JP4233291B2

JP4233291B2 - ２次エアー供給装置

Info

Publication number: JP4233291B2
Application number: JP2002265309A
Authority: JP
Inventors: 敦哉吉田
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2002-09-11
Filing date: 2002-09-11
Publication date: 2009-03-04
Anticipated expiration: 2022-09-11
Also published as: JP2004100614A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気ガス浄化用の２次エアー供給装置に関し、特に、エンジンから排気ガスを排出する排気ポートに２次エアーを導入する際に、排気ガスの流出を防止し、２次エアーの導入のみを許容するリードバルブに排気ガスが直撃しない構造とした２次エアー供給装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動二輪車等の４サイクルエンジンでは、排気ガスを浄化する目的で排気ポート内に外気（２次エアー）を導入する方式が採用される。これは、一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）など、排気ガス中に含まれる未燃焼成分を、その２次エアーにより酸化（２次燃焼）させて浄化をはかるためである。
【０００３】
その場合、排気ポートへ２次エアーを供給する通路の途中に排気管内圧力の正負に感応して開閉するリードバルブを介して、排気ポートへ向かう一方向のみの空気流れを形成する構成とする。つまり、排気ガスの通過と停止に伴う脈動により排気ポート内の圧力が負圧となると、リードバルブが開いて２次空気が排気ポート方向に導入される構成である。（例えば、特許文献１参照）
また、排気ポートとリードバルブを共にシリンダーヘッドの前方に配設して２次エアーの導入効率を高めると共に、リードバルブを車体の走行に伴って、効果的に冷却するものもある。（例えば、特許文献２参照）
【０００４】
【特許文献１】
実公昭５５−５３６９３号公報（第１−３頁、第１図）
【特許文献２】
特開平１１−１５３０２９号公報（第２−５頁、第３図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一般に排気ガスを２次燃焼させて浄化するには、排気ガスの温度が高い状態の時に２次エアーを導入することが必要である。そのために、排気ポートに２次エアーを導入するリードバルブは排気ポートに近づけて配設する傾向にある。
【０００６】
しかし、上記特許文献１や特許文献２に記載されている先行例では、リードバルブに直接排気ガスが接触する構成であって、燃焼室に近い排気ポートに近づけて配設することには限度がある構成である。
【０００７】
本発明の目的は、排気ポートに接近して２次エアー導入用のリードバルブを配設した際にも、排気ガスが直接リードバルブに接触しない構造として、リードバルブ周辺の温度上昇を防止すると共に、導入される２次エアーが流れる際の管路抵抗を増加させない２次エアー供給装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために請求項１に係る発明は、シリンダーヘッドに配設される排気ポートに２次エアーを導入する２次エアー導入部の途中に、リードバルブを装着した排気ガス浄化用の２次エアー供給装置において、前記排気ポートから前記２次エアー導入部を通って流出する排気ガスが前記リードバルブに直接接触しないように前記排気ガスの直進方向の流れの進路を遮って迂回させる遮熱部材を、排気ポートから前記２次エアー導入部に至る２次エアー導入通路とリードバルブとの間のシリンダーヘッド本体側に配設するとともに、前記遮熱部材は、前記廃棄ガスが前記排気ポートから前記２次エアー導入部を通って前記リードバルブに向けて直進しようとする流れを遮る天板部と、排ガスの前記直進方向とは略直交する方向に排ガスを排出する流通路とを備え、この流通路の全開口面積を前記２次エアー導入通路の開口面積よりも大きくしたことを特徴としている。
【０００９】
上記の構成を有する請求項１に係る発明によれば、排気ガスの通過と停止に伴う脈動により排気ポート内の圧力が正負を繰り返す際に、燃焼直後の排気ガスがリードバルブ方向に流れる時に、先ず排気ポートに近いシリンダーヘッド側に配設された遮熱部材に接触することで、排気ガスが迂回されてリードバルブ方向に流れることになり、リードバルブに直接排気ガスが接触することを防止することができる。
