JP4087686B2

JP4087686B2 - 船外機用エンジンの回転変動制御システム

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Publication number: JP4087686B2
Application number: JP2002337999A
Authority: JP
Inventors: 吾一片山
Original assignee: ヤマハマリン株式会社
Priority date: 2002-11-21
Filing date: 2002-11-21
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2022-11-21
Also published as: CA2450416A1; JP2004169647A; CA2450416C; US20040107925A1; US7055473B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、船外機用エンジンに関し、特に船外機用エンジンにおいて、船舶の運行中、それも特に巡航速度で運行する、いわゆるクルージング中に波浪や風量、風向等の気象条件、水中条件等の外的要因から生じた負荷変動に起因する回転変動を抑制し、船外機用エンジンの安定動作の保持を燃料消費率の悪化を伴うことなく可能にし、かつ操船の簡素化を可能にする回転変動制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
船舶の船尾に搭載される内燃機関、つまり船外機用火花点火型のエンジンは、水中にあるプロペラを駆動して船舶に水中における前進力または後進力を与えるが、特に船舶の前進運転形態では、気象条件、自船の周辺条件を含めた水路条件、運航者の要請等の諸条件に従って、種々のエンジン運転モードが採られる。その一つに例えば、海上又は河川の水路において、エンジンを一定回転状態に維持したまま進行する巡航運転モード、すなわち、クルージング運転がある。
【０００３】
このような、クルージング運転においては、運航者又はパイロットは、船舶のスロットルレバーを操作して低速域から高速域に亘る速度域内の所望の船舶速度でエンジン回転数を一定に保持しようとするが、例えば、上述した気象条件、すなわち風向、風量、波浪度合い、波浪の向き等のエンジン性能とは別の外的要因による船舶用エンジン、特に船外機用エンジンへの負荷変動は、一般の陸路運航用の車両用エンジンの場合に比較して大きな影響があり、クルージング運転時でも結局、比較的大きな回転変動が起き易い。また、波の乗り越し時等には波を乗り越えるときにエンジン回転数が低下し、乗り越えた後にエンジン回転数の上昇が起こり、しかもその間にも船舶の姿勢変化等により、多様かつ大きな回転数変動が起きる。
【０００４】
このようなクルージング運転時における船外機エンジンの回転変動を抑止すべく、絶えずスロットルレバーを操作することは、運航者（パイロット）にとって極めて煩瑣である。
【０００５】
他方、船外機用４サイクルエンジンにおいて、低・中速度域での加速の初期に大きなエンジントルクを得るように、縦方向に配設されたクランク軸と平行に配した吸・排気カム軸をクランク軸によって回転駆動するとともに、少なくとも吸気カム軸に可変バルブタイミング機構（ＶＣＴ機構と呼称される）を設け、そのＶＣＴ機構によって少なくとも吸気バルブの閉弁タイミングを変えるようにした船外機用エンジンにおいて、低・中速度域での加速時に上記ＶＣＴ機構によって少なくとも吸気バルブの閉弁タイミングを進角させるようにした技術が、特許文献１に開示されている。この特許文献１に記載の周知技術によれば、低・中速域での加速時にＶＣＴ機構を用いて少なくとも吸気バルブの閉弁タイミングを進角させることで、低・中速域での加速時においてエンジンシリンダ内への吸気量が増えてエンジントルクを増加させることができ、よって船外機の加速性を高めることが、できるものである。
【０００６】
ここで図９（イ）を参照すると、上記ＶＣＴ機構を用い、クランク軸にベルトプーリ機構等の伝動機構を介して連動回転する吸気カム軸に装着された吸気カムの位相を変位させる制御動作（ＶＣＴ制御動作）を遂行することにより、吸気バルブの閉弁タイミングを調節変動させる制御を低、中、高速域の船外機エンジンの回転数毎に適用した場合のトルク曲線が示されている。
【０００７】
すなわち、横軸を吸気バルブの閉弁タイミングの下死点からの角度変位、縦軸をトルクに取ったこれらの曲線から、旧来の４サイクル火花点火式エンジンの固定バルブタイミング方式に対して、ＶＣＴ機構によるＶＣＴ動作を採り入れた吸気バルブの閉弁タイミングによれば、エンジン回転数に応じてトルクを略最大トルク値付近とする最適な閉弁タイミングを得ることが可能となることが分かる。
【０００８】
この結果、図９（ロ）に示すように、ＶＣＴ機構によるＶＣＴ制御動作を伴うエンジンとＶＣＴ機構を有さず、ＶＣＴ動作を伴わないエンジンとの両者のトルク特性は、明らかに前者が、優れたトルク特性を呈することが分かる。
そこで、本発明者は、このようなＶＣＴ機構によるＶＣＴ制御動作を、船外機用エンジンにおけるクルージング運転中のエンジン回転数保持に適用し得るならば、ＶＣＴ制御動作を介して外的要因に起因する負荷変動を克服して、運航者によるスロットルレバー操作の煩瑣を解消し、船舶がクルージング運転モードにあるとき、安定したエンジン回転数を保持し得る事を想起したものである。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１―３５５４６６号
