JPH0267418A - 多気筒型内燃機関における排気可変制御方法 - 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］ 本発明は多気筒型内燃機関の排気可変制御方法に係わり
、特に、複数の排気管を多段階に集合してなる多気筒型
内燃機関に好適に用いられる排気可変制御方法に関する
ものである。

［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ガ
ス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。

そして、特に、多気筒型内燃機関においては、各気筒に
接続されている排気管をその途中において集合させて、
各排気管内の動的効果を相互に作用させることにより、
前記容積効率を一層向上させることが行われている。

しかしながら、排気系（排気管）の形状や寸法等を一定
とした場合、この排気系によって有効な容積効率が得ら
れる内燃機関の回転数域が決まってしまい、他の回転数
域においては容積効率の向上が有効に得られない現象が
生じる。

例えば、高回転域において良好な容積効率が得られるよ
うに、前記排気系の形状や寸法等を設定しておくと、内
燃機関の回転数が中速回転域に至った際に容積効率が低
下し、この結果、内燃機関の出力が中速回転域において
落ち込んでしまう。

これは、内燃機関の回転数の変化に伴う排気時期の変化
により、この排気時期と動的効果との調和がずれてしま
うことに起因するものと考えられる。

そこで、従来では、例えば、実開昭５５−２５６０２号
公報に示されるように、４つの気筒を持つ多気筒型内燃
機関に、２つの気筒の各排気ポートがそれぞれ連通させ
られる２本の排気管を、周壁の一部を共用した状態で並
列的に設け、この周壁の上流側を切り欠くことにより前
記両排気管を合流させ、また、この合流部の前記周壁の
端部に、排気ガスの流れと直交する方向に沿って回転軸
を配設し、この回転軸に、前記合流部を閉塞して両排気
管を分離することにより特定の２つの排気ポートを１組
として各組毎に各排気管へ連通させる位置と、一方の排
気管を閉塞して４つの金気筒の排気ポートを他方の排気
管へ連通させる位置との２位置に切換操作される切換弁
体を設けた排気可変装置が提案されている。

この排気可変装置は、内燃機関の運転状態に基づき、す
なわち、ある設定回転数において、前記切換弁体を切り
換え操作することにより、４つの排気ポートの内の特定
の２つの排気ポートを２つの排気管のそれぞれに集合さ
せ、さらに、１本に集合させる形態と、４つの排気ポー
トを直接１本の排気管に集合させる形態との２とおりに
切り換えて、動的効果の状態を調整し、前記の運転状態
に合致した有効な動的効果が得られるようにしている。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、近年の内燃機関においては、許容最高回転数
の上限を高めて出力向上を図る傾向にあるが、前述の従
来の技術では、各排気ポートは、特定の他の１つの排気
ポートと集合させられるか、あるいは、他の総ての排気
ポートと集合させられるかの形態しかな（、したがって
、他の特定の排気ポートとの集合を行うことができない
こと、また、高回転側における排気管の集合状態が一定
となってしまうこと等から、許容回転数の高回転化に伴
う高回転側の出力の落ち込み現象を抑制することが困難
となり、前述の高回転化、高出力化に対応できないとい
う問題点がある。

したがって、従来においてはこの問題点への対処が望ま
れており、本発明は、このような課題を解決しようとす
るものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、前述した課題を有効に解決し得る多気筒型内
燃機関における排気可変制御方法を提供せんとするもの
で、特に、多気筒型内燃機関に設けられた複数の排気管
の途中に、これらの排気管の集合状態を変化させる切換
弁を設け、前記多気筒型内燃機関の運転状態を複数の領
域に区分し、これらの各領域の境界部分において前記切
換弁を作動させることにより、前記集合位置までの距離
と、集合させる排気管の組み合わせとを切り換えること
を特徴とする。

［作用］ 本発明に係わる多気筒型内燃機関における排気可変制御
方法によれば、多気筒型内燃機関の運転状態に応じて集
合させる排気管の組み合わせを切り換えることにより、
気筒を変えての集合を可能とし、これによって、許容最
高回転数を高めた広い回転域で排気ガスの動的効果の有
効な引き出しを可能とする。

［実施例コ 以下に本発明の一実施例を説明する。

まず、本発明の実施に有効に用いられる排気可変装置に
ついて第１図ないし第７図に基づき説明する。

第１図および第２図中符号ｌは、本実施例が適用された
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バイブ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シートレール２ｄに取す付けら
れたシート１３と、前記内燃機関７の前端部に取り付け
られた複数（本実施例では４本）の排気管１４　（１４
ａ　〜１４ｄ　）と、これらの排気管１４（１４ａ〜１
４ｄ）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図および第３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　＝　１８ｄ　）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図の下側から上
側へ向かって（第２図の手前側から奥へ向かって）１香
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（１８００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１４
ａ・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
２０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
のちに前記消音器１５へ連通された、いわゆる４−２−
１の集合形態となされている。

