(57)【要約】【課題】機関室における設置スペースの制限などから小型となる排気消音器を備える排気管構造であっても、エンジンの起動時の大音量排気音を低減することができるとともに、簡単な構成で低コストな内燃機関の排気管構造を提供する。【解決手段】排気通路に消音器を具備し、前記消音器に連通接続される排気管３が、内燃機関が搭載される機体（船体Ｓ）の内部から外部へと船体Ｓを貫通して配管される内燃機関の排気管構造において、排気管３の排気出口側端部に設けられ排気管３の排気通路面積を変化させる弁機構１０と、弁機構１０を作動させるアクチュエータ４と、アクチュエータ４を介して弁機構１０を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、内燃機関の起動時、排気管３の排気通路面積を縮小するように弁機構１０を制御する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に消音器を具備し、前記消音器に連通接続される排気管が、内燃機関が搭載される機体の内部から外部へと該機体を貫通して配管される内燃機関の排気管構造において、
前記排気管の排気出口側端部に設けられ該排気管の排気通路面積を変化させる弁機構と、前記弁機構を作動させるアクチュエータと、前記アクチュエータを介して前記弁機構を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、内燃機関の起動時、前記排気管の排気通路面積を縮小するように前記弁機構を制御することを特徴とする内燃機関の排気管構造。
【請求項２】
前記弁機構は、前記アクチュエータにより連結部材を介して作動して前記排気管の排気口の開閉を行う制御弁と、前記排気管から分岐され該排気管よりも狭い排気通路面積を有する分岐管とを備えることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気管構造。
【請求項３】
前記弁機構は、前記アクチュエータにより連結部材を介して作動して前記排気管の排気口の開閉を行うとともに排気孔を有する制御弁であることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気管構造。
【請求項４】
前記排気管内に、前記排気孔の開口面積と略同一の排気通路面積となる排気通路を有するとともに該排気通路の外周部に吸音材を備える消音管を、前記制御弁が閉じた状態で前記排気通路が前記排気孔と連通するように設けたことを特徴とする請求項３記載の内燃機関の排気管構造。
【請求項５】
前記排気管の排気口の開口面を、前記排気管の上側が排気方向に前傾する斜面としたことを特徴とする請求項２〜４のいずれかの項記載の内燃機関の排気管構造。
【請求項６】
前記弁機構は、前記排気管の前記機体の外部に露出した部分に設けられ前記アクチュエータにより連結部材を介して作動して前記排気管の排気通路の開閉を行うとともに通気部を有する制御弁であることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気管構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、舶用主機としての内燃機関に用いて好適な内燃機関の排気管構造の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関（エンジン）の排気通路においては、シリンダ部に形成される排気出口やエンジンに具備される過給機の排気ベント等に接続される排気管に、外部に排出される排気による排気音を吸音して排気騒音を低減することを目的とした排気消音器（以下、単に「消音器」という。）が介装または接続されている。
このような消音器に関しては、用途等に応じて様々な技術が公知となり実際に使用されており、それらには、排気通路面積を変化させる弁機構を設けたものがある（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１においては、消音器の排気出口側に取り付ける連通管を少なくとも２つの排気通路に仕切るとともに、これらのうちの１つの排気通路に弁機構を設けている。そして、エンジンが低回転のときは前記弁機構を閉じ、これにより、エンジンの低回転時の排気音を低減させている。
