JP2011126390A - 船外機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】変速機を備え、加速時に変速するときの内燃機関の動作を適切に制御して機関回転の吹き上がりを防止すると共に、加速直後における加速性能を向上させるようにした船外機の制御装置を提供する。
【解決手段】変速機を備える船外機の制御装置において、内燃機関の機関回転数ＮＥが目標機関回転数ＮＥａとなるようにスロットルバルブを開閉するアクチュエータ（スロットル用電動モータ）の駆動を制御し、変速機で２速が選択されているとき、内燃機関に対して加速が指示されたか否か判定し（Ｓ３０）、加速が指示されたと判定されるとき、２速から１速に変速するように変速機の動作を制御し（Ｓ４６）、２速から１速に変速された後、内燃機関の出力トルクが最大となるように目標機関回転数ＮＥａを変更する（Ｓ４８）。
【選択図】図５

Description

この発明は船外機の制御装置に関し、より詳しくは変速機を備えた船外機の制御装置に関する。

近年、船外機において、１速、２速からなる変速段を有する変速機を、搭載される内燃機関とプロペラシャフトの間に介挿し、内燃機関の出力を変速してプロペラシャフトに伝達するようにした技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開２００９−１９０６７１号公報

ところで、特許文献１記載の技術にあっては、スロットルレバーが操船者によって操作されて船舶を加速させるとき、変速機の変速段（変速比）を２速から１速に変速することで、プロペラシャフトに伝達されるトルクを増幅させ、加速性能を向上させるように構成される。

しかしながら、変速機の変速段を２速から１速へ変速する場合、トルクを増幅できるものの、内燃機関の運転状態によっては機関回転が急激に吹き上がるという不具合が生じるおそれがあった。

従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、変速機を備え、加速時に変速するときの内燃機関の動作を適切に制御して機関回転の吹き上がりを防止すると共に、加速直後における加速性能を向上させるようにした船外機の制御装置を提供することにある。

上記した課題を解決するために、請求項１にあっては、内燃機関とプロペラの間の動力伝達軸に介挿されると共に、少なくとも１速、２速からなる変速段を有し、前記内燃機関の出力を選択された変速段で変速して前記プロペラに伝達する変速機を備える船外機の制御装置において、前記内燃機関のスロットルバルブを開閉するアクチュエータと、前記内燃機関の機関回転数が目標機関回転数となるように前記アクチュエータの駆動を制御するアクチュエータ制御手段と、前記２速が選択されているとき、前記内燃機関に対して加速が指示されたか否か判定する加速指示判定手段と、前記加速が指示されたと判定されるとき、前記２速から前記１速に変速するように前記変速機の動作を制御する変速制御手段と、前記変速制御手段によって前記２速から前記１速に変速された後、前記内燃機関の出力トルクが最大となるように前記目標機関回転数を変更する目標機関回転数変更手段とを備える如く構成した。

請求項２に係る船外機の制御装置にあっては、前記加速指示判定手段は、前記内燃機関のスロットル開度の変化量を検出するスロットル開度変化量検出手段を備えると共に、前記検出されたスロットル開度の変化量が所定値以上のとき、前記加速が指示されたと判定する如く構成した。

請求項１に係る船外機の制御装置にあっては、内燃機関の機関回転数が目標機関回転数となるようにスロットルバルブを開閉するアクチュエータの駆動を制御すると共に、変速機において２速が選択されているとき、内燃機関に対して加速が指示されたと判定されるとき、２速から１速に変速するように変速機の動作を制御し、２速から１速に変速された後、内燃機関の出力トルクが最大となるように目標機関回転数を変更するように構成したので、加速時に変速するときの内燃機関の動作を適切に制御して機関回転の吹き上がりを防止できると共に、加速直後における加速性能を向上させることができる。

即ち、内燃機関に対して加速が指示されたと判定されるとき、変速機を２速から１速に変速することで、プロペラに伝達されるトルクを増幅させることができると共に、２速から１速に変速した後、内燃機関の出力トルクが最大となるように目標機関回転数を変更することで、機関回転が急激に吹き上がるのを防止しつつ出力トルクが最大となる内燃機関の運転状態を維持でき、よって船外機の加速直後における加速性能を向上させることができる。

請求項２に係る船外機の制御装置にあっては、内燃機関のスロットル開度の変化量を検出し、検出されたスロットル開度の変化量が所定値以上のとき、内燃機関に対して加速が指示されたと判定するように構成したので、上記した効果に加え、前記加速の指示がなされたことを正確に判定することができる。

この発明の実施例に係る船外機の制御装置を船体も含めて全体的に示す概略図である。 図１に示す船外機の部分断面拡大側面図である。 図１に示す船外機の拡大側面図である。 図２に示す変速機構の油圧回路を模式的に示す油圧回路図である。 図１に示す電子制御ユニットの変速制御動作などを示すフロー・チャートである。 図１に示す船外機の内燃機関の機関回転数に対する出力トルクの特性を示す特性図である。 図５フロー・チャートの処理を説明するタイム・チャートである。

以下、添付図面に即してこの発明に係る船外機の制御装置を実施するための形態について説明する。

図１はこの発明の実施例に係る船外機の制御装置を船体も含めて全体的に示す概略図、図２は図１に示す船外機の部分断面拡大側面図、図３は船外機の拡大側面図である。

図１から図３において、符号１は船外機１０が船体（艇体）１２に搭載されてなる船舶を示す。船外機１０は、図２に良く示すように、スイベルケース１４、チルティングシャフト１６およびスターンブラケット１８を介して船体１２の後尾（船尾）に取り付けられる。

