JP3602217B2 - エンジンの燃焼制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンのリーンセット運転域において発生し易い回転変動を抑制できるようにした燃焼制御装置に関する。本発明は、例えば船外機用2サイクルエンジンの燃焼制御装置に好適であるので、以下船外機用2サイクルエンジンを例にとって説明する。
【0002】
【従来の技術】
従来、例えば船外機用2サイクルエンジンの燃焼制御装置として、ある特定の気筒の空燃比を検出し、該特定気筒の検出空燃比が所定の空燃比となるように該気筒への燃料噴射量をフィードバック制御するとともに、他の気筒への燃料噴射量については上記特定気筒への燃料噴射量を所定比率で補正して制御するようにしたものがある。このような燃焼制御では、エンジン全体を高精度で所望の空燃比に制御できる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで燃費率の向上を図るために、エンジン全体の目標空燃比をいわゆる経済空燃比又はこれよりもさらにリーン側に設定して運転するリーンセット運転を行う場合がある。このリーンセット運転では、特定気筒をフィードバック制御し、他の気筒に対しては上記特定気筒における燃料噴射量を大幅にリーン側に補正した量の燃料を供給することとなる。この場合、上記特定気筒の空燃比は所定の空燃比を挟んで規則的にリッチ,リーン側空燃比間で変動を繰り返し、これに応じて燃料噴射量が変動することとなるので、他の気筒への燃料噴射量は大幅にリーン側に補正されつつ特定気筒の変動に応じて変動する。
【0004】
一方、図7に示すように、例えば経済空燃比Roを目標空燃比とするリーンセット運転では、空燃比の変動ΔRに対する出力の変動ΔPの割合が上記経済空燃比Roよりリッチ側(例えば理論空燃比R)で運転する場合の変動ΔP′に比較して大きくなる。その結果、リーンセット運転では、空燃比の僅かな変動により出力が大きく変動することからエンジン回転数の変動が発生し易い。
【0005】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたもので、フィードバック制御における制御量に基づいてリーンセット運転を行う場合にエンジン回転数の変動を抑制できるエンジンの燃焼制御装置を提供することを課題としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、空燃比検出手段を有する第1の気筒と、空燃比検出手段を有しない第2の気筒とを備えた船外機用エンジンの燃焼制御装置において、上記第1の気筒については検出空燃比が理論空燃比となるように燃料噴射量をフィードバック制御し、上記第2の気筒については上記第1の気筒の燃料噴射量に基づいてエンジン全体の空燃比が目標空燃比となるようにその燃料噴射量を制御するようにし、上記空燃比検出手段のセンサ出力が、リーン側からリッチ側に又はリッチ側からリーン側に切り替わった時の燃料の減量又は増量分を制御係数Pとし、続くt時間毎の燃料の減量又は増量分を制御係数Iとするとき、エンジン全体の目標空燃比を経済空燃比又はこれよりもリーンに設定して運転するリーンセット運転域では、他の運転域より上記フィードバック制御の上記制御係数P,Iを小さく設定するとともにtを長く設定することにより燃料噴射量の増減幅を小さく設定したことを特徴としている。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図1〜図8は本発明の一実施形態による船外機用2サイクルエンジンの燃焼制御装置を説明するための図であり、図1は船外機の一部断面平面図、図2はそのスロットルボディ回りを示す正面図、図3,図4,図5は空燃比検出装置の断面平面図,断面側面図,断面背面図、図6は本燃焼制御装置の構成図、図7はリーンセット運転域での問題点を説明するための特性図、図8は本燃焼制御装置の制御特性図である。なお、図6において、Fは船首側を、Rは船尾側を示しており、同図の下側部分は上側部分のA−A線断面を示す。
【0009】
