JP4024127B2 - Exhaust device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気管の途中に設けられた排気浄化装置と排気マフラとを備える内燃機関の排気装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
内燃機関の排気ガスを浄化するための排気浄化装置が排気管の途中に設けられた排気装置として、例えば特許文献1に開示されたものがある。この排気装置では、排気ガスを浄化する主触媒および副触媒が排気管の途中に設けられる。各触媒は、上流側および下流側にそれぞれ位置する排気管の径よりも大径の収容部に収容される。そのため、収容部の上流側部分は、排気ガスの下流に向かって流路面積が増加するダイバージェント部に形成され、収容部の下流側部分は、排気ガスの下流に向かって流路面積が減少するコンバージェント部に形成される。
【0003】
また、排気管の途中に排気ガスが流出する孔が設けられた排気装置として、例えば特許文献2および特許文献3に開示されたものがある。特許文献2に開示されたマフラでは、マフラの第1膨張室内に保持されたディフューザパイプに第1膨張室内に挿入された排気管の後部が嵌合され、排気管には第1膨張室に開放する調整孔が設けられる。そして、調整孔により、排気脈動波を利用して特定の回転域で高出力を得るようにしたときの出力の谷が補正される。
【0004】
さらに、特許文献3に開示された排気消音器では、消音器の排気入口に接続された排気管には、排気入口および排気出口を結ぶ貫通管が連接される。貫通管は、前部消音室内に位置するテーパ部と該テーパ部から排気出口に至る直管部とからなる。そして、テーパ部には、前部消音室に連通する多数の通孔が設けられ、直管部には、中間消音室に連通する弁孔と、この弁孔と直管部とを交互に開閉する切換弁が設けられる。そして、切換弁が直管部を遮断するときに、排気管からの排気ガスは、多数の通孔を通って前部消音室に流出し、さらに後部消音室、次いで中間消音室を経て排気出口に達する。また、切換弁が直管部を部分的に開くと、一部の排気ガスは、多数の通孔から流出して、前部消音室、後部消音室および中間消音室を順次通って排気出口に達し、残りの排気ガスは、貫通管のみを通って排気出口に達する。
【0005】
【特許文献1】
特開2000−204931号公報
【特許文献2】
特許2737079号公報
【特許文献3】
特開平2−81911号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
排気通路を形成する排気管内で発生する反射圧力波に基づく排気脈動を利用することにより、排気効率を高めたり、新気の吹抜けを防止または抑制して、機関出力を増加させることができることはよく知られている。そのときは、発生する反射圧力波が適切な時期に排気ポートの排気口に達するように、排気管での反射圧力波の発生部位の排気通路における位置を適切に設定する必要がある。
【0007】
ところで、排気管の途中に排気浄化装置が設けられる場合、排気浄化装置の浄化エレメント(例えば特許文献1の触媒が相当する。)での排気ガスの通路を確保する必要があることから、特許文献1の従来技術のように、排気浄化装置は、負の反射圧力波が発生するダイバージェント部と、正の反射圧力波が発生するコンバージェント部を有する。そして、一般的には、負の反射圧力波は、排気ガスの流出を促進することから排気効率の向上に寄与する一方で、正の反射圧力波は、排気ガスの流出を抑制することから、その発生部位の排気通路での位置が適切に設定される場合には新気の吹抜けを抑制するものの、そうでない場合には排気効率を低下させる傾向を有する。
【0008】
そのため、浄化エレメントを有する排気浄化装置を備える排気装置において、排気脈動を利用して排気効率ひいては機関出力を高めるためには、反射圧力波が発生する部位であるダイバージェント部およびコンバージェント部、特に、排気効率を低下させる正の反射圧力波を発生するコンバージェント部の排気通路での位置を適切に設定する必要がある。
【0009】
しかしながら、排気浄化装置の設置箇所は、車体でのレイアウトを考慮しつつ、例えば、触媒が早期に活性温度に達するように、排気ガスの温度が高く保たれている排気ポートにできるだけ近い箇所や、触媒の活性温度を維持することが容易な箇所など、良好な浄化性能を確保する観点から設定されることが多い。そのため、正の反射圧力波が発生するコンバージェント部が、新気の吹抜けを抑制して機関出力を増加させるような位置に設けられることは殆どなく、この反射圧力波が、円滑な排気ガスの排出を阻害して、排気効率を低下させ、機関出力を低下させることが多かった。
【0010】
さらに、コンバージェント部により発生する正の反射圧力波により、浄化エレメントの直下流での圧力(背圧)が高くなって、浄化エレメントでの排気ガスの流速が低下したり、流速の分布が不均一になって、排気浄化装置の浄化性能が低下していた。
【0011】
また、特許文献2,3の従来技術は、排気管または排気管に接続される貫通管のテーパ部に孔が設けられたものであるが、いずれも排気浄化装置を備えておらず、したがって排気浄化装置と関連して孔が設けられたものではない。
【0012】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、排気管の途中に排気浄化装置が設けられた排気装置を備える内燃機関において、機関出力の増加および排気浄化装置の浄化性能の向上を図ることを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
