PL194007B1

PL194007B1 - Silnik spalania wewnętrznego

Info

Publication number: PL194007B1
Application number: PL332797A
Authority: PL
Inventors: Takeo Kondo; Yoshikatsu Iida; Toshihiko Saito
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1998-04-27
Filing date: 1999-04-27
Publication date: 2007-04-30
Also published as: JPH11311140A; DE69918362D1; DE69918362T2; EP0953761A2; EP0953761A3; EP0953761B1; PL332797A1

Abstract

1. Silnik spalania wewn etrznego zawieraj acy komo- r e spalania, urz adzenie wlotowe z kana lem wlotowym, zawór wlotowy, zawór wtrysku paliwa z dziobkiem skie- rowanym ku otworowi zaworu wlotowego, zawór d lawi a- cy umieszczony po stronie nap lywowej zaworu wtrysku paliwa i pomocniczy zawór wlotowy laczacy kana l wlo- towy po stronie nap lywowej zaworu d lawi acego z t a czesci a urz adzenia wlotowego, która znajduje si e od strony nap lywowej otworu zaworu wlotowego, przy czym pomocniczy kana l wlotowy jest wyposa zony w pomocni- czy steruj acy zawór wlotowy, który jest po laczony ze srodkiem steruj acym zaworem steruj acym, za s kana l biegu ja lowego stanowi obej scie zaworu d lawi acego, znamienny tym, ze pomocniczy kana l wlotowy (16) jest podlaczony do kana lu wlotowego w tej cz esci, która jest po stronie odp lywowej dziobka zaworu wtrysku paliwa (20), za s odp lywowy otwór ko ncowy pomocniczego kana lu wlotowego (16) jest umieszczony w czesci kana- lu wlotowego w pobli zu otworu (3c) zaworu wlotowego (8), a ponadto w kanale biegu ja lowego (15b) omijaj a- cego zawór d lawi acy (15a) jest umieszczony zawór steruj acy pr edko sci a biegu ja lowego (15c), który jest polaczony ze srodkiem (18 ) steruj acym zaworem steru- j acym. PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest silnik spalania wewnętrznego.

Przeanalizowano pewien typ urządzenia wlotowego do silnika czterosuwowego, w którym stosuje się zawór wtryskowy paliwa do wtryskiwania paliwa do kanału wlotowego lub do komory spalania oraz zawór dławiący umieszczony po napływowej stronie zaworu wtryskowego paliwa z przeznaczeniem do parametrycznego sterowania natężeniem przepływu na wlocie. Do urządzeń tego typu należy między innymi takie, w którego skład wchodzą: pomocniczy kanał wlotowy zapewniający komunikację pomiędzy zbiornikiem wyrównawczym usytuowanym po napływowej stronie zaworu dławiącego w kanale wlotowym a miejscem znajdują cym się w pobliż u zaworu wlotowego, oraz zawór sterują cy natężeniem przepływu w tym kanale, przy czym zarówno zawór sterujący natężeniem przepływu jak i zawór dławiący są połączone z pedałem gazu. Rozwiązanie to znane jest z japońskiego opisu patentowego nr JP-A-53-117119).

Opisane powyżej typowe urządzenie umożliwia wytwarzanie turbulencji w cylindrze w zakresie roboczym, w którym droga pedału gazu jest mała, jak podczas zimnego rozruchu i rozgrzewania, zwiększając wlotowe natężenia przepływu przez pomocniczy kanał wlotowy. Z tego względu sądzi się, że przy regulacji stosunku powietrza do paliwa odpowiadającemu mieszance ubogiej, poprawia się właściwości gazów wydechowych z równoczesnym zapewnieniem stabilności spalania.

Niestety, w opisanym powyżej urządzeniu mającym pomocniczy kanał wlotowy zblokowany z pedałem gazu, stopień otwarcia zaworu sterującego natężeniem przepływu w pomocniczym kanale wlotowym jest duży, nawet po zakończeniu rozgrzewania w zakresie pracy jałowej. W rezultacie natężenie przepływu na wlocie przez pomocniczy kanał wlotowy w jałowym zakresie pracy jest dość duże, co powoduje problemy ze stabilizacją prędkości na biegu jałowym. Innym problemem jest możliwość pogarszania parametrów gazów wydechowych w przypadku ustawienia regulacji na wymuszanie turbulencji w zakresie teoretycznego stosunku powietrza do paliwa wynoszącego λ,=1, ponieważ w takim zakresie roboczym prędkość jest mała i obciążenie jest niskie, co może powodować przywieranie paliwa do wewnętrznej ścianki cylindra.

Celem wynalazku, w aspekcie wspomnianych powyżej problemów jest dostarczenie silnika spalania wewnętrznego zdolnego do poprawy właściwości gazów wydechowych w zakresie pracy na zimno, stabilizacji prędkości biegu jałowego w jałowym zakresie pracy po zakończeniu fazy rozgrzewania silnika oraz eliminacji problemu pogarszania właściwości gazów wydechowych.

Silnik spalania wewnętrznego zawierający komorę spalania, urządzenie wlotowe z kanałem wlotowym, zawór wlotowy, zawór wtrysku paliwa z dziobkiem skierowanym ku otworowi zaworu wlotowego, zawór dławiący umieszczony po stronie napływowej zaworu wtrysku paliwa i pomocniczy zawór wlotowy łączący kanał wlotowy po stronie napływowej zaworu dławiącego z tą częścią urządzenia wlotowego, która znajduje się od strony napływowej otworu zaworu wlotowego, przy czym pomocniczy kanał wlotowy jest wyposażony w pomocniczy sterujący zawór wlotowy, który jest połączony ze środkiem sterującym zaworem sterującym, zaś kanał biegu jałowego stanowi obejście zaworu dławiącego według wynalazku charakteryzuje się tym, że pomocniczy kanał wlotowy jest podłączony do kanału wlotowego w tej części, która jest po stronie odpływowej dziobka zaworu wtrysku paliwa, zaś odpływowy otwór końcowy pomocniczego kanału wlotowego jest umieszczony w części kanału wlotowego w pobliżu otworu zaworu wlotowego, a ponadto w kanale biegu jałowego omijającego zawór dławiący jest umieszczony zawór sterujący prędkością biegu jałowego, który jest połączony ze środkiem sterującym zaworem sterującym.

