(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関本体と、この内燃機関本体から延出してこの内燃機関本体からの排気を上記内燃機関本体の外部に導出させる排気管と、上記内燃機関本体および排気管の管壁に成形されて冷却水を通過させる水ジャケットと、上記排気管の長手方向の一部分の内部に設置されて上記排気を通過させることによりこの排気を浄化させる触媒とを備えた内燃機関における排気浄化装置において、
上記排気管の水ジャケットが、上記排気管の上記一部分に成形される第１ジャケットと、上記排気管の上記一部分よりも下流の他部分に成形される第２ジャケットとを備え、上記内燃機関本体の水ジャケットと上記第１ジャケットとを上記冷却水が並列に通過するようにし、かつ、上記第１、第２ジャケットを上記冷却水が並列に通過するようにした内燃機関における排気浄化装置。
【請求項２】
上記内燃機関本体が複数の気筒を備え、上記排気管が、この排気管の上流側を構成して上記各気筒からそれぞれ延出する上流側管と、上記排気管の下流側を構成して上記各上流側管の延出端部を互いに集合させた下流側管とを備え、上記各上流側管の内部に上記触媒を設置すると共に、上記各上流側管の上記触媒に対応する部分の管壁に上記第１ジャケットを成形した請求項１に記載の内燃機関における排気浄化装置。
【請求項３】
上記第１ジャケットおよび第２ジャケットにそれぞれ冷却水を供給する給水管と、これら各給水管にそれぞれ設けられる開度調整弁とを備えた請求項１、もしくは２に記載の内燃機関における排気浄化装置。
【請求項４】
請求項１から３のうちいずれか１つに記載の上記内燃機関から出力される駆動力により水を船体の後方に向って噴射させるジェット噴射手段を備え、このジェット噴射手段により噴射される水の一部が、上記冷却水として上記水ジャケットに供給されるようにした船舶。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、内燃機関における排気管の内部に排気浄化用の触媒を設置し、冷却水により排気管を介し上記触媒を冷却してその寿命を向上させるようにした内燃機関における排気浄化装置、および船舶に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
上記内燃機関における排気浄化装置には、従来、次のように構成されたものがある。
【０００３】
即ち、上記排気浄化装置が、動力の出力が可能な内燃機関本体と、この内燃機関本体から延出してこの内燃機関本体からの排気を上記内燃機関本体の外部に導出させる排気管と、この排気管の管壁に成形されて冷却水を通過させる水ジャケットと、上記排気管の長手方向の一部分の内部に設置されて上記排気を通過させることによりこの排気を浄化させる触媒とを備えている。
【０００４】
そして、内燃機関が駆動するとき、上記内燃機関本体から排出された排気は、上記排気管を通し上記内燃機関本体の外部に導出される。また、この際、上記排気は触媒を通過することにより化学反応が促進されて浄化され、その後、排出される。
【０００５】
一方、上記水ジャケットを冷却水が通過させられることにより排気管が冷却され、この排気管が排気の熱で高温にさせられるということが防止される。また、上記冷却水により冷却された排気管を介し上記触媒が冷却されて、この触媒が上記化学反応により高温にさせられるということが防止され、もって、触媒の寿命の向上が図られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の技術では、次のような問題点がある。
【０００７】
即ち、上記触媒による化学反応は、この触媒の周りの温度が、ある程度高温であることによって、より促進され、もって、排気が効果的に浄化される。
【０００８】
しかし、内燃機関の始動直後には、この内燃機関は一般に全体的に低温であるにもかかわらず、上記排気管は冷却水により冷却されるため、上記触媒周りの温度が排気の熱により、ある程度高温とされるまでには時間を要し、よって、このような始動直後では、上記触媒による排気の浄化は不十分になるおそれがある。
【０００９】
