JP2818177B2 - 内燃エンジン及びその作動方法 - Google Patents

内燃エンジン及びその作動方法

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、エンジンの排気ガスに含まれる望ましから
ぬ成分を処理する触媒を使用することにより、２サイク
ル内燃エンジンが放出する排気ガスを制御する技術に関
する。
多くの国の環境保護官庁は、自動車の排気ガス・エミ
ッションに対する規制を定めているが、自家用車、オー
トバイ及び小型商用車が放出する排気ガスに加えられる
規制は徐々に厳しくなってきている。多くの国では、自
動車の排気ガス・エミッションの許容限度は、１マイル
又は１キロメートル移動する毎の排気ガスの種々の成分
の重量に基づいて規制されている。この規制は、車両重
量又はその搭載エンジンの大きさに関わらず適用され
る。従って、比較的軽量の小型自動車を製造する傾向が
生じ、これによって燃料消費量を減じ、単位移動距離当
たりに発生する種々の排気ガス成分の重量を減じること
ができた。
排気ガスに含まれている制御されるべき三つの主な成
分は、炭化水素（HC）、窒素酸化物（NOx）、一酸化炭
素（CO）である。NOxは、通常、酸素を窒素から分離す
るために還元雰囲気を必要とする触媒で処理される。こ
れに対し、HC及びCOの処理には酸化雰囲気を必要とす
る。
自動車用内燃エンジンの排気システムに触媒を使用す
ることはよく知られており、排気ガス・エミッションの
制御に用いられている。触媒は、一般に、排気システム
中でエンジン・シリンダの実際の排気ポートから幾分下
流に配置される。何れか一つのシリンダ又は多数のシリ
ンダからの排気ガスは、シリンダを離れてから触媒に到
着する間に或る程度混合される。この混合の結果、排気
ガスの種々の成分の分布は、触媒に到達する際には均質
な混合物となる。従って、排気ガスのほぼ均質な混合物
のHC、NOx、及びCO成分を処理できる触媒システムを使
用しなければならない。
トヨタ中央研究所（Toyota Central Research and
Development Laboratories,Inc.,）による調査につ
いてのSAE論文第872,098号に示されているように、自動
車用４サイクルエンジンに応用した三元触媒システムの
浄化効率が、触媒に与えられる排気ガスの空燃比に応じ
て実質的に変わることが知られている。特に、浄化効効
率は理論空燃比を境として劇的に変化する。添付図面の
うちの第１図を構成するグラフからわかるように、HC及
びCOの浄化効率は排気ガスの空燃比が大きくなるにつれ
て、即ち、混合物が薄くなるにつれて高くなる。これに
対して、NOxの浄化効率は、空燃比が小さい場合、即ち
排気ガス混合物が来い場合でも大きいが、空燃比が濃い
混合物から薄い混合物へ理論空燃比を通過する際に劇的
に低下する。
２サイクルで作動するエンジンには、排気エミッショ
ンのレベルを制御する上で大きな問題がある。特に、装
入空気がエンジンのシリンダに入り込む際に燃料が装入
空気中に同伴されるエンジンでは、この燃料の一部が、
従来の掃気過程中に排気ポートを未燃焼のまま通過する
という問題がある。排気ガス中のHC及びCOの量を大きく
する未燃焼燃料のこの流出は、燃料を装入空気でシリン
ダ内に運ぶのではなく、エンジンのシリンダ内に直接噴
射する最近の電子制御式燃料噴射装置によって減じるこ
とができる。
しかしながら、燃料の直接噴射それ自体は、NOxの発
生の制御にはあまり役立たない。特に、車両が大きくな
るにつれて燃料消費量が増大する場合には、単位移動距
離当たりのNOxの増大に結びつく。馬力の小さいエンジ
ンのNOx制御には他の燃焼制制御法を採用することがで
きるが、出力の増大に伴うNOx量の増加は、特に費用及
び作動の安定性の見地から、排気ガス中のNOxの制御は
触媒で処理することが最良であるという結論にたどりつ
く。
直接噴射２サイクルエンジンにおいては、排気ポート
及び入口ポートの両方が開放しているときに、燃料を全
く含まない新鮮な装入空気がエンジンのシリンダに入る
ため、排気ガスは薄められ、その空燃比は理論空燃比よ
りもかなり大きくなる。これは、排気システム中に存在
する酸化雰囲気をもたらすが、触媒処理によるNOxの還
元を有効に行うのに必要な所望の還元雰囲気とは相いれ
