JP2678026B2 - 多気筒型内燃機関の排気可変装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は多気筒型内燃機関の排気可変装置に係わり、
特に、複数の排気管をその下流側において集合してなる
多気筒型内燃機関に用いて好適な排気可変装置に関する
ものである。

［従来の技術］ 一般に、内燃機関においては、排気管内を流れる排気
ガスの慣性や脈動等の動的効果が排気時期との関係によ
って容積効率に影響を与えることが知られている。

そして、特に、多気筒型内燃機関においては、各気筒
に接続されている排気管をその途中において集合させ
て、各排気管内の動的効果を相互に作用させることによ
り、前述の容積効率を一層向上させることが行われてい
る。

しかしながら、排気系（排気管）の形状や寸法等を一
定とした場合、この排気系によって有効な容積効率が得
られる内燃機関の回転数域が決まってしまい、他の回転
数域においては容積効率の向上が有効に得られない現象
が生じる。

例えば、高回転域において良好な容積効率が得られる
ように、前記排気系の形状や寸法等を設定しておくと、
内燃機関の回転数Neが中回転域に至った際に容積効率が
低下し、この結果、第１図に実線で示すように、内燃機
関の出力Psが中回転域において落ち込んでしまう。

これは、内燃機関の回転数の変化に伴う排気時期の変
化により、この排気時期と動的効果との調和がくずれて
しまうことに起因するものと考えられる。

そこで、従来では、例えば、特開昭63−16127号公報
に示されるように、多気筒型内燃機関の下部に、各気筒
から導かれる排気管を一つに集合させる膨張室を設け、
この膨張室に、前記多気筒型内燃機関の回転数に応じて
駆動制御される排圧制御弁を設けた排気装置が提案され
ている。

この排気装置は、内燃機関の運転状態に基づき前記排
圧制御弁を切り換え操作することにより、排気管内を流
れる排気ガスの動的効果の状態を調整して前記の運転状
態に合致した有効な動的効果が得られるようにしてい
る。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、前記の従来技術においては、排圧制御弁を
多気筒型内燃機関の下方に配設したことにより、次のよ
うな不具合が生じる。

すなわち、多気筒型内燃機関を車輌に搭載した場合、
多気筒型内燃機関と路面との間に排圧制御弁が存在する
こととなり、これに起因して、車輌の最低地上高が低く
なってしまう。

そして、この最低地上高を確保しようとすると、前記
排圧制御弁を上方へ持ち上げなければならない。しかし
ながら、車輌においては、低重心化のために内燃機関の
上方への移動が制限されていることから、排圧制御弁を
上方へ配置すると、これに伴って、多気筒型内燃機関下
方に設けられたオイルパンが浅くなり、潤滑油の容量不
足を生じさせてしまう。

したがって、従来においては、これらの問題点への対
処が要望されており、本発明は、このような従来技術に
おいて残されている課題を解決せんとするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、前述した課題を有効に解決し得る多気筒型
内燃機関の排気可変装置を提供せんとするもので、その
第１の態様は、多気筒型内燃機関の各気筒から延設され
た排気管の途中に、多気筒型内燃機関の運転状況に応じ
てこれらの排気管の集合の組み合わせを切り換える切換
弁を設けてなる排気可変装置において、前記排気管を少
なくとも２群に区分し、それぞれの群毎に複数の排気管
の連通、非連通を切り換える前記切換弁を配設し、異な
る群の排気管同士を切換弁の下流側にて集合する集合管
を複数備え、さらに前記集合管をその下流側にて一カ所
に集合してなり、前記切換弁により連通、非連通が切り
換えられる排気管を互いに異なる集合管に連通したこと
を特徴とし、第３の態様は、第１の態様における各切換
弁が、多気筒型内燃機関の前後に振り分け配置されてい
ることを特徴とし、第４の態様は、第１の態様における
各切換弁が、多気筒型内燃機関の前後および両側部に偏
倚して設けられていることを特徴とし、さらに第５の態
様は、第２の態様において各切換弁が、多気筒型内燃機
関の下部に設けられたオイルパンの両側部に設けられて
いることを特徴とするものである。

