JPH0617645A - エンジンの２次エア供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 排気ポートまたは酸化触媒上流側に２次エア
を供給できるようになったエンジンにおいて、エアコン
トロールバルブ内に凝縮水が溜まるのを防止できる２次
エア供給装置を提供する。 【構成】 冷間時にはエアコントロールバルブ１０か
ら、排気ポート側エア通路１３を介して排気ポート３に
２次エアが供給され、排気ガスと２次エアとが十分に混
合され、酸化触媒８によるＨＣ等の酸化が促進される。
他方、温間時には、触媒上流側エア通路１４を介して触
媒コンバータ６に２次エアが供給され、Ｏ₂センサ５で
のＯ₂濃度の検出を妨げることなく、酸化触媒８に２次
エアが供給される。エンジン停止時には、所定時間だけ
第１,第２開閉弁が開かれ、エアコントロールバルブ１
０内に溜まった凝縮水が排気系統に排出され、エアコン
トロールバルブ１０の腐蝕・劣化・凍結が防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジンの２次エア供
給装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自動車用エンジンにおいては、
排気ガスを浄化する触媒コンバータが排気通路に介設さ
れる。そして、触媒コンバータ内には、普通、ＨＣ、Ｃ
Ｏ等を酸化する酸化触媒と、ＮＯx等を還元する還元触
媒とが設けられる。ここで、酸化触媒は、ＨＣ、ＣＯ等
を酸化してこれらを無害なＣＯ₂、Ｈ₂Ｏに変えるように
なっているが、燃焼室から排出される排気ガスにはほと
んどＯ₂が含まれていないので、このままではＨＣ等が
十分には酸化されない。このため、触媒コンバータを備
えたエンジンでは、通常、排気ガスにＯ₂を加えるた
め、酸化触媒より上流側の排気系統に２次エアを供給す
る２次エア供給装置が設けられる。

【０００３】そして、かかる２次エア供給装置には、機
械的にまたは電気的に駆動されるエアポンプと、該エア
ポンプから吐出されたエアを酸化触媒より上流側の排気
系統に案内する２次エア通路とが設けられる。ここで、
排気系統へのエア注入位置は、排気ガス流れ方向にみて
上流側であるほど、２次エアと排気ガスとがよく混合さ
れるので好ましい。したがって、この観点からは、２次
エア通路の下流端を排気ポートに開口させるのが最も好
ましい。

【０００４】ところで、近年、燃料噴射式ガソリンエン
ジンが多用されているが、かかるエンジンでは、普通、
空燃比がフィードバック制御されるので、排気ガス中の
Ｏ₂濃度(空燃比)を検出するＯ₂センサが、排気通路に設
けられる。しかしながら、このようにＯ₂センサが設け
られたエンジンにおいて、２次エア通路の下流端を排気
ポートに開口させると、排気ガス中のＯ₂濃度を検出す
ることができなくなる。

【０００５】そこで、排気通路にＯ₂センサが設けられ
たエンジンにおいて、下流端が排気ポートに開口する排
気ポート側エア通路と、下流端が酸化触媒のやや上流
(Ｏ₂センサよりは下流)の排気系統に開口する触媒上流
側エア通路と、エアポンプから吐出されたエアを、排気
ポート側エア通路に供給するかそれとも触媒上流側エア
通路に供給するかを切り替えることができるエアコント
ロールバルブ(エア供給経路切替手段)とを設け、Ｏ₂セ
ンサを使用しないときには排気ポート側エア通路に２次
エアを供給し、Ｏ₂センサを使用するときには触媒上流
側エア通路に２次エアを供給するようにしたエンジンの
２次エア供給装置が提案されている(例えば、特開平１
−２３７３２０号公報参照)。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように、運転状態
に応じて２次エアの供給経路を切り替えるようにした従
来のレシプロエンジンにおいては、排気ポートがエンジ
ン上部に配置され、他方酸化触媒(触媒コンバータ)がエ
ンジン下端部より低い位置に配置されるので、エアコン
トロールバルブは、普通、排気ポートより下側でありか
つ酸化触媒より上側となる位置に配置される。したがっ
て、排気ポート側エア通路は、上流端がエアコントロー
ルバルブに接続され、この上流端から基本的には上方に
伸長して下流端で排気ポートに開口することになる。す
なわち、上下方向の関係においては、排気ポート側エア
通路の上流端が下端部となり、下流端が上端部となる。

