專利名稱：火花點火式內(nèi)燃機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及火花點火 式內(nèi)燃機。
背景技術(shù)：
公知有如下的火花點火式內(nèi)燃機該火花點火式內(nèi)燃機具備可變壓縮比機構(gòu)，該可變壓縮比機構(gòu)能夠變更機械壓縮比；以及可變氣門正時機構(gòu)，該可變氣門正時機構(gòu)能夠?qū)M氣門的閉閥正時進行控制，主要通過改變進氣門的閉閥正時來對朝燃燒室內(nèi)供給的進氣量進行控制，當(dāng)內(nèi)燃機低負荷運轉(zhuǎn)時，與內(nèi)燃機高負荷運轉(zhuǎn)時相比較，機械壓縮比變高(例如參照專利文獻I)。特別地，由于與實際壓縮比相比機械壓縮比(即膨脹比)對理論熱效率造成的影響更大，因此，在專利文獻I所記載的火花點火式內(nèi)燃機中，在內(nèi)燃機低負荷運轉(zhuǎn)時將實際壓縮比維持在較低的值，并將機械壓縮比設(shè)定成例如20以上的較高的值。由此，在專利文獻I所記載的火花點火式內(nèi)燃機中，能夠使理論熱效率極高，伴隨與此，燃料消耗率得到大
幅改善。專利文獻I :日本特開2007-303423號公報專利文獻2 :日本特開昭62-085142號公報專利文獻3 日本實開昭56-122735號公報專利文獻4 日本特開2002-256950號公報專利文獻5 日本特開2002-349304號公報專利文獻6 :日本特開2005-127216號公報然而，在專利文獻I所記載的火花點火式內(nèi)燃機中，內(nèi)燃機負荷越低，則越使機械壓縮比増大。但是，在可變壓縮比機構(gòu)中，并不能夠使機械壓縮比無限制地增高，因燃燒室5的構(gòu)造的原因，無法使機械壓縮比高于某一一定的機械壓縮比(極限機械壓縮比)。因此，在上述火花點火式內(nèi)燃機中，在負荷低于機械壓縮比達到極限機械壓縮比時的內(nèi)燃機負荷的區(qū)域中，機械壓縮比被保持在極限機械壓縮比。 并且，在專利文獻I所記載的火花點火式內(nèi)燃機中，主要通過改變進氣門的閉閥正時來對朝燃燒室內(nèi)供給的進氣量進行控制，因此，內(nèi)燃機負荷越低，則進氣門的閉閥正時越是朝遠離進氣下死點的方向滯后。然而，當(dāng)內(nèi)燃機負荷變低而應(yīng)當(dāng)朝燃燒室內(nèi)供給的進氣量減少時，根據(jù)進氣門的閉閥正時仍然無法對朝燃燒室內(nèi)供給的進氣量進行控制。因此，在負荷低于進氣門的閉閥正時達到能夠?qū)Τ紵覂?nèi)供給的進氣量進行控制的極限閉閥正時時的內(nèi)燃機負荷的區(qū)域中，利用節(jié)氣門對朝燃燒室內(nèi)供給的進氣量進行控制。這樣，在內(nèi)燃機負荷低的區(qū)域中，機械壓縮比被保持在極限機械壓縮比，并且，利用節(jié)氣門對朝燃燒室內(nèi)供給的進氣量進行控制。因此，在該區(qū)域中，無法充分地提高熱效率
發(fā)明內(nèi)容
因此，鑒于上述問題，本發(fā)明提供一種即便是在內(nèi)燃機負荷低的區(qū)域中也能夠?qū)崿F(xiàn)高的熱效率的火花點火式內(nèi)燃機。作為用于解決上述課題的手段，本發(fā)明提供權(quán)利要求 書的各項權(quán)利要求所記載的內(nèi)燃機的控制裝置。在本發(fā)明的第一方式中，火花點火式內(nèi)燃機具備多個氣缸，能夠使這些氣缸中的一部分氣缸中的燃燒停止，其中，上述火花點火式內(nèi)燃機具備可變壓縮比機構(gòu)，該可變壓縮比機構(gòu)能夠變更機械壓縮比；以及可變氣門正時機構(gòu)，該可變氣門正時機構(gòu)能夠?qū)M氣門的閉閥正時進行控制，當(dāng)使一部分氣缸停止時或者使停止氣缸增加時，使進氣門的閉閥正時朝接近進氣下死點側(cè)的方向移動，并且使工作中的氣缸的機械壓縮比降低。在本發(fā)明的第二方式中，當(dāng)使上述一部分氣缸停止時或者使停止氣缸增加時，使節(jié)氣門的開度増大。在本發(fā)明的第三方式中，當(dāng)使上述一部分氣缸停止時或者使停止氣缸增加時，使工作中的氣缸的實際壓縮比増大。在本發(fā)明的第四方式中，當(dāng)使上述一部分氣缸停止時或者使停止氣缸增加時，在開始由可變壓縮比機構(gòu)進行的使工作中的氣缸的機械壓縮比下降的下降動作之后，開始由可變氣門正時機構(gòu)進行的對進氣門的閉閥正時的移動。在本發(fā)明的第五方式中，當(dāng)內(nèi)燃機負荷低于切換負荷時，該火花點火式內(nèi)燃機進行使一部分氣缸停止的減缸運轉(zhuǎn)，當(dāng)內(nèi)燃機負荷在切換負荷以上時，該火花點火式內(nèi)燃機進行使所有的氣缸工作的全缸運轉(zhuǎn)，在內(nèi)燃機負荷低于切換負荷時，隨著內(nèi)燃機負荷朝低于切換負荷的規(guī)定負荷降低，使機械壓縮比増大并使實際壓縮比保持恒定。在本發(fā)明的第六方式中，上述規(guī)定負荷是隨著內(nèi)燃機負荷從切換負荷降低而使機械壓縮比増大的情況下，當(dāng)機械壓縮比達到最大機械壓縮比時的內(nèi)燃機負荷。在本發(fā)明的第七方式中，上述切換負荷是最大內(nèi)燃機負荷的一半以下的負荷。在本發(fā)明的第八方式中，在進行全缸運轉(zhuǎn)時，上述切換負荷在熱效率最大的負荷以下，在進行減缸運轉(zhuǎn)時，上述切換負荷在熱效率最大的負荷以上。在本發(fā)明的第九方式中，上述切換負荷是進行減缸運轉(zhuǎn)時的熱效率和進行全缸運轉(zhuǎn)時的熱效率相等時的負荷。以下，根據(jù)附圖和本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的記載，能夠更充分地理解本發(fā)明。


圖I是火花點火式內(nèi)燃機的整體圖。圖2是可變壓縮比機構(gòu)的分解立體圖。圖3是粗略地示出的內(nèi)燃機的側(cè)視剖視圖。圖4是示出可變氣門正時機構(gòu)的圖。圖5是示出進氣門以及排氣門的升程量的圖。圖6是用于對機械壓縮比、實際壓縮比以及膨脹比進行說明的圖。圖7是示出理論熱效率與膨脹比之間的關(guān)系的圖。圖8是用于對通常的循環(huán)以及超高膨脹比循環(huán)進行說明的圖。圖9是示出與內(nèi)燃機負荷相應(yīng)的機械壓縮比等的變化的圖。
圖10是將圖9的低負荷區(qū)域放大后的圖。圖11是示出本實施方式的火花點 火式內(nèi)燃機的運轉(zhuǎn)控制的控制程序的流程圖。
