专利名称：内燃机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种内燃机。
背景技术：
内燃机通过向燃烧室供给燃料以及空气，并使燃料在燃烧室内燃烧，从而输出驱动力。当在燃烧室中燃烧燃料时，将使空气和燃料的混合气体处于压缩了的状态。已知内燃机的压缩比会对输出功率以及燃料消耗量造成影响。通过提高压缩比，从而能够增大输出转矩、或减少燃料消耗量。然而，已知在将压缩比设定得非常高时，燃烧室中会出现异常燃烧。
在日本特开2000-230439号公报中，公开了一种如下的自点火式的内燃机，其设置有经由压力调节阀而与燃烧室相通的副室，压力调节阀具有阀体和与阀体连接并向燃烧室侧施力的阀杆。在该公报中公开了如下内容，即，该自点火式的内燃机在由于过早点火等而导致燃烧压超过了预定的容许压值时，将克服弹性体的压力而提升压力调节阀，从而使压力向副室逸出。在该公报中公开了压力调节阀在与因过早点火等而产生的压力相比更大的压力下动作的情况。此外，在该公报中公开了一种如下的内燃机，其形成有与燃烧室相通的副室，且在副室内插入有能够向上下移动的副活塞。副活塞被机械弹簧按压。并且公开了如下内容，即，当燃料燃烧时，通过燃烧室的压力而使机械弹簧压缩从而使副活塞上升，由此使得与燃烧室相通的副室的容积增大。在先技术文献专利文献专利文献I :日本特开2000-230439号公报
发明内容
发明所要解决的课题关于对燃料燃烧时的燃烧室的压力进行控制的装置，作为在燃烧室的压力上升时收缩的部件，除了在上述的日本特开2000-230439号公报中所公开的机械弹簧以外，也可以采用封入了气体的气体弹簧。气体弹簧能够通过提高内部的气压，从而较为容易地应对燃烧室的较高压力。即，通过采用气体弹簧，从而能够较为容易地增强弹性。但是，在对燃烧室的压力进行控制的装置中，优选为，当达到副活塞应该移动的压力时，副活塞立刻移动从而抑制燃烧室的压力上升。然而，实际上由于副活塞具有惯性，因此副活塞的移动会产生响应延迟。由于在产生响应延迟的期间内，燃烧室的压力继续上升，因此有时会出现实际的燃烧室的压力高于所需的压力的情况。例如，在燃烧室进行点火之后，由于副活塞的响应延迟而使燃烧室的压力继续上升，其结果为，有时会出现达到发生异常燃烧的压力的情况。通过增大承受燃烧室压力的副活塞的面积，从而能够提高副活塞的移动的响应性。但是，在内燃机中，用于配置对燃烧室压力进行控制的装置的空间的大小存在限制，从而存在难于增大副活塞的受压面积的问题。本发明的目的在于，提供一种内燃机，其具备对燃烧室压力进行控制的装置，从而能够使燃烧室的压力高精度地接近于目标压力。用于解决课题的方法本发明的内燃机具备容积可变装置，其包括通过压缩气体而具有弹性的气体弹簧，并在燃烧室的压力达到了预先设定的控制压力时，通过以燃烧室的压力变化作为驱动源而使气体弹簧收缩，从而使燃烧室的容积或者与燃烧室连通的空间的容积发生变化；压力变更装置，其对气体弹簧的气体的压力进行变更；体积变更装置，其对气体弹簧的气体被压缩的压缩空间的体积进行变更。所述内燃机根据内燃机的运行状态，从而推断燃烧室内的燃料的燃烧速度，且燃烧室内的燃料的燃烧速度越增大，则越使气体弹簧的气体压力降 低，并减小压缩空间的体积。在上述发明中，能够采用如下方式，S卩，对内燃机的运行状态进行检测，从而选定对应于运行状态的、燃烧室应该达到的目标压力，并使气体弹簧的气体压力降低，以使得燃烧室的压力的最大值大致成为目标压力。在上述发明中，能够采用如下方式，即，容积可变装置包括筒状部，其与燃烧室连通；移动部件，其以可移动的方式而被配置在筒状部的内部，通过移动部件对筒状部的内部空间进行划分，从而在朝向燃烧室的一侧形成副室，并在朝向燃烧室的一侧的相反侧形成作为压缩空间的气室，压力变更装置与气体弹簧连接，从而对气室的压力进行变更。在上述发明中，能够采用如下方式，S卩，体积变更装置包括气体罐，其与气室连接；开闭阀，其被配置在气室与气体罐之间的流道上，并且，通过对开闭阀进行开闭，从而能够对气体弹簧的压缩空间的体积进行变更。在上述发明中，优选为，压力变更装置包括用于隔离气体弹簧的隔离阀，并且在气体弹簧压缩的期间内，实施关闭隔离阀的控制。发明的效果根据本发明，能够提供一种具备对燃烧室压力进行控制的装置，从而能够使燃烧室的压力高精度地接近目标压力的内燃机。
