JP2017160792A - 触媒パイプ並びにその製造方法並びにこの触媒パイプを具えた自動二輪車用マフラー装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 自動二輪車の触媒パイプが大径化した場合であってもバンク角を充分に確保できるようにした新規な触媒パイプ並びにその製造手法並びにこの触媒パイプを具えた自動二輪車用マフラー装置の開発を技術課題とする。【解決手段】 本発明の触媒パイプ１は、エキゾーストパイプ２とマフラー本体３との間に設けられ、適宜の長さ寸法を有する管本体１０と、この内部に設けられるハニカム状の触媒エレメント１１とを具え、更に長さ方向の一部または全部の長さ範囲には、自動二輪車Ｍへの取付状態において外側下方となる部位に少なくともパイプ断面方向に見て細身となる回避変形部１６を具えることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、例えばスクータータイプの自動二輪車に用いることが適切な排気系装置に関するものであって、特にこれを構成する触媒パイプ並びにその製造方法並びにこの触媒パイプを具えた自動二輪車用マフラー装置に係るものである。

自動二輪車にあっても排気ガスの浄化要求レベルは、国際的にも漸次高く設定されてきている（例えば特許文献１参照）。このため、マフラーを主要部材とする排気系装置に組み込まれる触媒装置もより大型化ないしは大径化する傾向にある。
ところでこのような触媒装置の大型化が要求された場合、四輪自動車等にあってはその搭載スペースを確保するのにそれほど困難はない。しかし一方で自動二輪車にあってはこのような大型化、大径化した触媒装置を搭載する場合、多くの制約が存在する。具体的には例えば自動二輪車のうちスクータータイプのものは、図１に示すようにシート下であって、後輪直前位置にいわゆるユニットスイング状にエンジンＥが搭載され、このエンジンＥに接続されるエキゾーストパイプ２の後段であって、後輪側傍部にマフラー本体３を設ける態様がとられている。このような基本構成の中で、まず触媒装置の大型化を図るとなると、触媒装置のスペースをマフラー本体３内に設けることが難しく、エキゾーストパイプ２とマフラー本体３との間に別途大径の触媒パイプを設ける態様をとることとなる。

このような構成とした場合、触媒装置はエンジン特に強制冷却用ファンシュラウドへの熱影響を回避するため、一定の間隔例えば少なくとも１０ｍｍ程度の間隔を隔てて配置することが要求される。このことは、大径化した触媒パイプが車体外側に張り出してしまうことを意味するが、周知のとおり自動二輪車は車体をバンクさせて走路変更することから、一定のバンク角を確保する必要があり、大径の触媒装置の張り出しはこのバンク角を浅くする結果となり、走行安全の点でも好ましくない。
このようなことから、大径化した触媒パイプを適用した場合であってもバンク角を充分に確保できる手法の開発が求められてきた。もちろんマフラー本体等の構造を含めてバンク角を充分に確保するための形状については、特にスポーツ指向の強い自動二輪車では種々提案されているが、大径化した触媒パイプの搭載において製造コスト等を含めて合理的に考慮した態様ないしは手法は未だ提案されていない。

特開２０１３−１０８３７６号公報

本発明はこのような背景を考慮してなされたものであって、自動二輪車における排ガス規制強化に伴う排気系部品である触媒パイプに関し、それ自体の構造及びその製造方法並びにこれを用いた排気系マフラー装置についての新規な技術を開発することを課題としたものである。

まず請求項１記載の触媒パイプは、
エキゾーストパイプとマフラー本体との間に設けられる触媒パイプであって、
このものは適宜の長さ寸法を有する管本体と、この内部に設けられるハニカム状の触媒エレメントとを具え、
更に長さ方向の一部または全部の長さ範囲には、自動二輪車への取付状態において外側下方となる部位に少なくともパイプ断面方向に見て細身となる回避変形部を具えていることを特徴としてなるものである。

