JP2017057789A - 内燃機関の排気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化を図りながら消音効果を高めることができる内燃機関の排気装置を提供する。【解決手段】排気装置３５は、互いに隔てられる第１膨張室４６および第２膨張室４７を区画し、第１膨張室４６に内燃機関から延びる複数の排気管４３ａ、４３ｂを接続するマフラー本体４８と、第１膨張室４６および第２膨張室４７に接続され、複数の排気管４３ａ、４３ｂから排気ガスを合流させて第２膨張室４７に導入する連通管５４とを備える。【選択図】図３

Description

本発明は内燃機関の排気装置に関する。

特許文献１は鞍乗り型車両としての自動二輪車を開示する。自動二輪車は内燃機関の排気管に接続される２本のマフラーを備える。内燃機関の排気管は各気筒ごとに設けられ、シリンダーヘッドから延びて１本に集約される。その後、排気管は２本に分岐し、それぞれマフラーに接続される。２本のマフラーは共通１つの外装体に収容される。

特開２０１４−１３７００１号公報

こうした排気装置では、排気ガスが個々のマフラーに分配されることで、効果的に消音が実現され、排気抜けが向上する一方で、２つのマフラーが並列に延びることから、排気装置の大型化は避けられない。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、小型化を図りながら消音効果を高めることができる内燃機関の排気装置を提供することを目的とする。

本発明の第１側面に係る排気装置は、互いに隔てられる第１膨張室および第２膨張室を少なくとも区画し、前記第１膨張室に内燃機関から延びる複数の排気管を接続するマフラー本体と、前記第１膨張室および前記第２膨張室に接続され、前記複数の排気管から排気ガスを合流させて前記第２膨張室に導入する連通管とを備える。

本発明の第２側面では、第１側面の構成に加え、前記マフラー本体は、前記第１膨張室および前記第２膨張室の間に第３膨張室を仕切ればよく、前記第３膨張室には、前記第２膨張室に連通する第２の連通管と、前記第２膨張室を貫通して排出口を形成する出口管とが接続されればよい。

本発明の第３側面では、第１側面または第２側面の構成に加え、排気装置は、前記第１膨張室内に配置されて、前記排気管ごとに前記第１膨張室を仕切って個別空間を区画し、前記連通管の流入口に端面で向き合わせられる仕切り板を備えることができる。

本発明の第４側面では、第３側面の構成に加えて、前記第１膨張室には、前記内燃機関の複数の気筒から相違するタイミングで排気ガスが流入すればよい。

本発明の第５側面では、第４側面の構成に加えて、前記排気管は、一本化されて触媒装置を通過し、前記触媒装置の下流で複数に分岐すればよい。

本発明の第６側面では、第３側面ないし第５側面のいずれか１の構成に加えて、前記仕切り板は、前記連通管の軸心に平行に広がって前記連通管の流入口を二分する位置に配置されればよい。

本発明の第７側面では、第３側面ないし第６側面のいずれか１の構成に加えて、前記仕切り板は、湾曲する板材から形成されればよい。

本発明の第８側面では、第３側面ないし第７側面のいずれか１の構成に加えて、前記マフラー本体は、鞍乗り型車両に取り付けられる際に特定される後輪の占有空間で前記第１膨張室に向かって窪む逃げ凹部を備えてもよく、前記仕切り板は一端で前記逃げ凹部の内壁面に溶接されればよい。

本発明の第１側面によれば、内燃機関の排気ガスは複数の排気管から単一の第１膨張室に導入される。排気ガスは第１膨張室内で合流し、共通の連通管で第２膨張室に導かれる。したがって、複数の排気管個々にマフラーが構成される場合に比べて、排気装置は小型化されることができる。また、排気ガスの合流後には複数の排気管の間で排気装置の構造は共通化されることから、部品点数の削減に寄与することができる。

本発明の第２側面によれば、第３膨張室が配置されることから、第１膨張室および第２膨張室の相互接続にあたって連通管は第３膨張室を貫通する。その結果、連通管の長さは確保される。消音効果は高められる。しかも、出口管の働きで排気ガスの流通経路の長さはさらに確保される。消音効果はさらに高められる。連通管および出口管は第３膨張室および第２膨張室を貫通することから、排気装置の小型化は維持される。

本発明の第３側面によれば、排気ガスは個々の個別空間に流入し、個別空間から個別に連通管に流れ込む。したがって、排気管相互の間で共鳴は抑制され、共鳴に基づく騒音の低減を図ることができ、排気音の音色を良好に保持することができる。

