JP3947272B2 - 小型船舶の排気装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、略水密に形成された船体内にエンジンを搭載してなる小型船舶の排気装置に関し、特に触媒の配置構造の改善に関する。
【0002】
【従来の技術】
最近、船底から吸い上げた水をインペラで加圧して船尾後方に噴射することにより水上を滑走するようにした小型船舶(ウォータビークル)が実用に供されている。このようなウォータビークルの排気装置は、略水密に形成された船体内にエンジンを搭載し、該エンジンに連なる排気通路を船外に開口し、該排気通路の途中に排気膨張室を設けるとともに、該膨張室より下流側に水の逆流を防止するウォータロックを介設した構造となっている。
【0003】
また上記エンジンには構造が簡単でかつ高出力が得られることから2サイクルエンジンが一般に採用されている。ところで、2サイクルエンジンの場合、排気ガスによる大気汚染の問題があり、このため排気通路に排気ガスを浄化する触媒を配置する場合がある。この触媒による浄化能力を高めるには触媒の容量をできるだけ大きくするのが望ましい。一方、排気膨張室はその構造上大径に形成されているので、該排気膨張室内に大径の触媒を配置することが考えられる。
【0004】
【課題を解決するための手段】
しかしながら上記排気膨張室に触媒を配置した場合、排気膨張室の実質的容積が小さくなり、エンジン性能が損なわれるという恐れがある。
【0005】
またこの種の小型船舶は海で使用されることから、吸気系,排気系から侵入した塩分が触媒に付着し、触媒の性能,寿命を低下させる懸念がある。
【0006】
本発明は、上記従来の状況に鑑みてなされたもので、エンジン性能を損なうことなく触媒による浄化能力を確保でき、かつ塩分の付着による性能,寿命の低下を回避できる小型船舶の排気装置を提供することを目的としている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
請求項1の発明は、略水密に形成された船体内に多気筒エンジンを搭載し、該エンジンに接続された排気通路の下流端を船外に開口するとともに、該排気通路に排気膨張室を設け、該排気膨張室より下流側にウォータロックを介設した小型船舶の排気装置において、上記排気膨張室は、上記排気通路における各気筒からの合流部よりも下流に設けられ、該合流部の内径よりも大径の最大内径部と、該最大内径部よりも小径の下流端開口を有し、該下流端開口と上記ウォータロックとを上記排気膨張室の内径より小径の排気管で連結し、該排気管の途中に該排気管の内径より大径の大径部を形成するとともに該大径部内に触媒を配置し、該大径部を上流側部材と下流側部材とに2分割し、上記触媒の外周に取付けフランジを形成し、該取付けフランジを上記上流側,下流側部材により挟持するとともに、該上流側,下流側部材をエンジンに固定したことを特徴としている。
【0008】
請求項2の発明は、請求項1において、上記排気膨張室と排気管とをゴム製の継手により連結したことを特徴としている。
【0009】
請求項3の発明は、請求項1又は2において、上記船体の、上記エンジン上方に位置する部分にメンテナンス開口を形成し、該開口を蓋体により開閉可能に閉塞し、上記排気管の少なくとも大径部の外周を断熱部材により覆ったことを特徴としている。
【0010】
請求項4の発明は、請求項1において、上記大径部の、上記触媒より上流側部分及び下流側部分に該触媒の外径よ小径の絞り部を設けたことを特徴としている。
【0011】
請求項5の発明は、請求項1において、上記大径部の底面の上記触媒下流側部分を航走時に後下がりとなるように形成したことを特徴としている。
【0012】
請求項6の発明は、請求項1において、上記排気膨張室と大径部との距離を、該大径部とウォータロックとの距離よりも短くしたことを特徴としている。
【0013】
請求項7の発明は、請求項1において、排気ガス中に水を混入する水混ぜ部を上記大径部とウォータロックとの間に形成したことを特徴としている。
【0014】
請求項8の発明は、請求項7において、上記大径部が上記水混ぜ部及びウォータロックよりも高所に位置していることを特徴としている。
【0016】
請求項9の発明は、請求項1において、上記大径部とエンジン側固定部との間に断熱材を介在させたことを特徴としている。
