JP2011127669A - 船外機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】変速機を備えると共に、搭載される内燃機関や船体の運転状態に応じた最適な変速機の変速制御を行うようにした船外機の制御装置を提供する。
【解決手段】少なくとも１速、２速からなる変速段を有し、内燃機関の出力を選択された変速段で変速してプロペラに伝達する変速機を備えると共に、船体に取り付けられる船外機の制御装置において、内燃機関のスロットル開度ＴＨの変化量ＤＴＨを検出し（Ｓ１４）、２速が選択されていると共に、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、２速から１速に変速するように変速機の動作を制御する（Ｓ３０，Ｓ４０）。さらに、船体が滑走状態にあるか否か判定すると共に（Ｓ４６）、２速から１速に変速した後、船体が滑走状態にあると判定されるとき、１速から２速に変速する（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、搭載される内燃機関とプロペラシャフトの間に変速機を介挿し、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）。特許文献１記載の技術において、変速機の動作の制御（変速制御）は、スロットルレバーのレバー開度と内燃機関の回転数に基づいて行われる。

特開２００９−１９０６７１号公報

しかしながら、特許文献１記載の技術にあっては、変速機の変速制御を操船者によって操作されるスロットルレバーのレバー開度などに基づいて行っているため、必ずしも船舶の航行状態、換言すれば、船外機に搭載される内燃機関や船外機が取り付けられる船体の運転状態を反映した最適な変速段が選択されるわけではなかった。

従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、変速機を備えると共に、搭載される内燃機関や船体の運転状態に応じた最適な変速機の変速制御を行う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と共に、船体に取り付けられ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と、前記２速が選択されていると共に、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を備えると共に、前記変速制御手段は、前記船体が滑走状態にあるか否か判定する滑走状態判定手段を備え、前記２速から前記１速に変速した後、前記船体が滑走状態にあると判定されるとき、前記１速から前記２速に変速するように前記変速機の動作を制御する如く構成した。

請求項２に係る船外機の制御装置にあっては、前記滑走状態判定手段は、航行方向に対する前記船体の長手方向の軸線の傾き角度を検出する傾き角度検出手段を備えると共に、前記検出された傾き角度が所定角度以下のとき、前記船体が滑走状態にあると判定する如く構成した。

請求項３に係る船外機の制御装置にあっては、前記変速制御手段は、前記内燃機関の機関回転数を検出する機関回転数検出手段と、前記検出された機関回転数の変化量を算出する機関回転数変化量算出手段とを備えると共に、前記２速から前記１速に変速した後、前記検出された機関回転数が所定回転数以上で、かつ前記算出された機関回転数の変化量が既定値未満で、さらに前記船体が滑走状態にあると判定されるとき、前記１速から前記２速に変速するように前記変速機の動作を制御する如く構成した。

請求項１に係る船外機の制御装置にあっては、内燃機関のスロットル開度の変化量を検出し、変速機において２速が選択されていると共に、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、２速から１速に変速するように変速機の動作を制御する如く構成したので、搭載される内燃機関の運転状態に応じた最適な変速機の変速制御を行うことができる。具体的には、内燃機関に対して加速が指示されたことをスロットル開度の変化量に基づいて検知し、加速が検知されるとき（より具体的には、スロットル開度の変化量が所定値以上のとき）、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が増幅されて加速性を上昇させることができる、即ち、搭載される内燃機関の運転状態に応じた最適な変速段を選択することができる。

また、船体が滑走状態にあるか否か判定すると共に、２速から１速に変速した後、船体が滑走状態にあると判定されるとき、１速から２速に変速するように構成、即ち、１速でのトルク増幅を利用した加速が終了したことを船体が滑走状態にあるか否か判定することで検知し、滑走状態と判定されて加速が終了したとき、１速から２速に変速するように構成したので、船体の運転状態に応じた適切なタイミングで２速に変速することが可能となり、それによって船速を最高速度まで効率良く到達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、航行方向に対する船体の長手方向の軸線の傾き角度を検出すると共に、検出された傾き角度が所定角度以下のとき、船体が滑走状態にあると判定するように構成したので、上記した効果に加え、船体が滑走状態にあることを正確に判定することができる。

