JP4028430B2 - 排気ガス浄化装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気系に供給する２次空気の流通量を制御する制御用ＡＩバルブと吸気系に再循環する排気ガスの流通量を制御する制御用ＥＧＲバルブとを備え、それぞれの配管路を簡素化して内燃機関の排気系に接続した排気ガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の排気浄化システムとして、排気管の途上に設けられた３元触媒装置の上流側に２次空気を供給して、排気管内の大気汚染成分であるＨＣ（炭化水素）やＣＯ（一酸化炭素）を酸化させて排気ガスを浄化するエアーインジェクションシステムが知られている。また、排気ガスの一部を内燃機関の吸気系に再循環させることによって、内燃機関のシリンダ室内の燃焼温度を下げてＮＯｘ（窒素酸化物）の発生を抑制する排気再循環装置（ＥＧＲ装置）が知られている。
【０００３】
この種の排気浄化システムとして、内燃機関の排気系への取り付けに必要な部品点数や取り付け工数の削減を図ることを目的として、前記エアーインジェクションシステムに備えられるＡＩバルブと前記排気再循環装置に備えられるＥＧＲバルブとを一体化した排気浄化用バルブ装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図９に示されるように、この排気浄化用バルブ装置では、弁ハウジングにおいて、排気管１０に接続される管路１１の端部にポート１２が設けられ、このポート１２に連接させるようにＥＧＲバルブ（ＥＧＲＶ）とＡＩバルブ（ＡＩＶ）とを一体的に配設している。
【０００５】
ＡＩＶには、負圧制御弁１３を介して負圧を受け入れる負圧室１４がダイヤフラム１５によって形成され、このダイヤフラム１５には弁通路１６を開閉する弁体部１７が設けられている。弁通路１６にはエアーポンプ１８に接続される入口ポート１９と、管路１１を介して排気管１０に接続される出口ポート２０とが形成され、出口ポート２０にはリード弁２１が逆流防止用に配設されている。そして、図示しない電子制御回路の制御に基づいて、負圧制御弁１３を介して弁体部１７の開度が制御され、エアーポンプ１８から供給される圧力空気、すなわち２次空気が排気管１０に供給される（図９中、破線矢印参照）。
【０００６】
一方、ＥＧＲＶには、負圧制御弁２２を介して負圧を受け入れる負圧室２３がダイヤフラム２４によって形成され、このダイヤフラム２４には、弁通路２５とポート１２の間を開閉する弁体２６が設けられている。弁通路２５は、管路２７を介して吸気管２８に接続されている。そして、図示しない電子制御回路において、内燃機関の回転数や吸入空気量等により最適なＥＧＲ量（ＥＧＲ率）が算出され、この算出結果に基づいて負圧制御弁２２を介して弁体２６の開度が制御され、排気ガスが再循環される（図９中、実線矢印参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−２５６９８４号公報（段落［００１２］、［００２０］〜［００２５］、図３）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来技術に係る排気浄化用バルブ装置では、排気管１０に接続される管路１１を共通化して部品点数の削減を図っているが、ＡＩバルブとＥＧＲバルブとが個別に設けられ、さらにこれらのバルブを駆動するための負圧制御弁１３、２２も個別に設けられており、該装置の部品点数が十分に削減されたとはいえず、依然として複雑な構成となっている。
【０００９】
また、ＥＧＲバルブは、特に、４輪車に用いられる場合、耐熱性および排気ガス中のカーボン付着対策等のため高価な部材を用いており、かつ応答性および弁開度調節等の精密な制御が要求されることからより高価なものとなっている。
【００１０】
さらに、最近の環境負荷低減の要求により、２輪車に対する排ガス規制がより厳しくなっており、このため、２輪車にも十分に適用可能な装置、すなわち小型かつ低コストな装置の開発が望まれている。
【００１１】
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、装置の構成を簡素化するとともに、小型かつ低コストで、排気ガスの浄化効率を向上させることが可能な排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る排気ガス浄化装置は、内燃機関の排気系に供給する２次空気の流通量を制御する制御用ＡＩバルブと、前記排気系から前記内燃機関の吸気系に再循環する排気ガスの流通量を制御する制御用ＥＧＲバルブと、前記制御用ＡＩバルブが配設される第１配管路および前記制御用ＥＧＲバルブが配設される第２配管路を、前記排気系に接続される第３配管路に集約し、かつ前記第１配管路および前記第２配管路と前記第３配管路とを連通させるマニホールド部と、を備え、前記マニホールド部は、前記第１配管路に接続される第１チェック弁および前記第２配管路に接続される第２チェック弁と、前記第１配管路に連通する第１ポート室および前記第２配管路に連通する第２ポート室および前記第３配管路に連通する第３ポート室とを有し、前記第１チェック弁と前記第２チェック弁とは、それぞれの流通方向が互いに逆向きになるように配置されたリード弁からなり、前記第１ポート室と前記第３ポート室は、第１隔壁部に形成された第１孔部によって連通される一方、前記第２ポート室と前記第３ポート室は、第２隔壁部に形成された第２孔部によって連通され、前記第１孔部は、前記第１チェック弁の開閉により連通または閉塞される一方、前記第２孔部は、前記第２チェック弁の開閉により連通または閉塞され、前記制御用ＡＩバルブおよび前記制御用ＥＧＲバルブは、前記マニホールド部から前記２次空気の供給側に離間して配置されることを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項１に係る排気ガス浄化装置によれば、制御用ＡＩバルブが配設される第１配管路に接続される第１チェック弁のみならず、制御用ＥＧＲバルブが配設される第２配管路にも第２チェック弁を接続しているため、一方の配管路が他方の配管路に及ぼす影響を阻止することができる。すなわち、例えば、従来技術では共有化された管路によって２次空気に排気ガスが混在する可能性がある一方、排気ガス中に２次空気が混在すると、内燃機関内で燃焼された排気ガスの酸素濃度が正確に検出されないことがあり、このような２次空気用の第１配管路と排気ガス用の第２配管路とによる相互の影響をこの第２チェック弁によって阻止することができる。なお、排気系へ接続する配管路が１つに集約される第３配管路を設ける場合には、この影響がより大きくなるので、第２配管路に第２チェック弁を接続することで一層効果的になる。また、第２配管路に第２チェック弁を接続すると、制御用ＡＩバルブが配設される第１配管路側の負圧による２次空気の吸引作用がより有効に働くため、２次空気による排気ガスの浄化効率を向上させることができる。
【００１４】
さらに、制御用ＡＩバルブおよび制御用ＥＧＲバルブの開動作のタイミングが重複するような場合でも、内燃機関の排気系による正圧または負圧の脈動に応じて第１および第２チェック弁が交互に開閉動作するので、該制御用ＡＩバルブおよび制御用ＥＧＲバルブの高速応答性や精密な弁開度調節等の制御が不要となる。これにより、制御用ＡＩバルブおよび制御用ＥＧＲバルブの構成を簡素化することができるとともに、これらを制御するための機構や動作指令等を簡単にすることができる。その結果、排気ガス浄化装置の小型化かつ低コスト化を図ることが可能となる。
【００１５】
また、制御用ＡＩバルブおよび制御用ＥＧＲバルブは、第１および第２チェック弁が設けられるマニホールド部から２次空気の供給側に離間して配置されているため、特に、制御用ＥＧＲバルブは、内燃機関から伝達される熱や排気ガスによる熱の影響を受け難くなるとともに、排気ガス中のカーボン付着等を第２チェック弁によって抑制することができる。その結果、制御用ＥＧＲバルブに耐熱性やカーボン付着対策等を施した高価な部材を用いる必要がないので、一層排気ガス浄化装置の低コスト化を図ることが可能となる。
【００１６】
さらに、第１および第２チェック弁が設けられるマニホールド部から制御用ＡＩバルブおよび制御用ＥＧＲバルブを離間して配置しているので、これらのバルブの形状やその選定、取り付け等の設計自由度が向上する。その結果、汎用バルブ等を用いることができるので、より一層排気ガス浄化装置の小型化かつ低コスト化を図ることが可能となる。
【００１７】
この場合、応答性に優れるリード弁を採用するとともに、第３配管路に連通する第３ポート室の容積を十分に確保して、第１ポート室と第２ポート室の容積を可及的に小さくしている。その結果、内燃機関の排気系による正圧または負圧の脈動に対する応答性を向上させることが可能になり、排気ガスの浄化効率を向上させることができる。
【００１８】
しかも、マニホールド部を第１〜第３ポート室に仕切り、それぞれ第１〜第３配管路に連通させているので、拡幅のリード弁も容易に取り付けることができる。また、第１〜第３配管路は、それぞれ第１〜第３ポート室の容積を考慮しなくともそれらの管路断面積を設定することが可能になるので、該第１〜第３配管路の管路断面積を可及的に小さくすることができる。
