JP4303546B2 - 自動二輪車の排気装置 - Google Patents

Description

本発明は自動二輪車の排気装置に関し、特に、複数気筒エンジンを備えた自動二輪車の排気装置に関する。

たとえば４気筒エンジンを搭載した自動二輪車の排気装置は、一般的に図８のような構造になっており、各気筒の排気ポートに接続された４本の排気管１０１を、第１段階として、２個の排気集合部１０２を介して２本の中間排気管１０３に集合し、第２段階として、上記２本の中間排気管１０３を１個の排気集合部１０４を介して１本の排気管１０５に集合し、該１本の排気管１０５を単一の排気マフラーに接続している。そして、エンジンの出力特性向上並びに排気音低減のために、排気制御バルブ１０６を設けたものがあり、また、隣接する排気管同志を連結パイプにより連結したものもある。上記排気制御バルブ１０６は、排気通路断面積を変更できるように構成されており、運転状況、たとえば負荷、燃料噴射量、車輌速度又はエンジン回転数等の変化に応じて、排気断面積を変更し、それにより、前述のようにエンジンの出力特性の向上及び排気音の抑制を図るようになっている。

上記排気制御バルブ１０６の設置位置としては、４本の排気管１０１を２本の排気管１０３に集合する排気集合部１０２に設けたものもあるが、図８に示す排気装置では、下流側の排気集合部１０４よりもさらに下流側の排気管１０５に排気制御バルブ１０６を配設してある（特許文献１等参照）。

４気筒エンジンを搭載した自動二輪車の排気装置の別の例として、図９に示すように、各気筒の排気ポートに接続された４本の排気管１０１を、１つの排気集合部１１１により一度に一本の排気管１１２に集合し、上記排気集合部１１１に排気制御バルブ１１３を設けたものもある（特許文献２等参照）。

また、隣接する排気管の通路同志を連結する構造としては、従来、図１０に示すように並設された２本の排気管２００に亘って円弧状の連絡管２０１を配置し、溶接により各排気管２００に結合したものが一般的である。
特開２００２−１３８８２８号公報 特開昭６３−１６１２７号公報

図８に示す従来の排気装置では、エンジンの排気ポートから排気制御バルブ１０６までの排気通路長が長くなり、排気制御バルブ１０６による制御の応答性が低下し、エンジンの出力特性向上に寄与することが困難になる。

図９に示す従来の排気装置では、接続する排気管１０１が多いので、排気制御バルブ１１３自体が大きくなると共に構造も複雑化する。また、排気制御バルブ１１３自体が大きくなることにより、排気装置全体のレイアウトも制限され、コストアップにもなる。

また、並設された２本の排気管を連通する場合において、図１０のように、別途、円弧状の連絡管２０１により両排気管２００を連結する構造では、衝撃等による衝突を避けるために両排気管２００の隙間を一定距離確保する必要があると共に、円弧状連絡管２０１の配置スペース（Ａ１×Ａ２）が必要となり、排気装置のレイアウトが制限される。

本発明の目的は、排気制御バルブの簡素化及び軽量化を達成できると共に、バルブ配置用スペースも節約でき、同時に、エンジン出力向上にも寄与できる自動二輪車の排気装置を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明は、複数気筒エンジンの各気筒に接続された排気管から排気マフラーに至るまでの排気通路を構成する自動二輪車の排気装置において、前記排気通路を集合する排気集合部が、排気流に沿って前記排気通路の複数箇所に設けられ、最も下流側の前記排気集合部は、最終的に２本の排気通路を一つに集合し、前記排気集合部内に、排気通路断面積を制御する排気制御バルブを配置し、並んで配設されている２本の前記排気通路間の隔壁部分に、前記両排気通路を連通する連通孔を形成し、前記２本の排気通路と、前記隔壁と、前記連通孔、とを有する中間連通ユニットを、前記排気管及び前記排気集合部とは別体に形成すると共に、前記排気集合部の上流端部の内周面に嵌合接続してある。

好ましくは、上記最も下流側の排気集合部には、排気制御バルブの取付部と共に、排気装置を車体フレームに取り付けるための排気装置取付部を一体成形する。

（１）最も下流側に配置されると共に２本の排気管を１本の排気管に集合する排気集合部に、排気制御バルブを設けることにより、排気制御バルブの構造を簡素化できると共に軽量かつコンパクトにすることができ、排気装置全体のレイアウトもし易くなり、コストアップも回避できる。また、前記図９の従来構造のように、最も下流側の集合よりもさらに下流側の排気管部分に配置する場合に比べ、シンプルな構造を維持しつつ、エンジン出力特性の向上に寄与することができる。