図において、1は水冷式2サイクルV型6気筒クランク軸縦置きエンジンであり該エンジン1は、シリンダブロック2のクランクケース部2aの前側合面にクランクケース8を接続してクランク室aを形成し、Vバンクをなすように形成された左,右のシリンダ部2b,2bの後側合面に二分割式シリンダヘッド6,6を接続し、上記シリンダ部2bの▲1▼〜▲6▼気筒(シリンダボア)内に摺動自在に挿入された各ピストン3をコンロッド4を介して上記クランク室a内に縦置き配置されたクランク軸5に接続した構造のものであり、その周囲はカウリング24で囲まれている。なお、上記▲1▼〜▲6▼は爆発順序をも示している。
【0010】
図6に示すように、上記左,右のシリンダ部2bの各排気ポート2eは上記Vバンク内に設けられた左,右の集合排気通路2fに合流し、下方に延びる排気管23に連通接続されており、該排気管23を出た排気ガスは船外機1のアッパ,ロアケース1a,1bを介して水中に排出される。
【0011】
上記クランク室aは各気筒毎に独立しており、該各クランク室aに連通するように上記クランクケース8の前端部に形成された各吸気開口8aには逆流防止用リード弁11が配設されており、全気筒共通のスロットルボディ10が接続されている。該スロットルボディ10は、上記各気筒用吸気開口8aに連通するよう形成され、かつ上下方向に並列配置された6つの吸気通路10aと、該6つの吸気通路10aの側部に形成された上下に長い1つの弁室10bとを有する正面視略長方形状のものであり、その前側合面には消音機能を有する吸気ボックス12が接続されている。なお該吸気ボックス12に外気を導入する開口は該吸気ボックス12の上端部及び、進行方向に対し、右側面部(リンク側)に形成されている。
【0012】
上記スロットルボディ10の弁室10b内には上記各吸気通路10aを通って上記リード弁11に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁14が配設されており、該各燃料噴射弁14には共通の燃料供給レール15が接続されている。この燃料供給レール15はクランク軸方向に延びる棒状のもので、上記スロットルボディ10の弁室10b内に固定されている。燃料は上記燃料供給レールの上方で、インジェクタ寄りの通路に供給され、下まで行ってUターンして同じくレール上方よりレギュレータへ戻る。このため空燃比センサ気筒のインジェクタが入口側となるために他のインジェクタの噴射脈動を受けにくくなっている。
【0013】
上記スロットルボディ10の各吸気通路10a内には該通路10aを開閉するスロットルバルブ9が配設されている。このスロットルバルブ9は、弁軸9aに弁板9bを固定したバタフライ式のもので、該各弁軸9aの外方突出部同士はリンク機構13により連結されており、該全てのスロットルバルブ9は該リンク機構13を介して図示しないスロットル操作レバーにより開閉駆動される。
【0014】
そして本実施形態エンジン1では、上記▲1▼気筒にのみ空燃比検出装置16が装着されており、該空燃比検出装置16は、上記▲1▼気筒のVバンク外側壁に形成された取付面2d上に配設されている。該空燃比検出装置16は、上記取付面2d上に既燃ガスが導入される既燃ガスケース17をボルト17dで取り付け、該ケース17にO2 センサ18を螺挿装着し、これの検知部18aを反応室17a内に位置させた、該O2 センサ18を上記既燃ガスケース17ごと保温ケース19で囲んだ構造のものである。
【0015】
ここで上記O2 センサ18は細長い棒状のもので、上下方向に、つまり気筒軸と直角方向に向けて配設されており、その上端部から検出信号取出用リード線,ヒータ電源供給用リード線等からなるハーネス18bが引き出されており、該ハーネス18bはバッテリ電源,後述するECU21等に接続されている。
【0016】