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、本発明が解決せんとする課題は、船外機用エンジンにおいて、船舶が巡航するクルージング運転中は、運航者の操縦操作を可及的に簡略化させるように、操縦性の向上を図ることにある。更に特定すれば、船外機用エンジンのクルージング運転中に外的要因に起因した負荷変動にも関わらず、該エンジン回転数を安定した回転数状態に維持してクルージング運転を自動的に保持可能な回転変動制御システムを提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、クルージング運転時におけるエンジン回転変動を自動抑制する船外機用エンジンの回転変動制御システムであって、クランク軸の回転検知信号に基づいて前記エンジン回転速度を演算するエンジン回転速度演算手段と、スロットル弁が操作状態か否かを判定するスロットル操作判定手段と、エンジン回転速度が定常状態か否かに応じてクルージング運転状態を判定するクルージング状態判定手段と、クルージング運転状態での所定期間内のエンジン回転速度の平均値からクルージング回転速度を演算するクルージング制御演算手段と、を具備して構成され、前記スロットル操作判定手段によってスロットル弁が操作されていないと判定された場合には、前記クルージング状態判定手段による判定を行い、前記クルージング状態判定手段によって、エンジンがクルージング運転状態であると判定された後に、前記クルージング回転速度に対する現在のエンジン回転速度の回転変動を解消するように吸気バルブの閉弁タイミングを進角、遅角制御し、前記スロットル操作判定手段によってスロットル弁が操作されていると判定された場合には、前記クルージング状態判定手段の判定機能を停止することを特徴とする船外機用エンジンの回転変動制御システムが提供される。
【００１２】
上述した構成によれば、船舶に搭載された船外機用エンジンが、クルージング運転にあるとき、可変カムタイミング機構により吸気カムのカム作動位相を制御して吸気バルブの開閉弁タイミングが制御され、シリンダ内に吸入される混合気量を調整してエンジントルクを制御し得るから、船舶に対する風量、風向、波動状況などの外的要因に起因した大きな負荷変動が発生しても直ちに自動的に該負荷変動に対応したトルク制御でスロットル操作を要することなく、エンジンの回転変動を抑制し、安定したクルージング運転の継続が図られることとなる。故に、運航者ないしパイロットは、スロットル操作を行ってクルージング運転を保持する煩瑣から解放されることなる。つまり、船外機を駆使した船舶運航における操作性を向上させる事ができることとなる。
【００１３】
また、本発明によれば、従来から船外機用エンジンに具備されたエンジン制御装置を用いて回転変動の制御を実施でき、従って簡便な構成でクルージング運転における外的要因に起因した負荷変動を吸収して、安定なクルージング運転速度を維持できることとなる。つまり、電子スロットル装置を船外機に追加装着してエンジンシリンダへの混合気吸入量を制御することも可能であるにしても、その場合には、スロットル弁を閉じた場合には、絞り損失が増大し、燃費率の悪化を回避し得ないことを鑑みると、本構成による有利性が理解できよう。
さらに、本発明によれば、上記スロットル操作判定手段によって操作状態にあると判定されると、上記クルージング運転判定手段は、その判定機能を停止する。このように構成されることにより、クルージング運転における回転変動の制御の新しい制御サイクルを開始することができ、クルージング運転時における外的負荷要因に基づくエンジン回転変動の制御動作を常に迅速に開始することができる。
【００１４】
また、好ましい構成によれば、上記クルージング状態に維持、制御されている場合の上述した可変カムタイミング機構による吸気バルブの閉弁タイミングの制御は、エンジンの回転数が増加変動又は減少変動の傾向を呈することに応じて上記吸気バルブの閉弁タイミングを遅角又は進角制御するように遂行され、これによって例えば、海上における船舶のクルージング運転中に波動や、風量、風速、風向き等の種々の外的要因に基づく多様な負荷変動を受けてもスロットル操作を固定したまま船舶を可変カムタイミング機構による自動的な吸入混合気量調整でエンジントルクを制御でき、船舶の運航操縦性が顕著に向上することとなる。
【００１６】
なお、上述したクルージング時における回転変動制御システムを備えたエンジンを備えた船外機が上述した諸効果を享受し得ることは言うまでもない。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下において、本発明を実施の形態の説明を介して更に詳細に説明する。
ここで、先ず、船外機の全体概略構成を側面図である図１を参照して説明する。船外機１００はクランプブラケット１０２によって船体１０１の船尾板１０１aに取付けられており、クランプブラケット１０２には上下のダンパ部材１０３によって推進ユニット１０４を弾性支持するスイベルブラケット１０５がチルト軸１０６によって上下に回動自在に枢着されている。
