JP6393204B2 - エンジンユニット及び鞍乗型車両 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンユニット及び鞍乗型車両に関する。

エンジン本体からの排気を浄化する触媒ユニットがエンジンユニットに設けられることがある。この触媒ユニットに使用された触媒を早期に活性化させるため、触媒ユニットをエンジン本体に近づける技術、例えば、特許文献１のような技術がある。このように触媒ユニットをエンジン本体に近づけると、エンジン本体から排出された排気を比較的高い温度で触媒に接触させることができる。よって、触媒が早期に活性化する。

特開２０１４−１３７００１号公報

本発明者は、上記のように触媒ユニットをエンジン本体に近づけると、エンジン本体からの排気が触媒ユニットに流入する際に、排気の流れる方向と直交する方向について排気が偏って流入するおそれが高くなることに気付いた。排気が触媒ユニットに偏って流入すると、偏らずに流入する場合と比べて、触媒ユニットによる浄化性能が低下する。

排気の偏りをなくすために、触媒ユニットとエンジン本体の間の排気管に設ける湾曲部の形状を工夫することも考えられる。しかし、この場合、排気の流入の偏りをなくす目的のために湾曲部の形状の自由度が制限されることになる。湾曲部の形状の自由度が制限されると、これによって触媒ユニットの配置や排気管の配管も制限を受ける。この場合、エンジンユニットが設けられた車両等の大型化を招くおそれもある。

本発明の目的は、触媒ユニットに排気が偏って流入することによる浄化性能の低下を抑制しつつ、触媒ユニットの配置の自由度を向上できるエンジンユニット及び鞍乗型車両を提供することにある。

本発明のエンジンユニットは、内部に燃焼室が形成されたエンジン本体と、金属製の平たい箔及び波型の箔を含み、前記平たい箔と前記波型の箔が互いに重ね合わされつつ巻き取られた担体と、前記担体に担持された触媒とを有し、前記担体における巻き取りの中心軸に沿った排気浄化用の複数本の浄化流路が前記平たい箔と前記波型の箔の間に形成された触媒ユニットと、前記エンジン本体の前記燃焼室からの排気を前記触媒ユニットを経て大気への排出口まで導く流路が形成された排気通路であって、前記エンジン本体から前記触媒ユニットまでの流路長が前記触媒ユニットから前記排出口までの流路長より小さくなるように前記触媒ユニットが内部に配置された排気通路と、を備え、前記複数本の浄化流路のうち、前記中心軸を中心とした巻き取りの中心部に形成された中央流路における、前記中心軸に沿った軸方向について前記エンジン本体側の一端から中央までの部分である上流部分の流路断面積と比べて、前記複数本の浄化流路のうち、前記中心部より外側に形成された外側流路における前記上流部分の流路断面積が小さく、前記平たい箔の端部が前記中央流路に配置されており、前記中央流路において、前記軸方向について前記中央から他端までの部分である下流部分の少なくともいずれか一部の流路断面積が、前記上流部分の流路断面積よりも小さくなり、且つ、排気が流通可能であるように、前記中央流路の前記下流部分を絞る絞り部が形成されており、前記絞り部は、互いの間に間隙が形成された２つの突起部を有し、前記平たい箔の端部が前記間隙に配置されるように、前記他端側から前記中心部に前記２つの突起部が挿入されている。

本発明者は、エンジン本体からの排気が偏って触媒ユニットに流入する理由について鋭意研究したところ、以下の知見に到達した。仮に、エンジン本体からの排気が、その流れる方向と直交する方向について十分に広がるとすると、排気が偏らずに触媒ユニットに流入しやすい。また、エンジン本体からの排気が複数の配管から１本の配管に合流して触媒ユニットへと流入する場合、各配管からの排気が十分混合された後で触媒ユニットへと流入するのであれば、排気が偏らずに触媒ユニットに流入しやすい。

しかしながら、エンジン本体から触媒ユニットまでの流路長が触媒ユニットから大気への排出口までの流路長より小さい本発明の排気管のように、エンジン本体から触媒ユニットまでの距離が比較的小さいと、触媒ユニットに流入するまでに排気が十分に広がらなかったり、各配管からの排気が十分混合されなかったりする。これにより、排気の流れる方向と直交する方向について排気が十分に広がらず、中央に偏って触媒ユニットに流入したり、複数の配管からの排気が各配管の延長線に沿ったまま、それぞれ偏って触媒ユニットに流入したりする。

これに対して、本発明に係る担体は、巻き取りの中心部よりも外側にある外側流路の流路断面が巻き取りの中心部にある中央流路の流路断面より小さい。このように、触媒ユニットに形成された浄化流路の流路断面を小さくすることで、流路抵抗を大きくする。これによって触媒ユニットに流入する排気の流速が低下する。排気の流速が低下することにより、触媒ユニットに流入するまでに排気が広がりやすくなったり、各配管からの排気が混合しやすくなったりするため、触媒ユニットに排気が偏って流入することを抑制できる。

しかし、本発明の担体は、金属製の平たい箔と波型の箔が互いに重ね合わされつつ巻き取られることにより、巻き取りの中心軸に沿った排気浄化用の複数本の浄化流路が形成されている。このような構造によると、製造上、外側流路の流路断面を小さくした際、中央流路においては流路断面積が相対的に大きくなりやすい。この場合、中央流路においては、外側流路と比べて流路抵抗が小さくなるので、排気の流速を低下できず、排気の偏りの原因となるおそれがある。

これに対し、本発明は、排気が流通可能であるように中央流路の下流部分を絞る絞り部を形成した。そして、この絞り部により、中央流路の下流部分の少なくともいずれか一部の流路断面積を上流部分の流路断面積よりも小さくした。これにより、中央流路においても流路抵抗を大きくすることができるため、中央流路が排気の偏りの原因となりにくい。

さらに、中央流路の下流部分を絞ることとしたため、下記の理由により、排気の偏りのおそれがさらに抑制される。仮に、中央流路の上流部分を絞ったとすると、排気がそもそも上流部分にすら流入しにくくなる。この場合、中央流路に流入しようとした排気の流れは、中央流路の一端付近に到達すると、中央流路から離れる方向に流れの方向を変えるおそれがある。そうすると、排気は中央流路に流入しなくなるのみならず、中央流路に近い浄化流路にも流入しにくくなる。よって、排気の流入が一部の浄化流路に偏るおそれが生じる。これについて、本発明では、中央流路の下流部分を絞ることとした。このため、上流部分を絞る場合と比べて排気が中央流路の上流部分に流入しやすい。したがって、排気の流入が一部の浄化流路に偏りにくい。

