(57)【要約】【課題】エンジン周辺のスペースを圧迫することなく、中低速回転領域でのエンジントルクの不足を解消することのできるエンジンの排気システムを提供する。【解決手段】エンジンＥの排気システムＥＳは、エンジンＥからの排気ガスＧを導出する２本の排気管２１と、排気ガスＧを消音するマフラ２３と、排気ガスＧをマフラ２３に導入する導入管２９と、２本の排気管２１からの排気ガスＧを集合させて導入管２９に導入する集合管２７とを備えている。集合管２７は、導入管２９の内部に単一の出口６４を有し、この出口６４の通路面積Ｓ１が両排気管２１，２１の導出口２１ａ，２１ａの通路面積の合計Ｓ２よりも小さく、かつ、出口６４の位置における導入管２９の通路面積Ｓ３よりも小さく設定されている。【選択図】図５
2015081522.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンからの排気ガスを導出する２本の排気管と、
前記排気ガスを消音するマフラと、
前記排気ガスを前記マフラに導入する導入管と、
前記２本の排気管からの排気ガスを集合させて前記導入管に導入する集合管と、を備え、
前記集合管は、前記導入管の内部に単一の出口を有し、この出口の通路面積が両排気管の導出口の通路面積の合計よりも小さく、かつ、前記出口の位置における前記導入管の通路面積よりも小さく設定されているエンジンの排気システム。
【請求項２】
請求項１に記載のエンジンの排気システムにおいて、前記集合管は、前記２本の排気管の前記導出口が挿入される大径部から前記導入管の内部に挿入される小径部にかけて通路面積が徐々に小さくなっており、
前記大径部が前記導入管に連結されているエンジンの排気システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載のエンジンの排気システムにおいて、前記排気管の導出口を形成する下流端部が、これに嵌合されたアダプタ管を介して集合管に接続されているエンジンの排気システム。
【請求項４】
請求項１，２または３に記載のエンジンの排気システムにおいて、前記集合管の出口の通路面積が、前記排気管の導出口の面積の合計に対して、０．６〜０．９倍であるエンジンの排気システム。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載のエンジンの排気システムにおいて、前記集合管の出口の通路面積が、前記出口の位置における前記導入管の通路面積に対して、０．２〜０．５倍であるエンジンの排気システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の排気管を集合させたのちマフラに接続するエンジンの排気システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動二輪車の多気筒エンジンにおいて、複数の排気管を集合管で集合させたのち、集合管をマフラに接続し、マフラで排気を消音し外部へ排出するものがある（例えば、特許文献１）。このようなエンジンでは、一般に、エンジンの排気ポートから排気管が集合するまでの長さを揃えて、排気干渉を調節している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１６２６５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなエンジンでは、エンジンを加速する際に、中低速回転時にエンジントルクが不足することがあった。そこで、特許文献１では、集合管とマフラとの間に球状の膨張室を設け、低速域の加速時にトルクが不足するのを解消している。しかしながら、このような膨張室を設けるには、エンジン周辺にスペースを設ける必要がある。
【０００５】
本発明は、エンジン周辺のスペースを圧迫することなく、中低速回転領域でのエンジントルクの不足を解消することのできるエンジンの排気システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明のエンジンの排気システムは、エンジンからの排気ガスを導出する２本の排気管と、前記排気ガスを消音するマフラと、前記排気ガスを前記マフラに導入する導入管と、前記２本の排気管からの排気を集合させて前記導入管に導入する集合管とを備え、前記集合管は、前記導入管の内部に単一の出口を有し、この出口の通路面積が両排気管の導出口の面積の合計よりも小さく、かつ、前記出口の位置における前記導入管の通路面積よりも小さく設定されている。
【０００７】
この構成によれば、集合管の出口で通路面積を絞ることで排気ガスの流速を大きくして、回転位相の異なる２つの気筒の２本の排気管からの排気干渉を抑えることで排気ガスを交互に引き出し、排気効率を向上させることができる。さらに、通路面積を絞ったあと、導入管の内部で通路面積を急激に大きくして圧力低下を生じさせることで、排気管から排気を引き出す力が大きくなって、一層効果的に排気効率を向上させることで、中低速回転領域でのエンジントルクの不足を解消できるうえに、ピーク時のエンジン出力も向上させることができる。また、新たに部品を追加しないので、設置スペースを考慮する必要がなく、エンジン周辺のスペースを圧迫しない。
