JP5853356B2 - エンジンの排気装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動二輪車等の車両におけるエンジンの排気装置に関するものである。

例えば特にレーサー向けの車両におけるエンジンの排気装置は、図１２のように外筒１の内部にパンチングメタルを巻いた円筒（内筒２）の外周にグラスウールを配置した構成としている。なお、以下の図において、同一もしくは対応する部材には同一符号を用いて示すものとする。この構成によれば軽量化を達成することができるが、排気騒音が上流から下流まで抜けてしまう所謂、筒抜けと呼ばれる問題があった。

かかる問題の対策として特許文献１に記載の排気装置が提案されている。この排気装置では図１３（ａ）のように外筒１及び内筒２から構成されるサイレンサの内部に、側面にパンチング孔６が形成されたコーン形成部を有するパンチングコーン５を備えている。なお、内筒２の上流端にはエキゾーストパイプ３が接続されると共に、下流端にはテールパイプ４が接続される。エキゾーストパイプ３から導入された排気ガスのエネルギを、パンチングコーン５を通じて消費させ、これにより排気音を吸収するようにしている。

特開２００７−２９２０４８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の排気装置において、排気ガスはパンチングコーン５のパンチング孔を貫通して流通してしまい、排気ガスの流れＦとしては図１３（ｂ）ように主流方向が支配的となってしまう。このため排気ガスの流れが径方向に拡がり難くなり、排気ガスのエネルギをグラスウール内で有効に散逸することができず、騒音低減効果が不十分にならざるを得なかった。

また、他の従来技術として図１４（ａ）のようにコーン形状を用いずに、排気ガスの流れＦに対して垂直な壁７を持つ構造のものが知られている。ところがこの場合、図１４（ｂ）に示されるように壁７に衝突する流れＦのために排気抵抗が増大する結果となり、性能低下の原因となっていた。

本発明はかかる実情に鑑み、消音効果に優れると共に排気性能を有効に向上するエンジンの排気装置を提供することを目的とする。

本発明のエンジンの排気装置は、エンジンに接続されるエキゾーストパイプと、前記エキゾーストパイプに接続されるサイレンサと、前記サイレンサの下流端に接続されるテールパイプとを有するエンジンの排気装置であって、前記サイレンサは、外筒及びこの外筒内に収納されている円筒状の内筒から構成され、前記内筒には多数のパンチング孔が形成されていると共に、前記外筒と前記内筒の間にはグラスウールでなる吸音材が充填され、 前記サイレンサの内部において、大径の円筒体と該大径の円筒体の端部に該大径の円筒体よりも小径の円筒体を接続部にて相互に連通するように多段構造に接続し、前記大径の円筒体及び前記小径の円筒体にはそれぞれ多数のパンチング孔が形成されると共に、前記小径の円筒体の端部に上流に向かって先細となるように形成した閉塞構造のコーン体を接続してなる円筒体ユニットを設け、前記円筒体ユニットは前記内筒と直径方向に間隙を持って同軸となるように配設すると共に、前記サイレンサ内に前後２段で配置したことを特徴とする。

本発明によれば、サイレンサに流入した排気ガスは内筒内で、コーン体に衝突し、排気ガスの流れが内筒の径方向に拡がり、その内筒のパンチング孔の通過時に圧力損失により、又は巻いたグラスウール等の吸音材で高周波音を吸収させることにより、騒音低減効果が得られる。コーン体にコーン形状を採用することで、排気抵抗を大きく増加させることなく、有効に排気音を低減することができる。

また、本発明の典型的な例では上流から下流にかけて円筒体及び円筒体が順次の径が大きくなるような多段構造とする。この場合、内筒のパンチング孔を通過する排気ガスを円筒体の中心部へ指向させることで、騒音の干渉を発生させ、これにより騒音を低減する。

