(57)【要約】【課題】空気ポンプによって排気通路に供給される二次空気中に水が混入し難くなるようにする。【解決手段】クランク軸１１の軸線が上下方向を指向する船外機用エンジン４の上流側排気通路６５に触媒６１，６２が設けられる。前記排気通路６５における前記触媒６１，６２の上流側に二次空気を供給する空気ポンプ６４を備える。前記空気ポンプ６４を前記エンジン４に支持させる。空気ポンプ６４の空気取入れ口（空気吸込口４７）を、カウリング８の内部であって、エンジン４より高い位置に開口させた。【選択図】  図５
2010053771.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランク軸の軸線が上下方向を指向する船外機用エンジンの排気通路に設けられた触媒と、
前記排気通路における前記触媒の上流側に二次空気を供給する空気ポンプとを備え、
前記空気ポンプは、前記エンジンに支持され、
この空気ポンプの空気取入れ口は、前記エンジンを覆うカウリングの内部であって、エンジンより高い位置に開口していることを特徴とする船外機用エンジンの排気装置。
【請求項２】
請求項１記載の船外機用エンジンの排気装置において、前記空気取入れ口は、エンジンの最上部気筒よりも上部に位置付けられていることを特徴とする船外機用エンジンの排気装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の船外機用エンジンの排気装置において、前記空気ポンプと排気通路とを接続する二次空気導入用空気通路には、排ガスの逆流を阻止する逆止弁が設けられていることを特徴とする船外機用エンジンの排気装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のうちいずれか一つに記載の船外機用エンジンの排気装置において、前記空気ポンプは、回転軸の軸線方向が上下方向を指向するように前記エンジンの側部に取付けられ、
前記回転軸の上端部は、エンジンの上に位置する伝動装置を介して前記エンジンのクランク軸に接続されていることを特徴とする船外機用エンジンの排気装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のうちいずれか一つに記載の船外機用エンジンの排気装置において、エンジンの排気通路は、エンジンの側部に開口した排ガス出口から船外機の前後方向に延在する排気管によって形成された上流側排気通路と、前記上流側排気通路の下流端に接続されたエンジン下方の主排気通路とから構成され、
前記触媒は、前記上流側排気通路に設けられ、
前記空気ポンプは、前記排気管の上方であって、平面視において前記排気管と重なる位置に位置付けられていることを特徴とするの船外機用エンジンの排気装置。
【請求項６】
請求項５記載の船外機用エンジンの排気装置において、前記エンジンは、気筒が上下方向に並ぶ多気筒エンジンであり、
前記排気管は、気筒毎の上流部と、これらの上流部の下流側端部どうしを接続してなる集合部とを有し、
前記触媒は、前記集合部より下流側に設けられ、
前記二次空気導入用空気通路は、前記集合部に接続され、
前記空気ポンプは、前記集合部より下流側の排気管の上方に位置付けられていることを特徴とする船外機用エンジンの排気装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のうちいずれか一つに記載の船外機用エンジンの排気装置を備えた船外機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気通路に二次空気を強制的に送り込む空気ポンプを備えた船外機用エンジンの排気装置およびこの排気装置を備えた船外機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、船舶用エンジンの排気装置としては、たとえば特許文献１に記載されているものがある。この公報に開示された排気装置は、船体の内部に搭載されたエンジンに設けられている。前記エンジンは、多気筒エンジンで、クランク軸の軸線が船体の前後方向を指向するように船体の底部に設置されており、船尾板の外側に取付けられた駆動ユニットを駆動する。
【０００３】
前記排気装置は、エンジンの排ガスを前記駆動ユニットのプロペラ部分から水中に排出する構成が採られている。この排気装置の排気通路のうち、エンジンから船尾板に至る船内部分には、触媒コンバータ（以下、単に触媒という）が設けられている。
また、この排気装置は、前記触媒より上流側の排気通路内に二次空気を供給するために空気ポンプを備えている。この空気ポンプは、エンジンの下部に取付けられており、前記クランク軸の回転が伝動用ベルトを介して伝達されることによりエンジンによって駆動される。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２０５８９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発明者は、上述した船舶エンジン用の排気装置を船外機用エンジンに装備することを考えている。しかし、前記公報に記載されている排気装置は、船外機のような使用環境、すなわちエンジンがカウリングで覆われただけの状態で水上に位置し、航走時にエンジンにかかる水飛沫をカウリングで防ぐような使用環境で使用することは想定されていない。
【０００６】
このため、特許文献１に記載されている排気装置を船外機用エンジンに適用すると、たとえば水飛沫として舞い上がった水を空気ポンプが大量の空気とともに吸い込むおそれがあるという問題があった。
【０００７】
空気ポンプが空気とともに水を吸い込むと、この水が触媒に流入することになり、触媒において不具合が生じるおそれがある。たとえば船外機を海上で使用する場合、空気ポンプには塩分を含む海水が吸い込まれることになる。このような場合は、海水成分のＮａ、Ｍｇ、Ｃｌ等により触媒が被毒し劣化する。また、高温の触媒に水がかかると、急激な収縮により触媒に割れが発生することがある。
【０００８】
本発明は、このような不具合を解消するためになされたもので、二次空気供給用空気ポンプが吸い込む空気に水が混入し難くなる船外機用エンジンの排気装置およびこの排気装置を備えた船外機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的を達成するために、本発明に係る船外機用エンジンの排気装置は、クランク軸の軸線が上下方向を指向する船外機用エンジンの排気通路に設けられた触媒と、前記排気通路における前記触媒の上流側に二次空気を供給する空気ポンプとを備え、前記空気ポンプを前記エンジンに支持させ、この空気ポンプの空気取入れ口を、前記エンジンを覆うカウリングの内部であって、エンジンより高い位置に開口させたものである。
【００１０】
請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した発明において、前記空気取入れ口をエンジンの最上部気筒よりも上部に位置付けたものである。
【００１１】
請求項３に記載した発明は、請求項１または請求項２に記載した発明において、空気ポンプと排気通路とを接続する二次空気導入用空気通路に、排ガスの逆流を阻止する逆止弁を設けたものである。
【００１２】
請求項４に記載した発明は、請求項１ないし請求項３のうちいずれか一つに記載した船外機用エンジンの排気装置において、前記空気ポンプを回転軸の軸線方向が上下方向を指向するように前記エンジンの側部に取付け、前記回転軸の上端部を、エンジンの上に位置する伝動装置を介して前記エンジンのクランク軸に接続したものである。
【００１３】
請求項５記載の発明は、請求項１ないし請求項４のうちいずれか一つに記載した船外機用エンジンの排気装置において、エンジンの排気通路を、エンジンの側部に開口した排ガス出口から船外機の前後方向に延在する排気管によって形成された上流側排気通路と、前記上流側排気通路の下流端に接続されたエンジン下方の主排気通路とから構成し、前記触媒を前記上流側排気通路に設け、前記空気ポンプを、前記排気管の上方であって、平面視において前記排気管と重なる位置に位置付けたものである。
【００１４】
請求項６に記載した発明は、請求項５に記載した船外機用エンジンの排気装置において、前記エンジンを、気筒が上下方向に並ぶ多気筒エンジンとし、前記排気管に気筒毎の上流部と、これらの上流部の下流側端部どうしを接続してなる集合部とを設け、前記触媒を前記集合部より下流側に設け、前記二次空気導入用空気通路を前記集合部に接続し、前記空気ポンプを前記集合部より下流側の排気管の上方に位置付けたものである。
【００１５】
請求項７に記載した発明に係る船外機は、請求項１ないし請求項６のうちいずれか一つに記載した船外機用エンジンの排気装置を備えたものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、カウリング内に浸入した水の大部分は、エンジンより高い位置にある空気ポンプの空気取入れ口より下方で流下または落下する。このため、カウリング内に浸入した水が前記空気取入れ口に直接流入したり、この水が空気とともに空気取入れ口に吸い込まれることは少なくなる。