Środek sterujący zaworem sterującym steruje stopniem otwarcia pomocniczego sterującego zaworu wlotowego i zaworem sterującym prędkością biegu jałowego tak, że wielkość przepływu strumienia wlotowego płynącego przez pomocniczy kanał wlotowy jest większa niż przez kanał biegu jałowego.

Według wynalazku, ponieważ istnieje pomocniczy wlotowy zawór regulacyjny do regulowania natężenia przepływu strumienia wlotowego w pomocniczym kanale wlotowym oraz stopień otwarcia pomocniczego wlotowego zaworu regulacyjnego jest regulowany do stopnia otwarcia współmiernego do stanu roboczego silnika, poprawiają się właściwości gazów wydechowych w zakresie pracy na zimno w zależności od ustawienia docelowego stopnia otwarcia regulatora, stabilizuje się prędkość jałowa po zakończeniu fazy rozgrzewania silnika oraz można wyeliminować problem pogarszania się właściwości gazów wydechowych.

PL 194 007 B1

W szczególności, na przykład w przypadku, w którym natężenie przepływu strumienia wlotowego przez pomocniczy kanał wlotowy usytuowany w taki sposób, żeby ukierunkowywał przepływ strumienia wlotowego tak, żeby był on większy w zakresie pracy na zimno, wymagającym turbulencji na wlocie, niż podczas normalnej pracy na biegu jałowym, w cylindrze można utworzyć wiry tak, żeby powstała turbulencja w formie zawirowań i przepływu opadowego, można uzyskać stabilne spalanie przy równoczesnym ustawieniu stosunku powietrza do paliwa na wartość ubogą oraz można poprawić właściwości gazów wydechowych o zmniejszonej zawartości w nich HC i CO w zakresie pracy na zimno.

Według wynalazku, ponieważ istnieje zawór regulacyjny biegu jałowego do sterowania natężeniem przepływu strumienia wlotowego oraz pomocniczy wlotowy zawór regulacyjny do sterowania natężeniem przepływu strumienia wlotowego pomocniczym kanałem wlotowym, oraz stopień otwarcia obu tych zaworów regulacyjnych jest regulowany do stopni otwarcia .współmiernych do stanu roboczego silnika, to poprawiono w ten sposób właściwości gazów wydechowych w zakresie pracy na zimno, ustabilizowano prędkość na biegu jałowym po zakończeniu rozgrzewania silnika oraz wyeliminowano problem pogarszania właściwości gazów wydechowych w zależności od ustawienia docelowego stopnia otwarcia regulatora.

W szczególnoś ci, na przykł ad w przypadku, w którym natężenie przepł ywu strumienia wlotowego przez pomocniczy kanał wlotowy usytuowany w taki sposób, żeby ukierunkowywał strumień wlotowy tak, żeby był większy w zakresie pracy na zimno wymagającym turbulencji na wlocie niż podczas normalnej pracy w zakresie jałowym, w cylindrze wytwarza się wiry tak, żeby powstała turbulencja w formie zawirowań i przepływu opadowego, uzyskano ustabilizowane spalanie przy równoczesnym ustawieniu stosunku powietrza do paliwa na wartość ubogą, oraz poprawiono właściwości gazów wydechowych o zmniejszonej zawartości w nich HC i CO w zakresie pracy na zimno.

Według wynalazku, ponieważ zawór wtryskowy paliwa jest usytuowany tak, żeby wtryskiwał paliwo ku otworowi zaworu wlotowego, oraz odpływowy otwór końcowy pomocniczego kanału wlotowego znajduje się po napływowej stronie zaworu wtryskowego paliwa tak, że strumień wlotowy z tego otworu płynie wzdłuż powierzchni ścianki pomocniczego kanału wlotowego, istnieje możliwość wytworzenia turbulencji strumienia wlotowego w kanale wlotowym, zassania strumienia wlotowego, w którym ciągle istnieje turbulencja w komorze spalania podczas suwu ssania, przyspieszenia mieszania paliwa z powietrzem oraz odparowania paliwa poprzez wtryskiwanie paliwa do wlotu, w którym cią gle jest wytwarzana turbulencja w kanale wlotowym, poprawy właściwości gazów wydechowych w zakresie pracy na zimno, ustabilizowania prędkości biegu jałowego po zakończeniu fazy rozgrzewania silnika, oraz eliminacji problemu pogarszania właściwości gazów wydechowych.

W szczególności, w przypadku gdy środki sterujące zaworem regulacyjnym sterują stopniem otwarcia pomocniczego zaworu wlotowego w taki sposób, żeby natężenie przepływu strumienia wlotowego pomocniczym kanałem wlotowym było większe podczas zimnego rozruchu i fazy rozgrzewania silnika niż po zakończeniu fazy rozgrzewania oraz, żeby stosunek powietrza do paliwa był większy niż wartość teoretyczna, istnieje możliwość wytworzenia turbulencji strumienia wlotowego w kanale wlotowym, uzyskania stabilnego spalania przy równoczesnym ustawieniu stosunku powietrza do paliwa na wartość ubogą, oraz poprawy właściwości gazów wydechowych o zmniejszonej zawartości w nich HC i CO w zakresie pracy na zimno.

W przypadku, gdy ś rodki sterują ce zaworem regulacyjnym sterują stopniem otwarcia pomocniczego wlotowego zaworu regulacyjnego powietrza tak, żeby natężenie przepływu strumienia wlotowego przez pomocniczy kanał wlotowy było odpowiednie do utrzymania określonej prędkości biegu jałowego oraz, żeby stosunek powietrza do paliwa był w przybliżeniu równy wartości teoretycznej, możliwe jest wytwarzanie turbulencji wlotowej w kanale wlotowym oraz stabilizacja prędkości biegu jałowego przy ustabilizowanym spalaniu.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia całą konstrukcję urządzenia wlotowego do silnika w pierwszym przykładzie wykonania powiązanym z zastrzeżeniami 1 do 4; fig. 2 - rzut główny urządzenia wlotowego, schematycznie; fig. 3 - charakterystyka sterowania przeznaczona do objaśniania sposobu działania urządzenia wlotowego; fig. 4 - schemat blokowy wyjaśniający działanie urządzenia wlotowego; fig. 5 - schemat blokowy wyjaśniający działanie urządzenia wlotowego; fig. 6 - schemat blokowy wyjaśniający działanie urządzenia wlotowego; fig. 7 - schemat blokowy wyjaśniający działanie urządzenia wlotowego; fig. 8 - schemat blokowy wyjaśniający działanie urządzenia wlotowego; fig. 9 - schemat blokowy wyjaśniający działanie urządzenia wlotowego; fig. 10 - cała konstrukcja urządzenia wlotowego do silnika w drugim przykładzie wykonania; fig. 11 - rzut główny urządzenia wlotowego, schematycznie; fig. 12 - schemat blokowy wyjaśniający

