Двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием

Двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение относится к системе управления двигателя внутреннего сгорания.

Уровень техники

Согласно публикации № 2007-303423 заявки на выдачу патента Японии был предложен двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием, содержащий механизм переменной степени сжатия, способный изменять степень механического сжатия, а также механизм регулировки фаз распределения, способный изменять время закрытия впускного клапана, при этом механизм степени сжатия используется во время работы двигателя при низкой нагрузке в сравнении с работой двигателя при высокой нагрузке, чтобы сделать степень расширения равной 20 или более.

В таком двигателе внутреннего сгорания с искровым зажиганием, во время работы двигателя при низкой нагрузке, степень механического сжатия (степень расширения) становится равной 20 или более, а время закрытия впускного клапана удаляется от нижней мертвой точки впуска с тем, чтобы поддерживать относительно низкой степень фактического сжатия в сравнении со степенью механического сжатия, чтобы пресечь возникновение стука по причине того, что степень фактического сжатия становится более высокой, одновременно реализуя крайне высокий тепловой КПД.

При этом, когда используется механизм переменной степени сжатия, такой как описанный в публикации № 2007-303423 заявки на выдачу патента Японии, чем выше степень сжатия, тем меньше объем камеры сгорания, когда поршень находится в верхней мертвой точке, следовательно, больше отношение площади к объему (отношение площади поверхности и объема камеры сгорания, здесь и далее именуемого как 'отношение площади к объему'). Таким образом, если отношение площади к объему становится больше, область гашения (область рядом с поверхностями стенок камеры сгорания и т.д., которых пламя не достигнет) становится относительно больше. HC в смеси воздух-топливо, которая находился в этой области гашения, не будет воспламеняться, поскольку даже если смесь воздух-топливо в камере сгорания горит, пламя не достигнет ее. С другой стороны, HC в смеси воздух-топливо, которая находился в этой области гашения, подвергается высокой температуре наряду с горением смеси воздух-топливо так, что его часть превращается в водород (H₂). То есть если используется механизм переменной степени сжатия для повышения степени механического сжатия, отношение площади к объему будет увеличиваться, и, следовательно, H₂ в выхлопном газе будет увеличиваться.

С другой стороны, во многих двигателях внутреннего сгорания в целях увеличения эффективности сгорания и улучшения выброса выхлопных газов, отношение смеси воздух-топливо, которая подается в камеру сгорания, поддерживается из расчета целевого отношения воздух-топливо (например, при стехиометрическом отношении воздух-топливо) при использовании кислородного датчика или датчика отношения воздух-топливо. Однако кислородный датчик и датчик отношения воздух-топливо являются высокочувствительными к H₂. Если количество сгенерированного H₂ увеличивается, выходное значение стремится к отклонению в сторону обогащения.

В частности, в упомянутом двигателе внутреннего сгорания с искровым зажиганием, когда степень механического сжатия становится равной 20 или больше, отношение площади к объему становится значительном большим, и согласно этому количество H₂, который выпускается из камеры сгорания, также становится большим. По этой причине выходное значение кислородного датчика или датчика отношения воздух-топливо значительно отклоняется в сторону обогащения на величину, которая не может быть проигнорирована, и концентрация кислорода и т.д. в выхлопном газе не может быть больше точно детектирована (определена). В результате отношение воздух-топливо не может больше управляться надлежащим образом, и в некоторых случаях вызывается ухудшение эффективности сгорания или ухудшение выброса выхлопных газов.

Краткое описание изобретения

Следовательно, принимая во внимание вышеупомянутые проблемы, задачей настоящего изобретения является создание системы управления двигателя внутреннего сгорания, которая обеспечивает возможность надлежащего управления двигателем внутреннего сгорания даже, если концентрация водорода в выхлопном газе увеличивается согласно увеличению отношения площади к объему.

Настоящее изобретение представляет средство для решения этой проблемы, а именно - двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием, описанный в формуле изобретения.

В первом аспекте настоящего изобретения, предоставлена система управления двигателя внутреннего сгорания, содержащая механизм изменения отношения площади к объему, способный изменять отношение площади к объему камеры сгорания, и устройство детектирования для параметра отличного от концентрации водорода, имеющее выходное значение, изменяющееся в соответствии с концентрацией водорода в выхлопном газе, которая увеличивается согласно увеличению отношения площади к объему, причем двигатель внутреннего сгорания управляется выходным значением устройства детектирования, при этом выходное значение устройства детектирования или параметра, относящегося к работе двигателя внутреннего сгорания, корректируется в соответствии с отношением площади к объему упомянутого механизма изменения отношения площади к объему.

