(57)【要約】【課題】上流に還元触媒、下流に酸化触媒を配し、両触媒間に２次エアを供給する排ガス浄化装置をもつ火花点火内燃機関にて、還元触媒への２次エア流入を防ぐことにより、還元触媒の高効率を実現して省資源、低コスト化を実現し、酸化触媒の極力上流への配置を可能ならしめ、両触媒のライトオフを早めて冷態時の未浄化有害物質の排出を低減する。【解決手段】還元触媒の下流に供給された２次エアが、排気管内を上流に向け逆流して還元触媒に流入する主原因は、排気管端から上流に向け進行する正圧波による輸送である。この正圧波を発生させるのは、排気ガスの噴出により下流に向け進行する正圧波が自由端たる管端で反射して発生する上流に向け進行する負の反射波である。本発明では、排気管端に部分的に固定端の性格を付与するリフレクタを付設し、正の反射波を発生させて負の反射波を打ち消し、もって、上記の上流に向け進行する正圧波の発生を防止する。【選択図】図３
2018141456.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各気筒が他の気筒と共用しない当該気筒専用のスロットルバルブのみを備えた往復動型４ストローク火花点火内燃機関で、以下を同時に備えることを特徴とする内燃機関。
１．所望の機関運転条件では理論混合比より薄くない混合気を供給する燃料供給装置
２．排気ガス通路の上流に還元触媒、下流に酸化触媒を備えた排気装置
３．還元触媒と酸化触媒の間の排気ガス通路に開口した２次エア供給ポート
４．２次エア供給ポートにエア吐出口が接続された２次エアポンプ
５．排気装置内の排気ガス通路が、排気ガスの流れの上流から下流に向けて流路断面積  が急激に増加する自由端形成部のうち、少なくとも、還元触媒の下流側直近に位置する  自由端形成部付近、あるいは、酸化触媒の下流側直近に位置する自由端形成部付近のい  ずれかに配置され、かつ、当該配置位置における排気ガス通路の断面の一部を閉塞する  形状を有するリフレクタ
【請求項２】
少なくとも酸化触媒の下流側直近に位置する自由端形成部に備えられたリフレクタは、それが閉塞する排気ガス通路の断面の大きさが、当該自由端形成部において上流側から到達する正圧の圧力波に対応して発生する上流に向け進行する負圧の反射波を全て打ち消す大きさの上流に向け正圧の反射波を生成せしめるに略必要な大きさ、あるいはそれを上回る大きさであるリフレクタであるところの請求項１の内燃機関。
【請求項３】
内燃機関は、そのスロットルバルブから排気バルブの間の吸気通路の容積が内燃機関の当該気筒の排気量の１．５倍以下であり、かつ、吸気バルブと排気バルブの有効オーバーラップがクランク回転角３０度以下である内燃機関であるところの請求項２の内燃機関。
【請求項４】
２次エアポンプが、内燃機関を構成しているピストンとクランク室を構成要素に含む往復動型エアポンプであるところの請求項３の内燃機関
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、排気ガス中の有害物質の低減を図った火花点火内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】  排気ガス中の主要な有害物質である酸化窒素類（以下、「ＮＯｘ」と記す。）、一酸化炭素（以下、「ＣＯ」と記す。）、炭化水素類（以下、「ＨＣ」と記す。）を低減するには、触媒を用いてＮＯｘを還元し、ＣＯとＨＣを酸化して無害な物質に転換する方法がひろく採用されている。現在、自動車用の火花点火内燃機関では、フィードバックにより混合気の空燃比を理論比付近（いわゆる三元窓内）に制御し、還元と酸化を単一の三元触媒で行う方式が採用されている。【０００３】  フィードバックによる空燃比制御技術が確立される以前の１９７０年代には、主に四輪自動車用に、理論混合比よりやや濃い混合気を内機関に供給し、排気装置の排気ガスの流れの上流（以下、単に「上流」と記す。）