また、上記従来の技術では、内燃機関の通常運転中、排気管は、その長手方向の各部が平均的な所定温度となるよう冷却水により冷却される。このため、上記排気管の長手方向の一部分の内部に設置されて、上記化学反応により高温とされた触媒を、上記平均的な所定温度とされる上記排気管の一部分との熱交換によって十分に冷却させる、ということは困難である。
【００１０】
ここで、上記触媒は、前記排気の浄化時の化学反応によって高温になりがちであることから、上記したように、触媒を十分に冷却させることはできない、という上記従来の技術では、触媒の寿命を向上させる上で、改善の余地が残されている。
【００１１】
また、上記排気管の内部の横断面積が大きい場合には、その分、この横断面における排気管の中央部は、前記水ジャケットを成形した排気管の管壁から大きく離れることとなる。
【００１２】
このため、上記水ジャケットにより冷却された排気管を介して上記排気管の内部に設置された触媒を冷却させようとしても、この触媒の中央部の冷却は不十分となりがちであり、よって、この点でも、触媒の寿命を向上させる上で、改善の余地が残されている。
【００１３】
本発明は、上記のような事情に注目してなされたもので、内燃機関の始動直後であっても、触媒により排気が十分に浄化されるようにし、また、内燃機関における排気管の内部に触媒を設置した場合に、この触媒の寿命を向上させるようにすることを課題とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の内燃機関における排気浄化装置、および船舶は、次の如くである。
【００１５】
請求項１の発明は、内燃機関本体１２と、この内燃機関本体１２から延出してこの内燃機関本体１２からの排気１５を上記内燃機関本体１２の外部に導出させる排気管３３と、上記内燃機関本体１２および排気管３３の管壁に成形されて冷却水４４を通過させる水ジャケット４２，４３と、上記排気管３３の長手方向の一部分の内部に設置されて上記排気１５を通過させることによりこの排気１５を浄化させる触媒５１とを備えた内燃機関における排気浄化装置において、
【００１６】
上記排気管３３の水ジャケット４３が、上記排気管３３の上記一部分に成形される第１ジャケット４５と、上記排気管３３の上記一部分よりも下流の他部分に成形される第２ジャケット４６とを備え、上記内燃機関本体１２の水ジャケット４２と上記第１ジャケット４５とを上記冷却水４４が並列に通過するようにし、かつ、上記第１、第２ジャケット４５，４６を上記冷却水４４が並列に通過するようにしたものである。
【００１７】
請求項２の発明は、請求項１の発明に加えて、上記内燃機関本体１２が複数の気筒２１を備え、上記排気管３３が、この排気管３３の上流側を構成して上記各気筒２１からそれぞれ延出する上流側管３７と、上記排気管３３の下流側を構成して上記各上流側管３７の延出端部を互いに集合させた下流側管３８とを備え、上記各上流側管３７の内部に上記触媒５１を設置すると共に、上記各上流側管３７の上記触媒５１に対応する部分の管壁に上記第１ジャケット４５を成形したものである。
【００１８】
請求項３の発明は、請求項１、もしくは２の発明に加えて、上記第１ジャケット４５および第２ジャケット４６にそれぞれ冷却水４４を供給する給水管４９と、これら各給水管４９にそれぞれ設けられる開度調整弁５０ａとを備えたものである。
【００１９】
請求項４の発明は、請求項１から３のうちいずれか１つに記載の上記内燃機関４から出力される駆動力により水２を船体３の後方に向って噴射させるジェット噴射手段５を備え、このジェット噴射手段５により噴射される水２の一部が、上記冷却水４４として上記水ジャケット４３に供給されるようにした船舶である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面により説明する。
【００２１】
図２において、符号１は、乗り物の一例である鞍乗型の小型船舶であり、水２面に浮かべられている。また、矢印Ｆｒは、この船舶１の推進方向の前方を示している。
【００２２】
上記船舶１は、上記水２面に浮かべられる船体３と、この船体３の内部空間に搭載されこの船体３の推進用駆動源とされる４サイクル内燃機関４と、上記船体３の後部に支持され、上記内燃機関４から出力される駆動力を入力して船体３の下方から水２を吸入する一方、この水２を船体３の後方に向って噴射させることによりこの船体３を前方に推進させるジェット噴射手段５とを備えている。