Во втором аспекте настоящего изобретения выходное значение устройства детектирования или параметр, относящийся к работе двигателя внутреннего сгорания, корректируется так, что эффект концентрации водорода в выхлопном газе, которая увеличивается согласно увеличению отношения площади к объему, становится меньшим.

В третьем аспекте настоящего изобретения устройство детектирования является устройством, которое детектирует концентрацию определенного ингредиента в выхлопном газе, отличного от водорода, и концентрация определенного ингредиента, которая была детектирована устройством детектирования, корректируется в соответствии с отношением площади к объему механизма изменения отношения площади к объему.

В четвертом аспекте настоящего изобретения устройство детектирования является устройством, которое детектирует концентрацию определенного ингредиента, отличного от водорода, в выхлопном газе, а параметр, относящийся к работе двигателя внутреннего сгорания, корректируется в соответствии с отношением площади к объему механизма изменения отношения площади к объему.

В пятом аспекте настоящего изобретения устройство детектирования является кислородным датчиком или датчиком отношения воздух-топливо, который детектирует концентрацию кислорода в выхлопном газе или отношение воздух-топливо.

В шестом аспекте настоящего изобретения параметр, относящийся к работе двигателя внутреннего сгорания, является целевым отношением воздух-топливо.

В седьмом аспекте настоящего изобретения устройство детектирования является датчиком NO_X, который определяет концентрацию NO_X в выхлопном газе.

В восьмом аспекте настоящего изобретения система дополнительно содержит механизм регулировки фаз распределения, который способен управлять временем закрытия впускного клапана, при этом выходное значение устройства детектирования или параметр, относящийся к работе двигателя внутреннего сгорания, корректируется не только в соответствии с отношением площади к объему механизма изменения отношения площади к объему, но также со временем закрытия впускного клапана.

В девятом аспекте настоящего изобретения система дополнительно содержит проход EGR, который соединяет выхлопной проход двигателя и выпускной проход двигателя, и клапан EGR, который открывает и закрывает упомянутый проход EGR, при этом выходное значение устройства детектирования или параметр, относящийся к работе двигателя внутреннего сгорания, корректируется не только в соответствии с отношением площади к объему механизма изменения отношения площади к объему, но также со степенью открытия клапана EGR.

В десятом аспекте настоящего изобретения система дополнительно содержит нейтрализатор очистки выхлопов, который размещен в выхлопном проходе двигателя, при этом вышеупомянутое устройство детектирования имеет кислородный датчик или датчик отношения воздух-топливо передней по ходу стороны, который размещен на передней по ходу стороне вышеупомянутого нейтрализатора очистки выхлопов, и кислородный датчик или датчик отношения воздух-топливо задней по ходу стороны, который размещен на задней по ходу стороне нейтрализатора очистки выхлопов, величина подачи топлива корректируется на основе выходного значения кислородного датчика или датчика отношения воздух-топливо передней по ходу стороны так, что выхлопное отношение воздух-топливо становится целевым отношением воздух-топливо, когда выходное значение кислородного датчика или датчика отношения воздух-топливо передней по ходу стороны отклоняется от фактического выхлопного отношения воздух-топливо, выходное значение кислородного датчика или датчика отношения воздух-топливо передней по ходу стороны или величина подачи топлива корректируется на основе выходного значения кислородного датчика или датчика отношения воздух-топливо нижней по ходу стороны, и величина коррекции выходного значения кислородного датчика или датчика отношения воздух-топливо передней по ходу стороны или величина топлива на основе выходного значения кислородного датчика или датчика отношения воздух-топливо нижней по ходу стороны корректируется в соответствии с отношением площади к объему механизма изменения площади к объему.

В одиннадцатом аспекте настоящего изобретения механизм изменения отношения площади к объему является механизмом переменной степени сжатия, который может изменять степень механического сжатия.