に還元触媒、排気ガスの流れの下流（以下、単に「下流」と記す。）に酸化触媒を配置し、還元触媒によりＮＯｘを還元し、還元触媒と酸化触媒の間にベーン型などのエアポンプにより２次エアを供給して酸化触媒によりＣＯとＨＣを酸化する有害物質低減法が検討された。【０００４】  日本国特許第４２３４７１６号には、２次エアの供給にエアポンプを用いず、排気管内に発生する負圧により２次エアを排気ガス通路内に吸入する技術が示されている。その請求項２などにおいて、２次エアの供給位置を「第１触媒」に接近させると２次エアが上流の「第１触媒」にまで逆流し得る事実が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許公報特許第４２３４７１６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  専らＮＯｘの還元のための還元触媒に２次エアの流入を許せば、還元触媒の一部または全部が酸化雰囲気にとなり、その部分は還元触媒として機能しない。さらに、還元触媒が一旦酸素を吸蔵すると、当該部位の雰囲気が還元雰囲気に復しても、ある時間は還元触媒として機能しない。【０００７】  従来の技術では、２次エアの還元触媒への流入を防ぐために、２次エアの供給位置を還元触媒からしかるべく遠ざける必要がある。２次エアの供給位置は酸化触媒の上流にあらねばならないので、還元触媒と酸化触媒の距離を短くするには制約がある。還元触媒と酸化触媒の間の距離が増すに従いこの間での排気ガス温度の低下が大きくなる。よって、酸化触媒が冷態からライトオフするまでの時間が長くなり、活性化するまでに放出されるＣＯ、ＨＣが増す問題がある。【０００８】  また、敢えて還元触媒の一部分に２次エアの流入を許して還元触媒と酸化触媒を接近して配置するならば、還元触媒に必要なＮＯｘの還元能力を常時保持させるには、そのサイズを予め大型化しておかねばならない。還元触媒の大型化には、貴金属などの資源の無駄が発生しコストが増加する問題があり、かつ、還元触媒自体の熱容量が増加して活性化するまでに放出されるＮＯｘが増す問題がある。また、還元触媒自体の熱容量の増加は、下流に位置する酸化触媒のライトオフをも遅らせるので、酸化触媒が活性化するまでに放出されるＣＯ、ＨＣが増す傾向を伴う。【０００９】  本発明の第１の課題は、上流に還元触媒、下流に酸化触媒を配置し、両触媒の間に２次エアを供給する排気ガス浄化システムにおいて、２次エアの流入により還元触媒の還元機能が害されることなく、還元触媒のサイズを必要最小限に抑えることである。第２の課題は、２次エアの流入により還元触媒の還元機能が害されることなく、還元触媒と酸化触媒を接近させて配置することを可能とすることである。【００１０】  第１の課題の解決により、還元触媒に係る資源消費とコストが最小限に抑えられ、かつ、還元触媒の熱容量の増加が回避でき、ライトオフの遅れが回避され、還元触媒が活性化するまでに未浄化で排出されるＮＯｘを最小限に抑えられる。また、還元触媒の熱容量の最小化は、酸化触媒のライトオフを早めるのにも寄与する。第２の課題の解決により、還元触媒と酸化触媒の間の排気ガス通路の熱容量が最小限に抑えられ、ライトオフが早まり、酸化触媒が活性化するまでに未浄化で排出されるＣＯ、ＨＣを最小限に抑えられる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】  本発明では、下流に供給された２次エアを上流に向け逆流させる支配的原因を特定し、これを除去することにより上述の課題を解決する。【００１２】  まず、２次エアを上流に逆流させる可能性がある諸原因につき述べる。【００１３】  第１の原因は、排気ガス通路内を下流から上流に向け進行する正圧の圧力波による２次エアの上流への輸送である。