【０００７】そして、かかるエンジンにおいては、通常
の運転状態では、空燃比制御が行われ、したがってＯ₂
センサが使用されるので、このとき排気ポート側エア通
路の下端部(上流端)は閉止されている。つまり、排気ポ
ート側エア通路は、上端部(下流端)が排気ポートに開口
され、下端部(上端部)が閉止された状態となっている。
このとき、排気ポート内の水蒸気の一部は排気ポート側
エア通路内に入り込み、ここで冷却されて凝縮水となる
ので、エンジン運転中排気ポート側エア通路内及びエア
コントロールバルブの一部空間部には凝縮水が溜まる。
このため、凝縮水によってエアコントロールバルブの腐
蝕あるいは劣化が生じるといった問題がある。また、極
低温時においては、エンジン停止後にエアコントロール
バルブあるいは排気ポート側エア通路内に溜まった凝縮
水が凍結することがあり、かかる状態でエンジンを始動
させたときには、排気ポートに２次エアを供給すること
ができないといった問題がある。なお、ロータリエンジ
ンの場合は、一般に排気ポートがエンジン下部に設けら
れる関係上、エアコントロールバルブを排気ポートより
高い位置に配置することができるので、上記のような問
題は生じにくい。

【０００８】本発明は、上記従来の問題点を解決するた
めになされたものであって、エンジンの運転状態に応じ
て、２次エアの供給位置を、排気ポートと、触媒上流側
とに切り替えるようにしたエンジンにおいて、エアコン
トロールバルブあるいは排気ポート側エア通路内に凝縮
水が溜まるのを防止することできるエンジンの２次エア
供給装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達するた
め、第１の発明は、２次エアを排気ポートに案内する排
気ポート側エア通路と、２次エアを触媒コンバータの酸
化触媒上流に案内する触媒上流側エア通路と、エア供給
源から供給される２次エアを、排気ポート側エア通路に
供給するかそれとも触媒上流側エア通路に供給するかを
切り替えることができるエア供給経路切替手段とが設け
られ、該エア供給経路切替手段が、上下方向にみて、排
気ポートより下側でありかつ酸化触媒より上側となる位
置に配置されているエンジンの２次エア供給装置におい
て、エンジンの停止を検出するエンジン停止検出手段
と、該エンジン停止検出手段によってエンジンの停止が
検出されたときには、一時的に上記エア供給経路切替手
段を、排気ポート側エア通路と触媒上流側エア通路とに
２次エアを供給するのが可能な状態にするエア通路開放
手段とが設けられていることを特徴とするエンジンの２
次エア供給装置を提供する。

【００１０】第２の発明は、第１の発明にかかるエンジ
ンの２次エア供給装置において、エア供給経路切替手段
が、排気ポート側エア通路を開閉する第１開閉弁と、触
媒上流側エア通路を開閉する第２開閉弁とを備え、これ
らの第１,第２開閉弁を開閉することにより２次エア供
給経路を切り替えるようになっていて、エア供給経路切
替手段に対して、エンジン運転時においては冷間時にの
み第１開閉弁を開かせて排気ポートに２次エアを供給す
るエア供給経路制御手段が設けられていることを特徴と
するエンジンの２次エア供給装置を提供する。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を具体的に説明する。
図１及び図２に示すように、レシプロエンジンＣＥにお
いては、燃焼室１内の排気ガス(燃焼ガス)が、排気弁２
が開かれたときに排気ポート３を介して排気通路４に排
出されるようになっている。そして、排気通路４には、
排気流れ方向にみて上流側から順に、排気ガス中のＯ₂
濃度(空燃比)を検出するＯ₂センサ５と、排気ガスを浄
化する触媒コンバータ６(メインキャタ)とが設けられて
いる。触媒コンバータ６内において、上流側にはＮＯx
等を還元する還元触媒７が配置され、下流側にはＨＣ、
ＣＯ等を酸化する酸化触媒８が配置されている。なお、
還元触媒７と酸化触媒８との間には若干の空間部９が形
成されている。

