JP3610954B2

JP3610954B2 - ジェット推進艇の内燃機関制御装置

Info

Publication number: JP3610954B2
Application number: JP2002027011A
Authority: JP
Inventors: 英樹梅元; 学五宝
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-02-04
Filing date: 2002-02-04
Publication date: 2005-01-19
Anticipated expiration: 2022-02-04
Also published as: JP2003227397A; US6709303B2; US20030148673A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ジェット推進力を動力とするジェット推進艇の内燃機関制御装置に関するものであり、特に、水上バイクなどのジェット推進艇であるＰＷＣ（ＰｅｒｓｏｎａｌＷａｔｅｒＣｒａｆｔ）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、例えば、米国特許第６１５９０５９号公報に開示された水上バイクなどジェット推進艇であるＰＷＣ（ＰｅｒｓｏｎａｌＷａｔｅｒＣｒａｆｔ）の一般的な構造を示す斜視図である。図において、１はＰＷＣの船体、２は内燃機関であるエンジンで、内燃機関制御装置（ＥＣＵ）（図示せず）によって制御されており、ＰＷＣを運転するための最適なジェット推進力を発生させ、航走を可能にしている。３はエンジン２のスロットルを調整するスロットルバルブ、４はエンジン２に直結され、船体１の前方から吸い込んだ水をジェット推進力として発生させるインペラ、５はインペラ４で発生したジェット水を噴出させる噴出ノズル、６は噴出ノズル５から噴出されたジェット水の噴出方向を変えるステアリングノズルである。
【０００３】
７は船体１の方向を操舵するステアリングハンドルであり、ステアリングケーブル９を介してステアリングノズル６と連結されており、ジェット水の噴出方向を変えることにより船体１の操舵が可能である。８はスロットルレバーであり、スロットルケーブル１０を介してスロットルバルブ３と連結されており、スロットルの調整が可能である。なお、ステアリングハンドル７とステアリングノズル６の連動は上述した機械的な方法の他にも、例えばステアリングハンドル７の回転角度位置を検出し、この検出信号にもとづいてステアリングノズル６をモータで動かすといった電気的な方法もある。
【０００４】
次に、操船者がステアリングハンドル７を操作して船体１の進行方向を変える動作を図５を用いて説明する。図５（ａ）に示すように、ＰＷＣの進行方向が直進の場合、操船者はステアリングハンドル７を進行方向に対して垂直に保持する。このとき、ステアリングケーブル９を介してステアリングハンドル７に連結されたステアリングノズル６はまっすぐ後ろ向きに設定され、ジェット水が後方に噴出される。このジェット推進力よってＰＷＣはまっすぐに直進する。
【０００５】
これに対して、図５（ｂ）に示すように、ＰＷＣの進行方向を左方向に変えたい場合、操船者はステアリングハンドル７を左方向に回転させるが、この時ステアリングノズル６は右方向に動き、ジェット水の噴出方向が右方向に変わり、進行方向を左に変えることが可能となる。また、図５（ｃ）に示すように、ＰＷＣの進行方向を右方向に変えたい場合、操船者はステアリングハンドル７を右方向に回転させるが、この時ステアリングノズル６は左方向に動き、ジェット水の噴出方向が左方向に変わり、進行方向を右に変えることが可能となる。
【０００６】
一般に、エンジン回転速度は操船者のスロットル操作で決定される仕様になっている。操船者がスロットルを開くように操作すればエンジン回転速度は上昇、高くなりＰＷＣのジェット推力も強くなり高速航走が可能になる。逆にスロットルを閉じるとエンジン回転速度は低いアイドル状態になり、ＰＷＣのジェット推進力も弱くなり、次第に航走速度が遅くなり停止する。
【０００７】
