(57)【要約】【課題】備品点数並びに作業工数を削減したものでありながら、軽量化やシール性の向上に貢献することができ、しかも耐久性を向上することができる排気装置を提供する。【解決手段】本発明は、排気ポートに上流端が接続された排気管と、排気管の下流端に接続された集合管３５と、集合管３５の下流端に接続された管体状の触媒装置３７と、触媒装置３７の下流端に接続された接続管３８と、を備えた排気装置２３において、触媒装置３７は、触媒担体３６を保持する金属製の触媒外筒４９と、触媒外筒４９の外側に位置して触媒外筒４９をカシメ保持する触媒ケース４８とを備え、排気管と集合管３５と触媒ケース４８と接続管３８とを同一金属で且つ触媒外筒４９とは異なる金属から構成し、これら同一金属から構成された各管体３５，４８，３８を溶接によって接続したことを特徴とする。【選択図】      図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気ポートに上流端が接続された排気管と、該排気管の下流端に接続された上流側接続管と、該上流側接続管の下流端に接続された管体状の触媒装置と、該触媒装置の下流端に接続された下流側接続管と、を備えた排気装置において、
前記触媒装置は、触媒担体を保持する金属製の触媒外筒と、該触媒外筒の外側に位置して該触媒外筒をカシメ保持する触媒ケースとを備え、
前記排気管と前記上流側接続管と前記触媒ケースと前記下流側接続管とを同一金属で且つ前記触媒外筒とは異なる金属から構成し、これら同一金属から構成された各管体を溶接によって接続したことを特徴とする排気装置。
【請求項２】
前記触媒外筒の少なくとも一方の端部を前記触媒担体よりも軸線方向に沿って延設すると共に、前記触媒ケースの端部を径方向内側に折り返して前記触媒外筒の延設端部をカシメ保持したことを特徴とする請求項１に記載の排気装置。
【請求項３】
前記触媒ケースの折り返したカシメ保持部分の外周面と前記上流側接続管とを溶接接合したことを特徴とする請求項２に記載の排気装置。
【請求項４】
前記下流側接続管の上流端に絞り状の段差部を形成すると共に、前記触媒外筒の下流端を前記段差部の内面に突き当てて抜け止めすることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の排気装置。
【請求項５】
前記触媒ケースの中間部には前記触媒外筒との間に空気層が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の排気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車や自動二、三輪車等の車両に搭載されてエンジンで燃焼した空気を排気する排気装置、特に、触媒装置を含む複数の管体の接続構造からなる排気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車や自動二輪車等の車両には、エンジンで燃焼した空気を車体後方に向けて案内しつつ、消音・清浄化した状態で排気する排気装置が搭載されている。また、このような排気装置には、触媒装置やマフラ等の管体を含め、周辺機器とのレイアウトを考慮しつつ、複数の管体を接続しながら車体後方に向けて延在された排気管構造のものも周知である。
【０００３】
この種の排気装置が多気筒エンジンを搭載した自動二輪車に設けられる場合、各エンジンポートから延在された複数の管体をそのまま車体後方に延在させたのでは、気筒間の位相差に伴う排気ガスの脈動効果を利用できないためにエンジン出力を向上できず、また、車体の大型化並びに重量増加の要因となるため、他の周辺機器との配置並びに走行特性（バンク角等）を考慮して集合管で集合させた後に、触媒装置を配置・接続し、さらにその下流側にマフラを配置している場合が多い。そして、この触媒装置は、酸化・還元等の反応熱により非常に高温となるため、触媒担体を支持する触媒ケースには耐熱性が高く熱変形の少ないステンレス鋼を使用するのが一般的である。
【０００４】
一方、排気装置に用いられる排気管には、内部を高温の排気ガスが流通し、エンジン停止後に水蒸気が凝結するため、熱変形し難く錆び難い金属が使用される。また、排気管は重量物であるため、特に、スポーツ走行性（加速性等）を重視したロードスポーツモデルでは、軽量化を目的としてチタンまたはチタン合金製の排気管が用いられる。このため、ロードスポーツモデルの排気系部品では、各管体に異種金属のものが用いられる場合がある。
【０００５】
