(57)【要約】【課題】  排気管内に設けられた上流側触媒と下流側触媒の双方を消音器内に配置する排気ガス浄化装置であって、消音器を小型化した排気ガス浄化装置を提供することにある。【解決手段】  エンジンに接続されて、上流側触媒２１とそれより下流側に配置される下流側触媒２２を内部に配置する排気管下流部１５ａと、該排気管下流部１５ａを収容する消音器３０とを含んで構成される排気ガス浄化装置２０であって、消音器３０は第１の中空胴部３２とそれより外径の小さい第２の中空胴部とから構成され、上流側触媒２１は第２の中空胴部の内側に配置されることを特徴とする。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気ポートに接続される排気管と、
前記排気管内に配置される上流側触媒と、
前記排気管内において前記上流側触媒の下流側に配置される下流側触媒と、
前記排気管における前記上流側触媒と前記下流側触媒との間に接続される二次空気供給管と、
端面に前記排気管を導入する開口を有する第１の中空胴部と、前記開口に接合し前記第１の中空胴部より外径の小さい第２の中空胴部とを備え、前記第２の中空胴部内に前記上流側触媒の少なくとも上流側の一部が配置されるとともに、該上流側触媒より下流側の前記排気管が収容される消音器と、
を含むことを特徴とするエンジン。
【請求項２】
請求項１に記載のエンジンにおいて、
前記エンジンは、車体に対して揺動自在に支持されたユニットスイング型エンジンである、
ことを特徴とするエンジン。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のエンジンにおいて、
前記排気管において前記消音器に収容される部分は、該消音器の長手方向に延設された後、屈曲している、
ことを特徴とするエンジン。
【請求項４】
請求項３に記載のエンジンにおいて、
前記内燃機関は、該内燃機関のシリンダの軸線が略水平になるように配置される、
ことを特徴とするエンジン。
【請求項５】
請求項１又は２に記載のエンジンにおいて、
前記消音器は、前記第２の中空胴部への排気ガスの流入を抑制する流入抑制部材を備える、
ことを特徴とするエンジン。
【請求項６】
請求項５に記載のエンジンにおいて、
前記流入抑制部材は、前記排気管における前記消音器に収容され排気ガスを排出する端部と、前記二次空気供給管における前記消音器に収容される部分との間に設けられる、
ことを特徴とするエンジン。
【請求項７】
請求項５に記載のエンジンにおいて、
前記流入抑制部材の縁部は、前記第１の中空胴部の内周面と接合される、
ことを特徴とするエンジン。
【請求項８】
請求項１又は２に記載のエンジンを備えた鞍乗型車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の駆動により排出される排気ガスを、触媒内を流通させて浄化する排気ガス浄化機能を有するエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の排気ポートに接続される排気管内の排気上流側に主として還元作用をなす上流側触媒を配置するとともに、その下流側に主として酸化作用をなす下流側触媒を配置し、当該上流側触媒と下流側触媒との間に二次空気供給管を接続して、排気ガスを浄化した上で排出するエンジンがある。このような排気ガス浄化機能を有するエンジンでは、上流側触媒と下流側触媒の双方を正常に機能させるために、上流側触媒と下流側触媒との間に所定の間隔を設ける必要がある。
【０００３】
一方、排気管内に配置された上流側触媒と下流側触媒の双方が消音器内に位置するようにして、消音器内の排気ガスの熱により触媒がより早くその活性化温度に達するようにすることは、エンジンの排気ガス浄化機能を向上させる上で利点となる。
【０００４】
なお、特許文献１には、上流側触媒と下流側触媒との間の排気管に、二次空気供給管を接続し、排気管において下流側触媒を内包する部分を消音器内に収容する排気ガス浄化機能を備えたエンジンが開示されている。