また請求項２記載の触媒パイプは、前記請求項１記載の要件に加え、
前記管本体は、排気ガス流れ方向の上流側から下流側に順次、エキゾーストパイプを接続させる拡散テーパー部、直管胴部、回避変形部を形成しているものであり、回避変形部は直管胴部の下流側の管本体が断面楕円形ないしは長円形に形成されていることを特徴として成るものである。

更にまた請求項３記載の触媒パイプは、前記請求項２記載の要件に加え、
前記直管胴部と回避変形部との間には曲げ部と徐変部とが設けられており、前記触媒エレメントは、直管胴部から回避変形部にわたって、その内部形状の変化に伴った外周形状を具えていることを特徴として成るものである。

更にまた請求項４記載の触媒パイプは、前記請求項１から３のいずれか１項記載の要件に加え、
前記触媒エレメントと管本体とは非固着状態に組み合わされていることを特徴として成るものである。

更にまた請求項５記載の触媒パイプの製造方法は、
ブランク供給工程で、所定形状の平板状ブランクから成る始発ワークを用意し、
次いでこの始発ワークをＵベンド工程で上下金型により断面視Ｕ字状に折り曲げてＵ曲げワークを形成し、
次いでエレメント組込工程でＵベンドされたＵ曲げワークの内側に触媒エレメントを組み込み、
次いでＯベンド工程で、上下金型により上方が開放しているＵ曲げワークの上方を突き合わせるように塑性変形させてワークを管状断面のＯ曲げワークに形成し、
更にこのＯベンド工程と同時または後工程において、管本体に曲げ部を形成するとともに、曲げ部に連なるように回避変形部を外周面のみを規制する金型により塑性変形させて現出させ、且つその内部形状に合わせ、触媒エレメントを変形させるようにしたことを特徴として成るものである。

請求項６記載の自動二輪車用マフラー装置は、前記請求項１から４のいずれか１項記載の触媒パイプを、エキゾーストパイプとマフラー本体との間に設けたことを特徴として成るものである。

まず請求項１記載の発明によれば、管本体の長手方向の適宜必要な位置に回避変形部を具えており、自動二輪車用のマフラー装置の一部として適用した場合において、種々のスペース面での与条件を回避し、特に自動二輪車におけるバンク角の確保等にも寄与する。

また請求項２記載の発明によれば、特にバンク角を減少させがちになる直管胴部の下流側が断面楕円形ないしは長円形に形成されており、バンク角の確保が充分達成できる。

更にまた請求項３記載の発明によれば、直管胴部と回避変形部との間に徐変部が設けられており、これらの内部形状に応じて触媒エレメントの形状が変形しているものであり、結果的に触媒パイプ内に安定的に触媒エレメントが配置される。

更にまた請求項４記載の発明によれば、管本体と触媒エレメントとは非固着状態に組み合わされており、両者を固着させるための手法を採らないから製造コストの減少が図り得る。

更にまた請求項５記載の製造方法の発明によれば、実質的に平板状のブランク材である始発ワークをＵベンドとＯベンドとの工程により触媒パイプが形成でき、且つこのＯベンド工程で一挙に内部の触媒エレメントの形状も管本体の内部形状に沿った形状に変形させるものであり、合理的な製造手法が採り得る。

更にまた請求項６記載の発明によれば、このような合理的な触媒パイプを具えたマフラー装置を構成するものであり、マフラー装置全体としても製造コストを低廉に抑えることができる。

本発明の触媒パイプを具えた自動二輪車用マフラー装置の使用例を示す側面図である。 同上触媒パイプの側面図、並びにI-I 〜VII-VII における断面図である。 同上触媒パイプを有するマフラー装置を自動二輪車に取り付けた状態での有効な作動態様を示す背面図である。 同上触媒パイプをプレス成型する場合に用いるＵ曲げ金型を示す背面図である。 同上Ｏ曲げ金型を示す斜視図であり、各部の断面形状を併せ示すものである。 同上製造手法を順次示す説明図である。 ハニカムタイプ以外の触媒エレメントを二種示す断面図である。