請求項1記載の発明は、排気マフラと、内燃機関の排気ポートと前記排気マフラの消音空間との間に設けられた排気管と、該排気管の途中に設けられた排気浄化装置とを備え、前記排気管は、前記排気浄化装置よりも上流および下流にそれぞれ配置された上流側排気管と下流側排気管とを有し、前記排気浄化装置は浄化エレメントと排気ガスが該浄化エレメントに流入する入口路を形成する入口部と浄化後の排気ガスが前記浄化エレメントから流出する出口路を形成する出口部とを有する内燃機関の排気装置において、前記消音空間は、隔壁により区画された複数の消音室から構成され、前記浄化エレメントは前記消音室内に配置され、前記下流側排気管は、前記隔壁を貫通し前記浄化エレメントが配置された前記消音室とは別の前記消音室内でU字状の曲管部を形成して延びた後に、前記隔壁を再度貫通して前記浄化エレメントが配置された前記消音室内で延びており、前記下流側排気管の出口は、前記浄化エレメントが配置された前記消音室内で、前記出口部よりも前記入口部寄りで開放し、前記出口部は排気ガスの下流に向かって流路面積が減少するコンバージェント部を有し、前記出口部または前記下流側排気管の上流端側部分には、排気ガスの一部を流出させる単数または複数のリーク通路が設けられた内燃機関の排気装置である。
【0014】
これにより、出口部または下流側排気管の上流端側部分を流れる排気ガスの一部がリーク通路を通って流出して、浄化エレメントよりも下流の排気ガスの圧力が減少すると共に、リーク通路の部分では負の反射圧力波が発生し、コンバージェント部またはコンバージェント部に近接した部位で発生するこの負の反射圧力波により、コンバージェント部で発生する正の反射圧力波が減衰する。このため、正の反射圧力波が排気ガスの流れを阻害することが抑制され、さらに排気浄化装置での背圧が減少して、排気浄化装置内における排気ガスの流速の低下が抑制される。
【0015】
この結果、請求項1記載の発明によれば、次の効果が奏される。すなわち、上流側排気管と下流側排気管との間に設けられた排気浄化装置は、その出口部にコンバージェント部を有し、出口部または下流側排気管の上流端側部分には、排気ガスの一部を流出させる単数または複数のリーク通路が設けられたことにより、排気浄化装置の浄化エレメントよりも下流の排気ガスの圧力が減少すると共にコンバージェント部で発生する正の反射圧力波が減衰するので、排気管の途中に排気浄化装置が設けられた排気装置を備える内燃機関において、排気効率が向上して機関出力が増加する。そのうえ、正の反射圧力波による排気浄化装置内での排気ガスの流速の低下が抑制されるので、排気浄化装置の浄化性能が向上する。
【0016】
なお、この明細書において、「上流」および「下流」とは、それぞれ排気ガスの流れに関しての「上流」および「下流」を意味し、「流れ」とは、排気ガスの流れを意味する。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図1ないし図5を参照して説明する。
本発明の第1実施例を示す図1を参照すると、本発明が適用された排気装置Eは、自動二輪車または小型車両に搭載される単気筒の4サイクル内燃機関(図示されず)の排気装置である。シリンダ内を往復動するピストンを有する前記内燃機関の燃焼室から排出された燃焼ガスである排気ガスを浄化して大気中に排出する排気装置Eは、排気ガスの上流から下流に、順に、前記内燃機関の排気ポートに接続される導入管(図示されず)と、該導入管に接続される上流側排気管である第1排気管1と、第1排気管1に接続される排気浄化装置3と、排気浄化装置3に接続される下流側排気管である第2排気管2と、第2排気管2が開放する消音空間Sが形成される排気マフラ4と、消音空間Sに開放する入口6aおよび大気に開放する出口6bを有するテールパイプ6とを備える。
【0018】
それゆえ、排気浄化装置3を挟んで設けられる第1排気管1および第2排気管2と前記導入管とから構成される排気管Pは、前記排気ポートと消音空間Sとの間に設けられる。そして、排気浄化装置3は、車体におけるレイアウトを考慮したうえで、温度が比較的高い排気ガスが排気浄化装置3に流入するように、できるだけ前記排気ポートに近い位置で排気管Pの途中に設けられる。
【0019】
排気マフラ4は、外壁40と、外壁40の内部に形成される消音空間Sを複数の消音室に区画する隔壁、この第1実施例では複数の隔壁である第1,第2隔壁41,42と、を備える。第1,第2隔壁41,42により、消音空間Sは、それぞれ膨張室を構成する3つの第1,第2,第3消音室45,46,47に区画される。
【0020】
具体的には、外壁40は、筒状、この実施例では円筒状の中央部40aと、中央部40aの長手方向での一端側の第1端部40bと、中央部40aの長手方向での他端側の第2端部40cとからなる。中央部40aの内側には、中央部40aと共同して二重壁構造を構成する内壁40dが設けられ、中央部40aと内壁40dとの間には例えばグラスウールからなる吸音材料40eが充填される。
【0021】
そして、中央部40aと第1隔壁41と第2隔壁42とにより第1消音室45が形成され、第1消音室45を挟んで、第2,第3消音室46,47が形成される。すなわち、第2消音室46は中央部40aの一端部分と第1端部40bと第1隔壁41とにより形成され、第3消音室47は中央部40aの他端部分と第2端部40cと第2隔壁42とにより形成される。
【0022】
消音空間S内での排気ガスの流れの上流から下流に沿って順次位置する第1〜第3消音室45〜47は、流れに沿って隣接する消音室同士を連通する連通管、この実施例では複数の連通管である第1,第2連通管49,50を備える。第1連通管49は、第1隔壁41を貫通して配置されて、第1消音室45に開放する入口49aと、第2消音室46に開放する出口49bとを有する。第2連通管50は、第1隔壁41と第1消音室45と第2隔壁42とを貫通して配置されて、第2消音室46に開放する入口50aと、第3消音室47に開放する出口50bとを有する。