また、排気ガスの進路が遮られて迂回させられるので、高温の排気ガスを比較的低温のシリンダーヘッド外壁に衝突させることができ、前記外壁に接触して温度が低下した排気ガスをリードバルブ方向に流すことができる。
【００１０】
請求項２に係る発明は、前記遮熱部材が、前記排気ポートの２次エアー導入通路入り口部に装着される遮熱プラグで、この遮熱プラグが、前記天板部と、前記排気ガスを直進方向とは略直交する方向に排出する前記流通路としての開口窓部とを備え、この開口窓部の全開口面積を２次エアー導入通路の開口面積よりも大きくしたことを特徴としている。
【００１１】
上記の構成を有する請求項２に係る発明によれば、遮熱プラグを排気ポートに近いシリンダーヘッド側に配設するだけで、２次エアー導入通路を経由して流出してくる排気ガスの直進を遮って迂回させることができ、燃焼後の排気ガスが直接リードバルブに接触することを防止することができると共に、導入される２次エアーの流通の際に管路抵抗が増加しない。
【００１２】
請求項３に係る発明は、前記遮熱部材が、前記排気ポートの２次エアー導入通路入り口部に設けた遮熱プレートで、この遮熱プレートが前記天板部を備え、この天板部から遮熱プレート取付部に至る屈曲部により、前記排気ガスを直進方向とは略直交する方向に排出する前記流通路としての間隙部を形成し、この間隙部の開口面積を前記２次エアー導入通路の開口面積よりも大きくしたことを特徴としている。
【００１３】
上記の構成を有する請求項３に係る発明によれば、遮熱プレートを排気ポートに近いシリンダーヘッド側に配設するだけで、２次エアー導入通路を経由して流出してくる排気ガスの直進を遮って迂回させることで、燃焼後の排気ガスが直接リードバルブに接触することを防止することができる。さらには、導入される２次エアーの流通の際に管路抵抗が増加しない。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る２次エアー供給装置の実施の形態について、図１から図４に基づいて説明する。
【００１５】
図１は本発明に係る遮熱プラグが排気ポートに近いシリンダーヘッド側に配設されているところを示す断面図である。図２は本発明に係る遮熱プレートが排気ポートに近いシリンダーヘッド側に配設されているところを示す断面図である。図３は遮熱部材を備えない従来のリードバルブを示す断面図である。図４は本発明に係る２次エアー供給装置が配設されるシリンダーヘッド部を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は断面図である。
【００１６】
図４に示すシリンダーヘッド部は自動二輪車等の４サイクルエンジンの上部に配設されるものであり、その排気ポートの一部断面を示したものである。排気ポート１１を形成するシリンダーヘッド１０の一部に、２次エアー導入部１２を介して外気を排気ポートへ案内する２次エアー導入通路１３を設けた。この２次エアーは、排気ガス中に含まれる未燃焼成分を、温度が高い状態の排気ガス中に前記２次エアーを混合させることで２次燃焼させて浄化するものである。
【００１７】
上記２次エアー導入部１２から２次エアーを導入する際には、排気ガスが流入しないように、通路途中にリードバルブ２０を配設して、２次エアーが排気ポートへ流れる一方向流れのみを許容する構成とされている。２次エアー導入部１２から、シリンダーヘッド１０に形成される２次エアー導入通路１３を経由して、排気ポート１１方向へ導入される２次エアーは、排気ポート１１内を流れる排気ガス流れ３０に合流する二次エアー流れ３１を形成している。
【００１８】
図３に示すリードバルブ２０は遮熱部材を備えていない従来例であり、排気ポート１１を流れる排気ガスの通過と停止に伴う脈動により排気ポート内の圧力が負圧となると、リードバルブ（リード２１）が開いて２次空気が排気ポート方向に導入される構成である。しかし、排気ポート内の圧力が正となる瞬間には、排気ガスが図中の矢印３０’方向に流れて、直接的にリードバルブ２０に接触することになる。
【００１９】
リードバルブ２０は、ステンレス薄板からなるリード２１と、その押え板２２と、さらにはバルブシート２３が装着される台座２４とから構成されている。バルブシート２３はフッソゴム等のパッキンであり、リード２１が当接した際に、その当接部を密閉して排気ガスの流出を防止するものである。リード２１はステンレス薄板から構成されていて、排気ポート１１を流れる排気ガスの通過と停止に伴う脈動により開閉状態を繰り返す構成であり、押え板２２によりその開く際の上限が規制されている。
【００２０】
