JP5640580B2 - 内燃機関の排気管構造 - Google Patents

Description

本発明は、多気筒エンジンを搭載する車両に用いて好適な内燃機関の排気管構造に関する。

エンジンを搭載する車両において、空燃比フィードバック制御を行うために空燃比センサを装備することがある。多気筒エンジンに対して１つの空燃比センサでまかなうためには、空燃比センサを、多気筒エンジンの各気筒に接続する複数の枝管を集合させた集合部の下流で、かつ、排気浄化ための触媒の上流に配置する必要がある。例えば特許文献１や特許文献２には、４気筒エンジンの各気筒に接続する複数の枝管（ブランチ管）を集合させ、その集合部の下流に空燃比センサを配置する構成が開示されている。

特開２００３−８３０６１号公報 特開平７−８３０４９号公報

空燃比センサが集合部に近い位置にあると、各枝管から排気される排気ガスが攪拌されることなく空燃比センサに接触することになる。そのため、空燃比センサの位置によっては、各枝管からの排気ガスの空燃比センサへのあたり（接触流量）が異なり、気筒間の空燃比のばらつきが生じてしまうおそれがある。

一方、上述したように空燃比センサは触媒の上流に配置する必要があるが、排気ガスの浄化性能を向上させるためには触媒をできるだけ上流に配置するのが望ましい。すなわち、集合部から触媒までの空間は短い方がよく、その限られた空間で空燃比センサを配置する必要がある。

本発明は上記のような点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の各気筒に接続する複数の枝管を集合させた集合部から触媒までの空間において空燃比センサの配置レイアウトの自由度を確保することを目的とする。

本発明の内燃機関の排気管構造は、内燃機関の各気筒に接続する複数の枝管を集合させた集合部から触媒までの空間に空燃比センサを配置する内燃機関の排気管構造であって、先端部に前記集合部を有する排気集合管は、外側管及び内側管からなる二重構造を有し、先端部及び後端部では内側管の外周面が外側管の内周面に固定されて閉じられ、中間部分では両管の間に空間が形成され、前記内側管の内部には前記集合部から前記触媒までの排気管の内部空間を二つの排気通路に仕切る仕切り板と、前記仕切り板を含む平面と交差するように前記平面に対して傾斜して配置された空燃比センサとを備え、前記仕切り板に切欠きが形成されており、前記空燃比センサが前記切欠きを通って前記仕切り板と交差し、前記切欠きの開口面積は、前記空燃比センサの中心軸に対して上流側の方が下流側に比べて大きいことを特徴とする。
また、本発明の内燃機関の排気管構造の他の特徴とするところは、前記空燃比センサの先端部の棒状の検出部は、前記仕切り板の両側で露出面積が同等である点にある。
また、本発明の内燃機関の排気管構造の他の特徴とするところは、前記空燃比センサは前記集合部よりも前記触媒に近い位置に配置されている点にある。
また、本発明の内燃機関の排気管構造の他の特徴とするところは、前記仕切り板は、その幅方向の両端に前記排気管の内壁に固定するための折り曲げ部を有し、前記折り曲げ部が互いに逆向きとなっている点にある。
また、本発明の内燃機関の排気管構造の他の特徴とするところは、前記仕切り板は、その幅方向の両端に前記排気管の内壁に固定するための折り曲げ部を有し、前記折り曲げ部のうち前記空燃比センサに近い折り曲げ部は、前記空燃比センサの取り付け位置と逆方向に折り曲げられている点にある。

本発明によれば、空燃比センサは仕切り板を含む平面に対して傾斜して配置されるので、空燃比センサの配置レイアウトの自由度を確保することができる。そして、空燃比センサは仕切り板を含む平面と交差するので、仕切り板により形成された両排気通路の酸素濃度を検出することができる。

