ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ИСКРОВЫМ ЗАЖИГАНИЕМ
INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH SPARK IGNITION

Область техники
Настоящее изобретение относится к системе управления двигателя внутреннего сгорания.
Уровень техники
Согласно публикации № 2007-303423 заявки на выдачу патента Японии был предложен двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием, содержащий механизм переменной степени сжатия, способный изменять степень механического сжатия, а также механизм регулировки фаз распределения, способный изменять время закрытия впускного клапана, при этом механизм степени сжатия используется во время работы двигателя при низкой нагрузке в сравнении с работой двигателя при высокой нагрузке, чтобы сделать степень расширения равной 20 или более.
В таком двигателе внутреннего сгорания с искровым зажиганием, во время работы двигателя при низкой нагрузке, степень механического сжатия (степень расширения) становится равной 20 или более, а время закрытия впускного клапана удаляется от нижней мертвой точки впуска с тем, чтобы поддерживать относительно низкой степень фактического сжатия в сравнении со степенью механического сжатия, чтобы пресечь возникновение стука по причине того, что степень фактического сжатия становится более высокой, одновременно реализуя крайне высокий тепловой КПД.
2
2
При этом, когда используется механизм переменной степени сжатия, такой как описанный в публикации № 2007-303423 заявки на выдачу патента Японии, чем выше степень сжатия, тем меньше объем камеры сгорания, когда поршень находится в верхней мертвой точке, следовательно, больше отношение площади к объему (отношение площади поверхности и объема камеры сгорания, здесь и далее именуемого как 'отношение площади к объему'). Таким образом, если отношение площади к объему становится больше, область гашения (область рядом с поверхностями стенок камеры сгорания и т.д., которых пламя не достигнет) становится относительно больше. HC в смеси воздух-топливо, которая находился в этой области гашения, не будет воспламеняться, поскольку даже если смесь воздух-топливо в камере сгорания горит, пламя не достигнет ее. С другой стороны, HC в смеси воздух-топливо, которая находился в этой области гашения, подвергается высокой температуре наряду с горением смеси воздух-топливо так, что его часть превращается в водород (H). То есть если используется механизм переменной степени сжатия для повышения степени механического сжатия, отношение площади к объему будет увеличиваться, и, следовательно, H в выхлопном газе будет увеличиваться.
2
2
С другой стороны, во многих двигателях внутреннего сгорания в целях увеличения эффективности сгорания и улучшения выброса выхлопных газов, отношение смеси воздух-топливо, которая подается в камеру сгорания, поддерживается из расчета целевого отношения воздух-топливо (например, при стехиометрическом отношении воздух-топливо) при использовании кислородного датчика или датчика отношения воздух-топливо. Однако кислородный датчик и датчик отношения воздух-топливо являются высокочувствительными к H. Если количество сгенерированного H увеличивается, выходное значение стремится к отклонению в сторону обогащения.
2
В частности, в упомянутом двигателе внутреннего сгорания с искровым зажиганием, когда степень механического сжатия становится равной 20 или больше, отношение площади к объему становится значительном большим, и согласно этому количество H, который выпускается из камеры сгорания, также становится большим. По этой причине выходное значение кислородного датчика или датчика отношения воздух-топливо значительно отклоняется в сторону обогащения на величину, которая не может быть проигнорирована, и концентрация кислорода и т.д. в выхлопном газе не может быть больше точно детектирована (определена). В результате отношение воздух-топливо не может больше управляться надлежащим образом, и в некоторых случаях вызывается ухудшение эффективности сгорания или ухудшение выброса выхлопных газов.
Краткое описание изобретения
Следовательно, принимая во внимание вышеупомянутые проблемы, задачей настоящего изобретения является создание системы управления двигателя внутреннего сгорания, которая обеспечивает возможность надлежащего управления двигателем внутреннего сгорания даже, если концентрация водорода в выхлопном газе увеличивается согласно увеличению отношения площади к объему.
Настоящее изобретение представляет средство для решения этой проблемы, а именно - двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием, описанный в формуле изобретения.
В первом аспекте настоящего изобретения, предоставлена система управления двигателя внутреннего сгорания, содержащая механизм изменения отношения площади к объему, способный изменять отношение площади к объему камеры сгорания, и устройство детектирования для параметра отличного от концентрации водорода, имеющее выходное значение, изменяющееся в соответствии с концентрацией водорода в выхлопном газе, которая увеличивается согласно увеличению отношения площади к объему, причем двигатель внутреннего сгорания управляется выходным значением устройства детектирования, при этом выходное значение устройства детектирования или параметра, относящегося к работе двигателя внутреннего сгорания, корректируется в соответствии с отношением площади к объему упомянутого механизма изменения отношения площади к объему.
Во втором аспекте настоящего изобретения выходное значение устройства детектирования или параметр, относящийся к работе двигателя внутреннего сгорания, корректируется так, что эффект концентрации водорода в выхлопном газе, которая увеличивается согласно увеличению отношения площади к объему, становится меньшим.
В третьем аспекте настоящего изобретения устройство детектирования является устройством, которое детектирует концентрацию определенного ингредиента в выхлопном газе, отличного от водорода, и концентрация определенного ингредиента, которая была детектирована устройством детектирования, корректируется в соответствии с отношением площади к объему механизма изменения отношения площади к объему.
В четвертом аспекте настоящего изобретения устройство детектирования является устройством, которое детектирует концентрацию определенного ингредиента, отличного от водорода, в выхлопном газе, а параметр, относящийся к работе двигателя внутреннего сгорания, корректируется в соответствии с отношением площади к объему механизма изменения отношения площади к объему.
В пятом аспекте настоящего изобретения устройство детектирования является кислородным датчиком или датчиком отношения воздух-топливо, который детектирует концентрацию кислорода в выхлопном газе или отношение воздух-топливо.
В шестом аспекте настоящего изобретения параметр, относящийся к работе двигателя внутреннего сгорания, является целевым отношением воздух-топливо.
X
X
В седьмом аспекте настоящего изобретения устройство детектирования является датчиком NO, который определяет концентрацию NO в выхлопном газе.
В восьмом аспекте настоящего изобретения система дополнительно содержит механизм регулировки фаз распределения, который способен управлять временем закрытия впускного клапана, при этом выходное значение устройства детектирования или параметр, относящийся к работе двигателя внутреннего сгорания, корректируется не только в соответствии с отношением площади к объему механизма изменения отношения площади к объему, но также со временем закрытия впускного клапана.
В девятом аспекте настоящего изобретения система дополнительно содержит проход EGR, который соединяет выхлопной проход двигателя и выпускной проход двигателя, и клапан EGR, который открывает и закрывает упомянутый проход EGR, при этом выходное значение устройства детектирования или параметр, относящийся к работе двигателя внутреннего сгорания, корректируется не только в соответствии с отношением площади к объему механизма изменения отношения площади к объему, но также со степенью открытия клапана EGR.
В десятом аспекте настоящего изобретения система дополнительно содержит нейтрализатор очистки выхлопов, который размещен в выхлопном проходе двигателя, при этом вышеупомянутое устройство детектирования имеет кислородный датчик или датчик отношения воздух-топливо передней по ходу стороны, который размещен на передней по ходу стороне вышеупомянутого нейтрализатора очистки выхлопов, и кислородный датчик или датчик отношения воздух-топливо задней по ходу стороны, который размещен на задней по ходу стороне нейтрализатора очистки выхлопов, величина подачи топлива корректируется на основе выходного значения кислородного датчика или датчика отношения воздух-топливо передней по ходу стороны так, что выхлопное отношение воздух-топливо становится целевым отношением воздух-топливо, когда выходное значение кислородного датчика или датчика отношения воздух-топливо передней по ходу стороны отклоняется от фактического выхлопного отношения воздух-топливо, выходное значение кислородного датчика или датчика отношения воздух-топливо передней по ходу стороны или величина подачи топлива корректируется на основе выходного значения кислородного датчика или датчика отношения воздух-топливо нижней по ходу стороны, и величина коррекции выходного значения кислородного датчика или датчика отношения воздух-топливо передней по ходу стороны или величина топлива на основе выходного значения кислородного датчика или датчика отношения воздух-топливо нижней по ходу стороны корректируется в соответствии с отношением площади к объему механизма изменения площади к объему.
В одиннадцатом аспекте настоящего изобретения механизм изменения отношения площади к объему является механизмом переменной степени сжатия, который может изменять степень механического сжатия.
В двенадцатом аспекте настоящего изобретения система дополнительно содержит механизм регулировки фаз распределения, который может управлять временем закрытия впускного клапана, при этом величина поступающего воздуха, который подается в камеру сгорания, главным образом управляется изменением времени закрытия впускного клапана, а степень механического сжатия становится более высокой во время работы двигателя при низкой нагрузке в сравнении со временем работы двигателя при высокой нагрузке.
В тринадцатом аспекте настоящего изобретения во время работы двигателя при высокой нагрузке, степень механического сжатия становится максимальной степенью механического сжатия.
В четырнадцатом аспекте настоящего изобретения во время работы двигателя при низкой нагрузке, степень расширения становится равной 20 или больше.
Настоящее изобретение будет более понятно после прочтения описания предпочтительных вариантов его осуществления, приведенных со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Краткое описание чертежей
фиг.1 - общее представление двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием;
фиг.2 - вид в перспективе в разборе механизма переменной степени сжатия;
фиг.3А и фиг.3В - виды сбоку поперечного сечения схематично проиллюстрированного двигателя внутреннего сгорания;
фиг.4 - вид, показывающий механизм регулировки фаз распределения;
фиг.5А и 5В - виды, показывающие величины подъема впускного клапана и выпускного клапана;
фиг.6А и фиг.6С - виды, объясняющие степень механического сжатия, степень фактического сжатия и степень расширения;
фиг.7 - вид, показывающий взаимоотношение между стехиометрическим тепловым КПД и степенью расширения;
фиг.8А и фиг.8В - виды, объясняющие обычный цикл и цикл сверхвысокой степени расширения;
фиг.9 - вид, показывающий изменения в степени механического сжатия и т.д. в соответствии с нагрузкой двигателя;
фиг.10 - блок схема последовательности операций, показывающая управление для вычисления целевого расхода топлива топливного инжектора;
фиг.11 - блок схема последовательности операций, показывающая управление обратной связью для вычисления величины поправки топлива;
фиг.12 - вид, показывающий взаимоотношение между степенью механического сжатия и целевым отношением воздух-топливо;
фиг.13 - вид, показывающий взаимоотношение между степенью механического сжатия и целевым отношением воздух-топливо;
фиг.14 - вид, показывающий взаимоотношение между степенью механического сжатия и целевым отношением воздух-топливо;
фиг.15 - блок-схема последовательности операций управления для установки целевого отношения воздух-топливо;
фиг.16A-16C - виды, показывающие карты соответствия различных параметров и величины коррекции целевого отношения воздух-топливо;
фиг.17 - вид, показывающий взаимоотношение между степенью механического сжатия и величиной коррекции выходного значения датчика отношения воздух-топливо в сторону обеднения;
фиг.18 - вид, показывающий взаимоотношение между степенью механического сжатия и величиной коррекции выходного значения датчика отношения воздух-топливо в сторону обеднения;
фиг.19 - общее представление двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием четвертого варианта осуществления;
фиг.20 - временная диаграмма фактического выхлопного отношения воздух-топливо, выходного значения кислородного датчика и выходного значения коррекции датчика отношения воздух-топливо; и
фиг.21 - вид, показывающий взаимоотношение между степенью механического сжатия и выравнивающим значением коррекции.
Наилучший способ осуществления изобретения
Со ссылкой на чертежи ниже будут объяснены варианты осуществления настоящего изобретения. При этом одинаковые или подобные компоненты на чертежах обозначены одинаковыми ссылочными позициями.
