JP5906663B2

JP5906663B2 - エンジンの排気装置

Info

Publication number: JP5906663B2
Application number: JP2011236330A
Authority: JP
Inventors: 博行前島; 和俊馬場
Original assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Current assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Priority date: 2011-10-27
Filing date: 2011-10-27
Publication date: 2016-04-20
Anticipated expiration: 2031-10-27
Also published as: US20130112498A1; US8746400B2; JP2013092141A

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。

例えば特にモトクロス競技等に使用されるレーサー向けの車両におけるエンジンの排気装置は、軽量化と出力性能低下の抑制を図るための構造的工夫がなされている。即ち、パンチング孔を持つメインパイプをマフラボディ内に通し、マフラボディとメインパイプの間の空間には吸音材としてのグラスウールが詰め込まれる。メインパイプとグラスウールの間には金属製のワイヤクロスとスチールウールを巻いて形成した円筒状の部材が挿入される。

ところで、この種の車両においてエンジン排気音に対する騒音規制が、年々強化されてきている。そして、排気音の低減が必要となり、その対策として例えば、メインパイプ内の前方部やテールパイプ部にパンチングコーン等の抵抗体を装着し、音のエネルギを効率良くグラスウールに導く構造をとっている。

特許第３４４５８７５号公報

しかしながら、上述の構造の場合、排気ガスの圧力を受けてグラスウールが前方や後方に片寄ってしまう問題があり、消音効果が低下して排気音が高くなったり、マフラボディが排気熱の影響で高温となる熱害が発生する。また、グラスウール自体で片寄りに対応しようとした場合、成型ウールを使う方法やマット状のグラスウールを巻きつける方法があるが、コストが上がってしまう問題がある。

なお、特許文献１には、マフラ内部に装着された吸音材としてのグラスウールが動かないようにするために支持部材を設けている。

本発明はかかる実情に鑑み、実質的に安価なコストでありながら、有効且つ適正な消音効果を保証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、外筒及び複数の孔が設けられた内筒で構成されたサイレンサと、前記内筒と前記外筒との間に形成された空間に配置された吸音材と、を備えたエンジンの排気装置であって、前記サイレンサは前記内筒の内部に、上流に向かって先細形状の閉鎖構造となるコーン体を備え、前記空間を仕切ると共に前記吸音材が前記サイレンサの軸線方向に動かないように支持する仕切り壁を設け、前記仕切り壁は、前記コーン体の先細形状の基端側直下流において前記サイレンサの軸線に対して垂直に配置すると共に、排気ガスが前記空間内で該仕切り壁の上流側から下流側に流れるように連通孔が設けられたことを特徴とする。

また、本発明によるエンジンの排気装置において、前記仕切り壁及び前記コーン体は少なくとも、前記サイレンサの上下流方向中央よりも上流側寄りに配置されることを特徴とする。

また、本発明によるエンジンの排気装置において、前記仕切り壁及び前記コーン体は、前記サイレンサの上下流方向中央よりも上流側寄りと下流側寄りとに備えることを特徴とする。

また、本発明によるエンジンの排気装置において、前記仕切り壁は、ワイヤクロス材で形成されたことを特徴とする。

本発明によれば、仕切り壁を設けることで、吸音材が下流方向への移動するのを防止することができ、吸音材のグラスウールの片寄りを防止することで吸音材の適正機能を長期に亘り保証することができる。この仕切り壁には連通孔が形成されているため、仕切り壁の上流側及び下流側間の排気ガスの通気性が確保され、エンジン出力性能に対して実質的に影響を及ぼすことがない。

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。本発明の排気装置を備えたエンジンまわりの構成例を示す斜視図である。本発明の排気装置におけるサイレンサの内部構造を示す断面図である。図３のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。図３のII−II線に沿う断面図である。本発明の排気装置における吸音材のサイレンサへの組付時の状態を示す断面図である。本発明の排気装置における排気ガス流通時のサイレンサ内の内圧分布を示す図である。