【０００８】
本発明において、前記集合管は、前記２本の排気管の前記導出口が挿入される大径部から前記導入管の内部に挿入される小径部にかけて通路面積が徐々に小さくなっており、前記大径部が前記導入管に連結されていることが好ましい。この構成によれば、排気管からの排気ガスが集合管内で大径部から小径部にかけて円滑に流れる。また、導入管と集合管とが大径部で連結されるので、導入管と集合管とを強固に連結できる。
【０００９】
本発明において、前記排気管の導出口を形成する下流端部が、これに嵌合されたアダプタ管を介して集合管に接続されていることが好ましい。この構成によれば、異なる外径を有する排気管に対して、マフラを共用できる。
【００１０】
本発明において、前記集合管の出口の通路面積が、前記排気管の導出口の面積の合計に対して、０．６〜０．９倍であることが好ましく、より好ましくは、０．７０〜０．８５倍である。０．６倍未満であると、排気通路の絞りが強くなり過ぎて圧力抵抗が増大する。０．９倍を超えると、排気干渉を抑える効果が低下して、十分な排気効率が得られない。
【００１１】
本発明において、前記集合管の出口の通路面積が、前記出口の位置における前記導入管の通路面積に対して、０．２〜０．５倍であることが好ましく、より好ましくは、０．３〜０．４倍である。０．２倍未満であると、前述のとおり、集合管の出口の通路面積はさほど小さくできないから、導入管の内径が大きくなって導入管が大形化する。０．５倍を超えると、圧力低下が小さくなって十分な排気効率が得られない。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のエンジンの排気システムによれば、集合管の出口で通路面積を絞ることで流速を大きくして排気干渉を抑制して、排気効率を向上させることができる。さらに、通路面積を絞ったあと、導入管の内部で通路面積を急激に大きくして圧力低下を生じさせることで、さらに効果的に排気効率を向上させることで、中低速回転領域でのエンジントルクの不足を解消できるうえに、ピーク時のエンジン出力も向上させることができる。また、新たに部品を追加しないので、設置スペースを考慮する必要がなく、エンジン周辺のスペースを圧迫しない。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態に係るエンジンの排気システムを備えた自動二輪車を示す側面図である。
【図２】同排気システムを示す正面図である。
【図３】同排気システムを示す側面図である。
【図４】同排気システムのマフラを示す断面図である。
【図５】同排気システムにおける導入管と集合管との連結部を示す断面図である。
【図６】同排気システムを用いたエンジンと従来のエンジンにおけるエンジン回転数に対する出力／トルクを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。本明細書において、「左側」および「右側」は、車両に乗車した運転者から見た左右側をいう。
【００１５】
図１は本発明の一実施形態に係るエンジンの排気システムを備えた自動二輪車の側面図である。同図に示す自動二輪車は、車体フレームＦＲの前半部を構成するメインフレーム１の前端にフロントフォーク２が支持され、このフロントフォーク２の下端に前輪３が、フロントフォーク２の上端にハンドル４がそれぞれ取り付けられている。メインフレーム１の後端下部には、スイングアームブラケット６が設けられ、このスイングアームブラケット６に、スイングアーム７の前端がピポット軸（図示せず）を介して上下揺動自在に軸支されている。このスイングアーム７の後端に後輪８が取り付けられている。
【００１６】
前記メインフレーム１の後部に連結されたシートレール９が車体フレームＦＲの後半部を構成している。メインフレーム１の下部にはエンジンＥが取り付けられ、このエンジンＥの前方にラジエータ１０が配置されている。この自動二輪車は、前記エンジンＥによりチェーン１１を介して後輪８を駆動するとともに、前記ハンドル４で操向するように構成されている。
【００１７】
前記シートレール９にはライダー用シート１２と同乗者用シート１３とが支持されている。前記メインフレーム１の上部、つまり、車体上部で、前記ハンドル４とライダー用シート１２との間には、燃料タンク１４が取り付けられている。また、車体前部には前照灯１７が装着されている。
【００１８】
エンジンＥは２気筒４サイクルエンジンであり、シリンダヘッド１９の前面の排気ポート２０に、２本の排気管２１が接続されている。これら２本の排気管２１が、エンジンＥの下方の集合部２２で集合され、エンジンＥの後面と後輪８との間に配置されたマフラ２３に接続されている。
【００１９】
