₃. В это время также механическая степень сжатия увеличивается, момент закрытия впускного клапана задерживается, а степень открытия дроссельной заслонки 17 становится меньше полностью открытого состояния.

В этом отношении, если требуемое количество всасываемого воздуха становится меньше в это время, в плоскости одинакового количества всасываемого воздуха появляется запретная зона Х₂ стороны низкой нагрузки. Запретная зона X₂ стороны низкой нагрузки, которая появляется в плоскости одинакового количества всасываемого воздуха, становится тем больше, чем меньше количество всасываемого воздуха. Запретная зона X₂ стороны низкой нагрузки, которая появляется в плоскости одинакового количества всасываемого воздуха, как показано на фиг.34, становится максимальной, когда требуемое количество всасываемого воздуха становится минимальным значением Q₁. Следует отметить, что в примере осуществления настоящего изобретения вокруг этой запретной зоны Х₂ стороны низкой нагрузки заранее определяется запретная плоскость на небольшом расстоянии от запретной зоны Х₂ стороны низкой нагрузки для предотвращения входа рабочей точки в запретную зону Х₂ стороны низкой нагрузки. Запретная линия на пересечении этой запретной плоскости и плоскости одинакового количества всасываемого воздуха обозначена WX на фиг.34.

Теперь, в примере осуществления настоящего изобретения, если количество всасываемого воздуха становится равным требуемому количеству всасываемого воздуха Q₁, как показано на фиг.34, на основании величины, которой может достигнуть механическая степень сжатия за фиксированное время, и величины, которой может достигнуть момент закрытия впускного клапана за фиксированное время, в плоскости Q₁ одинакового количества всасываемого воздуха последовательно рассчитываются целевые рабочие точки e₄, e₅, е₆, е₇, e₈, e₉, е₁₀, е₁₁ и e₁₂, ближайшие к требуемой рабочей точке d₃. В этом случае, когда целевая рабочая точка, ближайшая к требуемой рабочей точке d₃, находится с противоположной стороны от запретной зоны Х₂ относительно запретной линии WX как целевая рабочая точка e₄, рассчитанную целевую рабочую точку делают целевой рабочей точкой e₄. В противоположность этому, когда рассчитанная целевая рабочая точка, ближайшая к требуемой рабочей точке d₃, находится на стороне, которая ближе к запретной зоне X₂, чем запретная линия WX, точки на запретной линии WX, соответствующие пределу, достигнутому либо механической степенью сжатия, либо моментом закрытия впускного клапана, делают целевыми рабочими точками e₅, е₆, e₇, e₈ и e₉.

То есть, если требуемым количеством всасываемого воздуха становится Q₁, механическую степень сжатия, момент закрытия впускного клапана и степень открытия дроссельной заслонки 17 изменяют в плоскости Q₁ одинакового количества всасываемого воздуха последовательно по конечным рабочим точкам е₄, e₅, e₆, e₇, e₈, е₉, е₁₀, е₁₁ и e₁₂ до требуемой рабочей точки d₃. В течение этого времени механическая степень сжатия увеличивается, момент закрытия впускного клапана задерживается до достижения точки е₁₀, а степень открытия дроссельной заслонки 17 постепенно увеличивают.

На фиг.35 показаны изменения момента закрытия впускного клапана, механической степени сжатия, фактической степени сжатия и степени открытия дроссельной заслонки в случае, когда, как показано на фиг.30, целевое количество всасываемого воздуха быстро уменьшают от Q₆ (точка "n") до Q₁ (целевая рабочая точка d₃). Из фиг.35 понятно, что в этом случае после того, как требуемое количество всасываемого воздуха становится целевым значением (рабочая точка е₂), действие по задержке момента закрытия впускного клапана заканчивается (рабочая точка е₁₀), затем заканчивается действие по увеличению механической степени сжатия (целевая рабочая точка d₃). С другой стороны, фактическая степень сжатия постепенно уменьшается, пока не завершится действие по задержке момента закрытия впускного клапана (рабочая точка е₁₀), а затем постепенно увеличивается. Кроме того, степень открытия дроссельной заслонки снижают от полностью открытого положения, пока рабочая точка не станет рабочей точкой е₃ в плоскости Q₁ одинакового количества всасываемого воздуха, затем постепенно открывают, пока не завершится действие по задержке момента закрытия впускного клапана (рабочая точка е₁₀).

