JP3971474B2

JP3971474B2 - 船舶用エンジンの運転制御装置

Info

Publication number: JP3971474B2
Application number: JP27809396A
Authority: JP
Inventors: 良文岩田; 和広中村
Original assignee: ヤマハマリン株式会社
Priority date: 1996-10-21
Filing date: 1996-10-21
Publication date: 2007-09-05
Anticipated expiration: 2016-10-21
Also published as: JPH10122002A; US6217480B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低速低負荷運転時、例えばスロットル開度が略全閉のアイドリング運転時に一部気筒の運転を休止するようにした船舶用エンジンの運転制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば船外機を搭載した小型船舶では、前進走行中の船体を制動する場合、スロットルを閉じるとともにシフト位置を前進から後進に切り替えてプロペラを後進方向に回転させることにより減速する場合がある。このようにシフト位置を切り替えた場合、船外機はクラッチ機構を備えていないことから船体が惰性で前進しているときに対船水流で見て前進方向に回転しているプロペラを瞬時に後進方向に切り換えることとなる。
【０００３】
一方、近年の船外機用エンジンにおいては、燃費の向上を図る観点から、アイドリング運転等のような低速低負荷運転時には一部の気筒の運転を休止する減筒運転する場合がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記減筒運転を行っている場合に前進走行状態から後進走行状態に切り替えるとエンジンストールが発生し易いという問題がある。即ち、前進走行中にスロットルを閉じてニュートラルに切り替えても船体は慣性力で前進しており、また船体に対する水流によってプロペラも前進方向に回転している。この状態から後進に切り替えてエンジンのクランク軸とプロペラとを継装すると、プロペラの慣性力と水流とによってクランク軸にはその回転方向と逆方向の力が加わることとなる。
【０００５】
上記減筒運転状態のときにクランク軸に逆回転力が加わるとエンジンの回転速度が低下し、ストールが発生し易くなる。特に４サイクルエンジンの場合、その構造からして２サイクルエンジンに比べてエンジンストールが生じ易く、この点での改善が要請されている。
【０００６】
本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、減筒運転時に後進シフトに切り替えて減速を行う場合等のエンジンストールを防止できる船舶用エンジンの運転制御装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、低速低負荷運転時に一部の気筒の運転を休止するようにした船舶用エンジンの運転制御装置において、スロットル弁が略全閉になるとアイドリング運転信号を出力するアイドルスイッチを設け、気筒休止運転状態において、上記アイドルスイッチからのアイドリング運転信号の入力後の経過時間が設定値より小さい場合に、前後進切替え装置が前進位置から後進位置に又は後進位置から前進位置に切り替えられたときには、休止気筒の少なくとも一部の運転を再開する気筒運転制御手段を設けたことを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１ないし図５は本発明の一実施形態による船外機用エンジンの運転制御装置を説明するための図であり、図１，図２は運転制御装置が適用された船外機の概略構成図，側面図、図３は各気筒の運転制御を説明するための構成図、図４はシフトポジションセンサの特性図、図５は運転制御装置の動作を説明するためのフローチャート図である。
【０００９】
