WO2015059978A1 - エンジンの排気システム - Google Patents

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WO2015059978A1
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松本孝史
大北憲一
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川崎重工業株式会社
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    • F01N2590/04Exhaust or silencing apparatus adapted to particular use, e.g. for military applications, airplanes, submarines for motorcycles

Definitions

  • the present invention relates to an engine exhaust system in which a plurality of exhaust pipes are assembled and then connected to a muffler.
  • the collecting pipe is connected to a muffler, and the exhaust is silenced by the muffler and discharged to the outside (for example, Patent Document 1). ).
  • the exhaust interference is generally adjusted by aligning the length from the exhaust port of the engine to the collection of the exhaust pipe.
  • Patent Document 1 a spherical expansion chamber is provided between the collecting pipe and the muffler to solve the shortage of torque when accelerating in the low speed region.
  • a space around the engine it is necessary to provide a space around the engine.
  • An object of the present invention is to provide an engine exhaust system that can solve the shortage of engine torque in the middle / low speed rotation region without compressing the space around the engine.
  • an exhaust system for an engine introduces two exhaust pipes for exhausting exhaust gas from the engine, a muffler for silencing the exhaust gas, and introducing the exhaust gas into the muffler.
  • An introduction pipe and a collection pipe that collects exhaust gas from the two exhaust pipes and introduces the exhaust gas into the introduction pipe, and the collection pipe has a single outlet inside the introduction pipe.
  • the passage area of the outlet is set to be smaller than the sum of the areas of the outlets of the two exhaust pipes and smaller than the passage area of the introduction pipe at the outlet position.
  • the flow area of the exhaust gas is increased by narrowing the passage area at the outlet of the collecting pipe, and the exhaust gas is suppressed by suppressing the exhaust interference from the two exhaust pipes of the two cylinders having different rotational phases.
  • the exhaust efficiency can be improved by alternately drawing.
  • the passage area is rapidly increased inside the introduction pipe to cause a pressure drop, thereby increasing the power to draw exhaust from the exhaust pipe and improving the exhaust efficiency more effectively. Can be made.
  • the shortage of engine torque in the medium / low speed rotation region can be resolved, and the engine output at the peak can also be improved. Also, since no new parts are added, there is no need to consider the installation space, and the space around the engine is not compressed.
  • the collecting pipe has a gradually decreasing passage area from a large diameter portion into which the outlet port of the two exhaust pipes is inserted to a small diameter portion to be inserted into the introduction pipe,
  • the large diameter portion is preferably connected to the introduction pipe. According to this configuration, the exhaust gas from the exhaust pipe flows smoothly from the large diameter portion to the small diameter portion in the collecting pipe.
  • the introduction pipe and the collection pipe are connected at the large diameter portion, the introduction pipe and the collection pipe can be firmly connected.
  • the downstream end portion forming the outlet of the exhaust pipe is connected to the collecting pipe through an adapter pipe fitted to the outlet end.
  • the collecting pipe and the introducing pipe constituting the collecting portion can be shared for the exhaust pipes having different outer diameters, and therefore the muffler can also be shared.
  • the muffler can be shared, the effect of reducing the cost is great.
  • the passage area of the outlet of the collecting pipe is preferably 0.6 to 0.9 times, more preferably 0.70 to 0.9 times the total area of the outlet of the exhaust pipe. 0.85 times. If it is less than 0.6 times, the exhaust passage becomes too tight and the pressure resistance increases. If it exceeds 0.9 times, the effect of suppressing exhaust interference is reduced, and sufficient exhaust efficiency cannot be obtained.
  • the passage area of the outlet of the collecting pipe is preferably 0.2 to 0.5 times the passage area of the introduction pipe at the outlet position, more preferably 0.3. ⁇ 0.4 times. If it is less than 0.2 times, the passage area at the outlet of the collecting pipe cannot be reduced so much as described above, so that the inner diameter of the introducing pipe increases and the introducing pipe becomes larger. If it exceeds 0.5 times, the pressure drop becomes small and sufficient exhaust efficiency cannot be obtained.
