(57)【要約】【課題】排気管の途中に排気浄化装置が設けられた排気装置において、機関出力の増加および排気浄化装置の浄化性能の向上を図る。【解決手段】内燃機関の排気装置Ｅは、第１排気管１と第２排気管２との間に設けられて、排気マフラ４内に配置された触媒部３０を有する排気浄化装置３を備える。排気浄化装置３は、浄化後の排気ガスが流出する出口路３６を形成する出口部３４を有する。出口部３４はコンバージェント部を構成するテーパ管３９を有し、テーパ管３９の上流側部３９ｃに、出口部３４を流れる排気ガスの一部を流出させるリーク孔７が設けられる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気マフラと、内燃機関の排気ポートと前記排気マフラの消音空間との間に設けられた排気管と、該排気管の途中に設けられた排気浄化装置とを備え、前記排気管は、前記排気浄化装置よりも上流および下流にそれぞれ配置された上流側排気管と下流側排気管とを有し、前記排気浄化装置は浄化エレメントと排気ガスが該浄化エレメントに流入する入口路を形成する入口部と浄化後の排気ガスが前記浄化エレメントから流出する出口路を形成する出口部とを有する内燃機関の排気装置において、
前記出口部は排気ガスの下流に向かって流路面積が減少するコンバージェント部を有し、前記出口部または前記下流側排気管の上流端側部分には、排気ガスの一部を流出させる単数または複数のリーク通路が設けられたことを特徴とする内燃機関の排気装置。
【請求項２】
前記リーク通路は、前記コンバージェント部の上流側部または該上流側部よりも上流の前記出口部に設けられたことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気装置。
【請求項３】
前記排気浄化装置および前記下流側排気管は前記消音空間内に配置されたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の内燃機関の排気装置。
【請求項４】
前記消音空間は、隔壁により区画された複数の消音室から構成され、前記リーク通路の出口および前記排気管の出口が同一の前記消音室に開放することを特徴とする請求項３記載の内燃機関の排気装置。
【請求項５】
前記消音空間は、隔壁により区画された複数の消音室から構成され、前記リーク通路の出口と、前記排気管の出口とが異なる前記消音室に開放することを特徴とする請求項３記載の内燃機関の排気装置。
【請求項６】
前記リーク通路の出口が開放する前記消音室は、前記複数の消音室のうち最も下流に位置する消音室であることを特徴とする請求項５記載の内燃機関の排気装置。
【請求項７】
前記出口部または前記上流端側部分には、前記リーク通路の出口を覆う吸音部材が装着されたことを特徴とする請求項３から請求項６のいずれか１項記載の内燃機関の排気装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気管の途中に設けられた排気浄化装置と排気マフラとを備える内燃機関の排気装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の排気ガスを浄化するための排気浄化装置が排気管の途中に設けられた排気装置として、例えば特許文献１に開示されたものがある。この排気装置では、排気ガスを浄化する主触媒および副触媒が排気管の途中に設けられる。各触媒は、上流側および下流側にそれぞれ位置する排気管の径よりも大径の収容部に収容される。そのため、収容部の上流側部分は、排気ガスの下流に向かって流路面積が増加するダイバージェント部に形成され、収容部の下流側部分は、排気ガスの下流に向かって流路面積が減少するコンバージェント部に形成される。
【０００３】
また、排気管の途中に排気ガスが流出する孔が設けられた排気装置として、例えば特許文献２および特許文献３に開示されたものがある。特許文献２に開示されたマフラでは、マフラの第１膨張室内に保持されたディフューザパイプに第１膨張室内に挿入された排気管の後部が嵌合され、排気管には第１膨張室に開放する調整孔が設けられる。そして、調整孔により、排気脈動波を利用して特定の回転域で高出力を得るようにしたときの出力の谷が補正される。
【０００４】
さらに、特許文献３に開示された排気消音器では、消音器の排気入口に接続された排気管には、排気入口および排気出口を結ぶ貫通管が連接される。貫通管は、前部消音室内に位置するテーパ部と該テーパ部から排気出口に至る直管部とからなる。そして、テーパ部には、前部消音室に連通する多数の通孔が設けられ、直管部には、中間消音室に連通する弁孔と、この弁孔と直管部とを交互に開閉する切換弁が設けられる。そして、切換弁が直管部を遮断するときに、排気管からの排気ガスは、多数の通孔を通って前部消音室に流出し、さらに後部消音室、次いで中間消音室を経て排気出口に達する。また、切換弁が直管部を部分的に開くと、一部の排気ガスは、多数の通孔から流出して、前部消音室、後部消音室および中間消音室を順次通って排気出口に達し、残りの排気ガスは、貫通管のみを通って排気出口に達する。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−２０４９３１号公報
【特許文献２】
特許２７３７０７９号公報
【特許文献３】
特開平２−８１９１１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