したがって、本発明によれば、空気ポンプによって排気通路に供給される二次空気中に水が混入し難い船外機用エンジンの排気装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（第１の実施例）
以下、本発明に係る船外機用エンジンの排気装置および船外機の一実施例を図１〜図２１によって詳細に説明する。
図１に示す船外機１は、従来からよく知られているように、図示していない船体の船尾板にブラケット２を介して操舵可能およびチルト可能に取付けられるものである。図１は、船外機１を左側から見た状態で描いてあり、図５と図６とは、船外機右側から見た状態で描いてある。
【００１８】
これらの図においては、船外機１の前方を矢印Ｆによって示す。なお、本明細書において、船外機１や各部材の方向を示す表現として、船外機１を装備した船体が前進するとき、換言すれば船体が前方へ直進するときの進行方向を単に船外機１の前方といい、これとは１８０°逆になる方向を後方という。また、船体が前進しているときの進行方向に対して左側を船外機左側、または単に左側といい、船体が前進しているときの進行方向に対して右側を船外機右側、または単に右側という。さらに、船体が前進しているときの船外機１の左右方向を船外機１の幅方向という。
【００１９】
この実施例による船外機１は、前記ブラケット２の上端部に連結されたガイドエキゾースト３と、このガイドエキゾースト３の上に搭載されたエンジン４と、前記ガイドエキゾースト３の下部に取付けられたアッパーケーシング５と、このアッパーケーシング５の下端部に取付けられたロアケーシング６と、このロアケーシング６に回転自在に支持されたプロペラ７と、前記エンジン４を覆うカウリング８などを備えている。
【００２０】
この実施例によるエンジン４は、４サイクル４気筒エンジンで、クランク軸１１の軸線が上下方向を指向するとともに、＃１気筒〜＃４気筒がクランク軸１１の後方に位置する状態（クランク軸１１に対して船体とは反対側に位置する状態）でガイドエキゾースト３の上に搭載されている。この実施例においては、エンジン４の４つの気筒のうち、最も上に位置する気筒を＃１気筒とし、この＃１気筒の下に位置する気筒を順に＃２気筒、＃３気筒、＃４気筒という。このエンジン４の点火順序は、＃１気筒−＃３気筒−＃４気筒−＃２気筒という順序になっている。
【００２１】
このエンジン４は、図２および図３に示すように、前記クランク軸１１を回転自在に支持するクランクケース１２およびシリンダボディ１３と、このシリンダボディ１３に取付けられたシリンダヘッド１４と、このシリンダヘッド１４に取付けられたヘッドカバー１５などを備えている。このエンジン４は、クランクケース１２が最も船外機１の前側に位置する状態（最も船体に近接する状態)で、このクランクケース１２と、シリンダボディ１３、シリンダヘッド１４およびヘッドカバー１５とが船外機１の前後方向に並ぶようにガイドエキゾースト３に搭載されている。
【００２２】
前記クランク軸１１は、エンジン４を上下方向に貫通するように形成されている。このクランク軸１１の上端部には、図１および図２に示すように、フライホイールマグネトウ１６が設けられ、クランク軸１１の下端部には、図１および図５に示すように、ドライブシャフト１７が結合されている。ドライブシャフト１７は、エンジン４の下端部からロアケーシング６内まで上下方向に延在するように形成されており、ガイドエキゾースト３、アッパーケーシング５およびロアケーシング６に軸受（図示せず）によって回転自在に支持されている。このドライブシャフト１７の下端部には、従来からよく知られている前後進切換機構１８を介してプロペラ軸１９が連結されている。前記プロペラ７は、このプロペラ軸１９に一体に回転するように設けられている。
【００２３】
前記シリンダボディ１３には、＃１気筒〜＃４気筒を構成するシリンダ２１（図４参照）が上下方向に並ぶように形成されている。
前記シリンダヘッド１４には、図４に示すように、気筒毎の吸気ポート２２および排気ポート２３とが形成されているとともに、これらのポート２２，２３を開閉するための吸気弁２４および排気弁２５と、これらの吸・排気弁２４，２５を駆動するための動弁装置２６と、吸気ポート２２内に燃料を噴射するための気筒毎のインジェクタ２７とが設けられている。
【００２４】
前記吸気ポート２２は、図４に示すように、シリンダヘッド１４の船外機右側の側部（排気ポート２３とは船外機１の幅方向において反対側の側部）において、船外機後側、すなわちヘッドカバー１５側であってクランクケース１２から離間する方向に延在するように形成されている。吸気ポート２２の上流端は、図７に示すように、シリンダヘッド１４の後面１４ａ（ヘッドカバー１５が接続される合面）における船外機右側の端部に開口している。この実施例においては、前記吸気ポート２２の上流端の開口によって、エンジン４の吸気入口２８が構成されている。この吸気入口２８は、シリンダヘッド１４における後述する排ガス出口２９とは船外機１の幅方向の反対側に形成されることになる。この実施例による吸気入口２８は、図７に示すように、シリンダヘッド１４の後面１４ａに取付けられた吸気サージタンク３１の吸気孔３１ａに接続されている。この吸気孔３１ａは、吸気サージタンク３１内の吸気管３２に接続されている。
【００２５】
吸気サージタンク３１は、エンジン４の後端部に位置付けられている。このエンジン４の後端部とは、平面視において、クランクケース１２とは反対側の端部である。この吸気サージタンク３１は、図７に示すように、船外機１の前方（ヘッドカバー１５を指向する方向）に向けて開放する箱状の吸気サージタンク本体３１ｂと、この吸気サージタンク本体３１ｂの開口部分を閉塞する取付部材３１ｃとから構成されており、取付用ボルト３１ｄによってヘッドカバー１５に取付けられている。
【００２６】
前記吸気管３２は、図７に示すように、前記吸気入口２８から船外機１の後方（図７においては上方であり、シリンダヘッド１４に対してクランクケース１２とは反対の方向）と、船外機１の左方（図７においては右方であり、船外機１の幅方向において排気ポート２３に近接する方向）に平面視円弧状に湾曲して延在するように形成されている。この実施例による吸気管３２は、前記吸気サージタンク本体３１ｂの船外機右側の側壁３１ｅから後壁３１ｆにわたって延在するように形成されており、吸気サージタンク３１における船外機後側の端部内に開口している。
【００２７】
前記吸気孔３１ａおよび吸気管３２は、気筒毎に設けられており、各気筒の吸気ポート２２と協働して気筒毎の吸気通路を形成している。この吸気管３２の上流端によってこのエンジン４の吸気口が構成されている。この実施例に示すように吸気通路をヘッドカバー１５側に延在させた理由は、後述する排気通路を長く形成しながら吸気通路の長さを確保するためである。
【００２８】
前記吸気管３２の上流端には、図７に示すように、可変吸気管機構３３が設けられている。この可変吸気管機構３３は、前記吸気管３２に着脱可能に接続された副吸気管３４と、この副吸気管３４を駆動するサーボモータ３５とから構成されている。前記副吸気管３４は、各気筒の吸気管３２毎に設けられている。これらの副吸気管３４は、図７中に実線で示す接続位置と、図７中に二点鎖線で示す分離位置との間で移動することができるように、ヘッドカバー１５の支持用ブラケット３６に回動自在に支持されている。
【００２９】
これらの副吸気管３４は、リンク３７を介して前記サーボモータ３５に連結されており、サーボモータ３５による駆動によって回動し、前記接続位置または分離位置に位置付けられる。副吸気管３４が接続位置に位置付けられることにより実質的な吸気管長が相対的に長くなり、副吸気管３４が分離位置に移動することによって、実質的な吸気管長が相対的に短くなる。前記サーボモータ３５は、図５に示すように、ヘッドカバー１５の上部と下部とに設けられている。上側に位置するサーボモータ３５は、＃１気筒用副吸気管３４と＃２気筒用副吸気管３４とを駆動し、下側に位置するサーボモータ３５は、＃３気筒用副吸気管３４と＃４気筒用副吸気管３４とを駆動する。
【００３０】
前記吸気サージタンク３１の上端部には、図３に示すように、カウリング８内の空気をエンジン４の吸気口（吸気サージタンク３１内に開口する吸気管３２の上流端）に導くための吸気ダクト４１が接続されている。この吸気ダクト４１は、図６に示すように、船外機右側から見てＵ字状を呈する形状に形成されている。すなわち、この吸気ダクト４１は、図３および図６に示すように、前記吸気サージタンク３１の上端部に下流側端部が接続されてエンジン４の右後上方で前後方向に延在する下流側水平方向延在部４２と、この下流側水平方向延在部４２の前端部からエンジン４の右側方においてエンジン４の下端部近傍まで下方に延在する下流側上下方向延在部４３と、この下流側上下方向延在部４３の下端部から前方に延在する上流側水平方向延在部４４と、この上流側水平方向延在部４４の前端部からエンジン４の上端部近傍の高さまで上方に延在する上流側上下方向延在部４５とから構成されている。前記下流側水平方向延在部４２には、スロットル弁４６（図３参照）が設けられている。
