BRPI0816101B1

BRPI0816101B1 - Motor de combustão interna do tipo de ignição por centelha

Info

Publication number: BRPI0816101B1
Application number: BRPI0816101-1A
Authority: BR
Inventors: Eiichi Kamiyama; Daisuke Akihisa; Daisaku Sawada
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 2007-11-06
Filing date: 2008-10-24
Publication date: 2020-10-06
Also published as: WO2009060789A1; US20100192918A1; DE112008003290B4; BRPI0816101A2; RU2434156C1; DE112008003290T5; RU2010107245A; CN101849092A; US8413618B2; CN101849092B; JP2009114965A; JP4367551B2

Abstract

motor de combustão interna do tipo de ignição por centelha. a presente invenção refere-se a um motor de combustão interna, um mecanismo de relação de compressão varável (a) capaz de mudar uma relação de compressão mecânica e um mecanismo de sincronismo de válvula variável (b) capaz de controlar o sincronismo de fechamento de uma válvula de admissão (7) que são providos. a relação de compressão mecânica é mantida na relação de compressão mecânica máxima no lado de operação de carga baixa de motor e é feita diminuir gradualmente conforme a carga do morto aumentar no lado de operação de carga alta de motor. uma carga l2 na qual a relação de compressão mecânica se torna uma relação de compressão mecânica máxima no lado de operação de carga alta de motor é pré-regulada, e a válvula de estrangulamento (17) é fechada em uma região de carga mais baixa do que esta carga pré-regulada l2.

Description

CAMPO TÉCNICO

[001] A presente invenção refere-se a um motor de combustão interna do tipo de ignição por centelha.

ANTECEDENTE TÉCNICA

[002] É conhecido na técnica um motor de combustão interna do tipo de ignição por centelha provido com um mecanismo de relação variável de compressão mecânica e um mecanismo de sincronismo de válvula variável capaz de controlar um sincronismo de fechamento de uma válvula de admissão, realizando uma ação de supercompressão por um supercompressor em um momento de operação de carga média do motor e uma operação de carga alta do motor, e aumentando a relação de compressão mecânica e atrasando o sincronismo de fechamento da válvula de admissão, conforme a carga do motor se tornar menor no momento de operação de carga média e alta de motor no estado mantendo a relação de combustão real constante (por exemplo, veja a Publicação de Patente Japonesa (A) N° 2004- 218522).

[003] Em um motor de combustão interna como esse, se a relação de compressão mecânica subir, o espaço entre o topo de pistão e a superfície de alojamento pivotante inferior de câmara de combustão no fim do curso de compressão será mais estreito, o que causará um fluxo expelido potente na câmara de combustão. Como resultado, isto causa perturbações potentes na câmara de combustão, por meio do que uma boa ignição e uma combustão de combustível podem ser adquiridas. Contudo, se a relação de compressão mecânica cair, o espaço entre o topo de pistão e a superfície de parede interna de cápsula de calibração no fim do curso de compressão se alargará, de modo que o fluxo expelido enfraquecerá ou cessará de acontecer. Como resultado, as perturbações ocorrendo na câmara de combustão serão enfraquecidas, e, desse modo, uma ignição e uma combustão de combustível se deteriorarão.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[004] Um objetivo da presente invenção é prover um motor de combustão interna do tipo de ignição por centelha capaz de assegurar uma boa ignição e uma combustão do combustível.

[005] De acordo com a presente invenção, é provido um motor de combustão interna do tipo de ignição por centelha provido com um mecanismo de relação de compressão variável capaz de mudar uma relação de compressão mecânica, um mecanismo de sincronismo de válvula variável capaz de controlar um sincronismo de fechamento de uma válvula de admissão, e uma válvula borboleta disposta em uma passagem de admissão de motor para o controle de uma quantidade de ar de admissão, onde o sincronismo de fechamento da válvula de admissão é feito se deslocar, conforme uma carga de motor se tornar mais baixa em uma direção para longe de um ponto motor inferior de admissão, a relação de compressão mecânica é feita aumentar até uma relação de compressão mecânica máxima conforme a carga do motor diminuir, em um lado de operação de carga baixa de motor de uma carga mais baixa do que uma carga de motor em que a relação de compressão mecânica se torna a relação de compressão mecânica máxima, a relação de compressão mecânica é mantida na relação de compressão mecânica máxima e a relação de compressão real é feita diminuir, conforme a carga do motor diminuir, uma carga na qual a relação de compressão mecânica se torna um valor entre a relação de compressão mecânica máxima e a relação de compressão mecânica no momento de operação de carga plena no lado de operação de carga alta de motor é regulada, e a válvula borboleta é fechada em uma região de carga mais baixa do que a carga pré-regulada.

