(57)【要約】【課題】二次空気により触媒入口の排気温度を高めて触媒の早期活性化を図ることができるエンジンの二次空気供給装置を提供する。【解決手段】エンジン２の各気筒２０にそれぞれ排気マニホールド３２１が連結され、その各排気マニホールドに、二次空気供給通路１２から分岐する分岐管１４を介して二次空気を供給する二次空気供給装置１において、二次空気供給通路１２の下流端を各分岐管１４に分岐させる分岐部１２ａに、分配器１５を設ける。分配器１５に、その分配器本体１５１の内周面に対し摺接して回転する回転体１５２を設ける。回転体１５２は、その内部空間を介して二次空気供給通路１２の下流端と各分岐管１４のうちの排気工程に該当する気筒２０の排気マニホールド３２１に対応する分岐管１４とのみ連通させるように回転し、排気工程に該当する気筒２０の排気マニホールド３２１に対してのみ二次空気を分岐管１４を介して供給する。【選択図】 図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒を有する内燃機関の各気筒にそれぞれ排気通路が連結され、その各排気通路に二次空気供給通路を介して二次空気を供給する内燃機関の二次空気供給装置において、
上記二次空気供給通路の途中には、上記内燃機関の各気筒のうちの排気工程に該当する気筒に対してのみ当該気筒の排気通路に二次空気を供給する二次空気供給手段が設けられてい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】
請求項１に記載の内燃機関の二次空気供給装置において、
上記二次空気供給手段は、上記各排気通路に対して二次空気が供給可能となるように分岐する上記二次空気供給通路の分岐部に設けられ、かつ上記分岐部よりも上流側の二次空気供給通路から供給された二次空気を所望する気筒の排気通路に対してのみ分配する一方、残る気筒の排気通路に対する二次空気の分配を禁止する分配器が設けられており、
上記分配器は、排気工程に該当する気筒の排気通路に対してのみ二次空気を分配して供給してい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３】
請求項１に記載の内燃機関の二次空気供給装置において、
上記二次空気供給手段は、上記各排気通路に対して二次空気が供給可能となるように分岐する上記二次空気供給通路の分岐部よりも下流側に設けられ、かつ上記分岐部よりも上流側から供給された二次空気を排気通路に対して供給するように開放する開放位置と上記二次空気を排気通路に対して供給禁止するように閉塞する閉塞位置とにそれぞれ切り換わる開閉弁を備え、
上記各開閉弁は、そのうちの排気工程に該当する気筒の排気通路に対応する分岐部よりも下流側の二次空気供給管の開閉弁のみが開放位置に切り換えられるようになっていて、当該気筒の排気通路に対してのみ上記二次空気供給通路からの二次空気を供給してい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４】
請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関の二次空気供給装置において、
上記二次空気供給通路の下流端は、上記各気筒の排気バルブの近傍まで延設されてそれぞれ排気通路の上流端に開口しており、
上記二次空気供給通路からの二次空気は、排気工程に該当する気筒の排気バルブの弁傘部に向けて供給されることを特徴とする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、内燃機関の二次空気供給装置に関するものであり、詳しくは、二次空気を排気通路に最適のタイミングで供給して触媒の早期活性化を図る対策に係る。
【背景技術】
【０００２】
一般に、内燃機関の排気浄化には、内燃機関の排気通路途中に三元触媒を配置して、排気中のＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ成分を低減して排気を浄化する方法が広く採用されている。しかし、内燃機関の冷間始動直後には触媒が活性化していないため、排気浄化性能が悪いものとなる。
【０００３】
