JP4458626B2 - エンジンにおける排気浄化装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気ポートを流通する排気ガスに混入される２次空気を導く２次空気通路がその下流端を排気ポートに開口させてシリンダヘッドに設けられるエンジンの排気浄化装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排気ポートを流通する排気ガスに２次空気を混入されるようにした排気浄化装置が、たとえば実公昭６０−３２３４０号公報等で既に知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、２次空気の混入により排気浄化性能を向上させるためには、燃焼室に極力近接した位置で排気ポート内に２次空気を混入することが望ましいのであるが、排気ポートの燃焼室側の端部には、排気弁を着座させるリング状のバルブシートが圧入されるので、２次空気通路をシリンダヘッドに形成する際にそのバルブシートに損傷が生じないようにすることが必要であり、上記従来のものでは、バルブシートがシリンダヘッドに圧入された後にシリンダヘッドの外面側から２次空気通路を形成するようにしている。
【０００４】
ところが、上述のようにバルブシートの圧入後に２次空気通路を形成するのでは、２次空気通路の位置や角度の制約が大きくなり、２次空気通路の加工が難しくなったり、排気ガス浄化性能の低下を招く可能性が生じたり、シリンダヘッドに設けられるウォータージャケットの形状に制約が生じたりする。
【０００５】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、２次空気通路の位置や角度の制約を小さくして２次空気通路の形成を容易とし、排気ガス浄化性能の向上を図ったエンジンにおける排気浄化装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、シリンダヘッド（１１）に設けられる排気ポートの燃焼室側の端部に、排気弁を着座させる、断面が中実な同一形状であるリング状のバルブシートが圧入され、前記排気ポートを流通する排気ガスに混入される２次空気を導く２次空気通路が、その下流端を、前記排気ポートに開口させてシリンダヘッドに設けられるエンジンにおいて、
前記２次空気通路の下流側通路部分が、前記燃焼室に頂部を臨ませるピストンの作動軸線と平行であって前記排気弁の作動軸線を含む平面に対して角度をなして交わる方向で直線状に延びてシリンダヘッドに形成され、さらに、前記２次空気通路の少なくとも下流側通路部分が、その燃焼室側への仮想延長部の一部を前記シリンダヘッドに圧入された状態の前記バルブシートと重ね、かつそのバルブシートの排気ポートへの圧入取付部を避けるようにして、前記バルブシートのシリンダヘッドへの圧入前に該シリンダヘッドに形成されることを特徴とする。
【０００７】
このような構成によれば、２次空気通路のうち少なくとも下流側通路部分が、バルブシートのシリンダヘッドへの圧入前に該シリンダヘッドに形成されるので、バルブシートの損傷を心配することを不要として、２次空気通路のうち少なくとも下流側通路部分の位置および角度を大きな自由度で定めることができ、２次空気通路の加工を容易とすることができ、またシリンダヘッドにおけるウォータージャケットの形状に２次空気通路が大きな制約を加えることを回避することができる。また２次空気通路が備える前記下流側通路部分の燃焼室側への仮想延長部の一部が、シリンダヘッドに圧入された状態にあるバルブシートと重ね、かつそのバルブシートの排気ポートへの圧入取付部を避けるようにして配置されるので、２次空気通路の排気ポートへの開口端を燃焼室側に極力近接させて、排気浄化性能を向上することができる。
【０００８】