Фиг.1 представляет собой вид сбоку в поперечном сечении двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием.
На фиг.1 ссылочной позицией 1 обозначен картер двигателя, 2 - блок цилиндров, 3 - головку блока цилиндров, 4 - поршень, 5 - камеру сгорания, 6 - свечу зажигания, расположенную в верхней мертвой точке камеры 5 сгорания, 7 - впускной клапан, 8 - впускной канал, 9 - выпускной клапан и 10 - выпускной канал. Впускной канал 8 соединен посредством впускного патрубка 11 с расширительным бачком 12, между тем как впускной патрубок 11 предоставляется с топливным инжектором 13 для впрыска топлива в направлении соответствующего впускного канала 8. Каждый топливный инжектор 13 может быть расположен у каждой камеры 5 сгорания, вместо того, чтобы прикрепляться к каждому входному патрубку 11.
Расширительный бачок 12 соединен посредством впускной трубы 14 с воздушным фильтром 15. Впускная труба 14 внутри ее обеспечена дроссельной заслонкой 17, управляемой приводом 16, и детектором 18 количества поступающего воздуха, использующего, например, тепловую нить. С другой стороны, выпускной канал 10 соединяется посредством выпускного 19 коллектора с каталитическим конвертером 20, вмещающим, например, трехкомпонентный нейтрализатор 21, и выпускной коллектор 19 внутри него обеспечен датчиком 22 отношения воздух-топливо.
Выпускной коллектор 19 и впускной патрубок 11 (или впускной канал 8, расширительный бачок 12) соединены друг с другом посредством прохода 23 EGR для рециркуляционного выхлопного газа (ниже называемого "газом EGR"). Внутри этого прохода 23 EGR размещен клапан 24 управления EGR. Дополнительно, вокруг прохода 23 EGR размещено охлаждающее устройство 25 EGR для охлаждения газа EGR, проходящего через проход EGR. В двигателе внутреннего сгорания, показанном на фиг.1, охлаждающая жидкость двигателя подается в охлаждающее устройство 25 EGR, и охлаждающая жидкость двигателя используется для охлаждения газа EGR. В последующем разъяснении, впускной канал 8, впускной патрубок 11, расширительный бачок 12 и впускная труба 14 вместе называются 'впускным проходом двигателя'.
С другой стороны, в варианте осуществления, показанном на фиг.1, у соединительной части картера 1 двигателя и блока 2 цилиндров расположен механизм А переменной степени сжатия, который может изменять относительное местоположение картера 1 двигателя и блока 2 цилиндров в осевом направлении цилиндра для изменения объема камеры 5 сгорания, когда поршень 4 размещается в верхней мертвой точке. Более того, имеется механизм В регулируемых фаз распределения, который может изменять время закрытия впускного клапана 7.
Электронный блок 30 управления состоит из цифрового компьютера, обеспеченного компонентами, соединенными друг с другом посредством двухсторонней шины 31, такими как ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) 32, ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) 33, ЦП (микропроцессор) 34, входной порт 35 и выходной порт 36. Выходной сигнал детектора 18 количества поступающего воздуха и выходной сигнал датчика 22 отношения воздух-топливо являются входными данными через соответствующие аналого-цифровые преобразователи 37 (АЦП) к входному порту 35. Дополнительно, педаль 40 газа соединена с датчиком 41 нагрузки, генерирующим выходное напряжение пропорциональное величине вдавливания педали 40 газа. Выходное напряжение датчика 41 нагрузки является входными данными через соответствующий аналого-цифровой преобразователь 37 для входного порта 35. Дополнительно, входной порт 35 соединяется с датчиком 42 угла поворота коленчатого вала, генерирующим выходной импульс каждый раз, когда коленчатый вал поворачивается, например, на 30°. С другой стороны выходной порт 36 соединяется через соответствующие цепи 38 управления со свечой 6 зажигания, топливным инжектором 13, приводом 16 дроссельной заслонки, клапаном 24 управления EGR, механизмом А переменной степени сжатия и механизмом В регулируемых фаз распределения.
Фиг.2 представляет собой покомпонентный вид в перспективе механизма А переменной степени сжатия, показанного на фиг.1, между тем как фиг.3А и фиг.3В - схематично проиллюстрированные виды сбоку поперечного сечения двигателя внутреннего сгорания. Как показано на фиг.2, в нижней части двух боковых сторон блока 2 цилиндров, образовано множество выступающих частей 50, отделенных друг от друга на определенное расстояние. Каждая выступающая часть 50 образована с отверстием 51 круглого поперечного сечения для вставки кулачка. С другой стороны, верхняя поверхность картера 1 двигателя образована с множеством выступающих частей 52, разнесенных друг от друга на определенное расстояние и устанавливающихся между соответствующими выступающими частями 50. Эти выступающие части 52 также образованы с отверстиями 53 круглого поперечного сечения для вставки кулачков.
Как показано на фиг.2, предоставлена пара кулачковых валов 54, 55. Каждый из кулачковых валов 54, 55 имеет круглые кулачки 56, неподвижного закрепленные на нем, имеющие возможность быть вставленными с возможностью вращения в отверстия 51 вставки кулачков каждый в свое местоположение. Эти круглые кулачки 56 имеют общую ось с осями вращения кулачковых валов 54, 55. С другой стороны между круглыми кулачками 56, как показано штрихом на фиг.3А и 3В, продолжаются эксцентриковые валы 57, размещенные эксцентрическим образом в отношении осей вращения кулачковых валов 54, 55. Каждый эксцентриковый вал 57 имеет другие круглые кулачки 58, эксцентрическим образом с возможностью вращения скрепленные с ним, как показано на фиг.2, эти круглые кулачки 58 размещаются между круглыми кулачками 56. Эти круглые кулачки 53 вставляются с возможностью вращения в соответствующие отверстия 53 для вставки кулачков.
Когда круглые кулачки 56, скрепленные с кулачковыми валами 54, 55, вращаются в противоположных направлениях, как показано стрелками, отображенными сплошной линией на фиг.3А, из положения, показанного на фиг.3А, эксцентриковые валы 57 двигаются по направлению к нижней центральной части, поэтому круглые кулачки 58 поворачиваются в противоположных направлениях от круглых кулачков 56 в отверстиях 53 для вставки кулачков, как показано стрелками, отображенными пунктирной линией на фиг.3А. Как показано на фиг.3В, когда эксцентриковые валы 57 двигаются по направлению к нижней центральной части, центры круглых кулачков 58 двигаются под эксцентриковые валы 57.
Как будет понятно из сравнения фиг.3A и 3B, относительные местоположения картера 1 двигателя и блока 2 цилиндров определяются расстоянием между центрами круглых кулачков 56 и центрами круглых кулачков 58. Чем больше расстояние между центрами круглых кулачков 56 и центрами круглых кулачков 58, тем дальше блок 2 цилиндров от картера 1 двигателя. Если блок 2 цилиндров удаляется от картера 1 двигателя, объем камеры 5 сгорания увеличивается, когда поршень 4 располагается в верхней мертвой точке, следовательно, при вращении кулачковых валов 54, 55, объем камеры 5 сгорания может быть изменен, когда поршень 4 располагается в верхней мертвой точке.
Как показано на фиг.2, чтобы заставить кулачковые валы 54, 55 вращаться в противоположных направлениях, вал 60 приводящего двигателя 59 обеспечен парой червячных колес 61, 62, имеющих резьбы противоположных направлений. Зубчатые колеса 63, 64, входящие в зацепление с червячными колесами 61, 62, закреплены с концами кулачковых валов 54, 55. В этом варианте осуществления приводящий двигатель 59 может приводиться для изменения объема камеры 5 сгорания относительно в широком диапазоне, когда поршень 4 располагается в верхней мертвой точке. Следует отметить, что механизм А переменной степени сжатия, показанный на с фиг.1 по фиг.3, является примером. Может быть использован любой тип механизма переменной степени сжатия.
С другой стороны, дополнительно, фиг.4 показывает механизм В регулировки впускного клапана, закрепленный с кулачковым валом 70 для управления впускным клапаном 7 фиг.1. Как показано на фиг.4, механизм В регулировки впускного клапана состоит из преобразователя B1 кулачковой фазы, прикрепленного к одному концу кулачкового вала 70 и изменяющего фазу кулачка кулачкового вала 70, и преобразователя B2 угла кулачкового привода, размещенного между кулачковым валом 70 и подъемником 26 впускного клапана 7 и изменяющего угол привода (рабочий угол) кулачков кулачкового вала 70 в различные углы привода для передачи к впускному клапану 7. Заметим, что фиг.4 - вид сбоку в разрезе и горизонтальная проекция преобразователя B2 угла привода кулачка.
Сначала разъясняется преобразователь B1 кулачковой фазы механизма В регулировки впускного клапана, этот преобразователь В1 кулачковой фазы обеспечен зубчатым шкивом 71, принуждающимся вращаться коленчатым валом двигателя посредством зубчатого ремня в направлении стрелки, цилиндрическим корпусом 72, вращающимся вместе с зубчатым шкивом 71, валом 73 вращения, имеющим возможность вращаться вместе с кулачковым валом 70 и вращающимся относительно цилиндрического корпуса 72, множеством перегородок 74, продолжающихся от внутренней окружности цилиндрического корпуса 72 к внешней окружности вала 73 вращения, и лопастей 75, продолжающихся между перегородками 74 от внешней окружности вала 73 вращения к внутренней окружности цилиндрического корпуса 72, причем две стороны лопастей 75, образованы с гидравлическими камерами 76 режима опережения и гидравлическими камерами 77 режима запаздывания.
Подача рабочей жидкости на масляной основе в гидравлические камеры 76, 77 управляется клапаном 78 управления подачей рабочей жидкости на масляной основе. Этот клапан 78 управления подачи рабочей жидкости на масляной основе обеспечен гидравлическими каналами 79, 80, соединенными с гидравлическими камерами 76, 77, каналом 82 подачи для подачи рабочей жидкости на масляной основе, подающейся от гидравлического насоса 81, парой дренажных каналов 83, 84 и золотниковым клапаном 85 для управления соединением и отсоединением каналов 79, 80, 82, 83, 84.
Чтобы осуществить опережение по фазе кулачков кулачкового вала 70, на фиг.4 золотниковый клапан 85 вынуждается двигаться вниз, рабочая жидкость на масляной основе, подающаяся из канала 82 подачи, подается через гидравлический канал 79 к гидравлическим камерам 76 режима опережения, а рабочая жидкость на масляной основе гидравлических камер 77 режима запаздывания спускается через дренажный канал 84. В это время вал 73 вращения принуждается к вращению относительно цилиндрического корпуса 72 в направлении стрелки X.
В противоположность этому, для запаздывания фазы кулачка кулачкового вала 70 на фиг.4 золотниковый клапан 85 принуждается двигаться вверх, рабочая жидкость на основе масла, подающаяся от канала 82 подачи, подается через гидравлический канал 80 в гидравлические камеры 77 режима запаздывания, а рабочая жидкость на масляной основе спускается из гидравлических камер 76 режима опережения из дренажного канала 83. В это время вал 73 вращения принуждается для вращения относительно цилиндрического корпуса 72 в направлении противоположном стрелкам Х.
Когда вал 73 вращения принуждается к вращению относительно цилиндрического корпуса 72, если золотниковый клапан 85 возвращается в нейтральное местоположение, показанное на фиг.4, работа по относительному вращению вала 73 вращения заканчивается, и вал 73 вращения в этот момент времени удерживается в относительном местоположении вращения. Следовательно, возможно использовать преобразователь B1 кулачковой фазы с тем, чтобы осуществлять опережение или запаздывание по фазе кулачка кулачкового вала 70 на точно требуемую величину, как показано на фиг.5А. То есть, преобразователь B1 кулачковой фазы может осуществлять широкое опережение или запаздывание времени открытия впускного клапана 7.
