JPS60198319A

JPS60198319A - 二次空気供給装置

Info

Publication number: JPS60198319A
Application number: JP5476684A
Authority: JP
Inventors: Toshinobu Ishida; 石田　年伸; Shigeru Kamiya; 茂神谷
Original assignee: Nippon Soken Inc
Current assignee: Soken Inc
Priority date: 1984-03-21
Filing date: 1984-03-21
Publication date: 1985-10-07

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、内燃機関の排気脈動による負圧を利用して排
気通路内に二次空気を供給し、有害排出物を低減させる
二次空気供給装置に関する。

〔技術背景〕

まず、二次空気供給装置の概略について記す。

ガソリンエンジンの排気ガスを触媒により浄化するシス
テムにおいて、排気ガス成分のうち、炭化水素（ＨＣ）
−酸化炭素（ＣＯ）を酸化反応より浄化するために、排
気系内の触媒１その上流部より空気を供給することを二
次空気の供給という。

これには、機関で駆動されるエアーポンプ等により強制
的に二次空気を供給する方法と、排気管内に発生する脈
動負圧を利用して二次空気を供給する二通りの方法があ
る。

前者は、特に空気ポンプなどを使って二次空気を供給す
るため、供給量の調節等、エンジンへの適合が容易な反
面、構造が複雑でコストも高くつく欠点を有する。一方
後者は、構造の簡単な逆止弁と管路のみから構成されて
いるだけであり、コストは安い。しかしながら、脈動負
圧利用している為、十分な供給量を得るためには排気系
は當に大きな脈動を発生しなくてはならず、振動、騒音
などの原因となる恐れがある。また、エンジンの運転条
件により排気脈動が変化し、供給空気量が変わるため、
エンジンへの適合が難しいという欠点がある。このよう
に、排気マニホールド内の脈動は、エンジンの運転条件
及び排気系の共鳴特性に大きく左右され、一般車両では
、騒音、振動対策のため、エンジン低回転時には、その
脈動は極めて小さくなる様に設計されている場合が多い
。

従って、この状態では、二次空気の供給量は非常に小さ
くなってしまう。

これを改善するには、排気系の共鳴特性を変え、排気管
内の脈動を大きくすれば容易に解決できるのであるが、
騒音、振動対策の為、排気系の共鳴特性を変更すること
ができないのが現状である。

〔従来技術〕

たとえば、第１図に示す構成の二次空気供給装置では、
排気マニホールド３に取付けた分岐管４上流に逆止弁５
を取付け、排気マニホールド内の脈動負圧を利用して、
エアクリーナ１より二次空気を導入する構造となってい
る。従って、このような構成では、排気マニホールド３
内が負圧になった時のみ逆止弁が開き、エアクリーナｌ
から二次空気が排気マニホールド３内に導入される。従
って、脈動が小さい時には、二次空気はほとんど供給さ
れない。この構成における、エンジン回転数と二次空気
供給量との関係を示したものが第２図である。

この図かられかるように、二次空気の供給量は、エンジ
ンの回転数により大きく変化し、図中Ａで示す毎分６０
０回転で最小、図中Ｂで示す９００回転で最大となる。

ここで、第２図に示すＡ、Ｂ各々のエンジン回転数にお
ける排気マニホールド３内の圧力変動をとってみると、
第３図に示すようになる。

この図かられかるように、二次空気の供給量が少ないＡ
点（６００ｒｐｍ）で脈動の負圧部分はほとんどなく、
Ｂ点（９００ｒｐｍ）では、脈動の変動幅が大きく負圧
部分も大きい。従って、前に説明した様に、Ａの状態で
も、脈動を大きくすれば、二次空気の供給量は増加する
ことがわかる。

これには、排気系の共鳴特性を変更することで対策が可
能であるが、振動、騒音対策上困難である。

〔発明の目的〕

そこで本発明は上記問題点に鑑み、振動、騒音を発生さ
せることなく、エンジン低回転時の二次空気量を増加さ
せることを目的とする。

〔発明の構成〕

この目的を達するため本発明では、逆止弁を介して大気
と排気系を連通ずる通路の逆止弁下流側に共鳴器を配し
、排気系の排気脈動の圧力変動幅が最小時の排気脈動周
波数に前記共鳴器が共鳴するようにした。

