JPH0211814A - ２ストロークオットーサイクルエンジン - Google Patents

２ストロークオットーサイクルエンジン

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JPH0211814A
JPH0211814A JP1106080A JP10608089A JPH0211814A JP H0211814 A JPH0211814 A JP H0211814A JP 1106080 A JP1106080 A JP 1106080A JP 10608089 A JP10608089 A JP 10608089A JP H0211814 A JPH0211814 A JP H0211814A
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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ストロークオツトーサイクルエンジンの排気
システムに関する。
（従来の技術） ２サイクルエンジンは吸気ポートと排気ポートとを含み
、その何れも複数の仕切られた開口部を持つ。きのこ弁
の使用は少くとも排気口の制御のためのものが知られて
いるが、路上車に使用される場合、この種のエンジンは
通常きのこ弁は含まず、通常吸・排気口がシリンダ壁に
備えられ、制御すなわちピストンにより開閉される。排
気口は吸気口より前に開き吸気口により後て閉り、この
ため最頂部に点火栓をもつ通常の方向にエンジンが向い
た場合、排気口は吸気口よりシリンダの上方にある。
エンジンが作動行程にある時、先ず排気口が開き、吸気
口が開く前に相当な割合の排気ガスがシリングから排出
される。吸気口が開くと、吸入光てん物、すなわち燃料
を含んだ新鮮な空気がシリンダに入り残余の排気ガスを
排除しこれと入れ換る。吸気口は直接掃気の外部の供給
と連絡するか、気化器を持ったエンジンでは間接的にク
ランクケースの内部を経て連絡することが出来る。後者
の場合は、シリンダは排気口とクランクケースの内部に
連絡する吸気口または移転口（ｔｒａｎｓｆｅｒ　ｐｏ
ｒｔ）を持つばかりでなく、クランクケース内部をリド
弁の様な一方向弁を紅で気化器に接続させ、空気と燃料
はピストンの上昇行程ではクランクケースに吸入される
が、ピストンの下降行程ではクランクケースから出るこ
とが出来ないようにする。
各上昇行程の後部の間には空気か大気中からクランクケ
ースへ吸入され、各下降行程の後部の間には空気がクラ
ンクケースからシリンダへ吸入される。
２サイクルエンジンは本来は有害な窒素酸化物（ＮＯ）
は少量しか排出しないのであるが、まずまず厳しくなる
汚染および排出規制の規則のため、このより厳しい規則
により許容されるＮＯの最大全以下を排出する２サイク
ルエンジンの製造はますます困難になっている。排気ガ
スのＮＯの含有量を減らす還元触媒は知られているが、
それらは排気ガスの酸素含有量が少い時にのみ使用可能
である。不幸なことに２サイクルエンジンの酸素含有ｍ
は次の理由で比較的多い。
２サイクルエンジンの効率を最良にするには、普通吸入
される空気および燃料の助けでシリンダから残留排気ガ
スを追い出す。この目的で吸気口と排気口は、両者が共
に開かれておりこれにより入って来る空気と燃料が残留
排気ガスを排気システムへ追い出す期間を取るように配
置されている。
しかし、この追い出しが有効であるとしても本質的に排
気システム中に成る割合の空気と燃料が浴出する、即ち
燃えないままシリンダを通過する。
この通過空気の酸素含有量が還元触媒への負荷の増加と
なり、そのＮＯを減らす能力を低下させる。
排気システムへの浴出ガスの燃料含有量は排気システム
にある酸化触媒により減らすことが出来る。
上述のように吸・排気口は一般にはピストンで制御され
るが、作動がクランクシャフトに連結されているきのこ
弁の使用が応用面によっては有利である。
そのため、この発明の目的は、残留排気ガスが入って来
る空気と燃料とによりシリンダから追い出され、排気シ
ステムが還元および酸化触媒を含んでおり、還元触媒が
排気ガス内にある酸素によりひどくはそこなわれないよ
うな２サイクルエンジンを提供することである。
