JPH05149202A - オツトーサイクルエンジンの排気浄化方法 - Google Patents

オツトーサイクルエンジンの排気浄化方法

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JPH05149202A
JPH05149202A JP3325225A JP32522591A JPH05149202A JP H05149202 A JPH05149202 A JP H05149202A JP 3325225 A JP3325225 A JP 3325225A JP 32522591 A JP32522591 A JP 32522591A JP H05149202 A JPH05149202 A JP H05149202A
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exhaust
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cylinder
catalyst
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Hiroshi Kanesaka
弘 兼坂
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 エンジン始動直後の低冷却水温時に、低負荷
時での排気ガス温度を高めて、触媒を活性化すると共に
効果的なＥＧＲを行なって、ＮＯＸを低減するオットー
サイクルエンジンの排気浄化方法を提供する。 【構成】 排気系統に排気浄化用触媒を有するオットー
サイクルエンジンの吸気行程の下死点で、エンジンの排
気ガスを排気弁１０を通じて、シリンダ１内に逆流させ
る。 【効果】 エンジン始動直後の低冷却水温時に、低負荷
時での排気ガス温度を高めて、触媒を活性化すると共に
効果的なＥＧＲを行なって、ＮＯＸを低減する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はオットーサイクルエンジ
ンの排気浄化方法に係り、特に始動直後の低エンジン温
度に基づく触媒の機能低下を解消し、排気浄化機能を低
下させないオットーサイクルエンジンの排気浄化方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】よく知られているオットーサイクルエン
ジンは、三元触媒によりＮＯｘ、ＣＯ、ＨＣなどの有害
成分をＮとＯ２に解難し、Ｏ２と化合させてＣＯ２、Ｈ
２Ｏとすることにより、無害化した排気ガスを排出して
いる。しかし、低冷却水温、低出力時における冷却損失
により、排気温度は４５０℃に達せず、排気ガス浄化触
媒を失活し、排気浄化機能が失われて有害成分の排出を
余儀なくされている。
【０００３】周知のように、排気ガスの温度を低下させ
るのは、エンジンの排気マニホールドや排気管の温度が
低いことが原因になるので、これらを断熱保温して冷却
損失の減少を図り、或いは熱容量の小さい薄肉鋼管製の
排気マニホールドを採用して、温度上昇の時間を短縮し
ている。
【０００４】また、排気マニホールドの直後に触媒を取
り付け、熱容量と熱損失の減少を図る方法も取られてい
る。さらに、金属触媒担体として金属を使用し、これに
通電して触媒を加熱活性化する方法も提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】エンジンの排気マニホ
ールドや排気管を断熱保温する方法や、熱容量の小さい
薄肉鋼管製の排気マニホールドを採用して、温度上昇時
間を短縮する方法では、低温の排気ガスの温度を積極的
に高めることはできず、十分な効果を得ることはできな
い。また、排気マニホールドの直後に触媒を取り付ける
方法も、その効果は十分でなく、却って排気抵抗が増大
し燃料消費率が高くなって、エンジン出力と熱効率の面
で悪影響を及ぼすことがある。さらに、金属触媒担体と
して金属を使用し、これに通電して触媒を加熱活性化す
る方法は、大電力を必要とし実用的でない。一方、３０
０℃程度の温度で活性化する触媒は存在せず、現状では
低冷却水温時や低出力時における排気ガスは、無害化さ
れていないという問題がある。
【０００６】本発明は、前述したようなオットーサイク
ルエンジンの現状に鑑みてなされたものであり、その目
的はエンジン始動直後の低冷却水温時に、低負荷時での
排気ガス温度を高めて、触媒を活性化すると共に効果的
なＥＧＲを行なって、ＮＯｘを低減するオットーサイク