[006] Isto é, na presente invenção, uma ação de estrangulamento do fluxo de ar de admissão é realizada pela válvula borboleta em uma região de carga mais baixa do que a carga pré-regulada acima. Se uma ação de estrangulamento do fluxo de ar de admissão for realizada, o sincronismo de fechamento da válvula de admissão será avançado, de modo que o curso após a válvula de admissão ser fechada até o pistão atingir o ponto morto superior seja mais longo do que quando a válvula borboleta estiver plenamente aberta. Isto é, a ação de estrangulamento do fluxo de ar de admissão pela válvula borboleta e o aumento do curso do pistão até o ponto morto superior causam perturbações na câmara de combustão, por meio do que uma boa ig-nição e uma combustão de combustível são asseguradas.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[007] A figura 1 é uma visão geral de um motor de combustão interna do tipo de ignição por centelha.

[008] A figura 2 é uma vista em perspectiva desmontada de um mecanismo de relação de compressão variável.

[009] A figura 3 é uma vista em seção transversal lateral do motor de combustão interna ilustrado.

[0010] A figura 4 é uma visão de um mecanismo de sincronismo de válvula variável.

[0011] A figura 5 é uma vista que mostra as quantidades de elevação da válvula de admissão e de uma válvula de exaustão.

[0012] A figura 6 é uma vista para explicação da relação de compressão mecânica, da relação de compressão real e da relação de expansão.

[0013] A figura 7 é uma vista que mostra a relação entre eficiência térmica teórica e relação de expansão.

[0014] A figura 8 é uma vista para explicação de um ciclo comum e de um ciclo de relação de expansão superalta.

[0015] A figura 9 é uma vista que mostra a mudança na relação de compressão mecânica, etc., de acordo com a carga do motor.

[0016] A figura 10 é um fluxograma para controle operacional.

[0017] A figura 11 é uma vista que mostra os mapas do sincronis mo de fechamento da válvula de admissão, etc.

MELHOR MODO PARA REALIZAÇÃO DA INVENÇÃO

[0018] A figura 1 mostra uma vista em seção transversal lateral de um motor de combustão interna do tipo de ignição por centelha.

[0019] Com referência à figura 1, 1 indica um cárter, 2 um bloco de cilindro, 3 um cabeçote de cilindro, 4 um pistão, 5 uma câmara de combustão, 6 uma vela disposta no centro superior da câmara de combustão 5, 7 uma válvula de admissão, 8 uma janela de admissão, 9 uma válvula de exaustão, e 10 uma janela de exaustão. A janela de admissão 8 é conectada através de um tubo de ramificação de admissão 11 a um tanque de compensação 12, enquanto cada tubo de ramificação de admissão 11 é provido com um injetor de combustível 13 para injeção de combustível em direção a uma janela de admissão correspondente 8. Note que cada injetor de combustível 13 pode ser disposto em cada câmara de combustão 5 ao invés de ser afixado a cada tubo de ramificação de admissão 11.

[0020] O tanque de compensação 12 é conectado através de um duto de admissão 14 a um depurador de ar 15, enquanto o duto de admissão 14 é provido dentro dele com uma válvula borboleta 17 acionada por um atuador 16 e um detector de quantidade de ar de admissão 18 usando-se, por exemplo, um fio incandescente. Por outro lado, a janela de exaustão 10 é conectada através de um coletor de exaustão 19 a um conversor catalítico 20 alojando, por exemplo, um catalisador de três vias, enquanto o coletor de exaustão 19 é provido dentro dele com um sensor de relação de ar para combustível 21.

[0021] Por outro lado, na modalidade mostrada na figura 1, a parte de conexão do cárter 1 e do bloco de cilindro 2 é provida com um mecanismo de relação de compressão variável A capaz de mudar as posições relativas do cárter 1 e do bloco de cilindro 2 na direção axial de cilindro, de modo a se mudar o volume da câmara de combustão 5, quando o pistão 4 estiver posicionado em um ponto morto superior de compressão, e ainda é provido com um mecanismo de mudança de sincronismo de começo de ação de compressão real B capaz de mudar um sincronismo de começo de uma ação de compressão real. Note que, na modalidade mostrada na figura 1, este mecanismo de mudança de sincronismo de começo de ação de compressão real B é compreendido por um mecanismo de sincronismo de válvula variável capaz de controlar o sincronismo de fechamento da válvula de admissão 7.

[0022] A unidade de controle eletrônica 30 é compreendida por um computador digital provido com componentes conectados a cada outro através de um barramento bidirecional 31, tal como uma ROM (memória apenas de leitura) 32, uma RAM (memória de acesso randômico) 33, uma CPU (microprocessador) 34, uma porta de entrada 35 e uma porta de saída 36. O sinal de saída do detector de quantidade de ar de admissão 18 e o sinal de saída do sensor de relação de ar para combustível 21 são introduzidos através de conversores AD 37 para a porta de entrada 35. Ainda, o pedal de acelerador 40 é conectado a um sensor de carga 41 que gera uma voltagem de saída proporcional à quantidade de pressão L do pedal de acelerador 40. A voltagem de saída do sensor de carga 41 é introduzida através de um conversor AD correspondente 37 para a porta de entrada 35. Ainda, a porta de entrada 35 é conectada a um sensor de ângulo de manivela 42 que gera um pulso de saída em todo momento em que a cárter roda, por exemplo, 30°. Por outro lado, a porta de saída 36 é conectada através do circuito de acionamento 38 a uma vela 6, ao injetor de combustível 13, ao atuador de acionamento de válvula borboleta 16, ao mecanismo de relação de compressão variável A e ao mecanismo de sincronismo de válvula variável B.

