JP4455962B2 - 自動二輪車の排気装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動二輪車に搭載されてエンジンからの排気ガスを浄化して排出する排気装置に関するものである。

従来、自動二輪車のエンジンから排出される排気ガスは、排気通路に設けた触媒コンバータを用いて浄化したのちに排出されている。この浄化システムでは、排気ガスが排気通路の通過中に温度が若干低下した状態で触媒コンバータに導入されることになるので、エンジンがコールドスタートした直後には、触媒が活性化して酸化反応を起こすまでに時間を要し、十分な浄化機能を発揮しない場合がある。そこで、エンジンのコールドスタート直後に直ちに触媒を活性化して酸化反応を起こさせることを目的として、排気通路における上流側に触媒コンバータを装着した排気ガス浄化装置が提案されている（特許文献１）。
特開２００３−３０７１２６号公報

しかし、排気通路の上流側に触媒コンバータを配置すると、複数気筒エンジンでは複数の排気管のそれぞれに触媒コンバータを内蔵させることになり、構造の複雑化と高コストを招く。例えば４気筒エンジンの場合、排気管は２本ずつ集合され、４本から２本へ、２本から１本へと段階を経て集合される。このような集合形態において、触媒コンバータを比較的上流である２本の区域に配置すると、触媒コンバータが２つ必要になり、これら２つの触媒コンバータがエンジン下部のオイルパンの下部に位置することになる。２つの触媒コンバータは、前後にずらせて配置すると気筒間の出力アンバランスが生じるので、これを避けるために左右に並べて配置される。その結果、配置スペースの横幅が大きくなって、オイルパンの容量を圧迫する。

同じ触媒コンバータの位置で排気管を１本に集合して、触媒コンバータを１つにすると、構造の複雑化、高コストおよびオイルパンの容量圧迫は解消されるが、排気管２本の区域が触媒コンバータの上流側で終了して短くなるため、エンジンの出力特性が変化する。特に中速域の出力が低下する。

本発明は前記従来の問題に鑑みてなされたもので、触媒コンバータの数を減らして構造の簡略化およびコスト低下を図り、かつ触媒コンバータを適所に配置できてエンジン特性を所望に設定できる、自動二輪車の排気装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係る自動二輪車の排気装置は、４気筒エンジンに接続された４本の排気導出管と、各２本の前記排気導出管の下流端部に１つずつ連結された２つの中間排気管と、前記２つの中間排気管の下流端部に連結された単一の集合排気管とを備え、前記集合排気管内に、前記触媒コンバータが配置され、前記触媒コンバータの上流端の２つの領域に２つの排気通路上流部のそれぞれが連通し、前記触媒コンバータは、排気ガスの流れ方向に沿って延び、前記２つの中間排気管からの排気ガスを互いに混じることなく通過させる隔壁を有している。

前記構成によれば、触媒コンバータが有する隔壁により２つの排気通路上流部からの排気ガスを互いに混じることなく通過させるから、前記２つの排気通路上流部が実質的に触媒コンバータ内にまで延長されることになる。したがって、触媒コンバータを排気通路におけるエンジンに近い上流寄りに配置し、エンジンのコールドスタート直後に直ちに触媒を活性化して排気ガスを浄化でき、かつ、前記２つの排気通路上流部の長さを実質的に長くして、エンジン特性を所望に設定できる。また、複数の排気通路上流部に対して一つの触媒コンバータを設ければよいので、触媒コンバータの数を減らすことができるから、構造の簡略化とコスト低下が実現される。
また、４気筒エンジンの４本から２本へ、２本から１本へ段階的に集合される排気通路を備えた排気装置において、前記触媒コンバータの隔壁により、２本の排気通路を実質的に延長することができるから、エンジンの中速域でエンジン出力が向上する。

本発明の好ましい実施形態では、前記集合排気管は、断面半円形状の両側部から耳部を突設させてなる一対の半円形プレートが、前記耳部同士で重合された構造である。
本発明の好ましい実施形態では、前記触媒コンバータの上流側または下流側の少なくとも一方に、排気通路を形成する排気管体の内部に設けられて排気ガスの流れ方向に沿って延び、排気通路を複数に区画する仕切り板を設けている。この構成によれば、仕切り板によって、前記排気通路上流部または排気通路下流部の長さを容易に調整することができる。

