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JP2650669B2 - ２サイクル火花点火内燃エンジンおよびその作動方法 - Google Patents

２サイクル火花点火内燃エンジンおよびその作動方法

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JP2650669B2
JP2650669B2 JP63507318A JP50731888A JP2650669B2 JP 2650669 B2 JP2650669 B2 JP 2650669B2 JP 63507318 A JP63507318 A JP 63507318A JP 50731888 A JP50731888 A JP 50731888A JP 2650669 B2 JP2650669 B2 JP 2650669B2
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exhaust
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gas
port
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OOBITARU ENJIN CO Pty Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、排気ガスの望ましくない成分を変換するた
めに触媒を使用することによって内燃エンジンから放出
される排気エミッションを制御する方法に関する。
各国の環境保護当局は、自動車の排気ガスの排気エミ
ッションに対する制限を規定し、また一般に自家用車、
モータサイクルおよび軽量商業用車からの排気エミッシ
ョンに関する制限はトラックおよびその他の重量商業用
車に適用される制限より厳しい。多くの国において、自
動車の排気エミッションの許容レベルは走行マイルまた
は走行キロメートル当りの排気ガスに含まれる各種成分
の重量に基づいて決定され、これらの制限は、自動車の
重量またはそのエンジンのサイズとは無関係に適用され
る。従って、燃料消費率を低下させ、これに伴い、単位
走行距離当りの種々の排気成分の重量を低下させるため
に、比較的軽量の小型自動車を製造する傾向がある。排
気ガス中の制御しなければならない主要３成分は、炭化
水素（HC）、窒素酸化物（NOx）および一酸化炭素（C
O）である。NOxは原則として、酸素と窒素を分離する還
元性環境を生じる触媒によって処理される。
自動車の内燃エンジンの排気系に触媒を使用する事は
公知であり、排気エミッションの制御のために実際に使
用されている。一般に触媒要素は、排気系の中におい
て、エンジンの単数または複数のシリンダの排気ポート
よりある程度下流に配置されるが、この箇所においては
排気ガスがシリンダから出て触媒に達するまでの間に、
排気ガスはある程度混合される。従って、排気ガスが触
媒に接触する際に排気ガスの種々の成分の分布が均一混
合体に近い。
トヨタ中央研究所の研究によるSAE論文672098に記載
されているように、自動車の４サイクルエンジンに使用
される３元触媒系の転換効率は、この触媒に加えられる
排気ガスの空燃比に依存して大きく変動し、特に空燃比
が理論空燃比を越えた時に劇的に変動する事が知られて
いる。添付された第１図のグラフに示されているよう
に、HCの転換効率は排気ガスの空燃比が増大するに従っ
て、すなわち排気ガスがリーン側に変化するに従って増
大する。これと反対に、NOxの転換効率は、空燃比が低
い間、すなわちリッチ側の排気ガスについては高いが、
空燃比が理論空燃比を越えてリッチ側からリーン側に移
行する際に劇的に低下する。
前記のSEA論文は、マニホルド噴射式６シリンダ４サ
イクルエンジンについて実施された実験結果であって、
この場合、空燃比を人工的に1Hzの周波数で周期的に変
