JPH06159047A - ２サイクル内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 排気ガス温度が低いときにも三元触媒の触媒
活性を確保する。 【構成】 給気弁６および排気弁７を具備した２サイク
ル内燃機関の排気ポート１３内に既燃ガス導入管１７を
配置すると共に既燃ガス導入口２０を排気ポート１３の
軸線上に配置する。このため第１の排気通路１８が形成
されると共にその周りに環状をなす第２の排気通路１９
が形成される。排気弁７のみを開弁すると新気を含まな
い既燃ガスが排気ポート１３の軸線周辺部を流れ第１の
排気通路１８内に流入し次いで三元触媒２１に流入す
る。次いで排気弁７を開弁しつつ給気弁６を開弁すると
新気を含んだ掃気ガスが第１の排気通路１８よりも圧力
の低い第２の排気通路１９内に流入する。このため三元
触媒２１は流入する既燃ガスによって加熱されると共に
第２の排気通路１９を通る掃気ガスによっても加熱され
る。また三元触媒２１には新気が導入されないので三元
触媒２１における排気ガスの良好な浄化が確保される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は２サイクル内燃機関に関
する。

【０００２】

【従来の技術】シリンダ側壁の一側に給気口を形成して
給気通路に連通し、シリンダ側壁の他側に第１排気口を
形成して第１排気通路に連通すると共に第１排気口より
も下方に位置するシリンダ側壁に第２排気口を形成して
第２排気通路に連通し、給気口、第１排気口および第２
排気口の開閉制御をピストンにより制御し、還元触媒が
配置された第１排気通路と第１排気通路に並行して延び
前記還元触媒をバイパスする第２排気通路とを合流せし
め次いで酸化触媒に連結し、燃焼室から排気ガスを排出
するときにはまずピストンが下降し第１排気口のみを開
口して新気を含まない既燃ガスを第１排気通路内に排出
し、次いでさらにピストンが下降して第１排気口を開口
しつつ給気口および第２排気口を開口して新気により燃
焼室内を掃気するようにしたシュニーレ式２サイクル内
燃機関が公知である（特開平２−１１８１４号公報参
照）。排気ガス中に多量の酸素が存在すると三元触媒ま
たは還元触媒による還元作用が低下するためにこの２サ
イクル内燃機関では新気を含まない既燃ガスを還元触媒
に導入すると共に新気を含んだ掃気ガスを酸化触媒に導
入している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで触媒には活性
温度があり触媒温度がこの活性温度よりも低いときには
触媒活性が低下する。通常内燃機関では高温の排気ガス
が触媒に流入するためにこの排気ガスにより触媒を加熱
して触媒の活性温度を維持している。しかしながら、前
記記載の２サイクル内燃機関におけるように還元触媒を
この還元触媒に流入する排気ガスのみにより加熱して触
媒の活性温度を維持するようにすると、例えば機関始動
時のように排気ガス温度が低いときには触媒温度が触媒
の活性温度まで加熱されないためにこのとき還元触媒に
流入した排気ガスを良好に浄化できないという問題があ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記問題点を解決するた
めに本発明によれば、シリンダヘッドの一側に給気通路
を形成して給気弁を配置すると共にシリンダヘッドの他
側に排気通路を形成して排気弁を配置し、燃焼室から排
気ガスを排出するときにはまず排気弁が開弁して新気を
含まない既燃ガスを排気通路内に排出し次いで排気弁を
開弁しつつ給気弁を開弁して新気により燃焼室内を掃気
するようにした２サイクル内燃機関において、排気通路
内に該排気通路の軸線方向に延びる既燃ガス導入管を配
置すると共に既燃ガス導入口を排気通路の軸線上に配置
して前記既燃ガス導入管内周面により画定された第１の
排気通路を形成すると共に既燃ガス導入管外周面と排気
通路内周面間に環状をなす第２の排気通路を形成し、新
気を含まない既燃ガスが既燃ガス導入口から第１の排気
通路内に流入し次いで第１の排気通路内に配置された三
元触媒または還元触媒に流入すると共に新気を含んだ排
気ガスが少なくとも第２の排気通路内に流入するように
し、少なくとも第２の排気通路内に流入した排気ガスが
酸化触媒に流入するようにしている。