  • FIG. 1 is a side view showing a motorcycle including an engine exhaust system according to a first embodiment of the present invention. It is a front view which shows the same exhaust system. It is a side view showing the exhaust system. It is sectional drawing which shows the muffler of the same exhaust system. It is sectional drawing which shows the connection part of the introductory pipe and collecting pipe in the same exhaust system. It is a graph which shows the output / torque with respect to the engine speed in the engine using the same exhaust system, and the conventional engine.
  • left side and right side refer to the left and right sides as viewed from the driver who gets on the vehicle.
  • FIG. 1 is a side view of a motorcycle equipped with an engine exhaust system according to an embodiment of the present invention.
  • a front fork 2 is supported at the front end of the main frame 1 constituting the front half of the body frame FR
  • a front wheel 3 is provided at the lower end of the front fork 2
  • a handle 4 is provided at the upper end of the front fork 2.
  • a swing arm bracket 6 is provided at the lower rear end of the main frame 1, and a front end of the swing arm 7 is pivotally supported on the swing arm bracket 6 via a pivot shaft (not shown) so as to be swingable up and down.
  • a rear wheel 8 is attached to the rear end of the swing arm 7.
  • the seat rail 9 connected to the rear portion of the main frame 1 constitutes the latter half of the vehicle body frame FR.
  • An engine E is attached to the lower part of the main frame 1, and a radiator 10 is disposed in front of the engine E.
  • the motorcycle is configured to drive the rear wheel 8 via the chain 11 by the engine E and to steer the steering wheel 4.
  • a rider's seat 12 and a passenger's seat 13 are supported on the seat rail 9.
  • a fuel tank 14 is attached between the handle 4 and the rider's seat 12 at the upper part of the main frame 1, that is, at the upper part of the vehicle body.
  • a headlamp 17 is attached to the front of the vehicle body.
  • Engine E is a two-cylinder four-cycle engine, and two exhaust pipes 21 are connected to an exhaust port 20 on the front surface of the cylinder head 19. These two exhaust pipes 21 are gathered at a gathering portion 22 below the engine E and connected to a muffler 23 disposed between the rear surface of the engine E and the rear wheel 8.
  • the collecting portion 22 has a configuration in which the downstream end portions 21 a of the two exhaust pipes 21 are connected to a single introduction pipe 29 via the collecting pipe 27.
  • the rear end of the introduction pipe 29 is connected to an inlet pipe 26 (FIG. 4) provided inside the muffler 23 by welding. That is, the introduction pipe 29 is fixed to the muffler case 30 via the inlet pipe 26.
  • An exhaust component detection sensor 31 for detecting the oxygen content in the exhaust gas G introduced into the introduction pipe 29 is attached to the introduction pipe 29.
  • the exhaust pipe 21 is connected to the collecting pipe 27 via an adapter pipe 28 fitted to the downstream end 21a.
  • the adapter pipe 28 is used to connect both the outer diameter of the downstream end portion 21a of the exhaust pipe 21 and the inner diameter of the inlet (upstream end) of the collecting pipe 27.
  • Such an adapter pipe 28 is provided.
  • a common assembly can be used for exhaust pipes having various outer diameters, that is, for engines having various displacements.
  • the diameter of the exhaust pipe 21 is expanded by the adapter pipe 28.
  • the exhaust pipe 21 and the adapter pipe 28 and the adapter pipe 28 and the collecting pipe 27 are fixed by welding.
  • the exhaust pipe 21, the collecting portion 22, and the muffler 23 constitute the exhaust system ES of the present invention.
  • FIG. 2 is a front view showing an exhaust system ES of the engine E
  • FIG. 3 is a side view thereof.
  • the exhaust pipe 21 extends from the exhaust port 20 (FIG. 1) while curving in the left-right direction (the vehicle width direction) downward, and then on the front surface of the collecting pipe 27 of the collecting portion 22. It is connected.
  • the two exhaust pipes 21 and 21 communicate with each other through a communication pipe 25 at an intermediate portion.
  • the exhaust pipe 21 and the adapter pipe 28 are made of stainless steel pipes, and the collecting pipe 27 and the introduction pipe 29 have a structure in which stainless steel pipe halves divided by two in the radial direction are joined together by welding. Yes.
  • a mounting bracket 30a is fixed to the upper portion of the muffler case 30 by welding, and the muffler case 30 is bolted (not shown) of the main frame 1 (FIG. 1) through the mounting bracket 30a. It is fixed at the lower end.
