JPH0264216A - 多気筒型内燃機関の排気可変装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、広い回転域に渡って出力の向上が図れる多気
筒型内燃機関の排気可変装置に関ずろ。

［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の
慣性や脈動等の動的効果が、内燃機関の容積効率に影響
を与えることが知られている。

この動的効果は、排気系の形状や寸法等を一定とした場
合においては内燃機関の回転数によって異なり、前記設
定された排気系に適応した回転域においては、前記動的
効果により容積効率が高められるが、ある回転域におい
ては動的効果と排気時期とにずれが生じて容積効率の低
下をＭ？いてしまうことがある。

例えば、高回転域において効果的な動的効果を得るよう
に前記排気系の形状や寸法等を設定すると、内燃機関の
回転数が低中回転域に達した際に、排気時期と動的効果
との良好なマツチングが得られず内燃機関の容積効率か
低下し、この結果、内燃機関の出力が低中回転域におい
て落ち込む現象が生じろ。

そこで従来では、特開昭６０−１２８９２１号公報に開
示されている如く、回転数に応じ排気管の実効断面積を
変えることにより排気特性を変えて、上記出力の落ち込
みを防止する技術が提案されている。

また、多気筒型内燃機関のものにあっては実開昭５５−
２５６０２号公報に開示されている如く、排気管の集合
部分に切換弁を設け、該切換弁を内燃機関の回転情況に
応じて切り換えることによって排気系の集合方式を変え
て（例えば、４−２−１方式を４−１方式に変える等）
、出力の落ち込む回転域における排気の動的効果を打ち
消し、これによって出力の落ち込み現象を軽減する技術
も提案されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、前述した従来の技術にあってはいずれも
、出力か落ち込むことを抑制する効果は期待できるもの
の、この回転域におけろ出力を積極的に高めるには至っ
ておらず、広い回転域に渡って出力の向上は図れない欠
点があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、広い回転範
囲に渡って排気流動的効果の有効利用が図れて積極的に
出力を向上させることができる多気筒型内燃機関の排気
可変装置を提供することを目的とする乙のである。

［課題を解決するための手段コ 本願第１発明は、多気筒型内燃機関から延びる複数の排
気管をそれぞれ独立して延設し、かつそれら複数の排気
管を下流側で集合さける多気筒型内燃機関の排気可変装
置において、最初に集合させろ排気管どうしの組み合わ
せを切り変える排気管組み合わせ切換手段を備えるとと
もに、排気管の実効断面積を変える排気管実効断面積可
変手段を備えてなることを特徴とする。

また本願第２発明は、多気筒型内燃機関から延びる複数
の排気管をそれぞれ独立して延設し、かつそれら複数の
排気管を下流側で集合させる多気筒型内燃機関の排気可
変装置において、前記排気管の実効長を変える排気管長
可変手段を備えるとと乙に、排気管の実効断面積を変え
る排気管実効断面積可変手段を備えてなることを特徴と
する。

さらに本願第３発明は、多気筒型内燃機関から延びる複
数の排気管をそれぞれ独立して延設し、かつそれら複数
の排気管を下流側で集合させる多気筒型内燃機関の排気
可変装置において、最初に集合させる排気管どうしの組
み合わせを切り変える排気管組み合わせ切換手段を備え
るととらに、排気管の実効長を変える排気管実効長可変
手段を備え、さらに排気管の実効断面積を変える排気管
実効断面積可変手段を備えてなることを特徴とする。

［作用］ 本発明に係わる多気筒型内燃機関の排気可変装置は、内
燃機関の回転数が低中回転域にある場合であってもまた
高回転域にある場合にあっても、排気管組み合わせ切換
手段を作動させることにより排気可変装置の排気管の内
、最初に集合させる排気管どうしの組み合わせを、その
時点の内燃機関の回転数に対応した動的効果が得られる
最適の排気管の組み合わせとしたり、あるいは排気管実
効長可変手段の操作により排気管の実効長をその時点の
内燃機関の回転数に対応した動的効果が得られる最適の
長さにしたり、さらに排気管実効断面積可変手段の操作
により排、気管の実効断面積をその時点の内燃機関の回
転数に対応した動的効果が得られる最適の断面積とする
ことができ、低速回転域から高回転域に至る広い範囲に
渡って積極的に出力の向上が図れることとなる。

