JP7177861B2 - 船外機 - Google Patents
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一方、触媒の一部を第2通路以外の排気管に配置すれば、触媒の配置自由度が向上するものの、下流側の排気管ほど被水するおそれが高くなる。また下流側ほど排気ガスの温度が低下するため、触媒の早期活性化に不利となる。
上記目的を達成するために、水面よりも高い位置にエンジンを備え、前記エンジンに設けられ、前記エンジンからの排気ガスを集合させる排気マニホールドと、前記排気マニホールドから延びる排気管とを有する船外機において、前記排気管は、前記排気マニホールドの側方を上方に延びる第1排気管と、前記第1排気管から延びて下方に屈曲する屈曲管と、前記屈曲管から下方に延びると共に前記第1排気管に隣接する第2排気管とを有し、前記第1排気管内に、排気浄化用の第1触媒が設けられると共に、前記第2排気管内に、排気浄化用の第2触媒が設けられ、前記第2触媒の上下中央位置は、前記第1排気管の上下中央位置よりも高所寄りにオフセットした位置に配置されていることを特徴とする。
(第1実施形態)
図1は第1実施形態に係る船外機を右側方から見た部分断面図である。
この船外機10は、船外機本体12と、船舶14に取り付けられる取付部16とを備えている。船舶14は、例えば総トン数20トン未満の小型船舶である。本説明中の各方向は、船外機10を基準にした方向である。図1及び後述する各図において、符号FRは船外機10の前方向を示し、符号URは船外機10の上方向を示し、符号LHは船外機10の左方向を示している。
船外機本体12は、取付部16に設けられたマウントケース21を備え、マウントケース21に対し、スイベル軸17を基準にして左右方向(水平方向)に揺動すると共に、チルト軸18を基準にして上下に揺動する。これにより、船外機本体12は、船舶14に対し、左右方向及び上下方向に揺動自在に取り付けられている。
動力伝達機構26は、スイベル軸17の後方にてスイベル軸17と平行に下方に延びる駆動軸28と、駆動軸28の下部にシフト機構29を介して連結され、シフト機構29から後方に延びるプロペラ軸30とを備えている。駆動軸28は、エンジン23によって回転駆動され、この駆動軸28の回転が、シフト機構29を介してプロペラ軸30に伝達される。シフト機構29は、制御部71の制御の下、シフトポジションをフォワード、リバース及びニュートラルのいずれかに切り替える。
エンジン23は、内燃機関であり、本実施形態では多気筒のガソリンエンジンである。図1及び図2に示すように、エンジン23は、クランク軸31を収容するクランクケース32と、クランクケース32の後部にクランクケース32と一体又は別体に設けられたシリンダブロック33と、シリンダブロック33に後方から連結されるシリンダヘッド34と、シリンダヘッド34に後方から連結されるヘッドカバー35とを備えている。
吸気系部品41は、燃料と空気を混合させた混合気をエンジン23に供給する部品であり、制御部71の制御の下、混合気の供給量を調整するスロットル装置、及び、エンジン23への燃料噴射量を調整する燃料噴射装置等を備えている。この吸気系部品41の構成は公知の構成を広く適用可能である。
図2及び図3に示すように、排気系部品51は、エンジン23に連結される排気マニホールド52と、排気マニホールド52から延びる排気管53とを備えている。排気マニホールド52は、シリンダヘッド34の排気ポート34B側の面(右側面)に設けられ、上下方向に延びる中空箱形状に形成されている。この排気マニホールド52は、各排気ポート34Bに連通する開口部52Kを上下に間隔を空けて備えており、各開口部52Kから流入する排気ガスを集合させる排気ガス集合部として機能する。また、排気マニホールド52の最下部の側方(船外機10の前方向きの面に相当)には、集合した排気ガスを排出する単一の排気出口52Hが設けられている。
この排気マニホールド52は、シリンダヘッド34と一体に形成されている。但し、この構成に限定されず、排気マニホールド52をシリンダヘッド34と別体に形成してもよい。
この第1排気管55の下端位置H1、及び上端位置H2(直管部分55Aの上端位置に相当)は、第1排気管55が配置される空きスペース、つまり、エンジン23とエンジンカバー24との間の空きスペース内に収まる高さに設定されている。より具体的には、下端位置H1は、排気マニホールド52の下端近傍の高さに設定され、上端位置H2は、排気マニホールド52の上端よりも低い高さに設定されている。図3中、符号HC1は、第1排気管55の上下中央位置を示している。
