ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания с принудительным зажиганием, в частности к двигателю, в котором цилиндры вводятся в работу зависимым от нагрузки образом.
Изобретение также относится к способу для управления двигателем внутреннего сгорания упомянутого типа.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В разработке двигателей внутреннего сгорания основная цель состоит в том, чтобы минимизировать расход топлива, при этом, акцент производимых усилий сосредоточен на получении улучшенной общей эффективности.
Расход топлива и, соответственно, эффективность являются проблемой, в частности, в случае двигателей с циклом Отто, то есть в случае двигателя внутреннего сгорания с принудительным зажиганием. Причина для этого заключается в принципе рабочего процесса двигателя с циклом Отто.
Двигатель с циклом Отто работает - если не предусмотрен прямой впрыск - на однородной топливо/воздушной смеси, которая приготавливается посредством внешнего формирования смеси посредством топлива, привносимого во всасываемый воздух во впускном тракте. Управление нагрузкой обычно выполняется посредством дроссельной заслонки, предусмотренной во впускном тракте. Посредством регулирования дроссельной заслонки, давление всасываемого воздуха ниже по потоку от дроссельной заслонки может снижаться в большей или меньшей степени. Чем в большей степени закрыта дроссельная заслонка, то есть, чем больше упомянутая дроссельная заслонка перекрывает впускной тракт, тем выше потеря давления всасываемого воздуха на дроссельной заслонке и тем ниже давление всасываемого воздуха ниже по потоку от дроссельной заслонки и выше по потоку от впуска в по меньшей мере два цилиндра, то есть камеры сгорания. Для постоянного объема камеры сгорания, таким образом, возможно, чтобы масса воздуха, то есть, количество, устанавливались посредством давления всасываемого воздуха. Это также поясняет, почему упомянутый тип количественного регулирования оказался особенно неблагоприятным в диапазоне частичной нагрузки, так как низкие нагрузки требуют высокой степени дросселирования и значительной потери давления во впускном тракте, в результате которых, потери замены заряда повышаются с уменьшением нагрузки и увеличением дросселирования.
Чтобы снизить описанные потери, были разработаны различные стратегии для устранения дросселирования двигателя внутреннего сгорания с принудительным зажиганием.
Благодаря тому обстоятельству, что, при работе с частичной нагрузкой, двигатель с циклом Отто демонстрирует плохую эффективность в результате дросселирования, но, в противоположность дизельному двигателю, проявляет большую эффективность, то есть, меньший расход топлива, благодаря количественному регулированию, были проведены исследования в отношении объединения двух рабочих процессов друг с другом, для того чтобы дать возможность применять преимущества процесса дизельного двигателя к процессу двигателя с циклом Отто. Здесь, опытно-конструкторская работа сосредоточилась, главным образом, на существенных особенностях двух процессов.
Традиционный процесс двигателя с циклом Отто характеризуется сжатием смеси, однородной смесью, принудительным зажиганием и количественным регулированием, тогда как традиционный процесс дизельного двигателя характеризуется сжатием воздуха, неоднородной смесью, самовоспламенением и качественным регулированием.
Один из подходов к решению для устранения дросселирования двигателя с циклом Отто, например, является подход с рабочим процессом двигателя с циклом Отто с прямым впрыском. Прямой впрыск топлива является подходящим средством для осуществления послойного заряда топлива камеры сгорания. Прямой впрыск топлива в камеру сгорания, таким образом, дает возможность качественного регулирования в двигателе с циклом Отто, в определенных пределах.
Формирование смеси происходит посредством прямого впрыска топлива в цилиндр или в воздух, расположенный в цилиндрах, а не посредством внешнего формирования смеси, при котором топливо вводится во всасываемый воздух во впускном тракте.
Еще один вариант для оптимизации процесса сгорания двигателя с циклом Отто состоит в использовании по меньшей мере частично регулируемого клапанного привода. В противоположность традиционым клапанным приводам, в которых являются нерегулируемыми как подъем клапанов, так и установка фаз распределения, эти параметры, которые оказывают влияние на процесс сгорания и, соответственно, на расход топлива, могут меняться в большей или меньшей степени посредством регулируемых клапанных приводов. Идеальным решением было бы полностью регулируемое управление клапанами, которое допускает специально адаптированные значения для подъема и установки фаз распределения для любой требуемой рабочей точки двигателя с циклом Отто. Заметная экономия топлива, однако, может быть получена всего лишь с частично регулируемыми клапанными приводами. Управление нагрузкой без дросселирования и, соответственно, без потерь уже возможно, если могут регулироваться время закрывания впускного клапана и подъем впускного клапана. Масса смеси, которая втекает в камеру сгорания во время процесса впуска, в таком случае, управляется посредством не дроссельной заслонки, а скорее посредством подъема впускного клапана и длительностью открывания впускного клапана.