［実施例］ 以下、本発明を第１図ないし第９図に示す一実施例に基
づき説明する。

第１図および第２図中符号１は、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に回動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、本実施例では並列４気筒型を例示する）
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ツションユニ
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
されたンートレール２ｄに取り付けられたシート１３と
、前記内燃機関７の面端部に取り付けられた複数（本実
施例では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２図において、符号１６（１６ａ　＝１６ｄ　
）は、各気筒内に嵌装されたピストン、また、符号１７
は、前記ピストン１６がコンロッド１８（１８ａ　＝１
８ｄ）を介して接続される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１の下側から上側
へ向かって（第２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
の順で、かつ、等間隔爆発として説明する。

前記各排気管１４（１４ａ　−１４ｄ　）は、第１図お
よび第２図に示すように、内燃機関７の前端部から車体
および内燃機関７の下方を経て車体の側部に引き回され
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２
０により集合させられ、さらに、これらの集合管１９・
２０は第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５１５へ連通されている。

個々の排気管１４（１４ａ　−１４ｄ）の内部は、内燃
機関７の排気ボートへの接続部から集合管１９（２Ｇ）
に至るまでの間が、中央に設けられた上下方向に延びる
仕切り壁２２によって、左右に区分けされている。

また、排気管１４の内燃機関７への接続部近傍には、仕
切り壁２２の一部が切り欠かれ、そこに板バルブ２３が
設けられている。この板バルブ２３が第７図（ｂ）およ
び第８図（ｂ）に示すように所定角度回動されることに
より、排気管の左右空間２４ｘ・２４ｙがいずれも排気
流路として利用される場合と、いずれか一方のみを排気
流路として利用される場合とに切り換えられるようにな
っている。板バルブ２３は動力伝達機構２５およびワイ
ヤ２６を介し、アクチュエータ２７に接続されている。

すなわち、前記仕切り壁２２、仮バルブ２３、動力伝達
機構２５、アクチュエータ２７およびそれに接続される
コントロールユニット２８は、排気管１４の実質的な断
面積を可変する排気管実効断面積可変手段２９を構成し
ている。

また、前記１番気筒および４番気筒に対応した排気管１
４ａ−１４ｄは、車体の下方でかつ内燃機関７の下方に
おいて、２番気筒および３番気筒に対応した排気管１４
ｂ−１４ｃよりも上方に位置させられており、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３０が設けられている。この切
換弁３０には、第３図に示すように、ワイヤ３１を介し
てアクチュエータ３２が接続され、さらに、このアクチ
ュエータ３２には、前記コントロールユニット２８が電
気的に接続されている。そして、これ、ら切換弁３０、
アクチュエータ３２、およびコントロールユニット２８
により、最初に集合されろ排気管１４ａ＝１４ｄどうし
の組み合わせを切り変える排気管組み合わせ切換手段と
排気管の実効長を変える排気管実効長可変手段３３を構
成している。

ざらの詳述すれば、前記上下に振り分けられた排気管１
４は、第３図および第６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（以下第４排気管と称す）　＋４ｄの下方に３番気
筒に対応する排気管（以下第３排気管と称す）１４Ｃが
位置するような配列となされている。

前記仮バルブ２３は略半円状に形成されており、円弧部
２３ａを上流側に直立部２３ｂを下流側に位置するよう
排気管１４内に組み付けられている。直立部２３ｂには
当該板バルブ２３と一体に回転する軸３５が挿通固着さ
れ、この軸３５は上端を突出されて排気管１４の壁部に
回転可能に支持されている。軸３５の上部突出端にはフ
ォーク３６が固着されている。以上の構成は、各排気管
１４ａ＝１４ｄに介装される板バルブとも共通である。

フォーク３６にはビン３７が挟み込まれ、それらビン３
７は共通する一本のバー３８に固定されている。

バー３８は車体フレームから延びる支持部３９によって
軸方向にスライド自在に支持されている。バー３８の一
端にはラック４０ａが固定される一方、このラック４０
ａにはピニオン４０ｂが噛合され、ピニオン４０ｂには
ワイヤドラム４１を介して前記ワイヤ２６が巻回されて
いる。すなわち、フォーク３６、ビン３７、バー３８、
ラック４０ａおよびピニオン４０ｂによって前記動力伝
達機構２５が構成され、内燃機関７の回転速度に応じコ
ントロールユニット２８からの信号に基づきアクチュエ
ータ２７が操作される際、ワイヤ２６および動力伝達機
構２５を介し、板バルブ２３を第７図（ｂ）に示す状態
と第８図（ｂ）に示す状態のいずれかに択一的に切り換
えられるようになっている。

