JP4458973B2

JP4458973B2 - 内燃機関の２次空気供給構造

Info

Publication number: JP4458973B2
Application number: JP2004219883A
Authority: JP
Inventors: 文弘国保; 政博甚田
Original assignee: Toyota Motor Corp; Futaba Industrial Co Ltd
Current assignee: Toyota Motor Corp; Futaba Industrial Co Ltd
Priority date: 2004-07-28
Filing date: 2004-07-28
Publication date: 2010-04-28
Anticipated expiration: 2024-07-28
Also published as: US7197869B2; US20060021336A1; JP2006037862A

Description

この発明は、内燃機関の吸気系を流通する吸気の一部または外気、いわゆる２次空気を同機関の排気系に供給する内燃機関の２次空気供給構造に関するものである。

車載内燃機関には、排気エミッションの改善を意図して、同機関の排気系に２次空気を供給する２次空気供給装置を備えたものがある。この２次空気供給装置によれば、たとえば内燃機関が冷間始動等され、排気系の途中に配設される触媒がまだ活性化されていない期間には、２次空気供給通路を介して機関の排気系に２次空気が供給される。排気系に２次空気が供給されると、同排気系内の排気ガスに含まれる未燃焼ガスが燃焼され、同排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）が酸化される。このように、排気ガス中のＨＣやＣＯを酸化させることによりそれらＨＣやＣＯの残存量が減少し、前記触媒が活性化していない期間におけるＨＣやＣＯの外部への放出が抑制され、排気エミッションが改善される。また、未燃焼ガスの燃焼により前記触媒が速やかに昇温され、内燃機関の冷間始動後、同触媒が早期に活性状態となる。このような内燃機関の２次空気供給構造を開示するものとしては、下記特許文献１および２が挙げられる。
実開平５−０１０７３５号公報特開２００３−３５１３６号公報

上記特許文献１には、シリンダヘッド長手方向に沿って配置される２次空気供給管と、２次空気供給管からの２次空気を各気筒排気系に分配する２次空気分配管を備えた構成が開示されている。また、特許文献２には、２次空気供給管を構成するデリバリ通路部が、排気マニホールドのフランジ部に一体成型されている。ここで、特許文献１における２次空気供給管を、特許文献２に開示の排気マニホールドのフランジ部と一体接合すると共に、２次空気分配を排気マニホールドのフランジ部に形成することが考えられるが、２次空気供給管を排気マニホールドのフランジ部に一体接合することは容易ではない。

したがって、この発明は、容易に形成することのできる、内燃機関の２次空気供給構造を提供することにある。

この発明に基づいた内燃機関の２次空気供給構造においては、シリンダヘッドの長手方向に沿って配置される２次空気供給管と、上記２次空気供給管を排気マニホールドのフランジ部と一体接合すると共に、上記２次空気供給管からの２次空気を各気筒排気系に分配する２次空気分配通路を上記排気マニホールドの上記フランジ部に設ける、内燃機関の２次空気供給構造であって、上記排気マニホールドの上記フランジ部には、上記フランジ部から突出し、それぞれの上記２次空気分配通路に対応する位置に延長部が設けられ、上記延長部の表面には、上記２次空気分配通路を含み、上記２次空気供給管の外形形状に沿う座面を有している。

そして、上記排気マニホールドを上記シリンダヘッドに固定した状態において、上記２次空気分配通路は、上記２次空気供給管側から上記シリンダヘッドの気筒排気系に向かって下方に傾斜するように設けられている。さらに、上記２次空気分配通路と上記各気筒排気系との間に形成される上記シリンダヘッド側における上記２次空気の供給通路は、上記２次空気分配通路に接続された部分から上記気筒排気系に向かって下方に傾斜するように設けられ、上記シリンダヘッドの上記気筒排気系は、上記シリンダヘッド側における上記２次空気の供給通路と接続されている部分から上記排気マニホールドに向かって下方に傾斜するように設けられる。

上記構成からなる内燃機関の２次空気供給構造によれば、排気マニホールドのフランジ部に、このフランジ部から突出し、それぞれの２次空気分配通路に対応する位置に延長部が設けられることにより、この延長部を利用して、排気マニホールドのフランジ部に２次空気供給管を固定することができる。これにより、部分的な溶接等による接続構造が採用できるため、組立工数を低減させることができ、低コスト化および構造の簡素化を図ることができる。また、延長部の表面には、２次空気分配通路を含み、２次空気供給管の外形形状に沿う座面を設けていることから、２次空気供給管の位置決めを容易に行なうことができる。さらに、２次空気分配通路に対して直接２次空気供給管を固定することができるため、２次空気供給管のフランジ部への固定構造を安定させて、２次空気供給管の強度向上を図るとともに、省スペース化、軽量化、および、構造の簡素化を図ることが可能となる。