Дополнительный подход к решению для устранения дросселирования двигателя с циклом Отто предлагается выводом из работы цилиндров, то есть, выводом из работы отдельных цилиндров в определенных диапазонах нагрузок. Эффективность двигателя с циклом Отто при работе на частичных нагрузках может улучшаться, то есть, увеличиваться, посредством частичного вывода из работы, так как вывод из работы одного цилиндра многоцилиндрового двигателя внутреннего сгорания повышает нагрузку на другие цилиндры, которые остаются в работу, если мощность двигателя остается постоянной, так что дроссельная заслонка может или должна дополнительно открываться, для того чтобы вводить увеличенную массу воздуха в упомянутые цилиндры, в силу чего, в целом достигается устранение дросселирования двигателя внутреннего сгорания. Более того, во время частичного вывода из работы, то есть, частичной нагрузки, цилиндры, которые постоянно находятся в работе, часто работают в области более высоких нагрузок, в которой ниже удельный расход топлива. Общая нагрузка смещается по направлению к более высоким нагрузкам.
Цилиндры, которые остаются в работе во время частичного вывода из работы, кроме того, демонстрируют улучшенное формирование смеси, благодаря большей подаваемой массе воздуха, и допускают более высокие уровни рециркуляции отработавших газов.
Дополнительные преимущества касательно эффективности достигаются по той причине, что выведенный из работы цилиндр, благодаря отсутствию сгорания, не создает никаких пристеночных тепловых потерь, из-за переноса тепла от газообразных продуктов сгорания к стенкам камеры сгорания.
Многоцилиндровые двигатели внутреннего сгорания с частичным выводом из работы, описанные в предшествующем уровне технике, и ассоциированные способы работы упомянутых двигателей внутреннего сгорания, тем не менее, имеют значительный потенциал для усовершенствования.
Вопреки этому уровню техники, цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предоставить двигатель внутреннего сгорания согласно преамбуле п. 1 формулы изобретения, который оптимизирован в отношении частичного вывода из работы.
Дополнительная подцель настоящего изобретения состоит в том, чтобы задать способ работы двигателя внутреннего сгорания упомянутого типа.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В одном аспекте раскрыт двигатель внутреннего сгорания с принудительным зажиганием, имеющий по меньшей мере два цилиндра, из которых по меньшей мере два цилиндра выполнены с возможностью образования по меньшей мере двух групп, в каждом случае, с по меньшей мере одним цилиндром, по меньшей мере один цилиндр по меньшей мере одной группы является сформированным в качестве цилиндра, который может вводиться в работу зависимым от нагрузки образом, и который выводится из работы, если недонабрана заданная нагрузка, по меньшей мере две группы отличаются разными степеням εi сжатия, по меньшей мере один цилиндр первой группы имеет степень ε1 сжатия, и по меньшей мере один цилиндр второй группы имеет степень ε2, сжатия, где ε2<ε1, и по меньшей мере один цилиндр второй группы является сформированным в качестве вводимого в работу цилиндра.
В дополнительных аспектах раскрыто, что по меньшей мере два цилиндра формируют две группы, в каждом случае, с по меньшей мере одним цилиндром; по меньшей мере один цилиндр первой группы имеет степень ε1 сжатия, и по меньшей мере один цилиндр (2, 3) второй группы имеет степень ε2 сжатия, где ε2+1<ε1; по меньшей мере один цилиндр первой группы имеет степень ε1 сжатия, и по меньшей мере один цилиндр второй группы имеет степень ε2 сжатия, где ε2+1,5<ε1; по меньшей мере один цилиндр второй группы имеет степень ε2 сжатия, где 9<ε2<11; по меньшей мере один цилиндр первой группы имеет степень ε1 сжатия, где 11,5<ε1<14,5; по меньшей мере две группы отличаются разными объемами Vi цилиндров, по меньшей мер один цилиндр первой группы имеет объем V1 цилиндра, и по меньшей мере один цилиндр второй группы имеет объем V2 цилиндра, где V2>V1; каждый цилиндр снабжен свечой зажигания для инициирования принудительного зажигания; каждый цилиндр снабжен форсункой впрыска для подачи топлива посредством прямого впрыска.
В другом аспекте раскрыт способ работы описанного выше двигателя внутреннего сгорания с принудительным зажиганием, в котором по меньшей мере один цилиндр второй группы выводится из работы, если недонабрана заданная нагрузка Tdown, и вводится в работу, если превышена заданная нагрузка Tup.
В дополнительных аспектах раскрыто, что заданная нагрузка Tdown и/или Tup является зависящей от числа n оборотов двигателя внутреннего сгорания; цилиндры по меньшей мере двух групп цилиндров работают с разным коэффициентом λ избытка воздуха по меньшей мере в одном диапазоне нагрузок, по меньшей мер один цилиндр первой группы работает с коэффициентом λ1 избытка воздуха, а по меньшей мере один цилиндр второй группы работает с коэффициентом λ2>λ1 избытка воздуха; коэффициент λ избытка воздуха по меньшей мере одной группы цилиндров снижается по направлению к высоким нагрузкам Thigh, высокая нагрузка Thigh является нагрузкой, которая составляет 70% или более максимальной нагрузки Tmax,n при имеющем место числе n оборотов; коэффициент λ избытка воздуха снижается посредством увеличения количества впрыскиваемого топлива; по меньшей мере один цилиндр второй группы работает стехиометрически; подача топлива выведенного из работы цилиндра (2, 3) и/или принудительное зажигание выведенного из работы цилиндра (2, 3) прекращаются.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 схематически показывает цилиндры по первому варианту осуществления двигателя внутреннего сгорания с принудительным зажиганием.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Первая подцель достигается посредством двигателя внутреннего сгорания с принудительным зажиганием, имеющего по меньшей мере два цилиндра, из которых по меньшей мере два цилиндра выполнены с возможностью образовывать по меньшей мере две группы, в каждом случае, с по меньшей мере одним цилиндром, по меньшей мере один цилиндр по меньшей мере одной группы является сформированным в качестве цилиндра, который может вводиться в работу зависимым от нагрузки образом, и который выводится из работы, если недонабрана заданная нагрузка, при этом
1) по меньшей мере две группы отличаются разными степеням εi сжатия,
2) по меньшей мере один цилиндр первой группы имеет степень ε1 сжатия, и по меньшей мере один цилиндр второй группы имеет степень ε2, сжатия, где ε2<ε1, и
3) по меньшей мере один цилиндр второй группы является сформированным в качестве вводимого в работу цилиндра.