請求項３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を検出すると共に、検出された機関回転数の変化量を算出し、２速から１速に変速した後、検出された機関回転数が所定回転数以上で、かつ算出された機関回転数の変化量が既定値未満で、さらに船体が滑走状態にあると判定されるとき、１速から２速に変速するように構成したので、上記した効果に加え、例えば機関回転数が比較的高回転で安定し、かつ船体が滑走状態にあると判定されるとき、１速から２速に変速することが可能、即ち、搭載される内燃機関や船体の運転状態に応じたより適切なタイミングで２速に変速でき、それによって船速を最高速度までより一層効率良く到達させることができる。

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を示すフロー・チャートである。 図５フロー・チャートの処理を説明する説明図である。 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）１２ａ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）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（機関回転数検出手段）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。

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。

さらに、船体１２の適宜位置には、傾き角度センサ（傾き角度検出手段）１２８と船速センサ（対水速度計）１３０が配置される。傾き角度センサ１２８は、磁石が取り付けられた振子を備え、その鉛直軸からのずれをリードスイッチなど（いずれも図示せず）で検出して航行方向に対する船体１２の長手方向の軸線の傾き角度（傾斜角）αに応じた信号を出力する。正確には、傾き角度センサ１２８は、傾き角度αが後述する所定角度αref以下のときにＬｏ信号を、所定角度αrefより大きいときにＨｉ信号を出力する。

船速センサ１３０は、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１１６，１２４，１２８，１３０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２２，４０，９２の動作を制御すると共に、変速機４６の変速制御を行う。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の出力パルスをカウントしてエンジン回転数ＮＥを検出（算出）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（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が所定の回転状態にあるか否か判定する。この判断は、Ｓ３６で検出されたプロペラ４２のスリップ率Ｓと所定スリップ率Ｓrefを比較することで行われる。

具体的には、スリップ率Ｓが所定スリップ率Ｓref以下の場合、換言すれば、スリップ率Ｓが比較的小さくプロペラ４２のグリップ力が比較的強い場合、プロペラ４２が所定の回転状態にあると判定する。他方、スリップ率Ｓが所定スリップ率Ｓrefより大きい場合、別言すれば、プロペラ４２の空回りなどでスリップ率Ｓが比較的大きくグリップ力が比較的弱い場合、プロペラ４２は所定の回転状態にないと判定する。

従って、所定の回転状態とは、プロペラ４２のグリップ力が比較的強い回転状態を意味し、よって所定スリップ率Ｓrefはプロペラ４２がそのような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以降の処理をスキップ、換言すれば、変速機４６において２速を継続する一方、肯定されるときはＳ４０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。

このように、変速機４６において２速が選択されていると共に、スロットル開度ＴＨの変化量ＤＴＨが第２の所定値ＤＴＨref２以上のとき、２速から１速に変速する。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Ｓ４２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、Ｓ４０，Ｓ４２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が所定の回転状態にあると判定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。

Ｓ４０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直前になると（加速領域が飽和する直前になると）、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Ｓ４４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速での加速が終了直前であると判断（推定）できる値（例えば６０００ｒｐｍ）とされる。

Ｓ４４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（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。

Ｓ４４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Ｓ４６に進み、船体１２が滑走状態（プレーニング状態）にあるか否か判定する。Ｓ４６では、傾き角度センサ１２８の出力（Ｈｉ，Ｌｏ信号）に基づき、航行方向（進行方向）に対する船体１２の長手方向の軸線の傾き角度αが所定角度αref以下か否か判断することで、船体１２が滑走状態にあるか否か判定する。

図６はその処理を説明する説明図である。尚、図中の符号ｙは船体１２の長手方向の軸線、より正確には船体１２の水面と平行な面おける長手方向の軸線を示す。また、符号Ａは船舶１の航行方向を、符号Ｗは海水あるいは淡水を、符号Ｓはその水面を示す。

図６（ａ）は、船体１２が停止あるいは比較的低速で走行される状態を示す。このとき、エンジン３０が加速されて船舶１の速度が上昇すると、船体１２は、図６（ｂ）に示す如く、船首１２ｂが持ち上がる一方、船尾１２ａが沈み込む、いわゆるハンプ状態となる。尚、船体１２がハンプ状態になると、傾き角度センサ１２８にあっては、傾き角度αが所定角度αref（後述）より大きくなるため、Ｈｉ信号を出力する。