【００３１】
前記上流側上下方向延在部４５の上端部には、空気吸込口４７が形成されている。この空気吸込口４７は、上下方向に延在する筒状に形成されている。この空気吸込口４７の開口形状は、図３に示すように、船外機１の幅方向に長い長円状に形成されている。
空気吸込口４７は、エンジン４を囲むカウリング８の中の船外機前側の上端部に位置付けられている。詳述すると、この実施例による空気吸込口４７は、図６に示すように、船外機１の幅方向中央の上端部であって、図３に示すように、平面視において、前記クランクケース１２の船外機前側の端部とカウリング８との間となるような位置に位置付けられている。また、この空気吸込口４７は、側面視においては、図６に示すように、エンジン４より高い位置に位置付けられている。ここでいうエンジン４より高い位置とは、エンジン４の最上部気筒（＃１気筒）よりも上部である。すなわち、エンジン４の＃１気筒より上に空気吸込口４７を位置付けることによって、本実施例と同等の効果を奏することができる。
【００３２】
カウリング８内の空間は、カウリング８における船外機左側の後部に形成された空気入口４８（図１および図３参照）を介して大気に連通されている。この空気入口４８は、エンジン４の上端部と略同じ高さに位置するように形成されている。この空気入口４８からカウリング８内に導入された空気は、前記吸気ダクト４１の空気吸込口４７から吸気ダクト４１内に吸い込まれ、前記吸気ダクト４１と吸気サージタンク３１とを通って気筒毎の吸気通路に吸引される。
【００３３】
前記動弁装置２６は、図３および図４に示すように、クランク軸１１からタイミングベルト５１によって回転が伝達される吸気カム軸５２および排気カム軸５３と、これらの吸・排気カム軸５２，５３から前記吸・排気弁２４，２５に駆動力を伝達するためのバルブリフタ５４などを備えている。
【００３４】
前記排気ポート２３は、図４に示すように、シリンダヘッド１４における船外機１の幅方向の外側部（船外機左側の側部）に開口し、後述する排気装置５５に接続されている。排気ポート２３の前記開口によって、本発明でいう排ガス出口２９が構成されている。この排ガス出口２９は、シリンダヘッド１４の左側の側面に船外機１の左方を指向するように開口している。言い換えれば、排ガス出口２９は、船外機１の幅方向において吸気ポート２２とは反対方向を指向して開口するように形成されている。
【００３５】
この実施例による排気装置５５は、図１〜図５および図８に示すように、前記排ガス出口２９に上流端が接続された第１の排気管５６と、この第１の排気管５６の下流端に接続された第２の排気管５７と、この第２の排気管５７の下流端に接続された第３の排気管５８と、この第３の排気管５８の下流端に接続された排気チャンバー５９と、この排気チャンバー５９の下端部から下方に延在するように形成された主排気通路６０（図５参照）と、前記第１の排気管５６と第２の排気管５７との接続部分内に設けられた第１の触媒６１と、前記第２の排気管５７と第３の排気管５８との接続部分内に設けられた第２の触媒６２と、前記第１の排気管５６に二次空気導入用パイプ６３（図１および図２参照）を介して接続された空気ポンプ６４などを備えている。
【００３６】
この実施例においては、前記第１〜第３の排気管５６〜５８および排気チャンバー５９の内部に形成されている空間によって、本発明でいう上流側排気通路６５が構成されている。この実施例においては、この上流側排気通路６５と、前記主排気通路６０とによって、このエンジン４の排気通路が構成されている。また、この実施例においては、前記第１の排気管５６によって、本発明でいう船外機の前後方向に延在する排気管が構成されている。
【００３７】
前記第１〜第３の排気管５６〜５８は、後述するようにそれぞれ鋳造によってパイプ状に成形されている。第１の排気管５６は、図８に示すように、上流側排気通路６５が冷却水通路６６によって覆われる二重管構造になっている。第２、第３の排気管５７，５８も鋳造によって第１の排気管５６と同じ二重管構造が採られている。第１の排気管５６内に形成されている冷却水通路６６は、シリンダヘッド１４の冷却水通路（図示せず）に連通されている。また、この冷却水通路６６は、第２の排気管５７内および第３の排気管５８内の冷却水通路６７，６８を介して排気チャンバー５９内の冷却水通路６９（図９参照）に接続されている。
【００３８】
前記主排気通路６０は、プロペラ７の軸心部において水中に開口している。この主排気通路６０は、図５に示すように、エンジン４のシリンダボディ１３と、ガイドエキゾースト３と、このガイドエキゾースト３の下端部に取付けられたオイルパン７０と、このオイルパン７０に取付けられたパイプ７１と、オイルパン７０の下端部に取付けられて下方に延在するマフラー７２と、このマフラー７２を収容する前記アッパーケーシング５と、前記ロアケーシング６などによって形成されている。
【００３９】
前記第１、第２の触媒６１，６２は、いわゆる三元触媒によって構成されている。第１の触媒６１は、図３および図４に示すように、前記吸気ダクト４１の空気吸込口４７を挟んでクランクケース１２とは反対側に位置付けられている。言い換えれば、第１の触媒６１は、平面視において、空気吸込口４７より船外機１の前方に配置されている。
【００４０】
この実施例による第１の排気管５６は、シリンダヘッド１４の四箇所の排気ポート２３から排出された排ガスを二箇所に集合させ、さらに四箇所（４本の第２の排気管５７）に分配する構成が採られている。詳述すると、この第１の排気管５６は、図２および図８に示すように、シリンダヘッド１４の排ガス出口２９に接続された気筒毎の上流部５６ａ〜５６ｄと、＃１気筒用上流部５６ａの下流端と＃４気筒用上流部５６ｄの下流端とを互いに接続するための第１の集合部５６ｅと、＃２気筒用上流部５６ｂの下流端と＃３気筒用上流部５６ｃの下流端とを互いに接続するための第２の集合部５６ｆと、前記第１の集合部５６ｅにここから分岐するように接続された第１、第２の下流部５６ｇ，５６ｈと、前記第２の集合部５６ｆにここから分岐するように接続された第３、第４の下流部５６ｉ，５６ｊとから構成されている。
【００４１】
この第１の排気管５６においては、点火時期が３６０°異なる＃１気筒と＃４気筒の上流部５６ａ，５６ｄが第１の集合部５６ｅに接続され、点火時期が３６０°異なる＃２気筒と＃３気筒の上流部５６ｂ，５６ｃが第２の集合部５６ｆに接続されている。
これらの第１および第２の集合部５６ｅ，５６ｆには、図１および図２に示すように、後述する二次空気導入用空気パイプ６３が接続されている。
【００４２】
前記第１〜第４の下流部５６ｇ〜５６ｊには、後述する超音速ノズル７３（図８参照）がそれぞれ形成されている。この実施例による第１〜第４の下流部５６ｇ〜５６ｊの下流側端部は、船外機１の幅方向の中央を指向するように屈曲している。
【００４３】
第１の排気管５６の上流部５６ａ〜５６ｄのうち、＃１気筒用上流部５６ａと＃４気筒用上流部５６ｄとは、図３、図４および図８に示すように、＃２気筒用上流部５６ｂおよび＃３気筒用上流部５６ｃより船外機１の幅方向においてエンジン４に近接するように形成されている。このため、前記第１の集合部５６ｅは、図８に示すように、第２の集合部５６ｆよりエンジン４に近接した位置（図８において上側の位置）に設けられている。
【００４４】
これらの第１の集合部５６ｅと第２の集合部５６ｆとは、図２に示すように、シリンダボディ１３の上下方向の中央部と略同じ高さに位置付けられている。第１の集合部５６ｅと第２の集合部５６ｆとがこのような位置にある理由は、＃１気筒用上流部５６ａの管長と＃４気筒用上流部５６ｄの管長とを互いに等しく形成するとともに、＃２気筒用上流部５６ｂの管長と＃３気筒用上流部５６ｃの管長とを互いに等しく形成しているからである。
【００４５】
また、＃１気筒用上流部５６ａおよび＃４気筒用上流部５６ｄは、図２に示す側面視においては、＃２気筒用上流部５６ｂおよび＃３気筒用上流部５６ｃに較べると長く形成されている。一方、＃２気筒用上流部５６ｂおよび＃３気筒用上流部５６ｃは、図３および図４に示すように、シリンダヘッド１４に接続するための屈曲部分の曲率半径が＃１、＃４気筒用上流部５６ａ，５６ｄの曲率半径に較べて大きくなるように形成されている。このような構成によって、この実施例による前記＃１、＃４気筒用上流部５６ａ，５６ｄと、＃２、＃３気筒用上流部５６ｂ，５６ｃとは、管長が一致するように形成されている。
【００４６】