【００１９】
さらに、本発明の請求項２に係る排気ガス浄化装置では、前記第１配管路および前記第２配管路は、前記マニホールド部から前記制御用ＡＩバルブおよび前記制御用ＥＧＲバルブに向かって同一方向に延在するとともに、前記第１隔壁部または前記第２隔壁部のいずれか一方は、前記第１配管路および前記第２配管路の延在する方向に直交するとともに、前記第１隔壁部と前記第２隔壁部は互いに直交して配置される。これにより、マニホールド部内において、第３ポート室に対して第１チェック弁および第２チェック弁の開閉により、それぞれ連通または閉塞される第１ポート室および第２ポート室を効率的に配置することができる。その結果、排気ガス浄化装置を小型化することが可能となる。
【００２０】
また、本発明の請求項３に係る排気ガス浄化装置では、前記第１配管路および前記第２配管路は、前記マニホールド部から前記制御用ＡＩバルブおよび前記制御用ＥＧＲバルブに向かって同一方向に延在するとともに、前記第１隔壁部および前記第２隔壁部は、互いに交差する方向に傾斜して配置される。これにより、マニホールド部内において、第１ポート室および第２ポート室をより効率的に配置することができるとともに、該マニホールド部を、例えば、幅方向に小さくすることができる。その結果、排気ガス浄化装置をより一層小型化することが可能となる。
【００２１】
さらに、本発明の請求項４に係る排気ガス浄化装置では、前記第３配管路は、前記内燃機関の内部において前記排気系に接続される。このように、内燃機関の内部、例えば、シリンダ室により近い排気系に第３配管路を接続することで、内燃機関による正圧または負圧の脈動をより確実に得ることができる。その結果、内燃機関の正圧による排気ガスの再循環作用および負圧による２次空気の吸引作用がより有効に働くので、排気系における排気ガスの浄化効率をより一層向上させることができる。また、第３配管路を内燃機関の内部、例えば、シリンダヘッドにおいて接続する場合には、該シリンダヘッド内に第３配管路を容易に形成することができるので、内燃機関の外部、例えば、管状のパイプ等に接続する場合に比較して簡単に接続することができる。しかも、特に、２輪車用の単気筒内燃機関の場合には、排気系が１つの配管路で構成されるためより一層効果的である。
【００２４】
さらに、制御用ＡＩバルブおよび制御用ＥＧＲバルブの開動作のタイミングが重複するような場合でも、内燃機関の排気系による正圧または負圧の脈動に応じて第１および第２チェック弁が交互に開閉動作するので、該制御用ＡＩバルブおよび制御用ＥＧＲバルブの高速応答性や精密な弁開度調節等の制御が不要となる。これにより、制御用ＡＩバルブおよび制御用ＥＧＲバルブの構成を簡素化することができるとともに、これらを制御するための機構や動作指令等を簡単にすることができる。その結果、排気ガス浄化装置の小型化かつ低コスト化を図ることが可能となる。
【００２５】
また、第１および第２チェック弁が、制御用ＡＩバルブおよび制御用ＥＧＲバルブより排気系側に配設されているため、特に、制御用ＥＧＲバルブは、内燃機関から伝達される熱や排気ガスによる熱の影響を受け難くなるとともに、排気ガス中のカーボン付着等を第２チェック弁によって抑制することができる。その結果、制御用ＥＧＲバルブに耐熱性やカーボン付着対策等を施した高価な部材を用いる必要がないので、より一層排気ガス浄化装置の低コスト化を図ることが可能となる。
【００２６】
さらに、第１配管路と第２配管路とによる相互の影響、例えば、従来技術では２次空気と排気ガスとが混在する可能性があり、排気系への配管路が１つに集約される場合には、この影響がより大きくなるが、第２配管路に第２チェック弁を接続することで相互の影響を阻止することができる。
【００２７】
この場合、応答性に優れるリード弁を採用するとともに、内燃機関の排気系に接続される１つの配管路に連通する第３ポート室の容積を十分に確保して、第１ポート室と第２ポート室の容積を可及的に小さくしている。その結果、内燃機関の排気系による正圧または負圧の脈動に対する応答性を向上させることが可能になり、排気ガスの浄化効率を向上させることができる。
【００２８】
しかも、マニホールド部を第１〜第３ポート室に仕切り、それぞれ３つの配管路に連通させているので、拡幅のリード弁も容易に取り付けることができる。また、マニホールド部に制御用ＡＩバルブおよび前記制御用ＥＧＲバルブを連設することが可能になるので、第１配管路および第２配管路を簡素化することができ、より一層排気ガス浄化装置の小型化かつ低コスト化を図ることが可能になる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
本発明に係る排気ガス浄化装置について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００３２】
図１は、第１の実施形態に係る排気ガス浄化装置３０が適用される内燃機関（以下、エンジンともいう）３２の概略構成説明図である。
【００３３】
排気ガス浄化装置３０は、エンジン３２の排気系３３に供給する２次空気（酸化・希釈用空気）の流通量を制御するとともに、排気系３３からエンジン３２の吸気系３５に再循環する排気ガスの流通量を制御する制御用バルブ機構３４を備える。
【００３４】
なお、排気系３３は、エンジン３２から排出される排気ガスを流通する排気管３６と、排気管３６の下流側に配設される触媒装置３８とから構成される。一方、吸気系３５は、１次空気（燃焼用空気）を取り入れるメインエアクリーナ４０と、このメインエアクリーナ４０から取り入れられた１次空気をエンジン３２に流通する吸気管４２と、吸気管４２の途上に配設され、前記１次空気の流通量を調節するスロットルバルブ４４とから構成される。
【００３５】
制御用バルブ機構３４は、サブエアクリーナ４６から取り入れた２次空気を流通させる第１配管路４８および前記メインエアクリーナ４０に排気ガスを再循環する第２配管路５０の途上に配設されている。第１配管路４８および第２配管路５０は、それぞれの一端がマニホールド部５２に接続されている。また、第１配管路４８および第２配管路５０は、マニホールド部５２から制御用バルブ機構３４に向かって同一方向に延在している。従って、制御用バルブ機構３４は、マニホールド部５２から吸気系３５側に離間して配置されることになる。
【００３６】
マニホールド部５２では、第１配管路４８および第２配管路５０を、１つの配管路である第３配管路５４にそれぞれ連通するように集約して排気管３６に接続している。なお、第３配管路５４は、例えば、エンジン３２のシリンダヘッド３２ａを貫通して、その内部において排気管３６に接続される。このように構成することで、シリンダヘッド３２ａ内に第３配管路５４を容易に形成することができるため、エンジン３２の外部において、例えば、管状のパイプ等により構成される排気管３６に接続する場合に比較して簡単に接続することができる。しかも、特に、２輪車用の単気筒エンジンの場合には、排気管３６が１本で構成されるためより一層効果的である。
【００３７】
図２に示されるように、制御用バルブ機構３４は、ソレノイド部３４ａと弁体３４ｂとを備える。また、制御用バルブ機構３４は、例えば、汎用の切換バルブ等から構成され、図示しないエンジンコンピュータ等の指令に基づいてソレノイド部３４ａを作動して、弁体３４ｂの進退駆動を行う。弁体３４ｂは、第１配管路４８の開閉を制御する制御用ＡＩ（Air Injection）バルブとしての第１弁部５６と、第２配管路５０の開閉を制御する制御用ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）バルブとしての第２弁部５８とを有する。
【００３８】
マニホールド部５２は、第１配管路４８に連通する第１ポート室６０と、第２配管路５０に連通する第２ポート室６２と、第３配管路５４に連通する第３ポート室６４とを有する。第１ポート室６０と第３ポート室６４は、第１隔壁部５１ａに形成された第１孔部５２ａによって連通されており、第１リード弁（第１チェック弁）６６の開閉により連通または閉塞される。一方、第２ポート室６２と第３ポート室６４は、第２隔壁部５１ｂに形成された第２孔部５２ｂによって連通されており、第２リード弁（第２チェック弁）６８の開閉により連通または閉塞される。
【００３９】
この場合、第１リード弁６６と第２リード弁６８とは、それぞれの流通方向（あるいは、流通を阻止するチェック方向）が互いに逆向きになるように配置される。すなわち、前記サブエアクリーナ４６から取り入れられた２次空気は、第１リード弁６６の開動作によって第１配管路４８から第３配管路５４へと流通する。一方、エンジン３２の排気管３６に排出された排気ガスは、第２リード弁６８の開動作によって第３配管路５４から第２配管路５０へと流通する。その際、第１リード弁６６と第２リード弁６８は、一方が開動作するときは、他方は閉動作され、逆止弁として機能する。
【００４０】
次に、このように構成される排気ガス浄化装置３０の動作について説明する。
【００４１】
先ず、エンジン３２が始動された後、暖機するまでは、前記エンジンコンピュータの指令に基づいて制御用バルブ機構３４のソレノイド部３４ａが作動される。この場合、弁体３４ｂが、図２中、下方側に駆動され、第１弁部５６が開動作して第１配管路４８を連通状態にする。このとき、第２配管路５０は、第２弁部５８によって閉塞されている。
