JP2010007610A - Ｖ型４気筒エンジンの排気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、排気管が集合される集合管を備えたＶ型４気筒エンジンの排気装置において、排気による他の気筒への圧力波の影響を緩和し、排気管のサイズを抑え、併せて、レイアウトの自由度を高める技術を提供することを課題とする。
【解決手段】Ｖ型４気筒エンジンの排気装置３３には、前シリンダに前側排気管６１Ｌ、６１Ｒを接続するとともに後シリンダに後側排気管７１Ｌ、７１Ｒを接続し、前側排気管６１Ｌ、６１Ｒを前集合管６２へ集合させ、後側排気管７１Ｌ、７１Ｒを後集合管７４へ集合させ、前集合管６２と後集合管７４とを全体集合管７６へ集合させ、後集合管７４と全体集合管７６の間には、後集合管７４の管径よりも大きな管径を有し排気の圧力波を減衰させる膨張管７５が備えられている。
【選択図】図４

Description

本発明は、複数の排気管が集合される集合管を備えたＶ型４気筒エンジンの排気装置に関する。

複数の排気管が集合される集合管を備えたＶ型４気筒エンジンにおいて、各気筒の点火時期は異なっている。各気筒の点火時期が異なっていると、ある排気管内で発生した圧力波が集合管に伝達されたときに、この圧力波は、集合部から別の排気管に伝達され、エンジンの吸気効率や排気効率に変化を与える場合がある。例えば、前シリンダの吸気時に、前シリンダに、後シリンダからの排気による圧力波が伝達されると、前シリンダの吸気効率は低下する可能性がある。上記課題の対策技術を次に説明する。

複数の排気管が集合される集合管を備えたＶ型４気筒エンジンの排気装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平７−１２７４６４号公報（図６）

特許文献１の図６において、Ｖ型４気筒エンジンの排気装置は、前シリンダ１_２、１_４（符号は同公報のものを流用する。以下同じ。）に前側排気管としての第１排気管２１、２１を接続し、これらの第１排気管２１、２１をディフューザ部分２３、２３を介して第２排気管２２、２２に接続し、これらの第２排気管２２、２２を集合管１８ｆへ集合させ、後シリンダ１_１、１_３に後側排気管としての第１排気管２１、２１を接続し、これらの第１排気管２１、２１をディフューザ部分２３、２３を介して第２排気管２２、２２に接続し、これらの第２排気管２２、２２を集合管１８ｒへ集合させ、最終的に、集合管１８ｆ、１８ｒを総集合管１９へ集合させたものである。

シリンダに連結された第１排気管２１・・・（・・・は複数を示す。以下同じ。）の下流側に、拡径部としてのディフューザ部分２３・・・を介在させた。ディフューザ部分２３・・・を介在させることによって、ある気筒からの排気による圧力波のエネルギを消費させ、別の気筒へ伝達され難くしている。

しかし、特許文献１の技術は、第１排気管２１・・・には、各々ディフューザ部分２３・・・が設けられているため、排気装置のサイズが大きくなり、排気装置に係るレイアウトに制限が生ずる場合がある。加えて、第１排気管２１・・・のサイズが大きくなると、排気装置の費用は高くなる可能性がある。

本発明は、排気管が集合される集合管を備えたＶ型４気筒エンジンの排気装置において、排気による他の気筒への圧力波の影響を緩和し、排気管のサイズを抑え、併せて、レイアウトの自由度を高める技術を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、車体フレームに、クランクシャフトを中心に斜め前上方に延びている前シリンダと斜め後上方に延びている後シリンダとをＶ字状に配置したＶ型４気筒エンジンを搭載し、前シリンダに前側排気管を接続するとともに後シリンダに後側排気管を接続し、前側排気管を前集合管へ集合させ、後側排気管を後集合管へ集合させ、前集合管と後集合管とを全体集合管へ集合させたＶ型４気筒エンジンの排気装置において、前集合管と全体集合管の間または後集合管と全体集合管の間には、前集合管の管径または後集合管の管径よりも大きな管径を有し排気の圧力波を減衰させる膨張管が備えられていることを特徴とする。

請求項２に係る発明では、膨張管は、後集合管に備えられており、この後集合管は、車両の長手方向前向きに延びており、全体集合管には、触媒を内蔵する触媒管が備えられ、
前集合管と後集合管とは、Ｖ型４気筒エンジンの下方で触媒管に接続され、この触媒管は、全体集合管へ接続されることを特徴とする。

