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

Область техники
Настоящее изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания с искровым зажиганием.
Уровень техники
Известный в технике двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием снабжен механизмом с переменной степенью сжатия, способным изменять степень механического сжатия и механизмом с изменяемым газораспределением, способным контролировать выбор фазы закрывания впускного клапана, выполняющего наддув с помощью нагнетателя, во время работы двигателя при средней нагрузке и во время работы двигателя при высокой нагрузке, и увеличивающим степень механического сжатия и задерживающим фазу закрытия впускного клапана, поскольку нагрузка двигателя становится ниже, удерживая степень фактического сжатия постоянной во время этих рабочих циклов двигателя при средней и высокой нагрузках (см., например, публикацию заявки на патент Японии №2004-218522).
В этом отношении настоящим заявителем был предложен двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием, который повышает тепловой коэффициент полезного действия во время работы транспортного средства для улучшения эффективности потребления топлива путем максимальной степени механического сжатия, чтобы получить максимальную степень расширения во время работы двигателя при низкой нагрузке, существенно приближая степень фактического сжатия во время работы двигателя при низкой нагрузке к степени фактического сжатия при работе двигателя как время работы при средней, так и высокой степени нагрузки. Вообще, в двигателе внутреннего сгорания с искровым зажиганием чем выше степень расширения, тем длительнее время, в течение которого сила, толкающая поршень вниз, действует на поршень во время хода расширения. В результате этого повышается тепловой коэффициент полезного действия. В двигателе внутреннего сгорания с искровым типом зажигания, предложенным заявителем, степень расширения является максимальной во время работы двигателя при низкой нагрузке, что позволяет получить высокий тепловой коэффициент полезного действия во время работы двигателя при низкой загрузке.
С другой стороны, во время холодного запуска двигателя температура каталитического нейтрализатора очистки выхлопного газа, установленного в двигателе внутреннего сгорания (например, трехкомпонентный нейтрализатор), ниже, чем температура запуска. Поэтому во время холодного запуска необходимо как можно быстрее поднять температуру нейтрализатора очистки выхлопных газов. В этом отношении, как указано выше, чем выше степень расширения, тем продолжительнее время действия силы толкающей поршень вниз во время хода расширения. Это означает что, чем выше степень расширения, тем ниже температура выхлопного газа, выбрасываемого двигателем. Поэтому, если поднимать степень расширения во время холодного запуска, невозможно дальнейшее быстрое поднятие температуры нейтрализатора очистки выхлопного газа. Далее, во время холодного запуска двигателя падает скорость очистки несожженного HC, проходящего через нейтрализатор. Поэтому во время холодного запуска двигателя необходимо максимально снизить показатель HC, содержащийся в выхлопном газе, выбрасываемом двигателем. В этом отношении, поднимая степень фактического сжатия или поднимая степень расширения, несожженный HC в выхлопном газе, выбрасываемом двигателем, имеет тенденцию увеличиваться.
Краткое описание изобретения
Поэтому ввиду вышеизложенной проблемы, задачей настоящего изобретения является создание двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием, способным увеличить степень расширения, что, в свою очередь, позволяет улучшить эффективность потребления топлива во время работы двигателя при низких нагрузках и быстро поднять температуру очистки выхлопных газов нейтрализатора, а также снизить ухудшение выброса отработанных газов во время холодного запуска.
Настоящее изобретение, как средство решения вышеупомянутой задачи, обеспечивает двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием, описанный в формуле изобретения.
Согласно первому аспекту настоящего изобретения предложен двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием, предоставленный механизмом с переменной степенью сжатия, способным изменять степень механического сжатия, и механизмом регулировки фаз газораспределения, способным управлять фазой закрытия впускного клапана, количеством всасываемого воздуха, подаваемого в камеру сгорания, управляемую, главным образом, изменением фазы закрытия впускного клапана и повышением степени механического сжатия во время работы двигателя с низкой нагрузкой по сравнению со временем работы двигателя с высокой нагрузкой, где степень механического сжатия во время работы двигателя с низкой нагрузкой перед окончанием прогрева двигателя внутреннего сгорания устанавливается ниже, чем степень механического сжатия во время работы двигателя с низкой нагрузкой после окончания прогрева двигателя внутреннего сгорания.
Согласно вышеупомянутому аспекту прежде чем двигатель внутреннего сгорания не закончит прогрев, степень механического сжатия ниже, чем степень сжатия после того, как заканчивается прогрев. Таким образом, прежде чем двигатель внутреннего сгорания не закончит прогрев, степень расширения не становится максимальной, поэтому понижение температуры выхлопного газа подавляется.
Таким образом, согласно вышеупомянутому аспекту прежде чем двигатель внутреннего сгорания не закончит прогрев, понижение температуры выхлопного газа подавляется.
Следовательно, во время холодного запуска двигателя можно быстро поднять температуру нейтрализатора очистки выхлопного газа, а после того, как двигатель внутреннего сгорания закончит прогрев, можно увеличить степень расширения и поднять эффективность потребления топлива во время работы двигателя с низкой нагрузкой.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения предложен двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием, содержащий механизм с переменной степенью сжатия, выполненный с возможностью изменения степени механического сжатия, и механизм регулировки фаз газораспределения, выполненный с возможностью управления фазой закрытия впускного клапана, причем количество всасываемого воздуха, подаваемого в камеру сгорания, управляется, главным образом, изменением фазы закрытия впускного клапана и повышением степени механического сжатия во время работы двигателя с низкой нагрузкой по сравнению со временем работы двигателя с высокой нагрузкой, при этом степень механического сжатия во время работы двигателя с низкой нагрузкой перед окончанием прогрева двигателя внутреннего сгорания устанавливается ниже, чем степень механического сжатия во время работы двигателя с низкой нагрузкой после окончания прогрева двигателя внутреннего сгорания, и перед окончанием прогрева двигателя внутреннего сгорания степень фактического сжатия устанавливается ниже, если температура водяного охлаждения двигателя является низкой по сравнению с тем, когда она является высокой.
Согласно третьему аспекту настоящего изобретения предложен двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием, содержащий механизм с переменной степенью сжатия, выполненный с возможностью изменения степени механического сжатия, и механизм регулировки фаз газораспределения, выполненный с возможностью управления фазой закрытия впускного клапана, причем количество всасываемого воздуха, подаваемого в камеру сгорания, управляется, главным образом, изменением фазы закрытия впускного клапана и повышением степени механического сжатия во время работы двигателя с низкой нагрузкой по сравнению со временем работы двигателя с высокой нагрузкой, при этом степень механического сжатия во время работы двигателя с низкой нагрузкой, перед окончанием прогрева двигателя внутреннего сгорания, устанавливается ниже, чем степень механического сжатия во время работы двигателя с низкой нагрузкой после окончания прогрева двигателя внутреннего сгорания, и перед окончанием прогрева двигателя, в температурной области, где температура водяного охлаждения двигателя выше опорной температуры, степень фактического сжатия устанавливается ниже того момента, когда температура водяного охлаждения двигателя является низкой по сравнению с моментом, когда она является высокой, и перед окончанием прогрева двигателя, в температурной области, где температура водяного охлаждения двигателя ниже опорной температуры, степень фактического сжатия устанавливается выше того момента, когда температура водяного охлаждения двигателя является низкой по сравнению с моментом, когда она является высокой.
Согласно четвертому аспекту настоящего изобретения во время работы двигателя с низкой нагрузкой, степень механического сжатия устанавливается на максимальную величину и, перед окончанием прогрева двигателя внутреннего сгорания, даже во время работы с низкой нагрузкой, степень механического сжатия устанавливается ниже максимальной степени сжатия.
Согласно пятому аспекту настоящего изобретения во время работы двигателя с низкой нагрузкой степень расширения устанавливается на 20, и прежде, чем внутренний двигатель внутреннего сгорания закончит прогрев, даже во время работы двигателя с низкой нагрузкой, степень механического сжатия устанавливается так, чтобы степень расширения стала меньше чем 20.
Согласно шестому аспекту настоящего изобретения фаза закрытия впускного клапана смещается в сторону от верхней мертвой точки всасывания до предельной точки закрытия, способной контролировать количество всасываемого воздуха, поступающего в камеру сгорания, поскольку нагрузка на двигатель становится ниже, причем прежде чем двигатель внутреннего сгорания заканчивает прогрев, даже во время работы двигателя с низкой нагрузкой, фаза закрытия впускного клапана смещается только в сторону верхней мертвой точки всасывания от предельной фазы закрытия.
Согласно седьмому аспекту настоящего изобретения перед окончанием прогрева двигателя внутреннего сгорания, степень механического сжатия устанавливается ниже, если температура каталитического нейтрализатора очистки выхлопного газа, установленного в выхлопной трубе, является низкой по сравнению с тем, когда она является высокой.
Согласно восьмому аспекту настоящего изобретения перед окончанием прогрева двигателя внутреннего сгорания степень механического сжатия устанавливается выше, чем выше температура каталитического нейтрализатора очистки.
Согласно девятому аспекту настоящего изобретения степень механического сжатия устанавливается на основе температуры каталитического нейтрализатора очистки выхлопного газа во время начала работы двигателя так, чтобы степень механического сжатия становилась ниже, если температура каталитического нейтрализатора очистки выхлопного газа является низкой по сравнению с тем моментом, когда она является высокой, и степень механического сжатия поддерживается в тех пределах, которые основываются на температуре каталитического нейтрализатора очистки выхлопного газа с момента начала запуска двигателя до момента завершения прогрева двигателя внутреннего сгорания.
Согласно десятому аспекту настоящего изобретения до окончания прогрева двигателя внутреннего сгорания степень механического сжатия устанавливается ниже, если температура водяного охлаждения двигателя является низкой по сравнению с тем, когда она является высокой.
Согласно одиннадцатому аспекту настоящего изобретения перед окончанием прогрева двигателя внутреннего сгорания в температурной области, где температура водяного охлаждения двигателя выше опорной температуры, степень фактического сжатия устанавливается ниже той, когда температуры водяного охлаждения двигателя является низкой по сравнению с тем, когда она является высокой, а в температурной области, где температура водяного охлаждения двигателя ниже опорной температуры, степень фактического сжатия устанавливается выше, если температура водяного охлаждения двигателя является низкой по сравнению с тем, когда она является высокой.
Согласно двенадцатому аспекту настоящего изобретения после запуска двигателя и после истечения постоянного времени даже в температурной области, где температура водяного охлаждения двигателя ниже опорной температуры, степень фактического сжатия устанавливается выше той, когда температура водяного охлаждения двигателя является низкой по сравнению с тем, когда она является высокой.
Согласно тринадцатому аспекту настоящего изобретения постоянное время становится тем длиннее, чем ниже температура водяного охлаждения двигателя во время запуска двигателя.
Согласно четырнадцатому аспекту настоящего изобретения перед окончанием прогрева двигателя внутреннего сгорания степень фактического сжатия устанавливается выше, когда скорость испарения топлива, подаваемого в двигатель внутреннего сгорания, является низкой по сравнению с тем, когда она является высокой.
Далее, настоящее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи с описанием предпочтительных вариантов воплощения настоящего изобретения.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - общий вид двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием.
Фиг.2 - вид в перспективе с разнесением деталей механизма с переменной степенью сжатия.
Фиг.3A и 3B - боковые поперечные разрезы двигателя внутреннего сгорания, проиллюстрированные схематично.
Фиг.4 - вид механизма регулировки фаз газораспределения.
