專利名稱：火花點火式二循環發動機的燃燒控制裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及至少在低負載運轉區域內在對發動機運轉為理想的點火時期使燃燒室內的未燃氣體(fresh mixture)自燃，即，能進行活性熱氛圍氣體燃燒的火花點火式二循環發動機燃燒控制裝置。
在火花點火式二循環發動機中，氣缸孔的內圓柱表面上形成有通過活塞來開閉的排氣孔及換氣孔，在曲軸室預壓的未燃氣體通過換氣孔供給到氣缸室內的同時，氣缸室內的已燃燒氣體由排氣孔排出，氣缸室內的壓縮未燃氣體由點火栓點火。
在這樣的現有的火花點火式二循環發動機中，為在高水準以上設定高速、高負載運轉區域的輸出及效率而增大排氣口時，在低負荷運轉區域內，由于未燃氣體的泄漏、燃燒不穩定，排氣中未燃碳氫化合物含量會增大，造成浪費。
為消除這個問題，本發明人開發了下述的發動機通過驅動排氣控制閥來得到對應于發動機轉數及節流閥開度的排氣開口率，至少在低負載運轉區域內，通過活塞適當控制排氣開口閉塞時的氣缸內壓力，通過燃燒室中殘留的已燃氣體的熱能使燃燒室內的未燃氣體活性化，在對發動機運轉為理想的點火時期，可使燃燒室內的未燃氣體自燃。本申請人已進行了專利申請(特愿平5-187488號)。
這樣通過積極地控制對發動機運轉為理想的點火時期，能進行活性熱氛圍氣體燃燒(active thermal atmosphere combustion)的燃燒，以下稱為AR(active radical combustion)燃燒。
在進行正常燃燒的過去的火花點火式二循環發動機中，異常燃燒主要發生在高溫高壓下，所以作為其對策，可提高發動機的冷卻能力，推遲點火時期或降低排氣口的位置以使圖示的平均有效壓力降低。
但是，本申請人的發明涉及的火花點火式二循環發動機在進行正常燃燒運轉狀態下，發生異常燃燒時，雖然可以采取與過去發動機相同的對策，但在AR燃燒區域或如圖9所示的該AR燃燒區域到其它燃燒區域的過渡區域中，延遲點火時期或減少排氣開口率時，相反會激化異常燃燒。
在可以進行AR燃燒的火花點火式二循環發動機中，如

圖10所示，在降低節流閥開度θth的低負載運轉領域中，充分有效地利用上一個循環已燃氣體含有的熱能使燃燒室內未燃氣體活化，可以在近于完全燃燒的狀態下使發動機運轉，所以與伴有不完全燃燒的正常燃燒相比具有較高的輸出特性，其結果是在裝載于車輛上時，在高速、高負載運轉的狀態下，存在著即使大幅度減小節流閥開度，也不會得到由于發動機輸出急速降低造成的所謂的發動機閘效應的問題。
本發明的目的在于活性熱氛圍氣體燃燒發動機在活性熱氛圍氣體燃燒區域進行運轉，在活性熱氛圍氣體燃燒運轉區域與正常燃燒運轉區域的過渡運轉區域下進行運轉時，能避免異常燃燒。
本發明的另一個目的在于不需要任何人為的判斷能自動的避免異常燃燒。
本發明的目的還在于在低負載運行區域，通過活性熱氛圍氣體燃燒而具有較高輸出特性的活性熱氛圍氣體燃燒的發動機中，在減少節流閥開度時能使發動機的輸出急速下降的燃燒控制裝置。
根據本發明，具有調節排氣通路開口率的排氣通路開口率調節手段、驅動上述排氣通路開口率調節于段以調節排氣通路開口率至少在低負荷運轉區域內對應于發動機回轉數及節流閥開度、燃燒室內的未燃氣體在對發動機運轉為理想的點火時期能夠自燃的火花點火式二循環發動機中，具有調整點火時期的點火時期調節手段;檢測上述燃燒室內異常燃燒的異常燃燒檢測手段;根據該異常燃燒檢測手段的檢測信號控制排氣通路開口率及點火時期為能消除異常燃燒的排氣通路開口率及點火時期的控制手段。