[0023] A figura 2 é uma vista em perspectiva desmontada do mecanismo de relação de compressão variável A mostrado na figura 1, enquanto a figura 3 é uma vista em seção transversal lateral do motor de combustão interna ilustrado. Com referência à figura 2, no fundo das duas paredes laterais do bloco de cilindro 2, uma pluralidade de partes projetadas 50 separadas de cada outra por uma certa distância é formada. Cada parte projetada 50 é formada com um orifício de inserção de carne de seção transversal circular 51. Por outro lado, a superfície de topo do cárter 1 é formada com uma pluralidade de partes projetadas 52 separadas de cada outra por uma certa distância e se adaptando entre as partes projetadas correspondente 50. Estas partes projetadas 52 também são formadas com orifícios de inserção de carne de seção transversal circular 53.

[0024] Conforme mostrado na figura 2, um par de eixos de carne 54, 55 é provido. Cada um dos eixos de carne 54, 55 tem carnes circulares 56 fixados nele capazes e serem inseridos de forma rotativa nos orifícios de inserção de carne 51 em toda outra posição. Estes carnes circulares 56 são coaxiais com os eixos geométricos de rotação dos eixos de carne 54, 55. Por outro lado, entre os carnes circulares 56, conforme mostrado pelo hachurado na figura 3, eixos excêntricos estendidos 57 dispostos de forma excêntrica com respeito aos eixos geométricos de rotação dos eixos de carne 54, 55. Cada eixo excêntrico 57 tem carnes circulares externos 58 afixados de forma rotativa a ele de modo excêntrico. Conforme mostrado na figura 2, estes carnes cir-culares 58 são dispostos entre os carnes circulares 56. Estes carnes circulares 58 são inseridos de forma rotativa nos orifícios de inserção de came correspondentes 53.

[0025] Quando os carnes circulares 56 presos aos eixos de carne 54, 55 são rodados em direções opostas, conforme mostrado pelas setas de linha contínua na figura 3(A) a partir do estado mostrado na figura 3(A), os eixos excêntricos 57 se movem em direção ao centro inferior, de modo que os carnes circulares 58 caíram nas direções opostas dos carnes circulares 56 nos furos de inserção 53 como mostrado nas setas tracejadas na figura 3(A). Como mostrado na figura 3(B), quando os eixos excêntricos 57 se movem em direção ao centro inferior, os centros dos carnes circulares 58 se movem para abaixo dos eixos excêntricos 57.

[0026] Conforme será entendido a partir de uma comparação da figura 3(A) e da figura 3(B), as posições relativas do cárter 1 e do bloco de cilindro 2 são determinadas pela distância entre os centros dos carnes circulares 56 e os centros dos carnes circulares 58. Quanto maior a distância entre os centros dos carnes circulares 56 e os centros dos carnes circulares 58, mais distante o bloco de cilindro 2 está do cárter 1. Se o bloco de cilindro 2 se mover para longe do cárter 1, o volume da câmara de combustão 5, quando o pistão 4 estiver posicionado conforme o ponto morto superior de compressão aumentará, portanto, ao se fazer com que os eixos de carne 54, 55 rodem, o volume da câmara de combustão 5 quando o pistão 4 estiver posicionado no ponto morto superior de compressão poderá ser mudado.

[0027] Conforme mostrado na figura 2, para se fazer com que os eixos de carne 54, 55 rodem em direções opostas, o eixo de um motor de acionamento 59 é provido com um par de engrenagens sem fim 61, 62 com direções opostas de rosca. As engrenagens 63, 64 se encaixando nestas engrenagens sem fim 61, 62 são presas às extremidades dos eixos de carne 54, 55. Nesta modalidade, o motor de acionamento 59 pode ser acionado para mudança do volume da câmara de combustão 5, quando o pistão 4 estiver posicionado no ponto morto superior de compressão por uma faixa ampla. Note que o mecanismo de relação de compressão variável A mostrado da figura 1 à figura 3 mostra um exemplo. Qualquer tipo de mecanismo de relação de compressão variável pode ser usado.

[0028] Por outro lado, a figura 4 mostra um mecanismo de sincronismo de válvula variável B afixado à extremidade do eixo de carne 70 para acionamento da válvula de admissão 7 na figura 1. Com referência à figura 4, este mecanismo de sincronismo de válvula variável B é provido com uma polia de sincronismo 71 rodada por uma cárter de motor através de uma cinta de sincronismo na direção de seta, um alojamento cilíndrico 72 rodando em conjunto com a polia de sincronismo 71, um eixo 73 capaz de rodar em conjunto com um eixo de carne de acionamento de válvula de admissão 70 e rodar em relação ao alojamento cilíndrico 72, uma pluralidade de divisórias 74 se estendendo a partir de uma circunferência interna do alojamento cilíndrico 72 para uma circunferência externa do eixo 73, e palhetas 75 se estendendo entre as divisórias 74 a partir da circunferência externa do eixo 73 para a circunferência interna do alojamento cilíndrico 72, os dois lados das palhetas 75 formados com câmaras hidráulicas para avanço 76 e câmaras hidráulicas para retardo 77.

