JP2746559B2 - 車両における空気汚染排出物質低減装置 - Google Patents

車両における空気汚染排出物質低減装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、車両における空気
汚染排出物質を低減させる装置に関し、特に、各シリン
ダー排気バルブのタイミングに応じて所望のタイミング
に所望の時間だけ時間分配された２次空気を排気システ
ムに供給することによって、十分な酸化を達成して（汚
染）排出物質を低減させる装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】エンジンシリンダーからの排気ガスは炭
化水素ＨＣ、一酸化炭素ＣＯ、窒素酸化物ＮＯx などの
ような大気汚染物質を包含するため、このような汚染物
質を減少させる必要があった。
【０００３】特に、エンジンが冷たい状態にあるときに
多量の排気ガスが排出する。近年、多量の排気ガスを減
少させる種々の方法が研究されてきており、排気マニホ
ルドに２次空気を供給して不完全燃焼ガスの酸化を誘発
する装置が試みられている。
【０００４】かかる装置は、図６に示すように、エンジ
ン１０１を含む。参照符号１０４は電子制御装置ＥＣＵ
であり、酸素センサー１０２及び燃料インジェクタ１０
８が排気管１００及び吸気マニホルド１０６にそれぞれ
設けられている。そして、図示されていないエアポンプ
によって作動する排気マニホルド１１２に２次空気を供
給するエアノズル１１４と触媒コンバータ１１０が設置
されている。
【０００５】ＥＣＵ１０４は、酸素センサー１０２から
信号を受けてインジェクタ１０８を制御して適切に空気
と燃料との比を調節する。しかしながら、エンジンが冷
たい状態にあるとき、酸素センサー１０２は作動せず
に、インジェクタ１０８はエンジンＲＰＭ、冷却水温
度、そして吸入空気などによりマッピングされたＥＣＵ
プログラムによって制御されて空気と燃料比を調節す
る。このとき、エアノズル１１４は続けて排気マニホル
ドに２次空気を噴射し、排気ガスは２次空気と混合され
て不完全燃焼ガスの酸化が促進し、結果的に排気ガスが
低減する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
装置では、２次空気の供給は連続的であるのに対して、
排気ガスは排気バルブが開いているときのみ、即ち、排
気行程の際にのみ排出され、排気バルブの開閉によって
発生した圧力が均一な混合を妨げるために効率的ではな
い。さらに、前述の従来の装置は、エンジン条件を考慮
しないが、即ち、２次空気はエンジンＲＰＭやエンジン
負荷に応じて補償されないが、これは排気ガス量に対す
る考慮なしに２次空気を供給するためである。
【０００７】従って、本発明は上記の問題点を解決する
ためになされたものであって、その目的は、エンジンが
冷たい間に、各シリンダーの排気バルブのタイミングに
応じて２次空気を所望のタイミングと所望の量だけ供給
することによって、混合を促進し排気ガスの十分な酸化
をなして（汚染）排出物質を減少させる装置を提供する
ことにある。
【０００８】本発明の他の目的は、エンジン条件に応じ
て２次空気を補償する装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による車両における空気汚染排出物質低減装
置は、２次空気を生成するためのエアコンプレッサと、
排気システムに分配手段により連結されており、排気行
程にあるシリンダーに対する排気システムに対し、前記
シリンダーの排気バルブが開放されている間に前記シリ
ンダーの排気バルブのタイミングに応じて、かつ、エン
ジンの燃焼順序に応じて２次空気を分配するためのディ
ストリビュータと、前記ディストリビュータを作動させ
るディストリビュータ駆動手段を有し、前記ディストリ
ビュータは、ハウジングと、前記ディストリビュータ駆
動手段により回転される回転本体とを有し、前記ハウジ
ングは、それぞれの供給ポートが一方の端部中心から等
距離に配設され、各シリンダーのための前記排気システ
ムのそれぞれと分配手段によって連結されるようにその
一方の端部に配設された複数の供給ポートと、エアコン
プレッサで生成された２次空気を受けるようにその一側
面に配設された吸入ポートとを備えており、前記回転本
体は、該回転本体の外周に沿って形成され、前記吸入ポ
ートと相互に面する外周溝と、入口部分が前記外周溝で
