このストーリーはもともとcycleworld.comに掲載されました。
排気システムほどバイクのデザインに大きな影響を与える要素はほとんどありません。ヘッダーから排気口まで、緩やかにカーブを描く形状は、私たちのお気に入りのバイクの特徴の一つとなっていますが、その形状は単なる美的表現ではありません。
排気ガスは速度という形で有用なエネルギーを含んでおり、滑らかな形状はそのエネルギー損失を最小限に抑えます。ピストンが全開になった時のパワーストロークは、上死点から数度後、燃焼ガスが約1,000psiの圧力で始まります。この圧力は、ピストンを押し下げるにつれて急速に低下し、ピストンに動力を伝達します。排気バルブまたはポートが開き始める瞬間、燃焼圧力は約100psiしか残っていません。
ピストンでガスを膨張させ続け、そのエネルギーをすべて引き出すことはできないのでしょうか？ 可能ですが、排気バルブはボトムセンターより前に開き始める必要があるため、そうしません。シリンダー内の低い圧力は、別の方法、つまり調整された排気管でより効率的に利用されます。
自動車エンジンでは、排気エネルギーをターボチャージャーで回収するケースが増えていますが、本格的なターボチャージャーによるパワーは、オートバイで気軽に使用するには急激すぎます。そこで、排気エネルギーを音波として利用します。
正しい形状のダクト内を移動する正（圧力）波と負（吸引）波の両方を使用して、使用済みの排気ガスを除去し、シリンダーに新鮮なガスを再充填する際のピストン運動を補助することができます。
排気管の形状設計における基本的なルールは、ダクトの断面積が増加する箇所では、通過する排気圧力の脈動が拡大し、負の波動を上流に放射・反射するというものです。一方、ダクトの断面積が減少する箇所では、脈動が抑制され、正の波動が反射されます。
4 ストローク システムでは、排気バルブが開き始めると、排気圧の脈動がシリンダーのヘッダー パイプに入ります。この脈動が、ヘッダーが大型のコレクターに接続するか、先細りのメガホンに接続するダクト拡大点に達すると、エンジンに向かって負圧波が送り返されます。ヘッダーの長さは、負圧波がバルブ オーバーラップ中にシリンダーに到達するように選択されます。バルブ オーバーラップとは、排気バルブがまだ完全に閉じておらず、吸気口がすでに開き始めている、排気行程の終わりの上死点付近の期間です。この負圧波はシリンダーに入り、最初にピストン上部の燃焼室から不活性な排気ガスを抽出し、次に吸気システムに入り、ピストンが吸気行程で下降し始める前であっても、吸気流がシリンダーに入り始めるようにします。これにより、1) 残留排気ガスによる新鮮なチャージの希釈を防ぎ、2) 吸気プロセスを有利に開始することで、トルクが向上します。
排気管内では負の波と正の波が交互に発生するため、低回転域ではバルブオーバーラップ時に燃焼室に入るのは負の波ではなく正の波です。正の波が排気ガスを燃焼室に押し戻し、吸気バルブを通って吸気系へと送り込みます。これにより、ピストンが吸い込もうとしている新鮮な空気が薄まり、エンジントルクが低下します。これが、すべてのエンジンビルダーやレーサーが経験する「フラットスポット」です。自然は与え、そして奪うのです。
2ストロークのパイプは全く異なる外観をしています。4ストロークと同じように細いヘッダーパイプから始まり、メガホンのようなホーンが続きます。そして違いが現れます。ホーンの後には一定径のセンターセクションがあり、そこから逆メガホンのように急激に細くなり、小径の「テールパイプ」（マフラーの内側に隠れている場合もあります）へと続きます。
2 ストロークのピストンがパワー ストロークで下降し、シリンダー壁の大きな排気ポートを露出し始めると、ヘッダーに圧力パルスが放出されます。
メガホンのようなホーンに到達すると、負の波となってシリンダー内へと反射します。そこで低圧化がシリンダーから排気ガスを排出するのを助け、2つ以上のトランスファーポートから新鮮な空気がシリンダー内へ流入するのを助けます。
シリンダーが満たされるにつれ、まだ開いている排気ポートから新鮮な空気が失われ始めます。しかし、助けがすぐそこにあります。排気脈動はパイプの中央部を通過し、逆メガホンに入り、正の波を排気ポートに反射します。この正の波は、ポートから逃げ始めた新鮮な空気をシリンダー内に戻すのにちょうど良いタイミングで到達します。2ストロークエンジンの狭いピークパワー回転数域では、このプロセスは実際には非常に効果的なスーパーチャージャーとして機能し、2ストロークエンジンに並外れたパワーをもたらします。
排気管設計者の仕事は、ライダーがギアボックスを操作して、エンジンをほとんどの時間その領域で稼働させられるほど広い、エンジントルクのブースト領域を作り出すことです。彼らのソリューションは、私たちが愛するバイクに特徴的な推進力と唸りを与え、記憶に残る美しいラインを形成するのに役立っています。