前記＃１気筒用上流部５６ａ〜＃４気筒用上流部５６ｄの上流側端部には、図２および図８に示すように、第１の排気管５６をシリンダヘッド１４に取付けるための上流側取付用フランジ５６ｋが一体に形成されている。＃１〜＃４気筒用上流部５６ａ〜５６ｄの上流側端部どうしは、前記上流側取付用フランジ５６ｋによって互いに接続されている。
【００４７】
前記第１の集合部５６ｅに接続されている第１の下流部５６ｇは、図１および図２に示すように、第１の集合部５６ｅから船外機１の前方へ延在し、側面視においてクランクケース１２の前端縁と対応する位置において、斜め前上方へ向けて屈曲している。
第２の下流部５６ｈは、図１、図２に示す側面視において、第１の集合部５６ｅから船外機１の前方に向かうにしたがって漸次前下がりに傾斜する状態で延在し、側面視においてクランクケース１２の前端縁と対応する位置において、下流側が略水平になるように屈曲している。
【００４８】
第２の集合部５６ｆに接続されている第３、第４の下流部５６ｉ，５６ｊは、図１および図２に示すように、第２の集合部５６ｆから船外機１の前方に向けて略水平に延在し、側面視においてクランクケース１２と重なる位置において、下流側が前上がりに傾斜するように屈曲している。
【００４９】
第３の下流部５６ｉの下流側端部は、前記第１の下流部５６ｇの下流側端部の下方に位置付けられている。この第３の下流部５６ｉの下に位置する第４の下流部５６ｊは、最も下に位置する第２の下流部５６ｈの上方に位置付けられている。
前記超音速ノズル７３は、第１〜第４の下流部５６ｇ〜５６ｊの内部にそれぞれ形成されている。
【００５０】
また、前記第１〜第４の下流部５６ｇ〜５６ｉの下流側端部には、第２の排気管５７を取付けるための下流側取付用フランジ５６ｌが一体に形成されている。第１〜第４の下流部５６ｇ〜５６ｉの下流側端部どうしは、前記下流側取付用フランジ５６ｌによって互いに接続されている。
【００５１】
第２の排気管５７は、図３および図４に示すように、クランクケース１２の前方（クランクケース１２よりシリンダヘッド１４とは反対側）において前記第１の排気管５６に接続されており、エンジン４の右斜め前方まで延在するように形成されている。この第２の排気管５７は、図５および図８に示すように、４本の管状部５７ａと、これらの管状部５７ａの上流側端部と下流側端部とに位置するフランジ５７ｂ，５７ｃとを鋳造により一体に成形することによって形成されている。
【００５２】
第３の排気管５８は、図３および図４に示すように、エンジン４の右側方（クランクケース１２の横に隣接する位置）で船外機１の前後方向（クランクケース１２とシリンダボディ１３とが並ぶ方向）に延在するように形成されている。前記第２の排気管５７は、この第３の排気管５８を介してシリンダボディ１３の右側方（船外機１の幅方向において前記第１の排気管５６とは反対側）に位置する排気チャンバー５９に接続されている。この第３の排気管５８は、図５および図８に示すように、４本の管状部５８ａと、これらの管状部５８ａの上流側端部と下流側端部とに位置するフランジ５８ｂ，５８ｃとを鋳造により一体に成形することによって形成されている。
【００５３】
これらの第１〜第３の排気管５６〜５８は、図４に示すように、平面視において、前記排ガス出口２９から前記クランクケース１２の外側近傍（前方近傍）を迂回して船外機１の幅方向の反対側（船外機１の右側）に延在するように形成されている。前記第１〜第３の排気管５６〜５８の長さは、この実施例に示したように、クランク軸１１の回転する方向において、クランク軸１１を９０°以上の角度で囲むような長さに形成することが好ましい。
第１〜第３の排気管５６〜５８の内部の上流側排気通路６５と、前記吸気サージタンク３１より下流側の吸気通路（吸気管３２内、吸気孔３１ａ内および吸気ポート２２内に形成されている吸気通路）とは、図４に示すように、平面視において、略Ｓ字状に形成されている。
【００５４】
前記排気チャンバー５９は、図９に示すように、シリンダボディ１３に向けて開口する箱状に形成されており、その開口部分がシリンダボディ１３によって閉塞されるようにシリンダボディ１３の船外機右側の側部に取付けられている。シリンダボディ１３の前記側部には、排気チャンバー５９内に形成されている膨張室８１の実質的な容積が増大するように、排気チャンバー５９に向けて（船外機１の右方に向けて）開口する凹陥部８２が形成されている。この凹陥部８２の下側の側壁を構成するシリンダボディ１３の下壁１３ａには、図５および図９に示すように、前記主排気通路６０が開口している。
【００５５】
この排気チャンバー５９の下方近傍には、図６に示すように、前記吸気ダクト４１の上流側水平方向延在部４４が位置付けられている。また、排気チャンバー５９における第３の排気管５８とは反対側（後方近傍）には、図９に示すように、前記吸気ダクト４１の下流側上下方向延在部４３が位置付けられている。
この実施例による排気チャンバー５９は、前記第３の排気管５８を接続することができるように、船外機１の前後方向の幅より上下方向の高さの方が長くなるように形成されている（図５参照）。
【００５６】
排気チャンバー５９の外壁内には、図９に示すように、冷却水通路６９が形成されている。この冷却水通路６９は、前記第３の排気管５８の冷却水通路６８から冷却水が供給され、この冷却水をシリンダボディ１３の冷却水排出通路（図示せず）に排出するように形成されている。
【００５７】
排気チャンバー５９の内部には、前記膨張室８１を上流側排ガス室８３と下流側排ガス室８４とに画成するための隔壁８５が設けられている。この隔壁８５は、シリンダボディ１３に立設されている縦壁８６と協働して膨張室８１を前記二室８３，８４に画成している。この隔壁８５には、前記両ガス室８３，８４を互いに連通させる連通穴８７が形成されているとともに、この連通穴８７を開閉する開閉弁８８が設けられている。前記連通穴８７は、隔壁８５の上下方向の中央部であって、船外機１の幅方向において隔壁８５の中央部に位置付けられている。連通穴８７の開口形状は、開閉弁８８の後述する弁体８９を挿入可能な長円状に形成されている。
【００５８】
前記開閉弁８８は、前記連通穴８７の内部に挿入された板状の弁体８９を有するバタフライ弁である。前記弁体８９は、隔壁８５の幅方向に長くなるように形成された長円状の板からなり、隔壁８５に沿って延在する弁軸９０に取付けられている。弁軸９０は、隔壁８５に軸受９１とカバー９２とによって回動自在に支持されている。また、弁軸９０は、図示していない駆動装置にワイヤを介して接続されており、この駆動装置による駆動によって回動する。
【００５９】
この開閉弁８８は、前記クランク軸１１が逆回転したり、排気チャンバー５９内に高い負圧が発生したときに閉じ、それ以外のときは開くように構成されている。クランク軸１１が逆回転したか否かは、クランク軸１１の回転数を検出するためのセンサ（図示せず）によって検出し、排気チャンバー５９内の圧力は、図示していない圧力センサによって検出する。
【００６０】
前記排気チャンバー５９の上端部には、図５に示すように、排ガス中の酸素量を検出するためにＯ2センサ９３が設けられている。このＯ2センサ９３は、前記上流側排ガス室８３の上端部に位置付けられており、上流側排ガス室８３内を流れる排ガス中の酸素量を検出データとしてエンジン４のＥＣＵ（図示せず）に送る。このＥＣＵは、エンジン４の回転数、スロットル弁４６の開度、Ｏ2 センサ９３によって検出された排ガス中の酸素量などに基づいて前記インジェクタ２７の燃料噴射量や、点火プラグ（図示せず）の点火時期などを制御する。
【００６１】
前記第１、第２の集合部５６ｅ，５６ｆに接続された二次空気導入用パイプ６３は、図１および図２に示すように、第１の集合部５６ｅから上方に延在する第１のパイプ９４とと、第２の集合部５６ｆから上方に延在する第２のパイプ９５と、これらの第１、第２のパイプ９４，９５の上端部に設けられた第１、第２のリード弁９６，９７と、これらの第１、第２のリード弁９６，９７と空気ポンプ６４とを接続する第３のパイプ９８とから構成されている。
【００６２】
前記第１のパイプ９４は、前記第１の集合部５６ｅに鋳造によって一体に形成され、第２のパイプ９５は、第２の集合部５６ｆに鋳造によって一体に形成されている。
前記第１、第２のリード弁９６，９７は、排ガスが第１の排気管５６から空気ポンプ６４に逆流することを防ぐために設けてあり、空気ポンプ６４から二次空気が圧送されることによって弁体９６ａ，９７ａ｛図１０（Ｂ）参照｝が開き、二次空気のみを第３のパイプ９８側から第１、第２のパイプ９４，９５側へ流す構成が採られている。これらの第１、第２のリード弁９６，９７によって、本発明でいう排ガスの逆流を阻止する逆止弁が構成されている。
【００６３】
第１、第２のリード弁９６，９７は、図１０に示すように、前記第１、第２のパイプ９４，９５の上端部に一体に形成された弁ハウジング９６ｂ，９７ｂと、これらの弁ハウジング９６ｂ，９７ｂ内に挿入されたリード弁本体９６ｃ，９７ｃとによって構成されている。この第１、第２のリード弁９６，９７の上端部には、図１０に示すように、第３のパイプ９８が取付けられている。