そのため、従来より、冷間始動直後に触媒を早期活性化させて排気浄化性能を向上させる上で、複数の気筒を有する内燃機関の各気筒に連結された排気通路にそれぞれ二次空気供給通路を介して二次空気を供給することにより燃焼後の排気中の酸素濃度を上昇させて、排気中のＨＣ、ＣＯを燃焼させることにより、排気の浄化を促進するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【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】
ところで、複数の気筒を有する内燃機関の場合、その各気筒の排気通路に二次空気を供給するタイミングとしては、排気の排出によって排気通路内の温度が高い排気工程が最も効果的である。
【０００５】
しかし、各気筒が全て排気工程に該当するタイミングが存在しないことから、上記従来のもののように、内燃機関の各気筒に対応する排気通路に対し一斉に二次空気が供給されると、排気工程に該当しない気筒の排気通路にも二次空気が供給されることになる。このため、排気工程に該当しない気筒の排気通路に供給された二次空気によって、当該気筒の排気通路内の温度が冷却される。このように、二次空気により排気通路内の温度が冷却されると、その当該気筒が排気工程となって該気筒の排気通路に排気が排出されても、温度冷却された排気通路内では排気の温度低下が否めず、触媒入口の排気温度を高めて触媒の早期活性化を図ることができない。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、二次空気により触媒入口の排気温度を高めて触媒の早期活性化を図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にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明では、複数の気筒を有する内燃機関の各気筒にそれぞれ排気通路が連結され、その各排気通路に二次空気供給通路を介して二次空気を供給する内燃機関の二次空気供給装置を前提とする。そして、上記二次空気供給通路の途中に、上記内燃機関の各気筒のうちの排気工程に該当する気筒に対してのみ当該気筒の排気通路に二次空気を供給する二次空気供給手段を設けている。
【０００８】
この特定事項により、二次空気供給手段によって、内燃機関の各気筒のうちの排気工程に該当する気筒に対してのみ当該気筒の排気通路に二次空気が供給されるので、各気筒の排気通路に対し一斉に二次空気を供給していたもののように、排気工程に該当しない気筒の排気通路に二次空気が供給されて該排気通路が冷却されることはない。このため、排気工程となる気筒の排気通路のみに供給された二次空気によって排気通路内での排気の温度を上昇させ、触媒入口の排気温度を高めて触媒の早期活性化を図ることが可能となる。
【０００９】
特に、二次空気供給手段を特定するものとして、以下の構成が掲げられる。つまり、上記二次空気供給手段に、上記各排気通路に対して二次空気が供給可能となるように分岐する上記二次空気供給通路の分岐部に設けられ、かつ上記分岐部よりも上流側の二次空気供給通路から供給された二次空気を所望する気筒の排気通路に対してのみ分配する一方、残る気筒の排気通路に対する二次空気の分配を禁止する分配器を設ける。そして、上記分配器によって、排気工程に該当する気筒の排気通路に対してのみ二次空気を分配して供給している。
【００１０】
この特定事項により、分岐部よりも上流側の二次空気供給通路から供給された二次空気は、単一の分配器によって、所望する気筒の排気通路に対してのみ分配され、排気工程に該当する気筒の排気通路に対する二次空気の供給を円滑に行うことが可能となる。
【００１１】
これに対し、その他の二次空気供給手段を特定するものとして、以下の構成が掲げられる。つまり、上記二次空気供給手段に、上記各排気通路に対して二次空気が供給可能となるように分岐する上記二次空気供給通路の分岐部よりも下流側に設けられ、かつ上記分岐部よりも上流側から供給された二次空気を排気通路に対して供給するように開放する開放位置と上記二次空気を排気通路に対して供給禁止するように閉塞する閉塞位置とにそれぞれ切り換わる開閉弁を設ける。そして、上記各開閉弁のうちの排気工程に該当する気筒の排気通路に対応する分岐部よりも下流側の二次空気供給管の開閉弁のみを開放位置に切り換えて、当該気筒の排気通路に対してのみ上記二次空気供給通路からの二次空気を供給している。
