JP2014013015A - エンジンシステム - Google Patents

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Abstract

【課題】エンジンシステムが搭載される機械装置の商品性を損なうことなくコスト削減を図ることができるエンジンシステムを提供する。
【解決手段】船外機3は、エンジン39と、エンジン39に空気を供給する吸気通路(61〜64)と、この吸気通路の開度であるスロットル開度を調整するスロットルバルブ46と、スロットルバルブ46をバイパスしてエンジン39に空気を供給するバイパス通路68と、バイパス通路68を開閉するオンオフバルブ69と、オンオフバルブ69が開状態のときにエンジン39を遅角制御することによってエンジン39の出力を制御するECU20とを含む。
エンジンシステム。
【選択図】図4

Description

この発明は、エンジンに空気を供給する吸気通路に設けられたスロットルバルブをバイパスするバイパス通路を有するエンジンシステムに関する。
特許文献1は、内燃機関(エンジン)によってプロペラを駆動する船舶の推進装置を開示している。この推進装置は、エンジンの吸気通路に配置されたスロットル弁と、スロットル弁よりも下流側の吸気通路を大気と連通させる二次空気通路と、前記二次空気通路に配置されたアイドルスピードコントロールバルブ(ISC弁)とを含む。ISC弁は、スロットル弁が全閉のときにエンジン回転速度に基づいてフィードバック制御され、それにより二次空気通路を介して吸入される吸入空気量を調整する。これにより、エンジン回転速度が予め定めるアイドル回転速度に制御される。また、ISC弁を利用したダッシュポット制御も行われる。ダッシュポット制御とは、スロットル弁を急閉弁動作させたときに、ISC弁を開いて吸入空気量の不足を解消して、エンジンストールを回避する制御である。具体的には、スロットル弁の開度が大きいときには、それに応じて、エンジンには多量の燃料が供給されている。その状態からスロットル弁が急閉されると、エンジン内に供給された燃料に対する空気量の割合が不足し、燃料と空気との混合比が急激に悪化して、エンジンストールに至る。そこで、ISC弁を開いて空気量の不足を補うことにより、エンジンストールを回避できる。
特開2005−299482号公報
ISC弁は、制御ユニットによる制御によって全閉と全開との間の中間開度に開度調整することが可能な弁である。そのため、構成が複雑であり、それに応じて、構造が大きく、かつコストが高い。したがって、ISC弁は、とくに自動二輪車、草刈り機等の小型の機械装置における小型化およびコスト削減を妨げている。
そこで、本願発明者は、空気通路を開く開状態と、空気通路を閉じる閉状態との2つの状態のみをとり得るオンオフバルブをISC弁に代えて用いることを検討した。しかし、オンオフバルブは開状態と閉状態との間の中間開度の状態をとることができないため、開状態と閉状態とが切り換わる際に急激な空気量変化が生じる。そのため、エンジン回転速度を安定させることができず、機械装置の商品性を損なうおそれがある。
この発明の一実施形態は、エンジンシステムが搭載される機械装置の商品性を損なうことなくコスト削減を図ることができるエンジンシステムを提供する。
より具体的には、この発明の一実施形態は、エンジンと、前記エンジンに空気を供給する吸気通路と、前記吸気通路に設けられ、前記吸気通路の開度であるスロットル開度を調整するスロットルバルブと、前記スロットルバルブをバイパスして前記エンジンに空気を供給するバイパス通路と、前記バイパス通路に設けられ、前記バイパス通路を開閉するオンオフバルブと、前記オンオフバルブが開状態のときに前記エンジンを遅角制御することによって前記エンジンの出力を制御する制御ユニットとを含む、エンジンシステムを提供する。
この構成によれば、バイパス通路にオンオフバルブが配置され、そのオンオフバルブが開状態のときに、エンジンの遅角制御が行われる。オンオフバルブを開状態とすることによって、スロットルバルブが全閉のときでも、エンジンに空気を供給できる。その一方で、エンジンの遅角制御が行われることにより、エンジンの出力、とくにエンジン回転速度を調整することができる。これによって、全閉と全開との間の中間開度に開度調整可能なバルブを用いることなく、エンジンの出力を微調整して、エンジンの安定な動作を図ることができる。
この発明の一実施形態では、前記制御ユニットは、前記エンジンの始動時であるか否かを判断し、前記エンジンの始動時であると判断すると、前記オンオフバルブを開状態に制御し、その後に、前記エンジンの遅角制御を実行する。この構成によれば、エンジンの始動時には、オンオフバルブが開状態とされ、その後に、エンジンの遅角制御が実行される。これにより、スロットルバルブが閉状態であっても、エンジンに空気を送り込むことができ、かつ遅角制御によってエンジン回転速度を制御できる。すなわち、開度調整可能なバルブ(全開および全閉以外の中間開度に制御可能なバルブ)を用いることなく、エンジンの始動およびその後のエンジン回転速度の調整を行うことができる。「エンジンの始動時」とは、制御ユニットへの電源が投入されてから、エンジンの始動が完了するまでであってもよい。
この発明の一実施形態では、前記制御ユニットは、前記エンジンの始動が完了したか否かをさらに判断し、前記エンジンの始動が完了した後に、前記エンジンの遅角制御を開始する。この構成により、エンジンを始動するときには、通常の点火時期で点火制御を行うことによって、エンジンを確実に始動できる。その後は、エンジンの遅角制御を行うことによって、エンジン出力を調整でき、それによって、エンジン回転速度を制御できる。「エンジンの始動が完了した」ことは、エンジン回転速度が所定の閾値(たとえば完爆状態での最低エンジン回転速度以上の値)を超えたことに基づいて判断することができる。
この発明の一実施形態では、前記制御ユニットは、前記遅角制御を開始した後に、前記エンジンの回転速度が低下して所定の回転速度域に達すると、前記オンオフバルブを閉状態に制御し、かつ前記エンジンの遅角制御を終了する。遅角制御によってエンジン回転速度が低下して所定の回転速度域(より具体的には、アイドル回転速度域)に達すると、オンオフバルブが閉状態とされ、遅角制御が終了して、エンジンの点火時期が通常の点火時期に戻される。これにより、制御ユニットは、遅角制御によるエンジン出力の調整を終了して、スロットルバルブの開度に応じたエンジン出力制御を行うことができる。
この発明の一実施形態では、前記制御ユニットは、前記遅角制御を開始した後に、前記エンジンの回転速度が低下して前記所定の回転速度域に達すると、所定時間の経過を待機した後に、前記オンオフバルブを閉状態に制御し、かつ前記エンジンの遅角制御を終了する。この構成によれば、エンジン回転速度が所定の回転速度域まで低下した後、オンオフバルブを閉じ、遅角制御を終了するまでに、制御ユニットは、所定時間の経過を待機する。これにより、エンジンの状態が安定した後に、遅角制御を終了して、スロットルバルブの開度に応じたエンジン出力制御へと移行することができる。これにより、制御態様の円滑な移行が可能となる。
この発明の一実施形態では、前記制御ユニットは、前記エンジンの温度が所定温度よりも高い場合に、前記エンジンの遅角制御を実行する。エンジンの温度が低い状態で遅角制御を行うと、エンジンストールのおそれがある。上記構成によってこの問題を回避できる。
この発明の一実施形態では、前記制御ユニットは、前記スロットル開度が第1開度以上である場合に前記オンオフバルブを開状態に制御し、その状態から、前記スロットル開度が前記第1開度よりも小さい第2開度以下となると、前記オンオフバルブを開状態に保ったままで、前記エンジンの遅角制御を実行する。すなわち、スロットル開度が第1開度以上でエンジンを運転しているとき、オンオフバルブは開状態となる。その状態でスロットル開度が第1開度以下となると、オンオフバルブの開状態が保たれる。したがって、スロットルバルブが急閉されたときでも、バイパス通路を介してエンジンに空気が送り込まれるので、空気量の不足が生じることを回避でき、それによって、エンジンストールを回避できる。その一方で、オンオフバルブを開状態としたままで、エンジンの遅角制御が実行されるので、スロットル開度に応じたエンジン出力(エンジン回転速度)に制御できる。
この発明の一実施形態では、前記制御ユニットは、前記スロットル開度が前記第2開度以下の場合に前記エンジンの目標回転速度を前記スロットル開度に応じて設定し、前記スロットル開度が前記第2開度よりも小さい第3開度以下の場合に前記エンジンの目標回転速度をアイドル回転速度に設定し、前記スロットル開度が前記第2開度以下の開度領域にあるとき、前記目標回転速度に応じて前記エンジンを遅角制御する。スロットル開度が第2開度と第3開度との間の範囲の場合には、スロットル開度に応じて設定された目標回転速度に応じてエンジンの遅角制御が行われる。これにより、スロットル開度に対応したエンジン回転速度が達成される。したがって、エンジン回転速度が小さな値のときでも、スロットル開度に応じてエンジン回転速度を正確に制御することができるから、開度調整可能なバルブを備えることなく、機械装置の操作性(とくに出力の調整に関する操作性)を向上することができる。一方、スロットル開度が第3開度以下の場合には、目標回転速度がアイドル回転速度に設定されるので、エンジンの遅角制御によって、エンジン回転速度がアイドル回転速度へと導かれる。
