JPH02501762A - 内燃エンジン及びその作動方法 - Google Patents

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】 ２ストロ一クサイクル内燃機関の改良 本発明は、２ストローク内燃エンジンが放出する排気ガスを、エンジンの排気ガ スの望ましからぬ成分を処理する触媒を使用することによって制御することに関 する。

多くの国の環境保護官庁は、自動車の排気ガス中での放出に対する制限を規定し 、自家用車、オートバイ、及び軽商用車が放出する排気ガスに加えられる制限は 、徐々に厳しくなってきている。

多くの国では、自動車の排出の許容限度は、１マイル又は１キロメートル移動す る毎の排気ガスの種々の成分の重量に基づいて規定されている。この制限は、車 両重量又はその搭載エンジンの大きさに関わらず適用される。従って、比較的軽 量の小型自動車を製造する傾向があり、これによって、燃料消費量を減じ、単位 移動距離当たりに発生する種々の排気ガス成分の重量をこれに対応して減じるこ とができた。

排気ガスの制御しなければならない三つの主な成分は、炭化水素（ＨＣ）、窒素 酸化物（ＮＯＸ）　、−酸化炭素（ＣＯ）である。ＮＯｘは、通常、　酸素を窒 素から分離するのに還元環境を作ることを必要とする触媒で処理される。これに 対し、ＨＣ及びＣＯの処理には酸化雰囲気を必要とする。

自動車の内燃エンジンの排気システム中で触媒を使用することハヨ＜知られてお り、排気ガス放出の制御で実施されている。触媒を排気システム中でエンジンの シリンダの実際の排気ポートかう幾分下流に配置することが一般に行われ、何れ か一つのシリンダ又は多数のシリンダからの排気ガスが、この場所で、シリンダ を離れた時間とシリンダに到った時間との間で成る程度混合される・この混合の 結果、排気ガスの種々の成分の分布は、触媒に露呈されるとき、均質混合物に近 づく。従って、排気ガスのほぼ均質な混合物のＨＣ，ＮＯＸ　、及びＣＯ酸成分 処理できる触媒システムを使用しなければならない、 トヨタ中央研究所（Ｔｏｙｏｔａ　Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｒｅ５ｅａｒｃｈ　ａｎｄ 　ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＬａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ、　Ｉｎｃ、、）による調 査についてのＳＡＥの論文第８７２、０９８号に示されているように、自動車用 ４ストロークエンジンに応用した三元触媒システムの浄化効率は、触媒に与えら れる排気ガスの空燃比に応じて実質的に変わるということが知られている。特に 、空燃比が化学量論比を変化させるとき、浄化効率は劇的に変わる。添イ」図面 のうちの第１図を構成するグラフかられかるように、ＨＣ及びＣＯの浄化効率は 排気ガスの空燃比が大きくなるにつれて、即ち、混合物が薄（なるにつれて大き くなる。これに対し、これに対し、ＮＯｘの浄化効率は、空燃比が低い場合、即 ち排気ガス混合物が濃い場合でも大きいが、空燃比が濃い混合物から薄い混合物 へ化学量論的に通過する際に劇的に低下する。

２ストロークで作動するエンジンには排気放出の程度を制御する上で大きな問題 がある。特に、装入空気がエンジンのシリンダに入り込む際に燃料が装入空気中 に同伴されるエンジンでは、この燃料の一部が、従来の掃気工程中、排気ポート を未燃焼のまま通過するという問題がある。排気ガス中のＩＣ及びＣＯを大きく する、未燃焼燃料のこの散逸は、燃料を装入空気でシリンダ内に運ぶのでなく、 エンジンのシリンダ内に直接噴射する、最近の電子制御式燃料噴射装置によって 減じることができる。

しかしながら、燃料の直接噴射それ自体は、ＮＯＸの発生の制御にはあまり役立 たない。特に、車両の大きさが大きくなるにつれて燃料消費量が増大する場合に は、これに対応してＮＯｘの発生を、単位移動距離当たりの質量に基づいて計測 して増大させる。馬力の小さいエンジンでのＮＯｘの量の制御には他の燃焼制御 方法を採用することができるが、出力動力の増大に伴って発生するＮＯＸ量の増 加は、排気ガスの触媒処理でＮＯＸの制御を、特に費用及び作動の安定性の見地 から、最良に行うことのできる状況をもたらす。

