(57)【要約】【課題】排気抵抗が小さい排気管を装備することによって出力向上が図られた船外機を提供する。【解決手段】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がこの順番で船外機１の前後方向に並び、クランク軸１１をその軸線が上下方向を指向するように支持するエンジン４を備える。エンジン４の排ガス出口５２をエンジン４の下方に位置する主排気通路５５に接続する排気管５３を備える。排ガス出口５２は、シリンダヘッド１４における船外機１の幅方向の外側部に形成される。排気管５３は、平面視において、排ガス出口５２からクランクケース１２の外側近傍を迂回して船外機１の幅方向の反対側に延在する水平方向延在部（第１〜第３の排気管６４〜６６）を備えている。【選択図】  図３
2010013965.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクケース、シリンダボディおよびシリンダヘッドがこの順番で船外機の前後方向に並び、クランク軸をその軸線が上下方向を指向するように支持するエンジンと、
前記エンジンの排ガス出口を前記エンジンの下方に位置する主排気通路に接続する排気管とを備えた船外機において、
前記排ガス出口は、前記シリンダヘッドにおける船外機の幅方向の外側部に形成され、
前記排気管は、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前記幅方向の反対側に延在する水平方向延在部を備えていることを特徴とする船外機。
【請求項２】
請求項１記載の船外機において、前記シリンダヘッドは、船外機の前後方向において前記クランクケースとは反対側である船外機後方に位置付けられ、
このシリンダヘッドの後部には、ヘッドカバーが取付けられ、
このヘッドカバーの後部に吸気サージタンクを備えたことを特徴とする船外機。
【請求項３】
請求項２記載の船外機において、前記シリンダヘッドは、前記排ガス出口とは船外機の幅方向の反対側に形成された吸気入口を有し、
前記吸気サージタンクは、船外機の幅方向に湾曲して延在した吸気管を介して前記吸気入口に連通されていることを特徴とする船外機。
【請求項４】
請求項３記載の船外機において、前記吸気サージタンクより下流側の吸気通路と前記排気管とは、平面視において略Ｓ字状に形成されていることを特徴とする船外機。
【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において、前記排気管の前記水平方向延在部には、触媒が設けられていることを特徴とする船外機。
【請求項６】
請求項５記載の船外機において、前記排気管の前記水平方向延在部における前記触媒より上流側には、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。
【請求項７】
請求項５または請求項６記載の船外機において、前記排気管の前記水平方向延在部における前記触媒より上流側には、二次空気導入用の空気通路が接続されていることを特徴とする船外機。
【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において、前記排気管の下流側端部には排気チャンバーが設けられ、
前記排気チャンバーの内部は、隔壁によって上流側排ガス室と下流側排ガス室とに画成され、前記隔壁には、前記両排ガス室を互いに連通させる連通穴が形成されるとともに、この連通穴を開閉する開閉弁が設けられていることを特徴とする船外機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガスをエンジンから下方の主排気通路に導くための排気管を備えた船外機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、多気筒エンジンが搭載された船外機において、気筒間の排気干渉を防ぐために、エンジンとケーシング内の主排気通路とを排気管によって接続したものがある（たとえば特許文献１参照）。この特許文献１に開示された船外機は、クランク軸を軸線が上下方向を指向するように支持するエンジンと、このエンジンの下方に位置するケーシングと、前記エンジンを囲むカウリングなどを備えている。
【０００３】
前記エンジンは、平面視においてＶ字状を呈する二つの気筒列を有するＶ型６気筒エンジンである。このエンジンの排気出口は、二つのシリンダヘッドにおける互いに対向する側壁に形成されている。
前記クランク軸の下端部は、前記ケーシング内を上下方向に延在するドライブシャフトに接続されている。このドライブシャフトの下端部には、前記ケーシングの下端部に回転自在に支持されたプロペラが接続されている。
【０００４】
前記ケーシングの内部には、ケーシング内を上下方向に貫通するように主排気通路が形成されている。この主排気通路の上流側端部は、前記エンジンの排気出口に排気管によって接続されている。また、前記主排気通路の下流側端部は、前記プロペラの軸心部において水中に開口している。
【０００５】
前記排気管は、気筒毎の排気通路を形成する管状部と、各気筒の排気通路を一つに集合させる排気チャンバーとから構成されており、カウリングの後部内に収容されている。前記管状部は、二つのシリンダヘッドどうしの間に位置付けられた排気マニホールド部と、この排気マニホールド部からカウリング内における船外機右側の端部に延在する第１の水平部と、この第１の水平部の先端部からカウリング内の後端部を通って船外機左側の端部まで延在する第２の水平部とによって構成されている。
【０００６】
前記第２の水平部は、平面視においてＬ字状を呈するように形成されており、折り曲げ部分の角が船外機の後方を指向するように配設されている。この第２の水平部における前記角部の上流側と下流側とには、触媒がそれぞれ設けられている。
前記排気チャンバーは、エンジンに沿って上下方向に延在するように形成され、前記第２の水平部の船外機左側の端部に接続されている。
前記主排気通路の上流側端部は、この排気チャンバーの下端部に接続されている。