В двенадцатом аспекте настоящего изобретения система дополнительно содержит механизм регулировки фаз распределения, который может управлять временем закрытия впускного клапана, при этом величина поступающего воздуха, который подается в камеру сгорания, главным образом управляется изменением времени закрытия впускного клапана, а степень механического сжатия становится более высокой во время работы двигателя при низкой нагрузке в сравнении со временем работы двигателя при высокой нагрузке.

В тринадцатом аспекте настоящего изобретения во время работы двигателя при высокой нагрузке, степень механического сжатия становится максимальной степенью механического сжатия.

В четырнадцатом аспекте настоящего изобретения во время работы двигателя при низкой нагрузке, степень расширения становится равной 20 или больше.

Настоящее изобретение будет более понятно после прочтения описания предпочтительных вариантов его осуществления, приведенных со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Краткое описание чертежей

фиг.1 - общее представление двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием;

фиг.2 - вид в перспективе в разборе механизма переменной степени сжатия;

фиг.3А и фиг.3В - виды сбоку поперечного сечения схематично проиллюстрированного двигателя внутреннего сгорания;

фиг.4 - вид, показывающий механизм регулировки фаз распределения;

фиг.5А и 5В - виды, показывающие величины подъема впускного клапана и выпускного клапана;

фиг.6А и фиг.6С - виды, объясняющие степень механического сжатия, степень фактического сжатия и степень расширения;

фиг.7 - вид, показывающий взаимоотношение между стехиометрическим тепловым КПД и степенью расширения;

фиг.8А и фиг.8В - виды, объясняющие обычный цикл и цикл сверхвысокой степени расширения;

фиг.9 - вид, показывающий изменения в степени механического сжатия и т.д. в соответствии с нагрузкой двигателя;

фиг.10 - блок схема последовательности операций, показывающая управление для вычисления целевого расхода топлива топливного инжектора;

фиг.11 - блок схема последовательности операций, показывающая управление обратной связью для вычисления величины поправки топлива;

фиг.12 - вид, показывающий взаимоотношение между степенью механического сжатия и целевым отношением воздух-топливо;

фиг.13 - вид, показывающий взаимоотношение между степенью механического сжатия и целевым отношением воздух-топливо;

фиг.14 - вид, показывающий взаимоотношение между степенью механического сжатия и целевым отношением воздух-топливо;

фиг.15 - блок-схема последовательности операций управления для установки целевого отношения воздух-топливо;

фиг.16A-16C - виды, показывающие карты соответствия различных параметров и величины коррекции целевого отношения воздух-топливо;

фиг.17 - вид, показывающий взаимоотношение между степенью механического сжатия и величиной коррекции выходного значения датчика отношения воздух-топливо в сторону обеднения;

фиг.18 - вид, показывающий взаимоотношение между степенью механического сжатия и величиной коррекции выходного значения датчика отношения воздух-топливо в сторону обеднения;

фиг.19 - общее представление двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием четвертого варианта осуществления;

фиг.20 - временная диаграмма фактического выхлопного отношения воздух-топливо, выходного значения кислородного датчика и выходного значения коррекции датчика отношения воздух-топливо; и

фиг.21 - вид, показывающий взаимоотношение между степенью механического сжатия и выравнивающим значением коррекции.

Наилучший способ осуществления изобретения

Со ссылкой на чертежи ниже будут объяснены варианты осуществления настоящего изобретения. При этом одинаковые или подобные компоненты на чертежах обозначены одинаковыми ссылочными позициями.

Фиг.1 представляет собой вид сбоку в поперечном сечении двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием.

На фиг.1 ссылочной позицией 1 обозначен картер двигателя, 2 - блок цилиндров, 3 - головку блока цилиндров, 4 - поршень, 5 - камеру сгорания, 6 - свечу зажигания, расположенную в верхней мертвой точке камеры 5 сгорания, 7 - впускной клапан, 8 - впускной канал, 9 - выпускной клапан и 10 - выпускной канал. Впускной канал 8 соединен посредством впускного патрубка 11 с расширительным бачком 12, между тем как впускной патрубок 11 предоставляется с топливным инжектором 13 для впрыска топлива в направлении соответствующего впускного канала 8. Каждый топливный инжектор 13 может быть расположен у каждой камеры 5 сгорания, вместо того, чтобы прикрепляться к каждому входному патрубку 11.