スイベルケース１４の上部には、スイベルケース１４の内部に鉛直軸回りに回転自在に収容されるシャフト部２０を駆動する操舵用電動モータ２２が配置される。操舵用電動モータ２２の回転出力は減速ギヤ機構２４、マウントフレーム２６を介してシャフト部２０に伝達され、よって船外機１０はシャフト部２０を操舵軸として左右に（鉛直軸回りに）操舵される。

船外機１０の上部には、内燃機関（以下「エンジン」という）３０が搭載される。エンジン３０は火花点火式の水冷ガソリンエンジンで、排気量２２００ｃｃを備える。エンジン３０は水面上に位置し、エンジンカバー３２によって覆われる。

エンジン３０の吸気管３４には、スロットルボディ３６が接続される。スロットルボディ３６はその内部にスロットルバルブ３８を備えると共に、スロットルバルブ３８を開閉駆動するスロットル用電動モータ（アクチュエータ）４０が一体的に取り付けられる。

スロットル用電動モータ４０の出力軸は減速ギヤ機構（図示せず）を介してスロットルバルブ３８に接続され、スロットル用電動モータ４０を動作させることでスロットルバルブ３８が開閉され、エンジン３０の吸気量が調量されてエンジン回転数（機関回転数）ＮＥが調節される。

船外機１０は、水平軸回りに回転自在に支持されると共に、その一端にプロペラ４２が取り付けられ、エンジン３０の動力をプロペラ４２に伝達するプロペラシャフト（動力伝達軸）４４と、エンジン３０とプロペラシャフト４４の間に介挿されると共に、１速、２速、３速からなる複数の変速段を有する変速機（自動変速機）４６を備える。

変速機４６は、１速、２速、３速からなる変速段を切換自在な変速機構５０と、シフト位置を前進位置、後進位置およびニュートラル位置に切換自在なシフト機構５２からなる。

図４は変速機構５０の油圧回路を模式的に示す油圧回路図である。

図２および図４に示す如く、変速機構５０は、エンジン３０のクランクシャフト（図において見えず）に接続されるインプットシャフト（入力軸）５４と、インプットシャフト５４にギヤを介して接続されるカウンタシャフト５６と、カウンタシャフト５６に複数のギヤを介して接続されるアウトプットシャフト（出力軸）５８とが平行に配置された平行軸式の有段式の変速機構からなる。

カウンタシャフト５６には、後述する変速機構５０の変速クラッチや潤滑部に作動油（潤滑油。オイル）を圧送する油圧ポンプ（ギヤポンプ。図２にのみ示す）６０が接続される。シャフト５４，５６，５８や油圧ポンプ６０などは、ケース（図２にのみ示す）６２に収容される。ケース６２の下部は作動油を受けるオイルパン６２ａを構成する。

上記の如く構成された変速機構５０においては、シャフト上に相対回転自在に配置されたギヤを変速クラッチでシャフト上に固定することで複数の変速段、詳しくは１速、２速、３速のうちのいずれかの変速段が確立（選択）され、エンジン３０の出力は確立（選択）された変速段で変速され、シフト機構５２、プロペラシャフト４４を介してプロペラ４２に伝達される。尚、各変速段の変速比（減速比）は１速が最も大きく、２速、３速となるに連れて小さくなるように設定される。具体的には、例えば１速変速比が２．２、２速変速比が２．０、３速変速比が１．７とされる。

変速機構５０について具体的に説明すると、図４に良く示すように、インプットシャフト５４には、インプットプライマリギヤ６４が支持される。カウンタシャフト５６には、インプットプライマリギヤ６４に噛合するカウンタプライマリギヤ６６、カウンタ１速ギヤ６８、カウンタ２速ギヤ７０、カウンタ３速ギヤ７２が支持される。

また、アウトプットシャフト５８には、カウンタ１速ギヤ６８に噛合するアウトプット１速ギヤ７４、カウンタ２速ギヤ７０と噛合するアウトプット２速ギヤ７６、カウンタ３速ギヤ７２に噛合するアウトプット３速ギヤ７８が支持される。

上記において、アウトプットシャフト５８に相対回転自在に支持されたアウトプット１速ギヤ７４を１速用クラッチＣ１でアウトプットシャフト５８に結合すると、１速（ギヤ。変速段）が確立する。尚、１速用クラッチＣ１は、ワンウェイクラッチからなり、後述する２速または３速用油圧クラッチＣ２，Ｃ３に油圧が供給されて２速または３速が確立し、アウトプットシャフト５８の回転数がアウトプット１速ギヤ７４のそれより大きくなるとき、アウトプット１速ギヤ７４を空転させるように構成される。

カウンタシャフト５６に相対回転自在に支持されたカウンタ２速ギヤ７０を２速用油圧クラッチＣ２でカウンタシャフト５６に結合すると、２速（ギヤ。変速段）が確立する。また、カウンタシャフト５６に相対回転自在に支持されたカウンタ３速ギヤ７２を３速用油圧クラッチＣ３でカウンタシャフト５６に結合すると、３速（ギヤ。変速段）が確立する。尚、油圧クラッチＣ２，Ｃ３は、油圧が供給されるとき各ギヤ７０，７２をカウンタシャフト５６に結合する一方、油圧が供給されないとき各ギヤ７０，７２を空転させる。

上記したクラッチＣ１，Ｃ２，Ｃ３によるギヤとシャフトの結合は、油圧ポンプ６０から油圧クラッチＣ２，Ｃ３に供給される油圧を制御することで行われる。

図４を参照しつつ説明すると、油圧ポンプ６０の吸入口６０ａは油路８０ａを介してオイルパン６２ａに接続される。尚、油路８０ａにはストレーナ８２が介挿される。

油圧ポンプ６０の吐出口６０ｂは油路８０ｂを介して第１切換バルブ８４ａに接続されると共に、第１切換バルブ８４ａは油路８０ｃを介して第２切換バルブ８４ｂに接続される。第１、第２切換バルブ８４ａ，８４ｂの内部には移動自在なスプールがそれぞれ収容される。スプールは一端側（図で左端）でスプリングによって他端側に付勢される。