本発明を実施するための形態は、以下に述べる実施例をその一つとするものであり、更にこの技術思想の中で改変される種々の形態を含むものである。

以下本発明を図示の実施例に基づいて具体的に説明する。説明にあたっては本発明に係る触媒パイプ１及びそれを組み込んだマフラー装置Ａについて説明した後、触媒パイプ１の製造手法について説明する。まず図１において本発明たる触媒パイプ１を適用したマフラー装置Ａの使用例を示すものであり、一例としてスクータータイプの自動二輪車Ｍに対しマフラー装置Ａが取り付けられている態様を示す。この自動二輪車ＭはエンジンＥをシートの下方スペースに搭載するものであり、その位置は後輪Ｒのほぼ直前位置である。これらエンジンＥと後輪Ｒとは一例として伝動装置のケーシング等を強度部材とて共用するユニットスイングタイプの形態を採る。

ここでこのような自動二輪車Ｍに対してマフラー装置Ａを取り付ける場合のいくつかの条件について説明すると、まず例えば触媒パイプ１は、その熱影響を回避するため、このものとエンジンＥ、例えば具体的にはファンシュラウドＥ１との間を例えば適宜１０ｍｍ程度開けること等の条件がある。このため結果的に触媒パイプ１は例えば図中に示すように排気ガスＧの流れ方向下流側で下方に幾分か曲げられるような形状を要求される。そしてこの部位が自動二輪車Ｍのバンク角の確保を難しくする部位となってしまうものであり、本発明は図３に示すように、このような部位に改良を加えたものである。

まず触媒パイプ１について説明する。このものはすでに述べたように充分な排気浄化機能を要求されることから大型化を余儀なくされ、自動二輪車Ｍのエキゾーストパイプ２あるいはマフラー本体３の内部にそのまま組み込むことがかなり困難である。言わば別途独立したような形態でこのものをマフラー装置Ａに組み込むこととなる。因みに、本実施例においてマフラー本体３については、本出願人の開発に係る特開２０１５−１９０３８０号に開示した偏平円盤状のものを開示した。
まず触媒パイプ１は管本体１０内に触媒エレメント１１を収納した構成を採る。管本体１０は一例として平板状のワークＷである始発ワークＷ０を出発素材とし、これを後述するようにＵベンド、Ｏベンドの各工程により塑性変形させてパイプ状に構成する。一方触媒エレメント１１は充分な排気浄化機能を求められていることから、有効作用面積を大きく採る必要があり、一定の長さにわたって比較的密な触媒素材を形成できるように、ハニカムタイプの触媒エレメント１１を適用する（図２V)参照）。

もちろん、コアピースとしての触媒エレメント１１としては、このようなハニカムタイプのものに限らず、一例として図７（ａ）に示すように、複数のヒダを有するヒダ付き管を適用することもでき、その製作にあたっては、例えば一枚の金属板材に深さの異なるヒダを複数、連続的に形成し、このヒダ付板を円柱状に丸め、隣り合うヒダが互いにほぼ外接するように（これが上記ヒダ付き管）、外筒体としての管本体１０の内周側に挿着して、触媒パイプ１を得るものである。

更にまた、触媒エレメント１１としては、これら以外にも、例えば図７（ｂ）に示すような、花びら状断面を呈するものも適用できる。このような触媒エレメント１１の製作にあたっては、例えば波板と平板とを重ね合わせた後、これを不均一な深さ（長さ）のヒダを繰り返し形成するように巻回しながら、更に外周側から押し込むようにして径寸法を縮め、管本体１０の内周側に圧入、挿着して、触媒パイプ１を得るものである。この圧入状態で各ヒダは、管本体１０の中心に必ずしも全てが一致した放射状態を呈するのではなく、また各ヒダにおいては必ずしも直線状ではなく湾曲状を成すように形成され、このような状態を「ランダム放射状」とも称する。なお、触媒エレメント１１をこのような「花びら状」もしくは「ランダム放射状」に形成することで、触媒エレメント１１は、排気ガスＧが通過する一つひとつのヒダの配置や形状等が不規則となり、これが触媒エレメント１１の目新しさや面白さ等を演出する。