Далее разъясняется преобразователь B2 угла кулачкового привода механизма B регулируемых фаз распределения, этот преобразователь B2 угла кулачкового привода обеспечен стержнем 90 управления, размещенным параллельно кулачковому валу 70 и принуждающимся двигаться приводом 91 в осевом направлении, промежуточным кулачком 94, зацепляющимися с кулачком 92 кулачкового вала 70, методом скольжения устанавливающимся на шлиц 93, образованный на стержне 90 управления и продолжающийся в его осевом направлении, и поворачивающимся кулачком 96, зацепляющимся с подъемником 26 клапана для привода впускного клапана 7 и методом скольжения, устанавливающимся на шлиц 95, продолжающийся по спирали и образованный на стержне 90 управления. Вращающийся кулачок 96 образован с кулачком 97.
Когда кулачковый вал 70 вращается, кулачок 92 каждый раз вынуждает промежуточный кулачок 94 поворачиваться на точный постоянный угол. В это время, поворачивающийся кулачок 96 также принуждается поворачиваться на точный постоянный угол. С другой стороны, промежуточный кулачок 94 и поворачивающийся кулачок 96 поддерживаются без движения в осевом направлении стержня 90 управления, следовательно, когда стержень 90 управления принуждается двигаться приводом 91 в осевом направлении, поворачивающийся кулачок 96 вынуждается поворачиваться относительного промежуточного кулачка 94.
Если кулачок 97 поворачивающегося кулачка 96 начинает зацепляться с подъемником 26 клапана, тогда кулачок 92 кулачкового вала 70 начинает зацепляться с промежуточным кулачком 94 по причине относительного углового взаимного расположения между промежуточным кулачком 94 и поворачивающимся кулачком 96, как показано (а) на фиг.5В, период времени открытия и значение подъема впускного клапана 7 становятся максимальными. В противоположность этому, когда привод 91 используется для того, чтобы вынудить поворачивающийся кулачок 96 поворачиваться относительно промежуточного кулачка 94 в направлении стрелки Y фиг.4, кулачок 92 кулачкового вала 70 зацепляется с промежуточным кулачком 94, затем через некоторое время кулачок 97 поворачивающегося кулачка 96 зацепляется с подъемником 26 клапана. В этом случае, как показано на фиг.5В, период времени открытия и значение подъема впускного клапана 7 становятся меньше чем (а).
Когда поворачивающийся кулачок 96 вынуждается дополнительно вращаться относительно промежуточного кулачка 94, в направлении стрелки Y фиг.4, как показано (с) на фиг.5В, период времени открытия и значение подъема впускного клапана 7 становятся еще меньшими. То есть, при использовании привода 91 для изменения относительного углового положения промежуточного кулачка 94 и поворачивающегося кулачка 96, период времени открытия впускного клапана 7 может широко изменяться. Однако в этом случае величина подъема впускного клапана 7 становится тем меньше, чем короче время открытия впускного клапана 7.
Преобразователь B1 кулачковой фазы может быть использован для широкого изменения времени открытия впускного клапана 7, а преобразователь В2 угла кулачкового привода может быть использован для широкого изменения периода времени открытия впускного клапана 7 таким образом, что и преобразователь B1 кулачковой фазы и преобразователь В2 угла кулачкового привода, т.е. механизм В регулировки впускного клапана может быть использован для широкого изменения времени открытия и периода времени открытия впускного клапана 7, то есть, времени открытия и времени закрытия впускного клапана 7.
Следует отметить, что механизм В регулировки впускного клапана, показанный на фиг.1 и 4, является примером. Также можно использовать разнообразные клапанные механизмы отличные от примера, показанного на фиг.1 и 4. В частности, в варианте осуществления согласно настоящему изобретению, в качестве механизма времени закрытия, который может изменять время закрытия впускного клапана, может быть использован механизм любого типа. Дополнительно, для выпускного клапана также может быть предоставлен механизм регулируемых фаз распределения, подобный механизму В регулируемых фаз распределения впускного клапана 7.
Далее будет объяснено значение терминов, использующихся в настоящей заявке, ссылаясь на фиг.6А-6С. Заметим, что фиг.6А-6С изображены для целей объяснения двигателя с объемом камер сгорания, составляющим 50 мл, и рабочим объемом цилиндра поршня 500 мл. На этих фиг.6А-6С, объем камеры сгорания показывает объем камеры сгорания, когда поршень находится в верхней мертвой точке.
Фиг.6А разъясняет степень механического сжатия. Степень механического сжатия является значением, определяемым механически из рабочего объема цилиндра поршня и объема камеры сгорания в момент такта сжатия. Степень механического сжатия выражается (объем камеры сгорания + рабочий объем цилиндра)/объем камеры сгорания. В примере, показанном на фиг.6А, такая степень механического сжатия равна (50 мл+500 мл)/50 мл=11.
Фиг.6В разъясняет степень фактического сжатия. Степень фактического сжатия является значением, определяемым из объема камеры сгорания и фактического рабочего объема цилиндра поршня с момента, когда фактически начинается действие по сжатию, до момента, когда поршень достигает верхней мертвой точки. Эта степень фактического сжатия выражается как (объем камеры сгорания + фактический рабочий объем цилиндра)/объем камеры сгорания. То есть, как показано на фиг.6В, даже если поршень начинает подниматься в такте сжатия, никакого действия по сжатию не происходит, пока впускной клапан открыт. Фактическое действие по сжатию начинается после закрытия впускного клапана. Следовательно, степень фактического сжатия выражается как выше, используя фактический рабочий объем цилиндра. В примере, показанном на фиг.6В, степень фактического сжатия равняется (50 мл+450 мл)/50 мл=10.
Фиг.6С разъясняет степень расширения. Степень расширения является значением, определяемым из рабочего объема цилиндра поршня во время рабочего такта и объема камеры сгорания. Эта степень расширения выражается как (объем камеры сгорания + рабочий объем цилиндра)/объем камеры сгорания. В примере, показанном на фиг.6А, эта степень расширения равна (50 мл+500 мл)/50 мл=11.
Далее будут объяснены самые основные признаки настоящего изобретения, ссылаясь на фиг.7, 8А и 8В. Заметим, что фиг.7 показывает взаимоотношение между теоретическим термическим КПД и степенью расширения, между тем как фиг.8А и фиг.8В показывают сравнение между обычным циклом и циклом сверхвысокой степени расширения, использующимся выборочно в соответствии с нагрузкой в настоящем изобретении.
Фиг.8А показывает обычный цикл, в котором впускной клапан закрывается рядом с верхней мертвой точкой, и действие по сжатию поршнем начинается по существу рядом с нижней мертвой точкой сжатия. В примере, показанном на этой фиг.8А, точно таким же образом, как в примерах, показанных на фиг.6A-6C объем камеры сгорания равен 50 мл, а рабочий объем цилиндра поршня равен 500 мл. Как будет понятно из фиг.8А в обычном цикле, степень механического сжатия составляет (50 мл+500 мл)/50 мл=11, степень фактического сжатия также находится около 11, а степень расширения становится равной (50 мл+500 мл)/50 мл=11. То есть, в обычном двигателе внутреннего сгорания степень механического сжатия и степень фактического сжатия, а также степень расширения становятся по существу равными.
Сплошная линия фиг.7 показывает изменение теоретического термического КПД в случае, где степень фактического сжатия и степень расширения являются по существу равными, то есть, в обычном цикле. В этом случае выясняется, что чем больше степень расширения, т.е. чем выше степень фактического сжатия, тем выше теоретический термический КПД. Следовательно, в обычном цикле, для повышения теоретического термического КПД, степень фактического сжатия следовало бы сделать более высокой. Однако из-за ограничений по наличию стука во время работы двигателя при большой нагрузке, степень фактического сжатия может быть повышена даже при максимуме до около 12, и соответственно при обычном цикле, теоретический термический КПД не может значительно эффективно повышаться.
С другой стороны, рассматривая теоретический термический КПД и проводя четкое отличие между степенью механического сжатия и степенью фактического сжатия выясняется, что в теоретическом термическом КПД степень расширения является доминирующей, и теоретический термический КПД вообще не находится под сильным воздействием степени фактического сжатия. То есть, при повышении степени фактического сжатия, сила детонации растет, но сжатие соответственно требует большой энергии, даже при повышении степени фактического сжатия теоретический термический КПД вообще не будет сильно расти.
В противоположность этому, при увеличении степени расширения, становится большим период, во время которого действует сила по толканию поршня в ходе рабочего такта, и, следовательно, тем дольше время, в течение которого поршень придает силу по вращению коленчатого вала. Следовательно, чем большей становится степень расширения, тем выше становится теоретический термический КПД. Пунктирная линия ε=10 фиг.7 показывает теоретический термический КПД в случае фиксирования степени фактического сжатия в 10, и повышении степени расширения в этом состоянии. Выясняется, что величина повышения теоретического термического КПД, когда повышается степень расширения в состоянии, где степень фактического сжатия поддерживается при низком значении вышеописанным образом, и величина повышения теоретического термического КПД в случае, где степень фактического сжатия увеличивается совместно со степенью расширения, как показано сплошной линией фиг.7, не будут сколько-то отличаться.
Таким образом, если степень фактического сжатия поддерживается в низком значении, стука происходить не будет, следовательно, при повышении степени расширения в состояние, где степень фактического сжатия поддерживается при низком значении, возникновение стука может быть предотвращено и теоретический термический КПД может быть значительно повышен. Фиг.8В показывает пример случая, когда для поддержки степени фактического сжатия в низком значении и увеличении степени расширения используются механизм А переменной степени сжатия и механизм В регулируемых фаз распределения.
Ссылаясь к фиг.8В в этом примере, механизм А переменной степени сжатия используется для уменьшения объема камеры сгорания с 50 мл до 20 мл. С другой стороны механизм В регулировки фаз распределения используется для запаздывания с временем закрытия впускного клапана, пока фактический рабочий объем цилиндра не изменится с 500 мл до 200 мл. В результате в этом примере, степень фактического сжатия становится (20 мл+200 мл)/20 мл=11, а степень расширения становится (20 мл+500 мл)/20 мл=26. В обычном цикле, показанном на фиг.8А, как разъяснено выше, степень фактического сжатия находится около 11, а степень расширения равна 11. В сравнении с этим случаем, в случае, показанном на фиг.8В выясняется, что повысилась только степень расширения до 26. Следовательно, цикл, показанный на фиг.8В, будет называться 'циклом со сверхвысокой степенью расширения'.
Как объяснено выше, вообще говоря, в двигателе внутреннего сгорания чем ниже нагрузка двигателя, тем хуже термический КПД, следовательно, для улучшения термического КПД во время работы транспортного средства, то есть для улучшения потребления топлива становится необходимым улучшить термический КПД во время работы двигателя при небольшой нагрузке. С другой стороны, в цикле сверхвысокой степени расширения, показанном на фиг.8В, фактический рабочий объем цилиндра поршня во время такта сжатия становится небольшим, так что количество поступающего воздуха, которое может быть поглощено камерой 5 сгорания, становится меньшим, следовательно, этот цикл сверхвысокой степени расширения может быть осуществлен только тогда, когда нагрузка двигателя является относительно низкой. Следовательно, в настоящем изобретении во время работы двигателя при низкой нагрузке устанавливается цикл сверхвысокой степени расширения, показанный на фиг.8В, между тем как во время работы двигателя при высокой нагрузке устанавливается обычный цикл, показанный на фиг.8А.
Далее будет разъяснено в целом операционное управление со ссылкой на фиг.9.
