JP5801066B2

JP5801066B2 - エンジンの排気浄化装置

Info

Publication number: JP5801066B2
Application number: JP2011049619A
Authority: JP
Inventors: 中村　健一郎; 健一郎中村; 正也矢▲崎▼
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2011-03-07
Filing date: 2011-03-07
Publication date: 2015-10-28
Anticipated expiration: 2031-03-07
Also published as: DE102012203441A1; DE102012203441B4; JP2012184736A; ITTO20120105A1; US8793985B2; US20120227387A1

Description

本発明は、自動二輪車等の車両に搭載されるエンジンの排気浄化装置に関する。

触媒直前に通路断面積を可変可能とする開閉弁を設け、冷機時に開閉弁を閉じて触媒中央に指向させた細い通路を通じて排気ガスを集中して触媒に流すことで、触媒の温度上昇を促し、触媒の早期活性を図る技術が特許文献１に開示されている。

特開２００５−２９９５２９号公報

上記特許文献１に係る技術において、さらに早期に触媒を活性化しようとすると、触媒を排気ポートに近づける等して高い温度の排気ガスを触媒に導くことが考えられる。しかしながら、その場合、高負荷運転時にはさらに高温の排気ガスが触媒に流れることになるため触媒の保護の観点から望ましくないという課題がある。

本発明は係る実情に鑑みてなされたものであり、エンジンの冷機・低負荷時の触媒の早期活性化とエンジンの暖機・高負荷時の触媒の保護とを両立できるエンジンの排気浄化装置の提供を目的とする。

上記課題の解決手段として、請求項１に記載の発明は、排気管（２３）と、該排気管（２３）途中に設けられ、排気ガスを浄化する触媒（３６）と、該触媒（３６）とエンジン（３）との間の前記排気管（２３）の上流側排気通路（３３）に設けられ該上流側排気通路（３３）を開閉する排気バルブ（４０）と、該排気バルブ（４０）をバイパスするように前記上流側排気通路（３３）に接続される、該上流側排気通路（３３）よりも通路断面積の小さい副排気通路（４５）と、を備えるエンジンの排気浄化装置であって、前記副排気通路（４５）は、その入口が前記エンジン（３）の排気口（２１Ａ）近傍に接続されると共に、その出口が前記触媒（３６）の近傍に接続され、前記上流側排気通路（３３）に対し通路長さを短く形成され、前記エンジン（３）は、そのシリンダ（１７）を車両の前方に向けて配置され、前記触媒（３６）が前記シリンダ（１７）の下方に配置され、前記上流側排気通路（３３）は、前記排気口（２１Ａ）に接続される基端部（３３Ａ）から下方に延びた後、後方、上方及び前方の順に湾曲し、前記エンジン（３）の側面視で前記基端部（３３Ａ）と重なる位置に至り、さらに後方に湾曲して前記触媒（３６）に接続されるように、前記シリンダ（１７）の下方で巻回され、前記エンジン（３）の側面視で前記触媒（３６）と重なることを特徴とするエンジンの排気浄化装置を提供する。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のエンジン排気浄化装置において、前記エンジン（３）の側面視で、前記シリンダ（１７）の軸線と前記触媒（３６）の中心軸線とが略平行であることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のエンジン排気浄化装置において、前記エンジン（３）は、そのシリンダ（１７）を車両の前方に向けて配置され、前記排気バルブ（４０）を駆動するアクチュエータ（４３）が、前記シリンダ（１７）の上方に配置され、前記排気バルブ（４０）が、前記シリンダ（１７）の下方に位置する前記上流側排気通路（３３）に設けられることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジン排気浄化装置において、前記副排気通路（４５）が、前記上流側排気通路（３３）よりも小径に形成されることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、冷機、低負荷時は上流側排気通路の排気バルブを閉じ、副排気通路の圧力を高めて副排気通路を流れる排気ガスのバイパス流量を増やし、触媒に高温ガスを当てて触媒の早期活性が図れる。また、暖機、高負荷時は排気バルブを開き、上流側排気通路の通路断面積を増やして排気効率を上げるとともに、副排気通路を流れる排気ガスの流量を減らし、また排気ガスが触媒に至るまでの距離を増やすことで、触媒の昇温を抑えて触媒を保護することができる。
また、シリンダに近い位置に触媒を配置することにより、エンジンからの排気ガスを、副排気通路から高温の状態で触媒に導くことができる。
また、巻回された上流側排気通路と触媒が側面視で重なるので、排気系をコンパクトに形成できる。

