JP2005133568A

JP2005133568A - 二気筒内燃機関

Info

Publication number: JP2005133568A
Application number: JP2003367565A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Ono; 智幸小野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-10-28
Filing date: 2003-10-28
Publication date: 2005-05-26

Abstract

【課題】第二の気筒の排気行程が終了してから第一の気筒の排気行程が開始するまでの期間における排気ガスのエネルギ損失を補填する。
【解決手段】第一の気筒（２Ａ）および第二の気筒（２Ｂ）を含んでおり、第一の気筒の爆発から第二の気筒の爆発までの間隔が第二の気筒の爆発から第一の気筒の爆発までの間隔よりも小さく設定されている二気筒内燃機関において、機関吸気通路に設けられたコンプレッサ（１６）を機関排気通路に設けられたタービン（２３）によって駆動するターボチャージャ（１５）と、第一の気筒の燃焼室から排出された排気ガスをターボチャージャのタービンの入口側に導入する第一の排気ガス通路（２２Ａ）と、第二の気筒の燃焼室から排出された排気ガスをターボチャージャのタービンの入口側に導入する第二の排気ガス通路（２２Ｂ）と、第二の排気ガス通路に設けられた酸化機能を有する触媒（６１）とを具備する二気筒内燃機関が提供される。
【選択図】図１

Description

本発明は、二つの気筒を備えていて、これら気筒間の爆発間隔が不等である二気筒内燃機関、例えばＶ型二気筒内燃機関に関する。

特許文献１および２に示されるように、二つの気筒間における爆発間隔が不等となっている二気筒内燃機関は既に公知となっている。図５は一般的な二気筒内燃機関、つまり二つの気筒Ａ、Ｂの中心線が約９０度の角度をなす内燃機関におけるクランク角度および各気筒の工程タイミングを示す図である。以下、図５を参照しつつ二気筒内燃機関の不等間隔爆発について説明する。

図５において、横軸はクランク角度（°ＣＡ）を示しており、縦軸はクランク角速度を示している。さらに、図５の下方には気筒Ａおよび気筒Ｂの工程を示している。また、図５においては気筒Ａの上死点ＴＤＣＡと気筒Ｂの上死点ＴＤＣＢとが一点鎖線で示されている。図示されるように、第一の気筒Ａが上死点ＴＤＣＡ−１に位置するときのクランク角度を０°ＣＡとすれば、第一の気筒Ａの爆発工程はこのときから開始することになる。

次いで、図５に示されるように第一の気筒Ａの上死点ＴＤＣＡ−１からクランク軸（図５には示さない）が２７０°ＣＡ（θ１）だけ回転すると、第二の気筒Ｂが上死点ＴＤＣＢ−１に到達するようになり、このときから第二の気筒Ｂの爆発工程が開始する。次いで、クランク軸が４５０°ＣＡ（θ２）だけ回転すると、第一の気筒Ａが再び上死点ＴＤＣＡ−２に到達し、第一の気筒Ａの爆発工程が開始するようになる。

従って、第一の気筒Ａの爆発から第二の気筒Ｂの爆発までの間隔θ１は２７０°ＣＡであるのに対し、第二の気筒Ｂの爆発から第一の気筒Ａの爆発までの間隔θ２は間隔θ１よりも大きくて４５０°ＣＡとなっている。このように、一般的な二気筒内燃機関では、間隔θ１、θ２が不等となるように不等間隔爆発が行われている。
実公平７−８８３０号公報特許第２６８９６３１号

ここで、第一の気筒Ａおよび第二の気筒Ｂの排気行程に着目する。各気筒Ａ、Ｂの排気行程は対応する爆発工程の後に行われるので、図５に示されるように第一の気筒Ａの排気行程が終了してから第二の気筒Ｂの排気行程が開始するまでの間隔Ｔ１はクランク角度で９０°ＣＡになっている。さらに、第二の気筒Ｂの排気行程が終了してから第一の気筒Ａの排気行程が開始するまでの間隔Ｔ２はクランク角度で約２７０°ＣＡになっている。つまり、間隔Ｔ１と間隔Ｔ２との間の差はかなり大きくなっている。

