JP2001115873A

JP2001115873A - 燃料噴射式４サイクルエンジン

Info

Publication number: JP2001115873A
Application number: JP29305599A
Authority: JP
Inventors: Isao Sugano; 功菅野
Original assignee: Sanshin Kogyo KK
Current assignee: Yamaha Marine Co Ltd
Priority date: 1999-10-14
Filing date: 1999-10-14
Publication date: 2001-04-24
Anticipated expiration: 2019-10-14
Also published as: US6520147B1; JP4208108B2

Abstract

(57)【要約】【課題】応答特性の遅いＩＳＣバルブでも、ダッ
シュポッド制御の際にエンジンへの空気供給量が十分に
確保できる燃料噴射式４サイクルエンジンを提供する。【解決手段】燃料噴射式４サイクルエンジン（２）
は、シリンダ（７）内へ空気を導く吸気管（５２）にス
ロットル弁（５４）が設けられ、このスロットル弁をバ
イパスするバイパス流路（５５）が形成され、このバイ
パス流路にはＩＳＣバルブ（８１）が設けられている。
そして、ＩＳＣバルブの開度は、スロットル弁の開度ま
たはエンジン回転数が大きくなるにつれて大きくなって
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリンダ内へ空気
を導く吸気管にスロットル弁が設けられ、このスロット
ル弁をバイパスするバイパス流路が形成され、このバイ
パス流路にはＩＳＣバルブ（アイドルスピードコントロ
ールバルブ）が設けられている燃料噴射式４サイクルエ
ンジンに関する。

【０００２】

【従来の技術】この様なＩＳＣバルブは、エンジン高回
転数時にスロットル弁が急に閉じられた場合に、開くよ
うに制御（所謂、ダッシュポッド制御）されている。そ
して、エンジンへの吸気量不足で失火などが発生し、エ
ンジンの回転が停止したり、不調となったりすることを
防止している。この従来のＩＳＣバルブは、スロットル
弁の開度（以下、「スロットル開度」と呼ぶ）が大きい
場合およびエンジン回転数が低い場合には閉じ、スロッ
トル開度が小さく、かつ、エンジン回転数が高い場合に
開いている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ＩＳＣバル
ブが安価なステップモーターなどの応答特性の遅い駆動
装置で駆動されていることがある。このステップモータ
ーは、図４に図示するように、スイッチをＯＮとして電
気を供給しても、段階的に一定角度ずつ回転する。した
がって、ステップモーターにより駆動されるＩＳＣバル
ブは、所望の開度まで開くのに時間を要している。その
ため、図６の破線で図示するように、スロットル開度を
増大させて、エンジン回転数を増大させた後に、急にス
ロットル弁を閉じた場合に行われるダッシュポッド制御
の際に、ＩＳＣバルブは閉じた状態から開き始めるが、
ＩＳＣバルブの開く速度が遅く、間に合わないことがあ
る。すると、前述のように、エンジンへの空気供給量が
不足し、エンジンの回転が停止したり、不調となったり
する。そして、これを防止するために、ＩＳＣバルブの
１ステップで開く開度を大きくすると、ＩＳＣバルブに
よる空気量の調整の精度が低下するとともに、大きな容
量のＩＳＣバルブが必要となり、コストが増大する。

【０００４】本発明は、以上のような課題を解決するた
めのもので、応答特性の遅いＩＳＣバルブでも、ダッシ
ュポッド制御の際にエンジンへの空気供給量が十分に確
保できる燃料噴射式４サイクルエンジンを提供すること
を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の燃料噴射式４サ
イクルエンジン（２）は、シリンダ（７）内へ空気を導
く吸気管（５２）にスロットル弁（５４）が設けられ、
このスロットル弁をバイパスするバイパス流路（５５）
が形成され、このバイパス流路にはＩＳＣバルブ（８
１）が設けられている。そして、前記ＩＳＣバルブの開
度は、スロットル弁の開度またはエンジン回転数が大き
くなるにつれて大きくなっている。

