ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
INTERNAL COMBUSTION ENGINE

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания.
2. Описание предшествующего уровня техники
[0002] В публикации японской патентной заявки №2011-94557 (JP 2011-94557 А) описано устройство возврата прорвавшихся газов, которым оснащен двигатель внутреннего сгорания. Один конец этого устройства возврата прорвавшихся газов присоединен к картеру, а другой конец устройства возврата прорвавшихся газов присоединен к впускному каналу ниже по потоку от дроссельной заслонки. Устройство возврата прорвавшихся газов содержит первый канал для прорвавшихся газов. Прорвавшиеся газы всасываются в первый канал для прорвавшихся газов из внутреннего объема картера отрицательным давлением, образующимся во впускном канале ниже по потоку от дроссельной заслонки. Это устройство возврата прорвавшихся газов также содержит перепускной канал, эжектор (эжекторный насос), и второй канал для прорвавшихся газов. Первый конец перепускного канала присоединен к впускному каналу выше по потоку от нагнетателя. Также второй конец перепускного канала присоединен к впускному каналу ниже по потоку от нагнетателя. Эжектор размещен в перепускном канале. Эжектор содержит вход для текучей среды, выход для текучей среды и отверстие всасывания текучей среды. Эжектор выполнен так, что когда текучая среда течет от входа для текучей среды к выходу для текучей среды, эжектор всасывает иную текучую среду через отверстие всасывания текучей среды. Первый конец второго канала для прорвавшихся газов присоединен к картеру. Второй конец второго канала для прорвавшихся газов присоединен к отверстию всасывания текучей среды эжектора.
[0003] В JP 2011-94557 А, вход для текучей среды эжектора присоединен со второй концевой стороны перепускного канала, которая является стороной ниже по потоку от нагнетателя по направлению входного потока. Также выход для текучей среды эжектора присоединен к первой концевой стороне перепускного канала, которая является стороной выше по потоку от нагнетателя по направлению входного потока.
[0004] Когда давление ниже по потоку от нагнетателя становится выше, чем давление выше по потоку от нагнетателя, в то время, как нагнетатель работает, давление на второй концевой стороне перепускного канала будет больше, чем давление на первой концевой стороне перепускного канала. Поэтому воздух будет течь от второй концевой стороны перепускного канала к первой концевой стороне перепускного канала. То есть даже при отрицательном давлении, образующемся во впускном канале ниже по потоку от дроссельной заслонки, если нагнетатель работает, прорвавшиеся газы внутри картера могут всасываться в перепускной канал эжектором. Таким образом, картер может вентилироваться. Примером состояния, в котором отрицательное давление не образуется во впускном канале ниже по потоку от дроссельной заслонки, является состояние, когда дроссельная заслонка полностью открыта.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0005] При этом для устройства возврата прорвавшихся газов, описанного в JP 2011-94557 А, при рабочем состоянии, в котором дроссельная заслонка полностью открыта и нагнетатель не работает, давление выше по потоку от нагнетателя и давление ниже по потоку от нагнетателя являются приблизительно одинаковыми, или давление ниже по потоку от нагнетателя будет ниже, чем давление выше по потоку от нагнетателя из-за потери давления. Поэтому воздух не будет поступать от второй концевой стороны перепускного канала, который находится на стороне ниже по потоку по направлению входного потока нагнетателя к первой концевой стороне перепускного канала, которая представляет собой сторону выше по потоку по направлению входного потока нагнетателя. То есть, воздух не будет течь от входа для текучей среды эжектора к выходу для текучей среды эжектора. Поэтому в рабочем состоянии, при котором дроссельная заслонка полностью открыта, и нагнетатель не работает, картер не может вентилироваться, что создает проблему. В случае, например, описанном выше, это происходит потому, что прорвавшиеся газы в картере не могут втягиваться в перепускной канал эжектором.
[0006] Соответственно, изобретением предложен двигатель внутреннего сгорания, оснащенный устройством возврата прорвавшихся газов, способным обеспечить вентиляцию картера даже в рабочем состоянии, при котором дроссельная заслонка полностью открыта, и нагнетатель не работает.
[0007] Первый объект изобретения относится к двигателю внутреннего сгорания, который содержит основной корпус двигателя; нагнетатель, который размещен во впускном канале основного корпуса двигателя; промежуточный охладитель, который расположен ниже по потоку от нагнетателя в направлении потока всасываемого воздуха, во впускном канале; и устройство возврата прорвавшихся газов, выполненное с возможностью ввода прорвавшихся газов в картере основного корпуса двигателя во впускной канал. Устройство возврата прорвавшихся газов содержит i) перепускной канал, который соединяет друг с другом первую точку и вторую точку впускного канала, ii) эжектор, размещенный в перепускном канале, и содержит отверстие всасывания текучей среды, и выполнен с возможностью всасывания прорвавшихся газов через отверстие всасывания текучей среды, когда воздух течет через перепускной канал из первой точки во вторую точку, и iii) канал для прорвавшихся газов, выполненный с возможностью соединения друг с другом картера и отверстия всасывания текучей среды. Первая точка находится между нагнетателем и промежуточным охладителем, а вторая точка находится ниже по потоку от промежуточного охладителя.
[0008] Согласно этому объекту, воздух может поступать в перепускной канал из первой точки во вторую точку впускного канала за счет перепада давления между обоими концами перепускного канала, даже в рабочем состоянии, при котором дроссельная заслонка полностью открыта, и нагнетатель не работает, используя тот факт, что давление между нагнетателем и промежуточным охладителем становится выше, чем давление ниже по потоку от промежуточного охладителя из-за потери давления в промежуточном охладителе. Поэтому даже в рабочем состоянии, при котором дроссельная заслонка полностью открыта, и нагнетатель не работает, прорвавшиеся газы в картере могут всасываться в перепускной канал эжектором, таким образом, картер может вентилироваться.
[0009] Согласно некоторым объектам изобретения, двигатель внутреннего сгорания дополнительно содержит дроссельную заслонку. Дроссельная заслонка размещена ниже по потоку от промежуточного охладителя в направлении потока всасываемого воздуха, во впускном канале; а вторая точка находится ниже по потоку от дроссельной заслонки.
[0010] Согласно другому объекту изобретения, система двигателя содержит двигатель внутреннего сгорания, содержащий: основной корпус двигателя; нагнетатель, размещенный во впускном канале основного корпуса двигателя; промежуточный охладитель, размещенный ниже по потоку от нагнетателя в направлении потока всасываемого воздуха, во впускном канале; и устройство возврата прорвавшихся газов, выполненное с возможностью ввода прорвавшихся газов в картере основного корпуса двигателя во впускной канал. Устройство возврата прорвавшихся газов содержит перепускной канал, эжектор, канал для прорвавшихся газов, и клапан регулирования расхода. Перепускной канал соединяет друг с другом первую точку и вторую точку впускного канала. Эжектор размещен в перепускном канале. Эжектор содержит отверстие всасывания текучей среды. Эжектор выполнен с возможностью всасывания прорвавшихся газов через отверстие всасывания текучей среды, когда воздух течет через перепускной канал из первой точки во вторую точку. Канал для прорвавшихся газов выполнен с возможностью соединения друг с другом картера и отверстия всасывания текучей среды. Клапан регулирования расхода размещен в перепускном канале, и выполнен с возможностью регулирования массового расхода воздуха, который поступает в перепускной канал. Первая точка находится между нагнетателем и промежуточным охладителем, а вторая точка находится ниже по потоку от промежуточного охладителя. Система двигателя также содержит электронный блок управления, выполненный с возможностью управления степенью открытия клапана регулирования расхода на основе рабочего состояния двигателя внутреннего сгорания.
[0011] Согласно некоторым объектам изобретения, двигатель внутреннего сгорания дополнительно содержит дроссельную заслонку. Электронный блок управления выполнен с возможностью управления степенью открытия клапана регулирования расхода, при этом массовый расход прорвавшихся газов, которые всасываются эжектором, происходит в соответствии с заданным массовым расходом в соответствии с рабочим состоянием двигателя внутреннего сгорания, когда двигатель внутреннего сгорания находится в первом рабочем состоянии. Первое рабочее состояние включает в себя условие, что выполняется наддув нагнетателем, а также условие, что дроссельная заслонка полностью открыта.
[0012] Согласно некоторым объектам изобретения, массовый расход прорвавшихся газов, всасываемых эжектором через отверстие всасывания текучей среды, увеличивается при возрастании массового расхода воздуха, который поступает в перепускной канал. Электронный блок управления выполнен с возможностью увеличения степени открытия клапана регулирования расхода при возрастании заданного массового расхода.
[0013] Согласно некоторым объектам изобретения, двигатель внутреннего сгорания дополнительно содержит дроссельную заслонку. Электронный блок управления выполнен с возможностью открытия клапана регулирования расхода, когда двигатель внутреннего сгорания находится во втором рабочем состоянии. Второе рабочее состояние включает в себя условие, что наддув нагнетателем не выполняется, а также условие, что дроссельная заслонка полностью открыта.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0014] Признаки, преимущества, а также техническая и промышленная значимость примерных вариантов осуществления будут описаны ниже со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых одинаковыми ссылочными позициями обозначены одинаковые элементы, и при этом:
Фиг. 1 представляет собой структурную схему, схематически показывающую двигатель внутреннего сгорания согласно первому примерному варианту осуществления;
Фиг. 2 представляет собой покомпонентный перспективный вид механизма переменной степени сжатия;
Фиг. 3А, 3В, и 3С представляют собой виды, иллюстрирующие работу механизма переменной степени сжатия;
Фиг. 4 представляет собой структурную схему, схематически показывающую механизм для регулировки фаз газораспределения;
Фиг. 5 представляет собой вид, иллюстрирующий работу механизма для регулировки фаз газораспределения;
Фиг. 6А, 6В, и 6С представляют собой виды, иллюстрирующие степень механического сжатия, фактическую степень сжатия, и степень расширения;
Фиг.7 представляет собой вид взаимосвязи между теоретической тепловой эффективностью и степенью расширения;
Фиг. 8 представляет собой карту, иллюстрирующую рабочую область основного корпуса двигателя;
Фиг. 9 представляет собой структурную схему, схематически показывающую устройство возврата прорвавшихся газов согласно первому примерному варианту осуществления;
Фиг. 10 представляет собой вид в разрезе эжектора;
Фиг. 11 представляет собой карту для вычисления заданного массового расхода прорвавшихся газов, всасываемых эжектором на основе рабочего состояния двигателя; и
Фиг. 12 представляет собой структурную схему, схематически показывающую устройство возврата прорвавшихся газов согласно второму примерному варианту осуществления.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
[0015] Далее примерные варианты осуществления будут описаны подробно со ссылкой на чертежи. В описании ниже идентичные составные элементы будут обозначены одинаковыми ссылочными позициями.
[0016] Фиг. 1 представляет собой структурную схему, схематически показывающую двигатель 100 внутреннего сгорания согласно первому примерному варианту осуществления.
[0017] Как показано на фиг. 1, двигатель 100 внутреннего сгорания содержит основной корпус 1 двигателя, впускную систему 20, выпускную систему 30, и электронный блок 200 управления. Двигатель 100 и электронный блок 200 управления являются элементами системы двигателя.
[0018] Основной корпус 1 двигателя содержит блок 2 цилиндров, головку 2 блока цилиндров, картер 4, и поддон 5 картера. Головка 2 блока цилиндров установлена на верхней части блока 2 цилиндров. Картер 4 установлен в нижней части блока 2 цилиндров. Также, поддон 5 картера установлен в нижней части картера 4.
