JP2011247217A

JP2011247217A - 内燃機関の排気ガス通路構造

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Publication number: JP2011247217A
Application number: JP2010123273A
Authority: JP
Inventors: Yoshikatsu Akita; 佳克秋田; Shinichi Yamada; 伸一山田
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2010-05-28
Filing date: 2010-05-28
Publication date: 2011-12-08
Anticipated expiration: 2030-05-28
Also published as: JP5585213B2

Abstract

【課題】排気ガス通路における通路断面形状の自由度を拡大できること。
【解決手段】シリンダヘッド内の燃焼室からの排気ガスを、シリンダヘッドに形成された排気ポートから排気管４０を経て排出する内燃機関の排気ガス通路構造において、排気管４０は、排気ポートに接続された第１排気管４６と、この第１排気管に接続された第２排気管４７とを備えてなり、第１排気管４６は、その中心軸Ｐに沿って延びる面で分割された通路ピース４６Ａ及び４６Ｂが接合されて構成されたものである。
【選択図】図５

Description

本発明は、シリンダヘッドの排気ポートからの排気ガスを、排気ガス通路を経て排出する内燃機関の排気ガス通路構造に関する。

自動二輪車の排気ガス通路（排気管）において、排気ポート近傍に直管部を設け、この直管部に排気ガスセンサを設置したものが、特許文献１に開示されている。

特開２００６−１７０９３８号公報

ところが、上述の公報記載の排気ガス通路（排気管）では、排気ガスセンサの検出部は排気管内へ突出して設けられている。しかしながら、この場合、特に小型エンジンにあっては排気管の通路断面積が小さく、しかも、通路断面形状を変更して通路断面積を増大できないので、排気抵抗が増加してしまう。

また、排気管には排気ポート近傍に、排気ガスセンサ取り付け用の直管部が設けられたので、排気管の地上高が低くなって排気管の脱着作業性が低下すると共に、車体に占める排気管のスペースが増大して、車両のコンパクト化が阻害されてしまう。

更に、排気管の直管部にセンサボスを介して排気ガスセンサを取り付ける場合、センサボスにおける直管部との接合面には、直管部の曲面に適合する曲面を煩雑な加工で施さなければならず、製造コストの上昇を招いている。

本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、排気ガス通路における通路断面形状の自由度を拡大できる内燃機関の排気ガス通路構造を提供することにある。

本発明は、シリンダヘッド内の燃焼室からの排気ガスを、前記シリンダヘッドに形成された排気ポートから排気ガス通路を経て排出する内燃機関の排気ガス通路構造において、前記排気ガス通路は、前記排気ポートに接続された第１排気ガス通路と、この第１排気ガス通路に接続された第２排気ガス通路とを備えてなり、前記第１排気ガス通路は、その中心軸に沿って延びる面で分割された複数の通路ピースが接合されて構成されたことを特徴とするものである。

本発明によれば、第１排気ガス通路は、その中心軸に沿って延びる面で分割された複数の通路ピースが接合されて構成されたので、通路断面形状を非円形に形成できると共に、第１排気ガス通路の軸方向に沿って通路断面形状を変更して形成できる。この結果、第１排気ガス通路における通路断面形状の自由度を拡大できる。

本発明に係る内燃機関の排気ガス通路構造における一実施形態が適用されたスクータ型自動二輪車を示す左側面図。図１のパワーユニットをエンジン排気系の一部と共に示す左側面図。図１のパワーユニットをエンジン排気系と共に示す右側面図。図３のＩＶ矢視図。図２〜図４の第１排気管を排気ガスセンサと共に示す斜視図。図５のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図。図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図。従来の排気管をセンサボスと共に示す説明図。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面に基づき説明する。但し、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。

図１は、本発明に係る内燃機関の排気ガス通路構造における一実施形態が適用されたスクータ型自動二輪車を示す左側面図である。本実施の形態において前後、左右、上下の表現は、車両乗車時の運転者を基準にしたものである。

スクータ型自動二輪車１０は、アンダーボーン型の車体フレーム１１を備えている。この車体フレーム１１は、前頭部のヘッドパイプ１２の後部からダウンチューブ１３が下方へ向かって延出され、このダウンチューブ１３の下部からシートレール１４が後斜め上方へ延出されて構成される。

前記ヘッドパイプ１２にフロントフォーク１５が、ハンドルバー１６と共に左右に回動自在に支持され、このフロントフォーク１５の先端に前輪１７が軸支されている。一方、前記ダウンチューブ１３の下部中央には、スイングブラケット１８を介してパワーユニット１９が、支持軸としてのピボット軸２０回りに上下方向に揺動可能に枢支される。

