JP2001295684A - 筒内噴射エンジンの排気浄化方法 - Google Patents

筒内噴射エンジンの排気浄化方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 温度低下を来すことなく触媒による十分な排
気ガス浄化機能が得られる筒内噴射エンジンの排気浄化
方法を提供する。 【解決手段】 排気系（１５，１６，１７，７１）に触
媒６０を設けた筒内噴射エンジンの排気浄化方法におい
て、排気ポートが閉じる前に燃料を噴射するとともに、
該排気ポートからの排気ガスにより前記触媒を活性化温
度以上にするように燃料を噴射する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、触媒による筒内噴
射エンジンの排気浄化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】小型船舶のマリンエンジンとして、クラ
ンク軸を縦に配置した多気筒２サイクルエンジンが用い
られている。このような船外機用エンジンでは、各気筒
からの排気ガスが集合する集合排気通路を設け、集合し
た排気ガスをプロペラボス部から水中に放出している。
【０００３】一方、有害排気ガスのエミッション対策や
燃費の向上のために、燃焼室上面あるいはシリンダ側壁
から燃料を直接シリンダ内に噴射する筒内噴射エンジン
が開発されている。この筒内噴射エンジンにおいては、
特に中低速域で燃料の成層化により希薄燃焼を行いエミ
ッションや燃費の向上が図られる。船外機においてもこ
のような筒内噴射エンジンの採用が検討されている。
【０００４】２サイクルのマリンエンジンでは、筒内噴
射の成層燃焼を行う場合、燃料の噴射タイミングは、排
気ポートが閉じた後であり点火タイミングになるべく近
づけて点火までの時間をなるべく短くし、燃料が攪拌混
合されない成層状態で点火する。
【０００５】これに対し、筒内噴射エンジンにおいて特
に高速域での出力向上のために、燃料を均一に混合して
燃焼させる予混合燃焼が行われる。この予混合燃焼の噴
射タイミングは、排気ポートが閉じる前であり、点火ま
での時間を長くして燃料を十分に拡散混合させている。
この場合、排気ポートが開いているときに燃料が噴射さ
れるため吹抜けが心配されるが、インジェクタの噴射ノ
ズルと排気ポート間の距離があるため、噴射タイミング
に応じて燃料の吹抜けを小さく抑えることができる。
【０００６】このような筒内噴射エンジンを備えたマリ
ンエンジンにおいて、さらに排気ガスのエミッション対
策が要請されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、マリン
エンジンにおいては、エンジンから排出される排気ガス
がプロペラのボス部から水中に放出されるため、エンジ
ンの負荷や回転数あるいは船速等によりプロペラボス部
の水位が変化して背圧（排気ガス通路内の圧力）が変化
する。このような背圧変化の影響は多気筒エンジンの気
筒間での充填効率の変動となって表れる。集合排気通路
を有する多気筒縦置きエンジンでは、排気通路の長さが
気筒ごとに異なるため、特に低速域において背圧変化の
影響による充填効率が気筒ごとにばらつき、出力が変動
するとともに、各気筒に対する最適な空燃比や点火時期
制御が困難になる。
【０００８】このような背圧変動は、特に２サイクルエ
ンジンにおいて、掃気行程で掃気ポートと排気ポートが
同時に開口し、クランク室からの新気が排気中の燃焼室
内に導入されるため、充填効率に及ぼす影響が大きくな
る。
【０００９】また、筒内噴射エンジンにおいては、マッ
プにより設定された所定の燃料噴射量に対し、背圧変動
により吸入空気量が変動するため、空燃比が変動する。
このため、マップに従った燃料噴射や点火時期制御を行
っても、運転状態に応じた最適な制御ができず、燃費や
排気エミッションの悪化を招く。
【００１０】さらに、船外機の縦置きエンジンでは、シ
リンダが水平に配置されるため、オイルがエンジン各部
に溜りやすく、このエンジン各部に溜まったオイルが始
動時に一度にシリンダ内に送り込まれ、未燃ＨＣ等によ
るエミッションの悪化や白煙および臭いの発生等の問題
が生じる。
【００１１】この白煙や臭いは、排気ガス中の未燃ＨＣ
が主に臭いの原因となり、またこの未燃ＨＣを核として
排気通路内の水蒸気が付着して白煙を発生させるもので
ある。排気通路内に冷却水の一部を注入する構造のマリ
ンエンジンにおいては、排気ガス温度が低いためこのよ
うな白煙や臭いが発生しやすい。
【００１２】このような点に対処して排気ガスのエミッ
ションを向上させるために、排気系に排気ガス浄化装置
である触媒を装着することが有効である。
【００１３】しかしながら、マリンエンジンの筒内噴射
エンジンでは、成層燃焼の場合、排気温度が低く十分な
触媒機能が得られないことがあり、また触媒を活性化さ
せるのに時間がかかり、一旦高負荷高速で運転して温度
を高める必要が生じる。
【００１４】また、水上走行のマリンエンジンでは走行
中に周囲の水で排気系が冷却され、排気通路のほとんど
全体が水ジャケットで囲まれるため、排気温度が低く、
このため前述のように十分な触媒機能が得られないこと
があり、また触媒を活性化させるのに時間がかかり、一
旦高負荷高速で運転して温度を高めたり二次空気を導入
して排気ガスを再燃焼させる必要が生じる。
【００１５】さらにマリンエンジンのうち船外機では、
アイドルまたは極低速で長時間運転されることが多く、
一旦活性化した触媒が温度低下により非活性になって排
気ガス浄化作用が不充分になることがある。
【００１６】本発明は上記従来技術を考慮したものであ
って、温度低下を来すことなく触媒による十分な排気ガ
ス浄化機能が得られる筒内噴射エンジンの排気浄化方法