ない。従って、従来の三元触媒を排気システムの従来の
場所に設けて均質な排気ガスを処理しても、HC及びCOを
減少させるのみであり、NOxは減少しない。
本発明の目的は、２サイクル内燃エンジンの排気ガス
を処理する上で、触媒システムの性能を改善することに
ある。
この目的に鑑みて、燃焼室に燃料を供給する手段と、
ガスが燃焼室から排気システムへ通過する排気ポート
と、新鮮な装入空気が燃焼室に入る少なくとも一つの入
口ポートとを各燃焼室毎に有し、前記入口ポートが開く
前に前記排気ポートが開くように前記排気ポートおよび
前記入口ポートが配置されている２サイクル内燃エンジ
ンの作動方法であって、前記排気ポートの開放時期中に
前記燃焼室から排気される前記ガスの第１の部分を、第
１の触媒特性を有する第１触媒手段と接触するように差
し向けるとともに、前記排気ポートの開放時期中に前記
燃焼室から続いて排気される前記ガスの第２の部分を、
前記第１触媒手段とは触媒特性の異なる第２触媒手段と
接触するように差し向けることを特徴とする内燃エンジ
ンの作動方法が提供される。
直接燃料噴射装置を備えた２サイクル内燃エンジンに
おいては、前記第１の部分の排気ガスは、排気ポートが
最初に開放した時に排気ポートを通過するガスであり、
その空燃比はしばしば理論空燃比的若しくは燃料リッチ
であり、かくして還元過程を持続させることができる。
これに対して、第１の部分より後に排気ポートを通過す
る第２の部分の排気ガスはより燃料リーンであり、酸化
過程を持続させることができる。理論空燃比的若しくは
化学的還元ガスは、燃焼室内で発生した酸化酸素の質量
の大部分を含むガスである。化学的還元ガスという語
は、理論空燃比的燃焼のために酸素不足のガスを意味す
る。換言すれば、このガス中には、ガス中の未燃焼燃料
及び部分的に燃焼した生成物を完全に酸化するには不足
であるが、自由酸度が含まれている。同様に、化学的に
酸化すべきガスという語は、理論空燃比的燃焼のために
酸素が余剰であるガスを意味する。
便利には、第１触媒手段は、特定の燃焼室の排気ポー
トのところに、又は排気ポートに隣接して配置される。
第１触媒手段の位置は、各排気ポートの開放時期中に第
１触媒手段が排気ガスを受け入れるように選択される。
この排気ガスは、排気ポートの間放時期の最初の部分中
に排気ポートを通過する、化学的に還元すべき排気ガス
であり、前記第１触媒手段は、排気ポートから受け取っ
たガス中のNOxの酸素を還元する性質の活性触媒材料を
含む。第１触媒手段の位置は、好ましくは、排気ポート
を開放したときに第１触媒手段が特定の排気ポートを通
って排気されたガスのみを受け取るように選択されてい
る。
便利には、第１触媒手段は少なくとも、排気ポートか
ら排気ガスマニホールドへ延びる通路内に配置され、こ
の排気ガスマニホールドは、エンジンの複数のシリンダ
の夫々の排気ポートと連通している。排気ポートと隣接
した第１触媒手段の端は、好ましくは、排気ポートから
最小に間隔を隔てられており、このため、排気ポートを
開放したとき、第１触媒手段の端での排気ガスの空燃比
は排気ポートでの空燃比と実質的に変わらない。
第１及び第２の触媒手段の両方を、排気ポートのとこ
ろ又は排気ポートと隣接して配置した触媒システムに、
触媒システムの活性材料の化学的な組成を排気ポートの
間口の方向で変化させて組み込むのがよい。排気ポート
の開放中に最初に露呈される排気ポートの端にある触媒
の活性材料は第１触媒手段であり且つ還元特性を有し、
排気ポートの反対端にある触媒の活性材料は第２触媒手
段であり且つ酸化特性を有する。
そうでない場合には、酸化特性を持つ第２触媒手段を
排気ポートからの排気ガスの流路の下流に間隔を隔て、
エンジンの多数のシリンダの排気ポートと連通するマニ
ホールド内に配置するのがよい。
排気ガスの第１の部分の少なくとも一部を、この第１
の部分が第１触媒手段と接触して処理された後、第２触
媒手段と接触するように差し向けるのがよい。これは、
排気ガスの第１の部分の一部を燃焼室内に戻すように差
し向けることによって、又は、第１触媒手段で処理した
後ポートに差し向けることによって行うのがよい。
好ましくは、燃料は、燃焼室内に直接噴射される。こ
れは、直接噴射が排気ガスの化学的組成を排気ポートの
ところで排気時期の別の時間に変化させるのに役立つた
めであり、更に排気ポートを通る燃料の損失を減少させ
