JP3148398B2 - 2サイクルエンジンの排気浄化装置 - Google Patents

2サイクルエンジンの排気浄化装置

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JP3148398B2 JP25754992A JP25754992A JP3148398B2 JP 3148398 B2 JP3148398 B2 JP 3148398B2 JP 25754992 A JP25754992 A JP 25754992A JP 25754992 A JP25754992 A JP 25754992A JP 3148398 B2 JP3148398 B2 JP 3148398B2
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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  • Control Of Throttle Valves Provided In The Intake System Or In The Exhaust System (AREA)
  • Exhaust Silencers (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は2サイクルエンジンの排
気浄化装置に関し、特に、排気中の炭化水素を減少させ
るための装置に関する。
【0002】
【従来技術】2サイクルエンジンにおいては、出力を向
上させるために、排気脈動を利用することが行われてお
り、ピストンが下死点を過ぎて上昇し、先ず掃気ポート
を、次いで排気ポートを閉じる時に、排気脈動による正
圧が排気ポートに生じて新気の吹抜けを防止するように
なされている。
【0003】しかし、このうよな排気脈動とピストン行
程との整合は、エンジン高回転時において得られるよう
に設計されているので、低回転時にはかかる整合性が失
われ、掃、排気ポートが閉じる時期に負圧が排気ポート
に生じ、新気の吹抜けをむしろ助長することとなり易
い。特にスロットル弁開度が低い場合には、新気のもと
もとの吸入量も少ないので、失火を生じて不整燃焼とな
り易く、この結果、燃料消費量が増大するとともに、排
気中に未然の炭化水素(以下HCと称する)が多く含ま
れることとなる。
【0004】このような問題に対処するために、実願昭
60-72925号公報記載のエンジンの出力調節装置において
は、エンジンの排気孔に連結する排気管の途中にチャン
バーを設け該チャンバー内の周りに隙間を設けた蝶弁を
回動自在に軸着し、該蝶弁をスロットル弁と連動させて
開閉するようにしてある。
【0005】
【解決しようとする課題】しかし上記蝶弁のように排気
管中に設けた絞り弁によって排気の抜けを悪くしてや
り、これによって排気中へのHC排出量を減らし排気を
浄化するには、単にスロットル弁に連動する絞り弁を排
気管中に設けるだけでは充分でない。つまりエンジンの
排気量毎に排気管の形状が異なる上に、排気の質量も違
ってくるためである。
【0006】そこで本発明は、絞り弁の形状を最適に構
成し、かつ排気管中における該絞り弁の位置を最適に選
定することにより、充分な排気浄化効果が得られるよう
にしようとするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段および効果】本発明は、排
気管内に、スロットル弁に連動しスロットル弁開度が低
い時に排気通路面積を絞る絞り弁を設けた2サイクルエ
ンジンにおいて、前記絞り弁は、前記スロットル弁低開
度状態における該絞り弁の排気通路面積比Ks(Ks=
B/A、A;絞り弁設置位置における排気通路断面積、
B;絞り弁近傍を通過する排気通路面積)が、0.02≦K
s≦0.4なる関係を満たすように構成され、かつ、前記
絞り弁の設置位置は、シリンダ排気開口から該絞り弁ま
での排気通路内容積比Kv(Kv=C/D、C;エンジ
ン排気量、D;シリンダ排気口から絞り弁迄の排気通路
容積)が1≦Kv≦5なる関係を満たす位置に設定され
たことを特徴としている。
【0008】本発明は、前記したように構成されている
ので、スロットル弁開度が低い運転状態では、これに対
応して絞り弁が絞られて、排気の流動に抵抗が与えら
