JP2013160202A - 船舶推進装置 - Google Patents

Abstract

【課題】凝縮水などの下流側に流れる水が排気センサに付着することを防止できる船舶推進装置を提供すること。
【解決手段】船舶推進装置は、エンジン４で生成された排気を導く排気通路２０と、排気通路２０の少なくとも一部を冷却するウォータージャケットＷｊと、船舶推進装置の外の水をウォータージャケットＷｊに供給する冷却装置と、排気通路２０内で排気中の成分濃度を検出する排気センサ２９と、排気センサ２９より上流側で排気通路２０に配置された多孔部材３１とを含む。多孔部材３１は、触媒を保持していない多孔部材である。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、船舶推進装置に関する。

特許文献１には、酸素濃度センサによって排気管内の酸素濃度を検出する船外機が開示されている。特許文献２には、酸素濃度センサによって排気管内の酸素濃度を検出する船舶用エンジン（marine engine）の排気システムが開示されている。排気管内で排気を浄化する触媒は、酸素濃度センサより上流側に配置されている。燃焼室に向かって排気管内を逆流する水を捕獲するハニカム部材は、酸素濃度センサより下流側に配置されている。

特開２００９−１９７７４３号公報 米国特許第７６９８８８９号明細書

排気管の温度が高いと、海水などの水による金属の腐食が活性化するので、船舶推進装置では、自動車に備えられている内部循環式の冷却装置よりも低温の冷却水で排気管が冷却される。しかしながら、排気管の内壁面が低温に維持されるので、排気管内に水（凝縮水）が生成され易い。
排気管内で生成された水は、排気と共に下流側に流される。酸素濃度センサなどの排気センサは、高温の排気に晒されるので、温度が高い。排気センサより上流側で凝縮水が生成されると、凝縮水が高温の排気センサに付着し、熱衝撃が排気センサに加わる。さらに、硫黄などの排気中の有害成分を含む凝縮水が排気センサの内部に進入すると、排気センサが劣化してしまう場合がある。

特許文献１および特許文献２では、酸素濃度センサより上流側に触媒が配置されている。酸素濃度センサより上流側で生成された凝縮水は、触媒によって捕獲される。しかしながら、全ての排気システムに触媒が設けられるとは限らず、触媒が設けられていない場合もある。このような場合、触媒によって凝縮水を捕獲できないので、酸素濃度センサに凝縮水が付着し、センサの性能が低下してしまう。

そこで、本発明の目的は、凝縮水などの下流側に流れる水が排気センサに付着することを防止できる船舶推進装置を提供することである。
前記目的を達成するための本発明の一実施形態は、エンジンと、排気通路と、ウォータージャケットと、冷却装置と、排気センサと、触媒を保持していない多孔部材（non-catalytic porous member ）とを含む、船舶推進装置を提供する。前記排気通路は、前記エンジンで生成された排気を導く。前記ウォータージャケットは、前記排気通路の少なくとも一部を冷却する。前記冷却装置は、前記船舶推進装置の外の水を前記ウォータージャケットに供給する。前記排気センサの少なくとも一部は、前記排気通路に配置されている。前記排気センサは、排気中の成分濃度を検出する。前記多孔部材は、前記排気センサより上流側で前記排気通路に配置されている。

この構成によれば、船舶推進装置の外の水、すなわち、低温の冷却水が、冷却装置によってウォータージャケットに供給される。これにより、排気通路が冷却される。さらに、触媒を保持していない多孔部材が、排気センサより上流側に配置されているので、多孔部材より上流側で生成された凝縮水は、多孔部材を通過することにより分散する。そのため、多孔部材は、排気センサに向かう水の量を減少させることができる。さらに、高温の排気によって多孔部材が加熱されるので、多孔部材に付着した凝縮水は蒸発する。そのため、多孔部材は、下流側に流れる水から排気センサを保護できる。これにより、排気センサが濡れること（被水）を防止できる。さらに、多孔部材は、触媒および担体を備える触媒装置より安価であるので、船舶推進装置の製造コストを抑えることができる。

