(57)【要約】【課題】装置の構成を簡素化するとともに、小型かつ低コストで、排気ガスの浄化効率を向上させる排気ガス浄化装置を提供する。【解決手段】排気ガス浄化装置３０は、２次空気を供給する第１配管路４８および排気ガスを再循環させる第２配管路５０を備え、第１および第２配管路４８、５０の途上に制御用バルブ機構３４が配設される。第１配管路４８および第２配管路５０には、２次空気の流通方向および排気ガスの流通方向に対応させて互いに逆向きに配置される第１リード弁６６および第２リード弁６８がそれぞれ設けられ、第１および第２リード弁６６、６８は、制御用バルブ機構３４よりエンジンの排気系側に配置され、制御用バルブ機構３４は、全開または全閉のいずれか一方の弁開度に制御されて、それぞれ第１配管路４８および第２配管路５０を連通または閉塞する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気系に２次空気を供給する第１配管路に配設される制御用ＡＩバルブと、
前記排気系から前記内燃機関の吸気系に排気ガスを再循環させる第２配管路に配設される制御用ＥＧＲバルブと、
を備え、
前記第１配管路および前記第２配管路には、該第１配管路における前記２次空気の流通方向および該第２配管路における前記排気ガスの流通方向に対応させて互いに逆向きに配置される第１チェック弁および第２チェック弁がそれぞれ設けられ、
前記第１チェック弁および前記第２チェック弁は、前記制御用ＡＩバルブおよび前記制御用ＥＧＲバルブより前記排気系側に配置され、
前記制御用ＡＩバルブおよび前記制御用ＥＧＲバルブは、全開または全閉のいずれか一方の弁開度に制御されて、それぞれ前記第１配管路および前記第２配管路を連通または閉塞することを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項２】
請求項１記載の排気ガス浄化装置において、
前記第１配管路および前記第２配管路は、前記制御用ＡＩバルブおよび前記制御用ＥＧＲバルブより前記排気系側に配置されるマニホールド部によって１つの配管路に集約され、かつ前記第１配管路および前記第２配管路と前記１つの配管路とが連通されて前記排気系に接続されるとともに、
前記第１チェック弁および前記第２チェック弁は、前記マニホールド部に設けられることを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の排気ガス浄化装置において、
前記制御用ＡＩバルブおよび前記制御用ＥＧＲバルブを駆動する共通の駆動源を有し、
前記駆動源は、前記制御用ＡＩバルブおよび前記制御用ＥＧＲバルブの開閉を制御して、前記第１配管路または前記第２配管路のいずれか一方を連通状態とし、あるいは前記第１配管路および前記第２配管路の両方を閉塞状態とすることを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項４】
請求項１または２記載の排気ガス浄化装置において、
前記制御用ＡＩバルブおよび前記制御用ＥＧＲバルブを駆動する共通の駆動源と、前記第１配管路に配設されるサブＡＩバルブとを有し、
前記駆動源は、前記制御用ＡＩバルブおよび前記制御用ＥＧＲバルブの開閉を制御して、前記第１配管路または前記第２配管路のいずれか一方を連通させるとともに、前記サブＡＩバルブは、前記内燃機関の状態に応じて開閉動作されることを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項５】
請求項４記載の排気ガス浄化装置において、
前記制御用ＡＩバルブおよび前記制御用ＥＧＲバルブを駆動する共通の前記駆動源は、ダイヤフラムを含むエア駆動部により構成されるとともに、前記サブＡＩバルブは、ヒータ加熱により制御されることを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置において、
前記制御用ＡＩバルブおよび前記制御用ＥＧＲバルブは、前記内燃機関の回転数に基づいてそれぞれ開閉制御されることを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置において、
前記制御用ＡＩバルブおよび前記制御用ＥＧＲバルブは、前記内燃機関の前記吸気系に配設されるスロットルバルブの弁開度と該内燃機関の回転数とに基づいてそれぞれ開閉制御されることを特徴とする排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気系に２次空気を供給する制御用ＡＩバルブと吸気系に排気ガスを再循環させる制御用ＥＧＲバルブの開閉を制御して、内燃機関から排出される排気ガスの浄化を行う排気ガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の排気浄化システムとして、排気管の途上に設けられた３元触媒装置の上流側に２次空気を供給して、排気管内の大気汚染成分であるＨＣ（炭化水素）やＣＯ（一酸化炭素）を酸化させて排気ガスを浄化するエアーインジェクションシステムが知られている。また、排気ガスの一部を内燃機関の吸気系に再循環させることによって、内燃機関のシリンダ室内の燃焼温度を下げてＮＯｘ（窒素酸化物）の発生を抑制する排気再循環装置（ＥＧＲ装置）が知られている。
【０００３】
