專利名稱：火花點火式內(nèi)燃發(fā)動機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種火花點火式內(nèi)燃發(fā)動機。
背景技術：
本領域公知的火花點火式內(nèi)燃發(fā)動機設置有能夠改變機械壓縮比 的可變壓縮比機構和能夠控制進氣門的閉合正時的可變氣門正時機 構，在發(fā)動機中負載運轉(zhuǎn)和發(fā)動機高負載運轉(zhuǎn)時由增壓器執(zhí)行增壓動 作，并且在發(fā)動機中負載和高負載運轉(zhuǎn)時隨著發(fā)動機負栽降低而在保 持實際燃燒比不變的狀態(tài)下提高機械壓縮比并且延遲進氣門的閉合正
時(例如，參見日本專利公報(A) No. 2004-218522 )。
但是，在這種內(nèi)燃發(fā)動機中，即使在發(fā)動機低負載運轉(zhuǎn)時，機械 壓縮比也很高并且進氣門的閉合正時也被延遲，但卻不清楚該機械壓 縮比是高于還是低于發(fā)動機中負載運轉(zhuǎn)時的機械壓縮比，也不清楚該 進氣門的閉合正時是遲于還是早于發(fā)動機中負載運轉(zhuǎn)時的進氣門閉合 正時。另外，在這種內(nèi)燃發(fā)動機中，也不清楚發(fā)動機低負載運轉(zhuǎn)時的 實際壓縮比是高于還是低于發(fā)動機中負載和高負載運轉(zhuǎn)時的實際壓縮 比。
另外， 一般來說，在內(nèi)燃發(fā)動機中，發(fā)動機負載越小，熱效率越 差，因此要想提高車輛運轉(zhuǎn)時的熱效率，即，要想改善燃料消耗，就 必須提高發(fā)動機低負載運轉(zhuǎn)時的熱效率。但是，在內(nèi)燃發(fā)動機中，膨 脹比越大，在膨脹行程時向下推壓活塞的力作用的時間也就越長，因 此膨脹比越大，則熱效率提高得越多。另一方面，如果提高發(fā)動機壓 縮比，則膨脹比變高。因此，要想提高發(fā)動機運轉(zhuǎn)時的熱效率，優(yōu)選 盡可能地提高發(fā)動機低負栽運轉(zhuǎn)時的機械壓縮比，以使得在發(fā)動機低 負栽運轉(zhuǎn)時能夠獲得最大的膨脹比。但是，在上述公知的內(nèi)燃發(fā)動機中，不清楚機械壓縮比是否已經(jīng) 高得足以在發(fā)動機低負載運轉(zhuǎn)時獲得最大的膨脹比。另外，在設置有
的可變氣門正時機構的內(nèi)燃發(fā)動機中，當使機械壓縮比提高時，通常 也使得實際壓縮比提高。也就是說，通常，要想使壓縮比提高就提高 機械壓縮比。這是因為人們相信，此時，除非提高實際壓縮比，否則 其它都沒有意義。
但是，如果提高實際壓縮比，又會發(fā)生爆燃，因此實際壓縮比又 不能提高那么多。因此，過去由于即使提高發(fā)動機低負載運轉(zhuǎn)時的機 械壓縮比，實際壓縮比也不能提高那么多，所以機械壓縮比從來沒有 那么高。結(jié)果，過去存在的問題是，在發(fā)動機低負載運轉(zhuǎn)時不能獲得 足夠高的膨脹比，并且相應地也不能獲得與結(jié)構的更加復雜化相稱的 良好燃料消耗效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種火花點火式內(nèi)燃發(fā)動機，所述火花點火 式內(nèi)燃發(fā)動M高了在車輛運轉(zhuǎn)時的熱效率，并且具有良好的燃料消 耗效果。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種火花點火式內(nèi)燃發(fā)動機，其包括能夠改 變機械壓縮比的可變壓縮比機構和能夠改變實際壓縮動作的開始正時 的實際壓縮動作開始正時改變機構，所述機械壓縮比為最大值，從而 在發(fā)動機低負載運轉(zhuǎn)時獲得最大膨脹比，并且發(fā)動機低負栽運轉(zhuǎn)時的 實際壓縮比設為與發(fā)動機中負載和高負載運轉(zhuǎn)時的實際壓縮比基本相 同的實際壓縮比。
