專利名稱：二沖程點燃式發(fā)動機的燃燒控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種二沖程點燃式發(fā)動機的燃燒控制器，它使得燃燒室內(nèi)的新鮮混合氣至少在低負荷狀態(tài)下通過自發(fā)火而燃燒(即活性熱氣體燃燒)。
在二沖程點燃式發(fā)動機中具有一個形成于汽缸筒內(nèi)周面上的排氣口和一個掃氣口，它們由活塞打開和關(guān)閉，在曲軸箱中被壓縮的新鮮混合氣從掃氣口供入氣缸空間中，而且燃燒廢氣從排氣口排出，從而使在汽缸空間中被壓縮的新鮮混合氣由火花塞裝置點燃，由于偶然的未點燃而導(dǎo)致的不正常燃燒通常發(fā)生在低到中負荷下。這會引起不正常的發(fā)動機振動和排氣中未燃燒的HC組份增加，從而導(dǎo)致油耗上升。
為了解決上述問題，人們提出了活性熱氣體燃燒?；钚詿釟怏w燃燒是一種即使在低負荷下通過包含在上一循環(huán)殘余氣體中的熱能來激活燃燒室中的新鮮混合氣也能獲得良好燃燒的方法，這種方法更易于點火及壓縮終了的自發(fā)火。
例如，日本專利公開第38766/1981號公開了一種使用上述活性熱氣體燃燒的二沖程點燃式發(fā)動機。在該發(fā)動機中，新鮮混合氣以高速在排氣道中流動，以便充分蒸發(fā)液體燃料，然后再以低得多的速度供入燃燒室中，以便在燃燒室中新鮮混合氣與殘余廢氣相接觸的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生氣相基團。
這樣，所產(chǎn)生的活性熱氣體持續(xù)到壓縮沖程的終點，從而無需火花塞即可自發(fā)火。為了保持活性熱氣體至到壓縮沖程的終點，必須大大減小燃燒室中殘余廢氣的擾動及流動。同樣地，排氣道上設(shè)置有一排氣控制閥，以防止可以導(dǎo)致這種擾動或流動的廢氣從排氣口迅速排出或者廢氣脈沖干擾。
由于排氣控制閥是用來降低具有活性熱氣體燃燒的低負荷工況下上述殘余廢氣的擾動或流動的，因此它是逐漸打開直到節(jié)氣門打開區(qū)域的比率(節(jié)氣門開度)到達30%，并且當節(jié)氣門的開度超過30%而處于高負荷工況時，它保持全開。相應(yīng)地，當發(fā)動機只用于低負荷時，可以通過具有一定收縮區(qū)域的收縮來取代排氣控制閥。
此外二沖程點燃式發(fā)動機還存在“竄氣”現(xiàn)象，即在掃氣口關(guān)閉到排氣口關(guān)閉的期間內(nèi)，在活塞的上行沖程，有一部分新鮮混合氣從排氣口中排出。為了減少新鮮混合氣的竄氣現(xiàn)象，排氣口上常設(shè)有一排氣控制閥，從而使發(fā)動機在低負荷工作時可關(guān)閉排氣口的上部，而發(fā)動機在中到高負荷工作時則可完全排開排氣口，并且排氣口開啟和關(guān)閉的時刻也可有多種變化。
日本實用新型專利公開第54336/1981號公開了一種這樣的排氣控制閥。該控制閥為旋轉(zhuǎn)控制閥，它包括一個大致為鼓形的閥體，其上設(shè)有沿汽缸體的內(nèi)周面的凹陷的圓弧，閥體表面的設(shè)置則是盡可能靠近排氣口?？刂崎y閥體表面基本上起排氣口上邊緣的作用，并在該表面上將閥體部分的形狀留出，這樣，在控制閥完全打開時，它與排氣道壁面的形狀基本相同。
日本專利申請公開第23523/1987號公開了一種設(shè)置在排氣道上的排氣控制閥，所述的排氣道從排氣開口伸出直至汽缸的內(nèi)表面。該控制閥上帶有與汽缸內(nèi)表面的曲率基本相同的控制面，在閥體掃氣端，該控制面與汽缸的內(nèi)表面相配合。所述的閥體是由安裝在與汽缸軸線相垂直的軸支撐掃氣的。排氣道的上部設(shè)有一可在排氣閥完全打開時容納閥體的凹槽。
日本專利申請公開第33426/1991號中公開了一種與上述結(jié)構(gòu)相類似的排氣控制閥，閥體(主閥)的掃氣端上設(shè)有一控制表面(流體截流罩)。閥體是設(shè)置在排氣道中用于掃氣的。在上述日本專利中，控制面是一個彈性片，它與排氣道上壁處的槽形容積相配合。
在上述日本專利申請公開的圖7和8中表示了一種設(shè)置在排氣道上的殼體結(jié)構(gòu)，在殼體上壁的外表面和排氣道上壁的內(nèi)表面之間的間隙形成的槽形容積。殼體上設(shè)有排氣道，殼體的兩側(cè)與排氣道的兩側(cè)相接觸。作為掃氣控制表面的閥體是沿殼體側(cè)壁的內(nèi)表面設(shè)置在排氣道內(nèi)部的。
