BRPI0815776B1

BRPI0815776B1 - Motor de combustão interna do tipo de ignição por faísca

Info

Publication number: BRPI0815776B1
Application number: BRPI0815776-6A
Authority: BR
Inventors: Daisuke Akihisa; Yukihiro Nakasaka; Eiichi Kamiyama; Daisaku Sawada
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 2007-11-06
Filing date: 2008-11-05
Publication date: 2019-09-17
Also published as: US20110114063A1; US8352157B2; CN101815854B; CN101815854A; DE112008003292B4; BRPI0815776A2; JP2009114962A; JP4367548B2; RU2436981C2; WO2009060979A1; RU2010107187A; DE112008003292T5

Abstract

"motor de combustão interna do tipo de ignição por faísca". a presente invenção refere-se a um motor de combustão interna em que estão previstos um mecanismo de relação de compressão variável (a), capaz de mudar uma relação de compressão mecânica, e um mecanismo de regulagem de válvula variável (b), capaz de controlar a regulagem de fechamento de uma válvula de admissão (7). a relação de compressão mecânica é mantida em uma relação de compressão mecânica máxima no lado da operação de carga baixa do motor e leva a diminuir gradualmente, à medida que a carga do motor aumenta no lado de operação de carga alta do motor. a relação de compressão efetiva é mantida aproximadamente constante no lado da operação de carga alta do motor e é levada a diminuir, à medida que a carga do motor diminui no lado da operação de carga baixa.

Description

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

ANTECEDENTES DA TÉCNICA [002] É conhecido na técnica um motor de combustão interna do tipo de ignição por faísca dotado de um mecanismo de relação de compressão variável, capaz de mudar uma relação de compressão mecânica e um mecanismo de regulagem de válvula variável, capaz de controlar uma regulagem de fechamento de uma válvula de admissão, realizando uma ação de supercarga por um supercarregador por ocasião da operação de carga média do motor e operação de carga alta do motor, e aumentando a relação de compressão mecânica e retardando a regulagem de fechamento da válvula de admissão, à medida que a carga do motor fica mais baixa, por ocasião da operação de carga média e alta do motor, no estado em que mantém constante a relação de combustão efetiva (vide, por exemplo, a Publicação da Patente Japonesa (A) N° 2004-218522).

[003] Mas, esse documento não faz nenhuma menção à relação de compressão efetiva quando a carga do motor é baixa.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO [004] Um objetivo da presente invenção é a disposição um motor de combustão interna do tipo de ignição por faísca capaz de aperfeiçoara eficiência térmica.

[005] De acordo com a presente invenção, é posto à disposição um motor de combustão interna do tipo de ignição por faísca, dotado de um mecanismo de relação de compressão variável, capaz de mudar uma relação de compressão mecânica, um mecanismo de regulagem de válvula variável, capaz de controlar uma regulagem de fechaPetição 870190039514, de 26/04/2019, pág. 4/28

2/19 mento de uma válvula de admissão, e uma válvula de acelerador, disposta em uma passagem de admissão do motor, para controlar uma quantidade de ar de admissão, em que a relação de compressão mecânica é tomada mais alta no lado de operação de carga baixa do motor do que em uma ocasião de carga alta do motor, sendo que a relação de compressão mecânica é reduzida gradualmente em um lado de operação de carga alta do motor, à medida que a carga do motor fica mais alta, sendo que a regulagem de fechamento da válvula de admissão é levada a mudar, à medida que a carga do motor fica mais baixa, na direção afastada do centro morto inferior de admissão, sendo que uma relação de compressão efetiva é tomada mais baixa, à medida que a carga do motor fica diminuída no lado de operação de carga baixa do motor, e a válvula de acelerador é levada a fechar, à medida que a relação de compressão efetiva fica mais baixa, no lado de operação de carga baixa do motor.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [006] Figura 1 é uma vista geral de um motor de combustão interna do tipo de ignição por faísca.

[007] Figura 2 é uma vista em perspectiva desmontada de um mecanismo de relação de compressão variável.

[008] Figura 3 é uma vista em corte transversal lateral do motor de combustão interna ilustrado.

[009] Figura 4 é uma vista de um mecanismo de regulagem de válvula regulável.

[0010] Figura 5 é uma vista que mostra as quantidades de levantamento da válvula de admissão e da válvula de descarga.

[0011] Figura 6 é uma vista para explicar a relação de compressão mecânica, relação de compressão efetiva e relação de expansão.

[0012] Figura 7 é uma vista que mostra a relação entre a eficiência térmica teórica e a relação de expansão.

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3/19 [0013] Figura 8 é uma vista para explicar um ciclo comum e um ciclo de relação de expansão superalta.

