TWI312028B - Two-cycle engine - Google Patents

Description

1312028 (1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明是關於二行程引擎’其構造具有可調整排氣口 的開度的排氣控制閥，能使該排氣控制閥作動’來使燃燒 室內的供給氣體及供給燃料進行自燃° 【先前技術】 二行程引擎，若進氣量較少的話’則掃氣效率會降低 而無法從排氣口充分地進行排氣，在氣缸室內會殘留大量 的已燃氣體（以下將這種氣體都稱作「殘留氣體」）。而一 般來說，若將空氣或燃料送入到’殘留有已燃氣體的燃燒 室內的話，在燃燒室內該三種組成會略均勻地混合。殘留 氣體，藉由燃燒而成爲高溫而能保持較高的熱能，另一方 面，由於是惰性氣體，所以具有抑制燃燒的效果。 因此，在引擎在低負載區域的情況，在供給到燃燒室 內的空氣及燃料、與在之前的行程殘留於燃燒室內的已燃 氣體混合在一起的狀態，利用火星塞來進行火花點火燃燒 的話，具有上述效果的殘留氣體’會導致妨礙著火或妨礙 著火後的火焰傳播，會產生不完全燃燒。產生不完全燃燒 的話，所供給的燃料就不會完全燃燒，且由於含有有害物 質的未燃氣體會排出到外部，而會成爲燃料費用方面或環 境方面的課題。 相對的，習知的引擎（例如，參照日本特開平07 -07 1 2 79號）’其構造設置有可控制排氣口的開度的排氣 (2) 1312028 閥。在這種引擎，會因應負載將排氣閥進行作動 調整排氣口的開度，來將壓縮行程開始時的氣缸 氣體的質量相對於全氣體的質量的比率（以下’ 稱爲「E G R率」）予以調整，利用殘留氣體的熱 燃燒室內的混合氣，使混合氣自燃。 在該型態的引擎，是以在高負載區域進行火 燒，在低負載區域進行自燃的方式，進行排氣閥 B 的作動控制。自燃，由於其燃燒型態是整體燃燒 解除在燃燒室內全體的不完全燃燒的情形，能謀 料費用及減低有害排出氣體。 如第8圖所示，殘留氣體會保持熱能，所以 率的上升，壓縮行程結束時的氣缸室內的氣體 升。若超過預定溫度TAR則確認能自燃。另一方 9圖所示，在燃燒行程結束時，由於殘留氣體本 抑制效果，伴隨著EGR率的上升，氣缸室內的 § 會下降。因此，即使爲了讓EGR率變高而作動 閥，將壓縮行程結束時的氣體溫度保持爲高溫， 率超過預定値EGRar的話，燃燒行程結束時的 會降低很多，在接下來的壓縮行程要將空氣及燃 熱的熱能就會不夠，而無法維持自燃所需要的溫 這種現象’尤其在高輸出型的引擎，在低負 域’空氣的供給量變少而很難進行掃氣氣流的控 等會產生。在這種無法進行自燃的區域，仍然會 全燃燒，課題就是要避免在低負載區域的不完全 控制，來 內的殘留 將該比率 能來加熱 花點火燃 或火星塞 ，所以能 求改善燃 伴隨EGR 溫度會上 面，如第 身的燃燒 氣體溫度 控制排氣 而若EGR 氣體溫度 料充分加 度 T AR。 載轉速區 :制的情況 產生不完 燃燒的情 -6 - (3) 1312028 形。 【發明內容】 本發明的一個或一個以上的實施例’要提供一種二行 程引擎，能避免在低負載區域的不完全燃燒情形’且能改 善燃料費用" 藉由本發明的一個或一個以上的實施例’二行程引 擎，具有：形成氣缸室而在氣缸室內收容著活塞的氣缸、 使點火部面對於燃燒室內的點火裝置、用來將與開口於氣 缸室的內周面的排氣口連接的排氣通路的開度進行調整的 排氣控制閥、以及用來進行點火裝置與排氣控制閥的作動 控制的控制裝置；控制裝置，會在高負載區域使點火裝置 作動，而將由被供給到氣缸室內的供給空氣及供給燃料所 構成的混合氣，在燃燒室內進行火花點火燃燒控制；在低 負載區域，藉由調整排氣口的開度，來調整氣缸室內的壓 力，在燃燒室內進行使混合氣自燃的控制。並且，構成有 控制裝置，該控制裝置會進行控制：在低負載區域內的低 轉速區域’也就是低負載低轉速區域，具有分層混合氣場 形成手段’該分層混合氣場形成手段，形成了：在燃燒室 的中央部分布有很多混合氣，而在燃燒室的中央部的外側 分布有很多殘留於燃燒室內的已燃氣體的分層混合氣場； 在低負載低轉速區域，會藉由分層混合氣場形成手段，形 成分層混合氣場而使混合氣自燃。 也可將該控制裝置作成：在低負載低轉速區域內的， -7- (4) 1312028 在低負載且低轉速區域’也就是極低負載低轉速區域，進 行控制’使點火裝置作動，來將形成分層混合氣場的混合 氣進行火花點火燃燒<= 分層混合氣場形成手段，具有排氣控制閥，控制裝 置’進行控制：在低負載低轉速區域，會使排氣控制閥作 動成讓排氣口的開度變小，在低負載區域內的中轉速區 域’也就是低負載中轉速區域，會使排氣控制閥作動成： I 與低負載低轉速區域相比，排氣口的開度會變大，且伴隨 著負載的上升，排氣口的開度會上升；在高負載區域，會 使排氣控制閥作動成：與低負載中轉速區域相比，排氣口 的開度會變大’且伴隨著負載的上升，排氣口的開度會上 升。 