第１、第２切換バルブ８４ａ，８４ｂはスプールの他端側で油路８０ｄ，８０ｅを介して第１、第２電磁ソレノイドバルブ（リニアソレノイドバルブ）８６ａ，８６ｂに接続される。第１、第２電磁ソレノイドバルブ８６ａ，８６ｂは、油路８０ｂから分岐された油路８０ｆ，８０ｇに介挿される。

第２切換バルブ８４ｂは油路８０ｈを介して２速用油圧クラッチＣ２に接続される一方、油路８０ｉを介して３速用油圧クラッチＣ３に接続される。

また、油圧ポンプ６０の吐出口６０ｂは、油路８０ｂおよび油路８０ｂから分岐された油路８０ｊを介して変速機４６の潤滑部（例えばシャフト５４，５６，５８など）にも接続される。油路８０ｊには、潤滑部へ供給される油圧を調圧するレギュレータバルブ８８と、レギュレータバルブ８８で調圧された作動油の圧力が規定圧力以上になった場合に作動油をオイルパン６２ａに戻すリリーフバルブ９０が介挿される。

尚、第１、第２切換バルブ８４ａ，８４ｂおよび第１、第２電磁ソレノイドバルブ８６ａ，８６ｂにはそれぞれ、圧抜き用の油路８０ｋが適宜に接続されると共に、その油路８０ｋの末端はオイルパン６２ａで開放される。

上記の如く構成することで、油圧ポンプ６０はエンジン３０（正確には、エンジン３０の出力が伝達された変速機４６のカウンタシャフト５６）により駆動され、オイルパン６２ａ内の作動油を油路８０ａ、ストレーナ８２を介して汲み上げて吐出口６０ｂから油路８０ｂなどを介して第１切換バルブ８４ａや第１、第２電磁ソレノイドバルブ８６ａ，８６ｂに送る。尚、油圧ポンプ６０は、油路８０ｊ、レギュレータバルブ８８およびリリーフバルブ９０を介して変速機４６の潤滑部にも作動油（潤滑油）を供給する。

第１電磁ソレノイドバルブ８６ａにおいてその内部に収容されるスプールは通電（オン）されるときに変位し、油圧ポンプ６０から供給される油圧を第１切換バルブ８４ａのスプールの他端側に出力する。第１切換バルブ８４ａは、他端側に出力された油圧によってスプールが変位させられ、それによって油路８０ｂの作動油を油路８０ｃに送出する。

第２電磁ソレノイドバルブ８６ｂも、第１電磁ソレノイドバルブ８６ａと同様、通電（オン）されるときにスプールが変位し、油圧ポンプ６０から供給される油圧を第２切換バルブ８４ｂのスプールの他端側に出力する。

第２切換バルブ８４ｂは、第２電磁ソレノイドバルブ８６ｂがオンされて他端側に油圧が出力されるときにスプールが変位させられ、それによって油路８０ｃの作動油を油路８０ｈを介して２速用油圧クラッチＣ２に供給する一方、第２電磁ソレノイドバルブ８６ｂが通電されずに（オフされて）他端側に油圧が出力されないときは油路８０ｃの作動油を油路８０ｉを介して３速用油圧クラッチＣ３に供給する。

従って、第１、第２電磁ソレノイドバルブ８６ａ，８６ｂが共にオフされるときは油圧クラッチＣ２，Ｃ３のいずれにも油圧が供給されないため、アウトプット１速ギヤ７４とアウトプットシャフト５８が１速用クラッチＣ１で結合されて１速が確立する。

また、第１、第２電磁ソレノイドバルブ８６ａ，８６ｂが共にオンされるときは２速用油圧クラッチＣ２に油圧が供給されるため、カウンタ２速ギヤ７０とカウンタシャフト５６が結合されて２速が確立する。尚、前述したように、２速が確立してアウトプットシャフト５８の回転数がアウトプット１速ギヤ７４のそれより大きくなると、ギヤ７４は１速用クラッチＣ１によってシャフト５８に非結合となって空転する。

さらに、第１電磁ソレノイドバルブ８６ａがオン、第２電磁ソレノイドバルブ８６ｂがオフされるときは３速用油圧クラッチＣ３に油圧が供給されるため、カウンタ３速ギヤ７２とカウンタシャフト５６が結合されて３速が確立する。アウトプット１速ギヤ７４は、２速時と同様、空転する。このように、第１、第２切換バルブ８４ａ，８４ｂのオン・オフを制御することで、変速機４６の変速段が選択される（変速制御が行われる）。

図２の説明に戻ると、シフト機構５２は、変速機構５０のアウトプットシャフト５８に接続されると共に、鉛直軸と平行に配置されて回転自在に支持されるドライブシャフト（バーチカルシャフト）５２ａと、ドライブシャフト５２ａに接続されて回転させられる前進ベベルギヤ５２ｂと後進ベベルギヤ５２ｃと、プロペラシャフト４４を前進ベベルギヤ５２ｂと後進ベベルギヤ５２ｃのいずれかに係合自在とするクラッチ５２ｄなどからなる。

エンジンカバー３２の内部にはシフト機構５２を駆動するシフト用電動モータ９２が配置され、その出力軸は、減速ギヤ機構９４を介してシフト機構５２のシフトロッド５２ｅの上端に接続自在とされる。シフト用電動モータ９２を駆動することにより、シフトロッド５２ｅとシフトスライダ５２ｆが適宜に変位させられ、それによってクラッチ５２ｄを動作させてシフト位置がフォワード位置、リバース位置およびニュートラル位置の間で切り換えられる。