【０００５】

【作用】三元触媒または還元触媒が第１の排気通路を流
れる排気ガスにより加熱されると共に第２の排気通路内
を流れる排気ガスによっても加熱される。

【０００６】

【実施例】図１および図２を参照すると、１はシリンダ
ブロック、２はシリンダブロック１内で往復動するピス
トン、３はシリンダブロック１上に固定されたシリンダ
ヘッド、４はシリンダヘッド３の内壁面３ａとピストン
２の頂面間に形成された燃焼室をそれぞれ示す。シリン
ダヘッド内壁面３ａ上には凹溝５が形成され、この凹溝
５の底壁面をなすシリンダヘッド内壁面部分３ｂ上に一
対の給気弁６が配置される。一方、凹溝５を除くシリン
ダヘッド内壁面部分３ｃは傾斜したほぼ平坦をなし、こ
のシリンダヘッド内壁面部分３ｃ上に３個の排気弁７が
配置される。シリンダヘッド内壁面部分３ｂとシリンダ
ヘッド内壁面部分３ｃは凹溝５の周壁８を介して互いに
接続されている。

【０００７】この凹溝周壁８は給気弁６の周縁部に極め
て近接配置されかつ給気弁６の周縁部に沿って円弧状に
延びる一対のマスク壁８ａと、給気弁６間に位置する新
気ガイド壁８ｂと、シリンダヘッド内壁面３ａの周壁と
給気弁６間に位置する一対の新気ガイド壁８ｃとにより
構成される。各マスク壁８ａは最大リフト位置にある給
気弁６よりも下方まで燃焼室４に向けて延びており、従
って排気弁７側に位置する給気弁６周縁部と弁座９間の
開口は給気弁６の開弁期間全体にわたってマスク壁８ａ
により閉鎖されることになる。また、各新気ガイド壁８
ｂ，８ｃはほぼ同一平面内に位置しており、更にこれら
の新気ガイド壁８ｂ，８ｃは両給気弁６の中心を結ぶ線
に対してほぼ平行に延びている。点火栓１０はシリンダ
ヘッド内壁面３ａの中心に位置するようにシリンダヘッ
ド内壁面部分３ｃ上に配置されている。一方、排気弁７
に対しては排気弁７と弁座１１間の開口を覆うマスク壁
が設けられておらず、従って排気弁７が開弁すると排気
弁７と弁座１１間に形成される開口はその全体が燃焼室
４内に開口することになる。

【０００８】図１および図３に示されるようにシリンダ
ヘッド３内には各給気弁６に対して給気ポート１２が形
成され、各排気弁７に対して排気ポート１３が形成され
る。排気ポート１３は各排気ポート１３に対して共通な
排気マニホルド１４に連結され、次いで各気筒１５に対
して共通な排気管１６に連結される。各排気ポート１３
内には排気ポート１３の軸線方向に延びる既燃ガス導入
管１７が配置され、その結果既燃ガス導入管１７の内周
面により画定された第１の排気通路１８が形成されると
共に既燃ガス導入管１７外周面と排気ポート１３あるい
は排気マニホルド１４内周面間に環状をなす第２の排気
通路１９が形成される。また排気弁７側に位置する既燃
ガス導入管１７の開口から成る既燃ガス導入口２０は排
気ポート１３の軸線上に配置される。図３に示されるよ
うに第１の排気通路１８内に流入した排気ガスは合流せ
しめられ次いで第１の排気通路１８内に配置された三元
触媒２１に流入せしめられる。三元触媒２１から流出し
た排気ガスは第２の排気ガス１９を通ってきた排気ガス
と合流せしめられ、次いで排気管１６内に配置された酸
化触媒２２に流入せしめられる。