具體實施例方式以下，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行詳細說明。另外，在以下的說明中，對同樣的構(gòu)成要素賦予同一參考標號。圖I中示出火花點火式內(nèi)燃機的側(cè)視剖視圖。參照圖I, I表不曲軸箱,2表不氣缸體,3表不氣缸蓋,4表不活塞,5表不燃燒室，6表不配置于燃燒室5的頂面中央部的火花塞,7表不進氣門，8表不進氣ロ，9表不排氣門，10表示排氣ロ。進氣ロ 8經(jīng)由進氣支管11連結(jié)于浪涌調(diào)整槽12，在各進氣支管11分別配置有用于朝對應(yīng)的進氣ロ 8內(nèi)噴射燃料的燃料噴射閥13。另外，燃料噴射閥13也可以代替安裝于各進氣支管11而配置在各燃燒室5內(nèi)。浪涌調(diào)整槽12經(jīng)由進氣道14連結(jié)于空氣濾清器15，在進氣道14內(nèi)配置有由致動器16驅(qū)動的節(jié)氣門17和使用例如熱線的進氣量檢測器18。另ー方面，排氣ロ 10經(jīng)由排氣歧管19與內(nèi)置有例如三元催化劑的催化轉(zhuǎn)換器20連結(jié)，在排氣歧管19內(nèi)配置有空燃比傳感器21。另ー方面，在圖I所示的實施方式中，在曲軸箱I與氣缸體2之間的連結(jié)部設(shè)置有可變壓縮比機構(gòu)A，此外，還設(shè)置有可變氣門正時機構(gòu)B，上述可變壓縮比機構(gòu)A能夠通過使曲軸箱I和氣缸體2的在氣缸軸線方向的相對位置變化而變更當(dāng)活塞4位于壓縮上死點時的燃燒室5的容積，上述可變氣門正時機構(gòu)B能夠?qū)M氣門7的閉閥正時進行控制。電子控制単元30由數(shù)字計算機構(gòu)成，且具備由雙向總線31相互連接的ROM(只讀存儲器)32、RAM (隨機訪問存儲器)33、CPU (微處理器)34、輸入端ロ 35以及輸出端ロ 36。進氣量檢測器18的輸出信號、空燃比傳感器21的輸出信號經(jīng)由各自對應(yīng)的AD轉(zhuǎn)換器37輸入至輸入端ロ 35。并且，在加速踏板40連接有產(chǎn)生與加速踏板40的踩踏量成比例的輸出電壓的負荷傳感器41，負荷傳感器41的輸出電壓經(jīng)由對應(yīng)的AD轉(zhuǎn)換器37輸入至輸入端ロ 35。此外，在輸入端ロ 35連接有曲軸轉(zhuǎn)角傳感器42，該曲軸轉(zhuǎn)角傳感器42在曲軸每轉(zhuǎn)過例如10°時即產(chǎn)生輸出脈沖。另ー方面，輸出端ロ 36經(jīng)由對應(yīng)的驅(qū)動回路38連接于火花塞6、燃料噴射閥13、節(jié)氣門驅(qū)動用的致動器16、可變壓縮比機構(gòu)A以及可變氣門正時機構(gòu)B。本實施方式的內(nèi)燃機是直列四缸式的內(nèi)燃機，能夠切換成使四個氣缸全都工作的全缸運轉(zhuǎn)、和僅使四個氣缸中的兩個氣缸工作而使其余的兩個氣缸停止的減缸運轉(zhuǎn)。在本實施方式中，在減缸運轉(zhuǎn)時的兩個停止中的氣缸中，并不進行從燃料噴射閥13噴射燃料的燃料噴射，由此使燃燒室5內(nèi)的燃燒停止。然而，即便是在停止中的氣缸中，也與其他的エ作中的兩個氣缸同樣進行進氣門7以及排氣門9的開閉。因而，在本實施方式中，可以說在減缸運轉(zhuǎn)時，針對所有的氣缸以同樣的正時進行進氣門7的開閉，但僅針對工作中的氣缸進行從燃料噴射閥13噴射燃料的燃料噴射。另外，在本實施方式中，作為內(nèi)燃機使用直列四缸式的內(nèi)燃機，但只要是具備多個氣缸的內(nèi)燃機即可，可以使用直列六缸內(nèi)燃機、V型排列八缸內(nèi)燃機等任意的內(nèi)燃機。并且，在本實施方式中，在減缸運轉(zhuǎn)時使兩個氣缸中的燃燒停止，但只要僅使所有氣缸中的一部分氣缸的燃燒停止即可，可以使幾個氣缸的燃燒停止。此外，在本實施方式中，在減缸運轉(zhuǎn)時，針對停止中的氣缸也與其他的工作中的氣缸同樣進行進氣門7以及排氣門9的開閉。然而，也可以是針對停止中的氣缸，除了使燃燒停止之外，也使進氣門7、排氣門9的動作停止，將 進氣門7、排氣門9維持在關(guān)閉狀態(tài)。作為這樣針對停止中的氣缸將進氣門7等維持在關(guān)閉狀態(tài)的方法，例如可以考慮如下方法作為可變氣門正時機構(gòu)B使用能夠任意地對進氣門7的開閉進行控制的電磁驅(qū)動閥從而針對停止中的氣缸使進氣門7不會打開，或者，作為內(nèi)燃機使用V型的內(nèi)燃機而在減缸運轉(zhuǎn)時針對一方的氣缸組的所有氣缸使該氣缸組的凸輪軸在進氣門7關(guān)閉的位置停止。圖2示出圖I所示的可變壓縮比機構(gòu)A的分解立體圖，圖3示出粗略地表示的內(nèi)燃機的側(cè)視剖視圖。參照圖2，在氣缸體2的兩側(cè)壁的下方形成有相互隔開間隔的多個突出部50，在各突出部50內(nèi)分別形成有截面呈圓形的凸輪插入孔51。另ー方面，在曲軸箱I的上壁面上形成有相互隔開間隔且嵌合在各自所對應(yīng)的突出部50之間的多個突出部52，在這些各突出部52內(nèi)也分別形成有截面呈圓形的凸輪插入孔53。如圖2所示，設(shè)置有ー對凸輪軸54、55，在各凸輪軸54、55上以之間空余ー個位置的方式固定有圓形凸輪58，該圓形凸輪58以能夠旋轉(zhuǎn)的方式插入于各凸輪插入孔51內(nèi)。這些圓形凸輪58的軸線與各凸輪軸54、55的旋轉(zhuǎn)軸線共軸。另ー方面，如圖3所示，在各圓形凸輪58之間延伸有相對于各凸輪軸54、55的旋轉(zhuǎn)軸線偏心配置的偏心軸57，在該偏心軸57上以能夠偏心地旋轉(zhuǎn)的方式安裝有另外的圓形凸輪56。如圖2所示，這些圓形凸輪56配置在各圓形凸輪58的兩側(cè)，這些圓形凸輪56以能夠旋轉(zhuǎn)的方式插入于對應(yīng)的各凸輪插入孔51內(nèi)。從圖3(A)所示的狀態(tài)使固定于各凸輪軸54、55上的圓形凸輪58如圖3(A)中以箭頭所示那樣相互朝相反方向旋轉(zhuǎn)時，偏心軸57朝相互離開的方向移動，因此，圓形凸輪56在凸輪插入孔51內(nèi)朝與圓形凸輪58相反方向旋轉(zhuǎn)，如圖3(B)所示，如圖3(B)所示，偏心軸57的位置從高位置變成中間高度位置。接著，當(dāng)進ー步使圓形凸輪58朝箭頭所示的方向旋轉(zhuǎn)時，如圖3(C)所示，偏心軸57成為最低位置。另外，在圖3(A)、圖3(B)、圖3 (C)中示出了各個狀態(tài)下的圓形凸輪58的中心a、偏心軸57的中心b、圓形凸輪56的中心c之間的位置關(guān)系。對圖3(A)至圖3(C)進行比較可知，曲軸箱I與氣缸體2之間的相對位置由圓形凸輪58的中心a與圓形凸輪56的中心c之間的距離確定，圓形凸輪58的中心a與圓形凸輪56的中心c之間的距離越大，則氣缸體2越是遠離曲軸箱I。即，可變壓縮比機構(gòu)A利用使用旋轉(zhuǎn)的凸輪的曲軸機構(gòu)使曲軸箱I與氣缸體2之間的相對位置變化。當(dāng)氣缸體2從曲軸箱I離開時，活塞4位于壓縮上死點時的燃燒室5的容積増大，因而，通過使各凸輪軸54,55旋轉(zhuǎn)，能夠變更活塞4位于壓縮上死點時的燃燒室5的容積。如圖2所示，為了使各凸輪軸54、55分別朝相反方向旋轉(zhuǎn)，在驅(qū)動馬達59的旋轉(zhuǎn)軸分別安裝有螺旋方向相反的一對蝸輪61、62，與這些蝸輪61、62嚙合的齒輪63、64分別固定于各凸輪軸54、55的端部。在本實施方式中，通過對驅(qū)動馬達59進行驅(qū)動，能夠使活塞4位于壓縮上死點時的燃燒室5的容積遍及廣范圍變更。另外，圖I至圖3所示的可變壓縮比機構(gòu)A示出一例，任何形式的可變壓縮比機構(gòu)都能使用。另ー方面，圖4示出在圖I中相對于用于驅(qū)動進氣門7的凸輪軸70設(shè)置的可變氣門正時機構(gòu)B。