排気ポート１１を流れる排気ガスに含まれる未燃焼成分を２次燃焼させて浄化するには、排気ガスの温度が高い状態の時に２次エアーを導入することが必要である。そのために、排気ポート１１に２次エアーを導入するリードバルブ２０は排気ポートに近づけて配設する傾向にあるが、遮熱部材を備えていないリードバルブ２０では、排気ガスが直接的に接触することで、ゴムパッキンであるバルブシート２３が劣化したり、接離を繰り返すバルブシート２３とリード２１とが固着したりして、動作不良となることがある。本発明においては、リードバルブ２０に、排気ガスが直接的に接触しないように、リードバルブ２０と排気ポート１１との間に、排気ガスの直進する流れを遮って迂回させることのできる部材（遮熱部材となる）を配設する構成とした。
【００２１】
図１により遮熱部材として遮熱プラグ１Ａを配設した第一の実施例について説明する。リードバルブ２０は図３で示したものと同じ構成であり、同符号を用いて説明する。遮熱プラグ１Ａは２次エアー導入通路１３に連通する開口部１ｃを下向きにした、コップを伏せたような円筒形状であり、上側は天板部１ｂを、側部には複数の開口窓部１ａを備えている。通孔１７、２５を経由して流れ込む二次エアー（外気）は前記開口窓部１ａから開口部１ｃを経由して、排気ガス流れ３０に合流する二次エアー流れ３１を形成している。
【００２２】
複数の開口窓部１ａからなる流通路としての開口面積の合計は、２次エアー導入通路１３の開口面積よりも大きくしており、該遮熱プラグ１Ａを装着した時に、導入される２次エアーが流れる際の管路抵抗を増加しない構成とされている。
【００２３】
リードバルブ２０は、バルブシート２３が配設された台座２４に、リード２１と押え板２２とが止めネジ２５により止着された構成であって、リード２１が、バルブシート２３に当接して通孔２５を閉止する位置と、バルブシート２３から離れて押え板２２に当接して通孔２５を開口する位置とを繰り返す所謂弁を形成するものである。
【００２４】
キャップ１６は台座２４をシリンダーヘッド１０に固定すると共に、通孔１７を備えたものであり、該通孔１７を介して外気を排気ポート１１方向へ案内するよう構成されている。本実施例においては、排気ポート１１に近いシリンダーヘッド部に遮熱プラグ１Ａを装着した。シリンダーヘッド１０に遮熱プラグ１Ａの外径ｄに相当する嵌合穴１４を設け、該嵌合穴１４に遮熱プラグ１Ａを圧入した構成である。
【００２５】
リード２１が閉まり排気ガスが２次エアー導入部１２方向へ流入する際には、２次エアー導入通路１３を通過してそのまま直進しようとするが、その直進する排気ガス流れは遮熱プラグ１Ａの天板部１ｂに遮られて流通路としての開口窓部１ａから外向きに迂回させられることになる。この迂回した流れは、シリンダーヘッド１０の外壁１０ａに衝突した後でリードバルブ２０方向へ流れる、破線で示す排気ガス流れ３２を形成することになる。
【００２６】
上記のように排気ガスが天板部１ｂによりその進路を妨げられて、開口窓部１ａから外向きに迂回させられて、比較的低温の外壁１０ａに接触（衝突）するために、排気ガスの温度が低下させられた状態でリードバルブ２０に接触することになる。シリンダーヘッド１０の外壁には図４に示すように、一部にフィン１５を設けて冷却する構成であるので、前記排気ガス流れ３２が接する外壁１０ａも排気ガスよりもかなり低温であり、接触する排気ガスの温度を低下させる効果がある。
【００２７】
遮熱プラグ１Ａをシリンダーヘッド１０に装着する際には、該シリンダーヘッド１０に嵌合穴１４を設けるだけでよく、容易に製作することができる。そのために、遮熱部材を配設していない従来のシリンダーヘッドにも、本発明に係る遮熱プラグ１Ａを容易に装着することが可能である。
【００２８】
次に、図２に示す遮熱部材として遮熱プレート１Ｂを配設した第二の実施例について説明する。ここでもリードバルブ２０は図３で示したものと共通の構成であり、同一の符号を用いて説明する。遮熱プレート１Ｂは、排気ポート１１に連なる２次エアー導入通路１３近くのシリンダーヘッド１０に螺子１ｆにより直接ネジ止めされて取り付けられており、この取付部から天板部１ｅに至る屈曲部１ｄを断面Ｌ型として、ガス体（排気ガスや２次エアー）が流通する流通路としての間隙Ｔを形成する形状とされている。
【００２９】
上記遮熱プレート方式でもリードバルブ２０方向に流出しようとする排気ガスを、その進路を遮熱プレート１Ｂにより遮り、外壁１０ａ方向へ迂回させるものである。そのために２次エアー導入通路１３の開口断面の大きさ（径）ｗよりも大きな長さ（径）Ｗを有するプレート形状をした天板部１ｅとすると共に、排気ガスや２次エアーの流れる開口部となる間隙Ｔのなす開口面積が２次エアー導入通路１３の開口断面積よりも大きくするように形成した。そのために、導入される２次エアーが流れる際の管路抵抗を増加しない構成とされていることは第一の実施例と同等である。
【００３０】
リード２１が閉まり排気ガスが２次エアー導入部１２方向へ流出する際には、２次エアー導入通路１３を流れて、遮熱プレート１Ｂの天板部１ｅに遮られて間隙Ｔから外向きに迂回させられ、シリンダーヘッド１０の外壁１０ａに衝突した後でリードバルブ２０方向へ流れ、破線で示す排気ガス流れ３２を形成することも第一の実施例と同等であり、比較的低温の外壁１０ａに接して温度が低下した状態の排気ガスがリードバルブ２０に接触することになる。