また、前記２次空気通路の下流側通路部分が、前記燃焼室に頂部を臨ませるピストンの作動軸線と平行であって前記排気弁の作動軸線を含む平面に対して角度をなして交わる方向で直線状に延びて、シリンダヘッドに形成されるので、２次空気通路の排気ポートへの開口方向が、排気ポートを流れる排気ガスの流通方向に対向しないようにして、排気正圧が２次空気通路に直接作用することを避けて２次空気通路の排気ポートへの開口端を燃焼室に近接させ、排気脈動を有効に利用しつつ排気浄化性能をより一層向上することができる。
【０００９】
さらに請求項２記載の発明は、上記請求項１記載の発明の構成に加えて、前記シリンダヘッドには前記平面に直交するカムシャフトが回転自在に支承され、吸気弁および排気弁が該カムシャフトを挟むようにしてシリンダヘッドに配設され、前記カムシャフトの回転に応じて揺動する吸気側ロッカアームが前記吸気弁に連動、連結され、前記カムシャフトの回転に応じて揺動する排気側ロッカアームが前記排気弁に連動、連結されることを特徴とし、かかる構成によれば、吸気弁および排気弁をより近接させて配置するのに上記２次空気通路が邪魔にならないようにして、吸気弁および排気弁をそれらの弁がなす挟み角が小さくなるように配置することができ、シリンダヘッドの小型化に寄与することができる。
【００１０】
さらに、請求項３の発明は、上記請求項１または２記載の発明の構成に加えて、前記２次空気通路が、前記カムシャフトの軸方向の一端よりも外側で、かつその一部がカムシャフトの軸方向投影面内に位置するようにシリンダヘッドに形成されることを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の一実施例に基づいて説明する。
【００１２】
図１〜図４は本発明の一実施例を示すものであり、図１はエンジンの縦断面図、図２は図１の２−２線断面図、図３はシリンダヘッドを図１の３−３線矢視方向から見た図、図４はシリンダヘッドを図１の４−４線に沿って切断した拡大断面図である。
【００１３】
先ず図１および図２において、たとえばスクータ型の自動二輪車に搭載されるエンジンＥは、たとえば単気筒の４サイクルエンジンであり、シリンダブロック６内に設けられたシリンダライナ７にはピストン８が摺動可能に嵌合され、このピストン８にはコンロッド９を介してクランクシャフト（図示せず）に連結される。前記ピストン８の頂部を臨ませる燃焼室１０をシリンダブロック６との間に形成するシリンダヘッド１１がシリンダブロック６に結合され、シリンダブロック６とは反対側でシリンダヘッド１１にはヘッドカバー１２が結合される。
【００１４】
シリンダヘッド１１の下部側面には排気ポート１３が設けられ、この排気ポート１３には、図示しない触媒コンバータ等を含む排気系が接続される。またシリンダヘッド１１の上部側面には吸気ポート１４が設けられ、この吸気ポート１４には図示しない吸気系が接続される。
【００１５】
排気ポート１３における燃焼室１０側の端部には、断面が中実な同一形状であるリング状のバルブシート１５が圧入され、吸気ポート１４の燃焼室１０側の端部にはリング状のバルブシート１６が圧入される。シリンダヘッド１１には、前記バルブシート１５に着座可能な排気弁１７と、前記バルブシート１６に着座可能な吸気弁１８とが、開閉作動可能に配設されており、排気弁１７および吸気弁１８は動弁機構１９により開閉駆動される。
【００１６】
図３を併せて参照して、該動弁機構１９は、シリンダヘッド１１に回転自在に支承されるカムシャフト２０と、該カムシャフト２０と平行な軸線を有してシリンダヘッド１１に支持される排気側および吸気側ロッカシャフト２１，２２と、カムシャフト２０の回転に応じて揺動して排気弁１７を開閉駆動すべく排気側ロッカシャフト２１に揺動可能に支承される排気側ロッカアーム２５と、カムシャフト２０の回転に応じて揺動して吸気弁１８を開閉駆動すべく吸気側ロッカシャフト２２に揺動可能に支承される吸気側ロッカアーム２６とを備える。
【００１７】
