JP3588947B2

JP3588947B2 - ２サイクルエンジンの制御装置

Info

Publication number: JP3588947B2
Application number: JP32188496A
Authority: JP
Inventors: 伸行庄村
Original assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Current assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Priority date: 1996-12-02
Filing date: 1996-12-02
Publication date: 2004-11-17
Anticipated expiration: 2016-12-02
Also published as: JPH10159635A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アイドリング運転等の低速回転域における回転速度の安定化を図った２サイクルエンジンの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両や船舶等に搭載される２サイクルエンジンのように、使用する回転域が低速から高速まで広範囲に及ぶ２サイクルエンジンは、主に高速回転域における出力特性を重視して掃気および排気のタイミングが設定されている。このため、アイドリング運転時のような低速回転域においては、掃気の流速が低下して掃気効率および排気効率が著しく劣化し、爆発行程における燃焼状態がまちまちとなる。
【０００３】
即ち、低速回転域における１つのシリンダー内の燃焼状態に着目した場合、燃焼状態の良かった爆発行程ではシリンダー内に多量の排気ガスが排出され切らずに残留するので次回の爆発行程での燃焼条件が悪くなり、反対に燃焼状態の悪かった爆発行程ではシリンダー内に未燃焼の混合気が残留するので次回の爆発行程での燃焼条件が良くなるというように、良い燃焼条件と悪い燃焼条件がほぼ交互に発生する傾向がある。
【０００４】
また、複数のシリンダーが１つの排気通路を共用した２サイクルエンジンでは、各シリンダーの排気行程が重複しているので、低速回転時において例えば１つのシリンダーの爆発行程での燃焼状態が良いと、そのシリンダーから排気通路に排出された高圧な排気ガスが他のシリンダーの排気ポートに逆流し、他のシリンダーの掃気効率を低めて燃焼条件を劣化させる場合がある。逆に、１つのシリンダーでの燃焼状態が悪ければ、そのシリンダーから排出される未燃焼ガスが他のシリンダーの排気ポートに逆流し、他のシリンダーの掃気効率を著しく高めて燃焼条件を必要以上に向上させてしまう場合がある。
【０００５】
さらに、例えば３気筒の２サイクルエンジンの低速回転時において、第１シリンダー、第２シリンダー、第３シリンダーと連続して良好な燃焼状態が続いた場合には、クランク軸の回転速度が飛躍的に上昇するが、その次の一連のシリンダーの燃焼状態は連続して悪くなる傾向があるため、クランク軸の回転速度が急激に落ち込む。逆に、第１シリンダー、第２シリンダー、第３シリンダーと連続して悪い燃焼状態が続いた場合には、クランク軸の回転速度は急激に落ち込むが、その次の一連のシリンダーの燃焼状態は連続して良くなる傾向があるため、クランク軸の回転速度が急上昇する。したがって、クランク軸の回転速度が周期的に大きく変動する。
【０００６】
以上のような現象のため、２サイクルエンジンの低速回転域においては、例えスロットル開度が一定であっても絶えずクランク軸の回転速度が不規則に変動し、不快な振動を伴うばかりかエンストが起こりやすく、燃費も悪化しやすい。
【０００７】
このような低速回転域における不規則な回転変動を抑制するには、例えば回転速度に応じて排気ポートの高さを変化させる可変排気タイミングシステムを設け、低速回転域においては排気タイミングを遅め、高速回転域においては排気タイミングを早めるといった制御を行うことが望ましい。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような可変排気タイミングシステムは非常に複雑かつ高精度な機構を必要とし、２サイクルエンジンの製造コストを大幅に増大させるばかりでなく、エンジン重量の増加やメンテナンス性の劣化といったデメリットを招く。
【０００９】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、その第一の目的は、簡素かつ安価な構成によって低速回転域における回転速度の安定化を図ることのできる２サイクルエンジンの制御装置を提供することにある。
【００１０】
また、本発明の第二の目的は、複数のシリンダーが１つの排気通路を共用した２サイクルエンジンにおいて、各シリンダーの排気が相互に干渉することによる低速回転域での回転速度の不安定化を防止することにある。
【００１１】
さらに、本発明の第三の目的は、複数のシリンダー持った２サイクルエンジンにおいて、順次爆発するシリンダーの燃焼状態が連続して良くなったり悪くなったりすることを防止し、低速回転域における回転速度の変動を抑えることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る２サイクルエンジンの制御装置は、請求項１に記載したように、爆発行程の位置を検出する爆発行程位置検出手段と、クランク軸の瞬間的な回転速度を検出する回転速度検出手段と、上記爆発行程位置検出手段および回転速度検出手段からの入力を受け、爆発行程におけるクランク軸回転速度を演算し、この回転速度を隣接する別な爆発行程におけるクランク軸回転速度と比較することによって回転速度上昇率を演算するとともに、この回転速度上昇率を燃焼状態として記憶し、この燃焼状態に応じて次回の爆発行程における予測燃焼状態を設定し、この予測燃焼状態に応じて予め設定しておいた燃焼条件マップに基づいて次回の爆発行程における燃焼条件を設定するようにプログラムされた制御手段とを備えてなることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る２サイクルエンジンの制御装置は、請求項２に記載したように、多気筒の２サイクルエンジンにおいて、各爆発行程における燃焼状態のデータを、その前後の爆発行程における燃焼状態に応じて補正するように前記制御手段をプログラムした。