  • FIG. 4 is a plan sectional view of the muffler 23.
  • the muffler case 30 includes a cylindrical portion 32 that is open at both the front and rear ends, and a front end plate 33 and a rear end plate 34 that close the openings at the front and rear ends of the cylindrical portion 32.
  • the end plates 33 and 34 are integrated by welding.
  • the inside of the muffler case 30 is partitioned by two partition plates 40, 41 fixed to the inner peripheral surface of the inner cylinder 35, and three first to third expansion chambers 43, 44, 45 are formed. ing.
  • the first to third expansion chambers 43, 44, 45 are connected in this order via the first and second communication pipes 54, 56, and the most upstream first expansion chamber 43 is connected to the muffler case 30.
  • a second expansion chamber 44 on the downstream side of the expansion chamber 44 is disposed at the foremost portion of the muffler case 30, and a third expansion chamber 45 is disposed between the expansion chambers 43 and 44.
  • an outlet pipe 58 that communicates the third expansion chamber 45 with the outside is supported by the partition plate 41 and the rear end plate 34 in a state of passing through the partition plate 41 and the rear end plate 34.
  • the inlet pipe 26 for introducing the exhaust gas G into the muffler case 30 is supported by the front end plate 33 and the two partition plates 40 and 41 so as to pass through each. ing.
  • the upstream end of the inlet pipe 26 is connected to the rear end of the introduction pipe 28.
  • the inlet pipe 26 penetrates the left side portion of the front end plate 33.
  • An opening 33a made of a through hole is formed on the right side of the front end plate 33, and a cup-shaped expansion case 42 is connected to the opening 33a.
  • the expansion case 42 forms an expansion portion 44 a of the second expansion chamber 44.
  • a first catalytic converter 51 on the upstream side and a second catalytic converter 52 on the downstream side are mounted inside the inlet pipe 26.
  • a plurality of punching holes 26 a are formed at the downstream end of the inlet pipe 26.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a connecting portion between the introduction pipe 29 and the collecting pipe 27.
  • the collecting pipe 27 includes a large-diameter portion 60 into which the downstream end portion 21 a forming the outlet port 58 of the two exhaust pipes 21 is inserted via the adapter tube 28, and a small-diameter portion 62 inserted into the introduction pipe 29.
  • the passage area gradually decreases from the large diameter portion 60 to the small diameter portion 62.
  • the collecting pipe 27 is fixed to the upstream end portion 29a of the introduction pipe 29 by welding.
  • the collecting pipe 27 has a single outlet 64 inside the introduction pipe 29, and the passage area S1 of the outlet 64 shown in FIG. 3 is the total of the passage areas S2 of the outlets 58 and 58 of the exhaust pipes 21 and 21. Smaller than (S2> S1) and smaller than the passage area S3 of the introduction pipe 29 at the position P of the outlet 64 (S3> S1).
  • the passage area S1 of the outlet 64 of the collecting pipe 27 is smaller than the total passage area S2 of the outlet 21a of the exhaust pipe 21, and the exhaust passage of the exhaust gas G is narrowed in the collecting pipe 27.
  • the passage area S1 is sufficiently smaller than the passage area S3 of the introduction pipe 29 at the position P of the outlet 64, so that the exhaust gas G that has exited the outlet 64 expands and its pressure decreases. Yes.
  • the throttle of the exhaust passage becomes too strong and the pressure resistance increases. If it exceeds 0.9 times, the effect of suppressing exhaust interference is reduced, and sufficient exhaust efficiency cannot be obtained. Further, if the passage area S1 is less than 0.2 times the passage area S3, the passage area S1 of the outlet 64 of the collecting pipe 27 cannot be reduced so much, so the inner diameter of the introduction pipe 29 becomes large and the introduction pipe 29 becomes large. Shape. If it exceeds 0.5 times, the pressure drop becomes small and sufficient exhaust efficiency cannot be obtained.
  • the exhaust gas G of FIG. 3 is led out from the exhaust pipe 21 and merges at the collecting portion 22.