本發明由于具有如以上的構成，在AR燃燒運轉狀態下發生異常燃燒時，通過上述異常燃燒檢測手段檢測出的異常燃燒檢測信號使上述控制手段動作，在由此控制手段動作增大排氣通路開口率的同時，提前點火時期，將它們控制在能消除異常燃燒的排氣通路開口率及點火時期，也就是說自動避免異常燃燒。
根據本發明，在正常燃燒運轉區域及AR燃燒運轉區域內，盡管對異常燃燒的處理不同，但由于水需要任何人為的判斷，可自動處理，避免異常燃燒，故可以防止發動機的損傷及異常燃燒噪音的產生。
根據本發明的另一方面，燃燒室內未燃氣體至少在低負載運轉區域內能自燃的火花點火式二循環發動機具有調節排氣通路的開口率以控制壓縮開始時氣缸內壓力的排氣通路開口率調整手段;驅動上述排氣通路開口率調整手段以調節排氣通路開口率至少對應于發動機的轉數及節流閥開度、控制壓縮開始時氣缸內壓力為可使燃燒室內未燃氣體在對發動機運轉為理想的時期時自燃的壓縮開始時氣缸內目標壓力的控制手段;最小節流閥開度到一特定值的小區間內的排氣通路的開口率的設定值比該最小節流閥開度附近的節流閥開度的排氣通路開口率設定值大。
由于本發明具有上述的構成，節流閥開度從較大狀態減小時，通過上述控制手段的控制，上述排氣通路開口率調節手段動作，在最小節流閥開度處排氣通路開口率增大，在此之前燃燒室內未燃氣體在對發動機為理想點火時期自燃的AR燃燒運轉狀態被切換到正常燃燒運轉狀態。
這樣根據本發明，控制發動機輸出的操作者(當發動機裝載到車輛上時為駕駛者)以減小節流閥開度來操作節流閥時，由于可以從高輸出特性的AR燃燒運轉狀態切換到正常燃燒運轉狀態，所以可大幅度降低發動機輸出，發動機可以迅速減速。
下面根據圖說明本發明的實施例，其中圖1是具有本發明燃燒控制裝置的火花點火式二循環發動機氣缸部分縱斷面剖面圖。
圖2是表示圖1中同一側側面的氣缸部分側面圖。
圖3是沿圖1中Ⅲ-Ⅲ線的橫斷面圖。
圖4是表示圖1所示實施例的概略圖。
圖5是本發明其它實施例的概略圖。
圖6是排氣開口控制圖。
圖7是點火時期控制圖。
圖8是另一實施例的控制圖。
圖9是圖示橫座標為發動機轉數，縱座標為平均有效壓力的發動機運轉狀態特性圖。
圖10是火花點火式二循環發動機中使節流閥開度變化時的正常燃燒狀態及AR燃燒狀態時平均有效壓力變化特性圖。
下面，就圖1-圖4表示的本發明的一個實施例進行說明。
具有本發明節流閥控制裝置火花點火式二循環發動1是裝載于未圖示的自動二輪車上的發動機，該火花點火式二循環發動機1中，氣缸體3及氣缸蓋依次重疊于曲軸箱2的上方，并相互結合成一體。
此外，在氣缸體3內形成的氣缸孔5中，嵌裝有可以上下自由滑動的活塞6，該活塞6和曲軸8由連桿7相互連接，隨著活塞6的升降，驅動曲軸8回轉。
還有，吸氣通路10連接在曲軸箱2的曲軸室9，吸氣通路10中依次裝有氣化器11及針簧片閥13，氣化器11的活塞型節充閥12通過杠14及15連接在節流閥絞盤16，該節流閥絞盤16由未圖示的纜線連接于節流閥把手，向一方擰節流閥把手時，節流閥12上升，使節充閥開度增大。
