(57)【要約】【課題】自着火やノッキングなどの異常燃焼が発生することがない船外機用多気筒エンジンの排気装置を提供する。【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多気筒エンジン４の下方に主排気通路５５を備える。各気筒の排ガス出口５２は、シリンダヘッド１４の側部に気筒毎に形成される。これらの排ガス出口５２に接続された上流側排気通路６１は、側面視において、前記排ガス出口５２から前記クランク軸１１の近傍まで略水平方向に延在するとともに、気筒毎に独立して他の気筒の上流側排気通路６１とは画成されるように形成されている。【選択図】  図２
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【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多気筒エンジンのシリンダヘッドから前記エンジンの下方に位置する主排気通路に排ガスを導く船外機用多気筒エンジンの排気装置において、
各気筒の排ガス出口は、前記シリンダヘッドの側部に気筒毎に形成され、
これらの排ガス出口に接続された排気通路は、側面視において、前記排ガス出口から前記クランク軸の近傍まで略水平方向に延在するとともに、気筒毎に独立して他の気筒の排気通路とは画成されるように形成されていることを特徴とする船外機用多気筒エンジンの排気装置。
【請求項２】
請求項１記載の船外機用多気筒エンジンの排気装置において、前記排ガス出口に接続された気筒毎の排気通路は、平面視において、前記排ガス出口から前記クランクケースの外側近傍を迂回して船外機の幅方向の反対側に位置する排気チャンバーに接続されるとともに、この排気チャンバーを介して前記主排気通路に接続されていることを特徴とする船外機用多気筒エンジンの排気装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の船外機用多気筒エンジンの排気装置において、前記排ガス出口に接続された気筒毎の排気通路は、排気通路形成用の気筒毎の管状部を一体成形してなる管状部材によって形成されていることを特徴とする船外機用多気筒エンジンの排気装置。
【請求項４】
請求項３記載の船外機用多気筒エンジンの排気装置において、前記管状部どうしの間隔は、管状部材の上流側端部と下流側端部との間の中央部分において最も狭くなるように形成されていることを特徴とする船外機用多気筒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多気筒エンジンの排気装置において、前記排ガス出口に接続された気筒毎の排気通路には、触媒がそれぞれ設けられていることを特徴とする船外機用多気筒エンジンの排気装置。
【請求項６】
請求項５記載の船外機用多気筒エンジンの排気装置において、前記気筒毎の排気通路における前記触媒より上流側には、二次空気導入用空気通路がそれぞれ接続されていることを特徴とする船外機用多気筒エンジンの排気装置。
【請求項７】
請求項６記載の船外機用多気筒エンジンの排気装置において、前記エンジンを覆うとともに空気入口が形成されたカウリングと、
このカウリングの内部の空気をエンジンの吸気口に導くための吸気ダクトとを備え、
前記各二次空気導入用空気通路は、前記吸気ダクトから導出された一つの上流側導入部と、この上流側導入部から気筒毎の逆止弁を介して分岐しかつ下流端が前記気筒毎の排気通路に接続された下流側導入部とから構成されていることを特徴とする船外機用多気筒エンジンの排気装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のうちいずれか一つに記載の船外機用多気筒エンジンの排気装置において、前記排ガス出口に接続された気筒毎の排気通路には、排気通路の断面積が下流側に向かうにしたがって漸次減少する絞り部と、この絞り部と触媒との間において排気通路の断面積が下流側に向かうにしたがって漸次増大する拡張部とを有する超音速ノズルが設けられていることを特徴とする船外機用多気筒エンジンの排気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガスを気筒毎の排気通路によってエンジンの下方の主排気通路に導く船外機用多気筒エンジンの排気装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、船外機のエンジンは、クランク軸の軸線方向が上下方向を指向するように搭載されている。この種のエンジンに設けられる排気装置としては、たとえば特許文献１に記載されているものがある。この特許文献１に開示された排気装置は、船外機用多気筒エンジンに装備されるもので、排ガスをエンジンのシリンダヘッドからシリンダボディ内を通してエンジンの下方に排出する構成が採られている。
【０００３】
特許文献１に示されているエンジンは、４サイクル４気筒エンジンで、４個のシリンダが上下方向に並べられている。このエンジンの排気通路は、シリンダヘッドに気筒毎に設けられた排気ポートと、これらの排気ポートに接続されたシリンダボディ内の通路孔とによって構成されている。前記排気ポートの下流端は、シリンダヘッドにおけるシリンダボディとの合面に開口し、前記通路孔に接続されている。
前記通路孔は、シリンダボディ内に上下方向へ延在するように形成されており、各気筒から排ガスが排出される。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１１３９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載されている船外機のエンジンにおいては、後述する理由により、点火プラグによる点火が行われる以前に自然に着火してしまういわゆる自着火現象やノッキングが発生し易いという問題があった。自着火現象が発生すると出力が低下する。また、エンジンにおいてノッキングが頻繁に発生すると、ノッキングに伴って燃焼室内で発生する衝撃波によって、シリンダ内部の表面にある気体の膜(境界層)が破られてしまう。
【０００６】
この気体の膜が破られると、燃焼による火炎がシリンダ内部の金属の表面（シリンダ内周面、ピストン頂面、シリンダヘッド表面など）に直接触れるようになる。この金属の表面は、前記火炎に直接晒されることによって、熱で溶け易くなる。この金属の表面が溶けた場合は、最終的に機関破損に至ることになる。このようなノッキングの発生を抑えるためにエンジンの点火時期を遅らせると、エンジンのトルクが低下するとともに、排ガスの温度が上昇して触媒の温度が過度に上昇するおそれがある。触媒は、過度の高温に晒され続けるといわゆるシンタリング現象により劣化し、浄化効率が低下することが知られている。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。
【０００７】
上述した自着火現象やノッキングが特許文献１に示すエンジンにおいて発生し易くなる理由は、排気通路の構成にあると考えられる。すなわち、特許文献１に示す排気装置は、各気筒から排出された排ガスの圧力が排気孔を介して他の気筒の排気通路に伝達され、各気筒の排気通路内の圧力が相対的に高くなってしまうからである。
【０００８】