その後、加速が終了、詳しくは１速が選択された変速機４６でのトルクの増幅領域（加速領域）が終了（飽和）して加速が終わると、船舶１の速度は最高速付近で安定すると共に、船体１２は、図６（ｃ）に示すように、上がっていた船首１２ｂが下がって滑走状態（プレーニング状態）となる。船体１２が滑走状態になると、傾き角度センサ１２８にあっては、傾き角度αが所定角度αref以下まで減少するため、Ｌｏ信号を出力する。

即ち、Ｓ４６においては、変速機４６を２速から１速に変速した後、航行方向Ａに対する船体１２の長手方向の軸線ｙの傾き角度αが所定角度αref以下か否か判断し、傾き角度αが所定角度αref以下と判断されるとき、加速が終了して船体１２が滑走状態にあると判定する。従って、所定角度αrefは、加速が終了して船体１２が滑走状態にあると判定できる値に設定され、例えば５ｄｅｇとされる。

Ｓ４６で否定されるときはそのままプログラムを終了する一方、肯定されるときはＳ４８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。

Ｓ４８の処理後、Ｓ５０に進んで２速変速フラグのビットを１にセットし、Ｓ５０に進んで３速変速フラグのビットを０にリセットする。

Ｓ５０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Ｓ５４に進む。このように、Ｓ５４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。

Ｓ５４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。Ｓ５４で肯定されるときはＳ５６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。

Ｓ５６で肯定されるときはＳ５８に進み、Ｓ４４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。

Ｓ５８で否定されるとき、またはＳ５４やＳ５６で否定されるときは前述したＳ４８からＳ５２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、Ｓ５８で肯定されるときはＳ６０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Ｓ６２に進み、２速変速フラグのビットを０にリセットし、Ｓ６４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Ｓ６０からＳ６４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Ｓ６６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、Ｓ６８，Ｓ７０，Ｓ７２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Ｓ７４に進む。Ｓ７４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。また、船体１２は加速が指示されて速度が増加するに連れてその傾き角度αは徐々に大きくなる。

その後、時間経過に伴って気泡は減少し、それによって低下していたグリップ力は増加、別言すれば、スリップ率Ｓは減少し、時刻ｔ２で所定スリップ率Ｓref以下になるとき、即ち、プロペラ４２が所定の回転状態にあると判定されるとき（Ｓ３６，Ｓ３８）、２速から１速に変速する（Ｓ４０）。

次いでエンジン回転数ＮＥは徐々に上昇すると共に、船体１２の傾き角度αは加速終了が近づくに連れて徐々に小さくなる。そして、時刻ｔ３においてエンジン回転数ＮＥが第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未満で（Ｓ４４）、さらに船体１２が滑走状態にあると判定されるとき、換言すれば、船体１２の傾き角度αが所定角度αref以下のとき（Ｓ４６）、１速から２速に変速する（Ｓ４８）。

時刻ｔ４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（Ｓ５４）、時刻ｔ５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（Ｓ５６）、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（Ｓ５８）、２速から３速に変速する（Ｓ６０）。

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ｔ６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（Ｓ６６）。

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を備えると共に、船体１２に取り付けられ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と（スロットル開度センサ９６，ＥＣＵ１１０。Ｓ１４）、前記２速が選択されていると共に、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。Ｓ３０，Ｓ４０）を備えると共に、前記変速制御手段は、前記船体１２が滑走状態にあるか否か判定する滑走状態判定手段（ＥＣＵ１１０。Ｓ４６）を備え、前記２速から前記１速に変速した後、前記船体１２が滑走状態にあると判定されるとき、前記１速から前記２速に変速するように前記変速機４６の動作を制御する如く構成した（Ｓ４８）。

これにより、搭載されるエンジン３０の運転状態に応じた最適な変速機４６の変速制御を行うことができる。具体的には、エンジン３０に対して加速が指示されたことをスロットル開度ＴＨの変化量ＤＴＨに基づいて検知し、加速が検知されるとき（より具体的には、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）、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が増幅されて加速性を上昇させることができる、即ち、搭載されるエンジン３０の運転状態に応じた最適な変速段を選択することができる。

