JP4269034B2 - 船舶用エンジン - Google Patents
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Description
この発明は、燃焼室内に海水が混入したことを検出できる船舶用エンジンに関するものである。
従来、船舶に備えられる船外機は、船舶が海又は川を水上走行する使用環境から、自動車等の場合に比較してエンジンの駆動に用いられる燃料に水が入り易く、燃料に水が混入するとエンジンの機能を損ねる虞があるので、その虞を未然に防止するために燃料タンク等に水の混入を検知する装置を設けることが行われている。
このような水の混入を検知する装置として、特許文献１及び特許文献２に記載されたようなものがある。この特許文献１には、「マリンエンジンの燃料供給系に配設される燃料フィルタにおいて、燃料フィルタは、フィルタ本体と、該フィルタ本体に着脱自在に装着されるフィルタケースと、該フィルタケース内に配設されるフィルタ材と、該フィルタ材の下方に配設されるフロート式水検知センサとを備えたことを特徴とするマリンエンジンの燃料フィルタ。」が記載されている。
これによれば、「振動の影響による水の分離性能を低下させることなく、また、水位を正確に検出することができる。」と記載されている。
一方、特許文献２には、「内燃機関の気筒内の混合気が燃焼することにより生ずるイオンの量に応じたイオン電流を測定するイオン電流測定手段と、大気の湿度を検出する湿度検出手段と、前記湿度検出手段によって検出される湿度に応じて、前記イオン電流測定手段によって測定されるイオン電流値を補正する補正手段と、を具備する、内燃機関のイオン電流検出装置。」が記載されている。
これによれば、「湿度の変動にかかわらず、燃焼状態を正確に反映するイオン電流値を検出することが可能となる。」と記載されている。
特開２０００−２７７２３
特開２０００−０６４９３８
しかしながら、特許文献１に記載された発明では、燃料フィルタ内に設けられたフロートは船舶が水上走行している間に揺れるから、フロート式水検知センサは、海水が混入していない場合にも誤作動して混入しているとの検出結果を導出する虞がある。
また、特許文献２に記載された発明では、内燃機関の気筒内で混合気を燃焼するときに、気筒内のイオン電流を測定することにより空燃比を判断することが記載されている。しかし、船舶用エンジンにおいて、イオン電流を測定することにより海水混入の有無を判断する思想は何ら記載されていない。
そこで、この発明は、燃料中に海水が混入したことを早期かつ確実に判断できる船舶用エンジンを提供することを課題とする。
また、この発明の他の課題は、燃料中に海水が混入した場合に、船舶用エンジンが損害を被る前に操船者に対応を促すことができる船外機を提供することである。
かかる課題を達成するために、請求項１に記載の発明は、船舶用エンジンの燃焼室内で混合気が燃焼することによって生じるイオンの量をイオン電流値として検出するイオン電流検出手段と、該イオン電流検出手段で検出した前記イオン電流値を、予め定められた前記燃焼室内への海水混入時における海水混入電流値と比較して海水混入を判断する海水混入判断手段を備えた船舶用エンジンとしたことを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構成に加え、前記海水混入判断手段により、海水が混入していると判断された場合に、海水の混入を操船者に知らせる警告手段を備えたことを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の構成に加え、前記イオン電流検出手段が検出する前記イオン電流値に基づいて前記燃焼室内の燃焼状態を判定する燃焼状態判定手段と、該燃焼状態判定手段の判定結果に基づいてエンジン制御を行うエンジン制御手段とを備え、前記イオン電流値が前記海水混入電流値を超えると前記イオン電流値に基づく前記エンジン制御が停止されるように構成されたことを特徴とする。