【0023】
排気マフラ4の外部で前記導入管に接続される第1排気管1は、第1端部40bと第2消音室46と第1隔壁41とを貫通して配置され、第1消音室45内で排気浄化装置3の入口部33に接続される。一方、第1消音室45内で排気浄化装置3の出口部34に接続される第2排気管2は、第2隔壁42を貫通して、第3消音室47内でU字状の曲管部を形成して延び、第2隔壁42を再度貫通して第1消音室45内で第1隔壁41の近くまで延びて配置される。そして、第2排気管2の出口2bは、第1隔壁41に近接して位置すると共に第1隔壁41に対向して第1消音室45に開放する。
また、テールパイプ6は、第2端部40cを貫通して配置され、排気ガスの流れで最も下流に位置する第3消音室47に開放する入口6aを有する。
【0024】
それゆえ、第2排気管2の全体は、第1,第3消音室45,47内に配置され、排気浄化装置3の全体は、第2排気管2の出口2bが開放する第1消音室45内に配置される。この排気浄化装置3は、排気ガス中の有害成分を無害化して排気ガスを浄化する物質、この実施例では排気ガス中のNOx(窒素酸化物)、HC(炭化水素)およびCO(一酸化炭素)を浄化する三元触媒が担持されたモノリス型担持体から構成される触媒部30と、該触媒部30を収容するケーシング31とを有する。それゆえ、触媒部30は、排気ガスを浄化する浄化エレメントを構成する。
【0025】
このように、三元触媒を有する排気浄化装置3が、前記排気管Pを構成する第1,第2排気管1,2の途中で、しかも排気マフラ4内に配置されることで、触媒が活性温度に達するまでの時間を短縮することができるうえ、排気マフラ4内で排気浄化装置3が保温される。
【0026】
ケーシング31は、触媒部30を保持する保持部32と、前記排気ポートからの排気ガスを触媒部30に導くために触媒部30の入口端30aよりも上流に位置する入口路35を形成する入口部33と、触媒部30で浄化された排気ガスを第2排気管2の入口に導くために触媒部30の出口端30bよりも下流に位置する出口路36を形成する出口部34とから構成される。
【0027】
保持部32は、第1,第2排気管1,2よりも大きな内径を有し、かつ流れに沿ってほぼ一定の流路面積を形成する円筒状の主管37の一部により構成される。入口部33は、主管37に接続されて下流に向かって流路面積が増加するダイバージェント部を構成するテーパ管38と主管37の一部である上流端部37aとから構成される。そして、出口部34は、主管37に接続されて下流に向かって流路面積が減少するコンバージェント部を構成するテーパ管39と主管37の一部である下流端部37bとから構成される。
そして、図1に示されるように、触媒部 30 は第1消音室 45 内に配置され、第2排気管2は、第1消音室 45 とは別の第3消音室 47 内でU字状の曲管部を形成する。そして、出口2bは、触媒部 30 が配置された第1消音室 45 内で、出口部 34 よりも入口部 33 側で開放する。
【0028】
テーパ管39には、出口路36を通る排気ガスの一部を第1消音室45に流出させるリーク通路を構成するリーク孔7が、第1消音室45に開放する出口を有するように形成される。複数個、ここでは6つのリーク孔7は、テーパ管39において、テーパ管39の入口端39a寄りに位置する部分、すなわちテーパ管39の出口端39bよりも入口端39aに近い位置にある部分からなる上流側部39cに、好ましくは入口端39aの近傍で、周方向にほぼ等間隔に形成される。それゆえ、テーパ管39において、入口端39aよりも出口端39bに近い位置にある部分および入口端39aと出口端39bとの中間位置にある部分からなる下流側部39dには、リーク孔7は形成されていない。
【0029】
そして、第1消音室45において、リーク孔7は第2隔壁42に近接して位置する。それゆえ、リーク孔7は、第1隔壁41に近接して位置すると共に第1隔壁41に対向して開口する第2排気管2の出口2bから、第1消音室45内で前記長手方向に離れて配置されている。
【0030】
次に、前述のように構成された第1実施例の作用および効果について説明する。
前記内燃機関が運転されて、前記排気ポートから流出した排気ガスは、前記導入管および第1排気管1を通って、排気浄化装置3に流入し、排気浄化装置3で浄化された排気ガスは、第2排気管2を通って第1消音室45に流入する。第1消音室45内で膨張することにより、減圧され、かつ消音された排気ガスは、第1連通路49を通って第2消音室46に流入し、さらに第2消音室46から第2連通管50を通って第3消音室47に流入する。
【0031】
このとき、排気ガスは、順次、第2消音室46内および第3消音室47内で、それぞれ、膨張することにより、減圧され、かつ消音される。このようにして、十分に消音された排気ガスは、第3消音室47からテールパイプ6を通って外気中に放出される。それゆえ、第1〜第3消音室45〜47における圧力の大きさおよび排気脈動の大きさは、下流に位置する消音室ほど、すなわち第1消音室45、第2消音室46、第3消音室47の順に小さくなる。
【0032】
また、前記内燃機関が冷機状態から運転されたとき、触媒部30を備える排気浄化装置3は、前記排気ポートに比較的近い位置で第1排気管1および第2排気管2の間に設けられることにより、比較的高温の排気ガスで排気浄化装置3の触媒を早期に活性温度に達するように加熱でき、しかも排気浄化装置3は、排気マフラ4内に配置されることにより、排気マフラ4内で保温されるので、触媒の活性温度を維持することが容易になって、良好な浄化性能を確保することができる。
【0033】
