JP2009052415A - 内燃機関の二次空気供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】触媒に水が侵入して損傷してしまうのを防止することができ、触媒性能が劣化するのを防止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。
【解決手段】エアクリーナ２０が、筒状の濾過エレメントを有し、空気導入部２１から二次空気排出管３３を介してケーシング２４内に導入された空気を、ケーシング２４の内周面に沿って旋回させて濾過エレメントで濾過するように導くとともに、濾過エレメントの内側に形成された中空部に合流させて、濾過した空気を空気導出部２２より導出するように構成され、エアクリーナ２０のケーシング２４から二次空気をエアポンプ１７に導出する二次空気排出管３３を設け、二次空気排出管３３を空気導入部２１に近接させるとともに、空気導入部２１に対して空気の旋回方向下流側に設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の二次空気供給装置に関し、特に、排気管に設けられた触媒よりも上流側にエアクリーナから二次空気を供給するようにした内燃機関の二次空気供給装置に関する。

自動車等の車両に搭載される内燃機関においては、排気浄化用の触媒によって排気ガスを適切に浄化するためには、セラミック製のハニカム基材等の表面に形成された白金、パラジウム等の触媒を所定の活性化温度にまで上昇させなければならない。このため、内燃機関の始動時から触媒が所定の活性化温度に到達するまでの間は、排気ガスがほとんど浄化されないこととなる。

このような不具合を解消するために、触媒が冷えた状態からの始動時において、排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）についての浄化を行うために、排気管に空気を供給する二次空気供給装置を備えたものがあり、このような二次空気供給装置としては、図１０のように示される（例えば、特許文献１参照）。

図１０において、内燃機関としてのエンジン１には、排気マニホールド２が接続されており、この排気マニホールド２は、触媒装置４を介して排気管３が接続されている。また、排気マニホールド２には、電磁ＡＳＶ（Ａｉｒ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ Ｖａｌｖｅ）５を介して二次空気供給管６が接続されており、電磁ＡＳＶ５は、二次空気供給管６と排気マニホールド２とを連通および遮断するように二次空気供給管６を開閉制御するようになっている。
また、二次空気供給管６にはエアポンプ７の二次空気導出部７ａが接続されており、このエアポンプ７は二次空気導入部７ｂから矢印で示すように空気を吸入して二次空気供給管６に供給するようになっている。

このような構成を有する二次空気供給装置にあっては、二次空気導入部７ｂからエアポンプ７に導入された空気が、エアポンプ７の駆動力によって二次空気供給管６および電磁ＡＳＶ５を介して排気マニホールド２に供給されると、排気ガスに含まれる炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の未燃成分の酸化反応が促進されるようになり、その結果、排気ガス中の未燃成分と空気との酸化反応に基づく燃焼熱によって触媒装置４の触媒を早期に活性化することができる。
特開２００５−１６３７０８号公報

しかしながら、このような従来の二次空気供給装置にあっては、雨天走行時や水溜まり路走行時に、水を含んだ空気が二次空気導入部７ｂからエアポンプ７に導入され、エアポンプ７から二次空気供給管６および電磁ＡＳＶ５を介して排気マニホールド２に供給されると、水がそのまま触媒に吸い込まれてしまうことがある。

特に、エンジン１が運転席の下方に設置されるオーバキャブにあっては、路面に近い位置にエンジン１が設置されることになるため、エアポンプ７が水を含んだ空気を導入し易く、エアポンプ７から二次空気供給管６、電磁ＡＳＶ５および排気マニホールド２を介して触媒装置４に供給され易い。

そして、この水が触媒装置４のハニカム基材に担持される高温状態の触媒に接触すると、触媒が損傷してしまうおそれがあり、このように触媒が損傷してしまうと、触媒性能が劣化してしまうおそれがあった。

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、触媒に水が侵入して損傷してしまうのを防止することができ、触媒性能が劣化するのを防止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。

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）一端部が排気管に設けられた触媒よりも上流側に接続された二次空気供給管と、前記二次空気供給管の他端部に接続され、前記二次空気供給管を介して前記触媒よりも上流側に二次空気を供給する供給ポンプと、空気を導入する空気導入部および空気を導出する空気導出部が設けられた本体および前記空気導入部と前記空気導出部との間に位置するように前記本体内に設けられた濾過エレメントを有するエアクリーナとを備えた内燃機関の二次空気供給装置であって、前記供給ポンプに接続された一端部を有する二次空気導出管と、前記二次空気導出管の他端部が接続されるように前記本体に設けられ、前記本体から二次空気を前記供給ポンプに導出する二次空気排出管とを備え、前記二次空気排出管が前記本体内の空気の流れ方向に対して前記空気導入部から離隔するものから構成されている。