【００１２】そして、酸化触媒８によるＨＣ、ＣＯ等の
酸化を促進するために、２次エア供給装置Ａが設けられ
ている。この２次エア供給装置Ａには、機械的または電
気的に駆動されるエアポンプ１１からエア供給通路１２
を介してエアが供給されるエアコントロールバルブ１０
が設けられ、このエアコントロールバルブ１０は、排気
ポート側エア通路１３を介して排気ポート３に２次エア
を供給するか、それとも触媒上流側エア通路１４を介し
て触媒コンバータ６の空間部９すなわち酸化触媒８のす
ぐ上流に２次エアを供給するかを切り替えることができ
るようになっている。なお、エアコントロールバルブ１
０は、請求項１,２に記載された「エア供給経路切替手
段」に相当する。

【００１３】エアコントロールバルブ１０は、後で説明
するように、負圧応動式の第１,第２アクチュエータ３
４,４１によって作動させられるようになっているの
で、エアコントロールバルブ１０に負圧または大気圧を
供給する負圧供給手段が設けられている。ここで、第１
アクチュエータ３４用の負圧供給手段には、上流端が所
定の負圧源(例えば、スロットル弁下流の吸気通路)に接
続される負圧供給通路１５が設けられ、この負圧供給通
路１５には、負圧供給方向にみて上流側から順に、負圧
の逆流を防止するチェックバルブ１６と、負圧を蓄える
バキュームチャンバ１７と、三方ソレノイド弁１８とが
介設されている。三方ソレノイド弁１８の１つの端子は
大気圧導入通路１９に接続されている。そして、三方ソ
レノイド弁１８は、コントロールユニット２０からの信
号に従って、第１アクチュエータ３４に負圧を供給する
かそれとも大気圧を供給するかを切り替えるようになっ
ている。なお、図示していないが、第２アクチュエータ
４１に対しても、第１アクチュエータ３４の場合と同様
の負圧供給手段が設けられている。

【００１４】コントロールユニット２０は、マイクロコ
ンピュータを備えた総合的な制御装置であって、Ｏ₂セ
ンサ５によって検出されるＯ₂濃度、エンジンＣＥの停
止を検出するエンジン停止検出センサ２１によって検出
されるエンジン停止信号、水温センサ２２によって検出
されるエンジン水温等を制御情報として所定の制御を行
うようになっている。なお、エンジン停止検出センサ２
１は、請求項１に記載された「エンジン停止検出手段」に
相当し、負圧供給手段とコントロールユニット２０とか
らなる組立体は、請求項１に記載された「エア通路開放
手段」及び請求項２に記載された「エア供給経路制御手
段」を含む。

【００１５】エンジンＣＥにおいては、排気ポート３が
エンジン上部に配置され、触媒コンバータ６(酸化触媒
８)がエンジン下端部よりは低い位置に配置されてい
る。そして、エアコントロールバルブ１０は、エンジン
下端部よりはやや上側となる位置においてエンジンＣＥ
(シリンダブロック)の側部に取り付けられている。した
がって、エアコントロールバルブ１０は、上下方向にみ
て、排気ポート３よりは下側でありかつ触媒コンバータ
６よりは上側となる位置に配置されている。つまり、排
気ポート側エア通路１３においては、エアコントロール
バルブ１０との接続部(上流端)が最も低い位置を占め、
排気ポート３との接続部(下流端)が最も高い位置を占め
ている。また、触媒上流側エア通路１４においては、エ
アコントロールバルブ１０との接続部(上流端)が最も高
い位置を占め、触媒コンバータ６(空間部９)との接続部
が最も低い位置を占めている。

