JPS5926787B2 - 活性熱雰囲気燃焼２サイクル内燃機関の排気ガス再循環装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は活性熱雰囲気燃焼２サイクル内燃機関の排気ガ
ス再循環装置に関する。

燃料消費量および排気ガス中の有害成分を大巾に低減で
きると共に静粛な運転が得られる２サイクル内燃機関と
して、燃焼室に近い側−に位置する掃気通路の断面積に
比べてクランク室に近い側に位置する掃気通路の断面積
を小さく形成し、新気がクランク室に近い側に位置する
掃気通路内を高速度で流れる間に燃料の気化を促進し、
燃焼室に近い側に位置する掃気通路内において新気を減
速することにより新気を低速度で燃焼室内に流入せしめ
、これらの燃料の気化促進作用と新気の低速度流入作用
によって燃焼室内に活性熱雰囲気を醸成し、次いでこの
雰囲気状態を圧縮行程期間中継続的に持続させて圧縮行
程末期に新気を点火栓によらずに発火燃焼せしめるよう
にした活性熱雰囲気燃焼２サイクル内燃機関が既に本出
願人により提案されている。

この２サイクル内燃機関において活性熱雰囲気を醸成す
るには燃料の気化をできるだけ促進することが必要であ
り、そのためには新気を加熱することが好ましい。

本発明は高温の排気ガスを機関吸気系に再循環すること
によって燃料の気化を促進させるようにして活性熱雰囲
気を確実に醸成できるようにし、更゛に排気ガスの再循
環作用によって排気ガス中のＮＯｘを低減するようにし
た活性熱雰囲気燃焼２サイクル内燃機関を提供すること
にある。

従来の２サイクル内燃機関では特開昭５１＝８９９２２
号公報に記載されているように燃焼室内に供給される新
気に排気ガスを含有せしめるようにしたものもあるが、
通常は着火性が悪化するので排気ガスを再循環せしめる
ことはない。

上述の特開昭５１−８９９２２号公報に記載された２サ
イクル機関は吸気行程末期にクランク室内に不活性ガス
、例えは排気ガスを導入してクランク室内の圧力を高め
、それによって特に低負荷運転時に燃焼室内の既燃ガス
に対する掃気作用を向上することにより不整爆発を抑制
して未燃ＨＣの排出量を低減せしめることを意図したも
のである。

従ってこの２サイクル内燃機関は再循環排気ガスによる
燃料の気化促進作用とＮＯｘの低減作用を意図したもの
ではないが、この２サイクル内燃機関においても燃料の
気化が促進されかつＮＯｘが低減せしめられるものと考
えられる。

しかしながらこのようにクランク室内に排気ガスを導入
すれは燃焼室内の既燃ガスに対する掃気作用を向上する
ことができるが燃焼室内に供給される新気が排気ガスを
含有しているので着火前に燃焼室内に存在する排気ガス
および既燃ガス等の燃焼に寄与しないガス量には変化は
なく、従って掃気作用が向上したとしても依然として着
火性が向上はしないであろう。

このように点火栓により新気を着火するようにした従来
の２サイクル内燃機関では必然的に排気ガスを再循環す
れはそれだけ着火性が悪化する。

従って従来の点火方法を採用している限り、着火性を悪
化させることなく排気ガスを再循環させることは困難で
ある。

これに対して本発明では特に部分負荷運転時において点
火栓により新気を着火するようにしていないので従来の
２サイクル内燃機関のように排気ガスの再循環によって
点火性による着火性が悪化するというような問題は生じ
ない。

即ち、本発明では新気が良好に着火するか否かは活性熱
雰囲気の形成状態に依存しており、活性熱雰囲気が良好
に醸成できれは新気は再循環排気ガスが多量にシリンダ
内に存在していると否とにかかわらずに自然発火燃焼す
るのである。

このように本発明ではシリンダ内に再循環排気ガスが存
在するか否かということと新気の着火性との間には何ら
直接的な関係はなく、この点が従来の２サイクル内燃機
関と根本的に異なるところである。