本発明の好ましい実施形態では、前記中間排気管の下流端が前記触媒コンバータの上流端の直前まで延長されている。

本発明の自動二輪車の排気装置によれば、触媒コンバータが有する隔壁により、複数の排気通路上流部が実質的に触媒コンバータ内にまで延長されることになるから、触媒コンバータを排気通路におけるエンジンに近い上流寄りに配置して浄化機能を高めながら、複数の排気通路上流部の長さを実質的に長くして、エンジン特性を所望に設定できる。また、複数の排気通路上流部に対して一つの触媒コンバータを設ければよいので、構造の簡略化とコスト低下が実現される。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る排気装置を備えた自動二輪車を示す側面図である。この自動二輪車は、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の下端部に前輪４が支持されている。また、フロントフォーク２の上端部を支持するアッパブラケット８にはハンドル９が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１０が形成され、このスイングアームブラケット１０に、左右一対のスイングアーム１１の前端がピポット軸１２を介して上下揺動自在に支持されている。このスイングアーム１１の後端には後輪１３が支持されている。メインフレーム１の後部に連結されたシートレール１４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とスイングアーム１１との間に後輪１３の緩衝装置１７が取り付けられている。前記メインフレームの中央下部にはエンジンＥが支持され、このエンジンＥからチェーン１８を介して後輪１３を駆動するようになっている。

前記シートレール１４にはライダー用シート１９と同乗者用シート２０が支持されている。前記メインフレーム１の上部、つまり車体上部で、前記ハンドル９とライダー用シート１９との間には燃料タンク２１が取り付けられている。また、車体前部には、前記ハンドル９の前方から車体前部の側方にかけての部分を覆う樹脂製のカウリング２２が装着されており、このカウリング２２の後方部分はエンジンＥの側部と下部とを覆っている。

前記エンジンＥは、この例では４気筒４サイクルエンジンであり、クランクケース２４、シリンダ２７、シリンダヘッド２８、シリンダヘッドカバー２９およびオイルパン３０を有するエンジン本体２３と、変速機３１とを備えている。排気装置は、前記シリンダヘッド２８に各々の前端が接続されて排気ガスＧをエンジンＥの前方から下方に導く４本の排気導出管３２と、この各２本の排気導出管３２の後端を集合する中間排気管３４と、この中間排気管３４の下流端部に連結された単一の集合排気管３８とを備えている。さらに、この集合排気管３８の下流端部とマフラー３３とが接続管３９によって連結されている。排気管体であるこれら排気導出管３２、中間排気管３４、集合排気管３８および接続管３９と、マフラー３３とが、排気通路３７を形成している。集合排気管３８には、後述する触媒コンバータ４３が設けられている。

図２は、図１の排気装置を一部破断して示した平面図である。４気筒エンジンにおいて、各気筒ごとに設けられた４本の排気導出管３２が、２本ずつ集合されて、４本から２本へ、２本から１本へと段階を経て集合される。こうして、排気通路３７は、上流側から、４本の区域４Ｐおよび２本の区域２Ｐを経て、１本の区域１Ｐへと連なる。すなわち、４本の排気管３２は、各２本の排気導出管３２の下流端部に１つずつ連結された２つの中間排気管３４の分岐排気管部３４ａおよび合流排気管部３４ｂによって２本に集合され、さらに、前記２つの中間排気管３４の下流部に連結された単一の集合排気管３８によって１本に集合されている。本実施形態のような４気筒エンジンの場合、２本の区域２Ｐを長くとることにより、エンジンの中速域においてエンジン出力が向上する。

