ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ПРИНУДИТЕЛЬНЫМ ЗАЖИГАНИЕМ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ИМ Российский патент 2017 года по МПК F02D17/02 F02D13/06 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится в целом к двигателю внутреннего сгорания с принудительным зажиганием и в частности к выводу из работы цилиндров двигателя, также изобретение 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 улучшенного общего коэффициента полезного действия.

Расход топлива и, соответственно, коэффициент полезного действия представляют проблему, в частности, в случае двигателей с циклом Отто, то есть в случае двигателя внутреннего сгорания с принудительным зажиганием. Причина 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 подачи топлива 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 плотнее 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 в камеры сгорания. В случае постоянного объема камеры сгорания, таким образом, можно, чтобы масса, то есть количество воздуха устанавливалось 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 двигатель с циклом Отто демонстрирует плохой коэффициент полезного действия при работе с частичной нагрузкой в результате дросселирования, но, в противоположность, дизельный двигатель проявляет больший коэффициент полезного действия, то есть более низкий расход топлива, благодаря качественному регулированию были проведены испытания 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.

Стандартный процесс двигателя с циклом Отто отличается сжатием смеси, однородной смесью, принудительным зажиганием и количественным регулированием, тогда как стандартный процесс дизельного двигателя отличается сжатием воздуха, неоднородной смесью, самовоспламенением и качественным регулированием.

Один из подходов к решению для устранения дросселирования двигателя с циклом Отто, например, представляет собой рабочий процесс 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 традиционным 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 переменное управление клапанами, которое дает возможность специально адаптированных значений для подъема и установки фаз распределения для любой требуемой рабочей точки двигателя с циклом Отто. Заметные экономии топлива, однако, могут быть получены 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. Коэффициент полезного действия 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 действии, если мощность двигателя остается постоянной, так что дроссельная заслонка может или должна дополнительно открываться, для того чтобы вводить большую 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 действии, 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 действии во время частичного вывода из работы, кроме того, демонстрируют улучшенное формирование смеси благодаря большей подаваемой массе воздуха и допускают более высокие интенсивности рециркуляции отработавших газов.

Дополнительные преимущества касательно коэффициента полезного действия достигаются по той причине, что выведенный из работы цилиндр благодаря отсутствию сгорания не создает никаких пристеночных тепловых потерь из-за переноса тепла из газообразных продуктов сгорания на стенки камеры сгорания.

Многоцилиндровые двигатели внутреннего сгорания с частичным выводом из работы, описанные в предшествующем уровне технике, и ассоциированные способы для 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 пункту 1 формулы изобретения, который оптимизирован в отношении частичного вывода из работы.

Дополнительная подцель настоящего изобретения состоит в том, чтобы детально изложить способ для работы двигателя внутреннего сгорания упомянутого типа.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В одном аспекте раскрыт двигатель внутреннего сгорания с принудительным зажиганием, содержащий по меньшей мере два цилиндра (1, 2, 3, 4), из которых по меньшей мере два цилиндра (1, 2, 3, 4) выполнены так, чтобы формировать по меньшей мере две группы, в каждом случае с по меньшей мере одним цилиндром (1, 2, 3, 4), по меньшей мере один цилиндр (2, 3) по меньшей мере одной группы является сформированным как цилиндр (2, 3), который может вводиться в работу зависимым от нагрузки образом и который выводится из работы, если недонабрана заданная нагрузка, причем по меньшей мере две группы отличаются разными объемами V_i цилиндров, по меньшей мере один цилиндр (1, 4) первой группы имеет объем V₁ цилиндра, и по меньшей мере один цилиндр (2, 3) второй группы имеет объем V₂ цилиндра, где V₂>V₁, по меньшей мере один цилиндр (2, 3) второй группы является сформированным в качестве вводимого в работу цилиндра.

