JP4965826B2 - 水冷エンジン - Google Patents

Description

本願発明は、自動二輪車に関し、特に、その排気管の改良に関する。

一般に、並列３気筒あるいは並列４気筒などのように排気ポートがエンジン前側に開口する種類のエンジンを装備した自動二輪車であって、特に、このエンジンが水冷式である場合には、エンジンとその前方に配置される前輪との間にラジエータが配置されている。

図１は、このようなエンジンの一例を示す車輌右側からの側断面図である。図１に示すように、この種類のエンジン1は、典型的には、吸気系を後方に、排気系を前方に配してなり、排気ポート4は、シリンダヘッド2の前面で開口している。

図１に示したエンジン1は、４バルブ・エンジンであり、燃焼室7には２つの円形断面の排気ルートが開口し、それぞれを排気バルブ2a（１つのみを図示）が開閉自在に塞いでいる。２つの排気ルートは、シリンダヘッド2の前面開口部に至るまでに１つに統合され、その開口部の形状は、IIA−IIA矢視図として図２（ａ）に示してある。

シリンダヘッド2の前面で開口する排気ポート4の開口部には、排気管5の排気上流側の端部が接続される。排気管5は、一般には、ステンレス鋼などのパイプ材から鍛造（たとえば、ハイドロフォーミング）により製作され、幾つかの筒状部材を溶接などにより連結してなる。図１においても、少なくとも２つの筒状部材5a，5bを連結してあるように示してある。

図１において、排気上流側の筒状部材5aは、排気ポート4の開口部との接続部以外は、一定の曲率半径Ｒを有して曲げられており、その両端の開口形状は、ともに円形である（IIB−IIB矢視図を図２（ｂ）に、IIC−IIC矢視図を図２（ｃ）にそれぞれ示す）。

排気上流側の筒状部材5aの排気ポート4との接続部には、突部5cが周設されている。筒状部材5aには、突部5cに係合して該筒状部材5aを排気ポート4の開口面（以下、「合わせ面」という）6に押し付ける環状フランジ部材5dが外嵌し、このフランジ部材5dをシリンダヘッド2にネジ止めすることによって排気管5がシリンダヘッド2に接続される。なお、フランジ部材5dが当接するシリンダヘッド2の部分には、環状の溝が形成され、密閉用の金属製（たとえば、銅）ワッシャ5eが嵌合している。

排気管5は、この合わせ面6から下方へ延び、そして、エンジン1の下面に沿って後方へ延びており、典型的には、触媒コンバータおよびマフラを備えている。排気管5は、排気ポート4と排気管5内の通路とからなる排気ルートの全体部分は、排気ガスがスムーズに流れるように３次元的に滑らかな曲線で構成される（たとえば、特許文献１）。

ラジエータは、この前方にある前輪と干渉しないように前輪から十分離して配置される。そのため、ラジエータとエンジン1との間の空間はかなり狭く、合わせ面6から前方へ延びる排気管5は、しばしば小さい曲率半径を有して下方へ曲げられるが、排気管5を構成するパイプ材は、その材料特性上あまり小さい曲率半径に成形することはできない。

図１に示すように、これを補うために、排気管5が接続される合わせ面6を可及的に前方へ傾斜させるようにしてある。排気ポート4が形成されるシリンダヘッド2は、アルミニウム鋳造品であり、比較的自由な形状に成型することができるが、前述したように、排気ガスのスムーズな流れを保証するために、排気ポート4もあまり小さい曲率半径にすることができない。したがって、合わせ面6を前方に傾斜させることによってシリンダヘッド2が前方へと膨出した形となり、この膨出した分だけシリンダヘッド2が肥大化する。

シリンダブロック3内の燃焼室7から合わせ面6へと続く排気ポート4は、短い方が良い。これは、排気ポート4を流れる高温の排気ガスからシリンダヘッド2への、ひいてはシリンダヘッド2に形成されたウォータージャケット（たとえば、8a，8b，および8c）内の冷却水の受熱が大きくなって、より大きな冷却力が要求されることになるからである。
特開平6-346730号公報

