Двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием (варианты) и способ управления таким двигателем (варианты)

Двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием (варианты) и способ управления таким двигателем (варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания с искровым зажиганием и способу управления таким двигателем.

Доступный в настоящее время двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием включает в себя механизм регулирования степени сжатия, который изменяет степень механического сжатия, и механизм регулирования работы клапана, управляющий моментом закрытия впускного клапана, причем при средней или высокой нагрузке на двигатель, когда нагрузка, воздействующая на двигатель ослабевает, степень механического сжатия возрастает, и момент закрытия впускного клапана наступает с отставанием, при этом степень фактического сжатия остается неизменной (см. публикацию заявки на патент Японии №2004-218522).

В таком двигателе внутреннего сгорания, когда показатель отношения количества воздуха к количеству топлива в топливной смеси переходит от стехиометрического отношения компонентов топливной смеси к обедненному отношению компонентов топливной смеси, например, если количество впрыскиваемого топлива уменьшено, крутящий момент на выходном валу быстро уменьшается, и по этой причине происходят изменения показателей крутящего момента. В этом случае необходимо изменить отношение между количеством воздуха и количеством топлива, чтобы достичь стабильности крутящего момента. Однако описанный выше двигатель внутреннего сгорания не включает рекомендаций по изменению отношения компонентов топливной смеси с целью предотвращения возникновения изменений крутящего момента.

Согласно первому объекту настоящего изобретения создан двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием, содержащий механизм регулирования степени сжатия, который изменяет степень механического сжатия, определяемую путем деления суммы объема камеры сгорания и рабочего объема цилиндра на объем камеры сгорания, причем объем камеры сгорания определяется как объем камеры сгорания, при котором поршень находится при сжатии в верней мертвой точке; и механизм регулирования времени срабатывания клапана, регулирующий временной промежуток, при котором впускной клапан закрыт, при этом количество всасываемого воздуха, подаваемого в камеру сгорания, управляется путем изменения времени закрытия впускного клапана, причем, когда показатель отношения количества воздуха к количеству топлива в топливной смеси возрастает от первого заданного показателя отношения воздух/топливо до второго заданного показателя отношения воздух/топливо, время закрытия впускного клапана приурочивается ко времени прохождения поршнем при впуске нижней мертвой точки до тех пор, пока показатель отношения воздух/топливо не станет равным второму заданному показателю отношения воздух/топливо, без изменения количества впрыскиваемого топлива, при этом когда показатель отношения воздух/топливо возрастает от первого заданного показателя отношения воздух/топливо до второго заданного показателя отношения воздух/топливо, степень механического сжатия уменьшается.

Предпочтительно, когда показатель отношения воздух/топливо возрастает от первого заданного отношения воздух/топливо до второго заданного отношения воздух/топливо, возрастает степень фактического сжатия, которая определяется делением суммы объема камеры сгорания и фактического рабочего объема цилиндра на объем камеры сгорания.

Предпочтительно, когда показатель отношения воздух/топливо возрастает от первого заданного показателя отношения воздух/топливо до второго заданного показателя отношения воздух/топливо, степень механического сжатия сокращается, когда степень фактического сжатия, которая определяется путем деления суммы объема камеры сгорания и фактического рабочего объема цилиндра на объем камеры сгорания, превышает допустимый предел.

Предпочтительно первое заданное отношение воздух/топливо представляет собой стехиометрическое отношение, или отношение, характеризующее обогащенную воздухотопливную смесь, а второе заданное отношение воздух/топливо характеризует обедненное отношение воздух/топливо.

Предпочтительно при работе двигателя с низкой нагрузкой степень механического сжатия максимизируется, так что достигается максимальная степень расширения, и, когда отношение воздух/топливо равняется первому заданному отношению воздух/топливо, степень фактического сжатия, определяемая путем деления суммы объема камеры сгорания и фактического рабочего объема цилиндра на объем камеры сгорания для работы двигателя с низкой нагрузкой по существу приравнивается по степени фактического сжатия к работе двигателя со средней или высокой нагрузкой.

Предпочтительно максимальный показатель степени расширения равен или превышает 20.

