JP2004190540A

JP2004190540A - ２サイクル運転可能な頭上弁式エンジン

Info

Publication number: JP2004190540A
Application number: JP2002357800A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Kobayashi; 辰夫小林
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-12-10
Filing date: 2002-12-10
Publication date: 2004-07-08

Abstract

【課題】２サイクル運転が可能な頭上弁式エンジンにおいて、自着火燃焼が可能な運転条件の範囲を従来よりも広げることのできる技術を提供する。
【解決手段】エンジンは、２サイクル自着火運転が可能であり、排気のエネルギを利用して給気圧力を高めるための過給器を備えている。また、過給器よりも上流側の排気通路１６に、酸化触媒を有する触媒層１６ａが設けられている。さらに、触媒層１６ａの位置またはその上流側に、排気通路内を通過する排気の流れに旋回を与えるための旋回付与部材２００が設けられている。
【選択図】図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２サイクル運転が可能な頭上弁式エンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガソリンエンジンは、４サイクル運転を行うのが普通であるが、過給器を用いて２サイクル運転が可能なガソリンエンジンも提案されている（例えば特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−９１２６７号公報
【特許文献２】特開２０００−２２０４４６号公報
【特許文献３】特開平１１−２００８４５号公報
【０００４】
特許文献１に記載されたエンジンは、給気弁と排気弁がいずれもシリンダヘッドに設けられている頭上弁式エンジンである。２サイクル運転が可能な頭上弁式エンジンでは、いわゆる掃気作用により、新気によって排気が燃焼室から排出される。
【０００５】
近年では、頭上弁式の２サイクルエンジンにおいて、混合気を自着火させる燃焼方式（「予混合自着火燃焼方式」とも呼ばれている）を採用することが検討されている。この自着火燃焼方式は、例えば、ガソリンを給気と予混合しておき、圧縮によって自着火させるものである。このような自着火燃焼を利用すると、燃費が向上し、また、大気汚染物質（特にＮＯｘ）の排出量も大幅に低減できるという利点がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
頭上弁式の２サイクルエンジンでは、掃気を行うために過給器で過給を行うのが一般的である。しかし、低負荷運転時には排気温度が低くなるので、十分な給気圧が得られず、掃気が十分に行えない場合がある。この結果、低負荷運転時において自着火燃焼が可能な運転条件の範囲が狭く限定されてしまうという問題があった。
【０００７】
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、２サイクル運転が可能な頭上弁式エンジンにおいて、自着火燃焼が可能な運転条件の範囲を従来よりも広げることのできる技術を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上記目的の少なくとも一部を達成するために、本発明のエンジンは、２サイクル自着火運転が可能なエンジンであって、
排気のエネルギを利用して給気圧力を高めるための過給器を備えており、
前記過給器よりも上流側の排気通路に、酸化触媒を有する触媒反応部が設けられていることを特徴とする。
【０００９】
このエンジンによれば、排気中に含まれる一酸化炭素や未燃の炭化水素の酸化・燃焼を酸化触媒によって促進することができるので、これによって排気温度が上昇する。この結果、過給器による過給効率を高めて給気圧力を上昇させることができ、低負荷運転時においても掃気を十分に行うことが可能である。従って、自着火燃焼が可能な運転条件の範囲を従来よりも広げることができる。