[0014] Figura 9 é uma vista que mostra a mudança em relação de compressão mecânica etc. de acordo com a carga do motor.

[0015] Figura 10 é um diagrama de operações para controle operacional.

[0016] Figura 11 é uma vista que mostra mapas da regulagem de fechamento da válvula de admissão etc.

MELHOR MODO PARA EXECUTARA INVENÇÃO [0017] A figura 1 mostra uma vista em corte transversal lateral de um motor de combustão interna do tipo de ignição por faísca.

[0018] Com referência à figura 1, 1 indica um cárter do eixo de manivela, 2 um bloco de cilindro, 3 uma cabeça de cilindro, 4 um pistão, 5 uma câmara de combustão, 6 uma vela de ignição disposta no centro superior da câmara de combustão 5, 7 uma válvula de admissão, 8 uma abertura de admissão, 9 uma válvula de descarga e 10 uma abertura de descarga. A abertura de admissão 8 está conectada através de um tubo ramificado de admissão 11 a um tanque de compensação 12, enquanto cada tubo ramificado de admissão 11 está dotado de um injetor de combustível 13 para injetar combustível em direção a uma abertura de admissão 8 correspondente. Observe que cada injetor de combustível 13 pode estar disposto em cada câmara de combustão 5, em vez de estar fixado em cada tubo ramificado de admissão 11.

[0019] O tanque de compensação 12 está conectado através de um tubo de admissão 14 a um purificador de ar 15, enquanto o tubo de entrada 14 está dotado internamente de uma válvula de acelerador 17 acionada por um dispositivo de acionamento 16 e um detector de quantidade de ar de admissão 18 usando, por exemplo, um arame quente. Por outro lado, a abertura de descarga 10 está conectada

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4/19 através de um coletor de descarga 19 a um conversor catalítico 20, que contém, por exemplo, um catalisador de três vias, enquanto o coletor de descarga 19 está dotado internamente de um sensor de relação 21 de ar-combustível.

[0020] Por outro lado, na modalidade mostrada na figura 1, a parte de conexão do cárter dos eixos de manivela 1 e o bloco de cilindro 2 está dotada de um mecanismo de relação de compressão variável A, capaz de mudar as posições relativas do cárter dos eixos de manivela 1 e bloco de cilindro 2 na direção axial do cilindro, de modo a mudar o volume da câmara de combustão 5, quando o pistão 4 está posicionado no centro morto superior de compressão, e está dotado, ainda, de um mecanismo de mudança de regulagem de início da ação de compressão efetiva B, capaz de mudar um tempo de início de uma ação de compressão efetiva. Observe que na modalidade mostrada na figura 1, esse mecanismo de mudança de regulagem de início de ação de compressão efetiva B consiste em um mecanismo de regulagem de válvula, capaz de controlar a regulagem de fechamento da válvula de admissão 7.

[0021] A unidade de controle eletrônico 30 consiste em um computador digital, doado de componentes conectados um ao outro através de um barramento bidirecional 31, tais como ROM (memória apenas de leitura) 32, RAM (memória de acesso aleatório) 33, CPU (microprocessador) 34, abertura de admissão 35 e abertura de saída 36. O sinal de saída do detector de quantidade de ar de admissão 18 e o sinal de saída do sensor da relação de ar-combustível 21 são introduzidos através de conversores de AD correspondentes 37 na abertura de entrada 35. Além disso, o pedal do acelerador 40 etá conectado a um sensor de carga 41, gerando uma voltagem de saída proporcional à quantidade de depressão L do pedal do acelerador 40. A voltagem de saída do sensor de carga 41 é introduzida através de um conversor de

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AD 37 correspondente na abertura de entrada 35. Além disso, a abertura de entrada 35 está conectada a um sensor de ângulo de manivela 42, gerando um pulso de saída a cada vez que o eixo de manivela gira, por exemplo, por 30°. Por outro lado, a abertura de saída 36 está conectada através do circuito de acionamento 38 a uma vela de ignição 6, injetor de combustível 13, dispositivo de acionamento para acionar a válvula de acelerador 16, mecanismo de relação de compressão variável A e mecanismo de regulagem de válvula variável B.

[0022] 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 corte transversal lateral do motor de combustão interna ilustrado. Com referência à figura 2, no lado inferior das duas paredes laterais do bloco de cilindros 2, é formada uma pluralidade de partes salientes 50 separadas uma da outra por uma determinada distância. Cada parte saliente 50 está formada com um furo de inserção de carne 51 de secção transversal circular. Por outro lado, a superfície superior do cárter de eixo de manivela 1 está formado com uma pluralidade de partes salientes 52 separadas uma da outra por uma determinada distância e que se encaixam entre as partes salientes 50 correspondentes. Essas partes salientes 52 também estão formadas com um furo de inserção de carne 53 de secção transversal circular.