图I为实施方式I中的内燃机的概要图。图2为实施方式I中的内燃机的容积可变装置、体积变更装置以及压力变更装置的概要图。图3为表示实施方式I中的内燃机的曲轴转角和燃烧室的压力之间的关系的曲线图。图4为对实施方式I中的内燃机中的通常运行、和使控制压力降低时的运行进行说明的曲线图。图5为对实施方式I中的内燃机中，使控制压力降低时的运行、和使控制压力降低并且减少了气体弹簧的压缩空间时的运行进行说明的曲线图。图6为实施方式I中的运行控制的流程图。图7为具备实施方式I中的另一种体积变更装置的内燃机的概要图。
图8为实施方式2中的内燃机的概要图。图9为实施方式2中的运行控制的流程图。图10为对实施方式2中的内燃机的运行状态进行说明的曲线图。符号说明3…活塞；5…燃烧室；31…电控单元；40…加速踏板；41…负载传感器；42…曲轴转角传感器;50、50a至50d…气体弹簧;51…筒状部件；55…副室用活塞;60…副室气室；72…压缩机；74…压力传感器；84…空气排出阀；85…压力调节阀；86…开闭阀；90…气体罐。
具体实施方式
实施方式I参照图I至图7，对实施方式中的内燃机进行说明。在本实施方式中，以配置在车辆上的内燃机为例进行说明。图I为本实施方式中的内燃机的概要图。本实施方式中的内燃机为火花点火式内燃机。内燃机具备内燃机主体I。内燃机主体I包括气缸体2和气缸盖4。在气缸体2的内部配置有活塞3。在本发明中，将当活塞达到了压缩上止点时被活塞的上端面和气缸盖所包围的气缸内的空间、以及被处于任意位置的活塞的上端面和气缸盖所包围的气缸内的空间称为燃烧室。燃烧室5的顶面由气缸盖4构成,燃烧室5的底面由活塞3的上端面构成。燃烧室5被形成在各个气缸的每一个内。在燃烧室5上连接有内燃机进气通道以及内燃机排气通道。在气缸盖4上形成有进气口 7以及排气口 9。进气阀6被配置在进气 口 7的端部，并以能够对与燃烧室5连通的内燃机进气通道进行开闭的方式而形成。排气阀8被配置在排气口 9的端部，并以能够对与燃烧室5连通的内燃机排气通道进行开闭的方式而形成。在气缸盖4上固定有作为点火装置的火花塞10。火花塞10被形成为，在燃烧室5内对燃料进行点火。本实施方式中的内燃机具备，用于向燃烧室5供给燃料的燃料喷射阀11。本实施方式中的燃料喷射阀11被配置为，向进气口 7喷射燃料。燃料喷射阀11并不限定于此方式。只需被配置为能够向燃烧室5供给燃料即可。例如，燃料喷射阀也可以被配置为，直接向燃烧室喷射燃料。燃料喷射阀11经由电控式的喷出量可变的燃料泵29而与燃料罐28连接。被存储在燃料罐28内的燃料通过燃料泵29而被供给至燃料喷射阀11。各个气缸的进气口 7经由所对应的进气歧管13而与浪涌调整槽14连接。浪涌调整槽14经由进气导管15以及空气流量计16而与空气滤清器(未图示)连接。在进气导管15上，连接有对吸入空气量进行检测的空气流量计16。在进气导管15的内部，配置有由步进电机17驱动的节气门18。另一方面，各个气缸的排气口 9与所对应的排气歧管19连接。排气歧管19与催化转化器21连接。本实施方式中的催化转化器21包含三元催化剂20。催化转化器21与排气管22连接。本实施方式中的内燃机具备电控单元31。本实施方式中的电控单元31包括数字计算机。电控单元31包括经由双向母线32而被相互连接的RAM(随机存取存储器)33、ROM(只读存储器)34、CPU(微处理器)35、输入端口 36以及输出端口 37。
空气流量计16产生与被吸入至燃烧室5内的吸入空气量成比例的输出电压。该输出电压经由所对应的AD转换器38而被输入至输入端口 36。加速踏板40上连接有负载传感器41。负载传感器41产生与加速踏板40的踏入量成比例的输出电压。该输出电压经由所对应的AD转换器38而被输入至输入端口 36。曲轴转角传感器42在例如曲轴每转动预定的角度时产生输出脉冲，该输出脉冲被输入至输入端口 36。通过曲轴转角传感器42的输出 ，能够对内燃机转数进行检测。此夕卜，通过曲轴转角传感器42的输出，能够对曲轴转角进行检测。电控单元31的输出端口 37经由各自所对应的驱动电路39而与燃料喷射阀11以及火花塞10连接。本实施方式中的电控单元31被形成为，执行燃料喷射控制以及点火控制。即，喷射燃料的正时以及燃料的喷射量被电控单元31所控制。而且，火花塞10的点火正时也被电控单元31所控制。此外，输出端口 37经由所对应的驱动电路39而与步进电机17以及燃料泵29连接，且步进电机17对节气门18进行驱动。这些器件被电控单元31所控制。在图2中，图示了本实施方式中的内燃机的容积可变装置、体积变更装置以及压力变更装置的概要剖视图。本实施方式中的内燃机具备，对燃料燃烧时的燃烧室的压力进行控制的燃烧压力控制装置。本实施方式中的燃烧压力控制装置具备，使与燃烧室连通的空间的容积发生变化的容积可变装置。容积可变装置包括气体弹簧50。