直接噴射敷く２ストロークエンジンでは、排気ポート及び入口ボートの両方が開 放しているときに燃料を全く含まない新鮮な装入空気がエンジンのシリンダに入 り、続いて排出される排気ガスを薄めて空燃比を化学量論よりもかなり大きくす る。これは、排気システム中に存在する酸化状態をもたらすが、これは、触媒処 理によるＮＯＸの還元を有効に行うのに必要な、所望の還元状態と相いれない。

従って、従来の三元触媒を排気システムの従来の場所に設けて均質な排気ガスを 処理することはＨＣ及びＣＯを減少させるのみであって、ＮＯｘを減少させない 。

本発明の目的は、２ストローク内燃エンジンでの排気ガスを処理する上で、触媒 システムの性能を改善することである。

この目的に鑑みて、燃焼室に燃料を供給する手段、ガスが燃焼室から排気システ ムへ通過する排気ポート、及び空気の新鮮な充填が燃焼室に入る少なくとも一つ の入口ポートを各燃焼室毎に有し、前記入口ボートが排気ポートの閉鎖前に開放 するように前記入口ポート及び前記排気ポートが構成された２ストローク内燃エ ンジンの作動方法において、各燃焼室の排気ボート開放時期中にガスの第１部分 を前記燃焼室から排気し、排気ボート開放時期中に第１の触媒特性の第１触媒手 段と接触するように差し向け、同じ排気ポートの開放時期中に前記燃焼室から続 いて排気されるガスの第２部分を第１触媒手段と触媒特性の異なる第２触媒手段 と接触するように差し向けることを特徴とする、内燃エンジンの作動方法が提供 される。

直接燃料噴射装置を備えた２ストローク内燃エンジンでは、前記第１部分の排気 ガスは、排気ポートが最初に開放した時に排気ポートを通るガスであり、燃料に 関して化学量論的又は濃く、かくして還元工程を支持することができ、これに対 し、排気ポートを第１部分より後に通る第２部分の排気ガスは、燃料に関して薄 く、還元工程を支持することができる。化学量論的、即ち化学的に還元すべきガ スは、燃焼室内で発生した酸化窒素の質量の大部分を含むガスである。化学的に 還元すべきガスという語は、化学量論的燃焼について酸素の不足したガスを意味 する。換言すれば、このガス中には、ガス中の未燃焼燃料及び部分的に燃焼した 生成物を完全に酸化するには不足であるが、自由酸素が含まれている。

同様に、化学的に酸化すべきガスという語は、化学量論的燃焼について酸素の余 剰なガスを意味する。

便利には、第１触媒手段は、特定の燃焼室の排気ポートのところに、又は排気ポ ートに隣接して配置される。第１触媒手段の位置は、各排気ポートの開放時期中 に第１触媒手段が排気ガスを受け入れるように選択される。この排気ガスは、排 気ポートの開放時期の最初の部分中に排気ポートを通過する、化学的に換言すべ き排気ガスであり、前記第１触媒手段は、排気ポートから受け取ったガス中のＮ ＯＸの酸素を還元する性質の活性触媒材料を含む。

第１触媒手段の位置は、好ましくは、排気ポートを開放したときに第１触媒手段 が特定の排気ポートを通って排気されたガスのみを受け取るように選択されてい る。

便利には、第１触媒手段は少なくとも、排気ポートから排気ガスマニホールドへ 延びる通路内に配置され、この排気ガスマニホールドは、エンジンの複数のシリ ンダの夫々の排気ポートと連通している。排気ポートと隣接した第１触媒手段の 端は、好ましくは、排気ポートから最小に間隔を隔てられており、このため、排 気ポートを開放したとき、第１触媒手段の端での排気ガスの空燃比は排気ポート での空燃比と実質的に変わらない。

第１及び第２の触媒手段の両方を、排気ポートのところ又は排気ポートと隣接し て配置した触媒システムに、触媒システムの活性材料の化学的な組成を排気ポー トの開口の方向で変化させて組み込むのがよい。排気ポートの開放中に最初に露 呈される排気ポートの端にある触媒の活性材料は第１触媒手段であり且つ還元特 性を有し、排気ポートの反対端にある触媒の活性材料は第２触媒手段であり且つ 酸化特性を有する。

そうでない場合には、酸化特性を持つ第２触媒手段を排気ポートからの排気ガス の流路の下流に間隔を隔て、エンジンの多数のシリンダの排気ポートと連通ずる マニホールド内に配置するのがよい。

