(57)【要約】【課題】排気浄化性能を向上させると共に、排気ガス成分の検出精度を損なうことなく排気ガスセンサを配置すること。【解決手段】本発明は、クランクケース（２０）の前方に配置されるシリンダ（２１ａ）及びシリンダヘッド（２１ｂ）を有するエンジン（２）と、シリンダヘッドの排気ポート（２２）に取り付けられるエキゾーストパイプ（６）と、エキゾーストパイプの途中に配置される触媒（５０）と、触媒の上流側でエキゾーストパイプに取り付けられる上流側センサ（８）と、を備える。シリンダの軸線は、略水平方向に向けられ、排気ポートは、シリンダヘッドの下側に設けられている。エキゾーストパイプは、シリンダヘッドの下方で車幅方向に延びる第１配管部（６２）を有する。触媒は、軸方向が車幅方向に向くように第１配管部に配置される。【選択図】図５
2019015277.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクケースの前方に配置されるシリンダ及びシリンダヘッドを有するエンジンと、
前記シリンダヘッドの排気ポートに取り付けられる排気管と、
前記排気管の途中に配置される触媒と、
前記触媒の上流側で前記排気管に取り付けられる第１排気ガスセンサと、を備え、
前記シリンダの軸線は、略水平方向に向けられ、前記排気ポートは、前記シリンダヘッドの下側に設けられており、
前記排気管は、前記シリンダヘッドの下方で車幅方向に延びる第１配管部を有し、
前記触媒は、軸方向が車幅方向に向くように前記第１配管部に配置されることを特徴とする排気ガスセンサの配置構造。
【請求項２】
前記排気管は、前記第１配管部の上流側で排気流路を屈曲させる第１屈曲部を有し、
前記第１屈曲部は、軸方向に交差する方向で分割された分割体を結合して形成されることを特徴とする請求項１に記載の排気ガスセンサの配置構造。
【請求項３】
前記エンジンをフレームに懸架するブラケットを更に備え、
前記ブラケットは、前記シリンダヘッドの下方に設けられており、
前記触媒は、前記シリンダヘッドと前記ブラケットとの間に配置されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の排気ガスセンサの配置構造。
【請求項４】
前記第１排気ガスセンサは、前記第１屈曲部に取り付けられ、
前記第１排気ガスセンサの先端は、前記排気ポートの軸方向からみて前記排気ポートに重なることを特徴とする請求項２に記載の排気ガスセンサの配置構造。
【請求項５】
前記第１排気ガスセンサは、前記触媒の軸方向と平行で同軸上に配置されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の排気ガスセンサの配置構造。
【請求項６】
前記第１排気ガスセンサ及び前記触媒は、平面視で前記排気ポートを挟むように配置されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の排気ガスセンサの配置構造。
【請求項７】
前記第１排気ガスセンサは、前記排気ポートの直下で、前記シリンダヘッドの幅内に配置されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の排気ガスセンサの配置構造。
【請求項８】
前記ブラケットは、車幅方向に並んで一対設けられ、
前記第１排気ガスセンサは、前記排気ポートの直下で、一対の前記ブラケットの間に配置されることを特徴とする請求項３に記載の排気ガスセンサの配置構造。
【請求項９】
前記触媒の下流側で前記排気管に取り付けられる第２排気ガスセンサを更に備え、
前記第２排気ガスセンサは、クランク軸の中心よりも前方且つ下方に配置されることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の排気ガスセンサの配置構造。
【請求項１０】
前記第２排気ガスセンサは、前記シリンダを挟んで前記第１排気ガスセンサの反対側に配置され、
前記第１排気ガスセンサ及び前記第２排気ガスセンサの先端が共に内側に向けられることを特徴とする請求項９に記載の排気ガスセンサの配置構造。
【請求項１１】
前記排気管は、
前記第１配管部の下流側で排気流路を屈曲させる第２屈曲部と、
前記第２屈曲部の下流側に接続される第２配管部と、を有し、
前記第２屈曲部は、軸方向に交差する方向で分割された分割体を結合して形成され、