另外，根據(jù)本發(fā)明，還提供了一種火花點火式內(nèi)燃發(fā)動機，其包 括能夠改變機械壓縮比的可變壓縮比機構和能夠控制進氣門的閉合正 時的可變氣門正時機構，所述機械壓縮比為最大值，從而在發(fā)動機低 負載運轉(zhuǎn)時獲得最大膨脹比，并且供給到燃燒室中的進氣量主要通過 改變所述進氣門的閉合正時進行控制。


圖l是火花點火式內(nèi)燃發(fā)動機的總圖。
圖2是可變壓縮比機構的分解立體圖。
圖3是所示內(nèi)燃發(fā)動機的側(cè)視橫截面圖。
圖4是可變氣門正時機構的視圖。
圖5是示出進氣門和排氣門的升程量的視圖。
圖6是用于說明發(fā)動機壓縮比、實際壓縮比以及膨脹比的視圖。
圖7是示出理論熱效率和膨脹比之間關系的視圖。
圖8是用于說明普通循環(huán)和超高膨脹比循環(huán)的視圖。
圖9是示出機械壓縮比等根據(jù)發(fā)動機負載變化的視圖。
圖10是用于操作控制的流程圖。
圖11是示出目標實際壓縮比等的視圖。
具體實施例方式
圖l示出火花點火式內(nèi)燃發(fā)動機的側(cè)旨截面圖。
參照圖l， l表示曲軸箱，2表示氣缸體，3表示氣缸蓋，4表示活 塞，5表示燃燒室，6表示設置在燃燒室5頂部中心處的火花塞，7表 示進氣門，8表示進氣口， 9表示糸^氣門，10表示朝》氣口。進氣口 8 通過進氣支管11連接到穩(wěn)壓罐12,同時每個進氣支管11設置有用于 向相應的進氣口 8噴射燃料的燃料噴射器13。應當注意，每個燃料噴 射器13可以設置在每個燃燒室5處而不附接到每個進氣支管11。
穩(wěn)壓罐12通過進氣管14連接到空氣濾清器15,而進氣管14內(nèi)部 設置有由致動器16驅(qū)動的節(jié)氣門17和使用例如熱線的進氣量檢測器 18。另一方面，排氣口 10通過排氣歧管19連接到容納例如三元催化 劑的催化轉(zhuǎn)化器20，而排氣歧管19內(nèi)部設置有空燃比傳感器21。
另一方面，在圖1中所示的實施方式中，曲軸箱1和氣釭體2的 連接部分沒置有可變壓縮比機構A，所述可變壓縮比機構A能夠沿氣缸的軸向改變曲軸箱1和氣釭體2的相對位置，從而改變當活塞4位 于壓縮上止點時燃料室5的容積，并且還i更置有能夠改變實際壓縮動 作的開始正時的實際壓縮動作開始正時改變機構B。應當注意，在圖1 中所示的實施方式中，此實際壓縮動作開始正時改變機構B包括能夠 控制進氣門7的閉合正時的可變氣門正時W^。
電控單元30包括數(shù)字計算機，所述數(shù)字計算機設置有通過雙向總 線31彼此連接的部件，例如ROM (只讀存儲器)32、 RAM (隨M M儲器)33、 CPU (微處理器)34、輸入端口 35以及輸出端口 36。 進氣量檢測器18的輸出信號和空燃比傳感器21的輸出信號通iif目應 的模數(shù)(AD)轉(zhuǎn)換器37輸入到輸入端口 35。另外，加速器膝板40 連接到負載傳感器41，該負載傳感器41產(chǎn)生與加速器踏板40的推壓 量L成正比的輸出電壓。負載傳感器41的輸出電壓通it^目應的員轉(zhuǎn) 換器37輸入到輸入端口 35。另外，輸入端口 35連接到曲軸轉(zhuǎn)角傳感 器42，該曲軸轉(zhuǎn)角傳感器42在曲軸每旋轉(zhuǎn)例如30。時產(chǎn)生輸出脈沖。 另一方面，輸出端口 36通過驅(qū)動電路38連接到火花塞6、燃料噴射 器13、節(jié)氣門驅(qū)動致動器16、可變壓縮比機構A以及可變氣門正時機 構B。
圖2是圖1中所示可變壓縮比機構A的分解立體圖，而圖3是所 示內(nèi)燃發(fā)動機的側(cè)視橫截面圖。參照圖2,在氣釭體2的兩側(cè)壁的底 部處形成有多個以特定距離彼此分開的突起部50。每個突起部50形 成有橫截面為圓形的凸輪插入孔51。另一方面，曲軸箱l的頂表面上 形成有多個以特定距離彼此分開并且配合在相應的突起部50之間的 突起部52。這些突起部52也形成有橫截面為圓形的凸輪插入孔53。
