JP4568644B2 - 触媒付き排気装置とこれを備えた自動二輪車 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンからの排気を、触媒コンバータで浄化するとともに、排気騒音を低減させる触媒付き排気装置とこれを備えた自動二輪車に関するものである。

一般に、自動二輪車に搭載されたエンジンに連結される触媒付き排気装置は、エンジンの排気ポートに接続された排気管を通じてマフラに導かれた排気を、マフラ内部の排気通路における上流部に設けられた膨張室内に先ず導入して膨張させることにより、排気エネルギを減少させ、かつ排気の流動速度を低下させて、膨張室の下流側に設けられた触媒コンバータ内を通過させるときの排気の抵抗を低減するように図っている。

また、前記触媒付き排気装置では、排気が触媒コンバータを通過するときに、排気中に含有している酸素の全てを未燃焼成分の再燃焼に活用することができれば、排気を有害成分が殆ど残存しない状態とすることができ、良好な浄化性能を得ることができる。これを達成するためには、エンジンから排出される排気を所要量の酸素が含有された状態に制御すること、例えば、空燃比が理論空燃比１４．８程度になるように制御することが望ましい。そこで、マフラに導入された排気中に含有している酸素量をセンサで検出して、この検出信号に基づき燃料供給制御装置がエンジンへの燃料供給量をフィードバック制御するようにしている（例えば、特許文献１参照）。

実開平６−１８６３９号公報

しかしながら、前記触媒付き排気装置では、排気を、先ず膨張室に導いたのちに触媒コンバータに導入して浄化するようにしているから、膨張室内で膨張した排気は、流動速度が低下する反面、膨張に伴い圧力が高くなるので、この圧力の高くなった排気の一部が、膨張室を区画形成する隔壁とマフラーケースの内面との間の隙間から漏れてしまい、排気の全てを触媒コンバータに通すことができず、排気の浄化性能が低下する。また、触媒コンバータに導入される排気に含まれた酸素量を検出するセンサを、触媒コンバータの直前に位置する前記膨張室に設けて、排気の酸素量を検出することが考えられる。しかしながら、膨張室内には、残存している酸素と新たに導入された排気中に含有している酸素が混在しているので、上記のように膨張室にセンサを設けると、エンジンから排出された時点での排気に含まれる酸素量を正確に検出できなくなる。その結果、センサの検出信号に基づく燃料供給量のフィードバック制御が応答性の低いものとなり、触媒コンバータを通過するときの排気に含まれる酸素量が所要値にならず、排気を十分に浄化できない場合がある。

本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたもので、排気管から導入した排気のすべてを、漏れなく触媒コンバータに導入することができるとともに、触媒コンバータの浄化性能を最大限に発揮させて排気中の有害成分を効果的に除去することができる、触媒付き排気装置とこれを備えた自動二輪車を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明に係る触媒付き排気装置は、内部に複数の膨張室を有するマフラーケースと、前記排気管からの排気を最前部の膨張室に導入する排気導入通路と、前記排気導入通路の下流部に装着されて前記最前部の膨張室の上流側に位置する排気浄化用の触媒コンバータと、前記排気導入通路におけるマフラーケースの外方に配置された排気成分検出センサとを備え、前記排気導入通路は、前記マフラーケースの入口部を有する前端の一端壁からマフラーケースの内部を通って後端の他端壁の近傍まで延び、さらにＵ字形の折返し部で折り返して前記最前部の膨張室内まで延びる形状を有し、前記折返し部が最後部の膨張室内に配置されている。

この構成によれば、触媒コンバータが排気導入通路の下流部に装着されて膨張室の上流側に配置されているから、排気を、膨張室に導くのに先立って触媒コンバータ内を通過させて浄化するので、マフラーケース内に導入した排気の全てを漏れなく確実に触媒コンバータ内に通過させて効果的に浄化することができる。

また、エンジンから排気管を介して導かれた排気中に含まれる成分、例えば酸素量を、マフラーケースの外方に配置された排気成分検出センサにより、膨張室内に導入される前に検出しているから、この検出信号に基づき、例えば燃料供給制御装置が吸入混合気の空燃比を所定値になるように燃料供給量をフィードバック制御する。したがって、従来のように膨張室内に導入して膨張した排気中に含まれる成分を検出する場合とは異なり、触媒コンバータに導入される前の排気中に含まれる酸素量などの成分を良好な応答性で所要値にコントロールでき、これにより、触媒コンバータの浄化性能が最大限に発揮されるから、排気中の有害成分を効果的に除去できる。

さらに、排気を膨張室に導入する排気導入通路は、マフラーケースの一端壁と他端壁との間を１往復近く流動させる長さとなる。このように排気をエンジンから膨張室内に導くまでの排気通路を長くできることにより、排気の脈動による排気慣性を有効利用して、排気効率を高めることができる。また、排気導入通路を、マフラーケースの一端壁と他端壁との間を１往復近く流動させる長い形状とし、かつ、膨張室を多段に形成して消音効果を高めることができる。

本発明において、好ましくは、前記マフラーケース内に隔壁を介して前記複数の膨張室が設けられ、前記膨張室間または膨張室と外部とが連通管により連通し、最下流の膨張室と外部とを連通する連通管からなる前記テールパイプの上流端面が、前記隔壁に突き当てて接合され、この連通管における前記上流端面を形成する上流端部に、排気を前記連通管と前記最下流の膨張室との間で流動させる開口が切欠き形成されている。この構成によれば、排気装置を製造するに際して、複数の隔壁に連通管を貫通状態で固定して組み立てたマフラーアセンブリを製作したのち、このマフラーアセンブリを、筒形のマフラーケースの一端開口から内部に挿入して、マフラーケース内の所定位置に配置する際に、上述のように構成されたマフラーアセンブリの隔壁が、少なくとも一端面を突き当てて接合された連通管により補強されているので、前記挿入時にマフラケーケースの内面との摩擦力により変形するのが防止される。

