JPS6123831A - ロータリエンジンのノッキング制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はロータハウジングにトロコイド短軸よりロータ
回転方向遅れ側すなわちトレーリング側とロータ回転方
向進み側すなわちリーディング側にそれぞれ点火プラグ
を設け、運転状態に応じてトレーリング側点火プラグ点
火時期とリーディング側点火プラグ点火時期とがそれぞ
れに設定されている公知のバンケル型ロータリエンジン
のノッキング対策点火時期制御方法に関する。

近年、ロータリエンジンにおいてもターボチャージャが
装着されるなど高出力かの傾向にあり、将来さらに高出
力化するためにインタクーラの装着も予想される。この
場合ノッキングが発生しにくくなった分過給圧・圧縮比
を高め、そして点火時期を進角することによって最大の
効果が得られる。しかし、一般的である空冷式インタク
ーラを採用した車両用エンジンの場合には、走行条件に
よって過給吸気の温度変化が著しいため、最悪の場合を
考慮して設定点火時期を設定するとインタクーラの利点
を十分生かせないことになり、動力性能の低下が大きい
。

このような場合に、設定点火時期は正常な運転条件のと
きにあわせたものとし、ノッキング発生に関連する現に
に応じて連続的に点火時期の遅角制御を行うようにする
ことはよく知られている。

一般にロータリエンジンにおいては燃焼時間を短縮する
ために、ロータハウジングにトコロイド短軸よりロータ
回転方向遅れ側すなわちトレーリング側とロータ回転方
向進み側すなわちリーディング側にそれぞれ点火プラグ
を設け、運転状態（一般に負荷と回転数）に応じて軸ト
ルクが最大になるようなリーディング側の先行した適切
な点火時期がそれぞれに設定され点火が行なわれる。

これにより燃焼時間が短縮する理由は、先行したリーデ
ィング側の燃焼により作動室内未燃ガスの圧力・温度・
密度を上昇させて燃焼条件が良くなっているところをト
レーリング側を強いスキッシュ流によって急速に燃焼さ
せるからである。この場合トレーリング側点火時機が遅
すぎると、トレーリング側の燃焼が急速すぎてロータ表
面上に作用する圧力が一様にならず、ノッキング発生と
同様に構造的に問題となり、このことも考慮して点火時
期は設定されている。

レスプロエンジンにおいても一気筒につき二本の点火プ
ラグを設けて燃焼時間を短縮するようにしたものがある
。この場合一般に二本の点火プラグとも同時点火である
。これにおいて二本の点火プラグの点火時期の遅角角度
が同じになるようにして遅角させていくと、ノッキング
発生傾向が遅各角度に応じておよそ直線的に低下してい
く。

一方、ロータリエンジンでは点火上死点付近で作動室を
形成するロータハウジングのトロコイド状内周面の形が
内方に凸状であるためロータ表面徒で絞り効果をもたら
し、この絞り部をはさんだ作動室の前後がロータの回転
によって膨張・圧縮の関係になり、ロータ表面に沿って
トレーリング側からリーディング方向に乱流を伴った非
常に強いガス流動を生じ、その流速は作動室内の位置に
よって様々に、ロータ回転により刻々と変化する。それ
は乱流燃焼速度・火炎面積の変化などに影響を与え、結
果として質量燃焼速度に影響を及ぼす。

従って、前記レスプロエンジンと同様に、トレーリング
側点火プラグとリーディング側点火プラグのそれぞれの
設定点火時期から両方の点火時期の遅角角度が同じにな
るようにして遅角していくと、設定点火時期によっては
遅角角度が小さいときに、遅角する以前よりもかえって
ノッキング発生傾向が大きくなってしまい。たとえこの
ようにならないときでも遅角角度に対するノッキング発
生傾向の低下のし方が著しく直線性をそこなってしまう
。従ってこの場合一定遅角角度以上でないとノッキング
発生傾向低減効果を発生せず、ノッキング発生に関連す
る現にに応じたノッキングを発生させないための点火遅
角角度が設定点火時期によっては必要以上に大きなもの
となってしまう。