  • the exhaust gas G guided to the collecting tube 27 is slightly expanded by the adapter tube 28, then flows into the collecting tube 27, and once throttled by the small diameter portion 62 of the collecting tube 27, It is led out into the introduction pipe 29 and expands.
  • the exhaust gas G guided to the introduction pipe 29 is introduced into the input pipe 26 of the muffler 23 in FIG. 4, passes through the first and second catalytic converters 51 and 52 from the input pipe 26, and then the first expansion chamber. It is led to 43 and expands in the first expansion chamber 43.
  • the exhaust gas G flows from the first expansion chamber 43 to the first communication tube 54, the second expansion chamber 44, the second communication tube 56, the second expansion chamber 44, and the third expansion chamber 45. By doing so, energy is consumed by repeating contraction and expansion, and noise is sufficiently reduced.
  • the exhaust gas G introduced into the third expansion chamber 45 is discharged to the outside of the muffler 23 through the outlet pipe 58.
  • the flow area of the exhaust gas G can be increased by restricting the passage area S1 at the outlet 64 of the collecting pipe 27 in FIG. 3, and the exhaust interference from the two exhaust pipes 21 can be suppressed.
  • the exhaust gas G can be alternately drawn to improve the exhaust efficiency.
  • the passage area S1 is reduced, the passage area S3 is suddenly increased inside the introduction pipe 29 to cause a pressure drop, so that the force for extracting the exhaust from the exhaust pipe 21 is increased. Exhaust efficiency is improved. Also, since no new parts are added, there is no need to consider the installation space, and the space around the engine is not compressed.
  • FIG. 6 shows the output / torque values with respect to the engine speed in the engine using the exhaust system ES of the present embodiment and the conventional engine, obtained by simulation.
  • the output and torque are reduced during low speed rotation and medium speed rotation, and valleys are formed in the graph.
  • these valleys are eliminated and the output at the peak is improved.
  • the collecting pipe 27 has a gradually decreasing passage area from the large diameter portion 60 to the small diameter portion 62, and the large diameter portion 60 is connected to the introduction pipe 29. Thereby, the exhaust gas G from the exhaust pipe 21 flows smoothly from the large diameter part 60 to the small diameter part 62 in the collecting pipe 27. Further, by connecting the introduction pipe 29 and the collecting pipe 27 with the large diameter portion 60, the introducing pipe 29 and the collecting pipe 27 can be firmly connected.
  • the downstream end portion 21a of the exhaust pipe 21 is connected to the collecting pipe 27 via the adapter pipe 28, the collecting pipe 27 constituting the collecting portion 22 and the introduction to the exhaust pipe having different outer diameters are introduced.
  • the tube 29 can be shared, and therefore the muffler 23 can also be shared. In particular, since the muffler 23 can be shared, the effect of reducing costs is great.
  • the present invention is not limited to the above embodiment, and various additions, changes, or deletions are possible without departing from the gist of the present invention.
  • the present invention can also be applied to a four-cylinder engine.
  • the pipes assembled in two are further integrated on the downstream side of the upstream collecting section in which four exhaust pipes are collected in two.
  • a downstream collecting portion is provided, and the present invention is applied to the downstream collecting portion.
  • the engine mounted on the motorcycle has been described.
  • the present invention can be applied to engines other than motorcycles such as vehicles and ships, and can also be applied to engines installed on the ground. Therefore, such a thing is also included in the scope of the present invention.