て燃料効率を高めるためである。
また、本発明によれば、燃焼室に燃料を供給する手
段、ガスが燃焼室から排気システムへ通過する排気ポー
ト、及び空気の新鮮な充填が燃焼室に入る少なくとも一
つの入口ポートを各燃焼室毎に有し、入口ポートが排気
ポートの閉鎖前に開放するように入口ポート及び排気ポ
ートが構成された２サイクル内燃エンジンにおいて、排
気システムに排気ポートの開放時期中に燃焼室から排気
されたガスの第１の部分を受け入れるように配置され
た、第１の触媒特性の第１触媒手段と、燃焼室から排気
されたガスの第２の部分を同じ排気ポートの開放時期で
の第１の部分の排気の開始に続いて受け入れるように配
置された第２触媒手段とが設けられ、第２触媒手段は第
１触媒手段と触媒特性の異なる触媒手段であることを特
徴とする内燃エンジンが提供される。
第１触媒手段は還元特性を持ち、燃焼室の前のサイク
ル中に発生した化学的に酸化すべきガスに露呈すること
によって部分的に失活させた後、前記化学量論的な即ち
化学的に還元すべきガスに露呈することによって再活性
化される。
化学的に酸化すべきガスの幾分かは燃焼室から触媒手
段を通り、これに続いて同じ触媒手段上を通って燃焼室
へ戻り、燃焼室のサイクルのこれに続く燃焼過程でオキ
シダントとして使用される。
便利には、第１触媒手段は、排気ポートが入口ポート
の開放前に聞放している時期中にエンジンから排気され
る排気ガスを受け取るように配置される。
好ましくは、第１触媒手段は排気ポートのところに又
は排気ポートのすぐ近くに配置され、活性触媒手段は、
燃焼室を離れるガスが大きく混合される機会を持ち且つ
均質な組成に近づく前に、これらのガスに露呈される。
第２触媒手段は、排気ポートに隣接して配置する必要は
なく、実際、排気システム内に排気ポート及び第１触媒
手段から所定距離下流に配置してもよい。
好ましくは、第１触媒手段は、排気ポートが入口ポー
トを開放した高さ又はこれより低い高さまで開放する
際、最初に露呈される排気ポートの端から延びる。
排気ポートの最初の開放の際、燃焼室から排気ポート
を通るガスは、比較的燃料の濃い燃料−空気混合物の燃
焼により生じた燃焼ガスである。このような燃料−空気
混合物は、多くの場合、理論空燃比、又は空燃比が低い
ものに相当する。排気ポートの開放時期の後の方で、及
び排気ポートの閉鎖直前に排気ポートを通って出るガス
は、燃料リーンのものと比べると、理論空燃比よりもか
なり高い空燃比を持つ。これは、入口ポートの開放後燃
焼室に入る新鮮な空気を幾分含むためである。
エンジンが作動中に通常遭遇する負荷及び速度では、
自動車用エンジンの駆動サイクルに対して重大なもの
は、膨張ストローク即ち、シリンダ内燃料噴射装置を備
え且つ排気ポートのところに又は排気ポートの近くに取
付けた排気触媒手段を有する２サイクルパーク点火式又
は圧縮点火式内燃エンジンの排気ストロークの際に排気
ポートが開放した後に以下の順序で起こるであろう。
（１）最初に、燃焼室内で圧縮され且つ燃焼過程に参加
した高温のガスが排気ポートを通って移動し、触媒手段
を通って幾らか移動する。自動車用エンジンの、大量の
NOxをサイクル中に発生する作動領域では、排気ガスの
この第１の部分は、全体に、理論空燃比的即ち濃い空燃
比を持ち且つ温度が高い。NOxの還元のための理想的な
状態は、かくして、触媒のところにつくられる。これ
は、燃料の濃い排気ガスの還元性及び高温のためであ
る。
（２）高温かつ燃料リッチなガスの排気ポートの通過に
引い続いて、移送ポート即ち入口バルブが開放し、新鮮
な空気がシリンダ内に入ることができるため、排気ガス
と低温の新鮮な掃気空気との混合物がシリンダから排気
ポートを通る。この排気ガスの第２の部分は、新鮮な空
気が存在するため薄い。これはHCエミッションを酸化す
るのに理想的な酸化雰囲気中で触媒が作動することを意
味するが、NOxエミッションを還元する触媒材料の能力
を低下させる。
（３）全てのポートの閉鎖の際、掃気過程が終了し、触
媒を通るガス流がほぼ零になる。
排気システム及び／又は吸気システムの共鳴特性に応
じて、特定のエンジン速度において、排気ポートのとこ
ろに一つ又は多数の逆流が生じる。これらの逆流のた
め、上述の段階（１）及び（２）の間にガスが排気ポー
トからエンジンのシリンダ内へ戻り、従って、ガスは触