なお、バー支持部３９にはバー３８の移動限界位置を定
めるストッパが付設され１．また、ラック４０ａとピニ
オン４０ｂは必要に応じて図示せぬケースで覆われる。

一方、前記切換弁３０は、第１図および第２図に示すよ
うに、車体および内燃機関７よりも下方で、かつ、内燃
機関７の前半部に位置するように設けられており、第５
図および第６図に示すように、円筒状に形成されたケー
シング４２ａと、この内部に嵌装され、かつ、ケーシン
グ４２ａの軸線回りに回動可能な弁体４２ｂとを備えて
いる。

前記ケーシング４２ａには、１番排気管１４ａと４番排
気管１４ｄとが、はぼ軸線が交差するように連通状態で
接続されているとともに、下部には第６図に示すように
、２番排気管１４ｂおよび３番排気Ｗ１４ｃが連通させ
られる貫通孔４６・４７が形成されている。そして、こ
れらの排気管１４とケーシング４２ａとは溶接等により
気密に接続されている。

また、ケーシング４２ａの長さ方向の一端部には、軸受
け４８を備えた蓋体４９が固着されており、他端部には
環状の取付部材５０が固着され、この取付部材５０に、
軸受け５１を備えた蓋体５２がボルト５３により着脱可
能に取り付けられ、これらの取付部材５０と蓋体５２と
の間にはガスケット５４が介装されて、両者間を気密に
閉塞している。

さらに、前記ケーシング４２ａの一端部に固着された蓋
体４９の軸受け４８が形成された部分には、この軸受け
４８部分を密閉するキャップ５５がその外方側から圧入
されている。

前記弁体４２ｂは、第６図に示すように、ケーシング４
２ａの内周面に全周に亙って気密に接触させられており
、長さ方向に離間した２箇所には、半径方向の直交する
３方へ向かって開口された独立した２つの連通部５６・
５７が形成されるとともに、それら連通部の中央には排
気管１４の仕切り部２２と連続する仕切り部５６ａ・５
７ａが形成されている。

そして、残余の周壁部は、前記貫通孔４６・４７を開閉
する閉塞部５８・５９となされている。これらの各閉塞
部５８・５９には、各貫通孔４６・４７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
れぞれの内周面と連続する四部５８ａ　・５９ａが形成
されている。

また、前記弁体４２ｂの両端部には、軸線方向に沿うロ
ッド６０・６１が突設され、これらのロッド６０・６１
が前記各軸受け４８・５１に回転自在に嵌装されること
により、弁体４２ｂがケーシング４２ａに回転可能に支
持されている。

さらに、・軸受け５１に支持されたロッド６１は、蓋体
５２を貫通してケーシング４２ａの外部へ突出させられ
ており、この突出端部に前記ワイヤ３１が巻回されるワ
イヤドラム６２がナツト６３により着脱可能に固着され
ている。

面記両ワイヤ２６．３１は本実施例では２本設けられ、
選択的に牽引されることにより、前記板バルブ２３およ
び弁体２２ｂを正逆方向に回動させるようになっている
。また、ワイヤ３１は、前記蓋体５２に取り付けられた
ガイドブレート６４によって案内されて相互の間隔が保
持されているとともに、カバー６５によって覆われてい
る。

そして、これらのガイドブレート６４およびカバー６５
は、前記ボルト５３により、前記蓋体５２とともに取付
部材５０へ共線めされている。

前記アクチュエータ２７は第２図に示すようにメインフ
レーム２ｂとダウンフレーム２Ｃとを結ぶクロスメンバ
２ｅの下部に取り付けられ、またアクチュエータ３２は
前記シートレール２ｄの下部の、シート１３によって覆
われる位置に取り付けられ、さらに前記コントロールユ
ニット２８は、シートレール２ｄの後端部上方でシート
１３によって覆われる位置に取り付けられている。