【００２３】
上記ジェット噴射手段５は、上記船体３の後部に支持されて前後方向に延びる流水管７を備え、この流水管７の内部が、上記船体３の後部下方をこの船体３の後方に連通させる水通路８とされている。この水通路８に配設されて上記流水管７に支承されるインペラ９が設けられ、このインペラ９は上記内燃機関４に対し推進軸１０により連動連結されている。
【００２４】
上記内燃機関４は、上記船体３に支持されて動力の出力が可能な内燃機関本体１２と、この内燃機関本体１２における燃焼に供するよう、この内燃機関本体１２に外部の空気１３と燃料とを供給する吸気装置１４と、上記内燃機関本体１２から延出してこの内燃機関本体１２での燃焼により生じた排気１５を通過させ上記内燃機関本体１２の外部に排出させる排気装置１６とを備えている。
【００２５】
全図において、上記内燃機関本体１２は、上記船体３に支持されてクランク軸１９を支承するクランクケース２０と、このクランクケース２０から上方に突出する複数（４つ）の気筒２１とを備え、また、これら各気筒２１は、上記クランクケース２０から突出するシリンダ本体２２と、このシリンダ本体２２の突出端に着脱自在に支持されるシリンダヘッド２３と、上記シリンダ本体２２に摺動自在に内嵌されるピストン２４と、上記クランクケース２０と各ピストン２４とを互いに連動連結させる連接棒２５とを備えている。
【００２６】
上記吸気装置１４は、上記内燃機関本体１２の各気筒２１のシリンダヘッド２３にそれぞれ成形される吸気通路２８と、上記シリンダヘッド２３から延出してその内部が上記吸気通路２８と連通し上記空気１３と燃料とを上記気筒２１内に吸入可能とさせる吸気管２９とを備え、上記吸気通路２８は吸気弁３０により適宜開閉自在とされている。
【００２７】
上記排気装置１６は、上記内燃機関本体１２の各気筒２１のシリンダヘッド２３にそれぞれ成形される排気通路３２と、上記シリンダヘッド２３から延出してこの内燃機関本体１２の気筒２１からの排気１５を上記内燃機関本体１２の外部に導出させる排気管３３とを備え、上記排気通路３２は排気弁３４により適宜開閉自在とされている。
【００２８】
上記排気管３３は、この排気管３３の上流側を構成して上記各気筒２１に対し締結具３６により着脱自在に締結されると共に上記各気筒２１からそれぞれ延出する上流側管３７と、上記排気管３３の下流側を構成して上記各上流側管３７の延出端部の内部を互いに集合させた下流側管３８とを備えている。
【００２９】
また、上記上流側管３７は、その長手方向の一部分であってその上流側を構成して上記各気筒２１から延出する第１上流側管３９と、上記上流側管３７の下流側を構成して上記第１上流側管３９の延出端部に締結される第２上流側管４０と、上記各気筒２１と上流側管３７との間、および第１上流側管３９と第２上流側管４０との間にそれぞれ介設されるガスケット４１とを備え、上記各第１上流側管３９の延出端部は互いに一体成形され、また、上記各第２上流側管４０はその長手方向のほぼ全体にわたり互いに一体成形されている。
【００３０】
上記内燃機関４を水冷却させる冷却装置が設けられている。即ち、上記気筒２１のシリンダ本体２２とシリンダヘッド２３とにそれぞれ互いに連通する水ジャケット４２が成形されている。また、上記排気管３３の管壁に水ジャケット４３が成形され、上記各水ジャケット４２，４３を冷却水４４が通過可能とされている。
【００３１】
より具体的には、上記水ジャケット４３は、上記排気管３３の長手方向の一部分である上記上流側管３７の各第１上流側管３９にそれぞれ成形される第１ジャケット４５と、上記排気管３３の他部分である上記上流側管３７の第２上流側管４０および下流側管３８にそれぞれ成形される第２ジャケット４６とを備えている。上記気筒２１の水ジャケット４２、第１ジャケット４５、第２ジャケット４６は、空気抜き孔などで互いに連通し合うことを除き、上記ガスケット４１等によって互いに分断されており、互いに冷却水４４が流動し合うということは抑制されている。
【００３２】