【0018】
請求項10の発明は、請求項1において、上記大径部をエンジンの船幅方向一側に配置し、上記排気膨張室の少なくとも一部をエンジンの船幅方向他側に配置したことを特徴としている。
【0019】
請求項11の発明は、請求項10において、上記エンジンを気筒軸が略垂直をなすように搭載するとともに、シリンダ頂面に点火プラグを挿着し、上記大径部及び排気膨張室の少なくとも上端をシリンダ頂面より上方に位置させたことを特徴としている。
【0020】
【発明の作用効果】
請求項1の発明に係る小型船舶の排気装置によれば、排気膨張室とウォータロックとを該排気膨張室より内径の小さい排気管で連結し、該排気管の途中にこれの内径より大きい大径部を形成し、該大径部内に触媒を配置したので、排気膨張室室に触媒を配置する場合のようなエンジン性能の低下を回避しつつ排気ガスの浄化能力を向上できる効果がある。
また、上記大径部を上流側部材と下流側部材とに2分割し、該両部材により触媒の外周に形成された取付けフランジを挟持するとともに、各部材をエンジンに固定したので、触媒の組付け性を向上できるとともに、組付け強度を確保できる効果がある。
【0021】
請求項2の発明では、上記排気膨張室と排気管とをゴム製の継手により連結したので、触媒による発熱が排気膨張室に伝達されるのを抑制でき、排気膨張室及びエンジンの過熱を防止できる効果がある。
【0022】
請求項3の発明では、船体のエンジン上方部分にメンテナンス開口を形成し、上記排気管の少なくとも大径部の外周を断熱部材で覆ったので、大径部が触媒により温度上昇した場合でも、該大径部が上記開口からエンジンをメンテナンスする際の支障になるのを回避でき、エンジンのメンテナンス作業性を確保できる効果がある。
【0023】
請求項4の発明では、上記大径部の、触媒より上流側部分及び下流側部分に絞り部を設けたので、触媒が何らかの原因で脱落した場合の排気管内での移動を阻止でき、排気ガスの浄化能力を維持できる効果がある。
【0024】
請求項5の発明では、上記大径部の底面を航走時に後ろ下がりとなるように形成したので、大径部に海水が溜まるのを防止でき、塩等の付着により触媒の浄化能力が低下したり寿命が短くなるといった問題を回避できる効果がある。
【0025】
請求項6の発明では、上記排気膨張室と大径部との距離を、該大径部とウォータロックとの距離よりも短くしたので、つまり触媒を可能な限り上流側に配置したので、エンジン始動直後に触媒を通過する排気ガスを温度の高いものとすることができ、触媒を直ちに活性化でき、始動直後の排気ガス浄化能力を高めることができる。
【0026】
請求項7の発明では、上記大径部とウォータロックとの間に排気ガス中に水を混入する水混ぜ部を形成したので、つまり触媒より下流側にて排気ガス中に水を混入するようにしたので、触媒への水の付着を回避して触媒の浄化能力,寿命を確保しながら排気騒音を低減できる効果がある。
【0027】
請求項8の発明では、上記大径部を水混ぜ部及びウォータロックよりも高所に配置したので、仮に排気管内に海水が逆流した場合でも該海水が触媒に達することはなく、海水が触媒にかかることによる浄化能力,寿命の低下を回避できる効果がある。
【0029】
請求項9の発明では、上記大径部とエンジン固定部との間に断熱材を介在させたので、触媒の発熱がエンジン側に伝わるのを抑制でき、エンジンの過熱を防止できる効果がある。
【0031】
請求項10の発明では、上記大径部をエンジンの船幅方向一側に配置し、上記排気膨張室をエンジン他側に配置したので、エンジンの左右重量バランスを良好にでき、安定した航走姿勢を確保できる効果がある。
【0032】
請求項11の発明では、上記エンジンを気筒軸が略垂直をなすように搭載するとともに、シリンダ頂面に点火プラグを挿着し、上記大径部及び排気膨張室の少なくとも上端をシリンダ頂面より上方に位置させたので、点火プラグは大径部,排気膨張室により囲まれることとなり、船底に溜まった水等が船体の左右揺れにより点火プラグにかかるのを防止でき、エンジンの失火等を防止して安定的に運転できる効果がある。