シフト位置がフォワード位置あるいはリバース位置のとき、変速機構５０のアウトプットシャフト５８の回転はシフト機構５２を介してプロペラシャフト４４に伝達され、よってプロペラ４２は船体１２を前進あるいは後進させる方向のいずれかに回転させられる。尚、船外機１０はエンジン３０に取り付けられたバッテリなどの電源（図示せず）を備え、それから各電動モータ２２，４０，９２などに動作電源が供給される。

図３に示す如く、スロットルバルブ３８の付近にはスロットル開度センサ（スロットル開度変化量検出手段）９６が配置され、スロットルバルブ３８の開度ＴＨ（以下「スロットル開度ＴＨ」という）を示す出力を生じる。

また、シフトロッド５２ｅの付近にはニュートラルスイッチ１００が配置され、変速機４６がニュートラル位置であるときにオン信号を、フォワード位置あるいはリバース位置であるときにオフ信号を出力する。エンジン３０のクランクシャフトの付近にはクランク角センサ１０２が取り付けられ、所定のクランク角度ごとにパルス信号を出力する。

上記した各センサやスイッチの出力は、船外機１０に搭載された電子制御ユニット（Electronic Control Unit。以下「ＥＣＵ」という）１１０に入力される。ＥＣＵ１１０はＣＰＵやＲＯＭ，ＲＡＭなどを備えたマイクロ・コンピュータからなり、船外機１０のエンジンカバー３２の内部に配置される。

図１に示す如く、船体１２の操縦席１１２の付近には、操船者（図示せず）によって回転操作自在なステアリングホイール１１４が配置される。ステアリングホイール１１４のシャフト（図示せず）には操舵角センサ１１６が取り付けられ、操船者によって入力されたステアリングホイール１１４の操舵角に応じた信号を出力する。

操縦席１１２付近にはリモートコントロールボックス１２０が配置され、そこには操船者の操作自在に配置されるシフト・スロットルレバー（スロットルレバー）１２２が設けられる。シフト・スロットルレバー１２２は、初期位置から前後方向に揺動操作自在とされ、操船者からの前後進切換指示と、エンジン３０に対する加速／減速指示を含むエンジン回転数の調節指示（別言すれば、エンジン３０の目標エンジン回転数ＮＥａ）とを入力する。リモートコントロールボックス１２０の内部にはレバー位置センサ１２４が取り付けられ、操船者によって操作されたシフト・スロットルレバー１２２の位置に応じた信号を出力する。

さらに、操縦席１１２の付近には、エンジン３０の燃費（燃料消費量）を低減させる燃費低減指示を入力するスイッチ１２６が操船者に手動操作自在に設けられる。スイッチ１２６は、操船者が燃費を重視して走行することを所望する際に操作され（押され）、操作されるとき燃費低減指示を示す信号（オン信号）を出力する。

船体１２の適宜位置には船速センサ（対水速度計）１３０が配置され、船舶１の速度（船速。以下「実速度」ともいう）Ｖに応じた信号を出力する。これら各センサ１１６，１２４，１３０およびスイッチ１２６の出力もＥＣＵ１１０に入力される。

ＥＣＵ１１０は、入力されたセンサ出力に基づいて各電動モータ２２，９２の動作を制御すると共に、変速機４６の変速制御を行う。また、ＥＣＵ１１０は、入力されたクランク角センサ１０２の出力パルスをカウントしてエンジン回転数ＮＥを検出（算出）すると共に、検出されたエンジン回転数ＮＥおよびスロットル開度ＴＨに基づいてエンジン回転数ＮＥがエンジン回転数ＮＥａ（詳しくは、シフト・スロットルレバー１２２の位置に応じて設定されるエンジン回転数ＮＥａ）に一致するようにスロットル用電動モータ４０の駆動を制御する。

さらに、ＥＣＵ１１０は、入力されたセンサ出力に基づいてエンジン３０の燃料噴射量と点火時期を決定し、インジェクタ１３２（図３に示す）を介して決定された噴射量の燃料を供給すると共に、点火装置１３４（図３に示す）を介して決定された点火時期に従って噴射された燃料と吸気の混合気を点火する。

このように、この実施例に係る船外機の制御装置は、操作系（ステアリングホイール１１４やレバー１２２）と船外機１０の機械的な接続が断たれたＤＢＷ（Drive By Wire）方式の装置である。

図５は、ＥＣＵ１１０の変速制御動作とエンジン回転数制御動作などを示すフロー・チャートである。図示のプログラムは、ＥＣＵ１１０によって所定の周期（例えば１００ｍｓｅｃ）ごとに実行される。

以下説明すると、先ずＳ１０において、変速機４６がニュートラル位置にあるか否か判断する。この判断は、ニュートラルスイッチ１００からオン信号が出力されているか否か検出することで行う。Ｓ１０で否定されるとき（インギヤ時）はＳ１２に進み、スロットル開度ＴＨをスロットル開度センサ９６の出力から検出（算出）し、Ｓ１４に進んで検出されたスロットル開度ＴＨの所定時間（例えば５００ｍｓｅｃ）当たりの変化量（変動量）ＤＴＨを検出（算出）する。

次いでＳ１６に進み、操船者からエンジン３０に対して減速が指示されたか否か、換言すれば、エンジン３０が船舶１を減速させる運転状態にあるか否か判定する。この判定は、スロットルバルブ３８が閉弁方向に駆動されているか否か判断することで行い、具体的にはスロットル開度ＴＨの変化量ＤＴＨが第１の所定値ＤＴＨref１（例えば−０．５ｄｅｇ）未満か否か判断することで行う。