如圖4所示，可變氣門正時機構(gòu)B由凸輪相位變更部BI和凸輪作用角變更部B2構(gòu)成，凸輪相位變更部BI安裝于凸輪軸70的一端，用于變更凸輪軸70的凸輪的相位，凸輪作用角變更部B2配置在凸輪軸70與進氣門7的 氣門挺桿26之間，將凸輪軸70的凸輪的作用角變更成不同的作用角并傳遞至進氣門7。另外，對于凸輪作用角變更部B2，在圖4中以側(cè)視剖視圖和俯視圖示出。首先，最初對可變氣門正時機構(gòu)B的凸輪相位變更部BI進行說明，該凸輪相位變更部BI具備正時帶輪71，利用內(nèi)燃機的曲軸經(jīng)由正時皮帶使該正時帶輪71朝箭頭方向旋轉(zhuǎn)；圓筒狀殼體72，該圓筒狀殼體72與正時帶輪71—起旋轉(zhuǎn)；旋轉(zhuǎn)軸73，該旋轉(zhuǎn)軸73與凸輪軸70 —起旋轉(zhuǎn)，且能夠相對于圓筒狀殼體72相對旋轉(zhuǎn)；多個分隔壁74，這些分隔壁74從圓筒狀殼體72的內(nèi)周面延伸到旋轉(zhuǎn)軸73的外周面；以及葉片75，葉片75在各分隔壁74之間從旋轉(zhuǎn)軸73的外周面延伸到圓筒狀殼體72的內(nèi)周面，在各葉片75的兩側(cè)分別形成有提前角用液壓室76和滯后角用液壓室77。向各液壓室76、77供給工作油的供給控制由工作油供給控制閥78進行。該工作油供給控制閥78具備分別連結(jié)于各液壓室76、77的液壓ロ 79、80 ;從液壓泵81排出的エ作油的供給ロ 82 ;—對排泄ロ 83、84 ;以及用于進行各ロ 79、80、82、83、84之間的連通遮斷的滑閥85。當(dāng)應(yīng)當(dāng)使凸輪軸70的凸輪的相位提前時，在圖4中，使滑閥85朝下方移動，從供給ロ 82供給的工作油經(jīng)由液壓ロ 79被供給到提前角用液壓室76，并且滯后角用液壓室77內(nèi)的工作油從排泄ロ 84被排出。此時，使旋轉(zhuǎn)軸73相對于圓筒狀殼體72朝箭頭X方向相對旋轉(zhuǎn)。與此相対，當(dāng)應(yīng)當(dāng)使凸輪軸70的凸輪的相位滯后時，在圖4中，使滑閥85朝上方移動，從供給ロ 82供給的工作油經(jīng)由液壓ロ 80被供給到滯后角用液壓室77，并且提前角用液壓室76內(nèi)的工作油從排泄ロ 83被排出。此時，使旋轉(zhuǎn)軸73相對于圓筒狀殼體72朝與箭頭X相反方向相對旋轉(zhuǎn)。當(dāng)使旋轉(zhuǎn)軸73相對于圓筒狀殼體72相對旋轉(zhuǎn)時，若滑閥85返回圖4所示的中立位置則使旋轉(zhuǎn)軸73的相對旋轉(zhuǎn)動作停止，旋轉(zhuǎn)軸73被保持在此時的相對旋轉(zhuǎn)位置。因而，能夠利用凸輪相位變更部BI如圖5(A)所示使凸輪軸70的凸輪的相位提前或者滯后期望的量。即，能夠利用凸輪相位變更部BI使進氣門7的開閥正時任意地提前或者滯后。其次，對可變氣門正時機構(gòu)B的凸輪作用角變更部B2進行說明，該凸輪作用角變更部B2具備控制桿90，該控制桿90與凸輪軸70平行地并列配置，且利用致動器91使該控制桿90沿軸線方向移動；中間凸輪94，該中間凸輪94與凸輪軸70的凸輪92卡合，且以能夠滑動的方式與形成在控制桿90上的沿軸線方向延伸的花鍵93嵌合；以及擺動凸輪96，該擺動凸輪96與氣門挺桿26卡合以便對進氣門7進行驅(qū)動，并且，以能夠滑動的方式與形成在控制桿90上的呈螺旋狀延伸的花鍵95嵌合，在擺動凸輪96上形成有凸輪97。當(dāng)凸輪軸70旋轉(zhuǎn)時，利用凸輪92使中間凸輪94始終以恒定的角度擺動，此吋，使擺動凸輪96也以恒定的角度擺動。另ー方面，中間凸輪94以及擺動凸輪96被支承為不能沿控制桿90的軸線方向移動，因而，當(dāng)利用致動器91使控制桿90沿軸線方向移動時，使擺動凸輪96相對于中間凸輪94相對旋轉(zhuǎn)。當(dāng)因中間凸輪94與擺動凸輪96之間的相對旋轉(zhuǎn)位置關(guān)系而在凸輪軸70的凸輪92開始與中間凸輪94卡合時擺動凸輪96的凸輪97開始與氣門挺桿26卡合的情況下，如圖5(B)中以a所示那樣進氣門7 的開閥期間以及升程最大。與此相對，當(dāng)利用致動器91使擺動凸輪96相對于中間凸輪94朝圖4的箭頭Y方向相對旋轉(zhuǎn)時，在凸輪軸70的凸輪92與中間凸輪94卡合之后，稍后擺動凸輪96的凸輪97與氣門挺桿26卡合。在該情況下，如圖5(B)中以b所示那樣進氣門7的開閥期間以及升程量小于a的情況下的開閥期間以及升程量。當(dāng)使擺動凸輪96相對于中間凸輪94朝圖4的箭頭Y方向進ー步相對旋轉(zhuǎn)吋，如圖5(B)中以c所示那樣進氣門7的開閥期間以及升程量變得更小。S卩，通過利用致動器91變更中間凸輪94和擺動凸輪96的相對旋轉(zhuǎn)位置，能夠任意地改變進氣門7的開閥期間(作用角)。但是，在該情況下，進氣門7的開閥期間越短，進氣門7的升程量越小。這樣，由于能夠利用凸輪相位變更部BI任意地變更進氣門7的開閥正時，能夠利用凸輪作用角變更部B2任意地變更進氣門7的開閥期間，因此能夠利用凸輪相位變更部BI和凸輪作用角變更部B2雙方、即利用可變氣門正時機構(gòu)B任意地變更進氣門7的開閥正時和開閥期間、即進氣門7的開閥正時和閉閥正吋。另外，圖I以及圖4所示的可變氣門正時機構(gòu)B示出一例，能夠采用圖I以及圖4所示的例子以外的各種形式的可變氣門正時機構(gòu)。特別是在本發(fā)明的實施方式中，只要是能夠變更進氣門7的閉閥正時的可變閉閥正時機構(gòu)即可，可以使用任何形式的機構(gòu)。并且，相對于排氣門9也可以設(shè)置與進氣門7的可變氣門正時機構(gòu)B同樣的可變氣門正時機構(gòu)。其次，參照圖6對在本申請中使用的用語的意思進行說明。另外，圖6 (A)、(B)、(C)中，為了進行說明而示出了燃燒室容積為50ml且活塞的行程容積為500ml的發(fā)動機，在圖6(A)、(B)、(C)中，燃燒室容積表示活塞位于壓縮上死點時的燃燒室的容積。圖6(A)對機械壓縮比進行說明。機械壓縮比是僅根據(jù)壓縮行程時的活塞的行程容積和燃燒室容積機械地確定的值，該機械壓縮比以(燃燒室容積+行程容積)/燃燒室容積表示。在圖6(A)所示的例子中，該機械壓縮比為(50ml+500ml)/50ml = 11。圖6(B)對實際壓縮比進行說明。該實際壓縮比是根據(jù)從實際開始壓縮作用時開始直到活塞到達上死點為止的實際的活塞行程容積與燃燒室容積確定的值，該實際壓縮比以(燃燒室容積+實際的行程容積)/燃燒室容積表示。即，如圖6(B)所示，在壓縮行程中，即便活塞開始上升，在進氣門開閥的期間并不進行壓縮作用，從進氣門閉閥開始才開始進行實際的壓縮作用。因而，實際壓縮比使用實際的行程容積以上述方式表示。在圖6(B)所示的例子中，實際壓縮比為(50ml+450ml)/50ml = 10。圖6(C)對膨脹比進行說明。膨脹比是根據(jù)膨脹行程時的活塞的行程容積與燃燒室容積確定的值，該膨脹比以(燃燒室容積+行程容積)/燃燒室容積表示。在圖6(C)所示的例子中，該膨脹比為(50ml+500ml)/50ml = 11。其次，參照圖7以及圖8對在本發(fā)明中使用的超高膨脹比循環(huán)進行說明。另外，圖7示出理論熱效率與膨脹比之間的關(guān)系，圖8示出在本發(fā)明中根據(jù)載荷不同而區(qū)分使用的通常的循環(huán)和超高膨脹比循環(huán)之間的比較。圖8(A)示出進氣門在下死點附近閉閥，從大致壓縮下死點附近起開始進行基于活塞的壓縮作用的情況下的通常的循環(huán)。在該圖8(A)所示的例子中，與圖6(A)、(B)、(C)所示的例子同樣，燃燒室容積設(shè)定成50ml，活塞的行程容積設(shè)定成500ml。從圖8(A)可知，在通常的循環(huán)中，機械壓縮比為(50ml+500ml)/50ml = 11，實際壓縮比也大致為11，膨脹比也為(50ml+500ml)/50ml = 11。即，在通常的內(nèi)燃機中，機械壓縮比、實際壓縮比、膨脹比大
