(57)【要約】【課題】エンジン出力を向上させる自動二輪車用排気システムを提供すること。【解決手段】第一及び第二のシリンダを備える４ストローク・エンジンと共に用いられる排気システム。これらシリンダは、互いに均一でない時間間隔で排気パルスを生成する。この排気システムは、マフラーと、該マフラーと上記第一のシリンダとをつなぐ第一の排気管と、上記マフラーと上記第二のシリンダとをつなぐ第二の排気管とを有する。これら第一及び第二の排気管は、互いに均一な時間間隔で上記マフラーに上記排気パルスを運ぶようにサイズ及び形状が決められる。【選択図】　図１
2004028099.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力パルスを生成可能な第一のシリンダと、
圧力パルスを生成可能な第二のシリンダとを備え、
前記第一のシリンダによって生成された第一の圧力パルスから始まり、前記第二のシリンダによって生成された第二の圧力パルスを含み、そして前記第一のシリンダによって生成されたすぐ次の圧力パルスで終わる３６０°サイクルを有し、
前記第一の圧力パルスの生成と前記第二の圧力パルスの生成との間の位相差が１８０°よりかなり小さい４ストローク・エンジン用の排気システムであって、
マフラーと、
前記マフラーに接続され、前記第一のシリンダから前記第一の圧力パルスを受け入れ、該第一の圧力パルスを前記マフラーへ導くことが可能な第一のヘッダと、
前記マフラーに接続され、前記第二のシリンダから前記第二の圧力パルスを受け入れ、該第二の圧力パルスを前記マフラーへ導くことが可能な第二のヘッダとを有し、
前記第一及び第二のヘッダは、前記エンジンが通常のエンジン運転速度の選択された範囲で運転されている間、前記第一及び第二の圧力パルスがほぼ１８０°の位相差で前記マフラーに運ばれるように構成される、ことを特徴とする排気システム。
【請求項２】
請求項１記載の排気システムであって、
前記第一の圧力パルスの生成と前記第二の圧力パルスの生成との間の位相差が約１５７．５°であることを特徴とする排気システム。
【請求項３】
請求項１記載の排気システムであって、
通常のエンジン運転速度の前記範囲は毎分２，０００〜２，５００サイクルであることを特徴とする排気システム。
【請求項４】
請求項１記載の排気システムであって、
前記エンジンは、該エンジン内に回転可能にマウントされたクランクシャフトを有し、
前記クランクシャフトは、エンジン・サイクルごとに２回転し、
前記クランクシャフトは、クランクピンを有し、
前記エンジンは、前記クランクピンに回転可能に連結され、前記第一のシリンダ内で往復運動可能な第一のピストンと、前記クランクピンに回転可能に連結され、前記第二のシリンダ内で往復運動可能な第二のピストンとを有する、ことを特徴とする排気システム。
【請求項５】
請求項４記載の排気システムであって、
前記第一のシリンダは第一の軸を規定し、
前記第二のシリンダは第二の軸を規定し、
前記第一及び第二の軸は４５°の内角を規定する、ことを特徴とする排気システム。
【請求項６】
請求項１記載の排気システムであって、
前記第一のヘッダの長さは、前記第二のヘッダの長さとかなり異なることを特徴とする排気システム。
【請求項７】
請求項１記載の排気システムであって、
前記第一のヘッダは、前記第二のヘッダとかなり異なる横断面積を有する、ことを特徴とする排気システム。
【請求項８】
請求項１記載の排気システムであって、
前記圧力パルスは音波であることを特徴とする排気システム。
【請求項９】
圧力パルスを生成可能な第一のシリンダと、
圧力パルスを生成可能な第二のシリンダとを備え、
前記第一のシリンダによって生成された第一の圧力パルスから始まり、前記第二のシリンダによって生成された第二の圧力パルスを含み、そして前記第一のシリンダによって生成されたすぐ次の圧力パルスで終わる３６０°サイクルを有するエンジンを含む自動二輪車用の排気システムを設計する方法であって、
