JP2016089624A - エンジンの排気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数を増やすことなく、応力集中を抑制して、容易に排気管と集合管とを接合することができるエンジンの排気装置を提供する。
【解決手段】エンジンＥの排気装置６９は、２つの排気管２１の下流端部２１ａが接続される集合管２７を備えている。各排気管２１の下流端部２１ａは、軸心方向Ｃと直交する横方向Ｗに並んでいる。排気管２１の下流端部２１ａは、集合管２７の上流端部２７ａに挿入される挿入部分４２を有している。集合管２７の上流端部２７ａは、挿入部分４２の全周を覆う覆い部分４４を有している。排気管２１の挿入部分４２の外周面と集合管２７の覆い部分４４の内周面とが、集合管接合部分４６により全周に渡って接合されている。集合管接合部分４６は、横方向Ｗに向かって軸心方向Ｃに変位する変位部分４８を有している。
【選択図】図３

Description

本発明は、多気筒エンジンの複数の排気管と、その下流側に接続された集合管とを備えた排気装置に関するものである。

自動二輪車の多気筒エンジンにおいて、複数の排気管を集合管で集合させたのち、集合管をマフラに接続し、マフラで排気を消音し外部へ排出するものがある（例えば、特許文献１）。このようなエンジンでは、複数の排気管と集合管との接合は、例えば、溶接により行われる。

特開平０９−１４４５３５号公報

小径の排気管と大径の集合管との連結部には、段差が形成されるので、この連結部に応力集中が発生しやすい。このような応力集中を回避するために、排気管と集合管との間にガセットを設けて、徐々に排気管の径を変化させることで段差の形成を抑えたものもある。しかしながら、このようなガセットを設けた構成では、部品点数が増えるうえに、溶接工程が複雑になる。

本発明は、部品点数を増やすことなく、応力集中を抑制して、容易に排気管と集合管とを接合することができるエンジンの排気装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のエンジンの排気装置は、軸心方向と直交する横方向に下流端部が並ぶ複数の排気管と、前記排気管の下流端部が接続される集合管とを備えた多気筒エンジンの排気装置であって、前記排気管の前記下流端部は、前記集合管の上流端部に挿入される挿入部分を有し、前記集合管の前記上流端部は、前記挿入部分の全周を覆う覆い部分を有し、前記排気管の前記挿入部分の外周面と前記集合管の前記覆い部分の内周面とが、集合管接合部分により全周に渡って接合され、前記集合管接合部分は、前記横方向に向かって前記軸心方向に変位する変位部分を有する。排気管と集合管との接合は、例えば、溶接である。

この構成によれば、集合管接合部分は、横方向に向かって軸心方向に変位する変位部分を有しており、集合管と複数の排気管とがこの変位部分に沿って接合されている。したがって、溶接ラインが排気管の横方向に沿って直線状に揃うことがないので、接合部の応力集中が抑制される。しかも、集合管と排気管との間に別途部材を介在させる必要がないので、部品点数が増えないから、溶接作業も少なくて済む。

本発明において、前記集合管は、前記横方向と直交する縦方向に２分割された一対の分割体が接合され、前記変位部分は、前記一対の分割体にそれぞれ形成されていることが好ましい。この構成によれば、一方の分割体と排気管とを溶接した後で、他方の分割体と排気管との溶接および分割体同士の溶接を行うことができるので、排気管と集合管との接合が容易になる。

本発明において、前記複数の排気管における隣接する２つの下流端部同士が、排気管接合部で接合されており、前記排気管接合部が前記集合管接合部分に接合されていることが好ましい。この構成によれば、集合管と排気管との間の隙間がなくなるので、集合管と排気管との接合部から排気ガスが漏れるのを防止できる。

排気管の下流端部同士が排気管接合部で接合されている場合、前記変位部分は、前記横方向に関して、前記排気管接合部に向かって前記軸心方向の下流側に変位していることが好ましい。この構成によれば、排気管接合部を下流側に配置できるので、排気管のレイアウトの自由度が向上する。例えば、排気管接合部を上流側に配置すると、複数の排気管を互いの接合のために上流側から近接させる必要があり、排気管の取り回しが難しくなる。

本発明において、前記集合管の上流側端縁に前記集合管接合部分が形成され、前記集合管の前記上流側端縁は、前記横方向の両端が前記横方向の内側よりも上流側に位置していることが好ましい。この構成によれば、上流側端縁の集合管接合部分が凹部に形成されるので、集合管接合部が軸心方向にジグザグに変位する。その結果、集合管接合部分の剛性が軸心方向の同一位置で急激に変化するのを抑制しつつ、集合管接合部分の剛性を向上できる。