致相等。圖7的實線示出實際壓縮比與膨脹比大致相等的情況下、即通常的循環(huán)中的理論熱效率的變化?？芍谠撉?況下，膨脹比越大、即實際壓縮比越高，則理論熱效率越高。因而，在通常的循環(huán)中，為了提高理論熱效率，只要提高實際壓縮比即可。然而，因內(nèi)燃機高負荷運轉(zhuǎn)時的爆震的產(chǎn)生的制約，實際壓縮比最大也只能提高到12左右，這樣，在通常的循環(huán)中無法充分地提高理論熱效率。另ー方面，在這種狀況下，研究嚴格地區(qū)分機械壓縮比和實際壓縮比從而提高理論熱效率，結(jié)果發(fā)現(xiàn)理論熱效率由膨脹比支配，實際壓縮比幾乎不會對理論熱效率造成影響。即，如果提高實際壓縮比，則爆發(fā)カ提高，但為了進行壓縮需要大的能量，這樣，即便提高實際壓縮比，理論熱效率也幾乎不會增高。與此相對，如果增大膨脹比，則膨脹行程時相對于活塞作用有下壓カ的期間變長，這樣，活塞對曲軸賦予旋轉(zhuǎn)カ的期間變長。因而，膨脹比越大則理論熱效率越高。圖7的虛線e =10示出在將實際壓縮比固定于10的狀態(tài)下提高膨脹比的情況下的理論熱效率?？芍赃@種方式在將實際壓縮比維持于較低值的狀態(tài)下提高膨脹比時的理論熱效率的上升量、與如圖7的實線所示使實際壓縮比和膨脹比一起増大的情況下的理論熱效率的上升量并無大的差異。如果以這種方式將實際壓縮比維持于較低值則不會發(fā)生爆震，因而，如果在將實際壓縮比維持于較低值的狀態(tài)下提高膨脹比，則能夠阻止發(fā)生爆震且能夠大幅地提高理論熱效率。圖8(B)示出使用可變壓縮比機構(gòu)A以及可變氣門正時機構(gòu)B將實際壓縮比維持于較低值并提高膨脹比的情況的一例。參照圖8(B)，在該例中，利用可變壓縮比機構(gòu)A使燃燒室容積從50ml減少到20ml。另ー方面，利用可變氣門正時機構(gòu)B使進氣門的閉閥正時延遲，直到實際的活塞行程容積從500ml減少到200ml。結(jié)果，在該例中，實際壓縮比為(20ml+200ml)/20ml = 11，膨脹比為(20ml+500ml)/20ml = 26。在圖8(A)所示的通常的循環(huán)中，如前面所述,實際壓縮比大致為11，膨脹比為11，與該情況比較可知在圖8(B)所示的情況下，僅膨脹比提高至26。因此，將圖8(B)所示的循環(huán)稱作超高膨脹比循環(huán)。如前面所述，一般而言，在內(nèi)燃機中，內(nèi)燃機負荷越低則熱效率越差，因而，為了提高車輛行駛時的熱效率、即為了提高燃料利用率，需要提高內(nèi)燃機低負荷運轉(zhuǎn)時的熱效率。另ー方面，在圖8(B)所示的超高膨脹比循環(huán)中，壓縮行程時的實際的活塞行程容積變小，因此能夠吸入到燃燒室5內(nèi)的進氣量變少，因而，該超高膨脹比循環(huán)僅能在內(nèi)燃機負荷比較低時采用。因而，在本發(fā)明中，在內(nèi)燃機低負荷運轉(zhuǎn)時設(shè)定成圖8(B)所示的超高膨脹比循環(huán)，在內(nèi)燃機高負荷運轉(zhuǎn)時設(shè)定成圖8(A)所示的通常的循環(huán)。其次，參照圖9以及圖10對運轉(zhuǎn)控制進行全面說明。圖9以及圖10示出與某一內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速下的內(nèi)燃機負荷相應(yīng)的運轉(zhuǎn)切換狀態(tài)、機械壓縮比、進氣門7的閉閥正時、實際壓縮比、節(jié)氣門17的開度、每ー氣缸的進氣量以及凈熱效率的各自的變化。圖10示出圖9的整個負荷區(qū)域中的內(nèi)燃機負荷低的區(qū)域的各變化。另夕卜，圖中的實線以及虛線X示出進行全缸運轉(zhuǎn)的情況下的凈熱效率，圖中的實線以及虛線Y示出進行減缸運轉(zhuǎn)的情況下的凈熱效率。并且，在圖示的例子中，基于空燃比傳感器21的輸出信號對燃燒室5內(nèi)的平均空燃比進行反饋控制，使其成為理論空燃比，以便能夠利用催化轉(zhuǎn)換器20內(nèi)的三元催化劑同時減少廢氣中的未燃燒烴(未燃燒HC)、一氧化碳(CO)以及氮氧化物(NOx)。從圖9以及圖10可知在本實施方式的火花點火式內(nèi)燃機中，當(dāng)內(nèi)燃機負荷高于L3時進行全缸運轉(zhuǎn)，當(dāng)內(nèi)燃機負荷低于L3時進行減缸運轉(zhuǎn)。即，在本實施方式的火花點火式內(nèi)燃機中，在內(nèi)燃機負荷L3前后使內(nèi)燃機的運轉(zhuǎn)在全缸運轉(zhuǎn)與減缸運轉(zhuǎn)間切換。因此，以下，將與內(nèi)燃機負荷相應(yīng)的控制分成如下控制進行說明內(nèi)燃機負荷高于L3而進行全缸運轉(zhuǎn)時的控制；內(nèi)燃機負荷為L3時進行的全 缸運轉(zhuǎn)與減缸運轉(zhuǎn)的切換時的控制；以及內(nèi)燃機負荷低于L3而進行減缸運轉(zhuǎn)時的控制。首先，對內(nèi)燃機負荷高于L3而進行全缸運轉(zhuǎn)時的控制進行說明。如上所述，在內(nèi)燃機高負荷運轉(zhuǎn)時，執(zhí)行圖8(A)所示的通常的循環(huán)。因而，如圖9所示，在內(nèi)燃機高負荷運轉(zhuǎn)時機械壓縮比低，因此膨脹比低，且進氣門7的閉閥正時提前。并且，此時進氣量多，此時節(jié)氣門17的開度被保持在全開或者大致全開狀態(tài)。另外，由于這樣節(jié)氣門17的開度被保持在全開或者大致全開狀態(tài)，因此泵浦損失大致為零。另ー方面，當(dāng)如圖9所示內(nèi)燃機負荷變低時，伴隨與此，進氣門7的閉閥正時延遲以減少進氣量。并且，此時，實際壓縮比保持大致恒定，如圖9所示隨著內(nèi)燃機負荷變低而機械壓縮比増大，因而，隨著內(nèi)燃機負荷變低膨脹比也増大。另外，此時節(jié)氣門17被保持在全開或者大致全開狀態(tài)，因而，朝燃燒室5內(nèi)供給的進氣量并非由節(jié)氣門17控制而是通過改變進氣門7的閉閥正時來進行控制。此時節(jié)氣門17也被保持在全開或者大致全開狀態(tài)，因此泵浦損失大致為零。并且，此時，實際壓縮比在不會發(fā)生爆震的范圍內(nèi)被保持在最高值