При работе с частичной нагрузкой, по меньшей мере один цилиндр второй группы выводится из работы, если недонабрана заданная нагрузка, в силу чего, требование нагрузки к по меньшей мере одному оставшемуся цилиндру повышается, и открывание дроссельной заслонки требуется, для того чтобы вводить увеличенную массу воздуха в упомянутый цилиндр.
В дополнение к упомянутому эффекту, известному из предшествующего уровня техники, который вносит вклад в устранение дросселирования двигателя внутреннего сгорания, частичный вывод из работы при работе с частичной нагрузкой дополнительно оптимизирован посредством структурной особенности двигателя внутреннего сгорания согласно изобретению, а именно в силу того обстоятельства, что, в двигателе внутреннего сгорания согласно изобретению, группа цилиндров, постоянно находящихся в работе, и группа вводимых в работу и выводимых из работы цилиндров имеют разные степени εi сжатия.
В настоящем случае, цилиндры, которые постоянно находятся в работе, из первой группы имеют более высокую степень ε1 сжатия, из условия чтобы, при работе с частичной нагрузкой, упомянутые цилиндры имели заметно более высокую эффективность η, в частности, более высокую эффективность, чем, если бы упомянутые цилиндры имели более низкую степень ε2 сжатия вводимых в работу цилиндров. Следует понимать, что эффективность η более или менее соотносится со степенью εi, сжатия, то есть, эффективность η является в целом более высокой в случае относительно высокой степени εi сжатия и является в целом более низкой в случае относительно низкой степени εi сжатия. Эта базовая зависимость, однако, может нарушаться по направлению к очень высоким степеням сжатия, так как тогда, среди прочего, сильно увеличивается прорыв газов, что оказывает отрицательное воздействие на эффективность.
Разные степени εi сжатия являются результатом конфигурации групп цилиндров для разных рабочих диапазонов или диапазонов нагрузки. Тогда как цилиндры, которые постоянно находятся в работе сконфигурированы для работы с частичной нагрузкой двигателя внутреннего сгорания, группа вводимых в работу цилиндров сконфигурирована для более высоких, высоких и максимальных нагрузок.
Цилиндры, которые постоянно находятся в работе, из первой группы, могут быть обеспечены более высокой степенью ε1 сжатия и, таким образом, сконфигурированы для оптимизированной работы с частичной нагрузкой двигателя внутреннего сгорания, так как повышенная склонность к детонации не должна ожидаться в упомянутом диапазоне нагрузок. В противоположность, вводимые в работу цилиндры, то есть, цилиндры, которые вводятся в работу в случае повышения требования нагрузки, сконфигурированы для высоких нагрузок. Согласно изобретению, упомянутые цилиндры должны быть обеспечены относительно низкой степенью сжатия, так как склонность к детонации повышается не только со степенью сжатия, но также скорее с повышением нагрузки. Хотя это снижает эффективность упомянутой группы цилиндров, оно дает требуемую защиту от детонации на высоких нагрузках, при которых, главным образом, используются упомянутые цилиндры.
Из того, что было изложено выше, также вытекает, что двигатель внутреннего сгорания согласно изобретению обладает повышенной эффективностью η не только при работе с частичной нагрузкой, но также предпочтительнее в области более высоких нагрузок, так как цилиндры, которые постоянно находятся в работе, со своей более высокой степенью ε1сжатия, также могут работать в упомянутом диапазоне нагрузок и вносить вклад в более высокую общую эффективность двигателя внутреннего сгорания.
Повышенная склонность к детонации - благодаря более высокой степени ε1 сжатия - цилиндров, которые постоянно находятся в работе, должна, если уместно, допускаться для относительно высоких нагрузок посредством выбора надлежащих рабочих параметров, например, посредством выбранного соответствующим образом коэффициента λ1 избытка воздуха, который, к тому же, может, но не обязательно должен, отклоняться от коэффициента λ2 избытка воздуха вводимых в работу цилиндров. Группы цилиндров также могут отличаться друг от друга в отношении других рабочих параметров или конструктивных признаков, например, компоновки охлаждения, процесса сгорания, впускных каналов, выпускных каналов, форсунок впрыска и/или устройств зажигания.
С двигателем внутреннего сгорания согласно изобретению, предусмотрен двигатель внутреннего сгорания с принудительным зажиганием, который оптимизирован в отношении частичного вывода из работы. Тем самым, достигается первая цель, на которой основано изобретение.
