ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ИСКРОВЫМ ЗАЖИГАНИЕМ

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания с искровым зажиганием.

Известный уровень техники

В уровне техники известны двигатели внутреннего сгорания с искровым зажиганием, снабженные механизмом изменения степени сжатия, который может изменять механическую степень сжатия, и механизмом изменения момента открытия и закрытия клапана, который может регулировать момент закрытия впускного клапана и который предназначен для поддержания фактической степени сжатия, по существу, постоянной независимо от нагрузки на двигатель (см., например, патентный документ 1). В этом двигателе внутреннего сгорания при увеличении нагрузки на двигатель, т.е. когда требуемое количество всасываемого воздуха увеличивается, момент закрытия впускного клапана устанавливается с опережением, чтобы приблизить его к нижней мертвой точке при впуске. При этом, чтобы поддержать фактическую степень сжатия по существу постоянной, механическую степень сжатия снижают при увеличении требуемого количества всасываемого воздуха.

Список ссылок

Патентные документы

Патентный документ 1: опубликованная патентная заявка Японии (А) №2007-303423

Краткое изложение сущности изобретения

Техническая задача

В связи с этим, если таким образом изменять момент закрытия впускного клапана и механическую степень сжатия в соответствии с требуемым количеством всасываемого воздуха, то обычно скорости, с которыми можно изменять момент закрытия впускного клапана и механическую степени сжатия, отличаются друг от друга. Вообще говоря, для изменения механической степени сжатия требуется больше времени, чем для изменения момента закрытия впускного клапана. Поэтому, например, когда требуемое количество всасываемого воздуха уменьшают, скорость задержки момента закрытия впускного клапана становится больше, чем скорость увеличения механической степени сжатия, и поэтому количество всасываемого воздуха уменьшают до того, как механическая степень сжатия увеличится. В результате возникает проблема, заключающаяся в том, что конечное давление сжатия в камере сгорания становится ниже и поэтому достаточное сгорание не может быть долее получено.

Поэтому в двигателе внутреннего сгорания с искровым зажиганием, снабженном механизмом изменения степени сжатия и механизмом изменения момента открытия и закрытия клапана, необходимо установить запретную зону, в которой конечное давление сжатия становится низким для сочетаний механической степени сжатия, момента закрытия впускного клапана и количества всасываемого воздуха, и запретить перемещение рабочей точки, соответствующей данному сочетанию механической степени сжатия, момента закрытия впускного клапана и количества всасываемого воздуха, в эту запретную зону.

В этом отношении в данном случае, когда вышеупомянутая рабочая точка достигнет запретной зоны, есть возможность изменить направление перемещения рабочей точки на направление, в котором она не попадет в запретную зону, и тем самым предотвратить вход рабочей точки в запретную зону. Однако, даже если изменить направление перемещения рабочей точки, когда рабочая точка достигает запретной зоны, иногда рабочая точка фактически может достигать запретной зоны. Поэтому есть проблема, заключающаяся в том, что существует риск того, что достаточное сгорание не может быть долее получено.

Целью настоящего изобретения является обеспечение двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием, способного обеспечить достаточное сгорание при уменьшении требуемого количества всасываемого воздуха.

Решение задачи

В соответствии с настоящим изобретением обеспечивается двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием, содержащий механизм изменения степени сжатия, который может изменять механическую степень сжатия, и механизм изменения момента открытия и закрытия клапана, который может регулировать момент закрытия впускного клапана, и в котором устанавливается запретная зона для сочетания механической степени сжатия, момента закрытия впускного клапана и количества всасываемого воздуха, при этом предотвращается вход рабочей точки, показывающей указанное сочетание механической степени сжатия, момента закрытия впускного клапана и количества всасываемого воздуха, в запретную зону независимо от рабочего состояния двигателя, а запретная зона является самой обширной во время минимального количества всасываемого воздуха и постепенно становится меньше по мере увеличения количества всасываемого воздуха, причем устанавливается запретный слой, который простирается по краю запретной зоны во время минимального количества всасываемого воздуха и который простирается от запретной зоны в сторону увеличения количества всасываемого воздуха, охватывая запретную зону по мере того, как увеличивается количество всасываемого воздуха от минимального количества всасываемого воздуха, при этом предотвращается вход рабочей точки в запретный слой, когда требуемое количество всасываемого воздуха уменьшают и рабочая точка перемещается к запретной зоне, за счет чего блокируется вход рабочей точки в запретную зону.

Полезные эффекты изобретения

Перемещение рабочей точки по направлению к запретной зоне блокируется запретным слоем до приближения рабочей точки к запретной зоне. В результате можно надежно избежать попадания рабочей точки в запретную зону и, следовательно, обеспечить достаточное сгорание.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет собой вид двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием в общих чертах.

Фиг.2 представляет собой общий вид механизма изменения степени сжатия в разобранном состоянии.

Фиг.3 представляет собой продольный разрез показанного двигателя внутреннего сгорания.

Фиг.4 представляет собой вид, на котором показан механизм изменения момента открытия и закрытия клапана.

Фиг.5 представляет собой вид, на котором показаны величины подъема впускного клапана и выпускного клапана.

Фиг.6 представляет собой вид, на котором поясняются механическая степень сжатия, фактическая степень сжатия и степень расширения.

Фиг.7 представляет собой вид, на котором показана взаимосвязь между теоретическим тепловым кпд и степенью расширения.

Фиг.8 представляет собой вид, на котором поясняются обычный цикл и цикл со сверхвысокой степенью расширения.

Фиг.9 представляет собой вид, на котором показаны изменения механической степени сжатия и т.д. в соответствии с нагрузкой на двигатель.

Фиг.10 представляет собой вид, на котором показаны запретные зоны и целевая рабочая линия.

Фиг.11 представляет собой вид, на котором показаны запретные зоны и целевая рабочая линия.

Фиг.12 представляет собой вид, на котором показана запретная зона.

Фиг.13 представляет собой вид, на котором показаны целевая рабочая точка и рабочая точка.

Фиг.14 представляет собой вид, на котором показаны целевая рабочая точка и рабочая точка.

Фиг.15 представляет собой вид, на котором показаны изменения механической степени сжатия, момента закрытия впускного клапана и степени открытия дроссельной заслонки.

Фиг.16 представляет собой вид, на котором показана величина изменения механической степени сжатия за фиксированное время.

Фиг.17 представляет собой вид, на котором показана величина изменения механической степени сжатия за фиксированное время.

Фиг.18 представляет собой вид, на котором показаны изменения механической степени сжатия, момента закрытия впускного клапана и степени открытия дроссельной заслонки.

Фиг.19 представляет собой вид, на котором показаны целевая рабочая точка и рабочая точка.

Фиг.20 представляет собой вид, на котором показаны целевая рабочая точка и рабочая точка.

Фиг.21 представляет собой вид, на котором показаны целевая рабочая точка и рабочая точка.

Фиг.22 представляет собой вид, на котором показаны целевая рабочая точка и рабочая точка.

Фиг.23 представляет собой вид, на котором показаны целевая рабочая точка и рабочая точка.

Фиг.24 представляет собой вид, на котором показаны целевая рабочая точка и рабочая точка.

Фиг.25 представляет собой вид, на котором показаны целевая рабочая точка и рабочая точка.

Фиг.26 представляет собой вид, на котором показаны целевая рабочая точка и рабочая точка.

Фиг.27 представляет собой временную диаграмму, показывающую изменения механической степени сжатия, момента закрытия впускного клапана, степени открытия дроссельной заслонки, и т.д.

Фиг.28 представляет собой временную диаграмму, показывающую изменения количества всасываемого воздуха, фактически подаваемого в камеры сгорания 5.

Фиг.29 представляет собой вид, на котором показаны запретная зона Х₂ и целевая рабочая линия W.

Фиг.30 представляет собой вид, на котором показаны запретная зона Х₂ и целевая рабочая линия W.

Фиг.31 представляет собой временную диаграмму, показывающую изменения фактического количества всасываемого воздуха, и т.д.

Фиг.32 представляет собой временную диаграмму, показывающую изменения фактического количества всасываемого воздуха, и т.д.

Фиг.33 представляет собой вид, на котором показан запретный слой.

Фиг.34 представляет собой графики, на которых показан запретный слой.

Фиг.35 представляет собой вид, на котором показан кпд при наддуве.

Фиг.36 представляет собой вид, на котором показаны целевая рабочая точка и рабочая точка.

Фиг.37 представляет собой вид, на котором показаны целевая рабочая точка и рабочая точка.

Фиг.38 представляет собой вид, на котором показаны целевая рабочая точка и рабочая точка.

Фиг.39 представляет собой временную диаграмму, показывающую изменения механической степени сжатия, момента закрытия впускного клапана, степени открытия дроссельной заслонки, и т.д.

Фиг.40 представляет собой вид, на котором показаны целевая рабочая точка и рабочая точка.

Фиг.41 представляет собой временную диаграмму, показывающую изменения механической степени сжатия, момента закрытия впускного клапана, степени открытия дроссельной заслонки, и т.д.

Фиг.42 представляет собой график, на котором показаны целевая рабочая точка и рабочая точка.

Фиг.43 представляет собой временную диаграмму, иллюстрирующую изменение механической степени сжатия, момента закрытия впускного клапана, степени открытия дроссельной заслонки, и т.д.

Фиг.44 представляет собой последовательность действий для вычисления целевого значения.

Фиг.45 представляет собой последовательность действий для вычисления целевого значения.

Фиг.46 представляет собой последовательность действий для вычисления целевого значения.

Фиг.47 представляет собой последовательность действий для вычисления целевого значения.

Фиг.48 представляет собой последовательность действий по управлению приведением в действие механизма изменения степени сжатия и т.д.

Описание примеров осуществления

Фиг.1 представляет собой продольное сечение двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием.

На фиг.1 позицией 1 обозначен картер двигателя, позицией 2 - блок цилиндров, позицией 3 - головка блока цилиндров, позицией 4 - поршень, позицией 5 - камера сгорания, позицией 6 - свеча зажигания, расположенная в центре верхней поверхности камеры сгорания 5, позицией 7 - впускной клапан, позицией 8 - впускное отверстие, позицией 9 - выпускной клапан и позицией 10 - выпускное отверстие. Каждое впускное отверстие 8 сообщается через впускной патрубок 11 с уравнительной камерой 12. У каждого впускного патрубка 11 расположена топливная форсунка 13 для впрыскивания топлива в соответствующее впускное отверстие 8. Следует отметить, что топливные форсунки 13 можно также расположить внутри камер сгорания 5, а не прикреплять к впускным патрубкам 11.

Уравнительная камера 12 сообщена через впускной канал 14 с воздушным фильтром 15. Внутри впускного канала 14 размещены дроссельная заслонка 17, которую приводит в действие исполнительный механизм 16, и датчик 18 количества всасываемого воздуха, в котором используется, например, проволока высокого сопротивления. С другой стороны, каждое выпускное отверстие 10 сообщается через выпускную трубу 19 с каталитическим преобразователем 20, в котором установлен, например, катализатор тройного действия. В выпускной трубе 19 расположен измеритель 21 соотношения воздуха и топлива.

С другой стороны, в примере осуществления, показанном на фиг.1, у соединительной части картера 1 двигателя и блока 2 цилиндров обеспечивается механизм А изменения степени сжатия, который способен изменять взаимное положение картера 1 двигателя и блока 2 цилиндров в осевом направлении цилиндров, чтобы изменять объем камеры сгорания 5, когда поршень 4 находится в верхней мертвой точке при сжатии. Кроме того, обеспечивается механизм В изменения момента начала фактического действия сжатия, который способен изменять момент начала фактического действия сжатия. Необходимо отметить, что в примере осуществления, показанном на фиг.1, этот механизм В изменения момента начала фактического действия сжатия содержит механизм изменения момента открытия и закрытия клапана, способный регулировать момент закрытия впускного клапана 7.

Как показано на фиг.1, картер 1 двигателя и блок 2 цилиндров имеют прикрепленный к ним датчик 22 относительного положения для определения относительного положения картера 1 двигателя и блока 2 цилиндров. Этот датчик 22 относительного положения выдает выходной сигнал, показывающий изменение расстояния между блоком 2 цилиндров и картером 1 двигателя. Кроме того, к механизму В изменения момента открытия и закрытия клапана прикреплен датчик 23 момента открытия и закрытия впускного клапана, генерирующий выходной сигнал, показывающий момент закрытия каждого впускного клапана 7, в то время как к исполнительному механизму 16 для приведения в действие и использования дроссельной заслонки прикреплен датчик 24 степени открытия дроссельной заслонки, генерирующий выходной сигнал, показывающий степень открытия дроссельной заслонки.

Электронный блок управления 30 содержит цифровой компьютер, снабженный ПЗУ (постоянным запоминающим устройством) 32, ОЗУ (оперативным запоминающим устройством) 33, центральным процессором ЦП (микропроцессором) 34, входным портом 35 и выходным портом 36, которые соединены друг с другом двунаправленной шиной 31. К уравнительной камере 12 прикреплен датчик давления 25, предназначенный для определения давления внутри уравнительной камеры 12. Выходные сигналы датчика 18 количества всасываемого воздуха, измерителя 21 соотношения воздуха и топлива, датчика 22 относительного положения, датчика 23 момента открытия и закрытия клапана, датчика 24 степени открытия дроссельной заслонки и датчика давления 25 вводятся через соответствующие аналого-цифровые преобразователи (АЦП) 37 во входной порт 35. Кроме того, педаль 40 акселератора присоединена к датчику нагрузки 41, который генерирует выходное напряжение, пропорциональное величине нажатия L на педаль 40 акселератора. Выходное напряжение датчика нагрузки 41 подается через соответствующий АЦП 37 на входной порт 35. Кроме того, входной порт 35 соединен с датчиком 42 угла поворота коленчатого вала, генерирующим выходной импульс при каждом повороте коленчатого вала, например, на 30°. С другой стороны, выходной порт 36 подключен через соответствующие схемы возбуждения 38 к свечам зажигания 6, топливным форсункам 13, исполнительному механизму 16 для приведения в действие и использования дроссельной заслонки, механизму А изменения степени сжатия и механизму В изменения момента открытия и закрытия клапана.

Фиг.2 представляет собой общий вид механизма А изменения степени сжатия в разобранном состоянии, который показан на фиг.1, а фиг.3 представляет собой схематичный продольный разрез показанного двигателя внутреннего сгорания. Согласно фиг.2 внизу двух боковых стенок блока 2 цилиндров выполнено множество выступающих частей 50 с интервалами друг от друга. В выступающих частях 50 выполнены отверстия 51 круглого поперечного сечения под кулачок. С другой стороны, на верхней поверхности картера 1 двигателя выполнено множество выступающих частей 52 с интервалами друг от друга, которые входят между соответствующими выступающими частями 50. В этих выступающих частях 52 также выполнены отверстия 53 круглого поперечного сечения под кулачки.