Фиг.5 - вид, на котором показана степень подъема, впускного и выпускного клапанов.
Фиг.6A-6C - изображения, иллюстрирующие степень механического сжатия, степень фактического сжатия и степень расширения.
Фиг.7 - изображение, иллюстрирующее взаимосвязь теоретической тепловой эффективности и степени расширения.
Фиг.8A и 8В - изображения, иллюстрирующие обычный цикл и сверхвысокий цикл степени расширения.
Фиг.9 - изображение, иллюстрирующее изменения в степени механического сжатия и т.д. в соответствии с нагрузкой двигателя в случае выполнения контроля над сверхвысокой степенью расширения.
Фиг.10 - изображение, иллюстрирующее изменения в степени механического сжатия и т.д. в соответствии с нагрузкой двигателя в случае выполнения контроля над холодным пуском двигателя.
Фиг.11 - блок-схема, иллюстрирующая обычный режим управления оперативного контроля двигателя внутреннего сгорания.
Фиг.12A и 12B - изображения, иллюстрирующие температуру трехкомпонентного нейтрализатора, степени механического сжатия и степени фактического сжатия перед окончанием прогрева двигателя внутреннего сгорания.
Фиг.13 - изображение, иллюстрирующее изменения в степени механического сжатия и т.д. в соответствии с нагрузкой на двигатель, с учетом выполнения контроля за холодным пуском двигателя, согласно второму варианту осуществления.
Фиг.14 - блок-схема, иллюстрирующая обычный режим управления оперативного контроля двигателя внутреннего сгорания, согласно второму варианту осуществления.
Фиг.15A и 15B - изображения, иллюстрирующие взаимосвязь между температурой водяного охлаждения двигателя, степенью механического сжатия и степенью фактического сжатия перед окончанием прогрева двигателя внутреннего сгорания.
Фиг.16A и 16B - изображения, иллюстрирующие взаимосвязь между температурой водяного охлаждения двигателя, степенью механического сжатия и степенью фактического сжатия перед окончанием прогрева двигателя внутреннего сгорания.
Фиг.17A и 17B - изображения, иллюстрирующие взаимосвязь между температурой водяного охлаждения двигателя, степенью механического сжатия и степенью фактического сжатия перед окончанием прогрева двигателя внутреннего сгорания.
Фиг.18 - блок-схема, иллюстрирующая обычный режим управления оперативного контроля двигателя внутреннего сгорания четвертого варианта осуществления.
Фиг.19A и 19B - изображения, иллюстрирующие взаимосвязь между температурой водяного охлаждения двигателя, степенью механического сжатия и степенью фактического сжатия перед окончанием прогрева двигателя внутреннего сгорания.
Наилучший способ осуществления изобретения
Варианты осуществления настоящего изобретения будут объяснены ниже со ссылкой на чертежи. Следует отметить, что подобные или похожие детали на чертежах обозначаются одинаковыми ссылками.
Фиг.1 представляет собой вид сбоку в поперечном разрезе двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием.
На Фиг.1 ссылочной позицией 1 обозначен картер; 2 - блок цилиндров; 3 - головка цилиндра; 4 - поршень; 5 - камера сгорания; 6 - свеча зажигания, встроенная в верхнюю центральную часть камеры 5 сгорания; 7 - впускной клапан; 8 - впускной канал; 9 - выпускной клапан и 10 - впускной канал. Впускной канал 8 связан через впускной патрубок 11 с расширительным бачком 12, в то время как каждый впускной патрубок 11 снабжен топливным инжектором 13 для того, чтобы подавать топливо в соответствующий впускной канал 8. Следует отметить, что каждый топливный инжектор 13 может быть установлен у каждой камеры 5 сгорания, а не у каждого впускного патрубка 11.
Расширительный бачок 12 связан через впускной канал 14 с воздушным фильтром 15, при этом впускной канал 14 имеет внутри дроссельную заслонку 17, управляемую приводом 16, и датчик контроля количества всасываемого воздуха 18, использующий для показаний, например, тепловую нить. С другой стороны, выпускной канал 10 связан через выпускной коллектор 19 с каталитическим конвертером 20, где размещается нейтрализатор отработанных газов (например, трехкомпонентный нейтрализатор). Выпускной коллектор 19 имеет внутри датчик контроля состава смеси воздух-топливо 22.
Далее, в варианте осуществления, показанном на Фиг.1, соединяющаяся часть картера 1 и блока цилиндров 2 снабжена механизмом с переменной степенью сжатия, который способен изменить относительные положения картера 1 и блока цилиндров 2 в сторону оси цилиндров, чтобы изменить объем камеры 5 сгорания, когда поршень 4 помещен в верхнюю мертвую точку сжатия. Далее двигатель внутреннего сгорания снабжен механизмом, регулирующим фазы газораспределения B, способным управлять выбором фаз закрытия впускного клапана 7, чтобы изменять выбор фазы пуска фактического сжатия.
Электронное контрольное устройство 30 состоит из цифрового компьютера, снабженного компонентами, связанными друг с другом через двунаправленную шину 31, это такие компоненты как ПЗУ 32, ОЗУ 33, ЦП (микропроцессор) 34, порт ввода 35 и порт вывода 36. Выходной сигнал датчика контроля количества всасываемого воздуха 18 и выходной сигнал датчика 22 контроля состава смеси воздух-топливо, которые поступают через соответствующие аналого-цифровые преобразователи 37 на порт ввода 35. Далее, педаль управления подачей топлива (акселератор) 40 связана с датчиком загрузки 41, генерирующим выходное напряжение, пропорциональное силе нажатия педали газа 40. Выходное напряжение датчика загрузки 41 поступает через соответствующий АЦ конвертер 37 на порт ввода 35. Далее, порт ввода 35 связан с датчиком угла поворота коленчатого вала 42, генерирующим выходной импульс всякий раз, как только коленчатый вал поворачивается, например, на 30°. С другой стороны, порт вывода 36 связан через соответствующие цепи двигателя 38 со свечей зажигания 6, топливным инжектором 13, приводным двигателем дроссельной заслонки 16, механизмом с переменной степенью сжатия A и механизмом В регулировки фаз газораспределения.
Фиг.2 представляет собой вид в перспективе механизма A с переменной степенью сжатия, показанного на Фиг.1, в то время как Фиг.3A и 3B - боковые поперечные разрезы двигателя внутреннего сгорания, проиллюстрированные схематично.
Относительно Фиг.2, у основания двух стенок блока цилиндров 2 размещено множество проецируемых частей 50, отделенных друг от друга определенным расстоянием. Каждая проецируемая часть 50 имеет круглое отверстие для вставки кулачка 51, изображенное в поперечном сечении. С другой стороны, верхняя часть поверхности картера 1 имеет множество выступающих частей 52, отделенных друг от друга определенным расстоянием и сопряженных между соответствующими, выступающими частями 50. Эти выступающие части 52 также имеют круглые отверстия для вставки кулачка 53, изображенные в поперечном сечении.
На Фиг.2 показана пара распределительных валов 54, 55. Каждый из распределительных валов 54, 55 имеет дисковые кулачки 56, способные свободно вращаться в отверстиях для вставки кулачков 51 в любом положении. Эти дисковые кулачки 56 коаксиальны по отношению к осям вращения распределительных валов 54, 55. С другой стороны, между дисковыми кулачками 56, как показано штриховкой на Фиг.3A и Фиг.3B, расширяют эксцентриковые валы 57, расположенные несимметрично относительно осей вращения распределительных валов 54, 55. Каждый эксцентриковый вал 57 имеет другие дисковые кулачки 58, вращающиеся несимметрично по отношению к валу. Как показано в Фиг.2, эти дисковые кулачки 58 расположены между дисковыми кулачками 56. Эти дисковые кулачки 58 свободно вращаются в соответствующих отверстиях 53.
Когда дисковые кулачки 56, размещенные на распределительных валах 54, 55, вращаются во встречных направлениях, как показано сплошными стрелками на Фиг.3A, эксцентриковые валы 57 движутся к центру основания, таким образом, дисковые кулачки 58 вращаются в противоположных направлениях от дисковых кулачков 56 в отверстиях 53, как показано прерывистыми стрелками на Фиг.3A. На Фиг.3B показано, что в том случае, когда эксцентриковые валы 57 движутся к центру основания, центры дисковых кулачков 58 смещаются под эксцентриковые валы 57.
Как становится понятно при сравнении Фиг.3A и Фиг.3B, относительные положения картера 1 и блока цилиндров 2 определяются расстоянием между центрами дисковых кулачков 56 и центрами дисковых кулачков 58. Чем большее расстояние между центрами дисковых кулачков 56 и центрами дисковых кулачков 58, тем дальше блок цилиндров 2 от картера 1. Если блок цилиндров 2 смещается от картера 1, объем камеры 5 сгорания увеличивается, когда поршень 4 устанавливается в верхней мертвой точке сжатия, поэтому при вращении распределительных валов 54, 55, объем камеры 5 сгорания может быть изменен, если поршень 4 устанавливается в верхней мертвой точке сжатия.
Как показано в Фиг.2, для того, чтобы распределительные валы 54, 55 вращались во встречных направлениях, вал двигателя с приводом 59 снабжен парой червячных передач 61, 62 с противоположной резьбой. Передачи 63, 64, вступающие в зацепление с червячными передачами 61, 62, установлены соответственно на концах распределительных валов 54, 55. В этом варианте осуществления двигатель с приводом 59 может принудительно изменять объем камеры 5 сгорания, когда поршень 4 устанавливается в верхнюю мертвую точку сжатия в широком диапазоне. Следует отметить, что механизм с переменной степенью сжатия, показанный на Фиг.1-3B, приведен в качестве примера. При этом можно использовать любой тип механизма с переменной степенью сжатия.
С другой стороны, далее, Фиг.4 показывает механизм В регулировки фаз газораспределения, размещенный на конце распределительного вала 70 для того, чтобы привести в движение впускной клапан 7 (см. Фиг.1). Как показано в Фиг.4, механизм В регулировки фаз газораспределения снабжен зубчатым шкивом 71, предназначенным для вращения коленчатым валом двигателя с помощью зубчатого ремня в направлении, указанном стрелкой, цилиндрический кожух 72, вращающийся вместе с зубчатым шкивом 71, валом 73 вращения, способным вращаться вместе с распределительным валом 70 и перемещаться относительно цилиндрического кожуха 72, множеством перегородок 74, размещенных от внутренней окружности цилиндрического кожуха 72 по направлению к внешней окружности вала 73 вращения и двухсторонними лопастями 75, размещенными между перегородками 74, направленными от внешней окружности вала 73 вращения к внутренней окружности цилиндрического кожуха 72, двухсторонними лопастями 75, имеющими гидравлические камеры 76 для продвижения и гидравлические камеры 77 для замедления.
Подачей рабочего масла в гидравлические камеры 76, 77 управляет клапан 85 регулировки подачи рабочего масла. Этот клапан 85 регулировки подачи рабочего масла имеет гидравлические отверстия 78, 79, связанные с гидравлическими камерами 76, 77, отверстие 81 подачи для подачи рабочего масла с гидравлического насоса 80, пару дренажных отверстий 82, 83, и золотниковый клапан 84 для управления открыванием и закрыванием отверстий 78, 79, 81, 82, 83.
