JP7006030B2

JP7006030B2 - 排気装置

Info

Publication number: JP7006030B2
Application number: JP2017167698A
Authority: JP
Inventors: 健太鈴木
Original assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Current assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Priority date: 2017-08-31
Filing date: 2017-08-31
Publication date: 2022-01-24
Anticipated expiration: 2037-08-31
Also published as: JP2019044674A; DE102018115353A1; US11174767B2; US20190063282A1

Description

本発明は、典型的には自動二輪車のエンジンに接続される排気装置に関するものである。

従来、例えば特許文献１に開示される消音器では、筒状のマフラシェルと、このマフラシェル内に排ガスを導入する入口パイプと、該マフラシェル内の排ガスを外部へ排出する出口パイプとを有し、前記マフラシェルの一端のエンドプレートから該マフラシェル内部に前記入口パイプが挿入され、他端のエンドプレートから前記出口パイプが導出される。

特開２００７－２０５２７５号公報

上述のような従来例では低周波数域から高周波数域に亘る消音効果が得られるものの、排気圧力の低減を図ることが実質的に困難であり、エンジン出力の向上と両立させることができないのが実情である。

本発明はかかる実情に鑑み、エンジン出力の向上と消音効果を有効に両立させる排気装置を提供することを目的とする。

本発明の排気装置は、エンジンの排気管とマフラとを繋ぐ入口パイプと、前記マフラ内部の排気ガスを外気へ放出する経路となる出口パイプとを有し、前記マフラがセパレータにより複数室に仕切られる排気装置において、前記マフラは、第一膨張室と、前記出口パイプが連通する第二膨張室と、第三膨張室とで構成され、前記入口パイプは、前記第一膨張室に連通し、前記出口パイプは、前記第二膨張室に連通し、前記第一膨張室と前記第二膨張室は隣接し、且つ第一パイプを介して連通し、前記第二膨張室と前記第三膨張室は第二パイプを介して連通し、前記第一膨張室と前記第三膨張室は第三パイプを介して連通し、前記第一膨張室では、前記入口パイプから流入した排気ガスの一部が前記第三パイプを介して前記第三膨張室に流入すると共に、前記第三膨張室に流入しない排気ガスが前記第一パイプを介して第１の方向で前記第二膨張室に流入し、前記第三膨張室では、前記第三パイプを介して流入した排気ガスが前記第１の方向とは反対の第２の方向で前記第二膨張室に流入し、前記第二膨張室では、前記第二パイプを介して前記第２の方向で流入した排気ガスと、前記第一パイプを介して前記第１の方向で流入した排気ガスとが前記出口パイプを介して排気されることを特徴とする。

本発明によれば、排気圧力低減（エンジン出力アップ）と排気音低減の効果の両立を実現することができる。

本発明の適用例としての自動二輪車に装備される排気装置まわりを示す右側面図である。本発明の第１の実施例における排気装置の内部構造例を模式的に示す長手方向に沿う断面図である。本発明の第２の実施例における排気装置の内部構造例を模式的に示す長手方向に沿う断面図である。本発明の第３の実施例における排気装置の内部構造例を模式的に示す長手方向に沿う断面図である。本発明の第４の実施例における排気装置の内部構造例を模式的に示す長手方向に沿う断面図である。本発明の第５の実施例における排気装置の内部構造例を模式的に示す長手方向に沿う断面図である。

以下、図面に基づき、本発明による排気装置における好適な実施の形態を説明する。なお、本発明の適用例として自動二輪車のエンジンに装備される排気装置の例とする。
本発明の一実施の形態に係る排気装置は、エンジンの排気管とマフラとを繋ぐ入口パイプと、前記マフラ内部の排気ガスを外気へ放出する経路となる出口パイプとを有し、前記マフラがセパレータにより複数室に仕切られる排気装置において、前記マフラは、第一膨張室と、前記出口パイプが連通する第二膨張室と、第三膨張室とで構成され、前記入口パイプは、前記第一膨張室に連通し、前記出口パイプは、前記第二膨張室に連通し、前記第一膨張室と前記第二膨張室は隣接し、且つ第一パイプを介して連通し、前記第二膨張室と前記第三膨張室は第二パイプを介して連通し、前記第一膨張室と前記第三膨張室は第三パイプを介して連通する。