Как показано на фиг.2, имеется пара распределительных валов 54 и 55. На распределительных валах 54 и 55 закреплены с чередованием через одну позицию дисковые кулачки 58, способные при вращении входить в отверстия 53 под кулачок. Эти дисковые кулачки 58 соосны осям вращения распределительных валов 54 и 55. С другой стороны, по обеим сторонам каждого дискового кулачка 58, как показано на фиг.3, расположены эксцентриковые валы 57, установленные эксцентрично по отношению к осям вращения распределительных валов 54 и 55. На эксцентриковых валах 57 эксцентрично закреплены с возможностью вращения другие дисковые кулачки 56. Как показано на фиг.2, эти дисковые кулачки 56 расположены по обеим сторонам каждого дискового кулачка 58. При вращении эти дисковые кулачки 56 входят в соответствующие отверстия 51 под кулачки. Кроме того, как показано на чертеже фиг.2, к распределительному валу 55 прикреплен датчик 25 угла поворота кулачка, генерирующий выходной сигнал, показывающий угол поворота распределительного вала 55.

Если дисковые кулачки 58, которые прикреплены к распределительным валам 54 и 55, вращают в противоположных направлениях, как показано стрелками на фиг.3(А), из положения, показанного на фиг.3(А), эксцентриковые валы 57 перемещаются в противоположных направлениях, поэтому дисковые кулачки 56 вращаются в противоположных направлениях от дисковых кулачков 58 в отверстиях 51 под кулачки, и, как показано на фиг.3(В), положения эксцентриковых валов 57 изменяются от верхних положений к положениям промежуточной высоты. Далее, если дисковые кулачки 58 вращать в направлении по стрелке, как показано на фиг.3(С), то эксцентриковые валы 57 займут самое нижнее положение.

Необходимо отметить, что на фиг.3(А), фиг.3(В) и фиг.3(С) показано взаимное расположение центра "а" дискового кулачка 58, центра "b" эксцентрикового вала 57 и центра "с" дискового кулачка 56 в соответствующих состояниях.

Как можно понять из сравнения фиг.3(А) - фиг.3(С), относительные положения картера 1 двигателя и блока 2 цилиндров определяются расстоянием между центром "а" дискового кулачка 58 и центром "с" дискового кулачка 56. Чем больше расстояние между центром "а" дискового кулачка 58 и центром "с" дискового кулачка 56, тем дальше блок 2 цилиндров от картера 1 двигателя. То есть механизм А изменения степени сжатия изменяет взаимное положение блока 2 цилиндров и картера 1 двигателя с помощью кривошипно-шатунного механизма, в котором используется вращающийся кулачок. Если блок 2 цилиндров удаляется от картера 1 двигателя, объем камеры сгорания 5, когда поршень 4 расположен в верхней мертвой точке при сжатии, увеличивается, поэтому путем вращения распределительных валов 54 и 55 можно изменить объем камеры сгорания, когда поршень 4 расположен в верхней мертвой точке при сжатии.

Как показано на фиг.2, чтобы распределительные валы 54 и 55 вращались в противоположных направлениях, вал приводного электродвигателя 59 снабжен парой червяков 61 и 62 с противоположным направлением резьбы. Червячные колеса 63 и 64, взаимодействующие с этими червяками 61 и 62, прикреплены к концам распределительных валов 54 и 55. В этом примере осуществления путем приведения в действие приводного электродвигателя 59 можно в широком диапазоне изменять объем камеры сгорания 5, когда поршень 4 находится в верхней мертвой точке при сжатии.

С другой стороны, на фиг.4 показан механизм В изменения момента открытия и закрытия клапана, который присоединен к концу распределительного вала 70 для приведения в действие впускного клапана 7 на фиг.1. Согласно фиг.4 этот механизм В изменения момента открытия и закрытия клапана снабжен синхронным шкивом 71, который приводится во вращение коленчатым валом двигателя с помощью зубчатого ремня в направлении стрелки; цилиндрическим корпусом 72, который вращается вместе с синхронным шкивом 71; валом 73, который вращается вместе с распределительным валом 70 для приведения в действие впускного клапана и может вращаться относительно цилиндрического корпуса 72; множеством перемычек 74, которые расположены от внутренней окружности цилиндрического корпуса 72 до наружной окружности вала 73; и лопатками 75, которые расположены между перемычками 74 от наружной окружности вала 73 до внутренней окружности цилиндрического корпуса 72. По обеим сторонам лопаток 75 образованы гидравлические камеры 76, используемые для опережения и гидравлические камеры 77, используемые для задержки.

Подача рабочего масла в гидравлические камеры 76 и 77 регулируется регулирующим клапаном 78 подачи рабочего масла. Этот регулирующий клапан 78 подачи рабочего масла снабжен гидравлическими каналами 79 и 80, которые сообщаются с гидравлическими камерами 76 и 77, каналом 82 подачи для рабочего масла, которое подается от гидравлического насоса 81, парой дренажных каналов 83 и 84 и золотниковым клапаном 85 для управления сообщением и разобщением каналов 79, 81, 82, 83 и 84.

Когда необходимо обеспечить опережение фазы кулачков распределительного вала 70 для приведения впускного клапана в действие, золотниковый клапан 85 на фиг.4 перемещают вправо, рабочее масло, которое подается по каналу 82 подачи, проходит через гидравлический канал 79 в гидравлические камеры 76, используемые для опережения, а рабочее масло из гидравлических камер 77, используемых для задержки, выводится по дренажному каналу 84. При этом вал 73 вращают относительно цилиндрического корпуса 72 в направлении стрелки.

И, наоборот, для обеспечения отставания фазы кулачков распределительного вала 70 для приведения в действие впускного клапана на фиг.4 золотниковый клапан 85 перемещают влево, рабочее масло, которое подается по каналу 82 подачи, проходит через гидравлический канал 80 в гидравлические камеры 77, используемые для отставания, а рабочее масло из гидравлических камер 76, используемых для опережения, отводится по дренажному каналу 83. При этом вал 73 вращают относительно цилиндрического корпуса 72 в направлении, противоположном стрелке.

Когда вал 73 вращается относительно цилиндрического корпуса 72, то если золотниковый клапан 85 возвращается в нейтральное положение, показанное на фиг.4, относительное вращение вала 73 прекращается. В это время вал 73 удерживается в положении относительного вращения. Поэтому можно использовать механизм В изменения момента открытия и закрытия клапана таким образом, чтобы обеспечить опережение или отставание фазы кулачков распределительного вала 70 для приведения в действие впускного клапана точно на желаемую величину.

На фиг.5 сплошной линией показано время, когда фаза кулачка распределительного вала 70 для приведения впускного клапана в действие и использования, имеет максимальное опережение, тогда как пунктирной линией показано, когда фаза кулачка распределительного вала 70 для приведения впускного клапана в действие и использования имеет максимальную задержку с помощью механизма В изменения момента открытия и закрытия клапана. Поэтому период открытия впускного клапана 7 может быть установлен в любом диапазоне в зоне, показанной сплошной линией на фиг.5, и в диапазоне, показанном пунктирной линией, поэтому момент закрытия впускного клапана 7 может быть также установлен в соответствии с любым углом поворота коленчатого вала в диапазоне, показанном стрелкой "с" на фиг.5.

Механизм В изменения момента открытия и закрытия клапана, показанный на фиг.1 и фиг.4, представляет собой один пример. Например, можно использовать механизм изменения момента открытия и закрытия клапана, который изменяет только момент закрытия впускного клапана при сохранении момента открытия впускного клапана постоянным, или другие типы механизмов изменения момента открытия и закрытия клапана.

Далее значение терминов, используемых в настоящей заявке, будет объяснено со ссылкой на фиг.6. Необходимо отметить, что на фиг.6(А), 6(В) и 6(С) для пояснительных целей показан двигатель с объемом камер сгорания 50 мл и рабочим объемом цилиндра поршня 500 мл. На этих фиг.6(А), 6(В) и 6(С) «объем камеры сгорания» означает объем камеры сгорания, когда поршень находится в верхней мертвой точке при сжатии.

Фиг.6(А) объясняет механическую степень сжатия. Механическая степень сжатия представляет собой величину, определяемую механически только по рабочему объему цилиндра поршня и объему камеры сгорания во время такта сжатия. Эта механическая степень сжатия выражается как (объем камеры сгорания + рабочий объем цилиндра)/объем камеры сгорания. В примере, показанном на фиг.6(А), эта механическая степень сжатия определяется как (50 мл+500 мл)/50 мл=11.

Фиг.6(В) объясняет фактическую степень сжатия. Эта фактическая степень сжатия представляет собой величину, определяемую по фактическому рабочему объему цилиндра поршня и объему камеры сгорания с момента, когда действие сжатия фактически начинается, до момента, когда поршень достигает верхней мертвой точки при сжатии. Эта фактическая степень сжатия выражается как (объем камеры сгорания + фактический рабочий объем цилиндра)/объем камеры сгорания. То есть, как показано на фиг.6(В), даже если поршень начинает подниматься на такте сжатия, действие сжатия не будет осуществляться, пока впускной клапан открыт. Фактическое действие сжатия начинается после закрытия впускного клапана. Поэтому фактическая степень сжатия выражается так, как указано выше, с использованием фактического рабочего объема цилиндра. В примере, показанном на фиг.6(В), фактическая степень сжатия определяется как (50 мл+450 мл)/50 мл=10.

Фиг.6(С) объясняет степень расширения. Степень расширения представляет собой величину, определяемую по рабочему объему цилиндра поршня и объему камеры сгорания во время такта расширения. Эта степень расширения выражается как (объем камеры сгорания + рабочий объем цилиндра)/объем камеры сгорания. В примере, показанном на фиг.6 (С), эта степень расширения определяется как (50 мл+500 мл)/50 мл=11.

Далее со ссылкой на фиг.7 и 8 будет пояснен цикл со сверхвысокой степенью расширения, который используется в настоящем изобретении. Необходимо отметить, что на фиг.7 показана взаимосвязь между теоретическим тепловым кпд и степенью расширения, а на фиг.8 показано сравнение обычного цикла и цикла со сверхвысокой степенью расширения, используемых в настоящем изобретении выборочно в соответствии с нагрузкой.

На фиг.8(А) показан обычный цикл, когда впускной клапан закрывается около нижней мертвой точки и действие сжатия посредством поршня начинается по существу около нижней мертвой точки при всасывании. В примере, показанном на фиг.8(А), как и в примерах, показанных на фиг.6(А), 6(В) и 6(С), объем камеры сгорания равен 50 мл, а рабочий объем цилиндра поршня - 500 мл. Как можно понять из фиг.8(А), в обычном цикле механическая степень сжатия равна (50 мл+500 мл)/50 мл=11, фактическая степень сжатия также равна приблизительно 11, степень расширения также становится равной (50 мл+500 мл)/50 мл=11. То есть в обычном двигателе внутреннего сгорания механическая степень сжатия, фактическая степень сжатия и степень расширения становятся по существу одинаковыми.

Сплошной линией на фиг.7 показано изменение теоретического теплового кпд в том случае, когда фактическая степень сжатия и степень расширения являются по существу одинаковыми, т.е. в обычном цикле. В этом случае понятно, что чем выше степень расширения, т.е. чем выше фактическая степень сжатия, тем выше теоретический тепловой кпд. Поэтому в обычном цикле, чтобы увеличить теоретический тепловой кпд, достаточно увеличить фактическую степень сжатия. Однако из-за ограничений, связанных с возникновением детонации во время работы двигателя с высокой нагрузкой, фактическая степень сжатия может быть увеличена только до максимального значения, равного приблизительно 12. Соответственно в обычном цикле теоретический тепловой кпд не может быть достаточно высоким.

С другой стороны, в этой ситуации, чтобы повысить теоретический тепловой кпд, были проведены исследования при строгом различении механической степени сжатия и фактической степени сжатия, и в результате было обнаружено, что в теоретическом тепловом кпд преобладает степень расширения и на него во многом не влияет фактическая степень сжатия. То есть, если увеличить фактическую степень сжатия, сила взрыва возрастет, но сжатие требует большой энергии, соответственно, даже если увеличить фактическую степень сжатия, теоретический тепловой кпд намного не увеличится.

В противоположность этому, если увеличивать степень расширения, то тем длительнее будет период времени, в течение которого на поршень во время такта расширения действует нажимающая сила, поэтому продолжительнее становится период времени, в течение которого поршень создает вращательное усилие на коленчатый вал. Поэтому чем больше степень расширения, тем выше теоретический тепловой кпд. Пунктирная линия ε=10 на фиг.7 показывает теоретический тепловой кпд в случае увеличения степени расширения в состоянии фиксации фактической степени сжатия при 10. Таким образом, понятно, что нет большого отличия между величиной повышения теоретического теплового кпд при повышении степени расширения в состоянии, когда фактическая степень сжатия ε поддерживается на низком уровне, и величиной повышения теоретического теплового кпд, когда фактическую степень сжатия увеличивают вместе со степенью расширения, как показано сплошной линией на фиг.7.

Если фактическая степень сжатия поддерживается на низком уровне таким образом, детонации не произойдет. Поэтому, если повысить степень расширения в состоянии, когда фактическая степень сжатия поддерживается на низком уровне, детонацию можно предотвратить и при этом можно значительно увеличить теоретический тепловой кпд. На фиг.8(В) показан пример случая использования механизма А изменения степени сжатия и механизма В изменения момента открытия и закрытия клапана для поддержания фактической степени сжатия на низком уровне и повышения при этом степени расширения.

В примере на фиг.8(В) механизм А изменения степени сжатия используется для уменьшения объема камеры сгорания с 50 мл до 20 мл. С другой стороны, механизм В изменения момента открытия и закрытия клапана используется для задержки момента закрытия впускного клапана до тех пор, пока объем фактического такта поршня не изменится с 500 мл до 200 мл. В результате в этом примере фактическая степень сжатия становится (20 мл+200 мл)/20 мл=11, в то время как степень расширения становится (20 мл+500 мл)/20 мл=26. В обычном цикле, показанном на фиг.8(А), как объяснено выше, фактическая степень сжатия приблизительно равна 11 и степень расширения равна 11. По сравнению с этим случаем в случае, показанном на фиг.8(В), понятно, что только степень расширения увеличивается до 26. По этой причине такой цикл называется «цикл со сверхвысокой степенью расширения».

Вообще говоря, в двигателе внутреннего сгорания, чем меньше нагрузка на двигатель, тем хуже тепловой кпд. Поэтому для повышения теплового кпд во время работы транспортного средства, то есть для повышения топливной экономичности, становится необходимым повышение теплового кпд во время работы двигателя с низкой нагрузкой. С другой стороны, в цикле со сверхвысокой степенью расширения, показанном на фиг.8(В), фактический рабочий объем цилиндра поршня во время такта сжатия делают меньше, поэтому количество всасываемого воздуха, которое может поступать в камеру сгорания 5, становится меньше, следовательно, такой цикл со сверхвысокой степенью расширения может использоваться только тогда, когда нагрузка на двигатель является относительно низкой. Поэтому в настоящем изобретении, когда нагрузка на двигатель является относительно низкой, используется цикл со сверхвысокой степенью расширения, показанный на фиг.8(В), а во время работы двигателя с высокой нагрузкой используется обычный цикл, показанный на фиг.8(А).

Далее со ссылкой на фиг.9 будет объяснено операционное управление в целом.

