内燃機関の排気装置
【課題】簡易な構造でエンジン出力特性を向上させるとともにレイアウトの自由度を確保することのできる、内燃機関の排気装置を提供する。
【解決手段】多気筒内燃機関の各気筒の排気口に接続される複数の排気管と、排気管の管壁に形成された連通口を介して、対となる排気管同士を連通する連通管と、を備え、連通管の端部にフランジ部が形成され、該フランジ部が排気管の管壁外周面に対して溶接接続されており、排気管を連通管の長手方向から見たとき、連通管の連通路の断面形状が、排気管の長手方向に沿って延びる扁平形状をしている。
【解決手段】多気筒内燃機関の各気筒の排気口に接続される複数の排気管と、排気管の管壁に形成された連通口を介して、対となる排気管同士を連通する連通管と、を備え、連通管の端部にフランジ部が形成され、該フランジ部が排気管の管壁外周面に対して溶接接続されており、排気管を連通管の長手方向から見たとき、連通管の連通路の断面形状が、排気管の長手方向に沿って延びる扁平形状をしている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多気筒内燃機関の排気管同士を連通することによりエンジン出力特性を向上させる、内燃機関の排気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多気筒内燃機関において、対となる排気管同士を連通管で連通することにより、エンジン出力特性を向上させるための排気装置に関して種々の提案がなされている。（例えば、特許文献１を参照すること。）
【０００３】
特許文献１に開示された４サイクルエンジンの排気装置は、２つの排気管同士を２本以上の連通管で連通することにより、連通管の連通路での有効連通面積を拡大し、エンジン出力特性の向上を図ろうとしている。ところで、特許文献１に開示された排気装置においては、連通管の連通部分が車体の前方向に突出しているために、側面視、複数の排気管を集合配置した排気管群に対して連通部分が車体の前方向にはみ出るような構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３３７１５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された、対となる排気管を複数個の連通管で連通する構成においては、１個の連通管で連通する場合よりも有効連通面積を拡大させることが可能になるものの、連通管の数が増えるに従って管壁表面との摩擦に起因した流路抵抗が増加するために、エンジン出力特性の大幅な向上を望むことができない。また、連通管の数が増えると、部品点数の増加によるコストアップや、構造が複雑になることによりレイアウトの自由度低下を招くという問題がある。
【０００６】
また、複数の排気管を集合配置した排気管群に対して、車体の前後方向にラジエータやエンジンを配置する構成が一般的であるために、連通管の連通部分が車体の前方向に突出している特許文献１に開示された構成は、レイアウトの自由度を制限するために好ましくない。
【０００７】
したがって、本発明の解決すべき技術的課題は、簡易な構造でエンジン出力特性を向上させるとともにレイアウトの自由度を確保することのできる、内燃機関の排気装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記技術的課題を解決するために、本発明によれば、以下の内燃機関の排気装置が提供される。
【０００９】
すなわち、本発明の請求項１に係る内燃機関の排気装置は、多気筒内燃機関の各気筒の排気口に接続される複数の排気管と、前記排気管の管壁に形成された連通口を介して、対となる前記排気管同士を連通する連通管と、を備え、前記連通管の端部にフランジ部が形成され、該フランジ部が前記排気管の管壁外周面に対して溶接接続されており、前記排気管を前記連通管の長手方向から見たとき、前記連通管の連通路の断面形状が、前記排気管の長手方向に沿って延びる扁平形状をしていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項２に係る内燃機関の排気装置では、前記排気管を前記連通管の長手方向から見たとき、前記フランジ部の短径方向の全長が、前記排気管の高さ寸法以下であり、前記連通路の断面形状の長径方向長さが前記排気管の高さ寸法より大きいことを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項３に係る内燃機関の排気装置では、前記連通管の長径方向の内壁が、前記連通口に対して離間配置されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項４に係る内燃機関の排気装置では、前記連通管の短径方向の内壁が、前記連通口に対して離間配置されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項５に係る内燃機関の排気装置では、前記連通口が円形状であり、前記連通路の断面形状が湾曲部分から構成されるオーバル形状であることを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項６に係る内燃機関の排気装置では、前記連通管は該連通管の長手方向に延びる継目部を有し、前記継目部が前記気筒寄りに形成されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項７に係る内燃機関の排気装置の製造方法では、請求項１乃至６に記載された前記連通管は、曲げ加工により平板を丸めてオーバル形状の板状体を作成するとともに該オーバル形の板状体の両側端部に対して前記排気管の管壁形状に沿ったフランジ部を形成し、該オーバル形の板状体の側縁同士を溶接接続することによって作成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に係る本発明では、連通路の扁平した断面形状において、排気管の外形寸法によって連通路断面の短径方向長さが制限を受ける中で連通路断面の長径方向には延びることができることにより、できるだけ大きな連通路の有効連通面積（内部空間）を確保することができるので、エンジン出力特性を向上させることができる。熔接代としてのフランジ部も連通路断面の長径方向に延びることにより、大きな熔接代を確保することができ、熔接強度をアップさせることができる。そして、扁平した断面形状の連通管は、いわゆるダムのアーチ構造のように複数の異なった曲率半径の円弧を連ねた形状と考えることができ、印加された力を当該形状によって分散させることができるので、真円形状のものよりも連通管の機械的強度が高くなる。また、車体の側面視、連通管の連通部分が排気管で隠れることで、連通管で連通された排気管の美観が向上する。
【００１７】
請求項２に係る本発明では、所定の溶接代を確保しつつ、連通路の有効連通面積（内部空間）をできるだけ大きく確保することができる。
【００１８】
請求項３に係る本発明では、連通口よりも連通路の内部空間の径を大きくして、連通路の内部空間を共鳴構造として使用することにより、排気特性を適宜に設定することができる。また、連通路の断面形状と重なる排気管の長手方向の管壁部分が、排気管の長手方向の剛性確保に寄与することができる。
【００１９】
請求項４に係る本発明では、連通口よりも連通路の内部空間の径を大きくして、連通路の内部空間を共鳴構造として使用することにより、排気特性を適宜に設定することができる。また、連通路の断面形状と重なる排気管の高さ方向の管壁部分が、排気管の高さ方向の剛性確保に寄与することができる。
【００２０】
請求項５に係る本発明では、連通路の横断面が湾曲部分で構成されているので、連通管のある部分への応力集中を引き起こしにくくすることができる。
【００２１】
請求項６に係る本発明では、継目部が気筒で隠れるので、継目部を有する連通管の美観が向上する。
【００２２】
請求項７に係る本発明では、パイプを出発素材として曲げ加工を行う場合よりも、湾曲したフランジ部を容易に形成することができる。また、円筒を２つ割りにした２分割素材から出発する場合よりも、熔接の継ぎ目が少なくて済む。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る内燃機関の排気装置を備えた自動二輪車を示す側面図である。
【図２】本発明に係る内燃機関の排気装置の要部を示す斜視図である。
【図３】図２に示した排気装置の左側面図である。
【図４】図２に示した排気装置を車体の前方から見た側面図である。
【図５】図４に示した排気装置のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】図４に示した排気装置のＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【図７】排気管と連通管との関係を模式的に説明する図であって、図６に示した排気装置のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。
