JP4684199B2 - 自動２輪車の排気装置 - Google Patents

Description

この発明は自動２輪車の排気装置に係り、特にオフロード系車両に好適なものに関する。

エンジン前方に排気触媒を配置することは公知である（特許文献１参照）。
また、前後方向へ長く配置した膨張室を長さ方向に沿って左右分割し、この中に排気管と触媒を配置し、膨張室内部を複数に区画して排気経路を屈曲させることにより、排気管長を長くすることも公知である（特許文献２参照）。

特開昭５４−６５２１５号公報 特開２００２−２５６８６１号公報

ところで、排気系は比較的重量を有するので、このような重量物を車体前部へ集中させたい場合がある。特に軽快なハンドリング操作が要求されるオフロード系自動２輪車においては、このような要請が大きい。しかし、エンジンの高出力を得るには、十分な排気管長が必要であり、そのうえ、排気浄化のための比較的大型かつ重量部である排気触媒も配置するとすれば、膨張室が大型化するため、このような膨張室を車体前部へ配置することはスペ−ス的に容易ではない。
そこで、本願はこのような比較的大型かつ重量のある膨張室を車体前方へ配置可能にすることを主たる目的とする。

上記課題を解決するため自動２輪車の排気装置に係る請求項１の発明は、
前輪と後輪の間にエンジンを備え、そのエンジンはクランクケースから上方へ延びるシリンダを備え、そのシリンダの上方に設けた排気口からエンジンの前方を下方へ延びてから車体後方へ延びる排気管を設けた自動２輪車の排気装置において、
前記エンジンの前方下部に膨張室を設け、前記排気管をその膨張室の内部に差し込んで湾曲させ、その湾曲部の排気下流端部に触媒コンバータを接続したことを特徴とする。

さらに、前記排気管が前記膨張室の上部から挿入され、車体前方から見てループ状に湾曲していることを特徴とする。

請求項２の発明は上記請求項１において、前記膨張室は、左右に分割した外壁により構成されるとともに、一方の外壁に前記ループ状湾曲部を含む前記排気管の収容部と前記ループ状湾曲部の支持部とを設けたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、シリンダの排気口から触媒コンバータまでの排気管の長さを必要十分に確保しながら、触媒コンバータを備えた膨張室をエンジンの前方に配置できるので、車体前部に重量物を集中でき、優れたハンドル操作性を得ることができる。

さらに、排気管を膨張室の上部から挿入し、内部で車体前方から見てループ状に湾曲させたので、必要十分な排気管長を確保しながら膨張室をコンパクトにできる。

請求項２の発明によれば、膨張室を左右に分割した外壁により構成し、一方の外壁にループ状に湾曲させたループ状湾曲部を含む排気管の収容部とループ状湾曲部の支持部とを設けたので、膨張室の内容部を分割した一方側に集中して小組みできる。このため、予め内容部を集中して小組みした一方に対して他方を接合するだけで組立できるから、組立作業を効率化できる。

以下、図面に基づいて一実施例を説明する。図１は本実施例にかかるオフロード系自動２輪車の要部左側面図を示す。この自動２輪車は車体フレーム１の前部として、ヘッドパイプ２、メインフレーム３、センターフレーム４、ダウンフレーム５及びロアフレーム６を備え、これらはいずれも金属パイプ製であり全体がループ状に連結し、その内側にエンジン７を支持している。

メインフレーム３はエンジン７の上方を略直線状をなして斜め下がりに後方へ延び、エンジン７の後方を上下方向へ延びるセンターフレーム４の上端部へ連結している。
ダウンフレーム５はエンジン７の前方を斜め下がりに後方へ延び、その下端部でロアフレーム６の前端部へ連結している。ロアフレーム６はエンジン７の前側下部からエンジン７の下方へ屈曲して略直線状に後方へ延び、後端部でセンターフレーム４の下端部と連結している。