Предпочтительно, когда частота вращения двигателя ниже расчетного показателя, степень фактического сжатия составляет примерно 10% от показателя степени фактического сжатия при работе двигателя со средней или высокой нагрузкой.

Предпочтительно время закрытия впускного клапана отсрочивается от момента прохождения поршнем при впуске нижней мертвой точки в пределе, определяемом предельным временем закрытия клапана, которое является пределом, в границах которого количество всасываемого воздуха, подаваемого в камеру сгорания, может управляться.

Предпочтительно на том участке, где нагрузка на двигатель больше, чем нагрузка на двигатель, при которой время закрытия впускного клапана достигает предельного показателя, количество всасываемого воздуха, который подается в камеру сгорания, управляется не дроссельной заслонкой, расположенной во впускном канале двигателя, а изменением времени закрытия впускного клапана.

Предпочтительно на том участке, где нагрузка на двигатель больше, чем нагрузка на двигатель, при которой время закрытия впускного клапана достигает предельного показателя, дроссельная заслонка поддерживается в полностью открытом положении.

Предпочтительно на том участке, где нагрузка на двигатель меньше, чем нагрузка на двигатель, при которой время закрытия впускного клапана достигает предельного показателя, количество всасываемого воздуха, который подается в камеру сгорания, управляется дроссельной заслонкой, расположенной во впускном канале двигателя.

Предпочтительно на том участке, где нагрузка на двигатель меньше, чем нагрузка на двигатель, при которой время закрытия впускного клапана достигает предельного показателя, время закрытия впускного клапана поддерживается на предельном показателе.

Предпочтительно степень механического сжатия возрастает до предельного показателя механического сжатия по мере того, как нагрузка на двигатель уменьшается.

Предпочтительно на том участке, где нагрузка на двигатель меньше, чем та нагрузка на двигатель, при которой степень механического сжатия достигает предельного показателя степени механического сжатия, степень механического сжатия поддерживается на предельном показателе.

Согласно второму объекту настоящего изобретения создан способ управления двигателем внутреннего сгорания с искровым зажиганием, содержащим: механизм регулирования степени сжатия, который изменяет степень механического сжатия, определяемую путем деления суммы объема камеры сгорания и рабочего объема цилиндра на объем камеры сгорания, причем объем камеры сгорания определяется как объем камеры сгорания, при котором поршень находится при сжатии в верхней мертвой точке; и механизм регулирования времени срабатывания клапана, регулирующий временной промежуток, при котором впускной клапан закрыт; при этом способ включает регулирование количества всасываемого воздуха, подаваемого в камеру сгорания, путем изменения времени закрытия впускного клапана; и, когда показатель отношения количества воздуха к количеству топлива в топливной смеси возрастает от первого заданного показателя отношения воздух/топливо до второго заданного показателя отношения воздух/топливо, приурочивание времени закрытия впускного клапана ко времени прохождения поршнем при впуске нижней мертвой точки до тех пор, пока показатель отношения воздух/топливо не станет равным второму заданному показателю отношения воздух/топливо, без изменения количества впрыскиваемого топлива, при этом когда показатель отношения воздух/топливо возрастает от первого заданного показателя отношения воздух/топливо до второго заданного показателя отношения воздух/топливо, степень механического сжатия уменьшается.

Предпочтительно, когда показатель отношения воздух/топливо возрастает от первого заданного показателя отношения воздух/топливо до второго заданного показателя отношения воздух/топливо, возрастает степень фактического сжатия, которая определяется делением суммы объема камеры сгорания и фактического рабочего объема цилиндра на объем камеры сгорания.

Предпочтительно, когда показатель отношения воздух/топливо возрастает от первого заданного показателя отношения воздух/топливо до второго заданного показателя отношения воздух/топливо, степень механического сжатия сокращается, когда степень фактического сжатия, которая определяется путем деления суммы объема камеры сгорания и фактического рабочего объема цилиндра на объем камеры сгорания, превышает допустимый предел.

Предпочтительно первое заданное отношение воздух/топливо представляет собой стехиометрическое отношение, или отношение, характеризующее обогащенную воздухотопливную смесь, а второе заданное отношение воздух/топливо характеризует обедненную воздухотопливную смесь.