自動二輪車の要部を示す側面図である。 自動二輪車のエンジンユニット周辺を示す側面図である。 本実施形態に係る内燃機関の排気管構造の要部を示す図である。 本実施形態に係る内燃機関の排気管構造の要部を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
図１、図２は本発明を適用可能な自動二輪車の要部を示す右側面図である。なお、以下に説明する各図において、車両の前方を矢印Ｆｒ、後方を矢印Ｒｒ、左側を矢印Ｌ、右側を矢印Ｒによりそれぞれ示す。

鋼製或いはアルミニウム合金材からなる左右一対の車体フレーム１の前部には、ステアリングヘッドパイプ２によって左右に回動可能に支持された左右２本のフロントフォーク３が設けられる。左右一対の車体フレーム１は車両前方において結合しており、この結合部位にステアリングヘッドパイプ２が設けられ、ここに操舵中心が配されることになる。フロントフォーク３の上端には不図示のハンドルーが固定され、フロントフォーク３の下部には前輪４が回転可能に支持される。

車体フレーム１はステアリングヘッドパイプ２から後方に向けて左右二又状に分岐し、それぞれが後下がりに傾斜して延出する。車体フレーム１の後部にはスイングアーム５が揺動可能に結合し、スイングアーム５の後端には後輪６が回転可能に支持される。後輪６は、エンジンの動力を伝達するチェーンが巻回されたドリブンスプロケットを介して回転駆動される。

車体フレーム１の所定部位にエンジンユニット７が搭載される。エンジンユニット７は４サイクル４気筒エンジンであり、各気筒の排気ポートに枝管８が接続する。各気筒の枝管８はエンジンユニット７の前方で下方に向かって延伸し、エンジンユニット７の下方に配置された第１の排気集合管９に接合する。エンジン内での燃焼後の排気ガスは、各枝管８から第１の排気集合管９を通って合流した状態で第２の排気集合管１０内の触媒１０ａを通過した後、マフラ１１から排気される。

エンジンユニット７の上方には、ここでは図示を省略するが、燃料タンクが搭載され、燃料タンクの後方にシート（ライダシート及びタンデムシート）が連設される。車両外装においては、カウリングによって流線型を有する車両の外観フォルムが形成される。

図３、図４は本実施形態に係る内燃機関の排気管構造の要部を示す図であり、図３は図２のIII−III線の断面図、図４は図３のIV−IV線の断面図である。図３に示すように、エンジンユニット７の下部のオイルパン１２は車両の左側で深くなっているが、車両の右側では浅くなっており、このオイルパン１２の凹み部分（浅い部分の下方）に第１の排気集合管９が設置される。

第１の排気集合管９は、外側管９ａ及び内側管９ｂからなる二重構造を有する。そして、図４に示すように、先端部及び後端部では内側管９ｂの外周面が外側管９ａの内周面に固定されて閉じられているが、中間部分では両管９ａ、９ｂ間に空間１３が形成されており、その空間１３に断熱のためのグラスウールが装入される。

図４に示すように、第１の排気集合管９の先端部には４つの接合筒部１７が設けられており、各接合筒部１７に各気筒の枝管８が接合する。この接合部分が、枝管８を集合させた集合部に相当する。各気筒の枝管８は、第１の排気集合管９の軸線に略平行に第１の排気集合管９の先端部に接合するようにする。

また、第１の排気集合管９の後端には、触媒１０ａを内蔵する第２の排気集合管１０が同軸上に接合する。

第１の排気集合管９の内側管９ｂの内部には仕切り板１４が水平に設置されており、集合部から触媒１０ａまでの排気管をなす第１の排気集合管９の内部空間が二つの排気通路９ｃ、９ｄに仕切られている。図４に示すように、仕切り板１４は、集合部の直近から触媒１０ａの直近までの長さを有する。そして、二つの排気通路９ｃ、９ｄのうち一方には所定の２気筒の枝管８からの排気ガスが導入され、他方には残りの２気筒の枝管８からの排気ガスが導入されるようになっている。