【００１２】
この特定事項により、分岐部よりも下流側の二次空気供給通路をそれぞれ個別に開閉する開閉弁によって、排気工程に該当する気筒の排気通路に対する二次空気の供給を円滑に行うことが可能となる。しかも、開閉弁自体が非常に簡単かつコンパクトな構成となるので、二次空気供給装置の低廉化およびコンパクト化を図ることも可能となる。
【００１３】
更に、上記二次空気供給通路の下流端を上記各気筒の排気バルブの近傍まで延設してそれぞれ排気通路の上流端に開口させ、上記二次空気供給通路からの二次空気を、排気工程に該当する気筒の排気バルブの弁傘部に向けて供給している場合には、二次空気供給通路からの二次空気が最も高温な排気バルブの弁傘部に向けて供給され、二次空気による排気通路内でのＨＣ，ＣＯの燃焼が促進されることになり、その反応熱によって触媒入口の排気温度を高めて触媒の早期活性化を図る上で非常に有利なものとなる。
【発明の効果】
【００１４】
以上、要するに、内燃機関の各気筒のうちの排気工程に該当する気筒の排気通路に対してのみ二次空気を供給することで、二次空気によって各排気通路内での排気の温度を上昇させ、触媒入口の排気温度を高めて触媒の早期活性化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本発明の実施例１に係る内燃機関の二次空気供給装置の構成を示す概略図であって、二次空気供給装置１は、複数の気筒を有する内燃機関としての直列４気筒ガソリンエンジン２（以下エンジン２という）に取り付けられて、エンジン２の暖機運転時における排気浄化性能を向上させるものである。エンジン２には、吸気通路３１と、排気通路３２とが取り付けられている。吸気通路３１にはスロットル３３が取り付けられており、この開度を調整することによりエンジン２の出力が制御されるようになっている。また、吸気通路３１の入口にはエアフィルタ３４が備えられており、エンジン２に取り込まれる空気を浄化する。
【００１７】
吸気通路３１は、吸気マニホールド３１１，３１１，…を介してエンジン２の各気筒２０，２０，…に接続されている。また、各吸気マニホールド３１１内には燃料噴射ポンプ（図示せず）から燃料が噴射される。この燃料は、吸気通路３１に取り込まれた空気と混合されて混合気を形成する。そして、この混合気が各気筒２０内に導入され、各気筒２０に備えられる点火プラグ（図示せす）により着火されて燃焼し、エンジン２が駆動される。
【００１８】
排気通路３２は、排気マニホールド３２１，３２１，…を介してエンジン２の各気筒２０，２０，…に接続されている。また、排気通路３２の途中には、三元触媒を内部に収容した排気浄化装置３５が設けられている。そして、排気浄化装置３５は、排気中のＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ成分を低減して排気を浄化するために供される。
【００１９】
また、吸気通路３１のエアフィルタ３４とスロットル３３との間には、エアフローメータ３６が設けられており、一次空気量、すなわち、エンジン２へ供給される燃料とともに混合気を形成する空気の量を計測してＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）４へ送られる。そして、ＥＣＵ４には、クランク角を検出するクランク角センサ４１からの信号が入力されている。このクランク角センサ４１は、図示しないクランクシャフトに取り付けられたシグナルロータの側方近傍に配置され、シグナルロータの外周面に設けられた複数の突起（歯）に対応するパルス状の信号をクランクシャフトの回転時に発生する。また、ＥＣＵ４には、気筒判別用のカム角センサ４２からの信号が入力されている。このカム角センサ４２は、クランクシャフトの動力により回転駆動する排気カムシャフト（図示せず）に取り付けられたロータの近傍に配置され、ロータの外周面に設けられた１個の突起（歯）に対応するパルス状の信号を排気カムシャフトの回転時に発生する。なお、排気カムシャフトは、クランクシャフトの二分の一の回転速度で回転するので、クランクシャフトが７２０°回転する毎にカム角センサ４２が１つのパルス信号を発生する。