媒材料を何回も通過し、触媒手段を排気ポート内に放置
した利点を享受する。
（４）排気ポートの次の開放の際に、高温の理論空燃比
的即ち燃料の濃いガスを触媒手段に通して、段階（１）
（２）（３）を再び開始する。触媒のところにつくられ
る高温の還元雰囲気は、放出NOxを還元する触媒の能力
を復活させる効果を持つ。
従って、排気ガスの上記第１及び第２の部分が化学的
に大きく異なっており、エンジンの全放出物が各部分に
ついて別の触媒処理を受けるということがわかる。
本発明は、添付図面に図示した本発明の幾つかの実際
の構成についての以下の説明から容易に理解されよう。
第１図は、空燃比を一定にした場合の４ストロークエ
ンジンの排気ガスからの、排気ガスの空燃比に関する三
元触媒の浄化効率の正規変差を図示するグラフである。
第２図は、一つの態様の排気触媒ユニットをエンジン
の排気ポートに隣接して備えた２サイクル内燃エンジン
の一部の概略断面図である。
第３図は、第２図の触媒装置ユニットの好ましい形体
の一つの部材の実際の形体を示す斜視図である。
第４図は、第２図のエンジンと同様であるが別の態様
の触媒ユニットを備えたエンジン及び排気部形状を示す
概略図である。
先ず第２図を参照すると、エンジン10は、ピストン12
が内部で往復動するシリンダ11を有し、前記ピストン12
はロッド13でクランクシャフト（図示せず）に連結され
ている。このエンジンは従来の２サイクルで作動し、シ
リンダ11の一方の側に排気ポート15を示し反対側に移送
ポート16、17を有する。排気マニホールド220はエンジ
ンのシリンダの各々の排気ポートと連通し、また集合排
気管（図示せず）と連通する。各シリンダ11は、シリン
ダヘッド18に設けられた点火プラグ19及び燃料噴射装置
14を有し、この燃料噴射装置14は燃料を燃焼室内へ直接
導入する。
第２図に示すシリンダの断面は、周知の構造の単気筒
エンジンのシリンダ、又は多気筒エンジンの一つのシリ
ンダである。
２サイクルエンジンの技術分野で周知なように、装入
空気をシリンダに入れるための多数の入口ポート即ち移
送ポートを設けることが一般的であり、また、通常、単
一の排気ポートが設けられる。更に、２サイクルエンジ
ンの技術分野で一般に行われているように、シリンダ内
でのピストンの運動が入口ポート及び排気ポートの開閉
を制御し、夫々のポートの相対的な配置及び寸法は、一
つ以上の移送ポート即ち入口ポートの開放前に排気ポー
トが開放し、入口ポートと排気ポートの両方が開放して
シリンダを有効に掃気する時期があるようになってい
る。
触媒ユニット223は、その内方面237がエンジンのシリ
ンダ11の壁と同形状に且つピストン12が往復動する際に
このピストンと隣按するように形成されるように構成さ
れている。触媒ユニット223は排気通路222に沿って延
び、ガスが、その長さに沿って、排気ポート15と隣接し
た内方端から排気マニホールド20と隣接した反対端へ自
由に移動できるようにする。この触媒ユニット223は、
ガスが触媒ユニット内でエンジンのシリンダ11の軸線と
平行な方向、即ち排気ポート15がピストン12によって露
呈される方向に大きく流れないようにするように内側流
路を備えて構成されている。かくして、下降するピスト
ン12が先ず最初に排気ポート15を露呈したとき、触媒ユ
ニット223の内方面237の上部231に入り込むガスは触媒
ユニットの外方面238の下部232から排気マニホールド22
0内へ出ることができない。
触媒ユニット223は、第２図でわかるように、その上
部に主として還元触媒が装着され、その下部に主として
酸化触媒が装填されるように構成されている。これは触
媒ユニットを互いの上に積み重ねた多数のシート状エレ
メント241から構成することによって行われる。これら
のシートは、上部にあるシートが還元触媒被覆のみを持
ち、底部にあるシートが酸化触媒被覆のみを持つように
触媒活性が変えてある。これらのシートは、中央に向か
って、排気ガスの性質及びこれに必要な処理に応じて酸
化触媒及び還元触媒のいずれか又は両方の被覆を持ち、
これはエンジンの種類によって変えるのがよい。
各シート状エレメントは、平らな金属シート81を波状
の金属シート82に接着し、流路83をこの間に残した、第
３図に示す一般に知られた物理的な形状を持つ触媒基材
から切り出される。排気通路222の壁が湾曲しているた