【００１４】
さらに、本発明に係る２サイクルエンジンの制御装置は、請求項３に記載したように、各シリンダーが１つの排気通路を共用した多気筒の２サイクルエンジンにおいて、前後の爆発行程による排気通路圧力に応じて予測燃焼状態を補正するように前記制御手段をプログラムした。
【００１５】
そして、本発明に係る２サイクルエンジンの制御装置は、請求項４に記載したように、多気筒の２サイクルエンジンにおいて、爆発行程の度に回転速度上昇率が増加する状態が所定回数連続した場合には、次に点火されるシリンダーの燃焼条件を劣化させ、爆発行程の度に回転速度上昇率が減少する状態が所定回数連続した場合には、次に点火されるシリンダーの燃焼条件を向上させるように前記制御手段をプログラムした。
【００１７】
請求項１に記載したように２サイクルエンジンの制御装置を構成した場合、爆発行程位置検出手段および回転速度検出手段としては従来から２サイクルエンジンに備え付けられている気筒判別およびクランク軸回転速度検出用の機器類を流用することができるため、何等新しい機械的要素を付加することなく、制御手段のプログラムを追加設定するだけで各爆発行程における燃焼状態を判別して次回の爆発行程における燃焼条件を好ましいものに設定することができる。このため、簡素かつ安価な構成によって低速回転域における回転速度の安定化を図ることができる。
【００１８】
また、請求項１に記載したように２サイクルエンジンの制御装置を構成することにより、爆発行程におけるクランク軸の回転速度を演算し、これを隣接する別な爆発行程におけるクランク軸回転速度と比較するという非常に簡素なプログラムによって燃焼状態を明確に判別し、次回の爆発行程における燃焼状態を予測することができる。そして、この予測燃焼状態に応じて予め設定しておいた燃焼条件マップに基づいて次回の爆発行程における燃焼条件が設定されるので、極端に良い燃焼状態や極端に悪い燃焼状態が発生しにくくなり、クランク軸回転速度の急激な落ち込みや上昇が緩和されて２サイクルエンジンの低速回転域における回転速度の安定化が図られる。
【００１９】
さらに、請求項２に記載したように２サイクルエンジンの制御装置を構成することにより、爆発行程における燃焼状態のデータが、その前後のシリンダーの爆発行程における燃焼状態に応じて補正されるので、多気筒２サイクルエンジンのように各爆発行程の間隔が狭く、隣接する爆発行程によるクランク軸回転速度の変動が燃焼状態のデータに影響するような場合においても精度良く燃焼状態を判別することができ、次回の爆発行程における燃焼状態をより正確に予測して燃焼条件を設定することができる。
【００２０】
そして、請求項３に記載したように２サイクルエンジンの制御装置を構成すれば、複数のシリンダーが共通の排気通路を持った２サイクルエンジンの場合には前後の爆発行程による排気通路圧力に応じて各シリンダーの次回の爆発行程における予測燃焼状態が補正されるので、次回の爆発行程における燃焼条件を一層正確に設定することができ、排気干渉によって低速回転域における回転速度が不安定になることを効果的に防止することができる。
【００２１】
また、請求項４に記載したように２サイクルエンジンの制御装置を構成すれば、例えば各シリンダーでの燃焼状態が連続して良かった場合には、爆発の度にクランク軸の回転速度上昇率が増加する状態が連続するため、これを制御手段が記憶し、その状態が所定回数連続した場合には次に点火されるシリンダーの燃焼条件を劣化させるので、クランク軸の回転速度が急上昇することが防止される。
【００２２】
反対に、各シリンダーでの燃焼状態が連続して悪かった場合には、爆発の度にクランク軸の回転速度上昇率が減少する状態が連続するため、これを制御手段が記憶し、その状態が所定回数連続した場合には次に点火されるシリンダーの燃焼条件を向上させるので、クランク軸の回転速度の落ち込みが小さくなる。
【００２３】
このため、一連のシリンダーの燃焼状態が連続して良かったり悪かったりすることがなくなり、低速回転域における回転速度の周期的な変動を防止することができる。また、この制御は各爆発行程におけるクランク軸回転速度を比較するだけなので、制御手段のプログラム内容を簡素化することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、船外機のエンジン部分の横断面図であり、向かって左側が船舶の進行方向となっている。この船外機１は、２サイクルのエンジン２をエンジンカバー３の内部に備えている。エンジン２は、例えば３本のシリンダーを備えた直列３気筒の水冷式エンジンであり、そのクランク軸４が鉛直方向を向くように縦置きに搭載され、本発明に係る制御装置５が備えられている。
【００２５】
エンジン２を構成する主な部材は、後方から順に、シリンダーヘッド６、シリンダーブロック７、クランクケース８、サージタンク９となっており、互いに図示しないボルト等で締結固定されている。また、クランクケース８とサージタンク９との接続部にはリードバルブ１１が設けられ、サージタンク９の入口側には吸入空気量調整用のスロットルボディー１２が設置されている。さらに、エンジン２の進行方向右側には電装品ケース１３とスターターモーター１４が設置され、進行方向左側にはオイルタンク１５が設置されている。
【００２６】