エンジン７は水冷４サイクル式であり、シリンダ８とクランクケース９を備える。シリンダ８はシリンダ軸線が略垂直になる直立状態でクランクケース９の前部に設けられ、シリンダブロック１０、シリンダヘッド１１、ヘッドカバー１２を備える。シリンダ８の上方には燃料タンク１３が配置され、メインフレーム３上に支持される。

燃料タンク１３の後方にはシート１４が配置され、センターフレーム４の上端から後方へ延びるシートレール１５に支持される。符号１６はシートレール１５の下方に配置される補強用バックステーである。シートレール１５及び補強用バックステー１６もパイプ状部材からなり、車体フレーム１の後部を構成する。
シートレール１５と補強用バックステー１６にはエアクリーナ１７が支持され、電子燃料噴射システムの一部をなすスロットルボディ１８を介してシリンダヘッド１１へ車体後方から吸気される。

シリンダヘッド１１の前部からは前部排気管２０がエンジン７の前方へ斜め下向きに延出し、膨張室２１へ接続している。膨張室２１は排気を膨張させて排気エネルギーを消費させるため、排気経路の一部容量を拡大させて大容量の膨張空間を形成したものであり、本実施例では触媒コンバータを内蔵した側面視略三角形状をなす比較的大型のものである。膨張室２１からは後部排気管２２が後方へ延出し、センターフレーム４の外側方を横切って後方へ延出し、その後端部がマフラー２３へ接続している。マフラー２３は膨張室を備え、さらに必要により触媒コンバータを備えたサイレンサー機能を有する公知のものであり、シート１４下方にて補強用バックステー１６へ支持されている。

ヘッドパイプ２にはフロントサスペンションを構成するテレスコピック式のフロントフォーク２４が支持される。フロントフォーク２４の下端部には前輪２５が支持され、フロントフォーク２４の上端に連結されるハンドル２６により操向される。
前輪２５とクランクケース９の前部との間の空間２７内に膨張室２１が配置される。膨張室２１の上端部近傍にはフロントフェンダ２８の後端部が位置する。

センターフレーム４にはピボット軸２９によりリヤアーム３０の前端部が揺動自在に支持され、リヤアーム３０の後端部には後輪３１が支持される。後輪３１はエンジン７によりチェーン駆動される。リヤアーム３０とセンターフレーム４の接続部との間にはリヤサスペンションのクッションユニット１９が設けられている。

図２は膨張室２１を中心とする車体前部の要部平面図である。メインフレーム３は左右一対で設けられ、車体フレーム前端の車体中心上に位置するヘッドパイプ（図示省略、図１参照）から後方へ拡開して延びる。シートレール１５も左右一対をなして設けられ、右側のシートレール１５下方にマフラー２３が配置される。このマフラー２３と膨張室２１とを接続する後部排気管２２は、車体右側を通りさらにシートレール１５の下方を通ってマフラー２３へ接続する。前部排気管２０、膨張室２１、後部排気管２２及びマフラー２３は排気系を構成する。

前部排気管２０は車体中心Ｃ近傍より車体左側へ向かって延びて入り口部３２から膨張室２１の内部へ入り込んでいる。入り口部３２は膨張室２１の左端部上面から角状に突出する筒部である。
膨張室２１は、車幅方向へ長く横長に配置された平面視略筒状の左室３３と、この左室３３の右側端部へ接続して後方へ延びる右室３４を左右から合わせて一体化したものである。

右室３４は平面視でメインフレーム３の外側に配置され、排気上流側である前方側が大きく膨らんだ膨張部３５をなし、この膨張部３５から連続して出口部３６が排気下流側である後方へ角状をなして突出している。出口部３６は膨張部３５の上部から後方へ向かって先すぼまりに変化する筒状部であり、後端部内側に後部排気管２２の前端部が挿入一体化されている。
出口部３６の車体内側における輪郭線は膨張室２１と略直角に車体後方へ向かう。
膨張室２１の車体後方へ向く背面には、左室３３及び右室３４からステー３７が後方へ突出し、マウントラバー３８を介してロアフレーム６（図１）の前端部へ取付けられる。