Следует отметить, что при изменении требуемого количества всасываемого воздуха иногда степень открытия дроссельной заслонки 17, удовлетворяющая требуемому количеству всасываемого воздуха, попадает в трехмерную запретную зону, то есть в запретную зону Х₂ стороны низкой нагрузки. В этом случае степень открытия дроссельной заслонки 17 изменяют до вышеупомянутой запретной плоскости, то есть непосредственно перед входом в трехмерную запретную зону, затем рабочую точку, которая показывает сочетание механической степени сжатия, момента закрытия впускного клапана и степени открытия дроссельной заслонки, изменяют без входа в трехмерную запретную зону по направлению к рабочей точке, удовлетворяющей требуемому количеству всасываемого воздуха.

На фиг.36 показана процедура расчета целевой рабочей точки, которая может быть достигнута за заданное фиксированное время от текущей рабочей точки, то есть целевых значений механической степени сжатия, момента закрытия впускного клапана и степени открытия дроссельной заслонки.

В этой процедуре целевая рабочая точка, которая может быть достигнута за заданное фиксированное время, рассчитывается каждый такой заданный фиксированный интервал времени. Поэтому представленная на фиг.36 процедура выполняется в каждый такой заданный фиксированный интервал времени. Этот заданный фиксированный интервал времени может устанавливаться произвольно, но в примере осуществления настоящего изобретения этот заданный фиксированный интервал времени делают равным 8 мсек. Поэтому в этом примере осуществления настоящего изобретения процедура расчета целевого значения, которая представлена на фиг.36, выполняется каждые 8 мсек. Целевая рабочая точка, которая может быть достигнута за 8 мсек от текущей рабочей точки, рассчитывается каждые 8 мсек.

Согласно фиг.36 сначала на шаге 100 рассчитывается требуемое количество всасываемого воздуха GX. Это требуемое количество всасываемого воздуха GX, например, заранее сохраняется в ПЗУ 32 как функция величины нажатия на педаль 40 акселератора и частоты вращения двигателя. Затем на шаге 101 рассчитывается требуемая рабочая точка на базовой рабочей линия W в соответствии с требуемым количеством всасываемого воздуха GX. После этого на шаге 102 решается, является ли текущая рабочая точка требуемой рабочей точкой. Когда текущая рабочая точка является требуемой рабочей точкой, цикл обработки завершается. В противоположность этому, когда текущая рабочая точка не является требуемой рабочей точкой, процедура переходит на шаг 103, где решается, превышается ли требуемым количеством всасываемого воздуха GX количество всасываемого воздуха GA в текущей рабочей точке.

Когда GX>GA, то есть при увеличении количества всасываемого воздуха процедура переходит на шаг 104, на котором определяется целевая рабочая точка в соответствии с объяснением на основании фиг.13-15. То есть на шаге 104 рассчитывается целевая степень открытия дроссельной заслонки в соответствии с требуемым количеством всасываемого воздуха GX. Этой целевой степенью открытия дроссельной заслонки обычно делают степень полного открытия, когда требуемая рабочая точка расположена в плоскости Q₆ полного открытия дроссельной заслонки. Затем на шаге 105 рассчитывается момент закрытия впускного клапана, который может быть достигнут за фиксированное время; после чего на шаге 106 рассчитывается механическая степень сжатия, которая может быть достигнута за фиксированное время. В это время рассчитывается механическая степень сжатия, которая может быть достигнута за фиксированное время, с учетом величины изменения механической степени сжатия, которая объяснена со ссылкой на фиг.16-19.

Затем на шаге 107 с помощью метода, объясненного на основании фиг.14, определяется целевая рабочая точка. Затем на шаге 108 по этой определенной целевой рабочей точке рассчитываются целевое значение механической степени сжатия и целевое значение момента закрытия впускного клапана. Целевое значение степени открытия дроссельной заслонки уже рассчитано как целевая степень открытия дроссельной заслонки на шаге 104.