前記多孔部材は、前記排気通路の上流側から下流側に流体を通過させるハニカム構造体を含んでいてもよい。この場合、前記ハニカム構造体は、金属製であってもよいし、セラミックス製であってもよい。前記ハニカム構造体は、排気通路内での排気の流通方向に延びており、ハニカム構造体の内部を複数のセルに仕切る仕切壁を含む。セルは、六角形に限らず、三角形や四角形などの多角形であってもよいし、円形であってもよいし、これら以外の形状であってもよい。

また、前記船舶推進装置は、前記排気センサより下流側で前記排気通路に配置された触媒装置をさらに含んでいてもよい。前記触媒装置は、排気を浄化する触媒と、この触媒を保持する担体とを含む。
この構成によれば、排気通路内の排気が、触媒装置によって浄化される。触媒装置は、排気センサより下流側に配置されている。したがって、多孔部材は、触媒装置より上流側に配置されている。そのため、多孔部材を通過した排気が、触媒装置を通過する。硫黄などの有害成分を含む排気が触媒装置を通過すると、触媒装置が劣化し易くなる。さらに、排気が通過する触媒装置の位置が偏っていると、局所的な触媒装置の劣化が発生したり、排気の浄化効率が低下したりする。排気中に含まれる硫黄などの有害成分は、多孔部材を通過することにより減少する。そのため、触媒装置の劣化を抑制できる。さらに、排気は、多孔部材を通過することにより整流される。そのため、排気の通過位置の偏りが減少する。これにより、局所的な触媒装置の劣化および浄化効率の低下を防止できる。さらに、排気が多孔部材を通過すると、排気の温度が低下するので、熱による触媒装置の劣化を抑制できる。

また、前記排気通路は、前記多孔部材が配置されており、下流側に向かって上方に延びる上方案内部を含んでいてもよい。
この構成によれば、多孔部材が、下流側に向かって上方に延びる上方案内部に配置されており、排気センサが、多孔部材より下流側に配置されているので、排気センサは、多孔部材の下方以外の位置に配置されている。したがって、多孔部材に付着している水が落下したとしても、この水は、排気センサに当たらない。そのため、下流側に流れる水から排気センサを保護できる。

また、前記排気通路は、前記上方案内部に加えて、前記排気センサが配置されており、前記上方案内部より下流側に配置されており、下流側に向かって下方に延びる下方案内部をさらに含んでいてもよい。
この構成によれば、多孔部材が、下流側に向かって上方に延びる上方案内部に配置されており、排気センサが、下流側に向かって下方に延びる下方案内部に配置されている。下方案内部は、上方案内部より下流側に配置されている。したがって、少なくとも一つの頂部（たとえば、前方案内部）が、上方案内部と下方案内部との間に設けられているので、多孔部材から下流側に飛散する凝縮水は、頂部を超えないと、排気センサに到達できない。そのため、下流側に流れる水が排気センサに到達し難い。よって、下流側に流れる水が排気センサに付着することをより確実に防止できる。

また、前記船舶推進装置は、前記エンジンおよび排気通路を覆うエンジンカバーをさらに含んでいてもよい。この場合、エンジン全体が、エンジンカバーの内部空間に配置されていてもよい。同様に、多孔部材および排気センサの全体が、エンジンカバーの内部空間に配置されていてもよい。
また、前記エンジンは、前記排気センサの検出値に基づいてリーンバーン燃焼を行ってもよい。すなわち、前記エンジンは、前記排気センサの検出値に基づいてリーンバーン燃焼を行うリーンバーンエンジン（内燃機関）であってもよい。この場合は、前記エンジンは、排気センサの検出値に基づいてエンジン状態を制御することにより、理論空燃比よりも希薄な混合気を燃焼室に供給させる制御装置（たとえば、ＥＣＵ）を含んでいてもよい。

本発明の一実施形態に係る船舶推進装置の側面図である。 燃焼室からエギゾーストガイドの内部に排気を導くメイン排気通路の一部の模式図である。 図２Ａに示す矢印ＩＩＢから多孔部材を見た図である。 本発明の他の実施形態に係るメイン排気通路の一部の模式図である。 本発明のさらに他の実施形態に係るメイン排気通路の一部の模式図である。