動させると、この空燃比の周期的変動はリッチ側の排気
ガスについてはNOx転換効率に対してある程度有害な作
用を示したが、リーン側の排気ガスについては転換効率
の改良を示す事が発見された。さらに重要な事は、空燃
比の周期的変動が空燃比に対する転換効率の感度を低下
させる結果、空燃比が理論空燃比を越える際のNOx転換
効率の変化率が低下した事である。このようなNOx転換
率の改良は第２図に図示されている。SEA論文に示され
たこのような結果は、実験のために燃料噴射系の燃料供
給制御プログラムを適用して人工的に空燃比を変動させ
る事によって得られた。必ずしもエンジンの効率的作動
を考慮する事なく、触媒のすぐ上流の排気ガスの中にお
いて所望の空燃比を得るように燃料噴射率が調整され
た。触媒は、エンジンのすべてのシリンダからの排気が
単一の触媒によって処理される排気系中の通常位置に配
置されたと推測される。
２サイクルで作動するエンジンは排気ガスの排気エミ
ッションレベルの制御について実質的な問題を生じ、特
にこの種のエンジンにおいては燃料がシリンダの中に入
った時、シリンダの通常の掃気サイクル中に、装入空気
の中に同伴されて、未燃焼燃料部分として排気ポートか
ら排出される。現代の電子制御燃料噴射系においては、
燃料を装入空気と共にシリンダの中に送るのではなく直
接にシリンダの中に噴射する事によって、前記のような
未燃焼燃料の排出を低減させる事ができる。
しかし、この燃料直接噴射は、車両サイズの増大と共
に燃料消費率が増大するに従ってNOxの発生の制御につ
いてはあまり役に立たず、単位走行距離当りのNOx量が
増大する結果となる。小馬力エンジンにおけるNOxレベ
ル制御に役立つその他の燃焼制御技術を使用する事もで
きるが、エンジン出力の増大に伴うNOxレベルの増大の
結果、特にコストと操作安全性の観点から排気の触媒処
理によるNOx制御が最も効率的な状態にある。
直接噴射型２サイクルエンジンの場合、排気ポートが
まだ開いている間に、燃料を含まない新鮮な装入空気が
エンジンの中に入る結果、つぎに排出される排気ガスは
理論空燃比より相当に高い空燃比まで希釈され、従って
排気系中に酸化性条件が存在し、この状態は触媒処理に
よってNOxを還元するために必要な所望の還元性条件と
直接に矛盾する。従って、エンジンのすべてのシリンダ
から来る排気ガスを処理する通常の位置に触媒を配置す
れば、排気ガスが酸化性条件を受ける結果となるにすぎ
ない。これはHCの低下には役立つが、NOxを破壊する事
ができない。
本発明の目的は、２サイクル内燃エンジンにおいて窒
素酸化物の量を低下させるため、還元性触媒の性能を改
良することにある。
前記の観点から、本発明によれば各燃焼室について燃
料を直接に燃料室に供給する噴射手段と、燃焼室からガ
スを排気系に通す排気ポートと、新鮮な装入空気をシリ
ンダの中に導入する導入ポートとを有し、前記導入ポー
トと排気ポートは導入ポートが排気ポートの閉鎖前に開
く様に構成された２サイクル火花点火内燃エンジンにお
いて、触媒手段が各排気ポートにまたは排気ポートに隣
接して、排気ポートが開いている間に触媒手段が実質的
に排気ポートから排気されたガスのみを受けるような位
置に配置され、このようにして触媒手段は各排気ポート
の開いている期間に交互に化学的還元性ガスと化学的酸
化性ガスとを受け、触媒手段は排気ポートから排出され
たガス中の窒素酸化物（NOx）を還元する特性の活性触
媒材料を含有する２サイクル火花点火内燃エンジンが提
供される。
望ましくは、排気ポートからエンジンの複数のシリン
ダの各排気ポートに連通する排気ガスマニホルドまで延
在する通路の中に触媒手段が配置され、この排気ポート
が開いている時に触媒手段の排気ポートに近い末端にお
ける排気ガスの空燃比が排気ポートにおける空燃比と実
質的に相違しないように前記触媒手段の末端が前記排気
ポートから離間されている。
好ましくは、触媒手段の活性材料がシリンダの軸線と