本発明において、前記変位部分の軸心方向寸法が、前記排気管の半径以上に設定されていることが好ましい。この構成によれば、集合管接合部分の変位部分が長くなるので、集合管接合部分で剛性が急激に変化するのを抑制しつつ、集合管接合部分の剛性を向上できる。

本発明のエンジンの排気装置によれば、部品点数を増やすことなく、溶接部の応力集中を抑制できる。その結果、溶接作業も少なくて済むので、排気管と集合管との接合が容易である。

本発明の第１実施形態に係るエンジンの排気装置を備えた自動二輪車を示す側面図である。 同排気装置を示す側面図である。 同排気装置の集合部を示す平面図である。 同排気装置の排気管と集合管との連結部を示す縦断面図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。本明細書において、「左側」および「右側」は、車両に乗車した運転者から見た左右側をいう。

図１は本発明の第１実施形態に係るエンジンの排気装置を備えた自動二輪車の側面図である。同図に示す自動二輪車は、車体フレームＦＲの前半部を構成するメインフレーム１の前端にフロントフォーク２が支持され、このフロントフォーク２の下端に前輪３が、フロントフォーク２の上端にハンドル４がそれぞれ取り付けられている。メインフレーム１の後端下部には、スイングアームブラケット６が設けられ、このスイングアームブラケット６に、スイングアーム７の前端がピポット軸５を介して上下揺動自在に軸支されている。このスイングアーム７の後端に後輪８が取り付けられている。

前記メインフレーム１の後部に連結されたシートレール９が車体フレームＦＲの後半部を構成している。メインフレーム１の下部にはエンジンＥが取り付けられている。この自動二輪車は、エンジンＥによりチェーン１１を介して後輪８を駆動するとともに、ハンドル４で操向するように構成されている。

シートレール９にはライダー用シート１２と同乗者用シート１３とが支持されている。メインフレーム１の上部、つまり、車体上部で、ハンドル４とライダー用シート１２との間には、燃料タンク１４が取り付けられている。

エンジンＥは２気筒４サイクルエンジンであり、シリンダヘッド１９の前面の排気ポート２０に、２本の排気管２１が接続されている。これら２本の排気管２１が、エンジンＥの下方の集合部２２で集合され、接続管２４を介して後輪８の左側方に配置されたマフラ２３に接続されている。これら２本の排気管２１と集合部２２とにより、エンジンＥの排気装置６９が構成されている。

図２は、エンジンＥの排気装置６９の側面図である。同図に示すように、２本の排気管２１，２１は、中間部において連通管２５により互いに連通している。集合部２２は、２つの排気管２１の各下流端部２１ａが接合される集合管２７と、集合管２７の下流端部に接合された触媒管２８と、触媒管２８の下流端部に接合された出口管２９とを有している。出口管２９の後端に、前記接続管２４が接合されている。各管２１，２４，２７，２８，２９の接合は、例えば、アーク溶接である。集合管２７の上部に、排気ガスＧ中の酸素の含有量を検出するセンサを取り付けるための取付座３１が設けられている。

排気管２１および触媒管２８はステンレス製の単一のパイプからなり、集合管２７および出口管２９は、これを径方向に２つ割りしたステンレス製の管半体を互いに溶接して結合した構成になっている。詳細には、集合管２７は、その軸心方向Ｃおよび車幅方向Ｗ（図３）と直交する縦方向である上下方向に２分割された一対の上側および下側集合管分割体３４，３６が接合され、出口管２９は、上下方向に２分割された一対の上側および下側出口管分割体３８，４０が接合されている。

触媒管２８の内部には、触媒コンバータ３５が装着されている。触媒コンバータ３５は、排気ガスの流れ方向（軸心方向Ｃ）に並んで２つ配置されている。触媒管２８の上流端部が集合管２７に挿入され、全周溶接により触媒管２８と集合管２７が接合されている。同様に、触媒管２８の下流端部が出口管２９に挿入され、全周溶接により触媒管２８と出口管２９が接合されている。

集合管２７は、その横断面積が、排気管２１が挿入された上流端部２７ａよりも、下流側部分の方が大きく設定された複雑な形状である。集合管２７は一対の分割体３４，３６からなるいわゆる「もなか構造」であるから、複雑な外形の集合管２７であっても容易に製造できる。

排気管２１の上流端部にフランジ２１ｂが溶接により取り付けられ、このフランジ２１ｂを介して排気管２１がエンジンＥのシリンダヘッド１９にボルト（図示せず）で支持されている。また、図１に示す接続管２４に取付金具２４ａが溶接により固着されており、この取付金具２４ａを介して接続管２４がメインフレーム１の下端にボルト３２により固定されている。以上により排気装置６９が、車体に支持されている。