PL 194 007 B1 działanie urządzenia wlotowego; fig. 13 - schemat blokowy wyjaśniający działanie urządzenia wlotowego; fig. 14 - schemat blokowy wyjaśniający działanie urządzenia wlotowego; fig. 15 - schemat blokowy wyjaśniający działanie urządzenia wlotowego; fig. 16 - schemat blokowy wyjaśniający działanie urządzenia wlotowego; fig. 17 - rzut główny zmodyfikowanego pomocniczego kanału wlotowego w drugim przykł adzie wykonania; fig. 18 - rzut g ł ówny zmodyfikowanego pomocniczego kanał u wlotowego w drugim przykładzie wykonania.

Figury 1 do 9 służą do objaśnienia konstrukcji urządzeń wlotowych do silnika jako przykładów wykonania wynalazku powiązanych z niektórymi przykładami wykonania. Na fig. 1 pokazano ogólną konstrukcję urządzenia. Na fig. 2 pokazano pomocniczy kanał wlotowy w formie objaśniającej. Na fig. 3 pokazano charakterystykę regulacji stopni otwarcia różnych zaworów oraz zmianę stosunku powietrza do paliwa w funkcji czasu. Na fig. 4 do 9 pokazano schematy blokowe objaśniające pracę układu regulacji.

Na poszczególnych figurach widać: silnik 1 do samochodu, chłodzony wodą, czterosuwowy, rzędowy, 4-cylindrowy, 4-zaworowy, zamontowany na pojeździe z wałem korbowym ustawionym w kierunku poprzecznym pojazdu. W skł ad tego silnika 1 wchodzą , ogólnie, blok 2 cylindrów skonstruowany integralnie z karterem (nie pokazanym), nad którym znajduje się i jest przykręcona śrubami głowica cylindrów 3 i jej pokrywa 4. W każdym cylindrze 2a bloku 2 cylindrów znajduje się tłok 5 z możliwością swobodnego ślizgania się, połączony z wałem korbowym za pośrednictwem korbowodu 6.

W każ dej kopule 3a komory spalania utworzonej w gł owicy 3 po stronie stykają cej się z blokiem cylindrów 2 znajdują się dwa otwory 3b zaworów wydechowych oraz dwa otwory 3c zaworów ssących, które są otwierane i zamykane odpowiednio za pomocą zaworów wydechowych 7 i ssących 8. Otwieranie i zamykanie zaworów wydechowych 7 i ssących 8 jest realizowane za pomocą wydechowego wałka rozrządu 9 i wdechowego wałka rozrządu 10. Otwory 3b zaworów wydechowych 7 biegną ku przedniej ściance bloku 2 cylindrów przez okna wydechowe 3d. Zewnętrzne okna łączące okien wydechowych 3d łączą się z kolektorem 11a układu wydechowego 11. Po odpływowej stronie wspólnej części przepływowej układu wydechowego 11 znajduje się, pierwszy i drugi, trzyelementowy katalizator 12a i 12b. Po napływowej stronie pierwszego trzyelementowego katalizatora 12a znajduje się czujnik 13 O2.

Otwory 3c zaworów ssących biegną ku tylnej ściance bloku cylindrów, odpowiednio, przez okna wlotowe 3e. W środku każdego okna wlotowego 3e znajduje się zawór wtryskowy 20 paliwa do każdego cylindra. Każdy zawór wtryskowy 20 paliwa wtryskuje paliwo zasilające w ilości współmiernej do stanu roboczego silnika, ku otworowi 3c zaworu wlotowego, w określonych przedziałach czasu.

Do układu wlotowego 14 są podłączone zewnętrzne okna łączące okien wlotowych 3e. Układ wlotowy 14 składa się, ogólnie, z rur kolektorowych 14a połączonych jedną swoją stroną z zewnętrznymi oknami łączącymi, przy czym okna wlotowe 3e do otworów 3c zaworów wlotowych spotykają się ze sobą i są połączone swoją drugą stroną ze zbiornikiem wyrównawczym 14b o określonej objętości i biegnącym w kierunku wałka rozrządu, przy czym pomię dzy głównym rurociągiem 14c po napływowej stronie zbiornika wyrównawczego 14b a rurą wlotową 14d znajduje się korpus 15 przepustnicy połączony z filtrem powietrza.

Korpus 15 przepustnicy zawiera zawór dławiący 15a typu motylkowego przeznaczony do parametrycznego sterowania natężeniem przepływu strumienia wlotowego oraz zawór (ISC) 15c regulujący prędkość biegu jałowego, typu elektromagnetycznego, do parametrycznego sterowania natężeniem przepływu przez kanał bocznikowy 15b omijający zawór dławiący 15a kiedy zawór ten znajduje się w położeniu minimalnego otwarcia.

W skład układu wdechowego 14 wchodzi również pomocniczy kanał wlotowy 16 łączący znajdującą się w bezpośrednim sąsiedztwie napływową część boczną zaworu dławiącego 15a z sąsiednią częścią okna 3c zaworu ssącego, jednego z okien wlotowych 3e. Kanał napływowy 16a pomocniczego kanału wlotowego 16, połączony z przestrzenią wewnętrzną znajdującej się w bezpośrednim sąsiedztwie napływowej strony zaworu dławiącego 15a korpusu 15 przepustnicy rozgałęzia się na cztery kanały rozprowadzające 16c za pomocą rury wyrównawczej 16b biegnącej w kierunku wałka rozrządu. Odpływowy otwór końcowy każdego kanału rozprowadzającego 16c jest połączony z dyszowym otworem 3f znajdującym się w środku jednego z okien wlotowych 3e.