詳しくは、変化量ＤＴＨが負値に設定された第１の所定値ＤＴＨref１未満の場合、スロットルバルブ３８が閉弁方向に駆動されている、即ち、エンジン３０に対して減速が指示されたと判定する一方、所定値ＤＴＨref１以上の場合はスロットルバルブ３８が略停止あるいは開弁方向に駆動されている、即ち、減速は指示されていないと判定する。

Ｓ１６で否定されるときはＳ１８に進み、加速終了後に３速に変速されたことを示す加速後３速変速済みフラグ（後述。以下「３速変速フラグ」という）のビットが０か否か判断する。３速変速フラグは初期値が０とされるため、最初のプログラムループにおいてＳ１８の判断は通例肯定されてＳ２０に進む。

Ｓ２０においてはクランク角センサ１０２の出力からエンジン回転数ＮＥを検出し、Ｓ２２に進んで検出されたエンジン回転数ＮＥの変化量（変動量）ＤＮＥを算出する。変化量ＤＮＥは、前回のプログラムループで検出されたエンジン回転数ＮＥから今回検出されたそれを減算して求める。

次いでＳ２４に進み、加速後２速変速済みフラグ（以下「２速変速フラグ」という）のビットが０か否か判断する。この２速変速フラグのビットは、後述する如く、加速が終了した後に１速から２速に変速されるとき１にセットされる一方、それ以外のとき０にリセットされる。

２速変速フラグも初期値が０とされるため、最初のプログラムループにおいてＳ２４の判断は通例肯定されてＳ２６に進み、エンジン回転数ＮＥが第１の所定回転数ＮＥref１以上か否か判断する。この第１の所定回転数ＮＥref１については後に説明する。

エンジン始動直後のプログラムループにおいては通例、エンジン回転数ＮＥは第１の所定回転数ＮＥref１未満であるため、Ｓ２６の判断は否定されてＳ２８に進む。Ｓ２８では、加速中判定フラグ（後述。図で「加速中フラグ」と示す）のビットが０か否か判断する。加速中判定フラグも初期値が０とされるため、最初のプログラムループにおいてここでの判断は通例肯定されてＳ３０に進む。

Ｓ３０では、操船者からエンジン３０に対して加速（正確には急加速）が指示されたか否か、換言すれば、エンジン３０が船舶１を加速（正確には急加速）させる運転状態にあるか否か判定する。この判定は、具体的にはスロットルバルブ３８が開弁方向に急速に駆動されているか否か判断することで行う。

詳しくは、上記Ｓ１４で検出されたスロットル開度ＴＨの変化量ＤＴＨと第２の所定値（所定値）ＤＴＨref２とを比較し、変化量ＤＴＨが第２の所定値ＤＴＨref２以上のとき、スロットルバルブ３８が開弁方向に急激に駆動されている、即ち、エンジン３０に対して加速が指示されたと判定する。従って、第２の所定値ＤＴＨref２は、エンジン３０に対して加速の指示がなされたと判定できるような値、例えば０．５ｄｅｇに設定される。

Ｓ３０で否定、即ち、エンジン３０に対して加速／減速の指示がなく、エンジン３０が始動直後または船舶１を一定速度で走行させるような状態にあると判定されるときはＳ３２に進み、第１、第２電磁ソレノイドバルブ８６ａ，８６ｂ（図で「第１ＳＯＬ」「第２ＳＯＬ」と示す）を共にオンして変速機４６において２速の変速段を選択し、次いでＳ３４に進み、加速中判定フラグのビットを０にリセットする。

他方、Ｓ３０で肯定されるときはＳ３６に進み、プロペラ４２の回転状態を示すスリップ率（滑り率）Ｓを検出（算出）する。スリップ率Ｓは、船舶１の理論速度Ｖａと実速度Ｖに基づいて検出（算出）、具体的には下記の式（１）を用いて算出する。
スリップ率Ｓ＝（理論速度Ｖａ（Ｋｍ／ｈ）−実速度Ｖ（Ｋｍ／ｈ））／理論速度Ｖａ（Ｋｍ／ｈ） ・・・式（１）

式（１）で実速度Ｖは船速センサ１３０の出力に基づいて求める。また、理論速度Ｖａは下記の式（２）に示すように、エンジン３０や変速機４６の運転状態、プロペラ４２の仕様に基づいて算出する。
理論速度Ｖａ（Ｋｍ／ｈ）＝（エンジン回転数ＮＥ（ｒｐｍ）×プロペラピッチ（インチ）×６０×２．５４×１０^−５）／（変速段の変速比） ・・・式（２）

式（２）でプロペラピッチはプロペラ４２が１回転するときに進むことのできる理論上の距離を示す値であり、変速段の変速比は変速機４６において現在選択されている変速段の変速比であって、例えば２速のときの変速比は前述の如く２．０となる。また、６０なる数値は１分間あたりのエンジン回転数ＮＥを１時間あたりの値に換算するためのものであり、２．５４×１０^−５なる数値はプロペラピッチをインチからキロメートルに換算するためのものである。

次いでＳ３８に進み、プロペラ４２のスリップ率Ｓが、後述する第１の所定スリップ率Ｓref１より低く設定された第２の所定スリップ率Ｓref２以下か否か判断する。この第２の所定スリップ率Ｓref２は、スリップ率Ｓがそれ以下のときにプロペラ４２のグリップ力が比較的強い回転状態にあると判定できるような値、例えば０．３に設定される。

Ｓ３８で否定されるときはＳ４０に進み、スリップ率Ｓが第１の所定スリップ率Ｓref１以上か否か判断する。第１の所定スリップ率Ｓref１は、スリップ率Ｓがその値以上のとき、プロペラ４２が例えば加速直後に付近に発生する気泡を巻き込むなどして空回りし、それによってグリップ力が比較的弱い状態にあると判定できるような値に設定され、例えば０．５とされる。

