JP7159645B2

JP7159645B2 - エンジンの排気装置

Info

Publication number: JP7159645B2
Application number: JP2018122018A
Authority: JP
Inventors: 剛吉村松
Original assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Current assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Priority date: 2018-06-27
Filing date: 2018-06-27
Publication date: 2022-10-25
Anticipated expiration: 2038-06-27
Also published as: JP2020002840A

Description

本発明は、自動二輪車等の車両に搭載される多気筒エンジンの排気装置に関する。

この種のエンジンにおいて、所定気筒の排気管同士を連結管で連通させて排気脈動を有効に利用することによって、燃焼室の充填効率を高めて出力を向上させている。しかし、中低速域ではこの排気脈動が逆に作用して、そのままでは出力の谷ができフィーリングを悪化させてしまう。そこで例えば特許文献１のように、他の気筒の排気管にチャンバーを設け、中低速域での出力の谷の発生を抑制する技術がある。

実公平７－４６７３５号公報

現在ほとんどの機種では、排気管の前方には熱交換器（ラジエータ等）が配置されており、排気管前部にチャンバーを設けると熱害抑制のために隙間が必要になり、そのままでは車両が大型化してしまう。熱交換器がない機種でも、カウルリング等の意匠面に制約を受けてしまうことや、チャンバーそのものが外観上好ましくないこともある。
また、チャンバーの容積を小さくするためにはなるべく排気上流に設けることが望ましいが、連結管の配置に制約を受けてしまい出力特性の調整に影響がでてしまう。

本発明はかかる実情に鑑みてなされたものであり、多気筒エンジンを備える自動二輪車において、簡易な構造で中低速域のエンジン出力を向上させると共に、レイアウトの自由度を向上させることを目的とする。

本発明のエンジンの排気装置は、多気筒エンジンの各気筒の排気口に接続される複数の排気管と、連通孔を介して対となる前記排気管同士を連結する連結管と、前記排気管の前方に配置される熱交換器と、を備えるエンジンにおいて、前記連結管は、１番気筒及び４番気筒の前記排気管を連結する第１の連結管と、２番気筒及び３番気筒の前記排気管を連結する第２の連結管とを含み、前記第１の連結管は、前記第２の連結管よりも上方であって且つ前記多気筒エンジンのクランク軸よりも上方に配置されているとともに、１番気筒及び４番気筒の前記排気管の後面に接続され、２番気筒及び３番気筒の前記排気管の後方を通るように設けられ、前記第１の連結管には、該第１の連結管よりも大径の容積部が設けられており、前記容積部は、前記排気管よりも後方に位置していることを特徴とする。

本発明によれば、多気筒エンジンを備える自動二輪車において、簡易な構造で中低速域のエンジン出力を向上させると共に、レイアウトの自由度を向上させる。

本発明の実施形態における自動二輪車のエンジンまわりを右側方から見た側面図である。本発明の実施形態におけるエンジンの排気管まわりの斜視図である。本発明の実施形態に係るエンジンの排気管の斜視図である。本発明の実施形態に係るエンジンの排気管の後方正面図である。図４のＩ－Ｉ線に沿う断面図である。図４のII－II線に沿う断面図である。図４のIII－III線に沿う断面図である。本発明の排気装置に係るエンジンの出力カーブを示す図である。

本発明の一実施形態に係るエンジンの排気装置は、多気筒エンジンの各気筒の排気口に接続される複数の排気管と、連通孔を介して対となる前記排気管同士を連結する連結管と、前記排気管の前方に配置される熱交換器と、を備えるエンジンにおいて、前記連結管は、１番気筒及び４番気筒の前記排気管を連結する第１の連結管と、２番気筒及び３番気筒の前記排気管を連結する第２の連結管とを含み、前記第１の連結管は、前記第２の連結管よりも上方に配置されている。これにより、エンジン中低速域での出力の谷を抑制し、滑らかな高出力カーブを得ることができ、周辺部品とのレイアウトに制約を受けることなく、エンジン出力を向上させることができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施例について説明する。
本実施例では、自動二輪車に搭載される多気筒エンジンを例に説明する。図１は、自動二輪車１００のエンジン１０まわりを右側方から見た側面図である。なお、本願において上下、左右、前後といった方向は、自動二輪車１００に乗車した状態での方向を指すものとし、各図において方向を示す。

