JP2012159063A

JP2012159063A - ハニカム構造体保持構造及び船舶推進装置

Info

Publication number: JP2012159063A
Application number: JP2011021074A
Authority: JP
Inventors: Koichi Nakayama; 幸一中山; Toshio Suzuki; 俊雄鈴木; Katsumi Ochiai; 克美落合
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 2011-02-02
Filing date: 2011-02-02
Publication date: 2012-08-23
Also published as: US20130326857A1; US8753158B2; US20120196495A1; US8535106B2

Abstract

【課題】本発明の課題は、軽量で、かつ、周囲の部品に対する熱影響が小さいハニカム構造体保持構造及び船舶推進装置を提供することにある。
【解決手段】ハニカム構造体保持構造は、ハニカム構造体４７と、保持マット４６と、ハウジング４５とを備える。ハニカム構造体４７は、セラミック製の部材である。保持マット４６は、ハニカム構造体４７に接触しており、ハニカム構造体４７を直接的に保持する。ハウジング４５は、保持マット４６に接触しており、保持マット４６を直接的に保持する。ハウジング４５は、アルミニウム製である。ハウジング４５は、内壁４８と、外壁４９と、冷却水通路５０とを有する。内壁４８は、保持マット４６に接触する。冷却水通路５０は、内壁４８と外壁４９との間に形成される。ハウジング４５の一端には冷却水通路５０の流入口が形成される。ハウジング４５の他端には冷却水通路５０の吐出口が形成される。
【選択図】図５

Description

本発明は、ハニカム構造体保持構造及び船舶推進装置に関する。

従来、エンジンの排気装置において、ハニカム構造体が搭載されることがある。例えば、特許文献１に開示されている触媒コンバータは、触媒担体と、保持マットと、ハウジングとを有している。触媒担体は、ハニカム構造体によって構成されている。ハウジングは、薄肉の板材で形成されており、保持マットに包まれたハニカム構造体を直接的に保持している。また、ハウジングは、排気マニホールドに溶接されており、排気通路を構成している。

上記のようなハニカム構造体は、排気通路の途中に配置されるため、高温の排気ガスにさらされる。従って、ハニカム構造体を保持するハウジングは、ハニカム構造体から直接的に熱の影響を受けることにより高温になる。このため、上記の特許文献１の触媒コンバータのように、ハニカム構造体を直接的に保持するハウジングは、高温時の溶損を避けるために、一般的にステンレス等の耐熱性の材料で形成される。

また、特許文献２に開示されている排気装置では、ハウジングの外周に冷却水通路が配置されている。しかし、この排気装置では、ハウジングの一部は冷却水通路で覆われていない。従って、特許文献２のハウジングも、特許文献１のハウジングと同様に、ステンレス等の耐熱性の材料によって形成されていると考えられる。

特開２００７−１００６０８号公報特開平１０−３１７９４７号公報

しかし、ステンレスは重量が大きいので、軽量化が求められるエンジンには、ステンレス製のハウジングは適切ではない。また、ハウジング自体が高熱になるため、周囲の構成部品に対して熱影響を与える可能性がある。

例えば、船外機では、エンジンの重量が船の性能に大きな影響を与えるため、エンジンの軽量化が求められる。また、船外機やパーソナルウォータークラフト（PWC）では、水密なエンジンケース内の限られたスペースに吸気系構成部品や電装部品等がレイアウトされる。このため、ハニカム構造体がエンジンの近くに配置されると、ハニカム構造体を収容するハウジングからの熱が他の構成部品に悪影響を与える可能性がある。

本発明の課題は、軽量で、かつ、周囲の部品に対する熱影響が小さいハニカム構造体保持構造及び船舶推進装置を提供することにある。

本発明の一態様に係るハニカム構造体保持構造は、ハニカム構造体と、保持マットと、ハウジングとを備える。ハニカム構造体は、セラミック製の部材である。保持マットは、ハニカム構造体に接触しており、ハニカム構造体を直接的に保持する。ハウジングは、保持マットに接触しており、保持マットを直接的に保持する。ハウジングは、アルミニウム製である。ハウジングは、内壁と、外壁と、冷却水通路とを有する。内壁は、保持マットに接触する。冷却水通路は、内壁と外壁との間に形成される。ハウジングの一端には冷却水通路の流入口が形成される。ハウジングの他端には冷却水通路の吐出口が形成される。

