JP5167023B2 - 舶用推進機 - Google Patents

Description

この発明は、舶用推進機に関し、特に、ベーパセパレータタンクと吸気系とを接続するベーパ逃し経路の途中に設けられたバルブを備えた舶用推進機に関する。

従来、ベーパセパレータタンクと吸気系とを接続するベーパ逃し経路の途中に設けられたバルブを備えた船外機（舶用推進機）が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１の船外機では、エンジンの停止中にはバルブを閉じ、エンジンの始動時にバルブを徐々に開くようにバルブがエンジンコントロールユニットにより制御されるように構成されている。これにより、運転時においては、温度が上昇したベーパセパレータタンク内で発生する燃料の蒸気（ベーパ）が吸気系に逃されるので、ベーパを燃焼させることが可能であるとともに、エンジンの停止時には、ベーパが外部に放出されるのを抑制することが可能である。

特開２００５−０４２７０６号公報

しかしながら、上記のように、エンジンの停止中にはバルブを閉じ、エンジンの始動時にバルブを徐々に開く場合には、以下のような問題点がある。すなわち、船舶の運転後にエンジンを停止し、エンジンの温度が高い状態で再度エンジンを始動して運転を行う場合には、エンジンの停止時において、高温のエンジンの輻射熱を受けてベーパセパレータタンク内の燃料の温度が上昇し、ベーパセパレータタンク内でベーパが発生する。この状態でエンジンを始動した場合に、バルブを速く開き過ぎた場合には、ベーパセパレータタンク内のベーパがベーパ逃し経路および吸気系を介して一度にエンジンに吸入されてしまうので、エンジンにおける空気と燃料との混合気の空燃比が燃料リッチの状態となり、その結果、エンジンがストール（いわゆるエンスト）してしまうという問題点がある。また、バルブを速く開き過ぎた場合には、ベーパセパレータタンク内の圧力が急激に低下するので、ベーパセパレータタンク内の燃料が減圧沸騰により泡立ってしまう。この場合には、燃料噴射装置に燃料を輸送するポンプ部が燃料の泡を吸ってしまうので、ポンプ部が正常に作動しなくなり、これによっても、エンジンがストールしてしまうという問題点がある。また、バルブを遅く開き過ぎた場合には、ベーパによるベーパセパレータタンク内の圧力が下がらないので、ベーパセパレータタンク内の圧力が大きいことに起因して、ベーパセパレータタンクに燃料を新たに輸送することが困難となる。この場合には、運転中にベーパセパレータタンク内の燃料がなくなってしまうので、この場合にも、エンジンがストールしてしまうという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、エンジンの始動時に、エンジンがストールするのを抑制することが可能な舶用推進機を提供することである。

課題を解決するための手段および発明の効果

この発明の一の局面による舶用推進機は、エンジンと、エンジンに燃料を噴射する燃料噴射装置と、エンジンに供給する空気の空気通路を含む吸気系と、エンジンに供給される燃料の蒸気を液体の燃料と分離するためのベーパセパレータタンクと、ベーパセパレータタンクから燃料を燃料噴射装置に輸送するポンプ部と、燃料噴射装置とポンプ部とを接続する配管と、ベーパセパレータタンクと吸気系とを接続するベーパ逃し経路の途中に設けられたバルブと、バルブの開度を制御するエンジンコントロールユニットとを備え、エンジンの始動時に、エンジンコントロールユニットは、少なくとも配管内の燃料の圧力に基づいて設定されたバルブの開速度に基づき、バルブの開度を制御するように構成されている。なお、本発明の「エンジンの始動時」とは、エンジンを始動する際および始動した直後のみならず、エンジンを始動した後の通常運転状態に至るまでの期間も含む広い概念である。

この一の局面による舶用推進機では、上記のように、少なくとも配管内の燃料の圧力に基づいて設定されたバルブの開速度に基づきバルブの開度を制御することによって、配管内の燃料の圧力が低下しないようにバルブを開くことができる。これにより、配管内の燃料の圧力が低下することに起因してエンジンがストールしてしまうのを抑制することができる。すなわち、ポンプ部がベーパセパレータタンク内の減圧沸騰により泡立ってしまった燃料を吸うこと（いわゆる、エア噛み）に起因してポンプ部が正常に作動しなくなった場合には、配管内の燃料の圧力が低くなるので、配管内の燃料の圧力に基づいてバルブの開度を設定することによって、エア噛みに起因してエンジンがストールしてしまうのを抑制することができる。また、ベーパセパレータタンク内の燃料がなくなってしまった場合（いわゆる、燃欠の場合）にも、配管内の燃料の圧力が低くなるので、配管内の燃料の圧力に基づいてバルブの開度を設定することによって、燃欠に起因してエンジンがストールしてしまうのを抑制することができる。