[0029] A alimentação de óleo de trabalho para as câmaras hidráulicas 76, 77 é controlada por uma válvula de controle de alimentação de óleo de trabalho 78. Esta válvula de controle de alimentação de óleo de trabalho 78 é provida com janelas hidráulicas 79, 80 conectadas às câmaras hidráulicas 76, 77, uma janela de alimentação 82 para óleo de trabalho descarregado a partir de uma bomba hidráulica 81, um par de janelas de dreno 83, 84 e uma válvula de carretel 85 para controle da conexão e da desconexão das portas 79, 80, 82, 83, 84.

[0030] Para avanço da fase dos carnes do eixo de carne de acio- namento de válvula de admissão 70, na figura 4, a válvula de carretel 85 é feita se mover para a direita, o óleo de trabalho alimentado a partir da janela de alimentação 82 é alimentado através da janela hidráulica 79 para as câmaras hidráulicas para avanço 76, e o óleo de trabalho nas câmaras hidráulicas para retardo 77 é drenado a partir da janela de dreno 84. Neste momento, o eixo 73 é feito rodar em relação ao alojamento cilíndrico 72 na direção de seta.

[0031] Em oposição a isto, para o retardo da fase dos carnes do eixo de carne de acionamento de válvula de admissão 70, na figura 4, a válvula de carretel 85 é feita se mover para a esquerda, o óleo de trabalho alimentado a partir da janela de alimentação 82 é alimentado através da janela hidráulica 80 para as câmaras hidráulicas para retardo 77, e o óleo de trabalho nas câmaras hidráulicas para avanço 76 é drenado a partir da janela de dreno 83. Neste momento, o eixo 73 é feito rodar em relação ao alojamento cilíndrico 72 na direção oposta às setas.

[0032] Quando o eixo 73 é feito rodar em relação ao alojamento cilíndrico 72, se a válvula de carretel 85 for retornada para a posição neutra mostrada na figura 4, a operação para uma rotação relativa do eixo 73 será terminada, e o eixo 73 será mantido na posição rotativa relativa naquele momento. Portanto, é possível usar o mecanismo de sincronismo de válvula variável B de modo a se avançar ou retardar a fase dos carnes do eixo de carne de acionamento de válvula de admissão 70 exatamente pela quantidade desejada.

[0033] Na figura 5, a linha contínua mostra quando o mecanismo de sincronismo de válvula variável B é usado para avanço da fase dos carnes do eixo de carne de acionamento de válvula de admissão 70 ao máximo, enquanto a linha tracejada mostra quando é usado para retardo da fase dos carnes do eixo de carne de acionamento de válvula de admissão 70 ao máximo. Portanto, o tempo de operação da válvula de admissão 7 pode ser livremente regulado entre a faixa mostrada pela linha contínua na figura 5 e a faixa mostrada pela linha interrompida; portanto, o sincronismo de fechamento da válvula de admissão 7 pode ser regulado para qualquer ângulo de manivela na faixa mostrada pela seta C na figura 5.

[0034] O mecanismo de sincronismo de válvula variável B mostrado na figura 1 e na figura 4 é um exemplo. Por exemplo, um mecanismo de sincronismo de válvula variável e vários outros tipos de mecanismo de sincronismo de válvula variável capazes de mudar apenas o sincronismo de fechamento da válvula de admissão, enquanto se mantém o sincronismo de abertura da válvula de admissão constante, podem ser usados.

[0035] Em seguida, o significado dos termos usados no presente pedido será explicado com referência à figura 6. Note que as figura 6(A), (B) e (C) mostram para fins de exemplo um motor com um volume das câmaras de combustão de 50 ml e um volume de curso do pistão de 500 ml. Nestas figuras 6(A), (B) e (C), o volume de câmara de combustão mostra o volume da câmara de combustão quando o pistão estiver no ponto morto superior de compressão.

[0036] A figura 6(A) explica a relação de compressão mecânica. A relação de compressão mecânica é um valor determinado mecanicamente a partir do volume de curso do pistão e do volume de câmara de combustão no momento de um curso de compressão. Esta relação de compressão mecânica é expressa por (volume de câmara de combustão + volume de curso)/volume de câmara de combustão. No exemplo mostrado na figura 6(A), esta relação de compressão mecânica se torna (50 ml + 500 ml)/50 ml = 11.

[0037] A figura 6(B) explica a relação de compressão real. Esta relação de compressão real é um valor determinado a partir do volume de curso real do pistão a partir de quando a ação de compressão é realmente começada até quando o pistão atinge o ponto morto superior e o volume de câmara de combustão. Esta relação de compressão real é expressa por (volume de câmara de combustão + volume de curso real)/volume de câmara de combustão. Isto é, conforme mostrado na figura 6(B), mesmo se o pistão começar a subir no curso de compressão, nenhuma ação de compressão é realizada enquanto a válvula de admissão estiver aberta. A ação de compressão real é começada após a válvula de admissão se fechar. Portanto, a relação de compressão real é expressa como se segue, usando-se o volume de curso real. No exemplo mostrado na figura 6(B), a relação de compressão real se torna (50 ml + 450 ml)/50 ml = 10.