前記第２排気ガスセンサは、前記第２屈曲部又は前記第２配管部に取り付けられることを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の排気ガスセンサの配置構造。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれかに記載の排気ガスセンサの配置構造を備えることを特徴とする自動二輪車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガスセンサの配置構造及び自動二輪車に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今の排ガス規制に伴い、車両用エンジンの排気システムにおいては、排気ガスを浄化する触媒の劣化状況をモニタすることが求められている。例えば、特許文献１では、触媒の下流側に排気ガスの酸素濃度を検出する酸素センサが設けられている。
【０００３】
具体的に特許文献１では、消音器の内部が複数の隔壁（セパレータ）によって区画されており、複数の膨張室が形成されている。消音器の内部には触媒が配置されており、触媒の下流端が所定の膨張室内に突出するまで延びている。また、各膨張室及び触媒には、複数の排気管が接続されている。酸素センサは、触媒の下流側における排気管を貫通するように取り付けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１６０９１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１では、酸素センサを配置するために消音器の外壁の一部を凹ませている。よって、外壁が凹んだ分だけ膨張室の容積が小さくなり、排気ガスの消音効果が低減するおそれがある。また、排気ガスは下流に行くほど温度が下がるため、触媒や酸素センサの温度活性化の観点から、排気浄化性能を確保しつつ排気ガスの酸素濃度を適切に検出することができないおそれがある。
【０００６】
本発明は係る点に鑑みてなされたものであり、排気浄化性能を向上させると共に、排気ガス成分の検出精度を損なうことなく排気ガスセンサを配置することができる排気ガスセンサの配置構造及び自動二輪車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】
【０００７】
本発明の一態様の排気ガスセンサの配置構造は、クランクケースの前方に配置されるシリンダ及びシリンダヘッドを有するエンジンと、前記シリンダヘッドの排気ポートに取り付けられる排気管と、前記排気管の途中に配置される触媒と、前記触媒の上流側で前記排気管に取り付けられる第１排気ガスセンサと、を備え、前記シリンダの軸線は、略水平方向に向けられ、前記排気ポートは、前記シリンダヘッドの下側に設けられており、前記排気管は、前記シリンダヘッドの下方で車幅方向に延びる第１配管部を有し、前記触媒は、軸方向が車幅方向に向くように前記第１配管部に配置されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、排気浄化性能を向上させると共に、排気ガス成分の検出精度を損なうことなく排気ガスセンサを配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施の形態に係る排気ガスセンサの配置構造が適用される自動二輪車の概略構成を示す右側面図である。
【図２】図１に示す自動二輪車のエンジン周辺構成を示す右側面図である。
【図３】図２から一部構成を省略した図である。
【図４】図２に示すエンジン周辺構成の下面図である。
【図５】図４から一部構成を省略した図である。
【図６】図２に示すエンジン周辺構成の正面図である。
【図７】本実施の形態に係る排気システムの斜視図である。
【図８】本実施の形態に係る排気管周辺の上面図である。
【図９】図８のＡ矢視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。なお、以下においては、本発明に係る排気ガスセンサの配置構造をスクータータイプの自動二輪車に適用した例について説明するが、適用対象はこれに限定されることなく変更可能である。例えば、本発明に係る排気ガスセンサの配置構造を、他のタイプの自動二輪車や、バギータイプの自動三輪車、自動四輪車等に適用してもよい。また、方向について、車両前方を矢印ＦＲ、車両後方を矢印ＲＥ、車両上方を矢印ＵＰ、車両下方を矢印ＬＯ、車両左方向を矢印Ｌ、車両右方向を矢印Ｒでそれぞれ示す。また、以下の各図では、説明の便宜上、一部の構成を省略している。
【００１１】
図１を参照して、本実施の形態に係る自動二輪車の概略構成について説明する。図１は、本実施の形態に係る排気ガスセンサの配置構造が適用される自動二輪車の概略構成を示す右側面図である。
【００１２】
図１に示すように、小型スクータータイプの自動二輪車１は、アンダーボーン式の車体フレーム３（図２参照）にエンジン２を懸架して構成される。エンジン２は、例えば、単気筒エンジンで構成される。特に本実施の形態では、エンジン２、トランスミッション（後述するＣＶＴユニット等）及び後輪２６への伝達機構がスイングアームと一体化されたユニットスイング式エンジンが採用されている。