【0033】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図1ないし図7は、請求項1〜11の発明の一実施形態によるウォータビークルの排気装置を説明するための図であり、図1はウォータビークルの側面図、図2〜図6はそれぞれ排気装置の一部断面平面図,平面図,左側面図,右断面側面図,背面図、図7は大径部の取付けブラケットを示す断面図である。なお、本実施形態でいう前後,左右とはシートに着座した状態で見た前後,左右を意味する。
【0034】
図において、1はウォータビークルであり、これの船体2はバスタブ状のハル3に蓋状のデッキ4をガンネル5で水密に接合してなるものである。上記デッキ4には前から順に開閉可能なハッチカバー6,操舵ハンドル7,及び複数の乗員が着座可能な鞍乗型シート8が配設されている。また上記デッキ4のシート8下方の左, 右側部には前後方向に延びるフートデッキ4aが段落ち状に形成されており、該フートデッキ4aは船体後方に向かって開放されている。
【0035】
上記船体2内の操舵ハンドル7の下方には燃料タンク9が、また該燃料タンク9の後方のシート8下方にはエンジン10が配設されている。またデッキ4の燃料タンク9の前方,及びエンジン10の後方にはそれぞれ船外の空気を船体2内に導入する吸気ダクト11,12が配設されている。上記デッキ4のシート8下方にはメンテナンス開口(不図示)が形成されており、該メンテナンス開口はシート8を取り外すことにより開閉可能となっている。これによりメンテナンス開口からエンジン回りの整備作業を容易に行えるようになっている。
【0036】
上記ハル3の後端部には推進室13を構成するトンネル状の凹部14が形成されており、該凹部14内には船底2aに開口する吸込口15aと船尾2bに開口する噴射口15bとを有する推進ダクト15が配設されている。この推進ダクト15内には前後方向に延びるインペラ軸16が挿入配置されており、該インぺラ軸16の前端はカップリング17を介して上記エンジン10のクランク軸18に連結されている。
【0037】
上記ウォータビークル1は上記インペラ軸16の回転により吸込口15aから吸い込んだ水を加圧して噴射口15bから噴射することにより推進力を発生し、これにより水上を滑走する。また上記噴射口15bには上記操舵ハンドル7の操作により上下,左右に揺動するノズルデフレクタ19が装着されており、これにより船体2を旋回させたり,トリム角を変化させたりする。
【0038】
上記エンジン10は2サイクル並列3気筒エンジンであり、クランク軸18を前後方向に略水平に向けるとともに、気筒軸を略垂直に向けて配置されている。このエンジン10はクランクケース10aの上部にシリンダブロック10b,シリンダヘッド10cを積層結合した構造のもので、4つのマウント部材20を介して船底2a上に搭載されている。また上記シリンダヘッド10cの頂面には各気筒ごとに点火プラグ21が挿着されている。
【0039】
上記エンジン10の右側には吸気装置22が、左側には排気装置23が配設されている。この吸気装置22は、上記クランクケース10aに各気筒独立のクランク室に連通する吸気管24を接続し、該各吸気管24に各気筒独立の気化器25を接続し、該気化器25に各気筒共通の吸気チャンバ26を接続して構成されている(図6参照)。
【0040】
上記排気装置23は、エンジン10の各排気ポートに排気マニホールド30を接続し、該排気マニホールド30に排気膨張室31を接続するとともに、該排気膨張室31に中間排気管32を介在させてウォータロック33を接続した構成となっている。このウォータロック33は船外の水がエンジン側に逆流するのを防止するためのもので、上記推進ダクト15の左側部に前後方向に向けて配置されている。
【0041】
また上記ウォータロック33の上壁には後部排気管34が接続されている。この後部排気管34は上方に延びた後、推進ダクト15を跨ぐように船幅方向に延び、ここから下方に屈曲して上記推進室13内に連通接続されており、これにより排気ガスは船外の水中に排出される。
【0042】
上記排気マニホールド30は側面視で左, 右排気部30a,30bと中央排気部30cとを1つに合流してなり、該合流部の排気口30dを上向きにした構造のもので、該排気口30dには上記排気膨張室31の上流端開口がボルト締め接続されている。
【0043】