以上の通り、本発明は、触媒ユニット自体の構成によって排気の流入を偏りにくくしたので、排気管に設ける湾曲部の形状の自由度を損なうことなく排気の流入の偏りを抑制できる。よって、排気の流入の偏りによる浄化性能の低下を抑制しつつ、触媒ユニットの配置の自由度を向上することができる。

また、本発明においては、前記絞り部は、前記排気通路の下流側から見て、前記絞り部の上流側における前記中央流路の径より大きい部分を前記担体の外部に有し、前記大きい部分から前記２つの突起部が突出していることが好ましい。また、本発明においては、前記大きい部分を貫通すると共に前記間隙と連通した貫通孔が前記絞り部に形成されていることが好ましい。また、本発明においては、前記絞り部に、前記絞り部より上流の流路と前記絞り部より下流の流路とを連通させる複数本の連通路が形成されていることが好ましい。これによると、複数本の連通路により、流路の絞りの度合いを調整できる。

また、本発明においては、前記絞り部が、前記絞り部より上流の流路と前記絞り部より下流の流路とを連通させる貫通孔が形成された金属製の筒部材を有しており、前記筒部材が、前記平たい箔及び前記波型の箔の少なくともいずれかの表面にろう付けによって接合されていることが好ましい。これによると、筒部材を中央流路の壁面にろう付けすることで絞り部を形成するので、簡易に絞り部を設けることができる。

本発明の鞍乗型車両は、前記エンジンユニットと、前記エンジンユニットを支持する車体フレームと、ライダーシートと、前記ライダーシートより前方に配置されたハンドルと、を備えている。

鞍乗型車両は装置や部品を設けるスペースに限りがある。したがって、触媒ユニットの配置の自由度が確保できないと、触媒ユニット自体やその他の構成の設置場所を確保するために車両が大型化するおそれがある。かかる鞍乗型車両に本発明を適用することで、触媒ユニットの浄化性能を確保しつつその配置の自由度を確保できるため、車両の大型化を有効に抑制できる。

本発明の実施形態に係る自動二輪車の側面図である。 エンジンの内部構造及びエンジンからの排気を排出口まで導く排気管周辺の構成を示す模式図である。 一部断面を含む触媒設置部の側面図である。 図４（ａ）は、図３の触媒設置部に含まれる触媒本体の正面図である。担体を構成する平箔及び波箔のうち、一部のみが図示されている。図４（ｂ）は、図４（ａ）の担体における中心部周辺の拡大図である。図４（ｃ）は、触媒本体の左右方向に沿った縦断面の図であって、図４（ａ）の一点鎖線Ｃ１で囲まれた部位に関して拡大した断面図である。 図５（ａ）は、図４の触媒本体における前後方向に沿った縦断面の構造を示す模式図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）の一点鎖線Ｃ２で囲まれた部位における環状部（又は波状部）の拡大図である。 図６（ａ）は、図４及び図５の触媒本体の後端部に設けられた絞り部の正面図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）の絞り部の側面図である。図６（ｃ）は、図６（ａ）のＣ３線に係る断面に対応する絞り部及び触媒本体の断面図である。 担体に取り付けられた状態における図６の絞り部の一部断面を含む斜視図である。 担体の一変形例の正面図である。 図９（ａ）は、絞り部の一変形例の側面図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）の絞り部の一部断面を含む斜視図である。 絞り部の別の一変形例の側面図である。

以下、本発明の実施の形態について、自動二輪車１を例に挙げて説明する。自動二輪車１には、本発明に係るエンジンユニット１００が設けられている。また、自動二輪車１は、本発明に係る鞍乗型車両の一例である。

なお、以下の説明において、前後方向とは、自動二輪車１の後述するライダーシート１１に着座したライダーＲから視たときの車両前後方向のことである。左右方向とは、ライダーシート１１に着座したライダーＲから視たときの車両左右方向（車幅方向）のことである。図中の矢印Ｆ方向と矢印Ｂ方向は、前方と後方を表している。図中の矢印Ｕ方向と矢印Ｄ方向は、上方と下方を表している。図中の矢印Ｌ方向と矢印Ｒ方向は、右方と左方を表している。

図１に示すように、本実施形態の自動二輪車１は、スクータ型の自動二輪車である。自動二輪車１は、前輪２と、後輪３と、車体フレーム４とを備えている。車体フレーム４は、全体として前後方向に延びた形態である。

車体フレーム４は、その前部にヘッドパイプ４ａを有する。ヘッドパイプ４ａには、ステアリングシャフト５が回転可能に挿入されている。ステアリングシャフト５の上端部は、ハンドルユニット６に連結されている。また、ステアリングシャフト５の下端部は、一対のフロントフォーク７に連結されている。フロントフォーク７の下端部は、前輪２を支持している。

車体フレーム４の上部には、シート８が支持されている。車体フレーム４のうちシート８よりも前方には、足載せ板９が支持されている。車体フレーム４には、車体フレーム４などを覆う車体カバー１０が支持されている。車体カバー１０は、足載せ板９の前端と後端から上方に延びる形態を有する。

車体フレーム４には、スイング式のエンジンユニット１００と燃料タンク（図示せず）が搭載されている。燃料タンクは、シート８の下方に配置されており、シート８と車体カバー１０によって覆われている。

エンジンユニット１００は、エンジン１２（エンジン本体）と、エンジン１２からの排気を大気へと排出する排気装置１０１とを有している。排気装置１０１は、エンジン１２の排気口に接続された上流排気管１６と、エンジン１２からの排気を浄化する触媒が設置された触媒設置部１１０と、触媒設置部１１０を通じて上流排気管１６と連通した下流排気管１７と、マフラー１８とを有している。