【特許文献１】特開２０００−２１３３４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、前述したような消音器を有するエンジンが、例えば、プッシャーボート（押し船）やタグボート（引き船）や漁船などの船舶に搭載される舶用主機の場合、そのエンジンの起動が深夜や早朝の時間帯に行われることが多々ある。つまり、こうした船舶は２４時間、時間を選ばず出航するため、エンジンの起動が深夜などにも行われることとなる。そして、このような船舶は一般に岸壁（船舶を接岸係留させるための港湾施設）等に停泊されているため、付近に民家などが在ることも多い。そのため、このような場所でエンジンの起動を行う場合、特に深夜などにおいてはその起動時の排気音が騒音公害の原因となる事例もある。
【０００４】
このような、船舶に搭載されるエンジンの起動時の排気音やエンジン起動後の出航時（部分負荷時）の排気音を低減するための内燃機関の排気管構造が、本出願人によって特願２００４−１２９９５１号により提案されている。この提案においては、前記特許文献１に示されているような、ワイヤやロッド等の連結部材を介して駆動手段により開閉され消音器の内部に設けられる弁機構は、船舶などの産業用機械に搭載されるような比較的大型のエンジンに具備される消音器には構造上適さない場合があること等に鑑み、排気通路に具備される消音器に連通接続される排気管に、この排気管の排気通路面積を変化させる弁機構を備えたものが示されており、この弁機構を消音器の上流側又は下流側に設ける構成としている。そして、エンジンの起動時や部分負荷時に排気管の排気通路面積を縮小することによって排気音を低減させている。
【０００５】
しかし、ここで示されている弁機構を、排気管の途中に設ける構成とした場合、弁機構を構成する制御弁などが船内や機関室内などに位置することとなる。この場合、排気ガスのわずかな漏れも許容されず、弁機構（特に制御弁）における排気ガスの漏れに対して十分な対応が必要となる。そして、この排気ガスの漏れに対する十分な対応を行うためには、弁機構において高い気密性や耐久性が必要となり、弁機構を構成する制御弁が極めて高価なものとなってしまう。この点、船外に露出する部分の排気管においては、船内などに弁機構を設ける場合に要求されるほどの高い気密性や耐久性が必要なく、排気ガスの漏れに対する対応が比較的容易である。
一方、排気管構造における排気音の低減効果は、弁機構における排気通路面積の縮小面積によってほぼ決まるため、排気音の低減効果を得るためには、弁機構によって排気通路面積を縮小させるという作用が得られればよい。つまり、排気音の低減は、排気通路面積を縮小させることによって行われるものであり、制御弁においてある程度の気密性が保持できれば排気音の低減効果を得ることができる。
【０００６】
そこで、本発明においては、機関室における設置スペースの制限などから小型となる排気消音器を備える排気管構造であっても、エンジンの起動時の大音量排気音を低減することができるとともに、簡単な構成で低コストな内燃機関の排気管構造を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００８】
即ち、請求項１においては、排気通路に消音器を具備し、前記消音器に連通接続される排気管が、内燃機関が搭載される機体の内部から外部へと該機体を貫通して配管される内燃機関の排気管構造において、前記排気管の排気出口側端部に設けられ該排気管の排気通路面積を変化させる弁機構と、前記弁機構を作動させるアクチュエータと、前記アクチュエータを介して前記弁機構を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、内燃機関の起動時、前記排気管の排気通路面積を縮小するように前記弁機構を制御するものである。
【０００９】
請求項２においては、請求項１記載の内燃機関の排気管構造であって、前記弁機構は、前記アクチュエータにより連結部材を介して作動して前記排気管の排気口の開閉を行う制御弁と、前記排気管から分岐され該排気管よりも狭い排気通路面積を有する分岐管とを備えるものである。
【００１０】
請求項３においては、請求項１記載の内燃機関の排気管構造であって、前記弁機構は、前記アクチュエータにより連結部材を介して作動して前記排気管の排気口の開閉を行うとともに排気孔を有する制御弁であるものである。
【００１１】
請求項４においては、請求項３記載の内燃機関の排気管構造であって、前記排気管内に、前記排気孔の開口面積と略同一の排気通路面積となる排気通路を有するとともに該排気通路の外周部に吸音材を備える消音管を、前記制御弁が閉じた状態で前記排気通路が前記排気孔と連通するように設けたものである。
【００１２】
請求項５においては、請求項２〜４のいずれかの項記載の内燃機関の排気管構造であって、前記排気管の排気口の開口面を、前記排気管の上側が排気方向に前傾する斜面としたものである。