図２にも示すように、シリンダーブロック７には上から順に３本のシリンダー＃１〜＃３が形成されており、それらの周囲にはクランクケース８の内部に繋がる５つの掃気ポート１６と１つの排気ポート１７が形成されている。また、シリンダー＃１〜＃３の一側には上下に延びる排気通路１８が形成されており、この排気通路１８に各シリンダー＃１〜＃３の排気ポート１７が繋がっている。つまり、このエンジン２は各シリンダー＃１〜＃３が１本の排気通路１８を共用するように設計されている。
【００２７】
なお、シリンダーヘッド６にはシリンダー＃１〜＃３に整合する燃焼室２１が形成され、その中央部に点火プラグ２２が配置されている。また、掃気ポート１６には燃料噴射用のインジェクター（燃料噴射装置）２３が設置されている。
【００２８】
各シリンダー＃１〜＃３の内部にはピストン２４が摺動自在に挿入されており、これらのピストン２４のピストンピン２５がクランク軸４のクランクピン２６にコンロッド２７を介して連結されている。シリンダー＃１〜＃３内におけるピストン２４の往復運動はクランク軸４の回転運動に変換され、この回転がエンジン２の出力として取り出されて船外機１の図示しないプロペラに伝達される。
【００２９】
図１および図３に示すように、エンジン２の上部にはフライホイールマグネト装置２９が設置されている。この装置２９は、シリンダーブロック７およびクランクケース８の上部に固定されたステーターコイル３０と、クランク軸４の上端部に回転一体に設けられた椀状のフライホイール３１と、このフライホイール３１の外周部に鍔状に固着されたリングギヤ３２と、フライホイール３１の内周部に固着されたマグネット３３とを備えて構成されている。
【００３０】
フライホイール３１はクランク軸４と共に回転し、そのマグネット３３がステーターコイル３０の周囲を周回することによって発電が行われ、船外機１全体の電源が賄われる。なお、エンジン２の始動時にはスターターモーター１４のピニオンギヤ１４ａ（図１参照）がリングギヤ３２に噛合し、スターターモーター１４の動力がクランク軸４に伝達されてエンジン２が始動される。
【００３１】
ところで、図４にも示すようにフライホイール３１の外周面には１個のトリガーポール３５が固着されており、フライホイール３１の周囲には３個のパルサーコイル３６ａ，３６ｂ，３６ｃが設置されている。各パルサーコイル３６ａ，３６ｂ，３６ｃは、図１に示すようにシリンダーブロック７やクランクケース８の上部に固定されており、１２０゜の角度間隔で設けられている。フライホイール３１（クランク軸４）が回転すると、トリガーポール３５が各パルサーコイル３６ａ，３６ｂ，３６ｃの内側を通過し、その都度各パルサーコイル３６ａ，３６ｂ，３６ｃからそれぞれ異なる３種類のトリガー信号Ａ１，Ａ２，Ａ３（図９参照）が発信される。
【００３２】
なお、図５に示すように、フライホイール３１の外周面に１２０゜の円周間隔で第１〜第３のトリガーポール３５ａ，３５ｂ，３５ｃを固着し、フライホイール３１の周囲に１個のパルサーコイル３６を設置するようにしてもよい。この場合は、例えば第１トリガーポール３５ａの脇にマーキングポール３７を設置し、このマーキングポール３７の次に通過するトリガーポールが第１トリガーポール３５ａであるというように規定し、第１〜第３トリガーポール３５ａ，３５ｂ，３５ｃの通過によりトリガー信号Ａ１，Ａ２，Ａ３が順に発信されるように設定しておく。
【００３３】
図６の縦断面図および図７の行程サイクル図に示すように、３つのシリンダー＃１〜＃３はクランク軸４の１回転毎に１２０゜の位相間隔で上死点（ＴＤＣ）を迎え、その後、爆発（膨脹）行程、排気および掃気行程、圧縮行程が続くサイクルとなっている。そして、前述のトリガー信号Ａ１はシリンダー＃１の上死点位置で発信され、トリガー信号Ａ２はシリンダー＃２の上死点位置で発信され、トリガー信号Ａ３はシリンダー＃３の上死点位置で発信されるように設定されている。従って、トリガーポール３５およびパルサーコイル３６ａ〜３６ｃは、３つのシリンダー＃１〜＃３の爆発行程の位置を検出する爆発行程位置検出手段（請求項１に記載）として機能する。
【００３４】
さらに、図１に示すように、例えばスターターモーター１４の上部にクランク速度センサー３９が設置されている。このクランク速度センサー３９は、フライホイールマグネト装置２９のリングギヤ３２外周に近接して設けられており、クランク軸４と共に回転するリングギヤ３２の歯の動きを感知することによって数度毎に信号を発信し、クランク軸４の瞬間的な回転速度を検出する回転速度検出手段（請求項１に記載）として機能する。
【００３５】
なお、前記のトリガーポール３５およびパルサーコイル３６ａ〜３６ｃは気筒判別用の機器として、また上記のクランク速度センサー３９はクランク軸４の回転速度検出用の機器として従来から２サイクルエンジンに設けられているものである。
【００３６】
一方、電装品ケース１３の中には制御ユニット４０が内蔵されている。さらに、制御ユニット４０に内蔵される形で大気圧センサー４１が設けられ、シリンダーヘッド６には冷却水温センサー４２、スロットルボディー１２にはスロットル開度センサー４３、サージタンク９には吸気温度センサー４４、排気通路１８には排気通路圧力センサー４５がそれぞれ設けられている。
【００３７】
図８は、本発明に係る制御装置５の構成を示すブロック図である。ここに示すように、前記制御ユニット４０は、この制御装置５の要部となり、かつ請求項１に記載した制御手段となる部分であり、その内部には入力インターフェース４７と、マイコン等を用いたＣＰＵ４８と、出力インターフェース４９と、点火装置５０等の機器類が内蔵されている。
【００３８】
また、前に述べた爆発行程位置検出手段としてのパルサーコイル３６ａ〜３６ｃと、回転速度検出手段としてのクランク速度センサー３９、そして大気圧センサー４１、冷却水温センサー４２、スロットル開度センサー４３、吸気温度センサー４４、排気通路圧力センサー４５といったセンサー類も制御装置５を構成する要素であり、これらは制御ユニット４０の入力インターフェース４７に接続されている。