排気通路を形成する排気管内で発生する反射圧力波に基づく排気脈動を利用することにより、排気効率を高めたり、新気の吹抜けを防止または抑制して、機関出力を増加させることができることはよく知られている。そのときは、発生する反射圧力波が適切な時期に排気ポートの排気口に達するように、排気管での反射圧力波の発生部位の排気通路における位置を適切に設定する必要がある。
【０００７】
ところで、排気管の途中に排気浄化装置が設けられる場合、排気浄化装置の浄化エレメント（例えば特許文献１の触媒が相当する。）での排気ガスの通路を確保する必要があることから、特許文献１の従来技術のように、排気浄化装置は、負の反射圧力波が発生するダイバージェント部と、正の反射圧力波が発生するコンバージェント部を有する。そして、一般的には、負の反射圧力波は、排気ガスの流出を促進することから排気効率の向上に寄与する一方で、正の反射圧力波は、排気ガスの流出を抑制することから、その発生部位の排気通路での位置が適切に設定される場合には新気の吹抜けを抑制するものの、そうでない場合には排気効率を低下させる傾向を有する。
【０００８】
そのため、浄化エレメントを有する排気浄化装置を備える排気装置において、排気脈動を利用して排気効率ひいては機関出力を高めるためには、反射圧力波が発生する部位であるダイバージェント部およびコンバージェント部、特に、排気効率を低下させる正の反射圧力波を発生するコンバージェント部の排気通路での位置を適切に設定する必要がある。
【０００９】
しかしながら、排気浄化装置の設置箇所は、車体でのレイアウトを考慮しつつ、例えば、触媒が早期に活性温度に達するように、排気ガスの温度が高く保たれている排気ポートにできるだけ近い箇所や、触媒の活性温度を維持することが容易な箇所など、良好な浄化性能を確保する観点から設定されることが多い。そのため、正の反射圧力波が発生するコンバージェント部が、新気の吹抜けを抑制して機関出力を増加させるような位置に設けられることは殆どなく、この反射圧力波が、円滑な排気ガスの排出を阻害して、排気効率を低下させ、機関出力を低下させることが多かった。
【００１０】
さらに、コンバージェント部により発生する正の反射圧力波により、浄化エレメントの直下流での圧力（背圧）が高くなって、浄化エレメントでの排気ガスの流速が低下したり、流速の分布が不均一になって、排気浄化装置の浄化性能が低下していた。
【００１１】
また、特許文献２，３の従来技術は、排気管または排気管に接続される貫通管のテーパ部に孔が設けられたものであるが、いずれも排気浄化装置を備えておらず、したがって排気浄化装置と関連して孔が設けられたものではない。
【００１２】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、請求項１から請求項７記載の発明は、排気管の途中に排気浄化装置が設けられた排気装置を備える内燃機関において、機関出力の増加および排気浄化装置の浄化性能の向上を図ることを目的とする。そして、請求項２，５，６記載の発明は、さらに、機関出力を一層増加させることおよび排気浄化装置の浄化性能を一層向上させることを目的とし、請求項３記載の発明は、さらに、リーク通路から流出する排気ガスにより発生する排気音を低減し、しかも排気浄化装置および下流側排気管に対する防護をすることを目的とし、請求項４記載の発明は、さらに、排気マフラの大型化および内部構造の複雑化を回避することを目的とし、請求項７記載の発明は、さらに、機関出力の一層の増加およびリーク通路から流出する排気ガスにより発生する排気音の一層の低減を図ることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
請求項１記載の発明は、排気マフラと、内燃機関の排気ポートと前記排気マフラの消音空間との間に設けられた排気管と、該排気管の途中に設けられた排気浄化装置とを備え、前記排気管は、前記排気浄化装置よりも上流および下流にそれぞれ配置された上流側排気管と下流側排気管とを有し、前記排気浄化装置は浄化エレメントと排気ガスが該浄化エレメントに流入する入口路を形成する入口部と浄化後の排気ガスが前記浄化エレメントから流出する出口路を形成する出口部とを有する内燃機関の排気装置において、前記出口部は排気ガスの下流に向かって流路面積が減少するコンバージェント部を有し、前記出口部または前記下流側排気管の上流端側部分には、排気ガスの一部を流出させる単数または複数のリーク通路が設けられた内燃機関の排気装置である。
【００１４】
これにより、出口部または下流側排気管の上流端側部分を流れる排気ガスの一部がリーク通路を通って流出して、浄化エレメントよりも下流の排気ガスの圧力が減少すると共に、リーク通路の部分では負の反射圧力波が発生し、コンバージェント部またはコンバージェント部に近接した部位で発生するこの負の反射圧力波により、コンバージェント部で発生する正の反射圧力波が減衰する。このため、正の反射圧力波が排気ガスの流れを阻害することが抑制され、さらに排気浄化装置での背圧が減少して、排気浄化装置内における排気ガスの流速の低下が抑制される。
【００１５】
この結果、請求項１記載の発明によれば、次の効果が奏される。すなわち、上流側排気管と下流側排気管との間に設けられた排気浄化装置は、その出口部にコンバージェント部を有し、出口部または下流側排気管の上流端側部分には、排気ガスの一部を流出させる単数または複数のリーク通路が設けられたにより、排気浄化装置の浄化エレメントよりも下流の排気ガスの圧力が減少すると共にコンバージェント部で発生する正の反射圧力波が減衰するので、排気管の途中に排気浄化装置が設けられた排気装置を備える内燃機関において、排気効率が向上して機関出力が増加する。そのうえ、正の反射圧力波による排気浄化装置内での排気ガスの流速の低下が抑制されるので、排気浄化装置の浄化性能が向上する。