分層混合氣場形成手段，最好具有：將其頂部’相對 於氣缸室的圓筒軸朝向排氣口側或其相反側偏置設置的燃 燒室。而分層混合氣場形成手段，具有：藉由控制裝置所 作動控制，將供給燃料直接噴射供給到燃燒室內的直噴裝 置；控制裝置，會進行控制使直噴裝置作動成：在低負載 低轉速區域，讓將供給燃料供給到氣缸室內的時期’相較 於低負載中轉速區域及高負載區域更慢。並且’分層混合 氣場形成手段，具有：可因應於開度，來調整對於燃燒室 內的供給空氣的供給量的副節流閥’控制裝置’會進行控 制：在低負載低轉速區域，伴隨著負載的降低’使副節流 閥作動成讓副節流閥的開度變大，使供給空氣的供給重增 加。 -8 - (5) (5)^12028 而且，設置有：用來檢測負載的負載檢測裝置、及用 來檢測引擎溫度的溫度檢測裝置，控制裝置，會進行控 制：根據藉由負載檢測裝置所檢測出的負載、及藉由溫度 檢測裝置所檢測出的引擎溫度，來調整：將供給燃料供給 到燃燒室內的時期、供給燃料的供給量、及排氣口的開 度。 利用本發明的一個或一個以上的實施例的二行程引 擎，在低負載低轉速區域，藉由分層混合氣場形成手段， 形成了：在燃燒室的中央部分布有很多混合氣，在其外側 分布有很多已燃氣體的分層混合氣場。因此，來看燃燒室 全體的話，也就是如果三種組合均勻地混合的話，即使是 無法自燃的高EGR率，仍能在中央部局部性地作出EGR 率較低而可自燃的狀態。於是，在本構造中，相對於習知 的在三種組成略均勻地混合的狀態無法自燃的區域，仍能 自燃，讓可自燃的區域擴大，而能改善燃料費用或減低有 害排出氣體。 在極低負載低轉速區域，如果進行控制，使點火裝置 作動，來將形成分層混合氣場的混合氣進行火花點火燃燒 的話，則能更確實地避免低溫時等的低負載區域的不完全 燃燒情形，能改善燃料費用或減少有害排出氣體。 而具備有作爲分層混合氣場形成手段的排氣控制閥， 藉由控制裝置，在低負載低轉速區域，進行排氣控制閥的 作動控制’而與其他負載區域相比，讓排氣口的開度變得 更小。藉此’調整成讓排氣壓力變高，供給到氣缸室內的 -9- (6) Ϊ312028 供給空氣不朝向排氣口流動，而形成縱向渦流狀的流體， 而被導引到燃燒室。以這種方式促進空氣與殘留氣體的分 層化’而能進行在低負載低轉速區域的自燃。 作爲分層混合氣場形成手段，將燃燒室的頂部，相對 於氣缸室的圖筒軸朝向排氣口側或其相反側偏置。藉此， 在夾著氣缸室的圓筒軸的設置有排氣口的側邊、與其相反 側’形成了很大的壓力場的集中情形，而促進了縱向渦流 狀的流體的形成。因此，能更確實地進行分層混合氣場的 形成。 作爲分層混合氣場形成手段，具備有用來將燃料直接 噴射到氣缸室內的直噴裝置，藉由控制裝置，在低負載低 轉速區域，進行直噴裝置的作動控制，讓與其他負載區域 相較，燃料噴射時期變得更慢。藉此，則不能充分確保燃 料橫跨氣缸室內、燃燒室內全體的時間，所以更能確實地 進行分層混合氣場的形成。 作爲分層混合氣場形成手段，具備有：可藉由開度的 調整來調整對於氣缸室內的空氣供給量的副節流閥，藉由 控制裝置，在低負載低轉速區域，進行副節流閥的作動控 制，伴隨著負載的降低，而副節流閥的開度會變大。藉 此，即使負載降低而供給到氣缸室內的空氣的量不夠’也 能供給空氣來補不足，使供給到氣缸室內的空氣的量很穩 定，無論負載的增減，能控制使用來形成分層混合氣場的 空氣的流動很穩定。 關於其他技術特徵及效果’可以從實施例的記載及所 -10- (7) 1312028 附的申請專利範圍了解。 【實施方式】 以下參照圖面針對本發明的較佳實施方式來加以說 明。第1圖是顯示本發明的典型實施例的二行程引擎。引 擎1’其構造是上下重疊結合了：氣缸頭2、氣缸體3、 曲軸箱4。 | 氣缸體3’在內部形成有氣缸室3a，配設有：可於該 氣缸室3a內上下滑動的活塞5。曲軸箱4，是結合於氣缸 體3，使收容著曲軸6的曲軸室4a連通於氣缸室3a。活 塞5及曲軸6是經由連桿7而連結。以氣缸室3a的內周 面3b、活塞5的上面部、氣缸頭2的內壁面所圍繞，而 形成了燃燒室10。在氣缸頭2，安裝有火星塞8及燃料噴 射閥9，使火星塞8的點火部8 a及燃料噴射閥9的噴嘴 部9 a從氣缸頭2的內壁面面對於燃燒室1 0。 p 如第4圖所示的燃燒室10，藉由在氣缸頭2的內壁 面所形成的凹部2a，形成爲略半球形狀而在上方具有頂 部1 0 a。