JP2005233009A

JP2005233009A - 二サイクル内燃機関における排気ガス還流装置

Info

Publication number: JP2005233009A
Application number: JP2004040291A
Authority: JP
Inventors: Tadao Ogawa; 忠男小川; Norisumi Hashimoto; 典純橋本
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2004-02-17
Filing date: 2004-02-17
Publication date: 2005-09-02

Abstract

【課題】大気空気をシリンダへの掃気ポート２に導く給気通路３に掃気ポンプ７を設けて成る二サイクル内燃機関において、その排気通路５から前記給気通路３に排気ガスを還流することを確実に達成する。
【解決手段】前記給気通路３のうち前記掃気ポンプ１１より下流側の部位と、前記排気通路５との間を、排気ガス還流通路１３にて接続し、この排気ガス還流通路中に、逆止弁１４を設け、この逆止弁を前記排気ガス還流通路の長手方向のうち、当該排気ガス還流通路内を前記排気通路側から伝播する排気脈動において圧力が高くなる山部分と、当該排気ガス還流通路内を前記給気通路側から伝播する給気脈動において圧力が低くなる谷部分とが互いにオーバラップ又は略オーバラップする部位に位置する
【選択図】図１

Description

本発明は、二サイクルによる内燃機関において、そのシリンダから排出される排気ガスのＮＯｘを低減するクリーン化を目的として、この排気ガスの一部を、前記シリンダへの掃気ポートから吹き込まれる給気に還流する装置に関するものである。

一般に、排気ガスのクリーン化には、シリンダから排出される排気ガスの一部を前記シリンダへの給気系に還流することが有効であることは周知の通りである。

二サイクル内燃機関の場合、エアクリーナからの給気をシリンダへの掃気ポートに導く給気通路には、排気ターボ過給機又はブロワー圧縮機等の掃気ポンプが設けられているから、前記シリンダからの排気ガスを、前記給気通路のうち前記掃気ポンプの上流側に還流するように構成することは、確実な排気ガスの還流を達成することができるものの、前記掃気ポンプに排気ガスがながれるので、その耐久性を低下する等の不具合がある。

また、前記シリンダからの排気ガスを、前記給気通路のうち前記掃気ポンプの下流側に還流するように構成することは、前記掃気ポンプの耐久性の低下等の不具合はない反面、前記掃気ポンプの下流側は圧力が高くなっているから、確実な排気ガスの還流を達成することができないという問題があった。

そこで、先行技術としての特許文献１は、シリンダからの排気ガスを、前記シリンダへの給気通路のうち掃気ポンプの下流側に還流する場合において、前記シリンダへの掃気ポートを、前記掃気ポンプにて圧縮した給気を高い圧力のままで導入する上段の掃気ポートと、前記掃気ポンプにて圧縮した給気を大きいチャンバーにおいてその圧力を下げたのち導入する下段の掃気ポートとで構成して、その下段の掃気ポートへの前記チャンバーに、シリンダから排出される排気ガスを導くように構成することにより、確実な排気ガスの還流を図ることを提案している。
特開平６−２５７５２０号公報

しかし、この先行技術によると、シリンダに対する掃気ポートを、上下二段の掃気ポートに構成することに加えて、掃気ポンプで圧縮される給気の圧力を下げるためのチャンバーとを必要とするから、構造がきわめて複雑になるばかりか、上下二段の掃気ポートに構成にしたことで、シリンダに対する充填効率及び掃気効率が低下するという問題がある。

本発明は、前記シリンダにおける掃気ポートへの給気通路内には、給気の脈動、つまり、給気脈動が、前記シリンダにおける排気ポートからの排気通路内には、排気ガスの脈動、つまり、排気脈動が各々存在することに着目し、このことを利用して、極く簡単な装置で確実な排気ガスの還流を達成できるようにすることを技術的課題とするものである。