推進ユニット１０４は、カウリング１０７とアッパーケース１０８、ロアーケース１０９とで構成されるハウジングを有しており、アッパカウリング７００、ロアカウリング７０１から成るカウリング１０７内には４サイクルエンジン１０が収納されている。上記アッパーケース１０８はエキゾーストガイド１１の下部に取り付けられている。船外機用エンジン１０はエキゾーストガイド１１によって支承されている。この場合に近時の船外機用エンジン１０は、多く４サイクル多気筒エンジンであるが、以下には簡略のため、単にエンジン１０と記載する。
【００１８】
エンジン１０には、クランク軸１２が縦方向に配設されており、クランク軸１２には、アッパーケース１０８内を縦方向に延設されたドライブ軸１３の上端部分が連結されている。ドライブ軸１３の下端部分は、ロアーケース１０９内に収納された前後進切換機構１４に連結されており、前後進切換機構１４からはプロペラ軸１５が延長し、そのロアーケース１０９外へ突出する後端部分にはプロペラ１６が取り付いてエンジン１０の作動に応じて前進または後進方向に船体１０１を推進駆動する。
【００１９】
この前進または後進方向は、船体１０１の制御室（図示なし）に設けられた図１に略示の制御ボックス１９９内の可動に配設された操作レバー２００を操作して切り換え操作されるものであり、同操作レバー２００は、船外機１００とシフトケーブル２０１、スロットルケーブル２０２、電気信号ケーブル２０３等を介して接続されている。操作レバー２００が、制御ボックス１９９内で中立位置Ｎから前進位置Ｆまたは後進位置Ｒへ切り換えられると、シフトケーブル２０１、前後進切換機構１４を介して前進ギアまたは後進ギアがプロペラ軸１５に連結され、その結果、プロペラ１６の回転が前進または後進方向へと切り換えられるものである。
【００２０】
また、操作レバー２００は、上記前進または後進のシフト操作完了位置、つまりスロットル全閉位置から更に前進方向または後進方向へ移動操作すると、スロットルケーブル２０２を介してエンジン吸気系のスロットルバルブ（図示なし）をそれぞれ全開方向に向けて開弁作動させることができ、運航者ないしパイロットの操作に応じて弁絞り量を調整することが可能となっている。従って、この操作レバー２００のシフト操作を所望のエンジン速度（回転数または回転速度）に対応したスロットルバルブ位置で固定すれば、エンジン１０が、その回転速度を保つクルージング運転モードに入る。故に、クルージング運転モードは、エンジン１０の低速・中速・高速の何れの速度域でも設定され得ることは言うまでもない。なお、操作レバー２００のシフト操作で設定されるスロットルバルブの開度は、図１には示されないが後述するスロットルポジションセンサで検出され、後述のエンジン制御装置へ入力される。
【００２１】
ここで本発明に係る船外機用エンジン１０の概略構成を図２、図３に基づいて説明する。図２は、典型的な船外機用４サイクルエンジの側断面図、図３は、吸気弁と吸気系の構成を示す部分断面図である。
さて、エンジン１０は、水冷４気筒エンジンであって、図２に示すように４つの気筒を縦方向（上下方向）に配設して構成されており、シリンダボディ１７にはそれぞれの気筒毎にシリンダ１８が設けられている。そして、各シリンダ１８には水平方向に摺動するピストン１９が嵌装され、各ピストン１９はコンロッド２０を介してクランク軸１２に連結されている。クランク軸１２はクランク室２１内に縦方向（図２の上下方向ＨＬ）に延設されており、各ピストン１９の往復直線運動はコンロッド２０によってクランク軸１２の回転運動に変換される。
【００２２】
このエンジン１０は、それぞれの気筒毎に吸気バルブ２２と図示に現れない排気バルブとが備えられ、シリンダボディ１７に被着されたシリンダヘッド２３にはそれぞれの気筒毎に吸気ポート２４と図示にない排気ポートが形成されている。これらの吸気ポート２４と排気ポートとは動弁機構によって駆動される吸気バルブ２２と排気バルブとにそれぞれ適当なタイミングで開閉され、エンジン１０の後述吸気系または排気系と連通または遮断されることにより、所要のガス交換が遂行される。シリンダヘッド２３はヘッドカバー２６によって被覆されており、そのシリンダヘッド２３にはそれぞれの気筒毎に点火栓２５がねじ係合で装着されている。この点火栓２５による４サイクルエンジン１０の各気筒における点火は、後述する制御装置によって運転状態の検出値に基づいて演算された結果、予め設定されている基準点火時期に対して進角又は遅角した点火時期に実行される。
【００２３】
なお、図２には現れていないが、エンジン１０には、更にスロットルボディがスロットルバルブを内蔵して具備され、カウリング７内から吸入された外気がスロットルバルブで計量作用を受けながら吸気マニホールドに流入し、更にそこから、吸気管１３０（図３参照）を経て上記シリンダヘッド２３に形成された吸気ポート２４へ吸入されるように成っている。しかも、その途中で、吸気管１３０内においてインジェクタ３１から適当なタイミングで噴射される所定量の燃料と混合されて所望の空燃比の混合気を形成して各気筒で燃焼に供される。つまり、上述したスロットルバルブを内蔵したスロットルボディ、吸気マニホールド、吸気ポート２４等によってエンジン吸気系が形成されている。そして、吸気バルブ２２は開閉動作によって吸気系と各気筒のシリンダ１８との間を連通、遮断するものである。それぞれのシリンダ１８内で混合気の燃焼で発生した排気は図示にない排気バルブの開弁時に排気ポート、排気マニホールド等からなる排気系に流れ、そこから水中に排出される。
【００２４】