В дополнительных аспектах раскрыто, что по меньшей мере два цилиндра (1, 2, 3, 4) формируют две группы, в каждом случае, с по меньшей мере одним цилиндром (1, 2,3, 4); по меньшей мере один цилиндр (1, 4) первой группы имеет объем V₁ цилиндра, а по меньшей мере один цилиндр (2, 3) второй группы имеет объем V₂ цилиндра, где 1·V₁<V₂<2·V₁; по меньшей мере один цилиндр (1, 4) первой группы имеет объем V₁ цилиндра, а по меньшей мере один цилиндр (2, 3) второй группы имеет объем V₂ цилиндра, где 1,3·V₁<V₂<2·V₁; по меньшей мере две группы отличаются разными степенями ε_i сжатия, по меньшей мере один цилиндр (1, 4) первой группы имеет степень ε₁ сжатия, и по меньшей мере один цилиндр (2, 3) второй группы имеет степень ε₂, сжатия, где ε₂<ε₁; по меньшей мере один цилиндр (1, 4) 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 (1, 4) первой группы имеет степень ε₁ сжатия, и по меньшей мере один цилиндр (2, 3) второй группы имеет степень ε₂ сжатия, где ε₂+1,5<ε₁; по меньшей мере один цилиндр (2, 3) второй группы имеет степень ε₂ сжатия, где 9<ε₂<11; по меньшей мере один цилиндр (1, 4) первой группы имеет степень ε₁ сжатия, где 11,5<ε₁<14,5.

В другом аспекте раскрыт способ для работы двигателя внутреннего сгорания с принудительным зажиганием по одному из предыдущих пунктов, в котором по меньшей мере один цилиндр (2, 3) второй группы выводится из работы, если недонабрана заданная нагрузка T_down, и вводится в работу, если превышена заданная нагрузка T_up.

В дополнительных аспектах раскрыто, что заданная нагрузка T_down и/или T_up является зависящей от числа n оборотов двигателя внутреннего сгорания; 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, по меньшей мере один цилиндр (1, 4) первой группы работает с коэффициентом λ₁ избытка воздуха, а по меньшей мере один цилиндр (2, 3) 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 T_high, высокая нагрузка T_high является нагрузкой, которая составляет 70% или более максимальной нагрузки T_max,n при текущем числе n оборотов; коэффициент λ избытка воздуха снижается посредством увеличения количества впрыскиваемого топлива; по меньшей мере один цилиндр (2, 3) второй группы работает стехиометрически; подачу топлива выведенного из работы цилиндра (2, 3) и/или принудительное зажигание выведенного из работы цилиндра (2, 3) прекращают.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 схематически показывает цилиндры по первому варианту осуществления двигателя внутреннего сгорания с принудительным зажиганием.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Первая указанная выше подцель достигается посредством двигателя внутреннего сгорания с принудительным зажиганием, имеющего по меньшей мере два цилиндра, из которых по меньшей мере два цилиндра выполнены так, чтобы формировать 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 как цилиндр, который может вводиться в работу зависимым от нагрузки образом и который выводится из работы, если недонабрана заданная нагрузка, при этом

по меньшей мере две группы отличаются разными объемами V_i цилиндров,

по меньшей мере один цилиндр первой группы имеет объем V₁ цилиндра, и по меньшей мере один цилиндр второй группы имеет объем V₂ цилиндра, где V₂>V₁,

по меньшей мере один цилиндр второй группы является сформированным в качестве вводимого в работу цилиндра.

При работе с частичной нагрузкой двигателя внутреннего сгорания 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 большую 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 конструктивной особенности двигателя внутреннего сгорания согласно изобретению, в частности, в силу того, что в двигателе внутреннего сгорания согласно изобретению группа цилиндров, постоянно находящихся в действии, и группа вводимых в работу и выводимых из работы цилиндров имеют разные объемы V_i цилиндров.

В представленном случае цилиндры, которые постоянно находятся в работе, из первой группы имеют относительно малый объем V₁ цилиндра так, чтобы при работе с частичной нагрузкой двигателя внутреннего сгорания с выведенной из работы второй группой цилиндров упомянутые цилиндры первой группы имели заметно более высокий коэффициент η полезного действия, в частности, более высокий коэффициент полезного действия, чем если бы упомянутые цилиндры имели больший объем V₂ цилиндров вводимых в работу цилиндров. Здесь должно быть принято во внимание, что благодаря относительно малому объему V₁ цилиндра при работе с частичной нагрузкой двигателя внутреннего сгорания дроссельная заслонка открывается дополнительно, для того чтобы вводить требуемую массу воздуха в цилиндры первой группы. В целом, двигатель внутреннего сгорания, тем самым, подвергается устранению дросселирования. Более того, во время частичного вывода из работы, даже при частичной нагрузке, цилиндры, которые постоянно находятся в действии, работают в области более высоких нагрузок, в которой ниже удельный расход топлива. Общая нагрузка смещается по направлению к более высоким нагрузкам.