e cho這樣，當(dāng)從內(nèi)燃機高負荷運轉(zhuǎn)狀態(tài)起內(nèi)燃機負荷變低時，在實際壓縮比大致恒定的基礎(chǔ)上，隨著進氣量減少而使機械壓縮比増大。即，與進氣量的減少成比例地使活塞4到達壓縮上死點時的燃燒室5的容積減少。因而，活塞4到達壓縮上死點時的燃燒室5的容積與進氣量成比例地變化。另外，由于此時燃燒室5內(nèi)的空燃比為理論空燃比，因此活塞4到達壓縮上死點時的燃燒室5的容積與燃料量成比例地變化。 當(dāng)內(nèi)燃機負荷進一步降低時,使機械壓縮比進ー步増大，當(dāng)內(nèi)燃機負荷降低至略靠低負荷側(cè)的中等負荷L1時，機械壓縮比達到成為燃燒室5的構(gòu)造上極限的極限機械壓縮比。進而，在負荷低于機械壓縮比達到極限機械壓縮比時的內(nèi)燃機負荷L1且負荷高于內(nèi)燃機負荷L3的區(qū)域中，機械壓縮比被保持在極限機械壓縮比。因而，在負荷低于內(nèi)燃機負荷L1且負荷高于內(nèi)燃機負荷L3的的區(qū)域，機械壓縮比最大，膨脹比也最大。換言之，在負荷低于內(nèi)燃機負荷L1且負荷高于內(nèi)燃機負荷L3的區(qū)域中機械壓縮比最大，以能夠得到最大的膨脹比。當(dāng)內(nèi)燃機負荷從機械壓縮比達到極限機械壓縮比時的內(nèi)燃機負荷L1進ー步降低時，機械壓縮比被保持在極限機械壓縮比，且進氣門7的閉閥正時延遲。因此，隨著內(nèi)燃機負荷從機械壓縮比達到極限機械壓縮比時的內(nèi)燃機負荷L1降低，使實際壓縮比降低。并且，在圖9以及圖10所示的例子中，隨著內(nèi)燃機負荷從內(nèi)燃機高負荷運轉(zhuǎn)狀態(tài)降低而進氣門7的閉閥正時延遲，當(dāng)內(nèi)燃機負荷降低至低于機械壓縮比達到極限機械壓縮比時的內(nèi)燃機負荷L1的L2吋，進氣門7的閉閥正時成為能夠?qū)Τ紵?內(nèi)供給的進氣量進行控制的極限閉閥正吋。進而，在負荷低于進氣門7的閉閥正時達到極限閉閥正時時的內(nèi)燃機負荷L2且負荷高于內(nèi)燃機負荷L3的區(qū)域中，進氣門7的閉閥正時被保持在極限閉閥正吋。這樣，在負荷低于進氣門7的閉閥正時達到極限閉閥正時時的內(nèi)燃機負荷L2的區(qū)域中，機械壓縮比被保持在極限機械壓縮比，并且進氣門7的閉閥正時被保持在極限閉閥正吋。因而，在該區(qū)域中，實際壓縮比 保持大致恒定。即，在圖9以及圖10所示的例子中，在負荷高于機械壓縮比達到極限機械壓縮比時的內(nèi)燃機負荷L1的區(qū)域、和負荷低于進氣門7的閉閥正時達到極限閉閥正時時的內(nèi)燃機負荷L2且高于內(nèi)燃機負荷L3的區(qū)域中，在各區(qū)域內(nèi)實際壓縮比保持大致恒定，并且，在內(nèi)燃機負荷為L1和內(nèi)燃機負荷L2之間的區(qū)域中，隨著內(nèi)燃機負荷降低而使實際壓縮比降低。另ー方面，如果進氣門7的閉閥正時被保持在極限閉閥正時，則仍然無法通過進氣門7的閉閥正時的變化來對進氣量進行控制。在圖9以及圖10所示的例子中，在負荷低于此時、即進氣門7的閉閥正時達到極限閉閥正時時的內(nèi)燃機負荷L2的區(qū)域中，利用節(jié)氣門17對朝燃燒室5內(nèi)供給的進氣量進行控制。但是，當(dāng)進行基于進氣門17的進氣量的控制時，泵浦損失増大。其次，對內(nèi)燃機負荷為L3時進行的全缸運轉(zhuǎn)和減缸運轉(zhuǎn)的切換時的控制進行說明。如上所述，當(dāng)內(nèi)燃機負荷比L3略高時，機械壓縮比被保持在極限機械壓縮比，并且進氣門7的閉閥正時被保持在極限閉閥正吋。并且，實際壓縮比設(shè)定成低于內(nèi)燃機高負荷運轉(zhuǎn)時的實際壓縮比e Ch的壓縮比e Cl，節(jié)氣門17的開度成為關(guān)閉一定程度的開度。當(dāng)從這種狀態(tài)開始內(nèi)燃機負荷下降而達到L3從而內(nèi)燃機的運轉(zhuǎn)從全缸運轉(zhuǎn)朝減缸運轉(zhuǎn)切換時，工作氣缸數(shù)減少，因此需要使單個氣缸的進氣量増大。因此，使節(jié)氣門17的開度増大。特別地，在圖9以及圖10所示的例子中，節(jié)氣門17的開度從關(guān)閉一定程度的開度變成全開或者大致全開狀態(tài)。并且，為了增大單個氣缸的進氣量，使進氣門7的閉閥正時從極限閉閥正時朝進氣下死點側(cè)、即提前角側(cè)移動。另外，對于此時的進氣門的閉閥正時，朝工作氣缸的燃燒室5內(nèi)供給的進氣量設(shè)定成即便使工作氣缸數(shù)減少，也能夠產(chǎn)生與工作氣缸數(shù)減少之前同等程度的輸出或者扭矩的量。這樣，通過伴隨著內(nèi)燃機的運轉(zhuǎn)的切換而增大進氣門17的開度且使進氣門的閉閥正時提前，能夠使朝燃燒室5內(nèi)供給的進氣量適當(dāng)，因此能夠在內(nèi)燃機的運轉(zhuǎn)切換的前后抑制輸出或者扭矩的變動。并且，如圖9以及圖10所示，當(dāng)內(nèi)燃機的運轉(zhuǎn)從全缸運轉(zhuǎn)切換至減缸運轉(zhuǎn)時，使機械壓縮比降低。此處，如上所述，當(dāng)內(nèi)燃機的運轉(zhuǎn)從全缸運轉(zhuǎn)切換至減缸運轉(zhuǎn)時，使進氣門7的閉閥正時提前。此時，如果將機械壓縮比保持為極限機械壓縮比不變，則實際壓縮比會增高而超過不發(fā)生爆震的范圍的最高值e ch，存在工作氣缸中產(chǎn)生爆震的可能性。在本實施方式中，由于在內(nèi)燃機的運轉(zhuǎn)從全缸運轉(zhuǎn)切換至減缸運轉(zhuǎn)時使機械壓縮比降低，因此能夠抑制實際壓縮比的過度増大。特別地，在本實施方式中，根據(jù)與進氣門7的閉閥正時之間的關(guān)系，以使得實際壓縮比成為不會發(fā)生爆震的范圍的最高值e ch的方式設(shè)定機械壓縮比。另外，在上述說明中，示出了內(nèi)燃機負荷從高于L3的狀態(tài)朝低于L3的狀態(tài)變化的情況下的控制，但在內(nèi)燃機負荷從低于し3的狀態(tài)朝高于L3的狀態(tài)變化的情況下進行與此相反的控制。即，在內(nèi)燃機負荷從低于L3的狀態(tài)朝高于L3的狀態(tài)變化的情況下，在使節(jié)氣門17的開度減小的同時，使進氣門7的閉閥正時朝遠離進氣下死點的方向、即滯后角側(cè)移動。此外，在使機械壓縮比提高的同吋，使實際壓縮比降低。最后，對內(nèi)燃機負荷低于L3而進行減缸運轉(zhuǎn)時的控制進行說明。如圖9以及圖10所示，當(dāng)內(nèi)燃機負荷從L3降低時，伴隨與此，進氣門7的閉閥正時延遲，以減少朝工作氣缸的燃燒室5內(nèi)供給的進氣量。并且，此時，如圖9以及圖10所示，隨著內(nèi)燃機負荷變低而機械壓縮比增大以便將實際壓縮比在e ch 保持大致恒定，因而，隨著內(nèi)燃機負荷變低，膨脹比也増大。另外，此時節(jié)氣門17被保持在全開或者大致全開狀態(tài)，因而，朝燃燒室5內(nèi)供給的進氣量并不由進氣門17控制，而是通過改變進氣門7的閉閥正時來進行控制。此時，節(jié)氣門17被保持在全開或者大致全開狀態(tài)，因此泵浦損失大致為零。