(57)【要約】【課題】排気ポート内の排気ガスを充分に保温し、二次空気の供給によって排気ガスを効果的に燃焼させて有害物質の浄化を促進することができる内燃機関の二次空気供給装置を提供する。【解決手段】排気ポート３５および二次空気供給路３６を有するシリンダヘッドと、排気ガス導通部材２４とを備え、シリンダヘッドが、排気ガス導通部材２４を収容する収容穴２５ｃと、収容穴２５ｃに収容された排気ガス導通部材２４の外周面２４ｄと収容穴２５ｃとにより画成され、排気ポート３５の延在方向に沿って延在する空洞３７と、二次空気供給路３６と空洞３７とを連結し、二次空気供給路３６から空洞３７に二次空気を供給する供給口２５ｇとを有し、排気ガス導通部材２４が、空洞３７と排気ポート３５とを連通する連通孔４１〜４４を有することを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室に連通し排気ガスを排出させる排気ポートと前記排気ポート内に二次空気を供給する二次空気供給路とを有するシリンダヘッドと、
前記シリンダヘッド内に設けられ内周面が前記排気ポートの一部を構成する排気ガス導通部材と、を有する内燃機関の二次空気供給装置において、
前記シリンダヘッドが、前記排気ガス導通部材を収容する収容部と、
前記収容部内に収容された前記排気ガス導通部材の外周面と前記収容部とにより画成され、前記排気ポートの延在方向に沿って延在する空洞と、
前記二次空気供給路と前記空洞を連通し、前記二次空気供給路から前記空洞に前記二次空気を供給する供給口とを有し、
前記排気ガス導通部材が、前記空洞と前記排気ポートとを連通する連通孔を有することを特徴とする内燃機関の二次空気供給装置。
【請求項２】
前記排気ガス導通部材が、円筒体からなり、前記連通孔が前記円筒体の円周方向に等間隔で複数個形成されたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の二次空気供給装置。
【請求項３】
前記連通孔が、前記排気ポートの入口部を開閉する排気バルブから離隔する位置に形成されるとともに、前記供給口が、前記連通孔よりも前記排気バルブから離隔する位置に形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の二次空気供給装置。
【請求項４】
前記連通孔の軸方向が、前記排気ポート内の排気ガスの排出方向に対して直交するよう前記連通孔が形成されたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１の請求項に記載の内燃機関の二次空気供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガスの浄化を促進するための内燃機関の二次空気供給装置に関し、特に、排気ポート内に二次空気を供給する内燃機関の二次空気供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、内燃機関の二次空気供給装置においては、エアクリーナからの空気を排気ポート内に送り込むことにより、空気中の酸素を高温の排気ガスに供給し排気ガスに含まれる未燃成分からなる炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）を燃焼させている。この燃焼により有害なＨＣやＣＯを無害な水蒸気（Ｈ２Ｏ）と二酸化炭素（ＣＯ２）にして、排気ガスの浄化を促進させ、ＨＣやＣＯなどの未燃焼成分の排出量の低減を図っている。
【０００３】
従来、この種の内燃機関の二次空気供給装置として、排気ポートの入口部に設けられるバルブシートの圧入溝と、これに圧入されるバルブシートとの間であって、かつ圧入方向に相対する部位に、空隙を形成し、この空隙を、排気の流れ方向に直交する方向に開口する二次空気供給口として構成したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このような従来の内燃機関の二次空気供給装置においては、二次空気供給口を排気の流れ方向に直交する方向に開口させて、二次空気の供給を必要としない通常運転時に二次空気供給口が排気抵抗にならないようにし、二次空気の供給を必要とする運転時には排気ガスの再燃焼効果を発揮できるようにしている。
【特許文献１】特開２００６−２０７４７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述のような従来の内燃機関の二次空気供給装置にあっては、二次空気の供給により排気ガス中のＨＣやＣＯを燃焼させるには、排気ガスの温度が高温で維持されることが好ましいが、排気ポート入口部に圧入されたバルブシートは、排気バルブと接触する部分が高温になりすぎないよう冷却効果を高めるため熱伝導率の高い金属で形成されており、バルブシート近傍の排気ポート内の排気ガスの保温効果は期待し難い。そのため、排気ガスの温度上昇が促進されず、二次空気供給による排気ガスの再燃焼効果が得られ難いという問題があった。