この種の排気浄化システムとして、内燃機関の排気系への取り付けに必要な部品点数や取り付け工数の削減を図ることを目的として、前記エアーインジェクションシステムに備えられるＡＩバルブと前記排気再循環装置に備えられるＥＧＲバルブとを一体化した排気浄化用バルブ装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図９に示されるように、この排気浄化用バルブ装置では、弁ハウジングにおいて、排気管１０に接続される管路１１の端部にポート１２が設けられ、このポート１２に連接させるようにＥＧＲバルブ（ＥＧＲＶ）とＡＩバルブ（ＡＩＶ）とを一体的に配設している。
【０００５】
ＡＩＶには、負圧制御弁１３を介して負圧を受け入れる負圧室１４がダイヤフラム１５によって形成され、このダイヤフラム１５には弁通路１６を開閉する弁体部１７が設けられている。弁通路１６にはエアーポンプ１８に接続される入口ポート１９と管路１１を介して排気管１０に接続される出口ポート２０が形成され、出口ポート２０にはリード弁２１が逆流防止用に配設されている。そして、図示しない電子制御回路の制御に基づいて、負圧制御弁１３を介して弁体部１７の開度が制御され、エアーポンプ１８から供給される圧力空気、すなわち２次空気が排気管１０に供給される（図９中、破線矢印参照）。
【０００６】
一方、ＥＧＲＶには、負圧制御弁２２を介して負圧を受け入れる負圧室２３がダイヤフラム２４によって形成され、このダイヤフラム２４には、弁通路２５とポート１２の間を開閉する弁体２６が設けられている。弁通路２５は、管路２７を介して吸気管２８に接続されている。そして、図示しない電子制御回路において、内燃機関の回転数や吸入空気量等により最適ＥＧＲ量（ＥＧＲ率）が算出され、この算出結果に基づいて負圧制御弁２２を介して弁体２６の開度が制御され、排気ガスが再循環される（図９中、実線矢印参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−２５６９８４号公報（段落［００１２］、［００２０］〜［００２５］、図３）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来技術に係る排気浄化用バルブ装置では、排気管１０に接続される管路１１を共通化して部品点数の削減を図っているが、ＡＩバルブとＥＧＲバルブとが個別に設けられ、さらにこれらのバルブを駆動するための負圧制御弁１３、２２も個別に設けられており、該装置の部品点数が十分に削減されたとは言えず、依然として複雑な構成となっている。
【０００９】
また、ＥＧＲバルブは、特に、４輪車に用いられる場合、耐熱性および排気ガス中のカーボン付着対策等のため高価な部材を用いており、かつ応答性および弁開度調節等の精密な制御が要求されることからより高価なものとなっている。
【００１０】
さらに、最近の環境負荷低減の要求により、２輪車に対する排ガス規制がより厳しくなっており、このため、２輪車にも十分に適用可能な装置、すなわち小型かつ低コストな装置の開発が望まれている。
【００１１】
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、装置の構成を簡素化するとともに、小型かつ低コストで、排気ガスの浄化効率を向上させることが可能な排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る排気ガス浄化装置は、内燃機関の排気系に２次空気を供給する第１配管路に配設される制御用ＡＩバルブと、前記排気系から前記内燃機関の吸気系に排気ガスを再循環させる第２配管路に配設される制御用ＥＧＲバルブと、を備え、前記第１配管路および前記第２配管路には、該第１配管路における前記２次空気の流通方向および該第２配管路における前記排気ガスの流通方向に対応させて互いに逆向きに配置される第１チェック弁および第２チェック弁がそれぞれ設けられ、前記第１チェック弁および前記第２チェック弁は、前記制御用ＡＩバルブおよび前記制御用ＥＧＲバルブより前記排気系側に配置され、前記制御用ＡＩバルブおよび前記制御用ＥＧＲバルブは、全開または全閉のいずれか一方の弁開度に制御されて、それぞれ前記第１配管路および前記第２配管路を連通または閉塞することを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項１に係る排気ガス浄化装置によれば、制御用ＡＩバルブが配設される第１配管路に接続される第１チェック弁のみならず、制御用ＥＧＲバルブが配設される第２配管路にも第２チェック弁を接続しているため、一方の配管路が他方の配管路に及ぼす影響を阻止することができる。すなわち、例えば、従来技術では共有化された管路によって２次空気に排気ガスが混在する可能性がある一方、排気ガス中に２次空気が混在すると、内燃機関内で燃焼された排気ガスの酸素濃度が正確に検出されないことがあり、このような２次空気用の第１配管路と排気ガス用の第２配管路とによる相互の影響をこの第２チェック弁によって阻止することができる。また、第２配管路に第２チェック弁を接続すると、制御用ＡＩバルブが配設される第１配管路側の負圧による２次空気の吸引作用が有効に働くため、排気ガスの浄化効率を向上させることができる。
【００１４】
さらに、内燃機関の排気系による正圧または負圧の脈動に応じて第１および第２チェック弁が自動的に開閉し、それぞれ開閉弁として機能するとともに、制御用ＡＩバルブおよび制御用ＥＧＲバルブが全開または全閉のいずれか一方の弁開度に制御されるので、制御用ＡＩバルブおよび制御用ＥＧＲバルブの高速応答性や精密な弁開度調節等の制御が不要となり、該制御用ＡＩバルブおよび制御用ＥＧＲバルブの制御を簡素化することが可能となる。これにより、制御用ＡＩバルブおよび制御用ＥＧＲバルブの構成を簡素化することができるとともに、これらを制御するための機構や動作指令等を簡単にすることができる。その結果、排気ガス浄化装置の小型化かつ低コスト化を図ることが可能となる。