平行に排気ポートの開放方向において変動する化学的組
成を有し、少なくとも排気ポートの開放に際して最初に
露出される触媒手段の端部における活性材料が還元性で
ある。
燃焼室内部への燃料の直接噴射は、排気ポートにおけ
る排気ガスの化学的組成を変動させるのに役立ち、また
排気ポートを通しての燃料の損失を減少させて燃料効率
を改良させる。従って触媒を排気ポートに隣接して配置
する事により、触媒は排気の空燃比の変動作用を受け、
従って排気の空燃比の周期的変動を人工的に生じさせる
必要なしに、空燃比の周期的変動による利点が得られ
る。
また本発明によれば、新鮮な空気を導入ポートから燃
焼室の中に導入する段階と、燃焼室中にある空気の中に
燃料を噴射する段階と、このように生成された可燃性混
合物に点火する段階と、排気ガスを燃焼室から排気ポー
トを通して排気系まで通過させる段階と、排気ポートに
おいてまたは排気ポートに隣接して、排気中の窒素酸化
物を還元する特性の活性触媒材料を有する触媒手段を配
置する段階と、触媒手段を実質的に燃焼室のみから出た
排気と接触させる段階と、燃焼室の排気ポートの各開放
期間中に触媒手段が交互に化学的還元性ガスと化学的酸
化性ガスとに露出されるように新鮮な空気の導入と、燃
料噴射と、排気流とを制御する段階とを含む２サイクル
火花点火内燃エンジンの作動方法が提供される。
触媒手段を排気ポートまたはこれに隣接させて配置す
る結果、排気がそれ自体の内部で混合しあるいは他のシ
リンダから排気と混合して相当程度に均一組成に近づく
前に、活性触媒材料がシリンダから排出される排気ガス
の組成の変動を受ける事ができる。
導入ポートを開く前に排気ポートを最初に開く際にシ
リンダから出る排気ガスは、シリンダ中の燃料と空気と
の混合物の燃焼から生じる燃焼ガスであって化学的に還
元性である。特にNOxが高い時、空気／燃料混合物は比
較的燃料がリッチ側にあり、従ってこの混合物は理論空
燃比または低空燃比に対応し、化学的に還元性である。
また排気のNOx成分は主として最初に排気ポートを開い
た時にこの排気ポートから出るガスの中に存在するの
で、このガスの高温と、このガスおよび触媒の化学的還
元性条件とによってNOxの破壊を促進する。
導入ポートが最初に開いた後に排気ポートから出る排
気ガスは比較的燃料がリーン側とされている。このガス
は燃料を含まないシリンダから入る新鮮な装入空気の一
部を含むからである。従ってこの排気は理論空燃比より
相当に高い空燃比を有するので、化学的に酸化性であ
る。しかし各シリンダサイクルごとに排気ガスの空燃比
がリーン側とリッチ側との間を１回変動する事は、NOx
の転換率を向上する効果を有するが、例えば第２図に示
すように、平均空燃比は理論空燃比より少し高い。
好ましくは、触媒手段はNOxの還元作用を有する触媒
作用を装入された適当な単体または基板とする。一般に
触媒材料は好ましくは活性材料の混合物とし、排気の一
部の成分の酸化を促進する活性材料をも含有する。活性
材料は、NOxを窒素と酸素に分解するために有効なロジ
ウム、白金またはパラジウムを含む。
自動車エンジンのドライビングサイクルテストにおい
て使用されるエンジン作動中に一般に見られる負荷と速
度において、本発明による２サイクル火花点火内燃エン
ジンの膨張サイクルまたは排気サイクルにおいて排気ポ
ートが開いた後に、下記の現象が順次発生する。
1.最初に、シリンダ中において燃焼サイクルに参加した
高温ガスがシリンダから排気ポートを通して脱出し、触
媒手段の中を一定距離進む。高レベルのNOxを発生する
エンジン作動段階においては、この排気は一般に理論空
燃比またはこれよりリッチ側とされた空燃比を有し、ま
たガスの温度が高い。従ってリッチガスの還元性と高温
の故に触媒において理想的なNOx還元条件が発生する。
2. この高温−リッチガスの通過に続いて、導入ポート
が開かれて新鮮な空気がシリンダの中に導入されるの