X
Фиг.9 показывает различные изменения в параметрах в соответствии с нагрузкой двигателя при конкретной скорости двигателя, как например, в степени механического сжатия, степени расширения, времени закрытия впускного клапана 7, степени фактического сжатия, количества поступающего воздуха, степени открытия дроссельной заслонки 17 и насосных потерях. Заметим что в этом варианте осуществления согласно настоящему изобретению, среднее отношение состава воздух-топливо в камере 5 сгорания обычно управляется при обратной связи по стехиометрическому отношению состава воздух-топливо на основе выходного сигнала от датчика 22 отношения воздух-топливо так, что трехкомпонентный нейтрализатор 21 в каталитическом конвертере 20 может одновременно уменьшить количество несгоревших углеводородов (несгоревшие HC), оксида углерода (CO) и оксидов азота (NO) в выхлопном газе.
Далее, как объяснено выше, во время работы двигателя при высокой нагрузке выполняется обычный цикл, показанный на фиг.8А. Следовательно, как показано на фиг.9, в это время, степень механического сжатия становится более низкой, также как степень расширения является низкой, и, как показано сплошной линией на фиг.9, время закрытия впускного клапана 7 опережается. Дополнительно, в это время, количество поступающего воздуха является большим. В это время положение открытия дроссельной заслонки 17 стабилизируется в почти открытом или по существу полностью открытом состоянии, поэтому насосные потери становятся нулевыми.
С другой стороны, как показано на фиг.9 сплошной линией, если нагрузка двигателя становится более низкой, согласно этому, количество поступающего воздуха уменьшается запаздыванием во времени закрытия впускного клапана 7. Дополнительно в это время степень механического сжатия увеличивается, поскольку нагрузка двигателя становится более низкой так, что степень фактического сжатия поддерживается по существу постоянной, как показано на фиг.9, и, следовательно, поскольку нагрузка двигателя становится более низкой, степень расширения также увеличивается. Заметим, что в это время дроссельная заслонка 17 также удерживается в почти открытом или по существу открытом состоянии, следовательно, количество поступающего воздуха, который подается в камеру 5 сгорания, управляется, полагаясь не на дроссельную заслонку 17, а на изменение времени закрытия впускного клапана 7. В это время насосные потери также становятся нулевыми.
Когда таким образом нагрузка двигателя становится более низкой из состояния работы двигателя при высокой нагрузке, по существу при постоянной степени фактического сжатия, поскольку количество поступающего воздуха уменьшается, степень механического сжатия принуждается к увеличению. То есть, объем камеры 5 сгорания, когда поршень 4 достигает верхней мертвой точки, уменьшается пропорционально уменьшению количества поступающего воздуха. Следовательно, объем камеры 5 сгорания, когда поршень 4 достигает верхней мертвой точки изменяется пропорционально количеству поступающего воздуха. Заметим, что в это время, отношение состава воздух-топливо в камере 5 сгорания является стехиометрическим отношением состава воздух-топливо так, что объем камеры 5 сгорания, когда поршень 4 достигает верхней мертвой точки, изменяется пропорционально количеству топлива.
1
1
Если нагрузка двигателя становится еще более низкой, степень механического сжатия вынуждается к дальнейшему увеличению. Если нагрузка двигателя падает к средней нагрузке L, близкой к низкой нагрузке, степень механического сжатия достигает предела степени механической сжатия, что соответствует структурному пределу камеры 5 сгорания. Если степень механического сжатия достигает предела степени механического сжатия, в области нагрузки более низкой, чем нагрузка L двигателя, когда степень механического сжатия достигает предела степени механического сжатия, степень механического сжатия удерживается в пределе степени механического сжатия. Следовательно, во время нижней границы работы двигателя при средней нагрузке, и во время работы двигателя при низкой нагрузке, степень механического сжатия становится максимальной, и степень расширения также становится максимальной. Другими словами, во время нижней границы нагрузки работы двигателя при средней нагрузке и во время работы двигателя при низкой нагрузке, степень механического сжатия приводится к максимуму так, что получают максимальную степень расширения.
1
2
2
С другой стороны, в варианте осуществления, показанном на фиг.9, даже если нагрузка двигателя становится более низкой, чем L, как показано на фиг.9 сплошной линией, время закрытия впускного клапана 7 становится более запаздывающим, поскольку нагрузка двигателя становится более низкой. Если нагрузка двигателя падает к L, время закрытия впускного клапана 7 становится предельным временем закрытия, способным для управления количеством поступающего воздуха, который подается в камеру 5 сгорания. Если время закрытия впускного клапана 7 достигает предельного времени закрытия, в области с нагрузкой более низкой, чем нагрузка L двигателя, когда время закрытия впускного клапана 7 достигнет предельного времени закрытия, время закрытия впускного клапана 7 удерживается в предельном времени закрытия.
2
Если время закрытия впускного клапана удерживается при предельном времени закрытия, количество поступающего воздуха не может больше управляться изменением времени закрытия впускного клапана 7. В варианте осуществления, показанном на фиг.9, в данный момент, то есть, в области нагрузки более низкой, чем нагрузка L двигателя, когда время закрытия впускного клапана 7 достигает предельного времени закрытия, дроссельная заслонка 17 используется для управления количеством поступающего воздуха, который подается в камеру 5 сгорания. Однако при использовании дроссельной заслонки 17 для управления количеством поступающего воздуха, как показано на фиг.9, насосные затраты увеличиваются.
2
2
Для предотвращения возникновения таких насосных потерь в области более низкой, чем нагрузка L двигателя, когда время закрытия впускного клапана 7 достигает предельного времени закрытия, также возможно увеличить отношение состава воздух-топливо тем больше, чем ниже становится нагрузка двигателя в состоянии удерживания дроссельной заслонки 17 полностью открытой или по существу полностью открытой. В это время, топливный инжектор 13 предпочтительно размещается внутри камеры 5 сгорания для выполнения послойного сгорания. В качестве альтернативы в области с нагрузкой более низкой, чем нагрузка L двигателя, когда время закрытия впускного клапана 7 достигает предельного времени закрытия, возможно увеличить степень открытия клапана 24 EGR тем больше, чем более низкая нагрузка двигателя в состоянии, где дроссельная заслонка 17 удерживается полностью открытой или по существу полностью открытой.
1
Дополнительно, в области нагрузки более низкой, чем нагрузка L двигателя, когда степень механического сжатия достигает предельной степени механического сжатия, не обязательно требуется управлять временем закрытия впускного клапана 7 и степенью открытия дроссельной заслонки 17, как объяснено выше. В этой рабочей области для того, чтобы управлять количеством поступающего воздуха, достаточно управлять одним из двух: временем закрытия впускного клапана 7 и степенью открытия дроссельной заслонки 17.
1
1
1
2
2
С другой стороны, как показано на фиг.9, когда нагрузка двигателя выше, чем L, то есть, во время верхней границы нагрузки работы двигателя при средней нагрузке и во время работы двигателя при высокой нагрузке, степень фактического сжатия поддерживается по существу при аналогичной степени фактического сжатия для аналогичной скорости двигателя. В противоположность этому, когда нагрузка двигателя является более низкой, чем L, то есть когда степень механического сжатия удерживается в предельной степени механического сжатия, степень фактического сжатия определяется временем закрытия впускного клапана 7. Если происходит запаздывание времени закрытия впускного клапана 7, степень фактического сжатия падает, как видно, когда нагрузка двигателя находится между L и L. Если время закрытия впускного клапана 7 удерживается в предельном времени закрытия, степень фактического сжатия поддерживается постоянной, как видно из того, что нагрузка двигателя находится в рабочем области более низкой, чем L.
Если скорость двигателя становится более высокой, смесь воздух-топливо в камере 5 сгорания становится распределенной, и стуку становится сложно возникнуть. Следовательно, в этом варианте осуществления согласно настоящему изобретению, чем выше становится скорость двигателя, тем выше становится степень фактического сжатия.
С другой стороны, как разъяснено выше, в цикле сверхвысокой степени расширения, показанном на фиг.8В, степень расширения становится равной 26. Эта степень расширения предпочтительно является как можно большей, но как будет понятно из фиг.7, даже в отношении фактически возможной нижней предельной степени фактического сжатия ε=5 в случае 20 или больше, может быть получен значительно лучший стехиометрический тепловой КПД. Следовательно, в настоящем изобретении механизм А переменной степени сжатия образован так, что степень расширения становится равной 20 или больше.
Дополнительно, в примере, показанном на фиг.9, степень механического сжатия вынуждается изменяться постоянно в соответствии с нагрузкой двигателя. Однако степень механического сжатия может также быть вынуждена изменяться поэтапно в соответствии с нагрузкой двигателя.
С другой стороны, как показано на фиг.9 пунктирной линией, даже если осуществляется опережение времени закрытия впускного клапана 7, поскольку нагрузка на двигатель становится более низкой, возможно управлять количеством поступающего воздуха, не принимая во внимание дроссельную заслонку 17. Следовательно, если включаются оба случая, показанный на фиг.9 сплошной линией и случай, показанный пунктирной линией, в этом варианте осуществления согласно настоящему изобретению время закрытия впускного клапана 7 может стать таким, чтобы двигаться в направлении от нижней мертвой точки сжатия вплоть до предельного времени L2 закрытия, на основании чего можно управлять количеством поступающего воздуха, который подается в камеру сгорания, как только нагрузка двигателя начнет становиться более низкой.
X
При этом в этом варианте осуществления согласно настоящему изобретению, при вышеупомянутом подходе среднее отношение состава воздух-топливо в камере 5 сгорания управляется обратной связью (здесь и далее именуемой как 'управление обратной связью') по стехиометрическому отношению состава воздух-топливо на основе выходного сигнала датчика 22 отношения воздух-топливо так, что несгоревшие HC, CO и NO в выхлопном газе могут быть одновременно уменьшены трехкомпонентным нейтрализатором. То есть в настоящем варианте осуществления выхлопное отношение воздух-топливо (отношение воздуха и топлива, поданного к выхлопному проходу передней по ходу стороны трехкомпонентного нейтрализатора 21, к камере 5 сгорания и к входному проходу) детектируется датчиком 22 отношения воздух-топливо, который размещается на передней по ходу стороне выхлопа трехкомпонентного нейтрализатора 21, а выходное значение датчика 22 отношения воздух-топливо принуждается быть значением, соответствующим стехиометрическому отношению воздух-топливо при управлении обратной связью количеством подачи топлива от топливного инжектора 13.
Ниже будет объяснено более подробно управление обратной связью. В настоящем изобретении сначала по следующей формуле (1) вычисляется количество топлива Qft(n), которое должно быть подано от топливного инжектора 13 к цилиндру (ниже называемое 'целевым расходом топлива').
Qft(n)=Mc(n)/AFT+DQf(n-1)
(1)
Здесь в вышеприведенной формуле (1) 'n' - значение, показывающее число вычислений в электронном блоке управления 30. Например, Qft(n) показывает целевой расход топлива, который вычисляется n-ый раз (то есть в период 'n'). Дополнительно, Mc(n) показывает прогнозное количество воздуха, которое должно быть поглощено каждым цилиндром вплоть до времени закрытия впускного клапана 7 (здесь и далее именуемое 'количеством поступающего воздуха в цилиндр'). Количество поступающего воздуха в цилиндр Mc(n) вычисляется, например, используя результаты карты соответствия или расчетной формулы, имеющие в качестве аргументов скорость Ne двигателя и скорость mt потока воздуха, которые заранее были детектированы детектором 18 количества поступающего воздуха при экспериментах или вычислении, причем эта карта соответствия или расчетная формула сохраняются в ПЗУ 32 электронного блока 30 управления, при детектировании скорости Ne двигателя и скорости mt потока воздуха во время работы двигателя и использовании этих значений детектирования в качестве основы для вычисления, при использовании вышеупомянутой карты соответствия и расчетной формулы. Дополнительно, AFT является целевым отношением состава воздух-топливо, в настоящем варианте осуществления стехиометрическим отношением состава воздух-топливо. Более того, DQf является величиной поправки топлива, которая вычисляется в отношении впоследствии разъясненного управления обратной связью. Количество топлива, соответствующее целевому расходу топлива, который был вычислен таким образом, впрыскивается из инжектора 13.