С другой стороны, когда на шаге 103 решено, что GX≤GA, то есть, когда количество всасываемого воздуха следует уменьшить или количество всасываемого воздуха равно требуемому количеству всасываемого воздуха, процедура переходит к шагу 109, на котором определяется целевая рабочая точка таким же образом, как объяснено на основании фиг.20-35. То есть на шаге 109 рассчитывается момент закрытия впускного клапана, который может быть достигнут за фиксированное время, затем на шаге 110 рассчитывается механическая степень сжатия, которая может быть достигнута за фиксированное время. В это время также рассчитывается механическая степень сжатия, которая может быть достигнута за фиксированное время, с учетом величины изменения механической степени сжатия, которая объяснена со ссылкой на фиг.16-19.

Затем на шаге 112 рассчитывается целевая степень открытия дроссельной заслонки, которая удовлетворяет требуемому количеству всасываемого воздуха, после чего эту целевую степень открытия дроссельной заслонки делают целевым значением степени открытия дроссельной заслонки. Однако, когда степень открытия дроссельной заслонки, удовлетворяющая требуемому количеству всасываемого воздуха GX, попадает в запретную зону, целевой степенью открытия дроссельной заслонки делают значение запретной плоскости, объясненной выше. Поскольку механическая степень сжатия и момент закрытия впускного клапана достигают требуемой рабочей точки, целевую степень открытия дроссельной заслонки изменяют по запретной плоскости.

Следует отметить, что, хотя до сих пор объяснение не приводилось, подобная ситуация может произойти при увеличении требуемого количества всасываемого воздуха. Например, когда рабочая точка расположена в зоне ниже запретной зоны X₁ стороны высокой нагрузки на фиг.13, иногда, если требуемое количество всасываемого воздуха увеличивается, целевая степень открытия дроссельной заслонки попадает в запретную зону X₁ стороны высокой нагрузки. В это время целевой степенью открытия дроссельной заслонки делают значение на базовой рабочей плоскости, включающей базовые рабочие линии W, которые предварительно установлены для плоскостей одинакового количества всасываемого воздуха. Целевую степень открытия дроссельной заслонки изменяют по этой базовой рабочей плоскости, по мере того как механическая степень сжатия и момент закрытия впускного клапана достигают требуемой рабочей точки.

На фиг.37 показана задающая процедура для приведения в действие механизма А изменения степени сжатия, механизма В изменения момента открытия и закрытия клапана и дроссельной заслонки 17 с использованием ПИД-регулирования, так что механическая степень сжатия, момент закрытия впускного клапана и степень открытия дроссельной заслонки становятся рассчитанными целевыми значениями по процедуре, показанной на фиг.36. Указанная процедура выполняется циклически, когда начинается работа двигателя.

Согласно фиг.37 на шаге 200 вычисляется разность ΔIT(=IT₀-IT) целевого значения IT₀ момента закрытия впускного клапана и текущего значения момента закрытия впускного клапана IT, вычисляется разность ΔCR(=CR₀-CR) целевого значения CR₀ механической степени сжатия и текущего значения механической степени сжатия CR и вычисляется разность Δθ(θ₀-0) целевого значения θ₀ степени открытия дроссельной заслонки и текущего значения θ степени открытия дроссельной заслонки.

Далее на шаге 201 ΔIT умножают на постоянную пропорциональности K_p1, чтобы вычислить пропорциональный член E_p1 задающего напряжения для механизма В изменения момента открытия и закрытия клапана, ΔCR умножают на постоянную пропорциональности К_р2, чтобы вычислить пропорциональный член Е_р2 задающего напряжения для механизма А изменения степени сжатия, и Δθ умножают на постоянную пропорциональности К_р3, чтобы вычислить пропорциональный член E_P3 задающего напряжения для дроссельной заслонки 17.

Далее на шаге 202 ΔIT умножают на постоянную интегрирования K_i1, и этот результат умножения (K_i1·ΔIT) суммируют с накоплением, чтобы вычислить интегральный член E_i1 задающего напряжения для механизма В изменения момента открытия и закрытия клапана, ΔCR умножают на постоянную интегрирования K_i2, и этот результат умножения (K_i2·ΔCR) суммируют с накоплением, чтобы вычислить интегральный член E_i2 задающего напряжения для механизма А изменения степени сжатия, и Δθ умножают на постоянную интегрирования K_i3, и этот результат умножения (K_i3·Δθ) суммируют с накоплением, чтобы вычислить интегральный член E_i3 задающего напряжения для дроссельной заслонки 17.

