JP2009250054A - 二次空気供給構造 - Google Patents

Abstract

【課題】二次空気供給通路のレイアウトの自由度を増大させることができるようにして、二次空気と未燃焼ガスの混合を十分に促進することができ、未燃焼ガスと酸素との反応を促進することができる二次空気供給構造を提供すること。
【解決手段】二次空気供給通路４５の噴射孔４５ａに対向する排気ポート３７の内周面に突出部４６を形成し、突出部４６が、噴射孔４５ａから噴射された二次空気を衝突させて二次空気をバルブシート１１ａ側に指向させる衝突面を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、二次空気供給構造に関し、特に、排気ポートに二次空気を供給して排気ガスの浄化を行う二次空気供給構造に関する。

内燃機関の排気系には排気ガスを浄化するため排気浄化触媒が配備されており、排気ガス中のＨＣ（ハイドロカーボン）、ＣＯ（一酸化炭素）等の大気汚染物質を無害なＨ₂Ｏ（水）、ＣＯ₂（二酸化炭素）等に変換している。

排気浄化触媒がその機能を十分発揮するためには、排気浄化触媒が一定の活性化温度（例えば、３５０ ℃ 以上）の環境下に置かれることが必要とされている。ところが、内燃機関の冷間始動時等にあっては排気浄化触媒がその機能を十分に発揮し得ない場合がある。

そこで、冷間始動時における浄化機能を向上させるために、排気系に二次空気を供給する機構を配備した内燃機関が従来から提案されている。この二次空気を供給する機構は、排気浄化触媒よりも上流側、すなわち、シリンダヘッドに二次空気供給通路が設けられている。

この二次空気供給通路は、先端の噴射孔が内燃機関の燃焼室に連通する排気ポートに開口しており、エアポンプによって圧送される空気を噴射孔から排気ポートに供給することで、排気ポート内の酸素濃度を高くして、排気ガスに含まれるＨＣ、ＣＯ等の未燃焼ガスの酸化を促進して排気ガスの浄化を図ることができる。また、ＨＣ、ＣＯ等の酸化反応により排気ガスの温度を高めることができ、これにより排気浄化触媒の雰囲気温度が活性化温度となるまでの時間を短縮することもできる。

また、ＨＣ、ＣＯ等の酸化を促進するためには、二次空気と未燃焼ガスの混合を促進することが必要であり、二次空気と未燃焼ガスの混合を促進することで未燃焼ガスと酸素との反応を促進することができるものが知られている。

従来、二次空気と未燃焼ガスの混合を促進する二次空気供給構造としては、図６に示すようなものが知られている。図６において、内燃機関１のシリンダヘッド２には排気ポート３が形成されており、この排気ポート３の一端部は、図示しない排気バルブが着座可能なバルブシート４を介して燃焼室５に連通し、他端部は、図示しないエキゾーストマニホールドに連通している。

また、シリンダヘッド２には二次空気供給通路６が形成されており、この二次空気供給通路６は、一端部に排気ポート３に開口する噴射孔７が形成され、図示しないエアポンプから圧送される二次空気を噴射孔７から排気ポート３に供給するようになっている。

また、排気ポート３の内周面には突出部８が形成されており、この突出部８は、噴射孔７に対して排気ガスの排気方向上流側に位置している。

このような構成を有する二次空気供給構造にあっては、エアポンプから二次空気供給通路６に供給された二次空気が噴射孔７から噴射されるときに、突出部８に衝突することにより、乱流が発生し、この乱流となった二次空気に燃焼室５から排気ポート３に排気された排気ガスに衝突することで二次空気と未燃焼ガスの混合を促進することができ、未燃焼ガスと酸素との反応を促進することができる（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−３０７１２９号公報

しかしながら、このような従来の二次空気供給構造にあっては、排気ポート３の内周面に、噴射孔７に対して排気ガスの排気方向上流側に位置するように突出部８を形成していたため、二次空気供給通路６の噴射孔７から噴射されて突出部８に衝突した二次空気が、排気ポート３に対して下流側で発生してしまい、二次空気と未燃焼ガスの混合を十分に促進することが困難である。
したがって、二次空気と未燃焼ガスの混合を十分に促進することができ、未燃焼ガスと酸素との反応を十分に促進することができない。

二次空気と未燃焼ガスの混合を十分に促進する方法として、二次空気供給通路６の噴射孔７をバルブシート４に向けて開口し、噴射孔７から噴射された二次空気をバルブシート４に向けて指向させることが考えられるが、噴射孔７がバルブシート４に向くように二次空気供給通路６をシリンダヘッド２に形成するには、設計上の制約や製造の容易性の観点から二次空気供給通路６のレイアウトの自由度が低いため、容易ではない。

