(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気に冷却水を混合し、排気口管３より排出する構造において、該排気口管３の出口部分を、ゴム等の弾性体により構成した蓋体５’にて覆い、蓋体５’には切込み５’ａを入れて、排気流量の変化で開閉する弁部５’ｂ・５’ｂ・・・を形成し、該下部の弁部５’ｂには、常時開口状となる開口部５’ｃを形成したことを特徴とする内燃機関の排気ミキシング構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関、主に舶用内燃機関において、排気低温化や排気中のアルデヒド除去、及び騒音低減のため、排気に海水等の冷却水を混合する排気ミキシング構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、舶用内燃機関では、排気低温化や排気中のアルデヒド除去のため、排気に海水等の冷却水を混ぜて排出するようにする排気ミキシング構造を採用するものが公知となっている。
具体的な構造を言えば、内燃機関にて、排気マニホルドより延設される排気管の周囲に、海水等の冷却水を注水する注水口を有する外筒を設けた構造の排気ミキシングエルボを設け、一方、船体には、船外に冷却水混じりの排気を排出するための排気口を設け、該排気ミキシングエルボより該排気口にゴムホース等の排気管を介設するものとしている。
実公平１−３３７８４号では、冷却水の混合効率が配設位置によって左右されないような排気ミキシングエルボの構造が開示されている。
【０００３】
このような排気ミキシング構造を採用する場合に、排気騒音の低減対策としては、従来、内燃機関付設の排気ミキシングエルボと、船体付設の排気口との間（前記排気管介設部分）に、排気サイレンサを装備していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
排気ミキシングエルボ内の排気と冷却水の混合は、高速運転時で排気流量が多い場合に、充分に行われる。この排気流量の多い場合に排気に背圧をかけないようにするため、排気ミキシングエルボ内の排気管より排気口に至るまでの排気通路断面積は、大きく確保している。
一方、低速運転時で排気流量が少ない場合には、排気通路断面積が大きいために却って混合が不完全で、排気と冷却水はすぐに分離する。つまり、排気の低温化とアルデヒド除去が充分に図れない。
【０００５】
更に、排気管内では排気の脈動が生じるので、排気口付近での排気脈動が大きく、大きな騒音が排気口から発散する。
なお、この排気脈動は、排気と冷却水との混合、即ち干渉作用により減衰される。即ち、排気ミキシングは、排気騒音の低減にも機能する。しかるに、低速運転時には、排気流量が少ないために、冷却水との混合が充分に行われず、直ぐに排気と冷却水とが分離してしまい、排気の脈動が起こりやすい。即ち、排気脈動による騒音は、低速運転時に特に顕著となる。
【０００６】
前記の排気サイレンサは、この騒音を低減する目的で設けるものである。
しかし、従来の排気サイレンサは、金属製の場合、特に舶用内燃機関に採用する場合には、腐蝕の問題がある。また、樹脂製である場合には、強度面で問題がある。そして、仮に装備した場合には、排気背圧が高くなる（特に高速運転時の背圧が高くなる）ので、内燃機関の性能低下に繋がるのである。
更に、このような排気サイレンサの装備は、高コスト化を招くので、実際には採用する場合は少ない。従って、従来の排気ミキシング構造を採用する船舶では、騒音対策を充分に図っていない現状がある。
【０００７】
また、それ以外に、排気口は船外に配置しており、一般に、前進航行時に排気口が後方側を向くようにしている（つまり、前進航行時には、排気口が海水面より離れていくように移動する）ので、特に後進航行時に、排気口が海水面に向かっていくようになり、排気口内に海水が浸入しやすくなるという問題もある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、内燃機関の排気ミキシング構造に関しての以上のような課題を解決すべく、次のような手段を用いるものである。