［作用］ 本発明の第１の態様によれば、切換弁の開閉操作によ
り、複数の排気管の連通・非連通を切り換え、これによ
って、排気管の集合位置を、通常の集合位置と、この集
合位置よりも上流側における集合位置との複数位置に切
り換えて、集合させる排気管の組み合わせを変更すると
ともに、各排気管の実質的な長さを変更する。したがっ
て、切換弁を作動させると、各切換弁に係る全ての排気
管について、集合の組み合わせと、各排気管の実質的な
長さとを切り換えることができ、それに伴って集合した
排気管間の位相差も切り換えることができ、内燃機関の
運転状態（回転数）に合わせて切り換えを行うことで排
気の動的効果が有効に引き出されて、容積効率の向上が
図られる。

また、切換弁を複数に分割して設けることにより、そ
の設置場所の自由度を高めるとともに、多気筒型内燃機
関の他の構成部位との干渉を極力回避する。

第２の態様によれば、各切換弁を多気筒型内燃機関の
両側部に配置することにより、多気筒型内燃機関を車輌
に搭載した場合に、車輌の前後方向において各切換弁と
他の構成部位との重畳を回避して冷却性を高める。

第３の態様によれば、多気筒型内燃機関を車輌に搭載
した際に、切換弁を、多気筒型内燃機関の下部前方や下
部後方に形成される不用空間部への設置を可能として、
最低地上高を狭めることなくスペースの有効利用が図ら
れる。

第４の態様によれば、各制御弁の良好な冷却性を確保
しつつスペースの有効利用が図られる。

さらに、第５の態様によれば、オイルパンの形状等を
変更することなく最低地上高の確保を可能にする。

［実施例］ 以下、本発明の第１の態様の一実施例を第２図ないし
第７図に基づいて、第２の態様、および、第５の態様の
一実施例とともに説明する。

第２図および第３図中符号１は、本実施例が適用され
た多気筒型内燃機関が搭載された自動二輪車を示し、車
体フレーム２と、この車体フレーム２の前部に固着され
たヘッドパイプ2aに回転自在に取り付けられたフロント
フォーク３と、このフロントフォーク３の下端部に回転
自在に取り付けられた前輪４と、フロントフォーク３の
上端部に固着されたステアリングハンドル５と、車体フ
レーム２を構成するメインフレーム2bおよびダウンフレ
ーム2cとにブラケット６を介して固着されて車体のほぼ
中央部に搭載された多気筒型内燃機関（以下内燃機関と
略称し、本実施例では４気筒型の内燃機関を例示す）７
と、車体フレーム２の後方下部に上下方向に揺動自在に
取り付けられたリアフォーク８と、このリアフォーク８
の揺動端部に回転自在に取り付けられた後輪９と、前記
リアフォーク８の揺動中心近傍と車体フレーム２との間
にリンク機構10を介して介装されたクッションユニット
11と、車体フレーム２の上部に取り付けられた燃料タン
ク12と、メインフレーム2bの上部後方に延設されたシー
トレール2dに取り付けられたシート13と、前記内燃機関
７の前端部から延設された複数（本実施例で４本）の排
気管14（14a〜14d）と、これらの排気管14（14a〜14d）
の下流側の端部に接続された消音器15とを備えている。

また、第３図および第４図において、符号16（16a〜1
6d）は、各気筒内に嵌装されたピストンを示し、符号17
は、前記ピストン16がコンロッド18（18a〜18d）を介し
て接続されたクランクシャフトを示す。

ここで、前記内燃機関７の各気筒を、第２図の下側か
ら上側へ向かって（第３図の手前側から奥へ向かって）
１番気筒〜４番気筒とし、点火順序を１番→３番→４番
→２番の順の等間隔爆発として説明する。

