JPH04132832A - エンジンの吸排気構造 - 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サイクルエンジンの吸排気構造に関するも
のである。

［従来の技術］ 従来の２サイクルエンジンにおいては、吸気ポートと排
気ポートとが、下死点近傍の燃焼室の側面（シリンダ内
周面）に設けられ、両ポートかピストンの側面によって
開閉されるようになっていた（例えば、特開昭６２−１
１３８２０号公報参照）。

しかしながら、このような従来の２サイクルエンジンに
おいては、 ■吸気ポートと排気ポートとかいずれも下死点近傍に配
置されているので、燃焼室上部かデッドスペースとなり
やすく、この部分に燃焼ガスが残留して体積効率か低下
する、 ■排気ポートまわりの熱負荷が高くなるので、シリンダ
に熱害による歪みが発生することがある、■排気ガスの
流れによってシリンダ内のオイルが排気ポートに押し出
されるのでオイル消費量（ＬＱＣ）が増える、などとい
った問題があった。

そこで、上記問題点を解消するため、排気ポートを燃焼
室の天井面（シリンダヘッド）に設け、この排気ポート
を排気弁で開閉するようにした２サイクルエンジンが提
案されている。かかる２サイクルエンジンにおいては、
新気と燃焼ガスとがともに燃焼室内を一方的に上向きに
流れるといったいわゆるユニフローが形成されるのでデ
ッドスペースか発生せず、掃気を完全に行なうことがで
きる。また、シリンダに熱害による歪みが発生せず、オ
イルが排気ポートから漏出しない。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、排気ポートを排気弁で開閉するよう１こ
した上ｇ己２サイクルエンジン１こおいては、掃気時に
新気が排気ポートに吹き抜けることがあり、とくに過給
機で吸気を過給するようにしたエンジンでは、過給圧が
変化したときに新気の吹き抜けが発生するといった問題
がある。なお、このような新気の吹き抜けは、両ポート
をシリンダ側面に開口させた２サイクルエンジンにも生
じるのはもちろんである。

そして、このような新気の吹き抜けが発生すると、排気
ガス温度が低下して排気ガス浄化触媒の活性が低下し、
エンジンのエミッション性能が低下するといった問題が
ある。

本発明は上記従来の問題点を解消するためになされたも
のであって、排気ポートを排気弁で開閉するようにした
上方流れユニフロー式の２サイクルエンジンにおいて、
新気の吹き抜けを防止することができ、エミッション性
能の向上を図ることかできるエンジンの吸排気構造を提
供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達するため、第１の発明は、燃焼室の天井
面に設けられた排気ポートを排気弁で開閉し、シリンダ
側壁に設けられた吸気ポートをピストンで開閉するよう
にした上方流れユニフロー式の２サイクルエンジンにお
いて、排気ガス温度を検出する排気温センサを設けると
ともに、排気温センサ検出値の時間に対する変化率を演
算して該変化率が予め設定される負の判定基準値より小
さいときには排気弁を早閉じさせる排気弁制御手段を設
けたことを特徴とするエンジンの吸排気構造を提供する
。

第２の発明は、過給機で吸気を過給する一方、燃焼室の
天井面に設けられた排気ポートを排気弁で開閉し、シリ
ンダ側壁に設けられた吸気ポートをピストンで開閉する
ようにした上方流れユニフロー式の２サイクルエンジン
において、排気ガス温度を検出する排気温センサを設け
るとともに、排気温センサ検出値の時間に対する変化率
を演算して該変化率が予め設定される負の判定基準値よ
り小さいときには過給機の過給圧を低下させる過給圧制
御手段を設けたことを特徴とするエンジンの吸排気構造
を提供する。

第３の発明は、上記第１の発明または第２の発明におい
て、排気カス浄化装置と該排気ガス浄化装置の触媒温度
を検出する触媒温度センサとを設ける一方、触媒温度セ
ンサによって検出される触媒温度が触媒活性化温度より
低いときには吸気温度を高める吸気温度制御手段を設け
たことを特徴とするエンジンの吸排気構造を提供する。

［発明の作用・効果］ 一般に、２サイクルエンジンにおいて、新気の吹き抜け
が生じたときには、排気ガス温度が低下する。したがっ
て、排気ガス温度が低下しはじめたときには、新気吹き
抜けが発生しはじめているものと考えられる。