定義され、該回転本体の内部を通過して前記吸入ポート
を前記供給ポートの１つと連結させる通孔とが形成され
ており、該通孔は、前記外周溝から水平に該回転本体の
中心に到達するまで形成される第１部分と、前記回転本
体の中心から供給ポートの１つに向いて形成される第２
部分とからなることを特徴とする。
【００１０】さらに、本発明に基づく車両における空気
汚染排出物質低減装置は、２次空気を生成するためのエ
アコンプレッサと、排気行程にあるシリンダーに対する
排気システムに２次空気を噴射するものであって、それ
ぞれは前記エアコンプレッサと連結される複数のインジ
ェクタと、エンジン燃焼順序に応じて、かつ、シリンダ
ーの排気バルブタイミングに応じて前記シリンダーの排
気バルブが開放されている間に前記各インジェクタを作
動させる制御装置とを含むことを特徴とする。
【００１１】上述の装置は、圧力制御バルブ及びチェッ
クバルブをさらに含むことによって、エンジン条件に応
じて２次空気を補償でき、また、排気ガスの分配手段へ
の逆流を防止できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を添付した図面に基づいて詳細に説明する。 ［第１の実施形態］図１は、本発明の第１の実施形態が
適用されるエンジンシステムの平面図であり、参照符号
２はエンジンを示す。エンジン２は複数のシリンダー４
を含んでおり、吸気システムと排気システムとがエンジ
ンに設けられている。
【００１３】吸気システムは、スロットルバルブ６と、
サージタンク８と、吸気マニホルド１０を含む。エアク
リーナーからの空気はスロットルバルブ６を通ってサー
ジタンク８に流れ、吸気マニホルド１０を通じてそれぞ
れのシリンダー４に供給される。また、排気システムに
おいては、排気ガスは排気マニホルド１２を経て排気管
１４を通って排出され、排気管１４に設けられた触媒コ
ンバータ１６により酸化を促進させる。
【００１４】触媒コンバータ１６の上流側の排気管１４
に配置される酸素センサー１８は排気ガスに含有された
酸素の量を測定するものであり、冷却水温度測定センサ
ー２０は冷却水の温度を測定するものであり、これらは
ＥＣＵ２２に電気的に連結されている。ＥＣＵ２２はこ
れらのセンサーの信号によりそれぞれ吸気マニホルド１
０の端部に位置した燃料インジェクタ（図示しない）を
制御して空気と燃料との比を適正に調節する。
【００１５】上述の構成を有する本発明に基づくエンジ
ンシステムは次のように動作する。なお、このエンジン
システムは本発明が適用される一例に過ぎず、本発明が
適用される範囲はこれに限定されない。
【００１６】ディストリビュータ２６は、エアコンプレ
ッサ２４で生成された２次空気を各シリンダーの排気バ
ルブのタイミングに応じて排気システムに供給する。即
ち、ディストリビュータ２６は、シリンダーに対する排
気システムとして、たとえば、排気マニホルドの一分岐
に、相応する排気バルブが開いている間排気行程で順次
に２次空気を供給（分配）する。
【００１７】ディストリビュータ２６は、図２及び図３
に示すように、ハウジング２８と、回転本体３０と、下
部カバー３２とを含んでおり、プーリ３４と連結されて
いる。ハウジング２８は円筒部材であり、その一方の端
部は開放されており、一側にエアコンプレッサ２４から
の２次空気を受ける吸入ポート３６を有し、他方の端部
には複数の供給ポート３８を有するが、このポートの個
数はシリンダーの個数と同一である。それぞれの供給ポ
ートの位置は、一方の端部の中心から等間隔であり、そ
れぞれの供給ポートはパイプやホースなどのような分配
手段４０を通じて排気システムに連結される。
【００１８】分配手段４０は、燃焼室から出る高温の排
気ガスの温度が下がる前に２次空気と混合して酸化を促
進させ、排気行程末期の高濃度の炭化水素ＨＣを含有し
た排気ガスを燃焼室に２次空気の圧力によって押し入れ
ることができ、かつ、触媒コンバータに到達する前によ
り均一な混合を得られるので、排気バルブと近いところ
に連結することが好ましい。たとえば、分配手段の排気
システムへの連結は、排気マニホルド１２の各分枝１１
の孔に分配手段を連結するか、または、エンジンヘッド
の排気ポートの孔に連結することもできる。１つのシリ
ンダーに対して２つの排気バルブを有するエンジンの場
合には、分配手段の端部が分岐されてそれぞれの排気バ
ルブに対して連結される。
【００１９】回転本体３０は、回転可能にハウジング２