Двигатель внутреннего сгорания согласно изобретению имеет по меньшей мере два цилиндра или по меньшей мере две группы, в каждом случае, с по меньшей мере одним цилиндром. В этом отношении, двигатели внутреннего сгорания с тремя цилиндрами, которые сконфигурированы в трех группах, в каждом случае, с одним цилиндром, или двигатели внутреннего сгорания с шестью цилиндрами, которые сконфигурированы в трех группах, в каждом случае, с двумя цилиндрами, также являются двигателями внутреннего сгорания согласно изобретению. Три группы цилиндров могут иметь разные степени εi сжатия и вводиться в работу и выводиться из работы последовательно в контексте частичного вывода из работы. Частичный вывод из работы, тем самым, дополнительно оптимизируется. Группы цилиндров также могут содержать разное количество цилиндров.
Дополнительные полезные варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с принудительным зажиганием будут обсуждены в связи с зависимыми пунктами формулы изобретения.
Полезны варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с принудительным зажиганием, в которых по меньшей мере два цилиндра из двух групп, в каждом случае, с по меньшей мере одним цилиндром. Две группы цилиндров обладают преимуществом над вариантами осуществления с несколькими группами цилиндров по той причине, что управление или регулирование частичного вывода из работы является менее сложным. Более того, следует понимать, что осуществление компенсации массы и момента, которая предпочтительно может, подобным образом, вводиться в работу по частям, делается более трудной при разных степенях εi сжатия, и затраты на это значительно возрастают с ростом количества групп цилиндров.
Полезны варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с принудительным зажиганием, в которых по меньшей мере один цилиндр из первой группы имеет степень ε1 сжатия, а по меньшей мере один цилиндр из второй группы имеет степень ε2 сжатия, где ε2+1<ε1.
Также полезны варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с принудительным зажиганием, в которых по меньшей мере один цилиндр из первой группы имеет степень ε1 сжатия, а по меньшей мере один цилиндр из второй группы имеет степень ε2 сжатия, где ε2+1,5<ε1.
Подобным образом, полезны варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с принудительным зажиганием, в которых по меньшей мере один цилиндр из первой группы имеет степень ε1 сжатия, а по меньшей мере один цилиндр из второй группы имеет степень ε2 сжатия, где ε2+2<ε1.
Тогда как три варианта осуществления, приведенных выше, связаны с относительной разницей степени сжатия между двумя группами цилиндров, следующие варианты осуществления относятся к абсолютной степени сжатия двух групп.
Полезны варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с принудительным зажиганием, в которых по меньшей мер один цилиндр из второй группы имеет степень ε2 сжатия, где 9<ε2<11.
Полезны варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с принудительным зажиганием, в которых по меньшей мер один цилиндр из первой группы имеет степень ε1 сжатия, где 11,5<ε1<14,5.
Полезны варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с принудительным зажиганием, в которых
1) по меньшей мере две группы отличаются разными объемами Vi цилиндров,
2) по меньшей мер один цилиндр первой группы имеет объем V1 цилиндра, и по меньшей мере один цилиндр второй группы имеет объем V2 цилиндра, где V2>V1.
Предоставление двух групп цилиндров с разными объемами Vi цилиндров, в свою очередь, служит для оптимизации частичного вывода из работы при работе с частичной нагрузкой. Для этой цели, структурная особенность двигателя внутреннего сгорания или цилиндров, то есть объем Vi цилиндра, принимается во внимание, в особенности, в дополнение к обязательным разным степеням εi сжатия.
Цилиндры, которые постоянно находятся в работе, из первой группы, имеют меньший, предпочтительно, значительно меньший объем V1 цилиндра, так что, в случае частичного вывода из работы, дроссельная заслонка может дополнительно или полностью открываться, для того чтобы вводить наддувочный воздух в упомянутые цилиндры, уже в диапазоне более низких частичных нагрузок двигателя внутреннего сгорания, в силу чего, существенное устранение дросселирования внутреннего сгорания достигается уже в диапазоне более низких частичных нагрузок.
Затем, в случае частичного вывода из работы, цилиндры, которые постоянно находятся в работе, из первой группы, работают на относительно высоких нагрузках уже в диапазоне более низких частичных нагрузок двигателя внутреннего сгорания, упомянутые относительно высокие нагрузки характеризуются низким удельным расходом топлива. Следовательно, двигатель внутреннего сгорания имеет заметно более высокую эффективность η в диапазоне более низких частичных нагрузок.
Полезны варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с принудительным зажиганием, в которых по меньшей мере один цилиндр из первой группы имеет объем V1 цилиндра, а по меньшей мере один цилиндр из второй группы имеет объем V2 цилиндра, где 1·V1<V2<2·V1.
Полезны варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с принудительным зажиганием, в которых по меньшей мере один цилиндр из первой группы имеет объем V1 цилиндра, а по меньшей мере один цилиндр из второй группы имеет объем V2 цилиндра, где 1,3·V1<V2<2·V1.
Полезны варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с принудительным зажиганием, в которых каждый цилиндр снабжен свечой зажигания для инициирования принудительного зажигания. Свеча зажигания является устройством воспламенения для надежного инициирования искры зажигания, которая, к тому же имеет требуемую длительность, и также является недорогим. Тем не менее, также можно, чтобы другие устройства воспламенения использовались для инициирования принудительного зажигания.