本発明に係る自動二輪車の全体構成を示す側面図である。 本発明の排気装置の第１の実施形態に係る断面図及び排気ガスの流れ状態を示す図である。 本発明の排気装置の第１の実施形態における要部構成を示す図である。 本発明の排気装置の円筒体接続部の構成例をそれぞれ示す図である。 本発明の排気装置の第２の実施形態に係る断面図及び排気ガスの流れ状態を示す図である。 本発明の排気装置の第３の実施形態に係る構成例を示すそれぞれ断面図である。 本発明の排気装置の第３の実施形態に係る変形例を示すそれぞれ断面図である。 本発明の排気装置の第４の実施形態に係る構成例を示す断面図である。 本発明の排気装置の更なる変形例を示す断面図である。 本発明の排気装置の更なる変形例を示す断面図である。 本発明の排気装置の更なる別の変形例を示す断面図である。 従来の排気装置の構成を示す断面図である。 従来の排気装置の断面図及び排気ガスの流れ状態を示す図である。 従来の別の排気装置の断面図及び排気ガスの流れ状態を示す図である。

以下、図面に基づき、本発明によるエンジンの排気装置における好適な実施の形態を説明する。
図１は、本発明に係る自動二輪車の側面図である。先ず、図１を用いて、自動二輪車の全体構成について説明する。なお、図１を含め、以下の説明で用いる図においては、必要に応じて車両の前方を矢印Ｆｒにより、車両の後方を矢印Ｒｒにより示し、また、車両の側方右側を矢印Ｒにより、車両の側方左側を矢印Ｌにより示す。

図１の自動二輪車は、典型的には所謂オフロード用であってよく、その車体前方上部にはステアリングヘッドパイプ１０１が配置されており、ステアリングヘッドパイプ１０１内には不図示のステアリング軸が回動可能に挿通している。そして、このステアリング軸の上端にはハンドル１０２が結着されており、同ステアリング軸の下端にはフロントフォーク１０３が取り付けられ、フロントフォーク１０３の下端には操行輪である前輪１０４が回転可能に軸支されている。

また、ステアリングヘッドパイプ１０１からは左右一対のメインフレーム１０５が、車体後方に向かって斜め下方に傾斜して延出すると共に、ダウンチューブ１０６が略垂直下方に延びている。そして、ダウンチューブ１０６は下部付近でロアフレーム１０６Ａとして左右に分岐し、これら一対のロアフレーム１０６Ａは下方に延びた後に、車体後方に向かって略直角に曲げられ、その後端部は左右一対のボディフレーム１０７を介してメインフレーム１０５の各後端部に連結されている。

左右一対のメインフレーム１０５と、ダウンチューブ１０６及びロアフレーム１０６Ａと、ボディフレーム１０７とによって囲まれる空間には、駆動源である水冷式のエンジン１００が搭載され、エンジン１００の上方には燃料タンク１０８が配され、その燃料供給口はキャップ１０９によって栓止されている。燃料タンク１０８の後方にはシート１１０が配されている。また、エンジン１００の前方にはラジエータ１１１が配置されている。

車体の前後方向略中央の下部に設けられた左右一対のボディフレーム１０７には、リヤスイングアーム１１２の前端部がピボット軸１１３によって上下に揺動可能に支持されている。リヤスイングアーム１１２の後端部には駆動輪である後輪１１４が回転可能に軸支されている。リヤアーム１１２は、リンク機構１１５とこれに連結されたショックアブソーバ１１６（後輪懸架装置）を介して車体に懸架されている。

なお、燃料タンク１０８内には燃料ポンプユニットが配置され、この燃料ポンプユニットによってエンジン１００に燃料を供給する。一方、ショックアブソーバ１１６の後側にはエアクリーナボックス１１７が配置され、エアクリーナボックス１１７とエンジン１００の間が吸気通路を介して連結される。なお、図１においては図示を省略するが、吸気通路はエンジン１００のシリンダヘッドに設けられたインテークポートに接続され、その途中で吸気通路の一部としてスロットルボディが配置される。このスロットルボディには燃料インジェクタが配設されており、この燃料インジェクタに対して燃料ポンプユニットから所定タイミングで所定量の燃料が供給されるようになっている。

