(57)【要約】【課題】  排気通路に吐出される２次エアの吐出流量の減少を防止し、気筒間の２次エア流量のばらつきを防止する。【解決手段】  ２次エア供給装置４０は、排気弁２０のステム部２１を摺動可能に支持して排気管２３に連通するエンジンＥの支持孔部１０ａに開口する２次エア供給通路４２の開口部４２ａと、支持孔部１０ａに摺動可能に挿着されるステム部２１の摺動部２１ａとを有する。開口部４２ａは、排気弁２０が排気ポート１３を閉塞する位置に移動すると摺動部２１ａが開口部から離反し、且つ排気弁２０が排気ポート１３を開放する位置に移動すると摺動部２１ａが開口部４２ａに対向する位置に配置する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エアポンプから吐出した２次エアをエンジンの排気通路に繋がる２次エア供給通路に流して前記排気通路に供給する２次エア供給装置において、
前記エンジンの排気弁により排気ポートが閉塞されているときに、前記２次エア供給通路と前記排気通路とを連通して前記エアポンプから吐出した前記２次エアを該排気通路に供給し、前記エンジンの前記排気弁により前記排気ポートが開放されているときに、前記２次エア供給通路を遮断して前記エアポンプから吐出した前記２次エアの前記排気通路への供給を規制する２次エア供給制御手段を備えたことを特徴とする２次エア供給装置。
【請求項２】
前記２次エア供給制御手段は、前記排気通路に連通して前記排気弁のステム部を摺動可能に支持する支持孔部に開口する前記２次エア供給通路の開口部と、前記支持孔部に摺動可能に挿着される前記ステム部の摺動部とを有し、
前記開口部は、前記排気弁が前記排気ポートを閉塞する位置に移動すると前記摺動部が前記開口部から離反し、且つ前記排気弁が前記排気ポートを開放する位置に移動すると前記摺動部が前記開口部に対向する位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の２次エア供給装置。
【請求項３】
前記２次エア供給制御手段は、前記排気弁を往復動させるカム軸と同期して回転動して該カム軸の回転角度に応じて前記２次エア供給通路を連通し及び遮断する開閉弁を備えることを特徴とする請求項１に記載の２次エア供給装置。
【請求項４】
前記２次エア供給通路は、前記排気弁を往復動させるカム軸内に設けられた第１供給通路と、該カム軸を支持する支持部に設けられて前記排気通路に連通する第２供給通路とを有し、
前記開閉弁は、前記カム軸の外周に形成されて前記第１供給通路に連通して該カム軸の回転動によって前記排気弁が前記排気ポートを閉塞しているときに前記第１供給通路と前記第２供給通路とを連通する周溝と、前記カム軸の外周に形成されて前記カム軸の回転動によって前記排気弁が前記排気ポートを開放しているときに、前記第１供給通路と前記第２供給通路との連通を遮断する弁体とを有してなることを特徴とする請求項３に記載の２次エア供給装置。
【請求項５】
前記排気通路の下流側に過給機を備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の２次エア供給装置。
【請求項６】
エアポンプから吐出した２次エアをエンジンの排気通路に繋がる２次エア供給通路に流して前記排気通路に供給する２次エア供給方法において、
前記エンジンの排気弁によって排気ポートが閉塞されて前記排気通路が前記エンジンの燃焼室と遮断されているときに前記２次エアを前記排気通路に供給することを特徴とする２次エア供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気通路に２次エアを供給する２次エア供給装置及び供給方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用等のエンジンにおいては、排気性能の向上等を目的として、２次エア供給装置が備えられているものがある（特許文献１参照）。この２次エア供給装置は、エアポンプから吐出した２次エアを流す２次空気導管と２次空気導管の下流側端部から分岐した複数の供給導管を備える。複数の供給導管は、エンジンに設けられた複数のシリンダのそれぞれに繋がる排気通路に１本づつ配設されている。