Предпочтительно при работе двигателя с низкой нагрузкой степень механического сжатия максимизируется, так что достигается максимальная степень расширения, и, когда отношение воздух/топливо равняется первому заданному отношению воздух/топливо, степень фактического сжатия, определяемая путем деления суммы объема камеры сгорания и фактического рабочего объема цилиндра на объем камеры сгорания, для работы двигателя с низкой нагрузкой по существу приравнивается по степени фактического сжатия к работе двигателя со средней или высокой нагрузкой.

Предпочтительно максимальный показатель степени расширения равен или превышает 20.

Предпочтительно, когда частота вращения двигателя ниже расчетного показателя, степень фактического сжатия составляет примерно 10% от показателя степени фактического сжатия при работе двигателя со средней или высокой нагрузкой.

Предпочтительно время закрытия впускного клапана отсрочивается от момента прохождения поршнем при впуске нижней мертвой точки в пределе, определяемом предельным временем закрытия клапана, которое является пределом, в границах которого количество всасываемого воздуха, подаваемого в камеру сгорания, может управляться.

Предпочтительно на том участке, где нагрузка на двигатель больше, чем нагрузка на двигатель, при которой время закрытия впускного клапана достигает предельного показателя, количество всасываемого воздуха, который подается в камеру сгорания, управляется не дроссельной заслонкой, расположенной во впускном канале двигателя, а изменением времени закрытия впускного клапана.

Предпочтительно на том участке, где нагрузка на двигатель больше, чем нагрузка на двигатель, при которой время закрытия впускного клапана достигает предельного показателя, дроссельная заслонка поддерживается в полностью открытом положении.

Предпочтительно на том участке, где нагрузка на двигатель меньше, чем нагрузка на двигатель, при которой время закрытия впускного клапана достигает предельного показателя, количество всасываемого воздуха, который подается в камеру сгорания, управляется дроссельной заслонкой, расположенной во впускном канале двигателя.

Предпочтительно на том участке, где нагрузка на двигатель меньше, чем нагрузка на двигатель, при которой время закрытия впускного клапана достигает предельного показателя, время закрытия впускного клапана поддерживается на предельном показателе.

Предпочтительно степень механического сжатия возрастает до предельного показателя механического сжатия по мере того, как нагрузка на двигатель уменьшается.

Предпочтительно на том участке, где нагрузка на двигатель меньше, чем та нагрузка на двигатель, при которой степень механического сжатия достигает предельного показателя степени механического сжатия, степень механического сжатия поддерживается на предельном показателе.

Согласно третьему объекту настоящего изобретения создан двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием, содержащий механизм регулирования степени сжатия, который изменяет степень механического сжатия, определяемую путем деления суммы объема камеры сгорания и рабочего объема цилиндра на объем камеры сгорания, причем объем камеры сгорания определяется как объем камеры сгорания, при котором поршень находится при сжатии в верней мертвой точке; и механизм регулирования времени срабатывания клапана, регулирующий временной промежуток, при котором впускной клапан закрыт, при этом количество всасываемого воздуха, подаваемого в камеру сгорания, управляется путем изменения времени закрытия впускного клапана, причем, когда показатель отношения количества воздуха к количеству топлива в топливной смеси возрастает от первого заданного показателя отношения воздух/топливо до второго заданного показателя отношения воздух/топливо, время закрытия впускного клапана приурочивается ко времени прохождения поршнем при впуске нижней мертвой точки до тех пор, пока показатель отношения воздух/топливо не станет равным второму заданному показателю отношения воздух/топливо, без изменения количества впрыскиваемого топлива, при этом, когда показатель отношения воздух/топливо возрастает от первого заданного показателя отношения воздух/топливо до второго заданного показателя отношения воздух/топливо, степень механического сжатия уменьшается, когда степень фактического сжатия, которая определяется делением суммы объема камеры сгорания и фактического рабочего объема цилиндра на объем камеры сгорания, превышает допустимый предельный показатель.