排気通路内の圧力が高いと、各気筒において、排気行程で排ガスが排気通路内に排出され難くなってシリンダ内に残存する排ガスの量が増大する。このとき、シリンダ内は、いわゆる内部ＥＧＲにより大量の排ガスが導入された状態になる。そして、高温の排ガスがシリンダ内に残存している状態で吸気行程においてシリンダ内に新気が吸引される。この新気（吸気）は、シリンダ内で高温の排ガスと混合されることになり、この結果、吸気の温度が排ガスの熱で上昇する。
特許文献１に示す船外機用多気筒エンジンにおいては、このようにシリンダ内の吸気の温度が過度に高くなるために、上述したように自着火やノッキングなどの異常燃焼が発生し易くなる。
【０００９】
本発明はこのような問題を解消するためになされたもので、自着火やノッキングなどの異常燃焼が発生することがない船外機用多気筒エンジンの排気装置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】
【００１０】
この目的を達成するために、本発明に係る船外機用多気筒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多気筒エンジンのシリンダヘッドから前記エンジンの下方に位置する主排気通路に排ガスを導く船外機用多気筒エンジンの排気装置において、各気筒の排ガス出口を、前記シリンダヘッドの側部に気筒毎に形成し、これらの排ガス出口に接続された排気通路を、側面視において、前記排ガス出口から前記クランク軸の近傍まで略水平方向に延在するとともに、気筒毎に独立して他の気筒の排気通路とは画成されるように形成したものである。
【００１１】
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、前記排ガス出口に接続された気筒毎の排気通路を、平面視において、前記排ガス出口から前記クランクケースの外側近傍を迂回して船外機の幅方向の反対側に位置する排気チャンバーに接続するとともに、この排気チャンバーを介して前記主排気通路に接続したものである。
【００１２】
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、前記排ガス出口に接続された気筒毎の排気通路を、排気通路形成用の気筒毎の管状部を一体成形してなる管状部材によって形成したものである。
【００１３】
請求項４に記載した発明は、請求項３に記載した発明において、前記管状部どうしの間隔を、管状部材の上流側端部と下流側端部との間の中央部分において最も狭くなるように形成したものである。
【００１４】
請求項５に記載した発明は、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発明において、前記排ガス出口に接続された気筒毎の排気通路に触媒をそれぞれ設けたものである。
【００１５】
請求項６に記載した発明は、請求項５に記載した発明において、前記気筒毎の排気通路における前記触媒より上流側に二次空気導入用空気通路をそれぞれ接続したものである。
【００１６】
請求項７に記載した発明は、請求項６に記載した発明において、前記エンジンを覆うとともに空気入口が形成されたカウリングと、このカウリングの内部の空気をエンジンの吸気口に導くための吸気ダクトとを備え、前記各二次空気導入用空気通路を、前記吸気ダクトから導出された一つの上流側導入部と、この上流側導入部から気筒毎の逆止弁を介して分岐しかつ下流端が前記気筒毎の排気通路に接続された下流側導入部とから構成したものである。
【００１７】
請求項８に記載した発明は、請求項１〜請求項７のうちいずれか一つに記載した発明において、前記排ガス出口に接続された気筒毎の排気通路に、排気通路の断面積が下流側に向かうにしたがって漸次減少する絞り部と、この絞り部と触媒との間において排気通路の断面積が下流側に向かうにしたがって漸次増大する拡張部とを有する超音速ノズルを設けたものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、各気筒の排ガス出口に接続された排気通路を単独で長く形成することができ、後述する二つの理由により排気通路内の圧力を低下させることができるから、前記内部ＥＧＲによりシリンダ内に残存する排ガスの量を低減することができる。
【００１９】
（１）第１の理由について
エンジン運転時に排気バルブが開くと、シリンダ内の高圧の排ガスが排気バルブの弁体とシリンダヘッド側のバルブシートとの間の隙間を通って排気ポート内に噴出する。前記隙間を流れる排ガスの流速は、エンジンの回転数が２０００ＲＰＭ程度でも音速に達することが知られている。前記隙間を流れる排ガスの流速が音速に達すると、その後、通路断面積が相対的に大きい排気ポートに排ガスが流入することによって、排気ポート内で衝撃波が発生する。この衝撃波は、排気通路内を下流側に向けて進行する。
【００２０】
このように衝撃波が発生した排気通路内には、衝撃波とは逆方向に進む膨張波も発生する。この膨張波と前記衝撃波との間は負圧になる。本発明に係る排気装置によれば、前記排ガス出口に接続された排気通路を充分に長く形成することができるから、上述した衝撃波と膨張波とが排気通路内に存在できる時間が長くなり、排気通路内に大きな負圧が発生するようになる。
【００２１】
（２）第２の理由について
排気通路内の圧力は、排気ポートから排ガスが排出されることにより上流側から下流側に向けて徐々に上昇する。複数の気筒の排気通路が下流側で集合されている場合、前記圧力は、排気通路の集合部を介して他の気筒の排気通路にも伝達される。この発明による排気装置によれば、排ガス出口に接続されている排気通路の長さを長く形成することができるから、前記圧力が他の気筒の排気ポートに達するまでの時間を長くすることができる。
【００２２】
すなわち、たとえば点火時期が前後する二つ気筒のうち、点火順序が先になる第１の気筒において排気弁が開いているときに、点火順序が次になる第２の気筒において排気通路に排ガスが排出された場合、この第２の気筒の排ガスの圧力が排気通路を介して第１の気筒の排気ポートに伝達される時期を遅らせることができる。このため、本発明によれば、前記第１の気筒において排気弁が開いているときに前記第２の気筒の排ガスによる排気干渉を受けることがなく、排気干渉によって第１の気筒において排ガスの排出が妨げられることを防ぐことができる。
【００２３】
したがって、本発明によれば、排気行程中に排気通路内の排気圧力を低下させることができ、排ガスをシリンダ内から排気通路内に円滑に排出できるようになり、内部ＥＧＲによりシリンダ内に残存する排ガスの量が減少する。
この結果、吸気行程においてシリンダ内に吸引された吸気の温度が相対的に低くなるから、上述した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止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
（第１の実施例）
以下、本発明に係る船外機用多気筒エンジンの排気装置の一実施例を図１〜図１１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４と図５とは、船外機右側から見た状態で描いてある。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
前記エンジン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。
【００２８】