集合部２２は、２つの排気管２１の各下流端部２１ａを、集合管２７を介して単一の導入管２９に接続した構成になっている。導入管２９の後端は、マフラ２３の内部に設けられた入口管２６（図４）に溶接により連結されている。つまり、導入管２９は、入口管２６を介してマフラーケース３０に固定されている。この導入管２９には、これに導入された排気ガスＧ中の酸素の含有量を検出する排気成分検出センサ３１が取り付けられている。
【００２０】
本実施形態では、排気管２１は、その下流端部２１ａに嵌合されたアダプタ管２８を介して集合管２７に接続されている。アダプタ管２８は、排気管２１の下流端部２１ａの外径と集合管２７の入口（上流端）の内径とが異なる場合に両者を接続するためのもので、このようなアダプタ管２８を設けることにより、様々な外径の排気管に対して、つまり、様々な排気量のエンジンに対して共通の集合部を使用できる。本実施形態では、アダプタ管２８により排気管２１が拡径されている。排気管２１とアダプタ管２８、およびアダプタ管２８と集合管２７とは、溶接により固着されている。これら排気管２１、集合部２２およびマフラ２３で本発明の排気システムＥＳを構成している。
【００２１】
図２はエンジンＥの排気システムＥＳを示す正面図、図３はその側面図である。図２に示すように、排気管２１は、排気ポート２０（図１）から下方に向かって左右方向（車幅方向）に大きく湾曲しながら延びたのち、集合部２２の集合管２７の前面に接続されている。２本の排気管２１，２１は、中間部において連通管２５により互いに連通している。排気管２１およびアダプタ管２８はステンレス製のパイプからなり、集合管２７および導入管２９は、これを径方向に２つ割りしたステンレス製の管半体を互いに溶接して結合した構成になっている。
【００２２】
図３に示すように、マフラーケース３０の上部に取付金具３０ａが溶接により固着されており、この取付金具３０ａを介してマフラーケース３０がボルト（図示せず）によりメインフレーム１（図１）の下端に固定されている。
【００２３】
図４は前記マフラ２３の平面断面図である。マフラーケース３０は、前後両端が開口した筒部３２と、この筒部３２の前後両端の開口を閉止する前側端板３３および後側端板３４とを備えており、これら筒部３２と前後両側の端板３３，３４とが溶接により一体化されている。
【００２４】
前記マフラーケース３０の内部は、内筒３５の内周面に固着された２枚の隔壁板４０，４１により区画されて、３つの第１〜第３の膨張室４３，４４，４５が形成されている。これら第１〜第３の膨張室４３，４４，４５は、第１および第２連通管５４，５６を介してこの順序でつながっており、最上流の第１の膨張室４３がマフラーケース３０の最後部に、これの下流側の第２の膨張室４４がマフラーケース３０の最前部に、それぞれ配置され、これら両膨張室４３，４４の間に第３の膨張室４５が配置されている。さらに、第３の膨張室４５と外部とを連通する出口管５８が、隔壁板４１および後側端板３４を貫通した状態で、隔壁板４１および後側端板３４に支持されている。
【００２５】
また、マフラーケース３０の内部には、排気ガスＧをマフラーケース３０内に導入する前記入口管２６が、前側端板３３および２枚の隔壁板４０，４１に、それぞれを貫通した状態で支持されている。この入口管２６は、その上流端が、前記導入管２８の後端に接続されている。入口管２６は、前側端板３３の左側部を貫通している。前側端板３３の右側部に、貫通孔からなる開口３３ａが形成され、この開口３３ａに、カップ状の拡張ケース４２が接続されている。この拡張ケース４２により、第２の膨張室４４の拡張部４４ａが形成されている。
【００２６】
入口管２６の内部には、上流側の第１の触媒コンバータ５１と下流側の第２の触媒コンバータ５２とが装着されている。入口管２６の下流端部に、複数のパンチング孔２６ａが形成されている。
【００２７】
図５は、導入管２９と集合管２７との連結部を示す断面図である。集合管２７は、アダプタ管２８を介して２本の排気管２１の導出口５８を形成する下流端部２１ａが挿入される大径部６０と、導入管２９の内部に挿入される小径部６２とを有し、大径部６０から小径部６２にかけて通路面積が徐々に小さくなっている。この大径部６０において、集合管２７が、導入管２９の上流端部２９ａに溶接により固着されている。
【００２８】
集合管２７は、導入管２９の内部に単一の出口６４を有し、図３に示す出口６４の通路面積Ｓ１が、両排気管２１，２１の導出口５８，５８の通路面積の合計Ｓ２よりも小さく（Ｓ２＞Ｓ１）、かつ、出口６４の位置Ｐにおける導入管２９の通路面積Ｓ３よりも小さく設定されている（Ｓ３＞Ｓ１）。
【００２９】
集合管２７の出口６４の通路面積Ｓ１は、排気管２１の導出口２１ａの通路面積の合計Ｓ２よりも小さくなっており、排気ガスＧの排気通路は集合管２７内で絞られている。ここで、Ｓ１＝（０．６〜０．９）Ｓ２であることが好ましく、より好ましくは、Ｓ１＝（０．７０〜０．８５）Ｓ２である。また、通路面積Ｓ１は、出口６４の位置Ｐにおける導入管２９の通路面積Ｓ３よりも十分小さくなっており、出口６４を出た排気ガスＧが膨張して、その圧力が低下するようになっている。ここで、Ｓ１＝（０．２〜０．５）Ｓ３であることが好ましく、より好ましくは、Ｓ１＝（０．３〜０．４）Ｓ３である。