排気ガスの第１部分の少なくとも一部を、この第１部分が第１触媒手段と接触し て処理された後、第２触媒手段と接触するように差し向けるのがよい。これは、 排気ガスの第１部分の一部を燃焼室内に戻すように差し向けることによって、又 は、第１触媒手段で処理した後ポートに差し向けることによって行うのがよい。

好ましくは、燃料は、燃焼室内に直接噴射される。これは、直′接噴射が排気ガ スの化学的組成を排気ポートのところで排気時期の別の時間に変化させるのに役 立つためであり、更に排気ポートを通る燃料の損失を減少させて燃料効率を高め るためである。

また、本発明によれば、燃焼室に燃料を供給する手段、ガスが燃焼室から排気シ ステムへ通過する排気ポート、及び空気の新鮮な充填が燃焼室に入る少なくとも 一つの入口ボートを各燃焼室毎に有し、入口ポートが排気ポートの閉鎖前に開放 するように入口ポート及び排気ポートが構成された２ストローク内燃エンジンに おいて、排気システムに排気ポートの開放時期中に燃焼室から排気されたガスの 第１部分を受け入れるように配置された、第１の触媒特性の第１触媒手段と、燃 焼室から排気されたガスの第２部分を同じ排気ポートの開放時期での第１部分の 排気の開始に続いて受け入れるように配置された第２触媒手段とが設けられ、第 ２触媒手段は第１触媒手段と触媒特性の異なる触媒手段であることを特徴とする 内燃エンジンが提供される。

第１触媒手段は還元特性を持ち、燃焼室の前のサイクル中に発　・生じた化学的 に酸化すべきガスに露呈することによって部分的に失活させた後、前記化学量論 的な即ち化学的に還元すべきガスに露呈することによって再活性化される。

化学的に酸化すべきガスの幾分かは燃焼室から触媒手段を通り、これに続いて同 じ触媒手段上を通って燃焼室へ戻り、燃焼室のサイクルのこれに続く燃焼工程で オキシダントとして使用される。

便利には、第１触媒手段は、排気ポートが入口ポートの開放前に開放している時 期中にエンジンから排気される排気ガスを受け取るように配置される。

好ましくは、第１触媒手段は排気ポートのところに又は排気ポートのすぐ近くに 配置され、活性触媒手段は、燃焼室を離れるガスが大きく混合される機会を持ち 且つ均質な組成に近づく前に、これらのガスに露呈される。第２触媒手段は、排 気ポートに隣接して配置する必要はなく、実際、排気システム内に排気ポート及 び第１触媒手段から所定距離下流に配置してもよい。

好ましくは、第１触媒手段は、排気ポートが入口ポートを開放した高さ又はこれ より低い高さまで開放する際、最初に露呈される排気ポートの端から延びる。

排気ポートの最初の開放の際、燃焼室から排気ポートを通るガスは、比較的燃料 の濃い燃料−空気混合物の燃焼により生じた燃焼ガスである。このような燃料− 空気混合物は、多くの場合、化学量論的、又は空燃比が低いものの相当する。排 気ポートの開放時期の後の方で、及び排気ポートの閉鎖直前に排気ポートを通っ て出るガスは、燃料の薄いものと比べると、化学量論的よりもかなり高い空燃比 を持つ。これは、入口ポートの開放後燃焼室に入る新鮮な空気を幾分含むためで ある。

エンジンが作動中に通常遭遇する負荷及び速度では、自動車用エンジンの駆動サ イクルに対して重大なものは、膨張ストローク即ち、シリンダ内燃料噴射装置を 備え且つ排気ポートのところに又は排気ポートの近くに取付けた排気触媒手段を 有する２ストロ一クスパーク点火式又は圧縮点火式内燃エンジンの排気ストロー クの際に排気ポートが開放した後に以下の順序で起こるであろう。

（１）最初に、燃焼室内で圧縮され且つ燃焼工程に参加した高温のガスが排気ポ ートを通って移動し、触媒手段を通って幾らか移動する。自動車用エンジンの、 大量のＮＯｘをサイクル中に発生する作動領域では、排気ガスのこの第１部分は 、全体に、化学量論的即ち濃い空燃比を持ち且つ温度が高い。ＮＯｘの還元のた めの理想的な状態は、か（して、触媒のところにつくられる。これは、燃料の濃 い排気ガスの還元性及び高温のためである。