【０００６】また、前記ＩＳＣバルブが、ステップモー
ター（８２）で駆動されている場合がある。

【０００７】

【発明の実施の形態】次に、本発明における燃料噴射式
４サイクルエンジンの実施の一形態を図１ないし図７を
用いて説明する。図１は本発明の実施の形態の燃料噴射
式４サイクルエンジンを搭載した船外機の基本構成を示
す模式的構成図である。図２は吸気管およびＩＳＣバル
ブの配置の模式図である。図３はＩＳＣバルブの断面図
である。図４はＩＳＣバルブの稼働時のタイムチャート
である。図５はＩＳＣバルブの開度とスロットル開度と
の関係示すグラフである。図６はスロットル弁を開けて
から急に閉じた場合のタイムチャートである。図７はＩ
ＳＣバルブを駆動するためのフローチャートである。

【０００８】船外機１の上部には、内燃機関である燃料
噴射式４サイクル多気筒エンジン２がカウリング内に搭
載されており、このエンジン２のクランク軸３は、縦置
き状態である。また、船外機１の下部には、プロペラ４
が回転可能に設けられている。このプロペラ４は、ドラ
イブシャフト５やプロペラシャフト６などを介して、エ
ンジン２のクランク軸３に連結されており、クランク軸
３により、プロペラ４を回転駆動できる。このエンジン
２はＬ型４気筒で、各シリンダ７は略水平に配置されて
いるとともに、上下に４段設けられている。各シリンダ
７には、ピストン８が往復動自在に配置され、コンロッ
ド９を介してクランク軸３に連結されている。また、ド
ライブシャフト５により、冷却水ポンプ２７が駆動さ
れ、船外機外の水を吸い込んで、エンジン２などに冷却
水として供給している。

【０００９】前記シリンダ７が形成されているシリンダ
ボディ２９には、エンジン温度センサー３２が設けられ
ており、シリンダボディ２９の温度すなわちエンジン温
度を検出している。また、クランク軸３の周囲には、パ
ルス発生手段としてのパルサコイル３６が設けられ、ク
ランク軸３が回転すると、このパルサコイル３６が、ク
ランク軸３の回転数（すなわちエンジン回転数）に応じ
た周波数のパルス信号を出力している。このパルサコイ
ル３６がエンジン回転数センサー４０を構成しており、
パルスの数をカウントすることによりエンジン回転数が
分かる。また、パルスの発生する際のクランク軸３の回
転角度は略一定であるので、パルスが発生した際には、
クランク軸３が特定の回転角度（パルス発生角度）にな
ったことが分かる。

【００１０】シリンダボディ２９の燃焼室４５側はシリ
ンダヘッド４６で覆われている。このシリンダヘッド４
６には、各シリンダ７毎に、シリンダ７に空気を供給す
る吸気流路４７と、燃焼室４５の燃焼ガスを排気する排
気流路４８とが設けられている。吸気流路４７の吸気孔
を吸気弁４９が開閉し、また、排気流路４８の排気孔を
排気弁５１が開閉している。吸気弁４９は吸気弁用カム
シャフト４９ａで駆動され、排気弁５１は排気弁用カム
シャフト５１ａで駆動されている。このカムシャフト４
９ａ，５１ａは、クランク軸３とタイミングベルトなど
を介して連動しており、クランク軸３が２回転すると、
カムシャフト４９ａ，５１ａは１回転している。さら
に、シリンダヘッド４６には点火プラグ５０が着脱自在
に取り付けられている。

【００１１】シリンダヘッド４６の吸気流路４７には各
々、吸気管５２が接続され、この４本の吸気管５２の端
部はサージタンク５３に接続されて集合している。吸気
管５２には、各々スロットル弁５４が設けられ、このス
ロットル弁５４が、各気筒への吸気量を調整しており、
所謂独立スロットル形式となっている。また、詳細は後
述するバイパス流路５５がスロットル弁５４をバイパス
している。そして、スロットル弁５４は、互いに連動し
ており、スロットル弁５４の開度（すなわち、スロット
ル開度）は、スロットル開度センサー５６が検出してい
る。このスロットル開度センサー５６は、スロットル弁
５４の開度を正常に検出している際には、出力電圧は０
よりも大きな値となっており、故障などをした際には、
略０電圧となっている。また、吸気管５２の一本には、
スロットル弁５４の下流側に、吸気圧センサー５７が設
けられており、吸気管５２内の気圧を検出している。さ
らに、吸気管５２には、スロットル弁５４の下流側に、
各々インジェクター５８が設けられている。

