JPH0476234A - ２サイクル内燃機関のＮＯｘ低減方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は２サイクル内燃機関のＮＯｘ排出量低減方法に
関する。

〔従来の技術〕

２サイクル内燃機関では４サイクル内燃機関に比較して
一般にＮＯｘの排出量は低く、低負荷運転や高負荷運転
時には排気ガス中のＮＯｘ量はあまり問題にならない。

しかし中負荷領域ではＮＯｘ量がやや増加して対策が必
要となる。また、この中負荷領域では２サイクル機関の
排気ガスは残留酸素を多く含むため三元触媒を用いてＮ
Ｏｘを効率的に除去することが難しくなっている。本願
出願人はこの問題を解決するため、実開平１−１２４０
６８号公報に２サイクルエンジンにおいて排気ガスを吸
気に混入するＥＧＲ（排気ガス再循Ｒ）に関する技術を
提案している。この技術によれば吸気中に不活性成分を
多く含む排気ガスを混入することにより、気筒内の燃焼
最高温度が低下するためＮＯｘの発生が抑制される。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述の実開平１−１２４０６８号公報のようにＥＧＲを
行なうとＮＯｘ発生量を低減する上では効果があるが、
排気ガスを吸気に混入することは、燃焼状態の悪化を招
くため、運転性能を考慮した場合ＥＧＲ量を制限する必
要があり、充分なＮＯｘ低減効果を得られるだけのＥＧ
Ｒ量を確保することができなかった。また、上述の公報
のＥＧＲ装置ではエンジンの排気管からＥＧＲ弁を経て
吸気管に向けてエンジンルーム内にＥＧＲ配管を引きま
わさねばならず、スペース的にも問題が生じる場合があ
った。

本発明は上記問題に鑑み、ＥＧＲ装置を用いずに確実に
排気ガス中のＮＤＸ量を低減可能な方法を提供すること
を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明はＥＧＲを行なうことなく、所定の負荷領域で機
関の実効圧縮比を低下させることにより気筒内の燃焼最
高温度を下げてＮＯｘの発生を抑制することを特徴とし
ている。

すなわち、本発明によれば、シリンダヘッドに給気弁と
排気弁とを有すると共に、少くとも給気弁と排気弁のう
ち遅く閉弁するものの閉弁時期を変更可能とする可変バ
ルブタイミング手段を備えた２サイクル内燃機関におい
て、 ＮＯｘ発生量が増大する機関運転領域で、少くとも前記
給気弁と排気弁のうち遅（閉弁する方の閉弁時期を遅延
させて機関の実効圧縮比を低下させることを特徴とする
２サイクル内燃機関のＮＯｘ低減方法が提供される。

〔作　用〕

給気弁と排気弁のうち遅く閉弁する方の弁の閉弁時期を
遅延させると気筒内の混合気の圧縮開始時期がそれに伴
って遅くなるため、実質的な圧縮比が低下する。従って
、圧縮による混合気の温度上昇も小さくなり圧縮上死点
での混合気温度が低下して燃焼時最高温度が低く保たれ
るためＮ［］ｘの発生が抑制される。

〔実施例〕

第１図に本考案のＮＯｘ低減方法を適用する２サイクル
エンジンの全体構成の一例を示す。図において２サイク
ルエンジン１はそれぞれ独立したカム軸により駆動され
る給気弁と排気弁とを備え、それぞれのカム軸はクラン
ク軸からチェーン若しくはベルトにより駆動されている
。また、それぞれのカム軸には後述する可変バルブタイ
ミング装置２．３が備えられている。