カムシャフト２０は、前記ピストン８の作動軸線と平行であって排気弁１７および吸気弁１８の作動軸線を含む平面と直交する軸線を有するものであり、排気弁１７および吸気弁１８は、カムシャフト２０を両側から挟むようにしてシリンダヘッド１１に配設される。またカムシャフト２０には排気側カム２３および吸気側カム２４が設けられており、一端を排気側カム２３に摺接させた排気側ロッカアーム２５の他端が排気弁１７に連接され、一端を吸気側カム２４に摺接させた排気側ロッカアーム２６の他端が吸気弁１８に連接される。
【００１８】
図示しないクランクケースからシリンダブロック６を経てシリンダヘッド１１に至るまでの間には、カムチェーン室２７が、前記カムシャフト２０の一端を臨ませるようにして設けられており、カムシャフト２０の一端には被動スプロケット２８が固定される。前記カムチェーン室２７内には、前記クランクシャフトからの回転動力を伝達する無端のカムチェーン２９が走行可能に収納され、被動スプロケット２８に巻掛けられる。これにより、被動スプロケット２８およびカムシャフト２０には、クランクシャフトの回転動力が１／２に減速されて伝達される。
【００１９】
シリンダヘッド１１の一側面には、前記被動スプロケット２８およびカムシャフト２０を挿入するための挿入孔３０が設けられるとともに、該挿入孔３０を囲む取付け座３１が形成され、カムシャフト２０で回転駆動されるウォータポンプ３２のポンプハウジング３３が、前記挿入孔３０を覆って取付け座３１に締結される。
【００２０】
前記ポンプハウジング３３は、前記挿入孔３０からカムチェーン室２７内に一部を突入せしめられる円筒状のハウジング主体３４と、該ハウジング主体３４の外端を塞ぐカバー３５とから成るものであり、ハウジング主体３４に一体に設けられるフランジ部３４ａが複数のボルト３６…で前記取付け座３１に締結される。またカバー３５は、前記フランジ部３４ａを取付け座３１との間に挟むようにして複数のボルト３７…で取付け座３１に締結される。
【００２１】
ポンプハウジング３３内に形成される渦室３８にはインペラ３９が配置され、このインペラ３９が一端に固定される回転軸４０の他端部が、ハウジング主体３４の内端で液密にかつ回転自在に支承され、ハウジング主体３４の内端からの前記回転軸４０の突出部がカムシャフト２０に同軸にかつ相対回転不能に連結される。
【００２２】
前記カバー３５には、シリンダブロック６およびシリンダヘッド１１に設けられたウォータージャケット４２からの冷却水を、図示しないラジエータを介して前記ウォータポンプ３２の渦室３８に導く状態と、前記ラジエータを迂回して前記渦室３８に導く状態とを、冷却水温に応じて切換えるサーモスタット４１が内蔵される。
【００２３】
図１および図２に特に注目して、ヘッドカバー１２には、弁カバー４４が締結されており、弁カバー４４およびヘッドカバー１２間にリード弁４５が収容される。
【００２４】
このリード弁４５は、弁カバー４４との間に上流側弁室４６を形成するとともにヘッドカバー１２との間に下流側弁室４７を形成してヘッドカバー１２および弁カバー４４間に挟持される支持板４８と、下流側弁室４７内で支持板４８に取付けられるストッパ４９と、支持板４８およびストッパ４９間に挟まれる弁シート５０およびリード弁板５１とを備えるものであり、支持板４８および弁シート５０には、リード弁板５１で塞ぎ得る弁孔５２が設けられる。
【００２５】
弁カバー４４には、エンジンＥの吸気系におけるエアクリーナから計量された２次空気を上流側弁室４６に導入するための空気導入口５３が設けられる。また下流側弁室４７は、排気ポート１３に下流端を開口するようにしてシリンダヘッド１１に設けられている２次空気通路５５に、シリンダヘッド１１およびヘッドカバー１２間に跨がる円筒状のノックピン５６を介して連通される。
【００２６】
したがって排気ポート１３で生じる排気脈動に応じて、リード弁４５が開閉して２次空気が排気ガスに混入され、排気ガス中のＨＣおよびＣＯ等の未燃有害成分を酸化、浄化することになる。
【００２７】
また下流側弁室７７内でヘッドカバー１２には、排気ポート１３側から逆流してくる高温の排気ガスにリード弁４５が曝されることを回避するための多孔板状の遮熱板５７が固定される。
【００２８】