頂部1 0 a，是相對於以一點虛線所示的氣缸軸 A 朝向後述的排氣口側偏置。火星塞8 ’是設置成將點火部 8a以預定的突出量突出於燃燒室1〇內。燃料噴射閥9’ 是設置成使噴嘴部9a從燃燒室的頂部1 〇a以預定的突出 量朝下方突出，從噴嘴部9 a將燃料直接噴射到氣缸室3 a 內。 在曲軸箱4，形成有：其中一端與連通於曲軸室4a -11 - (8) .B12028 的進氣口 11連接，另一端連通到外部的進氣通路12’在 進氣通路12連接著進氣歧管14。在進氣通路12’設置 有：由可彈性變形的簧片所構成的簧片閥1 5 ’在進氣歧 管14，安裝有：其開度0 THm爲可變的進氣節流閥1 6。 並且，在進氣歧管14，連接著：連通於進氣節流閥16的 下流側的沒有圖示的進氣副通路，在該進氣副通路安裝有 其開度Θ THs爲可變的副節流閥1 8。而在進氣節流閥1 6 ^ 及副節流閥1 8的上流側，連接著沒有圖示的空氣濾清 器’將來自於空氣濾清器的清淨的空氣供給到進氣歧管 14° 簧片閥15，爲了隨時將進氣通路12封閉而單邊支承 著簧片，當曲軸室4a成爲負壓時，則簧片會撓曲而將進 氣通路12開放。進氣節流閥16，會因應於沒有圖不的油 門把手的手動操作而使開度0THm變化，因應於該開度 6>THm來使供給到曲軸室4a的空氣的量變化。而藉由使 φ 副節流閥1 8作動來調整開度0 THs，將供給到曲軸室4a 的空氣進行補給，則無論進氣節流閥1 6的開度0 THm爲 何，都能將供給到曲軸室4a的空氣的量予以調整。 而在氣缸體3，設置有：其中一端與連通於氣缸室3a 的排氣口 21連接，另一端與連通到外部的排氣連接口 23 連接的排氣通路22。在排氣通路22,設置有排氣控制閥 24。該排氣控制閥24，從側面觀察形成爲扇形而具有可 自由擺動的閥片24a。閥片24a是將伺服馬達24b作爲驅 動源而擺動’藉由該擺動動作，則排氣口 2 1會從上方朝 -12- (9) 1312028 下方封閉。藉由以伺服馬達24b進行驅動控制來調整閥片 24a的擺動位置’在從使閥片24a擺動到上方的退避位置 的全開狀態’直到使閥片24a擺動到下動界限位置的全閉 狀態其間，是能夠無階段式地調整排氣口 2 1的開度0 EX。 並且，在氣缸室3a，位於較排氣口 21更下方處，開 設有掃氣出口 33，在曲軸室4a開設有掃氣入口 31。藉由 | 將氣缸體3及曲軸箱4予以結合，而形成了 ：其中一端連 通於該掃氣入口 31，另一端連通於該掃氣出口 33的掃氣 通路32。 以這種方式所構成的引擎1，當活塞5從下死點朝上 移動時，曲軸室4a會成爲負壓而讓簧片閥15開閥，而將 因應於進氣節流閥1 6的開度0 THm的量的空氣供給到曲 軸室4a，另一方面，壓縮氣缸室3a內的氣體（進氣壓縮 行程）。此時，在預定噴射時期從燃料噴射閥9將預定噴 > 射量的燃料噴射到氣缸室3a內。而活塞5上移動到上死 點附近時使被壓縮的空氣及燃料的混合氣燃燒（燃燒行 程）。藉此活塞5會從上死點朝下移動。 活塞5下移動時，藉由活塞5的側面所封閉的排氣口 21會朝向氣缸室3a開放，已燃氣體會從排氣口 21被排 出到排氣通路22(排氣行程）。並且，活塞5向下移動時， 位於排氣口 21的下方的掃氣出口 3 3會朝向氣缸室3 a開 放’另一方面，因爲活塞5的下移動而在曲軸室4a內被 壓縮的空氣，會從掃氣入口 3 1流入到掃氣通路3 2。流入 -13- .1312028 do) 到掃氣通路3 2的空氣會從掃氣出口 3 3被供給到氣缸室 3 a內，促進已燃氣體的排出（排氣.掃氣行程）。而活塞5 再從下死點朝上移動時，會藉由活塞5的側面依序封閉掃 氣出口 33及排氣口 21，來進行進氣·壓縮行程。 在引擎1的燃燒行程開始時（壓縮行程結束時）’在燃 燒室1 0內，存在有：從掃氣出口 3 3所供給的空氣、從燃 料噴射閥9所噴射的燃料、及在之前的排氣掃氣行程中 ♦ 沒有從排氣口 21排出而殘留於氣缸室3a內的已燃氣體的 三種組成。已燃氣體，是在高溫下用來保持高熱能’且是 惰性氣體而具有燃燒抑制效果。因此，即使來自於掃氣出 口 33的空氣的供給量很少而在EGR率上升的狀態利用火 星塞8進行火花點火燃燒，而會因爲已燃氣體的燃燒抑制 效果’妨礙來自於點火部8a的火焰傳播而會產生不完全 燃燒。爲了避免這種不完全燃燒的情形，如後述藉由控制 單元（以下稱爲「ECU」）4〇進行控制，將排氣口 21的開 ^ 度ΘΕΧ進行調整來調整EGR率，利用已燃氣體的熱能， 在最適當時期將空氣及燃料進行自燃。 