【００６４】
第３のパイプ９８は、前記第１、第２のパイプ９４，９５より船外機１の前方において、上下方向に延在するように形成されている。第３のパイプ９８の上端部（下流側端部）は、第１、第２のリード弁９６，９７を上方から覆うように形成されている。第３のパイプ９８の下端部は、空気ポンプ６４の空気吐出部６４ａ（図３および図１２参照）に接続されている。この第３のパイプ９８の内部には、空気通路９９（図３参照）が一つだけ形成されている。この空気通路９９の幅（船外機１の幅方向の幅）は、第３のパイプ９８の下端部から上端部に向かうにしたがって漸次広くなるように形成されている。
【００６５】
この第３のパイプ９８を介して空気ポンプ６４と第１、第２のリード弁９６，９７とを接続することにより、空気ポンプ６４から吐出された二次空気は、前記空気通路９９から第１、第２のリード弁９６，９７に分配され、第１、第２のパイプ９４，９５を通って第１、第２の集合部５６ｅ，５６ｆにそれぞれ送り込まれる。この実施例においては、第１〜第３のパイプ９４，９５，９８と第１、第２のリード弁９６，９７とによって、本発明でいう二次空気導入用空気通路が形成されている。
【００６６】
空気ポンプ６４は、ルーツ式ブロワーからなり、回転軸１０１（図１２および図１３参照）が回転させられることによって、空気吸込部６４ｂから空気を吸い込むとともに、空気吐出部６４ａから空気を吐出するように構成されている。この空気ポンプ６４は、前記回転軸１０１が上下方向を指向する状態でエンジン４の一側部に支持されている。空気ポンプ６４が取付けられている位置は、図２および図３に示すように、エンジンの上端部における船外機左前側の端部である。この空気ポンプ６４は、空気吸込部６４ｂが船外機前側に位置するとともに、空気吐出部６４ａが船外機後側に位置する状態でエンジン４に取付けられている。
【００６７】
この実施例による空気ポンプ６４は、図２および図３に示すように、前記第１の排気管５６の上方であって、エンジン４とカウリング８との間に位置付けられている。詳述すると、空気ポンプ６４は、第１の排気管５６における第１、第２の集合部５６ｅ，５６ｆの下流側近傍に位置する第１、第３の下流部５６ｇ，５６ｉの上方であって、平面視において、前記第１、第３の下流部５６ｇ，５６ｉと重なる位置に位置付けられている。この実施例においては、第１の排気管５６によって、請求項４記載の発明でいう排ガス出口から船外機の前後方向に延在する排気管が構成されている。
【００６８】
この実施例による前記第１、第２の集合部５６ｅ，５６ｆは、エンジン４の上下方向の略中間となる高さに位置付けられている。すなわち、第１、第２の集合部５６ｅ，５６ｆは、＃１気筒や＃２気筒の排ガス出口２９より下に位置している。また、第１、第３の下流部５６ｇ，５６ｉは、第１、第２の集合部５６ｅ，５６ｆから下流側に向かうにしたがって次第に上に位置するように傾斜している。このため、第１の排気管５６の上部は、図２に示すように、側面視において、上方に向けて開く略Ｕ字状を呈する形状に形成されている。前記空気ポンプ６４は、このように第１の排気管５６の上部に形成された側面視Ｕ字状の凹部１０２（図２参照）の中に収容されている。
【００６９】
空気ポンプ６４の前記回転軸１０１は、図１４に示すように、ベルト式伝動装置１０３を介してクランク軸１１に接続されている。このベルト式伝動装置１０３は、クランク軸１１に取付けられたと駆動プーリ１０４と、前記回転軸１０１に取付けられた従動プーリ１０５と、これら両プーリ１０４，１０５に巻掛けられたベルト１０６とから構成されている。この伝動装置１０３は、図２に示すように、エンジン１の上方近傍であって、上述した動弁装置用タイミングベルト５１より高い位置に配設されている。
【００７０】
空気ポンプ６４は、このようにベルト式伝動装置１０３を介してクランク軸１１に接続されているから、エンジン運転時には常に回転する。この空気ポンプ６４の回転数（二次空気の吐出量）は、エンジン回転数と対応して増減する。
空気ポンプ６４は、図１４に示すように、エンジン４の前記取付位置にクランクケース１２の空気ポンプ取付座１０７と空気ポンプ支持用ブラケット１０８とによって取付けられている。前記ブラケット１０８は、その先端部（ポンプ取付部）がエンジン４の側方に突出する状態でクランクケース１２およびシリンダボディ１３の上面に２本のボルト１０９，１１０によって上方から取付けられている。
【００７１】
前記ブラケット１０８に前記ボルト１０９，１１０を挿通させるために穿設されている二つの貫通孔１０８ａ，１０８ｂのうち、一方の貫通孔１０８ｂは、他方の貫通孔１０８ａに挿通されたボルト１０９を中心とする円弧状に形成されている。このブラケット１０８の先端部には、空気ポンプ６４の船外機後側の端部がボルト１１１によって取付けられている。このボルト１１１は、前記ブラケット１０８に穿設された平面視円弧状の貫通穴１０８ｃに挿通されている。すなわち、空気ポンプ６４は、前記ベルト１０６の張力を調節することができるようにエンジン４に取付けられている。
【００７２】
空気ポンプ６４の空気吸込部６４ｂは、図２〜図４に示すように、二次空気用ダクト１１２を介して前記吸気ダクト４１に接続されている。この二次空気用ダクト１１２は、空気ポンプ６４の空気吸込部６４ｂから空気ポンプ６４の前方をエンジン４より高い位置まで上方に延在する上下方向延在部１１２ａと、この上下方向延在部１１２ａの上端部から前記吸気ダクト４１までエンジン４の上方近傍を略水平に延在する水平方向延在部１１２ｂとから構成されている。前記水平方向延在部１１２ｂは、図４に示すように、エンジン４のクランク軸１１より船外機右側（図４においては上側）において、船外機右側に向かうにしたがって漸次後方に位置するように傾斜している。この水平方向延在部１１２ｂの上流側端部は、図４および図６に示すように、前記吸気ダクト４１における下流側上下方向延在部４３の上端部に接続されている。
【００７３】
このように二次空気用ダクト１１２の上流側端部を吸気ダクト４１に接続することにより、吸気ダクト４１内の空気を二次空気として第１の排気管５６内に空気ポンプ６４によって供給することができる。この実施例においては、吸気ダクト４１の空気吸込口４７が実質的に空気ポンプ６４の空気取入れ口を構成することになる。
【００７４】
次に、前記第１の排気管５６に設けられた超音速ノズル７３について説明する。この超音速ノズル７３は、排ガスの流速を音速以下から超音速となるように加速するためのものである。この超音速ノズル７３は、ラバールノズルと呼称されることもある。
この実施例による超音速ノズル７３は、図８および図１５に示すように、排ガスが流れる方向の下流側に向かうにしたがって通路断面積が漸次減少する絞り部１２１と、下流側に向かうにしたがって通路断面積が漸次増大する拡張部１２２と、前記絞り部１２１と拡張部１２２との間に位置付けられて通路断面積が最も小さくなるスロート部１２３とによって構成されている。この実施例による超音速ノズル７３の拡張部１２２は、図８に示すように、下流側に向かうにしたがって次第に船外機１の幅方向の中央に近接するように湾曲している。
【００７５】
第１の排気管５６の下流側端部の内径、すなわち前記拡張部１２２より下流側の部位の内径は、図８に示すように、相対的に外径が大きい第１の触媒６１に排気管内面を段差無く接続するために、下流側に向かうにしたがって漸次大きくなるように形成されているとともに、船外機１の幅方向の中央（第１の触媒６１が位置する方向）を指向するように屈曲している。
【００７６】
前記絞り部１２１の上流端の内径は、第１の排気管５６の前記第１、第２の集合部５６ｅ，５６ｆの内径と一致し、前記拡張部１２２の下流端の内径は、第１の排気管５６の下流部５６ｇ〜５６ｊの内径と一致している。
前記絞り部１２１の上流端（図８において右側の端部）の断面積（上流断面積Ａ１）と、下流部の下流端（図８において左側の端部）の断面積（下流側断面積Ａ３）とは、図１５に示すように、それぞれスロート部１２３の断面積（スロート断面積Ａ２）より大きくなるように形成されている（Ａ１＞Ａ２＜Ａ３）。
【００７７】
前記絞り部１２１、拡張部１２２およびスロート部１２３の断面形状（上流側排気通路６５の上流側から見た形状）は、それぞれ円形になるように形成されている。
この実施例による超音速ノズル７３の絞り部１２１と拡張部１２２とは、断面積が変化する割合が一定、すなわち直線的に断面積が変化するテーパ管を呈するように形成されている。しかし、この排気装置５５に用いる超音速ノズル７３は、このような形状にとらわれることはなく、前記断面積が変化する割合が漸次変化するような形状であってもよい。
【００７８】
この超音速ノズル７３は、下記の数式（１），（２）で示す条件を満たすように形成されており、スロート部１２３に流入する排ガスの流速がマッハ１（音速）に達することによって、拡張部１２２において排ガスを音速をより高速になるように加速させることができる。