また、１番気筒および４番気筒に対応した排気管１４ａ
・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１４ｂ・
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２２が設けられている。この切換弁
２２には、第２図および第３図に示すように、ワイヤ２
３を介してアクチュエータ２４が接続され、さらに、こ
のアクチュエータ２４には、コントロールユニット２５
が電気的に接続され、これらの排気管１４、切換弁２２
、アクチュエータ２４、オよヒ、コントロールユニット
２５により、本実施例の排気可変装置Ａが構成されてい
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５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）１４ｄ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か位置するよう
な配列となされている。

前記切換弁２２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４図およ
び第５図に示すように、円筒状に形成されたケーシング
２２ａと、この内部に嵌装され、かつ、ケーシング２２
ａの軸線回りに回動可能な弁体２２ｂとを備えている。

前記ケーシング２２ａには、１番排気管１４ａと４番排
気管１４ｄとが、軸線がほぼ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５図に示すように
、２番排気管１４ｂおよび３番排気管１４ｃが連通させ
られる貫通孔２６・２７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２２ａ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２２ａの長さ方向の一端部には、軸受
け２８を備えた蓋体２９が固着されており、他端部には
環状の取付部材３０が固着され、この取付部材３０に、
軸受け３Ｉを備えた蓋体３２がボルト３３により着脱可
能に取り付けられ、これらの取付部材３０と蓋体３２と
の間にはガスケット３４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２２ａの一端部に固着された蓋
体２９の、軸受け２８が形成された部分には、この軸受
け２８部分を密閉するキャップ３５がその外方側から圧
入されている。

前記弁体２２ｂは、第５図に示すように、ケーシング２
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３６・
３７が形成され、他の一方に残された周壁部が、前記貫
通孔２６・２７を開閉する閉塞部３８・３９となされて
いる。

そして、これらの各閉塞部３８・３９には、第５図に示
すように、各貫通孔２６・２７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
内周面と連続する凹部３８ａ・３９ａが形成されている
。

また、前記弁体２２ｂの両端部には、軸線方向に沿うロ
ッド４０・４１が突設され、これらのロッド４０・４１
が前記各軸受け２８・３１に回転自在に嵌装されること
により、弁体２２ｂがケーシング２２ａに回転可能に支
持されている。

さらに、軸受け３１に支持されたロッド４１は、蓋体３
２を貫通してケーシング２２ａの外部へ突出サセられて
おり、この突出端部に前記ワイヤ２３が巻回されるワイ
ヤドラム４２がナツト４３により着脱可能に固着されて
いる。

前記ワイヤ２３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、前記弁体２２ｂを正逆方向に回
動させるようになっている。また、これらのワイヤ２３
は、前記蓋体３２に取り付けられたがイドプレート４４
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、前記ワイヤドラム４２との接続部においてカバー４
５によって覆われている。

そして、これらのガイドブレート４４およびカバー４５
は、前記ボルト３３により、前記蓋体３２とともに取付
部材３０へ共線めされて、切換弁２２へ一体化されてい
る。

前記アクチュエータ２４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、
また、前記コントロールユニット２５ハ、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２５には、内燃機関７の回転
数の情報が電気信号として常時入力されており、この回
転数の情報に基づき、回転数が設定回転数に至った時点
で、前記アクチュエータ２４へ駆動信号を出力して作動
させ、切換弁２２の作動位置を制御するようになってい
る。

さらに本実施例においては、前記コントロールユニット
２５へ、スピードメータ６０に併設されたスピードセン
サ（図示略）と、内燃機関７の変速機内に設けられたシ
フトポジションセンサ６１とが電気的に接続されており
、それぞれから車輌の速度情報と変速位置の情報とが電
気信号として常時入力されている。

次いで、このように構成された排気可変装置Ａを用いて
本発明の排気可変制御方法の一実施例について説明する
。

本実施例においては、内燃機関７の運転状態を、第８図
に示すように、回転数５００Ｏｒｐｍ毎に■〜■の３領
域に分割し、各領域の境界部分において前記切換弁２２
の切換操作を行い排気可変制御を行っている。

各領域における制御について以下に詳述する。

［領域Ｉコ 内燃機関７の回転数が第１の設定値（５０００）よりも
低い場合には、アクチュエータ２４により弁体２２ｂを
回転させて、その閉塞部３８・３９によりケーシング２
２ａの貫通孔２６・２７を閉塞することにより、第５図
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３６・３７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２０まで連続した状態に保持
する。