ルエンジンの排気浄化方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記目的は、オットーサ
イクルエンジンの吸気行程の下死点で、エンジンの排気
ガスを排気弁を通じて、シリンダ内に逆流させることに
より達成される。
【０００８】
【作用】この手段を取ると、エンジンの吸気行程下死点
において、排気ガスがシリンダ内に逆流し、シリンダ内
のガスは圧力が負圧から圧力上昇しつつ断熱圧縮され、
温度上昇すると共に混合した高温の排気ガスによって更
に温度が上昇する。この状態から圧縮行程が開始される
ので、圧縮、燃焼、膨張の各行程の温度は上昇し排気温
度も上昇する。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１乃至図４を参
照して説明する。ここで、図１は実施例の排気浄化方法
に使用するオットーサイクルエンジンの吸気弁が閉じた
状態での要部の構成を示す説明図、図２は実施例に係る
ｐ−ｖ線図、図３は実施例の排気ガスの逆流前後のシリ
ンダ内混合気の状態の説明図、図４は実施例の排気浄化
方法に使用するオットーサイクルエンジンの吸気弁が閉
じた状態での要部の構成を示す説明図、図５は実施例の
動作の説明図である。
【００１０】先ず、実施例に使用するオットーサイクル
エンジンの構成を説明する。このオットーサイクルエン
ジンは基本的には図１に示すように、シリンダ１内でピ
ストン２が摺動し、コンロッド３により図示せぬクラン
ク軸を回転させる４サイクルエンジンにおいて、そのシ
リンダヘッド４にシリンダ１に臨んで点火栓５を、吸気
口６には吸気弁７と燃料噴射弁８を、また、排気口９に
は排気弁１０をそれぞれ設置し、排気弁１０の端部に弁
ばね１１の力を受けるばね受け１２と補助カム１３を有
するカム１４の動きを伝えるタペット１５が設置されて
いる。
【００１１】前記点火栓５は、エンジンのクランク軸と
同期して点火動作を行い、また、吸気弁７及び排気弁１
０も、前記クランク軸と同期して周知のバルブ開閉機構
により開閉するので、その開閉周期は通常のエンジンと
同様に設定してある。そして、当該エンジンでは、吸気
行程の下死点近くにおいて、補助カム１３が作動して、
排気弁１０を図５に示すように、吸気行程の終わりの下
死点近傍から下死点終了後にわたる所定時間の間、開放
して排気ガスをシリンダ１内に逆流させるような構成と
なっている。また、前記吸気口６と連通する吸気枝管１
６の一端には、吸気集合管１７が設置され吸気通路が形
成されている。
【００１２】このような多気筒エンジンのそれぞれのシ
リンダに配置された吸気枝管１６には、スロットルバル
ブ１８が配置され、エンジンの要求出力に応じて、周知
のスロットルバルブと同様に、その開度が決定されるよ
うに構成されている。そして、前記排気口９と連通する
排気マニホールド２０の下流に触媒１９が配置され、大
気中に排出される排気ガスを無害化している。
【００１３】次に、このような４サイクルのオットーサ
イクルエンジンを用いた、実施例に係る排気浄化方法を
説明する。
【００１４】実施例に係るオットーサイクルエンジン
は、高負荷時にはスロットルバルブ１８は全開近傍まで
開弁し、吸気弁７が開弁するエンジンの吸気行程におい
て、吸気口６やシリンダ１内には、大気圧に近い空気と
それに対応する量のガソリンが燃料噴射弁８より噴射さ
れる。そして、空気とガソリンが混合気となってシリン
ダ１内に流入するが、この時シリンダ１の負圧は低く、
エンジンの吸気行程の下死点近くにおいて補助カム１３
により排気弁１０が開弁しても、シリンダ１内と排気口
９との圧力差は小さく、逆流する排気ガスの量も少な
く、通常の４サイクルオットーサイクルエンジンと同様
な動作が行なわれる。
【００１５】ところで、排気ガス温度が触媒の作動温度
に達していないエンジン始動直後の低冷却水温、低負荷
時には、従来は混合気の吸入量を制限するようにスロッ
トルバルブ１８の通路面積は絞られ、図２に示すように
シリンダ１内の圧力は、大気圧よりも低い点ｐ１から吸
気行程が開始され、点ｐ２から圧縮行程が開始され、点
ｐ２ａにおいて大気圧となる。従って、点ｐ２ａにおけ
る吸入空気量は図２に示すａで与えられる。図２におい
て、点ｐ３は圧縮上死点で、ここで点火栓５により着火
され、燃焼によってシリンダ１内の圧力は点ｐ４にまで
高まり、点ｐ４より膨張して点ｐ５で膨張行程を完了
し、ここで排気弁１０が開く。このようにして、排気弁