膨張室２１は、左室３３と右室３４が左右分割して別々に製造され、接合線３９で溶接一体化される。接合線３９は車体中心Ｃより車体右側へ偏って位置する。
また、左室３３は前後方向へも分割されている。すなわち、左室３３はそれぞれプレス成形等により半割状の立体形状に形成された前部外壁４０と後部外壁４１を接合線４２で向かい合わせにして溶接一体化される。接合線４２は前後方向中央を左右方向へ延びている。入り口部３２も前部外壁４０と後部外壁４１の合わせ部によって一体に形成される。

右室３４も同様であり、膨張部３５は同様に形成された前部外壁４３と後部外壁４４を向かい合わせにして接合線４５にて溶接一体化される。但し、略水平方向へ折れ曲がって延びる出口部３６部分は上下合わせになっており、接合線４５は出口部３６の側面に形成されている（図３、５参照）。

以下、排気系について詳述する。図３は排気系の斜視図であり、前部排気管２０は膨張室２１の左室３３上部に突出する入り口部３２から内部へ入る。右室３４の出口部３６から後方へ延出した後部排気管２２は、前部２２ａ、中間部２２ｂ及び後部２２ｃと屈曲しつつ後方へ延び、その後端にて前後方向へ長く配置されたマフラー２３へ接続する。
前部２２ａは出口部３６との接続部近傍にて屈曲して車体内方へ曲がり、中間部２２ｂは車体中心と略平行に後方へ直線的に延び、後部２２ｃはやや外方へ開くように後方へ斜め上がりに延びてマフラー２３へ接続する。

図４は排気系を車体後方側から示す背面図である。膨張室２１の左室３３と右室３４の接合部３９の位置が後部排気管２２の位置と略一致している。
後部排気管２２の中間部２２ｂは膨張室２１の上端より若干下方へ入り込む高さになっている。前部排気管２０の先端におけるフランジ２０ａと出口部３６の後端位置は略同じ程度の高さである。
マフラー２３の車体内側の輪郭線は後部排気管２２の中間部２２ｂにおける同輪郭線と略一致している。
各ステー３７は左室３３と右室３４の各背面下部に形成されている。

図５は膨張室２１部分の側面図であり、一部破断して内部を示す。この側面視にて入り口部３２は出口部３６とほぼ重なり、前部排気管２０は上下方向中間部が前方へ凸に湾曲して入り口部３２へ続き、左室３３は側面視で縦長の略三角形状をなしている。右室３４は膨張部３５が左室３３よりも前後へ膨らんで大容量になっており、出口部３６は前部排気管２０よりも長く後方へ延びている。

左室３３内には、前部排気管２０がループ状に巻回して収容され、左右方向の配管部分（断面で見える部分）は前方下側のコーナー部と上部に配置され、後方下側のコーナー部には排気浄化用として公知の触媒コンバータ５０が配置され、これらの間をスペーサー５１で間隔維持されている。
このように、膨張室２１の底部へ前部排気管２０一本と比較的大径の触媒コンバータ５０を前後に配置し、上部に前部排気管２０を一本配置すると、側面視で略三角形状をなすので、前輪とクランクケース９の前部間における空間２７が後方斜め下がりに配置されるダウンフレーム５の影響で下方が前後へ広がっているため、この空間２７内へ余裕をもって配置可能になる。

図６は、膨張室２１部分の平面図であり、一部破断して内部を示す。前部排気管２０は入り口部３２から左室３３内へ入り、前側底部上を右室３４へ向かって延び、膨張部３５内で屈曲して折り返し、室内上部を左室３３の左側端部近傍まで延び、ここで再び下方へ折り返し、左室３３の底部後側上に左右方向へ長く配置された触媒コンバータ５０の左側端部へ連通接続する。左室３３の前部排気管２０と触媒コンバータ５０は左右方向に間隔を持って配置された２ケのスペーサー５１，５２で位置決め固定される。この固定は左室３３側のみにて行われる。