【特許文献１】特開２００８−３１８６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示された船外機の排気管は、エンジンの後端部とカウリングの後部との間の狭い空間内で船外機右側と船外機左側とに延在するように形成されている。この排気管を流れる排ガスは、エンジンから船外機右側と左側とに方向転換をするようになる。
このため、上述した排気管を備えた従来の船外機では、排気抵抗が大きくなるために、出力向上を図るにも限界があった。
【０００８】
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、排気抵抗が小さい排気管を装備することによって出力向上が図られ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は、クランクケース、シリンダボディおよびシリンダヘッドがこの順番で船外機の前後方向に並び、クランク軸をその軸線が上下方向を指向するように支持するエンジンと、前記エンジンの排ガス出口を前記エンジンの下方に位置する主排気通路に接続する排気管とを備えた船外機において、前記排ガス出口を、前記シリンダヘッドにおける船外機の幅方向の外側部に形成し、前記排気管に、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前記幅方向の反対側に延在する水平方向延在部を備えさせたものである。
【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、前記シリンダヘッドを、船外機の前後方向において前記クランクケースとは反対側である船外機後方に位置付け、このシリンダヘッドの後部にヘッドカバーを取付け、このヘッドカバーの後部に吸気サージタンクを備えたものである。
【００１１】
請求項３に記載した発明は、請求項２に記載した発明において、前記シリンダヘッドに、前記排ガス出口とは船外機の幅方向の反対側に形成された吸気入口を設け、前記吸気サージタンクを、船外機の幅方向に湾曲して延在した吸気管を介して前記吸気入口に連通させたものである。
【００１２】
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、前記吸気サージタンクより下流側の吸気通路と前記排気管とを平面視において略Ｓ字状に形成したものである。
【００１３】
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船外機において、前記排気管の前記水平方向延在部に触媒を設けたものである。
【００１４】
請求項６に記載した発明は、請求項５に記載した発明において、前記排気管の前記水平方向延在部における前記触媒より上流側に、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。
【００１５】
請求項７に記載した発明は、請求項５または請求項６に記載した船外機において、前記排気管の前記水平方向延在部における前記触媒より上流側に、二次空気導入用の空気通路を接続したものである。
【００１６】
請求項８に記載した発明は、請求項１ないし請求項７のうちいずれか一つに記載した発明において、前記排気管の下流側端部に排気チャンバーを設け、この排気チャンバーの内部を、隔壁によって上流側排ガス室と下流側排ガス室とに画成し、前記隔壁に、前記両排ガス室を互いに連通させる連通穴を形成するとともに、この連通穴を開閉する開閉弁を設けたものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、シリンダヘッドから排出された排ガスを平面視においてエンジンを中心として一方向に旋回するように流すことができる。
したがって、本発明に係る船外機は、排ガスが左右に方向転換をしながら流れる特許文献１記載の船外機に較べて排気抵抗を低減することができる。この結果、本発明によれば、排気抵抗が低減されたことによって、さらなる出力向上を図ることが可能な船外機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】
【００１８】
（第１の実施例）
以下、本発明に係る船外機の一実施例を図１〜図１１によって詳細に説明する。
図１〜図７において、この実施例による船外機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。
【００１９】
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、または単に左側という。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。
【００２０】
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。
【００２１】
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とがこの順番で船外機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。
【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は、図３に示すように、船外機１の前後方向において前記クランクケース１２とは反対側である船外機後方に位置付けられている。このシリンダヘッド１４には、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。
【００２４】
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。
【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の後部に取付けられている。
【００２６】
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。
【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２１と協働して気筒毎の吸気通路を形成している。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。