（発明の開示） 本発明によれば、ピストンを収容し吸気口と排気口を持
つシリンダを含み、その排気口が還元触媒と酸化触媒を
含む排気システムに接続している２サイクルエンジンに
おいて、排気システムが併設した２個の排気流路を持ち
、第１流路は還元触媒を含み、第２流路はこの還元触媒
をバイパスし、この２個の流路の下流端が酸化触媒の上
流で合流される。また、その排気口は、ピストンが下降
行程に入ると、排気ガスの初期の流れが実質上第１流路
を通り、排気の続く流れが少くとも一部、好ましくは実
質的に第２流路を通ることを特徴とする２サイクルエン
ジンである。
排気口が２サイクルエンジンでの各サイクルの成る実質
期間開いている間、本発明は排気口が開けられた時の最
初のサージ（ｓｕｒｇｅ　）で大部分の排気ガスが排出
され、この排気ガスの最初のサージが大気中の酸素をほ
とんどまたは全く含んでいないという理解に基づいてい
る。これは、エンジンが高負荷で運転している時は排気
ガスの最初のサージが高圧であるので特に事実に近い。
エンジンが高負荷の時は排気ガスのＮＯ含有量が最高で
あることも事実である。吸気口が開くとシリンダ内のガ
スは成る割合の酸素を含むようになるが、排気口を通過
するガス流はこの段階では非常に低圧下にある。
本発明のエンジンでは、排気口はピストンにより、また
はエンジンサイクルと同調して開閉する２個以上の弁に
より、実質的に酸素の含まれていない排気ガスの最初の
サージが還元触媒を通過し、これてＮＯを望ましい方法
で減らすことができるが、それに続く吸入空気からの成
る割合の酸素を含む排気ガスの流れは両方の流路を通過
する様に制御される。第１流路は還元触媒を含んでいる
のて、第２流路より流れ抵抗が大で、このため両流路が
シリンダ内部に開けられた時は排気ガス流は支配的に第
２流路を通過する、すなわち酸化触媒のみを通り、還元
触媒を通らないことが認められる。還元触媒はこのよう
に大気の酸素による負荷の増加はなく、一方、排気シス
テムを通過するガス流の後の部分の大部分は還元触媒を
通過しないが、排気ガスの全量のうちの僅少割合しか含
まれていない。それで、実際的には排気ガスの全容量の
うちの充分な割合が還元触媒にさらされ、排出される排
気ガスが希望排出規制基準を満足することがわかる。
排気口は、ピストンにより制御されるシリンダの壁に形
成された１個以上の開口部を含むことが出来る。すなわ
ち、ピストンにより遮閉をとかれたり、遮閉されたりす
ることによりそれぞれ開閉される。本発明でのこの形式
の第１の実施例では、２つの流路はシリンダの軸方向に
仕切りをされた１個以上のそれぞれの開口部を経てシリ
ンダ内部と連絡しており、第１流路の開口部は第２流路
の開口部より前にピストンにより開けられる。この実施
例では第１の流路が第２の流路の前にシリンダ内部と連
絡され、このため排気ガスの最初の全量が還元触媒を通
過する。第２の流路の開口部が開けられると排気ガスも
また実質的に第２の流路のみを通って流れる。これは第
２の流路は還元触媒を含んでいないのでその流れ抵抗が
第１の流路より小さいことが認識されているからである
。
本発明の第２の実施例では２つの流路の上流端が排気口
の直後の流れの成る点で一緒に接続され、第１流路の上
流端は第２流路の上流端よりクランクケースの近くの位
置にあり、シリンダ軸に対し３０°から６０″の間の角
度をなす。クランクケースから遠い排気口の縁部がピス
トンにより開けられる時、排気ガスの排気ガス流は半径
方向に外に向う成分ばかりでなくクランクケースに向い
た下方の成分も持っているということが認識されている
。
この実施例では、第１流路が排気ガスの最初のサジの流
れ方向とほぼ同一線上の位置にあり、方排気ガスのすべ
てのサージが実質的に第１流路、従って還元触媒を通っ
て流れる。排気口の残りがピストンにより開けられると
、排気ガスの続く流れは吸気口からの酸素の一部を含ん
でいるが、第２流路の抵抗が第１のそれより低いので、
実質的に第２流路を通過する。成る好適配置では第１お
よび第２の流路の上流端は実質的にシリンダ軸に対しそ
れぞれ４５°と９０°の角をなしている。排気口は第１
および第２の流路が接続する共通排気マニホールドと接
続するシリンダ壁に１個以上連絡する仕切りをもった開