На фиг.9 показаны изменения количества всасываемого воздуха, момента закрытия впускного клапана, механической степени сжатия, степени расширения, фактической степени сжатия и степени открытия дроссельной заслонки 17 в соответствии с нагрузкой на двигатель при некоторой частоте вращения двигателя. Необходимо отметить, что на фиг.9 показан случай, когда среднее соотношение воздуха и топлива в камере сгорания 5 регулируется с использованием обратной связи по стехиометрическому соотношению воздуха и топлива на основании выходного сигнала измерителя 21 соотношения воздуха и топлива, так что катализатор тройного действия в каталитическом преобразователе 20 может одновременно уменьшать количество несгоревших углеводородов, СО, и NO_x в выхлопных газах.

Итак, как объяснено выше, во время работы двигателя с высокой нагрузкой выполняется обычный цикл, показанный на фиг.8(А). Поэтому, как показано на фиг.9, в это время механическую степень сжатия снижают, поэтому степень расширения является низкой. Как показано сплошной линией на фиг.9, момент закрытия впускного клапана 7 смещают на опережение, как показано сплошной линией на фиг.5. Кроме того, в это время количество всасываемого воздуха является большим. При этом степень открытия дроссельной заслонки 17 поддерживается полностью открытой, поэтому насосные потери становятся нулевыми.

С другой стороны, как показано на фиг.9 сплошной линией, если нагрузка на двигатель становится ниже, то вместе с этим задерживают момент закрытия впускного клапана 7, чтобы уменьшить количество всасываемого воздуха. Кроме того, в это время, как показано на фиг.9, механическая степень сжатия увеличивается по мере уменьшения нагрузки на двигатель так, что фактическая степень сжатия поддерживается по существу постоянной. Следовательно, по мере уменьшения нагрузки на двигатель также повышается степень расширения. Необходимо отметить, что также при этом дроссельная заслонка 17 поддерживается в полностью открытом состоянии. Поэтому количество всасываемого воздуха, которое подается в камеру сгорания 5, регулируется путем изменения момента закрытия впускного клапана 7 независимо от дроссельной заслонки 17.

Таким образом, когда из состояния высокой нагрузки на двигатель нагрузка на двигатель снижается, механическую степень сжатия увеличивают, чтобы вместе с этим уменьшить количество всасываемого воздуха при по существу постоянной фактической степени сжатия. То есть, когда поршень 4 достигает верхней мертвой точки при сжатии, объем камеры сгорания 5 уменьшают так, чтобы уменьшить его пропорционально уменьшению количества всасываемого воздуха. Поэтому, когда поршень 4 достигает верхней мертвой точки при сжатии, объем камеры сгорания 5 изменяется пропорционально количеству всасываемого воздуха. Необходимо отметить, что при этом в примере, показанном на фиг.9, соотношение воздуха и топлива в камере сгорания становится стехиометрическим соотношением воздуха и топлива, поэтому, когда поршень 4 достигает верхней мертвой точки при сжатии, объем камеры сгорания 5 изменяется пропорционально количеству топлива.

Если нагрузка на двигатель становится еще ниже, механическую степень сжатия также дополнительно увеличивают. Если нагрузка на двигатель падает до промежуточной нагрузки L₁ приблизительно около низкой нагрузки, механическая степень сжатия достигает предельной механической степени сжатия в соответствии с предельным значением для конструкции камеры сгорания 5. Если механическая степень сжатия достигает предельной механической степени сжатия, то в зоне нагрузки ниже нагрузки L₁ на двигатель, когда механическая степень сжатия достигает своего предельного значения, механическую степень сжатия поддерживают при ее предельном значении. Следовательно, во время работы двигателя с промежуточной нагрузкой со стороны низкой нагрузки и работы двигателя с низкой нагрузкой, т.е. на стороне низкой нагрузки на двигатель, механическая степень сжатия становится максимальной, и степень расширения также становится максимальной. Другими словами, со стороны работы двигателя с низкой нагрузкой механическую степень сжатия делают максимальной для того, чтобы получить максимальную степень расширения.

С другой стороны, в показанном на фиг.9 примере осуществления, если нагрузка на двигатель падает до L₁, то момент закрытия впускного клапана 7 становится предельным моментом закрытия, обеспечивающим регулирование количества всасываемого воздуха, подаваемого в камеру сгорания 5. Если момент закрытия впускного клапана 7 достигает предельного момента закрытия, то в зоне нагрузки ниже нагрузки L₁ на двигатель, когда момент закрытия впускного клапана 7 достигает предельного момента закрытия, момент закрытия впускного клапана 7 поддерживают на его предельном значении.

Если момент закрытия впускного клапана 7 поддерживают на его предельном значении, количество всасываемого воздуха нельзя дольше регулировать путем изменения момента закрытия впускного клапана 7. В примере осуществления, показанном на фиг.9, в это время, то есть в зоне нагрузки ниже нагрузки L₁ на двигатель, когда момент закрытия впускного клапана 7 достигает своего предельного значения, дроссельная заслонка 17 используется для регулирования количества всасываемого воздуха, подаваемого в камеру сгорания 5. Чем ниже нагрузка на двигатель, тем меньше делают степень открытия дроссельной заслонки 17.

С другой стороны, как показано пунктирной линией на фиг.9, существует возможность регулирования количества всасываемого воздуха безотносительно к дроссельной заслонке 17, путем установки момента закрытия впускного клапана 7 на опережение, когда нагрузка на двигатель становится ниже. Поэтому, если обобщенно выразить как случай, показанный на фиг.9 сплошной линией, так и случай, показанный пунктирной линией, в примере осуществления в соответствии с настоящим изобретением, когда нагрузка на двигатель становится ниже, момент закрытия впускного клапана 7 перемещается в направлении от нижней мертвой точки НМТ при впуске до предельного момента закрытия L₁, обеспечивающего регулирование количества всасываемого воздуха, подаваемого в камеру сгорания 5. Таким образом, количество всасываемого воздуха может регулироваться путем изменения момента закрытия впускного клапана 7, как показано на фиг.9 сплошной линией, и может регулироваться путем его изменения, как показано пунктирной линией, но ниже настоящее изобретение будет объяснено со ссылкой на пример изменения момента закрытия впускного клапана 7, показанный на фиг.9 сплошной линией.

В связи с этим, как пояснялось выше, в цикле со сверхвысокой степенью расширения, показанном на фиг.8(В), степень расширения равна 26. Эта степень расширения является предпочтительно высокой, но, как можно понять из фиг.7, даже при значении 20 или более по отношению к используемой на практике нижней предельной фактической степени сжатия ε=5 может быть получен в значительной мере высокий теоретический тепловой кпд. Поэтому в настоящем изобретении механизм А изменения степени сжатия выполнен так, что степень расширения становится равной 20 или более.

Далее со ссылкой на фиг.10-12 будут объяснены понятия запретной зоны и базовой рабочей линии для механической степени сжатия и момента закрытия впускного клапана.

На фиг.10 показаны количество всасываемого воздуха, которое требуется для получения требуемой нагрузки на двигатель, то есть требуемое количество всасываемого воздуха, механическая степень сжатия и момент закрытия впускного клапана. Необходимо отметить, что на фиг.10 требуемое количество всасываемого воздуха увеличивается от исходного значения 0, в то время как механическая степень сжатия увеличивается от исходного значения 10. Кроме того, на фиг.10 момент закрытия впускного клапана выражен в виде угла поворота коленчатого вала после нижней мертвой точки при впуске (НМТ при впуске), поэтому момент закрытия впускного клапана смещается дальше от исходного 0 в сторону запаздывания.

С другой стороны, на фиг.10 Q₁, Q₂, О₃, Q₄ и Q₅ обозначают соответственно плоскости одинакового количества всасываемого воздуха. Q₆ обозначает плоскость полного открытия дроссельной заслонки, где дроссельная заслонка 17 полностью открыта. Как можно понять из фиг.10, эта плоскость Q₆ полного открытия дроссельной заслонки представляет собой криволинейную плоскость, обращенную выпуклостью вверх. Чем дальше вниз от указанной плоскости Q₆ полного открытия дроссельной заслонки, тем меньше степень открытия дроссельной заслонки.

На фиг.10 заштрихованные зоны являются запретными зонами в плоскостях одинакового количества всасываемого воздуха Q₁, Q₂, Q₃, Q₄ и Q₅. С другой стороны, на фиг.11 показан вид сверху изображения на фиг.10. На фиг.12 (А) показана левая боковая плоскость S₁ на фиг.10, если смотреть в направлении стрелки, тогда как на фиг.12 (В) показана правая боковая плоскость S₂ на фиг.10, если смотреть в направлении стрелки. На этих фиг.11 и фиг.12 (А) и (В) заштрихованные зоны также представляют собой запретные зоны.

Из фиг.10, фиг.11 и фиг.12 (А) и (В) можно понять, что запретные зоны расположены в трех измерениях и что, кроме того, запретные зоны содержат зоны X₁ со стороны высокой нагрузки и зоны X₂ со стороны низкой нагрузки, то есть два типа зон. Необходимо отметить, что, как можно понять из фиг.10, 11 и фиг.12 (А) и (В), запретные зоны X₁ со стороны высокой нагрузки образованы на той стороне, где требуемое количество всасываемого воздуха велико, момент закрытия впускного клапана находится на стороне опережения и механическая степень сжатия имеет высокое значение, тогда как запретные зоны Х₂ со стороны низкой нагрузки образованы на той стороне, где требуемое количество всасываемого воздуха мало, момент закрытия впускного клапана находится на стороне запаздывания, а механическая степень сжатия имеет низкое значение.

Далее, на фиг.9 показана взаимосвязь между моментом закрытия впускного клапана, механической степенью сжатия, фактической степенью сжатия и степенью открытия дроссельной заслонки, которые обеспечивают минимальный расход топлива для требуемого количества всасываемого воздуха. Линия, удовлетворяющая указанной взаимосвязи, показана как сплошная линия W на фиг.10 и 11. Как можно понять из фиг.10, указанная линия W проходит по плоскости Q₆ полного открытия дроссельной заслонки со стороны большего количества всасываемого воздуха, чем в плоскости Q₃ одинакового количества всасываемого воздуха, и продолжается по правой боковой плоскости S₂ со стороны меньшего количества всасываемого воздуха, чем в плоскости Q₃ одинакового количества всасываемого воздуха. Эта плоскость Q₃ одинакового количества всасываемого воздуха соответствует нагрузке L₁ на фиг.9.

То есть на фиг.9 в зоне, где нагрузка на двигатель выше L₁, чем выше нагрузка на двигатель, тем больше требуемое количество всасываемого воздуха, тем больше смещен момент закрытия впускного клапана в сторону опережения в состоянии, когда дроссельная заслонка 17 полностью открыта. В это время механическую степень сжатия снижают по мере возрастания требуемого количества всасываемого воздуха, так что фактическая степень сжатия становится постоянной. Взаимосвязь между механической степенью сжатия и моментом закрытия впускного клапана в это время выражается линией W в плоскости Q₆ полного открытия дроссельной заслонки на фиг.10. То есть, как показано на фиг.10, с той стороны от плоскости Q₃ одинакового количества всасываемого воздуха, где количество всасываемого воздуха больше, с увеличением требуемого количества всасываемого воздуха момент закрытия впускного клапана больше сдвигается в сторону опережения в состоянии, когда дроссельная заслонка 17 полностью открыта. В это время механическую степень сжатия снижают с увеличением требуемого количества всасываемого воздуха, так что фактическая степень сжатия становится постоянной.

С другой стороны, как показано на фиг.9, в зоне, где нагрузка на двигатель ниже L₁, механическая степень сжатия и момент закрытия впускного клапана поддерживаются постоянными. Чем ниже нагрузка на двигатель, т.е. чем больше уменьшается требуемое количество всасываемого воздуха, тем больше уменьшают степень открытия дроссельной заслонки 17. Взаимосвязь между механической степенью сжатия и моментом закрытия впускного клапана в это время выражается линией W в правой боковой плоскости S₂ на фиг.10. То есть, как показано на фиг.10, со стороны, где количество всасываемого воздуха меньше, чем в плоскости Q₃ одинакового количества всасываемого воздуха, механическая степень сжатия и момент закрытия впускного клапана поддерживаются постоянными. Чем ниже нагрузка на двигатель, т.е. чем больше уменьшается требуемое количество всасываемого воздуха, тем больше уменьшают степень открытия дроссельной заслонки 17.

В данном описании линия, по которой следуют механическая степень сжатия и момент закрытия впускного клапана, когда изменяется требуемое количество всасываемого воздуха, называется "рабочая линия". В частности, линия W, показанная на фиг.10, называется "базовая рабочая линия". Необходимо отметить, что, как объяснялось ранее, указанная базовая рабочая линия соответствует рабочей линии при минимальном расходе топлива, обеспечивая минимальный расход топлива.

Как объяснялось ранее, на указанной базовой рабочей линии W фактическую степень сжатия делают постоянной. Фактическая степень сжатия никак не связана со степенью открытия дроссельной заслонки 17 и определяется только механической степенью сжатия, а также моментом закрытия впускного клапана, поэтому на фиг.10 она становится одинаковой фактической степенью сжатия в изогнутой плоскости, проходящей через базовую рабочую линию W и продолжающейся в вертикальном направлении. В этом случае фактическая степень сжатия становится высокой со стороны высокой механической степени сжатия от этой изогнутой плоскости, в то время как со стороны низкой механической степени сжатия от этой изогнутой плоскости фактическая степень сжатия становится низкой.

То есть, грубо говоря, запретные зоны X₁ стороны высокой нагрузки расположены в зонах более высокой фактической степени сжатия, чем фактическая степень сжатия на базовой рабочей линии W, тогда как запретные зоны Х₂ стороны низкой нагрузки расположены в зонах более низкой фактической степени сжатия, чем фактическая степень сжатия на базовой рабочей линии W.

Но теперь, если повышать фактическую степень сжатия, чтобы повысить экономию топлива, то может возникнуть детонация. Если для предотвращения возникновения детонации задержать зажигание, то горение будет неустойчивым и могут возникнуть колебания крутящего момента. Запретные зоны X₁ стороны высокой нагрузки являются рабочими зонами, где происходят колебания крутящего момента. Поэтому во время работы двигателя необходимо не допускать перехода рабочего состояния двигателя в такие рабочие зоны, где происходят колебания крутящего момента. С другой стороны, если количество всасываемого воздуха мало и фактическая степень сжатия становится ниже, то горение будет становиться сильнее. Когда степень открытия дроссельной заслонки 17 становится меньше и конечное давление сжатия становится ниже, экономия топлива ухудшается и возникают колебания крутящего момента. Запретные зоны Х₂ стороны низкой нагрузки являются рабочими зонами, в которых возникают колебания крутящего момента. Поэтому при работе двигателя необходимо не допускать перехода рабочего состояния двигателя в такие рабочие зоны.

С другой стороны, чем выше становится фактическая степень сжатия, тем больше повышается экономия топлива. Поэтому рабочая линия минимального расхода топлива, при которой минимальный расход топлива может быть достигнут без возникновения детонации или колебаний крутящего момента, как показано линий W на фиг.10 и 11, продолжается вне запретных зон X₁ стороны высокой нагрузки вдоль наружных краев запретных зон X₁ стороны высокой нагрузки. Как объяснялось ранее, в примере осуществления настоящего изобретения эту рабочую линию минимального расхода топлива делают базовой рабочей линией W. По существу, механическая степень сжатия, момент закрытия впускного клапана и степень открытия дроссельной заслонки 17 регулируются в соответствии с требуемым количеством всасываемого воздуха так, что рабочая точка, указывающая сочетание механической степени сжатия и момента закрытия впускного клапана, перемещается по указанной рабочей линии W. Необходимо отметить, что текущая рабочая точка постоянно отслеживается датчиком 22 относительного положения, датчиком 23 момента открытия и закрытия клапана и датчиком 24 степени открытия дроссельной заслонки.