排気浄化装置3のコンバージェント部を構成するテーパ管39の上流側部39c、好ましくは入口端39aの近傍に、テーパ管39内の浄化された排気ガスの一部を流出させるリーク孔7が設けられたことにより、リーク孔7を通って出口路36の一部の排気ガスが流出して、触媒部30よりも下流の排気ガスの圧力が減少すると共に、リーク孔7の部分では負の反射圧力波が発生し、しかもリーク孔7は、流路面積の変化が大きいことに起因して強い正の反射圧力波が発生する箇所である入口端39aに近接した位置であるテーパ管39の上流側部39c、好ましくは入口端39aの近傍に位置するので、テーパ管39で発生する正の反射圧力波が効果的に減衰する。また、リーク孔7は入口端39aに近い位置にあるほど、正の反射圧力波を減衰させるうえでより効果的である。
【0034】
このように、触媒部30よりも下流の排気ガスの圧力が減少すると共にテーパ管39で発生する正の反射圧力波が減衰するので、排気管Pの途中に排気浄化装置3が設けられた排気装置Eを備える内燃機関において、排気効率が向上して、機関出力が増加する。そのうえ、正の反射圧力波による排気浄化装置3内での排気ガスの流速の低下が抑制されるので、排気浄化装置3の浄化性能が向上する。さらに、6つのリーク孔7は周方向にほぼ等間隔に形成されることにより、流速の分布が均一化されて、この点でも排気浄化装置3の浄化性能が向上する。
【0035】
また、リーク孔7は、第1消音室45内で、第2排気管2の出口2bから前記長手方向に離れて配置されていることにより、リーク孔7からの排気ガスの流出が、出口2bから流出する排気ガスの高圧の圧力波により阻害されることが極力回避される。
【0036】
排気浄化装置3が消音空間Sを構成する第1消音室45内に配置されたことにより、リーク孔7からの排気ガスは、第1消音室45内に流出して減圧され、さらに第2,第3消音室46,47で減圧されて消音されるので、リーク孔7から流出する排気ガスにより発生する排気音が低減する。そのうえ、排気マフラ4が、排気浄化装置3および第2排気管2に対する防護部材となるので、簡単な構造により、運転者や障害物などが、反応熱により高温となる排気浄化装置3、そして第2排気管2に接触することを、防護部材を別途設けるなど部品点数を増加させることなく、確実に防止することができる。
【0037】
さらに、排気マフラ4の消音空間Sを構成する第1〜第3消音室45〜47において、リーク孔7の出口および第2排気管2の出口2bが共に第1消音室45に開放することにより、第2排気管2およびリーク孔7からそれぞれ流出する排気ガスによる排気音を低減するための消音室が共用されるので、排気マフラ4の大型化およびその内部構造の複雑化を回避することができて、排気装置Eのコスト削減ができる。
【0038】
リーク孔7は、テーパ管39の上流側部39cに形成され、下流側部39dには形成されていないことにより、テーパ管39の強度低下が防止される。
また、第2排気管2が、第3消音室47を通って第1消音室45まで延びることにより、長い通路長を有する排気管Pを利用して前記内燃機関の低速回転時の排気慣性効果が得られるので、低速回転時にも所要の機関出力を確保することができる。
【0039】
次に、図2,図3を参照して、本発明の第2,第3実施例を説明する。第2,第3実施例は、第1実施例とは、リーク孔7を通って流出する排気ガスの流出先の消音室が主として相違し、その他は基本的に同一の構成を有するものである。そのため、同一の部分についての説明は省略または簡略にし、異なる点を中心に説明する。なお、第1実施例の部材と同一の部材または対応する部材については、同一の符号を使用した。
【0040】
第2実施例を示す図2を参照すると、テーパ管39を含む出口部34が第3消音室に配置され、リーク孔7は、消音空間Sを構成する消音室のうち排気脈動が最小となる第3消音室47に開放する。それゆえ、排気浄化装置3は、第2隔壁42を貫通して第1消音室45と第3消音室47とに跨って配置される。
【0041】
この第2実施例によれば、第1実施例と同様の作用および効果が奏されるほか、次の作用および効果が奏される。すなわち、排気マフラ4の消音空間Sを構成する第1〜第3消音室45〜47において、リーク孔7の出口は、第1消音室45とは異なる消音室であって、第1〜第3消音室45〜47のうち最も下流に位置する第3消音室47に開放することにより、リーク孔7からの排気ガスは、第2排気管2からの排気ガスが流出することに起因して高圧でありしかも大きな排気脈動が存在する第1消音室45とは異なる消音室である第3消音室47に流出する。そして、この第3消音室47は、排気マフラ4に形成される第1〜第3消音室45〜47のうち最も低圧でありしかも排気脈動が最小の消音室であるので、テーパ管39での正の反射圧力波が一層減衰する。その結果、正の反射圧力波に起因する排気ガスの流れの阻害が一層抑制されるので、排気効率が一層向上して、機関出力が一層増加する。そのうえ、正の反射圧力波による排気浄化装置3内での排気ガスの流速の低下が一層抑制されて、排気浄化装置3の浄化性能が一層向上する。
【0042】
次に、第3実施例を示す図3を参照すると、排気マフラ4には第1,第2隔壁41,42の間に第3隔壁43を備え、この第3隔壁43により、第1消音室45と第3消音室47との間にそれら消音室に連通することなく独立した膨張室としての第4消音室48が形成される。この第4消音室48は、1または複数の放出管44を通じて外気に連通している。そのため、第4消音室48の圧力は第3消音室47よりも低く、かつ第4消音室48内の排気脈動は、第3消音室47内の排気脈動よりも極めて小さいか、もしくは殆ど存在しない。
【0043】
そして、テーパ管39を含む出口部34が消音空間Sを構成する第4消音室48に配置され、リーク孔7は第4消音室48に開放する。それゆえ、排気浄化装置3は、第3隔壁43を貫通して第1消音室45と第4消音室48とに跨って配置される。
【0044】