在排氣·掃氣行程當從掃氣出口 3 3所供給的空氣的 量很多時’也就是說’當進氣節流閥1 6的開度0 THm很 大而負載很高時’所供給的空氣會產生亂流而讓三種組成 良好地混合，在燃燒行程開始時，三種組成在燃燒室內會 成爲略均勻地混合的狀態。另一方面，當引擎負載很低， 從掃氣出口 3 3所供給的空氣的量很少時，所供給的空氣 的亂流程度會變小。 -14- (11) 1312028 在引擎1 ’具備有ECU40，用來進行：排氣控制閥 24 '火星塞8、燃料噴射閥9、及副節流閥1 8等的各種裝 置的作動控制。在引擎1配設有各感應器，將來自於這些 感應器的檢測訊號輸入到E C U 4 0。作爲感應器，例如，設 置有：用來檢測引擎旋轉速度Ne的引擎旋轉速度感應器 5 1、用來檢測進氣節流閥1 6的開度Θ THm的節流閥開度 感應器5 2、用來檢測冷卻水溫度tav的冷卻水溫度感應器 53、用來檢測氣缸內周面溫度tc的氣缸溫度感應器54、 用來檢測進氣溫度Ti的進氣溫度感應器5 5、以及用來檢 測大氣壓力P的壓力感應器56等。 ECU40，根據這些各種輸入値’分別求出：燃料噴射 時期t f、燃料噴射量ρ、排氣口 2 1的開度0 EX、副節流 閥1 8的開度0 THs、及火花點火時期ts來作爲輸出値。 在ECU40 ’儲存有預定的計算式子，將引擎轉速Ne及進 氣節流閥1 6的開度0 THm作爲輸入參數，從其計算式子 求出各輸出値tf、F、0ΕΧ、0THs、ts。 ECLMO ’根據從計算式子所求出的各輸出値，將作動 控制訊號輸出到燃料噴射閥9，將燃料噴射閥9進行作動 控制’在預定的燃料噴射時期tf噴射預定的燃料噴射量F 的燃料。而將作動控制訊號輸出到伺服馬達24b，將伺服 馬達2 4 b進行作動控制，使排氣控制閥2 4的閥片2 4 a擺 動到預定的擺動位置，將排氣口 21調整成預定的開度0 EX。並且’將作動控制訊號輸出到副節流閥丨8，將副節 流閥1 8進行作動控制讓其成爲預定的開度0 TH s，調整 -15- (12) 1312028 對於曲軸室4a的空氣供給量。將作動控制訊號輸出到火 星塞8，將火星塞8進行作動控制讓其在預定的火花點火 時期ts進行火花點火。 第2圖，是因應於引擎轉速Ne及引擎扭力Te來顯 示引擎1的燃燒方式的區域。ECU40，會進行控制：使用 上述計算式子，因應於引擎轉速Ne及進氣節流閥1 6的開 度0 THm而將各裝置進行作動控制，在高負載區域進行 φ 預先混合火花點火燃燒，在低負載中高轉速區域進行預先 混合壓縮自燃，在低負載轉速區域進行分層供氣壓縮自 燃。而如第3圖所示，引擎扭力Te會對應於進氣節流閥 1 6的開度0 THm而增加減少。 這裡所謂的預先混合火花點火燃燒，是使火星塞8作 動而使空氣及燃料進行火花點火燃燒，從火花點火的點火 部8 a的附近使火焰傳播到燃燒室1 〇的全體，使燃燒室 1 〇內的空氣及燃料燃燒；是習知進行的火花點火燃燒的 φ 方式。此時，燃燒室10內的三種組成，是成爲略均勻地 混合的狀態。所謂的預先混合壓縮自燃，同樣地在燃燒室 1〇內在三種組成略均句地混合的狀態，當壓縮時使空氣 及燃料自燃，是習知進行的壓縮自燃的型態。 所謂的分層供氣壓縮自燃，是在燃燒室1〇內在三種 組成略分層化的分層混合氣場，當壓縮時使空氣及燃料自 燃’是本發明的技術特徵的燃燒方式。在以往進行這種分 層供氣壓縮自燃的領域，EGR率很高而無法維持自燃所需 要的熱能，所以很難進行預先混合壓縮自燃，會產生不完 -16- (13) (13).1312028 全燃燒的情形。分層混合氣場，是在燃燒室1 0的中央部 分布有很多空氣及燃料，在其外側分布有很多已燃氣體而 成爲略分層化的狀態。該分層混合氣場，是藉由：用來調 整排氣口的開度0 EX的排氣控制閥24的適當的作動控 制、可將燃料噴射時期tf及燃料噴射量F進行控制的燃 料噴射閥9的適當的作動控制、可將對於曲軸室4a的空 氣供給量進行調整的副節流閥1 8的適當的作動控制、以 及將其頂部1 Oa偏置的燃燒室1 0，所形成，這些構造是 本發明的典型實施例的分層混合氣場形成手段的構成要 素。 第3圖是顯示，在第2圖是以虛線III顯示引擎轉速 Ne而當預定的轉速Ne!時的引擎扭力Te與各輸出値的關 係。在該轉速Ne!，因應於引擎扭力Te的變化而取得上 述三種燃燒方式。以下，參照第3圖，針對因應負載所進 行的各種裝置的作動控制及各燃燒方式的各種裝置的作動 來加以說明。 燃料噴射時期tf，在高負載區域在進行預先混合火花 點火燃燒的區域，其範圍是設定成：在壓縮行程，活塞5 位於下死點附近，燃料不會從排氣口 2 1吹離。而在低負 載區域在進行預先混合壓縮自燃的區域，同樣地其範圍是 設定成：燃料不會從排氣口 21吹離。