【００１０】
なお、前記触媒反応部は、前記排気通路の内壁面に設けられた触媒層を含むことが好ましい。
【００１１】
この構成によれば、触媒を設けることによる流路抵抗の低下を最小限に抑えられるので、排気エネルギの低下を抑制して過給器における過給効率をより高めることが可能である。
【００１２】
なお、前記触媒層に凹凸を形成してもよい。
【００１３】
この構成によれば、触媒層近傍における排気の流れに剥離を起こすことができ、触媒作用をより高めることが可能である。
【００１４】
また、前記触媒層が設けられた排気通路に、前記触媒層を加熱するための加熱部を設けるようにしてもよい。
【００１５】
この構成によれば、排気温度が低い低負荷運転時にも、触媒層を加熱して触媒作用をより高めることが可能である。
【００１６】
また、前記触媒反応部の位置またはその上流側に、前記排気通路内を通過する排気の流れに旋回を与えるための旋回付与構造を設けるようにしてもよい。
【００１７】
この構成によれば、旋回流によって触媒の効果をより高めることが可能である。特に、排気通路の内壁面に触媒層が設けられている場合には、比較的重い未燃の炭化水素や一酸化炭素が遠心力によって排気通路の内壁面近くに移動するので、それらの酸化・燃焼をより促進することが可能である。また、最も重い一酸化炭素は、炭化水素よりさらに低い温度で触媒と反応するため、その反応熱により触媒温度を高め、炭化水素も浄化することができる。
【００１８】
前記旋回付与構造は、前記排気通路内に設けられた旋回フィンを有するようにしてもよい。
【００１９】
この構成によれば、比較的簡単な構造で排気の流れに旋回を付与することができる。
【００２０】
また、前記旋回フィンは、燃焼室の排気ポートとは別部材で構成されて、前記排気ポートに挿入される構成を有していてもよい。
【００２１】
この構成によれば、排気ポートを形成する部材（通常はシリンダヘッド）の構造を複雑化することなく、比較的簡単な構成で旋回付与構造を得ることができる。
【００２２】
また、前記旋回フィンは、前記旋回フィンを包む略中空円筒形状の筒状部に固定されており、
前記筒状部は、前記排気ポートの位置に挿入されたときに、前記排気ポートの内面と前記筒状部の外面との間に隙間ができるように構成されていてもよい。
【００２３】
この構成によれば、排気ポートの内面と筒状部の外面との間の隙間が断熱層として機能するので、排気ポート壁面からの排気の冷却を抑制することができる。
この結果、排気エネルギを高めて過給器における過給効率を向上させることが可能である。
【００２４】
前記旋回付与構造は、排気弁の傘部に設けられた旋回フィンを有するようにしてもよい。
【００２５】
この構成によれば、比較的簡単な構成で排気の流れに旋回を付与することが可能である。
【００２６】
また、前記旋回フィンの表面に酸化触媒が担持されているようにしてもよい。
【００２７】
こうすれば、より多くの触媒を利用することができる。
【００２８】
また、前記旋回付与構造の下流側から前記過給器までの排気通路が略円形で、流路断面積がほぼ一定に設定されていることが好ましい。
【００２９】
この構成によれば、過給器までの排気経路における流路抵抗を少なく抑えることができるので、排気エネルギの低下を抑制できる。この結果、過給器における過給効率をより高めることが可能である。
【００３０】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、エンジンや、エンジンの排気装置等の態様で実現することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
Ａ．第１実施例：
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。図１は、本発明の第１実施例としてのガソリンエンジン１００の構成を概念的に示した説明図である。図１には、ガソリンエンジン１００の燃焼室の中心で断面を取ったときの燃焼室の構造が表示されている。