本発明に係る自動二輪車は、以上の構成の排気装置を備えている。その場合、前記排気装置はエンジンの後面と後輪との間に配置されていることが好ましい。

本発明によれば、排気を、膨張室に導くのに先立って触媒コンバータ内を通過させていることにより、マフラーケース内に導入した排気の全てを漏れなく確実に触媒コンバータに導入して効果的に浄化することができる。また、エンジンから排気管を介して導かれた排気中に含まれる成分を、膨張室に導入される前に排気成分検出センサで検出するようにしたので、触媒コンバータに導入される前の排気中に含まれる酸素量のような成分を良好な応答性で所要値に正確にコントロールできるから、触媒コンバータの浄化性能を最大限に発揮させて排気中の有害成分を効果的に除去できる。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は本発明の一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。同図に示す自動二輪車は、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の下端に前輪３が、フロントフォーク２の上端にハンドル４がそれぞれ取り付けられている。メインフレーム１の後端下部には、後述のスイングアームブラケットが設けられ、このスイングアームブラケットに、スイングアーム７の前端がピポット軸（図示せず）を介して上下揺動自在に軸支されている。このスイングアーム７の後端に後輪８が取り付けられている。前記メインフレーム１の後部に連結されたシートレール９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の下部にはエンジンＥが取り付けられ、このエンジンＥの前方にラジエータ１０が配置されている。この自動二輪車は、前記エンジンＥによりチェーン１１を介して後輪８を駆動するとともに、前記ハンドル４で操向するように構成されている。

前記シートレール９にはライダー用シート１２と同乗者用シート１３とが支持されている。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４とライダ用シート１２との間には、燃料タンク１４が取り付けられている。また、車体前部には前照灯１７が装着されている。

図２は前記エンジンＥを示す正面図である。このエンジンＥのシリンダヘッド１９における前面には複数（この実施形態では２つ）の排気ポート２０が形成され、これら排気ポート２０にそれぞれ排気管２１の各上流端部２１０が接続されている。両排気管２１の下流端部２２０は、集合部２２で１本に集合された状態で、図１のマフラ（排気消音装置）２３に接続されている。各排気管２１は金属製の単一の円管を曲げ加工したものである。マフラ２３は、エンジンＥの後面と後輪８との間に配置されて、車体の左右方向のほぼ中央部に位置している。ここで、エンジンＥの後面とは、エンジン本体および変速機を含むエンジンＥ全体の後面である。

図３（ａ），（ｂ）は前記各排気管２１および集合部２２を示す正面図および平面図である。図３（ａ）に示すように、各排気管２１は、前方から見て曲がった曲がり部２１ａ〜２１ｃを３つ有するほぼＳ字形状に形成されている。各曲がり部２１ａ〜２１ｃの上流側および下流側には、直線部２１ｄ〜２１ｇが存在する。また、両排気管２１，２１は、上流端部２１０，２１０が図２のエンジンＥの左右方向に離間した排気ポート２０，２０にそれぞれ接続され、下流端部２２０，２２０が、前記上流端部２１０，２１０と左右方向位置が入れ替わって集合部２２に接続されており、各々の中間部が、前方から見て交差している。

各排気管２１は、曲がり角度の小さな第１の曲がり部２１ａが上流端部２１０を形成する短い直線部２１ｄに連なって形成され、この第１の曲がり部２１ａから比較的長い直線部２１ｅを経て、前方から見て左斜め下方に向かって延び、曲がり角度の大きな第２の曲がり部２１ｂにより右方に転向し、直線部２１ｆで右側に延び、さらに、曲がり角度の大きな第３の曲がり部２１ｃにより中央部後方へ転向し、直線部２１ｇを経て下流端部２２０に達する形状を有している。すなわち、排気管２１は、前方から見て、排気の流れ方向Ａにおける前後の直線部２１ｅ，２１ｆよりも左側に突出している第２の曲がり部２１ｂと、前部の直線部２１ｆ，２１ｇよりも右側に突出している第３の曲がり部２１ｃとをそれぞれ１つずつ有して、ほぼＳ字形状となっている。これにより、各排気管２１の下流端部２２０から鉛直に延ばした前後方向に平行な基準面Ｓ１，Ｓ２、つまり、下流端部２２０を通り、車体の前後中心軸を含む鉛直な車体中心面ＣＳに対して平行な基準面Ｓ１，Ｓ２に対し、各排気管２１が自己の基準面Ｓ１，Ｓ２の左右両側に突出するように大きく曲がりくねっている。こうして、限られた上下寸法の中で、排気管２１の全長を長くとっている。

この実施形態の自動二輪車では、前述のとおり、図１に示す排気管２１とマフラ２３を含む排気装置の全長の短縮と装置全体としての容量アップを図ることを目的として、マフラ２３がエンジンＥの後面と後輪８との間に配置されており、マフラを後輪８の側方位置に配置する場合と比較して、エンジンＥとマフラ２３との間隔が小さくなっている。したがって、一般的なＬ字形状に曲がった排気管を用いて排気ポート２０とマフラ２３とを接続すると、排気管の長さを所要の排気慣性が得られるのに十分な長さとするのが難しい。そこで、前記排気管２１は、前方から見て、図２に示す曲がった曲がり部２１ａ〜２１ｃを３つ有するほぼＳ字形状としている。これにより、排気管２１は、車体の左右方向に蛇行しながらエンジンＥの下方へ向かうので、車体の左右方向の所定範囲内から外側方へ出っ張らずに全長を長くとることができ、所要の優れた排気慣性を確保することができるとともに、排気管２１およびマフラ２３を含む排気装置全体を前後方向長さが短いコンパクトなものにできる。