气体弹簧50在各自的气缸中燃烧室5连接。本实施方式中的内燃机具有，作为与燃烧室5连通的空间的副室60。本实施方式中的容积可变装置在燃烧室5的压力达到了控制压力时，以燃烧室5的压力变化作为驱动源而使副室60的容积发生变化。即，容积可变装置通过燃烧室5的压力的变化而进行动作。本发明中的控制压力为，容积可变装置开始工作时的燃烧室的压力。即，副室用活塞55开始移动时的燃烧室的压力。容积可变装置对燃烧室5的压力成为发生异常燃烧的压力以上的情况进行抑制。本发明中的异常燃烧包括，例如通过点火装置使混合气体点火，并从点火的点起依次传递燃烧的状态以外的燃烧。异常燃烧包括例如，爆燃现象、爆轰现象以及早燃现象。爆燃现象包括火花爆燃现象。火花爆燃现象为，当在点火装置处点火，并且火焰以点火装置为中心而扩散时，位于距点火装置较远的位置的、包含未燃烧燃料的混合气体发生自燃的现象。位于距点火装置较远的位置的混合气体被点火装置附近的燃烧气体压缩而达到高温高压，从而发生自燃。在混合气体发生自燃时，将产生冲击波。爆轰现象为，由于冲击波在高温高压的混合气体中通过,从而导致混合气体点火的现象。该冲击波例如由于火花爆燃现象而产生。早燃现象又被称为提前点火现象。早燃现象为，火花塞的顶端的金属或者燃烧室内堆积的积碳等被加热，从而成为维持在预定温度以上的状态，进而导致以该部分作为火种而在点火正时之前使燃料点火而燃烧的现象。本实施方式中的容积可变装置具备，构成筒状部的筒状部件51。本实施方式中的筒状部件51被形成为圆筒状。在筒状部件51的内部配置有作为移动部件的副室用活塞55。筒状部件51的内部的空间通过副室用活塞55而被划分。在筒状部件51的内部，于朝向燃烧室5的一侧形成有副室60。此外，在筒状部件51的内部，于朝向燃烧室5的一侧的相反侧形成有气室61。
副室用活塞55被形成为，未被固定在筒状部件51上，而是在筒状部件51的轴向上进行移动。如箭头100所示，副室用活塞55在筒状部件51的内部进行移动。副室用活塞55经由作为密封部件的活塞环而与筒状部件51接触。通过副室用活塞55的移动，从而使副室60的容积发生变化。燃烧气体流入到副室60内。本实施方式中的容积可变装置的气体弹簧50被形成为，通过在内部密封气体从而具有弹性。在气体弹簧50的气室61中填充有被加压了的气体，以使得在燃烧室5的压力达到所需的控制压力时，副室用活塞55开始移动。在本实施方式中，在气室61中填充有空气。作为被填充在气室61中的气体，并不限定于空气，可以采用任意的气体。本实施方式中的气体弹簧50具有在收缩时使内部的气体被压缩的压缩空间。而且，本实施方式中的内燃机具有对压缩空间的体积进行变更的体积变更装置。本实施方式中的体积变更装置包括与气室61连接的气体罐90、和开闭阀86。开闭阀86配置在气室61与气体罐90之间的流道上。体积变更装置被电控单元31控制。本实施方式中的开闭阀86被电控单元控制。通过打开开闭阀86，从而由气室61和气体罐90构成了压缩空间。此 夕卜，通过关闭开闭阀86，从而由气室61构成了压缩空间。在本实施方式中的内燃机中，在副室用活塞55移动的期间、即在气体弹簧50收缩的期间内，压缩空间被密封。在本实施方式中，在气体弹簧50收缩的期间内，压力调节阀85被密封。通过关闭压力调节阀85，从而能够截断与压缩空间连接的流道。气体弹簧50由于压缩空间被密封而具有弹性。通过压缩空间的压力，从而使副室用活塞55被按压。本实施方式中的内燃机具备，对气体弹簧的压缩空间的压力进行变更的压力变更装置。本实施方式中的压力变更装置与气体罐90连接。本实施方式中的压力变更装置包括电机71和被电机71驱动的压缩机72。在压缩机72的出口处配置有单向阀82。单向阀82防止了气室61中的气体反向流动而流出的现象。在压缩机72上连接有单向阀81以及过滤器73。过滤器73从被压缩机72吸入的空气中去除异物。单向阀81防止了空气从压缩机72反向流动的现象。本实施方式中的压力变更装置包括压力传感器74，以作为对气体弹簧50的压缩空间的压力进行检测的压力传感器。本实施方式中的压力传感器74被配置在，连接气室61和开闭阀86的流道上。压力变更装置被电控单元31控制。在本实施方式中，电机71被电控单元31控制。本实施方式中的空气排出阀84以及压力调节阀85被电控单元31控制。压力传感器74的输出被输入至电控单元31。本实施方式中的内燃机即使在运行期间内或者停止期间内空气从气体弹簧50的压缩空间泄漏的情况下，也能够补充空气。例如，通过由电机71驱动压缩机72，并打开压力调节阀85以及开闭阀86，从而能够向气室61供给空气。