【００１６】以下、エアコントロールバルブ１０の構造
を説明する。図３〜図６に示すように、エアコントロー
ルバルブ１０のハウジング２５内には、互いに仕切られ
た第１〜第３チャンバ２６〜２８が設けられている。そ
して、第１チャンバ２６の天井面には先端部がエア供給
通路１２(図２参照)に接続されるエア受入ポート２９が
形成され、第２チャンバ２７の天井面には先端部が排気
ポート側エア通路１３(図２参照)に接続される第１エア
出口ポート３０が形成され、第３チャンバ２８の側面下
部には先端部が触媒上流側エア通路１４(図２参照)に接
続される第２エア出口ポート３１が形成されている。

【００１７】第１チャンバ２６と第２チャンバ２７とを
仕切る隔壁には第１連通穴３２が形成され、この第１連
通穴３２は第１開閉弁３３によって開閉されるようにな
っている。そして、第１開閉弁３３を開閉作動させる負
圧応動式の第１アクチュエータ３４が設けられている。
この第１アクチュエータ３４は、負圧供給通路１５(図
１参照)から圧力導入ポート３８を介して圧力室３５内
に負圧が導入されたときには、該負圧によってダイヤフ
ラム３６が後退させられ、これに伴って第１開閉弁３３
(第１連通穴３２)が開かれるようになっている。他方、
圧力室３５内に大気圧が導入されたときには、リターン
スプリング３７によってダイヤフラム３６が前進させら
れ、これに伴って第１開閉弁３３(第１連通穴３２)が閉
じられるようになっている。

【００１８】また、第１チャンバ２６と第３チャンバ２
８とを仕切る隔壁には第２連通穴３９が形成され、この
第２連通穴３９は第２開閉弁４０によって開閉されるよ
うになっている。そして、第２開閉弁４０を開閉作動さ
せる負圧応動式の第２アクチュエータ４１が設けられて
いる。この第２アクチュエータ４１も、第１アクチュエ
ータ３４と同様に、圧力室４２内に負圧が導入されたと
きには、ダイヤフラム４３が後退させられて第２開閉弁
４０(第２連通穴３９)が開かれ、圧力室４２内に大気圧
が導入されたときには、リターンスプリング４４によっ
て第２開閉弁４０(第２連通穴３９)が閉じられるように
なっている。

【００１９】そして、２次エア供給装置Ａは、コントロ
ールユニット２０によって制御されるようになっている
が、以下、適宜図１〜図６を参照しつつ、コントロール
ユニット２０による２次エア供給装置Ａの制御方法を説
明する。エンジンＣＥの運転時において、冷間時には、
コントロールユニット２０によって、三方ソレノイド弁
１８が、負圧供給通路１５の上流側(三方ソレノイド弁
１８より上流側)と下流側とを連通させる位置にセット
される。大気圧導入通路１９と負圧供給通路１５とは遮
断される。これによって、第１アクチュエータ３４の圧
力室３５に負圧が導入され、第１開閉弁３３(第１連通
穴３２)が開かれる。また、詳しくは図示していない
が、コントロールユニット２０によって、第２アクチュ
エータ４１の圧力室４２には大気圧が導入され、第２開
閉弁４０(第２連通穴３９)が閉じられる。

【００２０】この場合、エアポンプ１１からエア供給通
路１２を介して第１チャンバ２６に供給されたエアが、
順に、第１連通穴３２と、第２チャンバ２７と、第１エ
ア出口ポート３０と、排気ポート側エア通路１３とを介
して排気ポート３に供給されるが、触媒上流側エア通路
１４にはエアが供給されない。なお、冷間時であるかそ
れとも温間時であるかは、水温センサ２２によって検出
されるエンジン水温に基づいて判定される。

【００２１】かかる冷間時においては、排気系統が冷え
ているので排気ガス温度が低くなり、Ｏ₂センサ５が正
常に動作しない。このため、冷間時にはＯ₂センサ５は
使用されず、空燃比制御は行われない。そこで、上記の
ように、排気ポート３に２次エアを供給して排気ガスと
２次エアとを十分に混合させ、酸化触媒８によるＨＣ、
ＣＯ等の酸化を促進するようにしている。