（２）高温で燃料の濃いこのガスを排気ポートを通すのに続いて、移送ボート即 ち入口バルブが開放し、新鮮な空気がシリンダ内に入ることができるため、排気 ガスと低温の新鮮な掃気空気との混合物がシリンダから排気ポートを通る。この 排気ガスの第２部分は、新鮮な空気が存在するため、空燃比が薄い。これは、Ｈ Ｃを酸化するのに理想的な酸化雰囲気中で触媒が作動することを意味するが、放 出ＮＯｘを還元する触媒材料の能力を低下させる。

（３）全てのポートの閉鎖の際、掃気工程が終了し、触媒を通るガス流がほぼ零 になる。

排気システム及び／又は誘導システムの共鳴特性に応じて、特定のエンジン速度 において、排気ポートのところに一つ又は多数の逆流が生じる。これらの逆流の ため、上述の段階（１）及び（２）の間にガスが排気ポートからエンジンのシリ ンダ内へ戻り、従って、ガスは触媒材料を何回も通過する。触媒手段を排気ポー ト内に配置する利点。

（４）排気ポートの次の開放の際に、高温の化学量論的即ち燃料の濃いガスを触 媒手段に通して、段階（１）（２）（３）を再び開始する。触媒のところにつく られる高温の還元雰囲気は、放出ＮＯＸを還元する触媒の能力を復活させる効果 を持つ。

従って、排気ガスの上記第１及び第２の部分が化学的に大きく異なっており、エ ンジンの全放出物が各部分について別の触媒処理を受けるということがわかる。

本発明は、添付図面に図示した本発明の幾つかの実際の構成についての以下の説 明から容易に理解されよう。

図面では、 第１図は、空燃比を一定にした場合の４ストロークエンジンの排気ガスからの、 排気ガスの空燃比に関する三元触媒の浄化効率の正規交差を図示するグラフであ る。

第２図は、一つの態様の排気触媒ユニットをエンジンの排気ポートに隣接して備 えた２ストローク内燃エンジンの一部の概略断面図であり、 第３図は、第２図の触媒装置ユニットの好ましい形体の一つの部材の実際の形体 を示す斜視図であり、第４図は、第２図のエンジンと同様であるが別の態様の触 媒ユニットを備えたエンジン及び排気部形状を示す概略図である。

先ず第２図を参照すると、エンジン１０は、ピストン１２が内部で往復動するシ リンダＩＩを有し、前記ピストン１２はロッド１３でクランクシャフト（図示せ ず）に連結されている。このエンジンは従来の２ストロークで作動し、シリンダ １１の一方の側に排気ポート１５を有し反対側に移送ボート１６．１７を有する 。

排気マニホールド２２０はエンジンのシリンダの各々の排気ポートと連通し、ま た集合排気管（図示せず）と連通ずる。各シリンダ１１は、シリンダヘッド１８ に位置決めされた点火プラグ１９及び燃料噴射装置１４を有し、この燃料噴射装 置１４は燃料を燃焼室内へ直接導入する。

第２図に示すシリンダの断面は、周知の構造の単気筒エンジンのシリンダ、又は 多気筒エンジンの一つのシリンダである。

２ストロークエンジンの技術分野で周知なように、供給空気をシリンダに入れる ための多数の入口ポート即ち移送ポートを設けることが一般的であり、また、通 常、単一の排気ポートが設けられる。更に、２ストロークエンジンの技術分野で 一般に行われているように、シリンダ内でのピストンの運動が入口ボート及び出 口ポートの開閉を制御し、夫々のポートの相対的な配置及び寸法は、一つ以上の 移送ポート即ち入口ポートの開放前に排気ポートが開放し、入口ボートと排気ポ ートの両方が開放してシリンダを有効に掃気する時期があるようになっている。

触媒ユニット２２３は、その内方面２３７がエンジンのシリンダ１１の壁と同形 状に且つピストン１２が往復動する際にこのピストンと隣接するように形成され るように構成されている。触媒ユニット２２３は排気通路２２２に沿って延び、 ガスが、その長さに沿って、排気ポート１５と隣接した内方端から排気マニホー ルド２０と隣接した反対端へ自由に移動できるようにする。この触媒ユニット２ ２３は、ガスが触媒ユニット内でエンジンのシリンダ１１の軸線と平行な方向、 即ち排気ポート１５がピストン１２によって露呈される方向に大きく流れないよ うにするように内側流路を備えて構成されている。かくして、下降するピストン １２が先ず最初に排気ポート１５を露呈したとき、触媒ユニット２２３の内方面 ２３７の上部２３１に入り込むガスは触媒ユニットの外方面２３８の下部２３２ からマニホールド２２０内へ出ることができない。

