BRPI0815774B1

BRPI0815774B1 - Motor de combustão interna tipo ignição por faísca

Info

Publication number: BRPI0815774B1
Application number: BRPI0815774-0A
Authority: BR
Inventors: Daisuke Akihisa
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 2007-11-06
Filing date: 2008-11-05
Publication date: 2019-05-14
Also published as: DE112008002329T5; US20110041811A1; BRPI0815774A2; US8596233B2; DE112008002329B4; RU2010107276A; WO2009060977A1; RU2438032C2; CN101821490A; JP4420105B2; JP2009114966A; CN101821490B

Abstract

motor de combustão interna tipo ignição por faísca a presente invenção refere-se a um motor de combustão interna com um mecanismo de razão de compressão variável (a) capaz de mudar uma razão de compressão mecânica e de um mecanismo de temporização de válvula variável (8) capaz de mudar uma temporização de fechamento de uma válvula de admissão (7). quando uma carga é mais alta do que uma carga predeterminada l2, uma quantidade de ar de admissão no interior de uma câmara de combustão (5) é controlada por meio do controle da temporização de fechamento da válvula de admissão (7), enquanto, quando a carga do motor é inferior à carga predeterminada l2, a quantidade de ar de admissão dentro da câmara de combustão (5) é controlada por meio do controle tanto da temporização de fechamento da válvula de admissão (7) quanto do grau de abertura da válvula de regulação (17).

Description

COMBUSTÃO INTERNA TIPO IGNIÇÃO POR FAÍSCA.

CAMPO TÉCNICO

A presente invenção refere-se a um motor de combustão interna do tipo com ignição por faísca.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

É conhecido na técnica um motor de combustão interna do tipo com ignição interna dotado de um mecanismo de razão de compressão variável, capaz de mudar uma razão de compressão mecânica, e de um mecanismo de temporização de válvula variável capaz de controlar uma temporização de fechamento de uma válvula de admissão, de executar uma ação de supercarregamento, por meio de um supercarregador no momento de operação de carga média do motor e operação de alta carga do motor e de aumentar a razão de compressão mecânica e atrasar a temporização de fechamento da válvula de admissão conforme a carga do motor se torna menor no momento de operação de carga média e alta do motor no estado em que mantém a razão de combustão real constante (por exemplo, veja publicação de patente japonesa (A) Modalidade. 2004-218522).

No entanto, esta citação não faz referência de modo algum ao controle da válvula de regulação.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

Um objetivo da presente invenção é proporcionar um motor de combustão interna do tipo com ignição por faísca capaz de melhorar a eficiência térmica, bem como de manter uma boa combustão.

De acordo com a presente invenção, é proporcionado um mecanismo do tipo com ignição por faísca dotado de um mecanismo de razão de compressão variável capaz de mudar uma razão de compressão mecânica, um mecanismo de temporização de válvula variável, capaz de controlar uma temporização de fechamento de uma válvula de admissão e uma válvula de regulação disposta em uma passagem de admissão do motor para o controle de uma quantidade de ar de admissão, em que, quando uma carga do motor for maior do que uma carga predeterminada, a temporização de fe2 chamento da válvula de admissão é controlado para controlar uma quantidade de ar de admissão em uma câmara de combustão, enquanto, quando a carga do motor é menor do que a carga predeterminada, a temporização de fechamento da válvula de admissão e um grau de abertura da válvula de regulação são ambos controlados de modo a controlarem a quantidade de ar de admissão na câmara de combustão.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A Figura 1 é uma visão geral de um motor de combustão interna do tipo com ignição por faísca.

A Figura 2 é uma vista em perspectiva, desmontada, de um mecanismo de razão de compressão variável.

A Figura 3 é uma vistas em corte transversal lateral do motor de combustão interna ilustrado.

A Figura 4 é uma vista de um mecanismo de temporização de válvula variável.

A Figura 5 é uma vista que mostra as quantidades de elevação da válvula de admissão e da válvula de exaustão.

A Figura 6 é uma vista para explicar a razão de compressão mecânica, a razão de compressão real e a razão de expansão.

A Figura 7 é uma vista que mostra a relação entre a eficiência térmica teórica e a razão de expansão.

A Figura 8 é uma vista para explicar um ciclo comum e um ciclo com razão de expansão superalta.

A Figura 9 é uma vista que mostra a mudança na razão de compressão mecânica, etc., de acordo com a carga do motor.

A Figura 10 é um fluxograma para controle operacional.

A Figura 11 é uma vista que mostra mapas da temporização de fechamento da válvula de admissão, etc.

