(57)【要約】【課題】  簡単な構造によって触媒コンバータを適所に容易に取り付けられるようにしながらも、触媒コンバータの反応熱の影響を除外でき、触媒コンバータの交換も容易に行える自動二輪車の排気装置を提供する。【解決手段】  エンジンＥからの排気を導出する排気導出管３４とマフラー３３との間が連結構造体３７によって連結されている。連結構造体３７は、マフラー３３の上流側に連結される連結管３８と、触媒コンバータ４３を内蔵して排気導出管３４と連結管３８とを連結する連結ヘッド３９とを備えている。触媒コンバータ４３は、連結ヘッド３９の後部の内側に支持され、前部が排気導出管３４の後端部の内側に環状の隙間４９を介して挿入されている。連結ヘッド３９はシール部材４７を介して排気導出管３４の後端部の外周面に着脱自在に取り付けられている。【選択図】  図２
2005233053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンからの排気を導出する排気導出管とマフラーとの間が連結構造体によって連結され、
前記連結構造体は、前記マフラーの上流側に連結される連結管と、触媒コンバータを内蔵して前記排気導出管と前記連結管とを連結する連結ヘッドとを備え、
前記触媒コンバータは、前記連結ヘッドの後部の内側に支持され、前部が前記排気導出管の後端部の内側に環状の隙間を介して挿入されており、
前記連結ヘッドがシール部材を介して前記排気導出管の後端部の外周面に着脱自在に取り付けられている自動二輪車の排気装置。
【請求項２】
請求項１において、前記連結ヘッドが前記連結管の前端部に固定されており、前記連結管の後端部に他の触媒コンバータが装着されている自動二輪車の排気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動二輪車に搭載されたエンジンの排気騒音を低減させるとともに、エンジンからの排気ガスを浄化して排出する排気装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動二輪車のエンジンから排出される排気ガスは、触媒コンバータを用いて浄化したのちに排出されており、この触媒コンバータはマフラーの内部に設けられることが多い（例えば、特許文献１参照）。このように触媒コンバータをマフラーの内部に設けている理由は、エンジンの排気口からできるだけ離間した位置に設置することによってエンジンから高温、高速で排出される排気ガスに対する排気抵抗を小さくすることができ、また、比較的大きなスペースを有するマフラー内に大きな触媒コンバータを設けることが容易であり、さらに、多気筒エンジンにおいて、複数の気筒数に応じて設けられる排気管を集合した単一の排気装置に触媒コンバータを設けることで、触媒コンバータの設置数を一つのみとすることがきるからである。
【０００３】
ところが、マフラーは、エンジンからの排気通路における後端部に設けられることから、排気ガスが排気通路の通過中に温度が若干低下した状態で導入されることになる。そのため、エンジンがコールドスタートした直後には、触媒が活性化して酸化反応を起こすまでに時間を要し、十分な浄化機能を果たすことができにくい。これに対し、エンジンのコールドスタート直後に直ちに触媒を活性化して酸化反応を起こさせることを目的として、多気筒エンジンの排気口近くの各排気管内にそれぞれ触媒コンバータを装着した排気ガス浄化装置も知られているが、この装置では、高速走行時に小径の排気管内に設けられた触媒コンバータが大きな排気抵抗となる。
【０００４】
そこで、従来では、多気筒エンジンの各排気管を集合して接続する集合管の内部における前部および後部にそれぞれ触媒コンバータを設けた排気ガス浄化構造が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この排気ガス浄化構造は、エンジンがコールドスタートした直後に触媒コンバータによる浄化機能を発揮させるとともに、排気抵抗の抑制を狙っている。
【特許文献１】特許第３２０１９６４号公報
