JP4921137B2

JP4921137B2 - エンジンの２次空気供給装置とこれを備えた自動二輪車

Info

Publication number: JP4921137B2
Application number: JP2006329685A
Authority: JP
Inventors: 惠岩切
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2006-12-06
Filing date: 2006-12-06
Publication date: 2012-04-25
Anticipated expiration: 2026-12-06
Also published as: JP2008144606A

Description

本発明は、車両に搭載されるエンジンの２次空気供給装置とこれを備えた自動二輪車に関する。

従来、自動二輪車に搭載されるエンジンには、排気通路に２次空気を供給して、下流の触媒による排気ガスの浄化を促進する２次空気供給装置が取り付けられたものがある。この２次空気供給装置は、例えば、エアクリーナからの空気の一部を２次空気として利用するもので、エアクリーナの２次空気取出口とエンジンの排気通路の２次空気取入口との間が２次空気供給管で接続され、この２次空気供給管に設けられてエンジンの吸気通路の排気脈動により作動するポンプにより、２次空気を排気通路に送給している（特許文献１参照）。

この２次空気供給装置では、エンジンの吸気通路の排気脈動によりポンプが作動して、エアクリーナから取り出した清浄な２次空気を間欠的にエンジンの排気通路に供給し、排気ガス中のＣＯやＨＣを再燃焼させて排気ガスを浄化する。
第２８６８４６８号

ところが、前記２次空気供給装置の場合、エアクリーナの２次空気取出口からエンジンの排気通路の２次空気取入口までの間を接続する２次空気供給管が長尺となるので、２次空気供給管内を流れる２次空気に大きな通路抵抗が作用し、２次空気吸気吸引力のロスにより、排気ガスの十分な浄化に必要な量の２次空気を排気通路に供給することが難しい。そこで、例えば２次空気供給管の内径を大きくする方法も考えられるが、車体での設置スペース上好ましくない。また、吸気通路の排気脈動により動作するポンプが、吸引動作時に一気に吸い込むのに十分な量の２次空気を貯留する空気タンクを２次空気供給管の中途に設けることも考えられるが、その場合、空気タンクが容量５００ｃｃ以上の大形となるので、特に自動二輪車では設置スペースが少なく、設置が難しい。

そこで、本発明は、設置スペースを大きくすることなく、排気ガスの浄化に必要な量の２次空気を確保することができるエンジンの２次空気供給装置とこれを備えた自動二輪車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、本発明にかかるエンジンの２次空気供給装置は、車両のエンジンの排気通路に２次空気を供給する装置であって、前記２次空気の供給通路の少なくとも一部が車体のメインフレームの構成部分の内部空間により形成され、前記メインフレームの構成部分は、前端部にヘッドパイプが接続されたメインパイプであり、前記メインパイプの後端に設けられた２次空気の取入口に、空気浄化用のフィルタが配置され、前記メインパイプの後端がエアクリーナに近接して隙間を持って対向し、この隙間から外気が前記２次空気として取り込まれる。

この構成によれば、元々車体の骨組みとなるメインフレームの構成部分が２次空気の供給通路の少なくとも一部としてそのまま有効利用されるので、設置スペースを圧迫することがなく、しかも、装置の構造の簡素化と部品点数の削減が図れる。また、メインフレームは、通常、大きな内径を有するものであるから、２次空気の供給に必要な十分な貯留量を確保することができるとともに、吸気消音効果も得ることができる。特に、メインパイプは、その内部空間である中空部の容量が大きいので、２次空気の十分な貯留量を確保できるとともに、中空部の内径が大きいので、２次空気の通路抵抗が少なくなる。その結果、エンジンの排気通路に２次空気を効率的に供給できるとともに、大きな吸気消音効果が得られる。さらに、メインパイプの後端に設けられた２次空気の取入口から取り入れられる２次空気中、つまり、外気中に含まれる粉塵や異物が空気浄化用のフィルタにより取り除かれるので、清浄な２次空気としてエンジンの排気通路へ供給することができる。

さらに、前記２次空気の供給通路に、エンジンの吸気通路の脈動圧力により駆動されて２次空気を送給する２次空気ポンプを設けるのが好ましい。エンジンの吸気通路の脈動圧力を利用するので、２次空気ポンプとして、ダイヤフラムとリード弁を組み合わせた小形で簡単な構造の弁装置を使用できる。