本発明の排気装置において、経路長が異なる２つの排気経路を組合せることで、排気圧力低減効果と排気音低減効果の両立を実現することができる。

図１を含め、以下の説明で用いる図において必要に応じて、自動二輪車に乗車したライダーが車両前方を見る方向を前方とし、その逆方向を後方とする。また、ライダーの右側を右方、左側を左方とし、これらの方向をそれぞれ必要に応じて適宜、矢印により示す。図１は、本発明の適用例としての自動二輪車に搭載されるエンジン１に装備される排気装置１０まわりを示す右側面図である。

実施例１における排気装置１０を備える自動二輪車は、鋼製あるいはアルミニウム合金製でなる車体フレームにより車体骨格を形成し、図１においてエンジン１がその車体フレームにより車体の略中央部で支持されるものとする。エンジン１として例えば４サイクル単気筒（２気筒以上でもよい）エンジンとし、水冷式あるいは空冷式エンジンであってよい。このエンジン１の基本構成において、左右方向に水平配置されるクランクシャフトを回転自在に支持・収容するクランクケース２と、クランクケース２の上部に結合し、その軸線が適度に前傾して略上下方向に設定されたシリンダブロック３とを有する。更に、シリンダブロック３の上部に結合するシリンダヘッド４とシリンダヘッド４に蓋着するシリンダヘッドカバー５とを含んでエンジン１が構成される。

エンジン１の吸気系において、図示しないエアクリーナで清浄化された空気が吸気通路を介してエンジン１に供給される。この場合、シリンダヘッド４の後部に設けた吸気ポート（図示せず）に対して、吸気通路の途中に配設されたスロットルボディから、空気と燃料でなる所定混合比の混合気が供給される。また、排気系においてエンジン１のシリンダブロック３内で爆発、燃焼した燃焼ガスは、エンジン１から排出される。即ち、エンジン１内で生成された燃焼ガスは排気ガスとして、エンジン１の排気ポート（図示せず）に接続された排気管６を通り、排気管６に接続された排気装置１０から外気へ放出される。

次に図２は、実施例１の排気装置１０の内部構造例を模式的に示す長手方向に沿う断面図である。排気装置１０は、エンジン１（図１）の排気管６とマフラ１１とを繋ぐ入口パイプ１２と、マフラ１１の内部の排気ガスを外気へ放出する経路となる出口パイプ１３とを有する。なお、本実施例ではマフラ１１の長手方向が前後方向に設定されるが、マフラ１１の配置方向は適宜変更可能である。
本実施例において、マフラ１１がセパレータ１４，１５により複数室に仕切られる。

マフラ１１はセパレータ１４，１５により仕切られることで、第一膨張室１６と、出口パイプ１３が連通する第二膨張室１７と、第三膨張室１８とで構成される。
この場合、入口パイプ１２は、第一膨張室１６に連通し、また、出口パイプ１３は、第二膨張室１７に連通する。

本実施例では特に、第一膨張室１６と第二膨張室１７は隣接し、且つ第一パイプ１９を介して連通する。
また、第二膨張室１７と第三膨張室１８は第二パイプ２０を介して連通する。
また、第一膨張室１６と第三膨張室１８は第三パイプ２１を介して連通する。

本発明の排気装置１０において図２を参照して、エンジン１内で生成された燃焼ガスは排気ガスとして矢印Ｇ₁のように排気管６から、入口パイプ１２を介して第一膨張室１６に流入する（矢印Ｇ₂）。第一膨張室１６に流入した排気ガスの一部は図２の一点鎖線で示す排気経路２２に沿って、矢印Ｇ₃のように第一パイプ１９を介して第二膨張室１７に流入する（矢印Ｇ₄）。更にその排気ガスは出口パイプ１３に流入して（矢印Ｇ₅）、出口パイプ１３を通って排気装置１０から外気へ放出される（矢印Ｇ₆）。