この構成により、エアクリーナの本体から二次空気を供給ポンプに導出する二次空気排出管を設け、二次空気排出管を本体内の空気の流れ方向に対して空気導入部から離隔させるようにしたので、雨天走行時や水溜まり路走行時に、空気導入部に空気と共に導入された水が空気導入部から二次空気排出管まで移動する間に、空気から水を分離させることができる。このため、二次空気排出管から二次空気導出管を通して供給ポンプに空気のみを導出することができる。

このため、供給ポンプから二次空気供給管を通して排気管に二次空気のみを供給することができ、高温状態の触媒に水が進入してしまうのを防止することができる。この結果、触媒が損傷してしまうのを防止することができ、触媒性能が劣化してしまうのを防止することができる。

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）前記エアクリーナが、前記濾過エレメントとして筒状の濾過エレメントを有し、前記空気導入部から前記本体内に導入された空気を、前記本体の内周面に沿って旋回させて前記濾過エレメントで濾過するように導くとともに、前記濾過エレメントの内側に形成された中空部に合流させて、濾過した空気を前記空気導出部より導出するように構成され、前記二次空気排出管が、前記空気導入部に近接し、かつ、前記空気導入部に対して空気の旋回方向下流側に設けられるものから構成されている。

この構成により、エアクリーナが、筒状の濾過エレメントを有するとともに、二次空気排出管を、空気導入部に近接し、かつ、空気導入部に対して空気の旋回方向下流側に設けたので、空気導入部から本体内に導入された空気を本体の内周面に沿って大きく旋回させて二次空気排出管から導出することができる。

したがって、空気導入部から本体内に導入された空気を、空気導入部から二次空気排出管までの間の長い距離だけ移動させることができる。このため、エアクリーナを小型化しつつ、本体内に導入された空気から水を効率良く分離させることができ、二次空気排出管から二次空気導出管を通して供給ポンプに空気のみを供給することができる。

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）前記二次空気排出管が、前記本体の上方に設けられるものから構成されている。

この構成により、空気導入部から二次空気排出管まで空気が移動するまでの間に空気から分離した水が本体の底面に落下した場合に、この水が二次空気排出管から導出されてしまうのを確実に防止することができる。

すなわち、ピストンの吸入工程時にピストンによる負圧力を受けて本体の底面に落下した水が吸い上げられる可能性があるが、二次空気排出管を本体の上方に設けることによって本体の底面から吸い上げられた水を二次空気排出管まで届き難くすることができ、水が二次空気排出管から導出されてしまうのを確実に防止することができる。

上記（１）ないし（３）の何れかに記載の内燃機関の二次空気供給装置において、（４）前記二次空気排出管が、前記本体の内周面から前記本体の内方に突出する突出部を有し、前記突出部が、前記二次通気導出管と前記本体内を連通する連通孔を有するものから構成されている。

この構成により、二次空気排出管が本体の内周面から本体の内方に突出する突出部を有するので、二次空気排出管まで水が到達してしまった場合であっても、突出部の壁面によって突出部の内部への水の巻き込み量を減少させることができる。このため、二次空気排出管から水が排出されてしまうのをより確実に防止することができる。

上記（４）に記載の内燃機関の二次空気供給装置において、（５）前記突出部の前記連通孔が、前記本体の内周面から前記本体の内方に向かって拡径されるものから構成されている。

この構成により、突出部の連通孔を、本体の内周面から本体の内方に向かって拡径したので、二次空気の導出方向上流側の連通孔の流路を導出方向下流側の連通孔の流路よりも広くすることができる。

このため、二次空気の導出方向上流側の突出部の連通孔に導入される空気の流速を遅くすることができ、空気と共に水を二次空気排出管に導入され難くして二次空気排出管から水が排出されてしまうのをより確実に防止することができる。

本発明によれば、触媒に水が侵入して損傷してしまうのを防止することができ、触媒性能が劣化するのを防止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。

以下、本発明に係る内燃機関の二次空気供給装置の実施の形態について、図面を用いて説明する。

（第１の実施の形態）
図１〜図５は本発明に係る内燃機関の二次空気供給装置の第１の実施の形態を示す図である。

まず、構成を説明する。
図１において、４気筒内燃機関としてのエンジン１１は、各気筒の燃焼室が排気ポートを介して排気マニホールド１２に連通しており、この排気マニホールド１２は、触媒装置１４を介して排気管１３に接続されている。