この例ではエンジン１００は例えば４サイクル単筒エンジンとし、そのシリンダヘッドに設けられたエキゾーストポートにエキゾーストパイプが接続される。図１において、その図示を省略するが、エキゾーストパイプはシリンダヘッドから車両右側へ回り込んで更に後方へ延出し、排気装置を構成するサイレンサ（マフラ）１０に接続される。図１においては、サイレンサ１０の一部（後部付近）が図示されているが、このサイレンサ１０は後輪１１４の右側上方に配置される。

さて、本発明の排気装置において、サイレンサ１０は図２（ａ）に示されるように外筒１１及び外筒１１内に収容される内筒１２から構成される。また、サイレンサ１０の上流端にはエキゾーストパイプ１３が接続されると共に、その下流端にはテールパイプ１４が接続される。なお、この実施形態では前方Ｆｒ側が排気ガスの流れの上流に、また、後方Ｒｒ側が下流に対応することになる。内筒１２には多数のパンチング孔１５が形成されている。また、外筒１１と内筒１２の間にはグラスウール等でなる吸音材１６が充填されている。

本発明の排気装置は上記のような基本構成を有しており、エキゾーストパイプ１３からサイレンサ１０に導入された排気ガスは、最終的にはテールパイプ１４からサイレンサ１０外部へ排出される。その際、排気ガス（の一部）は、内筒１２に形成されているパンチング孔１５を通って外筒１１へ流入する。このようにパンチング孔１５を通じて排気ガスのエネルギを消費させ、基本構成においても一定の排気音吸収効果が得られる。

更に本発明では特に、サイレンサ１０の内部において、図３にも示されるようにテールパイプ１４の上流端に接続された第１の円筒体１７と、この第１の円筒体１７の上流端に接続され、第１の円筒体１７よりも小径の第２の円筒体１８とが配設される。この場合、第１の円筒体１７及び第２の円筒体１８はそれぞれ、多数のパンチング孔１９，２０が形成されており、両者は接続部２１にて相互に連通するように接続される。

また、図３に示すように第２の円筒体１８の上流端には、上流に向かって先細となるように形成したコーン体２２が接続される。コーン体２２は概して円錐状を呈し、閉塞構造を有し、即ちパンチング孔等を有していない。

ここで、第１の円筒体１７及び第２の円筒体１８の接続部２１は、図３では両者が段状等の形態で接続された状態が図示されている。
この接続部２１については図３の場合の他、図４（ａ）又は図４（ｂ）のような形状のいずれでもよい。即ち、図４（ａ）では第２の円筒体１８の小径部と第１の円筒体１７の大径部との間に、折返し形状の接続部材２３を溶接接合する。また、図４（ｂ）では上流から下流にかけてその径が大きくなるようなテーパ状の接続部材２４を溶接接合する。

上記構成でなる本発明の排気装置において、次にその作用等について説明する。
先ず、サイレンサ１０に流入した排気ガスは内筒１２内で、コーン体２２に衝突する。このコーン体２２は上述したように上流に向かって先細となるように形成され、且つパンチング孔等を設けていない。このため図２（ｂ）に示されるように排気ガスの流れＦ₁が内筒１２の径方向に拡がり、その内筒１２のパンチング孔１５を通過する。このパンチング孔１５を通過した排気ガスのエネルギは、通過時に圧力損失により、又は巻いたグラスウール等の吸音材１６で高周波音を吸収させることにより、騒音低減効果が得られる。コーン体２２にコーン形状を採用することで、排気抵抗を大きく増加させることなく、有効に排気音を低減することができる。