仕切り板１４は、図３に示すように、その幅方向の両端に折り曲げ部１４ａ、１４ｂを有し、これら折り曲げ部１４ａ、１４ｂが第１の排気集合管９の内壁（内側管９ｂの内周面）に溶接、固定される。折り曲げ部１４ａ、１４ｂは互いに逆向き、すなわち一方は上方向に、他方は下方向に折り曲げられている。このように折り曲げ部１４ａ、１４ｂを互いに逆向きとすることにより、振動が加わったり、二つの排気通路９ｃ、９ｄ間で圧力差が生じたりして仕切り板１４に外力が作用したときにも、上方向及び下方向のいずれにも同程度の接合強度を維持することができる。

また、第１の排気集合管９には空燃比センサ１５が設けられる。空燃比センサ１５はスティック状であり、図３に示すように、車両の右側から斜め下方に向くように第１の排気集合管９に挿設される。このように空燃比センサ１５を配置することにより、走行時に車体を右側へ傾けた（バンクさせた）ときにも、空燃比センサ１５が地面と接触するのを避けることができる。なお、第１の排気集合管９の外周面には、空燃比センサ１５の下側を保護するためのカバー１６が取り付けられている。

空燃比センサ１５は、外側管９ａから内側管９ｂを貫通して、排気集合管９の内部空間まで達するように配置される。この場合に、空燃比センサ１５に近い折り曲げ部１４ｂは、空燃比センサ１５の取り付け位置と逆方向に折り曲げられているようにする。

ここで、第１の排気集合管９の内部において、仕切り板１４には切欠き１４ｃが形成されており、空燃比センサ１５が切欠き１４ｃを通って仕切り板１４ｃと交差する。仕切り板１４は排気通路９ｃ、９ｄを区画形成するものであるからその開口面積は小さくすることが望ましいが、その前提の上で、図４に示すように、切欠き１４ｃの開口面積は、空燃比センサ１５の中心軸Ｏに対して上流側の方が下流側に比べて大きくなっている。また、空燃比センサ１５はその先端の棒状部分が検出部１５ａとなっており、図３に示すように、仕切り板１４の両側（上下）で検出部１５ａの露出面積が略同等となっている。

また、図４に示すように、空燃比センサ１５は、第１の排気集合管９の軸方向中央よりも後側、すなわち４本の枝管８が集合、接合する集合部（第１の排気集合管９の先端部）よりも触媒１０ａに近い位置に配置されている。

以上のようにした内燃機関の排気管構造において、エンジン内での燃焼後の排気ガスは、枝管８を介して接合筒部１７、第１の排気集合管９の内側管９ｂに導入される。内側管９ｂの内部空間は仕切り板１４により二つの排気通路９ｃ、９ｄに仕切られており、排気干渉を避けるとともに、排気管長さを実質的に稼ぐことができる。これにより、各気筒の枝管８を集合させた集合部から触媒１０ａまでの空間を最小限に抑えつつ、低〜中速領域における出力を向上させることが可能になる。第１の排気集合管９に導入された排気ガスは、第２の排気集合管１０内の触媒１０ａを通過した後、マフラ１１から排気される。

ここで、空燃比センサ１５は仕切り板１４に対して傾斜して配置されている。このように空燃比センサ１５を仕切り板１４に対して傾斜させることにより、空燃比センサ１５の配置レイアウトの自由度を確保することができる。しかも、空燃比センサ１５に近い折り曲げ部１４ｂが、空燃比センサ１５の取り付け位置と逆方向に折り曲げられているので、折り曲げ部１４ｂが空燃比センサ１５と干渉するのを避けることができる。例えば空燃比センサ１５がボス部１５ｂ（図３を参照）を有する場合でも、切欠き１４ｃを最小限としつつ、空燃比センサ１５のボス部１５ｂを仕切り板１４に接近させることができる。