【０００５】
本発明は、上述のような従来の問題を解決するためになされたもので、排気ポート内の排気ガスを充分に保温し、二次空気の供給によって排気ガスを効果的に燃焼させて有害物質の浄化を促進することができる内燃機関の二次空気供給装置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】
【０００６】
本発明に係る内燃機関の二次空気供給装置は、上記目的達成のため、（１）内燃機関の燃焼室に連通し排気ガスを排出させる排気ポートと前記排気ポート内に二次空気を供給する二次空気供給路とを有するシリンダヘッドと、前記シリンダヘッド内に設けられ内周面が前記排気ポートの一部を構成する排気ガス導通部材と、を有する内燃機関の二次空気供給装置において、前記シリンダヘッドが、前記排気ガス導通部材を収容する収容部と、前記収容部内に収容された前記排気ガス導通部材の外周面と前記収容部とにより画成され、前記排気ポートの延在方向に沿って延在する空洞と、前記二次空気供給路と前記空洞を連通し、前記二次空気供給路から前記空洞に前記二次空気を供給する供給口とを有し、前記排気ガス導通部材が、前記空洞と前記排気ポートとを連通する連通孔を有することを特徴とする。
【０００７】
この構成により、二次空気は、二次空気供給手段により二次空気供給路内に供給され、供給口から空洞に供給され、空洞内を流通し、連通孔から排気ポート内に供給される。
排気ガス導通部材の外周面と収容部とにより空洞が画成され、排気ガス導通部材により排気ポートがいわゆる二重構造となっており、排気ポート内を流通する排気ガスの熱は空洞によって遮断されて保温効果が得られるので、供給された二次空気と排気ガスとが混合し排気ガス内の有害物質が燃焼する際に、酸化反応が促進され、排気ガス内の有害物質の浄化が促進される。
また、空洞が排気ポートの延在方向に沿って延在しているので、二次空気が、空洞内を流通している間に排気ポート内の排気ガスの熱エネルギーを受けて暖められた後、排気ポート内に供給される。このため、より酸化反応が促進される。また、排気ポートにおいて、排気ガス導通部材が高温の排気ガスの排出を受け持ち、シリンダヘッドが内燃機関の強度を受け持つ二重構造となっているのでシリンダヘッドの耐久性が向上する。
【０００８】
本発明に係る内燃機関の二次空気供給装置は、上記（１）に記載の内燃機関の二次空気供給装置において、（２）前記排気ガス導通部材が、円筒体からなり、前記連通孔が前記円筒体の円周方向に等間隔で複数個形成してもよい。
【０００９】
この構成により、円筒体の円周方向に等間隔で形成された複数の連通孔から二次空気が排気ポート内に供給されるので、供給された二次空気と排気ポート内の排気ガスとがより均一に混合される。その結果、排気ガス内の有害物質が燃焼する際に、酸化反応が促進され排気ガス内の有害物質の浄化が促進される。
【００１０】
また、本発明に係る内燃機関の二次空気供給装置は、上記（１）または（２）に記載の内燃機関の二次空気供給装置において、（３）前記連通孔が、前記排気ポートの入口部を開閉する排気バルブから離隔する位置に形成されるとともに、前記供給口が、前記連通孔よりも前記排気バルブから離隔する位置に形成してもよい。
【００１１】
この構成により、連通孔が、排気ポートの入口部を開閉する排気バルブから離隔する位置に形成されており、排気ポートの入口部が連通孔を流通する二次空気による影響を受けないので、排気ポートの入口部の冷却効果を損なうことがない。また、供給された二次空気と排気バルブから離隔した位置の排気ガスとが好適に混合し、排気ポート内で流通することによる排気ガスの温度の低下が少ないので、排気ポート内の排気ガスの温度が比較的高い領域で、排気ガス内の有害物質が燃焼する際に、好適に酸化反応が促進され、排気ガス内の有害物質の浄化が促進される。
【００１２】
また、本発明に係る内燃機関の二次空気供給装置は、上記（１）〜（３）のいずれかに記載の内燃機関の二次空気供給装置において、（４）前記連通孔の軸方向が、前記排気ポート内の排気ガスの排出方向に対して直交するよう前記連通孔を形成してもよい。
【００１３】
この構成により、連通孔の軸方向が排気ポート内の排気ガスの流通方向に対して直交するよう連通孔が形成されていると、始動時などの二次空気を供給する時には、連通孔から供給された二次空気と排気ガスとが好適に混合され、通常運転時などの二次空気を供給しない時には、連通孔が排気ポート内の排気ガスの流通を妨げることはない。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、排気ポート内の排気ガスを充分に保温し、二次空気の供給によって排気ガスを効果的に燃焼させて有害物質の浄化を促進することができる内燃機関の二次空気供給装置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】