エンジン１２は、図２に示すように、燃焼室２１と、燃焼室２１と接続された吸気通路２２及び排気通路２３とを有している。燃焼室２１内には燃料を混合させる中空の空間が形成されている。燃焼室２１は吸気通路２２及び排気通路２３と接続されている。吸気通路２２には、図示しない領域に配置されたエアクリーナを通じて外気が導入される。また、吸気通路２２内には燃料タンクからの燃料が噴射される。燃焼室２１内には、吸気バルブ２５の開閉に伴って、吸気通路２２から燃料と空気の混合気が流入する。燃焼室２１内の混合気は、ピストン２８によって圧縮されると共に、点火プラグ２７によって点火される。これにより、燃焼室２１内で燃料が燃焼する。燃料が燃焼すると、燃焼室２１内の燃焼ガスが膨張し、これによってピストン２８が下降する。ピストン２８が下降すると、コンロッド２９を通じてピストン２８と接続されたクランク３０が回転する。クランク３０の回転による駆動力は、図示しないバルブ駆動機構によって吸気バルブ２５及び排気バルブ２６に伝達される。燃焼室２１内の燃焼ガスは排気バルブ２６の開閉に伴って排気通路２３へと排気される。

上流排気管１６、下流排気管１７及びマフラー１８内には、排気流路１６ａ、１７ａ及び１８ａが形成されている。排気流路１６ａは、排気通路２３を通じて燃焼室２１内の空間と連通している。排気流路１６ａは、排気通路２３と接続した部分から上流排気管１６に沿って湾曲しつつ、触媒設置部１１０へと延びている。排気流路１７ａは、触媒設置部１１０を通じて排気流路１６ａと連通している。排気流路１７ａは前後方向に延びており、その後端は排気流路１８ａと接続している。排気流路１８ａは、マフラー１８内で、前方に向かったり後方に向かったりして折れ曲がりつつ、マフラー１８の後端に形成された排出口１８ｂと接続されている。なお、図２においては、排気流路１８ａの前後方向についての折れ曲がりを、マフラー１８の幅方向についての折れ曲がりとして模式的に示している。エンジン１２における排気通路２３の出口から触媒設置部１１０内に設けられた後述の触媒本体１１１（触媒ユニット）までの排気流路の流路長Ｌ１は、触媒本体１１１からマフラー１８の後端における排出口１８ｂまでの排気流路の流路長Ｌ２より小さい。「流路長」とは、流路に沿った長さを意味する。流路長Ｌ１は、排気流路１６ａの流路長と、触媒設置部１１０の排気の入り口から触媒本体１１１の排気の入り口までの流路長との合計の大きさに相当する。また、流路長Ｌ２は、触媒本体１１１の排気の出口から触媒設置部１１０の排気の出口までの流路長と、排気流路１７ａ及び１８ａの流路長との合計の大きさに相当する。エンジン１２からの排気は、排気流路１６ａを通じて触媒設置部１１０に流入する。この排気は、触媒設置部１１０を通過する際に浄化される。触媒設置部１１０において浄化された排気は、さらに排気流路１７ａ及び１８ａを通り、排出口１８ｂから大気へと排出される。このように、排気装置１０１は、エンジン１２から大気へと排気を導く流路が形成された本発明における排気通路を有している。本実施形態における排気通路は、排気装置１０１において、排気流路１６ａ、触媒設置部１１０内の流路、並びに、排気流路１７ａ及び１８ａを画定する流路壁からなる通路全体に対応する。本実施形態において「上流」及び「下流」は、エンジン１２から排気流路１６ａ、触媒設置部１１０内の流路、排気流路１７ａ及び１８ａを経て排出口１８ｂに向かう排気の流れにおける「上流」及び「下流」を示すものとする。

エンジン１２の後部には、図１に示すように、変速機１３が連結している。変速機１３は、Ｖベルト式無段変速機である。変速機１３は、エンジン１２および後輪３の左方に配置されている。エンジン１２の前部は、前方と左右両側方から車体カバー１０によって覆われている。エンジン１２の前端部は、ピボット軸４ｂを介して車体フレーム４に揺動可能に支持されている。変速機１３の後端部は、後輪３を支持している。また、変速機１３と車体フレーム４との間にはリヤサスペンション１４が取り付けられている。

以下、触媒設置部１１０について、図３〜図５を参照しつつより詳細に説明する。触媒設置部１１０に設置されている触媒は、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）および窒素酸化物（ＮＯｘ）の３物質を酸化または還元することで除去する、いわゆる三元触媒である。触媒設置部１１０は、図３に示すように、その前端において前方の上流排気管１６と接続されている。また、触媒設置部１１０は、その後端において後方の下流排気管１７と接続されている。したがって、触媒設置部１１０の前部は上流側に配置され、触媒設置部１１０の後部は下流側に配置されていることになる。つまり、上流排気管１６からの排気は前方から触媒設置部１１０に流入し、後方に向かって触媒設置部１１０を通過すると共に、下流排気管１７へと後方に向かって流出する。

触媒設置部１１０は、触媒本体１１１と、触媒本体１１１を収容した外筒部１１２と、外筒部１１２を収容した前半収容部１１３及び後半収容部１１４とを有している。これらの部材は、ろう付けや拡散接合によって互いに接合されている。前半収容部１１３は、前方に向かって窄まった筒形状を有している。前半収容部１１３は、前方及び後方のそれぞれに向かって開口している。前半収容部１１３の前端が上流排気管１６と接続されている。後半収容部１１４は、後方に向かって窄まった筒形状を有している。後半収容部１１４は、前方及び後方のそれぞれに向かって開口している。後半収容部１１４の後端が下流排気管１７と接続されている。前半収容部１１３と後半収容部１１４は、広い方の開口において互いに接続されている。前半収容部１１３と後半収容部１１４の全体で、触媒本体１１１及び外筒部１１２を収容する１個の容器を構成している。