【０００３】
供給導管から供給される２次エアは、その供給導管が配設された排気通路に繋がる排気ポートに設けられた排気弁によって排気ポートが開放されているときだけ供給されるようになっている。このため、２次エアは、排気ポートから排出された排気ガスとともに排気通路を流れて排気通路の下流側に設けられた触媒に供給される。
【特許文献１】特開平８−２３２６４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、供給導管は、これから吐出された２次エアと排気ポートから排出された排気ガスとの混合を容易にするとともに、排気通路に排出された排気ガスの燃焼を容易にする等のため、供給導管から吐出する２次エアの排出方向が排気ガスの排出方向と対向するように開口端部が排気ポート側へ向けられているとともに、供給導管の先端開口部が排気ポートの近傍位置に配置されている。
【０００５】
このため、排気ポートから吐出した高圧の排気ガスの一部は２次エアに抗して供給導管を逆流して、この供給導管から吐出する２次エアの吐出流量を減少させる虞があるという問題が生じる。また供給導管は他の供給導管と２次空気導管を介して連通しているので、排気ガスがいずれかの供給導管を逆流して他のいずれかの供給導管を流れると、他の供給導管に圧力脈動を生じさせてこの他の供給導管から吐出する２次エアの吐出流量をも減少させるという問題が生じる。また、他の供給導管から吐出する２次エアが他の気筒に流れると、気筒間において２次エアの流量ばらつきが生じるという問題が起きる。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、供給導管から吐出する２次エアの吐出流量の減少を防止し、気筒間において２次エアの流量ばらつきの無い２次エア供給装置及び２次エア供給方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために本発明の２次エア供給装置は、エアポンプから吐出した２次エアをエンジンの排気通路（例えば、実施形態における排気管２３）に繋がる２次エア供給通路に流して排気通路に供給する２次エア供給装置において、エンジンの排気弁により排気ポートが閉塞されているときに、２次エア供給通路と排気通路とを連通してエアポンプから吐出した２次エアを該排気通路に供給し、エンジンの排気弁により排気ポートが開放されているときに、２次エア供給通路を遮断してエアポンプから吐出した２次エアの排気通路への供給を規制する２次エア供給制御手段（例えば、実施形態における２次エア供給制御部４５）を備えたことを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、排気ポートが閉塞されているときに２次エアを排気通路に供給し、排気ポートが開放されているときに２次エア供給通路を遮断する２次エア供給制御手段を設けることで、排気ガスが排気通路に噴出されていないときに、２次エアが排気通路に供給される。このため、高圧の排気ガスが２次エア供給通路を逆流することはなく、排気ガスが２次エア供給通路を逆流して他の２次エア供給通路に流れてこの通路内において圧力脈動を生じさせる事態を未然に防止することができる。その結果、複数の排気通路から吐出する２次エアの吐出流量の減少を確実に防止することができ、気筒間において２次エアの流量ばらつきが生じる事態を未然に防止することができる。
【０００９】