【００２０】
そして、ＥＣＵ４では、クランク角センサ４１からのパルス信号およびカム角センサ４２からのパルス信号に基づいてエンジン２の各気筒の排気工程を判定している。このクランク角センサ４１およびカム角センサ４２からのパルス信号に基づく各気筒の排気工程の判定手法は公知であるのでその説明は省略する。
【００２１】
次に、二次空気供給装置１について説明する。この二次空気供給装置１は、排気通路３２に二次空気、すなわち排気（燃焼ガス）の浄化を促進するために供される空気を外気から供給する二次空気供給手段１１を備えている。この二次空気供給手段１１は、上流端が外気中の異物を取り除くエアフィルタ１６を介して外気に開放する二次空気供給通路１２を備えている。この二次空気供給通路１２の下流側には、図示しない電気モータにより駆動するエアポンプ１３が設けられている。また、二次空気供給通路１２の下流端（エアポンプ１３よりも下流側）には、エンジン２の各気筒２０に対応して４つに分岐する分岐管１４，１４，…の上流端が接続されている。この二次空気供給通路１２の下流端を各分岐管１４に分岐させる分岐部１２ａ（接続部）には、分配器１５が設けられている。また、エアポンプ１３よりも下流側の二次空気供給通路１２または各分岐管１４には、逆流を防止する逆止弁（図示せず）が設けられている。
【００２２】
そして、図２および図３に示すように、分配器１５は、上下の両面が閉塞された略円筒形状を呈する分配器本体１５１と、この分配器本体１５１の内周面に対し先端部がそれぞれ摺接した状態で基端部が軸線ｍ回りに回転自在に支持された平面視で略Ｖ字状を呈する回転体１５２（図３に表れる）と、分配器本体１５１の下面に設けられ、回転体１５２を軸線ｍ回りに回転させるステッピングモータ１５３（図３に表れる）とを備えている。分配器本体１５１は、その上面中心位置より上方に突設されて二次空気供給通路１２の下流端が接続される二次空気導入筒部１５１ａと、周面の周方向９０°おきの位置よりそれぞれ半径方向外方に向かって突設され、各分岐管１４の上流端が接続される二次空気導出筒部１５１ｂ，１５１ｂ，…とを備えている。
【００２３】
また、回転体１５２は、その先端部が分配器本体１５１の内周面に対しそれぞれ摺接することによって先端部同士の間の狭い内部空間を分配器本体１５１の内部空間から区画している。そして、ステッピングモータ１５３は、回転体１５２を軸線ｍ回りに９０°ずつ回転させており、二次空気導出筒部１５１ｂ，１５１ｂ，…のいずれか１つの二次空気導出筒部１５１ｂのみを回転体１５２の内部空間（先端部同士の間の狭い内部空間）に位置付けてその１つの二次空気導出筒部１５１ｂとの連通のみを可能にしている。また、分配器１５は、ステッピングモータ１５３により回転体１５２を軸線ｍ回りに９０°ずつ回転させることで、二次空気供給通路１２からの二次空気を各分岐管１４を介して各気筒２０の排気マニホールド３２１（排気通路３２）に個別に分配して供給するようにしている。そして、ステッピングモータ１５３は、クランク角センサ４１およびカム角センサ４２からのパルス信号に基づいて各気筒２０の排気工程が判定される都度発せられるＥＣＵ４から指令信号によって、排気工程に該当する気筒２０の排気マニホールド３２１に二次空気を供給する分岐管１４の上流端が二次空気供給通路１２の下流端と連通するように分配器１５の回転体１５２を回転させている。つまり、ステッピングモータ１５３は、ＥＣＵ４からの指令信号によって、排気工程に該当する気筒２０の排気マニホールド３２１に二次空気を供給する分岐管１４の上流端が接続された二次空気導出筒部１５１ｂのみを回転体１５２の内部空間（先端部同士の間の狭い内部空間）に位置付けるように回転体１５２を回転させている。これによって、二次空気供給通路１２の下流端は、排気工程に該当する気筒２０の排気マニホールド３２１に二次空気を供給する分岐管１４の上流端に対し回転体１５２の内部空間を介して連通することになり、排気工程に該当する気筒２０の排気マニホールド３２１に対してのみ二次空気供給通路１２からの二次空気が各分岐管１４を介して供給される。