【０００９】また、各給気弁６近傍のシリンダヘッド内
壁面３ａの周縁部に一対の燃料噴射弁、即ち第１燃料噴
射弁２３ａと第２燃料噴射弁２３ｂとが配置され、図４
からわかるようにこれら燃料噴射弁２３ａ，２３ｂから
はシリンダ軸線方向に向けて燃料が噴射される。一方、
図４に示されるようにピストン２の頂面上には点火栓１
０の下方から第１燃料噴射弁２３ａの先端部の下方まで
延びる凹溝２４が形成される。この凹溝２４は点火栓１
０下方の凹溝端部２４ａから第１燃料噴射弁２３ａ側に
向けて次第に拡開しつつほぼまっすぐに延びる一対の側
壁面２４ｂ，２４ｃと、ほぼ平坦をなす底壁面２４ｄと
により画定され、図４に示されるように凹溝端部２４ａ
は第１燃料噴射弁２３ａと反対側に向けて凹んだ凹状断
面形状を有する。また、図４からわかるように凹溝端部
２４ａは点火栓１０と第１燃料噴射弁２３ａの先端部と
を含む垂直平面Ｋ−Ｋ上に形成されており、各側壁面２
４ｂ，２４ｃはこの垂直平面Ｋ−Ｋに関して対称的な形
状を有する。したがって凹溝２４は垂直平面Ｋ−Ｋに関
して対称的な形状を有することになる。また、図１に示
されるようにピストン２が上死点に達すると点火栓１０
に関し凹溝２４と反対側に位置するピストン２の頂面部
分とシリンダヘッド内壁面部分３ｃとの間にはスキッシ
ュエリア２５が形成される。

【００１０】ところで通常２サイクル内燃機関では排気
通路内に三元触媒を設けて排気ガスを浄化している。三
元触媒におけるＮＯ_X の浄化率は図５に示されるように
排気ガス中の酸素濃度に依存し、排気ガス中の酸素濃度
が或るしきい値を越えると三元触媒における浄化率は急
激に低下する。また、２サイクル内燃機関では排気弁７
を開弁しつつ給気弁６を開弁し、給気弁６を介して燃焼
室４内に導入された新気により燃焼室４内を掃気するよ
うにしている。ところがこのように排気弁７を開弁しつ
つ新気を導入して燃焼室４内を掃気するようにした場合
に掃気ガスを三元触媒に導入するとこの掃気ガス中には
多量の酸素が含まれているために三元触媒におけるＮＯ
_X の浄化が良好に行えなくなる。そこで本実施例ではま
ず排気弁７のみを開弁して酸素濃度が高くない排気ガス
が三元触媒２１に連通された第１の排気通路１９内を主
として通るようにしている。次いで排気弁７を開弁しつ
つ給気弁６を開弁して燃焼室４内に新気を導入し燃焼室
４内を掃気すると共に、多量の酸素を含んだ掃気ガスが
酸化触媒に連通された第２の排気通路を主として通るよ
うにしている。このため三元触媒２１における排気ガス
中の酸素濃度が高くなることがなくなるために三元触媒
２１における排気ガスの良好な浄化が確保できるように
なる。

【００１１】図６から図８を参照して排気通路内におけ
る排気ガスおよび新気の流れを説明する。なお本実施例
では図６に示されるように排気弁７が給気弁６よりも先
に開弁し、排気弁７が給気弁６よりも先に閉弁する。

【００１２】図７を参照すると給気弁６が閉弁したまま
で排気弁７が開弁を開始するとき燃焼室４内の圧力は排
気ポート１３内の圧力に比べて極めて高くなっているた
めに燃焼室４内の既燃ガスが高速度で排気ポート１３内
に流入する。このとき排気ポート１３内に流入する既燃
ガスの一部は排気弁７の周面に沿って流れ排気ポート１
３の軸線方向に向かいまた排気ポート１３の内周面に沿
って流れた既燃ガスは排気ポート１３内周面との摩擦に
より減速されるために、その結果このとき排気ポート１
３内に流入した既燃ガスは排気ポート１３の軸線上にお
いて最も高速度になると共に図７においてＥで示される
ように既燃ガスが排気ポート１３の軸線周辺部を流れる
ようになる。次いでこの既燃ガスは排気ポート１３の軸
線上に配置された既燃ガス導入口２０を介して既燃ガス
導入管１７内周面により画定された第１の排気通路１８
内に流入し、次いで第１の排気通路１８内に配置された
三元触媒２１に流入する。三元触媒２１に流入する既燃
ガスには多量の酸素が含まれていないために三元触媒２
１におけるＮＯ_X の還元能力が低下されるのが阻止でき
る。