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の下端部には、図４に示すように、ドライブシャフト１６が結合されている。ドライブシャフト１６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１６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１７を介してプロペラ軸１８が連結されている。前記プロペラ７は、このプロペラ軸１８に一体に回転するように設けられている。
【００２９】
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１９（図３参照）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３に示すように、気筒毎の吸気ポート２１および排気ポート２２とが形成されているとともに、これらのポート２１，２２を開閉するための吸気弁２３および排気弁２４と、これらの吸・排気弁２３，２４を駆動するための動弁装置２５と、吸気ポート２１内に燃料を噴射するための気筒毎のインジェクタ２６とが設けられている。
【００３０】
前記吸気ポート２１は、図３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２２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２１の上流端は、図６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２１の上流端の開口によって、本発明でいう吸気入口３０が構成されている。この吸気入口３０は、シリンダヘッド１４における後述する排ガス出口５２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３０は、図６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。
【００３１】
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６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。
【００３２】
前記吸気管３２は、図６に示すように、前記吸気入口３０から船外機１の後方（図６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６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２２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。
【００３３】
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２１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。
【００３４】
前記吸気管３２の上流端には、図６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６中に実線で示す接続位置と、図６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。
【００３５】
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４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。
【００３６】
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５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５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。
【００３７】
前記上流側上下方向延在部４５の上端部には、エンジン４を囲むカウリング８の中に開口する空気吸込口４７が形成されている。カウリング８内の空間は、図１に示すように、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を介して大気に連通されている。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。
【００３８】
前記排気ポート２２は、図３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５１に接続されている。排気ポート２２の前記開口によって、本発明でいう排ガス出口５２が構成されている。この排ガス出口５２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５２は、船外機１の幅方向において吸気ポート２１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。
この実施例による排気装置５１は、図３に示すように、シリンダヘッド１４から船外機１の前方（シリンダヘッド１４から船体側）に延在する排気管５３と、この排気管５３の下流側端部を構成する排気チャンバー５４から下方に延在するエンジン下方の主排気通路５５（図４参照）を形成するための複数の部材とによって構成されている。
【００３９】
主排気通路５５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５５を形成するための複数の部材とは、図４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５６と、このオイルパン５６に取付けられたパイプ５７と、オイルパン５６の下端部に取付けられて下方に延在するマフラー５８と、このマフラー５８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などである。
【００４０】
前記排気管５３における排気チャンバー５４より上流側は、気筒毎に形成されている。図１〜図３において、この気筒毎に形成されている部分は、その内部の排気通路（以下、この排気通路を上流側排気通路６１という）の外形のみが表れるように描いてある。この気筒毎の部分は、実際には、後述するように鋳造によってパイプ状に成形されており、図７に示すように、上流側排気通路６１が冷却水通路６２によって覆われる二重管構造になっている。冷却水通路６２内の冷却水は、排気管５３とシリンダヘッド１４との接続部分においてシリンダヘッド１４の冷却水通路（図示せず）から冷却水通路６２内に流入し、後述する排気チャンバー５４内の冷却水通路６３（図８参照）に排出される。
【００４１】
この実施例による排気管５３は、図２、図３および図７に示すように、シリンダヘッド１４の一側部に取付けられた気筒毎の第１の排気管６４と、これらの第１の排気管６４の下流端にそれぞれ接続された第２の排気管６５と、これらの第２の排気管６５の下流側端部にそれぞれ接続された第３の排気管６６と、これらの第３の排気管６６の下流側端部に接続された一つの前記排気チャンバー５４とから構成されている。
【００４２】
前記第１の排気管６４と第２の排気管６５との接続部分内には、第１の触媒６７が設けられている。前記第２の排気管６５と第３の排気管６６との接続部分内には、第２の触媒６８が設けられている。すなわち、この実施例による排気管５３においては、排気チャンバー５４より上流側に１気筒当たり２個の触媒６７，６８が設けられている。