本願発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、排気ポートを可及的に短くできてシリンダヘッド内を流れる冷却水の受熱を少なくすることができ、ひいては大きな冷却力が要求されない自動二輪車を提供することを目的とする。

本願発明に係る自動二輪車は、シリンダヘッドに形成された排気ポートがエンジン前側に開口する水冷エンジンを装備し、ラジエータが前輪と前記エンジンとの間に配置された自動二輪車であって、前記排気ポートの開口に接続された排気管の少なくとも一部は、少なくとも前記排気ポートの開口に接続される部分で前記排気ポートの開口とほぼ同一の横断面形状を有し、前記排気ポートは、バルブシートからシリンダヘッドの開口部までに亘って２つの排気ルートを備え、前記２つの排気ルートは前記排気管の少なくとも一部の内部で統合されていることを特徴とする。

前記排気管の少なくとも一部は、鋳造により形成されてることが可能である。

前記排気管の少なくとも一部は、軸方向長さ寸法が前記管内径よりも大きくなるように構成されることが可能である。

前記横断面形状は、横方向に長い扁平形状であることが可能である。

前記排気管の少なくとも一部は、その排気下流側の端部を次に続く排気管の部分と差し込み式にされることが可能である。

前記排気管の少なくとも一部は、前記次に続く排気管の部分と締結具により締結されることが可能である。

前記排気管の少なくとも一部は、前記排気ポートの開口に接続される側の部分がその排気下流側の残りの部分と同一の曲率半径で曲がっている管内排気通路を有することが可能である。

前記エンジンは、２気筒以上の気筒を有することが可能である。この場合には、前記排気管の少なくとも一部は、排気上流側で気筒数に分岐し、それぞれの気筒の排気ポートの開口に接続されることが可能である。

上記発明によれば、排気ポートを可及的に短くできてシリンダヘッド内を流れる冷却水の受熱を少なくすることができ、ひいては大きな冷却力が要求されない。

以下、本願発明に係る自動二輪車について添付の図面を参照しながら具体的に説明する。

（第１の実施の形態）
図３は、本願発明の実施の形態に係る自動二輪車10を示す図である。この自動二輪車10は、典型的なスーパースポーツ仕様の自動二輪車であり、車体のほぼ中央部にエンジン20を装備している。このエンジン20は、単気筒、並列２〜４気筒（あるいは、もっと多い数の気筒でも可）などのように排気ポートがエンジン20前側に開口する種類のエンジンであり、水冷式である。エンジン20の前方には前輪11、そして後方には後輪12がそれぞれ配置され、前輪11とエンジン20との間には、ラジエータ30が配置されている。

図４も参照して、シリンダヘッド21に形成され、シリンダブロック22内の燃焼室220から合わせ面210bへと続く排気ポート210は、シリンダヘッド21の前側で開口し、ここに排気管40が接続されている。排気管40は、典型的には、排気ポート210との接続部からエンジン20の前方をラジエータ30との間で下方へ延び、そして、エンジン20の下面に沿って後方へ延びており、触媒コンバータおよびマフラなどを備えている。

本実施の形態においては、排気管40の排気ポート210に接続される部分（ここでは、「第１排気管部分41」と呼ぶ）は、チタン製であり、鋳造により製作されている。なお、第１排気管部分41の材料は、チタンに限定されるものではなく、アルミニウム合金やステンレスなどの他の材料を採用することも可能である。また、第１排気管部分41の製造方法は鋳造に限定されない。

このように、第１排気管部分41は、鋳造により製作されることから、曲げの際の曲率半径に制約のあるパイプ材と違い、任意の形状に成形することが可能であるが、排気ポート210と排気管40とから構成される排気ルートの全体部分における排気ガスのスムーズな流れを保証するために、第１排気管部分41内の排気ルートは、可及的に３次元的に滑らかな曲線で構成される。

さらに図６（ａ）および（ｂ）も参照して、第１排気管部分41は、全体としてほぼ一定の曲率半径で曲がったような外形形状をなしており、両端部は外形形状でストレート部分となっている。排気ポート210の開口部210aは、段付き穴状に形成されており（図４参照）、この開口部210aに差し込まれる第１排気管部分41の上流側接続部410は、上記段付き穴状の開口部210aに嵌合するように形成されている。

