JP3568109B2 - エンジンの排気消音装置とこれを備えた小型滑走艇 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンからの排気ガスに水を混合して消音する水マフラを備えたエンジンの排気消音装置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】
この種の従来の排気消音装置として、図６に示すように、エンジンからの排気管５１の後端部を水マフラ５２の入口側に接続し、排気管５１の排気通路５１ａの外周には冷却水通路５１ｂを設け、排気管５１内の排気通路５１ａを通った排気ガスと、冷却水通路５１ｂを通った冷却水とを水マフラ５２内で混合させて消音したのち、テールパイプ５３から外部に排出させ、さらに、排気管５１の途中または、水マフラ５２の出口側に接続されるテールパイプ５３の途中に共鳴室５４または５５を設けたものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような構成では、例えばエンジンルームの狭い小型滑走艇に搭載するエンジンに適用する場合、スペースの面で制約があり、取付け・取外しやメンテナンスが容易でなくなる場合がある。
【０００４】
なお、冷却水を混入させないで、排気ガスのみを導入するマフラー内に共鳴室を設けたものも知られているが（特開昭５４−９８４３２号公報参照）、これによれば、スペース面の制約は解消されるが、排気ガスのみの共鳴作用では消音効果が十分とは言えない。
【０００５】
本発明は、以上の事情に鑑みてなされたもので、スペースの面で制約を受けることなく、取付け・取外しやメンテナンスが容易で、大きな消音効果が得られるエンジンの排気消音装置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に係るエンジンの排気消音装置は、ケース内に１つ以上の膨張室を有し、前記ケースの前端壁に設けた入口管から導入されたエンジンの排気ガスとエンジン冷却後の冷却水とを膨張室内で混合させるものであって、前記ケース内に、前記膨張室に連通する共鳴室が、最前段の膨張室とこれに連通してその前方に位置する共鳴室とが、前記最前段の膨張室に接続された前記入口管と同心状に配置されて前記入口管の外周側に環状の連通路を形成する連通管により連通されている。
【０００７】
前記エンジンの排気消音装置によれば、水マフラのケース内に排気ガスと冷却水とを混合させる膨張室のほかに、この膨張室に連通する共鳴室が設けられているので、排気音における前記共鳴室で共鳴する周波数成分が効果的に減衰し、消音効果が向上する。特に、共鳴室内で排気ガスと水の飛沫および蒸気とが混在することによりガス密度が高くなるので、分子同志の衝突による振動エネルギーの減少効果が大きくなる結果、優れた消音効果が得られる。また、膨張室を有するケース内に共鳴室が設けられので、装置が嵩張らず、スペースの面で制約を受けることがなく、エンジンルームの狭い小型滑走艇などに設置しても、容易に取付け・取外しでき、メンテナンス性が良くなる。
【０００８】
また、本発明の請求項２に係るエンジンの排気消音装置は、請求項１の構成において、前記ケースが、筒壁と、その両端を閉塞する端壁とを有し、前記端壁とケース内に取り付けた中間壁とにより前記共鳴室が形成されている。
【０００９】
前記エンジンの排気消音装置によれば、ケースの端壁とケース内の中間壁とにより共鳴室が形成されるので、共鳴室を形成する部材の一部を水マフラの基本構造部材の一つである端壁で兼用することができ、それだけ部品点数が低減されて、装置が簡略化され、かつ軽量化される。また、ケースの端壁と、ケース内の中間壁とが、膨張室に対して二重壁構造となるので、ケースの板厚を増大させることなくケースからの透過音を抑制することができ、消音効果がより増大する。
【００１０】
また、本発明の請求項３に係るエンジンの排気消音装置は、請求項１または２の構成において、ケース内に複数の膨張室を形成するための隔壁が取り付けられており、前記隔壁の少なくとも１つとケース内に取り付けた中間壁とにより前記共鳴室が形成されている。
【００１１】
前記エンジンの排気消音装置によれば、膨張室を形成するためのケース内に取り付けられた隔壁と、ケース内に取り付けた中間壁とにより共鳴室が形成されているので、共鳴室を形成する部材の一部を水マフラの基本構造部材の一つである隔壁で兼用することができ、それだけ装置が簡略化され、かつ軽量化される。
【００１２】
また、本発明の請求項４に係る小型滑走艇は、エンジンと、請求項１ないし３のいずれかの構成の排気消音装置と、前記エンジンにより駆動される推進機と、前記推進機の高圧部から取り込まれた冷却水を、前記エンジンに供給する冷却水導入通路とを備えている。