このような場合、一般に、異種材質の金属部品間では、溶接が非常に困難であるため、異種金属からなる触媒管（例えば、ステンレス）と、その上流側及び下流側に配置された管体（例えば、チタン）とを接続する場合には、管状の接続ベルトによる締め付けや、接続端部にフランジを形成し、各フランジ同士をボルト・ナット等で締め付けるといったように、嵌合継手により接続するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−０５１５７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した排気装置にあっては、触媒装置とその上下流側との管体の接続にベルトやボルト・ナットといった嵌合継ぎ手を用いていることから、接続部に密閉シールを施す必要が増すうえ、組み付け精度の確保を含めて作業工数が増大してしまうといった問題が生じていた。
【０００８】
また、上述した嵌合継ぎ手は部品点数が増すばかりでなく、その部品重量が比較的重いことから、結果的に軽量化に貢献することができないといった問題が生じていた。
【０００９】
しかも、異種金属を使用すると、各管体の熱膨張係数が異なってしまうことから、熱膨張による変形差異を吸収する構成を採用する必要があり、上述した作業工数・部品点数・重量増といった不具合はさらに増大してしまっていた。
【００１０】
そこで、本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、異種金属から構成された管体を用いたものでありながら、部品点数並びに作業工数を削減することができ、軽量化やシール性の向上に貢献することができ、しかも耐久性を向上することができる排気装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、エンジンの排気ポートに上流端が接続された排気管と、該排気管の下流端に接続された上流側接続管と、該上流側接続管の下流端に接続された管体状の触媒装置と、該触媒装置の下流端に接続された下流側接続管と、を備えた排気装置において、前記触媒装置は、触媒担体を保持する金属製の触媒外筒と、該触媒外筒の外側に位置して該触媒外筒をカシメ保持する触媒ケースとを備え、前記排気管と前記上流側接続管と前記触媒ケースと前記下流側接続管とを同一金属で且つ前記触媒外筒とは異なる金属から構成し、これら同一金属から構成された各管体を溶接によって接続したことを特徴とする。
【００１２】
この場合、前記触媒外筒の少なくとも一方の端部を前記触媒担体よりも軸線方向に沿って延設すると共に、前記触媒ケースの端部を径方向内側に折り返して前記触媒外筒の延設端部をカシメ保持するのが好ましい。
【００１３】
また、前記触媒ケースの折り返したカシメ保持部分の外周面と前記上流側接続管とを溶接接合するのが好ましい。
【００１４】
さらに、前記下流側接続管の上流端に絞り状の段差部を形成すると共に、前記触媒外筒の下流端を前記段差部の内面に突き当てて抜け止めするのが好ましい。
【００１５】
さらにまた、前記触媒ケースの中間部には前記触媒外筒との間に空気層が形成されているのが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の排気装置によれば、異種金属から構成された管体を用いたものでありながら、部品点数並びに作業工数を削減することができ、軽量化やシール性の向上に貢献することができ、しかも耐久性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る排気装置を搭載した自動二輪車を示す左側面図である。
【図２】本発明の一実施形態の排気装置を搭載した自動二輪車の躯体を示す左側面図である。
【図３】本発明の一実施形態の排気装置の概略の全体構成を示す平面図である。
【図４】本発明の一実施形態の排気装置の周辺機器との関係を示す要部の正面図である。
【図５】本発明の一実施形態の排気装置と周辺機器との関係を示す要部の右側面図である。
【図６】本発明の一実施形態の排気装置の周辺機器との関係を示す要部の背面図である。
【図７】本発明の一実施形態の排気装置の要部を拡大して示す左側面図である。
【図８】本発明の一実施形態の排気装置の要部を拡大して示す断面図である。
【図９】本発明の一実施形態の排気装置における管体接続部の要部を拡大して示す断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態の排気装置の変形例における管体接続部の要部を拡大して示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、本発明の一実施形態に係る排気装置について、自動二輪車に搭載された排気装置に適用し、図面を参照して説明する。なお、以下に示す実施形態は、本発明の排気装置における好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定を付している場合もあるが、本発明の技術範囲は、特に本発明を限定する記載がない限り、これらの態様に限定されるものではない。また、以下に示す実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、かつ、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、排気装置の種類等を含め、以下に示す実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。
