JP2007120388A - ２次空気供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】互いに独立した複数の排気通路を備える内燃機関に対して優れた搭載性を示す２次空気供給装置を提供する。
【解決手段】２次空気供給装置１０は、エキゾーストポート７６に通じる空気通路２２と、空気通路２２の経路上に設置され、エキゾーストポート７６に向けて２次空気を圧送するエアポンプ２１と、エキゾーストポート７７に通じる空気通路３２と、空気通路３２の経路上に設置され、エキゾーストポート７７に向けて２次空気を圧送するエアポンプ３１とを備える。
【選択図】図２

Description

この発明は、一般的には、２次空気供給装置に関し、より特定的には、第１のバンクと第２のバンクとを有する大排気量の多気筒エンジンに設けられた２次空気供給装置に関する。

従来の２次空気供給装置に関して、たとえば、特開平５−８６８４８号公報には、Ｖ型エンジン等、２つの気筒毎に独立した排気系を有する内燃機関のそれぞれの排気系に効率的に２次空気を供給することを目的とした内燃機関の排気浄化装置が開示されている（特許文献１）。特許文献１に開示された排気浄化装置は、吸気管に流れる空気を吸入する２次空気供給管と、２次空気供給管から分岐し、Ｖ型エンジンの左右バンクの排気管にそれぞれ接続される分岐管とを備える。２次空気供給管には、各分岐管に２次空気を圧送する電動エアポンプが配置されている。
特開平５−８６８４８号公報

上述の特許文献１に開示された排気浄化装置では、２次空気供給管に配置された電動エアポンプを稼動させることにより、左右バンクの排気管に２次空気を供給している。この場合、１つの電動エアポンプで大流量の空気流れを発生させる必要が生じる。このため、ポンプが大型化し、車両に対する排気浄化装置の搭載性が低下したり、ポンプ始動のために、大電圧のバッテリシステムが必要になったりする。

そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、互いに独立した複数の排気通路を備える内燃機関に対して優れた搭載性を示す２次空気供給装置を提供することである。

この発明に従った２次空気供給装置は、燃焼室で発生した排気ガスが流れ、経路上に排気ガス浄化装置が配置された第１および第２の排気通路を備える内燃機関に設けられている。２次空気供給装置は、排気ガス浄化装置よりも排気ガス流れの上流側で第１および第２の排気通路に２次空気を供給する。２次空気供給装置は、第１の排気通路に通じる第１の空気通路と、第１の空気通路の経路上に設置され、第１の排気通路に向けて２次空気を圧送する第１のポンプと、第２の排気通路に通じる第２の空気通路と、第２の空気通路の経路上に設置され、第２の排気通路に向けて２次空気を圧送する第２のポンプとを備える。

このように構成された２次空気供給装置によれば、１つのポンプで第１および第２の排気通路に２次空気を圧送する場合よりも、２次空気供給装置の搭載性を向上させることができる。

また好ましくは、２次空気供給装置は、第１および第２のポンプよりも２次空気流れの下流側で、第１の空気通路と第２の空気通路とを連通させる連通路をさらに備える。このように構成された２次空気供給装置によれば、第１の排気通路と第２の排気通路との間で、２次空気の供給量に差が生じることを防止できる。

また好ましくは、２次空気供給装置は、第１および第２の空気通路の経路上にそれぞれ設けられ、２次空気の流れを制御する第１および第２のバルブをさらに備える。連通路は、第１および第２のバルブよりも２次空気流れの下流側で、第１の空気通路と第２の空気通路とを連通させている。

また好ましくは、２次空気供給装置は、第１の空気通路の経路上に設けられ、第１の排気通路から第１のポンプに向かう２次空気流れを規制する第１のチェックバルブと、第２の空気通路の経路上に設けられ、第２の排気通路から第２のポンプに向かう２次空気流れを規制する第２のチェックバルブとをさらに備える。連通路は、第１および第２のチェックバルブよりも２次空気流れの上流側で、第１の空気通路と第２の空気通路とを連通させている。

また好ましくは、２次空気供給装置は、第１の空気通路の経路上に設けられた第３のチェックバルブと、第２の空気通路の経路上に設けられた第４のチェックバルブとをさらに備える。第３のチェックバルブは、第１のポンプと、連通路が第１の空気通路に接続される位置との間に配置され、連通路から第１のポンプに向かう２次空気流れを規制している。第４のチェックバルブは、第２のポンプと、連通路が第２の空気通路に接続される位置との間に配置され、連通路から第２のポンプに向かう２次空気流れを規制している。