【００１３】
車体フレーム及びエンジン２には、車体外装としての各種カバーが装着される。具体的に車両前方側には、前方に運転者の足回りを保護するレッグシールド１１が設けられる。レッグシールド１１の後方には、センターフレームカバー１２が設けられる。センターフレームカバー１２の下端には、後方に向かって延びるフートボード１３が設けられる。フートボード１３の後方には、車両側面を覆うサイドフレームカバー１４が設けられる。
【００１４】
車両前方には、ステアリングシャフト（不図示）を介してフロントフォーク１５が回転可能に支持される。フロントフォーク１５の上方には、前輪１６を操舵するためのハンドルバー１７が設けられる。フロントフォーク１５の下部には前輪１６が回転可能に支持される。
【００１５】
サイドフレームカバー１４の上側には、シート１８が設けられる。サイドフレームカバー１４の後部にはリヤフェンダ１９が設けられる。サイドフレームカバー１４の内側から後方にわたって、内燃機関としてのエンジン２が配置される。
【００１６】
エンジン２は、フートボード１３の後方で前後に延びている。エンジン２の前端部分は、車体フレーム３に連結されており、その連結部分を支点にエンジン２全体が上下に揺動可能に構成される。エンジン２の後端には、後輪２６が回転可能に設けられる。
【００１７】
エンジン２の排気ポート２２（図４、５参照）には、排気システムとして、エキゾーストパイプ６及びマフラ７が接続される。エキゾーストパイプ６は、エンジン２の下方を後方に向かって延びている。マフラ７は、エキゾーストパイプ６の後端に接続され、側面視において後輪２６に重なるように配置される。マフラ７の右側面には、マフラカバー７０が設けられる。
【００１８】
次に、図２から図６を参照して、本実施の形態に係るエンジン及びその周辺構成について説明する。図２は、図１に示す自動二輪車のエンジン周辺構成を示す右側面図である。図３は、図２から一部構成を省略した図である。図４は、図２に示すエンジン周辺構成の下面図である。図５は、図４から一部構成を省略した図である。図６は、図２に示すエンジン周辺構成の正面図である。
【００１９】
上記したように、本実施の形態に係るエンジン２は、スクータータイプの自動二輪車１（図１参照）に採用されるユニットスイング式のエンジンで構成される。図２から図６に示すように、エンジン２は、エンジン懸架ブラケット４を介して車体フレーム３に揺動可能に懸架される。
【００２０】
車体フレーム３は、フートボード１３（図１参照）の下方で前後に延びるアンダーフレーム３０と、アンダーフレーム３０の後端から後上方に延びる一対のサイドフレーム３１と、アンダーフレーム３０及び一対のサイドフレーム３１を連結する連結フレーム３２とを含んで構成される。
【００２１】
アンダーフレーム３０は、エンジン２の前下方において、車幅方向の略中央（後述するシリンダの中心線Ｃ１上）を通るように前後に延びている。連結フレーム３２は、アンダーフレーム３０の後端に連なっており、車幅方向（左右方向）に延びている。一対のサイドフレーム３１は、下端が連結フレーム３２の左右両端に連なっている。
【００２２】
エンジン２は、クランク軸（不図示）等の各種構成部品が収容されるクランクケース２０の前方に、シリンダ２１ａ、シリンダヘッド２１ｂ及びシリンダヘッドカバー２１ｃをこの順番に配置して構成される。シリンダ２１ａは、軸線が略水平方向を向くように、前側に傾けて配置される。
【００２３】
具体的にシリンダ２１ａの軸線は、水平方向に対して前側（シリンダヘッドカバー２１ｃ側）が僅かに高くなる方向（略水平方向）に向けられている。すなわち、本実施の形態における水平方向とは、完全な水平方向のみを意味するのではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、所定の幅を持った概念とする。
【００２４】
シリンダ２１ａは、クランクケース２０の前部に取り付けられる。シリンダ２１ａの内部には、ピストンを収容する円柱状のシリンダボア（燃焼室）が形成されている（共に不図示）。シリンダヘッド２１ｂは、シリンダ２１ａの前部に取り付けられる。シリンダヘッド２１ｂには、燃焼室に連通する吸気ポート（不図示）及び排気ポート２２が形成されている。排気ポート２２は、シリンダヘッド２１ｂの下側（下面側）に設けられており、鉛直方向に軸方向を有する。
【００２５】
シリンダヘッドカバー２１ｃは、シリンダヘッド２１ｂの前部に取り付けられ、シリンダヘッド２１ｂに蓋をする役割を果たす。シリンダヘッド２１ｂ及びシリンダヘッドカバー２１ｃの内部には、吸排気バルブ（不図示）及び吸排気バルブを開閉駆動する動弁機構（不図示）が収容される。
【００２６】
