(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン（Ｅ）からの排気ガスを導く排気管（２１）に連なる接続管（３４）の下流側に排気浄化器（２２）が、更にその排気浄化器（２２）の下流側に消音器（２３）がそれぞれ配設されるエンジンの排気系であって、
その排気浄化器（２２）及び消音器（２３）に共通のケーシング（２４）が、それら排気浄化器（２２）及び消音器（２３）を内蔵した円筒部（２５）と、その円筒部（２５）の上流端に大径端部が接続され且つ前記接続管（３４）に小径端部が接続されるテーパ部（２６）とを備えており、前記排気浄化器（２２）が前記円筒部（２５）内に、前記接続管（３４）の外径よりも大径の円形外面を有して触媒を担持する触媒担体（２８）を備えていて、該触媒担体（２８）の上流端を前記接続管（３４）の下流端に間隔をあけて対向配置したものにおいて、
前記触媒担体（２８）を、該触媒担体（２８）の上流側端部が前記テーパ部（２６）内にその大径端部より小径端部側へ突入するよう配置して、該触媒担体（２８）の外周面と前記ケーシング（２４）の内周面との間の環状空間が、前記テーパ部（２６）で上流側に向かうにつれて漸次絞られることを特徴とするエンジンの排気系。
【請求項２】
前記接続管（３４）の少なくとも下流端の内経が、前記排気管（２１）の内径よりも小さく設定されることを特徴とする請求項１記載のエンジンの排気浄化器。
【請求項３】
前記接続管（３４）の下流端が、前記テーパ部（２６）内にその小径端部より大径端部側へ突入されることを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジンの排気系。
【請求項４】
前記接続管（３４）の内径をＤ１、前記排気管（２１）の内径をＤ２としたとき、０．０５≦｛（Ｄ２−Ｄ１）／Ｄ２｝≦０．４０に設定されることを特徴とする請求項２に記載のエンジンの排気系。
【請求項５】
前記接続管（３４）の内径をＤ１としたとき、前記接続管（３４）の下流端および前記触媒担体（２８）の上流端間の間隔（Ｌ）が、０．５×Ｄ１〜３×Ｄ１の範囲に設定されることを特徴とする請求項３に記載のエンジンの排気系。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンからの排気ガスを導く排気管に連なる接続管の下流側に排気浄化器が、更にその排気浄化器の下流側に消音器がそれぞれ配設されるエンジンの排気系、特にその排気浄化器及び消音器に共通のケーシングが、それら排気浄化器及び消音器を内蔵した円筒部と、その円筒部の上流端に大径端部が接続され且つ接続管に小径端部が接続されるテーパ部とを備えており、排気浄化器が円筒部内に、接続管の外径よりも大径の円形外面を有して触媒を担持する触媒担体を備えていて、該触媒担体の上流端を接続管の下流端に間隔をあけて対向配置したエンジンの排気系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、かかる排気浄化器は、たとえば実開昭５５−１３５１１８号公報等により既に知られており、このものでは、排気管に連なる接続管の下流端が、ケーシングにおけるテーパ部の小径端に接続されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、自動二輪車等に搭載される小排気量のエンジンでは、触媒担体に担持された触媒を活性化温度まで速やかに昇温するためには、エンジンから触媒担体までの距離が極力短い方がよく、上記従来のもので、排気浄化器をそのような配置にすると、排気管および接続管の軸方向距離が短くなる。しかるにエンジンの低速回転域では、排気管および接続管の軸方向距離が短くなるとエンジンの出力トルク低減を招くので、排気管および接続管の軸方向距離が長いことが望ましい。そこで、ケーシングにおけるテーパ部の開き角を大きく設定して、排気管および接続管の軸方向距離を延ばすことも考えられるが、そのようにすると、排気管の下流端が触媒担体の上流端に近接するとともにテーパ部が占める容積が減少し、エンジンの高負荷運転時に触媒担体での通気抵抗悪化を招くことになる。