外筒部１１２は、触媒本体１１１を収容する円筒状の部材である。外筒部１１２の内径は円柱形の触媒本体１１１がちょうど納まる大きさである。外筒部１１２の前後方向の長さは触媒本体１１１の長さより若干大きい。上流排気管１６からの排気は、図３に示すように、前半収容部１１３内に流入すると共に外筒部１１２内へと流入し、さらに触媒本体１１１へと向かう。なお、図３に示す構成を有する触媒設置部１１０の代わりに、別の構成を有する触媒設置部が設けられていてもよい。例えば、外筒部１１２の代わりに、触媒本体１１１と前後方向にほぼ同じ長さの外筒部が用いられてもよい。この場合、上流排気管１６からの排気は、前半収容部１１３内に流入した後、触媒本体１１１内に直接流入する。また、外筒部が複数層に形成されていてもよい。例えば、外筒部１１２と前半収容部１１３及び１１４との間に、１層以上の別の外筒部が設けられていると共に、この別の外筒部に外筒部１１２が挿入されていてもよい。また、前半収容部１１３と後半収容部１１４とが接続されておらず、外筒部１１２が外部に露出していてもよい。この場合、例えば、外筒部１１２の前端部と前半収容部１１３の後端部とが接続されていると共に、外筒部１１２の後端部と後半収容部１１４の前端部とが接続されていればよい。これに加えて、外筒部が複数層に形成されていてもよい。

触媒本体１１１は円柱形の概略形状を有している。触媒本体１１１は、図４（ａ）に示すように、複数層に形成された環状部１２１と、環状部１２１の層同士の間で波状に形成された波状部１２２とを含んでいる。環状部１２１及び波状部１２２は、渦巻き状に配置されている。具体的には、環状部１２１及び波状部１２２は、渦巻きの中心軸Ｘ（図４（ａ）（ｂ）及び図５（ａ）参照）から、中心軸Ｘと直交する径方向ρについて外側に向かって交互に配置されている。図４（ｂ）に示すように、環状部１２１における中心軸Ｘ付近の部分である端部１２１ａは平板状に形成されている。環状部１２１は、端部１２１ａにおける図４（ｂ）中の右端から図４（ｂ）中の上方に向かって折れ曲がり、そこから端部１２１ａを中心に環状に延びている。波状部１２２は、環状部１２１における端部１２１ａの右端の折れ曲がりが形成された位置付近を始端点として、環状部１２１の層同士の間で渦巻き状に配置されている。

環状部１２１及び波状部１２２は、平箔１２１ｘと波箔１２２ｘを有する担体１２０と、担体１２０の表面を被覆するコーティング層１２１ｙ及び１２２ｙとから形成されている。図４（ｃ）及び図５（ｂ）に示すように、環状部１２１は、金属製の平たい箔である平箔１２１ｘと、平箔１２１ｘの両面に被覆されたコーティング層１２１ｙとを含んでいる。波状部１２２は、金属製の波型の箔である波箔１２２ｘと、波箔１２２ｘの両面に被覆されたコーティング層１２２ｙとを含んでいる。コーティング層１２１ｙ及び１２２ｙは、それぞれ、貴金属とコーティング剤とを混合した混合材料からなる。貴金属は、排気中に含まれる炭化水素等における酸化反応又は還元反応を促進する触媒として機能する。つまり、コーティング層１２１ｙ及び１２２ｙは、それぞれ、本発明における「担体に担持された触媒」を有している。

環状部１２１と波状部１２２の間には、排気を浄化する流路である浄化流路１１１ａ〜１１１ｃが形成されている。触媒本体１１１は、本発明における触媒ユニットに対応する。浄化流路１１１ａ〜１１１ｃへと上流側から流入した排気は、浄化流路１１１ａ〜１１１ｃを通り、これらの流路の下流側へと流出する。

環状部１２１及び波状部１２２は、以下のように作製されている。まず、平箔１２１ｘと波箔１２２ｘが互いに重ね合わされた後、平箔１２１ｘの端部１２１ｘａ（図６（ｃ）参照）が支持されつつ回転させられることにより、端部１２１ａに沿った中心軸Ｘを中心に平箔１２１ｘと波箔１２２ｘが一体に巻き取られる。これによって担体１２０が形成される。つまり、中心軸Ｘは、渦巻きの中心軸であるのみならず、平箔１２１ｘ及び波箔１２２ｘを巻き取る際の巻き取りの中心軸でもある。なお、端部１２１ｘａは、平箔１２１ｘにおける、図４（ｂ）に示す端部１２１ａに対応する部分である。次に、担体１２０において、平箔１２１ｘと波箔１２２ｘの間に形成される空間内に、貴金属を含有するコーティング液が流し込まれることで、平箔１２１ｘ及び波箔１２２ｘの表面にコーティング液が塗布される。そして、熱処理によって平箔１２１ｘ及び波箔１２２ｘの表面にコーティング液が焼き付けられることで、コーティング層１２１ｙ及び１２２ｙが形成される。

触媒本体１１１における渦巻きの中心部１２３は、平箔１２１ｘ及び波箔１２２ｘの１周目の巻き取りによって形成された部分に対応する。この中心部１２３には浄化流路１１１ａ及び１１１ｂが形成されている。浄化流路１１１ａ及び１１１ｂは、中心部１２３において、触媒本体１１１より上流の流路と触媒本体１１１より下流の流路とを接続する流路である。浄化流路１１１ａ及び１１１ｂの後端（下流端）には後述の絞り部１３０が形成されている。浄化流路１１１ａ及び１１１ｂにおいて、絞り部１３０より上流の部分は、中心部１２３によって画定されている。浄化流路１１１ａ及び１１１ｂにおいて、絞り部１３０が形成されている領域は、後述の通り、中心部１２３と、絞り部１３０に形成された溝１３２ｃ及び貫通孔１３１ａとによって画定されている。浄化流路１１１ａ及び１１１ｂは、端部１２１ａによって互いに仕切られている。

径方向ρについて中心部１２３の外側には、複数本の浄化流路１１１ｃが形成されている。浄化流路１１１ｃは、径方向ρについて、中央流路に対応する浄化流路１１１ａ及び１１１ｂの外側に位置しており、本発明における外側流路に対応している。複数本の浄化流路１１１ｃは、径方向ρについて中心部１２３より外側であって担体１２０の外表面より内側の領域において、図４（ａ）に示すように、メッシュ状に密に配置されている。各浄化流路１１１ｃは、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように流路断面が三角形の形状を有しており、図５（ａ）に示すように中心軸Ｘに沿っている。浄化流路１１１ｃは、流路断面が小さく形成されている。例えば、流路断面の三角形の一辺は１〜２ｍｍ程度である。一方、浄化流路１１１ａ及び１１１ｂにおける、後述の絞り部１３０より上流の部分の径（中心部１２３の内径）は４〜５ｍｍ程度である。このように、浄化流路１１１ｃは、浄化流路１１１ａ及び１１１ｂと比べて流路断面積が小さい。