如圖2中所示，設置有一對凸輪軸54、 55。每個凸輪軸54、 55 都具有圓形凸輪56，所述圓形凸輪56固定在凸輪軸上并且每隔一個 地以可旋轉(zhuǎn)方式插入到凸輪插入孔51中。這些圓形凸輪56與凸輪軸 54、 55的旋轉(zhuǎn)軸線同軸。另一方面，如圖3中虛線所示，在圓形凸輪 56之間延伸有相對于凸輪軸54、 55的旋轉(zhuǎn)軸線偏心設置的偏心軸57。 每個偏心軸57均具有以可旋轉(zhuǎn)方式偏心地附接至其上的另外的圓形 凸輪58。如圖2中所示，這些圓形凸輪58設置在圓形凸輪56之間。 這些圓形凸輪58以可旋轉(zhuǎn)方式插入到相應的凸輪插入孔53中。
當緊固到凸輪軸54、 55上的圓形凸輪56從圖3 (A)中所示的狀態(tài)如圖3 (A)中實線箭頭所示地沿相反的方向旋轉(zhuǎn)時，偏心軸57朝 向底部中心移動，因此圓形凸輪58在凸輪插入孔53中如圖3 (A)中 的虛線箭頭所示地沿著與圓形凸輪56相反的方向旋轉(zhuǎn)。如圖3 (B) 中所示，當偏心軸57朝向底部中心移動時，圓形凸輪58的中心移動 至低于偏心軸57。
對比圖3 (A)和圖3 (B)可以理解，曲軸箱1和氣缸體2的相 對位置由圓形凸輪56的中心和圓形凸輪58的中心之間的距離確定。 圓形凸輪56的中心和圓形凸輪58的中心之間的距離越大，則氣缸體 2離曲軸箱1越遠。如果氣釭體2遠離曲軸箱1，則當活塞4位于壓縮 上止點時燃燒室5的容積增大，因此通過使凸輪軸54、 55旋轉(zhuǎn)，能夠 改變當活塞4位于壓縮上止點時燃燒室5的容積。
如圖2中所示，為了使凸輪軸54、 55沿相反的方向旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動馬 達59的軸設置有一對具有螺旋方向相反的蝸輪61、 62。與這些蝸輪 61、 62接合的齒輪63、 64緊固到凸輪軸54、 55的端部。在此實施方 式中，可以驅(qū)動驅(qū)動馬達59以在大范圍內(nèi)改變活塞4位于壓縮上止點 時燃燒室5的容積。應當注意，圖1至圖3中所示的可變壓縮比^ A示出了一個示例?？梢允褂萌魏晤愋偷目勺儔嚎s比機構。
另一方面，圖4示出圖1中附接到凸輪軸70的端部上的用于驅(qū)動 進氣門7的可變氣門正時機構B。參照圖4,這種可變氣門正時機構B 設置有由發(fā)動機曲軸通過正時皮帶沿箭頭方向旋轉(zhuǎn)的正時帶輪71、與 正時帶輪71 —起旋轉(zhuǎn)的筒形殼體72、能夠與進氣門驅(qū)動凸輪軸70 — 起旋轉(zhuǎn)并且相對于筒形殼體72旋轉(zhuǎn)的軸73、從筒形殼體72的內(nèi)周延 伸到軸73的外周的多個隔件74、以及從軸73外周在隔件74之間延 伸到筒形殼體72的內(nèi)周葉片75,葉片75的兩側(cè)形成有用于提前的液 壓室76和用于延遲的氣壓室77。
工作油向液壓室76、 77的供給受到工作油供給控制閥85的控制。 此工作油供給控制閥85設置有連接到液壓室76、 77的液壓口 78、 79、 用于從液壓泵80排出工作油的供給口 81、 一對排放口 82、 83以及用 于控制端口78、 79、 81、 82、 83的連通和斷開的滑閥84。
要使進氣門驅(qū)動凸輪軸70的凸輪的相位提前，在圖4中，使滑閥 84向右移動，從供給口 81供給的工作油通過液壓口 78供給到用于提前的M室76，用于延遲的';^室77內(nèi)的工作油從排放口 83排出。 此時，軸73相對于筒形殼體72沿箭頭方向旋轉(zhuǎn)。
與此相反，JH吏進氣門驅(qū)動凸輪軸70的凸輪的相位延遲，在圖4 中，使滑閥84向左移動，從供給口 81供給的工作油通過液壓口 79供 給到用于延遲的滴A室77，用于提前的液五室76中的工作油從排放 口 82排出。此時，軸73相對于筒形殼體72沿與箭頭相反的方向旋轉(zhuǎn)。
當軸73相對于筒形殼體72旋轉(zhuǎn)時，如果滑閥84返回到如圖4中 所示的中間位置，則軸73的相對旋轉(zhuǎn)^Mt結(jié)束，并且軸73保持在當 時的相對旋轉(zhuǎn)位置處。因此，可以使用可變氣門正時機構B來使進氣 門驅(qū)動凸輪軸70的凸輪的相位提前或延i^清確的所需量。