また、内燃機関は、第１のバンクと第２のバンクとを有する多気筒エンジンである。第１の排気通路には、第１のバンクに配置された気筒群の排気ガスが流れ、第２の排気通路には、第２のバンクに配置された気筒群の排気ガスが流れる。

以上説明したように、この発明に従えば、互いに独立した複数の排気通路を備える内燃機関に対して優れた搭載性を示す２次空気供給装置を提供することができる。

この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

図１は、この発明の実施の形態における２次空気供給装置を搭載した車両のエンジンを示す模式図である。図２は、この発明の実施の形態における２次空気供給装置のエア回路図である。

図１および図２を参照して、車両は、エンジン５０とＥＣＵ（Electronic Control Unit）８０とを備える。エンジン５０に搭載される２次空気供給装置１０は、エアポンプを用いて空気を排気系に供給するエアインジェクション（Air injection）方式を採っている。排気の圧力脈動を利用するエアサクション方式と比較して、エアインジェクション方式によれば、正確かつ十分な空気を排気系に供給することができる。２次空気供給装置１０は、ＥＣＵ８０が実行するプログラムにより作動する。

エンジン５０は、左バンク９１と右バンク９２とを有するＶ型エンジンである。エンジン５０は、８つの気筒７１を備える８気筒エンジンである。左バンク９１には、４つの気筒７１ｍが配置されており、右バンク９２には、４つの気筒７１ｎが配置されている。なお、気筒の数は８つに限定されず、たとえば６つであっても良い。

本実施の形態では、エンジン５０の総排気量は４（Ｌ）以上である。エンジン５０の総排気量は、３．５（Ｌ）以上であっても良い。エンジン５０の総排気量は、３（Ｌ）以上であっても良いし、２．５（Ｌ）以上であって良い。

左バンク９１には、エキゾーストマニホールド５１が接続されており、右バンク９２には、エキゾーストマニホールド５２が接続されている。エキゾーストマニホールド５１により、気筒７１ｍの各燃焼室に連通するエキゾーストポート７６が形成されている。エキゾーストマニホールド５２により、気筒７１ｎの各燃焼室に連通するエキゾーストポート７７が形成されている。

エキゾーストポート７６の経路上には、排気ガス流れの上流側から順に並んで、酸素センサ（Ａ／Ｆセンサ）７４および３元触媒７２が設けられている。エキゾーストポート７７の経路上には、排気ガス流れの上流側から順に並んで、酸素センサ７５および３元触媒７３が設けられている。３元触媒７２および７３は、排気ガス中のＣＯ、ＨＣ（炭化水素）およびＮＯｘ（窒化酸化物）をそれぞれ、ＣＯ_２、Ｈ_２ＯおよびＮ_２に同時に変化させる触媒であり、たとえば、モノリス基材に、アルミナ担体、白金やロジウムのような貴金属成分を含むコート層を形成して構成される。

エキゾーストマニホールド５１および５２には、それぞれ、エキゾーストパイプ５３および５４が接続されている。エキゾーストパイプ５３および５４は、車両後方に向かって延びる経路の途中で合流している。エキゾーストポート７６および７７は、３元触媒７２および７３よりも排気流れの上流側で、互いに独立して延びている。つまり、気筒７１ｍの各燃焼室から発生した排気ガスと、気筒７１ｎの各気筒から発生した排気ガスとは、互いに合流する前に、それぞれ３元触媒７２および７３に達する。

なお本実施の形態では、触媒が、エキゾーストマニホールドに直接、設けられたマニホールド内蔵型である場合について説明したが、触媒は、エキゾーストマニホールドとは別体に、エキゾーストマニホールドの直下に設置されていても良い。

エンジン５０には、エアクリーナ６１から吸入された空気が、吸気管６４およびインテークマニホールド６６を通って導入される。エンジン５０に導入される空気の量は、スロットルバルブ６２により制御される。スロットルバルブ６２の開度は、アクチュエータ６７によって調整される。