【００１２】このインジェクター５８への燃料系につい
て説明する。船外機１が搭載されているボート等の船体
５９側には主燃料タンク６１が設けられており、この主
燃料タンク６１の燃料たとえばガソリンなどは、手動式
の第１の低圧ポンプ６２によりフィルター６３を経て、
第２の低圧ポンプ６４に送られている。フィルター６３
およびそれよりも下流の部材は、船外機１内に配置され
ている。そして、第２の低圧ポンプ６４は、第１の低圧
ポンプ６２から送られた燃料を、気液分離装置であるベ
ーパーセパレータータンク６５に送る。このベーパーセ
パレータータンク６５内には、燃料ポンプ６６が配設さ
れ、この燃料ポンプ６６が、供給配管６７を介してイン
ジェクター５８にベーパーセパレータータンク６５内の
燃料を供給している。そして、この燃料はインジェクタ
ー５８から吸気管５２内に噴射されている。また、イン
ジェクター５８で余った燃料は戻り配管６８を通ってベ
ーパーセパレータータンク６５に戻ってきている。

【００１３】また、排気流路４８には、O₂センサー７１
が設けられ、燃焼ガスの酸素濃度を検出している。そし
て、オイルポンプ２８は、アッパーケーシング１８内の
オイルパン７６から潤滑オイルを吸い込み、オイル流路
７７を介してクランク軸３の軸受けなどに供給してい
る。オイル流路７７には、油温センサー７８および油圧
センサー７９が設けられており、油温センサー７８は潤
滑オイルの温度を、また、油圧センサー７９は潤滑オイ
ルの圧力を検出している。

【００１４】ところで、前述のバイパス流路５５は、上
流側がサージタンク５３に、下流側が、各吸気管５２に
おけるスロットル弁５４よりも下流側の部分に接続され
ている。そして、バイパス流路５５の中間部には、ＩＳ
Ｃバルブ８１が設けられ、このＩＳＣバルブ８１を駆動
装置としてのステップモーター８２が駆動している。こ
のステップモーター８２には、固定子８３と可動子８４
とが設けられ、可動子８４の内面側には雌ねじ部８６が
固定して設けられている。この雌ねじ部８６に螺合する
雄ねじシャフト８７は、ＩＳＣバルブ８１の弁体に一体
に構成されている。また、押圧バネ８８が雄ねじシャフ
ト８７を下方すなわち閉方向に付勢している。そして、
可動子８４が回転すると、雌ねじ部８６が一体に回転
し、この雌ねじ部８６の回転により、螺合する雄ねじシ
ャフト８７およびＩＳＣバルブ８１の弁体が押圧バネ８
８の付勢力に付勢されながら、上下動し、ＩＳＣバルブ
８１を開閉している。

【００１５】また、船外機１内には、点火プラグ５０の
点火時期や、インジェクター５８の燃料噴射量や噴射時
期などのエンジン稼働状態を制御するエンジンコントロ
ールユニット（ＥＣＵ）９１が設けられている。このエ
ンジンコントロールユニット９１は、マイコンなどの制
御装置で、入力側に、エンジン回転数センサー４０、大
気圧センサー９２、船外機の傾動の角度を検出するトリ
ムセンサー９３、油温センサー７８、油圧センサー７
９、O₂センサー７１、スロットル開度センサー５６、吸
気圧センサー５７およびエンジン温度センサー３２など
が、また、出力側に点火プラグ５０の点火回路、インジ
ェクター５８の駆動部やステップモーター８２などが接
続されている。また、エンジンコントロールユニット９
１の内部には、ＣＰＵ、タイマー、およびＲＡＭやＲＯ
Ｍなどからなる記憶部などが設けられている。

【００１６】そして、エンジンコントロールユニット９
１の記憶部には、図５に図示するＩＳＣバルブの開度
（以下、「ＩＳＣバルブ開度」と呼ぶ）とスロットル開
度との関係が２次元マップで一対一で対応するように前
もって記憶されている。図５に示すように、ＩＳＣバル
ブ開度は、スロットル開度が大きくなるにつれて大きく
なるとともに、ＩＳＣバルブ開度の変化率は、スロット
ル開度が大きくなるにつれて小さくなっている。言い換
えると、逆に、スロットル開度が小さくなると、ＩＳＣ
バルブ開度もそれにつれて小さくなっているとともに、
ＩＳＣバルブ開度の変化率は、スロットル開度が小さく
なるにつれて大きくなっている。また、このＩＳＣバル
ブ開度は、対応するスロットル開度の状態時に、急にス
ロットル弁５４が全閉されても、エンジン２の回転が極
力不調とならないように決定されている。