MELHOR MODO PARA REALIZAR A INVENÇÃO

A Figura 1 mostra uma vista em corte transversal lateral de um motor de combustão interna do tipo com ignição por faísca.

Com referência à Figura 1, 1 indica uma caixa de manivela, 2 um bloco de cilindros, 3 um cabeçote de cilindro, 4 um pistão, 5 uma câmara de combustão, 6 uma vela de ignição no ponto morto superior da câmara de combustão 5, 7 uma válvula de admissão, 8 uma porta de admissão, 9 uma válvula de exaustão e 10 uma porta de exaustão. A porta de admissão 8 é conectada através de um tubo derivado de admissão 11 a um tanque de compensação 12, enquanto cada tubo de derivação de admissão 11 é dotado de um injetor de combustível 13 para injetar combustível na direção de uma porta de admissão 8 correspondente. Note que cada injetor de combustível 13 pode ser disposto em cada câmara de combustão 5 ao invés de ser fixado a cada tubo de derivação de admissão 11.

O tanque de compensação 12 é conectado através de um duto de admissão 14 a um filtro de ar 15, enquanto o duto de admissão 14 é dotado, internamente, de uma válvula de regulação 17 acionada por um atuador 16 e um detector de quantidade de ar de admissão 18 que utiliza, por exemplo, um filamento incandescente. Por outro lado, a porta de exaustão 10 é conectada através de uma tubulação de exaustão 19 a um conversor catalítico 20 que aloja, por exemplo, um catalisador de três vias, enquanto a tubulação de exaustão 19 é dotada internamente, de um sensor de razão entre ar e combustível 21.

Por outro lado, na modalidade mostrada na Figura 1, a parte de conexão da caixa de manivela 1 e do bloco de cilindro 2 é dotada de um mecanismo de razão de compressão variável A capaz de mudar as posições relativas da caixa de manivela 1 e do bloco de cilindro 2 na direção axial do cilindro de modo a mudar o volume da câmara de combustão 5 quando o pistão 4 é posicionado no ponto morto superior de compressão e é dotado, adicionalmente, de um mecanismo de mudança de tempo de início de ação de compressão real B capaz de mudar um momento de início de uma ação de compressão real. Note que na modalidade mostrada na Figura 1, este mecanismo de mudança de tempo de início de ação de compressão real B compreende um mecanismo de temporização de válvula variável capaz de controlar a temporização de fechamento da válvula de admissão 7.

A unidade de controle eletrônico 30 compreende um computador digital dotado de componentes conectados um ao outro através de um barramento bidirecional 31, como uma ROM (memória de leitura apenas) 32, uma RAM (memória de acesso aleatório) 33, CPU (microprocessador) 34, porta de admissão 35, e porta de saida 36. O sinal de saída do detector de quantidade de ar de admissão 18 e o sinal de saída do sensor de razão entre ar e combustível 21 são inseridos através de conversores AD correspondentes 37 na porta de entrada 35. Adicionalmente, o pedal do acelerador 40 é conectado a um sensor de carga 41 que gera uma voltagem de saída proporcional à quantidade de abaixamento (devido à pressão) L do pedal do acelerador 40. A voltagem de saída do sensor de carga 41 é inserida através de um conversor AD correspondente 37 na porta de entrada 35. Adicionalmente, a porta de entrada 35 é conectada a um sensor do ângulo de manivela 42 que gera um pulso de saída a cada vez que o eixo de manivela gira, por exemplo, 30°. Por outro lado, a porta de saída 36 é conectada através do circuito de acionamento 38 a uma vela de ignição 6, a um injetor de combustível 13, a um atuador de acionamento da válvula de regulação 16, ao mecanismo de razão de compressão variável A, e ao mecanismo de temporização de válvula variável B.

A Figura 2 é uma vista em perspectiva desmontada do mecanismo de razão de compressão variável A mostrado na Figura 1, enquanto a Figura 3 é uma vista lateral em corte transversal do motor de combustão interna ilustrado. Com referência à Figura 2, na parte inferior das duas paredes laterais do bloco de cilindro 2, é formada uma pluralidade de partes 50 que se projetam separadas entre si por uma certa distância. Cada parte que se projeta 50 é formada de um orifício de inserção de carne com seção transversal circular 51. Por outro lado, a superfície de topo da caixa de manivela 1 é formada de uma pluralidade de partes que se projetam 52 separadas entre si por uma certa distância e que se encaixam entre as partes projetantes correspondentes 50. Estas partes que se projetam 52 também são formadas de orifícios de inserção de carne com seção transversal circular 53.