再有，吸氣通路10與曲軸箱2的曲軸室9相接，氣缸孔5的內圓柱面開有換氣孔17及排氣孔18，該換氣孔17通過換氣通路19與曲軸室9連通，同時排氣孔18與排氣通路20連通。
在燃燒室21的凹部設有點火塞22，從氣化器11供給的與燃料混合的未燃氣體通過針簧片閥13被吸入到活塞上升行程時成為真空狀態的曲軸室9內，在下降行程時該氣體被壓縮，同時在活塞6下降、換氣孔17被打開時，由換氣孔17該壓縮未燃燒氣體供給到燃燒室21內，由此壓縮未燃氣體的進入使燃燒室21內的已燃氣體的一部分通過排氣孔18排出到排氣通路，通過活塞6的上升，換氣孔17排氣孔18依次閉合，那么，燃燒室21內的混合氣體隨著活塞6上升而被壓縮，在上死點附近由點火塞22點火或由上一次循環的殘留氣體的熱能自點火。
排氣口18的附近設有排氣控制閥23，該排氣控制閥23嵌裝于間隙26，所說的間隙26位于設置在缸體3上的縱斷面呈圓弧狀的凹部24和與該凹部24大致具有相同縱斷面形狀的排氣通路零件25之間，該間隙具有大致相同的間隔寬度。排氣控制閥23以中心線C為中心可上下搖動地支承在樞軸上，在與排氣控制閥23為一體的驅動軸27上，與27呈一體地裝有圖2所示的驅動桿28，該驅動桿28通過驅動纜線29與排氣控制伺服電機30的帶輪31相連，通過該排氣控制伺服電機30，排氣控制閥23上下搖動，從而設定從0-100%的所要的排氣開口率θe。
而且，排氣控制閥23的水平橫斷面形狀形成為“コ”狀，其側面臂部23b嵌裝在位于排氣通路20外側的間隙部32，除閉塞排氣口18的排氣控制閥23的圓弧部23a外，側面臂部23b不會對排氣的流動產生不利的影響。
在表示火花點火式二循環發動機1的主要部分的圖4中，由手動操作的節流閥12的節流閥開度θth用由電位差計構成的節流閥開度傳感器45檢測，并輸入到CPU40中。
此外，輸入到CPU40中的還有由發動機轉數傳感器34檢測出的發動機轉數Ne，由吸氣壓力傳感器檢測出的吸氣壓力Pi，由溫度計46檢測出的冷卻水溫度Tw，由壓力或光傳感器37檢測出的最大壓力產生時期或點火時期或壓縮開始壓力PEC，離合器的開合、變速裝置的變速位置等。
在將氣缸蓋4與氣缸體3連接成一體的連接螺栓38上附設有承載傳感器39，承載有由燃燒室21內的壓力產生的使油缸蓋4趨于離開缸體3的力的連接螺栓38的載荷用承載傳感器39檢測出，在燃燒室21內發生異常燃燒時，此異常由承載傳感器39檢測出，并將信號輸入到CPU40。
CPU40根據這些輸入值判斷火花點火式二循環發動機1的運轉狀態，產生各種控制信號，根據對應于發動機轉數Ne及節流閥開度θth決定的排氣開口率θe的圖6的排氣開口控制圖、對應于發動機轉數Ne及節流閥開度θth決定的點火栓22的點火時機θig的圖7的點火時機控制圖動作，將能夠得到由該排氣開口控制圖產生的排氣開口率θe的驅動信號△θe傳送到排氣控制伺服電機30，同時在利用上述點火時機控制圖產生的點火時機θig使點火栓22點火。
排氣開口控制6中的排氣開口率θe為氣缸內填充氣體在對火花點火式二循環發動機1的運轉最理想的時刻能自點火的值。
圖6的圖中，節流閥開度θth從最小開度θth0到稍大的微小開度θth1之間的排氣通路開口率θe0設定值要比節流閥開度θth2的排氣通路開口率θe2大，節流閥開度θth2比上述的θth0、θth1要大。