【００１７】この様に構成されている船外機１のエンジ
ン２が稼働すると、空気がサージタンク５３から吸気管
５２を流れ、インジェクター５８からガソリンなど燃料
が供給されて混合されている。空気は吸気管５２を流れ
ている際に、スロットル弁５４で流量が調整されている
とともに、このスロットル弁５４をバイパスし、バイパ
ス流路５５を通ってスロットル弁５４の下流側に流れ込
んでいる。そして、吸気弁４９が開いている際に、吸気
流路４７を通って、燃焼室４５に流入している。ピスト
ン８は上死点と下死点との間を往復動しており、クラン
ク軸３が２回転する間に、略上死点から略下死点への吸
気工程と、略下死点から略上死点への圧縮工程と、次の
略上死点から略下死点への燃焼工程と、略下死点から略
上死点への排気工程との４工程を行っている。この４工
程の間に、カムシャフト４９ａ，５１ａは１回転してお
り、吸気工程の際に吸気弁４９が開き、排気工程の際に
排気弁５１が開いている。また、燃焼工程の始めの上死
点付近で点火プラグ５０が点火され、吸気工程の初期の
付近で、インジェクター５８から燃料が噴射されてい
る。そして、エンジンコントロールユニット９１は、入
力側に接続されている種々のセンサーから入力される種
々のデータに基づいて、点火プラグ５０の点火時期、イ
ンジェクター５８の噴射時期および噴射時間（すなわ
ち、燃料噴射量）、並びにＩＳＣバルブ８１の開度など
を決定し、制御している。

【００１８】ついで、エンジンコントロールユニット９
１によるスロットル開度の制御のフローを説明する。図
７において、ステップ１で、エンジンコントロールユニ
ット９１は、スロットル開度センサー５６からの検出値
すなわちスロットル開度をサンプリングする。ついで、
ステップ２において、サンプリングしたスロットル開度
から、エンジンコントロールユニット９１の記憶部に記
憶されているスロットル開度とＩＳＣバルブ開度との関
係（２次元マップ）に基づいて、ＩＳＣバルブ開度の目
標値を求め、ステップ３に行く。ステップ３において、
ＩＳＣバルブ開度の目標値とＩＳＣバルブ開度の現在値
とを比較し、差が無い場合にはステップ１に戻り、差が
有る場合にはステップ４に行く。なお、エンジンコント
ロールユニット９１は、ステップモーター８２に出力し
た回転信号の今までの出力回数（すなわち、正転の出力
回数から反転の出力回数を減算した回数）から、ＩＳＣ
バルブ開度の現在値が分かっている。そして、ステップ
４において、ＩＳＣバルブ８１を駆動する。すなわち、
ステップモーター８２に回転信号を入力して、差が小さ
くなる方向に回転させ、ＩＳＣバルブ８１を開方向また
は閉方向に移動させる。そして、ステップ１に戻る。こ
の様にして、ＩＳＣバルブ開度が、図５に示す関係を維
持するように、スロットル開度に追随して変化してい
る。

【００１９】そして、図６に図示するように、図示しな
いアクセルレバーなどを操作して、スロットル弁５４の
開度を略閉じている状態から漸次増大すると、ＩＳＣバ
ルブ開度もそれに追随して大きくなり、エンジン回転数
も増大する。ついで、急にスロットル弁５４を閉じる
と、ＩＳＣバルブ８１も閉じる方向に変化する。しかし
ながら、ＩＳＣバルブ８１は図４に図示するように、応
答特性が悪く、段階的に変位するので、図６において
も、スロットル弁５４の変化に遅れながら追随して閉方
向に変位している。

【００２０】ところで、急にスロットル弁５４を閉じる
と、ダッシュポッド制御が始まり、前述のように、従来
はＩＳＣバルブ８１が閉まっている状態から開くが、こ
の実施の形態では、ＩＳＣバルブ８１はすでに開いてお
り、この開いた状態から漸次閉まることになる。したが
って、エンジン２のシリンダ７には、必要な空気量が供
給され、エンジン２の回転が停止したり、また、不調と
なったりすることを極力防止することができる。