【００４２】
そして、エンジン３２の排気管３６による負圧の脈動に応じて第１リード弁６６が開動作し、サブエアクリーナ４６を介して取り入れられた２次空気が、第１配管路４８、マニホールド部５２および第３配管路５４を介して排気管３６に供給される。これにより、排気管３６に排出された排気ガス中のＨＣ（炭化水素）やＣＯ（一酸化炭素）が酸化され、排気ガスの浄化が行われる。なお、このとき、第２配管路５０は第２弁部５８によって閉塞されているため、第２リード弁６８が開動作することはない。
【００４３】
一方、エンジン３２が暖機状態になると、前記エンジンコンピュータの指令に基づいて制御用バルブ機構３４のソレノイド部３４ａが前記とは逆方向に作動され、弁体３４ｂの第２弁部５８が開動作して第２配管路５０を連通状態にする。このとき、第１配管路４８は、第１弁部５６によって閉塞されている（図２参照）。
【００４４】
そして、排気管３６における触媒装置３８の上流側に配設される図示しないＯ2センサ（酸素濃度検出器）による検出結果や、エンジン３２の回転数および吸入空気量等に基づいて、前記エンジンコンピュータがエンジン３２に供給する吸気ガスを制御する。すなわち、前記エンジンコンピュータは、理論空燃比に基づいて図示しない燃料噴射装置に指令を送出し、前記吸気ガスの空燃比が制御される。その際、排気管３６に排出された排気ガスの正圧の脈動に応じて第２リード弁６８が開動作し、この排気ガスの一部が第３配管路５４、マニホールド部５２および第２配管路５０を介してメインエアクリーナ４０に再循環される。これにより、エンジン３２のシリンダ室の燃焼温度が下がってＮＯｘ（窒素酸化物）の発生が抑制され、排気ガスの浄化が行われる。なお、このとき、第１配管路４８は第１弁部５６によって閉塞されているため、第１リード弁６６が開動作することはない。
【００４５】
ここで、エンジン３２の使用状態によっては、排気管３６への２次空気の供給、および排気管３６からの排気ガスの再循環を両方とも行わない場合があり、このとき、制御用バルブ機構３４の弁体３４ｂは、第１配管路４８および第２配管路５０を両方とも閉塞状態にする（図２参照）。
【００４６】
以上述べたように、第１の実施形態に係る排気ガス浄化装置３０によれば、制御用バルブ機構３４は、マニホールド部５２から離間して配置されることで、エンジン３２から伝達される熱や排気ガスによる熱の影響を受け難くなるとともに、排気ガス中のカーボン付着等を第２リード弁６８によって抑制することができる。その結果、制御用バルブ機構３４に耐熱性やカーボン付着対策等を施した高価な部材を用いる必要がないので、排気ガス浄化装置３０の低コスト化を図ることが可能になる。
【００４７】
また、制御用バルブ機構３４がマニホールド部５２から離間して配置されるので、制御用バルブ機構３４の形状やその選定、取り付け等の設計自由度が向上する。その結果、制御用バルブ機構３４に汎用の切換バルブ等を用いることができるので、排気ガス浄化装置３０の小型化かつ低コスト化を図ることが可能となる。
【００４８】
さらに、第１配管路４８に接続される第１リード弁６６のみならず、第２配管路５０にも第２リード弁６８を接続しているため、例えば、第２配管路５０が他方の第１配管路４８に及ぼす影響を阻止することができる。すなわち、例えば、従来技術では共有化された管路によって２次空気に排気ガスが混在する可能性がある一方、排気ガス中に２次空気が混在すると、エンジン３２のシリンダ室内で燃焼された排気ガスの酸素濃度が前記Ｏ2センサによって正確に検出されないことがあり、このような２次空気用の第１配管路４８と排気ガス用の第２配管路５０とによる相互の影響を第２リード弁６８によって阻止することができる。なお、排気管３６への接続が１つに集約された第３配管路５４を設ける場合には、この影響がより大きくなるので、第２配管路５０に第２リード弁６８を接続することで一層効果的になる。また、第２配管路５０に第２リード弁６８を接続すると、第１配管路４８側の負圧による２次空気の吸引作用がより有効に働くため、この２次空気による排気ガスの浄化効率を向上させることができる。
【００４９】
また、エンジン３２の排気管３６による正圧または負圧の脈動に応じて第１および第２リード弁６６、６８が交互に開閉動作するので、制御用バルブ機構３４の高速応答性や精密な弁開度調節等の制御が不要となる。これにより、制御用バルブ機構３４を簡素化することができるとともに、これらを制御するための前記エンジンコンピュータやその動作指令等を簡単にすることができる。その結果、排気ガス浄化装置３０の小型化かつ低コスト化を図ることが可能となる。
【００５０】
さらに、マニホールド部５２において、第１ポート室６０と第３ポート室６４の間、および第２ポート室６２と第３ポート室６４の間の開閉には、それぞれ応答性に優れる第１および第２リード弁６６、６８を採用するとともに、第３配管路５４に連通する第３ポート室６４の容積を十分に確保して、第１ポート室６０と第２ポート室６２の容積を可及的に小さくしている。その結果、エンジン３２の排気管３６による正圧または負圧の脈動に対する応答性を向上させることが可能になり、排気ガスの浄化効率をより一層向上させることができる。
【００５１】
しかも、マニホールド部５２を第１〜第３ポート室６０、６２、６４に仕切り、それぞれ第１〜第３配管路４８、５０、５４に連通させているので、拡幅の第１および第２リード弁６６、６８も容易に取り付けることができる。また、第１〜第３配管路４８、５０、５４は、それぞれ第１〜第３ポート室６０、６２、６４の容積を考慮しなくともそれらの管路断面積を設定することが可能になるので、該第１〜第３配管路４８、５０、５４の管路断面積を可及的に小さくすることができる。
【００５２】
次に、図３を参照しながら、第２の実施形態に係る排気ガス浄化装置８０について説明する。なお、これ以下では、第１の実施形態に係る排気ガス浄化装置３０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００５３】
この排気ガス浄化装置８０では、前述した第１の実施形態の排気ガス浄化装置３０におけるマニホールド部５２に代替して、他のマニホールド部８２が備えられる。このマニホールド部８２では、第１孔部５２ａの連通方向と、第２孔部５２ｂの連通方向とが直交する向きに配置されている。換言すると、この第２の実施形態では、第１リード弁６６によって連通または閉塞される第１孔部５２ａは、その連通方向が、第１配管路４８および第２配管路５０の延在する方向、すなわち第１配管路４８および第２配管路５０の流通方向に直交するように配置されている。
【００５４】
これにより、マニホールド部８２内において、第３ポート室６４に対して第１リード弁６６および第２リード弁６８の開閉により、それぞれ連通または閉塞される第１ポート室６０および第２ポート室６２を効率的に配置することができる。その結果、排気ガス浄化装置８０を小型化することが可能となる。
【００５５】
なお、この第２の実施形態では、第１孔部５２ａの連通方向を第１配管路４８および第２配管路５０の流通方向に直交させているが、例えば、図４に示されるように、第２孔部５２ｂの連通方向を第１配管路４８および第２配管路５０の流通方向に直交させるようにしたマニホールド部８４を備えるようにしてもよい。
【００５６】
次に、図５を参照しながら、第３の実施形態に係る排気ガス浄化装置９０について説明する。
【００５７】
この排気ガス浄化装置９０では、前述した第２の実施形態の排気ガス浄化装置８０におけるマニホールド部８２に代替して、他のマニホールド部９２が備えられる。このマニホールド部９２では、第１孔部５２ａの連通方向と、第２孔部５２ｂの連通方向とが傾斜する向きに配置されている。換言すると、この第３の実施形態では、第１リード弁６６によって連通または閉塞される第１孔部５２ａと第２リード弁６８によって連通または閉塞される第２孔部５２ｂとは、それぞれの連通方向が、第１配管路４８および第２配管路５０の延在する方向、すなわち第１配管路４８および第２配管路５０の流通方向に傾斜するように配置されている。
【００５８】
これにより、マニホールド部９２内において、第１ポート室６０および第２ポート室６２をより効率的に配置することができるとともに、該マニホールド部９２を、例えば、幅方向に小さくすることができる。その結果、排気ガス浄化装置９０をより一層小型化することが可能となる。
【００５９】
次に、図６を参照しながら、第４の実施形態に係る排気ガス浄化装置１００について説明する。
【００６０】
この排気ガス浄化装置１００では、前述した第１の実施形態の排気ガス浄化装置３０における制御用バルブ機構３４に代替して、制御用ＡＩバルブ１０２と制御用ＥＧＲバルブ１０４とが個別に備えられる。制御用ＡＩバルブ１０２は、ソレノイド部１０２ａと弁部１０６とを備える。また、制御用ＥＧＲバルブ１０４は、ソレノイド部１０４ａと弁部１０８とを備える。
【００６１】
制御用ＡＩバルブ１０２の弁部１０６および制御用ＥＧＲバルブ１０４の弁部１０８は、前述した第１の実施形態における制御用バルブ機構３４の第１弁部５６および第２弁部５８にそれぞれ対応しており、前記エンジンコンピュータの指令に基づいて開閉動作される。
【００６２】