而在這兩區域，從 噴射後到壓縮行程結束時，能充分地確保使燃料混合到燃 燒室1 〇的全體的時間。另一方面，在低負載區域在進行 分層供氣壓縮自燃的區域，是設定成伴隨著負載的降低而 -17- (14) .B12028 變遲。燃料噴射量F，是設定成伴隨著引擎扭力Te的上 升而上升，在各燃燒方式是設定成最適當的空燃比。 排氣口 2 1的開度0 EX，在低負載區域在進行分層供 氣壓縮自燃的區域，是與引擎扭力Te無關而大致一定地 變動，爲預定的低値。而在低負載區域進行預先混合壓縮 自燃的區域，是以伴隨著引擎扭力Te的上升而開度e EX 變大的方式變動，相較於進行分層供氣壓縮自燃的區域， φ 開度0 EX變得更大。而在高負載區域在進行預先混合火 花點火燃燒的區域，是以伴隨著引擎扭力T e的上升而開 度0 EX緩和地變大的方式變動，相較於進行預先混合壓 縮自燃的區域，開度0 EX變得更大。 這樣設定成越低負載而排氣口 21的開度0ΕΧ變得越 小，調整成使EGR率增大，可是如果使EGR率增大太多 的話，已燃氣體的燃燒抑制效果作用會太強，而可能無法 進行自燃，所以在低負載低轉速區域在低負載側，爲了再 φ 使EGR率下降而以讓排氣口 21的開度0ΕΧ變大的方式 變動。而排氣控制閥24，藉由使閥片24a朝上方退避而 讓排氣口 2 1的開度0 EX變大，另一方面，排氣行程，是 藉由伴隨著活塞5的下移動，而讓藉由活塞5的側面所封 閉的排氣口 2 1朝向氣缸室3 a開放所進行。也就是說，能 因應於排氣口 2 1的開度β EX來調整排氣開始時期。在進 行預先混合火花點火燃燒的區域，爲了謀求高輸出化，將 開度ΘΕΧ設定成成爲最適當的排氣開始時期，而將排氣 開始時期設定成：伴隨著引擎扭力Te的上升而開度0 ΕΧ -18- (15) .1312028 和緩地變大。 副節流閥1 8的開度0 T H s ’在低負載區域在進行分 層供氣壓縮自燃的區域’是設定成伴隨著負載的降低而讓 開度0 T H s變大。因此，越低負載則來自於進氣副通路的 空氣的補給量就越多。而在進行預先混合壓縮自燃及預先 混合火花點火燃燒的區域’副節流閥1 8的開度β THs是 設定成〇，而並沒有來自於進氣副通路的空氣的補給。 φ 藉由該作動控制，則在高負載區域’是將排氣口 21 的開度θ EX設定得很大，所以氣缸室3 a內的壓力場爲不 太集中的狀態，並且由於從掃氣出口 3 3所供給的空氣的 量很多，所以掃氣效率很高且能充分地進行已燃氣體的排 氣。同時，由於燃料噴射時期t f設定得很快，所以即使 在殘留的已燃氣體的量很少的狀態，三種組成會成爲在燃 燒室10內充分混合的狀態。因此，藉由被控制成在預定 的火花點火時期ts作動的火星塞8來進行火花點火燃燒 φ 的話，則從點火部8 a朝向燃燒室1 〇全體進行火焰傳播’ 而能以高輸出方式來使曲軸6旋轉。以這種方式在高負載 區域進行預先混合火花點火燃燒。 在低負載中高轉速區域，調整排氣口 21的開度0ΕΧ 來調整EGR率’控制成：讓壓縮行程結束時的氣缸室3a 內的氣體溫度超過第8圖所示的預定溫度Tar。藉此，在 壓縮行程結束時’將從掃氣出口 .3 3所供給的空氣、及從 燃料噴射閥9所供給的燃料進行自燃。此時，藉由負載的 降低’與進行預先混合火花點火燃燒的區域相比’從掃氣 -19- (16) 1312028 出口 3 3供給到氣缸室3 a內的空氣的量變得較少，而燃燒 室內的三種組成，藉由排氣口 2 1的開度θ EX或燃料噴射 閥9的燃料噴射時期tf等的控制，與當進行預先混合火 花點火燃燒時同樣地’形成了略均勻地混合的狀態。以這 種方式在低負載中高轉速區域，進行預先混合壓縮自燃。 在低負載轉速區域’如上述，從掃氣出口 3 3供給到 氣缸室3a內的空氣的量變得更少，而EGr率變高。此 ，時，藉由ECU4〇的控制’排氣口 21的開度0ΕΧ，設定成 與當低負載中高轉速區域時變得更小，所以提高了排氣壓 力，在排氣口 21的附近與掃氣出口 33附近產生壓力場的 集中。因此，從掃氣出口 3 3所供給的空氣，供給量較少 所以原本亂流情形就較少之外，還受到該壓力場集中的影 響，不產生朝橫方向的流動，而形成了朝向上方的縱向渦 流狀的流動。藉此，從掃氣出口 33供給到氣缸室3a內的 空氣，會集中地朝向在氣缸頭2的內壁面所形成的凹部 p 2a的中央部流動。 在本典型的實施例，燃燒室1 〇的頂部1 〇a，不是在 氣缸軸A上，而是從氣缸軸A朝向排氣口 21側偏置。因 此，在氣缸室3a內’在夾著氣缸軸A而設置有排氣口 21 側、與其相反側，壓力場的集中情形變得更大。