操船者が操作・運転をおこないやすいように、スロットルの開度に対するエンジン性能・特性が最適になるように点火時期、燃料供給量（燃料噴出量、噴射時期）、補助吸入空気量の制御を内燃機関制御装置（ＥＣＵ）が行っている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＰＷＣでは、ＰＷＣ特有の操作として、船体１の進行方向を変えるにはジェット水の噴出方向を変える必要があり、そのためにはステアリングハンドル７を操作することで可能になるが、ジェット水に所定以上の推進力がなければＰＷＣの進行方向を変えることはできないという問題点があった。すなわち、スロットルを開いて所定以上のエンジン回転速度がある状態（ジェット推進力がある状態）でステアリングハンドル７を操作することが必要となり、ジェット推進力がない状態でステアリングハンドル７の操作を行っても、船体１の進行方向を変えることはできないという操作性能がある。
【０００９】
航走中において、前方に危険を認識した場合、一般には危険回避のために進行方向を変えるようにステアリングハンドル７を右または左方向に回転させる。この時、エンジン回転速度が所定以上であればステアリングハンドル７で進行方向を変えることができるほどのジェット推進力があり、危険回避が可能である。しかし、スロットルが全閉近傍のアイドル回転状態で危険を認識した場合、エンジンの回転速度によっては余力で船体１がある程度の速度で航走しているにも拘わらず、ステアリングハンドル７で進行方向を変えることができるほどのジェット推進力はないため、危険回避ができない。
【００１０】
このような状況の場合、ステアリングハンドル操作の他に、スロットルを開く操作が必要となるが、突然危険に遭遇した場合、特に初心者においては慌ててステアリングハンドル７だけを操作して、スロットルを開けてジェット推進力を発生させることを忘れてしまい、そのまま危険回避ができず衝突などを起こしてしまう。ＰＷＣは、操作が簡単で快適なために人気が高まり、初心者の愛好者が急増しているため、この種の事故の発生が多発している。
【００１１】
この発明は、以上のような問題点を解決するためになされたもので、操船者が危険回避を安全に行えるよう内熱機関を制御できるジェット推進艇の内燃機関制御装置を得ることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るジェット推進艇の内燃機関制御装置は、内燃機関により水を吸引して噴出されるジェット推進力により航走するジェット推進艇の内燃機関制御装置であって、内燃機関の回転速度を検出する回転速度検出手段と、操船者のスロットル操作状態を検出するスロットル操作状態検出手段と、操船者がステアリングハンドルの操作を急激に行ったか否かを検出する危険回避操作検出手段と、スロットル操作状態検出手段で検出されたスロットル開度が所定値以下であり、回転速度検出手段で検出された内燃機関の回転速度に基づいてジェット推進艇が航走状態であると判断された場合において、危険回避操作検出手段で操船者が危険回避の操作を行っていることを検出した時、内燃機関の回転速度を上昇させる制御手段とを備えたものである。
【００１３】
また、内燃機関の点火時期を制御する点火時期制御手段と、内燃機関への燃料供給量を制御する燃料供給量制御手段とを備え、点火時期制御手段及び燃料供給量制御手段の少なくとも一つを用いて内燃機関の回転速度を上昇させるものである。
【００１４】
また、点火時期は、通常より進角側に制御するものである。
【００１５】
また、燃料供給量は、通常より増量側に制御するものである。
【００１６】
また、燃料供給量は、燃料供給時期を通常より進角側にするものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の一形態を図に基づいて説明する。図１は、この発明の実施の形態によるジェット推進艇の内燃機関制御装置の構成を示すブロック図である。また図２は、この発明の実施の形態によるジェット推進艇の内燃機関制御装置の動作を示すタイムチャートであり、図３はフローチャートである。なお、本実施の形態による内燃機関制御装置で制御されるＰＷＣの基本的な構造は、上記従来例における図４で詳述したものと同様であるため、ここではその説明を省略している。
【００１９】