の提供を目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明では、排気系に触媒を設け、シリンダ、シリ
ンダヘッドおよびピストンで画成された燃焼室内に燃料
を直接噴射する２サイクル筒内噴射エンジンの排気浄化
方法において、少なくとも低負荷低速域で排気ポートが
閉じる前に燃料を噴射開始し、その排気ポートからの排
気ガスにより触媒を活性化温度以上にするように燃料を
噴射して点火することを特徴とする筒内噴射エンジンの
排気浄化方法を提供する。
【００１８】この構成によれば、２サイクルエンジンに
おいて、排気ポートが閉じる前に燃料を噴射して予混合
燃焼を行うことにより排気温度が高まるとともに、この
予混合燃焼による排気ガスの熱により触媒温度が活性化
温度以上になるような噴射タイミングで燃料が噴射され
る。このため、始動直後から触媒を有効に機能させて排
気ガス浄化作用が得られるとともに、運転中に排気ガス
温度が常に高温に維持されるため、触媒温度を上げるた
めの高負荷高速運転や二次空気の導入を行うことなく触
媒を常に活性温度以上に保ち有効な触媒作用を得ること
ができる。
【００１９】さらに本発明では、排気系に触媒を設け、
シリンダ、シリンダヘッドおよびピストンで画成された
燃焼室内に燃料を直接噴射する４サイクル筒内噴射エン
ジンの排気浄化方法において、少なくとも低負荷低速域
で吸気ポートが閉じる前に燃料を噴射開始し、排気ポー
トからの排気ガスにより触媒を活性化温度以上にするよ
うに燃料を噴射して点火することを特徴とする筒内噴射
エンジンの排気浄化方法を提供する。
【００２０】この構成によれば、４サイクルエンジンに
おいて、排気ポートが閉じる前に燃料を噴射して予混合
燃焼を行うことにより排気温度が高まるとともに、この
予混合燃焼による排気ガスの熱により触媒温度が活性化
温度以上になるような噴射タイミングで燃料が噴射され
る。このため、始動直後から触媒を有効に機能させて排
気ガス浄化作用が得られるとともに、運転中に排気ガス
温度が常に高温に維持されるため、触媒温度を上げるた
めの高負荷高速運転や二次空気の導入を行うことなく触
媒を常に活性温度以上に保ち有効な触媒作用を得ること
ができる。
【００２１】好ましい構成例では、上記２サイクルエン
ジンで、燃料を複数回に分けて噴射し、１回目の噴射を
排気ポートが開いた後下死点までの間に噴射開始するこ
とを特徴としている。
【００２２】この構成によれば、２サイクルエンジンで
複数回の噴射を行い、その場合、１回目に噴射した燃料
が、燃焼室内に残留することが極力防止され、空燃比の
変動を防止できる。
【００２３】別の好ましい構成例では、上記４サイクル
エンジンで、燃料を複数回に分けて噴射し、１回目の噴
射を排気ポートが開いた後の下死点から排気ポートが閉
じるまでの間に噴射開始することを特徴としている。
【００２４】この構成によれば、４サイクルエンジンで
複数回の噴射を行い、その場合、１回目に噴射した燃料
が、燃焼室内に残留することが極力防止され、空燃比の
変動を防止できる。
【００２５】好ましい構成例では、排気ガスにより前記
触媒温度を高めるために、点火時期を遅角させることを
特徴としている。
【００２６】この構成によれば、始動時あるいは運転中
に触媒出口温度の低下が検出されたときに、点火時期を
遅角させて排気ガス温度を高めることができる。
【００２７】別の好ましい構成例では、排気ガスにより
前記触媒温度を高めるために、噴射開始時期を進角させ
ることを特徴としている。
【００２８】この構成によれば、始動時あるいは運転中
に触媒出口温度の低下が検出されたときに、噴射開始時
期を所定範囲内で進角させることにより排気ガス温度を
高めることができる。
【００２９】別の好ましい構成例では、排気ガスにより
前記触媒温度を高めるために、燃料噴射量を増量するこ
とを特徴としている。
【００３０】この構成によれば、始動時あるいは運転中
に触媒出口温度の低下が検出されたときに、燃料噴射量
を増量して排気ガス温度を高めることができる。
【００３１】好ましい構成例では、触媒温度が所定温度
以下のときに、活性化温度以上にするように燃料を噴射
して点火することを特徴としている。
【００３２】この構成によれば、触媒温度が低下したこ
とを検出したときに燃料を噴射して燃焼させることによ
り、温度を高め、触媒を活性化することができる。
【００３３】別の好ましい構成例では、低速運転域での
連続運転時間が所定時間経過したときに、活性化温度以
上にするように燃料を噴射して点火することを特徴とし
ている。
【００３４】この構成によれば、低速域での運転では温
度低下することが予め分かっているため、低速域での連
続運転が所定時間を超えたら、温度を測定することなく
燃料を噴射してこれを燃焼させることにより、温度を高
め、触媒を活性化することができる。
【００３５】さらに好ましい構成例では、前記エンジン
はマリンエンジンであり、少なくとも低負荷低速域で排
気系に冷却水を供給して冷却することを特徴としてい
る。
【００３６】この構成によれば、水上で使用するため排
気温度が低くまたアイドル又は極低速での長時間運転に
より排気温度が低下しやすいマリンエンジンに本発明を
適用することにより、一旦高負荷高速で運転したり二次
空気を導入することなく、常に排気温度を高温に保つこ
とができ、触媒による排気ガス浄化を有効に行うことが
できる。
【００３７】また、この構成では排気系が冷却水により
冷却される。この場合、冷却水を排気通路内に導入して
排気と混合させることにより冷却する構成であってもよ
いし、あるいは排気管の周囲にウォータジャケットを設
けて冷却する構成であってもよい。
【００３８】さらに別の好ましい構成例においては、排
気通路を絞る排気制御バルブを有し、少なくとも低速域
の一部で該排気制御バルブで排気通路を絞ることを特徴
としている。