で、排気ガスと掃気空気との低温混合物がシリンダから
触媒上に通る。この混合物は、新鮮な空気の存在の故に
リーン側であり、理論空燃比以上である。従って触媒は
酸化環境において作動し、HCの酸化にとっては理想的で
あるが、NOx排気エミッションの還元能力を低下させる
可能性がある。
3. 導入ポートと排気ポートの閉鎖後に掃気サイクルが
終了し、触媒上を通るガス流がほとんどゼロになる。
4. 次のサイクルにおいて排気ポートを開くと、前記の
サイクル（１−２−３）が繰り返され、熱いリッチガス
が触媒上を流れる。これによって触媒の高温還元性環境
が作られ、触媒のNOx還元能力を回復させる。
従って全体的にリーン側の空燃比を有し化学的に酸化
性の排気ガスは、排ガスの温度と組成の経時的変動と排
気ポートの近くに適当な触媒を取り付けた事とによっ
て、NOx成分が触媒還元されている。
排気系の設計によっては、一定のエンジン速度におい
て排気ポートで排気の１回または複数の逆流が生じる可
能性があり、この場合、排気ガスは各サイクル中に触媒
上を数回通過するので、触媒を排気ポートに隣接配置す
る事がさらに有利になる。
以下、本発明を図面に示す実施例について詳細に説明
する。
第１図は４サイクルエンジンの空燃比が周期的に変動
しない場合の３元触媒の転換効率の変動を示すグラフ、 第２図は公称空燃比が公称比から±６％の周期的変動
を示す場合の第１図と同一エンジンの転換効率のグラ
フ、 第３図は本発明による３シリンダ傾斜型２サイクル火
花点火エンジンの１つのシリンダの一部の断面図、 第４図と第５図は排気ポートの構造に変形を加えた第
３図と類似の断面図、 第６図は第３図乃至第５図のエンジンの排気ポートに
おいて使用するに適した触媒ユニットのシート要素の部
分斜視図、 また第７図は第３図に図示のシリンダの排気ポートに
おける排気ガスの空燃比とHCおよびNOxの変動を示すグ
ラフである。
第３図について述べれば、２サイクル火花点火エンジ
ン10はシリンダ11を有し、このシリンダの内部において
ピストン12が複動し、このピストンはピストンロッド13
によってクランク軸（図示されず）に連結されている。
このエンジンは通常の２サイクルで作動し、各シリンダ
11についてスパークプラグ19と燃料噴射器14とを有し、
燃料噴射器14はそれぞれ燃焼室の中に燃料を直接に噴射
するためシリンダヘッド18の中に配置されている。シリ
ンダ11はその一方の側に排気ポート15と、他方の側に導
入ポート16,17とを有する。
２サイクルエンジン技術において公知のように、通常
は空気をシリンダ中に導入する複数の導入ポートを備
え、単一を排気ポートを有する。また一般に２サイクル
エンジンにおいては、シリンダ中のピストンの運動が導
入ポートと排気ポートの開閉を制御し、それぞれポート
の相対的配置と寸法は、排気ポートが導入ポートの開放
前に開き、導入ポートが排気ポートより先に閉じるよう
に構成される。従って導入ポートと排気ポートの両方が
開いてシリンダの有効な掃気を実施する期間がある。
排気マニホルド20がエンジンの各シリンダの排気ポー
トおよび共通排気管（図示されず）に連通している。マ
ニホルド20は、そのスピゴット部分21が排気ポート15か
ら出た通路22の中に受けられ還元触媒ユニット23を通路
22の中に保持するように、適当な取り付けボルトまたは
ファスナによってエンジンに取り付けられる。
還元触媒ユニット23は、多数の通路を成す適当なセラ
ミックスまたは金属材料のベース構造を有する通常の組
成物から成る。通路の露出面は、還元触媒ユニット23を
通過する排気ガスと密接に接触するようにパラジウムま
たはロジウムなどの適当な還元促進材料によって被覆さ
れている。
図示の構造から明らかなように、触媒ユニット13のみ
が排気ガスをシリンダ11から排気ポート15を通して受
け、触媒ユニットと排気ポートとの隣接関係の故に、触
媒ユニット23を通る排気ガスの組成は排気ポート15から
出るガスの組成と実質的に同一である。