図３（ａ）は、図１の排気装置の要部を一部破断して示した拡大平面図である。排気通路３７を形成する排気管体である集合排気管３８内に、触媒コンバータ４３が収納され、その前後に排気通路３７を２つの互いに平行な通路部分に区画する仕切り板５１，５２によって仕切られた２つの触媒導入通路３８ａ，３８ａおよび２つの触媒導出通路３８ｂ，３８ｂが形成されている。仕切り板５１，５２は排気ガスＧの流れ方向に沿って延びており、仕切り板５１の両側に触媒導入通路３８ａ，３８ａを、仕切り板５２の両側に触媒導出通路３８ｂ，３８ｂを、それぞれ形成している。触媒コンバータ４３は、その本体の外周にケース４３ａが装着されており、このケース４３ａの外周面に固定された溶接プレートからなるブラケット４６を介して、集合排気管３８の内壁面に溶接により取り付けられている。こうして、排気導出管３２、中間排気管３４および集合排気管３８の前半部によって、触媒コンバータ４３の上流端に連通する排気通路上流部３７ａが形成され、集合排気管３８の後半部、接続管３９およびマフラー３３によって、触媒コンバータ４３の下流端に連通する排気通路下流部３７ｂが形成されている。集合排気管３８は、いわゆる「もなか構造」を採用している。すなわち、図３（ｂ）に示すように、断面半円形状の両側部から耳部４０ａ，４０ｂが一体に突設された一対の半円形プレート４０Ａ，４０Ｂを備え、両プレート４０Ａ，４０Ｂにより形成されている内方空間に触媒コンバータ４３が配置されている。さらに、触媒コンバータ４３のケース４３ａの外周には後述するステンレスウールまたは耐水性ガラスウールからなるシール部材４７を詰め込んだ状態で、各々の耳部４０ａ，４０ｂ同士を重ね合わせて、外部から溶接により結合され、集合排気管３８が形成されている。

触媒コンバータ４３におけるケース４３ａの内側の本体は、多数の目を周方向と径方向に並べて形成したハニカム構造であり、セラミック製の環状の平板と環状の波板とを同心状に交互に重ねて多数の目を形成した、横断面円形のハニカム構造体である。横断面形状は楕円形としてもよい。平板および波板に白金およびロジウムなどの触媒４３ｂを焼成して担持させている。この触媒コンバータ４３は、円柱状のハニカム構造の軸方向、つまり目の方向を排気ガスＧの流動方向に合致させて配置されている。前記平板及び波板における仕切り板５１の下流に対応する部分が、排気ガスＧの流れ方向に沿って延び、２つの触媒導入通路３８ａ，３８ａからの排気ガスＧを互いに混じることなく通過させる隔壁４３ｃの役割を果たす。

２つの触媒導入通路３８ａ，３８ａの下流端は仕切り板５１によって互いに分離しており、触媒コンバータ４３の上流端である前面の、隔壁４３ｃで区分された相異なる２つの領域Ｓ１，Ｓ２に連通している。触媒導出通路３８ｂ，３８ｂの上流端も仕切り板５２によって互いに分離されており、触媒コンバータ４３の下流端である後面の、隔壁４３ｃで区分された図３（ｃ）に示す相異なる２つの領域Ｓ３，Ｓ４に連通している。図３（ｂ），（ｃ）のように、仕切り板５１，５２の径方向の中央部は波形に曲げられた曲げ部となっている。これは、仕切り板５１，５２を真直な平板状とした場合、径方向中央部に熱膨張に起因する曲がりによる応力が集中するので、これを前記波形の曲げ部によって防止している。また、仕切り板５１，５２に曲げ部があることで熱膨張による歪みが発生しても、温度が下がれば元の状態に復帰することができる。集合排気管３８および仕切り板５１，５２はステンレス製、触媒コンバータ４３はクロム合金製（例えば、２０Ｃｒ−５Ａｌ）またはセラミック製である。そこで、両者の熱膨張差を考慮して、図３（ａ）に示す仕切り板５１，５２と触媒コンバータ４３との間は若干の隙間６０，６０を開けて配置されている。例えば、直径７０ｍｍ、長さ６０ｍｍの触媒コンバータ４３に対して、隙間６０は、２５０℃で３ｍｍ以下である。これによっても運転状態では隙間６０が小さくなるので、２つの触媒導入通路３８ａ，３８ａの下流端同士、および触媒導出通路３８ｂ，３８ｂの上流端部同士は、互いの連通が抑制される。