【０００４】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、エンジンの低速回転域での出力トルク低減を回避しつつ触媒の早期昇温を可能とし、しかもエンジンの高負荷運転時の触媒担体での通気抵抗悪化を防止し得るようにしたエンジンの排気系を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、エンジンからの排気ガスを導く排気管に連なる接続管の下流側に排気浄化器が、更にその排気浄化器の下流側に消音器がそれぞれ配設されるエンジンの排気系であって、その排気浄化器及び消音器に共通のケーシングが、それら排気浄化器及び消音器を内蔵した円筒部と、その円筒部の上流端に大径端部が接続され且つ前記接続管に小径端部が接続されるテーパ部とを備えており、前記排気浄化器が前記円筒部内に、前記接続管の外径よりも大径の円形外面を有して触媒を担持する触媒担体を備えていて、該触媒担体の上流端を前記接続管の下流端に間隔をあけて対向配置したものにおいて、前記触媒担体を、該触媒担体の上流側端部が前記テーパ部内にその大径端部より小径端部側へ突入するよう配置して、該触媒担体の外周面と前記ケーシングの内周面との間の環状空間が、前記テーパ部で上流側に向かうにつれて漸次絞られることを特徴とし、このような構成によれば、触媒を活性化温度まで速やかに昇温すべくエンジンから触媒担体までの距離を極力短く設定しても、テーパ部の開き角を大きく設定することはなく、従って、テーパ部が占める容積を比較的大きくし、エンジンの高負荷運転時の緩衝室として利用するようにして触媒担体での通気抵抗悪化を防止することができる。
【０００６】
また請求項２記載の発明は、上記請求項１記載の発明の構成に加えて、前記接続管の少なくとも下流端の内経が、前記排気管の内径よりも小さく設定されることを特徴とし、かかる構成によれば、接続管から触媒担体の中心部に向けて排気ガスが流れることになり、エンジンの始動時に触媒担体の中心部に担持された触媒の温度を活性化温度まで速やかに昇温することができる。
【０００７】
また請求項３記載の発明は、上記請求項１又は２記載の発明の構成に加えて、前記接続管の下流端が、前記テーパ部内にその小径端部より大径端部側へ突入されることを特徴とし、このような構成によれば、触媒を活性化温度まで速やかに昇温すべくエンジンから触媒担体までの距離を極力短く設定しても、テーパ部の開き角を大きく設定することはなく、排気管および接続管の軸方向距離が短くなることを回避できるため、エンジンの低速回転域での出力トルク低減を防止することが可能になるとともに、テーパ部が占める容積を比較的大きくし、エンジンの高負荷運転時の緩衝室として利用するようにして触媒担体での通気抵抗悪化を防止することができる。
【０００８】
さらに請求項４記載の発明は、上記請求項２記載の発明の構成に加えて、前記接続管の内径をＤ１、前記排気管の内径をＤ２としたとき、０．０５≦｛（Ｄ２−Ｄ１）／Ｄ２｝≦０．４０に設定されることを特徴とし、さらにまた請求項５記載の発明は、上記請求項３記載の発明の構成に加えて、前記接続管の内径をＤ１としたとき、前記接続管の下流端および前記触媒担体の上流端間の間隔（Ｌ）が、０．５×Ｄ１〜３×Ｄ１の範囲に設定されることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、添付図面に示す本発明の一実施例に基づいて説明する。
【００１０】
図１〜図５は本発明の一実施例を示すものであり、図１は自動二輪車の右側面図、図２は排気浄化器および消音器の縦断面図、図３は図２の要部拡大図、図４は図３の４ー４線断面図、図５は接続管での絞り比による触媒中心温度の変化を示す図である。