【００３２】
このガソリンエンジン１００の燃焼室は、シリンダブロック１４０内に設けられた中空円筒形のシリンダ１４２と、シリンダ１４２内を上下に摺動するピストン１４４と、シリンダブロック１４０の上部に設けられたシリンダヘッド１３０によって形成されている。なお、シリンダブロック１４０とシリンダヘッド１３０の両方で構成される筒状体を、広義の「シリンダ」と呼ぶ。
【００３３】
シリンダヘッド１３０には、吸入空気が流入する給気ポートの開口部を開閉する給気弁１３２と、排気ガスが流出する排気ポートの開口部を開閉する排気弁１３４と、点火プラグ１３６と、燃焼室内に燃料噴霧を噴射する燃料噴射弁１４とが設けられている。給気弁１３２および排気弁１３４は、それぞれ電動アクチュエータ１６２，１６４で駆動されている。電動アクチュエータ１６２，１６４は、任意のタイミングでそれぞれの給気弁１３２および排気弁１３４を開閉することが可能である。なお、電動アクチュエータの代わりに、油圧アクチュエータやカム機構によって給気弁１３２および排気弁１３４を駆動しても良い。
【００３４】
給気ポートには吸入空気を導く給気通路１２が接続され、排気ポートには排気ガスが通過する排気通路１６が接続されている。排気通路１６の下流には、排気ガスに含まれる大気汚染物質を浄化するための触媒２６と、過給器５０のタービン５２とが設けられている。排気通路１６内を通過する排気ガスはタービン５２を回転させた後、大気に放出される。また、給気通路１２には、過給器５０のコンプレッサ５４が設けられている。コンプレッサ５４は、シャフト５６を介してタービン５２に接続されており、排気ガスによってタービン５２が回転するとコンプレッサ５４も回転する。その結果、コンプレッサ５４はエアクリーナ２０から吸い込んだ空気を加圧した後、給気ポートに向かって圧送する。
【００３５】
排気ポートの中には、排気の流れに旋回を与えるための旋回付与部材２００（「旋回付与構造」とも呼ぶ）が設けられている。旋回付与部材２００の詳細については後述する。
【００３６】
コンプレッサ５４で加圧すると空気温度が上昇するので、吸入空気を冷却するために、コンプレッサ５４の下流側にはインタークーラ６２が設けられている。
また、給気通路１２内にはサージタンク６０や、スロットル弁２２も設けられている。サージタンク６０は、燃焼室が空気を吸い込んだときに生じる圧力波を緩和させる作用を有しており、またスロットル弁２２は電動アクチュエータ２４によって適切な開度に設定されて、吸入空気量を調整する機能を有している。
【００３７】
ピストン１４４は、コネクティングロッド１４６を介してクランクシャフト１４８に接続されており、クランクシャフト１４８には、クランク角度を検出するクランク角センサ３２が取り付けられている。
【００３８】
このガソリンエンジン１００の動作は、エンジン制御用ユニット（以下、ＥＣＵ）３０によって制御されている。ＥＣＵ３０は、エンジン回転速度Ｎｅやアクセル開度θａｃを検出し、これらに基づいてスロットル弁２２の開度の制御や、点火プラグ１３６の点火タイミング制御、燃料噴射弁１４の制御を実行する。エンジン回転速度Ｎｅはクランク角センサ３２によって検出され、アクセル開度θａｃはアクセルペダルに内蔵されたアクセル開度センサ３４によって検出される。
【００３９】
図２は、第１実施例のエンジン１００の運転モードを示すマップである。このマップに示されているように、第１実施例のエンジン１００は、２サイクル運転と４サイクル運転とを切り換えて実行することが可能である。図２の横軸はエンジンの回転数、縦軸は負荷（トルク）である。エンジンの回転数が小さいときには２サイクル運転が実行され、回転数が大きいときには４サイクル運転が実行される。２サイクル運転領域は、低負荷および高負荷時の火花点火領域と、中負荷時の自着火領域に区分されている。自着火領域は、火花点火を行わずに自着火によって燃焼を起こさせる運転領域である。なお、４サイクル運転時でも自着火燃焼を行うことが可能である。
【００４０】