【００１４】  図１は、火花点火内燃機関例の排気系を示す概念図である。内燃機関１の排気ポート２と排気管３を合わせた排気ガス通路の全長は、小型火花点火内燃機関において一般的に採用される０．５メートルから１メートルと想定している。排気管３の後端は膨張室４の内部に開放された自由端である。膨張室４の内部は排気ガスにより満たされており、その時間的平均圧力はほぼ大気圧に等しいと想定している。【００１５】  図２は、図１中の排気管３の圧力測定点５における圧力（静圧、ゲージ圧）の時間的変化のパターンを示すグラフである。縦軸は圧力（単位：大気圧比パーセント）である。横軸はクランクシャフト回転角（単位：度）である。排気バルブの開き始めを始測定開始点としてクランクシャフト２回転分、すなわち１サイクル分の圧力変化を表示している。同グラフの下部には、排気バルブ開領域２０１、排気バルブ開領域２０３、および吸気バルブ開領域２０２が示されている。【００１６】    内燃機関の負荷は全負荷である。機関運転速度（クランクシャフト回転速度）は、全負荷時の発生トルクが付近の運転速度の発生トルクより小となるいわゆる「トルク谷」が出現する速度である。【００１７】  図２のグラフの圧力波形につき説明する。【００１８】  排気バルブが開くと、排気ガスが燃焼室から排気ガス通路に噴出して下流に向け流動を開始する。同時に、この噴出した排気ガスにより、排気ガス通路内に滞留していた前の燃焼サイクルの排気ガスは圧縮されて圧力が上昇する。この圧力上昇は、正圧の圧力波として排気通路内を音速で下流に向け進行する。この正圧の圧力波の先頭が下流に向け進行して自由端である管端に到達すると、その一部は反射して負圧の反射波が管端から上流に向け音速で進行を開始する。【００１９】  図２のグラフの圧力曲線の左端の第１の正圧領域１０１は、排気バルブが開き排気ガスが排気通路に噴出することにより発生する正圧領域である。第１の正圧領域１０１のうち、圧力が上昇し最高圧力に至るまでの圧力上昇区間では上に凸であり、最高圧力から圧力が減少して外気圧に至るまでの圧力下降区間では典型的には下に凸である。【００２０】  圧力上昇区間は、排気バルブが開き排気ガスが燃焼室から排気ガス通路に噴出することにより圧力が上昇する区間である。圧力下降区間は、継続している排気ガスの噴出による正圧と、管端から上流に向け進行する負圧の反射波の和が正ではあるが、圧力が下降する区間である。【００２１】  第１の正圧領域１０１に続く第１の負圧領域１０２は、管端から上流に向け進行し圧力測定点に到達した負圧の反射波により圧力が負圧となる区間である。【００２２】  第１の負圧領域１０２に続いて第２の正圧領域１０３が観測される。負圧の反射波が上流に向け進行する過程では、排気ガス通路の全長が負圧となる。負圧の反射波の���端が管端を通過したのち、管端から排気ガスが高速で流入する。高速で流入した排気ガスは排気バルブ付近で急速に速度を減じ、その運動エネルギーは圧力ヘッドとなり、第２の正圧領域１０３が発生し、以降、次第に減衰する気柱振動が発生する。【００２３】  ここで、第１の負圧領域１０２が存在しなければ、第２の正圧領域１０３は発生しないことを指摘しておく。【００２４】  排気バルブが閉じるタイミングと、前記の第１の負圧領域１０２を形成する下流から上流に向け進行する負圧の反射波の終端が燃焼室に入るタイミングが一致する機関運転速度では、燃焼室内に残留している排気ガスが下流に向け吸引される。これにより、充填効率が向上して発生トルクが増加し、いわゆるトルクの山が出現することは当業者において周知である。同様に、排気バルブが閉じるタイミングと、前記の第２の正圧領域１０３を形成する下流から上流に向け進行する正圧の圧力波の終端が燃焼室に入るタイミングが一致する機関運転速度では、排気ガスが上流に向け逆流して燃焼室内に押し込まれる。