【特許文献２】特開２００３−３０７１２６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、前記排気ガス浄化装置は、集合管の前部に、前端が各排気管とそれぞれ連通しその軸線が互いに平行となる独立した分岐排気通路を形成し、この各分岐通路内に、多数の小孔をあけた筒体の内，外面全面に触媒を担持させた分岐管をそれぞれ配設するとともに、集合管の後部に、各分岐管からの排気ガスを集合する合流排気通路を形成し、この合流排気通路内に、多数の小孔をあけた筒体の内，外面全面に触媒を担持させた合流管を配設している。しかし、この排気ガス浄化装置では、構成の複雑化およびコスト高を招くだけでなく、触媒を担持させた分岐管および合流管の排気通路への取り付けが困難であり、これによってもさらにコスト高となる。
【０００６】
また、触媒をそれぞれ担持させた分岐管および合流管は、各々の一端部に設けた外方への膨出部を分岐排気通路および合流排気通路の各々の内壁に直接固着しているので、触媒の反応熱が伝達される集合管に、変色の発生や寿命の短縮化を招く。しかも、前記分岐管および合流管は、分岐排気通路および合流排気通路の各々の内壁に直接固着しているので、その取付作業に手間がかかるだけでなく、触媒が劣化したときに、各分岐管、集合管およびマフラーを含む排気通路全体を交換する必要が生じる。さらに、集合管は、前部に複数の分岐排気通路を、かつ後部に単一の合流排気通路をそれぞれ設ける構成とする必要があるので、全長が長くなり、重量も大きくなる。
【０００７】
本発明は前記従来の問題に鑑みてなされたもので、簡単な構造によって触媒コンバータを適所に容易に取り付けられるようにしながらも、触媒コンバータの反応熱の影響を抑制でき、触媒コンバータの交換も容易に行える自動二輪車の排気装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するために、本発明に係る自動二輪車の排気装置は、エンジンからの排気を導出する排気導出管とマフラーとの間が連結構造体によって連結され、前記連結構造体は、前記マフラーの上流側に連結される連結管と、触媒コンバータを内蔵して前記排気導出管と前記連結管とを連結する連結ヘッドとを備え、前記触媒コンバータが、前記連結ヘッドの後部の内側に支持され、前部が前記排気導出管の後端部の内側に環状の隙間を介して挿入されており、前記連結ヘッドがシール部材を介して前記排気導出管の後端部の外周面に着脱自在に取り付けられている。
【０００９】
この構成においては、連結ヘッドの後部に支持された触媒コンバータが排気導出管の後端部の内側に隙間を介して挿入されているとともに、連結ヘッドがシール部材を介して排気導出管に取り付けられているので、その隙間とシール部材との存在により、触媒コンバータの反応熱が、排気管または集合管のような排気導出管に伝達されるのが抑制される。また、連結ヘッドは、シール部材を介して排気導出管の外周面に着脱自在に取り付けられているので、触媒コンバータを支持させた連結ヘッドを排気導出管に取り付けるだけの簡単な構成で触媒コンバータを容易に取り付けることができるとともに、触媒コンバータの交換に際しては、連結ヘッドを排気導出管から取り外すことによって容易に行える。
【００１０】
さらに、連結ヘッドの後部の内側に支持された触媒コンバータが排気導出管の後端部の内側に挿入され、かつ、連結ヘッドが排気導出管の後端部の外周面に取り付けられているので、触媒コンバータは、連結ヘッドと排気導出管とがオーバーラップした箇所に配設することができ、そのオーバーラップしている分だけ排気導出管の長さを短縮することができる。また、触媒コンバータは、排気導出管とマフラーとを連結する連結構造体における連結ヘッドに支持させるので、触媒コンバータは、マフラーよりもエンジン側に近接した箇所に設けられて、エンジンから排出された高温の排気ガスが導入されることから、エンジンがコールドスタートした直後に迅速に浄化機能を発揮するとともに、排気導出管における排気ガス速度がかなり低下した後端部に位置することから、排気抵抗の増大が極力抑制される。
【００１１】
