(57)【要約】【課題】気筒におけるシリンダ３に対する掃気ポート６及び排気ポート７を横断掃気式又はループ掃気式に構成して成る二サイクル内燃機関において、その排気ガスの完全なる浄化を図る。【解決手段】前記排気ポートを第１排気ガス経路１３と第２排気ガス経路１４とに分岐し、前記第１排気ガス経路中に、排気ガスに対するＯ２  センサー１６と三元触媒１７とを設けて、このＯ２  センサーの検出出力に基づいて前記気筒への燃料供給量を前記三元触媒に入る排気ガスにおける空燃比を理論空燃比近傍にするようにフィードバック制御する一方、前記第２排気ガス経路１４に、酸化触媒１８を設け、更に、前記排気ポートからの排気ガスを、排気行程のうち前半の時期において前記第１排気ガス経路に流す状態と、排気行程のうち後半の時期において前記第２排気ガス経路に流す状態とに選択的に切り換えるようにした排気切換弁１９を設ける。【選択図】                      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒におけるシリンダに対する掃気ポート及び排気ポートを横断掃気式又はループ掃気式に構成して成る二サイクル内燃機関において、
前記排気ポートを第１排気ガス経路と第２排気ガス経路とに分岐し、前記第１排気ガス経路中に、排気ガスに対するＯ２  センサーと三元触媒とを、Ｏ２  センサーを上流側に三元触媒を下流側に位置して設け、前記Ｏ２  センサーの検出出力に基づいて前記気筒への燃料供給量を前記三元触媒に入る排気ガスにおける空燃比を理論空燃比近傍にするようにフィードバック制御する一方、前記第２排気ガス経路に、酸化触媒を設け、更に、前記排気ポートからの排気ガスを、排気行程のうち前半の時期において前記第１排気ガス経路に流す状態と、排気行程のうち後半の時期において前記第２排気ガス経路に流す状態とに切り換えるようにした排気切換弁を備えていることを特徴とする二サイクル内燃機関における排気ガス浄化装置。
【請求項２】
前記請求項１の記載において、前記排気切換弁における切り換えが、排気ガスの総てをいずれか一方に流すように選択的であることを特徴とする二サイクル内燃機関における排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリンダに対する掃気ポートと排気ポートとを、横断掃気式又はループ掃気式に構成して成る二サイクル内燃機関において、その排気ガスを浄化処理する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、内燃機関における排気ガスの浄化に際しては、従来から良く知られているように、内燃機関における気筒からの排気ガス経路中に、三元触媒を設けるとともに、この三元触媒の上流側の部位に排気ガス中の酸素濃度を検出するＯ２  センサーを設け、このＯ２  センサーの検出出力に基づいて気筒への燃料供給量を、前記三元触媒に入る排気ガスにおける空燃比を理論空燃比（約１４．７）近傍に維持するようにフィードバック制御することにより、気筒からの排気ガス中における三つの成分、つまり、ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘを同時に酸化又は還元して浄化するという方法が採用されている。
【０００３】
しかし、内燃機関が二サイクル内燃機関であり、しかも、この二サイクル内燃機関が、そのシリンダへの掃気ポート及びシリンダから排気ポートを、掃気ポートからの吸気がシリンダ内を横断掃気流を描いて排気ポートに至る横断掃気式に構成するか、掃気ポートからの吸気がシリンダ内をループ掃気流を描いて排気ポートに至るループ掃気式に構成して成る二サイクル内燃機関である場合には、排気行程の後半において、吸気の排気ポートへの吹き抜けにより、排気ガス中における未燃焼成分が多くなるとともに、その温度が下がることになるから、三元触媒ではこの未燃焼成分を十分に浄化することができない。
【０００４】
そこで、この種の横断掃気式又はループ掃気式の二サイクル内燃機関における排気ガスの浄化には、例えば、特許文献１及び２に記載されているように、その気筒から排気ガス経路中に酸化触媒を設けることにより、この酸化触媒の作用によって、前記未燃焼成分を酸化して浄化するという方法を採用している。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−９８９３４号公報
【特許文献２】
特開平９−２６８９１２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この構成の方法によると、未燃焼成分は、酸化触媒にて高い効率で浄化することができるものの、排気ガス中における三つの成分のうちＣＯ及びＮＯｘを浄化することができないという問題がある。
【０００７】
この場合において、排気ガス経路中に、三元触媒と酸化触媒とを直列に設けることが考えられる。
【０００８】
しかし、この構成においては、三元触媒に対する空燃比をフィードバック制御するためのＯ２  センサーが、排気行程の後半において多くなる未燃焼成分に反応して誤った制御出力を発し、このＯ２  センサーの出力に基づく空燃比のフィードバック制御が不正確になることに加えて、三元触媒における温度が、排気行程の後半における吸気の吹き抜けのための急激に下がることになるから、排気ガスの三元触媒による浄化性能が著しく低下するという問題がある。
