JP4198515B2

JP4198515B2 - ジェット推進艇

Info

Publication number: JP4198515B2
Application number: JP2003118352A
Authority: JP
Inventors: 護浦木; 英樹杉山; 政彦土谷
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2003-04-23
Filing date: 2003-04-23
Publication date: 2008-12-17
Anticipated expiration: 2023-04-23
Also published as: JP2004324483A; US20060009095A1; US7048598B2; US20040229522A1; CA2464178C; CA2464178A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウォータジェットポンプで加圧、加速した水を後方の噴射口から噴射して、その反動によって推進するジェット推進艇に関する。特に、このウォータジェットポンプにおけるキャビテーション現象の発生を回避するためのジェット推進艇に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ウォータジェットバイクにおいては、キャビテーション現象の発生を防止するため、ウォータジェットポンプの回転数を制御している。
例えば、先行技術文献１には、操船者の経験や勘に頼ることなくウォータジェット船におけるキャビテーション現象の発生を回避するための発明が記載されている。この発明によれば、ウォータジェットポンプの目標回転数の入力を受けると、ウォータジェットポンプの実際のポンプ回転数ｂと、キャビテーション現象の発生限界を示すキャビテーション限界回転数ｊをポンプ回転数ｂに対応して算出し、これらキャビテーション限界回転数ｊと目標回転数ｋとのうち何れか小さい方を実用目標回転数ｍとして択一的に選択することで、実用目標回転数ｍと実際のポンプ回転数ｂとに基づいて、ウォータジェットポンプの回転数を操作する。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３２８５９１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ターボチャージャ（過給機）を搭載したウォータジェットバイク（ジェット推進艇）においては、ライダーがスロットルを全開にすると、ターボチャージャの過給圧が急激に上昇し、それに伴って、エンジンの回転数が急上昇することで、ウォータジェットバイクの出力向上や急加速を実現しているが、このターボチャージャの過給圧の急上昇に伴い、エンジンの回転数及びウォータジェットポンプの回転数が急上昇すると、ダクトを流れる水流の流速も同様に急上昇する。
このとき、ダクト内では、水圧が急激に低下するため、当該水圧が飽和蒸気圧曲線を超えて、常温でも気泡（キャビティ）が発生する（キャビテーション現象）。
【０００５】
この様子を図６で説明すると、スロットル（ＴＨ）開度が全開となると、エンジン（ＥＮＧ）回転数ＮＥがこれに伴って上昇する。このエンジン（ＥＮＧ）回転数の急上昇に追随する形で、ターボチャージャの目標過給圧も急上昇し、エンジン（ＥＮＧ）回転数は、さらに急上昇する。そして、エンジン（ＥＮＧ）回転数、または、エンジン回転数の上昇率がある値に達すると、キャビテーション（ハンチング）が発生する（図６のＡ部を参照）。
しかし、このようなキャビテーションが発生すると、本来は船を推進させるために使われるべき推力エネルギーが、水の気化エネルギー、ウォータジェットポンプのインペラの振動等の仕事で無駄に消費されてしまうため、エンジンの回転数が安定せず、エンジン出力のハンチングを引き起こすという問題点がある。