本実施例ではエンジン吸気系にはエンジンクランク軸か
ら機械的に駆動されるルーツ型圧縮機から成る過給機４
が備えられ掃気ポンプとして機能しており、エンジン吸
気は図示しないエアクリーナーから給気管５に入りエア
フロメータ６で計量された後スロットル弁７を通り過給
機４で昇圧される。昇圧された給気はアフタークーラー
で冷却された後給気弁からエンジン燃焼室に入り燃料噴
射弁８から供給される燃料と混合し、図示しない点火プ
ラグにより燃焼した後排気管９から排出される。上記可
変バルブタイミング装置２．３はそれぞれ電子制御ユニ
ット　（以下ＥＣＵという）１０からの出力により給、
排気弁の開閉タイミングを調整している。ＥＣｔｌ　１
０はディジタルコンピュータからなり、双方向性バス１
１によって相互に接続されたＲＯＭ　（リードオンリメ
モリ）１２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）　１３
、ＣＰＵ　（マイクロプロセッサ）１４、人力ポート１
５及び出力ポート１６を備えている。入力ボート１５に
はエンジン回転数を検出するためのエンジン回転数セン
サとエンジン負荷を検出するためのアクセルペダル操作
量センサがそれぞれＡ／Ｄ変換器を介して接続され、出
力ポート１６には可変バルブタイミング装置２゜３の駆
動用ステップモータがそれぞれ駆動回路りを介して接続
されている。ＥｃＵ　１０はこの他にもエンジン制御の
ため種々の入力、出力が接続されているが、図にはそれ
らの一例としてエアフロメータ６とスロットル弁７の開
度を人力して燃料噴射弁８から噴射する燃料を制御する
接続を示している。

本実施例では可変バルブタイミング装置２．３としては
それぞれ特開昭５８−１３５３１０号公報に記載のもの
を用いているが可変バルブタイミング装置としでは別の
形式のものも使用可能である。以下第６図から第８図を
用いて特開昭５８−１３５３１０号公報の可変バルブタ
イミング装置について説明する。

第６図は可変バルブタイミング装置の構造を示す断面で
、本実施例においては給、排気弁のそれぞれに本可変バ
ルブタイミング装置を設けている。

図において２０１はカム軸駆動用のタイミングギヤで、
図示しないベルトによりクランク軸から回転駆動されて
いる。又２０２はカム軸で、吸気弁又は排気弁を駆動し
ており、タイミングギヤ２０１とカム軸２０２とはそれ
ぞれアウタスリーブ２０３とインナスリーブ２０４とに
固定されている。アウタスリーブ２０３と２０４とは互
いに相対回転可能に取付けられていて、それぞれのスリ
ーブの外周には第７図に示すように軸対称の位置に１対
のスリット２０５、　２０５Ｂと２０６．　２０６Ｂと
が穿設されている。

アウタスリーブ上のスリット２０５とインナスリーブ上
のスリット２０６とは第８図に示すようにカム軸２０２
の軸線方向に対して互いに反対方向に傾斜して穿設され
、スリット２０５と２０６との交叉部分には互いに独立
して回転できるローラベアリング２０７と２０８とがそ
れぞれスリット２０５と２０６の内壁の一方に接触する
ように設けられている。ここで第８図に示したものと軸
対称の位置にあるスリブ）　２０５Ｂと２０６Ｂの内壁
にも同様にローラベアリング２０７Ｂと２０８Ｂとが接
しているが、接触している内壁２０５．２０６は第８図
とは反対になっている。従ってローラベアリング２０７
．　２０８及び２０７Ｂ、　　２０８Ｂを同時にカム軸
の軸線方向に前後移動させることによりバックラッシュ
を生じずにアウタスリーブ２０３とインナスリーブ２０
４とを相対的に回転させることができる。前述のように
アウタスリーブ２０３はタイミングギヤ２０１に、又イ
ンナスリーブ２０４はカム軸２０２にそれぞれ一体に固
定されているた給上記アウタスリーブ２０３とインナス
リーブ２０４との相対回転によりタイミングギヤ２０１
とカム軸２０２との位相が変化することになりバルブ開
閉タイミングのクランク軸に対する位相角を変えること
ができる。