【００１３】
請求項６においては、請求項１記載の内燃機関の排気管構造であって、前記弁機構は、前記排気管の前記機体の外部に露出した部分に設けられ前記アクチュエータにより連結部材を介して作動して前記排気管の排気通路の開閉を行うとともに通気部を有する制御弁であるものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１５】
請求項１においては、内燃機関の起動時の大音量排気音を低減することができるとともに、簡単な構成で低コストな排気管構造が実現できる。
【００１６】
請求項２においては、内燃機関において許容される背圧に基づいて分岐管の排気通路面積を最小限狭く設定することにより、制御弁を閉じた状態での排気通路面積を最小限にまで狭くすることが可能となり、機関室における設置スペースの制限などから小型となる消音器を備える排気管構造であっても、優れた排気音の低減効果を得ることができる。
また、弁機構を構成する制御弁が機体の外部に設けられることとなるので、制御弁における排気ガスの漏れに対する対応が容易となり、簡単な構成で低コストな排気管構造が実現できる。
【００１７】
請求項３においては、内燃機関において許容される背圧に基づいて制御弁の排気孔の開口面積（排気通路面積）を最小限狭く設定することにより、制御弁を閉じた状態での排気管の排気口の開口面積を最小限にまで狭くすることが可能となり、機関室における設置スペースの制限などから小型となる消音器を備える排気管構造であっても、優れた排気音の低減効果を得ることができる。また、請求項２の場合と比較して、より簡単な構成で低コストな排気管構造が実現できる。
【００１８】
請求項４においては、内燃機関の起動時において流速の速くなる排気ガスが制御弁の排気孔を通過する際に発する高周波音である気流音を低減することができ、より高い消音効果を得ることができる。
【００１９】
請求項５においては、制御弁が開状態のときの排気管内における排気ガスの背圧を低減することができる。
【００２０】
請求項６においては、内燃機関において許容される背圧に基づいて通気部の排気通路面積を最小限狭く設定することにより、制御弁を閉じた状態での排気通路面積を最小限にまで狭くすることが可能となり、機関室における設置スペースの制限などから小型となる消音器を備える排気管構造であっても、優れた排気音の低減効果を得ることができる。
また、弁機構を構成する制御弁が機体の外部に設けられることとなるので、制御弁における排気ガスの漏れに対する対応が容易となり、簡単な構成で低コストな排気管構造が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の内燃機関の排気管構造の概略構成を示す図、図２は弁機構の第１実施例を示す図、図３は機関出力と排気ガス質量流量との関係を表す測定結果の一例を示す図、図４は弁機構の第２実施例を示す図、図５は同じく第３実施例を示す図、図６は同じく第１〜３実施例に係る別形体を示す図、図７は同じく第４実施例を示す図である。
【００２２】
本発明は、排気通路に消音器を具備し、前記消音器に連通接続される排気管が、エンジンが搭載される機体の内部から外部へと該機体を貫通して配管される構造におけるエンジンの排気管構造に係るものであり、特に、船舶に用いられる舶用主機としてのエンジンに用いて好適なものである。そのため、以下においては、エンジン１が搭載される機体を船体Ｓとして、即ちエンジン１を舶用主機としてのエンジンとして説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、船舶をはじめその他の産業用機械に搭載されるエンジンに適用することができる。
【００２３】
まず、図１を用いて本発明に係る排気管構造の概略構成について説明する。
船体Ｓ内の機関室に搭載されるエンジン１の排気出口１ａには、エンジン１からの排気ガスを外部に排出するための排気通路を形成する排気管３が連通接続されており、この排気管３には消音器２が具備されている。この消音器２により、エンジン１から排出される排気ガスを排気管３によって外部に排出する際の排気音を吸音して排気騒音を低減させている。消音器２は、その内部に形成される膨張室にて排気を一旦膨張させた後に外部に排出するという膨張比による消音が行われる膨張型消音器である。また、消音器２内部に備わる吸音材による消音なども行われる。そして、排気管３は、その排気出口側にて船体Ｓの内部から外部へと該船体Ｓを貫通するように配管されている。
【００２４】
