JP2005090396A - 内燃機関の二次空気供給装置 - Google Patents

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

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

・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の第１の実施の形態についてその全体構造を模式的に示す断面図。 同第１の実施の形態にかかる二次空気供給装置の排気ガス流入防止用のバルブ構造およびその周辺部材を示す断面図。 図２におけるＡ−Ａ線に沿った断面構造を示す断面図。 図３におけるＢ−Ｂ線に沿った断面構造を示す断面図。 同第１の実施の形態にかかる二次空気供給装置の回動軸およびバイメタルの配置関係を示す側面図。 同第１の実施の形態にかかる二次空気供給装置の排気ガス流入防止用のバルブ構造およびその周辺部材を示す断面図。 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その排気ガス流入防止用のバルブ構造およびその周辺部材を示す断面図。 同第２の実施の形態にかかる二次空気供給装置の排気ガス流入防止用のバルブ構造を示す正面図。 同第２の実施の形態にかかる二次空気供給装置の排気ガス流入防止用のバルブ構造およびその周辺部材を示す断面図。 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その排気ガス流入防止用のバルブ構造およびその周辺部材を示す断面図。 同第３の実施の形態にかかる二次空気供給装置の排気ガス流入防止用のバルブ構造およびその周辺部材を示す断面図。 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その排気ガス流入防止用のバルブ構造およびその周辺部材を示す断面図。 同第４の実施の形態にかかる二次空気供給装置の排気ガス流入防止用のバルブ構造およびその周辺部材を示す断面図。 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その排気ガス流入防止用のバルブ構造およびその周辺部材を示す断面図。 同第５の実施の形態にかかる二次空気供給装置の排気ガス流入防止用のバルブ構造およびその周辺部材を示す断面図。 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その二次空気供給通路を示す断面図。 同第６の実施の形態にかかる二次空気供給装置の排気ガス流入防止用のバルブ構造を示す正面図。 従来の二次空気供給装置についてその概要を模式的に示す断面図およびブロック図。

符号の説明

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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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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