本発明の第４側面によれば、共鳴が生じやすい多気筒の内燃機関に対しても、排気管相互の間で共鳴を抑制し、共鳴に基づく騒音の低減を図ることができる。

本発明の第５側面によれば、下流側排気管から逆流脈動は防止され、触媒装置内を通過する排気ガスの整流効果は高まる。その結果、排気ガスの浄化性能は向上し、内燃機関の出力は向上し、騒音は低減され、排気音の音色は向上する。

本発明の第６側面によれば、連通管には複数の排気管から等しく排気ガスが流入する。排気性能は向上する。

本発明の第７側面によれば、仕切り板の振動は抑制される。振動に伴う鳴り騒音は防止される。

本発明の第８側面によれば、逃げ凹部で第１膨張室は狭まる。したがって、仕切り板の広がりは縮小される。仕切り板は小型化されることができる。鳴り騒音はさらに抑制されることができる。

鞍乗り型車両の一具体例として自動二輪車の構造を概略的に示す側面図である。 本実施形態に係る排気装置の構成を概略的に示す拡大側面図である。 マフラーの構造を概略的に示す拡大垂直断面図である。 図３の４−４線に沿った断面図である。 図３の５−５線に沿った断面図である。 図３の６−６線に沿った断面図である。 図３の７−７線に沿った断面図である。

図１は鞍乗り型車両の一具体例として自動二輪車ＢＫを示す。自動二輪車ＢＫの車体フレームＦは、フロントフォーク１１を操向可能に支持するヘッドパイプ１２と、ヘッドパイプ１２から後下がりに延びる左右１対のメインフレーム１３と、それらのメインフレーム１３よりも急傾斜で後下がりに延びる左右１対のダウンフレーム１４と、両ダウンフレーム１４の下端から後方に延びる左右のロアフレーム１５と、メインフレーム１３の後端から下方に延びてロアフレーム１５の後端に結合される左右１対のセンターフレーム１６と、メインフレーム１３の後端から後上がりに延びる左右１対のシートレール１７と、
センターフレーム１６の下部およびシートレール１７の後部間を結ぶ左右１対のリアサブフレーム１８とを備える。フロントフォーク１１には水平軸線回りで回転自在に前輪ＷＦが支持される。

車体フレームＦにはパワーユニットＰが支持される。パワーユニットＰは、メインフレーム１３、ダウンフレーム１４、ロアフレーム１５およびセンターフレーム１６で囲まれる領域に配置される。パワーユニットＰは複数気筒の内燃機関Ｅ（例えば４サイクル並列２気筒の内燃機関）と変速機Ｍとを備える。変速機Ｍは、内燃機関Ｅに設けられる変速機ケースとしてのクランクケース１９に収容される。

センターフレーム１６の下部には支軸２１回りで上下揺動自在にスイングアーム２２の前端が連結される。スイングアーム２２の後端には、支軸２１の軸心に平行な水平軸回りで回転自在に後輪ＷＲが支持される。後輪ＷＲはパワーユニットＰから伝達される動力で駆動される。

内燃機関Ｅの上方でメインフレーム１３には燃料タンク２３が搭載される。燃料タンク２３の後方にはライダーシート２４が配置され、ライダーシート２４の後方にピリオンシート２５が配置される。ライダーシート２４およびピリオンシート２５はシートレール１７で支持される。

内燃機関Ｅはクランクケース１９、シリンダーブロック２６、シリンダーヘッド２７およびヘッドカバー２８を備える。クランクケース１９は、車幅方向に延びる軸線を有するクランクシャフト３１を回転自在に支持する。シリンダーブロック２６は、前傾したシリンダー軸線ＣＣを有してクランクケース１９の前部上端に結合される。シリンダーブロック２６には、クランクシャフト３１の軸線に沿って並列に２つのシリンダーが形成される。クランク角は例えば２７０度に設定される。シリンダーブロック２６の上端にシリンダーヘッド２７は結合される。シリンダーヘッド２７の上端にはヘッドカバー２８が結合される。クランクケース１９の下部にはオイルパン３２が結合される。

内燃機関Ｅには排気装置３５が接続される。排気装置３５はシリンダーヘッド２７に接続される排気管３８を備える。排気管３８は、シリンダーヘッド２７から延びて、内燃機関Ｅの下方空間を通って車両後方に向かう。排気管３８の後端にはマフラー３９が取り付けられる。排気管３８およびマフラー３９はリアサブフレーム１８に連結される。こうして排気装置３５は車体フレームＦに結合され固定される。