パワーユニット１９は、スクータ用として一般的に用いられるものであり、内燃機関としてのエンジン２１と伝動装置２２とが一体に構成され、伝動装置２２の後部に後輪２３が直接軸支される。伝動装置２２の後部とシートレール１４との間にリアクッションユニット２４が上下に掛け渡され、このリアクッションユニット２４によりパワーユニット１９及び後輪２３が緩衝懸架される。

ここで、図２に示すように、パワーユニット１９を構成するエンジン２１のクランクケース２７には、下部から左右一対のフレーム支持部３９が前方へ一体に延出されている。これらのフレーム支持部３９の先端が、スイングブラケット１８の後端に架設された車両幅方向に沿うピボット軸２０に回転自在に連結される。これにより、パワーユニット１９は、図１に示すように、車体フレーム１１に対してスイングブラケット１８を介しピボット軸２０回りに上下方向に揺動可能に枢支される。

車体フレーム１１におけるシートレール１４の上方には着座シート２５が開閉自在に載置され、この着座シート２５の下方に、ヘルメット等を収納可能な物品収納室（不図示）が設けられる。このため、着座シート２５を開放することによって、上記物品収納室に物品の出し入れが可能になる。尚、パワーユニット１９の前部及び車体フレーム１１は、車体カバーとしての合成樹脂製のフレームカバー２６によって全体的に覆われ、外観の向上や内部機器の保護が図られている。

前記エンジン２１は、図２に示すように、クランクケース２７の前方からシリンダアッセンブリ２８が略水平方向へ前傾して延設されて構成される。クランクケース２７の左側から伝動装置２２が一体に併設されて後方へ延びている。前記シリンダアッセンブリ２８は、シリンダブロック２９とシリンダヘッド３０とヘッドカバー３１とがクランクケース２７側から順次重ねられて構成される。シリンダブロック２９及びシリンダヘッド３０の周囲は、合成樹脂製のエンジンカバー３２により覆われている。

このエンジンカバー３２内では、エンジン２１のクランクシャフト（不図示）に取り付けられた、ファンカバー３３（図３）内の冷却ファン３４の回転により導風口３５から冷却用空気が導入されて、シリンダブロック２９及びシリンダヘッド３０等が強制冷却される。上記導風口３５は、ファンカバー３３の右側方に開口される。シリンダブロック２９及びシリンダヘッド３０等を冷却した冷却用空気は、エンジンカバー３２の下面に形成された排風口３６（図４）から排出される。

図２に示すように、シリンダアセンブリ２８及びクランクケース２７の上方には、図示しない燃料噴射装置（またはキャブレタ）及びエアクリーナ３７（図１）などを有するエンジン吸気系３８が配置されている。このエンジン吸気系３８がシリンダヘッド３０の図示しない吸気ポートへ混合気（燃料と空気の混合気）を供給する。このエンジン吸気系３８は、パワーユニット１９と共にピボット軸２０回りに上下方向へ揺動可能に構成される。

図２に示すシリンダヘッド３０の下面には図示しない排気ポートが開口され、この排気ポートに排気ガス通路としての排気管４０が接続される。この排気管４０は後方へ延出され、その後端に排気マフラ４１が一体に連結される。この排気マフラ４１は、パワーユニット１９（クランクケース２７）に固定されて後輪２３（図１）の右側に位置し、図２及び図３に示すマフラカバー４２によって飛び石などから保護される。

これらの排気管４０及び排気マフラ４１は、排気ガス通路構造体としてのエンジン排気系４３を構成する。シリンダヘッド３０内の図示しない燃焼室からの排気ガスは前記排気ポートから、エンジン排気系４３（排気管４０及び排気マフラ４１）を経て排出される。このエンジン排気系４３は、パワーユニット１９と共にピボット軸２０回りに上下方向に揺動可能に構成される。

エンジン排気系４３には、排気ガスの状態（例えば排気ガス中の酸素濃度）を検出する排気ガスセンサ４４が、排気管４０に装着されている。この排気ガスセンサ４４としては例えばＯ_２センサが用いられる。このＯ_２センサが排気ガス中の酸素濃度を検出することで、この酸素濃度に応じて燃料噴射装置またはキャブレタからの燃料供給量が増減され、最適な空燃比が実現される。

図２〜図４に示すように、排気ガスセンサ４４は上述のように排気管４０に装着されるが、クランクケース２７の前方でシリンダブロック２９及びシリンダヘッド３０の直下に配置され、更にパワーユニット１９を揺動可能に支持するピボット軸２０の上方に配置される。これにより、排気ガスセンサ４４は、クランクケース２７及びシリンダアセンブリ２８を備えてなるエンジン２１と、後述の如く屈曲して形成される排気管４０とで囲まれた空間４５内に収容される。