【図８】エンジン出力特性を示す特性図である。
【図９】連通管の製造方法を模式的に説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、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。図１は、本発明に係る内燃機関１０の排気装置１３を備えた自動二輪車１を示す側面図である。
【００２５】
（自動二輪車の全体構成）
図１に示す自動二輪車１は、車体フレームの前半部を構成するメインフレーム２の前端に、ヘッドパイプ及びブラケットを介してフロントフォーク３が支持され、このフロントフォーク３の下端に前輪４が支持されている。ブラケットにはハンドル５が取り付けられている。メインフレーム２の後端下部には、スイングアームブラケットを介して、スイングアーム７が、ピボット軸を中心にして上下揺動自在に支持されている。このスイングアーム７の後端には後輪９が支持されている。メインフレーム２の中央下部にはエンジン１０が支持され、このエンジン１０の前方にラジエータが配置されている。エンジン１０は、例えば直列型４気筒４サイクルエンジンであり、エンジン１０のクランクケース１１（トランスミッションケースを含む）の左側には出力スプロケットが設けられ、この出力スプロケットと、後輪９の左側に設けられた後輪駆動用のスプロケットとの間に、駆動チェーンが巻き掛けられている。
【００２６】
（排気装置の構成）
図１に示すように、エンジン１０の排気装置１３は、シリンダヘッド１２の前面に開口した気筒用排気ポートのそれぞれに対して接続フランジ１４を介して接続された４本の排気管２０Ａ、２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄと、クランクケース１１の下側に配置された排気集合管１５Ａ及び触媒管１５と、後輪９の左右両側に配置された左右一対の排気マフラ１７と、を備えている。各排気管２０Ａ乃至２０Ｄのそれぞれは、シリンダヘッド１２の気筒用排気ポートに接続される接続フランジ１４からエンジン１０の前側を下方に延び、クランクケース１１の前下端近傍位置で後方に湾曲し、クランクケース１１の下側で排気集合管１５Ａに集合している。排気集合管１５Ａに接続された触媒管１５の後端出口は後部排気管１６Ａを介して排気分岐管１６Ｂに接続されている。排気分岐管１６Ｂの排気出口はそれぞれ排気接続管１６Ｃを介して左右の排気マフラ１７に接続されている。
【００２７】
（排気管の構成）
図２の斜視図に示すように、車幅方向に並設されている４本の排気管２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄのうち、車幅方向の内側に並設された２つの排気管２０Ｂと排気管２０Ｃとが対をなし、車幅方向の外側に並設された２つの排気管２０Ａと排気管２０Ｄとが対をなし、排気管２０Ｂと排気管２０Ｃとが合流し、排気管２０Ａと排気管２０Ｄとが合流しながら、それらの排気管２０Ａ乃至２０Ｄが排気集合管１５Ａで１つに合流している。図３に示すように、４本の排気管２０Ａ乃至２０Ｄは全体として大きく湾曲しているものの、対をなす排気管２０Ｂ，２０Ｃが側面視で大略重なり合うとともに、対をなす排気管２０Ａ，２０Ｄが側面視で大略重なり合うように構成されている。
【００２８】
図２及び４に示すように、車幅方向の内側に並設された１対の排気管２０Ｂ，２０Ｃは、排気管２０Ｂ，２０Ｃの長さ方向に沿って接続フランジ１４に近い側において、連通管３０Ａによって連通されている。連通管３０Ａは、略水平の長手方向に延在する管本体部３２Ａと、管本体部３２Ａの長手方向の両端部にそれぞれ形成されたフランジ部３３Ｂ，３３Ｃと、を有する。フランジ部３３Ｂ，３３Ｃは、連通管３０Ａから径方向外方に突出する外向きフランジを形成して、連通管３０Ａの長手方向の両端部の外周を一周するリング形状であって、排気管２０Ｂ，２０Ｃの長手方向に扁平した形状をしている。フランジ部３３Ｂ，３３Ｃは、それぞれの対向する排気管２０Ｂ，２０Ｃの管壁と全周にわたって面接触できるように、対向する排気管２０Ｂ，２０Ｃの管壁形状に沿った湾曲形状に構成されている。そして、フランジ部３３Ｂ，３３Ｃが、排気管２０Ｂ，２０Ｃの管壁外周面２１Ｂ，２１Ｃに対してそれぞれ全周溶接されている。排気管２０Ｂ，２０Ｃの排気路２３Ｂ，２３Ｃの各断面は、例えば円形状をしているのに対して、管本体部３２Ａの連通路３１Ａの断面は、後に詳述するように、扁平したオーバル形状をしている。
【００２９】
同様に、車幅方向の外側に並設された１対の排気管２０Ａ，２０Ｄは、排気管２０Ａ，２０Ｄの長さ方向に沿って排気集合管１５Ａに近い側において、連通管３０Ｂによって連通している。すなわち、連通管３０Ａが排気上流側に位置し、連通管３０Ｂが排気下流側に位置している。上記の連通管３０Ａと同様に、連通管３０Ｂは、略水平の長手方向に延在する管本体部３２Ｂと、管本体部３２Ｂの長手方向の両端部にそれぞれ形成されたフランジ部３３Ａ，３３Ｄと、を有する。フランジ部３３Ａ，３３Ｄも、連通管３０Ｂの長手方向の両端部の外周を一周して排気管２０Ｂ，２０Ｃの長手方向に扁平したリング形状をしているとともに、対向する排気管２０Ａ，２０Ｄの管壁と全周にわたって面接触できるように、対向する排気管２０Ｂ，２０Ｃの管壁形状に沿った湾曲形状をしている。そして、フランジ部３３Ａ，３３Ｄが、排気管２０Ａ，２０Ｄの管壁外周面２１Ａ，２１Ｄに対してそれぞれ全周溶接されている。排気管２０Ａ，２０Ｄの排気路２３Ａ，２３Ｄの各断面も、例えば円形状をしているのに対して、管本体部３２Ｂの連通路３１Ｂの断面も、扁平したオーバル形状をしている。
【００３０】
上述したように、対をなす排気管２０Ｂ，２０Ｃが側面視で大略重なり合っていて、且つ、両者を連通する連通管３０Ａが略水平方向に直線状に延在するので、側面視で連通管３０Ａが排気管２０Ｂ，２０Ｃに重なり合い、図３のように、側面視で連通管３０Ａが排気管２０Ｂ，２０Ｃに隠される。その結果、連通管３０Ａで連結された排気管２０Ｂ，２０Ｃの美観が向上するとともに、連通管３０Ａが排気管２０Ｂ，２０Ｃから突出してはみ出すことが無く、排気管２０Ｂ，２０Ｃの前後方向の空間が、連通管３０Ａによって占められることの無い空き空間となるので、排気管２０Ｂ，２０Ｃの前後方向に配置されるラジエータやエンジンに関するレイアウトの自由度を確保することができる。
【００３１】
同様に、対をなす排気管２０Ａ，２０Ｄも側面視で大略重なり合っていて、且つ、両者を連通する連通管３０Ｂが略水平方向に直線状に延在している。したがって、側面視で連通管３０Ｂが排気管２０Ａ，２０Ｄに重なり合い、側面視で連通管３０Ｂが排気管２０Ａ，２０Ｄに隠されるので、上記と同様の作用・効果を奏する。
【００３２】
（排気管と連通管との間での連通構造）
次に、図５乃至７を参照しながら、対をなす排気管２０Ｂ，２０Ｃと連通管３０Ａとの間での連通構造、及び、対をなす排気管２０Ａ，２０Ｄと連通管３０Ｂとの間での連通構造についてそれぞれ説明する。
【００３３】
図５に示すように、対をなす排気管２０Ｂ，２０Ｃを連通する連通管３０Ａの内部空間には連通路３１Ａが形成されている。また、対をなす排気管２０Ｂ，２０Ｃにおいてお互いに対向する内側管壁２４Ｂ，２４Ｃには、連通口２２Ｂ，２２Ｃがそれぞれ形成されている。したがって、排気管２０Ｂの内部空間に形成される排気路２３Ｂは、連通口２２Ｂ、連通路３１Ａ及び連通口２２Ｃを通じて、排気管２０Ｃの内部空間に形成される排気路２３Ｃと連通している。
【００３４】
図５において、排気路２３Ｂと連通路３１Ａとの間は、内側管壁２４Ｂによって仕切られていて、排気路２３Ｃと連通路３１Ａとの間は、内側管壁２４Ｃによって仕切られている。内側管壁２４Ｂ，２４Ｃが形成されていることで、排気管２０Ｂ，２０Ｃの連通口２２Ｂ，２２Ｃの周辺での剛性を確保することができる。また、排気管２０Ｂ，２２Ｃからの排気ガスは、それぞれ、排気通路下流部である連通路３１Ａに導かれるが、このとき、連通口２２Ｂ，２２Ｃを通した連通路３１Ａのレゾネータ（共鳴器）効果により、排気特性の変更が可能となり、適宜の設定により出力特性の向上や排気騒音低減等の効果が得られる。
【００３５】
同様に、図６に示すように、対をなす排気管２０Ａ，２０Ｄを連通する連通管３０Ｂの内部空間には連通路３１Ｂが形成されていて、内側管壁２４Ａ，２４Ｄの対向する面には、連通口２２Ａ，２２Ｄがそれぞれ形成されている。したがって、排気管２０Ａの内部空間に形成される排気路２３Ａは、連通口２２Ａ、連通路３１Ｂ及び連通口２２Ｄを通じて、排気管２０Ｄの内部空間に形成される排気路２３Ｄと連通している。そして、排気路２３Ａと連通路３１Ｂとの間は、内側管壁２４Ａによって仕切られていて、排気路２３Ｄと連通路３１Ｂとの間は、内側管壁２４Ｄによって仕切られている。したがって、このような連通路３１Ｂや内側管壁２４Ａ，２４Ｄの配置構成においても、上記と同様の作用・効果を奏する。
【００３６】