【００４３】
これらの触媒は、いわゆる三元触媒によって構成されている。また、前記第１の触媒６７は、図３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６７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。
【００４４】
前記第１の排気管６４は、図３に示すように、前記排ガス出口５２の近傍で下流側がクランクケース１２側（船外機１の前方）を指向するように屈曲し、クランクケース１２側に略水平に延在するように形成されている。第１の排気管６４の下流側端部は、船外機１の幅方向の内側（右側）を指向するように屈曲し、クランクケース１２の前方（クランクケース１２とカウリング８との間）において船外機右側（船外機１の幅方向において排ガス出口５２とは反対側）に延在している。この実施例による第１の排気管６４には、詳しくは後述するが、いわゆる超音速ノズル７１が設けられている。
【００４５】
この実施例による第１の排気管６４は、図１２に示すように、一つの管状部材６９によって構成されている。図１２に示す管状部材６９は、排気通路形成用の４本の（気筒毎の）管状部６９ａ〜６９ｄと、これらの管状部６９ａ〜６９ｄの上流側端部に接続された上流側取付用フランジ６９ｅと、前記各管状部６９ａ〜６９ｄの下流側端部に接続された下流側取付用フランジ６９ｆと、管状部６９ａ〜６９ｄどうしを接続するリブ６９ｇ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。
【００４６】
前記管状部６９ａ〜６９ｄは、図７に示すように、気筒毎の上流側排気通路６１と、この上流側排気通路６１の周囲を覆う冷却水通路６２とを有する二重管構造となるように形成されている。これらの４本の管状部６９ａ〜６９ｂのうち、＃１気筒用管状部６９ａと＃２気筒用管状部６９ａとは、図１２に示す側面視において、長手方向の中央部が両端部より下に位置し、下方に向けて凸になる円弧状に湾曲して形成されている。
【００４７】
側面視円弧状を呈する＃１気筒用管状部６９ａの曲率半径は、＃２気筒用管状部６９ｂの曲率半径より小さくなるように形成されている。また、＃３気筒用管状部６９ｃと＃４気筒用管状部６９ｄとは、側面視において、長手方向の中央部が両端部より上に位置し、上方に向けて凸になる円弧状に湾曲して形成されている。側面視円弧状を呈する＃４気筒用管状部６９ｄの曲率半径は、＃３気筒用管状部６９ｃの曲率半径より小さくなるように形成されている。
【００４８】
このように４本の管状部６９ａ〜６９ｄが湾曲して成形されていることにより、これらの４本の管状部６９ａ〜６９ｄどうしの間隔は、管状部材６９の上流側端部と下流側端部との間の中央部分において最も狭くなる。管状部６９ａ〜６９ｄどうしが近接する部分は、上下方向に隣り合う管状部どうしが隙間なく接続し、上下方向に隣接する一対の上流側排気通路６１どうしが１枚の壁によって仕切られるように形成されている。
【００４９】
４本の管状部６９ａ〜６９ｄの上流側端部は、互いに離間する状態で前記上流側取付用フランジ６９ｅに接続されている。この上流側取付用フランジ６９ｅは、板状に形成されており、４本の管状部６９ａ〜６９ｄの上流側端部どうしを互いに連結している。この上流側取付用フランジ６９ｅは、シリンダヘッド１４の外側面に形成された排気管用取付座（図示せず）に複数のボルト７０によって取付けられている。
【００５０】
管状部６９ａ〜６９ｄの下流側端部は、内部に第１の触媒６７を収容することができるように相対的に太く形成されている。このため、上下方向に隣接する管状部どうしは、互いに接続されて一体化されている。前記下流側取付用フランジ６９ｆは、このように一体化された管状部６９ａ〜６９ｄにこれを四方から囲むように形成されている。この下流側取付用フランジ６９ｆは、複数のボルト７０によって第２の排気管６５（図４参照）に取付けられている。
【００５１】
第２の排気管６５は、図３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６４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６５は、図４および図７に示すように、気筒毎の上流側排気通路６１を有する４本の管状部６５ａと、これらの管状部６５ａの上流側端部と下流側端部とに位置するフランジ６５ｂ，６５ｃ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６６は、図３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）に延在し、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６４とは反対側）に位置する排気チャンバー５４に第２の排気管６５を接続している。この第３の排気管６６は、図４および図７に示すように、気筒毎の上流側排気通路６１を有する４本の管状部６６ａと、これらの管状部６６ａの上流側端部と下流側端部とに位置するフランジ６６ｂ，６６ｃ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６４〜６６は、図３に示すように、平面視において、前記排ガス出口５２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６４〜６６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６４〜６６の内部の上流側排気通路６１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２１内に形成されている吸気通路）とは、図３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】
前記第１の排気管６４に設けられている超音速ノズル７１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７１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７１は、図７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７２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７３と、前記絞り部７２と拡張部７３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７４とによって構成されている。第１の排気管６４の下流側端部の内径、すなわち前記拡張部７３より下流側の部位の内径は、図７に示すように、相対的に外径が大きい第１の触媒６７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６７が位置する方向）を指向するように屈曲している。
【００５５】
前記絞り部７２の上流端の内径は、第１の排気管６４の上流部の内径と一致し、前記拡張部７３の下流端の内径は、第１の排気管６４の下流部の内径と一致している。
前記絞り部７２の上流端（図２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２において左側の端部）の断面積（下流側断面積Ａ３）とは、図９に示すように、それぞれスロート部７４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）。
