(57)【要約】【課題】【解決手段】ヘッダパイプ（１）と、チャンバ（１４）と、マフラ（１５）と、エンジンの排気ポートへの連結に適用されている前記ヘッダパイプの排気フランジ（１２）の一端および前記マフラ（１５）に連結されている他端と、を備え、前記チャンバ（１４）は、排気フランジ（１２）と前記マフラ（１５）との間で、前記ヘッダパイプの長さに沿った前記排気フランジ（１２）の面からのヘッダパイプの伸開長の好ましくは４０％から６０％の位置に連結されている、単気筒４ストローク火花点火エンジンのトルク特性を改善するための排気システム。【選択図】図４
2008509324.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単気筒４ストローク火花点火エンジンのトルク特性を向上するための排気システムにおいて、
ヘッダパイプ（１）と、を備え、
チャンバ（１４）及びマフラ（１５）と、
前記ヘッダパイプの排気フランジ（１２）の一端がエンジン排気ポートへの連結され、他端が前記マフラ（１５）に連結され、
前記チャンバ（１４）は、排気フランジ（１２）の一端と前記マフラ（１５）との間で、前記ヘッダパイプの長さに沿った前記排気フランジ（１２）の面からの前記ヘッダパイプの伸開長の好ましくは４０％から６０％の間の地点に連結される、
排気システム。
【請求項２】
請求項１に記載の単気筒４ストローク火花点火エンジンのトルク特性を向上するための排気システムにおいて、
前記チャンバ（１４）は、連結管（１３）で前記ヘッダパイプ（１）に連結されている、排気システム。
【請求項３】
請求項２に記載の単気筒４ストローク火花点火エンジンのトルク特性を向上するための排気システムにおいて、
前記ヘッダパイプ（１）は、エンジン排気ポートに連結された第１端（１２）を有するフロントヘッダパイプ（１１）と、前記マフラ（１５）に連結されたリアヘッダパイプ（１７）とを備え、
前記フロントヘッダパイプ（１１）及び前記リアヘッダパイプ（１７）は、前記チャンバ（１４）が連結管（１３）により取り付けられた結合管（１６）に相互連結されている、排気システム。
【請求項４】
請求項１ないし３の何れかに記載の単気筒４ストローク火花点火エンジンのトルク特性を向上するための排気システムにおいて、
前記排気システムは、２輪又は３輪の車両に適用される、排気システム。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れかに記載の単気筒４ストローク火花点火エンジンのトルク特性を向上するための排気システムにおいて、
前記チャンバ（１４）はエンジンの下方に配置される、排気システム。
【請求項６】
請求項１ないし５の何れかに記載の単気筒４ストローク火花点火エンジンのトルク特性を向上するための排気システムにおいて、
前記チャンバ（１４）は、その垂直寸法がその水平寸法よりもかなり小さい平坦な形状を有する、排気システム。
【請求項７】
請求項１ないし６の何れかに記載の単気筒４ストローク火花点火エンジンのトルク特性を向上するための排気システムにおいて、
前記チャンバ（１４）は、薄板金属で形成され、所定の容積を有する、排気システム。
【請求項８】
請求項１ないし７の何れかに記載の単気筒４ストローク火花点火エンジンのトルク特性を向上するための排気システムにおいて、
前記チャンバ（１４）は、上部半分と下部半分とを有して、形状において矩形であり、前記２つの半分が互いに結合して密閉容積を形成している、排気システム。
【請求項９】
請求項１ないし８の何れかに記載の単気筒４ストローク火花点火エンジンのトルク特性を向上するための排気システムにおいて、
前記チャンバ（１４）が前記連結管（１３）に取り付けられ、前記チャンバの下部壁が前記連結管よりも高くなり、これにより、凝縮水が前記チャンバから前記連結管に排出可能である、排気システム。
【請求項１０】
請求項１ないし９の何れかに記載の単気筒４ストローク火花点火エンジンのトルク特性を向上するための排気システムにおいて、
前記チャンバ（１４）は、グランドクリアランスを保ちつつ、前記車両の幅を超えて延びないように、前記エンジンの下方に水平に配置されている、排気システム。
【請求項１１】
請求項１ないし１０の何れかに記載の単気筒４ストローク火花点火エンジンのトルク特性を向上するための排気システムにおいて、
前記連結管（１３）には、排気ガスのサンプリングを可能とする目的でニップル（１９）が備えられている、排気システム。
【請求項１２】