【００３９】
さらに、制御ユニット４０の出力インターフェース４９には点火装置５０を介してイグニッションコイル５１が接続されると共に、インジェクター２３、スロットルボディー１２、燃料ポンプ（リレー）５２、モニターやブザーといった表示手段５３が接続されている。
【００４０】
エンジン２の作動時において、制御ユニット４０のＣＰＵ４８は、パルサーコイル３６ａ〜３６ｃおよび各センサー３９，４１〜４５から入力インターフェース４７を介して入力されるクランク軸回転速度、大気圧、エンジン（冷却水）温度、スロットル開度、吸気温度、排気圧力等のデータを基に吸気量を演算し、各種補正を施した後に燃料噴射量や点火時期を演算し、出力インターフェース４９を介してインジェクタ２３やスロットルボディー１２、燃料ポンプ５２、点火装置５０等に出力し、エンジン２の運転を制御する。なお、パルサーコイル３６ａ〜３６ｃから制御ユニット４０に入力されるトリガー信号Ａ１，Ａ２，Ａ３は、燃料噴射量や点火時期を設定するための基準信号として従来から用いられている。
【００４１】
ところで、図９は、エンジン２の低速回転域における３つのシリンダー＃１〜＃３の内部圧力Ｃ１〜Ｃ３の変化と、エンジン回転速度Ｎの変化、そしてパルサーコイル３６ａ〜３６ｃから発信されるトリガー信号Ａ１，Ａ２，Ａ３およびクランク軸回転速度信号Ｂを示している。
【００４２】
前に述べたように、トリガー信号Ａ１，Ａ２，Ａ３は各シリンダー＃１〜＃３の上死点位置で発信されるため、１２０゜の角度間隔で順次発信される。この実施形態では、例えば上死点前（ＢＴＤＣ）３５゜の位置で一旦マイナス信号が発信され、さらに上死点前５゜の位置でプラス信号が発信されるようになっている。
【００４３】
また、クランク軸回転速度信号Ｂは、クランク速度センサー３９から発信されるパルス信号であり、このクランク信号Ｂのパルス幅や周期等を基に制御ユニット４０のＣＰＵ４８が演算したものがクランク軸回転速度Ｎ（以下、回転速度Ｎと略す）である。このＮは低速回転域におけるクランク軸４の回転速度の変動を明確に示している。
【００４４】
さらに、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３は、それぞれシリンダー＃１〜＃３の内部圧力の変化を示している（ここでは実験的に圧力センサー等を設けて測定している）。各シリンダー内部圧力Ｃ１〜Ｃ３は圧縮行程時に上昇し、ピストン２４の上死点（ＴＤＣ）にて最高になる。その後、爆発行程に移ってピストン２４が下降するに連れ、シリンダー内容積が増大するためＣ１〜Ｃ３は下がるが、爆発時の燃焼状態によっては斜線で示すような燃焼圧力部ｋが発生する。
【００４５】
この燃焼圧力部ｋの面積は燃焼状態の良否を表しており、燃焼圧力部ｋの面積が大きければ燃焼状態は良く、面積が小さければ燃焼状態は悪いと判断できる。そして、前にも述べたように燃焼状態の良かった爆発行程ではシリンダー内に多量の排気ガスが残留するので次回の爆発行程での燃焼条件が悪くなりやすく、燃焼状態の悪かった爆発行程ではシリンダー内に未燃焼の混合気が残留するので次回の爆発行程での燃焼条件が良くなりやすいため、良い燃焼条件と悪い燃焼条件がほぼ交互に発生する。従って、燃焼圧力部ｋの面積もほぼ交互に大きくなったり小さくなったり、あるいは燃焼圧力部ｋが発生したり発生しなかったりする。
【００４６】
低速回転域における回転速度Ｎは、各シリンダー＃１〜＃３が圧縮行程に入る度に圧縮抵抗により低下し、その後の燃焼状態が良ければ（燃焼圧力部ｋの面積が大きければ）再び上昇する。このように、低速回転域における回転速度Ｎは、各シリンダー＃１〜＃３の圧縮行程時における圧縮抵抗と爆発行程時における燃焼状態（燃焼圧力部ｋの面積）とに影響されながら大幅に変動する。
【００４７】
このように、低速回転域における回転速度Ｎは各シリンダー＃１〜＃３の燃焼状態によって大幅に変動するものであり、燃焼状態はほぼ交互に良かったり悪かったりするため、回転速度Ｎを監視することによって逆に各シリンダー＃１〜＃３の燃焼状態を判別し、次のサイクルでの燃焼状態を予測することができる。
【００４８】
例えば、図９に示すように、シリンダー＃１のある爆発行程をａ１とし、これに続くシリンダー＃２およびシリンダー＃３の爆発行程を、それぞれｂ１，ｃ１とするとともに、これらの爆発行程ａ１，ｂ１，ｃ１の上死点付近の所定角度域Ｇにおけるクランク軸４の回転速度をＮ１，Ｎ２，Ｎ３とした場合、爆発行程ａ１による回転速度Ｎ１の上昇率ΔＮ１はＮ２−Ｎ１の式で求まり、爆発行程ｂ１による回転速度Ｎ２の上昇率ΔＮ２はＮ３−Ｎ２の式で求まり、爆発行程ｃ１による回転速度Ｎ３の上昇率ΔＮ３はＮ１−Ｎ３（ここでのＮ１はシリンダー＃１の爆発行程ａ２における回転速度となる）の式で求まる。
【００４９】
この場合、爆発行程ａ１およびｂ１における燃焼状態には有効な燃焼圧力を示す燃焼圧力部ｋが見られず、良好な燃焼状態ではないため、回転速度Ｎ２はＮ１よりも低下しており、Ｎ３はＮ２よりもさらに低下している。このため、回転速度上昇率ΔＮ１およびΔＮ２はマイナスとなる。一方、爆発行程ｃ１における燃焼状態にはやや有効な燃焼圧力を示す燃焼圧力部ｋが見られるため、回転速度Ｎ１は向上しており、回転速度上昇率ΔＮ３はプラスとなる。
【００５０】
このように、各爆発行程における燃焼状態の良し悪しに応じて回転速度上昇率ΔＮｎが増減するため、シリンダーの内部圧力を直接測定するような高価な検出手段（圧力センサー等）を用いることなく、またシリンダー毎に特定の検出手段を設けることもなく、全部のシリンダーの燃焼状態を検出することができる。そして、各シリンダーにおける燃焼状態は、ほぼ交互に良くなったり悪くなったりするため、次回の爆発行程にける燃焼状態を予測することができる。
【００５１】