上流側接続部410の基端部には、異形フランジ411が形成され、該フランジ411には、周方向に３つの孔412が等配されている。より詳しくは、１つの孔412がフランジ411の上端部に、残り２つの孔412が左右に等配されている。同様に、排気ポート210の開口部210a周囲のシリンダヘッド21の面にも、ネジ孔（図示せず）が対応する位置にそれぞれ形成されている。

第１排気管部分41は、この上流側接続部410で排気ポート210の開口部210aに差し込まれ、フランジ411に形成された３つの孔412にそれぞれ挿通されるネジ（図示せず）によりシリンダヘッド21に固定される。このとき、図４に示すように、フランジ411とシリンダヘッド21との間には、典型的にはフランジ411と同形状をなしたガスケット43が介在される。ガスケット43は、適切な材料から構成することが可能であるが、樹脂のように断熱効果が高く、第１排気管部分41の熱をシリンダヘッド21に伝え難い材料が好適である。

図４でより分かり易いように、第１排気管部分41の排気ポート210への接続端部である上流側接続部410（図６（ａ）および（ｂ）参照）は、外形形状でストレート部分となっている。しかしながら、この上流側接続部410の内部を通過する排気ルートは、この下流側に位置する第１排気管部分41内の排気ルートと同一の曲率半径ｒを描いて連続している。このため、図６（ｂ）でより分かり易いように、上流側接続部410は、排気ポート210側の合わせ面210bと当接する面410aで、第１排気管部分41内の排気ルートの開口が上方へ偏芯した態様となっている。

このように、本実施の形態の第１排気管部分41は、鋳造により製作されるので、肉厚を自由に設定できる。したがって、シリンダヘッド21の開口部210aとの接続に要求されるストレート部分を外形部分として有する一方で、内部の排気ルートは一定の曲率半径ｒを維持することができる。本実施の形態では、上流側接続部410のみを偏芯した肉厚としたが、下流側接続部413も同様に偏芯した肉厚とすることができることは言うまでもない。

ここで、上記曲率半径ｒは、第１排気管部分41の排気ルートの中心軸（図中、一点鎖線で示す）が描く曲率半径を示しており、この曲率半径ｒは、従来のプレス材製の排気管内の中心軸が描く曲率半径よりも小さくすることが可能である（つまり、ｒ＜Ｒ）。具体的には、曲率半径ｒの大きさを、第１排気管部分41内の排気ルートの直径φの２倍よりも小さくすることが可能である（つまり、ｒ＜２φ）。さらに、図７に示すように、第１排気管部分41の長さＬは、従来のパイプ材による曲げ加工では不可能な、直径φよりも長い寸法とすることが可能である。なお、図７においては、長さＬは、図示の明確化から排気ルートの中心軸（一点鎖線で示す）からオフセットして示してある。

さて、図４および図８に示すように、第１排気管部分41の下流側接続部413は、この排気下流側へ次に続く排気管40の第２排気管部分42と接続され、本実施の形態においては、下流側接続部413は、筒状に形成された第２排気管部分42の内側に差し込まれるように構成されている。なお、本実施の形態においては、下流側接続部413は、第１排気管部分41の中間部415（図６（ａ）参照）の外形寸法と同径に形成され、差し込みの際のストッパ部414を基端部に周設されている。しかし、下流側接続部413は、この態様に限られるものではなく、たとえば、段付き形状としても同様の差し込み態様を実現することが可能である。

このように差し込み形式にて接続される場合には、たとえば、図８に示すように、第１排気管部分41と第２排気管部分42とにそれぞれフック416，426を設け、これらにスプリング45を引っ掛けることによって相互の抜け止めをしておくことが可能である。ここでは、締結具の例として、フック416，426およびスプリング45を示したが、他の締結具を採用可能であることは言うまでもない。また、締結具によらず溶接してもよい。