この場合、制御用ＡＩバルブ１０２および制御用ＥＧＲバルブ１０４の開動作のタイミングが重複する場合が想定されるが、エンジン３２の排気管３６による正圧または負圧の脈動に応じて第１および第２リード弁６６、６８が交互に開閉動作するので、制御用ＡＩバルブ１０２および制御用ＥＧＲバルブ１０４の高速応答性や精密な弁開度調節等の制御が不要となる。これにより、制御用ＡＩバルブ１０２および制御用ＥＧＲバルブ１０４の構成を簡素化することができるとともに、これらを制御するための前記エンジンコンピュータやその動作指令等を簡単にすることができる。その結果、より一層排気ガス浄化装置の小型化かつ低コスト化を図ることが可能となる。なお、制御用ＡＩバルブ１０２および制御用ＥＧＲバルブ１０４は、同一種類の、例えば、汎用の開閉バルブ等を用いることができる。
【００６３】
次に、図７を参照しながら、第５の実施形態に係る排気ガス浄化装置１１０について説明する。
【００６４】
この排気ガス浄化装置１１０は、前述した第１の実施形態の排気ガス浄化装置３０におけるマニホールド部５２と制御用バルブ機構３４とを連結して構成したものである。換言すると、マニホールド部５２と制御用バルブ機構３４の間の第１配管路４８および第２配管路５０を省略したものである。
【００６５】
これにより、第１配管路４８に接続される第１リード弁６６のみならず、第２配管路５０にも第２リード弁６８を接続しているため、例えば、第２配管路５０が他方の第１配管路４８に及ぼす影響を阻止することができる。すなわち、例えば、従来技術では共有化された管路によって２次空気に排気ガスが混在する可能性がある一方、排気ガス中に２次空気が混在すると、エンジン３２のシリンダ室内で燃焼された排気ガスの酸素濃度が前記Ｏ2センサによって正確に検出されないことがあり、このような２次空気用の第１配管路４８と排気ガス用の第２配管路５０とによる相互の影響を第２リード弁６８によって阻止することができる。また、第２配管路５０に第２リード弁６８を接続すると、第１配管路４８側の負圧による２次空気の吸引作用がより有効に働くため、この２次空気による排気ガスの浄化効率を向上させることができる。
【００６６】
さらに、エンジン３２の排気管３６による正圧または負圧の脈動に応じて第１および第２リード弁６６、６８が交互に開閉動作するので、制御用バルブ機構３４の高速応答性や精密な弁開度調節等の制御が不要となる。これにより、制御用バルブ機構３４を簡素化することができるとともに、これらを制御するための前記エンジンコンピュータやその動作指令等を簡単にすることができる。その結果、排気ガス浄化装置１１０の小型化かつ低コスト化を図ることが可能となる。
【００６７】
また、この排気ガス浄化装置１１０では、第１および第２リード弁６６、６８が、制御用バルブ機構３４より排気系３３側（図１参照）に配設されることになるため、制御用バルブ機構３４は、エンジン３２から伝達される熱や排気ガスによる熱の影響を受け難くなるとともに、排気ガス中のカーボン付着等を第２リード弁６８によって抑制することができる。その結果、制御用バルブ機構３４に耐熱性やカーボン付着対策等を施した高価な部材を用いる必要がないので、より一層排気ガス浄化装置１１０の低コスト化を図ることが可能となる。
【００６８】
なお、第５の実施形態では、マニホールド部５２を例示して説明しているが、この排気ガス浄化装置１１０に前述した第２および第３の実施形態におけるマニホールド部８２、８４、９２（図３〜図５参照）を適用してもよいことはもちろんである。また、この排気ガス浄化装置１１０において、マニホールド部５２の第３ポート室６４を、第１ポート室６０および第２ポート室６２にそれぞれ対応させてさらに仕切るとともに、第３配管路５４を、仕切られた第３ポート室６４のそれぞれに対応させて図示しない個別の配管路に構成してもよい。
【００６９】
次に、図８を参照しながら、第６の実施形態に係る排気ガス浄化装置１２０について説明する。
【００７０】
この排気ガス浄化装置１２０は、前述した第５の実施形態の排気ガス浄化装置１１０におけるマニホールド部５２に代替して、他のマニホールド部１２２を備えたものである。マニホールド部１２２には、それぞれ第１配管路４８に接続される第１チェック弁１２４および第２配管路５０に接続される第２チェック弁１２６が備えられる。第１チェック弁１２４および第２チェック弁１２６は、ボール状の閉塞部材１２８ａと、この閉塞部材１２８ａを弁座１２８ｂ側へ付勢するスプリング１２８ｃとを有する。
【００７１】
この場合、マニホールド部１２２を設けないで、第１配管路４８および第２配管路５０の途上にそれぞれ第１チェック弁１２４および第２チェック弁１２６を直に配設してもよい。これにより、排気ガス浄化装置１２０をより簡素化することが可能となり、排気ガス浄化装置１２０の小型化かつ低コスト化を図ることができる。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の排気ガス浄化装置によれば、制御用ＥＧＲバルブが配設される第２配管路にも第２チェック弁を接続しているため、制御用ＡＩバルブが配設される第１配管路側の負圧による２次空気の吸引作用をより有効に働かせることが可能になる。その結果、２次空気による排気ガスの浄化効率を向上させることができる。
【００７３】
また、内燃機関の排気系による正圧または負圧の脈動に応じて第１および第２チェック弁が交互に開閉動作するので、該制御用ＡＩバルブおよび制御用ＥＧＲバルブの高速応答性や精密な弁開度調節等の制御が不要となる。これにより、制御用ＡＩバルブおよび制御用ＥＧＲバルブの構成を簡素化することができるとともに、これらを制御するための機構や動作指令等を簡単にすることができる。その結果、排気ガス浄化装置の小型化かつ低コスト化を図ることが可能となる。
【００７４】
さらに、内燃機関から伝達される熱や排気ガスによる熱の影響を受け難くなるとともに、排気ガス中のカーボン付着等を第２チェック弁によって抑制することができる。その結果、特に、制御用ＥＧＲバルブに耐熱性やカーボン付着対策等を施した高価な部材を用いる必要がないので、一層排気ガス浄化装置の低コスト化を図ることが可能となる。
【００７５】
さらにまた、第１および第２チェック弁が設けられるマニホールド部から制御用ＡＩバルブおよび制御用ＥＧＲバルブを離間して配置しているので、これらのバルブの形状やその選定、取り付け等の設計自由度が向上する。その結果、汎用バルブ等を用いることができるので、一層排気ガス浄化装置の小型化かつ低コスト化をより図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る排気ガス浄化装置が適用されるエンジンの概略構成説明図である。
【図２】前記排気ガス浄化装置の縦断面説明図である。
【図３】第２の実施形態に係る排気ガス浄化装置の縦断面説明図である。
【図４】図３における排気ガス浄化装置の変形例を示す縦断面説明図である。
【図５】第３の実施形態に係る排気ガス浄化装置の縦断面説明図である。
【図６】第４の実施形態に係る排気ガス浄化装置の縦断面説明図である。
【図７】第５の実施形態に係る排気ガス浄化装置の縦断面説明図である。
【図８】第６の実施形態に係る排気ガス浄化装置の縦断面説明図である。
【図９】従来技術に係る排気浄化用バルブ装置の説明図である。
【符号の説明】
３０、８０、９０、１００、１１０、１２０…排気ガス浄化装置
３２…エンジン ３３…排気系
３４…制御用バルブ機構 ３５…吸気系
３６…排気管 ３８…触媒装置
４０…メインエアクリーナ ４２…吸気管
４４…スロットルバルブ ４６…サブエアクリーナ
４８…第１配管路 ５０…第２配管路
５１ａ…第１隔壁部 ５１ｂ…第２隔壁部
５２、８２、８４、９２、１２２…マニホールド部
５２ａ…第１孔部 ５２ｂ…第２孔部
５４…第３配管路 ５６…第１弁部
５８…第２弁部 ６０…第１ポート室
６２…第２ポート室 ６４…第３ポート室
６６…第１リード弁 ６８…第２リード弁
１０２…制御用ＡＩバルブ １０４…制御用ＥＧＲバルブ
１０６、１０８…弁部 １２４…第１チェック弁
１２６…第２チェック弁
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気系に供給する２次空気の流通量を制御する制御用ＡＩバルブと吸気系に再循環する排気ガスの流通量を制御する制御用ＥＧＲバルブとを備え、それぞれの配管路を簡素化して内燃機関の排気系に接続した排気ガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の排気浄化システムとして、排気管の途上に設けられた３元触媒装置の上流側に２次空気を供給して、排気管内の大気汚染成分であるＨＣ（炭化水素）やＣＯ（一酸化炭素）を酸化させて排気ガスを浄化するエアーインジェクションシステムが知られている。また、排気ガスの一部を内燃機関の吸気系に再循環させることによって、内燃機関のシリンダ室内の燃焼温度を下げてＮＯｘ（窒素酸化物）の発生を抑制する排気再循環装置（ＥＧＲ装置）が知られている。
【０００３】
この種の排気浄化システムとして、内燃機関の排気系への取り付けに必要な部品点数や取り付け工数の削減を図ることを目的として、前記エアーインジェクションシステムに備えられるＡＩバルブと前記排気再循環装置に備えられるＥＧＲバルブとを一体化した排気浄化用バルブ装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図９に示されるように、この排気浄化用バルブ装置では、弁ハウジングにおいて、排気管１０に接続される管路１１の端部にポート１２が設けられ、このポート１２に連接させるようにＥＧＲバルブ（ＥＧＲＶ）とＡＩバルブ（ＡＩＶ）とを一体的に配設している。