従って、二気筒内燃機関にターボチャージャが設けられている場合には、間隔Ｔ１、間隔Ｔ２において気筒Ａ、気筒Ｂからの排気ガスの排出が無くなるため、ターボチャージャのタービンの回転が低下する。そして、図５に示される間隔Ｔ２が比較的長いために、間隔Ｔ２後の第一の気筒Ａの吸気行程においてはターボチャージャによる過給作用が小さくなる。つまり、間隔Ｔ２においては間隔Ｔ１の場合よりもターボチャージャに流入する排気ガスのエネルギ密度が低減している。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、第二の気筒の排気行程が終了してから第一の気筒の排気行程が開始するまでの期間における排気ガスのエネルギ密度の低減を補填することにより、ターボチャージャによる第一の気筒への過給作用を向上するようにした二気筒内燃機関を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために１番目に記載の発明によれば、第一の気筒および第二の気筒を含んでおり、前記第一の気筒の爆発から前記第二の気筒の爆発までの間隔が前記第二の気筒の爆発から前記第一の気筒の爆発までの間隔よりも小さく設定されている二気筒内燃機関において、機関吸気通路に設けられたコンプレッサを機関排気通路に設けられたタービンによって駆動するターボチャージャと、前記第一の気筒の燃焼室から排出された排気ガスを前記ターボチャージャのタービンの入口側に導入する第一の排気ガス通路と、前記第二の気筒の燃焼室から排出された排気ガスを前記ターボチャージャのタービンの入口側に導入する第二の排気ガス通路と、前記第二の排気ガス通路に設けられた酸化機能を有する触媒または該触媒を担持したフィルタとを具備する二気筒内燃機関が提供される。

すなわち１番目の発明によって、第二の気筒から排出された排気ガスが第二の排気ガス通路内の触媒を通過するので、第二の気筒からの排気ガス内の未燃成分、例えばＣＯ、ＨＣ等が触媒上で酸化し、排気ガスの温度が上昇する。これにより、第二の気筒からの排気ガスはその熱エネルギが増加した状態でターボチャージャのタービンに流入するようになるので、第二の気筒の排気行程が終了してから第一の気筒の排気行程が開始するまでの期間における排気ガスのエネルギ密度の低減が補填され、ターボチャージャによる第一の気筒への過給作用の向上を図ることができる。

２番目の発明によれば、１番目の発明において、さらに、前記第二の排気ガス通路に設けられた前記触媒または前記フィルタと前記第二の気筒との間に燃料を添加する燃料添加部を具備する。
すなわち２番目の発明によって、第二の排気ガス通路内の排気ガスに適宜、添加された燃料が、排気ガス内の未燃成分を反応させる触媒上で加熱されて気化するので、ターボチャージャのタービンに流入する排気ガスのエネルギ密度をさらに高めることができる。また、第二の排気ガス通路に設けられた触媒が吸蔵還元型窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」と称する）触媒（以下、「ＮＯｘ吸蔵剤」と称する）である場合には、リッチ雰囲気を容易に形成して触媒に吸蔵されたＮＯｘを放出することができる。

３番目の発明によれば、１番目または２番目の発明において、さらに、前記第一の排気ガス通路内の排気ガスを機関吸気通路内に再循環させる排気ガス再循環装置を具備する。
すなわち３番目の発明によって、第一の排気ガス通路を流れる排気ガスの温度は触媒またはフィルタを備えた第二の排気ガス通路を流れる排気ガスの温度よりも低温であるので、より低温の排気ガスを機関吸気通路内に再循環させられ、燃焼時の温度低減によってＮＯｘを減らすことが可能となる。なお、第二の排気ガス通路に燃料添加部が設けられている場合には、燃料が排気ガス再循環装置によって機関吸気通路内に再循環するのを避けることも可能となる。