この第3実施例によれば、第1実施例と同様の作用および効果が奏されるほか、次の効果が奏される。すなわち、第4消音室48は、第3消音室47よりも低圧で、外気圧に近く、しかも排気脈動が極めて小さいかもしくは殆どないので、テーパ管39での正の反射圧力波が第2実施例に比べて一層減衰する。この結果、排気効率の向上による機関出力の増加、および排気浄化装置3内での排気ガスの流速の低下の抑制による排気浄化装置3の浄化性能の向上の点で、第2実施例の効果よりも優れた効果が奏される。
【0045】
次に、図4,図5を参照して、本発明の第4実施例を説明する。ここで、第1実施例と同一の部分についての説明は省略または簡略にし、異なる点を中心に説明する。なお、第1実施例の部材と同一の部材または対応する部材については、同一の符号を使用した。
【0046】
図4,図5を参照すると、排気装置Eは、前記内燃機関の前記排気ポートに接続される前記導入管に接続される第1排気管1と、排気浄化装置3と、第2排気管2と、第2排気管2が開放する消音空間Sが形成される排気マフラ4と、消音空間Sに開放する入口6aおよび大気に開放する出口6bを有するテールパイプ6とを備える。
【0047】
排気マフラ4は、複数の隔壁である第1,第2隔壁41,42を備える。第1,第2隔壁41,42により、消音空間Sは、3つの第1,第2,第3消音室45〜47に区画される。そして、ケーシング40の中央部40aと第1隔壁41と第2隔壁42とにより排気ガスの流れで最も下流に位置する第3消音室47が形成され、該第3消音室47を挟んで、第1,第2消音室45,46が形成される。すなわち、第1消音室45は中央部40aの一端部分と第1端部40bと第1隔壁41とにより形成され、第2消音室46は中央部40aの他端部分と第2端部40cと第2隔壁42とにより形成される。
【0048】
消音空間S内での排気ガスの流れの上流から下流に沿って順次位置する第1〜第3消音室45〜47は、流れに沿って隣接する消音室同士を連通する第1,第2連通管49,50を備える。第1連通管49は、第1隔壁41と第3消音室45と第2隔壁42とを貫通して配置されて、第1消音室45に開放する入口49aと、第2消音室46に開放する出口49bとを有する。第2連通管50は、第2隔壁42を貫通して配置されて、第2消音室46に開放する入口50aと、第3消音室47に開放する出口50bとを有する。
【0049】
排気マフラ4の外部で前記導入管に接続される第1排気管1は、第1端部40bを貫通して配置され、第1消音室45内で、排気浄化装置3の入口部33に接続される。一方、第3消音室47内で排気浄化装置3の出口部34に接続される第2排気管2は、第2隔壁42を貫通して、第2消音室46内でU字状の曲管部を形成して延び、第2隔壁42を再度貫通して第3消音室47と第1隔壁41とを貫通して配置され、その出口2bは第1消音室45に開放する。また、テールパイプ6は、第2端部40cと第2隔壁42とを貫通して配置され、第3消音室47に開放する入口6aを有する。
【0050】
第1実施例の排気浄化装置3と同様である排気浄化装置3は、第1隔壁41を貫通して第1消音室45と第3消音室47とに跨って配置される。そして、触媒部30を保持する保持部32と、触媒部30の入口端30aよりも上流に位置する入口路35を形成する入口部33と、触媒部30の出口端30bよりも下流に位置する出口路36を形成する出口部34とから構成されるケーシング31において、テーパ管39を有する入口部33と保持部32の一部とは第1消音室45内に配置され、テーパ管39を有する出口部34と保持部32の残りの部分とは第3消音室47内に配置される。
そして、図4に示されるように、触媒部 30 は第1,第3消音室 45 , 47 内に配置され、第2排気管2は、第1,第3消音室 45 , 47 とは別の第2消音室 46 内でU字状の曲管部を形成する。そして、出口2bは、触媒部 30 が配置された第1,第3消音室 45 , 47 内で、出口部 34 よりも入口部 33 側で開放する。
【0051】
第2排気管2のうち、出口部34の直下流に位置すると共に第3消音室47内に配置される上流端側部分20には、出口路36を通る排気ガスの一部を第3消音室47に流出させる多数のリーク孔8が、第3消音室47に開放する出口を有して形成される。この上流端側部分20は、ほぼ一定の流路面積を形成する直管部分の一部から構成され、その外周には、全てのリーク孔8の出口を覆う筒状に形成された吸音材、例えばグラスウールなどの多孔質材料からなる吸音部材9が固定されて装着される。
【0052】
さらに、上流端側部分20は、第2排気管2において、テーパ管39に接続される入口端2aの僅かに下流側の位置から、排気ガスの流れに沿う所定範囲内に設けられる。そして、この所定範囲は、リーク孔8による機関出力増加の観点から、正の反射圧力波が発生するテーパ管39に近い位置で適宜設定される。
【0053】
リーク孔8は吸音部材9により覆われることから、リーク孔8からの排気ガスの所要の流出量を確保するために、各リーク孔8の孔径は、前記第1〜第3実施例のリーク孔7に比べて大きくされ、リーク孔8の数も、リーク孔7に比べて多くされる。
【0054】
次に、前述のように構成された第4実施例の作用および効果について説明する。
前記排気ポートから流出した排気ガスは、前記導入管および第1排気管1を通って、排気浄化装置3に流入し、排気浄化装置3で浄化された排気ガスは、第2排気管2を通って第1消音室45に流入する。第1消音室45内で膨張することにより、減圧され、かつ消音された排気ガスは、第1連通路49を通って第2消音室46に流入し、さらに第2消音室46から第2連通管50を通って第3消音室47に流入する。そして、第1〜第3消音室45〜47を通って消音された排気ガスは、第3消音室47からテールパイプ6を通って外気中に放出される。
【0055】