Ｓ４０で肯定されるときはＳ４２に進み、点火時期遅角フラグ（初期値０。図で「遅角フラグ」と示す）のビットを１にセットする。このフラグのビットが１にセットされるときは、図示しないプログラムにおいてエンジン３０の点火時期を遅角する制御を行う、具体的には、クランク角センサ１０２の出力（エンジン回転数ＮＥ）などに基づいて算出された点火時期を所定の遅角量（例えば５度）だけ遅角し、エンジン３０の出力を低下させる。

尚、フラグのビットが０にリセットされるときは点火時期を遅角する制御は行わず、通常の点火時期制御を行う。このように、Ｓ４２はエンジン３０の出力を低下させる処理に相当する。

エンジン３０の出力を低下させると、その後プロペラ４２のグリップ力は瞬時的に増加、具体的には、スリップ率Ｓが減少して第１の所定スリップ率Ｓref１未満となり、次回以降のプログラムループにおいてＳ４０で否定されてＳ４４に進む。Ｓ４４では、点火時期遅角フラグのビットを０にリセットし、前述した遅角制御を中止して通常の点火時期制御を実行する。

プロペラ４２のグリップ力がさらに増加し、スリップ率Ｓが第２の所定スリップ率Ｓref２以下に減少すると、Ｓ３８の判断で肯定されてＳ４６に進み、第１、第２電磁ソレノイドバルブ８６ａ，８６ｂを共にオフして変速機４６を２速から１速に変速（シフトダウン）する。

これにより、エンジン３０の出力トルクは１速にシフトダウンさせられた変速機４６（正確には、変速機構５０）によって増幅させられてドライブシャフト５２ａ、プロペラシャフト４４を介してプロペラ４２に伝達され、よって加速性が上昇する。

次いでＳ４８に進み、レバー１２２の位置に応じて設定されていたエンジン３０の目標エンジン回転数ＮＥａを、エンジン３０の出力トルクが最大となるように変更する。具体的には、レバー１２２の位置に拘らず、目標エンジン回転数ＮＥａにエンジン３０の出力トルクが最大となるエンジン回転数（以下「最大トルク回転数」という）ＮＥtmaxをセットする。

図６は、この実施例に係るエンジン３０のエンジン回転数ＮＥに対する出力トルクの特性を示す特性図（エンジン性能線図）である。

最大トルク回転数ＮＥtmaxについて図６を参照しつつ説明すると、エンジン３０の出力トルクは、エンジン回転数ＮＥが低回転のときは比較的低く、回転数が上昇するに連れて徐々に増加し、所定の回転数に到達するときに最大となる（図で「Ｔmax」と示す）。このときの回転数が上記したエンジン３０の最大トルク回転数ＮＥtmaxである。尚、エンジン回転数ＮＥが最大トルク回転数ＮＥtmaxを超えてさらに上昇すると、出力トルクは徐々に減少する。

従って、Ｓ４８において、エンジン３０に対して加速が指示されたと判定されて２速から１速に変速した後、エンジン３０の出力トルクが最大となるように目標エンジン回転数ＮＥａを変更、具体的には、目標エンジン回転数ＮＥａを最大トルク回転数ＮＥtmaxに設定することで、エンジン３０は、回転が急激に吹き上がることなく、出力トルクが最大となるよう、その動作が制御されることとなる。

次いでＳ５０に進み、加速中判定フラグのビットを１にセットし、今回のプログラムループを終了する。即ち、加速中判定フラグは、エンジン３０に対して加速が指示されたと判定され、変速機４６が２速から１速に変速されるとき１にセットされる一方、それ以外のときは０にリセットされるフラグである。尚、加速中判定フラグのビットが１にセットされると、次回以降のプログラム実行時はＳ２８で否定されてＳ３０，Ｓ３６，Ｓ３８の処理をスキップし、Ｓ４６からＳ５０の処理を行う。

このように、エンジン３０が始動させられてから加速が指示されたと判定されるまでの間（通常運転時）、およびプロペラ４２のスリップ率Ｓが第２の所定スリップ率Ｓref２以下と判断されるまでの間は変速機４６を２速に設定するように構成したため、急加速以外での船外機１０の使い勝手を、変速機を備えない船外機と同等とすることができる。

Ｓ４６で変速機４６を１速に変速した後において、エンジン回転数ＮＥが徐々に上昇し、そして１速でのトルク増幅を利用した加速が終了すると（加速領域が飽和すると）、エンジン回転数ＮＥは第１の所定回転数ＮＥref１に到達し、よってＳ２６の判断で肯定されてＳ５２以降の処理に進む。従って、第１の所定回転数ＮＥref１は、比較的高い値に設定され、詳しくは１速での加速が終了したと判断できる値（例えば６０００ｒｐｍ）とされる。

Ｓ５２では、エンジン回転数ＮＥが安定しているか否か判断、換言すれば、エンジン３０が安定した運転状態であるか否か判断する。この判断は、Ｓ２２で算出されたエンジン回転数ＮＥの変化量ＤＮＥの絶対値を第１の既定値ＤＮＥref１と比較することで行われ、変化量ＤＮＥの絶対値が第１の既定値ＤＮＥref１未満の場合にエンジン回転数ＮＥが安定していると判断する。従って、第１の既定値ＤＮＥref１は、エンジン回転数ＮＥが安定している、別言すれば、変化量ＤＮＥが比較的少ない状態であると判定できるような値、例えば５００ｒｐｍに設定される。

Ｓ５２で否定されるときは１速のままプログラムを終了する一方、肯定されるときはＳ５４に進んで第１、第２電磁ソレノイドバルブ８６ａ，８６ｂを共にオンして変速機４６を１速から２速に変速（シフトアップ）する。これにより、ドライブシャフト５２ａおよびプロペラシャフト４４の回転数が上昇し、結果として船速が（エンジン性能上の）最高速度に到達し、速度性が向上する。