Разные объемы V_i цилиндров являются результатом конфигурации групп цилиндров для разных рабочих диапазонов или диапазонов нагрузки. Тогда как цилиндры, которые постоянно находятся в действии, выполнены с возможностью работы с частичной нагрузкой двигателя внутреннего сгорания, группа вводимых в работу цилиндров выполнена для повышенных, высоких и максимальных нагрузок.

Вводимые в работу цилиндры, то есть цилиндры, которые вводятся в работу в случае увеличения требования нагрузки, выполнены для высоких нагрузок, а потому сформированы с большим или повышенным объемом V₂ цилиндра, для того чтобы быть способными вмещать большое количество смеси, требуемое для высоких нагрузок.

Группы цилиндров также могут отличаться друг от друга в отношении других рабочих параметров или конструктивных особенностей, например, устройства 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 которую нацелено 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 объемы V_i цилиндров 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 формируют две группы, 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, должно быть принято во внимание, что осуществление компенсации массы и момента, которая предпочтительно может подобным образом вводиться в работу по частям, делается более трудной при разных объемах V_i цилиндров, и расходы 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 объем V₁ цилиндра, а по меньшей мере один цилиндр из второй группы имеет объем V₂ цилиндра, где 1·V₁<V₂<2·V₁.

Также 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.

Также 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<1,75·V₁.

Цилиндры, которые постоянно находятся в действии, 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, 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 действии, из первой группы работают на относительно высоких нагрузках уже в диапазоне более низких частичных нагрузок двигателя внутреннего сгорания, упомянутые относительно высокие нагрузки отличаются низким удельным расходом топлива. Следовательно, двигатель внутреннего сгорания имеет заметно более высокий коэффициент η полезного действия в диапазоне более низких частичных нагрузок.

Полезны варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с принудительным зажиганием, в которых

по меньшей мере две группы отличаются разными степеням ε_i 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.

Предоставление двух групп цилиндров с разными степенями ε_i сжатия, в свою очередь, служит для оптимизации частичного вывода из работы при работе с частичной нагрузкой. Для этой цели особенность исполнения двигателя внутреннего сгорания или цилиндров, то есть степень ε_i сжатия, принимается во внимание, в особенности, в дополнение к обязательно разным объемам V_i цилиндров.

В настоящем случае цилиндры, которые постоянно находятся в действии, из первой группы имеют более высокую степень ε₁ сжатия так, чтобы при работе с частичной нагрузкой упомянутые цилиндры имели заметно более высокий коэффициент η полезного действия, в частности, более высокий коэффициент полезного действия, чем если бы упомянутые цилиндры имели более низкую степень ε₂ сжатия вводимых в работу цилиндров. Должно быть принято во внимание, что коэффициент η полезного действия более или менее соотносится со степенью ε_i сжатия, то есть коэффициент η полезного действия является в целом более высоким в случае относительно высокой степени ε_i сжатия и является в целом более низким в случае относительно низкой степени ε_i 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 коэффициент полезного действия.

Разные степени ε_i сжатия являются результатом конфигурации групп цилиндров для разных рабочих диапазонов или диапазонов нагрузки. Тогда как цилиндры, которые постоянно находятся в действии, выполнены с возможностью работы с частичной нагрузкой двигателя внутреннего сгорания, группа вводимых в работу цилиндров выполнена для повышенных, высоких и максимальных нагрузок.

Цилиндры, которые постоянно находятся в действии, из первой группы могут быть обеспечены более высокой степенью ε₁ сжатия и, таким образом, выполнены с возможностью 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, выполнены для высоких нагрузок. Согласно изобретению упомянутые цилиндры должны быть снабжены относительно низкой степенью сжатия, так как склонность к детонации повышается не только со степенью сжатия, но также скорее с повышением нагрузки. Хотя это снижает коэффициент полезного действия 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 повышенным коэффициентом η полезного действия не только при работе с частичной нагрузкой, но также предпочтительнее в области более высоких нагрузок, так как цилиндры, которые постоянно находятся в действии, со своей более высокой степенью ε₁ сжатия также могут работать в упомянутом диапазоне нагрузок и вносить вклад в более высокий общий коэффициент полезного действия двигателя внутреннего сгорания.

