JPH06241127A - ２サイクル内燃機関の排気ガス再循環装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ２サイクルエンジンの掃気行程時の新気を多
く含む排気を給気側に還流させて排気の酸素濃度上昇を
防止する。 【構成】 ２サイクルエンジン１の各シリンダ排気ポー
ト１３の排気弁１４近傍にＥＧＲポート２１を配置する
とともにＥＧＲポートを開閉する制御弁２２を設ける。
制御弁２２はシリンダ給気弁１２の開弁期間中にＥＧＲ
ポートを開放するとともにＥＧＲポート開放中は排気ポ
ートに突出して排気ポートを絞るようにする。掃気行程
時にＥＧＲポートが開放され、同時に排気ポートの排気
抵抗が増大するので掃気行程時の排気ポート圧力が高く
保たれ、新気を多く含む掃気行程の排気を多量に給気側
に還流させることができ、排気通路に流れる排気の酸素
濃度上昇が防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は２サイクル内燃機関の排
気ガス再循環装置に関し、詳細には各シリンダの行程に
同期して排気ガスの再循環を行うタイムドＥＧＲ装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】２サイクルエンジンでは、シリンダの爆
発行程後、まず排気弁を開弁してシリンダ内の高圧の既
燃ガスを排気ポートにブローダウンさせ、その後排気弁
を開弁したまま給気弁を開弁して掃気ポンプによりシリ
ンダ内に給気を送り込み、新気によるシリンダ内の既燃
ガスの掃気を行っている。このため、掃気期間中、特に
シリンダ内に新気の充填が進んだピストン下死点近傍以
降では給気弁から供給された新気が位置的に近い排気ポ
ートに直接吹き抜ける新気の吹き抜けが生じる。新気の
吹き抜けが生じると排気ガスには多くの新気が混入し、
排気ガス中の酸素濃度が上昇するため、三元触媒を用い
た排気浄化装置ではＮＯ_X の転換効率が低下して排気エ
ミッションが悪化する問題が生じる。

【０００３】この排気エミッションの悪化を防止するた
めには、上記の新気吹き抜けによる酸素濃度上昇を考慮
した上で三元触媒に到達する排気が理論空燃比近傍にな
るように燃料供給量を増大して燃焼時の空燃比を理論空
燃比より大幅にリッチ側にすることも考えられる。しか
し、燃料供給量を増大させたのでは燃費の悪化を生じる
とともに、燃焼時の空燃比が過濃となるため燃焼が悪化
して機関出力が低下する等の問題が新たに生じる。

【０００４】この問題を解決するために、掃気期間中の
新気を多く含んだ排気を給気側に再循環させることによ
り、燃料供給量を増大させることなく三元触媒での酸素
濃度の上昇を防止する排気ガス再循環（ＥＧＲ）装置が
考案されている。この種のＥＧＲ装置の例としては例え
ば実開平３─５９６１号公報に記載されたものがある。
同公報のＥＧＲ装置は、排気系に第一の排気通路と第二
の排気通路とを設け、第一の排気通路には新気を殆ど含
まない排気ブローダウン中の排気ガスを流し、第二の排
気通路には多量の新気を含む掃気期間中の排気を流すよ
うにするとともに上記第二の排気通路と機関給気通路と
をＥＧＲ通路で接続して多量の新気を含む排気ガスのみ
を給気通路に還流させるようにしている。

【０００５】ところが、上記実開平３─５９６１号公報
の装置では新気を多く含む掃気期間中の排気を十分に給
気側に還流させることができない場合が生じる。すなわ
ち、排気通路内の圧力は全作動行程を通じて一定ではな
く排気弁閉弁直後等に一時的に排気通路内圧力が給気通
路内圧力より低くなる期間が生じる場合がある。実開平
３─５９６１号公報の装置ではＥＧＲ実施中にはＥＧＲ
通路は常時開放されているため、上記のように排気通路
内圧力が給気通路内圧力より低くなるとＥＧＲ通路内の
新気を多量に含む排気や、給気通路内の新気がＥＧＲ通
路から排気通路内に逆流する場合が生じる。このような
逆流が生じると掃気期間中の新気を多く含む排気を十分
に給気通路側に還流させることができなくなり、その結
果排気通路内の排気の酸素濃度が上昇してしまう問題が
生じる。