図１，２において、１は船外機であり、これは船体２の船尾２ａにクランプブラケット３を介して上下，左右揺動可能に枢支されている。この船外機１は推進機４が配設された下部ケース５にエンジン６を搭載し、該エンジン６をカウリンク７で囲んだ概略構造のものである。
【００１０】
上記推進機４は、垂直方向に延びるドライブシャフト８の下端に傘歯車機構１０を介して推進軸１１を連結し、該推進軸１１にプロペラ１２を結合した構成となっている。上記傘歯車機構１０はドライブシャフト８に装着された駆動傘歯車１０ａと、推進軸１１に装着された前進傘歯車１０ｂ，後進傘歯車１０ｃとからなり、この何れかの傘歯車１０ｂ，１０ｃが上記駆動傘歯車１０ａに噛合するようになっている。
【００１１】
上記推進機４には前後進切換装置１５が配設されている。この切換装置１５は、シフトレバー１６にシフトケーブル１８ａを介してシフトロッド１８ｂを連結し、該シフトロッド１８ｂを推進軸１１に連結して構成されている。上記シフトレバー１６は上記前進傘歯車１０ｂを駆動傘歯車１０ａに噛合させるアイドル前進位置Ａ，前，後進傘歯車１０ｂ，１０ｃをフリーにするアイドルニュートラル位置Ｂ，及び後進傘歯車１０ｃを駆動傘歯車１０ａに噛合させるアイドル後進位置Ｃとの間で揺動可能となっている。
【００１２】
また上記シフトレバー１６には後述するスロットル弁１７がスロットルケーブル（不図示）を介して連結されており、該シフトレバー１６をアイドル前進位置Ａより前方に、またアイドル後進位置Ｃより後方に揺動させることにより上記スロットル弁１７が開閉するようになっている。
【００１３】
上記エンジン６は水冷式４サイクル並列４気筒エンジンであり、クランク軸２０を走行時に略垂直をなすように縦向きに配置して構成されており、該クランク軸２０の下端に上記ドライブシャフト８の上端が連結されている。上記エンジン６は、シリンダブロック２１に形成されたシリンダボア２１ａ内にピストン２２を挿入配置するとともに、該ピストン２２をコンロッド２３で上記クランク軸２０に連結した構成のものである。
【００１４】
また上記シリンダブロック２１の前側合面にはクランクケース３４が、後側合面にはシリンダヘッド２４がそれぞれ締結されており、該シリンダヘッド２４のブロック側合面に形成された各気筒毎の燃焼凹部２４ａには点火プラグ２５が挿着されている。また各燃焼凹部２４ａに連通する排気ポート２６，吸気ポート２７にはそれぞれ排気バルブ２８，吸気バルブ２９が配設されており、該各バルブ２８，２９は上記クランク軸２０と平行に配設されたカム軸３０，３１により開閉駆動される。なお、２５ａは点火コイル，２５ｂはイグナイタである。
【００１５】
上記各排気ポート２６には排気マニホールド３２が接続されており、排気ガスは排気マニホールド２３から上記下部ケース５内を通って推進機４の後端から水中に排出される。
【００１６】
上記各吸気ポート２７には吸気マニホールド３３が接続されており、各吸気マニホールド３３はオイルパン３４の側部に配置された合流部３５に接続されている。この合流部３５には各気筒共通の上記スロットル弁１７を内蔵するスロットルボディ３６が接続されており、該スロットルボディ３６はオイルパン３４の後方に配設されたサージタンク３７に接続されている。またこのサージタンク３７には吸気ダクト３８が接続されており、該吸気ダクト３８はエンジンの上方に配置されている。この吸気ダクト３８には空気流入口３８ａが形成されており、上部ケース７に形成された外気導入孔７ａから空気を取り入れるようになっている（図２の→印参照）。
【００１７】
また上記シリンダヘッド２４の各吸気ポート２７に臨む部分には燃料噴射弁４０が挿入配置されており、該燃料噴射弁４０の噴射口はポート開口を指向している。上記各燃料噴射弁４０には燃料を供給する燃料供給レール４１がクランク軸２０と平行に配置されている。
【００１８】