請求項３に記載の単気筒４ストローク火花点火エンジンのトルク特性を向上するための排気システムにおいて、
前記結合管（１６）には、排気ガスのサンプリングを可能とする目的でニップル（１９）が備えられている、排気システム。
【請求項１３】
請求項１ないし１２の何れかに記載の単気筒４ストローク火花点火エンジンのトルク特性を向上するための排気システムにおいて、
強度面の考慮から、前記ブラケット（１８）が前記チャンバ（１４）と前記リアヘッダパイプ（１７）との間に設けられている、排気システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単気筒４ストローク火花点火エンジンの改善された排気システムに関する。
本発明は、向上された性能を実現する、車両において使用される単気筒４ストローク火花点火エンジンの排気システムにおける改善に関する。
【０００２】
より具体的には、本発明は、より低いエンジン速度でのエンジンのトルク生成における改善を可能とする。例えば、本出願人は、典型的に通常の車両の運転領域である３０００〜５０００ＲＰＭの範囲のエンジン速度でトルクの改善が成され、しかもより高速のエンジン速度で、なお高いパワー出力を達成する、本発明を利用したエンジンを設計した。この発明は、２及び３輪の車両に主動力源として使用されるエンジンに特に有用である。説明の簡素化のために、本明細書における“車両”への言及は、単気筒、４ストローク、火花点火エンジンへの言及ととられるべきであり、本明細書における‘エンジン’への言及は、単気筒、４ストローク、火花点火エンジンを意味するものとする。
【背景技術】
【０００３】
車両は、一般に、エンジンの所望の性能特性を達成し、エンジンからの燃焼のノイズを低減し、空気−燃料混合物の燃焼の生成物が定義された方向で大気中に放出するようにするために、排気システムが装備されている。例えば、単純なオートバイ排気システムは、ヘッダパイプと、マフラと、必要であれば、ガード又はヒートシールドとから成る。ヘッダパイプは、単一の直径または、異なる直径の１又は複数の段を伴う。排気システムの一端はエンジンの排気ポートに取り付けられ、他端は車両の後部に存在する。排気システムは、オートバイの中の利用可能な空間内で整理されてまとめられている。
【０００４】
上述のエンジンのための従来の排気システムで経験される困難の１つは、排気システムが所望の性能レベルを達成するように設計される場合、低速での利用可能なトルクと高速での性能との間の適切な妥協が困難であることである。それゆえ、より良い性能、特に、高いエンジンスピードでの最大ネット出力を達成するには、低いエンジン速度でのより良いトルク利用可能性を犠牲にすることがしばしば必要である。
【０００５】
さらにもう一つの困難は、性能の向上は、好ましくなく、また法定制限を超える可能性のあるノイズレベルの増大を通常伴うことである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記問題の少なくとも幾つかを克服するために、出願人は、高トルクが低エンジン速度で生成され、しかもなお高エンジン速度での所望のエンジン性能及びトルクを保持し、また所望のノイズレベルを維持する、排気システムを発明した。これは、所定容積のチャンバを排気システムのヘッダパイプ（段状又はその他）にその外側から、前記ヘッダパイプの長さに沿った排気フランジの面からのヘッダパイプの伸開長の好ましくは４０％から６０％の地点で、直接又は連結管を介して、連結することにより達成される。好ましくは、チャンバの配置は、オートバイの利用可能な空間内に、グランドクリアランス(ground clearance)を犠牲にすることなくそれを収容するように選択される。
【０００７】
通常、典型的な公知のエンジンが８０００ＲＰＭで最大ネット出力を持つように調整されると、良好なエンジンは６０００ＲＰＭでピークトルクを達成する。この場合、３５００ＲＰＭでのトルクは、上記ピークトルクより概ね１５％低くなるであろう。これは、より高いエンジン速度での良好な性能を与えながらも、低いエンジン速度での貧弱な車両操作性を招く。反対に、エンジンがより低い速度、例えば５０００ＲＰＭでピークトルクを達成するように調整されると、ピーク出力は概ね７０００ＲＰＭで発生するが、通常より
小さい値である。同一の車両ギア比を使用した比較に基づけば、これは、そのようなエンジンを持つ車両は、良好な低速操作性を持つが、貧弱な高速性能を持つであろうことを意味する。
【０００８】
