JP2005090396A - 内燃機関の二次空気供給装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】排気ガスの再燃焼性を維持しつつ、シリンダヘッドでのオイルコーキング等の発生を好適に抑制することのできる内燃機関の二次空気供給装置を提供する。
【解決手段】二次空気供給装置101は、内燃機関11の排気ポート17に二次空気を導入するための二次空気導入通路102と、該導入通路102に二次空気を供給するための二次空気供給通路103とを備えて構成されている。このうち、二次空気導入通路102は、排気ポート17に二次空気を直接導入すべく、シリンダヘッド13に形成されている。一方、二次空気供給通路103は、これら複数の二次空気導入通路102に二次空気を分配供給するためのデリバリ(分配)通路であり、シリンダヘッド13の側壁に設けられている。そして、このような二次空気供給装置101として、二次空気供給通路103に排気ガスが流入することを遮断する排気ガス流入防止用のバルブ106を設ける。
【選択図】 図2
【解決手段】二次空気供給装置101は、内燃機関11の排気ポート17に二次空気を導入するための二次空気導入通路102と、該導入通路102に二次空気を供給するための二次空気供給通路103とを備えて構成されている。このうち、二次空気導入通路102は、排気ポート17に二次空気を直接導入すべく、シリンダヘッド13に形成されている。一方、二次空気供給通路103は、これら複数の二次空気導入通路102に二次空気を分配供給するためのデリバリ(分配)通路であり、シリンダヘッド13の側壁に設けられている。そして、このような二次空気供給装置101として、二次空気供給通路103に排気ガスが流入することを遮断する排気ガス流入防止用のバルブ106を設ける。
【選択図】 図2
Description
本発明は、内燃機関の排気系に対して、排気ガスの酸化を促進するための二次空気を供給する内燃機関の二次空気供給装置に関する。
従来、この種の装置としては、例えば特許文献1、2に記載された装置が知られている。図18に、これら特許文献1、2に記載されている二次空気供給装置の概要を示す。
同図18に示されるように、この装置は、二次空気をシリンダヘッド1(内燃機関)の排気ポート2に導入するための二次空気導入通路3と、該導入通路3に二次空気を供給するための二次空気供給通路4とを備えて構成されている。このうち、二次空気導入通路3は、二次空気の余熱効果を高めて排気ガスの再燃焼性(酸化)の向上を図るべく、上記シリンダヘッド1に形成されて、上記二次空気を直接排気ポート2に導入する構造となっている。一方、二次空気供給通路4は、これら二次空気導入通路3に二次空気を分配供給するための通路であり、上記シリンダヘッド1の側壁に設けられている。そして、この二次空気供給通路4には、例えば二次空気浄化用のエアクリーナ5、電動式エアポンプ6、およびコンビバルブ7を介して二次空気が供給される。
同図18に示されるように、この装置は、二次空気をシリンダヘッド1(内燃機関)の排気ポート2に導入するための二次空気導入通路3と、該導入通路3に二次空気を供給するための二次空気供給通路4とを備えて構成されている。このうち、二次空気導入通路3は、二次空気の余熱効果を高めて排気ガスの再燃焼性(酸化)の向上を図るべく、上記シリンダヘッド1に形成されて、上記二次空気を直接排気ポート2に導入する構造となっている。一方、二次空気供給通路4は、これら二次空気導入通路3に二次空気を分配供給するための通路であり、上記シリンダヘッド1の側壁に設けられている。そして、この二次空気供給通路4には、例えば二次空気浄化用のエアクリーナ5、電動式エアポンプ6、およびコンビバルブ7を介して二次空気が供給される。
このような構成により、例えば内燃機関が冷間始動等され、排気系の途中に配設される触媒がまだ活性化されていない期間には、上記電動式エアポンプ6によりエアクリーナ5を介して二次空気が吸入され、この吸入された二次空気がコンビバルブ7、二次空気供給通路4および二次空気導入通路3を介して当該機関の排気ポート2に導入される。そして、こうして排気ポート2に二次空気が導入されることにより、排気ガスに含まれる未燃焼ガスが燃焼され、同排気ガス中の炭化水素(HC)や一酸化炭素(CO)が酸化される。このように、排気ガス中のHCやCOを酸化させることによりそれらHCやCOの残存量が減少し、触媒が活性化していない期間におけるHCやCOの外部への放出が抑制され、排気エミッションが改善される。また、未燃焼ガスの燃焼により触媒が速やかに昇温され、内燃機関の冷間始動後であれ、同触媒が早期に活性状態となる。
なお、上記コンビバルブ7は、上記二次空気供給通路4から二次空気導入通路3への二次空気の供給を制御するバルブであり、このコンビバルブ7をはじめ、電動式エアポンプ6の駆動は、電子制御装置(ECU)8によって制御される。
特開2000−73752号公報
特開2000−240506号公報
ところで、このような二次空気供給装置にあっては、上記触媒が活性化されて以降は、上記排気ポート2に二次空気を導入する必要がなくなる。すなわち、触媒が活性化されて以降、上記二次空気供給通路4や上記二次空気導入通路3に二次空気が流れることはなくなる。ただし、このときには逆に、内燃機関の運転に伴い、高温の排気ガスが上記二次空気導入通路3を通じて二次空気供給通路4に流れ込むようになる。そして、このような高温の排気ガスが二次空気供給通路4に流れ込むと、この二次空気供給通路4を構成する部材の温度が高くなり、ひいては図18に併せて示すように、この部材からの輻射熱Rによって、これに隣接するシリンダヘッド1が加熱され、その内部のオイル温度が上昇することに起因するオイルコーキングOCが生じるようになる。このようなオイルコーキングOCの発生は、シリンダヘッド1内でのオイルの循環を阻害するなど、潤滑系などに及ぼす影響が無視できないものとなる。
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、排気ガスの再燃焼性を維持しつつ、シリンダヘッドでのオイルコーキング等の発生を好適に抑制することのできる内燃機関の二次空気供給装置を提供することにある。
以下、上記目的を達成するための手段およびその作用効果について記載する。
請求項1に記載の発明は、二次空気を排気ポートに導入するための二次空気導入通路が内燃機関のシリンダヘッドに形成され、該シリンダヘッドの側壁に前記二次空気導入通路に二次空気を供給するための二次空気供給通路を構成する部材が設けられてなる内燃機関の二次空気供給装置において、前記排気ポートから前記二次空気供給通路への高温の排気ガスの流入を遮断するバルブを備えることを要旨とする。