図１において、２１はステアリングハンドル７の回転角度を検出して、この回転角度に応じて危険回避操作信号を発生させるステアリングハンドル角度検出手段であり、操船者の危険回避操作を検出する危険回避操作検出手段を構成している。２２はスロットル開度を検出してスロットル開度信号を発生させるスロットル開度検出手段、２３はスロットル開度検出手段２２で検出したスロットル開度をもとにスロットル位置信号を発生させるスロットル位置信号発生手段であり、スロットル開度検出手段２２及びスロットル位置信号発生手段２３は、操船者のスロットル操作状態を検出するスロットル操作状態検出手段を構成している。なお、後述する図２においては、スロットル開度が全閉状態でスロットル位置信号を発生させているが、スロットル開度が所定以下、すなわち全閉近傍でスロットル位置信号を発生させても良い。２４はエンジン２の回転速度を検出してエンジン回転速度信号を発生させる回転速度信号検出手段である。
【００２０】
２５はエンジン２の点火時期を制御する点火時期制御手段であり、例えばエンジン２に取り付けられている点火プラグに高電圧を発生させる点火コイルの制御を行う。２６はエンジン２への燃料供給量と供給時期を制御する燃料供給量制御手段であり、例えばインジェクタである。２７はエンジン２の吸入空気量を調整するスロットルバルブを駆動させスロットル開度を制御するスロットルバルブ開度駆動手段、２８はエンジン２への補助吸入空気量（バイパス吸入空気量）を制御する補助吸入空気量制御手段である。
【００２１】
３１ａ〜３１ｄは上述した各検出手段で検出した信号をマイコン３０に入力する入力回路、３２ａ〜３２ｄはマイコン３０から上述した各制御手段へ制御信号を出力する出力回路であり、マイコン３０、入力回路３１ａ〜３１ｄ及び出力回路３２ａ〜３２ｄで制御手段３００を構成している。
【００２２】
次に、図２に基づいて動作を説明する。図２において、実線は本実施の形態による内燃機関制御装置を示し、破線は従来の内燃機関制御装置を示している。通常の航走状態において、操船者は最適な航走速度になるようにスロットル開度を開いており、エンジン回転速度も所定値になってジェット推進力も最適な出力となっている。この時、制御手段３００はエンジン２が最適な特性になるように、点火時期、燃料供給量を最適に制御している。一般的には、点火時期は進角傾向にあり、燃料供給量は増量傾向にある。
【００２３】
この状態で操船者がステアリングハンドル７を操作した場合、ジェット水の噴出ノズル６はステアリングハンドル７の操作に連動して動き、ジェット水の噴出方向が変わり、操船者の操作方向に進行方向を変えることが可能である。しかし、この航走状態からスロットル開度を閉じた場合、操船者が航走速度を低下させる操作をおこなったと判断して、従来例では破線で示すように、エンジン回転速度を低下させるように点火時期、燃料供給量を制御、エンジン回転速度は低下していき、スロットル開度を全閉状態にした場合はアイドル回転速度になる。アイドル回転速度になるとジェット推進力も弱くなるため、余力で船体１がある程度の速度で航走していたとしても、ステアリング操作で進行方向を変えることが不可能となる。
【００２４】
これに対して、本実施の形態では実線で示すように、航走状態からスロットルを閉じ全閉状態（スロットル位置信号が“０”から全閉を示す“１”）になった時、例えば操船者が前方に危険を検知して回避動作としてステアリングハンドル７を急激に右方向または左方向に回転操作した場合、ステアリングハンドル角度信号検出手段２１が危険回避操作信号（“０”から“１”）を発生させる。危険回避操作信号は、例えば、所定時間の間にステアリングハンドル７を右方向または左方向に所定角度以上回転させた場合、あるいは、所定時間の間にステアリングハンドル７を右方向または左方向の最大位置まで操作させた場合に発生させる。このような状態をマイコン３０が検出した場合、危険回避モードと判断、危険回避の制御を行う。
【００２５】
この危険回避の制御はできるだけ応答性が良い必要がある。本実施の形態では、マイコン３０からエンジン２の燃焼状態を直接制御する点火時期、燃料供給量を最適値に制御することで、エンジン回転速度を所定値（約２０００ｒ／ｍｉｎ）まで上昇させる。具体的には点火時期と燃料噴射時期を進角側に制御、燃料供給量を増量側に制御する。なお、点火時期、燃料供給量及び燃料噴射時期をステップ状に急峻に変化させることで、内燃機関の燃焼が急激に変わりエンジン回転速度を短時間で上昇させることが可能になる。
【００２６】
エンジン回転速度を所定値までスムーズに上昇させることで船体の推進力も上昇し、ステアリングハンドル７の操作方向に進行方向を変えることが可能になり、危険回避ができるようになる。ここで、危険回避ができた後に点火時期、燃料供給量と燃料噴射時期を通常の制御値に戻すことで、船体を停止させることができる。なお、危険回避の終了可否の判断としては、危険回避操作の検知後の所定時間Ｔ経過後、またはステアリングハンドル７を戻した時などで行うことが可能である。