[0038] A figura 6(C) expressa a relação de expansão. A relação de expansão é um valor determinado a partir do volume de curso do pistão no momento de um curso de expansão e o volume de câmara de combustão. Esta relação de expansão é expressa por (volume de câmara de combustão + volume de curso)/volume de câmara de com-bustão. No exemplo mostrado na figura 6(C), esta relação de expansão se torna (50 ml + 500 ml)/50 ml = 11.

[0039] Em seguida, os recursos mais básicos da presente invenção serão explicados com referência à figura 7 e à figura 8. Note que a figura 7 mostra a relação entre a eficiência térmica teórica e a relação de expansão, enquanto a figura 8 mostra uma comparação entre o ciclo comum e um ciclo de relação de expansão superalta usado seletivamente de acordo com a carga na presente invenção.

[0040] A figura 8(A) mostra o ciclo comum quando a válvula de admissão se fecha próxima do ponto morto inferior e a ação de compressão pelo pistão é começada a partir do ponto morto inferior substancialmente de compressão. No exemplo mostrado nesta figura 8(A), também, da mesma forma que nos exemplos mostrados nas figuras 6(A), (B) e (C), o volume de câmara de combustão é feito de 50 ml, e o volume de curso do pistão é feito de 500 ml. Conforme será entendido a partir da figura 8(A), em um ciclo comum, a relação de compressão mecânica é de (50 ml + 500 ml)/50 ml = 11, a relação de compressão real é de em torno de 11, e a relação de expansão também se torna (50 ml + 500 ml)/50 ml = 11. Isto é, em um motor de combustão interna comum, a relação de compressão mecânica e a relação de compressão real e a relação de expansão se tornam substancialmente iguais.

[0041] A linha contínua na figura 7 mostra a mudança na eficiência térmica teórica no caso em que a relação de compressão real e a relação de expansão são substancialmente iguais, isto é, em um ciclo comum. Neste caso, é aprendido que quanto maior a relação de expansão, isto é, quanto mais alta a relação de compressão real, mais alta a eficiência térmica teórica. Portanto, em um ciclo comum, para a elevação da eficiência térmica teórica, a relação de compressão real deve ser tornada mais alta. Contudo, devido às restrições quanto à ocorrência de detonação no momento de operação de carga alta do motor, a relação de compressão real pode ser elevada apenas mesmo no máximo para em torno de 12; assim sendo, em um ciclo comum, a eficiência térmica teórica não pode ser tornada suficientemente alta.

[0042] Por outro lado, sob esta situação, os inventores estritamente diferenciaram entre relação de compressão mecânica e relação de compressão real e estudaram a eficiência térmica teórica e, como resultado, descobriram que na eficiência térmica teórica, a relação de expansão é dominante, e a eficiência térmica teórica não é afetada muito de alguma forma pela relação de compressão real. Isto é, caso se eleve a relação de compressão real, a força explosiva subirá, mas a compressão requererá uma energia grande, de modo conforme, mesmo caso se suba a relação de compressão real, a eficiência térmica teórica não subirá muito de alguma forma.

[0043] Em oposição a isto, caso se aumente a relação de expan- são, quanto mais longo o período durante o qual uma força atua fazendo pressão para baixo no pistão no momento do curso de expansão, mais longo o tempo em que o pistão proporciona uma força de rotação à cárter. Portanto, quanto maior for tornada a relação de expansão, mais alta a eficiência térmica teórica se tornará. A linha inter-rompida ε = 10 na figura 7 mostra a eficiência térmica teórica no caso de fixação da relação de compressão real em 10 e elevando-se a relação de expansão naquele estado. Desta forma, é aprendido que a quantidade de elevação da eficiência térmica teórica quando se eleva a relação de expansão no estado em que a relação de compressão real é mantida em um valor baixo e a quantidade de elevação da efici-ência térmica teórica no caso em que a relação de compressão real é aumentada juntamente com a relação de expansão conforme mostrado pela linha contínua da figura 7 não diferirá tanto assim.

[0044] Se a relação de compressão real for mantida em um valor baixo desta forma, uma detonação não ocorrerá; portanto, caso se eleve a relação de expansão no estado em que a relação de compressão real é mantida em um valor baixo, a ocorrência de detonação pode ser impedida e a eficiência térmica teórica pode ser grandemente ele-vada. A figura 8(B) mostra um exemplo do caso quando se usa o mecanismo de relação de compressão variável A e o mecanismo de sincronismo de válvula variável B para manutenção da relação de compressão real em um valor baixo e para elevação da relação de expansão.