Чтобы продвинуть фазу кулачков распределительного вала 70, золотниковый клапан 84 осуществляет перемещение вправо (см. Фиг.4), рабочее масло, поступающее в отверстие подачи 81, подается через гидравлическое отверстие 78 в гидравлические камеры 76 для продвижения, при этом рабочее масло в гидравлических камерах 77 для замедления сливается через дренажное отверстие 83. В это время вал 73 вращения осуществляет вращение относительно цилиндрического кожуха 72 по направлению, указанному стрелкой.
В противоположность этому, чтобы замедлить фазу кулачков распределительного вала 70, золотниковый клапан 84 осуществляет перемещение влево (см. Фиг.4), рабочее масло, поступающее в отверстие подачи 81, подается через гидравлическое отверстие 79 в гидравлические камеры 77 замедления, при этом рабочее масло в камерах 76 продвижения сливается через дренажное отверстие 82. В это время вал 73 вращения осуществляет вращение относительно цилиндрического кожуха 72 в противоположном от указанного стрелкой направлении.
Когда вал 73 вращения осуществляет вращение относительно цилиндрического кожуха 72, если золотниковый клапан 84 возвращен в нейтральное положение, показанное на Фиг.4, операция для относительного вращения вала 73 вращения заканчивается и тогда вал 73 вращения удерживается в относительном вращающемся положении. Поэтому создается возможность использования механизма В регулировки фаз газораспределения, чтобы продвинуть или замедлить фазу кулачка распределительного вала 70 ровно настолько, насколько это необходимо.
На Фиг.5 сплошная линия показывает случай, когда фаза кулачков распределительного вала 70 максимально продвинута механизмом В регулировки фаз газораспределения, а прерывистая линия показывает случай, где фаза кулачков распределительного вала 70 максимально замедлена. Поэтому период открывания впускного клапана 70 может быть свободно установлен между периодом, показанным сплошной линией, и периодом, показанным прерывистой линией на Фиг.5, при этом выбор времени закрытия впускного клапана может быть установлен в соответствии с заданным углом поворота коленчатого вала в пределах диапазона, обозначенного стрелкой C на Фиг.5.
Следует отметить, что механизм В регулировки фаз газораспределения, показанный на Фиг.1 и 4, приведен в качестве примера. Возможно использование различных типов механизма регулировки фаз газораспределения, таких как механизм регулировки фаз газораспределения, способный изменять выбор фазы закрытия впускного клапана с фазой открывания, вследствие чего установленный в постоянном положении. Далее, хотя механизм В регулировки фаз газораспределения используется для того, чтобы изменять выбор фазы запуска фактического сжатия в настоящем изобретении, возможно также использование различных типов механизмов, способных изменять фазу запуска фактического сжатия, которые способны изменять выбор фазы запуска фактического сжатия, кроме механизма регулировки фаз газораспределения.
Далее значение терминов, использованных в настоящем изобретении, будет объяснено со ссылкой на Фиг.6A-6C. Следует отметить, что на Фиг.6A, Фиг.6B и Фиг.6C в объяснительных целях показан двигатель с объемом камеры сгорания - 50 мл и рабочим объемом цилиндра - 500 мл. На этих Фиг.6A, Фиг.6B и Фиг.6C объем камеры сгорания показан как объем камеры сгорания, где поршень находится в верхней мертвой точке сжатия.
Фиг.6A объясняет степень механического сжатия. Степень механического сжатия - это величина, определяемая механически в зависимости от объема такта сжатия поршня во время такта сжатия и объема камеры сгорания. Эта степень механического сжатия выражается (объем камеры сгорания + рабочий объем цилиндра) в зависимости от объема камеры сгорания. В примере, показанном на Фиг.6A, эта степень механического сжатия составляет (50 мл + 500 мл)/50 мл = 11.
Фиг.6B объясняет степень фактического сжатия. Степень фактического сжатия - это величина, определяемая в зависимости от объема камеры сгорания и фактического рабочего объема цилиндра с момента, когда начинается степень фактического сжатия до того момента, когда поршень достигает верхней мертвой точки. Эта степень фактического сжатия выражается (объем камеры сгорания + фактический рабочий объем цилиндра) в зависимости от объема камеры сгорания. Таким образом, как показано на Фиг.6B, даже если поршень начинает подниматься во время такта сжатия, действие сжатия не будет выполняться, пока впускной клапан остается открытым. Фактическое действие сжатия начинается после закрытия впускного клапана. Поэтому степень фактического сжатия выражается, как изложено выше, в зависимости от объема фактического рабочего хода поршня. В примере, показанном на Фиг.6B, степень фактического сжатия равна (50 мл + 450 мл)/50 мл = 10.
Фиг.6C объясняет степень расширения. Степень расширения - это величина, определяемая от объема хода поршня во время хода расширения и объема камеры сгорания. Степень расширения выражается (объем камеры сгорания + рабочий объем цилиндра) в зависимости от объема камеры сгорания. В примере, показанном на Фиг.6C, эта степень расширения становится равна (50 мл + 500 мл)/50 мл = 11.
Далее большинство основных характеристик настоящего изобретения будет даваться со ссылкой на Фиг.7, 8A и 8B. Следует отметить, что Фиг.7 показывает отношения между теоретической тепловой эффективностью и степенью расширения, в то время как Фиг.8A и 8B показывают сравнение между обычным циклом и сверхвысоким циклом степени расширения, используемым в настоящем изобретении выборочно в соответствии с нагрузкой.
Фиг.8A показывает обычный цикл при закрытии впускного клапана около нижней мертвой точки, причем цикл сжатия поршнем начинается около нижней мертвой точки сжатия. В примере, показанном на Фиг.8A также, как на примерах, показанных на Фиг.6A, 6B и 6C, объем камеры сгорания составляет 50 мл, а рабочий объем цилиндра - 500 мл. Как будет понятно на Фиг.8A, в обычном цикле степень механического сжатия составляет (50 мл + 500 мл)/50 мл = 11, степень фактического сжатия тоже равна приблизительно 11, а степень расширения также приравнивается к (50 мл + 500 мл)/50 мл = 11. Таким образом, в обычном двигателе внутреннего сгорания и степень механического сжатия, и степень фактического сжатия, и степень расширения становятся равными.
Сплошная линия на Фиг.7 показывает изменение теоретической тепловой эффективности в случае, когда степень фактического сжатия и степень расширения равны, то есть в обычном цикле. В этом случае установлено, что чем больше степень расширения, то есть чем выше степень фактического сжатия, тем выше теоретическая тепловая эффективность. Поэтому в обычном цикле, чтобы поднять теоретическую тепловую эффективность, необходимо увеличить степень фактического сжатия. Однако из-за ограничений, связанных с возможностью детонации во время работы двигателя с высокой нагрузкой, степень фактического сжатия может быть поднята максимально до 12, соответственно в обычном цикле теоретическая тепловая эффективность не может быть достаточно высокой.
С другой стороны, в этой ситуации изобретатели установили строгие различия между степенью механического сжатия и степенью фактического сжатия и изучили теоретическую тепловую эффективность, в результате чего обнаружили, что в теоретической тепловой эффективности степень расширения является доминирующим фактором, и теоретическая тепловая эффективность вообще не очень затрагивается степенью фактического сжатия. Таким образом, при повышении степени фактического сжатия возрастает сила детонации, а сжатие требует большой энергии соответственно, причем даже если повышается степень фактического сжатия, теоретическая тепловая эффективность не будет значительно повышаться.
=
В противоположность этому, увеличивая степень расширения, чем дольше период, во время которого действует сила, прижимающая поршень во время хода расширения, тем дольше время, когда поршень передает вращательную силу коленчатому валу. Поэтому, чем больше степень расширения, тем выше становится теоретическая тепловая эффективность. Прерывистая линия ε10 на Фиг.7 показывает теоретическую тепловую эффективность в случае установки степени фактического сжатия в 10 и подъем отношения расширения в этом состоянии. Выявлено, что величина повышения теоретической тепловой эффективности при подъеме степени расширения в таком состоянии, когда степень фактического сжатия устанавливается на низкую величину вышеупомянутым способом, и количество повышения теоретической тепловой эффективности в случае, когда степень фактического сжатия повышается вместе со степенью расширения, как показано сплошной линией на Фиг.7, не будут сильно отличаться.
Таким образом, если степень фактического сжатия будет устанавливаться на низкую величину, то детонации не будет, так что при повышении степени расширения в состоянии, когда степень фактического сжатия устанавливается на низкую величину, возникновение детонации может быть предотвращено, а теоретическая тепловая эффективность может быть очень высоко поднята. Фиг.8B показывает пример, когда для поддерживания степени фактического сжатия на низком уровне и подъеме степени расширения используются механизм А с переменной степенью сжатия и механизм В регулировки фаз газораспределения.
Ссылаясь на Фиг.8В в данном примере, используется механизм A с переменной степенью сжатия, чтобы понизить объем камеры сгорания с 50 мл до 20 мл. С другой стороны, механизм В регулировки фаз газораспределения используется, чтобы уменьшить фазу закрытия впускного клапана до фактического объема хода поршня с 500 мл до 200 мл. В результате этого в данном примере степень фактического сжатия становится равна (20 мл + 200 мл)/20 мл = 11, а степень расширения становится равна (20 мл + 500 мл)/20 мл = 26. В обычном цикле, показанном в Фиг.8A, как объясняется выше, степень фактического сжатия становится равна приблизительно 11, степень расширения при этом также равна 11. По сравнению с этим случаем на примере, показанном на Фиг.8B, выявлено, что только степень расширения поднимается до 26. Это является причиной того, что данное явление получило название "сверхвысокий цикл степени расширения".
Как упомянуто выше, в двигателе внутреннего сгорания, чем ниже нагрузка, тем ниже тепловая эффективность, поэтому, чтобы повысить тепловую эффективность во время работы транспортного средства, то есть, чтобы улучшить топливное потребление, необходимо повысить тепловую эффективность во время двигателя с низкой нагрузкой. С другой стороны, при работе двигателя в сверхвысоком цикле степени расширения, показанном на Фиг.8B, фактический рабочий объем цилиндра во время такта сжатия становится меньше, таким образом количество воздуха, всасываемого в камеру 5 сгорания, становится меньше, поэтому данный сверхвысокий цикл степени расширения можно использовать только тогда, когда нагрузка на двигатель относительно низкая. Таким образом, в настоящем изобретении, во время работы двигателя с низкой нагрузкой, сверхвысокий цикл степени расширения, показанный в Фиг.8B, устанавливается во время работы двигателя с высокой нагрузкой, при этом на Фиг.8A показан обычный цикл.
Далее, полный рабочий контроль будет объяснен со ссылкой на Фиг.9.
x
Фиг.9 показывает изменения степени механического сжатия, степени расширения, изменения такта закрытия впускного клапана 7, степени фактического сжатия, количества всасываемого воздуха, степени открытия дроссельной заслонки 17 и насосные потери согласно нагрузке на двигатель. Следует отметить, что согласно настоящему изобретению, чтобы позволить трехкомпонентному нейтрализатору 21 в каталитическом конвертере 20 одновременно уменьшить содержание несожженного HC, CO, и NO в выхлопном газе, обычно среднее соотношение компонентов смеси воздух-топливо в камере 5 сгорания представляет собой обратную связь, регулируемую по отношению к стехиометрическому соотношению компонентов топливной смеси воздух-топливо, основанному на выходном сигнале датчика контроля состава смеси воздух-топливо 22.