本発明は、上述のような従来の問題を解決するためになされたもので、二次空気供給通路のレイアウトの自由度を増大させることができるようにして、二次空気と未燃焼ガスの混合を十分に促進することができ、未燃焼ガスと酸素との反応を促進することができる二次空気供給構造を提供することを目的とする。

本発明に係る二次空気供給構造は、上記目的を達成するため、（１）排気バルブが着座可能なバルブシートを介して内燃機関の燃焼室に連通し、前記燃焼室内の排気ガスが排出される排気ポートと、一端部が前記排気ポートに開口する噴射孔を有し、前記開口部を通して前記排気ポートに二次空気を導入する二次空気供給通路とがシリンダヘッドに形成された二次空気供給構造において、前記噴射孔に対向する前記排気ポートの内周面に対向側突出部が形成され、前記対向側突出部が、前記噴射孔から噴射された二次空気を衝突させて前記二次空気を前記バルブシートに指向させる衝突面を有するものから構成されている。

この構成により、噴射孔に対向する排気ポートの内周面に対向側突出部を形成し、対向側突出部が、噴射孔から噴射された二次空気を衝突させて二次空気をバルブシート側に指向させる衝突面を有するので、対向側突出部に衝突した二次空気を排気ポートの下流側からバルブシートに指向させることができる。

このため、バルブシートを介して燃焼室から排気された排気ガスをバルブシートの直下で二次空気に混合させることができ、二次空気と未燃焼ガスの混合を十分に促進することができる。この結果、未燃焼ガスと酸素との反応を促進することができる。

また、対向側突出部が、噴射孔から噴射された二次空気を衝突させて二次空気をバルブシートに指向させる衝突面を有するため、噴射孔がバルブシートに対向しないようにして二次空気供給通路をシリンダヘッドに形成した場合であっても、対向側突出部の位置を調整することで、噴射孔から排気ポートに供給された二次空気をバルブシートに指向させることができる。このため、二次空気供給通路のレイアウトの自由度を向上させることができる。

上記（１）に記載の二次空気供給構造において、（２）前記噴射孔の周囲の前記排気ポートの内周面に噴射孔側突出部を設け、前記噴射孔側突出部が、前記噴射孔に対して排気ガスの排出方向上流側に位置するとともに、前記対向面側突出部が、噴射孔側突出部に対して排気ガスの排出方向下流側に位置するものから構成されている。

この構成により、噴射孔の周囲の排気ポートの内周面に噴射孔側突出部が設けられ、この噴射孔側突出部が、噴射孔に対して排気ガスの排出方向上流側に位置するので、噴射孔から噴射された二次空気を噴射孔側突出部に衝突させることにより、二次空気の乱流を発生させることができる。

また、対向面側突出部を、噴射孔側突出部に対して排気ガスの排出方向下流側に位置させたので、二次空気を噴射孔側突出部に衝突して乱流を発生させ、この乱流となった二次空気を対向面側突出部の衝突面に衝突させてバルブシート側に指向させることができる。

このため、バルブシートを介して燃焼室から排気された排気ガスをバルブシートの直下で二次空気と混合することができ、二次空気と未燃焼ガスの混合を十分に促進することができる。この結果、未燃焼ガスと酸素との反応を促進することができる。

本発明によれば、二次空気供給通路のレイアウトの自由度を増大させることができるようにして、二次空気と未燃焼ガスの混合を十分に促進することができ、未燃焼ガスと酸素との反応を促進することができる二次空気供給構造を提供することができる。

以下、本発明に係る二次空気供給構造の実施の形態について、図面を用いて説明する。
［第１の実施の形態］
図１〜図３は、本発明に係る二次空気供給構造の第１の実施の形態を示す図であり、二次空気供給装置を自動車等の車両に適用した例を示している。

まず、構成を説明する。
図１において、内燃機関１１の各気筒１２は排気マニホールド１３を介して排気管１４に連結されている。また、排気管１４には酸化機能を有する触媒を担持した触媒コンバータ１５が設けられている。触媒コンバータ１５は排気浄化装置として機能する。

また、内燃機関１１の各気筒１２に吸気ガスを供給する吸気管１６にはスロットル弁１７が設けられており、吸気管１６の一端部は、エアクリーナ１８に接続され、吸気管１６の他端部は、吸気マニホールド２９を介して各気筒１２に連通している。

一方、各気筒１２にはインジェクタ１９が設けられており、このインジェクタ１９は、燃料供給管２０を介して燃料リザーバ、所謂、コモンレール２１に連結されている。このコモンレール２１内には電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２２から燃料が供給され、コモンレール２１内に供給された燃料は各燃料供給管２０を介しインジェクタ１９に供給されるようになっている。

