JP4628939B2 - 気筒休止エンジンの排気装置 - Google Patents

Description

本発明は、常時稼働する気筒と低出力運転時に休止する気筒とを備える気筒休止エンジンの排気装置に関する。

従来では、ガソリン，軽油，ガス等を燃料とする多気筒のエンジンの排気ガスを処理する排気装置として、エンジンの各気筒に接続された排気管を集合させ、その集合部の下流に、排気ガスを浄化する触媒と、消音器を接続した構造のものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−２０４９３１号公報

ところで、近年、多気筒のエンジンでは、燃費の向上等を目的として、常時稼働する気筒と、低出力運転時に休止する気筒と、を備えた気筒休止エンジンの研究が盛んになっている。このような気筒休止エンジンでは、低出力運転時、休止した気筒から排気ガスが排出されないため、エンジン全体としては浄化対象となる排気ガス量が低減する。また、その排気装置に装備する触媒は、排気ガス温度により活性温度まで上昇したときに所定の浄化性能を発揮することから、走行中に排出される排気ガス量が大きく低減すると、触媒温度が低下して、所定の浄化性能を発揮できなくなってしまう。従って、気筒休止エンジンの排気装置では、気筒休止による排気ガス量の低減を考慮して、触媒の配置等を工夫する必要がある。

しかしながら、上記特許文献１に開示されたエンジンの排気装置では、気筒休止エンジンによる排気ガス量の変動を考慮していないため、気筒休止エンジンの排気装置に採用すると、例えば、低出力運転時の排気ガス量の低減によって、触媒を活性温度に維持することができずに、所定の浄化性能を発揮できなくなる可能性がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、気筒休止により排気ガス量が低減したとしても、触媒を常に活性温度に維持することができ、所定の浄化性能を発揮することができる気筒休止エンジンの排気装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、常時稼働する気筒と、低出力運転時に休止する気筒と、を備える気筒休止エンジンの排気装置において、前記常時稼働する気筒の排気管と前記低出力運転時に休止する気筒の排気管とを集合させる集合部と、前記集合部より下流の排気管を複数に分岐させる分岐部と、前記分岐部の下流にそれぞれ配置される複数の下流排気管と、を備え、前記複数の下流排気管の下流側に、排気ガスを浄化する触媒をそれぞれ配置し、前記複数の下流排気管のうち少なくとも１つに排気通路を開閉する開閉弁を前記分岐部と前記触媒との間に配置し、前記下流排気管に膨張室を備える消音器を接続して、前記消音器の入口から前記膨張室内に複数の小孔を備える吸音パイプを延ばし、前記吸音パイプの周囲を吸音材で覆うと共に、前記吸音パイプの後端に前記触媒を接続し、そして前記消音器は、車両前後方向に区画され、その内部に排気ガスが順に流れる複数の膨張室を備え、その最前部に位置する最上流の膨張室に前記触媒が配置されることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の構成に加え、前記気筒休止エンジンは水冷式直列四気筒型であり、前記低出力運転時に休止する気筒及び前記常時稼働する気筒には、スロットルボディがそれぞれ接続されており、前記低出力運転時に休止する気筒に接続されている前記スロットルボディは、前記低出力運転時に休止する気筒に対し燃料を噴射する電子制御式のインジェクタと、前記低出力運転時に休止する気筒に導入される空気の量を調整するスロットルバルブを制御する電子制御式の駆動部と、を備え、前記常時稼働する気筒に接続されている前記スロットルボディは、前記常時稼動する気筒に対し燃料を噴射する電子制御式のインジェクタと、前記常時稼働する気筒に導入される空気の量を調整するスロットルバルブを制御する電子制御式の駆動部と、備えることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の構成に加え、前記気筒休止エンジンは、シリンダヘッドと、前記シリンダヘッドに設けられた排気ポートと、潤滑油を溜めるため下端部に設けられたオイルパンと、を含み、前記常時稼働する気筒の排気管と前記低出力運転時に休止する気筒の排気管とは、前記排気ポートから下方に延びるように設けられ、前記気筒休止エンジンの下方にて、前記集合部が、前記常時稼働する気筒の排気管と前記低出力運転時に休止する気筒の排気管とを集合させると共に、前記分岐部が、前記集合部より下流の排気管を複数に分岐させており、これにより前記排気管が前記オイルパンの下方を通るように設けられることを特徴とする。