上記排気膨張室31は排気マニホールド30からエンジン10の前方に延びるとともに、該エンジン前方を囲むように後方にUターンしてエンジン右側方と吸気チャンバ26との間を後方に延びており、平面視でU字状ななしている。また上記排気膨張室31の外周部には内壁37と外壁38とからなる2重壁構造の冷却水ジャケット39が形成されており、該冷却水ジャケット39の上流端に上記推進ダクト15を流れる水(海水)が冷却水として供給されるようになっている。
【0044】
また上記排気膨張室31は上流部31aと下流部31bとの2分割構造になっており、両者31a,31bはボルト締めにより接続されており、該上流部31a,及び下流部31bはL字形ブラケット40,40を介してエンジン10に固定されている。即ち、上流部31aの内壁,及び下流部31bの湾曲部内壁にそれぞれ一対のボス部41,41を突出形成するとともに、上記シリンダヘッド10cの上壁に一対のボス部42,42を突出形成し、各ボス部41,42間に上記ブラケット40を架け渡してボルト43,43により締め付け固定した構造となっている。
【0045】
上記中間排気管32は排気膨張室31からエンジン10の後方に延び、該エンジン後方から左側方に斜め下方に延び、ここから後方に延びて上記ウォータロック33の前壁に接続されている。この中間排気管32の外周部には内壁45と外壁46とからなる2重壁構造の冷却水ジャケット47が形成されており、該冷却水ジャケット47は上記排気膨張室31の冷却水ジャケット39に連通している。
【0046】
また上記中間排気管32の下流端部には水混ぜ部48が形成されており、該水混ぜ部48は排気ガス中に水を混入することにより排気騒音の低減を図るためのものであり、これはウォータロック33直前の内壁45に孔を開けることにより冷却水ジャケット47内の水を排気通路内に流入させるようになっている(図3参照)。
【0047】
上記中間排気管32と排気膨張室31とは耐熱性のあるゴム製のジョイント部材55により連結されている。このジョイント部材55は、上記内壁37,45の端部同士に巻回された内側ジョイント55aと、上記外壁38,46の端部同士に架け渡して巻回された外側ジョイント55bとを周方向に形成された複数のリブ(不図示)で一体に結合した構造のものであり、この外側ジョイント55bの両端部に巻回された締結バンド56により締め付け固定されている。
【0048】
上記中間排気管32の内径D1は上記排気膨張室31の最大内径D2より小さく設定されている。そして上記中間排気管32の上記排気膨張室31に接続された上流端部には該中間排気管32の内径D1より大径で、かつ排気膨張室31の最大内径D2と略同等の内径を有する大径部50が形成されており、該大径部50内に触媒51が配設されている。この触媒51は円筒体52内に装填されており、該円筒体52の外周面には取付けフランジ53が形成されている。
【0049】
上記大径部50の軸方向長さは触媒51の軸方向長さより僅かに長く設定されている。また大径部50の上流側端部には排気膨張室31の内径D1に設定された下流端に連なる上流側絞り部50aが形成され、下流側端部には上記中間排気管32の内径D1に連なる絞り部50bが形成されている。また上記大径部50の底面50cは、図5に示すように、船体停止状態にて略水平をなすように形成されており、該平坦な底面50cに続いて下方に傾斜した構造となっている。これにより航走状態において船首が上方に傾斜すると上記底面50cは後ろ下がりに傾斜するようになっている。
【0050】
上記中間排気管32は大径部50の軸方向中央を境に前部32aと後部32bとに2分割されて、かつ該前部32a,後部32bは互いにボルト締め固定されている。また上記上記触媒51の取付けフランジ53は該前部32a,後部32bとで挟持されている。
【0051】
上記前部32a,及び後部32bは1つの共通のL字形ブラケット59を介してエンジン10に固定されている。即ち、上記前部32a,及び後部32bの内壁に突出形成されたボス部58,58と、シリンダヘッド10cの上壁に突出形成された一対のボス部60との間に上記ブラケット59を架け渡し、これをボルト61,61により締め付け固定することにより上記中間排気管32をエンジン10に固定支持する構造が採用されている。また上記排気管側のボス部58と上記ブラケット59との間には断熱ワッシャ62が介設されており、これにより触媒51の発熱によりエンジン10が過熱するのを防止している(図7参照)。また上記中間排気管32の下流側部分はブラケット63を介してエンジン10の後壁部に固定されている(図2参照)。