在用承載傳感器39檢測出發生異常燃燒時，CPU40在正常燃燒運轉區域通過正的補正使排氣開口率θe減小，同時延遲點火時期，在AR燃燒運轉區域或從該AR運轉區域轉移到其它區域的過渡區域，通過負的補正增大排氣開口率θe，同時提前點火時期θfg。
圖1-圖4的實施例的構成如上所述，在發動機轉數Ne較大的運轉區域內，排氣控制閥23向上方搖動，大致呈全開放狀態，排氣通路開口率θe大致為100%，火花點火式二循環發動機1在正常燃燒運轉狀態下運轉。
而且，在發動機轉數較大的正常燃燒運轉區域內，發生異常燃燒并由承載傳感器39檢出時，通過CPU40的控制，排氣控制閥23閉合，在排氣開口率θe減小的同時，點火栓22的點火時期θig延遲，可以避免異常燃燒的產生。
在發動機轉數小，特別是節流閥開度θth小的低負載運轉區域內，在進行AR燃燒運轉的狀態下發生異常燃燒時，通過CPU40的控制，與正常燃燒運轉區域相反，排氣閥23打開，在使排氣開口率θe增大的同時，點火栓22的點火時期θig提前，可以防止異常燃燒，在過渡區域內，動作也如上所述。
發動機轉數Ne大的正常燃燒運轉狀態下，隨著狀發動機轉數Ne的減少，排氣控制閥23向下方搖動，排氣口18被遮擋，排氣通路開口率θe降低，在對發動機運轉最理想的點火時期，燃燒室21內的未燃燒氣體自燃，處于AR燃燒狀態。
對應于節流閥12的節流閥開度減少，特別是低速回轉區域內，排氣閥23向下搖動，排氣孔18被遮擋，排氣通路開口率降低，但節流閥12的節流閥開度θth減上至比θth3還小時，排氣通路開口率θe急速下降后，節流閥開度θth變為θth2后，排氣通路開口率θe急速上升，節流閥開度θth在θth1～θth0的范圍內，排氣通路開口率θe為較高水平，雖然在此之前為AR燃燒狀態，但這時卻從AR燃燒狀態恢復到正常燃燒狀態，通過火花點火式二循環發動機1的輸出功率急速降低，火花點火式二循環發動機1急速減速。
這樣，將節流閥12擰到最小開度時，發動機“閘效應”起作用，自動二輪車可急速減速，停車。
在具有氣化器11的上述實施例中，通過調整排氣開口率θe及點火時期θig來避免異常燃燒，但是，除此之外，在燃料噴射型的二循環發動機中，可追加如下機能調整燃料噴射閥的燃料噴射量，以便在異常燃燒時改變空燃比，以使空燃比偏離理論空燃比。這樣，可比此實施例更確實地能防止異常燃燒。
在圖1-圖4的實施例中，通過承載傳感器39檢測出異常燃燒，但如圖5所示，也可以用G傳感器42、壓力傳感器43、柱塞密封型的承載傳感器44代替承載傳感器39。
即使回轉數Ne和節流閥開度θth統一地設定，但由于氣溫、海拔高度等引起的氣壓變化，往往壓縮開始時氣缸內壓力會產生變動，為消除此問題，在排氣通路20中設置排氣溫度檢測傳感器41，通過CPU40對下述表1所示的溫度補正表中的由發動機轉數Ne用節流閥開度θth規定的標準排氣溫度及排氣溫度傳感器檢測的溫度進行比較，例如，當此溫度差超過50℃時，具體地講當排氣溫度傳感器檢測的溫度比標準排氣溫度低時，使排氣控制閥23的排氣開口率θe增大，當檢測出的排氣溫度比上述排氣溫度高時，使排氣閥23的排氣開口率θe縮小。
表1.排氣溫度補正表 在由溫度計36檢測出的冷卻水溫度不到20℃時，可以如下表2所示補正表1的標準排氣溫度，也可以取代溫度計36檢測出的冷卻水溫，來檢測點火栓22的安裝座的溫度，根據此檢測溫度對表1的標準排氣溫度進行補正。