この技術的課題を達成するため本発明の請求項１は、
「大気空気をシリンダへの掃気ポートに導く給気通路に掃気ポンプを設けて成る二サイクル内燃機関において、
前記給気通路のうち前記掃気ポンプより下流側の部位と、前記シンリダにおける排気ポートからの排気通路との間を、排気ガス還流通路にて接続し、この排気ガス還流通路中に、逆止弁を設け、この逆止弁を前記排気ガス還流通路の長手方向のうち、当該排気ガス還流通路内を前記排気通路側から伝播する排気脈動において圧力が高くなる山部分と、当該排気ガス還流通路内を前記給気通路側から伝播する給気脈動において圧力が低くなる谷部分とが互いにオーバラップ又は略オーバラップする部位に位置する。」
ことを特徴としている。

また、本発明の請求項２は、
「前記大気空気をシリンダへの掃気ポートに導く給気通路に掃気ポンプを設けて成る二サイクル内燃機関において、
前記給気通路のうち前記掃気ポンプより下流側の部位と、前記シンリダにおける排気ポートからの排気通路との間を、排気ガス還流通路にて接続し、この排気ガス還流通路中に、逆止弁を設ける一方、前記排気ガス還流通路の全長をその内径の４５〜１１０倍にし、更に、前記逆止弁を、前記排気ガス還流通路の長さ方向のうち、前記給気通路からその内径の４０〜９５倍の長さの部位に位置する。」
ことを特徴としている。

更にまた、本発明の請求項３は、
「前記請求項１又は２の記載において、前記排気ガス還流通路のうち前記逆止弁と排気通路との間の部分に、チャンバーを設ける。」
ことを特徴としている。

シリンダにおける掃気ポートへの給気通路のうち掃気ポンプよりも下流側の部分には、前記掃気ポートが往復動するピストンにて開閉されることにより、給気の圧力が高くなったり低くなったりすることを繰り返すという圧力波の給気脈動が存在することにより、この給気脈動がこの給気通路に接続した排気ガス還流通路内を排気通路に向かって伝播する。

一方、前記シリンダにおける排気ポートからの排気通路には、前記排気ポートが排気弁（ユニフロー型二サイクルの場合）又はピストン（ループ又は横断流型二サイクルの場合）にて開閉されることにより、排気ガスの圧力が高くなったり低くなったりすることを繰り返すという圧力波の排気脈動が存在することにより、この排気脈動がこの排気通路に接続した排気ガス還流通路内を給気通路に向かって伝播する。

そこで、前記排気ガス還流通路の途中に、前記給気通路への方向にのみ開くようにした逆止弁を設けるにおいて、この逆止弁を、前記排気ガス還流通路の長手方向のうち、当該排気ガス還流通路内を前記排気通路側から伝播する排気脈動において圧力が高くなる山部分と、当該排気ガス還流通路内を前記給気通路側から伝播する給気脈動において圧力が低くなる谷部分とが互いにオーバラップ又は略オーバラップする部位に位置することにより、前記逆止弁の箇所には、給気脈動における圧力が低くなる一方、排気脈動における圧力が高くなったときにおいて、排気通路側の圧力と給気通路側の圧力との間に、排気通路側の圧力が高く給気通路側の圧力が低くなるように圧力差ができて、この圧力差で前記逆止弁が開くことになるから、排気ガス還流通路内に、前記排気通路側から給気通路側への流れが発生し、前記排気通路側から給気通路側への排気ガスの還流を行うことができる。

つまり、本発明によると、排気通路と給気通路との間を、逆止弁を備えた排気ガス還流通路にて接続することで、確実な排気ガスの還流を達成できるから、前記先行技術よりも簡単な構成にできるとともに、前記先行技術のように、充填効率及び掃気効率の低下を招来することを回避できる。