これを制御によって解消すべく点火時期によって遅角角
度を補正することが考えられるが、リーディング側・ト
レーリング側点火プラグにそれぞれ独立した点火時期が
設定されているため制御が複雑化してしまい困難である
。

ロータリエンジンはインジケータ線図によっても明らか
なように燃焼圧力の立上がりが遅れているため圧縮圧力
と燃焼圧力が段階状になってつながっており、燃焼期間
が基本的に上死点以後の方向に遅れている。

ロータリエンジンもレシプロエンジンと同様に作動室容
積が正弦曲線的に変化するため、上死点から遅れるほど
容積の増大率は大きくなり、燃焼の等容度は低下し軸ト
ルクは低下する。従って必要以上に点火時期を遅らせる
と、レスプロエンジンに比較して軸トルクの低下傾向が
大きく出力は低下し燃費も悪化する。

本発明は以上に記したような問題に有効に対処すべく運
転状態に応じてトレーリング側点火プラグ点火時期とリ
ーディング側点火プラグ点火時期とがそれぞれ設定され
ているロータリエンジンにおいても、レシプロエンジン
同様に点火遅角角度に応じておよそ直線的にノッキング
発生傾向が低下するようにすることを目的とする。

図面にも度づいて上記の問題点を解析し、さらに本発明
を説明すると次の通りである。

第１図はトロコイド状内集面１を有するロータハウジン
グ２とその両側を閉じるサイドハウジング３，３とで構
成されるケーシンゲ内を三角形状のロータ４が遊星回転
運動するロータリエンジンにておいて、トロコイド状内
集面１とサイドハウジング３，３とロータ表面５とによ
って形成される作動室６内ガスの点火は行わずモータに
より駆動運転したときの出力軸（図示せず）回転数４０
００ｒｐｍにおけるトロコイド状内集面１に対する推定
速度をトロコイド状内集面１からの法線方向の距離によ
って表わした図である。実際の作動室６内のガス流動速
度は作動室６の移動速度を除いたものであり、図ではお
よそ作動室６端部の移動速度約２×１０ｍ／ｓｅｃをさ
しひいたものである。しかし、図では点火時期の違いに
よる作動室６内の点火時期の違いがわかりやすい。出力
軸の各回転角におけるロータ４の位置とその時の作動室
６内各部のトロコイド状内集面１に対するガス速度を同
種類の線で表わしてあり、図の右上に示すように上死点
前３０度は実線部の短い一点鎖線、上死点前１５度は短
い破線、上死点は実線、上死点後１５度は長い破線、上
死点後３０度は実線部の長い一点鎖線で表わしてある。

ロータハウジング２のトロコイド短軸７からロータ回転
方向矢印８の遅れ側すなわちトレーリング側にトレーリ
ング側連通孔９を介して作動室６に通ずるトレーリング
側点火プラグ１０、進み側すなわちリーディング側には
リーディング側連通孔１１を介して作動室６に通ずるリ
ーディング側点火プラグ１２が設けられている。

トレーリング側連通孔９付近のガス速度はロータ４の位
置が回転方向に進むに従って大きくなっており、リーデ
ィング側連通孔１１付近のガス速度はトレーリング側連
通孔９付近ほど変化は大きくないが、ロータ４の位置が
回転方向に進むに従って小さくなっている。ロータ表面
５に設けられたロータくぼみ１３の形状や位置が多少変
化してもガス速度とその変化する大きさに違いはあるが
同様の傾向を示す。

従って、トレーリング側点火プラグの点火時期が遅くな
っていくほどトレーリング側連通孔から作動室内を火炎
が伝ばするときのトレーリング側連通孔付近のガス速度
は大きくなっていくため、火炎伝ぱ初期には、一般にガ
ス流動の無いものにおいては燃焼速度が小さく、したが
って燃焼ガスの膨張速度も小さいので火炎伝ぱ速度は小
さいが、ガス流動速度が大きいほどトレーリング側連通
孔に尾を引きガス流動に乗った形でリーディング方向に
引き伸ばされ、火炎伝播の初期から火炎面積が大きくな
り、つまり燃焼反応面積が大きくなり、さらには乱れの
増加により乱流燃焼速度が増大し燃焼を促進するため、
燃焼ガスの膨張速度が増大し火炎伝播速度が大きくなる
。この傾向は図のようなロータくぼみのトレーリング側
が浅いスキッシュ流強化形のものほど著しい。