前記第一の圧力パルスの生成と前記第二の圧力パルスの生成との間の第一の位相差を決定し、
前記エンジンが選択された範囲のエンジン・スピードで運転されている間、前記第一及び第二の圧力パルスが互いにほぼ１８０°の位相差で前記マフラーに入り、エンジン・サイクル・スピードの前記範囲内で該エンジンの出力を高めるように、第一及び第二のヘッダを構成する、ことを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項９記載の方法であって、
前記選択された範囲のエンジン・スピードにおいて前記第一の位相差と１８０°との間の差に等しい位相ギャップを決定し、
前記第一及び第二のヘッダを構成する際には前記位相ギャップを補償するのに必要なヘッダ長さの差を計算する、ことを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項９記載の方法であって、
前記選択された範囲のエンジン・スピードにおける前記第一の位相差と１８０°との間の差に等しい位相ギャップを決定し、
前記第一及び第二のヘッダを構成する際には前記位相ギャップを補償するのに必要なヘッダ横断面積の差を計算する、ことを特徴とする方法。
【請求項１２】
１つのクランクピンと、
互いに均一でない時間間隔で排気パルスを生成する第一及び第二のシリンダと、を備える４ストローク・４５度Ｖ型ツインエンジンと共に用いられる排気システムであって、
マフラーと、
前記マフラーと前記第一のシリンダとをつなぐ第一の排気管と、
前記マフラーと前記第二のシリンダとをつなぐ第二の排気管と、を有し、
前記第一及び第二の排気管は、通常のエンジン運転スピードの選択された範囲において互いに均一な時間間隔で前記マフラーに前記排気パルスを運ぶようにサイズ及び形状が決められる、ことを特徴とする排気システム。
【請求項１３】
請求項１２記載の排気システムであって、
前記第一及び第二の排気管は、前記エンジンが選択された範囲のエンジン・スピードで運転されているときに、互いに均一な時間間隔で前記マフラーに前記排気パルスを運ぶようにサイズ及び形状が決められる、ことを特徴とする排気システム。
【請求項１４】
請求項１３記載の排気システムであって、
前記第一及び第二の排気管の長さが等しくないことを特徴とする排気システム。
【請求項１５】
請求項１３記載の排気システムであって、
前記第一及び第二の排気管の横断面積が異なることを特徴とする排気システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動二輪車に係り、特に、排気システムを備えた自動二輪車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃焼室を規定するシリンダ内で往復運動するピストンを含む４ストローク内燃機関を有する自動二輪車が知られている。各ピストンは、エンジンの各サイクルに対して４つの工程を実行する。これら工程は、圧縮、膨張、排気、及び吸気である。ピストンは、圧縮及び排気工程においては第一の方向へ移動し、膨張及び吸気工程においては第二の方向へ移動する。
【０００３】
排気システムは、排気を導くため、及びエンジン騒音を低減するために、シリンダへ接続される。排気システムは、通常、マフラーと、シリンダとマフラーとを間をつなぐヘッダ又は排気管と、を有する。排気弁が開き、ピストンの排気工程が始まると、高圧ガスの爆発によって圧力パルスが生成され、この圧力パルスは、直ちに燃焼室から排気システム内へと逃げる。この圧力パルス又は音波は、ヘッダを通じてマフラーに達する。この圧力パルスの振幅は、マフラーにおいて低減される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、エンジン出力を向上させる排気システムを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、エンジンからの圧力パルスを不均一な時間間隔で受け入れると共に、該圧力パルスを均一な時間間隔で共通マフラーへ伝達することによってエンジン出力を向上させる排気システムに関する。圧力パルスを均一な時間間隔で共通マフラーへ伝達することによって、エンジンのトルク及び出力はある範囲のエンジン・スピードで増加する。加えて、該パルスが均一な時間間隔でマフラーに到達するとき、圧力パルスはマフラーを均等に占めるため、より小さい容量のマフラーを用いることができる。