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Abstract

 エンジン周辺のスペースを圧迫することなく、中低速回転領域でのエンジントルクの不足を解消することのできるエンジンの排気システムを提供する。 エンジン(E)の排気システム(ES)は、エンジン(E)からの排気ガス(G)を導出する2本の排気管(21)と、排気ガス(G)を消音するマフラ(23)と、排気ガス(G)をマフラ(23)に導入する導入管(29)と、2本の排気管(21)からの排気ガス(G)を集合させて導入管(29)に導入する集合管(27)とを備えている。集合管(27)は、導入管(29)の内部に単一の出口(64)を有し、この出口(64)の通路面積(S1)が両排気管(21,21)の導出口(21a,21a)の通路面積の合計(S2)よりも小さく、かつ、出口(64)の位置における導入管(29)の通路面積(S3)よりも小さく設定されている。

Description

エンジンの排気システム 関連出願
 この出願は、2013年10月21日出願の特願2013-218504の優先権を主張するものであり、その全体を参照により本願の一部をなすものとして引用する。
 本発明は、複数の排気管を集合させたのちマフラに接続するエンジンの排気システムに関するものである。
 例えば、自動二輪車の多気筒エンジンにおいて、複数の排気管を集合管で集合させたのち、集合管をマフラに接続し、マフラで排気を消音し外部へ排出するものがある(例えば、特許文献1)。このようなエンジンでは、一般に、エンジンの排気ポートから排気管が集合するまでの長さを揃えて、排気干渉を調節している。
特開2007-162653号公報
 このようなエンジンでは、エンジンを加速する際に、中低速回転時にエンジントルクが不足することがあった。そこで、特許文献1では、集合管とマフラとの間に球状の膨張室を設け、低速域の加速時にトルクが不足するのを解消している。しかしながら、このような膨張室を設けるには、エンジン周辺にスペースを設ける必要がある。
 本発明は、エンジン周辺のスペースを圧迫することなく、中低速回転領域でのエンジントルクの不足を解消することのできるエンジンの排気システムを提供することを目的とする。
 上記目的を達成するために、本発明のエンジンの排気システムは、エンジンからの排気ガスを導出する2本の排気管と、前記排気ガスを消音するマフラと、前記排気ガスを前記マフラに導入する導入管と、前記2本の排気管からの排気ガスを集合させて前記導入管に導入する集合管とを備え、前記集合管は、前記導入管の内部に単一の出口を有し、この出口の通路面積が両排気管の導出口の面積の合計よりも小さく、かつ、前記出口の位置における前記導入管の通路面積よりも小さく設定されている。
 この構成によれば、集合管の出口で通路面積を絞ることで排気ガスの流速を大きくして、回転位相の異なる2つの気筒の2本の排気管からの排気干渉を抑えることで排気ガスを交互に引き出し、排気効率を向上させることができる。さらに、通路面積を絞ったあと、導入管の内部で通路面積を急激に大きくして圧力低下を生じさせることで、排気管から排気を引き出す力が大きくなって、一層効果的に排気効率を向上させることができる。これにより、中低速回転領域でのエンジントルクの不足を解消できるうえに、ピーク時のエンジン出力も向上させることができる。また、新たに部品を追加しないので、設置スペースを考慮する必要がなく、エンジン周辺のスペースを圧迫しない。
 本発明において、前記集合管は、前記2本の排気管の前記導出口が挿入される大径部から前記導入管の内部に挿入される小径部にかけて通路面積が徐々に小さくなっており、前記大径部が前記導入管に連結されていることが好ましい。この構成によれば、排気管からの排気ガスが集合管内で大径部から小径部にかけて円滑に流れる。また、導入管と集合管とが大径部で連結されるので、導入管と集合管とを強固に連結できる。
 本発明において、前記排気管の導出口を形成する下流端部が、これに嵌合されたアダプタ管を介して集合管に接続されていることが好ましい。この構成によれば、異なる外径を有する排気管に対して、集合部を構成する集合管および導入管を共用でき、したがって、マフラも共用できる。特に、マフラを共用できることから、コストを低減できる効果が大きい。
 本発明において、前記集合管の出口の通路面積が、前記排気管の導出口の面積の合計に対して、0.6~0.9倍であることが好ましく、より好ましくは、0.70~0.85倍である。0.6倍未満であると、排気通路の絞りが強くなり過ぎて圧力抵抗が増大する。0.9倍を超えると、排気干渉を抑える効果が低下して、十分な排気効率が得られない。
