火花点火式内燃发动机及其控制方法技术

一种火花点火式内燃发动机包括改变机械压缩比的可变压缩比机构以及改变实际压缩开始的开始正时的实际压缩开始正时改变机构。根据供给到气缸内的吸入气体的比热比来改变实际压缩比。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及火花点火式内燃发动机以及用于控制火花点火式内燃发动 机的方法。
技术介绍
现有的火花点火式内燃发动机包括改变机械压缩比的可变压缩比机构 和控制气门关闭正时一一进气门在该正时关闭一一的可变气门正时机构， 其中在中等或者高发动机负荷运转期间，使用增压器进行增压，并且除此 之外，在这样的中等或者高发动机负荷运转期间，在实际压缩比保持不变 的状态下随着施加到发动机上的负荷降低，机械压缩比增加并且进气门的气门关闭正时推迟(例如，参见日本专利申请特开No. 2004-218522)。在火花点火式内燃发动机中，在紧邻燃烧之前的压缩冲程末期的燃烧 室中气体的状态，例如燃烧室中气体的压力和温度，显著地影响燃烧。具 体地， 一般说来，当压缩冲程末期燃烧室中气体的压力和温度高时有助于 燃烧。但是，当燃烧室中气体的压力和温度高时，可能发生爆震。因而， 优选使得燃烧室中气体的压力和温度保持在最佳值，所述最佳值是不发生 爆震的范围内的最大值。当如在上述传统内燃发动机中 一样实际压缩比保持恒定时，供给到燃 烧室中的吸入气体总是以恒定的比率被压缩。但是，在这种情况下，压缩 冲程末期燃烧室中气体的压力和温度根据供给到气缸内的吸入气体的比热 比而显著地变化，并且当供给到气缸内的吸入气体的比热比增加时，压缩 冲程末期燃烧室中的压力和温度相应增加。因而，存在即使在实际压缩比 如上述传统内燃发动机的情况一样保持恒定时，燃烧室中气体的压力和温度也不能保持在最佳值的问题。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面， 一种火花点火式内燃发动机包括可变压缩 比机构，所述可变压缩比机构改变由燃烧室的容积与气缸工作容积之和除 以所述燃烧室的容积得到的机械压缩比；以及实际压缩开始正时改变机构， 所述实际压缩开始正时改变机构改变实际压缩开始的开始正时。在该发动 机中，由所述燃烧室的容积与实际气缸工作容积之和除以所述燃烧室的容根据本专利技术的另 一个方面，在一种控制火花点火式内燃发动机__所际压缩开始的开始正时的实际压缩开始正时改变才几构一一的方法中，才艮据 供给到气缸内的吸入气体的比热比改变实际压缩比。根据本专利技术的上述方面，在压缩沖程末期燃烧室中气体的状态保持为 最佳，因此能够实现不发生爆震的稳定且有利的燃烧。附图说明本专利技术的前述和其他特征及优点将从以下参照附图对示例性实施例的 描述中变得清楚，其中类似的标号用于表示类似的元件，附图中 图l是火花点火式内燃发动机的整体视图； 图2是可变压缩比机构的分解透视图； 图3A和3B是内燃发动机的示意性侧剖视图； 图4示出可变气门正时机构； 图5是示出进气门和排气门的提升量的示意图； 图6A至6C是用于说明机械压缩比、实际压缩比和膨胀比的示意图； 图7示出理论热效率和膨胀比之间的关系； 图8A和8B是用于说明通常的循环和超高膨胀比循环的示意图； 图9是示出才艮据施加到发动机上的负荷，机械膨胀比等变化的示意图；图IO是示出气缸内压力变化的示意图11示出比热比K和期望实际压缩比之间的关系；图12是用于进行运转控制的流程图；和图13是示出进气门关闭时的气门关闭正时的变化的示意图。具体实施例方式图1示出火花点火式内燃机的侧剖示图。参考图1，参考标号1表示 曲轴箱；参考标号2表示气缸体；参考标号3表示气缸盖；参考标号4表 示活塞；参考标号5表示燃烧室；参考标号6表示设置在燃烧室5顶面中 央部分处的火花塞；参考标号7表示进气门；参考标号8表示进气口；参 考标号9表示排气门；参考标号10表示排气口。进气口8经由进气管11 连接到稳压罐12。对于各个进气管ll，设置有用于将燃料喷射到相应进气 口 8中的燃料喷射阀13。注意，燃料喷射阀13可以设置在各个燃烧室5 上而不是安装在各个进气管11上。稳压罐12经由进气管道14连接到空气净化器15上。设置在进气管道 14中的是由致动器16驱动的节气门17和例如热线式的吸入空气量检测器 18。同时，排气口 IO经由排气歧管19连接到例如包含三元催化剂的催化 转化器20，并且在排气歧管19中设置有空燃比传感器21。在图l所示的实施例中，可变压缩比机构A设置在曲轴箱l和气缸体 2之间的接合部处。通过改变曲轴箱1和气缸体2之间沿着气缸轴线方向 的相对位置，可变压缩比才几构A改变当活塞4位于压缩上止点时的燃烧室 的容积；此外，设置有用于改变实际压缩开始正时的实际压缩开始正时改 变机构B。在图l所示的实施例中，实际压缩开始正时改变机构B是控制 进气门7关闭时的气门关闭正时的可变气门正时机构。电子控制单元30是数字计算机，并包括经由双向总线31彼此连接的 只读存储器(ROM) 32、随机存取存储器(RAM) 33、微处理器(CPU) 34、输入端口 35以及输出端口 36。