１０が開くので、シリンダ１内の圧力は点ｐ６と大気圧
近くまで低下し、点ｐ７で排気行程を終了する。
【００１６】一方、実施例では吸気行程は従来と同様に
開始されるが、図２に示す吸気行程の下死点ｐ２におい
て、補助カム１３により排気弁１０が開弁され、大気圧
状態にある排気口９内の排気ガスは、負圧であるシリン
ダ１内に逆流する。この時図３ｂに示すように、シリン
ダ１内の混合気は大気圧以下の圧力Ｐ１で、容積Ｖ１は
シリンダ１の排気量となり、温度はｔ１となっている
が、排気ガスの逆流によって、混合気は大気圧近傍まで
断熱圧縮され、図３ａに示すように、容積はＶ２に減少
し、圧力はＰ２と高くなり、温度がｔ２に上昇する。と
ころで、逆流した排気ガスの温度は、エンジン始動直後
の低冷却水温時にあっては、約３００℃程度であり、こ
れに圧縮された混合気が混合して図２の点ｐ８では、さ
らに温度が上昇する。この混合気と排気ガスとの混合ガ
スは、図２の点ｐ８から圧縮されて点ｐ８ａで大気圧状
態となるが、この時逆流した排気ガスの量は、同図にｂ
で示される。
【００１７】実施例においては、図２の高温高圧の点ｐ
８から圧縮行程が開始され、圧縮上死点ｐ９では、従来
の点ｐ３よりも圧力も温度も高く、ここで点火栓５によ
り着火され、燃焼によってシリンダ１内の圧力は点ｐ１
０にまで高まり、点ｐ１０より膨張して点ｐ１１で膨張
行程を完了する。膨張後の点ｐ１１においても、当然の
ことながら温度は従来よりも高く、高い排気ガス温度は
触媒に活性を与えるのである。排出直後の排気口９にあ
る排気ガスはラジカルとして知られ、活性が強く燃焼促
進剤としての効果がある。ところで、２サイクルガソリ
ンエンジンが、多量の排気ガスが混合気に混入していて
も、ラジカルの効果によってよく燃焼することが知られ
ており、実施例でも多量のラジカルである排気ガスが混
入しても、燃焼不良となることはない。
【００１８】実施例では、排気ガスの逆流は、シリンダ
１内の負圧によって生じるので、負圧の大きい排気温度
の低い低負荷では、その量は多く、それによる排気ガス
の温度上昇も大きく、負荷の上昇と共にシリンダ１内の
負圧は小さくなる。このために、排気ガスの逆流量も低
下し、全負荷時のスロットルバルブ全開時には、シリン
ダ１内の圧力はほぼ大気圧となり、排気ガスの逆流は殆
ど発生せず、公知のエンジンと同量の混合気を吸入する
ことが可能で、同出力とすることが可能である。また、
公知のエンジンにおいても、負荷の増大と共に排気温度
は高まるので、負荷の増大と共に排気ガスの逆流量を低
減しても、実施例の触媒１９の活性には何らの支障を来
すものではない。
【００１９】実施例に係るオットーサイクルエンジン
は、高速度出力を目的とし、吸気弁７は、図４に示すよ
うに吸気行程下死点においても、開弁中であり、同時に
補助カム１３によって排気弁１０も開弁するので、公知
のエンジンのように吸気集合管の一端に、一個だけのス
ロットルバルブを有する構成では、排気口９から逆流し
た排気ガスの一部は、図４の矢印に示すように、シリン
ダ１内を素通りして吸気管１６を通り、他の吸気行程中
のシリンダ内に吸入される。そして、吸気管や吸気集合
管を通過した排気ガスは、通過時間中にラジカル性を失
うのみか、シリンダ１内の混合気を効果的に圧縮せず、
実施例の効果を減退させることが確認された。これに対
して実施例の構成においては、吸気枝管１６の一部で多
シリンダエンジンの各吸気管にそれぞれスロットルバル
ブ１８を配置することによって、吸気口６内に逆流した
排気ガスを大気圧であるスロットルバルブ１６の上流側
への溢流を防止し、シリンダ１内においても排気ガスの
逆流による混合気の圧縮を確実にしている。
【００２０】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
ると、オットーサイクルシリンダの始動直後の低冷却水
温時に、低負荷状態での排気ガス温度を高めて、触媒を
活性化すると共に、効果的なＥＧＲを行なうことによ
り、ＮＯｘを低減することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に使用するオットーサイクル
エンジンの吸気弁が閉じた状態での構成を示す説明図で
ある。
【図２】本発明の一実施例を説明するｐ−ｖ線図であ
る。
【図３ａ】本発明の一実施例の排気ガスの逆流後のシリ
ンダ内の混合気の状態の説明図である。
【図３ｂ】図３ａの逆流前の説明図である。
【図４】本発明の一実施例に使用するオットーサイクル
エンジンの吸気弁が開いた状態での構成を示す説明図で