當(dāng)內(nèi)燃機負荷進ー步降低時,使機械壓縮比進ー步増大，當(dāng)內(nèi)燃機負荷降低至L4時，機械壓縮比再次達到極限機械壓縮比。當(dāng)機械壓縮比達到極限機械壓縮比時，在負荷低于機械壓縮比到達極限機械壓縮比時的內(nèi)燃機負荷L4的區(qū)域中，機械壓縮比被保持在極限機械壓縮比。當(dāng)內(nèi)燃機負荷從機械壓縮比達到極限機械壓縮比時的內(nèi)燃機負荷L4進ー步降低時，機械壓縮比被保持在極限機械壓縮比，并且進氣門7的閉閥正時延遲。因此，隨著內(nèi)燃機負荷從機械壓縮比達到極限機械壓縮比時的內(nèi)燃機負荷L4降低，使實際壓縮比降低。并且，在圖9以及圖10所示的例子中，隨著內(nèi)燃機負荷從L3降低，進氣門7的閉閥正時進ー步延遲，當(dāng)內(nèi)燃機負荷降低至低于機械壓縮比達到極限機械壓縮比時的內(nèi)燃機負荷L4的L5吋，進氣門7的閉閥正時成為極限閉閥正吋。當(dāng)進氣門7的閉閥正時達到極限閉閥正時時，在負荷低于進氣門7的閉閥正時達到極限閉閥正時時的內(nèi)燃機負荷L5的區(qū)域，進氣門7的閉閥正時被保持在極限閉閥正吋。這樣，在負荷低于進氣門7的閉閥正時達到極限閉閥正時時的內(nèi)燃機負荷L5的區(qū)域中，機械壓縮比被保持在極限機械壓縮比，并且，進氣門7的閉閥正時被保持在極限閉閥正吋。因而，在該區(qū)域，實際壓縮比保持大致恒定。另ー方面，當(dāng)進氣門7的閉閥正時被保持在極限閉閥正時吋，仍然無法通過進氣門7的閉閥正時的變化來對進氣量進行控制。在圖9以及圖10所示的例子中，在負荷低于此時、即進氣門7的閉閥正時達到極限閉閥正時時的內(nèi)燃機負荷L2的區(qū)域中，利用節(jié)氣門17對朝燃燒室5內(nèi)供給的進氣量進行控制。其次，對通過進行圖9以及圖10所示的運轉(zhuǎn)控制而產(chǎn)生的效果進行說明。首先，對進行全缸運轉(zhuǎn)的情況進行說明。如圖9以及圖10所示，隨著內(nèi)燃機負荷從最高負荷朝L1降低，機械壓縮比増大，另ー方面，實際壓縮比保持大致恒定。此處，如圖7所示，即便是在將實際壓縮比維持恒定的情況下，膨脹比越高則熱效率越高。換言之，在本實施方式中，使膨脹比與機械壓縮比大致相同，因此，可以說即便在將實際壓縮比維持恒定的情況下，機械壓縮比越高則熱效率越高。結(jié)果，如圖9以及圖10中以實線X所示，當(dāng)內(nèi)燃機負荷從內(nèi)燃機高負荷運轉(zhuǎn)狀態(tài)朝L1降低吋，凈熱效率増大。另ー方面，在機械壓縮比達到極限機械壓縮比時的內(nèi)燃機負荷L1與進氣門7的閉閥正時達到極限閉閥正時時的內(nèi)燃機負荷L2之間的區(qū)域中，機械壓縮比被保持在極限機械壓縮比，并且隨著內(nèi)燃機負荷變低而使實際壓縮比降低。此處，一般地，當(dāng)實際壓縮比降低時凈熱效率也降低。并且，在該區(qū)域中，進氣門7的閉閥正時設(shè)定在比較靠滯后角側(cè)的位置，如果這樣將進氣門7的閉閥正時設(shè)定在滯后角側(cè)，則暫時流入燃燒室5內(nèi)而從燃燒室5的壁面受熱升溫而后被從燃燒室5朝進氣ロ 8內(nèi)吹回的進氣的量變多。由此，最終朝燃燒室5內(nèi)供給的進氣的溫度變高，由此，凈熱效率降低。因此，在該區(qū)域中，如圖9以及圖10中以實線X所示，隨著內(nèi)燃機負荷降低而凈熱效率降低。此外，在負荷低于進氣門7的閉閥正時達到極限閉閥正時時的內(nèi)燃機負荷L2的區(qū)域中，機械壓縮比被保持在極限機械壓 縮比，并且實際壓縮比也在eel保持大致恒定。此夕卜，伴隨著內(nèi)燃機負荷降低，節(jié)氣門17的開度變小。如上所述，當(dāng)節(jié)氣門17的開度變小吋，會發(fā)生泵浦損失，結(jié)果，凈熱效率降低。因而，在該區(qū)域中，隨著內(nèi)燃機負荷降低而凈熱效率降低。特別地，如圖9以及圖10中以虛線X所示，當(dāng)即便是在負荷低于內(nèi)燃機負荷L3的區(qū)域中也繼續(xù)進行全缸運轉(zhuǎn)的情況下，伴隨著內(nèi)燃機負荷的降低，凈熱效率持續(xù)降低。結(jié)果，可知在進行全缸運轉(zhuǎn)的情況下，當(dāng)內(nèi)燃機負荷為L1時凈熱效率達到峰值，且隨著內(nèi)燃機負荷從L1離開而凈熱效率降低。另ー方面，在進行減缸運轉(zhuǎn)的情況下，如圖9以及圖10所示，隨著內(nèi)燃機負荷從最低負荷朝L5增高而節(jié)氣門17的開度増大，另ー方面，機械壓縮比以及實際壓縮比保持大致恒定。因此，隨著內(nèi)燃機負荷增高而泵浦損失降低，因此，如圖9以及圖10中以實線Y所示，凈熱效率變高。并且，在進氣門7的閉閥正時達到極限閉閥正時時的內(nèi)燃機負荷L5與機械壓縮比達到極限機械壓縮比時的內(nèi)燃機負荷L4之間的區(qū)域中，機械壓縮比被保持在極限機械壓縮比，并且伴隨著內(nèi)燃機負荷增高而實際壓縮比増大。因此，在該區(qū)域中，如圖9以及圖10中以實線Y所示，隨著內(nèi)燃機負荷增高而凈熱效率増大。并且，在該區(qū)域中，隨著內(nèi)燃機負荷增高而使進氣門7的閉閥正時提前，結(jié)果，暫時流入燃燒室5內(nèi)后被朝進氣ロ 8內(nèi)吹回的進氣的量減少。因此，隨著內(nèi)燃機負荷增高而凈熱效率増大。另ー方面，在負荷高于機械壓縮比達到極限機械壓縮比時的內(nèi)燃機負荷L4的區(qū)域中，伴隨著內(nèi)燃機負荷增高而使機械壓縮比降低，另ー方面，實際壓縮比保持大致恒定。因而，在該區(qū)域中，隨著內(nèi)燃機負荷增高而凈熱效率降低。特別地，如圖9以及圖10中以虛線Y所示，當(dāng)在負荷高于內(nèi)燃機負荷L3的區(qū)域中也繼續(xù)進行減缸運轉(zhuǎn)的情況下，伴隨著內(nèi)燃機負荷的上升而凈熱效率持續(xù)降低。根據(jù)以上情況可知在進行減缸運轉(zhuǎn)的情況下，在內(nèi)燃機負荷為L4時凈熱效率達到峰值，且隨著內(nèi)燃機負荷從L4離開而凈熱效率降低。此處，根據(jù)圖9以及圖10可知在負荷高于內(nèi)燃機負荷L3的區(qū)域中，進行全缸運轉(zhuǎn)的情況下的凈熱效率高于進行減缸運轉(zhuǎn)的情況下的凈熱效率。另ー方面，在負荷低于內(nèi)燃機負荷L3的區(qū)域中，進行減缸運轉(zhuǎn)的情況下的凈熱效率高于進行全缸運轉(zhuǎn)的情況下的凈熱效率。在本實施方式中，如上所述，在負荷高于內(nèi)燃機負荷L3的區(qū)域中進行全缸運轉(zhuǎn)，在負荷低于內(nèi)燃機負荷L3的區(qū)域中進行減缸運轉(zhuǎn)，因此，能夠遍及整個運轉(zhuǎn)區(qū)域都使凈熱效率非常高。換言之，根據(jù)本實施方式，即便是在進行全缸運轉(zhuǎn)的情況下無法提高凈熱效率的內(nèi)燃機低負荷運轉(zhuǎn)區(qū)域中，也能夠通過進行減缸運轉(zhuǎn)而提高凈熱效率。另外，在上述實施方式中，當(dāng)內(nèi)燃機負荷成為進行全缸運轉(zhuǎn)的情況下的凈熱效率和進行減缸運轉(zhuǎn)的情況下的凈熱效率相等的負荷L3時進行全缸運轉(zhuǎn)和減缸運轉(zhuǎn)的切換。然而，全缸運轉(zhuǎn)和減缸運轉(zhuǎn)的切換并非必須在內(nèi)燃機負荷為L3時進行，只要在進行全缸運轉(zhuǎn)時凈熱效率最大的負荷L1以下、且在進行減缸運轉(zhuǎn)時凈熱效率最大的負荷L4以上進行即可。或者，全缸運轉(zhuǎn)和減缸運轉(zhuǎn)的切換只要在全缸運轉(zhuǎn)中機械壓縮比成為極限機械壓縮比的內(nèi)燃機負荷或者進氣門7的閉閥正時成為極限閉閥正時的內(nèi)燃機負荷以下、且在減缸運轉(zhuǎn)中機械壓縮比成為極限機械壓縮比的內(nèi)燃機負荷或者進氣門7的閉閥正時成為極限閉閥正時的內(nèi)燃機負荷以上進行即可。