また、２つの排気管２１は、各々の中間部を前方から見て交差させて、各々の下流端部２２０を上流端部２１０と左右方向位置が入れ替わった配置で設けているので、各排気管２１を、内部を排気が円滑に流動できる大きな曲率半径で湾曲された３つの曲がり部２１ａ〜２１ｃを有する形状としながらも、２つの排気管２１の長さを容易に同一に設定することができる。

さらに、前記排気管２１は、図３（ａ）に示す３つの曲がり部２１ａ〜２１ｃの各々の上流側および下流側にそれぞれ直線部２１ｄ〜２１ｇを有した形状になっているので、直管を曲げ加工して排気管２１を製造する場合に、直管における曲がり部２１ａ〜２１ｃを形成すべき箇所の両側部位を曲げ加工機の１対のチャッキングで把持しながら曲げローラに押し付けることで、排気管２１の曲げ加工が容易となり、曲がり部２１ａ〜２１ｃを所定の曲率に正確に形成することができる。

また、前記排気管２１は、エンジンＥの左側、図２のエンジン冷却水用の水ポンプ２４の吐出通路を形成するウォータパイプ２４ａを回避して配設されている。

なお、前記実施形態では、排気管２１を２つ備えた場合について説明したが、排気管２１が単一の場合、または排気管２１を３つ以上有しているエンジンにおいても、それら排気管２１を前方から見て曲がった曲がり部２１ａ〜２１ｃを３つ以上有する形状とすることにより、上述したと同様の効果を得ることができる。また、排気管２１を複数対有する場合、各対を構成する２つの排気管２１を前述のとおり、中間部で交差させるのが好ましい。

図４はマフラ２３および集合部２２を示す平面図である。集合部２２は、２つの排気管２１の各下流端部２２０を、集合連結管２７を介して単一の接続管２８に接続した構成になっている。接続管２８の後端は、マフラ２３の内部に排気管２１からの排気を導入する入口管２９に連結されている。この入口管２９は、マフラーケース３０に固定されてマフラーケース３０から前方に突出しており、マフラ２３内部に設けられた後述の膨張室に前記排気を導入する排気導入通路の一部を構成する。この入口管２９には、これに導入された排気中の酸素の含有量を検出する排気成分検出センサ３１が取り付けられている。なお、図３（ｂ）のＣ−Ｃ線断面図である図３（ｃ）に示すように、前記集合連結管２７は、これを２割りした第１および第２の連結管半体２７Ａ，２７Ｂを互いに突き合わせて、各々の長さ方向に沿って両端部に設けたフランジを互いに溶接して結合した構成になっている。

図５は前記マフラ２３の平面断面図、図６はVI-VI 線に沿った断面図である。図５において、前記マフラーケース３０は、前後両端が開口した筒部３２と、この筒部３２の前後両端の開口を閉止する前側端板３３および後側端板３４とを備えており、筒部３２の前後両端のフランジと前後両側の端板３３，３４の各々の周端部とをかしめにより互いに結合してなるフランジ部３７，３８を介して互いに連結されている。このようにして形成された前後のフランジ部３７，３８は、これらの外側面が筒部３２の外周面よりも外側方に突出しており、この両フランジ部３７，３８の外周面における右側部分間に、マフラーカバーとなるマフラーサイドカバー３９の前後両端部が溶接により接合されている。このマフラーサイドカバー３９の詳細については後述する。前記筒部３２は、内筒３５を有する２重管に構成されて、内筒３５との間にガラスウール１８が充填されており、これにより、排気Ｇの消音効果が高められている。マフラーケース３０の筒部３２、前側端板３３、後側端板３４および内筒３５は、ステンレスのような金属製の板材で形成されている。

前記マフラーケース３０の内部は、内筒３５の内周面に固着された３枚の隔壁板４０，４１，４２により区画されて、４つの膨張室４３，４４，４７，４８が形成されている。これらの膨張室４３，４４，４７，４８は、この順序でつながっており、最上流の第１の膨張室４３がマフラーケース３０の最前部に、これの下流側の第２の膨張室４４がマフラーケース３０の最後部に、それぞれ配置され、これら両膨張室４３，４４の間で、第２の膨張室４４の前側に隣接して第３の膨張室４７が、第１の膨張室４３の後側に隣接して第４の膨張室４８が、それぞれ配置されている。さらに、前記マフラーケース３０の内部には、排気Ｇをマフラーケース３０内に導入する排気導入管４９が、前記３枚の隔壁板４０，４１，４２に、それぞれを貫通した状態で支持されている。この排気導入管４９は、その上流端が、マフラーケース３０の前側端板３３に支持された入口管２９に接続されて、排気Ｇをマフラーケース３０の最前部に設けられた最上流の第１の膨張室４３に導入する排気導入通路Ｐを形成している。

すなわち、前記排気導入通路Ｐは、マフラーケース３０の前側端板３３に貫通状態で固定された入口管２９と前記排気導入管４９とにより構成されている。前記排気導入管４９は、排気Ｇを膨張室に導入する排気導管の一つであり、入口管２９に接続された上流端から各隔壁板４０〜４２を順次貫通してマフラーケース３０の後側端板３４の近傍まで延びる上流管部４９ａと、この上流管部４９ａの下流端からＵ字状に延びてマフラーケース３０の前方へ反転させる折返し部４９ｂと、この折返し部４９ｂの下流端から前側端板３３の近傍まで延びる下流管部４９ｃとを備えている。上流管部４９ａ、折返し部４９ｂおよび下流管部４９ｃは、横断面（排気通路）が円形である。図６に示すように、上流管部４９ａは下流管部４９ｃよりも下方に位置しており、これによって排気導入管４９の水平方向幅を抑制している。下流管部４９ｃの下流端は、マフラーケース３０の最前部の第１の膨張室４３内まで延びており、この下流端部に、排気Ｇのエネルギを干渉効果により減衰させながら第１の膨張室４３内に導入する排気緩衝器５０が取り付けられている。この排気緩衝器５０の詳細については後述する。