【００１５】
以下、本発明の第１の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１６】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る内燃機関の二次空気供給装置の概略ブロック構成図であり、図２は、図１におけるＡ−Ａ矢視断面を示すエンジン本体の要部断面図であり、図３（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る内燃機関の二次空気供給装置における排気ポート部分の断面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるＢ−Ｂ矢視断面を示す断面図である。
【００１７】
まず、内燃機関の二次空気供給装置の構成について説明する。
【００１８】
図１に示すように、内燃機関１０は、エンジン本体１１と、冷却装置１２と、吸気装置１３と、排気装置１４と、二次空気供給装置１５と、エンジン電子制御ユニット１６とを含んで構成されている。
【００１９】
エンジン本体１１は、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジンなどの内燃機関を構成する公知のエンジンからなり、例えば、燃焼室１１ａ〜１１ｄを有する直列４気筒のエンジンからなる。このエンジン本体１１には、各燃焼室１１ａ〜１１ｄに燃料を噴射する図示しないインジェクタが設けられており、エンジン電子制御ユニット１６により制御されるようになっている。
【００２０】
冷却装置１２は、ラジエータ１２ａと、図示しないウォータポンプおよびサーモスタットを含んで構成されており、エンジン電子制御ユニット１６により冷却水がエンジン本体１１内で循環しエンジン本体１１が冷却されるようになっている。
【００２１】
吸気装置１３は、エアクリーナ１３ａと、吸気管１３ｂと、この吸気管１３ｂ内に設けられたスロットルバルブ１３ｃと、吸気マニホルド１３ｄとを含んで構成されている。エアクリーナ１３ａにより吸入され浄化された空気は、吸気管１３ｂに供給され、その空気量がスロットルバルブ１３ｃで調整され、吸気マニホルド１３ｄを経由して各燃焼室１１ａ〜１１ｄ内に供給されるようになっている。
【００２２】
排気装置１４は、排気マニホルド１４ａを含んで構成されている。この排気マニホルド１４ａの下流側には、排気後処理装置２１が設けられており、後述する二次空気を排気マニホルド１４ａの上流側に供給することにより浄化された排気ガスに対して、さらに排気後処理装置２１により、例えば排気中の酸素濃度や未燃成分からなる炭化水素（ＨＣ）を適宜調整することで、排気中のＮＯｘをＮＯ２やＮＯに還元し、排気中のＨＣやＣＯと反応させてＮ２としたり、ＨＣやＣＯを酸化させてＨ２ＯやＣＯ２としたりすることにより排気ガスがより浄化されるようになっている。
これらの冷却装置１２、吸気装置１３および排気装置１４の構成自体は公知のものと同様である。
【００２３】
図１および図２に示すように、二次空気供給装置１５は、二次空気導通管２２と、二次空気供給ポンプ２３と、排気ガス導通部材２４と、シリンダヘッド２５とを含んで構成されており、排気ガス導通部材２４およびシリンダヘッド２５は、前述のエンジン本体１１の一部を構成している。
【００２４】
二次空気導通管２２には、分岐管２２ａ〜２２ｄが設けられており、二次空気導通管２２の内部および各分岐管２２ａ〜２２ｄの内部に二次空気供給路３２が形成されている。
二次空気導通管２２は、その端部でエアクリーナ１３ａの側面部１３ｅに連結され、他端部で分岐管２２ａ〜２２ｄの各端部に連結されている。各分岐管２２ａ〜２２ｄの各他端部は、シリンダヘッド２５の側面部２５ａに連結されている。
【００２５】
二次空気供給ポンプ２３は、電動式エアポンプなどからなり、二次空気導通管２２に設けられており、エアクリーナ１３ａ内で浄化された空気を吸入し、二次空気供給路３２を介して排気マニホルド１４ａの上流側であるシリンダヘッド２５内の排気ポート３５内に供給するようになっている。
【００２６】
図３（ａ）、（ｂ）に示すように、排気ガス導通部材２４は、ステンレス等の金属で形成された長さＬ１の円筒体からなり、円筒部２４ａおよびこの円筒部２４ａと一体的に形成され、円筒部２４ａの外径Ｄ１よりも大きな外径Ｄ２を有するフランジ部２４ｂにより構成されている。排気ガス導通部材２４は、表面が滑らかに形成された内壁部２４ｃで囲まれる排気ポート３５を有しており、円筒部２４ａには矢印Ｃで示す排気ガス排出方向に直交するよう４個の連通孔４１〜４４が、端部２４ｅの近傍に、円筒部２４ａの円周方向に等間隔で形成されている。
