(57)【要約】【課題】エンジンオイルの温度を高めることのできる二次空気供給システムを提供する。【解決手段】触媒装置３４が設けられた排気通路３０と、内燃機関本体１０と、排気通路３０に二次空気を供給する二次空気供給装置４０とを設け、二次空気供給装置４０に、排気通路３０あるいは内燃機関本体１０の少なくとも一方のうちの触媒装置３４の上流部分に接続されて、前記二次空気が通過可能な二次空気管４２を設け、内燃機関本体１０に、排気通路３０との接続部分よりも下方に設けられて内燃機関本体１０の各潤滑部位に供給されるエンジンオイルを貯蔵するオイル室１７と、排気通路３０との接続部分とオイル室１７との間に設けられて二次空気が通過可能な二次空気通路形成部６０とを設けるとともに、二次空気管４２の少なくとも一部を、二次空気通路形成部６０により構成する。【選択図】図６
2009209825.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒装置が設けられた排気通路と、当該排気通路に燃焼ガスを排気する内燃機関本体と、前記排気通路に二次空気を供給する二次空気供給装置とを備えた二次空気供給システムにおいて、
前記二次空気供給装置は、前記触媒装置の上流部分の前記排気通路あるいは内燃機関本体の少なくとも一方に接続されて、前記二次空気が通過可能な二次空気管を備え、
前記内燃機関本体は、前記排気通路との接続部分よりも下方に設けられて内燃機関本体の各潤滑部位に供給されるエンジンオイルを貯蔵するオイル室と、前記排気通路との接続部分と前記オイル室との間に設けられて前記二次空気が通過可能な二次空気通路形成部とを有し、
前記二次空気管の少なくとも一部が、前記二次空気通路形成部により構成されていることを特徴とする二次空気供給システム。
【請求項２】
請求項１に記載の二次空気供給システムであって、
前記内燃機関本体が、前記オイル室に接続されるとともに前記各潤滑部位に供給されたエンジンオイルをこのオイル室へ戻すリターンオイル通路を有し、
前記オイル室と前記リターンオイル通路との接続部分と、前記二次空気通路形成部との間にバッフルプレートが配置されていることを特徴とする二次空気供給システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の二次空気供給システムであって、
前記排気通路のうち前記二次空気管が接続される部分より下流に取り付けられて、当該排気通路内のガスの空燃比を検出する空燃比センサを有し、
前記二次空気管が、前記排気通路の底面に接続されていることを特徴とする二次空気供給システム。
【請求項４】
請求項３に記載の二次空気供給装置であって、
前記二次空気通路形成部は、前記排気通路の底面から下方に延びる空気通路部と、当該空気通路部の底面よりも下方および水平方向に膨出する貯留部とを有することを特徴とする二次空気供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒装置が設けられた排気通路に二次空気を供給する二次空気供給装置を備えた二次空気供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷間始動時等における排ガス性能の向上を目的として、内燃機関本体に接続される排気通路に二次空気を供給して内燃機関本体からの未燃焼ガスをこの排気通路内で再燃焼させることで、排気通路に設けられた触媒装置を早期に活性させ、これにより排ガス性能を向上する二次空気供給システムが開発されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、車両の前後方向に位置する２つのバンクを備えたエンジンと、各バンクにそれぞれ接続された排気通路とを有し、各排気通路に二次空気をそれぞれ供給する二次空気供給システムが開示されている。このシステムでは、二次空気を各排気通路に導入するための二次空気管が各排気通路に対応して車両の前後方向にそれぞれ設けられており、各排気通路に二次空気がそれぞれ導入されることで両触媒装置の早期活性化が図られている。特に、車両前方側の二次空気管が排気通路に沿うように配設されており、走行風により冷却されやすいこの車両前方の二次空気管内の二次空気の温度を排ガスの熱で高温に維持することで、車両前後の各二次空気管内の二次空気の密度を均一化し、これにより両触媒装置の温度を安定させている。
【特許文献１】特開平９−２５０３３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