【０００６】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、キャビテーション現象、推進力のハンチングの発生を防止することができるジェット推進艇を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記の課題を解決すべくなされたもので、請求項１に記載の発明は、ウォータジェットポンプ（例えば、実施の形態におけるウォータジェットポンプ３０）で加圧、加速した水を後方の噴射口（例えば、実施の形態における噴射口３１）から噴射して、その反動によって推進するジェット推進艇（例えば、実施の形態におけるジェット推進艇１０）において、前記ウォータジェットポンプを駆動するエンジン（例えば、実施の形態におけるエンジン２０）に過給機（例えば、実施の形態におけるターボチャージャ２４）を設け、スロットルバルブの開度が全開となったとき、過給圧制御コマンドに前記エンジンの回転数に対応する本来の目標過給圧よりもよりも低い設定量を設定して過給圧の制御を開始し、その後、前記エンジンの回転数の上昇率が所定値以上の場合、及び前記エンジンの回転数が所定値を上回った場合の少なくとも一方となったときには、第一のタイマをセットし、この時点から一定時間だけ前記過給圧制御コマンドを前記設定量に保持することで、前記過給機の過給圧の上昇を遅延制御すると共に、前記第一のタイマによる一定時間経過後には、第二の制御として、当該時点における実過給圧及び目標過給圧に基づいて前記過給圧制御コマンドの設定復帰量を算出し、この設定復帰量を前記設定量に加算した加算値を前記過給圧制御コマンドに設定し、かつ第二のタイマをセットし、この時点から一定時間だけ前記過給圧制御コマンドを前記加算値に保持し、この第二の制御を実加給圧が安定するまで実行することを特徴とする。
【０００８】
このように構成することで、スロットルが全開となり、前記エンジンの回転数が急上昇し、前記エンジンの回転数の上昇率が所定値以上となった場合には、前記過給機の過給圧の上昇を遅延制御し、前記エンジンの回転数の上昇を抑えることができる。
同様に、スロットルが全開となり、前記エンジンの回転数が急上昇し、前記エンジンの回転数が所定値を上回った場合には、前記過給機の過給圧を抑制制御し、前記エンジンの回転数の急激な上昇を抑えることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明のジェット推進艇の一実施形態について説明する。図１は本実施形態のジェット推進艇を示す一部切り欠き側面図、図２は同じく平面図である。
これらの図（主として図１）に示すように、このジェット推進艇１０は、鞍乗り型小型船舶であり、艇体１１上のシート１２に乗員が座り、スロットルレバー付きの操舵ハンドル１３を握って操作して、エンジン２０のスロットルバルブ（図示せず）の開度を調整することで、エンジン２０の出力を調整する。
艇体１１は、ハル１４とデッキ１５とを接合して内部に空間１６を形成した浮体構造となっている。前記空間１６内において、ハル１４上には、エンジン２０が搭載され、このエンジン２０で駆動される推進手段としてのウォータジェットポンプ３０がハル１４の後部に設けられている。
【００１２】
ウォータジェットポンプ３０は、船底に開口した取水口１７から艇体後端に開口した噴流口３１およびディフレクタ３８に至るダクト１８内に配置されたインペラ３２を有しており、インペラ３２の駆動用のドライブシャフト２２がエンジン２０の出力軸２１にカプラ２１ａを介して連結されている。
したがって、エンジン２０によりカプラ２１ａおよびシャフト２２を介してインペラ３２が回転駆動されると、取水口１７から取り入れられた水が噴流口３１からディフレクタ３８を経て噴出され、これによって艇体１１が推進される。
エンジン２０の駆動回転数、すなわちウォータジェットポンプ３０による推進力は、前記操作ハンドル１３のスロットルレバ−１３ａ（図２参照）の回動操作によって操作される。ディフレクタ３８は、図示しない操作ワイヤーで操作ハンドル１３と連係されていて、ハンドル１３の操作で回動操作され、これによって艇体１１の進路を変更することができる。
【００１３】
図３は主としてエンジン２０を示す概略斜視図である。