Как объяснено выше, во время работы двигателя с высокой нагрузкой осуществляется обычный цикл, показанный на Фиг.8A. Поэтому, как показано на Фиг.9, в это время степень механического сжатия устанавливается низкой так, чтобы степень расширения была низкой и, как показано сплошной линией на Фиг.5, был продвинут выбор такта закрытия впускного клапана 7. Далее, в это же время количество всасываемого воздуха становится большим, и одновременно дроссельная заслонка 17 устанавливается в полностью открытое положение или в положение, близкое к полностью открытому, таким образом насосные потери становятся нулевыми.
С другой стороны, как показано в Фиг.9, наряду со снижением нагрузки двигателя задерживается такт закрытия впускного клапана, как показано сплошной линией на Фиг.9, что позволяет снизить количество всасываемого воздуха. Далее, в это же время, наряду с уменьшением нагрузки двигателя, увеличивается степень механического сжатия так, чтобы степень фактического сжатия удерживалась почти постоянной, поэтому степень расширения также увеличивается. Следует отметить, что в это же время дроссельная заслонка 17 удерживается в полностью открытом или близком к полностью открытому положению, поэтому количество всасываемого воздуха, подаваемого в камеру 5 сгорания, управляется не дроссельной заслонкой 17, а изменением такта закрытия впускного клапана 7. В это время насосные потери также становятся нулевыми.
Таким образом, когда нагрузка двигателя становится ниже по сравнению с высокой, степень механического сжатия увеличивается наряду с сокращением количества всасываемого воздуха под влиянием почти постоянной степени фактического сжатия. Таким образом, объем камеры 5 сгорания, когда поршень 4 достигает верхней мертвой точки сжатия, снижается пропорционально уменьшению количества всасываемого воздуха. Поэтому объем камеры 5 сгорания, когда поршень 4 достигает верхней мертвой точки сжатия, изменяется пропорционально количеству всасываемого воздуха. Следует отметить, что в это время соотношение компонентов топливной смеси воздух-топливо в камере 5 сгорания становится стехиометрическим соотношением компонентов топливной смеси, таким образом, объем камеры 5 сгорания, когда поршень 4 достигает верхней мертвой точки сжатия, изменяется пропорционально количеству топлива.
1
Если нагрузка на двигатель в дальнейшем становится ниже, степень механического сжатия будет увеличиваться. Если степень механического сжатия достигает предела степени механического сжатия, который является верхним конструктивным пределом камеры 5 сгорания, в той области, где нагрузка ниже, чем нагрузка L, когда степень механического сжатия достигает предела степени механического сжатия, степень механического сжатия удерживается на пределе степени механического сжатия. Поэтому во время работы двигателя с низкой нагрузкой степень механического сжатия становится максимальной и степень расширения также становится максимальной. Другими словами, в настоящем изобретении во время работы двигателя с низкой нагрузкой степень механического сжатия становится максимальной, чтобы при этом была достигнута максимальная степень расширения.
Далее, в это время степень фактического сжатия становится почти такой же, как степень фактического сжатия во время работы двигателя со средней и высокой нагрузкой.
2
,
С другой стороны, как показано сплошной линией на Фиг.9, замедляется фаза закрытия впускного клапана 7 наряду с понижением нагрузки до предельного уровня фазы закрытия, при котором количество всасываемого воздуха, поступающего в камеру 5 сгорания, может контролироваться с помощью изменения фазы закрытия впускного клапана 7. В той области, где нагрузка ниже, чем нагрузка L когда фаза закрытия впускного клапана 7 достигает предела в фазе закрытия, фаза закрытия впускного клапана 7 удерживается на предельном уровне фазы закрытия. Если фаза закрытия впускного клапана 7 достигает предельного уровня фазы закрытия, количество всасываемого воздуха необходимо контролировать каким то другим способом, так как дальнейшее использование метода изменения фазы закрытия впускного клапана 7 для контроля количества всасываемого воздуха не представляется возможным.
2,
В варианте осуществления, показанном на Фиг.9, в это же время, то есть при нагрузке ниже, чем нагрузка L когда фаза закрытия впускного клапана 7 достигает предельного уровня фазы закрытия, для контроля количества всасываемого воздуха в камере 5 сгорания используется дроссельная заслонка 17. Однако, если для контроля за количеством всасываемого воздуха используется дроссельная заслонка 17, как показано в Фиг.9, увеличиваются насосные потери.
2
Следует отметить, что для предотвращения насосных потерь при нагрузке ниже, чем нагрузка двигателя L, когда фаза закрытия впускного клапана 7 достигает предельной фазы закрытия, степень смеси воздух-топливо может быть тем больше, чем ниже нагрузка на двигатель, в том режиме, когда дроссельная заслонка 17 удерживается в полностью открытом или по существу открытом положении. В это время топливный инжектор 13, который располагается предпочтительно в камере 5 сгорания, выполняет послойное сгорание.
Как показано на Фиг.9, во время низкой скорости двигателя независимо от нагрузки двигателя степень фактического сжатия удерживается, по существу, на постоянном уровне. Степень фактического сжатия в это время установлена в пределах приблизительно ±10 процентов относительно степени фактического сжатия во время работы двигателя со средней и высокой нагрузкой, предпочтительно установить ±5 процентов. Следует отметить, что в настоящем варианте осуществления степень фактического сжатия во время работы двигателя с низкой скоростью составляет приблизительно 10±1, то есть от 9 до 11. Однако, если частота вращения двигателя становится выше, в воздушно-топливной смеси камеры 5 сгорания возникает турбулентность, что в результате не приводит к детонации, поэтому при исполнении настоящего изобретения, чем выше частота вращения двигателя, тем выше степень фактического сжатия.
С другой стороны, как объяснено выше, при сверхвысоком цикле степени расширения, показанном на Фиг.8B, степень расширения составляет 26. Чем выше эта степень расширения, тем предпочтительнее, но как будет понят из Фиг.7, даже для практически пригодного к использованию нижнего предела степени сжатия ε=5, высокая теоретическая тепловая эффективность может быть получена при 20 или больше. Поэтому в настоящем изобретении механизм A с переменной степенью сжатия отрегулирован таким образом, чтобы степень расширения составляла 20 или больше.
Далее, в примере, показанном на Фиг.9, степень механического сжатия изменяется непрерывно в соответствии с нагрузкой на двигатель. Однако степень механического сжатия может также быть изменена постепенно в соответствии с нагрузкой на двигатель.
2
С другой стороны, как показано прерывистой линией на Фиг.9, поскольку нагрузка на двигатель становится ниже, возможно также контролировать количество всасываемого воздуха, продвигая фазу закрытия впускного клапана 7, без изменения степени открывания дроссельной заслонки. Поэтому, чтобы всесторонне отразить оба варианта, показанные сплошной и прерывистой линией на Фиг.9, в данном варианте осуществления настоящего изобретения фаза закрытия впускного клапана 7 смещена, поскольку нагрузка на двигатель становится ниже, в направлении от нижней мертвой точки сжатия до предельной точки фазы закрытия L, позволяющей контролировать количество всасываемого воздуха, подаваемого в камеру сгорания.
Следует отметить, что в вышеупомянутом варианте осуществления степень механического сжатия и фаза закрытия впускного клапана контролируют процесс таким образом, чтобы поддержать степень фактического сжатия существенно постоянной независимо от нагрузки на двигатель. Однако совсем не обязательно поддерживать степень фактического сжатия на уровне, существенно близком к постоянному. Даже если не поддерживать степень фактического сжатия на уровне, существенно близком к постоянному, необходимо увеличить степень механического сжатия, поскольку нагрузка на двигатель становится ниже, и сместить фазу закрытия впускного клапана от нижней мертвой точки впуска.
В этом отношении, как объяснено выше, при увеличении степени расширения время, в течение которого действует сила, толкающая поршень вниз во время хода расширения, становится более продолжительным. В результате этого становится более продолжительным время, в течение которого поршень воздействует на коленчатый вал, придавая ему силу вращения. Таким образом, при увеличении степени расширения степень тепловой энергии в камере 5 сгорания, возникающая во время цикла сгорания, преобразуется в кинетическую энергию поршня и увеличивается. Поэтому при высокой степени расширения, то есть при выполнении сверхвысокого цикла расширения тепловая энергия выхлопного газа, выбрасываемого двигателем, небольшая и температура выхлопного газа низкая.
x
С другой стороны, необходимо, чтобы в трехкомпонентном нейтрализаторе 21, расположенном в выхлопной трубе двигателя внутреннего сгорания, поддерживалась определенная температура (например, температура активации) или выше, чтобы оптимально очистить несожженный HC, CO и NO, содержавшийся в выхлопном газе, проходящем через трехкомпонентный нейтрализатор 21. При этом во время холодного запуска двигателя температура трехкомпонентного нейтрализатора 21 ниже, чем температура активации. Поэтому во время холодного запуска необходимо быстро поднимать температуру трехкомпонентного нейтрализатора 21, чтобы оптимально очистить выхлопной газ.
При этом во время запуска двигателя внутреннего сгорания цикл холостого хода обычно выполняется за определенный временной период, поэтому нагрузка на двигатель низкая. В связи с этим при выполнении вышеупомянутого режима, во время холодного запуска двигателя выполняется сверхвысокий цикл степени расширения. В этой связи, как объяснено выше, при сверхвысоком цикле степени расширения температура выхлопного газа, выбрасываемого двигателем, низкая. Поэтому при выполнении вышеупомянутого режима во время холодного запуска двигателя быстро поднимать далее температуру трехкомпонентного нейтрализатора 21 не представляется возможным.
x
Далее, как объяснено выше, во время холодного запуска двигателя температура трехкомпонентного нейтрализатора 21 ниже температуры активации и, как следствие, падает скорость очистки несожженных трехкомпонентным нейтрализатором 21 HC, CO и NO. Поэтому во время холодного запуска двигателя, чтобы удерживать низкую концентрацию несожженных HC и т.д. в выхлопном газе, выбрасываемом трехкомпонентным нейтрализатором 21, необходимо снизить концентрацию несожженного HC в выхлопном газе, выбрасываемом камерой 5 сгорания.
В этом отношении при выполнении сверхвысокого цикла степени расширения концентрация несожженного HC в выхлопном газе, выбрасываемом камерой 5 сгорания, имеет тенденцию повышаться. Таким образом, если степень расширения (степень механического сжатия) высокая, положение верхней части поршня 4 в верхней мертвой точке сжатия приближается к входу впускного канала 10. Поэтому несожженный HC, отложившийся на поверхности цилиндра, скапливается близко к входу выхлопного канала 10, при подъеме поршня. Несожженный HC, скопившийся у выхлопного канала 10, легко выбрасывается вместе с выхлопным газом в выхлопной канал 10. В результате этого концентрация несожженного HC в выхлопном газе, выбрасываемом камерой 5 сгорания, становится выше.
Поэтому в первом варианте осуществления настоящего изобретения во время холодного запуска двигателя сверхвысокий цикл степени расширения не выполняется даже во время вышеупомянутой работы двигателя с низкой нагрузкой.
Фиг.10 представляет изображение, показывающее изменения в степени механического сжатия, степени расширения, фазе закрытия впускного клапана 7, количестве всасываемого воздуха и степени открывания дроссельной заслонки 17 в соответствии с нагрузкой на двигатель во время холодного запуска двигателя. Фиг.10 показывает режим, при котором нагрузка относительно низкая. Следует отметить, что прерывистая линия на фигуре показывает изменения в параметрах при выполнении сверхвысокого цикла степени расширения, при этом сверхвысокий цикл степени расширения выполняется во время работы двигателя с низкой нагрузкой. Далее, на Фиг.10 объясняется тот случай, когда управление количеством всасываемого воздуха осуществляется через задержку фазы закрытия впускного клапана 7, поскольку нагрузка на двигатель становится ниже, подобный контроль возможен даже управляя количеством всасываемого воздуха при продвижении фазы закрытия впускного клапана 7, так как нагрузка на двигатель становится ниже. В следующем объяснении контроль, показанный на Фиг.10, назван "контролем холодного запуска" в противоположность сверхвысокому контролю за степенью расширения, показанному на Фиг.10.