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レーサーであってよく、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は図２に示されるようにその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。リヤスイングアーム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サイクル単気筒エンジンとし、図２に示されるようにそのシリンダヘッド１００Ａに設けられたエキゾーストポートには、本発明に係る排気装置１０を構成するエキゾーストパイプ１１が接続される。エキゾーストパイプ１１はシリンダヘッド１００Ａの前部から一旦前方へ延出し、ダウンチューブ１０６の右側でＵターンするように右方へ回り込んで更に後方へ延出し、排気装置１０を構成するサイレンサ（マフラ）１２に接続される。なお、図１においてはサイレンサ１２の一部（後部付近）が図示されているが、このサイレンサ１２は後輪１１４の右側上方に配置される。

図３は、本発明の排気装置１０におけるサイレンサ１２の内部構造を示している。サイレンサ１２は外筒１３及び外筒１３内に収容される内筒１４により、実質的に同心の二重筒状体として構成され、車体フレームによって略前後方向に搭載支持される。サイレンサ１２の上流端にはエキゾーストパイプ１１が接続されると共に、その下流端にはテールパイプ１５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。エキゾーストパイプ１１からサイレンサ１２に流入する排気ガスは直接的には内筒１４内に流れ込んで主流が形成され、その後テールパイプ１５から排出される。

内筒１４には多数のパンチング孔１６が形成されている。また、外筒１３と内筒１４の間に形成される空間内にはグラスウール等でなる吸音材１７が充填されている。内筒１４はパンチング孔１６を持つため、このパンチング孔１６を介して内筒１４の内側及び外側が相互に連通する。従って、エキゾーストパイプ１１からサイレンサ１２に導入された排気ガスの一部は、内筒１４に形成されているパンチング孔１６を通って外筒１３側へ流入する。そして、排気ガスが吸音材１７内を通過することで排気ガスのエネルギを消費させ、排気音吸収効果が得られる。

更に、内筒１４の外周には金属製のワイヤクロス１９とスチールウール２０を巻き込んで一体的に形成された円筒部材１８が配置される。この所謂、ワイヤクロスは金属細線を衣類等の繊維のように織ったものであり、また、スチールウールは鉄製の細線を柔らかなワタ状にしたものである。図４及び図５にも示されるようにワイヤクロス１９及びスチールウール２０が内筒１４のまわりに巻き付くように装着される。なお、この例では図４あるいは図５に示されるように外筒１３の断面形状は真円ではなく、長円状もしくは楕円状等の形状となっているが、図示例の場合にのみ限定されるものではない。

また、内筒１４の内部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２１が配置される。コーン体２１は概して円錐状を呈すると共に閉塞構造を有し、その円錐状の基端側に筒状体２２が一体的に結合する。筒状体２２は多数のパンチング孔２２ａを有し、ステー２３により内筒１４に同心に固定される。この例ではコーン体２１は図３に示されるようにサイレンサ１２の上下流方向中央よりも上流側寄りに配置される。また、本実施形態ではサイレンサ１２の上下流方向中央よりも下流側寄りにも、コーン体２４が配置される。コーン体２４自体はコーン体２１と実質的に同様に構成され、即ち上流に向かって先細となるように形成される。コーン体２４は、多数のパンチング孔２５ａを有する筒状体２５と一体的に結合するが、筒状体２５は内筒１４の後端部（下流端）に同心に接続される。なお、この例では筒状体２５を段付状に形成しているが、そのような段部を有していないものであってもよい。

更に、本発明では外筒１３及び内筒１４間の空間を仕切ると共に、吸音材１７がサイレンサ１２の軸線方向、即ち上下流方向に動かないように支持する仕切り壁２６が設けられる。この仕切り壁２６は金属製のワイヤクロス材により形成され、排気ガスが外筒１３及び内筒１４間の空間内で該仕切り壁２６の上流側から下流側に流れるように連通孔２６ａが設けられる。仕切り壁２６は円筒部材１８の外側に溶着されるが、図３に示されるようにサイレンサ１２の上下流方向中央よりも上流側寄りに配置される。仕切り壁２６を設ける場合、特にコーン体２１との関係でその先細形状の基端側直下流に配置される。