請求項１に記載の発明によれば、イオン電流検出手段で検出したイオン電流値を海水混入時の海水混入電流値と比較して海水混入を判断する海水混入判断手段を備えたから、イオン電流値から、燃料に海水が混入したことを判断することになるので、誤作動の少ない確実な海水混入の有無の判断を行うことができる。特に、正常な燃料を燃焼室で燃焼させた場合のイオン電流値に比べて、海水分が混入した燃料を燃焼させた場合には、イオン電流値は異なる値となることから、海水混入の有無の判断を行うことができる。
請求項２に記載の発明によれば、海水混入判断手段により、海水が混入していると判断された場合に、海水の混入を操船者に知らせる警告手段を備えたことから、操船者が燃料への海水の混入を早期に確認することができるので、操船者は、海水による船舶用エンジンへの被害が大きくなる前に早期に対応することができる。
請求項３に記載の発明によれば、イオン電流検出手段が検出するイオン電流値に基づいて燃焼室内の燃焼状態を判定する燃焼状態判定手段と、燃焼状態判定手段の判定結果に基づいてエンジン制御を行うエンジン制御手段とを備え、イオン電流値が海水混入電流値を超えるとイオン電流値に基づくエンジン制御が停止されるように構成されたから、異常なイオン電流値に基づくエンジンの制御を行い続けることをなくすることができる。
以下、この発明の実施の形態について説明する。図１乃至図６には、この発明の実施の形態を示す。
まず構成を説明すると、図１で示すように、船外機１０の燃料補給経路は、船外機外の船内に配置された燃料タンク１１と配管１２を通して連通されている。この配管１２の途中に船舶用エンジン９（図３参照）の始動前に燃料タンク１１の燃料を手動で船舶用エンジン９へと供給するプライミングポンプ１３が配設されている。
また、船外機１０内は、配管１２を通る燃料を濾過する燃料フィルタ１４と、濾過された燃料を低圧で流動させる低圧燃料ポンプ１５とを備える。更に、船外機１０内は高圧燃料ポンプ１６を内蔵されて蒸気と燃料とを分離するベーパセパレータ１６と、分離された燃料が循環する左右バンク用の燃料レール１７と、循環した燃料を冷却する燃料クーラー１８と、各吸気管２０に一つ設けられて燃料を噴射するインジェクタ１９とを備えている。
その吸気管２０は、図２及び図３で示すように、先端部側に吸気チャンバ２１が設けられ、シリンダ９ａ側にスロットル弁２２ａを有するスロットルボディ２２が設けられている。この吸気管２０から吸気された空気は、インジェクタ１９から燃料が噴射されることにより混合気となって船舶用エンジン９内の燃焼室３８（図５参照）内に吸気されて燃焼される。
船外機１０の船舶用エンジン９には、図４の回路構成を示したブロック図に示すように、イオン電流システム５０が設けられている。このイオン電流システム５０は、イオン電流検出ユニット３０と、エンジン制御ユニット３７とを備えている。イオン電流検出ユニット３０は、イオン電流電源３４と、燃焼室３８（図５参照）内のイオン電流を検出するイオン電流検出手段としてのイオン電流検出回路３５と、このイオン電流検出回路３５の情報を信号処理する信号処理回路３６とを備えている。この一方で、エンジン制御ユニット３７は、海水混入判断手段３７ａ、燃焼状態判定手段３７ｂ及びエンジン制御手段３７ｃとを備える。
海水混入判断手段３７ａは、イオン電流検出回路３５で検出したイオン電流値Ｉを、予め定められた燃焼室３８内への海水混入時における海水混入電流値Ｉ１と比較して海水が混入されたか否かを判断する。
イオン電流システム５０を備えた制御システムにおいてはエンジン制御ユニット３７から、点火信号が点火ユニット３２に出されると、点火コイル一次巻線３１ａに電流が流れた後に遮断され、点火コイル二次巻線３１ｂに高電圧が誘起され、その結果、点火プラグ３３に火花放電が起こる。すなわち、図４で示すように、点火プラグ３３の中心電極３３ａにプラス極性の高電圧が印加されることにより、中心電極３３ａと燃焼室壁３３ｂとの間で火花放電が起こる。