於是，如 第4圖的箭頭所示，從掃氣出口 3 3所供給的空氣’更促 進了縱向渦流狀的流動的形成’以從排氣控制閥2 4起迴 繞流入的方式流動’而更集中地朝向在氣缸頭2的內壁面 所形成的凹部2 a流動。 -20- (17) 1312028 來自於掃氣出口 33的空氣，在集中地流入到在氣缸 頭2的內壁面所形成的凹部2 a的中央部的狀態，根據從 ECU40所輸出的作動控芾丨j訊號，當活塞5位於上死點附近 時從燃料噴射閥9的噴嘴部9 a噴射出燃料。燃料噴射閥 9的噴嘴部9a，會從燃燒室1 0的頂部1 〇a以預定量朝下 方突出。因此，如上述，朝向來自於在燃燒室10內所集 合的掃氣出口 33的空氣，將燃料進行噴射。而由於設定 在該燃料噴射時期tf，所以噴射到燃燒室1 0內的燃料不 會充分的橫跨燃燒室1 〇全體，則壓縮行程結束。 藉此，如第5圖所示，燃燒室10內的三種組成，形 成了：在中央部l〇c分布很多空氣及燃料，在其外側10b 分布有很多沒有被掃氣而殘留的已燃氣體，的略分層化的 分層混合氣場。此時，由於在低負載低轉速區域，而來看 燃燒室10全體的話，也就是說，假設在燃燒室10內三種 組成均句地混合的話，則E G R率如第9圖所示會超過預 定値EGRar，成爲不能進行自燃的狀態。可是’藉由略分 層化，在中央部EGR率會變低。因此，已燃氣體所造成 的燃燒抑制效果不會很大，而進行自燃。 在這樣局部成爲低EGR率來進行自燃的部位，在燃 燒後燃燒抑制效果也不會很大，能將燃燒行程結束後的氣 體溫度保持爲高溫。因此’在接下來的壓縮行程’作爲已 燃氣體來保持高熱能，讓供給到氣缸室3 a內的空氣及燃 料的溫度上升至可自燃的溫度TAR。以該方式在低負載低 轉速區域持續進行分層供氣壓縮自燃。 -21 - (18) ,1312028 在本典型實施例的引擎1，在以往的燃燒方式不能自 燃’而在從掃氣出口 3 3所供給的空氣的流動很少亂流情 形的低負載低轉速區域，調整排氣口 21的開度0ΕΧ來進 行排氣壓力的調整，所供給的空氣會形成縱向渦流狀的流 動。藉此，所供給的空氣在氣缸室3 a內不會良好地混 合’會被導引到燃燒室1 〇的中央部而促進分層化。因 此’在燃燒室內會局部形成EGR率較低的狀態，即使在 φ 如以往略均勻地混合的狀態無法燃燒的負載區域，也能持 續進行自燃。於是，能提供：避免了不完全燃燒的情形， 且改善燃料費用的二行程引擎。 並且’將燃燒室1 0的頂部1 0a相對於氣缸軸A朝向 排氣口 2 1側偏置。藉此，在相對於氣缸軸A設置有排氣 口 2 1側、與其相反側，能在壓力場形成很大的集中情 形’能促進形成縱向渦流狀的流動。因此，能使從掃氣出 口 3 3所供給的空氣更集中地朝向燃燒室1 〇流動，而能更 φ 確實地形成分層混合氣場。 藉由燃料噴射閥9，直接將燃料噴射到氣缸室3 a 內。因此，能在最適當的燃料噴射時期tf以最適當的燃 料噴射量F來噴射燃料，能以最適當的狀態進行自燃。在 低負載低轉速區域，燃料噴射時期tf在壓縮行程結束之 前，較其他區域更遲。藉此，讓所噴射的燃料不會涵蓋到 燃燒室1〇全體，而能更確實地形成分層混合氣場。 當在低負載低轉速區域，負載降低時，相對應地會將 副節流閥1 8的開度0 THs增大，而從進氣輔助通路補給 -22- (19) 1312028 空氣。藉此’讓從掃氣出口 3 3供給到氣缸室3 a 的量很穩定’而能穩定控制從掃氣出口 3 3所供 的流動。藉此’能持續穩定地形成分層混合氣場 穩定地進行分層壓縮自燃。 可是’即使這樣進行分層供氣壓縮自燃，當; 動時或怠速運轉時等，當引擎E的溫度或燃燒室 殘留氣體的溫度較低時，可能無法從殘留氣體充 φ 讓供給空氣及供給燃料自燃所需要的熱能。作爲 種情況也更能確實地避免不完全燃燒情形的引擎 6圖、第7圖針對本發明的二行程引擎的第二典 來加以說明。本典型實施例，是相對於第一典型 更了 ECU40的控制內容的技術，引擎E的構造] 相關的電子連接關係是與第1圖所示的第一典型 同。而針對火星塞8，最好是以將點火部8a定 室1〇的中央部10c的方式，將其安裝於氣缸頭2 # 在本典型實施例，如第6圖所示，在進行過 壓縮自燃的低負載低轉速區域內的低負載且低 (稱爲極低負荷低轉速區域），取代分層供氣壓縮 進行分層供氣火花點火燃燒。該分層供氣火花點 是在於燃燒室1 0內形成了分層混合氣場的狀態 星塞8將由空氣及燃料所構成的混合氣進行火 燒。而在其他區域，與第一典型實施例同樣地， 先混合火花點火燃燒、預先混合壓縮自燃、及分 縮自燃。 