また本発明によれば、２次エア供給制御手段は、排気通路に連通して排気弁のステム部を摺動可能に支持する支持孔部に開口する２次エア供給通路の開口部と、支持孔部に摺動可能に挿着されるステム部の摺動部とを有し、開口部は、排気弁が排気ポートを閉塞する位置に移動すると摺動部が開口部から離反し、且つ排気弁が排気ポートを開放する位置に移動すると摺動部が開口部に対向する位置に配置されていることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、２次エア供給通路の開口部が排気弁のステム部を摺動可能に支持する支持孔部に開口し、ステム部の摺動部を支持孔部に摺動可能に支持し、排気弁が排気ポートを閉塞する位置に移動すると摺動部が開口部から離反し、排気弁が排気ポートを開放する位置に移動すると摺動部が開口部に対向するように、開口部を配置することにより、排気行程中は２次エア供給通路の開口部が閉塞され、吸気行程中は開口部が開放される。つまり開口部の配置と摺動部の移動とが相まって２次エア供給通路と排出通路とを連通し及び遮断することができる。このため、２次エア供給通路から吐出する２次エアの排出通路への供給制御を簡易な構成で行うことが可能な２次エア供給装置を提供することができる。
【００１１】
また本発明は、２次エア供給制御手段は、排気弁を往復動させるカム軸と同期して回転動して該カム軸の回転角度に応じて２次エア供給通路を連通し及び遮断する開閉弁を備えることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、２次エア供給制御手段は、カム軸と同期して回転動してカム軸の回転角度に応じて２次エア供給通路を連通し及び遮断する開閉弁を有することで、カム軸の回転角度に応じて２次エア供給通路が連通したり遮断されたりする。このため、カム軸と同期して往復動する排気弁の動作に連動させて２次エア供給通路を連通したり遮断したりすることができる。
【００１３】
さらに本発明は、２次エア供給通路は、排気弁を往復動させるカム軸内に設けられた第１供給通路と、該カム軸を支持する支持部に設けられて排気通路に連通する第２供給通路とを有し、開閉弁は、カム軸の外周に形成されて第１供給通路に連通して該カム軸の回転動によって排気弁が排気ポートを閉塞しているときに第１供給通路と第２供給通路とを連通する周溝と、カム軸の外周に形成されてカム軸の回転動によって排気弁が排気ポートを開放しているときに、第１供給通路と第２供給通路との連通を遮断する弁体とを有してなることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、カム軸内に第１供給通路を設け、カム軸を支持する支持部に排気通路に連通する第２供給通路を設け、開閉弁を周溝と弁体とを有して構成することで、カム軸の回転角度に応じて周溝と弁体とが移動して、第１供給通路と第２供給通路とを連通したり遮断したりすることができる。このため、カム軸と同期して往復動する排気弁の動作に連動させて排気通路への２次エアの供給制御を容易に行うことができる。
【００１５】
また本発明は、排気通路の下流側に過給機（例えば、実施形態におけるターボ過給機２７）を備えたことを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、排気通路の下流側に過給機を備えることにより、排気通路に供給された２次エアが確実に排気ガスと混合することができる。その結果、排気通路の下流側に配設された触媒の早期活性化が可能になり、排気ガスの浄化性能を向上させることができる。
【００１７】
また本発明は、エアポンプから吐出した２次エアをエンジンの排気通路に繋がる２次エア供給通路に流して排気通路に供給する２次エア供給方法において、エンジンの排気弁によって排気ポートが閉塞されて排気通路がエンジンの燃焼室と遮断されているときに２次エアを排気通路に供給することを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、エンジンの排気弁によって排気ポートが閉塞されて排気通路がエンジンの燃焼室と遮断されているときに２次エアを排気通路に供給することにより、排気ガスが排気通路に噴出されていないときに、２次エアが排気通路に供給される。このため、高圧の排気ガスが２次エア供給通路を逆流することはなく、排気ガスが２次エア供給通路を逆流して他の２次エア供給通路に流れてこの通路内において圧力脈動を生じさせる事態を未然に防止することができる。