以下では、本発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る船舶推進装置１の側面図である。図１では、理解を容易にするために、エンジンカバー９の内部を透視した状態を示している。
船舶推進装置１は、船体Ｈ１の後部に取り付け可能なブラケット２と、上下方向に延びるステアリング軸線Ａ１まわりに回動可能にブラケット２に支持された船外機３とを含む。

船外機３は、エンジン４と、ドライブシャフト５と、前後進切替機構６と、プロペラシャフト７とを含む。さらに、船外機３は、エンジン４を収容するエンジンカバー９と、エンジンカバー９の下方に配置されたアッパーケーシング１０と、アッパーケーシング１０の下方に配置されたロワーケーシング１１とを含む。ドライブシャフト５は、エンジン４から下方に延びており、ドライブシャフト５の下端部は、前後進切替機構６を介してプロペラシャフト７の前端部に連結されている。プロペラシャフト７は、ロワーケーシング１１内で前後方向に延びている。プロペラシャフト７の後端部は、ロワーケーシング１１から後方に突出している。プロペラ８は、プロペラシャフト７の後端部に連結されている。

エンジン４は、内燃機関である。エンジン４は、多気筒エンジンである。エンジン４は、単気筒エンジンであってもよい。エンジン４は、上下方向に延びるクランク軸線Ａ２まわりに回転可能なクランクシャフト１２と、クランクシャフト１２に連結された複数のコネクティングロッド１３と、複数のコネクティングロッド１３にそれぞれ連結された複数のピストン１４とを含む。さらに、エンジン４は、複数のシリンダ１５を構成するシリンダボディ１６と、複数の燃焼室１７を構成するシリンダヘッド１８とを含む。ドライブシャフト５の上端部は、クランクシャフト１２の下端部に連結されている。

エンジン４は、クランクシャフト１２を一定の回転方向に回転させる。エンジン４の回転（クランクシャフト１２の回転）は、ドライブシャフト５、前後進切替機構６、およびプロペラシャフト７によってプロペラ８に伝達される。プロペラ８の回転方向は、前後進切替機構６によって前進方向（例えば、後方から見て右回り）と、後進方向（前進方向とは反対の方向）との間で切り替えられる。すなわち、操船者がシフト操作を行うと、前後進切替機構６は、プロペラシャフト７の回転方向が反転するように、ドライブシャフト５からプロペラシャフト７に回転を伝達する。これにより、プロペラ８の回転方向が切り替えられる。

船外機３は、さらに、エンジン４を支持するエギゾーストガイド１９を含む。エギゾーストガイド１９は、船外機３の内部でエンジン４の下方に配置されている。エギゾーストガイド１９は、エンジン４を支持すると共に、燃焼室１７で生成された排気を下方に案内する。すなわち、船外機３は、燃焼室１７で生成された排気をプロペラ８に導くメイン排気通路２０を含む。エギゾーストガイド１９は、メイン排気通路２０の一部を構成している。メイン排気通路２０は、複数の燃焼室１７で生成された排気が流入する排気入口としての複数の排気ポート２１（図２参照）と、プロペラ８のボス部で開口する排気出口２２とを含む。複数の燃焼室１７で生成された排気は、複数の排気ポート２１からメイン排気通路２０に流入する。そして、メイン排気通路２０内の排気圧が高まると、メイン排気通路２０内の排気は、排気出口２２から水中に排出される。