そこで本発明の第１実施形態では、各爆発行程における回転速度Ｎｎの上昇率ΔＮｎを演算することにより燃焼状態Ｘｎを判別し、この燃焼状態Ｘｎに応じて次回の爆発行程における燃焼条件Ｚｎを設定するように制御ユニット４０（ＣＰＵ４８）をプログラムした。
【００５２】
具体的には、シリンダー＃１〜＃３の各爆発行程における回転速度Ｎｎをクランク軸回転速度信号Ｂを基準に演算し、この回転速度Ｎｎを隣接する別な爆発行程における回転速度Ｎｎ＋１またはＮｎ−１と比較する（例えば前記のようにＮｎ＋１からＮｎを引く）ことによって回転速度上昇率ΔＮｎを演算する。
【００５３】
そして、この回転速度上昇率ΔＮｎを各シリンダー＃１〜＃３の燃焼状態Ｘｎとして記憶し、この燃焼状態Ｘｎに応じて次回の爆発行程における予測燃焼状態Ｙｎを設定し、この予測燃焼状態Ｙｎに応じて予め設定しておいた燃焼条件マップに基づいて各シリンダー＃１〜＃３の次回の爆発行程における燃焼条件Ｚｎを設定するように制御ユニット４０をプログラムした。
【００５４】
これを図９に基づいて説明すると、例えばシリンダー＃１の爆発行程ａ１における回転速度はＮ１であり、これに隣接する別な爆発行程はシリンダー＃２の爆発行程ｂ１となり、その回転速度はＮ２である。そして、Ｎ２からＮ１を引いた値ΔＮ１がシリンダー＃１の爆発行程ａ１による回転速度上昇率として演算され、このΔＮ１が爆発行程ａ１の燃焼状態Ｘｎおよび次回の予測燃焼状態Ｙｎとして記憶される。そして、各Ｙｎに対応した燃焼条件Ｚｎが設定される。
【００５５】
また本発明の第１実施形態では、このエンジン２のように多気筒の２サイクルエンジンの場合には、各爆発行程における燃焼状態Ｘｎのデータを、その前後の爆発行程における燃焼状態Ｘｎ−１，Ｘｎ＋１に応じて補正するように制御ユニット４０をプログラムした。
【００５６】
例えば、シリンダー＃１の爆発行程ａ２における燃焼状態がＸ２であるとすれば、このＸ２のデータが、その前に爆発したシリンダー＃３の爆発行程ｃ１における燃焼状態Ｘ１と、その後に爆発したシリンダー＃２の爆発行程ｂ２における燃焼状態Ｘ３とに応じて補正される。これは、３気筒以上の多気筒エンジンの場合には各爆発行程の間隔が狭くなるためであり、隣接する爆発行程による回転速度Ｎの変動が燃焼状態Ｘｎのデータに影響を及ぼすからである。
【００５７】
さらに本発明の第１実施形態では、このエンジン２のように各シリンダー＃１〜＃３が１つの排気通路１８を共用した多気筒の２サイクルエンジンの場合には、前後の爆発行程による排気通路１８内の圧力に応じて予測燃焼状態Ｙｎを補正するように制御ユニット４０をプログラムした。
【００５８】
例えば、図９に示すシリンダー＃１の特定の爆発行程ａ２について言えば、この爆発行程ａ２の前に爆発するシリンダー＃３の爆発行程ｃ１による排気通路圧力と、爆発行程ａ２の後に爆発するシリンダー＃２の爆発行程ｂ２による排気通路圧力とに応じてシリンダー＃１の次回の爆発行程ａ３における予測燃焼状態Ｙｎが補正される。
【００５９】
これは、図７の行程サイクル図に示すように、３気筒以上の２サイクルエンジンの場合には、例えばシリンダー＃１の掃気行程の始めの部分と終りの部分が、それぞれ前後に爆発するシリンダー＃３とシリンダー＃２の排気行程にオーバーラップしているためであり、シリンダー＃３とシリンダー＃２の燃焼状態が良い場合には排気通路１８からシリンダー＃１への排気ガスの逆流が起こり得るためである。
【００６０】
図１０に、本発明の第１実施形態で実行される上記一連の制御の流れをフローチャートで示す。このフローチャートにおいて、各ステップはＳ１，Ｓ２，…で示される。
【００６１】
まず、Ｓ１においてトリガー信号Ａ１，Ａ２，Ａ３が検出され、シリンダーが判別されると共に、その爆発行程の位置が検出される。次に、Ｓ２においてクランク軸回転速度信号Ｂが検出され、Ｓ３において上記信号Ａ１，Ａ２，Ａ３およびＢより、爆発行程における回転速度Ｎｎが演算される。そして、Ｓ４においてスロットル開度が一定であるかどうか判断され、このＳ４がＮＯの場合はＳ１に戻ってＳ１〜Ｓ４のルーチンが反復され、ＹＥＳの場合はＳ５に進む。
【００６２】
Ｓ５では、回転速度Ｎｎと、次の爆発行程における回転速度Ｎｎ＋１との差ΔＮｎが回転速度上昇率として演算される。本実施形態のような３気筒エンジンの場合には、図９に示すように、例えば回転速度上昇率ΔＮ１の値がＮ２−Ｎ１となり、ΔＮ２の値がＮ３−Ｎ２となり、ΔＮ３の値がＮ１−Ｎ３となる。
【００６３】
次にＳ６において上記回転速度上昇率ΔＮｎが燃焼状態Ｘｎとして記憶される。本実施形態の場合は、回転速度上昇率ΔＮ１がＸ１、ΔＮ２がＸ２、ΔＮ３がＸ３としてそれぞれ記憶される。
【００６４】
さらに、多気筒エンジンの場合には、前後の爆発行程での燃焼状態に応じて燃焼状態Ｘｎが補正される（Ｓ７）。本実施形態のような３気筒エンジンの場合には、例えば燃焼状態Ｘ１がΔＮ１−ｙ×ΔＮ３−ｚ×ΔＮ２となり、燃焼状態Ｘ２がΔＮ２−ｙ×ΔＮ１−ｚ×ΔＮ３となり、燃焼状態Ｘ３がΔＮ３−ｙ×ΔＮ２−ｚ×ΔＮ１となる。なお、上記ｙおよびｚは補正係数である。
【００６５】
Ｓ８では、各燃焼状態Ｘｎに応じて次回の爆発行程における予測燃焼状態Ｙｎが設定される。前にも述べたように、燃焼状態の良い爆発行程の次は燃焼状態が悪くなりやすく、逆に燃焼状態の悪い爆発行程の次は燃焼状態が良くなりやすいため、予測燃焼状態Ｙｎは燃焼状態Ｘｎの程度に応じて自ずと定めることができる。
【００６６】
また、本実施形態のように各シリンダー＃１〜＃３が共通の排気通路１８を持ったエンジンの場合には、前後の爆発行程による排気通路１８の圧力に応じて予測燃焼状態Ｙｎが補正される（Ｓ９）。この補正の基本式は、Ｙｎ＝ＡＸｎ＋ＢＸｎ＋１＋ＣＸｎ−１＋ＤＸｎ−２となる。
【００６７】