内燃機関の性能としては、前記のような排ガス性能に加えて高い燃費性能が求められている。ここで、エンジンオイルの粘性すなわち温度を早期に高めて内燃機関の回転抵抗を小さくすれば、より少ない燃料で出力を確保することができ、燃費性能を向上させることができる。しかしながら、エンジンオイルの温度を高めるための装置を別途追加するとコスト面等で不利になる。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑み、別途装置を追加することなくエンジンオイルの温度を早期に高めることのできる二次空気供給システムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために、本発明は、触媒装置が設けられた排気通路と、当該排気通路に燃焼ガスを排気する内燃機関本体と、前記排気通路に二次空気を供給する二次空気供給装置とを備えた二次空気供給システムにおいて、前記二次空気供給装置は、前記触媒装置の上流部分の前記排気通路あるいは内燃機関本体の少なくとも一方に接続されて、前記二次空気が通過可能な二次空気管を備え、前記内燃機関本体は、前記排気通路との接続部分よりも下方に設けられて内燃機関本体の各潤滑部位に供給されるエンジンオイルを貯蔵するオイル室と、前記排気通路との接続部分と前記オイル室との間に設けられて前記二次空気が通過可能な二次空気通路形成部とを有し、前記二次空気管の少なくとも一部が、前記二次空気通路形成部により構成されていることを特徴とする二次空気供給システムを提供する。（請求項１）。
【０００７】
このシステムによれば、触媒装置の早期活性化により排ガス性能を向上させることができるとともに、エンジンオイルの温度の早期昇温により燃費性能を向上させることができる。すなわち、このシステムでは、前記二次空気管が前記触媒装置の上流部分に接続されており、この二次空気管を介して二次空気が排気通路に供給されるので、排気通路内の未燃焼ガスを再燃焼させて排気通路内のガス温度の向上等により触媒装置を早期に活性化させることができる。しかも、この二次空気管が内燃機関本体の排気通路との接続部分と前記オイル室との間に配置されており、この二次空気管を介して排気通路内の熱がオイル室に伝達されるので、オイル室内のエンジンオイルの温度を早期に昇温させることができる。特に、このシステムでは、二次空気を供給する二次空気管を利用してエンジンオイルを暖気しているので、エンジンオイルの温度を昇温させるための装置を別途追加する必要がなくコスト面でも有利となる。
【０００８】
また、本発明において、前記内燃機関本体が、前記オイル室に接続されるとともに前記各潤滑部位に供給されたエンジンオイルをこのオイル室へ戻すリターンオイル通路を有し、前記オイル室と前記リターンオイル通路との接続部分と、前記二次空気通路形成部との間にバッフルプレートが配置されているのが好ましい（請求項２）。
【０００９】
前記エンジンオイルは過剰に昇温されると炭化するおそれがあるが、前記のように、前記オイル室と前記リターンオイル通路との接続部分と、前記二次空気通路形成部との間にバッフルプレートが配置されていれば、各潤滑部位の熱を受けて昇温された状態で前記オイル室へ戻されるエンジンオイルが前記排気通路からの熱を受けてさらに昇温するのが抑制されるので、エンジンオイルの炭化を抑制することができる。
【００１０】
また、本発明において、前記排気通路のうち前記二次空気管が接続される部分より下流に取り付けられて、当該排気通路内のガスの空燃比を検出する空燃比センサを有する場合に、前記二次空気管が、前記排気通路の底面に接続されているのが好ましい。（請求項３）。
【００１１】
このようにすれば、排気通路内の排ガスに含まれる水分を排気通路の底面を介して二次空気管内に流下させることができ、前記水分が空燃比センサ側に流れていくのを抑制することができる。このことは、空燃比センサへの飛水を抑制してこの空燃比センサの信頼性を維持する。
【００１２】