触媒ユニット２２３は、第２図でわかるように、その上部に主として還元触媒が 装填され、その下部に主として酸化触媒が装填されるように構成されている。こ れは触媒ユニットを互いの上に積み重ねた多数のシート状エレメント２４１から 構成することによって行われる。これらのシートは、上部にあるシートが還元触 媒被覆のみを持ち、底部にあるシートが酸化触媒被覆のみを持つように触媒活性 が変えである。これらのシートは、中央に向かって、排気ガスの性質及びこれに 必要な処理に応じて酸化触媒及び還元触媒のいずれか又は両方の被覆を持ち、こ れはエンジンの種類によって変えるのがよい。

各シート状エレメントは、平らな金属シート８１を波状の金属シート８２に接着 し、流路８３をこの間に残した、第３図に示す一般に知られた物理的な形状を持 つ触媒基材から切り出される。

排気通路２２２の壁が湾曲しているため、隣接したシート状エレメントは、各シ ート状エレメントがその配置した高さで通路の向き合った壁の間に延びるように 大きさが異なっている。

基材シー）−８１及び８２には触媒の作用をなす活性材料が被覆しである。上シ ート状エレメント２４２はロジウム含有量の大きい被覆を有し、下シート状エレ メント２４３はプラチナ含有量の大きい被覆を有する。中間シート状エレメント はロジウム及びプラチナを組合わせた被覆を有するのがよく、各シート状エレメ ントのロジウムのプラチナに対する割合は、上シート状エレメント２４２と下シ ート状エレメント２４３との間で漸次変化する。

別の態様の構成のシート状エレメント２４１では、二つの異なるシート被覆のみ を必要とする。還元活性が優性な触媒被覆を備えた一方の群のエレメントは通路 ２２２の上部に配置され、酸化活性が優性な触媒被覆を備えた他方の群のエレメ ントは通路２２２の下部に配置されている。これは、化学的に性質の異なる多く の被覆をシート状エレメント上に使用して触媒活性を徐々に変化させる最初に説 明した態様と比べて費用を大きく節約できるということは理解されよう。しかし ながら、触媒の種類を急激に変えると触媒の性能を全体に低下させてしまうとい うこともまた理解されよう。

更に別の態様の装置では、シート状エレメント２４１を通路２２２の下部から完 全に除去するが、還元活性を持つエレメントを通路の上部に配置する。このよう な装置は、エンジンの他の燃焼室からの排気ガスが接触するのに十分下流に配置 した酸化活性を持つ別の触媒で補完するのがよい。

第４図は、本発明の別の態様を図示する。エンジン１０は全体として第２図のエ ンジンと同じであり、唯一の大きな相違点は排気装置の形状である。排気マニホ ールド１２０はウェブ１２１で二つのマニホールドキャビティ１３３．１３４に 長さ方向に分割され、これらのキャビティは下流で共通の排気管と連通し、上流 で上排気通路１２４及び下排気通路１２５と夫々連通ずる。

これらの通路１２４．１２５は、排気ポート１１５に向かって延びるウェブ１２ １の連続部分１２１ａによって分離されている。

通路１２４．１２５は、排気ガスが処理のため通過する触媒ユニット１２６．１ ２７を夫々収容する。上触媒ユニット１２６は還元活性を有し、下触媒ユニット １２７は酸化活性を有する。

ピボット１４２を中心として排気ポートに対して横方向に移動できる排気バルブ １４１が排気ポート１１５と周知の方法で協働するように設けられている。排気 バルブ１４１は、エンジンの作動のどの段階でもポート１１５を完全には閉鎖し ないが、排気ポートが開放を開始する位置をピストンのストローク中に変えるこ とによって排気ポートの上縁の有効位置を変えるのに役立つ。このバルブは各燃 焼サイクル中にはその位置を変えないが、エンジンの作動状態に応じて変化する ように制御される。このようなバルブ、及びその作動は最近の２ストロークエン ジンの設計についての当業者に周知であり、オーストラリア特許出願第５７８９ ８／８６号にその一例が開示されている。このバルブは、排気ポートの開放時期 を最も早期にし且つ排気ポートの開放期間を最大にするバルブを最大に持ち上げ た位置で第４図に図示されている。