采用如上所述的活性熱氣體燃燒的二沖程點燃式發(fā)動機目前尚未投入工業(yè)應(yīng)用。這是由于過早發(fā)火而引起的爆震現(xiàn)象造成的。因為在目前的結(jié)構(gòu)中，排氣控制閥或掃氣控制閥的開啟不是根據(jù)發(fā)動機的運行工況來控制的，并且點火定時也不能得到有效的控制。
活性熱氣體燃燒形成一個自控制系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，點火定時是由壓縮開始時的缸內(nèi)壓力和溫度來確定的。這種發(fā)火所產(chǎn)生的燃燒終了溫度是作為氣缸溫度的反饋信號。當這樣的系統(tǒng)將點火定時匯集到某一區(qū)域時，活性熱氣體燃燒得以穩(wěn)定地保持。
但是對于這種活性熱氣體燃燒發(fā)動機，它無法保持充分的活性熱氣體燃燒或集中這種系統(tǒng)，以獲得一個較好的工作狀態(tài)，如低油耗、低排放、穩(wěn)定的發(fā)動機轉(zhuǎn)速和較長的使用壽命。如其它的點燃式內(nèi)燃機，點火定時的控制也是非常重要的。
上述現(xiàn)有的活性熱氣體燃燒發(fā)動機，具有排氣控制閥的操作系統(tǒng)，從而可以改變汽缸內(nèi)的壓力，引起活性熱氣體燃燒，但無法有效地控制發(fā)火定時。因此，如果發(fā)動機是設(shè)置在當處于低速低負荷時具有最佳的汽缸壓力，那么當發(fā)動機在高速中負荷運行時，活性熱氣體燃燒就會過早發(fā)火，從而對發(fā)動機的使用壽命、廢氣排放及油耗帶來不利的影響。
此外。在上述任何一種傳統(tǒng)的排氣控制閥中，工作件都是設(shè)置在排氣道內(nèi)的。這樣，排氣道的截面形狀或內(nèi)表面是隨預(yù)定的由工作件的壓力所確定的形狀而變化的，甚至還隨著工作件的操作而改變的，這些情況均會降低發(fā)動機的輸出功率。
本發(fā)明的目的是在活性熱氣體燃燒期間，始終保持最佳點火定時，從而降低活性熱氣體燃燒發(fā)動機的油耗和廢氣排放，避免由于過早發(fā)火而引起的爆震等非正常燃燒現(xiàn)象。
本發(fā)明的另一個目的是采用排氣控制閥來改善發(fā)動機的性能，該控制閥可以正確地控制排氣過程，而不降低發(fā)動機的輸出功率。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，它提供了一種二沖程點燃式發(fā)動機的燃燒控制器，它使得燃燒室內(nèi)的新鮮混合氣至少在低負荷狀態(tài)下通過自發(fā)火而燃燒，該控制器包括一個設(shè)置在排氣道上且可以基本上完全關(guān)閉所述排氣道的排氣控制閥;驅(qū)動所述的排氣控制閥的驅(qū)動控制裝置，以獲得一個預(yù)定的排氣口開度，從而在活塞的上行沖程過程中至少根據(jù)一個發(fā)動機轉(zhuǎn)速和一個節(jié)氣門開度控制缸內(nèi)壓力，以控制所述自點火的時刻。
在上述結(jié)構(gòu)中，本發(fā)明的燃燒控制器可以至少在低負荷下當活塞關(guān)閉排氣口時，適當控制汽缸內(nèi)的壓力(以后簡稱汽缸壓力)，通過驅(qū)動排氣控制閥，以獲得與發(fā)動機轉(zhuǎn)速及節(jié)氣門開度相適應(yīng)的排氣口開度，從而在對發(fā)動機操作的最佳時刻實現(xiàn)燃燒室內(nèi)的新鮮混合氣的自發(fā)火。
這種能夠在發(fā)動機操作的最佳時刻有效地控制點火定時的活性熱氣體燃燒在下文中簡稱AR燃燒(活性基團燃燒)。
如上所述，活性熱氣體燃燒的點火定時是由燃燒開始時的汽缸壓力和溫度確定的。但是，缸內(nèi)的壓力則取決于缸內(nèi)氣體的狀態(tài)。即使點火定時已被固定，且熱氣體燃燒得到了保持，缸內(nèi)氣體狀態(tài)的變化也會引起缸內(nèi)壓力的變化，這一變化又會影響點火定時，并導(dǎo)致發(fā)火過早。然而在本發(fā)明中，根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速和節(jié)氣門開度對排氣口開度的控制，能夠在壓縮開始時控制汽缸壓力，將該壓力值選擇成能產(chǎn)生一個與汽缸內(nèi)的氣體狀態(tài)相適應(yīng)的最佳點火時刻的程度上。
具體地說，汽缸壓力是由設(shè)定的排氣控制閥來控制的，該排氣控制閥則處于一個根據(jù)AR燃燒所預(yù)先制定的控制圖中的排氣口開度下的。