それよりはむしろ本発明では再循環排気ガスを供給する
ことによって燃料の気化が促進され、従って再循環排気
ガスが活性熱雰囲気の醸成に太き（寄与しているのであ
る。

云い換えると再循環排気ガスを供給することによって活
性熱雰囲気の醸成作用が促進され、それによって新気が
容易に着火するようになるのである。

このように本発明による活性熱雰囲気燃焼２サイクル内
燃機関では再循環排気ガスが新気の着火を容易ならしめ
ることに寄与しており、従って別の言い方をすれば再循
環排気ガスが着火性を向上することに寄与している。

このように再循環排気ガスにより着火を向上できるのは
新規な構造の活性熱雰囲気燃焼２サイクル内燃機関に排
気ガス再循環作用を適用したからであり、従来の２サイ
クル内燃機関に単に排気ガスを再循環させた場合とは再
循環排気ガスの作用効果が全く異なることは明らかであ
る。

以下、添付図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図並びに第２図を参照すると、１はクランクケース
、２はクランクケース１」−に固締されたシリンダブロ
ック、３はシリンダブロック２上に固締されたシリンダ
ヘッド、４はほぼ平坦な頂面を有しかつシリンダブ七ツ
ク２内に嵌着されたシリンダライナ５内で往復動可能な
ピストン、６はシリンダヘッド３とピストン４間に形成
された燃焼室、７は燃焼室６の頂点に配置された点火栓
、８はクランクケース１内に形成されたクランク室、９
はバランスウェイト、１０は連接棒、１１はシリンダラ
イナ５に形成された吸気孔、１２は吸気通路、１３は気
化器、１４は気化器スロットル弁、１５はシリンダライ
ナ５に形成された一対の掃気孔、１６はシリンダライナ
５に形成された排気孔、１７は排気管、１８は排気通路
、５０はエアクリーナを夫々示す。

排気管１Ｔには排気通路１８内に開口する排気ガス取出
しポート５１が形成され、この排気ガス取出しポート５
１は再循環排気ガス導管５２を介して気化器１３上流の
吸気通路１２内に開口する排気ガス供給ポート５３に連
結される。

再循環排気ガス導管５２内には電磁開閉弁５４が配設さ
れ、この電磁開閉弁５４のソレノイドはシリンダブロッ
ク２に取付けられた感温スイッチ５５並びにイグニッシ
ョンスイッチ５６を介して電源５７に連結される。

感温スイッチ５５はシリンダブロック２の温度が所定温
度以下のときオンとなり、一方該温度が所定温度以上の
ときオフとなるスイッチである。

また電磁開閉弁５４は通電時に再循環排気ガス導管５２
を遮断し、一方非通電時に再循環排気ガス導管５２を開
放する。

従がってイグニッションスイッチ５６がオン状態に切換
えられたときシリンダブロック２の温度が低いとき、即
ち暖機運転時には排気ガスの再循環は停止され、一方シ
リンダブロック２の温度が上昇すると電磁開閉弁５４は
開弁して排気ガスが吸気通路１２内に再循環される。

この場合、排気通路１８内の排気ガス圧は吸入空気量に
比例して高くなり、従がって排気通路１８内と吸気通路
１２内の圧力差は吸入空気量に比例して大きくなるので
再循環排気ガス量は吸入空気量に比例することになる。

また本発明による２サイクル内燃機関ではＥＧＲ率が４
０パ一セント程度までの大量の排気ガスを再循環するこ
とが可能である。

なお第１図並びに第２図に示す実施例はシュニューレ方
式２サイクル内燃機関であってその有効圧縮比は６．５
である。

第２図、第５図並びに第６図に示すようにクランクケー
ス１は３個のクランクケース部分１ａ。

１ｂ、Ｉｃから構成される。

シリンダブロック２内には掃気孔１５において燃焼室６
内に開口しかつシリンダライナ５の外壁に沿って垂直方
向に延びる一対の掃気通路１９が形成され、この掃気通
路１９はクランクケース１の上端部に形成されて掃気通
路１９と整列する一対の掃気通路２０に連結される。