その結果、複数の排気通路から吐出する２次エアの吐出流量の減少を確実に防止することができ、気筒間において２次エアの流量ばらつきが生じる事態を未然に防止することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係わる２次エア供給装置及び２次エア供給方法によれば、排気弁により排気ポートが閉塞されているときに、２次エア供給通路と排気通路とを連通して２次エアを排気通路に供給し、排気ポートが開放されているときに、２次エア供給通路を遮断して２次エアの排気通路への供給を規制する２次エア供給制御手段を設けることで、２次エア供給通路から吐出する２次エアの吐出流量の減少を防止することができ、気筒間における２次エアの流量ばらつきを無くすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明に係わる２次エア供給装置及び２次エア供給方法の好ましい実施の形態を図１から図４に基づいて説明する。先ず、本発明の２次エア供給方法を説明する前に、この供給方法を使用する２次エア供給装置について説明する。
【００２１】
（第１の実施の形態）
図１は、２次エア供給装置を備えたエンジンの排気系を示している。先ず、このエンジンの排気系について説明する。エンジンＥは、複数のシリンダ２を有したシリンダブロック１と、この一端部に取り付けられたシリンダヘッド１０とを有してなる。シリンダヘッド１０には、各シリンダ毎に対応する吸気ポート１１及び排気ポート１３が設けられている。吸気ポート１１には吸気管１５が繋がり、吸気管１５に設けられたインジェクタ１６によって吸気管１５を流れる空気に燃料が供給されるようになっている。吸気ポート１１及び排気ポート１３には吸気弁１９及び排気弁２０がシリンダ２内に挿着されたピストン３の往復運動に連動して移動可能に設けられている。排気ポート１３には排気管２３が取り付けられており、排気管２３の下流側にはターボ過給機２７を介して排気ガスを清浄化する触媒３０が配設されている。つまり、エンジンＥの燃焼室４内で燃焼された燃料の排気ガスは、排気ポート１３を通って排気管２３を流れて触媒３０によって浄化される。
【００２２】
このように構成されたエンジンＥの排気系には２次エア供給装置４０が設けられている。この２次エア供給装置４０は、エンジンＥのスタートアップ時等において、温度の低い排気ガスの温度を高めて触媒３０の活性化を早めるために用いられ、触媒３０の排気ガス浄化性能を向上させる。
【００２３】
２次エア供給装置４０は、エアポンプ４１と、これから吐出した２次エアをエンジンＥの排気管２３に流すための排気管２３に繋がる２次エア供給通路４２と、２次エアの排気管２３への供給制御を行う２次エア供給制御部４５とを備える。
【００２４】
エアポンプ４１は電動式であり、電動モータＭに電力供給されるとエアポンプ４１が駆動してエアポンプ４１から空気が吐出する。電動モータＭに電気的に接続されたリレーＲはコントローラ４７によって制御されて電動モータＭへの電力供給制御を行う。
【００２５】
２次エア供給通路４２には上流側からエアスイッチバルブＶ及び逆止弁４９が設けられている。エアスイッチバルブＶはエアポンプ４１から吐出した２次エアを排気管２３に掃気するタイミングに合わせて開閉動する。エアスイッチバルブＶはこれに電気的に接続されたリレーＲの電力供給制御によって駆動する。リレーＲの動作はコントローラ４７によって制御される。
【００２６】
２次エア供給制御部４５は、図２（ａ）（断面図）に示すように、排気管２３に連通して排気弁２０のステム部２１を摺動可能に支持する支持孔部１０ａに開口する２次エア供給通路４２の開口部４２ａと、支持孔部１０ａに摺動可能に挿着されるステム部２１の先端側に設けられた摺動部２１ａとを有してなる。
【００２７】
ここで、排気弁２０は、円盤状の弁皿２２と弁皿２２の中央部から突出する前述したステム部２１とを有してなる。ステム部２１は、弁皿２２に繋がる小径部２１ｂと小径部２１ｂの先端部に繋がって小径部より大径の前述した摺動部２１ａとを有してなる。支持孔部１０ａは、内側に排気ポート１３に略直交する方向に延びて一端側が排気管２３内に開口して排気管２３に連通している。排気弁２０は、摺動部２１ａが支持孔部１０ａに挿着された状態で支持孔部１０ａに沿って摺動可能であり、弁皿２２が排気ポート１３を閉塞する閉塞位置と弁皿２２が排気ポート１３を開放する開放位置との間を往復移動する。排気弁２０はシリンダヘッド１０に設けられたカム軸の回転動作に連動して往復動するようになっている。