Заметим, что в вышеупомянутом разъяснении, количество поступающего воздуха в цилиндр Mc(n) вычисляется на основе карты соответствия и т.д., имеющей скорость двигателя Ne и скорость mt потока воздуха в качестве аргументов, но, например, оно может быть выяснено другими способами, как например, расчетной формулой на основе времени закрытия впускного клапана 7, степени открытия дроссельной заслонки 17, атмосферного давления.
Фиг.10 представляет собой блок схему последовательности операций по вычислению (а) целевого расхода топлива Qft(n) от топливного инжектора 13. Показанная последовательность операций выполняется с прерыванием на предопределенные интервалы времени.
Сначала на этапе S11, детектируются скорость Ne двигателя и скорость mt потока воздуха датчиком 42 угла поворота коленчатого вала и детектором 18 количества поступающего воздуха. Далее на этапе S12 при использовании карты соответствия и расчетной формулы на основе скорости Ne двигателя и скорости mt потока воздуха впускного прохода, которые были детектированы на этапе S11, вычисляется количество поступающего воздуха в цилиндр Мc(n) в период 'n'. Далее на этапе S13, вычисляется целевой расход топлива Qft(n) вышеупомянутой формулой (1), на основе количества Мс(n) поступающего воздуха в цилиндр, которое было вычислено на этапе S12, и величина DQf(n-1) поправки топлива в период n-1, которая была вычислена впоследствии объясняющимся управлением обратной связью, затем последовательность операций заканчивается. Количество топлива, соответствующее целевому расходу Qft(n) топлива, вычисленному таким образом, впрыскивается из топливного инжектора 13.
Далее будет разъяснено управление обратной связью. В настоящем варианте осуществления для каждого периода вычисления в качестве управления обратной связью вычисляется топливная разница ΔQf между фактическим количеством подаваемого топлива, которое было вычислено на основе выходного значения датчика 22 отношения воздух-топливо, и вышеупомянутым целевым расходом Qft топлива, а затем вычисляется величина поправки DQf топлива так, что эта топливная разница ΔQf становится нулевой. Более точно, величина DQf поправки топлива вычисляется по следующей формуле (2). Заметим, что в следующей формуле (2), DQf(n-1) показывает величину поправки топлива в n-1 вычислении, то есть, в предыдущем вычислении, Kmp показывает пропорциональное усиление, а Kmi показывает интегральное усиление. Эти пропорциональное усиление Kmp и интегральное усиление Kmi могут быть предопределенными константными значениями, или могут быть значениями, которые изменяются в соответствии с рабочим состоянием двигателя.
<maths num="1"><math display="block"><mrow><mtext>DQf(n)</mtext><mo>=</mo><mtext>DQf(n</mtext><mo>−</mo><mtext>1)</mtext><mo>+</mo><mtext>Kmp*ΔQf(n)</mtext><mo>+</mo><mtext>Kmi*</mtext><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mtext>k</mtext><mo>=</mo><mtext>1</mtext></mrow><mtext>n</mtext></munderover><mrow><mtext>ΔQf(k)</mtext></mrow></mstyle></mrow></math><img file="00000001.tif" he="11" wi="96" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
(2)
Фиг.11 представляет собой блок-схему последовательности операций управления обратной связью для вычисления величины DQf поправки топлива. Показанная последовательность операций выполняется c прерыванием на предопределенные интервалы времени.
Сначала на этапе S21 решается, выполняется ли условие управления обратной связью. Поскольку случай, где условие управления обратной связью выполняется, например, в случае, где двигатель внутреннего сгорания не находится в средней стадии холодного запуска (то есть, температура охлаждающей жидкости двигателя является конкретной температурой или большей, а топлива в момент пуска не становится больше), может указываться случай, где впрыск топлива из топливного инжектора не останавливается во время работы двигателя, то есть, не во время управления пониженной подачи топлива и т.д. Когда на этапе S21 решается, что условие для выполнения управления обратной связью выполняется, последовательность операций продолжается этапом S22.
На этапе S22 детектируется выходное значение VAF(n) датчика 22 отношения воздух-топливо в период n-го вычисления. Далее, на этапе 323 на основе выходного значения VAF(n), которое было детектировано на этапе 322, вычисляется фактическое отношение AFR(n) состава воздух-топливо в период 'n'. Таким образом, вычисленное фактическое отношение AFR(n) состава воздух-топливо обычно становится значением по существу соответствующим фактическому отношению состава воздух-топливо выхлопного газа, которое поступает в трехкомпонентный нейтрализатор 21 в период n-го вычисления.
Далее, на этапе S24 по следующей формуле (3) вычисляется топливная разница ΔQf между количеством поданного топлива, которое было вычислено на основе выходного значения датчика 22 отношения воздух-топливо и целевого расхода Qft топлива. Заметим, что в следующей формуле (3) для количества Мc поступающего воздуха в цилиндр и целевого расхода Qft топлива используются значения в n-ый период вычисления, но также могут быть использованы значения более раннего вычисления, чем n-ое.
<mrow><mi>Δ</mi><mi>Q</mi><mi>f</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>n</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo><mi>M</mi><mi>c</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>n</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>/</mo><mi>A</mi><mi>F</mi><mi>R</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>n</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>−</mo><mi>Q</mi><mi>f</mi><mi>t</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>n</mi><mo stretchy="false">)</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>3</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
На этапе 325 по вышеупомянутой формуле (2) вычисляется величина поправки топлива DQf(n) в период 'n', и затем последовательность операций управления заканчивается. Вычисленная величина DQf(n) поправки топлива используется в вышеприведенной формуле (1) для вычисления целевого расхода топлива. С другой стороны, когда решается, что на этапе S21 условие управление обратной связью не выполняется, последовательность операций управления заканчивается без изменения величины DQf(n) поправки топлива.
Следует отметить, что в вышеупомянутом варианте осуществления, поскольку управление обратной связью для стехиометрического отношения состава воздух-топливо основано на выходном сигнале датчика 22 отношения воздух-топливо, показывается случай выполнения управления PI, но управление обратной связью не ограничено вышеупомянутым управлением. Могут выполняться различные управления.
При этом, когда используется такой механизм А переменной степени сжатия, чем выше степень механического сжатия, тем меньше объем камеры сгорания во время, когда поршень позиционируется в верхней мертвой точке, и в результате тем больше отношение поверхность-объем (отношение площади поверхности и объема камеры 5 сгорания, когда поршень располагается в верхней мертвой точке. Ниже называемое 'отношением площади к объему'). Таким образом, если отношение площади к объему становится больше, область гашения в камере 5 сгорания в целом (области около поверхностей стенок камеры сгорания и т.д., куда не попадает пламя) становится относительно большой. HC, который включен в смесь воздух-топливо в этой области гашения, в большинстве гореть не будет, поскольку пламя не будет добираться до него, даже если смесь воздух-топливо внутри камеры 5 сгорания горит. Следовательно, если степень механического сжатия становится более высокой и отношение площади к объему увеличивается, количество HC, которому сложно сгорать, даже если в камере 5 сгорания происходит сгорание смести воздух-топливо, относительно увеличивается.
2
2
2
2
С другой стороны, если смесь воздух-топливо горит в камере 5 сгорания, внутри камеры 5 сгорания преобладает высокая температура. Таким образом, если HC в области гашения подвергается воздействию высокой температуры, часть его будет превращена в водород (H). Этот H затем выпускается из камеры 5 сгорания без сжигания в камере 5 сгорания. Следовательно, при использовании механизма А переменной степени сжатия для увеличения степени механического сжатия, отношение площади к объему будет увеличиваться, и в результате количество H, которое содержится в выхлопном газе, будет увеличиваться. В частности, в настоящем варианте осуществления, степень механического сжатия доводится до высокой степени сжатия 20 или выше, поэтому при сравнении с обычным двигателем внутреннего сгорания (двигателем внутреннего сгорания, где степень механического сжатия управляется до 12 или около того), отношение площади к объему будет значительно выше. Согласно этому, количество H, который содержится в выхлопном газе, также будет увеличиваться.
2
2
С другой стороны, в настоящем варианте осуществления в управлении обратной связью отношения воздух-топливо используется выходное значение датчика 22 отношения воздух-топливо. Однако этот датчик 22 отношения воздух-топливо имеет высокую чувствительность к H. По этой причине, если концентрация H в выхлопном газе является высокой, выходное значение датчика 22 отношения воздух-топливо будет иметь тенденцию отклоняться в сторону обогащения.
2
2
Даже когда таким образом выходное значение датчика 22 отношения воздух-топливо отклоняется, если не использовать механизм А переменной степени сжатия, отношение H, который содержится в выхлопном газе, будет по существу постоянным, а, следовательно, степень отклонения выходного значения датчика 22 отношения воздух-топливо будет по существу постоянной, так что может быть заранее применена определенная коррекция для соответствующей компенсации этого. Однако при использовании механизма А переменной степени сжатия, отношение H, который содержится в выхлопном газе будет изменяться в соответствии со степенью механического сжатия, то есть, в соответствии с отношением площади к объему, поэтому, даже если выполняется определенная коррекция, подходящая компенсация не возможна.
2
2
Дополнительно, в обычном двигателе внутреннего сгорания, количество H, который содержится в выхлопном газе, не столь велико, так что отклонение выходного значения датчика 22 отношения воздух-топливо также является незначительным. Однако в двигателе внутреннего сгорания с искровым зажиганием, где степень механического сжатия является высокой степенью сжатия 20 или больше, отношение площади к объему иногда становится значительно высоким. Согласно этому отношение H, который содержится в выхлопном газе, также становится более высоким. По этой причине выходное значение датчика 22 отношения воздух-топливо существенно отклоняется в сторону обогащения на значительную величину, и отношение воздух-топливо выхлопного газа больше не может точно детектироваться. В результате, отношение воздух-топливо не может быть больше надлежащим образом управляться, и иногда вызывается ухудшение эффективности сгорания и ухудшение выброса выхлопных газов.
Следовательно, в первом варианте осуществления настоящего изобретения, целевое отношение воздух-топливо управляется в соответствии со степенью механического сжатия.
Фиг.12 представляет собой вид, показывающий взаимоотношение между степенью механического сжатия и целевым отношением воздух-топливо. Как будет понятно из фиг.12, целевое отношение воздух-топливо снижается (в сторону обогащения), когда степень механического сжатия является высокой, в сравнении с тем, когда она является низкой. Более подробно, поскольку степень механического сжатия снижается больше, и целевое отношение воздух-топливо снижается больше. Другими словами, в настоящем варианте осуществления, поскольку отношение площади к объему становится более высоким, целевое отношение воздух-топливо снижается больше.
2
2
Здесь в вышеупомянутом способе, количество H, который содержится в выхлопном газе, увеличивается, так как степень механического сжатия становится более высокой. Дополнительно, чем больше количество H, который содержится в выхлопном газе, тем больше степень, на которую выходное значение датчика 22 отношения воздух-топливо отклоняется в сторону обогащения. Следовательно, так как степень механического сжатия становится более высокой, степень, на которую выходное значение датчика 22 отношения воздух-топливо отклоняется в сторону обогащения, становится большей.