【００２４】
そして、図１および図４に示すように、各分岐管１４の下流端は、エンジン２のシリンダヘッド２１を貫通して排気バルブ３２２の近傍つまり排気ポート３２３の近傍まで延設されて、それぞれ排気マニホールド３２１の上流端に開口している。この各分岐管１４からの二次空気は、排気工程に該当する気筒の排気バルブ３２２の弁傘部３２２ａに向けて供給されている。なお、図４中３１３は吸気ポートであって、この吸気ポート３１３が吸気バルブ３１２によって開閉される。また、図４中２２はシリンダブロック、２３はピストンである。
【００２５】
したがって、上記実施例１では、二次空気供給通路から供給された二次空気が単一の分配器１５によって各気筒２０の排気マニホールド３２１に対して個別に分配される。具体的には、二次空気供給通路１２の下流端を各分岐管１４に分岐させる分岐部１２ａに設けた分配器１５の分配器本体１５１の内周面に対し摺接して回転する回転体１５２を、その内部空間を介して二次空気供給通路１２の下流端と各分岐管１４のうちの排気工程に該当する気筒２０の排気マニホールド３２１に対応する分岐管１４とのみ連通させるようにステッピングモータ１５３により回転させることで、排気工程に該当する気筒２０の排気マニホールド３２１に対してのみ二次空気が分岐管１４を介して供給される。これにより、各気筒の排気通路に対し一斉に二次空気を供給していたもののように、排気工程に該当しない気筒の排気通路に二次空気が供給されて該排気通路が冷却されることはない。このため、排気工程に該当する気筒２０の排気マニホールド３２１に供給された二次空気によって排気通路３２（排気マニホールド３２１）内での排気の温度を上昇させ、排気浄化装置３５の三元触媒入口での排気温度を高めて三元触媒の早期活性化を図ることができる。
【００２６】
しかも、各分岐管１４の下流端がエンジン２のシリンダヘッド２１を貫通して排気ポート３２３の近傍まで延設されてそれぞれ排気マニホールド３２１の上流端に開口し、この各分岐管１４からの二次空気が排気工程に該当する気筒の排気バルブ３２２の弁傘部３２２ａに向けて供給されるので、二次空気供給通路１２からの二次空気が最も高温な排気バルブ３２２の弁傘部３２２ａに向けて供給され、二次空気による排気通路３２内でのＨＣ，ＣＯの燃焼が促進されることになり、排気浄化装置３５の三元触媒入口での排気温度を高めて三元触媒の早期活性化を図る上で非常に有利なものとなる。
【００２７】
更に、エンジン２の各気筒２０のうちの排気工程に該当する気筒２０に対してのみ当該気筒２０の排気マニホールド３２１に二次空気が分岐管１４を介して供給されることから、各気筒の排気通路に対し一斉に二次空気を供給していたものに比してエアポンプ１３による二次空気の供給量が抑えられ、エアポンプ１３の小型化を図ることが可能となる一方、所望する排気工程に該当する気筒２０の排気マニホールド３２１に対する二次空気の供給量を増加させることも可能となる。
【実施例２】
【００２８】
次に、本発明の実施例２を図５に基づいて説明する
この実施例では、二次空気供給装置の構成を変更している。なお、二次空気供給装置を除くその他の構成は、上記実施例１の場合と同じであり、同一部分については同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００２９】
すなわち、本実施例２では、二次空気供給装置５は、二次空気供給手段５１を備えている。この二次空気供給手段５１は、上流端が外気中の異物を取り除くエアフィルタ５６を介して外気に開放する二次空気供給通路５２を備えている。この二次空気供給通路５２の下流側には、図示しない電気モータにより駆動するエアポンプ５３が設けられている。また、二次空気供給通路５２の下流端（エアポンプ５３よりも下流側）には、エンジン２の各気筒２０に対応して４つに分岐する分岐管５４，５４，…の上流端が接続されている。この二次空気供給通路５２の分岐部５２ａよりも下流側となる各分岐管５４の途中には、開閉弁としてのＡＳＶ（エア・スイッチング・バルブ）５５，５５，…がそれぞれ設けられている。