【００１３】
前記小型滑走艇によれば、小型滑走艇のエンジンの排気音を効果的に消音させることができ、狭いエンジンルームに容易に設置でき、排気消音装置のメンテナンスも容易に行うことができる。また、推進機の高圧部から取り込まれた冷却水が、冷却水導入通路からエンジンに供給され、そのエンジン冷却後の冷却水と排気ガスとが前記排気消音装置に導入されるので、冷却水導入のためのポンプが不要になり、それだけ構造が簡略化される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施形態に係るエンジンの排気消音装置を図１ないし図５にしたがって説明する。図１は、この実施形態のエンジンの排気消音装置を備え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と足載置台（床）２ｄとが設けられ、さらに、ハンドル２ｅを備えている。船体後部には、船底から船尾２ｆにかけてダクト８が形成されており、このダクト８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を介して船内のエンジン４の回転軸５に連結されている。エンジン４により推進機３が駆動され、船体２が推進する。
【００１５】
図２は、前記小型滑走艇１のデッキ２ｂを除いて各装置の設置状態を示した平面図である。
図２において、船体２の前部には燃料タンク１９が配置され、エンジン４は船体２のほぼ中央に配置されている。前記エンジン４は多気筒（ここでは３気筒）２サイクルエンジンであって、このエンジン４から船尾部にわたる部分には、エンジン４からの排気ガスに水を混合して消音する水マフラ１０を備えた排気消音装置９と、推進機３の高圧部から取り込まれた冷却水を、前記エンジン４のウォータジャケットに導く冷却水導入通路１１が設けられている。冷却水はさらに、ウォータジャケットから後述する排気管１２の冷却水通路１７（図３）に導入される。
【００１６】
排気消音装置９は、前記水マフラ１０と、エンジン４の各気筒に接続されてエンジン４からの排気ガスを水マフラ１０に導く単一の排気管１２と、水マフラ１０を船尾２ｆ付近のダクト８内に臨む排気口１５に接続するテールパイプ１４とで構成されている。図３（Ａ）に示すように、前記排気管１２は、二重管構造となっており、排気ガスＧの通路１６の外周に冷却水通路１７を有し、エンジン４のウォータジャケットを出た冷却水Ｗが、接続パイプ２０を通って前記冷却水通路１７に導入される。
【００１７】
水マフラ１０は、筒壁２２と、その両端を閉塞する前後の端壁２３，２４とを有するほぼ水平な軸心を持つ円筒形のケース２１を有し、そのケース２１内は、３つの隔壁２６，２７，２８により前後４段の膨張室２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃ，２９Ｄに仕切られ、最前段の膨張室２９Ａに接続される入口管１３が前方の端壁２３に溶接により固定されている。入口管１３は、ケース２１に対して同心状に配置される。この入口管１３の上流端と、前記排気管１２の後端部１２ａとが、ゴム製のチューブ１８を介して接続され、その接続部で排気ガス通路１６と外周の冷却水通路１７とが合流するようにされている。これにより、前記接続部で排気ガスＧと冷却水Ｗとが混合し、排気ガスＧの温度が下げられる。
【００１８】
前記最前段の膨張室２９Ａは、隔壁２６，２７を貫通する円管からなる２つの接続管３０により、後方から２つ目の２段目膨張室２９Ｂに接続されている。また、その膨張室２９Ｂは、隔壁２７を貫通するパイプからなる２つの接続管３１により、前方から２つ目の３段目膨張室２９Ｃに接続され、さらに、隔壁２７，２８を貫通するパイプからなる２つの接続管３２により、３段目膨張室２９Ｃと最後段（４段目）の膨張室２９Ｄとが接続されている。最後段の膨張室２９Ｄには、テールパイプ１４が接続されている。
【００１９】
これにより、前記入口管１３を経て最前段の膨張室２９Ａに導入される排気ガスＧと冷却水Ｗとの混合体が、２段目膨張室２９Ｂおよび３段目膨張室２９Ｃを経て最後段の膨張室２９Ｄへ導出され、排気音が低減される。前記各接続管３０〜３２はそれぞれ、図３（Ｂ）に示すように、２本ずつ設けられ、かつ、すべての接続管３０〜３２がケース２１と軸心と同心円上に中心を持つように配置されている。
【００２０】
また、前記水マフラ１０内には、最前段の膨張室２９Ａに連通する共鳴室３３が設けられている。この共鳴室３３は、排気音の所定周波数成分に共鳴してその周波数成分を低減するものであって、ケース２１の前方の端壁２３と、この端壁２３に隣接してケース２１内に取り付けた中間壁３４とにより形成される。また、前記中間壁３４には、前記入口管１３と同心状に配置されて入口管１３の外周側に環状の連通路を形成する連通管３５が設けられている。この共鳴室３３に共鳴する排気音の周波数ｆは、共鳴室３３の有効容積をＶ、前記連通管３５の環状連通路の断面積をＳ、前記連通管３５の有効長さをＬ、音速をＣとすると、