【０００９】
本発明は、横断掃気式又はループ掃気式の二サイクル内燃機関では、その排気行程の後半の時期において吸気の吹き抜けにより未燃焼成分が特に多くなることに着目し、排気ガス中の前記した三つの成分を高い効率で浄化できるようにした浄化装置を提供することを技術的課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この技術的課題を達成するため本発明の請求項１は、
「気筒におけるシリンダに対する掃気ポート及び排気ポートを横断掃気式又はループ掃気式に構成して成る二サイクル内燃機関において、
前記排気ポートを第１排気ガス経路と第２排気ガス経路とに分岐し、前記第１排気ガス経路中に、排気ガスに対するＯ２  センサーと三元触媒とを、Ｏ２  センサーを上流側に三元触媒を下流側に位置して設け、前記Ｏ２  センサーの検出出力に基づいて前記気筒への燃料供給量を前記三元触媒に入る排気ガスにおける空燃比を理論空燃比近傍にするようにフィードバック制御する一方、前記第２排気ガス経路に酸化触媒を設け、更に、前記排気ポートからの排気ガスを、排気行程のうち前半の時期において前記第１排気ガス経路に流す状態と、排気行程のうち後半の時期において前記第２排気ガス経路に流す状態とに切り換えるようにした排気切換弁を備えている。」ことを特徴としている。
【００１１】
また、本発明の請求項２は、
「前記請求項１の記載において、前記排気切換弁における切り換えが、排気ガスの総てをいずれか一方に流すように選択的である。」ことを特徴としている。
【００１２】
【発明の作用及び効果】
排気行程のうち前半の時期、つまり、ピストンの下降動の終期で排気ポートが開いた時期において、排気ガスは、三つの成分を含み比較的高い温度で排出されるので、この排気ガスの主流を排気切換弁にて第１排気ガス経路を介してＯ２  センサーを経て三元触媒に導くことにより、前記三つの成分を、空燃比のフィードバック制御のもとで、三元触媒によって高い効率で浄化することができる。
【００１３】
そして、排気行程のうち後半の時期、つまり、ピストンの上昇動の初期で排気ポートが閉じるまでの時期において、吸気の吹き抜けにて排気ガスの温度が急激に下がるとともに、排気ガス中の未燃焼成分が多くなるから、この排気ガスの主流を、排気切換弁にて第２排気ガス経路を介して酸化触媒に導く。
【００１４】
これにより、排気行程のうち後半の時期において多く排出される未燃焼成分を、酸化触媒にて、高い効率で浄化することができる一方、温度が低くなり且つ未燃焼成分が多くなった排気ガスが、前記第１排気ガス経路を介してＯ２  センサー及び三元触媒側に流れることを確実に低減できる。
【００１５】
従って、本発明によると、二サイクル内燃機関における排気ガスを、空燃比のフィードバック制御による三元触媒と、酸化触媒とで高い効率のもとて浄化処理できる効果を有する。
【００１６】
また、前記した排気切換弁による切り換えを、排気ガスの総てをいずれか一方に流すように選択的に構成することにより、温度が低くなり且つ未燃焼成分が多くなった排気ガスが、前記第１排気ガス経路を介してＯ２  センサー及び三元触媒側に流れることを確実に回避できるから、前記した効果をより助長できる利点がある。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図１の図面について説明する。
【００１８】
この図において、符号１は、二サイクルの内燃機関を示す。
【００１９】
この二サイクル内燃機関１は、シリンダ３を備えたシリンダブロック２と、このシリンダブロック２の上面に前記シリンダ３の頂部を塞ぐように締結されるシリンダヘッド４と、前記シリンダ３内には、クランク軸（図示せず）の回転に連動して往復動するピストン５とを備えている。
【００２０】
前記シリンダブロック２には、前記ピストン５が下死点まで下降動したとき前記シリンダ３内に開口することにより、シリンダブロック２の下部におけるクランクケース（図示せず）等にて圧縮した吸気を前記シリンダ３内に導入するようにした掃気ポート６が設けられているとともに、前記ピストン５が下死点まで下降動したとき前記シリンダ３内に開口することにより、前記シリンダ３内における排気ガスを放出するようにした排気ポート７が設けられている。
【００２１】
これら掃気ポート６及び排気ポート７は、掃気ポート６からシリンダ３内に流入した吸気が、実線の矢印８で示すように、ループ掃気流を描いたのち排気ポート７に至るようにループ掃気式に構成するか、或いは、掃気ポート６からシリンダ３内に流入した吸気が、二点鎖線の矢印９で示すように、横断掃気流を描いたのち排気ポート７に至るように横断掃気式に構成されている。
【００２２】
また、前記シリンダヘッド４には、燃料噴射弁１１と、点火栓１２とが設けられている。
【００２３】
そして、前記排気ポート７を、第１排気ガス経路１３への第１排気ポート７ａと、第２排気ガス経路１４への第２排気ポート７ｂとに分岐し、前記第１排気ガス経路１３と前記第２排気ガス経路１４とを一本の大気中への排気ガス放出経路１５に合流するように構成する。
【００２４】