【０００５】
ＡＩＶには、負圧制御弁１３を介して負圧を受け入れる負圧室１４がダイヤフラム１５によって形成され、このダイヤフラム１５には弁通路１６を開閉する弁体部１７が設けられている。弁通路１６にはエアーポンプ１８に接続される入口ポート１９と、管路１１を介して排気管１０に接続される出口ポート２０とが形成され、出口ポート２０にはリード弁２１が逆流防止用に配設されている。そして、図示しない電子制御回路の制御に基づいて、負圧制御弁１３を介して弁体部１７の開度が制御され、エアーポンプ１８から供給される圧力空気、すなわち２次空気が排気管１０に供給される（図９中、破線矢印参照）。
【０００６】
一方、ＥＧＲＶには、負圧制御弁２２を介して負圧を受け入れる負圧室２３がダイヤフラム２４によって形成され、このダイヤフラム２４には、弁通路２５とポート１２の間を開閉する弁体２６が設けられている。弁通路２５は、管路２７を介して吸気管２８に接続されている。そして、図示しない電子制御回路において、内燃機関の回転数や吸入空気量等により最適なＥＧＲ量（ＥＧＲ率）が算出され、この算出結果に基づいて負圧制御弁２２を介して弁体２６の開度が制御され、排気ガスが再循環される（図９中、実線矢印参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−２５６９８４号公報（段落［００１２］、［００２０］〜［００２５］、図３）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来技術に係る排気浄化用バルブ装置では、排気管１０に接続される管路１１を共通化して部品点数の削減を図っているが、ＡＩバルブとＥＧＲバルブとが個別に設けられ、さらにこれらのバルブを駆動するための負圧制御弁１３、２２も個別に設けられており、該装置の部品点数が十分に削減されたとはいえず、依然として複雑な構成となっている。
【０００９】
また、ＥＧＲバルブは、特に、４輪車に用いられる場合、耐熱性および排気ガス中のカーボン付着対策等のため高価な部材を用いており、かつ応答性および弁開度調節等の精密な制御が要求されることからより高価なものとなっている。
【００１０】
さらに、最近の環境負荷低減の要求により、２輪車に対する排ガス規制がより厳しくなっており、このため、２輪車にも十分に適用可能な装置、すなわち小型かつ低コストな装置の開発が望まれている。
【００１１】
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、装置の構成を簡素化するとともに、小型かつ低コストで、排気ガスの浄化効率を向上させることが可能な排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る排気ガス浄化装置は、内燃機関の排気系に供給する２次空気の流通量を制御する制御用ＡＩバルブと、前記排気系から前記内燃機関の吸気系に再循環する排気ガスの流通量を制御する制御用ＥＧＲバルブと、前記制御用ＡＩバルブが配設される第１配管路および前記制御用ＥＧＲバルブが配設される第２配管路を、前記排気系に接続される第３配管路に集約し、かつ前記第１配管路および前記第２配管路と前記第３配管路とを連通させるマニホールド部と、を備え、前記マニホールド部は、前記第１配管路に接続される第１チェック弁および前記第２配管路に接続される第２チェック弁と、前記第１配管路に連通する第１ポート室および前記第２配管路に連通する第２ポート室および前記第３配管路に連通する第３ポート室とを有し、前記第１チェック弁と前記第２チェック弁とは、それぞれの流通方向が互いに逆向きになるように配置されたリード弁からなり、前記第１ポート室と前記第３ポート室は、第１隔壁部に形成された第１孔部によって連通される一方、前記第２ポート室と前記第３ポート室は、第２隔壁部に形成された第２孔部によって連通され、前記第１孔部は、前記第１チェック弁の開閉により連通または閉塞される一方、前記第２孔部は、前記第２チェック弁の開閉により連通または閉塞され、前記制御用ＡＩバルブおよび前記制御用ＥＧＲバルブは、前記マニホールド部から前記２次空気の供給側に離間して配置されることを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項１に係る排気ガス浄化装置によれば、制御用ＡＩバルブが配設される第１配管路に接続される第１チェック弁のみならず、制御用ＥＧＲバルブが配設される第２配管路にも第２チェック弁を接続しているため、一方の配管路が他方の配管路に及ぼす影響を阻止することができる。すなわち、例えば、従来技術では共有化された管路によって２次空気に排気ガスが混在する可能性がある一方、排気ガス中に２次空気が混在すると、内燃機関内で燃焼された排気ガスの酸素濃度が正確に検出されないことがあり、このような２次空気用の第１配管路と排気ガス用の第２配管路とによる相互の影響をこの第２チェック弁によって阻止することができる。なお、排気系へ接続する配管路が１つに集約される第３配管路を設ける場合には、この影響がより大きくなるので、第２配管路に第２チェック弁を接続することで一層効果的になる。また、第２配管路に第２チェック弁を接続すると、制御用ＡＩバルブが配設される第１配管路側の負圧による２次空気の吸引作用がより有効に働くため、２次空気による排気ガスの浄化効率を向上させることができる。
【００１４】
さらに、制御用ＡＩバルブおよび制御用ＥＧＲバルブの開動作のタイミングが重複するような場合でも、内燃機関の排気系による正圧または負圧の脈動に応じて第１および第２チェック弁が交互に開閉動作するので、該制御用ＡＩバルブおよび制御用ＥＧＲバルブの高速応答性や精密な弁開度調節等の制御が不要となる。これにより、制御用ＡＩバルブおよび制御用ＥＧＲバルブの構成を簡素化することができるとともに、これらを制御するための機構や動作指令等を簡単にすることができる。その結果、排気ガス浄化装置の小型化かつ低コスト化を図ることが可能となる。
【００１５】
また、制御用ＡＩバルブおよび制御用ＥＧＲバルブは、第１および第２チェック弁が設けられるマニホールド部から２次空気の供給側に離間して配置されているため、特に、制御用ＥＧＲバルブは、内燃機関から伝達される熱や排気ガスによる熱の影響を受け難くなるとともに、排気ガス中のカーボン付着等を第２チェック弁によって抑制することができる。その結果、制御用ＥＧＲバルブに耐熱性やカーボン付着対策等を施した高価な部材を用いる必要がないので、一層排気ガス浄化装置の低コスト化を図ることが可能となる。
【００１６】
さらに、第１および第２チェック弁が設けられるマニホールド部から制御用ＡＩバルブおよび制御用ＥＧＲバルブを離間して配置しているので、これらのバルブの形状やその選定、取り付け等の設計自由度が向上する。その結果、汎用バルブ等を用いることができるので、より一層排気ガス浄化装置の小型化かつ低コスト化を図ることが可能となる。
【００１７】
この場合、応答性に優れるリード弁を採用するとともに、第３配管路に連通する第３ポート室の容積を十分に確保して、第１ポート室と第２ポート室の容積を可及的に小さくしている。その結果、内燃機関の排気系による正圧または負圧の脈動に対する応答性を向上させることが可能になり、排気ガスの浄化効率を向上させることができる。
【００１８】
しかも、マニホールド部を第１〜第３ポート室に仕切り、それぞれ第１〜第３配管路に連通させているので、拡幅のリード弁も容易に取り付けることができる。また、第１〜第３配管路は、それぞれ第１〜第３ポート室の容積を考慮しなくともそれらの管路断面積を設定することが可能になるので、該第１〜第３配管路の管路断面積を可及的に小さくすることができる。
【００１９】
さらに、本発明の請求項２に係る排気ガス浄化装置では、前記第１配管路および前記第２配管路は、前記マニホールド部から前記制御用ＡＩバルブおよび前記制御用ＥＧＲバルブに向かって同一方向に延在するとともに、前記第１隔壁部または前記第２隔壁部のいずれか一方は、前記第１配管路および前記第２配管路の延在する方向に直交するとともに、前記第１隔壁部と前記第２隔壁部は互いに直交して配置される。これにより、マニホールド部内において、第３ポート室に対して第１チェック弁および第２チェック弁の開閉により、それぞれ連通または閉塞される第１ポート室および第２ポート室を効率的に配置することができる。その結果、排気ガス浄化装置を小型化することが可能となる。
【００２０】
また、本発明の請求項３に係る排気ガス浄化装置では、前記第１配管路および前記第２配管路は、前記マニホールド部から前記制御用ＡＩバルブおよび前記制御用ＥＧＲバルブに向かって同一方向に延在するとともに、前記第１隔壁部および前記第２隔壁部は、互いに交差する方向に傾斜して配置される。これにより、マニホールド部内において、第１ポート室および第２ポート室をより効率的に配置することができるとともに、該マニホールド部を、例えば、幅方向に小さくすることができる。その結果、排気ガス浄化装置をより一層小型化することが可能となる。