【００７９】
【数１】
2010053771.tif 000003
【００８０】
【数２】
2010053771.tif 000004
これらの数式（１）は、粘性摩擦を伴う一次元流れにおける排気管形状とマッハ数との関係を示し、数式（２）は、数式（１）におけるΛを表す数式である。
これらの数式において、Ｍはマッハ数、Ａは排気管の任意断面における断面積、Ｄは上記の任意断面における管相当径、γは比熱比、ｘは流れ方向の距離、ｆは摩擦係数を示す。
【００８１】
このように形成された超音速ノズル７３においては、図１６に示すように、超音速ノズル７３入口上流の全圧（Ｐ０）と、超音速ノズル７３のスロート部１２３下流静圧（Ｐ）との比（Ｐ／Ｐ０）が臨界圧力比０．５２８より小さくなるように上流全圧（Ｐ０）が上昇することによって、前記絞り部１２１を通過することにより加速された排ガスの流速が音速に達するようになる。
【００８２】
このようにスロート部１２３に流入する排ガスの流速が音速に達することにより、図１７に示すように、超音速ノズル７３内で衝撃波１２４が発生する。この衝撃波１２４は、超音速ノズル７３の拡張部１２２を通過するときに加速される。このように衝撃波１２４が発生するときにスロート部１２３内においては、図１７に示すように、衝撃波１２４と、この衝撃波１２４とは反対方向に進む圧力波からなる膨張波１２５とが発生する。
【００８３】
前記衝撃波１２４が超音速ノズル７３の拡張部１２２で加速されることと、前記膨張波１２５が衝撃波１２４とは逆方向に進行することとにより、衝撃波１２４と膨張波１２５との間に過剰な負圧が発生するとともに、衝撃波１２４と膨張波１２５との間にある排ガスの温度が低下する。前記衝撃波１２４と膨張波１２５とは、第１の触媒６１より上流側に位置する第１の排気管５６内を伝播するから、第１の排気管５６内に負圧が発生し、前記第１の排気管５６内の排ガスの温度が低下するようになる。第１の排気管５６内に負圧が発生することにより、エンジン４の排気行程において排気ポート２３から排気通路６５内に排ガスが排出され易くなるとともに、空気ポンプ６４から吐出された二次空気が第１の排気管５６内に流入し易くなる。
【００８４】
この実施例による排気装置５５においては、超音速ノズル７３において排ガスの流速が音速に達するための条件、すなわち圧力比（Ｐ／Ｐ０）が臨界圧力比０．５２８より小さくなるという条件が容易に満たされるように、図１８（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、排気行程で上流側排気通路６５内を伝播する衝撃波１２４と、第１の排気管５６の＃１気筒用上流部５６ａ〜＃４気筒用上流部５６ｄとを利用している。
【００８５】
ここで、前記衝撃波１２４の発生から第１の排気管５６内の排ガスの圧力が低下するようになるまでの過程を図１８（Ａ）〜（Ｃ）によって詳細に説明する。図１８（Ａ）〜（Ｃ）は、この実施例による第１の排気管５６の一部を模式的に示すものである。これらの図においては、第１の排気管５６の内部に形成されている上流側排気通路６５のうち、点火時期が３６０°異なる一対の気筒に接続された気筒毎の上流部１２６と、これらの上流部１２６に集合部１２７を介して接続された一つの下流部１２８のみを図示してある。前記一対の気筒とは、この実施例によるエンジン４においては２組ある。すなわち、＃１気筒と＃４気筒からなる組と、＃２気筒と＃３気筒からなる組である。図１８においては、これら一対の気筒を気筒＃Ａと気筒＃Ｂとして描いてある。
【００８６】
図１８に示す気筒＃Ａにおいて排気行程で排気弁２５が開くと、高圧の燃焼ガス（排ガス１２９）が燃焼室内から排気ポート２３内に噴出する。排気ポート２３内に噴出する燃焼ガスの流速は、排気弁２５の開度とともに増大し、排気弁２５が全開状態に達する以前に音速を超える。このように排ガス１２９の流速が音速を超えることによって、排気ポート２３内に衝撃波１２４が発生する。排ガス１２９の流速は、排ガス１２９が排気ポート２３内を進むにしたがって減速し、音速より遅くなる。このとき前記衝撃波１２４は、図１８（Ａ）に示すように、排気ポート２３内から第１の排気管５６内、すなわち上流側排気通路６５の上流部１２６内に進み、さらに下流に向けて高速で伝播する。一方、排ガス１２９は、前記衝撃波１２４より遅れて前記上流部１２６内を相対的に低い速度で下流側へ進行する。
【００８７】
第１の排気管５６内を進む衝撃波１２４は、気筒＃Ａの排気通路６５の上流部１２６と、気筒＃Ｂの排気通路６５の上流部１２６（以下、この上流部１２６を単に分岐路１３０という）との接続部分（第１の集合部５６ｅまたは第２の集合部５６ｆであって排気通路６５の集合部１２７）を通過するときに、図１８（Ｂ）に示すように、下流部１２８内と分岐路１３０内とに分岐し、下流部１２８内と分岐路１３０内とをそれぞれ独立して進むようになる。下流部１２８内を進む衝撃波１２４は、超音速ノズル７３を通過してから減衰し消失する。一方、分岐路１３０内を進行する衝撃波１２４は、気筒＃Ｂの排気弁２５によって反射し、分岐路１３０内を逆行して前記接続部分（集合部１２７）に戻る。
【００８８】
このように衝撃波１２４が分岐路１３０から集合部１２７に戻る時期と、気筒＃Ａから排出されて上流部１２６内を遅れて進む高圧の排ガス１２９が前記集合部１２７に到達する時期とを一致させることにより、図１８（Ｃ）に示すように、分岐路１３０内から排気通路６５内に伝播した衝撃波１２４と、排気通路６５内の高圧の排ガス１２９とが衝突する。すなわち、前記分岐路１３０の断面積および長さは、このように衝撃波１２４と排ガス１２９とが衝突するような寸法に形成されている。
【００８９】
前記衝撃波１２４と排ガス１２９との衝突により、超音速ノズル７３の入口上流の全圧（Ｐ０）がさらに高くなる。この超音速ノズル７３の入口上流の全圧（Ｐ０）と、超音速ノズル７３のスロート部１２３下流静圧（Ｐ）との比（Ｐ／Ｐ０）が臨界圧力比０．５２８より小さくなるように上流全圧（Ｐ０）が上昇することにより、排ガス１２９が音速を超えた速度でスロート部１２３内に流入するようになる。
【００９０】
このようにスロート部１２３に流入する排ガス１２９の流速が音速に達することにより、超音速ノズル７３内で衝撃波１２４が再発生し、第１の排気管５６内に負圧が発生するとともに、第１の排気管５６内の排ガスの温度が低下する。
なお、気筒＃Ｂが排気行程にあるときは、気筒＃Ａの排気ポート２３内を含む前記上流部１２６が実質的に前記分岐路１３０を構成する。
【００９１】
この実施例による第１の排気管５６における＃１〜＃４気筒用上流部５６ａ〜５６ｄの管長は、上述した衝撃波１２４を最適な時期に第１、第２の集合部５６ｅ，５６ｆ（排気通路６５の集合部１２７）に戻すことができるような所定の同一の管長に形成されている。このため、排気行程でたとえば＃１気筒用上流部５６ａで生じた衝撃波１２４が第１の集合部５６ｅから＃４気筒用上流部５６ｄに伝播し、この＃４気筒用上流部５６ｄで反射して第１の集合部５６ｅに戻るために要する時間と、＃４気筒用上流部５６ｄで生じた衝撃波１２４が＃１気筒用上流部５６ａで反射して第１の集合部５６ｅに戻るために要する時間とが等しくなる。このことは、＃２気筒用上流部５６ｂと＃３気筒用上流部５６ｃとにもそのままあてはまる。
【００９２】
このように衝撃波１２４が第１、第２の集合部５６ｅ，５６ｆに戻るために必要な時間が全ての気筒において一致することにより、第１〜第４の下流部５６ｇ〜５６ｊにそれぞれ設けられている超音速ノズル７３において等しく排ガス１２９の速度を上昇させることができ、第１の排気管５６内の各部の圧力を略均等に低下させることが可能になる。
【００９３】
この実施例による排気装置５５の効果をシミュレーションによって検証したところ、図１９〜図２２に示すように、超音速ノズル７３の内部において排ガス圧力と排ガス温度とが著しく低下することが分かった。図１９は、第１の排気管５６内におけるクランク角と排ガスの流速との関係を示すグラフで、同図において実線はスロート部前の排ガスの流速の変化を示し、破線はスロート部後の排ガスの流速の変化を示し、一点鎖線は超音速ノズル後端における排ガスの流速の変化を示す。同図から分かるように、衝撃波は５５９ｍ／ｓから１４５０ｍ／ｓまで加速する。
【００９４】
図２０〜図２２は、第１の排気管５６内におけるクランク角と排ガス温度および排ガス圧力の関係を示すグラフである。図２０は、スロート部前の排ガス温度・排ガス圧力の変化を示し、図２１は、スロート部後の排ガス温度・排ガス圧力の変化を示し、図２２は超音速ノズル後端の排ガス温度・排ガス圧力の変化を示す。図２０〜図２２においては、排ガスの圧力が大気圧より低くなるとき（排気管５３内が負圧になるとき）をハッチングによって示している。図２０〜図２２から分かるように、排ガスの温度は、排気行程において超音速ノズル７３の内部において急激に低下する。