Как показано на Фиг.10, при контроле холодного запуска, во время работы двигателя со средней и высокой нагрузкой, степени механического сжатия фаза закрытия впускного клапана 7 и степень открытия дроссельной заслонки управляются таким же образом, как контроль за сверхвысокой степенью расширения, показанный на Фиг.9. Наряду с этим степень расширения и количество всасываемого воздуха контролируются таким же образом, как при контроле за сверхвысокой степенью расширения, показанном на Фиг.9. Это происходит из-за того, что даже если выполняется контроль за сверхвысокой степенью расширения, показанный на Фиг.9, во время работы двигателя со средней и высокой нагрузкой, степень расширения будет такой высокой, как в случае с температурой выхлопного газа, выбрасываемого двигателем, когда температура становится высокой.
cri
cri
set
С другой стороны, в том случае, когда выполняется контроль холодного запуска, во время работы двигателя с низкой нагрузкой, в особенности, когда нагрузка ниже определенной постоянной нагрузки (в дальнейшем называемой "опорной нагрузкой"), L, степень механического сжатия становится ниже чем в случае, когда выполняется контроль за сверхвысокой степенью расширения. В частности, в настоящем варианте осуществления, когда нагрузка двигателя ниже опорной нагрузки L, степень механического сжатия становится существенно постоянной степенью механического сжатия (в дальнейшем называемой "установленной степенью механического сжатия"), MC независимо от нагрузки двигателя, и степень расширения становится также степенью расширения, соответствующей этой установленной степени механического сжатия.
set
При этом установленная степень механического сжатия MC становится меньшей, чем предельная величина степени сжатия, например, меньшей чем 20. Поэтому при выполнении контроля за сверхвысокой степенью расширения во время работы двигателя с низкой нагрузкой степень механического сжатия достигает предельной величины степени сжатия и становится максимальной, в то время как при выполнении контроля холодного запуска во время работы двигателя с низкой нагрузкой степень механического сжатия не достигает предельной величины степени сжатия и не становится максимальной. Таким образом, в настоящем варианте осуществления, пока двигатель внутреннего сгорания не закончил прогрев и поэтому выполняется контроль холодного запуска, степень механического сжатия понижается по сравнению с тем, когда двигатель внутреннего сгорания заканчивает прогрев и контроль холодного запуска не выполняется (то есть, когда выполняется контроль за сверхвысокой степенью расширения).
Далее, степень расширения изменяется наряду с изменением степени механического сжатия. Поэтому при выполнении контроля за сверхвысокой степенью расширения степень расширения становится максимальной во время работы двигателя с низкой нагрузкой, в то время как, выполняя контроль холодного пуска, степень расширения во время работы двигателя с низкой нагрузкой не становится максимальной. Таким образом, в настоящем варианте осуществления, пока двигатель внутреннего сгорания не закончил прогрев и поэтому выполняется контроль холодного запуска, степень расширения становится ниже, чем тогда, когда двигатель внутреннего сгорания заканчивает прогрев и не выполняет контроль холодного запуска.
Как объяснено выше, во время холодного запуска двигателя режим работы двигателя с низкой нагрузкой выполняется почти во всех случаях. Однако при выполнении контроля запуска холодного, даже во время работы двигателя с низкой нагрузкой, степень расширения не становится максимальной, при этом степень расширения становится ниже тогда, когда выполняется контроль за сверхвысокой степенью расширения, таким образом температура выхлопного газа также не становится такой же низкой. Поэтому даже во время холодного запуска двигателя появляется возможность быстро поднять температуру трехкомпонентного нейтрализатора 21.
Далее, при выполнении контроля холодного запуска, даже во время работы двигателя с низкой нагрузкой, степень механического сжатия не становится максимальной, при этом степень механического сжатия становится ниже тогда, когда выполняется контроль за сверхвысокой степенью расширения, таким образом положение верхней части поршня 4 в верхней мертвой точке сжатия смещается от входа выхлопного канала 10 на некоторое расстояние так, что концентрация несожженного HC в выхлопном газе, выбрасываемом камерой 5 сгорания, могла быть сохранена на низком уровне.
cri
cri
Далее, в том случае, когда контроль холодного пуска выполняется во время работы двигателя с низкой нагрузкой, в особенности если нагрузка ниже, чем вышеупомянутая опорная нагрузка L, фаза закрытия впускного клапана 7 продвинута по сравнению с тем случаем, когда выполняется контроль за сверхвысокой степенью расширения (то есть фаза закрытия впускного клапана 7 приближается к нижней мертвой точке). В частности, в настоящем варианте осуществления, в том случае, где выполняется контроль холодного запуска, когда нагрузка на двигатель ниже, чем опорная нагрузка L, степень изменения фазы закрытия впускного клапана 7 относительно изменения нагрузки становится меньше чем в том случае, когда выполняется контроль за сверхвысокой степенью расширения. Это происходит потому, что в случае, когда выполняется контроль холодного запуска, это необходимо для увеличения количества смеси воздух-топливо, поступающей в камеру сгорания 4 точно в таком количестве, чтобы поднять температуру выхлопного газа, поэтому необходимо увеличить количество всасываемого воздуха по сравнению с тем случаем, когда выполняется контроль за сверхвысокой степенью расширения.
Таким образом, в том случае, когда выполняется контроль холодного запуска, даже во время работы двигателя с низкой нагрузкой, необходимо относительно увеличить количество всасываемого воздуха, чтобы поднять температуру выхлопного газа. Поэтому количество всасываемого воздуха, которое будет поступать в камеру 5 сгорания, не станет настолько малым, чтобы количество всасываемого воздуха больше не могло управляться фазой закрытия впускного клапана 7. Поэтому при работе в режиме, когда нагрузка на двигатель чрезвычайно низкая, количество всасываемого воздуха можно контролировать с помощью фазы закрытия впускного клапана 7. Тогда в том случае, когда выполняется контроль холодного запуска, фаза закрытия впускного клапана 7 никогда не будет достигать предельного уровня закрытия, но всегда будет выставляться более ранняя фаза, чем предельная фаза закрытия.
Таким образом, в том случае, когда выполняется контроль холодного запуска, даже в режиме с чрезвычайно низкой нагрузкой на двигатель, можно контролировать количество всасываемого воздуха через фазу закрытия впускного клапана 7, при этом отпадает необходимость в контроле количества всасываемого воздуха дроссельной заслонкой 17. Поэтому в том случае, когда выполняется контроль холодного двигателя, дроссельная заслонка 17 удерживается в полностью открытом или близком к полностью открытому положении.
CRI
Однако не обязательно управлять количеством всасываемого воздуха только фазой закрытия впускного клапана 7. Например, когда нагрузка на двигатель ниже, чем опорная нагрузка L, можно также установить постоянную фазу закрытия впускного клапана 7 и использовать дроссельную заслонку 17 для контроля количества всасываемого воздуха. Однако безотносительно случая, когда выполняется контроль холодного запуска, фаза закрытия впускного клапана 7 не становится предельной.
CRI
CRI
cri
CRI
CRI.
Следует отметить, что с контролем холодного запуска, когда нагрузка на двигатель ниже опорной нагрузки L, степень механического сжатия определяется как выставленная степень механического сжатия. В этой связи опорная нагрузка L может быть установлена как, например, нагрузка ниже чем опорная нагрузка, если выполняется контроль за сверхвысокой степенью расширения, температура выхлопного газа больше не может быть поднята до температуры, близкой к быстро поднимаемой температуре трехкомпонентного нейтрализатора 21, или как нагрузка выше чем данная нагрузка. Таким образом, опорная нагрузка L устанавливается как нагрузка, где можно быстро поднять температуру трехкомпонентного нейтрализатора 21, даже если выполняется контроль за сверхвысокой степенью расширения, когда нагрузка на двигатель - это опорная нагрузка L или выше, но быстро поднять температуру трехкомпонентного нейтрализатора 21 не представляется возможным, если выполняется контроль за сверхвысокой степенью расширения, когда нагрузка на двигатель ниже опорной нагрузки L
На Фиг.11 представлена блок-схема, показывающая обычный режим рабочего контроля за двигателем внутреннего сгорания. Проиллюстрированный обычный режим контроля выполняется через прерывание каждого предварительно установленного временного интервала.
Как показано на Фиг.11, во-первых, при выполнении шага S10 регистрируется рабочее состояние двигателя внутреннего сгорания. Обнаруженным параметром может быть, например, температура трехкомпонентного нейтрализатора 21, температура водяного охлаждения двигателя, время, затраченное после запуска двигателя внутреннего сгорания, температура выхлопного газа, поступающего в или выходящего из трехкомпонентного нейтрализатора 21, и т.д. Эти параметры регистрируются, например, температурным датчиком, расположенным в трехкомпонентном нейтрализаторе 21, датчиком температуры воды, регистрирующим температуру водяного охлаждения двигателя, датчиком температуры, помещенным в выхлопной трубе, регистрирующим температуру входящих или выходящих выхлопных газов в трехкомпонентном нейтрализаторе 21, и т.д.
Затем при выполнении шага S11 оценивается, закончил ли двигатель внутреннего сгорания, в частности трехкомпонентный нейтрализатор 21, прогрев. В настоящем варианте осуществления, когда температура трехкомпонентного нейтрализатора 21, зарегистрированная температурным датчиком при выполнении шага S10, является зарегистрированной температурой активации или выше, когда температура водяного охлаждения двигателя, зарегистрированная датчиком температуры воды, является предварительно выставленной температурой или выше, когда предварительно выставленное время запуска является предварительно выставленным временем или временем выше этого, по окончании запуска двигателя внутреннего сгорания, или, когда температура выхлопного газа, поступающего или исходящего из трехкомпонентного нейтрализатора 21, зарегистрированная температурным датчиком, становится предварительно установленной температурой или выше, делается вывод, что трехкомпонентный нейтрализатор 21 прогрев закончил.
Когда при выполнении шага S11 выясняется, что трехкомпонентный нейтрализатор 21 прогрев не закончил, стандартная программа переходит к выполнению шага S12, где, как показано в Фиг.10, выполняется контроль холодного запуска. С другой стороны, если при выполнении шага S11 выясняется, что трехкомпонентный нейтрализатор 21 прогрев закончил, стандартная программа переходит к выполнению шага S13, где, как показано на Фиг.9, выполняется контроль за сверхвысокой степенью расширения.
Следует отметить, что, в вышеупомянутом варианте осуществления завершение прогрева двигателя внутреннего сгорания оценивается на том основании, стала ли температура трехкомпонентного нейтрализатора 21 температурой активации или выше, хотя также можно вычислить время, необходимое для трехкомпонентного нейтрализатора 21, чтобы стать температурой активации или выше, основанное на температуре трехкомпонентного нейтрализатора 21 во время запуска двигателя, или совокупное количество всасываемого воздуха, необходимого для трехкомпонентного нейтрализатора 21, чтобы стать температурой активации или выше, и оценить завершение прогрева двигателя внутреннего сгорания, основанное на том, закончилось ли время запуска двигателя или достигнута ли с момента запуска двигателя совокупная величина всасываемого воздуха.