浄化流路１１１ａ及び１１１ｂにおける、後述の絞り部１３０より上流の部分を画定する壁面と、浄化流路１１１ｃを画定する壁面とは、環状部１２１のコーティング層１２１ｙ及び波状部１２２のコーティング層１２２ｙの各表面からなる。浄化流路１１１ａ〜１１１ｃを通過する排気は、コーティング層１２１ｙ及び１２２ｙに含まれる貴金属によって酸化反応又は還元反応が促進される。これにより、排気の浄化が促進される。

浄化流路１１１ａ及び１１１ｂには、図５（ａ）に示すように、各流路を絞る絞り部１３０が形成されている。絞り部１３０は、浄化流路１１１ａ及び１１１ｂにおける、中心軸Ｘに沿った方向（以下、Ｘ方向とする）についてエンジン１２から遠い方の端部（後端部）に形成されている。したがって、絞り部１３０は、浄化流路１１１ａ及び１１１ｂにおける下流部分、つまり、Ｘ方向について中央から下流端（後端）までの部分を絞っている。これに対し、浄化流路１１１ａ及び１１１ｂにおいて、上流部分、つまり、Ｘ方向についてエンジン１２側の端部（前端部）から中央までの部分には流路を絞る部材が設けられていない。

絞り部１３０は、図６（ａ）及び図６（ｂ）並びに図７に示すように、円盤状の円盤部１３１と、円筒の概略形状を有する円筒部１３２とを有している。円盤部１３１の径は円筒部１３２の径より一回り大きい。円筒部１３２は、溝１３２ｃが形成されることによって２つの突起部１３３及び１３４に分割されている。突起部１３３と突起部１３４の間には環状部１２１の端部１２１ａが配置されている。円筒部１３２の前部１３２ａは、前方に向かうほど先が細くなっている。円筒部１３２の後部１３２ｂの径は、浄化流路１１１ａ及び１１１ｂにおける絞り部１３０より上流の部分の径（中心部１２３の径）よりわずかに小さい。

絞り部１３０には環状の貫通孔１３１ａが形成されている。貫通孔１３１ａは、円盤部１３１と円筒部１３２の根元部を前後方向について貫通している。貫通孔１３１ａは正面視において、環状の円盤部１３１の中心に配置されている。貫通孔１３１ａは、溝１３２ｃを通じて浄化流路１１１ａ及び１１１ｂのそれぞれにおける絞り部１３０より上流の部分と連通している。したがって、この上流の部分から流れてきた排気は、図７に示すように、溝１３２ｃ及び貫通孔１３１ａを通じ、下流の排気流路１７ａへと流通する。つまり、浄化流路１１１ａ及び１１１ｂは、絞り部１３０が形成された領域においては、溝１３２ｃ及び貫通孔１３１ａと、中心部１２３における環状部１２１（端部１２１ａを含む）とによって画定されている。溝１３２ｃ及び貫通孔１３１ａと環状部１２１とによって画定された流路は、浄化流路１１１ａ及び１１１ｂにおける絞り部１３０より上流の部分よりも流路断面積が小さい。すなわち、浄化流路１１１ａ及び１１１ｂは、絞り部１３０によって絞られている。なお、溝１３２ｃ及び貫通孔１３１ａは、本発明における連通路に対応する。

絞り部１３０は、図６（ｃ）に示すように、金属製の基材１３０ｘ（筒部材）と基材１３０ｘの表面に被覆されたコーティング層１３０ｙとを含んでいる。基材１３０ｘは、絞り部１３０を一回り小さくした形状の筒状の部材である。基材１３０ｘには、基材１３０ｘを前後方向に貫通する貫通孔１３０ｘａが形成されている。貫通孔１３０ｘａの内表面にはコーティング層１３０ｙが形成される。そして、このコーティング層１３０ｙによって溝１３２ｃ及び貫通孔１３１ａが画定されている。溝１３２ｃ及び貫通孔１３１ａは、上述の通り、絞り部１３０より上流の流路と絞り部１３０より下流の流路とを連通させる。このため、貫通孔１３０ｘａは、本発明における、筒部材に形成された貫通孔に対応する。基材１３０ｘにおいて、円筒部１３２の後部１３２ｂに対応する部分の外周面と平箔１２１ｘの表面とはろう付けによって互いに接合されている。

絞り部１３０は以下のように作製されている。基材１３０ｘにおいて、円筒部１３２の後部１３２ｂに対応する部分の外周が、ろう箔材（不図示）によって覆われる。そして、平箔１２１ｘと波箔１２２ｘが上記のように巻き取られた後、コーティング液が塗布される前に、平箔１２１ｘの１周目の巻き取り部分（中心部１２３に対応する部分）に、基材１３０ｘのろう箔材で覆われた部分が差し込まれる。次に、基材１３０ｘが差し込まれた担体１２０に熱処理が施されることにより、基材１３０ｘと平箔１２１ｘがろう付けされる。このように基材１３０ｘと平箔１２１ｘがろう付けされた後、担体１２０の内部に貴金属を含むコーティング液が流し込まれると共に、熱処理が施される。これによって、平箔１２１ｘ及び波箔１２２ｘの表面にコーティング層１２１ｙ及び１２２ｙが形成されると共に、基材１３０ｘの表面にも貴金属を含むコーティング層１３０ｙが形成される。このため、絞り部１３０の内表面（溝１３２ｃの内表面及び貫通孔１３１ａの内表面）は、コーティング層１３０ｙの表面からなる。

以上説明した本実施形態においては、エンジン１２の排気通路２３の出口から触媒本体１１１までの流路長Ｌ１が、触媒本体１１１からマフラー１８の後端の排出口１８ｂまでの流路長Ｌ２より小さい。つまり、エンジン１２から触媒本体１１１までの距離が比較的小さい。これにより、エンジン１２から排出された排気を比較的高い温度で触媒本体１１１の金属触媒に接触させることができる。よって、触媒が早期に活性化する。