さて、各吸気バルブ２２は、シリンダヘッド２３に既述のように水平方向に摺動自在に保持され、スプリング３２によって閉弁側に付勢されている。同様に排気バルブもシリンダヘッド２３に水平方向に摺動自在に設けられ、対応のスプリングによって閉弁側に付勢されている。
【００２５】
他方、シリンダヘッド２３の左右、つまり図２に矢印Ｆで示す船外機の前方に向かって左右に吸気カム軸３３と排気カム軸（図２に現れていない）がクランク軸１２と平行に縦方向にそれぞれ配設されている。これらの吸気カム軸３３や排気カム軸はクランク軸１２と適宜のベルトプーリ機構などを介して同期回転可能に設けられ、かつそれぞれのカム軸３３等が吸気バルブ２２、排気バルブを開閉駆動するカムを装着、保持しており、図２には、本発明に関与する吸気バルブ２２を、バルブリフタ３７を介することにより開閉作動する吸気カム３３aが吸気カム軸３３に装着されている。
【００２６】
ここで、図３に明示するように上記吸気カム３３aは、カム作用部３３a１と非カム作用部３３a２とを有し、前者がバルブリフタ３７を押動すると吸気バルブ２２がスプリング３２に抗して開弁動作するものである。そして、この吸気カム軸３３に装着された吸気カム３３aは、ヘッドカバー２６に取着された燃料ポンプ１３１を揺動軸１５１に関して揺動可能な揺動アーム部材１５０を介してポンプ駆動し、吸気バルブ２２の開閉動作と協働して燃料を既述の燃料噴射弁３１に供給するように成っている。然しながら、燃料ポンプ１３１自体に関しては、本発明に直接的には関与しないので、ここではその構成、作用に就いては省略する。
【００２７】
ここで、吸排気バルブの開閉を駆動する動弁機構に就いて、吸気バルブ２２に基づき、以下に図２及び図４を参照しながら説明する。すなわち、船外機用エンジン１０においては、吸気カム軸３３の上端には可変カムタイミング機構（以下ＶＣＴ機構と記載する）４０が設けられており、このＶＣＴ機構４０によって吸気バルブ２２の閉弁タイミングがエンジン運転状態に応じて制御される。
【００２８】
ＶＣＴ機構４０は、油圧によって駆動されるもので、図示にないオイルポンプから圧送される所定圧のオイルはシリンダヘッド２３に形成された油路４１及びベアリングキャップ３５に形成された油路４２を経てオイルコントロールバルブ４３へと供給される。
【００２９】
このオイルコントロールバルブ４３に供給されたオイルは同オイルコントロールバルブ４３によって切り換えられて油路４４又は油路４５（図４参照）を通ってＶＣＴ機構４０に供給され、これによってＶＣＴ機構４０が駆動されて吸気バルブ２２の閉弁タイミングが制御される。
【００３０】
更に詳述すると、図４に明示するように、ＶＣＴ機構４０はハウジングとしての入力部材５５の内部にロータとしての出力部材５６を同心的かつ相対回転可能に収納して構成されている。スプロケット４７は吸気カム軸３３の上端に回動可能に支持され、ＶＣＴ機構４０の入力部材５５は、スプロケット４７の上面に適宜本数のねじボルトによって取着され、出力部材５６は吸気カム軸３３の上端外周に嵌合されてボルト５８によって吸気カム軸３３に取付けられている。
【００３１】
また、入力部材５５には、ボルト５８の取付孔５５aを塞ぐカバー３００が取付ボルト３０１等の取付部材又は該取付孔５５aへの嵌合によって被着されている。出力部材５６の外周には複数のベーンが略等角度ピッチで外向き放射状に一体に形成されており、それぞれのベーンは入力部材５５の内周面にシール部材を介して当接することによってその左右に油室Ｓ１、Ｓ２をそれぞれ画成している。
出力部材５６の上下には切欠円状の油溝６０、６１がそれぞれ形成されており、上方の油溝６０は出力部材５６に放射状に形成された油孔６２を介して一方の油室Ｓ１に連通しており、下方の油溝６１は出力部材５６に放射状に形成された油孔６３を介して他方の油室Ｓ２に連通している。
【００３２】
ここで先に図２を参照して記載したオイルコントロールバルブ４３はソレノイドバルブであり、シリンダ内で進退するバルブロッドにより油流方向を切り換えて油路４４又は油路４５を、油溝６８、６９を介して油路７０又は７１に選択的に連通し、それらの油路７０又は７１を通ってＶＣＴ機構４０の油室Ｓ１又はＳ２に選択的に供給される構成と成っている。
上述のようなＶＣＴ機構４０は、４サイクルエンジン１０が始動されてクランク軸１２が回転駆動されると、適宜のベルトプーリ機構を介してスプロケット４７へ回転が伝動され、従って入力部材５５がクランク軸１２の回転速度に対して所定の減速比の速度で回転駆動される。
【００３３】
ＶＣＴ機構４０の入力部材５５の回転は油室Ｓ１、Ｓ２内のオイルを介して出力部材５６に伝達され、出力部材５６が吸気カム軸と一体に回転する。そして、吸気カム軸３３が回転駆動されると、吸気カム軸に形成された吸気カム３３aによって吸気バルブ２２が適当なタイミングで開閉されるが、ＶＣＴ機構４０内の油室Ｓ１、Ｓ２にオイルを選択的に供給して出力部材５６を入力部材５５に対して相対回転させることにより、出力部材５６と一体に回転する吸気カム軸３３の位相を変化させ、吸気カム軸３３に形成された吸気カム３３aによって開閉される吸気バルブ２２の閉弁タイミングを制御することができるのである。
【００３４】
すなわち、ＶＣＴ機構４０の出力部材５６が入力部材５５に対して相対回転することによって該出力部材５６と一体に回転する吸気カム軸３３の位相が変化し、これによって吸気バルブ２２の閉弁タイミングが進角又は遅角され、その結果、吸入される空気（混合気）の量が調節可能に制御されるのである。