このエンジンのより良好な性能を達成するために、本出願人の本発明に係る改善された排気システムは、少なくとも２つのトルクピークがトルク対エンジン速度の関係において生成されることを可能にする。
【０００９】
本発明のある実施形態では、トルクピークの１つが概ね４５００エンジンＲＰＭで、２番目が６０００エンジンＲＰＭで発生する。そのような応用では、排気システムが、３５００ＲＰＭでのトルク利用可能性を６０００ＲＰＭでのピークトルクの５％内にし得ることが見出された。
【００１０】
本発明に係る改善された排気システムは、排気システムのパルス同調の原理に基づいて動作する。所定容積のチャンバは、直接または所定の直径及び長さの管を介して、排気フランジの面からヘッダパイプの全伸開長の好ましくは４０％から６０％の範囲の伸開距離において、ヘッダパイプに連結されている。２つのトルクピークは、ヘッダパイプの端における圧力波の反射とチャンバ口での圧力波の反射との組み合わせにより生成される。
【００１１】
過去には、様々な発明が、排気システムの分野において実行された。しかしながら、それらの教示は本発明とは極めて異なる、例えば。
１）ＵＳ４７７９４１５：ノイズ抑制の目的のための多気筒エンジンの排気マニホールド    に取り付けられたヘルムホルツ共鳴装置(Helmholtz resonator)の使用を図示してい    る。多気筒エンジンは、単気筒エンジンに比較して、かなり異なる排気ガス動特性に    従う。多気筒エンジンのオーバラップする排気波動は、排気調整効果の機会を作るが    、これは単気筒エンジンには利用できない。
２）ＪＰ１１−０６２５４７：システム共鳴を静寂化する、ヘルムホルツ共鳴装置を用い    た共鳴効果による特定周波数の波動を生成することを教示する、エンジン排気システ    ムにおけるヘルムホルツ共鳴装置の使用を図示している。上記場合に関しては、その    教示もまた多気筒エンジンの応用を参照して図示されている。
【００１２】
それゆえ、これらの特許には、本出願人の教示とは明らかに相反して、トルク向上及び単気筒エンジンに対する特別な要求に向けた教示はない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
ここで、本発明は、本明細書に添付された以下の図面を参照して詳述される。
一実施形態では、本発明に係る改善された排気システムは、小ヘッダパイプ（１１）と、排気フランジ（１２）と、連結管（１３）と、チャンバ（１４）と、管（１６）と、大ヘッダパイプ（１７）と、ニップル（１９）と、ワッシャ（２０）と、ボルト（２１）と、ブラケット（１８）とから成る。
【００１４】
図１、１Ａ及び１Ｂは、従来技術による典型的な排気システム及びその配置を図示している。それは、一端がフランジ（２）に組み付けられたヘッダパイプ（１）から成る。フランジ（２）は、適切なボルト又はスタッド及びナットを用いて、エンジンのシリンダヘッド（図示せず）に連結されている。ヘッダパイプの他端は、マフラ（３）に溶接されるか、組み付けられている。シリンダヘッドからの排気ガスは、前記ヘッダパイプ、次にマフラに導かれ、その後大気に放出される。マフラに設けられたヒートシールド（４）は、乗り手及び後部座席を排気システムの熱から保護する。この排気システムは、良く知られており、詳細な説明を必要としない。
【００１５】
図２は、従来技術に係る排気システムに取り付けられた典型的なエンジンの典型的なワイドオープンスロットル−トルク曲線を図示している。この曲線から、ピークトルクが６５００エンジンＲＰＭ付近で発生していることが分かる。図３、３Ａ、３Ｂ及び４は、チャンバ（１４）と、前記チャンバを管（１６）に連結する連結管（１３）と、フロントヘッダパイプ（１１）とリアヘッダパイプ（１７）との間に位置する前記管（１６）と、排気フランジ（１２）が設けられたフロントヘッダパイプ（１１）とを備えた本発明に係る改善された排気システムを図示しており、前記リアヘッダパイプ（１７）はマフラ（１５）に連結されている。
【００１６】
フロントヘッダパイプ（１１）とリアヘッダパイプ（１７）との間の中間コネクタとして管（１６）を使用する代替として、図１に示すように、連結管（１３）が直接ヘッダパイプ（１）に溶接されることが可能である。
【００１７】
前記連結管（１３）及び前記チャンバ（１４）をヘッダパイプ（１）に連結する代替として、図１に示すように、前記チャンバ（１４）が直接ヘッダパイプ（１）に溶接されることが可能である。
【００１８】