自動二輪車１００の車体フレームに搭載されるエンジン１０は、本実施例において例えば４サイクル多気筒、典型的には４気筒エンジンであってよい。この例では並列４気筒としたエンジン１０において、前傾して配置されたシリンダブロック１１の上側にシリンダヘッド１２及びシリンダヘッドカバー１３が順に結合し、一方、シリンダブロック１１の下方にはクランクケース１４が一体的に結合する。また、クランクケース１４の下部にはオイルパン１５が付設される。なお、エンジン１０の気筒配列は、左から右に向けて１番（♯１）気筒、♯２気筒、♯３気筒及び♯４気筒とし、図１においては♯１気筒のみが示される。

クランクケース１４とトランスミッションケース１６が相互に一体的に結合し、全体としてエンジン１０のケーシングアセンブリを構成する。このケーシングアセンブリの適所にはエンジン始動用のスタータモータやクラッチ装置等を始めとする複数の補機類が搭載もしくは結合し、これらを含めたエンジン１０全体が自動二輪車１００の車体フレームによって支持される。

エンジン１０には更に、エアクリーナ及び燃料供給装置からそれぞれ供給される空気（吸気）及び燃料でなる混合気を供給する吸気系、燃焼後の排気ガスをエンジン１０から排出する排気系、エンジン１０を冷却する冷却系及びエンジン１０の可動部を潤滑する潤滑系、更にはそれらを作動制御する制御系（ＥＣＵ；Engine Control Unit）が付属する。制御系の制御により複数の機能系が上述の補機類等と協働し、これによりエンジン１０全体として円滑作動が遂行される。

エンジン１０の冷却系において、シリンダブロック１１の周囲には冷却水が循環するように形成したウォータジャケットが構成されると共に、該ウォータジャケットに送給される冷却水を冷却する、熱交換器であるラジエータ１７を装備する。なお、ラジエータ１７はエンジン１０の前方に配置され、例えばその上部がブラケット１８を介して車体フレームに結合し、その下部がブラケット１９を介してシリンダブロック１１に結合し、このようにラジエータ１７は車体フレームもしくはシリンダブロック１１によって複数点もしくは箇所で支持される。ブラケット１９は、シリンダブロック１１の前面部から前下がりに延出し、ラジエータ１７の下部に結合する。ラジエータ１７の背面部には、シリンダヘッド１２の略前方に位置してファン２０が取り付けられる。

エンジン１０の潤滑系において、クランク軸２１やシリンダヘッド１２内に構成される動弁装置、そしてそれらを連結するカムチェーン、トランスミッション等々が含まれる。本実施例の潤滑系において、通常のオイルポンプを使用するが、このオイルポンプによりオイルパン１５から吸い上げたオイルを潤滑系に送給する。潤滑系を循環する潤滑油を冷却する、熱交換器であるオイルクーラ２２を装備する。なお、オイルクーラ２２はクランクケース１４の前方、且つラジエータ１７の下方に配置され、例えばその上部がラジエータ１７に結合し、その下部がブラケット２３を介してオイルパン１５に結合し、このようにオイルクーラ２２はラジエータ１７もしくはオイルパン１５によって複数点もしくは箇所で支持される。クランクケース１４の前面部には、潤滑油を清浄化するオイルフィルタ２４が取り付けられる。

図１に示されるようにエンジン１０の前方にはシリンダヘッドカバー１３からクランクケース１４までの領域に亘って、エンジン１０から前方に一定間隔をおいてラジエータ１７及びオイルクーラ２２が上下方向に配置される。