内燃機関の排気に冷却水を混合し、排気口管３より排出する構造において、該排気口管３の出口部分を、ゴム等の弾性体により構成した蓋体５’にて覆い、蓋体５’には切込み５’ａを入れて、排気流量の変化で開閉する弁部５’ｂ・５’ｂ・・・を形成し、該下部の弁部５’ｂには、常時開口状となる開口部５’ｃを形成したものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付の図面をもとに説明する。
図１は舶用内燃機関の全体正面図、
図２は同じく全体側面図、
図３は排気口に蓋体５を取り付けた排気ミキシング構造の側面断面図である。
【００１０】
図４は蓋体５の正面図、図５は蓋体５を取り付けた排気口部分の側面断面図、
図６は蓋体５’の正面図、
図７は蓋体５’を取り付けた排気口部分の低速運転時の状態を示す側面断面図である。
【００１１】
図８は同じく高速運転時の状態を示す側面断面図、
図９は出口部分に制御板８を取り付けた排気ミキシングエルボ１の低速運転時の状態を示す側面断面図である。
【００１２】
図１０は同じく高速運転時の状態を示す側面断面図、
図１１は排気口から排出される排気に冷却水を散布する構造を示す排気口部分の側面断面図である。
【００１３】
舶用内燃機関に付設する排気ミキシングエルボについて、図１及び図２より説明する。
機関本体Ｅのシリンダヘッドの正面側に、図１の如く排気マニホルドＥＭが配設されており、該排気マニホルドＥＭより過給機のタービンＴ内に排気が導入される。
該過給機からは、排気ミキシングエルボ１が延設されており、該タービンＴに導入されて、タービン駆動に用いられた排気が、該排気ミキシングエルボ１内に導入される。また、冷却水ポンプＰにてくみ上げられた海水が、冷却水として潤滑油クーラーＬＯ等に供給され、該排気ミキシングエルボ１の注水口１ａに対して冷却水管（海水管）４を配管し、該排気ミキシングエルボ１内の排気に冷却水（海水）を混合するようにしている。
【００１４】
次に、排気ミキシングエルボ１と、船体Ｓに設けた排気口管３との間に、排気管２を介設してなる排気ミキシング構造について、図３より説明する。
排気ミキシングエルボ１内には、該排気ミキシングエルボ１の入口部より、タービンＴの排気出口からの排気を通す排気管１ｂが延設されている。該排気管１ｂの出口付近はやや下向きに曲折しており、該排気ミキシングエルボ１内では、前記の注水口１ａより導入される冷却水の流れが、該排気管１ｂの外面を伝って、該排気管１ｂより排出する排気の流れに干渉し、排気と冷却水とが混合する。
【００１５】
排気ミキシングエルボ１の出口部より、ゴムホース等の排気管２を配管し、船体Ｓにて、船内と船外とを貫通するように配設した排気口管３の入口部（船内）に連結している。こうして、排気ミキシングエルボ１内にて冷却水と混合された排気が、排気管２を介して、排気口管３における船外の出口部分、即ち、排気口より排出される。
【００１６】
本発明は、高速運転時の高圧排気に背圧を及ぼすことを回避しながら、低速運転時にも、排気と冷却水との充分な混合を行って、低騒音化を実現することを目的とする。
その手段として、まず、図３の如く、排気口管３の排気口をゴム等の弾性体による蓋体５にて覆う。蓋体５は、ホースバンド６にて排気口管３の排気口に締め付ける、簡単な構造で取り付けられる。
蓋体５は、図４の如く、例えば十文字に切込み５ａを入れて、排気口管３内からの排気圧力に応じて変形するような弁部５ｂ・５ｂ・・・を形成する。
【００１７】
弁部５ｂ・５ｂ・・・は、図５の如く、運転停止時、即ち排気流量０の時には閉弁状態Ａ、低速運転時、即ち排気流量の少ない場合には半開弁状態Ｂ、そして高速運転時、即ち排気流量の多い場合には全開弁状態Ｃとなる。即ち、排気流量の増減で、排気通路断面積が変化する。
弁部５ｂ・５ｂ・・・は、強制的に開閉するのではなく、排気口管３からの排気及び冷却水の圧力によって開くので、排気と冷却水が排出される分だけ開弁する。