【００３５】
次に、本発明に係る船外機用エンジン１０に適用されて、クルージング運転時における風量、風向、波動その他の外的要因による船舶への負荷変動に起因した回転変動の自動抑制を遂行する回転変動制御システムの一例の構成に不可欠なエンジン制御装置に就いて、図５を参照して説明する。なお、図５に示すエンジン制御装置（ECU）は、既述したエンジン１０の運転状態を検出してそれぞれの気筒毎に行われる主としてエンジンの点火時期制御と、吸排気バルブの開閉、特に吸気バルブ２２のＶＣＴ制御とを遂行するシステムの形成に必須の各手段を備えた制御装置であり、以下に記載する各種の手段に加えて図示を省略した周知のROMやRAM等のメモリー手段、信号の入出を制御するインターフェース手段等も備えているものと理解すべきである。
【００３６】
さて、船外機用４サイクルエンジン１０に適用、具備される制御装置（ＥＣＵ）８０は、回転数演算手段８１、実カム角演算手段８２、目標カム角演算手段８３、ＯＣＶ（オイルコントロールバルブ）制御値演算手段８４、燃料噴射量制御手段８５、目標の点火時期を演算して点火栓に点火信号を送出、制御する点火時期演算手段８６、スロットル操作判定手段８７、運転状態判定手段８８、クルージング制御演算手段８９等を備えている。
【００３７】
制御装置８０には、運転状態検出手段９０から運転状態検出信号が入力される。運転状態検出手段９０は、スロットルバルブのバルブ位置を検出して検出信号を発するスロットルポジションセンサＳ１１、吸気圧センサＳ１２、油圧センサＳ１３、水温センサＳ１４、機温センサＳ１５、シフト操作レバー２００のシフト操作が遂行されていることを検出するシフトシフト操作検出手段Ｓ８８、中立、前進、後進等のシフト位置を検出するシフト位置検出手段Ｓ８９、Ａ／ＦセンサＳ１９、吸気温センサＳ２０等のそれぞれのセンサ等で構成される。
【００３８】
また、上述した運転状態検出手段９０の各種センサに加えて、第一のカム角センサＳ２１、第二のカム角センサＳ２２が設けられており、それぞれ、クランク軸１２の回転に関する基準タイミング信号、吸気カム軸３３に装着された吸気カム３３aのカムタイミング信号を検出する。
【００３９】
さて、制御装置８０の燃焼燃料噴射量制御手段８５は、第一のカム角センサＳ２１から回転数演算手段８１で演算されたエンジン回転数に基づき、運転状態判定手段８８で判定された運転状態に応じてインジェクタ３１からの燃料噴射量を制御する。
【００４０】
回転数演算手段８１には、カム角センサＳ２１からクランク軸１２の回転によって検出される基準タイミング信号が入力され、この基準タイミング信号に基づいてエンジン回転数ないし回転速度を演算する。実カム角演算手段８２には、第二のカム角センサＳ２２から吸気カム軸３３の回転によって検出される吸気カム３３aの実際のタイミング信号が入力され、そこで実カム角を演算し、運転状態判定手段８８を介して目標カム角演算手段８３へ送出する。
【００４１】
このとき、目標カム角演算手段８３は、運転状態判定手段８８による運転状態の判定を加味して上記実カム角に基づいた目標カム角を演算し、運転状態判定手段８８にフィードバックすると同時にOCV制御値演算手段８４を経てオイルコントロールバルブ４３を作動し、その結果、ＶＣＴ機構４０を経て吸気カム軸３３の吸気カム３３aの位相角度の変位制御を行うように成っている。そして、吸気カム３３aの位相角度制御を介して、吸気バルブ２２の閉弁タイミングが制御されるのである。
【００４２】
なお、排気カム軸３４に装着された排気カムを介して各気筒の排気バルブ５０が適正なタイミングで開閉され、気筒シリンダ１８から燃焼後の排気を排気系は排出することは、周知の通りである。
【００４３】
また、制御装置８０には、図示にないROM等の記憶手段に種々のエンジン運転状態に応じた基準点火時期等のマップ値やその他の基本的なエンジン制御データ等が予め記録されており、他方、運転状態検出手段９０の各種センサや検出手段類からの検出信号や、上記の第一、第二のカム角センサＳ２１、Ｓ２２等のそれぞれの信号がエンジン制御装置８０の運転状態判定手段８８へ入力されていることから、制御装置８０の点火時期演算手段８６が点火時期の補正値を演算し、上記マップ値と補正値とから、その運転状態における目標点火時期を演算し、演算値に従って点火信号を点火栓２５に送出して所望の進角又は遅角量下で点火栓２５を作動させる構成を有している。
【００４４】
そして、本発明は、運転状態検出手段９０におけるスロットルポジションセンサＳ１１、シフト操作検出手段Ｓ８８、シフト位置検出手段Ｓ８９並びに第一、第二のカム角センサＳ２１、Ｓ２２等の検出信号をエンジン制御装置８０への入力情報とし、同制御装置８０において、船外機用エンジン１０がクルージング運転モードにあると判定されているとき、既述した種々の外的要因に依って同エンジン１０に対する負荷変動が発生し、エンジン回転数ないし回転速度の維持に影響を生じると、直ちに反応して吸気バルブ２２の開閉弁タイミングをＶＣＴ機構４０によって加減調節することを介して吸入空気量（混合気量）を増減し、結果的に、エンジントルクを増減調節してエンジン回転数（回転速度）をクルージング回転に維持するように制御動作を遂行するものである。
【００４５】