図７に例示した管本体部３２Ｂの横断面は、長径方向及び短径方向に対称軸をそれぞれ有して湾曲部分だけで構成されたいわゆる楕円形状をしている。連通管３０Ｂの管本体部３２Ｂは、連通管３０Ｂの長手方向に直交する断面（すなわち横断面）において、排気管２０Ａ，２０Ｄの長手方向に沿って延びて、管本体部３２Ｂの長径方向の外形寸法が、管本体部３２Ｂの短径方向の外形寸法よりも大きいように構成された扁平形状であればよい。管本体部３２Ｂ（すなわち連通路３１Ｂ）の横断面の扁平形状は、具体的には、長径が排気管２０Ａ，２０Ｄの長手方向に沿うオーバル形状又は長円形状に構成されていて、好適にはオーバル形状である。本願明細書では、オーバル（oval）形状というのは、長径の円弧と短径の円弧とで構成されて長径方向及び短径方向のそれぞれに延びる２つの対称軸を有する楕円形と、長径方向に延びる一つの対称軸しか有さない卵形と、を含む概念であって、全体として丸みを持った湾曲部分から構成されているものの総称である。したがって、本願明細書では、長径方向に略平行に延びる１対の平坦部と、当該１対の平坦部を滑らかに接続する半円弧部と、を有する競技トラックのような長円形（角丸長方形：rounded rectangle）は、当該平坦部を有するために、湾曲部分だけから構成されたオーバル形状と区別している。
【００３７】
管本体部３２Ｂ（すなわち連通路３１Ｂ）の横断面を湾曲部分だけで構成された楕円形状や卵形のようなオーバル形状は、平坦部を有する長円形よりも、連通管３０Ｂのある部分（例えば、長円形における平坦部や、平坦部から湾曲部に急に変化する部分）への応力集中を引き起こしにくく、機械的強度や形状の作り易さの点で有利である。管本体部３２Ｂの排気管２０Ａ側の外周縁に形成されるフランジ部３３Ａ（図７に図示）や管本体部３２Ｂの排気管２０Ｄ側のフランジ部３３Ｄ（図示しない）も、管本体部３２Ｂの横断面形状に略同一又は近似した楕円形状をしている。
【００３８】
図示しないが、連通管３０Ａの管本体部３２Ａの横断面も楕円形状をしており、管本体部３２Ａの排気管２０Ｂ側のフランジ部３３Ｂや管本体部３２Ａの排気管２０Ｃ側のフランジ部３３Ｃも、管本体部３２Ａの断面形状に略同一又は近似した楕円形状をしている。
【００３９】
排気管２０Ａ乃至２０Ｄのそれぞれに形成された連通口２２Ａ乃至２２Ｄは、機械的加工のし易さから好適には円形状をした開口であるが、排気管２０Ａの長手方向に扁平したオーバル形状をした開口であってもよい。連通口２２Ａ乃至２２Ｄを形成するための加工は、エンドミルやレーザー装置等を用いて行われる。
【００４０】
（排気管と連通管との間での寸法関係）
図７は、代表的な例として、排気管２０Ａと連通管３０Ｂとの間での寸法関係を模式的に説明する図であって、図６に示した連通管３０ＢのＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。
【００４１】
図７において、排気管２０Ａが左右の長手方向に延びて、連通管３０Ｂが紙面の略直交方向に延びている。連通管３０Ｂ（連通路３１Ｂ）の断面形状が排気管２０Ａの長手方向に扁平したオーバル形状をしているので、連通路３１Ｂの断面形状の長径方向（以下、連通路３１Ｂの長径方向という。）が排気管２０Ａの長手方向と実質的に一致し、連通路３１Ｂの断面形状の短径方向（以下、連通路３１Ｂの短径方向という。）が排気管２０Ａの高さ方向と実質的に一致する。
【００４２】
排気管２０Ａの高さ方向の略中央部分に、円形状の連通口２２Ａが形成されていて、該連通口２２Ａを囲繞するように扁平したオーバル形状の連通管３０Ｂが、排気管２０Ａの管壁外周面２１Ａに対して溶接結合されている。扁平したオーバル形状の連通路３１Ｂの断面形状は、連通路３１Ｂの短径方向（排気管２０Ａの高さ方向）において連通口２２Ａの開口径Ｅよりも大きな短径方向長さＢを有し、連通路３１Ｂの長径方向（排気管２０Ａの長手方向）において長径方向長さＡを有する。連通路３１Ｂの短径方向において、連通口２２Ａの上側部分及び下側部分にそれぞれ長さＦ１，Ｆ２の内側管壁２４Ａが設けられているので、連通路３１Ｂと連通口２２Ａと内側管壁２４Ａとの間には、
連通口の開口径Ｅ＋内側管壁の長さ（Ｆ１＋Ｆ２）＝連通路の短径方向長さＢ （１）
という関係がある。
すなわち、内側管壁２４Ａが連通路３１Ｂの短径方向に設けられている場合、管本体部３２Ｂの連通路３１Ｂと連通口２２Ａとの間には、
連通口の開口径Ｅ＜連通路の短径方向長さＢ （２）
という関係になっている。
連通路３１Ｂの短径方向において、連通口２２Ａの上下にそれぞれ長さＦ１，Ｆ２の内側管壁２４Ａを設けない場合（すなわち、連通口２２Ａが連通路３１Ｂに接するように連通口２２Ａの開口径を拡大する場合）、連通路３１Ｂと連通口２２Ａとの間には、
連通口の開口径Ｅ＝連通路の短径方向長さＢ （３）
という関係を満たしている。
したがって、内側管壁２４Ａが連通路３１Ｂの短径方向に設けられている場合と設けられない場合の両方を考慮するならば、連通路３１Ｂと連通口２２Ａとの間には、
連通口の開口径Ｅ≦連通路の短径方向長さＢ （４）
という関係を満たしている。
【００４３】
管本体部３２Ｂの排気管２０Ａ側の上下の外周縁には、連通路３１Ｂの短径方向において、幅寸法Ｃ１，Ｃ２のフランジ部３３Ａがそれぞれ設けられており、フランジ部３３Ａの全長がＣとなる。当該フランジ部３３Ａは、排気管２０Ａに対する溶接代として用いられる。
【００４４】
排気管２０Ａの高さ（外径）寸法Ｄに対してできるだけ大きな連通路３１Ｂを確保しつつ溶接のし易さや美観を確保するために、連通路３１Ｂの短径方向において、フランジ部３３Ａの全長Ｃと排気管２０Ａの高さ寸法Ｄとの間には、
フランジ部の全長Ｃ≦排気管の高さ寸法Ｄ （５）
という関係を満たしている。
【００４５】
排気管２０Ａの高さ寸法Ｄによって連通路３１Ｂの短径方向長さＢが制限を受ける中で、扁平したオーバル形状をした連通管３０Ｂが、排気管２０Ａに対してできるだけ大きな連通路３１Ｂを確保するために、連通路３１Ｂの長径方向において、排気管２０Ａの高さ寸法Ｄと連通路３１Ｂの長径方向長さＡとの間には、
排気管の高さ寸法Ｄ＜連通路の長径方向長さＡ （６）
という関係を満たしている。
したがって、排気管２０Ａを連通管３０Ｂの長手方向から見たとき、フランジ部３３Ａの短径方向の全長Ｃが、排気管２０Ａの高さ寸法Ｄ以下であり、連通路３１Ｂの断面形状の長径方向長さＡが排気管２０Ａの高さ寸法Ｄより大きいように寸法構成されている。
【００４６】
上述した（１）乃至（６）の関係は、図５に示した、排気管２０Ｂと連通管３０Ａとの関係及び排気管２０Ｃと連通管３０Ａとの関係や、図６に示した排気管２０Ｄと連通管３０Ｂとの関係においても同様に成立する。
【００４７】
（本発明に係る排気装置の効果）
次に、上記のように構成されたエンジン１０の排気装置１３の効果について図８を参照しながら説明する。
【００４８】
エンジン回転数とエンジン出力特性との関係を示す図８において、点線は、本発明に係る排気装置１３であって連通路３１Ａ，３１Ｂの断面形状がいずれも排気管２０Ａ乃至２０Ｄの長手方向に扁平した楕円形状をしている場合であり、実線は、比較のために示した従来例であって連通管の連通路の断面形状が円形状をしている場合であり、その他の構成は共通している。なお、従来例の断面が円形状のものの径は２５．４ｍｍであり、本発明の断面が楕円形状のものの径は３１．８ｍｍ相当である。
【００４９】
図８に示すように、低速回転域、中速回転域及び高速回転域の全域にわたって、点線で示した本発明に係る排気装置は、実線で示した比較例に係る排気装置よりもエンジン出力特性が向上している。
【００５０】
（断面がオーバル形状をした連通管の製造方法について）
上述したように、本発明に係る連通管３０Ａ，３０Ｂの管本体部３２Ｂ，３２Ｂの横断面は、排気管２０Ａ乃至２０Ｄの長手方向に扁平したオーバル形状をしている。当該形状を有する連通管３０Ａ，３０Ｂの製造方法について、図９を参照しながら説明する。
【００５１】
図９の（１）のように、所望とするオーバル形状と同じ周長を有する平板状の金属素材５０を準備する。図９の（２）のように、図示しない第１型を用いて、平板状素材５０をＵ字状に丸める曲げ加工する。Ｕ字状の本体部３２は、その両端に縁部３５，３５を有する。図９の（３）のように、図示しない第２型を用いて、Ｕ字状の本体部３２をオーバル形状に丸める曲げ加工する。このとき、縁部３５，３５同士が接近するまでＵ字状の本体部３２が丸められている。それとともに、Ｕ字状の本体部３２の側端部を押し広げることにより当該側端部にフランジ部３３，３３を形成する。図９の（４）のように、丸められた本体部３２及びフランジ部３３の縁部３５，３５同士を溶接で接続することにより、左右の端部にフランジ部３３，３３を有するとともに内部に連通路３１を有する連通管３０を製造することができる。このようにして製造された連通管３０は、上述した連通管３０Ａ，３０Ｂとして使用される。
【００５２】