請求項２に記載の発明によれば、外観性を向上できる。

請求項３に記載の発明によれば、排気バルブと排気バルブを駆動するアクチュエータを、シリンダ上下に効率的に配置して省スペース化が図れる。

請求項４に記載の発明によれば、副排気通路を上流側排気通路よりも小径にすることで、排気バルブを開いた際の副排気通路を流れる排気ガスの流量を抑えられ、触媒の保護効果を高めることができる。

本発明の実施形態に係るエンジンの排気浄化装置を搭載した自動二輪車の左側面図である。図１の要部拡大図である。本実施形態に係るエンジンの排気浄化装置の後面図である。本実施形態に係るエンジンの排気浄化装置の下面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、以下で用いる図面において、矢印ＦＲは車両の前方を示し、矢印ＵＰは車両の上方を示し、矢印ＬＨは車両の左方を示している。

図１は本実施形態に係る装置を搭載した自動二輪車１を示している。自動二輪車１は、車両の基本骨格を形成する車体フレーム２と、車体フレーム２に懸架されたエンジン３と、車体フレーム２の前端部に操舵可能に設けられ前輪４を回動可能に支持する前輪懸架装置５と、車体フレーム２から後方に延ばされ後部に後輪６を回動可能に支持する後輪懸架装置７とを備えている。

車体フレーム２には、前輪懸架装置５を操舵可能に支持するヘッドパイプ８と、ヘッドパイプ８の下部から後斜め下方に延びる左右一対のメインフレーム９，９と、メインフレーム９，９の前部から下方に延びる左右一対のダウンフレーム１０，１０と、メインフレーム９，９の後端から下方に延びる左右一対のピボットフレーム１１，１１と、ピボットフレーム１１，１１の上部から後斜め上方に延びる左右一対のリヤフレーム１２，１２と、リヤフレーム１２，１２の下方に位置し、ピボットフレーム１１，１１とリヤフレーム１２，１２との間に架設される左右一対のリヤサポートフレーム１３，１３とが含まれている。

ヘッドパイプ８の上部とメインフレーム９，９との間には、後斜め下方に延びる左右一対のアッパサポートフレーム１４，１４が架設され、ダウンフレーム１０，１０の上下方向略中央領域とメインフレーム９，９との間には、後斜め上方に延びる左右一対のロアサポートフレーム１５，１５が架設されている。

前輪懸架装置５は、前輪４をその下部で支持する左右一対のフロントフォーク２５，２５と、フロントフォーク２５，２５の上端部に架設され、フロントフォーク２５，２５を連結するトップブリッジ２６と、トップブリッジ２６の下方においてフロントフォーク２５，２５に架設されるボトムブリッジ２７とを備え、ヘッドパイプ８に操舵可能に支持されている。トップブリッジ２６にはハンドルホルダー２８が固定され、ハンドルホルダー２８には操向ハンドルであるハンドルパイプ２９が設けられている。

後輪懸架装置７は、後輪６を後部で支持するスイングアーム３０を主として構成されている。スイングアーム３０はピボットフレーム１１，１１に上下方向に揺動可能に支持されている。

エンジン３は、クランクケース１６とクランクケース１６に立設されるシリンダ１７とを備え、メインフレーム９，９の下方においてクランクケース１６の長手方向を前後方向に沿わせると共に、シリンダ１７の軸線Ｌ１を斜め前上方に指向させるように配置されている。ダウンフレーム１０，１０の下部にはロアエンジンハンガ１８，１８が設けられ、ロアエンジンハンガ１８，１８によりシリンダ１７が支持されている。メインフレーム９，９の前後方向領域には下方に延びるアッパエンジンハンガ１９，１９が設けられ、アッパエンジンハンガ１９，１９によりクランクケース１６の上部が支持されている。クランクケース１６の後部はピボットフレーム１１，１１に支持されている。

クランクケース１６の後部にはピボットフレーム１１，１１を車幅方向外側から覆う左右一対のサイドパネル１６Ａ，１６Ａが固定され、サイドパネル１６Ａ、１６Ａは後斜め上方に延びている。サイドパネル１６Ａ，１６Ａの後端には、同乗者が足を載せるピリオンステップ１６Ｂ，１６Ｂが設けられている。

シリンダ１７は、クランクケース１６に結合されるシリンダブロック２０と，シリンダブロック２０に結合されるシリンダヘッド２１と、シリンダヘッド２１を覆うヘッドカバー２２とで構成されている。シリンダヘッド２１及びヘッドカバー２２は、左右のダウンフレーム１０，１０及びロアサポートフレーム１５，１５の間に位置する。