【００１５】
また、第１および第２チェック弁が、制御用ＡＩバルブおよび制御用ＥＧＲバルブより排気系側に配設されているため、特に、制御用ＥＧＲバルブは、内燃機関から伝達される熱や排気ガスによる熱の影響を受け難くなるとともに、排気ガス中のカーボン付着等を第２チェック弁によって抑制することができる。その結果、制御用ＥＧＲバルブに耐熱性やカーボン付着対策等を施した高価な部材を用いる必要がないので、より一層排気ガス浄化装置の低コスト化を図ることが可能となる。
【００１６】
また、本発明の請求項２に係る排気ガス浄化装置では、前記第１配管路および前記第２配管路は、前記制御用ＡＩバルブおよび前記制御用ＥＧＲバルブより前記排気系側に配置されるマニホールド部によって１つの配管路に集約され、かつ前記第１配管路および前記第２配管路と前記１つの配管路とが連通されて前記排気系に接続されるとともに、前記第１チェック弁および前記第２チェック弁は、前記マニホールド部に設けられている。これにより、排気ガス浄化装置に係る各配管路を簡素化することが可能となり、より排気ガス浄化装置の小型化かつ低コスト化を図ることができる。
【００１７】
さらに、本発明の請求項３に係る排気ガス浄化装置では、前記制御用ＡＩバルブおよび前記制御用ＥＧＲバルブを駆動する共通の駆動源を有し、前記駆動源は、前記制御用ＡＩバルブおよび前記制御用ＥＧＲバルブの開閉を制御して、前記第１配管路または前記第２配管路のいずれか一方を連通状態とし、あるいは前記第１配管路および前記第２配管路の両方を閉塞状態にするようにしている。これにより、制御用ＡＩバルブおよび制御用ＥＧＲバルブの構成をより簡素化することが可能となり、より排気ガス浄化装置の小型化かつ低コスト化を図ることができる。しかも、内燃機関の状態に応じて制御用ＡＩバルブおよび制御用ＥＧＲバルブの開閉が制御され、第１配管路および前記第２配管路の連通状態と閉塞状態とを種々の組み合わせに容易に構成することが可能になるので、排気ガスの浄化効率をより向上させることができる。
【００１８】
また、本発明の請求項４に係る排気ガス浄化装置は、前記制御用ＡＩバルブおよび前記制御用ＥＧＲバルブを駆動する共通の駆動源と、前記第１配管路に配設されるサブＡＩバルブとを有し、前記駆動源は、前記制御用ＡＩバルブおよび前記制御用ＥＧＲバルブの開閉を制御して、前記第１配管路または前記第２配管路のいずれか一方を連通させるとともに、前記サブＡＩバルブは、前記内燃機関の状態に応じて開閉動作される。これにより、制御用ＡＩバルブおよび制御用ＥＧＲバルブの構成をより一層簡素化することが可能となり、より一層排気ガス浄化装置の小型化かつ低コスト化を図ることができる。また、内燃機関の状態によりサブＡＩバルブを開閉制御すれば、第１配管路および前記第２配管路の連通状態と閉塞状態とを種々の組み合わせに容易に構成することが可能になる。その結果、排気ガスの浄化効率をより一層向上させることができる。
【００１９】
さらに、本発明の請求項５に係る排気ガス浄化装置は、前記制御用ＡＩバルブおよび前記制御用ＥＧＲバルブを駆動する共通の前記駆動源は、ダイヤフラムを含むエア駆動部により構成されるとともに、前記サブＡＩバルブは、ヒータ加熱により制御されている。このように、より廉価なダイヤフラムを含むエア駆動部およびヒータ加熱により制御されるサブＡＩバルブを用いることで、より一層排気ガス浄化装置の低コスト化を図ることができる。しかも、制御用ＡＩバルブおよび制御用ＥＧＲバルブは、内燃機関の回転による負圧によってダイヤフラムを含むエア駆動部が自動的に切り換わることにより開閉制御される。その結果、制御用ＡＩバルブおよび制御用ＥＧＲバルブを制御するための機構や動作指令等が不要となり、より一層排気ガス浄化装置の小型化かつ低コスト化を図ることができる。また、サブＡＩバルブは、ヒータへの通電または非通電のみで制御することが可能であるため、例えば、内燃機関の状態に応じて容易に開閉制御することができる。
【００２０】
また、本発明の請求項６に係る排気ガス浄化装置は、前記制御用ＡＩバルブおよび前記制御用ＥＧＲバルブは、前記内燃機関の回転数に基づいてそれぞれ開閉制御される。これにより、内燃機関の回転数に応じた制御用ＡＩバルブおよび制御用ＥＧＲバルブの開閉制御を簡素化することができるとともに、内燃機関の状態に応じて排気ガスの浄化効率を向上させることができる。しかも、駆動源としてダイヤフラムを含むエア駆動部を用いた場合には、内燃機関の回転数によって変化する吸気系側の負圧に応じてより簡単に開閉制御することができる。
【００２１】
さらに、本発明の請求項７に係る排気ガス浄化装置は、前記制御用ＡＩバルブおよび前記制御用ＥＧＲバルブは、前記内燃機関の前記吸気系に配設されるスロットルバルブの弁開度と該内燃機関の回転数とに基づいてそれぞれ開閉制御される。これにより、制御用ＡＩバルブおよび制御用ＥＧＲバルブの開閉制御を簡素化することができるとともに、内燃機関の状態に応じて排気ガスの浄化効率をより向上させることができる。なお、この場合、前記スロットルバルブにおける弁開度の情報に代替して、前記吸気系における吸気圧の情報に基づいて開閉制御するようにしてもよい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明に係る排気ガス浄化装置について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００２３】