請求項1に記載の発明は、二次空気を排気ポートに導入するための二次空気導入通路が内燃機関のシリンダヘッドに形成され、該シリンダヘッドの側壁に前記二次空気導入通路に二次空気を供給するための二次空気供給通路を構成する部材が設けられてなる内燃機関の二次空気供給装置において、前記排気ポートから前記二次空気供給通路への高温の排気ガスの流入を遮断するバルブを備えることを要旨とする。
上記構成によれば、内燃機関の排気系に設けられる触媒が活性状態となって、上記二次空気供給通路や上記二次空気導入通路への二次空気の流通が停止された場合であれ、上記バルブの配設によって高温の排気ガスが排気ポートから二次空気供給通路に流れ込むことが防止されるようになる。このため、シリンダヘッドの側壁に設けられて上記二次空気供給通路を構成する部材の温度上昇も好適に抑制され、該部材からの輻射熱に起因するシリンダヘッド内部でのオイルコーキング等の発生も好適に回避されるようになる。
なお、上記バルブは、上記排気ポートに対する二次空気導入通路の開口部に限らず、例えば二次空気導入通路と二次空気供給通路との連結部に設けられることで足りる。そしてこの場合であれ、二次空気供給通路に対する排気ガスの流通経路が絶たれることで、二次空気供給通路への排気ガスの流入も的確に遮断されるようになる。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の内燃機関の二次空気供給装置において、前記バルブが、温度感応式のバルブからなることを要旨とする。
排気ポートに対する二次空気の供給時と停止時とでは、上記二次空気供給系に大きな温度差が生じることとなる。このため、前記バルブとしてもこのような温度感応式のバルブが有効であり、同バルブとして、上記温度差に基づく的確な開閉動作が期待できる。なお、こうしたバルブとしては、電磁式のバルブなども含めて各種のものが考えられるが、このような温度感応式のバルブを用いることで、その製造コストの低減を図ることも可能となる。
排気ポートに対する二次空気の供給時と停止時とでは、上記二次空気供給系に大きな温度差が生じることとなる。このため、前記バルブとしてもこのような温度感応式のバルブが有効であり、同バルブとして、上記温度差に基づく的確な開閉動作が期待できる。なお、こうしたバルブとしては、電磁式のバルブなども含めて各種のものが考えられるが、このような温度感応式のバルブを用いることで、その製造コストの低減を図ることも可能となる。
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の内燃機関の二次空気供給装置において、前記温度感応式のバルブが、バイメタルの熱変形を利用して前記排気ポートから前記二次空気供給通路への高温の排気ガスの流入を遮断するものであることを要旨とする。
また、請求項4に記載の発明は、同じく請求項2に記載の内燃機関の二次空気供給装置において、前記温度感応式のバルブが、金属の熱膨張を利用して前記排気ポートから前記二次空気供給通路への高温の排気ガスの流入を遮断するものであることを要旨とする。
上記温度感応式のバルブとして特に、これらバイメタルの熱変形を利用したもの、あるいは金属の熱膨張を利用したものを採用することで、その経済的効果も更に高められるようになる。
一方、請求項5に記載の発明は、請求項1に記載の内燃機関の二次空気供給装置において、前記バルブが、圧力感応式のバルブからなることを要旨とする。
上記温度と同様、排気ポートに対する二次空気の供給時と停止時とでは、上記二次空気供給系に大きな圧力差が生じることともなる。このため、前記バルブとしては、このような圧力感応式のバルブも有効であり、同バルブとして、こうした圧力差に基づく的確な開閉動作が期待できる。そしてこの場合も、上記電磁式のバルブ等を用いることに比べれば、その製造コストの大幅な低減を図ることが可能となる。
上記温度と同様、排気ポートに対する二次空気の供給時と停止時とでは、上記二次空気供給系に大きな圧力差が生じることともなる。このため、前記バルブとしては、このような圧力感応式のバルブも有効であり、同バルブとして、こうした圧力差に基づく的確な開閉動作が期待できる。そしてこの場合も、上記電磁式のバルブ等を用いることに比べれば、その製造コストの大幅な低減を図ることが可能となる。
請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の内燃機関の二次空気供給装置において、前記圧力感応式のバルブが前記二次空気の圧力と前記排気ガスの圧力との差圧を利用して前記排気ポートから前記二次空気供給通路への高温の排気ガスの流入を遮断するものであることを要旨とする。
また、請求項7に記載の発明は、同じく請求項5に記載の内燃機関の二次空気供給装置において、前記圧力感応式のバルブが前記二次空気の圧力と弾性体による付勢圧力との差圧を利用して前記排気ポートから前記二次空気供給通路への高温の排気ガスの流入を遮断するものであることを要旨とする。
上記圧力感応式のバルブとして特に、これら二次空気の圧力と排気ガスの圧力との差圧を利用したもの、あるいは二次空気の圧力と弾性体による付勢圧力との差圧を利用したものを採用することで、その構造も自ずと簡素なものとなり、やはりその経済的効果が高められるようになる。
(第1の実施の形態)
以下、この発明にかかる二次空気供給装置の第1の実施の形態について、図1〜図6を参照して詳細に説明する。
以下、この発明にかかる二次空気供給装置の第1の実施の形態について、図1〜図6を参照して詳細に説明する。
この実施の形態の装置は、4気筒のガソリン機関に適用される二次空気供給装置を想定しており、図1に、当該機関を含め、該装置の全体構造を模式的に示す。
同図1に示されるように、内燃機関11(便宜上、1気筒分のみ図示する)は、シリンダブロック12、およびシリンダヘッド13を備えて構成されている。
同図1に示されるように、内燃機関11(便宜上、1気筒分のみ図示する)は、シリンダブロック12、およびシリンダヘッド13を備えて構成されている。
シリンダブロック12の内部には、上下運動可能なピストン14が設けられ、このピストン14の上面と上記シリンダヘッド13とにより囲まれた空間によって燃焼室15が形成されている。