【特許文献１】実用新案登録第２５０４００８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上流側触媒と下流側触媒の双方が消音器内に位置するように、排気管を配設しようとすると、消音器が必要以上に大きくなってしまう。すなわち、消音器内に上流側触媒と下流側触媒の双方が位置するようにする場合でも、上流側触媒と下流側触媒との間に上述した間隔を設ける必要があり、それに応じて消音器自体も大きくする必要がある。ところが、特に自動二輪車などの鞍乗型車両においては、車両のレイアウト上、必要以上に大きな消音器を有するエンジンを装備するのは困難である。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、内燃機関の排気ポートに接続される排気管内に設けられた上流側触媒と下流側触媒の双方を消音器内に配置し、これらの触媒の間に二次空気供給管を接続するエンジンであって、その消音器の大きさを小型化したエンジンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係るエンジンは、内燃機関の排気ポートに接続される排気管と、前記排気管内に配置される上流側触媒と、前記排気管内において前記上流側触媒の下流側に配置される下流側触媒と、前記排気管における前記上流側触媒と前記下流側触媒との間に接続される二次空気供給管と、端面に前記排気管を導入する開口を有する第１の中空胴部と、前記開口に接合し前記第１の中空胴部より外径の小さい第２の中空胴部とを備え、前記第２の中空胴部内に前記上流側触媒の少なくとも上流側の一部が配置されるとともに、該上流側触媒より下流側の前記排気管が収容される消音器と、を含むことを特徴とする。本発明では、消音器が第１の中空胴部とそれより外径の小さい第２の中空洞部を備え、第２の中空胴部内に上流側触媒の少なくとも上流側の一部が設けられている。そのため、第２の中空胴部の周囲にスペースを設けることができ、消音器を小型化したエンジンが実現される。
【０００８】
また、本発明の一態様では、前記エンジンは、車体に対して揺動自在に支持されたユニットスイング型エンジンである、ことを特徴とする。ユニットスイング型のエンジンでは、一般にエンジンの内燃機関又はトランスミッション等の駆動力伝達機構と消音器とが近接して設けられるが、この態様によれば、第２中空胴部の周囲にスペースが設けられているため、消音器とその周囲に配置される内燃機関や駆動力伝達機構との干渉を回避することができる。
【０００９】
また、本発明の一態様では、前記排気管において前記消音器に収容される部分は、該消音器の長手方向に延設された後、屈曲している、ことを特徴とする。この態様によれば、排気管の長さを維持し、低速度域でもエンジンが高トルクを出力できるようにするとともに、消音器を小型化することができる。
【００１０】
また、本発明の一態様では、前記内燃機関は、該内燃機関のシリンダの軸線が略水平になるように配置される、ことを特徴とする。この態様によれば、内燃機関の上方にスペースを設けることができ、例えばそのスペースに収納ケースなどを確保しつつ、排気管は消音器内で屈曲しているので、その長さを維持することができる。
【００１１】
また、本発明の一態様では、前記消音器は、前記第２の中空胴部への排気ガスの流入を抑制する流入抑制部材を備える、ことを特徴とする。この態様では、第２の中空胴部への排気ガスの流入を流入抑制部材が抑制することにより、第２の中空胴部の外壁にグラスウールなどの断熱部材や消音部材を設ける必要がなくなり、より第２の中空胴部の外径を小さくすることができる。
【００１２】
また、本発明の一態様では、前記流入抑制部材は、前記排気管における前記消音器に収容され排気ガスを排出する端部と、前記二次空気供給管における前記消音器に収容される部分との間に設けられる、ことを特徴とする。この態様では、排気管の端部から排出される排気ガスは流入抑制部材に触突し、直接的に二次空気供給管側には噴流しないので、二次空気供給管が過度に熱せられることがなく、熱膨張による二次空気供給管の伸長が抑制される。