[0023] Tal como mostrado na figura 2, está previsto um par de eixos de carne 54, 55. Cada um dos eixos de carne 54, 55 tem carnes circulares 56 fixados no mesmo, capazes de ser inseridos rotativamente nos furos de inserção de carne 51 em qualquer posição. Esses carnes circulares 56 são coaxiais aos eixos de rotação dos eixos de carne 54, 55. Por outro lado, entre os carnes circulares 56, tal como mostrado pelo sombreado na figura 3, estendem-se eixos excêntricos 57 dispostos excentricamente com relação aos eixos de rotação dos eixos

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6/19 de came 54, 55. Cada eixo excêntrico 57 tem outros carnes circulares fixados rotativamente, de modo excêntrico, no mesmo. Tal como mostrado na figura 2, esses carnes circulares 58 estão dispostos entre os carnes circulares 56. Esses carnes circulares 58 estão inseridos rotativamente nos furos de inserção de came 53 correspondentes.

[0024] Quando os carnes circulares 56 fixados nos eixos de came 54, 55 são girados em direções opostas, tal como mostrado pelas setas de linhas cheias na figura 3(A), do estado mostrado na figura 3(A), os eixos excêntricos 57 movem-se em direção ao centro inferior, de modo que os carnes circulares 58 giram nas direções opostas aos carnes circulares 56, nos furos de inserção de came 53, tal como mostrado pelas setas de linhas tracejadas na figura 3(A). Tal como mostrado na figura 3(B), quando os carnes excêntricos 57 movem-se em direção ao centro inferior, os centros dos carnes circulares 58 movemse para abaixo dos eixos excêntricos 57.

[0025] Tal como pode ser entendido de uma comparação da figura 3(A) e da figura 3(B), as posições relativas do cárter do eixo de manivela 1 e blocos de cilindros 2 são determinadas pela distância dos 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, tanto mais afastado o bloco de cilindros 2 está do cárter do eixo de manivela 1. Se o bloco de cilindros 2 afastar-se do cárter do eixo de manivela 1, o volume da câmara de combustão 5 aumenta, quando o pistão 4 está posicionado no centro morto superior de compressão, fazendo, portanto, girar os eixos de came 54, 55, o volume da câmara de combustão 5 pode ser mudado, quando o pistão 4 está posicionado no centro morto superior de compressão.

[0026] Tal como mostrado na figura 2, para fazer os eixos de came 54, 55 girar em direções opostas, o eixo de um motor de acionamento

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7/19 está dotado de um par de engrenagens helicoidais 61, 62 com direções de rosca opostas. As engrenagens 63, 64, que se engatam com essas engrenagens helicoidais 61, 62, estão fixadas nas extremidades dos eixos de carne 54, 55. Nessa modalidade, o motor de acionamento 59 pode ser acionado para mudar o volume da câmara de combustão 5, quando o pistão 4 está posicionado no centro morto superior de compressão, sobre uma ampla faixa. Observe 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.

[0027] Por outro lado, a figura 4 mostra um mecanismo de regulagem de válvula variável B fixado na extremidade do eixo de carnes 70 para acionar a válvula de admissão 7 na figura 1. Com referência à figura 4, esse mecanismo de regulagem de válvula variável B está dotado de uma polia de regulagem 71 girada por um eixo de manivela de motor através de uma correia de regulagem na direção da seta, uma carcaça cilíndrica 72, que gira junto com a polia de regulagem 71, um eixo 73 capaz de girar junto com um eixo de carnes de acionamento de válvula de admissão 70 e girar em relação à carcaça cilíndrica 72, uma pluralidade de divisões 74, que se estendem de uma circunferência interna da carcaça cilíndrica 72 para uma circunferência externa do eixo 73, e palhetas 75 que se estendem entre as divisões 74 da circunferência externa do eixo 73 para a circunferência interna da carcaça cilíndrica 72, sendo que os dois lados das palhetas 75 estão formados com câmaras hidráulicas para avançar 76 e câmaras hidráulicas para retardar 77.

[0028] A alimentação de óleo de serviço às câmaras hidráulicas

76, 77 é controlada por uma válvula de controle de alimentação de óleo de serviço 78. Essa válvula de controle de alimentação de óleo de serviço 78 está dotada de aberturas hidráulicas 79, 80 conectadas às

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8/19 câmaras hidráulicas 76, 77, uma abertura de alimentação 82 para óleo de serviço descarregado de uma bomba hidráulica 81, um par de aberturas de drenagem 83, 84 e uma válvula de bobina 85 para controlar a conexão de desconexão das aberturas 79, 80, 82, 83, 84.