従って、外側より海水や空気が浸入するような余地はなく、例えば後進航行時にも、排気口管３の排気口より海水が逆に浸入するという事態を低減する。
【００１８】
低速運転時で排気流量が少ない場合には、半開弁状態Ｂの弁部５ｂ・５ｂ・・・により、排気口部分での排気脈動が抑えられ、騒音低減効果を奏する。
そして高速運転時で排気流量が多い場合には、全開弁状態Ｃにより、排気通路断面積が大きくなるので、排気口より充分な排気Ｇと冷却水Ｗが排出され、排気に背圧がかかるのが回避される。また、弁部５ｂ・５ｂ・・・が排気口部分にて排気Ｇの脈動を抑え、騒音低減にも資するものである。
【００１９】
更に、同様に排気口管３の排出口を、図６に図示の蓋体５’にて覆うことも考えられる。蓋体５’は、前記の蓋体５同様に、排気流量の変化で変動する弁部５’ｂ・５’ｂ・・・を形成するように、切込み５’ａを入れており、更に、下部の弁部５’ｂには、常時開口状となる開口部５’ｃを形成している。
【００２０】
弁部５’ｂ・５’ｂ・・・が、排気口部分での排気脈動を抑えて、騒音低減作用をもたらす点、また、排気流量の増減で変形して排気通路断面積を変化させ、高速運転時の排気背圧の回避と、低速運転時の低騒音化を図っている点は、前記の蓋体５の弁部５ｂ・５ｂ・・・と同様である。
これに加えて、開口部５’ｃは特に低速運転時の排水効果に貢献する。低速運転で排気流量が少ない時には、図７の如く、排気Ｇと冷却水Ｗが分離されて、冷却水Ｗは排気口管３の底部を流れる。この時、前記の開口部５’ｃのない蓋体５では、弁部５ｂ・５ｂ・・・は半開弁状態Ｂで、排気口管３の底部の冷却水Ｗの水面より高い位置にて開口しているので、充分に冷却水Ｗを排水することができない。そこで、このように底部を流れる冷却水Ｗを排水できるように下部の弁部５’ｂに開口部５’ｃを設けたのである。
【００２１】
開口部５’ｃを設けた蓋体５’では、開口部５’ｃにて冷却水Ｗを通過させる分だけ、弁部５’ｂ・５’ｂ・・・の開弁度は小さくなり、図７の如く、前記の閉弁状態Ａに近い状態となる。この場合、排気口付近にて、排気Ｇの脈動は充分に抑えられ、更に排気Ｇは開口部５’ｃに向かい、冷却水Ｗと充分に混じり合った状態で、開口部５’ｃからも排出される。従って、この面でも騒音の低減効果を奏し、また、排気低温化や排気中のアルデヒド除去効果も向上できる。
【００２２】
更に、開口部５’ｃにおける冷却水Ｗの通過により、高速運転時で排気流量が多い場合にも、図８の如く、弁部５’ｂ・５’ｂ・・・の開弁度は小さくなり、排気口部分での排気Ｇの脈動抑制作用が大きくなり、前記の蓋体５における全開弁状態Ｃよりも一層の騒音低減効果をもたらす。また、高速運転時は排気圧が高いので、冷却水は、図８の如く、排気口管３（更には、排気ミキシングエルボ１及び排気管２）の底部だけでなく、内周面全面を伝う。従って、排気口部分において、弁部５’ｂ・５’ｂ・・・がある程度絞られる分だけ、冷却水Ｗが中央に向けて集中し、排気Ｇと混合する。即ち、排気口部分にて再度、排気と冷却水との混合が促進され、排気音低減等、より一層の排気ミキシング効果が得られる。
【００２３】
開口部５’ｃは、冷却水流を常時通過させていることで、これを含む弁部５’ｂの開弁が円滑になる。従って、これに隣接する弁部５’ｂ・５’ｂの開弁も円滑化する。
【００２４】
以上は、排気口にて排気通路断面積を変化させる構造である。
次の図９及び図１０図示の構成は、排気ミキシングエルボ１の出口部分にて排気通路断面積を変化させる構造である。まず、排気ミキシングエルボ１の出口部分にバネ７を配設する。バネ７は、排気ミキシングエルボ１の内周面に沿って配設しており、排気と冷却水とを通過させることができる。そして、該バネ７の入口側で、該排気管１ｂの出口近傍に、バネ７の伸縮とともに位置変動（摺動）自在に制御板８を配設する。
【００２５】
まず、低速運転時には、図９の如く、排気流量が少ないために、バネ７は伸長して、制御板８を、排気ミキシングエルボ１の入口側、即ち、排気管１ｂ出口部分に近い方に押し上げる。低速運転時は、前記のように、冷却水Ｗが排気Ｇと充分混合せずに、冷却水Ｗの大部分が排気ミキシングエルボ１内の底部を伝うが、該排気管１ｂ出口近傍の制御板８に当たって、排気管１ｂの出口部分に冷却水Ｗが集まる。従ってこの部位に集まる冷却水Ｗが、排気管１ｂの出口より排出される排気Ｇとよく混合して、排気低温化やアルデヒド除去効果を向上し、排気の脈動を減衰して、騒音低減に繋がる。