このように２サイクル運転と４サイクル運転を使い分けるのは、以下のような理由による。一般に、２サイクル運転はクランクシャフトの１回転に１度ずつ爆発が起こるので、１回の燃料噴射量が同じ条件では、４サイクル運転の約２倍のトルクが得られる。従って、同じトルクを出力する場合には、２サイクル運転の方が４サイクル運転よりも１回の燃料噴射量が少なくて済み、よりリーンな条件（空気過剰率がより大きな条件）で運転が可能である。ガソリンエンジンにおいてよりリーンな条件で運転を行うことによって、燃費が向上し、また、排気ガス中の汚染物質濃度を低下させることが可能である。さらに、自着火運転を行えば、燃費の向上と排気ガス中の汚染物質濃度が低下するという効果がさらに高まることが知られている。但し、２サイクル運転ではいわゆる掃気（給気によって排気を押し出す動作）が行われるが、高回転では掃気を十分に行えない場合がある。そこで、高回転の運転条件では、４サイクル運転の方が適している。
【００４１】
図３は、２サイクル運転の自着火燃焼の様子を示す説明図である。図３（ａ）〜（ｃ）には、２サイクル運転の膨張・排気・前期掃気行程（下降行程）が示されており、図３（ｄ）〜（ｆ）には後期掃気・吸気・圧縮行程（上昇行程）が示されている。図４は、２サイクル運転時の給気弁（ＩＮ弁）と排気弁（ＥＸ弁）の開閉期間を模式的に示している。
【００４２】
図３（ａ）は、燃焼室内の混合気が自着火によって燃焼を開始した状態を示している。混合気が燃焼すると、燃焼室内には高圧の燃焼ガスが発生してピストン１４４を押し下げる。ピストン１４４がある程度まで降下すると、適切なタイミングで排気弁１３４が開かれる（図３（ｂ））。図４の例では、排気弁１３４は、ピストンの下死点（ＢＤＣ）前、約７０°のタイミングで開かれている。
【００４３】
排気弁から燃焼ガスがある程度流出したタイミングで給気弁１３２が開くと、これに伴って給気ポートから空気が流入する（図３（ｃ））。給気通路１２内の空気は過給器５０によって所定圧力に加圧されているので、給気弁１３２から流入する新気によって、燃焼室内の燃焼ガスを掃気することができる。図４の例では、給気弁１３２は、ピストンの下死点（ＢＤＣ）前、約６０°のタイミングで開いている。
【００４４】
掃気期間であってピストン１４４が下死点近傍にあるときに、燃料噴射弁１４が燃焼室内に燃料噴霧を噴射する（図３（ｄ），図４）。下死点の後、まもなく排気弁１３４が閉じられるので、下死点近傍で燃料噴霧を噴射すれば、噴射した燃料噴霧が排気弁１３４から排出されることがなく、また、燃料と新気とを十分に混合させることができる。
【００４５】
燃料を噴射後、所定のタイミングで排気弁１３４を閉じた後は、図３（ｅ）に示すように、給気弁１３２から加圧された空気が燃焼室内に流入する。図４の例では、排気弁１３４を閉じるタイミングは、ピストンの下死点後、約５０°に設定されている。掃気期間に噴射された燃料噴霧は、吸入空気の流れによって燃焼室内に分散され、吸入空気と混合する。
【００４６】
給気弁１３２が閉じた以降は、ピストン１４４の上昇とともに燃焼室内の混合気が圧縮される。給気弁１３２が開いている間は、ピストンが上昇しても燃焼室内の混合気を圧縮することはできない。従って、２サイクル運転においては、給気弁１３２を閉じるタイミングによって混合気の実質的な圧縮比が決定される。
図４の例では、給気弁１３２を閉じるタイミングは、ピストンの下死点後、約６０°に設定されている。
【００４７】
給気弁１３２を閉じた後、ピストン１４４を上昇していくと、図３（ｆ）に示すように、燃焼室内で混合気が圧縮され、ピストン１４４の上死点付近で自着火する。その結果、燃焼室内の形成された混合気を速やかに燃焼させることができる。
【００４８】
このように、２サイクル自着火運転では、空気過剰率の大きいリーンな混合気を圧縮自着火させるので、燃料消費量を低減でき、また、大気汚染物質の排出量も大幅に低減することができる。なお、高負荷時には燃料噴射量が増えて空気過剰率が小さくなるので、圧縮時にノッキングが発生しやすくなる傾向にある。そこで、高負荷時には、圧縮比を若干低く設定するとともに、点火プラグで点火することによって混合気を燃焼させることが好ましい。一方、極く低負荷時には、燃料噴射量が少ないので、自着火が不安定になる場合がある。そこで、極く低負荷時にも、点火プラグで点火することによって混合気を燃焼させるようにしてもよい。