この発明の一実施形態では、前記制御ユニットは、前記スロットル開度が前記第3開度以下となった後、前記エンジンの回転速度が低下して所定のアイドル回転速度域に達すると、前記オンオフバルブを閉状態に制御し、かつ前記エンジンの遅角制御を終了する。この構成により、遅角制御によってエンジン回転速度が充分に低下してアイドル回転速度域に達すると、オンオフバルブおよび遅角制御によるエンジン出力の調整を終了して、通常の点火時期でのエンジン制御へと移行することができる。
この発明の一実施形態では、前記制御ユニットは、前記スロットル開度が前記第3開度以下となった後、前記エンジンの回転速度が低下して所定のアイドル回転速度域に達すると、所定時間の経過を待機した後に、前記オンオフバルブを閉状態に制御し、かつ前記エンジンの遅角制御を終了する。この構成によれば、エンジン回転速度がアイドル回転速度域まで低下した後、オンオフバルブを閉じ、かつ遅角制御を終了するまでに、制御ユニットは、所定時間の経過を待機する。これにより、エンジンの状態が安定した後に、遅角制御を終了して、通常の点火時期でのエンジン制御へと移行することができる。これにより、制御態様の円滑な移行が可能となる。
この発明の一実施形態では、前記エンジンが、船舶の推進装置の駆動源である。船舶の推進装置の駆動源として用いられるエンジンは、スロットルが全開状態および全閉状態のいずれかで用いられる場合が多い。たとえば、エンジンによってプロペラを回転させる推進装置の場合、スロットル全開で運転している状態から、スロットルバルブを急閉して全閉とすると、エンジンストールが生じ易い。これは、スロットルの急閉によってエンジンに供給される空気量が不足するうえに、水から受ける抵抗によってプロペラが急停止しようとするからである。地上を走行する車両においては、スロットルを急閉しても車体が慣性によって走行することで車輪が回され、それによってエンジンが回転させられるので、エンジンストールに至ることは少ない。よって、船舶の推進装置において、この発明の実施形態がとりわけ有効である。
この発明の一実施形態では、前記エンジンシステムがトローリング時の前記エンジンの出力を調整するために操作者によって操作されるトロール出力操作手段をさらに含み、前記制御ユニットは、前記トロール出力操作手段の操作に応じて、前記エンジンの出力を変動させる。この構成によれば、操作者がトロール出力操作手段を操作すると、オンオフバルブを開いた状態で、遅角制御によって、エンジンの出力が変動する。これにより、エンジン出力を微調整することができる。すなわち、開度調整が可能なバルブを用いることなく、エンジン出力を微調整できるので、安価で小型な構成のエンジンシステムでありながら、トローリング時のエンジン出力微調整を行うことができる。
この発明の一実施形態は、前記制御ユニットは、アイドル時の前記エンジンの出力を基準出力として、前記トロール出力操作手段の操作に応じて、前記オンオフバルブの開閉と点火時期とを制御することによって前記エンジンの出力の前記基準出力からの変動量を設定する。この構成によれば、アイドル時のエンジン出力を基準に、トロール出力操作手段の操作に応じて、オンオフバルブの開閉および点火時期の両方が制御される。それによって、アイドル時のエンジン出力を基準として、トロール出力操作手段の操作に応じた変動量だけ、エンジン出力を微調整できる。
この発明の一実施形態は、前記トロール出力操作手段は、操作者の操作に応じた複数段階の指令を出力するように構成されており、前記制御ユニットは、前記トロール出力操作手段が出力する指令に応じて、前記基準出力から複数段階に設定された変動量だけ前記エンジンの出力を変動させる。この構成によれば、トロール出力操作手段の操作に応じて、段階的に設定された変動量だけエンジン出力を微調整できる。したがって、エンジン出力の微調整を容易な操作で行うことができる。
この発明の一実施形態は、前記トロール出力操作手段は、前記エンジンの出力を増加させるための出力アップ操作子を含み、前記制御ユニットは、前記出力アップ操作子の操作に応答して、前記エンジンの出力を所定量だけ増加させる。また、この発明の一実施形態では、前記トロール出力操作手段は、前記エンジンの出力を減少させるための出力ダウン操作子を含み、前記制御ユニットは、前記出力ダウン操作子の操作に応答して、前記エンジンの出力を所定量だけ減少させる。これらの構成によれば、出力アップ操作子または出力ダウン操作子の操作に応答してエンジン出力が所定量だけ増加または減少する。したがって、トロール出力操作手段の操作は簡単であり、エンジン出力の微調整のための操作に困難が伴うことがない。したがって、使用者は、容易な操作でエンジン出力を微調整できる。
この発明の一実施形態では、前記制御ユニットは、前記基準出力に応じた基準目標エンジン回転速度を基準に目標エンジン回転速度を変動させ、当該目標エンジン回転速度が達成されるように前記エンジンを制御する。この構成によれば、基準目標エンジン回転速度を基準として目標エンジン回転速度が定められ、その目標エンジン回転速度に基づいて、点火時期の調整によってエンジン出力が制御される。したがって、エンジン出力を正確かつ適切に調整することができる。
この発明の一実施形態では、前記制御ユニットは、アクセル操作ユニットの操作量に対応するように前記エンジンの出力を制御する通常モードと、前記トロール出力操作手段の操作に応じて前記エンジンの出力を変動させるトロールモードとを含む複数の制御モードを有している。この構成によれば、制御ユニットは複数の制御モードを有し、それらの制御モードには通常モードとトロールモードとが含まれている。そして、トロールモードにおいては、トロール出力操作手段の操作に応じてエンジン出力が調整される。こうして、制御モードの切り換えによって、トローリング時におけるエンジン出力をトロール出力操作手段の操作に応じて変化させる一方で、通常航走時には、アクセル操作ユニットの操作に応じてエンジン出力を変動させることができる。
この発明の一実施形態では、前記制御ユニットは、前記トロールモードのときに、前記アクセル操作ユニットの操作量が所定操作量以上となったことに応答して、または前記アクセル操作ユニットの操作量が前記トロールモード開始時から所定値以上変動したことに応答して、前記トロールモードを解除する。この構成によれば、アクセル操作ユニットの操作量が所定操作量以上となるか、またはアクセル操作ユニットの操作量が所定値以上変動すると、トロールモードを解除して通常モードに戻る。したがって、アクセル操作ユニットを操作するだけで、制御モードをトロールモードから通常モードに移行させることができ、その後は、アクセル操作ユニットの操作に応じてエンジン出力が変動することになる。よって、制御モードの切り換えを使用者に違和感を与えることなく行える。
この発明の一実施形態では、前記制御ユニットは、目標エンジン回転速度が所定の第1閾値以上の場合には前記オンオフバルブを開いて点火時期を遅角させ、目標エンジン回転速度が所定の第2閾値より小さい場合には前記オンオフバルブを閉じて点火時期を進角させることで前記エンジンの出力を変動させる。この構成によれば、目標エンジン回転速度に応じてオンオフバルブを開いて点火時期を遅角するか、またはオンオフバルブを閉じて点火時期が進角され、それによって、エンジン出力が変動させられる。これにより、目標エンジン回転速度に応じた適切な方法でエンジン出力を調整できる。たとえば、アイドル回転域を超えてエンジン出力を微調整するときには、エンジンに対する吸気量を増やすために、オンオフバルブを開いた状態として、遅角制御を行うのが適当である。それに対して、アイドル回転速度よりもエンジン回転速度を低くすべきときには、オンオフバルブを閉じて吸気量を制限し、その状態で、進角制御を行うのが適切である。これにより、オンオフバルブの開閉と点火時期の制御とによるエンジン出力調整幅を大きくすることができる。
図1は、この発明の一実施形態に係るエンジンシステムが適用された船舶の構成を説明するための斜視図である。 図2は、前記船舶に備えられた操作パネルの構成例を示す拡大平面図である。 図3は、前記船舶の推進機である船外機の構成例を説明するための図である。 図4は、前記船外機に備えられたエンジンを含むエンジンシステムの構成を説明するための図である。 図5Aは前記エンジンを始動するときの特徴的な制御動作を説明するための図である。図5Bはアイドルスピードコントロールバルブを備えた比較例に係る構成における制御例を示す図である。 図6Aは前記実施形態におけるダッシュポット制御の例を示す図である。図6Bはアイドルスピードコントロールバルブを備えた比較例によるダッシュポット制御の例を示す図である。 図7は、前記実施形態におけるエンジン始動制御の具体例を説明するためのフローチャートである。 図8は、エンジンの暖機の際に参照される暖機マップの具体例を示す。 図9は、前記実施形態におけるダッシュポット制御の具体例を説明するためのフローチャートである。 図10は、前記実施形態におけるトローリング制御の具体例を説明するためのフローチャートである。 図11は、船舶の操作系の他の例を説明するための斜視図である。