并且，一般地，進行全缸運轉(zhuǎn)時凈熱效率最大的內(nèi)燃機負荷L1是最大內(nèi)燃機負荷的1/2左右。如上所述，全缸運轉(zhuǎn)和減缸運轉(zhuǎn)的切換在進行全缸運轉(zhuǎn)時凈熱效率最大的負荷L1以下進行，因此可以說是在最大內(nèi)燃機負荷的1/2以下進行。此外，在上述實施方式中，當(dāng)從全缸運轉(zhuǎn)變換至減缸運轉(zhuǎn)時、也就是使多個氣缸中的一部分氣缸停止時，或者從減缸運轉(zhuǎn)變換至全缸運轉(zhuǎn)時、也就是使停止的氣缸全部工作時，進行機械壓縮比等的控制。使停止氣缸增加時、例如使停止氣缸的數(shù)量從兩缸増加到四缸時，以及使停止氣缸減少時、例如使停止氣缸的數(shù)量從四缸減少至兩缸吋，同樣的控制也能夠分別應(yīng)用從全缸運轉(zhuǎn)變換至減缸運轉(zhuǎn)時的機械壓縮比等的控制、以及從減缸運轉(zhuǎn)變換至全缸運轉(zhuǎn)時的機械壓縮比等的控制。另外，在上述的例子中，機械壓縮比達到極限機械壓縮比時的內(nèi)燃機負荷L1以及L4分別設(shè)定成比進氣門7的閉閥正時達到極限閉閥正時時的內(nèi)燃機負荷L2以及L5高的負荷，但是，根據(jù)可變壓縮比機構(gòu)A、可變氣門正時機構(gòu)B的結(jié)構(gòu)不同，存在機械壓縮比達到極限機械壓縮比時的內(nèi)燃機負荷L1以及L4分別低于進氣門7達到極限閉閥正時時的內(nèi)燃機負荷L2以及L5的情況。在該情況下，在進氣門7的閉閥正時達到極限閉閥正時時的內(nèi)燃機負荷L2和機械壓縮比達到極限機械壓縮比時的內(nèi)燃機負荷L1之間的區(qū)域、以及進氣門7的閉閥正時達到極限閉閥正時時的內(nèi)燃機負荷L5和機械壓縮比達到極限機械壓縮比時的內(nèi)燃機負荷L4之間的區(qū)域中，將進氣門7的閉閥正時保持在極限閉閥正時，并且機械壓縮比也保持大致恒定。因此，在該區(qū)域中，實際壓縮比保持大致恒定。并且，當(dāng)內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速高時會在燃燒室5內(nèi)的混合氣產(chǎn)生紊流，因此難以產(chǎn)生爆震，因而，在基于本發(fā)明的實施方式中，內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速越高則實際壓縮比越高。此外，如上所述，在圖8 (B)所示的超高膨脹比循環(huán)中，膨脹比設(shè)定成26。該膨脹比越高越好，但是，從圖7可知，即便是相對于實際上能夠使用的下限實際壓縮比e =5，若膨脹比在20以上則能夠得到相當(dāng)高的理論熱效率。因而，在本發(fā)明中，可變壓縮比機構(gòu)A形成為使得膨脹比在20以上。并且，在圖9中以虛線所示的例子中，機械壓縮比與內(nèi)燃機負荷相應(yīng)地連續(xù)變化。然而，機械壓縮比也可以與內(nèi)燃機負荷相應(yīng)地階段性變化。圖11是示出本實施方式的火花點火式內(nèi)燃機的運轉(zhuǎn)控制的控制程序的流程圖。如圖11所示，首先，在步驟Sll中，判定是否處于全缸運轉(zhuǎn)中。當(dāng)在步驟Sll中判定為處于全缸運轉(zhuǎn)中的情況下，進入步驟S12。在步驟S12中，判定利用負荷傳感器41檢測出的內(nèi)燃機負荷L是否在L3以上。當(dāng)判定為內(nèi)燃機負荷L在L3以上的情況下，進入步驟S13，在步驟S13 S18中直接進行全缸運轉(zhuǎn)執(zhí)行控制(詳細情況后面說明)。另ー方面，當(dāng)在步驟S12中判定為利用負荷傳感器41檢測出的內(nèi)燃機負荷L低于L3的情況下，進入步驟S20，在步驟S20 S25中，內(nèi)燃機的運轉(zhuǎn)從全缸運轉(zhuǎn)切換至減缸運轉(zhuǎn)。在步驟S20中，使用減缸運轉(zhuǎn)用的映射圖或者計算式并利用內(nèi)燃機負荷L和基于曲軸轉(zhuǎn)角傳感器42算出的內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速算出進氣門7的目標閉閥正吋。特別地，進氣門7的目標閉閥正時設(shè)定成使得單個工作氣缸的進氣量成為合適的進氣量。從圖9以及圖10可知，此時算出的進氣門7的目標閉閥正時設(shè)定成比至此為止的閉閥正時靠提前角側(cè)的正吋。接著，在步驟S21中，使用減缸運轉(zhuǎn)用的映射圖或者計算式利用內(nèi)燃機負荷L和內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速算出節(jié)氣門17的目標開度。從圖9以 及圖10可知，此時算出的節(jié)氣門17的目標開度大于至此為止的節(jié)氣門17的開度，例如設(shè)定成全開。接著，在步驟S22中，使用減缸運轉(zhuǎn)用的映射圖或者計算式利用內(nèi)燃機負荷L和內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速算出目標機械壓縮比。特別地，目標機械壓縮比根據(jù)與進氣門7的目標閉閥正時之間的關(guān)系設(shè)定，使得工作氣缸的實際壓縮比成為合適的實際壓縮比。從圖9以及圖10可知，此時算出的目標機械壓縮比低于至此為止的機械壓縮比。在步驟S23中，執(zhí)行減缸運轉(zhuǎn)，針對一部分氣缸使從燃料噴射閥13噴射燃料的燃料噴射停止。接著，在步驟S24中，以使得機械壓縮比成為在步驟S22中算出的目標機械壓縮比的方式對可變壓縮比機構(gòu)A進行控制，接著，在步驟S25中，以使得進氣門7的閉閥正時成為在步驟S20中算出的目標閉閥正時的方式對可變氣門正時機構(gòu)B進行控制，并且，以使得節(jié)氣門17的開度成為在步驟S21中算出的目標開度的方式對節(jié)氣門17進行控制，控制程序結(jié)束。此處，從步驟24以及步驟25的關(guān)系可知在本實施方式中，當(dāng)進行從全缸運轉(zhuǎn)朝減缸運轉(zhuǎn)的切換時，基于可變壓縮比機構(gòu)A的機械壓縮比的變更動作先于基于可變氣門正時機構(gòu)B的進氣門7的閉閥正時的變更動作以及基于節(jié)氣門17的開度的變更動作而開始。這是因為，可變壓縮比機構(gòu)A的變更動作比可變氣門正時機構(gòu)B、節(jié)氣門17的變更動作耗費時間，如果可變氣門正時機構(gòu)B、節(jié)氣門17先動作，則盡管進氣量變多但機械壓縮比仍處于高的狀態(tài)，會招致爆震。