このエンジン２０はＤＯＨＣ型で直列４気筒のドライサンプ式４サイクルエンジンであり、そのクランクシャフト（図１の出力軸２１参照）が挺体１１の前後方向に沿うように配置されている。
図１〜図３に示すように、艇体１１の進行方向Ｆに向かってエンジン２０の左側には、サージタンク４１とインタークーラ２２とが接続配置され、エンジン２０の右側には、排気マニホルド２３が接続配置されている。
エンジン２０の後方には、エンジン２０へ吸気を圧送するターボチャージャ（週給機）２４が配設されているとともに、エンジン２０の前方には、ターボチャージャ２４へパイプ２５を介して新気を導入するエアクリーナケース４０が配設されている。
ターボチャージャ２４のタービン部には排気マニホルド２３（図２参照）の排気出口が接続されている。また、ターボチャージャ２４のコンプレッサ部には前記インタークーラ２２がパイプ２２ａで接続され、インタークーラ２２にパイプ２１ｂでサージタンク４１が接続されている。したがって、エアクリーナケース４０からの新気はパイプ２５を介してターボチャージャ２４に供給され、そのコンプレッサ部で圧縮されてパイプ２２ａを介しインタークーラ２２へ供給されて冷却された後、サージタンク４１を介してエンジン２０へと供給されることとなる。
【００１４】
ターボチャージャ２４のタービン部にてタービンを回転させた排気は、第１排気管５１，転覆時の水の逆流（ターボチャージャ２４等への水の侵入）を防止するための逆流防止室５２，および第２排気管５３を通じてウォーターマフラ６０へと排出され、さらにウォーターマフラ６０から排気・排水管５４を経てウォータジェットポンプ３０による水流内へと排出される。
【００１５】
エンジン２０には、エンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ及びスロットルの開度を検出するスロットル開度センサがそれぞれ設けられる。また、ターボチャージャ２４には、過給圧を検出する過給圧センサが設けられる。エンジン回転数センサ、スロットル開度センサ、過給圧センサは、それぞれジェット推進艇１０の制御装置１００と接続される。これらセンサにおいて測定された実測値は、制御装置１００に対して、常時を出力される。
制御装置１００は、エンジン２０及びターボチャージャ２４等の制御を行うＥＣＵ（ＥｎｇｉｎｅＣｏｎｔｒｏｌｌＵｎｉｔ）である。
【００１６】
次に、図面を参照して、本実施形態のジェット推進艇の動作について説明する。図４は、主として、本実施形態のジェット推進艇におけるエンジン（ＥＮＧ）回転数ＮＥの時間変化を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸は時間（ｓｅｃ）、縦軸はエンジン回転数（ｒｐｍ）を示している。また、図５は、本実施形態のジェット推進艇における過給圧制御処理の流れを示すフローチャートである。
時間０においては、スロットルバルブのＴＨ開度が低いので、エンジン回転数ＮＥ、実過給圧ＰＣは、安定的に低い値に保たれている。このとき、エンジン回転数センサは、エンジン回転数ＮＥを測定し、制御装置１００に出力する。また、スロットル開度センサは、スロットルバルブのＴＨ開度を測定し、制御装置１００に出力する。
制御装置１００は、スロットルバルブのＴＨ開度の入力を受けて、制御装置１００のＲＯＭに予め書き込まれている目標過給圧ＰＯＢＪＮのプログラムマップに基づいて、入力されるエンジン回転数と対応する目標過給圧ＰＯＢＪＮを読み出して、この目標過給圧ＰＯＢＪＮに基づいて、ターボチャージャ２４の過給圧を制御する。このとき、エンジン回転数ＮＥが低いので、プログラムマップに基づいて読み出される目標過給圧ＰＯＢＪＮは、実過給圧ＰＣよりも高い値を取る。
【００１７】
今、ライダーが、スロットルレバー付きの操舵ハンドル１３を握ることで、エンジン２０のスロットルバルブのＴＨ開度が全開となったとする。このとき、エンジン回転数センサは、エンジン回転数ＮＥを測定し、制御装置１００に出力する。また、スロットル開度センサは、スロットルバルブのＴＨ開度（全開）を測定し、制御装置１００に出力する。制御装置１００は、スロットルバルブのＴＨ開度の入力を受けて、予め設定された設定値以上であるか否かを判定する（図５のステップＳ１）。なお、本実施形態においては、一例として、スロットルバルブの開度の設定値を全開としている。
