JP3373798B2 - 水冷式エンジンとこれを備えた小型滑走艇 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、外部から冷却水を
取り入れる取入口とエンジン冷却後の冷却水を外部へ排
出する排出口とを有する冷却水通路を備えた水冷式エン
ジンと、これを備えた小型滑走艇に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】小型滑走艇では、エンジンルーム内にエ
ンジンが収納されているため、通常、水冷式エンジンが
用いられている。このエンジンの水冷方法は、構造の簡
単な直接冷却方式が一般的であり、例えば水ジェット推
進機内に設けた開口から、加圧水の一部をパイプにより
エンジンのウォータジャケットに取り入れて冷却水とし
て使用するように構成されている。また、エンジンを冷
却した後の水は、以下の構成とした排気装置を経由して
船外に放出される。すなわち、排気装置は、エンジンの
シリンダの排気マニホールドに接続された排気管と、こ
の排気管の下流部に接続されたマフラと、このマフラの
出口に接続された消音器と、この消音器を船尾の排気口
に接続するテールパイプとで構成され、排気管およびマ
フラはそれぞれ外壁が２重構造とされ、その２重の外壁
の間が冷却水の通路とされており、エンジンを出た冷却
水は、この冷却水通路を経由したのち、排ガスととも
に、消音器およびテールパイプを通して船外に排出され
る。

【０００３】他方、水冷式エンジンにおいて、冷却水温
度が上昇したときに、一部失火運転（間引き運転）また
は点火時期を遅延させた運転（遅角運転）を行うことに
より、エンジン回転数を低下させてエンジンの熱負荷を
小さくする制御装置が知られている。すなわち、前記制
御装置は、エンジンの冷却水の温度が所定温度以上にな
ると、点火時期を所定値だけ遅角させるものがある。関
連技術を示す先行技術文献として、特開平１−３１５６
６５号公報がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記機能を有
する制御装置を組み込んだ水冷式エンジンでは、エンジ
ンの温度上昇よりも遅れて冷却水温度が上昇するため
に、制御の応答性が低い。また、一部失火運転方式で
は、前記排気装置の排気管内に排ガスを浄化する触媒コ
ンバータが装着されている場合には、一部失火による未
燃焼ガスが触媒コンバータで燃焼して高温になるため、
触媒コンバータに大きな熱負荷をかける場合がある。

【０００５】本発明は、上述のような実情に鑑みてなさ
れたもので、エンジンへの冷却水の流れが円滑でなくな
った場合に、迅やかにエンジン回転数を低下させること
のできる水冷式エンジンと、このエンジンを備えた小型
滑走艇を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記した目的を達成する
ために、本発明の請求項１に係る水冷式エンジンは、外
部から冷却水を取り入れる取入口とエンジン冷却後の冷
却水を外部へ排出する排出口とを有する冷却水通路を備
え、排気通路内に、排気浄化用の触媒が配置されている
小型滑走艇用のエンジンであって、エンジンの回転数を
検出する回転計と、前記冷却水通路内の冷却水の圧力を
検知する圧力センサと、エンジンにより駆動されて前記
取入口から冷却水通路に冷却水を圧送する圧送手段と、
エンジンの回転数と前記冷却水の圧力のエンジン回転数
とともに上昇する平常値よりも低い許容値との関係を記
憶する記憶手段と、検知された冷却水圧力が、検出され
たエンジン回転数での前記許容値以下のとき、点火プラ
グの点火時期を遅角させる遅角手段とを備え、前記圧力
センサは、エンジン本体内を通過した後の前記冷却水の
一部を、前記冷却水通路から分岐させて船体の側方から
空中放出させる検水通路に設けられている。