【００１１】
先ず図１において、このバックボーン型自動二輪車の車体フレームＦは、後下がりに傾斜した鋼管製のバックボーン５と、該バックボーン５の後端に溶接される鋼板製のリヤフレーム６とから成るものであり、バックボーン５の前端に設けられるヘッドパイプ７に前輪ＷＦを軸支するフロントフォーク８が操向可能に枢支され、該フロントフォーク８の上端に操向ハンドル９が連結される。またリヤフレーム６には、後輪ＷＲを軸支するリヤフォーク１０が枢支され、該リヤフォーク１０およびリヤフレーム６間にリヤクッション１１が設けられる。さらにリヤフレーム６の上面にはサドル１２が取付けられており、該サドル１２の直下でリヤフレーム６内に燃料タンク１３が収納、保持される。またリヤフレーム６の前端部においてバックボーン５との結合部の下方には、エンジンＥのクランクケース１４が取付けられる。
【００１２】
バックボーン５の前端部にはエアクリーナ１５が取付けられる。エンジンＥのシリンダヘッド１６に設けられる吸気ポート（図示せず）には、前記エアクリーナ１５がホーン管１７、スロットルボディ１８および吸気管１９を介して接続され、吸気管１９の中間部には、前記吸気ポートに向けて燃料を噴射する燃料噴射弁２０が取付けられる。
【００１３】
前記シリンダヘッド１６の下部に設けられた排気ポート（図示せず）には、エンジンＥからの排気ガスを導く排気管２１の上流端が接続され、該排気管２１の下流端は、車体フレームＦの後部右側に配置される排気浄化器２２および消音器２３に共通であるケーシング２４に接続される。
【００１４】
図２および図３において、ケーシング２４は、円筒部２５と、該円筒部２５の一端が大径端にたとえば同軸に連設されるテーパ部２６と、前記円筒部２５の他端に固着される端末壁２７とから成るものであり、排気浄化器２２は、ケーシング２４の一端寄りの部分内に、触媒担体２８が円筒部２５と同軸に配置されて成る。
【００１５】
図４をさらに併せて参照して、触媒担体２８は、たとえばステンレス鋼から成る平板２９および波板３０を重ね合わせて螺旋状に巻くことで、円形外面を有してケーシング２４と同軸に延びるハニカム筒状に構成されるものであり、図示しない触媒が、該触媒担体２８に担持される。
【００１６】
触媒担体２８は、触媒担体２８と同一の材料たとえばステンレス鋼から成る触媒ケース３１に収容、保持される。すなわち触媒ケース３１は、触媒担体２８よりも長い円筒状に形成されており、触媒担体２８は、その両端が触媒ケース３１の両端よりも内方に位置するようにして触媒ケース３１内に嵌合され、その嵌合状態で触媒担体２８が触媒ケース３１に溶接される。触媒ケース３１は、その長手方向一端をテーパ部２６内に突入させるようにして円筒部２５内にたとえば同心に配置され、支持部材３２により前記円筒部２５に支持される。
【００１７】
支持部材３２は、触媒ケース３１の長手方向一端から長手方向中間部までを相対摺動可能に嵌合せしめる支持円筒部３２ａと、該支持円筒部３２ａの他端から半径方向外方に張出すフランジ部３２ｂと、フランジ部３２ｂの外周縁に連設されて円筒部２５の内面に嵌合される取付円筒部３２ｃとを一体に有し、前記触媒担体２８および触媒ケース３１と同一の材料たとえばステンレス鋼により形成される。
【００１８】
支持円筒部３２ａの一端は触媒ケース３１の一端に溶接、固着される。この際、触媒担体２８の一端から突出した触媒ケース３１の一端に、支持円筒部３２ａの一端を溶接することで、溶接時の熱影響が触媒担体２８に担持された触媒に及ぶことを極力回避することができる。また前記取付円筒部３２ｃすなわちフランジ部３２ｂの外周縁部はケーシング２４における円筒部２５の内面に溶接、固着される。
【００１９】