【００５６】
前記絞り部７２、拡張部７３およびスロート部７４の断面形状（排気通路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７１の絞り部７２と拡張部７３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、本発明に係る排気装置５１に用いる超音速ノズル７１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。
【００５７】
この超音速ノズル７１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７４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７３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。
【００５８】
【数１】
2010019080.tif 000003
【００５９】
【数２】
2010019080.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５３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５３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。
【００６０】
このように形成された超音速ノズル７１においては、図１０に示すように、超音速ノズル入口上流の全圧（Ｐ０）と、超音速ノズル７１のスロート部７４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７２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。
【００６１】
このようにスロート部７４に流入する排ガスの流速が音速に達することにより、超音速ノズル７１内で衝撃波が発生する。この衝撃波は、超音速ノズル７１の拡張部７３を通過するときに加速される。このように衝撃波が発生するときにスロート部７４内においては、図１１に示すように、衝撃波７５と、この衝撃波７５とは反対方向に進む圧力波からなる膨張波７６とが発生する。
【００６２】
前記衝撃波７５が超音速ノズル７１の拡張部７３で加速されることと、前記膨張波７６が衝撃波７５とは逆方向に進行することとにより、衝撃波７５と膨張波７６との間に過剰な負圧が発生するとともに、衝撃波７５と膨張波７６との間にある排ガスの温度が低下する。前記衝撃波７５と膨張波７６とは、第１の触媒６７より上流側に位置する第１の排気管６４内を伝播するから、第１の排気管６４内に負圧が発生し、前記第１の排気管６４内の排ガスの温度が低下するようになる。
【００６３】
前記排気チャンバー５４は、図８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５４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５４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４および図８に示すように、前記主排気通路５５が開口している。
【００６４】
この排気チャンバー５４の下方近傍には、図５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５４における第３の排気管６６とは反対側（後方近傍）には、図８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５４は、前記４本の第３の排気管６６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４参照）。
【００６５】
排気チャンバー５４の外壁内には、図８に示すように、冷却水通路６３が形成されている。この冷却水通路６３は、前記第３の排気管６６の冷却水通路６２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。
【００６６】
排気チャンバー５４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を挿入可能な略円形である。
【００６７】
前記開閉弁８８は、前記連通穴８７の内部に挿入された円板状の弁体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。
【００６８】
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５４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５４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。
【００６９】
前記排気チャンバー５４の上端部には、図４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２６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。
【００７０】
上述したように構成された船外機１において、エンジン４の各気筒の排ガスは、第１〜第３の排気管６４〜６６を通って排気チャンバー５４にそれぞれ流入し、排気チャンバー５４内で合流してから主排気通路５５の上流側端部に排出される。主排気通路５５内に導かれた排ガスは、アッパーカウリング８内からロアケーシング６内とプロペラ７内とを通って水中に排出される。
【００７１】
前記第１〜第３の排気管６４〜６６は、気筒毎に設けられているから、排気チャンバー５４より上流側においては、排ガスが他の気筒の排気通路に流入することはない。すなわち、この実施例による排気管５３は、いわゆる排気干渉を受けることなく排ガスを排出することができる。
【００７２】
この実施例においては、シリンダヘッド１４の側部に各気筒の排ガス出口５２が形成され、これらの排ガス出口５２に接続された上流側排気通路６１は、側面視において、前記排ガス出口５２からクランク軸１１の近傍まで略水平方向に延在するとともに、気筒毎に独立して他の気筒の上流側排気通路６１とは画成されるように形成されている。このため、この実施例によれば、各気筒の排ガス出口５２に接続された上流側排気通路６１を単独で長く形成することができ、以下に説明する二つの理由により上流側排気通路６１内の圧力を低下させることができるから、内部ＥＧＲによりシリンダ１９内に残存する排ガスの量を低減することができる。
【００７３】
（１）第１の理由について
エンジン運転時に排気バルブ２４が開くと、シリンダ１９内の高圧の排ガスが排気バルブ２４の弁体とシリンダヘッド１４側のバルブシートとの間の隙間を通って排気ポート２２内に噴出する。前記隙間を流れる排ガスの流速は、エンジンの回転数が２０００ＲＰＭ程度でも音速に達することが知られている。前記隙間を流れる排ガスの流速が音速に達すると、その後、通路断面積が相対的に大きい排気ポート２２に排ガスが流入することによって、排気ポート２２内で衝撃波が発生する。この衝撃波は、上流側排気通路６１内を下流側に向けて進行する。
【００７４】