本実施形態ではサイレンサ１２の上下流方向中央よりも下流側寄りにも、仕切り壁２６Ａを設けることができる。仕切り壁２６Ａ自体の構成は仕切り壁２６と実質的に同様であり、この場合コーン体２４の先細形状の基端側直下流に配置される。このように本実施形態では２つの仕切り壁２６と仕切り壁２６Ａが配置されるため、外筒１３及び内筒１４間の空間が上下流方向で３つに仕切られる。これらの仕切られた空間には、前述した吸音材１７がそれぞれ充填される。

ここで、吸音材１７はサイレンサ１２への組付時、袋詰めの状態で装着される。例えば図６に示されるように吸音材１７はポリエステル製袋１７ａに詰め込まれている。ポリエステル製袋１７ａは比較的低い温度で溶けるため、組付後に排気ガスによる加熱で吸音材１７のグラスウールは外筒１３及び内筒１４間の空間内に広がるようになっている。

次に上記構成でなる本発明の排気装置１０において、その作用等について説明すると先ず、サイレンサ１２に流入した排気ガスは内筒１４内で、コーン体２１に衝突する。このコーン体２１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。このため排気ガスの流れが内筒１４の径方向に拡がり、その内筒１４のパンチング孔１６を通過する。このパンチング孔１６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１７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２１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、下流側寄り配置されたコーン体２４についても同様に、排気ガスの流れを内筒１４の径方向に拡げてパンチング孔１６を通過させることで、排気ガスのエネルギを減少させることができる。

本発明では特にコーン体２１及びコーン体２４に対応させて仕切り壁２６及び仕切り壁２６Ａが配置される。ここで、図７は、排気ガス流通時のサイレンサ１２内の内圧分布を示している。内筒１４内で上流から流入した排気ガスは、コーン体２１に当たって径方向に拡がるように流通する。排気ガスがコーン体２１に当たることで、内圧Ｐはコーン体２１の上流側で上昇し始め（内圧Ｐ₁）、コーン体２１の先端乃至コーン体２１の後端（基端）よりも下流側付近の位置でピークとなるように圧力上昇し（内圧Ｐ₂）、その後減圧する。また、コーン体２４についても内圧Ｐの大きさはコーン体２１の場合よりも相対的に小さくはなるが、コーン体２１の基端付近で圧力上昇する。図３にはこのようなサイレンサ１２内の圧力分布が併記されており、図示のようにコーン体２１及びコーン体２４に対応して２つの圧力ピークが現われる。

本発明ではコーン体２１及びコーン体２４の先細形状の基端側直下流に、それぞれ仕切り壁２６及び仕切り壁２６Ａが配置される。上記のようにコーン体２１及びコーン体２４付近で排気ガスの圧力上昇があると仕切り壁２６及び仕切り壁２６Ａがない場合では、吸音材１７を構成するグラスウールは排気ガスの圧力によって下流側に片寄ってしまい、更には消音効果を十分に発揮できない。本発明によれば、仕切り壁２６及び仕切り壁２６Ａを設けることで、吸音材１７が下流方向へ移動するのを防止することができる。そしてグラスウールの片寄りを防止することにより、吸音材１７の適正機能を長期に亘り保証することができる。

この場合、仕切り壁２６及び仕切り壁２６Ａには連通孔２６ａが形成されており、吸音材１７の片寄り移動に対する抑止作用を持つが、排気ガスの流れに対しては実質的にこれを規制あるいは抑制することはない。即ち、仕切り壁２６及び仕切り壁２６Ａをそれぞれ挟んで、それらの上流側及び下流側間の排気ガスの通気性は確保されるので、仕切り壁２６及び仕切り壁２６Ａを配置したことによるエンジン出力性能への実質的な影響がない。このように排気ガスの流通性をそのまま維持できるため、その流れに沿って配置される吸音材１７の上下流方向の長さ方向に効果的に使うことができる。