ところで、相互に溶接、固着される前記支持円筒部３２ａおよび前記触媒ケース３１の一端は、排気ガスの温度が比較的高温になる場合は、この実施例のように上流端に設定されることが望ましいのに対し、排気ガスの温度が触媒の活性化温度をわずかに超える程度の比較的低温にしかならない場合には下流端に設定されることが望ましい。すなわちエンジンＥの始動に伴ってエンジンＥから排出される排気ガスが触媒担体２８を上流側から下流側に流通すると、触媒が活性化温度に達したときの触媒反応により、触媒担体２８の温度が上流端側から順次高温となり、触媒ケース３１も上流端側から順次高温となっていくことになる。この際、支持部材３２の支持円筒部３２ａの一端が触媒ケース３１の上流端に溶接、固着されることで、その溶接、固着部に熱膨張差に伴なう過大な応力が作用しないようにすることができる。したがって排気ガスが比較的高温になる場合には、支持円筒部３２ａの一端が触媒ケース３１の上流端に溶接、固着される。一方、支持部材３２により触媒ケース３１からケーシング２４への熱伝達作用が生じるので、排気ガスの温度が活性化温度をわずかに超える程度の比較的低温にしかならない場合に支持円筒部３２ａの一端が触媒ケース３１の上流端に溶接、固着されていると、支持部材３２によるケーシング２４側への伝熱により触媒の温度上昇が遅れ、触媒反応の開始が遅れてしまうので、支持円筒部３２ａの一端が触媒ケース３１の下流端に溶接、固着されることが望ましいのである。
【００２０】
ケーシング２４におけるテーパ部２６の小径端にはキャップ３３が設けられ、このキャップ３３を介してテーパ部２６の小径端部に接続管３４がたとえば同軸に接続される。而して排気管２１の下流端は接続管３４に同軸に接続される。
【００２１】
キャップ３３は小径円筒部３３ａを有して段付きの円筒状に形成されており、小径円筒部３３ａをテーパ部２６から外方に突出させるようにしてテーパ部２６の小径端に同軸に溶接、固着される。
【００２２】
接続管３４は、アウターパイプ３５と、該アウターパイプ３５の両端から両端を外方に突出させるようにしてアウターパイプ３５に挿入されるインナーパイプ３６とが相互に溶接、固着されて成るものである。而して該接続管３４の下流端すなわちインナーパイプ３６の下流端が触媒担体２８の上流端に間隔Ｌをあけて対向する位置まで、テーパ部２６の小径端部からケーシング２４内に突入されるようにして、接続管３４がキャップ３３の小径円筒部３３ａを貫通し、アウターパイプ３５の中間部がキャップ３３に溶接、固着される。
【００２３】
しかも前記インナーパイプ３６の外径は排気管２１内に嵌合し得る程度に設定されており、排気管２１の下流端部には、インナーパイプ３６の上流端部が嵌合され、排気管２１の下流端およびアウターパイプ３５の上流端が相互に溶接、固着される。
【００２４】
ところで、接続管３４の少なくとも下流端、この実施例では接続管３４の全長にわたる内径Ｄ１すなわちインナーパイプ３６の内径Ｄ１が、排気管２１の内径Ｄ２よりも小さく設定されており、排気管２１からの排気ガスは接続管３４で絞られてケーシング２４内に導入されることになる。
【００２５】
このように接続管３４の少なくとも下流端が絞られることにより、接続管３４から触媒担体２８の中心部に向けて排気ガスが流れることになり、エンジンＥの始動時に触媒担体２８の中心部に担持された触媒の温度を速やかに昇温させることができる。この際、｛（Ｄ２−Ｄ１）／Ｄ２｝を変化させたときの触媒担体２８の中心部の触媒温度は図５で示すようになり、｛（Ｄ２−Ｄ１）／Ｄ２｝が０．０５未満では排気ガスの流れを触媒担体２８の中心部に集中的に向ける効果が得られずに触媒中心温度の昇温が不充分であり、また｛（Ｄ２−Ｄ１）／Ｄ２｝が０．４０を超えると排気ガスを絞り過ぎて排気ガス量が減少することにより触媒中心温度の昇温が不充分である。したがって０．０５≦｛（Ｄ２−Ｄ１）／Ｄ２｝≦０．４０に設定することが望ましい。
【００２６】
さらに接続管３４の下流端および触媒担体２８の上流端間の間隔Ｌも小さ過ぎると触媒の局部的な劣化を早める原因となり、また大き過ぎるとエンジンＥの始動時に触媒担体２８の中心部に担持された触媒の温度を速やかに昇温させる効果が得られなくなるので、現実的には、０．５×Ｄ１〜５×Ｄ１、より好ましくは０．５×Ｄ１〜３×Ｄ１に間隔Ｌを定めることが望ましい。