これにより、充填効率が低下して発生トルクが減少し、いわゆるトルクの谷が出現することも当業者において周知である。【００２５】  第２の正圧領域１０３を形成する下流から上流に向け進行する正圧の圧力波は、減衰が小さく大きなエネルギーをもっている。上述のとおり、この正圧の圧力波は、排気通路中の排気ガスを上流に向け逆流させる。よって、排気管３のいずれかの位置に２次エアを供給すれば、逆流する排気ガスと共に上流に向け輸送される。【００２６】  これまで、２次エアの還元触媒への流入防止につき、２次エアの供給量制御と還元触媒と２次エアの供給位置の間の距離の設定に関しては多くの知見が公表されてきた。しかしながら、下流から上流に向け進行する正圧の圧力波は、その大きなエネルギーのため２次エアを還元触媒に向けて逆流させる重大な原因であるにも拘わらず、これまでその対策は講じられてこなかった。【００２７】  第２の原因は、２次エアの過剰な供給である。【００２８】  必要量を大きく上回る２次エアを供給すれば、２次エアが排気ガス通路内に滞留し、一部が上流側にも圧送されて還元触媒に到達することは明らかである。酸化触媒によりＣＯおよびＨＣを酸化させるに必要とされる２次エアの供給量は、酸化触媒の下流における排気ガス中の残存酸素が、ドライベースモル比で２パーセントから５パーセント程度となる量でよい。２次エアポンプの特性設定、吸入側および吐出側の通気抵抗を調節する絞り機構、吐出空気の一部を吸入側に戻す環流機構、これらをスロットルバルブの開度に連動して制御する機構、カムシャフトと連動する回転バルブによる２次エア供給タイミングと供給するクランク角度範囲の設定などは、従来から２次エアの供給量の制御に用いられ、あるいは提案されてきた。これらにより、２次エアの供給量をほぼ必要量近くに制御することが可能である。よって、２次エアの過剰な供給は実用上問題とならない。【００２９】  第３の原因は、上流から下流に向け進行する負圧の圧力波による２次エアの上流への輸送である。【００３０】  一般的な４サイクル往復動型火花点火内燃機関では、排気行程の終わりから吸気行程の始めの間に排気バルブと吸気バルブが共に開いているバルブオーバーラップが存在する。バルブオーバーラップの期間中に吸気管内が負圧であれば、この負圧により排気ガス通路内の排気ガスは燃焼室を経て吸気管内へ吸引され、排気ガス通路内を上流から下流に向け進行する負圧の圧力波が発生する。この時、当該排気ガス通路内に排気ガスと共に２次エアが存在しておれば、当該２次エアはこの負圧の圧力波によって排気ガスと共に上流に向け輸送される。【００３１】  バルブオーバーラップが大きければ排気ガス通路内で発生する負圧の圧力波は当然大きく、小さければ当然小さい。発明者による１９７０年代の実験結果では、各気筒の排気量２４９立方センチメートル、吸気バルブおよび排気バルブのランプ部を除いた有効作用角がクランク回転角度で共に２８４度、有効バルブオーバーラップが同７８度の高出力志向の内燃機関例では、排気ガス通路の最上流部において軽負荷運転時に、機関の運転速度に依存せずバルブオーバーラップ中に出現する排気通路内の有意の圧力低下を観測した。一方、排気量１２４立方センチメートル、吸気バルブおよび排気バルブの有効作用角が共に２４２度、有効バルブオーバーラップが同３０度の低燃費志向の単気筒内燃機関例では、排気ガス通路の最上流部においてバルブオーバーラップ中に特定的に出現する排気通路内の圧力有意な低下は観測されなかった。よって、吸気管内の負圧に由来する２次エアの逆流は、有効バルブオーバーラップが７８度と大であれば無視できないが、同３０度以下であれば実用上無視できるレベルに低下する。【００３２】  なお、各気筒が他の気筒と共用しない当該気筒専用のスロットルバルブのみを備えた内燃機関では、吸気管内の負圧は吸気行程中に最大となり、その後徐々に減少して排気行程の終わりから吸気行程の始めにおいて最小となる。