め、隣接したシート状エレメントは、各シート状エレメ
ントがその配置した高さで通路の向き合った壁の間に延
びるように大きさが異なっている。
金属シート81及び82には触媒の作用をなす活性材料が
被覆してある。上シート状エレメント242はロジウム含
有量の大きい被覆を有し、下シート状エレメント243は
プラチナ含有量の大きい被覆を有する。中間シート状エ
レメントはロジウム及びプラチナを組合わせた被覆を有
するのがよく、各シート状エレメントのロジウムのプラ
チナに対する割合は、上シート状エレメント242と下シ
ート状エレメント243との間で漸次変化する。
別の態様の構成のシート状エレメント241では、二つ
の異なるシート被覆のみを必要とする。還元活性が優性
な触媒被覆を備えた一方の群のエレメントは排気通路22
2の上部に配置され、酸化活性が優性な触媒被覆を備え
た他方の群のエレメントは排気通路222の下部に配置さ
れている。これは、化学的に性質の異なる多くの被覆を
シート状エレメント上に使用して触媒活性を徐々に変化
させる最初に説明した態様と比べて、費用を大きく節約
できるということは理解されよう。しかしながら、触媒
の種類を急激に変えると触媒の性能を全体に低下させて
しまうということもまた理解されよう。
更に別の態様の装置では、シート状エレメント241を
排気通路222の下部から完全に除去するが、還元活性を
持つエレメントを通路の上部に配置する。このような装
置は、エンジンの他の燃焼室からの排気ガスが接触する
のに十分下流に配置した酸化活性を持つ別の触媒で補完
するのがよい。
第４図は、本発明の別の態様を図示する。エンジン10
は全体として第２図のエンジンと同じであり、唯一の大
きな相違点は排気装置の形状である。排気マニホールド
120はウェブ121で二つのマニホールドキャビディ133、1
34の長さ方向に分割され、これらのキャビティは下流で
共通の排気管と連通し、上流で上排気通路124及び下排
気通路125と夫々連通する。
これらの排気通路124、125は、排気ポート115に向か
って延びるウェブ121の連続部分121aによって分離され
ている。排気通路124、125は、排気ガスが処理のため通
過する触媒ユニット126、127を夫々収容する。上触媒ユ
ニット126は還元活性を有し、下触媒ユニット127は酸化
活性を有する。
ピボット142を中心として排気ポートに対して横方向
に移動できる排気バルブ141が、排気ポート115と周知の
方法で協働するように設けられている。排気バルブ141
は、エンジンの作動のどの段階でも排気ポート115を完
全には閉鎖しないが、排気ポートが開放を開始する位置
をピストンのストローク中に変えることによって排気ポ
ートの上縁の有効位置を変えるのに役立つ。このバルブ
は各燃焼サイクル中にはその位置を変えないが、エンジ
ンの作動状態に応じて変化するように制御される。この
ようなバルブ及びその作動は、最近の２サイクルエンジ
ンの設計についての当業者に周知であり、オーストラリ
ア特許出願第57898/86号にその一例が開示されている。
このバルブは、排気ポートの開放時期を最も早期にし且
つ排気ポートの開放時期を最大にするバルブを最大に持
ち上げた位置で第４図に図示されている。
エンジンに組み込んだ本発明の排気バルブ141は、従
来使用された排気バルブとは顕著に異なっている。従来
の構造のこのようなバルブと同様に、本発明の排気バル
ブ141は、どのような作動位置にある場合でも排気ポー
トの周囲と実質的に連統する面を燃焼室に提供するよう
に形成された作用面143を有し、この作用面はピストン1
2に対して実質的にシールするようになった前縁144を有
する。しかしながら、本発明の排気バルブ141は、従来
使用された排気バルブと比較すると、前縁144と近接し
て単一の又は一連のスロット145を作用面143に設けたこ
とが異なっている。このスロットは、排気ポート115と
上排気通路124とを連通させるように作用面143を貫通し
ている。エンジンの作動中、排気ガスをエンジンの燃焼
室から上排気通路124内へ通過させる唯一の通路は、ス
ロット145が構成する。
エンジン110の作動中、ビストンがその動力ストロー
クで下方に移動し、排気ポート115を開放し始めると
き、排気バルブ141がどのような位置にあっても、排気