れ、排気圧力が全般的に高められる結果、掃気行程の終
期にシリンダ排気開口に生ずる負圧が正圧に転じ、新気
の吹抜けが阻止される。そして、シリンダ排気開口から
絞り弁迄の排気通路内容積がエンジン排気量に対し適正
な値に設定されているため、前記絞り弁の絞り効果が適
確に発揮され、HCが大巾に低減されて、極めて良好な
排気浄化効果が得られる。
【0009】
【実 施 例】図1は本発明による排気浄化装置を備え
たスクータ型自動二輪車の側面図である。車体前部1と
車体後部2とが低いフロアー部3を介して連結されてお
り、車体の骨格をなす車体フレーム4は、車体前部1を
下降した後、フロアー部3の下方を後方へ延び、次いで
車体後部2を上方かつ後方へ延長している。車体後部2
の上部にシート5が設けられ、その前方車体前部1の上
部にハンドル6を備えたステアリングヘッド7が設けら
れている。
【0010】車体前部1にはフロントフォーク8を介し
て前輪9が懸架され、ハンドル6によって操向される。
また、車体フレーム4の下部後方にブラケット10が溶着
されて後方へ突出しており、該ブラケット10にリンク11
を介してスイングユニット12が上下に揺動自在に枢支さ
れ、該スイングユニット12の後端部に後輪13が車軸14に
より軸支されている。スイングユニット12の後部と車体
フレーム4の後方上部との間にはリヤクッション15が介
装されている。
【0011】スイングユニット12の前部にはエンジン16
が一体に設けられており、スイングユニット12内に設け
られた動力伝達機構を介して後輪13が該エンジン16によ
り駆動される。燃料タンク17はフロアー部3の下部に車
体フレーム4に固定されて搭載されている。
【0012】エンジン16は2サイクルエンジンで、混合
気は気化器18から吸気管19を経て該エンジンのクランク
室に供給される。20は気化器18に導入される空気を浄化
するエアクリーナである。エンジン16の排気口21に接続
された排気管22は、スイングユニット12の前方を下方か
つ右側後方へ向って迂回し、車体右側に配設されたマフ
ラ23に接続している。
【0013】排気管22の長さは、エンジン16の高回転時
に排気脈動を利用して新気吹抜けを防止できるように選
定されている。すなわち掃気行程の終期において排気脈
動による正圧が排気口21に出現し、これによって新気の
吹抜けが阻止されるようになされている。ところで、所
定長の排気管22内における排気脈動の周期(換言すれば
排気がマフラ23で膨張することにより生ずる圧力反射波
が排気口21に達するまでの時間)は、エンジン回転数に
関係なく一定であるのに対し、一回の掃気行程に要する
時間はエンジン回転数により変化するので、エンジン回
転数が低下すると、上記のような掃気行程と排気脈動と
の整合性がくずれ、掃気行程の終期に排気口21に負圧が
出現するようになる。この結果新気の吹抜けはむしろ助
長され、排気中に未燃のHCが排出されることとなる。
【0014】その上、スロットル弁開度が低い場合に
は、新気のもともとの吸入量も少ないので、失火を生じ
て不整燃焼となり易く、このため排気中へのHC排出量
はますます増加する。
【0015】そこで、排気管22の後端部に絞り弁24を設
け、スロットル弁開度が低い時にはこの絞り弁24を作動
させて排気通過面積を絞り、排気の流動に抵抗を与える
ようにしてある。このようにすれば排気の圧力が全般的
に高まるので、掃気行程の終期に排気口21に生ずる負圧
が正圧に転じ、新気の吹抜けを阻止する。
【0016】図2は排気管22の絞り弁設置部分を示す側
面図、図3は図2のIII-III 線に沿う断面図である。絞
り弁24は排気管22を横通する回転自在なスピンドル25に
固定された蝶弁である。スピンドル25の一端は排気管22
の管壁を貫通して外側に突出し、該突出端にプーリ26が
固定されている。プーリ26は半径方向外方へ突出する突
片27を備えている。一方排気管22には前記突片27に係合
するストッパ28,29が、スピンドル25に関し約90°の挟
角をなして植設されており、突片27はこれらのストッパ
28,29間に位置している。従ってプーリ26、スピンドル
25および絞り弁24は、突片27がストッパ28に係合する位
置から、突片27がストッパ29に係合する位置までの、約
90°の角度範囲において回動可能となっている。