本発明に係る排気管構造の特徴として、前記排気管３の排気出口側端部に、排気管３の排気通路面積を変化させる弁機構１０を備えている。
弁機構１０は、詳細は後述するが、アクチュエータ４によって作動し、排気管３の排気通路面積を可変としている。アクチュエータ４は、制御手段としてのコントローラ５と接続されており、このコントローラ５からアクチュエータ４へ制御信号が送られる。つまり、弁機構１０は、コントローラ５からの制御信号に基づきアクチュエータ４を介してコントローラ５により制御される。また、コントローラ５はエンジン１と接続されており、オペレータによる始動キーの操作などによりコントローラ５にエンジン１の起動指令が入力されると、コントローラ５からエンジン１へ起動信号を送信する。
【００２５】
次に、本発明に係る排気管構造における弁機構１０の第１実施例について図２を用いて説明する。
本実施例における弁機構１０は、アクチュエータ４により連結部材１５を介して作動して排気管３の排気口３ａの開閉を行う制御弁１１と、排気管３から分岐され排気管３よりも狭い排気通路面積を有する分岐管３ｂとを備えている。
【００２６】
制御弁１１は、その上端部を排気管３端部の外周面上側に固設される支持ステー１３を介して設けられる回動軸１４に回動自在に支承されており、この回動軸１４を中心に回動することにより排気口３ａの開閉を行う。
制御弁１１の開閉は、ボーデンワイヤ等の連結部材１５を介してアクチュエータ４により行われる。連結部材１５は、排気管３の外部においてその一端が制御弁１１の下部に設けられる係止部５１に係止され、他端がアクチュエータ４の移動体４ａに連結されている。ここで、連結部材１５は、排気管３の外周面に固設される支持台１６を介して設けられるガイドパイプ１７に挿通されている。これにより、アクチュエータ４の駆動力が連結部材１５を介して制御弁１１に伝達されて制御弁１１が閉じられるように、連結部材１５が案内されている。この際、連結部材１５は船内から船外へと導かれることとなるので、連結部材１５は船体Ｓに設けられる貫通孔部１９を挿通する。
【００２７】
このような構成によって、コントローラ５からの制御信号に基づきアクチュエータ４が駆動して移動体４ａを移動させることにより、連結部材１５の引張り動作が行われ制御弁１１が閉じられる。つまり、制御弁１１の開いた状態（以下、単に「開状態」とする。）とは、アクチュエータ４による連結部材１５を介しての制御弁１１を閉じる方向の引張り動作が行われてない状態であり、制御弁１１が、その自重によって鉛直方向に垂下して回動軸１４に支承された状態となる。この状態では、排気口３ａから排出される排気ガスの圧力によって制御弁１１が回動軸１４を中心に回動することで排気口３ａが開き排気ガスが排出される。一方、制御弁１１の閉じた状態（以下、単に「閉状態」とする。）とは、アクチュエータ４による連結部材１５を介しての制御弁１１を閉じる方向の引張り動作が行われ、制御弁１１によって排気口３ａが閉じられた状態である。このため、アクチュエータ４は、移動体４ａの移動により制御弁１１を閉じる方向に連結部材１５の引張り動作が行える構成のものであればよく、電動モータやソレノイドや油・空圧シリンダ等の各種アクチュエータを用いることが可能である。
【００２８】
また、連結部材１５の一端が係止される係止部５１は、制御弁１１の左右両側に設け、それぞれにおいて連結部材１５を係止する構成とすることが好ましい。こうすることで、制御弁１１が連結部材１５を介して左右両側から引張られることとなり、安定した制御弁１１の閉状態を保持することができる。
また、制御弁１１の上端部にはバランス重り１８が取り付けられており、制御弁１１が開状態のとき、排気口３ａから排出される排気ガスの圧力によって回動軸１４を中心に回転して開く際に、制御弁１１を開き易くして排気管３内における排気ガスの背圧を低減している。なお、バランス重り１８の代わりに、スプリング等の弾性体を用いて制御弁１１を開く方向に付勢する構造としてもよい。
また、制御弁１１の排気口３ａ側の面には、制御弁１１によって排気口３ａを閉じた状態での排気ガスの漏れを防止するためのシールパッキン５２が貼設されている。シールパッキン５２の材質としては、硬質ゴム、軟質ゴム等の各種ゴムや、プラスチック等の種々の弾性部材が考えられる。
【００２９】
前記分岐管３ｂは、船内において排気管３から分岐されるとともに船体Ｓを貫通し、その排気出口３ｃを船外において開口している。なお、分岐管３ｂは、船外において分岐する構成としてもよい。そして、分岐管３ｂは、排気管３よりも小径、即ち排気通路面積が排気管３よりも狭くなるように形成されている（分岐管３ｂの排気通路面積については後述する。）。