上記エンジン６は運転制御手段としてのコントロールユニット４２を備えている。このコントロールユニット４２は、エンジン回転数センサ４３，吸気圧センサ４４，スロットル開度センサ４５，冷却水温度センサ４６，速度センサ４７，及び気筒判別センサ４８からの検出値が入力され、これらの検出値から内蔵する運転制御マップに基づいて燃料噴射弁４０の燃料噴射量，噴射時期、及び点火プラグ２５の点火時期を制御するように構成されている。上記速度センサ４７は、船体走行に伴う水流により回転するパドルの回転速度を検出する水車式スピートセンサであり、船体２の船尾２ａの下端に配設されている。なお、上記速度センサには、船外機の下部ケース内の水圧変化を検出する半導体圧力センサ等を採用してもよい。
【００１９】
また上記コントロールユニット４２は、図３に示すように、第１気筒の冷却水出口に配置された温度センサ４６からの検出値が入力され、内蔵する各気筒毎の温度予測マップに基づいて各気筒への燃料噴射量，燃料噴射時期，点火時期を可変制御するように構成されている。具体的には、上記温度センサ４６から検出された第１気筒の冷却水温度から燃料噴射量を演算し、該演算値に基づいて第２〜第４気筒の燃料噴射量を補正するように構成されており、燃料噴射量は冷却水温度が低いほど増量するように設定されている。なお、５０は冷却水ポンプ，５１はサーモスタットである。
【００２０】
これにより冷却水の温度差による各気筒の空気量，燃焼状態のばらつきを回避でき、最適な空燃比による安定した燃焼を行うことが可能となり、エンジン能力を最大限引き出すことができる。ここで、上記温度センサ４６は、必ずしも冷却水出口に配置する必要はなく、冷却水入口に設けてもよく、また入口及び出口の両方に設けてもよく、さらには各気筒ごとに配置してもよい。
【００２１】
上記スロットル弁１７にはアイドルスイッチ５２が配設されており、該アイドルスイッチ５２はスロットル弁１７が略全閉位置となるアイドリング運転信号を上記コントロールユニット４２に出力する。コントロールユニット４２は、上記アイドルスイッチ５２からのオンアイドリング運転信号が入力されると一部の気筒への燃料噴射，あるいは点火を休止するように構成されている。例えば、第２，第３気筒を休止し、第１，第４気筒の２気筒運転に切り替える。これによりアイドリング運転時の燃費の向上を図っている。
【００２２】
上記前後進切替装置１５のシフトロッド１８ｂにはシフトポジションセンサ５５が配設されている。このシフトポジションセンサ５５はシフトロッド１８ｂの回動角度，つまり上述のシフトレバー１６のシフト位置Ａ〜Ｃを検出して上記コントロールユニット４２に出力する。なお上記シフトポジションセンサ５５は、図４に示すように、アイドルシフト位置Ａ〜Ｃに応じた値の電圧信号を出力する。
【００２３】
そして上記コントロールユニット４２は、上記速度センサ４７からの検出値が所定値を越え、かつシフトポジションセンサ５３からの出力信号がアイドルニュートラル位置Ｂからアイドル後進位置Ｃ側に変化したときに上記休止気筒への燃料噴射，点火を再開し、全気筒運転に戻すように構成されている。即ち、船体２が前進走行状態でかつシフトレバー１６をアイドルニュートラル位置Ｂからアイドル後進位置Ｃ側に移動させたときには全気筒運転に切り替えるようになっている。
【００２４】
上記コントロールユニット４２の動作を図５のフローチャートに沿って説明する。
コントロールユニット４２は、アイドルスイッチ５２がオフしており、かつオフ後の経過時間が設定値より大きいときには、つまりアイドリング運転状態でない場合には通常の全気筒運転を継続する（ステップＳ１〜Ｓ３）。また、アイドルスイッチがオフした後の経過時間が設定値より短いとき、つまり気筒休止運転状態から通常運転に移行するときには休止気筒数を暫時減らして全気筒運転に移行する（ステップＳ２，Ｓ４）。
【００２５】
上記ステップＳ１において、上記アイドルスイッチ５２からオン信号が入力され、かつ該オン信号入力後の経過時間が設定値より大きいときにはアイドリング運転状態であると判定し、一部の気筒の運転を停止して気筒休止運転に切り替える（ステップＳ１，Ｓ５，Ｓ６）。
【００２６】
一方、上記アイドルスイッチ５２からのオン信号入力後の経過時間が設定値より小さく、かつシフトポジションセンサ５５からの検出値がアイドルニュートラル位置Ｂからアイドル後進位置Ｃ側に変化したときには直ちに全気筒運転に切り替える（ステップＳ７）。