【００２１】
さらに、本発明の請求項４に係る排気ガス浄化装置では、前記第３配管路は、前記内燃機関の内部において前記排気系に接続される。このように、内燃機関の内部、例えば、シリンダ室により近い排気系に第３配管路を接続することで、内燃機関による正圧または負圧の脈動をより確実に得ることができる。その結果、内燃機関の正圧による排気ガスの再循環作用および負圧による２次空気の吸引作用がより有効に働くので、排気系における排気ガスの浄化効率をより一層向上させることができる。また、第３配管路を内燃機関の内部、例えば、シリンダヘッドにおいて接続する場合には、該シリンダヘッド内に第３配管路を容易に形成することができるので、内燃機関の外部、例えば、管状のパイプ等に接続する場合に比較して簡単に接続することができる。しかも、特に、２輪車用の単気筒内燃機関の場合には、排気系が１つの配管路で構成されるためより一層効果的である。
【００２４】
さらに、制御用ＡＩバルブおよび制御用ＥＧＲバルブの開動作のタイミングが重複するような場合でも、内燃機関の排気系による正圧または負圧の脈動に応じて第１および第２チェック弁が交互に開閉動作するので、該制御用ＡＩバルブおよび制御用ＥＧＲバルブの高速応答性や精密な弁開度調節等の制御が不要となる。これにより、制御用ＡＩバルブおよび制御用ＥＧＲバルブの構成を簡素化することができるとともに、これらを制御するための機構や動作指令等を簡単にすることができる。その結果、排気ガス浄化装置の小型化かつ低コスト化を図ることが可能となる。
【００２５】
また、第１および第２チェック弁が、制御用ＡＩバルブおよび制御用ＥＧＲバルブより排気系側に配設されているため、特に、制御用ＥＧＲバルブは、内燃機関から伝達される熱や排気ガスによる熱の影響を受け難くなるとともに、排気ガス中のカーボン付着等を第２チェック弁によって抑制することができる。その結果、制御用ＥＧＲバルブに耐熱性やカーボン付着対策等を施した高価な部材を用いる必要がないので、より一層排気ガス浄化装置の低コスト化を図ることが可能となる。
【００２６】
さらに、第１配管路と第２配管路とによる相互の影響、例えば、従来技術では２次空気と排気ガスとが混在する可能性があり、排気系への配管路が１つに集約される場合には、この影響がより大きくなるが、第２配管路に第２チェック弁を接続することで相互の影響を阻止することができる。
【００２７】
この場合、応答性に優れるリード弁を採用するとともに、内燃機関の排気系に接続される１つの配管路に連通する第３ポート室の容積を十分に確保して、第１ポート室と第２ポート室の容積を可及的に小さくしている。その結果、内燃機関の排気系による正圧または負圧の脈動に対する応答性を向上させることが可能になり、排気ガスの浄化効率を向上させることができる。
【００２８】
しかも、マニホールド部を第１〜第３ポート室に仕切り、それぞれ３つの配管路に連通させているので、拡幅のリード弁も容易に取り付けることができる。また、マニホールド部に制御用ＡＩバルブおよび前記制御用ＥＧＲバルブを連設することが可能になるので、第１配管路および第２配管路を簡素化することができ、より一層排気ガス浄化装置の小型化かつ低コスト化を図ることが可能になる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
本発明に係る排気ガス浄化装置について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００３２】
図１は、第１の実施形態に係る排気ガス浄化装置３０が適用される内燃機関（以下、エンジンともいう）３２の概略構成説明図である。
【００３３】
排気ガス浄化装置３０は、エンジン３２の排気系３３に供給する２次空気（酸化・希釈用空気）の流通量を制御するとともに、排気系３３からエンジン３２の吸気系３５に再循環する排気ガスの流通量を制御する制御用バルブ機構３４を備える。
【００３４】
なお、排気系３３は、エンジン３２から排出される排気ガスを流通する排気管３６と、排気管３６の下流側に配設される触媒装置３８とから構成される。一方、吸気系３５は、１次空気（燃焼用空気）を取り入れるメインエアクリーナ４０と、このメインエアクリーナ４０から取り入れられた１次空気をエンジン３２に流通する吸気管４２と、吸気管４２の途上に配設され、前記１次空気の流通量を調節するスロットルバルブ４４とから構成される。
【００３５】
制御用バルブ機構３４は、サブエアクリーナ４６から取り入れた２次空気を流通させる第１配管路４８および前記メインエアクリーナ４０に排気ガスを再循環する第２配管路５０の途上に配設されている。第１配管路４８および第２配管路５０は、それぞれの一端がマニホールド部５２に接続されている。また、第１配管路４８および第２配管路５０は、マニホールド部５２から制御用バルブ機構３４に向かって同一方向に延在している。従って、制御用バルブ機構３４は、マニホールド部５２から吸気系３５側に離間して配置されることになる。
【００３６】
マニホールド部５２では、第１配管路４８および第２配管路５０を、１つの配管路である第３配管路５４にそれぞれ連通するように集約して排気管３６に接続している。なお、第３配管路５４は、例えば、エンジン３２のシリンダヘッド３２ａを貫通して、その内部において排気管３６に接続される。このように構成することで、シリンダヘッド３２ａ内に第３配管路５４を容易に形成することができるため、エンジン３２の外部において、例えば、管状のパイプ等により構成される排気管３６に接続する場合に比較して簡単に接続することができる。しかも、特に、２輪車用の単気筒エンジンの場合には、排気管３６が１本で構成されるためより一層効果的である。
【００３７】
図２に示されるように、制御用バルブ機構３４は、ソレノイド部３４ａと弁体３４ｂとを備える。また、制御用バルブ機構３４は、例えば、汎用の切換バルブ等から構成され、図示しないエンジンコンピュータ等の指令に基づいてソレノイド部３４ａを作動して、弁体３４ｂの進退駆動を行う。弁体３４ｂは、第１配管路４８の開閉を制御する制御用ＡＩ（Air Injection）バルブとしての第１弁部５６と、第２配管路５０の開閉を制御する制御用ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）バルブとしての第２弁部５８とを有する。
【００３８】
マニホールド部５２は、第１配管路４８に連通する第１ポート室６０と、第２配管路５０に連通する第２ポート室６２と、第３配管路５４に連通する第３ポート室６４とを有する。第１ポート室６０と第３ポート室６４は、第１隔壁部５１ａに形成された第１孔部５２ａによって連通されており、第１リード弁（第１チェック弁）６６の開閉により連通または閉塞される。一方、第２ポート室６２と第３ポート室６４は、第２隔壁部５１ｂに形成された第２孔部５２ｂによって連通されており、第２リード弁（第２チェック弁）６８の開閉により連通または閉塞される。
【００３９】
この場合、第１リード弁６６と第２リード弁６８とは、それぞれの流通方向（あるいは、流通を阻止するチェック方向）が互いに逆向きになるように配置される。すなわち、前記サブエアクリーナ４６から取り入れられた２次空気は、第１リード弁６６の開動作によって第１配管路４８から第３配管路５４へと流通する。一方、エンジン３２の排気管３６に排出された排気ガスは、第２リード弁６８の開動作によって第３配管路５４から第２配管路５０へと流通する。その際、第１リード弁６６と第２リード弁６８は、一方が開動作するときは、他方は閉動作され、逆止弁として機能する。
【００４０】
次に、このように構成される排気ガス浄化装置３０の動作について説明する。
【００４１】
先ず、エンジン３２が始動された後、暖機するまでは、前記エンジンコンピュータの指令に基づいて制御用バルブ機構３４のソレノイド部３４ａが作動される。この場合、弁体３４ｂが、図２中、下方側に駆動され、第１弁部５６が開動作して第１配管路４８を連通状態にする。このとき、第２配管路５０は、第２弁部５８によって閉塞されている。
【００４２】
そして、エンジン３２の排気管３６による負圧の脈動に応じて第１リード弁６６が開動作し、サブエアクリーナ４６を介して取り入れられた２次空気が、第１配管路４８、マニホールド部５２および第３配管路５４を介して排気管３６に供給される。これにより、排気管３６に排出された排気ガス中のＨＣ（炭化水素）やＣＯ（一酸化炭素）が酸化され、排気ガスの浄化が行われる。なお、このとき、第２配管路５０は第２弁部５８によって閉塞されているため、第２リード弁６８が開動作することはない。
【００４３】
一方、エンジン３２が暖機状態になると、前記エンジンコンピュータの指令に基づいて制御用バルブ機構３４のソレノイド部３４ａが前記とは逆方向に作動され、弁体３４ｂの第２弁部５８が開動作して第２配管路５０を連通状態にする。このとき、第１配管路４８は、第１弁部５６によって閉塞されている（図２参照）。
【００４４】