以下、本発明に基づいた実施の形態における内燃機関の２次空気供給構造を備える排気マニホールドについて、図１〜図３を参照しながら説明する。なお、図１は本実施の形態における排気マニホールドの平面図であり、図２は本実施の形態における排気マニホールドの側面図である。また、図３は、図２中ＩＩＩ線矢視断面図である。

（排気マニホールド１００の構造）
図１および図２を参照して、本実施の形態における排気マニホールド１００は、排気管フランジ１０１と、この排気管フランジ１０１に連結される分岐排気管１０２と、この分岐排気管１０２に連結される第１排気管１０３および第２排気管１０４と、さらに、この第２排気管１０４から分岐する第３排気管１０５、第４排気管１０６、および、第５排気管１０７を備えている。第１排気管１０３、第３排気管１０５、第４排気管１０６、および、第５排気管１０７は、排気マニホールドフランジ２００に連結されている。

また、この排気マニホールドフランジ２００には、シリンダヘッド４００（図３参照）の長手方向に沿って配置されるステンレス製の２次空気供給管３００が取付けられている。この２次空気供給管３００は、排気エミッションを改善するために、各気筒排気系（本実施の形態においては４気筒）に２次空気を供給するためのものである。

（２次空気供給構造）
次に、図２から図５を参照して、排気マニホールドフランジ２００への２次空気供給管３００の取付け構造（２次空気供給構造）について詳細に説明する。なお、図４は、図２中ＩＩＩ線矢視断面に対応する排気マニホールドフランジ２００の部分断面図であり、図５は、図４中Ｖ矢視図である。

排気マニホールドフランジ２００には、略上方側に向かって突出する、略半円弧形状の延長部２１０が気筒数に対応して４箇所設けられている。この延長部２１０には、２次空気分配通路２１０ａがそれぞれ設けられる。したがって、延長部２１０は、シリンダヘッド４００の各気筒排気系に連通するように、各気筒排気系に対応する位置に設けられることとなる。延長部２１０の２次空気供給管３００が当接する表面には、２次空気分配通路２１０ａを含み、２次空気供給管３００の外形形状に沿う座面２１０ｂが形成されている。２次空気分配通路２１０ａは、図３および図４に示すように、排気マニホールド１００をシリンダヘッド４００に固定した状態において、２次空気供給管３００側からシリンダヘッド４００の気筒排気系に向かって下方に傾斜するように設けられる。

具体的には、図４に示すように、排気マニホールド１００をシリンダヘッド４００に固定した状態において、２次空気分配通路２１０ａの軸線Ｌ１の水平線ｈに対する交差角度（θ１）は、バンク角９０°のＶ８エンジンの場合には、０°より大きく約３０°以下となるように設けられ、バンク角６０°のＶ６エンジンの場合には、０°より大きく約４５°以下となるように設けられ、直列多気筒エンジンの場合には、０°より大きく約７５°以下となるように設けられる。また、排気マニホールドフランジ２００の底面２００ａに対する交差角度（θ２）は、Ｖ８エンジンの場合には、約１０°〜約４５°程度となり、Ｖ６エンジンの場合には、約１０°〜約６０°程度となり、直列多気筒エンジンの場合には、約１０°〜約９０°程度となる。さらに、座面２１０ｂにおいても、図４に示すように、排気マニホールド１００をシリンダヘッド４００に固定した状態において、座面２１０ｂを規定する線Ｌ２の鉛直線Ｖに対する交差角度（θ３）は、Ｖ８エンジンの場合には、約−４５°〜約４５°程度となるように設けられ、Ｖ６エンジンの場合には、約−３０°〜約６０°程度となるように設けられ、直列多気筒エンジンの場合には、０°〜約９０°程度となるように設けられる。なお、排気マニホールドフランジ２００の底面２００ａに対する交差角度（θ４）は、約５°〜約８５°程度となる。

