JP2008223640A - 排気装置及び鞍乗型車両 - Google Patents

Abstract

【課題】排ガスの浄化性能を確保しつつ、レイアウトが容易になる排気装置を提供する。
【解決手段】排気装置１０は、排気管１１と、排気管１１内に配置され、排ガスを浄化する下流側触媒１２と、排気管１１内の空燃比を検知するためのセンサ１４と、下流側触媒１２より上流側に設けられた接続位置において排気管１１に接続され、排気管１１内の排ガスに二次空気を供給する二次空気供給管１６とを備える。そして、センサ１４は、二次空気供給管１６の前記接続位置より下流側であって、下流側触媒１２の上流側において排気管１１に取り付けられる。
【選択図】図２

Description

本発明は、排ガス浄化機能を備える排気装置及び鞍乗型車両に関する。

エンジンの駆動により排出された排ガスには、ＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯなど、公害の原因となる成分が含まれる。従来、排気管内に触媒を設け、この触媒に排ガスを通過させることで、排ガス中のこれらの成分を除去する機能を備える排気装置が知られている。例えば、特許文献１には、排気管内に２つの触媒（以下、上流側触媒及び下流側触媒とする）を配置するとともに、これらの触媒の間において二次空気供給管を排気管に接続し、排ガスに二次空気を供給する排気装置が開示されている。これにより、酸化作用及び還元作用の双方が機能し、ＮＯｘ、ＨＣ及びＣＯが除去されている。

また、この特許文献１に開示の排気装置では、下流側触媒のさらに下流側に空燃比を検知するための排気濃度センサを設置している。そして、この排気濃度センサの検出値に基づいて二次空気供給管に取り付けられたエアポンプを制御することで、触媒が適切に機能する量の二次空気を排ガスに供給している。
特開平０５−３２１６５３号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示の排気装置において、排気濃度センサは下流側触媒のさらに下流側に設置されているが、鞍乗型車両において、このようなレイアウトは困難であった。つまり、下流側触媒は、一般的に、排気管の下流側の端部に近い部分（以下、下流部とする）に配置されることが多い。ところが、排気管の下流部は消音器に収容されるため、この下流部に排気濃度センサを取り付けることは困難であった。

この点、消音器に排気濃度センサを取り付け、排気管から消音器内に放出された排ガスの空燃比を検知する方法も考えられる。しかしながら、排ガスの脈動によって消音器内には外気が流入し排ガスに混入するため、この方法では、空燃比を正確に検知することができず、排ガスの浄化性能は悪化する。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的の一つは、排ガスの浄化性能を確保しつつ、レイアウトが容易になる排気装置及び鞍乗型車両を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る排気装置は、エンジンから排出された排ガスが流通する排気管と、前記排気管内に配置され、排ガスを浄化する第１の触媒と、前記排気管内の空燃比を検知するためのセンサと、前記第１の触媒より上流側に設けられた接続位置において前記排気管に接続され、前記排気管内の排ガスに二次空気を供給する二次空気供給管とを備える。そして、前記センサは、前記二次空気供給管の前記接続位置より下流側であって、前記第１の触媒の上流側において前記排気管に取り付けられる。本発明によれば、第１の触媒が消音器に収容される場合でも、センサは第１の触媒より上流側にあるので、消音器がセンサの取り付けの障害となることは抑制される。また、センサを排気管に取り付けるので、正確な空燃比の検知が可能であり、排ガスの浄化性能は確保される。

また、本発明の一態様では、前記第１の触媒及び当該第１の触媒より下流側の前記排気管を収容する消音器をさらに備え、前記センサは、前記消音器の外側において、前記排気管に取り付けられる。このようにすれば、第１の触媒が消音器に収容される場合でも、消音器がセンサの取り付けの障害となることは抑制される。

また、本発明の一態様では、前記二次空気供給管の前記接続位置より上流側において、前記排気管内に配置される第２の触媒をさらに備える。この態様によれば、酸化又は還元のいずれか一方に重点をおいて、各触媒を機能させることができる。例えば、第１の触媒を主として酸化のために利用し、第２の触媒を主として還元のために利用できるようになる。

