JP2015165141A - 内燃機関の二次空気供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクト化等を図りながら、適正且つ有効に二次空気を供給し得る内燃機関の二次空気供給装置を提供する。【解決手段】複数気筒のシリンダヘッド１３に設けた排気ポート１８に排気管が接続されてなる排気通路を有する。各気筒の排気ポート１８に供給される二次空気の量を制御するリードバルブ５２と、リードバルブ５２を収容するリードバルブ収容室５４とを備える。排気ポート１８の開口端部が気筒配列方向に配列されるシリンダヘッド１３の排気側側壁に、リードバルブ５２を収容するリードバルブ収容室５４が一体に形成され、隣り合う気筒のリードバルブ収容室５４が、互いに近づいて隣接して配置される。【選択図】図３

Description

本発明は、自動二輪車あるいはＡＴＶ（All Terrain Vehicle）等の車両に搭載される典型的には２気筒エンジンにおいて、排気ガス浄化用の二次空気（もしくは二次エア）を供給する二次空気供給装置に関する。

この種の車両のエンジンにおいて、燃焼後に排気される排気ガスを浄化するために二次空気供給装置を備えている。吸引式のものでは、排気管（エキゾーストパイプ）内部の負の排気パルスを利用して排気ポート付近に空気を吸い込ませるようになっており、空気供給路の途中にリードバルブが装着され、エアクリーナボックスからの清浄な空気を取り込んでいる。

これまで排気ガス浄化用の二次空気システムを配置構成するにあたって、排気ポート内に二次空気を導入するために、二次空気ユニットとエンジンとをパイプ配管で接続していた。ところが、その配管及び二次空気ユニットのコストが嵩むため、二次空気用リードバルブを二次空気ユニットから独立させてエンジンに組み込むことで、耐熱性の配管を省略する方法が現在の主流となっている。なお、二次空気用リードバルブ自体は、高温の排気ガス雰囲気に曝されることになる。

従来の二次空気供給装置について自動二輪車の具体例で概略説明すると、図５に示すように先ず車体フレーム１０１に搭載されたエンジン１０まわりにおいて、クランクケース１１、シリンダ１２、シリンダヘッド１３及びシリンダヘッドカバー１４が順次重なるように一体的に結合する。なお、この例ではエンジン１０は水冷式並列２気筒４サイクルガソリンエンジンとする。エンジン１０の後上方には、エンジン１０へ供給する空気量を調整するスロットルボディ１０２と、このスロットルボディ１０２に空気を供給するエアクリーナ１０３が連続して接続される。

また、図６に示すようにシリンダ１２内には往復動可能にピストン１５が収容され、シリンダヘッド１３に形成された燃焼室１６には吸気ポート１７及び排気ポート１８が連通する。吸気ポート１７及び排気ポート１８と燃焼室１６の間は、図示しない動弁機構を介して吸気バルブ１９及び排気バルブ２０によってそれぞれ開閉されるようになっている。なお、吸気ポート１７及び排気ポート１８には図４に示されるようにスロットルボディ１０２及びエキゾーストパイプ１０４がそれぞれ接続される。そして、図６のように燃焼室１６から排気ポート１８に対して、矢印Ｇのように排気ガスが排出される。

かかるエンジン１０において図５のように二次空気供給装置１を備え、この二次空気供給装置１は二次空気ユニット２を含んでいる。また、二次空気用リードバルブ３をエンジン１０に配置するにあたり、リードバルブ設置スペースの関係から図示のようにシリンダヘッドカバー１４の上部に設置される。なお、エアクリーナ１０３とリードバルブ３の間をチューブ４で接続され、その途中適所に二次空気ユニット２が配置される。図６に示すようにリードバルブ３はキャップ５の内側に配設され、二次空気ユニット２から供給された二次空気は矢印Ａのように、キャップ５内のリードバルブ３を通って、シリンダヘッドカバー１４において二股に分岐する二次空気導入路６からそれぞれ各排気ポート１８内へ供給される。