図示の構造においては、公知の技法で排気ポート15と
協働するため枢転自在にパワー弁25が取り付けられ（完
全開放状態）、このパワー弁25の存在の故に触媒ユニッ
ト23は排気ポート15から小さい距離だけ下流に離間して
配置される必要がある。パワー弁25はエンジン動作のど
の段階においてもガス流を完全に遮断する事なく、特定
の動作状態においてガス流を制限しまた排気ポートの開
閉タイミングを変動させる。またパワー弁25は各燃焼サ
イクルにおいてその位置を変動する事なく、エンジン動
作状態の変化と共に移動する。このような弁とその動作
は現代の２サイクルエンジンの設計者にとって公知であ
り、その一例はオーストラリア特許出願第57898/86号に
記載され、これを引例として加える。
排気弁が備えられていないエンジンにおいては、触媒
ユニット23は排気ポート15に対してはるかに近く配置す
る事ができる。還元触媒ユニット23の正確な配置は前述
のように各エンジンについて決定する事ができ、還元触
媒ユニット23の配置に関する望ましいファクタは、この
触媒ユニットがエンジンのシリンダの対応の排気ポート
から排出されるガスのみに露出される事であり、これら
のガスは、それぞれ還元性と酸化性条件を成す各エンジ
ンサイクルにおいて相異なる空燃比を有する。排気ガス
のNOx成分の大部分は排気ポートの開放時およびその直
後に排気ポートから出る排気ガス部分であるから、触媒
ユニットは排気ポートの面積の一部、好ましくは最初に
開く半分の面積のみを覆うように構成する事ができる。
還元触媒ユニット23の外側面28は排気マニホルド20内
部の他の排気ガスに対しても露出される事は理解されよ
う。しかしこのような排気ガスを触媒ユニット23中を通
る流量は顕著でなく、従ってこのような他のシリンダか
らの排気ガスに対して触媒ユニットを露出する事はこの
触媒ユニットの動作に対して大きな影響を与えない。第
７図は第３図またはその他の図面について述べたような
燃料直接噴射型の代表的な２サイクル火花点火エンジン
から出る排気ガスの空燃比とNOx含有比の変化を示すグ
ラフである。このエンジンにおいて、排気ポートは下死
点の270゜後に開き、下死点の90゜後に閉じるが、導入
ポート16,17は下死点の300゜後に開き、下死点60゜後に
閉じる。
第７図のグラフから明かなように、排気ポートの開放
時点において、排気ガス中のNOxレベルは高く、これと
同時に空燃比は最低であって、理論空燃比に近い。排気
ポートの開放時点での排気ガスの高いNOx含有量は高度
に還元性の化学条件を成し、触媒によってNOxを有効に
還元させ、触媒から酸素を放出させる。排気ポートの開
放時間が継続しまた導入ポートを開放した後に、空燃比
が顕著に上昇し、これはこの段階で排気ガスがリーン側
となり、低い燃料含有量が排気ポート中の触媒の酸化条
件を生じる事を示す。
この第７図のグラフから見られるように、触媒が排気
ポートに隣接配置されている時、燃料直接噴射型２サイ
クル火花点火エンジンは、触媒に対して図示のような排
気ガスの空燃比のサイクルを示すので、第１図と第２図
の比較の場合と同様に、触媒によるNOx転換効率の改良
が見られて、エンジンからの排気ガスの制御効率全体を
増進する。
第４図には、排気マニホルド120、排気ポート弁125お
よび触媒ユニット123の他の構造が示されている。第３
図の弁125は排気ポート15から出るガスを最も衝突する
位置に移されている。
触媒ユニット123の内側面137は、シリンダ11の内側面
と一致する形状を有し、また往復運動するピストン12に
隣接するように構成されている。触媒ユニット123は排
気通路122に沿って延在し、ガスをその長手方に、排気
ポート15から排気マニホルド120まで自由に移動させる
事ができる。しかし、この触媒ユニットの内部チャンネ
ルは、触媒ユニット内部のガス流がシリンダ11の軸線に
平行な方向に顕著に生じる事ができないように構成され