前記各排気管14（14a〜14d）は、第２図、第３図、お
よび、第５図に示すように、２本１組として、内燃機関
７の前端部から、第５図に示すように、各組毎に内燃機
関７の下部に設けられたオイルパンＯの各側部をとお
り、さらに、車体後部においてその一側部に引き回され
ており、１番気筒と４番気筒に対応した排気管14a・14d
がその途中において集合管19により集合され、また、２
番気筒と３番気筒に対応した排気管14b・14cが集合管20
により集合させられ、さらに、これらの集合管19・20
は、第３図および第４図に示すように、第２の集合管21
により一つに集合させられたのちに前記消音器15へ連通
されている。

また、１番気筒および４番気筒に対応した排気管14a
・14dは、オイルパンＯの両側部のそれぞれにおいて、
２番気筒および３番気筒に対応した排気管14b・14cより
も上方に位置させられており、第２図、第４図、およ
び、第５図に示すように、これらの排気管14の上下に振
り分けられた部分に、前記集合管19・20によって設定さ
れている集合の組み合わせを切り換えるための切換弁22
が各組毎に設けられている。

このれらの切換弁22には、第２図および第３図に示す
ように、ワイヤ23が取り付けられており、これらのワイ
ヤ23を介してサーボモータ等のアクチュエータ24へ接続
されている。さらに、このアクチュエータ24には、コン
トロールユニットＵが電気的に接続され、これらの排気
管14、切換弁22、アクチュエータ24、および、コントロ
ールユニットＵにより、本実施例の排気可変装置Ａが構
成されている。

さらに詳述すれば、前記上下に振り分けられた排気管
14は、第４図および第５図に示すように、１番気筒に対
応する排気管（以下１番排気管と称す）14aの下方に２
番気筒に対応する排気管（以下２番排気管と称す）14b
が位置するように、また、４番気筒に対応する排気管
（以下４番排気管と称す）14dの下方に３番気筒に対応
する排気管（以下３番排気管と称す）14cが位置するよ
うな配列となされている。

前記各切換弁22は、第２図および第３図に示すよう
に、内燃機関７の前半部で、かつ、第５図に示すよう
に、オイルパンＯの両側部に位置するように設けられて
おり、各排気管14に支持された弁箱22aと、第６図に示
すように、この弁箱22aの内部に回動自在に装着された
弁体22bとを備えている。

これらの各弁箱22aには、第６図に示すように、前記
１番排気管14a（４番排気管14d）が、ほぼ軸線が直交す
るように連通状態で接続されているとともに、下部に
は、同図に示すように、２番排気管14b（３番排気管14
c）が固着されているとともに、壁面に形成された貫通
孔25を介して相互に連通させられている。

そして、これらの排気管14位と弁箱22aとは溶接等に
より気密に接続されている。

また、前記弁箱22aの長さ方向の一端部には、軸受け2
6を備えた蓋体27が固着されており、他端部には、環状
の取付部材28が固着され、この取付部材28に、軸受け29
を備えた蓋体30がボルト31により着脱自在に取り付けら
れ、これらの取付部材28と蓋体30との間にはガスケット
32が介装されて、両者間を気密に閉塞している。

さらに、前記弁箱22aの一端部に固着された蓋体27の
軸受け26が設けられた部分には、この軸受け26の外端部
を密閉するキャップ33が外方側から圧入されている。

前記弁体22bは、第６図に示すように、前記弁箱22aの
内周に全周に亙って気密に接触させられており、その長
さ方向の両端部には、前記各軸受け26・29によって回転
自在に支持された回転軸34・35が形成され、また、中間
部には、半径方向の直交する４方向の内の３方向へ向か
って開口された連通部36が形成され、これら３方の開口
を形成することによって残された残余の周壁部が、前記
貫通孔25を弁体22bの回転に伴って閉塞する閉塞部37と
なされている。