本発明によれば、元々車体の骨組みとなるメインフレームの構成部分が２次空気の供給通路の少なくとも一部としてそのまま有効利用されるので、設置スペースを圧迫することがなく、しかも、装置の構造の簡素化と部品点数の削減が図れる。また、メインフレームは、通常、大きな内径を有するものであるから、２次空気の十分な供給に必要な貯留量を確保することができるとともに、吸気消音効果も得ることができる。

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。図１は、本発明の一実施形態にかかる４サイクル単気筒エンジンの２次空気供給装置を備えた自動二輪車の要部を示す側面図である。同図において、車体フレームＦＲはいわゆるクレードル型であって、車体フレームＦＲの前半部であるメインフレーム１が１本の円筒状のほぼ真直なパイプからなるメインパイプ２、メインパイプ２の前端部に連なる１本のダウンチューブ３、メインパイプ２の後端部近傍から下方に延びる左右１対のリヤパイプ４、およびダウンチューブ３とリヤパイプ４の下端部同士を連結する左右１対のロワチューブ５を有する。メインパイプ２の前端部にヘッドパイプ７が接続され、このヘッドパイプ７の上下側に、ヘッドパイプ７内に挿通したステアリング軸（図示せず）に固定されたアッパブラケット８とロワブラケット９が配置され、これら両ブラケット８，９によりフロントフォーク５が支持され、アッパブラケット８にハンドル１０が取り付けられている。

メインフレーム１の後部を構成するリヤパイプ４には、後輪（図示せず）を支持するスイングアーム（図示せず）の前端部が、ピボット軸１２を介して上下揺動自在に軸支されている。前記メインパイプ２の後端にはシートレール１５が連結され、リヤパイプ４にはシートレール１５を補強するためのサポートチューブ１６が連結されており、これらシートレール１５とサポートチューブ１６により、車体フレームＦＲの後半部であるリアフレーム１７が構成されている。

メインパイプ２の下方において、メインフレーム１にエンジンＥが取り付けられている。エンジンＥの吸気系は、リアフレーム１７に支持されたエアクリーナ２１、このエアクリーナ２１にフレキシブルな吸気ダクト２２を介して接続された燃料供給装置であるキャブレタ２３、およびキャブレタ２３とシリンダヘッド１８の間に介装されたスロットルボデイ２４を有している。前記燃料供給装置としては、キャブレタ２３のほか、燃料噴射弁を用いてもよい。

エンジンＥのシリンダヘッド１８における排気通路１９には、２次空気供給装置３０によって２次空気ａが供給される。２次空気ａの供給通路Ｐの一部である上流側部分Ｐ１が、車体のメインパイプ２の内部空間（中空部）を利用して形成されている。このメインパイプ２は、その後端２ａが開口して、２次空気ａの取入口Ｐ２となっており、この取入口Ｐ２に空気浄化用のフィルタ３２が装填されている。

フィルタ３２を配置する位置は、取入口Ｐ２に限られるものではなく、供給通路Ｐの中途のいずれの場所、特にメインパイプ２のいずれの場所としてもよい。例えば、メインパイプ２の中間部に、二点鎖線で示すようにフィルタ３２Ａを配置することもできる。その場合、フィルタ３２Ａを収納するメインパイプ２の周壁の一部分を開閉可能とすることにより、フィルタ３２Ａの点検や交換を容易化できる。また、２次空気ａの取入口Ｐ２は、メインパイプ２の後端２ａの開口に限られるものではなく、メインパイプ２の長手方向中間部に横孔をあけて、その横孔を取入口としてもよい。

メインパイプ２の前端寄りの下部に取付孔３５を設け、この取付孔３５に２次空気ａの供給通路Ｐの中間部Ｐ３となるフレキシブルな中間チューブ３６の一端が、ニップル３７を介して接続されている。ニップル３７の空気入口となる先端部（上端部）はメインパイプ２の中心軸付近まで延びており、これによって、メインパイプ２内に水が入っても、この水がニップル３７を通って中間チューブ３６内に進入しないようになっている。ダウンチューブ３にはブラケット３９を介して２次空気ポンプ４０が取り付けられており、この２次空気ポンプ４０の入口に中間チューブ３６の他端部が接続されている。２次空気ポンプ４０はダイヤフラムとリード弁を組み合わせた、簡単な構造の公知のポンプである。２次空気ポンプ４０の出口には供給通路Ｐの下流部Ｐ４を形成する下流チューブ４１が接続され、この下流チューブ４１の下流端部４１ａが、シリンダヘッド１８の排気通路１９における排気バルブ（図示せず）の下流近傍に接続されている。