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、この発明の一実施形態に係る船舶の構成を説明するための斜視図である。船舶1は、船体2と、推進機としての船外機3とを備えている。船外機3は、船体2の船尾に取り付けられている。船外機3は、エンジン(内燃機関)を備えており、このエンジンの駆動力によって回転されるプロペラ(スクリュー)によって推進力を発生する。
船体2の前方部(船首側)には、操船席5が設けられている。操船席5には、ハンドル装置6と、リモコン装置7と、操作パネル8と、ゲージ9とが備えられている。
ハンドル装置6は、操船者によって回転操作されるステアリングハンドル6aを備えている。このステアリングハンドル6aの操作が、ステアリングケーブル(図示せず)によって、船尾に設けられた舵取り機構(図示せず)に機械的に伝達されるようになっている。この舵取り機構は、船外機3を左右に回動させて、その方向を変化させる。これにより、船外機3が発生する推進力の方向が変化し、それに応じて船舶1の進行方向を変更できる。むろん、ステアリングハンドル6aの操舵角を検出するセンサと、このセンサによって検出される操舵角に応じて駆動されるアクチュエータとを備えたパワーステアリング装置が採用されてもよい。この場合、ステアリングハンドル6aと舵取り機構との間には機械的な結合はなく、ハンドル操作に応じた制御信号によってアクチュエータが駆動され、その駆動力によって船外機3が転舵されることになる。
リモコン装置7は、アクセル操作ユニットの一例である。リモコン装置7は、前後に傾倒可能なレバー7aを備え、これのレバー7aの操作がスロットルケーブル14およびシフトケーブル15を介して船外機3に伝達されるようになっている。スロットルケーブル14は、船外機3に備えられたエンジンのスロットルバルブに結合されている。また、シフトケーブル15は、船外機3に備えられたシフト機構に結合されている。シフトケーブル15によってレバー7aの操作が伝達されることにより、レバー7aを所定の中立位置から所定のシフトイン位置まで前方に傾倒させることによって、船外機3のシフト位置が前進位置となる。これにより、船外機3から前進方向の推進力が発生される。また、レバー7aを前記中立位置から所定の後退シフトイン位置まで後方に傾倒させることによって、船外機3のシフト位置が後退位置となり、当該船外機3から後退方向の推進力が発生される。レバー7aが前進シフトイン位置と後退シフトイン位置との間にあれば、船外機3のシフト位置が中立位置となり、船外機3は推進力を発生しない。また、スロットルケーブル14によってレバー7aの操作が伝達されることにより、レバー7aの傾倒量に応じて、スロットル開度が変化し、船外機3の出力、すなわち、船外機3に備えられたエンジンのエンジン回転速度を変化させることができる。より具体的には、前進シフトイン位置よりもさらに前方にレバー7aを倒すことにより、スロットル開度を大きくして船外機3の出力を大きくし、船外機3から前進方向への大きな推進力を発生させることができる。同様に、後退シフトイン位置よりもさらに後方にレバー7aを倒すことにより、スロットル開度を大きくして船外機3の出力を大きくし、船外機3から後退方向への大きな推進力を発生させることができる。
船外機3においては、スロットル開度に応じて目標エンジン回転速度が設定される。具体的には、前記所定量の傾倒位置まで(前進シフトイン位置と後退シフトイン位置との間)は、スロットル開度は全閉であり、それに応じて目標エンジン回転速度はアイドル回転速度とされる。アイドル回転速度以下の回転速度域がアイドル回転速度域である。前進シフトイン位置を超えて前方に、または、後退シフトイン位置を超えて後方にレバー7aを傾倒させると、レバー傾倒量が大きいほどスロットル開度が大きくなり、それに応じて、目標エンジン回転速度が大きくなる。
ゲージ9は、船外機3の状態を表示する。より具体的には、船外機3の電源のオン/オフ、エンジン回転速度その他必要な情報を表示する。
操作パネル8は、図2に拡大して示すように、キースイッチ4と、始動/停止スイッチ81と、電源ランプ83と、トロール出力操作部84とを備えている。
キースイッチ4は、船外機3の電源を投入するために操作されるスイッチである。キースイッチ4は、対応するキー4aをキーシリンダに挿入することによって、オフ位置(OFF)とオン位置(ON)との間で操作することができる。オフ位置は、船外機3への電源供給を遮断するための操作位置である。オン位置は、船外機3に電源を投入するための操作位置である。電源ランプ83は、たとえばLEDランプで構成されており、船外機3の電源オン時に点灯し、電源オフ時に消灯するインジケータである。
始動/停止スイッチ81は、船外機3のエンジンを始動/停止するために操作されるスイッチであり、たとえば、モーメンタリスイッチで構成されている。エンジン停止状態で始動/停止スイッチ81を操作すると、船外機3のエンジンを始動するための始動指令を発生させることができる。また、エンジン運転中に始動/停止スイッチ81を操作すると、船外機3のエンジンを停止させるための停止指令を発生させることができる。
トロール出力操作部84は、エンジン出力を所定量だけ増加させるための出力アップスイッチ84Uと、エンジン出力を所定量だけ減少させるための出力ダウンスイッチ84Dとを含む。出力アップスイッチ84Uは出力アップ操作子の一例であり、出力ダウンスイッチ84Dは出力ダウン操作子の一例である。これらのスイッチ84U,84Dを操作することによって、アイドリング回転速度を基準目標回転速度として、段階的にエンジン回転速度を増減でき、それによってエンジン出力を微調整できる。トロール出力操作部84は、エンジン出力を一定に保持して船舶1を航走させたいとき、典型的にはトローリングを行うときに用いられる。トローリングとは、船舶1を定速で航行させたり、潮流や風に抗して船舶1を定点に保持したりすることをいう。
図3は、船外機3の構成例を説明するための図である。船外機3は、推進ユニット30と、この推進ユニット30を船体2に取り付ける取り付け機構31とを有している。取り付け機構31は、船体2の後尾板に着脱自在に固定されるクランプブラケット32と、このクランプブラケット32に水平回動軸としてのチルト軸33を中心に回動自在に結合されたスイベルブラケット34とを備えている。推進ユニット30は、スイベルブラケット34に、操舵軸35まわりに回動自在に取り付けられている。これにより、推進ユニット30を操舵軸35まわりに回動させることによって、操舵角(船体2の中心線に対して推進力の方向がなす方位角)を変化させることができる。また、スイベルブラケット34をチルト軸33まわりに回動させることによって、推進ユニット30のトリム角を変化させることができる。トリム角は、船体2に対する船外機3の取り付け角に対応する。
推進ユニット30のハウジングは、トップカウリング36とアッパケース37とロアケース38とで構成されている。トップカウリング36内には、駆動源となるエンジン39がそのクランク軸の軸線が上下方向となるように設置されている。エンジン39のクランク軸下端に連結される動力伝達用のドライブシャフト41は、上下方向にアッパケース37内を通ってロアケース38内にまで延びている。
ロアケース38の下部後側には、推進力発生部材としてのプロペラ40が回転自在に装着されている。ロアケース38内には、プロペラ40の回転軸であるプロペラシャフト42が水平方向に通されている。このプロペラシャフト42には、ドライブシャフト41の回転が、クラッチ機構としてのシフト機構43を介して伝達されるようになっている。
シフト機構43は、ドライブシャフト41の下端に固定されたベベルギヤからなる駆動ギヤ43aと、プロペラシャフト42上に回動自在に配置されたベベルギヤからなる前進ギヤ43bと、同じくプロペラシャフト42上に回動自在に配置されたベベルギヤからなる後退ギヤ43cと、前進ギヤ43bおよび後退ギヤ43cの間に配置されたドッグクラッチ43dとを有している。
前進ギヤ43bは前方側から駆動ギヤ43aに噛合しており、後退ギヤ43cは後方側から駆動ギヤ43aに噛合している。そのため、前進ギヤ43bおよび後退ギヤ43cは互いに反対方向に回転されることになる。
一方、ドッグクラッチ43dは、プロペラシャフト42にスプライン結合されている。すなわち、ドッグクラッチ43dは、プロペラシャフト42に対してその軸方向に摺動自在であるけれども、プロペラシャフト42に対する相対回動はできず、このプロペラシャフト42とともに回転する。