本实施方式中的压力变更装置能够使气体弹簧50的压缩空间的压力上升。并且，本实施方式中的压力变更装置能够从气体弹簧50的压缩空间中排出气体。通过打开压力调节阀85以及空气排出阀84，从而能够使压缩空间的压力降低。如此，通过对压缩空间的压力进行变更，从而能够对控制压力进行变更。压力变更装置并不限定于此方式，其能够采用可对气体弹簧的压缩空间的压力进行变更的任意装置。在图3中，图示了本实施方式的内燃机中的燃烧室的压力的曲线图。横轴为曲轴转角，纵轴为燃烧室的压力以及副室用活塞的位移。在图3中，图示了燃烧循环中压缩冲程以及膨胀冲程的曲线图。副室用活塞55在接触筒状部件51的底部时的位移为零。在本实施方式中的容积可变装置中，当从燃烧循环的压缩冲程到膨胀冲程的期间内，燃烧室的压力达到了控制压力时，副室用活塞55将进行移动。其结果为，气体弹簧50的副室60的容积将变大。参照图2及图3，在压缩冲程的开始时，副室用活塞55接触筒状部件51的底部。在压缩冲程中活塞3上升，从而使燃烧室5的压力上升。在此，由于在气体弹簧50的压缩空间内封入有与控制压力相对应的压力的气体，因此副室用活塞55将被维持在接触底部的状态直至燃烧室5的压力达到控制压力为止。在图3所示的实施例中，比曲轴转角为0° (TDC)时稍微滞后而进行点火。通过点火，从而燃烧室5的压力急剧上升。当燃烧室5的压力达到了控制压力时，副室用活塞55开始进行移动。当混合气体的燃烧继续进行时，气体弹簧50将收缩从而使副室60的容积增大。因此，抑制了燃烧室5以及副室60的压力的上升。在图3所示的实施例中，燃烧室5的压力被保持为大致固定。 在燃烧室内，当燃料的燃烧进一步进行时，副室用活塞55的位移将在达到最大之后减小。气室61的压力将减小，从而副室用活塞55的位移将恢复为零。S卩，副室用活塞55返回至接触底部的位置。当燃烧室5的压力变为小于控制压力时，在曲轴转角的行进的同时燃烧室5的压力将减小。如此，本实施方式中的燃烧压力控制装置能够实施如下的控制，即，在燃烧室5的压力达到了控制压力时抑制燃烧室的压力上升，以使燃烧室的压力不会成为发生异常燃烧的压力以上。在图3中，图示了比较例I以及比较例2的燃烧室的压力的曲线图。比较例I以及比较例2为，不具有本实施方式中的容积可变装置的内燃机。内燃机的燃烧室压力以依存于点火正时的方式而变动。内燃机具有输出转矩成为最大的点火正时9max。比较例I为，在点火正时Q max处进行点火时的曲线。通过在输出转矩达到最大的点火正时进行点火，从而燃烧室的压力将增高而热效率成为最佳。然而，当如比较例I这样点火正时较早时，燃烧室的压力会变得高于发生异常燃烧的压力。现假定比较例I的曲线图中未发生异常燃烧。另一方面，在实际的内燃机中，使点火正时滞后，以使燃烧室的最大压力小于发生异常燃烧的压力。在比较例2的内燃机中，为了避免异常燃烧的发生，以滞后于输出转矩达到最大的点火正时的方式而进行点火。在使点火正时滞后的情况下，与在输出转矩达到最大的点火正时进行点火的情况相比，燃烧室的最大压力将变小。本实施方式中的内燃机能够在燃烧室的压力小于发生异常燃烧的压力下实施燃烧。即使将点火正时提前，也能够抑制异常燃烧的发生。尤其是，在压缩比比较高的发动机中也能够抑制异常燃烧。并且，能够延长燃烧室的压力较高的时间。因此，与比较例2的、使点火正时滞后的内燃机相比，能够改善热效率，并增大输出转矩。而且，能够减少燃料消耗量。图3所示的实施例图示了容积可变装置的理想的运行状态。在图3所示的实施例中，在副室用活塞进行移动的期间内，燃烧室的压力大致以控制压力而保持固定。但是，在实际的容积可变装置中，依存于内燃机的运行状态，从而有时会出现在燃烧室的压力刚刚达到了控制压力之后产生过冲的情况。并且，由于通过副室用活塞的移动而使压缩空间的压力上升，因而燃烧室的压力也将上升。参照图2，当燃烧室5的压力达到了控制压力时，副室用活塞55开始进行移动。此时，副室用活塞55产生对应于重力的惯性。因此，副室用活塞55的移动将产生响应延迟。在本实施方式的内燃机的通常运行中，在副室用活塞55进行移动的期间内，将开闭阀86控制为打开的状态。气体弹簧50的压缩空间由气室61和气体罐90构成。在图4中，图示了对本实施方式中的内燃机的燃烧室的压力进行说明的第一曲线图。在图4中，以虚线表示通常运行，并且以单点划线表示后文叙述的使控制压力降低时的运行。在此图示了，在燃烧室的压力刚刚达到控制压力之后产生了过冲的运行例。在本实施方式的内燃机的通常运行中，在燃烧室的压力不发生过冲的条件下来确 定目标压力，以使燃烧室的最大压力不超过发生异常燃烧的压力。