一方、リーディング側点火プラグの点火時期を遅らせる
に従ってリーディング側連通孔から作動室内を火炎が伝
播するときのリーディング側連通孔付近のガス流動速度
が低下してくることにより乱流燃焼速度と火炎面積の増
加率は低下してくる。

一般にロータエンジンにおいては軸トルクが最大となる
ように熱発生率の変化を調整する関係から、リーディン
グ側点火プラグの点火時期が先行した運転状態（一般に
負荷と回転数）に応じた適切な点火時期をリーディング
側・トレーリング側点火プラグのそれぞれに設定してい
る、このためトレーリング側連通孔から作動室内を火炎
が伝播するとき、リーディング側の先行燃焼によりそれ
なりに作動室内未燃ガスの圧力・温度・密度は上昇し燃
焼条件は良くなる。

従って、トレーリング側・リーディング側点火プラグの
点火時期をそれぞれの設定点火時期から遅角角度が同じ
になるようにして遅らせていった場合に、作動室のリー
ディング側端部までの距離は長くなっていくし、リーデ
ィング側の乱流燃焼速度は低下し、火炎面積の増大率も
低下してくるが、ノッキングの発生しやすい高負荷時の
低中速回転域の設定点火時期では、トレーリング側連通
孔から作動室内を火炎が伝播する時期は上死点後２０度
以後と推定され最もガス流動速度の増大の激しい時期に
近いため、乱流燃焼速度が増大し、燃料ガスの膨張速度
が大きくなり、この膨張速度はリーディング方向に大き
く加勢するためリーディング側点火プラグからのリーデ
ィング方向への火炎面はリーディング方向へ押し出され
火炎伝播速度が大きくなるので、遅角角度が小さいとき
に遅角することによってかえって作動室全体の質量燃焼
速度が増大し、圧力上昇率が大きくなって最高燃焼圧力
に歎する時期が早まるとともにその圧力も増大し、ノッ
キング発生傾向もこの傾向に従い、遅角角度に対するノ
ッキング発生傾向の低下のし方が著しく直線性を損なう
。

従って、簡単な制御でノッキング発生に関連する現にに
応じてトレーリング側・リーディング側両点火時期を同
角度ずつ遅角する場合には、点火時期によってはノッキ
ング発生に関連する現にに応じたノッキングを発生させ
ないための遅角角度が、ノッキングを発生しない要求遅
角角度より必要以上に大きなものとなり、出力性能の低
下が大きい。

ロータリエンジンの作動室は点火上死点付近でトレーリ
ング側からリーディング方向に乱流を伴った非常に強い
ガス流動が生じているため、点火プラグ位置からリーデ
ィング方向への火炎伝播は非常に早く、それに反しトレ
ーリング方向へはほとんど火炎は進行せず、高負荷時に
作動室のトレーリング側の未燃ガスとレシプロエンジン
のように既燃ガスにより圧縮されて自発火する以前に正
常な火炎伝播により燃焼させてしまうことが困難であり
、作動室のトレーリング側が圧縮過程にあることにより
ノッキングが発生しやすくなる。そのため作動室トレー
リング側の未燃ガスが自発火する以前にトロコイド状内
周面とロータ表面との間隙が十分狭くなるロータ位置に
なるようにして冷却し、このときに自発火しないような
未燃ガス温度経過になるような燃焼圧力経過になるよう
にしてノッキング防いでいる。

トレーリング側連通孔から作動室のトレーリング方向へ
はほとんど火炎は進行しないことから、ノッキング発生
時期の上死点後５０度付近ではトレーリング側点火プラ
グ点火時期のいかんにかかわらず一定量以上の未燃ガス
が残されるので、ノッキング発生傾向を低減するのには
トロコイド状内周面とロータ表面との間隙とそのときの
燃焼圧力によってしか制御できない。

以上のことから本発明ではトレーリング側点火プラグは
設定点火時期のまま置角せずに点火し、リーディング側
点火プラグ点火時期のみノッキング発生に関連する現に
に応じて遅角するようにした。