本発明の好ましい実施形態では、前記連結ヘッドが前記連結管の前端部に固定されており、前記連結管の後端部に他の触媒コンバータが装着されている。この構成によれば、排気ガスの一部が、連結ヘッドに支持させた上流側の触媒コンバータによって浄化され、かつ触媒コンバータの反応熱によって温度上昇され、この温度上昇した排気ガスが、連結管の後端部に設けた下流側の触媒コンバータに接触することにより、下流側の触媒コンバータの活性化が効果的に促進されるので、排気ガスの浄化機能が一層高められる。また、触媒コンバータの交換に際しては、互いに固定して一体化されている連結ヘッドと連結管からなる連結構造体を排気導出管およびマフラーからそれぞれ取り外せば、連結構造体の前後端部の２つの触媒コンバータを同時に取り外して容易に交換することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る排気装置を備えた自動二輪車を示す側面図である。この自動二輪車は、車体フレームＦＲの前半部を構成するメインフレーム１の前端にフロントフォーク２が支持され、このフロントフォーク２の下端部に前輪４が支持されている。また、フロントフォーク２の上端部を支持するアッパブラケット８にはハンドル９が取り付けられている。メインフレーム１の後端下部には、スイングアームブラケット１０が形成され、このスイングアームブラケット１０に、左右一対のスイングアーム１１の前端がピポット軸１２を介して上下揺動自在に支持されている。このスイングアーム１１の後端には後輪１３が支持されている。メインフレーム１の後部に連結されたシートレール１４が車体フレームＦＲの後半部を構成している。メインフレーム１とスイングアーム１１との間に後輪１３の緩衝装置１７が取り付けられている。前記メインフレームの中央下部には４サイクルエンジンＥが支持され、このエンジンＥからチェーン１８を介して後輪１３を駆動するようになっている。
【００１３】
前記シートレール１４にはライダー用シート１９と同乗者用シート２０が支持されている。前記メインフレーム１の上部、つまり車体上部で、前記ハンドル９とライダー用シート１９との間には燃料タンク２１が取り付けられている。また、車体前部には、前記ハンドル９の前方から車体前部の側方にかけての部分を覆う樹脂製のカウリング２２が装着されており、このカウリング２２の後方部分はエンジンＥの側部と下部とを覆っている。
【００１４】
前記エンジンＥは、この例では４気筒４サイクルエンジンであり、クランクケース２４、シリンダ２７、シリンダヘッド２８、シリンダヘッドカバー２９およびオイルパン３０を有するエンジン本体２３と、変速機３１とを備えている。排気装置は、前記シリンダヘッド２８に各々の前端が接続された複数本（この例では４本）の排気管３２をエンジンＥの前方から下方を経て後方に導き、この各排気管３２の各後端を集合して集合管３４に接続し、この集合管３４とマフラー３３との間が連結構造体３７によって連結されている。連結構造体３７は、マフラー３３の上流側に連結された連結管３８と、後述する触媒コンバータを内蔵して集合管３４と連結管３８とを連結する連結ヘッド３９とを備えている。
【００１５】
図２（ａ）は、前記排気装置を一部破断して示した拡大平面図、同図（ｂ）は（ａ）のII-II 線に沿った断面図である。前記集合管３４は、各２本の排気管３２をそれぞれ集合して連結する二つの分岐集合管部３４ａと、この二つの分岐集合管部３４ａを一つに集合した合流集合管３４ｂとが、前後に配置されて一体形成されている。さらに、合流集合管部３４ｂは、下流側が上流側よりも小径となる形状に形成されている。
【００１６】
前記連結管３８は、いわゆる「もなか構造」を採用して二重壁構造に構成されている。すなわち、図２（ｂ）に示すように、連結管３８は、断面半円形状の両端部から耳部４０ａ，４０ｂが一体に突設された一対の半円形インナープレート４０Ａ，４０Ｂと、同じく断面半円形状の両端部から耳部４１ａ，４１ｂが一体に突設された一対の半円形アウタープレート４１Ａ，４１Ｂとを備え、一方のインナープレート４０Ａとその外周のアウタープレート４１Ａとの間の断面半円形の空間、および他方のインナープレート４０Ｂとその外周のアウタープレート４１Ｂとの間の断面半円形の空間に、それぞれステンレスウールまたは耐水性ガラスウールなどの緩衝材４２を詰め込んだ状態で、各々の耳部４０ａ，４０ｂ、４１ａ，４１ｂ同士を重ね合わせて、外部から溶接により結合されている。