[0019] В блоке 2 цилиндров выполнено несколько цилиндров 6. Поршни 7, находящиеся под действием давления сгорания и, соответственно, совершающие возвратно-поступательное движение внутри цилиндров 6, размещены внутри цилиндров 6. Поршни 7 соединены с коленчатым валом 9. Коленчатый вал 9 установлен с возможностью поворота внутри картера 4 посредством шатунов 8. При этом возвратно-поступательное движение поршней 7 преобразуется коленчатым валом 9 во вращательное движение. Пространство, ограниченное поверхностью внутренней стенки головки 2 цилиндра, поверхностями внутренней стенки цилиндров 6, и поверхностями головки поршня, образует камеры 10 сгорания. В дальнейшем элементы, которые имеются в количестве нескольких единиц, например, цилиндры 6, поршни 7, и камеры 10 сгорания, могут быть упомянуты в единственном числе, если это целесообразно для упрощения описания и облегчения понимания.
[0020] В головке 2 цилиндра выполнены впускное окно 11 и выпускное окно 12. Впускное окно 11 выведено с одной стороны боковой поверхности головки 2 цилиндра. При этом впускное окно 11 выведено в камеру 10 сгорания. Выпускное окно 12 выведено с другой стороны боковой поверхности головки 2 цилиндра. Также, выпускное окно 12 выведено в камеру 10 сгорания.
[0021] Впускной клапан 13, выпускной клапан 14, впускной распределительный вал 15, и выпускной распределительный вал 16 - все они установлены на головке 2 цилиндра. Впускной клапан 13 выполнен с возможностью открывания и закрывает соединительный участок между камерой 10 сгорания и впускным окном 11. Выпускной клапан 14 выполнен с возможностью открывания и закрывает соединительный участок между камерой 10 сгорания и выпускным окном 12. Впускной клапан 13 приводится в открытое положение и закрывается впускным распределительным валом 15. Выпускной клапан 14 приводится в открытое положение и закрывается выпускным распределительным валом 16. На одном концевом участке впускного распределительного вала 15 размещен механизм II для регулировки фаз газораспределения, способный изменять установленное время закрытия клапана для впускного клапана 13 на нужное установленное время. Этот механизм II для регулировки фаз газораспределения будет описан подробно ниже со ссылкой на фиг. 4 и фиг. 5.
[0022] Кроме того, на головке 2 цилиндра установлена свеча зажигания. Смесь воздуха и топлива, впрыскиваемая через клапан 17 впрыска топлива, воспламеняется в камере 10 сгорания свечой зажигания. При этом клапан 17 впрыска топлива установлен в каждом впускном подводящем патрубке 25b впускного коллектора 25, как будет описано ниже. На головке 2 цилиндра может быть установлен клапан 17 впрыска топлива, таким образом, чтобы впрыскивать топливо в камеру 10 сгорания.
[0023] В соединительном участке между блоком 2 цилиндров и картером 4А размещен механизм I переменной степени сжатия. Механизм I переменной степени сжатия согласно этому примерному варианту осуществления выполнен с возможностью изменения объема камеры 10 сгорания, когда поршень 7 находится в верхней мертвой точке сжатия (верхней мертвой точке), за счет изменения относительного положения блока 2 цилиндров и картера 4 вдоль осевого направления цилиндра. На соединительном участке между блоком 2 цилиндров и картером 4 установлен датчик 211 относительного положения. Этот датчик 211 относительного положения определяет относительное взаимное расположение блока 2 цилиндров и картера 4. Этот датчик 211 относительного положения выдает выходной сигнал, указывающий на изменение расстояния между блоком 2 цилиндров и картером 4. Механизм I переменной степени сжатия будет описан подробно ниже со ссылкой на фиг. 2 и 3.
[0024] Впускная система 20 представляет собой систему для введения воздуха в цилиндры 6 через впускное окно 11. Впускная система 20 содержит очиститель 21 воздуха, впускную трубу 22, компрессор 23а турбонагнетателя 23, промежуточный охладитель 24, впускной коллектор 25, дроссельную заслонку 26 с электронным управлением, датчик 212 дросселя, анемометр 213, и датчик 214 давления наддува.
[0025] Очиститель 21 воздуха удаляет посторонние частицы, например, песок в воздухе.
[0026] Один конец впускной трубы 22 соединен с очистителем 21 воздуха, а другой конец впускной трубы 22 соединен со сглаживающим ресивером 25а впускного коллектора 25.
[0027] Одним из типов нагнетателя является турбонагнетатель 23. Турбонагнетатель 23 принудительно сжимает воздух, используя энергию выхлопных газов. Турбонагнетатель 23 затем подает этот сжатый воздух в цилиндры 6. В результате эффективность наддува увеличивается, таким образом, возрастает мощность двигателя. Компрессор 23а представляет собой агрегат, который формирует часть турбонагнетателя 23, и расположен во впускной трубе 22. Компрессор 23а сжимает воздух при вращении турбины 23b турбонагнетателя 23, описанного ниже, которая установлена на той же оси, что и компрессор 23 а. Нагнетатель, приводимый в действие механически с использованием усилия вращения коленчатого вала 9, также может быть использован вместо турбонагнетателя 23.
[0028] Промежуточный охладитель 24 размещен во впускной трубе 22 ниже по потоку от компрессора 23а. Промежуточный охладитель 24 охлаждает воздух, сжатый компрессором 23 а, в связи с чем его температура возрастает. Охлаждение воздуха подавляет возврат плотности воздуха, что дополнительно увеличивает эффективность наддува. Охлаждение воздуха предотвращает также возрастание температуры воздушно-топливной смеси, вызываемое высокотемпературным поступающим воздухом, всасываемым в цилиндры 6, что обеспечивает предотвращение детонации и пр.
[0029] Впускной коллектор 25 содержит сглаживающий ресивер 25а и несколько впускных подводящих патрубков 25b. Впускные подводящие патрубки 25b отходят от сглаживающего ресивера 25а и соединены с отверстиями впускных окон 11, сформированных на боковой поверхности головки цилиндра. Воздух, направляемый в сглаживающий ресивер 25а, равномерно распределяется в цилиндры 6 через впускные подводящие патрубки 25b. Таким образом, впускная труба 22, впускной коллектор 25, и впускное окно 11 вместе образуют впускной канал для направления воздуха в цилиндры 6.
[0030] Дроссельная заслонка 26 расположена внутри впускной трубы 22 между промежуточным охладителем 24 и сглаживающим ресивером 25а. Дроссельная заслонка 26 приводится в действие не показанным приводом дросселя. Дроссельная заслонка 26 изменяет площадь проходного поперечного сечения впускной трубы 22 постоянно или ступенчатым образом. Массовый расход воздуха, всасываемого в цилиндры 6, может регулироваться путем корректировки степени открытия дроссельной заслонки, далее именуемой «степень открытия дросселя», с помощью привода дросселя. Степень открытия дросселя отслеживается датчиком 212 дросселя.
[0031] Внутри впускной трубы 22 выше по потоку от компрессора 23а размещен анемометр 213. Анемометр 213 определяет массовый расход воздуха, текущего через впускную трубу 22, далее именуемый «количеством всасываемого воздуха».
[0032] Датчик 214 давления наддува размещен в сглаживающем ресивере 25 а. Датчик 214 давления наддува определяет давление внутри сглаживающего ресивера 25а.
[0033] Выпускная система 30 представляет собой систему для очистки сгоревшего газа (выхлопного газа), образующегося в камере 10 сгорания, и выброса его наружу. Выпускная система 30 содержит выпускной коллектор 31, выпускную трубу 32, турбину 23b турбонагнетателя 23, выпускной перепускной канал 33, систему 34 выпуска после очистки, а также датчик 215 воздушно-топливного отношения.
[0034] Выпускной коллектор 31 содержит несколько выпускных отводящих патрубков и собирающую трубку. Несколько выпускных отводящих патрубков соединены с отверстиями выпускных окон 12, образованных в боковой поверхности головки цилиндра. Собирающая трубка представляет собой трубку, где несколько выпускных отводящих патрубков сходятся в одну.
[0035] Один конец выпускной трубы 32 соединен с собирающей трубкой выпускного коллектора 31. Другой конец выпускной трубы 32 представляет собой открытый конец. Выхлопной газ, выбрасываемый из цилиндров 6 в выпускной коллектор 31 через выпускные окна 12, течет через выпускную трубу 32 и выбрасывается наружу.
[0036] Турбина 23b представляет собой агрегат, который формирует часть турбонагнетателя 23, и размещен в выпускной трубе 32. Турбина 23b вращается от энергии выхлопного газа, и приводит в действие компрессор 23а, который установлен на той же оси, что и турбина 23b.
[0037] Выпускной перепускной канал 33 представляет собой канал, который соединен с выпускной трубой 32 выше по потоку от турбины 23b и выпускной трубой 32 ниже по потоку от турбины 23b, так, чтобы обходить турбину 23b.
[0038] Клапан 36 управления перепуском газов размещен в выпускном перепускном канале 33. Этот клапан 36 управления перепуском газов приводится в действие приводом 36 перепускной заслонки. Клапан 36 управления перепуском газов может регулировать площадь поперечного сечения канала выпускного перепускного канала 33 постоянно или ступенчатым образом. Когда клапан 36 управления перепуском газов открывается, часть или весь выхлопной газ, текущий через выпускную трубу 32, течет в выпускной перепускной канал 33. Затем выхлопной газ обходит турбину 23b и выбрасывается наружу. Поэтому массовый расход выхлопного газа, который поступает в турбину 23b, может регулироваться путем корректировки степени открытия клапана 36 управления перепуском газов. Кроме того, скорость вращения турбины 23b также может регулироваться. То есть, давление (давление наддува) воздуха, сжатого компрессором 23 а может регулироваться путем корректировки степени открытия клапана 36 управления перепуском газов.
[0039] Система 34 выпуска после очистки размещена ниже по потоку от турбины 23b, в выпускной трубе 32. Система 34 выпуска после очистки представляет собой систему для очистки выхлопных газов с последующим выбросом выхлопного газа наружу. Система выпуска после очистки представляет собой носитель, на котором размещают разнообразные типы катализаторов (например, трехкомпонентный катализатор), который очищает токсические вещества.
[0040] Датчик 215 воздушно-топливного отношения размещен в собирающей трубке выпускного коллектора 31 и определяет воздушно-топливное отношение в выхлопном газе.
[0041] Электронный блок 200 управления представляет собой цифровой компьютер. Также, электронный блок 200 управления содержит ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) 202, ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) 203, ЦПУ (микропроцессор) 204, входной разъем 205, и выходной разъем 206, которые все соединены друг с другом двунаправленной шиной 201.
[0042] Сигналы выдаются датчиком 211 относительного положения, датчиком 212 дросселя, анемометром 213, датчиком 214 давления наддува, и датчиком 215 воздушно-топливного отношения и пр., и поступают на входной разъем 205 через соответствующие АЦ преобразователи 207. Кроме того, выходное напряжение датчика 217 нагрузки также поступает через соответствующий АЦ преобразователь 207. Датчик 217 нагрузки выполнен с возможностью генерировать выходное напряжение, пропорциональное усилию нажатия на педаль 220 акселератора (далее именуемого «усилием нажатия акселератора»), и выдает это выходное напряжение. Также выходной сигнал с датчика 218 угла поворота коленвала поступает на входной разъем 205 для вычисления оборотов двигателя и пр. Датчик 218 угла поворота коленвала генерирует выходной импульс каждый раз, когда коленчатый вал 9 основного корпуса 1 двигателя поворачивается, например, на 15° и выдает сигнал. Таким образом, выходные сигналы от различных датчиков, необходимые для управления двигателем 100 внутреннего сгорания, поступают на входной разъем 205.