ところで、上記方法によって製造された連通管３０の長径方向の中央部には、連通管３０の長手方向に延びる継目部３６が形成されている。継目部３６を有する連通管３０を排気管２０Ａ乃至２０Ｄに装着・固定したときに、溶接による継目部３６が見えることは、美観上好ましくないので、図２に示すように、継目部３６をエンジン１０の気筒に対面する気筒寄りの位置に配置することが好適である。すなわち、継目部３６が車体の後方に対向する配置となるように連通管３０が構成されている。したがって、継目部３６がエンジン１０の気筒で隠れることにより、美観を向上することができる。また、継目部３６を連通管３０の長径方向の中央部に配置することは、連通管３０の短径方向の中央部に配置する場合よりも、荷重がかかった際の溶接強度の低下を防止することができる。
【００５３】
なお、扁平したオーバル形状をしている連通管３０Ａ，３０Ｂは、上記製造方法に限定されるものではなく、例えば、所望とするオーバル形状と同じ周長さを有する円筒状素材を準備し、円筒状素材を上下から圧縮して、扁平したオーバル形状に加工し、曲げ加工により両端部にフランジ部を形成する方法によって製造することもできる。また、所望とするオーバル形状と同じ周長さを有する円筒を２つ割りにした２分割素材を準備し、２分割素材に対して扁平したオーバル形状となる加工を施し、曲げ加工により両端部にフランジ部を形成したあと、両素材を熔接接合する方法によって製造することもできる。
【００５４】
なお、本発明の実施形態を詳述したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。すなわち、上記実施形態では、排気管２０Ａ，２０Ｄが対をなし、排気管２０Ｂ，２０Ｃが対をなす構成であるが、例えば、排気管２０Ａ，２０Ｂが対をなして両者を連通管３０Ａで連通し、排気管２０Ｃ，２０Ｄが対をなし両者を連通管３０Ｂで連通する構成であってもよい。また、対をなす排気管を連通する連通管３０Ａ，３０Ｂのそれぞれの位置は、エンジン出力特性を考慮しながら、対をなす排気管の長さ方向に適宜に決定することができる。また、連通管３０Ａ，３０Ｂの管本体部３２Ａ，３２Ｂはそれぞれ略水平方向に直線状に延在しているが、できるだけ大容量の連通路３１Ａ，３１Ｂを得るために管本体部３２Ａ，３２Ｂのそれぞれが水平面に対して傾斜した構成であってもよい。さらに、本発明を限定しない好適な連通路の断面形状（楕円形状）を例示するならば、楕円の扁平比率（短径に対する長径の比）が、１．１乃至３程度であることが好適であり、エンジン出力特性の向上を得ることができる。当該扁平比率が１．１より小さければ、円形状のものとの比較で有効連通面積の拡大に寄与しないためにエンジン出力特性の向上度合いが小さい。当該扁平比率が３より大きければ、扁平程度が大きすぎて管壁表面との摩擦に起因して流路抵抗が増加するためにエンジン出力特性の向上を得ることができない。
【００５５】
上述したように、連通管３０Ａ，３０Ｂは、少なくとも両端部分の断面形状が扁平形状であればよく、中間部分の断面形状は、円形であってもよく、また両端部分よりも拡径した形状であってもよい。また、排気管２０Ａ乃至２０Ｄについても、円形以外の形状（例えば、扁平形状）でもよい。なお、本願では、自動二輪車を用いて例示しているが、自動二輪車以外の車両に搭載される内燃機関の排気装置にも本発明を適用することができる。
【００５６】
以上のように、本発明に係る内燃機関の排気装置は、次のような優れた効果を備えている。
【００５７】
（１）連通管における連通路の断面形状が、排気管の長手方向に扁平した形状であるという構成によれば、排気管の外形寸法によって連通路断面の短径方向長さが制限を受ける中で連通路断面の長径方向には延びることができ、できるだけ大きな連通路の有効連通面積（内部空間）を確保することができるので、エンジン出力特性を向上させることができる。熔接代としてのフランジ部も連通路断面の長径方向に延びることにより、大きな熔接代を確保することができ、熔接強度をアップさせることができる。そして、扁平した断面形状の連通管は、いわゆるダムのアーチ構造のように複数の異なった曲率半径の円弧を連ねた形状と考えることができ、印加された力を当該形状によって分散させることができるので、真円形状のものよりも連通管の機械的強度が高くなる。また、車体の側面視、連通管の連通部分が排気管で隠れることで、連通管で連通された排気管の美観が向上する。
【００５８】
（２）排気管の高さ寸法とフランジ部の短径方向の全長と連通路の長径方向の長さとの間での寸法関係を所定のものとすることによれば、所定の溶接代を確保しつつ、連通路の有効連通面積（内部空間）をできるだけ大きく確保することができる。
【００５９】
（３）連通路の長径方向において連通管の内壁と連通口との間に間隔を空けることによれば、連通口よりも連通路の内部空間の径を大きくして、連通路の内部空間を共鳴構造として使用することができるので、排気特性を適宜に設定することができる。また、連通路の断面形状と重なる排気管の長手方向の管壁部分が、排気管の長手方向の剛性確保に寄与することができる。
【００６０】
（４）連通路の短径方向において連通管の内壁と連通口との間に間隔を空けることによれば、連通口よりも連通路の内部空間の径を大きくして、連通路の内部空間を共鳴構造として使用することができるので、排気特性を適宜に設定することができる。また、連通路の断面形状と重なる排気管の高さ方向の管壁部分が、排気管の高さ方向の剛性確保に寄与することができる。
【００６１】
（５）連通路の断面形状を湾曲部分から構成されるオーバル形状にすることによれば、連通路の横断面が湾曲部分で構成されているので、連通管のある部分への応力集中を引き起こしにくくすることができる。
【００６２】
（６）継目部が気筒で隠れるので、継目部を有する連通管の美観が向上する。
【００６３】
（７）平板を出発素材として曲げ加工を行うという排気装置の製造方法によれば、パイプを出発素材として曲げ加工を行う場合よりも、湾曲したフランジ部を容易に形成することができる。また、円筒を２つ割りにした２分割素材から出発する場合よりも、熔接の継ぎ目が少なくて済む。
【符号の説明】
【００６４】
１：自動二輪車
１０：エンジン
１３：排気装置
１４：接続フランジ
１５Ａ：排気集合管
１７：排気マフラ
２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ：排気管
２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ：管壁外周面
２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ：連通口
２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ：排気路
２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄ：内側管壁
３０Ａ，３０Ｂ：連通管
３１Ａ，３１Ｂ：連通路
３２Ａ，３２Ｂ：管本体部
３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄ：フランジ部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多気筒内燃機関の排気管同士を連通することによりエンジン出力特性を向上させる、内燃機関の排気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多気筒内燃機関において、対となる排気管同士を連通管で連通することにより、エンジン出力特性を向上させるための排気装置に関して種々の提案がなされている。（例えば、特許文献１を参照すること。）
【０００３】
特許文献１に開示された４サイクルエンジンの排気装置は、２つの排気管同士を２本以上の連通管で連通することにより、連通管の連通路での有効連通面積を拡大し、エンジン出力特性の向上を図ろうとしている。ところで、特許文献１に開示された排気装置においては、連通管の連通部分が車体の前方向に突出しているために、側面視、複数の排気管を集合配置した排気管群に対して連通部分が車体の前方向にはみ出るような構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３３７１５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された、対となる排気管を複数個の連通管で連通する構成においては、１個の連通管で連通する場合よりも有効連通面積を拡大させることが可能になるものの、連通管の数が増えるに従って管壁表面との摩擦に起因した流路抵抗が増加するために、エンジン出力特性の大幅な向上を望むことができない。また、連通管の数が増えると、部品点数の増加によるコストアップや、構造が複雑になることによりレイアウトの自由度低下を招くという問題がある。
【０００６】
また、複数の排気管を集合配置した排気管群に対して、車体の前後方向にラジエータやエンジンを配置する構成が一般的であるために、連通管の連通部分が車体の前方向に突出している特許文献１に開示された構成は、レイアウトの自由度を制限するために好ましくない。
【０００７】