この閉塞部37には、前記貫通孔25を閉塞した状態にお
いて２番排気管14bおよび３番排気管14cのそれぞれの内
周面とほぼ連続する凹部37aが形成されている。

また、前記軸受け29に支持された回転軸35は、前記蓋
体30を貫通して外部へ突出させられており、この突出端
部に前記ワイヤ23が巻回されるワイヤドラム38が、ナッ
ト39により着脱可能に固着されている。

前記ワイヤ23は、本実施例においては２本設けられ、
選択的に牽引されることにより、前記弁体22bを正逆方
向に往復回動させるようになっている。

前記アクチュエータ24は、第３図に示すように、前記
シートレール2dの下部の、前記シート13によって覆われ
た位置に取り付けられ、また、前記コントロールユニッ
トＵは、シートレール2dの後端部上方で、前記シート13
によって覆われた位置に取り付けられている。

このコントロールユニットＵには、前記内燃機関７の
回転数の情報が電気信号として常時入力されており、こ
の回転数の情報に基づき、回転数が設定回転数に至った
時点で前記アクチュエータ24へ駆動信号を出力して作動
させて前記切換弁22の作動位置を制御するようになって
いる。

しかしてこのように構成された本実施例の多気筒型内
燃機関の排気可変装置Ａは、切換弁22を２個に分割する
とともに内燃機関７の両側部に振り分けて配設したか
ら、切換弁22の小型化が図られることにより、その設置
位置の自由度が高められる。

また、自動二輪車１等の車輌に適用した場合におい
て、各切換弁22と車輌の前方部材である前輪４等との重
畳が回避されるとこから、各切換弁22へ接触する走行風
量が十分に確保され、これらの切換弁22の冷却性が高め
られる。これによって、各切換弁22の作動の円滑性が確
保される。

さらに、これらの切換弁22と内燃機関７の構成部位と
の上下方向での重畳量が少なくて済み、したがって、最
低地上高を確保するために前記切換弁22を上方にずらす
必要が生じても、内燃機関７の形状変更が最小限度に止
どめられる。特に、内燃機関７の下部に設けられるオイ
ルパンＯへの形状制限が抑制されるとともに、その容量
の減少が抑制され、この結果、潤滑油量が十分に確保さ
れる。

一方、内燃機関７の回転数が設定回転数よりも高い高
回転域にある場合には、その上方に基づきコントロール
ユニットＵからアクチュエータ24へ駆動信号が出力さ
れ、各切換弁22が、第６図に示す位置となるように作動
させられる。

この状態において、各切換弁22の弁体22bの連通部36
により、１番排気管14aと２番排気管14b、および、４番
排気管14dと３番排気管14cがそれぞれ連通させられる。
これによって、各排気管14の集合部までの距離が短縮さ
れて短い排気通路が形成されるとともに、180゜の位相
差で爆発を行う気筒に対応した排気管14が集合させられ
ることとなり、この結果、排気の動的効果が有効に引き
出されて、高回転域における容積効率の向上が図られ
る。

また、内燃機関７の回転数が設定値よりも低い低中回
転域に達した場合には、前記各切換弁22の弁体22bが、
前述した第６図に示す状態から、前記アクチュエータ24
によって180゜回転させられる。このような弁体22bの回
転により、弁体22bの閉塞部37が弁箱22aに形成されてい
る貫通孔25に重畳させられて、切換弁22における１番排
気管14aと２番排気管14b、および、４番排気管14dと３
番排気管14cとの連通が遮断される。

これによって、上方の１番排気管14aおよび４番排気
管14dが、内燃機関７から集合管19に至る長い排気管と
なされるとともに、下方の２番排気管14bおよび３番排
気管14cが集合室20に至る長い排気管となされる。

この状態において、長い排気通路が確保され、かつ、
１番気筒と４番気筒、および、２番気筒と３番気筒と
の、360゜の位相差で爆発を行う気筒に対応した排気管1
4が集合させられ、この結果、各排気管14内の排気ガス
の動的効果が有効に引き出されて、低中回転域における
容積効率の向上が図られる。