Расширительный бачок 12 соединен посредством впускной трубы 14 с воздушным фильтром 15. Впускная труба 14 внутри ее обеспечена дроссельной заслонкой 17, управляемой приводом 16, и детектором 18 количества поступающего воздуха, использующего, например, тепловую нить. С другой стороны, выпускной канал 10 соединяется посредством выпускного 19 коллектора с каталитическим конвертером 20, вмещающим, например, трехкомпонентный нейтрализатор 21, и выпускной коллектор 19 внутри него обеспечен датчиком 22 отношения воздух-топливо.

Выпускной коллектор 19 и впускной патрубок 11 (или впускной канал 8, расширительный бачок 12) соединены друг с другом посредством прохода 23 EGR для рециркуляционного выхлопного газа (ниже называемого "газом EGR"). Внутри этого прохода 23 EGR размещен клапан 24 управления EGR. Дополнительно, вокруг прохода 23 EGR размещено охлаждающее устройство 25 EGR для охлаждения газа EGR, проходящего через проход EGR. В двигателе внутреннего сгорания, показанном на фиг.1, охлаждающая жидкость двигателя подается в охлаждающее устройство 25 EGR, и охлаждающая жидкость двигателя используется для охлаждения газа EGR. В последующем разъяснении, впускной канал 8, впускной патрубок 11, расширительный бачок 12 и впускная труба 14 вместе называются 'впускным проходом двигателя'.

С другой стороны, в варианте осуществления, показанном на фиг.1, у соединительной части картера 1 двигателя и блока 2 цилиндров расположен механизм А переменной степени сжатия, который может изменять относительное местоположение картера 1 двигателя и блока 2 цилиндров в осевом направлении цилиндра для изменения объема камеры 5 сгорания, когда поршень 4 размещается в верхней мертвой точке. Более того, имеется механизм В регулируемых фаз распределения, который может изменять время закрытия впускного клапана 7.

Электронный блок 30 управления состоит из цифрового компьютера, обеспеченного компонентами, соединенными друг с другом посредством двухсторонней шины 31, такими как ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) 32, ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) 33, ЦП (микропроцессор) 34, входной порт 35 и выходной порт 36. Выходной сигнал детектора 18 количества поступающего воздуха и выходной сигнал датчика 22 отношения воздух-топливо являются входными данными через соответствующие аналого-цифровые преобразователи 37 (АЦП) к входному порту 35. Дополнительно, педаль 40 газа соединена с датчиком 41 нагрузки, генерирующим выходное напряжение пропорциональное величине вдавливания педали 40 газа. Выходное напряжение датчика 41 нагрузки является входными данными через соответствующий аналого-цифровой преобразователь 37 для входного порта 35. Дополнительно, входной порт 35 соединяется с датчиком 42 угла поворота коленчатого вала, генерирующим выходной импульс каждый раз, когда коленчатый вал поворачивается, например, на 30°. С другой стороны выходной порт 36 соединяется через соответствующие цепи 38 управления со свечой 6 зажигания, топливным инжектором 13, приводом 16 дроссельной заслонки, клапаном 24 управления EGR, механизмом А переменной степени сжатия и механизмом В регулируемых фаз распределения.

Фиг.2 представляет собой покомпонентный вид в перспективе механизма А переменной степени сжатия, показанного на фиг.1, между тем как фиг.3А и фиг.3В - схематично проиллюстрированные виды сбоку поперечного сечения двигателя внутреннего сгорания. Как показано на фиг.2, в нижней части двух боковых сторон блока 2 цилиндров, образовано множество выступающих частей 50, отделенных друг от друга на определенное расстояние. Каждая выступающая часть 50 образована с отверстием 51 круглого поперечного сечения для вставки кулачка. С другой стороны, верхняя поверхность картера 1 двигателя образована с множеством выступающих частей 52, разнесенных друг от друга на определенное расстояние и устанавливающихся между соответствующими выступающими частями 50. Эти выступающие части 52 также образованы с отверстиями 53 круглого поперечного сечения для вставки кулачков.