前記排気導入管４９の下流管部４９ｃの内部には、上流側の第１の触媒コンバータ５１と下流側の第２の触媒コンバータ５２とが流れ方向Ａの隙間５３を介して装着されている。第１および第２の触媒コンバータ５１，５２として、この実施形態において、周知のハニカム式のものが用いられいる。このハニカム式の触媒コンバータ５１，５２は、モノリス担体と呼ばれるハニカム形状のセラミック構造体からなる触媒担体にアルミナをコートし、その上に酸化反応の触媒としてＰｔやＰｄなどが、還元反応の触媒としてＲｈがコーティングされたものである。なお、ハニカム式に代えて、パンチングされたパイプの全体に触媒がコーティングされてなるパイプ式のものを用いてもよい。

図７〜図９はそれぞれ第１ないし第３隔壁板４０〜４２を示す背面図である。これらの図において、各隔壁板４０〜４２には、排気導入管４９の上流管部４９ａ（図５）をそれぞれ貫通させた状態で支持する第１の支持開口部４０ａ、４１ａ，４２ａと、排気導入管４９の下流管部４９ｃ（図５）をそれぞれ貫通させた状態で支持する第２の支持開口部４０ｂ、４１ｂ、４２ｂとが、それぞれ下方中央部および上方中央部に形成されている。これら支持開口部４０ａ、４１ａ，４２ａ，４０ｂ、４１ｂ、４２ｂは、図５に示すように、開口周縁部を切り起こして支持用のフランジが形成されていることにより、貫通された排気導入管４９を安定して支持できるようになっている。

また、第１ないし第３の各隔壁板４０〜４２には、各々の第１の支持開口部４０ａ，４１ａ，４２ａの上方で、かつ、第２の支持開口部４０ｂ，４１ｂ，４２ｂの側方位置に、開口周縁にフランジを有する第３の支持開口部４０ｃ，４１ｃ，４２ｃがそれぞれ形成されている。これら各第３の支持開口部４０ｃ，４１ｃ，４２ｃには、図５の右側の第１連通管５４が貫通状態で支持されており、この第１連通管５４は、マフラーケース３０内の最前部の第１の膨張室４３を最後部の第２の膨張室４４に連通する連通路を形成する。この第２の膨張室４４を区画形成する第３の隔壁板４２には、図９に示すように、第２の支持開口部４２ｂの下方位置に連通孔４２ｅが形成されており、この連通孔４２ｅが、図５の第２の膨張室４４を第３の膨張室４７に連通する。

さらに、図８に示す中間の第２の隔壁板４１には、第３の支持開口部４１Ｃの下方で、かつ、第１の支持開口部４１ａの側方位置に、開口周縁にフランジを有する第４の支持開口部４１ｄが形成されているとともに、第２の支持開口部４１ｂに対し第３の支持開口部４１ｃとは反対側の側方位置に、開口周縁にフランジを有する第５の支持開口部４１ｅが形成されている。第４の支持開口部４１ｄには、図６に示す第２連通管５７が貫通状態で支持されており、この第２連通管５７は、第２の膨張室４４を第３の膨張室４７に連通する連通路を形成する。

また、図９に示す最後部の第３の隔壁板４２には、開口周縁にフランジを有する第４の支持開口部４２ｄが、第２の支持開口部４２ｂに連通して形成されている。図５に示すように、第３の隔壁板４２の第４の支持開口部４２ｄおよび第２の隔壁板４１の第５の支持開口部４１ｅには、テールパイプ５８が貫通状態で支持されている。このテールパイプ５８は、上流端近傍における内方側の半部が切欠かれて、排気導入口５８ａが形成されており、下流端部が、開口を外部に連通した状態でマフラーケース３０の後側端板３４に固定されている。したがって、テールパイプ５８は、最下流の第４の膨張室４８内の排気Ｇを排気導入口５８ａから導入してマフラーケース３０の外部に排出する。テールパイプ５８における排気導入口５８ａの形成により半円状に残存した下流端部は、第１の隔壁板４０に突き当てた状態で、図７に示すように、第１の隔壁板４０に半円状に形成された溶接用切欠部４０ｄを介して溶接されることにより、第１の隔壁板４０に固着されている。

図５のマフラ２３は、排気導入管４９の下流管部４９ｃ内に第１および第２の触媒コンバータ５１，５２が装着されて、触媒付き排気消音装置として構成されており、以下のように機能する。すなわち、図１のエンジンＥから２つの排気管２１および集合連結管２７を通ってマフラ２３に導かれた排気Ｇは、図５の入口管２９を通ってマフラ２３内部の排気導入管４９内に流入し、この排気導入管４９の上流管部４９ａを経てマフラ２３の前端部から後端部近傍に導かれたのち、折返し部４９ｂに沿いながらマフラ２３の前方へ向け反転されて下流管部４９ｃに導かれる。さらに、排気Ｇは、下流管部４９ｃ内の第１の触媒コンバータ５１内に導入されることにより、酸化反応により、ＨＣやＣＯの浄化が促進される。この第１の触媒コンバータ５１の各部を通った排気Ｇは、隙間５３に導出されて混合されることにより、排気Ｇの流れが場所的に均一化される。この隙間５３が存在しない長い触媒コンバータに排気を通した場合には、折返し部４９ｂを通る際の遠心力により排気の流れが偏って、排気の浄化が効果的に促進されないことがある。