【００１６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の内燃機関の排気装置において、前記リーク通路は、前記コンバージェント部の上流側部または該上流側部よりも上流の前記出口部に設けられたものである。
【００１７】
これにより、リーク通路は、流路面積の変化が大きいことに起因して強い正の反射圧力波が発生する部位またはその部位に近接した位置であるコンバージェント部の上流側部またはそれよりも上流の出口部に位置するので、正の反射圧力波が効果的に減衰する。また、浄化エレメントに比較的近い位置に複数個のリーク通路が設けられる場合には、排気浄化装置内での流速の分布を均一化することが可能になる。
【００１８】
この結果、請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、次の効果が奏される。すなわち、リーク通路が、排気浄化装置のコンバージェント部の上流側部または該上流側部よりも上流の出口部に設けられたことにより、コンバージェント部で発生する反射圧力波が効果的に減衰するので、排気効率が一層向上して、機関出力が一層増加するうえ、反射圧力波による排気浄化装置内での排気ガスの流速の低下が一層抑制され、さらには複数のリーク通路により流速の分布を均一化することも可能になって、排気浄化装置の浄化性能が向上する。
【００１９】
請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の内燃機関の排気装置において、前記排気浄化装置および前記下流側排気管は前記消音空間内に配置されたものである。
【００２０】
これにより、リーク通路から流出する排気ガスは消音空間内に流出して消音され、また排気マフラーが、排気浄化装置および下流側排気管に対する防護部材となる。
この結果、請求項３記載の発明によれば、引用された請求項記載の発明の効果に加えて、次の効果が奏される。すなわち、排気浄化装置および下流側排気管が消音空間内に配置されたことにより、リーク通路から流出する排気ガスにより発生する排気音が低減する。そのうえ、簡単な構造により、運転者や障害物などが排気浄化装置や下流側排気管に接触することを、防護部材を別途設けるなど部品点数を増加させることなく、確実に防止することができる。
【００２１】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の内燃機関の排気装置において、前記消音空間は、隔壁により区画された複数の消音室から構成され、前記リーク通路の出口および前記排気管の出口が同一の前記消音室に開放するものである。
これにより、排気管から流出する排気ガスにより発生する排気音を低減するための消音室とリーク通路から流出する排気ガスにより発生する排気音を低減するための消音室とが共用される。
【００２２】
この結果、請求項４記載の発明によれば、請求項３記載の発明の効果に加えて、次の効果が奏される。すなわち、排気マフラの消音空間を構成する複数の消音室において、リーク通路の出口および排気管の出口が同一の消音室に開放することにより、排気管およびリーク通路からそれぞれ流出する排気ガスによる排気音を低減するための消音室が共用されるので、排気マフラの大型化およびその内部構造の複雑化を回避することができて、排気装置のコスト削減ができる。
【００２３】
請求項５記載の発明は、請求項３記載の内燃機関の排気装置において、前記消音空間は、隔壁により区画された複数の消音室から構成され、前記リーク通路の出口と、前記排気管の出口とが異なる前記消音室に開放するものである。
【００２４】
これにより、リーク通路からの排気ガスは、排気管からの排気ガスが流出することに起因して高圧でありしかも大きな排気脈動が存在する消音室に対して、より低圧でありしかも排気脈動がより小さい消音室に流出するので、コンバージェント部での正の反射圧力波が効果的に減衰する。そのため、正の反射圧力波に起因する、排気ガスの流れの阻害が一層抑制され、さらに排気浄化装置での背圧も一層減少して排気浄化装置内における排気ガスの流速の低下が一層抑制される。
【００２５】
この結果、請求項５記載の発明によれば、請求項３記載の発明の効果に加えて、次の効果が奏される。すなわち、排気マフラの消音空間を構成する複数の消音室において、リーク通路の出口と、排気管の出口とが異なる消音室に開放するこにより、コンバージェント部で発生する反射圧力波が一層減衰するので、排気効率が一層向上して、機関出力が一層増加する。そのうえ、正の反射圧力波による排気浄化装置内での排気ガスの流速の低下が一層抑制されて、排気浄化装置の浄化性能が一層向上する。
【００２６】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の内燃機関の排気装置において、前記リーク通路の出口が開放する前記消音室は、前記複数の消音室のうち最も下流に位置する消音室であるものである。
【００２７】
これにより、リーク通路からの排気ガスは、排気マフラに形成される複数の消音室のうち、最も低圧でありしかも排気脈動が最小の消音室に流出するので、コンバージェント部での正の反射圧力波が一層減衰する。そのため、正の反射圧力波に起因する排気ガスの流れの阻害が一層抑制され、さらに排気浄化装置での背圧が一層減少して排気浄化装置内における排気ガスの流速の低下が一層抑制される。
【００２８】