図１は、第１の実施形態に係る排気ガス浄化装置３０が適用される内燃機関（以下、エンジンともいう）３２の概略構成説明図である。
【００２４】
排気ガス浄化装置３０は、例えば、２輪車用のエンジン３２において、該エンジン３２の排気系３３に供給する２次空気（酸化・希釈用空気）の流通量を制御するとともに、排気系３３からエンジン３２の吸気系３５に再循環する排気ガスの流通量を制御する制御用バルブ機構３４を備える。
【００２５】
なお、排気系３３は、エンジン３２から排出される排気ガスを流通する排気管３６と、排気管３６の下流側に配設される触媒装置３８と、この触媒装置３８の上流側における排気管３６に配設され、排気ガス中の酸素濃度に応じた信号を出力するＯ２センサ（酸素濃度検出器）３９とから構成される。一方、吸気系３５は、１次空気（燃焼用空気）を取り入れるメインエアクリーナ４０と、このメインエアクリーナ４０から取り入れられた１次空気をエンジン３２に流通する吸気管４２と、吸気管４２の途上に配設され、前記１次空気の流通量を調節するスロットルバルブ４４と、吸気管４２の途上に配設され、該吸気管４２内の圧力（吸気圧）に応じた信号を出力するＭＡＰセンサ（吸気圧検出器）４３と、エンジン３２のシリンダ室に臨む位置で吸気管４２に燃料を噴射する燃料噴射装置４５とから構成される。なお、図１中、参照符号４７は、エンジン３２および排気ガス浄化装置３０を統合して制御するＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）を示す。
【００２６】
制御用バルブ機構３４は、サブエアクリーナ４６から取り入れた２次空気を流通させる第１配管路４８および前記メインエアクリーナ４０に排気ガスを再循環する第２配管路５０の途上に配設されている。第１配管路４８および第２配管路５０は、それぞれの一端がマニホールド部５２に接続されている。また、第１配管路４８および第２配管路５０は、マニホールド部５２から制御用バルブ機構３４に向けて同一方向に延在している。従って、制御用バルブ機構３４は、マニホールド部５２から吸気系３５側に離間して配置されることになる。
【００２７】
マニホールド部５２では、第１配管路４８および第２配管路５０を、１つの配管路である第３配管路５４にそれぞれ連通するように集約して排気管３６に接続している。なお、第３配管路５４は、例えば、エンジン３２のシリンダヘッド３２ａを貫通して、その内部において排気管３６に接続される。
【００２８】
図２に示されるように、制御用バルブ機構３４は、ソレノイド部３４ａと弁体３４ｂとを備える。また、制御用バルブ機構３４は、例えば、汎用の切換バルブ等から構成され、前記ＥＣＵ４７（図１参照）の指令に基づいてソレノイド部（駆動源）３４ａを付勢して、弁体３４ｂの進退駆動を行う。弁体３４ｂは、第１配管路４８の開閉を制御する制御用ＡＩ（Ａｉｒ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）バルブとしての第１弁部５６と、第２配管路５０の開閉を制御する制御用ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）バルブとしての第２弁部５８とを有する。この制御用バルブ機構３４では、弁体３４ｂがソレノイド部３４ａを介して全開または全閉のいずれかの弁開度に制御される。換言すると、制御用バルブ機構３４の弁体３４ｂは、ソレノイド部３４ａの付勢に応じて、第１配管路４８または第２配管路５０のいずれか一方を全開状態に連通するか、または全閉状態に閉塞する。
【００２９】
なお、制御用バルブ機構３４において、弁体３４ｂが中間位置、すなわち第１配管路４８および第２配管路５０の両方を閉塞する位置に停止させるように、ソレノイド部３４ａを構成してもよい。
【００３０】
マニホールド部５２は、第１配管路４８に連通する第１ポート室６０と、第２配管路５０に連通する第２ポート室６２と、第３配管路５４に連通する第３ポート室６４とを有する。第１ポート室６０と第３ポート室６４は、第１隔壁部５１ａに形成された第１孔部５２ａによって連通されており、第１リード弁（第１チェック弁）６６の開閉により連通または閉塞される。一方、第２ポート室６２と第３ポート室６４は、第２隔壁部５１ｂに形成された第２孔部５２ｂによって連通されており、第２リード弁（第２チェック弁）６８の開閉により連通または閉塞される。
【００３１】
この場合、第１リード弁６６と第２リード弁６８とは、それぞれの流通方向（あるいは、流通を阻止するチェック方向）が互いに逆向きになるように配置される。すなわち、前記サブエアクリーナ４６から取り入れられた２次空気は、第１リード弁６６の開動作によって第１配管路４８から第３配管路５４へと流通する。一方、エンジン３２の排気管３６に排出された排気ガスは、第２リード弁６８の開動作によって第３配管路５４から第２配管路５０へと流通する。その際、第１リード弁６６と第２リード弁６８は、一方が開動作するときは、他方は閉動作され、逆止弁として機能する。
【００３２】
次に、このように構成される排気ガス浄化装置３０の動作について説明する。
【００３３】
先ず、エンジン３２が始動された後、暖機するまでは、Ｏ２センサ３９が活性状態になっていないため（一般的なＯ２センサ３９では、所定の温度に達した後に酸素濃度が検出できる状態になる）、排気ガス中の酸素濃度に応じた信号が出力されない。従って、このＯ２センサ３９からの信号に基づいたＥＣＵ４７の燃料噴射フィードバック制御（以下、ＦＢ制御ともいう）がなされないため、排気系３３に２次空気を供給して排気ガスの浄化を行うようにしている。