表示二沖程點燃式發(fā)動機在排氣口關(guān)閉后的汽缸中的氣體狀態(tài)的因素通常包括充氣效率(ηc)、掃氣效率(ηs)、空氣/燃料比(A/F)以及汽缸溫度。在這些因素中，對于具有相同結(jié)構(gòu)的發(fā)動機，其充氣和掃氣效率可以用包括發(fā)動機速度、節(jié)氣門開度、環(huán)境溫度以及空氣壓力的其它參數(shù)預(yù)測出來。
根據(jù)本發(fā)明，至少發(fā)動機速度和節(jié)氣門開度是作為表示缸內(nèi)氣體狀態(tài)的因素而被檢測出的，而且控制圖給出了相應(yīng)于這些因素的總和的排氣口開度。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，排氣控制閥的結(jié)構(gòu)是這樣的，它具有一根與汽缸軸線呈直角的旋轉(zhuǎn)軸，和一個支撐在旋轉(zhuǎn)軸上的閥體，該旋轉(zhuǎn)軸和閥體是設(shè)置在從排氣口的開口到缸筒的內(nèi)周面之間延伸的排氣道中的，而且閥體相對于排氣口的上緣的高度是變化的。閥體由一個薄板件構(gòu)成，該體包括一個排氣控制部分，該部分基本上是沿著排氣口處的汽缸曲線延伸的，并且其寬度大于排氣口的寬度，而且還包括一個至少與排氣控制部分和旋轉(zhuǎn)軸的一側(cè)相連的臂部。一個容納整個閥體的容納槽開設(shè)在一帶有排氣道的缸體上，而容納槽僅在閥體的排氣控制部分的工作區(qū)域內(nèi)與排氣道相通，而且閥體的臂部總是處在容納槽中。
根據(jù)本發(fā)明，閥體的臂部總是容納在僅在排氣控制部分的工作區(qū)域內(nèi)與排氣道相連的容納槽中的，且容納槽的形狀不受閥體的安置和操作的影響。因此，防止了輸出功率的降低。
再者，閥體由薄板件制成，從而使閥體的排氣控制部分可在非常接近排氣口的位置上上下移動。因此，可以精確地控制排氣定時。


圖1是二沖程點燃式發(fā)動機的側(cè)視圖，該發(fā)動機汽缸的縱向部分中帶有本發(fā)明的燃燒控制器;
圖2與圖1所示的一側(cè)相對應(yīng)的一側(cè)的汽缸側(cè)視圖;
圖3是沿圖1中Ⅲ-Ⅲ線的剖示圖;
圖4是閥體的放大的俯視圖;
圖5是閥體的放大的側(cè)視圖;
圖6是缸壁的正視圖;
圖7是沿圖3中Ⅶ-Ⅶ線的剖示圖;
圖8是排氣通道的正視圖;
圖9是罩的正視圖;
圖10是罩的后視圖;
圖11是表示上述二沖程點燃式發(fā)動機的排氣控制閥的驅(qū)動控制系統(tǒng)的示意圖;
圖12分別表示了排氣口開度與節(jié)氣門開度、初始汽缸壓力、點火定時和一固定負荷下排氣中HC含量的關(guān)系曲線;
圖13是顯示在平均有效壓力下排氣門開度與節(jié)氣門開度之間的關(guān)系;
圖14表示出了一種控制圖的實例;
圖15是解釋本發(fā)明工作原理的說明圖;
圖16表示了二沖程點燃式發(fā)動機中在正常燃燒狀態(tài)和AR燃燒狀態(tài)下不同的節(jié)氣門開度與平均有效壓力的變化關(guān)系特性曲線。
現(xiàn)在首先從排氣控制閥的結(jié)構(gòu)來說明本發(fā)明的實施例。
圖1是車用二沖程點燃式發(fā)動機1的剖示圖，該發(fā)動機上帶有本發(fā)明的排氣控制閥，圖號2表示曲軸箱，圖號3表示汽缸體，圖號4表示汽缸蓋。在汽缸筒5的內(nèi)周面上開有掃氣口6和排氣口7，汽缸筒5是設(shè)在汽缸體3上的，活塞8在汽缸筒5內(nèi)上下滑動可以打開和關(guān)閉掃氣口和排氣口。圖號9表示連桿，圖號10表示曲軸銷。
活塞8向上運動時吸入曲軸箱2的新鮮空氣，在活塞向下運動時被壓縮并經(jīng)進氣道12和掃氣口6送入活塞8之上的汽缸空間中。在氣缸空間內(nèi)的燃燒廢氣從排氣口7排出。在活塞向上運動先后關(guān)閉掃氣口6和排氣口7時，汽缸空間內(nèi)的混合氣由活塞8壓縮并被鄰近燃燒室13的火花塞14點燃。然而，在低負荷下，混合氣是自燃的，并導(dǎo)致形成活性熱氣體燃燒。燃燒室13上設(shè)置火花塞的凹槽偏向排氣口7。