【００３９】この構成によれば、排気バルブを絞ること
により、背圧変動によるエンジンの燃焼作用への影響を
抑制し、安定した出力が得られる。
【００４０】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態について説明する。図１は、本発明が適用される
筒内噴射式エンジンの１例を示す船外機の構成説明図で
あり、図（Ａ）はエンジンの燃料供給系の構成図、図
（Ｂ）は図（Ａ）のエンジンの縦断面図、図（Ｃ）はこ
の船外機の側面図である。
【００４１】１は船外機であり、クランク軸１０が縦置
き状態で搭載されるエンジン２と、エンジン２の下端面
に接続されエンジン２を支持するガイドエキゾースト３
と、ガイドエキゾースト３の下端面に接続されるアッパ
ケース４、ロアケース５およびプロペラ６からなる。上
記エンジン２は、筒内噴射式Ｖ型６気筒２サイクルエン
ジンであり、６つの気筒＃１〜＃６が平面視でＶバンク
をなすように横置き状態で且つ縦方向に２列に配設され
たシリンダボディ７に、シリンダヘッド８が連結固定さ
れている。アッパケース４内にはエンジンにより駆動さ
れる冷却水ポンプ１８が設けられ、ロアケース５に形成
された冷却水取入口５ａから冷却水を吸い上げ、矢印の
ようにエンジン２内を循環させ、プロペラ６のボス部か
ら水中に放出する。
【００４２】上記各気筒＃１〜＃６内には、ピストン
（図示しない）が摺動自在に嵌合配置され、各ピストン
はクランク軸１０に連結されている。シリンダヘッド８
には、電磁力で開閉動作されるソレノイド式のインジェ
クタ（燃料噴射弁）１３および点火プラグ１４が装着さ
れている。各気筒＃１〜＃６は、それぞれ掃気ポート
（図示せず）によりクランク室１２に連通され、また、
気筒＃１〜＃６には排気ポート１５が接続されている。
図１（Ｂ）の左バンクの排気ポート１５は左集合排気通
路１６に、右バンクの排気ポート１５は右集合排気通路
１７に合流されている。エンジン２のクランク室１２に
は、吸気マニホールドから分岐する吸気通路１９が接続
されており、該吸気通路１９には、逆流防止用のリード
弁２０が配設され、また、リード弁２０の下流側には、
エンジン内にオイルを供給し潤滑するためのオイルポン
プ２１が接続され、リード弁２０の上流側には、吸気量
を調節するためのスロットル弁２２が配設されている。
【００４３】図１（Ａ）に示すように、船体側に設置さ
れている燃料タンク２３内の燃料は、手動式の第１の低
圧燃料ポンプ２５により燃料フィルタ２６を経て船外機
側の第２の低圧燃料ポンプ２７に送られる。この第２の
低圧燃料ポンプ２７は、エンジン２のクランク室１２の
パルス圧により駆動されるダイヤフラム式ポンプであ
り、燃料を、気液分離機能を有する燃料タンクであるベ
ーパーセパレータタンク２９に送る。ベーパーセパレー
タタンク２９内には、電動モータにより駆動される燃料
予圧ポンプ３０が配設されており、燃料を加圧し予圧配
管３１を経て左右各バンクの高圧燃料ポンプ３２ａ，３
２ｂに送る。各高圧燃料ポンプ３２ａ，３２ｂは、その
間に設けた共通の例えばカム等からなるポンプ駆動装置
４０により左右それぞれのプランジャ４０ａ，４０ｂを
介して交互に駆動される。ポンプ駆動装置４０は、ベル
ト（図示しない）によりクランク軸１０に連結され、ク
ランク回転に同期して各高圧燃料ポンプを駆動する。
【００４４】高圧燃料ポンプ３２ａ，３２ｂの吐出側
は、各気筒＃１〜＃６に沿って縦方向に配設された燃料
供給レール３３ａ，３３ｂに接続ホース（高圧燃料配
管）４９を介して接続されるとともに、高圧圧力調整弁
３５および燃料冷却器（図示しない）を介して戻り配管
３７を通してベーパーセパレータタンク２９に接続され
ている。また、予圧配管３１とベーパーセパレータタン
ク２９間には予圧圧力調整弁３９が設けられている。
【００４５】エンジン潤滑用のオイルポンプ２１は、ク
ランク軸１０の回転により駆動されるポンプであり、船
体側に設置されたサブオイルタンク５０からオイル汲上
げポンプ４１によりエンジン側に配設されたメインオイ
ルタンク５１に導入され、このオイルタンク５１から吸
気通路１９内にオイルを供給する。また、メインオイル
タンク５１のオイルは、フィルタ５２、プリミックス用
オイルポンプ５３、チェック弁５４を介してベーパーセ
パレータタンク２９に供給するように構成されている。
プリミックス用オイルポンプ５３は、電磁ソレノイドで
駆動する方式のものや電動モータにより駆動するタイプ
のポンプを採用する。
【００４６】ＥＣＵ（電子制御装置）４２には、エンジ
ン２の運転状態や船外機１の状態を示す各種センサから
の検出信号が入力される。例えば、クランク軸１０の回
転角（回転数）を検出するエンジン回転数センサ４３、
吸気通路１９内の温度を検出する吸気温センサ４４、ス
ロットル弁２２の開度を検出するスロットル開度センサ
４５、最上段の気筒＃１内の空燃比を検出する空燃比セ
ンサ４６、高圧燃料配管４９内の圧力を検出する燃圧セ
ンサ４７、エンジンの冷却水の温度を検出する冷却水温
センサ４８、燃料フィルタ２６で分離した水の量を検出
する水検出センサ５５、排気圧力を検出する背圧センサ
３８、オイルタンク５１のオイル量を検出するオイルレ
ベルセンサ５６、シリンダボディ温度センサ５７、エン
ジンの姿勢を検出するトリムセンサ２８、パルサーセン
サ１１０、ノックセンサ１１１、触媒通過後の空燃比セ
ンサ１１２および触媒温度センサ等の検出信号が入力さ
れる。ＥＣＵ４２は、これら各センサの検出信号を制御
マップに基づき演算処理し、制御信号をインジェクタ１
３、点火プラグ１４、予圧燃料ポンプ３０、プリミック
ス用オイルポンプ５３、オイル汲上げポンプ４１および
後述の排気バルブ駆動モータ６２に伝送する。
【００４７】さらに本発明では、触媒温度センサにより
触媒温度が活性化温度以下に低下したことを検出した