本発明の他の態様に係る船舶推進装置は、エンジンと、ハニカム構造体保持構造とを備える。ハニカム構造体保持構造は、ハニカム構造体と、保持マットと、ハウジングとを有する。ハニカム構造体は、セラミック製の部材である。保持マットは、ハニカム構造体に接触しており、ハニカム構造体を直接的に保持する。ハウジングは、保持マットに接触しており、保持マットを直接的に保持する。ハウジングは、アルミニウム製である。ハウジングは、エンジンから排出される排気ガスが通る排気通路の一部を構成する。また、ハウジングは、内壁と、外壁と、冷却水通路とを有する。内壁は、保持マットに接触する。冷却水通路は、内壁と外壁との間に形成される。ハウジングの一端には冷却水通路の流入口が形成される。ハウジングの他端には冷却水通路の吐出口が形成される。

本発明の一態様に係るハニカム構造体保持構造では、ハニカム構造体がセラミック製であるため、ステンレスなどの金属製のものと比べて軽量化することができる。また、ハウジングは、保持マット及びハニカム構造体を直接的に保持している。このため、ハウジングが他の部材を介して保持マット及びハニカム構造体を保持する場合と比べて、更なる軽量化が可能である。また、ハウジングがアルミニウム製であり、ステンレスが使用されていないため、さらに軽量化することができる。また、冷却水通路が、ハウジングの一端から他端までに亘って設けられている。このため、ハウジングの溶損を防止することができる。また、ハニカム構造体保持構造の周囲の部品に対する熱影響を抑えることができる。

本発明の他の態様に係る船舶推進装置では、ハニカム構造体がセラミック製であるため、ステンレスなどの金属製のものと比べて軽量化することができる。また、ハウジングは、保持マット及びハニカム構造体を直接的に保持している。このため、ハウジングが他の部材を介して保持マット及びハニカム構造体を保持する場合と比べて、更なる軽量化が可能である。また、ハウジングがアルミニウム製であり、ステンレスが使用されていないため、さらに軽量化することができる。また、冷却水通路が、ハウジングの一端から他端までに亘って設けられている。このため、ハウジングの溶損を防止することができる。また、ハニカム構造体保持構造の周囲の部品に対する熱影響を抑えることができる。

船外機の側面図。船外機の上面図。図１におけるIII−III断面図。図１におけるIV−IV断面図。図３における触媒コンバータの拡大図。図１のVI−VI断面における触媒コンバータの断面図。船外機の左右方向に垂直な平面での触媒コンバータの断面図。

（１）船外機の概略構成
図１は、本発明の一実施形態に係る船外機１を示す側面図である。図２は、船外機１の上面図である。図１及び図２に示すように、本実施形態に係る船外機１は、上部ケーシング２、下部ケーシング３、エキゾーストガイド部４、エンジンユニット５を有する。なお、理解の容易のために図１においては、上部ケーシング２を断面で示している。また、図２においては、上部ケーシング２の外形を二点鎖線で示している。上部ケーシング２、下部ケーシング３、エンジンユニット５はエキゾーストガイド部４に固定されている。

エンジンユニット５は、上部ケーシング２内に配置される。エンジンユニット５は、エンジン６と、排気マニホールド３１と、触媒コンバータ３２とを有する。下部ケーシング３内には、ドライブシャフト１１が配置される。ドライブシャフト１１は、下部ケーシング３内において上下方向に沿って配置される。ドライブシャフト１１は、エンジン６のクランク軸２６に固定される。下部ケーシング３の下部内には、プロペラ１２が配置される。プロペラ１２は、エンジン６の下方に配置されている。プロペラ１２はプロペラボス１３を含む。プロペラボス１３の内部には、プロペラシャフト１４が配置される。プロペラシャフト１４は、前後方向に沿って配置されている。プロペラシャフト１４は、ベベルギヤ１５を介してドライブシャフト１１の下部に連結される。