本発明に係る気筒休止エンジンの排気装置によれば、常時稼働する気筒の排気管と低出力運転時に休止する気筒の排気管とを集合させる集合部と、集合部より下流の排気管を複数に分岐させる分岐部と、分岐部の下流にそれぞれ配置される複数の下流排気管と、を備え、複数の下流排気管の下流側に、排気ガスを浄化する触媒をそれぞれ配置し、複数の下流排気管のうち少なくとも１つに排気通路を開閉する開閉弁を分岐部と触媒との間に配置するため、低出力運転時の気筒休止による排気ガス量の低減量に応じて、開閉弁を開閉することで、分岐部より下流の複数の排気管の一部に、高出力運転時等と同等の排気ガス量を流すことができる。これにより、触媒を常に活性温度に維持することができるので、所定の浄化性能を発揮することができる。

本発明に係る気筒休止エンジンの排気装置によれば、分岐部より下流の排気管に膨張室を備える消音器を接続し、消音器の入口から膨張室内に複数の小孔を備える吸音パイプを延ばし、吸音パイプの周囲を吸音材で覆うと共に、吸音パイプの後端に触媒を接続するため、触媒と吸音材との間に吸音パイプが介在されるので、高温となる触媒からの放射熱を、吸音パイプへの熱伝導によって広域に分散、降温することができる。これにより、触媒の放射熱が吸音材に直接伝導することを防止できるため、吸音材に耐熱性の低い材料を使用することができ、製造コストを削減することができる。

本発明に係る気筒休止エンジンの排気装置によれば、消音器は、車両前後方向に区画され、その内部に排気ガスが順に流れる複数の膨張室を備え、その最前部に位置する最上流の膨張室に触媒が配置されるため、各気筒から触媒までの排気通路の距離を短縮化することができる。これにより、排気ガスが速やかに触媒に導入されるので、触媒を活性温度に容易に維持することができる。

以下、本発明に係る気筒休止エンジンの排気装置の一実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、本実施形態では、自動二輪車の気筒休止エンジンの排気装置を例にする。また、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る気筒休止エンジンの排気装置を搭載した自動二輪車の側面図、図２は図１に示した自動二輪車の平面図、図３は図１に示したエンジンの一部拡大側面図、図４は図３に示したエンジンの平面図、図５は図１に示した排気装置のＡ矢視図、図６は図５のＡ−Ａ線矢視断面図、図７は図５のＢ−Ｂ線矢視断面図、図８は本発明に係る気筒休止エンジンの排気装置の排気管と触媒と消音器とを説明するための説明図である。

図１及び図２に示すように、自動二輪車１は、前輪２を軸支するフロントフォーク３が、不図示のステアリングステムを介して、車体フレーム５の前端部に設けられるヘッドパイプ６に操舵可能に枢支される。ヘッドパイプ６からは車体フレーム５のメインフレーム７が斜め下後方に延び、その後端部が下方に屈曲してピポットプレート８に連なる。また、メインフレーム７の後部上方には、後方に延びるシートフレーム９の前端部が接続され、メインフレーム７の後部中央には、斜め上後方に延びるリヤフレーム１０の前端部が接続されて、シートフレーム９とリヤフレーム１０とは後端部で接続される。

また、自動二輪車１の車体後部には、ピボットプレート８に設けられるピボット軸１１を介して、後輪１２を軸支するスイングアーム１３の基端部がスイング可能に取り付けられる。なお、ピボット軸１１は、後輪１２の車軸１４と同様に、車幅方向と平行に設けられる。

メインフレーム７の上部には燃料タンク１５が、メインフレーム７の下部にはエンジン１６及びラジエータ１７が各々搭載される。また、シートフレーム９の上部にはシート１８が取り付けられ、このシート１８は、燃料タンク１５の後方に配置される。なお、図中１９はウィンドスクリーン、２０は操舵用のハンドル、２１はフロントフェンダ、２２はリヤフェンダ、２３はスタンドである。

自動二輪車１の前部はアッパカウル２４及びフロントカウル２５により覆われ、シートフレーム９周辺はリアカウル２６により覆われる。後輪１２の左側にはリアスプロケット２７が取り付けられ、このリアスプロケット２７とエンジン１６の後部左側に配設されるドライブスプロケット２８とにドライブチェーン２９が掛け回されることによって、エンジン１６の駆動力が後輪１２に伝達される。