吸気系を構成するエアクリーナ２１、吸気ダクト２２、キャブレタ２３およびスロットルボデイ２４の内部には、エンジンＥに吸気を供給するための吸気通路４３が形成されており、この吸気通路４３と前記２次空気ポンプ４０との間が、負圧チューブ４４で接続されて、吸気通路４３の負圧が前記２次空気ポンプ４０に導入されている。負圧チューブ４４は、メインパイプ２の外周に巻き付けたバンドからなる支持具４５により、メインパイプ２に支持されている。この例では、負圧チューブ４４の一端部がキャブレタ２３内の吸気通路４３に接続されている。２次空気ポンプ４０は、吸気通路４３の負圧時に、メインパイプ２および中間チューブ３６を通って２次空気ａを吸引し、正圧時に下流チューブ４１に送出する。

平面図である図２に示すように、メインフレーム２の後端２ａがエアクリーナ２１に近接して対向しており、この後端２ａとエアクリーナ２１との間の隙間Ｃから外気が２次空気ａとしてメインフレーム２内に円滑に取り込まれる。また、２次空気ポンプ４０から延びる下流チューブ４１はエンジンＥの上方でとぐろ状に蛇行しており、走行風による冷却によって下流チューブ４１の過熱を防止している。

空気浄化用のフィルタ３２は、縦断面図である図３に示すように、樹脂製のケース５１の内部に濾材（フィルタエレメント）５２を収納し、ケース５１をゴム製のダンパ５３の内側に挿入したものである。ケース５１は車体前方を向く後面が開放されており、前壁５１ａに、空気導入孔５４と、フィルタ３２をメインパイプ２の後端２ａの開口に出し入れしやくするための取っ手５５とが設けられている。ダンパ５３は車体後方を向く前面が開放されており、後壁５３ａに、図４に示すように、格子状のリブ５６が形成されて、リブ５６，５６の間が空気導出孔５７となっている。ダンパ５３の外周には、図３に示す複数
の環状溝５８が形成されており、これによって、フィルタ３２の外周面とメインパイプ２の内周面との間にラビンスシールを形成している。ケース５１とダンパ５３には、ねじ孔５９とねじ挿通孔６０がそれぞれ形成されており、メインパイプ２の外側から図示しないねじ体をねじ挿通孔６０に挿通し、ねじ孔５９にねじ込むことにより、フィルタ３２がメインパイプ２に取り付けられる。

上記構成の２次空気供給装置３０の動作について説明する。図１のエンジンＥが運転状態にあるとき、エンジンＥの吸気通路４３の吸気脈動の圧力が負圧チューブ４４を介して２次空気ポンプ４０に伝達されることにより、２次空気ポンプ４０が駆動され、メインパイプ２の後端の取入口Ｐ２から外気を２次空気ａとして取り込む。その際、空気浄化用のフィルタ３２で外気中から粉塵や異物がろ過されて取り除かれるので、清浄な外気が２次空気ａとして、メインパイプ２の内部空間である上流側部分Ｐ１に導入される。清浄な２次空気ａは、メインパイプ２の内部空間を通過したのち、ニップル３７、中間チューブ３６および下流チューブ４１を経てエンジンＥの排気通路１９に供給される。供給された２次空気ａにより、排気ガス中の酸素濃度が上昇し、図示しない触媒により、排気ガスが浄化される。

また、２次空気ａの取入口Ｐ２は、メインパイプ２の後端２ａに形成されて後方に向かって開口しているから、走行中に取入口Ｐ２から粉塵や異物が進入しにくい。しかも、前記後端２ａがエアクリーナ２１に近接して対向しているから、粉塵や異物の進入が一層抑制される。さらに、メインパイプ２の後端２ａの取入口Ｐ２にフィルタ３２が配置されているから、フィルタ３２の点検および交換が容易である。