この触媒装置１４は、ハニカム基材または粒状の活性アルミナ製担体に白金、パラジウム等の触媒を付着させたものが本体ケースに収納されたものから構成されており、ＮＯｘの還元やＣＯ、ＨＣの酸化を行うようになっている。

排気マニホールド１２には、電磁ＡＳＶ（Ａｉｒ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ Ｖａｌｖｅ）１５を介して二次空気供給管１６の一端部が接続されており、電磁ＡＳＶ１５は、二次空気供給管１６と排気マニホールド２とを連通および遮断するように二次空気供給管１６を開閉制御するようになっている。

二次空気供給管１６の他端部には供給ポンプとしてのエアポンプ１７の二次空気導出部１７ａが接続されており、このエアポンプ１７の二次空気導入部１７ｂには二次空気導出管１８を介してサイクロン方式のエアクリーナ２０が接続されている。すなわち、二次空気導出管１８は、エアポンプ１７に接続される一端部とエアクリーナ２０に接続される他端部を備えている。
また、電磁ＡＳＶ１５は、排気管１３に設けられた触媒装置１４よりも上流側に設けられており、エアポンプ１７から触媒装置１４よりも上流側に二次空気を導入するようになっている。なお、二次空気とは、触媒装置１４の上流側に供給され、燃焼室から排気されるガスに混合される空気をいう。また、電磁ＡＳＶ１５およびエアポンプ１７は、図示しないＥＣＵ（Engine Control Unit）によって制御される。

エアクリーナ２０は、エンジン１１の燃焼室にダスト（塵、油等）を含まない空気を送るために外部の空気を濾過する機能を有しており、エアクリーナ２０は、図２、図３に示すように、空気導入部２１および空気導出部２２を有する本体としてのケーシング２４と、ケーシング２４内に収容された筒状の濾過エレメント２７と、濾過エレメント２７をケーシング２４に懸架する支持部材としてのファスナー２５とを含んで構成されている。

ケーシング２４は、図２に示すように、略円筒状に形成されており、鉛直方向に対して４５°程度の角度で傾斜する空気導入部２１が設けられている。また、ケーシング２４の上壁には空気導出部２２が設けられており、空気導入部２１および空気導出部２２は、ケーシング２４内に開口している。

また、空気導出部２２には、レゾネータ２３が設けられており、このレゾネータ２３は、内部に空間を有する筐体および筐体と空気導出部２２とを連通する連通孔とを有し、空気導出部２２から導出される空気を消音するようになっている。また、空気導出部２２は、図示しない吸気管に接続されており、この吸気管は図示しない吸気マニホールドおよび排気ポートを介してエンジン１１の各気筒の燃焼室に連通している。

また、ケーシング２４の底部にはダストパン２６が設けられており、このダストパン２６には空気から分離されたダストが蓄積されるようになっている。なお、本実施の形態のケーシング２４は、鋼板等の金属材料、またはポリプロピレン等の樹脂材から成形されている。

濾過エレメント２７は、中空円筒状に形成されており、詳述しないが、濾材のエレメント本体の両軸端に、それぞれ環状の端板が接合されている周知のエレメントであり、濾紙等を菊花形かつ円筒状に形成した濾材から構成されている。

また、濾過エレメント２７の内周部によって構成される中空部２７ａと空気導出部２２の開口部２２ａとは、略同軸上に配置されており、空気導出部２２は、開口部２２ａから空気の導出方向下流側に向かって屈曲している。

また、濾過エレメント２７の中空部２７ａ内には、濾過エレメント２７をケーシング２４内に固定するとともに、ケーシング２４の下方の底部側に固定するためのファスナー２５が設けられている。

ファスナー２５の上端部は、空気導出部２２の開口部２２ａに取り付けられており、ファスナー２５の下端部は、締付具２８との螺合により仕切り板２９に取り付けられている。ファスナー２５は、帯状の鋼材を略Ｕ字形に折り曲げられたステー３０と、締付具２８に螺合可能なねじ部材３１と、整流板３２とを備えており、ステー３０とねじ部材３１は、濾過エレメント２７をケーシング２４に懸架する周知構造のＵ字形の支持部材から構成されている。

なお、互いに螺合するねじ部材３１と締付具２８のねじ部は、図３に示す雄ねじと、ナット等の雌ねじの組合せに限らず、ねじ部材を雌ねじ、締付具を雄ねじとする組合せであってもよい。