このような排気可変装置Ａを備えた本実施例における
内燃機関７の出力特性と、一定した形状や寸法の排気系
を備えた従来の内燃機関における出力特性とを比較した
ところ、第７図に示す結果が得られた。

この図において実線が従来例であり、破線部分が本実
施例による改善部分を示す。

この結果からも明らかなように、本実施例の排気可変
装置Ａによると、広い回転域において出力特性の改善が
得られる。

次いで、本発明の第３の態様の一実施例について第４
の態様の一実施例とともに、第８図ないし第10図に基づ
き説明する。

なお、以下の説明中、前述の実施例と共通する部分に
ついては同一符号を用いて説明を簡略化する。

本実施例に示す排気可変装置Ｂは、４つの気筒の内の
２つの気筒を車体の前方へ傾斜させ、かつ、他の２つの
気筒を後方へ傾斜させることにより、気筒を車輌の側面
から見てＶ字状に配設した、いわゆるＶ型４気筒の内燃
機関50に適用したもので、第10図に示すように、車輌の
後方左側に配設された気筒51が１番気筒51a、前方左側
に配設された気筒51が２番気筒51b、後方右側に配設さ
れた気筒51が３番気筒51c、また、前方右側に配設され
た気筒51が４番気筒51dとなされている。

そして、１番気筒51aから延設された１番排気管52aと
２番気筒51bから延設された２番排気管52bとが集合管53
によって集合され、また、３番気筒51cから延設された
３番排気管52cと４番気筒51dから延設された４番排気管
52dとが集合管54によって集合され、さらに、第２の集
合管55によって１本に集合させられたのちに消音器15へ
連絡されている。

そして、前記各集合管53・54よりも上流側で、１番排
気管52aと３番排気管52cとの間、および、２番排気管52
bと４番排気管52dとの間のそれぞれに、これらの連通お
よびその遮断を行う切換弁22がそれぞれ設けられてい
る。そして、これらの切換弁22には、前記実施例と同様
のアクチュエータ24がワイヤ23により接続され、また、
このアクチュエータ24にはコントロールユニットＵ等が
電気的に接続されている。

一方、前記２番排気管52bと４番排気管52dは、内燃機
関50の左側前方の下部側方から車体の左側方に沿って車
体の後部へ引き回されており、また、１番排気管52aと
３番排気管52cは、内燃機関50の右側下部へ引き降ろさ
れたのちに車体の左側へ引き回されて、前者の排気管52
b・52dの引き回し経路へ合流されている。

また、前記各切換弁22は、内燃機関50の下部左側前方
の位置と、内燃機関50の左側後方との位置に振り分け配
置され、したがって、内燃機関50の前後および左右のそ
れぞれに振り分け配置されている。

しかして、このように構成された本実施例の排気可変
装置Ｂによれば、各切換弁22が内燃機関50の両側部に振
り分け配置されていることから、車輌の前後方向におい
て他の構成部位との重畳が回避され、これによって、走
行風が直接当たることとなり、これらの各切換弁22の冷
却性が高められて、これらの円滑な作動が確保される。

また、各切換弁22は、内燃機関50の前後方向にへも偏
倚されて配置されていることから、内燃機関50の前後と
いう比較的空間部の確保し易い位置への切換弁22の配置
が可能となり、内燃機関50の構造変更を伴うことなく、
あるいは、少ない構造変更のもとに排気可変装置Ｂの適
用が可能となる。

なお、前記各実施例において示した構成部材の諸形状
や寸法等は一例であって、適用する内燃機関やこの内燃
機関が搭載される車輌の種類により、あるいは、設計要
求等に基づき種々変更可能である。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明に係わる多気筒型内燃機関
の排気可変装置によれば、次のような優れた効果を奏す
る。