【００３４】
すなわち、ＥＣＵ４７の指令に基づいて制御用バルブ機構３４のソレノイド部３４ａが付勢され、弁体３４ｂが下方側に駆動される。そして、第１弁部５６が開動作して第１配管路４８を連通状態にする。このとき、第２配管路５０は、第２弁部５８によって閉塞された非連通状態となる（図２参照）。
【００３５】
次いで、エンジン３２の排気管３６における負圧の脈動に応じて第１リード弁６６が開動作し、サブエアクリーナ４６を介して取り入れられた２次空気が、第１配管路４８、マニホールド部５２および第３配管路５４を介して排気管３６に供給される。これにより、排気管３６に排出された排気ガス中のＨＣ（炭化水素）やＣＯ（一酸化炭素）が酸化され、排気ガスの浄化が行われる。なお、このとき、第２配管路５０は第２弁部５８によって閉塞されているため、第２リード弁６８が開動作することはない。
【００３６】
一方、エンジン３２が暖機状態になると、Ｏ２センサ３９が活性状態となり、排気ガス中の酸素濃度に応じた信号が出力される。これにより、Ｏ２センサ３９からの信号に基づいたＥＣＵ４７の燃料噴射フィードバック制御が可能になるため、この状態では、第１弁部５６を閉塞して第１配管路４８を非連通状態にする（図２参照）。すなわち、この場合、排気系３３に２次空気を供給すると、エンジン３２の燃焼のみによる排気ガス中の酸素濃度が正確に検出できなくなるため、排気系３３に２次空気の供給は行わない。
【００３７】
そこで、ＥＣＵ４７の指令に基づいて制御用バルブ機構３４のソレノイド部３４ａが前記とは逆の上方側に付勢され、弁体３４ｂの第１および第２弁部５６、５８が閉動作して第１および第２配管路４８、５０を両方とも非連通状態にするか、または弁体３４ｂの第２弁部５８が開動作して第２配管路５０のみを連通状態にする（図２参照）。
【００３８】
そして、排気管３６における触媒装置３８の上流側に配設されるＯ２センサ３９から出力される信号やエンジン３２の回転数および吸入空気量等に基づいて、ＥＣＵ４７がエンジン３２に供給する吸気ガス（吸入混合気）を制御する。すなわち、ＥＣＵ４７は、理論空燃比に基づいて燃料噴射装置４５に指令を送出し、前記吸気ガスの空燃比が制御される。その際、排気管３６に排出された排気ガスの正圧の脈動に応じて第２リード弁６８が開動作し、この排気ガスの一部が第３配管路５４、マニホールド部５２および第２配管路５０を介してメインエアクリーナ４０に再循環される。このように、排気ガス中に含まれる比熱の大きいＣＯ２（二酸化炭素）やＨ２Ｏ（水分）を吸気ガスに混入させることにより、エンジン３２のシリンダ室の燃焼温度が下がってＮＯｘ（窒素酸化物）の発生が抑制され、排気ガスの浄化が行われる。なお、このとき、第１配管路４８は第１弁部５６によって閉塞されているため、第１リード弁６６が開動作することはない。
【００３９】
ここで、例えば、エンジン３２が暖機されるまでの間、すなわち、図３に示すオープン制御領域（領域Ａ参照）では、排気管３６に２次空気を供給することにより排気ガス中のＨＣやＣＯの酸化が促進され、排気ガスの浄化効率を向上させることができる。特に、エンジン３２の回転数が低回転域の場合には、エンジン３２の排気管３６における負圧が大きく得られるので、２次空気の供給量が増加して排気ガス中のＨＣやＣＯの酸化がより促進される。その結果、より大きな浄化率を得ることができる（図４参照）。
【００４０】
一方、エンジン３２が暖機状態になった後、すなわち、図３に示すＦＢ制御領域で、かつ高回転域（領域Ｂ参照）では、排気管３６から吸気系３５のメインエアクリーナ４０に排気ガスを再循環することによりＮＯｘの発生が抑制される。特に、エンジン３２が２輪車用の場合には、小排気量で、高回転かつ高出力型が用いられており、エンジン３２の回転数がある閾値を超えると、排気ガス中のＮＯｘ濃度が急激に増加するという特性がある（図５参照）。また、エンジン３２が高回転になると、排気管３６の排気ガスによる正圧が大きくなり、排気ガスがより多く再循環されてＮＯｘの発生が抑制されるので、排気ガスの浄化効率を向上させることができる一方、２次空気による排気ガスの浄化効率は低くなる。
【００４１】
ところで、制御用バルブ機構３４が、エンジン３２の回転数に基づいて、すなわちエンジン３２の吸気管４２による負圧に基づいて開閉制御される場合には、エンジン３２の状態、例えば、前述したオープン制御領域で、かつ低回転域では、排気系３３に２次空気の供給を行う一方、ＦＢ制御領域で、かつ高回転域では、排気系３３から吸気系３５に排気ガスの再循環を行うようにしている。
【００４２】
また、制御用バルブ機構３４が、スロットルバルブ４４の弁開度とエンジン３２の回転数とに基づいて開閉制御される場合には、例えば、前述したオープン制御領域では、排気系３３に２次空気の供給を行う一方、ＦＢ制御領域で、かつスロットルバルブ４４の弁開度に対応した閾値線Ｐにより設定された領域（図３中、領域Ｃ参照）では、排気系３３から吸気系３５に排気ガスの再循環を行うようにしている。この場合、スロットルバルブ４４における弁開度の情報に代替して、吸気系３５における吸気管４２に配設されたＭＡＰセンサ４３による吸気圧の情報に基づいて開閉制御するようにしてもよい。
【００４３】