第1触媒58は、排気ガス中の炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)及び酸化窒素(NOx)等の有害成分を酸化、還元反応によって除去する三元触媒であり、例えば、多孔質のハニカム構造体に、白金、パラジウム、ロジウム等の触媒成分をコーティングしたハニカム触媒構造を有している。なお、ハニカム触媒構造に限定されず、プレート材に触媒成分を担持させたプレート触媒構造等の簡易型にしてもよい。
第1触媒58には、排気直後の高温の排気ガスが供給され、かつ、排気マニホールド52の輻射熱が作用するので、第1触媒58の温度を迅速に活性化温度にすることが可能になる。
本構成では、図3に示すように、第1排気管55の直管部分と第1触媒58との間に、排気ガスが通過可能な隙間S2が設けられている。これにより、第1排気管55に流入した排気ガスの一部を、第1触媒58を通過させずに第1排気管55から排出でき、排気ガス全てが第1触媒58を通過する場合と比べ、排気抵抗を低減できる。この隙間S2を適宜に調整することによって、第1排気管55の排気抵抗を適正範囲内に容易に調整可能である。
また、第1排気管55のうち、直管部分55Aの少なくとも大径の部分(第1触媒58が配置される部分に相当)を別体で構成してもよいし、一体で構成してもよい。別体で構成した場合、第1触媒58を金属製ケース内に保持した触媒コンバータを製作し、この触媒コンバータを第1排気管55に連結する構成にしてもよい。
第2排気管57は、屈曲管56から下方に延びる筒形状に形成され、第1排気管55に隣接している。この第2排気管57は、第1排気管55との間に隙間S3を空けて隣接し、かつ、第1排気管55と平行に延びる直管部分57Aを有している。なお、直管部分57Aよりも下流側の部分は、下方に延びてエクステンションカバー27(図1参照)内に入り、排気ガスを水中に排出する。この直管部分57Aには、排気ガスを浄化する第2触媒59が収容されている。
本実施形態の船外機10は、エンジン23に供給する燃料と空気の混合比である空燃比を理論空燃比よりもリーン側にしたリーン燃焼を行うことができる。リーン燃焼の場合、第1触媒58を三元触媒にすることによってCO、HCを十分に除去し易くなる。しかし、リーン燃焼の場合、排気ガスの酸素濃度が高くなるので、酸素が余り、第1触媒58ではNOxの除去が不十分になることがある。本実施形態では、第2触媒59をNOx吸蔵還元触媒にすることで、第1触媒58だけでは十分に除去されなかったNOxを第2触媒59で除去可能になる。
なお、単にコスト低減だけを目的とした場合、第2触媒59をNOx吸蔵還元触媒にする構成に限定されない。例えば、第2触媒59を、第1触媒58よりも触媒材料の種類や量を低減した触媒にしたり、プレート触媒構造等にしたりしてもよい。すなわち、第2触媒59を第1触媒58よりも簡易側にするだけでも、コスト低減に有利である。
なお、第2触媒59に要求される除去性能が高い場合等は、第2触媒59を三元触媒にしてもよい。
これにより、第1排気管55と第2排気管57とを近接配置でき、排気管53全体をコンパクト化できる。
なお、図3の例では、第1触媒58を第2触媒59よりもやや上方に配置しているが、第1触媒58と第2触媒59を同じ高さに配置してもよいし、第1触媒58を第2触媒59よりも低い位置に配置してもよい。また、図3の例では、第1及び第2触媒58、59を同じ長さにしているが、異なる長さにしてもよい。
また、第2排気管57は、第1排気管55を挟んで排気マニホールド52の反対側に設けられている。この構成によれば、排気マニホールド52側から第1排気管55及び第2排気管57の順でこれらを互いに寄せて配置でき、コンパクトに配置し易くなる。
以上の構成により、図2に示すように、エンジンカバー24内であって、排気マニホールド52の側方(船外機10の前方に相当)、かつ、エンジン23の測方(船外機10の右側方)に空く空きスペースに、第1排気管55、屈曲管56及び第2排気管57をコンパクトに配置できる。
なお、第2排気管57についても、直管部分57Aを全て同一径にしてもよいし、第2触媒59を金属製ケース内に保持した触媒コンバータを製作し、この触媒コンバータを第2排気管57に連結する構成にしてもよい。
しかも、排気マニホールド52から上方に向けて延びる第1排気管55と、第1排気管55から屈曲管56を介して下方に向けて延びる第2排気管57とのそれぞれに、第1及び第2触媒58、59を振り分けて配置したので、第1及び第2排気管55、57のいずれか一方に触媒をまとめて配置する場合と比べ、各触媒58、59の小型化、及び短縮化が可能である。各触媒58、59の小径化により船外機10の横幅を狭くすることが可能になり、各触媒58、59の短縮化により、第1及び第2排気管55、57が上方に長くなって船外機10が上方に大型化する事態を避けることも可能である。