また、以下の実施の形態において述べるように、請求項２に記載した構成にすることにより、逆止弁を前記排気ガス還流通路の長手方向のうち、当該排気ガス還流通路内を前記排気通路側から伝播する排気脈動において圧力が高くなる山部分と、当該排気ガス還流通路内を前記給気通路側から伝播する給気脈動において圧力が低くなる谷部分とが互いにオーバラップ又は略オーバラップする部位に位置することを確実に実現できる。

更にまた、以下の実施の形態において述べるように、請求項３に記載した構成にすることにより、給気通路への排気ガス還流率を、チャンバーを設けない場合よりも向上できる。

以下、本発明の実施の形態を図面について説明する。

図１において、符号１は、従来周知のユニフロー型、ループ型又は横断流型の二サイクル内燃機関を示し、この二サイクル内燃機関１においてシリンダ内への掃気ポート２には、給気通路３が、前記二サイクル内燃機関１においてシリンダ内からの排気ポート４には、排気通路５が各々接続されている。

次に、前記図１において、符号６は、ブロワー圧縮機７と、これを回転駆動する排気タービン８とを直結して成る排気ターボ過給機を示し、そのブロワー圧縮機７における吸い込み側には、エアクリーナ９からの大気空気導入通路１０が接続され、前記ブロワー圧縮機７における吐出側には、前記掃気ポート２への給気通路３が接続され、この給気通路３の途中には、前記二サイクル内燃機関１にて回転駆動される掃気ポンプ１１が設けられている。

また、前記排気タービン８における入り口側には、前記排気ポート４からの排気通路５が、排気タービン８における出口側には、大気中への排気ガス放出通路１２が各々接続されている。

そして、前記給気通路３のうち前記掃気ポンプ１１の下流側と、前記排気通路５との間を、内径ｄの排気ガス還流通路１３を介して接続し、この排気ガス還流通路１３と途中に、前記給気通路３への方向にのみ開くようにした逆止弁１４を設けるという構成にする。

前記給気通路３内には、前記掃気ポート２がシリンダ内往復動するピストンにて開閉されることにより、図２に実線の曲線Ａで示すように、給気の圧力が高くなったり低くなったりすることを繰り返すという圧力波の給気脈動が存在する一方、前記排気通路５内には、前記排気ポート４が排気弁（ユニフロー型二サイクルの場合）又はピストン（ループ又は横断流型二サイクルの場合）にて開閉されることにより、図２に二点鎖線の曲線Ｂで示すように、排気ガスの圧力が高くなったり低くなったりすることを繰り返すという圧力波の排気脈動が存在し、クランク角度が１８０度のとき、つまり、ピストンが下死点に位置するとき、給気圧力が、排気圧力よりも低くなる現象が発生する。

そして、前記給気通路３内における給気脈動は、この給気通路３に接続した排気ガス還流通路１３内を排気通路５に向かって伝播する一方、前記排気通路５内における排気脈動は、この排気通路５に接続した排気ガス還流通路１３内を給気通路３に向かって伝播する。そこで、前記排気ガス還流通路１２の途中に、前記給気通路３への方向にのみ開くようにした逆止弁１４を設けるにおいて、この逆止弁１４を、前記排気ガス還流通路１３の長手方向のうち、当該排気ガス還流通路１３内を前記排気通路５側から伝播する排気脈動において圧力が高くなる山部分と、当該排気ガス還流通路１３内を前記給気通路３側から伝播する給気脈動において圧力が低くなる谷部分とが互いにオーバラップ又は略オーバラップする部位に位置することにより、前記逆止弁１４の箇所には、給気脈動における圧力が低くなる一方、排気脈動における圧力が高くなったときにおいて、排気通路５側の圧力と給気通路３側の圧力との間に、排気通路５側の圧力が高く給気通路３側の圧力が低くなるように圧力差ができて、この圧力差で前記逆止弁１４が開くことになるから、排気ガス還流通路１３内に、前記排気通路５側から給気通路３側への流れが発生し、前記排気通路５側から給気通路３側への排気ガスの還流が行われる。