【００１９】
図１は本発明の一実施形態に係る排気装置を搭載した自動二輪車を示す左側面図、図２は本発明の一実施形態の排気装置を搭載した自動二輪車の躯体を示す左側面図、図３は本発明の一実施形態の排気装置の概略の全体構成を示す平面図、図４は本発明の一実施形態の排気装置と周辺機器との関係を示す要部の正面図、図５は本発明の一実施形態の排気装置の周辺機器との関係を示す要部の右側面図、図６は本発明の一実施形態の排気装置の周辺機器との関係を示す要部の背面図、図７は本発明の一実施形態の排気装置の要部を拡大して示す左側面図、図８は本発明の一実施形態の排気装置の要部を拡大して示す断面図、図９は本発明の一実施形態の排気装置における管体接続部の要部を拡大して示す断面図、図１０は本発明の一実施形態の排気装置の変形例における管体接続部の要部を拡大して示す断面図である。
【００２０】
図１及び図２において、本発明の一実施形態に係る自動二輪車１０は、その躯体として、車体前部中央に配置されたヘッドパイプ１１から車体後方左右（図で車体左側のみ図示）及び車体後方上下に分岐するように延在された車体左右一対のメインフレーム１２と、メインフレーム１２の左右上側端部から車体後方下部に向けて屈曲状態で延接された車体左右一対のボディフレーム１３と、メインフレーム１２の左右下側端部からボディフレーム１３の中途部に跨って接続された補強フレーム１４と、ボディフレーム１３の中途部から車体後方上向きに延在されたシートフレーム１５と、を備えている。
【００２１】
また、自動二輪車１０には、ヘッドパイプ１１に連結されて前輪１６を軸支するフロントフォーク１７と、ボディフレーム１３の下端寄りにピボット軸１８を介して回動可能に連結されたスイングアーム１９と、スイングアーム１９に回転可能に支持された後輪２０と、シートフレーム１５に固定されたシート２１と、シート２１の車体前方に隣接してメインフレーム１２・ボディフレーム１３・補強フレーム１４に跨って搭載された多気筒エンジン２２と、多気筒エンジン２２の排気を行う排気装置２３と、シート２１の前方に配置された燃料タンク２４と、ボディフレーム１３に固定されて車体前方に配置されたフロントカウリング２５と、フロントカウリングに連接して多気筒エンジン２２を覆うサイドカウリング２６及びアンダーカウリング２７と、を備えている。
【００２２】
スイングアーム１９の上下揺動は後輪懸架装置２８により緩衝されて位置を復元される。その後輪懸架装置２８は、左右のボディフレーム１３の間に架設されたクッション軸２９と、クッション軸２９に一端が回動可能に支持されたリンクロッド３０と、リンクロッド３０の一端に設けられてスイングアーム１９に連結された略三角形状のリンクプレート３１と、リンクプレート３１に支持されたリアショックアブソーバ３２と、を備えている。尚、リンクプレート３１は、その各頂点にリンクロッド３０、スイングアーム１９、リアショックアブソーバ３２が連結されており、このリンクプレート３１の三点支持によって、乗員荷重や走行時の路面荷重に伴ってスイングアーム１９が上下揺動しても緩衝によって後輪２０位置（乗員と路面との高さ）が復元される。
【００２３】
図３乃至図６に良く示されているように、排気装置２３は、多気筒エンジン２２に一端が接続された四本の排気管３３と、排気管３３の排気方向下流端で各二本毎に集合接続された二本の前部集合管３４と、その二本の前部集合管３４の排気方向下流端で一本に合流接続された後部集合管３５と、後部集合管３５の排気方向下流端に接続されて触媒担体３６を内装した管状の触媒装置３７と、触媒装置３７の排気方向下流端に接続された接続管３８と、接続管３８の排気方向下流端で車体右側に位置するように接続された排気マフラ３９と、を備えている。即ち、本実施の形態における排気装置２３では、四気筒多気筒エンジン２２を搭載したロードスポーツモデルの自動二輪車１０において、四本の排気管３３、二本の前部集合管３４、一本の後部集合管３５・触媒装置３７・接続管３８、一本の排気マフラ３９の、４−２−１−１構成を採用している。尚、接続管３８の下流側を二股とし、二本の排気マフラ３９を用いる（４−２−１−２構成）など、図示例に限定されるものではない。また、排気管３３、前部集合管３４、後部集合管３５、接続管３８は、全て熱変形し難く錆び難い軽量なチタン製（チタン合金を含む）で構成されている。