【０００７】前記水冷式エンジンによれば、回転計によ
り検出されるエンジン回転数に対応した冷却水圧力の許
容値を、遅角手段が記憶手段から検索し、圧力センサに
より検知された冷却水圧力が検索された許容値以下のと
き、遅角手段は点火プラグの点火時期を遅角させるの
で、圧送手段により冷却水通路に冷却水が円滑に圧送さ
れなくなっても、エンジン回転数が平常時よりも低下す
ることになり、エンジンの熱負荷の増大が防止される。
しかも、このように冷却水を外部から取り入れて外部へ
排出する開回路型の冷却水系統では、冷却水を循環させ
る自動車用等の閉回路型の冷却水系統とは異なり、冷却
水の流量が減少すると、ただちに冷却水圧力が低下する
ので、遅角制御の応答性に優れている。また、検水通路
から船体側方への冷却水の空中放水を操縦者が視認でき
るので、放水量の減少を目で確認して、冷却水の供給不
足により平常運転から遅角運転に移行したことを確認で
きる。しかも、検水通路ではエンジンから離れて船体の
側方へ延びるから、検水通路の付近のスペースには余裕
があるので、圧力センサの設置が、エンジンと干渉する
ことなく、容易になる。前記水冷式エンジンによれば、
遅角によりエンジン回転数を低下させるので、従来の一
部失火運転（間引き運転）の場合のように、一部失火に
よる未燃焼ガスが触媒で燃焼して触媒に大きな熱負荷が
かかるのが防止される。

【０００８】また、本発明の請求項２に係る水冷式エン
ジンは、請求項１の構成において、検出されたエンジン
回転数が所定値以上のときのみ前記遅角手段を作動させ
る遅角動作制御手段を備えている。

【０００９】前記水冷式エンジンによれば、エンジンの
冷却水量が不足した状態で平常運転が行われても、エン
ジンにさほど負荷のかからない低いエンジン回転数のも
とでは、遅角運転が行われないので、不必要に遅角運転
が行われてエンジン回転数が低下するのを防止できる。

【００１０】

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【００１４】本発明の請求項３に係る小型滑走艇は、請
求項１または２のいずれかの構成のエンジンと、このエ
ンジンに連結された水ジェット推進機とを備え、前記取
入口を水ジェット推進機における高圧部に開口させて、
水ジェット推進機を冷却水の圧送手段として兼用してい
る。

【００１５】前記小型滑走艇によれば、水ジェット推進
機により冷却水通路に冷却水を圧送できるから、圧送手
段を特別に設ける必要がないので、コストを低減できる
とともに、小型滑走艇のエンジン設置部空間を広く利用
できる。

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、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詳述する。図１は本発明の
第１実施形態である水冷式エンジンを搭載した小型滑走
艇の側面図である。図１において、小型滑走艇１の船体
２はハル２ａの上にデッキ２ｂを接合して構成され、デ
ッキ２ｂには座席２ｃと足台となるデッキフロア２ｄと
が設けられ、さらに、ハンドル２ｅを備えている。船体
後部の船底には船底と船尾２ｆとに開口したダクト３０
が形成されており、このダクト３０内に水ジェット式の
推進機３が装着されている。推進機３のシャフト７は、
カップリング６を介して船内の２サイクルエンジン４の
回転軸５に連結されている。前記ハンドル２ｅが設けら
れる操縦部には、エンジン４の回転数を検出する回転計
３４（図２）が配置されている。エンジン４は、その回
転軸心を船体２の前後方向に合致する向きとして、船体
２のほぼ中央に配置され、船底のマウント９（図２）に
固定されている。エンジン４から船尾部にわたる部分に
は、エンジン４の排ガスを船外へ排出する排気装置１０
が設けられている。前記エンジン４により推進機３が駆
動されて、船体２が推進する。

【００１９】図２は、前記エンジン４の制御系と、前記
排気装置１０の一部を破断した側面図とを示す。排気装
置１０は、エンジン４のシリンダ１１に設けられた排気
マニホールド１２の船首側（左側）に向く端部で上向き
に開口する排気口１２ａに接続されてエンジン４の上方
から船尾２ｆ側に延びる排気管１３と、この排気管１３
の出口に接続された消音器１４と、この消音器１４を図
１のダクト３０内に開口する排出口１５に接続するテー
ルパイプ１６とで構成されている。