さらに、図３（ａ）に示す触媒コンバータ４３のケース４３ａの上端部と、排気通路３７の一部を形成する集合排気管３８の内壁面の隙間に、ステンレスウールまたは耐水性ガラスウールなどからなる環状のシール部材４７が嵌め込まれている。このシール部材４７により、複数の触媒導入通路３８ａ，３８ａ同士がケース４３ａの外側で連通するのを阻止している。なお、触媒コンバータ４３は、ケース４３ａを有しないで、本体の外周部がケースを兼ねることもあり、その場合、シール部材４７は、触媒コンバータ４３の本体の外周面に直接嵌め込まれる。他方、ケース４３ａの下流端部の外周に取り付けられたブラケット４６により、複数の触媒導出通路３８ｂ，３８ｂ同士がケース４３ａの外側で連通するのが抑制されている。よって、触媒コンバータ４３の位置がエンジンＥに近い上流寄りであるにもかかわらず、排気通路３７の２本の区域２Ｐが中間排気管３４から集合排気管３８の仕切り板５１および触媒コンバータ４３を経て仕切り板５２の下流端まで延びて形成されるので、エンジンの中速域におけるエンジン出力を向上させることができる。

図４にエンジン回転数とエンジン出力との関係を示す。図３の集合排気管３８内の触媒コンバータ４３の上・下流側に排気通路３７の軸心に沿った長さが８０ｍｍの上流側仕切り板５１、および同長さが６０ｍｍの下流側仕切り板５２を設けた第１実施形態の場合Ａと、設けなかった場合Ｂとを比較すると、図４から、前者Ａの場合に、エンジンの中速域においてエンジン出力が向上することがわかる。これは後者Ｂの場合には、図２の排気通路３７の２本の区域２Ｐが中間排気管３４の下流端で終端して短くなるからである。

また、本実施形態では、図２の触媒コンバータ４３が排気通路３７におけるエンジンＥに近い上流寄りに配置されているから、エンジンＥのコールドスタート直後に直ちに触媒を活性化して排気ガスＧを浄化できる。さらに、複数の触媒導入通路３８ａに対して一つの触媒コンバータ４３を設ければよいので、触媒コンバータ４３の数を減らすことができ、構造の簡略化とコスト低下が実現される。

さらに、本実施形態では、触媒コンバータ４３の上下流側両方に仕切り板５１，５２を設けたが、エンジン性能に応じて下流側の仕切り板５２を省略し、排気通路下流部３８ｂを１つの通路として２つの排気通路部分が触媒コンバータ４３の下流端で終端するよう短くしてもよい。

本実施形態では、触媒コンバータ４３をハニカム構造としたが、この他に、図５（ａ），（ｂ）に示す第２実施形態のように、多数の小孔４３ｅを開けたステンレス製のパンチングプレートからなる円筒状の構造を用いることもできる。パンチングプレートからなる筒体４３ｆの表面全体に白金およびロジウムなどの触媒４３ｂを担持させる。筒体４３ｆの内方に、図５（ｂ）に示すように、隔壁４３ｇが、溶接によって取り付けられている。

つぎに、本発明の第３実施形態に係る排気装置について説明する。図６（ａ），（ｂ）は第３実施形態に係る排気装置の要部の一部破断して示した拡大平面図および拡大側面図である。本実施形態では、触媒コンバータ４３の上流側の仕切り板５１がなく、中間排気管３４の下流端が触媒コンバータ４３の直前まで延長されている。また、中間排気管３４はステンレス製、ハニカム構造の触媒コンバータ４３はセラミック製であるから、第１実施形態の場合と同様に、両者の熱膨張差を考慮して、中間排気管３４の下流端と触媒コンバータ４３の上流端との間、および触媒コンバータ４３の下流端と仕切り板５２の上流端との間に、若干の隙間６０，６０が設けられている。このように、２つの触媒導入通路３８ａ，３８ａからの排気ガスＧが隔壁４３ｃにより、触媒コンバータ４３内においても互いに混じることなく通過するから、実質的に排気通路３７における２本の区域２Ｐを、触媒コンバータ４３を越えて、仕切り板５２の下流端まで延長させることができる。

なお、本実施形態において、エンジン性能に応じて触媒コンバータ４３の下流側の仕切り板５２を省略し、触媒導出通路３８ｂを１つの通路として、排気通路３７の２本の区域２Ｐが触媒コンバータ４３の下流端で終端するよう短くしてもよい。