【００３１】
第二実施例の遮熱プレート１Ｂを配設した２次エアー供給装置においても、排気ガスを直接リードバルブ２０へ接触させることを防止すると共に、導入される２次エアーの流通の際に管路抵抗を増加させない構成としたものである。
【００３２】
本発明においては、排気ガスを２次燃焼させて浄化するための２次エアーを導入するリードバルブ部に、排気ガスが直接接触しないように、排気ポートから流出した直後にその進路を遮って迂回させ、比較的低温のシリンダーヘッド外壁に衝突させた後で、リードバルブ方向へ流す部材（遮熱部材となる）を装着した２次エアー供給装置とした。そのために、リードバルブ２０を構成するバルブシート２３が劣化することもなく、燃焼後の排気ガスの温度が高い排気ポートの近くに前記２次エアー供給装置を配設することができ、排気ガス中に２次エアーを流入させることで、排気ガス中の未燃焼成分を効果的に２次燃焼させることができる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、排気ガスが流れる排気ポートの近くに、２次エアー供給装置のリードバルブを配設しても、排気ガスの流れを遮って迂回させる部材を排気ポート側のシリンダーヘッド本体に配設することで、高温度の排気ガスを、一旦比較的低温のシリンダーヘッド外壁に接触させて温度を低下させることができる。さらに、温度の低下した排気ガスがリードバルブと接触することになり、リードバルブを劣化させることはない。
【００３４】
さらには、排気ガスの流れを遮って迂回させる開口窓部や間隙部の合計開口面積を２次エアー導入通路開口面積よりも大きくして、導入される２次エアーの流通の際に管路抵抗を増加させない構成としたので、排気ガスを浄化するために必要な量の２次エアーを容易に導入することができる。
【００３５】
つまり、排気ガスを浄化するのに最適となるように、燃焼室の近くで温度の高い排気ガスが流れている排気ポートに配設可能であると共に、２次エアーをスムーズに流すことが可能な２次エアー供給装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る遮熱プラグが排気ポートに近いシリンダーヘッド側に配設されているところを示す断面図である。
【図２】本発明に係る遮熱プレートが排気ポートに近いシリンダーヘッド側に配設されているところを示す断面図である。
【図３】遮熱部材を備えない従来のリードバルブを示す断面図である。
【図４】本発明に係る２次エアー供給装置が配設されるシリンダーヘッド部を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は断面図である。
【符号の説明】
１Ａ遮熱プラグ（遮熱部材）
１Ｂ遮熱プレート（遮熱部材）
１ａ開口窓部
１ｂ天板部
１ｄ屈曲部
１ｅ天板部
１０シリンダーヘッド
１０ａ外壁
１１排気ポート
１２２次エアー導入部
１３２次エアー導入通路
３０排気ガス流れ
３１２次エアー流れ
３２排気ガス流れ（迂回流れ）
Ｔ間隙部

Claims

シリンダーヘッドに配設される排気ポートに２次エアーを導入する２次エアー導入部の途中に、リードバルブを装着した排気ガス浄化用の２次エアー供給装置において、
前記排気ポートから前記２次エアー導入部を通って流出する排気ガスが前記リードバルブに直接接触しないように前記排気ガスの直進方向の流れの進路を遮って迂回させる遮熱部材を、排気ポートから前記２次エアー導入部に至る２次エアー導入通路とリードバルブとの間のシリンダーヘッド本体側に配設すると共に、
前記遮熱部材は、前記排気ガスが前記排気ポートから前記２次エアー導入部を通って前記リードバルブに向けて直進しようとする流れを遮る天板部と、排気ガスの前記直進方向とは略直交する方向に排気ガスを排出する流通路とを備え、この流通路の全開口面積を前記２次エアー導入通路の開口面積よりも大きくしたことを特徴とする２次エアー供給装置。
前記遮熱部材が、前記排気ポートの２次エアー導入通路入り口部に装着される遮熱プラグで、この遮熱プラグが、前記天板部と、前記排気ガスを直進方向とは略直交する方向に排出する前記流通路としての開口窓部とを備え、この開口窓部の全開口面積を２次エアー導入通路の開口面積よりも大きくしたことを特徴とする請求項１に記載の２次エアー供給装置。
前記遮熱部材が、前記排気ポートの２次エアー導入通路入り口部に設けた遮熱プレートで、この遮熱プレートが、前記天板部を備え、この天板部から遮熱プレート取付部に至る屈曲部により、前記排気ガスを直進方向とは略直交する方向に排出する前記流通路としての間隙部を形成し、この間隙部の開口面積を前記２次エアー導入通路の開口面積よりも大きくしたことを特徴とする請求項１に記載の２次エアー供給装置。