シリンダヘッド13には、この燃焼室15に通じる吸気ポート16、および排気ポート17がそれぞれ設けられている。このうち、吸気ポート16には、該ポート16を開閉するための吸気バルブ18が設けられ、これによって該ポート16と接続される吸気マニホールド19から、上記燃焼室15に空気が導入されるタイミングなどが制御されるようになっている。また、これとほぼ同様な構造として、排気ポート17には、該ポート17を開閉するための排気バルブ20が設けられ、これによって該排気ポート17と接続される排気マニホールド21へ、上記燃焼室15から燃焼後の燃料(排気ガス)が排出されるタイミングなどが制御されるようになっている。また、このシリンダヘッド13の下部には、燃焼室15に導入される空気と噴射燃料との混合気に対して点火を行うための点火プラグ22がその一部(電極部)を上記燃焼室15に露出するようにして設けられている。なお、噴射燃料は、吸気マニホールド19の上記吸気ポート16の近傍に設けられるインジェクタ23により、該吸気ポート16を介して燃焼室15に導入される。
こうした内燃機関11に対して、この実施の形態の二次空気供給装置101は、該内燃機関11の排気ポート17に二次空気を導入するための二次空気導入通路102と、該導入通路102に二次空気を供給するための二次空気供給通路103とを備えて構成されている。
このうち、二次空気導入通路102は、二次空気を直接排気ポート17に導入すべく、上記二次空気供給通路103との接続部となるシリンダヘッド13の側壁から該排気ポート17までを貫通する貫通孔として形成されている。また、便宜上、図示は割愛するが、この二次空気導入通路102は、内燃機関11の各気筒ごとに1つずつ設けられ、その内径は、例えば10Φ程度とされている。
一方、二次空気供給通路103は、これら複数の二次空気導入通路102に二次空気を分配供給するためのデリバリ(分配)通路であり、上記シリンダヘッド13の側壁に設けられている。なお、この実施の形態において、この二次空気供給通路103は、シリンダヘッド13の側壁に取り付けられる排気マニホールド21の一部(上部)に内部空間として形成されて上記各二次空気導入通路102と連通している。そして、この二次空気供給通路103は、二次空気供給パイプ104に接続され、該供給パイプ104に設けられた二次空気浄化用のエアクリーナ104a、電動式エアポンプ104b、およびコンビバルブ104cを介して二次空気の供給を受けることとなる。
内燃機関11に対し、こうした二次空気供給装置101が適用されることで、例えば当該機関11が冷間始動等され、排気系の途中に配設される触媒がまだ活性化されていない期間には、上記電動式エアポンプ104bによりエアクリーナ104aを介して二次空気が吸入されるようになる。そして、この吸入された二次空気がコンビバルブ104c、二次空気供給通路103および二次空気導入通路102を介して当該機関の排気ポート17に導入されることにより、排気ガス中の炭化水素(HC)や一酸化炭素(CO)が酸化されて、それらHCやCOの残存量が減少するようになる。また、このような未燃焼ガスの燃焼(酸化)により触媒が速やかに昇温され、内燃機関11の冷間始動後であれ、同触媒が早期に活性状態となる。
なお、上記コンビバルブ104cは、上記二次空気供給通路103から二次空気導入通路102への二次空気の供給を制御するバルブであり、このコンビバルブ104cをはじめ、電動式エアポンプ104bの駆動は、電子制御装置(ECU)105によって制御される。
ところで、このような二次空気供給装置101にあっては前述のように、上記触媒が活性化されて以降は、上記排気ポート17に二次空気を導入する必要がなくなり、上記二次空気供給通路103や上記二次空気導入通路102に二次空気が流れることはなくなる。ただし、このときには逆に、内燃機関11の運転に伴い、高温の排気ガスが上記二次空気導入通路3を通じて二次空気供給通路103に流れ込むようになる。そしてこの場合、この二次空気供給通路103を構成する部材(排気マニホールド21)の温度が高くなり、ひいてはこの排気マニホールド21からの輻射熱によって、これに隣接するシリンダヘッド13が加熱され、その内部のオイル温度が上昇することに起因するオイルコーキングが生じるようになることも前述した。
そこで、この二次空気供給装置101では、同図1に示されるように、上記二次空気供給通路103に排気ガスが流入することを遮断する排気ガス流入防止用のバルブ106を、上記二次空気供給通路103にさらに備える構成としている。これにより、内燃機関11の排気系に設けられる触媒が活性状態となって、上記二次空気供給通路103や上記二次空気導入通路102への二次空気の流通が停止された場合であれ、上記バルブ106の開弁動作を通じて高温の排気ガスが排気ポート17から二次空気供給通路103に流れ込むことが防止されるようになる。
なお、この実施の形態では、上記バルブ106を、二次空気供給通路103における上記二次空気導入通路102との連結部に設ける構成とし、これによって二次空気供給通路103への排気ガスの流入を遮断するようにしている。
また、この実施の形態では、上記バルブ106を、温度感応式のバルブとして構成している。すなわち、排気ポート17に対する二次空気の供給時と停止時とでは、上記二次空気供給系に大きな温度差が生じることとなる。このため、上記バルブ106としてもこのような温度感応式のバルブが有効であり、同バルブ106として、上記温度差に基づく的確な開閉動作が期待できる。
しかも、この実施の形態では、温度感応式のバルブとして特に、バイメタルの熱変形を利用したものを採用することとしている。すなわち、そのより具体的な構造を図2〜図5に示すように、上記バルブ106は、上記二次空気供給通路103内を回動することによって二次空気導入通路102との連通部を開閉し、これによって上記二次空気供給通路103に対する排気ガスの流通経路を遮断するロータリーバルブとして構成されている。なお、同図2に示されるように、上記排気マニホールド21は、実際には、ガスケット107を介してシリンダヘッド13に取り付けられている。
また、図3は、排気マニホールド21を含め、上記バルブ106の図2におけるA−A線に沿った断面構造を示しており、また図4は、同じく排気マニホールド21を含め、上記バルブ106の図3におけるB−B線に沿った断面構造を示している。
図3に示されるように、上記バルブ106は、二次空気供給通路103内にて回動するバルブ本体108と、該バルブ本体108の回動軸109と、該回動軸109に固着されてこれに温度に感応した駆動(回動)力を付与するバイメタル110とを備えて構成されている。