ている。すなわち、下降するピストン12が最初に排気ポ
ート15を露出する際に、触媒ユニット123の内側面137の
頂点131に入る排気ガスは触媒ユニットの外側面138の最
下部分132からマニホルド120の中に出る事ができない。
触媒ユニット123の外側面138の上部133は、弁125の先端
の掃引面に隣接する部分円筒形面を備える。触媒ユニッ
トの外側面138と排気通路122の内側面とに対する弁125
の封止効果の故に、弁が第４図の位置にある時、触媒ユ
ニットの内側面137の上部の131から入るガスは排気マニ
ホルド120の中に入る事ができない。このようにして弁1
25は第３図の実施態様の弁25と同様の排気ポート開閉タ
イミング効果を有すると共に、触媒ユニット123がシリ
ンダ112の近くに配置されて、効率の改良をもたらす利
点を有する。触媒ユニット123を排気ポー15に隣接し
て、この排気ポートと弁125との間に配置する事によ
り、前記のパワー弁25と比較してこの弁125の構造が簡
単になる。前記のパワー弁25は、ピストンの軸線に対し
て直角の軸線回りのすべての弁運動位置においてピスト
ンの湾曲面を封止するように複雑な形状を有しなければ
ならないからである。
第５図は第４図に類似しているが、排気弁を有しない
エンジンにおける本発明の実施態様を示す。触媒ユニッ
ト223は排気通路222の中に配置され、その内側面237は
ピストンが排気ポート15を覆う際にこの内側面がピスト
ン12と隣接するようにシリンダ11の内側面の形状に形成
されている。この点については、内側面237は第４図の
触媒ユニットの内側面137と同様の形状を有する。
触媒ユニット223はその長手方に排気ポート15から排
気マニホルド220までガスを自由に通過させる。しか
し、第４図の触媒ユニット123の場合と同様に、触媒ユ
ニット内部のガス流がシリンダ11の軸線に対して平行な
方向に生じないような内部チャンネルを備えている。
触媒ユニット223は、第５図に示すようにその上部が
主として還元性触媒を装入され、その下部が主として酸
化性触媒を装入されるように構成されている。これは、
触媒ユニットを相互に重ね合わされた複数のシート要素
241をもって構成し、これらのシート要素の触媒活性を
規則的に変化させ、最上部のシート要素は還元性被覆の
みを備え、最下部のシート要素は酸化性触媒被覆のみを
備え、中央部のシート要素が酸化性触媒と還元性触媒の
両方の被覆を有するようにして達成される。
各シート要素241は第６図に示した公知の形状の触媒
基板から切り出され、平坦な金属シートが波形金属シー
ト82に対して接合されて、これらのシートの間に複数の
チャンネル83を残す。排気通路222の湾曲壁面の故に、
シート要素は相互に相異なるサイズを有する。シート81
と82の基板は、薄い触媒活性物質層によって被覆され
る。上方シート要素242はロジウム含有量の多い被覆を
有し、これに対して下方シート要素243は白金含有の高
い被覆を備える。中間シート要素はロジウムと白金を組
み合わせた被覆を有し、それぞれ相異なるロジウム／白
金比を有し、この比率は上方要素242と下方要素243の末
端シートの間において徐々に変化する。
第５図に示すエンジンの作動中に、ピストンが下方に
移動して排気ポート15を開き始める時、排気ポートを通
して最初に入るガスはNOxの含有量が高く、このガスが
触媒ユニット223の上方シート要素242と接触し、これら
上方シートの高いロジウム含有量が反応してNOxレベル
を低下させる。ピストンが排気ポートを開くサイクルを
続ける際に、NOx含有量の高い化学的に還元性の排気ガ
スの大部分が排気ポートから入るに従って、これらのガ
スは比較的高いNOx還元性能を有する接触シート要素241
にさらされる。排気ポートがさらに開き、また導入ポー
トが開いて新鮮な空気をシリンダに導入させるに従っ
て、排気ガスは化学的に酸化性となり、このガスは下方
