KR0130021B1 - 불꽃점화식 2싸이클엔진 - Google Patents

불꽃점화식 2싸이클엔진

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KR0130021B1
KR0130021B1 KR1019940034865A KR19940034865A KR0130021B1 KR 0130021 B1 KR0130021 B1 KR 0130021B1 KR 1019940034865 A KR1019940034865 A KR 1019940034865A KR 19940034865 A KR19940034865 A KR 19940034865A KR 0130021 B1 KR0130021 B1 KR 0130021B1
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유기 츠시마
다카하루 구로사키
겐지로 사이토
요이치 이시바시
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가와보토 노부히코
혼다기켄고교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 적어도 저부하 운전영역에서 연소실내의 새로운 공기를 압축자기착화시켜 활성열분위기연소를 행할 수 있는 불꽃점화식 2싸이클 엔진에 있어서, 상기 활성열분위기 운전영역과 통상 불꽃점화연소 운전영역의 천이운전영역에서 통상 불꽃점화연소 운전영역의 불꽃점화시기보다 조기에 불꽃점화함으로써, 연소상태를 안정화하여 이상연소음이나 열에 의한 해를 피할 수 있는 불꽃점화식 2싸이클 엔진을 제공하는 것을 목적으로 하는 것으로서, 수동조작된 스로틀밸브(12)의 스로틀배브 개방도(θth)는 포텐시오미터 등으로 이루어진 스로틀밸브 개방도 센서(33)에 의해 검출되고, 엔진회전수(Ne)는 엔진회전수센서(34)에 의해 검출되어 CPU(38)에 입력되며, CPU(38)는 엔진회전수(Ne)와 스로틀밸브 개방도(θth)에 따라서 배기통로 개구율(θe)을 정한 제5도의 제어맵을 따라 동작하고, 상기 맵에 따른 배기통로 개구율(θe)이 되는 구동신호(△θe)를 배기제어 서보모터(30)에 송신하며, 또한 점화플러그(22)는 통상연소 운전영역에서는 상사점 전 10°(크랭크각)에서 불꽃을 튀게 되어 있으며, 통상연소 운전영역과 AR연소 운전영역의 천이운전영역(A)에서 운전되고 있는 것이 CPU(38)에 의해 판단되었을 경우에는, CPU(38)의 제어신호에 의해 상사점 전 20°에서 불꽃을 튀게 되어 있다.

Description

불꽃점화식 2싸이클엔진
제1도는 본 발명의 연소제어장치를 구비한 불꽃점화식 2싸이클엔진의 실린더부분을 종단한 종단 측면도이 특허 제130021호 2/9다.
제2도는 제1도와 같은 쪽의 측면을 도시한 실린더부분의 측면도이다.
제3도는 제1도의 III-III 선을 따라서 절단한 횡단 평면도이다.
제4도는 제1도에 도시하는 실시예의 개략을 도시한 개략도이다.
제5도는 제어맵을 도시한 도면이다.
제6도는 가로축에 엔진회전수, 세로축에 평균유효압력을 도시한 엔진의 운전상태를 도시한 특성도이다.
제7도는 본 발명의 상기 실시예에 있어서의 연소시기와 기통내압력변화와 기통내 압력과의 상를 도시한 특성도이다.