また、排気浄化装置3は、第1実施例と同様に、排気マフラ4内で保温されるので、触媒の活性温度を維持することが容易になって、良好な浄化性能を確保することができる。
【0056】
そして、第2排気管2の上流端側部分20には、リーク孔8の出口を覆う吸音部材9が装着されたことにより、排気浄化装置3の出口部34から流出した直後の排気ガスの一部は、上流端側部分20において、多数のリーク孔8から吸音部材9を通って、消音空間Sを構成する消音室のうち排気脈動が最小になっている第3消音室47に流出する。このように、排気浄化装置3から流出した直後の排気ガスの一部が、排気脈動が最小になっている第3消音室47に流出することにより、触媒部30よりも下流の排気ガスの圧力が大幅に減少すると共に、リーク孔の部分では負の反射圧力波が発生し、この負の反射圧力波によりテーパ管39で発生する正の反射圧力波が減衰する。このため、第2実施例と同様の効果が奏されるうえ、次の効果が奏される。
【0057】
すなわち、リーク孔8の出口に作用する第3消音室47内の排気脈動が吸音部材9により減衰して、リーク孔8から流出する排気ガスが第3消音室47に流出し易くなり、触媒部30よりも下流の排気ガスの圧力が効果的に減少すると共に、リーク孔8の部分で発生する負の反射圧力波により、テーパ管39で発生する正の反射圧力波が効果的に減衰するので、排気効率が向上して機関出力が増加し、正の反射圧力波による排気浄化装置3内での排気ガスの流速の低下が抑制されるので、排気浄化装置3の浄化性能が向上する。
【0058】
さらに、リーク孔8から流出した排気ガスは吸音部材9を通過した後に第3消音室47内に流出するので、その排気ガスにより発生する排気音は、排気ガスが吸音部材9を通過する際に低減するうえ、その後第3消音室47内で膨張することによりさらに低減するので、リーク孔8から流出する排気ガスにより発生する排気音が一層低減する。
【0059】
また、第2排気管2が、第2消音室46と第3消音室47とを通って第1消音室45まで延びることにより、長い通路長を有する排気管Pを利用して前記内燃機関の低速回転時の排気慣性効果が得られるので、低速回転時にも所要の機関出力を確保することができる。
【0060】
以下、前述した実施例の一部の構成を変更した実施例について、変更した構成に関して説明する。
第1〜第3実施例において、リーク孔7は、触媒部30の出口端30bよりも下流であって、上流側部39cよりも上流に位置する下流端部37bにおいて、入口端39aの近傍に形成されてもよい。また、リーク孔7は、周方向で等間隔である必要はなく、また流れ方向において相互にずれる位置に形成されてもよい。さらに、リーク孔7の数は、6以外の複数または1であってもよく、リーク孔7の大きさも、その個数と同様に、機関出力の観点および排気浄化性能の観点から、最適な値に設定される。
さらに、第1実施例に比べて、正の反射圧力波の減衰作用はやや低下するものの、リーク孔7は下流側部39dに形成されてもよい。
【0061】
リーク通路は、前記第1〜第3実施例ではテーパ管39または主管37の下流端部37bに形成された孔から構成されたが、小径の管により形成されてもよく、これにより、排気浄化装置3のテーパ管39が配置される消音室を変更することなくリーク通路の出口が開放する消音室を変更することができる。また、コンバージェント部は、流路面積が不連続的に変化する管から構成されてもよい。
【0062】
第1〜第3実施例において、テーパ管39に設けられたリーク孔7を覆うように、吸音部材9と同様の吸音部材がテーパ管39の外周に装着されてもよい。その場合には、リーク孔8と同様に、排気ガスの所要の流出量を確保するために、各リーク孔7の孔径は、前記第1〜第3実施例のリーク孔7に比べて大きくされ、リーク孔7の数も多くされる。
【0063】
第1〜第3実施例において、触媒部30が主管37の下流端部37bまで達しており、保持部32が下流端部37bを含んで構成される場合には、出口部34は、下流端部37bを含むことなく、テーパ管39のみから構成される。触媒部30は、三元触媒を担持する担持体で構成されたが、酸化触媒または還元触媒を担持する担持体であってもよく、さらにその他の排気ガス中の有害成分を除去して排気ガスを浄化する部材から構成されてもよい。
【0064】
内燃機関は、多気筒であってもよく、その場合には排気管Pは、排気マニホルドを介して前記排気ポートに接続されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施例である内燃機関の排気装置の縦断面図である。
【図2】 本発明の第2実施例である内燃機関の排気装置の要部縦断面図である。
【図3】 本発明の第3実施例である内燃機関の排気装置の要部縦断面図である。
【図4】 本発明の第4実施例である内燃機関の排気装置の縦断面図である。
【図5】 図4のV−Vでの断面図である
【符号の説明】
1…第1排気管、2…第2排気管、3…排気浄化装置、4…排気マフラ、6…テールパイプ、7,8…リーク孔、9…吸音部材、20…上流端側部分、30…触媒部、31…ケーシング、32…保持部、33…入口部、34…出口部、35…入口路、36…出口路、37…主管、38,39…テーパ管、39c…上流側部、40…外壁、41,42,43…隔壁、44…放出管、45〜48…消音室、49,50…連通管、E…排気装置、S…消音空間、P…排気管。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust device for an internal combustion engine including an exhaust purification device and an exhaust muffler provided in the middle of an exhaust pipe.