船外機１では、エンジン６により発生される駆動力がドライブシャフト１１およびプロペラシャフト１４を介してプロペラ１２に伝達される。それにより、プロペラ１２が正回転または逆回転する。その結果、船外機１が取り付けられた船体を前進または後進させる推進力が発生する。

（２）エンジン６の構成
エンジン６は、シリンダブロック２１とシリンダヘッド２２とクランクケース２３とを有する。シリンダブロック２１は、エキゾーストガイド部４の上に配置され、エキゾーストガイド部４に固定される。図３は、図１における船外機１のIII−III断面図である。図３に示すように、シリンダブロック２１の後部は、４つのシリンダ２１ａ−２１ｄを有する。４つのシリンダ２１ａ−２１ｄは上下方向に並んで配置されている。

シリンダヘッド２２は、シリンダブロック２１の後方に配置される。図４は、図１における船外機１のIV−IV断面図である。図４に示すように、シリンダヘッド２２内には、吸気ポート２４ａ−２４ｄおよび排気ポート２５ａ−２５ｄが形成されている。吸気ポート２４ａ−２４ｄおよび排気ポート２５ａ−２５ｄはそれぞれ、シリンダ２１ａ−２１ｄに接続される。吸気ポート２４ａ−２４ｄは図示しない燃料供給装置に接続されている。排気ポート２５ａ−２５ｄは、側方へ延びており、後述する排気マニホールド３１の第１通路３３に接続されている。

クランクケース２３は、シリンダブロック２１の前方に配置される。クランクケース２３内には、クランク軸２６が配置されている。クランク軸２６は上下方向に延びている。クランク軸２６の下端部には、ドライブシャフト１１の上端部が連結される。シリンダ２１ａ−２１ｄ内に配置されたピストン（図示せず）の動きが、クランク軸２６を介してドライブシャフト１１に伝達される。

（３）排気マニホールド３１の構成
排気マニホールド３１は、シリンダヘッド２２の側方に配置されており、シリンダヘッド２２と一体的に形成されている。図４に示すように、排気マニホールド３１は、第１通路３３と、第２通路３４と、第３通路３５とを有する。第１通路３３は、上述した複数の排気ポート２５ａ−２５ｄに接続される。第１通路３３は、シリンダヘッド２２の側方に配置され、上下方向に延びている。第１通路３３は、排気ポート２５ａ−２５ｄから排出された排気を集合させる。第２通路３４は、第１通路３３に接続されている。第２通路３４と第１通路３３との接続部は、複数のシリンダ２１ａ−２１ｄのうち最も上方に位置するシリンダ２１ａの上端と、複数のシリンダ２１ａ−２１ｄのうち最も下方に位置するシリンダ２１ｄの下端との間に位置する。第２通路３４は、第１通路３３から前後方向に延びている。また、第２通路３４は、第２開口３７を有する。第２開口３７には、後述する触媒コンバータ３２が接続される。第３通路３５は、第１通路３３の下端部に接続されている。第３通路３５は、前後方向に延びている。第３通路３５は、４つのシリンダ２１ａ−２１ｄのうち最も下方に位置するシリンダ２１ｄよりも下方に位置している。また、第３通路３５は、第３開口３８を有している。

後述する第１下部通路５１（図３参照）と第３通路３５との間は、閉塞部４１によって塞がれている。閉塞部４１は、シリンダブロック２１に含まれる壁部である。第３通路３５の端部が閉塞部４１と接合されることにより、第３開口３８が閉塞部４１によって塞がれている。ただし、閉塞部４１には、連通路４３が形成されている。連通路４３は、閉塞部４１を貫通しており、第１下部通路５１に連通している。連通路４３は、第３通路３５の断面積よりも小さい断面積を有する。また、連通路４３は、第２開口３７よりも小さい断面積を有する。このため、第２開口３７と比べると第３開口３８から排出される排気は極僅かとなっている。第１通路３３内において発生した凝縮水は、連通路４３を介して図３に示す第１下部通路５１へと流れる。このように連通路４３は、第１通路３３内で発生した凝縮水を第１通路３３から抜くための凝縮水抜き通路として機能する。