８の内側に挿入され、外周面に沿った溝４２が形成され
ている。この溝４２は、図２及び図３に示すように、吸
気ポート３６と互いに面し、これによって、吸気ポート
に入った２次空気は直ちに溝４２に沿って通孔４４に供
給される。外周溝４２には、回転本体３０の内部を通過
して形成され、吸気ポートを供給ポート３８の中の一つ
と連通させる通孔４４を有する。溝４２は吸気ポート３
６を通じて供給された２次空気を通孔４４へ案内する役
割をする。通孔４４は、対応するエンジンシリンダーの
点火順序により対応する供給ポートと順次に連結される
構造を有する。従って、通孔の出口部分は回転本体３０
の回転に応じてそれぞれの供給ポート３８の入口部と連
結する構造を有する。
【００２０】図３及び図４は、かかる例を示している。
まず、溝４２から水平に中心に向けて通孔４４−１を形
成し、次に回転本体の中心位置から供給ポート中のいず
れか一つに向けて通孔４４−２を形成する。供給ポート
３８のそれぞれは中心から等距離を有するので、回転本
体３０の回転に応じて通孔４４とそれぞれの供給ポート
３８は順次に連結される。回転本体３０は通孔４４がエ
ンジンの燃焼順序に応じて順次に燃焼が行われるシリン
ダーに向いた供給ポートと連結されるように回転する。
【００２１】かかる回転のための構造が図１〜図３にわ
たって示されている。回転本体３０はハウジング２８に
対して回転するための軸４６，４８を有する。下部カバ
ー３２はハウジング２８にたとえばスクリューにより取
付けられてハウジング２８の開いている領域を閉じる。
軸４８は下部カバー３２の軸心孔５０を貫通して突出
し、プーリ３４に接続される。プーリ３４はエンジンク
ランクプーリ５４にベルト５６のような動力伝達手段に
より連結される。このとき、プーリ３４の直径はエンジ
ン燃焼順序に応じて燃焼が行われるシリンダーのための
供給ポートと通孔４４とを順次に連結可能に回転本体３
０が回転するように決定されるべきである。このため
に、たとえば、４シリンダーエンジンの場合、エンジン
クランク軸が２回転するとき、回転本体は１回転するよ
うに形成される。
【００２２】なお、エンジンの燃焼順序に応じて回転本
体３０を回転させることによって、通孔を燃焼が行われ
るシリンダーに対する供給ポートと順次に連結させる駆
動手段は、前述のようなプーリシステムに限定されるも
のではない。たとえば、ギヤシステムを利用することも
できる。
【００２３】従って、エアコンプレッサで生成された２
次空気はディストリビュータ２６に供給され、このディ
ストリビュータ２６は２次空気を排気行程にあるシリン
ダーのための対応する排気システムに、対応する排気バ
ルブのタイミングに応じて分配し、その結果、ＨＣ、Ｃ
Ｏ、そしてＮＯx などを含む不完全燃焼ガスは２次空気
と均一に混合され、その上、噴射された２次空気の圧力
は不完全燃焼ガス、特に、排気行程の末期に排出される
高濃度の炭化水素ＨＣガスを燃焼室へ押し入れることに
よって、結果的に効率の高い酸化を達成して排気ガス、
特にＨＣの低減が達成される。
【００２４】さらに、図１に示すように、エアコンプレ
ッサとディストリビュータとを連結する管路に圧力制御
バルブ６０を設け、また、分配手段４０にチェックバル
ブ６２を設けることもできる。圧力制御バルブ６０は、
２次空気の圧力を調節してエンジン条件、たとえば、エ
ンジン回転数ＲＰＭと吸気空気量に応じて２次空気の量
を補償し、ＥＣＵ２２によって制御される。たとえば、
図７に示すように、エアフローメーターとエンジンＲＰ
Ｍセンサーは吸気空気量とエンジンＲＰＭとをそれぞれ
感知し、ＥＣＵはこれらの感知された信号を受けて圧力
制御バルブ６０を制御する。チェックバルブ６２は、デ
ィストリビュータ２６を通じて２次空気の噴射（また
は、供給）のないとき、排気ガスが分配手段に逆流する
ことを防ぐ。
【００２５】［第２の実施形態］上述のディストリビュ
ータの代わりに、複数のインジェクタ６４を使用するこ
ともできる。このような例が図５に示されている。
【００２６】分配手段４００は、パイプやホースのよう
な複数の連結手段からなり、この連結手段のそれぞれは
エアコンプレッサ２４と連結されている管路５８から分
岐される。インジェクタ６４のそれぞれは、図５に示す
ように、分配手段４００の各連結手段の入口に設けられ
る。各インジェクタ６４はＥＣＵ２２により制御され、
開放されている排気バルブに対応するインジェクタが排
気バルブが開放されているときに作動してエンジンの燃