（２）上記最も下流側の排気集合部に、排気制御バルブの取付部、たとえばバルブ軸を支持するボス部及び操作ワイヤ支持部等と共に、排気装置を車体フレームに取り付けるための排気装置取付部、たとえば取付片等を一体成形することにより、排気装置の製造及び組付作業が容易になる。

（３）２本の排気通路を並んで配設すると共に両排気通路間の壁部分に、両排気通路を連通する連通孔を形成することにより、図１０の従来構造のように、円弧状の連絡管を別途配置する場合に比べ、連絡管の配置スペースが不要になると共に両排気管間の間隔も不要になり、排気装置をコンパクトにできる。

（４）上記連通孔と２本の排気通路とを、中間連通ユニットとして、排気管とは別体にユニット化することにより、排気管等の製造及び組付け作業が容易になる。また、上記連通孔を、排気集合部の上流側近傍に位置させることにより、集合する直前で、各排気管内の排気圧及び流量等の均一化を図ることができ、それにより、排気集合部では、均一化された直後の排気が合流することになり、排気流の乱れを起こすことなく、スムーズに集合（合流）することができる。

[参考例]
図１〜図３は、自動二輪車の排気装置の参考例である。
（自動二輪車の全体構造）
図１は自動二輪車の左側面図であり、周知のように、車体フレームはメインフレーム１と後部フレーム１ａ等から構成されており、メインフレーム１のヘッドパイプ２にフロントフォーク３を支持し、該フロントフォーク３の下端部に前輪５を支持し、メインフレーム１の後端に結合された下部ブラケット７にスイングアーム６を支持し、該スイングアーム６の後端部に後輪８を支持している。車体フレームの上部には、燃料タンク１０及びシート１１等が配置され、メインフレーム１の下側に、たとえば並列４気筒エンジンＥが配置されている。該エンジンＥはメインフレーム１及び下部ブラケット５にボルト等により支持されており、エンジンＥのシリンダヘッド後面に形成された各吸気ポートには、キャブレター１３を有する吸気管１４が接続し、該吸気管１４は、燃料タンク１０の下側に配置されたエアクリーナ１５に接続している。

（排気装置）
エンジンＥのシリンダヘッド前面には各気筒用に４つの排気ポートが開口しており、該排気ポートに、複数の排気管２０、２１、２２、複数の排気集合部２６、２７及び後輪側方に配置された単一の排気マフラー２５等からなる排気装置が接続されている。

図２は排気装置を一部分解して示す斜視図であり、排気管として、前記各排気ポートに接続された４本の上流側排気管２０と、排気マフラー２５に接続する１本の下流側排気管２２と、上記上流側排気管２０と下流側排気管２２の間に配置される２本の中間排気管２１とを備え、排気集合部として、各２本の上流側排気管２０をそれぞれ１本の中間排気管２１に接続する２個の第１の排気集合部２６と、中間排気管２１を集合して下流側排気管２２に接続する１個の第２の排気集合管２７を備えている。

上流側排気管２０は、エンジン前方を下降してエンジン下方に回り込み、エンジン下方を後方に延び、エンジン下方において、前記２個の第１の排気集合部２６を介して中間排気管２１に接続している。２本の中間排気管２１は右後方へ延び、下部ブラケット部７の右端部近傍において、前記第２の排気集合部２７により１本の下流側排気管２２に集合している。そして、下流側排気管２２はさらに後上方に延び、前記排気マフラー２５に接続している。

排気マフラー２５には、該排気マフラー２５を車体フレームに取り付けるための取付片３０が形成されている。

第２の排気集合部２７はたとえば鋳物により形成されており、外周面には排気装置を車体フレームに取り付けるための取付片３３が一体成形され、該取付片３３は、前記下部ブラケット７の取付ボス３２に、ボルト３５等を利用して取り付けられるようになっている。

（排気制御バルブ）
図３は第２の排気集合部２７の水平断面拡大図であり、該第２の排気集合部２７の合流点近傍に排気断面積を変更可能な排気制御バルブ４０が設置されている。該排気制御バルブ４０はバタフライ弁であり、円盤状の弁体４１と、該弁体４１に一体的に固着された弁軸４２と、該弁軸４２に固定された駆動プーリ４３と、該駆動プーリ４３を覆うプーリカバー４５等から構成されている。上記弁軸４２を支持するためのボス部４８、プーリカバー４５を固定するためのボス部４９及び操作ワイヤ５０を保持するためのワイヤ保持部５１は、第２の排気集合部２７の外周面に、該排気集合部２７と一体に鋳造成形されている。