ここで、上記バルブ本体108は、両端が塞がれた円筒形状を有し、その側面には、図2と併せ示されるように、該バルブ本体108の内部空間と上記各二次空気導入通路102とを連通するための4つの供給口108aが形成されている。なお、このバルブ本体108は、排気マニホールド21の内壁との間に挟持されたブッシュ111によって、自身の回動に伴う該排気マニホールド21との間の摩擦が緩衝されるようになっている。そして、この実施の形態では、図4に示されるように、バルブ本体108のこれら供給口108aに対して逆側となる側面にも、その内部空間と上記二次空気供給パイプ104とを連通するための導入口108bが形成されている。すなわち、上記バルブ106は、バルブ本体108の回動動作を通じて、上記供給口108aおよび上記導入口108bを変位させる。そして、これによって上記二次空気導入通路102と二次空気供給通路103との間、並びに二次空気供給通路103と二次空気供給パイプ104との間を開閉し、以って上記二次空気供給系に対する排気ガスの流通経路を遮断する構成となっている。また、図4に示されるように、排気ポート17に対して二次空気が供給される状態では、上記二次空気供給パイプ104、バルブ本体108の内部空間、および上記各二次空気導入通路102はそれぞれ連通している。
また、上記回動軸109およびバイメタル110は、その構造を図5に示すように、回動軸109は、バイメタル110の一端に固定されている。バイメタル110は、この回動軸109との固定部を中心として渦巻き状に形成され、その他端は、同図5に2点鎖線で示す排気マニホールド21の内壁に固定されている。回動軸109およびバイメタル110としてのこのような構造により、バイメタル110は、上記排気マニホールド21との固定部を固定端として、温度に感応してその軸方向に伸縮するようになり、上記回動軸109は、こうしたバイメタル110の熱変形を利用して上記バルブ本体108を回動する。
上記排気ガス流入防止用のバルブ106としてのこのような構成により、排気ポート17に対する二次空気の供給が停止され、該排気ポート17から上記二次空気導入通路102に高温の排気ガスが流入するような場合には、バルブ本体108は上記二次空気供給通路103内を回動し、例えば図6に例示するような態様となる。この結果、上記排気ポート17から上記二次空気供給通路103への高温の排気ガスの流入が遮断されるようになる。
以上説明したように、この実施の形態にかかる二次空気供給装置によれば、以下に記載するような優れた効果が得られるようになる。
(1)二次空気供給装置101として、排気ポート17から二次空気供給通路103への高温の排気ガスの流入を遮断するバルブ106を備えることとした。このため、シリンダヘッド13の側壁に設けられて上記二次空気供給通路103を構成する部材(排気マニホールド21)の温度上昇も好適に抑制され、該排気マニホールド21からの輻射熱に起因するシリンダヘッド13内部でのオイルコーキング等の発生も好適に回避されるようになる。
(1)二次空気供給装置101として、排気ポート17から二次空気供給通路103への高温の排気ガスの流入を遮断するバルブ106を備えることとした。このため、シリンダヘッド13の側壁に設けられて上記二次空気供給通路103を構成する部材(排気マニホールド21)の温度上昇も好適に抑制され、該排気マニホールド21からの輻射熱に起因するシリンダヘッド13内部でのオイルコーキング等の発生も好適に回避されるようになる。
(2)排気ガス流入防止用のバルブ106を、温度感応式のバルブとしたため、上記排気ポート17に対する二次空気の供給時と停止時における温度差に基づく同バルブ106としての的確な開閉動作が期待できる。また、上記排気ガス流入防止用のバルブ106としての構造自体簡素であり、その製造コストの低減を図ることも可能となる。
(3)しかも、温度感応式のバルブとして特に、バイメタル110の熱変形を利用したものを採用することとしたため、その経済的効果も更に高められるようになる。
(第2の実施の形態)
以下、この発明にかかる二次空気供給装置の第2の実施の形態について、図7〜図9を参照して詳細に説明する。この実施の形態の二次空気供給装置も、4気筒のガソリン機関に適用される二次空気供給装置を想定している。
(第2の実施の形態)
以下、この発明にかかる二次空気供給装置の第2の実施の形態について、図7〜図9を参照して詳細に説明する。この実施の形態の二次空気供給装置も、4気筒のガソリン機関に適用される二次空気供給装置を想定している。
先の実施の形態と同様の内燃機関11に対し、この実施の形態の二次空気供給装置201も、図7に示されるように、該内燃機関11の排気ポート17に二次空気を導入するための二次空気導入通路202と、該導入通路202に二次空気を供給するための二次空気供給通路203とを備えて構成されている。
このうち、二次空気導入通路202は、先の実施の形態と同様、二次空気を直接排気ポート17に導入する構造となっている。この実施の形態では、図7に示されるように、上記シリンダヘッド13の側壁には溝13aが設けられており、上記二次空気導入通路202は、この溝13aの底面から排気ポート17までを貫通する貫通孔として形成されている。
また、この実施の形態にかかる二次空気導入通路202は、図8に示すように、内燃機関11の各気筒ごとに2つずつ設けられ、上記溝13aの底面には、その中央部を横方向に並ぶようにして、8つの二次空気導入通路202が開口されている。
一方、二次空気供給通路203は、これも先の実施の形態と同様、これら複数の二次空気導入通路202に二次空気を分配供給するためのデリバリ通路であり、上記シリンダヘッド13の側壁に設けられている。そして、この実施の形態でも、この二次空気供給通路203は、シリンダヘッド13の側壁に取り付けられる排気マニホールド21の内部空間として形成され、これによって上記各二次空気導入通路202と連通している。そして、この二次空気供給通路203が、二次空気供給パイプ204に接続されて、該供給パイプ204に先の図1のごとく設けられた二次空気浄化用のエアクリーナ104a、電動式エアポンプ104b、およびコンビバルブ104cを介して二次空気の供給を受ける点についても、先の実施の形態と同様である。
また、この実施の形態では、二次空気供給装置201として、排気ガス流入防止用のバルブ206を、二次空気導入通路202において上記二次空気供給通路203との連結部となる上記溝13aに設ける構成とし、これによって二次空気供給通路103に対する排気ガスの流通経路を絶つようにしている。
なお、上記バルブ206が、温度感応式のバルブとして設けられる点については、先の実施の形態と同様である。ただし、この実施の形態では、上記温度感応式のバルブとして特に、金属(アルミニウム)の熱膨張を利用する構造を採用している。