口部を持ち、第２流路は単一パイプから成り、第１流路
は複数のパイプから成り、シリンダのこれに対応するそ
れぞれの開口部を経て排気ガスの最初の流れとほぼ同一
線上にあるのが望ましい。
ピストンのクラウンは縁部を面取りするか半球形にする
、すなわち凸形にすることが望ましい。
（実施例） 以下、この発明の特徴と詳細を３実施例の図面にもとづ
き説明する。
第１および第２図は１個のシリンダ２を持つクランクケ
ース掃気の２サイクルエンジンを示し、このシリンダの
頂部を通って点火栓４が突出し、このシリンダはピスト
ン６を遊合的に収容する。
ピストン６はクランクケース１２内でコネクチングロッ
ド８を介してクランクシャフトに接続される。
その側壁に排気ポートが配置され、これは２列の円周上
で仕切りを付けられた開口部のつながりを持ち、その−
列の開口部１４は下記に詳述するようにもう一列の開口
部１６の真上にある。シリンダ壁にはまた吸入口１８が
配置され、これは開口部１４より僅かに低い位置にある
一例の円周上で仕切りを付けられた開口部を持っている
。この吸気口１８は吸気通路２０を経てクランクケース
内部と接続する。
１個以上の空気取入れ口２２がクランクケース内部と連
絡し、これが一方向リード弁３６とエンジンの気化器３
８を経て大気と連絡する。
排気口は排気システム２５と連絡する。詳細には、排気
開口部１４は第１流路２４と連絡し、これは典型的には
例えばロジウムコーティングのセラミックまたは金属の
ポーラスペースの還元触媒Ｒを含んでいる。また排気開
口部１６は第２流路２６と連絡し、これは還元触媒をバ
イパスしている。この２つの流路は還元触媒の下流で合
流し、１つの排気流路２８を形成するが、これは典型的
には例えば白金またはパラジウムコーティングのセラミ
ックまたは金属のポーラスペースの酸化触媒Ｏを含んで
いる。
次にその作用を述べると、点火栓４がシリンダ２内の燃
料／空気光てん物を点火した後、ピストン６は下降し、
まず排気口１４を開ける。シリンダ内ガスの高圧が排気
ガスのサージを第１流路２４、従って還元触媒Ｒを通過
させる。ピストンの下降中、ピストンはクランクケース
内にある燃料・空気混合物を圧縮する。ピストンは次に
排気口１６と吸気口１８の両者を開き、クランクケース
１２内の吸気光てん物の圧力が吸気通路２０を経て急速
にシリンダ内に流入し、残っている排気ガスを排気シス
テム２５へ排出する。第２流路２６の流れ抵抗が第１流
路より低い事実から、後に続くガス流の大部分には第２
図に示すように第２流路を通過する。これに続くピスト
ン６の上昇行程に空気・燃料の新しい充てん物が取入れ
口２２を経てクランクケースに吸引され、このサイクル
が反覆される。
第３乃至６図（これでは取入れ口２２は略しである）の
エンジュ／は第１および第２図のエンジンと非常に類似
しているが、２列の軸方向に仕切りのついた排気開口部
の代りに第１の円周方向に仕切りのついた排気開口部１
４のみがある。この開口部１４は単独の排気マニホール
ド３３と連絡し、これは２個の流路と連絡する。第１流
路２４は複数で、この場合は分離された３本のパイプか
ら成っており、マニホールド３３の底面に開口し、円周
的には排気開口部１４のそれぞれに対応した位置に配置
されている。各パイプの上流はシリンダ軸に対し約４５
゜の角度をなしている。各パイプの開口部の上流側縁部
はシリンダ壁とａの距離にあり、一方下流側縁部はｂの
距離にある。寸法すは排気口１４の高さとほぼ等しいこ
とか望ましく、一方寸法ａはｂの０〜０７倍の範囲にあ
るのが望ましい。排気開口部１４の高さは高速エンジン
、例えば競争用オートハイ用の場合には、ピストンの行
程の長さの５０％以上をとることもあるが、より低速の
エンジンでは非常に小さく、例えばピストン行程の１０
％まで小さい値をとる。この３本のパイプはシリンダ２
の僅か下流で合流され、この排気通路は次に還元触媒Ｒ
と酸化触媒Ｏを含む。排気マニホールド３３に連絡して
いる第２流路２６は単独のパイプで、シリンダと垂直に
伸び、還元触媒をバイパスしている。第２流路２６は還
元触媒と酸化触媒の間の位置で第１流路２４につながる
。この実施例では前の実施例と同じくピストンクラウン
は球形すなわち凸形をなし、これて排気ガスの初期波動