上記一の局面による舶用推進機において、好ましくは、エンジンの始動時に、エンジンコントロールユニットは、配管内の燃料の圧力に加えて、エンジンに供給される燃料と空気との混合気の空燃比にも基づいて設定された開速度に基づき、バルブの開度を制御するように構成されている。このように構成すれば、バルブの開度が配管内の燃料の圧力に加えて空燃比にも基づいて適切に制御されることにより、エンジンに供給される混合気の空燃比が燃料リッチの状態になり過ぎるのを抑制することができる。これにより、空燃比が燃料リッチの状態になり過ぎることに起因してエンジンがストールするのも抑制することができる。

上記一の局面による舶用推進機において、好ましくは、エンジンの始動時に、エンジンコントロールユニットは、配管内の燃料の圧力に加えて、ベーパセパレータタンク内の燃料の残量にも基づいて設定された開速度に基づき、バルブの開度を制御するように構成されている。このように構成すれば、バルブ開度が配管内の燃料の圧力に加えて燃料の残量にも基づいて制御されることにより、配管内の燃料の圧力が低くなっている場合に、ベーパセパレータタンク内の燃料の残量が多い場合には、配管内の燃料の圧力が低くなった原因がエア噛みであると判断することができる。また、配管内の燃料の圧力が低くなっている場合に、ベーパセパレータタンク内の燃料の残量が少ない場合には、配管内の燃料の圧力が低くなった原因が燃欠であると判断することができる。このように、配管内の燃料の圧力が低くなった原因を判断することによって、バルブの開速度をより適切に設定することができるので、エンジンがストールするのをより抑制することができる。

上記一の局面による舶用推進機において、好ましくは、エンジンコントロールユニットは、予め配管内の燃料の圧力に基づいて設定されたバルブの開速度を記憶する記憶部を有しており、エンジンの始動時に、エンジンコントロールユニットは、記憶部に記憶された開速度に基づいて、バルブの開度を制御するように構成されている。このように構成すれば、少なくとも配管内の燃料の圧力が低下しないようなバルブの開速度の設定値を実験により求めておき、その設定値に基づいてバルブの開度が制御されるので、センサなどを設けることなく、エンジンがストールしないように容易にバルブの開度を制御することができる。

この場合、好ましくは、エンジンの始動時に、エンジンコントロールユニットは、記憶部に記憶された開速度になるように所定のパルス間隔でバルブを開くようにバルブの開度を制御するように構成されている。このように構成すれば、バルブの開度の制御を容易に行うことができる。

上記一の局面による舶用推進機において、好ましくは、バルブの開閉に関する値は、バルブの開き具合であり、配管内の燃料の圧力を検出する燃圧センサをさらに備え、エンジンの始動時に、エンジンコントロールユニットは、燃圧センサにより配管内の燃料の圧力を検出するとともに、少なくとも燃圧センサの検出値に基づいて、バルブの開速度を補正することにより、バルブの開度を制御するように構成されている。このように構成すれば、配管内の燃料の圧力が低下しないようにリアルタイムでバルブの開度を制御することができる。

上記燃圧センサを備えた構成において、好ましくは、エンジンに供給される燃料と空気との混合気の空燃比を検出する空燃比センサをさらに備え、エンジンの始動時に、エンジンコントロールユニットは、燃圧センサの検出値に加えて、空燃比センサの検出値にも基づいて、バルブの開速度を補正することにより、バルブの開度を制御するように構成されている。このように構成すれば、ベーパセパレータタンク内のベーパを吸気系に逃すことに起因して空燃比が燃料リッチの状態になり過ぎないようにリアルタイムでバルブの開度を制御することができる。