【００２８】
２次エア供給通路４２の開口部４２ａは、支持孔部１０ａの排気ポート側端部に開口している。さらに詳細には、開口部４２ａは、排気弁２０が閉塞位置に移動すると、開口部４２ａの前側にステム部２１の小径部２１ｂが対向し、排気弁２０が図２（ｂ）に示す開放位置に移動すると、開口部４２ａの前側に摺動部２１ａが対向する位置に配置されている。つまり、排気弁２０が閉塞位置に移動すると、開口部４２ａと小径部２１ｂとの間に形成された環状の隙間を介して２次エア供給通路４２が排気管２３と連通し、排気弁２０が開放位置に移動すると、開口部４２ａが摺動部２１ａによって閉塞されて２次エア供給通路４２が遮断される。
【００２９】
次に、本発明の２次エア供給方法について説明する。図１に示すように、エンジンＥが駆動すると、ピストン３がシリンダ２内を往復動するとともに、吸気弁１９及び排気弁２０もピストン３と連動して移動する。即ち、吸気弁１９が開くとピストン３の吸気行程によって燃焼室４内に燃料が吸引される。そして、ピストン３の圧縮行程によって燃料が圧縮され、点火プラグ５の発火によって燃料が燃焼する。そして、燃焼室４内で発生した排気ガスは、排気弁２０によって開放された排気ポート１３を通って排気管２３を流れて触媒３０によって浄化される。
【００３０】
ここで、エンジンＥの排気行程においては、図２（ｂ）に示すように、２次エア供給通路４２の開口部４２ａはステム部２１の摺動部２１ａによって閉塞されているので、高圧の排気ガスが２次エア供給通路４２に流入することはない。このため、２次エア供給通路４２に排気ガスが逆流する事態を確実に防止することができる。その結果、排気ガスが２次エア供給通路４２を逆流して他の排気通路に繋がる２次エア供給通路に流れて、この通路内において圧力脈動が生じることはなく、複数の排気管のそれぞれから吐出する２次エアの吐出流量の減少を確実に防止することができる。さらに、排気ガスが２次エア供給通路４２に逆流することがないので、他のシリンダ（気筒）に逆流した排気ガスが流れ込むこともない。このため、気筒間において２次エアの流量ばらつきを防止すことができる。
【００３１】
一方、エンジンＥの吸気行程においては、図２（ａ）に示すように、排気弁２０は排気ポート１３を閉塞し、開口部４２ａは開放されているので、２次エアは排気ガスのガス圧に影響されることなく、排気管２３内に吐出することができる。
【００３２】
また、図１に示すように、排気管２３の下流側には前述したターボ過給機２７が設けられているので、排気管２３に供給された２次エアは迅速に触媒３０に供給される。このため、触媒３０の早期活性化が可能になり、排気ガスの浄化性能をより向上させることができる。
【００３３】
（第２の実施の形態）
次に、本発明に係わる２次エア供給装置の第２の実施の形態について説明する。なお、第２の実施の形態については、第１の実施の形態との相違点のみを説明し、第１の実施の形態と同一態様部分については同一符号を附してその説明を省略する。２次エア供給装置の２次エア供給制御部は、図３、図４（ａ）及び図４（ｃ）に示すように、排気弁を往復動させるカム軸６、６'に設けられて、カム軸６、６'の回転角度に応じて２次エア供給通路４２を連通し及び遮断する開閉弁６０を備える。
【００３４】
カム軸６、６'は、シリンダヘッド１０とカムキャップ６１との間で回転自在に挟持される。カム軸６、６'を回転自在に支持する部分（以下、「軸受部６２」と記す。）には、２次エア供給通路４２の一部である第２供給通路６３が形成されている。また、カム軸６、６'にはその中心軸に沿って延びる２次エア供給通路４２の一部である第１供給通路６４が形成されている。つまり、第１供給通路６４及び第２供給通路６３が前述した２次エア供給通路４２を構成する。