Jak już wspomniano wcześniej, ze względu na układ polegający na tym, że odpływowy otwór końcowy kanałów rozprowadzających 16c jest połączony przestrzennie tylko z jednym otworem 3c' zaworu wlotowego, oraz że kształt i położenie otworu dyszy 3f są zadane tak, że strumień wlotowy doprowadzany pomocniczym kanałem wlotowym 16 jest doprowadzany i kierowany tak, żeby płynął

PL 194 007 B1 wzdłuż wewnętrznej powierzchni obwodowej cylindra 2a, powstaje wir (wir horyzontalny) oraz turbulencja wlotowa w cylindrze 2a.

W tym przypadku moż na stworzyć alternatywny układ do wytwarzania turbulencji w cylindrze 2a. To jest, strumień wlotowy jest odchylany ku ściance górnej okna wlotowego 3e i wprowadzany, z równoczesnym kierowaniem od części otworu 3c zaworu wlotowego w pobliżu środka cylindra ku kierunkowi osiowemu cylindra (kierunek pionowy) do cylindra 2a tak, że w cylindrze 2a powstaje pionowy wir (opadający).

W kanale napływowym 16a pomocniczego kanał u wlotowego 16 znajduje się pomocniczy wlotowy zawór regulacyjny 17 do parametrycznego sterowania natężeniem przepływu strumienia wlotowego przez kanał 16. Pomocniczy wlotowy zawór regulacyjny 17 jest zaworem elektromagnetycznym przeznaczonym do parametrycznego regulowania pola powierzchni kanału wlotowego lub natężenia przepływu pomocniczego strumienia wlotowego na zasadzie sterowania obciążeniowego oraz jest sterowany za pomocą ECU 18. ECU 18 służy jako środek sterujący zaworem regulacyjnym z przeznaczeniem do sterowania stopniem otwarcia pomocniczego wlotowego zaworu regulacyjnego 17 i zaworu ISC 15c. ECU 18 odbiera sygnał (a) do otwarcia zaworu dławiącego 15a, sygna ły (b) o temperaturze silnika z czujnika 19 temperatury, sygnały (c) o prędkości obrotowej silnika z czujnika kąta korbowodu do wykrywania prędkości obrotowej wału korbowego oraz sygnał (d) stosunku powietrza do paliwa z czujnika 13 O2, i w zależności od stanu roboczego silnika generuje sygnał wyjściowy (A) sterujący wtryskiem paliwa przekazywany do zaworu wtryskowego (20) paliwa, sygnały sterujące (B) ISC do zaworu ISC 15c oraz sygnał C sterujący pomocniczym wlotem, przekazywany do pomocniczego wlotowego zaworu regulacyjnego 17.

Poniżej opisano funkcje i rezultaty działania urządzenia wlotowego według takiego przykładu wykonania.

W tym przykł adzie wykonania ECU 18 steruje stopniem otwarcia zaworu ISC 15c oraz pomocniczym wlotowym zaworem regulacyjnym 17 w zależności od stanu roboczego silnika, wykorzystując do tego celu takie parametry jak temperatura silnika, stopień otwarcia przepustnicy oraz prędkość obrotową silnika, a także równocześnie harmonogram synchronizacji i przedziały wtrysku dla zaworu wtryskowego 20 paliwa zgodnie z wbudowanym planem i tablicami danych regulacyjnych lub na zasadzie sprzężenia zwrotnego tak, że wartością docelową jest stosunek powietrza do paliwa określony za pomocą czujnika 13 O2.

T a b e l a 1

Zakres pracy	Pomocniczy, wlotowy zawór regulacyjny	Zawór ISC	Docelowy stosunek powietrza do paliwa
Zimny (Zimny rozruch, rozgrzewanie)	Szeroki	Mały (zakres)	16-17
Gorący (Hot) (1) (Po rozgrzaniu, mała prędkość, niskie obciążenie)	Wąski lub zamknięty	Normalny	λ = 1
Gorący (Hot) (2) (Po rozgrzaniu, wysoka prędkość, małe obciążenie)	Wąski lub zamknięty	Normalny	λ = 1

W zakresie roboczym, gdzie potrzebne jest pojawienie się turbulencji jako wyniku działania wiru wytwarzanego w chwili wprowadzania strumienia wlotowego do cylindra, zwłaszcza w zakresie pracy na zimno, jak podczas zimnego rozruchu lub rozgrzewania, gdzie temperatura silnika określona za pomocą czujnika 19 temperatury wody jest równa lub mniejsza zadanej wartości (na ogół w zakresie około 30 sekund od rozruchu silnika, jak pokazano R1 na fig. 3), pomocniczy wlotowy zawór regulacyjny 17 jest trzymany w położeniu zapewniającym szeroki stopień otwarcia, jak widać w pozycji Zimny w Tabeli 1 (co pokazano S1 na fig. 3), a zawór ISC 15c jest sterowany w taki sposób, żeby otwierał się i zamykał w małym zakresie (jak pokazano S2 na fig. 3). Również natężenie przepływu podczas wtrysku paliwa (okres) poza zaworem wtryskowym paliwa 20 jest regulowane tak, żeby stosunek powietrza do paliwa wynosił 16-17 (jak pokazano S3 na fig. 3).

W opisanym powyżej układzie natężenie przepływu strumienia wlotowego w pomocniczym kanale wlotowym 16 staje się większe niż przez kanał 15b biegu jałowego oraz stosunkowo duża ilość

PL 194 007 B1 strumienia wlotowego jest doprowadzana pomocniczym kanałem wlotowym 16 oraz jednym z otworów

3c' zaworu wlotowego do cylindra 2a. Ponieważ kanał rozprowadzający 16c jest połączony tylko z jednym z otworów 3c' zaworu wlotowego oraz kształt i położenie dyszy 3f są zadane w taki sposób, żeby przepływ strumienia wlotowego był kierowany wzdłuż wewnętrznego obwodu cylindra 2a, w cylindrze 2a powstaje wir (wlotowy wir horyzontalny), stabilizuje się spalanie pomimo ubogiego stanu mieszanki przy stosunku powietrza do paliwa w zakresie 16-17 oraz zmniejsza się ilość HC i CO w gazach wydechowych.