このように衝撃波が発生した排気通路内には、衝撃波とは逆方向に進む膨張波も発生する。この膨張波と前記衝撃波との間は負圧になる。この実施例による排気装置５１によれば、前記排ガス出口５２に接続された上流側排気通路６１を充分に長く形成することができるから、上述した衝撃波と膨張波とが上流側排気通路６１内に存在できる時間が長くなり、上流側排気通路６１内に大きな負圧が発生するようになる。
【００７５】
（２）第２の理由について
上流側排気通路６１内の圧力は、排気ポート２２から排ガスが排出されることにより上流側から下流側に向けて徐々に上昇する。複数の気筒の上流側排気通路６１は、下流側で集合されているために、前記圧力は、上流側排気通路６１の集合部（排気チャンバー５４）を介して他の気筒の上流側排気通路６１にも伝達される。この実施例による排気装置５１によれば、排ガス出口５２に接続されている上流側排気通路６１の長さを長く形成することができるから、前記圧力が他の気筒の排気ポート２２に達するまでの時間を長くすることができる。
【００７６】
すなわち、たとえば点火時期が前後する二つ気筒のうち、点火順序が先になる第１の気筒（たとえば＃１気筒）において排気弁２４が開いているときに、点火順序が次になる第２の気筒（たとえば＃３気筒）において上流側排気通路６１に排ガスが排出された場合、この第２の気筒の排ガスの圧力が上流側排気通路６１を介して第１の気筒の排気ポート２２に伝達される時期を遅らせることができる。このため、この実施例によれば、前記第１の気筒において排気弁２４が開いているときに前記第２の気筒の排ガスによる排気干渉を受けることがなく、排気干渉によって第１の気筒において排ガスの排出が妨げられることを防ぐことができる。
【００７７】
したがって、この実施例によれば、排気行程中に上流側排気通路６１内の排気圧力を低下させることができ、排ガスをシリンダ１９内から排気通路内に円滑に排出できるようになり、内部ＥＧＲによりシリンダ１９内に残存する排ガスの量が減少する。
この結果、吸気行程においてシリンダ１９内に吸引された吸気の温度が排ガスの熱で上昇させられることを防ぐことができ、相対的に低くなるから、上述した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止することができる。
【００７８】
この実施例による気筒毎の上流側排気通路６１は、平面視において、前記排ガス出口５２から前記クランクケース１２の外側近傍を迂回して船外機１の幅方向の反対側に位置する排気チャンバー５４に接続されるとともに、この排気チャンバー５４を介して前記主排気通路５５に接続されている。
このため、上流側排気通路６１をエンジン１の周囲に可及的長く形成することができるから、上流側排気通路６１内により一層高い負圧を発生させることができる。
【００７９】
この実施例による上流側排気通路１６における排ガス出口５２に接続される上流部は、排気通路形成用の気筒毎の管状部６９ａ〜６９ｄを一体成形してなる管状部材６９によって形成されている。このため、排気管５３の第１の排気管６４を４本のパイプによって形成する場合に較べて排気管５３の製造コストを低減することができる。また、４本の管状部６９ａ〜６９ｄが互いに接続されているから、第１の排気管６４の剛性が高くなる。さらに、第１の排気管６４、第２の排気管６５および第３の排気管６６からなる組立体とシリンダヘッド１４および排気チャンバー５４との接続部分の面積を広く形成することができ、この接続部分のシール性を向上させることができる。
【００８０】
この実施例による前記管状部６９ａ〜６９ｄどうしの間隔は、管状部材６９の上流側端部と下流側端部との間の中央部分において最も狭くなるように形成されている。このため、管状部材６９の剛性がより一層高くなり、気筒毎の上流側排気通路６１どうしの間に形成される壁の数を低減することができることから管状部材６９の軽量化を図ることができる。
【００８１】
この実施例によれば、気筒毎の上流側排気通路６１に触媒６７，６８がそれぞれ設けられているから、触媒６７，６８には単一の気筒のみから排ガスが導かれることになる。このため、触媒に複数の気筒から排ガスが導かれる場合に較べて触媒の温度を低く保つことができる。この結果、触媒６７，６８が過度に高温になることを防ぐことができ、上述したシンタリングの発生を防ぐことができる。
【００８２】
この実施例による排気装置５１は、第１の排気管６４に上流側排気通路６１の断面積が下流側に向かうにしたがって漸次減少する絞り部７２と、この絞り部７２と第１の触媒６７との間において上流側排気通路６１の断面積が下流側に向かうにしたがって漸次増大する拡張部７３とを有する超音速ノズル７１が設けられている。この超音速ノズル７１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６４内に負圧が発生するとともに第１の排気管６４内の排ガスの温度が低下する。
【００８３】
このため、この実施例によれば、上記負圧によってシリンダ１９内の排ガスが効率よく上流側排気通路６１に排出されるようになるから、内部ＥＧＲによりシリンダ１９内に残存する排ガスの量をより一層減少させることができる。したがって、この実施例によれば、エンジン４の運転時に自着火やノッキングがより一層発生し難くなる。
【００８４】
また、この実施例においては、上述したように超音速ノズル７１による作用によって排ガスの温度が低下することにより、相対的に温度が低い排ガスを第１の触媒６７に流入させることができる。このため、この実施例によれば、前記シンタリング現象の発生をより一層確実に防止することができる。
【００８５】
この実施例による船外機１においては、気筒毎の上流側排気通路６１に触媒が２個ずつ設けられているから、下記の効果を奏する。
この実施例に示したように第１、第２の触媒６７，６８を三元触媒によって構成する場合、この触媒６７，６８を通過する排ガスの流速が高いと、触媒６７，６８における酸化還元反応が行われ難くなり、触媒６７，６８の排ガス浄化率が低下する。この問題を解決するためには、排ガスが触媒６７，６８を通過する際の空間速度Ｓ／Ｖ値(スペースベロシティ)を下げる必要がある。Ｓ／Ｖ値は下記の数式（３）によって求めることができる。
【００８６】
【数３】
2010019080.tif 000005
上記数式（３）において、係数は、４サイクルエンジン４の場合は１であり、２サイクルエンジン４の場合は２である。また、吸入効率は、たとえば０．７５とすることができる。触媒６７，６８容量は、下記の数式（４）によって求めることができる。
【００８７】
【数４】
2010019080.tif 000006
この実施例においては、１気筒当たり２個の触媒（第１、第２の触媒６７，６８）を備えているから、触媒容量の増大が図られて前記Ｓ／Ｖ値を低減することができる。このため、第１、第２の触媒６７，６８を通過する排ガスの流速を低下させることができ、排ガス浄化率を増大させることができる。
【００８８】
また、この実施例においては、第１の触媒６７と第２の触媒６８とが上流側と下流側とに並ぶ構成を採っているから、触媒容量を増大させるに当たって触媒の外径を小さく形成することができる。したがって、この実施例によれば、船外機１が大型化することを防ぎながら、触媒容量を増大させることができる。
【００８９】
この実施例による船外機１においては、第１の触媒６７がクランクケース１２の前方（クランクケース１２に対してシリンダボディ１３とは反対側）に位置付けられており、シリンダヘッド１４の排ガス出口５２と第１の触媒６７との距離を最大限に長くとることができる。このため、この実施例による船外機１によれば、触媒６７を温度が過度に上昇することがない位置に配設することができる。