Conforme é mostrado na Figura 2, um par de eixos de carne 54, é proporcionado. Cada um dos eixos de carne 54, 55 tem carnes circulares 56 fixados a ele, capazes de serem inseridos de modo rotativo nos orifícios de inserção de carne 51 em posições alternadas. 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 é mostrado pelo hachurado na Figura 3, estendem-se eixos excêntricos 57 dispostos excentricamente com relação aos eixos geométricos de rotação dos eixos de carne 54, 55. Cada eixo excêntrico 57 tem outros carnes circulares 58 fixados excentricamente a ele de modo rotativo. Conforme é mostrado na Figura 2, estes carnes circulares 58 são dispostos entre os carnes circulares 56. Estes carnes circulares 58 são inseridos de modo rotativo nos orifícios correspondentes de inserção de carne 53.

Quando os carnes circulares 56 presos aos eixos de carne 54, 55 são girados em direções opostas, conforme é mostrado pelas linhas sólidas na Figura 3(A) a partir do estado mostrado na Figura 3(A), os eixos excêntricos 57 se movem na direção do ponto morto inferior, então os carnes circulares 58 giram nas direções opostas a partir dos carnes circulares 56 nos orifícios de inserção de came 53, conforme é mostrado pelas linhas quebradas na Figura 3(A). Conforme é mostrado na Figura 3(B), quando os eixos excêntricos 57 se movem na direção do ponto morto inferior, os centros dos carnes circulares 58 se movem para abaixo dos eixos excêntricos

57.

Conforme será entendido a partir de uma comparação da Figura 3(A) e da Figura 3(B), as posições relativas da caixa de manivela 1 e 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, maior a distância entre o bloco de cilindro 2 e a caixa de manivela 1. Se o bloco de cilindro 2 se mover para longe da caixa de manivela 1, aumenta o volume da câmara de combustão 5 quando o pistão 4 é posicionado como ponto morto superior de compressão, logo, ao fazer os eixos de came 54, 55 girarem, o volume da câmara de combustão 5 quando o pistão 4 é posicio6 nado como ponto morto superior, pode ser mudado.

Conforme é mostrado na Figura 2, para fazer os eixos de came 54, 55 girarem em direções opostas, o eixo de um motor de acionamento 59 é dotado de um par de engrenagens helicoidais 61, 62 com direções opostas de rosca. As engrenagens 63, 64 que engatam com estas engrenagens helicoidais 61, 62 são presas a extremidades dos eixos de came 54, 55. Nesta modalidade, o motor de acionamento 59 pode ser acionado para mudar o volume da câmara de combustão 5 quando o pistão 4 é posicionado no ponto morto superior de compressão em um amplo intervalo. Note que o mecanismo de razão de compressão variável A, mostrado da Figura 1 até a Figura 3, mostra um exemplo. Pode-se usar qualquer tipo de razão de compressão variável.

Por outro lado, a Figura 4 mostra um mecanismo de temporização variável B preso à extremidade do eixo de came 70 para acionar a válvula de admissão 7 na Figura 1. Com referência à Figura 4, este mecanismo de temporização variável B é dotado de uma polia de temporização 71 girada por um eixo de manivela de motor através de uma correia de temporização na direção da seta, um alojamento cilíndrico 72 girando junto com a polia de temporização 71, um eixo 73 capaz de girar junto com um eixo de came de acionamento de válvula de admissão 70 e que gira com relação ao alojamento cilíndrico 72, uma pluralidade de partições 74 que se estendem a partir de uma circunferência interna do alojamento cilíndrico 72 até uma circunferência externa do eixo 73, e aletas 75 que se estendem entre as partições 74 a partir da circunferência externa do eixo 73 até a circunferência interna do alojamento cilíndrico 72, os dois lados das aletas 75 formados com câmaras hidráulicas para avanço 76 e uso de câmaras hidráulicas para retardo 77.

A alimentação do óleo de trabalho nas 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 dotada de portas hidráulicas 79, 80 conectadas às câmaras hidráulicas 76, 77, uma porta de alimentação 82 para óleo de trabalho descarregado de uma bomba hidráulica 81, um par de portas de dreno 83, 84 e uma válvula carretei 85 para controlar a conexão e a desconexão das portas 79, 80, 82, 83, 84.

Para avançar a fase dos carnes do eixo de came de acionamento de válvula de admissão 70, na Figura 4, faz-se a válvula de carretei 85 se mover para direita, o óleo de trabalho alimentado a partir da porta de alimentação 82 é alimentado a partir da porta hidráulica 79 até as câmaras hidráulicas para avanço 76, e o óleo de trabalho nas câmaras hidráulicas para retardo 77 é drenado a partir da porta de drenagem 84. Neste momento, faz-se com que o eixo 73 gire com relação ao alojamento cilíndrico na direção da seta.