請求項３に係る発明では、膨張管は、平面視でＵ字状に曲がる曲がり部を備え、後集合管は、曲がり部の下流で前集合管と集合されていることを特徴とする。

請求項４に係る発明では、触媒管は、Ｖ型４気筒エンジンに備えられているオイルパン部に隣接して配置されていることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、後集合管および全体集合管を車体フレームに連結するステー部が、後集合管と全体集合管とに掛け渡されていることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、前集合管と全体集合管の間または後集合管と全体集合管の間には、前集合管または後集合管の管径よりも大きな管径を有する膨張管が備えられている。
前側排気管または後側排気管を通過した排気は、前集合管または後集合管に入り、前集合管または後集合管を通過した排気は、膨張管で膨張され、膨張によって排気のもつエネルギは減衰する。排気のもつエネルギが減衰すれば、圧力波は低減され、前集合管または後集合管から他方の排気管に伝わる圧力波も減衰する。

また、前集合管または後集合管のうちの一方の集合管の圧力波が膨張管を備えた他方の集合管に入ってきた場合にも、膨張管で圧力波は低減される。
本発明では、前集合管または後集合管に、膨張管を接続したので、圧力波の影響を緩和させることができる。

さらに、各排気管に、膨張管を設ける場合に較べると、排気管の配置に必要なスペースを抑えることができる。排気管の配置に必要なスペースが抑えられれば、排気管レイアウトの自由度を高めることができる。
さらにまた、各々の排気管に膨張管は不要となり、各々の排気管の内径を大きくする必要はないため、装置費用を抑えることができる。

請求項２に係る発明では、後集合管は、車両の長手方向前向きに延びており、エンジンの下方で前集合管とともに触媒管に接続されているので、前集合管と後集合管の各々に触媒管を設ける場合と比較すると、１つの触媒管で排気装置を構成することができる。排気装置を１つの触媒管で済ませることができれば、装置費用を抑えることができる。
また、前集合管および後集合管は、エンジンの下方で触媒管に接続されているので、車両の低重心化とマスの集中化を図ることができる。

請求項３に係る発明では、膨張管は、平面視でＵ字状に曲がる曲がり部を備えており、この曲がり部で排気をターンさせるようにした。曲がり部を備えた膨張管で排気をターンさせるようにしたので、排気のターンによる損失を低減させることが可能となり、エンジンの出力を高めることができる。

請求項４に係る発明では、触媒管は、オイルパン部に隣接して配置されている。エンジンの下方に張り出しているオイルパン部に隣接して触媒管を設けることで、触媒管をよりコンパクトに配置することができるとともに、車両マスの集中化を図ることができる。

請求項５に係る発明では、後集合管と全体集合管とに掛け渡されているステー部は、車体フレームに連結されている。ステー部に集合管の補強部材と排気装置の車体フレームへの取付部材とを兼ねさせるようにしたので、部品点数を削減することができる。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。図中、「上」、「下」、「左」、「右」、「前」、「後」は、各々車両に着座した乗員から見た方向である。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係るＶ型４気筒エンジンが搭載されている自動二輪車の左側面図であり、車両としての自動二輪車１０には、車体フレーム１１が備えられている。
車体フレーム１１は、ヘッドパイプ１２と、このヘッドパイプ１２から後方に延ばし内燃機関としてのエンジン１３の上部および後部を支持するメインフレーム１４と、このメインフレーム１４の後端上部から後方に延ばし乗員シート１５を支持し、バッテリ１６などの電装部品などを取り付け、且つ、リヤフェンダ１７を含む車体後部１８を支持するリヤフレーム１９とからなる。

ヘッドパイプ１２には、フロントフォーク２４が設けられており、このフロントフォーク２４の下端部に前輪２５が取り付けられ、フロントフォーク２４の上端部に前輪２５を操舵する操舵ハンドル２６が設けられている。

メインフレーム１４の後部には、ピボット軸２７が設けられ、このピボット軸２７から後方にリヤスイングアーム２８が延ばされ、このリヤスイングアーム２８の先端部にエンジン１３により駆動される後輪３１が取り付けられている。後輪３１は、エンジン１３と後輪３１との間を結ぶドライブシャフト３２によって駆動される。

車体フレーム１１には、エンジン１３（以下、「Ｖ型４気筒エンジン１３」とも云う。）が搭載されており、このＶ型４気筒エンジン１３には、排気装置３３が備えられている。Ｖ型４気筒エンジン１３は、クランクケース３７と、このクランクケース３７に設けたクランクシャフト３４を中心に斜め前上方に延びている前シリンダ３５と、クランクシャフト３４を中心に斜め後上方に延びている後シリンダ３６とをＶ字状に配置したものである。