シリンダヘッド２１の下面には排気管２３が接続され、排気管２３の後端にはマフラー２４が接続され、マフラー２４は後輪６の右側方に位置する。ヘッドカバー２２の前方にはラジエータ３１が配置され、ラジエータ３１の側部下面に接続されたラジエータホース３２はシリンダヘッド２１に接続されている。

図２に示すように、排気管２３は、シリンダヘッド２１の下面に形成された排気口２１Ａに接続される上流側排気管３３と、上流側排気管３３に接続される筒状の触媒用チャンバ３４と、触媒用チャンバ３４に接続される下流側排気管３５とを備え、触媒用チャンバ３４内に触媒３６を収容して構成されている。触媒３６は、排気ガス中の炭化水素と一酸化炭素と酸化窒素等を酸化、還元反応によって除去するものであり、多孔質のハニカム構造体に白金、パラジウム、ロジウム等をコーティングして構成されている。

図２〜図４を参照し、上流側排気管３３は、シリンダヘッド２１の排気口２１Ａに接続される上流側端部３３Ａと触媒用チャンバ３４に接続される下流側端部３３Ｂとを有し、シリンダ１７の下方で巻回されている。詳細には、上流側排気管３３は、排気口２１Ａから車幅方向内側に向かいながら下方に延びた後、車幅方向外側に向かいながら後方に湾曲し、シリンダ１７の下方を通過した後にさらに湾曲し、下流側端部３３Ｂを後下方に開口させて触媒用チャンバ３４と結合する。

触媒用チャンバ３４は、図４に良く示すように、触媒３６を収容する円筒状のチャンバ本体３７と、チャンバ本体３７の上流側に位置し、上流側排気管３３の下流側端部３３Ｂに接続される概ねテーパー状の上流側接続部３８と、チャンバ本体３７の下流側に位置し、下流側排気管３５に接続される概ねテーパー状の下流側接続部３９とを一体的に有しており、図２に示すように側面視でシリンダ１７の下方に配置されている。

触媒用チャンバ３４は、内部に収容した触媒３６の中心軸線Ｌ２が上流側排気管３３から後斜め下方に向くように配置され、側面視で触媒３６の中心軸線Ｌ２はシリンダ１７の軸線Ｌ１に略平行であり、触媒用チャンバ３４はシリンダ１７に平行に延びている。さらに触媒３６は、側面視で上流側排気管３３と重なる位置にある。一方で、触媒用チャンバ３４の下流側接続部３９に接続する下流側排気管３５は、クランクケース１６の下方に位置し、クランクケース１６を横断して後方に延び、その後端でマフラー２４に接続される。

図２を参照し、側面視でシリンダ１７と触媒用チャンバ３４との間からは上流側排気管３３の一部が車幅方向外側に臨み、この領域には上流側排気管３３の排気通路を開閉させる排気バルブ４０が設けられている。図３に示すように、排気バルブ４０はバタフライバルブであり、車幅方向外側から上流側排気管３３を貫通する駆動軸４１Ａと、駆動軸４１Ａに固定され、円管状の上流側排気管３３の内部排気通路を開閉させる円板状のバルブ本体４１Ｂと、上流側排気管３３の外側で駆動軸４１Ａに連結し駆動軸４１Ａを回転させる伝達機構部４２とを有している。

伝達機構部４２は駆動軸４１Ａに固定されるプーリー等を含み、図２に示すように伝達機構部４２の上方に配置された駆動アクチュエータ４３から駆動力を付与される。駆動アクチュエータ４３は、シリンダ１７の上方に配置され、ロアサポートフレーム１５の上部に支持されており、側面視で排気バルブ４０と駆動アクチュエータ４３はシリンダ１７を挟んで対向した位置にある。駆動アクチュエータ４３からの駆動力は、伝達機構部４２と駆動アクチュエータ４３との間に接続された伝達ケーブル４４から伝達される。

排気バルブ４０が上流側排気管３３の排気通路を閉じた場合には、上流側排気管３３に設けられたバイパス管４５によって排気ガスが下流側に流される。図２、図４を参照し、上流側排気管３３は、排気バルブ４０をバイパスするように接続された本発明でいう副排気通路を構成するバイパス管４５を一体に備えている。バイパス管４５は、上流側排気管３３よりも小径に形成され、上流側排気管３３よりも通路断面積を小さく設定されている。

