JPH025730A - ２サイクル内燃機関の空燃比検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、２サイクル内燃機関の空燃比検出装置に関す
る。

〔従来の技術〕

従来から排気ガス浄化性能を向上させるため、空燃比を
検出する酸素センサを排気管に設け、この酸素センサか
らの信号に基づいて燃料流量を調節し理論空燃比にする
フィードバック制御が行われている（例えば、特開昭５
４−７０２３号）。

この酸素センサは酸素濃淡電池の原理を応用した排気ガ
スセンサであり、排気ガス中の酸素濃度に応じて起電力
を発生するものである。すなわち排気ガス中に酸素が存
在する時にはリーン空燃比の信号を出力し、酸素が存在
しない時にはリッチ空燃比の信号を出力する。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、この酸素センサは極端に高い酸素濃度の
排気ガスにさらされる場合には作動しないあるいは誤作
動し易く、そのためこの酸素センサの出力信号に基づく
フィードバック制ｉ卸の信頼性が低下する。

このような排気ガスの状態、すなわち高酸素濃度の排気
ガスは給気と排気の独立した行程が無くこれらが同時に
起きる２サイクルエンジンに特に顕著にみられる。何故
ならば、給気と排気が同時に起きるときに新気のいわゆ
る吹抜け（給気ポートから排気ボートへの素通り）が生
じるからである。

以上、本発明の目的は吹抜けにより過量の酸素が排気ガ
ス中に存在するという、特に２サイクルエンジンに顕著
な問題を克服して信頼性の高い空燃比フィードバンク制
御を可能とし、排気ガス浄化性能を向上せしめることに
ある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために本発明に係る２サイクル内燃
機関の空燃比検出装置は、空燃比を検出するために酸素
センサを排気系に設けると共に、該酸素センサの上流に
酸素消費手段を設けたことを構成上の特徴とする。

〔作　用〕

酸素センサの上流側排気系に設けた酸素消費手段は、排
気ガス中のＣＯ，ＨＣを酸化する。すなわち、過漬の酸
素が反応消費される。このため、適正化された排気ガス
を酸素センサで検出することになり、酸素濃度の検出精
度が向上する。

〔実施例〕

前述の如く、新気の吹抜けという問題は２サイクルエン
ジンに特に顕著である。ところで本願出願人は先に良好
なループ掃気を企図した特別な燃焼室構造を提案した（
特願昭６２−２８８３９０号）。これによれば、その構
造上、上述の吹抜けが大幅に低減されるが、この吹抜け
を１００％完全に防止することは実際上困難である。そ
こで本発明は、このような燃焼室の構造改良によっても
僅かな吹抜けは実際上回避し難いという認識に立脚し、
たとえそのような吹抜けがあってもそれを克服し吹抜け
に伴う空燃比制御の性能低下を如何にして最小限に抑制
するかということに向けられたものである。

以下に述べる本発明の実施例はこの先行出願に開示した
新規構造の燃焼室の排気系に適用したものである。従っ
て、先ず始めにこの燃焼室構造について簡単に説明する
。しかしながら、本発明の思想自体は燃焼室構造の如何
に関係なく適用できるものである。

第３図乃至第５図を参照するに、１０１はシリンダブロ
ック、１０２はシリンダ１０１内で往復動するピストン
、１０３　はシリンダブロック１０１上に固定されたシ
リンダヘッド、１０４はシリンダヘッド１０３の内壁面
１０３ａとピストン１０２の頂面間に形成された燃焼室
を夫々示す。シリンダヘッド内壁面１０３ａ上には接続
壁１２０が形成され、この接続壁１２０の底壁面をなす
シリンダヘッド内壁面部分１０３ｂ十には給気弁１０６
が配置される。一方、接続壁１２０を除くシリンダヘッ
ド内壁面部分１０３Ｃは略平坦であり、この部分１０３
Ｃ上には排気弁１０７が配置される。シリンダヘッド内
壁面部分１０３ｂとシリンダヘッド内壁面部分１０３Ｃ
は接続壁１２０の周壁１２１を介して互いに接続されて
いる。

接続壁周壁１２１は、給気弁１０６の周縁部に極めて近
接配置され且つ給気弁１０６の周縁部に沿って円弧状に
延びるマスク壁１２１ａと、２つの給気弁１０６間に位
置する新気ガイド壁１２１ｂと、シリンダへノド内壁面
１０３ａの周壁と各給気弁１０６間に位置する新気ガイ
ド壁１２ＩＣ，とにより構成される。

各マスク壁は最大開口した位置にある給気弁１０６より
も下方まで燃焼室１０４に向けて延びており（第４図参
照）、このため排気弁１０７側に位置する給気弁１０６
周縁部と弁座１０９間の開口は給気弁１０６の開弁期間
全体に亘ってマスク壁１２１ａにより閉鎖されることに
なる。