特開２０１０−２０９７６５号公報

従来の二次空気供給装置１において、二次空気導入路６はシリンダヘッドカバー１４からシリンダヘッド１３を跨いで形成され、両者の間にはガスケット２１が装着される。二次空気導入路６に接するこれらの部材もしくは部品は排気の高温に曝されるため、高い耐熱性と機密性が要求される。とりわけガスケット２１にあっては樹脂系材料で形成され、このような使用条件下で十分な耐熱性や機密性を確保するのは必ずしも容易でない。
また、この例のようにリードバルブ３がシリンダヘッドカバー１４に配設される場合、シリンダヘッド１３まわりが嵩高にならざるを得ない。

なお、別の例として特許文献１に記載の内燃機関では、排気系に供給される二次空気の供給制御を行うリードバルブが配設される部分でシリンダヘッドカバーに、リードバルブ室を形成するようにしてカムシャフト側に膨出した膨出部が一体に設けられる。

本発明はかかる実情に鑑み、コンパクト化等を図りながら、適正且つ有効に二次空気を供給し得る内燃機関の二次空気供給装置を提供することを目的とする。

本発明の内燃機関の二次空気供給装置は、複数気筒のシリンダヘッドに設けた排気ポートに排気管が接続されてなる排気通路を有する内燃機関において、各気筒の前記排気ポートに供給される二次空気の量を制御するリードバルブと、このリードバルブを収容するリードバルブ収容室とを備えた二次空気供給装置であって、前記排気ポートの開口端部が気筒配列方向に配列される前記シリンダヘッドの排気側側壁に、前記リードバルブを収容する前記リードバルブ収容室が一体に形成され、隣り合う気筒の前記リードバルブ収容室が、互いに近づいて隣接して配置されること特徴とする。

また、本発明の内燃機関の二次空気供給装置において、前記隣接して配置される２つのリードバルブ収容室は、２つの前記排気ポートの開口端部の気筒配列方向の幅内に位置することを特徴とする。

また、本発明の内燃機関の二次空気供給装置において、前記リードバルブ収容室の一部が２つの排気ポート開口端部の間に位置することを特徴とする。

また、本発明の内燃機関の二次空気供給装置において、前記リードバルブ収容室は、前記シリンダヘッドの前記排気側側壁に縦長矩形に突出して形成されたことを特徴とする。

本発明によれば、排気ポートの開口端部が気筒配列方向に配列されるシリンダヘッドの排気側側壁に、リードバルブ収容室が一体に形成され、隣り合う気筒のリードバルブ収容室が、互いに近づいて隣接して配置される。このように隣り合う気筒のリードバルブ収容室を互いに近づいて隣接して配置することで、スペースを有効利用することができる。

また、シリンダヘッドにおいてリードバルブ収容室と、リードバルブ収容室からそれぞれ排気管に向かう二次空気供給用通路とが形成される。このようにリードバルブ収容室及び二次空気供給通路をシリンダヘッド自体の内部に形成することで、これらの部品もしくは部材を効率よくコンパクトに配置することができる。

本発明による内燃機関の二次空気供給装置の適用例に係る自動二輪車の側面図である。 本発明の内燃機関の二次空気供給装置の適用例としてのエンジンまわりを示す斜視図である。 本発明の内燃機関の二次空気供給装置の適用例としてのエンジン構造を示す図２のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。 本発明の内燃機関の二次空気供給装置に係るリードバルブ装着部まわりを示す図である。 従来の二次空気供給装置の適用例としてのエンジンまわりを示す側面図である。 従来の二次空気供給装置の適用例としてのエンジン内部構造を示す縦断面図である。

以下、図面に基づき、従来例と実質的に同一又は対応する部材に同一符号を用いて、本発明における内燃機関の二次空気供給装置の好適な実施の形態を説明する。
先ず、本発明を適用した車両全体構造について説明する。この実施形態においては図１に示すような自動二輪車１００とし、この自動二輪車１００に搭載したエンジンには後述するようにオイルポンプが配置される。なお、以下の説明中で用いる各図において、必要に応じて車両の前方を矢印Ｆｒにより、車両の後方を矢印Ｒｒにより示し、また、車両の側方右側を矢印Ｒにより、車両の側方左側を矢印Ｌにより示す。