すなわち、船舶の前進運転又は後進運転において、パイロットによるシフトレバー操作が所望のスロットル弁開閉位置で固定されているか否かスロットル操作判定手段８７で判定された結果、固定状態にあり、かつ、クランク軸１２の回転から検出される基準タイミング信号に基づいて回転数演算手段８１での演算結果から、エンジン１０の回転数が定常状態に維持されていると、運転状態判定手段８８を介してクルージング制御演算手段８９が継続しているクルージング回転数を維持するように制御開始指令を発するように構成されている。
【００４６】
このような制御開始指令に応じて、第二カム角センサＳ２２からのカムタイミング信号に基づいて実カム角演算手段８２、目標カム角演算手段８３、運転状態判定手段８８等による演算制御が遂行され、吸気バルブ２２の閉弁タイミングの目標値を求めて設定し、OCV制御値演算手段８４、ＶＣＴ駆動手段のオイルコントロールバルブ４３、ＶＣＴ機構４０、吸気カム軸３３等を介して吸気バルブ２２に対しＶＣＴ制御、すなわち、吸入空気量（吸入混合気量）を加減制御してエンジントルクを加減制御し、その結果、上述したエンジン定常回転状態からの回転変動を抑制する制御動作を遂行するものである。つまり、上述したエンジン制御装置８０における回転数演算手段８１からクルージング制御演算手段８９までの諸手段が、エンジン１０のクルージング運転時における回転変動制御システムの枢要部を形成し、究極的にＶＣＴ機構４０を介して回転変動制御のために、吸気バルブ２２の閉弁タイミングを制御する構成と成っているものである。
【００４７】
ここで、図６を参照すると、上述したエンジン制御装置８０によるエンジン１０のクルージング運転モードにおける外的要因に基づく回転変動の制御を行うための制御ルーチンを示すフローチャートが示されている。
【００４８】
同図６のフローチャートにおいて、回転変動の制御動作は、先ず、スロットル操作判定手段８７によるスロットル操作状態の判定によって開始される。つまり、エンジン１０の吸気系にスロットルバルブ（弁）がパイロットによるシフトレバー２００（図１参照）の操作で全閉位置と全開位置との間で開閉作動されているか否かの判定であり、例えば、所定の一定時間内におけるシフト操作検出手段Ｓ８８やスロットルポジションセンサＳ１１からの検出信号に基づいて判定される（ステップＳＴ１）。
【００４９】
スロットル弁が操作されている（YES）と判定されれば、エンジン１０がクルージング状態にないことを意味するから、クルージング制御モード値は停止（OFF）に設定されて、新たな回転変動制御ルーチンへ戻る（ステップＳＴ２）。
【００５０】
反対に、スロットル弁が操作されていない（NO）と判定されれば、ステップＳＴ３へ進んで、クルージング運転状態の判定が遂行される。すなわち、先のステップＳＴ１でスロットル弁が固定されていることが判定されているので、このステップＳＴ３では、エンジン１０の回転数ないし回転速度の定常性を見て、回転数演算手段８１により演算されるエンジン回転数が安定しているか否かを更に判定してクルージング運転状態を判定する。
【００５１】
クルージング運転状態と判定されると（ＹＥＳ）、更にステップＳＴ４に進んでエンジン制御装置８０がクルージング制御モードにあるか否かの判定が行われる。
他方、クルージング運転状態では無いと判定されると（ＮＯ）、エンジン１０は未だ加速または減速運転中と判断されて、クルージング時の回転変動制御ルーチンは新たなサイクルへ戻る。
【００５２】
さて、ステップＳＴ４でクルージング制御モードにあるか否かの判定がなされて、未だ制御モードに無い（ＯＦＦ）と判定されたときは、クルージング制御がこれから開始されることを意味するので、ステップＳＴ６〜ＳＴ８の諸演算が遂行される。すなわち、従前に予め定めた一定時間内におけるエンジン回転速数Ｎｅの平均値Ｎｅａｖｅを演算し（ステップＳＴ６）、この平均回転数Ｎｅａｖｅをクルージング運転の目標回転数Ｎｅ０として演算、設定する（ステップＳＴ７）。そして、この設定が完了すると、クルージング運転における回転変動制御を遂行すべく、クルージング運転モード値がＯＮにされ（ステップＳＴ８）、クルージング運転時における回転変動の抑制制御開始へとルーチンが進められる。つまり、先のステップＳＴ９へ進められる。
【００５３】
また、ステップＳＴ４でクルージング制御モードにある（ＯＮ）ことが判定されたときは、制御系がクルージング時の回転制御を遂行する制御モードにあることから、ステップＳＴ５は進んで、クルージング回転の目標回転数Ｎｅ０Ｎは、従前のエンジン回転速度Ｎｅ０Ｎ−１に演算設定されて記憶される（ステップＳＴ５）。そして、ステップＳＴ９へ進み、回転数演算手段８１からの演算値に基づいて、エンジン１０の現在回転数Ｎｅが演算される。演算終了後、ステップＳＴ１０へ進む。
【００５４】
次に、ステップＳＴ１０では、クルージング運転時における上記の目標回転数ないし回転速度Ne0とエンジン１０の現在回転数Neとの偏差ΔNe(=Ne0 - Ne)が演算される。この演算された回転数偏差ΔNeが、ステップＳＴ１１において、所定の回転数閾値Na又はNbと比較されることにより、クルージング運転時に風速、風量、風向き、波動状況等の強弱変化や方向変化等の外的要因による対エンジン負荷変動に起因した回転数変動の発生を検出し、ＶＣＴ機構４０によるＶＣＴ作動を行って、吸気バルブ２２の閉弁タイミングの加減調節を介してエンジントルク補正の要否を判定する。なお、上記の回転数閾値Na、Nbは、予めマップ値としてエンジン制御装置８０内のメモリーに登録、記憶されている。
【００５５】