【００４９】
図５（Ａ）は、第１実施例の排気ポート７０近傍の構造を示す要部断面図である。排気ポート７０の中には、排気の流れに旋回を付与するための旋回付与部材２００が挿入されている。旋回付与部材２００は、排気ポート７０を構成するシリンダヘッド１３０や、外部の排気管１６（排気マニフォールド）とは別部材として作成されている。図５（Ｃ）は旋回付与部材２００の断面を示しており、図５（Ｂ）はその左側面図、図５（Ｄ）は右側面図である。
【００５０】
旋回付与部材２００は、旋回フィン２１０と、その周囲を覆う略中空円筒状の筒状部２２０とを有している。筒状部２２０の一端にはフランジ部２２２（リング状部材）が設けられている。旋回フィン２１０は、一枚の板状の金属片の両端を持って９０°ひねったときに得られる形状を有している。換言すれば、旋回フィン２１０は、らせん状に捻りを施した形状を有している。図５の例では、旋回フィン２１０は、旋回付与部材２００の入口では上下方向を向いており（図５（Ｂ））、出口では左右方向を向いている（図５（Ｄ））。この旋回フィン２１０は、例えば溶接によって筒状部２２０に固定されている。このような旋回付与部材２００は、ステンレス鋼のような金属で作成することができる。排気がこの旋回付与部材２００の中を通過すると、旋回フィン２１０によって排気の流れに旋回が付与される。
【００５１】
排気ポート７０の出口近傍には、フランジ部２２２を有する筒状部２２０を収納するための凹部７２が形成されている。フランジ部２２２は、排気ポート７０の出口に設けられたフランジ部用凹部と、外部の排気管１６のフランジ（排気マニフォールドの取り付け部）とに挟まれて固定され、これによって旋回付与部材２００が排気ポート７０内に位置決めされる。筒状部２２０の内面は、排気ポート７０の他の部分の内面や、排気管１６の内面の形状にほぼ一致する円筒面を構成している。また、排気ポート７０の凹部７２の内面と、筒状部２２０の外面との間には、ギャップ（隙間）が設けられている。ここにギャップを設ける意義については後述する。
【００５２】
排気ポート７０の下流側の排気管１６の内面には、酸化触媒を担持した触媒層１６ａが設けられている。この触媒層１６ａは、排気中に含まれているＨＣ（未燃炭化水素）やＣＯ（一酸化炭素）の酸化・燃焼を促進するためのものである。
エンジン１００が２サイクル運転を行うと、掃気に伴ってかなりの量のＨＣやＣＯが排気中に排出される。排気中のＨＣやＣＯは、完全燃焼によって生成される既燃ガス（二酸化炭素や水蒸気など）に比べて温度が低く、従って既燃ガスよりも密度が高い傾向にある。従って、旋回フィン２１０によって排気に旋回流が付与されると、比較的重いＨＣ，ＣＯは遠心力によって排気通路の外周を流れ、一方、比較的軽い既燃ガスは排気通路の中央を流れる。これらのＨＣ，ＣＯは、旋回フィン２１０の下流側の排気管内面に設けられた触媒層１６ａで酸化・燃焼し、これによって排気ガス温度（すなわち排気エネルギ）が上昇する。排気ガス温度が上昇すると過給器５０による過給効率が向上して給気圧が上昇するので、低負荷でも十分な掃気を行うことが可能となる。特に、本実施例では、触媒層１６ａを排気通路１６の内面に設けているので、ハニカムやペレット形状の触媒を使用する場合に比べて流路抵抗を低く抑えることができる。従って、触媒層１６ａを設けることによって排気エネルギを逆に低下させることが無いという利点がある。
【００５３】
また、排気中のＨＣ，ＣＯは、排気管１６の出口付近に設けられている通常の触媒２６だけでなく、排気ポート７０のすぐ下流側に設けられている触媒層１６ａによっても酸化・燃焼が促進されるので、排気ガス中のＨＣ，ＣＯを低減できるという利点がある。なお、一酸化炭素は炭化水素に比べて重いので、遠心力によって炭化水素よりも触媒層１６ａに近づき易く、ここで比較的早く酸化・燃焼する。一酸化炭素は、炭化水素よりさらに低い温度で触媒と反応するため、その反応熱により触媒温度が高くなり、炭化水素も浄化することができる。