図２に示されるように、排気管３８は、気筒ごとにシリンダーヘッド２７の前部側壁に接続される（２本の）上流管４１と、上流管４１の下流端に接続されて、２つの上流管４１を一本化する共通管４２と、共通管４２の下流端に接続されて、複数に（ここでは２本に）分岐する分岐管４３ａ、４３ｂとを備える。上流管４１には、内燃機関Ｅの２つの気筒から相違するタイミングで排気ガスが流入する。共通管４２には触媒装置４４が組み込まれる。触媒装置４４は２つの気筒に共通に排気ガスを浄化する。こうして排気管３８は、一本化されて触媒装置４４を通過し、触媒装置４４の下流で２つに分岐する。

図３に示されるように、マフラー３９は、互いに隔てられる第１膨張室４６および第２膨張室４７を区画するマフラー本体４８を備える。マフラー本体４８は、外筒４８ａと、外筒４８ａに同軸に外筒４８ａ内に収容される内筒４８ｂとで形成される。外筒４８ａと内筒４８ｂとの間には吸音材としてのガラスウールが挟まれる。

第１膨張室４６は、前方空間としてマフラー本体４８内に第１隔壁４９で仕切られる。第２膨張室４７は、後方空間としてマフラー本体４８内に第２隔壁５１で仕切られる。第１隔壁４９および第２隔壁５１は、マフラー本体４８内で第１膨張室４６および第２膨張室４７の間に第３膨張室５２を仕切る。第３膨張室５２は、第１隔壁４９および第２隔壁５１でそれぞれ第１膨張室４６および第２膨張室４７から隔てられる。こうしてマフラー本体４８内の空間は前後方向に３つに分割される。第１隔壁４９および第２隔壁５１は例えば内筒４８ｂの内面に溶接されればよい。

排気管３８の分岐管４３ａ、４３ｂは第１膨張室４６に接続される。分岐管４３ａは、第１膨張室４６の上方空間に進入し、第１膨張室４６内で開口する。分岐管４３ｂは、第１膨張室４６の下方空間に進入し、第１膨張室４６内で開口する。分岐管４３ａ、４３ｂの流出端はそれぞれ円筒形に形成され、分岐管４３ａ、４３ｂの軸心は相互に並列に延びればよい。

マフラー３９は、第１膨張室４６および第２膨張室４７に接続される第１連通管５４を備える。第１連通管５４は第３膨張室５２を貫通する。第１連通管５４は第１隔壁４９および第２隔壁５１でマフラー本体４８内に支持される。第１連通管５４は、第１膨張室４６で開口する流入端５４ａと、第２膨張室４７で開口する流出端５４ｂとを有する。第１連通管５４は円筒形に形成され、第１連通管５４の軸心は分岐管４３ａ、４３ｂの軸心に並列に設置されればよい。第１連通管５４は、分岐管４３ａ、４３ｂからの排気ガスを合流させて第２膨張室４７に導入する。

マフラー３９は、第２膨張室４７に連通しつつ第３膨張室５２に接続される第２連通管５５を備える。第２連通管５５は第２隔壁５１を貫通する。第２連通管５５は第２隔壁５１でマフラー本体４８内に支持されればよい。第２連通管５５は、第２膨張室４７に進入して第２膨張室４７内で開口する流入端５５ａと、第３膨張室５２に進入して第３膨張室５２内で開口する流出端５５ｂとを有する。第２連通管５５は円筒形に形成され、第２連通管５５の軸心は第１連通管５４の軸心に並列に設置されればよい。こうして第２膨張室４７内の排気ガスは第３膨張室５２に導入されることができる。

マフラー３９は、第３膨張室５２に接続され、マフラー本体４８の外側で第１排出口５６を形成する第１出口管５７を備える。第１出口管５７は、第３膨張室５２に進入して第３膨張室５２内で開口する流入端から、第２膨張室４７を貫通して第１排出口５６に向かって延びる。ここでは、第１出口管５７の流入端は第２連通管５５の流出端５５ｂよりも後方に配置される。第１出口管５７は、第２隔壁５１およびマフラー本体４８の後端壁で支持されればよい。第２膨張室４７に導入された排気ガスは、第２連通管５５で第３膨張室５２に流入し、第３膨張室５２から第１出口管５７を通じてマフラー本体４８の外側に排出されることができる。図４に示されるように、第３膨張室５２内では第１連通管５４、第２連通管５５および第１出口管５７は相互に干渉せずにずれて配置される。ここでは、第１連通管５４および第２連通管５５の径は第１出口管５７の径よりも大きい。