点火プラグ３３に火花放電が起こると、図５で示すように、燃焼室３８内の混合気に着火して燃焼し、その混合気はイオン化し、点火プラグ３３の中心電極３３ａと燃焼室壁３３ｂ間が導電性を有するようになる。この状態でイオン電流電源３４により点火プラグ３３の中心電極３３ａと燃焼室壁３３ｂ間には電圧が印加されているから、燃焼室３８内では、マイナスイオンが中心電極３３ａに引寄せられ、プラスイオンが燃焼室壁３３ｂに引寄せられて、イオン電流が流れる。すなわち、このイオン電流は、図５で示すように、イオン電流電源３４の正極からイオン電流検出回路３５、中心電極３３ａ、燃焼室壁３３ｂを介して、イオン電流電源３４の負極へと流れる。
イオン電流検出回路３５で検出された燃焼室３８内におけるイオン電流の検出結果は、信号処理回路３６へと送信され、イオン電流検出回路３５で検出したイオン電流値Ｉを、海水が混入された場合のイオン電流値Ｉ１と比較して、海水が混入されたと判断する場合には、海水が混入したことをエンジン制御ユニット３７に送信する。
海水が混入していないときのイオン電流の波形は、図６（ａ）で示すようになっているが、海水が混入したときのイオン電流の波形は、図６（ｂ）で示すように予め定められた燃焼室３８内への海水混入時における閾値である海水混入電流値Ｉ１より高い所定の高さで表されることになる。
エンジン制御ユニット３７は、海水が混入していると判断された場合に、海水の混入を操船者に知らせるために、メーター内に設けられる警告手段である海水混入警告灯３９を点灯させる。
海水混入警告灯３９は、イオン電流値Ｉより判断される海水混入の程度に応じて複数の種類の警告が設けられており、図示しない船体に設けられた表示パネルには、操船者に対して図示しない水分離装置を操作するように指示が出される。そして、海水混入の有無、海水混入の頻度が自己診断システムに記憶される。海水混入の程度に応じた複数種類の警告は、海水混入警告灯３９の点灯範囲や、音の大小によって異なるように構成されている。
また、エンジン制御ユニット３７には、検出されたイオン電流値Ｉに基づいてノック制御、点火時期制御、燃料噴射制御などのエンジン制御を行うことも可能である。この場合、エンジン制御ユニット３７は、イオン電流値Ｉが異常な値となると、イオン電流値Ｉに基づく船舶用エンジン９の制御を停止するように構成されている。すなわち、エンジン制御ユニット３７は、イオン電流検出回路３５が検出するイオン電流値Ｉに基づいて燃焼室３８内の燃焼状態を判定する燃焼状態判定手段３７ｂと、燃焼状態判定手段３７ｂの判定結果に基づいてエンジン制御を行うエンジン制御手段３７ｃとが備えられている。そして、燃焼状態判定手段３７ｂはイオン電流検出回路３５が検出するイオン電流値Ｉに基づいて燃焼室３８内の燃焼状態を判定し、エンジン制御手段３７ｃは、燃焼状態判定手段３７ｂの判定結果に基づいて船舶用エンジン９の運転状態を制御し、イオン電流検出回路３５の検出するイオン電流値Ｉが海水混入電流値Ｉ１を超えると、そのイオン電流値Ｉに基づく船舶用エンジン９の制御が停止される。
従って、エンジン制御ユニット３７は、イオン電流検出回路３６によって検出されたイオン電流値Ｉに基づいて実行されるノック制御は停止し、またイオン電流値Ｉに基づいて制御される燃料噴射制御などのエンジン制御は、イオン電流値Ｉを用いない制御に切替える。
このような船外機１０によれば、イオン電流検出回路３５で検出したイオン電流値Ｉを海水混入時の海水混入電流値Ｉ１と比較して海水混入を判断する海水混入判断手段３７ａを備えたから、イオン電流値Ｉから船舶用エンジン９内への海水の混入を検出するので、誤作動の少ない確実な海水混入の検出を行うことができる。
また、海水混入判断手段３７ａは、海水が混入していると判断された場合に、海水の混入を操船者に知らせる海水混入警告灯３９を備えたことから、操船者が燃料への海水の混入を早期に確認することができるので、操船者は、海水による船舶用エンジン９への被害が大きくなる前に早期に対応することができる。