図４においては、吸気バルブ231と排気バルブ232とは、それぞれ１つずつしか示していないが、本実施の形態においては、エンジン20は、２バルブ・エンジンである。本実施の形態においては、排気ポート210は、バルブシートから合わせ面210bまでの全長に亘って、図５（ａ）に示すように、円形穴を中央で横に２分したような２つの排気ルート211を備えている。つまり、各排気ルート211は、横断面半円形に形成されている。

この合わせ面210bに当接する第１排気管部分41の面410aは、図５（ｂ）に示されている（図６（ｂ）および図９（ａ）も参照）。この第１排気管部分41側の当接面410aも、合わせ面210bにおける形状と同一とされ、円形穴を中央で横に２分したような２つの排気ルート417を有している。これら２つの排気ルート417は、たとえば図４において第１排気管部分41内部の排気ルートを横断する曲線として示したように、途中で１つのルートに統合され、図５（ｃ）に示すように、下流側接続部413では１つの円形の排気ルート417となっている。これによって、従来は排気ポート内で統合されていた２つの排気ルートが、出力性能その他の観点から第１排気管部分41の任意の部分で統合することが可能である。

（第２の実施の形態）
上記の第１の実施の形態においては、図９（ａ）に示したように、第１排気管部分41の上流側接続部410の形状を概ね円形にしたが、第１排気管部分41は鋳造により製作されるため任意の形状にすることが可能である。

たとえば、図９（ｂ）に示すように、別の実施の形態の第１排気管部分41Bは、その横断面が扁平とされている。ここでは、扁平の例として、横長楕円形を示しているが、その他の扁平形状を採用することも可能である。

第１排気管部分41Bの排気ルート417Bの総断面積を、上記第１の実施の形態の第１排気管部分41の排気ルート417と同一に維持するならば、この方法で第１排気管部分41Bの高さ方向寸法はより小さく抑えられる。この結果、図４に示したようなシリンダヘッド21内のウォータージャケット213a，213b，および213cのうち、特に合わせ面210b上方のウォータージャケット213aの通流断面積を大きくするなど、その形状をより自由に設計することが可能となる。

その他の構成および作用は、上記第１の実施の形態と同様であり、同様の部分には同様の参照符号（たとえば、末尾に“B”を付加して）を付してその説明は省略する。

（第３の実施の形態）
図１０は、さらに別の実施の形態にかかる第１排気管部分41Cを示している。この第１排気管部分41Cは、その中間部（図６（ａ）の415に相当する部分）に膨出部418を形成され、この膨出部418の内部空間に触媒コンバータ44を内装している。

膨出部418の形成される位置は、任意の位置でよいが、たとえば、曲率半径ｒによって排気ガスがより当たり易い外側の内壁が好ましい。

その他の構成および作用は、上記第１の実施の形態と同様であり、同様の部分には同様の参照符号（たとえば、末尾に“C”を付加して）を付してその説明は省略する。

（第４の実施の形態）
図１１は、さらに別の実施の形態にかかる第１排気管部分41Dを示している。この第１排気管部分41Dは、２つの気筒の排気ポート（図４参照）からの排気ルートを１つに統合するマニホールドの形態をなしている。

統合されて１つになった第１排気管部分41Dの下流側部分は、上記第１の実施の形態の構成と同じである。これよりも上流側は２つに分岐しており、それぞれ各気筒の排気ポート（図４参照）にフランジ411Dを介して接続される。このフランジ411Dは、２つの気筒に対して１つとなっており、概して台形形状をなしている。上辺に沿って２つのネジ止め用の孔412Dが、下辺に沿って３つのネジ止め用の孔412Dがそれぞれ形成されている。

その他の構成および作用は、上記第１の実施の形態と同様であり、同様の部分には同様の参照符号（たとえば、末尾に“D”を付加して）を付してその説明は省略する。

上記の実施の形態においては、スーパースポーツ仕様の自動二輪車を例に挙げたが、本願発明は、排気ポートがエンジン前側に開口する種類のエンジンを装備した任意の自動二輪車に適用可能である。