したがって、本発明の解決すべき技術的課題は、簡易な構造でエンジン出力特性を向上させるとともにレイアウトの自由度を確保することのできる、内燃機関の排気装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記技術的課題を解決するために、本発明によれば、以下の内燃機関の排気装置が提供される。
【０００９】
すなわち、本発明の請求項１に係る内燃機関の排気装置は、多気筒内燃機関の各気筒の排気口に接続される複数の排気管と、前記排気管の管壁に形成された連通口を介して、対となる前記排気管同士を連通する連通管と、を備え、前記連通管の端部にフランジ部が形成され、該フランジ部が前記排気管の管壁外周面に対して溶接接続されており、前記排気管を前記連通管の長手方向から見たとき、前記連通管の連通路の断面形状が、前記排気管の長手方向に沿って延びる扁平形状をしていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項２に係る内燃機関の排気装置では、前記排気管を前記連通管の長手方向から見たとき、前記フランジ部の短径方向の全長が、前記排気管の高さ寸法以下であり、前記連通路の断面形状の長径方向長さが前記排気管の高さ寸法より大きいことを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項３に係る内燃機関の排気装置では、前記連通管の長径方向の内壁が、前記連通口に対して離間配置されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項４に係る内燃機関の排気装置では、前記連通管の短径方向の内壁が、前記連通口に対して離間配置されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項５に係る内燃機関の排気装置では、前記連通口が円形状であり、前記連通路の断面形状が湾曲部分から構成されるオーバル形状であることを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項６に係る内燃機関の排気装置では、前記連通管は該連通管の長手方向に延びる継目部を有し、前記継目部が前記気筒寄りに形成されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項７に係る内燃機関の排気装置の製造方法では、請求項１乃至６に記載された前記連通管は、曲げ加工により平板を丸めてオーバル形状の板状体を作成するとともに該オーバル形の板状体の両側端部に対して前記排気管の管壁形状に沿ったフランジ部を形成し、該オーバル形の板状体の側縁同士を溶接接続することによって作成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に係る本発明では、連通路の扁平した断面形状において、排気管の外形寸法によって連通路断面の短径方向長さが制限を受ける中で連通路断面の長径方向には延びることができることにより、できるだけ大きな連通路の有効連通面積（内部空間）を確保することができるので、エンジン出力特性を向上させることができる。熔接代としてのフランジ部も連通路断面の長径方向に延びることにより、大きな熔接代を確保することができ、熔接強度をアップさせることができる。そして、扁平した断面形状の連通管は、いわゆるダムのアーチ構造のように複数の異なった曲率半径の円弧を連ねた形状と考えることができ、印加された力を当該形状によって分散させることができるので、真円形状のものよりも連通管の機械的強度が高くなる。また、車体の側面視、連通管の連通部分が排気管で隠れることで、連通管で連通された排気管の美観が向上する。
【００１７】
請求項２に係る本発明では、所定の溶接代を確保しつつ、連通路の有効連通面積（内部空間）をできるだけ大きく確保することができる。
【００１８】
請求項３に係る本発明では、連通口よりも連通路の内部空間の径を大きくして、連通路の内部空間を共鳴構造として使用することにより、排気特性を適宜に設定することができる。また、連通路の断面形状と重なる排気管の長手方向の管壁部分が、排気管の長手方向の剛性確保に寄与することができる。
【００１９】
請求項４に係る本発明では、連通口よりも連通路の内部空間の径を大きくして、連通路の内部空間を共鳴構造として使用することにより、排気特性を適宜に設定することができる。また、連通路の断面形状と重なる排気管の高さ方向の管壁部分が、排気管の高さ方向の剛性確保に寄与することができる。
【００２０】
請求項５に係る本発明では、連通路の横断面が湾曲部分で構成されているので、連通管のある部分への応力集中を引き起こしにくくすることができる。
【００２１】
請求項６に係る本発明では、継目部が気筒で隠れるので、継目部を有する連通管の美観が向上する。
【００２２】
請求項７に係る本発明では、パイプを出発素材として曲げ加工を行う場合よりも、湾曲したフランジ部を容易に形成することができる。また、円筒を２つ割りにした２分割素材から出発する場合よりも、熔接の継ぎ目が少なくて済む。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る内燃機関の排気装置を備えた自動二輪車を示す側面図である。
【図２】本発明に係る内燃機関の排気装置の要部を示す斜視図である。
【図３】図２に示した排気装置の左側面図である。
【図４】図２に示した排気装置を車体の前方から見た側面図である。
【図５】図４に示した排気装置のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】図４に示した排気装置のＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【図７】排気管と連通管との関係を模式的に説明する図であって、図６に示した排気装置のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。
【図８】エンジン出力特性を示す特性図である。
【図９】連通管の製造方法を模式的に説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、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。図１は、本発明に係る内燃機関１０の排気装置１３を備えた自動二輪車１を示す側面図である。
【００２５】
（自動二輪車の全体構成）
図１に示す自動二輪車１は、車体フレームの前半部を構成するメインフレーム２の前端に、ヘッドパイプ及びブラケットを介してフロントフォーク３が支持され、このフロントフォーク３の下端に前輪４が支持されている。ブラケットにはハンドル５が取り付けられている。メインフレーム２の後端下部には、スイングアームブラケットを介して、スイングアーム７が、ピボット軸を中心にして上下揺動自在に支持されている。このスイングアーム７の後端には後輪９が支持されている。メインフレーム２の中央下部にはエンジン１０が支持され、このエンジン１０の前方にラジエータが配置されている。エンジン１０は、例えば直列型４気筒４サイクルエンジンであり、エンジン１０のクランクケース１１（トランスミッションケースを含む）の左側には出力スプロケットが設けられ、この出力スプロケットと、後輪９の左側に設けられた後輪駆動用のスプロケットとの間に、駆動チェーンが巻き掛けられている。
【００２６】
（排気装置の構成）
図１に示すように、エンジン１０の排気装置１３は、シリンダヘッド１２の前面に開口した気筒用排気ポートのそれぞれに対して接続フランジ１４を介して接続された４本の排気管２０Ａ、２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄと、クランクケース１１の下側に配置された排気集合管１５Ａ及び触媒管１５と、後輪９の左右両側に配置された左右一対の排気マフラ１７と、を備えている。各排気管２０Ａ乃至２０Ｄのそれぞれは、シリンダヘッド１２の気筒用排気ポートに接続される接続フランジ１４からエンジン１０の前側を下方に延び、クランクケース１１の前下端近傍位置で後方に湾曲し、クランクケース１１の下側で排気集合管１５Ａに集合している。排気集合管１５Ａに接続された触媒管１５の後端出口は後部排気管１６Ａを介して排気分岐管１６Ｂに接続されている。排気分岐管１６Ｂの排気出口はそれぞれ排気接続管１６Ｃを介して左右の排気マフラ１７に接続されている。
【００２７】
（排気管の構成）
図２の斜視図に示すように、車幅方向に並設されている４本の排気管２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄのうち、車幅方向の内側に並設された２つの排気管２０Ｂと排気管２０Ｃとが対をなし、車幅方向の外側に並設された２つの排気管２０Ａと排気管２０Ｄとが対をなし、排気管２０Ｂと排気管２０Ｃとが合流し、排気管２０Ａと排気管２０Ｄとが合流しながら、それらの排気管２０Ａ乃至２０Ｄが排気集合管１５Ａで１つに合流している。図３に示すように、４本の排気管２０Ａ乃至２０Ｄは全体として大きく湾曲しているものの、対をなす排気管２０Ｂ，２０Ｃが側面視で大略重なり合うとともに、対をなす排気管２０Ａ，２０Ｄが側面視で大略重なり合うように構成されている。