また、上記課題を解決するために、本発明に係る鞍乗型車両は、上記排気装置を備える。ここで、鞍乗型車両は、例えば自動二輪車（スクータを含む）、四輪バギー、スノーモービル等である。本発明によれば、第１の触媒が消音器に収容される場合でも、消音器がセンサの取り付けの障害となることは抑制される。また、センサを排気管に取り付けるので、正確な空燃比の検知が可能であり、排ガスの浄化性能は確保される。

また、本発明に係る鞍乗型車両の一態様では、前記センサの検出値に基づいて前記エンジンに供給する燃料の噴射量を制御する制御手段を備える。この態様では、排ガスの空燃比が、触媒が効果的に機能する空燃比になるように、燃料の噴射量を制御できるようになる。

この態様では、前記制御手段は、前記センサの検出値に基づいて得られる空燃比が理論空燃比になるように、燃料の噴射量を制御してもよい。このようにすれば、第１の触媒に流入する排ガスの空燃比を理論空燃比にして、第２の触媒の空燃比を理論空燃比より低く（濃く）できる。その結果、エンジンの加速性能を向上できるとともに、第２の触媒における還元を効果的に行うことができる。

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施の形態である排気装置１０を備える自動二輪車１の側面図である。図２は排気装置１０を含む吸排気系の装置の構成を示す概略図である。また、図３は排気装置１０の平面図である。

自動二輪車１は、排気装置１０と、エンジン３０と、燃料供給装置３２と、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）３４とを備えている。また、排気装置１０は、排気管１１と、下流側触媒（第１の触媒）１２と、上流側触媒（第２の触媒）１３と、センサ１４と、消音器１５と、二次空気供給管１６とを備えている。

図２に示すように、エンジン３０の吸気ポート３０ａにはスロットルボディ３１が接続されている。エンジン３０は、スロットルボディ３１から供給された混合気を燃焼させて駆動する。燃料供給装置３２は、スロットルボディ３１の吸気通路に燃料を噴射し、該燃料はエアクリーナ３３から供給された空気と混ざり混合気となる。

燃料供給装置３２は、インジェクタを含む電子制御式の燃料噴射装置であり、ＥＣＵ３４から入力される信号に基づいて、スロットルボディ３１の吸気通路に燃料を噴射する。なお、この説明では燃料供給装置３２は電子制御式の燃料噴射装置とするが、燃料供給装置３２はキャブレターでもよい。

ＥＣＵ３４は、スロットル開度を検知するスロットルポジションセンサ（不図示）や、吸気圧センサ３５などの各種センサから入力される信号に基づいて、エンジン３０の点火タイミングや、燃料供給装置３２による燃料の噴射量を制御する。本実施の形態では、特に、センサ１４から入力される信号に基づいて、燃料供給装置３２による燃料の噴射量を制御する。具体的には、ＥＣＵ３４は、センサ１４から入力される信号に基づいて、混合気の空燃比がリーン状態（理論空燃比（１４．７）より燃料の薄い状態）であるか、リッチ状態（理論空燃比より燃料の濃い状態）であるかを検知し、該空燃比が理論空燃比になるように、燃料供給装置３２による燃料の噴射量をフィードバック制御する。例えば、検知される空燃比がリッチ状態である場合には、噴射量を漸次減少させて、空燃比を理論空燃比に近づける。また、空燃比がリーン状態である場合には、噴射量を漸次増加させて、空燃比を理論空燃比に近づける。

図２に示すように、排気管１１の排気経路の上流側の端部１１ａは、エンジン３０の排気ポート３０ｂに接続している。排気管１１は、エンジン３０の前方（図１においてＦｒの示す方向）において下方に延伸した後、屈曲部１１ｆにおいて後方に向けて屈曲している（図１参照）。排気管１１の排気経路の下流側（以下、排気管下流部１１ｃとする）は、消音器１５に収容されている（図３参照）。エンジン３０の駆動により発生した排ガスは、排気管１１内を流れた後、排気管下流部１１ｃの端部１１ｂから消音器１５内に放出される。