図４において、２次空気通路５５は、前記ノックピン５６に一端を同軸に連ならせた上流側部分５５ａと、該上流側部分５５ａの他端に角度をなして一端を連ならせるとともに他端を排気ポート１３に開口させた下流側通路部分５５ｂとから成るものであり、この２次空気通路５５は、図１，２に示すように、カムシャフト４０の軸方向の一端よりも外側で、しかもその一部がカムシャフト４０の軸方向の投影面内に位置してシリンダヘッド１１に形成されている。
【００２９】
しかも２次空気通路５５の下流側通路部分５５ｂは、燃焼室１０側への仮想延長部（図４において鎖線で示す部分）の一部がシリンダヘッド１１に圧入された状態のバルブシート１５と重なり、かつそのバルブシート１５の排気ポート１３への圧入取付部を避けて配置されるものである。そして、この下流側通路部分５５ｂは、バルブシート１５のシリンダヘッド１１への圧入前に、機械加工もしくはシリンダヘッド１１の鋳造時の中子成形により形成される。
【００３０】
また２次空気通路５５の下流側通路部分５５ｂは、ピストン８の作動軸線と平行であって排気弁１７の作動軸線を含む平面に対して角度をなして交わる方向で直線状に延びてシリンダヘッド１１に形成される。
【００３１】
次にこの実施例の作用について説明すると、排気ポート１３を流通する排気ガスに混入される２次空気を導く２次空気通路５５の下流側通路部分５５ａが、バルブシート１５のシリンダヘッド１１への圧入前に該シリンダヘッド１１に形成されるので、バルブシート１５の損傷を心配することを不要として、前記下流側通路部分５５ｂの位置および角度を大きな自由度で定めることができ、２次空気通路５５の加工を容易とすることができ、またシリンダヘッド１１におけるウォータージャケット４２の形状に２次空気通路５５が大きな制約を加えることを回避することができる。
【００３２】
また前記下流側通路部分５５ｂの燃焼室１０側への仮想延長部の一部がシリンダヘッド１１に圧入された状態のバルブシート１５と重なるので、２次空気通路５５の排気ポート１３への開口端を燃焼室１０側に極力近接させることができ、それにより排気浄化性能を向上することができる。
【００３３】
また２次空気通路５５の下流側通路部分５５ｂは、燃焼室１０に頂部を臨ませるピストン８の作動軸線と平行であって排気弁１７の作動軸線を含む平面に対して角度をなして交わる方向で直線状に延びてシリンダヘッド１１に形成される。これにより下流側通路部分５５ｂの排気ポート１３への開口方向が、排気ポート１３を流れる排気ガスの流通方向に対向しないようにして、排気正圧が２次空気通路５５に直接作用することを避けて前記下流側通路部分５５ｂの排気ポート１３への開口端を燃焼室１０に近接させ、排気脈動を有効に利用しつつ排気浄化性能をより一層向上することができる。
【００３４】
さらにシリンダヘッド１１には、ピストン８の作動軸線と平行であって排気弁１７の作動軸線を含む平面に直交するカムシャフト２０が回転自在に支承され、吸気弁１８および排気弁１７が該カムシャフト２０を挟むようにしてシリンダヘッド１１に配設され、カムシャフト２０の回転に応じて揺動する吸気側ロッカアーム２６が前記吸気弁１８に連動、連結され、前記カムシャフト２０の回転に応じて揺動する排気側ロッカアーム２５が前記排気弁１７に連動、連結される。 したがって吸気弁１８および排気弁１７をより近接させて配置するのに上記２次空気通路５５が邪魔にならないようにして、吸気弁１８および排気弁１７をそれらの弁１８，１７がなす挟み角が小さくなるように配置することができ、シリンダヘッド１１の小型化に寄与することができる。
【００３５】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行うことが可能である。
【００３６】