焼順序に応じて２次空気を噴射する。
【００２７】このとき、図８に示すように、ＥＣＵ２２
は、エンジンＲＰＭ、エンジン吸気空気量、空気と燃料
との比及び冷却水温度を表わす信号を、それぞれエンジ
ンＲＰＭセンサー、エアフローメーター、酸素センサー
及び冷却水温度センサーから受け、最適のインジェクシ
ョンタイミングにおいてエンジン吸入空気量に比例する
２次空気噴射を制御する。
【００２８】即ち、エンジンＲＰＭとエンジン吸入空気
量とによる最適の噴射タイミングと噴射区間とをＥＣＵ
にマッピングし、これに従って最適条件において２次空
気を噴射するように制御される。この最適の条件はエン
ジン実験を通じて決定される。エンジン吸入空気量を測
定するのは、排気ガスの量がエンジン吸入空気の量に比
例するためである。また、冷却水温度を測定するのは、
エンジンのコールド状態を判断するためである。
【００２９】この場合に、図５に示すように、管路５８
に圧力制御バルブ６０を、また、分配手段４００にチェ
ックバルブ６２をさらに設けることができる。
【００３０】図７に示すように、圧力制御バルブ６０は
ＥＣＵにより制御されて２次空気の量をエンジン条件に
応じて補償し、チェックバルブ６２はインジェクタ６４
による２次空気の噴射のないとき、排気ガスが分配手段
４００へ逆流することを防ぐ。
【００３１】
【発明の効果】従って、本発明によれば、エアコンプレ
ッサで生成された２次空気を排気行程にあるシリンダー
に対する排気システムに、対応する排気バルブのタイミ
ングに応じて所望の時期に、かつ、所望の区間だけ噴射
して十分な混合を達成し、その結果、効率の高い酸化を
得ることができるばかりではなく、排気行程末期の高濃
度のＨＣガスが２次空気の圧力によって燃焼室に押され
るようになっているので、排気ガスの低減が達成され
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による好適な第１の実施形態が適用され
るエンジンシステムの平面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るディストリビュ
ータの分解斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るディストリビュ
ータの断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るディストリビュ
ータの平面図である。
【図５】本発明による好適な第２の実施形態が適用され
るエンジンシステムの平面図である。
【図６】従来の装置を示す図である。
【図７】本発明の第１及び第２の実施形態における圧力
制御バルブを制御するための制御信号の流れを示すブロ
ック構成図である。
【図８】本発明の第２の実施形態におけるそれぞれのイ
ンジェクタを制御するための制御信号の流れを示すブロ
ック構成図である。
【符号の説明】
２ エンジン ４ シリンダー ６ スロットルバルブ ８ サージタンク １０ 吸気マニホルド １１ 分枝 １２ 排気マニホルド １４ 排気管 １６ 触媒コンバータ １８ 酸素センサー ２０ 冷却水温度センサー ２２ 電子制御ユニット ２４ エアコンプレッサ ２６ ディストリビュータ ２８ ハウジング ３０ 回転本体 ３２ 下部カバー ３４，５４ プーリ ３６ 吸入ポート ３８ 供給ポート ４０ 分配手段 ４２ 外周溝 ４４−１，４４−２ 通孔 ４６，４８ 軸 ５０ 軸心孔 ５６ ベルト ５８ 管路 ６０ 圧力制御バルブ ６２ チェックバルブ ６４ インジェクタ

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ２次空気を生成するためのエアコンプレ
    ッサと、 排気システムに分配手段により連結されており、排気行
    程にあるシリンダーに対する排気システムに対し、前記
    シリンダーの排気バルブが開放されている間に前記シリ
    ンダーの排気バルブのタイミングに応じて、かつ、エン
    ジンの燃焼順序に応じて２次空気を分配するためのディ
    ストリビュータと、 前記ディストリビュータを作動させるディストリビュー
    タ駆動手段とを有し、 前記ディストリビュータは、ハウジングと、前記ディス
    トリビュータ駆動手段により回転される回転本体とを有
    し、 前記ハウジングは、それぞれの供給ポートが一方の端部
    中心から等距離に配設され、各シリンダーのための前記