本発明の第４実施形態にかかる排気装置について説明する。図７に示すように、触媒コンバータ４３のケース４３ａの上流端部および下流端部と、排気通路３７の一部を形成する集合排気管３８の内壁面の隙間に、ステンレスウールまたは耐水性ガラスウールなどからなる環状のシール部材４７，４７が詰め込まれている。このシール部材４７，４７により、複数の触媒導入通路３８ａ，３８ａ同士および複数の触媒導出通路３８ｂ，３８ｂ同士がケース４３ａの外側で連通するのを効果的に阻止している。これにより、排気通路３７の２本の区域２Ｐを仕切り板５２の下流端まで実質的に延長し、エンジンの中速域におけるエンジン出力を向上することができる。

図８に、第４実施形態に係る排気装置のエンジン回転数とエンジン出力との関係を示す。図７のケース４３ｃの上下流端部と排気通路３７の内壁面との間に２つのシール部材４７，４７を設けた場合Ｃと設けなかった場合Ｄとを比較すると、図８から、前者Ｃの場合、後者Ｄの場合よりもエンジンの中速域においてエンジン出力が向上することがわかる。

また、各実施形態において、触媒コンバータ４３を単一の集合排気管３８内に一つ設けたが、触媒コンバータ４３を集合排気管３８よりも上流でエンジンに近い２つの中間排気管３４に１つずつ設けてもよい。４本を１つに集合する集合部分に触媒コンバータ４３を配置し、触媒コンバータ４３の上流側および下流側に、排気通路を２本に区画する仕切り板５２を設けることにより、４本から２本へと集合させることもできる。

本発明の第１実施形態に係る排気装置を備えた自動二輪車を示す側面図である。 図１の排気装置を一部破断して示した平面図である。 （ａ）は図１の排気装置の要部の一部破断して示した拡大平面図、（ｂ）は（ａ）のII-II 線に沿った断面図、（ｃ）は（ａ）のIII-III 線に沿った断面図である。 本発明の第１実施形態に係る排気装置のエンジン回転数とエンジン出力との関係を示す図である。 （ａ）は本発明の第２実施形態に係る排気装置を一部破断して示した平面図、（ｂ）は（ａ）のIV-IV 線に沿った断面図である。 （ａ）は本発明の第３実施形態に係る排気装置の要部の一部破断して示した拡大平面図、（ｂ）は同排気装置の要部の一部を破断して示した拡大側面図である。 本発明の第４実施形態に係る排気装置の要部の一部破断して示した拡大平面図である。 本発明の第４実施形態に係る排気装置のエンジン回転数とエンジン出力との関係を示す図である。

符号の説明

３２ 排気導出管
３７ 排気通路
３７ａ 排気通路上流部
３７ｂ 排気通路下流部
３８ 集合排気管（排気管体）
４３ 触媒コンバータ
４３ｃ，４３ｇ 隔壁
Ｅ エンジン
Ｇ 排気ガス

Claims (4)

1. ４気筒エンジンに接続された４本の排気導出管と、
   各２本の前記排気導出管の下流端部に１つずつ連結された２つの中間排気管と、
   前記２つの中間排気管の下流端部に連結された単一の集合排気管と、を備え、
   前記集合排気管内に、前記触媒コンバータが配置され、
   前記触媒コンバータの上流端の２つの領域に２つの排気通路上流部のそれぞれが連通し、
   前記触媒コンバータは、排気ガスの流れ方向に沿って延び、前記２つの中間排気管からの排気ガスを互いに混じることなく通過させる隔壁を有している自動二輪車の排気装置。
2. 請求項１において、
   前記集合排気管は、断面半円形状の両側部から耳部を突設させてなる一対の半円形プレートが、前記耳部同士で重合された構造である自動二輪車の排気装置。
3. 請求項１において、
   前記触媒コンバータの上流側または下流側の少なくとも一方に、排気通路を形成する排気管体の内部に設けられて排気ガスの流れ方向に沿って延び、排気通路を複数に区画する仕切り板を設けている自動二輪車の排気装置。
4. 請求項１において、
   前記中間排気管の下流端が前記触媒コンバータの上流端の直前まで延長されている自動二輪車の排気装置。

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