吸気バルブシートからスロットルバルブの間の吸気管容積が大であれば、同一運転条件下でのスロットルバルブ開度は小さくなりバルブオーバーラップ時の吸気管内の負圧は大きくなるが、吸気管容積が内燃機関の排気量の０．５倍から１．５倍の間では、排気ガス通路で観測されたオーバーラップ中に特有の微小負圧の大きさの変化はノイズに埋もれて判定できないレベルであった。【００３３】  第４の原因は、２次エアの上流への拡散である。【００３４】  排気ガス通路内に供給された２次エア中の気体分子は、排気ガス通路内に拡散する。還元触媒と２次エアの供給位置が接近している場合、２次エアの一部は拡散により還元触媒に流入する可能性がある。排気ガス通路内の気体分子の平均自由行程は高々１００ナノメートルのオーダーと推定される。例えば毎分２４００回転の低速運転時の１燃焼サイクルの間、すなわち５０ミリ秒の間、に、２次エアがマクロ的に流動する空間は限定される。２次エアの供給位置と還元触媒の後端の間に空間を設けてその大きさを選定すれば、２次エアが還元触媒に到達する確率を所望のレベル以下に抑えることが出来る。必要とされる空間の大きさは、実験により容易に決定できる。【００３５】  また、２次エアの供給位置と還元触媒の後端の間にバッフルプレートを設けて還元触媒に向かう２次エアのマクロ的な流動を規制すれば、前記の空間の体積を低減��きることは当業者において周知である。２次エアの供給位置から還元触媒が遮るものなく直視できる場合には、バッフルプレートは有効である。【００３６】  上述のとおり、従来の知見および技術による適切な設計が採用されれば、拡散による２次エアの還元触媒への流入は実用上問題とはならないレベルに抑えられる。【００３７】  なお、排気ガスが、上流に向け逆流すること無く常に下流に向け流れるならば、この排気ガスの流れは、拡散による２次エアの逆流を確実に低減する。本発明によれば、後述する構成とその作用により、排気ガスの流れは（停止する瞬間はあり得るものの）常に上流から下流に向けた流れである。【００３８】  以上で述べたとおり、２次エアの逆流を発生させる可能性がある４個の原因のうち、第２、第３、第４の原因は、従来の知見と技術により対策が可能であって、いずれも実用上問題にはならない。これに対し、第１の原因「排気ガス通路内を下流から上流に向け進行する正圧の圧力波による２次エアの上流への輸送」は、従来は意識されなかった事象ではあるが、２次エアの還元触媒への流入の主原因であり、課題解決のために除去すべきものである。以下でその除去手段につき述べる。【００３９】  既述のとおり、図２のグラフ中の第２正圧領域を形成する下流から上流に向け進行する正圧の圧力波は、それに先立つ第１の負圧領域１０２を形成する下流から上流に向け進行する負圧の反射波により励起される気柱振動として発生する。本発明では、この気柱振動を励起する負圧の反射波の生成を防止することにより、第２正圧領域を形成する正圧の圧力波の発生を防止し、この正圧波よる２次エアの上流への輸送を防止する。具体的には、自由端たる排気ガス通路の管端に固定端の性格を付与し、負圧の反射波と同時に正圧の反射波も生成させ、負圧と正圧の両反射波を打ち消し合わせる。【００４０】  先ず、本発明の構成につき述べる。【００４１】  図３は、本発明になる火花点火内燃機関の例を側方より視た側面部分断面図である。図４、図５、図６は、各々、図３のリフレクタＡ５１、リフレクタＢ５２、リフレクタＣ５３を排気ガスの流れの上流側から視た正面図である。【００４２】  図３の火本発明になる花点火内燃機関１０は、ピストン８１とクランク装置８２を備えた往復動型単気筒４サイクル機関である。【００４３】  本機関の排気装置１１は、排気ポート２０の末端に接続された排気管Ａ２１、排気管Ａ２１の後端に接続された還元触媒３１、還元触媒３１の後端に接続された排気管Ｂ２２、排気管Ｂ２２の後端に接続された酸化触媒３２、酸化触媒３２の後端に接続された排気管Ｃ２３、排気管Ｃ２３の後端に接続された消音器４１を備えている。