Z drugiej strony, w zakresie roboczym, gdzie nie zaleca się obecności turbulencji wlotowej, zwłaszcza w układzie pokazanym w pozycji Gorący (1) w Tabeli 1, przy niskiej prędkości obrotowej i przy małym obciążeniu, na przykład podczas biegu jałowego w zakresie pracy na gorąco i mając temperaturę silnika określoną za pomocą czujnika 19 temperatury wody na poziomie równym lub wyższym od zadanej wartości, pomocniczy, wlotowy zawór regulacyjny 17 jest trzymany na małym stopniu otwarcia albo zamknięty (jak pokazano S1' na fig. 3) oraz zawór ISC 15c jest zwyczajnie sterowany na stopień otwarcia określony za pomocą stopnia otwarcia przepustnicy i prędkości obrotowej silnika oraz korygowany za pomocą temperatury wody chłodzącej (jak pokazano S2' na fig. 3). Zawór regulacyjny 20 wtrysku paliwa jest sterowany w taki sposób, żeby stosunek powietrza do paliwa osiągał wartość teoretyczną λ, = 1 (jak pokazano S3' na fig. 3).

Dzięki opisanemu powyżej układowi, zmniejsza się wielkość strumienia wlotowego doprowadzanego pomocniczym kanałem wlotowym 16 do cylindra oraz wygasza się możliwość pojawienia się turbulencji. W rezultacie paliwo nie przywiera do wewnętrznej ścianki cylindra, nawet kiedy ilość paliwa, przy stosunku powietrza do paliwa na poziomie teoretycznym λ = 1, jest większa niż w zakresie pracy na zimno oraz unika się pogorszenia parametrów gazów wydechowych. W tym przypadku stopień otwarcia zaworu dławiącego 15a jest utrzymywany na poziomie minimalnym lub nieco szerszym niż minimalny.

W pozostałej, opisanej powyżej części zakresu roboczego na gorąco, jak pokazano w pozycji Gorąca (2) w Tabeli 1, pomocniczy, wlotowy zawór sterujący 17 jest utrzymywany na małym stopniu otwarcia lub w stanie zamkniętym (jak pokazano S1 na fig. 3). W tym zakresie roboczym strumień wlotowy płynie przez zawór dławiący 15a, a stosunek powietrza do paliwa jest sterowany za pomocą wartości teoretycznej będącej wartością docelową.

Poniżej szczegółowo opisano sterowanie zaworem ISC 15c oraz pomocniczym, wlotowym zaworem regulacyjnym 17 za pomocą ECU 18, odwołując się do schematów blokowych pokazanych na fig. 4 do 8.

Przy sterowaniu za pomocą ECU 18, jak widać na fig. 4, co 2 milisekundy (msec), na przykład, jest realizowana procedura sterowania ISC oraz procedura sterowania pomocniczego wlotowego zaworu regulacyjnego.

Najpierw, w procedurze sterowania ISC, jak pokazano na fig. 5, w przypadku pozostawania pojazdu w spoczynku, przepustnica 15a jest całkowicie zamknięta, a temperatura wody w silniku jest równa lub niższa od zadanej wartości, realizowane jest pierwsze sterowanie pracą na biegu jałowym (kroki S1 do S3).

Podczas pierwszego sterowania pracą na biegu jałowym, jak widać na fig. 6, w odstępach co 50 msec jest określana wartość wytyczna stopnia otwarcia odpowiadająca aktualnej temperaturze wody w silniku na podstawie tabeli stopni otwarcia ISC zestawionej w funkcji temperatury wody w silniku, natomiast siłownik zaworu ISC 15c napędza grzybek zaworu tak, żeby stopień otwarcia zaworu ISC 15c stał się równy wartości wytycznej stopnia otwarcia (kroki S11 do S13).

W przypadku kiedy okazuje się, że pojazd nie znajduje się w stanie spoczynku podczas kroku

51, oraz w przypadku kiedy okazuje się, że zawór dławiący 15a nie jest całkowicie zamknięty w kroku

52, zawór ISC 15c działa według zadanego planu pozycyjnego. W takim trybie pracy ISC, jak widać na fig. 7, w odstępach co 50 msec określa się współczynnik korekcyjny temperatury wody na podstawie tabeli korekcyjnej temperatury wody w powiązaniu ze stopniem otwarcia ISC, zestawionej w funkcji temperatury wody w silniku (kroki S21, S22), określa się bazowy stopień otwarcia ISC na podstawie planu stopni otwarcia ISC zestawionego w funkcji prędkości obrotowej silnika i stopnia otwarcia przepustnicy (natężenie przepływu wlotowego strumienia powietrza) (krok S23), określa się wartość wytyczną stopnia otwarcia ISC obliczoną jako iloczyn bazowego stopnia otwarcia ISC i współczynnika korekcyjnego temperatury wody ISC (krok S24), po czym siłownik zaworu ISC 15c napędza grzybek zaworu tak, żeby stopień otwarcia zaworu ISC 15c stał się równy wartości wytycznej stopnia otwarcia (krok S25).

PL 194 007 B1

W opisanych powyż ej krokach S1 do S3, w przypadku okre ś lenia tych wartoś ci w sytuacji kiedy pojazd znajduje się w stanie spoczynku, zawór dławiący 15a jest całkowicie zamknięty oraz temperatura wody w silniku jest wyższa niż wartość zadana, zawór ISC 15c działa w trybie sprzężenia zwrotnego. W tym trybie sterowania ze sprzężeniem zwrotnym, jak pokazano na fig. 8, określa się różnicę pomiędzy aktualną prędkością obrotową silnika a docelową prędkością obrotową silnika w z góry zadanych przedziałach kątów obrotu wału korbowego (kroki S31, S32), po czym wyznacza się proporcjonalny parametr Pd oraz wartość całkowania Id na podstawie tabeli stałych sterowania, zestawionej w funkcji zróżniczkowanej prę dkości obrotowej silnika (krok S33). Wartość wytyczną stopnia otwarcia ISC określa się sumując parametr całkowania Idsum, wyznaczony jako suma wartości całkowania i parametru cał kowania, z parametrem proporcjonalnoś ci Pd (krok S34), po czym sił ownik zaworu ISC 15c uruchamia grzybek zaworu tak, żeby stopień otwarcia zaworu ISC 15c stał się równy wartości wytycznej stopnia otwarcia (krok S35).

W procedurze sterowania pomocniczym zaworem wlotowym, pokazanej na fig. 9, okreś la się co 50 msec wartość wytyczną stopnia otwarcia pomocniczego zaworu wlotowego współmierną z temperaturą wody w silniku na podstawie tabeli stopni otwarcia pomocniczego zaworu wlotowego zestawionej w funkcji temperatury wody w silniku, a ponadto określa się stosunek obciążeń współmierny z wartoś cią wytyczną stopnia otwarcia (kroki S41, S42), po czym sił ownik pomocniczego, wlotowego zaworu regulacyjnego 17 napędza grzybek zaworu, otwierając i zamykając go w zależności od stopnia obciążenia (krok S42).