このコントロールユニット２８には、キャブレタＣのス
ロットルバルブＣ０の開度情報が電気信号として常時入
力されており、このスロットル開度の情報に基づき、ス
ロットルバルブが設定開度に至った時点で、前記アクチ
ュエータ２７・３２へ駆動信号を出力して作動させ、板
バルブ２３および切換弁３０の作動位置を制御するよう
になっている。

なお、上記例ではスロットルバルブＣｏの開度の変化を
内燃機関７の回転数の変化と疑牲して、アクチュエータ
２７・３２の操作を行っているが、これに変えであるい
はこれに加えて内燃機関７の回転数を直接検出し、これ
に基・づいてアクチュエータ操作を行ってもよい。

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では、内燃機関の回転数が変化す
る際、その態様が以下に示すように３段階に変化し、排
気装置をその時点の回転情況（具体的にはスロットルバ
ルブＣ８の開度変化）に対応して最適のものにすること
ができる。

すなわち、内燃機関７の回転数が低回転域にある場合に
は、第７図（ｂ）に示す如くアクチュエータ２７により
仮バルブ２３を回転させて仕切り壁２２に対し所定角度
をもって傾斜するように位置させ、排気管１４内の左右
空間２４Ｋ・２４ｙの内の一方２４ｘをを閉塞して他側
の空間２４ｙのみを排気流路として利用する。このとき
、板バルブ２３は排気ガスの流れに対し鋭角に傾斜され
ることで、両排気流路２４Ｘ・２４ｙ内を流れるガス流
を合流させる構成であり、合流させるにあたって乱流は
生じにくく、スムーズな流れが維持できる利点がある。

上記板バルブ２３の作動と同時に、アクチュエータ３２
により弁体４２ｂを回転させて、その閉塞部５８・５９
によりケーシング４２ａの貫通孔４６・４７を閉塞する
ことにより、第７図（ｃ）に示すように各排気管１４（
１４ａ〜１４ｄ）を独立した状態とするとともに、連通
部５６・５７により上方の１番排気管１４ａと４番排気
管１４ｄとを内燃機関７から集合管１９に至る長さ連続
した状態に保持し、かつ、下方の２番排気管１４ｂおよ
び３番排気管１４ｃも同様に、内燃機関７から集合管２
０まで連続した状態に保持する。

この状態では、等価管長の長い排気流路が確保され、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１４が集合されて、各排気管１４間の脈動が有効に作
用し、この結果、低中回転域における容積効率の向上が
図られる。

他方、内燃機関７の回転数が中回転域に達すると、その
情報に基づきコントロールユニット２８からアクチュエ
ータ２７へ駆動信号が出力され、・板バルブ２３が、第
８図に示すように所定角度回転させられて、仕切り壁２
２と平行となるように言い替えると仕切り壁２２と同一
平面上、になるように配置させる。　この状態において
、排気管１４の左右の空間２４ｘ・２４ｙ双方を排気流
路として利用することとなり、内燃機関７が中回転域に
あるのに合わせて排気管１４の実効断面積が大きくなる
分排気管１４の等価管長が短くなる。

さらに、内燃機関７の回転数が高回転域に達すると、そ
の情報に基づきコントロールユニット２８からアクチュ
エータ３２へ駆動信号が出力され、切換弁３０の弁体４
２ｂを、第９図（ｃ）に示すように、１８０°回転させ
る。

この状態において、弁体４２ｂの連通部５６・５７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が連通させられ、
これによって、各排気管１４の集合部までの距離が挟め
られて等価管長のより短い排気流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。

このような排気可変装置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、低回転域から高回転域に至る広い範囲に渡り出力が
向上されることとなり、高出力フラットな特性を得るこ
とが確認できた。

なお、スロットルバルブＣ６を急激に変化させると、第
７図に示す状態から第９図に示す状態あるいはその逆に
第９図に示す状態から第７図に示す状態に致ることとな
り、排気装置の態様変化が大きすぎるため、出力が一時
的に落ち込む現象が生じるおそれがある。この現象をな
くする意味から、第７図に示す状態から第８図に示す状
態に切替わったとき、あるいは第９図に示す状態から第
８図に示す状態に切替わったとき、ある時間経過後始め
て、第９図あるいは第７図に示す状態に切替わるよう、
コントロールユニット内の回路を組むのが好ましい。