図３は集合部２２の平面図である。同図に示すように、２つの排気管２１の下流端部２１ａは、軸心方向Ｃと直交する横方向Ｗに並んでいる。各排気管２１、２１における隣接する２つの下流端部２１ａ，２１ａ同士が、排気管接合部４５で溶接により接合されている。

排気管２１の下流端部２１ａは、集合管２７の上流端部２７ａに挿入される挿入部分４２を有している。挿入部分４２の長さＬは、円形パイプからなる排気管の外径ｄ１よりも大きい（Ｌ≧ｄ１）。これにより、排気管２１と集合管２７とが強固に接合される。集合管２７の上流端部２７ａは、挿入部分４２の全周を覆う覆い部分４４を有している。排気管２１の挿入部分４２の外周面と集合管２７の覆い部分４４の内周面とが、集合管接合部分４６により全周に渡って溶接されている。本実施形態では、集合管２７の上流側端縁２７ｂに集合管接合部分４６が形成されている。つまり、集合管２７の上流側端縁２７ｂに沿って、集合管２７と２つの排気管２１とが溶接されている。

排気管接合部４５の上流端４５ａは、軸心方向Ｃに関して、集合管接合部分４６と同じかあるは上流側に位置している。また、排気管２１と集合管２７との接合部の横断面図である図４に示すように、排気管接合部４５が集合管接合部分４６に接合されている。

図３の集合管接合部分４６は、横方向Ｗに向かって軸心方向Ｃに変位する変位部分４８を有している。図３では、上側集合管分割体３４に形成された変位部分４８を示しているが、同様の変位部分４８は、下側集合管分割体３６にも形成されている。

変位部分４８は、横方向Ｗに関して、集合管接合部分４６における横方向Ｗの端部４６ａから排気管接合部４５に向かって軸心方向Ｃの下流側（図３の右側）に変位している。また、変位部分４８における排気管接合部分４５を横切る部分は、軸心方向Ｃに直交する平面に沿って延びている。こうして、変位部分４８は、集合管接合部分４６における横方向Ｗの端部４６ａよりも横方向Ｗの内側に形成される。

変位部分４８は複数設けられるのが好ましい。本実施形態では、変位部分４８は、上下２か所に設けられている。また、変位部分４８は、軸心方向Ｃの下流側に凹入する凹部で構成されている。換言すれば、集合管接合部分４６を構成する集合管２７の上流側端縁２７ｂは、横方向Ｗの両端４６ａ，４６ａが横方向の内側よりも上流側に位置しており、平面視でＶ字形状をしている。２つの排気管２１，２１の下流端部２１ａ，２１ａの間に、凹部の底部５０が位置している。これにより、排気管接合部分４５、つまり排気管２１の溶接部分を凹入した分だけ短くできる。

変位部分４８の軸心方向Ｃに対する傾斜角度θは、５０°未満が好ましく、４５°未満がより好ましい。本実施形態では、約４０°である。また、変位部分４８の軸心方向寸法ｄ２が、排気管２１の半径ｄ１／２以上に設定されている（ｄ２≧ｄ１／２）。ただし、変位部分４８は、横方向Ｗに向かって軸心方向Ｃに変位していればよく、本実施形態の形状に限定されない。例えば、上側集合管分割体３４と下側集合管分割体３６のそれぞれに軸心方向Ｃあるいは軸心方向Ｃに傾斜した方向に延びる変位部分４８，４８を設け、これら２つの変位部分４８，４８を２つの集合管分割体３４、３６に渡って延びる底部５０で接続した、外周から見てＵ字形状またはＶ字形状の凹部としてもよい。

図１のエンジンが始動すると、図２の排気ガスＧが排気管２１から導出され、集合部２２で合流する。集合部２２において、集合管２７に導かれた排気ガスＧは、集合管２７で若干膨張されたのち触媒管２８に流入し、触媒管２８の内部で触媒コンバータ３５を通過する。触媒コンバータ３５を通過した排気は、出口管２９に導かれ、接続管２４を介して図１のマフラ２３へ導出される。さらに、排気ガスＧは、マフラ２３内で騒音が十分に低減されたのち、マフラ２３の外部に排出される。

上記構成において、図３の集合管２７の集合管接続部分４６が変位部分４８を有しており、集合管２７と排気管２１とが、変位部分４８を含む集合管接続部分４６に沿って溶接されている。したがって、溶接ラインが排気管２１の横方向Ｗに沿って直線状に揃うことがないので、集合管接続部分４６の応力集中が抑制される。しかも、集合管２７と排気管２１との間に別途部材を介在させる必要がないので、部品点数が増えないから、溶接作業も少なくて済む。