Далее будет пояснен способ регулирования механической степени сжатия, момента закрытия впускного клапана и степени открытия дроссельной заслонки 17 в соответствии с настоящим изобретением, начиная с базового способа регулирования. Этот базовый способ регулирования показан на фиг.13-15.

То есть на фиг.13 показан случай, в котором требуемое количество всасываемого воздуха увеличивают, когда механическая степень сжатия и момент закрытия впускного клапана поддерживаются при значениях в точке "m" на базовой рабочей линии W. В этом отношении, в примере осуществления настоящего изобретения, например, требуемое количество всасываемого воздуха рассчитывается в каждый заданный период времени. Рабочие точки на базовой рабочей линии W, удовлетворяющие требуемому количеству всасываемого воздуха, рассчитываемому в каждый заданный период времени, последовательно рассчитываются. Пример рабочих точек, удовлетворяющих требуемому количеству всасываемого воздуха, т.е. требуемых рабочих точек, показан на фиг.13 в виде точек a₁, а₂, а₃, а₄, a₅ и а₆. То есть в этом примере требуемой рабочей точкой, удовлетворяющей требуемому количеству всасываемого воздуха и определяемой первой после того, как увеличивают требуемое количество всасываемого воздуха, является точка a₁, требуемой рабочей точкой, удовлетворяющей требуемому количеству всасываемого воздуха и определяемой следующей, является точка а₂ и требуемой рабочей точкой, удовлетворяющей требуемому количеству всасываемого воздуха и определяемой следующей, является точка а₃.

Если требуемая рабочая точка меняется, то рабочая точка, которая показывает механическую степень сжатия и момент закрытия впускного клапана, меняется на новую требуемую рабочую точку. То есть в примере, показанном на фиг.13, рабочая точка, показывающая механическую степень сжатия и момент закрытия впускного клапана, меняется с точки "m" на точку "a₁", если требуемой рабочей точкой является точка a₁, в то время как рабочая точка, показывающая механическую степень сжатия и момент закрытия впускного клапана, меняется на точку а₂, если требуемой рабочей точкой является точка а₂. В этом случае, если механическая степень сжатия и момент закрытия впускного клапана достигают требуемой рабочей точки до изменения требуемой рабочей точки, то механическая степень сжатия и момент закрытия впускного клапана изменятся, следуя изменениям требуемой рабочей точки, вообще без всяких проблем. Однако если механическая степень сжатия и момент закрытия впускного клапана не достигают требуемой рабочей точки до изменения требуемой рабочей точки, то иногда могут возникать проблемы.

То есть на фиг.13, когда механическая степень сжатия и момент закрытия впускного клапана находятся в точке "m", если при этом требуемой рабочей точкой является точка a₁, то механическая степень сжатия и момент закрытия впускного клапана не изменяются. В это время степень открытия дроссельной заслонки 17 увеличивают, чтобы удовлетворить требуемому количеству всасываемого воздуха. Ответное действие по изменению степени открытия дроссельной заслонки 17 с помощью исполнительного механизма 16 является чрезвычайно быстрым, поэтому когда требуемой рабочей точкой становится точка a₁, то рабочая точка, которая показывает механическую степень сжатия и момент закрытия впускного клапана, немедленно перемещается из точки "m" в точку "a₁".

Далее, когда требуемой рабочей точкой становится точка а₂, механическую степень сжатия немного уменьшают, а момент закрытия впускного клапана немного смещается в сторону опережения, тогда как дроссельную заслонку 17 полностью открывают. При этом механическая степень сжатия и момент закрытия впускного клапана почти достигают окрестности требуемой рабочей точки а₂, когда вычисляется следующая требуемая рабочая точка а₃. Механическая степень сжатия и момент закрытия впускного клапана, достигнутые в это время, отображаются рабочей точкой b₂ на фиг.14, которая показывает, как они видны сверху фиг.13.

Если рассчитывается требуемая рабочая точка а₃, то механическая степень сжатия и момент закрытия впускного клапана начинают перемещаться из рабочей точки b₂ к требуемой рабочей точке а₃. То есть в состоянии, когда дроссельная заслонка 17 полностью открыта, механическую степень сжатия снижают, а момент закрытия впускного клапана устанавливают на опережение. Однако ответное действие изменения механической степени сжатия с помощью механизма А изменения степени сжатия и ответное действие изменения момента закрытия впускного клапана 7 с помощью механизма В изменения момента открытия и закрытия клапана не являются быстрыми. В частности, ответное действие изменения механической степени сжатия с помощью механизма А изменения степени сжатия является в значительной мере медленным. Поэтому если скорость увеличения требуемого количества всасываемого воздуха велика, то требуемая рабочая точка и рабочая точка, показывающая фактические значения механической степени сжатия и момента закрытия впускного клапана, постепенно отдаляются друг от друга. Например, на фиг.14, когда требуемая рабочая точка перемещается к точке а₆, то возникает состояние, в котором рабочая точка, отражающая фактические значения механической степени сжатия и момента закрытия впускного клапана, продолжает оставаться около точки b₂.

Однако в таком случае при перемещении механической степени сжатия и момента закрытия впускного клапана к требуемой рабочей точке без входа в запретную зону X₁ путем регулирования с использованием обратной связи требуется время, пока механическая степень сжатия и момент закрытия впускного клапана достигнут требуемой рабочей точки. То есть в этом случае путем установки момента закрытия впускного клапана на опережение, когда рабочая точка готова войти внутрь запретной зоны X₁, действие по установке момента закрытия впускного клапана на опережение прекращается, после чего механическую степень сжатия уменьшают точно на определенную величину. Если механическую степень сжатия уменьшают точно на определенную величину, момент закрытия впускного клапана снова устанавливается на опережение. Если рабочая точка готова войти в запретную зону X₁, действие по задержке момента закрытия впускного клапана прекращается. Ниже это повторяется.

То есть при перемещении механической степени сжатия и момента закрытия впускного клапана к требуемой рабочей точке путем регулирования с использованием обратной связи рабочая точка, показывающая механическую степень сжатия и момент закрытия впускного клапана, перемещается зигзагообразно вдоль внешних краев запретной зоны X₁, поэтому требуется время для того, чтобы механическая степень сжатия и момент закрытия впускного клапана достигли требуемой рабочей точки. В результате нельзя добиться надлежащей реакции двигателя на изменения требуемого количества всасываемого воздуха.

Поэтому в настоящем изобретении при изменении требуемого количества всасываемого воздуха рассчитывается целевая рабочая точка, которой могут достичь механическая степень сжатия и момент закрытия впускного клапана за фиксированное время при перемещении от текущей рабочей точки к требуемой рабочей точке, удовлетворяющей требуемому количеству всасываемого воздуха, без входа в запретные зоны X₁ и Х₂, а механическую степень сжатия и момент закрытия впускного клапана изменяют в направлении этой целевой рабочей точки.

Далее будет объяснен один пример осуществления настоящего изобретения со ссылкой на фиг.14, на которой показана плоскость Q₆ полного открытия дроссельной заслонки. Как объяснялось выше, на фиг.14 показан случай, в котором, когда требуемой рабочей точкой становится точка а₃, рабочей точкой, показывающей механическую степень сжатия и момент закрытия впускного клапана, является точка b₂. В этом случае стрелка R₂ выражает значение, которого может достичь механическая степень сжатия за заданное фиксированное время при перемещении к требуемой рабочей точке а₃, тогда как стрелка S₂ выражает значение, которого может достичь момент закрытия впускного клапана за заданное фиксированное время при перемещении к требуемой рабочей точке а₃. Кроме того, как показано на фиг.14, точка c₂ представляет собой целевую рабочую точку, которая может быть достигнута за фиксированное время при перемещении от текущей рабочей точки b₂ к требуемой рабочей точке а₃, удовлетворяющей требуемому количеству всасываемого воздуха, без входа в запретную зону X₁.

Как показано на фиг.14, когда требуемое количество всасываемого воздуха увеличивают и рабочая точка b₂ и требуемая рабочая точка а₃ находятся на плоскости Q₆ полного открытия дроссельной заслонки, эта целевая рабочая точка c₂ находится на базовой рабочей линии W, в примере, показанном на фиг.14 - на рабочей линии W минимального расхода топлива. То есть в примере, представленном на фиг.14, когда дроссельная заслонка 17 поддерживается в полностью открытом состоянии, целевую рабочую точку перемещают за пределы запретных зон X₁ на рабочей линии W минимального расхода топлива, идущей вдоль наружных краев запретных зон X₁.

Кроме того, на фиг.14, когда требуемой рабочей точкой является точка a₆, если рабочей точкой, показывающей механическую степень сжатия и момент закрытия впускного клапана, является точка b_i, то в этом случае целевой рабочей точкой также делают точку c_i на базовой рабочей линии W. Необходимо отметить, что на фиг.14 стрелка R1 аналогичным образом выражает значение, которого может достичь механическая степень сжатия за фиксированное время, тогда как стрелка S_i выражает значение, которого может достичь момент закрытия впускного клапана за фиксированное время.

Таким образом, в примере, представленном на фиг.14, если целевая рабочая точка c₂ рассчитывается, когда рабочей точкой является точка b₂, то рабочая точка, показывающая механическую степень сжатия и момент закрытия впускного клапана, будет достигать целевой рабочей точки c₂ за фиксированное время. В это время рассчитывается следующая новая целевая рабочая точка, которая может быть достигнута за фиксированное время при перемещении от текущей рабочей точки c₂ к требуемой рабочей точке, удовлетворяющей требуемому количеству всасываемого воздуха, без входа в запретную зону X₁. Указанная рабочая точка за фиксированное время достигает этой новой целевой рабочей точки. В этом случае в примере осуществления настоящего изобретения механическая степень сжатия, момент закрытия впускного клапана и степень открытия дроссельной заслонки 17 обеспечивают так, чтобы они достигали целевой рабочей точки с помощью ПИД-регулирования (пропорционально-интегрально-дифференциального регулирования).

Таким образом, в примере, представленном на фиг.14, рабочая точка, показывающая механическую степень сжатия и момент закрытия впускного клапана, плавно, без остановок перемещается по базовой рабочей линии W. То есть на фиг.13, когда механическая степень сжатия и момент закрытия впускного клапана поддерживаются в точке "m", если требуемое количество всасываемого воздуха увеличивают, то механическую степень сжатия и момент закрытия впускного клапана можно плавно изменять по базовой рабочей линии W без останова, как показано стрелкой на фиг.15. В результате становится возможным обеспечить надлежащее ответное действие двигателя на изменения требуемого количества всасываемого воздуха.

В этом случае, чтобы дополнительно улучшить ответное действие двигателя на требуемое количество всасываемого воздуха, предпочтительно как можно больше отдалить целевые рабочие точки c₂ и c_i от соответствующих текущих рабочих точек b₂ и b_i. Поэтому в примере осуществления настоящего изобретения целевыми рабочими точками c₂ и c_i делают рабочие точки, наиболее удаленные от текущих рабочих точек b₂ и b_i из числа рабочих точек, которых можно достичь за фиксированное время при перемещении от соответствующих текущих рабочих точек b₂ и b_i к требуемой рабочей точке, удовлетворяющей требуемому количеству всасываемого воздуха, без входа в запретную зону X₁.

То есть когда текущей рабочей точкой является точка b₂, то пределом, достигаемым механической степенью сжатия из рабочей точки b₂, делают целевую рабочую точку c₂. Что касается момента закрытия впускного клапана, то эта целевая рабочая точка c₂ устанавливается перед достижимым пределом момента закрытия впускного клапана от рабочей точки b₂. Поэтому в это время механическую степень сжатия снижают с максимально возможной скоростью, тогда как момент закрытия впускного клапана устанавливают на опережение со скоростью, меньшей, чем максимально возможная скорость. В отличие от этого, когда текущей рабочей точкой является точка b_i, достижимым пределом момента закрытия впускного клапана от рабочей точки b_i делают целевую рабочую точку c_i. Что касается механической степени сжатия, то эта целевая рабочая точка c_i устанавливается перед достижимым пределом момента закрытия впускного клапана от рабочей точки b_i. Поэтому в это время момент закрытия впускного клапана устанавливается на опережение с максимально возможной скоростью, тогда как механическую степень сжатия уменьшают со скоростью меньшей, чем максимально возможная скорость.

Максимальная скорость изменения, возможная для момента закрытия впускного клапана, т.е. значение, которое может быть достигнуто за фиксированное время, не слишком зависит от рабочего состояния двигателя. Поэтому значение, которого может достичь момент закрытия впускного клапана за фиксированное время, становится постоянным независимо от рабочего состояния двигателя. И наоборот, максимальная скорость изменения, возможная для механической степени сжатия, т.е. значение, которое может быть достигнуто за фиксированное время, сильно зависит от рабочего состояния двигателя и т.д. Ниже это будет объяснено со ссылкой на фиг.16 и 17.

На фиг.16 показана взаимосвязь между величиной изменения механической степени сжатия за фиксированное время, т.е. разности степени сжатия между текущей механической степенью сжатия и механической степенью сжатия, которая может быть достигнута за фиксированное время, и нагрузкой на двигатель. Необходимо отметить, что на фиг.16 показана величина изменения степени сжатия, когда механическую степень сжатия делают некоторой механической степенью сжатия. На фиг.16 штрихпунктирная линия F₀ показывает величину изменения степени сжатия, когда двигатель остановлен. Далее, на фиг.16 пунктирной линией показан крутящий момент, приложенный к механизму А изменения степени сжатия за счет давления сгорания. Этот крутящий момент действует в направлении выхода блока 2 цилиндров наружу из картера 1 двигателя, т.е. в направлении, в котором степень сжатия снижают. Этот крутящий момент, показанный пунктирной линией, делают тем больше, чем выше становится давление сгорания.

Таким образом, этот крутящий момент действует на механизм А изменения степени сжатия в направлении, в котором степень сжатия снижается, поэтому при снижении механической степень сжатия она легко снижается. Поэтому в этом случае величина изменения степени сжатия становится больше. На фиг.16 сплошной линией F₁ показана величина изменения степени сжатия в этом случае. Величина изменения степени сжатия в этом случае становится тем больше, чем выше нагрузка на двигатель. В отличие от этого, указанный крутящий момент противодействует увеличению механической степени сжатия, поэтому, когда механическую степень сжатия повышают, величина изменения степени сжатия становится меньше по сравнению с тем, когда механическая степень сжатия снижается. На фиг.16 сплошной линией F₂ показана величина изменения степени сжатия в случае, когда механическую степень сжатия увеличивают. Величина изменения степени сжатия в этом случае становится меньше с повышением нагрузки на двигатель.