【０００６】本願出願人は、この問題を解決するために
ＥＧＲ通路にシリンダ行程に同期して開閉する制御弁を
設け、排気通路内圧力が低下して上記逆流が生じる期間
中は該制御弁を閉弁することにより逆流を防止したＥＧ
Ｒ装置を既に提案している（特願平４─２４８０６９
号）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】２サイクル内燃機関に
おいては、排気ポート内の排気圧力は排気弁開弁直後の
ブローダウン時に最大となり、その後の掃気行程時には
圧力が低下して行く。このため掃気期間中には排気ポー
トと給気通路との圧力差が小さくなっており、ＥＧＲ通
路を通って給気通路に排気が還流しにくくなる傾向があ
る。特に、給気通路のスロットルバルブの下流側に過給
機を配置した場合には、過給機の駆動損失を低減するた
めにスロットルバルブ下流側の圧力（過給機入口圧力）
をできるだけ高く保持する必要があるため、スロットル
バルブ下流側の給気通路圧力は大気圧に近い値に設定さ
れる。従って通常、掃気期間中の排気ポートと給気通路
内の圧力差は小さくなるため、掃気期間中の排気を十分
に給気通路に還流させることが出来なくなる問題が生じ
る。上記特願平４─２４８０６９号に提案したＥＧＲ装
置も、ＥＧＲ通路を通って新気の逆流が生じることは防
止できるものの、掃気期間中の圧力差の低下による排気
還流量の低下は防止し得ない。

【０００８】この問題を解決するためには、例えば排気
ポートに絞り弁を設け、機関回転数または負荷に応じて
排気ポートを絞ることにより排気圧力を高く維持するよ
うにすることも考えられるが、排気ポートを絞ったので
は掃気期間中のみならずブローダウン時にも排気抵抗が
大きくなり、シリンダ内の既燃ガスがブローダウン中に
十分に排出されず掃気効率が悪化する問題が新たに生じ
る。また、この掃気効率の悪化を防ぐために給気圧力を
増大したのでは、結局過給機の駆動損失が増加すること
になり燃費が悪化するという問題が生じる。

【０００９】本発明は、上記問題に鑑み、掃気行程時の
排気ポート圧力低下による排気還流量の低下を防止し、
燃費の増加を招くことなく排気酸素濃度上昇を防止する
ことができる２サイクル内燃機関の排気ガス再循環装置
を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、シリン
ダ掃気期間中に排気ガス再循環を行う２サイクル内燃機
関の排気ガス再循環装置において、各シリンダ排気ポー
トの排気弁近傍に開口しシリンダ排気ポートを機関給気
通路に連通する排気還流通路と、前記排気還流通路の排
気ポートへの前記開口部を開閉する制御弁とを備え、前
記制御弁は前記開口部をシリンダ給気弁の開弁期間中に
開放するとともに前記開口部開放中は前記排気ポートを
絞ることを特徴とする２サイクル内燃機関の排気ガス再
循環装置が提供される。

【００１１】

【作用】制御弁はシリンダ給気弁の開弁期間中に排気ポ
ートの排気還流通路への開口部を開放するため、新気を
多く含む掃気期間中の排気のみが排気還流通路を通って
給気通路に導かれる。また、制御弁は排気還流通路の開
口部を開放中は排気ポートを絞るため前記開口部開放中
には排気圧が上昇し、給気通路との間に十分な圧力差が
生じるので掃気期間中の排気還流量の低下が防止され
る。また、制御弁は前記開口部閉鎖中は排気ポートの絞
りを解除するのでブローダウン時の排気抵抗は低く保た
れる。

【００１２】

【実施例】図１に本発明を適用する２サイクル内燃機関
の排気再循環装置の一実施例を示す。図１において１は
２サイクルエンジン、２は給気通路、３はスロットル
弁、４は給気通路２のスロットル弁３下流に設けられた
過給機である。また、１１はエンジン１の各気筒の給気
ポート、１２は給気弁、１３は各気筒の排気ポート、１
４は排気弁、１５は各気筒内に直接燃料を噴射する筒内
燃料噴射弁である。

【００１３】各気筒の排気ポート１３の排気弁１４近傍
の壁面には排気ガスを取り入れるＥＧＲポート２１が開
口している。各ＥＧＲポート２１は共通のＥＧＲマニホ
ルド２４に連通しており、各気筒のＥＧＲポート２１か
ら取り入れられた排気ガスはここでまとめられ、単一の
ＥＧＲ通路２５を通って給気通路２のスロットル弁３下
流側負圧部に還流される。