空気は、インテークマニホールド６６から気筒７１の燃焼室内に、図示しないインジェクタから噴射された燃料とともに導入される。気筒７１に導入された空気と燃料との混合気は、図示しない点火プラグにより点火され、燃焼する。これにより、エンジン５０は駆動力を発生する。燃焼後の混合気、すなわち排気ガスはエキゾーストポート７６および７７を流れ、その後、３元触媒７２および７３により浄化される。浄化された排気ガスは、エキゾーストパイプ５３および５４内を通って車外に排出される。

続いて、エンジン５０に搭載された２次空気供給装置１０の構造について詳細な説明を行なう。２次空気供給装置１０は、エキゾーストポート７６に２次空気を供給する空気通路２２と、空気通路２２の経路上に設置されたエアポンプ２１と、エキゾーストポート７７に２次空気を供給する空気通路３２と、空気通路３２の経路上に設置されたエアポンプ３１とを備える。

本実施の形態では、エアポンプ２１とエアポンプ３１とに、同じ製品が用いられている。エアポンプ２１および３１は同時に稼動する。エアポンプ２１および３１は、１２（Ｖ）のバッテリに接続されている。

空気通路２２は、エンジンルーム内に開口する一方端２２ｓと、３元触媒７２よりも排気ガス流れの上流側でエキゾーストポート７６に連通する他方端２２ｔとを有する。エアポンプ２１は、一方端２２ｓと他方端２２ｔとの間に配置されている。エアポンプ２１を稼動させることにより、エンジンルーム内の空気が一方端２２ｓから他方端２２ｔに向けて流れる。同様に、空気通路３２は、エンジンルーム内に開口する一方端３２ｓと、３元触媒７３よりも排気ガス流れの上流側でエキゾーストポート７７に連通する他方端３２ｔとを有する。エアポンプ３１は、一方端３２ｓと他方端３２ｔとの間に配置されている。エアポンプ３１を稼動させることにより、エンジンルーム内の空気が一方端３２ｓから他方端３２ｔに向けて流れる。

このような構成により、２次空気供給装置１０は、それぞれにエアポンプが設けられた２系統の空気通路２２および３２を備える。

なお、本実施の形態では、エンジン５０の排気系に供給する２次空気としてエンジンルーム内の空気を用いる構成としたが、これに限定されず、２次空気としてたとえば吸気ポート内の空気を用いる構成としても良い。この場合、一方端２２ｓおよび３２ｓは、エアクリーナ６１とスロットルバルブ６２との間で、吸気管６４内に開口する。

２次空気供給装置１０は、さらに、空気通路２２と空気通路３２との間を連通させる連通路１５を備える。連通路１５は、エアポンプ２１よりも排気ガス流れの下流側にある位置２２ｐで、空気通路２２に接続されている。連通路１５は、エアポンプ３１よりも排気ガス流れの下流側にある位置３２ｐで、空気通路３２に接続されている。連通路１５により、空気通路２２と空気通路３２との間の空気流れが許容されている。

空気通路２２の経路上の、エアポンプ２１と位置２２ｐとの間には、電磁ＡＳＶ（Air Switching Valve）２４が設けられている。空気通路３２の経路上の、エアポンプ３１と位置３２ｐとの間には、電磁ＡＳＶ３４が設けられている。電磁ＡＳＶ２４および３４は、それぞれ、空気通路２２および３２内の空気流れを制御している。電磁ＡＳＶ２４および３４が開かれると、空気通路２２および３２内の空気流れが許容される。電磁ＡＳＶ２４および３４が閉じられると、空気通路２２および３２内の空気流れが遮断される。本実施の形態では、電磁ＡＳＶ２４と電磁ＡＳＶ３４とに、同じ製品が用いられている。電磁ＡＳＶ２４および３４は同時に開閉する。

空気通路２２の経路上の、位置２２ｐと他方端２２ｔとの間には、チェックバルブ（逆止弁）２６が設けられている。空気通路３２の経路上の、位置３２ｐと他方端３２ｔとの間には、チェックバルブ３６が設けられている。空気通路２２の経路上の、電磁ＡＳＶ２４と位置２２ｐとの間には、チェックバルブ２５が設けられている。空気通路３２の経路上の、電磁ＡＳＶ３４と位置３２ｐとの間には、チェックバルブ３５が設けられている。