クランクケース２０は、左右割の左ケース２３及び右ケース２４をボルト等で連結して構成される。左ケース２３と右ケース２４との合わせ面が、シリンダの軸中心を通っている。図３では、シリンダの軸中心（左ケース２３と右ケース２４との合わせ面）を通る直線を中心線Ｃ１で表している。クランクケース２０には、クランク軸が収容されており、クランク軸は、軸方向が車幅方向で水平となるように配置される。図３では、クランク軸の中心を中心線Ｃ２で示している。
【００２７】
特に左ケース２３は後方に向かって延びており、その後端には、ギヤケース２７を介して後輪２６が回転可能に取り付けられる。すなわち、左ケース２３は、後輪２６を片持ち支持するスイングアームを構成する。左ケース２３の左側面は開口されており、内部にトランスミッションとしてのＣＶＴユニット（不図示）が収容される。ＣＶＴユニットは、いわゆるベルト式の無段変速機で構成され、ベルトの巻き掛け半径を変更することで変速を実現する。左ケース２３の左方には、エンジンカバー２５が取り付けられ、左ケース２３の開口が塞がれる。ギヤケース２７には、減速ギヤ（不図示）が収容される。
【００２８】
また、左ケース２３及び右ケース２４には、エンジン２を車体フレーム３に連結（懸架）するためのエンジン懸架部２３ａ、２４ａが形成されている。エンジン懸架部２３ａ、２４ａは、左ケース２３及び右ケース２４のそれぞれの下面からシリンダ２１ａの下方に向かって前方に突出形成されている。エンジン懸架部２３ａ、２４ａは、車幅方向に並んで配置されており、中心線Ｃ１を挟んで対向している。エンジン懸架部２３ａ、２４ａの先端は、エンジン２の揺動軸（ピボット部）を構成する。
【００２９】
エンジン懸架部２３ａ、２４ａには、一対のエンジン懸架ブラケット４が取り付けられる。エンジン懸架ブラケット４は、エンジン懸架部２３ａ、２４ａの先端から前方に向かって延びている。一対のエンジン懸架ブラケット４は、シリンダヘッド２１ｂの下方において、エンジン懸架部２３ａ、２４ａに対応して車幅方向に並んで配置されており、中心線Ｃ１を挟んで対向している。
【００３０】
エンジン懸架部２３ａ、２４ａとエンジン懸架ブラケット４の後端部分とは、車幅方向に延びる軸部４０によって揺動可能に連結される。エンジン懸架ブラケット４の先端部分は、車幅方向に延びる懸架パイプ４１を介して連結フレーム３２に固定される。
【００３１】
クランクケース２０の右側には、クランク軸と同軸のクーリングファン２８ａが設けられている。クーリングファン２８ａは、右ケース２４の右側面に設けられるファンカバー２８によって覆われる。クーリングファン２８ａは、エンジン強制空冷用のファンであり、ファンカバー２８内に外気を取り入れて、シリンダ２１ａ及びシリンダヘッド２１ｂを冷却する。
【００３２】
エンジン２の排気ポート２２には、エキゾーストパイプ６を介してマフラ７が接続される。エンジン２の燃焼によって生じる排気ガスは、排気ポート２２からエキゾーストパイプ６を通じ、マフラ７で消音された後、外に排出される。エキゾーストパイプ６の詳細については後述する。
【００３３】
次に、図７から図９を参照して、本実施の形態に係る排気システムについて説明する。図７は、本実施の形態に係る排気システムの斜視図である。図８は、本実施の形態に係る排気管周辺の上面図である。図９は、図８のＡ矢視図である。
【００３４】
図７に示すように、本実施の形態に係る排気システムは、排気ポート２２（図４、５参照）に接続されるエキゾーストパイプ６と、エキゾーストパイプ６の下流端に接続されるマフラ７とを含んで構成される。図７から図９に示すように、エキゾーストパイプ６は、フランジ６０を介してエンジン２（シリンダヘッド２１ｂ（図５参照））の排気ポート２２に取り付けられる。
【００３５】
エキゾーストパイプ６は、排気ポート２２から下方に向かって突出した後、正面視において略水平方向右側に屈曲している。そして、エキゾーストパイプ６は、側面視において、エンジン２及びファンカバー２８（図２、３参照）の下方に沿って後方に延びている。
【００３６】
具体的にエキゾーストパイプ６は、上流側から、第１屈曲部６１、第１配管部６２、第２屈曲部６３、第２配管部６４をこの順番に溶接接合して形成される。第１屈曲部６１は、フランジ６０から下方に延びた後、右側に略直角に屈曲した正面視Ｌ字形状を有している。すなわち、第１屈曲部６１は、第１配管部６２の上流側で鉛直方向の排気流路を水平方向（左右方向）に屈曲させる。また、第１屈曲部６１は、軸方向に交差する方向、図５では前後方向で分割された分割体（前半部及び後半部）を溶接結合して形成される。また、第１屈曲部６１は、下流に向かうに従って流路断面が大きくなるように形成される。
【００３７】