また、船体１２が滑走状態にあるか否か判定すると共に、２速から１速に変速した後、船体１２が滑走状態にあると判定されるとき、１速から２速に変速するように構成、即ち、１速でのトルク増幅を利用した加速が終了したことを船体１２が滑走状態にあるか否か判定することで検知し、滑走状態と判定されて加速が終了したとき、１速から２速に変速するように構成したので、船体１２の運転状態に応じた適切なタイミングで２速に変速することが可能となり、それによって船速を最高速度まで効率良く到達させることができる。

また、前記滑走状態判定手段は、航行方向Ａに対する前記船体１２の長手方向の軸線ｙの傾き角度αを検出する傾き角度検出手段（傾き角度センサ１２８）を備えると共に、前記検出された傾き角度αが所定角度αref以下のとき、前記船体１２が滑走状態にあると判定するように構成したので（Ｓ４６）、船体１２が滑走状態にあることを正確に判定することができる。

また、前記変速制御手段は、前記内燃機関３０の機関回転数（エンジン回転数）ＮＥを検出する機関回転数検出手段と（クランク角センサ１０２。Ｓ２０）、前記検出された機関回転数ＮＥの変化量ＤＮＥを算出する機関回転数変化量算出手段と（Ｓ２２）を備えると共に、前記２速から前記１速に変速した後、前記検出された機関回転数ＮＥが所定回転数（第１の所定回転数）ＮＥref１以上で（Ｓ２６）、かつ前記算出された機関回転数ＮＥの変化量ＤＮＥが既定値（第１の既定値）ＤＮＥref１未満で（Ｓ４４）、さらに前記船体１２が滑走状態にあると判定されるとき（Ｓ４６）、前記１速から前記２速に変速するように前記変速機４６の動作を制御する如く構成したので（Ｓ４８）、例えば機関回転数ＮＥが比較的高回転で安定し、かつ船体１２が滑走状態にあると判定されるとき、１速から２速に変速することが可能、即ち、搭載されるエンジン３０や船体１２の運転状態に応じたより適切なタイミングで２速に変速でき、それによって船速を最高速度までより一層効率良く到達させることができる。

尚、上記において、傾き角度センサ１２８の構成を具体的に示したが、このセンサは船体１２の長手方向の軸線ｙの傾き角度αを検出できるものであれば良く、例えば光学式あるいは磁気式のポテンショメータやエンコーダであっても良い。

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、所定スリップ率Ｓref、所定角度αerf、第１、第２の既定値ＤＮＥref１，ＤＮＥref２、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、１２ 船体、３０ エンジン（内燃機関）、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）、１０２ クランク角センサ（機関回転数検出手段）、１１０ ＥＣＵ（電子制御ユニット）、１２８ 傾き角度センサ（傾き角度検出手段）

Claims (3)

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と共に、船体に取り付けられ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と、
   ｂ．前記２速が選択されていると共に、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、
   を備えると共に、前記変速制御手段は、
   ｃ．前記船体が滑走状態にあるか否か判定する滑走状態判定手段、
   を備え、前記２速から前記１速に変速した後、前記船体が滑走状態にあると判定されるとき、前記１速から前記２速に変速するように前記変速機の動作を制御することを特徴とする船外機の制御装置。
2. 前記滑走状態判定手段は、
   ｄ．航行方向に対する前記船体の長手方向の軸線の傾き角度を検出する傾き角度検出手段、
   を備えると共に、前記検出された傾き角度が所定角度以下のとき、前記船体が滑走状態にある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。
3. 前記変速制御手段は、
   ｅ．前記内燃機関の機関回転数を検出する機関回転数検出手段と、
   ｆ．前記検出された機関回転数の変化量を算出する機関回転数変化量算出手段と、
   を備えると共に、前記２速から前記１速に変速した後、前記検出された機関回転数が所定回転数以上で、かつ前記算出された機関回転数の変化量が既定値未満で、さらに前記船体が滑走状態にあると判定されるとき、前記１速から前記２速に変速するように前記変速機の動作を制御することを特徴とする請求項１または２記載の船外機の制御装置。

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