【００２０】図２に示す排気管１３は内管と外管とから
なる２重構造とされ、排気管上流部１３Ａと排気管下流
部１３Ｂとに分割されていて、クランプ１７で一体に接
続され、この接続部に排ガスＧを浄化する触媒コンバー
タ１８が着脱可能に装着されている。排気管下流部１３
Ｂは、エンジン４の真上に対向する位置から船尾２ｆ側
に延びている。また、前記上流部１３Ａの後部と下流部
１３Ｂの前部とで、径方向に膨出したマフラ部２１を形
成している。

【００２１】排気管下流部１３Ｂの消音器１４との接続
は、排気管下流部１３Ｂの内管１３Ｂａを消音器１４内
に挿入するとともに、消音器１４に固定したカラー部材
３１の外周に排気管下流部１３Ｂの外管１３Ｂｂを嵌合
し、その嵌合部の外周をクランプ３２で締め付けること
により行われる。消音器１４は、船底のマウント１９に
固定されている。

【００２２】排気管上流部１３Ａおよび排気管下流部１
３Ｂの各内管１３Ａａ，１３Ｂａは内方に排気通路３３
を形成する管体であり、排ガスＧに対する耐熱性を高め
るために、それぞれアルミ鋳物、アルミ板金またはステ
ンレス板金のような金属で形成されている。また、排気
管上流部１３Ａおよび排気管下流部１３Ｂの各外管１３
Ａｂ，１３Ｂｂは前記各内管１３Ａａ，１３Ｂａとの間
に冷却水の環状通路２０を形成する管体であり、排気管
下流部１３Ｂの外管１３Ｂｂは、排気管１３の軽量化を
図り振動抑制効果を高めるために、ゴムまたは樹脂のよ
うな可撓性部材で形成されている。

【００２３】図２の冷却水導入通路２４は、推進機３の
高圧部３ａに開口させた取入口２３から冷却水Ｗを取り
込んでエンジン４の図示しない水ジャケットに供給して
エンジン４を冷却する通路であり、パイプからなる。冷
却水導入通路２４により導入された冷却水Ｗは、エンジ
ン４のシリンダ１１および排気マニホールド１２を経た
後に、水ジャケットから排気管１３の環状通路２０に供
給される。環状通路２０を経て消音器１４内に入った冷
却水Ｗは、ここで排ガスＧと混合されて、排ガスの降温
および消音に寄与したのち、排ガスＧと共に、テールパ
イプ１６を通って排出口１５から水中に排出される。こ
うして、冷却水導入通路２４、水ジャケット、環状通路
２０、消音器１４およびテールパイプ１６を含む冷却水
通路が形成されている。

【００２４】推進機３は、取入口２３から環状通路２０
に冷却水Ｗを圧送する圧送手段を兼ねる。推進機３の高
圧部３ａは、この例では、シャフト７に固定された動翼
であるインペラ２５の後方に位置する静翼２６の部分で
ある。このように、推進機３により冷却水Ｗを環状通路
２０に圧送するようにしているので、特別な圧送手段を
設ける必要がなくコストを低減でき、小型滑走艇１のエ
ンジン設置部空間を広く利用できる。

【００２５】前記環状通路２０の上流部には、エンジン
本体内を通過した後の冷却水Ｗの一部を、環状通路２０
から分岐させて船体２の側方から空中放出させる検水通
路２７が接続されている。検水通路２７の開口２７ａ
は、検水通路２７から空中に放出される冷却水Ｗを操縦
者が視認できるように、船体２の座席２ｃより前のデッ
キ２ｂ側部２ｂｇに設けられる。この検水通路２７に
は、検水通路２７内の冷却水Ｗの圧力を検知する圧力セ
ンサ３５が設けられている。