【0017】プーリ26と排気管22との間には捩りスプリ
ング30が介装されており、プーリ26はこのスプリング30
により前記突片27がストッパ28に係合する位置(図2)
へ向って付勢されている。この位置においては絞り弁24
は図3に示すように、排気管22の軸線に対してほぼ直角
となる。ただし絞り弁24の外径は排気管22の内径よりも
小さいので、排気管22が絞り弁24により完全に閉鎖され
ることはなく、排気管22と絞り弁24との間に排気通過部
32が残される。
【0018】プーリ26の外周面にはケーブル31が巻か
れ、その先端31aはプーリ26に係止されている。従って
ケーブル31を図2に矢印aで示すように、プーリ26から
巻戻す方向に引張ると、プーリ26は突片27がストッパ29
に係合するまで約90°回転し、絞り弁24は排気管22の軸
線方向に指向して、排気管22を全開状態にする。
【0019】図4は上述したエンジン近傍の構成を簡略
化して示した略図である。エンジン16から排気管22に排
出された排気は、マフラ23の膨張室33で膨張した後、消
音器34を経て車体後方に排出される。前記ケーブル31
は、固設の案内管35(図2)を摺動自在に通過した後、
車体の適当な場所に固設されたケーブルジャンクション
36に向って延び、これに連結されている。
【0020】ケーブルジャンクション36は、一体となっ
て回転する2つのプーリ37a,37bから成り、ケーブル
31は連結点31aにおいてプーリ37aに連結されている。
プーリ37bには、ハンドル6に設けられた図示していな
いスロットルグリップに連動するスロットルケーブル38
aの他端が連結点38cにおいて連結されている。スロッ
トルケーブル38aの該他端部には第2のスロットルケー
ブル38bの一端が連結点38dにおいて連結されており、
該スロットルケーブル38bの他端は前記気化器18のスロ
ットル弁39に連結されている。
【0021】スロットルグリップを操作してスロットル
ケーブル38aを矢印a方向に引付けると、スロットルケ
ーブル38bもa方向に引付けられ、スロットル弁39を図
に実線で示すように高開度とするので、エンジン16は高
速回転する。スロットルケーブル38aの上記引付けによ
りプーリ37aはプーリ37bと一体に図において反時計方
向に回動し、この結果ケーブル31も矢印a方向(これは
図2の矢印aと同方向である)に引付けられるので、プ
ーリ26は突片27がストッパ29に係合する位置に回動し、
絞り弁24は図4に実線で示すように全開位置を占め、か
くして排気脈動が設計通り有効に利用されて出力向上に
寄与する。
【0022】この状態からスロットルグリップを戻す
と、スロットルケーブル38a,38bおよびケーブル31
は、適宜設けられたリターンスプリングの作用により、
矢印aとは反対方向に摺動し、スロットル弁39を低開度
位置に設定するとともに、絞り弁24を絞り位置に設定す
る。図4にはこれらの位置を点線で示してある。このよ
うにして絞り弁24はスロットル弁39に連動してスロット
ル弁開度が低い時に排気通過面積を絞る。
【0023】上述したようなケーブルジャンクション36
を使用する代りに、スロットル弁開度を検出するスロッ
トルセンサを設け、該センサの検出値に応じて、サーボ
モータを介し絞り弁24を駆動するようにしてもよい。
【0024】本発明者等は、上記のような絞り弁24によ
る、低回転、低スロットル弁開度におけるHC排出量低
減効果は、以下に述べるような数値Ks ,Kv によって
大きく左右されることを見出した。
【0025】Ks は、絞り弁24設置位置における排気管
断面積A(図5(a) の斜線部分)に対する、絞り弁24に
より絞られた排気管通過面積B(前記排気通過部32の断
面積:図5(b) の斜線部分)の比で、次式によって表わ
される。 Ks =B/A
【0026】図6は排気管22と、これが接続されている
エンジン16のシリンダ40と、排気管22に設けられた絞り
弁24とを示す概略図であるが、同図にそれぞれ斜線で示
してあるように、シリンダ40の排気量(排気管22が複数
のシリンダに接続されている時にはその総排気量)をC
とし、シリンダ面すなわち前記排気口21から絞り弁24ま
での排気管内容積をDとした時に、DのCに対する比を
Kvとする。すなわち Kv =D/C