Повышенная склонность к детонации - из-за более высокой степени ε₁ сжатия - цилиндров, которые постоянно находятся в действии, 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.

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 ∆ε_i сжатия, последующие варианты осуществления относятся к абсолютной степени ε_i сжатия двух групп.

Полезны варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с принудительным зажиганием, в которых по меньшей мере 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 мере 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 каждый цилиндр оборудован 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 включении или отключении частичного вывода из работы, то есть цилиндра, крутящий момент двигателя не падает и не поднимается, 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 оборудован 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 которую нацелено изобретение, в особенности, цель конкретизации способа для 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 T_down, и вводится в работу, если превышена заданная нагрузка T_up.

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 это согласование с утверждениями, приведенными выше в отношении двигателя внутреннего сгорания. Разные двигатели внутреннего сгорания требуют частично разных вариантов способа.

Предельные нагрузки T_down и T_up, 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 T_down, и существующая нагрузка остается ниже, чем упомянутая заданная нагрузка T_down 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 T_down всего лишь ненадолго, а затем вновь повышается или колеблется около заданного значения для нагрузки T_down, без недонабора, оправдывая и делая необходимым частичный вывод из работы.

По этим причинам также полезны варианты способа, в которых по меньшей мере один цилиндр из второй группы вводится в работу, когда превышена заданная нагрузка T_up и существующая нагрузка остается выше, чем упомянутая заданная нагрузка T_up в течение заданного периода Δt₂ времени.

Полезны варианты осуществления способа, в которых заданная нагрузка T_down и/или T_up зависит 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 определен диапазон частичных нагрузок на многомерной регулировочной характеристике, в котором выполняется частичный вывод из работы.

В своей основе 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,

по меньшей мере 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 T_high, высокая нагрузка T_high является нагрузкой, которая составляет 70% или более максимальной нагрузки T_max,n при текущем 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 по связанным с энергией аспектам, 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 ассоциировано 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 оборудован 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 также управляется и/или регулируется контроллером двигателя.

Следовательно, не создает проблем работа цилиндров или групп 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 последующей очистки отработавших газов и использования трехкомпонентного каталитического нейтрализатора отработавших газов, который требует стехиометрической работы (λ ≈ 1) двигателя с циклом Отто в узких пределах. В этом случае общий коэффициент избытка воздуха, который здесь имеет значение, 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 губительна для работы трехкомпонентного каталитического нейтрализатора отработавших газов.

Полезны варианты осуществления способа, в которых цилиндры работают таким образом, чтобы устанавливать средний коэффициент λ_ges≈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 своей 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 коэффициента полезного действия.

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 прекращается, в силу чего упомянутый цилиндр надежно выводится из действия. Таким образом, также предотвращается ситуация, в которой введенное топливо - даже в отсутствие 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, что 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 коэффициент полезного действия, 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 отключается принудительное зажигание выведенного из работы цилиндра.

Как уже было дополнительно обсуждено выше, в самом строгом смысле, цилиндр может выводиться из работы просто благодаря отключению 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 отключенной подачей топлива особенно полезно, чтобы цилиндр выводился из работы посредством отключения принудительного зажигания, или отключения принудительного зажигания выведенного из работы цилиндра и, тем самым, надежно предотвращается 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 отличаются разными объемами V_i цилиндров, при этом цилиндры 1, 4 первой группы имеют объем V₁ цилиндра, а цилиндры 2, 3 второй группы цилиндров имеют объем V₂ цилиндра, где V₂>V₁.

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 действии, 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.

Поскольку цилиндры 1, 4, которые постоянно находятся в действии, из первой группы имеют относительно малый объем V₁ цилиндра, заметное устранение дросселирования двигателя внутреннего сгорания достигается уже в диапазоне более низких частичных нагрузок, так как в случае частичного вывода из работы дроссельная заслонка дополнительно или полностью открывается уже при очень низких нагрузках, для того чтобы вводить наддувочный воздух в относительно малые цилиндры 1, 4.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