【００１４】また、ＥＧＲポート２１の開口部には制御
弁２２が設けられており、後述のように各気筒の行程に
同期してＥＧＲポート２１の開閉と排気ポート１３の絞
りを行っている。図２、図３は制御弁２２の構成の第一
の実施例を示す図である。図３に示すように、本実施例
では制御弁２２は円柱状の外形を有するロータリ弁の形
式であり、各気筒のＥＧＲポート２１を横断して配置さ
れる。また、制御弁２２は図示しないエンジンクランク
軸からタイミングベルト等を介して駆動され、クランク
軸と同じ速度で同期回転する。また、図２、図３に示す
ように制御弁２２の各気筒のＥＧＲポート２１開口部に
対応する部分にはそれぞれ外周部に平坦部２６をなす切
欠きと、内部ガス通路２７とが形成されている。

【００１５】本実施例では制御弁２２のそれぞれのガス
通路２７は、それぞれ対応する気筒の給気弁開弁期間の
うち、給気弁開弁時から排気弁閉弁時までの期間ＥＧＲ
ポート２１とＥＧＲマニホルド２４とを連通するように
形成されている。また、制御弁２２は、図２に矢印で示
す方向に回転しその外周部が、ガス通路２７が排気ポー
ト１３に連通している回転位置では排気ポート１３内に
突出するように配置されている（図２に実線で示す）。
また、ガス通路２７が排気ポート１３に開口する直前の
位置では前記平坦部２６が排気ポート壁面と一致するた
め制御弁２２の外周部は排気ポート内には突出しない
（図２に点線で示す）。

【００１６】図４は各気筒の給気弁１２と排気弁１４の
開閉時期と制御弁２２のガス通路２７によるＥＧＲポー
ト２１とＥＧＲマニホルドとの連通期間との関係を示す
タイミング図である。図においてＴＤＣ、ＢＤＣはそれ
ぞれ各気筒のピストン上死点と下死点を示し、ＥＸＯ、
ＥＸＣはそれぞれ排気弁１４の開弁時期と閉弁時期を、
またＩＮＯ、ＩＮＣはそれぞれ給気弁１２の開弁時期と
閉弁時期を示すクランク角である。

【００１７】本実施例では、制御弁２２のガス通路２７
の両端の開口部２７ａと２７ｂ（図２参照）は、給気弁
の開弁時期（図４、ＩＮＯ）に制御弁２２の回転により
上記開口部２７ａが排気ポート１３に開口し始めると同
時に開口部２７ｂがＥＧＲマホルド２４に開口し始め
（図２に点線で示す状態）、排気弁の閉弁時期（図４、
ＥＸＣ）には開口部２７ｂがＥＧＲマニホルド２４に連
通する位置から外れ、ＥＧＲポート２１を閉鎖する位置
に配置されている。

【００１８】前述のように、爆発行程後排気弁が開弁す
ると（図４、ＥＸＯ）、気筒内の高圧の既燃ガスが排気
ポートに排出されるブローダウンが生じる（図４、区間
I）。この時、制御弁２２のガス通路開口部２７ａは排
気ポート１３には連通しておらず（図２、実線）、ＥＧ
Ｒポート２１は閉鎖されている。また、平坦部２６は排
気ポート壁面と一致しており制御弁２２外周部は排気ポ
ート内に突出しない。このため、排気ブローダウン時に
は排気抵抗が増大しないので既燃ガスの排出が良好にな
り気筒内残留ガスが減少する。

【００１９】次いで給気弁が開弁すると新気が給気ポー
トから流入し、掃気行程（図４、区間 II ）が開始され
る。この時、制御弁２２のガス通路開口部２７ａは排気
ポート１３に連通を開始し、排気ポート内の排気はガス
通路２７を介してＥＧＲマニホルド２４に導かれ、ＥＧ
Ｒマニホルド２４からＥＧＲ通路２５を通って給気通路
２に流入する。これにより、新気を多く含む掃気行程時
の排気のみが給気通路に供給され、排気通路に排出され
る排気の酸素濃度の上昇が防止される。

【００２０】又、掃気行程中は制御弁２２の回転につれ
て平坦部２６が回転し、制御弁２２外周の円弧部分が排
気ポート内に突出するようになり、掃気行程が進むにつ
れて排気ポート１３が絞られるため、排気抵抗の増大に
より排気ポート内の排気圧力が増大する。このため、掃
気行程時にも排気圧力は高く維持され、ＥＧＲ通路２５
を通る排気流量の低下が防止される。また、掃気期間に
排気ポート圧力が増大するため、給気ポートから排気ポ
ートに直接吹き抜ける新気の量が低減され、機関の掃気
効率が向上する。