そして、空燃比センサ１５は切欠き１４ｃを通って仕切り板１４と交差するので、両排気通路９ｃ、９ｄの酸素濃度を検出することができる。特に仕切り板１４の両側（上下）で空燃比センサ１５の検出部１５ａの露出面積が略同等となっているので、両排気通路９ｃ、９ｄの排気ガスが空燃比センサ１５に均等に接触し、酸素濃度をばらつくことなく検出することができる。また、切欠き１４ｃの開口面積は、空燃比センサ１５の中心軸Ｏに対して上流側の方が下流側に比べて大きくなっているので、両排気通路９ｃ、９ｄの排気ガスを混合させた状態で酸素濃度を検出することができる。

また、４本の枝管８が集合、接合する集合部よりも触媒１０ａに近い位置に空燃比センサ１５が配置されているので、各枝管８からの排気ガスの空燃比センサ１５へのあたり（接触流量）を均等にすることができ、気筒間の空燃比のばらつきを抑えることができる。

以上、本発明を種々の実施形態と共に説明したが、本発明はこれらの実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更等が可能である。上記実施形態では空燃比センサ１５が切欠き１４ｃを通って仕切り板１４と交差する構成としたが、それに限られない。例えば上記実施形態のように仕切り板１４の後端を触媒１０ａの直近に位置させるのではなく、仕切り板１４の後端を触媒１０ａからやや離して位置させ、仕切り板１４の後端と触媒１０ａとの間に空燃比センサ１５が配置されるようにしてもよい。すなわち、空燃比センサ１５が、仕切り板１４を含む平面と交差するように前記平面に対して傾斜して配置されていればよい。

なお、本願発明でいう空燃比センサとは、酸素センサでもよいし、広域型空燃比センサでもよい。

７：エンジンユニット、８：枝管、９：第１の排気集合管、９ａ：外側管、９ｂ：内側管、９ｃ、９ｄ：排気通路、１０：第２の排気集合管、１０ａ：触媒、１１：マフラ、１４：仕切り板、１４ａ、１４ｂ：折り曲げ部、１４ｃ：切欠き、１５：空燃比センサ、１５ａ：検出部、１７：接合筒部

Claims (5)

1. 内燃機関の各気筒に接続する複数の枝管を集合させた集合部から触媒までの空間に空燃比センサを配置する内燃機関の排気管構造であって、
   先端部に前記集合部を有する排気集合管は、外側管及び内側管からなる二重構造を有し、先端部及び後端部では内側管の外周面が外側管の内周面に固定されて閉じられ、中間部分では両管の間に空間が形成され、
   前記内側管の内部には前記集合部から前記触媒までの排気管の内部空間を二つの排気通路に仕切る仕切り板と、
   前記仕切り板を含む平面と交差するように前記平面に対して傾斜して配置された空燃比センサとを備え、
   前記仕切り板に切欠きが形成されており、前記空燃比センサが前記切欠きを通って前記仕切り板と交差し、
   前記切欠きの開口面積は、前記空燃比センサの中心軸に対して上流側の方が下流側に比べて大きいことを特徴とする内燃機関の排気管構造。
2. 前記空燃比センサの先端部の棒状の検出部は、前記仕切り板の両側で露出面積が同等であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気管構造。
3. 前記空燃比センサは前記集合部よりも前記触媒に近い位置に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気管構造。
4. 前記仕切り板は、その幅方向の両端に前記排気管の内壁に固定するための折り曲げ部を有し、前記折り曲げ部が互いに逆向きとなっていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の内燃機関の排気管構造。
5. 前記仕切り板は、その幅方向の両端に前記排気管の内壁に固定するための折り曲げ部を有し、前記折り曲げ部のうち前記空燃比センサに近い折り曲げ部は、前記空燃比センサの取り付け位置と逆方向に折り曲げられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の内燃機関の排気管構造。

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