帶有排氣口7和汽缸體3上設(shè)有排氣控制閥15，活塞8向上運動產(chǎn)生一種所謂“竄氣”現(xiàn)象，這時，一部分送汽缸空間的新鮮空氣會在自靠近掃氣口6到靠近排氣口7這段時間從排氣口7中排出。廢氣排放產(chǎn)生的壓力波主要被反射到排氣管端部附近，從而在排氣管中產(chǎn)生正負壓力。在二沖程點燃式發(fā)動機中，新鮮混合氣的竄氣現(xiàn)象可以通過以下方式被減少自靠近掃氣口6到靠近排氣口7這段時間內(nèi)，在排氣口7處設(shè)置一個正壓。當排氣系統(tǒng)適于在最大輸出的轉(zhuǎn)速時，若在中到低負荷下工作則反射波的定時就顯得過早了。這樣，與延遲的排氣口打開(排氣定時)定時的發(fā)動機轉(zhuǎn)速相適應(yīng)的排氣控制閥15關(guān)閉排氣口7的上部，便可使壓力波與適當?shù)亩〞r相適應(yīng)，減少新鮮混合氣的竄氣現(xiàn)象。
排氣控制閥包括一個其上開有凹槽16的汽缸壁17，與凹槽16安裝在一起的排氣通道18，從外部罩住排氣通道18和缸壁17的罩19，以及一個插入凹槽16和排氣通道18之間的閥體20。
在圖1的縱向部分，汽缸壁17的凹槽16為半圓形，它與汽缸筒5的內(nèi)周面相接觸，汽缸筒的半徑為r1，它的中心點為P，從圖3所示的剖視圖中可以看出，與圖1的縱向部分相平行的另一個縱向部分的半徑為r，在一個與汽缸缸筒5的軸線C呈直角且通過P點的軸C1的兩端其半徑r擴展成半徑r2，經(jīng)過半徑r2的外端之間連的一條弧線a，弧線a與汽缸筒5的剖面形狀具有基本相同的弧度。如圖1所示，凹槽16的表面是一個通過旋轉(zhuǎn)弧線a而獲得的旋轉(zhuǎn)面，它與繞軸線C1的汽缸筒5的內(nèi)圓周面具有基本相同的弧度。在該圖中，表面部分被稱為旋轉(zhuǎn)面21，軸C1被稱為旋轉(zhuǎn)軸。
旋轉(zhuǎn)面21與各端面22相接觸，各端面22在旋轉(zhuǎn)軸C1方向的兩端上具有一個與旋轉(zhuǎn)軸C1呈直角的平面。旋轉(zhuǎn)面21和端面22構(gòu)成了凹槽16，并且凹槽的開口向外。圖6缸壁17的正視圖，缸壁17上帶有如上所述的凹槽16。在凹槽16的兩側(cè)，缸壁17上有一個平的配合面23(見圖6)，缸壁17與位于旋轉(zhuǎn)面21的中心的排氣口7相接。
設(shè)置在凹槽16上的排氣通道18的外形近似于凹槽16。排氣通道18包括沿旋轉(zhuǎn)而21的另一個旋轉(zhuǎn)面21a，沿端面22的端面22a以及一個外端面24，沿凹槽16的開口面形成一個與缸壁17的配合面23相同的表面(參見圖8)。如圖1所示，排氣通道18由螺栓26固定在罩19上，罩19是由螺栓25固定在缸壁17上的，從而使排氣通道18相對于缸壁17固定，并嵌在凹槽16中，從而使排氣通道27與排氣口7相連通。
在凹槽16的旋轉(zhuǎn)面21與排氣通道18的旋轉(zhuǎn)面21a之間形成一間隙28，該間隙與排氣口7的上邊緣7a相隔一預(yù)定間隔。間隙28一直延伸到略低于排氣口7的下邊緣7b的位置處(見圖1)。此外，在凹槽16的各端面22與排氣通道18的各端面22a之間也有一具有預(yù)定間隔的間隙29(見圖3)。
在該實施例中，間隙28和29的位置是這樣的，它們彼此相隔以防止閥體20與凹槽16的旋轉(zhuǎn)面21和端面22接觸過緊，同時也防止與排氣通道18的旋轉(zhuǎn)面21a和端面22a接觸過緊，即使閥體20的薄板在因排氣壓力和熱膨脹而產(chǎn)生彈性變形時也是如此。
圖9是罩19的外形圖，圖10是罩19的后視圖。罩19的后表面有一個平的配合面30，該配合面30與缸壁17的配合面23和排氣通道18的外端面24相平齊。配合面30靠在配合面23和外端面24上，罩19由如前所述的螺栓25和26固定在缸壁17和排氣通道18上。罩19上設(shè)有連在排氣通道18的排氣道27上的排氣道27a，排氣口7與經(jīng)排氣道27和27a的外排氣管(圖中未示出)相連。
如前所述，缸壁17的配合面23(圖6)和罩19的配合面30(圖10)沿旋轉(zhuǎn)軸C1兩端分別設(shè)有一對相對的軸承凸肩部分31a和31b。在將缸壁17、排氣通道18和罩19組裝在一起時，圖3所示的軸承凸肩部分31a和31b構(gòu)成一對軸承凸肩32。軸承凸肩32可轉(zhuǎn)動地支撐著一個閥驅(qū)動軸(旋轉(zhuǎn)軸)33。
圖4是閥體20的放大俯視圖，圖5則是該閥體的放大側(cè)視圖。從這些圖中可以看出，閥體20是由如不銹鋼等金屬板材加工而成的薄板件。它包括一對臂部34和一個與臂部34連接在一起的控制面35。臂部34的基底上設(shè)有平的連接孔36。臂部34插入凹槽16和排氣通道18的端部22、22a之間，同時連接孔36嵌入閥驅(qū)動軸33上與之形狀相同的凹陷部分。這樣，臂部34與閥驅(qū)動軸33連成一體，但可在間隙29內(nèi)擺動。