排気管Ｃ２３の後端は、消音器４１の第１膨張室４２内に開口している。排気管Ａ２１の後端にリフレクタＡ５１、排気管Ｂ２２の後端にリフレクタＢ５２、排気管Ｃ２３の後端にリフレクタＣ５３が装着されている。各リフレクタは、中央部を円形に穿孔された円環状の部材である。【００４４】  本機関は、燃料供給装置たるダウンドラフト固定ベンチュリ型のキャブレタ６２が備えている。キャブレタ６２は、図３ではボデーに隠れ示されていないが、燃料と空気の混合気の供給量を制御するバラフ��イ型のスロットルバルブを備えている。キャブレタ６２の吸気入口はエアクリーナ６１のクリーンサイドに接続されている。キャブレタ６２は、ＮＯｘを還元すべき機関運転条件下では理論空燃比（正確にはいわゆる三元窓の希薄側限界空燃比）あるいはそれよりも濃い混合気を機関に供給するように適合されている。【００４５】  本機関では、ピストン８１の往復動によるクランク室８３の容積変化を利用したエアポンプが構成されている。リードバルブを内蔵した吸入側逆流抑止装置７１の吸入口はエアクリーナ６１のクリーンサイドに接続されており、吐出口はクランク室８３に接続されている。リードバルブを内蔵した吐出側逆流抑止装置７２の吸入口はクランク室８３に接続されており、吐出口は２次エア供給ポート７３接続されている。２次エア供給ポート７３は、還元触媒３１と酸化触媒３２の間の排気ガス通路に開口している。【００４６】  図４のリフレクタＡ５１、図５のリフレクタＢ５２、図６のリフレクタＣ５３は、各々、板材で製作された円盤の中央に円形の孔Ａ５１１、孔Ｂ５２１、孔Ｃ５３１を穿孔した円環状の部材である。各孔が自由端たる開口部であり、各円環部が固定端たる閉塞部である。孔Ａ５１１、孔Ｂ５２１、孔Ｃ５３１の大きさは、開口部で発生する負圧の反射波と閉塞部で発生する正圧の反射波が互いに打消すよう実験によって選定されている。【００４７】  本例では、各リフレクタは排気管と別体の部品であるが、排気管の後端を折り曲げるなどにより構成することが出来る。なお、各リフレクタの配置位置は、必ずしも管端である必要はなく、各リフレクタを多段構成とするも可である。【００４８】  排気管の終端付近に固定または可変のリフレクタを備えて圧力波の反射を制御する技術は、いわゆるトルク谷の軽減手段として遅くとも１９７０年代には公知となっていた。本発明の発明者らは、特許公告公報平成４−７１２１０号の第４ページ左列の第１８行から第２１行において、無反射型の可変型リフレクタにつき言及している。しかしながら、反射波制御による下流から上流に向け進行する正圧の反射波の抑制が、２次エアの上流への逆流防止の手段となることはこれまで知られていなかった。【００４９】  次に、作用につき述べる。【００５０】  図７は、図３中の排気管Ａ２１内の圧力測定点２５における排気ガスの圧力（静圧、ゲージ圧）の時間的変化のパターンを示すグラフである。縦軸は圧力、横軸は排気バルブの開き始めからの経過時間である。同図において、実線はリフレクタＡ５１を装着した場合の圧力を、一点鎖線はリフレクタ５１を装着しない場合の圧力を示す。【００５１】  排気バルブが開き始めると排気ガスに噴出により排気管Ａ２１内の圧力は急激に上昇する。排気管Ａ２１の後端は還元触媒３１の入口部の空間に開放されている。よって、リフレクタＡ５１が無ければ管端は自由端であり負圧の反射波が発生する。本例では、正圧の反射波を発生させる固定端の性格もつリフレクタＡ５１が備えられており、その閉塞部の大きさは正と負圧の反射波は互いに打消し合うように選定されているので、管端では上流に向け進行する負圧の反射波と正圧の反射波は互いに打ち消し合い観測されない。【００５２】  本例では、管端から進行���てくる負圧の反射波は存在しないので、排気ガスの噴出による正の圧力は、管端から進行してくる負圧の反射波により打ち消されることはない。