第１配管部６２は、第１屈曲部６１の下流端に接続され、シリンダ２１ａ及びシリンダヘッド２１ｂ（図２から図５参照）の合わせ面の下方で車幅方向に延びている。第１配管部６２は、第１屈曲部６１の下流端における流路断面の大きさを一定に保ちながら右側に延びる円筒形状を有する。また、第１配管部６２は、軸方向に交差する方向、図７では上下方向で分割された分割体（上半部及び下半部）を溶接結合して形成される。詳細は後述するが、第１配管部６２には、排気ガスを浄化する触媒５０が設けられる。
【００３８】
第２屈曲部６３は、第１配管部６２の下流端に接続され、右方に突出した後、後方へ略直角に屈曲した平面視Ｌ字形状を有している。すなわち、第２屈曲部６３は、第２配管部６４の下流側で車幅方向（左右方向）の排気流路を前後方向に屈曲させる。また、第２屈曲部６３は、軸方向に交差する方向、図７では上下方向で分割された分割体（上半部及び下半部）を溶接結合して形成される。また、第２屈曲部６３は、下流に向かうに従って流路断面が小さくなるように形成される。
【００３９】
第２配管部６４は、第２屈曲部６３の下流端に接続され、第１配管部６２の流路径より小さい径で車両後方に延びている。より具体的には図２に示す側面視において、第２配管部６４は略Ｖ字状に形成されている。第２配管部６４は、第２屈曲部６３の上流端から後下方に延びた後、ファンカバー２８の下方でクランク軸中心近傍で上方に僅かに屈曲して後上方に延びている。
【００４０】
マフラ７は、エキゾーストパイプ６に比べて十分に外径が大きい円筒形状を有している。具体的にマフラ７は、上流端を構成するヘッド部７ａと、ヘッド部７ａの後方に接続されるケース部７ｂと、ケース部７ｂの後方に接続されるテール部７ｃとを、溶接接合して構成される。
【００４１】
ヘッド部７ａは、後方が開放された碗型形状を有し、エキゾーストパイプ６の下流端と接続される。ケース部７ｂは、ヘッド部７ａの開放端に連なる円筒形状を有し、後方に向かって延びている。テール部７ｃは、前方が開放された碗型形状を有し、ケース部７ｂの下流端に接合される。マフラ７内には、排気ガスを浄化する触媒５１が設けられる。
【００４２】
エキゾーストパイプ６の後端部分から、ヘッド部７ａ及びケース部７ｂの略前半部に至る部分には、エキゾーストパイプ６及びマフラ７を車体側に固定するためのブラケット７１が設けられる。また、マフラ７の右側方には、マフラ７を保護するマフラカバー７０が設けられる。
【００４３】
上記したように、エキゾーストパイプ６の途中、及びマフラ７内には、排気ガスを浄化する触媒５０、５１が配置される。触媒５０、５１は、例えば、三元触媒で構成され、排気ガス内の汚染物質（一酸化炭素、炭化水素や窒素酸化物等）を無害な物質（二酸化炭素、水、窒素等）に変換する。
【００４４】
また、触媒５０の上流側及び下流側において、エキゾーストパイプ６には、排気ガス中の所定成分を検出する排気ガスセンサとして、上流側センサ８と下流側センサ９とが設けられている。詳細は後述するが、上流側センサ８は、第１屈曲部６１に設けられ、下流側センサ９は、第２配管部６４に設けられる。
【００４５】
上流側センサ８及び下流側センサ９は、例えば、排気ガス中の所定成分として酸素を検出するジルコニア式酸素センサで構成される。上流側センサ８及び下流側センサ９は、所定の長さを有する円柱状に形成され、一端側が検出部となっており、他端側に配線（不図示）が接続される。上流側センサ８及び下流側センサ９では、排気ガス内の酸素濃度に応じて出力（電流値）が変化する。当該電流値は、図示しないＥＣＵ（Electronic  Control  Unit）に出力される。なお、排気ガスセンサは、酸素センサに限らず、例えば、空燃比センサであってもよい。
【００４６】
ＥＣＵは、自動二輪車１内の各種動作を統括制御する。ＥＣＵは、自動二輪車１内の各種処理を実行するプロセッサやメモリ等により構成される。メモリは、用途に応じてＲＯＭ（Read  Only  Memory）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）等の記憶媒体で構成される。メモリには、自動二輪車１の各部を制御する制御プログラム等が記憶されている。特に本実施の形態においてＥＣＵは、排気ガスセンサの出力に基づいて触媒５０の劣化判定を実施する。例えば、上流側センサ８及び下流側センサ９のリッチリーン間における出力反転回数の比に基づいて触媒５０の劣化が判定される。なお、触媒５０の劣化を判定するために、出力反転回数の比を用いる場合に限らず、上流側センサ８及び下流側センサ９の出力差を用いてもよい。
【００４７】
ところで上記したように、自動二輪車の排気システムにおいて、排ガス浄化装置としての触媒の劣化状況をモニタリングすることが求められている。触媒の劣化判定を実施するためには、触媒の上流と下流に排気ガスセンサを設置する必要がある。
【００４８】