另ー方面，當(dāng)在步驟Sll中判定為處于減缸運轉(zhuǎn)中的情況下，進入步驟S19。在步驟S19中，判定利用負荷傳感器41檢測出的內(nèi)燃機負荷L是否低于L3。當(dāng)判定為內(nèi)燃機負荷L低于L3的情況下，進入步驟S20，在步驟S20 S25中直接進行減缸運轉(zhuǎn)控制。另ー方面，當(dāng)在步驟S19中判定為利用負荷傳感器41檢測出的內(nèi)燃機負荷L在L3以上的情況下，進入步驟S13，在步驟S13 S18中，內(nèi)燃機的運轉(zhuǎn)從減缸運轉(zhuǎn)切換至全缸運轉(zhuǎn)。另外，步驟S13 步驟S15與步驟S20 S22同樣，因此省略說明。在步驟S16中執(zhí)行全缸運轉(zhuǎn)，針對所有氣缸執(zhí)行從燃燒噴射閥13噴射燃料的燃料噴射。接著，在步驟S17中，以使得進氣門7的閉閥正時成為在步驟S13中算出的目標閉閥正時的方式對可變氣門正時機構(gòu)B進行控制，并且，以使得節(jié)氣門17的開度成為在步驟S14中算出的目標開度的方式對節(jié)氣門17進行控制。接著，在步驟S18中，以使得機械壓縮比成為在步驟S22中算出的目標機械壓縮比的方式對可變壓縮比機構(gòu)A進行控制，控制程序結(jié)束。此處，根據(jù)步驟S17以及步驟S18的關(guān)系可知在本實施方式中，當(dāng)進行從減缸運轉(zhuǎn)朝全缸運轉(zhuǎn)的切換時，基于可變氣門正時機構(gòu)B的進氣門7的閉閥正時的變更動作、基于節(jié)氣門17的開度的變更動作先于基于可變壓縮比機構(gòu)A的機械壓縮比的變更動作開始。這是因為如果可變壓縮比機構(gòu)A先動作，則盡管進氣量減少但機械壓縮比較高，會招致爆震。另外，在上述例子中，進行從全缸運轉(zhuǎn)朝減缸運轉(zhuǎn)的切換的內(nèi)燃機負荷、和進行從減缸運轉(zhuǎn)朝全缸運轉(zhuǎn)的切換的內(nèi)燃機負荷均為L3而相同，但也可以使進行從全缸運轉(zhuǎn)朝減缸運轉(zhuǎn)的切換的內(nèi)燃機負荷低于進行從減缸運轉(zhuǎn)朝全缸運轉(zhuǎn)的切換的負荷而使其具有滯后性。
另外，基于特定的實施方式對本發(fā)明進行了詳細敘述，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠在不脫離本發(fā)明的權(quán)利要求書的范圍和思想的范圍進行各種變更、修正。標號說明I...曲軸箱；2...氣缸體；3...氣缸蓋；4...活塞；5...燃燒室；7...進氣門；8...進氣ロ ；13...燃料噴射閥；17...節(jié)氣門；30...電子控制單元；A...可變壓縮比機構(gòu);B...可變氣門正時機構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種火花點火式內(nèi)燃機，該火花點火式內(nèi)燃機具備多個氣缸，能夠使這些氣缸中的一部分氣缸中的燃燒停止，其中， 上述火花點火式內(nèi)燃機具備可變壓縮比機構(gòu)，該可變壓縮比機構(gòu)能夠變更機械壓縮比；以及可變氣門正時機構(gòu)，該可變氣門正時機構(gòu)能夠?qū)M氣門的閉閥正時進行控制， 當(dāng)使一部分氣缸停止時或者使停止氣缸增加時，使進氣門的閉閥正時朝接近進氣下死點側(cè)的方向移動，并且使工作中的氣缸的機械壓縮比降低。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的火花點火式內(nèi)燃機，其中， 當(dāng)使上述一部分氣缸停止時或者使停止氣缸增加時，使節(jié)氣門的開度增大。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的火花點火式內(nèi)燃機，其中， 當(dāng)使上述一部分氣缸停止時或者使停止氣缸增加時，使工作中的氣缸的實際壓縮比增大。
4.根據(jù)權(quán)利要求I 3中任一項所述的火花點火式內(nèi)燃機，其中， 當(dāng)使上述一部分氣缸停止時或者使停止氣缸增加時，在由可變壓縮比機構(gòu)進行的使工作中的氣缸的機械壓縮比下降的下降動作開始之后，開始由可變氣門正時機構(gòu)進行的對進氣門的閉閥正時的移動。
5.根據(jù)權(quán)利要求I 4中任一項所述的火花點火式內(nèi)燃機，其中， 當(dāng)內(nèi)燃機負荷低于切換負荷時，該火花點火式內(nèi)燃機進行使一部分氣缸停止的減缸運轉(zhuǎn)，當(dāng)內(nèi)燃機負荷在切換負荷以上時，該火花點火式內(nèi)燃機進行使所有的氣缸工作的全缸運轉(zhuǎn)，在內(nèi)燃機負荷低于切換負荷時，隨著內(nèi)燃機負荷朝低于切換負荷的規(guī)定負荷降低，使機械壓縮比增大并使實際壓縮比保持恒定。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的火花點火式內(nèi)燃機，其中， 上述規(guī)定負荷是隨著內(nèi)燃機負荷從切換負荷起降低而使機械壓縮比增大、當(dāng)機械壓縮比達到最大機械壓縮比時的內(nèi)燃機負荷。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的火花點火式內(nèi)燃機，其中， 上述切換負荷是最大內(nèi)燃機負荷的一半以下的負荷。
8.根據(jù)權(quán)利要求5 7中任一項所述的火花點火式內(nèi)燃機，其中， 在進行全缸運轉(zhuǎn)時，上述切換負荷在熱效率最大的負荷以下，在進行減缸運轉(zhuǎn)時，上述切換負荷在熱效率最大的負荷以上。
9.根據(jù)權(quán)利要求5 8中任一項所述的火花點火式內(nèi)燃機，其中， 上述切換負荷是進行減缸運轉(zhuǎn)時的熱效率和進行全缸運轉(zhuǎn)時的熱效率相等時的負荷。
全文摘要
火花點火式內(nèi)燃機具備多個氣缸，能夠使這些氣缸中的一部分氣缸中的燃燒停止。并且，火花點火式內(nèi)燃機具備可變壓縮比機構(gòu)(A)，該可變壓縮比機構(gòu)(A)能夠變更機械壓縮比；以及可變氣門正時機構(gòu)(B)，該可變氣門正時機構(gòu)(B)能夠?qū)M氣門的閉閥正時進行控制，當(dāng)使一部分氣缸停止時或者使停止氣缸增加時，使進氣門(7)的閉閥正時朝接近進氣下死點側(cè)的方向移動，并且使工作中的氣缸的機械壓縮比降低。這樣，通過使多個氣缸的一部分停止，即便是在內(nèi)燃機負荷低的區(qū)域中也能夠?qū)崿F(xiàn)高的熱效率。
文檔編號F02D13/02GK102713213SQ20098016104
公開日2012年10月3日 申請日期2009年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月4日
發(fā)明者久湊直人, 神山榮一, 立野學(xué) 申請人:豐田自動車株式會社