Как показано на фиг.2, предоставлена пара кулачковых валов 54, 55. Каждый из кулачковых валов 54, 55 имеет круглые кулачки 56, неподвижного закрепленные на нем, имеющие возможность быть вставленными с возможностью вращения в отверстия 51 вставки кулачков каждый в свое местоположение. Эти круглые кулачки 56 имеют общую ось с осями вращения кулачковых валов 54, 55. С другой стороны между круглыми кулачками 56, как показано штрихом на фиг.3А и 3В, продолжаются эксцентриковые валы 57, размещенные эксцентрическим образом в отношении осей вращения кулачковых валов 54, 55. Каждый эксцентриковый вал 57 имеет другие круглые кулачки 58, эксцентрическим образом с возможностью вращения скрепленные с ним, как показано на фиг.2, эти круглые кулачки 58 размещаются между круглыми кулачками 56. Эти круглые кулачки 53 вставляются с возможностью вращения в соответствующие отверстия 53 для вставки кулачков.

Когда круглые кулачки 56, скрепленные с кулачковыми валами 54, 55, вращаются в противоположных направлениях, как показано стрелками, отображенными сплошной линией на фиг.3А, из положения, показанного на фиг.3А, эксцентриковые валы 57 двигаются по направлению к нижней центральной части, поэтому круглые кулачки 58 поворачиваются в противоположных направлениях от круглых кулачков 56 в отверстиях 53 для вставки кулачков, как показано стрелками, отображенными пунктирной линией на фиг.3А. Как показано на фиг.3В, когда эксцентриковые валы 57 двигаются по направлению к нижней центральной части, центры круглых кулачков 58 двигаются под эксцентриковые валы 57.

Как будет понятно из сравнения фиг.3A и 3B, относительные местоположения картера 1 двигателя и блока 2 цилиндров определяются расстоянием между центрами круглых кулачков 56 и центрами круглых кулачков 58. Чем больше расстояние между центрами круглых кулачков 56 и центрами круглых кулачков 58, тем дальше блок 2 цилиндров от картера 1 двигателя. Если блок 2 цилиндров удаляется от картера 1 двигателя, объем камеры 5 сгорания увеличивается, когда поршень 4 располагается в верхней мертвой точке, следовательно, при вращении кулачковых валов 54, 55, объем камеры 5 сгорания может быть изменен, когда поршень 4 располагается в верхней мертвой точке.

Как показано на фиг.2, чтобы заставить кулачковые валы 54, 55 вращаться в противоположных направлениях, вал 60 приводящего двигателя 59 обеспечен парой червячных колес 61, 62, имеющих резьбы противоположных направлений. Зубчатые колеса 63, 64, входящие в зацепление с червячными колесами 61, 62, закреплены с концами кулачковых валов 54, 55. В этом варианте осуществления приводящий двигатель 59 может приводиться для изменения объема камеры 5 сгорания относительно в широком диапазоне, когда поршень 4 располагается в верхней мертвой точке. Следует отметить, что механизм А переменной степени сжатия, показанный на с фиг.1 по фиг.3, является примером. Может быть использован любой тип механизма переменной степени сжатия.

С другой стороны, дополнительно, фиг.4 показывает механизм В регулировки впускного клапана, закрепленный с кулачковым валом 70 для управления впускным клапаном 7 фиг.1. Как показано на фиг.4, механизм В регулировки впускного клапана состоит из преобразователя B1 кулачковой фазы, прикрепленного к одному концу кулачкового вала 70 и изменяющего фазу кулачка кулачкового вала 70, и преобразователя B2 угла кулачкового привода, размещенного между кулачковым валом 70 и подъемником 26 впускного клапана 7 и изменяющего угол привода (рабочий угол) кулачков кулачкового вала 70 в различные углы привода для передачи к впускному клапану 7. Заметим, что фиг.4 - вид сбоку в разрезе и горизонтальная проекция преобразователя B2 угла привода кулачка.

Сначала разъясняется преобразователь B1 кулачковой фазы механизма В регулировки впускного клапана, этот преобразователь В1 кулачковой фазы обеспечен зубчатым шкивом 71, принуждающимся вращаться коленчатым валом двигателя посредством зубчатого ремня в направлении стрелки, цилиндрическим корпусом 72, вращающимся вместе с зубчатым шкивом 71, валом 73 вращения, имеющим возможность вращаться вместе с кулачковым валом 70 и вращающимся относительно цилиндрического корпуса 72, множеством перегородок 74, продолжающихся от внутренней окружности цилиндрического корпуса 72 к внешней окружности вала 73 вращения, и лопастей 75, продолжающихся между перегородками 74 от внешней окружности вала 73 вращения к внутренней окружности цилиндрического корпуса 72, причем две стороны лопастей 75, образованы с гидравлическими камерами 76 режима опережения и гидравлическими камерами 77 режима запаздывания.