【0052】
上記大径部50はウォータロック33,及び水混ぜ部48より高所に位置しており、かつ該大径部50と排気膨張室31との距離は該大径部50とウォータロック33との距離よりも短くなっている。即ち、触媒51は排気膨張室31側寄りに配置されており、これにより触媒51に供給される排気ガスの温度低下を抑制している。
【0053】
また排気膨張室31,及び排気管32は各点火プラグ21を囲むようにエンジン10の上部に位置している。さらにまた上記大径部50から中間排気管32の下流側にかけてはヒートインシュレータ57により覆われている。
【0054】
次に本実施形態の作用効果について説明する。
本実施形態の排気装置23によれば、排気膨張室31とウォータロック33とを中間排気管32により連結し、該中間排気管32の上流端側に該排気管32の内径D1より大径の大径部50を形成し、該大径部50内に触媒51を配置したので、排気膨張室31に触媒を配置した場合のような排気膨張室の実質的減少を回避でき、エンジン性能の低下を回避しつつ、排気ガスの浄化能力を向上できる。
【0055】
上記排気膨張室31と中間排気管32とを耐熱性のあるゴム製のジョイント部材55により結合したので、触媒51の発熱が排気膨張室31に伝達するのを抑制でき、排気膨張室31及びエンジン10の過熱を防止できる。
【0056】
また上記大径部50から中間排気管32の下流側にかけてヒートインシュレータ57により覆ったので、触媒51の発熱によるエンジン10の過熱を防止できる。この場合、上記中間排気管32はゴム製ジョイント部材55により連結したので、ヒートインシュレータ57の排気膨張室31側への配置を不要にでき、それだけ設置面積を縮小できる。なお、該ヒートインシュレータ57は大径部50の周囲にのみ設けてもよい。
【0057】
上記大径部50の両端部に触媒51に近接するように絞り部50a,50bを形成したので、触媒51が何らかの原因で脱落しても中間排気管32内を移動したり,向きが変化したりするのを防止でき、浄化能力を保持できる。
【0058】
さらに上記大径部50の底面50cを側面視で水平に形成し、航走状態において上記底面50cが前上がりに傾斜するようにしたので、仮に海水等が侵入した場合でも大径部50内に溜まることはなく、触媒51の劣化を回避でき、寿命の延長を図ることができる。また上記底面50cに続いて下流側は後下がりに落ち込んでいるので、下流側から水等が逆流することはなく、この点からも触媒51の劣化を回避できる。
【0059】
本実施形態では、上記大径部50を排気膨張室31に近接して設けたので、つまり可能な限り上流側に触媒51を配置したので、エンジン始動直後でも温度の高い排気ガスを触媒51に導入でき、始動直後直ちに触媒51を活性化させることができ、始動時の排気ガスの浄化能力を確保できる。また上記触媒51はウォータロック33から離れた位置となることから、該ウォータロック33からの水の逆流による触媒51の劣化を回避できる。
【0060】
上記大径部50の中間排気管32の下流端に排気ガス中に水を混入する水混ぜ部48を設け、かつ該水混ぜ部48より大径部50を高所に配置したので、排気騒音の低減を図りながら、水混ぜ部48から流入した水が触媒51にかかるのを防止できる。
【0061】
本実施形態では、上記大径部50をL字形ブラケット59を介してエンジン10に固定したので、比較的重量の大きい触媒51の支持強度を確保でき、エンジン振動等による脱落や揺れを防止できる。また上記大径部50の各ボス部58とブラケット59との間に断熱ワッシャ62を介在させたので、触媒51の発熱によるエンジン10の過熱を回避できる。
【0062】
さらに上記大径部50を前部32a,32bとに2分割し、両者32a,32bで触媒51の取付けフランジ53を挟持固定し、前部32a,後部32bを共通のブラケット59を介してエンジン10に固定したので、触媒51の組付けを容易に行うことができるとともに、組付け強度を確保でき、この点からも上記同様に脱落や揺れを防止できる。
【0063】
また上記大径部50をエンジン10の右側方に、排気膨張室31の下流部31bをエンジン前方に、かつ上流部31aをエンジン左側方にそれぞれ配置したので、エンジン10の左, 右方向の重量バランスを良好にでき、航走姿勢の安定化を図ることができる。
【0064】