[0002]
[Prior art]
As an exhaust device in which an exhaust purification device for purifying exhaust gas of an internal combustion engine is provided in the middle of an exhaust pipe, for example, there is one disclosed in
[0003]
Further, as an exhaust device provided with a hole through which exhaust gas flows out in the middle of the exhaust pipe, there are those disclosed in
[0004]
Further, in the exhaust silencer disclosed in
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2000-204931 A
[Patent Document 2]
Japanese Patent No. 2737079
[Patent Document 3]
JP-A-2-81911
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By using exhaust pulsation based on the reflected pressure wave generated in the exhaust pipe that forms the exhaust passage, it is often possible to increase the engine output by improving exhaust efficiency or preventing or suppressing the blowout of fresh air Are known. In that case, it is necessary to appropriately set the position in the exhaust passage where the reflected pressure wave is generated in the exhaust pipe so that the generated reflected pressure wave reaches the exhaust port of the exhaust port at an appropriate time.
[0007]
By the way, when an exhaust purification device is provided in the middle of an exhaust pipe, it is necessary to secure a passage for exhaust gas in a purification element of the exhaust purification device (for example, the catalyst of
[0008]
Therefore, in an exhaust system provided with an exhaust purification device having a purification element, in order to increase exhaust efficiency and consequently engine output using exhaust pulsation, a divergent part and a convergent part, which are parts where reflected pressure waves are generated, particularly It is necessary to appropriately set the position of the convergent portion in the exhaust passage that generates a positive reflected pressure wave that lowers the exhaust efficiency.
[0009]
However, the installation location of the exhaust purification device is, for example, a location as close as possible to the exhaust port where the temperature of the exhaust gas is kept high so that the catalyst reaches the activation temperature early, while considering the layout on the vehicle body, It is often set from the viewpoint of ensuring good purification performance, such as where it is easy to maintain the activation temperature of the catalyst. For this reason, the convergent portion where the positive reflected pressure wave is generated is rarely provided at a position where the blowout of fresh air is suppressed and the engine output is increased. In many cases, the emission was hindered, the exhaust efficiency was lowered, and the engine output was lowered.
[0010]
Further, the positive reflected pressure wave generated by the convergent part increases the pressure (back pressure) immediately downstream of the purification element, and the flow rate of exhaust gas in the purification element decreases or the distribution of the flow rate is not stable. It became uniform and the purification performance of the exhaust purification device was reduced.
[0011]
Further, the prior arts of
[0012]
The present invention has been made in view of such circumstances., ExhaustIn an internal combustion engine having an exhaust device provided with an exhaust gas purification device in the middle of a trachea, an object is to increase engine output and improve the purification performance of the exhaust gas purification device.The
[0013]
[Means for Solving the Problems and Effects of the Invention]
The invention according to
[0014]
As a result, a part of the exhaust gas flowing through the outlet portion or the upstream end portion of the downstream exhaust pipe flows out through the leak passage, and the pressure of the exhaust gas downstream from the purification element is reduced. A negative reflected pressure wave is generated in the portion, and the positive reflected pressure wave generated in the convergent portion is attenuated by the negative reflected pressure wave generated in the convergent portion or a portion close to the convergent portion. For this reason, it is suppressed that the positive reflected pressure wave inhibits the flow of the exhaust gas, the back pressure in the exhaust purification device is further reduced, and a decrease in the flow rate of the exhaust gas in the exhaust purification device is suppressed.
[0015]
As a result, according to the first aspect of the present invention, the following effects can be obtained. That is, the exhaust gas purification device provided between the upstream side exhaust pipe and the downstream side exhaust pipe has a convergent part at the outlet part, and the exhaust part is provided with an exhaust part at the upstream end side part of the outlet part or the downstream side exhaust pipe. There was one or more leak passages that let some of the gas flow out.thingAs a result, the pressure of the exhaust gas downstream from the purification element of the exhaust purification device decreases, and the positive reflected pressure wave generated in the convergent portion is attenuated, so the exhaust device provided with the exhaust purification device in the middle of the exhaust pipe In the internal combustion engine having the above, the exhaust efficiency is improved and the engine output is increased. In addition, since the reduction in the flow rate of the exhaust gas in the exhaust purification device due to the positive reflected pressure wave is suppressed, the purification performance of the exhaust purification device is improved.