Em oposição a isso, para retardar a fase dos carnes do eixo de came de acionamento da válvula de admissão 70 na Figura 4, faz-se com que a válvula de carretei 85 se mova para a esquerda, o óleo de trabalho alimentado a partir da porta de alimentação 82 é alimentado através da porta hidráulica 80 até as câmaras hidráulicas para retardo 77, e o óleo de trabalho nas câmaras hidráulicas para avanço 76 é drenado a partir da porta de drenagem 83. Neste momento, faz-se com que o eixo 73 gire com relação ao alojamento cilíndrico 72 na direção oposta às setas.

Quando se faz o eixo 73 girar com relação ao alojamento cilíndrico 72, se a válvula de carretei 85 for retornada para a posição neutra mostrada na Figura 4, a operação para rotação relativa do eixo 73 é finalizada e o eixo 73 é mantido na posição rotacional relativa naquele tempo. Logo, é possível usar o mecanismo de temporização de válvula variável B de modo a avançar ou retardar a fase dos carnes do eixo de came de acionamento de válvula de admissão 70 exatamente pela proporção desejada.

Na Figura 5, a linha sólida mostra quando o mecanismo de temporização de válvula variável B é usado para avançar ao máximo a fase dos carnes do eixo de came de acionamento de válvula de admissão 70, enquanto a linha quebrada mostra quando ele é usado para retardar ao máximo a fase dos carnes do eixo de came de acionamento de válvula de admissão 70. Logo, o tempo de abertura da válvula de admissão 7 pode ser livre mente ajustado entre o intervalo mostrado pela linha sólida na Figura 5 e o intervalo mostrado pela linha quebrada, logo, a temporização de fechamento da válvula de admissão 7 pode ser ajustado para qualquer ângulo de manivela no intervalo mostrado pela seta C na Figura 5.

O mecanismo de temporização de válvula variável B mostrado na Figura 1 e na Figura 4 é um exemplo. Por exemplo, pode-se usar um mecanismo de temporização de válvula variável ou outros diversos tipos de mecanismos de temporização de válvula variáveis capazes de mudar apenas a temporização de fechamento da válvula de admissão, ao mesmo tempo em que mantém constante o tempo de abertura da válvula de admissão.

A seguir, será explicado o significado dos termos usados no presente pedido com referência à Figura 6. Note que a Figura 6(A), (B) e (C) mostram, para fins explicativos, 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 da câmara de combustão mostra o volume da câmara de combustão quando o pistão está no ponto morto superior de compressão.

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

A Figura 6(B) explica a razão de compressão real. Esta razão 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 iniciada até quando o pistão atinge o ponto morto superior e o volume da câmara de combustão. Esta razão de compressão real é expressa por (volume da câmara de combustão + volume do curso real)/volume da câmara de combustão. Ou seja, conforme é mostrado na Figura 6(B), mesmo que o pistão comece a subir no curso de compressão, nenhuma ação de compressão é e xecutada enquanto a válvula de admissão estiver aberta. A ação de compressão real é iniciada após a válvula de admissão fechar. Logo, a razão de compressão real é expressa, conforme a seguir, usando o volume de curso real. No exemplo mostrado na Figura 6(B), a razão de compressão real se torna (50 ml + 450 ml)/50 ml = 10.

A Figura 6(C) explica a razão de expansão. A razão de expansão e um valor determinado a partir do volume do curso do pistão no momento de um curso de expansão e do volume da câmara de combustão. Esta razão de expansão é expressa por (volume da câmara de combustão + volume do curso)/ volume da câmara de combustão. No exemplo mostrado na Figura 6(C), esta razão de expansão se torna (50 ml + 500 ml)/50 ml =

11.

A seguir, as características mais básicas da presente invenção serão explicadas com referência à Figura 7 e Figura 8. Note que a Figura 7 mostra a relação entre a eficiência térmica teórica e a razão de expansão, enquanto a Figura 8 mostra uma comparação entre o ciclo comum e o ciclo de razão de expansão super alto usado seletivamente de acordo com a carga na presente invenção.