【００１３】
また、本発明の一態様では、前記流入抑制部材の縁部は、前記第１の中空胴部の内周面と接合される、ことを特徴とする。この態様によれば、さらに第２の中空胴部へ流入する排気ガスの量を減らすことができ、第２の中空胴部の外径を小さくすることができる。
【００１４】
また、本発明に係る鞍乗型車両は、上記いずれかのエンジンを備えたものである。鞍乗型車両は、例えば自動二輪車（スクータを含む）、四輪バギー、スノーモービル等である。本発明では、消音器が第１の中空胴部とそれより外径の小さい第２の中空洞部を備え、第２の中空胴部の径方向内側に上流側触媒の少なくとも一部が設けられている。そのため、消音器の大きさを小さくすることができ、鞍乗型車両の他の装置との干渉が抑制された鞍乗型車両を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態について図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１乃至図４は、本発明の一実施形態に係る排気ガス浄化機能を有するエンジンを説明するための図である。図１は本発明に係る鞍乗型車両の一実施形態である自動二輪車の外観側面図であり、図２は本発明の一実施形態に係るエンジンのうち排気ガスを浄化する機能を有する装置（以下において排気ガス浄化装置とする）の断面図であり、図３は排気ガス浄化装置の車両進行方向に対して前方部分を示す斜視図である。図４は、図２のIV−IV線断面図である。
【００１７】
図１において、自動二輪車１のアンダボーン型の車体フレーム２の前端部は、フロントフォーク３を左右回動可能に支持し、該車体フレーム２の中央部は、ユニットスイング式エンジンユニット４を上下に揺動可能に支持している。該エンジンユニット４の上方には、シート５が取り付けられている。フロントフォーク３の下端には前輪６が、上端にはハンドル７がそれぞれ配設され、エンジンユニット４の後端部には後輪８が配設されている。エンジンユニット４は、４サイクル水冷式エンジンとＶベルト式無段変速機を備えた伝動ケースとを一体化した構造のものであり、エンジン１０は内燃機関１１のシリンダを概ね水平前方に向けて搭載されている。
【００１８】
エンジン１０の内燃機関１１の排気ポートには、内燃機関１１の駆動により排出される排気ガスを車両進行方向（同図においてＦｒが示す方向）後方へ排出する排気管１５が接続されている。排気管１５は内燃機関１１との接続部分から車両進行方向に対して右側に延びた後，車体後方にて概ね直線状に延設され、該排気管１５の下流部１５ａ（排気管下流部、図２参照）は消音器３０に収容されている。消音器３０には車両進行方向後方に排気ガスを排出するテールパイプ１７が接続されている。
【００１９】
この消音器３０と排気管下流部１５ａとを含んで構成され、エンジンから排出された排気ガス中のＮＯｘ、ＣＯ、ＨＣを浄化する排気ガス浄化装置２０が後輪の車両進行方向右側に配置されている。排気ガス浄化装置２０の上部にはブラケット１８が接合されており、該ブラケット１８はエンジンユニット４にボルト締め固定されている。これにより、排気ガス浄化装置２０はエンジンユニット４と共に上下に揺動するようになっている。排気ガス浄化装置２０を構成する消音器３０内部には二次空気供給管２３が導入されており、二次空気供給管２３の一端部は排気管下流部１５ａに接続されている（図２乃至図４参照）。
【００２０】
二次空気供給管２３の消音器３０の外部に突出している他端部には二次空気導入パイプ２５の一端側が接続されており、該二次空気導入パイプ２５の他端側はリードバルブアッシィ２６に接続されている。このリードバルブアッシィ２６は、後部カバーの内側であって、シート５後部下方に、且つ、後輪８の上方に配設されており、二次空気の触媒側への流れのみを許容し、反対方向への流れを阻止する機能を有している。
【００２１】
図２乃至図４に基づいて、本発明の第１の実施形態に係る排気ガス浄化装置２０について詳細に説明する。
【００２２】