まず管本体１０は、図２に断面を併せ示すように、中央に一例として断面ほぼ円形の直管胴部１２を具えるとともに、その排気ガスＧの流れ方向上流側、即ちエキゾーストパイプ２側には拡散テーパー部１３を具える一方、他端側には取付状態において一例として下方に管本体１０が向かうような一例として断面ほぼ円形の曲げ部１４が形成され、更にこれに連なる徐変部１５を介して回避変形部１６が形成されている。回避変形部１６は一例としてその断面形状を楕円ないしは長円形などに構成するものであり、自動二輪車Ｍに搭載した状態においては、楕円形ないしは長円形断面の短軸部位は自動二輪車Ｍの外側部下方に形成されている。

なお徐変部１５は曲げ部１４が直管胴部１２とほぼ同様な円形断面形状であり、その部位から徐々に回避変形部１６の断面形状に変化してゆくような部位であり、実質的に徐変部１５の最後端部は回避変形部１６の断面形状とほぼ等しい形状である。この管本体１０に対してはその後方に別体形成の絞りキャップ１７等を設け、次のマフラー本体３への接続を図る。この管本体１０内に収められる触媒エレメント１１は管本体１０の直管胴部１２から回避変形部１６に至るまでの断面形状の変化に応じて、その内部形状になじんだ形状をとり、且つ管本体１０と触媒エレメント１１とは蝋付け等の固定がされない非固定状態に組み付けられている。このような構成であっても前方においては触媒エレメント１１が拡散テーパー部１３に連なる小径部位により前方への移動が阻止される一方、後方は曲げ部１４及び徐変部１５及び回避変形部１６の形状に因みこれに押し込まれ、なじんだ形態をとる。結果的に管本体１０内で触媒エレメント１1 は固定保持されたような形態をとっている。

このような触媒パイプ１に対しその前方にエキゾーストパイプ２が設けられるものであり、これらは前記拡散テーパー部１３に対しエキゾーストパイプ２の後端が溶接ないしは適宜のジョイント部材を介して接続され、一方エキゾーストパイプ２はその前端にエンジンＥにおけるエキゾーストポートの部位に接続される取付フランジ２１を具える。一方触媒パイプ１の後方に設けられるマフラー本体３はジョイントパイプ３１を介して触媒パイプ１と接続されるものであり、ジョイントパイプ３１はマフラー本体３の排気入口３２に接続される。一方マフラー本体３に入った排気はマフラー本体３内で充分消音され、排気出口３３から排出される。
このようなマフラー装置Ａを取り付けた自動二輪車Ｍについてみると、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、触媒パイプ１は偏平断面であり、いわゆるバンク角を充分に確保できる。仮に図３（ｃ）に示すような円形断面の触媒パイプ１′の場合、この部位がバンク時に接地し易く、安全確保が充分にできない。

本発明の触媒パイプ１並びにマフラー装置Ａの構成は以上述べたような構成を採るものであり、以下図６を中心に、この触媒パイプ１の製造方法について説明する。まず触媒パイプ１の管本体１０を構成する素材となる金属板を適用したワークＷは平板状のブランクである始発ワークＷ０を出発材料とする。この始発ワークＷ０は適宜触媒パイプ１の管本体１０の形態に応じた材料取りがされており、まずＵベンド工程において断面Ｕ字型にプレス成型される。このＵベンド工程に用いる金型５は、Ｕ曲げ型５１を用いるものであり、符号５１ＡはＵ曲げ下型、５１ＢはＵ曲げ上型であり、それぞれに形成された成型凹部５１Ｒ、成型凸部５１Ｌの間に始発ワークＷ０を挟み込んで塑性変形させる。なおこのＵベンド工程では、Ｕ曲げ下型５１Ａ、Ｕ曲げ上型５１Ｂ共、直管胴部１２から曲げ部１４、徐変部１５、回避変形部１６に至る間は同じ形状のＵ字型に曲成加工する。唯一上流側前方の拡散テーパー部１３があたかもテーパー状に曲げ形成されたような形態にプレス加工される。このような工程の後、エレメント組込工程において、断面Ｕ字状に曲成加工された中間製品たるＵ曲げワークＷ１に対し、その内側に断面円形状に形成された触媒エレメント１１を装填する。