2
В настоящем варианте осуществления, поскольку степень механического сжатия становится более высокой, целевое отношение воздух-топливо направляется в сторону обогащения. Следовательно, даже если степень механического сжатия становится более высокой, а выходное значение датчика 22 отношения воздух-топливо отклоняется в сторону обогащения, целевое отношение воздух-топливо направляется в сторону обогащения на точно такое же количество так, что в результате отношение воздух-топливо выхлопного газа управляется обратной связью для того, чтобы стать фактическим целевым отношением воздух-топливо (то есть стехиометрическим отношением воздух-топливо). То есть согласно настоящему варианту осуществления, целевое отношение воздух-топливо корректируется точной величиной отклонения, возникающей на выходном значении датчика 22 отношения воздух-топливо по причине того, что степень механического сжатия становится более высокой, посредством чего отклонение, возникающее на выходном значении датчика 22 отношения воздух-топливо, восполняется. Другими словами, в настоящем варианте осуществления, можно сказать, что эффект изменения концентрации H, по причине изменения степени механического сжатия, становится меньшим при корректировании параметра, относящегося к работе двигателя внутреннего сгорания, то есть, целевого отношения воздух-топливо.
Дополнительно, в первом варианте осуществления согласно настоящему изобретению целевое отношение воздух-топливо управляется в соответствии со временем закрытия впускного клапана 7.
Фиг.13 представляет собой вид, показывающий взаимоотношение между степенью механического сжатия и целевым отношением воздух-топливо. Сплошная линия на чертеже показывает случай, когда время закрытия впускного клапана 7 направляется в сторону запаздывания, пунктирная линия на чертеже показывает случай, когда время закрытия впускного клапана направляется в сторону опережения, а штрихпунктирная линия с одной точкой на чертеже показывает случай, когда время закрытия впускного клапана 7 направляется к средней продолжительности. Как будет понятно из фиг.13, целевое отношение воздух-топливо снижается больше (в сторону обогащения), когда время закрытия впускного клапана находится в области опережения в сравнении с тем, когда оно находится в области запаздывания. Более подробно, поскольку время закрытия впускного клапана 7 становится опережающим, целевое отношение воздух-топливо снижается больше.
2
2
При этом если время закрытия впускного клапана 7 является опережающим, фактическое действие по сжатию начинается раньше, в результате степень фактического сжатия становится более высокой. Если степень фактического сжатия становится более высокой, плотность смеси воздух-топливо в камере 5 сгорания становится более высокой, когда поршень располагается в верхней мертвой точке. По этой причине, количество HC, который присутствует в области гашения увеличивается, а, следовательно, количество H, который генерируется внутри камеры 5 сгорания, также увеличивается. Если количество H увеличивается таким образом, отклонение, которое происходит в датчике 22 отношения воздух-топливо, также становится большим. Суммируя вышеупомянутое, если время закрытия впускного клапана 7 является опережающим, отклонение, которое возникает в датчике 22 отношения воздух-топливо, становится большим.
2
Здесь в настоящем варианте осуществления, поскольку время закрытия впускного клапана 7 является опережающим, целевое отношение воздух-топливо направляется в сторону обогащения. Следовательно, даже если время закрытия впускного клапана 7 опережается, а выходное значение датчика 22 отношения воздух-топливо отклоняется в сторону обогащения, целевое отношение воздух-топливо направляется в сторону обогащения на точно такое количество так, что в результате отношение воздух-топливо выхлопного газа управляется обратной связью для того, чтобы стать фактическим целевым отношением воздух-топливо (то есть, стехиометрическим отношением воздух-топливо). То есть, согласно настоящему изобретению, целевое отношение воздух-топливо корректируется точно величиной отклонения выходного значения датчика 22 отношения воздух-топливо по причине того, что время закрытия впускного клапана 7 является опережающим, посредством чего отклонение, которое возникает в выходном значении датчика 22 отношения воздух-топливо, восполняется. Другими словами, в настоящем варианте осуществления, можно сказать, что параметр, относящийся к работе двигателя внутреннего сгорания, то есть, целевое отношение воздух-топливо корректируется так, что эффект изменения концентрации H, по причине изменения во времени закрытия впускного клапана 7, становится меньшим.
Более того, в первом варианте осуществления согласно настоящему изобретению целевое отношение воздух-топливо управляется в соответствии со степенью открытия клапана 24 EGR.
Фиг.14 представляет собой вид, показывающий взаимоотношение между степенью механического сжатия и целевым отношением воздух-топливо. Сплошная линия на чертеже показывает случай, когда степень открытия клапана ERG является большой, пунктирная линия на чертеже показывает случай, когда степень открытия клапана ERG является небольшой, а штрихпунктирная линия с точкой показывает случай, когда степень открытия клапана 24 EGR является средней. Как будет понятно из фиг.14, целевое отношение воздух-топливо снижается больше (в сторону обогащения), когда степень открытия клапана 24 EGR является небольшой в сравнении с тем, когда она является большой. Более конкретно, поскольку степень открытия клапана 24 EGR становится меньше, целевое отношение воздух-топливо снижается больше.
2
2
При этом если степень открытия клапана 24 EGR становится большей, количество газа EGR, который подается в камеру 5 сгорания, увеличивается. Если количество газа EGR, который подается в камеру 5 сгорания таким образом, увеличивается, соответственно количество смеси воздух-топливо, которая подается в камеру 5 сгорания, уменьшается, а плотность смеси воздух-топливо в камере 5 сгорания падает. По этой причине, количество HC, который присутствует в области сгорания, уменьшается, и, следовательно, количество H, который генерируется в камере 5 сгорания, также уменьшается. Если количество H уменьшается таким образом, отклонение, которое возникает в датчике 22 отношения воздух-топливо, будет становиться меньшим. Суммируя вышеупомянутое, если степень открытия клапана 24 EGR становится больше, отклонение, которое возникает в датчике 22 отношения воздух-топливо, будет становиться меньшим. И наоборот, если степень открытия клапана 24 EGR становится меньше, отклонение датчика 22 отношения воздух-топливо будет становиться большим.
2
Здесь в настоящем варианте осуществления, поскольку степень открытия клапана 24 EGR становится меньше, целевое отношение воздух-топливо направляется в сторону обогащения. Следовательно, даже если степень открытия клапана 24 EGR становится меньше, а выходное значение датчика 22 отношения воздух-топливо отклоняется в сторону обогащения, целевое отношение воздух-топливо направляется в сторону обогащения на эту величину так, что в результате отношение воздух-топливо выхлопного газа управляется обратной связью для того, чтобы стать фактическим целевым отношение воздух-топливо (то есть, стехиометрическим отношением воздух-топливо). То есть, согласно настоящему изобретению, целевое отношение воздух-топливо корректируется точным значением отклонения, возникающим в выходном значении датчика 22 отношения воздух-топливо, по причине степени открытия клапана 24 EGR, ставшей меньше, посредством чего отклонение, возникающее в выходном значении датчика 22 отношения воздух-топливо, восполняется. Другими словами, в настоящем варианте осуществления можно сказать, что параметр, относящийся к работе двигателя внутреннего сгорания, то есть, целевое отношение воздух-топливо корректируется таким образом, что эффект изменения концентрации H, по причине изменения степени открытия клапана 24 EGR, становится меньшим.
2
Заметим, что в вышеупомянутом варианте осуществления при выполнении управления обратной связью, используется датчик 22 отношения воздух-топливо. Однако вместо датчика 22 отношения воздух-топливо также возможно использовать кислородный датчик для выполнения управления обратной связью. Дополнительно, кислородный датчик, подобно датчику 22 отношения воздух-топливо имеет высокую чувствительность к H. Следовательно, вместо датчика 22 отношения воздух-топливо также может быть использован кислородный датчик, и в этом случае также выполняется управление подобное случаю использования вышеупомянутого датчика 22 отношения воздух-топливо.
2
X
X
X
2
X
Более того, в дополнение к датчику отношения воздух-топливо или кислородному датчику, существуют датчики с высокой чувствительностью к H. В качестве примера такого датчика, например, может быть упомянут датчик NO, который детектирует концентрацию NO в выхлопном газе. При использовании датчика NO чем выше концентрация H в выхлопном газе, тем ниже тенденция к детектированию концентрации NO.
X
X
X
X
Следовательно, при использовании выходного значения датчика NO в качестве основы для управления двигателем внутреннего сгорания, параметр, относящийся к работе двигателя внутреннего сгорания, корректируется так, что операционное управление двигателя внутреннего сгорания, которое выполняется, когда концентрация NO является более высокой, чем концентрация NO, которая детектирована датчиком NO, выполняется тем больше, чем выше степень механического сжатия. Например, когда степень механического сжатия является высокой, целевое отношение воздух-топливо корректируется к более низкому (в сторону обогащения), или коррекция выполняется так, что частота выполнения управления всплесками обогащения, для временного обогащения выхлопного отношения воздух-топливо, увеличивается.
2
Суммируя это в варианте осуществления настоящего изобретения, может быть сказано, что параметр, относящийся к работе двигателя внутреннего сгорания, корректируется в соответствии со степенью механического сжатия так, что эффект концентрации H в выхлопном газе, которая увеличивается согласно увеличению степени механического сжатия, становится меньшим.
2
В вышеупомянутом варианте осуществления целевое отношение воздух-топливо управляется в соответствии со степенью механического сжатия. Однако, если отношение площади к объему изменяется, концентрация H в выхлопном газе будет изменяться, и возникнет подобная проблема, поэтому вышеупомянутое управление не ограничено механизмом А переменной степени сжатия и может быть применено к двигателю внутреннего сгорания, который имеет механизм изменения отношения площади к объему, который может изменять отношение площади к объему.
X
Дополнительно, в вышеупомянутом варианте осуществления, в качестве нейтрализатора очистки выхлопов используется трехкомпонентный нейтрализатор, хотя также возможно использовать нейтрализатор уменьшения аккумуляции NO или другой нейтрализатор очистки выхлопов. Дополнительно в вышеупомянутом варианте осуществления целевое отношение воздух-топливо становится стехиометрическим отношением воздух-топливо, но целевое отношение воздух-топливо не имеет необходимости быть стехиометрическим отношением воздух-топливо. Например, целевое отношение воздух-топливо становится отношением воздух-топливо на стороне обеднения от стехиометрического отношения воздух-топливо.
Фиг.15 представляет собой блок-схему последовательности операций, показывающая управление установкой целевого отношения воздух-топливо. Как показано на фиг.15, сначала на этапе S31 детектируется степень механического сжатия. Затем, на этапе S32 детектируется время закрытия впускного клапана 7. Затем на этапе S33 детектируется степень открытия клапана 24 EGR. На этапе S34 на основе степени механического сжатия, которая была детектирована на этапе S31, и при использовании карты соответствия такой, как показано на фиг.16А, вычисляется значение коррекции kεm целевого отношения воздух-топливо на основе степени механического сжатия. Далее на этапе S35 на основе времени закрытия впускного клапана 7, которое было детектировано на этапе S32 и при использовании карты соответствия такой, как показано на фиг.16В, вычисляется значение коррекции kivc целевого отношения воздух-топливо на основе времени закрытия впускного клапана. На этапе S36 на основе степени открытия клапана 24 EGR, которая была детектирована на этапе S33, и при использовании карты соответствия, как показано на фиг.16С, вычисляется значение коррекции kegr целевого отношения воздух-топливо на основе степени открытия клапана EGR. Далее на этапе S37 значение фактического целевого отношения воздух-топливо AFTbase минус значение коррекции, которое было вычислено на этапе S34-36, становится целевым отношением воздух-топливо AFT. Целевое отношение воздух-топливо AFT, которое было вычислено таким образом, используется на этапе S13 фиг.10.
В вышеупомянутом варианте осуществления размер коррекции целевого отношения воздух-топливо вычисляется на основе времени закрытия впускного клапана 7 и степени открытия клапана 24 EGR. Однако также возможно вычислить коэффициент коррекции целевого отношения воздух-топливо на основе времени закрытия впускного клапана 7 и степени открытия клапана 24 EGR, и увеличить коэффициент коррекции, который был вычислен таким образом, на значение коррекции целевого отношения воздух-топливо, которое было вычислено на основе степени механического сжатия.