そして、このバルブ206を含め、溝13aについての具体的な構造を図8に示すように、上記バルブ206は、溝13aの傾斜した側壁に沿ってスライドすることにより、同溝13aの底面に開口されている上記8つの二次空気導入通路202の開口部を開閉するスライド型のバルブとして構成されている。すなわち、上記バルブ206は、例えばアルミニウムからなり、長尺の逆台形状として形成されている。そして、このバルブ206は、側壁の形状が同じく逆台形状となっている上記溝13aに対し、その長軸方向の両端が嵌め込まれるように係合して設けられている。また、これらバルブ206、および溝13aにおける逆台形の形状およびその寸法としては、それら底角が互いに等しく設定されるとともに、それら下底の長さも、排気ポート17に対する二次空気の供給時、すなわち二次空気供給系が低温となっている状態においては、互いに等しく設定されている。このため、上記バルブ206は、上記低温時において、溝13aの底面の上記各二次空気導入通路202が開口されている中央部よりも下方に位置している。
排気ガス流入防止用のバルブ206としてのこのような構成により、排気ポート17に対する二次空気の供給が停止され、該排気ポート17から上記二次空気導入通路202に高温の排気ガスが流入するような場合には、上記バルブ206は、温度感応材料としてのアルミニウムの熱膨張係数に基づき、その長軸方向に伸びて長くなる。この結果、上記バルブ206は、図9に示されるように、こうして長軸方向に伸びた長さと上記底角の大きさとに基づき、上記溝13aの傾斜している側壁に沿ってスライドするようになる。ちなみに、図8に併せて示すように、上記逆台形状の下底の長さが例えば400mm、底角の外角の大きさが例えば80°に設定される場合、仮に上記バルブ206の温度が200℃になったとすると、
400(mm)×200(℃)×20×10−6(1/℃)×tan80°
=9.1mm
となる。すなわち、同バルブ206は、9.1mmだけ上方へスライドするようになる。そして、これによって二次空気導入通路202がバルブ206によって塞がれ、上記排気ポート17から上記二次空気供給通路203への高温の排気ガスの流入が遮断されるようになる。
400(mm)×200(℃)×20×10−6(1/℃)×tan80°
=9.1mm
となる。すなわち、同バルブ206は、9.1mmだけ上方へスライドするようになる。そして、これによって二次空気導入通路202がバルブ206によって塞がれ、上記排気ポート17から上記二次空気供給通路203への高温の排気ガスの流入が遮断されるようになる。
従って、この第2の実施の形態にかかる二次空気供給装置によっても、基本的には先の実施の形態の前記(1)および(2)の効果と同様、あるいはそれに準じた効果を得ることができるとともに、次のような効果を新たに得ることができるようになる。
(4)温度感応式のバルブとして特に、金属(アルミニウム)の熱膨張を利用したものを採用することとしたため、その構造もより簡易なものとなり、経済的効果の更なる向上が図られるようになる。
(第3の実施の形態)
以下、この発明にかかる二次空気供給装置の第3の実施の形態について、図10および図11を参照して詳細に説明する。この実施の形態の二次空気供給装置も、4気筒のガソリン機関に適用される二次空気供給装置を想定している。
以下、この発明にかかる二次空気供給装置の第3の実施の形態について、図10および図11を参照して詳細に説明する。この実施の形態の二次空気供給装置も、4気筒のガソリン機関に適用される二次空気供給装置を想定している。
先の第1の実施の形態と同様の内燃機関11に対し、この実施の形態の二次空気供給装置301も、該内燃機関11の排気ポート17に二次空気を導入するための二次空気導入通路302と、該導入通路302に二次空気を供給するための二次空気供給通路303とを備えて構成されている。
このうち、二次空気導入通路302は、先の第2の実施の形態と同様、図10に示されるように、シリンダヘッド13の側壁に設けられる溝13bの底面から排気ポート17までを貫通する貫通孔として形成されている。また、便宜上、図示は割愛するが、この実施の形態にかかる二次空気導入通路302は、内燃機関11の各気筒ごとに1つずつ設けられ、上記溝13bもこれと同様、内燃機関11の各気筒ごとに1つずつ設けられている。従って、この実施の形態では、上記二次空気導入通路302は、これら溝13bの各底面に1つずつ開口されている。
一方、二次空気供給通路303は、これも先の第2の実施の形態と同様、これら複数の二次空気導入通路302に二次空気を分配供給するためのデリバリ通路であり、上記シリンダヘッド13の側壁に設けられている。そして、この実施の形態でも、この二次空気供給通路303は、シリンダヘッド13の側壁に取り付けられる排気マニホールド21の内部空間として形成され、これによって上記各二次空気導入通路302と連通している。また、この二次空気供給通路303が、二次空気供給パイプ304に接続されて、該供給パイプ304に先の図1のごとく設けられた二次空気浄化用のエアクリーナ104a、電動式エアポンプ104b、およびコンビバルブ104cを介して二次空気の供給を受ける点についても、先の第1あるいは第2の実施の形態と同様である。
そして、この実施の形態でも、二次空気供給装置301として、排気ガス流入防止用のバルブ306を、二次空気導入通路302における上記二次空気供給通路303との連結部となる上記溝13bに設ける構成とし、これによって二次空気供給通路303に対する排気ガスの流通経路を絶つようにしている。
ただし、この実施の形態では、上記バルブ306を、圧力感応式のバルブとして構成している。すなわち、排気ポート17に対する二次空気の供給時と停止時とでは、上記二次空気供給系に大きな圧力差が生じることともなる。このため、上記バルブ306としても、このような圧力感応式のバルブが有効であり、同バルブ306として、こうした圧力差に基づく的確な開閉動作が期待できる。
しかも、この実施の形態では、圧力感応式のバルブとして特に、二次空気の圧力と排気ガスの圧力との差圧を利用したものを採用することとしている。すなわち、この実施の形態にかかるバルブ306は、二次空気導入通路302が開口される上記溝13bの底面に対向する側面と、二次空気供給通路303が開口される上記排気マニホールド21に対向する側面とを有する断面長方形状として形成されている。そして、このバルブ306では、これら側面のうち、上記溝13bの底面と対向する側面に限って、二次空気流通用の溝306aを設けている。