エンジンに組み込んだ本発明の排気バルブ１４１は、従来使用された排気バルブ とは顕著に異なっている。従来の構造のこのようなバルブと同様に、本発明の排 気バルブ１４１は、どのような作動位置にある場合でも排気ポートの周囲と実質 的に連続する面を燃焼室に提供するように形成された作用面１４３を育し、この 作用面はピストン１２に対して実質的にシールするようになった前縁１４４を有 する。しかしながら、本発明の排気バルブ１４１は、従来使用された排気バルブ と比較すると、作用面１４３に前縁１４４と近接して単一の又は一連のスロット １４５を設けたことが異なっている。このスロットは、排気ポー［１５と上排気 通路１２４とを連通させるように作用面１４３を貫通している。

エンジンの作動中、排気ガスをエンジンの燃焼室から上排気通路１２４内へ通過 させる唯一の通路は、スロット１４５が構成する。

エンジン１１０の作動中、ピストンがその動力ストロークで下方に移動し、排気 ポート１１５を開放し始めるとき、排気バルブ１４１がどのような位置にあって も、排気ポート１１５を通って抜ける最初の排気ガスはスロット１４５を通る。

これは上排気通路１２４内へ通り、上触媒ユニット１２６を通る。ピストン１２ が更に下方に移動してバルブの前縁１４４を通過するとき、排気ガスはバルブ１ ４１の下を通って下排気通路１２５内へ入り、下触媒ユニット１２７を通ること ができる。この段階では、比較的少量の排気がスロット１４５を通って上通路１ ２４内へ入る。下排気通路が開放する前であっても、上排気通路１２４で発生す る圧力波が上触媒ユニットを通って戻る逆流を引き起こすということは理解され よう。この逆流パターンは排気ポートの開放期間中何回も繰り返す。

先に説明したように、ポート１１５を通って抜ける最初の排気ガスは、空燃比の 濃い混合気の燃焼生成物であり、これはＮＯｘの含有量が比較的高く、主として 還元触媒処理を必要とする。これとは対照的にポート１１５を通って後に排出さ れる排気ガスは新鮮な掃気空気を含む空燃比の薄い混合気でありこれはＮＯＸの 含有量が比較的低いが炭化水素の含有量が比較的高く、主として酸化触媒処理を 必要とする。第４図の実施例は、排気バルブのポート時期の利点を残しながら、 このような選択的な触媒処理を排気ガスの連続した部分について、エンジンの一 回のサイクルで行うことのできる手段を提供する。

触媒ユニット１２６．１２７は、シート状エレメントを互（，１に面と面とを向 かい合わせて積み重ねた、第２図及び第３図について説明した全体形状のもので あるのがよい。しかしながら、好ましくは、多数の通路を提供する適当なセラミ ック又は金属製のベース構造を備えたより従来型の基材を有する。下触媒ユニッ ト１２６の通路の露呈面は、ロジウムのような適当な還元促遼材料で被覆され、 これに対し、下触媒ユニット１２７の露呈面はパラジウム又はプラチナのような 適当な酸化促進材料で被覆されている。

第４図に示すエンジンは、幾つかの用途で有利な性能を得るため、以下のように 変更してもよい。触媒ユニット１２６から僅かに下流にある上マニホールドキャ ビティ１３３の出口と下キャビティ１３４の出口とを単に連結することによって 上マニホールドキャビティ１３３を排気装置と通気させるのでなく、その代わり に、上キャビティの唯一の開口が触媒ユニット１２６を通って触媒に到るように 上キャビティを塞ぐ。先に説明したように、最初の排気ガスは、排気ポート１１ ５を通るとき、上排気通路１２４に入るが下排気通路１２５に入ることができな い。最初の排気ガスは還元触媒ユニット１２６を通って上キャビティ１３３内へ 入るが、ここからどこにもいけない。かくして、キャビティ１３３は加圧され、 ピストン１２が排気バルブの前縁１４４を通って下排気通路１２５を露呈するま でこの状態にとどまる。ピストン１２が排気バルブの前縁１４４を通るとき、上 キャビティ１３３内の圧縮ガスが還元触媒ユニット１２６、上排気通路１２４、 及びスロット１４５を通ってエンジンのシリンダ内へ逆に通り、次いで、排気通 路を通って下排気通路１２５、下（酸化）触媒ユニット１２７及び下マニホール ドキャビティ１３４を通って排気管−一通る。このようにして、最初のガスを還 元触媒に二回通し、酸化触媒の両方を通して排気ポートを通過させ、これによっ て、触媒処理を最も必要とする排気の部分への触媒処理を大きく改善する。上マ ニホールドキャビティの大きさ及び形状は、その固有振動数及び圧力波に及ぼす 効果がエンジンの補足効率に有効であるように調整するのがよい。