図２に示すように、排気ガス浄化装置２０を構成する消音器３０は、横断面概ね楕円形状をなす筒状の第１の中空胴部３２と、該第１の中空胴部３２の車両進行方向後方の開口部に接合される後方蓋部材３６と、筒状の第２の中空胴部３３とを含んで構成されている。中空胴部３２と後方蓋部材３６は、それぞれ２重構造をなしている。中空胴部３２の外側の部材と内側の部材の間にはグラスウール３２ａが装填されており、消音器３０の遮熱性を高めている。第１の中空胴部の車両進行方向前方の端面は概略椀状の端面部材３９により構成されている（図３参照）。端面部材３９は底部３９ｅを有しており、該底部３９ｅにおける下側の位置には排気管下流部１５ａを導入する開口３９ａが形成されている。第２の中空胴部３３は、第１の中空胴部３２の外径より小さい径を有し、第１の中空胴部３２より車両進行方向前方に配置されている。また、第２の中空胴部３３は、その一端側の縁部３３ｂにおいて端面部材３９の開口３９ａの縁部３９ｄに接合されている。
【００２３】
消音器３０内部は、第１隔壁５７と第２隔壁５８とによって、車両進行方向前方から順に、１次膨張室５０、２次膨張室５１、３次膨張室５２に区画されている。１次膨張室５０と２次膨張室５１には、第１隔壁５７を貫通して、１次膨張室５０から２次膨張室５１への排気ガスの流通を可能にする第１配管５６が設けられている。また、２次膨張室５１と３次膨張室５２には、第２隔壁５８を貫通して、２次膨張室５１から３次膨張室５２への排気ガスの流通を可能にする第２配管５４が設けられている。
【００２４】
排気管下流部１５ａは、第２の中空胴部３３の他端側の排気管導入口３３ａから消音器３０内に導入され、車両進行方向前方から後方に向けて、消音器３０の長手方向に延設された後、車両進行方向最後部１５ｃにてＵ字状に曲げられ、車両進行方向の最前方に位置する１次膨張室５０に排気ガスを放出する端部１５ｊが位置するようになっている。これにより、消音器３０内に収容される排気管下流端部１５ａの長さを維持しつつ、消音器３０の長手方向の長さを短くすることができている。
【００２５】
排気管下流部１５ａの内部には、主として還元作用をなす上流側触媒２１が配置されており、その下流側には主として酸化作用をなす下流側触媒２２が配置されている。上流側触媒２１と下流側触媒２２の間には、排気管下流部１５ａ内に二次空気を供給する二次空気供給管２３が接続されている。排気管下流部１５ａにおいて触媒が配置される部分は、排気管下流部１５ａの触媒が配置されていない部分より大径に形成されており、触媒が配置される部分とその他の部分の実質的な断面積が等しくなるように形成されている。これにより、排気ガスが触媒内を円滑に流通するようになっている。
【００２６】
排気管下流部１５ａ内における上流側触媒２１と下流側触媒２２は、排気管下流部１５ａ内の上流側触媒２１の後端２１ａと下流側触媒２２の前端２２ａとの間に、所定の間隔を設けて配置している。そして、エンジン１０の排気脈動により負圧が発生したときに、二次空気供給管２３から排気管下流部１５ａ内に二次空気が流入するようにしている。そこで、本実施形態では、上述したように、消音器３０を、第１の中空胴部３２と、その前方に配置され端面部材３９の底部３９ａの下部に接合する第２の中空胴部３３とを含んで構成するようにしている。そして、上流側触媒２１を、その全体がこの第２の中空胴部の径方向内側に位置するように配置している。こうすることにより、上流側触媒２１及び下流側触媒２２がともに消音器３０内に配置され、消音器３０内の熱によりこれらの触媒作用がより活性化するとともに、消音器３０の大きさをより小型化することができている。すなわち、図３に示すように、第２の中空胴部の上方にスペースを設けるようにして、消音器３０が車両のほかの装置と干渉しないようにしている。
【００２７】
排気管下流部１５ａにおける上流側触媒２１を内包する部分の両端には、テーパ部が形成されており、両テーパ部のうち上流側のテーパ部１５ｉと第２の中空胴部の他端部３３ａが接合され、排気管下流部１５ａは消音器３０の車両進行方向前方において支持されている。また、排気管下流部１５ａは、消音器３０内部において第１隔壁５７及び第２隔壁５８によって支持されている。