自動二輪車１００において車両の前後方向に沿って延設される車体フレーム１０１の前端に、左右に回動自在に支承されたフロントフォーク１０５を備え、このフロントフォーク１０５に前輪１０６が支持される。車体フレーム１０１は詳細な図示を省略するが、略車両前半部を構成するメインフレームと車両後半部を構成するシートレールからなり、メインフレームの下方にはエンジン１０が、メインフレームに対して取り付けられる。

なお、この例でもエンジン１０の後上方には、エンジン１０へ供給する空気量を調整するスロットルボディ１０２と、このスロットルボディ１０２に空気を供給するエアクリーナ１０３が上方に向かって連続して接続されるものとする（図２参照）。エンジン１０の上方には、燃料タンク１０７が車体フレーム１０１によって支持されており、図示しないフューエルホースを介してスロットルボディ１０２側へ燃料を供給するようになっている。

また、車両前端部には前照灯１０８が配置され、前部まわりにフロントカウル１０９が取り付けられる。フロントカウル１０９には、左右一対の方向指示器１１０が備えられている。フロントカウル１０９の後方には車両側面を覆うサイドカウル１１１が連設され、これらのフロントカウル１０９及びサイドカウル１１１は相互に滑らかに繋がり、エンジン１０が含まれる車両の略前半部を覆う。

車体フレーム１０１のメインフレームの後部には、遥動自在にスイングアーム１１２が取り付けられ、このスイングアーム１１２の後端に後輪１１３が支持され、公知の技術と同様にエンジン１０の動力が伝えられることで、これにより後輪１１３が駆動される。また、車体フレーム１０１のメインフレームの後上部にはシートレールが接続され、このシートレール上に着座シート１１４が支持される。

この実施形態においてもエンジン１０は、水冷式並列２気筒４サイクルガソリンエンジンとする。左右気筒のシリンダヘッド１３の排気ポート１８には、図２にも示されるようにエキゾーストパイプ１０４がそれぞれ接続され、各エキゾーストパイプ１０４はクランクケース１１の下側に回り込むように後方へ延出し、マフラ１１５に接続される。マフラ１１５の手前（排気上流側）には図示しない触媒が装着されており、この触媒による排気ガスに対する浄化作用を有する。

ここで、本発明に係るエンジン１０について更に具体的に説明する。図３は、シリンダヘッド１３における吸気ポート１７及び排気ポート１８を通る断面図を示している。この実施形態では左右の気筒の間にシリンダ軸線方向と平行に、シリンダ１２及びシリンダヘッド１３を貫通するかたちでタイミングチェーントンネル２２が形成される。このタイミングチェーントンネル２２内には、前部及び後部をチェーンガイド２４によりガイドされるタイミングチェーン２３が装架される。図示を省略するが、クランクケース１１には左右方向、即ち気筒配列方向にクランクシャフトが軸支され、一方シリンダヘッド１３に動弁機構を構成するカムシャフトが左右方向に横架されている。そして、タイミングチェーン２３は、クランクシャフト及びカムシャフトにそれぞれ取り付けられたスプロケットに巻回され、これによりクランクシャフトの回転駆動力がタイミングチェーン２３を介してカムシャフトに伝達される。

さて、本実施形態によるエンジン１０において図２のように二次空気供給装置５０を備える。この二次空気供給装置５０は二次空気ユニット５１を含み、この二次空気ユニット５１から排気通路に供給される二次空気の量を制御するリードバルブ５２を具備する。二次空気ユニット５１は、エアクリーナ１０３とリードバルブ５２の間を接続するチューブ５３の途中適所に配置され、ソレノイドバルブ等を用いてチューブ５３内の流路を開閉制御し得るようになっている。本発明では特に、リードバルブ５２は、タイミングチェーン２３とエンジン１０の幅方向で重なるように配置される。タイミングチェーン２３はエンジン１０の幅方向略中央に配置され、図２及び図３に示されるようにリードバルブ５２はタイミングチェーン２３に対応して、各気筒から延出する２つのエキゾーストパイプ１０４の間に配置される。