Согласно четвертому объекту настоящего изобретения создан способ управления двигателем внутреннего сгорания с искровым зажиганием, содержащим механизм регулирования степени сжатия, который изменяет степень механического сжатия, определяемую путем деления суммы объема камеры сгорания и рабочего объема цилиндра на объем камеры сгорания, причем объем камеры сгорания определяется как объем камеры сгорания, при котором поршень находится при сжатии в верней мертвой точке; и механизм регулирования времени срабатывания клапана, регулирующий временной промежуток, при котором впускной клапан закрыт, при этом способ включает регулирование количества всасываемого воздуха, подаваемого в камеру сгорания, путем изменения времени закрытия впускного клапана; и, когда показатель отношения количества воздуха к количеству топлива в топливной смеси возрастает от первого заданного показателя отношения воздух/топливо до второго заданного показателя отношения воздух/топливо, приурочивание времени закрытия впускного клапана ко времени прохождения поршнем при впуске нижней мертвой точки до тех пор, пока показатель отношения воздух/топливо не станет равным второму заданному показателю отношения воздух/топливо, без изменения количества впрыскиваемого топлива, при этом, когда показатель отношения воздух/топливо возрастает от первого заданного показателя отношения воздух/топливо до второго заданного показателя отношения воздух/топливо, степень механического сжатия уменьшается, когда степень фактического сжатия, которая определяется делением суммы объема камеры сгорания и фактического рабочего объема цилиндра на объем камеры сгорания, превышает допустимый предельный показатель.

Согласно объектам настоящего изобретения можно изменять показатели отношения количества воздуха к количеству топлива, не вызывая при этом изменения крутящего момента.

Описанные здесь и далее признаки настоящего изобретения станут более очевидными после прочтения нижеследующего описания вариантов воплощения изобретения, приведенного со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых одинаковые ссылочные позиции используются для обозначения одинаковых элементов. На чертежах:

Фиг.1 - общий вид двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием;

Фиг.2 - вид в перспективе с разнесением деталей механизма регулирования степени сжатия;

Фиг.3А и 3В - схематичные боковые сечения двигателя внутреннего сгорания;

Фиг.4 - механизм регулирования времени срабатывания клапана;

Фиг.5 - график, иллюстрирующий величину подъема впускного клапана и выпускного клапана;

Фиг.6А-6С - чертежи, иллюстрирующие степень механического сжатия, фактическую степень сжатия и степень расширения;

Фиг.7 - график, иллюстрирующий отношение между теоретическим термическим кпд и степенью расширения;

Фиг.8А и 8В - чертежи, иллюстрирующие обычный цикл и цикл с супервысокой степенью расширения;

Фиг.9 - диаграмма, показывающая изменения механической степени сжатия и т.д. в зависимости от нагрузки, применяемой к двигателю;

Фиг.10 - временная диаграмма, иллюстрирующая варианты времени закрытия впускного клапана и т.д. во время изменения показателя отношения воздух/топливо;

Фиг.11 - блок-схема управления операцией;

Фиг.12А и 12В - диаграммы, иллюстрирующие графики времени закрытия впускного клапана; и

Фиг.13 - иллюстрация отношения между степенью фактического сжатия и количеством уменьшения степени механического сжатия.

На фиг.1 показано боковое сечение двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием. На фиг.1 ссылочной позицией 1 обозначен картер двигателя; 2 - блок цилиндров; 3 - головку цилиндра; 4 - поршень; 5 - камеру сгорания; 6 - свечу зажигания, расположенную в центральном участке верхней поверхности камеры 5 сгорания; 7 - впускной клапан; 8 - впускной канал; 9 - выпускной клапан; и 10 - выпускной канал соответственно. Впускной канал 8 присоединен к уравнительному резервуару 12 с помощью впускной трубки 11. Для каждой впускной трубки 11 имеется клапан впрыска топлива 13, служащий для впрыска топлива в соответствующий впускной канал 8. Следует отметить, что клапан 13 впрыска топлива может быть расположен в каждой камере 5 сгорания, вместо его установки в каждой впускной трубке 11.

Уравнительный резервуар 12 присоединен к воздухоочистителю 15 через впускной канал 14. При этом во впускном канале 14 расположены дроссельная заслонка 11, приводимая в действие приводом 16, и датчик 18, определяющий количество всасываемого воздуха и использующий для этого, например, проволоку высокого сопротивления. В это же время выпускной канал 10 присоединен к каталитическому преобразователю 20, включающему в себя трехкомпонентный катализатор, подсоединенный, например, через выпускной коллектор 19, и в этом выпускном коллекторе 19 располагается датчик 21, служащий для определения показателя отношения воздух/топливо.