[0016]
In this specification, “upstream” and “downstream” mean “upstream” and “downstream” with respect to the flow of exhaust gas, respectively, and “flow” means the flow of exhaust gas.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
Referring to FIG. 1 showing a first embodiment of the present invention, an exhaust device E to which the present invention is applied is an exhaust device for a single-cylinder four-cycle internal combustion engine (not shown) mounted on a motorcycle or a small vehicle. It is. An exhaust device E that purifies exhaust gas, which is combustion gas discharged from a combustion chamber of the internal combustion engine having a piston that reciprocates in a cylinder, and discharges it into the atmosphere, in order from the upstream to the downstream of the exhaust gas, in order An introduction pipe (not shown) connected to the exhaust port of the internal combustion engine, a
[0018]
Therefore, the exhaust pipe P constituted by the
[0019]
The
[0020]
Specifically, the
[0021]
A first silencing
[0022]
The first to third silencing
[0023]
The
The
[0024]
Therefore, the entire
[0025]
Thus, the
[0026]
The
[0027]
The holding
Then, as shown in FIG. 30 Is the
[0028]
The
[0029]
In the first silencing
[0030]
Next, the operation and effect of the first embodiment configured as described above will be described.
The exhaust gas flowing out from the exhaust port when the internal combustion engine is operated flows into the
[0031]
At this time, the exhaust gas is decompressed and silenced by expanding in the second silencing
[0032]
Further, when the internal combustion engine is operated from a cold state, the
[0033]
A
[0034]
In this way, the pressure of the exhaust gas downstream from the
[0035]
Further, since the
[0036]
Since the
[0037]
Further, in the first to third silencing
[0038]
The
Further, the
[0039]
Next, the second and third embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. The second and third embodiments are different from the first embodiment mainly in the sound deadening chamber of the exhaust gas flowing out through the
[0040]
Referring to FIG. 2 showing the second embodiment, the
[0041]
According to the second embodiment, the same operations and effects as the first embodiment are exhibited, and the following operations and effects are also achieved. That is, in the first to third silencing
[0042]
Next, referring to FIG. 3 showing the third embodiment, the
[0043]
The
[0044]
According to the third embodiment, the same operations and effects as the first embodiment are achieved, and the following effects are also achieved. That is, the fourth silencing
[0045]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, description of the same parts as those in the first embodiment will be omitted or simplified, and different points will be mainly described. In addition, the same code | symbol was used about the member same as the member of 1st Example, or a corresponding member.
[0046]
4 and 5, the exhaust device E includes a
[0047]
The
[0048]
The first to third silencing
[0049]
The
[0050]
The
Then, as shown in FIG. 30 Is the first and
[0051]
In the
[0052]
Further, the
[0053]
Since the
[0054]
Next, the operation and effect of the fourth embodiment configured as described above will be described.
The exhaust gas flowing out from the exhaust port flows into the
[0055]
Further, since the
[0056]
The
[0057]
That is, the exhaust pulsation in the third silencing
[0058]
Further, since the exhaust gas flowing out from the
[0059]
Further, the
[0060]
Hereinafter, an example in which a part of the configuration of the above-described embodiment is changed will be described with respect to the changed configuration.
In the first to third embodiments, the
Furthermore, the
[0061]
In the first to third embodiments, the leak passage is configured by a hole formed in the
[0062]
In the first to third embodiments, a sound absorbing member similar to the
[0063]
In the first to third embodiments, when the
[0064]
The internal combustion engine may be a multi-cylinder engine, and in that case, the exhaust pipe P may be connected to the exhaust port via an exhaust manifold.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an exhaust device for an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of an essential part of an exhaust device for an internal combustion engine according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view of an essential part of an exhaust device for an internal combustion engine according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view of an exhaust device for an internal combustion engine according to a fourth embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view taken along line VV in FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記消音空間は、隔壁により区画された複数の消音室から構成され、
前記浄化エレメントは前記消音室内に配置され、
前記下流側排気管は、前記隔壁を貫通し前記浄化エレメントが配置された前記消音室とは別の前記消音室内でU字状の曲管部を形成して延びた後に、前記隔壁を再度貫通して前記浄化エレメントが配置された前記消音室内で延びており、
前記下流側排気管の出口は、前記浄化エレメントが配置された前記消音室内で、前記出口部よりも前記入口部寄りで開放し、
前記出口部は排気ガスの下流に向かって流路面積が減少するコンバージェント部を有し、
前記出口部または前記下流側排気管の上流端側部分には、排気ガスの一部を流出させる単数または複数のリーク通路が設けられたことを特徴とする内燃機関の排気装置。An exhaust muffler, an exhaust port provided between an exhaust port of an internal combustion engine and a silencer space of the exhaust muffler, and an exhaust purification device provided in the middle of the exhaust pipe, wherein the exhaust pipe includes the exhaust muffler An upstream exhaust pipe and a downstream exhaust pipe respectively disposed upstream and downstream of the purification device, and the exhaust purification device forms an inlet passage through which the purification element and the exhaust gas flow into the purification element And an exhaust device for an internal combustion engine having an outlet portion that forms an outlet passage through which the exhaust gas after purification flows out of the purification element,
The silencing space is composed of a plurality of silencing chambers partitioned by a partition wall,
The purification element is disposed in the muffler chamber;
The downstream exhaust pipe extends through the partition wall after forming a U-shaped bent pipe portion extending in the silencer chamber different from the silencer chamber in which the purification element is disposed through the partition wall. And extends in the muffler chamber in which the purification element is disposed,
The outlet of the downstream side exhaust pipe is opened closer to the inlet portion than the outlet portion in the muffler chamber where the purification element is disposed,
The outlet portion has a convergent portion whose flow path area decreases toward the downstream of the exhaust gas,
An exhaust system for an internal combustion engine, wherein one or a plurality of leak passages for allowing a part of exhaust gas to flow out are provided in an upstream end side portion of the outlet portion or the downstream exhaust pipe.
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