【００１７】
また、図２（ａ）に示すインナープレート４０Ａ，４０Ｂおよびアウタープレート４１Ａ，４１Ｂの両端部は、かしめ加工または溶接により相互に結合されており、各プレート４０Ａ，４０Ｂ、４１Ａ，４１Ｂの前端部は、連結ヘッド３９の前後方向中間部３９ｂの外周面に溶接Ｗにより固着されている。この二重壁構造の連結管３８は、透過音の減少と排気音質の向上とを図ることができるとともに、大きな断熱効果を得ることができる。
【００１８】
前記連結ヘッド３９は、単一の円筒体に、径が順次小さくなる取付部３９ａ、中間部３９ｂおよび支持部３９ｃがこの順序で前側（図の左側）から順次形成された形状を有している。連結ヘッド３９の後部の支持部３９ｃは、これの内側に触媒コンバータ４３の後端部をカラー４５を介し保持して、触媒コンバータ４３の後部を片持ち式に支持している。連結ヘッド３９の前部の取付部３９は、集合管３４の後端部の外周面に、リング状のシール部材４７を介在して嵌合され、かつ、固定バンド４８の締付けにより集合管３４の外周面に圧接して取り付けられている。したがって、連結ヘッド３９は、集合管３４に対し着脱自在になっている。なお、集合管３４の外周面におけるシール部材４７の取付箇所の前部には、シール部材４７の位置を固定するためのストッパリング５０が固着されている。この状態で、連結ヘッド３９の支持部３９ｃに支持した触媒コンバータ４３の前部が、集合管３４の後端部の内側に、環状の径方向隙間４９を存して挿入されている。
【００１９】
前記触媒コンバータ４３は、多数の小孔４３ａａを開けたパンチングプレートからなる円筒状の触媒担体４３ａの内、外周面に、白金およびロジウムなどの触媒４３ｂを焼成して担持させた構成になっている。この触媒コンバータ４３は、集合管３４の後端部に対し同心状に配置、つまり触媒担体４３ａの軸方向を排気ガスＧの流動方向に合致させて配置され、触媒担体４３ａの前部が集合管３４の後端部の内側に挿入されている。
【００２０】
前記マフラー３３には、排気上流側である前端面に連結管３８の嵌合孔５１が開口されて、その孔縁から外方に向け突出する取付フランジ５２が一体形成されている。マフラー３３の前端部と連結管３８とは、連結管３８の後端部を取付フランジ５２内に嵌入した状態で、連結管３８の後端部のボルト挿通孔にボルト５３を挿通して、このボルト５３を、連結管３８に設けたナット５４に螺合することにより、着脱自在に連結されている。
【００２１】
つぎに、前記排気装置の作用について説明する。図１のエンジンＥから排出される排気ガスＧは、図２の各排気管３２および集合管３４を通って触媒コンバータ４３に導入されることにより、触媒コンバータ４３の酸化反応により燃焼し、ＨＣやＮＯx の浄化が行なわれる。この触媒コンバータ４３により浄化された排気ガスＧは、連結管３８内を通ってマフラー３３内に導かれ、消音されたのち、図１のテールパイプ５７を通って外部に排出される。
【００２２】
前記排気装置では、図２の触媒コンバータ４３が、マフラー３３よりも上流側、つまりエンジンＥ（図１）に近い位置に配置されているので、エンジンＥから排出されて高温を維持したままの排気ガスＧが触媒コンバータ４３に導入されて、触媒コンバータ４３が迅速に酸化、還元反応を起こす。この触媒コンバータ４３の酸化反応によりさらに温度上昇した排気ガスＧは、二重管構造の連結管３８内で保温されるので、この高温に保持された排気ガスＧにより触媒コンバータ４３の外周囲、つまり、支持部３９ｃと連結管３８の前端部との隙間が高温雰囲気に保たれ、これにより、触媒コンバータ４３はさらに速やかに温度上昇されて活性化する。そのため、この排気装置では、自動二輪車がコールドスタートした直後であっても、触媒コンバータ４３がスタート直後に迅速に活性化されて、排気ガスＧの浄化作用が早期に開始される。
【００２３】