よって、正の圧力のピーク値は、管端が自由端である場合のピーク値に比べ高い。この正の圧力は、排気ガスが下流に向け流れる従い単調に低下するが負圧は観測されない。これは、排気ガスは排気管Ａ２１の中を逆流することなく下流に向け流れることを意味する。【００５３】  排気管Ｂ２２、排気管Ｃ２３においても、各々リフレクタＢ５２、リフレクタＣ５３が備えられており、負圧の反射波と正圧の反射波が打ち消し合う。よって、排気管Ａ２１の場合と同様に、排気管Ｂ２２、排気管Ｃ２３においても排気ガスは排気管の中を逆流することなく下流に向け流れる。【００５４】  上述のとおり、本発明になる機関では、各排気管において下流から上流に向け進行する正圧の圧力波の発生が抑制されるので、２次エアが上流に向け進行する正圧の圧力波により上流に向け輸送されることは無く、２次エアの還元触媒への流入を防止する作用を実現している。【００５５】  なお、排気ポート２０と排気管Ａ２１を合わせた長さが短ければ、排気ガスに噴出により発生する正圧と排気管Ａ２１の後端からの負圧の反射波は即時打ち消し合い、かつ、気柱振動も発生しない。このような場合には、排気ポート２０から排気管Ａ２１の後端の間の気柱振動は実用上問題にはならず、リフレクタＡ５１を省略することが可能である。これは、排気管Ｂ２２，排気管Ｃ２３が短い場合も同様である。
【発明の効果】
【００５６】  本発明によれば、還元触媒のサイズを最小限に抑えることが可能となり、資源消費とコストが最小限に抑えられ、かつ、還元触媒の冷態からライトオフまでの時間が短縮されるので、還元触媒が活性化するまでに浄化されずに排出されるＮＯｘを最小限に抑えられる効果が得られる。さらに、酸化触媒を還元触媒に接近させて配置することが可能となり、酸化触媒が冷態からライトオフまでの時間が短縮されて、酸化触媒が活性化するまでに浄化されずに排出されるＣＯ、ＨＣを最小限に抑えれる効果が得られる。【００５７】  本発明によれば、酸化触媒を還元触媒に接近させて配置することが可能であり、排気管長を短く抑えることができる。よって、排気装置全体を小型化することが可能となる効果も得られる。【００５８】  負圧の反射波の発生を抑えた本発明になる内燃機関では、排気管内に発生する負圧の反射波による高速運転域での体積効率の向上は期待できないが、正圧の反射波によりある運転速度において体積効率が低下してトルクが低下するいわゆるトルク谷は発生しない。高速運転時の高出力を必要とせず、中速で定速運転を行う小型汎用機関や小型発電機用内燃機関では、負荷の変動時に運転速度のハンチングをおこすことなく運転速度を一定に制御する必要がある。ハンチングを防止するには、低速から高速にかけてなだらかに低下するトルク特性が好ましいことは当業者において周知である。本発明になる内燃機関では、負圧の反射波の発生を抑えたことにより、安定した定速制御が容易となる効果が副次的に得られる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】  火花点火内燃機関例の排気系を示す概念図
【図２】  図１の排気管の前端部における圧力の時間的変化を示すグラフ
【図３】  本発明になる火花点火内燃機関例を部分断面として示す側面図
【図４】  図３のリフレククＡを排気ガスの流れの上流側から視た正面図
【図５】  図３のリフレクタＢを排気ガスの流れの上流側から視た正面図
【図６】  図３のリフレクタＣを排気ガスの流れの上流側から視た正面図
【図７】  図３の排気管Ａの前端部における圧力の時間的変化を示すグラフ
【図８】  本発明の実施例を部分断面として示す側面図