ドッグクラッチ43dは、ドライブシャフト41と平行に上下方向に延びるシフトロッド44の軸周りの回動によって、プロペラシャフト42上で摺動される。これにより、ドッグクラッチ43dは、前進ギヤ43bと結合した前進位置と、後退ギヤ43cと結合した後退位置と、前進ギヤ43bおよび後退ギヤ43cのいずれとも結合されない中立位置(ニュートラル位置)とのいずれかのシフト位置に制御される。
ドッグクラッチ43dが前進位置にあるとき、前進ギヤ43bの回転がドッグクラッチ43dを介してプロペラシャフト42に伝達される。これにより、プロペラ40は、一方向(前進方向)に回転し、船体2を前進させる方向の推進力を発生する。一方、ドッグクラッチ43dが後退位置にあるとき、後退ギヤ43cの回転がドッグクラッチ43dを介してプロペラシャフト42に伝達される。後退ギヤ43cは、前進ギヤ43bとは反対方向に回転するため、プロペラ40は、反対方向(後進方向)に回転し、船体2を後退させる方向の推進力を発生する。ドッグクラッチ43dが中立位置にあるとき、ドライブシャフト41の回転はプロペラシャフト42に伝達されない。すなわち、エンジン39とプロペラ40との間の駆動力伝達経路が遮断されるので、いずれの方向の推進力も生じない。
エンジン39に関連して、このエンジン39を始動させるためのスタータモータ45が配置されている。スタータモータ45は、制御ユニットとしてのECU(電子制御ユニット)20によって制御される。エンジン39には、さらに、クランク軸の回転を検出することによってエンジン39の回転速度を検出するためのエンジン回転速度センサ48が備えられている。
エンジン39の吸気経路には、スロットルバルブ46が配置されている。このスロットルバルブ46には、スロットルケーブル14が結合されている。シフトロッド44には、シフトケーブル15が結合されている。
さらに、推進ユニット30に固定された操舵ロッド47には、ハンドル装置6(図1参照)によって駆動される操舵機構53が結合されている。この操舵機構53によって、推進ユニット30が操舵軸35まわりに回動され、それによって舵取り操作を行うことができる。
また、クランプブラケット32とスイベルブラケット34との間には、たとえば液圧シリンダを含み、ECU20によって制御されるトリムアクチュエータ(チルトトリムアクチュエータ)54が設けられている。このトリムアクチュエータ54は、チルト軸33まわりにスイベルブラケット34を回動させることにより、推進ユニット30をチルト軸33まわりに回動させる。
図4は、エンジン39を含むエンジンシステムの構成を説明するための図である。エンジンシステムは、エンジン(内燃機関)39と、吸気系60と、燃料系70と、制御ユニットとしてのECU20とを含む。吸気系60は、エンジン39に空気を供給する。燃料系70は、エンジン39に燃料を供給する。エンジン39は、たとえば、ガソリンを燃料とする4ストローク機関(four-stroke cycle engine)であってもよい。
エンジン39に関連して、エンジン回転速度センサ48およびエンジン温度センサ50が設けられている。エンジン回転速度センサ48は、エンジン39のクランク軸56の回転に応じてパルス信号を生成するクランク角センサを含む。ECU50は、エンジン回転速度センサ48の出力信号に基づいて、エンジン回転速度(engine speed)を算出することができる。
吸気系60は、たとえば、サイレンサケース61と、スロットルボディ62と、サージタンク63と、エンジン39の気筒毎の吸気管64とを含み、これらは吸気通路を形成している。サイレンサケース61は、大気に開放された吸気口61aを有している。このサイレンサケース61にスロットルボディ62が接続されている。さらに、スロットルボディ62にサージタンク63が接続されている。サージタンク63から、気筒毎の吸気管64が延びており、エンジン39の各気筒の吸気口にそれぞれ接続されている。
スロットルボディ62は、内面が円筒状に形成された空気通路62aを有している。この空気通路62aにバタフライ式のスロットルバルブ46が設けられている。
スロットルボディ62には、後述するインジェクタ75の燃料噴射量を制御するための情報を収集するために、スロットル開度センサ65、吸気圧センサ66および吸気温センサ67が取り付けられている。スロットル開度センサ65は、スロットルバルブ46の開度を検出する。吸気圧センサ66は、空気通路62aを介して吸入される空気の圧力を検出する。吸気温センサ67は、空気通路62aを介して吸入される空気の温度を検出する。
スロットルボディ62には、バイパス通路68が一体的に設けられている。バイパス通路68は、空気通路62aのスロットルバルブ46に対して上流側と下流側とを接続している。換言すれば、バイパス通路68は、空気通路62aにおいてスロットルバルブ46よりもエンジン39に近い側を、スロットルバルブ46をバイパスして大気に連通させている。バイパス通路68には、オンオフバルブ69が介装されている。オンオフバルブ69は、バイパス通路68を閉塞する閉状態(オフ状態)と、バイパス通路を開放する開状態(オン状態)とに制御可能なバルブである。さらに詳しくは、オンオフバルブ69は、閉状態と開状態とに制御可能であるが、開状態と閉状態との間の中間開度には制御することができないバルブである。バイパス通路68は、たとえば、オンオフバルブ69を開状態としたときに、エンジン39のアイドル回転速度を維持するのに必要充分な流量の空気が流通するように設計されている。
燃料系70は、フィルタ71と、低圧燃料ポンプ72と、ベーパセパレータタンク73と、高圧燃料ポンプ74と、インジェクタ75と、ベーパ配管76(76a,76b)と、ベーパシャットバルブ(VSV)77と、燃料配管78(78a,78b)とを含む。
低圧燃料ポンプ72は、エンジン39によって駆動される。この低圧燃料ポンプ72と船体2に配置された燃料タンク80とが燃料配管78aによって接続されており、この燃料配管78aの途中にフィルタ71が介装されている。フィルタ71は、燃料中の異物を捕獲する。さらに、低圧燃料ポンプ72とベーパセパレータタンク73とが燃料配管78bによって接続されている。低圧燃料ポンプ72は、燃料タンク80から燃料を汲み出し、燃料配管78(78a,78b)を介してベーパセパレータタンク73へその燃料を供給する。
ベーパセパレータタンク73は、燃料タンク80から汲み上げられた燃料を貯留するとともに、燃料の蒸気(ベーパ)または空気と、液体の燃料とを分離する。ベーパセパレータタンク73は、ベーパセパレータタンク73内に貯留される燃料が一定の量に保たれるとともに、ベーパセパレータタンク73内の燃料の液面位置が所定の高さ位置に保たれるように構成されている。具体的には、ベーパセパレータタンク73内にニードルバルブ73bを有するフロート(浮き)73aが設けられている。フロート73aが燃料の液面高に応じて上下動し、それに応じて、ニードルバルブ73bが、燃料配管78bの吐出口を開閉する。これにより、ベーパセパレータタンク73内の燃料の液面位置が保持される。
高圧燃料ポンプ74は、ベーパセパレータタンク73内に配置されており、ベーパセパレータタンク73内の燃料をデリバリーパイプ79を介してインジェクタ75へと輸送する。インジェクタ75は、高圧燃料ポンプ74により所定の圧力で送り出された燃料を、エンジン39のシリンダ(図示せず)の吸気口の近傍に向けて、所定のタイミングで噴射する。
ベーパセパレータタンク73の上部は、ベーパ配管76を介してスロットルボディ62と接続されている。これにより、ベーパセパレータタンク73内のベーパがスロットルボディ62の空気通路62aに逃がされる。ベーパ配管76の途中に、ベーパシャットバルブ(VSV)77が介装されている。ベーパシャットバルブ77は、ベーパ配管76を開閉するオンオフバルブである。このベーパシャットバルブ77を制御することにより、ベーパを逃がすタイミングを制御することができる。
バイパス通路68に介装されたオンオフバルブ69は、ベーパシャットバルブ77と同一仕様のオンオフバルブであってもよい。この場合、部品の種類を増やす必要がないので、製造コストを圧縮できる。
ECU20は、高圧燃料ポンプ74、インジェクタ75、ベーパシャットバルブ77、点火コイル57、オンオフバルブ69、スタータモータ45などのアクチュエータ類を制御する。点火コイル57は、エンジン39に備えられた点火プラグ58に火花放電のためのエネルギーを供給する。点火プラグ58は、エンジン39の燃焼室内で火花放電するように配置されている。ECU20には、バッテリ12からの電力が、キースイッチ4を介して供給される。またECU20には、リモコン装置7からの操作信号、始動/停止スイッチ81の操作信号、トロール出力操作部84の操作信号などの操作信号が入力されている。さらに、ECU20には、エンジン回転速度センサ48、エンジン温度センサ50、スロットル開度センサ65、吸気圧センサ66、吸気温センサ67などのセンサ類の検出信号が入力されている。