圖5中，實線示出當使用可變氣門正時機構B最大程度地使進氣 門驅(qū)動凸輪軸70的凸輪的相位提前時的情形，而虛線示出當使用可變 氣門正時機構B以最大程度地使進氣門驅(qū)動凸輪軸70的凸輪的相位延 遲時的情形。因此，能夠在由圖5中實線所示的范圍和虛線所示的范 圍之間自由地設定進氣門7的打開正時，因此進氣門7的閉合正時可 以設定為圖5中箭頭C所示的范圍中的任何曲軸轉(zhuǎn)角。
圖1和圖4中所示的可變氣門正時機構B是一個示例。例如，可 以使用能夠僅改變進氣門的閉合正時同時維持進氣門的打開正時不變 的可變氣門正時機構或其它各種類型的可變氣門正時機構。另外，在 本發(fā)明中，可變氣門正時機構B用來改變實際壓縮動作的開始正時， 因此即使不是可變氣門正時機構，如果實際壓縮動作開始正時改變機 構能夠改變實際壓縮動作的開始正時，則4壬何形式的實際壓縮動作開 始正時改變機構都能夠使用。
接下來將參照圖6解釋本申請中所使用的術語的含意。應當注意， 圖6(A)、 (B)和(C)以說明為目的示出具有燃燒室容積為50毫升 并且活塞的^^容積為500毫升的發(fā)動機。在這些圖6 (A)、 (B)和 (C)中，燃燒室容積示出當活塞處于壓縮上止點時燃燒室的容積。
圖6 (A)解釋機械壓縮比。機械壓縮比是由壓縮行程時燃燒室容 積與活塞的^^容積機械地確定的值。此,壓縮比由(燃燒室容積十 行程容積)/燃燒室容積表示。在圖6(A)中所示的示例中，此機械 壓縮比為(50亳升+500亳升)/50毫升-11。圖6 (B)解釋實際壓縮比。此實際壓縮比是由燃燒室容積與從壓 縮動作實際開始時到活塞達到上止點時活塞的實際行程容積確定的 值。此實際壓縮比由(燃燒室容積+實際#^容積)/燃燒室容積表示。 即，如圖6(B)中所示，即使在壓縮行程中活塞開始上升，在進氣門 打開時也沒有執(zhí)行壓縮動作。實際壓縮動作在進氣門閉合之后開始。 因此，實際壓縮比使用實際行程容積表示如下。在圖6(B)中所示的 示例中，實際壓縮比為(50毫升+450毫升)/50毫升=10。
圖6 (C)解釋膨脹比。膨脹比是由燃燒室容積與在膨脹行程時活 塞的行程容積確定的值。此膨脹比由(燃燒室容積+行程容積)/燃燒 室容積表示。在圖6 (C)中所示的示例中，此膨脹比為(50毫升+500 亳升)/50毫升=11。
接下來將參照圖7和圖8解釋本發(fā)明的最基本的特征。注意，圖7 示出理論熱效率和膨脹比之間的關系，而圖8示出在本發(fā)明中根據(jù)負 載選擇性地使用的一般循環(huán)和超高膨脹比循環(huán)之間的對比。
圖8 (A)示出當接近下止點時進氣門關閉并且活塞的壓縮動作大 致從壓縮下止點附近開始時的一般循環(huán)。在此圖8(A)中所示的示例 中，以與圖6 (A)、 (B)和(C)中所示示例相同的方式，^^燃燒室 容積為50毫升，使活塞的行程容積為500亳升。從圖8 (A)中可以 理解，在一般循環(huán)中，機喊壓縮比是(50亳升+500毫升)/50毫升=11， 實際壓縮比也大約是11，并且膨脹比也為(50亳升+500毫升)/50毫 升=11。即，在一般的內(nèi)燃發(fā)動機中，機械壓縮比和實際壓縮比以及膨 脹比基;M目等。
圖7中的實線示出在實際壓縮比和膨脹比基4^目等的情況下即在 一般循環(huán)的情況下理論熱效率的變化。在這種情況下，可以知道，膨 脹比越大，即實際壓縮比越大，則理論熱效率越高。因此，在一般循 環(huán)中，要提高理論熱效率，則應該使實際壓縮比變大。但是，由于在 發(fā)動機高負載運轉(zhuǎn)時發(fā)生爆燃的限制，所以即使在最大值時實際壓縮 比也只能達到約12，因而，在一般循環(huán)中，不能使理論熱效率足夠高。