エンジン１０の排気系において、♯１～♯４の各気筒ともシリンダヘッド１２の前側にて燃焼ガスの排気口が開口し、これらの排気口にそれぞれ排気管２５（２５Ａ～２５Ｄ）が接続される。各排気管２５はシリンダヘッド１２の排気口から一旦下方へ延出して、オイルパン１５の左側下部に回り込んで合流し、更に後方へ延出する。合流した排気管２５は最終的にマフラ（消音器）に接続される。なお、ラジエータ１７及びオイルクーラ２２は、上下方向に延設されている排気管２５の部位の前方に配置される。また、図１の側面図で、排気管２５の上下方向に延設されている部位の下部付近の後方には、オイルフィルタ２４とバランサ室２６が配置される。

図２に示されるように各排気管２５はシリンダヘッド１２の排気口に接続する取付口２５ａを有し、フランジ２７によってシリンダヘッド１２に締結固定される。♯１気筒の排気管２５Ａと♯２気筒の排気管２５Ｂが合流部２８で合流し、♯３気筒の排気管２５Ｃと♯４気筒の排気管２５Ｄが合流部２９で合流する。更に、合流部２８及び合流部２９が相互に合流することで、♯１～♯４気筒の４本の排気管２５Ａ～２５Ｄが最終的に単一の集合管に集合する。この集合管にはマフラが接続され、このマフラから排気ガスが排出される。

更に、所定の排気管２５同士が連通孔を介して対をなして連結管によって連結される。本実施例では♯１気筒及び♯４気筒の排気管２５Ａ，２５Ｄを連結する第１の連結管３０と、♯２気筒及び♯３気筒の排気管２５Ｂ，２５Ｃを連結する第２の連結管３１とを含み、第１の連結管３０及び第２の連結管３１が水平に架け渡される。
特に、第１の連結管３０は、第２の連結管３１よりも上方に配置されている。

また、第１の連結管３０は図１に示されるように、エンジン１０のクランク軸２１よりも上方に配置されている。一方、第２の連結管３１はクランク軸２１よりも下方に位置している。

図３は、第１の連結管３０及び第２の連結管３１によって連結された♯１～♯４気筒の排気管２５Ａ～２５Ｄの左前方斜視図、図４はその後方正面図である。
第１の連結管３０には、第１の連結管３０よりも大径の容積部３２が設けられている。この容積部３２は第１の連結管３０よりも太い中空構造を持ち、容積部３２の径は排気管２５と略同程度である。また、容積部３２は図４等に示されるように第１の連結管３０の略中央部に位置し、図４のように正面視で容積部３２は、２番気筒及び３番気筒の排気管２５Ｂ，２５Ｃの間に配置され、つまり♯２気筒及び♯３気筒の排気管２５Ｂ，２５Ｃの範囲に収まる程度となっている。

この場合、容積部３２はレイアウト上、排気管２５と略同程度の径か、若干大きい程度の径に設定される。なお、容積部３２の径がこれより大き過ぎると容積部３２とエンジン１０との隙間確保に影響し、排気管２５との接続性にも影響する。また、容積部３２の長さについても、排気管２５Ｂ，２５Ｃの範囲に収まる程度以上に長くなると容積部３２をレイアウトに影響し、出力や耐久性の点でも適度な長さに設定される。

次に、第１の連結管３０は、１番気筒及び４番気筒の排気管２５Ａ，２５Ｄの後面に接続され、２番気筒及び３番気筒の排気管２５Ｂ，２５Ｃの後方を通るように設けられている。この場合、１番気筒及び４番気筒の排気管２５Ａ，２５Ｄの後面には図５Ａに示されるようにそれぞれ連通孔３３を有し、排気管２５Ａ，２５Ｄ同士が連通孔３３を介して対をなして第１の連結管３０によって連結される。なお、連通孔３３は、図５Ａの図示例のように排気管２５Ａ，２５Ｄの後面寄りであればよく、連通孔３３の位置設定には自由度が確保される。

また、図５Ａに示されるように第２の連結管３１は、２番気筒及び３番気筒の排気管２５Ｂ，２５Ｃの左右側面に接続され、容積部３２よりも前方に位置している。この場合、２番気筒及び３番気筒の排気管２５Ｂ，２５Ｃの左右側面には、図５Ｂに示されるようにそれぞれ連通孔３４を有し、排気管２５Ｂ，２５Ｃ同士が連通孔３４を介して対をなして第２の連結管３１によって連結される。