Полезны варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с принудительным зажиганием, в которых регулируемая дроссельная заслонка предусмотрена для управления нагрузкой. Преимущество регулируемой дроссельной заслонки состоит в том, что, при вводе в работу или выводе из работы частичного вывода из работы, то есть, цилиндра, крутящий момент двигателя не уменьшается и не увеличивается, и водителю не нужно корректировать педаль акселератора, для того чтобы поддерживать нагрузку, как было бы в случае с нерегулируемой дроссельной заслонкой.
Предпочтительно, чтобы регулируемая дроссельная заслонка была дроссельной заслонкой с электронным регулированием, и чтобы контроллер двигателя выполнял регулирование упомянутой дроссельной заслонки. Упомянутый вариант осуществления также предпочтителен в отношении затрат. Здесь, полезны варианты осуществления, в которых дроссельная заслонка может регулироваться в процессе с замкнутой обратной связью.
Полезны варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с принудительным зажиганием, в которых каждый цилиндр снабжен форсункой впрыска с целью обеспечения подачи топлива посредством прямого впрыска.
Во-первых, прямой впрыск топлива в цилиндр, подобно самому частичному выводу из работы и как уже было подробнее обсуждено выше, является подходящим средством для устранения дросселирования двигателя внутреннего сгорания, из условия чтобы две меры, то есть, во-первых, частичный вывод из работы и, во вторых, прямой впрыск, содействовали и дополняли друг друга при осуществлении устранения дросселирования.
Во-вторых, прямой впрыск дает возможность ввода в работу и вывода из работы подачи топлива от одного рабочего цикла к другому. Прямой впрыск обеспечивает эффективный и надежный вывод из работы по меньшей мере одного вводимого в работу цилиндра, при этом, цель состоит в том, чтобы подача топлива прекращалась как можно полнее от одного рабочего цикла к другому; это, в частности также справедливо в отношении расхода топлива и загрязняющих атмосферу выбросов.
Тем не менее, могут быть полезны варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с принудительным зажиганием, в которых средство впрыска во впускную трубу предусмотрено для целей подачи топлива.
Вторая подцель, на которой основано изобретение, в частности, цель конкретизации способа работы двигателя внутреннего сгорания с принудительным зажиганием описанного выше типа, достигается посредством способа, в котором по меньшей мере один цилиндр второй группы
- выводится из работы, если недонабрана заданная нагрузка Tdown, и
- вводится в работу, если превышена заданная нагрузка Tup.
То, что уже было изложено в отношении двигателя внутреннего сгорания согласно изобретению, также применяется к способу согласно изобретению, по этой причине ссылка, как правило, делается на стыковку с формулировками, приведенными выше в отношении двигателя внутреннего сгорания. Разные двигатели внутреннего сгорания требуют частично разных вариантов способа.
Предельные нагрузки Tdown и Tup, заданные для недонабора и превышения, соответственно, могут иметь равную амплитуду, хотя, также могут отличаться по амплитуде.
Полезны варианты способа, в которых по меньшей мере один цилиндр из второй группы выводится из работы, когда недонабрана заданная нагрузка Tdown и существующая нагрузка остается ниже, чем упомянутая заданная нагрузка Tdown в течение заданного периода Δt1 времени.
Ввод дополнительного условия для вывода из работы цилиндров второй группы, то есть, частичного вывода из работы, предназначен для предотвращения чересчур частого ввода в работу и вывода из работы, в частности, частичного вывода из работы, если нагрузка падает ниже заданной нагрузки Tdown всего лишь ненадолго, а затем, вновь поднимается, или колеблется около заданного значения для нагрузки Tdown, без недонабора, оправдывая и делая необходимым частичный вывод из работы.
По этим причинам, варианты и также преимущества способа, в котором по меньшей мере один цилиндр из второй группы вводится в работу, когда превышена заданная нагрузка Tup и существующая нагрузка остается выше, чем упомянутая заданная нагрузка Tup в течение заданного периода Δt2 времени.
Полезны варианты осуществления способа, в которых заданная нагрузка Tdown и/или Tup является зависящей от числа n оборотов двигателя внутреннего сгорания.
В таком случае, есть не только одна удельная нагрузка, при недонаборе которой по меньшей мере один цилиндр из второй группы выводится из работы независимо от числа оборотов. Взамен, поддерживается зависящий от числа оборотов подход, и определяется диапазон частичных нагрузок на трехмерной характеристике, в котором выполняется частичный вывод из работы.
В принципе возможно, чтобы дополнительные параметры двигателя внутреннего сгорания, например, температура двигателя или температура охлаждающей жидкости после холодного запуска двигателя внутреннего сгорания, принимались во внимание в качестве критерия для частичного вывода из работы.
Полезны варианты осуществления способа, в которых цилиндры из по меньшей мере двух групп цилиндров работают с разными коэффициентами λ избытка воздуха по меньшей мере в одном диапазоне нагрузок,
1) по меньшей мер один цилиндр первой группы работает с коэффициентом λ1 избытка воздуха, а по меньшей мере один цилиндр второй группы работает с коэффициентом λ2>λ1 избытка воздуха.
Полезны варианты осуществления способа, в которых коэффициент λ избытка воздуха по меньшей мере одной группы цилиндров снижается по направлению к высоким нагрузкам Thigh, высокая нагрузка Thigh является нагрузкой, которая составляет 70% или более максимальной нагрузки Tmax,n при существующем числе n оборотов.