この結果、請求項６記載の発明によれば、排気マフラの消音空間を構成する複数の消音室において、リーク通路の出口は、それら消音室のうち最も下流に位置する消音室に開放することにより、請求項５記載の発明の効果がさらに効果的に奏される。
【００２９】
請求項７記載の発明は、請求項３から請求項６のいずれか１項記載の内燃機関の排気装置において、前記出口部または前記上流端側部分には、前記リーク通路の出口を覆う吸音部材が装着されたものである。
【００３０】
これにより、リーク通路の出口に作用する消音室内の排気脈動が吸音部材により減衰して、リーク通路から流出する排気ガスが消音室に流出し易くなり、浄化エレメントよりも下流の排気ガスの圧力が効果的に減少すると共に、リーク通路の部分で発生する負の反射圧力波により、コンバージェント部で発生する正の反射圧力波が効果的に減衰する。このため、正の反射圧力波が排気ガスの流れを阻害することが抑制され、さらに排気浄化装置での背圧が減少して、排気浄化装置内における排気ガスの流速の低下が抑制される。また、リーク通路から流出した排気ガスは吸音部材を通過した後に消音室内に流出するので、その排気ガスにより発生する排気音は、排気ガスが吸音部材を通過する際に低減するうえ、その後消音室内で膨張することによりさらに低減する。
【００３１】
この結果、請求項７記載の発明によれば、引用された請求項記載の発明の効果に加えて、次の効果が奏される。すなわち、出口部または下流側排気管の上流端側部分には、リーク通路の出口を覆う吸音部材が装着されたことにより、浄化エレメントよりも下流の排気ガスの圧力が効果的に減少すると共コンバージェント部で発生する正の反射圧力波が効果的に減衰するので、排気効率が向上して機関出力が増加し、反射圧力波による排気浄化装置内での排気ガスの流速の低下が抑制されるので、排気浄化装置の浄化性能が向上するうえ、リーク通路から流出する排気ガスにより発生する排気音が一層低減する。
【００３２】
なお、この明細書において、「上流」および「下流」とは、それぞれ排気ガスの流れに関しての「上流」および「下流」を意味し、「流れ」とは、排気ガスの流れを意味する。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図１ないし図５を参照して説明する。
本発明の第１実施例を示す図１を参照すると、本発明が適用された排気装置Ｅは、自動二輪車または小型車両に搭載される単気筒の４サイクル内燃機関（図示されず）の排気装置である。シリンダ内を往復動するピストンを有する前記内燃機関の燃焼室から排出された燃焼ガスである排気ガスを浄化して大気中に排出する排気装置Ｅは、排気ガスの上流から下流に、順に、前記内燃機関の排気ポートに接続される導入管（図示されず）と、該導入管に接続される上流側排気管である第１排気管１と、第１排気管１に接続される排気浄化装置３と、排気浄化装置３に接続される下流側排気管である第２排気管２と、第２排気管２が開放する消音空間Ｓが形成される排気マフラ４と、消音空間Ｓに開放する入口６ａおよび大気に開放する出口６ｂを有するテールパイプ６とを備える。
【００３４】
それゆえ、排気浄化装置３を挟んで設けられる第１排気管１および第２排気管２と前記導入管とから構成される排気管Ｐは、前記排気ポートと消音空間Ｓとの間に設けられる。そして、排気浄化装置３は、車体におけるレイアウトを考慮したうえで、温度が比較的高い排気ガスが排気浄化装置３に流入するように、できるだけ前記排気ポートに近い位置で排気管Ｐの途中に設けられる。
【００３５】
排気マフラ４は、外壁４０と、外壁４０の内部に形成される消音空間Ｓを複数の消音室に区画する隔壁、この第１実施例では複数の隔壁である第１，第２隔壁４１，４２と、を備える。第１，第２隔壁４１，４２により、消音空間Ｓは、それぞれ膨張室を構成する３つの第１，第２，第３消音室４５，４６，４７に区画される。
【００３６】
具体的には、外壁４０は、筒状、この実施例では円筒状の中央部４０ａと、中央部４０ａの長手方向での一端側の第１端部４０ｂと、中央部４０ａの長手方向での他端側の第２端部４０ｃとからなる。中央部４０ａの内側には、中央部４０ａと共同して二重壁構造を構成する内壁４０ｄが設けられ、中央部４０ａと内壁４０ｄとの間には例えばグラスウールからなる吸音材料４０ｅが充填される。
【００３７】
そして、中央部４０ａと第１隔壁４１と第２隔壁４２とにより第１消音室４５が形成され、第１消音室４５を挟んで、第２，第３消音室４６，４７が形成される。すなわち、第２消音室４６は中央部４０ａの一端部分と第１端部４０ｂと第１隔壁４１とにより形成され、第３消音室４７は中央部４０ａの他端部分と第２端部４０ｃと第２隔壁４２とにより形成される。
【００３８】
消音空間Ｓ内での排気ガスの流れの上流から下流に沿って順次位置する第１〜第３消音室４５〜４７は、流れに沿って隣接する消音室同士を連通する連通管、この実施例では複数の連通管である第１，第２連通管４９，５０を備える。第１連通管４９は、第１隔壁４１を貫通して配置されて、第１消音室４５に開放する入口４９ａと、第２消音室４６に開放する出口４９ｂとを有する。第２連通管５０は、第１隔壁４１と第１消音室４５と第２隔壁４２とを貫通して配置されて、第２消音室４６に開放する入口５０ａと、第３消音室４７に開放する出口５０ｂとを有する。
【００３９】