図中、４１はエンジン１３を冷却するラジエータユニット、４２はフロントフォークに設けたフロントデイスクブレーキユニット、４３は操舵ハンドルに設けたフロントマスタシリンダ、４４はメインフレーム１４に取り付けた燃料タンク、４５はリヤフレーム１９に取り付けた同乗者用ステップ、４６はフロントフェンダ、４７はカウル、４８はミラー、４９はリヤデイスクブレーキユニット、５１はメインスタンド、５２はサイドスタンドである。

図２は本発明に係るＶ型４気筒エンジンが搭載されている自動二輪車の下面図であり、図１を併せて参照し説明を行う。
Ｖ型４気筒エンジン１３の前シリンダ３５（前部シリンダブロック３５）には、左右２本の前側排気管６１Ｌ、６１Ｒが連結され、これらの前側排気管６１Ｌ、６１Ｒはエンジン１３の下部を構成するクランクケース３７の下方に延設されたのち後方に延設され、クランクケース３７の下方に設けた１本の前集合管６２に集合される。この前集合管６２は、クランクケース３７の下方に配置された触媒管６３に連結されている。触媒管６３は、排気中に含まれる、例えば、窒素酸化物などを除去するものである。この触媒管６３は、オイルパン部６４に隣接して配置されている。

エンジン１３の下方に張り出しているオイルパン部６４に隣接して触媒管６３を設けたので、デッドスペースを有効に活用でき、触媒管６３をよりコンパクトに配置することができるとともに、車両マスの集中化を図ることができる。

Ｖ型４気筒エンジン１３の後シリンダ３６には、左右２本の後側排気管７１Ｌ、７１Ｒが連結されている。後側排気管７１Ｌ、７１Ｒは、後シリンダの後方に延設される第１後側排気管７２Ｌ、７２Ｒと、これらの第１後側排気管７２Ｌ、７２Ｒの先端に連結されエンジン１３のクランクケース３７の下方まで延設され、前方に延設されたのち１本の後集合管７４に連結される第２後側排気管７３Ｌ、７３Ｒとからなる。

後集合管７４は前方に延設され、下面視で略Ｕ字状に形成した膨張管７５に接続され、この膨張管７５は触媒管６３を介して、この触媒管６３の後方に配置した全体集合管７６に接続される。
膨張管７５は、後集合管７４の管径よりも大きな管径を有し排気の圧力波を減衰させるものである。
なお、本実施例において、膨張管７５は、後集合管７４と全体集合管７６の間に備えられているが、前集合管６２と全体集合管７６の間に設けることは差し支えない。

図３は本発明に係るＶ型４気筒エンジンが搭載されている自動二輪車の要部右側面図であり、エンジン１３の下部を構成するクランクケース３７の下方に、車両の前後に延びており後側排気管７１Ｌ、７１Ｒを集合し連結される後集合管７４が配置され、この後集合管７４に前述した膨張管７５が連結され、この膨張管７５に触媒管６３が連結され、この触媒管６３に全体集合管７６が連結され、この全体集合管７６に、後輪３１の右側方で車両の前後に延びている消音器８１が連結されている。８２はステップブラケット、８３はフットブレーキペダルである。

図４は本発明に係る自動二輪車に設けられている排気装置の斜視図、図５は本発明に係る自動二輪車に設けられている排気装置の平面図である。以下、図１〜図５を併せて参照し説明を行う。
排気装置３３は、前シリンダ３５に接続される前側排気管６１Ｌ、６１Ｒと、これらの前側排気管６１Ｌ、６１Ｒの先端に接続され前側排気管６１Ｌ、６１Ｒが集合される前集合管６２と、後シリンダ３６に接続される後側排気管７１Ｌ、７１Ｒと、これらの後側排気管７１Ｌ、７１Ｒの先端に接続され後側排気管７１Ｌ、７１Ｒが集合され車両の長手方向前向きに延びている後集合管７４と、この後集合管７４の先端に連結され平面視略Ｕ字状を呈する膨張管７５と、この膨張管７５と前集合管６２とが集合される全体集合管７６とからなる。

全体集合管７６の上流側入口には、触媒を内蔵する触媒管６３が接続されている。
前集合管６２と後集合管７４とは、Ｖ型４気筒エンジン１３の下方で触媒管６３に接続され、この触媒管６３は、全体集合管７６へ接続される。８４は触媒管６３の下方を覆う保護カバー、８５ａ、８５ｂは酸素センサが差し込まれるセンサ口、８６はステー部である。