Чтобы надежно предотвращать сгорание с детонацией, обогащение (λ<1) может быть необходимым, если существует повышенная предрасположенность к детонации, то есть, в частности, при высоких нагрузках и высоких температурах. Это может быть необходимым, в частности, в цилиндрах с более высокой степенью ε1 сжатия. Здесь, впрыскивается большее количество топлива, чем фактически может быть сожжено при выдаваемом количестве воздуха, причем, избыточное топливо подобным образом нагревается и испаряется, так что температура в цилиндрах падает. Упомянутый подход правильно считается неблагоприятным исходя из связанных с энергией аспектов, в частности, в отношении расхода топлива двигателя внутреннего сгорания и в отношении загрязняющих атмосферу выбросов, но, тем не менее, целесообразен или допустим, для того чтобы предотвращать детонацию и защищать компоненты.
Здесь, полезны варианты осуществления способа, в которых коэффициент λ избытка воздуха снижается посредством увеличения количества впрыскиваемого топлива.
Коэффициент λ избытка воздуха, в основном, также мог бы уменьшаться, для того чтобы снижать выдаваемую массу воздуха. Недостаток такого подхода, однако, состоит в том, что снижение массы воздуха принципиально связано с потерей мощности. Поэтому, предпочтительно, чтобы коэффициент λ избытка воздуха уменьшался, согласно обсуждаемому варианту осуществления, посредством увеличения количества впрыскиваемого топлива.
В случае двигателя с циклом Отто с прямым впрыском, в котором каждый цилиндр снабжен форсункой для впрыска топлива, форсунки управляются по-отдельности посредством контроллера двигателя, и коэффициент λ избытка воздуха устанавливается посредством количества впрыскиваемого топлива. Чтобы устанавливать количество подаваемого воздуха и, соответственно, нагрузку, в системе впуска предусмотрена дроссельная заслонка, которая так же управляется и/или регулируется контроллером двигателя.
Следовательно, также можно, без проблем, эксплуатировать цилиндры или группы цилиндров с разными коэффициентами избытка воздуха.
Полезны варианты осуществления способа, в которых по меньшей мере один цилиндр из второй группы работает стехиометрически.
Стехиометрическая работа обладает значительными преимуществами в отношении очистки отработавших газов и использования трехкомпонентного каталитического нейтрализатора отработавших газов, что требует стехиометрической работы (λ≈1) двигателя с циклом Отто в узких пределах. В этом случае, общий коэффициент избытка воздуха, который здесь имеет значимость, определяется массами наддувочного воздуха и количествами топлива, подаваемыми в общее количество цилиндров двигателя внутреннего сгорания, так что даже слегка обогащенная работа цилиндров первой группы не вредна для работы трехкомпонентного каталитического нейтрализатора отработавших газов.
Полезны варианты осуществления способа, в которых цилиндры работают таким образом, чтобы устанавливать средний коэффициент λges≈1 избытка воздуха.
Полезны варианты осуществления способа, в которых выводятся из работы подача топлива выведенного из работы цилиндра и/или принудительное зажигание выведенного из работы цилиндра.
В свой основе, было бы возможным, чтобы подача топлива выведенного из работы цилиндра сохранялась, и чтобы вывод из работы цилиндра выполнялся исключительно посредством вывода из работы принудительного зажигания. Однако, это было бы крайне неблагоприятным в отношении расхода топлива и загрязняющих атмосферу выбросов и препятствовало бы цели, преследуемой частичным выводом из работы, в особенности, цели снижения расхода топлива и улучшения эффективности.
Поэтому, особенно полезно, в соответствии с обсуждаемым вариантом способа, если, в случае частичного вывода из работы при работе с частичной нагрузкой, подача топлива в выведенный из работы цилиндр двигателя внутреннего сгорания прекращалась, в силу чего, упомянутый цилиндр надежно выводится из работы. Таким образом, также предотвращается ситуация, в которой введенное топливо - даже в отсутствии принудительного зажигания - нежелательно самовоспламеняется благодаря высоким температурам внутренних стенок камеры сгорания или остаточных газообразных продуктов сгорания в цилиндре.
Здесь, всасываемый наддувочный воздух может течь через выведенный из работы цилиндр, как раньше, при этом, благодаря тому обстоятельству, то топливо не вводится, никакой горючей или воспламеняемой топливо/воздушной смеси не обеспечивается, а следовательно - даже в случае инициирования искры зажигания - зажигание и сгорание не происходят в упомянутом цилиндре.
Во время частичного вывода из работы, выведенный из работы цилиндр в основном не вносит вклад в выходную мощность двигателя внутреннего сгорания. Если подача наддувочного воздуха не перекрыта, но скорее поддерживается, воздух, подаваемый в выведенный из работы цилиндр, продолжает участвовать в четырех рабочих тактах - впуска, сжатия, расширения и выпуска, так что выведенный из работы цилиндр не только не выдает никакой мощности, но также должна выполняться работа для замены заряда в упомянутом цилиндре, что снижает эффективность, то есть, является термодинамически невыгодным. Поэтому, могут быть полезны варианты способа, в которых подача воздуха в выведенный из работы цилиндр прекращается.