排気マフラ４の外部で前記導入管に接続される第１排気管１は、第１端部４０ｂと第２消音室４６と第１隔壁４１とを貫通して配置され、第１消音室４５内で排気浄化装置３の入口部３３に接続される。一方、第１消音室４５内で排気浄化装置３の出口部３４に接続される第２排気管２は、第２隔壁４２を貫通して、第３消音室４７内でＵ字状の曲管部を形成して延び、第２隔壁４２を再度貫通して第１消音室４５内で第１隔壁４１の近くまで延びて配置される。そして、第２排気管２の出口２ｂは、第１隔壁４１に近接して位置すると共に第１隔壁４１に対向して第１消音室４５に開放する。また、テールパイプ６は、第２端部４０ｃを貫通して配置され、排気ガスの流れで最も下流に位置する第３消音室４７に開放する入口６ａを有する。
【００４０】
それゆえ、第２排気管２の全体は、第１，第３消音室４５，４７内に配置され、排気浄化装置３の全体は、第２排気管２の出口２ｂが開放する第１消音室４５内に配置される。この排気浄化装置３は、排気ガス中の有害成分を無害化して排気ガスを浄化する物質、この実施例では排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）、ＨＣ（炭化水素）およびＣＯ（一酸化炭素）を浄化する三元触媒が担持されたモノリス型担持体から構成される触媒部３０と、該触媒部３０を収容するケーシング３１とを有する。それゆえ、触媒部３０は、排気ガスを浄化する浄化エレメントを構成する。
【００４１】
このように、三元触媒を有する排気浄化装置３が、前記排気管Ｐを構成する第１，第２排気管１，２の途中で、しかも排気マフラ４内に配置されることで、触媒が活性温度に達するまでの時間を短縮することができるうえ、排気マフラ４内で排気浄化装置３が保温される。
【００４２】
ケーシング３１は、触媒部３０を保持する保持部３２と、前記排気ポートからの排気ガスを触媒部３０に導くために触媒部３０の入口端３０ａよりも上流に位置する入口路３５を形成する入口部３３と、触媒部３０で浄化された排気ガスを第２排気管２の入口に導くために触媒部３０の出口端よりも下流に位置する出口路３６を形成する出口部３４とから構成される。
【００４３】
保持部３２は、第１，第２排気管１，２よりも大きな内径を有し、かつ流れに沿ってほぼ一定の流路面積を形成する円筒状の主管３７の一部により構成される。入口部３３は、主管３７に接続されて下流に向かって流路面積が増加するダイバージェント部を構成するテーパ管３８と主管３７の一部である上流端部３７ａとから構成される。そして、出口部３４は、主管３７に接続されて下流に向かって流路面積が減少するコンバージェント部を構成するテーパ管３９と主管３７の一部である下流端部３７ｂとから構成される。
【００４４】
テーパ管３９には、出口路３６を通る排気ガスの一部を第１消音室４５に流出させるリーク通路を構成するリーク孔７が、第１消音室４５に開放する出口を有するように形成される。複数個、ここでは６つのリーク孔７は、テーパ管３９において、テーパ管３９の入口端３９ａ寄りに位置する部分、すなわちテーパ管３９の出口端３９ｂよりも入口端３９ａに近い位置にある部分からなる上流側部３９ｃに、好ましくは入口端３９ａの近傍で、周方向にほぼ等間隔に形成される。それゆえ、テーパ管３９において、入口端３９ａよりも出口端３９ｂに近い位置にある部分および入口端３９ａと出口端３９ｂとの中間位置にある部分からなる下流側部３９ｄには、リーク孔７は形成されていない。
【００４５】
そして、第１消音室４５において、リーク孔７は第２隔壁４２に近接して位置する。それゆえ、リーク孔７は、第１隔壁４１に近接して位置すると共に第１隔壁４１に対向して開口する第２排気管２の出口２ｂから、第１消音室４５内で前記長手方向に離れて配置されている。
【００４６】
次に、前述のように構成された第１実施例の作用および効果について説明する。
前記内燃機関が運転されて、前記排気ポートから流出した排気ガスは、前記導入管および第１排気管１を通って、排気浄化装置３に流入し、排気浄化装置３で浄化された排気ガスは、第２排気管２を通って第１消音室４５に流入する。第１消音室４５内で膨張することにより、減圧され、かつ消音された排気ガスは、第１連通路４９を通って第２消音室４６に流入し、さらに第２消音室４６から第２連通管５０を通って第３消音室４７に流入する。
【００４７】
このとき、排気ガスは、順次、第２消音室４６内および第３消音室４７内で、それぞれ、膨張することにより、減圧され、かつ消音される。このようにして、十分に消音された排気ガスは、第３消音室４７からテールパイプ６を通って外気中に放出される。それゆえ、第１〜第３消音室４５〜４７における圧力の大きさおよび排気脈動の大きさは、下流に位置する消音室ほど、すなわち第１消音室４５、第２消音室４６、第３消音室４７の順に小さくなる。
【００４８】
また、前記内燃機関が冷機状態から運転されたとき、触媒部３０を備える排気浄化装置３は、前記排気ポートに比較的近い位置で第１排気管１および第２排気管２の間に設けられることにより、比較的高温の排気ガスで排気浄化装置３の触媒を早期に活性温度に達するように加熱でき、しかも排気浄化装置３は、排気マフラ４内に配置されることにより、排気マフラ４内で保温されるので、触媒の活性温度を維持することが容易になって、良好な浄化性能を確保することができる。
【００４９】
排気浄化装置３のコンバージェント部を構成するテーパ管３９の上流側部３９ｃ、好ましくは入口端３９ａの近傍に、テーパ管３９内の浄化された排気ガスの一部を流出させるリーク孔７が設けられたことにより、リーク孔７を通って出口路３６の一部の排気ガスが流出して、触媒部３０よりも下流の排気ガスの圧力が減少すると共に、リーク孔７の部分では負の反射圧力波が発生し、しかもリーク孔７は、流路面積の変化が大きいことに起因して強い正の反射圧力波が発生する箇所である入口端３９ａに近接した位置であるテーパ管３９の上流側部３９ｃ、好ましくは入口端３９ａの近傍に位置するので、テーパ管３９で発生する正の反射圧力波が効果的に減衰する。また、リーク孔７は入口端３９ａに近い位置にあるほど、正の反射圧力波を減衰させるうえでより効果的である。