各発明によれば、第二の気筒の排気行程が終了してから第一の気筒の排気行程が開始するまでの期間における排気ガスのエネルギ密度の低減を補填することにより、ターボチャージャによる第一の気筒への過給作用を向上することができるという共通の効果を奏しうる。

さらに、２番目の発明によれば、ターボチャージャのタービンに流入する排気ガスのエネルギ密度をさらに高めることができるという効果を奏しうる。
さらに、３番目の発明によれば、燃焼時の温度低減によりＮＯｘを減らすことができるという効果を奏しうる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同一の部材には同一の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１は本発明に基づく二気筒内燃機関の概念図であり、図２は本発明に基づく二気筒内燃機関の部分拡大図であり、図３は本発明に基づく二気筒内燃機関の部分斜視図である。図２および図３においては９０°のＶ型二気筒内燃機関が示されているが、本発明における二気筒内燃機関はこれらに限られず、不等間隔ピッチで燃焼が行われるあらゆる形式の二気筒内燃機関を含むものと理解されたい。図２に示される機関本体１の二つの気筒２Ａ、２Ｂは互いに約９０°の角度をなすように連結されている。なお、以下、気筒２Ａを第一の気筒２Ａと適宜称すると共に、気筒２Ｂを第二の気筒２Ｂと適宜称する。図２に示されるように、これら気筒２Ａ、２Ｂのそれぞれにはピストン４Ａ、４Ｂが摺動可能に配置されている。さらに、図２および図３から分かるように、これらピストン４Ａ、４Ｂにはそれぞれコンロッド１２Ａ、１２Ｂが回動可能に連結されている。そして、機関本体１のクランクケース６０内においてはクランク軸１３（図２においては破線により示されている）がクランクピン１４（図３においては破線により示されている）を介してこれらコンロッド１２Ａ、１２Ｂを連結している。クランク軸１３はクランクケース６０内に回転可能に配置されており、図示しない変速機構などによってクランク軸１３の回転が伝達される。

図２に示されるように、各気筒２Ａ、２Ｂの上方に位置するシリンダヘッド３Ａ、３Ｂ内においては吸気弁７Ａ、７Ｂをそれぞれ担持した吸気ポート８Ａ、８Ｂが備えられると共に、排気弁９Ａ、９Ｂをそれぞれ担持した排気ポート１０Ａ、１０Ｂが備えられている。また、各シリンダヘッド３Ａ、３Ｂとピストン４Ａ、４Ｂとの間には燃焼室５Ａ、５Ｂがそれぞれ形成されており、これら燃焼室５Ａ、５Ｂ内にはそれぞれ電気制御式燃料噴射弁６Ａ、６Ｂによって燃料が供給されるようになっている。

吸気ポート８Ａ、８Ｂのそれぞれは、吸気管１１Ａ、１１Ｂをそれぞれ介して共通のサージタンク２９に連結されている。再び図１を参照すると、サージタンク２９は吸気ダクト２８およびインタークーラ２７を介して過給機、例えば排気ターボチャージャ１５のコンプレッサ１６の出口部に連結される。コンプレッサ１６の入口部は吸気ダクト１７およびエアフローメータ１８を介してエアクリーナ１９に連結される。また、吸気ダクト２８内にはステップモータ２０により駆動されるスロットル弁２１が配置される。

一方、排気ポート１０Ａは排気ガス通路２２Ａを介して排気ターボチャージャ１５の排気タービン２３の入口部に連結されている。同様に、排気ポート１０Ｂは別の排気ガス通路２２Ｂを介して排気ターボチャージャ１５の排気タービン２３の入口部に連結されている。さらに、図示されるように、排気ガス通路２２Ｂには、パティキュレートフィルタ６１を内蔵したケーシング６２が設けられており、さらに、このパティキュレートフィルタ６１は後述する触媒を担持している。また、排気タービン２３の出口部は排気管２６を介して別のパティキュレートフィルタ２４を内蔵したケーシング２５に連結される。