Полезны варианты осуществления способа, в которых выводится из работы принудительное зажигание выведенного из работы цилиндра.
Как уже было дополнительно обсуждено выше, в самом строгом смысле, цилиндр может выводиться из работы просто благодаря выводу из работы подачи топлива, так как, в отсутствие ввода топлива, воспламеняемая топливо/воздушная смесь, которая могла бы воспламеняться и сжигаться посредством воспламенения искры зажигания, вообще не формируется.
Тем не менее, даже с выведенной из работы подачей топлива - особенно полезно, чтобы цилиндр выводился из работы посредством вывода из работы принудительного зажигания, или выводить из работы принудительное зажигание выведенного из работы цилиндра и, тем самым, надежно предотвращать нежелательное воспламенение, например, остаточных газов, оставшихся в цилиндре.
Изобретение будет подробнее описано ниже на основе варианта осуществления двигателя внутреннего сгорания с принудительным зажиганием согласно фиг. 1.
Фиг. 1 схематически показывает цилиндры по первому варианту осуществления двигателя внутреннего сгорания с принудительным зажиганием.
Фиг. 1 схематически показывает четыре цилиндра 1, 2, 3, 4 четырехцилиндрового рядного двигателя с принудительным зажиганием.
Четыре цилиндра 1, 2, 3, 4 которые находятся в рядной конфигурации, формируют две группы цилиндров, в каждом случае, с двумя цилиндрами 1, 2, 3, 4, при этом, первая группа содержит внешние цилиндры 1, 4, а вторая группа содержит внутренние цилиндры 2, 3. На показанном моментальном снимке, поршни 1a, 2a первого и второго цилиндров 1, 2 расположены в нижней мертвой точке, а поршни 3a, 4a третьего и четвертого цилиндров 3, 4 расположены в верхней мертвой точке.
Две группы цилиндров характеризуются разными степенями сжатия, при этом, цилиндры 1, 4 первой группы имеют степень ε1 сжатия, а цилиндры 2, 3 второй группы имеют степень ε2 сжатия, где ε2<ε1.
Здесь, цилиндры 2, 3 второй группы сформированы в качестве вводимых в работу цилиндров 2, 3, которые выводятся из работы при работе с частичной нагрузкой, когда недонабрана заданная нагрузка. Как результат, требование нагрузки к цилиндрам 1, 4, которые остаются в работе, из первой группы, возрастает, и необходимо, чтобы дроссельная заслонка, предусмотренная в системе впуска для управления нагрузкой, открывалась в большей степени, для того чтобы вводить большую массу наддувочного воздуха в упомянутые цилиндры 1, 4, для того чтобы удовлетворять требование нагрузки. Результатом является устранение дросселирования двигателя внутреннего сгорания при работе с частичной нагрузкой.
В варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг. 1, две группы цилиндров дополнительно имеют разные объемы цилиндра. Цилиндры 1, 4 первой группы имеют меньший объем V1 цилиндра, а цилиндры 2, 3 второй группы имеют больший объем V2 цилиндра, из условия чтобы выполнялось следующее V2>V1.
Это дополнительно поддерживает устранение дросселирования двигателя внутреннего сгорания при работе с частичной нагрузкой. В результате относительно малого объема V1 цилиндра у цилиндров 1, 4, которые постоянно находятся в работе, из первой группы, в случае частичного выведения из работы, дроссельная заслонка должна дополнительно или полностью открываться уже при очень низких нагрузках, для того чтобы вводить наддувочный воздух в цилиндры 1, 4.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ
1. Первый цилиндр
1a. Поршень первого цилиндра
2. Второй цилиндр
2a. Поршень второго цилиндра
3. Третий цилиндр
3a. Поршень третьего цилиндра
4. Четвертый цилиндр
4a. Поршень четвертого цилиндра
εi. Степень сжатия цилиндра или группы цилиндров
ε1. Степень сжатия первой группы цилиндров
ε2. Степень сжатия второй группы вводимых в работу цилиндров
λ. Коэффициент избытка воздуха
λ1. Коэффициент избытка воздуха первой группы цилиндров
λ2. Коэффициент избытка воздуха второй группы вводимых в работу цилиндров
η. Эффективность
n. Число оборотов двигателя внутреннего сгорания
T. Нагрузка
Tdown. Заданная нагрузка для недобора нагрузки
Thigh. Нагрузка в диапазоне высокой нагрузки
Tmax,n. Максимальная нагрузка при существующем числе оборотов n
Tup. Предопределяемая нагрузка для превышения нагрузки
Vi. Объем цилиндра
V1. Объем цилиндра первой группы цилиндров
V2. Объем цилиндра второй группы вводимых в работу цилиндров
Группа изобретений относится к двигателестроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания (ДВС) с принудительным зажиганием. Техническим результатом является улучшение экономичности и повышение КПД двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что в ДВС по меньшей мере четыре цилиндра (1, 2, 3, 4) выполнены с возможностью образования по меньшей мере двух групп, в каждом случае, с по меньшей мере двумя цилиндрами (1, 2, 3, 4). По меньшей мере два цилиндра (2, 3) по меньшей мере одной группы образованы в качестве цилиндров (2, 3), которые могут вводиться в работу зависимым от нагрузки образом и которые выводятся из работы, если недонабрана заданная нагрузка. В описанном двигателе: по меньшей мере две группы отличаются разными степенями εi сжатия; по меньшей мере два цилиндра (1, 4) первой группы имеют степень ε1 сжатия, и по меньшей мере два цилиндра (2, 3) второй группы имеют степень ε2, сжатия, где ε2<ε1; и по меньшей мере два цилиндра (2, 3) второй группы образованы в качестве вводимых в работу цилиндров. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 1 ил.