前記第１排気ガス経路１３中には、排気ガス中における酸素濃度を検出するためのＯ２  センサー１６と、三元触媒１７とを、Ｏ２  センサー１６を上流側に三元触媒１７を下流側に位置して設けて、前記Ｏ２  センサー１６の検出出力に基づいて前記シリンダ３内への燃料噴射弁１１による燃料供給量を、前記三元触媒１７に入る排気ガスにおける空燃比が理論空燃比の近傍になるようにフィードバック制御するという構成にする。
【００２５】
一方、前記第２排気ガス経路１４中には、酸化触媒１８を設ける。
【００２６】
そして、前記排気ポート７を二つの排気ポート７ａ，７ｂに分岐する部分は、前記クランク軸の回転に連動して、その一回転当たり矢印の方向に一回転するロータリー式の排気切換弁１９を設けて、この排気切換弁１９の回転により、前記排気ポート７を、排気行程のうち前半の時期、つまり、ピストン５の下降動の終期で排気ポート７がシリンダ３内に開いた時期において、第１排気ガス経路１３への第１排気ポート７ａに連通する一方、排気行程のうち後半の時期、つまり、ピストン５の上昇動の初期で排気ポート７が閉じるまでの時期において、第２排気ガス経路１４への第２排気ポート７ｂに連通するように選択的に切り換えるという構成にする。
【００２７】
この構成において、排気行程のうち前半の時期、つまり、ピストン５の下降動の終期で排気ポート７及び掃気ポート６が開いた時期において、排気ガスは、三成分を含み比較的高い温度で前記排気ポート７から排出される。
【００２８】
この排気ガスは、排気切換弁１９にて第１排気ガス経路１３を介してＯ２  センサー１６を経て三元触媒１７に導かれることにより、この排気ガスに含まれる三成分を、空燃比のフィードバック制御のもとで、三元触媒１７によって高い効率で浄化することができるのである。
【００２９】
一方、排気行程のうち後半の時期、つまり、ピストン５の上昇動の初期で排気ポート７及び掃気ポート６が閉じるまでの時期において、排気ガスは、吸気の吹き抜けにて温度が急激に下がるとともに未燃焼成分が多くなって排気ポート７から排出される。
【００３０】
この排気ガスは、排気切換弁１９にて第２排気ガス経路１４を介して酸化触媒１８に導かれることにより、この排気ガスに多く含まれいる未燃焼成分を、酸化触媒１８にて、高い効率で浄化することができ、しかも、吸気の吹き抜けで温度が下がり且つ未燃焼成分が多くなった排気ガスが、前記第１排気ガス経路１３を介してＯ２  センサー１６及び三元触媒１７側に流れることを回避できるのである。
【００３１】
なお、前記実施の形態は、前記排気切換弁１９による切り換えが、排気ガスの総てを第１排気ガス経路１３及び第２排気ガス経路１４のうちいずれか一方に選択的に流すように構成した場合であったが、本発明は、これに限らず、排気ガスの主流を、第１排気ガス経路１３及び第２排気ガス経路１４のうちいずれか一方に流すように切り換える構成にしても良いのである。
【００３２】
また、前記実施の形態は、点火栓１２を備えた火花点火式の二サイクル内燃機関１に適用した場合であったが、本発明は、これに限らず、ディーゼル機関等の圧縮着火式の二サイクル内燃機関についても同様に適用することができる。
【００３３】
そして、このディーゼル機関等のような圧縮着火式二サイクル内燃機関の場合、その排気ガスには、前記した三つの成分のほかに、ディーゼルパテキュレート（ＤＰ）を含んでいる。
【００３４】
そこで、図示のように、前記第１排気ガス経路１３と第２排気ガス経路１４とを一つに合流した排気ガス放出経路１５中に、例えば、特開２００１−２９５６２７号公報等に記載されているような、前記ディーゼルパテキュレート（ＤＰ）を捕集するディーゼルパテキュレートフィルタ２０を設けるか、或いは、前記三元触媒１７及び前記酸化触媒１８に、前記ディーゼルパテキュレート（ＤＰ）を捕集する機能を付加するという構成にすることにより、ディーゼルパテキュレート（ＤＰ）の排出を、同時に低減できる。
【００３５】
更にまた、前記三元触媒１７の上流側に設けたＯ２  センサー１６による空燃比のフィードバック制御に際しては、例えば、特開平５−２６０７６号公報等に記載されているように、前記第１排気ガス経路１３のうち前記三元触媒１７の下流側にも副Ｏ２  センサーを設けて、この副Ｏ２  センサーと、前記上流側におけるＯ２  センサー１６とでフィードバック制御を行うように構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す要部縦断正面図である。
【符号の説明】
１                      二サイクル内燃機関
２                      シリンダブロック
３                      シリンダ
４                      シリンダヘッド
５                      ピストン
６                      掃気ポート
７                      排気ポート
１３                    第１排気ガス経路
１４                    第２排気ガス経路
１６                    Ｏ２  センサー
１７                    三元触媒
１８                    酸化触媒
１９                    排気切換弁
【図１】
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