W opisanym powyż ej przykł adzie wykonania, w zakresie pracy na zimno, gdzie potrzebna jest turbulencja, rośnie natężenie przepływu strumienia wlotowego przez pomocniczy kanał wlotowy 16 i strumień wlotowy jest kierowany i doprowadzany do cylindra 2a tak, ż e powstaje wir poziomy lub pionowy. W rezultacie w cylindrze powstaje wir, stabilizuje się spalanie pomimo ubogiej mieszanki ustawionej dla stosunku powietrza do paliwa na 16-17, oraz poprawiają się właściwości gazów wydechowych wskutek wytwarzania mniejszych ilości HC i CO.

Również w tym przykładzie wykonania, w zakresie roboczym, w którym nie jest potrzebna turbulencja wlotowa, ponieważ zmniejsza się natężenie przepływu strumienia wlotowego przez pomocniczy kanał wlotowy 16 oraz zwiększa się zakres regulacji dla przepływu strumienia wlotowego przez kanał 15b biegu jałowego, istnieje możliwość łatwego wyregulowania i stabilizacji prędkości obrotowej biegu jałowego. Ponieważ nie pojawia się żadna turbulencja, eliminuje się problem przywierania paliwa do ścianki wewnętrznej cylindra, nawet przy stosunku powietrza do paliwa równym w przybliżeniu wartości teoretycznej, oraz pogarszania właściwości gazów wydechowych.

Co prawda pomocniczy, wlotowy zawór regulacyjny 17 używany w opisanym powyżej pierwszym przykładzie wykonania jest zaworem takiego typu, który jest zdolny do ciągłego, parametrycznego sterowania natężeniem przepływu strumienia wlotowego, ale pomocniczy wlotowy zawór regulacyjny związany z tym wynalazkiem może być dowolnym zaworem typu włączająco-wyłączającego umożliwiającym zezwolenie na przepływ lub zatrzymywanie przepływu strumienia wlotowego przez pomocniczy kanał wlotowy 16. W przypadku kiedy stosuje się taki zawór typu włączająco-wyłączającego, można go skonstruować tak, żeby wytwarzał turbulencję wlotową w zakresie pracy na zimno po jego włączeniu, oraz żeby zapobiegał możliwości pojawienia się turbulencji wlotowej w opisanym powyżej zakresie roboczym dla Hot (1) i Hot (2) po jego wyłączeniu.

Tutaj, co prawda, w opisanym powyżej przykładzie wykonania stosuje się zarówno zawór ISC 15c do sterowania natężeniem przepływu przez pomocniczy kanał wlotowy 16, jak i pomocniczy zawór 17 do sterowania przepływem przez pomocniczy kanał wlotowy 16, ale można go również skonfigurować tak, żeby pomocniczy, wlotowy zawór regulacyjny 17 służył również jako zawór ISC 15c.

Na fig. 10 do 16 pokazano drugi przykład wykonania. Te same symbole na fig. 10 do 16 jak na fig. 1 do 9 oznaczają te same lub podobne części. W tym drugim przykładzie wykonania nie ma kanału 15b biegu jałowego ani zaworu ISC 15c z pierwszego przykładu wykonania. Napływowy koniec kanału napływowego 16a pomocniczego kanału wlotowego 16 jest połączony z wnętrzem korpusu 15 przepustnicy w miejscu znajdującym się bezpośrednio w kierunku napływowym zaworu dławiącego 15a, natomiast jego koniec odpływowy jest rozgałęziony za pomocą rury wyrównawczej 16b biegnącej w kierunku wału korbowego do czterech kanałów rozprowadzających 16c, przy czym każdy z kanałów rozprowadzających wchodzi do wewnątrz w położeniu przesuniętym ku jednemu z okien wlotowych 3e'. Ponadto każdy z kanałów rozprowadzających 16c jest wygięty w kierunku odpływowym tak, żeby biegł wzdłuż wewnętrznej górnej powierzchni jednego z okien wlotowych 3e'. Odpływowy otwór końcowy 16d każdego kanału rozprowadzającego 16c znajduje się po napływowej stronie dziobka zaworu wtry8

PL 194 007 B1 skowego 20 paliwa i z dala od tego dziobka w takim stopniu, żeby powietrze wypływające otworem

16d nie uderzało bezpośrednio w paliwo wtryskiwane z zaworu wtryskowego 20 paliwa.

W pomocniczym kanale wlotowym 16 znajduje się wlotowy zawór regulacyjny 17' pełniący rolę zarówno zaworu ISC 15c, jak i pomocniczego, wlotowego zaworu regulacyjnego 17, używanych w pierwszym przykładzie wykonania. Wlotowy zawór regulacyjny 17' jest sterowany za pomocą ECU 18 w sposób podany w tabeli 2.

T a b e l a 2

Zakres pracy		Docelowy stosunek powietrza do paliwa
Zimny (Zimny rozruch, rozgrzewanie)	Szeroki	16-17
Gorący (1) (Po rozgrzaniu, mała prędkość, niskie obciążenie)	Normalny	λ = 1
Gorący (2) (Po rozgrzaniu, wysoka prędkość, wysokie obciążenie)	Normalny	λ = 1

W zakresie pracy na zimno, na przykład podczas rozruchu na zimno lub podczas rozgrzewania, jak pokazano w pozycji Zimny w tabeli 2, wlotowy zawór regulacyjny 17' jest trzymany tak, żeby miał szeroki stopień otwarcia, a natężenie przepływu wtryskowego strumienia paliwa (okres) z zaworu wtryskowego 20 paliwa było regulowane tak, żeby stosunek powietrza do paliwa wynosił 16-17.

W rezultacie rośnie natężenie przepływu strumienia wlotowego przez pomocniczy kanał wlotowy 16 i stosunkowo duży strumień wlotowy dopływa pomocniczym kanałem wlotowym 16 do jednego z okien wlotowych 3e'. Jak to opisano dalej, ponieważ ciśnienie strumienia wlotowego doprowadzanego pomocniczym kanałem wlotowym 16 waha się wskutek pulsacji na wlocie, w oknie wlotowym 3e' powstaje turbulencja tak, że powietrze skutecznie miesza się z paliwem, istnieją sprzyjające warunki do atomizacji oraz poprawia się sprawność spalania.