この状態において、長い排気通路が確保され、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３
６０°の位相差で爆発を行う気筒に対応した排気管１４
が集合させられて、各排気管１４を流れる排気ガスの動
的効果が相互に有効に作用し、この結果、低速回転域に
おける容積効率の向上が図られる。

［領域■］ 内燃機関７の回転数が第１の設定値以上に達すると、そ
の情報に基づきコントロールユニット２５からアクチュ
エータ２４へ駆動信号が出力され、切換弁２２の弁体２
２ｂが、第６図に示すように、１８０゜回転させられる
。

この状態において、弁体２２ｂの連通部３６・３７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縮めら
れて短い排気通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、排気ガスの動的効果が有効に
引き出されて、中速回転域における容積効率の向上が図
られる。

［領域■］ さらに、内燃機関７の回転数Ｎｅが上昇して第２の設定
値（１０１００００ｒｐに達した場合、コントロールユ
ニット２５から出力される駆動信号によりアクチュエー
タ２４が駆動させられるとともに、前記弁体２２ｂが前
述とは逆方向へ１８０°回転させられて、排気管１４の
集合状態が領域Ｉと同様の状態となされる。

この状態において長い排気通路が確保され、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３６
０°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、高速回転域における各排気管１４内の排気
ガスの動的効果が有効に引き出され、この結果、高速回
転域における容積効率の向上が図られる。

以上の操作をまとめると次表１のとおりである。

表１ 数の上限を高めた場合においても、全回転域において出
力の落ち込みのない良好な出力特性が得られる。

また、前記の制御形態は一例であり、内燃機関７の諸元
により、他に、以下の表２、表３、表４に示す制御形態
とすることもできる。

このような排気可変制御によって得られる内燃機関７の
出力特性を見てみると、第８図のようになる。

この図において、破線によって示された出力特性が、領
域Ｉにおいて調整した切換弁２２の状態を全回転域にお
いて保持した場合であり、また、鎖線によって示された
出力特性が、領域■において調整した切換弁２２の状態
を全回転において保持した場合であり、さらに、実線で
示された出力特性が、各境界部分において前夫１の如（
切換操作を行った場合である。

この結果からも明らかなように、許容最大回転また、前
記いずれの制御形態においても、長い排気管長に保持し
た状態において３６０°間隔で爆発が行われる気筒に対
応した排気管１４を集合させ、かつ、短い排気管長に保
持した状態において１８０゜間隔で爆発が行われる気筒
に対応した排気管１４を集合させる例について示したが
、内燃機関７の諸元によっては、これらと逆の制御形態
を採用することも可能である（表５参照）。

なお、前記実施例においては制御因子として、内燃機関
７の回転数のみを用いた例について示したが、この外に
、車速センサーからの車速信号や、シフトポジションセ
ンサ６１からの変速位置信号のいずれか一方あるいは両
方を制御因子に取り入れることも可能である。

これらの信号を用いることにより、車輌の実走行状態に
即した制御が行われ、この結果、加速性や燃費の向上が
図られる。

また、内燃機関７の運転状態の分割形態が２領域で十分
である場合においては、３番目の領域についての制御が
自動的に省略されることから、特別な変更を伴うことな
く適用可能である。

さらに、前記排気可変装置Ａ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って、設計要求等に基づき
種々変更可能である。

例えば、前記切換弁２２のケーシング２２ａを単一の部
材によって形成した例について示したが、これに代えて
、第７図に示すように、長さ方向に２分割しておき、排
気管１４の組み立て時に相互に溶接等により一体化する
ことも可能である。

これによって、各排気管１４との位置調整作業が容易に
なる。

また、軸受け２８を閉塞するキャップ３５は、蓋体２９
に圧入により固定する例について示したが、これに代え
て、第７図に示すように、軸受け２８を形成するボス５
０を外側から覆うようにキャップ５１を配設し、このキ
ャップ５１に蓋体２９の外面に接触させられる鍔５１ａ
を一体に形成し、この鍔５１ａを介して蓋体２９ヘボル
ト５２により着脱可能に取り付けることも可能である。

この例によると、軸受け２８の保守点検の作業性が大幅
に向上する。

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もちろん可能であ
る。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明に係わる多気筒型内燃機関
における排気可変制御方法は、特に、多気筒型内燃機関
に設けられた複数の排気管の途中に、これらの排気管の
集合状態を変化させる切換弁を設け、前記多気筒型内燃
機関の運転状態を複数の領域に区分し、これらの各領域
の境界部分において前記切換弁を作動させることにより
、前記集合位置までの距離と、集合させる排気管の組み
合わせとを切り換えることを特徴とするもので、次のよ
うな優れた効果を奏する。