ステー３０は、略軸方向に延びる一対のアーム部３０ａと、一対のアーム部３０ａを連結する下端部３０ｂとから構成されており、アーム部３０ａの上端側は、空気導出部２２の内周に溶接等により接合固定されている。また、ステー３０の下端部３０ｂは、ねじ部材３１の一方の軸端部が係止されている。

また、整流板３２は、金属製板からなり、濾過エレメント２７と同軸上に配置されている。具体的には、図２に示すように、整流板３２は、中空部２７ａの内周を、二分割するように配置されている。整流板３２は、アーム部３０ａ間を架橋するように配設されており、アーム部３０ａ間の所定の軸方向範囲を架橋する隔壁を形成している。

一方、エアクリーナ２０のケーシング２４には、二次空気排出管３３が設けられており、この二次空気排出管３３は、二次空気導出管１８に接続される円筒状の本体３３ａと、本体３３ａに設けられ、エアクリーナ２０のケーシング２４にネジ３４によって固定されるフランジ部３３ｂとを備えており、本体３３ａの内部に設けられた連通孔３３ｃが二次空気導出管１８とケーシング２４内とを連通している。

また、二次空気排出管３３は、ケーシング２４の上部に設置されており、二次空気排出管３３と空気導入部２１とは、ケーシング２４内に導入された空気の流れ方向に対して離隔するようにケーシング２４に設けられている。本実施の形態のサイクロン方式のエアクリーナ２０では、二次空気排出管３３を空気導入部２１に近接させ、空気導入部２１に対して空気の旋回方向下流側に設けている。

本実施の形態では、エアポンプ１７、二次空気導出管１８およびエアクリーナ２０が二次空気供給装置を構成している。

次に、本実施の形態のエンジン１１の二次空気供給方法を説明する。
エンジン１１が運転席の下方に設置されるオーバキャブ等にあっては、路面に近い位置にエンジン１１が設置されることになるため、雨天走行時や水溜まり路走行時にエアクリーナ２０に空気と共に水を吸い込んでしまう可能性が高い。ここでは、雨天走行時や水溜まり路走行時の二次空気供給方法を説明する。

エンジン１１が運転されると、ピストンの吸入工程時にピストンによる負圧力を受けてケーシング２４内に空気が吸入される。雨天走行時や水溜まり路走行時には、空気と共に水が空気導入部２１からケーシング２４内に導入される。

ケーシング２４内に導入された水を含んだ空気は、ケーシング２４の内周面と濾過エレメント２７の外周面との間を旋回し、ケーシング２４の内周面と濾過エレメント２７の外周面との間を旋回する間に、空気の旋回流による遠心力によって空気中に含まれる比較的粗大なダストや水がケーシング２４の内周に押し付けられ、旋回流の遠心力作用とダストや水との自重によりケーシング２４の内周に沿って降下し、降下したダストや水は、ケーシング２４の底部のダストパン２６に溜められる。

一方、螺旋状に旋回する空気は、濾過エレメント２７の外周全体に行き渡るため、濾過エレメント２７の全外周から内周に向かって導入され、中空部２７ａに合流する。濾過エレメント２７のエレメント本体で濾過された空気は、中空部２７ａの中心部に向かって流出する。

中空部２７ａで合流した濾過空気は、空気導出部２２の開口部２２ａに向かって流れ、空気導出部２２に接続された吸気管から、吸気マニホールドおよび吸気ポートを介してエンジン１１の各気筒の燃焼室に供給される。

一方、二次空気排出管３３は、空気導入部２１に近接し、空気導入部２１に対して空気の旋回方向下流側に設けられているため、上述したように、空気の旋回流による遠心力によって空気中に含まれる水がケーシング２４の内周に押し付けられ、旋回流の遠心力作用と水との自重により水がケーシング２４の内周に沿って降下する。

このため、図５にＢ示すように、空気導入部２１からケーシング２４内に導入され、水が分離された空気が二次空気排出管３３から二次空気導出管１８に排出される。二次空気導出管１８に導出された二次空気は、エアポンプ１７に吸引され、エアポンプ１７から二次空気供給管１６に供給された後、開放状態にある電磁ＡＳＶ１５を通して排気マニホールド１２に供給される。

排気マニホールド１２に供給された二次空気は、エンジンの燃焼室から排出された排気ガスに混合される。この結果、排気に含まれる炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の未燃成分の酸化反応が促進され、排気ガス中の未燃成分と空気との酸化反応に基づく燃焼熱によって触媒装置１４の触媒を早期に活性化することができる。