このように、本発明では、元々車体の構成部分として存在するメインフレーム１の構成部分であるメインパイプ２を２次空気ａの供給通路Ｐの一部としてそのまま利用しているので、２次空気供給装置３０の設置スペースが圧迫されることがない。しかも、空気タンクのような別部品を新たに設ける必要がないので、構造の簡素化と部品点数の削減が図れる。また、メインフレーム１の構成部分であるメインパイプ２は、通常、大きな内径を有するものであるから、２次空気ａの十分な供給に必要な貯留量を確保できるとともに、大きな容積により吸気消音効果も大きくなる。しかも、メインパイプ２の内径が大きいことから、２次空気ａの通路抵抗が極力抑えられる。このように、２次空気ポンプ４０の上流側で２次空気ポンプ４０による間欠的な吸込時に一気に吸い込むのに十分な量の２次空気ａがメインパイプ２内に貯留されること、および通路抵抗が抑制されることにより、エンジンＥの排気通路１９に排気浄化に十分な量の２次空気ａを効率的に供給することができる。

つぎに、前記実施形態にかかるエンジンの２次空気供給装置と従来の２次空気供給装置との性能比較実験の結果について説明する。図５は２次空気ａの供給量をＬ／ｍｉｎ単位で示している。従来装置の配管と本発明装置の配管である図１の中間チューブ３６および下流チューブ４１の内径は、ともに１０ｍｍである。図５から明らかなように、自動二輪車の車速がアイドリング状態（ＩＤ）から２０ｋｍ／ｈ、３０ｋｍ／ｈ、４０ｋｍ／ｈ、５０ｋｍ／ｈ、６０ｋｍ／ｈのいずれの走行時においても、本発明に係るエンジンの２次空気供給装置のほうが多量の２次空気を供給できる。

なお、本発明において、エンジンＥと吸気系の配置によっては、２次空気の供給通路Ｐの一部を形成するメインフレーム１の構成部分として、前記メインパイプ２に代えて、ダウンチューブ４またはダウンチューブ４を利用することもできる。また、メインフレーム１の形状によっては、供給通路Ｐのすべてをメインフレーム１の構成部分によって形成することも可能である。また、本発明は、三輪車や不整地走行用の四輪車にも適用することができる。

以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣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り、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。

本発明の一実施形態にかかるエンジンの２次空気供給装置を備えた自動二輪車の要部を示す側面図である。同２次空気供給装置を備えた自動二輪車の要部を示す平面図である。空気浄化用のフィルタの縦断面図である。同フィルタの背面図である。本発明の一実施形態にかかるエンジンの２次空気供給装置と従来の２次空気供給装置との性能比較実験の結果を示す表である。

符号の説明

１メインフレーム
２メインパイプ（構成部分）
７ヘッドパイプ
１９排気通路
３０２次空気供給装置
３２フィルタ
３６中間チューブ
４０２次空気ポンプ
４３吸気通路
ａ２次空気
Ｅエンジン
ＦＲ車体フレーム
Ｐ２次空気の供給通路

Claims

車両のエンジンの排気通路に２次空気を供給する装置であって、
前記２次空気の供給通路の少なくとも一部が車体のメインフレームの構成部分の内部空間により形成され、
前記メインフレームの構成部分は、前端部にヘッドパイプが接続されたメインパイプであり、
前記メインパイプの後端に設けられた２次空気の取入口に、空気浄化用のフィルタが配置され、
前記メインパイプの後端がエアクリーナに近接して隙間を持って対向し、この隙間から外気が前記２次空気として取り込まれるエンジンの２次空気供給装置。
請求項１において、前記２次空気の供給通路に、エンジンの吸気通路の脈動圧力により駆動されて２次空気を送給する２次空気ポンプが設けられているエンジンの２次空気供給装置。
前端部にヘッドパイプが接続されたメインパイプ、前記メインパイプの前端部に連なるダウンチューブ、および前記メインパイプの後端部近傍から下方に延びる左右一対のリヤパイプを有する車体のメインフレームと、
エンジンの排気通路に２次空気を供給する２次空気供給装置とを備え、
前記２次空気の供給通路の少なくとも一部が前記メインパイプの内部空間により形成され、
前記メインパイプの後端がエアクリーナに近接して隙間を持って対向し、前記メインパイプの後端に２次空気の取入口が設けられて前記隙間から外気が前記２次空気として取り込まれる自動二輪車。