更に具体的に説明すると、図３のようにシリンダヘッド１３において左右の排気ポート１８の略中央に位置して、左右一対のリードバルブ収容室５４が凹設される。２つのリードバルブ収容室５４は、隔壁５５によって相互に隔絶される。各リードバルブ収容室５４と排気ポート１８は、対応するエキゾーストパイプ１０４に向かうように形成された二次空気供給用通路５６を介して相互に連通される。各リードバルブ収容室５４には実質的に独立して構成されたリードバルブ５２が収容され、双方のリードバルブ収容室５４とも蓋状部材であるキャップ５７により覆われる。

上記の場合、各リードバルブ５２はそれぞれケースもしくはフレーム５８に取付支持され、それら全体として一体構成されてユニット化したものがリードバルブ収容室５４に閉合するようにシリンダヘッド１３の前部側面に固定される。更に図４をも参照して、リードバルブ５２は概略矩形あるいは短冊状の薄板でなり、この例では上端側の支承部５９にて片持ち式に支持される。また、図３に示されるようにリードバルブ５２の開度を規制するストッパ６０を有し、このストッパ６０によりリードバルブ５２の自由端側の動きを制限するようになっている。

リードバルブ５２のフレーム５８は、キャップ５７がシリンダヘッド１３に固定されることで図３のようにそれらの間に挟着される。キャップ５７には図４に示されるように、この例では２つの対角位置に取付部６１が左右方向に突設され、この取付部６１に固定用ボルト（図示せず）の通し孔６２が形成される。一方、排気ポート１８の開口端には図３

に示されるようにフランジ部１８ａが付設されており、このフランジ部１８ａにてエキゾーストパイプ１０４が接続されるようになっている。図４からも分かるようにキャップ５７の特に取付部６１と排気ポート１８のフランジ部１８ａとが上面視で重なるように配置され、即ち両者が左右方向でオーバラップする領域を有する。

上記構成でなる本発明による二次空気供給装置５０の基本的作動において、先ずエンジン１０が始動すると各気筒における吸気バルブ１９及び排気バルブ２０が所定のタイミングで開閉し、燃焼後の排気ガスは図３の矢印Ｇで示されるように排気ポート１８からエキゾーストパイプ１０４へと排気される。このときエキゾーストパイプ１０４内部に負の排気パルスが発生する。一方、二次空気ユニット５１の作動によりチューブ５３を介して、キャップ５７内部へ二次空気が導入されるように制御されており、エキゾーストパイプ１０４の負の排気パルスは二次空気供給用通路５６を介して、リードバルブ室５４に作用し、これによりリードバルブ５２が開いて図３の矢印Ａで示されるようにキャップ５７内部の二次空気が二次空気供給用通路５６を通って排気ポート１８に供給される。このように排気側に二次空気を供給することで、例えば暖機運転中等エンジンが冷えている際に、できるだけ早く触媒の作動温度に到達させる等の効果を奏する。

本発明によれば、二次空気用リードバルブ５２をシリンダヘッド１３に配置する。この場合、多気筒この例では２気筒のエンジン１０のシリンダヘッド１３において、従来デッドスペースとなっていたタイミングチェーントンネル２２前方のスペースに直接リードバルブ５２を配置する。

このようにシリンダヘッド１３に直接リードバルブ５２を配置することにより、高温の排気ガス雰囲気がシリンダヘッドカバー１４及びシリンダヘッド１３間を跨いで通ることがなくなる。これにより両者の間のガスケット２１に高い耐熱性を要求する必要がなくなる。また、シリンダヘッドカバー１４の上方に二次空気リードバルブ室を設けないため、エンジン全高を抑えることができ、車両のコンパクト化及び質量の集中（所謂マスの集中）を図ることができる。これらの結果として、実質的なコストダウンを図ることができる。

次に、本発明の特徴的な構成及びその作用効果等について説明すると先ず、シリンダヘッド１３の内部にエンジン幅方向略中央に配置されたタイミングチェーン２３を備えたエンジン１０において、リードバルブ５２は、タイミングチェーン２３とエンジン幅方向で重なるように配置される。
本実施形態のようにタイミングチェーン２３をエンジン１０の幅方向中央に配置する構造はそのままでは、エンジン１０がタイミングチェーントンネル２２の空間分だけ幅方向に大きくなる。本発明ではこのように幅広になったスペースを有効に活用し、このスペースに対応してリードバルブ５２を配設することで、実質的にエンジン１０のコンパクト化に寄与することができる。