来自吸入空气量检测器18的输出信号 和来自空燃比传感器21的输出信号经由相应的模/数(A/D)转换器37输入到输入端口 35。产生与加速器踏板40的压下量L成比例的输出电压的 负荷传感器41连接到加速器踏板40,并且来自负荷传感器41的输出电压 经由A/D转换器37中对应的一个输入到输入端口 35。此外，例如在曲轴 每转过30度时产生输出脉冲的曲柄角度传感器42连接到输入端口 35。同 时，输出端口 36经由各自的驱动电路38连接到火花塞6、燃料喷射岡13、 节气门驱动致动器16、可变压缩比机构A以及可变气门正时机构B。图2示出图1所示可变压缩比机构A的分解透碎见图。图3A和3B示出 内燃发动机的示意性侧剖视图。参考图2,在气缸体2的各个侧壁的下部区域处形成有彼此相互间隔开的多个突起50，且在各个突起50中形成有 具有圆形横截面的凸轮插入孔51。同时，在曲轴箱1的上表面上形成有彼 此间隔开并配合到相应突起50之间的空间中的多个突起52，并且在各个 突起52中形成有具有圓形横截面的凸轮插入孔53。如图2所示，设置有一对凸轮轴54和55，并且可旋转地配合到相应 的凸轮插入孔51内的圆形凸轮56被固定到凸轮轴54和55上。这些圓形 凸轮56与凸轮轴54和55的旋转轴线是共轴的。同时，相对于各凸轮轴 54和55的旋转轴线偏心定位的偏心轴57在各对圆形凸轮56之间延伸， 如图3A和3B中的阴影部分所示，并且另一个圆形凸轮58偏心地且可旋 转地配合到偏心轴57上。如图2所示，这些圆形凸轮58配置在圆形凸轮 56之间，并且各圆形凸轮58可旋转地插入到对应的凸轮插入孔53内。当该机构在图3A所示状态下时，如果固定到凸轮轴54和55上的圆 形凸轮56如图3A中的实线箭头所示在相反的方向上旋转，则偏心轴57 向底部中央位置移动。因而，圆形凸轮58在凸轮插入孔53中沿着与圆形 凸轮56的旋转方向相反的方向旋转，如图3A中的虛线所示，并且当偏心 轴57到达如图3B所示的底部中央位置时，圃形凸轮58的中心到达处于 偏心轴57下方的位置。通过比较图3A和3B可知，曲轴箱l和气缸体2之间的相对位置是由 圆形凸轮56的中心与圆形凸轮58的中心之间的距离来决定的。随着圆形 凸轮56的中心与圓形凸轮58的中心之间的距离增大，气缸体2移动离开曲轴箱l。随着气缸体2移动离开曲轴箱1，当活塞4处于压缩上止点时获 得的燃烧室5的容积增加，从而可以通过旋转曲轴54和55本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种火花点火式内燃发动机，其特征在于包括：　可变压缩比机构，所述可变压缩比机构改变由燃烧室的容积与气缸工作容积之和除以所述燃烧室的容积得到的机械压缩比；以及　实际压缩开始正时改变机构，所述实际压缩开始正时改变机构改变实际压缩开始的开始正 时，其中　由所述燃烧室的容积与实际气缸工作容积之和除以所述燃烧室的容积得到的实际压缩比根据供给到气缸内的吸入气体的比热比而改变。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2007-7-12 183502/20071.一种火花点火式内燃发动机，其特征在于包括可变压缩比机构，所述可变压缩比机构改变由燃烧室的容积与气缸工作容积之和除以所述燃烧室的容积得到的机械压缩比；以及实际压缩开始正时改变机构，所述实际压缩开始正时改变机构改变实际压缩开始的开始正时，其中由所述燃烧室的容积与实际气缸工作容积之和除以所述燃烧室的容积得到的实际压缩比根据供给到气缸内的吸入气体的比热比而改变。2. 根据权利要求l所述的火花点火式内燃发动机，其中 随着供给到所述气缸内的所述吸入气体的所述比热比增大，所述实际压缩比减小。3. 根据权利要求1或2所述的火花点火式内燃发动机，其中，所述实 际压缩比基于所述吸入气体的所述比热比而被确定，使得在压缩行程的末 期燃烧室中的所述吸入气体的压力达到预定的期望压力。4. 根据权利要求1至3中任一项所述的火花点火式内燃发动机,其中 所述实际压缩开始正时改变机构是控制气门关闭正时的可变气门正时机 构，在所述气门关闭正时进气门被关闭；所述可变气门正时机构改变所述 进气门的所述气门关闭正时以控制供给到所述燃烧室内的吸入空气量；以 及所述实际压缩比通过改变所述机械压缩比而,皮控制。5. 根据权利要求1至4中任一项所述的火花点火式内燃发动机，其中， 当所述发动机在低于预定值的负荷下运转时，所述机械压缩比为最大从而 获得最大膨胀比，并且所述最大膨胀比等于或者大于20。6. 根据权利要求1至5中任一项所述的火花点火式内燃发动机,其中， 所述实际压缩比才艮据所述吸入气体的成分而改变。7. 根据权利要求6所述的火花点火式内燃发动机，其中，所述实际压 缩比根据EGR率而改变。8. 根据权利要求6或7所述的火花点火式内燃发动机，其中，所述实际压缩比根据所述吸入气体的空燃...

【专利技术属性】
技术研发人员：秋久大辅，神山荣一，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]