[0043] Различные компоненты управления электрически соединены с выходным разъемом 206. Эти компоненты управления содержат клапан 17 впрыска топлива, свечу зажигания, привод 36 перепускной заслонки, механизм I переменной степени сжатия, и механизм II для регулировки фаз газораспределения и пр. Эти компоненты управления соединены с выходным разъемом 206 через соответствующие приводные контуры 208.
[0044] Электронный блок 200 управления выдает команды управления для управления различными компонентами управления через выходной разъем 206. Команды управления выдаются на основе выходных сигналов от различных датчиков, поступающих на входной разъем 205. Таким образом, электронный блок 200 управления управляет двигателем 100 внутреннего сгорания.
[0045] Фиг. 2 представляет собой покомпонентный перспективный вид механизма I переменной степени сжатия согласно этому примерному варианту осуществления.
[0046] Как показано на фиг. 2, несколько выступающих частей 50 выполнено в коротком (поперечном) направлении блока 2 цилиндров так, чтобы быть разделенными друг от друга с промежутками внизу обеих боковых стенок. Эти несколько выступающих частей 50 размещены в длинном (продольном) направлении блока 2 цилиндров. Выступающие части 50 являются одним из примеров первой выступающей части. Установочное отверстие 51 кулачка, имеющее круглое сечение, выполнено в каждой выступающей части 50. Установочное отверстие 51 кулачка является примером первого установочного отверстия кулачка. При этом несколько выступающих частей 52 на верхней поверхности стенки картера 4 выполнено так, чтобы быть разделенными друг от друга с интервалами между соответствующими выступающими частями 50. Установочное отверстие 53 кулачка, имеющее круглое сечение, выполнено в каждой из этих выступающих частей 52. Выступающие части 52 являются примером второй выступающей части, и установочное отверстие 53 кулачка является примером второго установочного отверстия кулачка.
[0047] Также, механизм I переменной степени сжатия оснащен парой кулачковых валов 54 и 55. На каждом из кулачковых валов 54 и 55 жестко закреплены дисковые кулачки 58. Дисковые кулачки 58 выполнены, чтобы быть вставленными с возможностью вращения в установочные отверстия 53 кулачков с заданными интервалами. Эти дисковые кулачки 58 коаксиальны осям вращения кулачковых валов 54 и 55. При этом эксцентриковые валы 57 (см. фиг. 3) пролегают с обеих сторон дисковых кулачков 58 вдоль осевого направления кулачковых валов 54 и 55. Эти эксцентриковые валы 57 расположены эксцентрически относительно осей вращения кулачковых валов 54 и 55. Также, другие дисковые кулачки 56 эксцентрически установлены на эксцентриковые валы 57 с возможностью поворота. Как показано на фиг. 2, эти дисковые кулачки 56 расположены, чередуясь с дисковыми кулачками 58 в продольном направлении вдоль кулачковых валов 54 и 55, и эти дисковые кулачки 56 вставлены с возможностью поворота в соответствующие установочные отверстия 51 кулачков.
[0048] На одной концевой части кулачковых валов 54 и 55 установлена пара червяков 61 и 62 и червячных колес 63 и 64. Пара червяков 61 и 62 размещена на ведущем валу 60. Червячные колеса 63 и 64 находятся в зацеплении, соответственно, с червяками 61 и 62. В данном случае червяки 61 и 62 являются примером, соответственно, первого червяка и второго червяка. При этом червячные колеса 63 и 64 являются примером, соответственно, первого червячного колеса и второго червячного колеса. Направления винтовых поверхностей (спиральных поверхностей) у пары червяков 61 и 62 являются противоположными. Поскольку направления винтовых поверхностей являются противоположными, кулачковые валы 54 и 55 вращаются в противоположных направлениях. Ведущий вал 60 вращается приводным электромотором 40. Иными словами, когда приводной электромотор 40 приведен в движение, кулачковые валы 54 и 55 вращаются в противоположных направлениях. С помощью вращения кулачковых валов 54 и 55 в противоположных направлениях, объем камеры 10 сгорания, когда поршень 7 находится в верхней мертвой точке сжатия (верхней мертвой точке), может меняться, как показано на фиг. 3. Датчик 216 угла поворота кулачка установлен на кулачковом валу 55. Датчик 216 угла поворота кулачка выдает сигнал, указывающий на угол поворота кулачкового вала 55. Сигнал, выданный датчиком 216 угла поворота кулачка, поступает на электронный блок 200 управления через соответствующий АЦ преобразователь 207. Далее работа механизма I переменной степени сжатия будет описана со ссылкой на фиг. 3.
[0049] Фиг. 3 представляет собой вид, иллюстрирующий работу механизма I переменной степени сжатия.
[0050] Фиг. 3А представляет собой вид в положении, при котором объем камеры 10 сгорания, когда поршень 7 расположен в верхней мертвой точке сжатия, увеличивается механизмом I переменной степени сжатия. Фиг. 3В представляет собой вид в положении, при котором объем камеры 10 сгорания, когда поршень 7 расположен в верхней мертвой точке сжатия, находится между максимумом и минимумом с помощью механизма I переменной степени сжатия. Фиг. 3С представляет собой вид в положении, при котором объем камеры 10 сгорания, когда поршень 7 расположен в верхней мертвой точке сжатия, является минимальным с помощью механизма I переменной степени сжатия.
[0051] Дисковые кулачки 58 жестко закреплены на кулачковых валах 54 и 55. Из положения, например, такого, как показано на фиг. 3А, дисковые кулачки 58 поворачиваются в направлениях, показанных стрелками, т.е., в противоположных направлениях. В результате эксцентриковые валы 57 движутся в направлениях удаления друг от друга. Таким образом, дисковые кулачки 56 поворачиваются в противоположных направлениях от дисковых кулачков 58 внутри установочных отверстий 51 кулачков. При этом положение эксцентриковых валов 57 меняется из высокого положения в среднее положение, как показано на фиг. 3В. Далее, когда дисковые кулачки 58 поворачиваются дальше в направлениях, указанных стрелками, эксцентриковые валы 57 приходят в самое нижнее положение, как показано на фиг. 3С.
[0052] Взаимное расположение центров дисковых кулачков 58, центров b эксцентриковых валов 57 и центров дисковых кулачков 56 в каждом из этих положений указано на фиг. 3А, 3В, и 3С.
[0053] Как очевидно при сравнении фиг. 3А, 3В, и 3С, относительное положение картера 4 и блока 2 цилиндров определяется расстоянием между центрами «а» дисковых кулачков 58 и центрами «с» дисковых кулачков 56. Когда расстояние между центрами «а» дисковых кулачков 58 и центрами «с» дисковых кулачков 56 увеличивается, блоки 2 цилиндров движутся дальше в направлении, в котором расстояние между блоком 2 цилиндров и картером 4 увеличивается. То есть, механизм I переменной степени сжатия меняет относительное положение между картером 4 и блоком 2 цилиндров с помощью кривошипно-шатунного механизма, который использует вращающиеся кулачки. Когда блоки 2 цилиндров движутся дальше в сторону от картера 4, объем камеры 10 сгорания, когда поршень 7 расположен в верхней мертвой точке сжатия, увеличивается. Таким образом, объем камеры 10 сгорания, когда поршень 7 находится в ВМТ сжатия, может меняться за счет вращения кулачковых валов 54 и 55.
[0054] Фиг. 4 представляет собой структурную схему, схематически показывающую механизм II для регулировки фаз газораспределения согласно этому примерному варианту осуществления, который представлен на одной концевой части впускного распределительного вала 15.
[0055] Как показано на фиг. 4, механизм II для регулировки фаз газораспределения содержит синхронизирующий шкив 71, цилиндрический корпус 72, вращающийся вал 73, несколько разделяющих стенок 74, и лопасти 75. Также, гидравлическая камера 76 опережения и гидравлическая камера 77 запаздывания сформированы с обеих сторон каждой из лопастей 75, в направлении вдоль окружности вращающегося вала 73. Синхронизирующий шкив 71 вращается коленчатым валом 9 в направлении, указанном стрелкой, посредством синхронизирующего ремня. Цилиндрический корпус 72 вращается вместе с синхронизирующим шкивом 71. Вращающийся вал 73 вращается вместе с впускным кулачковым валом 15. Также, вращающийся вал 73 может вращаться относительно цилиндрического корпуса 72. Несколько разделяющих стенок 74 пролегает от внутренней боковой поверхности цилиндрического корпуса 72 до наружной боковой поверхности вращающегося вала 73. Лопасти 75 проходят от наружной боковой поверхности вращающегося вала 73 до внутренней боковой поверхности цилиндрического корпуса 72 между разделяющими стенками 74.
[0056] Подача гидравлической жидкости в гидравлические камеры 76 и 77 управляется клапаном 78 управления подачей гидравлической жидкости. Этот клапан 78 управления подачей гидравлической жидкости содержит гидравлические каналы 79 и 80, нагнетающий канал 82, пару сливных каналов 83 и 84, и золотниковый клапан 85. Гидравлические каналы 79 и 80 соединены с гидравлическими камерами 76 и 77, соответственно. Гидравлическая жидкость, нагнетаемая гидравлическим насосом 81, поступает через нагнетающий канал 82. Золотниковый клапан 85 выполняет управление по перекрыванию сообщения между каналами 79, 80, 82, 83, и 84.
[0057] Когда фаза кулачка распределительного вала 15 является опережающей, золотниковый клапан 85 перемещается вправо на фиг. 4. Затем гидравлическая жидкость, подаваемая по нагнетающему каналу 82, поступает в гидравлическую камеру 76 опережения через гидравлический канал 79. При этом гидравлическая жидкость в гидравлической камере 77 запаздывания выходит по сливному каналу 84. В это время, вращающийся вал 73 движется по направлению стрелки относительно цилиндрического корпуса 72.
[0058] Напротив, когда фаза кулачка впускного распределительного вала 15 является запаздывающей, золотниковый клапан 85 перемещается влево на фиг. 4. Затем гидравлическая жидкость, подаваемая по нагнетающему каналу 82, поступает в гидравлическую камеру 77 запаздывания через гидравлический канал 80. При этом гидравлическая жидкость в гидравлической камере 76 опережения выходит по сливному каналу 83. В это время, вращающийся вал 73 движется в направлении, противоположном стрелке, относительно цилиндрического корпуса 72.
[0059] Когда золотниковый клапан 85 возвращается в нейтральное положение, показанное на фиг. 4, когда вращающийся вал 73 поворачивается относительно цилиндрического корпуса 72, относительное вращение вращающегося вала 73 останавливается. То есть, вращающийся вал 73 поддерживается в это время в положении относительного поворота. Таким образом, механизмом II для регулировки фаз газораспределения фаза кулачка впускного распределительного вала 15 может на нужную величину опережать или запаздывать.
[0060] Фиг. 5 представляет собой вид, иллюстрирующий работу механизма II для регулировки фаз газораспределения.
[0061] Сплошной линией на фиг. 5 обозначено, когда фаза кулачка впускного распределительного вала 15 в наибольшей степени опережает за счет механизма II для регулировки фаз газораспределения. Прерывистой линией на фиг. 5 обозначено, когда фаза кулачка впускного распределительного вала 15 в наибольшей степени запаздывает. Период открытия впускного клапана 13 может быть установлен соответствующим образом между диапазоном, обозначенным сплошной линией и диапазоном, обозначенным прерывистой линией на фиг. 5. При этом период закрытия впускного клапана 13 также может быть установлен на соответствующий угол поворота коленвала внутри диапазона, обозначенного стрелкой С на фиг. 5.