更に、第２の連結管３１は図５Ｃのように側面視で、２番気筒及び３番気筒の排気管２５Ｂ，２５Ｃと重なっている。２番気筒及び３番気筒の排気管２５Ｂ，２５Ｃの左右側面に形成された連通孔３４に対して第２の連結管３１が接続される。

ここで図４を参照して、排気管２５の取付口２５ａ及び第１の連結管３０間の距離Ｌ１よりも、第１の連結管３０及び第２の連結管３１間の距離Ｌ２が短く設定される。第２の連結管３１の位置は従来と殆ど変わらないか、僅かに排気下流側に設定される。

本発明のエンジンの排気装置において、エンジン１０が始動すると、♯１～♯４気筒のシリンダヘッド１２の排気口から排気管２５Ａ～２５Ｄに排気ガスが流入し、その排気ガスは更に合流部２８，２９で合流して、集合管を経てマフラから排出される。その際、所定の排気管２５を連結する第１の連結管３０及び第２の連結管３１を有することで、排気脈動を制御してその適正化を図り、エンジン１０の高出力化等を実現できる。

本発明によれば特に、第１の連結管３０が第２の連結管３１よりも上方に配置され、図１に示されるようにエンジン１０のクランクケース１４あるいはバランサ室２６と排気管２５との間に形成される空間を使って、第１の連結管３０を比較的高い位置に配置することができる。このように♯１気筒及び♯４気筒の排気管２５Ａ，２５Ｄを連結する第１の連結管３０を排気上流側に設けることで、エンジン中低速域での出力の谷を抑制するように排気脈動を制御し、滑らかな高出力カーブを得ることができる。特に第１の連結管３０の配置において、周辺部品とのレイアウトに制約を受けることなく、エンジン出力としては中低速域での出力を向上させることができる。

また、第１の連結管３０を上方に設け、即ち排気管２５Ａ，２５Ｄの取付口２５ａに近い位置で第１の連結管３０を介してそれらを連結することで、図４に示されるように排気管２５Ａ，２５Ｄと第１の連結管３０とでラーメン構造に近似する構造体が構成される。このような構造体によれば、高い剛性強度が確保され、排気管２５に対する補強用の部品を設けなくて済み、実質的に構造の簡素化を図ることができる。

具体的には第１の連結管３０は、エンジン１０のクランク軸２１よりも上方に配置されている。このように第１の連結管３０を排気上流側に設けることで、エンジン中低速域での出力向上を図りながら、そのような効果を有効に確保しつつ第１の連結管３０の径を実質的に小さくすることができ、これにより構成のコンパクト化に繋がる。

また、第１の連結管３０には、第１の連結管３０よりも大径の容積部３２が設けられ、容積部３２の容量により排気脈動を制御するようにエンジン回転域にマッチングさせ、谷の部分の出力増加を図ることができる。この場合、第１の連結管３０に直接容積部３２を設けることで、第１の連結管３０自体のレイアウト性の良さに対応して、周辺部品とのレイアウトに制約を受けずに、中低速域での出力を向上させることができる。
また、容積部３２をシリンダヘッド１２の排気口に近い排気上流側に設けることで、より中低速域での出力を向上させることができる。あるいはそのような効果を有効に確保しつつ容積部３２の容量を実質的に小さくすることができ、これにより構成のコンパクト化に繋がる。

また、第１の連結管３０は、１番気筒及び４番気筒の排気管２５Ａ，２５Ｄの後面に接続され、２番気筒及び３番気筒の排気管２５Ｂ，２５Ｃの後方を迂回するように配置される。
第１の連結管３０をこのように接続することで、周辺部品、特に２番気筒及び３番気筒の排気管２５Ｂ，２５Ｃ等とのレイアウトに制約を受けずに、第１の連結管３０を適正に設けることができる。

また、第１の連結管３０に関する距離Ｌ１と第２の連結管３１に関する距離Ｌ２との関係をＬ１＞Ｌ２に設定し、第１の連結管３０に対して排気下流側でありながら、第２の連結管３１はより排気上流側に設けられる。
２番気筒及び３番気筒でのバルブオーバラップ時にそれぞれの排気脈動を利用して充填効率を高め、特に高速域での出力を高めることができ、その場合第２の連結管３１をより排気上流側に設け、その効果を更に向上することができる。