【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。
【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、吸気サージタンク３１内に空気を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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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、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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
第３の排気管６６は、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。
【００４０】
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。これらの第１〜第３の排気管６４〜６６によって、本発明でいう排気管の水平方向延在部が構成されている。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。
前記排気管５３（第１〜第３の排気管６４〜６６）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および図１２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。
【００４１】
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。
【００４２】
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）。
【００４３】
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、本発明に係る船外機１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。
【００４４】
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。
【００４５】
【数１】
2010013965.tif 000003
【００４６】
【数２】
2010013965.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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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）。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
この実施例による排気管５３の第１〜第３の排気管６４〜６６（本発明でいう水平方向延在部）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延在するように形成されている。このため、この実施例によれば、シリンダヘッド１４から排出された排ガスを平面視においてエンジン４を中心として一方向に旋回するように流すことができる。
【００５９】
したがって、この実施例による船外機１によれば、排ガスが複数回にわたって方向転換をしながら流れる特許文献１記載の船外機に較べて排気抵抗を低減することができる。この結果、この実施例によれば、排気抵抗が低減されたことによって、さらなる出力向上を図ることが可能な船外機を提供することができる。
【００６０】
この実施例においては、船外機１の前後方向においてクランクケース１２とは反対側である船外機後方にシリンダヘッド１４が位置付けられるとともに、このシリンダヘッド１４の後部にヘッドカバー１５が取付けられ、さらに、このヘッドカバー１５の後部に吸気サージタンク３１が設けられている。このため、この実施例によれば、吸気サージタンク３１を排気管５３とは船外機１の前後方向の反対側に配置することができるから、吸気サージタンク３１が排気管５３に干渉することはなく、サージタンク３１を所定の容積に形成することができるとともに、排気管５３を所定の長さに形成することができる。
【００６１】
この実施例においては、シリンダヘッド１４は、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た吸気入口３０を有し、吸気サージタンク３１は、船外機１の幅方向に湾曲して延在した吸気管３２を介して前記吸気入口３０に連通されている。このため、この実施例によれば、吸気サージタンク３１がシリンダヘッド１４の後方近傍に配設されているにもかかわらず、吸気通路の長さを確保することができる。
【００６２】
この実施例においては、吸気サージタンク３１より下流側の吸気通路と排気管５３とは、平面視において略Ｓ字状に形成されている。このため、吸気抵抗を可及的小さく抑えるとともに吸気通路の長さを確保しながら、吸気通路と排気管５３とが干渉し合うことを防ぐことができ、排気管５３内の排気通路の通路長さを充分に長く形成することができる。
【００６３】
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。
【００６４】
【数３】
2010013965.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。
【００６５】
【数４】
2010013965.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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
一般的に、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。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。