前記第１の触媒コンバータ５１を通って或る程度浄化された排気Ｇは、第２の触媒コンバー５２内を通ってさらに浄化されたのち、排気緩衝器５０から第１の膨張室４３内に流入して膨張する。この第１の膨張室４３から第１連通管５４内に流入して収縮されながら第２の膨張室４４に向け導かれ、第２の膨張室４４内に流入して再び膨張する。この第２の膨張室４４から第３の隔壁板４２の流通孔４２ｅ（図９）を通って第３の膨張室４７内に流入したのち、第２連通管５７内に流入して再び収縮されながら第４の膨張室４８に向け導かれて、第４の膨張室４８内に流入して再び膨張する。このように、このマフラ２３では、排気Ｇの収縮と膨張をくり返すことで排気Ｇのエネルギを消耗させて、騒音を十分に低減できるので、所要の消音効果を確保できる。前記第４の膨張室４８内に導かれた排気Ｇは、排気導入口５８ａからテールパイプ５８内に流入して、テールパイプ５８を通ってマフラ２３の外部に排出される。

前記マフラ２３では、排気Ｇが触媒コンバータ５１，５２を通過するときに、排気Ｇ中に含有している酸素の全てを未燃焼成分と共に再び燃焼させることができれば、排気ＧをＨＣやＣＯ成分が殆ど残存しない状態となり、最も良好な浄化性能を得ることができる。そのためには、エンジンＥから排出する排気Ｇを所要量の酸素が含有された状態に制御することが必要であり、エンジンＥに燃料を供給する燃料供給制御装置（図示せず）において、空燃比が理論空燃比１４．８程度になるように制御して、所要量の酸素を含有した排気Ｇとするのが望ましい。

そこで、マフラ２３では、その入口管２９に取り付けた排気成分検出センサ３１（図４）により、マフラ２３に導かれた排気Ｇに含まれる酸素量を、マフラ２３内に導入される前に、つまり触媒コンバータ５１，５２に導入される前に検出して、その検出信号に基づき燃料供給制御装置が吸入混合気の空燃比を１４．８程度になるように、燃料供給量をフィードバック制御するようになっている。したがって、触媒コンバータ５１，５２に導入される前の排気Ｇ中に含まれる酸素量が正確にコントロールされるので、触媒コンバータ５１，５２の浄化性能が最大限に発揮されて、排気Ｇ中のＨＣやＣＯ等の成分を効果的に除去できる。これに対し、従来では、膨張室内に導入して膨張した排気に含まれる酸素量を検出しているので、膨張室内に残存している酸素と新たに導入された排気に含まれる酸素が混在して、エンジンから排出された排気中に含まれる酸素量を正確に検出することができないから、燃料供給制御装置によるフィードバック制御は応答性の悪いものとなり、触媒コンバータを通過した排気を十分に浄化できないことがある。

また、前記触媒付き排気消音装置であるマフラ２３は、排気Ｇを、各膨張室４３，４４，４７，４８に導くのに先立って、排気導入管４９内に装着した第１および第２の触媒コンバータ５１，５２内を通過させて浄化するようにしているので、マフラ２３内に導入した排気Ｇの全てを効果的に浄化することができる。これに対し、従来の一般的な触媒付き排気消音装置では、排気管から導かれた排気を先ず膨張室内に流入して膨張させることにより、排気の脈動を抑制し、かつ排気の速度を低下させて、触媒コンバータに通すときの抵抗を低減するようにしている。その結果、膨張室内で膨張した排気は、速度が低下しても、膨張に伴い圧力が高くなるので、膨張室を区画する隔壁とマフラーケースとの間の隙間から一部が漏れて、排気の全てを触媒コンバータに通すことができず、排気の浄化性能の低下を招いていた。

さらに、マフラ２３では、排気Ｇを、排気導入管４９の上流管４９ａを介してマフラーケース３０内の前端部から後端近傍箇所に導いたのち、折返し部４９ｂから下流管部４９ｃを介してマフラーケース３０内の第１の膨張室４３内に導入し、この第１の膨張室４３から第１連通管５４を介して後端側の第２の膨張室４４に導き、第２の膨張室４４から第３および第４の膨張室４７，４８を順次通過させたのち、テールパイプ５８からマフラーケース３０の外部に排出するようにしている。したがって、排気Ｇは、第１の膨張室４３に入る前に、入口管２９から排気導入管４９を通って、マフラーケース３０内の前後端を１往復近く流動するので、膨張前の排気通路を長くできる。これにより、排気Ｇの脈動による排気慣性を有効利用して、排気効率を高めることができる。また、このマフラ２３は、第１および第２の触媒コンバータ５１，５２がマフラーケース３０内の排気導入管４９の内部に装着されているので、触媒コンバータ５１，５２が保温ないし昇温されることから、運転開始直後などにおける触媒コンバータ５１，５２の触媒の活性化が促進され、排気Ｇの浄化性能が向上する。

マフラ２３は、次の製造工程により製造される。先ず、図１０に示すように、マフラーケース３０の筒部３２の後端部に後側端板３４をかしめにより固着する。一方、第１ないし第３の隔壁板４０〜４２に、排気導入管４９、第１および第２連通管５４，５７およびテールパイプ５８を、所要の支持開口部４０ａ〜４０ｃ、４１ａ〜４１ｅ、４２ａ〜４２ｄ（図７〜９）に挿入させて溶接し、さらに、入口管２９を挿入した排気導入管４９に前側端板３３を溶接して、マフラーアセンブリ２３Ａを製作する。このマフラーアセンブリ２３Ａを、マフラーケース３０の筒部３２の前端開口から矢印の方向に筒部３２内へ挿入して、マフラーケース３０の所定位置に配置し、テールパイプ５８の出口を後側端板３４に溶接するとともに、筒部３２の前端部に前側端板３３をかしめにより固着して、マフラ２３が完成する。ここで、テールパイプ５８における排気導入口５８ａが切欠き形成されて半円状となった上流端が、第１の隔壁板４０に溶接により固着されているから、第１の各隔壁板４０が補強されるので、挿入時に内筒３５の内面との摩擦力により第１の隔壁板４０が変形するのが防止される。