次に上記ローラベアリング２０７　（Ｂ）　　と２０８
（Ｂ）　とをカム軸の軸線方向に沿って移動させる機構
について説明する。第６図と第７図とに示すように、ロ
ーラベアリング２０７　（Ｂ）、　２０８　（Ｂ）は、
スライダ２０９の直径部質通孔２１０に挿通支持された
ベアリング軸２１１に回転自在に支持されており、スラ
イダ２０９は軸方向には移動可能だが回転方向には固定
された非回転の駆動スリーブ２１２にベアリング２１３
を介して回転自在に支持されている。ベアリング２１３
はそのアウタレースとインナレースがそれぞれスライダ
２０９と駆動スリーブ２１２とに固定されている。この
ため駆動スリーブ２１２が非回転のまま軸方向に移動す
るとスライダ２０９、ベアリング軸２１１はアウタスリ
ーブ２０３、インナスリーブ２０４と共にスライダ２０
９の周囲に回転自在に保持されたまま軸方向に移動する
ことができる。また、上記駆動スリーブ内面には螺条が
設けられており、ハウジング２１４に固定されたステッ
プモータ２１５の出力軸２１６の螺条と螺合している。

駆動スリーブ２１２はハウジングに設けた軸方向スプラ
イン２１７により回転に対して固定されているた約ステ
ップモータにより出力軸２１６を回転させると駆動スリ
ーブ２１２は軸方向に移動する。すなわちステップモー
タ２１５を回転させることによりスライダ２０９とロー
ラベアリング２０７（Ｂ）、　２０８　（Ｂ）がステッ
プモータ２１５の回転に応じた距離だけ軸方向に移動し
、アウタスリーブ２０３とインナスリーブ２０４を相対
回転させカム軸２０２のクランク軸に対する位相を変更
することができる。なお、上述の説明から明らかなよう
に本実施例ではバルブの開弁時期と閉弁時期とは同時に
同じ位相だけ変化し、開弁期間は一定に保たれる。

本実施例では、この可変バルブタイミング装置を用いて
バルブ開閉時期を変更することにより機関の実効圧縮比
を低下させてＮＯｘの発生を抑制している。

以下に第２図と第３図を用いて、バルブタイミングと実
効圧縮比との関係について説明する。

第２図は通常時、すなわちＮＯｘの発生量が少ない運転
条件でのバルブタイミングを示している。

図はクランク軸位相角に対する給、排気弁の開閉タイミ
ングを示しており、Ｅ・Ｏ，Ｅ−Ｃは排気弁の開弁及び
閉弁時期を、■・０・Ｉ−Ｃは給気弁の開弁及び閉弁時
期をそれぞれ示しており、ＢＤＣはピストンの下死点を
示している。本実施例ではＥ−０，Ｅ−ＣはそれぞれＢ
ＢＤ［’　（下死点前）８０度、ＡＢＤＣ（下死点後）
４０度前後に設定され、■・０．１・ＣはそれぞれＢＢ
ＤＣ５０度、ＡＢ［１Ｃ７０度前後に設定されている。

機関運転時に気筒内で混合気が燃焼し、ピストンが下降
してＢＢＤＣ８０度の位置に到達すると、排気弁が開弁
し、気筒内の高圧燃焼ガスが排気弁から流出する。ピス
トンが更に下降すると次いで給気弁が開弁するが、この
間燃焼ガスは排気弁から流出するため、給気弁開弁まで
に大部分の燃焼ガスが排出され、給気弁開弁時には気筒
内に残留する燃焼ガス量は低下している。

排気弁開弁から給気弁開弁までの間の燃焼ガスの排出は
ブローダウンと呼ばれ、負荷が高い程、すなわち気筒的
燃焼圧力が高い程強いブローダウンが得られ、排気され
る燃焼ガス量も多く、給気弁開弁時に気筒内に残留する
燃焼ガス量は低下する。