    排気システムのそれぞれと分配手段によって連結される
    ようにその一方の端部に配設された複数の供給ポート
    と、エアコンプレッサで生成された２次空気を受けるよ
    うにその一側面に配設された吸入ポートとを備えてお
    り、 前記回転本体は、該回転本体の外周に沿って形成され、
    前記吸入ポートと相互に面する外周溝と、入口部分が前
    記外周溝で定義され、該回転本体の内部を通過して前記
    吸入ポートを前記供給ポートの１つと連結させる通孔と
    が形成されており、該通孔は、前記外周溝から水平に該
    回転本体の中心に到達するまで形成される第１部分と、
    前記回転本体の中心から供給ポートの１つに向いて形成
    される第２部分とからなることを特徴とする車両におけ
    る空気汚染排出物質低減装置。
  2. 【請求項２】 前記ディストリビュータ駆動手段はプー
    リシステムであることを特徴とする請求項１に記載の空
    気汚染排出物質低減装置。
  3. 【請求項３】 前記プーリシステムは、第１プーリ及び
    第２プーリからなり、前記第１プーリは前記回転本体に
    装着されており、前記第２プーリはクランク軸に装着さ
    れ動力伝達手段により前記第１プーリと連結されてお
    り、前記第１プーリ及び第２プーリの直径はエンジン燃
    焼順序に応じて燃焼が行われるシリンダーのための供給
    ポートと通孔とを順次に連結可能に回転本体が回転する
    ように決定されることを特徴とする請求項２に記載の空
    気汚染排出物質低減装置。
  4. 【請求項４】 前記ディストリビュータ駆動手段はギヤ
    システムであることを特徴とする請求項１に記載の空気
    汚染排出物質低減装置。
  5. 【請求項５】 前記ギヤシステムは、第１ギヤ及び第２
    ギヤからなり、前記第１ギヤは前記回転本体に装着され
    ており、前記第２ギヤはクランク軸に装着され前記第１
    ギヤと連結されており、前記第１ギヤ及び第２ギヤの直
    径はエンジン燃焼順序に応じて燃焼が行われるシリンダ
    ーのための供給ポートと通孔とを順次に連結可能に回転
    本体が回転されるように決定されることを特徴とする請
    求項４に記載の空気汚染排出物質低減装置。
  6. 【請求項６】 前記エアコンプレッサと前記ディストリ
    ビュータとを連結する管路に設けられた圧力制御バルブ
    と、 ２次空気の圧力を調節してエンジン条件に応じて前記２
    次空気を補償するように圧力制御バルブを制御するため
    の制御手段とをさらに含むことを特徴とする請求項１な
    いし請求項５のいずれか１項に記載の空気汚染排出物質
    低減装置。
  7. 【請求項７】 前記分配手段にチェックバルブをさらに
    含むことを特徴とする請求項２または請求項４に記載の
    空気汚染排出物質低減装置。
  8. 【請求項８】 ２次空気を生成するためのエアコンプレ
    ッサと、 排気行程にあるシリンダーに対する排気システムに２次
    空気を噴射するものであって、それぞれは前記エアコン
    プレッサと連結される複数のインジェクタと、 エンジン燃焼順序に応じて、かつ、シリンダーの排気バ
    ルブタイミングに応じて前記シリンダーの排気バルブが
    開放されている間に前記各インジェクタを作動させる制
    御装置とを含むことを特徴とする車両における空気汚染
    排出物質低減装置。
  9. 【請求項９】 前記各インジェクタは、エアコンプレッ
    サで生成された２次空気が流れる管路を各排気システム
    と連結する連結手段中の対応するいずれか１つの連結手
    段に設けられており、この連結手段のそれぞれは前記管
    路から分岐されることを特徴とする請求項８に記載の空
    気汚染排出物質低減装置。
  10. 【請求項１０】 ２次空気の圧力を調節してエンジン条
    件に応じて前記２次空気を補償するための圧力制御バル
    ブをさらに含むことを特徴とする請求項８または請求項
    ９に記載の空気汚染排出物質低減装置。
  11. 【請求項１１】 前記連結手段にチェックバルブをさら
    に含むことを特徴とする請求項１０に記載の空気汚染排
    出物質低減装置。
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