控制面35要寬于整個排氣口7的寬度，且其旋轉(zhuǎn)面具有與前述的凹槽16的旋轉(zhuǎn)面21具有相同的形狀。當臂部30在相對于閥驅(qū)動軸33一體的旋轉(zhuǎn)軸C1擺動時，控制面35可以移入和移出旋轉(zhuǎn)面21、21a之間的間隙28，同樣，排氣定時可以根據(jù)下述運行條件進行調(diào)整，即控制面35完全插入間隙28打開排氣口7，或從排氣口7的上邊緣7a伸出控制面25關(guān)閉排氣口7的上部。
由此可知，在本實施例中，凹槽16具有一個可容納整個閥體20的容納槽。該容納槽只有在控制面35的工作區(qū)域內(nèi)才與排氣道27連通，臂部34則始終被置于容納槽(即間隙29)內(nèi)。
間隙28延伸到排氣口7的下邊緣7b之上，控制面35可以向下運動到這個位置，完全關(guān)閉排氣口7。相應(yīng)地，排氣口7的開度可以從完全開啟到完全關(guān)閉之間任意任意變換，從而對于一個具有最佳點火定時的AR燃燒過程，在壓縮開始時可以控制汽缸壓力。
閥驅(qū)動軸33伸出缸體3，在其伸出端，用于驅(qū)動閥體驅(qū)動軸33的驅(qū)動桿37可保護驅(qū)動軸。圖2是缸體3的側(cè)視圖，在該圖中可以看到驅(qū)動桿37。如該圖所，該裝置中具有一伺服馬達38。伺服馬達38的輸出軸上設(shè)有一皮帶輪39，傳動帶40繞過該皮帶輪，傳動帶40的端部與驅(qū)動桿37的端部相連接。這樣，伺服馬達38可以通過閥體20的控制面35來控制排氣口7的開啟和關(guān)閉。
在這種結(jié)構(gòu)的排氣控制閥15中，閥體20的臂部34不是設(shè)置在排氣道27內(nèi)的，而是設(shè)置在具有排氣道27的排氣通道18的外部的。因此，排氣閥20的結(jié)構(gòu)及其操作不會改變排氣道27的形狀，從而也不會降低輸出功率。由于閥體20的控制面35是在可以充分關(guān)閉排氣口7的位置上下移動，這樣不僅排氣口7可以充分關(guān)閉，排氣定時也可以得到準確控制。
由汽缸壁17、排氣通道18、罩19及閥體20構(gòu)成的排氣控制閥15用循環(huán)冷卻水充分進行冷卻。排氣控制閥15的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)將在下面進行說明。
首先，缸壁17上具有冷卻水通道412，該冷卻水通道與缸體3上環(huán)繞汽缸筒5的冷卻水通道411相連(見圖1和3)。如圖7所示，冷卻水通道412是從底部向側(cè)面圍繞著凹槽16的。從圖6中可以看到，冷卻通道與兩連接口421相連，而這兩個連接口則開在凹槽16的配合面23兩側(cè)面的下部。冷卻水經(jīng)冷卻水進口43(見圖7)進入冷卻水通道411和412內(nèi)。
與連接口421相配的連接口422是設(shè)置在與凹槽16的配合面23相接觸的罩19的配合面30上的(見圖10)。冷卻水通道413在罩19的內(nèi)部與連接口422連通。冷卻水通道413通過開口441開在配合面30上。配合面30上部兩側(cè)還開有另外的連接口423，并且與之相連的冷卻水通道414是通過靠近開口部分441的開口部分442的配合面30上的。部件45將開口部分441和442隔開。
排氣通道18上設(shè)有冷卻水通道415，該冷卻水通道通過開口部分443開在外端面24上(參見圖1和8)。冷卻水通道415是一個袋形的，并且只在開口部分443處與外界相通。開口部分443與罩19的開口部分441和442相配合。
由冷卻水進口43流入缸體3的冷卻水經(jīng)冷卻水通道412、連接口421和422、冷卻水通道413以及開口部分441進入冷卻水通道415中。然后，冷卻水從冷卻水通道415經(jīng)過開口部分443流出，通過開口通道442流入冷卻水通道414。在冷卻水流動期間，它將缸壁17、罩19和排氣通道18冷卻。
罩19的連接口423與另外的連接口424相配合，連接口424是開在缸壁17的配合面23上的。上述冷卻水經(jīng)連接口423和424進入缸壁17內(nèi)的另一冷卻通道(圖中未示出)。然后，冷卻水流入汽缸蓋4內(nèi)的冷卻水通道416(見圖1)，冷卻汽缸蓋，最后，冷卻水從冷卻水出口46排出。
圖11表示出了上述發(fā)動機1主要部分的結(jié)構(gòu)示意圖，該圖中的與圖1至10中相同的標號表示相同的部分。圖11還示出了驅(qū)動排氣控制閥15的驅(qū)動控制系統(tǒng)。