A Figura 8(A) mostra o ciclo comum quando a válvula de admissão fecha perto do ponto morto inferior e a ação de compressão pelo pistão é iniciada a partir de substancialmente perto do ponto morto inferior de compressão. No exemplo mostrado nesta Figura 8(A), assim como, da mesma maneira, nos exemplos mostrados na Figura 6(A), (B) e (C), o volume da câmara de combustão é feito 50 ml e o volume do curso do pistão é feito 500 ml. Conforme será entendido a partir da Figura 8(A), em um ciclo ordinário, a razão de compressão mecânica é (50 ml + 500 ml)/50 ml = 11, a razão de compressão real também é cerca de 11 e a razão de expansão também se torna (50 ml + 500 ml)/50 ml = 11. Ou seja, em um motor de combustão interna comum, a taxa de compressão mecânica e a taxa de compressão real e a razão de expansão se tornam substancialmente iguais.

A linha sólida na Figura 7 mostra a mudança na eficiência térmica teórica no caso onde a razão de compressão real e a razão de expansão adsorção substancialmente iguais, ou seja, no ciclo comum. Neste caso, aprende-se que, quanto maior a razão de expansão, ou seja, quanto mais alta a razão de compressão real, mais alta a eficiência térmica teórica. Logo, em um ciclo ordinário, para elevar a eficiência térmica teórica, a razão de compressão real deve ser mais alta. No entanto, devido às restrições sobre a ocorrência de golpeamento no momento de operação a alta carga do motor, a razão de compressão real só pode ser elevada mesmo no máximo até cerca de 12, por conseguinte, em um ciclo comum, não se pode fazer com que a eficiência térmica teórica seja alta o suficiente.

Por outro lado, sob esta situação, os inventores fizeram uma diferenciação estrita entre a razão de compressão mecânica e a razão de compressão real e estudaram a eficiência térmica teórica e, como resultado, descobriram que na eficiência térmica teórica, a razão de expansão é dominante e a eficiência térmica teórica não é muito afetada pela razão de compressão real. Ou seja, se aumentar a razão de compressão real, a força explosiva aumenta, mas a compressão requer uma grande energia, sendo assim, mesmo elevando-se a razão de compressão real, a eficiência térmica teórica não aumentará muito.

Em oposição a isso, caso se aumente a razão de expansão, quanto maior o período durante o qual uma força age fazendo pressão para baixo sobre o pistão no momento do curso de expansão, maior o tempo em que o pistão fornecerá uma força rotacional ao eixo de manivela. Logo, quanto maior for a razão de expansão, mais alta se tornará a eficiência térmica teórica. A linha quebrada a=10, na Figura 7, mostra a eficiência térmica teórica no caso de fixar a razão de compressão real em 10 e elevar a razão de expansão naquele estado. Deste modo, aprende-se que a quantidade de elevação da eficiência térmica teórica, ao se aumentar a razão de expansão no estado onde a razão de compressão real é mantida a um baixo valor e a quantidade de aumento da eficiência térmica teórica no caso onde a razão de compressão real é aumentada junto com a razão de expansão, conforme é mostrado pela linha sólida da Figura 7, não diferirá muito.

Se a razão de compressão real for mantida a um valor baixo desta maneira, não ocorrerá o golpeamento, logo, se a elevação na razão de expansão no estado onde a razão de compressão real é mantida a um valor baixo, é possível impedir a ocorrência de golpeamento e a eficiência térmica teórica pode ser bastante elevada. A Figura 8(B) mostra um exemplo do caso em que se usa o mecanismo de razão de compressão variável A e o mecanismo de temporização de válvula variável B para manter a razão de compressão real a um valor baixo e elevar a razão de expansão.

Com referência à Figura 8(B), neste exemplo, o mecanismo de razão de compressão variável A é usado para diminuir o volume da câmara de combustão de 50 ml para 20 ml. Por outro lado, o mecanismo de temporização de válvula variável B é usado para retardar a temporização 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 razão de compressão real se torna (20 ml + 200 ml)/20 ml = 11 e a razão de expansao se torna (20 ml + 500 ml)/20 ml = 26. No ciclo ordinário mostrado na Figura 8(A), conforme explicado acima, a razão de compressão real é cerca de 11 e a razão de expansão é 11. Em comparação com este caso, no caso mostrado na Figura 8(B), aprende-se que apenas a razão de expansão é elevada para 26. Esta é a razão pela qual ele é chamado o ciclo de razão de expansão super alto.