次に給気弁が開弁すると、吸気ポートから過給機により
加圧された新気が流入するため、上述の残留燃焼ガスの
一部は新気により排気ポートに押出され、掃気が完了し
、混合気が形成される。やがてピストンがＢＤＣを越え
て上昇工程に移ると気筒内の混合気は一部が給気弁と排
気弁から押出されるが、まず排気弁が、次いで給気弁が
閉弁することにより気筒内が密閉空間となるため、給気
弁が閉弁した後は気筒内で混合気が圧縮されることにな
る。すなわち、気筒内での実際の圧縮工程すなわち実効
圧縮工程は、給気弁と排気弁のうち、遅く閉弁する方（
本実施例では給気弁）が閉弁したときから開始されるこ
とになる。従って第２図において実際の圧縮工程は図に
Ｖｃで示した区間となる。次に第３図でバルブタイミン
グを遅延させた場合について考える。本実施例では給、
排気弁の開閉タイミングは同量ずつ遅延され両方の弁の
開弁期間と相対的位相は不変である。このようにバルブ
タイミングを変更した結果給気弁の閉弁遅延により実効
圧縮工程は図にＶ。′で示す区間に短縮される。ピスト
ンが上死点に達したときの燃焼室容積はバルブタイミン
グ変更前後で不変であるた約バルブタイミング遅延によ
り圧縮開始時期が遅延する分だけ圧縮比が低下すること
がわかる。

このようにバルブタイミング変更により圧縮比が低下す
る結果圧縮による混合気の温度上昇幅は抑制され、ピス
トン上死点における混合気温度を低下させることができ
る。

次に第４図は、本実施例においてバルブタイミングの遅
延操作を行なう運転領域を示す。第４図縦軸は機関負荷
を表わすパラメータとしてエンジン１回転当りの吸入空
気量（Ｑ／Ｎ）を、横軸はエンジン回転数（Ｎ）を示し
ている。本実施例では、バルブタイミングの遅延は図の
領域■と■において負荷条件に応じて２段階に行なわれ
る。図の領域■は軽負荷運転状態を示し、この領域では
気筒内の燃焼圧力は低く前述のブローダウンが弱いため
気筒内に残留する燃焼ガス量が増大し、ＥＧＲを実施し
たのと同様な効果が生じＮＯｘの発生量ハ少なく、バル
ブタイミング遅延操作は不要である。また、図の領域■
は高負荷運転状態であり、燃料の供給量が増大され混合
気の空燃比が理論空燃比よりリッチ側に移行するためや
はりＮＯｘの発生量が小さくなるのでこの領域でもバル
ブタイミング遅延操作は行なわない。結局、バルブタイ
ミング遅延操作が必要となるのは上記Ｊと■の中間の中
負荷領域■、■であるが、この領域内では負荷が高いほ
どＮＯｘが発生しやすくなるため、本実施例では負荷条
件に応じてバルブタイミング遅延量を２段階に設定し、
比較的負荷の高い領域Ｈでは給、排気弁の開閉タイミン
グを約２０度、また比較的負荷の低い領域■では約１０
度遅延させ圧縮比の低減量を変えている。

第５図はＢＣ［Ｉ　１０によるバルブタイミング変更制
御動作を示す。この制御はＥＣＵ　１０のメインルーチ
ンの一部として実行するが、メインルーチンとは別に一
定時間或いはエンジン回転毎の割込ルーチンとして行な
っても良い。

第５図において、ステップ１１０は吸入空気量Ｑ１エン
ジン回転数Ｎの読込みを示す。吸入空気量はエアフロー
メータ６から、エンジン回転数Ｎはエンジン回転数セン
サからそれぞれ人力される。次にステップ１２０ではス
テップ１１０で入力したＱＮにより第４図の関係を基に
機関負荷条件がバルブタイミングを遅延すべき領域（領
域Ｉ［、ＩＩ［）にあるか否かが判定され領域１１．Ｈ
に該当しない場合はステップ１３０で給排気弁のタイミ
ング遅延量△θをゼロにセットし、遅延を行なわない。