なお、上記補正係数Ａ〜Ｄはシリンダー毎に異なる値になる。これは、排気通路１８に対する各シリンダー＃１〜＃３の位置によって前後のシリンダーの燃焼状態の影響量が異なってくるためである。例えば、シリンダー＃１の場合はＡがｄ×Ｅ、Ｂがｅ×Ｅ、Ｃがｆ×Ｅ、Ｄがｇ×Ｅとなり、シリンダー＃２の場合はＡがｈ×Ｅ、Ｂがｉ×Ｅ、Ｃがｊ×Ｅ、Ｄがｋ×Ｅとなり、シリンダー＃３の場合はＡがｌ×Ｅ、Ｂがｍ×Ｅ、Ｃがｎ×Ｅ、Ｄがｏ×Ｅとなる。なお、ここでのＥは排気圧力による補正係数である。また、上記ｄ〜ｏの値は、図１１のマップに示すように回転速度Ｎによって個別に設定することができる。
【００６８】
そして最後に、予測燃焼状態Ｙｎに応じて次回の爆発行程における燃焼条件Ｚｎが設定される（Ｓ１０）。このＺｎは、予め設定された燃焼条件マップに基づいて設定され、例えば点火時期や燃料噴射量を調節することにより実行される。
【００６９】
図１２および図１３は、このような燃焼条件マップの一例を示している。図１２の燃焼条件マップは、予測燃焼状態Ｙ１〜Ｙｎならびに回転速度Ｎ１〜Ｎｎに対応して点火時期ＰをＰ１１〜Ｐｎｎまで個別に設定したものである。また、図１３の燃焼条件マップは、予測燃焼状態Ｙ１〜Ｙｎならびに回転速度Ｎ１〜Ｎｎに応じて燃料噴射量ＱをＱ１１〜Ｑｎｎまで個別に設定したものである。
【００７０】
予測燃焼状態Ｙｎが良い場合には、回転速度Ｎｎの急上昇が起こり得るため、これを避けるために次回の燃焼条件Ｚｎを劣化させる必要がある。よって点火時期Ｐの遅角または失火、ならびに燃料噴射量Ｑの減量またはカット等を行って燃焼条件Ｚｎを劣化させる。
【００７１】
一方、予測燃焼状態Ｙｎが悪い場合には、回転速度Ｎｎの急激な落ち込みが起こり得るため、これを避けるために次回の燃焼条件Ｚｎを向上させる必要がある。よって点火時期Ｐの進角または多重点火、ならびに燃料噴射量Ｑの増量等を行って燃焼条件Ｚｎを劣化させる。
【００７２】
このように、本発明の第１実施形態に基づく制御を行えば、各シリンダー＃１〜＃３の爆発行程における燃焼状態を判別すると同時に次回の爆発行程における燃焼条件を適確に予測し、これを好ましいものに設定することができるため、極端に良い燃焼状態や極端に悪い燃焼状態が発生しにくくなり、回転速度Ｎの急激な上昇や落ち込みが緩和されてエンジン２の低速回転域における回転速度Ｎの安定化を図ることができる。
【００７３】
しかも、この制御装置５は、従来から設置されている気筒判別用のトリガーポール３５およびパルサーコイル３６ａ〜３６ｃ、ならびにクランク軸４の回転速度検出用のクランク速度センサー３９といった機器類を爆発行程位置検出手段および回転速度検出手段として流用するとともに、制御ユニット４０にプログラムを追加設定しただけなので、エンジン２に新しい機械的要素を一切付加することなく、非常に簡素かつ安価な構成によって低速回転域における回転速度Ｎの安定化を達成することが可能である。
【００７４】
また、爆発行程における回転速度を演算し、これを隣接する別な爆発行程における回転速度と比較するという非常に簡素なプログラムであるため、制御ユニット４０（ＣＰＵ４８）の高性能化が要求されることもなく、この面でのコストアップも考えられない。
【００７５】
さらに、多気筒の２サイクルエンジンにおいては、爆発行程における燃焼状態Ｘｎのデータが、その前後の爆発行程における燃焼状態Ｘｎ−１，Ｘｎ＋１に応じて補正されるようにプログラムされているので、このエンジン２のように多気筒で各爆発行程の間隔が狭く、隣接する爆発行程によるクランク軸回転速度Ｎの変動が燃焼状態Ｘｎのデータに影響するような場合においても精度良く燃焼状態Ｘｎを判別することができ、次回の爆発行程における燃焼状態Ｙｎをより正確に予測して燃焼条件Ｚｎを設定することができる。
【００７６】
しかも、このエンジン２のように３つのシリンダー＃１〜＃３が１つの排気通路１８を共用しているものでも、前後の爆発行程による排気通路圧力に応じて各シリンダー＃１〜＃３の次回の爆発行程における予測燃焼状態Ｙｎが補正されるので、次回の爆発行程における燃焼条件Ｚｎを一層正確に設定することができ、排気干渉によって低速回転域における回転速度Ｎが不安定になることを効果的に防止することができる。
【００７７】
ところで、図１４は、エンジン２の回転変動の一例を示すグラフであり、縦軸が回転速度Ｎ、横軸が時間ｔを表している。前に述べたように、基本的には（他のシリンダーの影響もあるが）燃焼状態の悪かったシリンダーは次のサイクルで燃焼状態が良くなることが多く、反対に燃焼状態の良かったシリンダーは次のサイクルで燃焼状態が悪くなることが多いため、例えばシリンダー＃１→＃２→＃３と連続して燃焼状態が良かった場合には、次のサイクルでシリンダー＃１→＃２→＃３と連続して燃焼状態が悪くなる可能性が高い。
【００７８】
このため、図１４のαのような状態とβのような状態が交互に繰り返されてしまう場合がある。αは各シリンダーの良い燃焼状態および悪い燃焼状態が連続して発生しない区間であり、βは良い燃焼状態および悪い燃焼状態がそれぞれ連続して発生する区間である。αとβは、その平均回転速度はほぼ同一だが、βは回転変動が大きく、回転がスムーズでないことに加え、回転速度Ｎが極度に低下する瞬間があり、エンストの恐れがある。このため、アイドリング時の回転速度Ｎを高めに設定せざるを得ず、燃費や静粛性の劣化を余儀なくされる。
【００７９】
そこで、本発明の第２実施形態では、このエンジン２のように多気筒の２サイクルエンジンの場合において、爆発行程の度に回転速度上昇率ΔＮｎが増加する状態が所定回数連続した場合、つまり燃焼状態が連続して良かったと見なされる場合には、次に点火されるシリンダーの燃焼条件Ｚｎを劣化させ、爆発行程の度に回転速度上昇率ΔＮｎが減少する状態が所定回数連続した場合、つまり燃焼状態が連続して悪かったと見なされる場合には、次に点火されるシリンダーの燃焼条件Ｚｎを向上させるように制御ユニット４０をプログラムした。
【００８０】