В одном примере осуществления настоящего изобретения величину изменения степени сжатия, которая становится базовой, как показано на фиг.16 линией F₀, сохраняют в памяти заранее. Для расчета величины изменения степени сжатия в соответствии с нагрузкой на двигатель эту базовую величину изменения степени сжатия корректируют посредством зависимости, показанной на фиг.16 линиями F₁ и F₂. Далее значение механической степени сжатия, которое может быть достигнуто за фиксированное время, рассчитывают по этой рассчитанной величине изменения степени сжатия. То есть в этом примере осуществления значение механической степени сжатия, которое может быть достигнуто за фиксированное время, изменяется в соответствии с нагрузкой на двигатель, когда изменяется требуемое количество всасываемого воздуха.

На фиг.17 показана взаимосвязь между величиной изменения механической степени сжатия и углами поворота распределительных валов 54 и 55, т.е. углами поворота дисковых кулачков 58, за фиксированное время. Необходимо отметить, что на левом конце оси абсцисс на фиг.17 указан момент самого низкого значения механической степени сжатия, которое показано на фиг.3(А), тогда как на правом конце оси абсцисс на фиг.17 указан момент самого высокого значения механической степени сжатия, которое показано на фиг.3(С). Кроме того, на фиг.17 показана величина изменения степени сжатия, когда нагрузка на двигатель является некоторой нагрузкой. Пунктирной линией на фиг.17 показан крутящий момент, приложенный к механизму А изменения степени сжатия за счет давления сгорания.

В примере осуществления, показанном на фиг.2, в качестве червячных передач используется тип, в котором червяки 61 и 62 не предназначены для приведения во вращение червячными колесами 63 и 64, то есть тип, в котором червяки 61 и 62 действуют так, чтобы блокировать обратное вращение червячных колес 63 и 64. Штрихпунктирная линия G₀ на фиг.17 показывает величину изменения степени сжатия, когда работа двигателя останавливается при использовании таких червячных передач. Как можно понять из фиг.3(А), 3(В) и 3(С), когда механическая степень сжатия имеет промежуточное значение, т.е. в момент, показанный на фиг.3(В), изменение степени сжатия на единичный угол поворота распределительных валов 54, 55 становится максимальным. Поэтому, как показано штрихпунктирной линией G₀ на фиг.17, величина изменения степени сжатия становится максимальной, когда механическая степень сжатия имеет промежуточное значение.

Кроме того, как показано пунктирной линией на фиг.17, крутящий момент, приложенный к механизму А изменения степени сжатия за счет давления сгорания, становится наибольшим в момент, показанный на фиг.3(В), то есть в момент, когда механическая степень сжатия имеет промежуточное значение. С другой стороны, на фиг.17 сплошной линией G₁ показан случай, когда механическую степень сжатия снижают, тогда как сплошной линией G₂ показан случай, когда механическую степень сжатия повышают. Как показано на фиг.17, когда механическую степень сжатия снижают, величина изменения G₁ степени сжатия становится больше, чем величина изменения G₂ степени сжатия, когда механическую степень сжатия повышают. Далее, когда механическая степень сжатия имеет промежуточное значение, крутящий момент, обусловленный давлением сгорания, становится самым высоким, поэтому в это время величина изменения G₁ степени сжатия становится высокой, а величина изменения G₂ степени сжатия снижается.

В примере осуществления настоящего изобретения величина изменения степени сжатия, которая становится базовой, показанной на фиг.17 линией G₀, сохраняется в памяти заранее. Для расчета величины изменения степени сжатия в соответствии с углами поворота распределительных валов 54 и 55 эту базовую величину изменения степени сжатия корректируют с помощью зависимостей, показанных линиями G₁ и G₂ на фиг.17. Кроме того, для расчета величины изменения степени сжатия в соответствии с углами поворота распределительных валов 54 и 55 и нагрузки на двигатель эту базовую величину изменения степени сжатия корректируют с помощью зависимостей, показанных линиями F₁ и F₂ на фиг.16. Далее значение механической степени сжатия, которое может быть достигнуто за фиксированное время, рассчитывается по этой рассчитанной величине изменения степени сжатия.

То есть в этом примере осуществления, когда требуемое количество всасываемого воздуха изменяется, значение механической степени сжатия, которое может быть достигнуто за фиксированное время, изменяют в соответствии с углом поворота вращающихся кулачков 58 и нагрузкой на двигатель.

Далее со ссылкой на фиг.18-35 будет объяснен случай, когда требуемое количество всасываемого воздуха уменьшают. Необходимо отметить, что из фиг.18-35 на фиг.18 и 19 показан случай, когда требуемое количество всасываемого воздуха уменьшают медленно, на фиг.20-27 показан случай, когда требуемое количество всасываемого воздуха уменьшают относительно быстро, и на фиг.28 - фиг.35 показан случай, когда требуемое количество всасываемого воздуха уменьшают очень быстро. Необходимо отметить, что на фиг.18 - фиг.35 показан случай, когда действие уменьшения требуемого количества всасываемого воздуха начинается, когда рабочая точка, показывающая сочетание механической степени сжатия и момента закрытия впускного клапана, находится в точке "n" на базовой рабочей линии W.

Сначала со ссылкой на фиг.18 и 19 будет объяснен случай, когда требуемое количество всасываемого воздуха уменьшают медленно. Необходимо отметить, что на фиг.19 показана плоскость Q₆ полного открытия дроссельной заслонки подобно фиг.14.

На фиг.19 показана взаимосвязь между текущей рабочей точкой и требуемой в этом случае рабочей точкой. То есть на фиг.19 показано, что требуемой рабочей точкой является точка d_i, когда текущей рабочей точкой является точка e_i. В то же время, значение, которого может достичь механическая степень сжатия за фиксированное время, обозначено как R1. При этом значение, которого может достичь момент закрытия впускного клапана за фиксированное время, обозначено как S_i. Кроме того, на фиг.19 показано, что требуемой рабочей точкой является точка d_j, когда текущей рабочей точкой является точка e_j. При этом значение, которого может достичь механическая степень сжатия за фиксированное время, обозначено как R_j. При этом значение, которого может достичь момент закрытия впускного клапана за фиксированное время, обозначено как S_j.

В этом случае требуемая рабочая точка d_i устанавливается перед достижимым пределом механической степени сжатия и перед достижимым пределом момента закрытия впускного клапана, так что требуемая рабочая точка d_i становится целевой рабочей точкой. Аналогичным образом требуемая рабочая точка d_j устанавливается перед достижимым пределом механической степени сжатия и достижимым пределом момента закрытия впускного клапана, так что требуемая рабочая точка d_j становится целевой рабочей точкой. Поэтому в данном случае рабочая точка перемещается по базовой рабочей линии W. То есть когда требуемое количество всасываемого воздуха медленно уменьшается, дроссельная заслонка 17 удерживается полностью открытой, и в этом состоянии момент закрытия впускного клапана постепенно задерживается, а механическая степень сжатия постепенно увеличивается, так что фактическая степень сжатия становится постоянной.

Далее со ссылкой на фиг.20-27 будет объяснен случай, когда требуемое количество всасываемого воздуха уменьшают относительно быстро. Как объяснялось ранее, в примере осуществления настоящего изобретения требуемое количество всасываемого воздуха рассчитывается, например, в каждый заданный период времени. Последовательно рассчитанные рабочие точки на базовой рабочей линии W, удовлетворяющие требуемому количеству всасываемого воздуха, показаны на фиг.22 как точки d₁, d₂, d₃, d₄ и d₅.

Необходимо отметить, что для облегчения понимания процесса регулирования в соответствии с настоящим изобретением, на фиг.20 показан случай, когда требуемое количество всасываемого воздуха в требуемой рабочей точке d₁ равно Q₅, требуемое количество всасываемого воздуха в требуемой рабочей точке d₂ является значением между Q₅ и Q₄, требуемое количество всасываемого воздуха в требуемой рабочей точке d₃ равно Q₄, требуемое количество всасываемого воздуха в требуемой рабочей точке d₄ является значением между Q₄ и Q₃ и требуемое количество всасываемого воздуха в требуемой рабочей точке d₅ равно Q₃. То есть показан случай, когда требуемое количество всасываемого воздуха, которое последовательно рассчитано, изменяется следующим образом: от Q₆ (точка "n") до Q₅, значение между Q₅ и Q₄, Q₄, значение между Q₄ и Q₃ и Q₃.

Кроме того, на фиг.21 показана плоскость Q₆ полного открытия дроссельной заслонки, на фиг.22 показана плоскость Q₅ одинакового количества всасываемого воздуха, на фиг.23 показана плоскость одинакового количества всасываемого воздуха, где количество всасываемого воздуха представляет собой значение между Q₅ и Q₄, на фиг.24 показана плоскость одинакового количества всасываемого воздуха, где количество всасываемого воздуха равно Q₄, на фиг.25 показана плоскость одинакового количества всасываемого воздуха, где количество всасываемого воздуха представляет собой значение между Q₄ и Q₃, и на фиг.26 показана плоскость одинакового количества всасываемого воздуха, где количество всасываемого воздуха равно Q₃.

Теперь, когда механическая степень сжатия и момент закрытия впускного клапана держатся в рабочей точке "n", показанной на фиг.20, требуемое количество всасываемого воздуха изменяется от Q₆ до Q₅. В результате, когда требуемой рабочей точкой становится точка d₁, сначала, как показано на фиг.21, рассчитывается целевая рабочая точка e₁ на плоскости Q₆ полного открытия дроссельной заслонки. Метод расчета этой целевой рабочей точки e₁ тот же самый, что и метод расчета, объясненный выше. Целевая рабочая точка e₁ без входа в запретную зону X₁, являющаяся самой близкой к требуемой рабочей точке d₁, рассчитывается по значению, которого может достичь механическая степень сжатия за фиксированное время, и значению, которого может достичь момент закрытия впускного клапана за фиксированное время. В примере, представленном на фиг.21, эта целевая рабочая точка e₁ находится на базовой рабочей линии W.

Теперь количество всасываемого воздуха в этой целевой рабочей точке e₁ представляет собой значение между Q₆ и Q₅ и становится больше, чем требуемое количество всасываемого воздуха Q₅. Однако количество всасываемого воздуха предпочтительно обеспечивают как можно точнее совпадающим с требуемым количеством всасываемого воздуха. В этом отношении, когда требуемое количество всасываемого воздуха уменьшают, можно регулировать количество всасываемого воздуха путем изменения степени открытия дроссельной заслонки 17. Поэтому в состоянии, когда количество всасываемого воздуха в целевой рабочей точке e₁ больше, чем требуемое количество всасываемого воздуха Q₅, целевые значения механической степени сжатия и момента закрытия впускного клапана не изменяют, но дроссельную заслонку 17 закрывают до целевой степени открытия, которая необходима, чтобы количество всасываемого воздуха соответствовало требуемому количеству всасываемого воздуха Q₅.

То есть на фиг.20 точку на плоскости Q₅ одинакового количества всасываемого воздуха, которая расположена непосредственно под целевой рабочей точкой e₁ на плоскости Q₆ полного открытия дроссельной заслонки, показанной на фиг.21, делают конечной целевой рабочей точкой e₁. Конечная целевая рабочая точка e₁ на плоскости Q₅ одинакового количества всасываемого воздуха показана на фиг.20 и фиг.22. Механическую степень сжатия, момент закрытия впускного клапана и степень открытия дроссельной заслонки 17 изменяют по направлению к конечной целевой рабочей точке e₁. То есть в этот момент механическую степень сжатия увеличивают, момент закрытия впускного клапана задерживают, а степень открытия дроссельной заслонки 17 делают меньше, чем в состоянии полного открытия.

Далее, если требуемое количество всасываемого воздуха становится значением между Q₅ и Q₄, а требуемой рабочей точкой становится точка d₂, то в это время, как показано на фиг.22, рассчитывается целевая рабочая точка е₂ на плоскости одинакового количества всасываемого воздуха при текущем количестве всасываемого воздуха Q₅. Метод расчета этой целевой рабочей точки е₂ тот же самый, что и метод расчета, объясненный выше. Целевая рабочая точка е₂ без входа в запретную зону X₁, являющаяся самой близкой к требуемой рабочей точке d₁, рассчитывается по величине механической степени сжатия, которая может быть достигнута за фиксированное время, и величине момента закрытия впускного клапана, которая может быть достигнута за фиксированное время. В примере, представленном на фиг.22, эта целевая рабочая точка е₂ расположена на базовой рабочей линии W в плоскости Q₅ одинакового количества всасываемого воздуха.

Кроме того, в этом случае количество всасываемого воздуха в целевой рабочей точке е₂ больше, чем требуемое количество всасываемого воздуха. Поэтому в данном случае на фиг.20 точку на плоскости одинакового количества всасываемого воздуха (значение между Q₅ и Q₄), которая находится непосредственно под целевой рабочей точкой е₂ на плоскости Q₅ одинакового количества всасываемого воздуха, показанной на фиг.22, делают конечной целевой рабочей точкой е₂. Конечная целевая рабочая точка е₂ на этой плоскости одинакового количества всасываемого воздуха (значение между Q₅ и Q₄) показана на фиг.20 и 23. Механическую степень сжатия, момент закрытия впускного клапана и степень открытия дроссельной заслонки 17 изменяют по направлению к конечной целевой рабочей точке е₂. В это время также увеличивают механическую степень сжатия, момент закрытия впускного клапана задерживают, а степень открытия дроссельной заслонки 17 делают меньше, чем в состоянии полного открытия.

Далее, когда требуемое количество всасываемого воздуха становится равным Q₄, затем устанавливается значение между Q₄ и Q₃, затем устанавливается значение Q₃, и подобная операция последовательно повторяется. То есть когда требуемое количество всасываемого воздуха становится равным Q₄, как показано на фиг.24, рассчитывается конечная целевая рабочая точка е₂ на плоскости Q₄ одинакового количества всасываемого воздуха, а когда требуемое количество всасываемого воздуха становится равным величине между Q₄ и Q₃, как показано на фиг.25, рассчитывается конечная целевая рабочая точка е₄ на плоскости одинакового количества всасываемого воздуха (значение между Q₄ и Q₃), затем, требуемое количество всасываемого воздуха становится равным Q₃, как показано на фиг.26, рассчитывается конечная целевая рабочая точка e₅ на плоскости Q₃ одинакового количества всасываемого воздуха.

В течение этого времени, т.е. пока механическая степень сжатия, момент закрытия впускного клапана и степень открытия дроссельной заслонки 17 последовательно изменяют по направлению к конечным целевым рабочим точкам е₂, е₄ и e₅, механическую степень сжатия увеличивают, момент закрытия впускного клапана задерживают, а степень открытия дроссельной заслонки 17 делают меньше.

Если требуемое количество всасываемого воздуха становится равным Q₃, как показано на фиг.26, то на плоскости Q₃ одинакового количества всасываемого воздуха последовательно рассчитывают конечные целевые рабочие точки е₆, e₇, e₈, e₉ и е₁₀, и изменяют механическую степень сжатия, момент закрытия впускного клапана и степень открытия дроссельной заслонки 17 посредством последовательных конечных целевых рабочих точек е₆, e₇, e₈, e₉ и е₁₀ до требуемой рабочей точки d₅. В течение этого периода времени механическую степень сжатия увеличивают, момент закрытия впускного клапана задерживают до достижения точки e₈, а степень открытия дроссельной заслонки 17 постепенно увеличивают до полного открытия при достижении точки e₈.