排気は、図中に矢示したように、前部排気管２０の排気上流側端部から左室３３内へ入る。前部排気管２０は前部パイプ４６、中間パイプ４７及び後部パイプ４８からなり、ループ状の前部排気管２０内を流れて一周周回し、十分な排気管長を確保する。その後、触媒コンバータ５０へ入って浄化され、膨張部３５内へ入って膨張する。この膨張も膨張部３５が大容量になっているため、十分に排気エネルギーを消費させることができる。その後、出口部３６にて次第に絞られて後部排気管２２へ流出する。後部排気管２２からマフラー２３へ入った排気は再び内部で膨張し、さらに排気エネルギーを消費する。また必要により触媒コンバータを配設してさらに排気を浄化することができる。

この膨張室２１内には、排気管長を十分長く確保した前部排気管２０と触媒コンバータ５０を収容し、さらに十分な大容量の膨張室を設けたので、膨張室２１自体は比較的大型化かつ重量化し、排気系全体重量に占める重量の割合が高くなるが、膨張室２１を空間２７（図１）へ配置することにより、排気系重量の多くを車体中央、より詳しくはヘッドパイプ２（図１）近傍へ集中配置していることになる。また、前部排気管２０の排気下流側端部へ触媒コンバータ５０を接続したので、排気が高温になるシリンダヘッド１１に近い位置で効率よく排気を浄化することができる。

次に、膨張室２１の内部構造をさらに詳細に説明する。図７は膨張室２１部分を車体右前方から示す斜視図であり、膨張室２１の前面外壁を除いて内部構造を示した図である。
前部排気管２０は入り口部３２から左室３３内へ入り、ループ状に一巻きされている。このループ形状は、車体前方から示す正面視にて、上下方向の平面内にてループ状に巻回し、あたかも競技用オーバルトラックに類似したリング状をなす。このように配置することにより、膨張室２１を前後方向において薄く、左右方向及び上下方向において幅広に形成できるので、必要十分な容量を確保し、かつ必要十分な排気管長を確保した状態で前記比較的狭い空間２７内へ効率よく配置可能になる。

前部排気管２０は前部パイプ４６、中間パイプ４７及び後部パイプ４８からなり、前部パイプ４６は入り口部３２から左室３３の内部左側を下方へ延び、左室３３の底部近傍で車体内方へ屈曲して中間パイプ４７の下部へ接続する。中間パイプ４７は略Ｕ字状をなし、前部パイプ４６へ接続する下側部分がより長く車体左側へ延出している。中間パイプ４７は上下方向平面内で略Ｕ字状をなすように配置され、略Ｕ字状の湾曲部が若干右室３４の膨張部３５内へ入り込む。上部は下部より車体右側位置で後部パイプ４８の上端部と接続する。

後部パイプ４８は中間パイプ４７と逆向きをなして略Ｕ字状に曲がり、湾曲部が前部パイプ４６と前後方向に重なり、排気下流側端部は触媒コンバータ５０に接続する。触媒コンバータ５０は前部パイプ４６及び中間パイプ４７の各下部と重なるように左右方向へ長く配置された略円筒状をなし、後部パイプ４８から入った排気を触媒コンバータ５０内へ通過させることにより、排気を浄化する。触媒コンバータ５０から出た排気は膨張部３５内へ膨張して上方へ流れ、出口部３６へ向かう。

前部パイプ４６の下部と後部パイプ４８の上部間は第１スペーサー５１で位置決めされ、同じく中間パイプ４７の上下部間は第２スペーサー５２で位置決めされる。また、第１スペーサー５１及び第２スペーサー５２は触媒コンバータ５０も同時に支持し、位置決めする。第１スペーサー５１及び第２スペーサー５２は、本実施例において後部外壁４１側へ位置決め固定される。