В варианте воплощения, показанном на фиг.1, механизм А регулирования степени сжатия располагается на участке соединения между картером 1 и блоком 2 цилиндров. Этот механизм А регулирования степени сжатия изменяет объем камеры 5 сгорания, когда поршень 4 располагается в верхней мертвой точке сжатия, изменяя при этом относительное положение между картером 1 и блоком 2 цилиндров в направлении оси цилиндра. Кроме того, для изменения времени фактического начала сжатия имеется механизм В регулирования времени срабатывания клапана. Этот механизм В регулирования времени срабатывания клапана управляет временем, при котором впускной клапан 7 закрыт.

Электронный блок 30 управления представляет собой цифровой компьютер и содержит постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 32, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 33, микропроцессор (ЦП) 34, входной порт 35 и выходной порт 36, которые присоединены друг к другу посредством двунаправленной шины 31. Выходной сигнал от датчика 18, определяющего количество забранного воздуха, и выходной сигнал от датчика 21, определяющего отношение количества воздуха к количеству топлива, подведены к входному порту 35 посредством соответствующих аналогово/цифровых (А/Ц) преобразователей 37. Датчик 41 нагрузки, который определяет выходное напряжение, пропорциональное величине силы нажатия L на педаль акселератора 40, присоединен к этой педали 40 акселератора, при этом выходное напряжение от датчика 41 нагрузки подведено к входному порту 35 посредством одного из соответствующих А/Ц преобразователей 37. Кроме того, к входному порту 35 присоединен датчик 42 угла поворота кулачка, который генерирует выходной импульс всякий раз, когда коленчатый вал поворачивается, например, на 30 градусов. В то же время выходной порт 36 присоединен к свече 6 зажигания, клапану 13 впрыска топлива, дроссельному устройству 16, выполняющему роль привода клапана, механизму А, регулирующему степень сжатия, и механизму В, регулирующему время срабатывания клапана через соответствующие приводные цепи 38.

На фиг.2 показан вид в перспективе с разнесением деталей механизма А регулирования степени сжатия с фиг.1. На фиг.3А и 3В схематично показаны боковые сечения двигателя внутреннего сгорания. Обращаясь снова к фиг.2, можно видеть множество выступов 50, которые разнесены друг от друга и выполнены на нижнем участке каждой боковой стенки блока 2 цилиндров, и в каждом из этих выступов 50 выполнено отверстие 51, имеющее круглое сечение и предназначенное для вставки в него кулачка. В то же время на верхней поверхности картера 1 имеется множество разнесенных друг от друга выступов 52, которые занимают промежутки между соответствующими выступами 50, при этом в каждом таком выступе 52 имеется отверстие 53 круглого сечения для вставки кулачка.

На фиг.2 показана пара распределительных валов 54 и 55, к которым прикреплены дисковые кулачки 56, которые входят для вращения в соответствующие отверстия 51 для вставки кулачков. Дисковые кулачки 56 коаксиальны осям вращения распределительных валов 54 и 55. В то же время кулачковый вал 57, расположенный эксцентрично относительно оси вращения каждого из распределительных валов 54 и 55, проходит между каждой парой дисковых кулачков 56, как показано штрихами на фиг.3А и 3В, и еще один дисковый кулачок 58 вставлен эксцентрично для вращения на кулачковый вал 57. Как показано на фиг.2, дисковые кулачки 58 размещены между дисковыми кулачками 56, при этом каждый круглый кулачок 58 вставляется для вращения в соответствующее отверстие 53 для вставки кулачка.

Если дисковые кулачки 56, которые прикреплены к распределительным валам 54 и 55, вращаются в противоположных направлениях, как это показано сплошными стрелками на фиг.3А, когда механизм находится в положении, показанном на фиг.3А, то кулачковые валы 57 перемещаются к нижней мертвой точке. Таким образом, дисковые кулачки 58 вращаются в отверстиях 53 для вставки кулачков в направлении, противоположном направлению, в котором вращаются дисковые кулачки 56, как это показано прерывистыми стрелками на фиг.3А, а когда кулачковые валы 57 подходят к нижней мертвой точке, как это показано на фиг.3В, центр этих дисковых кулачков 58 занимает положение под кулачковыми валами 57.