Подача рабочей жидкости на масляной основе в гидравлические камеры 76, 77 управляется клапаном 78 управления подачей рабочей жидкости на масляной основе. Этот клапан 78 управления подачи рабочей жидкости на масляной основе обеспечен гидравлическими каналами 79, 80, соединенными с гидравлическими камерами 76, 77, каналом 82 подачи для подачи рабочей жидкости на масляной основе, подающейся от гидравлического насоса 81, парой дренажных каналов 83, 84 и золотниковым клапаном 85 для управления соединением и отсоединением каналов 79, 80, 82, 83, 84.

Чтобы осуществить опережение по фазе кулачков кулачкового вала 70, на фиг.4 золотниковый клапан 85 вынуждается двигаться вниз, рабочая жидкость на масляной основе, подающаяся из канала 82 подачи, подается через гидравлический канал 79 к гидравлическим камерам 76 режима опережения, а рабочая жидкость на масляной основе гидравлических камер 77 режима запаздывания спускается через дренажный канал 84. В это время вал 73 вращения принуждается к вращению относительно цилиндрического корпуса 72 в направлении стрелки X.

В противоположность этому, для запаздывания фазы кулачка кулачкового вала 70 на фиг.4 золотниковый клапан 85 принуждается двигаться вверх, рабочая жидкость на основе масла, подающаяся от канала 82 подачи, подается через гидравлический канал 80 в гидравлические камеры 77 режима запаздывания, а рабочая жидкость на масляной основе спускается из гидравлических камер 76 режима опережения из дренажного канала 83. В это время вал 73 вращения принуждается для вращения относительно цилиндрического корпуса 72 в направлении противоположном стрелкам Х.

Когда вал 73 вращения принуждается к вращению относительно цилиндрического корпуса 72, если золотниковый клапан 85 возвращается в нейтральное местоположение, показанное на фиг.4, работа по относительному вращению вала 73 вращения заканчивается, и вал 73 вращения в этот момент времени удерживается в относительном местоположении вращения. Следовательно, возможно использовать преобразователь B1 кулачковой фазы с тем, чтобы осуществлять опережение или запаздывание по фазе кулачка кулачкового вала 70 на точно требуемую величину, как показано на фиг.5А. То есть, преобразователь B1 кулачковой фазы может осуществлять широкое опережение или запаздывание времени открытия впускного клапана 7.

Далее разъясняется преобразователь B2 угла кулачкового привода механизма B регулируемых фаз распределения, этот преобразователь B2 угла кулачкового привода обеспечен стержнем 90 управления, размещенным параллельно кулачковому валу 70 и принуждающимся двигаться приводом 91 в осевом направлении, промежуточным кулачком 94, зацепляющимися с кулачком 92 кулачкового вала 70, методом скольжения устанавливающимся на шлиц 93, образованный на стержне 90 управления и продолжающийся в его осевом направлении, и поворачивающимся кулачком 96, зацепляющимся с подъемником 26 клапана для привода впускного клапана 7 и методом скольжения, устанавливающимся на шлиц 95, продолжающийся по спирали и образованный на стержне 90 управления. Вращающийся кулачок 96 образован с кулачком 97.

Когда кулачковый вал 70 вращается, кулачок 92 каждый раз вынуждает промежуточный кулачок 94 поворачиваться на точный постоянный угол. В это время, поворачивающийся кулачок 96 также принуждается поворачиваться на точный постоянный угол. С другой стороны, промежуточный кулачок 94 и поворачивающийся кулачок 96 поддерживаются без движения в осевом направлении стержня 90 управления, следовательно, когда стержень 90 управления принуждается двигаться приводом 91 в осевом направлении, поворачивающийся кулачок 96 вынуждается поворачиваться относительного промежуточного кулачка 94.