高負荷時、トレーリング側点火プラグは設定点火時期の
まま点火し、リーディング側点火プラグのみリーディン
グ側設定点火時期より次第に遅角させていく場合、トレ
ーリング側・リーディング側点火プラグともそれぞれの
設定点火時期で点火するときリーディング側点火プラグ
が先行点火するが、トレーリング側点火プラグにより着
火した火炎面がトレーリング側連通孔から作動室内に出
てくるまでの間はリーディング側の質量燃焼割合はまだ
小さく、これによる作動室内未燃ガスの圧力・温度の上
昇はわずかであるから、リーディング側点火プラグの点
火時期を設定点火時期より遅らせても火炎面がトレーリ
ング側連通孔から作動室内に出てくる時期はリーディン
グ側点火プラグが設定点火時期の場合とほぼ同じであり
、作動室内におけるトレーリング側の点火位置もほぼ同
じとなる。そのため火炎面が作動室内に出て来ると気の
トレーリング側連通孔付近のガス速度もほぼ同じである
が、トレーリング側連通孔から作動室内を火炎伝播する
ときのリーディン側の先行燃焼による作動室内未燃ガス
の圧力・温度の上昇は無視できない位に大きくなる。こ
の圧力・温度の上昇によってトレーリング側連通孔から
の燃焼速度は増大するが、リーディング側点火プラグの
点火時期を設定点火時期から遅らせるに従いリーディン
グ側連通孔周辺のガス流動速度の低下に伴って乱流燃焼
速度と火炎面積増大率が低下していき、トレーリング側
連通孔から火炎伝播するときのリーディング側の先行燃
焼により作動室内未燃ガスの圧力・温度の上昇は小さく
なる。そのためにトレーリング側連通孔からの燃焼速度
も低下し、この結果作動室全体の質量燃焼速度も低下し
てくる。

最高燃焼圧力の発生時期は作動室容積増大率や冷却損失
にもよるが、概して作動室のリーディング側端部付近の
ある程度の距離まで火炎面が到達した時期であり、リー
ディング側点火プラグの点火時期のみを遅らせるに従い
リーディング側連通孔から作動室のリーディング側端部
までの距離が長くなり火炎伝播距離が長くなることも一
因となって、最高燃焼圧力に達する時期は遅れる傾向に
ある。

それにより前記質量燃焼速度の低下と相俟って燃焼の等
容度が低下し最高燃焼圧力は低下し、トレーリング側未
燃ガスの既燃ガスによる圧縮温度も低下してくる。さら
に最高燃焼圧力に達する時期が遅れる傾向にあることは
、作動室トレーリング側のトロコイド状内周面とロータ
表面との間隙が次第に狭い時期になり、未燃ガスに対す
る冷却効果も高まってくる。

以上のことは次のことからも明らかである。トレーリン
グ側点火プラグのみで点火する場合とトレーリング側・
リーディング側両点火プラグをそれぞれ適切な点火時期
で点火する場合とを比較すると、前者は燃焼時間が長く
既燃ガスの冷却時間が長くなるため最高燃焼圧力が低い
。そして軸トルクを最大にするときの要求点火時期は、
後者の軸トルクを最大にするときのトレーリング側点火
プラグの要求点火時期に比較して約１５度程度進み側に
ある。従って、トレーリング側・リーディング側両点火
プラグで点火するとき、トレーリング側点火プラグを設
定点火時期のままで点火し、リーディング側点火時期の
み遅角させて行くということは、最高燃焼圧力の低いト
レーリング側点火プラグのみで点火するときの相当遅い
点火時期の場合に次第に近づけて行くということになる
。

以上の結果ノッキング発生傾向は高負荷時の全設定点火
時期にておいて、リーディング側点火プラグの遅角角度
に応じてレシプロエンジン同様におよそ直線的に低下す
る。

このとき可能な最大遅角角度はリーディング側設定点火
時期のトレーリング側設定点火時期に対する先行角度と
、トレーリング側点火プラグを設定点火時期で先行点火
させ、リーディング側点火プラグを点火してリーディン
グ側連通孔から火炎面が作動室に出ると動じにトレーリ
ング側からの火炎面がリーディング側連通孔を通過する
ようにしたときのトレーリング側点火時期のリーディン
グ側点火時期に対する先行角度とを加算した角度であり
、ロータリエンジンは点火遅角に対する燃焼の等容度の
低下が大きいことから、ノッキング対策点火時期遅角制
御を行うためには十分である。