【００３０】
このような構成において、弁機構１０の制御弁１１の開閉を制御することにより、分岐管３ｂを含む排気管３の排気通路面積が変化させることができる。すなわち、制御弁１１が開状態のときは、排気ガスは排気管３及び分岐管３ｂを流れて排出されることとなり、排気通路面積は排気管３及び分岐管３ｂの排気通路面積の合計となる。一方、制御弁１１が閉状態のときは、排気ガスは分岐管３ｂのみを流れて排出されることとなり、排気通路面積は分岐管３ｂのみの排気通路面積となる。この制御弁１１が閉状態の場合、分岐管３ｂは排気管３よりもその排気通路面積が狭く形成されているので、弁機構１０における排気通路面積は、排気管３の排気通路面積に対して縮小されることとなる。
【００３１】
以上のような構成の排気管構造において、エンジン１の起動時に排気管３の排気通路面積を縮小するように弁機構１０を制御することにより、エンジン１の起動時の大音響となる排気音を低減する。つまり、エンジン１の起動時には、制御弁１１を閉状態として排気通路面積を縮小させることにより、大音響となる起動時排気音を低減する。
【００３２】
エンジン１の起動時における弁機構１０の具体的な制御態様としては、例えば、エンジン１の起動時から一定時間の間、弁機構１０の制御弁１１を閉状態として排気通路面積を縮小させることにより排気音を低減する方法がある。
この場合、コントローラ５にエンジン１の起動後から弁機構１０を閉状態とする時間を予め設定する（以下、この設定される時間を「設定時間Ｔ」とする。）。この設定時間Ｔは、エンジン１の起動時の大音響排気音が発生する間の時間よりも若干長く設定される。つまり、エンジン１起動時における大音響排気音は、エンジン１を起動した瞬間から短時間（測定結果によると約１．５秒）の間に発生するため、エンジン１の起動時（起動した瞬間）から設定時間Ｔが経過するまでの間、制御弁１１を閉状態として排気管３の排気通路面積を縮小させて排気音を低減させる。
【００３３】
具体的には、オペレータによる始動キーの操作などによりコントローラ５にエンジン１の起動指令が入力されると、コントローラ５はこの起動信号が入力された時点をエンジン１の起動時と認識する。そして、コントローラ５は、エンジン１の起動時から前記設定時間Ｔが経過するまでの間、制御弁１１を閉状態とする。そして、エンジン１の起動時から設定時間Ｔ経過後、制御弁１１を開状態とする。
なお、エンジン１の起動時において制御弁１１を閉状態とする制御は、例えば、エンジン１の停止時には制御弁１１が閉状態となるように制御したり、エンジン１の起動時にコントローラ５に入力される起動信号に基づき、制御弁１１を瞬間的に閉状態とするように制御したりする方法が考えられる。つまり、これらは制御弁１１の構造やその他制御構造などによって任意であり、エンジン１の起動時から設定時間Ｔが経過するまでの間、制御弁１１が閉状態となるように制御されればよい。
【００３４】
このように、エンジン１の起動時から一定時間の間、制御弁１１を閉状態とすることにより、排気管３の排気通路面積が縮小されることとなるため、エンジン１の起動時に発生する大音響排気音を低減することができる。これにより、深夜などにおけるエンジン１の起動による付近住民への影響を低減することができ、時間帯や場所に関わらずエンジン１の起動を行うことができるようになる。
また、弁機構１０を排気管３の排気出口側端部に設ける構成とすることにより、排気管３の排気口３ａの開閉を行う制御弁１１が船外に設けられることとなるので、弁機構１０を船内に設ける場合に要求されるほどの高い気密性や耐久性が必要なく、制御弁１１における排気ガスの漏れに対する対応が比較的容易となり、簡単な構成で低コストな排気管構造が実現できる。
【００３５】
なお、制御弁１１を閉状態とすることによる背圧の上昇が懸念されるが、エンジンの起動時は回転数が低いこと、及び制御弁１１を閉状態とする時間が短時間であることから、背圧の上昇がエンジンの作動やその他機器類へ与える影響は少なく問題ないと考えられる。
また、前述したように、エンジン１の起動時から一定時間の間、自動的に制御弁１１を閉状態とする場合の他、エンジン１が搭載される船舶の操作部に本制御を行うための切換えスイッチ等を設け、これによりオンオフ制御を行う構成としたり、また、前記操作部にペダルやレバー等の操作具を設け、この操作具に連結部材１５を連結し、オペレータの手動による遠隔操作が可能な構成としたりすることが考えられる。
【００３６】