なお、前記実施形態では、排気成分検出センサ３１（図４）を入口管２９に設けた場合について説明したが、触媒コンバータ５１，５２に対する上流側であれば、何れの部位に設けても、上述したと同様の効果を得ることができる。また、前記実施形態では、２つの触媒コンバータ５１，５２を用いる場合を例示したが、単一の触媒コンバータを用いることもできる。

前記排気導入管４９の下流管部４９ｃの下流端には上述した排気緩衝器５０が設けられている。図１１に示すように、この排気緩衝器５０は、排気導入管４９と共に排気導入通路Ｐの外周の一部分を形成する円筒状の周壁５９と、排気導入通路Ｐの終端を形成する通路端壁６０とを有している。通路端壁６０は、排気導入通路Ｐの上流に向かって膨出するように滑らかに湾曲した球面形状を有しており、周壁５９の下流端部に嵌め込み固定されて、周壁５９の下流端の開口を閉塞している。周壁５９は、排気Ｇを第１の膨張室４３内に流出させるための複数の流出孔５９ａが周面全体にほぼ均一な配置で形成されて、下流管部４９ｃの下流端部の外周面に嵌め込んで溶接により固定されている。

図５に示すように、前記排気緩衝器５０が設けられている排気導入管４９の下流管部４９ｃは、その下流端近傍部分が、第１の隔壁板４０に片持ち式に支持されており、しかも、排気緩衝器５０には触媒コンバータ５１，５２を通過して高温となって大きなエネルギを有する排気Ｇが流動する。したがって、排気緩衝器５０は振動し易い。これに対し、排気緩衝器５０の通路端壁６０が内方に向け膨出した球面形状を有しているから、排気Ｇを通路端壁６０に沿って小さな抵抗で滑らかに側方に導くようにガイドするので、下流管部４９ｃの下流端部分および排気緩衝器５０の排気Ｇによる振動を効果的に抑制できる。しかも、排気緩衝器５０は、周壁５９に設けた多数の流出孔５９ａを介して第１の膨張室４３内に排気Ｇを均等に流出させて膨張させることができ、また、排気Ｇを流出孔５９ａに通すことにより、排気Ｇの騒音をソフトな音に低減できる効果もある。

前記排気緩衝器５０は、排気導管である第１および第２連通管５４，５７の下流端部分に取り付けてもよく、これら連通管５４，５７においても上述と同様の効果を得ることができる。なお、排気緩衝器５０の通路端壁６０は、球面形状のほかに、円錐状でもよく、連通管５４，５７の横断面形状が四角形であれば、それに合わせて四角錐状でもよい。また、通路端壁６０は、排気導入管４９の下流側へ向け膨出する形状としてもよく、その場合、排気Ｇを滑らかに側方にガイドする効果は得られないが、排気Ｇによる振動を防止する効果は得られる。

また、図１２に示すように、排気導入管４９の折返し部４９ｂの内部には、排気Ｇを第１の触媒コンバータ５１へ導入するための触媒入口通路６１が形成されており、この触媒入口通路６１に、排気Ｇの流れの通路横断面内における偏りを抑制する２枚の整流板６２Ａ，６２Ｂが配設されている。これら整流板６２Ａ，６２Ｂは、折返し部４９ｂに対応する曲率で湾曲した形状になっており、折返し部４９ｂ内の流れ方向Ａに沿って延びている。折返し部４９ｂでは、遠心力によって触媒入口通路６１の外側を通過する排気Ｇの量が多くなる傾向がある。整流板６２Ａ，６２Ｂがない場合、排気Ｇの通路外側への偏りが大きくなり、偏った状態で排気Ｇが第１の触媒コンバータ５１に導入されると、第１の触媒コンバータ５１における触媒入口通路６１の外側に対向する部分に多くの排気Ｇが流入するために、触媒の利用効率が低下する。そこで、この実施形態では、触媒入口通路６１における排気ＧをＵターンして第１の触媒コンバータ５１に導く折返し部４９ｂに、２枚の整流板６２Ａ，６２Ｂを設けて、排気Ｇの上述した偏りを防止している。

図１３（ａ），（ｂ）はそれぞれ図１２のXIIIＡ−XIIIＡ線に沿った断面図およびXIIIＢ−XIIIＢ線に沿った断面図である。これらの図において、２枚の整流板６２Ａ，６２Ｂは、触媒入口通路６１における通路横断方向の中間に位置して互いに平行な配置で設けられている。２枚の整流板６２Ａ，６２Ｂは、ほぼ長方形の横断面形状を有するパイプ６２における相対向する２つの長辺部分によって構成されている。パイプ６２は、排気導入管４９の折返し部４９ｂを２つ割りした形状の折返し部半体４９ｂ１，４９ｂ２の間に挟み込まれて、相対向する２つの短辺部分が折返し部４９ｂの内面に接した状態で、折返し部４９ｂに形成された溶接用孔６３を介して溶接（プラグ溶接）されることにより、折返し部４９ｂに固定されている。このような構成とすることにより、２枚の整流板６２Ａ，６２Ｂを一つのパイプ６２により形成することができるので、折返し部４９ｂの製造が容易になる。