船舶によっては、この種の船外機を複数台セットすることがある。船外機の操舵は、全ての船外機、或いは一部の船外機を左右に振って実施するため、船外機の横幅が大きくなるほど、隣の船外機と干渉する可能性が高くなる。したがって、船外機の横幅が大きくなると、船舶の幅によっては必要台数の船外機をセットできなくなる。本構成の船外機10の横幅の増大を抑えることができるので、船舶に複数台の船外機をセットする場合に好適である。
第2触媒59についても、第1排気管55の上下中央位置HC1よりも高所寄りにオフセットした位置に配置しているので、第2触媒59の被水対策に有効である。
また、本構成では、第1及び第2触媒58、59の少なくとも一部が水平方向に重なる高さに配置されるので、排気管53の上方への大型化を抑制しながら、第1及び第2触媒58、59を相対的に高い位置に配置できる。
このように、本構成では、触媒等の被水対策、船外機10のスリム化及び触媒の早期活性化の観点から合理的な触媒レイアウトを実現している。
なお、ウォータ-ジャケット63は、第1排気管55、屈曲管56及び第2排気管57の全てに設ける態様に限定されず、一部だけに設けるようにしてもよい。一部だけにウォータ-ジャケット63を設けた場合、その箇所を集中的に冷却できるだけでなく、排気管55、56、57そのものの熱伝導性により、その周囲も冷却できる。
図3に示すように、排気管53には、第1触媒58の上流の排気ガス中の酸素濃度を検出する第1センサ75と、第1触媒58と第2触媒59の間の排気ガス中の酸素濃度を検出する第2センサ76と、第2触媒59の下流の排気ガス中の酸素濃度を検出する第3センサ77とが設けられている。これら第1~第3センサ75、76、77には、例えばLAFセンサ又はO2センサが使用される。
制御部71は、燃費の向上等を目的としてエンジン負荷が少ない状況等の場合に、空燃比を理論空燃比よりもリーン側にしたリーン燃焼制御を行う。リーン燃焼が長時間継続した場合、第2触媒59(本実施形態ではNOx吸蔵還元触媒)のNOx吸着量が飽和吸着量に達するおそれがある。
なお、第2触媒59の吸着量が飽和状態に近い状態か否かを検出可能にするセンサは、LAFセンサ又はO2センサに限定されず、NOxの濃度を検出するNOxセンサでもよい。
このリッチスパイク運転を開始した後、制御部71は、第1センサ75及び/又は第2センサ76の検出結果に基づいて第2触媒59に流入する排気ガスの空燃比が十分にリッチになり、かつ、その状態が、NOxの還元を十分に行う事が可能な所定時間が経過したか否かを判定する。そして、所定時間が経過したと判定すると、制御部71は、リッチスパイク運転を停止し、リーン燃焼制御に復帰する。以上の制御により、第2触媒59の吸着量が飽和状態になる事態を回避でき、排気ガスを継続して浄化可能になる。
この構成によれば、複数の第1及び第2触媒58、59を、屈曲管56に対して上流及び下流に位置する第1及び第2排気管55、57に振り分け配置できる。これにより、触媒の配置及びサイズ等の自由度が向上し、船外機10への触媒配置、及び高い排気浄化性能の確保が容易になると共に船外機10の小型化も可能でなる。しかも、第1触媒58で触媒全体が有効利用されない場合(例えば、第1触媒58が過度に高温になった場合)が生じても、第1触媒58と距離を空けた位置で、浄化率の低い排気ガスが第2触媒59を通過することで、トータルの浄化率を向上させることができる。
また、第2排気管57は、第1排気管55に隣接する。これらにより、排気管53全体をコンパクト化し易くなり、船外機10の小型化に有効である。
さらに、排気管53のうち、少なくとも屈曲管56にウォータージャケット63が設けられるので、各排気管55、56、57、第1触媒58及び第2触媒59の過度の温度上昇を抑制し易くなる。なお、各排気管55、56、57、第1触媒58及び第2触媒59の温度を適正範囲内にできる場合は、ウォータージャケット63を設けないようにしてもよい。
図4は第2実施形態の船外機10の排気系部品51の構造を模式的に示した図である。なお、第1実施形態と同様の構成は同一の符号を付して示し、重複説明は省略する。
第2実施形態は、第1触媒58の上流端に相当する下端58Lが、第1排気管55の下端位置H1に可及的に寄せて配置され、第2触媒59の上流端に相当する上端59Hが、第2排気管57の上端位置(本実施形態では第1排気管57Mの上端位置H2と同じ高さ)に可及的に寄せて配置される点が第1実施形態と異なる。換言すると、第1触媒58の下端58Lを第2触媒59よりも低い位置となり、かつ、第1触媒58と第2触媒59との高低差が最大となるようにしている。
さらに、第1触媒58と第2触媒59との離間距離を長くできるので、第1触媒58で触媒全体が有効利用されない場合(例えば、第1触媒58が過度に高温になった場合)が生じても、第2触媒59によってトータルの浄化率を確保し易くなる。