ら、排気ガス温度を高める手段（後述）を取るようにＥ
ＣＵの制御プログラムが設定される。
【００４８】前述の左右の集合排気通路１６，１７は、
エンジン２を搭載して支持する搭載台部材（ガイドエキ
ゾースト３）を貫通し、その下面側のアッパケース４内
に形成された膨張室６４に開口する。この膨張室６４は
消音機能を有する。膨張室６４の周囲のアッパケース４
は、冷却水が循環する水壁６３で構成され、走行時水面
上に位置するアッパケース４の排気ガスによる過熱を防
止する。なお、図（Ｂ）（Ｃ）のＷＬはアイドル時の水
位を示す。走行時の水位はアッパケース４の底部付近ま
で下がる。
【００４９】本実施形態においては、ガイドエキゾース
ト３に触媒６０が装着されるとともに、ガイドエキゾー
スト３を貫通する部分の集合排気通路１６，１７に排気
バルブ６１が装着される。これらの集合排気通路１６，
１７同士は、排気バルブ６１の上流側のガイドエキゾー
スト３内に設けた図示しない連通路により相互に連通し
ている。触媒６０は、集合排気が流れるメインの集合排
気通路１６，１７内には直接設けずに、排気バルブ６１
の上流側で一方のメイン集合排気通路（この例では１
６）から分岐したサブの排気通路７１上に装着される。
このサブ排気通路７１は、直接または水壁６３を通して
膨張室６４内に開口し、触媒６０を通過した排気ガスは
膨張室６４内に放出される。
【００５０】各集合排気通路（メイン排気通路）１６，
１７に装着された排気バルブ６１は、共通の弁軸７３を
介して駆動モータ６２により開閉駆動される。この駆動
モータ６２は、スロットル弁２２の開度に応じて開閉動
作するようにＥＣＵ４２により駆動制御される。例え
ば、スロットル弁が最小開度（アイドル時）から１／１
０〜１／８程度の低開度までは排気バルブ６１を全閉と
して集合排気ガス略全量をサブ分岐通路７１を通して触
媒６０を通過させ、それ以上のスロットル開度のときに
は、スロットル開度に応じて排気バルブを徐々に開く。
このときスロットル開度に対する排気バルブの開度は、
予め実験等により、筒内残留ＥＧＲ量や吹抜け量等につ
いて最適となる開度を求めてマップを作成し、このマッ
プに基づいて開度を制御する。
【００５１】駆動モータ６２に代えて、スロットル弁の
弁軸と排気バルブの弁軸を連結するリンク機構を設け、
このリンク機構により前述のようにスロットル弁の開度
に応じて排気バルブを開閉動作させてもよい。
【００５２】図２は、上記船外機１のエンジン部分の水
平断面図である。エンジン２は、カウリング６９で覆わ
れる。Ｖバンクを構成する各気筒のシリンダボディのＶ
バンク内側に設けた排気ポート１５は、それぞれＶバン
ク内側で縦に並列する左右の集合排気通路１６，１７に
連通する。
【００５３】エンジン２の前方にはサイレンサ６６が設
けられ、その背面側に設けた空気取入口６６ａから空気
を取り入れて、スロットル弁２２（図１）が装着された
スロットルボディ６７を通してクランク室１２に空気を
導入する。
【００５４】このエンジン前方の側面部にベーパセパレ
ータタンク２９が配設され、その上部に予圧圧力調整弁
３９が設けられる。このベーパセパレータタンク２９内
の燃料は、タンク内の予圧ポンプ（図１の燃料予圧ポン
プ３０）で左右シリンダヘッド８間の上部に配設された
高圧ポンプ（図１の高圧燃料ポンプ３２ａ，３２ｂ）に
送られる。高圧ポンプは、例えば左右バンクに対応して
それぞれ設けられ、左右縦方向に配設された燃料レール
３３ａ，３３ｂを介して各インジェクタ１３に燃料を送
る。
【００５５】クランク軸１０の上端にはフライホイル
（図示しない）が装着され、このフライホイルに隣接し
て、エンジン側方上部にスタータモータ６８が配設され
る。スタータモータの下部には電装ボックス（図示しな
い）が設けられる。
【００５６】シリンダボディ７内にピストン１１が摺動
可能に装着され、このシリンダボディ７の頂部にシリン
ダヘッド８が連結される。シリンダヘッド８の内面側に
形成された燃焼室６５に臨んで点火プラグ１４とともに
インジェクタ１３が装着される。これにより、燃焼室６
５内に燃料を直接噴射する筒内噴射エンジンを構成す
る。
【００５７】図３〜図６は上記エンジンを搭載して固定
支持するエキゾーストガイド３の詳細図であり、図３は
上面図、図４は底面図、図５（Ａ）は右側面から見た構
成説明図、図５（Ｂ）は左側面から見た構成説明図、図
６は排気バルブ駆動リンクの説明図である。
【００５８】図３に示すように、左右の排気集合通路１
６，１７には排気バルブ６１が装着される。排気バルブ
６１は、各排気集合通路１６，１７内に配置された薄板
状の弁体７４と、各弁体７４の１端部に結合された共通
の弁軸７３と、これらを収容する共通のハウジング９４
とによりバルブ組体ユニットとして一体化した構成であ
る。ハウジング９４の端部にフランジ９５が備わる。ガ
イドエキゾースト３には、その左側面側から各集合排気
通路１６，１７に直交する孔（図示しない）を形成し、
この孔に排気バルブ６１（バルブ組体ユニット）のハウ
ジング９４を挿入しそのフランジ９５をガイドエキゾー
スト３の左側面にボルト８７（図５（Ａ））で固定して
排気バルブ６１をガイドエキゾースト３内に装着する。
【００５９】各集合排気通路１６，１７は、排気バルブ
６１の上流側で連通路７０により相互に連通する。連通
した状態のメイン集合排気通路１６，１７の一方の排気
通路（この例では右集合排気通路１７）から分岐して、
後述の触媒ユニット７７に連通するサブ排気通路７１が
形成される。
【００６０】ガイドエキゾースト３の右側面には触媒装
着部７２が形成され、触媒ユニット７７（図４）が取付
けられる。触媒ユニット７７の触媒６０は、フランジ７
７ａを有するカバー７７ｂ内に装着され、フランジ７７
ａを触媒装着部７２にボルトで固定することによりガイ
ドエキゾースト３に装着される。触媒装着部７２には冷