（４）触媒コンバータ３２の構成
触媒コンバータ３２は、シリンダヘッド２２及びシリンダブロック２１と別体に形成されている。触媒コンバータ３２は、排気マニホールド３１と別体の部品である。触媒コンバータ３２は、排気マニホールド３１とシリンダブロック２１とに取り付けられる。具体的には、触媒コンバータ３２の一端は、排気マニホールド３１の第２通路３４に接続される。また、触媒コンバータ３２の他端は、後述するシリンダブロック２１の第１下部開口５４に接続される。触媒コンバータ３２は、第２通路３４から下方に延びている。従って、触媒コンバータ３２は、図３に示すクランク軸２６と略平行に配置されている。図２に示すように、触媒コンバータ３２は、シリンダブロック２１の側方に配置されている。

図５は図３に示す触媒コンバータ３２の拡大図である。触媒コンバータ３２には、本発明に係るハニカム構造体保持構造が採用されている。具体的には、図５に示すように、触媒コンバータ３２は、触媒部材４４と、保持マット４６と、ハウジング４５とを含む。触媒部材４４は、ハウジング４５内に配置される。触媒部材４４は、排気を浄化する触媒が担持されたハニカム構造体４７によって構成されている。触媒としては、例えば三元触媒が用いられる。図６は、図１におけるVI−VI断面における触媒コンバータ３２の断面図である。図６に示すように、ハニカム構造体４７は、セラミック製であり、ハニカム構造を有する円筒状の部材からなる。従って、ハニカム構造体４７は、円形の断面形状を有している。なお、ハニカム構造体４７は、六角形に限らず三角形や四角形などの形状の複数孔を有するものであればよい。ハニカム構造体４７は、ハニカム構造体４７を通る排気ガスが上下方向に流れるように配置されている。すなわち、ハニカム構造体４７は、ハニカム構造体４７の軸線が上下方向に延びるように配置されている。図３に示すように、触媒部材４４は、４つのシリンダ２１ａ−２１ｄのうち最も下方に位置しているシリンダ２１ｄの下端部よりも上方に位置している。保持マット４６は、ハニカム構造体４７に巻かれており、ハニカム構造体４７に接触している。保持マット４６は、ハニカム構造体４７を直接的に保持している。保持マット４６は、無膨張マットであり、例えばアルミナ繊維で形成されている。

ハウジング４５は、アルミニウム製の管状の部材であり、触媒部材４４を収納している。ハウジング４５は、保持マット４６に接触しており、保持マット４６を直接的に保持している。ハウジング４５は、後述する排気通路１６の一部を構成しており、排気通路１６を通る排気は、ハウジング４５内の触媒部材４４を通過することにより、浄化される。ハウジング４５は、内壁４８と、外壁４９と、冷却水通路５０とを有している。内壁４８は、保持マット４６に接触している。冷却水通路５０は、内壁４８と外壁４９との間に形成されている。図３に示すように、ハウジング４５の下端は、シリンダブロック２１の第１下部開口５４に接続される。これにより、シリンダブロック２１内の冷却水通路５７とハウジング４５の冷却水通路５０とが連通する。そして、冷却水が、シリンダブロック２１内の冷却水通路５７からハウジング４５内の冷却水通路５０へ流れる。すなわち、図５に示すように、ハウジング４５の下端には冷却水通路５０の流入口４５ａが形成されている。また、ハウジング４５の上端は、排気マニホールド３１の第２開口３７に接続される。これにより、ハウジング４５の冷却水通路５０と排気マニホールド３１内の冷却水通路（図示せず）とが連通する。そして、冷却水が、ハウジング４５内の冷却水通路５０から排気マニホールド３１内の冷却水通路へ流れる。すなわち、図７に示すように、ハウジング４５の上端には冷却水通路５０の吐出口４５ｂが形成されている。なお、図７は、船外機１の左右方向に垂直な平面での触媒コンバータ３２の断面を示している。