また、第一膨張室１６に流入した排気ガスの一部は図２の点線で示す排気経路２３に沿って、矢印ｇ₁のように第三パイプ２１を介して第三膨張室１８に流入する。そして、排気ガスは第二パイプ２０に流入し（矢印ｇ₂）、第二パイプ２０を介して第二膨張室１７に流入する（矢印ｇ₃）。更にその排気ガスは出口パイプ１３に流入して（矢印ｇ₄）、出口パイプ１３を通って排気装置１０から外気へ放出される（矢印ｇ₅）。

実施例１において、エンジン１から排出された排気ガスは排気管６から、入口パイプ１２を介して第一膨張室１６に流入し、排気経路２２と排気経路２３に分岐して、両者とも最終的に排気装置１０から外気へ放出される。排気経路２２の方が排気経路２３よりも経路長が短く、排気経路２２側が排気圧力低減に寄与する。一方、経路長が長い排気経路２３側が、排気音低減に寄与する。このように経路長が異なる２つの排気経路２２及び排気経路２３を組合せることで、即ち排気圧力低減に効果のある排気経路２２と、排気音低減に効果のある排気経路２３を別に設けたことで、マフラ１１において排気圧力低減（エンジン出力アップ）と排気音低減の効果の両立を実現することができる。

上記の場合、各パイプの径や長さを調整することで、目的とする波長の音を低減できる。
また、異なる排気経路を通過する音波に位相差が発生することで、排気音が低減されると推測される。
また、排気音低減効果は、各パイプ内と各膨張室内の間の気圧差や膨張室内に反射音の発生により、排気音のエネルギーが減衰することで得られると推測される。
更に、マフラ１１の断面視で、各膨張室における各パイプをより隣接させて配置する程、排気ガスが優先的に流れる。
また、同様に断面視で、各膨張室における各パイプ端部間の突出量の差が小さい程、排気ガスが優先的に流れる。

次に、本発明による排気装置１０の実施例２を説明する。図３は、実施例２の排気装置１０の内部構造例を模式的に示す長手方向に沿う断面図である。なお、実施例１の場合と同一又は対応する部材には同一符合を用いて説明する。
実施例２では、マフラ１１の長手方向に沿う断面で、第一パイプ１９と第二パイプ２０は第二膨張室１７内において、長手方向で先端が重なるように隣接する（図３の点線で示す領域Ａ）。

本発明の排気装置１０において図３を参照して、エンジン１内で生成された燃焼ガスは排気ガスとして矢印Ｇ₁のように、入口パイプ１２を介して第一膨張室１６に流入する（矢印Ｇ₂）。第一膨張室１６に流入した排気ガスの一部は、矢印Ｇ₃のように第一パイプ１９を介して第二膨張室１７に流入する（矢印Ｇ₄）。更にその排気ガスは出口パイプ１３に流入して（矢印Ｇ₅）、出口パイプ１３を通って排気装置１０から外気へ放出される（矢印Ｇ₆）。

また、第一膨張室１６に流入した排気ガスの一部は、矢印ｇ₁のように第三パイプ２１を介して第三膨張室１８に流入する。そして、その排気ガスは第二パイプ２０に流入し（矢印ｇ₂）、第二パイプ２０を介して第二膨張室１７に流入する（矢印ｇ₃）。更にその排気ガスは出口パイプ１３に流入して（矢印ｇ₄）、出口パイプ１３を通って排気装置１０から外気へ放出される（矢印ｇ₅）。

実施例２において、第一パイプ１９と第二パイプ２０が、長手方向で先端が重なるように隣接することで、流速の速い第一パイプ１９を通過した排気ガスが、セパレータ１５と衝突して、第三膨張室１８へ流入することを防止する。これにより排気圧力低減に重点を置いたマフラ構造を実現することができる。