如上所述，排氣閥15由伺服馬達38驅(qū)動，該馬達上帶有皮帶輪39、傳動帶40和驅(qū)動桿37。閥的驅(qū)動量取決于CPU47向伺服馬達38輸出的驅(qū)動信號△θe。皮帶輪39與帶有一電位計的排氣口開度傳感器48相連，排氣控制閥15得到來自傳感器的排氣口7的開度信號，即排氣口開度θe，驅(qū)動完成后信號被返回到CPU47。
標號50表明柱塞式化油器節(jié)氣門，該節(jié)氣門設(shè)置在與進口11相連的進氣管49上。針閥56是一個單向閥，它安裝在進氣管49中，處于進氣口11和節(jié)氣門50之間的位置上。節(jié)氣門50的開度θlh由帶有一電位計的節(jié)氣門開度傳感器51測出，并被輸入CPU47中。
摩托車駕駛員(圖中未示出)可以通過轉(zhuǎn)動右側(cè)的手柄(圖中未示出)來調(diào)整節(jié)氣門50的節(jié)氣門開度θlh，以控制發(fā)動機1的加速和減速過程。
另外，由發(fā)動機速度傳感器52檢測出的發(fā)動機速度信號Ne，進氣管壓力傳感器53測出的進氣管壓力信號Pi和水溫表54測出的冷卻水溫度信號Tw也被送到CPU47中。
CPU47由這些數(shù)據(jù)來確定發(fā)動機的工況，并產(chǎn)生控制信號。當發(fā)動機在AR燃燒情況下工作時，它根據(jù)控制圖進行工作，該圖中表明了根據(jù)發(fā)動機速度Ne和節(jié)氣門開度θlh確定的排氣口開度θe，并且將控制圖確定的驅(qū)動信號△θe送至伺服馬達38。該排氣口開度θe應(yīng)當是這樣的，它能使由上述參數(shù)控制的汽缸壓力產(chǎn)生最佳點火定時?？刂茍D可以按如下方式預(yù)先制定。
然而駕駛員要使車輛減速的信號是通過剎車或切斷開關(guān)等輸入到CPU47中的，排氣閥15可以被強制開啟到使AR燃燒無法維持的開度。
圖12分別表示出了在一定條件下排氣口開度θe與節(jié)氣門開度θlh、壓縮開始時的汽缸壓力(初始汽缸壓力)、點火定時和排氣中的HC排放量之間的關(guān)系。上述的條件是指發(fā)動機轉(zhuǎn)速(Ne)為3000rpm、平均有效壓力(PME)是2bar且空氣燃料比(A/F)為14。在這一條件下，白色箭頭A表示的區(qū)域中可以獲得AR燃燒。在區(qū)域A中，排氣口開度θe和節(jié)氣門開度θlh在圖12的最下部的圖中選擇。即排氣口開度大約為50%或更小。
在上述條件下，當排氣口開度θe大于50%時(即在圖中白色箭頭A1表示的區(qū)域內(nèi))，從HC排量大量增加的現(xiàn)象便可以發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生了不正常的燃燒。
在區(qū)域A中，節(jié)氣門開度θe過小會導(dǎo)致過早發(fā)火，從而影響發(fā)動機的使用壽命、排放和油耗。不產(chǎn)生這些不良影響的最佳點火定時是在上死點前8-10度到上死點之間的區(qū)域內(nèi)。為了得到最佳點火定時，排氣口開度θe必須在黑色箭頭a表示的區(qū)域內(nèi)。在本實施例中，區(qū)域a中排氣口開度約為40%和節(jié)氣門開度約為10%。具體地說，當發(fā)動機在轉(zhuǎn)速3000rpm、節(jié)氣門開度約10%工作時，約40%的排氣口開度能提供發(fā)動機在低速低負荷的AR燃燒，這種燃燒具有上死點前10度至上死點的最佳的點火定時和2bar的平均有效壓力。
通過改變PME而保持預(yù)定的Ne(3000rpm)和A/F(14)，可以得到與圖12相似的PME變化值。圖13顯示出基于上述圖形的節(jié)氣門開度與排氣口開度之間的關(guān)系。橫軸表示節(jié)氣門開度，縱軸表示排氣口開度。在圖中2barPME的等壓曲線相應(yīng)于圖12底部的曲線。
參見圖13，活性熱氣體燃燒可以在陰影區(qū)內(nèi)獲得。在虛線b左上部的區(qū)域B是相應(yīng)于圖12的區(qū)域A1的不正常燃燒區(qū)域。即使在陰影區(qū)內(nèi)，虛線c右邊的區(qū)域也會引起由過早點火導(dǎo)致的爆燃。另外，在過早點火區(qū)域之上和虛線c之下的區(qū)域C中產(chǎn)生爆震。PME等壓曲線上的圓圈表示最佳油耗點(伴隨著最少的HC排放)(參見圖12頂部圖形中的圓圈)。