さらに、図１に示されるように、排気ガス通路２２Ａとスロットル弁２１下流の吸気ダクト２８とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路４７を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路４７内にはステップモータ３８により駆動されるＥＧＲ制御弁２９が配置される。また、ＥＧＲ通路４７内にはＥＧＲ通路４７内を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ３０が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水がＥＧＲクーラ３０内に導びかれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。

一方、燃料噴射弁６Ａ、６Ｂのそれぞれは対応する燃料供給分岐管３１Ａ、３１Ｂを介して燃料供給管３２に連結される。この燃料供給管３２内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ３３から燃料が供給され、燃料供給管３２内に供給された燃料は各燃料供給分岐管３１Ａ、３１Ｂを介して燃料噴射弁６Ａ、６Ｂにそれぞれ供給される。燃料供給管３２には燃料供給管３２内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ（図示しない）が取付けられ、燃料圧センサの出力信号に基づいて燃料供給管３２内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ３３の吐出量が制御される。また、図１に示されるように燃料添加弁４８が、排気ガス通路２２Ｂのパティキュレートフィルタ６１よりも上流に設けられている。燃料添加弁４８は燃料供給分岐管３１Ｃを介して燃料供給管３２に連結される。そして、燃料添加弁４８についても、燃料圧センサの出力信号に基づいて燃料供給管３２内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ３３の吐出量が制御される。

電子制御ユニット５０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス５１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）５２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）５３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）５４、入力ポート５５および出力ポート５６を具備する。エアフローメータ１８および燃料圧センサ（図示しない）の出力信号は夫々対応するＡＤ変換器５７を介して入力ポート５５に入力される。パティキュレートフィルタ２４を内蔵したケーシング２５にはパティキュレートフィルタ２４の温度を検出するための温度センサ４３が取付けられている。同様に、パティキュレートフィルタ６１を内蔵したケーシング６２にもパティキュレートフィルタ６１の温度を検出するための温度センサ６３が取付けられている。これら温度センサ４３、６３の出力信号はそれぞれ対応するＡＤ変換器５７を介して入力ポート５５に入力される。なお、このような温度センサ４３、６３を設けることなく、機関の運転状態とパティキュレートフィルタ２４、６１の温度との関係を示すモデルを用いてパティキュレートフィルタ２４、６１の温度をそれぞれ推定することもできる。

一方、アクセルペダル４４にはアクセルペダル４４の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４５が接続され、負荷センサ４５の出力電圧は対応するＡＤ変換器５７を介して入力ポート５５に入力される。更に入力ポート５５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４６が接続される。一方、パティキュレートフィルタ２４を内蔵したケーシング２５の入口部には排気ガス中に炭化水素、例えば燃料を供給するための炭化水素供給弁４２が配置され、出力ポート５６は対応する駆動回路５８を介して燃料噴射弁６Ａおよび６Ｂ、燃料添加弁４８、ステップモータ２０および３８、燃料ポンプ３３、ならびに炭化水素供給弁４２に接続される。

ところで、本発明では、パティキュレートフィルタ６１には酸化機能を有する触媒、例えば酸化触媒、三元触媒、ＮＯｘ吸蔵剤が担持されている。そして、パティキュレートフィルタ２４上にはＮＯｘ吸蔵剤が担持されている。なお、パティキュレートフィルタ６１の代わりに、酸化機能を有するハニカム構造の触媒でもよく、パティキュレートフィルタ２４の代わりにハニカム構造のＮＯｘ吸蔵剤を設けるようにしてもよい。このようなＮＯｘ吸蔵剤は例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少くとも一つと、白金Ｐｔのような貴金属とが担持されている。機関吸気通路、燃焼室５Ａ、５Ｂおよびパティキュレートフィルタ２４上流の排気通路内に供給された空気および燃料（炭化水素）の比を排気ガスの空燃比と称するとこのＮＯｘ吸蔵剤は排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯｘを吸蔵し、排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯｘを放出するＮＯｘの吸放出作用を行う。