却水ジャケット８９（図５（Ｂ））が形成され、前述の
冷却水ポンプ１８（図１）により循環する冷却水の一部
が導入される。
【００６１】冷却水は、前述の図１で説明したように、
冷却水ポンプ１８（図１）によりロアケースの水取入口
から取入られ、アッパケース内の冷却水通路を上昇して
エンジンに送られる。このように下から送られる冷却水
は、図４に示すように、ガイドエキゾースト３の下面側
で一部が冷却水通路８２から矢印のように両方向に分岐
して各端部の水孔８０，８１を通してガイドエキゾース
ト内の排気通路周りを循環する。エンジンを冷却した冷
却水は、戻り通路８３，８４を通してエンジン側から戻
る。この戻り通路８３は膨張室６４（図１（Ｂ））に連
通して排気と混合され、戻り通路８４は水壁６３（図１
（Ｂ））に連通する。
【００６２】この冷却水と排気との混合部の構成は以下
のとおりである。ガイドエキゾースト３の下面側に前記
冷却水通路８２からの分岐通路及び戻り通路８３に連通
する水路８３’（図４斜線部）を覆うプレート（図示し
ない）が設けられる。このプレートを貫通して前記集合
排気通路１６，１７が設けられるとともに、その下面側
にこれらの排気通路１６，１７を構成する排気管部材
（図示しない）が取付られる。この排気管部材のフラン
ジ部に前記水路８３’に連通する複数の孔が形成され、
これらの孔を通して冷却水が膨張室内に供給され、膨張
室内で排気と混合される。
【００６３】ガイドエキゾースト３内を循環する冷却水
の一部は、水孔８５を通して排気バルブ６１のフランジ
９５の水孔（図示しない）に連通し、排気バルブを循環
した後そのフランジ９５の水出口（図示しない）からガ
イドエキゾースト３の水孔１０４（図４）を通して戻り
側の冷却水と合流する。冷却水が正常に循環しているこ
とを確認するために、パイロット水路８６（図５
（Ｂ））が設けられる。パイロット水路８６に代えて温
度センサを設け、温度が異常に上昇したことにより冷却
水が正常に循環していないことを検出してもよい。
【００６４】触媒ユニット７７には、排気バルブ６１の
開度に応じて、メインの排気通路となる集合排気通路１
６，１７から分岐したサブ排気通路７１を通して排気ガ
スが流通する。触媒ユニット７７を通過した排気ガス
は、戻り排気通路７６（図４）を通して排気孔７９に流
れ、これを通してガイドエキゾースト３の下面側に設け
られたマフラ（図１の膨張室６４）に放出される。
【００６５】ガイドエキゾースト３の触媒装着部７２に
はアノード７８が設けられ、ガイドエキゾースト３の腐
食を防止する。７５（図３）はエンジンを受けるマウン
トである。
【００６６】図６に示すように、排気バルブ６１の弁軸
７３には、連結片８８を介してリンクロッド９０の端部
が取付けられる。リンクロッド９０の他端部はリンケー
ジ９３を介してスロットル軸９２に装着される。スロッ
トル軸９２の回動に応じて、リンケージ９３およびリン
クロッド９０を介して連結片８８が矢印Ａのように回動
し、それぞれ連動してリンケージ９３’、リンクロッド
９０’および連結片８８’で示す位置まで移動する。こ
れにより、スロットル弁の開度に応じて排気バルブ６１
を開閉動作させることができる。
【００６７】弁軸７３に固定された連結片８８の端部に
長孔８８ａが形成される。この長孔８８ａ内に、弁軸７
３に対しフリー回転可能なリンクレバー８８ｃの端部の
スライドピン８８ｂが挿入され、このスライドピン８８
ｂにリンクロッド９０の端部が連結される。この構成に
より、スロットル弁が最小開度から開度を増してリンク
ロッドを介してスライドピン８８ｂを回動させたとき、
長孔８８ａの範囲内ではその端部に当接するまで連結片
８８は動作せず、従って弁軸７３を最小開度に保持する
ことができる。スライドピン８８ｂが長孔８８ａの端部
に達した後は、スロットル弁の開度に応じて連結片８８
が回動して弁軸７３を回動させて弁体７４を開閉動作さ
せる。長孔８８ａの長さ及びスライドピン８８ｂの初期
位置の設定により、排気バルブが閉状態に維持されるス
ロットル弁開度範囲を設定することができる。
【００６８】図７および図８は、本発明が適用される２
サイクル筒内噴射エンジンからなる船外機のハイライザ
構造を示す側面図および後面図である。このハイライザ
構造は、排気通路内に侵入した水による触媒の劣化を防
止するために、排気通路の途中に設けられた膨張室に、
ここから一旦上方に延びた後、下方に屈曲して延びる逆
Ｕ字状の排気通路を構成するハイライザを取付けその一
端の入口開口部に触媒を取付けた構造である。
【００６９】図示したように、船外機２００のエンジン
２０１は、ガイドエキゾースト２０２上に搭載される。
ガイドエキゾースト２０２は、クランプブラケット２０
３を介して船尾板（図示しない）にチルト動作可能に取
付けられる。クランプブラケット２０３にスイベル軸２
０４が回転可能に装着される。スイベル軸２０４の上部
および下部にダンパ部材２０５，２０６を介してガイド
エキゾースト２０２およびアッパケース２０７の下部が
連結され、船体に対し船外機２００をチルト動作および
左右の旋回動作可能に結合する。
【００７０】アッパケース２０７の下部にはロアケース
２０８が接続される。ロアケース２０８はプロペラ２０
９を支持する。プロペラ２０９は、べベルギヤ機構２１
０を介して駆動軸２１１に連結される。駆動軸２１１
は、縦置き配置のエンジン２０１のクランク軸２１２の
下端部にセレーション結合される。
【００７１】エンジン２０１は、例えばＶ型６気筒２サ
イクルエンジンであり、各気筒の排気ポート（図示しな
い）に連通する排気通路２１３は、ガイドエキゾースト
２０２を貫通して、アッパケース２０７内に形成された
膨張室２１４内に開口する。膨張室２１４の上部のガイ
ドエキゾースト２０２上にハイライザ２１５が取り付け