【００２８】
図２乃至図４に示すように、端面部材３９の内側には、第２の中空胴部３３内への排気ガスの流入を抑制する流入抑制部材３５が設けられている。この流入抑制部材３５は底面を有する概略椀状に形成されており、底面には半円形状の他よりさらに深い底部３５ａを有している。流入抑制部材３５の縁部３５ｃは端面部材３９の縁部３９ｃと同形に形成されており、流入抑制部材３５は、その縁部３５ｃの外周面において端面部材３９の縁部３９ｃの内周面と接合している。また、流入抑制部材３５は、二次空気供給管２３の消音器３０内に収容されている部分と排気管下流部１５ａの端部１５ｊとの間に、椀状に形成された流入抑制部材３５の底面が位置するように配置されている。このため、排気管下流部１５ａから排出された高温の排気ガスの第２の中空胴部３３内へ流入が抑制されており、第１の中空胴部３２と異なり、第２の中空胴部３３を２重構造にするまでもなく遮熱性を高めることができている。その結果、第２の中空胴部３３の外径がより小さく形成されている。また、排気管下流部１５ａの端部から排出された排気ガスは、この流入抑制部材３５に触突し、二次空気供給管２３に直接的に噴流しないため、二次空気供給管２３の熱膨張による伸長が抑制されるとともに、二次空気供給管２３内を流通する二次空気自体が過熱されることによる供給酸素絶対量の低下が防止されている。なお、流入抑制部材３５の下部は挿通孔３５ｄが形成されており、該挿通孔３５ｄから排気管下流部１５ａが消音器３０内における流入抑制部材３５より内側に導入されて、下流側触媒２２及び該下流側触媒２２より下流側の排気管が、流入抑制部材３５と第１の中空胴部３２と後方蓋部材３６とで構成される筒状本体に収容されている。
【００２９】
二次空気供給管２３は端面部材３９と流入抑制部材３５との間を通って、流入抑制部材３５の外側で排気管下流部１５ａに接続している。具体的には、端面部材３９の車体側上方に挿通孔３９ｂが設けられており、該挿通孔３９ｂから二次空気供給管２３が消音器３０内部に挿通されている。二次空気供給管２３は、第１の部分供給管２３ｄと第２の部分供給管２３ｅとから構成されている。図４に示すように、第１の部分供給管２３ｄは、流入抑制部材３５の底部３５ａの側面に沿うようにして消音器３０内部に導入されている。第１の部分供給管２３ｄの一端部２３ｇが、消音器３０内の下部に配設されている排気管下流部１５ａと接続されている。排気管下流部１５ａには二次空気流入口１５ｆが設けられており、第１の部分供給管２３ｄの一端部２３ｇと該二次空気流入口１５ｆの周縁が溶接接合される。なお、排気管下流部１５ａの二次空気流入口１５ｆ近傍においては、排気管下流部１５ａは、略半円筒状であって排気管下流部１５ａの下側を構成する下側半円筒状部材１５ｈと、同じく略半円筒状であって排気管下流部１５ａの上側を構成する上側半円筒状部材１５ｇとから構成されている（図２参照）。そして、二次空気流入口１５ｆは上側半円筒状部材１５ｈに形成されている。第１の部分供給管２３ｄの他端部２３ｈは第２の部分供給管２３ｅと消音器３０の外側で溶接接合されており、排気ガス浄化装置２０の組み立てが容易となっている。
【００３０】
以上説明したように、本実施形態によれば、消音器３０が第１の中空胴部３２と、該第１の中空胴部より外径の小さい第２の中空胴部３３とを含んで構成され、上流側触媒２１が第２の中空胴部３３の径方向内側に配置されていることにより、より小型の排気ガス浄化装置を備えるエンジンが実現されている。
【００３１】
なお、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上流側触媒２１の一部のみを第１の中空胴部３２から突出させて、その突出した部分を第２の中空胴部３３に収容するようにしてもよい。図５及び図６は、この形態に係るエンジン１０に備えられる排気ガス浄化装置２０を示す図であり、図５は排気ガス浄化装置２０の断面図であり、図６は排気ガス浄化装置２０の車両進行方向の斜視図である。ここでは、上記実施形態に係る排気ガス浄化装置２０と同様の箇所については、同一符号を付している。