新気ガイド壁１２１　ｂ、　１２１　ｃはほぼ同一平面
内に位置し、且つ両給気弁１０６の中心を結ぶ線に対し
て略平行に延びている。

点火プラグ１０８はいわゆるセンタプラグ方式でシリン
ダヘッド内壁面１０３ａの中心に位置するようにシリン
ダヘッド内壁面部分１０３Ｃ上に配置されている。

給気弁１０６とその弁座１０９間に形成される開口は、
排気弁１０７側に位置するその略１／３の開口がマスク
壁１２１　ａにより閉鎖されているため、排気弁１０７
と反対の側に位置するその残り略２／３の開口から新気
が供給されることになる。

また、給気弁から流入した新気は新気ガイド壁１２１　
ｂ、　１２１　ｃによりシリンダ内壁面に沿って下方に
向かうように案内される。

従って、給気弁１０６が開弁したときは第４図において
矢印Ｓで示す如く大部分の新気がシリンダ内壁面に沿っ
てピストン１０２の頂面に向かい、斯くして良好なルー
プ掃気が行われる。

給気弁１０６および排気弁１０７の開弁タイミングにつ
いては例えば給気弁１０６よりも排気弁１０７が先に開
弁し、給気弁１０６よりも排気弁１０７が先に閉弁する
ようにし、燃料噴射弁１１７からの噴射期間は給気弁１
０６の開弁後、ピストン１０２が下死点に至る前までの
間に設定さ汁得る。

次に掃気・成層化作用について更に詳細に説明する。ピ
ストン１０２が下降して排気弁１０７が開弁すると燃焼
室１０４内の高圧既燃ガスが排気ポート１１３内に流出
するが、暫くすると排気ポート１１３内の圧力はほぼ大
気圧となる。次いでピストン１０２が更に下降すると燃
焼室１０４内は負圧となり、排気ポート１１３内の既燃
ガスが燃焼室１０４内に逆流する。低負荷運転はど燃焼
圧は低く、従って排気弁１０７が開弁じてから排気ポー
ト１１３内の圧力がほぼ大気圧となるまでの時間が短い
ので、既燃ガスの逆流は機関負荷が小さくなるほど早い
時期に起こる。ピストン１０２が更に下降すると給気ボ
ート１１２から新気と共に燃料が燃焼室１０４内に流入
するが給気弁１０６の開口に対してマスク壁１２１ａが
設けられているために新気および燃料は給気弁１０６下
方のシリンダ内壁面に沿って下方に向かう。従って燃焼
室１０４内の既燃ガスは新気により徐々に押しやられて
排気ポート１１３内に排出され、斯くして燃焼室１０４
内ではループ掃気が行なわれる。

また、前述の如く排気弁１０７が開弁じた後に既燃ガス
の逆流が生じるが、この既燃ガスの逆流によってループ
掃気Ｓと逆方向のループ状の既燃ガスの流れが発生せし
められると成層化が乱されて良好な着火燃焼が困難とな
る。しかしながら排気弁１０７の周縁部全周から逆流既
燃ガスが燃焼室１０４内に分散して流入するのでループ
掃気Ｓと逆方向のループ状の既燃ガスの流れが発生する
ことがなく、従って既燃ガスの逆流によって混合気が乱
されることがないので良好な成層化を確保することがで
きる。

しかしながら、このような優れた掃気・成層化作用を生
じさせ得る燃焼室構造においても、前述の如く吹抜けを
完全に防止することは実際上困難であり、従って常に安
定した空燃比制御を行うためには冒頭に述べた如き吹抜
けに起因する問題の解決が必要となる。

以下、この問題を解決するための本発明の特徴部分を説
明する。

第１図は本発明に係る空燃比検出装置の第１の実施例の
全体概略構成図である。図において、１はエンジン本体
、２は吸気管、３は排気管、４はスロントル弁、５はエ
アフローメータ、６はエアクリーナを夫々示す。７は機
械式過給機であり、スロツｌ−ル弁４の下流に配置され
る。機械式過給機７は例えばルーツポンプで構成され、
エンジン１のクランクシャフト　（図示せず）によりプ
ーリ等を介して回転駆動される。機械式過給機７の下流
には、過給により高熱となった吸入空気を冷却するため
のインククーラ８が設けられる。エンジン１内部につい
ては先に記載した通りであり省略する。排気ポート１１
３からの排気ガスはエキゾーストマニホルド１３を介し
て排気管３に導びかれ下流に設けた排気ガス浄化装置１
４、例えば三元触媒により浄化される。浄化装置１４の
上流には空燃比制御のための酸素センサ１５が設けられ
る。

３０は電子制御ユニット（ＥＣＵ）であり、酸素センサ
１５、エンジン１に設けた水温センサ１６、スロットル
センサ１７、エアフローメーク５等の種々のセンサが接
続されている。ＥＣＵ　３０はこれらの信号に基づき燃
料噴射弁１１７を制御し最も適した燃料の量とタイミン
グを得られるようにしている。