ポート115を通って抜ける最初の排気ガスはスロット145
を通る。これは上排気通路124内へ通り、上触媒ユニッ
ト126を通る。ビストン12が更に下方に移動してバルブ
の前縁144を通過するとき、排気ガスは排気バルブ141の
下を通って下排気通路125内へ入り、下触媒ユニット127
を通ることができる。この段階では、比較的少量の排気
がスロット145を通って上排気通路124内へ入る。下排気
通路が開放する前であっても、上排気通路124で発生す
る圧力波が上触媒ユニットを通って戻る逆流を引き起こ
すということは理解されよう。この逆流パターンは排気
ポートの開放期間中何回も繰り返す。
先に説明したように、排気ポート115を通って抜ける
最初の排気ガスは、空燃比の濃い混合気の焼成生成物で
あり、これはNOxの含有量が比較的高く、主として還元
触媒処理を必要とする。これとは対照的に排気ポート11
5を通って後に排出される排気ガスは新鮮な掃気空気を
含む空燃比の薄い混合気でありこれはNOxの含有量が比
較的低いが炭化水素の含有量が比較的高く、主として酸
化触媒処理を必要とする。第４図の実施例は、排気バル
ブのポート時期の利点を残しながら、このような選択的
な触媒処理を排気ガスの連続した部分について、エンジ
ンの一回のサイクルで行うことのできる手段を提供す
る。
触媒ユニット126、127は、シート状エレメントを互い
に面と面とを向かい合わせて積み重ねた、第２図及び第
３図について説明した全体形状のものであるのがよい。
しかしながら、好ましくは、多数の通路を提供する適当
なセラミック又は金属製のベース構造を備えたより従来
型の基材を有する。上触媒ユニット126の通路の露呈面
は、ロジウムのような適当な還元促進材料で被覆され、
これに対し、下触媒ユニット127の露呈面はパラジウム
又はプラチナのような適当な酸化促進材料で被覆されて
いる。
第４図にエンジンは、幾つかの用途で有利な性能を得
るため、以下のように変更してもよい。上触媒ユニット
126から僅かに下流にある上マニホールドキャビティ133
の出口と下キャビティ134の出口とを単に連結すること
によって上マニホールドキャビティ133を排気装置と通
気させるのでなく、その代わりに、上キャビティの唯一
の開口が触媒ユニット126を通って触媒に到るように上
キャビティを塞ぐ。先に説明したように、最初の排気ガ
スは、排気ポート115を通るとき、上排気通路124に入る
が下排気通路125に入ることができない。最初の排気ガ
スは、還元触媒ユニット126を通って上キャビティ133内
へ入るが、ここからどこにもいけない。かくして、キャ
ビティ133は加圧され、ビストン12が排気バルブの前縁1
44を通って下排気通路125を露呈するまでこの状態にと
どまる。ビストン12が排気バルブの前縁144を通ると
き、上キャビティ133内の圧縮ガスが還元触媒ユニット1
26、上排気通路124、及びスロット145を通ってエンジン
のシリンダ内へ逆に通り、次いで、排気通路を通って下
排気通路125、下（酸化）触媒ユニット127及び下マニホ
ールドキャビティ134を通って排気管へ通る。このよう
にして、最初のガスを還元触媒に二回通し、酸化触媒の
両方を通して排気ポートを通過させ、これによって、触
媒処理を最も必要とする排気の部分への触媒処理を大き
く改善する。上マニホールドキャビティの入きさ及び形
状は、その固有振動数及び圧力波に及ぼす効果がエンジ
ンの補足効率に有効であるように調整するのがよい。
第４図を参照して説明した構造に対する別の変形で
は、排気開放時期の後の方で排気される、化学的に酸化
すべきガスを処理する下触媒ユニット127を、排気ポー
トからこれに隣接して配置された排気システム内に配置
するのがよい。所望であれば、この下触媒ユニット127
を排気マニホールド内の所定位置に配置してもよい。下
触媒ユニット127はこの位置で同じエンジンの二つ以上
のシリンダからの排気ガスを処理することができる。
添付図面を参照して上文中に説明した２サイクルェン
ジンは各々燃料噴射装置を備えており、これによって、
エンジンのシリンダ内に燃料を直接噴射する。特に有効
な燃料噴射装置及びその作動は米国特許第4,693,224号
に記載されている。しかしながら、燃焼時の燃焼室内で
の燃料分布及び燃焼後に導入される掃気ガス中での燃料
分布が、排気ポートを通過する排気ガス中での空燃比を