제8도는 종래의 불꽃점화식 2싸이클 엔진에 있어서의 연소시기와 기통내 압력변화와 기통내 압력과의 상태를 도시한 특성도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 불꽃점화식, 2 싸이클 엔진 2 : 크랭크 케이스
3 : 실린더 블록 4 : 실린더 헤드
5 : 실린더 홀 6 : 피스톤
7 : 연접 8 : 크랭크
9 : 크랭크실 10 : 흡기통로
11 : 기화기 12 : 스로틀밸브
13 : 리드밸브 14 : 로드
15 : 레버 16 : 스로틀 드럼
17 : 소기포트 18 : 배기포트
19 : 소기통로 20 : 배기통로
21 : 연소실 22 : 점화플러그
23 : 배기제어밸브 24 : 오목부
25 : 배기통로부재 26 : 간극
27 : 구동축 28 : 구동레버
29 : 구동 케이블 30 : 배기제어 서보모터
31 : 풀리 32 : 간극부
33 : 스로틀밸브 개방도센서 34 : 엔진회전수센서
35 : 흡기압력센서 36 : 수온계
37 : 지압센서 38 : CPU
본 발명은 적어도 저부하 운전영역에서 연소실내의 새로운 공기를 압축자기착화시켜서 활성열분위기연소를 행할 수 있는 불꽃점화식 2싸이클 엔진에 있어서, 상기 활성열분위기 운전영역과 통상 불꽃점화연소 운전영역의 천이운전영역에서 통상 불꽃점화연소 운전영역의 불꽃점화시기보다 조기에 불꽃점화함으로써, 연소상태를 안정화하여 이상연소음이나 열에 의한 해를 피할 수 있는 불꽃점화식 2싸이클 엔진에 관한 것이다.
공기에 연료를 미리 혼합한 새로운 공기를 연소실내에 공급하는 소위 기화기가 부착된 불꽃점화식 2싸이클 엔진에 있어서는, 실린더 홀의 내주면에 피스톤에 의해 개폐되는 배기포트 및 소기포트를 형성하고, 크랭크실내에서 예압된 새로운 공기를 소기포트로부터 실린더실내에 공급함과 동시에 실린더실내의 기연가스를 배기포트로부터 배출하고, 실린더실내에서 압축된 새로운 공기를 점화플러그에 의해 착화시키도록 되어 있었다.
이러한 종래의 불꽃점화식 2싸이클 엔진에서는, 고속, 고부하 운전영역에서의 출력 및 효율을 높은 수준이상으로 설정하기 위하여 배기포트를 크게 하면, 저부하 운전영역에서는 새로운 공기의 블로우 바이(blow-by)나 연소불안정에 의해, 배기가스중의 미연소 탄화수소량이 증대되어 연비가 악화되었다.
이를 해소하기 위하여, 엔진회전수와 스로틀밸브 개방도에 따른 배기통로 개구율로 배기통로 개구율 조정수단인 배기제어밸브를 구동시킴으로써, 적어도 저부하 운전영역에 있어서, 피스톤에 의한 배기개구 폐색시의 기통내 압력을 적정하게 제어하여, 연소실내에 잔류한 기연가스의 열에어지에 의해 연소실내의 새로운 공기를 활성화하여, 엔진의 회전에 바람직한 착화시기에 연소실내의 새로운 공기를 압축자기착화시킬 수 있는 엔진을 개발하여, 본 출원인을 출원하였다(일본국 특개평5-187488호).
이와 같이 엔진의 회전에 바람직한 착화시기를 적극적으로 제어함으로써 활성열분위기연소를 행하게 하는 연소를 이하 AR연소라고 칭하며, 이 AR연소가 행해지는 운전영역을 AR연소영역이라고 칭한다.
이러한 AR연소가능한 불꽃점화식 2싸이클 엔진에 있어서, 점화플러그는 어떠한 운전상태에서도 소정의 점화시기에 불꽃을 발생하도록 되어 있으며, 기연가스의 열에너지를 이용한 AR연소운전에서는 새로운 공기의 흡기량이 적기 때문에, 제6도의 특성도로부터 명백한 바와 같이, 엔진속도(엔진회전수(Nerpm))가 극저속보다 높은 상태에서는, 점화착화에 의한 통상의 연소운전에 비하면 출력이 작지만, 이 통상연소 운전영역과 AR연소 운전영역의 천이운전영역(A)에서는, 통상연소와 AR연소가 혼재하고 있다.