図１２に示す整流板６２Ａ，６２Ｂが長過ぎると、排気Ｇに対する抵抗が大きくなって圧力損失も大きくなる。そこで、各整流板６２Ａ，６２Ｂは、図１４（ａ）に示すように、折返し部４９ｂのＵ字の対称面Ｃを貫通して上流側と下流側に延びる長さに設定している。これにより、遠心力による偏りが最も大きくなる対称面Ｃ付近で排気Ｇを整流して、流れの偏りを抑制できる。この実施形態では、内側の第１整流板６２Ａを、これの上流端が対称面Ｃから通路上流方向に向かってθ１＝２３°程度の角度まで延びる長さに設定し、第２整流板６２Ｂを、これの上流端が対称面Ｃから通路上流方向に向かってθ２＝３０°程度の角度まで延びる長さに設定している。両整流板６２Ａ，６２Ｂの下流端は、対称面Ｃから通路下流方向に向かって９０°の角度まで延びている。これにより、整流板６２Ａ，６２Ｂは、長くなり過ぎることに起因して排気Ｇに対する抵抗の増大に伴う圧力損失の増大を抑制しながら、排気Ｇの偏りを効果的に抑制するよう機能する。

整流板６２Ａ，６２Ｂの上述した効果は、実験の結果、確認することができたので、この実測結果を、図１４を参照しながら説明する。同図（ａ）は実施形態のように２枚の整流板６２Ａ，６２Ｂを触媒入口通路６１に設けた場合で、同図（ｂ）は比較のために示した、整流板６２Ａ，６２Ｂを設けない場合である。実験条件として、排気導入管４９の上流管部４９ａの長さＬ１と内径φ１、下流管部４９ｃの長さＬ２と内径φ２、整流板６２Ａ，６２Ｂの出口から出口圧力測定点Ｐout までの距離Ｌ３、折返し部４９ｂの内側の曲率半径Ｒ０および外側の曲率半径Ｒ３は、（ａ）および（ｂ）共にそれぞれ同一に設定してある。これらの具体的な数値を示すと、排気導入管４９の上流管部４９ａは内径φ１が４３ｍｍで長さＬ１が２３０ｍｍ、下流管部４９ｃは内径φ２が６４ｍｍで長さＬ２が２１０ｍｍ、折返し部４９は内側の曲率半径Ｒ０が８ｍｍで外側の曲率半径Ｒ３が５２ｍｍである。

図１４（ａ）の排気導入管４９において、内側の第１の整流板６２Ａは、曲率半径Ｒ１＝２２ｍｍで湾曲し、外側の第２の整流板６２Ｂは、曲率半径Ｒ２＝３６ｍで湾曲している。上流管部４９ａの入口でゲージ圧２７００Ｐａで速度を１００ｍ／Ｓに設定した排気Ｇを排気導入管４９内に導入して、（ａ），（ｂ）双方の触媒入口通路６１の入口圧力測定点Ｐinおよび出口圧力測定点Ｐout での圧力Ｐ１，Ｐ２をそれぞれ測定した。

その結果、入口と出口の圧力差（Ｐ１−Ｐ２）、つまり折返し部４９ｂでの圧力損失は、整流板６２Ａ，６２Ｂを設けた（ａ）の方が整流板６２Ａ，６２Ｂの無い（ｂ）よりも２４％小さいことが確認できた。また、シミュレーションにより、（ａ）では、触媒入口通路６１内に導入した排気Ｇの一部が、両整流板６２Ａ，６２Ｂの間および内側の整流板６２Ａと折返し部４９ｂ内面との間にそれぞれ流入したのち、整流板６２Ａ，６２Ｂに沿って第１の触媒コンバータ５１に導かれていること、および触媒入口通路６１内において排気Ｇの流れの外側への偏りが抑制されていること、つまり整流されていることが確認できた。したがって、２枚の整流板６２Ａ，６２Ｂを前記条件で設けた場合には、排気Ｇに対する十分な整流効果と圧力損失の抑制との双方をバランス良く得られることが判明した。

整流板６２Ａ，６２Ｂの数は１つまたは３つ以上でもよく、形状もこの実施形態のものに限られず、種々の形状とすることができる。また、整流板６２Ａ，６２Ｂを設ける位置も通路横断方向の中間に限定されるものではなく、通路横断方向の一方寄りに設けてもよい。

つぎに、図５に示したマフラ２３の一側部に取り付けたマフラーサイドカバー３９について説明する。図１に示すように、マフラ２３は、エンジンＥの後面と後輪８との間におけるエンジンＥの下方位置に設けられていることから、このマフラ２３の後部近傍がチェーン１１に近接した配置となる。そのため、マフラーケース３０の外面における後方上部には、走行するチェーン１１から飛散したグリスが付着する。マフラーケース３０は内部を流動する排気Ｇによって高温になっているので、前記付着したグリスが加熱されてマフラーケース３０の外面に焼き付く状態となり、マフラ２３の外観を損なうことがある。そこで、マフラ２３には、グリスが付着する可能性のある外面部分を前記マフラーサイドカバー３９で覆うようにしている。

図１５は前記マフラーサイドカバー３９を備えたマフラ２３を示す正面図、図１６は同マフラ２３の右側面図、図１７は図１６のXVII−XVII線に沿った断面図である。前記マフラーサイドカバー３９は、板材からなり、図１５に示すように、マフラ２３に取り付けたときの美観を保つことを目的として、マフラーケース３０の外面における、チェーン１１から飛散したグリスが付着する可能性があり、かつ車体の外方から見える後部上方の角部付近を含め、左側の側面のほぼ全体を覆う大きな長方形状を有している。このマフラーサイドカバー３９は、図１６に示すように、マフラーケース３０における前側フランジ部３７および後側フランジ部３８に架け渡す状態で溶接４５により固定されている。なお、図１５に示すように、マフラ２３は、左右一対のステー６４を介してスイングアームブラケット（図示せず）に支持されている。