多気筒型内燃機関の運転状態に応じて、集合させる排気
管の組み合わせを切り換えることにより、爆発時期の異
なる気筒の組み合わせを変えて、各気筒から排出される
排気ガスの動的効果の相互作用を調整し、かつ、排気管
長も合わせて変化させ、これによって、許容最高回転数
を高めた広い回転域で排気ガスの動的効果の有効な引き
出しを可能とする。

したがって、広い回転域において排気の動的効果を有効
に利用し、これによって内燃機関の容積効率、すなわち
、出力特性を大幅に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

図面中、第１図ないし第７図は本発明の実施に有効に用
いられる排気可変装置の一例を示すもので、第１図は一
実施例が適用された自動二輪車の概略平面図、第２図は
一実施例が適用された自動二輪車の概略側面図、第３図
は要部の概略を示す外観斜視図、第４図は切換弁部分の
側面図、第５図は第４図のｖ−■線に沿う矢視断面図、
第６図は作動を説明するための第５図と同様の図、第７
図は本発明の他の実施例を示す第５図と同様の図、第８
図は一実施例が適用された内燃機関の出力特性図である
。 ２６・２７・・・貫通孔、 ３８・３９・・・閉塞部、 ４２・・・・・・ワイヤドラム、 ６１・・・・・・シフトボジショ Ａ・・・・・・排気制御装置。 ３６・３７・・・連通部、 ４０・４１・・・ロッド、 ６０・・・・・・スピードメータ、 ンセンサ、

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）多気筒型内燃機関に設けられた複数の排気管の途
   中に、これらの排気管の集合状態を変化させる切換弁を
   設け、前記多気筒型内燃機関の運転状態を複数の領域に
   区分し、これらの各領域の境界部分において前記切換弁
   を作動させることにより、前記集合位置までの距離と、
   集合させる排気管の組み合わせとを切り換えることを特
   徴とする多気筒型内燃機関における排気可変制御方法
2. （２）多気筒型内燃機関に設けられた複数の排気管の途
   中に、これらの排気管の集合状態を変化させる切換弁を
   設け、前記多気筒型内燃機関の運転状態を少なくとも３
   つの領域に区分し、これらの各領域の境界部分において
   前記切換弁を作動させることにより、前記排気管の集合
   位置までの距離と、集合させる排気管の組み合わせとを
   、２段階以上で切り換えるようにしたことを特徴とする
   多気筒型内燃機関における排気可変制御方法
3. （３）多気筒型内燃機関が等間隔爆発の４気筒であり、
   これらに延設された排気管が、４本から切換弁を経て２
   本に集合させられ、さらに１本に集合させられる集合形
   態である場合、複数領域に区分された運転状態の内の１
   つの領域において、１８０°間隔で爆発が行われる気筒
   に対応した２つの排気管の集合を行い、他の領域におい
   て、３６０°間隔で爆発が行われる気筒に対応した２つ
   の排気管の集合を行うことを特徴とする請求項１および
   ２記載の多気筒型内燃機関における排気可変制御方法
4. （４）運転状態を多気筒型内燃機関の回転速度によって
   複数領域に区分し、１つの領域を中速回転域以上とし、
   他の領域を中速回転域以下とすることことを特徴とする
   請求項３記載の多気筒型内燃機関における排気可変制御
   方法
5. （５）複数領域に区分された運転状態の内の１つの領域
   において、１８０°間隔で爆発が行われる気筒に対応し
   た２つの排気管を、前記気筒から離間した位置で集合さ
   せ、他の領域において３６０°間隔で爆発が行われる気
   筒に対応した２つの排気管を、前記気筒に近接した位置
   で集合させることを特徴とする請求項３記載の多気筒型
   内燃機関における排気可変制御方法
6. （６）多気筒型内燃機関が等間隔爆発の４気筒であり、
   これらに延設された排気管が、４本から切換弁を経て２
   本に集合させられ、さらに１本に集合させられる集合形
   態である場合、多気筒型内燃機関に運転状態を多気筒型
   内燃機関の回転速度によって、低速域、中速域、高速域
   の少なくとも３領域に区分し、低速域において３６０°
   間隔で爆発を行う気筒に対応した排気管の集合を行い、
   中速域において１８０°間隔で爆発を行う気筒に対応し
   た排気管の集合を行い、高速域おいて３６０°間隔で爆
   発を行う気筒に対応した排気管の集合を行うことを特徴
   とする請求項２記載の多気筒型内燃機関における排気可
   変制御方法