また、上述のようにサイレンサ１２の内筒１４内にそれぞれ上流に向かって先細形状となるコーン体２１，２４を備え、これらに対応して仕切り壁２６及び仕切り壁２６Ａが配置される。このうち特にコーン体２１及び仕切り壁２６についてはサイレンサ１２の上下流方向中央よりも上流側寄りに配置される。図３からも分かるようにサイレンサ１２の内部は上流側程、圧力が高くなっているので、コーン体２１及び仕切り壁２６も上流側に配置することにより大きな効果を有する。

また、仕切り壁２６及び仕切り壁２６Ａはコーン体２１及びコーン体２４それぞれの先細形状の基端側直下流に配置される。サイレンサ内圧は、コーン体２１，２４の先端部付近が最も圧力が高くなることから、吸音材１７のグラスウールはコーン体２１，２４の先端部の下流側で最も移動し易くなる。従って、グラスウールの移動を防止する上で、コーン体２１，２４の下流側に仕切り壁２６，２６Ａを設けることが最適である。

また、仕切り壁２６，２６Ａは、ワイヤクロスで形成される。ここで、吸音材１７のグラスウールの交換は、外筒１３に対して内筒１４を押し込むようにして行うため、仕切り壁２６，２６Ａは外筒１３の内周面形状に倣うようにして変形するのが望ましい。ワイヤクロスで形成された仕切り壁２６，２６Ａの外周部付近は、外筒１３の内周面に倣って適度に変形するため交換時の作業性の面で有効となる。

上述したように本発明の排気装置１０では、ワイヤクロスの仕切り壁２６，２６Ａが吸音材１７のグラスウールの片寄りを抑えることができるため、安価な袋詰めグラスウールを使用することができる。また、ワイヤクロスで仕切り壁２６，２６Ａを成型しているため、その前後の通気性が落ちないので出力性能への影響がない。更に、グラスウールは走行により劣化した場合、定期的に交換する必要があるが、柔軟性を持っているので交換作業を容易化することができる。

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、上流側のコーン体２１及び仕切り壁２６のみを設けた場合でも、それらによる所定の効果が得られる。即ち、サイレンサ内圧が高い排気ガス流の上流側程、排気ガスの圧力による吸音材１７の下流側への片寄り対する仕切り壁２６の高い抑制効果が得られるためである。更に、サイレンサ１２の長さに応じて、即ちサイレンサ１２が長い場合には３つ以上の仕切り壁を設けることも可能である。

１０排気装置、１１エキゾーストパイプ、１２サイレンサ、１３外筒、１４内筒、１５テールパイプ、１６パンチング孔、１７吸音材、１８円筒部材、１９ワイヤクロス、２０スチールウール、２１，２４コーン体、２２筒状体、２３ステー、２６，２６Ａ仕切り壁、１００エンジン。

Claims

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、外筒及び複数の孔が設けられた内筒で構成されたサイレンサと、前記内筒と前記外筒との間に形成された空間に配置された吸音材と、を備えたエンジンの排気装置であって、
前記サイレンサは前記内筒の内部に、上流に向かって先細形状の閉鎖構造となるコーン体を備え、
前記空間を仕切ると共に前記吸音材が前記サイレンサの軸線方向に動かないように支持する仕切り壁を設け、
前記仕切り壁は、前記コーン体の先細形状の基端側直下流において前記サイレンサの軸線に対して垂直に配置すると共に、排気ガスが前記空間内で該仕切り壁の上流側から下流側に流れるように連通孔が設けられたことを特徴とするエンジンの排気装置。
前記仕切り壁及び前記コーン体は少なくとも、前記サイレンサの上下流方向中央よりも上流側寄りに配置される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。
前記仕切り壁及び前記コーン体は、前記サイレンサの上下流方向中央よりも上流側寄りと下流側寄りとに備え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装置。
前記仕切り壁は、ワイヤクロス材で形成された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。