[0029] Para avançar a fase dos carnes do eixo de carnes de acionamento da válvula de admissão 70, na figura 4, a válvula de bobina 85 é levada a mover-se para a direita, óleo de serviço alimentado pela abertura de alimentação 82 é alimentado através da abertura hidráulica 79 às câmaras hidráulicas para avançar 76, e óleo de serviço nas câmaras hidráulicas para retardar 77 é drenado da abertura de drenagem 84. Nesse momento, o eixo 73 é levado a girar em relação à carcaça cilíndrica 72 na direção da seta.

[0030] Contrariamente a isso, para retardar a fase dos carnes do eixo de carnes de acionamento da válvula de admissão 70, na figura 4, a válvula de bobina 85 é levada a mover-se para a esquerda, óleo de serviço alimentado da abertura de alimentação 82 é alimentado através da abertura hidráulica 80 às câmaras hidráulicas para retardar 77, e óleo de serviço nas câmaras hidráulicas pra avançar 76 é drenado da abertura de drenagem 83. Nesse momento, o eixo 73 é levado a girar em relação à carcaça cilíndrica 72 na direção oposta às setas.

[0031] Quando o eixo 73 é levado a girar em relação à carcaça cilíndrica 72, se a válvula de bobina 85 for levada de volta para a posição neutra mostrada na figura 4, a operação para a rotação relativa do eixo 73 é terminada, e o eixo 73 é mantido na posição rotacional relativa daquele momento. Portanto, é possível usar o mecanismo de regulagem de válvula variável B para avançar ou retardar a fase dos carnes do eixo de carnes de acionamento da válvula de admissão 70 exatamente pela quantidade desejada.

[0032] Na figura 5, a linha cheia mostra quando o mecanismo de regulagem de válvula variável B é usado para avançar, ao máximo, a

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9/19 fase dos carnes do eixo de carnes de acionamento da válvula de admissão 70, enquanto a linha tracejada mostra quando ele é usado pra retardar, ao máximo, a fase dos carnes do eixo de carnes de acionamento da válvula de admissão 70. Portanto, o tempo de abertura da válvula de admissão 7 pode ser ajustado livremente entre a faixa mostrada pela linha cheia na figura 5 e a faixa mostrada pela linha tracejada, portanto a regulagem de fechamento da válvula de admissão 7 pode ser ajustada a qualquer ângulo de manivela na faixa mostrada pela seta C na figura 5.

[0033] O mecanismo de regulagem de válvula variável B mostrado na figura 1 e na figura 4 é um exemplo. Por exemplo, pode ser usado um mecanismo de regulagem de válvula variável ou outros diversos tipos de mecanismos de regulagem de válvula variáveis, capazes de mudar apenas a regulagem de fechamento da válvula de admissão, enquanto mantem a regulagem de abertura da válvula de admissão constante.

[0034] A seguir, o significado dos termos usados no presente pedido são explicados com referência à figura 6. Observe que as figuras 6(A), (B) e (C) mostram para fins de explicação um motor com um volume das câmaras de combustão de 50 ml e um volume de curso do pistão de 500 ml. Nessas figuras 6(A), (B) e (C), o volume da câmara de combustão mostra o volume da câmara de combustão quando o pistão está no centro morto superior de compressão.

[0035] A Figura 6(A) explica a relação de compressão mecânica. A relação de compressão mecânica é um valor determinado mecanicamente do volume de curso do pistão e volume da câmara de combustão no momento de um curso de compressão. Essa relação de compressão mecânica é expressa por (volume da câmara de combustão+volume de curso)/volume da câmara de combustão. No exemplo mostrado na figura 6(A), essa relação de compressão mecânica é de

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10/19 (50 ml+500 ml)/50 ml=11.

[0036] A figura 6(B) explica a relação de compressão efetiva. Essa relação de compressão efetiva é um valor determinado do volume de curso efetivo do pistão de quando a ação de compressão é iniciada efetivamente até quando o pistão atinge o centro morto superior e o volume da câmara de combustão. Essa relação de compressão efetiva é expressa por (volume da câmara de combustão+curso efetivo)/volume da câmara de combustão. Isto é, tal como mostrado na figura 6(B), mesmo quando começa a subir no curso de compressão, nenhuma ação de compressão é realizada enquanto a válvula de admissão estiver aberta. A ação de compressão efetiva é iniciada depois de a válvula de admissão se fechar. Portanto, a relação de compressão efetiva é expressa tal como se segue, usando o volume de curso efetivo. No exemplo mostrado na figura 6(B), a relação de compressão efetiva fica em (50 ml+450 ml)/50 ml=10.