【００２４】
触媒装置３７よりも上流側に配置された後部集合管３５はブラケット４０を介してボディフレーム１３の下端に支持されている。また、後部集合管３５には、ナット（図示せず）等を介して排気中の酸素濃度を検出する排気ガスセンサ４１（例えば、Ｏ２センサ）が設けられている。さらに、後部集合管３５の側方（車体右側）には、図５に示すように、四本の排気管３３を一本の後部集合管３５に合流させた際のスペース確保により多気筒エンジン２２オイルを貯留するオイルパン４２が配置されている。
【００２５】
この際、オイルパン４２の容量は、直接その多気筒エンジン２２にて使用される多気筒エンジン２２オイルの総量を左右する要素となるため、大排気量多気筒エンジン２２になる程大きな容積を持つオイルパン４２を採用することが多い。また、オイルパン４２には走行風で多気筒エンジン２２オイルを冷却する役割もあり、沈澱式のオイルフィルタとしての役割も果たしている。オイルパン４２に蓄えられたオイルはオイルストレーナ（図示せず）を備えたオイルポンプ（図示せず）で吸い上げられ、濾紙式のオイルフィルタ（図示せず）を通って多気筒エンジン２２各部に行きわたる。この際、オイルパン４２は障害物の衝突による破損を最小限にする為、本実施の形態においては、オイルパン４２を車体右側にオフセットし、多気筒エンジン２２から延びる管体（後部集合管３５）をオイルパン４２とは反対側（左側）に配置している。
【００２６】
また、触媒装置３７よりも下流側に配置された接続管３８には、多気筒エンジン２２の運転状態に応じて排気態様を変える排気制御弁４３が配置されており、運転状態の変化に対応して所望の出力性能が最適化されている。排気制御弁４３は、図６に示すように、接続管３８の底面側に軸受４４が設けられており、管体内部に配置されたバタフライ弁（図示せず）の開度を調整する。例えば、初期時（スタート時）等の高トルクを必要とする場合には排気通路面積（内径）を絞り、高速走行時には排気通路面積を全開とする。
【００２７】
尚、図４及び図５に示すように、排気ガスセンサ４１と排気制御弁４３との間の上方には、ボディフレーム１３に連結されたフレームブラケット４５を介して右側フートレスト４６とブレーキペダル４７が配置されており、運転者の足元操作に排気ガスセンサ４１や排気制御弁４３が極力邪魔にならないように配置されている。
【００２８】
触媒装置３７は、図７に示すように、チタン製の後部集合管３５の下流側端とチタン製の接続管３８の上流側端の各内側に嵌め込まれたインロー接続方式で接続されている。また、触媒装置３７は、図８に示すように、表面に位置するチタン製の触媒ケース４８と、触媒ケース４８の内側に配置されて耐熱性が高く熱変形の少ないステンレス鋼製の触媒外筒４９と、触媒外筒４９に保持されてハニカム状のメタル触媒からなる触媒担体３６と、を備えている。
【００２９】
後部集合管３５の下流端は、その上流直前の内径よりも拡開した大径とされ、その大径な下流端の内周面に触媒ケース４８の上流端の外周面を嵌挿して全周溶接加工して接合している。この際、後部集合管３５と触媒ケース４８とは同一金属（チタン）であるため、溶接性が良い。また、接続管３８の上流端は、その下流直後の内径よりも拡開した大径とされ、その大径な上流端の内周面に触媒ケース４８の下流端の外周面を嵌挿して全周溶接加工して接合している。この際、接続管３８と触媒ケース４８とは同一金属（チタン）であるため、溶接性が良い。
【００３０】
触媒外筒４９の上流端は触媒ケース４８の上流端を径方向内側に折り返した折返部４８ａで挟持することにより、カシメ保持されている。このカシメ保持することで、触媒外筒４９の熱膨張による変形が後部集合管３５と触媒ケース４８との溶接部分に直接影響することがないので、異種金属間での熱膨張係数の差異に基づく変形により溶接部分に応力集中することを抑制でき、溶接部分の耐久性がより一層向上する。
【００３１】
また、接続管３８の上流端の大径部分と小径部分とは、絞込み等によって形成された段差部３８ａによって径変化されており、この段差部３８ａに触媒外筒４９の下流端が突き当て状態で接触することによって排気ガスの流入・流出に伴う荷重によって触媒外筒４９が接続管３８に向けてズレるといった抜け止め効果を奏することができる。
【００３２】
なお、触媒ケース４８は、その上流端で触媒外筒４９をカシメ保持しているが、長期に亘る使用において外部からの衝撃を受けてカシメ部分に緩みが発生する虞がある。これにより、カシメ部から触媒外筒４９が外れようとしても、接続管３８に設けた段差部３８ａにより確実に抜け止めがなされているため、触媒外筒４９が触媒ケース４８から外れることはない。
【００３３】