シート要素243を含む触媒要素中を通過する事ができ
る。従ってこのガスは酸化性触媒成分にさらされる機会
が増大する。
還元性触媒成分が酸化性ガスにさらされる結果とし
て、この触媒の不活性化を生じる傾向のある事は明かで
ある。しかし、次の排気段階の初期にこの触媒を熱い還
元性排気ガスにさらす事はその触媒の再活性化に役立
つ。
他の実施態様においては、２種の相異なる触媒被覆の
みを有するシート要素241が使用される。主として還元
性活性の触媒被覆を有する一方のグループのシート要素
が通路222の上方に配置され、主として酸化性活性の触
媒被覆を有する他のグループのシート要素が下部に配置
される。このような実施態様は、前述のように触媒活性
の漸進的移行を生じるために各シート要素に相異なる被
覆ケミストリを使用する実施態様に比べて、大きなコス
ト節約を与えるが、このような触媒タイプの急激な変化
の結果、触媒性能全体の低下を生じる事は明かである。
排気通路222の内側面が湾曲しているので、シート要
素241を積み重ねた時に通路の断面を完全に満たすよう
に、各シート要素241はそのチャンネル83に対して横方
向に相異なる幅を有する。
添付の図面について説明した前記の２サイクルエンジ
ンは、燃料を直接にシリンダの中に噴射する燃料噴射シ
ステムを備えているが、このようなシステムの好ましい
変形がオースリラリア特許出願第79821/87号に記載さ
れ、これを引例として加える。
前記の各実施態様において、燃料噴射ノズルはシリン
ダヘッドのスパークプラグに隣接して配置されている
が、これは特にアイドル運転などの低い燃料供給率の場
合に層状給気条件を生じるために有効である。排気ポー
トがなお開いている時に導入ポートから入る空気の中に
燃料が過度に同伴されない事が好ましいのは明かであ
る。
アイドル状態においては、排気ガスの全量が排気ポー
トを通る際に化学的に酸化する事が可能である。このよ
うな状態でのエンジン作動中に、触媒が一定の期間、エ
ンジンサイクルのどの時点においても、排気ガスの化学
的還元を実施しない場合のある事は明かである。
しかし正規のエンジン動作の場合、排気ポートを通し
てシリンダから出るガスの一部の空燃比が理論空燃比以
下（リッチガス）であって触媒に対して還元性ガスを露
出し、またガスの他の部分については空燃比が理論空燃
比以上（リーン）であって触媒に対して酸化性ガスを露
出する。このような望ましい空燃比を得るために、噴射
時間、噴霧パターンおよび噴霧到達距離などの燃料噴射
システムの通常の制御を実施する事ができる。またシリ
ンダ中のガス流の制御を使用する事もでき、このような
制御方法はオーストラリア特許出願第57898/86号および
ベルギー特許第904,818号に記載され、これらの文献を
引例として加える。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シーバー，ケネス フィリップ オーストラリア連邦ウェスタン、オース トラリア州、バーンロー、アシュビー、 ストリート、ロット、16

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】燃焼室内に燃料を直接供給する噴射手段
    と、前記燃焼室から排気ガスを排出する排気ポートと、
    前記燃焼室内に新鮮な空気を導入する導入ポートと、前
    記排気ポート内若しくは前記排気ポートに隣接して配置
    され、前記排気ポートが開いている間に前記排気ポート
    から排出された排気ガスのみを受けて排気ガスを浄化す
    る触媒手段とを備え、前記導入ポートは、前記燃焼室内
    から排気ガスが排出される際に、前記排気ポートが閉じ
    る前に開くように構成され、前記触媒手段は、前記排気
    ポートが開いている間に、交互に化学的還元性ガスと化
    学的酸化性ガスとを受けるとともに、前記排気ガス中の
    窒素酸化物（NOx）を還元する特性の活性触媒材料を含