從圖13中應(yīng)了解到，對于轉(zhuǎn)速為3000rpm的發(fā)動機，當排氣口開度秘處于虛線b和c之間區(qū)域內(nèi)，特別是圖中的圓圈附近時，可以獲得低到中負荷下具有最佳點火定時的穩(wěn)定AR燃燒的良好燃燒。
相似地，相應(yīng)于節(jié)氣門開度的最佳排氣口開度θe可以在不同的發(fā)動機速度Ne下獲得。因此，將發(fā)動機速度Ne和節(jié)氣門開度作為參數(shù)，可以獲得表示排氣口開度與綜合各種參數(shù)相適應(yīng)的控制圖。圖14是這種控制圖的一個例子。
根據(jù)這種控制圖，CPU47搜尋適合于發(fā)動機速度Ne和節(jié)氣門開度θlh的排氣口開度θe，并且通過伺服馬達38驅(qū)動并設(shè)定排氣控制閥15以提供所需的排氣口開度θe。結(jié)果，相應(yīng)的進氣被改變且在活塞上行期間的汽缸壓力被控制到提供出最佳點火定時的形式。
上述排氣口開度可以通過來自進氣管壓力傳感器53的進氣管壓力信號Pi和來自水溫度計54的冷卻水溫信號Tw進一步校正。再有，產(chǎn)生最大指示壓力的時刻、由安裝在靠近燃燒室13的指示器或光傳感器55測得的點火定時或壓縮開始壓力PEC可以用作上述排氣控制閥15的驅(qū)動控制。
現(xiàn)在參見圖15，該圖說明了所需的點燃式二沖程發(fā)動機中自燃時刻被有意控制的AR燃燒。
如果鄰近排氣口7時，作為汽缸壓力的壓縮開始壓力PEC被適當?shù)脑O(shè)定且已給出汽缸中的相應(yīng)壓縮開始溫度TEC，則只能確定出一個點火時刻，因為在汽缸中的溫度通過絕熱壓縮而升高并到達自燃程度時才發(fā)生燃燒。當需要一段時間在點燃后來燃燒汽缸中預(yù)定量的燃料時，燃燒中斷，從而確定出一個燃燒中斷時刻。燃燒中斷時刻在曲軸轉(zhuǎn)角上確定出一個膨脹比，該膨脹比是燃燒終止容積與排氣開始容積之比，還確定出了一個膨脹終止溫度TEE，該溫度影響著壓縮開始溫度TEC。
相應(yīng)于壓縮開始壓力PEC的相對進氣數(shù)Crel由下式表示，Crel＝Vg/Vh(其中Vg＝Vf+Vr，Vg表示壓縮開始時缸內(nèi)的氣體總量，Vf表示吸入的新鮮混合氣量，Vr表示壓縮開始時缸內(nèi)的殘余廢氣量，Vh表示汽缸沖程容積)，進氣比則由L＝Vg/Vh表示(Vg表示進氣容積)，L值處于大于5%小于40%的范圍內(nèi)。當L/Crel為上述值時，如果掃氣效率ηs＝Vf/Vg在20%至70%之間，那么殘余廢氣便可與新鮮混合氣適當混合，殘余廢氣是燃燒氣體中和一部分，燃燒氣體的膨脹終止溫度為TEE，同時，形成的混合氣的溫度達到預(yù)定的壓縮開始溫度TEC，從而形成AR燃燒。在本實施例中，通過排氣控制閥15調(diào)節(jié)排氣口開度，便可以改變掃氣效率ηs。
在上述的AR燃燒系統(tǒng)中，當受到外界的影響而使壓縮開始溫度TEC降低時，點火定時延遲，同時，燃燒終止時刻也推遲了。這種情況會導(dǎo)致膨脹過程在缸內(nèi)的燃燒氣體充分膨脹以前就停止了，從而使膨脹終止溫度TEE升高，膨脹開始溫度TEC也相應(yīng)地升高，這樣便可以保持一個穩(wěn)定的控制系統(tǒng)。
下面將詳細描述圖14所示的控制圖。
參見圖16，排氣控制閥15的適當控制過程能夠產(chǎn)生一個AR燃燒，該燃燒過程可以使發(fā)動機的平均有效壓力(PME)較高。其結(jié)果是即使在節(jié)氣門開度θlh減小的情況下，發(fā)動機1的速度也不會如預(yù)計的那樣被降低。為了避免這種現(xiàn)象，在節(jié)氣門開度θlh在低于發(fā)動機速度Ne中點處減小到接近0的區(qū)域內(nèi)，排氣口開度θe也暫時減小。也就是說隨著節(jié)氣閥開度的減小將排氣閥向著關(guān)閉的方向驅(qū)動，而隨著其增加向著開啟的方向驅(qū)動。采用這種方式可使發(fā)動機1的操作性能得到保證。
此外，在發(fā)動機1開始工作時，排氣控制閥15的開度要大于AR燃燒怠速工況時的開度，以便有更多的新鮮混合氣進入燃燒室13內(nèi)，從而提高掃氣效率。在圖14中，當發(fā)動機速度Ne為0或接近0時，排氣口開度θe增加。當Ne增加并接近怠速工況時，排氣口開度θe減小到一個較低的值，該值與AR燃燒時的節(jié)氣門開度θlh相適應(yīng)。隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速從怠速區(qū)增加，節(jié)氣門開度θlh不斷增大。具有上述特性的發(fā)動機，其開始工作的性能可以得到改進。