【００１３】次いで図８に示されるように排気弁７を開
弁しつつ給気弁６を開弁して燃焼室４内に新気を導入
し、燃焼室４底部に残留している既燃ガスを掃気する。
このときの排気弁７の開度は大きくまた燃焼室４内と排
気弁１３内間の圧力差は小さくなっているためにこのと
き排気ポート１３内に流入する掃気ガスの速度は低くな
っている。また図８においてＥ′で示されるように排気
ポート１３の半径方向に関する掃気ガスの速度勾配も小
さくなっている。次いでこの掃気ガスは既燃ガス導入口
２０に向かうが、三元触媒２１における既燃ガスの浄化
反応は発熱反応であるので三元触媒２１に既燃ガスが導
入され浄化反応が行われると第１の排気通路１８内の温
度が上昇すると共に第１の排気通路１８内の圧力が上昇
するためにこの掃気ガスは第１の排気通路１８内に流入
しにくくなり、その結果掃気ガスは第２の排気通路１９
に流入するようになる。したがって酸素を多量に含んだ
掃気ガスが三元触媒２１に流入するのが阻止でき、三元
触媒２１におけるＮＯ_X の良好な還元が確保される。

【００１４】また、図１および図３に示されるように第
２の排気通路１９は第１の排気通路１８周りに環状をな
すように形成されているので第２の排気通路１９内に掃
気ガスが流入することによって三元触媒２１を外側から
加熱することができる。その結果三元触媒２１は第１の
排気通路１８を介して三元触媒２１内に流入する既燃ガ
スによって加熱されると共に第２の排気通路１９内に流
入する掃気ガスによっても加熱されるようになる。した
がって、例えば機関始動時のように排気ガス温度が低い
ときであっても三元触媒２１をその活性温度まで加熱す
ることができるために三元触媒２１における排気ガスの
良好な浄化が確保できる。

【００１５】第１の排気通路１８および第２の排気通路
１９内をそれぞれ流れた排気ガスは図３に示されるよう
に三元触媒２１の下流で合流せしめられ、次いで酸化触
媒２２に導入される。酸化触媒２２では特にＣＯおよび
未燃ＨＣが浄化せしめられる。

【００１６】図９および図１０を参照して燃焼室４内に
おける新気の流れを説明する。図９を参照すると給気弁
６および排気弁７が開弁すると矢印Ｗで示されるように
各給気弁６を介して燃焼室４内に空気が流入する。この
とき、排気弁７側の各給気弁６の開口はマスク壁８ａに
よって覆われているので空気はマスク壁８ａと反対側の
各給気弁６の開口から燃焼室４内に流入する。この空気
は矢印Ｗ１およびＷ２で示すように互いに並列して流動
する一対の空気流の形で各給気弁６下方のシリンダボア
内壁面に沿いつつ下降し、次いで図９および図１０に示
されるように各空気流Ｗ１およびＷ２は互いに並列して
ピストン２の頂面上を排気弁７下方のシリンダボア内壁
面に向けて流れる。

【００１７】このときに一方の空気流Ｗ１は凹溝２４内
に流入し、次いで凹溝側壁面２４ｂにより案内されて凹
溝端部２４ａに向かう。次いでこの空気流Ｗ１は凹溝端
部２４ａにおいて上方に向きを変え、燃焼室４の中央部
を上方に向けて流れる。これに対して他方の空気流Ｗ２
はほとんど凹溝２４内に流入することなくピストン２の
頂面上をまっすぐに流れ、排気弁７下方のシリンダボア
内壁面に達する。図１０からわかるようにこの空気流Ｗ
２は燃焼室４の周辺方向に沿って流れており、したがっ
てこの空気流Ｗ２は排気弁７下方のシリンダボア内壁面
に達するとシリンダボア内壁面に沿って旋回しつつ上昇
する。