なお、エンジン３２の状態が、ＦＢ制御領域における低回転域で、かつスロットルバルブ４４の弁開度が前記閾値線Ｐより小さい場合と、燃料噴射装置４５による燃料噴射が行われない減速制御領域の場合には（図３中、領域Ｄ参照）、排気系３３への２次空気の供給、および排気系３３から吸気系３５への排気ガスの再循環を両方とも行わない。このとき、制御用バルブ機構３４の弁体３４ｂは、第１配管路４８および第２配管路５０を両方とも閉塞状態にする（図２参照）。
【００４４】
以上述べたように、第１の実施形態に係る排気ガス浄化装置３０によれば、第１配管路４８に接続される第１リード弁６６のみならず、第２配管路５０にも第２リード弁６８を接続しているため、例えば、第２配管路５０が他方の第１配管路４８に及ぼす影響を阻止することができる。すなわち、例えば、従来技術では共有化された管路によって２次空気に排気ガスが混在する可能性がある一方、排気ガス中に２次空気が混在すると、エンジン３２のシリンダ室内で燃焼された排気ガスの酸素濃度がＯ２センサ３９によって正確に検出されないことがあり、このような２次空気用の第１配管路４８と排気ガス用の第２配管路５０とによる相互の影響を第２リード弁６８によって阻止することができる。また、第２配管路５０に第２リード弁６８を接続すると、第１配管路４８側の負圧による２次空気の吸引作用がより有効に働くため、この２次空気による排気ガスの浄化効率を向上させることができる。
【００４５】
さらに、制御用バルブ機構３４における第１弁部５６および第２弁部５８の開動作が重複するような場合でも、第１配管路４８および第２配管路５０が連通することによって相互に及ぼす流量への悪影響を、第１リード弁６６および第２リード弁６８により阻止することができる。
【００４６】
また、エンジン３２の排気管３６による正圧または負圧の脈動に応じて第１および第２リード弁６６、６８が自動的に開閉動作し、それぞれ開閉弁として機能するとともに、制御用バルブ機構３４が全開または全閉のいずれかの弁開度に制御されるので、制御用バルブ機構３４の高速応答性や精密な弁開度調節等の制御が不要となり、制御用バルブ機構３４の制御を簡素化することが可能となる。これにより、制御用バルブ機構３４の構成を簡素化することができるとともに、これらを制御するためのＥＣＵ４７やその動作指令等を簡単にすることができる。その結果、排気ガス浄化装置３０の小型化かつ低コスト化を図ることが可能となる。
【００４７】
さらに、第１および第２リード弁６６、６８が、制御用バルブ機構３４より排気系３３側に配設されているため、エンジン３２から伝達される熱や排気ガスによる熱の影響を受け難くなるとともに、排気ガス中のカーボン付着等を第２リード弁６８によって抑制することができる。その結果、制御用バルブ機構３４に耐熱性やカーボン付着対策等を施した高価な部材を用いる必要がないので、より一層排気ガス浄化装置３０の低コスト化を図ることが可能となる。
【００４８】
また、第１および第２リード弁６６、６８は、マニホールド部５２に設けられているので、第１〜第３配管路４８、５０、５４を簡素化することが可能となり、より排気ガス浄化装置３０の小型化かつ低コスト化を図ることができる。
【００４９】
さらに、制御用バルブ機構３４の第１および第２弁部５６、５８は、共通の駆動源であるソレノイド部３４ａによってそれぞれ開閉制御されるので、制御用バルブ機構３４の構成をより簡素化することが可能となり、より排気ガス浄化装置３０の小型化かつ低コスト化を図ることができる。しかも、エンジン３２の状態、すなわち、前述した各領域Ａ〜Ｄ（図３参照）に応じて制御用バルブ機構３４の第１および第２弁部５６、５８の開閉が制御され、第１配管路４８および第２配管路５０の連通状態と閉塞状態とを種々の組み合わせに容易に構成することが可能になるので、排気ガスの浄化効率を向上させることができる。
【００５０】
次に、図６および図７を参照しながら、第２の実施形態に係る排気ガス浄化装置１００について説明する。なお、これ以下では、第１の実施形態に係る排気ガス浄化装置３０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００５１】
この排気ガス浄化装置１００では、前述した第１の実施形態の排気ガス浄化装置３０における制御用バルブ機構３４のソレノイド部３４ａに代替して、ダイヤフラム１０８を含むエア駆動部（駆動源）１０２が備えられる。また、第１配管路４８の途上には、該第１配管路４８を流通する２次空気の連通状態を切り換える補助弁（サブＡＩバルブ）１０３が備えられている。なお、この第２の実施形態では、補助弁１０３が制御用バルブ機構３４の上流側（２次空気の供給側）に配設されているが、これに限定されるものではなく、制御用バルブ機構３４の下流側に配設してもよい。
【００５２】
エア駆動部１０２では、制御用バルブ機構３４の上方側に一体的に連結され、上下に分割される第１ケーシング１０４ａおよび第２ケーシング１０４ｂと、第１ケーシング１０４ａの上部に連結される負圧通路１０６と、第１ケーシング１０４ａと第２ケーシング１０４ｂとの間に挟持されるダイヤフラム１０８と、このダイヤフラム１０８を下方へと押圧するスプリング１１０とから構成される。
【００５３】
負圧通路１０６はエンジン３２の吸気系３５、あるいは図示しない負圧供給源に接続され、この負圧通路１０６を介して第１ケーシング１０４ａの内部に負圧流体が供給される。
【００５４】
また、ダイヤフラム１０８の略中央部には、孔部を介して弁軸３４ｄの上端部が挿通され、連結部材１１２によって前記弁軸３４ｄとダイヤフラム１０８とが一体的に連結されている。
【００５５】