なお触媒エレメント１１は、その排ガス浄化機能を充分発揮させるため、直管胴部１２から更にその後方の回避変形部１６の端面近くまでの長さを具えている。このような中間製品たるＵ曲げワークＷ１を次のＯベンド工程において、断面円形のＯ曲げワークＷ２として構成する。なおこのとき、Ｏベンド工程では単に直管胴部１２を円環状に構成するだけではなく、曲げ部１４、徐変部１５、回避変形部１６の形態に応じたＯ曲げ型５２を適用することにより、この形状を一挙に形成する。しかもすでに触媒エレメント１１が装填されていることから、この内部には芯金となるマンドレルを装填し得ないからＯ曲げ下型５２ＡとＯ曲げ上型５２Ｂとの双方の作用で、Ｏ曲げ並びに曲げ部１４の形成、徐変部１５、回避変形部１６の形成を一挙に行う。

このため、Ｏ曲げ下型５２Ａにあっては管本体１０における直管胴部１２に続いて、曲げ部１４、徐変部１５、回避変形部１６を形成できるように直管胴部受けゾーンＺＡ１から曲げ部受けゾーンＺＡ２、徐変部受けゾーンＺＡ３、回避変形部受けゾーンＺＡ４を形成した成型凹部５２Ｒを具えている。一方、Ｏ曲げ上型５２Ｂについてみると、これに対応して直管胴部形成ゾーンＺＢ１から曲げ部形成ゾーンＺＢ２、徐変部形成ゾーンＺＢ３、回避変形部受けゾーンＺＢ４を形成した成型凹部５２Ｒを具えている。即ちＯ曲げ下型５２ＡとＯ曲げ上型５２Ｂとが接触した場合、その内部に形成されるスペースの形態は完成状態の触媒パイプ１の形態と相似した形態である。なお芯金がない状態であってもすでにＵベンド加工がされている素材自体はＯ曲げ上型５２Ｂの上部円孔断面に従って案内されてゆき、管状にワークＷを塑性変形させ、Ｏ曲げワークＷ２とすることができる。

このような工程に伴い、すでに収容されている触媒エレメント１１は、曲げ部１４、徐変部１５、回避変形部１６の形状に沿って外周側が一部押し込まれるような形態となり、それになじんだ形状を採る。因みに周知のとおり周長が同じ素材の場合、最も断面積が大きく確保できるのは円形であり、長円形ないしは楕円形になるほどその断面積は減少する。本発明で言えば、回避変形部１６が言わば円形断面を横から押し潰したような楕円形ないしは長円形であるから当然ながら断面積は減少する。このようにしたときには例えば排気流速についてみると、回避変形部１６の部位で狭められることにより流速が増し、排気流速の増加あるいは背圧の発生が期待できる。この点で単に排気浄化に留まらず、排気流速の変動に伴う排気効率の向上を図ることができ、ひいてはエンジン性能の向上を図ることができる。

本発明は以上述べたような形態を採るものであり、触媒パイプ１の構成素材を板状金属素材を出発素材として用い、且つ塑性変形を行わせるプレス加工はＵベンド工程とＯベンド工程の２工程であり、極めてシンプルな製造工程により製造される。結果的に低コストでの装置形成が可能となる。なお本発明の実施例では自動二輪車Ｍの一例としてスクータータイプの自動二輪車によってそのメリットを説明したが、少なくとも車体をバンクさせて走路変更を要求されるトライシクルタイプの車両等にも適用できることは言うまでもない。
また回避変形部１６については、自動二輪車のバンク角確保の目的を主として説明したが、車体側の諸機材、即ちエンジンＥや、センタースタンド等の他の部材との接触回避の目的で形成することももとより差し支えない。