このように本実施の形態では、エアクリーナ２０のケーシング２４から二次空気をエアポンプ１７に導出する二次空気排出管３３を設け、二次空気排出管３３を空気導入部２１に近接させるとともに、空気導入部２１に対して空気の旋回方向下流側に設けたので、雨天走行時や水溜まり路走行時に、空気導入部２１に水を含んだ空気が空気導入部２１から二次空気排出管３３まで移動する間に、空気から水を分離させることができる。このため、二次空気排出管３３から二次空気導出管１８を通してエアポンプ１７に空気のみを導出することができる。

このため、エアポンプ１７から二次空気供給管１６を通して排気マニホールド１２に二次空気のみを供給することができ、触媒装置１４内の高温状態の触媒に水が供給されてしまうのを防止することができる。この結果、触媒が損傷してしまうのを防止することができ、触媒性能が劣化してしまうのを防止することができる。

また、本実施の形態では、エアクリーナ２０が、筒状の濾過エレメント２７を有し、空気導入部２１から二次空気排出管３３を介してケーシング２４内に導入された空気を、ケーシング２４の内周面に沿って旋回させて濾過エレメント２７で濾過するように導くとともに、濾過エレメント２７の内側に形成された中空部２７ａに合流させて、濾過した空気を空気導出部２２より導出するように構成したので、空気導入部２１からケーシング２４内に導入された空気を、ケーシング２４の内周面に沿って大きく旋回させて二次空気排出管３３から排出することができる。

したがって、空気導入部２１からケーシング２４内に導入された空気を、空気導入部２１から二次空気排出管３３までの間の長い距離だけ移動させることができる。このため、エアクリーナ２０を小型化しつつ、ケーシング２４内に導入された空気から水を効率良く分離させることができ、二次空気排出管３３から二次空気導出管１８を通してエアポンプ１７に空気のみを供給することができる。

また、本実施の形態では、二次空気排出管３３をケーシング２４の上方に設けたので、空気導入部２１から二次空気排出管３３まで空気が移動したときに、空気から分離した水がケーシング２４の底面に落下した場合に、この水が二次空気排出管３３から排出されてしまうのを確実に防止することができる。

すなわち、エンジン１１の運転時には、ピストンの吸入工程時にピストンによる負圧力を受けてケーシング２４の底面に落下した水が吸い上げられる可能性があるが、本実施の形態では、二次空気排出管３３をケーシング２４の上方に設けることによってケーシング２４の底面から吸い上げられた水を二次空気排出管３３まで届き難くすることができ、水が二次空気排出管３３から排出されてしまうのを確実に防止することができる。

（第２の実施の形態）
図６は本発明に係る内燃機関の二次空気供給装置の第２の実施の形態を示す図であり、二次空気排出管の構成が第１の実施の形態と異なるのみであるため、第１の実施の形態と同一の構成には同一番号を付して説明を省略する。

図６において、二次空気排出管４１は、二次空気導出管１８に接続される円筒状の本体４１ａと、本体４１ａに設けられ、エアクリーナ２０のケーシング２４にネジによって固定される図示しないフランジ部とを備えており、本体４１ａの内部に設けられた連通孔４１ｂが二次空気導出管１８とケーシング２４内とを連通している。

また、本体４１ａは突出部４１ｃを備えており、この突出部４１ｃは、ケーシング２４の内周面からケーシング２４の内方に突出し、この突出部４１ｃの内部には連通孔４１ｂが形成されている。すなわち、本体４１ａは、内部に連通孔４１ｂを有する一体型となっており、突出部４１ｃがケーシング２４の内周面からケーシング２４の内方に突出している。

本実施の形態では、図６においてＢ１、Ｂ２で示すようにケーシング２４の内周面を旋回する空気を突出部４１ｃに衝突させて上下に分離するような空気の流れを作ることができる。このため、仮に、空気導入部２１からケーシング２４内に吸入された空気と共に水が二次空気排出管４１に到達してしまった場合に、突出部４１ｃの壁面によって突出部４１ｃの内部への水の巻き込み量を減少させることができる。このため、二次空気排出管３３から二次空気導出管１８に水が排出されてしまうのをより確実に防止することができる。

（第３の実施の形態）
図７は本発明に係る内燃機関の二次空気供給装置の第３の実施の形態を示す図であり、二次空気排出管の構成が第１の実施の形態と異なるのみであるため、第１の実施の形態と同一の構成には同一番号を付して説明を省略する。