內的空氣 給的空氣 ，並且能 引擎E啓 1 0內的 分地得到 即使在這 ，參照第 型實施例 實施例變 或 ECU40 實施例相 位於燃燒 ,0 分層供氣 轉速區域 自燃，而 火燃燒， ’使用火 花點火燃 進行：預 層供氣壓 -23- (20) 1312028 在第7圖，是顯示在第6圖以虛線V11所示的預定的 引擎轉速Ne,的引擎扭力Te與各輸出値的關係。在極低 負載低轉速區域，與其他的區域加以比較，爲了讓供給燃 料不能充分地擴散到燃燒室1 〇全體，而將燃料噴射時期 tf設定得較遲，爲了設定成最適當的空燃比而將燃料噴射 量F設定得較少，進氣節流閥1 6的開度0 THm幾乎爲 〇，所以爲了補給調整空氣量，而設定成隨著負載變低而 ί 讓副節流閥18的開度Θ THs逐漸變大，而如果EGR率太 過增大的話，已燃氣體的燃燒抑制效果會太大，所以設定 成隨著負載變低而讓排氣口 ΘΕΧ的開度逐漸變大。 藉由這種作動控制方式，在極低負載低轉速區域，以 這種方式設定各輸出値，所以在燃燒室1 0的內部會形成 與第一典型實施例同樣的分層混合氣場。而藉由被控制成 在預定的火花點火時期ts作動的火星塞8，來將集合於中 央部l〇c的混合氣進行火花點火燃燒。而由於使火星塞8 § 的點火部8a定位在中央部10c，所以容易將集合在中央 部l〇c的混合氣予以點火。 在本典型實施例，在殘留氣體的溫度較低而無法得到 自燃所需要的熱能的極低負載低轉速區域，除了形成有分 層混合氣場之外，進行火花點火燃燒。因此，而更能避免 在進行分層供氣壓縮自燃的區域所可能產生的不完全燃燒 情形。 而因應於引擎轉速與引擎負載進行四種燃燒型態，在 從極低負載低轉速區域到高負載區域之間，仔細選擇設定 -24- (21) 1312028 最適當的燃燒型態，而能改善燃料費用或提 時，適當的供給空氣量或EGR率雖然在: 同’而由於仔細設定該燃燒型態，所以當使 時’不需要使供給空氣量或EGR率極端地 燃燒型態而順暢地進行各種裝置的作動控制 駛性等。 以上雖然說明本發明的二行程引擎的典 p 並不一定限於上述構造，可適當變更。例如 方式，雖然形成了將其頂部1 〇a朝向排氣[Z 燃燒室1 〇，可是即使將其朝向排氣口 2 1的 形成燃燒室1 〇，也能同樣的作用而得到同 ECU40，如上述是相對於將引擎負載條件作 計算式子所求出的各輸出値，因應於引擎溫 的環境條件來進行修正控制也可以。例如， 的話，已燃氣體的熱能損失會變大，會有很 | 已燃氣體的溫度的問題。 相對於這種問題，根據冷卻水溫度Tw 溫度Tc等的輸入値，對於由計算式子所求; 的開度0 EX進行修正’根據修正値來將伺 動控制，爲了讓引擎溫度變得更高’而以進 排氣口 21的開度0 EX的控制的方式’構技 以。藉由進行納入引擎溫度條件的修正控制 當的狀態下進行自燃。尤其是在第二典型實 應於引擎溫度條件來設定燃燒型態的技術是 昇行駿性。此 然燒型態間不 燃燒型態變動 變化，能配合 ，而能提昇行 型實施例，而 ，在上述實施 2 1側偏置的 相反側偏置來 樣的效果。而 爲輸入參數由 度條件或進氣 引擎溫度太低 難保有較高的 或氣缸內周面 B的排氣口 2 1 服馬達進行作 行控制來調整 e ECU40也可 ，而能在更適 施例，這樣因 有效的。也就 -25- (22) 1312028 是說，當在引擎溫度較低的狀態時’很難進行自燃’所以 爲了將進行分層供氣火花點火燃燒的區域擴展到高負載 側，並且爲了將進行分層壓縮自燃的區域擴展到高負載 側，而設定成進行各輸出値的修正較佳。藉此’能更確實 地避免在低負載低轉速區域的不完全燃燒情形。 在第3圖所示的引擎扭力Te與各輸出値的關係’是 以對應於預定的引擎轉速N e 1爲例子而顯示於曲線圖。於 p 是，如果輸入到在ECU40所儲存的計算式子的引擎轉速 Ne的値變化的話，由計算式子所求出的各輸出値會變化 而曲線圖的傾向會變更，各種裝置的控制狀態會變化。而 用來求出各輸出値的計算式子可因應於引擎的輸出特性而 適當地變更，即使顯示對應於相同預定的引擎轉速Ne!的 引擎扭力Te與各輸出値的關係，所求出的各輸出値會變 化而適當地變更曲線圖的傾向。 業者能夠了解，不脫離本發明的思想與範圍而對本發 • 明的上述實施例施加各種變更或修正。因此，本發明是包 含其申請專利範圍及與其相等構造一致的本發明的所有變 更或修正。 本案是根據2005年9月9日申請的日本專利申請案 (特願2005—261769)及2006年6月16日申請的日本專利 申請案（特願2006 — 167360)，其內容作爲參考。 [產業上的可利用性] 本發明可利用於二行程引擎，該二行程引擎，具有可 -26- (23) 1312028 調整排氣口的開度的排氣控制閥，使該排氣控制閥作動， 而能使燃燒室內的供給空氣及供給燃料自燃。 