図３、３Ａ、３Ｂ及び４に示すように、ヘッダパイプ（１）はフロントヘッダパイプ（１１）とリアヘッダパイプ（１７）のように分岐する。エンジン排気系及び前記マフラに連結する前記フロント及びリアヘッダパイプの端は、ヘッダパイプ（１）と同一である。前記フロントヘッダパイプ（１１）の伸開長は、エンジン出力、様々なエンジン回転数でのトルク要求、パイプの直径等のようなパラメータを考慮して決定される。チャンバ（１４）の取り付けを強化するために、チューブ（１６）がリアヘッダパイプ（１７）と前記チャンバ（１４）とを結合して溶接される。マフラ（１５）は、リアヘッダパイプ（１７）に連結されている。前記連結管（１３）は、前記ヘッダパイプの長さに沿った前記排気フランジ（１２）の面からの、ヘッダパイプの伸開長（それは、フロント及びリアヘッダパイプと連結管との結合長である）の好ましくは４０％から６０％の地点に設けられている。連結管（１３）又は管（１６）には、ニップル（１９）が設けられる。ニップルの他端は、ねじ切りされており、ワッシャ（２０）及びボルト（２１）により閉鎖されている。前記ワッシャ及びボルトは、適切な機器により排気ガス放出の値の便利な測定を可能にさせるために取り除くことができる。ブラケット（１８）が、強度面の考慮からチャンバ（１４）とリアヘッダパイプの間に設けられる。
【００１９】
チャンバ（１４）は、所定容積を有し、溶接結合された２つの薄板金属半分から成る。好ましくは、補強ディンプル（２５）がチャンバ１４）の上面（２４）に加えられているので、剛性が提供され、この面により引き起こされるノイズを低減する。本発明の追加の好ましい特徴は、チャンバ（１４）の底面（２６）の配置が若干高く連結管１３に向かって下方に傾斜していることである。これは、蓄積された水分がチャンバ（１４）から排気システムに戻るように排出することを可能にする。
【００２０】
連結管（１３）の長さは、トルク特性改善の所望の結果が達成されるように選択され、前記チャンバは、グランドクリアランスを犠牲にすることなく、オートバイの下方において利用可能な空間に良好に配置される。これは、設計上の極めて簡単な事項であり、ある場合には、非発明的な試行錯誤で容易に決定される。
【００２１】
図３Ａ及び３Ｂは、典型的なそのような配置を図示している。チャンバの形状及び構造は、オートバイ上での配置に伴って変化する。
図５は、本発明の実施形態に係る排気システムに取り付けられたエンジンの典型的なワイドオープンスロットルのトルク性能曲線を、エンジン速度（ＲＰＭ）に関して図示している。これによれば、エンジンの性能にとって重要な７０００ＲＰＭを超えるエンジン速度での元々のトルクを実質的に維持しつつ、典型的なオートバイの通常の車両運転領域である３０００から５０００ＲＰＭの速度範囲の間におけるエンジンのトルクが実質的に向上したことが観察される。本出願人は、十分な試験を実行し、３０００から５０００ＲＰＭの間の速度範囲での典型的なエンジンのトルクにおける改善は、５％から７％のオーダであることを結論付けた。また、この車両は、ノイズレベルの法定の要求を満足する。
【００２２】
ここで述べられ、添付された図面に図示され、本発明の範囲から逸脱せずに十分に当業者の知識の範囲内での変形物、改善物を持つ、車両のための改善された排気システムは、本発明及びその実施形態の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】従来技術に係る典型的なエンジンの排気システムである。
【図１Ａ】従来技術に係るオートバイにおける典型的な排気システムの配置の上面図である。
【図１Ｂ】従来技術に係るオートバイにおける典型的な排気システムの配置の側面図である。
【図２】従来技術に係る典型的なエンジンのトルク曲線である。
【図３】本発明に係るチャンバを組み込んだ排気システムである。
【図３Ａ】本発明に係るオートバイにおける典型的な排気システムの配置の上面図である。
【図３Ｂ】本発明に係るオートバイにおける典型的な排気システムの配置の側面図である。
【図４】本発明に係るエンジンの排気システムのヘッダパイプにチャンバを結合する詳細である。
【図５】本発明に係る改善された排気システムに取り付けられたエンジンの典型的なトルク曲線である。
【図１】
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【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年2月8日(2007.2.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンのトルク特性を向上するための排気システムにおいて、