しかしながら、本発明者は、上記の触媒本体１１１のような触媒ユニットをエンジン１２に近づけると、エンジン１２からの排気が触媒ユニットに流入する際に、排気の流れる方向と直交する方向について排気が偏って流入する場合があることに気付いた。排気が触媒ユニットに偏って流入すると、偏らずに流入する場合と比べて、触媒ユニットによる浄化性能が低下する。このような偏りをなくすために、触媒ユニットとエンジン１２の間の排気管に設ける湾曲部の形状を工夫することも考えられる。しかし、湾曲部の形状を工夫することのみで偏りをなくすこととすると、湾曲部の形状の自由度が制限されることになる。湾曲部の形状の自由度が制限されると、これによって触媒ユニットの配置や排気管の配管も制限を受ける。この場合、自動二輪車全体の大型化を招くおそれもある。また、排気の偏りをなくすために湾曲部の形状を工夫すると、設計が困難になったり、形状が複雑になりすぎたりするおそれもある。湾曲部の形状を工夫するのみでは排気の偏りを抑制し切れない場合もある。

本発明者は、エンジン１２からの排気が偏って触媒ユニットに流入する理由について鋭意研究したところ、以下の知見に到達した。仮に、エンジン１２からの排気が、その流れる方向と直交する方向について十分に広がるとすると、排気が偏らずに触媒ユニットに流入しやすい。また、エンジン１２からの排気が複数の配管から１本の配管に合流して触媒ユニットへと流入する場合、各配管からの排気が十分混合された後で触媒ユニットへと流入するのであれば、排気が偏らずに触媒ユニットに流入しやすい。

しかしながら、エンジン１２から触媒本体１１１までの流路長Ｌ１が触媒本体１１１から大気への排出口１８ｂまでの流路長Ｌ２より小さい本実施形態のように、エンジン１２から触媒本体１１１までの距離が比較的小さいと、触媒ユニットに流入するまでに、排気の流れる方向と直交する方向について排気が十分に広がらず、中央に偏って触媒ユニットに流入する。

これに対して、本実施形態に係る触媒本体１１１は、上記のとおり、浄化流路１１１ｃにおける流路断面積が比較的小さく形成されている。例えば、浄化流路１１１ｃの上流部分における流路断面積は、浄化流路１１１ａ及び１１１ｂの上流部分における流路断面積と比べて小さい。このように浄化流路１１１ｃの流路断面が小さいことで、浄化流路１１１ｃの流路抵抗が大きくなっている。これにより、触媒本体１１１より上流の排気流路において、触媒設置部１１０に流入する排気の流速が低下する。排気の流速が低下することにより、触媒本体１１１より上流において、触媒本体１１１に流入するまでに排気が広がりやすい。したがって、触媒本体１１１に排気が偏って流入することが抑制される。

しかし、本発明の担体１２０は、平箔１２１ｘと波箔１２２ｘが互いに重ね合わされて巻き取られることにより形成されている。具体的には、平箔１２１ｘの端部１２１ｘａが支持されつつ回転させられることにより、平箔１２１ｘと波箔１２２ｘが巻き取られている。このため、環状部１２１の端部１２１ａは、巻き取り作業のための支持に必要な大きさとして、ある程度の大きさにならざるを得ない。そして、１周目の巻き取りによって形成されている中心部１２３の大きさは、端部１２１ａより大きくなる。したがって、中心部１２３に形成される浄化流路１１１ａ及び１１１ｂも、ある程度の大きさになりやすい。よって、浄化流路１１１ｃの流路断面を小さくするほど、浄化流路１１１ａ及び１１１ｂは浄化流路１１１ｃに対して流路断面積が相対的に大きくなりやすい。この場合、浄化流路１１１ａ及び１１１ｂにおいては、浄化流路１１１ｃと比べて流路抵抗が小さくなるので、排気の流速を低下できず、排気の偏りの原因となるおそれがある。

これに対し、本実施形態は、排気が流通可能であるように浄化流路１１１ａ及び１１１ｂの下流部分を絞る絞り部１３０を形成した。よって、絞り部１３０が設けられた箇所は、流路断面積が上流部分の流路断面積よりも小さくなる。これにより、浄化流路１１１ａ及び１１１ｂにおいても流路抵抗を大きくすることができるため、浄化流路１１１ａ及び１１１ｂが排気の偏りの原因となりにくい。

さらに、浄化流路１１１ａ及び１１１ｂの下流部分を絞ることとしたため、下記の理由により、排気の偏りのおそれがさらに抑制される。仮に、浄化流路１１１ａ及び１１１ｂの上流部分を絞ったとすると、排気がそもそも上流部分にすら流入しにくくなる。例えば、浄化流路１１１ａ及び１１１ｂの前端に絞り部を設けたとすると、排気流路１６ａから浄化流路１１１ａ及び１１１ｂに流入しようとした排気は、浄化流路１１１ａ及び１１１ｂの前端に設けられた絞り部の壁に衝突し、流れる向きを変えてしまう。また、浄化流路１１１ａ及び１１１ｂの上流部分における内部のいずれかに絞り部が設けられている場合も、上流部分の流路抵抗が大きくなることから、上流部分に排気が流入しにくくなる。

このように、浄化流路１１１ａ及び１１１ｂの上流部分に絞り部が設けられていると、浄化流路１１１ａ及び１１１ｂに流入しようとした排気の流れは、浄化流路１１１ａ及び１１１ｂから離れる方向に流れの方向を変えるおそれがある。そうすると、排気は浄化流路１１１ａ及び１１１ｂに流入しなくなるのみならず、浄化流路１１１ａ及び１１１ｂに近い浄化流路１１１ｃにも流入しにくくなる。よって、排気の流入が一部の浄化流路１１１ｃに偏るおそれが生じる。

一方、本実施形態では、浄化流路１１１ａ及び１１１ｂの上流部分でなく、下流部分を絞ることとした。このため、上流部分を絞る場合と比べて排気が浄化流路１１１ａ及び１１１ｂの上流部分に流入しやすい。したがって、排気の流入が一部の浄化流路１１１ｃに偏りにくい。

以上の通り、本発明は、触媒本体１１１自体の構成によって排気の流入を偏りにくくしたので、排気管に設ける湾曲部の形状の自由度を損なうことなく排気の流入の偏りを抑制できる。よって、排気の流入の偏りによる浄化性能の低下を抑制しつつ、触媒本体１１１の配置の自由度を向上することができる。例えば、本実施形態のように上流排気管１６に湾曲を設ける場合にも、湾曲の形状や配置を決めるに当たって、排気の流入の偏りをなくす目的による制限が生じにくい。したがって、触媒本体１１１の配置にも制限が生じにくい。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能である。また、上述の実施形態及び以下に説明する変形例は相互に組み合わせて実施することができる。