そして、第１の発明によれば、排気温センサ検出値の時
間に対する変化率（以下、これを排気温微分値という）
が演算されるが、この排気温微分値は排気ガス温度の上
昇速度または低下速度をあられすので、排気温微分値が
負の値となったときには、排気カス温度が低下しはしめ
ていることになる。ここで、排気温微分値が予め設定さ
れる判定基準値（負の値）より小さいとき、すなわち排
気ガス温度の低下速度が設定値より大きいときには、排
気弁の閉弁時期が早められる。つまり、新気の吹き抜け
が生じはじめたときに、直ちに排気弁の閉弁時期が早め
られ、新気の吹き抜けの発生が未然に防止される。ここ
において、排気温微分値は排気ガス温度の変化に対する
応答が非常に速いので、例えば過給圧の急激な変動に起
因する新気の吹き抜は等にも、はぼ瞬時に対応すること
ができ、新気吹き抜けがほぼ完全に防止され、エミッシ
ョン性能の向上が図られる。

なお、排気温センサによって検出される排気ガス温度そ
のものか低下したときに、排気弁の閉弁時期を早めると
いった手法も考えられるか、この手法では排気ガス温度
が低下し１こ後、すなわち新気の吹き抜けがかなり生し
てから、これが是正されることになるので、新気の吹き
抜けを完全に防止することかできない。また、排気温セ
ンサの温度検出部（例えば熱電対）は熱容量をもち、こ
の１こめ排気ガス温度が変化したときに、検出値に応答
遅れが伴われるので、排気ガス温度が激しく変動するよ
うなときには、正確に排気カス温度を検出することがで
きず、効果的に新気の吹き抜けを防止することができな
い。

第２の発明によれば、基本的には第１の発明と同様のプ
セロセスで排気温微分値が演算され、この排気温微分値
が判定基準値（負の値）より小さいとき、すなわち新気
の吹き抜けが生じはじめたときに、沙給機の過給圧が下
げられる。このため、燃焼室への新気の流入速度、ない
し燃焼室内での新気の流速が小さくなるので、第１の発
明と同様に、未然に新気の吹き抜けが防止され、エミッ
ション性能の向上が図られる。また、不必要な過給圧の
上昇が防止され燃費性能が高められる。

第３の発明によれば、まずもって第１の発明または第２
の発明と同様の作用・効果が得られる。

さらに、排気ガス浄化装置の触媒の温度が触媒活性化温
度より低いときには、例えば過給機を備えたエンジンに
おいてインタクーラをバイパスさせて吸気を供給するな
どといった方法により、吸気温度が高められるので、排
気ガス温度が高められ、これによって触媒温度が速やか
に高められ、エミッション性能の一層の向上が図られる
。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を具体的に説明する。

第１図と第２図とに示すように、２サイクルエンジンＣ
Ｅには、シリンダブロック１と、該シリンダブロックｌ
の上側に締結されるシリンダヘッド２とが設けられてい
る。そして、シリンダブロックＩ内にはシリンダ３が配
置され、このシリンダ３内には、ピストン４が上死点と
下死点との間をシリンダ軸線方向に自在に往復摺動でき
るように嵌入されている。ここで、シリンダヘッド２の
下端面と、シリンダ３の内側面と、ピストン４の上端面
とによって燃焼室５が画成されている。

そして、下死点位置におけるピストン４の上端面よりや
や上側となる位置において（第１図、第２図はこの状態
を示している）、シリンダ３の側面には吸気ポート６が
設けられ、この吸気ポート６はピストン４の側面によっ
て開閉されるようになっている。また、燃焼室５の天井
面（シリンダヘッド２）には排気ポート７が設けられ、
この排気ポート７は排気弁８によって所定のタイミング
で開閉されるようになっている。

ここで、ピストン４が上昇する行程においては、吸気ポ
ート６が閉じられた後燃焼室５内の吸気がピストン４に
よって圧縮されるとともに吸気中に燃料噴射弁９から燃
料が噴射されて混合気が形成され、この混合気が点火プ
ラグ１０によって着火・燃焼させられるようになってい
る。そして、上死点通過後、混合気の燃焼によって生じ
る圧力によっテヒストン４が押し下げられ、この仕事が
りランク軸（図示せず）の回転動力に変換されるように
なっている。

このようにピストン４が下降する行程において、ピスト
ン４か所定の位置まで下降したときには排気弁８が開か
れ、燃焼ガスが排気ポート７を介して排気通路１１に排
出されるようになっている。

なお、後で説明するように、排気弁８の開閉タイミング
は、コントロールユニット２０からの信号に従って排気
弁開閉タイミング可変手段１２によって制御されるよう
になっている。また、排気ガスは、排気通路１１に介設
された排気ガス浄化装置１３によって浄化されるように
なっている。

さらにピストン４が下死点近傍まで下降すると吸気ポー
ト６が開かれ、吸気ポート６から燃焼室５内に吸気（新
気）が供給され、この吸気は後で説明するように過給さ
れているので燃焼室５内に残留している燃焼ガスを排気
ポート７に押し出し、掃気を行なうようになっている。