Conforme explicado acima, falando de maneira geral, em um motor de combustão interna, quanto menor a carga do motor, pior a eficiência térmica, logo, para melhorar a eficiência térmica no momento de operação do veículo, ou seja, para melhorar o consumo de combustível, torna-se necessário melhorar a eficiência térmica no momento de operação em baixa carga do motor. Por outro lado, no ciclo de razão de expansão super alta mostrado na Figura 8B), faz-se o volume do curso real do pistão no momento do curso de compressão menor, então a quantidade de ar de admissão que pode ser sugado para dentro da câmara de combustão 5 se torna menor, logo, este ciclo de razão de expansão super alto só pode ser empregado quando a carga do motor for relativamente baixa. Logo, na presente invenção, no momento de operação a baixa carga do motor, o ciclo de razão de expansão super alto mostrado na Figura 8(B) é definido, enquanto no momento de operação a alta carga do motor, o ciclo comum mostrado na Figura 8(A) é definido. Esta é a característica básica da presente invenção.

A seguir, o controle operacional, como um todo, será explicado com referência à Figura 9.

A Figura 9 mostra as mudanças na razão de compressão mecânica, razão de expansão, temporização de fechamento da válvula de admissão 7, razão de compressão real, quantidade de ar de admissão, grau de abertura da válvula de regulação 17 e perda de bombeamento junto com a carga do motor sob uma certa velocidade do motor. Note que na modalidade, de acordo com a presente invenção, comumente a razão média entre ar e combustível na câmara de combustão 5 é controlado por retroalimentação na razão estequiométrica entre ar e combustível com base no sinal de saída do sensor de razão entre ar e combustível 21, tal que o catalisador de três vias no conversor catalítico 20 pode reduzir simultaneamente o HC, o CO e o NO_X não queimados, no gás de exaustão.

Agora, conforme explicado acima, no momento de operação a alta carga do motor, o ciclo ordinário mostrado na Figura 8(A) é executado. Logo, conforme é mostrado na Figura 9, neste momento, como a razão de compressão mecânica é tornada baixa, a razão de expansão se toma baixa. Conforme é mostrado pela linha sólida na Figura 9, a temporização de fechamento da válvula de admissão 7 é avançada, conforme é mostrado pela linha sólida na Figura 5. Adicionalmente, neste momento, a quantidade de ar de admissão é grande. Neste momento, o grau de abertura da válvula de regulação 17 é mantido totalmente aberto ou substancialmente completamente aberto, então a perda de bombeamento se torna zero.

Por outro lado, conforme é mostrado uma linha sólida na Figura 9, se a carga do motor se tornar menor, a temporização de fechamento da válvula de admissão 7 é retardada de modo a reduzir a quantidade de ar de admissão junto com aquela. Adicionalmente, neste momento, a razão de compressão mecânica é aumentada conforme a carga do motor se torna menor, conforme é mostrado na Figura 9, de tal modo que a razão de com pressão real é mantida substancialmente constante. Conseqüentemente, a razão de expansão também é aumentada conforme a carga do motor se torna menor. Note que, neste momento também, a válvula de regulação 17 é mantida no estado completamente aberto ou substancialmente completamente aberto. Logo, a quantidade de ar de admissão fornecido no interior da câmara de combustão 5 é controlada mudando-se a temporização de fechamento da válvula de admissão 7, a despeito da válvula de regulação 17. Neste momento também, a perda de bombeamento se torna zero.

Deste modo, quando a carga do motor se torna menor a partir do estado de operação a alta carga do motor, a razão de compressão mecânica é aumentada conforme a quantidade de ar de admissão é reduzida sob uma razão de compressão substancialmente constante. Ou seja, o volume da câmara de combustão 5 quando o pistão 4 atinge o ponto morto superior de compressão, é reduzido na proporção da redução na quantidade de ar de admissão. Logo, o volume da câmara de combustão 5 quanto o pistão 4 atinge o ponto morto superior de compressão muda na proporção da quantidade do ar de admissão. Note que, neste momento, a razão entre ar e combustível na câmara de combustão 5 se torna a razão estequiométrica entre ar e combustível, então o volume da câmara de combustão 5 quando o pistão 4 atinge o ponto morto superior de compressão, muda na proporção da quantidade de combustível.

Se a carga do motor cair mais, a razão de compressão mecânica é adicionalmente aumentada. Se a carga do motor cair até uma carga média Li, algo perto da carga baixa, a razão de compressão mecânica atinge a razão de compressão mecânica limite do limite estrutural da câmara de combustão 5. Se a razão de compressão mecânica atingir a razão de compressão mecânica limite, na região onde a carga for menor do que a carga do motor Li quando a razão de compressão mecânica atingir a razão de compressão mecânica limite, a razão de compressão mecânica é mantida na razão de compressão mecânica limite. Logo, no momento de operação a carga média do motor no lado de baixa carga e no momento de operação a baixa carga do motor, ou seja, no lado de operação a baixa carga do motor, a razão de compressão mecânica se torna máxima e a razão de expansão se torna máxima. Em outras palavras, no lado de operação a baixa carga do motor, a razão de compressão mecânica é tornada máxima, tal que a razão de expansão máxima seja obtida.