1. Двигатель внутреннего сгорания с принудительным зажиганием, имеющий по меньшей мере четыре цилиндра (1, 2, 3, 4), из которых по меньшей мере четыре цилиндра (1, 2, 3, 4) выполнены с возможностью образования по меньшей мере двух групп, в каждом случае, с по меньшей мере двумя цилиндрами (1, 2, 3, 4), при этом по меньшей мере два цилиндра (2, 3) по меньшей мере одной группы образованы в качестве цилиндров (2, 3), которые могут вводиться в работу зависимым от нагрузки образом и которые выводятся из работы, если недонабрана заданная нагрузка, причем
по меньшей мере две группы отличаются разными степеням εi сжатия,
по меньшей мере два цилиндра (1, 4) первой группы имеют степень ε1 сжатия и по меньшей мере два цилиндра (2, 3) второй группы имеют степень ε2, сжатия, где ε2<ε1, и
по меньшей мере два цилиндра (2, 3) второй группы образованы в качестве вводимых в работу цилиндров.
2. Двигатель по п. 1, в котором по меньшей мере четыре цилиндра (1, 2, 3, 4) образуют две группы, в каждом случае, с по меньшей мере двумя цилиндрами (1, 2, 3, 4).
3. Двигатель по п. 1 или 2, в котором по меньшей мере два цилиндра (1, 4) первой группы имеют степень ε1 сжатия и по меньшей мере два цилиндра (2, 3) второй группы имеют степень ε2 сжатия, где ε2+1<ε1.
4. Двигатель по п. 1, в котором по меньшей мере два цилиндра (1, 4) первой группы имеют степень ε1 сжатия, а по меньшей мере два цилиндра (2, 3) второй группы имеют степень ε2 сжатия, где ε2+1, 5<ε1.
5. Двигатель по п. 1, в котором по меньшей мере два цилиндра (2, 3) второй группы имеют степень ε2 сжатия, где 9<ε2<11.
6. Двигатель по п. 1, в котором по меньшей мере два цилиндра (1, 4) первой группы имеют степень ε1 сжатия, где 11,5<ε1<14,5.
7. Двигатель по п. 1, в котором
по меньшей мере две группы отличаются разными объемами Vi цилиндров,
по меньшей мере два цилиндра (1, 4) первой группы имеют объем V1 цилиндра, а по меньшей мере два цилиндра (2, 3) второй группы имеют объем V2 цилиндра, где V2>V1.
8. Двигатель по п. 1, в котором каждый цилиндр (1, 2, 3, 4) снабжен свечой зажигания для инициирования принудительного зажигания.
9. Двигатель по п. 1, в котором каждый цилиндр (1, 2, 3, 4) снабжен форсункой впрыска для подачи топлива посредством прямого впрыска.
10. Способ работы двигателя внутреннего сгорания с принудительным зажиганием по любому из п.п. 1-9, в котором по меньшей мере два цилиндра (2, 3) второй группы
выводятся из работы, если недонабрана заданная нагрузка Tdown, и
вводятся в работу, если превышена заданная нагрузка Tup.
11. Способ по п. 10, в котором заданная нагрузка Tdown и/или Tup зависит от числа n оборотов двигателя внутреннего сгорания.
12. Способ по п. 10 или 11, в котором цилиндры (1, 2, 3, 4) по меньшей мере двух групп цилиндров работают с разным коэффициентом λ избытка воздуха по меньшей мере в одном диапазоне нагрузок,
при этом по меньшей мере два цилиндра (1, 4) первой группы работают с коэффициентом λ1 избытка воздуха, а по меньшей мере два цилиндра (2, 3) второй группы работают с коэффициентом λ2>λ1 избытка воздуха.
13. Способ по п. 10, в котором коэффициент λ избытка воздуха по меньшей мере одной группы цилиндров снижается по направлению к высоким нагрузкам Thigh, при этом высокая нагрузка Thigh является нагрузкой, которая составляет 70% или более максимальной нагрузки Tmax,n при текущем числе n оборотов.
14. Способ по п. 13, в котором коэффициент λ избытка воздуха снижается посредством увеличения количества впрыскиваемого топлива.
15. Способ по п. 10, в котором по меньшей мере два цилиндра (2, 3) второй группы работают стехиометрически.
16. Способ по п. 10, в котором подача топлива выведенного из работы цилиндра (2, 3) и/или принудительное зажигание выведенного из работы цилиндра (2, 3) прекращаются.
| НАГРЕВАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАГРЕВА ЗАГОТОВОК ПЕРЕД ШТАМПОВКОЙ | 1997 |
|
RU2115873C1 |
| US 2005034701 A1, 17.02.2005 | |||
| US 2007131183 A1, 14.06.2007 | |||
| US 4204514 A, 27.05.1980 | |||
| Способ регулирования дизеля с турбонаддувом и дизель с турбонаддувом | 1989 |
|
SU1677358A1 |