例えば、触媒の上流側に設けられた排気ガスセンサ（酸素センサ）で排気ガス中の酸素濃度を検出し、空燃比を制御することは従来より実施されていた。しかしながら、触媒の劣化判定を目的として、触媒の下流側にも排気ガスセンサを配置しようとすると、自動二輪車特有のレイアウトの制約から、所定の検出精度を確保しつつ触媒の下流側に排気ガスセンサを近づけることが困難となっていた。
【００４９】
この点、自動四輪車においては、エンジンルーム内等、スペースに余裕のある場所に触媒を配置することができるため、排気ガスセンサの配置や保護は比較的容易である。一方、自動二輪車では、チャンバやマフラ内に触媒が配置されることが多く、上記したように、構造上、排気ガスセンサを触媒に近づけて配置することが困難である。また、排気管の途中に触媒が配置される場合でも、排気管と周辺部品が近接していることが多く、排気ガスセンサを配置するためのスペースを確保することが困難である。更に、自動二輪車の排気システムは外部に露出されているため、例えば冬場や雨天走行時において、触媒の温度が低下し易く適切にセンサ出力を得ることができない場合も想定される。また、排気ガスセンサの保護も問題になってくる。
【００５０】
例えば、チャンバやマフラ等の消音器内に触媒が設けられる場合、外壁を凹ませて排気ガスセンサの配置スペースを確保することが考えられる。しかしながら、チャンバやマフラの容積が減少する結果、本来の機能（出力増加や消音）に影響を与えるおそれがある。また、触媒自体を車両の前側に配置することも考えられるが、そもそも触媒の配置スペースの確保が困難であることに加え、大幅な設計変更が必要となるため、あまり現実的ではない。更には、熱源である触媒がライダーに近づくことによる熱害や、出力の低下、排気ガスセンサの保護方法、外観意匠性の悪化等、様々な課題が発生する。
【００５１】
特に、小型スクータータイプの自動二輪車にあっては、エンジンやフレームの間の狭い空間内でエキゾーストパイプを配設する必要があり、エキゾーストパイプは比較的細い配管径に設定される。この場合、周辺部品との隙間を確保しつつ、エキゾーストパイプ内に触媒や排気ガスセンサを配置することが非常に困難である。
【００５２】
また、小型スクーターでは、マフラに直接排気ガスセンサを配置することが考えられる。しかしながら、マフラ内（膨張室内）では、排気ガスの乱流により、排気ガスセンサで正確に酸素濃度を検出することが困難であるため、排気ガスセンサの性能を十分に満足することができない。更には、排気流路の下流になるほど排気ガスの温度が低下する。このため、排気ガスセンサのレイアウトによっては、排気ガスセンサの活性温度領域に達するまでに時間を要する。これは、エンジンの冷機状態において、排気ガスセンサが働き難くなる要因となる。また、マフラに排気ガスセンサを配置すると車両後方に位置することになるので、排気ガスセンサの配線が長くなり配索の複雑化、固定箇所の増加のおそれがある。
【００５３】
すなわち、今後厳しくなる排ガス規制の基準を満たすことが困難となり、その基準をクリアするには触媒の大型化が避けられない。その対策として、触媒をなるべく排気ポート近くに配置することが考えられるが、近づければ近づけるほどエキゾーストパイプの配置や他部品の配置（排気ガスセンサ等）の制約が厳しくなってくる。特に、図２に示すシリンダ２１ａ及びシリンダヘッド２１ｂの下方でエンジン２を車体フレーム３に懸架する下懸架タイプのスクーターにあっては、その制約が更に厳しい。
【００５４】
そこで、本件発明者は、小型スクータータイプの自動二輪車１において、シリンダヘッド２１ｂの下方でエキゾーストパイプ６の一部（第１配管部６２）を車幅方向に延ばし、第１配管部６２内で軸方向に沿って触媒５０を配置した。更に当該触媒５０の上流側であって、排気ポート２２の直下のエキゾーストパイプ６（第１屈曲部６１）に上流側センサ８を配置した。
【００５５】
この構成によれば、触媒５０及び上流側センサ８を熱源であるシリンダ２１ａ及びシリンダヘッド２１ｂに近づけて配置することが可能である。このため、エンジン２の始動後、早期に触媒５０及び上流側センサ８を温めて活性化することができる。よって、排気浄化性能を向上させると共に、排気ガス成分の検出精度も向上させることが可能である。また、周辺部品の配置自由度も向上することができ、エンジン２をコンパクトにすることができる。
【００５６】
次に、図２から図７を参照して、本実施の形態に係る触媒及び排気ガスセンサの配置構造について説明する。
【００５７】
図２から図７に示すように、触媒５０は、軸方向が車幅方向に向くように第１配管部６２に配置されている。また、図示はしないが、第１配管部６２と触媒５０との間には、僅かな空間が形成されており、二重管構造となっている。このため、第１配管部６２及び触媒５０の熱が外に伝わり難くなっている。よって、ライダーに対する熱害を抑制することが可能である。
【００５８】