Далее будет описан второй вариант осуществления настоящего изобретения. Конструкция двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием согласно второму варианту осуществления в основном совпадает с конструкцией двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием согласно первому варианту осуществления. Однако в двигателе внутреннего сгорания с искровым зажиганием согласно первому варианту осуществления при контроле за холодным запуском степень фактического сжатия и степень механического сжатия (степень расширения) контролируются безотносительно показателей температуры трехкомпонентного нейтрализатора 21 во время запуска двигателя, в то время как в двигателе внутреннего сгорания с искровым зажиганием второго варианта осуществления степень фактического сжатия и степень механического сжатия (степень расширения) устанавливаются в соответствии с температурой трехкомпонентного нейтрализатора 21 во время запуска двигателя.
На Фиг.12A и 12B представлены изображения, показывающие отношения между температурой трехкомпонентного нейтрализатора 21 во время запуска двигателя и степенью механического сжатия и между температурой трехкомпонентного нейтрализатора 21 во время запуска двигателя и степени фактического сжатия. Как показано на Фиг.12A настоящего варианта осуществления, чем ниже температура трехкомпонентного нейтрализатора 21 во время запуска двигателя, тем ниже устанавливается степень механического сжатия во время запуска двигателя. Таким образом, степень механического сжатия во время запуска двигателя устанавливается ниже того уровня, когда температура трехкомпонентного нейтрализатора 21 низкая по сравнению с высокой.
Далее, в настоящем варианте осуществления, как показано на Фиг.12B, чем ниже температура трехкомпонентного нейтрализатора 21 во время запуска двигателя, тем ниже устанавливается степень фактического сжатия в то время запуска двигателя. Таким образом, степень фактического сжатия во время запуска двигателя устанавливается ниже того уровня, когда температура трехкомпонентного нейтрализатора 21 низкая по сравнению с высокой.
Таким образом, в настоящем варианте осуществления степень механического сжатия и степень фактического сжатия во время запуска двигателя определяются на основе данных температуры трехкомпонентного нейтрализатора 21 во время запуска двигателя и фазы закрытия впускного клапана 7, при этом данные определяются на основе определенной степени механического сжатия и определенной степени фактического сжатия. В этом случае фаза закрытия впускного клапана 7 автоматически определяется на основе данных степени механического сжатия и степени фактического сжатия, что затрудняет управление количеством воздуха, подаваемого в камеру 5 сгорания только с помощью фазы закрытия впускного клапана 7. Поэтому в настоящем варианте осуществления, в дополнение к фазе закрытия впускного клапана 7, для контроля количества воздуха, поступающего в камеру 5 сгорания, используется дроссельная заслонка 17 или другой клапан, установленный во впускном канале двигателя.
Далее в настоящем варианте осуществления, как показано на Фиг.12А и на Фиг.12В, представлена диаграмма каждого режима нагрузки двигателя. Чем ниже нагрузка двигателя, тем больше различие в степени механического сжатия и фактической степени сжатия между тем моментом, когда температура трехкомпонентного нейтрализатора 21 во время запуска двигателя высокая, и моментом, когда температура трехкомпонентного нейтрализатора 21 во время запуска двигателя низкая.
Фиг.13 показывает изменения степени механического сжатия, степени расширения, фазы закрывания впускного клапана 7 и количества всасываемого воздуха в соответствии с нагрузкой на двигатель во время холодного запуска и представляет собой изображение, подобное представленному на Фиг.10. Следует отметить, что сплошная линия на фигуре показывает изменения в параметрах при выполнении контроля за холодным запуском двигателя в настоящем варианте осуществления и низкой температурой трехкомпонентного нейтрализатора 21 во время запуска двигателя, в то время как точечная линия на фигуре показывает изменения, при выполнении контроля за холодным запуском двигателя в настоящем варианте осуществления и температурой трехкомпонентного нейтрализатора во время запуска двигателя при относительно высокой температуре (однако при этом температура активации трехкомпонентного нейтрализатора 21 ниже). Далее, прерывистая линия на фигуре показывает изменения в параметрах, при выполнении контроля за сверхвысокой степенью расширения, выполняемом циклом сверхвысокой степени расширения во время работы двигателя с низкой нагрузкой.
Как будет понятно из схемы на Фиг.13, при работе двигателя с низкой нагрузкой степень механического сжатия становится ниже, когда температура трехкомпонентного нейтрализатора 21 во время запуска двигателя является низкой (сплошная линия) по сравнению с тем моментом, когда температура трехкомпонентного нейтрализатора 21 является высокой (точечная линия). Далее, выполняя контроль за сверхвысокой степенью расширения, величина понижения степени фактического сжатия становится тем выше, чем ниже нагрузка на двигатель.
Точно также при работе двигателя с низкой нагрузкой степень фактического сжатия устанавливается ниже температуры трехкомпонентного нейтрализатора 21, если во время запуска двигателя температура низкая (сплошная линия), по сравнению с тем моментом, когда она высокая (точечная линия). Далее, сравнивая выполнение режима контроля сверхвысокой степени расширения, период снижения степени фактического сжатия увеличивается, если снижается нагрузка на двигатель.
В настоящем варианте осуществления, как объяснено выше, степень механического сжатия и степень фактического сжатия в зависимости от нагрузки на двигатель устанавливаются в соответствии с температурой трехкомпонентного нейтрализатора 21 во время запуска двигателя, при этом степень механического сжатия и степень фактического сжатия контролируется установленными параметрами, пока двигатель внутреннего сгорания не заканчивает прогрев (например, пока температура трехкомпонентного нейтрализатора 21 не становится температурой активации или выше). Поэтому, например, температура трехкомпонентного нейтрализатора 21 во время запуска двигателя с низкой нагрузкой (сплошная линия), степень механического сжатия и степень фактического сжатия и т.д. контролируются в зависимости от нагрузки на двигатель, как показано на фигуре сплошной линией, до тех пор, пока двигатель внутреннего сгорания не заканчивает прогрев, а степень механического сжатия и степень фактического сжатия и т.д. контролируются, как показано на фигуре прерывистой линией, через выполнение контроля за сверхвысокой степенью расширения, когда двигатель внутреннего сгорания заканчивает прогрев.
Согласно настоящему варианту осуществления, подобно тому, как в случае с вышеупомянутым первым вариантом осуществления, где осуществляется контроль за холодным запуском двигателя, даже во время работы двигателя низкой нагрузкой, степень механического сжатия (степень расширения) не становится максимальной. Степень механического сжатия становится ниже, чем в случае с выполнением контроля за сверхвысокой степенью расширения. По этой причине температура выхлопного газа не будет понижаться, тогда можно быстро поднять температуру трехкомпонентного нейтрализатора 21 и сместить положение верхней части поршня 4 в верхней мертвой точке сжатия от входа впускного канала 10, таким образом можно удерживать низкую концентрацию несожженного HC в выхлопном газе, который выбрасывается из камеры 5 сгорания.
С другой стороны, при понижении степени механического сжатия (степень расширения) падает тепловая эффективность и таким образом происходит ухудшение эффективности потребления топлива. Далее, в настоящем варианте осуществления степень механического сжатия устанавливается в соответствии с температурой трехкомпонентного нейтрализатора 21 во время запуска двигателя. По этой причине, например, сокращается время, затрачиваемое от момента остановки двигателя внутреннего сгорания до момента перезапуска, а также в тех случаях, когда температура трехкомпонентного нейтрализатора 21 во время запуска двигателя не такая низкая, степень понижения степени механического сжатия является небольшой. В результате этого можно подавить ухудшение эффективности потребления топлива.
Далее, при повышении степени фактического сжатия повышается эффективность сгорания, таким образом, падает температура выхлопного газа, который выбрасывается камерой 5 сгорания. Далее, при повышении степени фактического сжатия поднимается плотность воздушно-топливной смеси в камере 5 сгорания, когда поршень 4 находится в верхней мертвой точке сжатия, таким образом, увеличивается количество топлива в зоне охлаждения (зона охлаждения) и в результате этого увеличивается концентрация несожженного HC в выхлопном газе. Согласно настоящему варианту осуществления, в случае, когда выполняется контроль за холодным запуском по сравнению со случаем, когда выполняется контроль за сверхвысокой степенью расширения, степень фактического сжатия становится низкой, таким образом появляется возможность поднять температуру выхлопного газа, выбрасываемого из камеры 5 сгорания, и возможность удерживать низкую концентрацию несожженного HC в выхлопном газе. В частности, согласно настоящему варианту осуществления степень фактического сжатия устанавливается в соответствии с температурой трехкомпонентного нейтрализатора 21 во время запуска двигателя, таким образом, когда температура трехкомпонентного нейтрализатора катализатора 21 во время запуска двигателя не такая низкая, при этом можно уменьшить степень сокращения степени фактического сжатия. В результате можно подавить ухудшение эффективности потребления топлива.
Благодаря вышеупомянутому объяснению согласно настоящему варианту осуществления можно быстро поднять температуру трехкомпонентного нейтрализатора 21 и удерживать низкую концентрацию несожженного HC в выхлопном газе, который выбрасывает камера 5 сгорания, подавляя при этом ухудшение эффективности потребления топлива.
Следует отметить, что в вышеупомянутом варианте осуществления и степень механического сжатия, и степень фактического сжатия становятся ниже, поскольку температура трехкомпонентного нейтрализатора 21 во время запуска двигателя становится ниже. Однако появляется возможность понизить только степень механического сжатия и удерживать степень фактического сжатия в относительно высоком постоянном диапазоне (например, в диапазоне X, как показано на Фиг.12B), без значительного изменения, поскольку температура трехкомпонентного нейтрализатора 21 становится ниже. Благодаря этому по сравнению с вышеупомянутым вариантом осуществления повышение температуры трехкомпонентного нейтрализатора 21 идет с некоторой задержкой, и концентрация несожженного HC в выхлопном газе становится несколько выше, но появляется возможность повысить эффективность потребления топлива.
Далее, в вышеупомянутом варианте осуществления степень механического сжатия и степень фактического сжатия устанавливаются в соответствии с температурой трехкомпонентного нейтрализатора 21 во время запуска двигателя, при этом и степень механического сжатия, и степень фактического сжатия контролируются заданными параметрами до тех пор, пока двигатель внутреннего сгорания не закончит прогрев. Однако можно изменить установки степени механического сжатия и степени фактического сжатия наряду с повышением температуры трехкомпонентного нейтрализатора 21 после запуска двигателя. В этом случае, например, когда температура трехкомпонентного нейтрализатора 21 во время запуска двигателя низкая, и степень механического сжатия, и степень фактического сжатия и т.д. контролируются, как показано на Фиг.13 сплошной линией, после этого и степень механического сжатия, и степень фактического сжатия и т.д., например, контролируются как показано на Фиг.13 непрерывной цепочкой, это происходит наряду с повышением температуры трехкомпонентного нейтрализатора 21, затем, после того, как двигатель внутреннего сгорания заканчивает прогрев, выполняется контроль за сверхвысокой степенью расширения, при этом степень механического сжатия, степень фактического сжатия и т.д. контролируются, как показано на чертеже прерывистой линией.