が第１流路２４に流れ込むように促進する。
次にその作用を述べると、ピストンが先ず排気開口部１
４の上縁を開けると、排気ガスの初期脈動流は外方向成
分ばかりでなく下方向成分を持っており、それ故ガス流
はシリンダ軸に対し約４５°の角度をなす。排気口１４
からの噴流は実質的には第１排気流路に直接流入し、従
って還元触媒を通る。
排気開口部１４が更に開くと排気ガス圧力は低下し、そ
の方向は水平方向に近づき、次に流れは次第に第２流路
２６に移って行く。
第７図のエンジンは実質的には第１および第２図に示す
エンジンと同じであるが、排気口が２個または一連の開
口部１４および１６を有し、シリンダ２の頂部とほぼ同
じ高さにあり、それらはそれぞれきのこ弁３２および３
４により制御される。きのこ弁３２および３４は、クラ
ンク軸１０の回転に従い開閉する。それ自体よく知られ
た型の、カムシャフトとブツシュロッドのような適当な
方法によりエンジンのクランクシャフトに連結されてい
る。弁３２３４の接続は、先ず弁３２が第２のバルブ３
４の少し前に開くようになっている。
このエンジンの作動を第７図の下死点近くから出発して
説明すると、ピストンが上昇すると排気弁３２および３
４が最初に開き、シリンダ２の中の排気ガスは吸気口１
８を通って取入れられた成る割合の吸気光てん物と共に
排気システム２５に排出される。ピストンか吸気口１８
を通過してこれを閉める少し前に、排気弁３２．３４は
閉められる。吸気口１８か閉った時圧縮が始まる。これ
が起っている間に空気がクランクケース中に気化器とリ
ード弁を通って吸引される。ピストンの上死点またはそ
の前に点火栓４が点火され、シリンダ内での圧縮された
空気／燃料混合物の燃焼により、ピストンは下降し作動
行程となる。ピストンが下降すると、ピストンはクラン
クケース内に取入れられた吸入光てん物を圧縮し、吸気
口１８が開けられる少し前の距離で第１排気弁３２が開
けられる。これにより第１流路２４を通っての排気ガス
の実質的な高圧サジが起り、この流れは還元触媒Ｒの還
元作用を受ける。吸気口１８が開けられると、クランク
ケース内の空気が吸気通路２０を通ってシリンダ内に押
し込まれ、第２排気弁３４が開かれる。流入する大気中
の空気が実質的にすべての排気ガスをシリンダから追い
出し、またこれらの流れは第２流路２６の流れ抵抗が第
１流路２４より低いので、第２流路２６を優先的に通っ
て流れる。成る割合の追い出し排気ガスは流路２４を通
って流れ、従って還元触媒を通るが、その量は非常に僅
少で、このため還元触媒は吸入光てん物からの大気中の
酸素には極く僅かしか触れない。ピストンが下死点位置
に達すると前述のサイクルが再び反復される。
第８図は排気ガス流の速度をクランク角度に対して表示
し、前述のすべての実施例に同じく適用される。排気口
はＡ点で開き始め、ガス流速は急速に上昇してピーク値
に達し、次に排気ガス圧力の低下に従い再び下向し始め
る。ピストン６が下死点Ｂ点に到達するまでに流速は実
質的に一定値に到達する。ガス流速はそれから段々に低
下し、排気口が再び閉められる０点で実質的に零になる
。
第８図の曲線の下の面積から分るように排気ガス流量の
主要部分は初期サージ部にあり、還元触媒を実質的に通
過するのはこのサージで、酸素を含み還元触媒をバイパ
スするのは後に続く部分の排気ガス流のみ、即ちＢ点と
０点との間のガス流である。
本発明に従うエンジンがクランクケース掃気である必要
はなく、掃気ブロワ−を含む型式であってもよいことが
認められる。吸気口１８はピストン６により開閉される
形式であると説明して来たが、これもまたきのこ弁を含
む形式でもよく、この場合、この弁はまたクランクシャ
フトに接続され、適当な瞬間に開閉するように調時され
る。
【図面の簡単な説明】
第１および第２図は本発明の一実施例を示す２サイクル
エンジンの側面図であり、第１図は一部のみ開けられた
排気口を、また第２図は全開された排気口を示している
。 第３および第４図は第１および第２図に対応する本発明
の第２の実施例を示す２サイクルエンジンの側面図であ
る。 第５図は第４図と同様であるが、クランクケース、クラ
ンクシャフトおよびコネクチングロッドを省略した拡大