【００３２】
本実施形態では、図５及び図６に示すように、端面部材３９の底部３９ｅの下部に、排気管下流部１５ａを導入する開口３９ａを設けるようにしている。そして、上流側触媒２１の車両進行方向前側を第２の中空胴部３３の内側に収容し、後側を第１の中空胴部３２に収容するようにしている。また、本実施形態では、端面部材３９の底部３９ｅにおける開口３９ａの近傍と第２の中空胴部３３の一端部３３ｂとを溶接接合するとともに、開口３９ａの縁部と排気管下流部１５ａの側部とを溶接接合し、端面部材３９を流入抑制部材として機能させるようにしている。端面部材３９は二重構造をなし、その内壁と外壁との間に遮熱材を装填するようにして、消音器３０の遮熱性を向上させるようにしている。
【００３３】
なお、本実施形態では、挿通孔３９ｂを端面部材３９の底部３９ｅに形成し、該挿通孔３９ｂから二次空気供給管２３を消音器３０内に導入するようにしている。そして、二次空気供給管２３は、排気管下流部１５ａと離間して同一方向に延伸し、屈曲部２３ｃにて排気管下流部１５ａ側へ屈曲している。二次空気供給管２３の端部には円環状の補強部材４２を嵌めて、該補強部材４２と二次空気供給管２３の側部と排気管下流部１５ａの二次空気流入口１５ｆの近傍とを溶接接合している。二次空気供給管２３が排気管下流部１５ａと同一方向に延伸することにより、該二次空気供給管２３と排気管下流部１５ａの熱膨張方向が同一となり、両配管の接続強度が増している。また、本実施形態では、排気管下流部１５ａを第２の中空胴部３３の他端部３３ａ及び第１隔壁５７、第２隔壁５８のみならず、板状の支持部材６０によっても支持している。この支持部材６０は、その縁部が屈曲しており、該縁部の外周面６０ａは消音器３０の内周面の一部において接合している。
【００３４】
以上説明したように、本実施形態においても、消音器３０が第１の中空胴部３２と、該第１の中空胴部３２より外径の小さい第２の中空胴部３３とを含んで構成され、上流側触媒２１の一部が第２の中空胴部３３の径方向内側に配置されていることにより、より小型の排気ガス浄化装置２０を備えるエンジン１０が実現されている。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１の実施形態によるエンジンを搭載した自動二輪車の側面図である。
【図２】上記エンジンの排気ガス浄化装置の断面図である。
【図３】上記排気ガス浄化装置の車両進行方向前方の斜視図である。
【図４】図２のIV−IV線断面図である。
【図５】本発明の他の実施形態による排気ガス浄化装置の断面図である。
【図６】本発明の他の実施形態による排気ガス浄化装置の斜視図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  自動二輪車、２  車体フレーム、３  フロントフォーク、４  エンジンユニット、５  シート、６  前輪、７  ハンドル、８  後輪、１０  エンジン、１１  内燃機関、１５  排気管、１５ａ  排気管下流部、１７  テールパイプ、１８  ブラケット、２０  排気ガス浄化装置、２１  上流側触媒、２２  下流側触媒、２３  二次空気供給管、２３ｄ  第１の部分供給管、２３ｅ  第２の部分供給管、２５  二次空気導入パイプ、２６  リードバルブアッシィ、３０  消音器、３２  第１の中空胴部、３３  第２の中空胴部、３５  流入抑制部材、３６  後方蓋部材、３９  端面部材、４２  補強部材、５０  １次膨張室、５１  ２次膨張室、５２  ３次膨張室、５４  第２配管、５６  第１配管、５７  第１隔壁、５８  第２隔壁、６０  支持部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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