排気ポートの開放時期中に大きく変化するように、燃料
及び空気を燃焼室内に導入する場合には、本発明を直接
燃料噴射装置を持たない２サイクルエンジンに応用する
ことができるということは理解すべきである。また、本
発明は、スパークプラグ及び２サイクルで作動するディ
ーゼルエンジンに応用することができる。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−10043（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F01N 3/28 F02B 75/10

Claims (23)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】燃焼室に燃料を供給する手段と、ガスが燃
    焼室から排気システムへ通過する排気ポートと、新鮮な
    装入空気が燃焼室に入る少なくとも一つの入口ポートと
    を各燃焼室毎に有し、前記入口ポートが開く前に前記排
    気ポートが開くように前記排気ポートおよび前記入口ポ
    ートが配置されている２サイクル内燃エンジンの作動方
    法であって、 前記排気ポートの開放時期中に前記燃焼室から排気され
    る前記ガスの第１の部分を、第１の触媒特性を有する第
    １触媒手段と接触するように差し向けるとともに、 前記排気ポートの開放時期中に前記燃焼室から続いて排
    気される排気ガスの第２の部分を、前記第１触媒手段と
    は触媒特性の異なる第２触媒手段と接触するように差し
    向けることを特徴とする内燃エンジンの作動方法。
  2. 【請求項２】前記第１触媒手段が、前記ガスの前記第１
    の部分の窒素酸化物を還元する特性を有することを特徴
    とする請求項１に記載の内燃エンジンの作動方法。
  3. 【請求項３】前記第２触媒手段が、前記ガスの前記第２
    の部分の炭化水素又は一酸化炭素を酸化する特性を有す
    ることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃エンジ
    ンの作動方法。
  4. 【請求項４】前記第１の部分が燃焼室から排気された後
    で、かつ前記第１の部分が前記エンジンの他の排気ガス
    と混合する前に、前記第１の部分を前記第１触媒手段と
    接触するように差し向けることを特徴とする請求項２に
    記載の内燃エンジンの作動方法。
  5. 【請求項５】前記第１の部分を前記第１触媒手段で処理
    した後、前記第１の部分の少なくとも一部を前記第２の
    部分と共に前記第２触媒手段と接触するように差し向け
    ることを特徴とする請求項１乃至４のうちのいずれか１
    項に記載の内燃エンジンの作動方法。
  6. 【請求項６】前記第１の部分の少なくとも一部が第１触
    媒手段と接触した後、燃焼室内に戻るように差し向け、
    その後、前記第２の部分と共に前記第２触媒手段と接触
    按触するように圭し向けることを特徴とする請求項５に
    記載の内燃エンジンの作動方法。
  7. 【請求項７】前記第１の部分の前記一部が前記第２触媒
    手段と接触するように差し向けられるとき、前記第２の
    部分と同伴することを特徴とする請求項１乃至４のうち
    のいずれか１項に記載の内燃エンジンの作動方法。
  8. 【請求項８】燃焼室に燃料を供給する手段と、ガスが燃
    焼室から排気システムへ通過する排気ポートと、新鮮な
    装入空気が燃焼室に入る少なくとも一つの入口ポートと
    を各燃焼室毎に有し、前記入口ポートが開く前に前記排
    気ポートが開くように前記排気ポートおよび前記入口ポ
    ートが配置されている２サイクル内燃エンジンであっ
    て、 前記排気ポートの開放時期中に燃焼室から排気される前
    記ガスの第１の部分を受け入れるように前記排気システ
    ムに配置された第１の触媒特性の第１触媒手段と、 前記第１の部分の排気の開始に引き続いて前記排気ポー
    トの開放時期中に前記燃焼室から排気される前記ガスの
    第２の部分を受け入れるように配置された第２触媒手段
    とを備え、 前記第２触媒手段は、前記第１触媒手段とは触媒特性の
    異なる触媒手段とされることを特徴とする内燃エンジ