例えば、上述の実施形態では、平箔１２１ｘ及び波箔１２２ｘが巻き取りの中心軸Ｘを中心に巻き取られている。しかし、平箔１２１ｘ及び波箔１２２ｘが２本の中心軸を中心に巻き取られてもよい。図８の担体２２０はその一例であり、中心軸Ｘ１及びＸ２のそれぞれを中心に、平箔１２１ｘ及び波箔１２２ｘがＳ字状に巻き取られている。具体的には、複数枚の平箔１２１ｘ及び複数枚の波箔１２２ｘが積層された後、これによって形成される積層体の最も外側に配置された２枚の平箔１２１ｘに中心軸Ｘ１及びＸ２が設定される。そして、設定された２つの中心軸Ｘ１及びＸ２のそれぞれを中心に巻き取られることで、担体２２０が形成される（特開昭６２−２７３０５１号参照）。上述の実施形態と同様、担体２２０内にはさらに、金属触媒を含有するコーティング層が形成される。本変形例における浄化流路２１１ａ〜２１１ｃは、このコーティング層の表面によって画定される。中心軸Ｘ１及びＸ２のそれぞれにおいて、巻き取りの中心部に形成される浄化流路２１１ａ及び２１１ｂは、巻き取りの中心部の外側に形成される浄化流路２１１ｃと比べて上流部分の流路断面積が大きくなる場合がある。したがって、浄化流路２１１ａ及び２１１ｂは、その外側の浄化流路２１１ｃと比べ、流路抵抗が小さくなる。このため、担体２２０に流入する排気に偏りが生じるおそれがある。

そこで、中心軸Ｘ１及びＸ２のそれぞれにおいて、浄化流路２１１ａ及び２１１ｂの下流部分のいずれかに絞り部１３０を設ける。これによって、浄化流路２１１ａ及び２１１ｂのいずれにおいても、排気の流入の偏りが生じにくくなる。このため、排気の流入の偏りによる浄化性能の低下を抑制しつつ、触媒ユニットの配置の自由度を向上することができる。なお、浄化流路２１１ａ及び２１１ｂの両方に絞り部１３０が設けられてもよいし、いずれか一方のみに設けられてもよい。

また、上述の実施形態に係る絞り部１３０の代わりに、図９に示す絞り部２３０が用いられてもよい。絞り部２３０は、円盤状の円盤部２３１と半球状の半球部２３２とを有している。半球部２３２は、円盤部２３１から前方へと突出している。絞り部２３０には、前方に向かって凹んだ凹部２３０ａが形成されている。半球部２３２には、担体１２０に取り付けられた際に環状部１２１の端部１２１ａが配置される溝２３２ａが形成されている。また、半球部２３２の前部には、前後方向について半球部２３２を貫通する貫通孔２３２ｂが形成されている。凹部２３０ａはこの貫通孔２３２ｂを通じて前方に向かって開口している。絞り部２３０の半球部２３２は中心部１２３に挿入されている。絞り部２３０の表面には、金属触媒を含有したコーティング層が形成されている。浄化流路１１１ａ及び１１１ｃにおいて、絞り部２３０より上流の部分から流れてきた排気は、貫通孔２３２ｂ及び凹部２３０ａを通じ、下流の排気流路１６ａへと流通する。浄化流路１１１ａ及び１１１ｂは、貫通孔２３２ｂ及び凹部２３０ａの部分において、これらより上流の部分よりも流路断面積が小さくなっている。すなわち、浄化流路１１１ａ及び１１１ｂは、絞り部２３０によって絞られる。

また、上述の実施形態に係る絞り部１３０の代わりに、図１０に示す絞り部３３０が用いられてもよい。絞り部３３０は、絞り部１３０において、貫通孔１３１ａの代わりに貫通孔３３１〜３３４が設けられたものである。貫通孔３３１及び３３４は、円盤部１３１並びに突起部１３３及び１３４に形成されており、絞り部３３０の上流の流路と下流の流路を連通させる。貫通孔３３２及び３３３は円盤部１３１及び円筒部１３２の根元に形成されており、溝１３２ｃを通じて絞り部３３０の上流の流路と下流の流路を連通させる。このように、絞り部３３０には、絞り部３３０より上流の流路と下流の流路を連通させる複数本の連通路が形成されている。絞り部３３０は、絞り部１３０と同様に担体１２０に形成されている。この場合、浄化流路１１１ａ及び１１１ｂは、絞り部３３０によって絞られる。なお、絞り部３３０のように複数本の連通路を絞り部に形成する場合、かかる複数本の連通路を浄化流路１１１ｃと同程度に細かく形成するのは困難である。このことから、複数本の連通路が形成された絞り部３３０のような絞り部を浄化流路１１１ａ及び１１１ｂの上流端（前端）に取り付けると、絞り部の連通路の開口率が浄化流路１１１ｃの開口率より小さくなりやすい。このため、絞り部において流路抵抗が大きくなり、浄化流路１１１ａ及び１１１ｂやその周辺の浄化流路１１１ｃの上流部分に排気が流入しにくくなる。よって、絞り部３３０も上述の実施形態と同様、浄化流路１１１ａ及び１１１ｂの下流部分に形成することが必要となる。

また、上述の実施形態では、燃焼室２１からの排気を触媒設置部１１０に流入させる排気管として、１本の上流排気管１６のみが設けられている。しかし、複数本の排気管がエンジンに接続されており、この複数本の排気管が１本に合流して触媒設置部１１０に接続されてもよい。この場合、エンジン１２から触媒ユニットまでの流路長が比較的短い（Ｌ１＜Ｌ２）上述の実施形態のような構成によると、複数の排気管からの排気が合流した後にうまく混合されず、各排気管の延長線に沿ったまま、それぞれ偏って触媒ユニットに流入するおそれがある。これに対し、触媒ユニットとして上述の触媒本体１１１が用いられると、浄化流路１１１ｃの流路断面積が小さいため、触媒本体１１１に流入する排気の流速が低下する。これにより、触媒本体１１１に至るまでに各排気管からの排気が混合されやすくなる。よって、触媒本体１１１に排気が偏って流入することが抑制される。また、浄化流路１１１ａ及び１１１ｂの下流部分に絞り部１３０が形成されていることから、排気が偏って流入することがさらに抑制される。