マフラー３９は、第２膨張室４７に接続され、マフラー本体４８の外側で第２排出口５８を形成する第２出口管５９を備える。第２出口管５９は、第２膨張室４７に進入して第２膨張室４７内で開口する流入端から、マフラー本体４８の後端壁を貫通して第２排出口５８に向かって延びる。ここでは、第２出口管５９の流入端は第１連通管５４の流出端５４ｂよりも前方に配置される。第２出口管５９は、マフラー本体４８の後端壁で支持されればよい。第２膨張室４７に導入された排気ガスは第２膨張室４７から第２出口管５９を通じてマフラー本体４８の外側に排出されることができる。図５に示されるように、第２膨張室４７内では第１連通管５４、第１出口管５７および第２出口管５９は相互に干渉せずにずれて配置される。ここでは、第１連通管５４の径は第１出口管５７および第２出口管５９の径よりも大きい。図４から明らかなように、第１連通管５４の径は第２連通管５５の径以上であることから、第２連通管５５の径は第２出口管５９の径よりも大きい。

第１膨張室４６内には仕切り板６２が配置される。仕切り板６２は分岐管４３ａ、４３ｂごとに第１膨張室４６を仕切り個別空間（上方空間４６ａおよび下方空間４６ｂ）を区画する。仕切り板６２は、第１連通管５４の軸心に並列に（例えば平行に）広がる。ここでは、仕切り板６２の端面６２ａの一部は第１連通管５４の流入端５４ａから所定の距離をおいて当該流入端５４ａに向き合わせられる。したがって、流入端５４ａと仕切り板６２との間には上方空間４６ａおよび下方空間４６ｂを相互に連通する切り欠き６３が形成される。切り欠き６３を区画する端面６２ａは分岐管４３ａ、４３ｂの流出端よりも後方に配置される。

図６に示されるように、仕切り板６２は第１連通管５４の流入口（流入端５４ａ）を二分する位置に配置される。配置にあたって仕切り板６２の外周はマフラー本体４８の内筒４８ｂの内面に溶接されればよい。仕切り板６２は例えば湾曲した板材から形成される。湾曲面の母線は例えば第１連通管５４の軸心に平行に設置されればよい。

いま、内燃機関Ｅが動作すると、内燃機関Ｅの複数の気筒から相違するタイミングで排気ガスが排出される。排気ガスは排気管３８からマフラー３９に導入される。排気管３８は、一本化されて触媒装置４４を通過し、触媒装置４４の下流で複数の分岐管４３ａ、４３ｂに分岐することから、下流側排気管から逆流脈動は防止され、触媒装置４４内を通過する排気ガスの整流効果は高まる。その結果、排気ガスの浄化性能は向上し、内燃機関Ｅの出力は向上し、騒音は低減され、排気音の音色は向上する。

排気ガスは分岐管４３ａ、４３ｂから単一の第１膨張室４６に導入される。排気ガスは第１膨張室４６内で合流し、共通の第１連通管５４で第２膨張室４７に導かれる。したがって、分岐管４３ａ、４３ｂ個々にマフラーが構成される場合に比べて、排気装置３５は小型化されることができる。また、排気ガスの合流後には複数の分岐管４３ａ、４３ｂの間で第２連通管５５、第３膨張室５２、第１出口管５７および第２出口管５９といった構造は共通化されることから、部品点数の削減に寄与することができる。

合流にあたって、排気ガスは分岐管４３ａ、４３ｂから個々の個別空間（上方空間４６ａおよび下方空間４６ｂ）に流入し、上方空間４６ａおよび下方空間４６ｂから個別に第１連通管５４に流れ込む。したがって、分岐管４３ａ、４３ｂ相互の間で共鳴は抑制され、共鳴に基づく騒音の低減を図ることができ、排気音の音色を良好に保持することができる。

第２膨張室４７では第１連通管５４の流出端５４ｂは第２出口管５９の流入端よりも後方に位置することから、排気ガスは第１連通管５４から直接に第２出口管５９に流れ込むことなく、マフラー本体４８の後端壁に向かって噴き出す。第２連通管５５の径は第２出口管５９のそれよりも大きいこともあって、排気ガスは第２連通管５５に流れ込みやすい。こうして排気ガスは第２膨張室４７から第３膨張室５２に導入される。排気ガスは第３膨張室５２から第１出口管５７を経て外部に排出される。

マフラー本体４８では第１膨張室４６および第２膨張室４７の相互接続にあたって第１連通管５４は第３膨張室５２を貫通する。その結果、第１連通管５４の長さは十分に確保される。消音効果は高められる。しかも、第１出口管５７の働きで排気ガスの流通経路の長さはさらに確保される。消音効果はさらに高められる。さらに、第１連通管５４および第１出口管５７は第３膨張室５２および第２膨張室４７をそれぞれ貫通することから、排気装置３５の小型化は維持される。