弁軸用の上記ボス部４８は、第２の排気集合部２７の径方向の両端部に、同一軸心上に１対形成されており、一方のボス部４８は袋状に閉じ、他方のボス部４８は軸心方向に貫通した形状となっている。弁体４１は第２の排気集合部２７の排気通路内に配置され、弁軸４２はその両端部が前記ボス部４８にメタル軸受５３等を介して回動可能に支持されると共に一方の端部が外部に突出し、該突出端部に前記駆動プーリ４３が固着されている。

駆動プーリ４３にはリターンコイルばね５５が係合しており、該リターンコイルばね５５により弁軸４２及び弁体４１を初期位置（初期開度）に付勢している。初期位置は、エンジンの仕様により任意に設定可能であるが、たとえば全開位置を初期位置に設定し、コイルばね５５に抗して駆動プーリ４３を回動することにより所望の開度まで変更するように構成する。

駆動プーリ４３に巻き掛けられた操作ワイヤ５０は、前記ワイヤ保持部５１に係止されたアウターワイヤ５２内に挿入されると共に、図２のようにステッピングモータ５７等のプーリ５９に連結し、ステッピングモータ５７の回動により、プーリ５９及びワイヤ５０を介して駆動プーリ４３を回動するようになっている。

上記ステッピングモータ５７は、図示しないがエンジン回転数センサー、車速センサー、燃料噴射量検知センサー又はアクセル開度センサー等、各種運転状況を検出するセンサーのいずれか、あるは複数のセンサーに接続しており、各種運転状況に応じて作動し、排気制御バルブ４０の開度を調節するようになっている。たとえば、エンジン回転数センサーにより検出した回転数が低い時には、排気制御バルブ４０の開度を小さくして、出力特性向上や排気騒音の低減に寄与し、回転数が高い時には排気制御バルブ４０の開度を大きくして、排気抵抗を軽減し、エンジン出力を向上させる。

なお、第２の排気集合部２７の上流端部は、中間排気管２１に溶接により固着され、下流端部は、管状パッキン６０及び締付バンド６１により、下流側排気管２２に対して着脱可能に接続されている。

（取付状態）
図２において、排気装置は、排気マフラー２５の取付片３０、第２の排気集合部２７の取付片３３及び４本の上流側排気管２０の上端部により、車体フレーム及びエンジンＥに取り付ける。すなわち、排気装置を取り付ける際には、図１において、上流側排気管２０の上端部をエンジンＥの排気ポートに接続支持し、排気マフラー２５の取付片３０を後部フレーム１ａのブラケット等に支持し、図２の第２の排気集合部２７の取付片３３を、下部ブラケット７の取付ボス３２に支持する。

（作用）
図１において、エンジンＥの各排気ポートから排出された排気ガスは、４本の上流側排気管２０内に排出され、エンジン下方において、図２の２個の第１の排気集合部２６を介して２本の中間排気管２１にそれぞれ集合し、さらに第２の排気集合部２７を介して１本の下流側排気管２２に集合し、該１本の下流側排気管２２から単一の排気マフラー２５へ至り、排気マフラー２５から外部に排出される。

前記第２の排気集合部２７内においては、エンジン回転数や車輌速度等の各種運転状況に応じ、ステッピングモータ５７の駆動により排気制御バルブ４０の開度が制御され、それにより最良のエンジ特性が得られるように排気が制御される。

この参考例では、上記のように、第２の排気集合部２７に排気制御バルブ４０を内蔵しているので、排気制御バルブ４０自体を、簡素化できると共に、小型かつ軽量化でき、排気装置全体のレイアウトもし易くなり、また、エンジンの排気ポートからの排気通路長も長くなり過ぎず、エンジン特性を維持できる。さらに、排気集合部に２７に取付片３３を一体成形し、排気装置の取付手段の一部として利用しているので、排気装置の製造も容易になる。

[発明の実施の形態]
図４〜図７は本発明の実施の形態であり、前記図１〜図３で説明した参考例の構造に加え、図４の斜視図に示すように、第２の排気集合部２７と中間排気管２１の間に、連通孔７０を有する中間連通ユニット７１を介在させたことを特徴としている。上記中間連通ユニット７１を介在させた構造以外は参考例と同じであり、同じ部品には同じ符号を付し、詳しい説明は省略する。

中間連通ユニット７１内には、２本の排気通路７３が隣接状態で並行配置されており、両排気通路７３を隔てる隔壁７５には、一定区間Ｌ１だけ両排気通路７３間を連通するように連通孔７０が形成されている。

図５は図４の水平断面拡大図であり、連通孔７０は中間連通ユニット７１の上流側の端部に形成してある。また、図５のVI-VI断面図である図６に示すように、２本の中間排気管２１の下流側端部は長円形状に合体されており、該長円形状部分を、中間連通ユニット７１の上流側端部の長円形状部分に嵌着している。