【００１８】すなわち、空気流Ｗ１も空気流Ｗ２と同様
にピストン２の頂面上をまっすぐに流れたとすると空気
流Ｗ２が旋回しようとしても空気流Ｗ１に阻まれて旋回
することができず、したがってこの場合には空気流Ｗ１
およびＷ２は旋回することなく互いに並列をなして排気
弁７下方のシリンダボア内壁面に沿って上昇する。しか
しながら一方の空気流Ｗ１の流動を側壁面２４ｂによっ
て阻止すると他方の空気流Ｗ２がシリンダボア内壁面に
達したときにはこの空気流Ｗ２の旋回運動はもはや空気
流Ｗ１によって阻止されず、その結果この空気流Ｗ２は
シリンダボア内壁面に沿って旋回することになる。

【００１９】このように旋回する空気流Ｗ２が発生する
と給気弁６から空気が流入するにつれてピストン２の頂
面上に形成される空気層が徐々に増大していき、このた
め燃焼室４の上部領域に存在する既燃ガスから順次排出
されていく。その結果、良好な掃気作用が確保されるこ
とになる。なお、ピストン２が下死点ＢＤＣを過ぎて上
昇を開始するとその後各燃料噴射弁２３ａ，２３ｂから
の燃料噴射作用が開始されるが空気流Ｗ２の旋回運動は
排気弁７が閉弁した後、圧縮行程未期まで持続する。

【００２０】これまで述べてきた実施例では第１の排気
通路１８内に三元触媒２１が配置されたが三元触媒の代
わりに還元触媒を配置してもよい。また、第２の排気通
路１９内に流入した排気ガスのみを酸化触媒２２に導入
するようにしてもよい。

【００２１】

【発明の効果】三元触媒の周りに環状をなす第２の排気
通路を設けてこの第２の排気通路内に排気ガスを流入せ
しめるようにして三元触媒を外周面からも加熱するよう
にしているので排気ガス温度が低いときにも三元触媒の
触媒活性を確保できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】２サイクル機関の断面図である。

【図２】シリンダヘッドの底面図である。

【図３】２サイクル機関の全体図である。

【図４】ピストン頂面の平面図である。

【図５】三元触媒におけるＮＯ_X の浄化率と排気ガス中
の酸素濃度との関係を示す線図である。

【図６】給気弁の開閉時期と排気弁の開閉時期との関係
を示す線図である。

【図７】排気行程時を示す２サイクル機関の側面断面図
である。

【図８】掃気行程時を示す２サイクル機関の側面断面図
である。

【図９】掃気行程時を示す２サイクル機関の側面断面図
である。

【図１０】掃気行程を示すピストン頂面の平面図であ
る。

【符号の説明】

６…給気弁 ７…排気弁 １３…排気ポート １８…第１の排気通路 １９…第２の排気通路 ２０…既燃ガス導入口 ２１…三元触媒 ２２…酸化触媒

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｂ 25/20 Ｂ 7114−3Ｇ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダヘッドの一側に給気通路を形成
   して給気弁を配置すると共にシリンダヘッドの他側に排
   気通路を形成して排気弁を配置し、燃焼室から排気ガス
   を排出するときにはまず排気弁が開弁して新気を含まな
   い既燃ガスを排気通路内に排出し次いで排気弁を開弁し
   つつ給気弁を開弁して新気により燃焼室内を掃気するよ
   うにした２サイクル内燃機関において、排気通路内に該
   排気通路の軸線方向に延びる既燃ガス導入管を配置する
   と共に既燃ガス導入口を排気通路の軸線上に配置して前
   記既燃ガス導入管内周面により画定された第１の排気通
   路を形成すると共に既燃ガス導入管外周面と排気通路内
   周面間に環状をなす第２の排気通路を形成し、新気を含
   まない既燃ガスが既燃ガス導入口から第１の排気通路内
   に流入し次いで第１の排気通路内に配置された三元触媒
   または還元触媒に流入すると共に新気を含んだ排気ガス
   が少なくとも第２の排気通路内に流入するようにし、少
   なくとも第２の排気通路内に流入した排気ガスが酸化触
   媒に流入するようにした２サイクル内燃機関。