[0037] A figura 6 (C) explica a relação de expansão. A relação de expansão é um valor determinado do volume de curso do pistão por ocasião de um curso de expansão e o volume da câmara de combustão. Essa relação 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), essa relação de expansão fica em (50 ml+500 ml)/50 ml=11.

[0038] A seguir, os aspectos mais básicos da presente invenção são explicados com referência à figura 7 e figura 8. Observe 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 o ciclo de relação de expansão superalta, usado seletivamente de acordo com a carga na presente invenção.

[0039] A figura 8(A) mostra o ciclo comum, quando a válvula de admissão se fecha próxima ao centro morto inferior e a ação de comPetição 870190039514, de 26/04/2019, pág. 13/28

11/19 pressão pelo pistão é iniciada de modo substancialmente próximo ao centro morto inferior de compressão. Também no exemplo mostrado nessa figura 8(A), da mesma maneira como os exemplos mostrados nas figuras 6(A), (B) e (C), o volume da câmara de combustão é de 50 ml, e o volume de curso do pistão é de 500 ml. Tal como é entendido 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 efetiva também é de aproximadamente 11 e a relação de expansão também fica em (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 efetiva e a relação de expansão ficam substancialmente iguais.

[0040] A linha cheia na figura 7 mostra a mudança na eficiência térmica teórica no caso em que a relação de compressão efetiva e a relação de expansão são substancialmente iguais, isto é, no ciclo comum. Nesse caso, sabe-se que quanto maior a relação de expansão, isto é, quanto mais alta for a relação de compressão efetiva, tanto mais alta é a eficiência térmica teórica. Portanto, em um ciclo comum, para elevar a eficiência térmica teórica, a relação de compressão efetiva deve ser mais elevada. Mas, devido às restrições sobre a ocorrência de detonação por ocasião da operação de carga alta do motor, a relação de compressão efetiva só pode ser elevada para, no máximo, em torno de 12, consequentemente, em um ciclo comum, a eficiência térmica não pode ser tomada suficientemente alta.

[0041] Por outro lado, nessa situação, os inventores diferenciaram rigorosamente entre a relação de compressão mecânica e a relação de compressão efetiva e estudaram a eficiência térmica e, como resultado, descobriram que na eficiência térmica teórica, a relação de expansão é dominante e a eficiência térmica teórica não é muito afetada pela relação de compressão efetiva. Isto é, se aumentar a relação de

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12/19 compressão efetiva, a força explosiva aumenta, mas a compressão necessita de uma energia grande, consequentemente, mesmo se a relação de compressão efetiva for aumentada, a eficiência térmica teórica não aumenta muito.

[0042] Contrariamente a isso, ao aumentar a relação de expansão, quanto mais longo o período durante o qual uma força age comprimindo o pistão para baixo no momento do curso de expansão, tanto mais longo é o tempo em que o pistão dá uma força rotacional ao eixo de manivela. Portanto, quanto maior for feita a relação de expansão, tanto mais alta toma-se a eficiência térmica teórica. A linha tracejada ε=10 na figura 7 mostra a eficiência térmica teórica no caso de fixar a relação de compressão efetiva em 10 e aumentar a relação de expansão nesse estado. Dessa maneira, sabe-se que a quantidade de aumento da eficiência térmica teórica, ao aumentar a relação de expansão no estado em que a relação de compressão efetiva é mantida a um valor baixo e a quantidade de aumento da eficiência térmica teórica, no caso em que a relação de compressão efetiva é aumentada, junto com a relação de expansão, tal como mostrado pela linha cheia da figura 7, não diferem tanto.

[0043] Se a relação de compressão efetiva for mantida a um valor baixo dessa maneira, a detonação não ocorre, portanto, aumentar a relação de expansão no estado, em que a relação de compressão efetiva é mantida a um valor baixo, a ocorrência de detonação pode ser impedida e a eficiência térmica teórica pode ser aumentada grandemente. A figura 8(B) mostra um exemplo do caso ao usar o mecanismo de relação de compressão variável A e mecanismo de regulagem de válvula variável B para manter a relação de compressão efetiva a um valor baixo e aumentar a relação de expansão.

[0044] Com referência à figura 8(B), nesse exemplo, o mecanismo de relação de compressão variável A é usado para baixar o volume da

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13/19 câmara de combustão de 50 ml para 20 ml. Por outro lado, o mecanismo de regulagem de válvula variável B é usado para retardar a regulagem de fechamento da válvula de admissão, até que o volume de curso efetivo do pistão mude de 500 ml para 200 ml. Como resultado, nesse exemplo, a relação de compressão efetiva torna-se (20 ml+200 ml)/20 ml=11 e a relação de expansão toma-se (20 ml+500 ml)/20 ml=26. No ciclo comum mostrado na figura 8(A), tal como explicado acima, a relação de compressão efetiva é de cerca de 11 e a relação de expansão é 11. Comparado com esse caso, no caso mostrado na figura 8(B), nota-se que apenas a relação de expansão é aumentada para 26. Essa é a razão pela qual ele é chamado de ciclo de relação de expansão superalta.