以下、掃気通路１９と２０とを合わせて第２掃気通路と
称す。

第３図はクランクケース部分１ｃの内壁面を示し、第４
図はクランクケース部分１ａの内壁面を示す。

第３図並びに第４図を参照すると、クランクケース部分
１ａ、Ｉｃの内壁面上にはその円形周辺部に沿って延び
る溝２１ａ、２１ｂが形成され、これら溝２１ａ、２１
ｂの半径方向内方のクランクケース部分１ａ、１ｃ内壁
面上には幅りの浅い環状溝２２が形成される。

またこの環状溝２２の底面上には環状溝２２に沿って延
びる溝２３が形成される。

溝２１ａ、２１ｂはそれらの下端部２４において互いに
連結されており、溝２３の一端部２５は各クランクケー
ス部分１ａ。

１ｃ内に穿設された孔２６を介して溝２１ａと２１ｂと
の下端部２４に連結される。

一方、溝２３の他端部２７は下方に延びる短かな垂直溝
２８に連結される。

第２図に示されるように環状溝２２内には環状板２９が
嵌込まれ、この環状板２９は第２図に示されるようにク
ランクケース部分１ａ、Ｉｂ、１ｃが互に重ね合わされ
たときクランクケース部分１ｂにより夫々クランクケー
ス部分１ａ、Ｉｃ上に押付けられる。

従って第２図、第３図並びに第４図からクランクケース
部分１ ａ。

１ｂ、１ｃとが互いに重ね合わされてクランクケース１
を形成したとき合溝２１ａ、２１ｂ、２３゜２８が通路
を形成することがわかる。

更に第２図並びに第６図から溝２１ａ、２１ｂは溝２３
よりも深いことがわかる。

各クランクケース部分１ａ。１ｃの内壁面上端部には溝
２１ａ、２１ｂとほぼ等しい深さを有しかつ掃気通路２
０を形成する溝３０が形成され、この溝３０の底部両端
部に合溝２１ａ、２１ｂが開口する。

第１図並びに第２図に示されるようにクランクケース部
分１ｂの下端部内には各クランクケース部分１ａ、Ｉｃ
内に形成された各垂直溝２８と整列する横孔３１が形成
され、この横孔３１はクランク室８の底壁面上に穿設さ
れた垂直孔３２を介してクランク室８内に連結される。

斯くして各掃気通路２０は溝２１ ａ’。２１ｂ、孔２
６．溝２３ 、２８ 、横孔３１．垂直孔３２を介して
クランク室８内に連結されることになる。

以下、溝２１ａ、２１ｂ、孔２６．溝２３ 、２８ 、
横孔３１．垂直孔３２を合わせて第１掃気通路と称す。

従ってクランク室８はこの第１掃気通路と前述の第２掃
気通路を介して燃焼室６内に連結される。

第１図、第２図、第６図並びに第７図を参照すると、ク
ランクケース部分１ｂの下端部内において横孔３１の下
方にクランクケース部分１ ａ、１ ｃに形成された合
溝２１ｂを連通ずる横孔３３が形成され、この横孔３３
内にその全体を符号３４で示す開閉制御弁が設けられる
。

この開閉制御弁３４は、一対の開口３５を有するスリー
ブ３６と、一対の開口３７を有する中空円筒状の回転弁
３８とから構成される。

スリーブ３６はクランクケース部分１ｂの下側面上に形
成された孔３９内に嵌着されかつ開口３５が横孔３３と
整列するようにナツト４０により固締される。

また回転弁３８の弁室４１は整列配置の垂直孔４２と３
２を介して常時クランク室８内に連結され、一方回転弁
３８の下側面には制御ロッド４３が固着される。

この制御ロッド４３に固着されたレバー４４の先端部は
ワイヤ４５を介してアクセルペダル４６に連結され、更
にスロットル弁１４に固着されたレバー４７の先端部も
ワイヤ４Ｂを介してアクセルペダル４６に連結される。

第７図はスロットル弁１４の開度が小さな部分負荷運転
時を示している。

このとき回転弁３８により開口３５は閉塞されており、
従ってクランク室８は横孔３１．溝２８ 、２３ 、孔
２６．溝２１ａ、２１ｂを介して、即ち第１掃気通路を
介して掃気通路２０に連結される。