後集合管７４は、車両の長手方向前向きに延びており、エンジン１３の下方で前集合管６２とともに触媒管６３に接続されているので、前集合管６２と後集合管７４の各々に触媒管６３を設ける場合と比較すると、１つの触媒管６３で排気装置３３を構成することができる。排気装置３３を１つの触媒管で済ませることができれば、装置費用を抑えることができる。
また、前後の集合管６２、７４は、エンジン１３の下方で触媒管６３に接続されているので、車両の低重心化とマスの集中化とを図ることができる。

図２および図５を参照して、後集合管７４および全体集合管７６を車体フレーム１１に連結するステー部８６が、後集合管７４と全体集合管７６とに掛け渡されている。
後集合管７４と全体集合管７６は、車両の前後方向に互いに略平行に延びており、後集合管７４から車両の内方にＬ字状の第１サブステー８７が延設され、全体集合管７６から車両の内方にＬ字状の第２サブステー８８が延設され、第１サブステー８７と第２サブステー８８とを突き合わせた突き合わせ部８９が設けられ、この突き合わせ部８９に、車体フレーム１１に取り付けるためのブラケット９１が設けられている。つまり、ステー部８６は、第１サブステー８７と第２サブステー８８とブラケット９１とからなる。第１サブステー８７と第２サブステー８８とが突き合わされる突き合わせ部８９を設けたので、複数の管部材から構成される排気装置３３の剛性を高めることができる。

なお、ステー部８６のほか、膨張管７５とこの膨張管７５の近傍に配置される前側排気管６１Ｌ、６１Ｒとの間に掛け渡した前サブステー９２および全体集合管７６とこの全体集合管７６の近傍に配置される後側排気管７１Ｌ、７１Ｒとの間に掛け渡した後サブステー９３とが設けられており、排気装置３３全体の剛性をさらに高めることができる。

さらに、後集合管７４と全体集合管７６とに掛け渡されているステー部８６は、車体フレーム１１に連結されている。集合管７４、７６の補強部材と排気装置３３の車体フレーム１１への取付部材とを兼ねさせるようにしたので、部品点数を削減することができる。

図６は本発明に係る自動二輪車に設けられている膨張管を説明する断面図、図７は図５の７−７線断面図である。以下、図６〜図７を参照して説明を行う。
膨張管７５は、入口が内径Ｄ１、出口が内径Ｄ３、曲がり部９５が内径Ｄ２（＞Ｄ１、＞Ｄ３）を有する部材である。曲がり部９５は拡径部となっている。

膨張管７５は、平面視でＵ字状に曲がる曲がり部９５を備え、後集合管７４は、曲がり部９５の下流で前集合管（図５の符号６２）と集合されている。
膨張管７５は、平面視でＵ字状に曲がる曲がり部９５を備えており、この曲がり部９５で排気をターンさせるようにした。曲がり部９５を備えた膨張管７５で排気をターンさせるようにしたので、排気のターンによる損失を低減させることが可能となり、エンジン（図１の符号１３）の出力を高めることができる。

膨張管７５は、前述のように、入口９６、曲がり部９５および出口９７の各部で内径の大きさが異なるように形成した部材である。各部で内径の大きさが異なるため、上半部９８とこの上半部９８に突き合わせた下半部９９とを突き合わせた構造を採った。

以上に述べたＶ型４気筒エンジンの排気装置の作用を次に述べる。
図５に戻って、後集合管７４と全体集合管７６の間には、後集合管７４の管径よりも大きな管径を有する膨張管７５が備えられている。
前集合管６２または後集合管７４を通過した排気は、膨張管７５で膨張され、膨張によって排気のもつエネルギは減衰する。排気のもつエネルギが減衰すれば、圧力波は低減され、後集合管７４から別の排気管に伝わる圧力波も減衰する。

また、前集合管６２または後集合管７４のうちの一方の集合管の圧力波が膨張管７５を備えた他方の集合管に入ってきた場合にも、膨張管７５で圧力波は低減される。
本発明では、前集合管６２または後集合管７４に、膨張管７５を接続したので、圧力波の影響を緩和することができる。

さらに、各排気管に、膨張管を設ける場合に較べて、排気管の配置に必要なスペースを抑えることができる。排気管の配置に必要なスペースが抑えられれば、排気管レイアウトの自由度を高めることができる。
さらにまた、各々の排気管の内径を大きくする必要はないため、装置費用を抑えることができる。

図８は本発明に係る自動二輪車に設けられている触媒管を説明する断面図、図９は図８の９−９線断面図、図１０は図８の１０−１０線断面図である。以下、図８〜図１０を参照して説明を行う。