【０００６】
本発明の一実施形態は、４ストローク用排気システムである。このエンジンは、圧力パルスを生成可能な第一及び第二のシリンダを有する。このエンジンは、上記第一のシリンダによって生成された第一の圧力パルスから始まり、上記第二のシリンダによって生成された第二の圧力パルスを含み、そして上記第一のシリンダによって生成されたすぐ次の圧力パルスで終わる３６０°サイクルを有する。上記第一の圧力パルスの生成と上記第二の圧力パルスの生成との間の位相差は１８０°よりかなり小さい。この排気システムは、マフラーと、第一及び第二のヘッダとを有する。該第一のヘッダは上記第一の圧力パルスを上記第一のシリンダから上記マフラーへ導き、上記第二のヘッダは上記第二の圧力パルスを上記第二のシリンダから上記マフラーへ導く。上記第一及び第二のヘッダは、本エンジンがある範囲のエンジン・スピードで運転されている間、上記第一及び第二の圧力パルスが互いにほぼ１８０°の位相差で上記マフラーに入り、通常のエンジン運転スピードの上記範囲内で該エンジンの出力を高めるように構成される。
【０００７】
本発明の別の実施形態は、エンジンを含む自動二輪車用の排気システムを設計する方法を含む。本方法は、第一の圧力パルスの生成と第二の圧力パルスの生成との間の第一の位相差を決定し、該エンジンがある範囲のエンジン・スピードで運転されている間、上記第一及び第二の圧力パルスが互いにほぼ１８０°の位相差でマフラーに入り、その範囲内のエンジン・サイクル・スピードで該エンジンの出力を高めるように、該範囲のエンジン・スピードに対して該マフラーにおいて上記第一及び第二の圧力パルス間の位相差が最大となるように第一及び第二のヘッダを構成することを含む。
【０００８】
本発明を具現化する一排気システムは、互いに均一でない時間間隔で排気パルスを生成する第一及び第二のシリンダを備える４ストローク・４５度Ｖ型ツインエンジンと共に用いられる。この排気システムは、マフラーと、該マフラーと上記第一のシリンダとをつなぐ第一の排気管と、上記マフラーと上記第二のシリンダとをつなぐ第二の排気管とを有する。これら第一及び第二の排気管は、通常のエンジン運転スピードの選択された範囲において互いに均一な時間間隔で上記マフラーに上記排気パルスを運ぶようにサイズ及び形状が決められる。
【０００９】
本発明の他の特徴及び利点は、以下の詳細な説明、請求項、及び図面を参照すれば、当業者には明らかである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を詳細に説明する前に、本発明の用途は、以下の記載に説明された又は図面に示された構成要素の構成及び配置の詳細に制限されないことが理解されるべきである。本発明は、他の実施形態も可能であり、様々な方法で実現・実行され得るものである。さらに、ここで用いられる言葉使い及び専門用語は、説明することを目的とするものであって、制限的に解釈されるべきではない。ここでは、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、及びこれらの派生語は、その後ろに列挙されたアイテム及びその等価物に加えて追加的アイテムをも包含することが意図されて用いられている。ここでは、「〜から成る（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ　ｏｆ）」は、その後ろに列挙されたアイテム及びその等価物のみを包含することが意図されて用いられている。方法若しくは処理の要素を識別するための文字は、単に識別のためのものであり、それら要素が特定の順序で実行されるべきであることを示すことを意図して用いられているのではない。