下流側触媒１２及び上流側触媒１３は、例えば、排ガス中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを除去する三元触媒である。ここでは、下流側触媒１２は主としてＨＣ，ＣＯの酸化を促進し、上流側触媒１３は主としてＮＯｘの還元を促進する。

図２又は３に示すように、下流側触媒１２は、消音器１５に収容される排気管下流部１１ｂ内に配置されている。これにより、下流側触媒１２は、エンジン３０の始動時には排気管１１を流れる排ガスの熱と、消音器１５内に充満する排ガスの熱とによって、触媒の活性化温度まで加熱される。

上流側触媒１３は排気管１１内に配置され、その配置位置は下流側触媒１２より排気経路の上流側である。上流側触媒１３の上方にはエンジン３０が配置されている（図１参照）。なお、排気管１１は、排気管１１の他の部分より横幅の大きい上流側触媒収容部１１ｄを含み、上流側触媒１３は上流側触媒収容部１１ｄに保持されている（図３参照）。

図３に示すように、消音器１５は、筒状の胴部１５ａと、該胴部１５ａの前側の開口を塞ぐ前側蓋部１５ｂと、胴部１５ａの後側の開口を塞ぐ後側蓋部１５ｃとを有している。消音器１５は、前側蓋部１５ｂから排気管１１を内部に導入し、排気管下流部１１ｃを収容している。排気管１１の下流側の端部１１ｂから放出された排ガスは、消音器１５内で膨張し、消音器１５から車体後方に排出される。

図２に示すように、二次空気供給管１６は、上流側触媒１３と下流側触媒１２との間で排気管１１に接続され、排ガスの脈動によって、下流側触媒１２に向かって流れる排ガスに二次空気を供給する。より具体的には、図３に示すように、上流側触媒収容部１１ｄの側壁には、上流側触媒１３より下流側の位置に導入口１１ｅが形成され、該導入口１１ｅに二次空気供給管１６の一端部１６ａは接続している。二次空気供給管１６は一端部１６ａから排気管１１の径方向に延伸した後、屈曲部１６ｃにおいて車両進行方向前方に屈曲し延伸している。その後、図１示すように、上方に向けて屈曲し、他端部１６ｂは、エンジン３０の上部の後方に配置されるエアクリーナ３３に接続している。なお、図３に示すように、屈曲部１６ｃの前方（二次空気の流通経路の上流側）と上流側触媒収容部１１ｄとには、支持部材１７が取り付けられ、該支持部材１７は二次空気供給管１６を支持している。

二次空気供給管１６の中途にはリードバルブ１６ｄが設けられている（図２参照）。リードバルブ１６ｄは二次空気の排気管１１への流れを許容し、反対方向への流れを規制する。なお、排ガスの脈動によって排気管１１へ流入する二次空気の量は、二次空気供給管１６の径や長さなど、二次空気供給管１６の構造によって決定される。二次空気供給管１６が供給する二次空気の量については後において詳細に説明する。

センサ１４は、排ガスの空燃比を検知するためのセンサである。センサ１４は、例えば、理論空燃比を境にして出力信号の電圧値が切り替わる酸素センサであり、リッチ状態では電圧値の高いリッチ信号をＥＣＵ３４に出力し、リーン状態では電圧値の低いリーン信号を出力する。なお、この説明では、センサ１４は酸素センサであるとするが、センサ１４は、排ガス中の酸素濃度に応じて出力信号の電圧値が変化するリニア酸素センサや、ＮＯｘ等の排ガス中の特定の成分の濃度を検知する排ガスセンサなどもよい。