第４図を参照して説明した構造に対する別の変形では、排気開放時期の後の方で 排気される、化学的に酸化すべきガスを処理する下触媒ユニット１２７を、排気 ポートからこれに隣接して配置された排気システム内に配置するのがよい。所望 であれば、この下触媒ユニット１２７を　排気マニホールド内の所定位置に配置 してもよい。下触媒ユニット１２７はこの位置で同じエンジンの二つ以上のシリ ンダからの排気ガスを処理することができる。

添付図面を参照して上文中に説明した２ストロークエンジンは各々燃料噴射装置 を備えており、これによって、エンジンのシリンダ内に燃料を直接噴射する。特 に有効な燃料噴射装置及びその作動は米国特許第４．６９３．２２４．号に記載 されている。しかしながら、燃焼時の燃焼室内での燃料分布及び燃焼後に導入さ れる掃気ガス中での燃料分布が、排気ポートを通過する排気ガス中での空燃比を 排気ポートの開放時期中に大きく変化するように、燃料及び空気を燃焼室内に導 入する場合には、本発明を直接燃料噴射装置を持たない２ストロークエンジンに 応用することができるということは理解すべきである。また、本発明は、スパー クプラグ及び２ストロークで作動するディーゼルエンジンに応用することができ る。

゛を守Ｊ乙 ＦＩＧＬＩＦ：５．３ 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．燃焼室に燃料を供給する手段、ガスが燃焼室から排気システムへ通過する排 気ポート、及び空気の新鮮な充填が燃焼室に入る少なくとも一つの入口ポートを 各燃焼室毎に有し、前記入口ポートが排気ポートの閉鎖前に開放するように前記 入口ポート及び前記排気ポートが構成された２ストローク内燃エンジンの作動方 法において、各燃焼室の排気ポート開放時期中にガスの第１部分を前記燃焼室か ら排気し、排気ポート開放時期中に第１の触媒特性の第１触媒手段と接触するよ うに差し向け、同じ排気ポートの開放時期中に前記燃焼室から続いて排気される ガスの第２部分を第１触媒手段と触媒特性の異なる第２触媒手段と接触するよう に差し向けることを特徴とする、内燃エンジンの作動方法。 ２．前記第１触媒手段が、ガスの前記第１部分の窒素酸化物を還元する特性を持 っていることを特徴とする、請求項１に記載の内燃エンジンの作動方法。 ３．前記第２触媒手段が、ガスの前記第２部分の炭化水素又は一酸化炭素を酸化 する特性を持っていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の内燃エンジン の作動方法。 ４．排気ガスの第１部分が、燃焼室からの排気の後且つ前記第１部分が他のエン ジンからの排気ガスと混合する前に、第１触媒手段と接触するように差し向けら れることを特徴とする、請求項２に記載の内燃エンジンの作動方法。 ５．排気ガスの第１部分を第１触媒手段で処理した後、前記第１部分の少なくと も一部が排気ガスの第２部分と共に第２触媒手段と接触するように差し向けられ ることを特徴とする、請求項１乃至４のうちのいずれか１項に記載の内燃エンジ ンの作動方法。 ６．前記第１部分の少なくとも一部は第１触媒手段と接触した後、燃焼室内に戻 されるように差し向けられ、その後、排気ガスの第２部分と共に第２触媒手段と 接触するように差し向けられることを特徴とする、請求項５に記載の内燃エンジ ンの作動方法。 ７．排気ガスの第１部分の前記一部は、第２触媒手段と接触するように差し向け られるとき、排気ガスの第２部分と同伴することを特徴とする、請求項１乃至４ のうちのいずれか１項に記載の内燃エンジンの作動方法。 ８．燃焼室に燃料を供給する手段、ガスが燃焼室から排気システムへ通過する排 気ポート、及び空気の新鮮な充填が燃焼室に入る少なくとも一つの入口ポートを 各燃焼室毎に有し、前記入口ポートが排気ポートの閉鎖前に開放するように前記 入口ポート及び前記排気ポートが構成された２ストローク内燃エンジンにおいて 、前記排気システムに排気ポートの開放時期中に燃焼室から排気されたガスの第 １部分を受け入れるように配置された、第１の触媒特性の第１触媒手段と、燃焼 室から排気されたガスの第２部分を同じ排気ポートの開放時期での第１部分の排 気の開始に続いて受け入れるように配置された第２触媒手段とが設けられ、前記 第２触媒手段は第１触媒手段と触媒特性の異なる触媒手段であることを特徴とす る内燃エンジン。 ９．前記第１触媒手段が還元特性を持つ触媒手段であることを特徴とする、請求 項８に記載の内燃エンジン。 前記第２触媒手段が酸化特性を持つ触媒手段であることを特徴とする、請求項８ 又は９に記載の内燃エンジン。 １１．前記第２触媒手段が、入口ポートを開放した後、排気ポートを開放してい るとき、燃焼室から排気された排気ガスだけを受け入れるように配置されている ことを特徴とする、請求項８、９又は１０に記載の内燃エンジン。 １２．前記第１触媒手段はその一端が排気ポートの周囲と実質的に連続した状態 で燃焼室の排気ポート内に配置され、前記第１触媒手段は、排気ポートの開放中 に最初に露呈される排気ポートの端からこのような露呈が進行する方向に延びる ことを特徴とする、請求項８乃至１０のうちいずれか１項に記載の内燃エンジン 。 １３．前記第２触媒手段は、その一端が排気ポートの周囲と実質的に連続した状 態で排気ポート内に前記第１触媒手段と隣接して配置されていることを特徴とす る、請求項１２に記載の内燃エンジン。 １４．前記第２触媒手段は、排気ポートから延びる通路内に配置され、前記第２ 触媒手段の排気ポートと隣接した端部は、排気ポートから下流に間隔を隔てられ ていることを特徴とする、請求項１３に記載の内燃エンジン。 １５．前記第１触媒手段は、一端が排気ポートと連通し且つ他端が閉鎖されたキ ャビティ内にこのキャビティの前記閉鎖端と前記第１触媒手段の隣接端との間に 室を形成して配置されていることを特徴とする、請求項１３又は１４に記載の内 燃エンジン。 １６．前記第１触媒手段は一端が排気ポートと連通したキャビティ内に配置され 、バルブ手段が前記キャビティの前記一端のところに設けられ、前記バルブ手段 は、排気ポートを介する燃焼室とキャビティとの間の連通のタイミングを変える ように作動できることを特徴とする、請求項８、９又は１０に記載の内燃エンジ ン。 １７．前記バルブ手段は、前記バルブ手段の一部が燃焼室の軸線とほぼ平行な方 向に排気ポートと実質的に連続した関係で移動するように、排気ポートに対して 制御された運動を行うように取付けられた部材であり、前記部材は前記キャビテ ィとの連通をなす、前記バルブの一部を通る開口部を有することを特徴とする、 請求項１６に記載の内燃エンジン。 １８．エンジンがスパーク点火式であることを特徴とする、請求項１乃至７のう ちのいずれか１項に記載の２ストローク内燃エンジンの作動方法。 １９．スパーク点火式エンジンであることを特徴とする、請求項８乃至１７のう ちのいずれか１項に記載の２ストローク内燃エンジン。 ２０．燃料が燃焼室内に直接噴射されることを特徴とする、請求項１乃至７、又 は１８のうちのいずれか１項に記載の２ストロークエンジンの作動方法。 ２１．燃料供給手段が燃料を燃焼室内に直接噴射するように構成された燃料噴射 装置であることを特徴とする、請求項８乃至１７、又は１９のうちのいずれか１ 項に記載の２ストロークエンジン。 ２２．添付図面を参照して本明細書中に記載した２ストローク内燃エンジンの作 動方法と同様の２ストローク内燃エンジンの作動方法。 ２３．添付図面を参照して本明細書中に記載した２ストローク内燃エンジンと同 様の２ストローク内燃エンジン。 ２４．排気ガスの第１部分が化学量論的空燃比又は還元特性を持つものであるこ とを特徴とする、請求項１乃至７、１８又は２０のうちのいずれか１項に記載の ２ストロークエンジンの作動方法。 ２５．排気ガスの第１部分が化学量論的空燃比又は還元特性を持つものであるこ とを特徴とする、請求項８乃至１７、１９又は２１のうちのいずれか１項に記載 の２ストロークエンジン。