さらに、前記二次空気通路形成部に、前記排気通路の底面から下方に延びる空気通路部と、当該空気通路部の底面よりも下方および水平方向に膨出する貯留部とを設ければ、前記貯留部に前記排ガスに含まれる水分を貯留することができ、この水分が前記空燃比センサ側に流れていくのをより確実に抑制することができるとともに、前記空気通路部を介して二次空気を前記排気通路により確実に供給することができる。（請求項４）。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、本発明によれば、排気性能とともに燃費性能を向上させることのできる二次空気供給システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図１は本発明に係る二次空気供給システム１が適用されるエンジンシステムの全体構造を概略的に示したものである。このエンジンシステムには、エンジン本体（内燃機関）１０と、このエンジン本体１０に接続される吸気通路２０および排気通路３０と、前記排気通路３０に二次空気を供給する二次空気供給装置４０とが設けられている。本発明に係る前記二次空気供給システム１は、少なくとも、前記エンジン本体１０と、前記排気通路３０と前記二次空気供給装置４０とで構成されている。図２および図３は、エンジンシステムのうち主にこの二次空気供給装置４０を示す概略側面図であり、図４は図２等の概略上面図であり、図６は、図２等の概略斜視図である。また、図６は、エンジン本体１０の底面付近の断面図を概略的に示したものである。
【００１６】
ここでは、前記エンジン本体（内燃機関）１０をロータリーピストンエンジンとした場合について説明する。すなわち、このエンジン本体１０には、トロコイド状の内周面が形成されたハウジング１１と、偏心軸１２に支持された略三角形状のローター１３とが設けられており、このローター１３が前記ハウジング１１により画成されたトロコイド空間１４内を遊星回転運動するよう構成されている。
【００１７】
前記エンジン本体１０の底部付近には、オイルパン（オイル室）１７が設けられている。このオイルパン１７は、エンジン本体１０の各潤滑部位に供給されるエンジンオイルＯを貯蔵しておくためのものである。前記エンジンオイルＯは、オイルパン１７から図示しないオイルポンプ等により前記各潤滑部位に供給される。また、このオイルパン１７には、図６に示すように、前記ハウジング１１に形成されたリターンオイル通路１８が接続されおり、前記エンジンオイルＯは、各潤滑部位に供給された後、前記リターンオイル通路１８を通って再度このオイルパン１７に戻される。
【００１８】
前記ハウジング１１には、前記リターンオイル通路１８に加えて、前記トロコイド空間１３に連通する吸気ポート１５と、排気ポート１６と、二次空気通路形成部６０とが形成されている。
【００１９】
前記二次空気通路形成部６０は、後述する二次空気供給装置４０の二次空気管４２の一部を構成する部分であり、その詳細については後述する。
【００２０】
前記吸気ポート１５には吸気通路２０が接続されている。この吸気通路２０には、上流側から下流側へ、エアクリーナー２２、スロットル弁２５、サージタンク２６が配設されており、所定の空気がエンジン本体１０に導入される。
【００２１】
前記排気ポート１６には排気通路３０が接続されている。本実施形態では、図６に示すように３つの排気ポート１６ａ，１６ｂ，１６ｃが、前記オイルパン１７の上方においてそれぞれ水平方向に所定の間隔をあけて形成されており、各排気ポート１６ａ，１６ｂ，１６ｃの開口部に接続される排気マニホールド３０ａと、排気マニホールド３０ａに接続される排気管３０ｂとによって排気通路３０が構成されている。前記排気マニホールド３０ａは、各排気ポート１６ａ，１６ｂ，１６ｃとほぼ同じ高さにおいてこれら排気ポート１６ａ，１６ｂ，１６ｃの並び方向に延びる形状を有しており、各排気ポート１６ａ，１６ｂ，１６ｃからの排ガスはこの排気マニホールド３０ａ内で合流する。前記排気管３０ｂには触媒装置３４が設けられており、その上流には排ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ３６が設置されている。前記排ガスはこの触媒装置３４で浄化された後、外部に排出される。触媒装置３４は、例えば、排ガス中のＣＯ，ＨＣ等を酸化除去可能な触媒を備えており、その排気浄化性能は、触媒の温度が所定の活性温度にある状態にて最も高くなる。
【００２２】
前記各排気ポート１６ａ，１６ｂ，１６ｃと前記吸気通路２０との間には、排気通路３０に二次空気を導入するための二次空気供給装置４０が設けられている。この二次空気供給装置４０は、各排気ポート１６ａ，１６ｂ，１６ｃと前記吸気通路２０とを接続する二次空気管４２と、この二次空気管４２の途中に設けられるエアコントロールバルブ４６およびエアポンプ４８とを備えている。
【００２３】