１ 触媒パイプ
１０ 管本体
１１ 触媒エレメント
１２ 直管胴部
１３ 拡散テーパー部
１４ 曲げ部
１５ 徐変部
１６ 回避変形部
１７ 絞りキャップ
２ エキゾーストパイプ
２１ 取付フランジ
３ マフラー本体
３１ ジョイントパイプ
３２ 排気入口
３３ 排気出口
５ 金型
５１ Ｕ曲げ型
５１Ａ Ｕ曲げ下型
５１Ｂ Ｕ曲げ上型
５１Ｒ 成型凹部
５１Ｌ 成型凸部
５２ Ｏ曲げ型
５２Ａ Ｏ曲げ下型
５２Ｂ Ｏ曲げ上型
５２Ｒ 成型凹部
ＺＡ１ 直管胴受けゾーン
ＺＡ２ 曲げ部受けゾーン
ＺＡ３ 徐変部受けゾーン
ＺＡ４ 回避変形部受けゾーン
ＺＢ１ 直管胴形成ゾーン
ＺＢ２ 曲げ部形成ゾーン
ＺＢ３ 徐変部形成ゾーン
ＺＢ４ 回避変形部形成ゾーン
Ａ マフラー装置
Ｅ エンジン
Ｅ１ ファンシュラウド
Ｍ 自動二輪車
Ｒ 後輪
Ｗ ワーク
Ｗ０ 始発ワーク
Ｗ１ Ｕ曲げワーク
Ｗ２ Ｏ曲げワーク

Claims (6)

1. エキゾーストパイプとマフラー本体との間に設けられる触媒パイプであって、
   この触媒パイプは、適宜の長さ寸法を有する管本体と、この内部に設けられるハニカム状の触媒エレメントとを具え、
   更に長さ方向の一部または全部の長さ範囲には、自動二輪車への取付状態において外側下方となる部位に少なくともパイプ断面方向に見て細身となる回避変形部を具えていることを特徴とする触媒パイプ。
   
2. 前記管本体は、排気ガス流れ方向の上流側から下流側に順次、エキゾーストパイプを接続させる拡散テーパー部、直管胴部、回避変形部を形成しているものであり、回避変形部は直管胴部の下流側の管本体が断面楕円形ないしは長円形に形成されていることを特徴とする請求項１記載の触媒パイプ。
   
3. 前記直管胴部と回避変形部との間には曲げ部と徐変部とが設けられており、前記触媒エレメントは、直管胴部から回避変形部にわたって、その内部形状の変化に伴った外周形状を具えていることを特徴とする請求項２記載の触媒パイプ。
   
4. 前記触媒エレメントと管本体とは非固着状態に組み合わされていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の触媒パイプ。
   
5. ブランク供給工程で、所定形状の平板状ブランクから成る始発ワークを用意し、
   次いでこの始発ワークをＵベンド工程で上下金型により断面視Ｕ字状に折り曲げてＵ曲げワークを形成し、
   次いでエレメント組込工程でＵベンドされたＵ曲げワークの内側に触媒エレメントを組み込み、
   次いでＯベンド工程で、上下金型により上方が開放しているＵ曲げワークの上方を突き合わせるように塑性変形させてワークを管状断面のＯ曲げワークに形成し、
   更にこのＯベンド工程と同時または後工程において、管本体に曲げ部を形成するとともに、曲げ部に連なるように回避変形部を外周面のみを規制する金型により塑性変形させて現出させ、且つその内部形状に合わせ、触媒エレメントを変形させるようにしたことを特徴とする触媒パイプの製造方法。
   
6. 前記請求項１から４のいずれか１項記載の触媒パイプを、エキゾーストパイプとマフラー本体との間に設けたことを特徴とする自動二輪車用マフラー装置。

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