このとき、吸気と燃焼ガスとはともに上向きに一方的に
流れるユニフローを形成し、デッドスペースが生じない
。

そして、燃焼室５内に吸気を供給するために、吸気ポー
ト６と連通ずる吸気通路１４が設けられ、この吸気通路
Ｉ４には、吸気を過給する過給機１５と、断熱圧縮によ
って温度が上昇した吸気を冷却するインタクーラ１６と
が設けられている。また、インタクーラＩ６をバイパス
するバイパス吸気通路１７が設けられ、このバイパス吸
気通路１７にはこれを開閉する切換バルブ１８が介設さ
れている。

そして、新気の吹き抜けを防止するために排気弁１８の
開閉タイミングまたは過給機１５の過給圧を制御し、か
つ排気ガス浄化装置１３の触媒温度の低下を防止するた
めに吸気温度を制御するといった吸排気制御を行なう、
コントロールユニット２０が設けられ、このコントロー
ルユニット２０には、制御情報として、排気ポート７に
臨設された熱電対式排気温センサ２１によって検出され
る排気ガス温度と、排気ガス浄化装置１３の触媒に臨設
された熱電対式触媒温度センサ２２によって検出される
触媒温度とが入力されろようになっている。なお、コン
トロールユニット２０は、請求項Ｉに記載された排気弁
制御手段、請求項２に記載された過給圧制御手段、ある
いは請求項３に記載された吸気温度制御手段に相当し、
微分回路２０ａＳＣＰＵ２０ｂ等を備えている。

以下、第３図に示すフローチャートに従って、コントロ
ールユニット２０による吸排気制御の制御方法を説明す
る。

ステップ＃１では、触媒温度センサ２２によって検出さ
れる触媒温度Ｔｃが読み込まれる。

ステップ＃２では、触媒温度Ｔｃが触媒活性化温度以上
となっているか否かが比較される。本実施例では、触媒
温度Ｔｃが触媒活性化温度より低いときには、切換バル
ブ１８を開いて吸気温度を高めるようにしている。

ステップ＃２での比較の結果、触媒温度Ｔｃが触媒活性
化温度以上であれば（ＹＥＳ）、触媒の活性が十分に高
められており、したがって排気ガス温度をことさら高め
る必要がないので、ステップ＃３で切換バルブ１８が閉
じられ、過給機１５から吐出される比較的高温の吸気が
インタクーラ１６で冷却される。このため、燃焼室５に
供給される吸気の密度が高くなり、充填効率が高められ
、エンジン出力が高められる。この後、ステップ＃５以
下の新気吹き抜は防止ルーチンが実行される。

一方、ステップ＃２での比較の結果、触媒温度Ｔｃが触
媒活性温度より低ければ（ＮＯ）、排気ガス温度を高め
て触媒の早期活性化を図るために、ステップ＃４で切換
バルブ１８が開かれる。このとき、過給機１５から吐出
される比較的高温の吸気が、インタクーラＩ６をバイパ
スして燃焼室５に供給されるので、排気ガス温度が高め
られ、これによって触媒温度が高められ、触媒の活性化
が図られる。この後、ステップ＃５以下の新気吹き抜は
防止ルーチンが実行される。

ステップ＃５では、排気温センサ２１の検出値Ｔｐが読
み込まれる。

ステップ＃６では、排気温センサ検出値Ｔｐの時間ｔに
対する変化率ΔＴｐ／Δｔすなわち熱流束（排気温セン
サ２１の温度検出部（熱電対）に流入する単位時間、単
位面積あ１こりの熱量）が演算される。

前記したとおり、熱電対は熱容量をもっており、このた
め排気ガス温度が変化した場合、排気温センサ検出値Ｔ
ｐには必然的に時間遅れが伴われるか、熱流束は排気ガ
ス温度の変化に対してほとんど時間遅れなく応答するの
で、上記熱流束から排気ガス温度の変化が応答遅れなく
検知される。そして、本実施例では熱流束が予め設定さ
れる負の判定基準値より小さいとき、すなわち排気ガス
温度の低下速度が大きいときには、新気の吹き抜けか生
じはじめているものと考えられるので、排気弁８の開閉
タイミングを早め、あるいは過給機１５の過給圧を低下
させ、未然に新気の吹き抜けを防止するようにしている
。