 本発明において、前記集合管の出口の通路面積が、前記出口の位置における前記導入管の通路面積に対して、0.2~0.5倍であることが好ましく、より好ましくは、0.3~0.4倍である。0.2倍未満であると、前述のとおり、集合管の出口の通路面積はさほど小さくできないから、導入管の内径が大きくなって導入管が大形化する。0.5倍を超えると、圧力低下が小さくなって十分な排気効率が得られない。
 請求の範囲および/または明細書および/または図面に開示された少なくとも2つの構成のどのような組合せも、本発明に含まれる。特に、請求の範囲の各請求項の2つ以上のどのような組合せも、本発明に含まれる。
 本発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明からより明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、本発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。本発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の部品番号は、同一または相当部分を示す。
本発明の第1実施形態に係るエンジンの排気システムを備えた自動二輪車を示す側面図である。 同排気システムを示す正面図である。 同排気システムを示す側面図である。 同排気システムのマフラを示す断面図である。 同排気システムにおける導入管と集合管との連結部を示す断面図である。 同排気システムを用いたエンジンと従来のエンジンにおけるエンジン回転数に対する出力/トルクを示すグラフである。
 以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。本明細書において、「左側」および「右側」は、車両に乗車した運転者から見た左右側をいう。
 図1は本発明の一実施形態に係るエンジンの排気システムを備えた自動二輪車の側面図である。同図に示す自動二輪車は、車体フレームFRの前半部を構成するメインフレーム1の前端にフロントフォーク2が支持され、このフロントフォーク2の下端に前輪3が、フロントフォーク2の上端にハンドル4がそれぞれ取り付けられている。メインフレーム1の後端下部には、スイングアームブラケット6が設けられ、このスイングアームブラケット6に、スイングアーム7の前端がピポット軸(図示せず)を介して上下揺動自在に軸支されている。このスイングアーム7の後端に後輪8が取り付けられている。
 前記メインフレーム1の後部に連結されたシートレール9が車体フレームFRの後半部を構成している。メインフレーム1の下部にはエンジンEが取り付けられ、このエンジンEの前方にラジエータ10が配置されている。この自動二輪車は、前記エンジンEによりチェーン11を介して後輪8を駆動するとともに、前記ハンドル4で操向するように構成されている。
 前記シートレール9にはライダー用シート12と同乗者用シート13とが支持されている。前記メインフレーム1の上部、つまり、車体上部で、前記ハンドル4とライダー用シート12との間には、燃料タンク14が取り付けられている。また、車体前部には前照灯17が装着されている。
 エンジンEは2気筒4サイクルエンジンであり、シリンダヘッド19の前面の排気ポート20に、2本の排気管21が接続されている。これら2本の排気管21が、エンジンEの下方の集合部22で集合され、エンジンEの後面と後輪8との間に配置されたマフラ23に接続されている。
 集合部22は、2つの排気管21の各下流端部21aを、集合管27を介して単一の導入管29に接続した構成になっている。導入管29の後端は、マフラ23の内部に設けられた入口管26(図4)に溶接により連結されている。つまり、導入管29は、入口管26を介してマフラーケース30に固定されている。この導入管29には、これに導入された排気ガスG中の酸素の含有量を検出する排気成分検出センサ31が取り付けられている。
 本実施形態では、排気管21は、その下流端部21aに嵌合されたアダプタ管28を介して集合管27に接続されている。アダプタ管28は、排気管21の下流端部21aの外径と集合管27の入口(上流端)の内径とが異なる場合に両者を接続するためのもので、このようなアダプタ管28を設けることにより、様々な外径の排気管に対して、つまり、様々な排気量のエンジンに対して共通の集合部を使用できる。本実施形態では、アダプタ管28により排気管21が拡径されている。排気管21とアダプタ管28、およびアダプタ管28と集合管27とは、溶接により固着されている。これら排気管21、集合部22およびマフラ23で本発明の排気システムESを構成している。
 図2はエンジンEの排気システムESを示す正面図、図3はその側面図である。図2に示すように、排気管21は、排気ポート20(図1)から下方に向かって左右方向(車幅方向)に大きく湾曲しながら延びたのち、集合部22の集合管27の前面に接続されている。2本の排気管21,21は、中間部において連通管25により互いに連通している。排気管21およびアダプタ管28はステンレス製のパイプからなり、集合管27および導入管29は、これを径方向に2つ割りしたステンレス製の管半体を互いに溶接して結合した構成になっている。