このように、エンジン１の起動時から一定時間の間、制御弁１１を閉状態とするように制御するため、エンジン１が起動時からその後の一定時間のローアイドリング時には制御弁１１が閉じた状態となる。そして、この制御弁１１が閉じている間は、弁機構１０における排気通路は分岐管３ｂのみとなる。このため、分岐管３ｂの排気通路面積が、排気管３と比較して狭すぎると背圧が許容範囲を超えることとなり、また、分岐管３ｂの排気通路面積が広すぎると十分な消音効果を得ることができない。そこで、分岐管３ｂの排気通路面積は、次に示すようなエンジン１の特性に基づき、排気管３に対して相対的に設定される。
【００３７】
まず、図３にエンジン１における機関出力（単位：ＰＳ）と排気ガスの質量流量（単位：ｋｇ／ｈ）との関係についての測定結果の一例を示す。
この測定結果によると、エンジン１の排気ガスの質量流量は、機関出力の増加にともない比例的に増加していることがわかる。測定点Ａは、エンジン１の機関出力が定格出力（連続最大出力）の時（以下、「定格時」という。）のものであり、この時点での排気ガスの質量流量は約１２０００ｋｇ／ｈとなっている。そして、他の測定点を含めた測定結果に基づくと、エンジン１の機関出力が０ＰＳとなる点Ｂに示すローアイドリング時（以下、「無負荷時」という。）においては、排気ガスの質量流量は約３８０ｋｇ／ｈとなる。つまり、無負荷時における排気ガスの質量流量は、定格時に対して約３％の量となることがわかる。なお、ここでいう定格出力とは、一定の状態と運転条件のもとで定められた回転数にて長時間連続して運転できる出力のことをいう。
【００３８】
このように、エンジン１の無負荷時においては、排気ガス流量が定格時に対して少量となるため、この無負荷時における排気ガス流量に応じて、分岐管３ｂの排気通路面積（内径）を排気管３に対して狭く（小さく）設定することができる。
この場合において、分岐管３ｂの内径を排気管３に対してどの程度小さくするかは、管内における排気ガスの圧力損失（摩擦損失）に基づく排気ガスの背圧によって設定される。この背圧は、管の内径や管内を通過する排気ガスの流量（流速）などに基づくものであり、管内を通過する排気ガスの流量が減少すると背圧は低くなり、管の内径が小さくなると背圧は高くなる。そして、エンジン１においては許容される背圧が定められている。
【００３９】
このようなことから、制御弁１１が閉状態で分岐管３ｂのみが排気通路となり排気ガス流量が減少する無負荷時における背圧を、制御弁１１が開状態である定格時において許容される背圧まで高めようとすると、少量となる排気ガス流量に応じて分岐管３ｂの内径を小さくすることが可能となる。つまり、無負荷時においては排気ガス流量が減少するので、その減少した排気ガス流量が分岐管３ｂ内を流れる際の背圧が、定格時において許容される背圧と略同一となるまで分岐管３ｂの内径を小さく設定することができる。具体的には、前記測定結果に基づくと、分岐管３ｂの排気通路面積が排気管３の排気通路面積の数％となるように分岐管３ｂの内径を設定することができる。
このように排気管３に対する分岐管３ｂの排気通路面積を設定することにより、制御弁１１を閉状態としたときの排気通路面積を最小限にまで狭くすることが可能となる。つまり、機関室における設置スペースの制限などから小型となる消音器２を備える排気管構造であっても、優れた排気音の低減効果を得ることができる。
【００４０】
また、本発明に係る排気管構造における弁機構１０は、次に示すような構成とすることもできる。以下、弁機構１０の各実施例について説明する。なお、同様の用途及び機能を有する部材には同符号を付してその説明を省略する。
【００４１】
まず、弁機構１０の第２実施例について図４を用いて説明する。
本実施例においては、弁機構１０を、アクチュエータ４により連結部材１５を介して作動して排気管３の排気口３ａの開閉を行うとともに排気孔２２を有する制御弁２１としている。このような構成において、制御弁２１が閉状態のときには、排気ガスは制御弁２１の排気孔２２から排出されることとなる。
【００４２】
すなわち、本実施例における排気孔２２は、図２を用いて説明した第１実施例における分岐管３ｂに対応しており、これと同様の機能を果たすこととなる。つまり、制御弁２１を閉状態とした場合における排気口３ａの開口面積は、排気孔２２の開口面積となる。そのため、排気孔２２の開口面積、即ち排気通路面積（内径）は、前述した第１実施例と同様に、排気ガスの背圧に基づき排気管３に対して相対的に設定される。
このような構成とすることにより、より簡単な構成で第１実施例と同様の効果を得ることができる。
【００４３】
次に、弁機構１０の第３実施例について図５を用いて説明する。