【００２６】図２のコントローラ３６はエンジン４の駆
動を制御する制御装置である。このコントローラ３６に
は、記憶手段３７、遅角手段３８、および遅角動作制御
手段３９が内蔵されている。

【００２７】前記記憶手段３７には、例えば図３に示す
ような、エンジン回転数と前記冷却水圧力の許容値との
関係が、データマップとして記憶されている。冷却水圧
力は、平常時には、エンジン回転数、つまり、推進機回
転数とともに上昇する。この平常値よりも、例えばエン
ジン回転数と無関係な一定圧力幅だけ低い圧力を許容値
としている。図２の遅角手段３８は、圧力センサ３５に
より検知された冷却水Ｗの圧力が、回転計３４により検
出されたエンジン回転数に対応した許容値以下のとき、
冷却水の流れが円滑でないと判断して、点火プラグの点
火時期を正規の点火時期（上死点前点火）から一定角度
だけ遅角させる（例えば上死点後１０°まで）手段であ
る。

【００２８】前記遅角動作制御手段３９は、検出された
エンジン回転数が所定値以上（例えば２５００ｒｐｍ以
上）のときのみ、前記遅角手段３８を作動させる手段で
ある。前記コントローラ３６は、前記環状通路２０や冷
却水導入通路２４などを含む前記冷却水通路が異物で詰
まって、エンジン４への冷却水Ｗの供給量が減少したと
き、図４にフロー図で示すようにエンジン４の制御を行
う。以下に、その制御動作を図２を参照しながら説明す
る。

【００２９】図２の遅角動作制御手段３９は、回転計３
４の検出するエンジン回転数が所定値（例えば２５００
ｒｐｍ）以上であるか否かを判別し（図４のステップＳ
１）、エンジン回転数が所定値以上のとき、遅角手段３
８を作動可能にする。遅角手段３８は、回転計３４の検
出するエンジン回転数に対応する冷却水圧力の許容値を
記憶手段３７から検索して、圧力センサ３５が検知する
冷却水圧力が前記許容値以下であるか否かを判別する
（ステップＳ２）。

【００３０】エンジン４への冷却水Ｗの流れが円滑でな
くなると、検水通路２７を経て放水される冷却水Ｗの圧
力が低下するので、この水圧を検知する圧力センサ３５
の検出値が前記許容値以下となる。これにより、遅角手
段３８は点火プラグの点火時期を、点火回路を調整する
周知の方法で遅角させる（ステップＳ３）。その結果、
スロットルが高回転域にあっても、エンジン回転数は平
常運転時よりも低下することになり、エンジン４への冷
却水Ｗの供給量が減少しても、エンジン４の熱負荷の増
大を抑制できる。

【００３１】また、従来の一部失火運転（間引き運転）
によってエンジン回転数を低下させるものではないの
で、未燃焼の排ガスＧが触媒コンバータ１８で燃焼して
触媒コンバータ１８に大きな熱負荷をかけるのも防止で
きる。

【００３２】前記したように通常運転から遅角運転に移
行すると、スロットル開度が大きく設定されていてもエ
ンジン回転数が低下するので、遅角運転モードに移った
ことを操縦者に知らせるのが好ましいが、この実施形態
では平常運転において船体側部から空中放出されていた
冷却水Ｗが、遅角運転に移行したときには放出量が減少
またはなくなるので、これを見た操縦者は遅角運転に入
ったことを視認することができる。

【００３３】さらに、検水通路２７はエンジン４から離
れて船体２の側方へ延びるから、検水通路２７の付近は
スペース的に余裕がある。したがって、検水通路２７に
設ける圧力センサ３５を設けることで、その設置が、エ
ンジン４と干渉することなく、容易になる。