【００２７】
なお、この連通孔４１〜４４は、排気ガス流通方向に直交するよう排気ガス導通部材２４に形成した場合について説明したが、本発明の内燃機関の二次空気供給装置における排気ガス導通部材においては、直交だけでなく、矢印Ｃで示す排気ガス流通方向に対して、鋭角または鈍角になるよう形成してもよい。
【００２８】
シリンダヘッド２５は、軽量で高剛性の金属材料、例えばアルミ合金からなり、図２および図３（ａ）に示すように、燃焼室１１ａ〜１１ｄの一部と、この燃焼室１１ａ〜１１ｄに連通した吸気ポート３４および排気ポート３５が設けられている。また、吸気ポート３４が燃焼室１１ａ〜１１ｄに連通する部分には吸気バルブ２７が設けられ、排気ポート３５が燃焼室１１ａ〜１１ｄに連通する部分には排気バルブ２８が設けられており、エンジン電子制御ユニット１６によりそれらの開閉が制御されるようになっている。また、シリンダヘッド２５は、下端部でシリンダブロック２９の上端部に連結され、上端部でシリンダカバー３１の下端部に図示しないボルトなどにより連結されている。
【００２９】
図３（ａ）、（ｂ）に示すように、シリンダヘッド２５の側面部２５ａには、内径Ｄ２、深さＬ３の収容穴２５ｂと、内径Ｄ３、深さＬ２の収容穴２５ｃと、排気ガス導通部材２４の円筒部２４ａの外径Ｄ１より僅かに大きい内径を有し、かつ深さＬ１の収容穴２５ｄとが互いに軸線が一致するよう形成されている。この収容穴２５ｄに円筒部２４ａの端部２４ｅが挿入されて嵌合し、収容穴２５ｂにフランジ部２４ｂが挿入されて嵌合している。
【００３０】
このように構成されているので、円筒部２４ａの外周面２４ｄと、フランジ部２４ｂの裏面２４ｆと、収容穴２５ｃの底面２５ｅとにより、排気ポート３５の延在方向に沿って空洞３７が画成されている。また、シリンダヘッド２５の側面部２５ａには、二次空気供給穴２５ｆが形成され二次空気供給路３６が画成されており、この二次空気供給路３６と空洞３７とを連通する供給口２５ｇが形成されている。本実施の形態のシリンダヘッド２５に形成された収容穴２５ｂ、収容穴２５ｃおよび収容穴２５ｄは、本発明の内燃機関の二次空気供給装置における収容部を構成している。
【００３１】
図１に示すように、エンジン電子制御ユニット１６は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）１６ａ、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）１６ｂ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）１６ｃ、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｌｌｙ  Ｅｒａｓａｂｌｅ  ａｎｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、Ａ／Ｄ変換器やバッファ等を含む入力インターフェース回路、および、駆動回路等を含む出力インターフェース回路を含んで構成されている。
【００３２】
エンジン電子制御ユニット１６の入力インターフェース回路には、図示しない公知のエアフローメータ、吸気温度センサ、排気温度センサ、アクセルペダルの踏み込みを検出するアクセル開度センサ、スロットルバルブ１３ｃの開度を検出するスロットル開度センサ、所定角度単位のクランク回転からエンジン回転数に対応する信号を出力するエンジン回転数センサ、内燃機関１０が搭載された車両の走行速度または車輪回転速度を検出する車速センサ等がそれぞれ接続されており、これらのセンサ群からの情報がエンジン電子制御ユニット１６に取り込まれるようになっている。
【００３３】
エンジン電子制御ユニット１６の出力インターフェース回路には、図示しないそれぞれの駆動回路を介して二次空気供給ポンプ２３、各燃焼室１１ａ〜１１ｄに連通する吸気ポート３４に設けられたインジェクタがそれぞれ接続されている。
【００３４】
エンジン電子制御ユニット１６のＲＡＭ１６ｂには、入力インターフェース回路に取り込まれる車両を始動させるイグニッションスイッチのキー操作の入力情報と、排気温度センサからの排気ガス温度と、アクセル開度センサからの開度情報と、エンジン回転数センサからのエンジン回転数等を所定時間毎に取り込んで、内燃機関１０の運転状態を算出するための運転状態演算処理プログラムおよび二次空気供給装置から二次空気を供給するタイミングを制御する二次空気供給処理プログラムが格納されている。
【００３５】