ハウジング４５は、第１管部６１と第２管部６２とを有する。第１管部６１と第２管部６２とは別体の部品である。第１管部６１は、直線状部分６３と屈曲部分６４とを有する。直線状部分６３は、上下方向に延びた直線状の形状を有している。直線状部分６３は、屈曲部分６４よりも大きな外径及び内径を有している。触媒部材４４は直線状部分６３内に配置される。屈曲部分６４は、直線状部分６３の下方に位置している。屈曲部分６４の下端は、図３に示す第１下部通路５１に接続されている。第２管部６２は、第１管部６１の上方に位置している。第２管部６２の一端は、第１管部６１の上端に取り付けられる。第２管部６２の他端は、上述した排気マニホールド３１の第２開口３７に取り付けられる。第２管部６２は、触媒コンバータ３２の後方に位置している排気マニホールド３１の第２開口３７へ向けて概ね９０度に屈曲した形状を有している。上述した冷却水通路５０は、第１管部６１と第２管部６２とに亘って設けられている。図５に示すように、第１管部６１においてハニカム構造体４７の外周側の部分では、冷却水通路５０が全周に亘って形成されている。

また、図１に示すように、触媒コンバータ３２は、排気中の酸素濃度を検出する第１酸素センサ５５と第２酸素センサ５６とを備えている。第１酸素センサ５５は、ハウジング４５内において触媒部材４４よりも上流に配置されている。第２酸素センサ５６は、ハウジング４５内において触媒部材４４の下流に配置されている。第１酸素センサ５５及び第２酸素センサ５６からの検出信号は、図示しないＥＣＵに与えられる。ＥＣＵは、第１酸素センサ５５及び第２酸素センサ５６の検出値に基づいてエンジン６の制御を行う。

（５）排気通路１６の構成
図１に示すように、船外機１は、エンジン６から排出される排気ガスが通る排気通路１６を有している。排気通路１６は、排気マニホールド３１と、触媒コンバータ３２と、第１下部通路５１（図３参照）と、第２下部通路５２と、第３下部通路５３とによって構成される。排気ポート２５ａ−２５ｄから排出された排気は、排気マニホールド３１において集合して、触媒コンバータ３２へと流れる。排気は、触媒コンバータ３２において浄化された後、第１下部通路５１へ流れる。図３に示すように、第１下部通路５１は、シリンダブロック２１内に形成されている。第１下部通路５１は第１下部開口５４を有する。第１下部開口５４は、シリンダブロック２１の下部の側面に形成されている。第１下部通路５１は、第１下部開口５４を介して触媒コンバータ３２に接続される。図１に示すように、第２下部通路５２は、エキゾーストガイド部４内に形成されている。第２下部通路５２は、第１下部通路５１と接続されている。第３下部通路５３は、下部ケーシング３内に形成されている。第３下部通路５３は、第２下部通路５２と接続されている。また、第３下部通路５３は、プロペラボス１３に接続されている。排気は、第１下部通路５１から、第２下部通路５２、第３下部通路５３、プロペラボス１３の内部を通り、外部へ排出される。

なお、排気通路１６を構成する部材はアルミニウム製である。すなわち、シリンダヘッド２２、排気マニホールド３１、触媒コンバータ３２のハウジング４５、第１下部通路５１を構成するシリンダブロック２１、第２下部通路５２を構成するエキゾーストガイド部４、下部ケーシング３内の第３下部通路５３は、それぞれアルミニウム製である。

（６）本実施形態に係る船外機１の特徴
本実施形態に係る船外機１では、ハニカム構造体４７がセラミック製であるため、ステンレスなどの金属製のものと比べて軽量化することができる。また、ハウジング４５は、保持マット４６に包まれたハニカム構造体４７を直接的に保持している。このため、ハウジング４５が他の部材を介して保持マット４６に包まれたハニカム構造体４７を保持する場合と比べて、更なる軽量化が可能である。また、ハウジング４５がアルミニウム製であり、ステンレスが使用されていないため、さらに軽量化することができる。

ハウジング４５が、保持マット４６に包まれたハニカム構造体４７を直接的に保持する場合、ハニカム構造体４７からの熱の影響を受け易い。また、アルミニウムの融点はステンレスの融点よりも低い。従って、アルミニウム製のハウジング４５では、ハニカム構造体４７からの熱を受ける箇所において、溶損が発生し易い。しかし、本実施形態に係る触媒コンバータ３２では、ハウジング４５の一端から他端までに亘って冷却水通路５０が設けられている。このため、ハウジング４５の溶損を防止することができる。また、触媒コンバータ３２の周囲の部品に対する熱影響を抑えることができる。