より具体的には、前述の燃焼状態Ｘｎの判別後（または予測燃焼状態Ｙｎの設定後）からｎ回（例えばこのエンジン２のように３つのシリンダー＃１〜＃３を備えている場合には２回）連続して燃焼状態が良かった場合には、次のシリンダーの燃焼状態Ｚｎを劣化させて回転速度の上昇を抑え、反対に燃焼状態Ｘｎの判別後（または予測燃焼状態Ｙｎの設定後）からｎ回連続して燃焼状態が悪かった場合には、次のシリンダーの燃焼状態Ｚｎを向上させて回転速度の低下を抑えるようにした。
【００８１】
図１５に、本発明の第２実施形態で実行される制御の第１実施例をフローチャートで示す。このフローチャートは、各シリンダーにおける燃焼状態が連続して良かった場合の制御例を示している。なお、このフローチャートにおいて、各ステップはＳ１１，Ｓ１２，…で示される。
【００８２】
まず、Ｓ１１においてトリガー信号Ａ１，Ａ２，Ａ３が検出され、シリンダーが判別されると共に、その爆発行程の位置が検出される。次に、Ｓ１２においてクランク軸回転速度信号Ｂが検出され、さらにＳ１３において上記信号Ａ１，Ａ２，Ａ３およびＢより、爆発行程における回転速度Ｎｎと回転速度上昇率ΔＮｎが演算され、記憶される。
【００８３】
そして、Ｓ１４においてΔＮｎが所定回数（例えば２回）連続して向上したかどうか判断され、Ｓ１４がＹＥＳであればＳ１５に進んでスロットル開度が一定であるかどうか判断され、Ｓ１５がＹＥＳであればＳ１６に進む。
【００８４】
Ｓ１６は、場合によっては省くこともできるステップであるが、ここでは次回点火されるシリンダーが＃１であるかどうかが判定され、ＹＥＳであればＳ１７に進んで次回点火されるシリンダー＃１の燃焼条件Ｚｎが劣化するように設定される。この燃焼条件Ｚｎの劣化は、例えば点火時期の遅延や失火、あるいは燃料噴射量を減量あるいはカットする等して実行される。なお、Ｓ１４〜１６がＮＯの場合は全てＳ１１に戻るようにプログラムされている。
【００８５】
Ｓ１６において次回点火されるシリンダーが＃１である場合にのみＳ１７に進んで燃焼条件を劣化させるように設定したのは、シリンダーが＃１が排気通路１８の最も上流側に位置しているためであり、このシリンダー＃１の燃焼条件の劣化させた際に出る未燃焼ガスが、他のシリンダー＃２および＃３内に逆流して外部に排出されにくくなるので大気汚染を阻止できるからである。
【００８６】
このような制御を行えば、シリンダーが＃１〜＃３の燃焼状態が連続して良くなることがなくなり、回転速度Ｎの急上昇が防止される。そして、燃焼条件を劣化させたシリンダーでは次サイクルでの新気充填効率が良くなるので燃焼状態が向上し、連続燃焼不良の防止にもつながる。
【００８７】
図１６に、本発明の第２実施形態で実行される制御の第２実施例をフローチャートで示す。このフローチャートは、各シリンダーにおける燃焼状態が連続して悪かった場合の制御例を示している。なお、このフローチャートにおいて、各ステップはＳ２１，Ｓ２２，…で示される。
【００８８】
まず、Ｓ２１においてトリガー信号Ａ１，Ａ２，Ａ３が検出され、シリンダーが判別されると共に、その爆発行程の位置が検出される。次に、Ｓ２２においてクランク軸回転速度信号Ｂが検出され、さらにＳ２３において上記信号Ａ１，Ａ２，Ａ３およびＢより、爆発行程における回転速度Ｎｎと回転速度上昇率ΔＮｎが演算され、記憶される。
【００８９】
そして、Ｓ２４においてΔＮｎが所定回数（例えば２回）連続して減少したかどうか判断され、Ｓ２４がＹＥＳであればＳ２５に進んでスロットル開度が一定であるかどうか判断され、Ｓ２５がＹＥＳであればＳ２６に進んで次回点火されるシリンダー＃１の燃焼条件Ｚｎが向上するように設定される。この燃焼条件Ｚｎの向上は、例えば点火時期の進角または多重点火、あるいは燃料噴射量の増量等によって実行される。なお、Ｓ２４，Ｓ２５がＮＯの場合はＳ２１に戻るようにプログラムされている。従って、シリンダー＃１〜＃３の燃焼状態が連続して悪くなることがなくなり、回転速度Ｎの急激な落ち込みが回避される。
【００９０】
このように、本発明の第２実施形態の第１実施例および第２実施例に基づく制御を行えば、一連のシリンダー＃１〜＃３の燃焼状態が連続して良くなったり悪くなったりすることがなくなり、低速回転域における回転速度Ｎの周期的な変動を防止することができる。また、この制御は各爆発行程における回転速度を比較して次の燃焼条件Ｚｎを設定するだけであり、前述の第１実施形態の制御のように予測燃焼状態Ｙｎを設定するといった必要がないため、この制御（第２実施形態の第１実施例および第２実施例）だけを実行するようにすれば制御ユニット４０（ＣＰＵ４８）のプログラム内容を大幅に簡素化することができる。
【００９１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る２サイクルエンジンの制御装置は、爆発行程の位置を検出する爆発行程位置検出手段と、クランク軸の瞬間的な回転速度を検出する回転速度検出手段と、上記爆発行程位置検出手段および回転速度検出手段からの入力を受け、爆発行程におけるクランク軸回転速度を演算し、この回転速度を隣接する別な爆発行程におけるクランク軸回転速度と比較することによって回転速度上昇率を演算するとともに、この回転速度上昇率を燃焼状態として記憶し、この燃焼状態に応じて次回の爆発行程における予測燃焼状態を設定し、この予測燃焼状態に応じて予め設定しておいた燃焼条件マップに基づいて次回の爆発行程における燃焼条件を設定するようにプログラムされた制御手段とを備えてなることを特徴とするものである。
【００９２】
このように構成した場合、従来からエンジンに設けられている気筒判別およびクランク軸回転速度検出用の機器類を爆発行程位置検出手段および回転速度検出手段として流用するとともに、制御手段のプログラムを追加設定するだけで、エンジンに新しい機械的要素を一切付加することなく、各爆発行程における燃焼状態を判別して次回の爆発行程における燃焼条件を好ましいものに設定することができる。このため、簡素かつ安価な構成によって低速回転域における回転速度の安定化を図ることができる。
【００９４】