Далее будет объяснена система управления двигателя внутреннего сгорания согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения. Конфигурация системы управления двигателя внутреннего сгорания второго варианта осуществления в общем подобна конфигурации системы управления двигателя внутреннего сгорания первого варианта осуществления. Однако в системе управления двигателя внутреннего сгорания первого варианта осуществления, значение параметра, относящегося к работе двигателя внутреннего сгорания, изменяется в соответствии со степенью механического сжатия и т.д., между тем как в системе управления двигателя внутреннего сгорания второго варианта осуществления выходное значение устройства детектирования корректируется в соответствии со степенью механического сжатия и т.д.
Фиг.17 представляет собой вид, показывающий взаимоотношение между степенью механического сжатия и величиной коррекции выходного значения датчика 22 отношения воздух-топливо в сторону обеднения. Сплошная линия на чертеже показывает случай, когда время закрытия впускного клапана 7 направляется в сторону запаздывания, пунктирная линия на чертеже показывает случай, когда время закрытия впускного клапана направляется в сторону опережения, а штрихпунктирная линия с одной точкой на чертеже показывает случай, когда время закрытия впускного клапана 7 устанавливается в среднюю продолжительность.
Как будет понятно из фиг.17, когда степень механического сжатия является высокой в сравнении с тем, когда она низкая, величина коррекции датчика 22 отношения воздух-топливо в сторону обеднения становится большей. Более подробно, поскольку степень механического сжатия становится более высокой, величина коррекции датчика 22 отношения воздух-топливо в сторону обеднения становится большей. Другими словами в настоящем варианте осуществления, поскольку отношение площади к объему становится более высоким, величина коррекции датчика 22 отношения воздух-топливо в сторону обеднения становится большей.
2
2
Согласно настоящему изобретению, даже если степень механического сжатия становится более высокой, а выходное значение датчика 22 отношения воздух-топливо отклоняется в сторону обогащения, выходное значение датчика 22 отношения воздух-топливо направляется в сторону обеднения точно на то значение так, что в результате откорректированное выходное значение датчика 22 отношения воздух-топливо показывает фактическое отношение воздух-топливо выхлопного газа. То есть согласно настоящему изобретению, выходное значение датчика 22 отношения воздух-топливо корректируется точной величиной отклонения, возникающей на выходном значении датчика 22 отношения воздух-топливо по причине степени механического сжатия, становящейся более высокой, посредством чего отклонение, возникшее в выходном значении датчика 22 отношения воздух-топливо, восполняется. Другими словами, в настоящем варианте осуществления, может быть сказано, что выходное значение устройства детектирования, которое изменяется в соответствии с концентрацией H, корректируется так, что эффект концентрации H, которая меняется по причине изменения степени механического сжатия, становится меньшим.
Дополнительно, как будет понятно из фиг.17, величина коррекции датчика 22 отношения воздух-топливо в сторону обеднения становится большей, когда время закрытия впускного клапана 7 находится в области опережения в сравнении с тем, когда оно находится в области запаздывания. Более конкретно, поскольку время закрытия впускного клапана 7 становится более опережающим, величина коррекции датчика 22 отношения воздух-топливо в сторону обеднения становится большей.
2
2
Согласно настоящему варианту осуществления, даже если время закрытия впускного клапана опережается, и выходное значение датчика 22 отношения воздух-топливо отклоняется в сторону обогащения, выходное значение датчика 22 отношения воздух-топливо корректируется в сторону обеднения на точное то количество так, что в результате откорректированное выходное значение датчика 22 отношения воздух-топливо показывает фактическое отношение воздух-топливо выхлопного газа. То есть согласно настоящему варианту осуществления, выходное значение датчика 22 отношения воздух-топливо корректируется точно на величину отклонения, возникающую на выходном значении датчика 22 отношения воздух-топливо по причине опережения времени закрытия впускного клапана 7, посредством чего отклонение, возникающее в выходном значении датчика 22 отношения воздух-топливо, восполняется. Другими словами, в настоящем варианте осуществления, может быть сказано, что выходное значение устройства детектирования, которое изменяется в соответствии с концентрацией H, корректируется так, что эффект изменения концентрации H по причине изменения во времени закрытия впускного клапана 7, становится меньшим.
Дополнительно, также возможно увеличить величину коррекции датчика 22 отношения воздух-топливо в сторону обеднения, когда степень открытия клапана 24 EGR является небольшой в сравнении с тем, когда она является большой. В этом случае, более подробно, поскольку степень открытия клапана 24 EGR становится меньше, величина коррекции датчика 22 отношения воздух-топливо в сторону обеднения становится больше. По этой причине, если степень открытия клапана 24 EGR становится меньше, а выходное значение датчика 22 отношения воздух-топливо отклоняется в сторону обогащения, выходное значение датчика 22 отношения воздух-топливо будет скорректировано в сторону обеднения точно на ту же величину так, что скорректированное выходное значение датчика 22 отношения воздух-топливо будет показывать фактическое отношение воздух-топливо выхлопного газа.
X
В настоящем варианте осуществления также подобным образом как в первом варианте осуществления может быть выполнено подобное управление, даже когда используется кислородный датчик или датчик NO вместо датчика 22 отношения воздух-топливо. Следовательно, суммируя это, может быть сказано, что в варианте осуществления настоящего изобретения выходное значение (то есть, концентрация определенных ингредиентов в выхлопном газе) устройства детектирования, для детектирования концентрации определенных ингредиентов в выхлопном газе и изменения выходного значения в соответствии с концентрацией водорода в выхлопном газе, корректируется в соответствии со степенью механического сжатия.
Далее будет разъяснена система управления двигателя внутреннего сгорания третьего варианта осуществления согласно настоящему изобретению. Конфигурация системы управления двигателя внутреннего сгорания третьего варианта осуществления согласно настоящему изобретению в общем является такой же, как конфигурация системы управления двигателя внутреннего сгорания второго варианта осуществления. Однако в системе управления двигателя внутреннего сгорания настоящего варианта осуществления, выходное значение датчика 22 отношения воздух-топливо корректируется в соответствии с целевым отношением воздух-топливо.
X
X
X
При этом в двигателе внутреннего сгорания вышеупомянутого варианта осуществления целевое отношение воздух-топливо становится по существу постоянным в стехиометрическом отношении воздух-топливо. В противоположность этому в двигателе внутреннего сгорания настоящего варианта осуществления целевое отношение воздух-топливо может быть изменено в соответствии с рабочим состоянием двигателя. Например, в настоящем варианте осуществления в качестве нейтрализатора очистки выхлопов используется нейтрализатор уменьшения аккумулирования NO, целевое отношение воздух-топливо становится обедненным во время обычной работы, а целевое отношение воздух-топливо становится обогащенным, когда NO, который накапливается в нейтрализаторе уменьшения аккумуляции NO, десорбируется. Таким образом, для двигателя внутреннего сгорания, в котором целевое отношение воздух-топливо изменяется в соответствии с рабочим состоянием двигателя, в системе управления двигателя внутреннего сгорания третьего варианта осуществления, величина коррекции датчика 22 отношения воздух-топливо в сторону обеднения побуждается меняться в соответствии с целевым отношением воздух-топливо.
Фиг.18 представляет собой вид, показывающий взаимоотношение между степенью механического сжатия и значением коррекции выходного значения датчика 22 отношения воздух-топливо в сторону обеднения. Сплошная линия на чертеже показывает случай, когда целевое отношение воздух-топливо направляется в сторону обеднения, пунктирная линия на чертеже показывает случай, когда целевое отношение воздух-топливо направляется в сторону обогащения, а штрихпунктирная линия с одной точкой на чертеже показывает случай, когда целевое отношение воздух-топливо устанавливается по существу в стехиометрическое отношение воздух-топливо.
Как будет понятно из фиг.18, величина коррекции датчика 22 отношения воздух-топливо в сторону обеднения становится большей, когда целевое отношение воздух-топливо является низким (находится в области обогащения) в сравнении с тем, когда оно является высоким (находится в области обеднения). Более точно, поскольку целевое отношение воздух-топливо становится более низким, величина коррекции датчика 22 отношения воздух-топливо в сторону обеднения становится большей.
2
2
Здесь, если отношение воздух-топливо смеси воздух-топливо в камере 5 сгорания становится более низким, концентрация HC в смеси воздух-топливо увеличивается. Если концентрация HC в смеси воздух-топливо становится высокой, количество HC, присутствующее в области гашения, увеличивается, и, следовательно, количество H, которое генерируется в камере 5 сгорания, также увеличивается. Таким образом, если количество H увеличивается, отклонение, которое возникает в датчике 22 отношения воздух-топливо, становится большим. Суммируя вышеупомянутое, если отношение воздух-топливо смеси воздух-топливо в камере 5 сгорания становится более низким, выходное значение датчика 22 отношения воздух-топливо отклоняется в сторону обогащения.
2
2
Здесь в настоящем варианте осуществления, поскольку отношение воздух-топливо становится более низким, величина коррекции датчика 22 отношения воздух-топливо в сторону обеднения становится большей. По этой причине, даже если целевое отношение воздух-топливо становится более низким, а выходное значение датчика 22 отношения воздух-топливо отклоняется в сторону обогащения, выходное значение датчика 22 отношения воздух-топливо будет откорректировано в сторону обеднения точно на такую же величину так, что в результате откорректированное выходное значение датчика 22 отношения воздух-топливо будет показывать фактическое отношение воздух-топливо выхлопного газа. То есть, согласно настоящему варианту осуществления, при корректировании выходного значения датчика 22 отношения воздух-топливо на точную величину отклонения, возникающую в выходном значении датчика 22 отношения воздух-топливо по причине того, что отношение воздух-топливо становится более низким, отклонение, возникающее в выходном значении датчика 22 отношения воздух-топливо, восполняется. Другими словами, в настоящем варианте осуществления можно сказать, что выходное значение устройства детектирования с выходным значением, которое меняется в соответствии с концентрацией H, корректируется так, что эффект концентрации H, которая меняется при изменении целевого отношения воздух-топливо, становится меньшим.
Далее будет разъяснена система управления двигателя внутреннего сгорания четвертого варианта осуществления согласно настоящему изобретению. Система управления двигателя внутреннего сгорания четвертого варианта осуществления, как показано на фиг.19, обеспечена не только датчиком 22 отношения воздух-топливо, который размещен у передней по ходу выхлопа стороны трехкомпонентного нейтрализатора 21, а также кислородным датчиком 22', который размещен на задней по ходу выхлопа стороне трехкомпонентного нейтрализатора 21.
При этом иногда тепло выхлопного газа вызывает ухудшение в работе датчика 22 отношения воздух-топливо, посредством чего вызывается отклонение в выходном значении датчика 22 отношения воздух-топливо. Таким образом, если происходит отклонение на выходном значении датчика 22 отношения воздух-топливо, датчик 22 отношения воздух-топливо, например, будет генерировать выходное напряжение, которое изначально должно генерироваться, когда выхлопное отношение воздух-топливо становится стехиометрическим отношением воздух-топливо, если отношение является более обедненным, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо. Следовательно, в настоящем варианте осуществления вспомогательное управление обратной связью, использующее кислородный датчик 22' задней по ходу стороны, используется для компенсации отклонения, возникающего в выходном значении датчика 22 отношения воздух-топливо и побуждает выходное значение датчика 22 отношения воздух-топливо становится значением, которое соответствует фактическому выхлопному отношению воздух-топливо.