【００２２】エンジンＣＥの運転時において、温間時に
は、コントロールユニット２０によって、三方ソレノイ
ド弁１８が、これより下流側の負圧供給通路１５と大気
圧導入通路１９とを連通させる位置にセットされる。こ
れによって、第１アクチュエータ３４の圧力室３５に大
気圧が導入され、第１開閉弁３３が閉じられる。他方、
詳しくは図示していないが、コントロールユニット２０
によって、第２アクチュエータ４１の圧力室４２に負圧
が導入され、第２開閉弁４０(第２連通穴３９)が開かれ
る。この場合は、第１チャンバ２６内のエアが、順に、
第２連通穴３９と、第３チャンバ２８と、第２エア出口
ポート３１と、触媒上流側エア通路１４とを介して触媒
コンバータ６の空間部９に供給される。

【００２３】かかる温間間時においては、通常、空燃比
制御が行われ、Ｏ₂センサ５が使用されるが、この場合
に排気ポート３に２次エアを供給したのでは、燃焼室１
から排出された排気ガス中のＯ₂濃度を検出することが
できなくなる。そこで、上記のように、触媒コンバータ
６の空間部９に２次エアを供給して、Ｏ₂濃度を検出し
つつ、酸化触媒８に２次エアを供給するようにしてい
る。

【００２４】エンジンＣＥが停止されたときには、コン
トロールユニット２０によって、所定時間だけ、第１ア
クチュエータ３４の圧力室３５と、第２アクチュエータ
４１の圧力室４２の両方に負圧が導入され、第１開閉弁
３３(第１連通穴３２)と第２開閉弁４０(第２連通穴３
９)とがともに開かれる。なお、エンジンＣＥの停止
は、エンジン停止検出センサ２１によって検出される。
具体的には、第１アクチュエータ３４側では、三方ソレ
ノイド弁１８が、負圧供給通路１５の上流側と下流側と
を連通させる位置にセットされ、圧力室３５に負圧が導
入されて第１開閉弁３３が開かれる。なお、この場合エ
ンジンＣＥがすでに停止されているので、負圧供給源、
例えばスロットル弁下流の吸気通路では負圧が発生しな
いが、エンジン運転中にバキュームチャンバ１７内に十
分な負圧が蓄えられているので、支障なく第１アクチュ
エータ３４を作動させることができる。第２アクチュエ
ータ４１側でも、第１アクチュエータ３４側と同様に、
圧力室４２に負圧が供給され、第２開閉弁４０が開かれ
る。したがって、第１開閉弁３３と第２開閉弁４０とが
ともに開かれているので、第１チャンバ２６は、第２チ
ャンバ２７及び第３チャンバ２８と連通する。

【００２５】ところで、エンジン運転中においては、排
気ポート３内の水蒸気が排気側エア通路１３内に入り込
み、ここで冷却されて凝縮する。このため、排気側エア
通路１３内では徐々にではあるが凝縮水が生じ続ける。
そして、前記したとおり、エンジン運転中において、温
間時には通常空燃比制御が行なわれるので、第１開閉弁
３３は閉じられている。このため、排気ポート側エア通
路１３内で生じた凝縮水は、エアコントロールバルブ１
０の第２チャンバ２７内に溜まり、さらには排気ポート
側エア通路１３内にまで溜まることもある。そして、こ
のような凝縮水がエンジン停止後もこのまま第２チャン
バ２７内に滞留すると、エアコントロールバルブ１０の
腐蝕あるいは劣化を招き、その信頼性を低下させ、また
極低温時には凝縮水の凍結により、エンジン再始動時に
排気ポート３に２次エアを供給できなくなるおそれがあ
る。

【００２６】しかしながら、本実施例では、エンジン停
止時には、前記したとおり、所定時間だけ第１開閉弁３
３と第２開閉弁４０とがともに開かれるので、第２チャ
ンバ２７あるいは排気ポート側エア通路１３内に溜まっ
ていた凝縮水は、順に、第１連通穴３２と、第１チャン
バ２６と、第２連通穴３９と、第３チャンバ２８と、第
２エア出口ポート３１とを介して、触媒上流側エア通路
１４に排出される。そして、前記したとおり、触媒上流
側エア通路１４は、触媒コンバータ６との接続部側に向
かって下がってゆくので、触媒上流側エア通路１４内の
凝縮水は排気系統に排出される。以上、本実施例によれ
ば、エアコントロールバルブ１０の腐蝕あるいは劣化が
防止され、その信頼性が高められる。また、極低温時の
エンジン再始動時においても、確実に排気ポート３に２
次エアを供給することができる。