[0045] Com referência à figura 8(B), neste exemplo, o mecanismo de relação de compressão variável A é usado para diminuição do volume de câmara de combustão de 50 ml para 20 ml. Por outro lado, o mecanismo de sincronismo de válvula variável B é usado para atraso do sincronismo de fechamento da válvula de admissão, até o volume de curso real do pistão mudar de 500 ml para 200 ml. Como resultado, neste exemplo, a relação de compressão real se torna (20 ml + 200 ml)/20 ml = 11, e a relação de expansão se torna (20 ml + 500 ml)/20 ml = 26. No ciclo comum mostrado na figura 8(A), conforme explicado acima, a relação de compressão real é de em torno de 11 e a relação de expansão é de 11. Se comparado com este caso, no caso mostrado na figura 8(B), é aprendido que apenas a relação de expansão é elevada para 26. Esta é a razão pela qual é denominado o "ciclo de relação de expansão superalta".

[0046] Conforme explicado acima, falando geralmente, em um motor de combustão interna, quanto menor a carga do motor, pior a eficiência térmica; portanto, para melhoria da eficiência térmica no momento de operação do veículo, isto é, para melhoria do consumo de combustível, torna-se necessário melhorar a eficiência térmica no momento de operação de carga baixa do motor. Por outro lado, no ciclo de relação de expansão superalta mostrado na figura 8(B), o volume de curso real do pistão no momento do curso de compressão é tornado menor, de modo que a quantidade de ar de admissão a qual pode ser succionada para a câmara de combustão 5 se torna menor; portanto, este ciclo de relação de expansão superalta pode ser empregado apenas quando a carga do motor for relativamente baixa. Portanto, na presente invenção, no momento de operação de carga baixa do motor, o ciclo de relação de expansão superalta mostrado na figura 8(B) é regulado, enquanto no momento de operação de carga alta do motor, o ciclo comum mostrado na figura 8(A) é regulado.

[0047] Em seguida, o controle operacional como um todo será explicado, com referência à figura 9.

[0048] A figura 9 mostra as mudanças na relação de compressão mecânica, na relação de expansão, no sincronismo de fechamento da válvula de admissão 7, na relação de compressão real, na quantidade de ar de admissão, no grau de abertura da válvula borboleta 17, e na perda de bombeamento juntamente com a carga do motor sob uma certa velocidade do motor. Note que, na modalidade de acordo com a presente invenção, costumeiramente a relação de ar para combustível média na câmara de combustão 5 é controlada por feedback para a relação de ar para combustível estequiométrica, com base no sinal de saída do sensor de relação de ar para combustível 21, de modo que um catalisador de três vias no conversor catalítico 20 possa simultaneamente reduzir o HC não queimado, o CO, e o NOX no gás de exaustão.

[0049] Agora, conforme explicado acima, no momento de operação de carga alta do motor, o ciclo costumeiro mostrado na figura 8(A) é executado. Portanto, conforme mostrado na figura 9, neste momento, uma vez que a relação de compressão mecânica é tornada baixa, a relação de expansão se torna baixa. Conforme mostrado pela linha contínua em baixo na figura 9, o sincronismo de fechamento da válvula de admissão 7 é avançado, conforme mostrado pela linha contínua na figura 5. Ainda, neste momento, a quantidade de ar de admissão é grande. Neste momento, o grau de abertura da válvula borboleta 17 é mantido plenamente aberto ou plenamente aberto de modo substancial, de modo que uma perda de bombeamento se torne nula.

[0050] Por outro lado, conforme mostrado pela linha contínua na figura 9, quando a carga do motor se torna mais baixa, o sincronismo de fechamento da válvula de admissão 7 é retardado, de modo a se reduzir a quantidade de ar de admissão juntamente com aquilo. Ainda, nesse momento, a relação de compressão mecânica é aumentada conforme a carga do motor se torna mais baixa, conforme mostrado na figura 9, de modo que a relação de compressão real seja mantida substancialmente constante. Portanto, a relação de expansão também é aumentada conforme a carga do motor se tornar mais baixa.

[0051] Desta forma, quando a carga do motor se torna mais baixa a partir do estado de operação de carga alta, a relação de compressão mecânica é feita aumenta juntamente com a redução na quantidade de ar de admissão sob uma relação de compressão real substancialmente constante. Isto é, o volume da câmara de combustão 5 quando o pistão 4 atinge o ponto morto superior de compressão é reduzido proporcionalmente à redução na quantidade de ar de admissão. Portanto, o volume da câmara de combustão 5 quando o pistão 4 atinge o ponto morto superior de compressão muda em proporção com a quantidade de ar de admissão. Note que a relação de ar para combustível na câmara de combustão 5 neste momento no exemplo se torna a relação de ar para combustível estequiométrica, de modo que o volume da câmara de combustão 5 quando o pistão 4 atingir o ponto morto superior de compressão mude em proporção com a quantidade de combustível.

[0052] Se a carga do motor se tornar ainda mais baixa, a relação de compressão mecânica será feita aumentar adicionalmente. Quando a carga do motor cai para a carga média Li mais próxima da carga baixa, a relação de compressão mecânica atinge a relação de compressão mecânica limite que constitui o limite estrutural da câmara de combustão 5. Na região de uma carga mais baixa do que a carga de motor Li, onde a relação de compressão mecânica atinge a relação de compressão mecânica limite, a relação de compressão mecânica é mantida na relação de compressão mecânica limite. Portanto, no momento de operação de carga média de motor de lado de carga baixa e no momento de operação de carga baixa de motor, a relação de com-pressão mecânica se torna máxima no lado de operação de carga baixa do motor e a relação de expansão também se torna máxima. Em outras palavras, no lado de operação de carga baixa do motor, a relação de compressão mecânica é tornada máxima, de modo que a relação de expansão máxima seja obtida.