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００６０】  図８は、本発明の一実施例を部分断面として示す側面図である。【００６１】  本実施例の火花点火内燃機関は、図３に示した機関の排気装置１１のみを変更したものである。還元触媒への２次エアの流入を許さずに還元触媒３１と酸化触媒３２の間の距離を最短化して両触媒の冷態からのライトオフ時間の短縮を実現するものである。【００６２】  排気ポート２０には短い排気管Ａ２１が接続されている。排気管Ａ２１の後端は還元触媒３１の前室に開口している。排気ポート２０の長さと排気管Ａ２１の長さを合わせた長さは極めて短いので、既述のとおり排気ポート２０と排気管Ａ２１の間では大きな圧力変動は発生しない。よって、排気管Ａ２１の管端にはリフレクタは装着されていない。還元触媒３１と酸化触媒３２の間には排気管は存在せず、小室たる空間が設けられている。この空間に２次エア供給ポート７３が開口している。２次エア供給ポート７３の直上流に、２次エアの拡散の向きを規制するバッフルプレート９１が装着されている。バッフルプレート９１は板材で製作された円盤の中央に円盤の中央に円形の孔を穿孔した円環状の部材である。その中央部に設けられた孔の面積は、本例では排気管Ａ２１の最狭部の断面積の約１．４倍に設定されている。還元触媒３１と酸化触媒３２の間の小室の容積は、実験により２次エアが拡散により還元触媒に到達する確率を所望のレベルに抑えるよう選定されている。【００６３】  酸化触媒の後端には小室たる空間が設けられており、この空間に排気管Ｃ２３が接続されている。排気管Ｃ２３の後端は消音器４１の第１膨張室４２内に開口している。排気管Ｃ２３の後端にはリフレクタＣ５３が装着されている。リフレクタＣ５３は、図６に示したリフレクタと同様の円環状の部材である。本実施例のリフレクタＣ５３の開口部の大きさも、開口部で発生する負圧の反射波と閉塞部で発生する正圧の反射波が互いに打消すよう実験によって選定されている。【００６４】  本実施例では、リフレクタＣ５３の採用により排気ポート出口の近傍に還元触媒と酸化触媒を接近させて配置することを可能とし、早いライトオフを実現している。【００６５】  図３および図８に示した例では、２次エアポンプは内燃機関を構成しているピストンとクランク室を構成要素とする往復動型エアポンプである。別体のポンプも採用可能であるが、ピストンとクランク室を利用するのがコスト上有利である。【００６６】  図３および図８に示したピストンとクランク室を構成要素とする往復動型エアポンプでは、エアの吸入側と吐出側に逆流抑止装置が必要である。吸入側逆流抑止装置に関しては、リードバルブに代えて流体ダイオードを使用するも可である。一般に流体ダイオードは、エアの流速が低いと逆方向抵抗と順方向抵抗との比が１に近く、流速が高いと大きくなる。この特性を２次エア供給量の制御に利用することができる。吐出側逆流抑止装置に関しては、排気ガスのクランク室への流入防止のために、ほぼ完全に逆流を阻止する機構が必要である。リードバルブに代えてカムシャフトまたはクランクシャフトの回転に同期した回転バルブを採用して所望のタイミングで２次エア吐出口と排気ガス通路を連通させるも可である。
【符号の説明】
【００６７】  １０  本発明になる火花点火内燃機関
１１  排気装置
３１  還元触媒
３２  酸化触媒
５１  リフレクタＡ
５２  リフレクタＢ
５３  リフレクタＣ
６２  キャブレタ
７３  ２次エア供給ポート
８１  ピストン
８３  クランク室
【図１】
2018141456.tif 000003
【図２】
2018141456.tif 000004
【図３】
2018141456.tif 000005
【図４】
2018141456.tif 000006
【図５】
2018141456.tif 000007
【図６】
2018141456.tif 000008
【図７】
2018141456.tif 000009
【図８】
2018141456.tif 000010