ステップ＃７では、熱流束が判定基準値（負の値）より
小さいか否か、すなわち新気の吹き抜けが生じはじめて
いるか否かが比較される。

ステップ＃７での比較の結果、新気の吹き抜けが生して
いれば（ＹＥＳ）、ステップ＃９て排気弁８の開閉タイ
ミングθＣが予め設定される増分Δθだけ進角され（早
められる）、一方新気の吹き抜けが生じていなければ（
ＮＯ）、ステップ＃８で開閉タイミングθＣが八〇だけ
遅角される。つまり、新気の吹き抜けか生じていれば、
これが生じなくなるまで開閉タイミングがΔθずつ進角
され、新気の吹き抜けが生じていなければ、開閉タイミ
ングがΔθづつ徐々に遅角されるといった、フィードバ
ック制御が行なわれ、開閉タイミングθＣが、燃焼室５
内の掃気が完全に行なわれるとともに新気の吹き抜けの
発生が防止される最適な状態に保持される。第４図に、
このような排気弁８の開閉タイミング制御が行なわれた
場合の、吸気ポート６の開閉特性（曲線Ｇ、）と、最大
遅角時（遅閉じ）の排気弁８の開閉特性（曲線Ｃ，）と
、最大進角時（早閉じ）の排気弁８の開閉特性（曲線Ｇ
３）とを示す。

このような、排気弁８の開閉タイミング制御が行なわれ
、新気の吹き抜けが防止され、排気ガス温度の低下が防
止され、エンジンＣＥのエミッション性能が高められる
。

また、このような排気弁８の開閉タイミング制御を行な
う代わりに、ステップ＃１０〜ステップ＃１２に示すよ
うに、過給機１５の過給圧を制御することによって、新
気の吹き抜けを防止するようにしてもよい。

この場合、ステップ＃ｌＯで新気の吹き抜けが生じてい
るか否がか比較され、新気吹き抜けが生じていれば（Ｙ
ＥＳ）、ステップ＃１２で過給圧Ｐを予め設定される増
分ΔＰだけ低下させ、燃焼室５内の新気の流速を小さく
して吹き抜けを防止し、新気吹き抜けが生じていなけれ
ば（ＮＯ）、ステップ＃１１で過給圧ＰをΔＰだけ高め
るといった過給圧のフィードバック制御が行なわれる。

この場合も、ステップ＃７〜ステップ＃９の開閉タイミ
ング制御の場合と同様、新気の吹き抜けの発生が防止さ
れ、エミッション性能が高められる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかかる吸排気構造を備えた２サイク
ルエンジンのシステム構成図である。 第２図は、第１図に示すエンジンの主要部の一部断両立
面説明図である。 第３図は、コントロールユニットによる吸排気制御の制
御方法を示すフローチャートである。 第４図は、吸気ポートの開閉時期と、排気弁の開閉時期
のクランク角に対する特性を示す図である。 ＣＥ・・・エンジン、■・・・シリンダブロック、２・
・。 シリンダヘッド、３・シリンダ、４・・ピストン、５・
・・燃焼室、６・・吸気ポート、７・・・排気ポート、
８　・排気弁、１１・・排気通路、Ｉ２・・排気弁開閉
タイミング可変手段、１３・・排気ガス浄化装置、１４
・・・吸気通路、１５・・・過給機、１６・・・インタ
クーラ、１７・・・バイパス吸気通路、１８・・・切換
バルブ、２０・・・コントロールユニット、２０ａ・・
・微分回路、２０ｂ・・・ＣＰＵ、２１・・・排気温セ
ンサ、２２・・・触媒温度センサ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）燃焼室の天井面に設けられた排気ポートを排気弁
   で開閉し、シリンダ側壁に設けられた吸気ポートをピス
   トンで開閉するようにした上方流れユニフロー式の２サ
   イクルエンジンにおいて、排気ガス温度を検出する排気
   温センサを設けるとともに、排気温センサ検出値の時間
   に対する変化率を演算して該変化率が予め設定される負
   の判定基準値より小さいときには排気弁を早閉じさせる
   排気弁制御手段を設けたことを特徴とするエンジンの吸
   排気構造。
2. （２）過給機で吸気を過給する一方、燃焼室の天井面に
   設けられた排気ポートを排気弁で開閉し、シリンダ側壁
   に設けられた吸気ポートをピストンで開閉するようにし
   た上方流れユニフロー式の２サイクルエンジンにおいて
   、 排気ガス温度を検出する排気温センサを設けるとともに
   、排気温センサ検出値の時間に対する変化率を演算して
   該変化率が予め設定される負の判定基準値より小さいと
   きには過給機の過給圧を低下させる過給圧制御手段を設
   けたことを特徴とするエンジンの吸排気構造。
3. （３）請求項１または請求項２に記載されたエンジンの
   吸排気構造において、 排気ガス浄化装置と該排気ガス浄化装置の触媒温度を検
   出する触媒温度センサとを設ける一方、触媒温度センサ
   によって検出される触媒温度が触媒活性化温度より低い
   ときには吸気温度を高める吸気温度制御手段を設けたこ
   とを特徴とするエンジンの吸排気構造。