図１６から明らかなとおり、前記マフラーサイドカバー３９が取り付けられているマフラーケース３０における前後両側のフランジ部３７，３８は、マフラーケース３０の筒部３２の外周面よりも外側方に突出している。したがって、前記両フランジ部３７，３８間に架け渡す配置とされたマフラーサイドカバー３９は、図１７に示すように、筒部３２との間に隙間を有する。隙間は、チェーン１１から飛散したグリスを導入する空間６３を形成する。マフラーサイドカバー３９の上端部には、上方斜め外側方に向け傾斜しながら突出するガイド部３９ａが屈曲形成されており、このガイド部３９ａがグリスを空間６３内に導入するようにガイドする。さらに、マフラーサイドカバー３９には補強用の凹凸を形成するための複数の突起３９ｂが形成されている。これら突起３９ｂは、マフラーケース３０の前後方向に沿って互いに平行に延びた複数の突条からなる。

前記マフラーサイドカバー３９が取り付けられたマフラ２３では、チェーン１１から飛散したグリスが、マフラーサイドカバー３９のガイド部３９ａによって前記空間６３内に導入されて、マフラーケース３０の左側の外面およびマフラーサイドカバー３９の内側面に付着する。マフラーケース３０の筒部３２に付着したグリスは焼き付くが、このグリスの焼き付きは、マフラーサイドカバー３９により隠蔽されて、車体の外方からは視認できないので、グリスの付着により美観を損なうことが防止される。マフラーケース３０におけるマフラーサイドカバー３９よりも上方箇所は、エンジンＥにより車体の左側方から見えないように隠蔽される。

また、マフラーサイドカバー３９の外面には、ガイド部３９ａによってグリスが殆ど付着しないが、マフラーサイドカバー３９の外面にグリスが付着しても、このグリスは拭き取ることで容易に除去できる。これは、マフラーサイドカバー３９が空間６３を介してマフラーケース３０の筒部３２から離間しているので、マフラーサイドカバー３９が筒部３２からの伝熱により高温になることがないから、このマフラーサイドカバー３９の外面に付着したグリスが焼き付くことがないからである。また、マフラーサイドカバー３９は、突起３９ｂによって補強されているので、走行時の車体の振動によるびびり音の発生が防止される。

本発明の一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。 同上の排気装置を取り付けたエンジンの正面図である。 （ａ），（ｂ）は同上の排気装置の正面図および平面図、（ｃ）は（ｂ）のＣ−Ｃ線で切断した断面図である。 同上の排気装置を構成するマフラを示す平面図である。 同上のマフラの平面断面図である。 図５のVI-VI 線に沿った断面図である。 同上のマフラ内に設けられた第１の隔壁板の背面図である。 同上のマフラ内に設けられた第２の隔壁板の背面図である。 同上のマフラ内に設けられた第３の隔壁板の背面図である。 同上のマフラの製造工程を示す概略図である。 同上のマフラ内に設けられた排気緩衝器を示す一部破断した側面図である。 同上のマフラ内に設けられた排気導入通路の一部である触媒入口通路に整流板が設けられた状態を示す縦断面図である。 （ａ）は図１２のXIIIＡ−XIIIＡ線で切断した断面図、（ｂ）は図１１の図１２のXIIIＢ−XIIIＢ線で切断した断面図である。 （ａ）は同上のマフラ内に設けた整流板付き排気導入通路を示す概略図、（ｂ）は比較のために示した整流板を備えない排気導入通路を示す概略図である。 同上のマフラの正面図である。 同上のマフラの側面図である。 図１６のXVII−XVII線に沿って切断した断面図である。

符号の説明

２１ 排気管
２３ マフラ（消音装置）
２９ 入口管（マフラケースの入口部）
３０ マフラーケース
３１ 排気成分検出センサ
３３ 前側端板（マフラーケースの一端壁）
３４ 後側端板（マフラーケースの他端壁）
４０〜４２ 隔壁板（隔壁）
４３，４４，４７，４８ 膨張室
４９ 排気導入管（排気導入通路）
４９ｂ 折返し部
５１，５２ 触媒コンバータ
５４ 第１連通管（連通管）
５７ 第２連通管（連通管）
５８ テールパイプ（連通管）
５８ａ 排気導入口（開口）
Ｅ エンジン
Ｇ 排気

Claims (4)

1. エンジンからの排気を導出する排気管と、その下流側に接続されるマフラとを備えた排気装置であって、
   内部に複数の膨張室を有するマフラーケースと、
   前記排気管からの排気を最前部の膨張室に導入する排気導入通路と、
   前記排気導入通路の下流部に装着されて前記最前部の膨張室の上流側に位置する排気浄化用の触媒コンバータと、
   前記排気導入通路におけるマフラーケースの外方に配置された排気成分検出センサと、
   を備え、
   前記排気導入通路は、前記マフラーケースの入口部を有する前端の一端壁からマフラーケースの内部を通って後端の他端壁の近傍まで延び、さらにＵ字形の折返し部で折り返して前記最前部の膨張室内まで延びる形状を有し、
   前記折返し部が最後部の膨張室内に配置されている触媒付き排気装置。
2. 請求項１において、前記マフラーケース内に隔壁を介して前記複数の膨張室が設けられ、前記膨張室間または膨張室と外部とが連通管により連通し、最下流の膨張室と外部とを連通する連通管からなる前記テールパイプの上流端面が、前記隔壁に突き当てて接合され、この連通管における前記上流端面を形成する上流端部に、排気を前記連通管と前記最下流の膨張室との間で流動させる開口が切欠き形成されている触媒付き排気装置。
3. 請求項１または２に記載の排気装置を備えた自動二輪車。
4. 請求項３において、前記排気装置がエンジンの後面と後輪との間に配置されている自動二輪車。

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