例えば、上述の実施形態ではエンジン23がガソリンエンジンの場合を説明したが、ディーゼルエンジン等の排気浄化が必要なエンジンでもよい。第1及び第2触媒58、59はエンジン23に応じて適切な触媒を選択すればよく、例えば、ディーゼルエンジンの場合には、SCR(Selection Catalyst Reduction)触媒、又はSoot(Soot catalyst)触媒といったディーゼルエンジンに適した触媒を使用すればよい。
また、図1等に示す船外機10に本発明を適用する場合を説明したが、本発明を公知の他の船外機に適用してもよい。この場合、排気系部品51を構成する排気マニホールド52、及び排気管53等の形状、及び位置は、エンジン23及びエンジン23周囲の空くスペースの位置等に応じて適宜に変更すればよい。
12 船外機本体
16 取付部
23 エンジン
24 エンジンカバー
41 吸気系部品
51 排気系部品
52 排気マニホールド
53 排気管
55 第1排気管
56 屈曲管
57 第2排気管
58 第1触媒
59 第2触媒
63 ウォータージャケット
71 制御部
75、76、77 第1~第3センサ
HC1 第1排気管の上下中央位置
S1~S4 隙間
Claims (12)
- 水面よりも高い位置にエンジンを備え、前記エンジンに設けられ、前記エンジンからの排気ガスを集合させる排気マニホールドと、前記排気マニホールドから延びる排気管とを有する船外機において、
前記排気管は、前記排気マニホールドの側方を上方に延びる第1排気管と、前記第1排気管から延びて下方に屈曲する屈曲管と、前記屈曲管から下方に延びると共に前記第1排気管に隣接する第2排気管とを有し、
前記第1排気管内に、排気浄化用の第1触媒が設けられると共に、前記第2排気管内に、排気浄化用の第2触媒が設けられ、
前記第2触媒の上下中央位置は、前記第1排気管の上下中央位置よりも高所寄りにオフセットした位置に配置されていることを特徴とする船外機。 - 前記第1及び第2触媒の上下中央位置は、前記第1排気管の上下中央位置よりも高所寄りにオフセットした位置であり、かつ、両触媒の少なくとも一部が水平方向に重なる高さに配置されていることを特徴とする請求項1に記載の船外機。
- 前記第1触媒の下端は、前記第2触媒の上下中央位置よりも低い位置に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の船外機。
- 前記第1及び第2触媒は、両触媒の少なくとも一部が水平方向に重なる高さに位置することを特徴とする請求項3に記載の船外機。
- 前記第1排気管は、前記排気マニホールドに隣接すると共に、前記排気マニホールドに沿って上方に延びることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の船外機。
- 前記第2排気管は、前記第1排気管に隣接されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の船外機。
- 前記第2排気管は、前記第1排気管を挟んで前記排気マニホールドの反対側に設けられていることを特徴とする請求項6に記載の船外機。
- 前記第1排気管と前記第1触媒との間、及び、前記第2排気管と前記第2触媒との間の少なくともいずれかに、排気ガスが通過可能な隙間が設けられていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の船外機。
- 前記排気管のうち、少なくとも前記屈曲管にウォータージャケットが設けられていることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一項に記載の船外機。
- 前記第2触媒は、前記第1触媒に対し、触媒材料、及び、前記触媒材料を担持する担体の少なくともいずれかが異なる簡易型であることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか一項に記載の船外機。
- 前記第1触媒は三元触媒であり、前記第2触媒は窒素酸化物だけを除去する触媒であることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか一項に記載の船外機。
- 前記第2触媒は、窒素酸化物を吸着する吸着型であり、
前記エンジンに供給する混合気の空燃比を制御可能な制御部と、
前記第2触媒の吸着量が飽和状態に近い状態か否かを特定可能な情報を検出するセンサとを備え、
前記制御部は、前記空燃比を理論空燃比よりもリーン側に制御している場合に、前記センサによって検出される情報に基づいて、前記第2触媒の吸着量が飽和状態に近い状態と判定すると、前記空燃比を理論空燃比よりもリッチ側に制御して、前記第2触媒に吸着された窒素酸化物の還元反応を促すことを特徴とする請求項1乃至11のいずれか一項に記載の船外機。
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