При сравнении фиг.3А и 3В можно видеть, что относительное расположение между картером 1 и блоком 2 цилиндров определяется расстоянием между центром дисковых кулачков 56 и центром дисковых кулачков 58. Блок 2 цилиндров отходит от картера 1, когда расстояние между центром дисковых кулачков 56 и центром дисковых кулачков 58 возрастает. Когда блок 2 цилиндров отходит от картера 1, то объем камеры 5 сгорания, образуемый, когда поршень 4 при сжатии находится в верхней мертвой точке, возрастает, и таким образом можно изменить объем камеры 5 сгорания, который образуется, когда поршень 4 находится при сжатии в верхней мертвой точке, путем вращения распределительных валов 54 и 55.

Как показано на фиг.2, к ротационному валу приводного двигателя 59 прикреплена пара червячных шестерен 61 и 62 со спиральными зубьями, направленными друг против друга, служащих для вращения распределительных валов 54 и 55 в противоположных направлениях, как это показано на фиг.2. При этом к концам распределительных валов 54 и 55 прикреплены зубчатые колеса 63 и 64, которые сцепляются с червячными шестернями 61 и 62. В этом варианте воплощения, запуская приводной двигатель 59, можно производить широкодиапазонные изменения объема камеры 5 сгорания, что происходит, когда поршень 4 при сжатии находится в верхней мертвой точке. Следует отметить, что механизм А регулирования степени сжатия, показанный на фиг.1, 2, 3А и 3 В, является одним из примеров воплощения, и настоящее изобретение может быть применимо к любому типу механизма регулирования степени сжатия.

На фиг.4 показан механизм В регулирования времени срабатывания клапана, который прикреплен к концу распределительного вала 70 для приведения в действие впускного клапана 7, показанного на фиг.1. Показанный на фиг.4 механизм В регулирования времени срабатывания клапана включает зубчатый шкив 71, который вращается в направлении, показанном стрелкой, коленчатым валом двигателя посредством зубчатого приводного ремня; цилиндрический кожух 72, который вращается вместе с зубчатым шкивом 71; ротационный вал 73, который вращается с распределительным валом 70, являющимся приводным для впускного клапана, и может вращаться относительно цилиндрического кожуха 72; множество разделительных перегородок 74, каждая из которых проходит от внутренней круглой поверхности цилиндрического кожуха 72 к внешней круглой поверхности ротационного вала 73; и лопасти 75, расположенные между разделительными перегородками 74, при этом каждая лопасть проходит от внешней круглой поверхности ротационного вала 73 к внутренней круглой поверхности цилиндрического кожуха 72. При этом на соответствующих сторонах каждой лопасти 75 образованы передняя гидравлическая полость 76 и задняя гидравлическая полость 77.

Управление подачей гидравлической рабочей среды в гидравлические полости 76 и 77 выполняется с помощью клапана 78 управления подачи рабочей среды. Клапан 78 управления подачи гидравлической рабочей среды содержит гидравлические каналы 79 и 80, которые соответственно присоединены к гидравлическим полостям 76 и 77; канал 82 для подачи гидравлической рабочей среды, выпущенной гидравлическим насосом 81; пару сливных каналов 83 и 84 и золотниковый клапан 85, который управляет соединением и разъединением между каналами 79, 80, 82, 83 и 84.

Когда фазу кулачка на приводном для впускного клапана распределительном валу 70 следует выполнить с опережением, то золотниковый клапан 85 перемещается вправо, как показано на фиг.4, так что подаваемая через канал подачи 82 рабочая жидкость подается в переднюю гидравлическую полость 76 по гидравлическому каналу 79, а рабочая жидкость в задней гидравлической полости 77 выпускается через сливной канал 84. В этом случае ротационный вал 73 вращается относительно цилиндрического кожуха 72 в направлении, обозначенном стрелкой.