【００２７】
再び図２において、消音器２３は、前記ケーシング２４内を、その軸線方向に沿って上流側から順に、第１膨張室３７、第２膨張室３８、第４膨張室４０および第３膨張室３９に区画して構成されるものであり、第１膨張室３７は、触媒担体２８の上流端を臨ませるようにしてテーパ部２６および支持部材３２のフランジ部３２ｂ間でケーシング２４内に形成される。
【００２８】
ケーシング２４における円筒部２５内の下流側後半部には、該円筒部２５の内面との間にわずかな間隙を形成するようにして円筒体４１が挿入されており、該円筒体４１の上流端部および下流端部にそれぞれ複数ずつ突設される突部４１ａ…，４１ｂ…が、円筒部２５の内面に溶接、固着される。
【００２９】
第２膨張室３８は、円筒体４１内を上流側半部と下流側半部とに区画するようにして円筒体４１の略中央部内面に外周が固着される隔壁４２と、前記支持部材３２との間でケーシング２４内に形成されるものであり、触媒担体２８の下流端が第２膨張室３８に臨み、支持部材３２のフランジ部３２ｂは、第１および第２膨張室３７，３８間を隔てる隔壁の機能をも果すことになる。
【００３０】
第３膨張室３９は、円筒体４１の下流端寄り内面に外周が固着される隔壁４３と、端末壁２７との間でケーシング２４内に形成され、第４膨張室４０は前記隔壁４２，４３間で円筒体４１内に形成される。
【００３１】
第２および第３膨張室３８，３９間は、隔壁４２，４３で両端部が支持される一対の連通管４４…で連通され、第３および第４膨張室３９，４０間は隔壁４３で支持される一対の連通管４５…で連通される。また上流端を第４膨張室４０に開口せしめるとともに下流端を外部に開口させた単一の排出管４６が隔壁４３および端末壁２７の中心部を貫通するようにして隔壁４３および端末壁２７に固定支持されており、排気ガスは最終的に排出管４６から排出される。
【００３２】
次にこの実施例について説明すると、エンジンＥからの排気ガスを導く排気管２１に連なる接続管３４が、該接続管３４の下流端が触媒担体２８の上流端に間隔をあけて対向する位置まで、ケーシング２４のテーパ部２６における小径端部からケーシング２４内に突入されるので、触媒を活性化温度まで速やかに昇温すべくエンジンＥから触媒担体までの距離を極力短く設定しても、テーパ部２６の開き角を大きく設定することなく、排気管２１および接続管３４の軸方向距離が短くなることを回避することができる。したがってエンジンＥの低速回転域での出力トルク低減を防止することが可能になるとともに、テーパ部２６が占める容積すなわち第１膨張室３７の容積を比較的大きくし、エンジンＥの高負荷運転時の緩衝室として利用するようにして触媒担体２８での通気抵抗悪化を防止することができる。
【００３３】
また接続管３４の少なくとも下流端の内経Ｄ１が、排気管２１の内径Ｄ２よりも小さく設定されるので、接続管３４から触媒担体２８の中心部に向けて排気ガスが流れることになり、エンジンＥの始動時に触媒担体２８の中心部に担持された触媒の温度を活性化温度まで速やかに昇温することができる。
【００３４】
さらにケーシング２４が備える円筒部２５内に、触媒を担持した触媒担体２８を保持する円筒状の触媒ケース３１がたとえば同心に配置され、触媒ケース３１を円筒部２５に支持する支持部材３２が、触媒ケース３１の長手方向一端から長手方向中間部までを相対摺動可能に嵌合せしめるとともに一端が触媒ケース３１の一端に固着される支持円筒部３２ａと、該支持円筒部３２ａの他端から半径方向外方に張出すフランジ部３２ｂとを備えるものであり、フランジ部３２ｂの外周縁（この実施例では取付円筒部３２ｃ）が円筒部２５の内面に固着される。したがって触媒ケース３１の熱膨張による変形を許容しつつ単一の支持部材３２で触媒ケース３１をケーシング２４の円筒部２５に支持することができ、しかも支持部材３２は簡単な形状のものであるので、触媒ケース３１の支持にあたっての部品点数の低減を図り、コスト低減を図ることができる。