このＮＯｘ吸蔵剤を担持したパティキュレートフィルタ２４を機関排気通路内に配置すればＮＯｘ吸蔵剤は実際にＮＯｘの吸放出作用を行うがこの吸放出作用の詳細なメカニズムについては明らかでない部分もある。しかしながらこの吸放出作用は図４に示すようなメカニズムで行われているものと考えられる。次にこのメカニズムについて担体上に白金ＰｔおよびバリウムＢａを担持させた場合を例にとって説明するが他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類、希土類を用いても同様なメカニズムとなる。

図１に示される内燃機関では通常、燃焼室５Ａ、５Ｂにおける空燃比がリーンの状態で燃焼が行われる。このように空燃比がリーンの状態で燃焼が行われている場合には排気ガス中の酸素濃度は高く、このときには図４（Ａ）に示されるようにこれら酸素Ｏ₂ がＯ₂ ^- 又はＯ^2-の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、流入排気ガス中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ₂ ^- 又はＯ^2-と反応し、ＮＯ₂となる（２ＮＯ＋Ｏ₂ →２ＮＯ₂ ）。次いで生成されたＮＯ₂ の一部は白金Ｐｔ上で酸化されつつ吸蔵剤内に吸蔵されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら図４（Ａ）に示されるように硝酸イオンＮＯ₃ ^- の形で吸蔵剤内に拡散する。このようにしてＮＯｘがＮＯｘ吸蔵剤内に吸蔵される。排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔの表面でＮＯ₂ が生成され、吸蔵剤のＮＯｘ吸蔵能力が飽和しない限りＮＯ₂ が吸蔵剤内に吸蔵されて硝酸イオンＮＯ₃ ^- が生成される。

一方、流入排気ガスの空燃比がリッチにされると排気ガス中の酸素濃度が低下し、その結果白金Ｐｔの表面でのＮＯ₂ の生成量が低下する。ＮＯ₂ の生成量が低下すると反応が逆方向（ＮＯ₃ ^- →ＮＯ₂ ）に進み、斯くして吸蔵剤内の硝酸イオンＮＯ₃ ^- がＮＯ₂ の形で吸蔵剤から放出される。このときＮＯｘ吸蔵剤から放出されたＮＯｘは図４（Ｂ）に示されるように排気ガス中に含まれる多量の未燃ＨＣ，ＣＯと反応して還元せしめられる。このようにして白金Ｐｔの表面上にＮＯ₂ が存在しなくなると吸蔵剤から次から次へとＮＯ₂ が放出される。従って流入排気ガスの空燃比がリッチにされると短時間のうちにＮＯｘ吸蔵剤からＮＯｘが放出され、しかもこの放出されたＮＯｘが還元されるために大気中にＮＯｘが排出されることはない。

以下、本発明の二気筒内燃機関の動作について説明する。本発明の二気筒内燃機関の動作時には、図５を参照して前述した一般的な二気筒内燃機関の場合と同様に、第一の気筒２Ａの排気行程の終了と第二の気筒２Ｂの排気行程の開始との間の間隔Ｔ１はクランク角度で９０°ＣＡであるのに対し、第二の気筒２Ｂの排気行程の終了と第一の気筒２Ａの排気行程の開始との間の間隔Ｔ２はクランク角度で２７０°ＣＡとなっている。このため、前述したように一般的な二気筒内燃機関においては、間隔Ｔ２後の第一の気筒２Ａの吸気行程においてはターボチャージャ１５による過給作用が比較的小さくなる。