Далее на шаге 203 разность (ΔIT₀-ΔIT₁) текущего ΔIT и ранее рассчитанного ΔIT₁ умножают на постоянную дифференцирования K_d1, чтобы вычислить дифференциальный член E_d1 задающего напряжения для механизма В изменения момента открытия и закрытия клапана, разность (ΔCR-ΔCR₁) текущего ΔCR и ранее вычисленного ΔCR₁ умножают на постоянную дифференцирования K_d2, чтобы вычислить дифференциальный член E_d2 задающего напряжения для механизма А изменения степени сжатия, и разность (Δθ-Δθ₁) текущего Δθ и ранее вычисленного Δθ₁ умножают на постоянную дифференцирования K_d3, чтобы вычислить дифференциальный член E_d3 задающего напряжения для дроссельной заслонки 17.

Далее на шаге 204 пропорциональный член E_p1, интегральный член E_i1 и дифференциальный член E_d1 складывают, чтобы вычислить задающее напряжение E₁ для механизма В изменения момента открытия и закрытия клапана, пропорциональный член Е_р2, интегральный член E_i2 и дифференциальный член E_d2 складывают, чтобы вычислить задающее напряжение Е₂ для механизма А изменения степени сжатия, и пропорциональный член E_P3, интегральный член E_i3 и дифференциальный член E_d3 складывают, чтобы вычислить задающее напряжение привода Е₃ для дроссельной заслонки 17.

Если механизм В изменения момента открытия и закрытия клапана, механизм А изменения степени сжатия и дроссельная заслонка 17 приводятся в действие в соответствии с этим задающим напряжением E₁, Е₂ и Е₃, момент закрытия впускного клапана, механическая степень сжатия и степень открытия дроссельной заслонки соответственно изменяются в направлении последовательно изменяющихся целевых значений.

Перечень позиций

1 - картер двигателя

2 - блок цилиндров

3 - головка блока цилиндров

4 - поршень

5 - камера сгорания

7 - впускной клапан

17 - дроссельная заслонка

70 - распределительный вал для приведения в действие и использования впускного клапана

А - механизм изменения степени сжатия

В - механизм изменения момента открытия и закрытия клапана.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием содержит механизм изменения степени сжатия, который может изменять механическую степень сжатия, и механизм изменения момента открытия и закрытия клапана, который может регулировать момент закрытия впускного клапана. Задана зона запрета входа для комбинации механической степени сжатия и времени закрытия впускного клапана и установлена запретная зона для сочетания механической степени сжатия и момента закрытия впускного клапана. Рабочей точке, показывающей сочетание механической степени сжатия и момента закрытия впускного клапана, запрещен вход в запретную зону. Когда требуемое количество всасываемого воздуха изменяется, рассчитывается целевая рабочая точка, которая может быть достигнута за фиксированное время без входа в указанную запретную зону от текущей рабочей точки по направлению к рабочей точке, удовлетворяющей требуемому количеству всасываемого воздуха, чтобы тем самым изменить механическую степень сжатия и момент закрытия впускного клапана по направлению к целевой рабочей точке. Технический результат заключается в улучшении сгорания топлива. 9 з.п. ф-лы, 43 ил.

1. Двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием, содержащий механизм изменения степени сжатия, который может изменять механическую степень сжатия, и механизм изменения момента открытия и закрытия клапана, который может регулировать момент закрытия впускного клапана, при этом задана зона запрета входа для комбинации механической степени сжатия и времени закрытия впускного клапана и установлена запретная зона для сочетания механической степени сжатия и момента закрытия впускного клапана, а рабочей точке, показывающей сочетание механической степени сжатия и момента закрытия впускного клапана, запрещен вход в запретную зону, причем, когда требуемое количество всасываемого воздуха изменяется, рассчитывается целевая рабочая точка, которая может быть достигнута за фиксированное время без входа в указанную запретную зону от текущей рабочей точки по направлению к рабочей точке, удовлетворяющей требуемому количеству всасываемого воздуха, чтобы тем самым изменить механическую степень сжатия и момент закрытия впускного клапана по направлению к целевой рабочей точке.

2. Двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием по п.1, в котором указанной целевой рабочей точкой делают рабочую точку, наиболее удаленную от текущей рабочей точки из числа рабочих точек, которые могут быть достигнуты за фиксированное время без входа в указанную запретную зону от текущей рабочей точки до рабочей точки, удовлетворяющей требуемому количеству всасываемого воздуха.

3. Двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием по п.2, в котором предусмотрена дроссельная заслонка для регулирования количества всасываемого воздуха, причем, когда дроссельная заслонка удерживается в полностью открытом положении, указанную целевую рабочую точку перемещают по рабочей линии минимального расхода топлива, которая выходит за пределы указанной запретной зоны вдоль наружного края указанной запретной зоны.

4. Двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием по п.1, в котором указанный механизм изменения степени сжатия изменяет относительное положение между картером двигателя и блоком цилиндров при помощи кривошипно-шатунного механизма с использованием вращающегося кулачка, чтобы изменить механическую степень сжатия, а значение механической степени сжатия, которое может быть достигнуто за фиксированное время, изменяется в соответствии с нагрузкой на двигатель при изменении требуемого количества всасываемого воздуха.

5. Двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием по п.4, в котором значение механической степени сжатия, которое может быть достигнуто за фиксированное время, изменяется в соответствии с углом поворота указанного кулачка при изменении требуемого количества всасываемого воздуха.

6. Двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием по п.1, в котором в качестве указанных запретных зон установлены две зоны - зона со стороны высокой нагрузки и зона со стороны низкой нагрузки.

7. Двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием по п.1, в котором предусмотрена дроссельная заслонка для регулирования количества всасываемого воздуха, установлена трехмерная запретная зона для сочетания механической степени сжатия, момента закрытия впускного клапана и степени открытия дроссельной заслонки; когда требуемое количество всасываемого воздуха изменяется, для механической степени сжатия и момента закрытия впускного клапана рассчитывается целевая рабочая точка, которая может быть достигнута за фиксированное время без входа в указанную трехмерную запретную зону от текущей рабочей точки до рабочей точки, удовлетворяющей требуемому количеству всасываемого воздуха, механическую степень сжатия и момент закрытия впускного клапана изменяют по направлению к рассчитанной целевой рабочей точке, и в это время степень открытия дроссельной заслонки изменяют в соответствии с требуемым количеством всасываемого воздуха, чтобы она не входила в указанную трехмерную запретную зону.

8. Двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием по п.7, в котором указанной целевой рабочей точкой делают рабочую точку, наиболее удаленную от текущей рабочей точки из числа рабочих точек, которые могут быть достигнуты за фиксированное время без входа в указанную трехмерную запретную зону от текущей рабочей точки до рабочей точки, удовлетворяющей требуемому количеству всасываемого воздуха.

9. Двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием по п.7, в котором, когда требуемое количество всасываемого воздуха изменяется, для механической степени сжатия и момента закрытия впускного клапана рассчитывается целевая рабочая точка, которая может быть достигнута за фиксированное время без входа в запретную зону при текущем количестве всасываемого воздуха от текущей рабочей точки по направлению к рабочей точке, удовлетворяющей требуемому количеству всасываемого воздуха, механическую степень сжатия и момент закрытия впускного клапана изменяют по направлению к рассчитанной целевой рабочей точке, для степени открытия дроссельной заслонки рассчитывается целевая степень открытия, удовлетворяющая требуемому количеству всасываемого воздуха в указанной рассчитанной целевой рабочей точке, и степень открытия дроссельной заслонки изменяют до указанной целевой степени открытия настолько, что указанная степень открытия не является указанной трехмерной запретной зоной.

10. Двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием по п.7, в котором степень открытия дроссельной заслонки изменяют непосредственно перед входом в указанную трехмерную запретную зону, когда степень открытия дроссельной заслонки, удовлетворяющая требуемому количеству всасываемого воздуха, могла бы стать указанной трехмерной запретной зоной при изменении требуемого количества всасываемого воздуха; затем рабочую точку, показывающую сочетание механической степени сжатия, момента закрытия впускного клапана и степень открытия дроссельной заслонки, изменяют без входа в указанную трехмерную запретную зону по направлению к рабочей точке, удовлетворяющей требуемому количеству всасываемого воздуха.