図７において、二次空気排出管４５は、二次空気導出管１８に接続される円筒状の本体４５ａと、本体４５ａに設けられ、エアクリーナ２０のケーシング２４にネジ４６によって固定されるフランジ部４５ｂとを備えており、本体４５ａの内部に設けられた連通孔４５ｃが二次空気導出管１８とケーシング２４内とを連通している。

また、本体４５ａは突出部４５ｅを備えており、この突出部４５ｅは、ケーシング２４の内周面からケーシング２４の内方に突出し、この突出部４５ｅの内部には連通孔４５ｃが形成されている。すなわち、本体４５ａは、内部に連通孔４５ｃを有する一体型となっており、突出部４５ｅがケーシング２４の内周面からケーシング２４の内方に突出している。

また、突出部４５ａの連通孔４５ｃは、ケーシング２４の内周面からケーシング２４の内方に向かって拡径されるようになっており、突出部４５ａは、ラッパ形状に形成されている。

本実施の形態では、第２の実施の形態と同様に、ケーシング２４の内周面を旋回する空気を突出部４５ｅに衝突させて上下に分離するような空気の流れを作ることができる。このため、仮に、空気導入部２１からケーシング２４内に吸入された空気と共に水が二次空気排出管４５まで到達してしまった場合に、突出部４５ｅの壁面によって突出部４５ｅの内部への水の巻き込み量を減少させることができる。

これに加えて、突出部４５ｅの連通孔４５ｃを、ケーシング２４の内周面からケーシング２４の内方に向かって拡径したので、二次空気の導出方向上流側の連通孔４５ｃの流路を導出方向下流側の連通孔４５ｃの流路よりも広くすることができる。

このため、二次空気の導出方向上流側の突出部４５ｅの連通孔４５ｃに導入される空気の流速を遅くすることができ、空気と共に水を二次空気排出管４５に導入され難くして、二次空気排出管４５から水が二次空気導出管１８に導出されてしまうのをより確実に防止することができる。

（第４の実施の形態）
図８、図９は本発明に係る内燃機関の二次空気供給装置の第４の実施の形態を示す図である。なお、本実施の形態は、サイクロン方式のエアクリーナ２０の位置に設けられているものであり、第１の実施の形態とはエアクリーナの構成が異なるのみである。したがって、第１の実施の形態と同一の構成には同一番号を付して説明を省略し、必要に応じて図１を用いて説明を行う。

図８において、エアクリーナ５１は、空気導入部５３および空気導出部５４を有する本体としてのケーシング５２と、ケーシング５２内に収容された矩形状の濾過エレメント５５とを含んで構成されている。

ケーシング５２は、矩形状に形成されており、空気導入部５３および空気導出部５４は、ケーシング５２の前後端に取付けられ、直線状に設置されている。

また、空気導出部５４は、図示しない吸気管に接続されており、この吸気管は図示しない吸気マニホールドおよび排気ポートを介してエンジン１１の各気筒の燃焼室に連通している。
また、本実施の形態のケーシング５２は、鋼板等の金属材料、またはポリプロピレン等の樹脂材から成形されている。濾過エレメント５５は、矩形状に形成されており、濾紙等を波状に形成した濾材から構成されている。

一方、エアクリーナ５１のケーシング５２には、二次空気排出管５６が設けられており、この二次空気排出管５６は、二次空気導出管１８に接続される円筒状の本体５６ａと、本体５６ａに設けられ、エアクリーナ５１のケーシング５２にネジ５７によって固定されるフランジ部５６ｂとを備えており、本体５６ａの内部に設けられた連通孔５６ｃが二次空気導出管１８とケーシング５２内とを連通している。

また、二次空気排出管５６は、ケーシング５２の上部に設置されており、二次空気排出管５６は、ケーシング５２内の空気の流れ方向に対して空気導入部５３から離隔するようにケーシング５２に設けられている。また、二次空気排出管５６の本体５６ａは、空気導入部５３と空気導出部５４とを結ぶ直線に対して直交する方向に延在している。

本実施の形態では、エアポンプ１７、二次空気導出管１８およびエアクリーナ５１が二次空気供給装置を構成している。

次に、本実施の形態のエンジン１１の二次空気供給方法を説明する。
エンジン１１が運転席の下方に設置されるオーバキャブ等にあっては、路面に近い位置にエンジン１１が設置されることになるため、雨天走行時や水溜まり路走行時にエアクリーナ２０に空気と共に水を吸い込んでしまう可能性が高い。ここでは、雨天走行時や水溜まり路走行時の二次空気供給方法を説明する。