一方、二次空気供給装置２３は、エアクリーナ２８を介して空気を取り入れる空気取入管２４を有しており、この空気取入管２４は電動エアポンプ２５に接続されている。この電動エアポンプ２５には、二次空気供給管２６が接続されており、この二次空気供給管２６は、四つの分岐管２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄに分岐し、これら分岐管２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄは、排気マニホールド１３の各通路にそれぞれ接続している。

図２は、内燃機関１１の要部構成図である。図２において、内燃機関１１のシリンダブロック３１には円筒状の気筒１２が設けられており、気筒１２にはピストン３２が上下方向に摺動可能に収納されている。

ピストン３２の往復運動はコネクティングロッド３３を介して図示しないクランクシャフトの回転運動に変換される。シリンダブロック３１の上部にはシリンダヘッド３４が取付けられており、このシリンダヘッド３４には、上死点に位置するピストン３２の頂面と気筒１２の内周面とピストン３２の上端面との間に画成される燃焼室３５と、シリンダヘッド３４の側方に向けて燃焼室３５から延出する吸気ポート３６および排気ポート３７とが各々形成されている。

また、吸気ポート３６および排気ポート３７のそれぞれには、バルブスプリング３８によって閉弁するように付勢された吸気バルブ３９および排気バルブ４０が設けられており、バルブリフター４１、４２に当接する吸気カム４３および排気カム４４の回転によって、吸気バルブ３９および排気バルブ４０を所定のタイミングで開閉駆動するように構成されている。

また、シリンダヘッド３４には環状のバルブシート１１ａ、１１ｂが形成されており、 このバルブシート１１ａ、１１ｂにはそれぞれ吸気バルブ３９および排気バルブ４０が着座するようになっている。また、燃焼室３５は、吸気バルブ３９および排気バルブ４０の開弁時には吸気ポート３６および排気ポート３７に連通するようになっている。

また、シリンダヘッド３４の側面には、図１に示す排気マニホールド１３が締結されており、混合気の燃焼で生じた排気ガスは排気バルブ４０の開弁時に排気マニホールド１３を通じて大気に放出される。

また、シリンダヘッド３４には二次空気供給通路４５が形成されており、この二次空気供給通路４５は、一端部が排気ポート３７に開口する噴射孔４５ａを有し、他端が排気マニホールド１３の各通路を介して図１に示す分岐管２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄにそれぞれ連通している。

また、排気ポート３７の内周面には、対向側突出部としての突出部４６が形成されており、この突出部４６は、噴射孔４５ａに対向している。また、突出部４６には衝突面４６ａを有しており、この衝突面４６ａは、噴射孔４５ａから噴射された二次空気を衝突させてこの二次空気をバルブシート１１ａ側に指向させるようになっている。

すなわち、突出部４６は、噴射孔４５ａから噴射された二次空気が衝突されたときに、この二次空気をバルブシート１１ａ側に指向させるような姿勢、あるいは、形状で排気ポート３７の内周面に取付けられている。

このような構成を有する二次空気供給構造にあっては、電動エアポンプ２５によって圧送される二次空気は、二次空気供給管２６から四つの分岐管２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄに分岐され、排気マニホールド１３の各通路に供給される。

排気マニホールド１３の各通路に供給された二次空気は、二次空気供給通路４５を通して噴射孔４５ａから排気ポート３７に噴射される。排気ポート３７に噴射された二次空気は、突出部４６の衝突面４６ａに衝突することにより、乱流が発生し、乱流となった二次空気がバルブシート１１ｂに向かって供給される。

また、排気バルブ４０が開放すると、バルブシート１１ａを介して燃焼室３５内の排気ガスが排気ポート３７に排気される。このとき、排気ガスと混合される。この排気ガスに混合される二次空気は、図３に示すよう、突出部４６の衝突面４６ａに衝突して乱流Ａとなってバルブシート１１ｂに指向させることができるため、バルブシート１１ｂの直下で排気ポート３７から排気された二次空気と排気ガスとの混合が促進される。

このように本実施の形態では、二次空気供給通路４５の噴射孔４５ａに対向する排気ポート３７の内周面に突出部４６を形成し、突出部４６が、噴射孔４５ａから噴射された二次空気を衝突させて二次空気をバルブシート１１ａ側に指向させる衝突面４６ａを有するので、突出部４６に衝突した二次空気を排気ポート３７の下流側からバルブシート１１ａに指向させることができる。

このため、バルブシート１１ａを介して燃焼室３５から排気された排気ガスをバルブシート１１ａの直下で二次空気に衝突させることができ、二次空気と未燃焼ガスの混合を十分に促進することができる。この結果、未燃焼ガスと酸素との反応を促進することができる。