    ン。
  9. 【請求項９】前記第１触媒手段が還元特性を持つ触媒手
    段であることを特徴とする請求項８に記載の内燃エンジ
    ン。
  10. 【請求項１０】前記第２触媒手段が酸化特性を持つ触媒
    手段であることを特徴とする請求項８又は９に記載の内
    燃エンジン。
  11. 【請求項１１】前記第２触媒手段が、前記入口ポートが
    開放された後であって前記排気ポートが開放していると
    きに、前記燃焼室から排気されたガスだけを受け入れる
    ように配置されていることを特徴とする請求項８、９又
    は10に記載の内燃エンジン。
  12. 【請求項１２】前記第１触媒手段は、その一端が前記排
    気ポートの周囲と実質的に連続した状態で前記燃焼室の
    排気ポート内に配置されるとともに、前記排気ポートが
    開放するときに最初に露呈される前記排気ポートの端部
    からこのような露呈が進行する方向に延びることを特徴
    とする請求項８乃至10のうちいずれか１項に記載の内燃
    エンジン。
  13. 【請求項１３】前記第２触媒手段は、その一端が前記排
    気ポートの周囲と実質的に連続した状態で、前記第１触
    媒手段と隣接して前記排気ポート内に配置されているこ
    とを特徴とする請求項12に記載の内燃エンジン。
  14. 【請求項１４】前記第２触媒手段は、前記排気ポートか
    ら延びる通路内に配置され、前記第２触媒手段の排気ポ
    ートと隣接した端部は、前記排気ポートから下流に間隔
    を隔てられていることを特徴とする請求項13に記載の内
    燃エンジン。
  15. 【請求項１５】前記第１触媒手段は、一端が排気ポート
    と連通し且つ他端が閉鎖されたキャビティ内にこのキャ
    ビティの前記閉鎖端と前記第１触媒手段の隣接端との間
    に室を形成して配置されていることを特徴とする請求項
    13又は14に記載の内燃エンジン。
  16. 【請求項１６】前記第１触媒手段は一端が前記排気ポー
    トと連通したキャビティ内に配置され、バルブ手段が前
    記キャビティの前記一端のところに設けられ、前記バル
    ブ手段は、前記排気ポートを介する燃焼室とキャビティ
    との間の連通のタイミングを変えるように作動できるこ
    とを特徴とする請求項８、９又は10に記載の内燃エンジ
    ン。
  17. 【請求項１７】前記バルブ手段は、前記バルブ手段の一
    部が燃焼室の軸線とほぼ平行な方向に前記排気ポートと
    実質的に連続した関係で移動するように、前記排気ポー
    トに対して制御された運動を行うように取付けられた部
    材であり、前記部材は前記キャビティとの連通をなす、
    前記バルブの一部を通る開口部を有することを特徴とす
    る請求項16に記載の内燃エンジン。
  18. 【請求項１８】エンジンがスパーク点火式２サイクルエ
    ンジンであることを特徴とする、請求項１乃至７のうち
    のいずれか１項に記載の内燃エンジンの作動方法。
  19. 【請求項１９】エンジンがスパーク点火式２サイクルエ
    ンジンであることを特徴とする請求項８乃至17のうちの
    いずれか１項に記載の内燃エンジン。
  20. 【請求項２０】燃料が燃焼室内に直接噴射されることを
    特徴とする請求項１乃至７又は18のうちのいずれか１項
    に記載のエンジンの作動方法。
  21. 【請求項２１】前記燃料供給手段が燃料を燃焼室内に直
    接噴射するように構成された燃料噴射装置であることを
    特徴とする請求項８乃至17、又は19のうちのいずれか１
    項に記載の内燃エンジン。
  22. 【請求項２２】前記ガスの前記第１の部分が理論空燃比
    又は還元特性を持つものであることを特徴とする請求項
    １乃至７、18又は20のうちのいずれか１項に記載の内燃
    エンジン。
  23. 【請求項２３】前記ガスの前記第１の部分が論理空燃比
    又は還元特性を持つものであることを特徴とする請求項
    ８乃至17、19又は21のうちのいずれか１項に記載の内燃
    エンジン。
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