排気管４０は、図２〜図４に示すように、シリンダヘッド３０の排気ポート（不図示）に接続された第１排気ガス通路としての第１排気管４６と、この第１排気管４６に接続された第２排気ガス通路としての第２排気管４７とを有して構成され、第２排気管４７に排気マフラ４１が接続される。また、第１排気管４６は、略直角に屈曲する屈曲部４８を備える。この屈曲部４８によって、排気管４０は、シリンダヘッド３０の排気ポートから鉛直下方に延びた後、水平方向に車両後方へ延在される。

第１排気管４６の屈曲部４８は、シリンダヘッド３０の排気ポートの直下に設けられ、この屈曲部４８（正確には、この屈曲部４８の直近下流）に排気ガスセンサ４４が突出して設置される。これにより、排気ガスセンサ４４は、シリンダヘッド３０の排気ポート近傍に配置されることになり、高温状態の排気ガスに晒される。従って、この排気ポートから排出される排気ガスの熱により、排気ガスセンサ４４のセンサ活性温度が十分に確保される。

ところで、図５及び図６に示すように、第１排気管４６は、直線状のパイプを曲げ加工して成形されるものではなく、第１排気管４６の中心軸Ｐに沿って延びる面、好ましくは第１排気管４６の中心軸Ｐを含み且つこの中心軸Ｐに沿って延びる面Ｓで分割された複数（例えば２つ）の通路ピース４６Ａ、４６Ｂが接合されて、いわゆる最中構造（中空構造）に構成される。これらの通路ピース４６Ａ、４６Ｂのそれぞれは、例えば金属板をプレス成形することによって形成され、屈曲部４８を形成するために屈曲状態に成形されている。ここで、第１排気管４６の中心軸Ｐは、第１排気管４６の通路断面の中心Ｏを通る軸である。

また、通路ピース４６Ａ、４６Ｂの一方（例えば通路ピース４６Ａ）には、図５及び図７に示すように、排気ガスセンサ４４取り付け用のセンサボス５０を装着可能な平面部５１が成形されると共に、この平面部５１にセンサ取付穴５２が、平面部５１と同時に形成される。センサボス５０は、例えば旋盤により接合面５４が平面加工され、このセンサボス５０の接合面５４が通路ピース４６Ａの平面部５１に溶接などにより固着される。このように通路ピース４６Ａの平面部５１に固着されたセンサボス５０を用いて、第１排気管４６の屈曲部４８への排気ガスセンサ４４の設置が可能になる。

更に、第１排気管４６には、図７に示すように、排気ガスセンサ４４の検出部５３がセンサ取付穴５２を貫通して内部に突出して設置される。この第１排気管４６では、排気ガスセンサ４４の検出部５３が内部に突出される部分の通路断面積（図７のハッチングαの部分）は、排気ガスセンサ４４の設置部分における上流または下流側近傍部分の通路断面積（例えば図６のハッチングβの部分）と同等以上に構成されている。例えば、通路ピース４６Ａにおける平面部５１の周縁部分が、少なくとも、排気ガスセンサ４４の検出部５３の体積に相当する容積分だけ外方へ膨出して形成されている。

以上のように構成されたことから、本実施の形態によれば、次の効果（１）〜（５）を奏する。

（１）排気管４０の第１排気管４６は、その中心軸Ｐを含み且つこの中心軸Ｐに沿って延びる面Ｓで分割された２つの通路ピース４６Ａ及び４６Ｂが接合された最中構造に構成されている。このため、第１排気管４６は、例えばプレス成形により通路断面形状を非円形に形成できると共に、第１排気管４６の中心軸Ｐの方向に沿って通路断面形状を変更して形成でき、第１排気管４６における通路断面形状の自由度を拡大できる。

従って、排気ガスセンサ４４の検出部５３が第１排気管４６内に突出して設置される場合にも、第１排気管４６において、排気ガスセンサ４４の検出部５３が突出する部分及びその近傍の通路断面積を他の部分の通路断面積と同等以上に形成することができる。この結果、排気ガスセンサ４４の検出部５３が第１排気管４６内に突出することによって生ずる第１排気管４６の通路断面積の減少を防止でき、排気抵抗を低減できる。

（２）排気ガスセンサ４４は、排気管４０の第１排気管４６における、シリンダヘッド３０の排気ポート近傍の屈曲部４８に設置されている。このため、高温状態の排気ガスを排気ガスセンサ４４に当てることができるので、この排気ガスセンサ４４を活性化温度領域に保持できる。