Przy małej prędkości obrotowej, niskim obciążeniu roboczym po fazie rozgrzewania oraz przy wysokiej prędkości obrotowej, dużym zakresie obciążeń, wlotowy zawór regulacyjny 17' jest regulowany w normalnym trybie, jak pokazano w pozycjach Gorący (1) i Gorący (2) w tabeli 2, do stopnia otwarcia określonego na podstawie prędkości obrotowej silnika i skorygowanego za pomocą temperatury wody w silniku. Zawór wtryskowy 20 paliwa jest wyregulowany w taki sposób, żeby stosunek powietrza do paliwa stawał się równy wartości teoretycznej λ = 1.

Sterowanie regulacją wlotowego zaworu regulacyjnego 17' za pomocą ECU 18 opisano odwołując się do schematów blokowych od 12 do 16.

O ile chodzi o sterowanie wlotowym zaworem regulacyjnym 17', najpierw, jak pokazano na fig. 12, powtarza się, na przykład co 2 msec, procedurę sterowania wlotowym zaworem regulacyjnym. W przypadku procedury sterowania wlotowym zaworem regulacyjnym, jak pokazano na fig. 13, w przypadku pojazdu znajdującego się w stanie spoczynku, zawór dławiący jest całkowicie zamknięty oraz temperatura wody w silniku jest równa lub niższa od zadanej wstępnie wartości, realizuje się najpierw sterowanie pracą na biegu jałowym (kroki S1 do S3). W przypadku kiedy pojazd jest w stanie spoczynku, przepustnica jest całkowicie zamknięta, a temperatura wody w silniku jest równa lub wyższa od zadanej wartości, realizowane jest sterowanie w trybie sprzężenia zwrotnego.

W opisanej powyżej pierwszej regulacji jałowej, jak pokazano na fig. 14, określa się w odstępach co 50 msec wartość wytyczną stopnia otwarcia wlotowego zaworu regulacyjnego współmierną do aktualnej temperatury wody w silniku na podstawie tabeli stopni otwarcia wlotowego zaworu regulacyjnego zestawionej w funkcji temperatury wody w silniku, po czym siłownik wlotowego zaworu regulacyjnego 17' napędza grzybek zaworu tak, żeby stopień otwarcia wlotowego zaworu regulacyjnego 17' stał się równy wartości wytycznej stopnia otwarcia zaworu (kroki S11 ' do S13').

W sterowaniu według planu opisanym powyżej wlotowym zaworem regulacyjnym, jak pokazano na fig. 15, określa się w odstępach co 50 msec współczynnik korekcyjny temperatury wody dla wlotowego zaworu kontrolnego na podstawie tabeli korekcyjnej temperatury wody dla wlotowego zaworu kontrolnego zestawionej w funkcji temperatury wody w silniku (kroki S21 ', S22'), określa się bazowy

PL 194 007 B1 stopień otwarcia wlotowego zaworu regulacyjnego na podstawie planu stopni otwarcia wlotowego zaworu regulacyjnego zestawionego w funkcji prędkości obrotowej silnika oraz stopnia otwarcia przepustnicy (natężenie przepływu powietrza wlotowego) (krok S23'), określa się wartość wytyczną otwarcia wlotowego zaworu regulacyjnego sumując bazowy stopień otwarcia wlotowego zaworu regulacyjnego ze współczynnikiem korekcyjnym temperatury wody dla wlotowego zaworu regulacyjnego (krok S24'), po czym siłownik wlotowego zaworu regulacyjnego 17' napędza grzybek zaworu tak, żeby stopień otwarcia wlotowego zaworu regulacyjnego 17' stał się równy wartości wytycznej stopnia otwarcia (kroki S25').

W opisanym powyżej sterowaniu ze sprzężeniem zwrotnym, jak widać na fig. 16, określa się różnicę pomiędzy aktualną prędkością obrotową silnika a jego prędkością docelową dla z góry zadanych przedziałów kąta obrotu wału korbowego (kroki S31', S32') oraz określa się współczynnik proporcjonalności Pd i wartość całkowania Id na podstawie tablicy stałych regulacji zestawionej w funkcji różnych prędkości obrotowych silnika (krok S33'). Określa się wartość wytyczną stopnia otwarcia wlotowego zaworu regulacyjnego dodając współczynnik całkowania Idsum, wyznaczony z dodawania wartości całkowania do wskaźnika całkowania, do współczynnika proporcjonalności Pd (kroki S34', S35'), po czym siłownik wlotowego zaworu regulacyjnego 17' napędza grzybek zaworu tak, żeby stopień otwarcia wlotowego zaworu regulacyjnego 17' stał się równy wartości wytycznej (krok S36').

W ten sposób, ponieważ odpływowy otwór końcowy kanału rozprowadzającego 16c pomocniczego kanału wlotowego 16 znajduje się po napływowej stronie dziobka zaworu wtryskowego 20 paliwa tak, że strumień wlotowy z otworu płynie wzdłuż powierzchni górnej ścianki okna wlotowego 3e', w oknie wlotowym 3e' powstaje turbulencja, strumień wlotowy, nadal turbulentny, jest doprowadzany do komory spalania podczas suwu ssania i wtryskuje się paliwo do wlotu, w którym powstaje turbulencja w oknie wlotowym 3e' tak, że przyspiesza się mieszanie i odparowanie powietrza i paliwa, poprawia się spalanie, podobnie jak w pierwszym przykładzie wykonania, w którym turbulencja powstaje w komorze spalania, poprawiają się właściwości gazów wydechowych w zakresie pracy na zimno, stabilizuje się prędkość biegu jałowego po fazie rozgrzewania, oraz eliminuje się problem pogarszania właściwości gazów wydechowych.

Ponieważ stopień otwarcia wlotowego zaworu regulacyjnego 17' reguluje się tak, żeby natężenie przepływu strumienia wlotowego przez pomocniczy kanał wlotowy 16 było większe podczas zimnego rozruchu i rozgrzewania niż po zakończeniu rozgrzewania, oraz żeby stosunek powietrza do paliwa był większy niż wartość teoretyczna, istnieje możliwość wytwarzania turbulencji w oknie wlotowym 3e, stabilizacji spalania z równoczesnym zadaniem stosunku powietrza do paliwa na mieszankę ubogą, zmniejszenia zawartości HC i CO w zimnym zakresie pracy, oraz poprawy właściwości gazów wydechowych.