尚、前記したノッキング発生に関連する現象とは、ノッ
キング発生以前にノッキング発生に関連する現象つまり
ノッキング発生の原因となる現象の場合には、無苛給エ
ンジンにおいては、設定点火時期で点火してノッキング
が発するときのエンジン回転数・吸気温度・エンジン温
度（冷却水温度）などがあげられ、過給エンジンの場合
にはさらに過給圧が加えられ、吸気温度が過給吸気温度
になり、インタクーラ装着過給エンジンの場合には過給
吸気温度はインタクーラより下流の温度になる。

また、ノッキング発生時にノッキング発生に関連する現
象の場合にはノッキング強度があげられる。

さらにまた、前記したノッキング発生傾向とはノッキン
グの発生しやすさとノッキング強度のことである。

次に実施例について簡単に述べると、ノッキング発生以
前のノッキング発生に関連する現にに応じて遅角制御す
る場合には、前記したパラメータに応じて決定されるノ
ッキングを発生させない点火遅角角度の信号をリーディ
ング側点火系に設けられた点火位相制御装置に送るよう
にすればよい。

このような関ループ制御に適応した場合、比較的簡単に
ノッキング発生に関連する現にに応じて連続的に遅角制
御できるため、設定点火時期を遅らせすぎないように設
定することができる。

また、ノッキング発生時のノッキング発生に関連する現
にに応じて遅角制御する場合には、ターボチャージャ装
着レシプロエンジンで一般的な、ノックセンサを用いて
ノッキング強度を検出し、ノッキング強度に応じてノッ
キングが発生しないところまで点火時期を遅角し、ノッ
キングが発生しなくなると次第に進角してくるようにし
てこれを繰り返し、軽度のノッキング状態以下のそれに
近い状態にフィードバック制御するいわゆるノックフィ
ードバック遅角制御をリーディング側点火系に用いれば
よい。

このような閉ループ制御に適応した場合、全設定点火時
期において遅角角度に応じてノッキング発生傾向がおよ
そ直線的に低下することから、遅角し過ぎによる出力低
下に伴う出力変動を小さくすることができ制御の安定性
を向上することができる。

以上に説明したような本発明によれば、ロータハウジン
グのリーディング側とトレーリング側にそれぞれ点火プ
ラグを設け、それぞれに運転状態に応じてトレーリング
側点火プラグ点火時期とリーディング側点火プラグ点火
時期とが設定されているロータリエンジンにておいて、
点火遅角角度に対するノッキング発生傾向の低下のし方
がおよそ直線的になる。それにより比較的簡単なノッキ
ング対策点火時期遅角制御で、ノッキング発生に関連す
る現にに応じたノッキングを発生させないための点火遅
角角度がノッキングが発生しない要求遅角角度に近いも
のになり、出力低下を小さくできる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は作動室内ガスのトロコイド状内周面に対する推
定速度を示した図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　トロコイド状内周面を有するロータハウジングとそ
   の両側を閉じるサイドハウジングとで構成されるケーシ
   ンゲ内を三角形状のロータが遊星回転運動するロータリ
   エンジンの前記ロータハウジングに、トロコイド短軸よ
   りロータ回転方向遅れ側すなわちトレーリング側とロー
   タ回転方向進み側すなわちリーディング側にそれぞれ点
   火プラグを設け、運転状態に応じてトレーリング側点火
   プラグ点火時期とリーディング側点火プラグ点火時期と
   がそれぞれに設定されているロータリエンジンにておい
   て、トレーリング側点火プラグは前記トレーリング側点
   火プラグ設定点火時期のままで点火し、リーディング側
   点火プラグ点火時期のみノッキング発生に関連する現に
   に応じて遅角することを特徴とするロータリエンジンの
   ノッキング対策点火時期制御方法。