（３）排気ガスセンサ４４は、排気管４０の第１排気管４６の屈曲部４８に設置される。従って、排気管４０に、排気ガスセンサ４４取り付け用の直管部分を、シリンダヘッド３０の排気ポート付近に形成する必要がないので、排気管４０の地上高Ｈ（図２）を十分に確保できる。この結果、エンジン排気系４３（排気管４０及び排気マフラ４１）の脱着時の作業性を向上できると共に、パワーユニット１９周囲、ひいてはスクータ型自動二輪車１０のコンパクト化を実現できる。

（４）図８に示すように、パイプ成形による管状の排気管１００にセンサボス１０１を介して排気ガスセンサ（不図示）を取り付ける場合には、センサボス１０１の排気管１００への溶接性やセンサ位置精度確保のために、センサボス１０１の排気管１００への接合面１０２を、排気管１００の曲面形状に適合するように、例えばミーリング加工などにより曲面形状に加工しなければならず、製造上の困難性を伴う。

これに対し、図５及び図７に示す本実施の形態の排気管４０では、第１排気管４６の例えば通路ピース４６Ａに平面部５１が成形されているので、センサボス５０は、接合面５４を例えば旋盤などで平面加工すれば足り、また、通路ピース４６Ａの成形時にセンサ取付穴５２を形成することができる。従って、センサボス５０及びセンサ取付穴５２の加工を高精度且つ容易に実施できるので、排気ガスセンサ４４の取付精度を向上できると共に、コストダウンを実現できる。

（５）パイプ成形による管状の排気管を曲げ加工して屈曲部を形成する場合には、例えば曲率半径を小さくできないなどの製造上の制約がある。これに対し、本実施の形態の排気管４０では、第１排気管４６が、プレス成形された通路ピース４６Ａと通路ピース４６Ｂとを接合させて最中構造に構成されたので、例えば曲率半径の制約など製造上の制約がない。従って、排気管４０の設計自由度を向上させることができる。

以上、本発明を上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、第１排気管４６を通路ピース４６Ａ、４６Ｂに分割する面は、第１排気管４６の中心軸Ｐを含み且つこの中心軸Ｐに沿って延びる面Ｓに限らず、第１排気管４６の中心軸Ｐに沿ってこの中心軸Ｐに平行に延びる面（中心軸Ｐを含まず）であってもよい。

また、排気管４０の第１排気管４６における通路ピース４６Ａ及び４６Ｂは、鋳造により成形されてもよい。この場合には、鋳造によりセンサボス５０を例えば通路ピース４６Ａと一体に成形することができる。

更に、図３に示すエンジン排気系４３は、排気管４０の第２排気管４７と排気マフラ４１とが一体化されたものを述べたが、この第２排気管４７と排気マフラ４１とが分割可能な構造のものでもよい。

２１エンジン（内燃機関）
３０シリンダヘッド
４０排気管（排気ガス通路）
４３エンジン排気系
４４排気ガスセンサ
４６第１排気管（第１排気ガス通路）
４６Ａ、４６Ｂ通路ピース
４８第１排気管の屈曲部
５０センサボス
５１平面部
Ｐ第１排気管の中心軸
Ｓ面

Claims

シリンダヘッド内の燃焼室からの排気ガスを、前記シリンダヘッドに形成された排気ポートから排気ガス通路を経て排出する内燃機関の排気ガス通路構造において、
前記排気ガス通路は、前記排気ポートに接続された第１排気ガス通路と、この第１排気ガス通路に接続された第２排気ガス通路とを備えてなり、
前記第１排気ガス通路は、その中心軸に沿って延びる面で分割された複数の通路ピースが接合されて構成されたことを特徴とする内燃機関の排気ガス通路構造。
前記第１排気ガス通路は屈曲部を有してなり、前記排気ガス通路を構成する複数の通路ピースのそれぞれは、前記排気ガス通路の中心軸に沿って延びる面で分割され、且つ屈曲状態に成形されたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気ガス通路構造。
前記第１排気ガス通路に、この第１排気ガス通路内の排気ガスの状態を検出する排気ガスセンサが設置されたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気ガス通路構造。
前記第１排気ガス通路の屈曲部に、前記第１排気ガス通路内の排気ガスの状態を検出する排気ガスセンサが設置されたことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気ガス通路構造。
前記第１排気ガス通路には、排気ガスセンサ取り付け用のボスを装着可能とする平面部が形成されたことを特徴とする請求項３または４に記載の内燃機関の排気ガス通路構造。
前記第１排気ガス通路では、排気ガスセンサの検出部が内部に突出して設置される部分の通路断面積が、他の部分の通路断面積と同等以上に構成されたことを特徴とする請求項３または４に記載の内燃機関の排気ガス通路構造。
前記第１排気ガス通路の通路ピースは、鋳造または板材のプレス成形により形成されたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気ガス通路構造。