То есть кислородный датчик 22' может детектировать, является ли выхлопное отношение воздух-топливо более обогащенным или более обедненным, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо. Когда фактическое отношение воздух-топливо становится обедненным, выходное напряжение кислородного датчика 24 становится низким значением, между тем как, когда фактическое выхлопное отношение воздух-топливо становится обогащенным, выходное напряжение кислородного датчика 24 становится высоким значением. Следовательно, когда фактическое выхлопное отношение воздух-топливо становится, по существу, стехиометрическим отношением воздух-топливо, то есть, когда оно повторно поднимается и опускается ниже стехиометрического отношения воздух-топливо, выходное напряжение кислородного датчика 22' повторно преобразуется между высоким значением и низким значением. С этой точки зрения, в настоящем варианте осуществления выходное значение датчика 22 отношения воздух-топливо корректируется так, что выходное напряжение кислородного датчика 22' повторно преобразуется между высоким значением и низким значением.
Фиг.20 иллюстрирует временную диаграмму фактического выхлопного отношения воздух-топливо, выходного значения кислородного датчика и выходного значения efsfb коррекции датчика 22 отношения воздух-топливо. Временная диаграмма с фиг.20 показывает состояние, в котором, несмотря на фактическое выхлопное отношение воздух-топливо, управляемое для того, чтобы стать стехиометрическим отношением воздух-топливо, в датчике 22 отношения воздух-топливо возникает отклонение, и в этом случае отклонение, которое возникает в датчике 22 отношения воздух-топливо, восполняется.
В примере, показанном на фиг.20, фактическое отношение воздух-топливо не становится стехиометрическим отношением воздух-топливо, но становится менее обедненным, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо. Причина состоит в том, что когда в датчике 22 отношения воздух-топливо происходит отклонение, а затем фактическое выхлопное отношение воздух-топливо становится отношением воздух-топливо, которое является более обедненным, чем стехиометрическое отношение воздух-топливо, датчик 22 отношения воздух-топливо выводит выходное значение, соответствующее стехиометрическому значению отношения воздух-топливо. В это время выходное значение кислородного датчика 22' становится низким значением.
Выходное значение efsfb коррекции датчика 22 отношения воздух-топливо является значением коррекции, которое добавляется к выходному значению VAF, которое вычисляется на этапе S22 фиг.11. На этапе S23 фиг.11, выходное значение VAF, которое было вычислено на этапе S22, увеличивается на это выходное значение efsfb коррекции, а результат используется в качестве основы для вычисления фактического отношения воздух-топливо AFR(n). Следовательно, когда это выходное значение efsfb коррекции является положительным значением, выходное значение датчика 22 отношения воздух-топливо корректируется в сторону обеднения, между тем как когда оно является отрицательным значением, выходное значение датчика 22 отношения воздух-топливо корректируется в сторону обогащения. Дополнительно, чем больше абсолютное значение efsfb выходного значения коррекции, тем больше корректируется выходное значение датчика 22 отношения воздух-топливо.
Когда, несмотря на выходное значение датчика 22 отношения воздух-топливо, являющееся, по существу, стехиометрическим отношением воздух-топливо, выходное значение кислородного датчика 22' становится низким значением, это означает, что выходное значение датчика 22 отношения воздух-топливо отклоняется в сторону обогащения. Следовательно, в настоящем варианте осуществления, когда выходное значение кислородного датчика 22' является низким значением, как показано на фиг.20, величина выходного значения efsfb коррекции увеличивается для коррекции выходного значения датчика 22 отношения воздух-топливо в сторону обеднения. С другой стороны, когда, несмотря на то, что выходное значение датчика 22 отношения воздух-топливо является, по существу, стехиометрическим отношением воздух-топливо, выходное значение кислородного датчика 22' становится высоким значением, величина выходного значения efsfb коррекции уменьшается для коррекции выходного значения датчика 22 отношения воздух-топливо в сторону обогащения.
Более точно, величина выходного значения efsfb коррекции вычисляется по следующей формуле (4). В формуле (4) efsfb(n-1) показывает выходное значение коррекции в n-1-ый период, то есть, период предыдущего вычисления, Ksp показывает пропорциональное усиление, а Ksi показывает интегральное усиление. Дополнительно, ΔVO(n) показывает выходную разницу между выходным значением кислородного датчика 22' во время n-го вычисления и целевым выходным значением (то есть, в настоящем варианте осуществления стехиометрическим отношением воздух-топливо).
<maths num="3"><math display="block"><mrow><mtext>efsfb(n)</mtext><mo>=</mo><mtext>efsfb(n</mtext><mo>−</mo><mtext>1)</mtext><mo>+</mo><mtext>Ksp*ΔVO(n)</mtext><mo>+</mo><mtext>Ksi*</mtext><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mtext>k</mtext><mo>=</mo><mtext>1</mtext></mrow><mtext>n</mtext></munderover><mrow><mtext>ΔVO(k)</mtext></mrow></mstyle></mrow></math><img file="00000003.tif" he="11" wi="98" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
(4)
Таким образом, в примере, показанном на фиг.20, поскольку величина выходного значения efsfb коррекции датчика 22 отношения воздух-топливо увеличивается, отклонение, возникающее в выходном значении датчика 22 отношения воздух-топливо, корректируется, а фактическое выхлопное отношение воздух-топливо постепенно приближается к стехиометрическому отношению воздух-топливо.
2
2
2
2
При этом H, который содержится в выхлопном газе, который выпускается из камеры 5 сгорания, сжигается внутри трехкомпонентного нейтрализатора 21 так, что выхлопной газ, который следует через заднюю по ходу выхлопа сторону трехкомпонентного нейтрализатора 21 вообще не содержит H. С другой стороны, в вышеупомянутом способе датчик 22' кислорода размещается на задней по ходу выхлопа стороне трехкомпонентного нейтрализатора 21. По этой причине кислородный датчик 22' почти не подвергается воздействию H в выхлопном газе. Следовательно, даже если выхлопной газ, который выпускается из камеры 5 сгорания, содержит H, кислородный датчик 22' может детектировать концентрацию кислорода относительно точно. По этой причине, даже если в выходном значении датчика 22 отношения воздух-топливо передней по ходу стороны возникает отклонение при выполнении управления обратной связью на основе выходного значения кислородного датчика 22' задней по ходу стороны, возможно в известной мере компенсировать отклонение выходного значения датчика 22 отношения воздух-топливо передней по ходу стороны.
Однако вспомогательное управление обратной связью на основе выходного значения кислородного датчика 22' задней по ходу стороны является низким в сравнении со скоростью изменения степени механического сжатия и т.д. Даже если степень механического сжатия и т.д. изменяется, для компенсации отклонения выходного значения датчика 22 отношения воздух-топливо управлением обратной связью требуется время. По этой причине вышеупомянутое вспомогательное управление не может быть использовано для оперативного восполнения отклонения входного значения датчика 22 отношения воздух-топливо.
Следовательно, в настоящем варианте осуществления во вспомогательном управлении обратной связью, в дополнение к вышеупомянутому выходному значению efsfb коррекции, вычисляется выравнивающее значение efsfbh коррекции, которое вычисляется на основе степени механического сжатия и т.д., и это выходное значение efsfb коррекции и выравнивающее значение efsfbh коррекции добавляются к выходному значению VAF, которое было вычислено на этапе S22 фиг.11.
Фиг.21 представляет собой вид, показывающий взаимоотношение между степенью механического сжатия и выравнивающим значением efsfbh коррекции. Сплошная линия на чертеже показывает случай, когда время закрытия впускного клапана 7 направляется в сторону запаздывания, пунктирная линия на чертеже показывает случай, когда время закрытия впускного клапана направляется в сторону опережения, а штрихпунктирная линия с одной точкой на чертеже показывает случай, когда время закрытия впускного клапана 7 устанавливается в среднюю продолжительность.
Как будет понятно из фиг.21, выравнивающее значение efsfbh коррекции становится большим, когда степень механического сжатия является высокой, в сравнении с тем, когда она низкая. Более подробно, поскольку степень механического сжатия становится более высокой, выравнивающее значение efsfbh коррекции становится большим. Другими словами, в настоящем варианте осуществления, поскольку отношение площади к объему становиться более высоким, выравнивающее значение efsfbh коррекции становится большим.
Согласно настоящему варианту осуществления, даже если степень механического сжатия становится более высокой, а выходное значение датчика 22 отношения воздух-топливо отклоняется в сторону обогащения, выравнивающее значение efsfbh коррекции становится большим на точно эту величину, а величина коррекции выходного значения датчика 22 отношения воздух-топливо вспомогательным управлением обратной связью увеличивается так, что в результате откорректированное выходное значение датчика 22 отношения воздух-топливо будет показывать фактическое отношение воздух-топливо выхлопного газа. Дополнительно, выравнивающее значение efsfbh коррекции изменяется в соответствии со степенью механического сжатия так, что возможно быстро ответить на изменения в степени механического сжатия. То есть, согласно настоящему изобретению вспомогательное управление обратной связью используется для быстрой коррекции на точную величину отклонения, которая возникает в выходном значении датчика 22 отношения воздух-топливо по причине того, что степень сжатия становится более высокой, посредством чего отклонение, которое возникает в выходном значении датчика 22 отношения воздух-топливо, восполняется.
Дополнительно, как будет понятно из фиг.21, когда время закрытия впускного клапана 7 находится на стороне опережения, в сравнении с тем, когда оно находится на стороне запаздывания, выравнивающее значение efsfbh коррекции становится большим. Более подробно, поскольку время закрытия впускного клапана 7 опережается, выравнивающее значение efsfbh коррекции становится большим.
Согласно настоящему варианту осуществления, даже если время закрытия впускного клапана 7 опережается, а выходное значение датчика 22 отношения воздух-топливо отклоняется в сторону обогащения, выравнивающее значение efsfbh коррекции становится большим на точно ту же величину, а величина коррекции выходного значения датчика 22 отношения воздух-топливо вспомогательным управлением обратной связью увеличивается так, что в результате выходное значение датчика 22 отношения воздух-топливо показывает фактическое отношение воздух-топливо выхлопного газа. Дополнительно, выравнивающее значение efsfbh коррекции изменяется в соответствии со временем закрытия впускного клапана 7 так, что возможно быстро отреагировать на изменение во времени закрытия впускного клапана 7. То есть согласно настоящему варианту осуществления, выходное значение датчика 22 отношения воздух-топливо корректируется на точную величину отклонения, которая возникает в выходном значении датчика 22 отношения воздух-топливо по причине опережения времени закрытия впускного клапана 7, посредством чего отклонение, которое возникает в выходном значении датчика 22 отношения воздух-топливо, восполняется.
Дополнительно, также возможно увеличить выравнивающее значение efsfbh коррекции, когда степень открытия клапана 24 EGR является небольшой в сравнении с тем, когда она является большой. Более подробно, в этом случае выравнивающее значение efsfbh коррекции становится большим, поскольку степень открытия клапана 24 EGR становится меньшей. По этой причине, даже если степень открытия датчика 24 EGR становится меньшей, а выходное значение датчика 22 отношения воздух-топливо отклоняется в сторону обогащения, выравнивающее значение efsfbh коррекции становится большим на этот размер так, что в результате выходное значение датчика 22 отношения воздух-топливо показывает фактическое отношение воздух-топливо выхлопного газа.
В вышеупомянутом варианте осуществления было сделано разъяснение случая размещения датчика 22 отношения воздух-топливо на передней по ходу стороне трехкомпонентного нейтрализатора 21, а размещение кислородного датчика 22' на задней по ходу стороне, но подобное управление возможно даже при использовании кислородного датчика на передней по ходу стороне или при использовании датчика отношения воздух-топливо на задней по ходу стороне.
Следует отметить, что настоящее изобретение было объяснено в деталях на основе отдельных вариантов осуществления, и специалисты в данной области техники могут выполнить различные изменения, модификация и т.д., не выходя из объема формулы изобретения и концепции настоящего изобретения.