JPH0742913B2 - エンジンの点火時期制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、エンジンの点火時期制御方法に係り、特に最
大トルク回転数以上の高速域での出力向上のための点火
時期制御に関するものである。

（従来技術） エンジンの出力向上を図るため、排気管の動的効果いわ
ゆる慣性効果、脈動効果を利用して燃焼室内の点火前後
の圧力を上昇させることが知られている。

ところで、最大トルクを出力する最大出力エンジン回転
数以上の高回転域では、高速走行により排気管が冷却さ
れることから排気温度が下降するため排気管端などから
の圧力反射波が排気口に戻るタイミングが、最大トルク
時に発生するベストタイミングより遅れ気味になり、出
力が低下する傾向にある。

ところで、シリンダ内のガス交換に関しては排気系にお
ける動的効果すなわち慣性効果と脈動効果が大きく寄与
する。そして、この排気系における動的効果の大きな要
因としては、排気系の排気温度が高く、それに伴って音
速が大きくなること、排気を吹き出す時は燃焼室内の圧
力が排気管内の圧力に比べて大きく、容易に臨界圧に達
し、励起される振動エネルギが大きくなること、吹き出
す圧力の最大値はエンジン回転数が高い程大きくなり、
かつ排気の流出時間が短くなることである。そして、こ
のような動的効果を得るには４サイクルエンジンの場
合、排気行程の終りと吸気行程の始めの間で排気弁と吸
気弁とのオーバラップするピストンの上死点近くで排気
系からの負圧の反射波が排気弁に達していればよく、こ
のとき動的効果によりシリンダ内の新気へのガス交換が
充分に行なわれる。

一方、２サイクルエンジンでシリンダに排気孔、掃気孔
がある場合は、掃気孔が開孔期間中に負圧反射波が排気
孔に達すると、この負圧波は燃焼室、排気通路を経てク
ランクケース、吸気孔にまでおよぶ。このクランクケー
ス内に達した負圧はクランクケース内により多くの新気
を吸込むために、次のサイクルには多くの新気を燃焼室
に送り出すことになる。負圧の後には正圧の反射波が排
気孔あるいは掃気孔に達し、新気の流出を防止する。

以上のような好ましい排気脈動等を得る同調条件を満足
させる排気系の仕様は一般には最大トルク回転数で設定
されることが多い。一方、使用回転数が広範囲に亘るエ
ンジンにおいては全ての使用回転数で動的効果を利用す
る同調条件を得ることは難しい。その理由としては、排
気弁および吸気弁は、エンジンの回転、つまりクランク
軸の回転に対応して開閉されており、回転数に応じて動
的効果を利用できるように開閉時点を変えることができ
ないためである。

ここで、エンジン回転数をＮ、排気脈動数をｎ、排気管
長をＬ、音速をａとすると、脈動数当たりに要する時間
ｔは、ｔ＝1/（ｎ・N/60）…（１）となる。また、この
時間ｔは、排気管の長さＬを音速で往復する時間であ
り、ｔ＝,2L/a…（２）となる。したがって、脈動数ｎ
は、上記（１）（２）式より、ｎ＝（60/N）・（a/2L）
…（３）となる。上記音速ａはガスの絶対温度Ｔの平方
根に比例するので、 という関係が成立する。いま、排気脈動の同調条件にお
ける排気の絶対温度をTm、エンジンの回転数をNm、排気
管の長さをLmとすると、同調した脈動数と同じである条
件は、 または、Ｔ＝（Ｎ・L/Nm・Lm）・Tm…（６）となる。

このように排気脈動数を同調条件と同じにするには、排
気系の長さ、つまり排気管の長さＬを可変とし同調設定
回転数よりも高い回転数あるいは低い回転数に同調させ
ればよい。このようなものとして、特開昭55−112823号
公報に示されるごとき２サイクルエンジン用可変長排気
管があるが、排気系の長さを可変とするため排気系の構
成が複雑となる。