ステップ１２０で運転条件が領域ＩＩ、Ｈにあると判定
された場合は次にステップ１４０で運転条件が領域■と
■のどちらにあるかを判定し、領域■であった場合はス
テップ１５０でΔθを２０度に設定し、領域■であった
場合はステップ１６０で△θを１０度に設定してテスッ
プ１７０で上記により設定したΔθを可変バルブタイミ
ング装置２，３のステップモータ２１５に出力してバル
ブタイミング遅延を行なう。

上述のように本実施例では給、排気弁の開閉タイミング
は同時に同量だけ変更されるが、圧縮比低減のみの目的
では、給排気弁のうち遅く閉弁する方（本実施例では給
気弁）のタイミングのみを遅延させるようにしても同じ
結果が得られる。また、本実施例ではバルブタイミング
遅延量は２段階に設定されているが、遅延量を負荷条件
に応じて領域Ｉから領域■にかけて連続的に変化するよ
うに設定すれば更に適切な制御を行なうことができる。

〔発明の効果〕

本発明では上述のように可変バルブタイミング装置を用
いて、ＮＯｘ発生量が増加する中負荷領域で圧縮比を低
下させてＮＯｘ発生を抑制するようにしたことにより、
従来のＥＧＲによるＮＯｘ低減法のようにＥＧＲ量の制
限を受けることなく、確実にＮＯｘを低減することがで
きる。またＥＧＲ配管やＥＧＲ弁等を設ける必要がない
ため、エンジンの搭載性が悪化することがない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるＮＯｘ低減方法を適用する。 ２サイクル機関の実施例を示す図、第２図、第３図はバ
ルブタイミングと圧縮比との関係を説明する図、第４図
はバルブタイミング遅延操作を行なう運転領域を示す図
、第５図はＥＣＵによるバルブタイミング制御動作を示
すフローチャート、第６図から第８図は可変バルブタイ
ミング装置の一実施例を示す構造図である。 １・・・２サイクルエンジン、 ２．３・・・可変バルブタイミング装置、５・・・吸気
管、　　　　　６・・・エアフロメータ、７・・・スロ
ットル、　　　８・・・燃料噴射ノズノペ９・・・排気
管 １０・・・電子制御ユニッ）　（［ＥＣＵ）、２０１・
・・タイミングギヤ、 ２０２・・・カム軸、２０３・・・アウタスリーブ、２
０４・・・インナスリーブ、 ２０５　　□２０５Ｂ　、　２０６　　、２０６Ｂ・・
・スリット、２０９・・・スライダ、　　２１２・・・
駆動スリーブ、２１５・・・ステップモータ、 ２１６・・・出力軸。 第１図 １・・拳エンジン ２．３・・・可変バルブタイミング装置４・・・過給機 ６・・・エアフローメータ ７・・・スロットル ８・・・燃料噴射弁 １０・・・ＥＣＵ 第 図 ２０２・・・カム軸 ２０３・・・アウタスリーブ ２０４・・・インナスリーブ ２０５　、２０５Ｂ・・・スリット ２０６　、２０６Ｂ・・・スリット ２０７　、２０７Ｂ・・・ローラベアリング２０９・・
・スライダ ２１１・・・ベアリング軸 ２１２・・・駆動スリーブ ２１３・・・ベアリング ２１５・・・ステップモータ ２１６・・・出力軸

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、シリンダヘッドに給気弁と排気弁とを有すると共に
   、少くとも給気弁と排気弁のうち遅く閉弁するものの閉
   弁時期を変更可能とする可変バルブタイミング手段を備
   えた２サイクル内燃機関において、 ＮＯｘ発生量が増大する機関運転領域で、少くとも前記
   給気弁と排気弁のうち遅く閉弁する方の閉弁時期を遅延
   させて機関の実効圧縮比を低下させることを特徴とする
   ２サイクル内燃機関のＮＯｘ低減方法。