図３に示すように、センサ１４は消音器１５の外側で排気管１１に取り付けられ、センサ１４の車両進行方向後方には、消音器１５の前側蓋部１５ｂが位置している。センサ１４の取り付け位置は、図２に示すように、二次空気供給管１６の導入口１１ｅより下流側であって、下流側触媒１２の上流側である。これにより、ＥＣＵ３４は、センサ１４から入力される信号に基づいて、二次空気が供給され下流側触媒１２に流入する排ガスがリーン状態であるか、リッチ状態であるかを検知できる。なお、ここでは特に、センサ１４は、下流側触媒１２と二次空気供給管１６との中間位置より下流側触媒１２寄りの位置に取り付けられている。

ここで、二次空気供給管１６から排ガスに供給される二次空気の量について説明する。二次空気供給管１６は、上流側触媒１３における排ガスの空燃比（以下、上流側空燃比とする）が理論空燃比より濃い所定の空燃比（以下、高出力空燃比とし、例えば１３．７）にある時に、下流側触媒１２の空燃比（以下、下流側空燃比とする）が理論空燃比となるように、二次空気を供給する。

すなわち、二次空気供給管１６は、下流側空燃比が上流側空燃比より予め定める値（以下、所定空燃比差とし、例えば１）だけ高く（薄く）なる量（以下、適正供給量とする）の二次空気を、下流側触媒１２の上流で供給する。これにより、ＥＣＵ１４の制御によって下流側空燃比が理論空燃比となっている時に、上流側空燃比は理論空燃比より所定空燃比差だけ低い（濃い）高出力空燃比となっている。その結果、下流側空燃比が理論空燃比となっている時でも、エンジン３０はリッチ状態で運転されることとなり、車両の加速性能が確保されている。また、上流側触媒１３では、空燃比が理論空燃比より低いので主としてＮＯｘの還元が行われ、下流側触媒では主としてＣＯ及びＨＣの酸化が行われる。

なお、二次空気供給管１６から排ガスに供給される二次空気の量は、二次空気供給管１６の径や長さなど、二次空気供給管１６の構造によって決定される。ここでは、二次空気供給管１６から排ガスに適正供給量の二次空気が流入するように、二次空気供給管１６の構造は設定されている。

ここで、各触媒における空燃比と、触媒通過後の排ガス中の対象成分（ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ）の残留量について説明する。図４（ａ）は、上流側触媒１３を通過した排ガス中に含まれる対象成分の残留量と上流側空燃比との関係を示すグラフであり、図４（ｂ）は、下流側触媒１２を通過した排ガス中に含まれる対象成分の残留量と、下流側空燃比との関係を示すグラフである。これらのグラフにおいて、横軸は空燃比を示し、縦軸は排ガス中の各成分の残留量を示している。また、これらのグラフにおいて、線ＡはＮＯｘの残留量を示し、線ＢはＨＣの残留量を示し、線ＣはＣＯの残留量を示している。

図４（ａ）において、理論空燃比Ｔ１より空燃比の低い（濃い）リッチ状態では、ＮＯｘの大部分が除去されることが示されている。また、理論空燃比Ｔ１より空燃比の高い（薄い）リーン状態での残留量が多くなることが示されている。一方、ＨＣ及びＣＯの残留量は、リッチ状態では多く、リーン状態では大部分が除去されていることが示されている。

図４（ｂ）において、理論空燃比Ｔ２より空燃比の低い（濃い）リッチ状態では、ＨＣ及びＣＯの多くが残留し、リーン状態では大部分が除去されていることが示されている。一方、ＮＯｘは、リーン状態では大部分が除去されているものの、理論空燃比Ｔ２から当該理論空燃比Ｔ２より所定空燃比差Δｔ１だけ高い空燃比Ｔ３までの範囲では、ＮＯｘの一部が除去されていないことが示されている。これは、上流側触媒１３において、還元によってＮＯｘがアンモニアに変化した後、該アンモニアが下流側触媒１２において酸化して、再びＮＯｘになるためである。また、図４（ｂ）において、空燃比Ｔ３よりさらに空燃比の高い（薄い）範囲では、上流側触媒１３において除去されなかったＮＯｘが下流側触媒１２においても除去されず、大部分のＮＯｘが排ガス中に残留することが示されている。