【００５４】
なお、図３で説明した予混合自着火燃焼方式を利用した２サイクル自着火運転では、通常の４サイクル火花点火運転よりも多くのＨＣやＣＯが排気中に排出される傾向にある。この理由は、予混合燃焼方式による自着火運転では実質的な圧縮比が高く設定されるので、燃焼時において、いわゆるクエンチングエリア（消炎層）にかなり多量の未燃のＨＣ，ＣＯが含まれてしまうという傾向があり、掃気の際にそれらが排気ポート７０に排出されるからである。本実施例では、自着火運転の際にかなり多量のＨＣ，ＣＯが排出された場合にも、排気ポート７０のすぐ下流側の触媒層１６ａによってこれらの酸化・燃焼を促進することができるので、自着火運転時の過給効率を高め、また、ＨＣ，ＣＯの外部への排出を低減できるという効果が特に顕著である。また、自着火運転時に過給効率が高まると、十分な掃気を達成できるので、自着火運転可能な運転条件の範囲をより低負荷まで拡大することが可能である。
【００５５】
前述したように、本実施例の旋回付与部材２００は、筒状部２２０の外面と排気ポート凹部７２の内面との間にギャップが形成されるように構成されている（図５（Ａ））。この理由は、このギャップを断熱層として機能させることによって、排気からシリンダヘッド１３０への熱移動を低下させるためである。旋回フィン２１０によって排気に旋回流が付与されると、排気通路の外周におけるガス流速が高まり、壁面における熱伝達率が大きくなる。仮に筒状部２２０の外面と排気ポート凹部７２の内面とをぴったりと密着させると、排気ガスの熱が高い熱伝達率で筒状部２２０に伝わり、さらに排気ポート７０の壁面を介して外部に熱が伝わり易くなる。一方、本実施例では、このような熱の移動が筒状部２２０の外面と排気ポート凹部７２の内面との間のギャップによって妨げられるので、排気エネルギがここで低下することを抑制できる。
【００５６】
また、本実施例の旋回付与部材２００は、シリンダヘッド１３０や排気管１６とは別部材として構成されているので、筒状部２２０と排気ポート７０の内面との間にギャップがある方が、組み付けが容易であり、従って旋回付与部材２００の製作も容易であるという利点もある。さらに、このようなギャップを設けておくことにより、シリンダヘッド１３０と旋回付与部材２００の材質が互いに異なるときにも、それらの熱膨張差による寸法精度への影響も緩和できる。
【００５７】
なお、触媒層１６ａの表面には、微妙な凹凸を設けることが好ましい。こうすることによって、触媒層１６ａ近傍の流れに微細な剥離を発生させることができる。この結果、触媒の表面近傍を流れる排気ガスの実質的な流速を低下させて、排気ガスが触媒と接触する時間を十分長く確保することが可能である。これによって、ＨＣ，ＣＯの浄化と排気ガスの昇温との両方の効果をさらに向上させることができる。
【００５８】
また、触媒層１６ａが設けられている排気通路の位置（例えばその外周）に、触媒層１６ａを加熱するためのヒータなどの加熱部（図示せず）を設けるようにしてもよい。ヒータを設けるようにすれば、排気温度が低い低負荷運転時に触媒層を加熱することによって触媒作用を高め、ＨＣやＣＯの酸化・燃焼をより促進することが可能である。
【００５９】
また、過給器５０の効率を向上させて給気圧を高めるためには、排気通路１６（図１）が、燃焼室から過給器５０まで断面形状が略円形であることが好ましく、特に、その流路断面積がほぼ一定であることが好ましい。この理由は、このように排気通路１６を構成すれば、排気通路１６内における排気エネルギの低下を抑制できるからである。なお、「略円形」とは、内面が曲面で構成されており、その内径の最大値と最小値との差が±２０％以下であることを意味する。また、「断面積がほぼ一定」とは、断面積の最大値と最小値との差が±２０％以下であることを意味する。
【００６０】
Ｂ．第２実施例：