前記エアコントロールバルブ４６は、図示しない制御ユニットにより特定の運転条件時にのみ開弁することで前記二次空気管４２を介して前記排気通路３０に二次空気を導入するものである。本エンジンシステムでは、前記特定の運転条件としてエンジン水温が所定温度以下の冷間始動時が適用されており、始動開始後の所定期間の間、前記エアコントロールバルブ４６を駆動して排気通路３０に二次空気を導入する。二次空気が導入された排気通路３０では、導入された空気と排ガス中の未燃焼ガスとが反応して再燃焼することで排ガスの温度が上昇する結果、前記触媒装置３４が早期に活性化する。前記エアコントロールバルブ４６としては、例えば吸気負圧作動方式のものが用いられる。前記エアポンプ４８は、二次空気を加圧してこの二次空気を前記二次空気管４２に効率よく供給するためのものであり、このエアポンプ４８としては、例えば電動式のものが用いられる。
【００２４】
前記二次空気管４２は、前記吸気通路２０と前記エンジン本体１０との間に介在する配管６２と、前記エンジン本体１０のハウジング１１に形成された二次空気通路形成部６０とで構成されている。
【００２５】
前記配管６２の一部は、図５等に示すように、前記エアバルブ４６から下方に延びた後エンジン本体１０側に傾斜して、エンジン本体１０の底部付近に接続される。
【００２６】
前記二次空気通路形成部６０は、図５等に示すように、前記ハウジング１１のうち前記排気ポート１６および前記排気マニホールド３０ａと前記オイルパン１７との間に形成された通路である。この二次空気通路形成部６０は、連通部６５と、案内部６６ａ，６６ｂ，６６ｃとを備えている。
【００２７】
前記連通部６５は、ハウジング１１の外部に開口してこの開口部において前記配管６２に接続される部分であり、各排気ポート１６ａ，１６ｂ，１６ｃの並び方向に延びる形状を有している。この連通部６５は、さらに、図６に示すように、前記排気ポート１６の底面付近から下方に延びる空気通路部６５ａと、この空気通路部６５ａの底面からさらに前記オイルパン１７近傍まで膨出するとともに前記空気通路部６５ａよりも水平方向に膨出する貯留部６５ｂとで構成されている。前記案内部６６ａ，６６ｂ，６６ｃは、前記連通部６５と各排気ポート１６ａ，１６ｂ，１６ｃとを連通して各排気ポート１６ａ，１６ｂ，１６ｃに二次空気をそれぞれ案内する部分であり、各排気ポート１６ａ，１６ｂ，１６ｃの底面から前記連通部６５側に延びる形状を有している。
【００２８】
以上のように構成された二次空気通路形成部６０では、前記配管２０を介して供給された二次空気が前記連通部６５に流入した後、前記案内部６６ａ，６６ｂ，６６ｃを介して各排気ポート１６ａ，１６ｂ，１６ｃに導入される。
【００２９】
ここで、前記二次空気通路形成部６０は、各排気ポート１６ａ，１６ｂ，１６ｃに接続されていることから、排ガスの流入あるいは排気熱の影響を受けて、その内部の温度はある程度高温に維持される。例えば、各排気ポート１６ａ，１６ｂ，１６ｃに排ガスが排出されるタイミング等では、排ガスの圧力が高いことで排ガスが前記案内部６６ａ，６６ｂ，６６ｃを介して二次空気通路形成部６０内に流入するため二次空気通路形成部６０内の温度は高められる。そして、前述のように、この二次空気通路形成部６０は、前記連通部６５の貯留部６５ｂにおいて前記オイルパン１７近傍まで膨出している。そのため、本エンジンシステムでは、この二次空気通路形成部６０を介して、前記排気ガスの熱を前記オイルパン１７に貯留しているエンジンオイルＯに効率よく伝えることができる。
【００３０】
エンジンオイルの温度が低く、エンジンオイルの粘性が高いと、エンジン本体１０における回転抵抗が大きくなり燃費の悪化を招いてしまう。これに対して、本エンジンシステムでは、前記のように、前記二次空気通路形成部６０を利用して、エンジンオイルＯに排ガスの熱を伝達してエンジンオイルＯの温度を高めることができるので、燃費性能を高めることができる。
【００３１】
一方、エンジンオイルは、その温度が高くなりすぎると炭化するという問題がある。そのため、前記エンジンオイルのうち前記各潤滑部位に供給されることである程度高温となったエンジンオイル（以下リターンオイルという）には前記排ガスの熱があまり伝達されないのが好ましい。そこで、本エンジンシステムでは、図６に示すように、前記リターンオイルが通過するリターンオイル通路１８とオイルパン１７との接続部分付近に、バッフルプレート５０を取り付けることで、リターンオイルへの排ガスの熱の伝達量を小さくし、エンジンオイルの炭化を抑制する。具体的には、前記バッフルプレート５０は、前記リターン通路１８の側壁に沿って下方に伸びた後、前記貯留部６５ｂの底面に沿って水平方向に延びる形状を有している。