〔発明の効果〕

本発明の二次空気供給装置を用いれば、排気系内の排気
脈動は増幅せず、逆止弁近傍の通路内のみの排気脈動を
共鳴器によって増幅することができる。従って、排気脈
動の圧力変動幅が小さい時でも、振動、騒音を発生させ
ることなく、十分に二次空気を供給させることができる
。さらに、排気脈動の圧力変動幅が大きい時には共鳴器
が減衰効果を奏し、二次空気の供給量が多すぎるときの
騒音を防止することができる。

〔実施例〕

一般に管は、その管長に応じた周波数の音に共鳴するこ
とが知られている。音は、いわゆる空気の振動であるか
ら、排気系の脈動に対しても必ず共鳴は起こる。しかし
ながら、エンジン低回転の周波数は、数十ヘルツと低く
、単一管で共鳴させるには、数〜十数メートルの長さを
必要とする。

これでは、実際の車両への搭載は不可能である。

次に共鳴器について考えてみる。第４図に示すように、
細管１０とその断面積に対して十分大きな広さを持つ共
鳴５１１には、Ｖ’ｏ　＝　Ｃ／　２π・　Ｓ／Ｃ１１Ｑ）−・・・　
式（１）で表わす周波数で共鳴する特性があることは周
知である。ＶＯは共鳴周波数、Ｃは音速、ｐは管長、Ｑ
は共鳴器の体積、Ｓは管の断面積である。

このような共鳴器の場合、エンジン低回転でも、細管と
の組合せにより十分車両搭載可能な体積で共鳴可能であ
る。そこで、第５図に示す様に排気マニホールド３に共
鳴器１ｏを設置し、実際に脈動の大きさを調べてみた。

第１図に示す従来装置では、第２図にも示した様にエン
ジン回転数が６０Ｏｒｐｍで二次空気供給量が最少とな
っており、この時の排気マニホールド３内の周波数は４
０　）１　ｚである。そこで第５図の装置ではこの周波
数に共鳴する様に、前記＋１１式より分岐管１ｏの内径
を１２＊ｍ、長さを７０ｃｍ、共鳴器１１の容積２９６
ｃ＋ａとしである。

第６図は第５図装置による実験結果を示すもので、第６
図（ａ）は排気マニホールド３内の圧力変動を示し、第
６図（ｂｌは共鳴器ｌｌ内の圧力変動を示している。こ
の図からもわかる様に共鳴器１１内の脈動は、排気マニ
ホールド３内の脈動に比べ、大きく増幅されていること
がわかる。つまり、排気マニホールド３内の脈動が小さ
くとも、共鳴器１１を共鳴させることにより、二次空気
の増加が可能であることがわかった。

以上の検討結果に基づき、本実施例は第７図に示す様な
構成とした。

第７図中９は自動車走行用エンジンで、このエンジン９
の複数の燃焼室（省図示）内には、エアクリーナｌによ
ってチリ、ホコリ等を取り除かれた新気が、吸気マニホ
ールド２を通って導入される。そして、各燃焼室内より
排出される排気ガスは、排気マニホールド３によって集
合され排気管６に導かれる。排気管６には排気ガス中に
含まれる炭化水素（ＨＣ）や−酸化炭素（ＣＯ）を酸化
反応により浄化させる酸化触媒７と、排気音低減のため
の消音装置が配されている。

また、排気マニホールド３には耐熱性のある金属からな
る分岐管１０の一端が開口しており、この分岐管１０の
他端は共鳴器１１に開口している。

さらにこの共鳴器１１内には逆止弁１２が配され、この
逆止弁１２を介して共鳴器１１は連結管１３により前記
エアクリーナｌに連絡している。前記逆止弁１２はエア
クリーナ１から共鳴器１１へ流れる空気の流れを許容し
ており、共鳴器１１からエアクリーナ１への流れを防止
している。尚、本実施例において、分岐管１０内径を１
２１１１１、厚さを７Ｑｃｍ、共鳴器１１の容積を２９
６ｃｄとし、エンジン回転数が６０Ｏｒｐｍ　（４０Ｈ
２）で共鳴するように構成されている。また図中３０は
吸入空気量を調整するスロットルバルブである。