一方、アクセルペダル４６が踏み込まれるとスロットル
弁１４並びに回転弁３８は回転し、スロットル弁開度が
全開に対してほぼ３／４開度以上になると弁室４１は開
口３７．３５を介して横孔３３に連結される。

従ってこのとき後述するようにクランク室８内の新気は
垂直溝３２ 、４２ 、開口３γ、３５．横孔３３並び
に溝２１ａ、２１ｂを介して掃気通路２０内に供給され
ることになる。

即ち、横孔３３は高負荷運転時に溝２３を経ずして新気
を溝２１ａ、２１ｂに供給するためのバイパス通路を形
成する。

部分負荷運転時、即ち回転弁３８が開口３５を閉塞して
いるとき吸気孔１１からクランク室８内に再循環排気ガ
スと共に導入された新気はピストン４の下降に伴って圧
縮され、次いで垂直孔３２を介して横孔３１内に押込ま
れる。

このときクランク室８内に導入された新気は多量の液状
成分を含んでいるがこの液状成分は比較的高温の再循環
排気ガスによって気化が促進される。

次いで再循環排気ガスを含んだ新気は垂直溝２８．溝２
３゜孔２６を介して溝２１ａ、２Ｉｂ内に流入する。

第１図並ひに第６図かられかるように溝２３の断面積は
極めて小さなため新気は溝２３内を高速度で流れ、次い
で、溝２１ ａ ｔ ２１ ｂ内に送り込まれる。

このように新気は溝２３内で流動エネルギを与えられる
のでこの間に更に液状燃料の気化が促進されることにな
る。

次いで新気が溝２１ａ。２Ｉｂ内に送り込まれるが溝２
１ａ、２１ｂの断面積は溝２３の断面積よりも大きくか
つ２本の溝２１ａ、２Ｉｂ内を新気が２分されて流れる
ので流速は低下する。

しかしながら溝２１ａ、２Ｉｂ内を流れる新気の流速は
速く、溝２３内で気化することのできなかった液状燃料
が溝２１ ａ、２ Ｉ ｂ内で十分に気化される。

このようにして液状燃料の気化が十分促進された後、第
１掃気通路内の新気は第２掃気通路内に送り込まれる。

このとき合溝２１ａ、２１ｂから送り出される新気は掃
気通路２１内で互いに衝突しかつ溝２１ａ、２１ｂの断
面積よりも掃気通路２０の断面積の方がはるかに大きな
ため、合溝２１ ａ ｔ ２ ｌ ｂから送り出された
新気は急激に減速せしめられる。

次いでこの新気は掃気通路２０ 、１９内を低速度で上
昇し、ピストン４が掃気孔１５を開口したときに低速度
で燃焼室６内に流入する。

ピストン４が掃気孔１５を開口して新気が燃焼室６内に
流入する際、クランク室８内の圧力が燃焼室６内の圧力
よりもかなり高くても溝２３は断面積が小さなため絞り
作用を行ない、この絞り作用によって新気は急速に燃焼
室６内に噴出することができず、その結果新気の流入速
度は流入期間全体に亘って低速となる。

このように新気が低速で燃焼室６内に流入するので燃焼
室６内における残留既燃ガスの流動はほとんど生ぜず、
斯くして残留既燃ガスの熱の逸散が阻止され、それによ
り残留既燃ガスは高温に保持される。

特に部分負荷運転時の圧縮始めには燃焼室６内に多量の
残留既燃ガスが存在する。

このように燃焼室６内の残留既燃ガスは大量かつ高温で
あるため、燃焼室６内に送り込まれた新気は加熱されて
ラジカルを発生し、その結果燃焼室６内に活性熱雰囲気
（ラジカルの発生している雰囲気を活性熱雰囲気という
）が形成される。

圧縮行程特甲燃焼室６内におけるガス流動が非常に小さ
いので乱れと燃焼室壁面一＼の熱エネルギ損失が少ない
ため、燃焼室６内のガスは圧縮が進むにつれて益々高温
となり、その結果新気は一層ラジカルを発生する。

このようにラジカルを発生しているときには前炎反応と
呼はれる燃焼が既に開始されており、圧縮行程末期にな
って燃焼室６内のガス温度が高くなると熱炎を発して点
火栓７によらず自己着火する。