【００２１】ところで、船外機などのエンジン２では、
ＩＳＣバルブ８１に塩付きが発生することがあるが、こ
の実施の形態では、ＩＳＣバルブ８１の駆動装置とし
て、ステップモーター８２が採用されており、駆動装置
としてソレノイドを採用した場合に比して、駆動力が大
きいので、塩付きが発生しても、ステップモーター８２
の大きな駆動力でＩＳＣバルブ８１を駆動させることが
できる。

【００２２】以上、本発明の実施の形態を詳述したが、
本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、
特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で、
種々の変更を行うことが可能である。本発明の変更例を
下記に例示する。（１）燃料噴射式４サイクルエンジンは、船外機以外の
用途たとえば、水上オートバイやスノーモービルなどに
も用いることができる。また、気筒数は適宜変更可能で
ある。さらに、エンジンの形式はＬ型でも、Ｖ型でも、
また、筒内噴射式でも可能である。（２）ＩＳＣバルブの駆動装置はステップモーターであ
るが、他の形式の駆動装置でも可能である。ただし、ス
テップモーターが最適である。（３）ＩＳＣバルブ開度の目標値は、スロットル開度か
ら求められているが、ＩＳＣバルブ開度とエンジン回転
数との関係を２次元マップなどで一対一に対応するよう
にエンジンコントロールユニット９１の記憶部に記憶さ
せ、このエンジン回転数からＩＳＣバルブ開度の目標値
を求めることも可能である。そして、ＩＳＣバルブ開度
は、エンジン回転数が増大するにつれて大きくなってい
る。言い換えると、ＩＳＣバルブ開度は、エンジン回転
数が減少するにつれて小さくなっている。また、ＩＳＣ
バルブ開度は、他のファクターを加味して決定すること
も可能である。（４）ＩＳＣバルブ開度と、スロットル開度またはエン
ジン回転数との関係は、ダッシュポッド制御の際に、エ
ンジンの回転が極力不調とならないならば、適宜変更可
能である。ただし、ＩＳＣバルブ開度は極力小さい方が
好ましい。また、ＩＳＣバルブ開度の変化率は、スロッ
トル開度が大きくなるにつれて小さくなっていることが
好ましい。（５）バイパス流路５５の上流側が、吸気管５２におけ
るスロットル弁５４よりも上流側に接続されていること
も可能である。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、ＩＳＣバルブの開度
が、スロットル弁の開度またはエンジン回転数が大きく
なるにつれて大きくなっているので、スロットル弁が大
きく開いている状態から急に閉じた際に行われるダッシ
ュポッド制御の初期において、ＩＳＣバルブは開いてい
る状態となっている。したがって、バイパス流路を通っ
て、エンジンへの空気供給量が十分に行われる。その結
果、エンジンの回転が停止したり、また、不調になった
りすることを極力防止することができる。

【００２４】また、ＩＳＣバルブが、ステップモーター
で駆動されている場合には、ＩＳＣバルブをソレノイド
で駆動する場合に比して、ステップモーターの駆動力が
比較的大きく、ＩＳＣバルブに塩着きが発生していても
駆動することができるとともに、安価なステップモータ
ーを用いており、コストを極力低く抑えることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の実施の形態の燃料噴射式４サイ
クルエンジンを搭載した船外機の基本構成を示す模式的
構成図である。

【図２】図２は吸気管およびＩＳＣバルブの配置の模式
図である。

【図３】図３はＩＳＣバルブの断面図である。

【図４】図４はＩＳＣバルブの稼働時のタイムチャート
である。

【図５】図５はＩＳＣバルブの開度とスロットル開度と
の関係示すグラフである。

【図６】図６はスロットル弁を開けてから急に閉じた場
合のタイムチャートである。

【図７】図７はＩＳＣバルブを駆動するためのフローチ
ャートである。

【符号の説明】

２エンジン７シリンダ５２吸気管５４スロットル弁５５バイパス流路８１ＩＳＣバルブ８２ステップモーター

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリンダ内へ空気を導く吸気管にスロッ
トル弁が設けられ、このスロットル弁をバイパスするバ
イパス流路が形成され、このバイパス流路にはＩＳＣバ
ルブが設けられている燃料噴射式４サイクルエンジンに
おいて、前記ＩＳＣバルブの開度は、スロットル弁の開度または
エンジン回転数が大きくなるにつれて大きくなっている
ことを特徴とする燃料噴射式４サイクルエンジン。
【請求項２】前記ＩＳＣバルブが、ステップモーター
で駆動されていることを特徴とする請求項１記載の燃料
噴射式４サイクルエンジン。