그리고 AR연소 운전영역에서는, 비교적 저속의 엔진회수와 비교적 작은 스로틀밸브 개방도에 따라서 배기제어밸브에 의해 적정한 배기통로 개구율로 설정하면, 점화플러그에 의한 불꽃점화시기에 좌우되지 않고, 착화시기가 안정된 압축자기착화가 행해지나, 상기한 통상연소와 AR연소가 혼재한 천이운전영역(A)에서는, 어떤 싸이클에서는 기연가스의 열에너지에 의해 활성화된 새로운 공기가 조기에 압축자기착화를 일으켜서 급격한 연소반응을 일으키고, 제8도의 중단 및 하단에 도시되는 바와 같이, 커다란 압력변화와 높은 지압압력이 발생하여, 다음 싸이클에서는 조기착화에 의한 팽창종료온도의 저하에 의해 착화시기가 늦어지고, 작은 압력변화와 낮은 지압압력이 발생하며, 이러한 현상이 교대로 발생하여, 착화시기가 안정되지 않으며 배기음이 높아진다.
또, 일본국 특개소53-109007호 공보의 특허청구의 범위에서는,「불꽃점화기관에 있어서, 통상은 불꽃점화운전되는 기통을, 특정운전시에는 흡기류 및 배기류의 쌍방 혹은 배기류만을 교축하여 압축착화운전시키고, 또한 이 압축착화운전으로의 이행시, 상기 기통에서는 강제적으로 추진된 착화시기에서의 불꽃점화운전을 행하는 것을 특징으로 하는 불꽃점화기관의 운전방법」이 되며, 마치 1개의 기통내에서 통상연소 운전영역과 AR연소 운전영역의 천이운전영역에서 점화시기를 빠르게 하도록 되어 있는 것처럼 이해되지만, 이 압축자기착화시기를 제어하지 않은 압축자기착화운전(AR연소운전과는 다르다)으로의 이행시에는, 2기통 중의 한쪽의 기통에서는 배기류를 교축하여 압축자기착화운전시키고, 다른 쪽의 기통에서는 배기류를 교축하지 않은 채로 착화시기만을 추진하고 있기 때문에, 상사점 전에 연소가 개시되어 과잉조기 착화상태가 되므로, 열에 의한 해나 이상연소음의 발생을 초래하는 결과가 된다.
본 발명은, 이러한 난점을 극복한 불꽃점화식 2싸이클 엔진의 개량에 관한 것으로서, 공기에 연료를 미리 혼합한 새로운 공기를 연소실내에 공급하고, 적어도 저부하 운전영역에서 상기 연소실내의 새로운 공기를 압축자기착화시켜서 활성열분위기연소를 행할 수 있는 불꽃점화식 2싸이클 엔진에 있어서, 배기통로의 개구율을 조정하여 압축개시 기통내 압력을 제어하는 배기통로 개구율 조정수단과, 점화시기를 조정하는 점화시기 조정수단, 적어도 엔진회전수와 스로틀밸브 개방도에 대응한 배기통로 개구율로 상기 배기통로 개구율 조정수단을 구동시켜, 엔진의 운전에 바람직한 착화시기에 연소실내의 새로운 공기를 자기착화시킬 수 있는 목표압축 개시시기 기통내 압력으로 압축개시 기통내 압력을 제어함과 동시에, 상기 활성열분위기연소 운전영역 및 통상 불꽃점화연소 운전영역의 천이운전영역에서 상기 불꽃점화시기 조정수단을 동작시켜, 통상 불꽃점화연소 운전영역의 불꽃점화시기보다 조기에 불꽃점화시켜 상기 불꽃점화에 의한 연소개시시기를 상사점 근방으로 제어하는 제어수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기한 바와 같이 구성되어 있으므로, AR연소 운전영역과 통상연소 운전영역의 천이운전영역에 있어서, 통상 불꽃점화연소 운전영역의 불꽃점화시기보다 조기에 점화플러그에 의한 불꽃점화를 일으켜서, 압축자기착화에 의하지 않고 연소실내의 새로운 공기를 착화시켜서, 연소상태를 싸이클의 여하를 막론하고 거의 일정하게 할 수 있으며, 배기음을 낮은 레벨로 유지할 수 있음과 동시에, 열에 의한 해를 피할 수 있다.