たとえば上記実施例では、２次空気通路５５が、上流側通路部分５５ａと、上流側通路部分５５ａに角度をなして連なる下流側通路部分５５ｂとで構成されたが、２次空気通路をその上流端から下流端まで一直線状に延びるように形成することも可能である。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように請求項１記載の発明によれば、バルブシートの損傷を心配することを不要として、２次空気通路のうち少なくとも下流側通路部分の位置および角度を大きな自由度で定めることができ、２次空気通路の加工を容易とすることができ、またシリンダヘッドにおけるウォータージャケットの形状に２次空気通路が大きな制約を加えることを回避することができる。しかも２次空気通路の排気ポートへの開口端を燃焼室側に極力近接させて、排気浄化性能を向上することができる。
【００３８】
また、排気正圧が２次空気通路に直接作用することを避けて２次空気通路の排気ポートへの開口端を燃焼室に近接させ、排気脈動を有効に利用しつつ排気浄化性能をより一層向上することができる。
【００３９】
さらに請求項２記載の発明によれば、吸気弁および排気弁をより近接させて配置するのに２次空気通路が邪魔にならないようにし、吸気弁および排気弁をそれらの弁がなす挟み角が小さくなるように配置することができ、シリンダヘッドの小型化に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 エンジンの縦断面図である。
【図２】 図１の２−２線断面図である。
【図３】 シリンダヘッドを図１の３−３線矢視方向から見た図である。
【図４】 シリンダヘッドを図１の４−４線に沿って切断した拡大断面図である。
【符号の説明】
８・・・ピストン
１０・・・燃焼室
１１・・・シリンダヘッド
１３・・・排気ポート
１５・・・バルブシート
１７・・・排気弁
１８・・・吸気弁
２０・・・カムシャフト
２５・・・排気側ロッカアーム
２６・・・吸気側ロッカアーム
５５・・・２次空気通路
５５ｂ・・・下流側通路部分
Ｅ・・・エンジン

Claims (3)

1. シリンダヘッド（１１）に設けられる排気ポート（１３）の燃焼室（１０）側の端部に、排気弁（１７）を着座させる、断面が中実な同一形状であるリング状のバルブシート（１５）が圧入され、前記排気ポート（１３）を流通する排気ガスに混入される２次空気を導く２次空気通路（５５）が、その下流端を、前記排気ポート（１３）に開口させてシリンダヘッドに設けられるエンジンにおいて、
   前記２次空気通路（５５）の下流側通路部分（５５ｂ）が、前記燃焼室（１０）に頂部を臨ませるピストン（８）の作動軸線と平行であって前記排気弁（１７）の作動軸線を含む平面に対して角度をなして交わる方向で直線状に延びてシリンダヘッド（１１）に形成され、さらに、前記２次空気通路（５５）の少なくとも下流側通路部分（５５ｂ）が、その燃焼室（１０）側への仮想延長部の一部を前記シリンダヘッド（１１）に圧入された状態の前記バルブシート（１５）と重ね、かつそのバルブシート（１５）の排気ポート（１３）への圧入取付部を避けるようにして、前記バルブシート（１５）のシリンダヘッド（１１）への圧入前に該シリンダヘッド（１１）に形成されることを特徴とするエンジンにおける排気浄化装置。
2. 前記シリンダヘッド（１１）には前記平面に直交するカムシャフト（２０）が回転自在に支承され、吸気弁（１８）および排気弁（１７）が該カムシャフト（２０）を挟むようにしてシリンダヘッド（１１）に配設され、前記カムシャフト（２０）の回転に応じて揺動する吸気側ロッカアーム（２６）が前記吸気弁（１８）に連動、連結され、前記カムシャフト（２０）の回転に応じて揺動する排気側ロッカアーム（２５）が前記排気弁（１７）に連動、連結されることを特徴とする、請求項１に記載のエンジンにおける排気浄化装置。
3. 前記２次空気通路（５５）が、前記カムシャフト（２０）の軸方向の一端よりも外側で、かつその一部がカムシャフト（２０）の軸方向投影面内に位置するようにシリンダヘッド（１１）に形成されることを特徴とする、前記請求項１または２記載のエンジンにおける排気浄化装置。

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