上記バルブ306としてのこのような構成により、当該バルブ306は、排気ポート17に対して二次空気の供給が行われるような場合には、この二次空気の圧力を利用して上記溝13b内をシリンダヘッド13側に移動する(図10の状態)。この結果、上記バルブ306における上記溝13bの底面と対向する側面は、該溝13bの底面と接触するようになるものの、この場合、上記二次空気は、上記二次空気供給通路303から、上記バルブ306の上記二次空気流入用の溝306aを介して上記二次空気導入通路302へ流通されるようになる。
他方、このバルブ306は、排気ポート17に対して二次空気の供給が停止されるような場合には、上述の排気ガスの(逆流に基づく)圧力を利用して上記溝13b内を排気マニホールド21側に移動する。この結果、上記バルブ306における上記排気マニホールド21と対向する側面は、図11に示されるように、該排気マニホールド21の上記二次空気供給通路303が開口される部分と接触してこれを塞ぐこととなり、これによって上記排気ポート17から上記二次空気供給通路303への高温の排気ガスの流入が遮断されるようになる。
従って、この第3の実施の形態にかかる二次空気供給装置によっても、基本的には先の第1、2の実施の形態の前記(1)の効果と同様、あるいはそれに準じた効果を得ることができるとともに、次の効果を新たに得ることができるようになる。
(5)排気ガス流入防止用のバルブ306を、圧力感応式のバルブとしたため、上記排気ポート17に対する二次空気の供給時と停止時における圧力差に基づく同バルブ306としての開閉動作が期待できる。また、上記排気ガス流入防止用のバルブ306としての構造自体簡素であり、その製造コストの低減を図ることも可能となる。
(6)しかも、圧力感応式のバルブとして特に、二次空気の圧力と排気ガスの圧力との差圧を利用したものを採用することとしたため、当該バルブ306としての構造も自ずと簡素なものとなり、その経済的効果が高められるようになる。
(第4の実施の形態)
以下、この発明にかかる二次空気供給装置の第4の実施の形態について、図12および図13を参照して詳細に説明する。この実施の形態の二次空気供給装置も、4気筒のガソリン機関に適用される二次空気供給装置を想定している。
以下、この発明にかかる二次空気供給装置の第4の実施の形態について、図12および図13を参照して詳細に説明する。この実施の形態の二次空気供給装置も、4気筒のガソリン機関に適用される二次空気供給装置を想定している。
先の第1の実施の形態と同様の内燃機関11に対し、この実施の形態の二次空気供給装置401も、該内燃機関11の排気ポート17に二次空気を導入するための二次空気導入通路402と、該導入通路402に二次空気を供給するための二次空気供給通路403とを備えて構成されている。
このうち、二次空気導入通路402は、先の第3の実施の形態と同様、図12に示されるように、シリンダヘッド13の側壁に設けられる溝13cの底面から排気ポート17までを貫通する貫通孔として形成されている。また、便宜上、図示は割愛するが、この実施の形態にかかる二次空気導入通路402も、内燃機関11の各気筒ごとに1つずつ設けられ、上記溝13cもこれと同様、内燃機関11の各気筒ごとに1つずつ設けられている。従って、この実施の形態でも、上記二次空気導入通路402は、これら溝13cの各底面に1つずつ開口されている。
一方、二次空気供給通路403は、これも先の第3の実施の形態と同様、これら複数の二次空気導入通路402に二次空気を分配供給するためのデリバリ通路であり、上記シリンダヘッド13の側壁に設けられている。そして、この実施の形態でも、この二次空気供給通路403は、シリンダヘッド13の側壁に取り付けられる排気マニホールド21の内部空間として形成され、これによって上記各二次空気導入通路402と連通している。また、この二次空気供給通路403が、二次空気供給パイプ404に接続されて、該供給パイプ404に先の図1のごとく設けられた二次空気浄化用のエアクリーナ104a、電動式エアポンプ104b、およびコンビバルブ104cを介して二次空気の供給を受ける構成である点についても、先の第1〜第3の実施の形態と同様である。
そして、この実施の形態でも、二次空気供給装置401として、排気ガス流入防止用のバルブ406を、二次空気導入通路402における上記二次空気供給通路403との連結部となる上記溝13cに設ける構成とし、これによって二次空気供給通路403に対する排気ガスの流通経路を絶つようにしている。
また、上記バルブ406が、圧力感応式のバルブとして設けられる点についても、先の第3の実施の形態と同様である。ただし、この実施の形態では、上記圧力感応式のバルブとして特に、二次空気の圧力と弾性体による付勢圧力との差圧を利用したものを採用することとしている。より具体的には、上記バルブ406は、コイルスプリングからなる付勢部406a、およびバルブ本体406bを備えて構成されている。
ここで、上記付勢部406aは、その一端が溝13cの底面に固定され、もう一端が上記バルブ本体406bに固定されることで、上記バルブ本体406bを付勢している。また、このバルブ本体406bは、上記溝13cの底面と対向する側面を有して形成されている。
上記装置401としてのこのような構造により、図12に示されるように、上記バルブ本体406bは、排気ポート17に対して二次空気の供給が行われる場合には、この二次空気の圧力を利用して上記溝13c内をシリンダヘッド13側に移動しようとする。すなわちこの場合、上記バルブ本体406bは、上記付勢部406aの付勢圧力に抗して、上記二次空気供給通路403から二次空気導入通路402への二次空気の供給経路を確保する。
他方、排気ポート17に対して二次空気の供給が停止されるような場合には、バルブ本体406bは、図13に示されるように、上記付勢部406aの付勢圧力によって上記溝13c内を排気マニホールド21側に移動する。この結果、バルブ本体406bの上記排気マニホールド21と対向する側面は、該排気マニホールド21の上記二次空気供給通路403が開口される部分と接触してこれを塞ぐこととなり、これによって上記排気ポート17から上記二次空気供給通路403への高温の排気ガスの流入が遮断されるようになる。なお、上記付勢部406aの付勢力(コイルスプリングとしての弾性力)は、上記二次空気の圧力よりも小さく設定されている。
従って、この第4の実施の形態にかかる二次空気供給装置によっても、基本的には先の第1、3の実施の形態の前記(1)、および(5)の効果と同様、あるいはそれに準じた効果を得ることができるとともに、次の効果を新たに得ることができるようになる。