[0045] Tal como explicado acima, falando de um modo geral, em um motor de combustão interna, quanto mais baixa a carga do motor, tanto mais deficiente fica a eficiência térmica, portanto, para aperfeiçoar a eficiência térmica por ocasião da operação do veículo, isto é, aperfeiçoar o consumo de combustível, torna-se necessário aperfeiçoar a eficiência térmica por ocasião da 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 efetivo do pistão no momento do curso de compressão é tomado menor, de modo que a quantidade de ar de admissão que pode ser aspirada para dentro da câmara de combustão 5 torna-se menor, portanto, esse ciclo de relação de expansão superalta só pode ser usado quando a carga do motor é relativamente baixa. Portanto, na presente invenção, por ocasião da operação de carga baixa do motor, é ajustado o ciclo de relação de expansão superalta mostrado na figura 8(B), enquanto por ocasião da operação de carga alta do motor, é ajustado o ciclo comum mostrado na figura 8(A). [0046] A seguir, é explicado o controle operacional como um todo, com referência à figura 9.

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14/19 [0047] A figura 9 mostra as mudanças na relação de compressão mecânica, relação de expansão, regulagem de fechamento da válvula de admissão 7, relação de compressão efetiva, a quantidade de ar de admissão, grau de abertura da válvula de acelerador 17, e perda de bombeamento, junto com a carga de motor, sob uma determinada velocidade do motor. Observe que na modalidade de acordo com a presente invenção, normalmente, a relação de ar-combustível média na câmara de combustão 5 é controlada por realimentação para a relação de ar-combustível estequiométrica, com base no sinal de saída do sensor da relação de ar-combustível 21, de modo que o catalisador no conversor catalítico 20 pode, simultaneamente, reduzir o HC, CO e NOx não queimados no gás de escapamento.

[0048] Agora, tal como explicado acima, por ocasião da operação de carga alta do motor, é executado o ciclo comum, mostrado na figura 8(A). Portanto, tal como mostrado na figura 9, nessa ocasião, como a relação de compressão mecânica é tornada baixa, a relação de expansão fica baixa. Tal como mostrado pela linha cheia no lado inferior da figura 9, a regulagem de fechamento da válvula de admissão 7 é avançada, tal como mostrado pela linha cheia na figura 5. Além disso, nessa ocasião, a quantidade de ar de admissão é grande. Nessa ocasião, o grau de abertura da válvula de acelerador 17 é mantido totalmente aberto ou substancialmente totalmente aberto, de modo que a perda de bombeamento torna-se zero.

[0049] Por outro lado, tal como mostrado pela linha cheia na figura

9, quando a carga do motor fica mais baixa, a regulagem de fechamento da válvula de admissão 7 é retardada, de modo a reduzir a quantidade de ar de admissão com isso. Além disso, nessa ocasião, a relação de compressão mecânica é aumentada, à medida que a carga do motor fica mais baixa, tal como mostrado na figura 9, de modo que a relação de compressão efetiva é mantida substancialmente constanPetição 870190039514, de 26/04/2019, pág. 17/28

15/19 te. Portanto, a relação de expansão também é aumentada, à medida que a carga do motor fica mais baixa. Observe que, também nessa ocasião, a válvula de acelerador 17 é mantida no estado totalmente aberto ou substancialmente totalmente aberto. Portanto, a quantidade de ar de admissão alimentada à câmara de combustão 5 é controlada mudando a regulagem de fechamento da válvula de admissão 7, sem depender da válvula de acelerador 17. Também nessa ocasião, a perda de bombeamento torna-se zero.

[0050] Dessa maneira, quando a carga do motor fica mais baixa do estado de operação de carga alta do motor, a relação de compressão mecânica é levada a aumentar, junto com a redução na quantidade de ar de admissão, sob uma relação de compressão efetiva substancialmente constante. Isto é, o volume da câmara de pistão 5, quando o pistão 4 atinge o centro morto superior de compressão, é reduzido proporcionalmente para a redução na quantidade de ar de admissão. Portanto, o volume da câmara de combustão 5, quando o pistão 4 atinge o centro morto superior de compressão, muda em proporção à quantidade de ar de admissão. Observe que a relação de arcombustível na câmara de combustão 5, nessa ocasião, no exemplo toma-se a relação de ar-combustível estequiométrica, de modo que o volume da câmara de combustão 5, quando o pistão 4 atinge o centro morto superior de compressão, em proporção à quantidade de combustível.