表2.水溫補正表TW－10°0℃10℃20℃20℃以上Tg′＋50＋30＋1000圖1-圖4圖示的實施例中，使用了圖5圖示的圖形，但也可以用圖8所示的圖形。
在發動機轉數Ne為一特定值或上于此特定值時，發動機的輸出功率減小，使排氣通路開口率θe急速增大的必要性減小，所以在圖6的圖形中，在此區域中排氣通路開口率θe就取較小的值，但在中高速回轉區域內畢竟可以保持減速特性。
在上述實施例中，排氣通路開口率調整手段使用了排氣控制閥，但作為排氣通路20的排氣通路開口率調整手段也可以使用蝶形閥。
權利要求
1.一種火花點火式二循環發動機的燃燒控制裝置，在具有調整排氣通路的開口率的排氣通路開口率調整手段，至少在低負載運行區域中，驅動上述排氣通路開口率調整手段以調節對應于發動機轉數及節流閥開度的排氣通路開口率，在對發動機的運轉較理想的點火時期可使燃燒室內的未燃氣體自燃的火花式點火式二循環發動機中，其特征在于調整點火時期的點火時期調整手段；檢測燃燒室內的異常燃燒的異常燃燒檢測手段，根據該異常檢測手段的檢測信號，控制排氣通路開口率及點火時期為能消除異常燃燒的排氣通路開口率及點火時期的控制手段。
2.如權利要求1記載的火花點火式二循環發動機燃燒控制裝置，其特征在于上述控制手段在正常燃燒運轉區域中，由上述異常燃燒檢測手段檢測出異常燃燒時，在使排氣通路開口率減小的同時，延遲點火時期;在AR燃燒運轉區域中，由上述異常燃燒檢測手段檢測出異常燃燒時，在增大排氣通路開口率的同時，提前點火。
3.如權利要求1記載的火花點火式二循環發動機燃燒控制裝置，其特征在于異常檢測手段是附設于連接氣缸體及氣缸蓋折螺栓上的承載傳感器或柱塞密封型承載傳感器。
4.如權利要求1記載的火花點火式二循環發動機燃燒控制裝置，其特征在于異常燃燒檢測手段為檢測加速度的G傳感器或檢測燃燒室內的壓力的壓力傳感器。
5.一種火花點火式二循環發動機燃燒控制裝置，至少在低負載運轉區域，燃燒室內的未燃氣體能自燃的火花點火式二循環發動機中，其特征在于具有調整排氣通路的開口率以控制壓縮開始時氣缸內壓力的排氣通路開口率調整手段;驅動上述排氣通路開口率調整手段以調節至少對應于發動機回轉數及節流閥開度的排氣開口率，將壓縮開始時氣缸內壓力控制到燃燒室內的未燃燒氣體在對發動機運轉較理想的點火時期能自燃的壓縮開始時氣缸內壓力的目標值的控制手段;在最小開度到一特定值的開度區間內的排氣通路開口率的設定值要比最小節流閥開度附近的節流閥開度處的排氣通路開口率之設定值大。
全文摘要
一種火花點火式二循環發動機的燃燒控制裝置。在具有調節排氣通路的開口率的排氣開口率調節手段，至少在低負載區域內，驅動上述開口率調節手段以調節開口率對應于發動機轉數及節流閥開度，可使燃燒室內的未燃氣體在對發動和運轉為理想的點火時期時自燃的火花點火式二循環發動機中，具有點火時期調節手段，異常燃燒檢測手段，根據異常燃燒檢測信號控制排氣通路開口率及點火時期為消除異常燃燒的排氣通路開口率及點火時期的控制手段。
文檔編號F02B1/04GK1109945SQ94112948
公開日1995年10月11日 申請日期1994年12月9日 優先權日1993年12月9日
發明者黑崎隆晴, 津島勇二, 野田憲一, 石橋羊一, 山崎隆太郎 申請人:本田技研工業株式社