前述のように、第１膨張室４６には、内燃機関Ｅの複数の気筒から相違するタイミングで排気ガスが流入する。共鳴が生じやすい多気筒の内燃機関Ｅに対しても、排気管相互の間で共鳴を抑制し、共鳴に基づく騒音の低減を図ることができる。

マフラー３９では第１膨張室４６に仕切り板６２が配置される。第１連通管５４には分岐管４３ａ、４３ｂから等しく排気ガスが流入する。その結果、排気性能は向上する。しかも、仕切り板６２は、湾曲する板材から形成され、仕切り板６２の振動は抑制される。振動に伴う鳴り騒音は防止される。

図７に示されるように、第１連通管５４の流入端５４ａと仕切り板６２の端面６２ａとの距離Ｄは第１連通管５４の内径ａの２分の１以下に設定される。こうした構成によれば、上方空間４６ａを流通する排気ガスと、下方空間４６ｂを流通する排気ガスとの間で相互干渉が防止されることができる。

図７に示されるように、マフラー本体４８には、自動二輪車ＢＫに取り付けられる際に特定される後輪ＷＲの占有空間で第１膨張室４６に向かって窪む逃げ凹部６４が形成される。逃げ凹部６４は車幅方向に第１膨張室４６を狭める。仕切り板６２の一端が逃げ凹部６４の内側でマフラー本体４８の内筒４８ｂに溶接され固定されれば、仕切り板６２の広がりは縮小される。仕切り板６２は小型化されることができる。鳴り騒音はさらに抑制されることができる。

３５…排気装置、３８…排気管、４３ａ…分岐管、４３ｂ…分岐管、４４…触媒装置、４６…第１膨張室、４６ａ…個別空間（上方空間）、４６ｂ…個別空間（下方空間）、４７…第２膨張室、４８…マフラー本体、５２…第３膨張室、５４…連通管（第１連通管）、５４ａ…流入口（流入端）、５５…第２連通管、５６…排出口（第１排出口）、５７…出口管（第１出口管）、６２…仕切り板、６２ａ…端面、６４…逃げ凹部、ＢＫ…鞍乗り型車両、Ｅ…内燃機関、ＷＲ…後輪。

Claims (8)

1. 互いに隔てられる第１膨張室（４６）および第２膨張室（４７）を少なくとも区画し、前記第１膨張室（４６）に内燃機関（Ｅ）から延びる複数の排気管（３８）を接続するマフラー本体（４８）と、前記第１膨張室（４６）および前記第２膨張室（４７）に接続され、前記複数の排気管（３８）から排気ガスを合流させて前記第２膨張室（４７）に導入する連通管（５４）と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、前記マフラー本体（４８）は、前記第１膨張室（４６）および前記第２膨張室（４７）の間に第３膨張室（５２）を仕切り、前記第３膨張室（５２）には、前記第２膨張室（４７）に連通する第２の連通管（５５）と、前記第２膨張室（４７）を貫通して排出口（５６）を形成する出口管（５７）とが接続されることを特徴とする排気装置。
3. 請求項１または２に記載の排気装置において、前記第１膨張室（４６）内に配置されて、前記排気管（３８）ごとに前記第１膨張室（４６）を仕切って個別空間を区画し、前記連通管（５４）の流入口（５４ａ）に端面（６２ａ）で向き合わせられる仕切り板（６２）を備えることを特徴とする排気装置。
4. 請求項３に記載の排気装置において、前記第１膨張室（４６）には、前記内燃機関（Ｅ）の複数の気筒から相違するタイミングで排気ガスが流入することを特徴とする排気装置。
5. 請求項４に記載の排気装置において、前記排気管（３８）は、一本化されて触媒装置（４４）を通過し、前記触媒装置（４４）の下流で複数に分岐することを特徴とする排気装置。
6. 請求項３〜５のいずれか１項に記載の排気装置において、前記仕切り板（６２）は、前記連通管（５４）の軸心に平行に広がって前記連通管（５４）の流入口（５４ａ）を二分する位置に配置されることを特徴とする排気装置。
7. 請求項３〜６のいずれか１項に記載の排気装置において、前記仕切り板（６２）は、湾曲する板材から形成されることを特徴とする排気装置。
8. 請求項３〜７のいずれか１項に記載の排気装置において、前記マフラー本体（４８）は、鞍乗り型車両に取り付けられる際に特定される後輪（ＷＲ）の占有空間で前記第１膨張室（４６）に向かって窪む逃げ凹部（６４）を備え、前記仕切り板（６２）は一端で前記逃げ凹部（６４）の内壁面に溶接されることを特徴とする排気装置。

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