Кроме того, в настоящем варианте осуществления, как показано на Фиг.12A и Фиг.12B, для каждого нагрузочного цикла имеется подготовленная диаграмма. При этом можно рассчитать, например, отношение между температурой запуска нейтрализатора и откорректированной величиной степени механического сжатия, между температурой запуска нейтрализатора и откорректированной величиной степени фактического сжатия заранее по схеме и откорректировать степень механического сжатия и степень фактического сжатия в соответствии с нагрузкой, без учета температуры запуска нейтрализатора через откорректированную величину степени механического сжатия и откорректированную величину степени фактического сжатия, все расчеты при этом ведутся с использованием данной диаграммы. Альтернативно, можно заранее по схеме рассчитать отношение между температурой запуска нейтрализатора и коэффициентом поправки степени механического сжатия и коэффициентом поправки степени фактического сжатия и увеличить степень механического сжатия и степень фактического сжатия в соответствии с нагрузкой на двигатель, без учета температуры запуска нейтрализатора с коэффициентом поправки степени механического сжатия и коэффициентом поправки степени фактического сжатия, все расчеты при этом ведутся с использованием данной диаграммы.
На Фиг.14 представлена блок-схема, показывающая обычную программу рабочего контроля за двигателем внутреннего сгорания во втором варианте осуществления. Проиллюстрированный обычный режим контроля выполняется через прерывание каждого постоянного временного интервала.
Как показано на Фиг.14, во-первых, при выполнении шага S20, таким же образом, как и шага S11, показанного на Фиг.11, регистрируется рабочее состояние двигателя внутреннего сгорания. Затем при выполнении шага S21 определяется, закончил ли двигатель внутреннего сгорания, в частности трехкомпонентный нейтрализатор 21, прогрев. Если во время холодного запуска двигателя определяется, что двигатель внутреннего сгорания прогрев не закончил, программа переходит к выполнению шага S22. При выполнении шага S22 определяется, что двигатель внутреннего сгорания уже запущен. Перед началом запуска двигателя внутреннего сгорания программа переходит к выполнению шага S23, где определяется температура трехкомпонентного нейтрализатора 21. Температура трехкомпонентного нейтрализатора 21 регистрируется непосредственно перед запуском двигателя, таким образом, во время запуска двигателя регистрируется температура трехкомпонентного нейтрализатора 21.
После того, как двигатель внутреннего сгорания запущен, программа переходит к выполнению следующего шага S22, где регистрируется, что двигатель внутреннего сгорания запущен, после этого программа переходит к шагу S24. При выполнении шага S24 регистрируется нагрузка на двигатель. Затем при выполнении шага S25 рассчитывается целевая степень механического сжатия и целевая степень фактического сжатия, основанные на температуре трехкомпонентного нейтрализатора 21 во время запуска двигателя, зарегистрированной при выполнении шага S23 и нагрузки на двигатель, зарегистрированной при выполнении шага S24, все расчеты при этом ведутся с использованием диаграммы, показанной на Фиг.12A и 12B. При выполнении шага S26 рассчитывается целевая фаза закрытия впускного клапана 7 и расчет основывается на данных целевой степени механического сжатия и целевой степени фактического сжатия, зарегистрированных при выполнении шага S25. Затем при выполнении шага S27 контролируется механизм А с переменной степенью сжатия так, чтобы степень механического сжатия преобразовалась в целевую степень механического сжатия, рассчитанную при выполнении шага S25, при этом также контролируется механизм В, регулирующий фазы газораспределения, чтобы фаза закрытия впускного клапана 7 преобразовала целевую фазу закрытия, рассчитанную при выполнении шага S26.
Если двигатель внутреннего сгорания после этого заканчивает прогрев, то в следующем шаге программы S21 определяется, закончил ли двигатель внутреннего сгорания прогрев, а затем программа переходит к выполнению шага S28, где, как показано на Фиг.9, выполняется контроль за сверхвысокой степенью расширения.
Затем будет объяснен третий вариант осуществления настоящего изобретения. Устройство двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием третьего варианта осуществления в основном совпадает с конструкцией двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием второго варианта осуществления. Однако в двигателе внутреннего сгорания искрового типа зажигания вышеупомянутого второго варианта осуществления, при контроле за холодным запуском двигателя, степень механического сжатия и степень фактического сжатия устанавливаются в соответствии с температурой трехкомпонентного нейтрализатора во время запуска двигателя, в то время как в двигателе внутреннего сгорания с искровым зажиганием третьего варианта осуществления степень механического сжатия и степень фактического сжатия устанавливаются в соответствии с температурой водяного охлаждения двигателя во время запуска двигателя.
Фиг.15А и Фиг.15B показывают отношение между температурой водяного охлаждения двигателя во время запуска двигателя и степенью механического сжатия, а также между температурой водяного охлаждения двигателя во время запуска двигателя и степенью фактического сжатия. Как показано в настоящем варианте осуществления на Фиг.15A, чем ниже температура водяного охлаждения двигателя во время запуска двигателя, тем ниже устанавливается степень механического сжатия во время запуска двигателя. Таким образом, степень механического сжатия во время запуска двигателя становится ниже, когда температура водяного охлаждения двигателя, низкая по сравнению с тем моментом, когда она высокая.
Далее, как показано в настоящем варианте осуществления с Фиг.15B, чем ниже температура водяного охлаждения двигателя во время запуска двигателя, тем ниже устанавливается степень фактического сжатия во время запуска двигателя. Таким образом, степень фактического сжатия во время запуска двигателя устанавливается ниже в том случае, если температура водяного охлаждения двигателя во время запуска двигателя низкая по сравнению с тем случаем, когда она высокая.
Далее, в настоящем варианте осуществления, так же как и вышеупомянутом втором воплощении, в дополнение к фазе закрытия впускного клапана 7, для контроля количества воздуха, поступающего в камеру 5 сгорания, используются дроссельная заслонка 17 или другой клапан. Кроме того, настоящий вариант осуществления имеет диаграмму, показанную на Фиг.15A и на Фиг.15B для каждого цикла нагрузки двигателя. Чем ниже нагрузка двигателя, тем больше различие в степени механического сжатия и степени фактического сжатия между тем, когда температура водяного охлаждения двигателя во время запуска двигателя высокая и когда температура водяного охлаждения двигателя во время запуска двигателя низкая.
Вообще, в этом отношении, во время запуска холодного запуска двигателя сгорание воздушно-топливной смеси в камере 5 сгорания ухудшается, таким образом, увеличивается количество несожженного HC в выхлопном газе, выбрасываемом камерой 5 сгорания. В частности, концентрация несожженного HC в выхлопном газе, выбрасываемом камерой 5 сгорания, становится выше, при этом понижается температура стенки головки цилиндра 2 вокруг камеры 5 сгорания или температура стенки впускного канала 8, поэтому снижается температура водяного охлаждения двигателя.
В противоположность этому, как объяснено выше, если установка степени механического сжатия и степени фактического сжатия низкая, появляется возможность снизить концентрацию несожженного HC в выхлопном газе, выбрасываемом камерой 5 сгорания. При этом в настоящем варианте осуществления, чем ниже температура водяного охлаждения двигателя, тем ниже устанавливаются степень механического сжатия и степень фактического сжатия. Поэтому согласно настоящему варианту осуществления, независимо от температуры водяного охлаждения двигателя, концентрация несожженного HC в выхлопном газе, выбрасываемом камерой 5 сгорания, может быть сохранена на низком уровне. Далее в настоящем варианте осуществления степень механического сжатия и степень фактического сжатия изменяются в соответствии с температурой водяного охлаждения двигателя, таким же образом как в вышеупомянутом варианте осуществления, чтобы появилась возможность подавить ухудшение эффективности потребления топлива.
Следует отметить, что существует возможность объединить вышеупомянутые второй и третий варианты осуществления и отрегулировать степень механического сжатия и степень фактического до нижней величины степени механического сжатия и степень фактического сжатия, рассчитанных на основании данных температуры трехкомпонентного нейтрализатора 21 и данных, степени механического сжатия и степени фактического сжатия, рассчитанных на основании температуры водяного охлаждения.
Далее, будет объяснен четвертый вариант осуществления настоящего изобретения. Устройство двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием согласно четвертому варианту осуществления в основном совпадает с конструкцией двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием согласно третьему варианту осуществления. Однако в двигателе внутреннего сгорания с искровым зажиганием согласно третьему варианту осуществления при регулировке холодного запуска, чем ниже температура водяного охлаждения двигателя, во время запуска двигателя, тем ниже устанавливается степень фактического сжатия, тогда как в двигателе внутреннего сгорания с искровым зажиганием согласно четвертому варианту осуществления, в режиме работы, где температура водяного охлаждения двигателя, во время запуска двигателя ниже определенной постоянной температуры (в дальнейшем называемая "опорной температурой"), при этом чем ниже температура водяного охлаждения двигателя, тем выше устанавливается степень фактического сжатия.
Фиг.16A и 16B показывают отношение между температурой водяного охлаждения двигателя во время запуска двигателя и степенью механического сжатия, и отношение между температурой водяного охлаждения двигателя во время запуска двигателя и степенью фактического сжатия. В настоящем варианте осуществления, как показано на Фиг.16A, так же как и в третьем варианте осуществления, чем ниже температура водяного охлаждения двигателя во время запуска двигателя, тем ниже устанавливается степень механического сжатия во время запуска двигателя. Таким образом, степень механического сжатия во время запуска двигателя устанавливается ниже, когда температура водяного охлаждения двигателя во время запуска двигателя низкая по сравнению с тем моментом, когда она высокая.
Далее, как показано на Фиг.16B настоящего варианта осуществления сплошной линией, в температурном режиме, где температура водяного охлаждения двигателя выше опорной температуры (в дальнейшем называемая "высокая температурная область"), чем ниже температура водяного охлаждения двигателя во время запуска двигателя, тем ниже устанавливается степень фактического сжатия во время запуска двигателя. Таким образом, в области с высокой температурой степень фактического сжатия во время запуска двигателя устанавливается ниже того значения, когда температура водяного двигателя низкая по сравнению с тем значением, когда она высокая.
С другой стороны, в температурной области, где температура водяного охлаждения двигателя является опорной температурой или ниже (в дальнейшем называемая "низкая температурная область"), чем ниже температура водяного охлаждения двигателя во время запуска двигателя, тем выше устанавливается степень фактического сжатия во время запуска двигателя. Таким образом, в низкой температурной области степень фактического сжатия во время запуска двигателя устанавливается выше того значения, когда температура водяного охлаждения двигателя низкая сравнена с тем значением, когда она высокая.
Вообще, в этом отношении, при понижении степени фактического сжатия температура воздушно-топливной смеси падает при степени сжатия поршня 4 до точки, близкой к верхней мертвой точке сжатия (температура конечной точки сжатия). После окончания прогрева двигателя внутреннего сгорания, даже при понижении степени фактического сжатия и понижении температуры конечной точки сжатия, воспламеняемость воздушно-топливной смеси существенно не затрагивается. Однако перед окончанием прогрева двигателя внутреннего сгорания, то есть во время холодного запуска двигателя, если температура конечной точки сжатия падает, падает воспламеняемость воздушно-топливной смеси, и в результате этого будет ухудшаться степень сгорания воздушно-топливной смеси в камере 5 сгорания. Эта тенденция становится значительной, когда температура водяного охлаждения двигателя является определенной постоянной температурой (например, обычная температура: 20°C ± 10°C) или ниже.
Далее, в настоящем варианте осуществления, при режиме в низкой температурной области, чем ниже температура водяного охлаждения двигателя во время запуска, тем выше устанавливается степень фактического сжатия во время начала запуска. Поэтому, чем ниже температура водяного охлаждения двигателя во время запуска двигателя, тем выше температура конечной точки сжатия и выше подавленное ухудшение сгорания воздушно-топливной смеси в камере 5 сгорания.