【００２７】
なお、危険回避のステアリングハンドル操作を行うと共に、スロットル開度を開く操作が行われた場合には、スロットル開度を開いたことによる制御と共に、上記危険回避の制御を併せて行うことで、さらに安定したスムーズな動作が可能になることは言うまでもない。
【００２８】
次に、図３のフローチャートに基づいて制御手段３００の動作を説明する。まず、スロットル開度検出手段２２で検出されたスロットル開度に応じて、スロットル位置信号発生手段２３から発生したスロットル位置信号に基づいてスロットル開度が所定以上開いているか否か（全閉近傍であるか否か）を判断する（ステップＳ１）。スロットル開度が所定以上開いている場合、ステアリングハンドル７の操作で進行方向を変えることが可能なジェット推進力があるため通常の制御を行う。一方、スロットル開度が所定以下の場合、回転速度検出手段２４からの信号に基づいて、エンジン回転速度が減速中またはアイドル回転速度であるか否か、すなわち船体１が航走状態であるか否かを判断する（ステップＳ２）。エンジン回転速度が減速中またはアイドル回転速度でなければ、完全に停船しているとして、危険回避の操作を行う必要がないので通常の制御を行う。
【００２９】
一方、エンジン回転速度が減速中またはアイドル回転速度であれば、船体１がまだ航走状態であるとして、ステアリングハンドル角度検出手段２１からの危険回避操作信号に基づいて、ステアリングハンドル７が急激に操作、回転されたかを否かを検出する（ステップＳ３）。ステアリングハンドル７が急激に操作、回転されていなければ、操船者が危険回避操作を行っていないとして通常の制御を行う。一方、ステアリングハンドル７が急激に操作、回転されていれば、操船者が危険回避操作を行っているとして、危険回避モードと判断し、点火時期制御手段２５あるいは燃料供給量制御手段２６に制御信号を出力して、上述したエンジン回転速度上昇処理を行う（ステップＳ４）。
【００３０】
以上のように、この発明の実施の形態によれば、スロットル開度が所定値以下で、船体１が航走状態である場合において、操船者が危険回避動作を行ったことを検出して、エンジン回転速度が上昇するように点火時期、燃料供給量を制御するので、ステアリングハンドル７で進行方向を変えることができるほどのジェット推進力がない状態で航走していても、進行方向を変えることができるジェット推進力を速やかに付加して、操船者が危険回避を安全に行うことができる。
【００３１】
また、内燃機関制御装置（ＥＣＵ）の制御は、エンジンの燃焼状態そのものを最適に制御しており、制御の開始からエンジン回転速度が上昇するまでの応答性は早く、スムーズに危険回避可能なジェット推進力を発生させることが可能となる。すなわち、操船者が危険回避操作を行ってから実際に回避可能なジェット推進力の状態になるまでの時間遅れも短く、最短で安全に危険回避が可能となる。
【００３２】
なお、エンジン２への吸入空気量を増大させることが可能な付加装置、例えばスロットルバルブを強制的に開閉動作させることができるＤＣモータなどの装置、または、バイパス吸入空気量を制御する装置を装着、動作させることで、同様にエンジン回転速度を上昇させてジェット推進力を発生させることも可能である。しかし、新たな装置を付加することによるシステム構成の複雑化、高コスト化のみならず、吸入空気の動作は遅く応答性も遅いので、本実施の形態のように、点火時期、燃料供給量を制御してエンジン回転速度を上昇させる方が優れていると言える。
【００３３】
また、現在のＥＣＵにおいては、点火時期制御手段２５と燃料供給量制御手段２６は一般に内蔵されているので、危険回避のために特別な装置を付加する必要がなく、安価なシステム構成とすることができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、請求項１記載の発明によれば、内燃機関により水を吸引して噴出されるジェット推進力により航走するジェット推進艇の内燃機関制御装置であって、内燃機関の回転速度を検出する回転速度検出手段と、操船者のスロットル操作状態を検出するスロットル操作状態検出手段と、操船者がステアリングハンドルの操作を急激に行ったか否かを検出する危険回避操作検出手段と、スロットル操作状態検出手段で検出されたスロットル開度が所定値以下であり、回転速度検出手段で検出された内燃機関の回転速度に基づいてジェット推進艇が航走状態であると判断された場合において、危険回避操作検出手段で操船者が危険回避の操作を行っていることを検出した時、内燃機関の回転速度を上昇させる制御手段とを備えたので、速やかに操船者の危険回避動作を検出でき、ステアリングハンドルで進行方向を変えることができるほどのジェット推進力がない状態で航走していても、進行方向を変えることができるジェット推進力を速やかに付加して、操船者が危険回避を安全に行うことができる効果が得られる。