次いで残留既燃ガス並びに再循環排気ガスにより制御さ
れたおだやかな燃焼が行なわれ、ピストン４が下降して
排気孔１６を開口すると燃焼室６内の既燃ガスが排気通
路１８内に排出される。

高負荷運転時、即ちスロットル弁１４が大きく開かれた
とき前述したようにクランク室８は回転弁３８の開口３
７．開口３５．横孔３３を介して、即ちバイパス通路を
介して溝２１ａ、２１ｂに連結される。

このとき溝２１ａ、２１ｂは溝２３並びに横孔３１を介
してクランク室８と連通している。

しかしながら通路長の長い溝２３および横孔３１の流れ
抵抗は通路長の短いバイパス通路の流れ抵抗よりも大き
く、従って大部分の再循環排気ガスを含んだ新気は垂直
孔３２，４２．弁室４１゜開口３７ 、３５ 、横孔３
３を介して溝２１ａ。

２ｉｂ内に流入する。

このように高負荷運転時にはクランク室８内の新気が流
れ抵抗の小さなバイパス通路を介して溝２１ａ、２ｉｂ
内に送り込まれるので多量の新気が高速度で溝２１ａ、
２Ｉｂ内を流通せしめられる。

従ってこのときにも溝２１ａ、２ｉｂ内を流れる新気に
は流動エネルギが与えられ、斯くして液状燃料の気化が
促進されることになる。

次いで新気は比較的高速度で掃気通路２０ 、１９内を
上昇し、次いで燃焼室６内に流入する。

このときの新気の流入速度は比較的速いため燃焼室６内
の残留既燃ガスには乱れと流動が発生し、斯くしてこの
とき完全な活性熱雰囲気燃焼が行なわれずに点火栓７に
よる燃焼が行なわれるが従来に比して液状燃料の気化は
大巾に向上されかつ燃焼室６内での熱の逸散が小さいの
で燃料消費率は向上しかつ再循環排気ガスの効果も加わ
って排気ガス中の有害成分は大巾に低減する。

第８図に別の実施例を示す、なお第８図において第１図
と同様の構成要素は同一の符号で示す。

この実施例では第８図に示すように吸気通路１２と排気
通路１８とが一体形成のマニホルド６０内に形成されか
つこれら吸気通路１２と排気通路１８とは共通の隔壁６
１により隔成される。

またこの隔壁６１上には気化器１３上流の吸気通路１２
と排気通路１８とを連通ずる開孔６２が形成され、この
開孔６２を介して吸気通路１２内に排気ガスが再循環さ
れる。

この実施例では吸気通路１２の内壁面が排気ガスによっ
て効果的に加熱されるので吸気通路１２内において液状
燃料の気化が促進され、かつ開孔６２を設けるだけで容
易に排気ガスを再循環することができる。

以上述べたように本発明によれは再循環排気ガスによっ
て燃料の気化を促進することにより活性熱雰囲気燃焼を
促進でき、即ち着火性を向上でき、同時にＮＯｘの排気
量も低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による２サイクル内燃機関の側面断面図
、第２図は第１図の側面断面図、第３図はクランクケー
ス部分１ｃの内壁面を示す図、第４図はクランクケース
部分１ａの内壁面を示す図、第５図はクランクケースの
平面図、第６図はクランクケースの底面図、第７図は第
２図の■−■線に沿ってみた断面図、第８図は第１図の
別の実施例の側面断面図である。 ６・・・燃焼室、１１・・・吸気孔、１５・・・掃気孔
、１６・・・排気孔、１９，２０・・・掃気通路、２１
ａ。 ２１ｂ、２３．２８・・・溝、５２・・・再循環排気ガ
ス導管、６２・・・開孔。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 機関燃焼室内に開口する掃気孔に掃気通路の一端部
   を連結し、該掃気通路の他端部を該掃気通路よりも流路
   面積が小さく流路長が長い別個の掃気通路を介してクラ
   ンク室内に連結し、排気通路を排気ガス再循環通路によ
   り吸気通路からクランク室を経て掃気通路に至る新気流
   通路内に連結した活性熱雰囲気燃焼２サイクル内燃機関
   の排気ガス再循環装置。