ところが、本発明の二気筒内燃機関においては、排気ガス通路２２Ｂにパティキュレートフィルタ６１を設けており、パティキュレートフィルタ６１は酸化機能を有する触媒を担持している。そして、第二の気筒２Ｂから排出された排気ガスは未燃成分、例えばＣＯ、ＨＣ等を含んでいる。このため、第二の気筒２Ｂからの排気ガスが排気ガス通路２２Ｂのパティキュレートフィルタ６１を通過する際に、排気ガス内の未燃成分がパティキュレートフィルタ６１上の触媒と反応して酸化する。つまり、排気ガス通路２２Ｂ無いの排気ガスの温度はパティキュレートフィルタ６１を通過することにより上昇し、それにより、排気ガスの熱エネルギが増大するようになる。次いで、第二の気筒２Ｂからの排気ガスはその熱エネルギが増加した状態でターボチャージャ１５のタービン２３に流入する。従って、第二の気筒２Ｂの排気行程が終了してから第一の気筒２Ａの排気行程が開始するまでの期間Ｔ２における排気ガスのエネルギ密度の低減が補填され、ターボチャージャ１５による第一の気筒２Ａへの過給作用の向上を図ることができる。

なお、排気ガス内の未燃成分が多い場合にはその分だけ触媒通過時に排気ガスの温度も上昇する。従って、排気ガスの熱エネルギをさらに増大させることを望む場合には、第二の気筒２Ｂに設けられる燃料噴射弁６Ｂによる噴射タイミングをわずかながら遅角側に設定するのが好ましい。これにより、通常の場合よりも多量の未燃成分が第二の気筒２Ｂから排出されるようになる。このため、排気ガス通路２２Ｂ内の触媒を通過する排気ガスの温度がさらに向上するので、排気ガスのエネルギ密度をさらに増大させることが可能となる。

また、本発明の二気筒内燃機関の動作時には第二の気筒２Ｂの排気行程に応じて、燃料添加弁４８によって燃料を排気ガス通路２２Ｂ内に添加するようにしてもよい。図示されるように、燃料添加弁４８は燃料ポンプ３３からの燃料を排気ガス通路２２Ｂに添加することができる。そして、排気ガス通路２２Ｂ内に添加された燃料は、排気ガスと一緒にパティキュレートフィルタ６１上を通過する。前述したように、排気ガス通路２２Ｂを通る排気ガスの未燃成分が触媒と反応して、触媒の温度が上昇するので、排気ガス内の燃料も触媒上で加熱される。このため、液体の燃料が触媒上で気化するようになり、従って、ターボチャージャ１５のタービン２３に流入する排気ガスのエネルギ密度がさらに向上するようになる。

ところで、前述したように本発明の二気筒内燃機関の排気管２６には、ＮＯｘ吸蔵剤を担持したパティキュレートフィルタ２４が設けられている。このようなＮＯｘ吸蔵剤を有する内燃機関においては、定常走行時すなわちリーン制御による走行時、ＮＯｘ吸蔵剤のＮＯx 吸蔵量が限界値に達する前に、気筒内に供給される混合気の空燃比を一時的にリッチ雰囲気にすることにより、ＮＯｘ吸蔵剤に流入する排気ガスの酸素濃度を低下させ、ＮＯx を放出・還元させるリッチスパイク制御が行われている。本発明の二気筒内燃機関においては、燃料添加弁４８からの燃料を排気ガス通路２２Ｂ内の排気ガスに添加することによって、排気ガスを容易にリッチ雰囲気にすることができる。そして、この排気ガスはターボチャージャ１５のタービン２３を通じて排気管２６に流入し、次いで、パティキュレートフィルタ２４を通過するようになる。従って、この場合にはパティキュレートフィルタ２４に担持されるＮＯｘ吸蔵剤を容易にリッチ雰囲気にすることができる。つまり、パティキュレートフィルタ２４のＮＯｘ吸蔵剤の吸蔵可能ＮＯｘ量が限界値に近付く場合には、燃料を燃料添加弁４８から排気ガス通路２２Ｂに添加することによって、パティキュレートフィルタ２４をリッチ雰囲気にし、ＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵されたＮＯｘを容易に放出・還元することが可能となる。