Если кулачок 97 поворачивающегося кулачка 96 начинает зацепляться с подъемником 26 клапана, тогда кулачок 92 кулачкового вала 70 начинает зацепляться с промежуточным кулачком 94 по причине относительного углового взаимного расположения между промежуточным кулачком 94 и поворачивающимся кулачком 96, как показано (а) на фиг.5В, период времени открытия и значение подъема впускного клапана 7 становятся максимальными. В противоположность этому, когда привод 91 используется для того, чтобы вынудить поворачивающийся кулачок 96 поворачиваться относительно промежуточного кулачка 94 в направлении стрелки Y фиг.4, кулачок 92 кулачкового вала 70 зацепляется с промежуточным кулачком 94, затем через некоторое время кулачок 97 поворачивающегося кулачка 96 зацепляется с подъемником 26 клапана. В этом случае, как показано на фиг.5В, период времени открытия и значение подъема впускного клапана 7 становятся меньше чем (а).

Когда поворачивающийся кулачок 96 вынуждается дополнительно вращаться относительно промежуточного кулачка 94, в направлении стрелки Y фиг.4, как показано (с) на фиг.5В, период времени открытия и значение подъема впускного клапана 7 становятся еще меньшими. То есть, при использовании привода 91 для изменения относительного углового положения промежуточного кулачка 94 и поворачивающегося кулачка 96, период времени открытия впускного клапана 7 может широко изменяться. Однако в этом случае величина подъема впускного клапана 7 становится тем меньше, чем короче время открытия впускного клапана 7.

Преобразователь B1 кулачковой фазы может быть использован для широкого изменения времени открытия впускного клапана 7, а преобразователь В2 угла кулачкового привода может быть использован для широкого изменения периода времени открытия впускного клапана 7 таким образом, что и преобразователь B1 кулачковой фазы и преобразователь В2 угла кулачкового привода, т.е. механизм В регулировки впускного клапана может быть использован для широкого изменения времени открытия и периода времени открытия впускного клапана 7, то есть, времени открытия и времени закрытия впускного клапана 7.

Следует отметить, что механизм В регулировки впускного клапана, показанный на фиг.1 и 4, является примером. Также можно использовать разнообразные клапанные механизмы отличные от примера, показанного на фиг.1 и 4. В частности, в варианте осуществления согласно настоящему изобретению, в качестве механизма времени закрытия, который может изменять время закрытия впускного клапана, может быть использован механизм любого типа. Дополнительно, для выпускного клапана также может быть предоставлен механизм регулируемых фаз распределения, подобный механизму В регулируемых фаз распределения впускного клапана 7.

Далее будет объяснено значение терминов, использующихся в настоящей заявке, ссылаясь на фиг.6А-6С. Заметим, что фиг.6А-6С изображены для целей объяснения двигателя с объемом камер сгорания, составляющим 50 мл, и рабочим объемом цилиндра поршня 500 мл. На этих фиг.6А-6С, объем камеры сгорания показывает объем камеры сгорания, когда поршень находится в верхней мертвой точке.

Фиг.6А разъясняет степень механического сжатия. Степень механического сжатия является значением, определяемым механически из рабочего объема цилиндра поршня и объема камеры сгорания в момент такта сжатия. Степень механического сжатия выражается (объем камеры сгорания + рабочий объем цилиндра)/объем камеры сгорания. В примере, показанном на фиг.6А, такая степень механического сжатия равна (50 мл+500 мл)/50 мл=11.

Фиг.6В разъясняет степень фактического сжатия. Степень фактического сжатия является значением, определяемым из объема камеры сгорания и фактического рабочего объема цилиндра поршня с момента, когда фактически начинается действие по сжатию, до момента, когда поршень достигает верхней мертвой точки. Эта степень фактического сжатия выражается как (объем камеры сгорания + фактический рабочий объем цилиндра)/объем камеры сгорания. То есть, как показано на фиг.6В, даже если поршень начинает подниматься в такте сжатия, никакого действия по сжатию не происходит, пока впускной клапан открыт. Фактическое действие по сжатию начинается после закрытия впускного клапана. Следовательно, степень фактического сжатия выражается как выше, используя фактический рабочий объем цилиндра. В примере, показанном на фиг.6В, степень фактического сжатия равняется (50 мл+450 мл)/50 мл=10.

Фиг.6С разъясняет степень расширения. Степень расширения является значением, определяемым из рабочего объема цилиндра поршня во время рабочего такта и объема камеры сгорания. Эта степень расширения выражается как (объем камеры сгорания + рабочий объем цилиндра)/объем камеры сгорания. В примере, показанном на фиг.6А, эта степень расширения равна (50 мл+500 мл)/50 мл=11.