さらにまたエンジン10の頂面に各点火プラグ21を装着し、該各点火プラグ21を囲むように排気膨張室31,中間排気管32を配置したので、船体2が左, 右に揺れても船底22aに溜まった水や海水が点火プラグ21にかかるのを回避でき、エンジンを安定して運転できる。
【0065】
なお、上記実施形態では、ウォータビークルを例にとって説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、その他の小型船舶にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態による排気装置が適用されたウォータビークルの側面図である。
【図2】上記排気装置の一部断面平面図である。
【図3】上記排気装置の平面図である。
【図4】上記排気装置の側面図である。
【図5】上記排気装置の大径部の断面側面図である。
【図6】上記排気装置の背面図である。
【図7】上記大径部の取付けブラケットの断面図である(図2のVII-VII 線断面図)
【符号の説明】
1 ウォータビークル(小型船舶)
2 船体
10 エンジン
21 点火プラグ
31 排気膨張室
32 中間排気管
32a 前部(大径部の上流側部材)
32b 後部(大径部の下流側部材)
33 ウォータロック
48 水混ぜ部
50 大径部
50a,50b 絞り部
50c 底面
51 触媒
53 取付けフランジ
55 ジョイント部材(継手)
57 インシュレータ(断熱部材)
D1 中間排気管の内径
D2 排気膨張室の最大内径
Claims (11)
- 略水密に形成された船体内に多気筒エンジンを搭載し、該エンジンに接続された排気通路の下流端を船外に開口するとともに、該排気通路に排気膨張室を設け、該排気膨張室より下流側にウォータロックを介設した小型船舶の排気装置において、上記排気膨張室は、上記排気通路における各気筒からの合流部よりも下流に設けられ、該合流部の内径よりも大径の最大内径部と、該最大内径部よりも小径の下流端開口を有し、該下流端開口と上記ウォータロックとを上記排気膨張室の内径より小径の排気管で連結し、該排気管の途中に該排気管の内径より大径の大径部を形成するとともに該大径部内に触媒を配置し、該大径部を上流側部材と下流側部材とに2分割し、上記触媒の外周に取付けフランジを形成し、該取付けフランジを上記上流側,下流側部材により挟持するとともに、該上流側,下流側部材をエンジンに固定したことを特徴とする小型船舶の排気装置。
- 請求項1において、上記排気膨張室と排気管とをゴム製の継手により連結したことを特徴とする小型船舶の排気装置。
- 請求項1又は2において、上記船体の、上記エンジン上方に位置する部分にメンテナンス開口を形成し、該開口を蓋体により開閉可能に閉塞し、上記排気管の少なくとも大径部の外周を断熱部材により覆ったことを特徴とする小型船舶の排気装置。
- 請求項1において、上記大径部の、上記触媒より上流側部分及び下流側部分に該触媒の外径より小径の絞り部を設けたことを特徴とする小型船舶の排気装置。
- 請求項1において、上記大径部の底面の上記触媒下流側部分を航走時に後下がりとなるように形成したことを特徴とする小型船舶の排気装置。
- 請求項1において、上記排気膨張室と大径部との距離を、該大径部とウォータロックとの距離よりも短くしたことを特徴とする小型船舶の排気装置。
- 請求項1において、排気ガス中に水を混入する水混ぜ部を上記大径部とウォータロックとの間に形成したことを特徴とする小型船舶の排気装置。
- 請求項7において、上記大径部が上記水混ぜ部及びウォータロックよりも高所に位置していることを特徴とする小型船舶の排気装置。
- 請求項1において、上記大径部とエンジン側固定部との間に断熱材を介在させたことを特徴とする小型船舶の排気装置。
- 請求項1において、上記大径部をエンジンの船幅方向一側に配置し、上記排気膨張室の少なくとも一部をエンジンの船幅方向他側に配置したことを特徴とする小型船舶の排気装置。
- 請求項10において、上記エンジンを気筒軸が略垂直をなすように搭載するとともに、シリンダ頂面に点火プラグを挿着し、上記大径部及び排気膨張室の少なくとも上端をシリンダ頂面より上方に位置させたことを特徴とする小型船舶の排気装置。
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