本实施方式中的燃烧室的目标压力采用了从产生异常燃烧的压力中减去被预先设定的压力而得到的压力。在通常运行中，燃烧室的目标压力相当于控制压力。例如，控制压力根据内燃机的发动机转数和要求负载而被确定。在通常运行的控制中，在从曲轴转角0 SI到曲轴转角0 El的期间内，副室用活塞55进行移动。当燃烧室5的压力达到了通常运行的控制压力时，副室用活塞55的移动会产生响应延迟。因此，燃烧室5的压力将继续上升而产生过冲。在副室用活塞55刚刚开始移动之后，燃烧室5的压力将大幅超过目标压力。之后，随着副室用活塞55的移动将使燃烧室5的压力减少。当副室用活塞55朝向接触底部的位置移动时也会产生响应延迟。因此，在副室用活塞55的位移减小的期间内，燃烧室5的压力变为小于目标压力。尤其是，在副室用活塞55进行移动的期间的后半部分，燃烧室5的压力变为小于目标压力。这种响应延迟在副室用活塞55的移动速度较快的运行状态中将变得显著。S卩，在燃烧室5中的燃烧速度较快的运行状态中将变得显著。在本实施方式中，在燃烧室5中的燃烧速度较快的运行状态中，实施使副室用活塞55开始移动时的控制压力降低的控制。并且，实施减小气体弹簧50的压缩空间的体积的控制。首先，对使控制压力降低的控制进行说明。为了使控制压力降低，从而降低气室61的压力。由此使气体弹簧50的压缩空间的压力降低。控制压力将变为小于燃烧室5的目标压力。参照图4中的单点划线的曲线，通过使控制压力降低，从而使燃烧室5达到的最大压力降低。从曲轴转角9S2到曲轴转角9E2的期间为，副室用活塞55进行移动的期间。参照图2，在使控制压力降低的情况下，在打开了空气排出阀84的状态，通过打开压力调节阀85而使气体弹簧50的压缩空间的压力降低。通过降低气室61的压力，从而能够使副室用活塞55开始移动时的燃烧室5的压力、即控制压力降低。在图4所示的运行例中，当以通常运行的控制压力而驱动容积可变装置时，燃烧室5的最大压力超过了异常燃烧的发生压力。通过使控制压力降低，从而即使燃烧室5的压力产生过冲，也能够抑制燃烧室5的压力成为发生异常燃烧的压力以上的情况。而且，由于气体弹簧50的压缩空间的压力减小，因此提高了副室用活塞55的响应性。因此，能够降低由过冲而导致的压力上升的幅度。并且，由于提高了副室用活塞55的响应性，因而能够降低副室活塞55进行移动的期间的后半部分的压力减少幅度。优选将控制压力的减少量设定为，控制压力降低后的燃烧室5的最大压力小于发生异常燃烧的压力。或者优选将控制压力的减少量设定为，控制压力降低后的燃烧室5的最大压力与目标压力大致相同。接下来，对减小气体弹簧的压缩空间的体积的控制进行说明。在图5中，图示了对本实施方式中的内燃机的燃烧室的压力进行说明的第二曲线图。在图5中，以单点划线表示使控制压力降低时的运行，以实线表示在使控制压力降低的基础上、还使压缩空间的体积减少时的运行。 在副室用活塞55的受压面积大致相同的情况下，通过减小压力空间的体积，从而副室用活塞55移动了单位长度时的压缩空间的压力上升幅度将增大。通过减小气体弹簧50的压缩空间的体积，从而使气室61的压力上升幅度增大。因此，在副室用活塞55进行移动的期间内的燃烧室5的压力上升幅度也将增大。参照图2，作为本实施方式中的使压缩空间的体积减小的控制，实施关闭开闭阀86的控制。通过关闭开闭阀86，从而使气体罐90被隔离。气体弹簧50的压缩空间由气室61构成。如图5所示，在仅使控制压力降低的控制中，在副室用活塞55进行移动的期间的初期，燃烧室的压力接近于目标压力。但是，之后燃烧室的压力变为大幅小于目标压力。因此，通过减小压缩空间的体积，从而能够在副室用活塞55进行移动的期间内，使燃烧室5的压力上升。由此能够使副室用活塞55进行移动的期间内的燃烧室5的压力接近于目标压力。本实施方式中的、使控制压力降低并且减小压缩空间的体积的控制优选为，在燃烧室燃料的燃烧速度较快的内燃机的运行状态下实施。在本实施方式中的内燃机中，是对运行状态进行检测，并在判断为燃烧室内的燃烧速度较快时，实施使控制压力降低并且减小压缩空间的体积的控制。在图6中，图示了本实施方式中的内燃机的运行控制的流程图。图6所示的运行控制例如可以每隔预先设定的时间间隔而实施。首先，在步骤108中，对内燃机的运行状态进行检测。在本实施方式中，对发动机转数以及要求负载进行检测。参照图I，发动机转数能够通过曲轴转角传感器42的输出而进行检测。要求负载能够通过负载传感器41的输出而进行检测。根据内燃机的运行状态，来设定燃烧室的目标压力。对于燃烧室5的目标压力，例如，可以将把发动机转数以及要求负载设为函数的图表预先存储在电控单元31中。接下来，在步骤109中，根据检测出的内燃机的运行状态，来判断燃烧室内的燃烧速度是否较快。当在步骤109中，判断为燃烧室内的燃烧速度不快时，转移至步骤110。当在步骤109中，判断为燃烧室内的燃烧速度较快时，转移至步骤111。在步骤110中，选定通常运行中的控制压力。例如，可以将与燃烧室5的目标压力大致相等的压力选定为控制压力。并且，确定与控制压力相对应的气室61的压力。在本实施方式中，确定了气室61的压力范围。参照图2,在本实施方式中，由于副室用活塞55的副室60侧的表面面积与气室61侧的表面面积大致相等，因此气室61的压力与控制压力大致相等。