制御装置１００は、このとき、スロットルバルブの開度が全開となったことをトリガとして（ステップＳ１でＹｅｓ）、ＲＯＭに記憶された過給圧の設定量１をセットして、当該設定量１に基づいて、ターボチャージャ２４の過給圧を制御する（ステップＳ２）。一方、スロットルバルブの開度が設定値に達していない場合（ステップＳ１でＮｏ）、再度、ステップＳ１を繰り返す。
この過給圧制御コマンドＷＣＭＤにおける設定量１は、本来、ターボチャージャ２４の制御に使用される目標過給圧よりも低い値に設定される。また、設定量１は、時間軸に対して固定の値を取る。
【００１８】
スロットル（ＴＨ）開度が全開となると、エンジン回転数ＮＥがこれに伴って上昇する。制御装置１００は、この上昇したエンジン回転数ＮＥに基づいて、目標過給圧ＰＯＢＪＮについてフィードバック制御を行う。すなわち、制御装置１００は、この上昇したエンジン回転数ＮＥと対応する目標過給圧ＰＯＢＪＮを算出する。
今、算出される目標過給圧ＰＯＢＪＮは、エンジン回転数ＮＥの急上昇に追随する形となる。
すなわち、エンジン回転数ＮＥとともに、ターボチャージャの目標過給圧ＰＯＢＪＮも急上昇するが、制御装置１００は、当該設定量１に基づいて、ターボチャージャ２４の過給圧を制御する。エンジン回転数センサは、この間、さらに、エンジン回転数ＮＥを測定し、制御装置１００に出力する。
制御装置１００は、入力されるエンジン回転数ＮＥが設定値以上であるか否かを判定する。エンジン回転数ＮＥが設定値（図４の設定ＮＥ１）に達すると（ステップＳ３でＹｅｓ）、これをトリガとしてタイマをセットし（ステップＳ５）、この時点から一定時間（ＴＩＭＥＲ１）だけ、さらに、当該設定量１に基づいて、ターボチャージャ２４の過給圧を制御する。
【００１９】
また、エンジン回転数ＮＥが設定値に達していない場合（ステップＳ３でＮｏ）、制御装置１００は、さらに、入力されるエンジン回転数ＮＥと経過時間とから、時間当たりのエンジン回転数ＮＥの上昇率を算出する。そして、算出したエンジン回転数ＮＥの上昇率が設定値に達すると（ステップＳ４でＹｅｓ）、御装置１００は、上記ステップＳ５と同様に、これをトリガとしてタイマをセットし（ステップＳ５）、この時点から一定時間（ＴＩＭＥＲ１）だけ、さらに、当該設定量１に基づいて、ターボチャージャ２４の過給圧を制御する。
一方、エンジン回転数ＮＥ、エンジン回転数の上昇率のいずれもが設定値に達していない場合は（ステップＳ４でＮｏ）、再度、ステップＳ３から繰り返す。
【００２０】
そして、タイマにより、エンジン回転数ＮＥ、あるいは、エンジン回転数ＮＥの上昇率が設定値に達してから、一定時間（ＴＩＭＥＲ１）だけ経過したと判定すると（ステップＳ６でＹｅｓ）、制御装置１００は、当該時点における実過給圧ＰＣ、目標過給圧ＰＯＢＪＮに基づいて、設定復帰量を算出する（ステップＳ７）。
そして、制御装置１００は、算出した設定復帰量を設定量１に加算し、この加算値をセットする（ステップＳ８）。そして、上記ステップＳ５と同様に、加算値セットをトリガとして、新たにタイマをセットし（ステップＳ９）、この時点から一定時間（ＴＩＭＥＲ２）だけ、さらに、当該加算値（設定量１+設定復帰量）に基づいて、ターボチャージャ２４の過給圧を制御する。
【００２１】
そして、タイマにより、前回加算値をセットしてから、一定時間（ＴＩＭＥＲ２）だけ経過したと判定すると（ステップＳ１０でＹｅｓ）、制御装置１００は、同様に、当該時点における実過給圧ＰＣ、目標過給圧ＰＯＢＪＮに基づいて、設定復帰量を算出し、算出した設定復帰量をさらに加算して、この加算値に基づいて、ターボチャージャ２４の過給圧を制御する。一方、一定時間（ＴＩＭＥＲ２）が経過するまでは（ステップＳ１０でＮｏ）、制御装置１００は、加算値に基づいて、ターボチャージャ２４の過給圧を制御する。