Por outro lado, na modalidade mostrada na Figura 9, a despeito da carga do motor, conforme é mostrado pela linha sólida na Figura 9, a temporização de fechamento da válvula de admissão 7 é retardado na medida em que a carga do motor se torna menor. Adicionalmente, na modalidade mostrada na Figura 9, na região de carga onde a razão de compressão mecânica é mantida na razão de compressão mecânica máxima, é definida uma carga predeterminada L₂. Quando a carga do motor é menor do que a carga predeterminada L₂, o grau de abertura da válvula de regulação 17 se torna menor conforme a carga do motor se torna menor. Por outro lado, quando a carga do motor é mais alto do que a carga predeterminada L₂, a válvula de regulação 17 é mantida no estado totalmente aberto.

Por outro lado, conforme é mostrado na Figura 9, quando a carga do motor for mais alta do que L-ι, no lado de operação a alta carga do motor, a razão de compressão real é mantida substancialmente na mesma razão de compressão real com relação à mesma velocidade do motor. Em oposição a isso, quando a carga do motor é inferior a Li, ou seja, quando a razão de compressão mecânica é mantida na razão de compressão mecânica limite, a razão de compressão real é determinada pela temporização de fechamento da válvula de admissão 7. Conforme é mostrado na Figura 9, se a temporização de fechamento da válvula de admissão for retardada na medida em que a carga do motor se tornar menor, a razão de compressão real cai abaixo da carga do motor.

Neste aspecto, a quantidade de ar de admissão para a câmara de combustão 5 pode ser controlada por meio do controle da temporização de fechamento da válvula de admissão 7 e pode ser controlada por meio do controle do grau de abertura da válvula de regulação 17. Neste aspecto, caso se tente controlar a quantidade de ar de admissão para a câmara de combustão 5 controlando-se apenas a temporização de fechamento da vál vula de admissão 7 quando a razão de compressão mecânica for mantida na razão de compressão mecânica máxima, a razão de compressão real cairá na medida em que a carga do motor se tornar menor. No entanto, deste modo, se a razão de compressão real cair, a temperatura dentro da câmara de combustão 5 na extremidade de combustão cai e, como resultado, a ignição e a combustão do combustível deterioram.

Por outro lado, caso se feche a válvula de regulação 17, a ação de estrangulamento da válvula de regulação 17 sobre o fluxo de ar de admissão causa perturbações dentro da câmara de combustão 5 e, conseqüentemente, permite a melhora da ignição e da combustão do combustível. Logo, caso se use a válvula de regulação 17 para controlar a quantidade de ar de admissão para a câmara de combustão 5, torna-se possível melhorar a ignição e a combustão do combustível. No entanto, caso se use a válvula de regulação 17 para controlar a quantidade de ar de admissão para a câmara de combustão 5, ocorre perda de bombeamento.

Logo, caso se cubra a deterioração da ignição e da combustão do combustível causada pelo controle da temporização de fechamento da válvula de admissão 7 por meio da ação de fechamento da válvula de regulação 17, ou seja, caso se divida o controle da quantidade de ar de admissão para a câmara de combustão entre o controle da temporização de fechamento da válvula de admissão 7 e o controle da válvula de regulação 17, é possível obter uma boa ignição e combustão com pouca perda de bombeamento. Neste caso, tal controle tem que ser executado quando a razão de compressão real cair até um certo grau ou mais.

Logo, na presente invenção, quando a carga do motor for mais alta do que uma carga predeterminada L₂, a temporização de fechamento da válvula de admissão 7 é controlado para que se controle a quantidade de ar de admissão para a câmara de combustão 5, enquanto, quando a carga do motor for menor do que a carga predeterminada L₂, a temporização de fechamento da válvula de admissão 7 e o grau de abertura da válvula de regulação 17 são ambos controlados para que se controle a quantidade de ar de admissão para a câmara de combustão 5.

Neste aspecto, conforme explicado acima, no ciclo com razão de expansão super alto mostrado na Figura 8(B), a razão de expansão é 26. Quanto mais alta esta razão de expansão, melhor, mas, conforme será entendido a partir da Figura 7, se for 20 ou mais, pode-se obter uma eficiência térmica teórica consideravelmente alta, mesmo para uma razão de compressão real praticamente factível □ = 5. Logo, na presente invenção, o mecanismo de razão de compressão variável A é formado tal que a razão de expansão se torne 20 ou mais.