【００２６】
一方、高速運転時には、図１０の如く、排気流量が多いために、バネ７が収縮する。そして、排気管１ｂより排出される排気Ｇの圧力にて、排気管１ｂ出口部分の制御板８は、排気ミキシングエルボ１の出口側に押され、即ち、排気管１ｂ出口より離れる。これにより、排気管１ｂの出口付近は、制御板８との間に充分なスペースができ、即ち、充分な排気通路断面積を確保でき、背圧上昇を回避するのである。
【００２７】
最後に図１１図示の構造について説明する。排気ミキシング構造における排気口管３の排気口より排出される排気Ｇ及び冷却水Ｗに噴孔９ａ・９ａ・・・を向ける冷却水散布器９を、船外に配設し、該冷却水散布器９には、船内より冷却水管４’を延設して、冷却水Ｗの一部を供給する。排気口からは、排気Ｇと冷却水Ｗとが分離された状態で排出されるが、該冷却水散布器９からの冷却水Ｗを、排気口より排出される排気Ｇ及び冷却水Ｗに散布することにより、排気口から出た排気Ｇと冷却水Ｗとの混合が促進され、低騒音化、排気低温化、及びアルデヒド除去に効果をもたらすのである。
【００２８】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成したので、次のような効果を奏する。
内燃機関の排気に冷却水を混合し、排気口管３より排出する構造において、該排気口管３の出口部分を、ゴム等の弾性体により構成した蓋体５’にて覆い、蓋体５’には切込み５’ａを入れて、排気流量の変化で開閉する弁部５’ｂ・５’ｂ・・・を形成し、該下部の弁部５’ｂには、常時開口状となる開口部５’ｃを形成したので、排気ミキシング構造において、低コストで簡単な構造にて、高速運転時の背圧付加を回避しながら、低騒音化（特に低速運転時の）を実現できる。
【００２９】
また、排気口部分にて、弾性体の蓋体が、排気の脈動を抑えることにより、排気騒音が低減できる。そして、排気流量の変化に伴う蓋体の変形により、高速運転時に排気通路断面積が拡大し、背圧の付加が回避される。更に、特に後進航行時等において、排気口からの海水の流入が回避される。
【００３０】
また、該下部の弁部５’ｂには、常時開口状となる開口部５’ｃを設けたので、低速運転時に分離されて排気管底部を流れる冷却水の排出を促進できる。また、排気流量の変化に伴う蓋体の円滑な変動が促進される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  舶用内燃機関の全体正面図である。
【図２】  同じく全体側面図である。
【図３】  排気口に蓋体５を取り付けた排気ミキシング構造の側面断面図である。
【図４】  蓋体５の正面図である。
【図５】  蓋体５を取り付けた排気口部分の側面断面図である。
【図６】  蓋体５’の正面図である。
【図７】  蓋体５’を取付けた排気口部分の低速運転時の状態を示す側面断面図である。
【図８】  同じく高速運転時の状態を示す側面断面図である。
【図９】  出口部分に制御板８を取り付けた排気ミキシングエルボ１の低速運転時の状態を示す側面断面図である。
【図１０】  同じく高速運転時の状態を示す側面断面図である。
【図１１】  排気口から排出される排気に冷却水を散布する構造を示す排気口部分の側面断面図である。
【符号の説明】
１  排気ミキシングエルボ
１ａ  注水口
１ｂ  排気管
２  排気管
３  排気口管
４・４’  冷却水管
５・５’  蓋体
５ａ・５’ａ  切込み
５ｂ・５’ｂ  弁部
５’ｃ  開口部
６  ホースバンド
７  バネ
８  制御板
９  冷却水散布器
９ａ  噴孔
【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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