另一方面，在這種情形下，發(fā)明人嚴格區(qū)分了機械壓縮比和實際 壓縮比，并且研究了理論熱效率，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在理論熱效率中，膨脹比 是主導的，并且理論熱效率基本上不受實際壓縮比的影響。即，如果提高實際壓縮比，則爆發(fā)力增大，但是壓縮需要的能量多，因而即使 提高實際壓縮比，理論熱效率也根本不會提高太多。
與此相反，如果提高膨脹比，則在膨脹行程時力作用從而向下推 壓活塞的時間段越長，則活塞向曲軸施加旋轉(zhuǎn)力的時間越長。因此，
膨脹比越大，則理論熱效率變得越高。圖7中的虛線示出在將實際壓 縮比固定在10并且在這種狀態(tài)下提高膨脹比的情況下的理論熱效率。 以這種方式，可以知道，當在實際壓縮比維持在低值的狀態(tài)下提高膨 脹比時的理論熱效率的提高量與如圖7中的實線所示的在實際壓縮比 和膨脹比一起提高的情況下理論熱效率的提高量的差別不大。
如果實際壓縮比以這種方式維持在低值，則不會發(fā)生爆燃，因此 如果在實際壓縮比維持在低值的情況下提高膨脹比，則能夠防止爆燃 的發(fā)生并且能夠大大提高理論熱效率。圖8 (B)示出當使用可變壓縮 比機構A和可變氣門正時機構B來將實際壓縮比維持在低值并且提高 膨脹比的情形的示例。
參照圖8(B)，在此示例中，使用可變壓縮比機構A來將燃燒室 容積從50毫升降低到20毫升。另一方面，使用可變氣門正時機構B 使進氣門的閉合正時延遲，直到活塞的實際行程容積從500毫升改變 到200毫升。結(jié)果，在此示例中，實際壓縮比為(20毫升+200毫升) /20亳升=11并且膨脹比為(20毫升+500毫升)/20毫升=26。在圖8 (A)中所示的一般循環(huán)中，如上所述，實際壓縮比為約11,膨脹比 為11。與這種情況相比，在圖8 (B)中所示的情況下，可以知道，僅 膨脹比提高到26。這就是將其稱為"超高膨脹比循環(huán)"的原因。
如上所述， 一般而言，在內(nèi)燃發(fā)動機中，發(fā)動機的負載越低，則 熱效率越差，因此要提高車輛運轉(zhuǎn)時的熱效率，即要改善燃料消耗， 就必需提高發(fā)動機低負載運行時的熱效率。另一方面，在圖8(B)中 所示的超高膨脹比循環(huán)中，在壓縮行程時的活塞的實際行程容積較小， 因此能夠^到燃燒室5中的進氣的量較小，所以此超高膨脹比循環(huán) 僅在發(fā)動機負載較低時采用。因此，在本發(fā)明中，在發(fā)動機低負載運 轉(zhuǎn)時，設定如圖8(B)中所示的超高膨脹比循環(huán)，而在發(fā)動機高負栽 運轉(zhuǎn)時，設定如圖8 (A)中的一般循環(huán)。這就是本發(fā)明的基本特征。
接下來參照圖9說明整個操作控制。圖9示出;^壓縮比、膨脹比、進氣門7的閉合正時、實際壓縮 比、進氣量、節(jié)氣門17的開度以及泵氣損失隨著發(fā)動機負載的變化。 應當注意，在根據(jù)本發(fā)明的實施方式中， 一般地，基于空燃比傳感器 21的輸出信號，燃燒室5中的平均空燃比被以及 晴形式控制為化學計 量空燃比，4吏得催化轉(zhuǎn)化器20中的三元催化劑能夠同時降低廢氣中未 燃燒的碳氫化合物(HC )、 一氧化碳(CO)和氮氧化合物(NOx )。
現(xiàn)在，如上所述，在發(fā)動機高負載運轉(zhuǎn)時，執(zhí)行如圖8 (A)中的 一般循環(huán)。因此，如圖9中所示，此時，由于^壓縮比低，所以膨 脹比變低。如圖9中下面的實線所示，進氣門7的閉合正時如圖5中 的實線所示被提前。另外，此時，進氣量大。此時，節(jié)氣門17的開度 維持在完全打開或基本完全打開，因此泵氣損失變?yōu)榱恪?br> 另一方面，如圖9中所示，發(fā)動機負栽降低時，機械壓縮比也隨 之提高，因此膨脹比也提高。另外，此時，如圖9中的實線所示當發(fā) 動機負載變低時，進氣門7的閉合正時延遲，使得實際壓縮比保持基 本不變。此時還應注意，節(jié)氣門17被保持在完全打開或者基本完全打 開的狀態(tài)。因此供給到燃燒室5的進氣的量不受節(jié)氣門17的控制，而 是通過改變進氣門7的閉合正時來控制。此時，泵氣損失也變?yōu)榱?