エンジン１１が運転されると、ピストンの吸入工程時にピストンによる負圧力を受けてケーシング５２内に空気が吸入される。雨天走行時や水溜まり路走行時には、空気と共に水が空気導入部５３からケーシング５２内に導入される。

ケーシング５２内に導入された空気や水は、濾過エレメント５５によって比較的粗大なダストや水が濾過された後、空気導出部５４に接続された吸気管から、吸気マニホールドおよび吸気ポートを介してエンジン１１の各気筒の燃焼室に供給される。

一方、二次空気排出管５６は、空気導入部５３から離隔した位置に設けられているため、濾過エレメント５５によって濾過されなかった水が濾過エレメント５５に対して空気の流れ方向下流側に移動した場合であっても、濾過エレメント５５に衝突したときの衝撃によって水の勢いが弱くなる上に、濾過エレメント５５から二次空気排出管５６に移動するまでの間に自重によってケーシング５２の底面に落下する。

このため、空気導入部５３からケーシング５２内に導入され、水が分離された空気が二次空気排出管５６から二次空気導出管１８に排出される。二次空気導出管１８に導出された二次空気は、エアポンプ１７に吸引され、エアポンプ１７から二次空気供給管１６に供給された後、開放状態にある電磁ＡＳＶ１５を通して排気マニホールド１２に供給される。

排気マニホールド１２に供給された二次空気は、エンジンの燃焼室から排出された排気ガスに混合される。この結果、排気に含まれる炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の未燃成分の酸化反応が促進され、排気ガス中の未燃成分と空気との酸化反応に基づく燃焼熱によって触媒装置１４の触媒を早期に活性化することができる。

このように本実施の形態では、エアクリーナ５１とエアポンプ１７とを二次空気導出管１８によって接続し、エアクリーナ５１のケーシング５２に二次空気導出管１８に接続される二次空気排出管５６を設け、この二次空気排出管５６を空気導入部５３に近接させるとともに、二次空気排出管５６と空気導入部５３とを空気の流れ方向に対して離隔させたので、雨天走行時や水溜まり路走行時に、空気導入部５３に空気と共に導入された水が空気導入部５３から二次空気排出管５６まで移動する間に、空気から水を分離させることができる。このため、二次空気排出管３３から二次空気導出管１８を通してエアポンプ１７に空気のみを導出することができる。

このため、エアポンプ１７から二次空気供給管１６を通して排気マニホールド１２に二次空気のみを供給することができ、触媒装置１４内の高温状態の触媒に水が供給されてしまうのを防止することができる。この結果、触媒が損傷してしまうのを防止することができ、触媒性能が劣化してしまうのを防止することができる。

また、本実施の形態では、二次空気排出管５６をケーシング５２の上方に設けたので、空気導入部５３から二次空気排出管５６まで空気が移動したときに、空気から分離した水がケーシング５２の底面に落下した場合に、この水が二次空気排出管５６から排出されてしまうのを確実に防止することができる。

なお、本実施の形態では、図９に示すように、二次空気排出管の一部をケーシング５２内に突出させるようにしてもよい。図９において、二次空気排出管６０は、二次空気導出管１８に接続される円筒状の本体６０ａと、本体６０ａに設けられ、エアクリーナ２０のケーシング２４にネジ６１によって固定されるフランジ部６０ｂとを備えており、本体６０ａの内部に設けられた連通孔６０ｃが二次空気導出管１８とケーシング５２内とを連通している。

また、本体６０ａは突出部６０ｅを備えており、この突出部６０ｅは、ケーシング５２の内周面からケーシング５２の内方に突出し、この突出部６０ｅの内部には連通孔６０ｃが形成されている。すなわち、本体６０ａは、内部に連通孔６０ｃを有する一体型となっており、突出部６０ｅがケーシング５２の内周面からケーシング２４の内方に突出している。

このようにすれば、濾過エレメント５５を通過した水が二次空気排出管６０まで到達してしまった場合に、突出部６０ｅの壁面によって突出部６０ｅの内部への水の巻き込み量を減少させることができる。このため、二次空気排出管６０から二次空気導出管１８に水が排出されてしまうのをより確実に防止することができる。

また、突出部６０ｅの連通孔６０ｃを、ケーシング５２の内周面からケーシング５２の内方に向かって拡径するようにしてもよい。このようにした場合には、二次空気の導出方向上流側の連通孔６０ｃの流路を導出方向下流側の連通孔６０ｃの流路よりも広くすることができるため、導出方向上流側の突出部６０ｅの連通孔６０ｃに導入される空気の流速を遅くすることができ、空気と共に水を二次空気排出管６０に導入され難くして二次空気排出管６０から水が二次空気導出管１８に排出されてしまうのをより確実に防止することができる。