図である。 第６図は第５図のＡ−Ａ断面図であり、第７図は本発明
の第３の実施例を示す２サイクルエンジンの側面図、第
８図は本発明のクランク角度に対する排気流量比率を示
すグラフである。 図中符号：２・・・シリンダ、６・・・ピストン、１０
・・クランクシャフト、１４．１８・・・排気口または
排気開口部、１８・・・吸気口、２４・・・第１排気流
路、２５・・排気システム、２６・・・第２排気流路、
３２．３４・・・きのこ弁、０・酸化触媒、Ｒ・・還元
触媒を夫々示す。 代理人　弁理士　佐々木　宗　治

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）ピストン（８）を収容し、吸気口（８）と排気口
    （１４、１６）を持つシリンダ（２）を含み、その排気
    口が還元触媒（Ｒ）と酸化触媒（Ｏ）を含む排気システ
    ム（２５）に接続している２サイクルエンジンにおいて
    、排気システム（２５）が平行した２個の排気流路（２
    ４、２６）を持ち、第１流路は還元触媒（Ｒ）を含み、
    第２流路はこの還元触媒（Ｒ）をバイパスし、この２個
    の流路（２４、２６）の下流端は酸化触媒（Ｏ）の上流
    で合流され、その排気口（１４、１６）は、ピストン（
    ６）が下降行程に入ると、排気ガスの初期の流れが実質
    上第１流路（２４）を通り、それに続く排気ガスの初期
    の流れが少くとも１部第２の流路（２６）を通るように
    制御されることを特徴とする２サイクルエンジン。
  2. （２）排気口がピストン（６）により制御されるシリリ
    ンダ壁に形成された１個以上の開口部（１４、１６）を
    含むことを特徴とする請求項（１）項記載のエンジン。
  3. （３）２個の流路（２４、２６）が１個以上のそれと対
    応する開口部（１４、１６）を通ってシリンダ（２）の
    内部と連絡し、その開口部はシリンダの軸方向で隔てら
    れており、第１流路（２４）用の開口部（２４）は第２
    流路（２６）用の開口部１６より前にピストンにより開
    けられるように配置されていることを特徴とする請求項
    （２）項記載のエンジン。
  4. （４）２個の流路（２４、２６）が排気口（１４）の下
    流の直後の点で合流され、第１流路（２４）の上流端が
    第２流路（２６）の上流端よりエンジンのクランクケー
    スの近くに位置し、シリンダ（２）軸と３０°から６０
    °の間の角度をなすことを特徴とする請求項（２）項記
    載のエンジン。
  5. （５）第１および第２流路（２４、２６）の上流端がシ
    リンダ（２）軸にそれぞれ４５°と９０°の角度をなす
    ことを特徴とする請求項（４）項記載のエンジン。
  6. （６）排気口が共通排気マニホールドと連絡するシリン
    ダ壁において円周上で仕切られた複数の開口部（１４）
    を有し、この共通排気マニホールドに第１および第２流
    路（２４、２６）が連絡し、第２流路（２６）は単独の
    パイプから成り、第１流路（２４）はシリンダ壁の相対
    応する開口部（１４）と実質的に同じ方向にある複数の
    パイプから成ることを特徴とする請求項（４）および第
    （５）項記載のエンジン。
  7. （７）ピストン（６）クラウンが凸型である請求項（４
    ）、第（５）または第（６）項のいずれか１項記載のエ
    ンジン。
  8. （８）ピストン（６）クラウンが面取りされた縁を持っ
    ている請求項（４）、第（５）または第（６）項のいず
    れか１項記載のエンジン。
  9. （９）排気口が第１および第２開口部（１４、１６）を
    有し、これを経てそれぞれ対応する流路（２４、２６）
    がシリンダ（２）の内部と連絡し、その開口部（１４、
    １６）は、第１の弁（３２）が第２の弁（３４）より前
    に開くようクランク軸（１０）により作動するように連
    結されたそれぞれ対応する弁（３２、３４）により制御
    されることを特徴とする請求項（１）項記載のエンジン
    。
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