エンジン１６は、低出力運転時に休止する気筒と常時稼働する気筒とを備える水冷式直列四気筒型の気筒休止エンジンであり、図３及び図４に示すように、低出力運転時に休止する車体左側の２気筒には、スロットルボディ３１ａ，３１ｂがそれぞれ接続され、常時稼働する車体右側の２気筒には、１個のスロットルボディ３１ｃが接続される。このスロットルボディ３１ａ，３１ｂ，３１ｃは、メインフレーム７と燃料タンク１５との間に配置されるエアクリーナケース３２にそれぞれ接続されている。そして、エアクリーナケース３２に外部から取り込まれた新鮮な空気は、エアクリーナケース３２に内蔵されるエアクリーナ３３により浄化された後、エアクリーナケース３２の後部下面に接続されるスロットルボディ３１ａ，３１ｂ，３１ｃを介して、シリンダヘッド３０内の各気筒に供給される。

スロットルボディ３１ａ，３１ｂは、シリンダヘッド３０内の低出力運転時に休止する各気筒とエアクリーナケース３２とをそれぞれ連通するベルマウス３４ａ，３４ｂと、低出力運転時に休止する各気筒に燃料をそれぞれ噴射する電子制御式のインジェクタ３５ａ，３５ｂと、低出力運転時に休止する各気筒に導入される空気の量を調節するスロットルバルブをそれぞれ制御する電子制御式の駆動部３６ａ，３６ｂと、を備える。

スロットルボディ３１ｃは、シリンダヘッド３０内の常時稼働する各気筒とエアクリーナケース３２とをそれぞれ連通するベルマウス３４ｃ，３４ｃと、常時稼働する各気筒に燃料をそれぞれ噴射する電子制御式のインジェクタ３５ｃと、常時稼働する各気筒に導入される空気の量を調節するスロットルバルブを同時に制御する電子制御式の駆動部３６ｃと、を備える。

そして、インジェクタ３５ａ，３５ｂ，３５ｃ及び駆動部３６ａ，３６ｂ，３６ｃは、シート１８の下に配設されるコンピュータ３７によって制御されており、このコンピュータ３７は、通常出力運転時又は高出力運転時には、インジェクタ３５ａ，３５ｂ，３５ｃ及び駆動部３６ａ，３６ｂ，３６ｃを全て駆動させて全気筒を稼動させ、また、低出力運転時には、インジェクタ３５ａ及び駆動部３６ａを停止させて、右側３気筒を稼動させたり、インジェクタ３５ａ，３５ｂ及び駆動部３６ａ，３６ｂを停止させて、右側２気筒を稼動させたりする。

そして、図１及び図５〜図７に示すように、シリンダヘッド３０の前部には排気装置４０が接続されており、本実施形態では、この排気装置４０は、主としてシリンダヘッド３０の各気筒にそれぞれ接続される４本の排気管４０ａ〜４０ｄと、排気管４０ａ，４０ｄを集合させる第１集合管（集合部）４１ａと、排気管４０ｂ，４０ｃを集合させる第１集合管（集合部）４１ｂと、第１集合管４１ａ及び第２集合管４１ｂを集合させる第２集合管（集合部）４２と、第３集合管４２の下流を車幅方向に２本に分岐させる分岐部４３と、分岐部４３の下流にそれぞれ形成される左右２本の下流排気管４４，４５と、下流排気管４４，４５の後端部にそれぞれ接続される消音器５０，５０と、を備えている。また、排気管４０ａ，４０ｂを接続する車体左側の２気筒が低出力運転時に休止する気筒で、排気管４０ｃ，４０ｄを接続する車体右側の２気筒が常時稼動する気筒である。

４本の排気管４０ａ〜４０ｄは、シリンダヘッド３０の排気ポートから下方に延び、エンジン１６の下方にて、第１集合管４１ａ及び第２集合管４１ｂと第２集合管４２により１本の排気管にまとめられ、第２集合管４２の分岐部４３により車幅方向に２本の排気管に分けられて、左右２本の下流排気管４４，４５となる。なお、図中１６ａは潤滑油を溜めるためのオイルパンである。

また、本実施形態では、車体左側に配置される下流排気管４４に、この下流排気管４４の排気通路を開閉する開閉弁４６が設けられる。この開閉弁４６は、所謂バタフライ弁で、コンピュータ３５により動作制御される不図示のモータにより開閉される。

そして、開閉弁４６は、低出力運転時に気筒が休止して排気ガス量が減少する場合、閉じた状態に設定される。これにより、常時稼動する気筒から排気管４０ｃ，４０ｄに排出される排気ガスは、車体右側に配置される下流排気管４５のみに流れる。