この実施例によれば、第１、第２の触媒６７，６８が排ガス出口５２から大きく離間した位置に配設されているために触媒の過度の温度上昇が抑えられるから、上記シンタリング現象が発生することを防止することができる。
【００６９】
さらに、この実施例においては、前記第１の触媒６７より上流側に超音速ノズル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。
このため、この実施例によれば、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から、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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
（第２の実施例）
本発明に係る船外機に用いる排気管は、図１３〜図２０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。
この実施例によるエンジン４の点火順序は、最も上に位置するシリンダ１９を＃１気筒とし、このシリンダ１９の下に位置するシリンダを順に＃２気筒、＃３気筒、＃４気筒とすると、＃１気筒−＃３気筒−＃４気筒−＃２気筒という順序になっている。
【００７６】
この実施例による排気管５３の第１の排気管６４は、前記超音速ノズル７１による効果がより一層顕著に現れるように構成したものである。図１３と図１４とにおいて、排気管５３における排気チャンバー５４より上流側に位置する気筒毎の部分は、その内部の上流側排気通路６１の外形のみが表れるように描いてある。
【００７７】
この実施例による第１の排気管６４は、シリンダヘッド１４の四箇所の排気ポート２２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６５）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６４は、図１３〜図１５に示すように、シリンダヘッド１４の排気ポート２２に接続された気筒毎の上流部６４ａ〜６４ｄと、＃１気筒用上流部６４ａの下流端と＃４気筒用上流部６４ｄの下流端とを互いに接続するための第１の集合部６４ｅ（図１４および図１５参照）と、＃２気筒用上流部６４ｂの下流端と＃３気筒用上流部６４ｃの下流端とを互いに接続するための第２の集合部６４ｆ（図１４および図１５参照）と、前記第１の集合部６４ｅ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６４ｇ，６４ｈと、前記第２の集合部６４ｆ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６４ｉ，６４ｊとから構成されている。
【００７８】
前記第１〜第４の下流部６４ｇ〜６４ｊには、図１５に示すように、上述した超音速ノズル７１がそれぞれ形成されている。この実施例による超音速ノズル７１の拡張部７３は、図１４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。第１〜第４の下流部６４ｇ〜６４ｊ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。
【００７９】
第１の排気管６４の上流部６４ａ〜６４ｄのうち、＃１気筒用上流部６４ａと＃４気筒用上流部６４ｄとは、図１４に示すように、＃２気筒用上流部６４ｂおよび＃３気筒用上流部６４ｃ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６４ｅは、図１５に示すように、第２の集合部６４ｆよりエンジン４に近接した位置（図１５において上側の位置）に設けられている。
【００８０】
これらの第１の集合部６４ｅと第２の集合部６４ｆとは、図１３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６４ｅと第２の集合部６４ｆとがこのような位置にある理由は、＃１気筒用上流部６４ａの管長と＃４気筒用上流部６４ｄ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６４ｂの管長と＃３気筒用上流部６４ｃの管長とを互いに等しく形成しているからである。
【００８１】
また、＃１気筒用上流部６４ａおよび＃４気筒用上流部６４ｄは、図１３に示す側面視においては、＃２気筒用上流部６４ｂおよび＃３気筒用上流部６４ｃに較べると長く形成されている。一方、＃２気筒用上流部６４ｂおよび＃３気筒用上流部６４ｃは、図１４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６４ａ，６４ｄ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６４ａ，６４ｄと、＃２、＃３気筒用上流部６４ｂ，６４ｃとは、管長が一致するように形成されている。
【００８２】
前記第１の集合部６４ｅに接続されている第１、第２の下流部６４ｇ，６４ｈは、図１３に示すように、第１の集合部６４ｅから下流側（船外機１の前方であって、図１３に示す側面視においてクランクケース１２側）に向かうにしたがって上方と下方とに延在し、側方から見てクランクケース１２とシリンダボディ１３との接続部分と対応する位置において、水平に対する傾斜角度が小さくなって船外機１の前方を指向するように屈曲している。これら第１、第２の下流部６４ｇ，６４ｈのうち、上側に位置する第１の下流部６４ｇは、前記屈曲部から前下がりに傾斜して側面視において一直線状に延在するように形成されている。下側に位置する第２の下流部６４ｈは、前記屈曲部から前上がりに傾斜して側面視において一直線状に延在するように形成されている。
【００８３】