ｆ＝（Ｃ／２π）√（Ｓ／（Ｌ・Ｖ））
となり、この共鳴周波数ｆの排気音が減音される。
【００２１】
前記排気消音装置９では、水マフラ１０内に、膨張室２９Ａ〜２９Ｂとともに、膨張室２９Ａに連通する共鳴室３３が形成されているので、排気音における前記共鳴室３３で共鳴する周波数成分が効果的に減衰し、消音効果が向上する。また、共鳴室３３には、その連通管３５から、排気ガスＧとともに、冷却水Ｗの飛沫および蒸気が混合して入るので、共鳴室３３内のガス密度が上昇し、分子同志の衝突による振動エネルギーの減少が大きくなる結果、共鳴室３３による消音効果がより向上する。さらに、共鳴室３３は水マフラ１０内に設けられているから、装置が嵩張らず、スペースの面で制約を受けることがなく、小型滑走艇１の狭いエンジンルームに容易に設置でき、取付け・取外しも容易になり、メンテナンス性が良くなる。
【００２２】
また、前記共鳴室３３の一方の壁が、ケース２１の前方の端壁２３により形成されているから、共鳴室３３を形成する部材の一部が水マフラ１０の基本構造部材の一つである端壁２３で兼用されるので、それだけ部品点数が減少して、構造が簡略化されるとともに、軽量化される。また、ケース２１の端壁と、ケース２１内に取り付けられる中間壁３４とが、最前段の膨張室２９Ａに対して二重壁構造となるので、ケース２１の板厚を増大させることなくケース２１からの透過音を抑制することができ、消音効果がより増大する。さらに、共鳴室３３の連通管３５は、ケース２１軸心と同心に配置されているので、小型滑走艇１の船体が傾いても、膨張室２９Ａの底部に溜まった水が前記連通管３５から共鳴室３３内に浸入して共鳴室３３内の容積を減少させるのを防止できる。
【００２３】
図４は本発明の第２実施形態を示す。この排気消音装置９では、水マフラ１０内に、前記実施形態における共鳴室３３のほかに、最後段の膨張室２９Ｄに連通する第２の共鳴室３６が形成されている。この第２の共鳴室３６は、ケース２１の後方の端壁２４と、この端壁２４に隣接してケース２１内に取り付けた中間壁３７とにより形成される。また、前記中間壁３７の下部には円形パイプからなる連通管３８が設けられ、これにより第２の共鳴室３６が最後段の膨張室２９Ｄに連通する。この第２の共鳴室３６の有効容積、連通管３８の断面積、連通管３８の長さ等の条件は、第１の共鳴室３３と異ならせてあり、第１の共鳴室３３と異なる周波数の排気音と共鳴するようにされている。その他の構成は先の実施形態の場合と同様である。
【００２４】
この排気消音装置９では、それぞれ共鳴周波数の異なる２つの共鳴室３３，３６が水マフラ１０内に設けられているので、排気音の低減効果がより増大する。また、第２の共鳴室３６も、ケース２１の後方の端壁２４とケース２１内に取り付けられる中間壁３７とで形成されているので、部材の兼用による構造の簡略化と軽量化が実現されるとともに、ケース２１の板厚を増大させることなくケース２１からの透過音を抑制することができ、消音効果がより増大する。
【００２５】
図５は本発明の第３実施形態を示す。この排気消音装置９では、水マフラ１０内に、図４の実施形態における２つの共鳴室３３，３６のほかに、最前段の膨張室２９Ａに連通する第３の共鳴室３９が形成されている。この第３の共鳴室３９は、３段目膨張室２９Ｃを形成する一方の隔壁２６と、この隔壁２６に隣接してケース２１内に取り付けた中間壁４０とにより形成される。また、前記中間壁４０には、ケース２１の軸心と同心位置にパイプからなる連通管４１が設けられ、これにより第３の共鳴室３９が最前段の膨張室２９Ａに連通する。この共鳴室３９の有効容積、連通管４１の断面積、連通管４１の長さ等の条件は、第１および第２の共鳴室３３，３６と異ならせてあり、これら共鳴室３３，３６と異なる周波数の排気音と共鳴するようにされている。その他の構成は先の実施形態の場合と同様である。
【００２６】
この排気消音装置９では、それぞれ共鳴周波数の異なる３つの共鳴室３３，３６，３９が水マフラ１０内に設けられているので、排気音の低減効果がより増大する。また、第３の共鳴室３９の連通管４１も、第１の共鳴室３３の場合と同様に、ケース２１の軸心と同心位置に配置されているので、小型滑走艇１の船体が傾いても、膨張室２９Ａの底部に溜まった水が前記連通管４１から共鳴室３９内に浸入するのを防止できる。また、第１および第２実施形態と同様に、部材の兼用による構造の簡略化と軽量化が実現される。
【００２７】