この実施例においては、第１の触媒６７に流入する排ガスの温度は、上述したように超音速ノズル７１の作用によって低下するから、第１の触媒６７において前記シンタリング現象が発生することをより一層確実に防止することができる。
【００９０】
この実施例による排気装置５１においては、排気チャンバー５４内が隔壁８５によって上流側排ガス室８３と下流側排ガス室８４とに画成され、前記隔壁８５に連通穴８７が形成されるとともにこの連通穴８７を開閉する開閉弁８８を備えている。このため、この排気装置５１によれば、前記開閉弁８８を閉じることによって、排気通路を排気チャンバー５４内で閉塞することができ、排気チャンバー５４より上流側の排気通路（上流側排気通路６１）を下流側の排気通路（主排気通路５５）から遮断することができる。
【００９１】
このため、この実施例による船外機１においては、主排気通路５５内を水が逆流したときに、水が排気管５３（触媒６７，６８）を通ってエンジン４に達することを前記排気チャンバー５４によって阻止することができる。
主排気通路５５内を水が逆流する現象は、船体が前進している状態で制動するために前後進切換機構１７によってシフト位置を「後退」に切り換えたときに希に発生する。すなわち、船体が前進しているときに船外機１の前後進切換機構１７を後退側に切り換えると、速度が高い場合はプロペラ７が水によって強い力で押されているために逆転することができず、その代わりにドライブシャフト１６（エンジン４）が逆回転させられることがある。
【００９２】
このようにエンジン４が逆回転させられると、排気弁２４が開いているときにピストンが下降するようになり、排気通路中の排ガスがシリンダ１９内に吸引される。エンジン４が逆回転している時間が長ければ長いほどエンジン４に吸引される排ガスの量が多くなって排気通路内の負圧が高くなり、上述したように主排気通路５５内を水が上昇することになる。
【００９３】
海上で使用する船外機１において、上述したように排気通路内に海水が浸入し触媒６７，６８に海水が接触すると、海水成分のＮａ、Ｍｇ、Ｃｌ等により触媒６７，６８が被毒し劣化する。また、高温の触媒６７，６８に水がかかると、急激な収縮により触媒６７，６８に割れが発生することがある。さらに、水が排気通路を遡ってエンジン４に吸い込まれると、いわゆるウォーターハンマー現象によってエンジン４が破損するおそれがある。
【００９４】
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排気通路内を上昇するとき（エンジン４が逆回転したり、排気チャンバー５４内が過度に低圧になったとき）には、排気チャンバー５４内の開閉弁８８が閉じ、前記逆流する水を排気チャンバー５４によって止めることができるから、水が排気管５３を通ってエンジン４に吸い込まれることを確実に防止することができる。
このため、この実施例によれば、触媒６７，６８が海水に接触して劣化したり、高温の触媒６７，６８が水によって急激に冷却されて破損することを確実に防止することができ、しかも、前記ウォーターハンマー現象の発生を防止することができる。
【００９５】
（第２の実施例）
本発明に係る船外機１は、図１３〜図１５に示すように、排気管５３に二次空気導入用パイプ１０１を接続することができる。図１３〜図１５において、前記図１〜図１１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。
【００９６】
図１３および図１４に示す船外機１の排気管５３は、第１の排気管６４の下流側端部に気筒毎の二次空気導入用パイプ１０１が接続されている。これらの二次空気導入用パイプ１０１は、図１４に示すように、第１の排気管６４の下流側端部における船外機外側（エンジン４とは反対側の側部）に接続されている。第１の排気管６４には、前記超音速ノズル７１が設けられており、前記二次空気導入用パイプ１０１は、第１の排気管６４における超音速ノズル７１の拡張部７３の下流側近傍であって第１の触媒６７の上流側に接続されている。
【００９７】
二次空気導入用パイプ１０１は、第１の排気管６４に沿って船外機１の前後方向（クランクケース１２、シリンダボディ１３およびシリンダヘッド１４などが並ぶ方向）に延在する前後方向延在部１０１ａと、この前後方向延在部１０１ａの後端部（上流側端部）から上方に延在する上下方向延在部１０１ｂとを有する逆Ｌ字状に形成されている。この実施例においては、４本の第１の排気管６４と、４本の二次空気導入用パイプ１０１とが鋳造によって一体に形成され、これらの部材によって一つの管状部材６９が構成されている。
【００９８】
二次空気導入用パイプ１０１の上端部は、図１３に示すように、シリンダボディ１３の上端部と略同じ高さに位置するように形成されており、図１４に示すように、気筒毎のリード弁１０２と１本の連通用パイプ１０３とを介して前記吸気ダクト４１に接続されている。
前記リード弁１０２は、排ガスが二次空気導入用パイプ１０１から吸気系に流入することを防ぐために設けてあり、第１の排気管６４内に負圧が生じることによって弁体１０２ａ（図１５参照）が開き、二次空気のみを吸気ダクト４１側から二次空気導入用パイプ１０１側へ流す構成が採られている。
【００９９】
前記リード弁１０２は、図１５に示すように、４本の二次空気導入用パイプ１０１にそれぞれ一体に形成されて上方に向けて開口する弁ハウジング１０４と、これらの弁ハウジング１０４に上方から取付けられた気筒毎のリード弁本体１０５および通路形成部材１０６と、前記４個の弁ハウジング１０４と協働して全気筒で共有する一つの空気通路を形成するカバー１０７とを備えている。この実施例によるリード弁１０２は、図１３および図１４に示すように、第１の排気管６４の上方であってエンジン４の側方（船外機１の幅方向において左側の側方）に位置するように位置付けられている。
【０１００】
前記連通用パイプ１０３は、１本のパイプからなり、図１４に示すように、エンジン４の上方を船外機１の幅方向（平面視において、クランクケース１２とシリンダボディ１３とが並ぶ方向とは交差する方向）に横切るように形成され、前記カバー１０７と吸気ダクト４１の上端部とを接続している。吸気ダクト４１における連通用パイプ１０３が接続される位置は、下流側上下方向延在部４３と下流側水平方向延在部４２との接続部分である。
【０１０１】
前記二次空気導入用パイプ１０１と、前記リード弁１０２と、前記連通用パイプ１０３とにより形成された通路によって、本発明でいう二次空気導入用空気通路が構成されている。この実施例による二次空気導入用空気通路は、図１４および図１５に示すように、前記吸気ダクト４１から導出された１本の連通用パイプ１０３からなる一つの上流側導入部１１１と、この上流側導入部１１１から気筒毎のリード弁（逆止弁）１０２を介して分岐しかつ下流端が前記気筒毎の上流側排気通路６１に接続された二次空気導入用パイプ１０１からなる下流側導入部１１２とから構成されている。
【０１０２】
この実施例による船外機１においては、第１の排気管６４（排気管５３の水平方向延在部）の内部が負圧になったときに二次空気導入用パイプ１０１を通して空気が第１の排気管６４内に吸引される。
一般的に、船外機は、エンジンの出力が最大になるような運転状態で長時間使用することが多いものである。このような運転状態において、触媒の排ガス浄化率を向上させるために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）を理論空燃比とすると、燃焼温度が過度に高くなる。