ECU20は、スロットル開度センサ65、吸気圧センサ66、吸気温センサ67の検出結果に基づいて、インジェクタ75の燃料噴射量を制御する。また、ECU20は、スロットル開度センサ65によって検出されるスロットル開度が全閉のときに、エンジン温度センサ50によって検出されるエンジン温度に基づいて目標エンジン回転速度を設定する。
ECU20は、エンジン39の停止時にはベーパシャットバルブ77を閉じる。また、ECU20は、エンジン39を始動するときに、ベーパシャットバルブ77を開く。ECU20は、エンジン39の始動が完了した後も、ベーパセパレータタンク73内の高温の燃料が燃料タンク80から供給される低温の燃料に入れ替わるまでの期間において、ベーパシャットバルブ77を開状態に保持する。
図5Aおよび図5Bは、エンジン39を始動するときのECU20の特徴的な制御動作を説明するための図である。図5Aには、エンジン39の始動時にECU20が実行するオンオフバルブ69の開閉制御および点火時期の制御が表されている。図5Bには、アイドルスピードコントロールバルブ(ISC)を備えた比較例に係る構成においてエンジン始動時に行われるアイドルスピードコントロールバルブの開度制御が表されている。
アイドルスピードコントロールバルブを備えた構成の場合には、図5Bに示されているように、エンジン始動時には、たとえば、アイドルスピードコントロールバルブの開度(ISC開度)が予め定める一定値(たとえば60%)に制御される。その状態で、スタータモータが作動させられてクランキングおよび点火制御が行われる。すると、エンジンが始動して、初爆によりエンジンが吹け上がり、エンジン回転速度が急上昇する。その後は、エンジンの温度上昇に応じてアイドルスピードコントロールバルブの開度が徐々に減少させられ、それによってエンジン回転速度が減少していく。そして、エンジンが充分に暖機されると、エンジン回転速度が所定のアイドル回転速度となるように、エンジン回転速度に基づいてアイドルスピードコントロールバルブの開度がフィードバック制御される。
一方、この実施形態の構成では、図5Aに示すように、エンジン始動時には、ECU20は、オンオフバルブ69を開状態に制御する。また、ECU20は、点火プラグ58の点火時期を通常のタイミング(たとえば、上死点前10度(BT10度)のクランク角位置)に制御する。その状態で、スタータモータ45が作動してクランキングが行われると、初爆によって、エンジン39が吹け上がり、エンジン回転速度が急上昇する。始動完了後(より好ましくはエンジン回転速度が落ち着くまでの所定時間の経過の後)、ECU20は、点火プラグ58の点火時期を通常のタイミングよりも遅くする遅角制御を行う。より具体的には、エンジン39の温度変化および/または始動完了からの経過時間に応じて遅角量を変動させながら、点火プラグ58の点火時期を変化させていく。この場合、エンジン39の温度が高いほど遅角量が大きくなるように遅角量が設定される。また、始動完了からの経過時間が長いほど遅角量が大きくなるように遅角量が設定される。そして、エンジン39が充分に暖機されると、ECU20は、オンオフバルブ69を閉じ、それと同時またはその直後に点火プラグ58の遅角制御を中止して、通常の点火タイミングに復帰させる。これにより、エンジン回転速度がアイドル回転速度で安定する。このようにして、高価で複雑かつ大型の部品であるアイドルスピードコントロールバルブを用いることなく、始動時のエンジン回転速度を適切に制御できる。図5Aの例では、点火時期は、上死点後5度(AT5度)まで遅角された後に、通常の点火タイミングである上死点前10度に復帰している。
図6Aおよび図6Bは、ECU20によるダッシュポット制御の例を説明するための図である。図6Aには、ダッシュポット制御時にECU20が実行するオンオフバルブ69の開閉制御および点火時期の制御が表されている。図6Bには、比較例として、アイドルスピードコントロールバルブの開度制御によるダッシュポット制御が表されている。ダッシュポット制御とは、スロットル開度が急減したときに、吸入空気量の不足によるエンジンストールを回避するための制御である。
アイドルスピードコントロールバルブを備えた構成の場合には、スロットル開度が大きいとき、図6Bに示されているように、アイドルスピードコントロールバルブの開度(ISC開度)は100%とされている。その状態から、スロットルバルブが急に全閉となると、アイドルスピードコントロールバルブは、徐々にその開度が減少させられていく。これにより、エンジンストールを生じることなく、エンジン回転速度がアイドル回転速度に導かれる。
一方、この実施形態の構成では、図6Aに示すように、スロットル開度が大きいときには、ECU20は、オンオフバルブ69を開状態に制御している。その状態からスロットルバルブ46が急閉されると、ECU20は、オンオフバルブ69を開状態に保持する一方で、点火プラグ58の点火時期を通常の点火時期(たとえば上死点前10度)から遅らせる遅角制御を実行する。より具体的には、時間経過とともに、遅角量を多くしていく。この遅角制御によって、エンジン回転速度が徐々に減少していくことになる。そして、エンジン回転速度がアイドル回転速度付近の値となると、ECU20は、オンオフバルブ69を閉じ、それと同時またはその直後に、遅角量を零として、通常の点火タイミングに復帰させる。スロットルバルブ46が急閉されても、バイパス通路68を介してエンジン39に空気を供給できるので、空気量が極端に不足することを回避でき、それによって、エンジンストールを回避できる。このようにして、高価で複雑かつ大型なアイドルスピードコントロールバルブを用いることなく、ダッシュポット制御を実現できる。図6Aの例では、点火時期は、上死点後5度まで遅角された後に、通常の点火タイミングである上死点前10度に復帰している。
図7は、エンジン39を始動するときのECU20の制御内容を説明するためのフローチャートである。ECU20は、エンジン39の始動時に、図7に示す制御を実行する。キースイッチ4が導通してバッテリ12から電力が供給されると、ECU20が起動する。ECU20は、起動されると、オンオフバルブ69を開状態に制御する(ステップS1)。そして、ECU20は、エンジン回転速度センサ48の出力に基づいて算出されるエンジン回転速度Nが所定の始動完了判定閾値ω1(たとえば、ω1=500rpm)を超えたかどうかを判断する(ステップS2)。始動完了判定閾値ω1は、エンジン39が完爆しているときの最低エンジン回転速度以上の値とされる。これにより、エンジン39の始動が完了したかどうかを判定できる。
エンジン39の始動が完了すると(ステップS2:YES)、ECU20は、エンジン温度センサ50によって検出されるエンジン温度Tを読み込み(ステップS3)、その読み込まれたエンジン温度Tに基づいて、エンジン39の暖機が完了しているかどうかを判断する(ステップS4)。具体的には、ECU20は、エンジン39の温度Tが所定の暖機完了閾値T1(たとえばT1=60℃)を超えているかどうかを判断する。エンジン39の暖機が未了のときには(ステップS4:NO)、ECU20は、エンジン39を暖機するための制御(ステップS5〜S7)を実行する。
具体的には、ECU20は、内部のメモリに暖機マップを有している。暖機マップの一例を図8に示す。暖機マップは、エンジンの温度とそれに対応する目標エンジン回転速度とを対応付けたテーブルで構成されている。図8の例では、−40℃〜60℃までの10℃間隔のエンジン温度に対して、適切な目標エンジン回転速度が設定されている。エンジン温度が低いほど、エンジンストールが生じ易いので、目標エンジン回転速度が高く設定されている。
ECU20は、暖機マップを参照してエンジン温度Tに対応する目標エンジン回転速度N(T)を読み出し、実際のエンジン回転速度Nが、目標エンジン回転速度N(T)よりも高いかどうかを判断する(ステップS5)。エンジン回転速度Nが目標エンジン回転速度N(T)よりも高ければ(ステップS5:YES)、ECU20は、点火プラグ58の点火時期を現在の点火時期から所定角度θ1(たとえばθ1=1度)だけ遅角する(ステップS6)。これにより、エンジン出力が低くなり、エンジン回転速度が低下する。そこで、ECU20は、遅角に対するエンジン39の応答遅れに対応する所定時間t1(たとえばt1=1秒)だけ待機した後(ステップS7)、再び、現在のエンジン回転速度Nが目標エンジン回転速度N(T)よりも高いかどうかを判断する(ステップS5)。エンジン回転速度Nが目標エンジン回転速度N(T)以下になると(ステップS5:NO)、ECU20は、エンジン温度センサ50が検出するエンジン温度Tを読み込み(ステップS3)、その読み込まれたエンジン温度Tを暖機完了閾値T1と比較する(ステップS4)。
このような動作が繰り返されることによって、暖機マップ(図8参照)に従って、エンジン温度Tの上昇に伴い、目標エンジン回転速度が段階的に下げられ、それに応じて点火時期が遅角される。これによって、エンジン回転速度Nが低下していく。こうして、エンジン39の暖機が行われる。