触媒管６３は、断面半長円形状の上半体１１１と、断面半長円形状の下半体１１２とを各々のフランジ部１１３、１１４で突き合わせたケース体１１５の内側に、触媒ユニット１１６が取り付けられており、この触媒ユニット１１６の上流側に、前集合管６２の出口が連結されるとともに、後集合管（図５の符号７４）の出口が膨張管７５を介して連結されている。また、触媒ユニット１１６の下流側に、全体集合管７６が連結されている。

触媒ユニット１１６は、触媒ユニット１１６の外周前部に設けた支持部１１８、１１８を介してケース体１１５に保持される。
触媒ユニット１１６の外周後部は、ケース体１１５に設けたくびれ部１２１と嵌合しており、触媒ユニット１１６が長手方向に膨張する場合でも、当該くびれ部１２１にて摺動可能に支持することができる。
ケース体１１５の後部には、上半体１１１と下半体１１２との間に補強パイプ１２３が掛け渡されており、いわゆるモナカ構造をもつケース体１１５に所定の剛性をもたせるようにした。

図１１は図１０の１１矢視図であり、触媒管６３の下方を覆う保護カバー８４が取り付けられている。保護カバー８４は、４箇所の支持部１１８・・・にて触媒管６３に取り付けられている。
保護カバー８４の表面には、Ｖ字状のビード１２５、１２５が形成されており、薄板状の保護カバー８４の剛性を高めるとともに、振動の発生などを抑えるようにした。

本発明は、集合管を備えたＶ型４気筒エンジンの排気装置に好適である。

本発明に係るＶ型４気筒エンジンが搭載されている自動二輪車の左側面図である。 本発明に係るＶ型４気筒エンジンが搭載されている自動二輪車の下面図である。 本発明に係るＶ型４気筒エンジンが搭載されている自動二輪車の要部右側面図である。 本発明に係る自動二輪車に設けられている排気装置の斜視図である。 本発明に係る自動二輪車に設けられている排気装置の平面図である。 本発明に係る自動二輪車に設けられている膨張管を説明する断面図である。 図５の７−７線断面図である。 本発明に係る自動二輪車に設けられている触媒管を説明する断面図である。 図８の９−９線断面図である。 図８の１０−１０線断面図である。 図１０の１１矢視図である。

符号の説明

１１…車体フレーム、１３Ｖ…Ｖ型４気筒エンジン、３３…排気装置、３４…クランクシャフト、３５…前シリンダ、３６…後シリンダ、６１Ｌ、６１Ｒ…前側排気管、６２…前集合管、６３…触媒管、６４…オイルパン部、７１Ｌ、７１Ｒ…後側排気管、７４…後集合管、７５…膨張管、７６…全体集合管、８６…ステー部、９５…曲がり部。

Claims (5)

1. 車体フレームに、クランクシャフトを中心に斜め前上方に延びている前シリンダと斜め後上方に延びている後シリンダとをＶ字状に配置したＶ型４気筒エンジンを搭載し、前記前シリンダに前側排気管を接続するとともに前記後シリンダに後側排気管を接続し、前記前側排気管を前集合管へ集合させ、前記後側排気管を後集合管へ集合させ、前記前集合管と前記後集合管とを全体集合管へ集合させたＶ型４気筒エンジンの排気装置において、
   前記前集合管と前記全体集合管の間または前記後集合管と前記全体集合管の間には、前記前集合管の管径または前記後集合管の管径よりも大きな管径を有し排気の圧力波を減衰させる膨張管が備えられていることを特徴とするＶ型４気筒エンジンの排気装置。
2. 前記膨張管は、前記後集合管に備えられており、この後集合管は、車両の長手方向前向きに延びており、
   前記全体集合管には、触媒を内蔵する触媒管が備えられ、
   前記前集合管と前記後集合管とは、前記Ｖ型４気筒エンジンの下方で前記触媒管に接続され、この触媒管は、前記全体集合管へ接続されることを特徴とする請求項１記載のＶ型４気筒エンジンの排気装置。
3. 前記膨張管は、平面視でＵ字状に曲がる曲がり部を備え、
   前記後集合管は、前記曲がり部の下流で前記前集合管と集合されていることを特徴とする請求項２記載のＶ型４気筒エンジンの排気装置。
4. 前記触媒管は、前記Ｖ型４気筒エンジンに備えられているオイルパン部に隣接して配置されていることを特徴とする請求項２又は請求項３記載のＶ型４気筒エンジンの排気装置。
5. 前記後集合管および前記全体集合管を前記車体フレームに連結するステー部が、前記後集合管と前記全体集合管とに掛け渡されていることを特徴とする請求項２、請求項３又は請求項４記載のＶ型４気筒エンジンの排気装置。

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