有一些排氣系統(tǒng)(如用于輸出功率較低的小型摩托車中的慣性排氣系統(tǒng))對Ne的影響很不敏感。在這種情況下，為簡便起見Ne可以被省略。即使對于如蝶形閥等較廉價的閥，自點火的時刻也是可以控制的。此外，還可以采用具有指示壓力傳感器的反饋控制。由此可見本發(fā)明并不局限于所述的控制圖。
根據(jù)本發(fā)明，在二沖程點燃式發(fā)動機的低負荷工作區(qū)內(nèi)，AR燃燒的掃氣效率ηs可以通過驅(qū)動排氣控制閥15來確定，此時的排氣口開度θe與發(fā)動機轉(zhuǎn)速Ne和節(jié)氣門開度θlh相適應(yīng)，這樣就可以在發(fā)動機1工作時在最佳時刻控制其自發(fā)火，從而降低油耗，減少排放污染，并且避免由于點火過早引起的爆震等不正常燃燒現(xiàn)象。
此外，安裝本發(fā)明的排氣控制閥不會對排氣道產(chǎn)生影響，這樣也就避免了因排氣道形狀的變化使輸出功率降低的可能性。再者，排氣控制閥的排氣控制部分可以在排氣口完全關(guān)閉的位置上垂直運動，使得排氣定時得到準確控制。
權(quán)利要求
1.一種二沖程點燃式發(fā)動機的燃燒控制器，它使得燃燒室內(nèi)的新鮮混合氣至少在低負荷狀態(tài)下通過自發(fā)火而燃燒，該控制器包括一個設(shè)置在排氣道上且可以基本上完全關(guān)閉所述排氣道的排氣控制閥；驅(qū)動所述的排氣控制閥的驅(qū)動控制裝置，以獲得一個預(yù)定的排氣口開度，從而在活塞的上行沖程過程中控制缸內(nèi)壓力，以控制所述自點火的時刻。
2.一種二沖程點燃式發(fā)動機的燃燒控制器，它使得燃燒室內(nèi)的新鮮混合氣至少在低負荷狀態(tài)下通過自發(fā)火而燃燒，該控制器包括一個設(shè)置在排氣道上且可以基本上完全關(guān)閉所述排氣道的排氣控制閥;驅(qū)動所述的排氣控制閥的驅(qū)動控制裝置，以獲得一個預(yù)定的排氣口開度，從而在活塞的上行沖程過程中至少根據(jù)一個發(fā)動機轉(zhuǎn)速和一個節(jié)氣門開度控制缸內(nèi)壓力，以控制所述自點火的時刻。
3.如權(quán)利要求2所述的二沖程點燃式發(fā)動機的燃燒控制器，其中所述的驅(qū)動控制裝置根據(jù)控制圖驅(qū)動所述的排氣控制閥，所述的控制圖表明了根據(jù)所述的發(fā)動機轉(zhuǎn)速和節(jié)氣門開度與排氣口開度的關(guān)系。
4.如權(quán)利要求1至3所述的二沖程點燃式發(fā)動機的燃燒控制器，其中所述的排氣道從排氣開口延伸到汽缸筒的內(nèi)周面;所述的排氣控制閥包括一個與汽缸軸呈直角的旋轉(zhuǎn)軸和由該旋轉(zhuǎn)軸支撐的閥體，該排氣控制閥可以改變排氣口上邊緣的高度;所述的閥體為一薄板形，它包括在所述的排氣口基本沿汽缸曲線的排氣控制部分，其寬度大于所述排氣口的寬度，還有一個壁部，與所述排氣控制部分的至少一側(cè)和所述旋轉(zhuǎn)軸相連;一個容納所述的閥體的容納槽，該容納槽作為一個整體形成于汽缸體上，缸體上帶有所述的排氣道，容納槽僅在排氣控制區(qū)的工作區(qū)域內(nèi)與排氣道相連通，所述的壁部總是置于所述的容納槽中的。
5.如權(quán)利要求2或3所述的二沖程點燃式發(fā)動機的燃燒控制器，其特征在于，在節(jié)氣閥開度很小但不是零且發(fā)動機的速度低于中速時，所述排氣控制閥幾乎完全關(guān)閉所述排氣通道。
全文摘要
一種用于二沖程點燃式發(fā)動機的燃燒控制器，包括一個設(shè)置在排氣口7附近可完全關(guān)閉排氣口的排氣控制閥15，還有驅(qū)動控制裝置47、38、39、40和37，括在排氣口7基本沿汽缸曲線的排氣控制部分35，其寬度大于所述排氣口的寬度，還有一個壁部34，與所述排氣控制部分的至少一側(cè)和所述旋轉(zhuǎn)軸33相連，該旋轉(zhuǎn)軸垂直于汽缸軸線，所述的臂部總是置于缸體上的容納槽中。所述的容納槽僅在排氣控制區(qū)的工作區(qū)域內(nèi)與排氣道相連通，所述的排氣通道是從排氣口7伸出的。
文檔編號F02B1/04GK1107205SQ94107260
公開日1995年8月23日 申請日期1994年6月30日 優(yōu)先權(quán)日1993年6月30日
發(fā)明者淺井正裕, 石橋羊一, 磯村真一, 工藤修, 西田憲二 申請人:本田技研工業(yè)株式會社