С другой стороны, когда фазу кулачка на приводном для впускного клапана распределительном валу 70 следует выполнить с отставанием, золотниковый клапан 85 перемещается влево, как показано на фиг.4, так что подаваемая через канал подачи 82 рабочая жидкость подается в заднюю гидравлическую полость 77 по гидравлическому каналу 80, а рабочая жидкость в передней гидравлической полости 76 выпускается через сливной канал 83. В этом случае ротационный вал 73 вращается относительно цилиндрического кожуха 72 в направлении, противоположном направлению, обозначенному стрелкой.

Когда золотниковый клапан 85 возвращен в нейтральное положение, показанное на фиг.4, в то время как ротационный вал 73 вращается относительно цилиндрического кожуха 72, то это относительное вращение ротационного вала 73 останавливается, и такое относительное вращательное положение этого ротационного вала 73 поддерживается в том положении, в каком он находится. Таким образом, можно выполнять с опережением или отставанием фазу кулачка на приводящем в действие впускной клапан распределительном валу 70, используя для этого механизм В регулирования времени срабатывания клапана.

На фиг.5 сплошная линия иллюстрирует тот случай, когда фаза кулачка на распределительном валу 70, служащим для приведения в действие впускного клапана, выполнена с максимальным опережением с помощью механизма В регулирования времени срабатывания клапана, а прерывистая линия иллюстрирует тот случай, когда фаза кулачка на распределительном валу 70, служащем для приведения в действие впускного клапана, выполнена с максимальным отставанием. Таким образом, можно избирательно устанавливать период, во время которого впускной клапан 7 открыт, при этом данный период находится в пределах между ограничением, обозначенным сплошной линией, и ограничением, обозначенным прерывистой линией, как показано на фиг.5, и также можно устанавливать время закрытия впускного клапана 7 на избранный угол поворота кулачка в пределе, показанном стрелкой С на фиг.5.

Следует отметить, что механизм В регулирования времени срабатывания клапана, показанный на фиг.1-4, дан в качестве примера, и допускается использование различных типов механизмов регулирования времени срабатывания клапана, таких как механизм В регулирования времени срабатывания клапана, который, например, может менять время закрытия впускного клапана на время открытия клапана, при котором впускной клапан открыт, поддерживается в неизменном положении.

Далее, со ссылкой на фиг.6А-6С будут даны пояснения терминов, используемых в данном контексте. Для наглядности на фиг.6А-6С показан двигатель, в котором объем камеры сгорания составляет 50 мл, а рабочий объем цилиндра составляет 500 мл. Объем камеры сгорания, показанный на фиг.6А-6С, является объемом камеры сгорания, который получается, когда поршень находится при сжатии в верхней мертвой точке.

Фиг.6А наглядно иллюстрирует формулу, по которой рассчитывается степень механического сжатия. Эта степень механического сжатия представляет собой величину, автоматически определяемую объемом камеры сгорания и рабочим объемом цилиндра во время такта сжатия, которая выражается отношением (объем камеры сгорания+рабочий объем цилиндра)/(объем камеры сгорания). В случае с примером, показанным на фиг.6А, степень механического сжатия составляет (50 мл+500 мл)/50 мл=11.

На фиг.6В наглядно иллюстрируется формула, по которой рассчитывается степень фактического сжатия. Эта степень фактического сжатия представляет собой величину, определяемую объемом камеры сгорания и фактическим рабочим объемом цилиндра с того момента, когда начинается фактическое сжатие, до того момента, когда поршень достигает верхней мертвой точки, и при этом данная величина выражается как отношение (объем камеры сгорания+фактический рабочий объем цилиндра)/(объем камеры сгорания). В частности, как показано на фиг.6В, даже когда поршень начинает подниматься в ходе такта сжатия, то сжатия практически не происходит, пока впускной клапан открыт, и фактическое сжатие начинается, когда впускной клапан закрыт. Таким образом, степень фактического сжатия определяется по описанной выше формуле с использованием данных о фактическом рабочем объеме цилиндра. В случае с примером, показанным на фиг.6В, степень фактического сжатия составляет (50 мл+450 мл)/50 мл=10.