[0062] Установленное время закрытия впускного клапана 13 может изменяться механизмом II для регулировки фаз газораспределения на соответствующее установленное время от установленного времени закрытия клапана, когда фаза кулачка впускного распределительного вала 15 в наибольшей степени опережает, до установленного времени закрытия клапана, когда фаза кулачка впускного распределительного вала 15 в наибольшей степени запаздывает. Далее установленное время закрытия клапана, когда фаза кулачка впускного распределительного вала 15 в наибольшей степени опережает, именуется «предельное установленное время закрытия клапана на стороне опережения». При этом установленное время закрытия клапана, когда фаза кулачка впускного распределительного вала 15 в наибольшей степени запаздывает, именуется «предельное установленное время закрытия клапана на стороне запаздывания».
[0063] Механизм II для регулировки фаз газораспределения, показанный на фиг. 1 и 4, показан на одном примере. Например, может также быть использован механизм для регулировки фаз газораспределения, в котором установленное время открытия впускного клапана 13 поддерживается постоянным, и только установленное время закрытия впускного клапана 13 меняется. Также, может быть использован любой механизм для регулировки фаз газораспределения из различных модификаций.
[0064] Далее, со ссылкой на фиг. 6, будет описано содержание терминов «степень механического сжатия», «фактическая степень сжатия», и «степень расширения», используемых в данном описании. Для описания этих терминов, на фиг. 6А, 6В, и 6С показан основной корпус 1 двигателя, имеющий объем камеры сгорания 50 мл и объем цилиндра от хода поршня 7, составляющий 500 мл. Объем камеры сгорания на фиг. 6А-6С представляет собой объем камеры 10 сгорания, когда поршень 7 расположен в верхней мертвой точке сжатия.
[0065] Фиг. 6А представляет собой вид, иллюстрирующий степень механического сжатия.
[0066] Степень механического сжатия представляет собой значение, которое определяется конструктивно только из объема камеры сгорания и объема цилиндра от хода поршня 7 во время рабочего хода сжатия, и выражается (объем камеры сгорания + объем цилиндра от хода поршня) / объем камеры сгорания. В примере, показанном на фиг. 6А, степень механического сжатия составляет (50 мл + 500 мл) / 50 мл = 11.
[0067] Фиг. 6 В представляет собой вид, иллюстрирующий фактическую степень сжатия.
[0068] Фактическая степень сжатия представляет собой значение, определяемое, исходя из объема камеры сгорания и объема цилиндра от фактического хода поршня от момента, когда фактически начинается операция сжатия, до того момента, когда поршень 7 достигает ВМТ, и выражается (объем камеры сгорания + объем цилиндра от фактического хода поршня) / объем камеры сгорания. То есть, даже если поршень 7 начинает подниматься во время рабочего хода сжатия, как показано на фиг. 6 В, операция сжатия не выполняется, до тех пор, пока впускной клапан 13 открыт, таким образом, фактическая операция сжатия начинается с момента времени, когда впускной клапан 13 закрывается. Поэтому фактическая степень сжатия выражается так, как показано ниже, с использованием объема цилиндра от фактического хода поршня. В примере, показанном на фиг. 6В, фактическая степень сжатия составляет (50 мл + 450 мл)/50 мл = 10.
[0069] Фиг. 6С представляет собой вид, иллюстрирующий степень расширения.
[0070] Степень расширения представляет собой значение, определяемое, исходя из объема камеры сгорания и объема цилиндра от хода поршня 7 во время рабочего хода расширения, и выражается (объем камеры сгорания + объем цилиндра от хода поршня) / объем камеры сгорания. В примере, показанном на фиг. 6С, степень расширения составляет (50 мл + 500 мл) / 50 мл = 11.
[0071] Фиг. 7 представляет собой изображение взаимосвязи между теоретической тепловой эффективностью и степенью расширения.
[0072] Сплошная линия на фиг. 7 показывает изменение теоретической тепловой эффективности, когда фактическая степень сжатия и степень расширения являются, по существу, одинаковыми, т.е., в обычном цикле. В этом случае, очевидно, что теоретическая тепловая эффективность увеличивается, когда возрастает степень расширения, т.е., когда увеличивается фактическая степень сжатия. Поэтому, чтобы увеличить теоретическую тепловую эффективность в обычном цикле, нужно только увеличить фактическую степень сжатия. Однако фактическая степень сжатия может быть увеличена только до определенной стадии из-за ограничений, связанных с возникновением детонации, когда двигатель работает при высокой нагрузке. Поэтому теоретическую тепловую эффективность нельзя увеличить в достаточной степени при обычном цикле.
[0073] В этих обстоятельствах была предпринята попытка увеличить теоретическую тепловую эффективность, и при этом было проверено строгое различие степени механического сжатия от фактической степени сжатия. В результате было обнаружено, что степень расширения управляет теоретической тепловой эффективностью. Также было обнаружено, что фактическая степень сжатия почти не влияет на теоретическую тепловую эффективность. То есть, очевидно, что когда фактическая степень сжатия увеличивается, сила сгорания увеличивается, однако, для сжатия требуется большое количество энергии. В результате, даже если фактическая степень сжатия увеличивается, теоретическая тепловая эффективность увеличивается совсем немного.
[0074] Напротив, когда степень расширения увеличивается, период, в течение которого усилие нажатия вниз подается на поршень 7 во время рабочего хода расширения, становится длиннее, таким образом, период, в течение которого поршень 7 прикладывает усилие вращения к коленчатому валу 9, становится длиннее. Поэтому теоретическая тепловая эффективность становится выше, чем больше степень расширения. Прерывистой линией ε=10 на фиг. 7 показана теоретическая тепловая эффективность, когда степень расширения возрастала, тогда как фактическая степень сжатия зафиксирована на 10. Таким образом, очевидно, что нет большой разницы между степенью увеличения теоретической тепловой эффективности, когда степень расширения увеличивается, в то время, как фактическая степень ε сжатия поддерживается на низком значении, и степенью увеличения теоретической тепловой эффективности, когда фактическая степень сжатия, показанная сплошной линией на фиг. 7, увеличивается вместе со степенью расширения.
[0075] Когда фактическая степень сжатия поддерживается на низком значении, таким образом, детонации не возникнет, соответственно, когда степень расширения увеличивается, в то время, как фактическая степень сжатия поддерживается на низком значении, теоретическая тепловая эффективность может значительно увеличиться, и при этом детонация не возникает. Также, обычно, тепловая эффективность стремится к ухудшению, когда нагрузка двигателя внутреннего сгорания является низкой, таким образом, чтобы увеличить тепловую эффективность, когда двигатель работает, и увеличить эффективность топлива, эффективной мерой является увеличение тепловой эффективности, когда нагрузка двигателя низкая.
[0076] Далее будет описано базовое управление механизма I переменной степени сжатия и механизма II для регулировки фаз газораспределения согласно этому примерному варианту осуществления со ссылкой на фиг. 8.
[0077] Фиг. 8 представляет собой карту рабочей области основного корпуса 1 двигателя. Как показано на фиг. 8, в этом примерном варианте осуществления, рабочая область основного корпуса 1 двигателя разделена на три области первой линией нагрузки и второй линией нагрузки. В нижеприведенном описании для удобства область ниже первой линии нагрузки именуется «область низкой нагрузки без наддува". Область ниже второй линии нагрузки, отличная от области низкой нагрузки без наддува, именуется «областью средней нагрузки без наддува». Область нагрузки двигателя выше второй линии нагрузки именуется «областью высокой нагрузки с наддувом».
[0078] Когда рабочая точка двигателя, определенная на основе оборотов двигателя и усилия нажатия акселератора (т.е., нагрузка двигателя) находится в области низкой нагрузки без наддува, электронный блок 200 управления фиксирует установленное время закрытия впускного клапана 13 на стороне предельного запаздывания установленного времени закрытия клапана, которое в наибольшей степени задерживает установленное время закрытия впускного клапана 13 от впускной НМТ (нижней мертвой точки) без выполнения наддува с помощью турбонагнетателя 23, управляет количеством всасываемого воздуха с помощью дроссельной заслонки 26, и фиксирует степень механического сжатия на верхней предельной степени механического сжатия. Верхняя предельная степень механического сжатия представляет собой степень механического сжатия, когда объем камеры сгорания является минимальным (состояние, показанное на фиг. 3С).
[0079] Таким образом, когда рабочая точка находится в области низкой нагрузки без наддува, электронный блок 200 управления поддерживает степень расширения на максимальной степени расширения путем фиксации степени механического сжатия на верхней предельной степени механического сжатия, и поддерживает фактическую степень сжатия на заранее заданном значении (11 в этом примерном варианте осуществления), при котором детонации и преждевременного воспламенения не возникнет, путем фиксации установленного времени закрытия впускного клапана 13, как предельного установленного времени закрытия клапана на стороне запаздывания.
[0080] Применительно к основному корпусу 1 двигателя, показанному на фиг. 6, объем цилиндра от фактического хода поршня изменяется от 500 мл до 200 мл, например, в результате фиксации установленного времени закрытия впускного клапана 13, как предельного установленного времени закрытия клапана на стороне запаздывания, и объем камеры сгорания изменяется от 50 мл до 20 мл, например, в результате фиксации степени механического сжатия на верхней предельной степени механического сжатия. Поэтому в основном корпусе 1 двигателя, показанном на фиг. 6, когда рабочая точка двигателя находится в области низкой нагрузки без наддува, фактическая степень сжатия составляет (20 мл + 200 мл) / 20 мл = 11, и степень расширения составляет (20 мл + 500 мл) / 20 мл = 26.
[0081] В результате, в области низкой нагрузки без наддува, степень расширения может поддерживаться на максимальной степени расширения, при этом поддерживая фактическую степень сжатия на значении, при котором детонации не возникнет, таким образом, теоретическая тепловая эффективность может значительно увеличиться, при этом препятствуя возникновению детонации.
[0082] При этом, когда рабочая точка двигателя находится в области низкой нагрузки без наддува, электронный блок 200 управления управляет дроссельной заслонкой 26, при этом количество всасываемого воздуха достигает заданного количества всасываемого воздуха в соответствии с нагрузкой двигателя. Более конкретно, когда обороты двигателя постоянные, степень открытия дросселя увеличивается при возрастании нагрузки двигателя, при этом дроссельная заслонка 26 полностью открыта, когда нагрузка двигателя находится в точке X на линии первой нагрузки, как показано на фиг. 8. Поэтому, когда нагрузка двигателя выше, чем линия первой нагрузки, количество всасываемого воздуха более не может управляться дроссельной заслонкой 26. Таким образом, когда нагрузка двигателя выше, чем линия первой нагрузки, количество всасываемого воздуха увеличивается путем опережения установленного времени закрытия впускного клапана 13 на цикле впуска для НМТ от предельного установленного времени закрытия клапана на стороне запаздывания.
[0083] То есть, когда рабочая точка двигателя находится в области средней нагрузки без наддува, электронный блок 200 управления фиксирует дроссельную заслонку 26 в полностью открытом состоянии без выполнения наддува с помощью турбонагнетателя 23, управляет количеством всасываемого воздуха с помощью механизма II для регулировки фаз газораспределения, и снижает степень механического сжатия от верхней предельной степени механического сжатия, при этом фактическая степень сжатия поддерживается на заранее заданном значении.