（作用）
図５において、２本の中間排気管２１内を通過する排気ガスは、中間連通ユニット７１に流入した直後、第２の排気集合部２７の上流側近傍位置において連通孔７０を介して一時的に混ざり合い、これにより両中間排気管２１の排気ガスの圧力及び流量が均一化され、均一化された排気ガスが、両排気通路７３を経て第２の排気集合部２７において合流するので、排気流に乱れを起こすことなく、スムーズに合流することができる。また、この連通孔７０を形成していることにより、排気の脈動効果を利用して、エンジントルク特性を改善することが可能である。たとえばトルク谷を小さくできる等の利点がある。

図７は中間排気管２１の変形例を示しており、前記図６に相当する断面図である。この図７において、２本の中間排気管２１の下流側端部は、いずれも略円筒形状に維持されており、アダプター７９を介して中間連通ユニット７１の長円形端部に嵌着した構造となっている。

アダプター７５は外周面が長円形に形成され、内部に各中間排気管２１が嵌着する２個の嵌合孔７７を有している。

該実施の形態によると、図１０のように円弧状の連絡管を介して２つの排気管を連通する構造に比べ、配置スペースをコンパクト化できる。

[その他の実施の形態]
（１）本発明は６気筒又は８気筒のエンジンを搭載した自動二輪車にも適用可能であり、その場合も、最も下流側に配置されると共に２本の排気管を１本の排気管に集合する集合部に、排気制御バルブを配置する。

（２）排気制御バルブとしては、図３のようなバタフライ式のバルブの他に、シャッター式あるいは円筒式等、開度を調節できる各種のバルブを適用することが可能である。また、排気制御バルブの駆動用アクチュエータとしては、図２のステッピングモータ５７の他に、シリンダ装置あるいはリニアモータ等を利用することも可能である。

（３）連通孔を有する中間連通ユニット等で、２本の排気管間の排気圧等の均一化を図る場合に、並設される排気管がそれぞれ別の排気マフラーに接続されている構造に適用することも可能である。

（４）第２の排気集合部は、前記実施の形態では鋳物で形成しているが、板金あるいはパイプを利用して製作することも可能である。

排気装置を備えた自動二輪車の左側面図である。 排気装置の参考例を示す一部分解斜視図である。 図２の第２の排気集合部の水平断面拡大図である。 本発明による排気装置の実施の形態であり、第２の排気集合部及び中間連通ユニット部分の斜視図である。 図４の第２の排気集合部及び中間連通ユニット部分の水平断面図である。 図５のVI-VI断面図である。 中間排気管の変形例を示す図６と同じ部分の断面図である。 従来例の平面図である。 別の従来例を一部断面で示す平面図である。 排気管同志の連通構造の従来例を示す縦断面図である。

符号の説明

Ｅ エンジン
２０、２１、２２ 排気管
２７ 排気集合部
３３ 取付片（排気装置取付部）
４０ 排気制御バルブ
４１ 弁体
４２ 弁軸
４８ 弁軸支持用ボス部（バルブ取付部）
４９ プーリカバー取付ボス部（バルブ取付部）
７０ 連通孔
７１ 中間連通ユニット
７３ 排気通路
７５ 隔壁

Claims (3)

1. 複数気筒エンジンの各気筒に接続された排気管から排気マフラーに至るまでの排気通路を構成する自動二輪車の排気装置において、
   前記排気通路を集合する排気集合部(26,27)が、排気流に沿って前記排気通路の複数箇所に設けられ、
   最も下流側の前記排気集合部(27)は、最終的に２本の排気通路(73,73)を一つに集合し、前記排気集合部(27)内に、排気通路断面積を制御する排気制御バルブ(40)を配置し、
   並んで配設されている２本の前記排気通路(73,73)間の隔壁(75)部分に、前記両排気通路(73,73)を連通する連通孔(70)を形成し、
   前記２本の排気通路(73,73)と、前記隔壁(75)と、前記連通孔(70)、とを有する中間連通ユニット(71)を、前記排気管及び前記排気集合部(27)とは別体に形成すると共に、前記排気集合部(27)の上流端部の内周面に嵌合接続してある、ことを特徴とする自動二輪車の排気装置。
2. 請求項１に記載の自動二輪車の排気装置において、
   最も下流側の前記排気集合部(27)には、前記排気制御バルブ(40)の取付部と共に、排気装置を車体フレームに取り付けるための排気装置取付部を一体成形してあることを特徴とする自動二輪車の排気装置。
3. 請求項１又は２に記載の自動二輪車の排気装置において
   前記連通孔は、前記排気集合部の上流側近傍に位置していることを特徴とする自動二輪車の排気装置。

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