すなわち、このような構成にすることで、エンジン３２の吸気系３５による負圧流体が第１ケーシング１０４ａの内部に供給され、この負圧流体によってダイヤフラム１０８がスプリング１１０の弾発力に抗して上方へと変位する。この場合、ダイヤフラム１０８に連結された弁軸３４ｄを介して弁体３４ｂが上方へと変位し、この弁体３４ｂの第１弁部５６が開動作して第１配管路４８を連通状態にする。その際、第２配管路５０は、第２弁部５８によって閉塞されている（図６参照）。
【００５６】
一方、エンジン３２の吸気系３５による負圧流体の供給が停止または低下すると、ダイヤフラム１０８がスプリング１１０の弾発力によって下方へと変位する。この場合、ダイヤフラム１０８に連結された弁軸３４ｄを介して弁体３４ｂが下方へと変位し、前記弁体３４ｂの第２弁部５８が開動作して第２配管路５０を連通状態にする。その際、第１配管路４８は、第１弁部５６によって閉塞されている（図７参照）。
【００５７】
この第２の実施形態に係る排気ガス浄化装置１２０では、負圧によって駆動されるエア駆動部１０２を設け、このエア駆動部１０２の駆動作用下に弁体３４ｂを作動させている。そのため、第１の実施形態に係る排気ガス浄化装置３０に適用されたソレノイド部３４ａと比較して、より低コスト化を図ることができる。しかも、この排気ガス浄化装置１２０における制御用バルブ機構３４は、エンジン３２の回転に伴う吸気系３５による負圧によって、ダイヤフラム１０８を含むエア駆動部１０２が自動的に切り換わることで開閉制御される。その結果、制御用バルブ機構３４を制御するための機構、例えば、ＥＣＵ４７やその動作指令等が不要となり、より一層排気ガス浄化装置１２０の小型化かつ低コスト化を図ることができる。
【００５８】
次に、補助弁１０３には、例えば、その内部に設けられる図示しない加熱ヒータにＥＣＵ４７の指令による電流を供給することによりシャフト１０５を軸線方向に沿って駆動し、第１配管路４８の連通状態を切り換える開閉弁が採用されている。詳細には、ワックスが、加熱ヒータの加熱作用下に膨張して押圧することによりシャフト１０５を作動させている。すなわち、加熱ヒータによって前記ワックスを加熱して、このワックスの膨張作用下に作動するシャフト１０５を精度よく制御することができる。
【００５９】
なお、シャフト１０５を作動させる手段は、前記ワックスに限定されるものではなく、熱膨張係数の異なる２種類の金属を張り合わせ、温度が上昇した際に生じる曲がり変形を利用してシャフト１０５を作動させるバイメタル式バルブを採用してもよい。また、前記ワックスを加熱させるための手段として、所定温度に加熱されたエンジンの冷却水を利用してもよい。
【００６０】
そこで、例えば、エンジン３２が暖機されるまでの間、すなわち、エンジン３２の状態が前述したオープン制御領域（図３中、領域Ａ参照）の場合には、ＥＣＵ４７（図１参照）の指令により、補助弁１０３を弁開状態、すなわち、前記加熱ヒータへ供給する電流を停止し、前記ワックスの膨張状態が解消されてシャフト１０５が上方へと変位した弁開状態にしておく。
【００６１】
そして、エンジン３２の吸気系３５による負圧流体の減速やエンジン３２の回転数による負圧の大小、または負圧流体の供給の停止によりエア駆動部１０２が作動され、このエア駆動部１０２の作動に応じて弁体３４ｂが切り換え駆動される。これにより、第１配管路４８および第２配管路５０の連通または閉塞が制御される。この場合、前記吸気系３５による負圧流体の供給により、基本的には第１配管路４８が連通状態となって２次空気が流通される。
【００６２】
一方、エンジン３２が暖機状態になった後、すなわち、エンジン３２の状態が前述したＦＢ制御領域で、かつ低回転域の場合には、ＥＣＵ４７（図１参照）の指令により、補助弁１０３を弁閉状態、すなわち、前記加熱ヒータへ電流を供給し、前記ワックスが膨張状態にされてシャフト１０５が下方へと変位した弁閉状態にする。
【００６３】
そして、エンジン３２の吸気系３５による負圧流体の供給、特に、エンジン３２の回転数によって変化する負圧の大小に応じてエア駆動部１０２が作動され、このエア駆動部１０２の作動に応じて弁体３４ｂが切り換え駆動される。この場合、補助弁１０３が弁閉状態のため、第１配管路４８が閉塞状態となって２次空気の流通が阻止される。従って、前記吸気系３５による負圧の大小に応じて、排気ガスが第２配管路５０を介して流通されるが、ＦＢ制御領域でも第１配管路４８を連通させるために、前記加熱ヒータへの通電を停止して補助弁１０３を弁開状態にしてもよい。
【００６４】
このように、第１配管路４８の途上に、前記加熱ヒータへの通電または非通電のみで制御することが可能な補助弁１０３を設けているので、例えば、エンジン３２の状態に応じたＥＣＵ４７の指令によって容易に第１配管路４８を開閉制御することができる。しかも、第１配管路４８および第２配管路５０の連通状態あるいは閉塞状態を、第１配管路４８のみが連通した状態、第２配管路５０のみが連通した状態、および第１配管路４８と第２配管路５０の両方が閉塞された状態の３段階に切り換えることが可能となる。
【００６５】
次に、図８を参照しながら、第３の実施形態に係る排気ガス浄化装置１２０について説明する。
【００６６】
この排気ガス浄化装置１２０では、前述した第１の実施形態の排気ガス浄化装置３０における制御用バルブ機構３４に代替して、制御用ＡＩバルブ１２２と制御用ＥＧＲバルブ１２４とが個別に備えられる。制御用ＡＩバルブ１２２は、ソレノイド部１２２ａと弁部１２６とを備える。また、制御用ＥＧＲバルブ１２４は、ソレノイド部１２４ａと弁部１２８とを備える。