酸素センサ１５の上流には本発明に従い酸素消費手段２
０が設けられる。この消費手段２０が排気ガス中のＣＤ
、ＩｉＣを酸化することにより過量の酸素が反応消費さ
れるため、この酸素センサ１５による空燃比の正確な検
出が可能となる。これにより酸素センサ１５を利用した
空燃比フィードバック！ｉ！ｌ　？１７が常に安定して
可能となる。

上記酸素消費手段２０として、例えば酸素のみを消費さ
せ得る小さな酸化触媒を設けてもよく、あるいはマニバ
ータ等を設けて酸素を消費してもよい。

また、排気ガス温度の保温および滞留時間を利用したサ
ーマルリアクタ等をエキゾーストボート下に設け、熱反
応を利用して０□を消費するという構成でもよい。

次に、本発明の第２の実施例について説明する。

第２図は本発明に係る空燃比検出装置の第２実施例の全
体概略構成図であり、第１実施例と共通する部分には同
一参照番号を付してその説明は省略し、特徴的な部分に
ついてのみ説明する。

本実施例は、主として高負荷時における前記第１実施例
の装置の不都合を解消しようとするものである。すなわ
ち、高負荷時においては排気ガス流速が高く、また新気
の吹き抜は量が特に多く、このため第１実施例の装置の
如く酸素消費手段２０を排気管３にそのまま配置すると
、完全に酸素を消費できないために酸素センサ１５によ
る空燃比検出精度が低下する。また、酸素反応消費時の
発熱量が大きくなり過ぎ、酸素消費手段２０や酸素セン
サ１５の耐用寿命が極端に悪化するのみならず、エンジ
ンルーム内の温度が上昇し過ぎて他の機器類に悪影響を
及ぼしかねない。

そこで、本実施例においては排気管３にこれを迂回する
バイパス通路３３を付設し、このバイパス通路３３に酸
素消費手段２０支び酸素センサ１５を配置しである。

このようにすることにより、量的に所定に制限され且つ
流速が低下した排気ガスが酸素消費手段２０に供給され
るようになるため、上述した一連の不都合を解消できる
。

図示実施例（第２図）においては、バイパス通路３３を
流れる排気ガスの流量を容易に調節できるようにさらに
制御弁４０が設けられている。そしてこの制御弁４０は
図示の如く一般的な単動のアクチュエータ５０及び三方
弁５１を用いこれらを例えばデユーティ制御することに
より開閉制御される。前述の如く、高負荷状態になる程
、排気ガス量も増加するため、高負荷になるにつれて制
御弁４０のバルブ開度が小となるすなわちバイパス通路
３３を流れる排気ガス量を制限するようにする。

なお、制御弁４０を設けることはバイパス通路３３内の
排気ガス量を制限する上で必須の要件ではなく、バイパ
ス通路３３の管径、形状、配置等を適切に選定すること
で足りる。

以上のように、バイパス通路３３を設けたことて、これ
による排気ガスの流速低下が起き、また流量が調節され
るため酸素消費手段２０及び酸素センサ１５の過熱を防
止できる（特に高負荷時の熱負荷を下げることができる
）と共に、排気ガス中の過量な酸素の適切な反応消費を
行うことができ、従って空燃比検出精度を全般的に向上
できる。

また、上記第１実施例の装置と比較して、酸素消費手段
２０及び酸素センサ１５をより排気通路の上流側に配置
することができるようになるため、酸素センサのフィー
ドバック周波数を上げることができ、空燃比の制御性能
及び排ガス浄化性能等の向上が図れる。

〔発明の効果〕

以上の如く、本発明に従って酸素消費手段を酸素センサ
の上流に設けることにより、２サイクルエンジンにおい
ても酸素濃度を正確に検出でき空燃比のフィードバック
制御が可能となる。これによりＮＯＸ等の低減という排
気ガス清浄化が効果的に達成され得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る空燃比検出装置の第１の実施例の
全体概略構成図、 第２図は本発明に係る空燃比検出装置の第２の実施例の
全体概略構成図、 第３図は燃焼室の側面断面図、 第４図は吸気弁１０６及び排気弁１０７が開弁じたとき
の第３図と同様の図、 第５図はシリンダヘッド内壁面を示す図である。 １・・・エンジン本体、　２・・・吸気管、・・・排気
管、 ３・・・エキソ−ストマニホルド、 ４・・・排出ガス浄化装置、 ５・・・酸素センサ、　２０・・・酸素消費手段、０・
・・電子制御ユニッ）　（ＥＣＵ）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 空燃比を検出するために酸素センサを排気系に設けると
   共に、該酸素センサの上流に酸素消費手段を設けたこと
   を特徴とする２サイクル内燃機関の空燃比検出装置。