上記各水ジャケット４２，４３に冷却水４４を加圧して供給する水供給源４８は、上記ジェット噴射手段５により構成されている。つまり、船体３の推進時に、上記ジェット噴射手段５により船体３の後方に向って噴射される水２の一部が、上記冷却水４４としてそれぞれ給水管４９を通し上記各水ジャケット４２，４３に供給されるようになっている。
【００３３】
上記の場合、冷却水４４の流れ方向でみて、上記各気筒２１の水ジャケット４２と、排気管３３の第１、第２ジャケット４５，４６とは並列に配置され、これら４２，４５，４６を上記冷却水４４が並列に通過して、上記各気筒２１と、排気管３３の第１、第２ジャケット４５，４６とをそれぞれ冷却することとされている。また、これらの通過により、上記気筒２１と排気管３３とを冷却した後の冷却水４４は、それぞれ船体３の外部に排水管５０を通し排水されるようになっている。また、上記各第１上流側管３９の第１ジャケット４５には、上記第１上流側管３９の下流端部側から冷却水４４が給水管４９を通し供給され、第１上流側管３９の上流端部側から冷却水４４が排水管５０を通し排水されるようになっている。
【００３４】
上記各給水管４９にはそれぞれ開度調整弁５０ａが設けられ、これら各開度調整弁５０ａの開度調整により、上記気筒２１の水ジャケット４２、排気管３３の第１、第２ジャケット４５，４６に対する冷却水４４の供給量がそれぞれ増減調整可能とされている。
【００３５】
上記排気管３３の長手方向の一部分である各上流側管３７の第１上流側管３９の内部に設置され、かつ、この第１上流側管３９の長手方向の一部分である上流端部に設置されて上記排気１５を通過させることによりこの排気１５と化学反応して、この排気１５を浄化させる三元触媒５１が設けられている。
【００３６】
上記触媒５１は、上記各気筒２１のシリンダヘッド２３と各第１上流側管３９との間に介設されて上記締結具３６により共締めされる板金製の基板５２と、この基板５２にそれぞれ取り付けられ、上記各第１上流側管３９の内部に嵌入されてこの内部に設置されるハニカム形状の触媒本体５３とを備え、各気筒２１に対応する上記各基板５２は互いに一体成形されて、全体として平坦な板形状とされている。
【００３７】
上記内燃機関４を駆動させ、その駆動力を上記クランク軸１９から推進軸１０を介しインペラ９に伝達して、このインペラ９を回転させれば、上記水２が流水管７を通し船体３の後方に向って噴射させられ、上記船体３は、その前方への推進が可能となる。
【００３８】
上記した内燃機関４の駆動時には、上記吸気装置１４の吸気管２９の内部を通し、上記各気筒２１内に空気１３と燃料とが導入されて燃焼に供され、これにより、上記駆動力が出力される。また、上記燃焼により生じた燃焼ガスは排気１５として上記排気装置１６の内部を通り、上記内燃機関本体１２の外部に導出される。
【００３９】
上記の場合、内燃機関本体１２の各気筒２１と、上記排気管３３は上記各水ジャケット４２，４３を冷却水４４が通過することにより冷却されて排気１５の熱によって高温にされることが防止される。一方、上記排気管３３を通る排気１５は上記触媒５１の各触媒本体５３を通過することにより浄化され、この際、上記各触媒本体５３は、上記第１上流側管３９に成形された第１ジャケット４５を通る冷却水４４により冷却されて、上記各触媒本体５３が高温になろうとすることが防止される。
【００４０】
上記構成によれば、内燃機関本体１２と、この内燃機関本体１２から延出してこの内燃機関本体１２からの排気１５を上記内燃機関本体１２の外部に導出させる排気管３３と、この排気管３３の管壁に成形されて冷却水４４を通過させる水ジャケット４３と、上記排気管３３の長手方向の一部分である第１上流側管３９の内部に設置されて上記排気１５を通過させることによりこの排気１５を浄化させる触媒５１とを備えた内燃機関における排気浄化装置において、
【００４１】
上記水ジャケット４３が、上記排気管３３の上記一部分である第１上流側管３９に成形される第１ジャケット４５と、上記排気管３３の他部分に成形される第２ジャケット４６とを備え、上記第１、第２ジャケット４５，４６を上記冷却水４４が並列に通過するようにしてある。
【００４２】
このため、上記第１ジャケット４５と第２ジャケット４６へ供給するそれぞれの冷却水４４の量は、上記開度調整弁５０ａなどにより、互いに個別に調整することができる。
【００４３】