また、水冷エンジンに限定されず、ラジエータの代わりにオイルクーラを有する空冷エンジンにも適用可能である。

以上のように、本願発明に係る自動二輪車によれば、シリンダヘッド部分での排気ポート長を可及的に短くでき、シリンダヘッド内を流れる冷却水への受熱を少なくすることができ、ひいては大きな冷却力が要求されないなどのことが要求される用途にも適用可能である。。

従来のエンジンの一例を示す車輌右側からの側断面図である。 従来の排気ルートの横断面形状を示し、（ａ）はIIA−IIA矢視図、（ｂ）はIIB−IIB矢視図、および（ｃ）はIIC−IIC矢視図である。 本願発明の実施の形態に係る自動二輪車の構成を示す車輌右側からの側面図である。 図３に示したエンジンの一例を示す車輌右側からの側断面図である。 図４に示したエンジンの排気ルートの横断面形状を示し、（ａ）はVA−VA矢視図、（ｂ）はVB−VB矢視図、および（ｃ）はVC−VC矢視図である。 図４に示した第１排気管部分の斜視図であり、（ａ）は右前方からの斜視図、および（ｂ）は右後方からの斜視図である（方向はエンジンへの取り付け時を基準としている）。 図４に示した第１排気管部分の縦断面図である。 図４に示した第１排気管部分の第２排気管部分への接続構成を示す右前方からの斜視図である（方向はエンジンへの取り付け時を基準としている）。 （ａ）は図４に示した第１排気管部分の排気ポートへの接続面の形状を示す図であり、（ｂ）はこの形状の別の実施の形態である。 本願発明のさらに別の実施の形態に係る第１排気管部分を示す縦断面図である。 本願発明のさらに別の実施の形態に係る第１排気管部分を示す縦断面図である。

符号の説明

10 自動二輪車
11 前輪
20 エンジン
21 シリンダヘッド
30 ラジエータ
40 排気管
41，41B−41D 第１排気管部分
42 第２排気管部分
45 スプリング
210 排気ポート
210a 開口部

Claims (8)

1. シリンダヘッドに設けられた開口部を有し、２つのバルブシートから前記開口部に至る排気ポートと、
   前記開口部に接続される排気管と、を備え、
   前記排気ポートは、前記２つのバルブシートそれぞれから前記開口部に至る２つのヘッド側排気ルートと、前記２つのヘッド側排気ルートを仕切る仕切り部とを有し、前記開口部が、前記仕切り部よりも流れ方向下流側に凹部を有し、
   前記排気管は、前記開口部にて前記排気ポート内に差し込まれる上流側接続部を有し、前記上流側接続部は、内部を流れ方向に沿って仕切る仕切り壁を介して二分された２つの管側排気ルートを備え、
   前記凹部内に位置する前記仕切り壁が前記仕切り部と連続して前記２つのヘッド側排気ルートが前記２つの管側排気ルートとそれぞれ連通し、それにより２つの排気ルートが形成されて前記排気管内で統合されることを特徴とする水冷エンジン。
2. 前記開口部及び前記上流側接続部が、１つの気筒に対応して１つ設けられていることを特徴とする請求項１に記載の水冷エンジン。
3. 前記上流側接続部が、前記排気ポート内に差し込まれる部分で、前記凹部とほぼ同一の外周面形状を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の水冷エンジン。
4. 前記排気管は、前記上流側接続部がその排気下流側の部分と同一の曲率半径で曲がっている管内排気通路を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の水冷エンジン。
5. 前記凹部が流れ方向上流側よりも大径に形成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の水冷エンジン。
6. 前記開口部が、段付き穴状に形成され、前記上流側接続部が、径方向外側に突出するフランジ部と、前記段付き穴状の前記開口部の内面を成す合わせ面に当接する当接面とを有し、前記フランジと前記シリンダヘッドとの間に断熱性を有するガスケットが設けられることを特徴とする請求項５に記載の水冷エンジン。
7. 前記シリンダヘッドが、前記合わせ面の上方及び下方にウォータージャケットを有することを特徴とする請求項６に記載の水冷エンジン。
8. 前記排気管は、鋳造により形成され、軸方向長さ寸法が前記管内径よりも大きくなるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の水冷エンジン。
   

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