また、前記触媒コンバータ４３は触媒担体４３ａの内、外周面に触媒４３ｂを担持させた構成になっているので、触媒コンバータ４３の触媒担体４３ａ内に直接流入した排気ガスＧおよび触媒担体４３ａと集合管３４との隙間４９内に流動したのちに触媒担体４３ａの小孔４３ａａを通って触媒担体４３ａ内に流入する排気ガスＧのいずれもが、つまり全ての排気ガスＧが触媒コンバータ４３の酸化、還元反応により浄化される。さらに、触媒コンバータ４３は、触媒担体４３ａの軸方向が排気ガスＧの流動方向に合致しているので、排気抵抗の増大を抑制できる。
【００２４】
前記排気装置では、連結ヘッド３９の後部に支持された触媒コンバータ４３が集合管３４の後端部の内側に隙間４９を介して挿入されているとともに、連結ヘッド３９がシール部材４７を介して集合管３４の外周面に圧接されているので、隙間４９とシール部材４７との存在により、触媒コンバータ４３の反応熱が、集合管３４に伝達されるのを抑制されるから、集合管３４が触媒コンバータ４３の反応熱の影響で変色を発生したり、寿命が短縮されることを防止できる。また、この排気装置では、触媒コンバータ４３を、連結ヘッド３９と集合管３４とがオーバーラップした箇所に配設しているので、そのオーバーラップしている分だけ集合管３４の合流集合管部３４ｂの長さを短縮できる。
【００２５】
また、前記排気装置では、触媒コンバータ４３を支持した連結ヘッド３９を溶接Ｗにより連結管３８に結合し、連結ヘッド３９をシール部材４７を介し集合管３４の外周面に嵌合して固定バンド４８の締結により固定することで組み付けできるから、簡単な構成により、触媒コンバータ４３を集合管３４の内側に同心状の配置で容易に取り付けることができる。また、触媒コンバータ４３の点検または交換に際しては、ボルト５３を外して連結管３８をマフラー３３から取り外すとともに、固定バンド４８を緩めて連結ヘッド３９を集合管３４から取り外すことにより、触媒コンバータ４３を連結ヘッド３９および連結管３８と共に取り外すことができる。そのため、触媒コンバータ４３の点検および交換作業を簡単に行うことができ、マフラー内に触媒コンバータを入れた従来例のように触媒コンバータと共にマフラー全体を取り替える必要がなくなる。
【００２６】
なお、前記実施形態では、集合管３４と連結管３８との間に配置した連結ヘッド３９に触媒コンバータ４３を支持させる構成としているが、排気管３２と集合管３４との間に連結ヘッド３９を配置し、上述と同様に、この連結ヘッド３９に触媒コンバータ４３を支持させることもできる。また、前記実施形態では、触媒コンバータ４３として、パンチングメタルから形成した触媒担体４３ａの内、外周面に触媒４３ｂを担持させたものを用いているが、周知のハニカム構造の触媒コンバータを用いてもよい。さらに、本発明を２気筒のエンジンに適用した場合、集合管３４は、分岐集合管部３４ａを除外して合流集合管部３４ｂのみを有する構成となる。
【００２７】
図３（ａ）は本発明の第２実施形態に係る排気装置を一部破断して示した平面図、（ｂ）は（ａ）のIII-III 線に沿った断面図である。この実施形態の排気装置では、図３（ａ）に示す連結構造体３７の前端の第１の触媒コンバータ４３に加えて、連結管３８の後端部に第２の触媒コンバータ５８を設けている。また、連結管３８とマフラー３３との連結構造、および前記第１の触媒コンバータ４３の連結ヘッド３９への支持構造は、第１実施形態と相違している。
【００２８】
前記第２の触媒コンバータ５８は、例えば、白金およびロジウムなどの触媒を焼成したステンレス鋼製プレートを渦巻状に巻回してなるメタルハニカム構造のものである。この触媒コンバータ５８は、連結管３８における対応するプレート４０Ａ，４０Ｂ、４１Ａ，４１Ｂを重合した状態で後方に向け一体に延出された円筒状の取付筒部３８ａ内に取り付けられて、マフラー３３の内部に配置されている。連結管３８における取付筒部３８ａの前端箇所の外周には取付フランジ５９が固定されており、この取付フランジ５９のボルト挿通孔に挿通したボルト６０を、マフラー３３の前壁鍔部３３ａに固着したナット部６１に螺着することにより、連結管３８がマフラー３３に着脱自在に取り付けられている。また、第１の触媒コンバータ４３は、図３（ｂ）に示すように、横断面円形の触媒担体４３ａの後端外周面に２つのステー６２が固定されており、各ステー６２の両端部６２ａ，６２ａを連結ヘッド３９の支持部３９ｃの内面に固着することにより、第１の触媒コンバータ４３が連結ヘッド３９に片持ち式に支持されている。