上述の実施形態では、絞り部１３０が、浄化流路１１１ａ及び１１１ｂの下流部分の後端部に配置されている。これについて、下流部分の少なくともいずれか一部の流路断面積が上流部分の流路断面積より小さくなるように絞り部が形成されていれば、本発明の範囲である。よって、絞り部１３０が下流部分の中央付近に配置されていてもよいし、下流部分の前端部に設けられていてもよい。また、上述の実施形態においては、浄化流路１１１ａ及び１１１ｂの下流部分に設けられた絞り部は絞り部１３０のみであるが、絞り部１３０のような流路を絞る部材が浄化流路１１１ａ及び１１１ｂの下流部分の複数箇所に設けられてもよい。なお、「下流部分の少なくともいずれか一部の流路断面積が上流部分の流路断面積より小さい」とは、上流部分における最小の流路断面積よりも、下流部分の少なくともいずれかにおける流路断面積が小さいという意味である。

また、「中央流路における上流部分の流路断面積と比べて、外側流路における上流部分の流路断面積が小さい」とは、中央流路の上流部分における最小の流路断面積よりも、外側流路の上流部分における最大の流路断面積が小さいという意味である。上述の実施形態では、浄化流路１１１ａ及び１１１ｂの上流部分には、絞り部１３０のような流路を絞る部材が形成されていない。そして、外側流路に対応する浄化流路１１１ｃの上流部分の流路断面積は、中央流路に対応する浄化流路１１１ａ及び１１１ｂの上流部分の流路断面積と比べて小さくなっている。

なお、本明細書において「好ましい」という用語は非排他的なものであって、「好ましいが、これに限定されるものではない」ということを意味するものである。また、「…してもよい」という用語は非排他的なものであって、「…してもよいが、これに限定されるものではない」ということを意味するものである。また、「ＸがＹ方向に延びる」とは、ＸがＹ方向について連続して存在することを示す。また、「ＸがＹ１からＹ２まで延びる」とは、ＸがＹ１からＹ２まで連続して存在することを示す。また、「流路長」とは、流路に沿った長さを意味する。

本実施形態に係る車両は、上述の自動二輪車１に限定される訳ではない。本発明は、スポーツ型、オフロード型、モペット型等の他の型式の自動二輪車に採用されてもよい。また、エンジンユニット１００は、三輪車、四輪バギー（ＡＴＶ：All Terrain Vehicle（全地形型車両））等の自動二輪車以外の鞍乗型車両に使用されてもよい。さらに、エンジンユニット１００が自動車に採用されてもよい。

１ 自動二輪車
１２ エンジン
１６ 上流排気管
１６ａ 排気流路
１７ 下流排気管
１７ａ 排気流路
１８ マフラー
１８ａ 排気流路
１８ｂ 排出口
２１ 燃焼室
１００ エンジンユニット
１１０ 触媒設置部
１１１ 触媒本体
１１１ａ-１１１ｃ 浄化流路
１２０ 担体
１２１ 環状部
１２１ｘ 平箔
１２２ 波状部
１２２ｘ 波箔
１２３ 中心部
１３０ 絞り部
１３１ 円盤部
１３１ａ 貫通孔
１３２ 円筒部
２１１ａ〜２１１ｃ 浄化流路
２２０ 担体
２３０ 絞り部
３３０ 絞り部

Claims (6)

1. 内部に燃焼室が形成されたエンジン本体と、
   金属製の平たい箔及び波型の箔を含み、前記平たい箔と前記波型の箔が互いに重ね合わされつつ巻き取られた担体と、前記担体に担持された触媒とを有し、前記担体における巻き取りの中心軸に沿った排気浄化用の複数本の浄化流路が前記平たい箔と前記波型の箔の間に形成された触媒ユニットと、
   前記エンジン本体の前記燃焼室からの排気を前記触媒ユニットを経て大気への排出口まで導く流路が形成された排気通路であって、前記エンジン本体から前記触媒ユニットまでの流路長が前記触媒ユニットから前記排出口までの流路長より小さくなるように前記触媒ユニットが内部に配置された排気通路と、を備え、
   前記複数本の浄化流路のうち、前記中心軸を中心とした巻き取りの中心部に形成された中央流路における、前記中心軸に沿った軸方向について前記エンジン本体側の一端から中央までの部分である上流部分の流路断面積と比べて、前記複数本の浄化流路のうち、前記中心部より外側に形成された外側流路における前記上流部分の流路断面積が小さく、
   前記平たい箔の端部が前記中央流路に配置されており、
   前記中央流路において、前記軸方向について前記中央から他端までの部分である下流部分の少なくともいずれか一部の流路断面積が、前記上流部分の流路断面積よりも小さくなり、且つ、排気が流通可能であるように、前記中央流路の前記下流部分を絞る絞り部が形成されており、
   前記絞り部は、互いの間に間隙が形成された２つの突起部を有し、前記平たい箔の端部が前記間隙に配置されるように、前記他端側から前記中心部に前記２つの突起部が挿入されていることを特徴とするエンジンユニット。
2. 前記絞り部は、前記排気通路の下流側から見て、前記絞り部の上流側における前記中央流路の径より大きい部分を前記担体の外部に有し、前記大きい部分から前記２つの突起部が突出していることを特徴とする請求項１に記載のエンジンユニット。
3. 前記大きい部分を貫通すると共に前記間隙と連通した貫通孔が前記絞り部に形成されていることを特徴とする請求項２に記載のエンジンユニット。
4. 前記絞り部に、前記絞り部より上流の流路と前記絞り部より下流の流路とを連通させる複数本の連通路が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジンユニット。
5. 前記絞り部が、前記絞り部より上流の流路と前記絞り部より下流の流路とを連通させる貫通孔が形成された金属製の筒部材を有しており、
   前記筒部材が、前記平たい箔及び前記波型の箔の少なくともいずれかの表面にろう付けによって接合されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のエンジンユニット。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のエンジンユニットと、
   前記エンジンユニットを支持する車体フレームと、
   ライダーシートと、
   前記ライダーシートより前方に配置されたハンドルと、
   を備えていることを特徴とする鞍乗型車両。

Images