第２の集合部６４ｆに接続されている第３、第４の下流部６４ｉ，６４ｊは、図１３に示すように、第２の集合部６４ｆから下流側（前方）に向かうにしたがって上方と下方とに延在し、側方から見てクランクケース１２とシリンダボディ１３との接続部分と対応する位置において、水平に対する傾斜角度が上流側より小さくかつ前記第１、第２の下流部６４ｇ，６４ｈの傾斜角度より大きくなるように曲げられている。第３、第４の下流部６４ｉ，６４ｊのうち、上側に位置する第３の下流部６４ｉは、前記折曲部分から前上がりに傾斜して側面視において一直線状に延在するように形成されている。
【００８４】
この第３の下流部６４ｉの下流側端部は、前記第１の下流部６４ｇの下流側端部の上方に位置付けられている。下側に位置する第４の下流部６４ｊは、前記折曲部分から前下がりに傾斜して側面視において一直線状に延在するように形成されている。この第４の下流部６４ｊの下流側端部は、前記第２の下流部６４ｈの下方に位置付けられている。
前記超音速ノズル７１は、第１〜第４の下流部６４ｇ〜６４ｊにおいて、前記側面視一直線状を呈する部分にそれぞれ形成されている。
【００８５】
ここで、この実施例による超音速ノズル７１を有する排気通路の構成を図１６によって説明する。この実施例による排気装置５１は、図１６に示すように、一つの超音速ノズル７１に二つの気筒＃Ａ，＃Ｂの排気ポート２２，２２を接続する構成が採られている。ここでいう二つの気筒＃Ａ，＃Ｂとは、排気弁２４が開いている期間が異なる（重なることがない）気筒のことをいう。
【００８６】
この実施例によるエンジン４は４気筒であるから、前記二つの気筒＃Ａ，＃Ｂに相当する気筒は２組ある。すなわち、前記二つの気筒＃Ａ，＃Ｂに相当する気筒は、点火時期が３６０°異なる＃１気筒と＃４気筒とからなる組と、＃２気筒と＃３気筒とからなる組である。
排気弁２４が開いている期間が異なるということは、一方の気筒の排気弁２４が開いているときに他方の気筒から排ガスが排出されることがないということである。このため、排気通路内を伝播する衝撃波７５が他の気筒で発生した衝撃波７５に干渉されることがない。
【００８７】
この実施例による排気装置５１の上流側排気通路６１は、図１６に示すように、前記気筒毎に形成された一対の上流部６１ａ，６１ａと、これらの上流部どうしを集合させた下流部６１ｂとから構成されている。この実施例による超音速ノズル７１は、前記下流部６１ｂに設けられている。
【００８８】
この実施例による排気装置５１においては、超音速ノズル７１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１６（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、排気行程で排気通路内を伝播する衝撃波７５と前記上流部６１ａとを利用している。
【００８９】
ここで、前記衝撃波７５の発生から排ガスの温度が低下するようになるまでの過程を図１６（Ａ）〜（Ｃ）によって詳細に説明する。図１６（Ａ）〜（Ｃ）は、この実施例による排気装置５１を模式的に示すものである。同図において、前記図１〜図１５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。
【００９０】
図１６に示す気筒＃Ａにおいて排気行程で排気弁２４が開くと、高圧の燃焼ガスが燃焼室１０内から排気ポート２２内に噴出する。排気ポート２２内に噴出する燃焼ガス（排ガス）の流速は、排気弁２４の開度とともに増大し、排気弁２４が全開状態に達する以前に音速を超える。このように排ガスの流速が音速を超えることによって、排気ポート２２内に衝撃波７５が発生する。排ガスの流速は、排ガスが排気ポート２２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７５は、図１６（Ａ）に示すように、排気ポート２２内から第１の排気管６４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１００は、前記衝撃波７５より遅れて前記上流部６１ａ内を相対的に低い速度で下流側へ進行する。
【００９１】
第１の排気管６４内を進む衝撃波７５は、気筒＃Ａの排気通路の上流部６１ａと、気筒＃Ｂの排気通路の上流部６１ａ（以下、この上流部６１ａを単に分岐路１０１という）との接続部分（第１の集合部６４ｅまたは第２の集合部６４ｆ）を通過するときに、図１６（Ｂ）に示すように、下流部６１ｂ内と分岐路１０１内とに分岐し、下流部６１ｂ内と分岐路１０１内とをそれぞれ独立して進むようになる。下流部６１ｂ内を進む衝撃波７５は、超音速ノズル７１を通過してから減衰し消失する。一方、分岐路１０１内を進行する衝撃波７５は、気筒＃Ｂの排気弁２４によって反射し、分岐路１０１内を逆行して前記接続部分を通って気筒＃Ａ側の排気通路に戻る。
【００９２】
このように衝撃波７５が分岐路１０１から気筒＃Ａ側の排気通路に戻る時期と、気筒＃Ａから排出されて上流部６１ａ内を遅れて進む高圧の排ガス１００が前記接続部分に到達する時期とを一致させることにより、図１６（ｃ）に示すように、分岐路１０１内から排気通路内に伝播した衝撃波７５と、排気通路内の高圧の排ガス１００とが衝突する。すなわち、前記分岐路１０１の断面積および長さは、このように衝撃波７５と排ガス１００とが衝突するような寸法に形成されている。
【００９３】
前記衝撃波７５と排ガス１００との衝突により、超音速ノズル７１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７１の入口上流の全圧（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り、排ガス１００が音速を超えた速度でスロート部７４内に流入するようになる。
【００９４】
このようにスロート部７４に流入する排ガス１００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７５が再発生し、上述した第１の実施例と同様に第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。
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２２内を含む前記上流部６１ａが実質的に前記分岐路１０１を構成する。
【００９５】