また、開閉弁４６は、通常出力運転時又は高出力運転時に全気筒が稼動する場合、開いた状態に設定される。これにより、各気筒から各排気管４０ａ〜４０ｄに排出される排気ガスは、車体左右に配置される下流排気管４４，４５に流れる。

消音器５０は、図８に示すように、下流排気管４４，４５の後端部に接続され、消音器５０の入口から後述する膨張室内に延びる吸音パイプ５１と、吸音パイプ５１の周囲を覆う吸音材５２と、吸音パイプ５１の後端部に接続される触媒５３と、吸音パイプ５１と連通し３層構造の膨張室を有する消音器本体６０と、を備え、マフラステー５４（図１参照。）を介してリヤフレーム１０の下方に固定される。

吸音パイプ５１は、消音器５０の入口から複数の小孔を備えるパンチングメタルにより筒状に形成されるもので、下流排気管４４，４５からの排気ガスを触媒５３に流している。また、吸音材５２は、グラスウールを吸音パイプ５１の周囲に巻き付けたものである。

消音器本体６０は、最上流に位置し触媒４８を収容する第１膨張室６１と、第１膨張室６１を経た排気ガスをさらに膨張させる第２膨張室６２と、第２膨張室６２を経た排気ガスをさらに膨張させた後に大気に放出する第３膨張室６３と、第１膨張室６１と第２膨張室６２を連通する第１連通管６４と、第２膨張室６２と第３膨張室６３とを連通する第２連通管６５と、第３膨張室６３と外気とを連通するテールパイプ６６と、を備える。また、最上流の膨張室である第１膨張室６１には、消音パイプ５１に接続された触媒５３が配置されている。さらに、第３膨張室６３は、第１膨張室６１と第２膨張室との間に区画されており、このような構造にすることによって、消音器５０内の排気ガスの流れる経路が増大し、排気管内圧力を一定に抑えて、エンジン出力の向上を図ることができる。

以上説明したように、本実施形態の気筒休止エンジンの排気装置によれば、常時稼働する気筒の排気管４０ｃ，４０ｄと低出力運転時に休止する気筒の排気管４０ａ，４０ｂとを集合させる集合部４１ａ，４１ｂ，４２と、集合部４１ａ，４１ｂ，４２より下流の排気管を複数に分岐させる分岐部４３と、を備え、集合部４１ａ，４１ｂ，４２より下流の排気管４４，４５に、排気ガスを浄化する触媒５３を配置し、分岐部４３より下流の排気管４４に、排気通路を開閉する開閉弁４６を配置するため、低出力運転時の気筒休止による排気ガス量の低減量に応じて、開閉弁４６を開閉することで、分岐部４３より下流の排気管４５に、高出力運転時等と同等の排気ガス量を流すことができる。これにより、触媒５３を常に活性温度に維持することができるので、所定の浄化性能を発揮することができる。

また、本実施形態の気筒休止エンジンの排気装置によれば、分岐部４３より下流の排気管４４，４５に膨張室を備える消音器５０を接続し、消音器５０の入口から膨張室内に複数の小孔を備える吸音パイプ５１を延ばし、吸音パイプ５１の周囲を吸音材５２で覆うと共に、吸音パイプ５１の後端に触媒５３を接続するため、触媒５３と吸音材５２との間に吸音パイプ５１が介在されるので、高温となる触媒５３からの放射熱を、吸音パイプ５１への熱伝導によって広域に分散、降温することができる。これにより、触媒５３の放射熱が吸音材５２に直接伝導することを防止できるため、吸音材５２に耐熱性の低い材料を使用することができ、製造コストを削減することができる。

また、本実施形態の気筒休止エンジンの排気装置によれば、消音器５０は、その内部に排気ガスが順に流れる複数の膨張室６１，６２，６３を備え、その最上流の膨張室６１に触媒５３が配置されるため、各気筒から触媒５３までの排気通路の距離を短縮化することができる。これにより、排気ガスが速やかに触媒５３に導入されるので、触媒５３を活性温度に容易に維持することができる。