【００３０】
通路面積Ｓ１が、通路面積Ｓ２の０．６倍未満であると、排気通路の絞りが強くなり過ぎて圧力抵抗が増大する。０．９倍を超えると、排気干渉を抑える効果が低下して、十分な排気効率が得られない。また、通路面積Ｓ１が、通路面積Ｓ３の０．２倍未満であると、前述のとおり、集合管２７の出口６４の通路面積Ｓ３はさほど小さくできないから、導入管２９の内径が大きくなって導入管２９が大形化する。０．５倍を超えると、圧力低下が小さくなって十分な排気効率が得られない。
【００３１】
図１のエンジンが始動すると、図３の排気ガスＧが排気管２１から導出され、集合部２２で合流する。図５の集合部２２において、集合管２７に導かれた排気ガスＧは、アダプタ管２８で若干膨張されたのち集合管２７に流入し、集合管２７の小径部６２でいったん絞られたのち、導入管２９の内部に導出され、膨張する。
【００３２】
導入管２９に導かれた排気ガスＧは、図４のマフラ２３の入力管２６に導入され、入力管２６から第１および第２の触媒コンバータ５１，５２を通過したのち、第１の膨張室４３に導かれ、この第１の膨張室４３内で膨張する。
【００３３】
さらに、排気ガスＧは、第１の膨張室４３から、第１連通管５４、第２の膨張室４４、第２連通管５６、第２の膨張室４４および第３の膨張室４５へと流動することで、収縮と膨張を繰り返してエネルギを消耗し、騒音が十分に低減される。第３の膨張室４５内に導かれた排気ガスＧは、出口管５８を通ってマフラ２３の外部に排出される。
【００３４】
上記構成において、図３の集合管２７の出口６４で通路面積Ｓ１を絞ることで排気ガスＧの流速を大きくして、２本の排気管２１からの排気干渉を抑えることで排気ガスＧを交互に引き出し、排気効率を向上させることができる。さらに、通路面積Ｓ１を絞ったあと、導入管２９の内部で通路面積Ｓ３を急激に大きくして圧力低下を生じさせることで、排気管２１から排気を引き出す力が大きくなって、一層効果的に排気効率が向上する。また、新たに部品を追加しないので、設置スペースを考慮する必要がなく、エンジン周辺のスペースを圧迫しない。
【００３５】
図６は、本実施形態の排気システムＥＳを用いたエンジンと従来のエンジンにおけるエンジン回転数に対する出力／トルクの値をシミュレーションで求めたものである。同図から明らかなように、従来のエンジンでは、低速回転時および中速回転時時に、出力およびトルクが低下し、グラフに谷ができている。これに対し、本実施形態の排気システムＥＳを用いたエンジンでは、これらの谷が解消されているうえに、ピーク時の出力が向上している。
【００３６】
図５に示すように、集合管２７は、大径部６０から６２小径部にかけて通路面積が徐々に小さくなっており、大径部６０が導入管２９に連結されている。これにより、排気管２１からの排気ガスＧが集合管２７内で大径部６０から小径部６２にかけて円滑に流れる。また、導入管２９と集合管２７とを大径部６０で連結することで、導入管２９と集合管２７とを強固に連結できる。
【００３７】
また、排気管２１の下流端部２１ａが、アダプタ管２８を介して集合管２７に接続されているので、異なる外径を有する排気管に対して、マフラ２３を共用できる。
【００３８】
本発明は、以上の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。例えば、本発明は４気筒のエンジンにも適用でき、その場合、４本の排気管が２本に集合する上流側の集合部の下流側に、２本に集合された管をさらに１本に集合する下流側の集合部を設け、この下流側の集合部に本発明を適用する。また、上記実施形態では、自動二輪車に搭載されるエンジンについて説明したが、自動二輪車以外の車両、船舶等のエンジンにも適用可能で、さらに、地上設置のエンジンにも適用できる。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００３９】
２１  排気管
２１ａ  導出口（排気管の下流端部）
２３  マフラ
２７  集合管
２８  アダプタ管
２９  導入管
５８  導出口
６０  集合管の大径部
６２  集合管の小径部
６４  集合管の出口
Ｅ  エンジン
ＥＳ  排気システム
Ｇ  排気ガス
Ｓ１  集合管の導出口の面積
Ｓ２  排気管の出口の通路面積
Ｓ３  出口の位置における導入管の通路面積
【図１】
2015081522.tif 000003
【図２】
2015081522.tif 000004
【図３】
2015081522.tif 000005
【図４】
2015081522.tif 000006
【図５】
2015081522.tif 000007
【図６】
2015081522.tif 000008