【００３４】前記遅角運転に入ってからも、エンジン回
転数が所定値（２５００ｒｐｍ）以上であれば、遅角動
作制御手段３９は遅角手段３８を作動可能に維持するの
で、遅角運転はそのまま継続する。しかし、エンジン回
転数が前記所定値を下回ると（ステップＳ４）、遅角動
作制御手段３９が遅角手段３８を不作動にするので、エ
ンジン４の遅角運転が解除され、通常運転に復帰する
（ステップＳ５）。

【００３５】このように、エンジン４の冷却が不十分な
状態で平常運転が行われてもエンジン４にさほどの負担
がかからない低いエンジン回転数のもとでは、遅角運転
が行われないので、不必要に遅角運転が行われてエンジ
ン回転数が過度に低下するのを防止できる。

【００３６】また、冷却水Ｗの水量が減少すると、ただ
ちに冷却水圧力が低下するので、遅角制御を迅速に行う
ことができる。つまり、遅角制御の応答性がよい。ここ
で本発明の前提は、エンジン４の冷却水通路が開回路型
ということである。自動車用等のエンジンのように、冷
却水を循環させる閉回路型では、冷却水通路が詰まって
も、水ポンプが作動を続ける限り、冷却水の圧力はさほ
ど低下しないので、本発明の圧力検知による制御を適用
するのは容易でない。

【００３７】なお、前記実施形態では、検出されたエン
ジン回転数が所定値以上（例えば２５００ｒｐｍ以上）
のときのみ、遅角動作制御手段３９が遅角手段３８を作
動可能にするようにしているが、この遅角作動制御手段
３９を省略して、検知された冷却水圧力が、検出された
回転数に対応する冷却水圧力の許容値以下となるときに
は、常に遅角手段３８が作動するようにしてもよい。

【００３８】また、前記第１実施形態では、小型滑走艇
１に搭載した水冷式エンジン４の場合を示したが、図５
に示す参考例は、陸上の水冷エンジンを示している。こ
の参考例では、外部から冷却水Ｗを取り入れる取入口
と、エンジン冷却後の冷却水を外部へ排出する排出口１
５とを有する開回路型の冷却水通路を備えた陸上の水冷
式エンジンであって、エンジン４に直接取り付けた水ポ
ンプ４０により水源４１から冷却水Ｗを取り入れてい
る。この場合、水ポンプ４０が、取入口２３から環状通
路２０に冷却水Ｗを圧送する圧送手段となる。

【００３９】このような水冷式エンジンにおける遅角運
転の制御系では、遅角手段４７は、前記実施形態の場合
のように、エンジン回転数と冷却水圧力の許容値との関
係をデータマップとして記憶する記憶手段３７から、検
出されたエンジン回転数に対応する冷却水圧力の許容値
を検索するといった手続きを経ないで、回転計３４によ
り検出されたエンジン回転数が所定値以上（例えば２５
００ｒｐｍ以上）で、圧力センサ３５により検知された
冷却水圧力（環状通路２０内の水圧）が一定値以下のと
き、点火プラグの点火時期を遅角させるものとし、記憶
手段３７や遅角動作制御手段３９は設けない。すなわ
ち、この例では、エンジン回転数と冷却水圧力の関係を
示す図６において、エンジン回転数および冷却水圧力が
ハッチングして示す領域にあるとき、直ちに遅角運転に
入る。その他の構成は、先の実施形態の場合とほぼ同様
である。

【００４０】これにより、エンジン４への冷却水の供給
が円滑でなくなったとき、通常運転から遅角運転に自動
的に移行して、平常運転の場合よりもエンジン回転数が
低下するので、エンジンの熱負荷の増大を防止できる。

【００４１】なお、第２実施形態の水冷式エンジン４に
おいて、例えば水道水を冷却水Ｗとしてもよい。この場
合、冷却水Ｗを冷却水通路に圧送する圧送手段は不要で
ある。