そして、排気管３６における触媒装置３８の上流側に配設される図示しないＯ2センサ（酸素濃度検出器）による検出結果や、エンジン３２の回転数および吸入空気量等に基づいて、前記エンジンコンピュータがエンジン３２に供給する吸気ガスを制御する。すなわち、前記エンジンコンピュータは、理論空燃比に基づいて図示しない燃料噴射装置に指令を送出し、前記吸気ガスの空燃比が制御される。その際、排気管３６に排出された排気ガスの正圧の脈動に応じて第２リード弁６８が開動作し、この排気ガスの一部が第３配管路５４、マニホールド部５２および第２配管路５０を介してメインエアクリーナ４０に再循環される。これにより、エンジン３２のシリンダ室の燃焼温度が下がってＮＯｘ（窒素酸化物）の発生が抑制され、排気ガスの浄化が行われる。なお、このとき、第１配管路４８は第１弁部５６によって閉塞されているため、第１リード弁６６が開動作することはない。
【００４５】
ここで、エンジン３２の使用状態によっては、排気管３６への２次空気の供給、および排気管３６からの排気ガスの再循環を両方とも行わない場合があり、このとき、制御用バルブ機構３４の弁体３４ｂは、第１配管路４８および第２配管路５０を両方とも閉塞状態にする（図２参照）。
【００４６】
以上述べたように、第１の実施形態に係る排気ガス浄化装置３０によれば、制御用バルブ機構３４は、マニホールド部５２から離間して配置されることで、エンジン３２から伝達される熱や排気ガスによる熱の影響を受け難くなるとともに、排気ガス中のカーボン付着等を第２リード弁６８によって抑制することができる。その結果、制御用バルブ機構３４に耐熱性やカーボン付着対策等を施した高価な部材を用いる必要がないので、排気ガス浄化装置３０の低コスト化を図ることが可能になる。
【００４７】
また、制御用バルブ機構３４がマニホールド部５２から離間して配置されるので、制御用バルブ機構３４の形状やその選定、取り付け等の設計自由度が向上する。その結果、制御用バルブ機構３４に汎用の切換バルブ等を用いることができるので、排気ガス浄化装置３０の小型化かつ低コスト化を図ることが可能となる。
【００４８】
さらに、第１配管路４８に接続される第１リード弁６６のみならず、第２配管路５０にも第２リード弁６８を接続しているため、例えば、第２配管路５０が他方の第１配管路４８に及ぼす影響を阻止することができる。すなわち、例えば、従来技術では共有化された管路によって２次空気に排気ガスが混在する可能性がある一方、排気ガス中に２次空気が混在すると、エンジン３２のシリンダ室内で燃焼された排気ガスの酸素濃度が前記Ｏ2センサによって正確に検出されないことがあり、このような２次空気用の第１配管路４８と排気ガス用の第２配管路５０とによる相互の影響を第２リード弁６８によって阻止することができる。なお、排気管３６への接続が１つに集約された第３配管路５４を設ける場合には、この影響がより大きくなるので、第２配管路５０に第２リード弁６８を接続することで一層効果的になる。また、第２配管路５０に第２リード弁６８を接続すると、第１配管路４８側の負圧による２次空気の吸引作用がより有効に働くため、この２次空気による排気ガスの浄化効率を向上させることができる。
【００４９】
また、エンジン３２の排気管３６による正圧または負圧の脈動に応じて第１および第２リード弁６６、６８が交互に開閉動作するので、制御用バルブ機構３４の高速応答性や精密な弁開度調節等の制御が不要となる。これにより、制御用バルブ機構３４を簡素化することができるとともに、これらを制御するための前記エンジンコンピュータやその動作指令等を簡単にすることができる。その結果、排気ガス浄化装置３０の小型化かつ低コスト化を図ることが可能となる。
【００５０】
さらに、マニホールド部５２において、第１ポート室６０と第３ポート室６４の間、および第２ポート室６２と第３ポート室６４の間の開閉には、それぞれ応答性に優れる第１および第２リード弁６６、６８を採用するとともに、第３配管路５４に連通する第３ポート室６４の容積を十分に確保して、第１ポート室６０と第２ポート室６２の容積を可及的に小さくしている。その結果、エンジン３２の排気管３６による正圧または負圧の脈動に対する応答性を向上させることが可能になり、排気ガスの浄化効率をより一層向上させることができる。
【００５１】
しかも、マニホールド部５２を第１〜第３ポート室６０、６２、６４に仕切り、それぞれ第１〜第３配管路４８、５０、５４に連通させているので、拡幅の第１および第２リード弁６６、６８も容易に取り付けることができる。また、第１〜第３配管路４８、５０、５４は、それぞれ第１〜第３ポート室６０、６２、６４の容積を考慮しなくともそれらの管路断面積を設定することが可能になるので、該第１〜第３配管路４８、５０、５４の管路断面積を可及的に小さくすることができる。
【００５２】
次に、図３を参照しながら、第２の実施形態に係る排気ガス浄化装置８０について説明する。なお、これ以下では、第１の実施形態に係る排気ガス浄化装置３０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００５３】
この排気ガス浄化装置８０では、前述した第１の実施形態の排気ガス浄化装置３０におけるマニホールド部５２に代替して、他のマニホールド部８２が備えられる。このマニホールド部８２では、第１孔部５２ａの連通方向と、第２孔部５２ｂの連通方向とが直交する向きに配置されている。換言すると、この第２の実施形態では、第１リード弁６６によって連通または閉塞される第１孔部５２ａは、その連通方向が、第１配管路４８および第２配管路５０の延在する方向、すなわち第１配管路４８および第２配管路５０の流通方向に直交するように配置されている。
【００５４】
これにより、マニホールド部８２内において、第３ポート室６４に対して第１リード弁６６および第２リード弁６８の開閉により、それぞれ連通または閉塞される第１ポート室６０および第２ポート室６２を効率的に配置することができる。その結果、排気ガス浄化装置８０を小型化することが可能となる。
【００５５】
なお、この第２の実施形態では、第１孔部５２ａの連通方向を第１配管路４８および第２配管路５０の流通方向に直交させているが、例えば、図４に示されるように、第２孔部５２ｂの連通方向を第１配管路４８および第２配管路５０の流通方向に直交させるようにしたマニホールド部８４を備えるようにしてもよい。
【００５６】
次に、図５を参照しながら、第３の実施形態に係る排気ガス浄化装置９０について説明する。
【００５７】
この排気ガス浄化装置９０では、前述した第２の実施形態の排気ガス浄化装置８０におけるマニホールド部８２に代替して、他のマニホールド部９２が備えられる。このマニホールド部９２では、第１孔部５２ａの連通方向と、第２孔部５２ｂの連通方向とが傾斜する向きに配置されている。換言すると、この第３の実施形態では、第１リード弁６６によって連通または閉塞される第１孔部５２ａと第２リード弁６８によって連通または閉塞される第２孔部５２ｂとは、それぞれの連通方向が、第１配管路４８および第２配管路５０の延在する方向、すなわち第１配管路４８および第２配管路５０の流通方向に傾斜するように配置されている。
【００５８】
これにより、マニホールド部９２内において、第１ポート室６０および第２ポート室６２をより効率的に配置することができるとともに、該マニホールド部９２を、例えば、幅方向に小さくすることができる。その結果、排気ガス浄化装置９０をより一層小型化することが可能となる。
【００５９】
次に、図６を参照しながら、第４の実施形態に係る排気ガス浄化装置１００について説明する。
【００６０】
この排気ガス浄化装置１００では、前述した第１の実施形態の排気ガス浄化装置３０における制御用バルブ機構３４に代替して、制御用ＡＩバルブ１０２と制御用ＥＧＲバルブ１０４とが個別に備えられる。制御用ＡＩバルブ１０２は、ソレノイド部１０２ａと弁部１０６とを備える。また、制御用ＥＧＲバルブ１０４は、ソレノイド部１０４ａと弁部１０８とを備える。
【００６１】
制御用ＡＩバルブ１０２の弁部１０６および制御用ＥＧＲバルブ１０４の弁部１０８は、前述した第１の実施形態における制御用バルブ機構３４の第１弁部５６および第２弁部５８にそれぞれ対応しており、前記エンジンコンピュータの指令に基づいて開閉動作される。
【００６２】
この場合、制御用ＡＩバルブ１０２および制御用ＥＧＲバルブ１０４の開動作のタイミングが重複する場合が想定されるが、エンジン３２の排気管３６による正圧または負圧の脈動に応じて第１および第２リード弁６６、６８が交互に開閉動作するので、制御用ＡＩバルブ１０２および制御用ＥＧＲバルブ１０４の高速応答性や精密な弁開度調節等の制御が不要となる。これにより、制御用ＡＩバルブ１０２および制御用ＥＧＲバルブ１０４の構成を簡素化することができるとともに、これらを制御するための前記エンジンコンピュータやその動作指令等を簡単にすることができる。その結果、より一層排気ガス浄化装置の小型化かつ低コスト化を図ることが可能となる。なお、制御用ＡＩバルブ１０２および制御用ＥＧＲバルブ１０４は、同一種類の、例えば、汎用の開閉バルブ等を用いることができる。
【００６３】
次に、図７を参照しながら、第５の実施形態に係る排気ガス浄化装置１１０について説明する。
【００６４】
この排気ガス浄化装置１１０は、前述した第１の実施形態の排気ガス浄化装置３０におけるマニホールド部５２と制御用バルブ機構３４とを連結して構成したものである。換言すると、マニホールド部５２と制御用バルブ機構３４の間の第１配管路４８および第２配管路５０を省略したものである。
【００６５】