【００１１】
図１は、フレーム１２と、前輪１４と、後輪１６と、シート１８と、エンジン２０とを有する自動二輪車１０を示す。前輪１４及び後輪１６は、フレーム１２に対して回転し、フレーム１２を地面より上に維持する。エンジン２０は、フレーム１２にマウントされ、トランスミッション２２及び駆動ベルト２４を通じて後輪１６を駆動する。シート１８は、フレーム１２にマウントされ、燃料タンク２６はフレーム１２内に一体として形成される。
【００１２】
エンジン２０が第一及び第二のシリンダ２８、３０を有する空冷式・４ストローク・４５度Ｖ型ツインエンジンとして図示されているが、本発明は、水冷式又は空冷式のマルチシリンダ・エンジンなどの他のタイプのエンジンでも実現することができる。加えて、図面には第一及び第二のシリンダ２８、３０がフロント・シリンダ及びリア・シリンダとしてそれぞれ示されているが、本発明は、前後ではなく横並びに配置されたシリンダを有するエンジンでも実現することができる。本発明は、更に、４５度Ｖ型ツインエンジン以外の不均一燃焼エンジンでも用いられ得る。ここで用いた「不均一燃焼」という語は、均等な間隔で（例えば、クランクシャフトが３６０°回転するたびに）着火する均一燃焼エンジンとは異なり、シリンダがクランクシャフトの回転中に不均一な間隔で（例えば、クランク角３１５°及び４０５°において）着火することを意味する。
【００１３】
自動二輪車１０は、排気を導き、エンジン２０で発生した騒音を低減させる排気システム２２を有する。排気システム２２は、マフラー３４と、第一及び第二の排気管（若しくはヘッダ）３６、３８と、を有する。第一のヘッダ３６は、第一のシリンダ２８とマフラー３４とをつなぎ、第二のヘッダ３８は第二のシリンダ３０とマフラー３４とをつなぐ。ヘッダ３６、３８は、シリンダ２８、３０によって発生した圧力パルスＡ、Ｂ（図４ａ、４ｂ、及び４ｃ）を不均一な時間間隔で受け入れ、該圧力パルスＡ、Ｂを均一な時間間隔でマフラー３４へ運ぶ。
【００１４】
図４ａは、３６０°のエンジン・サイクルの概略を表す。図示する実施形態において、１エンジン・サイクル中にクランクシャフト（図示せず）が２回転することに注意。よって、この３６０°エンジン・サイクルは、クランクシャフト回転の７２０°分を含む。
【００１５】
このエンジン・サイクルは、第一のシリンダ２８によって発生した第一の圧力パルスＡから始まり、第一のシリンダ２８によって発生したすぐ次の圧力パルスＡ’で終わる。このエンジン・サイクルは、第二のシリンダ３０によって発生した第二の圧力パルスＢも含む。ここでは、説明の便宜上、各圧力パルスＡ、Ｂは、各シリンダ２８、３０内の排気工程の始まりにおいてそれぞれ「発生した」ものと考える。図示する実施形態において、第二の圧力パルスＢは、この４５度Ｖ型ツインエンジン２０の不均一な燃焼によって指示されるように、第一の圧力パルスＡから１５７．５°の位相差をもって発生する。すなわち、第一の圧力パルスＡが０°のとき、第二の圧力パルスＢは１５７．５°である。別の方法として、均一燃焼エンジンが最大１８０°の位相差で圧力パルスを発生させてもよい。この最大位相差（すなわち１８０°）と不均一燃焼エンジン２０によって規定される位相差（すなわち１５７．５°）との差を位相差δとして概略的に図示する。
【００１６】
図４ｂは、図２に示すヘッダ３６、３８を通ってマフラー３４に達した圧力パルスＡ、Ｂ間の位相関係を概略的に表す。図２に示すヘッダ３６、３８は、等しい横断面積と等しい長さとを有し、圧力パルスＡ、Ｂを等しい速度で移動させ、ヘッダ３６、３８の長さ全体にわたって位相関係を維持させる。この位相差はあらゆるエンジン・スピードに対して一定である。
【００１７】