【００６７】
制御用ＡＩバルブ１２２の弁部１２６および制御用ＥＧＲバルブ１２４の弁部１２８は、前述した第１の実施形態における制御用バルブ機構３４の第１弁部５６および第２弁部５８にそれぞれ対応しており、前記ＥＣＵ４７の指令に基づいて開閉動作される。
【００６８】
この場合、制御用ＡＩバルブ１２２および制御用ＥＧＲバルブ１２４の開動作のタイミングが重複する場合が想定されるが、エンジン３２の排気管３６による正圧または負圧の脈動に応じて第１および第２リード弁６６、６８が自動的に開閉し、それぞれ開閉弁として機能するので、第１配管路４８および第２配管路５０が連通することによって相互に及ぼす流量への悪影響を阻止することができるとともに、制御用ＡＩバルブ１２２および制御用ＥＧＲバルブ１２４の高速応答性や精密な弁開度調節等の制御が不要となる。
【００６９】
これにより、制御用ＡＩバルブ１２２および制御用ＥＧＲバルブ１２４の構成を簡素化することができるとともに、これらを制御するための前記ＥＣＵ４７やその動作指令等を簡単にすることができる。その結果、より一層排気ガス浄化装置１２０の小型化かつ低コスト化を図ることが可能となる。しかも、より多くの組み合わせによって制御用ＡＩバルブ１２２および制御用ＥＧＲバルブ１２４を開閉制御することが可能となり、エンジン３２の状態に応じた２次空気の供給量、あるいは排気ガスの再循環の流通量を精密に制御することができる。その結果、排気ガスの浄化効率をさらに向上させることができる。なお、制御用ＡＩバルブ１２２および制御用ＥＧＲバルブ１２４は、同一種類の、例えば、汎用の開閉バルブ等を用いることができる。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の排気ガス浄化装置によれば、制御用ＥＧＲバルブが配設される第２配管路にも第２チェック弁を接続しているため、制御用ＡＩバルブが配設される第１配管路側の負圧による２次空気の吸引作用をより有効に働かせることが可能になる。その結果、２次空気による排気ガスの浄化効率を向上させることができる。
【００７１】
また、内燃機関の排気系による正圧または負圧の脈動に応じて第１および第２チェック弁が自動的に開閉し、それぞれ開閉弁として機能するとともに、制御用ＡＩバルブおよび制御用ＥＧＲバルブが全開または全閉のいずれか一方の弁開度に制御されるので、制御用ＡＩバルブおよび制御用ＥＧＲバルブの高速応答性や精密な弁開度調節等の制御が不要となり、該制御用ＡＩバルブおよび制御用ＥＧＲバルブの制御を簡素化することが可能となる。これにより、制御用ＡＩバルブおよび制御用ＥＧＲバルブの構成を簡素化することができるとともに、これらを制御するための機構や動作指令等を簡単にすることができる。その結果、排気ガス浄化装置の小型化かつ低コスト化を図ることが可能となる。
【００７２】
さらに、内燃機関から伝達される熱や排気ガスによる熱の影響を受け難くなるとともに、排気ガス中のカーボン付着等を第２チェック弁によって抑制することができる。その結果、特に、制御用ＥＧＲバルブに耐熱性やカーボン付着対策等を施した高価な部材を用いる必要がないので、一層排気ガス浄化装置の低コスト化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る排気ガス浄化装置が適用されるエンジンの概略構成説明図である。
【図２】前記排気ガス浄化装置の縦断面説明図である。
【図３】前記エンジンの回転数と該エンジンのスロットルバルブの弁開度との関係を示すグラフである。
【図４】前記エンジンの回転数とＣＯ／ＨＣ浄化率の関係を示すグラフである。
【図５】前記エンジンの回転数とＮＯｘの濃度の関係を示すグラフである。
【図６】第２の実施形態に係る排気ガス浄化装置の縦断面説明図である。
【図７】図６に示す排気ガス浄化装置の他の形態の縦断面説明図である。
【図８】第３の実施形態に係る排気ガス浄化装置の縦断面説明図である。
【図９】従来技術に係る排気浄化用バルブ装置の説明図である。
【符号の説明】
３０、１００、１２０…排気ガス浄化装置
３２…エンジン                    ３３…排気系
３４…制御用バルブ機構            ３５…吸気系
３６…排気管                      ３８…触媒装置
４０…メインエアクリーナ          ４２…吸気管
４４…スロットルバルブ            ４６…サブエアクリーナ
４８…第１配管路                  ５０…第２配管路
５２…マニホールド部              ５４…第３配管路
５６…第１弁部                    ５８…第２弁部
６６…第１リード弁                ６８…第２リード弁
１０２…エア駆動部                １０３…補助弁
１０５…シャフト                  １０６…負圧通路
１０８…ダイヤフラム              １２２…制御用ＡＩバルブ
１２４…制御用ＥＧＲバルブ        １２６、１２８…弁部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2004332580.tif 000008
【図７】
2004332580.tif 000009
【図８】
2004332580.tif 000010
【図９】
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