ここで、上記内燃機関４の始動直後には、この内燃機関４は一般に全体的に低温であるため、上記触媒５１を設置していない上記排気管３３の他部分に成形した第２ジャケット４６に比べて、上記触媒５１を設置した上記排気管３３の一部分に成形した第１ジャケット４５に対し、より少量の冷却水４４を供給して通過させれば、上記第１上流側管３９との熱交換により上記触媒５１が過度に冷却されるということが抑制される。
【００４４】
よって、上記内燃機関４の始動直後には、その排気１５の熱により、上記触媒５１の周りが短時間で、ある程度高温にさせられることとなり、この触媒５１による化学反応が促進させられることから、内燃機関４の始動直後であっても、上記触媒５１により、排気１５が十分に浄化される。
【００４５】
一方、上記内燃機関４の通常運転中では、上記触媒５１は排気１５との上記化学反応によるこの排気１５の浄化時に発熱して高温になろうとする。そこで、上記触媒５１を設置していない上記排気管３３の他部分に成形した第２ジャケット４６に比べて、上記第１ジャケット４５に対し、より多量の冷却水４４を供給して通過させれば、上記第１上流側管３９との熱交換により、上記触媒５１が十分に冷却されることとなって、この触媒５１の寿命の向上が達成される。
【００４６】
また、前記したように、内燃機関本体１２が複数の気筒２１を備え、上記排気管３３が、この排気管３３の上流側を構成して上記各気筒２１からそれぞれ延出する上流側管３７と、上記排気管３３の下流側を構成して上記各上流側管３７の延出端部を互いに集合させた下流側管３８とを備えた内燃機関における排気浄化装置において、
【００４７】
上記各上流側管３７の管壁に上記水ジャケット４３を成形すると共に、上記各上流側管３７の内部に上記触媒５１を設置してある。
【００４８】
ここで、上記各上流側管３７の横断面積は上記下流側管３８のそれに比べて小さいため、上記各上流側管３７の横断面におけるこれら上流側管３７の中央部は、これら上流側管３７の管壁に成形した水ジャケット４３の第１ジャケット４５に、より接近する。
【００４９】
よって、上記各上流側管３７の内部に設置された触媒５１は、上記水ジャケット４３の第１ジャケット４５により冷却された上記各上流側管３７を介して、より十分に冷却され、このため、これら触媒５１の寿命の向上が達成される。
【００５０】
なお、図１，３，４中一点鎖線で示すように、触媒５１は、これを第１上流側管３９の上流端部に設置したことに代え、もしくは、これと共に、上記第１上流側管３９の下流端部に設置してもよい。
【００５１】
また、図１中一点鎖線で示すように、上記上流側管３７の第１上流側管３９に成形された第１ジャケット４５内の冷却水４４を排水させる排水管５０を、弁５６と連通管５７を介し、上記気筒２１の水ジャケット４２への給水管４９における上記開度調整弁５０ａよりも下流側に連通させてもよい。
【００５２】
そして、上記内燃機関４の始動直後の暖気運転時には、上記開度調整弁５０ａと弁５６の開閉操作により、上記第１上流側管３９の第１ジャケット４５を通過して触媒５１を冷却したことにより高温とされた冷却水４４を、上記給水管４９を通し気筒２１に供給させれば、内燃機関４の暖気運転が迅速に行われる。また、この暖気運転後には、図１中実線で示した元の状態に戻し、前記したように内燃機関４を駆動させればよい。
【００５３】
なお、以上は図示の例によるが、内燃機関４は２サイクルであってもよく、気筒２１は２気筒であってもよい。
【００５４】
また、上記各開度調整弁５０ａと、弁５６との開閉弁動作をそれぞれ電子的な制御装置により自動制御してもよく、例えば、内燃機関４の始動直後の暖気運転時には、第１ジャケット４５への冷却水４４の供給量を第２ジャケット４６へのそれよりも自動的に少量にさせ、一方、上記暖気運転後の内燃機関４の通常運転中には、第１ジャケット４５への冷却水４４の供給量を第２ジャケット４６へのそれよりも自動的に多量にさせるようにしてもよい。
【００５５】
上記のようにすれば、内燃機関４の運転中の全体にわたり、排気１５の十分な浄化が、より確実に達成される。
【００５６】
【発明の効果】
本発明による効果は、次の如くである。
【００５７】