 図3に示すように、マフラーケース30の上部に取付金具30aが溶接により固着されており、この取付金具30aを介してマフラーケース30がボルト(図示せず)によりメインフレーム1(図1)の下端に固定されている。
 図4は前記マフラ23の平面断面図である。マフラーケース30は、前後両端が開口した筒部32と、この筒部32の前後両端の開口を閉止する前側端板33および後側端板34とを備えており、これら筒部32と前後両側の端板33,34とが溶接により一体化されている。
 前記マフラーケース30の内部は、内筒35の内周面に固着された2枚の隔壁板40,41により区画されて、3つの第1~第3の膨張室43,44,45が形成されている。これら第1~第3の膨張室43,44,45は、第1および第2連通管54,56を介してこの順序でつながっており、最上流の第1の膨張室43がマフラーケース30の最後部に、これの下流側の第2の膨張室44がマフラーケース30の最前部に、それぞれ配置され、これら両膨張室43,44の間に第3の膨張室45が配置されている。さらに、第3の膨張室45と外部とを連通する出口管58が、隔壁板41および後側端板34を貫通した状態で、隔壁板41および後側端板34に支持されている。
 また、マフラーケース30の内部には、排気ガスGをマフラーケース30内に導入する前記入口管26が、前側端板33および2枚の隔壁板40,41に、それぞれを貫通した状態で支持されている。この入口管26は、その上流端が、前記導入管28の後端に接続されている。入口管26は、前側端板33の左側部を貫通している。前側端板33の右側部に、貫通孔からなる開口33aが形成され、この開口33aに、カップ状の拡張ケース42が接続されている。この拡張ケース42により、第2の膨張室44の拡張部44aが形成されている。
 入口管26の内部には、上流側の第1の触媒コンバータ51と下流側の第2の触媒コンバータ52とが装着されている。入口管26の下流端部に、複数のパンチング孔26aが形成されている。
 図5は、導入管29と集合管27との連結部を示す断面図である。集合管27は、アダプタ管28を介して2本の排気管21の導出口58を形成する下流端部21aが挿入される大径部60と、導入管29の内部に挿入される小径部62とを有し、大径部60から小径部62にかけて通路面積が徐々に小さくなっている。この大径部60において、集合管27が、導入管29の上流端部29aに溶接により固着されている。
 集合管27は、導入管29の内部に単一の出口64を有し、図3に示す出口64の通路面積S1が、両排気管21,21の導出口58,58の通路面積の合計S2よりも小さく(S2>S1)、かつ、出口64の位置Pにおける導入管29の通路面積S3よりも小さく設定されている(S3>S1)。
 集合管27の出口64の通路面積S1は、排気管21の導出口21aの通路面積の合計S2よりも小さくなっており、排気ガスGの排気通路は集合管27内で絞られている。ここで、S1=(0.6~0.9)S2であることが好ましく、より好ましくは、S1=(0.70~0.85)S2である。また、通路面積S1は、出口64の位置Pにおける導入管29の通路面積S3よりも十分小さくなっており、出口64を出た排気ガスGが膨張して、その圧力が低下するようになっている。ここで、S1=(0.2~0.5)S3であることが好ましく、より好ましくは、S1=(0.3~0.4)S3である。
 通路面積S1が、通路面積S2の0.6倍未満であると、排気通路の絞りが強くなり過ぎて圧力抵抗が増大する。0.9倍を超えると、排気干渉を抑える効果が低下して、十分な排気効率が得られない。また、通路面積S1が、通路面積S3の0.2倍未満であると、集合管27の出口64の通路面積S1はさほど小さくできないから、導入管29の内径が大きくなって導入管29が大形化する。0.5倍を超えると、圧力低下が小さくなって十分な排気効率が得られない。
 図1のエンジンが始動すると、図3の排気ガスGが排気管21から導出され、集合部22で合流する。図5の集合部22において、集合管27に導かれた排気ガスGは、アダプタ管28で若干膨張されたのち集合管27に流入し、集合管27の小径部62でいったん絞られたのち、導入管29の内部に導出され、膨張する。
 導入管29に導かれた排気ガスGは、図4のマフラ23の入力管26に導入され、入力管26から第1および第2の触媒コンバータ51,52を通過したのち、第1の膨張室43に導かれ、この第1の膨張室43内で膨張する。