【００２８】
図２及び４に示すように、車幅方向の内側に並設された１対の排気管２０Ｂ，２０Ｃは、排気管２０Ｂ，２０Ｃの長さ方向に沿って接続フランジ１４に近い側において、連通管３０Ａによって連通されている。連通管３０Ａは、略水平の長手方向に延在する管本体部３２Ａと、管本体部３２Ａの長手方向の両端部にそれぞれ形成されたフランジ部３３Ｂ，３３Ｃと、を有する。フランジ部３３Ｂ，３３Ｃは、連通管３０Ａから径方向外方に突出する外向きフランジを形成して、連通管３０Ａの長手方向の両端部の外周を一周するリング形状であって、排気管２０Ｂ，２０Ｃの長手方向に扁平した形状をしている。フランジ部３３Ｂ，３３Ｃは、それぞれの対向する排気管２０Ｂ，２０Ｃの管壁と全周にわたって面接触できるように、対向する排気管２０Ｂ，２０Ｃの管壁形状に沿った湾曲形状に構成されている。そして、フランジ部３３Ｂ，３３Ｃが、排気管２０Ｂ，２０Ｃの管壁外周面２１Ｂ，２１Ｃに対してそれぞれ全周溶接されている。排気管２０Ｂ，２０Ｃの排気路２３Ｂ，２３Ｃの各断面は、例えば円形状をしているのに対して、管本体部３２Ａの連通路３１Ａの断面は、後に詳述するように、扁平したオーバル形状をしている。
【００２９】
同様に、車幅方向の外側に並設された１対の排気管２０Ａ，２０Ｄは、排気管２０Ａ，２０Ｄの長さ方向に沿って排気集合管１５Ａに近い側において、連通管３０Ｂによって連通している。すなわち、連通管３０Ａが排気上流側に位置し、連通管３０Ｂが排気下流側に位置している。上記の連通管３０Ａと同様に、連通管３０Ｂは、略水平の長手方向に延在する管本体部３２Ｂと、管本体部３２Ｂの長手方向の両端部にそれぞれ形成されたフランジ部３３Ａ，３３Ｄと、を有する。フランジ部３３Ａ，３３Ｄも、連通管３０Ｂの長手方向の両端部の外周を一周して排気管２０Ｂ，２０Ｃの長手方向に扁平したリング形状をしているとともに、対向する排気管２０Ａ，２０Ｄの管壁と全周にわたって面接触できるように、対向する排気管２０Ｂ，２０Ｃの管壁形状に沿った湾曲形状をしている。そして、フランジ部３３Ａ，３３Ｄが、排気管２０Ａ，２０Ｄの管壁外周面２１Ａ，２１Ｄに対してそれぞれ全周溶接されている。排気管２０Ａ，２０Ｄの排気路２３Ａ，２３Ｄの各断面も、例えば円形状をしているのに対して、管本体部３２Ｂの連通路３１Ｂの断面も、扁平したオーバル形状をしている。
【００３０】
上述したように、対をなす排気管２０Ｂ，２０Ｃが側面視で大略重なり合っていて、且つ、両者を連通する連通管３０Ａが略水平方向に直線状に延在するので、側面視で連通管３０Ａが排気管２０Ｂ，２０Ｃに重なり合い、図３のように、側面視で連通管３０Ａが排気管２０Ｂ，２０Ｃに隠される。その結果、連通管３０Ａで連結された排気管２０Ｂ，２０Ｃの美観が向上するとともに、連通管３０Ａが排気管２０Ｂ，２０Ｃから突出してはみ出すことが無く、排気管２０Ｂ，２０Ｃの前後方向の空間が、連通管３０Ａによって占められることの無い空き空間となるので、排気管２０Ｂ，２０Ｃの前後方向に配置されるラジエータやエンジンに関するレイアウトの自由度を確保することができる。
【００３１】
同様に、対をなす排気管２０Ａ，２０Ｄも側面視で大略重なり合っていて、且つ、両者を連通する連通管３０Ｂが略水平方向に直線状に延在している。したがって、側面視で連通管３０Ｂが排気管２０Ａ，２０Ｄに重なり合い、側面視で連通管３０Ｂが排気管２０Ａ，２０Ｄに隠されるので、上記と同様の作用・効果を奏する。
【００３２】
（排気管と連通管との間での連通構造）
次に、図５乃至７を参照しながら、対をなす排気管２０Ｂ，２０Ｃと連通管３０Ａとの間での連通構造、及び、対をなす排気管２０Ａ，２０Ｄと連通管３０Ｂとの間での連通構造についてそれぞれ説明する。
【００３３】
図５に示すように、対をなす排気管２０Ｂ，２０Ｃを連通する連通管３０Ａの内部空間には連通路３１Ａが形成されている。また、対をなす排気管２０Ｂ，２０Ｃにおいてお互いに対向する内側管壁２４Ｂ，２４Ｃには、連通口２２Ｂ，２２Ｃがそれぞれ形成されている。したがって、排気管２０Ｂの内部空間に形成される排気路２３Ｂは、連通口２２Ｂ、連通路３１Ａ及び連通口２２Ｃを通じて、排気管２０Ｃの内部空間に形成される排気路２３Ｃと連通している。
【００３４】
図５において、排気路２３Ｂと連通路３１Ａとの間は、内側管壁２４Ｂによって仕切られていて、排気路２３Ｃと連通路３１Ａとの間は、内側管壁２４Ｃによって仕切られている。内側管壁２４Ｂ，２４Ｃが形成されていることで、排気管２０Ｂ，２０Ｃの連通口２２Ｂ，２２Ｃの周辺での剛性を確保することができる。また、排気管２０Ｂ，２２Ｃからの排気ガスは、それぞれ、排気通路下流部である連通路３１Ａに導かれるが、このとき、連通口２２Ｂ，２２Ｃを通した連通路３１Ａのレゾネータ（共鳴器）効果により、排気特性の変更が可能となり、適宜の設定により出力特性の向上や排気騒音低減等の効果が得られる。
【００３５】
同様に、図６に示すように、対をなす排気管２０Ａ，２０Ｄを連通する連通管３０Ｂの内部空間には連通路３１Ｂが形成されていて、内側管壁２４Ａ，２４Ｄの対向する面には、連通口２２Ａ，２２Ｄがそれぞれ形成されている。したがって、排気管２０Ａの内部空間に形成される排気路２３Ａは、連通口２２Ａ、連通路３１Ｂ及び連通口２２Ｄを通じて、排気管２０Ｄの内部空間に形成される排気路２３Ｄと連通している。そして、排気路２３Ａと連通路３１Ｂとの間は、内側管壁２４Ａによって仕切られていて、排気路２３Ｄと連通路３１Ｂとの間は、内側管壁２４Ｄによって仕切られている。したがって、このような連通路３１Ｂや内側管壁２４Ａ，２４Ｄの配置構成においても、上記と同様の作用・効果を奏する。
【００３６】
図７に例示した管本体部３２Ｂの横断面は、長径方向及び短径方向に対称軸をそれぞれ有して湾曲部分だけで構成されたいわゆる楕円形状をしている。連通管３０Ｂの管本体部３２Ｂは、連通管３０Ｂの長手方向に直交する断面（すなわち横断面）において、排気管２０Ａ，２０Ｄの長手方向に沿って延びて、管本体部３２Ｂの長径方向の外形寸法が、管本体部３２Ｂの短径方向の外形寸法よりも大きいように構成された扁平形状であればよい。管本体部３２Ｂ（すなわち連通路３１Ｂ）の横断面の扁平形状は、具体的には、長径が排気管２０Ａ，２０Ｄの長手方向に沿うオーバル形状又は長円形状に構成されていて、好適にはオーバル形状である。本願明細書では、オーバル（oval）形状というのは、長径の円弧と短径の円弧とで構成されて長径方向及び短径方向のそれぞれに延びる２つの対称軸を有する楕円形と、長径方向に延びる一つの対称軸しか有さない卵形と、を含む概念であって、全体として丸みを持った湾曲部分から構成されているものの総称である。したがって、本願明細書では、長径方向に略平行に延びる１対の平坦部と、当該１対の平坦部を滑らかに接続する半円弧部と、を有する競技トラックのような長円形（角丸長方形：rounded rectangle）は、当該平坦部を有するために、湾曲部分だけから構成されたオーバル形状と区別している。
【００３７】
管本体部３２Ｂ（すなわち連通路３１Ｂ）の横断面を湾曲部分だけで構成された楕円形状や卵形のようなオーバル形状は、平坦部を有する長円形よりも、連通管３０Ｂのある部分（例えば、長円形における平坦部や、平坦部から湾曲部に急に変化する部分）への応力集中を引き起こしにくく、機械的強度や形状の作り易さの点で有利である。管本体部３２Ｂの排気管２０Ａ側の外周縁に形成されるフランジ部３３Ａ（図７に図示）や管本体部３２Ｂの排気管２０Ｄ側のフランジ部３３Ｄ（図示しない）も、管本体部３２Ｂの横断面形状に略同一又は近似した楕円形状をしている。
【００３８】
図示しないが、連通管３０Ａの管本体部３２Ａの横断面も楕円形状をしており、管本体部３２Ａの排気管２０Ｂ側のフランジ部３３Ｂや管本体部３２Ａの排気管２０Ｃ側のフランジ部３３Ｃも、管本体部３２Ａの断面形状に略同一又は近似した楕円形状をしている。
【００３９】
排気管２０Ａ乃至２０Ｄのそれぞれに形成された連通口２２Ａ乃至２２Ｄは、機械的加工のし易さから好適には円形状をした開口であるが、排気管２０Ａの長手方向に扁平したオーバル形状をした開口であってもよい。連通口２２Ａ乃至２２Ｄを形成するための加工は、エンドミルやレーザー装置等を用いて行われる。
【００４０】
（排気管と連通管との間での寸法関係）
図７は、代表的な例として、排気管２０Ａと連通管３０Ｂとの間での寸法関係を模式的に説明する図であって、図６に示した連通管３０ＢのＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。
【００４１】
図７において、排気管２０Ａが左右の長手方向に延びて、連通管３０Ｂが紙面の略直交方向に延びている。連通管３０Ｂ（連通路３１Ｂ）の断面形状が排気管２０Ａの長手方向に扁平したオーバル形状をしているので、連通路３１Ｂの断面形状の長径方向（以下、連通路３１Ｂの長径方向という。）が排気管２０Ａの長手方向と実質的に一致し、連通路３１Ｂの断面形状の短径方向（以下、連通路３１Ｂの短径方向という。）が排気管２０Ａの高さ方向と実質的に一致する。