チェックバルブ２６および２５は、空気通路２２内の一方端２２ｓから他方端２２ｔに向かう方向の空気流れを許容し、他方端２２ｔから一方端２２ｓに向かう方向の空気流れを遮断している。チェックバルブ３６および３５は、空気通路３２内の一方端３２ｓから他方端３２ｔに向かう方向の空気流れを許容し、他方端３２ｔから一方端３２ｓに向かう方向の空気流れを遮断している。

ＥＣＵ８０は、酸素センサ７４および７５、吸気管６４に設置されたエアフローメータ６９、スロットルバルブ６２の開度を検出するスロットルセンサ６８、クランクシャフトの近傍に設けられ、エンジン５０の回転数を検出するクランク角センサ８１、エンジン５０の冷却水温度を検出する温度センサ８２、車輪の回転数に基づいて車速を検出する車速センサ８３等からの各検出信号を受け、これらの信号に基づいて、エアポンプ２１および３１と電磁ＡＳＶ２４および３４との制御を行なう。

たとえば、エンジン５０が冷寒始動された場合、エンジンの暖機が完了するまでは、排気ガスが理論空燃比になるように燃料噴射量がフィードバック制御されておらず、空燃比がリッチ側に移行している。このため、ＨＣ、ＣＯ成分の浄化のため、２次空気の供給が必要となる。一方、エンジンの暖機が完了した後は、フィードバック制御が行なわれるため、２次空気の供給は必要とされない。

具体的には、上述の各種センサからの検出信号に基づき、ＥＣＵ８０が２次空気の供給が必要か否かを判断する。必要と判断した場合、ＥＣＵ８０は、エアポンプ２１および３１に作動指令を与え、続いて電磁ＡＳＶ２４および３４に開弁指令を与える。これにより、エンジンルーム内の空気が、空気通路２２および３２を通ってエキゾーストポート７６および７７に供給される。

このとき、構成部品の形状誤差等に起因して、エアポンプ２１とエアポンプ３１とのポンプ性能に微小な差が生じることがある。また同様に、開状態とされた電磁ＡＳＶ２４と電磁ＡＳＶ３４との間で、バルブを通過する空気流量に差が生じることがある。これに対して、本実施の形態では、空気通路２２と空気通路３２とを連通させる連通路１５が設けられているため、流量の少ない空気通路から多い空気通路に向けて空気が流れる。これにより、エキゾーストポート７６に供給される２次空気の流量と、エキゾーストポート７７に供給される２次空気の流量との間に差が生じることを防止できる。

また、本実施の形態では、チェックバルブ２６および３６が設けられているため、エキゾーストポート７６および７７を流れる排気ガスが、空気通路２２および３２内を逆流することを防止できる。また、チェックバルブ２５および３５が設けられているため、連通路１５を通過した空気が、空気通路２２および３２内を逆流することを防止できる。

なお、チェックバルブ２５は、エアポンプ２１と電磁ＡＳＶ２４との間に設けられていても良く、チェックバルブ３５は、エアポンプ３１と電磁ＡＳＶ３４との間に設けられていても良い。しかしながら、チェックバルブ２５および３５を図中の位置に配置した場合、連通路１５を通過した空気が、電磁ＡＳＶ２４および３４の空気流れに影響を及ぼすことを防止できるため、より好ましい。

この発明の実施の形態における２次空気供給装置１０は、燃焼室で発生した排気ガスが流れ、経路上に排気ガス浄化装置としての３元触媒７２および７３が配置された第１および第２の排気通路としてのエキゾーストポート７６および７７を備える内燃機関としてのエンジン５０に設けられている。２次空気供給装置１０は、３元触媒７２および７３よりも排気ガス流れの上流側でエキゾーストポート７６および７７に２次空気を供給する。２次空気供給装置１０は、エキゾーストポート７６に通じる第１の空気通路としての空気通路２２と、空気通路２２の経路上に設置され、エキゾーストポート７６に向けて２次空気を圧送する第１のポンプとしてのエアポンプ２１と、エキゾーストポート７７に通じる第２の空気通路としての空気通路３２と、空気通路３２の経路上に設置され、エキゾーストポート７７に向けて２次空気を圧送する第２のポンプとしてのエアポンプ３１とを備える。