Por outro lado, conforme é mostrado pela linha quebrada na Figura 9, é possível controlar a quantidade de ar de admissão a despeito da válvula de regulação 17, mesmo avançando-se a temporização de fechamento da válvula de admissão 7 na medida em que a carga do motor se torna menor. Logo, caso se expresse a invenção de modo a cobrir tanto o caso mostrado pela linha sólida quanto o caso mostrado pela linha quebrada na Figura 9, na modalidade de acordo com a presente invenção, a temporização de fechamento da válvula de admissão 7 é movida em uma direção de afastamento do ponto morto inferior de admissão BDC, conforme a carga do motor se torna menor.

A Figura 10 mostra a rotina de controle operacional. Com referência à Figura 10, primeiro, na etapa 100, a razão de compressão real alvo é calculada. A seguir, na etapa 101, a temporização de fechamento da válvula de admissão 7 IC é calculada a partir do mapa mostrado na Figura 11 (A), ou seja, a temporização de fechamento IC da válvula de admissão 7 necessário para fornecer a quantidade de ar de admissão solicitada ao interior da câmara de combustão 5, é armazenada como uma função da carga do motor L e da velocidade do motor N na forma de um mapa, conforme é mostrado na Figura 11 (A), antecipadamente na ROM 32. A partir deste mapa, a temporização de fechamento IC da válvula de admissão 7 é calculada.

A seguir, na etapa 102, a razão de compressão mecânica CR é calculada. A seguir, na etapa 103, o grau de abertura da válvula de regulação 17 é calculado. O grau de abertura θ desta válvula de regulação 17 é armazenado na forma de um mapa, conforme é mostrado na Figura 11(B) antecipadamente na ROM 32. A seguir, na etapa 104, o mecanismo de razão de compressão variável A é controlado de tal modo que a razão de compressão mecânica se torna a razão de compressão mecânica CR, o mecanismo de temporização de válvula variável B é controlado de tal modo que 5 a temporização de fechamento da válvula de admissão 7 se torna a temporização de fechamento IC e a válvula de regulação 17 é controlada de tal modo que o grau de abertura da válvula de regulação 17 se torna o grau de abertura Θ.

LISTA DE NOTAÇÕES DE REFERÊNCIA

1 - CAIXA DE MANIVELA

- BLOCO DE CILINDRO

- CABEÇOTE DO CILINDRO

- PISTÃO

- CÂMARA DE COMBUSTÃO

7 - VÁLVULA DE SUCÇÃO

- EIXO DE CAME DE ACIONAMENTO DE VÁLVULA DE SUCÇÃO

A - MECANISMO DE RAZÃO DE COMPRESSÃO VARIÁVEL

B - MECANISMO DE TEMPORIZAÇÃO DE VÁLVULA VARIÁVEL

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Motor de combustão interna do tipo com ignição por faísca dotado de um mecanismo de razão de compressão variável (A) capaz de mudar uma razão de compressão mecânica, um mecanismo de temporização de válvula variável (B) capaz de controlar uma temporização de fechamento de uma válvula de admissão, e uma válvula de regulação (17) disposta em uma passagem de admissão do motor para controlar uma quantidade de ar de admissão, caracterizado pelo fato de que a temporização de fechamento da válvula de admissão (7) é movida em uma direção de afastamento de um ponto morto inferior de admissão na medida em que uma carga do motor se torna menor a partir da carga alta do motor até a carga baixa do motor, a razão de compressão mecânica é mantida a uma razão de compressão mecânica máxima em um lado de operação a baixa carga do motor e é aumentada na medida em que a carga do motor se torna menor tal que uma razão de compressão real se torna constante, uma carga predeterminada (L2) é definida em uma região de carga onde a razão de compressão mecânica é mantida na razão de compressão mecânica máxima, a válvula de regulação (17) é mantida em um estado totalmente aberto entre uma carga de motor (L1) em que a carga do motor cai e a razão de compressão mecânica atinge a razão de compressão mecânica máxima e a carga predeterminada (L2), em uma região onde a carga é menor do que a carga predeterminada (L2), o grau de abertura da válvula de regulação (17) é tornado menor na medida em que a carga do motor se torna menor e a temporização de fechamento da válvula de admissão (7) é movida em uma direção em afastamento do ponto morto inferior de admissão, e, em uma região de carga onde a razão de compressão mecânica é mantida na razão de compressão máxima, a razão de compressão real é reduzida na medida em que a carga do motor cai.
2. Motor de combustão interna do tipo com ignição por faísca, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma razão de expansão no momento da razão de compressão mecânica máxima é 20 ou mais.