ハニカム構造体４７が円形の断面形状を有している。このため、ハニカム構造体４７をハウジング４５内に圧入によって容易に挿入することができる。

ハニカム構造体４７が保持用のブラケットを用いることなく、ハウジング４５及び保持マット４６によって直接的に保持される。このため、ハウジング４５の外径を小さくすることができる。その結果、図２に示すように、触媒コンバータ３２をシリンダブロック２１の側方にコンパクトに配置することができる。これにより、スペースが限られる船外機１の上部ケーシング２内でコンパクトに触媒コンバータ３２を配置することができる。

排気通路１６を構成する部材がアルミニウム製である。すなわち、アルミニウム製のハウジング４５が接続される部材がアルミニウム製である。このため、アルミニウム製のハウジング４５がステンレス製の部品と接続される場合に生じるような電触によるステンレス製部品の腐食が発生しない。これにより、排気通路１６を構成する部材の耐久性を向上させることができる。

（７）他の実施形態
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、本発明は、上記の実施形態のような船外機に限らず、パーソナルウォータークラフト（PWC）などの他の船舶推進装置にも適用されてもよい。排気マニホールドは、シリンダヘッドと別体に形成されてもよい。エンジンのピストンの数は４つに限らず３つ以下、或いは５つ以上であってもよい。また、ピストンの配置は直列に限らず、例えばＶ型配置であってもよい。上記の実施形態の触媒部材４４のようにハニカム構造体４７に触媒が担持されたものではなく、触媒が担持されていないハニカム構造体が排気通路中に配置されてもよい。また、上記の実施形態では、ハニカム構造体４７が、軸線が上下方向に延びるように配置されているが、軸線が上下方向に対して傾斜するようにハニカム構造体が配置されてもよい。

本発明によれば、軽量で、かつ、周囲の部品に対する熱影響が小さいハニカム構造体保持構造及び船舶推進装置を提供することができる。

１船外機
６エンジン
１６排気通路
４５ハウジング
４６保持マット
４７ハニカム構造体
４８内壁
４９外壁
５０冷却水通路

Claims

セラミック製のハニカム構造体と、
前記ハニカム構造体に接触しており前記ハニカム構造体を直接的に保持する保持マットと、
前記保持マットに接触しており前記保持マットを直接的に保持するアルミニウム製のハウジングと、
を備え、
前記ハウジングは、前記保持マットに接触する内壁と、外壁と、前記内壁と前記外壁との間に形成された冷却水通路とを有しており、前記ハウジングの一端には前記冷却水通路の流入口が形成され、前記ハウジングの他端には前記冷却水通路の吐出口が形成されている、
ハニカム構造体保持構造。
前記ハニカム構造体は、円形の断面形状を有している、
請求項１に記載のハニカム構造体保持構造。
前記ハニカム構造体は、触媒が担持された触媒担体である、
請求項１に記載のハニカム構造体保持構造。
エンジンと、
セラミック製のハニカム構造体と、前記ハニカム構造体に接触しており前記ハニカム構造体を直接的に保持する保持マットと、前記保持マットに接触しており前記保持マットを直接的に保持するアルミニウム製のハウジングと、を有するハニカム構造体保持構造と、
を備え、
前記ハウジングは、前記エンジンから排出される排気ガスが通る排気通路の一部を構成し、
前記ハウジングは、前記保持マットに接触する内壁と、外壁と、前記内壁と前記外壁との間に形成された冷却水通路とを有しており、前記ハウジングの一端には前記冷却水通路の流入口が形成され、前記ハウジングの他端には前記冷却水通路の吐出口が形成されている、
船舶推進装置。
前記ハニカム構造体は、前記ハニカム構造体を通る排気ガスが上下方向に流れるように配置される、
請求項４に記載の船舶推進装置。
前記エンジンを収容する上部ケーシングと、
前記上部ケーシングの下方に位置する下部ケーシングと、
をさらに備え、
前記ハニカム構造体は、前記上部ケーシング内に配置される、
請求項４に記載の船舶推進装置。
前記排気通路を構成する部材のうち前記ハウジングと接続される部材はアルミニウム製である、
請求項４に記載の船舶推進装置。