請求項１の発明は、内燃機関本体と、この内燃機関本体から延出してこの内燃機関本体からの排気を上記内燃機関本体の外部に導出させる排気管と、上記内燃機関本体および排気管の管壁に成形されて冷却水を通過させる水ジャケットと、上記排気管の長手方向の一部分の内部に設置されて上記排気を通過させることによりこの排気を浄化させる触媒とを備えた内燃機関における排気浄化装置において、
【００５８】
上記排気管の水ジャケットが、上記排気管の上記一部分に成形される第１ジャケットと、上記排気管の上記一部分よりも下流の他部分に成形される第２ジャケットとを備え、上記内燃機関本体の水ジャケットと上記第１ジャケットとを上記冷却水が並列に通過するようにし、かつ、上記第１、第２ジャケットを上記冷却水が並列に通過するようにしてある。
【００５９】
このため、上記第１ジャケットと第２ジャケットへ供給するそれぞれの冷却水の量は、互いに個別に調整することができる。
【００６０】
ここで、上記内燃機関の始動直後には、この内燃機関は一般に全体的に低温であるため、上記触媒を設置していない上記排気管の他部分に成形した第２ジャケットに比べて、上記触媒を設置した上記排気管の一部分に成形した第１ジャケットに対し、より少量の冷却水を供給させれば、上記排気管の上記一部分との熱交換により、上記触媒が過度に冷却されるということが抑制される。
【００６１】
よって、上記内燃機関の始動直後には、その排気の熱により、上記触媒の周りが短時間で、ある程度高温にさせられることとなり、この触媒による化学反応が促進させられることから、内燃機関の始動直後であっても、上記触媒により、排気が十分に浄化される。
【００６２】
一方、上記内燃機関の通常運転中では、上記触媒は排気との化学反応によるこの排気の浄化時に発熱して高温になろうとする。そこで、上記触媒を設置していない上記排気管の他部分に成形した第２ジャケットに比べて、上記排気管の一部分に成形した第１ジャケットに対し、より多量の冷却水を供給して通過させれば、上記排気管の一部分との熱交換により、上記触媒が十分に冷却されることとなって、この触媒の寿命の向上が達成される。
【００６３】
請求項２の発明は、上記内燃機関本体が複数の気筒を備え、上記排気管が、この排気管の上流側を構成して上記各気筒からそれぞれ延出する上流側管と、上記排気管の下流側を構成して上記各上流側管の延出端部を互いに集合させた下流側管とを備え、上記各上流側管の内部に上記触媒を設置すると共に、上記各上流側管の上記触媒に対応する部分の管壁に上記第１ジャケットを成形してある。
【００６４】
ここで、上記各上流側管の横断面積は上記下流側管のそれに比べて小さいため、上記各上流側管の横断面におけるこれら上流側管の中央部は、これら上流側管の管壁に成形した第１ジャケットに、より接近する。
【００６５】
よって、上記各上流側管の内部に設置された触媒は、上記第１ジャケットにより冷却された上記各上流側管を介して、より十分に冷却され、このため、これら触媒の寿命の向上が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図３のものを正面視した部分断面図である。
【図２】  船舶の全体側面部分断面図である。
【図３】  図２の部分拡大図である。
【図４】  図３で示したものの平面図である。
【図５】  図１の部分拡大断面図である。
【図６】  触媒の全体図である。
【符号の説明】
１      船舶
２      水
３      船体
４      内燃機関
５      ジェット噴射手段
１２    内燃機関本体
１５    排気
２１    気筒
３３    排気管
３７    上流側管
３８    下流側管
３９    第１上流側管
４０    第２上流側管
４２    水ジャケット
４３    水ジャケット
４４    冷却水
４５    第１ジャケット
４６    第２ジャケット
４９    給水管
５０ａ  開度調整弁
５１    触媒
【図１】
0004553229.tif 000002
【図２】
0004553229.tif 000003
【図３】
0004553229.tif 000004
【図４】
0004553229.tif 000005
【図５】
0004553229.tif 000006
【図６】
0004553229.tif 000007