【００２９】
この排気装置では、第１実施形態と同様の効果を得られるのに加えて、第１の触媒コンバータ４３の酸化反応により燃焼して浄化が促進された排気ガスが、触媒コンバータ４３による酸化反応により上昇した温度を二重管構造の連結管３８によって保温されたまま第２の触媒コンバータ５８まで導かれるので、この第２の触媒コンバータ５８で排気ガスＧの一部を速やかに燃焼させることができ、この２段階の浄化構造により、エンジンＥのコールドスタート時から高速走行時にわたって良好な排気浄化機能を安定して発揮させることができる。
【００３０】
また、触媒コンバータ４３，５８の点検または交換に際しては、ボルト６０を外して連結管３８をマフラー３３から取り外すとともに、固定バンド４８を緩めて連結ヘッド３９を集合管３４から取り外すことにより、二つの触媒コンバータ４３，５８を連結ヘッド３９および連結管３８と共に取り外すことができる。そのため、触媒コンバータ４３，５８を二つ備えているにも拘わらず、これら触媒コンバータ４３，５８の点検および交換作業を容易に行うことができ、従来のように触媒コンバータと共にマフラー全体を取り替える必要がなくなる。
【００３１】
第１の触媒コンバータ４３は、二つのステー６２を介して連結ヘッド３９に支持されて、連結ヘッド３９の支持部３９ｃと第１の触媒コンバータ４３との隙間６５を排気ガスＧが流通可能になっているから、排気ガス抵抗の増大を招かない。前記隙間６５を通過した排気ガスＧは第２の触媒コンバータ５８により浄化される。
【００３２】
図４は本発明の第３実施形態に係る排気装置を一部破断して示した平面図である。この実施形態の排気装置では、連結構造体３７の前後端に設けた第１および第２の触媒コンバータ４３，５８に加えて、集合管３４の二つの分岐集合管部３４ａのそれぞれに第３の触媒コンバータ６３を設けている。この二つの触媒コンバータ６３は、第１の触媒コンバータ４３に対し径が小さいだけで同一構成を備えているとともに、第１の触媒コンバータ４３と同一の支持構造により支持されている。
【００３３】
すなわち、集合管３４の二つの分岐集合管部３４ａは、それぞれ前管部３４ａ１および後管部３４ａ２の二つに分割されて、この前管部３４ａ１と後管部３４ａ２とが連結ヘッド６７により連結されている。第３の触媒コンバータ６３は、前記連結ヘッド６７の後部の内側に支持され、前部が前管部３４ａ１の後端部の内側に環状の隙間を介して挿入されている。
【００３４】
この排気装置では、排気ガスＧを全体として３段階に配置した触媒コンバータ４３，５８，６３により十分に浄化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る排気装置を備えた自動二輪車を示す側面図である。
【図２】（ａ）は図１の要部の排気装置を一部破断して示した拡大平面図、（ｂ）は（ａ）のII-II 線に沿った断面図である。
【図３】（ａ）は本発明の第２実施形態に係る排気装置を一部破断して示した平面図、（ｂ）は（ａ）のIII-III 線に沿った断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る排気装置を一部破断して示した平面図である。
【符号の説明】
【００３６】
３２  排気管（排気導出管）
３３  マフラー
３４  集合管（排気導出管）
３７  連結構造体
３８  連結管
３９，６７  連結ヘッド
４３，５８，６３  触媒コンバータ
４３ａ  触媒担体
４７  シール部材
４９  隙間
Ｅ  エンジン
【図１】
2005233053.tif 000003
【図２】
2005233053.tif 000004
【図３】
2005233053.tif 000005
【図４】
2005233053.tif 000006