在步骤111中，与通常运行时相比而使控制压力降低。例如，可以将从燃烧室5的目标压力中减去被预先设定的降低量而得的压力选定为控制压力。根据选定的控制压力来确定气室61的压力。在本实施方式中，确定了气室61的压力范围。接下来，在步骤112中，对当前的气室61的压力进行检测。即，对压缩空间的压力进行检测。气室61的压力能够通过压力传感器74而进行检测。接下来，在步骤113以及步骤115中，判断气室61的压力是否在所选定的气室61的压力范围内。在步骤113中，判断当前的气室61的压力是否大于压力范围的高压侧判断值。在步骤113中，在当前的气室61的压力大于高压侧判断值的情况下，则转移至步骤114。在步骤114中，实施使气室61的压力降低的控制。在步骤113中，如果当前的气室61的压力在高压侧判断值以下，则转移至步骤115。在步骤115中，判断当前的气室61的压力是否小于压力范围的低压侧判断值。如果当前的气室61的压力小于低压侧判断值，则转移至步骤116。在步骤116中，实施对气室61进行加压的控制。在步骤115中，如果当前的气室61的压力在低压侧判断值以上，则转移至步骤117。这种情况下，当前的气室61的压力在作为目标的气室61的压力范围内。接下来，在步骤117中，选定气体弹簧的压缩空间的体积。在本实施方式中，基于在步骤109中的燃烧室内的燃烧速度是否较快的判断，来选定压缩空间的体积。在本实施方式中，当燃烧速度较快时，仅选定气室61以作为压缩空间。当燃烧速度不快时，选定气室61以及气体罐90以作为压缩空间。接下来，在步骤118中，判断是否为副室用活塞55的移动开始正时。对于副室用活塞55的移动开始正时，能够通过例如检测曲轴转角来进行判断。在步骤118中，如果并非副室用活塞55的移动开始正时，则重复实施该控制。在步骤118中，如果为副室用活塞55的移动开始正时，则转移至步骤119。接下来，在步骤119中，基于步骤117的判断，来判断是否需要连接气体罐90。在通常运行时，开闭阀86为打开的状态，气室61以及气体罐90构成了压缩空间。在步骤119中，当需要连接气体罐90时，则结束该控制。在步骤119中，当判断为不需要连接气体罐90时，则转移至步骤120。接下来，在步骤120中，实施关闭开闭阀86的控制。气体弹簧50的压缩空间由气室61构成。接下来，在步骤121中，判断副室用活塞55的移动是否已结束。在副室用活塞55进行移动的期间内，步骤121被反复执行。即，维持开闭阀86的关闭状态。在步骤121中，当判断为副室用活塞55的移动已结束时，则转移至步骤122。接下来，在步骤122中，能够打开开闭阀86从而转移到通常运行的状态。如此，在本实施方式的内燃机中，能够对运行状态进行检测，并在燃烧室内的燃烧速度较快的运行状态下，降低控制压力并且减小气体弹簧的压缩空间的体积。作为燃烧室内的燃烧速度加快的运行状态，可以例示为，例如内燃机转数较高的状态。或者可以例示为，燃烧室内的点火正时较早的运行状态。或者，可以例示为，燃烧室内残留的废气减少的运行状态。例如，当内燃机具备可变气门机构，且具有进气阀以及排气阀同时打开的重叠时，在重叠的时间较长的运行状态、下，燃烧室内残留的废气将减少从而燃烧速度将加快。或者，可以例示为，将进气阀关闭的正时提前的控制。即，可以例示为，使关闭进气阀的正时接近于活塞的下止点的控制。当将进气阀关闭的正时提前时，在燃烧室内进行点火时的燃烧室的压力将增高。因此，燃烧速度将加快。或者，作为燃烧速度加快的运行状态，可以例示为，外界气体的温度较高的状态。当外界气体的温度较高时，被吸入至燃烧室内的空气的温度也将增高。因此，燃烧时的温度将增高从而燃烧速度将加快。或者，当内燃机具备翻转控制阀时，可以例示为，通过翻转控制阀而促进燃烧室内的翻转流的运行状态。通过促进翻转流，从而使燃烧室内的气体被充分地搅拌而变得易于燃烧。因此，燃烧速度将加快。燃烧速度加快的运行状态并不限定于上述的方式，可以采用燃烧室内的燃烧速度加快的任意的运行状态。