また、突出部４６が、噴射孔４５ａから噴射された二次空気を衝突させて二次空気をバルブシート１１ａに指向させる衝突面４６ａを有するため、噴射孔４５ａがバルブシート１１ａに対向しないようにして二次空気供給通路４５をシリンダヘッド３４に形成した場合であっても、突出部４６の位置を調整することで、噴射孔４５ａから排気ポート３７に供給された二次空気をバルブシート１１ａに指向させることができる。このため、二次空気供給通路４５のレイアウトの自由度を向上させることができる。

［第２の実施の形態］
図４、図５は、本発明に係る二次空気供給構造の第２の実施の形態を示す図であり、第１の実施の形態と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
図４、図５において、噴射孔４５ａの周囲の排気ポート３７の内周面には噴射孔側突出部としての突出部５１が設けられており、この突出部５１は、噴射孔４５ａに対して排気ガスの排出方向上流側に位置している。また、突出部４６は、突出部５１に対して排気ガスの排出方向下流側に位置しており、衝突面４６ａは、排気ポート３７において排気ガスの排気方向上流側に対向している。

本実施の形態では、噴射孔４５ａの周囲の排気ポート３７の内周面に突出部５１が設けられ、この突出部５１が、噴射孔４５ａに対して排気ガスの排出方向上流側に位置するので、二次空気供給通路４５を通して噴射孔４５ａから噴射された二次空気を突出部４６の衝突面４６ａに衝突させることにより、図５のＡ１で示すように二次空気に乱流を発生させることができる。

また、突出部４６を、突出部５１に対して排気ガスの排出方向下流側に位置させたので、突出部５１に衝突した二次空気を突出部４６に衝突面４６ａに衝突させて矢印Ａ２で示すようにバルブシート１１ａ側に指向させることができる。

このため、バルブシート１１ｂを介して燃焼室３５から排気された排気ガスをバルブシート１１ｂの直下で二次空気に混合させることができ、二次空気と未燃焼ガスの混合を十分に促進することができる。この結果、未燃焼ガスと酸素との反応を促進することができる。

また、今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であってこの実施の形態に制限されるものではない。本発明の範囲は、上記した実施の形態のみの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全ての変更が含まれることが意図される。

以上のように、本発明に係る二次空気供給構造は、二次空気供給通路のレイアウトの自由度を増大させることができるようにして、二次空気と未燃焼ガスの混合を十分に促進することができ、未燃焼ガスと酸素との反応を促進することができるという効果を有し、排気ポートに二次空気を供給して排気ガスの浄化を行う二次空気供給構造等として有用である。

本発明に係る二次空気供給構造の第１の実施の形態を示す図であり、二次空気供給構造を備えた内燃機関の吸・排気システムの概略図である。 本発明に係る二次空気供給構造の第１の実施の形態を示す図であり、内燃機関の要部断面図である。 本発明に係る二次空気供給構造の第１の実施の形態を示す図であり、二次空気供給通路を有するシリンダヘッドの概略断面図である。 本発明に係る二次空気供給構造の第２の実施の形態を示す図であり、内燃機関の要部断面図である。 本発明に係る二次空気供給構造の第２の実施の形態を示す図であり、内燃機関の要部断面図である。 従来の二次空気供給通路を有するシリンダヘッドの概略断面図である。

符号の説明

１１ 内燃機関
１１ｂ バルブシート
３５ 燃焼室
３７ 排気ポート
４５ 二次空気供給通路
４５ａ 噴射孔
４６ 突出部
４６ａ 衝突面
５１ 突出部
Ａ、Ａ１、Ａ２ 二次空気

Claims (2)

1. 排気バルブが着座可能なバルブシートを介して内燃機関の燃焼室に連通し、前記燃焼室内の排気ガスが排出される排気ポートと、一端部が前記排気ポートに開口する噴射孔を有し、前記開口部を通して前記排気ポートに二次空気を導入する二次空気供給通路とがシリンダヘッドに形成された二次空気供給構造において、
   前記噴射孔に対向する前記排気ポートの内周面に対向側突出部が形成され、前記対向側突出部が、前記噴射孔から噴射された二次空気を衝突させて前記二次空気を前記バルブシートに指向させる衝突面を有することを特徴とする二次空気供給構造。
2. 前記噴射孔の周囲の前記排気ポートの内周面に噴射孔側突出部を設け、前記噴射孔側突出部が、前記噴射孔に対して排気ガスの排出方向上流側に位置するとともに、前記対向面側突出部が、噴射孔側突出部に対して排気ガスの排出方向下流側に位置することを特徴とする請求項１に記載の二次空気供給構造。

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