図６は、第２実施例における排気ポート７０近傍の構造を示す要部断面図である。第２実施例の旋回付与部材３００は、リング状のフランジ部３３０を有しており、フランジ部３３０の上流側と下流側に旋回フィン３１０，３２０がそれぞれ伸びている。上流側の旋回フィン３１０は、排気の流れの方向に向かって右回り（時計回り）に９０°捻られており、下流側の旋回フィン３２０も、同様に右回りに９０°捻られている。旋回フィン３１０，３２０は、１枚の金属片の両端を１８０°捻ることによって作成することができるが、別々に作成しても良い。
旋回フィン３１０，３２０は、例えば溶接によってフランジ部３３０に固定されている。フランジ部３３０は、シリンダヘッド１３０と排気管１６との間に挟まれて位置決めされる。
【００６１】
第２実施例では、排気管１６の内面の触媒層１６ａに加えて、排気ポート７０の内面にも酸化触媒を担持した触媒層７０ａが設けられている。従って、排気ガス中のＨＣ，ＣＯは、これらの触媒層７０ａ，１６ａによって酸化・燃焼が促進される。
【００６２】
第２実施例の旋回付与部材３００は、第１実施例の筒状部２２０（図５（Ｃ））を有していないので、旋回付与部材を構成する部品点数が少なくなり、また、軽量化することが可能である。さらに、排気ポート７０とその下流側の排気管１６の内面に触媒層７０ａ，１６ａが設けられているので、第１実施例よりも多くの触媒で排気の酸化・燃焼を促進ことができる。この結果、ＨＣ，ＣＯの浄化と、排気ガス温度の上昇との両方をより効率よく行うことが可能である。
【００６３】
第２実施例では、旋回付与部材３００が設けられている範囲に触媒層７０ａ，１６ａも設けられているのに対して、前述した第１実施例では、旋回付与部材２００の下流側にのみ触媒層１６ａが設けられていた。これから理解できるように、触媒層は、旋回付与部材が設けられている位置またはその下流側に設けられていれば良い。但し、この触媒層は、過給器５０のタービン５２（図１）に到達する前に排気ガス温度を上昇させるためのものなので、過給器５０の上流側に設けられている。これに対して、外部に排出される排気ガスを浄化するための触媒２６（図１）は、過給器５０の下流側に設けられているのが普通である。
【００６４】
以上のように、第２実施例においても、旋回付与部材と触媒層とを用いて排気ガス中のＨＣ，ＣＯの酸化・燃焼を促進させることによって、過給効率を向上させることができ、低負荷側に自着火運転領域を広げることが可能である。
【００６５】
Ｃ．第３実施例：
図７は、第３実施例における排気ポート７０近傍の構造を示す要部断面図である。第３実施例では、独立した構成を有する旋回付与部材は用いられておらず、この代わりに、排気弁１３４の傘部１３５の斜面に複数の旋回フィン１３５ａが設けられている。これらの旋回フィン１３５ａは、排気が傘部１３５の周辺を通過する際に、排気に旋回流を付与する機能を有している。なお、排気ポート７０の内面と排気管１６の内面には、触媒層７０ａ，１６ａがそれぞれ設けられている。
【００６６】
このように排気弁１３４の傘部１３５に旋回フィン１３５ａを設けることによっても、第１実施例や第２実施例と同様な効果を達成することができる。また、第３実施例では、旋回付与部材（旋回フィン）を、シリンダヘッド１３０や排気管１６（排気マニフォールド）と別体に構成する必要が無いので、エンジン全体の部品点数を低減することができ、軽量化できるという利点がある。
【００６７】
Ｄ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００６８】
Ｄ１．変形例１：
上記実施例では、触媒層を排気通路の内面（内壁面）のみに設けていたが、例えばフィン状の担体に触媒を担持させたものを排気通路内に設置しても良い。また、旋回フィンに触媒を担持させても良い。すなわち、本発明では、過給器よりも上流側の排気通路に酸化触媒を有する触媒反応部を設けるようにすることが好ましい。但し、排気通路の内壁面に触媒層を設けるようにすれば、流路抵抗を少なく抑えて排気エネルギの低下を抑制することができるので、過給効率を向上させて給気圧をより上昇させることができるという利点がある。
【００６９】
Ｄ２．変形例２：