次に、本実施の形態に係る内燃機関の二次空気供給装置の動作について説明する。
【００３６】
車両の始動時や運転時、エンジン電子制御ユニット１６は、排気ポート３５内に二次空気を供給するための供給開始条件が満たされたとき、例えば、キー操作の入力情報と、排気温度センサからの排気ガス温度と、アクセル開度センサからの開度情報と、エンジン回転数センサからのエンジン回転数等からキー操作がなされエンジン本体１１が始動された直後のアイドリング状態であることが検知されたとき、二次空気供給処理プログラムが実行され二次空気供給ポンプ２３を供給終了条件が満たされるまで動作させる。この供給終了条件は、例えば、排気温度センサからの排気ガス温度が高温に到達し、排気ガス内の有害物質を再燃焼する必要がなくなったときに満たされる。
【００３７】
二次空気供給ポンプ２３が動作すると、図１に示すエアクリーナ１３ａで浄化された空気は、二次空気供給ポンプ２３により吸引され二次空気導通管２２内の二次空気供給路３２を流通し、さらに各分岐管２２ａ〜２２ｄ内の二次空気供給路３２、シリンダヘッド２５の二次空気供給路３６を流通し供給口２５ｇから、図３（ａ）に示す空洞３７内に供給される。空洞３７内に供給された空気は、矢印Ｃで示す排気ガスの流通方向と逆方向に流通し、連通孔４１〜４４から排気ポート３５内に供給される。空洞３７内に供給された空気は、矢印Ｃで示す排気ガスの流通方向と逆方向に流通するので、供給口２５ｇから連通孔４１〜４４までの間に排気ポート３５内の排気ガスから伝達された熱エネルギーを受けて暖められる。連通孔４１〜４４から供給された空気は、排気ポート３５内に供給されたときその温度が高められているので、排気ポート３５内でより燃焼し易くなり、再燃焼効果が促進される。
【００３８】
本実施の形態に係る内燃機関の二次空気供給装置１５は、内燃機関１０の燃焼室１１ａ〜１１ｄに連通し排気ガスを流通させる排気ポート３５とこの排気ポート３５内に二次空気を供給する二次空気供給路３６とを有するシリンダヘッド２５と、内部に排気ポート３５を有しシリンダヘッド２５の一部を構成する排気ガス導通部材２４と、排気ポート３５内に二次空気供給路３６を介して二次空気を供給する二次空気供給ポンプ２３とを備えている。
【００３９】
このシリンダヘッド２５は、排気ガス導通部材２４を収容する収容穴２５ｂ、２５ｃ、２５ｄと、排気ガス導通部材２４の外周面２４ｄと収容穴２５ｃを囲むシリンダヘッド２５の内壁面とにより画成され、排気ポート３５の延在方向に沿って延在する空洞３７を有している。また、二次空気供給路３６と空洞３７とを連通させ、二次空気供給路３６から空洞３７に二次空気を供給する供給口２５ｇを有し、排気ガス導通部材２４が、空洞３７と排気ポート３５とを連通する連通孔４１〜４４を有し、連通孔４１〜４４の軸方向が排気ポート３５内の排気ガスの流通方向に対して直交するよう連通孔４１〜４４が形成されている。
【００４０】
このように、排気ガス導通部材２４の外周面２４ｄと収容穴２５ｂ、２５ｃ、２５ｄを囲むシリンダヘッド２５の内壁面とにより空洞３７が画成され、排気ガス導通部材２４により排気ポート３５がいわゆる二重構造となっており、排気ポート３５内を流通する排気ガスの熱は空洞３７によって遮断されて保温効果が得られるので、供給された二次空気と排気ガスとが混合し排気ガス内の有害物質が燃焼する際に、酸化反応が促進され、排気ガス内の有害物質の浄化が促進される。また、空洞３７が排気ポート３５の延在方向に沿って延在しており、二次空気が、空洞３７内を流通している間に排気ポート３５内の排気ガスの熱エネルギーを受け暖められて排気ポート３５内に供給されるので、より酸化反応が促進される。
【００４１】
他方、通常運転時などの二次空気を供給しない時には、連通孔の軸方向が排気ポート３５内の排気ガスの流通方向に対して直交するよう連通孔４１〜４４が形成されているので、連通孔４１〜４４が排気ポート３５内の排気ガスの流通を妨げることはなく、排気ガスが排気ポート３５内を円滑に流通するので連通孔４１〜４４が排気抵抗となることはない。また、排気ポート３５において、排気ガス導通部材２４が高温の排気ガスの排出を受け持ち、シリンダヘッド２５が内燃機関の強度を受け持つ二重構造となっているのでシリンダヘッド２５の耐久性が向上する。
【００４２】
また、排気ガス導通部材２４が、円筒体からなり、各連通孔４１〜４４が、この円筒部２４ａの円周方向に等間隔で形成されているので、各連通孔４１〜４４から均等に二次空気が排気ポート３５内に供給され、二次空気が排気ガスに効果的に混合され、再燃焼効果が促進され有害物質の浄化が促進される。
【００４３】