また、このようにすれば、非常に簡素なプログラムによって燃焼状態を明確に判別し、次回の爆発行程における燃焼状態を予測することができる。そして、この予測燃焼状態に応じて予め設定しておいた燃焼条件マップに基づいて次回の爆発行程における燃焼条件が設定されるので、極端に良い燃焼状態や極端に悪い燃焼状態が発生しにくくなり、クランク軸回転速度の急激な上昇や落ち込みが緩和されて２サイクルエンジンの低速回転域における回転速度の安定化が図られる。
【００９５】
さらに、本発明に係る２サイクルエンジンの制御装置は、多気筒の２サイクルエンジンにおいて、各爆発行程における燃焼状態のデータを、その前後の爆発行程における燃焼状態に応じて補正するように前記制御手段をプログラムしたので、各爆発行程の間隔が狭くて隣接する爆発行程でのクランク軸回転速度の変動が燃焼状態のデータに影響するような多気筒エンジンの場合においても精度良く燃焼状態を判別することができ、次回の爆発行程における燃焼状態をより正確に予測して燃焼条件を設定することができる。
【００９６】
そして、本発明に係る２サイクルエンジンの制御装置は、各シリンダーが１つの排気通路を共用した多気筒の２サイクルエンジンにおいて、前後の爆発行程による排気通路圧力に応じて予測燃焼状態を補正するように前記制御手段をプログラムしたため、次回の爆発行程における燃焼条件を一層正確に設定することができ、排気干渉によって低速回転域における回転速度が不安定になることを効果的に防止することができる。
【００９７】
また、本発明に係る２サイクルエンジンの制御装置は、多気筒の２サイクルエンジンにおいて、爆発行程の度に回転速度上昇率が増加する状態が所定回数連続した場合には、次に点火されるシリンダーの燃焼条件を劣化させ、爆発行程の度に回転速度上昇率が減少する状態が所定回数連続した場合には、次に点火されるシリンダーの燃焼条件を向上させるように前記制御手段をプログラムしたので、一連のシリンダーの燃焼状態が連続して良くなったり悪くなったりすることがなくなり、低速回転域における回転速度の周期的な変動を防止することができる。また、この制御は各爆発行程におけるクランク軸回転速度を比較して次の燃焼条件を設定するだけなので、制御手段のプログラム内容を簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】船外機のエンジン部分の横断面図。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿うシリンダーブロックの縦断面図。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿うフライホイールマグネト装置の縦断面図。
【図４】フライホイールマグネト装置の平面図。
【図５】フライホイールマグネト装置の別な実施例を示す平面図。
【図６】エンジンの各シリンダーボアにおける行程を示す縦断面図。
【図７】エンジンの行程サイクル図。
【図８】本発明に係る制御装置の構成を示すブロック図。
【図９】エンジンの低速回転域におけるシリンダー内部圧力の変化と、エンジン回転速度およびトリガー信号ならびにクランク軸回転速度信号をグラフで示した図。
【図１０】本発明の第１実施形態で実行される一連の制御の流れをフローチャートで示した図。
【図１１】排気通路の圧力に応じて予測燃焼状態を補正する場合の補正係数を回転速度に応じたマップで表した図。
【図１２】予め設定した燃焼条件マップの一例を示す図。
【図１３】予め設定した燃焼条件マップの一例を示す図。
【図１４】エンジンの回転変動の一例をグラフで示した図。
【図１５】本発明の第２実施形態で実行される制御の第１実施例をフローチャートで示した図。
【図１６】本発明の第２実施形態で実行される制御の第２実施例をフローチャートで示した図。
【符号の説明】
１船外機
２エンジン
４クランク軸
５制御装置
１８排気通路
＃１〜＃３シリンダー
３５爆発行程位置検出手段としてのトリガーポール
３６ａ〜３６ｃ爆発行程位置検出手段としてのパルサーコイル
３９回転速度検出手段としてのクランク速度センサー
４０制御手段としての制御ユニット
Ｎｎクランク軸回転速度
ΔＮｎ回転速度上昇率
Ｘｎ燃焼状態
Ｙｎ予想燃焼状態
Ｚｎ燃焼条件

Claims

爆発行程の位置を検出する爆発行程位置検出手段と、クランク軸の瞬間的な回転速度を検出する回転速度検出手段と、上記爆発行程位置検出手段および回転速度検出手段からの入力を受け、爆発行程におけるクランク軸回転速度を演算し、この回転速度を隣接する別な爆発行程におけるクランク軸回転速度と比較することによって回転速度上昇率を演算するとともに、この回転速度上昇率を燃焼状態として記憶し、この燃焼状態に応じて次回の爆発行程における予測燃焼状態を設定し、この予測燃焼状態に応じて予め設定しておいた燃焼条件マップに基づいて次回の爆発行程における燃焼条件を設定するようにプログラムされた制御手段とを備えてなることを特徴とする２サイクルエンジンの制御装置。
多気筒の２サイクルエンジンにおいて、各爆発行程における燃焼状態のデータを、その前後の爆発行程における燃焼状態に応じて補正するように前記制御手段をプログラムした請求項１に記載の２サイクルエンジンの制御装置。
各シリンダーが１つの排気通路を共用した多気筒の２サイクルエンジンにおいて、前後の爆発行程による排気通路圧力に応じて予測燃焼状態を補正するように前記制御手段をプログラムした請求項１および２のいずれかに記載の２サイクルエンジンの制御装置。
多気筒の２サイクルエンジンにおいて、爆発行程の度に回転速度上昇率が増加する状態が所定回数連続した場合には、次に点火されるシリンダーの燃焼条件を劣化させ、爆発行程の度に回転速度上昇率が減少する状態が所定回数連続した場合には、次に点火されるシリンダーの燃焼条件を向上させるように前記制御手段をプログラムした請求項１〜３のいずれかに記載の２サイクルエンジンの制御装置。