[0084] Более конкретно, когда обороты двигателя постоянные, впускная система 20 увеличивает количество всасываемого воздуха при возрастании нагрузки двигателя, при этом установленное время закрытия впускного клапана 13 становится предельным установленным временем закрытия клапана на стороне опережения, когда нагрузка двигателя находится в точке Y на линии второй нагрузки, как показано на фиг. 8. Далее, электронный блок 200 управления снижает степень механического сжатия от верхней предельной степени механического сжатия, когда нагрузка двигателя увеличивается, при этом фактическая степень сжатия поддерживается на заранее заданном значении.
[0085] В основном корпусе 1 двигателя, показанном на фиг. 6, когда объем цилиндра от фактического хода поршня меняется от 500 мл на 400 мл, например, путем опережения установленного времени закрытия впускного клапана 13, на цикле впуска для НМТ от предельного установленного времени закрытия клапана на стороне запаздывания, электронный блок 200 управления снижает объем камеры сгорания до 40 мл, чтобы поддерживать фактическую степень сжатия постоянной на 11.
[0086] Таким образом, в области средней нагрузки без наддува, установленное время закрытия впускного клапана 13 управляется как установленное время закрытия клапана между предельным установленным временем закрытия клапана на стороне запаздывания и предельным установленным временем закрытия клапана на стороне опережения, и степень механического сжатия делается меньшей, чем верхняя предельная степень механического сжатия в соответствии с управляемым установленным временем закрытия клапана, чтобы поддерживать фактическую степень сжатия на заранее заданном значении. Поэтому в области средней нагрузки без наддува, основной корпус 1 двигателя может функционировать в состоянии, в котором степень расширения постоянно поддерживается на значении, которое выше, чем фактическая степень сжатия, даже если степень расширения меньше, чем максимальная степень расширения. Соответственно, теоретическая тепловая эффективность может увеличиться, при этом также препятствуя возникновению детонации в диапазоне средней нагрузки без наддува. Также, в диапазоне средней нагрузки без наддува, дроссельная заслонка 26 зафиксирована в полностью открытом состоянии, таким образом, потери на нагнетание могут быть уменьшены, по существу, до нуля.
[0087] При этом, когда нагрузка двигателя выше линии второй нагрузки, количеством всасываемого воздуха более нельзя управлять ни дроссельной заслонкой 26, ни механизмом II для регулировки фаз газораспределения. Поэтому, когда нагрузка двигателя становится выше линии второй нагрузки, количество всасываемого воздуха увеличивается путем выполнения наддува с помощью турбонагнетателя 23.
[0088] То есть, когда рабочая точка двигателя находится в области высокой нагрузки с наддувом, электронный блок 200 управления фиксирует установленное время закрытия впускного клапана 13, как предельное установленное время закрытия клапана на стороне опережения, при этом фиксируя степень открытия дросселя в полностью открытом состоянии, управляет давлением наддува (т.е., степенью открытия клапана 36 управления перепуском газов) с помощью турбонагнетателя 23, при этом количество всасываемого воздуха достигает заданного количества всасываемого воздуха, и фиксирует степень механического сжатия на нижней предельной степени механического сжатия. Нижняя предельная степень механического сжатия представляет собой степень механического сжатия, когда объем камеры сгорания является максимальным (состояние, показанное на фиг. 3А).
[0089] Таким образом, в этом примерном варианте осуществления, основной корпус 1 двигателя функционирует в состоянии, в котором степень расширения выше, чем фактическая степень сжатия, при этом поддерживая фактическую степень сжатия на значении, при котором детонации не возникнет, в области низкой нагрузки без наддува и в области средней нагрузки без наддува, путем совместного управления механизмом I переменной степени сжатия и механизмом II для регулировки фаз газораспределения.
[0090] Вследствие этого, процентная доля рабочей области двигателя, занятой областью, где количество всасываемого воздуха управляется механизмом II для регулировки фаз газораспределения, тогда как дроссельная заслонка 26 полностью открыта без выполнения наддува турбонагнетателем 23, т.е., занятой областью средней нагрузки без наддува, увеличивается. В результате, имеется зона, где область средней нагрузки без наддува является широкой в рабочих областях, которые используются с достаточно высокой частотой (т.е., областях с низкой-средней интенсивностью работы, областях с низкой-средней нагрузкой), обведенных прерывистой линией на фиг. 8, таким образом, состояние, в котором дроссельная заслонка 26 полностью открыта, и наддув не выполняется турбонагнетателем 23, тогда как двигатель работает, может длиться продолжительный период времени. В таком случае, могут возникнуть проблемы, например, такие, как описаны ниже.
[0091] Иначе говоря, воздушно-топливная смесь и сгоревший газ (далее они совместно именуются «прорвавшимися газами») могут просачиваться в картер 4 изнутри камеры 10 сгорания во время работы двигателя. Когда эти прорвавшиеся газы накапливаются внутри картера 4 и давление внутри картера 4 возрастает, это создает большую величину сопротивления, когда поршень 7 движется от ВМТ к НМТ, и в результате, выходная мощность двигателя снижается. При этом, когда прорвавшиеся газы накапливаются в картере 4, это снижает качество масла в поддоне 5 картера.
[0092] Поэтому двигатель внутреннего сгорания описанного выше типа, снабжен устройством возврата прорвавшихся газов, которое вводит прорвавшиеся газы внутри картера во впускной канал. Это устройство возврата прорвавшихся газов выполнено с возможностью ввода прорвавшихся газов внутри картера во впускной канал ниже по потоку от дроссельной заслонки, используя отрицательное давление, генерируемое во впускном канале ниже по потоку от дроссельной заслонки, когда наддув не выполняется нагнетателем, например, турбонагнетателем.
[0093] Устройство возврата прорвавшихся газов также выполнено с возможностью всасывания прорвавшихся газов в картере с помощью эжектора, размещенного в канале, который перемещает всасываемый воздух со стороны ниже по потоку от нагнетателя в обратную сторону выше по потоку от нагнетателя, даже если дроссельная заслонка полностью открыта, и введения всасываемых прорвавшихся газов во впускной канал, используя перепад давления между давлением на стороне ниже по потоку от нагнетателя (далее именуемой также «давлением стороны ниже по потоку»), и давлением на стороне выше по потоку от нагнетателя (далее именуемой также «давлением стороны выше по потоку»), при выполнении наддува нагнетателем.
[0094] Однако, с этой конструкцией устройства возврата прорвавшихся газов, давление внутри впускного канала ниже по потоку от дроссельной заслонки не будет отрицательным давлением в рабочем состоянии, при котором дроссельная заслонка полностью открыта, и наддув нагнетателем не выполняется. Поэтому прорвавшиеся внутрь картера газы не могут вводиться во впускной канал ниже по потоку от дроссельной заслонки, используя отрицательное давление, генерируемое внутри впускного канала ниже по потоку от дроссельной заслонки.
[0095] При этом, поскольку наддув нагнетателем не выполняется, давление на стороне выше по потоку от нагнетателя и давление на стороне ниже по потоку от нагнетателя являются, по существу, одинаковыми, либо давление на стороне ниже по потоку от нагнетателя, наоборот, ниже, чем давление на стороне выше по потоку от нагнетателя из-за потери давления. Поэтому всасываемый воздух не может быть перемещен со стороны ниже по потоку от нагнетателя в обратную сторону выше по потоку от нагнетателя, и прорвавшиеся газы внутри картера также не могут всасываться эжектором.
[0096] То есть, с этой конструкцией устройства возврата прорвавшихся газов, описанной выше, когда, в рабочем состоянии, в котором наддув нагнетателем не выполняется и дроссельная заслонка полностью открыта, прорвавшиеся газы внутри картера не могут попасть во впускной канал, соответственно, вентиляция картера невозможна. В результате, выходная мощность двигателя может уменьшиться, и качество масла в масляном поддоне может ухудшиться. В частности, в двигателе 100 внутреннего сгорания согласно этому примерному варианту осуществления, есть моменты времени, когда состояние, в котором наддув турбонагнетателем 23 не выполняется, и дроссельная заслонка 26 полностью открыта, тогда как двигатель работает, продолжается в течение продолжительного периода времени, таким образом, такого рода уменьшение мощности двигателя и снижение качества масла может быть существенным.
[0097] Поэтому в этом примерном варианте осуществления устройство возврата прорвавшихся газов выполнено так, что картер 4 может вентилироваться даже в рабочем состоянии, в котором наддув турбонагнетателем 23 не выполняется и дроссельная заслонка 26 полностью открыта.
[0098] Далее конструкция устройства 90 возврата прорвавшихся газов согласно примерному варианту осуществления, которое размещено в двигателе 100 внутреннего сгорания, будет описано со ссылкой на фиг. 9. Фиг. 9 представляет собой структурную схему, схематически показывающую устройство 90 возврата прорвавшихся газов согласно этому примерному варианту осуществления. Это устройство 90 возврата прорвавшихся газов не показано на фиг. 1.
[0099] Как показано на фиг. 9, устройство 90 возврата прорвавшихся газов содержит канал 91 подачи воздуха, первый канал 92 для прорвавшихся газов, клапан 93 вентиляции картера (PCV), перепускной канал 94 для прорвавшихся газов, эжектор 95, клапан 96 регулирования расхода, и второй канал 97 для прорвавшихся газов.
[0100] Канал 91 подачи воздуха представляет собой канал, который обеспечивает сообщение впускного канала выше по потоку от компрессора 23 а с внутренней частью картера 4, и используется для ввода воздуха (свежего воздуха), который течет через впускной канал в картер 4. В этом примерном варианте осуществления, один конец канала 91 подачи воздуха соединен с впускной трубой 22 выше по потоку от компрессора 23 а, а другой конец канала 91 подачи воздуха соединен с головкой 3 цилиндра. Другой конец канала 91 подачи воздуха сообщается с внутренней частью картера 4 через внутреннее пространство в головке 3 цилиндра.
[0101] Первый канал 92 для прорвавшихся газов представляет собой канал, который обеспечивает сообщение внутренней части картера 4 с впускным каналом ниже по потоку от дроссельной заслонки 26, и используется для ввода прорвавшихся газов внутри картера 4 во впускной канал, используя отрицательное давление, генерируемое внутри впускного канала ниже по потоку от дроссельной заслонки 26. В этом примерном варианте осуществления, один конец первого канала 92 для прорвавшихся газов соединен с картером 4 через сепаратор 92а масла, а другой конец первого канала 92 для прорвавшихся газов соединен со сглаживающим ресивером 25а.
[0102] Клапан 93 вентиляции картера (PCV) размещен в первом канале 92 для прорвавшихся газов. Клапан 93 вентиляции картера (PCV) представляет собой клапан, приводимый в действие давлением, степень открытия которого изменяется в зависимости от перепада давления между давлением внутри картера 4 и давлением внутри сглаживающего ресивера 25а. Более конкретно, клапан 93 вентиляции картера (PCV) выполнен так, чтобы количество прорвавшихся газов, которое может пройти через клапан 93 вентиляции картера (PCV) (т.е., массовый расход прорвавшихся газов через клапан 93 вентиляции картера (PCV)) становился меньше, когда отрицательное давление внутри сглаживающего ресивера 25а является большим (когда степень открытия дросселя небольшая), по сравнению с тем, когда отрицательное давление внутри сглаживающего ресивера 25а небольшое. Клапан 93 вентиляции картера (PCV) также выполнен с возможностью полного открытия, когда давление внутри картера 4 равно или меньше, чем давление внутри сглаживающего ресивера 25а.
[0103] Перепускной канал 94 для прорвавшихся газов представляет собой канал, который обеспечивает сообщение впускного канала между компрессором 23 а и промежуточным охладителем 24 с впускным каналом ниже по потоку от промежуточного охладителя 24. В этом примерном варианте осуществления, один конец перепускного канала 94 для прорвавшихся газов соединен с впускной трубой 22 между компрессором 23 а и промежуточным охладителем 24, а другой конец перепускного канала 94 для прорвавшихся газов соединен с впускной трубой 22 между промежуточным охладителем 24 и дроссельной заслонкой 26.