【００５０】
このように、触媒部３０よりも下流の排気ガスの圧力が減少すると共にテーパ管３９で発生する正の反射圧力波が減衰するので、排気管Ｐの途中に排気浄化装置３が設けられた排気装置Ｅを備える内燃機関において、排気効率が向上して、機関出力が増加する。そのうえ、正の反射圧力波による排気浄化装置３内での排気ガスの流速の低下が抑制されるので、排気浄化装置３の浄化性能が向上する。さらに、６つのリーク孔７は周方向にほぼ等間隔に形成されることにより、流速の分布が均一化されて、この点でも排気浄化装置３の浄化性能が向上する。
【００５１】
また、リーク孔７は、第１消音室４５内で、第２排気管２の出口２ｂから前記長手方向に離れて配置されていることにより、リーク孔７からの排気ガスの流出が、出口２ｂから流出する排気ガスの高圧の圧力波により阻害されることが極力回避される。
【００５２】
排気浄化装置３が消音空間Ｓを構成する第１消音室４５内に配置されたことにより、リーク孔７からの排気ガスは、第１消音室４５内に流出して減圧され、さらに第２，第３消音室４６，４７で減圧されて消音されるので、リーク孔７から流出する排気ガスにより発生する排気音が低減する。そのうえ、排気マフラ４が、排気浄化装置３および第２排気管２に対する防護部材となるので、簡単な構造により、運転者や障害物などが、反応熱により高温となる排気浄化装置３、そして第２排気管２に接触することを、防護部材を別途設けるなど部品点数を増加させることなく、確実に防止することができる。
【００５３】
さらに、排気マフラ４の消音空間Ｓを構成する第１〜第３消音室４５〜４７において、リーク孔７の出口および第２排気管２の出口２ｂが共に第１消音室４５に開放することにより、第２排気管２およびリーク孔７からそれぞれ流出する排気ガスによる排気音を低減するための消音室が共用されるので、排気マフラ４の大型化およびその内部構造の複雑化を回避することができて、排気装置Ｅのコスト削減ができる。
【００５４】
リーク孔７は、テーパ管３９の上流側部３９ｃに形成され、下流側部３９ｄには形成されていないことにより、テーパ管３９の強度低下が防止される。
また、第２排気管２が、第３消音室４７を通って第１消音室４５まで延びることにより、長い通路長を有する排気管Ｐを利用して前記内燃機関の低速回転時の排気慣性効果が得られるので、低速回転時にも所要の機関出力を確保することができる。
【００５５】
次に、図２，図３を参照して、本発明の第２，第３実施例を説明する。第２，第３実施例は、第１実施例とは、リーク孔７を通って流出する排気ガスの流出先の消音室が主として相違し、その他は基本的に同一の構成を有するものである。そのため、同一の部分についての説明は省略または簡略にし、異なる点を中心に説明する。なお、第１実施例の部材と同一の部材または対応する部材については、同一の符号を使用した。
【００５６】
第２実施例を示す図２を参照すると、テーパ管３９を含む出口部３４が第３消音室に配置され、リーク孔７は、消音空間Ｓを構成する消音室のうち排気脈動が最小となる第３消音室４７に開放する。それゆえ、排気浄化装置３は、第２隔壁４２を貫通して第１消音室４５と第３消音室４７とに跨って配置される。
【００５７】
この第２実施例によれば、第１実施例と同様の作用および効果が奏されるほか、次の作用および効果が奏される。すなわち、排気マフラ４の消音空間Ｓを構成する第１〜第３消音室４５〜４７において、リーク孔７の出口は、第１消音室４５とは異なる消音室であって、第１〜第３消音室４５〜４７のうち最も下流に位置する第３消音室４７に開放することにより、リーク孔７からの排気ガスは、第２排気管２からの排気ガスが流出することに起因して高圧でありしかも大きな排気脈動が存在する第１消音室４５とは異なる消音室である第３消音室４７に流出する。そして、この第３消音室４７は、排気マフラ４に形成される第１〜第３消音室４５〜４７のうち最も低圧でありしかも排気脈動が最小の消音室であるので、テーパ管３９での正の反射圧力波が一層減衰する。その結果、正の反射圧力波に起因する排気ガスの流れの阻害が一層抑制されるので、排気効率が一層向上して、機関出力が一層増加する。そのうえ、正の反射圧力波による排気浄化装置３内での排気ガスの流速の低下が一層抑制されて、排気浄化装置３の浄化性能が一層向上する。
【００５８】
次に、第３実施例を示す図３を参照すると、排気マフラ４には第１，第２隔壁４１，４２の間に第３隔壁４３を備え、この第３隔壁４３により、第１消音室４５と第３消音室４７との間にそれら消音室に連通することなく独立した膨張室としての第４消音室４８が形成される。この第４消音室４８は、１または複数の放出管４４を通じて外気に連通している。そのため、第４消音室４８の圧力は第３消音室４７よりも低く、かつ第４消音室４８内の排気脈動は、第３消音室４７内の排気脈動よりも極めて小さいか、もしくは殆ど存在しない。
【００５９】
そして、テーパ管３９を含む出口部３４が消音空間Ｓを構成する第４消音室４８に配置され、リーク孔７は第４消音室４８に開放する。それゆえ、排気浄化装置３は、第３隔壁４３を貫通して第１消音室４５と第４消音室４８とに跨って配置される。
【００６０】