また、排気ガス通路２２Ｂのパティキュレートフィルタ６１に担持される触媒がＮＯｘ吸蔵剤である場合には、パティキュレートフィルタ２４の場合と同様に、燃料添加弁４８によって燃料を排気ガス通路２２Ｂに添加し、これにより排気ガスをリッチ雰囲気にして、ＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵されたＮＯｘを放出・還元することが可能となる。

ところで、燃料添加弁４８が燃料を排気ガス通路２２Ｂに添加する添加作用は、第二の気筒２Ｂが排気行程にあるときに行うのが好ましい。通常は、添加された燃料の全てが触媒上において気化されるとは限らず、燃料の一部は触媒上で気化することなしに排気ガス通路２２Ｂを通過する。このような燃料が排気ガス通路２２Ｂの内壁等に付着する場合には、排気ガスのエネルギ密度が低下すると共に燃料が排気ガス通路２２Ｂの内壁等に堆積する可能性がある。しかしながら、第二の気筒２Ｂの排気行程時には排気ガス通路２２Ｂ内の排気ガスの流量が高くなるので、排気行程時に燃料を添加すれば、触媒上で気化しなかった燃料であっても大流量の排気ガスによって排気ガス通路２２Ｂを高速で通過しうる。従って、排気ガスのエネルギ密度の低下を抑えられると共に、気化しなかった燃料が排気ガス通路２２Ｂの内壁等に堆積することも避けることが可能である。

また、燃料添加弁４８からの燃料は第二の気筒２Ｂが排気行程以外の工程、すなわち吸気行程、圧縮行程または爆発工程にあるときに添加されるようにしてもよい。第二の気筒２Ｂが排気行程以外の工程にあるときは、排気ガス通路２２Ｂにおける排気ガスの流量は排気行程時よりも小さくなっている。このため、パティキュレートフィルタ６１よりも上流において排気ガス通路２２Ｂ内に添加された燃料は、パティキュレートフィルタ６１の触媒上を比較的低速で通過するようになる。従って、燃料は比較的長時間に亙って触媒上を通過することになり、これにより、燃料の全てを触媒上で気化させることが可能となるので排気ガスのエネルギ密度をさらに高めることができる。また、パティキュレートフィルタ６１にＮＯｘ吸蔵剤が担持されている場合には、排気行程時に燃料を添加してリッチ雰囲気を形成するために比較的多量の燃料が必要とされるが、排気行程以外の工程において燃料を添加する場合には比較的少量の燃料のみによってリッチ雰囲気を容易に形成することが可能となる。

ところで、近年においては、排気ガスの一部を吸気通路に再循環させることにより、比熱の大きい二酸化炭素濃度を燃焼室内において増大させ、これにより、燃焼時の温度を低減させて排気ガス中の窒素酸化物を低減することが行われている。図１を参照して前述したように、本発明の二気筒内燃機関においてもターボチャージャ１５のタービン２３と吸気ダクト２８とを連結するＥＧＲ通路４７が第一の気筒２Ａの排気ガス通路２２Ａに設けられている。そして、ＥＧＲ通路４７のＥＧＲ制御弁２９を適切に調節してやることによって排気ガスの一部を吸気通路に再循環させ、本発明の二気筒内燃機関においてもＮＯｘの低減を図ることが可能である。