這樣，當發(fā)動機負栽^UL動機高負載運轉(zhuǎn)狀態(tài)變低時，在實際壓 縮比基本不變的情況下，機械壓縮比隨著進氣量的降低而提高。即， 當活塞4達到壓縮上止點時燃燒室5的容積與進氣量的減少量成正比 地降^f氐。因此，當活塞4達到壓縮上止點時燃燒室5的容積正比于進 氣量而改變。應當注意，此時，燃燒室5中的空燃比變成化學計量空 燃比，因此當活塞4達到壓縮上止點時燃燒室5的容積正比于燃料量 而變化。
在發(fā)動機負載變得更低時，機械壓縮比進一步提高。當機械壓縮 比達到形成燃燒室5的結(jié)構極限的極FM^械壓縮比時，在負栽小于機 械壓縮比達到極限機械壓縮比時的發(fā)動機負載L的區(qū)域中，機械壓縮 比保持在極限發(fā)動機壓縮比.因此，在發(fā)動機低負載運轉(zhuǎn)時，機械壓 縮比變得最大，并且膨脹比也變得最大。換句話說，在本發(fā)明中，為 了在發(fā)動機低負栽運轉(zhuǎn)時獲得最大膨脹比，可以使機械壓縮比最大。 另外，此時，實際壓縮比維持為基本上與發(fā)動機中負栽及高負栽運轉(zhuǎn) 時的實際壓縮比相同。另一方面，如圖9中的實線所示，進氣門7的閉合正時延遲到極 限閉合正時，使得能夠隨著發(fā)動機負載的變小而控制供給到燃燒室5 的進氣量。在負載小于當進氣門7的閉合正時達到極限閉合正時時的 發(fā)動機負載L2的區(qū)域中，進氣門7的閉合正時保持為極限閉合正時。 如果進氣門7的閉合正時保持為極限閉合正時，則進氣量將不再能通 過改變進氣門7的閉合正時而被控制。因此，必需通過其它方法控制 進氣量。
在圖9中所示的實施方式中，此時，即在負載小于當進氣門7的 閉合正時達到極限閉合正時時的發(fā)動機負載L2的區(qū)域中，節(jié)氣門17 被用來控制供給到燃燒室5的進氣量。但是，如果使用節(jié)氣門17控制 進氣量，如圖9中所示，則泵氣損失增加。
應當注意，要防止泵氣損失，在負載小于當進氣門7的閉合正時 達到極限閉合正時時的發(fā)動機負載L2的區(qū)域中，節(jié)氣門17保持完全 打開或者基本完全打開。在這種狀態(tài)下，發(fā)動機負載越低，則使得空 燃比越大。此時，燃料噴射器13優(yōu)選設置在燃燒室5中以進行分層燃 燒。
如圖9中所示，在發(fā)動fel度低時，不論發(fā)動機負載如何，實際 壓縮比都保持基本不變。此時的實際壓縮比為發(fā)動機中負載和高負載 運轉(zhuǎn)時的實際壓縮比的±10%并且優(yōu)選地為±5%的范圍內(nèi)。應當注 意，在根據(jù)本發(fā)明的實施方式中，發(fā)動機^il時的實際壓縮比為約10 士l,即從9到11。但是，如果發(fā)動M度變得更高，則燃燒室5中的 混合氣受到擾動，因此很難爆燃，因此在根據(jù)本發(fā)明的實施方式中， 發(fā)動M度越高，則實際壓縮比越高。
另一方面，如上所述，在圖8(B)中所示的超高膨脹比循環(huán)中， 膨脹比為26。該膨脹比越高越好，但是如果是20或更大，則能夠獲 得相當高的理論熱效率。因此，在本發(fā)明中，可變壓縮比機構A形成 為使得膨脹比變成20或更大。
另外，在圖9中所示的示例中，M壓縮比根據(jù)發(fā)動機負載連續(xù) 變化。但是，機械壓縮比也能夠根據(jù)發(fā)動機負載分級變化。
另一方面，如圖9中的虛線所示，當發(fā)動機負栽變低時，在不依 賴節(jié)氣門17的情況下，通過使進氣門7的閉合正時提前，就可以控制進氣量。因此，在圖9中，如果綜合表示用實線示出的情況和用虛線 示出的情況，則在根據(jù)本發(fā)明的實施方式中，隨著發(fā)動機負載的變低, 進氣門7的閉合正時沿著遠離壓縮下止點BDC的方向變化，直到能夠 控制供給到燃燒室內(nèi)的進氣量的極限閉合正時L2。