この第３実施例によれば、第１実施例と同様の作用および効果が奏されるほか、次の効果が奏される。すなわち、第４消音室４８は、第３消音室４７よりも低圧で、外気圧に近く、しかも排気脈動が極めて小さいかもしくは殆どないので、テーパ管３９での正の反射圧力波が第２実施例に比べて一層減衰する。この結果、排気効率の向上による機関出力の増加、および排気浄化装置３内での排気ガスの流速の低下の抑制による排気浄化装置３の浄化性能の向上の点で、第２実施例の効果よりも優れた効果が奏される。
【００６１】
次に、図４，図５を参照して、本発明の第４実施例を説明する。ここで、第１実施例と同一の部分についての説明は省略または簡略にし、異なる点を中心に説明する。なお、第１実施例の部材と同一の部材または対応する部材については、同一の符号を使用した。
【００６２】
図４，図５を参照すると、排気装置Ｅは、前記内燃機関の前記排気ポートに接続される前記導入管に接続される第１排気管１と、排気浄化装置３と、第２排気管２と、第２排気管２が開放する消音空間Ｓが形成される排気マフラ４と、消音空間Ｓに開放する入口６ａおよび大気に開放する出口６ｂを有するテールパイプ６とを備える。
【００６３】
排気マフラ４は、複数の隔壁である第１，第２隔壁４１，４２を備える。第１，第２隔壁４１，４２により、消音空間Ｓは、３つの第１，第２，第３消音室４５〜４７に区画される。そして、ケーシング４０の中央部４０ａと第１隔壁４１と第２隔壁４２とにより排気ガスの流れで最も下流に位置する第３消音室４７が形成され、該第３消音室４７を挟んで、第１，第２消音室４５，４６が形成される。すなわち、第１消音室４５は中央部４０ａの一端部分と第１端部４０ｂと第１隔壁４１とにより形成され、第２消音室４６は中央部４０ａの他端部分と第２端部４０ｃと第２隔壁４２とにより形成される。
【００６４】
消音空間Ｓ内での排気ガスの流れの上流から下流に沿って順次位置する第１〜第３消音室４５〜４７は、流れに沿って隣接する消音室同士を連通する第１，第２連通管４９，５０を備える。第１連通管４９は、第１隔壁４１と第３消音室４５と第２隔壁４２とを貫通して配置されて、第１消音室４５に開放する入口４９ａと、第２消音室４６に開放する出口４９ｂとを有する。第２連通管５０は、第２隔壁４２を貫通して配置されて、第２消音室４６に開放する入口５０ａと、第３消音室４７に開放する出口５０ｂとを有する。
【００６５】
排気マフラ４の外部で前記導入管に接続される第１排気管１は、第１端部４０ｂを貫通して配置され、第１消音室４５内で、排気浄化装置３の入口部３３に接続される。一方、第３消音室４７内で排気浄化装置３の出口部３４に接続される第２排気管２は、第２隔壁４２を貫通して、第２消音室４６内でＵ字状の曲管部を形成して延び、第２隔壁４２を再度貫通して第３消音室４７と第１隔壁４１とを貫通して配置され、その出口２ｂは第１消音室４５に開放する。また、テールパイプ６は、第２端部４０ｃと第２隔壁４２とを貫通して配置され、第３消音室４７に開放する入口６ａを有する。
【００６６】
第１実施例の排気浄化装置３と同様である排気浄化装置３は、第１隔壁４１を貫通して第１消音室４５と第３消音室４７とに跨って配置される。そして、触媒部３０を保持する保持部３２と、触媒部３０の入口端３０ａよりも上流に位置する入口路３５を形成する入口部３３と、触媒部３０の出口端３０ｂよりも下流に位置する出口路３６を形成する出口部３４とから構成されるケーシング３１において、テーパ管３９を有する入口部３３と保持部３２の一部とは第１消音室４５内に配置され、テーパ管３９を有する出口部３４と保持部３２の残りの部分とは第３消音室４７内に配置される。
【００６７】
第２排気管２のうち、出口部３４の直下流に位置すると共に第３消音室４７内に配置される上流端側部分２０には、出口路３６を通る排気ガスの一部を第３消音室４７に流出させる多数のリーク孔８が、第３消音室４７に開放する出口を有して形成される。この上流端側部分２０は、ほぼ一定の流路面積を形成する直管部分の一部から構成され、その外周には、全てのリーク孔８の出口を覆う筒状に形成された吸音材、例えばグラスウールなどの多孔質材料からなる吸音部材９が固定されて装着される。
【００６８】
さらに、上流端側部分２０は、第２排気管２において、テーパ管３９に接続される入口端２ａの僅かに下流側の位置から、排気ガスの流れに沿う所定範囲内に設けられる。そして、この所定範囲は、リーク孔８による機関出力増加の観点から、正の反射圧力波が発生するテーパ管３９に近い位置で適宜設定される。
【００６９】
リーク孔８は吸音部材９により覆われることから、リーク孔８からの排気ガスの所要の流出量を確保するために、各リーク孔８の孔径は、前記第１〜第３実施例のリーク孔７に比べて大きくされ、リーク孔８の数も、リーク孔７に比べて多くされる。
【００７０】
次に、前述のように構成された第４実施例の作用および効果について説明する。
前記排気ポートから流出した排気ガスは、前記導入管および第１排気管１を通って、排気浄化装置３に流入し、排気浄化装置３で浄化された排気ガスは、第２排気管２を通って第１消音室４５に流入する。第１消音室４５内で膨張することにより、減圧され、かつ消音された排気ガスは、第１連通路４９を通って第２消音室４６に流入し、さらに第２消音室４６から第２連通管５０を通って第３消音室４７に流入する。そして、第１〜第３消音室４５〜４７を通って消音された排気ガスは、第３消音室４７からテールパイプ６を通って外気中に放出される。
【００７１】
また、排気浄化装置３は、第１実施例と同様に、排気マフラ４内で保温されるので、触媒の活性温度を維持することが容易になって、良好な浄化性能を確保することができる。