次に本実施例の効果について説明する。

第８図はエンジン回転数と二次空気供給量の関係を示す
もので、図中（イ）が本実施例によるもの、（ロ）が従
来装置によるものである。この図かられかる様に、二次
空気供給量が最小となるエンジン回転数６０Ｏｒｐｍ（
Ａ点）では、本実施例のものは従来装置に比べ約２．６
倍の二次空気供給量を有している。一方、二次空気供給
量が最大となるエンジン回転数９０Ｏｒｐｍ（Ｂ点）で
は、本実施例装置の方が二次空気の供給量が減少してい
る。これは、共鳴器１１がエンジン回転数６０Ｏｒｐｍ
（４０Ｈｚ）で共鳴するように設定されているため、そ
の共鳴周波数から離れるに従って共鳴器１１内の脈動が
減衰されるからである。しかしながら、Ｂ点での二次空
気供給量は多少減少しても触媒にとっても十分であり、
逆にこの共鳴器１１の減衰作用は供給量が大ずぎる時に
発生する騒音を低減する効果もある。また共鳴は、前記
したように、分岐管の長さ、断面積、共鳴器の体積に関
係し、その形状にはあまり左右されない。

第９図は本発明の他の実施例を示すものである。

前述の実施例では共鳴器１１とエアクリーナ１を別体に
設けたが、第９図に示す様に、これらを一体に形成して
もよい。つまりエアクリーナ１の側面に共鳴器１１を設
置し、共鳴器１１とエアクリーナ１との連結開口部に逆
止弁１２が配されている。共鳴器１１とエアクリーナ１
とが一体化されていることにより通気抵抗が減少してい
る。

第１０図も他の実施例を示すもので、逆止弁５と共鳴器
１１を別体に構成したものである。

第１１図も他の実施例を示すもので、分岐管の途中から
さらに副分岐管１０ａを設け、この副分岐管１０ａの先
端に共鳴器１１を設置した。この様な構成としても前述
の第１実施例と同様な効果を有する。

以上の実施例では分岐管１０の内径、長さ、共鳴器１１
の容積を規定したが、もちろんこれらに限るものではな
く、エンジン条件、車両への搭載条件等により最適に決
定されるべきものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の二次空気供給装置を示す構成図、第２図
は従来の二次空気供給装置の特性を示す図第３図は排気
マニホールド内の脈動を示す図、第４図は共鳴系の原理
を示す構成図、第５図は共鳴系をエンジン排気系に取付
けた場合の構成図、第６図は共鳴系の効果を示す図、第
７図は本発明の第１実施例を示す構、成因、第８図は本
発明の第１実施例の効果を示す図、第９図、第１０図、
第１１図は本発明の他の実施例を示す図である。１・・・エアクリーナ、２・・・吸気マニホールド、３
・・・排気待ち、４．１０・・・分岐管、５．１２・・
・逆止弁、６・・・排気管、７・・・触媒、８・・・消
音器、９・・・エンジン本体、１１・・・共鳴器。代理人弁理士　岡　部　隆エンシ゛ン回車（Ｑ　（ｒｌ）ｍ）第３図第４図第５図第７図工ンシ′ンω車元′ｖＫ　（ｒｐｍ）第９図第１０図　第１１図

Claims

【特許請求の範囲】

一端が大気に連通し他端が逆止弁を介して内燃機関の排
気系に連通ずる通路と、この通路の前記逆止弁下流に設
けられ″た共鳴器とを備え、前記排気系の排気脈動を利
用して前記通路より前記排気系に二次空気を供給し、前
記排気脈動の圧力変動幅が最小時の排気脈動周波数に前
記共鳴器が共鳴するよう構成された二次空気供給装置。