対照的に、図４ｃは、図１及び３に示すヘッダ３６、３８を通ってマフラー３４に達した圧力パルスＡ、Ｂ間の位相関係を概略的に表す。図１に示すヘッダ３６、３８は、等しい横断面積（例えば、図示する実施形態においては１．５平方インチ）と、等しくない長さとを有する。具体的に言えば、第二のパルスＢが第一の圧力パルスＡより長い距離を移動するように、図示する第一のヘッダ３６の長さは１７インチで、図示する第二のヘッダ３８の長さは２２．１インチである。このより長い移動距離によって第二の圧力パルスＢには遅延が生じるため、マフラー３４における位相関係が増加する。同じことは、ヘッダ３６、３８の長さは等しいが、第一のヘッダ３６が第二のヘッダ３８よりも小さい横断面積を有する場合にも言える。
【００１８】
図２及び３が描かれた見方により視覚的に区別するのが難しいが、図３のヘッダは等しい長さを有し、図２のヘッダは等しくない長さを有することに注意。いずれにしても、図３は長さが等しいヘッダを示し、図２は長さが等しくないヘッダを示す。
【００１９】
等しい横断面積及び長さを有するヘッダ３６、３８とは異なり、不揃いの横断面積又は長さを有するヘッダ３６、３８は、マフラー３４において一定の位相関係を持たない。代わりに、マフラー３４における位相関係は、エンジン・スピードに依存する。ヘッダ長さの差は、圧力パルスＡ、Ｂが特定のエンジン・スピードに対して１８０°の位相差でマフラーに到達するように、δを補償する。
【００２０】
例えば、エンジン２０が図４ｃに示すように５，０００ｒｐｍ又は毎分２，５００エンジン・サイクルで運転されているとき、δは特定の時間間隔Ｔを規定する。第二のヘッダ３８の長さが増やされたことにより、第二の圧力パルスＢの移動距離が伸び、Ｔに等しい期間の遅延が第二の圧力パルスＢに生じる。エンジン２０が毎分２，５００エンジン・サイクルより遅く運転されると、Ｔは増え、マフラー３４における位相関係は１８０°から減少する。エンジン・スピードが毎分２，５００エンジン・サイクルから増加すると、Ｔは減り、マフラー３４における位相関係は１８０°から増加する。
【００２１】
よって、位相差δと、エンジン２０の好ましい運転速度（例えば、毎分２，５００エンジン・サイクル）とを知ることにより、第二の圧力パルスＢが時間Ｔだけ遅延し、エンジンが好ましい運転速度で稼動しているときに圧力パルスＡ、Ｂが１８０°の位相差でマフラーに到達するように、ヘッダ３６、３８を構成することによって該運転速度における出力を高めることができる。第二の圧力パルスＢは、第二のヘッダ３８の長さを第一のヘッダ３６より長くすること、第二のヘッダ３８の横断面積を第一のヘッダ３６より大きくすること、又は、第二の圧力パルスＢが要求される時間Ｔ遅延するようにこれら横断面積及び長さを修正すること、によって遅延させることができる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、エンジン出力を向上させる排気システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を具現化する排気システムを含む自動二輪車の側面図である。
【図２】ほぼ等しい長さを有する排気ヘッダの斜視図である。
【図３】図１に示す排気ヘッダの拡大斜視図である。
【図４ａ】図１の自動二輪車のエンジン・サイクルを示す概略図である。
【図４ｂ】図２の排気ヘッダによってマフラーへ伝達される圧力パルスを示す概略図である。
【図４ｃ】図３の排気ヘッダによってマフラーへ伝達される圧力パルスを示す概略図である。
【符号の説明】
１０　自動二輪車
１２　フレーム
１４　前輪
１６　後輪
１８　シート
２０　エンジン
２２　排気システム
２４　駆動ベルト
２６　燃料タンク
２８　第一のシリンダ
３０　第二のシリンダ
３４　マフラー
３６　第一の排気管（ヘッダ）
３８　第二の排気管（ヘッダ）
【図１】
2004028099.tif 000003
【図２】
2004028099.tif 000004
【図３】
2004028099.tif 000005
【図４ａ】
2004028099.tif 000006
【図４ｂ】
2004028099.tif 000007
【図４ｃ】
2004028099.tif 000008