圖IO示出操作控制程序。參照圖10,首先，在步驟100中，使用 圖11 (A)中示出的映射計算目標實際壓縮比。如圖11 (A)中所示， 此目標實際壓縮比變得越高，則發(fā)動M度N越高。接下來，在步驟 101中，4吏用圖11 (B)中示出的映射計算進氣門7的閉合正時IC。 即，用于將所需量的進氣供給到燃燒室5內(nèi)所需的進氣門7的閉合正 時IC以圖11 (B)中所示的映射的形式事先在ROM32中被存儲為發(fā) 動機負載L和發(fā)動fct度N的函數(shù)。此映射用來計算進氣門7的閉合 正時IC。
另外，用于將實際壓縮比變?yōu)槟繕藢嶋H壓縮比所需的機械壓縮比 CR被以圖11 (B)中所示映射的形式事先在ROM32中存儲為發(fā)動機 負載L和發(fā)動fet度N的函數(shù)。在步驟102中，使用此映射計算M 壓縮比CR。接下來，在步驟103中，通過控制可變壓縮比機構A將 機械壓縮比變成機械壓縮比CR，并且通過控制可變氣門正時機構B 使進氣門7的閉合正時變成閉合正時IC。
權利要求
1. 一種火花點火式內(nèi)燃發(fā)動機，其包括能夠改變機械壓縮比的可變壓縮比機構和能夠改變實際壓縮動作的開始正時的實際壓縮動作開始正時改變機構，將所述機械壓縮比變?yōu)樽畲笾?，從而在發(fā)動機低負載運轉(zhuǎn)時獲得最大膨脹比，并且使得發(fā)動機低負載運轉(zhuǎn)時的所述實際壓縮比與發(fā)動機中負載和高負載運轉(zhuǎn)時的實際壓縮比基本相同。
2. 如權利要求1所述的火花點火式內(nèi)燃發(fā)動機，其中所述最大膨 脹比是20或更大。
3. 如權利要求1所述的火花點火式內(nèi)燃發(fā)動機，其中在發(fā)動機低 速運轉(zhuǎn)時，不論發(fā)動機負載如何，所述實際壓縮比都為相對于發(fā)動機中 負載和高負載運轉(zhuǎn)時的實際壓縮比在大約± 10%的范圍內(nèi)。
4. 如權利要求3所述的火花點火式內(nèi)燃發(fā)動機，其中所述發(fā)動機 速度越高，則所述實際壓縮比越高。
5. 如權利要求1所述的火花點火式內(nèi)燃發(fā)動機，其中所述實際壓 縮動作開始正時改變機構包括能夠控制進氣門的閉合正時的可變氣門
6. 如權利要求5所述的火花點火式內(nèi)燃發(fā)動機，其中供給到燃燒 室中的進氣量通過改變所述進氣門的閉合正時進行控制。
7. 如權利要求6所述的火花點火式內(nèi)燃發(fā)動機，其中隨著所iOL 動機負載變低，所述進氣門的閉合正時沿著遠離壓縮下止點的方向變 動，直到能夠控制供給到所述燃燒室的進氣量的極限閉合正時。
8.如權利要求7所述的火花點火式內(nèi)燃發(fā)動機，其中在負載高于域中，供給到所述燃燒室中的進氣量通過改變所述進氣門的閉合正時進 行控制，而不依靠設置在發(fā)動機進氣通道中的節(jié)氣門。
9. 如權利要求8所述的火花點火式內(nèi)燃發(fā)動機，其中在負載高于 域中，所述節(jié)氣門保持在完全打開的狀態(tài)。
10. 如權利要求7所述的火花點火式內(nèi)燃發(fā)動機，其中在負栽低于域中，供給到所述燃燒室中的進氣量由設置在發(fā)動機進氣通道中的節(jié)氣 門控制。
11. 如權利要求7所述的火花點火式內(nèi)燃發(fā)動機，其中在負載低于 域中，所述負載越低，則空燃比越大。
12. 如權利要求7所述的火花點火式內(nèi)燃發(fā)動機，其中在負載低于 域中，所述進氣門的閉合正時保持為所述極限閉合正時。
13. 如權利要求l所述的火花點火式內(nèi)燃發(fā)動機，其中所述,壓 縮比隨著所述發(fā)動機負載變低而提高到極FH^械壓縮比。