バイパス管４５の入口４６は、エンジン３の排気口２１Ａ近傍の上流側排気管３３の上流側に接続され、その出口４７は触媒用チャンバ３４の上流側接続部３８に接続されている。バイパス管４５の出口４７は、触媒３６の中心軸線Ｌ２からやや偏倚し、中心軸線Ｌ２に対して角度をもって触媒３６に向き合っている。バイパス管４５は上流側排気管３３の本流をショートカットするように接続されて上流側排気管３３に対して短く形成されている。なお、本発明でいう上流側排気通路は、本実施形態において上流側排気管３３及び触媒用チャンバ３４の上流側接続部３８に対応し、副排気通路はバイパス管４５に対応する。

以上に記載したエンジン３では、冷機、低負荷時は上流側排気管３３の排気バルブ４０を閉じ、バイパス管４５の圧力を高めてバイパス管４５を流れる排気ガスのバイパス流量を増やすことができる。このため、触媒３６に高温ガスを当てて触媒３６の早期活性を図ることができる。また、暖機、高負荷時は排気バルブ４０を開き、上流側排気管３３の通路断面積を増やして排気効率を上げるとともに、バイパス管４５を流れる排気ガスの流量を減らし、また排気ガスが触媒３６に至るまでの距離を増やすことができる。このため、触媒３６の昇温を抑えて触媒３６を保護することができる。

また、本実施形態では、触媒３６がシリンダ１７の下方に配置され、シリンダ１７に近い位置に触媒３６を配置しているため、エンジン３からの排気ガスをバイパス管４５から高温の状態で触媒３６に導くことができる。さらに、上流側排気管３３は、シリンダ１７の下方で巻回し、エンジン３の側面視で触媒３６と重ねることで、排気系のコンパクト化が図られている。さらに、エンジン３の側面視で、シリンダ１７の軸線Ｌ１と触媒３６の中心軸線Ｌ２とが略平行として、統一感を表出し外観性の向上が図られている。また、バイパス管４５は、上流側排気管３３よりも小径に形成し、排気バルブ４０を開いた際のバイパス管４５を流れる排気ガスの流量を抑え、触媒３６の保護効果を高めている。

以上で本発明の実施形態を説明したが本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、本発明を自動二輪車に適用した例を説明したが、本発明は自動三輪車等のエンジンを搭載する鞍乗り型車両全般に用いることができる。

また、上記実施形態では、上流側排気管３３を巻回する構成を説明したが、上流側排気管３３の通路長さがバイパス管４５の通路長さよりも長くなる関係であれば、このような形状でなくてもよく、例えば上流側排気管がＬ字状でバイパス管がＬ字状の端部間に接続されるような態様であってもよい。

３エンジン
１７シリンダ
２３排気管
３３上流側排気管（上流側排気通路）
３６触媒
４０排気バルブ
４３駆動アクチュエータ
４５バイパス管（副排気通路）

Claims

排気管（２３）と、該排気管（２３）途中に設けられ、排気ガスを浄化する触媒（３６）と、該触媒（３６）とエンジン（３）との間の前記排気管（２３）の上流側排気通路（３３）に設けられ該上流側排気通路（３３）を開閉する排気バルブ（４０）と、該排気バルブ（４０）をバイパスするように前記上流側排気通路（３３）に接続される、該上流側排気通路（３３）よりも通路断面積の小さい副排気通路（４５）と、を備えるエンジンの排気浄化装置であって、
前記副排気通路（４５）は、その入口が前記エンジン（３）の排気口（２１Ａ）近傍に接続されると共に、その出口が前記触媒（３６）の近傍に接続され、前記上流側排気通路（３３）に対し通路長さを短く形成され、
前記エンジン（３）は、そのシリンダ（１７）を車両の前方に向けて配置され、前記触媒（３６）が前記シリンダ（１７）の下方に配置され、
前記上流側排気通路（３３）は、前記排気口（２１Ａ）に接続される基端部（３３Ａ）から下方に延びた後、後方、上方及び前方の順に湾曲し、前記エンジン（３）の側面視で前記基端部（３３Ａ）と重なる位置に至り、さらに後方に湾曲して前記触媒（３６）に接続されるように、前記シリンダ（１７）の下方で巻回され、前記エンジン（３）の側面視で前記触媒（３６）と重なることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
前記エンジン（３）の側面視で、前記シリンダ（１７）の軸線と前記触媒（３６）の中心軸線とが略平行であることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置。
前記エンジン（３）は、そのシリンダ（１７）を車両の前方に向けて配置され、前記排気バルブ（４０）を駆動するアクチュエータ（４３）が、前記シリンダ（１７）の上方に配置され、
前記排気バルブ（４０）が、前記シリンダ（１７）の下方に位置する前記上流側排気通路（３３）に設けられ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浄化装置。
前記副排気通路（４５）は、前記上流側排気通路（３３）よりも小径に形成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浄化装置。