られる。このハイライザ２１５は、図２３に示すように
逆Ｕ字状に曲がる排気通路であり、上流側の入口端部２
１５ａには、ガイドエキゾースト２０２の排気通路２０
２ａを介して膨張室２１４内の触媒２１６が接続され
る。ハイライザ２１５の後流側の出口端部２１５ｂに
は、ガイドエキゾースト２０２の排気通路２０２ｂを介
して排気管２１７が接続される。
【００７２】エンジン２０１の排気ガスは、各気筒の排
気ポートから排出され各バンク毎の排気ガスが集合して
排気通路２１３から膨張室２１４に排出される。膨張室
２１４内に排出された排気ガスは、膨張室内を循環し
て、その上部の触媒２１６を通して排気管２１７を通
り、プロペラ軸２１８の周囲の排気通路２１９を通して
外部の水中に排出される。ハイライザ２１５の外周部に
は冷却水ジャケット２２０が設けられ、触媒２１６で加
熱された排気ガスが流れるカウリング近傍のハイライザ
２１５を冷却するるとともに、温度センサ２２１が設け
られ、冷却系あるいは触媒の異常を検出する。さらにこ
の触媒後流側のハイライザに酸素濃度センサ２２２が設
けられ、空燃比制御に用いられる。
【００７３】このようなハイライザ２１５を設けること
により、船体の姿勢等により水位が触媒近傍まで上がっ
たときでも、ハイライザ２１５の頂部がさらにその上側
に配されるため、ハイライザ出口側から膨張室２１４内
に水が侵入することはなく、触媒２１６は、水と接触し
ない。また、触媒２１６は、膨張室内に配設されるた
め、排気通路抵抗の増加が抑制され、出力に対する影響
が緩和される。
【００７４】図９は、本発明が適用される筒内噴射エン
ジンの一例を示す図であり、（Ａ）は燃料および掃気の
流れの説明図、（Ｂ）はシリンダ部分の断面図である。
この筒内噴射エンジン３００は、シリンダボディ３０１
とその上部（頭部）に結合されたシリンダヘッド３０２
とからなり、シリンダボディ３０１内にスリーブ３０３
が圧入されピストン３０４が摺動する。シリンダヘッド
３０２の内面側に燃焼室３０５が形成される。燃焼室３
０５に臨んで点火プラグ３０６および燃料噴射弁３０７
が装着される。シリンダボディ３０１にはピストン摺動
方向に沿った所定の高さ位置に排気ポート３０８および
（Ａ）に示す位置に主掃気ポート３０９，３１０および
副掃気ポート３１１が設けられる。
【００７５】燃料噴射弁３０７は、（Ｂ）図に示すよう
に、その噴射ノズル３０７ａからコーン状に燃料を噴射
する。噴射角度αは例えば３０°である。（Ｂ）図の矢
印Ａは燃料の噴霧方向を示す。噴霧形状は（Ａ）図のＤ
で示される形状である。また、図中の矢印Ｂは燃焼室頂
部の掃気流を示し、矢印Ｃはスワール方向を示す。本発
明ではこの燃料噴射のタイミングは、排気ポート３０８
が閉じる前（予混合）で、且つ点火後の排気ガスが掃気
流とともに排気ポート３０８から排出されたとき、この
排気ガスの熱により排気管（図示しない）に装着された
触媒が活性化される温度にまで高めるような、すなわち
排気管中での排気ガスが高温状態であるようなタイミン
グで噴射する。このようなタイミングは例えば（Ｂ）図
に示すように、噴射ノズル３０７ａと排気ポート３０８
の上端部との間の距離ｄ等を考慮して定める。
【００７６】図１０は、本発明による２サイクルエンジ
ンの燃料噴射タイミングを示す。（Ａ）は低速運転域、
（Ｂ）は高速運転域を示す。図示したように、いずれも
排気ポートが開いているときに燃料噴射を開始して排気
ポートが閉じる前の掃気行程中に全量を噴射する。これ
により点火までの時間（点線矢印）を充分長くして燃焼
室内で燃料を充分に攪拌混合させ均一燃焼を行う。
【００７７】図１１は、本発明による４サイクルエンジ
ンの燃料噴射タイミングを示す。（Ａ）は低速運転域、
（Ｂ）は高速運転域を示す。図は吸入・圧縮行程の吸気
弁の状態と、爆発・排気行程の排気弁（シリンダヘッド
の燃焼室に臨む排気弁）の状態を同心円上に示してい
る。いずれの場合も、排気行程から吸気行程に移るとき
に、吸気弁が閉じる前の吸気行程中（２サイクルエンジ
ンの掃気行程に相当）に全燃料を噴射して点火までの時
間（点線矢印）を充分長くして予混合燃焼を行う。
【００７８】図１２は、エンジン負荷となるボートロー
ド（Boat Load）に対する排気ガス温度のグラフであ
る。実線は予混合の筒内噴射エンジン（ＤＩ）、点線は
吸気管噴射または気化器エンジンを示す。排気ガス温度
は負荷に応じて上昇し、筒内噴射の場合８５０℃程度ま
で上昇する。これに対し吸気管噴射または気化器エンジ
ンでは１５０℃程度温度が低下する。
【００７９】図１３は、アイドルまたは低速運転の経過
時間と排気ガス温度の関係を示すグラフである。アイド
ルまたは極低速運転を開始してからエンジンに対応した
所定の時間（例えば２〜３時間）が経過すると触媒が非
活性化状態になるため、排気ガス温度が急速に低下す
る。この排気ガス温度が低下する時間は予め分かってい
るため、この経過時間を計測し、所定の経過時間に達し
たら、後述の排気ガス温度を高める措置を取るようにＥ
ＣＵを構成してもよい。
【００８０】図１４は、排気ガス温度を高める方法の説
明図である。（Ａ）は、点火時期と排気ガス温度の関係
を示す。図のＭａｐは、通常運転時の例えばスロットル
開度と回転数に基づくマップを用いた点火時期制御にお
ける点火時期を示す。図示したように、点火時期を進角
させることにより排気ガス温度は低下する。したがっ
て、点火時期を遅角させることにより排気ガス温度を高
めることができる。
【００８１】（Ｂ）は、噴射開始時期と排気ガス温度の
関係を示す。図示したように、所定の進角位置までは、
噴射開始時期を進角させることにより排気ガス温度を高
めることができる。
【００８２】（Ｃ）は、燃料噴射量と排気ガス温度の関
係を示す。図示したように、所定の進角位置までは、燃
料噴射量を増量することにより、排気ガス温度を高める
ことができる。