[0053] Por outro lado, na modalidade mostrada na figura 9, mesmo quando a carga do motor se torna mais baixa do que Li, conforme mostrado pela linha contínua na figura 9, o sincronismo de fechamento da válvula de admissão 7 é retardado, conforme a carga do motor se torna mais baixa. Ainda, conforme mostrado na figura 9, no lado de operação de carga alta de motor, onde a carga do motor é mais alta do que Li, a relação de compressão real é mantida substancialmente a mesma que a relação de compressão real para a mesma velocidade do motor. Em oposição a isto, quando a carga do motor é menor do que Li, isto é, quando a relação de compressão mecânica é mantida na relação de compressão mecânica limite, a relação de compressão real é determinada pelo sincronismo de fechamento da válvula de admissão 7, e, conforme mostrado pela linha sólida na figura 9, a relação de compressão real diminui conforme a carga do motor diminui, se o sincronismo de fechamento da válvula de admissão 7 for retardado conforme a carga do motor diminuir.

[0054] Por outro lado, conforme é claro a partir da figura 9, a relação de compressão mecânica é mantida na relação de compressão mecânica máxima no lado de operação de carga baixa do motor e é feita diminuir gradualmente, conforme a carga do motor aumentar no lado de operação de carga alta do motor. Na presente invenção, con-forme é mostrado na figura 9, uma carga Li, na qual a relação de compressão mecânica se torna uma relação de compressão mecânica predeterminada no lado de operação de carga alta do motor que é mais baixa do que a relação de compressão mecânica máxima, é pré- regulada, e, conforme mostrado pela linha contínua na figura 9, a válvula borboleta 17 é fechada na região de carga mais baixa do que esta carga pré-regulada l_2.

[0055] Note que, no exemplo mostrado pela linha contínua na figura 9, esta relação de compressão mecânica pré-regulada é um valor entre a relação de compressão mecânica máxima e a relação de compressão mecânica no momento de operação de carga plena, e a válvula borboleta 17 está plenamente aberta em uma região de carga mais alta do que esta carga pré-regulada l_2. Ainda, conforme mostrado pela linha contínua na figura 9, o grau de abertura da válvula borboleta 17 diminui conforme a carga do motor diminui em uma região de carga mais baixa do que esta carga pré-regulada l_2. Desta forma, se o grau de abertura da válvula borboleta 17 se tornar menor, a perda de bom- beamento aumentará, conforme mostrado na figura 9.

[0056] Agora, conforme mencionado acima, se a relação de compressão mecânica aumentar e se tornar a relação de compressão mecânica máxima, o espaço entre o topo do pistão 4 e a superfície de parede interna da câmara de combustão 5 no final do curso de compressão se estreita, criando um fluxo expelido potente na câmara de combustão 5. Como resultado, isto cria perturbações de potência na câmara de combustão 5, por meio do que uma boa ignição e uma combustão de combustível podem ser adquiridas. Contudo, se a carga do motor for maior do que Li, e a relação de compressão mecânica cair, o espaço entre o topo do pistão 4 e a superfície de parede interna da câmara de combustão 5 no fim do curso de compressão se alargará, de modo que o fluxo expelido enfraqueça ou cesse de acontecer. Como resultado, as perturbações ocorrendo na câmara de combustão serão enfraquecidas e, desse modo, a ignição e a combustão de combustível se deteriorarão.

[0057] Por outro lado, se a válvula borboleta 17 for fechada, a ação de estrangulamento do fluxo de ar de admissão pela válvula borboleta 17 causará perturbações na câmara de combustão 5, por meio do que a ignição e a combustão de combustível poderão ser melhoradas. Assim, na presente invenção, a válvula borboleta 17 é fechada quando a relação de compressão mecânica cai, conforme explicado, para melhoria da ignição e da combustão do combustível.

[0058] Note que, mesmo se a relação de compressão real for diminuída a ignição e a combustão do combustível se deteriorarão. Portanto, na modalidade de acordo com a presente invenção, a válvula borboleta 17 é fechada mesmo em uma carga de motor mais baixa do que Li, onde a relação de compressão real cai. Ainda, se a válvula borboleta 17 for fechada quando a carga do motor for alta, uma saída alta não poderá ser adquirida. Portanto, no exemplo mostrado pela linha contínua na figura 9, a válvula borboleta 17 está fechada na parte de Li para l_2 da região de carga do lado de operação de carga alta de motor, onde a relação de compressão mecânica cai.

[0059] Note que, quando uma queda na saída no momento de operação de carga alga de motor é aceitável, a válvula borboleta 17 também pode ser fechada em uma região de carga mais baixa do que no momento de operação de carga plena, isto é, em quase todas as regiões de carga, conforme mostrado pela linha tracejada na figura 9.