Далее будут объяснены самые основные признаки настоящего изобретения, ссылаясь на фиг.7, 8А и 8В. Заметим, что фиг.7 показывает взаимоотношение между теоретическим термическим КПД и степенью расширения, между тем как фиг.8А и фиг.8В показывают сравнение между обычным циклом и циклом сверхвысокой степени расширения, использующимся выборочно в соответствии с нагрузкой в настоящем изобретении.

Фиг.8А показывает обычный цикл, в котором впускной клапан закрывается рядом с верхней мертвой точкой, и действие по сжатию поршнем начинается по существу рядом с нижней мертвой точкой сжатия. В примере, показанном на этой фиг.8А, точно таким же образом, как в примерах, показанных на фиг.6A-6C объем камеры сгорания равен 50 мл, а рабочий объем цилиндра поршня равен 500 мл. Как будет понятно из фиг.8А в обычном цикле, степень механического сжатия составляет (50 мл+500 мл)/50 мл=11, степень фактического сжатия также находится около 11, а степень расширения становится равной (50 мл+500 мл)/50 мл=11. То есть, в обычном двигателе внутреннего сгорания степень механического сжатия и степень фактического сжатия, а также степень расширения становятся по существу равными.

Сплошная линия фиг.7 показывает изменение теоретического термического КПД в случае, где степень фактического сжатия и степень расширения являются по существу равными, то есть, в обычном цикле. В этом случае выясняется, что чем больше степень расширения, т.е. чем выше степень фактического сжатия, тем выше теоретический термический КПД. Следовательно, в обычном цикле, для повышения теоретического термического КПД, степень фактического сжатия следовало бы сделать более высокой. Однако из-за ограничений по наличию стука во время работы двигателя при большой нагрузке, степень фактического сжатия может быть повышена даже при максимуме до около 12, и соответственно при обычном цикле, теоретический термический КПД не может значительно эффективно повышаться.

С другой стороны, рассматривая теоретический термический КПД и проводя четкое отличие между степенью механического сжатия и степенью фактического сжатия выясняется, что в теоретическом термическом КПД степень расширения является доминирующей, и теоретический термический КПД вообще не находится под сильным воздействием степени фактического сжатия. То есть, при повышении степени фактического сжатия, сила детонации растет, но сжатие соответственно требует большой энергии, даже при повышении степени фактического сжатия теоретический термический КПД вообще не будет сильно расти.

В противоположность этому, при увеличении степени расширения, становится большим период, во время которого действует сила по толканию поршня в ходе рабочего такта, и, следовательно, тем дольше время, в течение которого поршень придает силу по вращению коленчатого вала. Следовательно, чем большей становится степень расширения, тем выше становится теоретический термический КПД. Пунктирная линия ε=10 фиг.7 показывает теоретический термический КПД в случае фиксирования степени фактического сжатия в 10, и повышении степени расширения в этом состоянии. Выясняется, что величина повышения теоретического термического КПД, когда повышается степень расширения в состоянии, где степень фактического сжатия поддерживается при низком значении вышеописанным образом, и величина повышения теоретического термического КПД в случае, где степень фактического сжатия увеличивается совместно со степенью расширения, как показано сплошной линией фиг.7, не будут сколько-то отличаться.

Таким образом, если степень фактического сжатия поддерживается в низком значении, стука происходить не будет, следовательно, при повышении степени расширения в состояние, где степень фактического сжатия поддерживается при низком значении, возникновение стука может быть предотвращено и теоретический термический КПД может быть значительно повышен. Фиг.8В показывает пример случая, когда для поддержки степени фактического сжатия в низком значении и увеличении степени расширения используются механизм А переменной степени сжатия и механизм В регулируемых фаз распределения.

Ссылаясь к фиг.8В в этом примере, механизм А переменной степени сжатия используется для уменьшения объема камеры сгорания с 50 мл до 20 мл. С другой стороны механизм В регулировки фаз распределения используется для запаздывания с временем закрытия впускного клапана, пока фактический рабочий объем цилиндра не изменится с 500 мл до 200 мл. В результате в этом примере, степень фактического сжатия становится (20 мл+200 мл)/20 мл=11, а степень расширения становится (20 мл+500 мл)/20 мл=26. В обычном цикле, показанном на фиг.8А, как разъяснено выше, степень фактичес