なお、前記実施形態では、第３の共鳴室３９を、３段目膨張室２９Ｃを形成する一方の隔壁２６と中間壁４０とで形成したが、このほか、２段目膨張室２９Ｂを形成する一方の隔壁２８とこれに隣接させる中間壁とにより、２段目膨張室２９Ｂに連通する第３の共鳴室を形成するようにしてもよい。
【００２８】
また、前記各実施形態では、２サイクルエンジンに適用した場合について説明したが、４サイクルエンジンに適用してもよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように、本発明のエンジンの排気消音装置によれば、ケース内に１つ以上の膨張室を有し、前記ケースの前端壁に設けた入口管から導入されたエンジンの排気ガスとエンジン冷却後の冷却水とを膨張室内で混合させるものにおいて、前記ケース内に、前記膨張室に連通する共鳴室が設けられ、最前段の膨張室とこれに連通してその前方に位置する共鳴室とが、前記最前段の膨張室に接続された前記入口管と同心状に配置されて前記入口管の外周側に環状の連通路を形成する連通管により連通されているものとしたため、排気音における前記共鳴室で共鳴する周波数成分が減衰して消音される際に、排気ガスに混じった水の飛沫および蒸気によりガス密度が上昇して、消音効果が向上する。また、膨張室を有するケース内に共鳴室が設けられているので、装置が嵩張らず、スペースの面で制約を受けることがなく、エンジンルームの狭い小型滑走艇などに設置しても、容易に取付け・取外しでき、メンテナンス性が良くなる。
【００３０】
また、本発明の小型滑走艇によれば、エンジンと、前記構成の排気消音装置と、前記エンジンにより駆動される推進機と、前記推進機の高圧部から取り込まれた冷却水を前記エンジンに供給する冷却水導入通路とを備えているため、冷却水を送るためのポンプを必要とすることなく、推進機の高圧部から取り込まれた冷却水が、冷却水導入通路からエンジンに供給され、そのエンジン冷却後の冷却水と排気ガスとが前記排気消音装置に導入されて、小型滑走艇のエンジンの排気音を効果的に消音させることができ、しかも、狭いエンジンルームに容易に設置でき、排気消音装置のメンテナンスも容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る排気消音装置を装備したエンジンの搭載された小型滑走艇を示す側面図である。
【図２】前記小型滑走艇のデッキを除いて各装置の設置状態を示した平面図である。
【図３】（Ａ）は前記小型滑走艇におけるエンジンの排気消音装置の要部を示す縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＩＩＩ −ＩＩＩ 線断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る排気消音装置の要部を示す縦断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る排気消音装置の要部を示す縦断面図である。
【図６】従来例の要部を示す側面図である。
【符号の説明】
１…小型滑走艇、３…推進機、４…エンジン、９…排気消音装置、１０…水マフラ、１１…冷却水導入通路、２１…ケース、２２…筒壁、２３，２４ …端壁、２６，２７，２８…隔壁、２９Ａ〜２９Ｄ…膨張室、３３，３６，３９…共鳴室、３４，３７，４０…中間壁

Claims (4)

1. 水マフラのケース内に１つ以上の膨張室を有し、前記ケースの前端壁に設けた入口管から導入されたエンジンの排気ガスとエンジン冷却後の冷却水とを膨張室内で混合させる排気消音装置において、前記ケース内に、前記膨張室に連通する共鳴室が設けられ、最前段の膨張室とこれに連通してその前方に位置する共鳴室とが、前記最前段の膨張室に接続された前記入口管と同心状に配置されて前記入口管の外周側に環状の連通路を形成する連通管により連通されていることを特徴とするエンジンの排気消音装置。
2. 請求項１において、前記ケースは、筒壁と、その両端を閉塞する端壁とを有し、前記端壁とケース内に取り付けた中間壁とにより前記共鳴室が形成されているエンジンの排気消音装置。
3. 請求項１または２において、ケース内に複数の膨張室を形成するための隔壁が取り付けられており、前記隔壁の少なくとも１つとケース内に取り付けた中間壁とにより前記共鳴室が形成されているエンジンの排気消音装置。
4. エンジンと、
   請求項１ないし３のいずれかに記載の排気消音装置と、
   前記エンジンにより駆動される推進機と、
   前記推進機の高圧部から取り込まれた冷却水を、前記エンジンに供給する冷却水導入通路とを備えた小型滑走艇。

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