ある。
【図５】本発明の一実施例の動作の説明図である。
【符号の説明】
１ シリンダ ２ ピストン ３ コンロッド ４ シリンダヘッド ５ 点火栓 ６ 吸気口 ７ 吸気弁 ８ 燃料噴射弁 ９ 排気口 １０ 排気弁 １１ 弁ばね １２ ばね受け １３ 補助カム １４ カム １５ タペット １６ 吸気枝管 １７ 吸気集合管 １８ スロットルバルブ １９ 触媒 ２０ 排気マニホールド
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年１月１３日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は排気系統に排気浄化用触
媒を有するオットーサイクルエンジンの排気浄化方法に
係り、特に始動直後の低エンジン温度に基づく触媒の機
能低下を解消し、排気浄化機能を低下させないオットー
サイクルエンジンの排気浄化方法に関する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００６】本発明は、前述したような排気系統に排気
浄化用触媒を有するオットーサイクルエンジンの現状に
鑑みてなされたものであり、その目的はエンジン始動直
後の低冷却水温時に、低負荷時での排気ガス温度を高め
て、触媒を活性化すると共に効果的なＥＧＲを行なっ
て、ＮＯＸを低減するオットーサイクルエンジンの排気
浄化方法を提供することにある。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記目的は、排気系統に
排気浄化用触媒を有するオットーサイクルエンジンの吸
気行程の下死点で、エンジンの排気ガスを排気弁を通じ
て、シリンダ内に逆流させることにより達成される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２０】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
ると、排気系統に排気浄化用触媒を有するオットーサイ
クルシリンダの始動直後の低冷却水温時に、低負荷状態
での排気ガス温度を高めて、触媒を活性化すると共に、
効果的なＥＧＲを行なうことにより、ＮＯＸを低減する
ことが可能になる。
───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｆ０２Ｄ 21/08 Ｌ 7367−3Ｇ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５８０ Ｃ 8923−3Ｇ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 オットーサイクルエンジンの吸気行程の
    下死点で、エンジンの排気ガスを排気弁を通じて、シリ
    ンダ内に逆流させることを特徴とするオットーサイクル
    エンジンの排気浄化方法。
JP3325225A 1991-11-13 1991-11-13 オツトーサイクルエンジンの排気浄化方法 Pending JPH05149202A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3325225A JPH05149202A (ja) 1991-11-13 1991-11-13 オツトーサイクルエンジンの排気浄化方法
US07/973,766 US5303686A (en) 1991-11-13 1992-11-09 Method of purifying exhaust gases of an Otto-cycle engine

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JP3325225A JPH05149202A (ja) 1991-11-13 1991-11-13 オツトーサイクルエンジンの排気浄化方法

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JP2869903B2 (ja) * 1991-03-26 1999-03-10 本田技研工業株式会社 内燃エンジンの触媒温度制御装置

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US5303686A (en) 1994-04-19

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