また、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であってこの実施の形態に制限されるものではない。本発明の範囲は上記した実施の形態のみの説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

以上のように、本発明に係る内燃機関の二次空気供給装置は、触媒に水が侵入して損傷してしまうのを防止することができ、触媒性能が劣化するのを防止することができるという効果を有し、排気管に設けられた触媒よりも上流側にエアクリーナから二次空気を供給するようにした内燃機関の二次空気供給装置等として有用である。

本発明に係る内燃機関の二次空気供給装置の第１の実施の形態を示す図であり、二次空気供給装置の概略構成図である。 本発明に係る内燃機関の二次空気供給装置の第１の実施の形態を示す図であり、エアクリーナの上面図である。 図２のＡ−Ａ方向矢視断面図である。 本発明に係る内燃機関の二次空気供給装置の第１の実施の形態を示す図であり、エアクリーナの概略斜視図である。 本発明に係る内燃機関の二次空気供給装置の第１の実施の形態を示す図であり、空気導入部からケーシング内に導入された空気の流れを示す図である。 本発明に係る内燃機関の二次空気供給装置の第２の実施の形態を示す図であり、二次空気排出管の形状を示す斜視図である。 本発明に係る内燃機関の二次空気供給装置の第３の実施の形態を示す図であり、（ａ）は二次空気排出管の形状を示す斜視図、（ｂ）二次空気排出管の断面図である。 本発明に係る内燃機関の二次空気供給装置の第４の実施の形態を示す図であり、（ａ）はエアクリーナの上面図、（ｂ）は同図（ａ）のＸ−Ｘ方向断面図である。 本発明に係る内燃機関の二次空気供給装置の第１の実施の形態を示す図であり、他の形状の二次空気排出管を有するエアクリーナの上面図である。 従来の二次空気供給装置の概略構成図である。

符号の説明

１１ エンジン（内燃機関）
１３ 排気管
１４ 触媒装置
１６ 二次空気供給管
１７ エアポンプ（供給ポンプ）
１８ 二次空気導出管
２０、５１ エアクリーナ
２１、５３ 空気導入部
２２、５４ 空気導出部
２４、５２ ケーシング（本体）
２７、５５ 濾過エレメント
２７ａ 中空部
３３、４１、４５、５６、６０ 二次空気排出管
４１ｂ、４５ｃ、５６ｃ、６０ｃ 連通孔
４１ｃ、４５ｅ、６０ｅ 突出部

Claims (5)

1. 一端部が排気管に設けられた触媒よりも上流側に接続された二次空気供給管と、前記二次空気供給管の他端部に接続され、前記二次空気供給管を介して前記触媒よりも上流側に二次空気を供給する供給ポンプと、空気を導入する空気導入部および空気を導出する空気導出部が設けられた本体および前記空気導入部と前記空気導出部との間に位置するように前記本体内に設けられた濾過エレメントを有するエアクリーナとを備えた内燃機関の二次空気供給装置であって、
   前記供給ポンプに接続された一端部を有する二次空気導出管と、前記二次空気導出管の他端部が接続されるように前記本体に設けられ、前記本体から二次空気を前記供給ポンプに排出する二次空気排出管とを備え、
   前記二次空気排出管が前記本体内の空気の流れ方向に対して前記空気導入部から離隔することを特徴とする内燃機関の二次空気供給装置。
2. 前記エアクリーナが、前記濾過エレメントとして筒状の濾過エレメントを有し、前記空気導入部から前記本体内に導入された空気を、前記本体の内周面に沿って旋回させて前記濾過エレメントで濾過するように導くとともに、前記濾過エレメントの内側に形成された中空部に合流させて、濾過した空気を前記空気導出部より導出するように構成され、
   前記二次空気排出管が、前記空気導入部に近接し、かつ、前記空気導入部に対して空気の旋回方向下流側に設けられる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。
3. 前記二次空気排出管が、前記本体の上方に設けら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。
4. 前記二次空気排出管が、前記本体の内周面から前記本体の内方に突出する突出部を有し、前記突出部が、前記二次通気導出管と前記本体内を連通する連通孔を有することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１の請求項に記載の二次空気供給装置。
5. 前記突出部の前記連通孔が、前記本体の内周面から前記本体の内方に向かって拡径されることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の二次空気供給装置。

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