【００８３】（Ｄ）は、２度噴射の説明図である。２サ
イクルエンジンにおいて、排気ポートが開きさらに掃気
ポートが開いた直後に、２度噴射の１回目の噴射を行
い、その後掃気ポートが閉じて排気ポートが閉じる前に
２回目の予混合噴射を行う。このような２度噴射を行う
ことにより、燃料が充分に混合され排気ポートから高温
のガスが排気通路内に送り込まれるとともに吹抜けによ
る燃料が触媒部分で燃焼して触媒が装着された排気通路
内の排気ガス温度を上昇させることができる。
【００８４】図１５は、エンジン回転数に対する噴射開
始時期の好ましい具体例を示すグラフである。図は＃１
気筒についてのマップ制御値をＢＴＤＣで示す。マップ
値は燃料圧力により変わり、燃料圧力が高いと例えば遅
角側に１０〜２０°シフトさせる。
【００８５】図１６は、エンジン回転数に対する点火時
期の好ましい具体例を示すグラフである。図は＃１気筒
についてのマップ制御値をＢＴＤＣで示す。
【００８６】図１７は、エンジン回転数に対する掃気流
速の具体例のグラフである。図１８は、エンジン回転数
に対する排気ガス温度の具体例のグラフである。ａは予
混合の筒内噴射、ｂは成層燃焼の筒内噴射、ｃは吸気管
噴射または気化器エンジンである。
【００８７】図１９は、エンジン回転数に対する＃１気
筒の空燃比の具体例のグラフである。ａは予混合の筒内
噴射、ｂは成層燃焼の筒内噴射、ｃは吸気管噴射または
気化器エンジンである。
【００８８】本発明で用いる触媒の例として、比表面積
が約３０ｍ2で、５：１の比率の白金（Ｐｔ）とロジウ
ム（Ｒｈ）を主成分として金属表面に塗布して担持した
酸化触媒を用いる。ＨＣ浄化率は９３％以上、ＣＯ浄化
率は５５％以上とする。構造は、ＳＵＳの外筒内に１８
Ｃｒ−３Ａｌの中間筒をろう付けし、中間筒の内部に２
０Ｃｒ−５Ａｌ−ＲＥＭの触媒担持ハニカムを設けた構
造である。触媒活性化温度は１７０〜２５０℃である。
【００８９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、排気
ポートが閉じる前に燃料を噴射して予混合燃焼を行うこ
とにより排気温度が高まるとともに、この予混合燃焼に
よる排気ガスの熱により触媒温度が活性化温度以上にな
るような噴射タイミングで燃料が噴射される。このた
め、始動直後から触媒を有効に機能させて排気ガス浄化
作用が得られるとともに、運転中に排気ガス温度が常に
高温に維持されるため、触媒温度を上げるための高負荷
高速運転や二次空気の導入を行うことなく触媒を常に活
性温度以上に保ち有効な触媒作用を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る船外機の全体構成説明図。
【図２】 本発明に係る船外機のエンジン部分の断面
図。
【図３】 本発明に係る船外機のガイドエキゾーストの
上面図。
【図４】 図３のガイドエキゾーストの底面図。
【図５】 図３のガイドエキゾーストの左右の側面図。
【図６】 本発明に係る排気バルブのリンク機構の説明
図。
【図７】 本発明に係るハイライザ構造の船外機の側面
から見た縦断面構成図。
【図８】 図７の船外機の後面から見た断面構成図。
【図９】 本発明に係る筒内噴射エンジンの構成説明
図。
【図１０】 ２サイクルエンジンの予混合噴射の説明
図。
【図１１】 ４サイクルエンジンの予混合噴射の説明
図。
【図１２】 エンジン負荷と排気ガス温度の関係を示す
グラフ。
【図１３】 運転経過時間と排気ガス温度の関係を示す
グラフ。
【図１４】 排気ガス温度を高める方法の例を示す説明
図。
【図１５】 回転数に対する噴射開始時期を示すグラ
フ。
【図１６】 回転数に対する点火時期を示すグラフ。
【図１７】 回転数に対する掃気流速を示すグラフ。
【図１８】 回転数に対する排気ガス温度を示すグラ
フ。
【図１９】 回転数に対する空燃比を示すグラフ。
【符号の説明】
１：船外機、２：エンジン、３：ガイドエキゾート、
４：アッパケース、５：ロアケース、６：プロペラ、
７：シリンダボディ、８：シリンダヘッド、１０：クラ
ンク軸、１１：ピストン、１２：クランク室、１３：イ
ンジェクタ １４：点火プラグ、１５：排気ポート、１６：左集合排
気通路（メイン排気通路）、１７：右集合排気通路（メ
イン排気通路）、１９：吸気通路、２０：リード弁、２
１：オイルポンプ、２２：スロットル弁、２３：燃料タ
ンク、２５：低圧燃料ポンプ、２６：燃料フィルタ、２
７：低圧燃料ポンプ、２９：ベーパセパレータタンク、
３０：燃料予圧ポンプ、３１：予圧配管、３２ａ，３２
ｂ：高圧燃料ポンプ、３３ａ，３３ｂ：燃料供給レー
ル、３５：高圧圧力調整弁、３７：戻り配管、３８：背
圧センサ、３９：予圧圧力調整弁、４０：ポンプ駆動装
置、４０ａ，４０ｂ：プランジャ、４２：ＥＣＵ、４
３：エンジン回転数センサ、４４：吸気温センサ、４
５：スロットル開度センサ、４６：空燃比センサ、４
７：燃圧センサ、４８：冷却水温センサ、４９：接続ホ
ース（高圧燃料配管）、５０：船体側オイルタンク（サ
ブタンク）、５１：エンジン側オイルタンク（メインタ
ンク）、５２：フィルタ、５３：プリミックス用オイル
ポンプ、５４：チェック弁、５５：水検出センサ、５
６：オイルレベルセンサ、５７：シリンダボディ温度セ
ンサ、６０；触媒、６１：排気バルブ、６２：駆動モー
タ、６３：水壁、６４：膨張室、６５：燃焼室、６６：
サイレンサ、６６ａ：空気取入口、６７：スロットルボ
ディ、６８：スタータモータ、６９：カウリング、７
０：連通路、７１，７１ａ：サブ排気通路、７２：触媒
装着部、７３：弁軸、７４：弁体、７５：マウント、７
６：戻り排気通路、７７：触媒ユニット、７７ａ：フラ
ンジ、７７ｂ：カバー、７８：アノード、７９：排気
孔、８０，８１：水孔、８２：冷却水通路、８３：８
４：戻り通路、８５：水孔、８６：パイロット水路、８