さらに、燃焼状態判定手段３７ｂによりイオン電流値Ｉが海水混入電流値Ｉ１を超えると判定されると、エンジン制御手段３７ｃによりイオン電流値Ｉに基づく船舶用エンジン９の制御が停止され又は切替えられるので、異常なイオン電流値に基づいて船舶用エンジン９の制御を行い続けることをなくすことができる。
また、他の手段又は部品を付加することなく、燃料への海水混入を検出することができ、コストの低減を図ることができる。
なお、この発明の実施の形態では、海水混入判断手段３７ａはイオン電流値Ｉそのものから海水混入の判定を行っていたが、上記実施の形態に限らず、イオン電流値Ｉを時間又はクランク角に関連させて演算処理した値、又はその他の演算処理を行った値を用いて海水混入の判断を行えるように構成しても良い。また、海水混入判断手段３７ａの判定値は、一つのレベルではなく、海水混入の程度に合わせて数段階の判定値を設定しても良く、通常時の値に乗ずる係数で設定しても良い。さらに、海水混入判断手段３７ａは、イオン電流値Ｉ若しくはイオン電流の演算値を海水混入判定値と比較した場合の大小関係、判定値を超える回数、又は判定値を超える時間間隔等により判定しても良い。
また、この発明の実施の形態では、燃焼状態判定手段３７ｂおよび海水混入判断手段３７ａはエンジン制御ユニット３７内に設けているが、イオン電流検出ユニット３０内に設けても良い。
また、この発明の実施の形態では、海水混入警告灯３９を設けて、操船者に海水混入を警告するものであったが、上記実施の形態に限らず、他の異常を示す警告灯を利用して異常を知らせるようにしても良い。さらに、この発明の実施の形態では、海水が混入した場合に、操船者に対して水分離装置を駆動させるように処置を促すことになっているが、上記実施の形態に限らず、水分離装置に関連する箇所の処置を促すように構成しても良い。さらにまた、海水混入の程度に合わせて、警告の態様を複数種類設けても良い。
さらに、この発明の実施の形態では、海水が混入されていた場合に、燃焼状態判定手段３７ｂの制御を停止させていたが、上記実施の形態に限らず、海水混入信号の程度に応じて制御内容を複数種類設けることができる。
また、この発明の実施の形態では、燃料に対して海水が混入された場合について海水混入判断手段３７ａが海水混入を判断するが、上記実施の形態に限らず、吸気管２０から導入される吸気に海水が混入した場合にも海水混入判断手段３７ａが海水混入を判断するようにすることもできる。
9 船舶用エンジン
10 船外機
35 イオン電流検出回路
37a 燃焼状態判定手段
37b 海水混入判断手段
37c エンジン制御手段
38 燃焼室
10 船外機
35 イオン電流検出回路
37a 燃焼状態判定手段
37b 海水混入判断手段
37c エンジン制御手段
38 燃焼室
Claims (3)
- 船舶用エンジンの燃焼室内で混合気が燃焼することによって生じるイオンの量をイオン電流値として検出するイオン電流検出手段と、
該イオン電流検出手段で検出した前記イオン電流値を、予め定められた前記燃焼室内への海水混入時における海水混入電流値と比較して海水混入を判断する海水混入判断手段を備えたことを特徴とする船舶用エンジン。 - 前記海水混入判断手段により、海水が混入していると判断された場合に、海水の混入を操船者に知らせる警告手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の船舶用エンジン。
- 前記イオン電流検出手段が検出する前記イオン電流値に基づいて前記燃焼室内の燃焼状態を判定する燃焼状態判定手段と、該燃焼状態判定手段の判定結果に基づいてエンジン制御を行うエンジン制御手段とを備え、前記イオン電流値が前記海水混入電流値を超えると前記イオン電流値に基づく前記エンジン制御が停止されるように構成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の船舶用エンジン。
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