なお、前記実施例において示した各構成部材の諸形状や
寸法等は一例であり、て、設計要求等に基づき種々変更
可能である。

例えば、本実施例では、排気管組み合わせ切換手段と排
気管実効長可変手段とが一体になった例について説明し
ているが、それらは別々に設けてしよく、ま１こそれら
の一方と排気管実効断面積可変手段とを備える構成のも
のでもよい。

さらに、前記実施例においては、直列４気筒の内燃機関
について説明したが、これに限られるものではなく、他
の種類の多気筒型内燃機関への適用もらちるん可能であ
る。

「発明の効果」 以上説明したように本発明によれば、内燃機関の回転数
が低・中回転域にある場合であってもまた高回転域にあ
る場合にあっても、排気管組み合わせ切換手段を作動さ
せることにより排気可変装置の排気管の内、最初に集合
させる排気管どうしの組み合わせを、その時点の内燃機
関の回転数に対応した動的効果が得られる最適の排気管
の組み合わせとしたり、あるいは排気管実効長可変手段
の操作により、排気管の実効長をその時点の内燃機関の
回転数に対応した動的効果が得られる最適の長さにした
り、さらに排気管実効断面積可変手段の操作により、排
気管の実効断面積をその時点の内燃機関の回転数に対応
した動的効果が得られる最適の断面積とすることができ
、低速回転域から高回転域に至る広い範囲に渡って出力
の積極的向上が図れることとなる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は自動二輪車の
概略側面図、第２図は同平面図、第３図は排気系の斜視
図、第４図は板バルブおよびその作動系を説明する斜視
図、第５図は切換弁の斜視図、第６図はその縦断面図、
第７図（ａ）〜（ｃ）は内燃機関が低速回転域にある場
合の排気系の動作説明図、第８図（ａ）〜（ｃ）は内燃
機関が中回転域にある場合の排気系の動作説明図、第９
図（ａ）〜（ｃ）は内燃機関が高回転域にある場合の排
気系の動作説明図である。 ■・・・・・・自動二輪車、 ２・・・・・・車体フレーム、 ７・・・・・・多気筒型内燃機関、 １４・・・・・・排気管、 ａ・・・・・・１番排気管、１４ｂ・・・・・・２番排
気管、Ｃ・・・・・・３番排気管、１４ｄ・・・・・・
４番排気管、２０．２１・・・・・・集合管、 ・・・・・仕切り壁、 ・・・・板バルブ、 ・・・・・動力伝達機構、 ・・・・アクチュエータ、 ・・・・・コントロールユニット、 ・・・・・排気管実効断面積可変手段、・・・・・切換
弁、 ・・・・・・アクチュエータ、 ・・・・・・排気管実効長可変手段十排気管組み合わせ
切換手段。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）多気筒型内燃機関から延びる複数の排気管をそれ
   ぞれ独立して延設し、かつそれら複数の排気管を下流側
   で集合させる多気筒型内燃機関の排気可変装置において
   、 最初に集合させる排気管どうしの組み合わせを切り変え
   る排気管組み合わせ切換手段を備えるとともに、排気管
   の実効断面積を変える排気管実効断面積可変手段を備え
   てなることを特徴とする多気筒型内燃機関の排気可変装
   置。
2. （２）多気筒型内燃機関から延びる複数の排気管をそれ
   ぞれ独立して延設し、かつそれら複数の排気管を下流側
   で集合させる多気筒型内燃機関の排気可変装置において
   、 前記排気管の実効長を変える排気管長可変手段を備える
   とともに、排気管の実効断面積を変える排気管実効断面
   積可変手段を備えてなることを特徴とする多気筒型内燃
   機関の排気可変装置。
3. （３）多気筒型内燃機関から延びる複数の排気管をそれ
   ぞれ独立して延設し、かつそれら複数の排気管を下流側
   で集合させる多気筒型内燃機関の排気可変装置において
   、 最初に集合させる排気管どうしの組み合わせを切り変え
   る排気管組み合わせ切換手段を備えるとともに、排気管
   の実効長を変える排気管実効長可変手段を備え、さらに
   排気管の実効断面積を変える排気管実効断面積可変手段
   を備えてなることを特徴とする多気筒型内燃機関の排気
   可変装置。