変位部分４８は、上側および下側集合管分割体３４，３６にそれぞれ形成されている。これにより、一方の集合管分割体３４，３６と排気管２１とを溶接した後で、他方の集合管分割体３６，３４と排気管２１との溶接および集合管分割体３４，３６同士の溶接を行うことができる。その結果、排気管２１と集合管２７との接合が容易になる。

各排気管２１における隣接する２つの下流端部２１ａ同士が、排気管接合部４５で接合され、排気管接合部４５が集合管接合部分４６に接合されている。これにより、集合管２７と排気管２１との間の隙間がなくなるので、集合管２７と排気管２１との接合部分から排気ガスＧが漏れるのを防止できる。

変位部分４８は、横方向Ｃに関して、排気管接合部４５に向かって軸心方向Ｃの下流側に変位している。これにより、排気管接合部４５を下流側に配置できるので、排気管２１のレイアウトの自由度が向上する。例えば、排気管接合部４５を上流側に配置すると、各排気管２１を互いの接合のために上流側から近接させる必要があり、排気管２１の取り回しが難しくなる。

集合管２７の上流側端縁２７ｂの集合管接合部分４６が凹部に形成されるので、集合管接合部分４６が軸心方向Ｃにジグザグに変位する。その結果、集合管接合部分４６の剛性が軸心方向Ｃの同一位置で急激に変化するのを抑制しつつ、集合管接合部分４６の剛性を向上できる。

変位部分４８の軸心方向寸法ｄが、排気管２１の半径ｄ１／２以上に設定されている。これにより、集合管接合部分４６の変位部分４８が長くなるので、集合管接合部分４６で剛性が急激に変化するのを抑制しつつ、集合管接合部分４６の剛性を向上できる。

本発明は、以上の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。例えば、排気管２１と集合管２７との接合は、アーク溶接のほか、摩擦攪拌接合、ろう付け、溶着、接着等であってもよい。また、集合管接合部分４６は、集合管２７の上流側端縁２７ｂよりも下流側に位置してもよい。さらに、本発明の排気装置は、２気筒以外のエンジン、例えば、４気筒エンジンまたは３気筒エンジンにも適用できる。ただし、振動が大きい２気筒エンジンに特に好適に用いられる。

また、上記実施形態では、車幅方向に排気管２１の並び方向（横方向）が設定されているが、上下方向に並び方向（横方向）を設定してもよい。さらに、集合管２７は、「もなか構造」でなくてもよい。また、変位部分４８は、軸心方向Ｃの上流側に突出する突部を含む構造であってもよい。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。

２１ 排気管
２１ａ 排気管の下流端部
２７ 集合管
２７ａ 集合管の上流端部
２７ｂ 集合管の上流側端縁
３４ 上側集合管分割体（一対の分割体）
３６ 下側集合管分割体（一対の分割体）
６９ 排気装置
４２ 挿入部分
４４ 覆い部分
４５ 排気管接合部
４６ 集合管接合部分
４８ 変位部分
Ｃ 軸心方向
Ｅ エンジン
Ｇ 排気ガス
Ｗ 横方向

Claims (6)

1. 軸心方向と直交する横方向に下流端部が並ぶ複数の排気管と、前記排気管の下流端部が接続される集合管とを備えた多気筒エンジンの排気装置であって、
   前記排気管の前記下流端部は、前記集合管の上流端部に挿入される挿入部分を有し、
   前記集合管の前記上流端部は、前記挿入部分の全周を覆う覆い部分を有し、
   前記排気管の前記挿入部分の外周面と前記集合管の前記覆い部分の内周面とが、集合管接合部分により全周に渡って接合され、
   前記集合管接合部分は、前記横方向に向かって前記軸心方向に変位する変位部分を有するエンジンの排気装置。
2. 請求項１に記載の排気装置において、前記集合管は、前記横方向と直交する縦方向に２分割された一対の分割体が接合され、
   前記変位部分は、前記一対の分割体にそれぞれ形成されているエンジンの排気装置。
3. 請求項１または２に記載の排気装置において、前記複数の排気管における隣接する２つの下流端部同士が、排気管接合部で接合されており、
   前記排気管接合部が前記集合管接合部分に接合されているエンジンの排気装置。
4. 請求項３に記載の排気装置において、前記変位部分は、前記横方向に関して、前記排気管接合部に向かって前記軸心方向の下流側に変位しているエンジンの排気装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の排気装置において、前記集合管の上流側端縁に前記集合管接合部分が形成され、
   前記集合管の前記上流側端縁は、前記横方向の両端が前記横方向の内側よりも上流側に位置しているエンジンの排気装置。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の排気装置において、前記変位部分の軸心方向寸法が、前記排気管の半径以上に設定されているエンジンの排気装置。

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