上記既燃ガスケース17の反応室17aは絞り部17b,ガス通路17c,及び保温パイプ20のガス通路20aを介して上記▲1▼気筒内の排気ポート及び掃気ポートより若干燃焼室側の部位に連通している。ここで上記保温パイプ20は、▲1▼気筒の水冷ジャケットJを貫通するように形成されたボス肉部2c内に埋設されており、またアルミ合金よりも熱伝導率の小さい材料、例えばステンレス鋼,セラミック材,ニッケル合金等により形成されている。これにより上記反応室17a内に導かれる既燃ガスの温度降下を抑制している。また上記絞り部17bを設けたことにより、例えば始動直後の様に既燃ガスケース17の温度が低い状況下では既燃ガス中のオイル分が液化するおそれがあるが、絞り部17bを設けることにより、オイル分が液化しても、センサ反応部のある反応室17aに入り難い構造とすることができる。なお、オイル分が液化してセンサ反応部に付着するとセンサ出力が異常になる。
【0017】
また上記保温ケース19とシリンダ部2aの取付面2dとの間にはガスケット22が介設されており、これにより既燃ガスケース17からエンジン1への伝熱を抑制している。さらにまた該保温ケース19の内面には保温層19aが貼設されている。これにより保温ケース19をボルト19bにより上記取付面2d上に装着するだけでガスケース17内の温度降下を抑制できる。
【0018】
上記ECU21は、Vバンク間の排気通路外壁にゴムマウントされており、上記空燃比検出装置16からの空燃比信号(O2 濃度信号)aの他に、回転数センサ26からのエンジン回転数信号b、スロットル開度センサ27からのスロットル開度信号c、その他図6に示す各種の信号が入力され、該信号に基づいて以下に詳述するように本エンジン1の燃焼制御を行う。
【0019】
次に燃焼制御動作及び効果を説明する。
本エンジン1の燃焼制御では、燃費率の向上を図るために、エンジン全体の目標空燃比を図7に示す経済空燃比Ro又はこれよりさらにリーン側の空燃比(以下単に空燃比Roと記す)とするリーンセット運転を行う場合がある。
【0020】
このリーンセット運転の場合、▲1▼気筒については、空燃比検出装置16による検出空燃比が理論空燃比Rとなるように燃料噴射量を制御するフィードバック制御が行われる。そして、残りの▲2▼〜▲6▼気筒への燃料噴射量は、▲1▼気筒の燃料噴射量を、エンジン全体の空燃比がリーンセット空燃比Roとなるように補正演算した補正燃料量に制御される。このようなリーンセット運転においては、空燃比の変動ΔRに対する出力の変動ΔPが大きく、従って、空燃比の変動に伴ってエンジン回転数が変動し易い。
【0021】
上記エンジン回転数の変動を抑制するために本エンジン1では、▲1▼気筒のフィードバック制御において、図8に示すように、フィードバック制御係数PRL,IRL及びtRLをエンジン全体の目標空燃比が上記空燃比Roよりリーン側かリッチ側かによって変化させるようにしている。
【0022】
即ち、エンジン全体の目標空燃比が上記空燃比Roよりリッチ側の場合(通常運転時)には、同図に実線で示すように、上記空燃比検出装置16からのセンサ出力が時刻a1にてリーン側からリッチ側に切り替わると先ずPRLだけ燃料を減少させ、続いてtRL時間毎にIRLずつ燃料を減少させていき、センサ出力が時刻a2にてリッチ側からリーン側に切り替わると再び燃料を増量開始する。
【0023】
一方、エンジン全体の目標空燃比を上記経済空燃比Ro、又はこれよりリーン側とするリーンセット運転の場合には、同図に破線で示すように、センサ出力が時刻a1にてリーン側からリッチ側に切り替わると先ずPRL′だけ燃料を減少させ、続いてtRL′時間毎にIRL′ずつ燃料を減少させていき、センサ出力が時刻a2′にてリッチ側からリーン側に切り替わると再び燃料を増量開始する。なお、何れの運転域においても、燃料増量時のP,I,tは減量時より大きく設定されている。これは、O2 センサの固有の特性、つまり、リッチからリーンへの反応速度とリーンからリッチへの反応速度とが異なる性質を補正するためである。
【0024】
上記制御係数を通常運転時とリーンセット運転時とで比較すると、上記リーンセット運転時の制御係数PRL′,IRL′は上記通常運転時における制御係数PRL,IRLよりも小さく設定されており、一方リーンセット運転時の上記制御係数tRL′は通常運転時の制御係数tRLよりも大きく設定されている。
【0025】
これにより上記リーンセット運転時における燃料供給量の増減幅ΔQ′,及びセンサ出力の変動幅ΔV′は通常運転時における増減幅ΔQ,及び変動幅ΔVより小さくなっており、またリーンセット運転時のセンサ出力の切り替わり周期P′は通常運転時の切り替わり周期Pより長くなっている。