На фиг.27 показаны изменения момента закрытия впускного клапана, механической степени сжатия и степени открытия дроссельной заслонки, когда, как показано на фиг.20, целевое количество всасываемого воздуха уменьшают относительно быстро от Q₆ (точка "n") до Q₃ (целевая рабочая точка d₅). Из фиг.27 можно понять, что в этом случае после того, как требуемое количество всасываемого воздуха становится целевым значением (рабочая точка e₄), действие по задержке момента закрытия впускного клапана прекращается (рабочая точка e₈), затем прекращается действие по увеличению механической степени сжатия (целевая рабочая точка d₅). С другой стороны, фактическая степень сжатия постепенно уменьшается, пока не прекратится действие по задержке момента закрытия впускного клапана (рабочая точка d₈), затем она постепенно возрастает. Кроме того, степень открытия дроссельной заслонки постепенно уменьшают от состояния полного ее открытия до тех пор, пока рабочей точкой не станет рабочая точка е₅ на плоскости Q₃ одинакового количества всасываемого воздуха, затем заслонку постепенно открывают до состояния полного открытия, пока не прекратится действие по задержке момента закрытия впускного клапана (рабочая точка e₈).

Как показано на фиг.20-27, когда требуемое количество всасываемого воздуха уменьшают относительно быстро, то в дополнение к регулированию механической степени сжатия и момента закрытия впускного клапана регулируют и степень открытия дроссельной заслонки. В то же время, в соответствии с настоящим изобретением, для сочетания механической степени сжатия, момента закрытия впускного клапана и степени открытия дроссельной заслонки назначают трехмерные запретные зоны X₁ и Х₂. Рабочей точке, показывающей сочетание механической степени сжатия, момента закрытия впускного клапана и степени открытия дроссельной заслонки, запрещен вход в трехмерные запретные зоны X₁ и Х₂.

Необходимо отметить, что в этом случае также, когда изменилось требуемое количество всасываемого воздуха, рассчитывают целевую рабочую точку, которая может быть достигнута механической степенью сжатия и моментом закрытия впускного клапана за фиксированное время при перемещении от текущей рабочей точки к рабочей точке, удовлетворяющей требуемому количеству всасываемого воздуха, без входа в трехмерные запретные зоны X₁ и X₂, и изменяют механическую степень сжатия и момент закрытия впускного клапана в направлении рассчитанной целевой рабочей точки. Кроме того, в этом случае, когда изменяется требуемое количество всасываемого воздуха, степень открытия дроссельной заслонки изменяют в соответствии с требуемым количеством всасываемого воздуха так, что она не попадает в трехмерные запретные зоны X₁ и Х₂.

Необходимо отметить, что в этом случае также, чтобы обеспечить достижение механической степенью сжатия, моментом закрытия впускного клапана и степенью открытия дроссельной заслонки требуемой рабочей точки, удовлетворяющей требуемому количеству всасываемого воздуха, как можно быстрее, целевой рабочей точкой делают рабочую точку, самую дальнюю от текущей рабочей точки из числа рабочих точек, которых они могут достичь за фиксированное время при перемещении от текущей рабочей точки к рабочей точке, удовлетворяющей требуемому количеству всасываемого воздуха, без входа в трехмерные запретные зоны X₁ и Х₂.

Кроме того, в этом случае в примере осуществления настоящего изобретения, когда требуемое количество всасываемого воздуха уменьшается, рассчитывается целевая рабочая точка, которой могут достичь за фиксированное время механическая степень сжатия и момент закрытия впускного клапана при перемещении от текущей рабочей точки к рабочей точке, удовлетворяющей требуемому количеству всасываемого воздуха, без входа в запретные зоны X₁ и Х₂ при текущем количестве всасываемого воздуха, и изменяют механическую степень сжатия и момент закрытия впускного клапана по направлению к целевой рабочей точке. С другой стороны, в этом случае для степени открытия дроссельной заслонки рассчитывают целевую степень открытия, удовлетворяющую требуемому количеству всасываемого воздуха в рассчитанной целевой рабочей точке, и изменяют степень открытия дроссельной заслонки в направлении целевой степени открытия так, чтобы не входить в трехмерные запретные зоны X₁ и X₂.

Теперь, как показано на фиг.18 и 19, если требуемое количество всасываемого воздуха уменьшают медленно и, как показано на фиг.20-27, если требуемое количество всасываемого воздуха уменьшают относительно медленно, то количество всасываемого воздуха, которое фактически подается в камеру сгорания 5, будет постоянно по существу совпадать с требуемым количеством всасываемого воздуха. Если количество всасываемого воздуха, которое фактически подается в камеру сгорания 5 и требуемое количество всасываемого воздуха, таким образом, по существу совпадают, то для регулирования нагрузки на двигатель по отношению к требуемой нагрузке может использоваться способ, который был объяснен со ссылкой на фиг.18 и 19, или способ, который был объяснен со ссылкой на фиг.20-27.

Однако когда требуемое количество всасываемого воздуха быстро уменьшают до минимального количества всасываемого воздуха, то количество всасываемого воздуха, фактически подаваемого в камеру сгорания 5, нельзя уменьшить в соответствии с быстрым уменьшением требуемого количества всасываемого воздуха. Поэтому в данном случае количество всасываемого воздуха, подаваемое в камеру сгорания 5, не будет совпадать с требуемым количеством. Поэтому в данном случае невозможно использовать способ, объясненный со ссылкой на фиг.20-27. То есть в этом случае необходимо использовать другой способ.

Кроме того, при использовании способа, показанного на фиг.20-27, когда требуемое количество всасываемого воздуха уменьшают до минимального количества всасываемого воздуха, дроссельную заслонку 17 закрывают до степени открытия, удовлетворяющей минимальному количеству всасываемого воздуха, т.е. требуемому количеству всасываемого воздуха. В этом случае степень открытия дроссельной заслонки, удовлетворяющая минимальному количеству всасываемого воздуха, то есть требуемому количеству всасываемого воздуха, является относительно большой степенью открытия. Поэтому в это время дроссельная заслонка 17 закрывается лишь до относительно большой степени открытия. Однако когда требуемое количество всасываемого воздуха уменьшают до минимального количества всасываемого воздуха таким образом, если дроссельная заслонка 17 закрывается лишь до относительно большой степени открытия, то скорость уменьшения количества всасываемого воздуха, которое фактически подается в камеру сгорания 5, становится очень малой, и в результате нельзя получить хорошее ощущение замедления транспортного средства.

Следовательно, в настоящем изобретении, когда требуемое количество всасываемого воздуха быстро уменьшают до минимального количества всасываемого воздуха, дроссельная заслонка 17 немедленно полностью закрывается. Когда дроссельную заслонку 17 немедленно полностью закрывают таким образом, скорость уменьшения количества всасываемого воздуха, фактически подаваемого в камеру сгорания 5, может увеличиться. Далее это будет объяснено со ссылкой на фиг.28.

На фиг.28 показано изменение количества всасываемого воздуха, которое фактически подается в камеру сгорания 5 (ниже просто называемое "фактическим количеством всасываемого воздуха"), когда требуемое количество всасываемого воздуха уменьшают до минимального количества всасываемого воздуха, а дроссельная заслонка 17 немедленно полностью закрывается, наряду с изменением момента закрытия впускного клапана и изменением давления внутри уравнительной камеры 12. Необходимо отметить, что на фиг.28 показаны соответствующие изменения давления внутри уравнительной камеры 12 и фактического количества всасываемого воздуха, обозначенные "а", "b" и "с", для случая, когда скорость задержки момента закрытия впускного клапана делают различной, обозначенной "а", "b" и "с". В частности, "а" показывает случай, когда момент закрытия впускного клапана задерживается с самой большой скоростью.

В настоящее время двигатель внутреннего сгорания обычно оснащается деталью большой емкости, например уравнительной камерой, которая располагается ниже по ходу от дроссельной заслонки. При наличии такой детали большой емкости, даже если дроссельную заслонку полностью закрывают, фактическое количество всасываемого воздуха не уменьшается сразу же до тех пор, пока воздух внутри детали большой емкости не израсходуется. Например, когда требуемое количество всасываемого воздуха становится минимальным количеством всасываемого воздуха, если дроссельная заслонка 17 немедленно полностью закроется и момент закрытия впускного клапана задерживается с наибольшей скоростью, то будет казаться, что фактическое количество всасываемого воздуха быстро уменьшают. Однако в этом случае, что показано "а" на фиг.28, фактическое количество всасываемого воздуха уменьшается не так быстро.

То есть если момент закрытия впускного клапана задерживается, вместе с этим уменьшается объем камеры сгорания 5 в момент начала действия фактического сжатия и уменьшается фактическое количество всасываемого воздуха. Однако если увеличить задержку момента закрытия впускного клапана, то количество воздуха, подаваемого из уравнительной камеры 12 внутрь камеры сгорания 5, становится меньше, пока выполняется действие по задержке. Поэтому, как показано "а" на фиг.28, если увеличить скорость задержки момента закрытия впускного клапана, то давление в уравнительной камере 12 не будет снижаться так быстро, а фактическое количество всасываемого воздуха будет быстро снижаться, пока выполняется действие по задержке момента закрытия впускного клапана, но будет уменьшаться медленно после прекращения действия по задержке.

В отличие от этого, как показано "b" или "с" на фиг.28, если скорость задержки момента закрытия впускного клапана снижают немного, то количество воздуха, подаваемое из уравнительной камеры 12 в камеру сгорания 5 в единицу времени, возрастает. Поэтому, если скорость задержки момента закрытия впускного клапана снижают, то скорость снижения давления внутри уравнительной камеры 12 постепенно возрастает, и время до того, как фактическое количество всасываемого воздуха станет минимальным количеством всасываемого воздуха, постепенно сократится. Как показано на фиг.28, таким образом, когда требуемое количество всасываемого воздуха быстро уменьшают до минимального количества всасываемого воздуха, даже если дроссельная заслонка 17 немедленно полностью закроется, то фактическое количество всасываемого воздуха не уменьшается, следуя за уменьшением требуемого количества всасываемого воздуха.

Фиг.29 представляет собой изображение, аналогичное фиг.10, а фиг.30 представляет собой изображение, аналогичное фиг.11. Однако по оси ординат на фиг.29 указано не требуемое количество всасываемого воздуха, а фактическое количество всасываемого воздуха. Необходимо отметить, что в примерах, представленных на фиг.10-27, по оси ординат на фиг.10 и т.д. также указано фактическое количество всасываемого воздуха, но в примерах, показанных на фиг.10-27, требуемое количество всасываемого воздуха и фактическое количество всасываемого воздуха по существу совпадают, поэтому для удобства объяснения ординаты на фиг.10 и т.д. выражены как требуемое количество всасываемого воздуха. Кроме того, на фиг.29 и 30 иллюстрация запретной зоны X₁ в области высокой нагрузки была опущена, и показана лишь запретная зона X₂ в области низкой нагрузки. К тому же, на фиг.29 запретная зона Х₂ в области низкой нагрузки показана трехмерной.

Далее, если требуемое количество всасываемого воздуха уменьшают до минимального количества всасываемого воздуха, то возникает возможность рабочей точки, показывающей сочетание механической степени сжатия, момента закрытия впускного клапана и фактического количества всасываемого воздуха, которая попадает в запретную зону Х₂ области низкой нагрузки. Это будет объяснено со ссылкой на фиг.29 и 30.

На фиг.29 и 30 показано состояние рабочей точки, когда она находится в точке "n" на плоскости Q₆ полного открытия дроссельной заслонки, а требуемое количество всасываемого воздуха уменьшают до минимального количества всасываемого воздуха. Необходимо отметить, что на фиг.29 и 30 обозначения "а" и "с" соответствуют обозначениям "а" и "с" на фиг.28. То есть когда требуемое количество всасываемого воздуха уменьшают до минимального количества всасываемого воздуха, если момент закрытия впускного клапана задерживают с наименьшей скоростью, как показано "а" на фиг.29 и 30, то рабочая точка перемещается из точки "n" в точку "d" на правой боковой плоскости S₂, затем идет прямо вниз на правой боковой плоскости S₂. В результате рабочая точка попадает в запретную зону X₂ на правой боковой плоскости S₂. То есть в это время, как показано на фиг.31, после того, как момент закрытия впускного клапана достигает положения максимальной задержки, рабочая точка попадает в запретную зону X₂, тогда как фактическое количество всасываемого воздуха уменьшается.

В отличие от этого, когда требуемое количество всасываемого воздуха уменьшают до минимального количества всасываемого воздуха, если момент закрытия впускного клапана задерживается со скоростью, немного меньшей, чем наибольшая скорость, как показано "с" на фиг.29 и 30, то рабочая точка перемещается из точки "n" по направлению к запретной зоне X₂ и входит в запретную зону X₂ в точке "е". То есть в это время, как показано на фиг.32, когда осуществляется действие по задержке момента закрытия впускного клапана, рабочая точка входит в запретную зону X₂, тогда как фактическое количество всасываемого воздуха уменьшается.

Как можно понять из фиг.31 и 32, рабочая точка входит в запретную зону X₂, тогда как фактическое количество всасываемого воздуха уменьшается. В этом случае, чтобы заблокировать вход рабочей точки в запретную зону X₂, когда рабочая точка приближается к запретной зоне X₂, достаточно временно прекратить действие по уменьшению фактического количества всасываемого воздуха, пока механическая степень сжатия достаточно не увеличится. Чтобы прекратить действие по уменьшению фактического количества всасываемого воздуха, необходимо прекратить действие по задержке момента закрытия впускного клапана, но в этом случае, если положение останова хоть ненамного отклоняется, то рабочая точка окажется в запретной зоне X₂. Поэтому реальной проблемой является сложность точного регулирования момента закрытия впускного клапана таким образом, чтобы прекратить действие по уменьшению фактического количества всасываемого воздуха.

Поэтому в действительности, когда рабочая точка приблизилась к запретной зоне X₂, как показано пунктирной линией на фиг.31 и 32, момент закрытия впускного клапана устанавливают в сторону опережения, так что фактическое количество всасываемого воздуха увеличивается. Однако когда требуемое количество всасываемого воздуха быстро уменьшают, то есть во время действия быстрого замедления, если фактическое количество всасываемого воздуха временно увеличивают, тогда как оно уменьшается, то водителю транспортного средства становится не по себе.

Поэтому в настоящем изобретении, когда требуемое количество всасываемого воздуха уменьшилось, запретный слой устанавливается так, чтобы покрывать запретные зоны X₂, так что рабочая точка не будет входить в запретную зону X₂, и может быть обеспечено надлежащее ощущение замедления. Далее, этот запретный слой будет объяснен со ссылкой на фиг.33 и 34. Необходимо отметить, что фиг.34(А) представляет собой вид по стрелке А на фиг.33, фиг.34(В) представляет собой сечение В-В на фиг.33, а на фиг.34(С) показана правая боковая плоскость S₂ по стрелке С на фиг.33. Необходимо отметить, что из этих фигур только на фиг.34(В) показана запретная зона X₁ области высокой нагрузки.