また、連通孔４１〜４４が、排気ポート３５の入口部を開閉する排気バルブ２８から離隔する位置に形成されており、排気ポート３５の入口部が連通孔４１〜４４を流通する二次空気による影響を受けないので、排気ポート３５の入口部の冷却効果を損なうことがない。また、供給された二次空気と排気バルブ２８から離隔した位置の排気ガスとが好適に混合し、排気ポート３５内で流通することによる排気ガスの温度の低下が少ないので、排気ポート３５内の排気ガスの温度が比較的高い領域で、排気ガス内の有害物質が燃焼する際に、好適に酸化反応が促進され、排気ガス内の有害物質の浄化が促進される。
【００４４】
本発明の第１の実施の形態に係る二次空気供給装置１５においては、シリンダヘッド２５内の１箇所に二次空気供給穴２５ｆを形成し二次空気供給路３６を１箇所に形成した場合について説明したが、本発明に係る内燃機関の二次空気供給装置においては、シリンダヘッド内の複数箇所に穴を形成し二次空気供給路を複数箇所に形成し、各二次空気供給路から空洞に二次空気を供給するように構成してもよい。
【００４５】
また、本発明の第１の実施の形態に係る二次空気供給装置１５においては、排気ガス導通部材２４の４箇所に連通孔４１〜４４を形成した場合について説明したが、本発明の内燃機関の二次空気供給装置における排気ガス導通部材においては、少なくとも１箇所に形成されていればよい。この連通孔の断面の形状は、円形でもよく、楕円形、正方形、長方形および多角形などの非円形でもよい。また、排気ガス導通部材２４を円筒体で形成した場合について説明したが、本発明の内燃機関の二次空気供給装置における排気ガス導通部材においては、その断面は任意の形状で形成してもよく、例えば、楕円形、四角形、多角形などで形成してもよい。
【００４６】
本発明の第１の実施の形態に係る二次空気供給装置１５においては、連通孔４１〜４４を排気ガス導通部材２４の端部２４ｅの近傍に形成することにより、連通孔４１〜４４が排気バルブ２８の近傍に位置するよう配設したが、連通孔４１〜４４を排気ガス導通部材２４のフランジ部２４ｂの近傍に形成するようにしてもよい。以下、連通孔４１〜４４を排気ガス導通部材２４のフランジ部２４ｂの近傍に形成した第２の実施の形態について説明する。
【００４７】
（第２の実施の形態）
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る内燃機関の二次空気供給装置を示し、図１におけるＡ−Ａ矢視断面を示すエンジン本体の要部断面図であり、図５（ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係る内燃機関の二次空気供給装置における排気ポート部分の断面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）におけるＥ−Ｅ矢視断面を示す断面図である。
【００４８】
なお、第２の実施の形態に係る内燃機関の二次空気供給装置においては、第１の実施の形態の排気ガス導通部材２４に形成された連通孔４１〜４４の位置が異なっているが、他の構成は同様に構成されている。したがって、同一の構成については、図１から図３に示した第１の実施の形態と同一の符号を用いて説明し、特に相違点についてのみ詳述する。
【００４９】
まず、本発明の第２の実施の形態に係る内燃機関の二次空気供給装置の構成について説明する。
【００５０】
図１に示すように、内燃機関１０は、エンジン本体１１と、冷却装置１２と、吸気装置１３と、排気装置１４と、二次空気供給装置１８と、エンジン電子制御ユニット１６とを含んで構成されている。
【００５１】
図１および図４に示すように、二次空気供給装置１８は、二次空気導通管２２と、二次空気供給ポンプ２３と、排気ガス導通部材５４と、シリンダヘッド５５とを含んで構成されており、排気ガス導通部材５４およびシリンダヘッド５５は、前述のエンジン本体１１の一部を構成している。本実施の形態における二次空気供給装置１８は、本発明に係る内燃機関の二次空気供給装置における二次空気供給手段を構成している。
【００５２】
二次空気導通管２２に設けられた分岐管２２ａ〜２２ｄの各他端部は、シリンダヘッド５５の側面部５５ａに連結されている。
【００５３】
二次空気供給ポンプ２３は、エアクリーナ１３ａ内で浄化された空気を吸入し二次空気供給路３２を介してシリンダヘッド５５内の排気ポート５２内に供給するようになっている。
【００５４】
図５（ａ）、（ｂ）に示すように、排気ガス導通部材５４は、ステンレス等の金属で形成された長さＬ４の円筒体からなり、円筒部５４ａおよびこの円筒部５４ａと一体的に形成され、円筒部５４ａの外径Ｄ４よりも大きな外径Ｄ５を有するフランジ部５４ｂにより構成されている。排気ガス導通部材５４は、表面が滑らかに形成された内壁部５４ｃで囲まれる排気ポート５２を有しており、円筒部５４ａには矢印Ｄで示す排気ガス流通方向に直交するよう４個の連通孔６１〜６４が、端部５４ｅの近傍に、円筒部５４ａの円周方向に等間隔で形成されている。