【００２１】また、排気弁１４の閉弁時（図４、ＥＸ）
には、制御弁２２のガス通路開口部２７ｂはＥＧＲマニ
ホルド２４と連通する位置から外れ、ＥＧＲポート２１
を閉鎖する。このため、排気弁１４閉弁直後の排気圧力
低下によりＥＧＲ通路２５から新気が排気ポートに逆流
することが防止される。次に、図５に制御弁の構成の第
二の実施例を示す。本実施例では制御弁２２はポペット
弁として構成され、エンジン１のクランク軸からタイミ
ングベルト等を介して回転駆動されるカム６１により開
閉駆動される。本実施例においても、制御弁２２のＥＧ
Ｒポート２１開閉タイミングは図４と同一とされる。ま
た、本実施例では排気ポート１３壁面ののＥＧＲポート
２１には流れ方向下流側にマスク壁６２が形成されてい
る。マスク壁６２は制御弁２２開弁時ＥＧＲポート２１
の下流側周縁部と制御弁２２の弁体６３との間を閉鎖
し、排気ポート上流側から制御弁弁体の下側を通って排
気が下流側に通り抜けることを防止している。本実施例
では掃気行程中制御弁２２が開弁して弁体６３が排気ポ
ート１３内に突出することにより、ＥＧＲポート２１が
開口するとともに弁体６３の突出により排気ポート１３
の排気抵抗が増大して排気圧が上昇する。このため、本
実施例の構成によっても図２のロータリ弁を使用した場
合と同等の効果を得ることが出来る。

【００２２】図６は制御弁の構成の第三の実施例を示
す。本実施例では、制御弁２２はＥＧＲポート２１を開
閉する板状の弁体７２とロッド７３とから構成されてい
る。弁体７２はＥＧＲポート２１下流側周縁部にヒンジ
７４を介して取着されている。ロッド７３は図５と同様
な、図示しないカム軸とスプリングとにより駆動され、
往復動することにより弁体７２を開閉する。本実施例に
おいても制御弁２２のＥＧＲポート２１の開閉タイミン
グは図４と同一とされており、掃気行程時に制御弁２２
が開弁してＥＧＲポート２１が開放されるとともに、制
御弁の弁体７２の上流側端部が排気ポート１３内に突出
して排気抵抗を増大させるため上述の実施例と同等の効
果が得られる。

【００２３】

【発明の効果】本発明は、２サイクル内燃機関の各シリ
ンダ排気ポートの排気弁近傍に配置したＥＧＲポートを
開閉する制御弁を設け、該制御弁によりシリンダ給気弁
開弁期間中にＥＧＲポートを開放するとともにＥＧＲポ
ート開放中排気ポートを絞るようにしたたため、掃気行
程時の排気ポート圧力低下による排気還流量の低下を防
止することができる。このため、燃費の増大や機関出力
低下を伴うことなく掃気行程中の新気を多く含む排気を
十分に給気通路に還流させることができ、排気通路に流
れる排気の酸素濃度上昇を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の排気ガス再循環装置の実施例の構成を
示す図である。

【図２】制御弁の構成の第一の実施例を示す図である。

【図３】制御弁の構成の第一の実施例を示す図である。

【図４】ＥＧＲポートの開閉タイミングを説明する図で
ある。

【図５】制御弁の構成の第二の実施例を示す図である。

【図６】制御弁の構成の第三の実施例を示す図である。

【符号の説明】

１…２サイクルエンジン ２…給気通路 ３…スロットル弁 ４…過給機 １２…給気弁 １３…排気ポート １４…排気弁 ２１…ＥＧＲポート ２２…制御弁 ２４…ＥＧＲマニホルド ２５…ＥＧＲ通路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダ掃気期間中に排気ガス再循環を
   行う２サイクル内燃機関の排気ガス再循環装置におい
   て、各シリンダ排気ポートの排気弁近傍に開口しシリン
   ダ排気ポートを機関給気通路に連通する排気還流通路
   と、前記排気還流通路の排気ポートへの前記開口部を開
   閉する制御弁とを備え、前記制御弁は前記開口部をシリ
   ンダ給気弁の開弁期間中に開放するとともに前記開口部
   開放中は前記排気ポートを絞ることを特徴とする２サイ
   クル内燃機関の排気ガス再循環装置。