    有することを特徴とする２サイクル火花点火内燃エンジ
    ン。
  2. 【請求項２】排気ポートからエンジンの複数のシリンダ
    のそれぞれ排気ポートに連通した排気ガスマニホルドま
    で延在する通路の中に触媒手段が配置され、この排気ポ
    ートが開いている時に触媒手段の排気ポートに近い末端
    における排気ガスの空燃比が排気ポートにおける空燃比
    と実質的に相違しないように前記触媒手段の末端が前記
    排気ポートから離間されていることを特徴とする請求項
    １に記載の２サイクル火花点火内燃エンジン。
  3. 【請求項３】触媒手段の活性材料が排気ポートの開放方
    向において変動する化学的組成を有し、少なくとも排気
    ポートの開放に際して最初に露出される触媒手段の端部
    における活性材料が還元性であることを特徴とする請求
    項１または２に記載の２サイクル火花点火内燃エンジ
    ン。
  4. 【請求項４】活性材料の化学組成は排気ポートの前記開
    放方向において一度に変動することを特徴とする請求項
    ３に記載の２サイクル火花点火内燃エンジン。
  5. 【請求項５】活性材料の化学組成は排気ポートの前記開
    放方向において漸進的に変動する事を特徴とする請求項
    ３に記載の２サイクル火花点火内燃エンジン。
  6. 【請求項６】触媒手段は、その一方の端部が排気ポート
    の外周と実質的に隣接するように配置される事を特徴と
    する請求項１乃至５のいずれかに記載の２サイクル火花
    点火内燃エンジン。
  7. 【請求項７】弁手段が排気ポートと触媒手段との間に作
    動的に配置され、前記弁手段は排気ポートの開放のタイ
    ミングを変更するように作動する事を特徴とする請求項
    １乃至５のいずれかに記載の２サイクル火花点火内燃エ
    ンジン。
  8. 【請求項８】触媒手段の一部が、排気ポートの開放に際
    して最初に露出される排気ポートの末端部分から、シリ
    ンダの軸線に平行な排気ポートの延在方向に沿って延在
    する事を特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の
    ２サイクル火花点火内燃エンジン。
  9. 【請求項９】触媒手段はその一端が実質的に排気ポート
    に隣接するように配置され、また弁手段は触媒手段の他
    端と作動的に協働して、排気ポートから入るガス流を触
    媒手段の一部に制限する事を特徴とする請求項１乃至５
    のいずれかに記載の２サイクル火花点火内燃エンジン。
  10. 【請求項１０】新鮮な空気装入量を導入ポートから燃焼
    室の中に導入する段階と、燃焼室中にある空気の中に燃
    料を噴射する段階と、このように生成された可燃性混合
    物に点火する段階と、排気を燃焼室から排気ポートを通
    して排気系まで通過させる段階と、排気ポートにおいて
    または排気ポートに隣接して、排気中の窒素酸化物を還
    元する特性の活性触媒材料を有する触媒手段を配置する
    段階と、触媒手段を実質的に燃焼室のみから出た排気と
    接触させる段階と、燃焼室の排気ポートの各開放期間中
    に触媒手段が交互に化学的還元性ガスと化学的酸化性ガ
    スとに噴出されるように新鮮な空気装入量の導入と、燃
    料噴射と、排気流とを制御する段階とを含むことを特徴
    とする２サイクル火花点火内燃エンジンの作動方法。
  11. 【請求項１１】触媒手段が排気ポートの開放期間の初期
    において化学的還元性ガスに露出され、つぎに化学的酸
    化性ガスに露出されることを特徴とする請求項10に記載
    の２サイクル火花点火内燃エンジンの作動方法。
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