На фиг.6С наглядно иллюстрируется формула, с помощью которой рассчитывается степень расширения. Эта степень расширения представляет собой величину, определяемую рабочим объемом цилиндра во время такта расширения и объемом камеры сгорания, и выражается как отношение (объем камеры сгорания+рабочий объем цилиндра)/(объем камеры сгорания). В данном случае на примере, показанном на фиг.6С, показатель степени расширения составляет (50 мл+500 мл)/50 мл=11.

На фиг.7, 8А и 8В иллюстрируются основные свойства настоящего изобретения. На фиг.7 графически показано отношение между теоретическим термическим кпд и степенью расширения. На фиг.8А и 8В предлагаются для сравнения цикл с обычной степенью расширения и цикл с супервысокой степенью расширения, которые используются выборочно в зависимости от нагрузки, предлагаемой в данном изобретении.

На фиг.8А показан обычный цикл, при котором впускной клапан закрыт при нахождении поршня у нижней мертвой точки, и сжатие, выполняемое поршнем, начинается у нижней мертвой точки. На этом примере на фиг.8А объем камеры сгорания также составляет 50 мл, а рабочий объем составляет 500 мл, как в случае с примером, показанным на фиг.6А-6С. Как можно видеть на фиг.8А, при обычном цикле степень механического сжатия составляет отношение (50 мл+500 мл)/50 мл=11, при этом степень фактического сжатия приблизительно равна 11, а степень расширения составляет отношение (50 мл+500 мл)/50 мл=11. Таким образом, в обычном двигателе внутреннего сгорания показатели степени механического сжатия, степени фактического сжатия и степени расширения по существу равны друг другу.

На фиг.7 сплошная линия показывает, как изменяется теоретический термальный кпд, когда степень фактического сжатия и степень расширения являются по существу равными друг другу, то есть, как это происходит при обычном цикле. В этом случае на фиг.7 можно видеть, что, когда возрастает степень расширения, то есть когда возрастает степень фактического сжатия, возрастает теоретический термальный кпд. Соответственно, в обычных циклах, для того чтобы увеличить теоретический термальный кпд, достаточно увеличить степень фактического сжатия. Однако из-за ограничений, возникающих вследствие возможной детонации во время срабатывания двигателя с высокой нагрузкой, показатель верхнего предела степени фактического сжатия составляет приблизительно 12, и поэтому при обычных циклах теоретический термальный кпд не может быть увеличен в достаточной степени.

При таких обстоятельствах было проведено исследование относительно улучшения показателей теоретического термального кпд, при котором степень механического сжатия и степень фактического сжатия четко отличаются друг от друга. В результате было обнаружено, что при определении теоретического термального кпд степень расширения является доминирующим показателем, а показатель степени фактического сжатия практически не влияет на теоретический термальный кпд. А именно, когда степень фактического сжатия возрастает, хотя при этом возрастает и мощность детонации, на выполнение сжатия требуется больше энергии. По этой причине, даже когда степень фактического сжатия возрастает, теоретический термальный кпд практически не повышается.

С другой стороны, когда степень расширения увеличивается, период воздействия силы нажатия на поршень во время такта расширения удлиняется, так что период, во время которого поршень сообщает крутящий момент к коленчатому валу, увеличивается. Таким образом, поскольку степень расширения увеличилась, увеличивается теоретический термальный кпд. Прерывистая линия на фиг.7 показывает, как изменяется теоретический термальный кпд, когда степень расширения возрастает при показателе степени фактического сжатия, равном 10. Как можно видеть на фиг.7, по существу нет значительного различия между количественным показателем увеличения теоретического термального кпд, когда степень расширения возрастает, а степень фактического сжатия поддерживается на низком показателе, и количественным показателем увеличения теоретического термального кпд, когда и степень фактического сжатия, и степень расширения увеличиваются, как это показано сплошной линией на фиг.7.

Когда степень фактического сжатия поддерживается на низком показателе, детонации не возникает. Таким образом, когда степень расширения возрастает при поддерживании фактического сжатия на низком показателе, имеется возможность значительно увеличить теоретический термальный кпд, одновременно препятствуя возникновению детонации. На фиг.8 В показан пример, в котором степень расширения увеличивается с одновременным поддерживанием степени фактического сжатия на низком показателе, задействуя при этом механизм А регулирования степени сжатия и механизм В, р