エンジン39の暖機が終了すると(ステップS4:YES)、ECU20は、現在のエンジン回転速度Nがアイドル閾値ω2(たとえばω2=1000rpm)未満かどうかを判断する(ステップS8)。現在のエンジン回転速度Nがアイドル閾値ω2未満であれば(ステップS8:YES)、所定時間t3(たとえばt3=0.1秒)を待機した後にオンオフバルブ69を閉じる(ステップS9)。また、ECU20は、所定時間t4(t4≧t3。たとえばt4=0.1秒)を待機した後に遅角制御を終了して通常の点火タイミングに復帰させる(ステップS10)。これにより、始動制御が終了し、エンジン回転速度Nがアイドル回転速度で安定する。
オンオフバルブ69が閉じられてからその影響がエンジン39の運転に現れるまでには、タイムラグがある。このタイムラグは、主として、オンオフバルブ69からエンジン39のシリンダに空気が到達するまでの時間に起因する。一方、遅角制御を終了すると、その影響はエンジン39の運転にすぐに現れる。そこで、所定時間t3,t4は、オンオフバルブ69を閉じることによるエンジン39の運転への影響が現れる時期と、遅角制御の終了によるエンジン39の運転への影響が現れる時期とが一致するように、設定されることが好ましい。これにより、オンオフバルブ69を閉じたことによる影響と遅角制御終了による影響とを互いに相殺させて、エンジン39の挙動を安定に保つことができる。
エンジン39が充分に暖まった状態で始動されたときには、ステップS4での判断が肯定された後、ステップS8において、現在のエンジン回転速度Nがアイドル閾値ω2以上であると判断されることになる(ステップS8:NO)。この場合、ECU20は、所定時間t2(たとえばt2=2秒)の間隔で所定角度θ2(たとえばθ2=1度)ずつ点火時期を遅角し、それによって、エンジン回転速度Nをアイドル閾値ω2未満に導く(ステップS8,S11,S12)。こうして、エンジン回転速度が徐々に低下させられてアイドル回転速度に導かれた後は、所定時間t3を待機した後にオンオフバルブ69を閉じ(ステップS9)、所定時間t4を待機した後に遅角制御を終了して通常の点火タイミングに復帰させる(ステップS10)。これにより、始動制御が終了し、エンジン回転速度Nがアイドル回転速度で安定する。
このように、エンジン始動時には、オンオフバルブ69を開いて充分な吸入空気量を確保して始動性が高められ、エンジン始動完了後には、遅角制御によって徐々にエンジン回転速度がアイドル回転速度へと導かれる。したがって、オンオフバルブ69を短時間に繰り返し開閉する必要がないので、エンジン39に知覚可能な変動が生じたり、異音が発生したりすることを回避できる。これにより、高価で複雑かつ大型の部品であるアイドルスピードコントロールバルブを用いることなく、スムーズなエンジン始動が可能となるので、商品性を損なうことなく船外機3のコスト低減を図ることができる。
図9は、ECU20によるダッシュポット制御の具体例を説明するためのフローチャートである。ECU20は、図7に示された始動制御の後、図9に示す処理を繰り返し実行する。ECU20は、スロットル開度センサ65の出力を監視し、スロットル開度Th(たとえば、0度≦Th≦90度)が所定の開放閾値A1(たとえばA1(たとえばA1=10度)を超えたかどうかを判断する(ステップS21)。スロットル開度Thが開放閾値A1を超えていれば(ステップS21:YES)、ECU20は、オンオフバルブ69を開き(ステップS22)、ステップS21に戻る。スロットル開度Thが開放閾値A1以下であれば(ステップS21:NO)、ECU20は、オンオフバルブ69の状態を保持する。すなわち、オンオフバルブ69が開放状態であれば開放状態のまま、閉塞状態であれば閉塞状態のままとする。
さらに、ECU20は、スロットル開度Thが所定の遅角解除閾値A2(A2<A1。たとえばA2=2度)以下かどうかを判断する(ステップS23)。スロットル開度Thが遅角解除閾値A2を超えていれば、ECU20は、遅角制御を解除し(ステップS24)、ステップS21からの処理を繰り返す。スロットル開度Thが遅角解除閾値A2以下であれば、ECU20は、スロットル開度Thに応じた目標エンジン回転速度に基づいて、点火プラグ58の点火時期をフィードバック制御する(ステップS25)。すなわち、点火時期の制御(主として遅角制御)によって、エンジン回転速度が制御される。
さらに、ECU20は、スロットル開度Thが閉塞閾値A3(A3<A2<A1。たとえばA3=0.5度)以下かどうかを判断する(ステップS26)。スロットル開度Thが閉塞閾値A3よりも大きければ(ステップS26:NO)、ステップS21からの処理が繰り返される。スロットル開度Thが閉塞閾値A3以下であれば(ステップS26:YES)、ECU20は、所定時間t11(たとえばt11=0.1秒)を待機した後にオンオフバルブ69を閉じ(ステップS27)、所定時間t12(t12≧t11。たとえばt12=0.1秒)を待機した後に遅角制御を終了して通常の点火タイミングに復帰させる(ステップS28)。所定時間t11,t12は、前述の所定時間t3,t4と同様に定めればよい。
操船者がスロットル開度Thを全開(Th=90度)として船舶1を航走させているときは、オンオフバルブ69は開状態となっている(ステップS22参照)。その状態から、操船者がスロットル開度Thを急閉して全閉(Th=0度)としても、オンオフバルブ69が開放状態となっているので、エンジン39のシリンダにはバイパス通路68を通って空気が供給される。したがって、空気量不足によるエンジンストールを回避できる。そして、少なくとも所定時間t11が経過した後にオンオフバルブ69が閉じられることにより(ステップS27参照)。燃料供給量が少なくなったときには、エンジン39に吸入される空気量が少なくなり、それによって、空燃比が適切な範囲に保持され、エンジン39はアイドル回転速度での運転状態に保たれる。
一方、スロットル開度Thが開放閾値A1よりも大きい値からA2〜A3の微小開度域に減少したときには、オンオフバルブ69を開放状態としておく一方で、点火時期の制御によって、当該スロットル開度Thに応じた目標エンジン回転速度に基づくフィードバック制御が行われる。すなわち、オンオフバルブ69が開放状態となっているので、スロットル開度に対応した目標エンジン回転速度に対して空気量が過剰となり、微小なスロットル開度Thに対応した目標エンジン回転速度までエンジン回転速度を落とすことができないおそれがある。そのため、この実施形態では、点火時期の制御(主として遅角制御)によって、エンジン39の出力が調整され、それによって、オンオフバルブ69が開放状態であるにもかかわらず、微小スロットル開度Thに対応した目標エンジン回転速度が達成される。したがって、微小スロットル開度範囲におけるエンジン回転速度の制御も適切に行われる。
このように、エンジン回転速度が高まるとオンオフバルブ69が開かれるので、スロットルが急閉されたときでも空気量が不足しない。そして、遅角制御によって徐々にエンジン回転速度がアイドル回転速度へと導かれる。したがって、オンオフバルブ69を短時間に繰り返し開閉する必要がないので、エンジン39に知覚可能な変動が生じたり、異音が発生したりすることを回避できる。これにより、高価で複雑かつ大型の部品であるアイドルスピードコントロールバルブを用いることなく、スムーズなエンジン始動が可能となるので、商品性を損なうことなく船外機3のコスト低減を図ることができる。
図10は、ECU20によるトローリング制御の具体例を説明するためのフローチャートである。ECU20は、図8に示すエンジン始動制御の後、図10に示す処理を繰り返し実行する。ECU20は、複数の制御モードを有していて、それらの制御モードを切り換えながら船外機3を制御する。複数の制御モードは、トロールモードと、通常モードとを含む。トロールモードとは、スロットル開度が全閉の状態で、トロール出力操作部84の操作に応じてエンジン出力を変動させる制御モードである。通常モードとは、リモコン装置7のレバー7aの操作に応じて、すなわち、スロットル開度に応じてエンジン出力を定め、トロール出力操作部84の操作には応答しない制御モードである。
ECU20は、スロットル開度センサ65の出力信号を参照して記録することにより、制御モードがトロールモードに入ってからのスロットル開度Thの変化量(絶対値)が所定の変動閾値A(A>0)未満かどうかを判断する(ステップS31)。スロットル開度Thの変化量が変動閾値Aに達すると、ECU20は、トロールモードを終了する(ステップS32)。すなわち、制御モードが通常モードに切り換わる。ステップS31における判断は、スロットル開度Thが所定のトロールモード解除閾値未満かどうかの判断に代えてもよい。すなわち、スロットル開度Thがトロールモード解除閾値に達すると、トロールモードを終了するようにしてもよい。
なお、この実施形態では、スロットルバルブ46はスロットルケーブル14によってリモコン装置7に機械的に結合されているので、スロットル開度センサ65が検出するスロットル開度Thは、リモコン装置7の操作量(アクセル操作量)に対応することになる。