ステップＳＴ１１の判定結果によってＶＣＴ作動によるエンジントルク制御が必要（YES）と判定されると、実カム角演算手段８２、運転状態判定手段８８、目標カム角演算手段８３、OCV制御値演算手段８４、ＶＣＴ機構駆動手段４３等の諸手段によってＶＣＴ目標値補正量の増減量、つまり吸気バルブ２２の閉弁タイミングの調節制御量が演算される（ステップＳＴ１２）。
【００５６】
次いで、上記に演算されたＶＣＴ目標補正量に基づく補正動作によりクルージング運転状態における回転数の変動が抑止されるか否かの判定を行う（ステップＳＴ１３）。つまり、ＶＣＴ目標値が回転変動の抑止に適しているか否かを判定するものであり、これは、吸気バルブ２２の閉弁タイミングをＶＣＴ目標値によって調節した結果、エンジン回転数ないし回転速度の変動が抑止傾向になるか否かによって判定される。ステップ１３の判定結果から、NO(不適)と判定されると、エンジントルク制御の幅を超える負荷変動があるものと判断し、クルージング制御モードは停止（OFF）される（ステップＳＴ１４）。
【００５７】
また、ステップ１３の判定結果から、YES(適)と判定されると、ステップＳＴ１５で、ＶＣＴ制御が収束状態にあるか否かが判定される。すなわち、ＶＣＴ制御によってクルージング時の回転数ないし回転速度が定常な状態に収束しているか否かを判定するものである（ステップＳＴ１５）。
【００５８】
ステップＳＴ１５における判定結果から、クルージング運転時のエンジン回転速度が安定し、ＶＣＴ制御が収束していると判定されると（YES）、既に前の回に実行された回転変動の抑止のためのＶＣＴ制御が完了されているものと判定する。故に制御系では、ステップＳＴ１２におけるＶＣＴ目標値補正量演算の結果得られた補正量に基づき、ＶＣＴ目標値を、マップ値を参照して補正するなり或いは前回制御のまま残存しているＶＣＴ目標値に対する偏差量を求めて該偏差量分の補正を遂行する（ステップＳＴ１６）。次いで回転変動制御ルーチンを一旦終了し、新たなクルージング運転時の回転変動抑止ルーチンに戻る。
【００５９】
さらに、ステップＳＴ１５おける判定結果から、ＶＣＴ制御が収束していないと判定されると（NO）、これはエンジンの回転速度ないし回転数の偏差ΔNeが既述の閾値NaまたはNbに対して超過状態にあり、そのためＶＣＴ制御が遂行されたが、未だその補正動作が継続し、未収束状態であることを意味している。故に、回転変動の抑止制御は、新たなＶＣＴ制御による補正を行うことなく、待機すべきものと判断して、新たな制御ルーチンへ戻る。
【００６０】
以上に本発明による典型的な実施に形態による船外機用エンジンのクルージング運転時における外的要因による負荷変動に起因した回転変動抑止の制御システムについて構成と作用とを詳述したが、本発明は、基本的にはクルージング運転時における外的要因の変化に起因した船外機用エンジンに対する負荷変動からエンジン回転変動が発生したとき、自動的に回転変動抑止の制御を遂行する制御システムを備えたことから、パイロットないし船舶運航者がシフトレバーを逐次的に調整、制御して回転速度の変化を抑止する煩瑣な操作性を解消して、操縦性の改善を図るものであるが、ここで、負荷変動による船外機用エンジンのトルクと回転数との関係に対する影響を図７に示してある。
【００６１】
同図７から、スロットル弁開度が２０％、４０％、６０％、８０％、１００％（スロットル全開：WOT）におけるそれぞれの対回転数トルク曲線において、船舶に対する負荷曲線が、例えば、向風の増加等で増加し、負荷曲線が、（A）曲線から(B)曲線へと変化した場合、例えば、スロットル弁開度４０％のトルク曲線上の点Pは負荷増加に従って点P'へと変位し、そのままでは、回転数の低下が発生する。そこで回転数を維持するためには、点線で示すトルク曲線上のP" へエンジントルクを増加補正するために、スロットル開度を調整する必要が生じる。本発明は、このようなエンジントルクの増加補正を、特にエンジンのクルージング中における負荷変動の影響をシフトレバーの人的操作を介することなく、自動的にトルク補正することで、操縦性の改善を図ったものである。
【００６２】
図８は、ＶＣＴ機構４０による吸気バルブ２２の閉弁タイミングの可変的に変更制御することによってエンジン１０のそれぞれのシリンダ１８への吸入空気量ないし吸入混合気量を増減したときのエンジン１０の出力トルクの変化量を示した特性曲線であり、エンジン１０の出力トルクが種々の回転速度において最適値となる吸気バルブの固定閉弁タイミングTopから遅角または進角制御すると、エンジン出力トルクを調整できることを示したトルク対吸気バルブ閉弁角度との関係を示す特性グラフ図であり、縦軸がトルクを表し、横軸は、吸気バルブ２２の閉弁タイミングを表している。
【００６３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明では、船外機用エンジンのクルージング運転時に外的要因による船舶に対する負荷変動の影響でエンジンのクルージング回転速度ないし回転速度に変動が発生すると、エンジン制御装置における回転変動抑止のための回転変動制御システムによる自動的な制御動作によってＶＣＴ機構を介して吸気弁の閉弁タイミングを遅角または進角制御し、エンジン出力トルクを可変的に増減調整し、エンジン回転数の変動を自動抑止するので、パイロット又は船舶運航者によるシフトレバー操作を介してスロットルバルブの弁開度を調整して出力トルク調整をする煩瑣性を解消し、その結果、船外機用エンジンの操作性を改善し得ると言う効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る船外機用エンジンの全体的構成を略示した側面図である。