Следует отметить, что опорная температура, разделяющая область с низкой температурой и высокой температурой, является определенной постоянной температурой, при которой ухудшение воздушно-топливной смеси в камере 5 сгорания стало бы значительным, если бы температура упала ниже этого значения (например, обычной температуры: 20°C ± 10°C).
Далее, в настоящем варианте осуществления, после того, как заканчивается время запуска двигателя, как показано на Фиг.16B прерывистой линией, даже в низкой температурной область, чем ниже температура водяного охлаждения двигателя, тем ниже устанавливается степень фактического сжатия. Поэтому после определенного периода времени, вслед за завершением запуска двигателя, во всех температурных областях, чем ниже температура водяного охлаждения двигателя, тем ниже устанавливается степень фактического сжатия.
В этом отношении во время холодного запуска двигателя падение воспламеняемости воздушно-топливной смеси является временным явлением. После определенного периода времени, вслед за завершением запуска двигателя, появляется возможность получить достаточную воспламеняемость. Поэтому во время запуска двигателя необходимо поднять температуру конечной точки сжатия, чтобы улучшить воспламеняемость только до того определенного периода времени, как не закончится запуск двигателя. И наоборот, если оставить высокую степень фактического сжатия для поднятия температуры конечной точки сжатия на время, превышающее этот период, прогрев трехкомпонентного нейтрализатора 21 проходит с задержкой и увеличивается концентрация несожженного HC в выхлопном газе, выбрасываемом камерой 5 сгорания.
Согласно настоящему варианту осуществления, после определенного периода времени, вслед за завершением запуска двигателя, увеличение степени фактического сжатия в низкой температурной области подходит к концу, а степень фактического сжатия контролируется в соответствии с температурой водяного охлаждения двигателя, как показано на Фиг.15B. Благодаря этому можно поддерживать высокий уровень воспламеняемости воздушно-топливной смеси во время холодного запуска двигателя и осуществлять ускоренный запуск трехкомпонентного нейтрализатора 21 и сократить концентрацию несожженного HC в выхлопном газе.
Следует отметить, что вышеупомянутое постоянное время - это время после запуска двигателя, к которому достигается достаточная степень воспламеняемости. Чем ниже температура водяного охлаждения двигателя во время запуска двигателя, тем продолжительнее время. В альтернативном варианте вышеупомянутое постоянное время может быть временем до первого взрыва в камере 5 сгорания после завершения запуска двигателя или временем, пока частота вращения двигателя не станет постоянной (например, 400 оборотов в минуту) или больше после запуска двигателя.
Следует отметить, что в вышеупомянутом варианте осуществления, в низкой температурной области, чем ниже температура водяного охлаждения двигателя во время запуска двигателя, тем ниже устанавливается степень механического сжатия во время запуска двигателя. Однако, например, как показано сплошной линией на Фиг.17A, можно установить в низкой температурной области режим, при котором, чем ниже температура водяного охлаждения во время запуска двигателя, тем выше степень механического сжатия во время запуска двигателя.
Далее, в этом случае возможно также, что вслед за окончанием постоянного времени после запуска двигателя, как показано на Фиг.17A прерывистой линией, даже в низкой температурной области, чем ниже температура водяного охлаждения двигателя, тем ниже устанавливается степень фактического сжатия.
Фиг.18 - это блок-схема, показывающая обычную программу рабочего контроля за двигателем внутреннего сгорания в четвертом варианте осуществления. Проиллюстрированная программа контроля выполняется прерыванием каждого временного интервала. Шаги S30-S33 подобны шагам S20-S23, показанным на Фиг.14, поэтому всякие объяснения будут опущены. Когда при выполнении шага S32 определяется, что двигатель внутреннего сгорания уже запущен, программа переходит к выполнению шага S34. При выполнении шага S34 выявляется, закончилось ли постоянное время после запуска двигателя. Если сразу же после запуска двигателя выявляется, что постоянное время не закончилось, программа переходит к выполнению шага S35. При выполнении шага S35 регистрируется нагрузка на двигатель. Затем при выполнении шага S36, основанном на зарегистрированной температуре водяного охлаждения двигателя во время запуска двигателя на шаге S33 и нагрузке на двигатель, которые зарегистрированы на шаге S35, рассчитывается степень механического сжатия и степень фактического сжатия, при этом расчеты ведутся с использованием диаграммы и показываются на Фиг.17А и 17В сплошной линией (на диаграмме показан момент сразу же после запуска). При выполнении шага S37, основанном на целевой степени механического сжатия и целевой степени фактического сжатия, зарегистрированных на шаге S36, рассчитывается целевая фаза закрытия впускного клапана 7. Далее, при выполнении шага S38 регулируется механизм А с переменной степенью сжатия так, чтобы степень механического сжатия стала целевой степенью механического сжатия, рассчитанной на шаге S36, а механизм В регулировки фаз газораспределения регулируется так, чтобы фаза закрытия впускного клапана 7 стала целевой фазой закрытия, рассчитанной в пункте S37.
После того, как истекает постоянное время после запуска двигателя, в следующем шаге программы контроля, в шаге S34, определяется, закончилось ли постоянное время после запуска двигателя, и программа переходит к выполнению шага S39. При выполнении шага S39 определяется нагрузка двигателя. Затем в ходе выполнения шага S40, при использовании диаграммы, показанной прерывистой линией на Фиг.17A и на Фиг.17B (данные диаграммы после того, как истекает предварительно выставленное время), степень механического сжатия и степень фактического сжатия рассчитываются на основании данных по температуре водяного охлаждения двигателя во время запуска двигателя, зарегистрированного на шаге S33, и нагрузке на двигатель, зарегистрированной на шаге S39. Затем при выполнении шага S41, так же как и при выполнении шага S37, рассчитывается целевая фаза закрытия впускного клапана, тогда как при выполнении шага S42, так же как и при выполнении шага S38, контролируются механизм A с переменной степенью сжатия и механизм В регулировки фаз газораспределения.
Далее, когда двигатель внутреннего сгорания заканчивает прогрев, в следующем шаге S31 программы контроля определяется, закончил ли двигатель внутреннего сгорания прогрев, а затем программа переходит к выполнению шага S43, где выполняется контроль за сверхвысокой степенью расширения, так как это показано на Фиг.9.
Затем, будет дано объяснение пятому варианту осуществления настоящего изобретения. Конструкция двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием пятого варианта осуществления в основном похожа на конструкцию двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием третьего и четвертого вариантов осуществления. Однако в двигателе внутреннего сгорания с искровым зажиганием вышеупомянутого третьего и четвертого вариантов осуществления устанавливаются степень механического сжатия и степень фактического сжатия, без учета свойства топлива, в то время как в двигателе внутреннего сгорания пятого варианта осуществления степень механического сжатия и степень фактического сжатия устанавливаются с учетом свойств топлива.
Фиг.19A и 19B подобны Фиг.17A и 17B и показывают соотношение между температурой водяного охлаждения двигателя во время запуска двигателя и степенью механического сжатия и температурой водяного охлаждения двигателя, во время запуска двигателя и степенью фактического сжатия. Жирные линии на фигуре показывают степень отношения в тех случаях, когда концентрация тяжелого топлива в смеси низкая (то есть когда концентрация легкого топлива в смеси высокая), в то время как тонкие линии показывают степень отношения в тех случаях, когда концентрация тяжелого топлива в смеси высокая. Как показано сплошными линиями на Фиг.19A и 19B в настоящем варианте осуществления, так же как в случае, показанном на Фиг.17A и 17B, в высокой температурной области, чем ниже температура водяного охлаждения двигателя, во время запуска двигателя, тем ниже степень механического сжатия и степень фактического сжатия во время запуска двигателя. С другой стороны, в низкой температурной области, чем ниже температура водяного охлаждения двигателя, во время запуска двигателя, тем выше степень механического сжатия и степень фактического сжатия во время запуска двигателя. Далее, как показано прерывистыми линиями на Фиг.19A и 19B, после того, как истекает постоянное время после запуска двигателя, даже в низкой температурной области, чем ниже температура водяного охлаждения двигателя, тем ниже степень механического сжатия и степень фактического сжатия.
Кроме того, в настоящем варианте осуществления, в особенности в низкой температурной области, когда концентрация тяжелого топлива в смеси высокая (тонкие линии на чертеже), по сравнению с тем случаем, когда концентрация тяжелого топлива в смеси низкая (жирные линии на чертеже), степень механического сжатия и степень фактического сжатия становятся выше. Более точно, в настоящем варианте осуществления, чем выше концентрация тяжелого топлива в смеси, тем выше устанавливаются степень механического сжатия и степень фактического сжатия.
В этом отношении, у тяжелого топлива есть более низкая скорость испарения по сравнению с легким топливом, когда двигатель внутреннего сгорания находится в холодном состоянии. Поэтому, чем выше концентрация тяжелого топлива в смеси, тем хуже испарение топлива, при холодном двигателе внутреннего сгорания, в результате чего ухудшается сгорание воздушно-топливной смеси в камере 5 сгорания.
Теперь, в настоящем варианте осуществления, когда двигатель внутреннего сгорания находится в холодном состоянии, чем выше концентрация тяжелого топлива в смеси, тем выше степень фактического сжатия. Как объяснено выше, если степень фактического сжатия становится высокой, повышается температура конечной точки сжатия и в результате этого улучшается испарение топлива в воздушно-топливной смеси. Поэтому согласно настоящему варианту осуществления даже при использовании смеси с высокой концентрацией тяжелого топлива во время холодного запуска двигателя воздушно-топливная смесь может воспламеняться относительно хорошо.
С другой стороны, как показано Фиг.19B, при использовании смеси с высокой концентрацией тяжелого топлива в высокой температурной области, топливо испаряется относительно легко. Поэтому в настоящем варианте осуществления, в высокой температурной области, даже если концентрация тяжелого топлива высокая (тонкие линии на чертеже), степень фактического сжатия устанавливается таким же образом как тогда, когда концентрация тяжелого топлива низкая (жирные линии на чертеже). Благодаря этому даже если тяжелое топливо используется в высокой температурой области, где топливо легко испаряется, становится понятным понижение концентрации несожженного HC в выхлопном газе. Поэтому согласно настоящему варианту осуществления можно улучшить испарение топлива и понизить концентрацию несожженного HC в выхлопном газе.
Следует отметить, что в целом в скорости испарения топлива происходят изменения в соответствии со свойствами топлива, не только тогда, когда смесь содержит тяжелое топливо, но и тогда, когда, смесь содержит, например, этанол или метанол. Например, в случае, если топливо содержит этанол, чем выше концентрация этанола в топливе, тем хуже скорость испарения топлива в целом. По этой причине во время холодного запуска двигателя, чем выше концентрация этанола в топливе, тем выше степень фактического сжатия, особенно в низких температурных областях.
Поэтому суммируя все изложенное, согласно настоящему варианту осуществления, чем ниже скорость испарения топлива, распыляемого топливным инжектором 13 во время холодного запуска двигателя (например, ниже концентрация тяжелого топлива, этанола, метанола, и т.д. в смеси), тем выше степень фактического сжатия во время холодного запуска двигателя, в особенности в низкой температурной области.
Следует отметить, что хотя настоящее изобретение было объяснено подробно на основе определенных вариантов осуществления, специалисту в данной области техники будет очевидно множество изменений, модификаций и т.д. без выхода за рамки объема и идеи настоящего изобретения.