【００３５】
また触媒ケース３１の長手方向中間部に対応する位置で支持円筒部３２ａの他端から半径方向外方に張出すフランジ部３２ｂの外周縁がケーシング２４の円筒部２５に固着されるので、触媒担体２８および触媒ケース３１の重心位置に近い箇所で支持部材３２が前記円筒部２５に固着されることになり、触媒担体２８および触媒ケース３１の振動によって支持部材３２に及ぶ応力の影響を最少限に抑えることができる。
【００３６】
さらにケーシング２４の円筒部２５および触媒ケース３１間の伝熱経路の伝熱面積が、複数の支持部材を用いる従来のものに比べて小さくなるので、触媒が外界温度の影響を受け難くなり、特に触媒ケース３１のうち支持部材３２の支持円筒部３２ａに嵌合されていない部分での触媒担体２８に担持された触媒への外界温度の影響はより小さくなり、触媒温度をより安定化することができる。
【００３７】
しかも消音器２３は、ケーシング２４内をその軸線方向に複数の膨張室３７〜４０に区画して構成されるものであり、支持部材３２のフランジ部３２ｂで、触媒担体２８の上流端を臨ませる第１膨張室３７と、触媒担体２８の下流端を臨ませる第２膨張室３８とが区画されるので、ケーシング２４を共通として排気浄化器２２が消音器２３の一部を構成することになり、消音器２３の部品点数低減および小型、軽量化を図ることができる。
【００３８】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行なうことが可能である。
【００３９】
たとえば上記実施例では、排気浄化器２２および消音器２３が共通のケーシング２４内に構成されたが、消音器２３とは独立して構成される排気浄化器にも本発明を適用することができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように請求項１記載の発明によれば、触媒を活性化温度まで速やかに昇温すべくエンジンから触媒担体までの距離を極力短く設定しても、テーパ部の開き角を大きく設定することはなく、従って、テーパ部が占める容積を比較的大きくし、エンジンの高負荷運転時の緩衝室として利用するようにして触媒担体での通気抵抗悪化を防止することができる。
【００４１】
また請求項２記載の発明によれば、エンジンの始動時に触媒担体の中心部に担持された触媒の温度を活性化温度まで速やかに昇温することができる。
【００４２】
また請求項３記載の発明によれば、触媒を活性化温度まで速やかに昇温すべくエンジンから触媒担体までの距離を極力短く設定しても、テーパ部の開き角を大きく設定することなく、排気管および接続管の軸方向距離が短くなることを回避することができ、エンジンの低速回転域での出力トルク低減を防止することが可能になるとともに、テーパ部が占める容積を比較的大きくし、エンジンの高負荷運転時の緩衝室として利用するようにして触媒担体での通気抵抗悪化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  自動二輪車の右側面図である。
【図２】  排気浄化器および消音器の縦断面図である。
【図３】  図２の要部拡大図である。
【図４】  図３の４ー４線断面図である。
【図５】  接続管での絞り比による触媒中心温度の変化を示す図である。
【符号の説明】
２１・・・排気管
２２・・・排気浄化器
２３・・・消音器
２４・・・ケーシング
２５・・・円筒部
２６・・・テーパ部
２８・・・触媒担体
３４・・・接続管
Ｅ・・・・エンジン
【図１】
0004331826.tif 000002
【図２】
0004331826.tif 000003
【図３】
0004331826.tif 000004
【図４】
0004331826.tif 000005
【図５】
0004331826.tif 000006