各ＡＳＶ５５は、二次空気供給通路５２の分岐部５２ａよりも上流側から供給された二次空気を排気マニホールド３２１に対して供給するように開放する開放位置と、上記二次空気を排気マニホールド３２１に対して供給禁止するように閉塞する閉塞位置とにそれぞれ切り換えられる。このＡＳＶ５５の切り換えは、ＥＣＵ４により行われる。つまり、上記各ＡＳＶ５５は、そのうちの排気工程に該当する気筒２０の排気マニホールド３２１に対応する分岐管５４のＡＳＶ５５に対してのみＥＣＵ４からの指令信号が出力され、当該ＡＳＶ５５のみが開放位置に切り換えられる。そして、排気工程に該当する気筒２０の排気マニホールド３２１に対応する分岐管５４のＡＳＶ５５のみを開放位置に切り換えて、当該気筒２０の排気マニホールド３２１に対してのみ二次空気供給通路５２からの二次空気が分岐管５４を介して供給されるようになっている。また、エアポンプ５３よりも下流側の二次空気供給通路５２または各分岐管５４には、逆流を防止する逆止弁（図示せず）が設けられている。
【００３０】
この場合、各分岐管５２ａの下流端は、エンジン２のシリンダヘッド２１を貫通して排気バルブ３２２の近傍つまり排気ポート３２３の近傍まで延設されて、それぞれ排気マニホールド３２１の上流端に開口している。この各分岐管５４からの二次空気は、排気工程に該当する気筒の排気バルブ３２２の弁傘部３２２ａに向けて供給されている。
【００３１】
したがって、上記実施例２では、分岐部５２ａよりも下流側の分岐管５４をそれぞれ個別に開閉するＡＳＶ５５のうち、排気工程に該当する気筒２０の排気マニホールド３２１に対応する分岐管５４のＡＳＶ５５のみを、ＥＣＵ４からの指令信号に基づいて開放位置に切り換えることによって、排気工程に該当する気筒２０の排気マニホールド３２１に対して二次空気供給通路５２からの二次空気を円滑に供給することができる。しかも、ＡＳＶ５５自体が非常に簡単かつコンパクトな構成となるので、二次空気供給装置１の低廉化およびコンパクト化を図ることもできる。
【００３２】
なお、本発明は、上記各実施例に限定されるものではなく、その他種々の変形例を包含している。例えば、上記各実施例では、二次空気供給装置１を直列４気筒ガソリンエンジン２に適用した場合について述べたが、二次空気供給装置がＶ型多気筒エンジンに適用されていてもよく、このようなＶ型多気筒エンジンにあっても、その各気筒に二次空気を分配する分配器は複数必要とせず、単一でよい。また、二次空気供給装置が適用されるエンジンとしては、ガソリンエンジンに限定されず、ディーゼルエンジンにも適用できるのはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施例１に係るエンジンの二次空気供給装置の構成を示す概略図である。
【図２】同じく分配器を側方から見た斜視図である。
【図３】同じく分配器を上方から見た平面図である。
【図４】同じく分岐管の先端付近を示すエンジンの断面図である。
【図５】本発明の実施例２に係るエンジンの二次空気供給装置の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３４】
１          二次空気供給装置
１１        二次空気供給手段
１２        二次空気供給通路
１２ａ      分岐部
１４        分岐管（二次空気供給通路）
１５        分配器
２          エンジン（内燃機関）
２０        気筒
３２        排気通路
３２２      排気バルブ
３２２ａ    弁傘部
５          二次空気供給装置
５１        二次空気供給手段
５２        二次空気供給通路
５２ａ      分岐部
５４        分岐管（二次空気供給通路）
５５        ＡＳＶ（開閉弁）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2009052404.tif 000006
【図５】
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