【００５５】
なお、この連通孔６１〜６４は、排気ガス流通方向に直交するよう排気ガス導通部材５４に形成した場合について説明したが、本発明の内燃機関の二次空気供給装置における排気ガス導通部材においては、直交だけでなく、矢印Ｄで示す排気ガス流通方向に対して、鋭角または鈍角になるよう形成してもよい。
【００５６】
シリンダヘッド５５は、軽量で高剛性の金属材料、例えばアルミ合金からなり、図４および図５（ａ）に示すように、燃焼室１１ａ〜１１ｄの一部と、この燃焼室１１ａ〜１１ｄに連通した吸気ポート３４および排気ポート５２が設けられている。また、吸気ポート３４が燃焼室１１ａ〜１１ｄに連通する部分には吸気バルブ２７が設けられ、排気ポート５２が燃焼室１１ａ〜１１ｄに連通する部分には排気バルブ２８が設けられており、エンジン電子制御ユニット１６によりそれらの開閉が制御されるようになっている。また、シリンダヘッド５５は、下端部でシリンダブロック２９の上端部に連結され、上端部でシリンダカバー３１の下端部に図示しないボルトなどにより連結されている。
【００５７】
図５（ａ）、（ｂ）に示すように、シリンダヘッド５５の排気ポート５２には、側面部５５ａには内径Ｄ５、深さＬ６の収容穴５５ｂと、内径Ｄ６、深さＬ５の収容穴５５ｃと、排気ガス導通部材５４の円筒部５４ａの外径Ｄ４より僅かに大きい内径を有し、かつ深さＬ４の収容穴５５ｄとが互いに軸線が一致するよう形成されている。この収容穴５５ｄに円筒部５４ａの端部５４ｅが挿入されて嵌合し、収容穴５５ｂにフランジ部５４ｂが挿入されて嵌合している。
【００５８】
このように構成されているので、円筒部５４ａの外周面５４ｄと、フランジ部５４ｂの裏面５４ｆと、収容穴５５ｃの底面５５ｅとにより空洞５７が画成されている。また、シリンダヘッド５５の排気ポート５２には、側面部５５ａに二次空気供給穴５５ｆが形成され二次空気供給路５６が画成されており、この二次空気供給路５６と空洞５７とを連通する供給口５５ｇが形成されている。本実施の形態のシリンダヘッド２５に形成された収容穴５５ｂ、収容穴５５ｃおよび収容穴５５ｄは、本発明の内燃機関の二次空気供給装置における収容部を構成している。
【００５９】
次に、本実施の形態に係る内燃機関の二次空気供給装置の動作について説明する。
【００６０】
第１の実施の形態の二次空気供給装置と同様の条件下で、二次空気供給ポンプ２３が動作すると、図１に示すエアクリーナ１３ａで浄化された空気は、二次空気供給ポンプ２３により吸引され二次空気導通管２２内の二次空気供給路３２を流通し、さらに各分岐管２２ａ〜２２ｄ内の二次空気供給路３２、シリンダヘッド５５の二次空気供給路５６を流通し供給口５５ｇから、図５（ａ）に示す空洞５７内に供給される。空洞５７内に供給された空気は、矢印Ｄで示す排気ガスの流通方向に流通し、連通孔６１〜６４から排気ポート５２内に供給される。空洞５７内に供給された空気は、供給口５５ｇから連通孔６１〜６４までの間に排気ポート５２内の排気ガスから伝達された熱エネルギーを受けて暖められる。連通孔６１〜６４から供給された空気は、排気ポート５２内に供給されたときその温度が高められているので、排気ポート５２内でより燃焼し易くなり、再燃焼効果が促進される。
【００６１】
本実施の形態に係る内燃機関の二次空気供給装置１８は、内燃機関１０の燃焼室１１ａ〜１１ｄに連通し排気ガスを流通させる排気ポート５２とこの排気ポート５２内に二次空気を供給する二次空気供給路５６とを有するシリンダヘッド５５と、内部に排気ポート５２を有しシリンダヘッド５５の一部を構成する排気ガス導通部材５４と、排気ポート５２内に二次空気供給路５６を介して二次空気を供給する二次空気供給ポンプ２３とを備えている。
【００６２】
このシリンダヘッド５５は、排気ガス導通部材５４を収容する収容穴５５ｂ、５５ｃ、５５ｄと、排気ガス導通部材５４の外周面５４ｄと収容穴５５ｃを囲むシリンダヘッド５５の内壁面とにより画成され、排気ポート５２の延在方向に沿って延在する空洞５７を有している。また、二次空気供給路５６から空洞５７に二次空気を供給する供給口５５ｇを有し、排気ガス導通部材５４が、空洞５７と排気ポート５２とを連通する連通孔６１〜６４を有し、連通孔６１〜６４の軸方向が排気ポート５２内の排気ガスの流通方向に対して直交するよう連通孔６１〜６４が形成されている。
【００６３】
このように、排気ガス導通部材５４の外周面５４ｄと収容穴５５ｃを囲むシリンダヘッド５５の内壁面とにより空洞５７が画成され、排気ガス導通部材５４により排気ポート５２がいわゆる二重構造となっており、排気ポート５２内を流通する排気ガスの熱は空洞５７によって遮断されて保温効果が得られるので、供給された二次空気と排気ガスとが混合し排気ガス内の有害物質が燃焼する際に、酸化反応が促進され、排気ガス内の有害物質の浄化が促進される。