本発明者達は、前記排気ガス還流通路１３における内径ｄと、この排気ガス還流通路１３における全長、つまり、この排気ガス還流通路１３における前記排気通路５から給気通路３までの全長さＬと、前記排気ガス還流通路１３のうち前記逆止弁１４から前記給気通路３までの長さＬ１との三者が、排気ガス還流率に及ぼす関係について実験した。

その結果、全長Ｌを、前記内径ｄの４５〜１１０倍にする一方、前記逆止弁１４から前記給気通路３までの長さＬ１を、前記内径ｄの４０〜９５倍にした場合に、１０００〜２０００ｒｐｍの実用的な回転域において、１０％以上の排気ガス還流率を得ることができたのであり、実験において、最も好ましかったのは、内径ｄを３０ｍｍにし、全長Ｌを２３００ｍｍ、つまり、Ｌ＝７６×ｄにする一方、逆止弁１３から給気通路３までの長さＬ１を２０００ｍｍ、つまり、Ｌ１＝６６×ｄにした場合であり、これにより、１０００〜２０００ｒｐｍの実用的な回転域において、１３〜１５％の排気ガス還流率を得ることができるのであった。

また、前記した実験の過程において、前記排気ガス還流通路１３のうち前記逆止弁１４と排気通路５との間の部分に、密閉したチャンバー１５を設けることにより、排気ガス還流率を、このチャンバー１５を設けない場合に比較して約２％程度向上できることが確認できたのである。

なお、前記した実施の形態は、排気ターボ過給機６を備えた二サイクル内燃機関に適用した場合であったが、本発明は、これに限らず、前記排気ターボ過給機を省略して、二サイクル内燃機関にて回転駆動されるブロワー圧縮機等の掃気ポンプのみを設けた場合にも適用できることはいうまでもない。

本発明の実施の形態を示す図である。二サイクル内燃機関においてクランク角度と給気圧力及び排気圧力との関係を示す図である。

符号の説明

１二サイクル内燃機関
２掃気ポート
３給気通路
４排気ポート
５排気通路
６排気ターボ過給機
７ブロワー圧縮機
８排気タービン
１１掃気ポンプ
１３排気ガス還流通路
１４逆止弁
１５チャンバー

Claims

大気空気をシリンダへの掃気ポートに導く給気通路に掃気ポンプを設けて成る二サイクル内燃機関において、
前記給気通路のうち前記掃気ポンプより下流側の部位と、前記シンリダにおける排気ポートからの排気通路との間を、排気ガス還流通路にて接続し、この排気ガス還流通路中に、逆止弁を設け、この逆止弁を前記排気ガス還流通路の長手方向のうち、当該排気ガス還流通路内を前記排気通路側から伝播する排気脈動において圧力が高くなる山部分と、当該排気ガス還流通路内を前記給気通路側から伝播する給気脈動において圧力が低くなる谷部分とが互いにオーバラップ又は略オーバラップする部位に位置することを特徴とする二サイクル内燃機関における排気ガス還流装置。
前記大気空気をシリンダへの掃気ポートに導く給気通路に掃気ポンプを設けて成る二サイクル内燃機関において、
前記給気通路のうち前記掃気ポンプより下流側の部位と、前記シンリダにおける排気ポートからの排気通路との間を、排気ガス還流通路にて接続し、この排気ガス還流通路中に、逆止弁を設ける一方、前記排気ガス還流通路の全長をその内径の４５〜１１０倍にし、更に、前記逆止弁を、前記排気ガス還流通路の長さ方向のうち、前記給気通路からその内径の４０〜９５倍の長さの部位に位置することを特徴とする二サイクル内燃機関における排気ガス還流装置。
前記請求項１又は２の記載において、前記排気ガス還流通路のうち前記逆止弁と排気通路との間の部分に、チャンバーを設けることを特徴とする二サイクル内燃機関における排気ガス還流装置。