[0104] Эжектор 95 размещен в перепускном канале 94 для прорвавшихся газов. Эжектор 95 имеет вход 95а для текучей среды, выход 95b для текучей среды, и отверстие 95 с всасывания текучей среды, и выполнен так, что, когда текучая среда течет от входа 95а для текучей среды к выходу 95b для текучей среды, эжектор 95 может всасывать другую текучую среду за счет отверстия 95 с всасывания текучей среды.
[0105] Более конкретно, как показано на виде в разрезе эжектора 95 на фиг. 10, эжектор 95 содержит сопло 951, сформированное со стороны входа 95а для текучей среды, диффузор 952, сформированный со стороны выхода 95b для текучей среды, и камеру 953 низкого давления, которая сформирована между соплом 951 и диффузором 952, и сообщается с отверстием 95 с для всасывания текучей среды.
[0106] Когда текучая среда (воздух в этом примерном варианте осуществления) течет в эжекторе 95 от входа 95а для текучей среды, эта текучая среда дросселируется соплом 951, и массовый расход увеличивается, и затем текучая среда выбрасывается через эжекторное отверстие 951а сопла в диффузор 952. В результате, отрицательное давление создается в камере 953 низкого давления за счет эффекта Вентури, и иная текучая среда (прорвавшиеся газы в этом примерном варианте осуществления) всасывается через отверстие 95 с для всасывания текучей среды за счет отрицательного давления. Текучая среда, эжектируемая через эжекторное отверстие 951а сопла, и текучая среда, всасываемая через отверстие 95 с для всасывания текучей среды, смешиваются в диффузоре 952 и вытекают через выход 95b для текучей среды. Массовый расход текучей среды, всасываемой через отверстие 95 с для всасывания текучей среды, увеличивается, когда массовый расход текучей среды, которая поступает в эжектор 95 через вход 95а для текучей среды, увеличивается.
[0107] При этом, в этом примерном варианте осуществления, как показано на фиг. 9, вход 95а для текучей среды эжектора 95 присоединен к одной концевой стороне (со стороны выше по потоку от промежуточного охладителя 24) перепускного канала 94 для прорвавшихся газов, а выход 95b для текучей среды присоединен к другой концевой стороне (со стороны ниже по потоку от промежуточного охладителя 24) перепускного канала 94 для прорвавшихся газов. Также, другой конец второго канала 97 для прорвавшихся газов присоединен к отверстию 95 с для всасывания текучей среды. Поэтому в этом примерном варианте осуществления, когда воздух течет через перепускной канал 94 для прорвавшихся газов от одной концевой стороны до его другой концевой стороны, прорвавшиеся газы внутри картера 4 могут всасываться эжектором 95 из второго канала 97 для прорвавшихся газов.
[0108] Клапан 96 регулирования расхода размещен в перепускном канале 94 для прорвавшихся газов. В этом примерном варианте осуществления, клапан 96 регулирования расхода размещен в перепускном канале 94 для прорвавшихся газов на стороне, соединенной с входом 95 а для текучей среды эжектора 95, однако клапан 96 регулирования расхода может также быть размещен в перепускном канале 94 для прорвавшихся газов на стороне, соединенной с выходом 95b для текучей среды эжектора 95. Степень открытия клапана 96 регулирования расхода регулируется электронным блоком 200 управления, при этом клапан 96 регулирования расхода изменяет площадь поперечного сечения перепускного канала 94 для прорвавшихся газов либо непрерывно, либо ступенчатым образом. Величина массового расхода воздуха, который поступает в перепускной канал 94 для прорвавшихся газов из впускной трубы 22 на одной концевой стороне перепускного канала 94 для прорвавшихся газов, т.е., впускной трубы 22 между компрессором 23а и промежуточным охладителем 24, (т.е., величина массового расхода воздуха, который течет через перепускной канал 94 для прорвавшихся газов) управляется путем регулировки степени открытия клапана 96 регулирования расхода с помощью электронного блока 200 управления.
[0109] Второй канал 97 для прорвавшихся газов представляет собой канал, который обеспечивает сообщение внутренней части картера 4 с камерой 953 низкого давления эжектора 95. В этом примерном варианте осуществления, один конец второго канала 97 для прорвавшихся газов соединен с картером 4 через сепаратор 97а масла, а другой конец второго канала 97 для прорвавшихся газов соединен с отверстием 95 с для всасывания текучей среды эжектора 95.
[0110] Далее работа устройства 90 возврата прорвавшихся газов согласно этому примерному варианту осуществления будет описана со ссылкой на фиг. 9.
[0111] Сначала будет описана работа устройства 90 возврата прорвавшихся газов, когда рабочая точка двигателя находится в области низкой нагрузки без наддува. Как показано на фиг. 9, когда давление внутри впускного канала выше по потоку от компрессор 23 а обозначено Р1, давление внутри впускного канала между компрессором 23 а и промежуточным охладителем 24 обозначено Р2, давление внутри впускного канала между промежуточным охладителем 24 и дроссельной заслонкой 26 обозначено Р3, и давление внутри впускного канала ниже по потоку от дроссельной заслонки 26 обозначено Р4, соотношение между величинами давления внутри впускного канала, когда рабочая точка двигателя находится в области низкой нагрузки без наддува, составляет P1=Р2>Р3>>Р4. Причина, по которой P1=Р2, когда рабочая точка двигателя находится в области низкой нагрузки без наддува, состоит в том, что наддув турбонагнетателем 23 не выполняется, и Р1 и Р2 представляют собой две величины, соответствующие атмосферному давлению. Причина, по которой Р2>Р3, заключается в потере давления в промежуточном охладителе 24. Причина, по которой Р3>>Р4, заключается в том, что дроссельная заслонка 26 не полностью открыта, так что давление внутри сглаживающего ресивера 25а (т.е., давление Р4 внутри впускного канала ниже по потоку от дроссельной заслонки 26) представляет собой отрицательное давление.
[0112] Таким образом, когда рабочая точка двигателя находится в области низкой нагрузки без наддува, дроссельная заслонка 26 не полностью открыта, таким образом, давление внутри сглаживающего ресивера 25а (т.е., давление Р4 внутри впускного канала ниже по потоку от дроссельной заслонки 26) представляет собой отрицательное давление. Поэтому давление внутри картера 4 выше, чем давление внутри сглаживающего ресивера 25а, таким образом, клапан 93 вентиляции картера (PCV) открывается, и прорвавшиеся газы внутри картера 4 всасываются в сглаживающий ресивер 25а через первый канал 92 для прорвавшихся газов за счет отрицательного давления в сглаживающем ресивере 25а.
[0113] При этом, если массовый расход прорвавшихся газов, которые всасываются в сглаживающий ресивер 25а через первый канал 92 для прорвавшихся газов внутри картера 4, становится больше, чем массовый расход прорвавшихся газов, которые просачиваются в картер 4 из камеры 10 сгорания, так что имеется отрицательное давление внутри картера 4, например, воздух (свежий воздух) поступает в картер 4 через канал 91 подачи воздуха. Воздух, поступающий в картер 4, всасывается в сглаживающий ресивер 25а через первый канал 92 для прорвавшихся газов вместе с прорвавшимися газами, что обеспечивает вентиляцию картера 4.
[0114] Когда рабочая точка двигателя находится в диапазоне низкой нагрузки без наддува, таким образом, внутри сглаживающего ресивера 25а будет отрицательное давление, в силу чего, прорвавшиеся газы вводятся во впускной канал через первый канал 92 для прорвавшихся газов, и картер 4 может быть провентилирован. Управление клапаном 96 регулирования расхода, когда рабочая точка двигателя находится в диапазоне низкой нагрузки без наддува, будет описано ниже наряду с работой устройства 90 возврата прорвавшихся газов, когда рабочая точка двигателя находится в диапазоне средней нагрузки без наддува.
[0115] Далее будет описана работа устройства 90 возврата прорвавшихся газов, когда рабочая точка двигателя находится в области средней нагрузки и без наддува. Когда рабочая точка двигателя находится в области средней нагрузки и без наддува, соотношение между величинами давления внутри впускного канала, описанное выше, составляет P1=Р2>Р3=Р4. Причина, по которой P1=Р2, когда рабочая точка двигателя находится в области средней нагрузки и без наддува, заключается в том, что наддув турбонагнетателем 23 не выполняется, а Р1 и Р2 являются двумя величинами, соответствующими атмосферному давлению. Причина, по которой Р2>Р3, заключается в потере давления в промежуточном охладителе 24. Причина, по которой Р3=Р4, заключается в том, что дроссельная заслонка 26 полностью открыта.
[0116] Таким образом, когда рабочая точка двигателя находится в области средней нагрузки и без наддува, наддув турбонагнетателем 23 не выполняется, и дроссельная заслонка 26 полностью открыта, таким образом, в сглаживающем ресивере 25а практически не создается отрицательного давления. Поэтому прорвавшиеся газы внутри картера 4 не могут всасываться в сглаживающий ресивер 25а через первый канал 92 для прорвавшихся газов.
[0117] Поэтому, когда рабочая точка двигателя находится в области средней нагрузки и без наддува, электронный блок 200 управления открывает клапан 96 регулирования расхода на предварительно заданную степень открытия. Предварительно заданная степень открытия может быть установлена на соответствующую степень открытия, отличную от полностью закрытой. В этом примерном варианте осуществления, заданной степенью открытия является полностью открытая.
[0118] При сравнении давления Р2 во впускном канале между компрессором 23 а и промежуточным охладителем 24 с давлением Р3 во впускном канале между промежуточным охладителем 24 и дроссельной заслонкой 26, давление Р2 во впускном канале между компрессором 23 а и промежуточным охладителем 24 всегда будет выше, чем давление Р3 во впускном канале между промежуточным охладителем 24 и дроссельной заслонкой 26 из-за потери давления в промежуточном охладителе 24, независимо от степени открытия дросселя и от того, имеется ли увеличение давления (т.е., наддув).
[0119] Поэтому имеется всегда перепад давления (давление Р2 во впускном канале на одной концевой стороне > давление Р3 во впускном канале на другой концевой стороне) между обоими концами перепускного канала 94 для прорвавшихся газов, таким образом, воздух может течь от одной концевой стороны к другой концевой стороне перепускного канала 94 для прорвавшихся газов путем открывания клапана 96 регулирования расхода. В результате, прорвавшиеся газы в картере 4 всасываются эжектором 95, и вводятся во впускной канал между промежуточным охладителем 24 и дроссельной заслонкой 26 через перепускной канал 94 для прорвавшихся газов.
[0120] При этом, если массовый расход прорвавшихся газов, которые всасываются эжектором 95 в перепускной канал 94 прорвавшихся внутрь картера 4 газов, больше, чем массовый расход прорвавшихся газов, которые просачиваются в картер 4 из камеры 10 сгорания, вследствие чего имеется отрицательное давление в картере 4, то например, воздух (свежий воздух) поступает в картер 4 через канал 91 подачи воздуха. Воздух, поступающий в картер 4, всасывается в перепускной канал 94 для прорвавшихся газов эжектором 95 вместе с прорвавшимися газами, вентилируя при этом картер 4.
[0121] Таким образом, когда рабочая точка двигателя находится в области средней нагрузки и без наддува, прорвавшиеся газы внутри картера 4 могут всасываться в перепускной канал 94 для прорвавшихся газов эжектором 95 путем открывания клапана 96 регулирования расхода, таким образом, картер 4 может вентилироваться.