본 발명은 특히 배기통로내에 버터플라이밸브로써 배기통로 개구율 조정수단을 구성한 배기통로내의 강한 맥동요란에 의해 착화지연기간이 긴 불꽃점화식 2싸이클 엔진에 있어서, 현저한 효과를 낼 수 있다.
이하, 제1도 내지 제4도에 도시된 본 발명의 일실시예에 대하여 설명한다.
본 발명의 스로틀밸브 제어장치를 구비한 불꽃점화식 2싸이클 엔진(1)은, 도시되지 않은 자동2륜차에 탑재되는 것으로서, 상기 불꽃점화식 2싸이클 엔진(1)에서는 크랭크 케이스(2)의 상부에 실린더 블록(3) 및 실린더 헤드(4)가 순차적으로 중첩되어 상호 일체적으로 결합되어 있다.
또, 실린더 블록(3)에 형성된 실린더 홀(5)에 피스톤(6)이 상하로 슬라이딩이 자유롭게 장착되고, 상기 피스톤(6)과 크랭크(8)는 연접봉(7)에 의해 상호 연결되어 있으며, 피스톤(6)의 승강에 따라 크랭크(8)가 회전구동되게 되어 있다.
또한, 크랭크 케이스(2)내의 크랭크실(9)에 흡기통로(10)가 접속되며, 상기 흡기통로(10)에 기화기(11)와 리드밸브(13)가 직렬로 삽입되며, 기화기(11)의 피스톤형 스로틀밸브(12)는 로드(14) 및 레버(15)를 통해서 스로틀드럼(16)에 연결되고, 이 스로틀 드럼(16)은 도시되지 않은 와이어를 통해서 스로틀 그립에 연결되어 있어, 스로틀 그립을 한방향으로 틀면, 스로틀밸브(12)가 상승하여 스로틀밸브 개방도가 증대하게 되어 있다.
또한, 흡기통로(10)는 크랭크 케이스(2)와 크랭크실(9)에 접속되며, 실린더 홀(5)의 내주면에 소기포트(17)와 배기포트(18)가 개구되며, 상기 소기포트(17)는 소기통로(19)를 통해서 크랭크실(9)에 연통됨과 동시에, 배기포트(18)는 배기통로(20)에 연통되어 있다.
또, 실린더 홀(5) 상부방향의 연소실(21)의 오목부에 점화플러그(22)가 설치되어 있으며, 기화기(11)로부터 공급된 연료와 혼합된 새로운 공기는, 상승행정시에 부압이 된 크랭크실(9)내에서 리드밸브(13)를 통해서 흡입되며, 하강행정시에 압축됨과 동시에, 소기포트(17)로부터 피스톤(6)이 하강하여 소기포트(17)가 개방되었을 때에 압축된 새로운 공기가 연소실(21)내에 공급되고, 이 압축된 새로운 공기의 진입으로 연소실(21)내의 기연가스의 일부는 배기포트(18)로부터 배기통로(20)로 배출되고, 피스톤(6)의 상승에 의해 소기포트(17), 이어서 배기포트(18)가 폐색되면, 연소실(21)내의 혼합공기는 피스톤(6)의 상승에 따라 압축되고, 상사점 근방에서 점화플러그(22)에 의한 착화 또는 앞 싸이클의 잔류가스의 열에너지에 의한 자기착화가 행해지도록 되어 있다.