次に、サイレンサ１０の内部において、テールパイプ１４の上流端に接続された第１の円筒体１７と、この第１の円筒体１７の上流端に接続された第１の円筒体１７よりも小径の第２の円筒体１８とが配設される。
ここで、エンジン１００の出力を上げるためには第１の円筒体１７の下流側（テールパイプ１４の接続部）を大径化して排気ガスの抜けを良くすることが要求される。一方、第２の円筒体１８では排気ガスの抵抗を減らして出力を上げるためには、上流端を小径化することが要求される。そこで、上記のように上流から下流にかけて円筒体１８及び円筒体１７が順次の径が大きくなるような多段構造としたものである。この場合、内筒１２のパンチング孔１５を通過する排気ガスを円筒体１７，１８の中心部へ指向させることで、騒音の干渉を発生させ、これにより騒音を低減する。

また、第２の円筒体１８の小径化により、サイレンサ１０の内筒１２との隙間に排気ガスがより流入し易くなり（図２（ｂ）、流れＦ₂）、通気抵抗を低減することが可能になる。

また、第１の円筒体１７及び第２の円筒体１８の接続部２１において、例えば図４（ａ）の折返し形状の接続部材２３によれば、この折返し部位により排気ガスが押し戻される。この場合、第２の円筒体１８のパンチング孔２０から流入する排気ガスが増大し、その排気ガスは第１の円筒体１７から流入した排気ガスと干渉することで、騒音を低減する効果が得られる。

一方、図４（ｂ）のテーパ状の接続部材２４によれば、テーパ状のため排気ガスを流通し易くし、排気ガスの通気抵抗を低減することができ、出力向上を図ることができる。

次に、本発明の排気装置の第２の実施形態を説明する。なお、上述した第１の実施形態の場合と実質的に同一又は対応する部材には同一符号を用いて説明する。
この第２の実施形態では図５（ａ）に示されようにエキゾーストパイプ１３の下流端に接続された第３の円筒体２５と、この第３の円筒体２５の下流端に第３の円筒体２５よりも小径の第４の円筒体２６とが連設される。この場合、第３の円筒体２５及び第４の円筒体２６はそれぞれ、多数のパンチング孔２７，２８が形成されており、両者は接続部２９にて相互に連通するように接続される。

第３の円筒体２５及び第４の円筒体２６の接続部２９の構造については、上流から下流にかけてその径が小さくなるようなテーパ状の接続部材（図４（ｂ）参照）を用いて接続することができる。

また、第４の円筒体２６の下流端に、上流に向かって先細となるように形成したコーン体３０が接続される。なお、この場合もコーン体３０は概して円錐状を呈し、閉塞構造を有し、即ちパンチング孔等を有していない。

本発明の排気装置の第２の実施形態において、第３の円筒体２５及び第４の円筒体２６内の流路の最下流側で、コーン体３０により主流方向の流路が遮断されるので、排気ガスが上流から流入すると、第３の円筒体２５及び第４の円筒体２６の内部圧力が上昇し、円筒体２５，２６内部から排気ガスが流出する。上流から下流にいくに従い順次、第３の円筒体２５及び第４の円筒体２６の径を小さくすることで、これらの円筒体２５，２６より流出する排気ガスの流れＦ₃，Ｆ₄を分散させ、通気抵抗の低減を図る。この場合も第３の円筒体２５及び第４の円筒体２６のパンチング孔２７，２８より流出した排気ガスの排気騒音はグラスウールによって吸収される。

次に、本発明の排気装置の第３の実施形態を説明する。なお、上述した第１の実施形態の場合と実質的に同一又は対応する部材には同一符号を用いて説明する。
この第３の実施形態では図６（ａ）に示されように先ず、第１の実施形態において既に説明したようにテールパイプ１４の上流端に接続された第１の円筒体１７と、この第１の円筒体１７の上流端に接続された第２の円筒体１８とが配設される。また、第２の円筒体１７の上流端にはコーン体２２が接続され、これらの構成は実質的に第１の実施形態の場合と同様である。ここで、これら第１の円筒体１７、第２の円筒体１８及びコーン体２２とによりテールパイプ１４の上流端側に配設された下流側円筒体ユニット３１Ｄが構成される。