Как показано на фиг.33 и 34(А), (В) и (С), запретная зона X₂ наиболее обширна во время минимального количества всасываемого воздуха и постепенно становится меньше с увеличением количества всасываемого воздуха. В настоящем изобретении запретный слой Y устанавливается для этой запретной зоны X₂, когда требуемое количество всасываемого воздуха уменьшается. Как можно понять из фиг.33 и 34(А), (В) и (С), этот запретный слой Y идет вдоль края запретной зоны X₂ во время минимального количества всасываемого воздуха и простирается от запретной зоны X₂ в направлении стороны увеличения количества всасываемого воздуха, охватывая в то же время запретную зону X₂, когда количество всасываемого воздуха увеличивается, начиная с минимального количества всасываемого воздуха. Точнее говоря, этот запретный слой Y идет от верхней поверхности запретной зоны X₂ до плоскости Q₆ полного открытия дроссельной заслонки.

В настоящем изобретении рабочей точке запрещен вход в запретный слой Y. То есть в настоящем изобретении, когда требуемое количество всасываемого воздуха уменьшают и рабочая точка перемещается по направлению к запретной зоне X₂, рабочей точке запрещается вход в запретный слой Y, благодаря чему блокируется вход рабочей точки в запретную зону X₂.

В этом отношении, в примере осуществления настоящего изобретения после уменьшения требуемого количества всасываемого воздуха и достижения рабочей точкой наружной периферической поверхности YZ запретного слоя Y, рабочую точку перемещают вдоль наружной периферической поверхности YZ запретного слоя Y в направлении уменьшения количества всасываемого воздуха. То есть в примере осуществления настоящего изобретения наружная периферическая поверхность YZ запретного слоя Y образует плоскость управления перемещением рабочей точки. Наружная периферическая поверхность запретного слоя Y, то есть плоскость управления перемещением YZ рабочей точки, содержит наклонную плоскость, которая постепенно становится стороной высокой механической степени сжатия в направлении от плоскости Q₆ полного открытия дроссельной заслонки к плоскости Q₁ минимального количества всасываемого воздуха. Угол наклона этой плоскости управления перемещением YZ определяется скоростью снижения фактического количества всасываемого воздуха и скоростью увеличения механической степени сжатия.

То есть когда требуемое количество всасываемого воздуха уменьшают, механическую степень сжатия увеличивают с максимальной скоростью, а угол наклона плоскости управления перемещением YZ делают углом наклона θК, который определяется максимальным увеличением CRK механической степени сжатия в единицу времени и максимальным снижением GAK фактического количества всасываемого воздуха в единицу времени на фиг.34(С), или углом наклона выше этого. Когда угол наклона плоскости управления перемещением YZ делают таким как θК или более, рабочая точка, которую направляют вдоль плоскости управления перемещением YZ, никогда не войдет в запретный слой Y, поэтому рабочей точке будет заблокирован вход в запретную зону X₂.

Необходимо отметить, что, когда период времени до того, как фактическое количество всасываемого воздуха становится минимальным количеством всасываемого воздуха на фиг.28, является самым коротким, предполагается, что снижение в единицу времени фактического количества всасываемого воздуха становится максимальным. С другой стороны, линия С на фиг.28 показывает, что период времени до того, как фактическое количество всасываемого воздуха становится минимальным количеством всасываемого воздуха, является самым коротким. Поэтому в примере осуществления настоящего изобретения снижение в единицу времени фактического количества всасываемого воздуха во время, показанное линией С на фиг.28, делают максимальным снижением GAK, а угол наклона θК плоскости управления перемещением YZ определяется по этому максимальному снижению GAK и максимальному увеличению RK механической степени сжатия.

Простое объяснение метода определения фактического количества всасываемого воздуха в двигателе внутреннего сгорания, представленном на фиг.1, сводится к тому, что если определяются давление внутри уравнительной камеры 12, момент закрытия впускного клапана и частота вращения двигателя, то определяется эффективность наддува. В примере осуществления настоящего изобретения фактическое количество всасываемого воздуха рассчитывается по этой эффективности наддува. На фиг.35 показаны линии эквивалентной эффективности наддува при определенной частоте вращения двигателя. В примере на фиг.35 эффективность наддува η постепенно повышается от величины η₁ до величины η_i. В примере осуществления настоящего изобретения зависимость, показанная на фиг.35, сохраняется в памяти для различных частот вращения. Эффективность наддува рассчитывается исходя из указанных зависимостей, тогда как фактическое количество всасываемого воздуха рассчитывается исходя из рассчитанной эффективности наддува.

Указанный метод определения фактического количества всасываемого воздуха, который объяснен выше, является лишь одним из примеров. Фактическое количество всасываемого воздуха можно найти и другим методом. Например, чтобы найти фактическое количество всасываемого воздуха, также можно использовать модель потока всасываемого воздуха.

Далее, со ссылкой на фиг.36-38 будет объяснена траектория перемещения рабочей точки, когда требуемое количество всасываемого воздуха быстро уменьшают до минимального количества всасываемого воздуха. В этом случае рабочая точка, как объяснялось ранее, представляет собой точку, которая определена по механической степени сжатия, моменту закрытия впускного клапана и фактическому количеству всасываемого воздуха. Необходимо отметить, что когда требуемое количество всасываемого воздуха быстро уменьшают до минимального количества всасываемого воздуха, как объяснялось ранее, дроссельную заслонку 17 немедленно полностью закрывают и устанавливается запретный слой Y.

В примере осуществления настоящего изобретения этот запретный слой Y не устанавливается, за исключением случая, когда требуемое количество всасываемого воздуха быстро уменьшают, поэтому рабочая точка может войти в запретный слой, когда требуемое количество всасываемого воздуха увеличивается или когда требуемое количество всасываемого воздуха медленно уменьшается.

После этого, когда механическая степень сжатия и момент закрытия впускного клапана удерживаются в рабочей точке "n", показанной на фиг.36, требуемое количество всасываемого воздуха становится минимальным количеством всасываемого воздуха, и в результате, если требуемая рабочая точка достигает точки "d", то механическую степень сжатия увеличивают с максимальной скоростью до тех пор, пока рабочая точка не достигнет плоскости управления перемещением YZ запретного слоя Y. В это время момент закрытия впускного клапана задерживают со скоростью, показанной на фиг.28 сплошной линией С, то есть с заданной скоростью, обеспечивающей снижение фактического количества всасываемого воздуха до минимального количества всасываемого воздуха за самое короткое время, когда требуемое количество всасываемого воздуха уменьшают до минимального количества всасываемого воздуха. То есть если, обобщенно выражаясь, чтобы охватить даже случай, который показан пунктирной линией на фиг.9, когда требуемое количество всасываемого воздуха уменьшают, то начинаются действие по увеличению механической степени сжатия и действие по перемещению момента закрытия впускного клапана в направлении от нижней мертвой точки при впуске. В это время скорость, с которой момент закрытия впускного клапана перемещают в направлении от нижней мертвой точки при впуске, является заданной скоростью, обеспечивающей уменьшение фактического количества всасываемого воздуха до минимального количества всасываемого воздуха за самый короткий период, когда требуемое количество всасываемого воздуха уменьшают до минимального количества всасываемого воздуха.

Необходимо отметить, что пока механическую степень сжатия увеличивают с максимальной скоростью, а момент закрытия впускного клапана задерживается со скоростью, показанной на фиг.28 сплошной линией С, давление внутри уравнительной камеры 12, которое измеряется датчиком 25 давления, момент закрытия впускного клапана и частота вращения двигателя используются в качестве основы для расчета фактического количества всасываемого воздуха, а рассчитанные фактическое количество всасываемого воздуха, механическая степень сжатия и момент закрытия впускного клапана используются в качестве основы, чтобы определить, достигла ли рабочая точка плоскости управления перемещением YZ.

На фиг.36-38 показано положение рабочей точки при достижении плоскости управления перемещением YZ точкой e₁. В примере, показанном на фиг.36-38, если рабочая точка достигает плоскости управления перемещением YZ, то действие по задержке момента закрытия впускного клапана прекращается. В отличие от этого механическая степень сжатия продолжает увеличиваться с максимальной скоростью независимо от того, достигла ли рабочая точка плоскости управления перемещением YZ, поэтому, когда рабочая точка достигает плоскости управления перемещением YZ, она изменяет направление своего перемещения из точки e₁ в направлении увеличения механической степени сжатия.

Когда рабочая точка перемещается из точки e₁ в направлении увеличения механической степени сжатия, если снижение фактического количества всасываемого воздуха является максимальным снижением GAK, то рабочая точка перемещается из точки e₁ вдоль плоскости управления перемещением YZ и достигает плоскости Q₁ минимального количества всасываемого воздуха. Положение рабочей точки в этот момент показано как точка е₂.

Если рабочая точка становится точкой е₂, как показано на фиг.38, целевая рабочая точка е₂, которая является ближайшей к требуемой рабочей точке "d", не входящей в запретный слой Y на плоскости Q₁ минимального количества всасываемого воздуха, рассчитывается исходя из значения R, которого может достичь механическая степень сжатия за фиксированное время, и значения S, которого может достичь момент закрытия впускного клапана за фиксированное время. Таким же путем на плоскости минимального количества всасываемого воздуха Q₁ последовательно рассчитываются целевые рабочие точки e₄, е₂, е₆, e₇, e₈, e₉ и е₁₀, ближайшие к требуемой рабочей точке "d", исходя из значения, которого может достичь механическая степень сжатия за фиксированное время, и значения, которого может достичь момент закрытия впускного клапана за фиксированное время, и механическую степень сжатия и момент закрытия впускного клапана последовательно изменяют по конечным целевым рабочим точкам е₄, е₅, е₆, е₇, e₈, e₉ и е₁₀ на плоскости минимального количества всасываемого воздуха Q₁ до требуемой рабочей точки "d". В течение этого времени механическую степень сжатия увеличивают, а момент закрытия впускного клапана задерживается до достижения точки e₇.

На фиг.39 показаны изменения фактического количества всасываемого воздуха, степени открытия дроссельной заслонки, момента закрытия впускного клапана, механической степени сжатия и фактической степени сжатия в случае, когда рабочую точку перемещают так, как показано на фиг.36-38. Как можно понять из фиг.39, после того, как требуемое количество всасываемого воздуха быстро уменьшили, фактическое количество всасываемого воздуха продолжает уменьшаться сравнительно быстро, поэтому можно добиться надлежащего ощущения замедления транспортного средства.

С другой стороны, в этом примере фактическое количество всасываемого воздуха достигает минимального количества всасываемого воздуха, после чего начинается действие по открыванию дроссельной заслонки 17. Действие открывания дроссельной заслонки 17 выполняется после того, как количество всасываемого воздуха достигнет минимального количества всасываемого воздуха, после чего выполняется действие по задержке момента закрытия впускного клапана. Кроме того, во время выполнения действия открывания дроссельной заслонки 17 механическая степень сжатия продолжает увеличиваться.

С другой стороны, как объяснялось ранее, когда рабочая точка достигает плоскости управления перемещением YZ, то затем она перемещается в направлении увеличения механической степени сжатия от точки e₁, если снижение фактического количества всасываемого воздуха является максимальным снижением GAK, рабочая точка перемещается от точки e₁ вдоль плоскости управления перемещением YZ и достигает точки e₂ на плоскости Q₁ минимального количества всасываемого воздуха. В отличие от этого, когда снижение фактического количества всасываемого воздуха меньше максимального снижения GAK, рабочая точка постепенно перемещается от плоскости управления перемещением YZ наружу по мере того, как механическая степень сжатия увеличивается и достигает плоскости Q₁ минимального количества всасываемого воздуха со стороны высокой механической степени сжатия по отношению к запретному слою Y. Когда рабочая точка достигает плоскости Q₁ минимального количества всасываемого воздуха, для последовательного вычисления рабочей точки используется тот же метод, что показан на фиг.38.

В этом случае фактическое количество всасываемого воздуха, степень открытия дроссельной заслонки, момент закрытия впускного клапана и механическая степень сжатия также изменяются, как показано на фиг.39. Однако в этом случае расстояние между точками e₁ и е₂ становится больше расстояния между точками e₁ и е₂, показанного на фиг.39.

Фиг.40 и 41 относятся к представленному на фиг.40 случаю, в котором момент закрытия впускного клапана устанавливают слегка на опережение, когда рабочая точка достигает плоскости управления перемещением YZ, а затем рабочая точка перемещается вдоль плоскости управления перемещением YZ в направлении увеличения механической степени сжатия. В это время, если фактическое количество всасываемого воздуха увеличивается, водителю становится не по себе, но, как показано на фиг.41, когда фактическое количество всасываемого воздуха не увеличивается между точками e₁ и е₂, водителю не становится не по себе. Поэтому в данном случае момент закрытия впускного клапана можно установить на опережение. То есть между точками e₁ и е₂ момент закрытия впускного клапана можно установить на опережение, то есть можно переместить в направлении приближения к нижней мертвой точке при впуске в интервале, в котором фактическое количество всасываемого воздуха не изменяется или уменьшается.

Фиг.42 и 43 относятся к представленному на фиг.42 случаю, в котором момент закрытия впускного клапана слегка задерживается, когда рабочая точка достигает плоскости управления перемещением YZ и затем рабочая точка перемещается вдоль плоскости управления перемещением YZ в направлении увеличения механической степени сжатия. Если таким способом задерживать момент закрытия впускного клапана, то фактическое количество всасываемого воздуха быстро уменьшается, как это показано между точками e₁ и е₂ на фиг.43. Поэтому можно обеспечить надлежащее ощущение замедления транспортного средства. Однако при задержке момента закрытия впускного клапана возникает риск входа рабочей точки в запретный слой Y. Поэтому момент закрытия впускного клапана можно задержать, т.е. его перемещают в направлении от нижней мертвой точки при впуске, в диапазоне, в котором рабочая точка не войдет в запретный слой Y.

То есть в примере осуществления настоящего изобретения, когда требуемое количество всасываемого воздуха уменьшают, начинаются действие по увеличению механической степени сжатия и действие по перемещению момента закрытия впускного клапана в направлении от нижней мертвой точки при впуске. В период после того, как рабочая точка достигает наружной периферической поверхности YZ запретного слоя Y, ее затем перемещают вдоль наружной периферической поверхности YZ запретного слоя Y, момент закрытия впускного клапана задерживается или перемещается на опережение со скоростью, меньшей, чем скорость, которая была до достижения наружной периферической поверхности YZ, или действие по перемещению момента закрытия впускного клапана на задержку и опережение прекращается. В течение этого времени механическую степень сжатия увеличивают с максимальной скоростью.

Способ регулирования при замедлении, объясненный на фиг.28-43, осуществляется, когда требуемое количество всасываемого воздуха быстро уменьшается. В этом примере осуществления настоящего изобретения, когда требуемое количество всасываемого воздуха уменьшают с заданной скоростью уменьшения или быстрее, делается вывод, что требуемое количества всасываемого воздуха быстро уменьшается. В это время выполняется операционное управление замедлением, объясненное на фиг.28-43. То есть в примере осуществления настоящего изобретения, когда требуемое количество всасываемого воздуха уменьшают с заданной скоростью уменьшения или быстрее, дроссельную заслонку 17 для регулирования количества всасываемого воздуха полностью закрывают. В это время устанавливается запретный слой Y.

Кроме того, в другом примере осуществления настоящего изобретения, когда требуемое количество всасываемого воздуха уменьшают с заданной скоростью уменьшения или быстрее и требуемое количество всасываемого воздуха становится равным базовому количеству или менее, делают вывод, что требуемое количество всасываемого воздуха быстро уменьшается. В это время дроссельную заслонку 17 полностью закрывают, и устанавливается запретный слой Y. На фиг.44-47 показана процедура расчета целевого значения при использовании таких критериев суждения.