この具体例では、トロールモードにおけるエンジン出力の変動が、オンオフバルブ69の開閉と、点火プラグ58の点火時期の調整(より具体的には遅角制御)とを併用して行われる。したがって、トロールモードを終了するときには、点火時期が通常の点火タイミングに戻される。通常の点火タイミングとは、たとえば、上死点前10度のクランク角位置である。また、オンオフバルブ69が閉状態とされ、エンジン回転速度がアイドル回転速度に制御される。
ECU20は、さらに、トロール出力操作部84の出力アップスイッチ84Uまたは出力ダウンスイッチ84Dが操作されたかどうかを判断する(ステップS33)。トロール出力操作部84の出力アップスイッチ84Uまたは出力ダウンスイッチ84Dの操作が検出されると(ステップS33:YES)、ECU20は、トロールモード開始条件を満たしているかどうかを判断する(ステップS34)。トロールモード開始条件とは、エンジン回転速度Nがアイドル回転速度であり、かつスロットル開度Thが全閉(Th=0度)であることであってもよい。この条件は、リモコン装置7のレバー7aが前進シフトイン位置にあるアイドル時に満たされる。このとき、シフト位置は前進位置であり、エンジン39はアイドル回転速度で運転されている。
トロール開始条件が満たされると(ステップS34:YES)、トロールモードが開始される(ステップS35)。すでにトロールモードを開始しているときには、そのままトロールモードが維持される。
ECU20は、さらに、出力ダウンスイッチ84Dが操作されたかどうかを判断し(ステップS36)、この判断が肯定されると、現在の目標エンジン回転速度Nと下限速度NLL(たとえばNLL=600rpm)との差が所定の下降幅ΔN(たとえばΔN=50rpm)以上かどうかを判断する(ステップS37)。この判断が肯定されると、ECU20は、目標エンジン回転速度Nを下降幅ΔNだけ減少させる(ステップS38)。そして、ECU20は、さらに、その減少後の目標エンジン回転速度Nが第1バルブ切換え閾値N1(たとえばN1=900rpm)未満かどうかを判断する(ステップS39)。目標エンジン回転速度Nが第1バルブ切換え閾値N1未満であれば(ステップS38:YES)、ECU20は、オンオフバルブ69を閉じ(ステップS40)、かつ点火時期を進角させる(ステップS41)。つまり、オンオフバルブ69を閉じることによってエンジン39の吸入空気量が減少するので、その空気量減少によるエンジン出力減少分を補ってエンジン出力を保つことができるように、点火時期が進角させられる。
一方、目標エンジン回転速度Nが第1バルブ切換え閾値N1以上であれば(ステップS39:NO)、ECU20は、オンオフバルブ69を開状態とし(ステップS42)、点火時期を遅角させる(ステップS43)。つまり、オンオフバルブ69を開くことによってエンジン39の吸入空気量が増加するので、その空気量増加によるエンジン出力増加分を補ってエンジン出力を保つことができるように、点火時期が遅角させられる。
一方、出力アップスイッチ84Uが操作されたときには(ステップS36:NO)、ECU20は、所定の上限速度NUL(たとえばNUL=1200rpm)から現在の目標エンジン回転速度Nを減じた値が所定の上昇幅ΔN(たとえばΔN=50rpm。ΔN=ΔNであってもよい。)以上かどうかを判断する(ステップS44)。この判断が肯定されると、ECU20は、目標エンジン回転速度Nを上昇幅ΔNだけ増加させる(ステップS45)。そして、ECU20は、さらに、その増加後の目標エンジン回転速度Nが第2バルブ切換え閾値N2(たとえばN2=1000rpm。N2=N1であってもよい。)よりも大きいかどうかを判断する(ステップS46)。目標エンジン回転速度Nが第2バルブ切換え閾値N2よりも大きければ(ステップS46:YES)、ECU20は、オンオフバルブ69を開き(ステップS47)、かつ点火時期を遅角させる(ステップS48)。つまり、オンオフバルブ69を開くことによってエンジン39の吸入空気量が増加するので、その空気量増加によるエンジン出力増加分を補ってエンジン出力を保つことができるように、点火時期が遅角させられる。一方、目標エンジン回転速度Nが第2バルブ切換え閾値N2以下であれば(ステップS46:NO)、ECU20は、オンオフバルブ69を閉じ(ステップS49)、点火時期を進角させる(ステップS50)。つまり、オンオフバルブ69を閉じることによってエンジン39の吸入空気量が減少するので、その空気量減少によるエンジン出力減少分を補ってエンジン出力を保つことができるように、点火時期が進角させられる。
トロールモードを開始した直後の目標エンジン回転速度Nの初期値は、アイドル回転速度(たとえば1000rpm)である。トロールモードにおいては、アイドル回転速度を基準目標エンジン回転速度として、出力アップスイッチ84Uおよび出力ダウンスイッチ84Dの操作に応答して、目標エンジン回転速度Nが段階的に変化する。
ステップS41,S43,S48,S50の後、ECU20は、目標エンジン回転速度Nに基づいて点火時期、すなわち、遅角量を調整する(ステップS51)。これによって、エンジン回転速度センサ48によって検出されるエンジン回転速度Nが目標エンジン回転速度Nに導かれるように、点火時期がフィードバック制御される。ステップS37,S44での判断が否定となるときには、目標エンジン回転速度Nを変更せず、その目標エンジン回転速度Nが達成されるように点火時期が制御される(ステップS51)。
このように、スロットル開度Thが全閉でエンジン回転速度がアイドル回転速度のときにトロール出力操作部84が操作されるとトロールモードに入る。そして、出力アップスイッチ84Uおよび出力ダウンスイッチ84Dの操作に応じて、下限速度NLLと上限速度NULとの間で、上昇幅ΔNまたは下降幅ΔNずつ、目標エンジン回転速度が段階的に変動させられる。これにより、操作者は、低エンジン回転速度領域において、リモコン装置7の微妙なレバー操作によるのではなく、トロール出力操作部84に対するスイッチ操作によって、エンジン回転速度を微小幅(たとえば50rpm)ずつ変動させて、エンジン出力を調整できる。これにより、トローリング時のエンジン出力操作が容易になる。
また、アイドルスピードバルブを用いるのではなく、オンオフバルブ69の開閉と点火時期制御との併用によって微小幅ずつのエンジン回転速度変動を実現している。それによって、低コストで簡単かつ小型な構成によって、トローリング制御を実現できる。しかも、オンオフバルブ69を短時間に繰り返し開閉したりする必要もないので、エンジン39に知覚可能な変動が生じたり、異音が発生したりすることを回避できる。したがって、商品性を損なうことなく船外機3のコスト低減を図ることができる。
以上、この発明の一実施形態について説明してきたが、この発明は、さらに他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の実施形態では、エンジン39の始動が完了したかどうかをエンジン回転速度に基づいて判断しているが、吸気圧センサ66によって検出される吸気圧に基づいてエンジン始動完了を判定したり、エンジン39の始動完了に伴うバッテリ電圧の回復によってエンジン始動完了を判定したりしてもよい。
また、前述の実施形態では、出力ダウンスイッチ84Dおよび出力ダウンスイッチ84Dを備えたトロール出力操作部84について説明した。しかし、トロールモードにおけるエンジン出力微調整のためのトロール出力操作部は、回動操作可能な抓み(ダイヤル)等の他の操作部材によって構成することもできる。
さらに、前述の実施形態では、ハンドル装置6およびリモコン装置7を備えた操作系を示したが、図11に示すような操作系を備えた構成に対してもこの発明を適用できる。この例では、船外機3の操舵ロッド47(図3参照)にティラハンドル90が結合されている。操船者はティラハンドル90を左右に動かすことによって、船外機3を船体2に対して左右に回動させることができ、それによって、推進力の方向を変更して操舵を行うことができる。ティラハンドル90の先端部には、スロットルコントロールグリップ91が設けられている。スロットルコントロールグリップ91は、ティラハンドル90の軸部の回りに回動可能に設けられている。このスロットルコントロールグリップ91の回動操作が、スロットルバルブ46(図3参照)に機械的に伝達されるようになっている。また、ティラハンドル90において、スロットルコントロールグリップ91の近傍には、フリクションアジャスタ92が配置されている。フリクションアジャスタ92は、スロットルコントロールグリップ91を操作するときの摩擦抵抗を調整するための操作部材である。フリクションアジャスタ92による摩擦抵抗の調整によって、たとえば、スロットルコントロールグリップ91を任意の操作位置で固定しておくことができる。ティラハンドル90の根元部付近には、シフトレバー93が配置されている。シフトレバー93の操作は、シフトロッド44(図3参照)に機械的に伝達される。また、ティラハンドル90には、トロール出力操作部94が設けられていてもよい。トロール出力操作部94は、前述の実施形態のトロール出力操作部84と同様に、出力アップスイッチ94Uおよび出力ダウンスイッチ94Dを備えていることが好ましい。すなわち、これらのスイッチ94U,94Dの操作によって、アイドル回転速度を基準目標エンジン回転速度として目標エンジン回転速度を段階的に増減できるトローリング推進機能が提供されてもよい。