【００７２】
そして、第２排気管２の上流端側部分２０には、リーク孔８の出口を覆う吸音部材９が装着されたことにより、排気浄化装置３の出口部３４から流出した直後の排気ガスの一部は、上流端側部分２０において、多数のリーク孔８から吸音部材９を通って、消音空間Ｓを構成する消音室のうち排気脈動が最小になっている第３消音室４７に流出する。このように、排気浄化装置３から流出した直後の排気ガスの一部が、排気脈動が最小になっている第３消音室４７に流出することにより、触媒部３０よりも下流の排気ガスの圧力が大幅に減少すると共に、リーク孔の部分では負の反射圧力波が発生し、この負の反射圧力波によりテーパ管３９で発生する正の反射圧力波が減衰する。このため、第２実施例と同様の効果が奏されるうえ、次の効果が奏される。
【００７３】
すなわち、リーク孔８の出口に作用する第３消音室４７内の排気脈動が吸音部材９により減衰して、リーク孔８から流出する排気ガスが第３消音室４７に流出し易くなり、触媒部３０よりも下流の排気ガスの圧力が効果的に減少すると共に、リーク孔８の部分で発生する負の反射圧力波により、テーパ管３９で発生する正の反射圧力波が効果的に減衰するので、排気効率が向上して機関出力が増加し、正の反射圧力波による排気浄化装置３内での排気ガスの流速の低下が抑制されるので、排気浄化装置３の浄化性能が向上する。
【００７４】
さらに、リーク孔８から流出した排気ガスは吸音部材９を通過した後に第３消音室４７内に流出するので、その排気ガスにより発生する排気音は、排気ガスが吸音部材９を通過する際に低減するうえ、その後第３消音室４７内で膨張することによりさらに低減するので、リーク孔８から流出する排気ガスにより発生する排気音が一層低減する。
【００７５】
また、第２排気管２が、第２消音室４６と第３消音室４７とを通って第１消音室４５まで延びることにより、長い通路長を有する排気管Ｐを利用して前記内燃機関の低速回転時の排気慣性効果が得られるので、低速回転時にも所要の機関出力を確保することができる。
【００７６】
以下、前述した実施例の一部の構成を変更した実施例について、変更した構成に関して説明する。
第１〜第３実施例において、リーク孔７は、触媒部３０の出口端３０ｂよりも下流であって、上流側部３９ｃよりも上流に位置する下流端部３７ｂにおいて、入口端３９ａの近傍に形成されてもよい。また、リーク孔７は、周方向で等間隔である必要はなく、また流れ方向において相互にずれる位置に形成されてもよい。さらに、リーク孔７の数は、６以外の複数または１であってもよく、リーク孔７の大きさも、その個数と同様に、機関出力の観点および排気浄化性能の観点から、最適な値に設定される。
さらに、第１実施例に比べて、正の反射圧力波の減衰作用はやや低下するものの、リーク孔７は下流側部３９ｄに形成されてもよい。
【００７７】
リーク通路は、前記第１〜第３実施例ではテーパ管３９または主管３７の下流端部３７ｂに形成された孔から構成されたが、小径の管により形成されてもよく、これにより、排気浄化装置３のテーパ管３９が配置される消音室を変更することなくリーク通路の出口が開放する消音室を変更することができる。また、コンバージェント部は、流路面積が不連続的に変化する管から構成されてもよい。
【００７８】
第１〜第３実施例において、テーパ管３９に設けられたリーク孔７を覆うように、吸音部材９と同様の吸音部材がテーパ管３９の外周に装着されてもよい。その場合には、リーク孔８と同様に、排気ガスの所要の流出量を確保するために、各リーク孔７の孔径は、前記第１〜第３実施例のリーク孔７に比べて大きくされ、リーク孔７の数も多くされる。
【００７９】
第１〜第３実施例において、触媒部３０が主管３７の下流端部３７ｂまで達しており、保持部３２が下流端部３７ｂを含んで構成される場合には、出口部３４は、下流端部３７ｂを含むことなく、テーパ管３９のみから構成される。触媒部３０は、三元触媒を担持する担持体で構成されたが、酸化触媒または還元触媒を担持する担持体であってもよく、さらにその他の排気ガス中の有害成分を除去して排気ガスを浄化する部材から構成されてもよい。
【００８０】
内燃機関は、多気筒であってもよく、その場合には排気管Ｐは、排気マニホルドを介して前記排気ポートに接続されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例である内燃機関の排気装置の縦断面図である。
【図２】本発明の第２実施例である内燃機関の排気装置の要部縦断面図である。
【図３】本発明の第３実施例である内燃機関の排気装置の要部縦断面図である。
【図４】本発明の第４実施例である内燃機関の排気装置の縦断面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖでの断面図である
【符号の説明】
１…第１排気管、２…第２排気管、３…排気浄化装置、４…排気マフラ、６…テールパイプ、７，８…リーク孔、９…吸音部材、２０…上流端側部分、３０…触媒部、３１…ケーシング、３２…保持部、３３…入口部、３４…出口部、３５…入口路、３６…出口路、３７…主管、３８，３９…テーパ管、３９ｃ…上流側部、４０…外壁、４１，４２，４３…隔壁、４４…放出管、４５〜４８…消音室、４９，５０…連通管、Ｅ…排気装置、Ｓ…消音空間、Ｐ…排気管。
【図１】
2004150310.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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