【００４２】
排気管２０Ａの高さ方向の略中央部分に、円形状の連通口２２Ａが形成されていて、該連通口２２Ａを囲繞するように扁平したオーバル形状の連通管３０Ｂが、排気管２０Ａの管壁外周面２１Ａに対して溶接結合されている。扁平したオーバル形状の連通路３１Ｂの断面形状は、連通路３１Ｂの短径方向（排気管２０Ａの高さ方向）において連通口２２Ａの開口径Ｅよりも大きな短径方向長さＢを有し、連通路３１Ｂの長径方向（排気管２０Ａの長手方向）において長径方向長さＡを有する。連通路３１Ｂの短径方向において、連通口２２Ａの上側部分及び下側部分にそれぞれ長さＦ１，Ｆ２の内側管壁２４Ａが設けられているので、連通路３１Ｂと連通口２２Ａと内側管壁２４Ａとの間には、
連通口の開口径Ｅ＋内側管壁の長さ（Ｆ１＋Ｆ２）＝連通路の短径方向長さＢ （１）
という関係がある。
すなわち、内側管壁２４Ａが連通路３１Ｂの短径方向に設けられている場合、管本体部３２Ｂの連通路３１Ｂと連通口２２Ａとの間には、
連通口の開口径Ｅ＜連通路の短径方向長さＢ （２）
という関係になっている。
連通路３１Ｂの短径方向において、連通口２２Ａの上下にそれぞれ長さＦ１，Ｆ２の内側管壁２４Ａを設けない場合（すなわち、連通口２２Ａが連通路３１Ｂに接するように連通口２２Ａの開口径を拡大する場合）、連通路３１Ｂと連通口２２Ａとの間には、
連通口の開口径Ｅ＝連通路の短径方向長さＢ （３）
という関係を満たしている。
したがって、内側管壁２４Ａが連通路３１Ｂの短径方向に設けられている場合と設けられない場合の両方を考慮するならば、連通路３１Ｂと連通口２２Ａとの間には、
連通口の開口径Ｅ≦連通路の短径方向長さＢ （４）
という関係を満たしている。
【００４３】
管本体部３２Ｂの排気管２０Ａ側の上下の外周縁には、連通路３１Ｂの短径方向において、幅寸法Ｃ１，Ｃ２のフランジ部３３Ａがそれぞれ設けられており、フランジ部３３Ａの全長がＣとなる。当該フランジ部３３Ａは、排気管２０Ａに対する溶接代として用いられる。
【００４４】
排気管２０Ａの高さ（外径）寸法Ｄに対してできるだけ大きな連通路３１Ｂを確保しつつ溶接のし易さや美観を確保するために、連通路３１Ｂの短径方向において、フランジ部３３Ａの全長Ｃと排気管２０Ａの高さ寸法Ｄとの間には、
フランジ部の全長Ｃ≦排気管の高さ寸法Ｄ （５）
という関係を満たしている。
【００４５】
排気管２０Ａの高さ寸法Ｄによって連通路３１Ｂの短径方向長さＢが制限を受ける中で、扁平したオーバル形状をした連通管３０Ｂが、排気管２０Ａに対してできるだけ大きな連通路３１Ｂを確保するために、連通路３１Ｂの長径方向において、排気管２０Ａの高さ寸法Ｄと連通路３１Ｂの長径方向長さＡとの間には、
排気管の高さ寸法Ｄ＜連通路の長径方向長さＡ （６）
という関係を満たしている。
したがって、排気管２０Ａを連通管３０Ｂの長手方向から見たとき、フランジ部３３Ａの短径方向の全長Ｃが、排気管２０Ａの高さ寸法Ｄ以下であり、連通路３１Ｂの断面形状の長径方向長さＡが排気管２０Ａの高さ寸法Ｄより大きいように寸法構成されている。
【００４６】
上述した（１）乃至（６）の関係は、図５に示した、排気管２０Ｂと連通管３０Ａとの関係及び排気管２０Ｃと連通管３０Ａとの関係や、図６に示した排気管２０Ｄと連通管３０Ｂとの関係においても同様に成立する。
【００４７】
（本発明に係る排気装置の効果）
次に、上記のように構成されたエンジン１０の排気装置１３の効果について図８を参照しながら説明する。
【００４８】
エンジン回転数とエンジン出力特性との関係を示す図８において、点線は、本発明に係る排気装置１３であって連通路３１Ａ，３１Ｂの断面形状がいずれも排気管２０Ａ乃至２０Ｄの長手方向に扁平した楕円形状をしている場合であり、実線は、比較のために示した従来例であって連通管の連通路の断面形状が円形状をしている場合であり、その他の構成は共通している。なお、従来例の断面が円形状のものの径は２５．４ｍｍであり、本発明の断面が楕円形状のものの径は３１．８ｍｍ相当である。
【００４９】
図８に示すように、低速回転域、中速回転域及び高速回転域の全域にわたって、点線で示した本発明に係る排気装置は、実線で示した比較例に係る排気装置よりもエンジン出力特性が向上している。
【００５０】
（断面がオーバル形状をした連通管の製造方法について）
上述したように、本発明に係る連通管３０Ａ，３０Ｂの管本体部３２Ｂ，３２Ｂの横断面は、排気管２０Ａ乃至２０Ｄの長手方向に扁平したオーバル形状をしている。当該形状を有する連通管３０Ａ，３０Ｂの製造方法について、図９を参照しながら説明する。
【００５１】
図９の（１）のように、所望とするオーバル形状と同じ周長を有する平板状の金属素材５０を準備する。図９の（２）のように、図示しない第１型を用いて、平板状素材５０をＵ字状に丸める曲げ加工する。Ｕ字状の本体部３２は、その両端に縁部３５，３５を有する。図９の（３）のように、図示しない第２型を用いて、Ｕ字状の本体部３２をオーバル形状に丸める曲げ加工する。このとき、縁部３５，３５同士が接近するまでＵ字状の本体部３２が丸められている。それとともに、Ｕ字状の本体部３２の側端部を押し広げることにより当該側端部にフランジ部３３，３３を形成する。図９の（４）のように、丸められた本体部３２及びフランジ部３３の縁部３５，３５同士を溶接で接続することにより、左右の端部にフランジ部３３，３３を有するとともに内部に連通路３１を有する連通管３０を製造することができる。このようにして製造された連通管３０は、上述した連通管３０Ａ，３０Ｂとして使用される。
【００５２】
ところで、上記方法によって製造された連通管３０の長径方向の中央部には、連通管３０の長手方向に延びる継目部３６が形成されている。継目部３６を有する連通管３０を排気管２０Ａ乃至２０Ｄに装着・固定したときに、溶接による継目部３６が見えることは、美観上好ましくないので、図２に示すように、継目部３６をエンジン１０の気筒に対面する気筒寄りの位置に配置することが好適である。すなわち、継目部３６が車体の後方に対向する配置となるように連通管３０が構成されている。したがって、継目部３６がエンジン１０の気筒で隠れることにより、美観を向上することができる。また、継目部３６を連通管３０の長径方向の中央部に配置することは、連通管３０の短径方向の中央部に配置する場合よりも、荷重がかかった際の溶接強度の低下を防止することができる。
【００５３】
なお、扁平したオーバル形状をしている連通管３０Ａ，３０Ｂは、上記製造方法に限定されるものではなく、例えば、所望とするオーバル形状と同じ周長さを有する円筒状素材を準備し、円筒状素材を上下から圧縮して、扁平したオーバル形状に加工し、曲げ加工により両端部にフランジ部を形成する方法によって製造することもできる。また、所望とするオーバル形状と同じ周長さを有する円筒を２つ割りにした２分割素材を準備し、２分割素材に対して扁平したオーバル形状となる加工を施し、曲げ加工により両端部にフランジ部を形成したあと、両素材を熔接接合する方法によって製造することもできる。
【００５４】
なお、本発明の実施形態を詳述したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。すなわち、上記実施形態では、排気管２０Ａ，２０Ｄが対をなし、排気管２０Ｂ，２０Ｃが対をなす構成であるが、例えば、排気管２０Ａ，２０Ｂが対をなして両者を連通管３０Ａで連通し、排気管２０Ｃ，２０Ｄが対をなし両者を連通管３０Ｂで連通する構成であってもよい。また、対をなす排気管を連通する連通管３０Ａ，３０Ｂのそれぞれの位置は、エンジン出力特性を考慮しながら、対をなす排気管の長さ方向に適宜に決定することができる。また、連通管３０Ａ，３０Ｂの管本体部３２Ａ，３２Ｂはそれぞれ略水平方向に直線状に延在しているが、できるだけ大容量の連通路３１Ａ，３１Ｂを得るために管本体部３２Ａ，３２Ｂのそれぞれが水平面に対して傾斜した構成であってもよい。さらに、本発明を限定しない好適な連通路の断面形状（楕円形状）を例示するならば、楕円の扁平比率（短径に対する長径の比）が、１．１乃至３程度であることが好適であり、エンジン出力特性の向上を得ることができる。当該扁平比率が１．１より小さければ、円形状のものとの比較で有効連通面積の拡大に寄与しないためにエンジン出力特性の向上度合いが小さい。当該扁平比率が３より大きければ、扁平程度が大きすぎて管壁表面との摩擦に起因して流路抵抗が増加するためにエンジン出力特性の向上を得ることができない。
【００５５】
上述したように、連通管３０Ａ，３０Ｂは、少なくとも両端部分の断面形状が扁平形状であればよく、中間部分の断面形状は、円形であってもよく、また両端部分よりも拡径した形状であってもよい。また、排気管２０Ａ乃至２０Ｄについても、円形以外の形状（例えば、扁平形状）でもよい。なお、本願では、自動二輪車を用いて例示しているが、自動二輪車以外の車両に搭載される内燃機関の排気装置にも本発明を適用することができる。
【００５６】
以上のように、本発明に係る内燃機関の排気装置は、次のような優れた効果を備えている。
【００５７】