図１に示されるように本発明の二気筒内燃機関においては、ＥＧＲ通路４７は第一の気筒２Ａからの排気ガスを排出する排気ガス通路２２Ａにのみ設けられており、第二の気筒２Ｂからの排気ガスを排出する排気ガス通路２２Ｂには設けられていない。前述したように排気ガス通路２２Ｂには触媒を担持したパティキュレートフィルタ６１が設けられているため、排気ガス通路２２Ｂを通過する排気ガスは触媒通過時にその温度が上昇する。つまり、パティキュレートフィルタ６１の下流における排気ガス通路２２Ｂ内の排気ガスは排気ガス通路２２Ａ内の排気ガスよりも高温になっている。そして、排気ガスを再循環するＥＧＲは燃焼時の温度を低減させてＮＯｘ量を低減させるものであるので、ＥＧＲガスは低温であるのが好ましい。すなわち、本発明においては比較的低温である排気ガス通路２２Ａ内の排気ガスをＥＧＲガスとしてＥＧＲ通路４７に通しているので、排気ガス通路２２Ｂ内の排気ガスをＥＧＲガスとして使用する場合よりも、ＥＧＲとしての効果を高めて、ＮＯｘの発生を抑えることが可能となる。さらに、排気ガス通路２２Ｂ内の排気ガスをＥＧＲガスとして使用する場合には排気ガスの温度が高い分だけ大型のＥＧＲクーラが必要となるが、本発明においては比較的低温である排気ガス通路２２Ａ内の排気ガスをＥＧＲガスとして使用しているので、ＥＧＲ通路４７に設けられるＥＧＲクーラ３０は比較的小型で足りる。

また、前述したように第二の気筒２Ｂから延びる排気ガス通路２２Ｂには燃料添加弁４８が設けられているので、仮にＥＧＲ通路を排気ガス通路２２Ｂに設けた場合には燃料添加弁４８からの燃料がＥＧＲ通路に混入する可能性がある。しかしながら、本発明におけるＥＧＲ通路４７は第一の気筒２Ａから延びる排気ガス通路２２Ａに設けられているので、燃料がＥＧＲ通路４７内に混入して再循環するのを避けることも可能となる。

本発明に基づく二気筒内燃機関の概念図である。本発明に基づく二気筒内燃機関の部分拡大図である。本発明に基づく二気筒内燃機関の部分斜視図である。ＮＯｘの吸放出作用を説明するための図である。一般的な二気筒内燃機関におけるクランク角度および各気筒の工程タイミングを示す図である。

符号の説明

１…機関本体
２Ａ…第一の気筒
２Ｂ…第二の気筒
５Ａ、５Ｂ…燃焼室
１５…ターボチャージャ
１６…コンプレッサ
１７…吸気ダクト
２１…スロットル弁
２２Ａ…排気ガス通路
２２Ｂ…排気ガス通路
２３…タービン
２４…パティキュレートフィルタ
２６…排気管
２７…インタークーラ
２８…吸気ダクト
２９…ＥＧＲ制御弁
４４…アクセルペダル
４７…ＥＧＲ通路
４８…燃料添加弁
５８…駆動回路
６１…パティキュレートフィルタ

Claims

第一の気筒および第二の気筒を含んでおり、前記第一の気筒の爆発から前記第二の気筒の爆発までの間隔が前記第二の気筒の爆発から前記第一の気筒の爆発までの間隔よりも小さく設定されている二気筒内燃機関において、
機関吸気通路に設けられたコンプレッサを機関排気通路に設けられたタービンによって駆動するターボチャージャと、
前記第一の気筒の燃焼室から排出された排気ガスを前記ターボチャージャのタービンの入口側に導入する第一の排気ガス通路と、
前記第二の気筒の燃焼室から排出された排気ガスを前記ターボチャージャのタービンの入口側に導入する第二の排気ガス通路と、
前記第二の排気ガス通路に設けられた酸化機能を有する触媒または該触媒を担持したフィルタとを具備する二気筒内燃機関。
さらに、前記第二の排気ガス通路に設けられた前記触媒または前記フィルタと前記第二の気筒との間に燃料を添加する燃料添加部を具備する請求項１に記載の二気筒内燃機関。
さらに、前記第一の排気ガス通路内の排気ガスを機関吸気通路内に再循環させる排気ガス再循環装置を具備する請求項１または２に記載の二気筒内燃機関。