船外機３は、さらに、エンジン４などの船外機３の内部の構成に設けられたウォータージャケットＷＪ（図２参照）に冷却水を供給する冷却装置２３を含む。冷却装置２３は、船外機３の外面（ロワーケーシング１１の外面）で開口する取水口２４と、取水口２４とウォータージャケットＷＪとを接続する給水路２５と、給水路２５上に配置されたウォーターポンプ２６とを含む。ウォーターポンプ２６は、ドライブシャフト５に連結されている。エンジン４が回転すると、冷却水としての船外機３の外の水が、ウォーターポンプ２６によってウォータージャケットＷＪに送られる。そして、ウォータージャケットＷＪを通過した水は、船外機３の外に排出される。これにより、エンジン４などの船外機３の内部の構成が冷却される。冷却装置２３は、船外機３の外の水、すなわち、海、湖、および河のいずれかの水を船外機３の内部に供給するので、自動車に備えられている内部循環式の冷却装置よりも安定して低温の冷却水を船外機３に供給できる。そのため、船外機３は、安定して低温に維持される。

図２Ａは、燃焼室１７からエギゾーストガイド１９の内部に排気を導くメイン排気通路２０の一部の模式図である。図２Ｂは、図２Ａに示す矢印ＩＩＢから多孔部材３１を見た図である。以下では、図２Ａを参照する。図２Ｂについては適宜参照する。
船外機３は、エンジン４に取り付けられた排気管２７と、排気管２７内に配置された触媒装置２８とを含む。排気管２７の上流端および下流端は、それぞれ、シリンダヘッド１８およびシリンダボディ１６に取り付けられている。排気管２７は、１つの配管によって構成されていてもよいし、複数の配管によって構成されていてもよい。排気管２７の内部空間は、触媒装置２８によって上流側と下流側とに仕切られている。触媒装置２８は、例えば、三元触媒（three-way catalyst）である。触媒装置２８は、排気の流通方向に延びる仕切壁によって内部が複数のセルに仕切られたハニカム状の担体と、担体に保持された触媒とを含む。排気管２７内に導かれた全ての排気は、触媒装置２８を通過する。これにより、排気が浄化される。

船外機３は、さらに、排気管２７に取り付けられた上流センサ２９および下流センサ３０を含む。上流センサ２９は、排気の流通方向に関して触媒装置２８より上流側で排気管２７に取り付けられており、下流センサ３０は、排気の流通方向に関して触媒装置２８より下流側で排気管２７に取り付けられている。上流センサ２９および下流センサ３０の一部は、排気管２７内に配置されている。上流センサ２９および下流センサ３０は、セラミック（例えば、ジルコニア）を含む酸素濃度センサである。上流センサ２９および下流センサ３０は、空燃比センサであってもよい。酸素濃度センサおよび空燃比センサは、排気に含まれる成分の濃度を検出する排気センサの一例である。上流センサ２９および下流センサ３０の検出値は、エンジン４を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）に入力される。ＥＣＵは、上流センサ２９および下流センサ３０からの検出値に基づいて燃料噴射装置の燃料噴射量などを調整する。

船外機３は、さらに、触媒を担持していない多孔部材３１（non-catalytic porous member ）を含む。多孔部材３１は、排気の流通方向に関して上流センサ２９より上流側で排気管２７内に配置されている。排気管２７の内部空間は、多孔部材３１によって上流側と下流側とに仕切られている。排気管２７内に導かれた全ての排気は、上流側から下流側に多孔部材３１を通過する。多孔部材３１は、排気の流通方向に延びる多数の微細な孔が形成された多孔質の部材である。すなわち、多孔部材３１は、ハニカム構造体である。ハニカム構造体は、金属製であってもよいし、セラミック製であってもよい。ハニカム構造体は、排気の流通方向に延びる仕切壁３１ａを含む。図２Ｂに示すように、仕切壁３１ａは、ハニカム構造体の内部を複数のセルＣ１に仕切っている。セルＣ１は、六角形に限らず、三角形や四角形などの多角形であってもよいし、円形であってもよいし、これら以外の形状であってもよい。