また、容積部３２は正面視で、２番気筒の排気管２５Ｂと及び３番気筒の排気管２５Ｃの間に配置され、これにより容積部２と第１の連結管３０を２番気筒及び３番気筒の排気管２５Ｂ，２５Ｃに近づけて配置することができ、容積部３２の容量を確保しながら排気管２５をコンパクトに配置構成することができる。

また、第２の連結管３１は、容積部３２よりも前方に位置し、側面視で２番気筒及び３番気筒の排気管２５Ｂ，２５Ｃと重なっている。
第２の連結管３１を容積部３２から前方にずらして配置し、これにより容積部３２回りの隙間確保を容易化し、特に容積部３２の径方向の大きさを確保し易くなる。

本発明のエンジンの排気装置によれば、上述のように特に第１の連結管３０を排気上流側に設け、また、容積部３２の容量を大きく確保し、エンジン中低速域の出力の谷を解消することができ、中低速域の出力を向上させることができる。
ここで、図６は、本発明の排気装置を備えたエンジン１０のエンジン回転数と出力との関係（実線）を比較例（点線）と共に示す図である。比較例として例えば、♯１気筒及び♯４気筒の連結管が♯２気筒及び♯３気筒の連結管よりも排気下流側に配置される。本発明によれば、微細な出力の谷があるものの全体としてはエンジン回転数の中低速域での出力の谷を抑制し、全体的に滑らかな高出力カーブを得ている。

以上、本発明の実施例を、図面を参照して詳細に説明したが、各実施例は、本発明の実施にあたっての具体例を示したに過ぎない。本発明の技術的範囲は、各実施例に限定されるものではない。本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれる。
第１の連結管３０及び第２の連結管３１の高さ、あるいは容積部３２の径等は、本発明の範囲で適宜変更可能である。

１０エンジン、１１シリンダブロック、１２シリンダヘッド、１３シリンダヘッドカバー、１４クランクケース、１５オイルパン、１７ラジエータ、１８，１９ブラケット、２０ファン、２１クランク軸、２２オイルクーラ、２３ブラケット、２４オイルフィルタ、２５排気管、２６バランサ室、２８，２９合流部、３０第１の連結管、３１第２の連結管、３２容積部、３３，３４連通孔。

Claims

多気筒エンジンの各気筒の排気口に接続される複数の排気管と、連通孔を介して対となる前記排気管同士を連結する連結管と、前記排気管の前方に配置される熱交換器と、を備えるエンジンにおいて、
前記連結管は、１番気筒及び４番気筒の前記排気管を連結する第１の連結管と、２番気筒及び３番気筒の前記排気管を連結する第２の連結管とを含み、
前記第１の連結管は、前記第２の連結管よりも上方であって且つ前記多気筒エンジンのクランク軸よりも上方に配置されているとともに、１番気筒及び４番気筒の前記排気管の後面に接続され、２番気筒及び３番気筒の前記排気管の後方を通るように設けられ、
前記第１の連結管には、該第１の連結管よりも大径の容積部が設けられており、
前記容積部は、前記排気管よりも後方に位置していることを特徴とするエンジンの排気装置。
前記第２の連結管は前記容積部よりも前方に位置し、側面視で２番気筒及び３番気筒の前記排気管と重なっており、
正面視で前記容積部は、２番気筒及び３番気筒の前記排気管の間に配置されているとともに前記第２の連結管よりも上方に位置していることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気装置。
側面視で１番気筒から４番気筒の前記排気管は、重なって配置され、
前記第１の連結管は、１番気筒及び４番気筒の前記排気管の後面に接続され、２番気筒及び３番気筒の前記排気管の後方を迂回するように２番気筒及び３番気筒の前記排気管の後方まで延びて前記容積部に接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジンの排気装置。
前記容積部の長さは、前記第２の連結管の長さと略同一であることを特徴とする請求項１ないし３の何れか１項に記載のエンジンの排気装置。