【０１０３】
この実施例による排気装置５１によれば、前記第１〜第３の排気管６４〜６６の内部が負圧になったときに二次空気が二次空気導入用パイプ１０１から第１の排気管６４内に吸引されるから、触媒６７，６８の浄化率を高く保ちながら、前記燃焼空燃比を理論空燃比よりリッチ側に設定して燃焼温度を低下させることができる。すなわち、この実施例による排気装置５１においては、触媒６７，６８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６７，６８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。
【０１０４】
したがって、この実施例による排気装置５１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５１によれば、上流側排気通路６１内が負圧になってエンジン４のシリンダ１９内に残存する排ガスの量が減少することに加え、燃焼空燃比のリッチ化に起因して燃焼温度を低下させることができるから、エンジン４において自着火やノッキングなどの異常燃焼が発生することをより一層確実に防ぐことができる。
【０１０５】
また、この実施例によれば、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５１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。
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６１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６７，６８において上記シンタリングの発生をより一層確実に防止することができる。
【０１０６】
この実施例による二次空気導入用空気通路の上流部は、前記リード弁１０２を介して吸気ダクト４１に接続されている。このため、二次空気導入用空気通路に空気が吸い込まれることによって生じる吸気音と、リード弁１０２の弁体１０２ａが弁座に着座するときに生じる着座音とを吸気ダクト４１によって低減させることができる。したがって、この実施例によれば、二次空気導入用空気通路から生じる騒音を低減することができる。
【０１０７】
この実施例による二次空気導入用空気通路は、吸気ダクト４１から導出された一つの上流側導入部１１１と、この上流側導入部１１１から気筒毎のリード弁１０２を介して分岐しかつ下流端が気筒毎の上流側排気通路６１に接続された下流側導入部１１２とから構成されている。このため、この実施例によれば、気筒毎の二次空気導入用空気通路（下流側導入部１１２）は、リード弁１０２の上流側で一つの通路（上流側導入部１１１）にまとまり、吸気ダクト４１側に接続されることになる。この結果、前記上流側導入部１１１の容積を大きくとることができるから、二次空気が各リード弁１０２に吸い込まれ易くなる。
【０１０８】
この実施例においては、二次空気導入用空気通路を接続する吸気ダクト４１が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５参照）に形成されているから、カウリング８内に浸入した水が吸気とともに吸気ダクト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。
【０１０９】
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、この吸気が二次空気として排気通路内に導入されるにもかかわらず、触媒６７，６８を海水中の塩分による腐食から保護することができる。
【０１１０】
この実施例によれば、上記超音速ノズル７１を有する第１の排気管６４に二次空気導入用パイプ１０１が接続されているから、超音速ノズル７１の作用によって上流側排気通路６１内を負圧にすることができ、上流側排気通路６１内に二次空気をより一層多く吸引することができる。なお、二次空気導入用パイプ１０１は、超音速ノズル７１で発生した衝撃波を反射させたりして負圧の発生を妨げることはない。これは、二次空気導入用パイプ１０１は、第１の排気管６４における前記拡張部７３の下流側近傍であって、排気通路の断面積が他の部位に較べて著しく大きくなる部位に接続されており、この接続部分では超音速ノズル７１で発生した衝撃波が減衰するからである。
【０１１１】
超音速ノズル７１により上流側排気通路６１内に負圧が生じる現象は、エンジン４の回転数が最大出力時の回転数を超えて高くなったとしても継続して生じる。一般的なエンジンにおいては、運転域が高速運転域にあるときは、排ガスの圧力が相対的に高くなるために二次空気の吸入量が著しく低減する。しかし、この実施例によれば、このような高速運転域でも上流側排気通路６１内に大きな負圧が発生するために、二次空気をこの排気通路内に充分に導入することができる。この結果、二次空気を上流側排気通路６１内に強制的に送り込むための空気ポンプを用いることなく、そのような構成を採るときと同等の充分な供給量となるように、上流側排気通路６１内に二次空気を能動的に導入することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】本発明に係る船外機の側面図である。
【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ある。
【図４】排気系の構成を説明するための断面図である。
【図５】吸気ダクトの側面図である。
【図６】吸気サージタンク部分の断面図である。
【図７】排気管の断面図で、同図は図２におけるVII−VII線断面図である。
【図８】排気チャンバーの断面図である。
【図９】超音速ノズルの構成を示す図である。
【図１０】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１１】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１２】エンジンと第１の排気管の側面図である。
【図１３】二次空気導入用パイプが接続された排気管の側面図で、同図においては、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１４】二次空気導入用パイプが接続された排気管の平面図で、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１５】リード弁の断面図である。
【符号の説明】
【０１１３】
１…船外機、４…エンジン、７…プロペラ、１２…クランクケース、１３…シリンダボディ、１４…シリンダヘッド、４１…吸気ダクト、５１…排気装置、５３…排気管、５４…排気チャンバー、５５…主排気通路、６１…上流側排気通路、６４…第１の排気管、６５…第２の排気管、６６…第３の排気管、６７…第１の触媒、６８…第２の触媒、７１…超音速ノズル、７２…絞り部、７３…拡張部、１０１…二次空気導入用パイプ、１０２…リード弁、１０３…連通用パイプ、１１１…上流側導入部、１１２…下流側導入部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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