本実施例における弁機構１０は、第２実施例における制御弁２１が閉状態となった際に、排気孔２２に連通する消音管３２を排気管３内に設けている。
具体的には、消音管３２は、両端部に縮径部３３ａ・３３ａを有する円筒状の外筒３３と、この外筒３３内にて排気通路３８を形成し多数の通気孔３４ａ・３４ａ・・・を有する円筒状の内筒３４と、外筒３３及び内筒３４の間に形成される消音室３５に充填される吸音材３６とを備える構成とする。
【００４４】
外筒３３及び内筒３４は、外筒３３内に内筒３４が挿入された状態で、外筒３３の縮径部３３ａ・３３ａにおいて溶接などにより固定される。これにより、外筒３３と内筒３４との間、即ち外筒３３の内部であって内筒３４の外側には消音室３５が形成され、この消音室３５と排気通路である内筒３４内とが、前記通気孔３４ａ・３４ａ・・・を介して連通される。そして、消音室３５には、ステンレスウールやグラスウール等の吸音材３６が充填される。この吸音材３６により、排気ガスが内筒３４内を通過する際、主に高周波成分の騒音が通気孔３４ａ・３４ａ・・・を介して吸音される。
【００４５】
このような構成の消音管３２が、排気管３内において支持片３７・３７・・・により支持固定され、制御弁２１が閉じた状態でこの消音管３２が排気孔２２と連通するように、即ち制御弁２１の排気孔２２と消音管３２の内筒３４とが連通するように設けられる。このため、内筒３４内に形成される排気通路３８の排気通路面積（内径）は、排気孔２２の開口面積と略同一に設定される。また、本実施例のように排気管３内に消音管３２を設ける構成とする場合、図示のように、排気管３の排気出口側端部に拡径部３ｄを形成することにより、制御弁２１が開状態での排気管３の排気通路面積を確保する。
なお、消音管３２は前述した構成に限定されるものではなく、排気孔２２の開口面積と略同一の排気通路面積となる排気通路を有するとともに、この排気通路の外周部に吸音材を備える構成であればよい。
【００４６】
このように、排気管３内に消音管３２を設けることにより、エンジン１の起動時において流速の速くなる排気ガスが制御弁２１の排気孔２２を通過する際に発する高周波音である気流音を低減することができ、より高い消音効果を得ることができる。
【００４７】
以上説明した第１〜３実施例においては、図６に示すように、制御弁２１（または１１）によって開閉される排気口３ａの開口面を、排気管３の上側が排気方向に前傾する斜面とすることが好ましい。すなわち、図示のように、排気口３ａにおいて排気管３の上側が長くなり下側が短くなるように開口面を傾斜させることにより、排気口３ａの開口面の鉛直方向に対する角度αを設ける。なお、図６には、図５を用いて説明した第３実施例の場合を示している。
このように排気口３ａの開口面を斜面とすることにより、制御弁２１が開状態にあるときは、制御弁２１が自重により鉛直方向に垂下した状態となるので、排気口３ａの開口面を鉛直方向に対して傾斜させた分、排気口３ａと制御弁２１との間に隙間が生じることとなる。つまり、制御弁２１の開状態では、この隙間分の開口面積が開口した状態となるので、制御弁２１が開状態のときの排気管３内における排気ガスの背圧を低減することができる。
【００４８】
続いて、弁機構１０の第４実施例について図７を用いて説明する。
本実施例においては、弁機構１０を、アクチュエータ４により連結部材１５を介して作動して排気管３の排気通路の開閉を行うとともに通気部４２を有する制御弁４１としている。そして、制御弁４１を排気管３の船外に露出した部分に設けることにより、排気ガスの漏れに対する対応を容易としている。つまり、船外に設けられる制御弁４１においては、船内に制御弁を設ける場合に要求されるほどの高い気密性や耐久性が必要なく、比較的安価に構成することができる。
【００４９】
制御弁４１は、図７（ａ）に示すように、排気管３の上下それぞれにて排気方向に対して直交方向に貫通する上回動軸４３及び下回動軸４４によって排気管３内を回動自在に支承される弁体４５を有し、この弁体４５によって排気管３内の排気通路を開閉する回転弁に構成されている。このため、弁体４５は、排気管３の内径と略同一の外径を有する円盤状に形成される。ここで、上回動軸４３及び下回動軸４４は、排気管３の上下の軸受部４６及び４７にてそれぞれ軸受などを介して回動自在に支承される。つまり、弁体４５が排気管３内の排気方向に対して垂直となるときが制御弁４１の閉状態であり、弁体４５が排気管３内の排気方向に対して平行となるときが制御弁４１の開状態である。
【００５０】