(7)圧力感応式のバルブとして特に、二次空気の圧力とスプリングによる付勢圧力との差圧を利用したものを採用することとしたため、当該バルブ406としての構造も自ずと簡素なものとなり、その経済的効果が高められるようになる。
(7)圧力感応式のバルブとして特に、二次空気の圧力とスプリングによる付勢圧力との差圧を利用したものを採用することとしたため、当該バルブ406としての構造も自ずと簡素なものとなり、その経済的効果が高められるようになる。
(第5の実施の形態)
以下、この発明にかかる二次空気供給装置の第5の実施の形態について、図14および図15を参照して詳細に説明する。この実施の形態の二次空気供給装置も、4気筒のガソリン機関に適用される二次空気供給装置を想定している。
以下、この発明にかかる二次空気供給装置の第5の実施の形態について、図14および図15を参照して詳細に説明する。この実施の形態の二次空気供給装置も、4気筒のガソリン機関に適用される二次空気供給装置を想定している。
先の第1の実施の形態と同様の内燃機関11に対し、この実施の形態の二次空気供給装置501も、該内燃機関11の排気ポート17に二次空気を導入するための二次空気導入通路502と、該導入通路502に二次空気を供給するための二次空気供給通路503とを備えて構成されている。
このうち、二次空気導入通路502は、先の第4の実施の形態と同様、図14に示されるように、シリンダヘッド13の側壁に設けられる溝13dの底面から排気ポート17までを貫通する貫通孔として形成されている。また、便宜上、図示は割愛するが、この実施の形態にかかる二次空気導入通路502も、内燃機関11の各気筒ごとに1つずつ設けられ、上記溝13dもこれと同様、内燃機関11の各気筒ごとに1つずつ設けられている。従って、この実施の形態でも、上記二次空気導入通路502は、これら溝13dの各底面に1つずつ開口されている。
一方、二次空気供給通路503は、これも先の第4の実施の形態と同様、これら複数の二次空気導入通路502に二次空気を分配供給するためのデリバリ通路であり、上記シリンダヘッド13の側壁に設けられている。そして、この実施の形態でも、この二次空気供給通路503は、シリンダヘッド13の側壁に取り付けられる排気マニホールド21の内部空間として形成され、これによって上記各二次空気導入通路502と連通している。また、この二次空気供給通路503が、二次空気供給パイプ504に接続されて、該供給パイプ504に先の図1のごとく設けられた二次空気浄化用のエアクリーナ104a、電動式エアポンプ104b、およびコンビバルブ104cを介して二次空気の供給を受ける点についても、先の第1〜第4の実施の形態と同様である。
そして、この実施の形態でも、二次空気供給装置501として、排気ガス流入防止用のバルブ506を、二次空気導入通路502と二次空気供給通路503とが接続される上記溝13dに設ける構成としている。
ただし、この実施の形態では、上記バルブ506を、バイメタルの熱変形を利用した温度感応式のバルブとして構成している。より具体的には、上記バルブ506は、バイメタルからなり、常温では湾曲する板状部材として形成されている(図14の状態)。そして、このバルブ506は、その一端が、溝13dの上記二次空気導入通路502が開口される底面に固定されている。
排気ガス流入防止用のバルブ506としてのこのような構成により、排気ポート17に対する二次空気の供給が停止され、該排気ポート17から上記二次空気導入通路502に高温の排気ガスが流入するような場合には、当該バルブ506は、バイメタルの熱変形を利用して平板状に変形するようになる。この結果、上記バルブ506は、図15に示されるように、上記導入通路502の開口部を覆うこととなり、これによって排気ポート17から上記二次空気供給通路503への高温の排気ガスの流入が遮断されるようになる。
従って、この第5の実施の形態にかかる二次空気供給装置によっても、基本的には先の第1、2の実施の形態の前記(1)〜(3)の効果と同様、あるいはそれに準じた効果を得ることができるようになる。
(第6の実施の形態)
以下、この発明にかかる二次空気供給装置の第6の実施の形態について、図16および図17を参照して詳細に説明する。この実施の形態の二次空気供給装置も、4気筒のガソリン機関に適用される二次空気供給装置を想定している。
以下、この発明にかかる二次空気供給装置の第6の実施の形態について、図16および図17を参照して詳細に説明する。この実施の形態の二次空気供給装置も、4気筒のガソリン機関に適用される二次空気供給装置を想定している。
こうした二次空気供給装置が、このような複数の気筒(#1〜#4)を有する内燃機関11に適用される場合、図16に示されるように、上記二次空気導入通路602が各気筒(#1〜#4)ごとに対応して複数形成されることは前述した。また、同図16に示す二次空気供給通路603がこれら二次空気導入通路602に二次空気を分配供給するためのデリバリ(分配)通路として設けられ、上記シリンダヘッド13の側壁に設けられることも、先の各実施の形態において前述した通りである。
一方、このような複数の気筒(#1〜#4)を有する内燃機関11では、点火順序に従って各気筒(#1〜#4)の排気ポート17間に気圧差が生ずることが知られており、高温の排気ガスは、こうした気圧差に基づいて、これら各気筒の排気ポート17間を連通する上記二次空気導入通路602、および上記二次空気供給通路603を流通(逆流)する。そして、このような高温の排気ガスが二次空気供給通路603に流れ込むと、この二次空気供給通路603を構成する部材(排気マニホールド21)の温度が高くなる。そしてこの場合、この部材(排気マニホールド21)からの輻射熱によって、これに隣接するシリンダヘッド13が加熱され、その内部のオイル温度が上昇することに起因するオイルコーキングが生じるようになることは前述の通りである。
そこで、この実施の形態にかかる二次空気供給装置601では、図16に示されるように、排気ガス流入防止用のバルブ606を、上述の気圧差に基づく高温の排気ガスの流通経路上となる、上記各気筒(#1〜#4)の排気ポート17間の上記二次空気供給通路603の途中に配設する構造としている。特にこの実施の形態では、4つの気筒を備える上記内燃機関11に対応して、上記バルブ606を、上記二次空気供給通路603の4つの開口部603aの間(3カ所)となる各通路上にそれぞれ配設し、これによってそれら通路(経路)を遮断する構成としている。
上記バルブ606としてのこのような構成によっても、上記高温の排気ガスの流通経路が遮断される限り、上記二次空気供給通路603への排気ガスの流入は的確に遮断されるようになる。またこの場合、二次空気供給装置601として、上記バルブ606を配設すべき個数も、各気筒ごとに設けられる通路(経路)をそれぞれ遮断する場合と比較して少なくなる。