 さらに、排気ガスGは、第1の膨張室43から、第1連通管54、第2の膨張室44、第2連通管56、第2の膨張室44および第3の膨張室45へと流動することで、収縮と膨張を繰り返してエネルギを消耗し、騒音が十分に低減される。第3の膨張室45内に導かれた排気ガスGは、出口管58を通ってマフラ23の外部に排出される。
 上記構成において、図3の集合管27の出口64で通路面積S1を絞ることで排気ガスGの流速を大きくして、2本の排気管21からの排気干渉を抑えることができる。これにより、排気ガスGを交互に引き出し、排気効率を向上させることができる。さらに、通路面積S1を絞ったあと、導入管29の内部で通路面積S3を急激に大きくして圧力低下を生じさせることで、排気管21から排気を引き出す力が大きくなって、一層効果的に排気効率が向上する。また、新たに部品を追加しないので、設置スペースを考慮する必要がなく、エンジン周辺のスペースを圧迫しない。
 図6は、本実施形態の排気システムESを用いたエンジンと従来のエンジンにおけるエンジン回転数に対する出力/トルクの値をシミュレーションで求めたものである。同図から明らかなように、従来のエンジンでは、低速回転時および中速回転時時に、出力およびトルクが低下し、グラフに谷ができている。これに対し、本実施形態の排気システムESを用いたエンジンでは、これらの谷が解消されているうえに、ピーク時の出力が向上している。
 図5に示すように、集合管27は、大径部60から62小径部にかけて通路面積が徐々に小さくなっており、大径部60が導入管29に連結されている。これにより、排気管21からの排気ガスGが集合管27内で大径部60から小径部62にかけて円滑に流れる。また、導入管29と集合管27とを大径部60で連結することで、導入管29と集合管27とを強固に連結できる。
 また、排気管21の下流端部21aが、アダプタ管28を介して集合管27に接続されているので、異なる外径を有する排気管に対して、集合部22を構成する集合管27および導入管29を共用でき、したがって、マフラ23も共用できる。特に、マフラ23を共用できることから、コストを低減できる効果が大きい。
 本発明は、以上の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。例えば、本発明は4気筒のエンジンにも適用でき、その場合、4本の排気管が2本に集合する上流側の集合部の下流側に、2本に集合された管をさらに1本に集合する下流側の集合部を設け、この下流側の集合部に本発明を適用する。また、上記実施形態では、自動二輪車に搭載されるエンジンについて説明したが、自動二輪車以外の車両、船舶等のエンジンにも適用可能で、さらに、地上設置のエンジンにも適用できる。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。
21 排気管
21a 導出口(排気管の下流端部)
23 マフラ
27 集合管
28 アダプタ管
29 導入管
58 導出口
60 集合管の大径部
62 集合管の小径部
64 集合管の出口
E エンジン
ES 排気システム
G 排気ガス
S1 集合管の導出口の面積
S2 排気管の出口の通路面積
S3 出口の位置における導入管の通路面積

Claims (5)

  1.  エンジンからの排気ガスを導出する2本の排気管と、
     前記排気ガスを消音するマフラと、
     前記排気ガスを前記マフラに導入する導入管と、
     前記2本の排気管からの排気ガスを集合させて前記導入管に導入する集合管と、を備え、
     前記集合管は、前記導入管の内部に単一の出口を有し、この出口の通路面積が両排気管の導出口の通路面積の合計よりも小さく、かつ、前記出口の位置における前記導入管の通路面積よりも小さく設定されているエンジンの排気システム。
  2.  請求項1に記載のエンジンの排気システムにおいて、前記集合管は、前記2本の排気管の前記導出口が挿入される大径部から前記導入管の内部に挿入される小径部にかけて通路面積が徐々に小さくなっており、
     前記大径部が前記導入管に連結されているエンジンの排気システム。
  3.  請求項1または2に記載のエンジンの排気システムにおいて、前記排気管の導出口を形成する下流端部が、これに嵌合されたアダプタ管を介して集合管に接続されているエンジンの排気システム。
  4.  請求項1,2または3に記載のエンジンの排気システムにおいて、前記集合管の出口の通路面積が、前記排気管の導出口の面積の合計に対して、0.6~0.9倍であるエンジンの排気システム。
  5.  請求項1から4のいずれか一項に記載のエンジンの排気システムにおいて、前記集合管の出口の通路面積が、前記出口の位置における前記導入管の通路面積に対して、0.2~0.5倍であるエンジンの排気システム。
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