メイン排気通路２０は、複数の燃焼室１７に接続された上方案内部３２と、上方案内部３２の下流端から前方（図２Ａの右方）に延びる前方案内部３３とを含む。さらに、メイン排気通路２０は、前方案内部３３の下流端から下方に延びる下方案内部３４と、下方案内部３４の下流端から後方（図２Ａの左方）に延びる後方案内部３５とを含む。上方案内部３２は、シリンダヘッド１８および排気管２７によって構成されており、前方案内部３３は、排気管２７によって構成されている。下方案内部３４は、排気管２７によって構成されており、後方案内部３５は、排気管２７およびシリンダボディ１６によって構成されている。これらの案内部３２〜３５は、エンジンカバー９（図１参照）内に配置されている。ウォータージャケットＷＪは、各案内部３２〜３５に沿って配置されている。したがって、各案内部３２〜３５の内壁面は、排気によって加熱されると共に、冷却水によって冷却される。

上方案内部３２は、各排気ポート２１から上方に延びている。複数の排気ポート２１は、それぞれ異なる高さに配置されている。一番上の排気ポート２１は、上方案内部３２の上端（下流端）より下方に配置されている。一番下の排気ポート２１は、上方案内部３２の下端より上方に配置されている。同様に、一番下の燃焼室１７およびシリンダ１５も、上方案内部３２の下端より上方に配置されている。前方案内部３３は、上方案内部３２の上端部から前方に延びており、下方案内部３４は、前方案内部３３の前端部から下方に延びている。後方案内部３５は、下方案内部３４の下端部から後方に延びている。多孔部材３１、上流センサ２９、触媒装置２８、および下流センサ３０は、上流側からこの順番に並んだ状態で下方案内部３４に配置されている。

各排気ポート２１から排出された排気は、上方案内部３２で集合し、上方案内部３２によって上方に案内される。その後、排気は、前方案内部３３によって前方に案内され、下方案内部３４によって下方に案内される。したがって、排気は、多孔部材３１を上から下に通過した後、触媒を上から下に通過する。下方案内部３４によって下方に案内された排気は、後方案内部３５によって後方に案内される。後方案内部３５は、エギゾーストガイド１９の内部空間（メイン排気通路２０の一部）に接続されている。したがって、後方案内部３５から排出された排気は、エギゾーストガイド１９の内部空間に流入する。このように、燃焼室１７で生成された排気は、シリンダヘッド１８から排気管２７に排出された後、排気管２７からシリンダボディ１６に戻される。

以上のように本実施形態では、触媒を保持していない多孔部材３１が、排気センサの一例である上流センサ２９より上流側に配置されているので、排気中に含まれる水分が凝縮して、凝縮水が生成されたとしても、この凝縮水は、多孔部材３１を通過することにより分散する。そのため、多孔部材３１は、上流センサ２９に向かう水の量を減少させることができる。さらに、高温の排気によって多孔部材３１が加熱されるので、多孔部材３１に付着した凝縮水は蒸発する。そのため、多孔部材は、下流側に流れる水から上流センサ２９を保護できる。これにより、上流センサ２９が濡れること（被水）を防止できる。さらに、多孔部材３１は、触媒および担体を備える触媒装置２８より安価であるので、船舶推進装置１の製造コストを抑えることができる。

さらに本実施形態では、多孔部材３１が、触媒装置２８より上流側に配置されているので、多孔部材３１を通過した排気が、触媒装置２８を通過する。硫黄などの有害成分を含む排気が触媒装置２８を通過すると、触媒装置２８が劣化し易くなる。さらに、排気が通過する触媒装置２８の位置が偏っていると、局所的な触媒装置２８の劣化が発生したり、排気の浄化効率が低下したりする。排気中に含まれる硫黄などの有害成分は、多孔部材３１を通過することにより減少する。そのため、触媒装置２８の劣化を抑制できる。さらに、排気は、多孔部材３１を通過することにより整流される。そのため、排気の通過位置の偏りが減少する。これにより、局所的な触媒装置２８の劣化および浄化効率の低下を防止できる。さらに、排気が多孔部材３１を通過すると、排気の温度が低下するので、熱による触媒装置２８の劣化を抑制できる。

さらに本実施形態では、多孔部材３１および上流センサ２９が、共通の案内部（下方案内部３４）に配置されている。したがって、多孔部材３１から上流センサ２９までの流路長が短く、多孔部材３１と上流センサ２９との間で生成される凝縮水の量が少ない。そのため、多孔部材３１と上流センサ２９との間で生成された凝縮水が、上流センサ２９に付着することを防止できる。これにより、下流側に流れる水から上流センサ２９をより確実に保護できる。