【００９５】
また、排ガスの圧力は、たとえば図２１に示すように、排気行程のみならず長い期間にわたって負圧になることが分かる。このように負圧が発生して排ガスの温度が低下している期間は、４サイクル行程のクランク角７２０度間で５２０度であり、全行程の７２％であることが分かった。
【００９６】
上述したように構成された船外機用エンジン４の排気装置５５においては、エンジン運転時にはクランク軸１１の回転がベルト式伝動装置１０３を介して空気ポンプ６４の回転軸１０１に伝達され、この空気ポンプ６４が空気を吸気ダクト４１から吸い込むとともに二次空気として第１の排気管５６内に送り込む。
吸気ダクト４１内の空気は、吸気ダクト４１の空気吸込口４７に吸い込まれたカウリング８内の空気であり、カウリング８内の空気は、カウリング８の空気入口４８からカウリング８内に流入した大気である。
【００９７】
カウリング８の空気入口４８には、航走時に船体、アッパーケーシング５やロアケーシング６などによって跳ね上げられた水飛沫が直接飛び込んだり、前記水飛沫がカウリング８内の負圧によって空気とともに吸い込まれることがある。また、空気入口４８には、雨が入ることもある。このようにカウリング８内に水が浸入すると、この水が吸気ダクト４１を通って吸気装置や空気ポンプ６４に吸い込まれるおそれがある。
【００９８】
しかし、この実施例による船外機１においては、上述したように水が空気入口４８からカウリング８内に浸入したとしても、吸気ダクト４１の空気吸込口４７に吸い込まれる水は殆どないか、吸い込まれたとしてもきわめて僅かな量で済む。
このように空気吸込口４７に水が吸い込まれ難くなる理由は、空気吸込口４７がエンジン４より高い位置に開口しており、空気入口４８からカウリング８内に浸入した水の大部分が空気吸込口４７に達する途中で流下するからである。
【００９９】
この実施例においては、図３に示すように、空気吸込口４７が空気入口４８から船外機１の前後方向に大きく離間した位置に形成されており、しかも、空気吸込口４７が上方を指向して開口しているから、水がより一層空気吸込口４７に吸い込まれ難くなっている。
【０１００】
したがって、この実施例によれば、空気ポンプ６４によって上流側排気通路６５に供給される二次空気中に水が混入し難い船外機用エンジンの排気装置を提供することができる。
この実施例による船外機１は、このように上流側排気通路６５に二次空気を空気ポンプ６４によって大量に導入することができるから、第１、第２の触媒６１，６２の浄化率を高く保ちながら、エンジン運転時の空燃比（以下、この空燃比を単に燃焼空燃比という）を理論空燃比よりリッチ側に設定して燃焼温度を低下させることができる。
【０１０１】
すなわち、この実施例による排気装置５５においては、触媒６１，６２に排ガスと二次空気とが流入するから、前記燃焼空燃比がリッチ化されたことが原因で排ガス中の酸素が不足したとしても、この酸素を二次空気によって補うことができる。このため、前記燃焼空燃比を理論空燃比よりリッチ側に設定したとしても、触媒６１，６２によって排ガス中の有害成分を充分に浄化することが可能になる。
【０１０２】
したがって、この実施例による排気装置５５によれば、クリーンな排ガスが排出される状態を維持しながら、前記燃焼空燃比を理論空燃比よりリッチ側に設定し、燃焼温度を低下させることができる。この結果、この排気装置５５によれば、エンジン４において燃焼温度が過度に高くなることにより発生する不具合、すなわち自着火やノッキングなどの異常燃焼が発生することを確実に防ぐことができる。
【０１０３】
また、燃焼空燃比を理論空燃比よりリッチ側に設定することにより、燃料の気化熱で燃焼室内の各部材を冷却することができる。このため、この実施例による排気装置５５によれば、燃焼室の内面が燃料で冷却されるから、燃焼室内が過度に高温になることによって生じる不具合、すなわちピストンが溶損したりバルブシートが劣化するようなことを防止することができる。
【０１０４】
ところで、二次空気の温度は、略大気の温度であり、排ガスの温度に較べると著しく低い。このため、この実施例によれば、上流側排気通路６５内に大量に導入された相対的に温度が低い二次空気によって排ガスの温度を低下させることができるから、触媒６１，６２においていわゆるシンタリング現象の発生を確実に防止することができる。このシンタリング現象とは、触媒が８５０℃以上の高温な状態に長く保持されることにより、触媒内の貴金属どうしが融着し合い、貴金属の表面積が減少する現象である。
【０１０５】
空気ポンプ６４が空気を吸い込む吸気ダクト４１は、側面視においてエンジン４の上端部から下端部まで延在するＵ字状（図６参照）に形成されているから、水が吸気ダクト４１に吸い込まれたとしても、何ら不具合を生じない程度に水の浸入を防ぐことができる。これは、吸気ダクト４１の空気吸込口４７に流入した吸気は、上流側上下方向延在部４５内を下降して上流側水平方向延在部４４の底または底周辺の壁に当たって方向転換し、下流側上下方向延在部４３内を上昇するからである。
【０１０６】
すなわち、船外機１を海で使用して海水が吸気とともに吸気ダクト４１内に吸込まれたとしても、前記上流側水平方向延在部４４の底または底周辺の壁に海水が付着することによって吸気中に含まれる海水の量を減少させることができるからである。このように吸気中に含まれる海水の量が減少することにより、この吸気が空気ポンプ６４によって二次空気として排気通路６５内に送り込まれるにもかかわらず、触媒６１，６２を海水中の塩分による腐食から保護することができる。
【０１０７】
この実施例においては、空気ポンプ６４と上流側排気通路６５とを接続する二次空気導入用空気通路に、排ガスの逆流を阻止するために第１、第２のリード弁９６，９７が設けられている。このため、上流側排気通路内でいわゆるアフターバーンが発生して火炎が二次空気導入用空気通路に拡がったとしても、この火炎の逆流を第１、第２のリード弁９６，９７によって遮ることができる。
【０１０８】
前記アフターバーンは、排気通路内で燃料が爆発する現象である。このアフターバーンは、たとえばスロットル弁４６を全開にしてエンジン４を運転している状態でスロットル弁４６を急速に全閉状態にしたときに起こり易い。このような運転をすると、それまで吸気ポート２２に付着していた燃料がシリンダ２１内に流入することにより混合気が一時的に濃くなるとともに、シリンダ２１内の負圧が過度に高くなることからバルブオーバラップ時に大量の排ガスが内部ＥＧＲとしてシリンダ２１内に流入する。
【０１０９】
このように空燃比がリッチ化された状態と、内部ＥＧＲによるいわゆる遅燃え状態とが重なると、エンジン４が一時的に失火状態となり、シリンダ２１内の燃料が上流側排気通路６５内に流出する。その後、エンジン４が失火状態から燃焼状態に移行したときに、上流側排気通路６５内の燃料に引火し、上述したアフターバーンが起こる。
【０１１０】
この爆発による火炎が二次空気導入用空気通路を経由して空気ポンプ６４にまで拡がると、空気ポンプ６４内にあるフッ素樹脂層などの気密性を保持するための皮膜が焼損され、空気ポンプ６４の効率が低下してしまう。
したがって、この実施例によれば、前記火炎が空気ポンプ６４に達することはないから、空気ポンプ６４を前記火炎から保護することができる。
【０１１１】
この実施例による空気ポンプ６４は、回転軸１０１の軸線方向が上下方向を指向するようにエンジン４の側部に取付けられ、この回転軸１０１の上端部は、エンジン４の上に位置する伝動装置１０３を介してクランク軸１１に接続されている。このため、前記伝動装置１０３をエンジン４の上面に沿うように近接させて配設できるとともに、空気ポンプ６４をエンジン４の側部とカウリング８との間のデッドスペースに配設することができる。
したがって、この実施例による排気装置５５を装備することによって、エンジン駆動式の空気ポンプ６４を装備しているにもかかわらずコンパクトな船外機１を提供することができる。
【０１１２】
この実施例による空気ポンプ６４は、エンジン４の排ガス出口２９から船外機１の前後方向に延在する第１の排気管５６の上方であって、平面視において第１の排気管５６と重なる位置に位置付けられている。このため、第１の排気管５６の上方に形成されるデッドスペースに空気ポンプ６４と二次空気導入用空気通路（第１〜第３のパイプ９４，９７，９８および第１、第２のリード弁９６，９７）とを配設することができる。したがって、この実施例によれば、カウリング８をそれほど大きく形成することなく、空気ポンプ６４によって二次空気を上流側排気通路６５に供給する構成の排気装置５５を船外機１に装備することができる。
【０１１３】
この実施例による第１の排気管５６の上部は、図２に示すように、上方に向けて開くＵ字状に形成されている。空気ポンプ６４は、Ｕ字状に形成された凹部１０２の中に収容されている。