【0026】
このようにリーンセット運転時における燃料噴射量の増減幅ΔQ′が小さくなったので、該増減幅ΔQ′に応じて増減する▲2▼〜▲6▼気筒への燃料噴射量の増減幅は通常運転時における増減幅よりも小さくなり、その結果エンジン回転数の変動が抑制される。
【0027】
なお、リーンセット運転時の切り替わり周期P′が通常運転時の切り替わり周期Pより長くなっているのは、燃料噴射量の単位時間当たりの増減量が小さい分だけO2 センサ18の反応速度が低くなるためであると考えられる。本実施形態の場合、このように反応速度が低い点,及びセンサ出力が理論空燃比を挟んでリッチからリーンへ又はその逆へ反転するまでの切り替わり周期(時間)が長くなる点により空燃比制御精度が低下するが、もともと本リーンセット運転における燃焼制御は理論空燃比にして触媒作用を確保するためのものではないから、上記空燃比制御精度の低下はそれほど大きな問題にはならない。
【0028】
また、上記実施形態では、1気筒をフィードバック制御し、残り5気筒をフィードバック制御量に基づいて制御するようにしたが、本発明は、1又は複数の気筒をフィードバック制御し、残りの1又は複数の気筒をフィードバック制御量に基づいて制御するようにしてもよい。また上記実施形態では吸気通路噴射型の2サイクルエンジンの場合を説明したが、本発明は燃料噴射弁14をシリンダヘッドに配設した2サイクル直噴エンジン及び4サイクルエンジンにも適用可能である。
【0029】
【発明の効果】
以上のように請求項1の発明に係るエンジンの燃焼制御装置によれば、リーンセット運転域では、他の運転域よりも第1の気筒のフィードバック制御における制御係数P,Iを小さく設定するとともにtを長く設定することにより、他の運転域よりも検出空燃比の変動幅を小さくしかつ切り替わり周期を大きくするようにしたので、第1の気筒の燃料供給量に応じて増減する第2の気筒の燃料供給量の増減幅も小さくなり、その結果エンジンの回転変動を抑制できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態による燃焼制御装置が採用された船外機用2サイクルエンジンの一部断面平面図である。
【図2】上記実施形態エンジンの正面図である。
【図3】上記実施形態燃焼制御装置の空燃比検出装置部分の断面平面図である。
【図4】上記空燃比検出装置部分の断面側面図である
【図5】上記空燃比検出装置部分の断面背面図である。
【図6】上記実施形態燃焼制御装置の構成図である。
【図7】上記実施形態燃焼制御装置の運転域を説明するための空燃比−出力特性図である。
【図8】上記実施形態燃焼制御装置の制御特性図である。
【符号の説明】
1 船外機用2サイクルエンジン
▲1▼ 第1気筒
▲2▼〜▲6▼ 第2気筒
16 空燃比検出装置
Ro 経済空燃比
ΔV,ΔV′通常運転時,リーンセット運転時の検出空燃比の変動幅
ΔQ,ΔQ′通常運転時,リーンセット運転時の燃料供給量の増減幅
P,P′ 通常運転時,リーンセット運転時の切り替わり周期
Claims (1)
- 空燃比検出手段を有する第1の気筒と、空燃比検出手段を有しない第2の気筒とを備えた船外機用エンジンの燃焼制御装置において、上記第1の気筒については検出空燃比が理論空燃比となるように燃料噴射量をフィードバック制御し、上記第2の気筒については上記第1の気筒の燃料噴射量に基づいてエンジン全体の空燃比が目標空燃比となるようにその燃料噴射量を制御するようにし、上記空燃比検出手段の出力が、リーン側からリッチ側に又はリッチ側からリーン側に切り替わった時の燃料の減量又は増量分を制御係数Pとし、続くt時間毎の燃料の減量又は増量分を制御係数Iとするとき、エンジン全体の目標空燃比を経済空燃比又はこれよりもリーンに設定して運転するリーンセット運転域では、他の運転域より上記フィードバック制御の上記制御係数P,Iを小さく設定するとともにtを長く設定することにより燃料噴射量の増減幅を小さく設定したことを特徴とするエンジンの燃焼制御装置。
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