図８は図７と同様の斜視図であるが、車体左側より示す図である。この図に明らかなように、第１スペーサー５１は上部５３と、リッド部５４を一体に有し、金属材料等をプレス成形等で形成される。
上部５３は中抜きされた略台形状をなし、その頂部は後部パイプ４８の外周部に沿うよう凹曲面部５３ａをなし、ここで後部パイプ４８を支持する。また、下部の凹曲面部５３ｂにて前部パイプ４６の排気下流側端部を位置決めしている。５３ｃは中抜き穴である。

リッド部５４は触媒コンバータ５０の上流側端部を嵌合支持する部分であり、中央に設けられた接続穴５４ａに後部パイプ４８の排気下流側端部が接続している。また、リッド部５４の側部には凹曲面部５３ｂに連なる肩部５４ｂが設けられ、この肩部５４ｂ上にて凹曲面部５３ｂ内に一部が嵌合する。ここに前部パイプ４６の下端部で中間パイプ４７の下端部との接続部近傍を支持する。

第２スペーサー５２も同様の上部５３とバンド部５５を一体に有する。上部５３は第１スペーサー５１のものと同様であり、凹曲面部５３ａは中間パイプ４７の上端部で後部パイプ４８との接続部近傍を支持し、凹曲面部５３ｂで中間パイプ４７の下部を位置決めする（図７）。
バンド部５５は触媒コンバータ５０の熱膨張を許容するよう触媒コンバータ５０の排気下流側端部外周を巻回し、その外周の一部が上部５３の下部と連続一体化されている。

第１スペーサー５１及び第２スペーサー５２共に、上部５３が中抜きされて中抜き穴５３ｃを有するので、左室３３内の空間のうち、前部排気管２０に囲まれた内側空間３３ａは、第１スペーサー５１及び第２スペーサー５２で分離されることとなく連通し、さらに右室３４の膨張部３５とも連通する。したがって、膨張部３５へ膨張した排気の一部は、左室の内側空間３３ａへも膨張すことができ、この内側空間３３ａを膨張室の一部として利用できるので、膨張室の大容量化に貢献できる。

この膨張室２１を組み立てるにはまず、前部排気管２０を組み立てる。このとき第１スペーサー５１及び第２スペーサー５２で位置決めし、さらに第１スペーサー５１及び第２スペーサー５２に触媒コンバータ５０を支持させる。
このとき、前部排気管２０、触媒コンバータ５０及びスペーサーの固定は前部外壁４０又は後部外壁４１のいずれか一側側に集中させ、その後、この前部排気管２０を前部外壁４０及び後部外壁４１で前後から挟み、接合線４２で溶接後一体化して左室３３を小組み一体化する。このように内容部を前部外壁４０又は後部外壁４１のいずれか一側側に集中させた状態で組み立てることにより、左室３３の小組作業を効率化できる。

同様に右室３４も小組み一体化する。このとき、後部排気管２２の上流側端部を、上下に分離している出口部３６の端部間に挟んで、出口部３６を上下方向で向かい合わせにし、同時に前部外壁４３及び後部外壁４４を前後から向かい合わせにして、接合線４５にて溶接一体化することにより組み立てる。

その後、それぞれ小組された左室３３と右室３４を左右から合わせて接合線３９にて溶接一体化することにより膨張室２１を組み立てる。このようにすると、内容部を左室３３側にのみ集中させることができ、組み立て時に前部排気管２０の一部右側部分を膨張部３５内へ収容させるだけでよく、しかも膨張部３５内では前部排気管２０を溶接等で固定する必要がないので、膨張室２１の組立作業を効率化できる。

次に本実施例の作用を説明する。図７、８に示すように、膨張室２１は左室３３内を前部排気管２０の収容部として利用するばかりでなく、内側空間３３ａを排気の膨張室として利用できる。しかも右室３４の内部は膨張部３５のみならずほぼ全体を排気の膨張室として利用できる。したがって、膨張室を大容量として必要十分な容量の確保が容易になる。