次に、本発明による排気装置１０の実施例３を説明する。図４は、実施例３の排気装置１０の内部構造例を模式的に示す長手方向に沿う断面図である。なお、実施例１の場合と同一又は対応する部材には同一符合を用いて説明する。
実施例３では、マフラ１１の長手方向に沿う断面で、第一パイプ１９と第二パイプ２０は第二膨張室１７内において、長手方向で先端が略対向する位置に配置される（図４の点線で示す領域Ａ）。

本発明の排気装置１０において図４を参照して、エンジン１内で生成された燃焼ガスは排気ガスとして矢印Ｇ₁のように、入口パイプ１２を介して第一膨張室１６に流入する（矢印Ｇ₂）。第一膨張室１６に流入した排気ガスの一部は、矢印Ｇ₃のように第一パイプ１９を介して第二膨張室１７に流入する（矢印Ｇ₄）。更にその排気ガスは出口パイプ１３に流入して（矢印Ｇ₅）、出口パイプ１３を通って排気装置１０から外気へ放出される（矢印Ｇ₆）。

実施例３において、第一パイプ１９と第二パイプ２０が、長手方向で先端が略対向する位置に配置されることで、流速の速い第一パイプ１９を通過した排気ガスが、流速の遅い第二パイプ２０を通過した排気と衝突し、第三膨張室１８へ流入する。これにより排気音低減に重点を置いたマフラ構造を実現することができる。

次に、本発明による排気装置１０の実施例４を説明する。図５は、実施例４の排気装置１０の内部構造例を模式的に示す長手方向に沿う断面図である。なお、実施例１の場合と同一又は対応する部材には同一符合を用いて説明する。
実施例４では、マフラ１１の長手方向に沿う断面で、第二パイプ２０と出口パイプ１３は第二膨張室１７内において、長手方向で先端が略対向する位置に配置される（図５の点線で示す領域Ａ）。

本発明の排気装置１０において図５を参照して、エンジン１内で生成された燃焼ガスは排気ガスとして矢印Ｇ₁のように、入口パイプ１２を介して第一膨張室１６に流入する（矢印Ｇ₂）。第一膨張室１６に流入した排気ガスの一部は、矢印Ｇ₃のように第一パイプ１９を介して第二膨張室１７に流入する（矢印Ｇ₄）。更にその排気ガスは出口パイプ１３に流入して（矢印Ｇ₅）、出口パイプ１３を通って排気装置１０から外気へ放出される（矢印Ｇ₆）。

実施例４において、第二パイプ２０と出口パイプ１３が、長手方向で先端が略対向する位置に配置されることで、排気ガスは第二パイプ２０から出口パイプ１３へ流入し易くなる。これにより排気圧力低減に重点を置いたマフラ構造を実現することができる。

次に、本発明による排気装置１０の実施例５を説明する。図６は、実施例５の排気装置１０の内部構造例を模式的に示す長手方向に沿う断面図である。なお、実施例１の場合と同一又は対応する部材には同一符合を用いて説明する。
実施例５では、マフラ１１の長手方向に沿う断面で、入口パイプ１２は、第三パイプ２１と出口パイプ１３に挟まれて隣接する。
この場合、第一膨張室１６内における第三パイプ２１の端部と入口パイプ１２の端部のそれぞれセパレータ１４からの突出量の差ｄ₁が、第一膨張室１６内における第一パイプ１９の端部と入口パイプ１２の端部のそれぞれセパレータ１４からの突出量の差ｄ₂よりも小さく設定される。

本発明の排気装置１０において図６を参照して、エンジン１内で生成された燃焼ガスは排気ガスとして矢印Ｇ₁のように、入口パイプ１２を介して第一膨張室１６に流入する（矢印Ｇ₂）。第一膨張室１６に流入した排気ガスの一部は、矢印Ｇ₃のように第一パイプ１９を介して第二膨張室１７に流入する（矢印Ｇ₄）。更にその排気ガスは出口パイプ１３に流入して（矢印Ｇ₅）、出口パイプ１３を通って排気装置１０から外気へ放出される（矢印Ｇ₆）。