（作用・効果）
以上、本実施の形態における内燃機関の２次空気供給構造によれば、排気マニホールド１００のフランジ部２００に延長部２１０を設けることにより、この延長部２１０に、２次空気供給管３００を固定することができる。この際、２次空気供給管３００を全体的に支持するようにした場合には、溶接長さが長くなり、溶接による歪が発生し易いとともに、排気マニホールド１００の重量増加を招くことになる。しかし、本実施の形態のように、部分的に延長部２１０を設けることで、溶接箇所および作業を最小にするとともに、排気マニホールド１００の重量増加を招くこともない。また、延長部２１０に２次空気供給管３００を直接固定していることから、固定状態の安定化が図られ、振動の発生を防止することができるとともに、省スペース化を図ることが可能となる。また、２次空気供給管３００の外形形状に沿う座面２１０ｂを設けることで、２次空気供給管３００の位置決めを容易に行なうことができる。

また、排気マニホールド１００をシリンダヘッド４００に固定した状態において、２次空気分配通路２１０ａを２次空気供給管３００側からシリンダヘッドの気筒排気系に向かって下方に傾斜するように設け、また、座面２１０ｂを傾斜するように設けることで、図６に示すように、２次空気供給管３００内に排気凝縮水Ｗが溜まった場合であっても、２次空気供給管３００内に２次空気を通過させる空間を確保させ、２次空気供給管３００内が排気凝縮水Ｗによって閉塞されることを防止することができる。その結果、２次空気供給システムの機能低下を防止することができる。さらに、排気凝縮水Ｗが増加した場合でも、図７に示すように、排気凝縮水Ｗは２次空気分配通路２１０ａを自然落下し、気筒排気系側に排出させることができる。

また、従来の構造の一例として、排気マニホールドのフランジ部に設けた２次空気供給通路を鋳鉄により形成し、排気マニホールドの排気ポート付近に２次空気を噴射する構造が挙げられる。この構造では、鋳鉄による錆びが２次空気供給通路内に発生し、発生した錆びが２次空気開閉バルブに噛み込まれるおそれがある。また、燃焼室内に錆びが混入して、ピストン、ピストンリング、シリンダボアを破損させるおそれもある。さらに、鋳鉄の場合には、熱容量が大きく熱が２次空気供給通路に蓄えられる結果、シリンダヘッドまたはシリンダヘッド内部の機能部品に熱的な悪影響をもたらすおそれもある。さらに、一般的に鋳鉄を用いた場合には、肉厚が厚くなるため重量が増加し、また、切削加工が必要になる問題もある。しかし、上記本実施の形態においては、このような鋳鉄を用いた場合に生じる問題は何ら生じない。

なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるのではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

本実施の形態における排気マニホールドの平面図である。本実施の形態における排気マニホールドの側面図である。図２中ＩＩＩ線矢視断面図である。図２中ＩＩＩ線矢視断面に対応する排気マニホールドフランジ２００の部分断面図である。図４中Ｖ矢視図である。２次空気供給管内に排気凝縮水が溜まった状態を示す模式断面図である。２次空気供給管内に溜まった排気凝縮水を排水する状態を示す模式断面図である。

符号の説明

１００排気マニホールド、１０１排気管フランジ、１０２分岐排気管、１０３第１排気管、１０４第２排気管、１０５第３排気管、１０６第４排気管、１０７第５排気管、２００排気マニホールドフランジ、２１０延長部、２１０ａ２次空気分配通路、２１０ｂ座面、３００２次空気供給管、４００シリンダヘッド。

Claims

シリンダヘッドの長手方向に沿って配置される２次空気供給管と、前記２次空気供給管を排気マニホールドのフランジ部と一体接合すると共に、前記２次空気供給管からの２次空気を各気筒排気系に分配する２次空気分配通路を前記排気マニホールドの前記フランジ部に設ける、内燃機関の２次空気供給構造であって、
前記排気マニホールドの前記フランジ部には、前記フランジ部から突出し、それぞれの前記２次空気分配通路に対応する位置に延長部が設けられ、
前記延長部の表面には、前記２次空気分配通路を含み、前記２次空気供給管の外形形状に沿う座面を有し、
前記排気マニホールドを前記シリンダヘッドに固定した状態において、前記２次空気分配通路は、前記２次空気供給管側から前記シリンダヘッドの気筒排気系に向かって下方に傾斜するように設けられ、
前記２次空気分配通路と前記各気筒排気系との間に形成される前記シリンダヘッド側における前記２次空気の供給通路は、前記２次空気分配通路に接続された部分から前記気筒排気系に向かって下方に傾斜するように設けられ、
前記シリンダヘッドの前記気筒排気系は、前記シリンダヘッド側における前記２次空気の供給通路と接続されている部分から前記排気マニホールドに向かって下方に傾斜するように設けられる、
内燃機関の２次空気供給構造。