このため、この実施例によれば、空気ポンプ６４と第１の排気管５６とが上下方向に並ぶ構成を採っているにもかかわらず、空気ポンプ６４を第１の排気管５６の最も高い部分と略同じ高さに設けることができるから、エンジン４の側部に空気ポンプ６４と第１の排気管５６とを上下方向にコンパクトに設けることができる。したがって、この実施例によれば、船外機１のカウリング８をより一層小さく形成可能な船外機用エンジンの排気装置５５を提供することができる。
【０１１４】
この実施例による排気装置５５は、第１の排気管５６に超音速ノズル７３が設けられている。この超音速ノズル７３により排ガスが加速されて排ガスの流速が音速に達することによって、上述したように第１の排気管５６内に負圧が発生する。
このため、この実施例によれば、空気ポンプ６４によって二次空気が第１の排気管５６に送り込まれるときの抵抗を低減させることができ、二次空気の供給量を増やすことができる。
【０１１５】
（第２の実施例）
第１の排気管は図２３および図２４に示すように形成することができる。これらの図において、前記図１〜図２２によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。
図２３および図２４に示す排気装置５５の第１の排気管５６は、全ての気筒の排ガスを１箇所に集合させるように形成されている。すなわち、この第１の排気管５６は、各気筒の排ガス出口２９に接続される気筒毎の上流部１３１〜１３４と、これらの上流部を一つに集合させてなる下流部１３５とから構成されている。
【０１１６】
前記上流部１３１〜１３４は、図２３に示すように、側面視において、各気筒の排ガス出口２９からシリンダボディ１３の上下方向の中央部に向けて延在するように傾斜している。これらの上流部１３１〜１３４のうち、最も上に位置する上流部１３１と下流部１３５との接続部分には、二次空気導入用パイプ６３の下流側端部が接続されている。この実施例による二次空気導入用パイプ６３における第１の排気管５６と第１、第２のリード弁９６，９７との間の部分は、１本のパイプ１３６によって形成されている。このパイプ１３６は、第１の排気管５６に鋳造によって一体に形成されている。
【０１１７】
この実施例による第１の排気管５６の前記下流部１３５は、上下方向の幅が船外機１の幅方向（前端部においては前後方向）の幅より長くなるように形成されている。このように下流部１３５を排気通路の断面形状が縦長になるように形成している理由は、エンジン４とカウリング８との間に形成されている空間を有効に利用して下流部１３５の通路断面積を大きくとるためである。
【０１１８】
この実施例による排気装置５５の第２の排気管５７および第３の排気管５８は、第１の排気管５６の下流部が１本のパイプを呈する形状に形成されているために、それぞれ１本のパイプによって形成されている。このため、この排気装置５５には、第１の触媒６１と第２の触媒６２とがそれぞれ１個ずつ設けられている。前記第２、第３の排気管５７，５８と、第１、第２の触媒６１，６２とは、断面形状が第１の排気管５６と同様に縦長になるように形成されている。
図２３および図２４に示した排気装置５５においても、上流側排気通路６５内に空気ポンプ６４によって二次空気を大量に供給することができる。
【０１１９】
上述した第１、第２の実施例においては、二次空気を上流側排気通路６５内に送り込むに当たって専用の空気ポンプ６４を使用する例を示したが、本発明はこのような限定にとらわれることはない。すなわち、図示してはいないが、エンジン４の吸気通路に空気を強制的に送り込む過給機を装備する場合は、この過給機から吐出された空気を二次空気として上流側排気通路６５に導くことにより、上述した各実施例と同じ効果を得ることができる。
【０１２０】
上述した第１の実施例に示した排気装置５５または第２の実施例に示した排気装置５５を備えた船外機１は、エンジン４の排気通路内に空気ポンプ６４によって送り込まれる二次空気中に水が入り難くなる排気装置５５を備えているから、第１、第２の触媒６１，６２に水の混入に起因する不具合が発生し難くなる。このため、この船外機１は、第１、第２の触媒６１，６２によって排ガスを充分に浄化できるから、清浄な排ガスを長期間にわたって排出できるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】本発明に係る排気装置を備えた船外機の側面図で、同図はカウリングの一部を省略した状態で描いてある。
【図２】エンジン部分を拡大して示す側面図である。
【図３】エンジン部分を拡大して示す平面図で、同図は二次空気用ダクトの一部を省略した状態で描いてある。
【図４】エンジン部分を拡大して示す平面図で、同図は動弁装置の一部および空気ポンプを省略するとともに、二次空気用ダクトと吸気ダクトの一部をを破断した状態で描いてある。
【図５】排気系の構成を説明するための断面図である。
【図６】吸気ダクトの側面図である。
【図７】吸気サージタンク部分の断面図である。
【図８】排気管の断面図で、同図は図２におけるVIII−VIII線断面図である。
【図９】排気チャンバーの断面図である。
【図１０】リード弁の断面図である。
【図１１】二次空気導入用パイプの一部を示す側面図である。
【図１２】空気ポンプの平面図である。
【図１３】空気ポンプを空気吐出部側から見た状態を示す側面図で、同図においては、回転軸と従動プーリとの接続部分を破断した状態で描いてある。
【図１４】空気ポンプの取付部分を拡大して示す平面図である。
【図１５】超音速ノズルの構成を示す図である。
【図１６】超音速ノズルの圧力比とマッハ数との関係を示すグラフである。
【図１７】超音速ノズル内の衝撃波および膨張波が伝播する様子を説明するための図である。同図中に示す写真は、排ガス加速部内をシュリーレン撮影法により撮影したものである。
【図１８】衝撃波と排ガスの進行状態を説明するための断面図である。同図（Ａ）は排気行程の初期の状態を示し、同図（Ｂ）は衝撃波が分岐路内に伝播するときの状態を示し、同図（Ｃ）は分岐路で反射した衝撃波と排ガスとが衝突するときの状態を示す。
【図１９】超音速ノズル内の排ガスの速度の変化を示すグラフである。
【図２０】スロート前における排ガスの温度および圧力の変化を示すグラフである。
【図２１】スロート後における排ガスの温度および圧力の変化を示すグラフである。
【図２２】超音速ノズルの後端における排ガスの温度および圧力の変化を示すグラフである。
【図２３】各気筒の排ガスを１箇所に集合させる構造の排気管を用いる他の実施例を示す側面図で、同図においては、排気管と二次空気導入用パイプの一部を破断した状態で描いてある。
【図２４】各気筒の排ガスを１箇所に集合させる構造の排気管を用いる他の実施例を示す平面図である。
【符号の説明】
【０１２２】
１…船外機、４…エンジン４、１１…クランク軸、１２…クランクケース、１４…シリンダヘッド、２９…排ガス出口、５５…排気装置、５６…第１の排気管、５６ａ…＃１気筒用上流部、５６ｂ…＃２気筒用上流部、５６ｃ…＃３気筒用上流部、５６ｄ…＃４気筒用上流部、５６ｅ…第１の集合部、５６ｆ…第２の集合部、５６ｇ…第１の下流部、５６ｈ…第２の下流部、５６ｉ…第３の下流部、５６ｊ…第４の下流部、５７…第２の排気管、５８…第３の排気管、５９…排気チャンバー、６０…主排気通路、６１…第１の触媒、６２…第２の触媒、６３…二次空気導入用パイプ、６４…空気ポンプ、６５…上流側排気通路、７３…超音速ノズル、９６…第１のリード弁、９７…第２のリード弁、１０１…回転軸、１０３…ベルト式伝動装置、１２１…絞り部、１２２…拡張部。
【図１】
2010053771.tif 000005
【図２】
2010053771.tif 000006
【図３】
2010053771.tif 000007
【図４】
2010053771.tif 000008
【図５】
2010053771.tif 000009
【図６】
2010053771.tif 000010
【図７】
2010053771.tif 000011
【図８】
2010053771.tif 000012
【図９】
2010053771.tif 000013
【図１０】
2010053771.tif 000014
【図１１】
2010053771.tif 000015
【図１２】
2010053771.tif 000016
【図１３】
2010053771.tif 000017
【図１４】
2010053771.tif 000018
【図１５】
2010053771.tif 000019
【図１６】
2010053771.tif 000020
【図１７】
2010053771.tif 000021
【図１８】
2010053771.tif 000022
【図１９】
2010053771.tif 000023
【図２０】
2010053771.tif 000024
【図２１】
2010053771.tif 000025
【図２２】
2010053771.tif 000026
【図２３】
2010053771.tif 000027
【図２４】
2010053771.tif 000028