７：ボルト、８８：連結片、８８ａ：長孔、８８ｂ：ス
ライドピン、８８ｃ：リンクレバー、８９：冷却水ジャ
ケット、９０：リンクロッド、９２：スロットル軸、９
３：リンケージ、９４：ハウジング、９５：フランジ、
１０４：水出口、２００：船外機、２０１：エンジン、
２０２：ガイドエキゾースト、２０３：クランプブラケ
ット、２０４：スイベル軸、２０５，２０６：ダンパ部
材、２０７：アッパケース、２０８：ロアケース、２０
９：プロペラ、２１０：ベベルギヤ機構、２１１：駆動
軸、２１２：クランク軸、２１３：排気通路、２１４：
膨張室、２１５：ハイライザ、２１６：触媒、２１７：
排気管、２１８：プロペラ軸、２１９：排気通路、２２
０：冷却水ジャケット、２２１：温度センサ、２２２：
酸素濃度センサ、３００：筒内噴射エンジン、３０１：
シリンダボディ、３０２：シリンダヘッド、３０３：ス
リーブ、３０４：ピストン、３０５：燃焼室、３０６：
点火プラグ、３０７：燃料噴射弁、３０７ａ：噴射ノズ
ル、３０８：排気ポート、３０９，３１０：主掃気ポー
ト、３１１：副掃気ポート。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０１Ｐ 3/20 Ｆ０２Ｄ 9/04 Ｄ Ｆ０２Ｄ 9/04 Ｈ 9/10 Ｇ 9/10 41/34 Ｈ 41/34 Ｆ Ｂ６３Ｈ 21/26 Ｅ Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｌ Ｆターム(参考） 3G022 AA00 AA02 CA06 CA09 DA02 EA08 GA00 GA05 GA08 GA09 GA11 GA13 3G065 AA02 AA04 AA09 AA10 CA00 DA05 DA06 EA03 FA02 GA41 KA02 3G091 AA04 AA15 AA24 AA28 AB02 BA07 CA01 CA27 CB03 CB05 CB07 DA02 DA07 EA18 EA30 EA34 FA08 FA13 GB01Z GB05W GB06W HA37 3G301 HA01 HA03 HA04 HA26 JA21 KA08 KA24 LA00 LB04 MA18 MA26 NE01 NE11 NE23 PA10Z PA11Z PB08Z PC08Z PD03Z PD14Z PE00Z PE01Z PE08Z PE09Z

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】排気系に触媒を設け、シリンダ、シリンダ
    ヘッドおよびピストンで画成された燃焼室内に燃料を直
    接噴射する２サイクル筒内噴射エンジンの排気浄化方法
    において、 少なくとも低負荷低速域で排気ポートが閉じる前に燃料
    を噴射開始し、 その排気ポートからの排気ガスにより触媒を活性化温度
    以上にするように燃料を噴射して点火することを特徴と
    する筒内噴射エンジンの排気浄化方法。
  2. 【請求項２】排気系に触媒を設け、シリンダ、シリンダ
    ヘッドおよびピストンで画成された燃焼室内に燃料を直
    接噴射する４サイクル筒内噴射エンジンの排気浄化方法
    において、 少なくとも低負荷低速域で吸気ポートが閉じる前に燃料
    を噴射開始し、 排気ポートからの排気ガスにより触媒を活性化温度以上
    にするように燃料を噴射して点火することを特徴とする
    筒内噴射エンジンの排気浄化方法。
  3. 【請求項３】燃料を複数回に分けて噴射し、 １回目の噴射を排気ポートが開いた後下死点までの間に
    噴射開始することを特徴とする請求項１に記載の筒内噴
    射エンジンの排気浄化方法。
  4. 【請求項４】燃料を複数回に分けて噴射し、 １回目の噴射を排気ポートが開いた後の下死点から排気
    ポートが閉じるまでの間に噴射開始することを特徴とす
    る請求項２に記載の筒内噴射エンジンの排気浄化方法。
  5. 【請求項５】排気ガスにより前記触媒温度を高めるため
    に、点火時期を遅角させることを特徴とする請求項１か
    ら４までのいずれかに記載の筒内噴射エンジンの排気浄
    化方法。
  6. 【請求項６】排気ガスにより前記触媒温度を高めるため
    に、噴射開始時期を進角させることを特徴とする請求項
    １から５までのいずれかに記載の筒内噴射エンジンの排
    気浄化方法。
  7. 【請求項７】排気ガスにより前記触媒温度を高めるため
    に、燃料噴射量を増量することを特徴とする請求項１か
    ら６までのいずれかに記載の筒内噴射エンジンの排気浄
    化方法。
  8. 【請求項８】触媒温度が所定温度以下のときに、活性化
    温度以上にするように燃料を噴射して点火することを特
    徴とする請求項１から７までのいずれかに記載の筒内噴
    射エンジンの排気浄化方法。
  9. 【請求項９】低速運転域での連続運転時間が所定時間経
    過したときに、活性化温度以上にするように燃料を噴射
    して点火することを特徴とする請求項１から７までのい
    ずれかに記載の筒内噴射エンジンの排気浄化方法。
  10. 【請求項１０】前記エンジンはマリンエンジンであり、
    少なくとも低負荷低速域で排気系に冷却水を供給して冷
    却することを特徴とする請求項１から９までのいずれか
    に記載の筒内噴射エンジンの排気浄化方法。
  11. 【請求項１１】排気通路を絞る排気制御バルブを有し、
    少なくとも低速域の一部で該排気制御バルブで排気通路
    を絞ることを特徴とする請求項１から１０までのいずれ
    かに記載の筒内噴射エンジンの排気浄化方法。
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