また、前述の実施形態では、アクセル操作ユニット(リモコン装置7、スロットルコントロールグリップ91)の操作が、スロットルバルブに機械的に伝達される構成について説明した。しかし、この発明は、アクセル操作ユニットの操作量をセンサによって検出し、そのセンサの出力信号に基づいてスロットルバルブをアクチュエータによって駆動する構成(いわゆる電子スロットル)に対しても適用可能である。
さらにまた、前述の実施形態では、始動制御時に、エンジン温度が低いときには、暖機マップ(図8参照)に基づいて目標エンジン回転速度を変更する制御を行っているが、この制御は省いてもよい。より具体的には、図7に示す始動制御において、ステップS4での判断が否定されたときにはステップS3に戻ることとし、エンジン温度が充分に高くなるまで遅角制御を開始しない構成としてもよい。
また、前述の実施形態では、エンジンシステムが搭載される機械装置として船外機を例示したが、むろん、船外機以外の機械装置に搭載されるエンジンシステムに対してもこの発明を適用することができる。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
1 船舶
3 船外機
4 キースイッチ
7 リモコン装置
7a レバー
8 操作パネル
20 ECU
30 推進ユニット
39 エンジン
40 プロペラ
43 シフト機構
46 スロットルバルブ
48 エンジン回転速度センサ
56 クランク軸
57 点火コイル
58 点火プラグ
60 吸気系
61 サイレンサケース
62 スロットルボディ
63 サージタンク
64 吸気管
65 スロットル開度センサ
66 吸気圧センサ
67 吸気温センサ
68 バイパス通路
69 オンオフバルブ
70 燃料系
72 低圧燃料ポンプ
73 ベーパセパレータタンク
74 高圧燃料ポンプ
75 インジェクタ
76 ベーパ配管
77 ベーパシャットバルブ
80 燃料タンク
81 始動/停止スイッチ
84 トロール出力操作部
84U 出力アップスイッチ
84D 出力ダウンスイッチ
90 ティラハンドル
91 スロットルコントロールグリップ
92 フリクションアジャスタ
93 シフトレバー
94 トロール出力操作部
94U 出力アップスイッチ
94D 出力ダウンスイッチ

Claims (20)

  1. エンジンと、
    前記エンジンに空気を供給する吸気通路と、
    前記吸気通路に設けられ、前記吸気通路の開度であるスロットル開度を調整するスロットルバルブと、
    前記スロットルバルブをバイパスして前記エンジンに空気を供給するバイパス通路と、
    前記バイパス通路に設けられ、前記バイパス通路を開閉するオンオフバルブと、
    前記オンオフバルブが開状態のときに前記エンジンを遅角制御することによって前記エンジンの出力を制御する制御ユニットとを含む、
    エンジンシステム。
  2. 前記制御ユニットは、前記エンジンの始動時であるか否かを判断し、前記エンジンの始動時であると判断すると、前記オンオフバルブを開状態に制御し、その後に、前記エンジンの遅角制御を実行する、請求項1に記載のエンジンシステム。
  3. 前記制御ユニットは、前記エンジンの始動が完了したか否かをさらに判断し、前記エンジンの始動が完了した後に、前記エンジンの遅角制御を開始する、請求項2に記載のエンジンシステム。
  4. 前記制御ユニットは、前記遅角制御を開始した後に、前記エンジンの回転速度が低下して所定の回転速度域に達すると、前記オンオフバルブを閉状態に制御し、かつ前記エンジンの遅角制御を終了する、請求項1〜3のいずれか一項に記載のエンジンシステム。
  5. 前記制御ユニットは、前記遅角制御を開始した後に、前記エンジンの回転速度が低下して前記所定の回転速度域に達すると、所定時間の経過を待機した後に、前記オンオフバルブを閉状態に制御し、かつ前記エンジンの遅角制御を終了する、請求項4に記載のエンジンシステム。
  6. 前記制御ユニットは、前記エンジンの温度が所定温度よりも高い場合に、前記エンジンの遅角制御を実行する、請求項1〜5のいずれか一項に記載のエンジンシステム。
  7. 前記制御ユニットは、前記スロットル開度が第1開度以上である場合に前記オンオフバルブを開状態に制御し、その状態から、前記スロットル開度が前記第1開度よりも小さい第2開度以下となると、前記オンオフバルブを開状態に保ったままで、前記エンジンの遅角制御を実行する、請求項1〜6のいずれか一項に記載のエンジンシステム。
  8. 前記制御ユニットは、前記スロットル開度が前記第2開度以下の場合に前記エンジンの目標回転速度を前記スロットル開度に応じて設定し、前記スロットル開度が前記第2開度よりも小さい第3開度以下の場合に前記エンジンの目標回転速度をアイドル回転速度に設定し、前記スロットル開度が前記第2開度以下の開度領域にあるとき、前記目標回転速度に応じて前記エンジンを遅角制御する、請求項7に記載のエンジンシステム。
  9. 前記制御ユニットは、前記スロットル開度が前記第3開度以下となった後、前記エンジンの回転速度が低下して所定のアイドル回転速度域に達すると、前記オンオフバルブを閉状態に制御し、かつ前記エンジンの遅角制御を終了する、請求項7または8に記載のエンジンシステム。
  10. 前記制御ユニットは、前記スロットル開度が前記第3開度以下となった後、前記エンジンの回転速度が低下して所定のアイドル回転速度域に達すると、所定時間の経過を待機した後に、前記オンオフバルブを閉状態に制御し、かつ前記エンジンの遅角制御を終了する、請求項9に記載のエンジンシステム。
  11. 前記エンジンが、船舶の推進装置の駆動源である、請求項1〜10のいずれか一項に記載のエンジンシステム。
  12. トローリング時の前記エンジンの出力を調整するために操作者によって操作されるトロール出力操作手段をさらに含み、
    前記制御ユニットは、前記トロール出力操作手段の操作に応じて、前記エンジンの出力を変動させる、請求項11に記載のエンジンシステム。
  13. 前記制御ユニットは、アイドル時の前記エンジンの出力を基準出力として、前記トロール出力操作手段の操作に応じて、前記オンオフバルブの開閉と点火時期とを制御することによって前記エンジンの出力の前記基準出力からの変動量を設定する、請求項12に記載のエンジンシステム。
  14. 前記トロール出力操作手段は、操作者の操作に応じた複数段階の指令を出力するように構成されており、
    前記制御ユニットは、前記トロール出力操作手段が出力する指令に応じて、前記基準出力から複数段階に設定された変動量だけ前記エンジンの出力を変動させる、請求項13に記載のエンジンシステム。
  15. 前記トロール出力操作手段は、前記エンジンの出力を増加させるための出力アップ操作子を含み、
    前記制御ユニットは、前記出力アップ操作子の操作に応答して、前記エンジンの出力を所定量だけ増加させる、請求項12〜14のいずれか一項に記載のエンジンシステム。
  16. 前記トロール出力操作手段は、前記エンジンの出力を減少させるための出力ダウン操作子を含み、
    前記制御ユニットは、前記出力ダウン操作子の操作に応答して、前記エンジンの出力を所定量だけ減少させる、請求項12〜15のいずれか一項に記載のエンジンシステム。
  17. 前記制御ユニットは、前記基準出力に応じた基準目標エンジン回転速度を基準に目標エンジン回転速度を変動させ、当該目標エンジン回転速度が達成されるように前記エンジンを制御する、請求項11〜18のいずれか一項に記載のエンジンシステム。
  18. 前記制御ユニットは、アクセル操作ユニットの操作量に対応するように前記エンジンの出力を制御する通常モードと、前記トロール出力操作手段の操作に応じて前記エンジンの出力を変動させるトロールモードとを含む複数の制御モードを有している、請求項11〜17のいずれか一項に記載のエンジンシステム。
  19. 前記制御ユニットは、前記トロールモードのときに、前記アクセル操作ユニットの操作量が所定操作量以上となったことに応答して、または前記アクセル操作ユニットの操作量が前記トロールモード開始時から所定値以上変動したことに応答して、前記トロールモードを解除する、請求項18に記載のエンジンシステム。
  20. 前記制御ユニットは、目標エンジン回転速度が所定の第1閾値以上の場合には前記オンオフバルブを開いて点火時期を遅角させ、目標エンジン回転速度が所定の第2閾値より小さい場合には前記オンオフバルブを閉じて点火時期を進角させることで前記エンジンの出力を変動させる、請求項11〜19のいずれか一項に記載のエンジンシステム。
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