また、図３に示すように、触媒５０は、シリンダ２１ａの軸中心を通る中心線Ｃ１と第２配管部６４の軸中心を通る中心線Ｃ３との間で排気ポート２２の直下に位置している。このため、触媒５０をできる限り、排気ポート２２に近づけて配置することが可能である。
【００５９】
また、第１配管部６２、第１屈曲部６１及び第２屈曲部６３を２つの分割体で構成したことにより、２つの分割体を予めプレス加工等により成形した上で第１配管部６２、第１屈曲部６１及び第２屈曲部６３を形成することできる。
【００６０】
特に、第１屈曲部６１及び第２屈曲部６３は、前後割又は上下割、すなわち、それぞれの屈曲方向を規定する平面に平行な平面で二分割に構成したことで、直線状のパイプを曲げて形成する場合に比べて、第１屈曲部６１及び第２屈曲部６３の曲げ半径を小さくすることができる。よって、第１屈曲部６１及び第２屈曲部６３を急な曲げでも対応することができ、レイアウトの自由度が向上する。この結果、排気ポート２２の近傍で急激な曲げを有するエキゾーストパイプ６を形成することが可能になった。したがって、触媒５０も排気ポート２２のより近傍に配置することが可能になっている。
【００６１】
また、触媒５０は、図２に示す側面視で、シリンダヘッド２１ｂとエンジン懸架ブラケット４との間に配置されている。このため、下懸架タイプのエンジン２であってもシリンダヘッド２１ｂの直下に触媒５０を配置することができる。また、触媒５０は、前方が車体フレーム３、後方がクランクケース２０、上方がシリンダヘッド２１ｂ、下方がエンジン懸架ブラケット４によって囲まれている。これにより、専用のカバーで覆うことなく飛石や水等から触媒５０を保護すると共に、外観上、目立たなくすることが可能である。
【００６２】
上流側センサ８は、第１屈曲部６１の屈曲部分に左方から取り付けられる。具体的に第１屈曲部６１の左側の割面上にナット８０が溶接される。割面上にナット８０を配置したことで、ナット８０を溶接する際の座面確保が容易となっている。上流側センサ８は、ナット８０に一端側をねじ込んで、その先端がエキゾーストパイプ６（第１屈曲部６１）内に貫通するように取り付けられる。これにより、第１屈曲部６１内を流れる排気ガスを上流側センサ８で検出することが可能になる。
【００６３】
特に、上流側センサ８の先端は、排気ポート２２の軸方向からみて排気ポート２２（フランジ６０）に重なる位置に設けられている。このように、上流側センサ８の先端が排気ポート２２に臨むように位置することで、触媒５０がシリンダヘッド２１ｂの直下に配置されても排気ポート２２の近くに上流側センサ８を取り付けることができる。この結果、上流側センサ８の早期活性化を促進し、排気ガス成分の検出精度が向上する。
【００６４】
また、上流側センサ８は、その軸方向が車幅方向に向けられており、触媒５０の軸方向と平行で同軸上に配置されている。また、上流側センサ８及び触媒５０は、平面視で排気ポート２２を挟むように配置されている。さらに、上流側センサ８は、排気ポート２２の直下において、シリンダヘッド２１ｂの幅内で、且つ一対のエンジン懸架ブラケット４の間に配置されている。上流側センサ８も触媒５０と同様に、前方が車体フレーム３、後方がクランクケース２０、上方がシリンダヘッド２１ｂ、下方がエンジン懸架ブラケット４によって囲まれている。これにより、専用のカバーで覆うことなく飛石や水等から上流側センサ８を保護すると共に、外観上、目立たなくすることが可能である。
【００６５】
また、触媒５０及び上流側センサ８は、ピボット部（エンジン懸架部２３ａ、２４ａの先端）近傍に配置されている。このため、エンジン２の揺動に伴う触媒５０及び上流側センサ８の移動量を小さくすることができ、周辺部品との干渉を防止することが可能である。特に上流側センサ８は、配線の取り回しをし易くすることが可能である。
【００６６】
下流側センサ９は、第２配管部６４の前半部において右方から取り付けられる。具体的に第２配管部６４の右側の側面にナット９０が溶接される。当該ナット９０に下流側センサ９の一端側をねじ込んで、その先端が第２配管部６４内に貫通するように取り付けられる。これにより、第２配管部６４内を流れる排気ガスを下流側センサ９で検出することが可能になる。
【００６７】
また、下流側センサ９は、図２に示す側面視において、クランク軸の中心（クーリングファン２８ａの中心）よりも前方且つ下方に配置されている。更に、下流側センサ９は、その軸方向が車幅方向に向けられており、先端が車幅方向内側に向けられている。すなわち、下流側センサ９は、中心線Ｃ１を挟んで上流側センサ８とは反対側に設けられている。このように、上流側センサ８及び下流側センサ９の先端を共に車両内側に向けたことで、各センサの先端の検出部をより排気ポート２２に近づけて配置することが可能である。よって、なるべく排気上流側で排気ガスを検出することができ、その検出精度が向上する。
【００６８】