[0051] Se a carga do motor tornar-se mais baixa ainda, a relação de compressão mecânica é levada a aumentar mais. Quando a carga do motor cai para a carga média L, mais próxima da carga baixa, a relação de compressão mecânica tinge a relação de compressão mecânica limite, constituindo o limite estrutural da câmara de combustão 5.

Se a relação de compressão mecânica atingir a relação de compressão mecânica limite, na região de uma carga mais baixa do que a carPetição 870190039514, de 26/04/2019, pág. 18/28

16/19 ga do motor L, 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, por ocasião da operação de carga média do motor no lado de carga baixa e por ocasião da operação de carga baixa do motor, isto é, no lado de operação de carga baixa do motor, a relação de compressão mecânica toma-se máxima e a relação de expansão também se torna máxima. Em outras palavras, no lado da operação de carga baixa do motor, a relação de compressão mecânica é tomada máxima, de modo que é obtida a relação de expansão máxima.

[0052] Por outro lado, na modalidade mostrada na figura 9, mesmo quando a carga do motor toma-se menor que L, tal como mostrado pela linha cheia na figura 9, a regulagem de fechamento da válvula de admissão 7 é retardada, à medida que a carga do motor se torna mais baixa. Além disso, na modalidade mostrada na figura 9, quando a carga do motor é maior do que L, isto é, no lado da operação de carga alta do motor, a válvula de acelerador 17 é mantida no estado totalmente aberto, mas quando a carga do motor é menor do que L, isto é, quando no lado da operação de carga baixa do motor, a válvula de acelerador 17 é fechada, à medida que a carga do motor diminui. Nenhuma perda de bombeamento ocorre quando é controlada a quantidade de ar de admissão controlando apenas a regulagem de fechamento da válvula de admissão 7, mas, se a quantidade de ar de admissão for controlada pela válvula de acelerador 17, a perda de bombeamento aumenta, tal como mostrado na figura 9.

[0053] Por outro lado, tal como mostrado na figura 9, quando a carga do motor é mais do que L, isto é, quando no lado de operação de carga alta do motor, a relação de compressão efetiva é mantida praticamente à mesma relação de compressão efetiva com relação à mesma velocidade do motor. Contrariamente a isso, quando a carga

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17/19 do motor é menor do que L, isto é, quando a relação de compressão mecânica é mantida na relação de compressão mecânica limite, a relação de compressão efetiva é determinada pela regulagem de fechamento da válvula de admissão 7, e a relação de compressão efetiva diminui, à medida que a carga do motor diminui, se a regulagem de fechamento da válvula de admissão 7 for retardada, à medida que a carga do motor diminui, tal como mostrado na figura 9.

[0054] Portanto, na modalidade mostrada na figura 9, a relação de compressão efetiva no lado da operação de carga baixa do motor é levada a diminuir em comparação com a relação de compressão efetiva do lado da operação de carga alta do motor.

[0055] A esse respeito, se a relação de compressão efetiva cair dessa maneira, existe um perigo de que a temperatura na câmara de combustão 5 na extremidade de compressão caia e a ignição e combustão do combustível se deterioram. Mas, nessa ocasião, tal como mostrado na figura 9, se a válvula de acelerador 17 for fechada, a ação de estrangulamento da corrente de ar de admissão pela válvula de acelerador 17 causa distúrbios dentro da câmara de combustão 5 e, desse modo, pode aperfeiçoar a ignição e combustão do combustível, de modo que o perigo de a ignição e combustão do combustível se deterioram é eliminado.

[0056] Por outro lado, tal como explicado acima, no ciclo de relação de expansão superalta mostrado na figura 8(B), a relação de expansão é tornada 26. Quanto mais alta for essa relação de expansão tanto melhor, mas, tal como é entendido da figura7, é possível obter uma eficiência térmica teórica consideravelmente alta se 20 ou mais, mesmo pra o limite mais baixo usável praticamente da relação de compressão efetiva ε=5. Portanto, na presente invenção, o mecanismo de relação de compressão variável A é formado, de modo que a relação de expansão toma-se 20 ou mais.

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18/19 [0057] Por outro lado, tal como mostrado pela linha tracejada na figura 9, é possível controlar a quantidade de ar de admissão, sem depender da válvula de acelerador 17, avançando a regulagem de fechamento da válvula de admissão 7, à medida que a carga do motor fica mais baixa. Portanto, expressando isso, de modo que tanto o caso mostrado pela linha cheia na figura 9 como o caso mostrado pela linha tracejada estão cobertos, na modalidade da presente invenção, a regulagem de fechamento da válvula de admissão 7 é levada a mudar, à medida que a carga do motor fica mais baixa, em direção afastada do centro morto inferior de admissão BDC.