【００３５】
そして軸受部６２に支持されるカム軸６、６'の部分に開閉弁６０が設けられている。開閉弁６０は、カム軸６、６'の外周に形成されて第１供給通路６４に連通してカム軸６、６'の回転動によって図２（ａ）に示す排気ポート１３が閉塞されているときに第１供給通路６４と第２供給通路６３とを連通する周溝６０ａと、カム軸６、６'の外周に形成されてカム軸６、６'の回転動によって図２（ｂ）に示す排気ポート１３が開放されているときに第１供給通路６４と第２供給通路６３との連通を遮断する弁体６０ｂとを有してなる。
【００３６】
この開閉弁６０は、図４（ａ）に示すように、カム軸６、６'の回転により弁体６０ｂが第２供給通路６３の開口部側に移動すると、弁体６０ｂによる第２供給通路６３の開口端部の閉塞によって、第１供給通路６４と第２供給通路６３との連通状態を遮断する。また図４（ｂ）に示すように、弁体６０ｂが第２供給通路６３の開口端部から離反した位置に移動すると、周溝６０ａを介して第１供給通路６４と第２供給通路６３とが連通する。弁体６０ｂは、カム軸６、６'と同期して往復動する図２（ｂ）に示す排気弁２０の動作に連動して回転動して、排気弁２０が排気ポート１３を開放しているときに第２供給通路６３の開口部を閉塞することができるように、弁体６０ｂの周方向長さが設計されている。また、周溝６０ａは、カム軸６、６'と同期して往復動する図２（ａ）に示す排気弁２０の動作に連動して回転動して、排気弁２０が排気ポート１３を閉塞しているときに第２供給通路６３の開口部を開放することができるように、周溝６０ａの周方向長さが設計されている。このため、カム軸６、６'を回転動させるだけで、排気弁２０の動作に連動した排気管２３への２次エアの供給制御を容易に行うことができる。
【００３７】
なお、開閉弁は、２次エア供給通路４２のいずれかの位置にこの通路に対して直交する方向に回転動可能に設けた板状部材にしてもよい。この場合、板状部材には２次エア供給通路４２を連通し及び遮断する図示しない孔部及び遮蔽部を設ける。つまり、吸気行程中は孔部によって２次エア供給通路４２を連通状態にし、排気行程中は遮蔽部によって２次エア供給通路４２を遮断するようにする。板状部材はカム軸６、６'又はクランク軸の運動に連動して回転動可能にする。このように構成することで、カム軸６、６'に開閉弁６０を設けた場合と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わる２次エア供給装置を備えたエンジンの排気系の構成図を示す。
【図２】この２次エア供給装置の断面図を示し、同図（ａ）は吸気行程にあるときの２次エア供給装置を示し、同図（ｂ）は排気行程にあるときの２次エア供給装置を示す。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係わる２次エア供給装置を備えたエンジンの分解斜視図を示す。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係わる２次エア供給装置の断面図を示し、同図（ａ）及び（ｂ）は同図（ｃ）のＩＶｃ−ＩＶｃ矢視に相当する部分の断面図であり、同図（ｃ）は同図（ａ）のＩＶａ−ＩＶａ矢視に相当する部分の断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
６、６'  カム軸
１０ａ  支持孔部（支持部）
１３  排気ポート
２０  排気弁
２１  ステム部
２１ａ  摺動部
２３  排気管（排気通路）
２７  ターボ過給機（過給機）
４０  ２次エア供給装置
４１  エアポンプ
４２  ２次エア供給通路
４２ａ  開口部
４５  ２次エア供給制御部（２次エア供給制御手段）
６０  開閉弁
６０ａ  周溝
６０ｂ  弁体
６３  第２供給通路
６４  第１供給通路
Ｅ  エンジン
【図１】
2006057508.tif 000003
【図２】
2006057508.tif 000004
【図３】
2006057508.tif 000005
【図４】
2006057508.tif 000006