上述したように、下流側空燃比が理論空燃比Ｔ２にあるとき、上流側空燃比は理論空燃比Ｔ１より所定空燃比差Δｔ１だけ低い（濃い）高出力空燃比Ｔ４となっている。これにより、上流側触媒１３では、ＣＯ及びＨＣは残るものの、ＮＯｘは還元によって大部分が除去されている。

また、上述したように、ＥＣＵ３４は、センサ１４から入力される信号に基づいて、下流側空燃比がリッチ状態であるかリーン状態であるかを検知している。そして、該空燃比が理論空燃比になるように、燃料供給装置３２による燃料の噴射量を制御している。従って、図４（ｂ）において、下流側空燃比は理論空燃比Ｔ２を含む狭い範囲（同図に示す範囲Δｔ２）で変動する。その結果、上流側触媒１３を通過後に残留していたＣＯとＨＣは酸化されて除去される。

以上説明した排気装置１０によれば、センサ１４が下流側触媒１２の上流側において排気管１１に取り付けられるので、消音器１５がセンサ１４の取り付けの障害となることは抑制され、消音器及びセンサのレイアウトが容易になる。

なお、本発明は以上説明した排気装置１０及び自動二輪車１に限られず種々の変形が可能である。例えば、以上の説明では、ＥＣＵ３４は、燃料供給装置３２による燃料の噴射量を制御することで、下流側触媒１２における空燃比を理論空燃比にしていた。しかしながら、二次空気供給管１６にエアポンプを設置し、ＥＣＵ３４は、下流側触媒１２における空燃比が理論空燃比になるように、エアポンプを制御してもよい。

本発明の一実施の形態による排気装置を搭載した自動二輪車の側面図である。 上記自動二輪車における吸排気系の装置の構成を示す概略図である。 上記排気装置の平面図である。 上流側触媒及び下流側触媒における空燃比と、触媒通過後の排ガス中のＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘの残留量との関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 自動二輪車、１０ 排気装置、１１ 排気管、１２ 下流側触媒（第１の触媒）、１３ 上流側触媒（第２の触媒）、１４ センサ、１５ 消音器、１６ 二次空気供給管、３０ エンジン、３１ スロットルボディ、３２ 燃料供給装置、３３ エアクリーナ、３４ エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ，制御手段）、３５ 吸気圧センサ。

Claims (6)

1. エンジンから排出された排ガスが流通する排気管と、
   前記排気管内に配置され、排ガスを浄化する第１の触媒と、
   前記排気管内の空燃比を検知するためのセンサと、
   前記第１の触媒より上流側に設けられた接続位置において前記排気管に接続され、前記排気管内の排ガスに二次空気を供給する二次空気供給管と、を備え、
   前記センサは、前記二次空気供給管の前記接続位置より下流側であって、前記第１の触媒の上流側において前記排気管に取り付けられる、
   を備えることを特徴とする排気装置。
2. 請求項１に記載の排気装置において、
   前記第１の触媒及び当該第１の触媒より下流側の前記排気管を収容する消音器をさらに備え、
   前記センサは、前記消音器の外側において、前記排気管に取り付けられる、
   ことを特徴とする排気装置。
3. 請求項１又は２に記載の排気装置において、
   前記二次空気供給管の前記接続位置より上流側において、前記排気管内に配置される第２の触媒をさらに備える、
   ことを特徴とする排気装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の排気装置を備える鞍乗型車両。
5. 請求項４に記載の鞍乗型車両において、
   前記センサの検出値に基づいて前記エンジンに供給する燃料の噴射量を制御する制御手段を備える、
   ことを特徴とする鞍乗型車両。
6. 請求項５に記載の鞍乗型車両において、
   前記制御手段は、前記センサの検出値に基づいて得られる空燃比が理論空燃比になるように、燃料の噴射量を制御する、
   ことを特徴とする鞍乗型車両。

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