第３の実施形態において更に、エキゾーストパイプ１３の下流端側に配設される上流側円筒体ユニット３１Ｕを有する。上流側円筒体ユニット３１Ｕ自体の構成は、下流側円筒体ユニット３１Ｄと実質的同様であり、第１の円筒体１７、第２の円筒体１８及びコーン体２２を含む。このように上下流に沿って前後２段で円筒体ユニット３１が配設される。この場合、第２の円筒体１８はエキゾーストパイプ１３の下流端の直近まで延設され、その上流端に配置されたコーン体２２の中心軸は内筒１２と同軸に設定される。また、コーン体２２は、サイレンサ１０の前後方向又は排気ガス上下流方向中央よりも少なくとも前方側又は上流側に配置される。

大径部である第１の円筒体１７は、板状のステー３２を介して内筒１２に固定支持される。本実施形態では円周３分割位置に配設された３つのステー３２を用い、第１の円筒体１７と内筒１２の間に直径方向の間隙ｇが形成される。このように内筒１２の内側に適度な間隙ｇを設けることで、この間隙ｇを通って排気ガスを流通させ、これにより必要以上に排気圧力損失が生じないようにすることができる。

また、第３の実施形態において図７のように上流側円筒体ユニット３１Ｕを第２の円筒体１８により構成することも可能である。この場合、図示のように第２の円筒体１８のみで上流側円筒体ユニット３１Ｕの全長分を構成し、第２の円筒体１８の後端部付近がステー３２を介して内筒１２に固定される。

本発明の第３の実施形態によれば、サイレンサ１０に流入した排気ガスは内筒１２内で上流側円筒体ユニット３１Ｕと下流側円筒体ユニット３１Ｄとにおいて、基本的には上述の第１の実施形態で説明した場合と同様にそれぞれのコーン体２２の作用により、排気抵抗を大きく増加させることなく、有効に排気音を低減することができる。特に本実施形態では前後２段の上流側円筒体ユニット３１Ｕ及び下流側円筒体ユニット３１Ｄを有し、排気性能を格段に向上することができる。

上記の場合、上流側円筒体ユニット３１Ｕのコーン体２２は、サイレンサ１０の上下流方向で中央よりも少なくとも上流側に配置される。２つの円筒体ユニット３１を単に２段に配置するのではなく、上流側円筒体ユニット３１Ｕと下流側円筒体ユニット３１Ｄのそれぞれコーン体２２を最適な間隔をおいて配置する。このように配置することで、各コーン体２２が有効に作用する範囲が重ならないようにし、これにより有効且つ効率的に排気性能を向上する。

次に、本発明の排気装置の第４の実施形態を説明する。なお、上述した第１の実施形態の場合と実質的に同一又は対応する部材には同一符号を用いて説明する。
この第４の実施形態では図８に示されように、排気ガス上下流に沿って前後２段で上流側円筒体ユニット３３Ｕと下流側円筒体ユニット３３Ｄとが配設される。この場合、上流側円筒体ユニット３３Ｕ及び下流側円筒体ユニット３３Ｄとも、第２の実施形態において既に説明したエキゾーストパイプ１３の下流端側に接続された第３の円筒体２５と、この第３の円筒体２５の下流端に連接され、第３の円筒体２５よりも小径の第４の円筒体２６と、第４の円筒体２６の下流端に接続され、上流に向かって先細となるように形成したコーン体３０とにより構成される。

本発明の第４の実施形態においても、サイレンサ１０に流入した排気ガスは内筒１２内で上流側円筒体ユニット３３Ｕと下流側円筒体ユニット３３Ｄとにより、排気抵抗を大きく増加させることなく、有効に排気音を低減することができる。この場合も前後２段の円筒体ユニット３３を有することで、排気性能を格段に向上することができる。