この実施例による排気管５３における＃１〜＃４気筒用上流部６４ａ〜６４ｄの管長は、上述した衝撃波７５を最適な時期に第１、第２の集合部６４ｅ，６４ｆ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６４ａで生じた衝撃波７５が第１の集合部６４ｅから＃４気筒用上流部６４ｄに伝播し、この＃４気筒用上流部６４ｄで反射して第１の集合部６４ｅに戻るために要する時間と、＃４気筒用上流部６４ｄで生じた衝撃波７５が＃１気筒用上流部６４ａで反射して第１の集合部６４ｅ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６４ｂと＃３気筒用上流部６４ｃとにもそのままあてはまる。
【００９６】
このように衝撃波７５が第１、第２の集合部６４ｅ，６４ｆ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６４ｇ〜６４ｊにそれぞれ設けられている超音速ノズル７１において等しく排ガス１００の速度を上昇させることができ、全ての排気通路の排ガス温度を略均等に低下させることが可能になる。
【００９７】
この実施例による排気装置５１の効果をシミュレーションによって検証したところ、図１７〜図２０に示すように、超音速ノズル７１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１７は、第１の排気管６４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５７０ｍ／ｓから１４５０ｍ／ｓまで加速する。
【００９８】
図１８〜図２０は、第１の排気管６４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１８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１９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２０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１８〜図２０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１８〜図２０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７１の内部において急激に低下する。
【００９９】
また、排ガスの圧力は、たとえば図１９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。
【０１００】
この実施例による排気装置５１においては、排気弁２４が開いている期間が重なることがない二つの気筒（＃１気筒と＃４気筒、＃２気筒と＃３気筒）のうち一方の気筒が排気行程にあるときに他方の気筒の排気通路の上流部６１ａを上述した分岐路１０１として利用している。このため、この実施例によれば、他の気筒の排気通路を利用して衝撃波７５を反射させることができるから、専ら衝撃波７５を反射させるための分岐路は不要である。この結果、この実施例によれば、専用の分岐路を有する排気装置に較べて、分岐路が不要になる分、排気装置５１の製造コストを低減することができる。
【０１０１】
また、この実施例による排気装置５１においては、第１、第２の集合部６４ｅ，６４ｆの下流側にそれぞれ２本ずつ排気管（第１〜第４の下流部６４ｇ〜６４ｊ）が接続されているから、一つの気筒から排出された排ガスが第１、第２の集合部６４ｅ，６４ｆの下流側で二分され、それぞれ第１の触媒６７に流入する。ところで、触媒は、排気抵抗になるものであるから、触媒の上流側の排ガスの圧力は、触媒の断面積が大きければ大きいほど低くなる。
【０１０２】
この実施例においては、第１の触媒６７と第２の触媒６８とからなる１組の触媒が一つの気筒に対して２組接続されており、これら２組の触媒に排ガスが分配されて流入するため、１組の触媒に全ての排ガスを通す場合に較べて小型の（断面積が小さい）触媒を使用しながら、排気抵抗を低減することができる。排気抵抗が小さいことにより、超音速ノズル７１の下流側の排ガス圧力が相対的に小さくなるから、超音速ノズル７１による排ガスの加速が容易になる。
【０１０３】
（第３の実施例）
本発明に係る船外機１は、図２１〜図２６に示すように、排気管５３に二次空気導入用パイプ１１１を接続することができる。図２１〜図２６において、前記図１〜図２０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。
【０１０４】
図２１および図２２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１１１が接続されている。これらの二次空気導入用パイプ１１１は、図２２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１１１は、第１の排気管６４における超音速ノズル７１の拡張部７３の下流側近傍に接続されている。
【０１０５】
二次空気導入用パイプ１１１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１１１ａと、この前後方向延在部１１１ａ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１１１ｂ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１１１とが鋳造によって一体に形成されている。
【０１０６】
二次空気導入用パイプ１１１の上端部は、図２１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２２に示すように、気筒毎のリード弁１１２と１本の連通用パイプ１１３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１１２は、排ガスが二次空気導入用パイプ１１１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１１１側へ流す構成が採られている。
【０１０７】