【００６４】
また、空洞５７が排気ポート５２の延在方向に沿って延在しており、二次空気が、空洞５７内を流通している間に排気ポート５２内の排気ガスの熱エネルギーを受けて暖められた後、排気ポート５２内に供給されるので、より酸化反応が促進される。
他方、通常運転時などの二次空気を供給しない時には、連通孔の軸方向が排気ポート５２内の排気ガスの流通方向に対して直交するよう連通孔６１〜６４が形成されているので、連通孔６１〜６４が排気ポート５２内の排気ガスの流通を妨げることはなく、排気ガスが排気ポート５２内を円滑に流通するので連通孔６１〜６４が排気抵抗となることはない。また、排気ポート５２において、排気ガス導通部材５４が高温の排気ガスの排出を受け持ち、シリンダヘッド５５が内燃機関の強度を受け持つ二重構造となっているのでシリンダヘッド５５の耐久性が向上する。
【００６５】
また、排気ガス導通部材５４が、円筒体からなり、各連通孔６１〜６４が、この円筒部５４ａの円周方向に等間隔で形成されているので、各連通孔６１〜６４から均等に二次空気が排気ポート５２内に供給され、二次空気が排気ガスに効果的に混合され、再燃焼効果が促進され有害物質の浄化が促進される。
【００６６】
また、連通孔６１〜６４が、排気ポート５２の入口部を開閉する排気バルブ２８から離隔する位置に形成されており、排気ポート５２の入口部が連通孔６１〜６４を流通する二次空気による影響を受けないので、排気ポート５２の入口部の冷却効果を損なうことがない。また、供給された二次空気と排気バルブ２８から離隔した位置の排気ガスとが好適に混合し、排気ポート５２内で流通することによる排気ガスの温度の低下が少ないので、排気ポート５２内の排気ガスの温度が比較的高い領域で、排気ガス内の有害物質が燃焼する際に、好適に酸化反応が促進され、排気ガス内の有害物質の浄化が促進される。
【００６７】
以上説明したように、本発明に係る内燃機関の二次空気供給装置は、排気ポート内の排気ガスを充分に保温し、二次空気の供給によって排気ガスを効果的に燃焼させて有害物質の浄化を促進することができ、内燃機関の二次空気供給装置全般に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る内燃機関の二次空気供給装置の概略ブロック構成図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ矢視断面を示すエンジン本体の要部断面図である。
【図３】図３（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る内燃機関の二次空気供給装置における排気ポート部分の断面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるＢ−Ｂ矢視断面を示す断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る内燃機関の二次空気供給装置を示し、図１におけるＡ−Ａ矢視断面を示すエンジン本体の要部断面図である。
【図５】図５（ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係る内燃機関の二次空気供給装置における排気ポート部分の断面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）におけるＥ−Ｅ矢視断面を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６９】
１０  内燃機関
１１  エンジン本体
１２  冷却装置
１３  吸気装置
１４  排気装置
１５、１８  二次空気供給装置
１６  エンジン電子制御ユニット
２１  排気後処理装置
２２  二次空気導通管
２３  二次空気供給ポンプ
２４、５４  排気ガス導通部材
２４ａ、５４ａ  円筒部
２４ｂ、５４ｂ  フランジ部
２４ｃ、５４ｃ  内壁部
２４ｄ、５４ｄ  外周面
２５、５５  シリンダヘッド
２５ａ、５５ａ  側面部
２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄ  収容穴（収容部）
２５ｆ、５５ｆ  二次空気供給穴
２５ｇ、５５ｇ  供給口
２７  吸気バルブ
２８  排気バルブ
２９  シリンダブロック
３１  シリンダカバー
３２、３６、５６  二次空気供給路
３４  吸気ポート
３５、５２  排気ポート
３７、５７  空洞
４１〜４４、６１〜６４  連通孔
【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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