更に、図９は本発明の変形例を示しており、図示のように上流側円筒体ユニット３３Ｕと下流側円筒体ユニット３１Ｄが前後２段で配置される。
また、図１０は本発明の更なる変形例を示しており、図示のように上流側円筒体ユニット３１Ｕと下流側円筒体ユニット３３Ｄが前後２段で配置される。

これら図９及び図１０に示した例のように２種類の円筒体ユニット３１及び３３を適宜組み合わせて前後２段に配置することにより、いずれの場合も排気音及び排気性能を大幅に向上することができる。

ここで更に、上記各実施形態において第２の円筒体１８とコーン体２２とは別体で構成され、即ち図１１（ａ）に示されるように第２の円筒体１８の上流側に溶接等によりコーン体２２が接続される。これに対して、図１１（ｂ）、（ｃ）の例に示したように、これら両者を実質的に一体化した円筒体ユニット３４によっても上記実施形態の場合と同様な作用効果を得ることができる。

例えば図１１（ｂ）の例では円筒体３４ａの上流側端部を閉塞させて先端部３４ｂが形成される。この場合、円筒体３４ａの上流側端部を単に潰して圧着させるだけで、図示のように先細に形成しても一定の効果が得られるが、その圧着部位を更に溶接してもよい。
また、図１１（ｃ）の例では円筒体３４ａの上流側端部を適度に潰して先端部３４ｂが形成される。この場合、先端部３４ｂに小開口３４ｃを設け、あるいはパンチング孔を設けるようにしてもよい。

これらの例の円筒体ユニット３４によれば、一体化により部品構成を減少させ構成を簡素化することができる。また、溶接長を短縮し、あるいは溶接工程を廃止することが可能になり、製造工数あるいはコスト等を有効に削減することができる。

以上、本発明を種々の実施形態と共に説明したが、本発明はこれらの実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更等が可能である。例えば、本発明は所謂、多室マフラに対しても同様に適用可能であり、その場合も著しい効果が得られる。

１０ サイレンサ（マフラ）
１１ 外筒
１２ 内筒
１３ エキゾーストパイプ
１４ テールパイプ
１５ パンチング孔
１６ 吸音材
１７ 第１の円筒体
１８ 第２の円筒体
１９，２０ パンチング孔
２１ 接続部
２２ コーン体
２３,２４ 接続部材
２５ 第３の円筒体
２６ 第４の円筒体
２７，２８ パンチング孔
２９ 接続部
３０ コーン体
３１，３３ 円筒体ユニット
１００ エンジン

Claims (4)

1. エンジンに接続されるエキゾーストパイプと、前記エキゾーストパイプに接続されるサイレンサと、前記サイレンサの下流端に接続されるテールパイプとを有するエンジンの排気装置であって、
   前記サイレンサは、外筒及びこの外筒内に収納されている円筒状の内筒から構成され、
   前記内筒には多数のパンチング孔が形成されていると共に、前記外筒と前記内筒の間にはグラスウールでなる吸音材が充填され、
   前記サイレンサの内部において、大径の円筒体と該大径の円筒体の端部に該大径の円筒体よりも小径の円筒体を接続部にて相互に連通するように多段構造に接続し、前記大径の円筒体及び前記小径の円筒体にはそれぞれ多数のパンチング孔が形成されると共に、前記小径の円筒体の端部に上流に向かって先細となるように形成した閉塞構造のコーン体を接続してなる円筒体ユニットを設け、
   前記円筒体ユニットは前記内筒と直径方向に間隙を持って同軸となるように配設すると共に、前記サイレンサ内に前後２段で配置したことを特徴とするエンジンの排気装置。
2. 前記円筒体ユニットは、前記小径の円筒体を前記大径の円筒体の上流に接続したことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気装置。
3. 前記円筒体ユニットは、前記小径の円筒体を前記大径の円筒体の下流に接続したことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気装置。
4. 前記円筒体ユニットのうち、上流側に配置された前記円筒体ユニットの前記コーン体は、前記サイレンサの上下流方向中央よりも上流側に配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジンの排気装置。

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