（１）連通管における連通路の断面形状が、排気管の長手方向に扁平した形状であるという構成によれば、排気管の外形寸法によって連通路断面の短径方向長さが制限を受ける中で連通路断面の長径方向には延びることができ、できるだけ大きな連通路の有効連通面積（内部空間）を確保することができるので、エンジン出力特性を向上させることができる。熔接代としてのフランジ部も連通路断面の長径方向に延びることにより、大きな熔接代を確保することができ、熔接強度をアップさせることができる。そして、扁平した断面形状の連通管は、いわゆるダムのアーチ構造のように複数の異なった曲率半径の円弧を連ねた形状と考えることができ、印加された力を当該形状によって分散させることができるので、真円形状のものよりも連通管の機械的強度が高くなる。また、車体の側面視、連通管の連通部分が排気管で隠れることで、連通管で連通された排気管の美観が向上する。
【００５８】
（２）排気管の高さ寸法とフランジ部の短径方向の全長と連通路の長径方向の長さとの間での寸法関係を所定のものとすることによれば、所定の溶接代を確保しつつ、連通路の有効連通面積（内部空間）をできるだけ大きく確保することができる。
【００５９】
（３）連通路の長径方向において連通管の内壁と連通口との間に間隔を空けることによれば、連通口よりも連通路の内部空間の径を大きくして、連通路の内部空間を共鳴構造として使用することができるので、排気特性を適宜に設定することができる。また、連通路の断面形状と重なる排気管の長手方向の管壁部分が、排気管の長手方向の剛性確保に寄与することができる。
【００６０】
（４）連通路の短径方向において連通管の内壁と連通口との間に間隔を空けることによれば、連通口よりも連通路の内部空間の径を大きくして、連通路の内部空間を共鳴構造として使用することができるので、排気特性を適宜に設定することができる。また、連通路の断面形状と重なる排気管の高さ方向の管壁部分が、排気管の高さ方向の剛性確保に寄与することができる。
【００６１】
（５）連通路の断面形状を湾曲部分から構成されるオーバル形状にすることによれば、連通路の横断面が湾曲部分で構成されているので、連通管のある部分への応力集中を引き起こしにくくすることができる。
【００６２】
（６）継目部が気筒で隠れるので、継目部を有する連通管の美観が向上する。
【００６３】
（７）平板を出発素材として曲げ加工を行うという排気装置の製造方法によれば、パイプを出発素材として曲げ加工を行う場合よりも、湾曲したフランジ部を容易に形成することができる。また、円筒を２つ割りにした２分割素材から出発する場合よりも、熔接の継ぎ目が少なくて済む。
【符号の説明】
【００６４】
１：自動二輪車
１０：エンジン
１３：排気装置
１４：接続フランジ
１５Ａ：排気集合管
１７：排気マフラ
２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ：排気管
２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ：管壁外周面
２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ：連通口
２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ：排気路
２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄ：内側管壁
３０Ａ，３０Ｂ：連通管
３１Ａ，３１Ｂ：連通路
３２Ａ，３２Ｂ：管本体部
３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄ：フランジ部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多気筒内燃機関の各気筒の排気口に接続される複数の排気管と、
前記排気管の管壁に形成された連通口を介して、対となる前記排気管同士を連通する連通管と、を備え、
前記連通管の端部にフランジ部が形成され、該フランジ部が前記排気管の管壁外周面に対して溶接接続されており、
前記排気管を前記連通管の長手方向から見たとき、前記連通管の連通路の断面形状が、前記排気管の長手方向に沿って延びる扁平形状をしていることを特徴とする、内燃機関の排気装置。
【請求項２】
前記排気管を前記連通管の長手方向から見たとき、前記フランジ部の短径方向の全長が、前記排気管の高さ寸法以下であり、前記連通路の断面形状の長径方向長さが前記排気管の高さ寸法より大きいことを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の排気装置。
【請求項３】
前記連通管の長径方向の内壁が、前記連通口に対して離間配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の排気装置。
【請求項４】
前記連通管の短径方向の内壁が、前記連通口に対して離間配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の排気装置。
【請求項５】
前記連通口が円形状であり、前記連通路の断面形状が湾曲部分から構成されるオーバル形状であることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の排気装置。
【請求項６】
前記連通管は該連通管の長手方向に延びる継目部を有し、前記継目部が前記気筒寄りに形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の排気装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかひとつに記載された前記連通管は、曲げ加工により平板を丸めてオーバル形状の板状体を作成するとともに該オーバル形の板状体の両側端部に対して前記排気管の管壁形状に沿ったフランジ部を形成し、該オーバル形の板状体の側縁同士を溶接接続することによって作成されることを特徴とする、内燃機関の排気装置の製造方法。
【請求項１】
多気筒内燃機関の各気筒の排気口に接続される複数の排気管と、
前記排気管の管壁に形成された連通口を介して、対となる前記排気管同士を連通する連通管と、を備え、
前記連通管の端部にフランジ部が形成され、該フランジ部が前記排気管の管壁外周面に対して溶接接続されており、
前記排気管を前記連通管の長手方向から見たとき、前記連通管の連通路の断面形状が、前記排気管の長手方向に沿って延びる扁平形状をしていることを特徴とする、内燃機関の排気装置。
【請求項２】
前記排気管を前記連通管の長手方向から見たとき、前記フランジ部の短径方向の全長が、前記排気管の高さ寸法以下であり、前記連通路の断面形状の長径方向長さが前記排気管の高さ寸法より大きいことを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の排気装置。
【請求項３】
前記連通管の長径方向の内壁が、前記連通口に対して離間配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の排気装置。
【請求項４】
前記連通管の短径方向の内壁が、前記連通口に対して離間配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の排気装置。
【請求項５】
前記連通口が円形状であり、前記連通路の断面形状が湾曲部分から構成されるオーバル形状であることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の排気装置。
【請求項６】
前記連通管は該連通管の長手方向に延びる継目部を有し、前記継目部が前記気筒寄りに形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の排気装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかひとつに記載された前記連通管は、曲げ加工により平板を丸めてオーバル形状の板状体を作成するとともに該オーバル形の板状体の両側端部に対して前記排気管の管壁形状に沿ったフランジ部を形成し、該オーバル形の板状体の側縁同士を溶接接続することによって作成されることを特徴とする、内燃機関の排気装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−２４２０１（Ｐ２０１３−２４２０１Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６２１４２（Ｐ２０１１−１６２１４２）
【出願日】平成２３年７月２５日（２０１１．７．２５）
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２５日（２０１１．７．２５）
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【Ｆターム（参考）】
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