[0060] Nesse sentido, conforme explicado acima, no ciclo de relação de expansão superalta mostrado na figura 8(B), a relação de expansão é tornada 26. Quanto mais alta esta relação de expansão melhor, mas, conforme será entendido a partir da figura 7, é possível obter uma eficiência térmica teórica consideravelmente alta de 20 ou mesmo mais para a relação de compressão real de limite inferior usá- vel de forma prática ε = 5. Portanto, na presente invenção, o mecanismo de relação de compressão variável A é formado de modo que a relação de expansão se torne de 20 ou mais.

[0061] Por outro lado, conforme mostrado pela linha tracejada na figura 9, é possível controlar a quantidade de ar de admissão sem consideração da válvula borboleta 17 pelo avanço do sincronismo de fechamento da válvula de admissão 7, conforme a carga do motor se tornar mais baixa. Portanto, expressando isto de modo que o caso mostrado pela linha contínua na figura 9 e o caso mostrado pela linha tracejada sejam cobertos, na modalidade da presente invenção, o sincronismo de fechamento da válvula de admissão 7 é feito se deslocar conforme a carga do motor se tornar mais baixa na direção para longe do ponto morto inferior de admissão BDC.

[0062] A figura 10 mostra a rotina de controle operacional. Com referência à figura 10, em primeiro lugar, na etapa 100, a relação de compressão real alvo é calculada. Em seguida, na etapa 101, o sincronismo de fechamento IC da válvula de admissão 7 é calculado a partir do mapa mostrado na figura 11(A). Isto é, o sincronismo de fe-chamento IC da válvula de admissão 7 requerido para alimentação da quantidade de ar de admissão requerida para a câmara de combustão 5 é armazenado como uma função da carga do motor L e da velocidade do motor N na forma do mapa, conforme mostrado na figura 11(A) de antemão na ROM 32. O sincronismo de fechamento IC da válvula de admissão 7 é calculado a partir deste mapa.

[0063] Em seguida, na etapa 102, a relação de compressão mecânica CR é calculada. Em seguida, na etapa 103, o grau de abertura da válvula borboleta 17 é calculado. O grau de abertura θ desta válvula borboleta 17 é armazenado como uma função da carga do motor L e da velocidade do motor N na forma de um mapa, conforme mostrado na figura 11(B), de antemão na ROM 32. Em seguida, na etapa 104, o mecanismo de relação de compressão variável A é controlado de modo que a relação de compressão mecânica se torne a relação de compressão mecânica CR, o mecanismo de sincronismo de válvula variável B é controlado de modo que o sincronismo de fechamento da válvula de admissão 7 se torne o sincronismo de fechamento IC, e a válvula borboleta 17 é controlada de modo que o grau de abertura da válvula borboleta 17 se torne o grau de abertura θ. LISTA DE NÚMEROS DE REFERÊNCIA 1 ... cárter 2 ... bloco de cilindro 3 ... cabeçote de cilindro 4 ... pistão 5 ... câmara de combustão 7 ... válvula de admissão 70 ... eixo de came de acionamento de válvula de admissão A ... mecanismo de relação de compressão variável B ... mecanismo de sincronismo de válvula variável

Claims

1. Motor de combustão interna do tipo de ignição por centelha fornecido com um mecanismo de relação de compressão variável (A) capaz de mudar uma relação de compressão mecânica, um mecanismo de sincronismo de válvula variável (B) capaz de controlar um sincronismo de fechamento de uma válvula de admissão (7), e uma válvula borboleta (17) disposta em uma passagem de admissão de motor para o controle de uma quantidade de ar de admissão, e caracterizado pelo fato de que o sincronismo de fechamento da válvula de admissão (7) é feito para se deslocar, conforme uma carga de motor se torna mais baixa em uma direção para longe de um ponto morto inferior de admissão, a relação de compressão mecânica é feita para aumentar até uma relação de compressão mecânica máxima conforme a carga do motor diminui, em um lado de operação de carga baixa de motor de uma carga mais baixa do que uma carga de motor onde a relação de compressão mecânica se torna a relação de compressão mecânica máxima, a relação de compressão mecânica é mantida na relação de compressão mecânica máxima e a relação de compressão real é feita para diminuir, conforme a carga do motor diminui, uma carga na qual a relação de compressão mecânica se torna um valor entre a relação de compressão mecânica máxima e a relação de compressão mecânica no momento de operação de carga plena no lado de operação de carga alta de motor é pré-regulada, e a válvula borboleta (17) é fechada em uma região de carga mais baixa do que a carga pré-regulada.

2. Motor de combustão interna do tipo de ignição por cente- lha, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a relação de expansão máxima no momento da relação de compressão mecânica máxima é de 20 ou mais.

3. Motor de combustão interna do tipo de ignição por centelha, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a válvula borboleta (17) está plenamente aberta em uma região de carga mais alta do que a carga pré-regulada.

4. Motor de combustão interna do tipo de ignição por centelha, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o grau de operação da válvula borboleta (17) é tornado menor, conforme a carga do motor diminui em uma região de carga mais baixa do que a carga pré-regulada.