·本实施方式中的体积变更装置包括气体罐，其与气体弹簧的气室连接；开闭阀，其被配置在气室与气体罐之间的流道上。所述体积变更装置被形成为，通过对开闭阀进行开闭，从而对气体弹簧的压缩空间的体积进行变更。通过采用该结构，从而能够容易地对气体弹簧的压缩空间的体积进行变更。作为体积变更装置，并不限定于此方式，而能够采用可对气体弹簧的压缩空间的体积进行变更的任意的装置。在图7中，图示了具备本实施方式中的另一种体积变更装置的内燃机的概要图。在上述的体积变更装置中，气体弹簧的压缩空间的体积被形成为，以两个阶段而进行变更。而在另一种体积变更装置中，能够以多个阶段来对压缩空间的体积进行变更。本实施方式中的另一种体积变更装置包括多个气体罐90。一个气室61上连接有多个气体罐90。对应各个气体罐90而配置有压力调节阀85以及开闭阀86。在副室用活塞55进行移动的期间内，全部的压力调节阀85均被保持为关闭状态。通过在副室用活塞55进行移动的期间内对打开开闭阀86的数量进行变更，从而能够以多个阶段来对压缩空间的体积进行变更。通过这种方式，气体弹簧的压缩空间的体积能够以多个阶段而进行控制。而且，控制压力的降低量也能够通过调节压缩空间的压力从而以多个阶段进行控制。因此，内燃机能够实施如下控制，即，对运行状态进行检测，且燃烧室内的燃烧速度越加快，则越使控制压力逐渐降低，并且逐渐减小气体弹簧的压缩空间的体积。也可以通过这种方式，从而阶段性地对控制压力和气体弹簧的压缩空间的体积进行控制。虽然本实施方式中的容积可变装置以作为与燃烧室连通的空间的副室的容积可变的方式而形成，但并不限定于此方式，也可以以燃烧室的容积可变的方式而形成。例如，也可以使容积可变装置被形成在构成燃烧室的活塞的上部上，并以燃烧室的容积可变的方式而形成。虽然在本实施方式中，以安装在汽车上的内燃机为例而进行了说明，但是并不限定于此方式，可以将本发明适用于任意的内燃机中。实施方式2参照图8至图10，对实施方式2中的内燃机进行说明。本实施方式中的容积可变装置的结构与实施方式I中的内燃机的容积可变装置的结构相同(参照图2)。在本实施方式中，以具备多个气缸的内燃机为例而进行说明。在图8中，图示了本实施方式中的内燃机的概要剖视图。本实施方式中的内燃机具有多个气缸。第一气缸、第二气缸、第三气缸以及第四气缸被依次配置。在各个气缸内形成有燃烧室5a至5d。被配置在各个气缸内的活塞3与连杆45连接。连杆45与曲轴46连接。曲轴46以可旋转的方式而被支承在气缸体2上。本实施方式中的容积变更装置包括气体弹簧50a至50d。气体弹簧50a至50d与各自的气缸内的燃烧室5a至5d连接。在本实施方式的内燃机中，与各个燃烧室5a至5d连通的副室60的容积发生变化。在各个气体弹簧50a至50d上连接有气体罐90。一个气体弹簧上连接有一个气体罐90。在各个气体罐90的入口以及出口处配置有压力调节阀85以及开闭阀86。本实施方式中的内燃机具备，对气体弹簧50a至50d的压缩空间的压力进行变更的压力变更装置。本实施方式中的压力变更装置对气体弹簧50a至50d的气室61、以及气体罐90的压力进行 变更。在本实施方式的内燃机中，压力变更装置包括压缩机72。当在副室用活塞55的移动期间内打开压力调节阀85以及开闭阀86时，有时气室61的压力会受到压缩机72的工作状态的影响。此外，有时一个气缸的气室61的压力会受到由其他气缸的气体弹簧的动作而导致的压力变动的影响。此外，有时气室61的压力会受到压力变更装置的配管的气柱振动等的影响。如此，气体弹簧50的气室61的压力有时会受到压力变更装置的影响。此外，在具有多个气缸的内燃机中，多个气体弹簧的动作有时会相互对气室61的压力造成影响。在本实施方式的内燃机中，于各个气缸内副室用活塞55进行移动的期间、即气体弹簧50a至50d收缩的期间内，实施对气体弹簧50a至50d进行隔离的控制。在本实施方式中，压力调节阀85作为隔离气体弹簧50a至50d的隔离阀而发挥功能。在气体弹簧收缩的期间内，实施关闭压力调节阀85的控制。通过实施该控制，从而能够抑制来自压力变更装置的压力变动的影响。此外，在本实施方式的内燃机中，在各个气缸的每一个中配置有能够隔离气体弹簧50a至50d的压力调节阀85。因此，在各个气体弹簧中，在气体弹簧收缩的期间内，能够实施关闭所对应的压力调节阀85的控制。通过采用这种结构，从而能够抑制由其他气缸的气体弹簧的动作而导致的压力变动的影响。而且，能够抑制配管内部的气柱振动等的影响。在图9中，图示了本实施方式中的内燃机的运行控制流程图。