前記エンジンの排気ポートに連結された第１端（１２）を有する排気マニホールドと、
チャンバ（１４）と、
マフラ（１５）と、
前記排気マニホールドの前記第１端（１２）と前記マフラ（１５）とを連結するヘッダパイプ（１）とを備え、
前記エンジンは単気筒４ストロークエンジンであり、前記チャンバ（１４）は、前記ヘッダパイプ（１）に連結された、エンジントルク向上チャンバ（１４）であり、前記ヘッダパイプ（１）の外部で、前記排気マニホールドの前記第１端（１２）と前記マフラ（１５）の間において、前記ヘッダパイプ（１）の長さに沿う所定の地点に位置している、
排気システム。
【請求項２】
請求項１に記載の排気システムにおいて、前記チャンバ（１４）は、前記ヘッダパイプの長さに沿う４０％と６０％との間の地点で前記排気マニホールドに連結されている、排気システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の排気システムにおいて、
前記ヘッダパイプ（１）は、前記排気マニホールドの前記第１端（１２）に連結されたフロントヘッダパイプと、前記マフラ（１５）に連結されたリアヘッダパイプ（１７）とを備え、
前記フロントヘッダパイプ（１１）及び前記リアヘッダパイプ（１７）は、前記チャンバ（１４）が連結管（１３）により取り付けられた結合管（１６）に相互連結されている、排気システム。
【請求項４】
請求項１ないし３の何れかに記載の排気システムにおいて、
前記排気システムは、２又は３輪の車両に適用される、排気システム。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れかに記載の排気システムにおいて、
前記排気システムは２輪の車両に適用され、前記車両は該車両の縦軸に沿って整合された車輪を有しており、エンジンが前記車輪の間に配置されており、前記チャンバ（１４）が前記エンジンの下方に配置されている、排気システム。
【請求項６】
請求項１ないし５の何れかに記載の排気システムにおいて、
前記チャンバ（１４）は、その垂直寸法がその水平寸法よりもかなり小さい平坦な形状を有する、排気システム。
【請求項７】
請求項１ないし６の何れかに記載の排気システムにおいて、
前記チャンバ（１４）は、所定の容積を有する薄板金属で形成され、排気システム。
【請求項８】
請求項１ないし７の何れかに記載の排気システムにおいて、
前記チャンバ（１４）は、上部半分と下部半分とを有して、形状において矩形であり、前記２つの半分が互いに結合して密閉容積を形成している、排気システム。
【請求項９】
請求項１ないし８の何れかに記載の排気システムにおいて、
前記チャンバ（１４）が前記連結管（１３）に取り付けられ、前記チャンバの下部壁が前記連結管（１３）よりも高くなり、これにより、凝縮水が前記チャンバから前記連結管（１３）に排出可能である、排気システム。
【請求項１０】
請求項１ないし９の何れかに記載の排気システムにおいて、
前記チャンバ（１４）は、グランドクリアランスを保ちつつ、前記車両の幅を超えて延びないように、前記エンジンの下方に水平に配置されている、排気システム。
【請求項１１】
請求項１ないし１０の何れかに記載の排気システムにおいて、
前記連結管（１３）には、排気ガスのサンプリングを可能とするニップルが備えられている、排気システム。
【請求項１２】
請求項３に記載の排気システムにおいて、
前記結合管（１６）には、排気ガスのサンプリングを可能とするニップルが備えられている、排気システム。
【請求項１３】
請求項３に記載の排気システムにおいて、
補強ブラケット（１８）が前記チャンバ（１４）と前記リアヘッダパイプ（１７）との間に設けられている、排気システム。
【請求項１４】
請求項１又は２に記載の排気システムにおいて、
前記チャンバ（１４）は、前記連結管（１３）により前記ヘッダパイプ（１）に連結されており、トルク向上は連結管（１３）の長さに依存する、排気システム。
【請求項１５】
請求項１４に記載の排気システムにおいて、
前記チャンバ（１４）は、前記連結管（１３）により前記ヘッダパイプ（１）に連結されており、トルク向上は連結管（１３）の長さ、直径及び配置に依存する、排気システム。
【国際調査報告】
2008509324.tif 000012
2008509324.tif 000013
2008509324.tif 000014