【００２７】
このように本実施形態によれば、気筒休止運転状態のときにシフトレバー１６がアイドルニュートラル位置Ｂからアイドル後進位置Ｃにシフトされると全気筒運転に切り替えるようにしたので、慣性力により前進方向に回転しているプロペラ１２の逆方向回転力に対するエンジンの回転力を高めることができる。これにより船体を減速する場合のエンジンストールの発生を回避でき、安定した制動を行うことができる。
【００２８】
またアイドル後進位置Ｃにシフトした際のエンジン回転速度の低下に伴い、吸気圧力が上昇しそれだけ１サイクル当たりの吸入空気量が増加する。この吸入空気量の増加と、運転気筒数の増加による回転力の増加との相乗効果によりエンジンの回転力を大幅に高めることができ、この点からもエンジンストールの発生を抑制できる。
【００２９】
なお、上記実施形態では、シフトレバー１６のアイドルシフト位置Ａ〜Ｃに応じて出力電圧値を変化させるシフトポジションセンサ５５を採用したが、本発明のシフトポジションセンサとして、図６に示すように、前進スイッチ，ニュートラルスイッチ，後進スイッチからなるものを採用することができる。
【００３０】
また上記実施形態では、アイドルスイッチ５２のオン信号入力後の経過時間に基づいて気筒休止運転又は全気筒運転の何れかに切り替えるようにしたが、本発明では、図７に示すように、アイドルスイッチ５２のオン信号が入力され、かつ船体速度が設定値より小さい場合には気筒休止運転を行い（ステップＳ１０〜Ｓ１２）、また船体速度が設定値より大きくかつアイドルニュートラル位置からアイドル後進位置に切り替えられた場合には全気筒運転を行うように制御してもよい（ステップＳ１３，Ｓ１４）。
【００３１】
さらにまた上記実施形態では、４サイクルエンジンの運転制御装置を例に説明したが、本発明は２サイクルエンジンにも勿論適用でき、また船外機用エンジンに限らず船内エンジンにも適用できる。
【００３２】
【発明の作用効果】
以上のように本発明に係る船舶用エンジンの運転制御装置によれば、気筒休止運転状態において、アイドリング運転信号の入力後の経過時間が設定値より小さい場合に、前後進切替装置が前進位置から後進位置に又は後進位置から前進位置に切り替えられた時には休止中の気筒の少なくとも一部の運転を再開するようにしたので、エンジンへの外部負荷が増加する場合には運転気筒数が増加してそれだけエンジン出力が増加し、前進走行中に後進にして減速する場合等のエンジンストールを防止でき、安定した運転を確保できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による船外機用エンジンの運転制御装置を説明するための概略構成図である。
【図２】上記船外機の側面図である。
【図３】上記エンジンの各気筒の運転制御を説明するための構成図である。
【図４】上記運転制御装置のシフトポジションセンサの出力特性図である。
【図５】上記運転制御装置の動作を示すフローチャート図である。
【図６】上記シフトポジションセンサの変形例の出力特性図である。
【図７】上記実施形態の制御動作の変形例を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
１船外機
６４サイクル４気筒エンジン
１５前後進切替装置
４２コントロールユニット（気筒運転制御手段）
５５シフトポジションセンサ（切替位置検出手段）
Ａアイドル前進位置
Ｂアイドルニュートラル位置
Ｃアイドル後進位置

Claims

低速低負荷運転時に一部の気筒の運転を休止するようにした船舶用エンジンの運転制御装置において、
スロットル弁が略全閉になるとアイドリング運転信号を出力するアイドルスイッチを設け、気筒休止運転状態において、上記アイドルスイッチからのアイドリング運転信号の入力後の経過時間が設定値より小さい場合に、前後進切替え装置が前進位置から後進位置に又は後進位置から前進位置に切り替えられたときには、休止気筒の少なくとも一部の運転を再開する気筒運転制御手段を設けたことを特徴とする船舶用エンジンの運転制御装置。