なお、本発明は本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、本実施形態では、分岐部４３で分岐させた２本の下流排気管４４，４５のうち、一方の下流排気管４５のみに開閉弁４６を設ける場合を例示したが、これに限定されず、下流排気管４４，４５の両方に開閉弁４６を設けるようにしてもよい。
また、本実施形態では、分岐部４３で２本の下流排気管４４，４５に分岐させる場合を例示したが、これに限定されず、下流排気管の分岐本数は任意であり、分岐させたそれぞれの下流排気管に開閉弁４６を設けるようにしてもよい。
さらに、本実施形態では、自動二輪車用の気筒休止エンジンに本発明を適用した場合を例示したが、乗用車等の四輪車用の気筒休止エンジンに本発明を適用してもよい。

本発明に係る気筒休止エンジンの排気装置を搭載した自動二輪車の側面図 図１に示した自動二輪車の平面図 図１に示したエンジンの一部拡大側面図 図３に示したエンジンの平面図 図１に示した排気装置のＡ矢視図 図５のＡ−Ａ線矢視断面図 図５のＢ−Ｂ線矢視断面図 本発明に係る気筒休止エンジンの排気装置の排気管と触媒と消音器とを説明するための説明図である。

符号の説明

１ 自動二輪車
１６ エンジン（気筒休止エンジン）
３０ シリンダヘッド
４０ 排気装置
４０ａ〜４０ｄ 排気管
４１ａ，４１ｂ 第１集合管（集合部）
４２ 第２集合管（集合部）
４３ 分岐部
４４，４５ 下流排気管（排気管）
４６ 開閉弁
５０ 消音器
５１ 吸音パイプ
５２ 吸音材
５３ 触媒
６０ 消音器本体
６１ 第１膨張室（膨張室）
６２ 第２膨張室（膨張室）
６３ 第３膨張室（膨張室）
６４ 第１連通管
６５ 第２連通管
６６ テールパイプ

Claims (3)

1. 常時稼働する気筒と、低出力運転時に休止する気筒と、を備える気筒休止エンジンの排気装置において、
   前記常時稼働する気筒の排気管と前記低出力運転時に休止する気筒の排気管とを集合させる集合部と、前記集合部より下流の排気管を複数に分岐させる分岐部と、前記分岐部の下流にそれぞれ配置される複数の下流排気管と、を備え、
   前記複数の下流排気管の下流側に、排気ガスを浄化する触媒をそれぞれ配置し、
   前記複数の下流排気管のうち少なくとも１つに排気通路を開閉する開閉弁を前記分岐部と前記触媒との間に配置し、
   前記下流排気管に膨張室を備える消音器を接続して、前記消音器の入口から前記膨張室内に複数の小孔を備える吸音パイプを延ばし、前記吸音パイプの周囲を吸音材で覆うと共に、前記吸音パイプの後端に前記触媒を接続し、
   前記消音器は、車両前後方向に区画され、その内部に排気ガスが順に流れる複数の膨張室を備え、その最前部に位置する最上流の膨張室に前記触媒が配置されることを特徴とする気筒休止エンジンの排気装置。
2. 前記気筒休止エンジンは水冷式直列四気筒型であり、
   前記低出力運転時に休止する気筒と前記常時稼働する気筒とには、スロットルボディがそれぞれ接続されており、
   前記低出力運転時に休止する気筒に接続されている前記スロットルボディは、前記低出力運転時に休止する気筒に対し燃料を噴射する電子制御式のインジェクタと、前記低出力運転時に休止する気筒に導入される空気の量を調整するスロットルバルブを制御する電子制御式の駆動部と、を備え、
   前記常時稼働する気筒に接続されている前記スロットルボディは、前記常時稼動する気筒に対し燃料を噴射する電子制御式のインジェクタと、前記常時稼働する気筒に導入される空気の量を調整するスロットルバルブを制御する電子制御式の駆動部と、備えることを特徴とする請求項１記載の気筒休止エンジンの排気装置。
3. 前記気筒休止エンジンは、シリンダヘッドと、前記シリンダヘッドに設けられた排気ポートと、潤滑油を溜めるため下端部に設けられたオイルパンと、を含み、
   前記常時稼働する気筒の排気管と前記低出力運転時に休止する気筒の排気管とは、前記排気ポートから下方に延びるように設けられ、
   前記気筒休止エンジンの下方にて、前記集合部が、前記常時稼働する気筒の排気管と前記低出力運転時に休止する気筒の排気管とを集合させると共に、前記分岐部が、前記集合部より下流の排気管を複数に分岐させており、
   前記排気管が前記オイルパンの下方を通るように設けられることを特徴とする請求項２記載の気筒休止エンジンの排気装置。

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