1Первый цилиндр

1aПоршень первого цилиндра

2Второй цилиндр

2aПоршень второго цилиндра

3Третий цилиндр

3aПоршень третьего цилиндра

4Четвертый цилиндр

4aПоршень четвертого цилиндра

ε_iСтепень сжатия цилиндра или группы цилиндров

ε₁Степень сжатия первой группы цилиндров

ε₂Степень сжатия второй группы вводимых в работу цилиндров

λКоэффициент избытка воздуха

λ₁Коэффициент избытка воздуха первой группы цилиндров

λ₂Коэффициент избытка воздуха второй группы вводимых в работу цилиндров

ηКоэффициент полезного действия

nЧисло оборотов двигателя внутреннего сгорания

TНагрузка

T_downЗаданная нагрузка для недобора нагрузки

T_highНагрузка в диапазоне высокой нагрузки

T_max,nМаксимальная нагрузка при текущем числе оборотов n

T_upЗаданная нагрузка для превышения нагрузки

V_iОбъем цилиндра

V₁Объем цилиндра первой группы цилиндров

V₂Объем 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 ДВС. Сущность изобретений заключается в том, что в двигателе по меньшей мере четыре цилиндра (1, 2, 3, 4) формируют по меньшей мере две группы, в каждой из которых по меньшей мере два цилиндра (2, 3) по меньшей мере одной группы являются сформированными как цилиндры (2, 3), которые могут вводиться в работу зависимым от нагрузки образом и которые выводятся из работы, если недонабрана заданная нагрузка. При этом по меньшей мере два цилиндра (1, 4) первой группы имеют объем V1 цилиндра и по меньшей мере два цилиндра (2, 3) второй группы имеют объем V2 цилиндра, где V2>V1, по меньшей мере два цилиндра (2, 3) второй группы сформированы в качестве вводимых в работу цилиндров. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Двигатель внутреннего сгорания с принудительным зажиганием, содержащий по меньшей мере четыре цилиндра (1, 2, 3, 4), из которых по меньшей мере четыре цилиндра (1, 2, 3, 4) выполнены так, чтобы формировать по меньшей мере две группы, 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 являются сформированными как цилиндры (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 объемами V_i цилиндров,

по меньшей мере два цилиндра (1, 4) первой группы имеют объем V₁ цилиндра, и по меньшей мере два цилиндра (2, 3) второй группы имеют объем V₂ цилиндра, где V₂>V₁,

по меньшей мере два цилиндра (2, 3) второй группы сформированы в качестве вводимых в работу цилиндров.

2. Двигатель по п. 1, в котором по меньшей мере четыре цилиндра (1, 2, 3, 4) формируют 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 объем V₁ цилиндра, а по меньшей мере два цилиндра (2, 3) второй группы имеют объем V₂ цилиндра, где 1⋅V₁<V₂<2⋅V₁.

4. Двигатель по п. 1, в котором 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 1,3⋅V₁<V₂<2⋅V₁.

5. Двигатель по п. 1, в котором

по меньшей мере две группы отличаются разными степенями ε_i 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.

6. Двигатель по п. 5, 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.

7. Двигатель по п. 5 или 6, 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+1,5<ε₁.

8. Двигатель по п. 5 или 6, в котором по меньшей мере два цилиндра (2, 3) второй группы имеют степень ε₂ сжатия, где 9<ε₂<11.

9. Двигатель по п. 5 или 6, в котором по меньшей мере два цилиндра (1, 4) первой группы имеют степень ε₁ сжатия, где 11,5<ε₁<14,5.

10. Способ работы двигателя внутреннего сгорания с принудительным зажиганием по любому из пп. 1-9, в котором по меньшей мере два цилиндра (2, 3) второй группы

выводятся из работы, если недонабрана заданная нагрузка T_down, и

вводятся в работу, если превышена заданная нагрузка T_up.

11. Способ по п. 10, причем заданная нагрузка T_down и/или T_up 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 или 11, причем коэффициент λ избытка воздуха по меньшей мере одной группы цилиндров снижается к высоким нагрузкам T_high, при этом высокая нагрузка T_high является нагрузкой, которая составляет 70% или более максимальной нагрузки T_max,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 или 11, причем по меньшей мере два цилиндра (2, 3) второй группы работают стехиометрически.

16. Способ по п. 10 или 11, в котором подачу топлива выведенного из работы цилиндра (2, 3) и/или принудительное зажигание выведенного из работы цилиндра (2, 3) прекращают.