しかも、この膨張室を利用して触媒コンバータ５０を収容できる。したがって、排気系における重量部を膨張室２１へ集約し、これをヘッドパイプ２近傍へ配置できるので、操向時の慣性モーメントを小さくして操作性に優れたものになり、特にオフロード系の操向に適したものになる。また、前部排気管２０は十分な排気管長を確保できるとともに、これを上下方向にてループ状に湾曲させることで、コンパクトにすることができ、膨張室２１を前後方向において薄く、左右方向及び上下方向において幅広に形成できるので、十分な排気管長を確保した状態で比較的狭い空間２７内へ効率よく配置可能になる。このため前輪２５とクランクケース９の間における従来のデッドスペース的空間２７を有効利用して膨張室２１を配置できる。

また、膨張室２１を左室３３と右室３４に左右分割構造とし、それぞれを小組立体にするとともに、左室３３を前部外壁４０と後部外壁４１に分割し、前部外壁４０又は後部外壁４１のいずれか一方、例えば後部外壁４１に、前部排気管２０及び触媒コンバータ５０を第１スペーサー５１及び第２スペーサー５２により集中支持させたので、左室３３の組立時には、上記集中支持した後部外壁４１に前部外壁４０を被せて前後合わせにし、接合線４２に沿って溶接するだけで簡単に小組立できる。

そのうえ、内容部が一体化された状態で上記小組体をなす左室３３に対して、予め小組みしておいた右室３４を単に左室３３と左右方向で向かい合わせにして接合線３９にて溶接するだけで膨張室２１を組み立てることができるから、膨張室２１の組立作業を効率化できる。

なお、本願発明は上記の各実施例に限定されるものではなく、発明の原理内において種々に変形や応用が可能である。例えば、前部排気管２０のループ数やループ形状は任意であり、触媒コンバータ５０の数も任意である。また、第１マフラー２１単独でも必要十分な程度にサイレンサー機能を発揮できるようにすれば、後部排気管２２及びマフラー２３を省略することも可能である。

実施例に係る自動２輪車の要部側面図 その要部平面図 排気系の斜視図 排気系を車体後方から示す図 膨張室の側面図 膨張室の平面図 膨張室の内部を示す斜視図 上図と若干角度を変えて示す斜視図

符号の説明

１：車体フレーム、２：ヘッドパイプ、７：エンジン、８：シリンダ、９：クランクケース、２０：前部排気管、２１：膨張室、２２：後部排気管、２３：マフラー、２５：前輪、２７：空間、３２：入り口部、３３：左室、３４：右室、３５：膨張部、３６：出口部、３９：接合線、５０：触媒コンバータ、５１：第１スペーサー、５２：第２スペーサー

Claims (2)

1. 前輪と後輪の間にエンジン（７）を備え、そのエンジン（７）はクランクケース（９）から上方へ延びるシリンダ（８）を備え、そのシリンダ（８）の上方に設けた排気口からエンジン（７）の前方を下方へ延びてから車体後方へ延びる排気管を設けた自動２輪車の排気装置において、
   前記エンジン（７）の前方下部に膨張室（２１）を設け、前記排気管をその膨張室（２１）の上部から内部に差し込んで、車体前方から見てループ状に湾曲させ、
   その湾曲部の排気下流端部に触媒コンバータ（５０）を接続したことを特徴とする自動２輪車の排気装置。
2. 前記膨張室（２１）は、左右に分割した外壁（４０・４１・４３・４４）により構成されるとともに、一方の外壁（４１）に前記ループ状に湾曲させたループ状湾曲部を含む前記排気管の収容部と前記ループ状湾曲部の支持部（５１・５２）とを設けたことを特徴とする請求項１に記載した自動２輪車の排気装置。

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