【図２】船外機用エンジンの断面図である。
【図３】同エンジンの吸気系並びに燃料ポンプの配置を示した断面図である。
【図４】同エンジンの可変カムタイミング（ＶＣＴ）機構と吸気バルブの頭部構成を示す断面図である。
【図５】船外機用エンジンのクルージング運転時における負荷変動に起因したエンジン回転変動の抑止制御に適用されるエンジン制御装置と運転状態検出手段との構成を示したブロックダイアグラムである。
【図６】本発明に係る船外機用エンジンのクルージング運転時における負荷変動に起因したエンジン回転変動の抑止制御のフローチャートである。
【図７】エンジン回転数とエンジン出力トルクとの関係において船舶に対する負荷変動がエンジン回転速度ないし回転数にどのような影響を与えるかを説明するグラフ図である。
【図８】エンジン出力トルクと吸気バルブの下死点後の閉弁タイミングとの関係を示したグラフ図である。
【図９】（イ）、（ロ）は、エンジン回転数が種々異なる場合のエンジン出力トルクと吸気バルブの閉弁タイミングとの関係、トルク特性を示したグラフ図である。
【符号の説明】
１０：エンジン、１１：エキゾーストガイド、１２：クランク軸、
１３：ドライブ軸、１４：前後進切換機構、１５：プロペラ軸、
１６：プロペラ、１７：シリンダボディ、１８：シリンダ、１９：ピストン、
２０：コンロッド、２１：クランク室、２２：吸気バルブ、
２３：シリンダヘッド、２４：吸気ポート、２５：点火栓、２６：ヘッドカバー、
３１：インジェクタ、３２：スプリング、３３：吸気カム軸、３３a：吸気カム、３３a１：カム作用部、３３a２：非カム作用部、３５：ベアリングキャップ、
３７：バルブリフタ、４０：ＶＣＴ機構、４２：油路、
４３：オイルコントロールバルブ、４４：油路、４５：油路、
４７：スプロケット、５０：排気バルブ、５５：入力部材、５５a：取付孔
５６：出力部材、５８：ボルト、６０：油溝、６１：油溝、６２：油孔、
６３：油孔、Ｓ１：油室、Ｓ２：油室、６８：油溝、６９：油溝、７０：油路、
７１：油路、８０：エンジン制御装置、８１：回転数演算手段、
８２：実カム角演算手段、８３：目標カム角演算手段、８４：OCV制御演算手段、
８５：燃料噴射量制御手段、８６：点火時期演算手段、
８７：スロットル操作判定手段、８８：運転状態判定手段、
８９：クルージング制御演算手段、９０：運転状態検出手段、１００：船外機、
１０１：船体、１０１a：船尾板、１０２：クランプブラケット、
１０３：ダンパ部材、１０４：推進ユニット、１０５：スイベルブラケット、
１０６：チルト軸、１０７：カウリング、１０８：アッパーケース、
１０９：ロアーケース、１３１：燃料ポンプ、１５０：揺動アーム部材、
１５１：揺動軸、Ｓ１１：スロットルポジションセンサ、Ｓ１２：吸気圧センサ、Ｓ１３：油圧センサ、Ｓ１４：水温センサ、Ｓ１５：機温センサ、
Ｓ１９：A/Fセンサ、Ｓ２０：吸気温センサ、Ｓ２１：第一のカム角センサ、
Ｓ２２：第二のカム角センサ、Ｓ８８：シフト操作検出手段、
Ｓ８９：シフト位置検出手段。

Claims

クルージング運転時におけるエンジン回転変動を自動抑制する船外機用エンジンの回転変動制御システムであって、
クランク軸の回転検知信号に基づいて前記エンジン回転速度を演算するエンジン回転速度演算手段と、
スロットル弁が操作状態か否かを判定するスロットル操作判定手段と、
エンジン回転速度が定常状態か否かに応じてクルージング運転状態を判定するクルージング状態判定手段と、
クルージング運転状態での所定期間内のエンジン回転速度の平均値からクルージング回転速度を演算するクルージング制御演算手段と、
を具備して構成され、
前記スロットル操作判定手段によってスロットル弁が操作されていないと判定された場合には、前記クルージング状態判定手段による判定を行い、
前記クルージング状態判定手段によって、エンジンがクルージング運転状態であると判定された後に、前記クルージング回転速度に対する現在のエンジン回転速度の回転変動を解消するように吸気バルブの閉弁タイミングを進角、遅角制御し、
前記スロットル操作判定手段によってスロットル弁が操作されていると判定された場合には、前記クルージング状態判定手段の判定機能を停止することを特徴とする船外機用エンジンの回転変動制御システム。
前記閉弁タイミングは、前記エンジンの回転数が増加変動又は減少変動の傾向を呈することに応じて制御されることを特徴とする請求項１に記載の船外機用エンジンの回転変動制御システム。
前記閉弁タイミングは、前記クルージング回転速度と前記エンジンの回転速度との差が予め設定された回転数閾値と比較されることに応じて制御されることを特徴とする請求項１または２に記載の船外機用エンジンの回転変動制御システム。
前記閉弁タイミングの調節制御量を演算し、該調節制御量に基づく補正動作によりクルージング運転状態における回転数の変動が抑止されるか否かの判定を行い、該判定にて変動が抑止されないと判定した場合には、閉弁タイミングの制御を行わないことを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の船外機用エンジンの回転変動制御システム。
請求項１から請求項４の何れか一項に記載の回転変動制御システムを有したエンジンを具備してなる船外機。