또한, 배기포트(18)근처에는 배기통로 개구율 조정수단인 배기제어밸브(23)가 설치되고, 상기 배기제어밸브(23)는 실린더 블록(3)에 설치된 종단면이 원호형상인 오목부(24)와, 상기 오목부(24)와 거의 동일한 종단면형상으로 형성된 배기통로부재(25) 사이에 위치한 대체로 동일한 간격폭을 갖는 간극(26)에 끼워지고, 중심선(c)을 중심으로 하여 상하로 스윙이 자유롭게 지지되어 있으며, 배기제어밸브(23)와 일체인 구동축(27)에, 제2도에 도시하는 구동레버(28)가 일체적으로 장착되고, 상기 구동레버(28)는 구동케이블(29)을 통해서 배기제어 서보모터(30)의 풀리(31)에 연결되어 있으며, 상기 배기제어서보모터(30)에 의해 배기제어밸브(23)는 상하로 스윙구동되어 0 내지 100%사이의 소요되는 배기통로 개구율(θe)로 설정될 수 있게 되어 있다.
또한, 배기제어밸브(23)의 수평횡단면 형상은자형상으로 형성되고, 그 측면아암부(23b)는 배기통로(20)보다 외부방향에 위치한 간극부(32)에 장착되어 있으며, 배기포트(18)를 폐색하는 배기제어밸브(23)의 원호형상부(23a)를 제외한 측면아암부(23b)는 배기의 흐름에 하등의 악영향을 주지 않게 되어 있다.
또, 불꽃점화식 2싸이클 엔진(1)의 요부를 도식적으로 도시한 제4도에 있어서, 수동조작된 스로틀밸브(12)의 스로틀밸브 개방도(θth)는, 포텐시오미터등으로 이루어진 스로틀밸브 개방도 센서(33)에 의해 검출되어, CPU(38)에 입력되도록 되어 있다.
또, 엔진회전수센서(34)에 의해 검출된 엔진회전수(Ne), 흡기압력센서(35)에 의해 검출된 흡기압력(P1), 수온계(36)에 의해 검출된 냉각수온도(Tw), 지압센서(37)에 의해 검출된 최대지압 발생시기 또는 착화시기 혹은 압축개시압력(PEC), 클러치의단속, 변속기의 변속위치 등도 CPU(38)에 입력되게 되어 있다.
CPU(38)는 이들 각 입력값에 의해 불꽃점화식 2싸이클 엔진(1)의 운전상태를 판단하여 각종 제어신호를 발신하나, 엔진회전수(Ne)와 스로틀밸브 개방도(θth)에 따라서 배기통로 개구율(θe)을 정한 제5도의 제어맵을 따라 동작하고, 상기 맵에 따른 배기통로 개구율(θe)이 되는 구동신호(△θe)를 배기제어 서보모터(30)에 송신하도록 되어 있다.
또, 제5도의 맵에 있어서의 배기통로 개구율(θe)은 기통내 충전가스가 불꽃점화식 2싸이클 엔진(1)의 운전에 가장 바람직한 타이밍으로 자기착화할 수 있는 값으로 되어 있다.
또한, 점화플러그(22)는 통상연소 운전영역에서는, 예를 들면 상사점 전10°(크랭크각)에서 불꽃을 튀게 되어 있으며, 엔진회전수센서(34)와 지압센서(37)에 의해 검출된 엔진회전수(Ne)와 평균유효압력(PME)으로부터 제6도에 도시되는 맵에 의거하여, 엔진(1)이 통상연소 운전영역과 AR연소 운전역역의 천이운전영역(A)에서 운전되고 있는 것이 CPU(38)에 의해 판단되었을경우에는, CPU(38)의 제어신호에 의해 점화플러그(22)의 점화시기를 빠르게 해서 상사점 전 20°에서 불꽃을 튀게 되어 있다.