[0122] При этом, когда рабочая точка двигателя также находится в области низкой нагрузки и без наддува, имеется перепад давления (давление Р2 во впускном канале на одной концевой стороне > давление Р3 во впускном канале на другой концевой стороне) между обоими концами перепускного канала 94 для прорвавшихся газов, как и тогда, когда рабочая точка двигателя находится в области средней нагрузки и без наддува. Следовательно, если клапан 96 регулирования расхода открыт, когда рабочая точка двигателя находится в области низкой нагрузки и без наддува, прорвавшиеся газы в картере 4 будут всасываться и из первого канала 92 для прорвавшихся газов, и из второго канала 97 для прорвавшихся газов, что обеспечивает вентиляцию картера 4.
[0123] С другой стороны, когда рабочая точка двигателя находится в области низкой нагрузки и без наддува, даже если клапан 96 регулирования расхода полностью закрыт, прорвавшиеся газы в картере 4 всасываются из первого канала 92 для прорвавшихся газов и вводятся во впускной канал, что обеспечивает вентиляцию картера 4. Поэтому, когда рабочая точка двигателя находится в области низкой нагрузки и без наддува, клапан 96 регулирования расхода может быть как открыт, так и он может быть полностью закрыт. В этом примерном варианте осуществления, когда рабочая точка двигателя находится в области низкой нагрузки и без наддува, клапан 96 регулирования расхода полностью открыт.
[0124] Наконец, будет описана работа устройства 90 возврата прорвавшихся газов, когда рабочая точка двигателя находится в области высокой нагрузки с наддувом. Когда рабочая точка двигателя находится в области высокой нагрузки с наддувом, соотношение между величинами давления внутри впускного канала, описанными выше, составляет P1<<Р2 и Р2>Р3=Р4. Причина, по которой P1<<Р2, когда рабочая точка двигателя находится в области высокой нагрузки с наддувом, состоит в том, что выполняется наддув турбонагнетателем 23, и Р1 представляет собой величину, соответствующую атмосферному давлению, а Р2 представляет собой давление, соответствующее давлению наддува. Причина, по которой Р2>Р3, заключается в потере давления в промежуточном охладителе 24. Причина, по которой Р3=Р4, заключается в том, что дроссельная заслонка 26 полностью открыта.
[0125] Когда рабочая точка двигателя находится в области высокой нагрузки с наддувом, т.е., когда выполняется наддув турбонагнетателем 23, и дроссельная заслонка 26 полностью открыта, не будет отрицательного давления в сглаживающем ресивере 25а. Поэтому прорвавшиеся газы в картере 4 не могут всасываться в сглаживающий ресивер 25а через первый канал 92 для прорвавшихся газов.
[0126] С другой стороны, когда рабочая точка двигателя также находится в области высокой нагрузки с наддувом, имеется перепад давления (давление Р2 во впускном канале на одной концевой стороне > давление Р3 во впускном канале на другой концевой стороне) между обоими концами перепускного канала 94 для прорвавшихся газов, как тогда, когда рабочая точка двигателя находится в области средней нагрузки и без наддува. Следовательно, если клапан 96 регулирования расхода открыт, когда рабочая точка двигателя находится в области низкой нагрузки без наддува, прорвавшиеся газы в картере 4 будут всасываться и из первого канала 92 для прорвавшихся газов, и из второго канала 97 для прорвавшихся газов, что обеспечивает вентиляцию картера 4.
[0127] Однако, когда выполняется наддув турбонагнетателем 23, температура воздуха, выходящего из компрессора 23 а, является высокой. Следовательно, когда больше воздуха, чем необходимо, течет через перепускной канал 94 для прорвавшихся газов, процентное отношение высокотемпературного воздуха, который всасывается в цилиндры 6 не через промежуточный охладитель 24, к воздуху, который всасывается в цилиндры 6, является высоким. В результате, эффективность наддува снижается, и может возникнуть детонация.
[0128] Поэтому, когда выполняется наддув турбонагнетателем 23, желательно управлять массовым расходом воздуха, который течет в перепускной канал 94 для прорвавшихся газов, таким образом, чтобы эжектором 95 всасывалось только то количество прорвавшихся газов, которое просочилось из камеры 10 сгорания в картер 4.
[0129] Соответственно, когда рабочая точка двигателя находится в области высокой нагрузки с наддувом, электронный блок 200 управления управляет степенью открытия клапана 96 регулирования расхода, при этом массовый расход прорвавшихся газов, всасываемых эжектором 95, входит в соответствие с заданным массовым расходом согласно рабочему состоянию двигателя.
[0130] Более конкретно, электронный блок 200 управления вычисляет заданный массовый расход прорвавшихся газов, всасываемых эжектором 95 на основе рабочего состояния двигателя, со ссылкой на карту на фиг. 11. Далее, электронный блок 200 управления устанавливает заданную степень открытия клапана 96 регулирования расхода на основе заданного массового расхода, и управляет степенью открытия клапана 96 регулирования расхода с целью соответствия заданной степени открытия. Эжектор 95 имеет характеристику, согласно которой массовый расход прорвавшихся газов, которые всасываются из отверстия 95 с для всасывания текучей среды, увеличивается, когда возрастает массовый расход воздуха, который течет в перепускной канал 94 для прорвавшихся газов. Также, потеря давления в промежуточном охладителе 24 является, по существу, постоянной, независимо от рабочего состояния двигателя (т.е., давления наддува), и перепад давления между обоими концами перепускного канала 94 для прорвавшихся газов также, по существу, постоянный, таким образом, в этом примерном варианте осуществления, заданная степень открытия установлена так, чтобы увеличиваться при возрастании заданного массового расхода. Заданная степень открытия клапана 96 регулирования расхода может также устанавливаться на основе непосредственно рабочего состояния двигателя.
[0131] Таким образом, когда рабочая точка двигателя находится в области высокой нагрузки с наддувом, может быть предотвращено падение эффективности наддува и возникновение детонации, и при этом обеспечена вентиляция картера 4 путем использования эжектора 95 для всасывания прорвавшихся газов в картере 4, с помощью регулирования степени открытия клапана 96 регулирования расхода, при этом массовый расход приходит в соответствие с заданным массовым расходом в соответствии с рабочим состоянием двигателя.
[0132] Клапан 96 регулирования расхода, в основном, предназначен для предотвращения детонации и снижения эффективности наддува, когда рабочая точка двигателя находится в области высокой нагрузки с наддувом, и, таким образом, абсолютно не нужен, если детонация и снижение эффективности наддува являются приемлемыми. То есть, клапан 96 регулирования расхода абсолютно не нужен для вентиляции картера 4 в каждой рабочей области, если детонация и снижение эффективности наддува являются приемлемыми.
[0133] Двигатель 100 внутреннего сгорания согласно примерному варианту осуществления, описанному выше, содержит основной корпус 1 двигателя, компрессор (нагнетатель) 23а, который размещен во впускном канале основного корпуса 1 двигателя, промежуточный охладитель 24, который размещен во впускном канале ниже по потоку от компрессора 23 а в направлении потока всасываемого воздуха, и устройство 90 возврата прорвавшихся газов для ввода прорвавшихся газов в картере 4 основного корпуса 1 двигателя во впускной канал.
[0134] Также, устройство 90 возврата прорвавшихся газов содержит перепускной канал 94 для прорвавшихся газов (перепускной канал), который соединяет первую точку впускного канала со второй точкой впускного канала, эжектор 95, который размещен в перепускном канале 94 для прорвавшихся газов и всасывает прорвавшиеся газы через отверстие 95 с для всасывания текучей среды, когда воздух течет через перепускной канал 94 для прорвавшихся газов от первой точки до второй точки, а также второй канал 97 для прорвавшихся газов (канал прорвавшихся газов), который соединяет картер 4 с отверстием 95 с для всасывания текучей среды эжектора 95. Первая точка находится между компрессором 23 а и промежуточным охладителем 24, а вторая точка находится ниже по потоку от промежуточного охладителя 24. Более конкретно, вторая точка находится между промежуточным охладителем 24 и дроссельной заслонкой 26, которая размещена во впускном канале ниже по потоку от промежуточного охладителя 24 в направлении потока всасываемого воздуха.
[0135] При сравнении давления Р2 во впускном канале между компрессором 23а и промежуточным охладителем 24 с давлением Р3 во впускном канале между промежуточным охладителем 24 и дроссельной заслонкой 26, давление во впускном канале между компрессором 23а и промежуточным охладителем 24 будет выше, чем давление во впускном канале между промежуточным охладителем 24 и дроссельной заслонкой 26, которая размещена ниже по потоку от промежуточного охладителя 24 из-за потери давления в промежуточном охладителе 24, независимо от степени открытия дросселя и от того, имеется увеличение давления (т.е., наддув). То есть, создается перепад давления (давление Р2 во впускном канале со стороны первой точки>давление Р3 во впускном канале со стороны второй точки) между обоими концами перепускного канала 94 для прорвавшихся газов из-за потери давления в промежуточном охладителе 24, независимо от степени открытия дросселя и от того, имеется ли увеличение давления.
[0136] Поэтому при компоновке устройства 90 возврата прорвавшихся газов, как описано выше, даже когда рабочая точка двигателя находится в области средней нагрузки и без наддува, т.е., даже когда дроссельная заслонка 26 полностью открыта, и наддув турбонагнетателем 23 не выполняется, воздух можно заставить течь в перепускной канал 94 прорвавшихся газов из первой точки во вторую точку впускного канала за счет перепада давления, создаваемого между обоими концами перепускного канала 94 для прорвавшихся газов. Поэтому прорвавшиеся газы в картере 4 могут всасываться эжектором 95, размещенным в перепускном канале 94 для прорвавшихся газов, что обеспечивает вентиляцию картера 4.
[0137] Кроме того, даже когда рабочая точка двигателя находится в области низкой нагрузки и без наддува, а также в области высокой нагрузки с наддувом, воздух можно заставить течь через перепускной канал 94 для прорвавшихся газов из первой точки во вторую точку впускного канала за счет перепада давления, создаваемого между обоими концами перепускного канала 94 для прорвавшихся газов. Поэтому при компоновке устройства 90 возврата прорвавшихся газов, как описано, даже когда рабочая точка двигателя находится в области низкой нагрузки и без наддува, и в области высокой нагрузки с наддувом, прорвавшиеся газы в картере 4 могут всасываться эжектором 95, размещенным в перепускном канале 94 для прорвавшихся газов, таким образом, картер 4 может быть провентилирован.
[0138] Кроме того, устройство 90 возврата прорвавшихся газов согласно этому примерному варианту осуществления также оснащено клапаном 96 регулирования расхода, который размещен в перепускном канале 94 для прорвавшихся газов и регулирует массовый расход воздуха, который течет в перепускной канал 94 для прорвавшихся газов. Двигатель 100 внутреннего сгорания согласно этому примерному варианту осуществления также оснащен электронным блоком 200 управления (контроллером), который управляет степенью открытия клапана 96 регулирования расхода на основе рабочего состояния двигателя.
[0139] Массовый расход прорвавшихся газов, которые эжектор 95 всасывает из картера 4, изменяется в соответствии с массовым расходом воздуха, который течет в перепускной канал 94 для прорвавшихся газов. Поэтому путем размещения клапана 96 регулирования расхода в перепускном канале 94 для прорвавшихся газов, а также путем управления степенью открытия клапана 96 регулирования расхода на основе рабочего состояния двигателя, массовый расход прорвавшихся газов, всасываемых эжектором 95, можно беспрепятственно регулировать в соответствии с рабочим состоянием двигателя.