また、上記同調設定回転数よりも低い回転数領域におい
て、排気温度を下げて排気の音速を遅くし、中速回転数
領域のトルクの向上を図ったものに、例えば特開昭58−
74826号公報に示されるごとき２サイクルエンジンの排
気消音装置がある。ところが、この装置は、中速回転数
領域のトルクの向上を図っているに過ぎず、高速回転数
領域でのトルクの向上は図られていない。ところで、理
論的にはエンジンの最大トルク回転数以上の回転域で
は、排気管内の排気温度を上昇させた方が燃焼室への圧
力伝播速度が上がり、充填効率が高まり、出力の向上が
図れることが知られている。一方、点火時期は遅角させ
ると、それに対応して排ガス温度が上昇することも知ら
れている。

（発明の目的） 本発明は、上記背景に着眼してなされたもので高回転域
において、排気管内の排気温度が下がれば点火時期を所
定値よりも遅角させて排気管内の排気温度を上げるよう
に制御することにより、排気の動的効果を効率よく利用
できるようにしたものであって、これによって特に最大
トルク回転数以上の高速域での出力の向上が図れるエン
ジンの点火時期制御方法を提供することを目的とする。

（発明の構成） 本発明は、動的効果を用いエンジン回転数に対する最大
トルクを出力し得る最適排気温度データを予め作成記憶
し、エンジン回転数に対する最適排気温度を上記データ
から読み出し、この読み出された最適排気温度と実際の
エンジン運転状態で検出された排気温度とを比較し、最
大トルク回転数より高いエンジン回転数領域で、上記の
検出された排気温度が上記最適排気温度に近付くまで点
火時期を遅角させるように制御するものである。

この構成により、エンジン回転数が最大トルク回転数よ
り高い高回転数領域では、点火時期が遅角され排気温度
が上昇して上記最適排気温度に近付くため排気の動的効
果が高められ、エンジンは上記回転数領域での最高トル
ク出力で運転される。

（実施例） 図面において、１は２サイクルエンジン、２はシリン
ダ、３はピストン、４はクランク室、５は燃焼室、６は
排気管である。上記シリンダ２には排気孔７、吸気孔
８、掃気孔９が設けられ、その排気孔７には上記排気管
６が接続されている。この排気管６には実際のエンジン
１の運転状態における排気温度を検出する温度検出手段
としての温度センサ10が設けられている。この温度セン
サ10の出力は、増幅器11を介して点火時期制御装置12に
与えられる。

また、点火時期制御装置12には、実際のエンジン１の運
転状態におけるエンジン回転数を検出するエンジン回転
数検出手段としてのエンジン回転数検出器13からのエン
ジン回転数が増幅器14を介して与えられる。また、点火
時期制御装置12には予め作成されたエンジン回転数に対
する最適排気温度を記憶する記憶手段が備えられてい
る。点火時期制御装置12の出力は、点火装置15に与えら
れている。

ここで、この実施例の動作説明に入る前にこの動作の原
理を説明しておく。たとえば、予め設定された点火時期
よりも遅れてエンジン１の点火動作を行なうと、燃焼室
５内の火炎核が所定時期より遅れて発生する。これによ
る着火遅れ期間は、ピストン３の上死点近くになるに従
って未燃焼混合気の断熱圧縮による燃焼室５内の温度上
昇によりわずかに短くなるが、燃焼期間は上死点以降と
なり燃焼室５内ガスの冷却面積の増加、燃焼室５内の容
積変化率の減少により増加する。これにより排気温度は
設定回転数時の排気温度より上昇し、音速が増加する。
このためにエンジン１の最大トルクあるいは最大トルク
回転数時とほぼ同一のクランク角時に脈動を同調させ得
るので体積効率あるいは充填効率を増加させ、出力の増
加を図ることができる。