制御弁４１の開閉は、図７（ｂ）に示すように、アクチュエータ４による連結部材１５を介しての引張り動作及び排気管３の外周面に設けられるバネ部材４９による付勢によって行われる。
具体的には、前記上回動軸４３の上端部には作動体４８が固設されており、この作動体４８に設けられる係止部４８ａに、連結部材１５の一端が係止されるとともにバネ部材４９の一端が係止される。バネ部材４９の他端は、排気管３の外周面に設けられる係止部４９ａに係止される。つまり、作動体４８は、アクチュエータ４による連結部材１５の引張り動作が行われると、バネ部材４９の付勢力に抗して上回動軸４３を軸として回転し、これにより、弁体４５が排気管３内における排気方向に対して垂直となり、制御弁４１が閉状態となる。一方、アクチュエータ４による連結部材１５の引張り動作が行われないと、作動体４８はバネ部材４９の付勢力によって回転し、これにより、弁体４５が排気管３内における排気方向に対して平行となり、制御弁４１が開状態となる。
【００５１】
ここで、制御弁４１の開状態または閉状態において、弁体４５が排気管３内の排気方向に対して平行または垂直となるように作動体４８の回動範囲を規制するため、排気管３の外周面にはストッパ５３・５４が設けられている。つまり、アクチュエータ４の連結部材１５を介しての引張り動作により制御弁４１を閉状態とする場合は、弁体４５が排気管３内の排気方向に対して垂直となった状態で作動体４８がストッパ５３に当接し、弁体４５の回転が止まるようにする。一方、バネ部材４９の付勢力により制御弁４１を閉状態とする場合は、弁体４５が排気管３内の排気方向に対して平行となった状態で作動体４８がストッパ５４に当接して、弁体４５の回転が止まるようにする。このような制御弁４１の開閉動作を得るため、本実施例におけるガイドパイプ１７は、アクチュエータ４による連結部材１５の引張り動作が作動体４８を回転させ制御弁４１を閉状態とすることができるように連結部材１５を案内する形状とする。
【００５２】
前記通気部４２は、前記弁体４５の略中央部に設けられるものであり、弁体４５に円筒状の通気管５５が貫通することによって構成される。
このような構成において、制御弁４１が閉状態のとき、即ち弁体４５が排気管３内の排気方向に対して垂直となるときは、排気ガスは通気部４２の通気管５５内を通って排気管３の排気口３ａから排出されることとなる。一方、制御弁４１が開状態のとき、即ち弁体４５が排気管３内の排気方向に対して平行となるときは、排気ガスは排気管３の排気通路により排出されることとなる。
【００５３】
すなわち、本実施例における通気部４２は、図２を用いて説明した第１実施例における分岐管３ｂに対応しており、これと同様の機能を果たすこととなる。つまり、制御弁４１を閉状態とした場合における排気通路面積は、通気部４２の通気管５５の排気通路面積となる。そのため、通気管５５の排気通路面積（内径）は、前述した第１実施例と同様に、排気ガスの背圧に基づき排気管３に対して相対的に設定される。なお、本実施例における通気部４２は、弁体４５に通気管５５を貫通させる構成の他、弁体４５に通気孔を設ける構成としてもよく、こうすることで、より簡単な構成とすることができる。
本実施例のような構成とすることによっても、第１実施例と同様の効果を得ることができる。
【００５４】
以上説明した本発明の内燃機関の排気管構造は、排気管３が船内から船外へと上方に向けて船体を貫通し船外にて水平方向に屈曲するように配管される構成においても適用可能であり、同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の内燃機関の排気管構造の概略構成を示す図。
【図２】弁機構の第１実施例を示す図。
【図３】機関出力と排気ガス質量流量との関係を表す測定結果の一例を示す図。
【図４】弁機構の第２実施例を示す図。
【図５】同じく第３実施例を示す図。
【図６】同じく第１〜３実施例に係る別形体を示す図。
【図７】同じく第４実施例を示す図。（ａ）は側面断面図。（ｂ）は平面図。
【符号の説明】
【００５６】
１    エンジン
２    消音器
３    排気管
３ａ  排気口
３ｂ  分岐管
４    アクチュエータ
５    コントローラ
１０  弁機構
１１  制御弁
１５  連結部材
２１  制御弁
２２  排気孔
３２  消音管
３６  吸音材
３８  排気通路
４１  制御弁
４２  通気部
Ｓ    船体
【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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