さらに、ステンレス鋼製の触媒外筒４９はチタン製の接続管３８に直接溶接されるわけではないため、触媒担体３６の熱が溶接箇所に伝わり難く、溶接部分の耐久性が向上する。同様に、溶接の際の熱が触媒担体３６に及び難くなるため、触媒担体３６に熱害が及ぶことも解消することができる。
【００３４】
しかも、触媒外筒４９の下流端は、その外周面に触媒ケース４８の下流端の内周面が全周密着するようにして保持されており、触媒ケース４８と触媒外筒４９との各下流端は溶接等の接合構造を採用していないことから、上述した異種金属同士の溶接等の不具合は発生することがない。
【００３５】
また、図９に示すように、後部集合管３５の下流端付近と触媒装置３７の上流端付近とは、触媒ケース４８の折り返しによる厚み（触媒外筒４９を挟持したサンドイッチ構造の厚み）を考慮して後部集合管３５の大径部分を拡開させることにより、排気ガスの乱流の発生を抑制し、効率良く排気ガスを後部集合管３５から触媒担体３６へと流入させることができる。尚、段差部３８ａにおいても同様の径構造を採用するのが望ましい。
【００３６】
一方、触媒ケース４８の中間部には、径方向外方へ膨出させて触媒外筒４９との間に空気層５０を形成している。これにより、触媒外筒４９が受ける熱が触媒ケース４８に伝わり難くなる。さらに、空気層５０が断熱層となるため、触媒担体３６が走行風で冷却されて活性化温度に到達するまでの期間が長くなることを防止することができる。尚、この空気層５０にグラスウール等の断熱材や遮音材を充填することも可能である。
【００３７】
上記の構成において、多気筒エンジン２２から排出された排気ガスは、四本の排気管３３から二本の前部集合管３４、一本の後部集合管３５を経由し、触媒装置３７の触媒担体３６により一次浄化された後、後部排気管３３を経て排気マフラ３９に流れ、排気マフラ３９の内部（膨張室）に設けられた触媒担体５１（図３参照）により二次浄化され、膨張・消音されてから外部に排出される。
【００３８】
（変形例）
図１０は、本発明の排気装置２３の変形例を示す。上記実施の形態では、触媒ケース４８の上流端を折り返し、その折返部４８ａによって触媒外筒４９をカシメ保持していたが、この変形例では、折り返しによる折返部５９ａを触媒外筒５９に形成したものである。
【００３９】
即ち、触媒外筒５９の上流端を径方向外方へ折り曲げて、触媒外筒５９で触媒ケース５８をカシメ保持したもので、後部集合管５５と触媒装置５７との接続部分での排気ガスの乱流をより一層抑制することができ、出力低下を抑えることができるようにしたものである。
【００４０】
なお、触媒外筒４９，５９を保持する構成は、上記したいずれの構成でも良いが、触媒ケース４８の上流端を折り返して触媒外筒４９をカシメ保持した構成の方が、触媒外筒４９を折り曲げ加工しなくて済むため、その折り曲げ加工時に触媒担体３６に変形や損傷を与える虞は少ない。
【００４１】
このように、本発明の排気装置２３にあっては、触媒担体３６の保持にはステンレス鋼を用いたものでありながら、触媒装置３７と上流及び下流で隣接する後部集合管３５及び接続管３８との各接続を同一金属による溶接接合とすることにより、異種金属による管体接続構造に比べて重量の重いベルトやボルト・ナットといった接続部品が不要となり、軽量化に貢献することができ、しかも、シール性の向上並びに耐久性の向上に貢献することができる。
【００４２】
なお、上記した本発明の実施形態では、多気筒エンジン２２を搭載した自動二輪車１０に本発明を適用し、前部集合管３４と後部集合管３５とにより本発明の上流側接続管が構成され、接続管３８により本発明の下流側接続管が構成されている場合について例示して説明しているが、本発明はこの場合に限定されるものではない。すなわち、本発明は、一つの気筒に形成された一つ或いは複数の排気ポートから、所定のレイアウトで下流側に向けて屈曲配置接続された各一本の排気管、上流側接続管、触媒装置、下流側接続管、排気マフラの、１−１−１−１構成を備えた単気筒エンジンを搭載した自動二、三輪車等、多気筒エンジン２２以外のエンジンを搭載した自動二、三輪車にも適用可能である。
【符号の説明】
【００４３】
２２…多気筒エンジン
２３…排気装置
３３…排気管
３４…前部集合管（上流側接続管）
３５…後部集合管（上流側接続管）
３６…触媒担体
３７…触媒装置
３８…接続管（下流側接続管）
３８ａ…段差部
３９…排気マフラ
４８…触媒ケース
４８ａ…折返部
４９…触媒外筒
５０…空気層
５５…後部集合管
５７…触媒装置
５８…触媒ケース
５９…触媒外筒
５９ａ…折返部
【図１】
2011256785.tif 000003
【図２】
2011256785.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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