前記リード弁１１２は、図２３に示すように、４本の二次空気導入用パイプ１１１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１１４と、これらの弁ハウジング１１４に上方から取付けられた気筒毎のリード弁本体１１５および通路形成部材１１６と、前記４個の弁ハウジング１１４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１１７とを備えている。この実施例によるリード弁１１２は、図２１および図２２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。
【０１０８】
前記連通用パイプ１１３は、１本のパイプからなり、図２２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１１７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１１３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。前記二次空気導入用パイプ１１１と、前記リード弁１１２と、前記連通用パイプ１１３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の空気通路が構成されている。
【０１０９】
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１１１を通して空気が第１の排気管６４内に吸引される。
ところで、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を理論空燃比とすると、燃焼温度が過度に高くなってしまい、ピストンが溶損したりバルブシートが劣化するなどの不具合が生じることがある。
【０１１０】
このため、このようなエンジン４の高負荷高回転時は、燃料の気化熱で燃焼室内の各部材を冷却するために、エンジン４の運転時の空燃比を理論空燃比よりリッチ側に設定することが多い。
この実施例によれば、このように燃焼時の空燃比をリッチ側に設定したことにより不足する排ガス中の酸素を二次空気によって補うことができる。すなわち、この船外機１によれば、エンジン運転時の空燃比を理論空燃比よりリッチ側に設定しながら、排ガス中の有害成分や未燃焼成分を触媒６７，６８で確実に浄化することができる。
【０１１１】
第１の排気管６４内の圧力は、超音速ノズル７１を使用しなくても排気管５３中を伝播する排気脈動によって負圧になることが知られている。しかも、図２１〜図２３に示す実施例においては、第１の排気管６４において排気通路が気筒毎に形成されており、他の気筒の排気脈動との干渉により排気脈動が減衰することがないから、前記負圧を有効に利用して二次空気を導入することができる。
【０１１２】
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。
【０１１３】
この実施例においては、第１の排気管６４に超音速ノズル７１が形成されているから、図１〜図１１で示した排気装置５１と同様に第１の排気管６４の中に高い負圧が発生する。このため、この実施例によれば、この高い負圧によって二次空気を第１の排気管６４内により一層多く導入することができる。なお、二次空気導入用パイプ１１１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１１１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。
【０１１４】
超音速ノズル７１により排気通路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排気通路内に大きな負圧が発生するために、二次空気を排気通路内に充分に導入することができる。この結果、二次空気を排気通路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。
【０１１５】
図２４および図２５に示す船外機１の排気管５３は、図１３〜図２０に示す実施例で用いた第１の排気管６４に二次空気導入用パイプ１２１を接続したものである。
図２４および図２５に示す第１の排気管６４は、第１の集合部６４ｅと第２の集合部６４ｆとに二次空気導入用パイプ１２１からそれぞれ二次空気が導入されるように形成されている。
【０１１６】
前記二次空気導入用パイプ１２１は、前記第１の集合部６４ｅに上方へ延在するように接続された第１の二次空気導入用パイプ１２２と、前記第２の集合部６４ｆに上方へ延在するように接続された第２の二次空気導入用パイプ１２３とから構成されている。第１の二次空気導入用パイプ１２２は、第１のリード弁１２４と第１の連通用パイプ１２５とを介して吸気ダクト４１に接続されている。
【０１１７】
前記第２の二次空気導入用パイプ１２３は、第２のリード弁１２６と第２の連通用パイプ１２７とを介して吸気ダクト４１に接続されている。第１、第２のリード弁１２４，１２６は、第１の排気管６４内に負圧が生じることによって開き、二次空気のみを吸気ダクト４１側から第１、第２の二次空気導入用パイプ１２２，１２３側へ流す構成が採られている。
【０１１８】
第１、第２の二次空気導入用パイプ１２２，１２３は、鋳造によって第１の排気管６４と一体に形成された下部１２２ａ，１２３ａと、この下部の上端部に取付けられた上部１２２ｂ，１２３ｂとから構成されている。前記上部１２２ｂ，１２３ｂは、図２５に示すように、エンジン４の上方においてエンジン４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）に横切るように屈曲している。第１の二次空気導入用パイプ１２２の上部１２２ｂには、第１のリード弁１２４の弁ハウジング１２４ａが一体に形成されている。第２の二次空気導入用パイプ１２３の上部１２３ｂには、第２のリード弁１２６の弁ハウジング１２６ａが一体に形成されている。
【０１１９】