制御装置１００は、以上の処理を目標過給圧ＰＯＢＪＮに対して実過給圧ＰＣが安定するまで、例えば、設定復帰量の絶対値が設定値以下となるまで実行する。
【００２２】
このようなターボチャージャ２４の過給圧制御によって、エンジン回転数の上昇率は、確実に一定値以下に制限される。また、エンジン２０とウォータジェットポンプ３０とは、インペラ３２の駆動用のドライブシャフト２２がエンジン２０の出力軸２１にカプラ２１ａを介して連結されていることから、当該エンジン回転数に連動して、ウォータジェットポンプの回転数が決定される。
したがって、ウォータジェットポンプの回転数の許容上昇率が、ウォータジェットポンプにおけるキャビテーションの発生特性に基づいて決定されれば、上述したエンジン回転数の上昇率、または、エンジン回転数（設定ＮＥ１）を決定することができる。
そして、このようにタイマ値を設定することで、キャビテーションが発生するウォータジェットポンプの回転数の上昇率を回避することができる。
【００２３】
したがって、本実施形態のジェット推進艇によれば、ウォータジェットポンプ３０におけるキャビテーションの発生を防止することができ、推力エネルギーの無駄な消費を防止することができる効果が得られる。
また、キャビテーションの発生を防止することで、さらに、上述したような急加速時においても、図４のＡに示すように、エンジンの回転数を安定化させることができるため、振動の増大を抑制することができる効果が得られる。
【００２４】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において適宜変形実施可能である。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、スロットルが全開となり、前記エンジンの回転数が急上昇し、前記エンジンの回転数の上昇率が所定値以上となった場合には、前記過給機の過給圧の上昇を遅延制御し、前記エンジンの回転数の上昇率を抑えるので、キャビテーション現象の発生を防止することができる効果を得ることができる。
【００２６】
また、この発明によれば、スロットルが全開となり、前記エンジンの回転数が急上昇し、前記エンジンの回転数が所定値を上回った場合には、前記過給機の過給圧を抑制制御し、前記エンジンの回転数の急激な上昇を抑えるので、より確実にキャビテーション現象の発生を防止することができる効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態のジェット水艇の一部切り欠き側面図。
【図２】同じく平面図。
【図３】主としてエンジン及びターボチャージャを示す概略斜視図。
【図４】主として、エンジン回転数の時間変化を示すグラフ。
【図５】過給圧制御処理の流れを示すフローチャート。
【図６】従来のエンジン回転数の時間変化を示すグラフ。
【符号の説明】
１０…ジェット推進艇
２０…エンジン
２４…ターボチャージャ
３０…ウォータジェットポンプ
１００…制御装置

Claims

ウォータジェットポンプで加圧、加速した水を噴射して推進するジェット推進艇において、
前記ウォータジェットポンプを駆動するエンジンに過給機を設け、
スロットルバルブの開度が全開となったとき、過給圧制御コマンドに前記エンジンの回転数に対応する本来の目標過給圧よりもよりも低い設定量を設定して過給圧の制御を開始し、
その後、前記エンジンの回転数の上昇率が所定値以上の場合、及び前記エンジンの回転数が所定値を上回った場合の少なくとも一方となったときには、第一のタイマをセットし、この時点から一定時間だけ前記過給圧制御コマンドを前記設定量に保持することで、前記過給機の過給圧の上昇を遅延制御すると共に、
前記第一のタイマによる一定時間経過後には、第二の制御として、当該時点における実過給圧及び目標過給圧に基づいて前記過給圧制御コマンドの設定復帰量を算出し、この設定復帰量を前記設定量に加算した加算値を前記過給圧制御コマンドに設定し、かつ第二のタイマをセットし、この時点から一定時間だけ前記過給圧制御コマンドを前記加算値に保持し、この第二の制御を実加給圧が安定するまで実行することを特徴とするジェット推進艇。