[0058] A figura 10 mostra a rotina de controle operacional. Com preferência à figura 10, primeiramente, no passo 100, é calculada a relação de compressão efetiva alvo. A seguir, no passo 101, a regulagem de fechamento IC da válvula de admissão 7 é calculada do mapa mostrado na figura 11 (A). Isto é, a regulagem de abertura IC da válvula de admissão 7, necessária para alimentar a quantidade de ar de admissão necessária à câmara de combustão 5, é armazenada antecipadamente como uma função da carga do motor L e da velocidade do motor N na forma do mapa, tal como mostrado na figura 11 (A) na ROM 32. A regulagem de fechamento IC da válvula de admissão 7 é calculada desse mapa.

[0059] A seguir, no passo 102, é calculada a relação de compressão mecânica CR. A seguir, no passo 103, é calculado o grau de abertura da válvula de acelerador 107. O grau de abertura Θ dessa válvula de acelerador 17 é armazenado antecipadamente como uma função da carga do motor L e da velocidade do motor N, na forma de um mapa, tal como mostrado na figura 11 (B) na ROM 32. A seguir, no passo 104, o mecanismo de relação de compressão variável A é controlado, de modo que a relação de compressão mecânica se torna a relação de compressão mecânica CR, o mecanismo de regulagem de válvula va

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19/19 riável B é controlado, de modo que a regulagem de fechamento da válvula de admissão 7 toma-se a regulagem de fechamento IC, e a válvula de acelerador 17 é controlada, de modo que o grau de abertura da válvula de acelerador 17 torna-se o grau de abertura Θ.

LISTA DE NÚMEROS DE REFERÊNCIA cárter de eixo de manivela bloco de cilindros cabeça de cilindro pistão câmara de combustão válvula de admissão eixo de carnes do acionamento da válvula de admissão

A mecanismo de relação de compressão variável

B mecanismo de regulagem de válvula variável

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Motor de combustão interna do tipo de ignição por faísca que opera a uma faixa de carga alta de motor acima de uma carga de motor predeterminada e uma faixa de carga baixa de motor abaixo de uma carga de motor predeterminada, o motor caracterizado pelo fato de que compreende:

um mecanismo de relação de compressão variável (A), que muda uma relação de compressão mecânica do motor, o mecanismo de relação de compressão variável (A) fazendo a relação de compressão mecânica mais alta na faixa de carga baixa de motor do que a relação de compressão mecânica na faixa de carga alta de motor, o mecanismo de relação de compressão variável (A) fazendo com que a relação de compressão mecânica decresça continuamente à medida que uma carga de motor aumenta dentro de uma faixa de carga alta de motor;

um mecanismo de regulagem de válvula variável (B), que controla uma regulagem de fechamento de uma válvula de admissão (7), o mecanismo de regulagem de válvula variável (B) mudando a regulagem de fechamento da válvula de admissão (7) em uma direção oposta a um centro morto de fundo de admissão à medida que a carga de motor reduz; e uma válvula de acelerador (17), disposta em uma passagem de admissão do motor que controla uma quantidade de ar de admissão, a válvula de acelerador (17) sendo fechada à medida que a carga de motor diminui na faixa de carga baixa de motor, uma relação de compressão efetiva diminuindo à medida que a carga de motor diminui na faixa de carga baixa de motor.
2. Motor de combustão interna do tipo de ignição por faísca de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a relação de compressão mecânica é tomada a relação de compressão

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2/2 mecânica máxima na faixa de carga baixa do motor.
3. Motor de combustão interna do tipo de ignição por faísca de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a relação de expansão na faixa de carga baixa do motor é 20 ou mais.
4. Motor de combustão interna do tipo de ignição por faísca de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a válvula de acelerador (17) é mantida em um estado totalmente aberto na faixa de carga alta do motor.
5. Motor de combustão interna do tipo de ignição por faísca de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a relação de compressão mecânica é levada a aumentar até uma relação de compressão mecânica máxima, à medida que a carga do motor diminui, a relação de compressão mecânica é mantida na relação de compressão mecânica máxima na faixa de carga baixa do motor, de uma carga mais baixa do que uma carga de motor, onde a relação de compressão mecânica se toma a relação de compressão mecânica máxima, e a relação de compressão mecânica é levada a diminuir continuamente, à medida que a carga do motor fica mais alta em uma faixa de carga alta do motor, de uma carga mais alta do que uma carga de motor, onde a relação de compressão mecânica se torna a relação de compressão mecânica máxima.