２次空気供給装置１０は、エアポンプ２１および３１よりも２次空気流れの下流側で、空気通路２２と空気通路３２とを連通させる連通路１５をさらに備える。

このように構成された、この発明の実施の形態における２次空気供給装置１０によれば、エキゾーストポート７６および７７の双方に２次空気を供給する大型のエアポンプを設ける場合と比較して、車両に対する装置の搭載性を向上させることができる。また、エアポンプ２１および３１を初期駆動させるために高電圧の電源を準備する必要がなくなり、バッテリシステムを簡易かつ小型に構成することができる。

なお、本実施の形態では、内燃機関がＶ型エンジンである場合について説明したが、内燃機関は、Ｖ型エンジンに限定されず、たとえば水平対向型エンジンやＷ型エンジンであっても良い。また、内燃機関は、互いに独立して延びる３つ以上の排気通路を備えていても良い。この場合、２次空気供給装置は、各排気通路に通じ、それぞれにエアポンプが設けられた複数の空気通路を備える。好ましくは、複数の空気通路は、連通路により互いに接続される。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態における２次空気供給装置を搭載した車両のエンジンを示す模式図である。 この発明の実施の形態における２次空気供給装置のエア回路図である。

符号の説明

１０ ２次空気供給装置、１５ 連通路、２１，３１ エアポンプ、２２，３２ 空気通路、２４，３４ 電磁ＡＳＶ、２５，２６，３５，３６ チェックバルブ、５０ エンジン、７１，７１ｍ，７１ｎ 気筒、７２，７３ ３元触媒、７６，７７ エキゾーストポート、９１ 左バンク、９２ 右バンク。

Claims (6)

1. 燃焼室で発生した排気ガスが流れ、経路上に排気ガス浄化装置が配置された第１および第２の排気通路を備える内燃機関に設けられ、前記排気ガス浄化装置よりも排気ガス流れの上流側で前記第１および第２の排気通路に２次空気を供給する２次空気供給装置であって、
   前記第１の排気通路に通じる第１の空気通路と、
   前記第１の空気通路の経路上に設置され、前記第１の排気通路に向けて２次空気を圧送する第１のポンプと、
   前記第２の排気通路に通じる第２の空気通路と、
   前記第２の空気通路の経路上に設置され、前記第２の排気通路に向けて２次空気を圧送する第２のポンプとを備える、２次空気供給装置。
2. 前記第１および第２のポンプよりも２次空気流れの下流側で、前記第１の空気通路と前記第２の空気通路とを連通させる連通路をさらに備える、請求項１に記載の２次空気供給装置。
3. 前記第１および第２の空気通路の経路上にそれぞれ設けられ、２次空気の流れを制御する第１および第２のバルブをさらに備え、
   前記連通路は、前記第１および第２のバルブよりも２次空気流れの下流側で、前記第１の空気通路と前記第２の空気通路とを連通させている、請求項２に記載の２次空気供給装置。
4. 前記第１の空気通路の経路上に設けられ、前記第１の排気通路から前記第１のポンプに向かう２次空気流れを規制する第１のチェックバルブと、
   前記第２の空気通路の経路上に設けられ、前記第２の排気通路から前記第２のポンプに向かう２次空気流れを規制する第２のチェックバルブとをさらに備え、
   前記連通路は、前記第１および第２のチェックバルブよりも２次空気流れの上流側で、前記第１の空気通路と前記第２の空気通路とを連通させている、請求項２または３に記載の２次空気供給装置。
5. 前記第１の空気通路の経路上に設けられた第３のチェックバルブと、
   前記第２の空気通路の経路上に設けられた第４のチェックバルブとをさらに備え、
   前記第３のチェックバルブは、前記第１のポンプと、前記連通路が前記第１の空気通路に接続される位置との間に配置され、前記連通路から前記第１のポンプに向かう２次空気流れを規制しており、
   前記第４のチェックバルブは、前記第２のポンプと、前記連通路が前記第２の空気通路に接続される位置との間に配置され、前記連通路から前記第２のポンプに向かう２次空気流れを規制している、請求項２から４のいずれか１項に記載の２次空気供給装置。
6. 前記内燃機関は、第１のバンクと第２のバンクとを有する多気筒エンジンであり、
   前記第１の排気通路には、前記第１のバンクに配置された気筒群の排気ガスが流れ、前記第２の排気通路には、前記第２のバンクに配置された気筒群の排気ガスが流れる、請求項１から５のいずれか１項に記載の２次空気供給装置。

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