【００２７】

【発明の作用・効果】第１の発明によれば、エンジン停
止時には、エア通路開放手段によって、排気ポート側エ
ア通路と触媒上流側エア通路とにエアを供給できる状態
となるので、エア供給経路切替手段あるいは排気ポート
側エア通路内に溜まっていた凝縮水が排気系統に排出さ
れる。このため、エア供給経路切替手段の凝縮水による
腐蝕・劣化が防止される。また、極低温時においては、
エア供給経路切替手段が凍結しないので、エア供給経路
切替手段の作動性が高められる。

【００２８】第２の発明によれば、基本的には第１の発
明と同様の作用・効果が得られる。さらに、エア供給経
路切替手段のエア供給経路の切り替えを、第１,第２開
閉弁の開閉パターンを切り替えることにより行うように
しているので、エア供給経路の切り替えが容易となる。
また、Ｏ₂センサが使用されない冷間時には、２次エア
が排気ポートに供給されるので、排気ガスと２次エアと
が十分に混合され、酸化触媒によるＨＣ、ＣＯ等の酸化
が促進される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明にかかる２次エア供給装置を備えたエ
ンジンのシステム構成図である。

【図２】 本発明にかかる２次エア供給装置を備えたエ
ンジンの側面立面説明図である。

【図３】 エアコントロールバルブの正面立面説明図で
ある。

【図４】 エアコントロールバルブのアクチュエータ側
からみた立面説明図である。

【図５】 エアコントロールバルブの下側からみた横断
面説明図である。

【図６】 エアコントロールバルブの側面断面説明図で
ある。

【符号の説明】

ＣＥ…エンジン Ａ…２次エア供給装置 ３…排気ポート ４…排気通路 ６…触媒コンバータ ８…酸化触媒 １０…エアコントロールバルブ １１…エアポンプ １３…排気ポート側エア通路 １４…触媒上流側エア通路 １５…負圧供給通路 １８…三方ソレノイド弁 ２０…コントロールユニット ２１…エンジン停止検出センサ ２２…水温センサ ３３,４０…第１,第２開閉弁 ３４,４１…第１,第２アクチュエータ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２次エアを排気ポートに案内する排気ポ
   ート側エア通路と、２次エアを触媒コンバータの酸化触
   媒上流に案内する触媒上流側エア通路と、エア供給源か
   ら供給される２次エアを、排気ポート側エア通路に供給
   するかそれとも触媒上流側エア通路に供給するかを切り
   替えることができるエア供給経路切替手段とが設けら
   れ、該エア供給経路切替手段が、上下方向にみて、排気
   ポートより下側でありかつ酸化触媒より上側となる位置
   に配置されているエンジンの２次エア供給装置におい
   て、 エンジンの停止を検出するエンジン停止検出手段と、該
   エンジン停止検出手段によってエンジンの停止が検出さ
   れたときには、一時的に上記エア供給経路切替手段を、
   排気ポート側エア通路と触媒上流側エア通路とに２次エ
   アを供給するのが可能な状態にするエア通路開放手段と
   が設けられていることを特徴とするエンジンの２次エア
   供給装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載されたエンジンの２次エ
   ア供給装置において、 エア供給経路切替手段が、排気
   ポート側エア通路を開閉する第１開閉弁と、触媒上流側
   エア通路を開閉する第２開閉弁とを備え、これらの第
   １,第２開閉弁を開閉することにより２次エア供給経路
   を切り替えるようになっていて、 エア供給経路切替手段に対して、エンジン運転時におい
   ては冷間時にのみ第１開閉弁を開かせて排気ポートに２
   次エアを供給するエア供給経路制御手段が設けられてい
   ることを特徴とするエンジンの２次エア供給装置。