実施例５において、第三パイプ２１及び入口パイプ１２の突出量の差ｄ₁が、第一パイプ１９及び入口パイプ１２の突出量の差ｄ₂よりも小さく設定される。入口パイプ１２に隣接する第一パイプ１９及び第三パイプ２１の端部において、排気ガスが流入する入口パイプ１２の端部に近い程、即ち第三パイプ２１側に対して排気ガスが流れ込み易くなる。これにより排気圧力低減と相俟って、排気音低減にも重点を置いたマフラ構造を実現することができる。

ここで、本発明の変形において隣接する膨張室間はパイプ（第一パイプ１９、第二パイプ２０、第三パイプ２１）ではなくセパレータ１４，１５に形成した穴で繋いでも良い。この場合、排気圧力低減効果は得られるものの排気音低減効果は若干小さくなる。

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。
本発明は自動二輪車に搭載されるエンジンに限らず、その他の車両等に搭載されるエンジンに対する排気装置として上記と同様に機能する。

１０排気装置、１１マフラ、１２入口パイプ、１３出口パイプ、１４，１５セパレータ、１６第一膨張室、１７第二膨張室、１８第三膨張室、１９第一パイプ、２０第二パイプ、２１第三パイプ。

Claims

エンジンの排気管とマフラとを繋ぐ入口パイプと、
前記マフラ内部の排気ガスを外気へ放出する経路となる出口パイプとを有し、
前記マフラがセパレータにより複数室に仕切られる排気装置において、
前記マフラは、
第一膨張室と、
前記出口パイプが連通する第二膨張室と、
第三膨張室とで構成され、
前記入口パイプは、前記第一膨張室に連通し、
前記出口パイプは、前記第二膨張室に連通し、
前記第一膨張室と前記第二膨張室は隣接し、且つ第一パイプを介して連通し、
前記第二膨張室と前記第三膨張室は第二パイプを介して連通し、
前記第一膨張室と前記第三膨張室は第三パイプを介して連通し、
前記第一膨張室では、前記入口パイプから流入した排気ガスの一部が前記第三パイプを介して前記第三膨張室に流入すると共に、前記第三膨張室に流入しない排気ガスが前記第一パイプを介して第１の方向で前記第二膨張室に流入し、
前記第三膨張室では、前記第三パイプを介して流入した排気ガスが前記第１の方向とは反対の第２の方向で前記第二膨張室に流入し、
前記第二膨張室では、前記第二パイプを介して前記第２の方向で流入した排気ガスと、前記第一パイプを介して前記第１の方向で流入した排気ガスとが前記出口パイプを介して排気されることを特徴とする排気装置。
前記マフラの長手方向に沿う断面で、
前記第一パイプと前記第二パイプは前記第二膨張室内において、長手方向で先端が重なるように隣接することを特徴とする請求項１に記載の排気装置。
前記マフラの長手方向に沿う断面で、
前記第一パイプと前記第二パイプは前記第二膨張室内において、長手方向で先端が略対向する位置に配置されることを特徴とする請求項１に記載の排気装置。
前記マフラの長手方向に沿う断面で、
前記第二パイプと前記出口パイプは前記第二膨張室内において、長手方向で先端が略対向する位置に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気装置。
前記マフラの長手方向に沿う断面で、
前記入口パイプは、前記第三パイプと前記出口パイプに挟まれて隣接し、
前記第一膨張室内における前記第三パイプの端部と前記入口パイプの端部の突出量の差が、前記第一膨張室内における前記第一パイプの端部と前記入口パイプの端部の突出量の差よりも小さいことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の排気装置。
前記第一パイプと前記第三パイプとは、前記入口パイプを挟んで配置されることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の排気装置。