また、リードバルブ５２はタイミングチェーン２３に対応して、各気筒から延出する左右２つのエキゾーストパイプ１０４の間に配置される。
タイミングチェーントンネル２２の分だけ左右幅が大きくなったことで、隣り合う２つのエキゾーストパイプ１０４の間隔が拡大し、エキゾーストパイプ１０４に挟まれた空間においてもスペースを有効に活用し、このスペースに効果的にリードバルブ５２を配置することができる。

また、リードバルブ収容室５４はシリンダヘッド１３に設けられると共に、リードバルブ収容室５４からそれぞれエキゾーストパイプ１０４に向かう二次空気供給用通路５６がシリンダヘッド１３の内部に形成される。
このようにリードバルブ収容室５４及び二次空気供給通路５６をシリンダヘッド１３自体の内部に形成することで、これらの部品もしくは部材を効率よくコンパクトに配置することができる。

この場合、リードバルブ５２がシリンダヘッド１３の内部に配置されることで、高温の排気ガスは逆流してもシリンダヘッド１３の内部に留まる。つまり、従来のようにシリンダヘッドカバー１４にリードバルブ３（図６参照）を配置すると、高温の排気ガスの逆流によりシリンダヘッドカバー１４の周囲の部品（例えば特にシリンダヘッドカバー１４のガスケット２１等）に熱影響を与えてしまう。前述のようにガスケット２１は樹脂系材料で形成され、そのような熱影響を受け易い。リードバルブ５２をシリンダヘッド１３に設けることで、排気ガスはシリンダヘッド１３及びシリンダヘッドカバー１４に跨って流れず、即ちガスケット２１に接触しないので、熱影響をなくすることができる。

また、リードバルブ室５２は図３のように、キャップ５７によりを覆われると共に、キャップ５７は図４のように排気ポート１８のフランジ部１８ａと上面視で重なるように配置される。
このようにキャップ５７を排気ポート１８のフランジ部１８ａと重なるように配置することで空間を有効に活用したレイアウトが可能となる。

以上、本発明を種々の実施形態と共に説明したが、本発明はこれらの実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更等が可能である。
上記実施形態において２気筒エンジンの例を説明したが、４気筒エンジン等の場合にも上記と同様に本発明を適用可能である。

１０ エンジン、１１ クランクケース、１２ シリンダ、１３ シリンダヘッド、１４
シリンダヘッドカバー、１７ 吸気ポート、１８ 排気ポート、１９ 吸気バルブ、２０ 排気バルブ、２１ ガスケット、２２ タイミングチェーントンネル、２３ タイミングチェーン、２４ チェーンガイド、５０ 二次空気供給装置、５１ 二次空気ユニット、５２ リードバルブ、５３ チューブ、５４ リードバルブ収容室、５５ 隔壁、５６ 二次空気供給用通路、５７ キャップ、５８ フレーム、５９ 支承部、６０ ストッパ、６１ 取付部、６２ 通し孔、１００ 自動二輪車。

Claims (4)

1. 複数気筒のシリンダヘッドに設けた排気ポートに排気管が接続されてなる排気通路を有する内燃機関において、各気筒の前記排気ポートに供給される二次空気の量を制御するリードバルブと、このリードバルブを収容するリードバルブ収容室とを備えた二次空気供給装置であって、
   前記排気ポートの開口端部が気筒配列方向に配列される前記シリンダヘッドの排気側側壁に、前記リードバルブを収容する前記リードバルブ収容室が一体に形成され、
   隣り合う気筒の前記リードバルブ収容室が、互いに近づいて隣接して配置されること特徴とする内燃機関の二次空気供給装置。
2. 前記隣接して配置される２つのリードバルブ収容室は、２つの前記排気ポートの開口端部の気筒配列方向の幅内に位置することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の二次空気供給装置。
3. 前記リードバルブ収容室の一部が２つの排気ポート開口端部の間に位置することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の二次空気供給装置。
4. 前記リードバルブ収容室は、前記シリンダヘッドの前記排気側側壁に縦長矩形に突出して形成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の二次空気供給装置。

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