W zakresie pracy jałowej, po zakończeniu rozgrzewania silnika, ponieważ stopień otwarcia wlotowego zaworu regulacyjnego 17' jest regulowany w taki sposób, żeby natężenie przepływu strumienia wlotowego przez pomocniczy kanał wlotowy 16 było odpowiednie do utrzymania konkretnej prędkości obrotowej oraz żeby stosunek powietrza do paliwa stawał się w przybliżeniu równy wartości teoretycznej, w oknie wlotowym 3e powstaje turbulencja, stabilizuje się spalanie oraz stabilizuje się prędkość obrotowa na biegu jałowym.

Poniżej szczegółowo opisano sposób, w jaki doprowadzanie strumienia wlotowego przez pomocniczy kanał wlotowy 16 do okna wlotowego 3e' poprawia mieszanie paliwa z powietrzem oraz atomizację (odparowanie) paliwa.

Ogólnie, różnica ciśnień pomiędzy podciśnieniem powietrza na wlocie a ciśnieniem atmosferycznym zmienia się w zależności od pulsacji na wlocie. W drugim przykładzie wykonania napływowy koniec pomocniczego kanału wlotowego 16 jest połączony z obszarem o ciśnieniu atmosferycznym po napływowej stronie zaworu dławiącego 15a. Z tego względu można uważać, że ciśnienie strumienia wlotowego płynącego przez pomocniczy kanał wlotowy 16 do okna wlotowego 3e zmienia się w rytm pulsacji na wlocie. Ponieważ równocześnie rura wyrównawcza 16b znajduje się w pewnej odległości od innych cylindrów, uważa się również, że na ciśnienie oddziałują zmiany podciśnienia w innych cylindrach. Z tego względu uważa się, że powietrze płynące od odpływowego otworu końcowego 16d kanału rozprowadzającego 16c pomocniczego kanału wlotowego 16 do okna wlotowego 3e jest silnie turbulentne. W rezultacie można uważać, że turbulencja pojawia się również w strumieniu wlotowym płynącym przez obszar dyszowy w zaworze wtryskowym 20 paliwa znajdującym się w oknie wlotowym 3e'.

W szczególności, podobnie jak dla synchronizacji wtrysku paliwa w zakresie pracy na zimno pokazanym w Tabeli 1, wtryskiwanie paliwa kończy się prawie w pobliżu 100 stopni przed górnym

PL 194 007 B1 punktem zwrotnym (podczas suwu wydechu). Inaczej mówiąc, paliwo jest wtryskiwane do strumienia wlotowego, w którym jest wytwarzana turbulencja tak, że na wtryskiwane paliwo działa turbulencja powietrza zanim otworzy się zawór ssący, umożliwiając płynięcie strumienia wlotowego do cylindra. Poprawia to mieszanie paliwa z powietrzem oraz przyspiesza odparowanie paliwa. W rezultacie poprawia się stan spalania, a zwłaszcza poprawiają się właściwości gazów wydechowych, nawet w przypadku nie wytwarzania wirów ani zawirowań , podobnie jak w pierwszym przykładzie wykonania.

Co do konstrukcji pomocniczego kanału wlotowego 16, to można stosować różne modyfikacje, na przykład pokazane na fig. 17 i 18. Na figurach tych te same symbole co na fig. 11 określają takie same lub równoważne części.

Na fig. 17 widać przykład, w którym każdy z obu końców rury wyrównawczej 16b jest zaopatrzony w podwyrównawczą rurkę 16b', przy czym każdy z jej obu końców jest połączony z kanałem rozprowadzającym 16c. Na fig. 18 widać inny przykład, w którym każdy z obu końców rury wyrównawczej ma rurkę podwyrównawczą 16b', której oba końce mają rurkę podwyrównawczą 16b, przy czym każdy z jej obu końców jest podłączony do kanału rozprowadzającego 16c. W przykładzie tym każde okno wlotowe 3e i 3e' jest zaopatrzone w kanał rozprowadzający 16c.

W zmodyfikowanych przykładach wykonania widocznych na fig. 17 i 18, ze względu na to, że rurki wyrównawcze są osadzone w wielu stopniach, strumień wlotowy dopływający do każdego cylindra oddziałuje w mniejszym stopniu z innymi cylindrami oraz dokładniej reguluje się natężenie przepływu strumienia wlotowego.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Silnik spalania wewnętrznego zawierający komorę spalania, urządzenie wlotowe z kanałem wlotowym, zawór wlotowy, zawór wtrysku paliwa z dziobkiem skierowanym ku otworowi zaworu wlotowego, zawór dławiący umieszczony po stronie napływowej zaworu wtrysku paliwa i pomocniczy zawór wlotowy łączący kanał wlotowy po stronie napływowej zaworu dławiącego z tą częścią urządzenia wlotowego, która znajduje się od strony napływowej otworu zaworu wlotowego, przy czym pomocniczy kanał wlotowy jest wyposażony w pomocniczy sterujący zawór wlotowy, który jest połączony ze środkiem sterującym zaworem sterującym, zaś kanał biegu jałowego stanowi obejście zaworu dławiącego, znamienny tym, że pomocniczy kanał wlotowy (16) jest podłączony do kanału wlotowego w tej części, która jest po stronie odpływowej dziobka zaworu wtrysku paliwa (20), zaś odpływowy otwór końcowy pomocniczego kanału wlotowego (16) jest umieszczony w części kanału wlotowego w pobliżu otworu (3c) zaworu wlotowego (8), a ponadto w kanale biegu jałowego (15b) omijającego zawór dławiący (15a) jest umieszczony zawór sterujący prędkością biegu jałowego (15c), który jest połączony ze środkiem (18 ) sterującym zaworem sterującym.
2. Silnik według zastrz. 1, znamienny tym, że środek (18) sterujący zaworem sterującym steruje stopniem otwarcia pomocniczego sterującego zaworu wlotowego (17) i zaworem sterującym prędkością biegu jałowego (15c) tak, że wielkość przepływu strumienia wlotowego płynącego przez pomocniczy kanał wlotowy (16) jest większa niż przez kanał biegu jałowego (15b).