Ｓ５４の処理後、Ｓ５６に進んで２速変速フラグのビットを１にセットし、Ｓ５８に進んで３速変速フラグのビットを０にリセットする。尚、加速が終了して１速から２速に変速された後の目標エンジン回転数ＮＥａは、通常通りレバー１２２の位置に応じて設定される。

Ｓ５６において２速変速フラグのビットが１にセットされると、次回以降のプログラム実行時はＳ２４で否定されてＳ６０に進む。このように、Ｓ６０以降の処理は、２速変速フラグのビットが１にセットされるとき、換言すれば、１速での加速が終了した後に２速に変速される場合に実行される。

Ｓ６０では、スイッチ１２６がオン信号を出力しているか否か、即ち、操作者によってエンジン３０の燃費低減が指示されているか否か判断する。Ｓ６０で肯定されるときはＳ６２に進み、エンジン回転数ＮＥが第２の所定回転数ＮＥref２以上か否か判断する。第２の所定回転数ＮＥref２は、第１の所定回転数ＮＥref１に比して僅かに低い値であって、後述する如く３速に変速可能と判断できるような値、例えば５０００ｒｐｍに設定される。

Ｓ６２で肯定されるときはＳ６４に進み、Ｓ５２と同様、エンジン回転数ＮＥが安定しているか否か判断する。即ち、エンジン回転数ＮＥの変化量ＤＮＥの絶対値を第２の既定値ＤＮＥref２と比較し、変化量ＤＮＥの絶対値が第２の既定値ＤＮＥref２未満の場合にエンジン回転数ＮＥが安定していると判断する一方、第２の既定値ＤＮＥref２以上のときは安定していないと判断する。従って、第２の既定値ＤＮＥref２は、変化量ＤＮＥが比較的少なくエンジン回転数ＮＥが安定していると判定できるような値、例えば５００ｒｐｍに設定される。

Ｓ６４で否定されるとき、またはＳ６０やＳ６２で否定されるときは前述したＳ５４からＳ５８の処理を実行して２速のままプログラムを終了する一方、Ｓ６４で肯定されるときはＳ６６に進み、第１電磁ソレノイドバルブ８６ａをオン、第２電磁ソレノイドバルブ８６ｂをオフして変速機４６を２速から３速に変速（シフトアップ）する。これにより、エンジン回転数ＮＥが低下するため、エンジン３０の燃料消費量を低減、換言すれば、燃費が向上する。

次いでＳ６８に進み、２速変速フラグのビットを０にリセットし、Ｓ７０に進んで３速変速フラグのビットを１にセットする。このように、３速変速フラグは、加速終了後に２速から３速に変速されるとき１にセットされる一方、それ以外のとき０にリセットされるフラグである。

３速変速フラグのビットが１にセットされた後のプログラム実行時は、Ｓ１８で否定されて、前述したＳ６６からＳ７０の処理を実行して３速のままプログラムを終了する。

また、Ｓ１６で肯定されるとき、即ち、エンジン３０に対して減速が指示されたと判定されるときはＳ７２に進み、第１、第２電磁ソレノイドバルブ８６ａ，８６ｂを共にオンして変速機４６を２速に変速する。その後、Ｓ７４，Ｓ７６，Ｓ７８に進んで２速変速フラグ、３速変速フラグおよび加速中判定フラグのビットを全て０にリセットしてプログラムを終了する。

また、２速が確立されている場合にシフト・スロットルレバー１２２が操船者によって操作されて変速機４６がニュートラル位置に切り換えられると、Ｓ１０で肯定されてＳ８０に進む。Ｓ８０では、第１、第２電磁ソレノイドバルブ８６ａ，８６ｂを共にオフして変速機４６を２速から１速に変速する。

図７は上記した処理を説明するタイム・チャートである。

図７に示すように、先ず時刻ｔ０からｔ１の通常運転時において変速機４６を２速に設定し（Ｓ３２）、その後操船者のシフト・スロットルレバー１２２の操作によってスロットルバルブ３８が開弁させられると、時刻ｔ１においてエンジン３０に対して加速が指示されたと判定する（Ｓ３０）。

加速直後のプロペラ４２は付近に発生する気泡を巻き込んで空回りし易く、よってそのグリップ力が比較的弱い状態となってスリップ率Ｓは上昇する。時刻ｔ２においてスリップ率Ｓが第１の所定スリップ率Ｓref１以上と判断されると（Ｓ４０）、点火時期遅角フラグのビットを１にセットしてエンジン３０の出力を低下させる（Ｓ４２）。

エンジン３０の出力を低下させることによってグリップ力は増加、別言すれば、スリップ率Ｓは減少し、時刻ｔ３で第１の所定スリップ率Ｓref１未満になると、点火時期遅角フラグのビットを０にリセットしてエンジン３０の出力の低下を中止する（Ｓ４４）。

スリップ率Ｓが時刻ｔ４で第２の所定スリップ率Ｓref２以下にまで減少すると（Ｓ３８）、２速から１速に変速し（Ｓ４６）、次いでエンジン３０の出力トルクが最大となるように目標エンジン回転数ＮＥａを変更、具体的には、目標エンジン回転数ＮＥａを最大トルク回転数ＮＥtmaxに設定する（Ｓ４８）。

エンジン回転数ＮＥは徐々に上昇し、時刻ｔ５において第１の所定回転数ＮＥref１以上で（Ｓ２６）、かつエンジン回転数ＮＥの変化量ＤＮＥが第１の所定値ＤＮＥref１未満と判断されるとき（Ｓ５２）、１速から２速に変速する（Ｓ５４）。