排気管を集合する集合管および集合の組み合わせを内
燃機関の運転状態（回転数）に応じて変化させて、各気
筒から排出される排気ガスの動的効果を有効に引き出し
て、各気筒における容積効率を高め、これによって内燃
機関の出力特性を広い回転域において向上させることが
できる。切換弁を作動させると、集合される排気管の組
み合わせが切り換えられることで排気管間の位相差を切
り換えられ、これにより各切換弁に係る全ての排気管
（気筒）について容積効率を高めることができる。ま
た、各の群の切換弁の制御で各排気管（気筒）の容積効
率を高めることができるので、各切換弁の開閉回数が減
少して制御が容易になる。

複数の排気管を少なくとも２群に区分し、これらのそ
れぞれに切換弁を設けたから、切換弁を小型軽量なもの
とすることができるとともに、設置スペースを小さくし
て、他の構成部位との干渉を回避してそのレイアウトの
自由度を高めることができ、かつ、他の構成部位への形
状拘束を少なくすることができる。

特に、前記構成部材がオイルパである場合に、その容
量の減少を極力少なくして、潤滑油量を十分に確保する
ことができ、かつ、切換弁をオイルパンの両側部あるい
は前後に配設することにより、さらに車輌の最低地上高
をも十分に確保することができる。

また、各切換弁を内燃機関の両側部に配設することに
より、各切換弁の前方部分に他の構成部材が重畳させら
れることを防止して、各切換弁へ走行風を有効に作用さ
せて、これらの切換弁の冷却性を十分に確保し、これに
よって、切換弁を円滑に作動させて信頼性を高めること
ができる。

【図面の簡単な説明】

図面中、第１図は従来の排気可変装置による内燃機関の
出力特性の変化を説明するための図、第２図ないし第７
図は本発明の一実施例を示すもので、第２図は一実施例
が適用された自動二輪車の概略平面図、第３図は同側面
図、第４図は排気系の外観斜視図、第５図は同正面図、
第６図は切換弁の拡大縦断面図、第７図は出力特性の変
化を説明するための出力−回転数線図、第８図ないし第
10図は本発明の他の実施例を示すもので、第８図はこの
実施例が適用された自動二輪車の概略平面図、第９図は
同側面図、第10図は要部の拡大外観斜視図である。 １……自動二輪車、７・50……内燃燃機関、14・52……
排気管、19・20・53……集合管、21・54……第２の集合
管、22……切換弁、22a……弁箱、22b……弁体、23……
ワイヤ、24……アクチュエータ、25……貫通孔、51……
気筒、Ａ・Ｂ……排気可変装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 津久井 孝明 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式 会社本田技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭63−167025（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−122334（ＪＰ，Ｕ)

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】多気筒型内燃機関の各気筒から延設された
   排気管の途中に、多気筒型内燃機関の運転状況に応じて
   これらの排気管の集合の組み合わせを切り換える切換弁
   を設けてなる排気可変装置において、前記排気管を少な
   くとも２群に区分し、それぞれの群毎に複数の排気管の
   連通、非連通を切り換える前記切換弁を配設し、異なる
   群の排気管同士を切換弁の下流側にて集合する集合管を
   複数備え、さらに前記集合管を下流側にて一カ所に集合
   してなり、 前記切換弁により連通、非連通が切り換えられる排気管
   を互いに異なる集合管に連通したことを特徴とする多気
   筒型内燃機関の排気可変装置。
2. 【請求項２】各切換弁が、多気筒型内燃機関の前後に振
   り分け配置されていることを特徴とする請求項１記載の
   多気筒型内燃機関の排気可変装置。
3. 【請求項３】各切換弁が、多気筒型内燃機関の両側部に
   振り分け配置されていることを特徴とする請求項１記載
   の多気筒型内燃機関の排気可変装置。
4. 【請求項４】各切換弁が、多気筒内燃機関の前後および
   両側部に偏倚して設けられていることを特徴とする請求
   項１記載の多気筒型内燃機関の排気可変装置。
5. 【請求項５】各切換弁が、多気筒型内燃機関の下部に設
   けられたオイルパンの両側部に設けられていることを特
   徴とする請求項２記載の多気筒型内燃機関の排気可変装
   置。