【００４２】

【発明の効果】以上のように、本発明の水冷式エンジン
によれば、回転計により検出されるエンジン回転数に対
応した冷却水圧力の許容値を、遅角手段が記憶手段から
検索し、圧力センサにより検知された冷却水圧力が検索
された許容値以下のとき、遅角手段は点火プラグの点火
時期を遅角させるので、圧送手段により冷却水通路に冷
却水が円滑に圧送されなくなっても、エンジン回転数が
平常時よりも低下することになり、エンジンの熱負荷の
増大を防止できる。また、検水通路から船体側方への冷
却水の空中放水を操縦者が視認できるので、放水量の減
少を目で確認して、冷却水の供給不足により平常運転か
ら遅角運転に移行したことを確認できる。しかも、検水
通路ではエンジンから離れて船体の側方へ延びるから、
検水通路の付近のスペースには余裕があるので、圧力セ
ンサの設置が、エンジンと干渉することなく、容易にな
る。

【００４３】

【００４４】また、本発明の小型滑走艇によれば、水ジ
ェット推進機により冷却水通路に冷却水を圧送できるの
で、圧送手段を特別に設ける必要がなくコストを低減で
きるとともに、小型滑走艇のエンジン設置部空間を広く
利用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る水冷式エンジンを
搭載した小型滑走艇を示す側面図である。

【図２】前記エンジンの制御系と、前記小型滑走艇の排
気装置とを示す側面図である。

【図３】前記エンジンの回転数と冷却水圧力との関係を
示す特性図である。

【図４】前記エンジンの遅角運転制御を示すフロー図で
ある。

【図５】参考例に係る水冷式エンジンの制御系を示すブ
ロック図である。

【図６】前記エンジンの回転数と冷却水圧力との関係を
示す特性図である。

【符号の説明】

１…小型滑走艇、２…船体、３…水ジェット式推進機
（圧送手段）、３ａ…高圧部、４…水冷式エンジン、２
０…環状通路、２３…取入口、２７…検水通路、３３…
排気通路、３４…回転計、３５…圧力センサ、３７，４
７…遅角手段、３８…記憶手段、３９…遅角動作制御手
段、４０…水ポンプ（圧送手段）２０，２４，１４，１
６…冷却水通路

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｆ０１Ｐ 3/20 Ｂ６３Ｈ 21/24 Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｂ (56)参考文献 特開 昭64−36399（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−278888（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−26953（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−53439（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−286691（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−88586（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02P 5/15 B63B 35/73 B63H 11/08 B63H 21/00 F01N 3/24 F01P 3/20

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外部から冷却水を取り入れる取入口とエ
   ンジン冷却後の冷却水を外部へ排出する排出口とを有す
   る冷却水通路を備え、排気通路内に、排気浄化用の触媒
   が配置されている小型滑走艇用のエンジンであって、 エンジンの回転数を検出する回転計と、 前記冷却水通路内の冷却水の圧力を検知する圧力センサ
   と、 エンジンにより駆動されて前記取入口から冷却水通路に
   冷却水を圧送する圧送手段と、 エンジンの回転数と、前記冷却水の圧力のエンジン回転
   数とともに上昇する平常値よりも低い許容値との関係を
   記憶する記憶手段と、 検知された冷却水圧力が、検出されたエンジン回転数で
   の前記許容値以下のとき、点火プラグの点火時期を遅角
   させる遅角手段とを備え、 前記圧力センサは、エンジン本体内を通過した後の前記
   冷却水の一部を、前記冷却水通路から分岐させて船体の
   側方から空中放出させる検水通路に設けられている水冷
   式エンジン。
2. 【請求項２】 請求項１において、検出されたエンジン
   回転数が所定値以上のときのみ前記遅角手段を作動させ
   る遅角動作制御手段とを備えた水冷式エンジン。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載のエンジンと、
   このエンジンに連結された水ジェット推進機とを備え、
   前記取入口を水ジェット推進機における高圧部に開口さ
   せて、水ジェット推進機を冷却水の圧送手段として兼用
   している小型滑走艇。