上記各実施例では、排気ポートの位置に旋回フィンが設けられていたが、旋回フィンを設けなくても良い。この場合にも、過給器よりも上流側の排気通路に触媒反応部を設けることによって、排気中のＨＣ，ＣＯの酸化・燃焼を促進させることができる。但し、触媒反応部の位置またはその上流側に、排気通路内を通過する排気の流れに旋回を与えるための旋回付与構造を設けるようにすれば、排気に付与された旋回流によってＨＣ，ＣＯの酸化・燃焼をより促進することができるという利点がある。
【００７０】
Ｄ３．変形例３：
上記実施例では、２サイクル運転と４サイクル運転とを切り換えることが可能なエンジンについて説明したが、本発明は、２サイクル運転のみを行うエンジンにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例としてのガソリンエンジン１００の構成を概念的に示した説明図。
【図２】第１実施例のエンジン１００の運転モードを示すマップ。
【図３】２サイクル運転の様子を示す説明図。
【図４】２サイクル運転時の給気弁と排気弁を開閉期間を模式的に示す説明図。
【図５】第１実施例における排気ポート７０近傍の構造を示す図。
【図６】第２実施例における排気ポート７０近傍の構造を示す要部断面図。
【図７】第３実施例における排気ポート７０近傍の構造を示す要部断面図。
【符号の説明】
１２…給気通路
１４…燃料噴射弁
１６…排気管（排気通路）
１６ａ…触媒層
２０…エアクリーナ
２２…スロットル弁
２４…電動アクチュエータ
２６…触媒
３０…ＥＣＵ
３２…クランク角センサ
３４…アクセル開度センサ
５０…過給器
５２…タービン
５４…コンプレッサ
５６…シャフト
６０…サージタンク
６２…インタークーラ
７０…排気ポート
７０ａ…触媒層
７２…凹部
１００…ガソリンエンジン
１３０…シリンダヘッド
１３２…給気弁
１３４…排気弁
１３５…傘部
１３５ａ…旋回フィン
１３６…点火プラグ
１４０…シリンダブロック
１４２…シリンダ
１４４…ピストン
１４６…コネクティングロッド
１４８…クランクシャフト
１６２，１６４…電動アクチュエータ
２００…旋回付与部材
２１０…旋回フィン
２２０…筒状部
２２２…フランジ部
３００…旋回付与部材
３１０，３２０…旋回フィン
３３０…フランジ部

Claims

２サイクル自着火運転が可能なエンジンであって、
排気のエネルギを利用して給気圧力を高めるための過給器を備えており、
前記過給器よりも上流側の排気通路に、酸化触媒を有する触媒反応部が設けられていることを特徴とするエンジン。
請求項１記載のエンジンであって、
前記触媒反応部は、前記排気通路の内壁面に設けられた触媒層を含む、エンジン。
請求項２記載のエンジンであって、
前記触媒層に凹凸が形成されている、エンジン。
請求項２または３記載のエンジンであって、
前記触媒層が設けられた排気通路に、前記触媒層を加熱するための加熱部が設けられている、エンジン。
請求項１ないし４のいずれかに記載のエンジンであって、
前記触媒反応部の位置またはその上流側に、前記排気通路内を通過する排気の流れに旋回を与えるための旋回付与構造が設けられている、エンジン。
請求項５記載のエンジンであって、
前記旋回付与構造は、前記排気通路内に設けられた旋回フィンを有する、エンジン。
請求項６記載のエンジンであって、
前記旋回フィンは、燃焼室の排気ポートとは別部材で構成されており、前記排気ポートに挿入されている、エンジン。
請求項７記載のエンジンであって、
前記旋回フィンは、前記旋回フィンを包む略中空円筒形状の筒状部に固定されており、
前記筒状部は、前記排気ポートの位置に挿入されたときに、前記排気ポートの内面と前記筒状部の外面との間に隙間ができるように構成されている、エンジン。
請求項５記載のエンジンであって、
前記旋回付与構造は、排気弁の傘部に設けられた旋回フィンを有する、エンジン。
請求項６ないし９のいずれかに記載のエンジンであって、
前記旋回フィンの表面に酸化触媒が担持されている、エンジン。
請求項５ないし９のいずれかに記載のエンジンであって、前記旋回付与構造の下流側から前記過給器までの排気通路が略円形で、流路断面積がほぼ一定に設定されている、エンジン。