また、上記バルブ606を温度感応式のバルブとして設けることとしたため、この実施の形態によっても、同バルブ606として、上記排気ポート17に対する二次空気の供給時と停止時における温度差に基づく的確な開閉動作が期待できる。すなわち、このような複数の気筒(#1〜#4)を備える内燃機関11に対して、こうしたバルブ606の配置態様によれば、例えば、気筒#3および#4間の気圧差に基づいて、高温の排気ガスが気筒#4から気筒#3に流通しようとするなど、上記バルブ606に対して同排気ガスの流通方向と二次空気の流通方向とが同じ方向となる場合がある。この点、排気ガス流入防止用のバルブ606としての上記構成によれば、低温の二次空気の流通についてはこれを妨げることなく、高温の排気ガスに対してのみその流通を的確に遮断することができる。
図17に、上記バルブ606のより具体的な構成を示す。この図17にも示されるように、上記バルブ606は、隔壁606a、および該隔壁606aの中央に設けられる流通孔を開閉するバルブ本体606bを備えて構成されたリードバルブとして設けられている。バルブ本体606bは、バイメタルからなり、常温では湾曲する板状部材として形成されている。そして、このバルブ本体606bは、その一端が、隔壁606aに対して、ねじおよびナットにより固定されている。これにより、排気ポート17に対する二次空気の供給が停止され、該排気ポート17から上記二次空気供給通路603に高温の排気ガスが流入するような場合には、上記バルブ本体606bは、バイメタルの熱変形を利用して平板状に変形するようになる。この結果、上記バルブ本体606bは、隔壁606aの上記流通口を覆うこととなり、これによって排気ポート17から上記二次空気供給通路603への高温の排気ガスの流入が遮断されるようになる。
従って、この第6の実施の形態にかかる二次空気供給装置によっても、基本的には先の第1の実施の形態の前記(1)〜(3)の効果と同様、あるいはそれに準じた効果を得ることができるようになる。
(他の実施の形態)
なお、上記各実施の形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・上記第2〜5の実施の形態において、排気ガス流入防止用のバルブは、溝の底面に開口する上記二次空気導入通路の開口部を開閉するもの、または排気マニホールドに開口する上記二次空気供給通路の開口部を開閉するもののいずれであってもよい。
なお、上記各実施の形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・上記第2〜5の実施の形態において、排気ガス流入防止用のバルブは、溝の底面に開口する上記二次空気導入通路の開口部を開閉するもの、または排気マニホールドに開口する上記二次空気供給通路の開口部を開閉するもののいずれであってもよい。
・二次空気供給通路は、排気マニホールドに形成されなくとも、上記シリンダヘッド13の側壁に設けられるものであればよい。
・この発明にかかる二次空気供給装置が適用される内燃機関としても、4気筒のガソリン機関には限られない。
・この発明にかかる二次空気供給装置が適用される内燃機関としても、4気筒のガソリン機関には限られない。
11…内燃機関、12…シリンダブロック、13…シリンダヘッド、13a〜13d…溝、14…ピストン、15…燃焼室、16…吸気ポート、17…排気ポート、18…吸気バルブ、19…吸気マニホールド、20…排気バルブ、21…排気マニホールド、22…点火プラグ、23…インジェクタ、101、201、301、401、501、601…二次空気供給装置、102、202、302、402、502、602…二次空気導入通路、103、203、303、403、503、603…二次空気供給通路、104、204、304、404、504…二次空気供給パイプ、104a…二次空気供給エアクリーナ、104b…電動式エアポンプ、104c…コンビバルブ、105…電子制御装置、106、206、306、406、506、606…排気ガス流入防止用のバルブ、107…ガスケット、108、406b、606b…バルブ本体、108a、603a…供給口、108b…導入口、109…回動軸、110…バイメタル、111…ブッシュ、306a…二次空気流通用の溝、406a…付勢部、606a…隔壁。
Claims (7)
- 二次空気を排気ポートに導入するための二次空気導入通路が内燃機関のシリンダヘッドに形成され、該シリンダヘッドの側壁に前記二次空気導入通路に二次空気を供給するための二次空気供給通路を構成する部材が設けられてなる内燃機関の二次空気供給装置において、
前記排気ポートから前記二次空気供給通路への高温の排気ガスの流入を遮断するバルブを備える
ことを特徴とする内燃機関の二次空気供給装置。 - 前記バルブが、温度感応式のバルブからなる
請求項1に記載の内燃機関の二次空気供給装置。 - 前記温度感応式のバルブが、バイメタルの熱変形を利用して前記排気ポートから前記二次空気供給通路への高温の排気ガスの流入を遮断するものである
請求項2に記載の内燃機関の二次空気供給装置。 - 前記温度感応式のバルブが、金属の熱膨張を利用して前記排気ポートから前記二次空気供給通路への高温の排気ガスの流入を遮断するものである
請求項2に記載の内燃機関の二次空気供給装置。 - 前記バルブが、圧力感応式のバルブからなる
請求項1に記載の内燃機関の二次空気供給装置。 - 前記圧力感応式のバルブが、前記二次空気の圧力と前記排気ガスの圧力との差圧を利用して前記排気ポートから前記二次空気供給通路への高温の排気ガスの流入を遮断するものである
請求項5に記載の内燃機関の二次空気供給装置。 - 前記圧力感応式のバルブが、前記二次空気の圧力と弾性体による付勢圧力との差圧を利用して前記排気ポートから前記二次空気供給通路への高温の排気ガスの流入を遮断するものである
請求項5に記載の内燃機関の二次空気供給装置。
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Legal Events
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Effective date: 20051222 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090106 |
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