【００３２】
また、前述のように、各案内部６６ａ，６６ｂ，６６ｃは、各排気ポート１６ａ，１６ｂ，１６ｃの底面から下方に延びる形状を有しており、排ガス中に含まれる水分が前記連通部６５側に流下できる。そのため、このエンジンシステムでは、排ガス中に含まれる水分が各排気ポート１６ａ，１６ｂ，１６ｃおよび排気マニホールド３０ａ等から下流に流れこむことで前記空燃比センサ３６に付着し、この水分の付着によって空燃比センサ３６の信頼性が低下するのが抑制される。
【００３３】
特に、前記連通部６５には、前記空気通路部６５ａとは別に、比較的容量の大きな貯留部６５ｂが設けられており、この貯留部６５ｂに水分を貯留できるよう構成されている。従って、流下した水分が多くなったとしても、前記空気通路部６５ａを介して二次空気を各排気ポート１６ａ，１６ｂ，１６ｃに導入することができる。
【００３４】
以上のように、本エンジンシステム１では、各排気ポート１６ａ，１６ｂ，１６ｃを介して排気通路３０に二次空気を導入することで排気性能を高めることができるとともに、この二次空気を導入するための二次空気通路形成部６０を利用してエンジンオイルＯを温めることでエンジンオイルの粘性を早期に低減し燃費性能を高めることができる。
【００３５】
ここで、前記二次空気通路形成部６０は前記排気マニホールド３０ａあるいは前記排気管３０ｂに接続されていてもよい。
【００３６】
また、前記バッフルプレート５０は省略可能である。ただし、バッフルプレート５０を前記のようにオイルパン１７とリターンオイル通路１８との接続部分に配置すれば、比較的高温であるリターンオイルがさらに高温化されることで炭化するのをより確実に抑制することができる。
【００３７】
また、前記二次空気通路形成部６０が、前記排気ポート１６ａ，１６ｂ，１６ｃの側部あるいは上部に接続されていてもよい。ただし、前記のように、前記二次空気通路形成部６０に、各排気ポート１６ａ，１６ｂ，１６ｃの底面から下方に延びる案内部６６ａ，６６ｂ，６６ｃを設け、二次空気通路形成部６０を各排気ポート１６ａ，１６ｂ，１６ｃの底部に接続させれば、排ガス中の水分を二次空気通路形成部６０内に流下させて、この水分が前記空燃比センサ３６に付着するのを抑制することができる。
【００３８】
また、前記貯留部６５ｂは省略可能である。ただし、前記のように、二次空気通路形成部６０の底部に比較的容量の大きな貯留部６５ｂを設けておけば、この二次空気通路形成部６０内に流下した水分を貯留しつつ二次空気の通路を確保することができ、空燃比センサ３６の信頼性の維持と二次空気の導入による排ガス性能の向上効果とを実現できる。
【００３９】
また、前記エンジン本体１０の具体的構造は前記に限らず、レシプロエンジンであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係る二次空気供給システムが適用されるエンジンシステムの全体構造の概略図である。
【図２】本発明に係る二次空気供給システムの概略側面図である。
【図３】本発明に係る二次空気供給システムの概略側面図である。
【図４】本発明に係る二次空気供給システムの概略上面図である。
【図５】本発明に係る二次空気供給システムの概略斜視図である。
【図６】図１のエンジンシステムのエンジン本体の底辺付近の概略断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１    二次空気供給システム
１０    エンジン本体（内燃機関本体）
１６    排気ポート
１７    オイルパン（オイル室）
１８    リターンオイル通路
２０    吸気通路
３０    排気通路
３４    触媒装置
３６    空燃比センサ
４０    二次空気供給装置
４２    二次空気管
６０    二次空気通路形成部
６５    連通部
６５ａ    空気通路部
６５ｂ    貯留部
Ｏ    エンジンオイル
【図１】
2009209825.tif 000003
【図２】
2009209825.tif 000004
【図３】
2009209825.tif 000005
【図４】
2009209825.tif 000006
【図５】
2009209825.tif 000007
【図６】
2009209825.tif 000008