このように、本実施の形態では、２つの排気ガスセンサ（上流側センサ８及び下流側センサ９）をマフラ７の上流側であるエキゾーストパイプ６に配置したことで、マフラ７の容量を減らすことなく、触媒５０の上流及び下流で排気ガスを検出することができる。よって、マフラ７内で拡散される前の排気ガスを検出することができ、その検出精度が向上する。
【００６９】
なお、上記実施の形態では、単気筒のエンジン２を例にして説明したが、この構成に限定されない。例えば、エンジン２は、２気筒以上の多気筒エンジンで構成されてもよく、各気筒の配置も適宜変更が可能である。
【００７０】
また、上記実施の形態では、車体フレーム３をアンダーボーンタイプのフレームで構成したが、この構成に限定されない。車体フレーム３は、例えば、ダイヤモンドタイプやツインスパータイプのフレームであってもよい。
【００７１】
また、上記実施の形態では、ユニットスイング式のエンジン２を例にして説明したが、この構成に限定されない。エンジンは、クランクケースとスイングアームとが別部品で構成される他のタイプのエンジンであってもよい。
【００７２】
また、上記実施の形態では、マフラ７は、円筒形状に形成される構成について説明したが、この構成に限定されない。マフラ７は、例えば、矩形断面、その他に異形断面を有してもよい。
【００７３】
また、上記実施の形態では、第１配管部６２が上下割の分割体を連結して形成する構成としたが、この構成に限定されない。第１配管部６２は、単なる円筒状のパイプで形成されてもよい。
【００７４】
また、上記実施の形態では、エキゾーストパイプ６をエンジン２の右側に沿わせる構成としたが、この構成に限定されない。エキゾーストパイプ６の曲げ方向は適宜変更が可能であり、例えば、エンジン２の左側にエキゾーストパイプ６を沿わせる構成としてもよい。
【００７５】
また、上記実施の形態では、第１屈曲部６１を前後割、第１配管部６２及び第２屈曲部６３を上下割で構成したが、この構成に限定されず、適宜変更が可能である。第１屈曲部６１及び第２屈曲部６３は、軸方向に交差する方向で分割された分割体を結合して構成されればよく、曲げ方向に応じて変更が可能である。また、第１配管部６２は、前後割で構成されてもよい。
【００７６】
また、上記実施の形態では、下流側センサ９を第２配管部６４の右側面から取り付ける構成としたが、この構成に限定されない。下流側センサ９は、例えば第２屈曲部６３の右側面から取り付けられてもよい。この場合、下流側センサ９は、第２屈曲部６３の割面上にナット９０を溶接して当該ナット９０にねじ込むことが好ましい。
【００７７】
また、上記実施の形態では、シリンダ２１ａ及びシリンダヘッド２１ｂの下方でエンジン２を車体フレーム３に懸架する下懸架式のユニットスイングエンジンを例にしたが、この構成に限定されない。例えば、シリンダ２１ａ及びシリンダヘッド２１ｂの上方でエンジン２を車体フレーム３に懸架する上懸架式のユニットスイングエンジンであってもよい。
【００７８】
また、本実施の形態及び変形例を説明したが、本発明の他の実施の形態として、上記実施の形態及び変形例を全体的又は部分的に組み合わせたものでもよい。
【００７９】
また、本発明の実施の形態は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよい。更には、技術の進歩又は派生する別技術によって、本発明の技術的思想を別の仕方で実現することができれば、その方法を用いて実施されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、本発明の技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施形態をカバーしている。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
以上説明したように、本発明は、排気浄化性能を向上させると共に、排気ガス成分の検出精度を損なうことなく排気ガスセンサを配置することができるという効果を有し、特に、自動二輪車に適用可能な排気ガスセンサの配置構造に有用である。
【符号の説明】
【００８１】
１  自動二輪車
２  エンジン
２０  クランクケース
２１ａ  シリンダ
２１ｂ  シリンダヘッド
２２  排気ポート
３  車体フレーム（フレーム）
４  エンジン懸架ブラケット（ブラケット）
５０  触媒
６  エキゾーストパイプ（排気管）
６１  第１屈曲部
６２  第１配管部
６３  第２屈曲部
６４  第２配管部
８  上流側センサ（第１排気ガスセンサ）
９  下流側センサ（第２排気ガスセンサ）
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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