第１、第２のリード弁１２４，１２６は、図２５に示すように、弁ハウジング１２４ａ，１２６ａと、この弁ハウジング内に挿入されたリード弁本体１２４ｂ，１２６ｂと、弁ハウジングと協働して空気通路を形成するカバー１２４ｃ，１２６ｃとから構成されている。第１のリード弁１２４の前記カバー１２４ｃは、前記第１の連通用パイプ１２５に接続され、第２のリード弁１２６の前記カバー１２６ｃは、第２の連通用パイプ１２７に接続されている。
図２４と図２５に示した排気管５３を使用する場合であっても、前記図２１〜図２３に示した排気管５３を使用する場合と同等の効果を奏する。
【０１２０】
図２６および図２７に示す排気管５３の第１の排気管６４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６４は、各気筒の排ガス出口５２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。
【０１２１】
前記上流部１３１〜１３４は、図２６に示すように、側面視において、各気筒の排ガス出口５２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、ここから上方に延在する二次空気導入用パイプ１３６の下部１３６ａが鋳造により一体に形成されている。
【０１２２】
二次空気導入用パイプ１３６は、前記下部１３６ａと、この下部の上に取付けられた上部１３６ｂとから構成されている。前記上部１３６ｂは、図２７に示すように、下流側がエンジン４の上方においてエンジン４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）に横切るように長手方向の中間部分において屈曲しており、リード弁１３７と２本の連通用パイプ１３８，１３９とを介して吸気ダクト４１に接続されている。
【０１２３】
リード弁１３７は、前記上部１３６ｂに一体に形成された弁ハウジング１３７ａと、この弁ハウジング１３７ａ内に挿入されたリード弁本体１３７ｂと、弁ハウジング１３７ａと協働して空気通路を形成するカバー１３７ｃとから構成されている。前記カバー１３７ｃは、連通用パイプ１３８，１３９の下流側端部に接続されている。
【０１２４】
この実施例による第１の排気管６４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。
【０１２５】
この実施例による排気管５３の第２の排気管６５および第３の排気管６６は、第１の排気管６４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、この排気管５３には、第１の触媒６７と第２の触媒６８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６５，６６と、第１、第２の触媒６７，６８とは、排気通路の断面形状が第１の排気管６４と同様に縦長になるように形成されている。
図２１〜図２６に示した排気管５３においても、シリンダヘッド１４から排出された排ガスを平面視においてエンジン４を中心として一方向に旋回するように流すことができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
【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】吸気通路と排気管の形状を説明するための平面図である。
【図１３】エンジン部分を拡大して示す側面図である。
【図１４】エンジン部分を拡大して示す平面図である。
【図１５】排気管の断面図で、同図は図１３におけるXV-XV線断面図である。
【図１６】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１７】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１８】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１９】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２０】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２１】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２２】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２３】リード弁の断面図である。
【図２４】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、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２５】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、二次空気導入用パイプ、リード弁および連通用パイプの一部を破断した状態で描いてある。
【図２６】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、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２７】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、二次空気導入用パイプ、リード弁および連通用パイプの一部を破断した状態で描いてある。
【符号の説明】
【０１２７】
１…船外機、４…エンジン、７…プロペラ、１２…クランクケース、１４…シリンダヘッド、３０…吸気入口、３１…吸気サージタンク、３２…吸気管、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、８５…隔壁、８７…連通穴、８８…開閉弁、、１１１，１２１，１３６…二次空気導入用パイプ、１１２，１２４，１２６，１３７…リード弁、１１３，１２５，１２７，１３８，１３９…連通用パイプ。
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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