제1도 내지 제4도에 도시하는 실시예는 상기한 바와 같이 구성되어 있으므로, 엔진회전수(Ne)가 큰 운전영역에 있어서는 배기제어밸브(23)가 상부방향으로 스윙되어 거의 완전개방으로 개방되고, 배기통로 개구율(θe)은 약 100%정도로 설정됨과 동시에 상사점 전 10°에서 점화플러그(22)로부터 불꽃이 튀며, 불꽃점화식 2싸이클 엔진(1)은 이 불꽃점화에 의해 통상연소 운전상태에서 운전하고 있다.
그리고, 엔진회전수(Ne)가 감소됨에 따라, 또는 엔진회전수(Ne)와 스로틀밸브 개방도(θth)가 함께 감소됨에 따라서, 배기제어밸브(23)가 하부방향으로 스윙되어, 배기포트(18)가 교축되어서 배기통로 개구율(θe)이 저하되고, 통상연소 운전영역과 AR연소 운전영역의 천이운전영역(A)으로 이행했을때에, 점화플러그(22)의 점화시기가 상사점 전 20°가 되므로, 점화플러그(22)의 점화시기가 상사점 전 10°그대로 연소시기가 제8도의 최상단에 도시된 바와 같이, 싸이클마다 대폭적으로 변동되는 바, 제7도의 최상단에 도시되는 바와 같이, 연소개시시기가 상사점 근방으로 거의 균일화되고, 제7도의 중단 및 하단에 도시되는 바와 같이, 압력변동 및 최대압력이 감소하여, 연소음이 저하됨과 동시에 이상연소에 의한 열손실이 저지된다.
또, 엔진회전수(Ne)가 한층 더 감소하고, 또는 엔진회전수(Ne)와 스로틀밸브 개방도(θth)가 함께 감소함에 따라서, 배기제어밸브(23)가 다시 하부방향으로 스윙되고, 배기포트(18)가 교축되어서 배기통로 개구율(θe)이 한층 더 저하되어, 점화플러그(22)의 점화에 현저한 영향을 주지 않고, 엔진의 운전에 가장 바람직한 착화시기에 연소실(21)내의 새로운 공기가 압축자기착화되어, AR연소상태가 된다.
또한, AR연소 운전영역과 부정연소 운전영역의 천이운전영역(B)에 있어서도,점화플러그(22)에 의한 착화시기가 통상연소 운전영역의 점화시기에 비해 10°(크랭크각)진각되므로, 부정(不整)연소상태가 경감되어 미연소 탄화수소배출량이 삭감된다.
상기 실시예에는, 배기통로 개구율 조정수단으로서 배기제어밸브(23)를 사용하였으나, 배기통로(20)내에 버터플라이밸브를 개폐가 자유롭게 설치해도 된다.

Claims (1)

  1. 공기에 연료를 미리 혼합한 새로운 공기를 연소실내에 공급하고, 적어도 저부하 운전영역에서 상기 연소실내의 새로운 공기를 압축자기착화시켜서 활성열분위기연소를 행할 수 있는 불꽃점화식 2싸이클 엔진에 있어서, 배기통로의 개구율을 조정하여 압축개시 기통내 압력을 제어하는 배기통로 개구율 조정수단과, 점화시기를 조정하는 점화시기 조정수단과, 적어도 엔진회전수와 스로틀밸브 개방도에 대응한 배기통로 개구율로 상기 배기통로 개방도 조정수단을 구동시켜, 엔진의 운전에 바람직한 착화시기에 연소실내의 새로운 공기를 압축자기착화시킬 수 있는 목표 압축개시시기 기통내 압력으로 압축개시 기통내 압력을 제어함과 동시에, 상기 활성열분위기연소 운전영역 및 통상 불꽃점화연소 운전영역의 천이운전영역에서 상기 점화시기 조정수단을 동작시켜서, 통상 불꽃점화연소 운전영역의 불꽃점화시기보다 조기에 불꽃점하시켜서 상기 불꽃점화에 의한 연소개시시기를 상사점 근방으로 제어하는 구비한 것을 특징으로 하는 불꽃점화식 2싸이클 엔진.
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