14. 如權利要求13所述的火花點火式內(nèi)燃發(fā)動機，其中在負載低 中，所述機械壓縮比保持為所述極PMOfe壓縮比，
15. —種火花點火式內(nèi)燃發(fā)動機，其包括能夠改變機械壓縮比的可變壓縮比;W^和能夠控制進氣門的閉合正時的可變氣門正時^J，使所 述機械壓縮比為最大值，從而在發(fā)動機低負栽運轉(zhuǎn)時獲得最大膨脹比， 并且供給到燃燒室中的進氣量主要通過改變所述進氣門的閉合正時進 行控制。
16.如權利要求15所述的火花點火式內(nèi)燃發(fā)動機，其中當所述進 氣量主要通過改變所述進氣門的閉合正時進行控制時，所述節(jié)氣門保持 在基本完全打開的狀態(tài)。
17.如權利要求15所述的火花點火式內(nèi)燃發(fā)動機，其中發(fā)動機低 負載運轉(zhuǎn)時的實際壓縮比設為與發(fā)動機中負載和高負載運轉(zhuǎn)時的實際 壓縮比基4^目同的實際壓縮比。
18.如權利要求15所述的火花點火式內(nèi)燃發(fā)動機，其中所述最大 膨脹比是20或更大。
19.如權利要求15所述的火花點火式內(nèi)燃發(fā)動機，其中在發(fā)動機 低速時，不論所iUL動機負載如何，實際壓縮比都相對于發(fā)動機中負載 和高負載運轉(zhuǎn)時的實際壓縮比在大約± 10%的范圍內(nèi)。
20.如權利要求19所述的火花點火式內(nèi)燃發(fā)動機，其中所iOL動 fel度越高，則所述實際壓縮比越高。
21.如權利要求15所述的火花點火式內(nèi)燃發(fā)動機，其中隨著所述 發(fā)動機負載變低，所述進氣門的閉合正時沿著遠離壓縮下止點的方向變 動，直到能夠控制供給到所述燃燒室中的進氣量的極限閉合正時。
22.如權利要求21所述的火花點火式內(nèi)燃發(fā)動機，其中在負載高區(qū)域中，供給到所述燃燒室中的進氣量通過改變所述進氣門的閉合正時 進行控制，而不依靠設置在發(fā)動機進氣通道中的節(jié)氣門。
23. 如權利要求22所述的火花點火式內(nèi)燃發(fā)動機，其中在負栽高 區(qū)域中，所述節(jié)氣門保持在完全打開的狀態(tài)。
24. 如權利要求21所述的火花點火式內(nèi)燃發(fā)動機，其中在負載低 于當所述進氣門的閉合正時達到所述極限閉合正時時的發(fā)動機負栽的 區(qū)域中，供給到所述燃燒室中的進氣量由設置在發(fā)動機進氣通道中的節(jié) 氣門控制。
25. 如權利要求21所述的火花點火式內(nèi)燃發(fā)動機，其中在負載低 區(qū)域中，所述負載越低，則空燃比越大。
26. 如權利要求21所述的火花點火式內(nèi)燃發(fā)動機，其中在負載低 區(qū)域中，所述進氣門的閉合正時保持為所述極限閉合正時。
27. 如權利要求15所述的火花點火式內(nèi)燃發(fā)動機，其中所述機械 壓縮比隨著所述發(fā)動機負載變低而提高到極Flb^械壓縮比。
28. 如權利要求27所述的火花點火式內(nèi)燃發(fā)動機，其中在負載低中，所述機械壓縮比保持為所述極PMO^壓縮比,
全文摘要
一種內(nèi)燃發(fā)動機，其設置有能夠改變機械壓縮比的可變壓縮比機構(A)和能夠改變實際壓縮動作的開始正時的實際壓縮動作開始正時改變機構(B)。機械壓縮比為最大值，使得在發(fā)動機低負載運轉(zhuǎn)時膨脹比變成20或更大，同時將發(fā)動機低負載運轉(zhuǎn)時的實際壓縮比設為實際壓縮比與發(fā)動機高負載運轉(zhuǎn)時的實際壓縮比基本相同。
文檔編號F02D15/00GK101443538SQ20078001323
公開日2009年5月27日 申請日期2007年4月9日 優(yōu)先權日2006年5月12日
發(fā)明者澤田大作, 神山榮一, 秋久大輔 申請人:豐田自動車株式會社