次に、この実施例の動作を説明する。

点火時期制御装置12の記憶手段は第２図（ａ）に特性曲
線a1で示すごとき、最大トルクを出力することができる
エンジン回転数に対する最適排気管内ガス温度（以下、
最適排気温度という）のデータが予め記憶されている。
なお、排気管の冷却条件が一定の時のエンジン回転数に
対する排気管内ガス温度の特性を曲線a2で示している。
また、第２図（ｂ）はエンジン回転数に対するトルク出
力の特性図で、曲線b1,b2はそれぞれ上記第２図（ａ）
における曲線a1,a2に相当する条件で得られる特性を示
す。

いま、エンジン１が始動し作動状態に入ると、温度セン
サ10からの排気温度信号およびエンジン回転数検出器13
からの回転数信号は増幅器11および14で増幅され、点火
時期制御装置12に入力される。また、点火時期制御装置
12は入力された回転数信号に対する最適排気温度を記憶
手段から読み出し、この読み出された最適排気温度と入
力された排気温度とを比較し、この排気温度が最適排気
温度に近付くように点火時期を設定し、この点火時期に
より点火装置15を制御してエンジン１を駆動する。

すなわち、エンジン回転数が第２図に示す最大トルク回
転数Nm（最大出力を発生するときのエンジン回転数）よ
り低く、検出された排気温度が曲線（a2）に相当して最
適排気温度（a1）より高いとき、排気温度が最適排気温
度（a1）に近付くまで点火時期を所定値より進角させて
いく。これにより排気温度が下がるので第２図（ｂ）の
曲線b2に相当するトルク出力は曲線b1で示す高トルク出
力に近付き、エンジン出力が大きくなる。

一方、エンジン回転数が最大トルク回転数Nmより高く、
検出された排気温度が最適排気温度（a1）より低いと
き、排気温度が最適排気温度（a1）に近付くまで点火時
期を所定値より遅角させていく。これにより、排気温度
が上がるのでトルク出力曲線b1で示す高トルク出力に近
付き、エンジン出力が大きくなる。

第３図は排気管６の冷却の強弱に対する排気温度の関係
図で、曲線c1は本発明の排気温度に基づいた点火時期制
御を行なった場合の特性、曲線c2は排気温度によらず点
火時期固定（エンジン回転数のみの制御）の場合の特性
を示す。同図から判るように本発明の制御方法によれ
ば、排気温度変化幅（曲線c1に相当）が、排気温度によ
らず点火時期固定の場合の排気温度変化幅（曲線c2に相
当）に比べ小さくなり、特に排気管６の冷却が弱い場合
の排気管６の過熱を防止することができ、出力面および
熱的面の双方の利点が得られる。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、動的効果を用いエンジン
回転数に対する最大トルクを出力できる最適排気温度デ
ータを予め作成記憶し、運転中に検出されたエンジン回
転数に対する上記最適排気温度を読み出すとともに、運
転中の排気温度を検出し、この排気温度が最適排気温度
に近付くように特に最大トルク回転数以上の高回転数域
において、点火時期を遅角制御することにより、最大ト
ルク回転数以上の高速域における出力トルクの向上を図
りエンジン出力を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のエンジンの点火時期制御方法を実施す
るための点火装置の一例を示す構成図、第２図（ａ）は
上記制御方法を説明するためのエンジン回転数に対する
排気管内ガス温度の特性図、第２図（ｂ）は上記制御方
法を説明するためのエンジン回転数に対するトルク出力
の特性図、第３図は排気管を冷却する冷却風速に対する
排気温度の関係図である。 １……エンジン、６……排気管、10……温度センサ、12
……点火時期制御装置（記憶データを含む）、13……エ
ンジン回転数検出器、15……点火装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】動的効果を用いエンジン回転数に対する最
   大トルクを出力し得る最適排気温度データを予め作成記
   憶し、エンジン回転数に対する最適排気温度を上記デー
   タから読み出し、この読み出された最適排気温度と実際
   のエンジン運転状態で検出された排気温度とを比較し、
   最大トルク回転数より高いエンジン回転数領域で、上記
   の検出された排気温度が上記最適排気温度に近付くまで
   点火時期を遅角させるように制御することを特徴とする
   エンジンの点火時期制御方法。