これにより、第１配管路４８に接続される第１リード弁６６のみならず、第２配管路５０にも第２リード弁６８を接続しているため、例えば、第２配管路５０が他方の第１配管路４８に及ぼす影響を阻止することができる。すなわち、例えば、従来技術では共有化された管路によって２次空気に排気ガスが混在する可能性がある一方、排気ガス中に２次空気が混在すると、エンジン３２のシリンダ室内で燃焼された排気ガスの酸素濃度が前記Ｏ2センサによって正確に検出されないことがあり、このような２次空気用の第１配管路４８と排気ガス用の第２配管路５０とによる相互の影響を第２リード弁６８によって阻止することができる。また、第２配管路５０に第２リード弁６８を接続すると、第１配管路４８側の負圧による２次空気の吸引作用がより有効に働くため、この２次空気による排気ガスの浄化効率を向上させることができる。
【００６６】
さらに、エンジン３２の排気管３６による正圧または負圧の脈動に応じて第１および第２リード弁６６、６８が交互に開閉動作するので、制御用バルブ機構３４の高速応答性や精密な弁開度調節等の制御が不要となる。これにより、制御用バルブ機構３４を簡素化することができるとともに、これらを制御するための前記エンジンコンピュータやその動作指令等を簡単にすることができる。その結果、排気ガス浄化装置１１０の小型化かつ低コスト化を図ることが可能となる。
【００６７】
また、この排気ガス浄化装置１１０では、第１および第２リード弁６６、６８が、制御用バルブ機構３４より排気系３３側（図１参照）に配設されることになるため、制御用バルブ機構３４は、エンジン３２から伝達される熱や排気ガスによる熱の影響を受け難くなるとともに、排気ガス中のカーボン付着等を第２リード弁６８によって抑制することができる。その結果、制御用バルブ機構３４に耐熱性やカーボン付着対策等を施した高価な部材を用いる必要がないので、より一層排気ガス浄化装置１１０の低コスト化を図ることが可能となる。
【００６８】
なお、第５の実施形態では、マニホールド部５２を例示して説明しているが、この排気ガス浄化装置１１０に前述した第２および第３の実施形態におけるマニホールド部８２、８４、９２（図３〜図５参照）を適用してもよいことはもちろんである。また、この排気ガス浄化装置１１０において、マニホールド部５２の第３ポート室６４を、第１ポート室６０および第２ポート室６２にそれぞれ対応させてさらに仕切るとともに、第３配管路５４を、仕切られた第３ポート室６４のそれぞれに対応させて図示しない個別の配管路に構成してもよい。
【００６９】
次に、図８を参照しながら、第６の実施形態に係る排気ガス浄化装置１２０について説明する。
【００７０】
この排気ガス浄化装置１２０は、前述した第５の実施形態の排気ガス浄化装置１１０におけるマニホールド部５２に代替して、他のマニホールド部１２２を備えたものである。マニホールド部１２２には、それぞれ第１配管路４８に接続される第１チェック弁１２４および第２配管路５０に接続される第２チェック弁１２６が備えられる。第１チェック弁１２４および第２チェック弁１２６は、ボール状の閉塞部材１２８ａと、この閉塞部材１２８ａを弁座１２８ｂ側へ付勢するスプリング１２８ｃとを有する。
【００７１】
この場合、マニホールド部１２２を設けないで、第１配管路４８および第２配管路５０の途上にそれぞれ第１チェック弁１２４および第２チェック弁１２６を直に配設してもよい。これにより、排気ガス浄化装置１２０をより簡素化することが可能となり、排気ガス浄化装置１２０の小型化かつ低コスト化を図ることができる。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の排気ガス浄化装置によれば、制御用ＥＧＲバルブが配設される第２配管路にも第２チェック弁を接続しているため、制御用ＡＩバルブが配設される第１配管路側の負圧による２次空気の吸引作用をより有効に働かせることが可能になる。その結果、２次空気による排気ガスの浄化効率を向上させることができる。
【００７３】
また、内燃機関の排気系による正圧または負圧の脈動に応じて第１および第２チェック弁が交互に開閉動作するので、該制御用ＡＩバルブおよび制御用ＥＧＲバルブの高速応答性や精密な弁開度調節等の制御が不要となる。これにより、制御用ＡＩバルブおよび制御用ＥＧＲバルブの構成を簡素化することができるとともに、これらを制御するための機構や動作指令等を簡単にすることができる。その結果、排気ガス浄化装置の小型化かつ低コスト化を図ることが可能となる。
【００７４】
さらに、内燃機関から伝達される熱や排気ガスによる熱の影響を受け難くなるとともに、排気ガス中のカーボン付着等を第２チェック弁によって抑制することができる。その結果、特に、制御用ＥＧＲバルブに耐熱性やカーボン付着対策等を施した高価な部材を用いる必要がないので、一層排気ガス浄化装置の低コスト化を図ることが可能となる。
【００７５】
さらにまた、第１および第２チェック弁が設けられるマニホールド部から制御用ＡＩバルブおよび制御用ＥＧＲバルブを離間して配置しているので、これらのバルブの形状やその選定、取り付け等の設計自由度が向上する。その結果、汎用バルブ等を用いることができるので、一層排気ガス浄化装置の小型化かつ低コスト化をより図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る排気ガス浄化装置が適用されるエンジンの概略構成説明図である。
【図２】前記排気ガス浄化装置の縦断面説明図である。
【図３】第２の実施形態に係る排気ガス浄化装置の縦断面説明図である。
【図４】図３における排気ガス浄化装置の変形例を示す縦断面説明図である。
【図５】第３の実施形態に係る排気ガス浄化装置の縦断面説明図である。
【図６】第４の実施形態に係る排気ガス浄化装置の縦断面説明図である。
【図７】第５の実施形態に係る排気ガス浄化装置の縦断面説明図である。
【図８】第６の実施形態に係る排気ガス浄化装置の縦断面説明図である。
【図９】従来技術に係る排気浄化用バルブ装置の説明図である。
【符号の説明】
３０、８０、９０、１００、１１０、１２０…排気ガス浄化装置
３２…エンジン ３３…排気系
３４…制御用バルブ機構 ３５…吸気系
３６…排気管 ３８…触媒装置
４０…メインエアクリーナ ４２…吸気管
４４…スロットルバルブ ４６…サブエアクリーナ
４８…第１配管路 ５０…第２配管路
５１ａ…第１隔壁部 ５１ｂ…第２隔壁部
５２、８２、８４、９２、１２２…マニホールド部
５２ａ…第１孔部 ５２ｂ…第２孔部
５４…第３配管路 ５６…第１弁部
５８…第２弁部 ６０…第１ポート室
６２…第２ポート室 ６４…第３ポート室
６６…第１リード弁 ６８…第２リード弁
１０２…制御用ＡＩバルブ １０４…制御用ＥＧＲバルブ
１０６、１０８…弁部 １２４…第１チェック弁
１２６…第２チェック弁
Claims (4)
- 内燃機関の排気系に供給する２次空気の流通量を制御する制御用ＡＩバルブと、
前記排気系から前記内燃機関の吸気系に再循環する排気ガスの流通量を制御する制御用ＥＧＲバルブと、
前記制御用ＡＩバルブが配設される第１配管路および前記制御用ＥＧＲバルブが配設される第２配管路を、前記排気系に接続される第３配管路に集約し、かつ前記第１配管路および前記第２配管路と前記第３配管路とを連通させるマニホールド部と、
を備え、
前記マニホールド部は、前記第１配管路に接続される第１チェック弁および前記第２配管路に接続される第２チェック弁と、
前記第１配管路に連通する第１ポート室および前記第２配管路に連通する第２ポート室および前記第３配管路に連通する第３ポート室とを有し、
前記第１チェック弁と前記第２チェック弁とは、それぞれの流通方向が互いに逆向きになるように配置されたリード弁からなり、
前記第１ポート室と前記第３ポート室は、第１隔壁部に形成された第１孔部によって連通される一方、前記第２ポート室と前記第３ポート室は、第２隔壁部に形成された第２孔部によって連通され、
前記第１孔部は、前記第１チェック弁の開閉により連通または閉塞される一方、前記第２孔部は、前記第２チェック弁の開閉により連通または閉塞され、
前記制御用ＡＩバルブおよび前記制御用ＥＧＲバルブは、前記マニホールド部から前記２次空気の供給側に離間して配置されることを特徴とする排気ガス浄化装置。 - 請求項１記載の排気ガス浄化装置において、
前記第１配管路および前記第２配管路は、前記マニホールド部から前記制御用ＡＩバルブおよび前記制御用ＥＧＲバルブに向かって同一方向に延在するとともに、
前記第１隔壁部または前記第２隔壁部のいずれか一方は、前記第１配管路および前記第２配管路の延在する方向に直交するとともに、前記第１隔壁部と前記第２隔壁部は互いに直交して配置されることを特徴とする排気ガス浄化装置。 - 請求項１記載の排気ガス浄化装置において、
前記第１配管路および前記第２配管路は、前記マニホールド部から前記制御用ＡＩバルブおよび前記制御用ＥＧＲバルブに向かって同一方向に延在するとともに、
前記第１隔壁部および前記第２隔壁部は、互いに交差する方向に傾斜して配置されることを特徴とする排気ガス浄化装置。 - 請求項１〜３のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置において、
前記第３配管路は、前記内燃機関の内部において前記排気系に接続されることを特徴とする排気ガス浄化装置。
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