本発明の実施形態の説明は以上であるが、本発明は、前述の実施形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。
例えば、前述の実施形態では、排気センサの一例である上流センサ２９が、下方案内部３４に配置されている場合について説明した。しかし、上流センサ２９は、下方案内部３４以外の案内部３２、３３、３５に配置されていてもよい。この場合、上流センサ２９より上流側の位置あれば、多孔部材３１は、いずれの案内部に配置されていてもよい。すなわち、多孔部材３１は、上流センサ２９と共通の案内部に配置されていてもよいし、上流センサ２９とは異なる案内部に配置されていてもよい。例えば、図３に示すように、上流センサ２９が、下方案内部３４に配置されており、多孔部材３１が、上方案内部３２に配置されていてもよい。この場合、多孔部材３１は、排気管２７内に配置されていてもよいし、シリンダヘッド１８内に配置されていてもよい。

また、前述の実施形態では、触媒装置２８が、メイン排気通路２０に配置されている場合について説明した。しかし、図４に示すように、触媒装置２８が、メイン排気通路２０に配置されていなくてもよい。すなわち、エンジン４は、上流センサ２９の検出値に基づいてリーンバーン燃焼を行うリーンバーンエンジンであってもよい。具体的には、ＥＣＵは、上流センサ２９の検出値に基づいて、燃料噴射装置の燃料噴射量や、燃焼室１７に供給される吸気量を調整するスロットルバルブの開度を調整し、理論空燃比よりも希薄な混合気でエンジン４を運転させてもよい。

また、前述の実施形態では、船舶推進装置１が船外機３を備えており、メイン排気通路２０が船外（船体Ｈ１の外）に配置されている場合について説明した。しかし、船舶推進装置１が船内機または船内外機であり、メイン排気通路２０の少なくとも一部が船内に配置されていてもよい。したがって、上流センサ２９および多孔部材３１は、船外に限らず、船内に配置されていてもよい。

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１ ：船舶推進装置
４ ：エンジン
９ ：エンジンカバー
２０ ：メイン排気通路
２３ ：冷却装置
２８ ：触媒装置
２９ ：上流センサ
３１ ：多孔部材
３２ ：上方案内部
３４ ：下方案内部
ＷＪ ：ウォータージャケット

Claims (9)

1. エンジンと、
   前記エンジンで生成された排気を導く排気通路と、
   前記排気通路の少なくとも一部を冷却するウォータージャケットと、
   船舶推進装置の外の水を前記ウォータージャケットに供給する冷却装置と、
   少なくとも一部が前記排気通路に配置されており、排気中の成分濃度を検出する排気センサと、
   前記排気センサより上流側で前記排気通路に配置された、触媒を保持していない多孔部材とを含む、船舶推進装置。
2. 前記多孔部材は、前記排気通路の上流側から下流側に流体を通過させるハニカム構造体を含む、請求項１に記載の船舶推進装置。
3. 前記ハニカム構造体は、金属製である、請求項２に記載の船舶推進装置。
4. 前記ハニカム構造体は、セラミックス製である、請求項２に記載の船舶推進装置。
5. 前記排気センサより下流側で前記排気通路に配置された触媒装置をさらに含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の船舶推進装置。
6. 前記排気通路は、前記多孔部材が配置されており、下流側に向かって上方に延びる上方案内部を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の船舶推進装置。
7. 前記排気通路は、前記排気センサが配置されており、前記上方案内部より下流側に配置されており、下流側に向かって下方に延びる下方案内部をさらに含む、請求項６に記載の船舶推進装置。
8. 前記エンジンおよび排気通路を覆うエンジンカバーをさらに含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の船舶推進装置。
9. 前記エンジンは、前記排気センサの検出値に基づいてリーンバーン燃焼を行う、請求項１〜８のいずれか一項に記載の船舶推進装置。

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