图9所示的运行控制例如能够对各个气缸中的每一个实施。而且，能够每隔预先设定的曲轴转角而实施。首先，在步骤131中，对内燃机的曲轴转角进行检测。接下来，在步骤132中，判断检测出的曲轴转角是否为气体弹簧的收缩期间。即，判断是否为容积可变装置的动作期间。在步骤132中，当检测出的曲轴转角为气体弹簧的收缩期间时，则转移至步骤133中。而且，在步骤132中，当曲轴转角不为气体弹簧的收缩时期时，则转移至步骤134。在气体弹簧的收缩期间的选定中，可以选定在副室用活塞移动的期间上增加了宽余时间而得的期间。在步骤133中，关闭气体弹簧的隔离阀。在本实施方式中，关闭压力调节阀85。当压力调节阀85已经处于关闭状态时，则实施维持该状态的控制。
在步骤134中，实施打开隔离阀的控制。在本实施方式中，实施打开压力调节阀85的控制。当压力调节阀85已经打开时，则实施维持该状态的控制。在图10中，图示了对本实施方式的内燃机的一个气缸中的燃烧室的压力进行说明的曲线图。横轴为曲轴转角，纵轴为燃烧室的压力。并且图示了在气体弹簧收缩的期间内隔离了气体弹簧时的曲线图、和未隔离气体弹簧时的曲线图。在未隔离气体弹簧的情况下，当燃烧室的压力达到目标压力时，将产生压力的振动。相对于此，在隔离了气体弹簧的情况下，能够抑制燃烧室的压力的振动。如此，在气体弹簧收缩的期间内，通过隔离气体弹簧，从而能够实施稳定的运行。虽然在本实施方式的运行控制中，在气体弹簧收缩的期间以外，以打开隔离阀的方式而进行控制，但并不限定于此方式，而可以实施任意的控制。例如，也可以在通过压力变更装置而对气体罐以及气室的压力进行变更之后，实施关闭作为隔离阀的压力调节阀的控制。 此外，虽然在本实施方式的内燃机中配置有，包含气体罐的体积变更装置，但并不限定于此方式，在未配置体积变更装置的内燃机中，也能够实施本实施方式中的隔离气体弹簧的控制。关于其他的构成、作用以及效果，由于与实施方式I相同，因此在此不重复进行说明。在上述的各个实施方式的运行控制中，能够根据需要而适当变更步骤的顺序。而且，上述的实施方式能够适当地进行组合。在上述的各个附图中，对相同或相当的部分标记了相同的符号。另外，上述的实施方式仅为示例，而并不对发明进行限定。而且，在实施方式中，也包括在权利要求中所示的变更。
权利要求
1.一种内燃机，其特征在于， 具备 容积可变装置，其包括通过气体被压缩而具有弹性的气体弹簧，并且所述容积可变装置在燃烧室的压力达到预先设定的控制压力时，通过以燃烧室的压力变化作为驱动源而使气体弹簧收缩，从而使燃烧室的容积或者与燃烧室连通的空间的容积发生变化； 压力变更装置，其对气体弹簧的气体的压力进行变更； 体积变更装置，其对气体弹簧的气体被压缩的压缩空间的体积进行变更， 所述内燃机根据内燃机的运行状态来推断燃烧室内的燃料的燃烧速度，且燃烧室内的燃料的燃烧速度越增大，则越使气体弹簧的气体的压力降低，并减小压缩空间的体积。
2.如权利要求I所述的内燃机，其特征在于， 对内燃机的运行状态进行检测，并选定与运行状态相对应的、燃烧室应该达到的目标压力， 并且，使气体弹簧的气体的压力降低，以使燃烧室的压力的最大值大致成为目标压力。
3.如权利要求I所述的内燃机，其特征在于， 容积可变装置包括 筒状部，其与燃烧室连通； 移动部件，其以可移动的方式而被配置在筒状部的内部， 通过移动部件对筒状部的内部的空间进行划分，从而在朝向燃烧室的一侧形成副室，并在朝向燃烧室的一侧的相反侧形成作为压缩空间的气室， 压力变更装置与气体弹簧连接，从而对气室的压力进行变更。
4.如权利要求3所述的内燃机，其特征在于， 体积变更装置包括 气体罐，其与气室连接； 开闭阀，其被配置在气室与气体罐之间的流道上， 通过对开闭阀进行开闭，从而对气体弹簧的压缩空间的体积进行变更。
5.如权利要求I所述的内燃机， 压力变更装置包括用于隔离气体弹簧的隔离阀， 在气体弹簧压缩的期间内，实施关闭隔离阀的控制。
全文摘要
本发明提供一种内燃机。所述内燃机具备容积可变装置，其在燃烧室的压力达到控制压力时，通过气体弹簧收缩而使燃烧室的容积发生变化；压力变更装置，其对气体弹簧的气体的压力进行变更；体积变更装置，其对气体弹簧的气体被压缩的压缩空间的体积进行变更。所述内燃机实施如下控制，即，对运行状态进行检测，并且燃烧室内的燃料的燃烧速度越增大，则越使气体弹簧的气体的压力降低，并减小压缩空间的体积。
文档编号F02D15/04GK102713212SQ20118000421
公开日2012年10月3日 申请日期2011年1月14日 优先权日2011年1月14日
发明者芦泽刚 申请人:丰田自动车株式会社