[0140] В частности, электронный блок 200 управления согласно этому примерному варианту осуществления выполнен таким образом, что, когда рабочее состояние двигателя является рабочим состоянием, при котором выполняется наддув турбонагнетателем 23, и дроссельная заслонка 26 полностью открыта, электронный блок 200 управления управляет степенью открытия клапана 96 регулирования расхода, при этом массовый расход прорвавшихся газов, всасываемых эжектором 95, приходит в соответствие с заданным массовым расходом в соответствии с рабочим состоянием двигателя. Эжектор 95 имеет характеристику, согласно которой массовый расход прорвавшихся газов, которые всасываются через отверстие 95 с для всасывания текучей среды, увеличивается при возрастании массового расхода воздуха, который течет в перепускной канал 94 прорвавшихся газов. Поэтому устройство 90 возврата прорвавшихся газов согласно этому примерному варианту осуществления выполнено с возможностью увеличения степени открытия клапана 96 регулирования расхода, при увеличении заданного массового расхода.
[0141] В результате, когда выполняется наддув турбонагнетателем 23, и температура воздуха, выходящего из компрессора 23а, является высокой, можно предотвратить протекание большего количества воздуха, чем это необходимо, в перепускной канал 94 для прорвавшихся газов. Поэтому количество воздуха, всасываемого в цилиндры 6 не через промежуточный охладитель 24, может поддерживаться на минимуме, таким образом, можно предотвратить снижение эффективности наддува и возникновение детонации.
[0142] Также, электронный блок 200 управления выполнен с возможностью открывания клапана 96 регулирования расхода, когда рабочее состояние двигателя является рабочим состоянием, при котором наддув турбонагнетателем 23 не выполняется, и дроссельная заслонка 26 полностью открыта.
[0143] В результате, даже если клапан 96 регулирования расхода размещен в перепускном канале 94 для прорвавшихся газов, картер 4 может быть надежно провентилирован путем всасывания прорвавшихся газов в картере 4 с использованием эжектора 95, когда рабочее состояние является таким, при котором наддув турбонагнетателем 23 не выполняется, и дроссельная заслонка 26 полностью открыта.
[0144] Далее, устройство 90 возврата прорвавшихся газов согласно второму примерному варианту осуществления будет описано со ссылкой на фиг. 12. Далее будет описано, в основном, отличие от устройства 90 возврата прорвавшихся газов согласно первому примерному варианту осуществления.
[0145] Фиг. 12 представляет собой структурную схему, схематически показывающую устройство 90 возврата прорвавшихся газов согласно второму примерному варианту осуществления, размещенное в двигателе 100 внутреннего сгорания.
[0146] Как показано на фиг. 12, устройство 90 возврата прорвавшихся газов согласно этому примерному варианту осуществления отличается от устройства 90 возврата прорвавшихся газов согласно первому примерному варианту осуществления тем, что первый канал 92 для прорвавшихся газов исключен, а другой конец перепускного канала 94 для прорвавшихся газов соединен со сглаживающим ресивером 25 а. Помимо этих отличий, конструкция устройства 90 возврата прорвавшихся газов согласно этому примерному варианту осуществления является такой же, что и конструкция устройства 90 возврата прорвавшихся газов согласно первому примерному варианту осуществления.
[0147] Далее работа устройства 90 возврата прорвавшихся газов согласно этому примерному варианту осуществления будет описана со ссылкой на фиг. 12.
[0148] Сначала будет описана работа устройства 90 возврата прорвавшихся газов согласно этому примерному варианту осуществления, когда рабочая точка двигателя находится в области низкой нагрузки и без наддува. В этом примерном варианте осуществления также, соотношение величин давления во впускном канале, когда рабочая точка двигателя находится в области низкой нагрузки и без наддува, составляет P1=Р2>Р3>>Р4, подобно первому примерному варианту осуществления.
[0149] Когда рабочая точка двигателя находится в области низкой нагрузки и без наддува, т.е., когда дроссельная заслонка 26 не полностью открыта, давление в сглаживающем ресивере 25а (т.е., давление Р4 во впускном канале ниже по потоку от дроссельной заслонки 26) будет отрицательным давлением. Поэтому, когда рабочая точка двигателя находится в области низкой нагрузки и без наддува, прорвавшиеся газы в картере 4 всасываются в сглаживающий ресивер 25а через второй канал 97 для прорвавшихся газов, эжектор 95 и перепускной канал 94 для прорвавшихся газов из-за отрицательного давления в сглаживающем ресивере 25а, независимо от степени открытия клапана 96 регулирования расхода, что обеспечивает вентиляцию картера 4.
[0150] То есть, второй канал 97 прорвавшихся газов, эжектор 95, и перепускной канал 94 прорвавшихся газов способны функционировать подобно первому каналу 92 для прорвавшихся газов устройства 90 возврата прорвавшихся газов согласно первому примерному варианту осуществления, путем соединения другого конца перепускного канала 94 для прорвавшихся газов с сглаживающим ресивером 25а. Поэтому нет необходимости предусматривать первый канал 92 для прорвавшихся газов, как в устройстве 90 возврата прорвавшихся газов согласно первому примерному варианту осуществления, таким образом, конструкция устройства 90 возврата прорвавшихся газов может быть упрощена, а затраты могут быть снижены.
[0151] Далее будет описана работа устройства 90 возврата прорвавшихся газов, когда рабочая точка двигателя находится в области средней нагрузки и без наддува.
[0152] В этом примерном варианте осуществления также, соотношение между величинами давления во впускном канале, описанное выше, когда рабочая точка двигателя находится в области средней нагрузки и без наддува, составляет P1=Р2>Р3=Р4, аналогично первому примерному варианту осуществления. Как очевидно из этого соотношения, давление Р3 во впускном канале между промежуточным охладителем 24 и дроссельной заслонкой 26, с которым соединен другой конец второго канала 97 для прорвавшихся газов, в первом примерном варианте осуществления соответствует давлению Р4 во впускном канале (сглаживающем ресивере 25а) ниже по потоку от дроссельной заслонки 26, с которым соединен другой конец второго канала 97 для прорвавшихся газов в этом примерном варианте осуществления.
[0153] Поэтому в этом примерном варианте осуществления также, когда рабочая точка двигателя находится в области средней нагрузки и без наддува, создается перепад давления (давление Р2 во впускном канале на одной концевой стороне > давление Р4 во впускном канале на другой концевой стороне), подобно первому примерному варианту осуществления, между обоими концами перепускного канала 94 для прорвавшихся газов. Поэтому в этом примерном варианте осуществления также, когда рабочая точка двигателя находится в области средней нагрузки и без наддува, клапан 96 регулирования расхода открыт на предварительно рассчитанную степень открытия, подобно первому примерному варианту осуществления. В результате можно получить функционирование и эффекты, сходные с таковыми у первого примерного варианта осуществления.
[0154] Наконец, будет описана работа устройства 90 возврата прорвавшихся газов, когда рабочая точка двигателя находится в области высокой нагрузки с наддувом.
[0155] В этом примерном варианте осуществления также, соотношение между величинами давления во впускном канале, описанное выше, когда рабочая точка двигателя находится в области высокой нагрузки с наддувом, составляет P1<<Р2 и Р2>Р3=Р4, аналогично первому примерному варианту осуществления. Как очевидно из этого соотношения, давление Р3 во впускном канале между промежуточным охладителем 24 и дроссельной заслонкой 26, к которому присоединен другой конец второго канала 97 для прорвавшихся газов в первом примерном варианте осуществления, соответствует давлению Р4 во впускном канале (сглаживающем ресивере 25а) ниже по потоку от дроссельной заслонки 26, к которому присоединен другой конец второго канала 97 для прорвавшихся газов в этом примерном варианте осуществления.
[0156] Поэтому в этом примерном варианте осуществления также, когда рабочая точка двигателя находится в области высокой нагрузки с наддувом, перепад давления (давление Р2 во впускном канале на одной концевой стороне>давление Р4 во впускном канале на другой концевой стороне), сходный с таковым в первом примерном варианте осуществления, создается между обоими концами перепускного канала 94 для прорвавшихся газов. Поэтому в этом примерном варианте осуществления также, когда рабочая точка двигателя находится в области высокой нагрузки с наддувом, степень открытия клапана 96 регулирования расхода управляется так, чтобы соответствовать заданному массовому расходу в соответствии с рабочим состоянием двигателя, аналогично первому примерному варианту осуществления. В результате, можно получить функционирование и эффекты, аналогичные таковым у первого примерного варианта осуществления.
[0157] Устройство 90 возврата прорвавшихся газов согласно примерному варианту осуществления, описанному выше, содержит перепускной канал 94 для прорвавшихся газов, который соединяет первую точку со второй точкой впускного канала, эжектор 95, который размещен в перепускном канале 94 для прорвавшихся газов и всасывает прорвавшиеся газы через отверстие 95 с для всасывания текучей среды, когда воздух течет через перепускной канал 94 для прорвавшихся газов из первой точки во вторую точку, и второй канал 97 для прорвавшихся газов, который соединяет картер 4 с отверстием 95 с для всасывания текучей среды эжектора 95. Первая точка находится между компрессором 23а и промежуточным охладителем 24, а вторая точка находится ниже по потоку от промежуточного охладителя 24. Более конкретно, вторая точка находится ниже по потоку от дроссельной заслонки 26, которая размещена во впускном канале на стороне ниже по потоку от промежуточного охладителя 24 в направлении потока всасываемого воздуха.
[0158] Соответственно, когда рабочее состояние является таким, в котором дроссельная заслонка 26 не полностью открыта, картер 4 может быть провентилирован путем всасывания прорвавшихся газов в картере 4 через второй канал 97 для прорвавшихся газов, эжектор 95, и перепускной канал 94 для прорвавшихся газов, за счет отрицательного давления, создаваемого во впускном канале ниже по потоку от дроссельной заслонки 26. Поэтому нет необходимости предусматривать первый канал 92 для прорвавшихся газов, как в устройстве 90 возврата прорвавшихся газов согласно первому примерному варианту осуществления, таким образом, конструкция устройства 90 возврата прорвавшихся газов может быть упрощена и затраты снижены. Другие результаты аналогичны результатам, полученным устройством 90 возврата прорвавшихся газов согласно первому примерному варианту осуществления.
[0159] Несмотря на то, что примерные варианты осуществления были описаны выше, эти примерные варианты осуществления иллюстрируют только некоторые примеры применения. Технический объем никоим образом не ограничен конкретными конструкциями этих примерных вариантов осуществления.
[0160] Устройство 90 возврата прорвавшихся газов согласно каждому из примерных вариантов осуществления, описанных выше, содержит механизм I переменной степени сжатия и механизм II для регулировки фаз газораспределения, и применимо для двигателя 100 внутреннего сгорания, в котором область средней нагрузки и без наддува является особенно широкой. Однако, как описано выше, картер 4 также можно вентилировать путем всасывания прорвавшихся газов в картере 4 во впускной канал во всех рабочих областях, т.е., области низкой нагрузки и без наддува, области средней нагрузки и без наддува, и области высокой нагрузки с наддувом. Поэтому устройство 90 возврата прорвавшихся газов может также быть применено на двигателе внутреннего сгорания, не имеющем (или имеющем узкую) область средней нагрузки и без наддува. Соответственно, устройство 90 возврата прорвавшихся газов может также быть применено на двигателе внутреннего сгорания, который не оснащен ни механизмом I переменной степени сжатия, ни механизмом II для регулировки фаз газораспределения, и может также быть применено на двигателе внутреннего сгорания, оснащенном только одним из этих двух механизмов.