【0027】図7は排気量の異なる3種類のエンジンに
ついて、それぞれKs を種々に変えてアイドル運転を行
い、測定された排気中のHC量からHC低減率(浄化
率)すなわち絞り弁24により低減したHC量の、絞り弁
24を設けない場合のHC量に対する百分率を求めた結果
を、横軸にKs 、縦軸に上記HC低減率をとって示した
グラフであり、各エンジンについての結果をそれぞれ曲
線E,F,Gで示してある。なお、曲線Eに対応するエ
ンジンの排気量が最も大きく、曲線Gに対応するエンジ
ンの排気量が最も小さい。
【0028】図7から分かるように、どのエンジンにお
いても、HC低減率はKs の値に依存し、20%以上の良
好なHC低減率を得るには、Ks の値は0.02から0.4ま
での間の値でなければならない。
【0029】図8は、前記3種類のエンジンについて、
それぞれ排気管22における絞り弁24の位置すなわちKv
を種々に変えてアイドル運転を行い、前記と同様にして
HC低減率を求めた結果を、横軸にKv 、縦軸にHC低
減率をとり前記と同様に曲線E,F,Gで示したもので
ある。
【0030】図8から分かるように、HC低減率はKv
の値にも依存し、20%以上の良好なHC低減率を得るに
は、Kv の値は1から5までの値でなければならない。
【0031】従って本実施例においては、絞り弁24を、
該絞り弁24により絞られた排気通過面積Bの排気管断面
積Aに対する比Ks が、0.02≦Ks ≦0.4なる関係を満
たすように構成し、かつシリンダ面21から該絞り弁24ま
での排気管内容積Dのエンジン排気量Cに対する比Kv
が、1≦Kv ≦5なる関係を満たす位置に設ける。
【0032】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による排気浄化装置を備えたスクータ型
自動二輪車の側面図である。
【図2】排気管の絞り弁設置部分の側面図である。
【図3】図2のIII-III 線に沿う断面図である。
【図4】エンジン近傍の構成を簡略化して示した略図で
ある。
【図5】比Ks を説明するための説明図である。
【図6】比Kv を説明するための説明図である。
【図7】Ks とHC低減率との関係を示すグラフであ
る。
【図8】Kv とHC低減率との関係を示すグラフであ
る。
【符号の説明】
1…車体前部、2…車体後部、3…フロアー部、4…車
体フレーム、5…シート、6…ハンドル、7…ステアリ
ングヘッド、8…フロントフォーク、9…前輪、10…ブ
ラケット、11…リンク、12…スイングユニット、13…後
輪、14…車軸、15…リヤクッション、16…エンジン、17
…燃料タンク、18…気化器、19…吸気管、20…エアクリ
ーナ、21…排気口、22…排気管、23…マフラ、24…絞り
弁、25…スピンドル、26…プーリ、27…突片、28,29…
ストッパ、30…スプリング、31…ケーブル、32…排気通
過部、33…膨張室、34…消音器、35…案内管、36…ケー
ブルジャンクション、37…プーリ、38…スロットルケー
ブル、39…スロットル弁、40…シリンダ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02B 27/06 F02D 9/04

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】排気管内に、スロットル弁に連動しスロッ
    トル弁開度が低い時に排気通路面積を絞る絞り弁を設け
    た2サイクルエンジンにおいて、前記絞り弁は、前記スロットル弁低開度状態における該
    絞り弁の排気通路面積比Ks(Ks=B/A、A;絞り
    弁設置位置における排気通路断面積、B;絞り弁近傍を
    通過する排気通路面積)が、 0.02≦Ks≦0.4 なる関係を満たすように構成され、 かつ、前記絞り弁の設置位置は、シリンダ排気開口から
    該絞り弁までの排気通路内容積比Kv(Kv=C/D、
    C;エンジン排気量、D;シリンダ排気口から絞り弁迄
    の排気通路容積)が 1≦Kv≦5 なる関係を満たす位置に設定された ことを特徴とする2
    サイクルエンジンの排気浄化装置。
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