Необходимо отметить, что в этой процедуре, за исключением управления на начальном этапе, когда требуемое количество всасываемого воздуха быстро уменьшают, целевая рабочая точка, которая может быть достигнута за заданное фиксированное время, рассчитывается для каждого такого заданного фиксированного периода времени. Поэтому процедура, представленная на фиг.44-47, выполняется путем прерывания на каждый такой заданный период времени. Этот заданный период времени может устанавливаться любым путем, но в примере осуществления настоящего изобретения этот заданный фиксированный период времени делают 8 мс. Поэтому в примере осуществления настоящего изобретения процедура расчета целевого значения, представленная на фиг.44-47, выполняется каждые 8 мс. Целевая рабочая точка, которую можно достичь за 8 мс из текущей рабочей точки, рассчитывается каждые 8 мс.

Согласно фиг.44-47, сначала на шаге 100 рассчитывается требуемое количество всасываемого воздуха GX. Это требуемое количество всасываемого воздуха GX, например, сохраняется заранее в ПЗУ 32 как функция величины нажатия на педаль 40 акселератора и частоты вращения двигателя. Затем на шаге 101 рассчитывается требуемая рабочая точка на базовой рабочей линии W в соответствии с требуемым количеством всасываемого воздуха GX. Затем на шаге 102 определяется, был ли установлен флажок быстрого замедления, который устанавливается во время быстрого замедления. Если флажок быстрого замедления не был установлен, процедура переходит к шагу 103.

На шаге 103 решается, больше ли разность (GX₁-GX) между требуемым количеством всасываемого воздуха GX₁ во время предыдущего прерывания и текущим требуемым количеством всасываемого воздуха GX, чем заданная настройка М, то есть было ли вынуждено требуемое количество всасываемого воздуха GX уменьшаться с заданной скоростью уменьшения или быстрее. Когда скорость уменьшения требуемого количества всасываемого воздуха GX меньше заданной скорости уменьшения, процедура переходит к шагу 106 на фиг.45. И наоборот, когда скорость уменьшения требуемого количества всасываемого воздуха GX равна или более заданной скорости уменьшения, процедура переходит к шагу 104.

На шаге 104 решается, становится ли требуемое количество всасываемого воздуха GX меньше заданного базового количества N. Когда GX≥N, то процедура переходит к шагу 106. И наоборот, когда GX<N, то процедура переходит к шагу 105, на котором устанавливается флажок быстрого замедления. То есть процедура переходит к шагу 105, на котором устанавливается флажок быстрого замедления, когда требуемое количество всасываемого воздуха GX уменьшают до заданной скорости замедления или более и требуемое количество всасываемого воздуха GX становится равным базовому количеству N или менее. При других условиях процедура переходит к шагу 106 на фиг.45.

На шаге 106 решается, является ли текущая рабочая точка требуемой рабочей точкой. Когда текущая рабочая точка является требуемой рабочей точкой, цикл обработки заканчивается. И напротив, когда текущая рабочая точка не является требуемой рабочей точкой, процедура переходит к шагу 107, на котором определяется, больше ли требуемое количество всасываемого воздуха GX количества всасываемого воздуха GA в текущей рабочей точке.

Когда GX>GA, то есть при увеличении количества всасываемого воздуха, процедура переходит к шагу 108, на котором определяется целевая рабочая точка, как это объяснялось на основании фиг.13-15. То есть на шаге 108 рассчитывается момент закрытия впускного клапана, который может быть достигнут за фиксированное время. Далее на шаге 109 вычисляется механическая степень сжатия, которая может быть достигнута за фиксированное время. В это время механическая степень сжатия, которая может быть достигнута за фиксированное время, рассчитывается с учетом величины изменения механической степени сжатия, которая объяснена со ссылкой на фиг.16 и 17. Далее на шаге 110 вычисляется целевая степень открытия дроссельной заслонки в соответствии с требуемым количеством всасываемого воздуха GX. Эту целевую степень открытия дроссельной заслонки обычно делают степенью полного открытия, когда требуемая рабочая точка находится на плоскости Q₆ полного открытия дроссельной заслонки.

Далее на шаге 111 определяется целевая рабочая точка методом, который объяснен со ссылкой на фиг.14. Затем на шаге 112 по этой определенной целевой рабочей точке вычисляются целевое значение механической степени сжатия и целевое значение момента закрытия впускного клапана. Целевое значение степени открытия дроссельной заслонки уже вычислено в виде целевой степени открытия дроссельной заслонки на шаге 110.

С другой стороны, когда на шаге 107 решается, что GX≤GA, то есть когда количество всасываемого воздуха должно уменьшаться или количество всасываемого воздуха становится требуемым количеством всасываемого воздуха, процедура переходит к шагу 113, на котором, как объяснялось на основании фиг.18-27, определяется целевая рабочая точка. То есть на шаге 113 вычисляется момент закрытия впускного клапана, который может быть достигнут за фиксированное время, затем на шаге 114 вычисляется механическая степень сжатия, которая может быть достигнута за фиксированное время. В это время также вычисляется механическая степень сжатия, которая может быть достигнута за фиксированное время с учетом величины изменения механической степени сжатия, как объяснено на фиг.16 и 17. Далее на шаге 115 вычисляется целевая рабочая точка, затем на шаге 116 вычисляется целевая степень открытия дроссельной заслонки, удовлетворяющая требуемому количеству всасываемого воздуха.

С другой стороны, если на шаге 105 на фиг.44 установлен флажок быстрого замедления, то процедура переходит к шагу 117 на фиг.46. Необходимо отметить, что если флажок быстрого замедления установлен, после этого процедура переходит с шага 102 на фиг.44 к шагу 117 на фиг.46. На шаге 117 вычисляется целевая степень открытия дроссельной заслонки 17. После установки флажка быстрого замедления, когда процедура переходит к шагу 117 в первый раз, целевую степень открытия дроссельной заслонки 17 делают заданной минимальной целевой степенью открытия, т.е. полностью закрытой. Необходимо отметить, что как объяснялось со ссылкой на фиг.39, 41 и 43, целевую степень открытия дроссельной заслонки 17 делают полностью закрытой, затем через некоторое время ее постепенно увеличивают.

Далее на шаге 118 давление внутри уравнительной камеры 12, момент закрытия впускного клапана и частота вращения двигателя используются в качестве основы для вычисления фактического количества всасываемого воздуха GAX. Затем на шаге 119 решается, установлен ли флажок вычисления целевого значения после точки е₂ на фиг.39, 41 и 43. Когда флажок вычисления целевого значения не установлен, процедура переходит к шагу 120, на котором вычисляется текущая рабочая точка, показывающая сочетание механической степени сжатия, момента закрытия впускного клапана и фактического количества всасываемого воздуха GAX.

Далее на шаге 121 решается, достигает ли рабочая точка внешней периферической поверхности YZ запретного слоя Y. Если рабочая точка не достигает внешней периферической поверхности YZ запретного слоя, процедура переходит к шагу 122, на котором вычисляются целевые значения момента закрытия впускного клапана и механической степени сжатия. В это время целевое значение момента закрытия впускного клапана делают моментом закрытия впускного клапана, который может быть достигнут за фиксированное время при задержке со скоростью, показанной сплошной линией С на фиг.28, тогда как целевое значение механической степени сжатия делают механической степенью сжатия, которая может быть достигнута за фиксированное время с учетом величины изменения механической степени сжатия, как объяснено со ссылкой на фиг.16 и 17. Поэтому в это время момент закрытия впускного клапана задерживается со скоростью, показанной сплошной линией С на фиг.28, тогда как механическую степень сжатия увеличивают с максимально возможной скоростью. После этого цикл обработки завершается.

С другой стороны, когда на шаге 121 решается, что рабочая точка достигает внешней периферической поверхности XYZ запретного слоя Y, процедура переходит к шагу 123, на котором решается, становится ли фактическое количество всасываемого воздуха GAX требуемым количеством всасываемого воздуха GX или менее. Если GAX>GA, то есть когда фактическое количество всасываемого воздуха GAX больше, чем требуемое количество всасываемого воздуха GA, процедура переходит к шагу 124, на котором вычисляются целевые значения момента закрытия впускного клапана и механической степени сжатия. В это время целевое значение механической степени сжатия делают механической степенью сжатия, которая может быть достигнута за фиксированное время с учетом величины изменения механической степени сжатия, как объяснено со ссылкой на фиг.16 и 17. Поэтому в это время механическую степень сжатия увеличивают с максимально возможной скоростью.

С другой стороны, в это время целевое значение момента закрытия впускного клапана оставляется как текущее значение момента закрытия впускного клапана, несколько перенесенного на опережение или несколько перенесенного на задержку. Поэтому в это время момент закрытия впускного клапана временно фиксируется, несколько перемещается на опережение или несколько перемещается на задержку. После этого цикл обработки завершается. В это время рабочая точка перемещается по наружной периферической поверхности запретного слоя Y, то есть плоскости управления перемещением YZ.

Далее, когда на шаге 123 решается, что GAX≤GX, то есть фактическое количество всасываемого воздуха GAX снижается до требуемого количества всасываемого воздуха GX, процедура переходит к шагу 125, на котором устанавливается флажок вычисления целевого значения, затем процедура переходит к шагу 126 на фиг.47. Необходимо отметить, что когда устанавливается флажок вычисления целевого значения, процедура переходит с шага 119 на фиг.46 к шагу 126 на фиг.47. На шаге 126 вычисляется момент закрытия впускного клапана, который может быть достигнут за фиксированное время, затем на шаге 127 вычисляется механическая степень сжатия, которая может быть достигнута за фиксированное время. В это время вычисляется также механическая степень сжатия, которая может быть достигнута за фиксированное время с учетом величины изменения механической степени сжатия, как объяснено со ссылкой на фиг.16 и 17.

Далее на шаге 128 способ, который был объяснен на основании фиг.38, используется для определения целевой рабочей точки. Затем на шаге 129 указанная определенная целевая точка используется для вычисления целевого значения механической степени сжатия и целевого значения момента закрытия впускного клапана. Затем на шаге 130 решается, является ли текущая рабочая точка требуемой рабочей точкой "d" или нет. Если текущая рабочая точка является требуемой рабочей точкой "d", то процедура переходит к шагу 132, на котором флажок быстрого замедления сбрасывается. Далее процедура переходит к шагу 133, на котором сбрасывается флажок вычисления целевого значения, после чего цикл обработки завершается.

С другой стороны, когда на шаге 130 решается, что текущая рабочая точка не является требуемой рабочей точкой "d", процедура переходит к шагу 131, на котором решается, становится ли требуемое количество всасываемого воздуха GX выше фактического количества всасываемого воздуха GAX. Когда GX≤GAX, цикл обработки завершается. В противном случае, когда GX>GAX, например, когда в течение замедления выполняется операция ускорения, процедура переходит от шага 131 к шагу 132, на котором происходит возврат к обычному управлению.

На фиг.48 показана задающая процедура для приведения в действие механизма А изменения степени сжатия, механизма В изменения момента открытия и закрытия клапана и дроссельной заслонки 17 с использованием ПИД-регулирования, так что механическая степень сжатия, момент закрытия впускного клапана и степень открытия дроссельной заслонки становятся рассчитанными целевыми значениями по процедуре, представленной на фиг.44-47. Указанная процедура выполняется циклически, когда начинается работа двигателя.

Согласно фиг.48 на шаге 200 вычисляется разность ΔIT(=IT₀-IT) целевого значения IT₀ момента закрытия впускного клапана и текущего значения момента закрытия впускного клапана IT, вычисляется разность ΔCR(=CR₀-CR) целевого значения CR₀ механической степени сжатия и текущего значения механической степени сжатия CR и вычисляется разность Δθ(θ₀-0) целевого значения θ₀ степени открытия дроссельной заслонки и текущего значения θ степени открытия дроссельной заслонки.

Далее на шаге 201 ΔIT умножают на постоянную пропорциональности K_p1, чтобы вычислить пропорциональный член E_p1 задающего напряжения для механизма В изменения момента открытия и закрытия клапана, ΔCR умножают на постоянную пропорциональности К_р3, чтобы вычислить пропорциональный член Е_р2 задающего напряжения для механизма А изменения степени сжатия, и Δθ умножают на постоянную пропорциональности К_р3, чтобы вычислить пропорциональный член E_P3 задающего напряжения для дроссельной заслонки 17.

Далее на шаге 202 ΔIT умножают на постоянную интегрирования K_i1, и этот результат умножения (K_i1·ΔIT) суммируют с накоплением, чтобы вычислить интегральный член E_i1 задающего напряжения для механизма В, изменения момента открытия и закрытия клапана, ΔCR умножают на постоянную интегрирования K_i2, и этот результат умножения (K_i2·ΔCR) суммируют с накоплением, чтобы вычислить интегральный член E_i2 задающего напряжения для механизма А изменения степени сжатия, и Δθ умножают на постоянную интегрирования K_i3, и этот результат умножения (K_i3·Δθ) суммируют с накоплением, чтобы вычислить интегральный член E_i3 задающего напряжения для дроссельной заслонки 17.

Далее на шаге 293 разность (ΔIT-AIT₁) текущего ΔIT и ранее рассчитанного ΔIT₁ умножают на постоянную дифференцирования K_d1, чтобы вычислить дифференциальный член E_d1 задающего напряжения для механизма В изменения момента открытия и закрытия клапана, разность (ΔCR-ΔCR₁) текущего ΔCR и ранее вычисленного ΔCR₁ умножают на постоянную дифференцирования K_d2, чтобы вычислить дифференциальный член E_d2 задающего напряжения для механизма А изменения степени сжатия, и разность (Δθ-Δθ1) текущего Δθ и ранее вычисленного Δθ1 умножают на постоянную дифференцирования K_d3, чтобы вычислить дифференциальный член E_d3 задающего напряжения для дроссельной заслонки 17.

Далее на шаге 204 пропорциональный член E_p1, интегральный член E_i1 и дифференциальный член E_d1 складывают, чтобы вычислить задающее напряжение E₁ для механизма В изменения момента открытия и закрытия клапана, пропорциональный член E_p2, интегральный член E_i2 и дифференциальный член E_d2 складывают, чтобы вычислить задающее напряжение Е₂ для механизма А изменения степени сжатия, и пропорциональный член E_P3, интегральный член E_i3 и дифференциальный член E_d3 складывают, чтобы вычислить задающее напряжение привода Е₃ для дроссельной заслонки 17.

Если механизм В изменения момента открытия и закрытия клапана, механизм А изменения степени сжатия и дроссельная заслонка 17 приводятся в действие в соответствии с этим задающим напряжением E₁, Е₂ и Е₃, момент закрытия впускного клапана, механическая степень сжатия и степень открытия дроссельной заслонки соответственно изменяются в направлении последовательно изменяющихся целевых значений.

Перечень позиций

1 - картер двигателя

2 - блок цилиндров

3 - головка блока цилиндров

4 - поршень

5 - камера сгорания

7 - впускной клапан

17 - дроссельная заслонка

70 - распределительный вал для приведения в действие и использования впускного клапана

А - механизм изменения степени сжатия

В - механизм изменения момента открытия и закрытия клапана

X₁, X₂ - запретная зона

Y - запретный слой

YZ - плоскость управления перемещением.