【圖式簡單說明】 第1圖是本發明的二行程引擎的典型實施例也就是引 擎的剖面圖。 第2圖是顯示第一典型的實施例的燃燒方式的區域的 曲線圖。 第3圖是顯示第一典型的實施例的引擎扭力與各種裝 置的控制狀態的關係的曲線圖。 第4圖是顯示低負載低轉速區域的來自於掃氣出口的 空氣的流動的引擎的剖面圖。 第5圖是分層混合氣場的示意圖。 第6圖是顯示第二典型的實施例的燃燒方式的區域的 曲線圖。 第7圖是顯示第二典型的實施例的引擎扭力與各種裝 置的控制狀態的關係的曲線圖。 第8圖是顯示EGR率與壓縮行程結束時的氣缸室內 的氣體溫度的關係的曲線圖。 第9圖是顯示EGR率與燃燒行程結束時的氣缸室內 的氣體溫度的關係的曲線圖。 【主要元件符號說明】 1 :引擎 -27- (24) 1312028

氣缸體 曲軸箱 火星塞 燃料噴射閥 :燃燒室 :副節流閥 :排氣口 :排氣控制閥 :掃氣出口 ：ECU

Claims (1)

1312028 ——.-—....—— — P年彡月*23日修(惠)正本 十、申請專利範圍 -一~- 第95 1 32922號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國98年3月23曰修正 ^ 一種二行程引擎’其特徵爲： 具備有： 形成氣缸室而在上述氣缸室內收容著活塞的氣缸、 使點火部面對於藉由上述活塞及上述氣缸室的內周面 所形成的燃燒室內的點火裝置、 用來將與開口於上述氣缸室的內周面的排氣口連接的 排氣通路的開度進行調整的排氣控制閥、 用來進行上述點火裝置與上述排氣控制閥的作動控 制；且會在高負載區域使上述點火裝置作動，而將被供給 到上述氣缸室內的由供給空氣及供給燃料所構成的混合 氣’在上述燃燒室內進行火花點火燃燒控制；在低負載區 φ 域’藉由調整上述排氣口的開度，來調整上述氣缸室內的 壓力’在上述燃燒室內進行使上述混合氣自燃的控制的控 制裝置、 以及在上述低負載區域內的低轉速區域，也就是低負 載低轉速區域’形成了 ：在上述燃燒室的中央部分布有很 多上述混合氣，而在上述燃燒室的上述中央部的外側分布 有很多殘留於上述燃燒室內的已燃氣體的分層混合氣場的 分層混合氣場形成手段； 上述控制裝置會進行控制：在上述低負載低轉速區 1312028 域·，藉由上述分層混合氣場形成手段，形成上述分層混合 氣場而使上述混合氣自燃。 2. 如申請專利範圍第1項的二行程引擎，其中上述 控制裝置，在上述低負載低轉速區域內的低負載且低轉速 區域，也就是極低負載低轉速區域，進行控制，使上述點 火裝置作動，來將形成上述分層混合氣場的上述混合氣進 行火花點火燃燒。

3. 如申請專利範圍第1或2項的二行程引擎，其中 上述分層混合氣場形成手段，具有上述排氣控制閥， 上述控制裝置，進行控制： 在上述低負載低轉速區域，會使上述排氣控制閥作動 成讓上述排氣口的開度變小， 在上述低負載區域內的中轉速區域，也就是低負載中 轉速區域，使上述排氣控制閥作動成：與上述低負載低轉 速區域相比，上述排氣口的開度會變大，且伴隨著負載的 上升，上述排氣口的開度會上升； 在上述高負載區域，會使上述排氣控制閥作動成：與 上述低負載中轉速區域相比，上述排氣口的開度會變大， 且伴隨著負載的上升，上述排氣口的開度會上升。 4. 如申請專利範圍第1或2項的二行程引擎，其中 上述分層混合氣場形成手段，具有：將其頂部，相對於上 述氣缸室的圓筒軸朝向上述排氣口側或其相反側偏置設置 的上述燃燒室。 5-如申請專利範圍第1或2項的二行程引擎，其中 -2- 1312028 上.述分層混合氣場形成手段’具有：藉由上述控制裝置所 作動控制，將上述供給燃料直接噴射供給到上述氣缸室內 的直噴裝置； _ 上述控制裝置’會進行控制使上述直噴裝置作動成： 在上述低負載低轉速區域，讓將上述供給燃料供給到上述 氣缸室內的時期’相較於低負載中轉速區域及高負載區域 更慢。

6.如申請專利範圍第1或2項的二行程引擎，其中 上述分層混合氣場形成手段，具有：可因應於開度，來調 整對於上述燃燒室內的上述供給空氣的供給量的副節流 上述控制裝置’會進行控制：在上述低負載低轉速區 域’伴隨著負載的降低’使上述副節流閥作動成讓上述副 節流閥的開度變大’使上述供給空氣的供給量增加。 7.如申請專利範圍第1或2項的二行程引擎，其中 φ 又具備有： 用來檢測負載的負載檢測裝置、 及用來檢測引擎溫度的溫度檢測裝置； 上述控制裝置’會進行控制：根據藉由上述負載檢測 裝置所檢測出的負載、及藉由上述溫度檢測裝置所檢測出 的引擎溫度’來調整：將上述供給燃料供給到上述燃燒室 內的時期、上述供給燃料的供給量、及上述排氣口的開 度。