そして、時刻ｔ６でスイッチ１２６が操船者によって操作されて燃費低減指示が入力されると共に（Ｓ６０）、時刻ｔ７においてエンジン回転数ＮＥが第２の所定回転数ＮＥref２以上で（Ｓ６２）、かつエンジン回転数ＮＥの変化量ＤＮＥが第２の所定値ＤＮＥref２未満と判断されるとき（Ｓ６４）、２速から３速に変速する（Ｓ６６）。

その後、操船者からシフト・スロットルレバー１２２を介してエンジン回転数ＮＥを低下させる調節指示が入力されるなどしてスロットルバルブ３８が閉弁させられ、時刻ｔ８において減速が指示されたと判定されるとき（Ｓ１６）、３速から２速に変速する（Ｓ７２）。

以上の如く、この発明の実施例にあっては、内燃機関（エンジン）３０とプロペラ４２の間の動力伝達軸（プロペラシャフト）４４に介挿されると共に、少なくとも１速、２速からなる変速段を有し、前記内燃機関の出力を選択された変速段で変速して前記プロペラに伝達する変速機４６を備える船外機の制御装置において、前記内燃機関３０のスロットルバルブ３８を開閉するアクチュエータと（スロットル用電動モータ４０）、前記内燃機関３０の機関回転数（エンジン回転数）ＮＥが目標機関回転数（目標エンジン回転数）ＮＥａとなるように前記アクチュエータ４０の駆動を制御するアクチュエータ制御手段と（ＥＣＵ１１０）、前記２速が選択されているとき、前記内燃機関３０に対して加速が指示されたか否か判定する加速指示判定手段と（ＥＣＵ１１０。Ｓ３０）、前記加速が指示されたと判定されるとき、前記２速から前記１速に変速するように前記変速機４６の動作を制御する変速制御手段と（ＥＣＵ１１０。Ｓ４６）、前記変速制御手段によって前記２速から前記１速に変速された後、前記内燃機関３０の出力トルクが最大となるように前記目標機関回転数ＮＥａを変更する目標機関回転数変更手段と（ＥＣＵ１１０。Ｓ４８）を備える如く構成した。

これにより、加速時に変速するときのエンジン３０の動作を適切に制御してエンジン回転の吹き上がりを防止できると共に、船外機１０の加速直後における加速性能を向上させることができる。即ち、エンジン３０に対して加速が指示されたと判定されるとき、変速機４６を２速から１速に変速することで、プロペラ４２に伝達されるトルクを増幅させることができると共に、２速から１速に変速した後、エンジン３０の出力トルクが最大となるように目標エンジン回転数ＮＥａを変更、具体的には、目標エンジン回転数ＮＥａを最大トルク回転数ＮＥtmaxに設定することで、エンジン回転が急激に吹き上がるのを防止しつつ出力トルクが最大となるエンジン３０の運転状態を維持でき、よって船外機１０の加速直後における加速性能を向上させることができる。

また、前記加速指示判定手段は、前記内燃機関３０のスロットル開度ＴＨの変化量ＤＴＨを検出するスロットル開度変化量検出手段（スロットル開度センサ９６，ＥＣＵ１１０。Ｓ１４）を備えると共に、前記検出されたスロットル開度ＴＨの変化量ＤＴＨが所定値第２の所定値）ＤＴＨref２以上のとき、前記加速が指示されたと判定する如く構成したので（Ｓ３０）、前記加速の指示がなされたことを正確に判定することができる。

尚、上記において、エンジン３０の出力を低下させるため、点火時期を遅角させるようにしたが、それに限られるものではなく、例えば燃料噴射量を減少させるように構成しても良く、または点火カットや燃料カットなどを行うように構成しても良い。

また、船体１２に船速センサ１３０を配置して船舶１の実速度Ｖを検出するように構成したが、それに限られるものではなく、例えばＧＰＳ（Global Positioning System）などを用いて検出するようにしても良い。

また、第１、第２の所定値ＤＴＨref１，ＤＴＨref２や第１、第２の所定回転数ＮＥref１，ＮＥref２、第１、第２の所定スリップ率Ｓref１，Ｓref２、エンジン３０の排気量などを具体的な値で示したが、それらは例示であって限定されるものではない。

１０ 船外機、３０ エンジン（内燃機関）、３８ スロットルバルブ、４０ スロットル用電動モータ（アクチュエータ）、４２ プロペラ、４４ プロペラシャフト（動力伝達軸）、４６ 変速機、９６ スロットル開度センサ（スロットル開度変化量検出手段）、１１０ ＥＣＵ（電子制御ユニット）

Claims (2)

1. 内燃機関とプロペラの間の動力伝達軸に介挿されると共に、少なくとも１速、２速からなる変速段を有し、前記内燃機関の出力を選択された変速段で変速して前記プロペラに伝達する変速機を備える船外機の制御装置において、
   ａ．前記内燃機関のスロットルバルブを開閉するアクチュエータと、
   ｂ．前記内燃機関の機関回転数が目標機関回転数となるように前記アクチュエータの駆動を制御するアクチュエータ制御手段と、
   ｃ．前記２速が選択されているとき、前記内燃機関に対して加速が指示されたか否か判定する加速指示判定手段と、
   ｄ．前記加速が指示されたと判定されるとき、前記２速から前記１速に変速するように前記変速機の動作を制御する変速制御手段と、
   ｅ．前記変速制御手段によって前記２速から前記１速に変速された後、前記内燃機関の出力トルクが最大となるように前記目標機関回転数を変更する目標機関回転数変更手段と、
   を備えることを特徴とする船外機の制御装置。
2. 前記加速指示判定手段は、
   ｆ．前記内燃機関のスロットル開度の変化量を検出するスロットル開度変化量検出手段、
   を備えると共に、前記検出されたスロットル開度の変化量が所定値以上のとき、前記加速が指示されたと判定することを特徴とする請求項１記載の船外機の制御装置。

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