【００３５】
また、請求項２記載の発明によれば、内燃機関の点火時期を制御する点火時期制御手段と、内燃機関への燃料供給量を制御する燃料供給量制御手段とを備え、点火時期制御手段及び燃料供給量制御手段の少なくとも一つを用いて内燃機関の回転速度を上昇させるので、操船者が危険回避操作をおこなってから実際に回避可能なジェット推進力の状態になるまでの時間遅れが短く、最短で安全に危険回避ができる効果が得られる。また、危険回避のために特別な装置を付加する必要がなく、安価なシステム構成とすることができる効果が得られる。
【００３６】
また、請求項３記載の発明によれば、点火時期は、通常より進角側に制御するので、速やかにエンジン回転速度を上昇させることができる効果が得られる。
【００３７】
また、請求項４記載の発明によれば、燃料供給量は、通常より増量側に制御するので、速やかにエンジン回転速度を上昇させることができる効果が得られる。
【００３８】
また、請求項５記載の発明によれば、燃料供給量は、燃料供給時期を通常より進角側にするので、速やかにエンジン回転速度を上昇させることができる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態によるジェット推進艇の内燃機関制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態によるジェット推進艇の内燃機関制御装置の動作を示すタイムチャートである。
【図３】この発明の実施の形態によるジェット推進艇の内燃機関制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】従来のジェット推進艇の内燃機関制御装置が搭載されているＰＷＣの一般的な構造を示す斜視図である。
【図５】従来のジェット推進艇の内燃機関制御装置が搭載されているＰＷＣのステアリング操作を示す動作図である。
【符号の説明】
１船体、２エンジン、３スロットルバルブ、４インペラ、５噴出ノズル、６ステアリングノズル、７ステアリングハンドル、８スロットルレバー、９ステアリングケーブル、１０スロットルケーブル、２１ステアリングハンドル角度検出手段、２２スロットル開度検出手段、２３スロットル位置信号発生装置、２４回転速度検出手段、２５点火時期制御手段、２６燃料供給量制御手段、２７スロットルバルブ開度駆動手段、２８補助吸入空気量制御手段、３０マイコン、３１ａ〜３１ｄ入力回路、３２ａ〜３２ｄ出力回路、３００制御手段

Claims

内燃機関により水を吸引して噴出されるジェット推進力により航走するジェット推進艇の内燃機関制御装置であって、上記内燃機関の回転速度を検出する回転速度検出手段と、操船者のスロットル操作状態を検出するスロットル操作状態検出手段と、上記操船者がステアリングハンドルの操作を急激に行ったか否かを検出する危険回避操作検出手段と、上記スロットル操作状態検出手段で検出されたスロットル開度が所定値以下であり、上記回転速度検出手段で検出された上記内燃機関の回転速度に基づいて上記ジェット推進艇が航走状態であると判断された場合において、上記危険回避操作検出手段で上記操船者が危険回避の操作を行っていることを検出した時、上記内燃機関の回転速度を上昇させる制御手段とを備えたことを特徴とするジェット推進艇の内燃機関制御装置。
内燃機関の点火時期を制御する点火時期制御手段と、上記内燃機関への燃料供給量を制御する燃料供給量制御手段とを備え、上記点火時期制御手段及び上記燃料供給量制御手段の少なくとも一つを用いて上記内燃機関の回転速度を上昇させることを特徴とする請求項１記載のジェット推進艇の内燃機関制御装置。
点火時期は、通常より進角側に制御することを特徴とする請求項２記載のジェット推進艇の内燃機関制御装置。
燃料供給量は、通常より増量側に制御することを特徴とする請求項２または３記載のジェット推進艇の内燃機関制御装置。
燃料供給量は、燃料供給時期を通常より進角側にすることで制御することを特徴とする請求項３または４に記載のジェット推進艇の内燃機関制御装置。