上記燃圧センサを備えた構成において、好ましくは、ベーパセパレータタンク内の燃料の残量を検出する残量センサをさらに備え、エンジンの始動時に、エンジンコントロールユニットは、燃圧センサの検出値に加えて、残量センサの検出値にも基づいて、バルブの開速度を補正することにより、バルブの開度を制御するように構成されている。このように構成すれば、バルブ開度が配管内の燃料の圧力に加えて燃料の残量にも基づいて制御されることにより、配管内の燃料の圧力が低くなっている場合に、ベーパセパレータタンク内の燃料の残量が多い場合には、配管内の燃料の圧力が低くなった原因がエア噛みであると判断することができる。また、配管内の燃料の圧力が低くなっている場合に、ベーパセパレータタンク内の燃料の残量が少ない場合には、配管内の燃料の圧力が低くなった原因が燃欠であると判断することができる。このように、配管内の燃料の圧力が低くなった原因を判断することによって、バルブの開き具合をより適切に設定することができるので、エンジンがストールするのをより抑制することができる。

上記燃圧センサを備えた構成において、好ましくは、ベーパセパレータタンク内の燃料の温度を検出する燃料温度センサをさらに備え、エンジンの始動時に、エンジンコントロールユニットは、燃料温度センサによりベーパセパレータタンク内の燃料の温度を検出するとともに、ベーパセパレータタンク内の燃料の温度が所定の温度以上の場合に、少なくとも検出された燃圧センサの検出値に基づいて、バルブの開度を制御するように構成されている。このように構成すれば、ベーパセパレータタンク内の燃料の温度が高く、ベーパが多く発生している場合に、そのベーパに起因してエンジンがストールしないようにバルブの開度を制御することができる。

上記燃圧センサを備えた構成において、好ましくは、ベーパセパレータタンク内の内圧を検出するベーパセパレータタンク内圧センサをさらに備え、エンジンの始動時に、エンジンコントロールユニットは、ベーパセパレータタンク内圧センサによりベーパセパレータタンク内の内圧を検出するとともに、ベーパセパレータタンク内の内圧が所定の圧力より低い場合に、少なくとも燃圧センサの検出値に基づいて、バルブの開度を制御するように構成されている。このように構成すれば、ベーパセパレータタンク内の内圧が低く、ベーパが多く発生している場合に、そのベーパに起因してエンジンがストールしないようにバルブの開度を制御することができる。

上記燃圧センサを備えた構成において、好ましくは、エンジンの始動時に、エンジンコントロールユニットは、所定の時間毎に燃圧センサにより配管内の燃料の圧力を検出するとともに、少なくとも検出された燃圧センサの検出値に基づいて、バルブの開速度を補正することにより、バルブの開度を制御するように構成されている。このように構成すれば、舶用推進機の状態に対応した開度になるように、バルブの開度をリアルタイムに設定することができる。

この場合、好ましくは、エンジンの始動時に、エンジンコントロールユニットは、所定の時間毎にバルブの開度を増加させ、または減少させ、または開度を保持させてバルブの開速度を補正することにより、バルブの開度を制御するように構成されている。このように構成すれば、エンジンがストールしないようにバルブの開度をリアルタイムで適切に制御することができる。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による船外機の全体構成を示す側面図である。図２〜図７は、図１に示した船外機のエンジン部の詳細構造を説明するための図である。まず、図１〜図７を参照して、本発明の第１実施形態による船外機１の構造を説明する。

図１に示すように、船外機１は、エンジン部２と、エンジン部２の駆動力により回転され、鉛直方向（Ｚ方向）に延びるドライブ軸３と、ドライブ軸３の下端と接続された前後進切換機構４と、前後進切換機構４と接続され、水平方向に延びるプロペラ軸５と、プロペラ軸５の後端部に取り付けられたプロペラ６とを備えている。また、エンジン部２は、カウリング７内に収納されている。カウリング７の下方に配置されたアッパーケース８およびロアーケース９内には、ドライブ軸３、前後進切換機構４およびプロペラ軸５が収納されている。また、船外機１は船体１００の後進方向（矢印Ａ方向）側に設けられた船尾板１０１にクランプブラケット１０を介して取り付けられている。クランプブラケット１０は、船外機１をチルト軸１０ａを中心に船体１００に対して上下に揺動可能に支持している。また、船体１００には、燃料（ガソリン）を貯留するための燃料タンク１０２が設けられている。燃料タンク１０２と船外機１のエンジン部２とは、図示しない燃料管によって接続されており、船外機１のエンジン部２は燃料タンク１０２から供給される燃料を用いて駆動される。エンジン部２の駆動力によりプロペラ６が回転されるとともに、前後進切換機構４によりプロペラ６の回転方向が切り替えられることにより、船体１００は前進方向（矢印Ｂ方向）または後進方向（矢印Ａ方向）に推進される。また、カウリング７の後進方向（矢印Ａ方向）側の側部には通気穴７ａが設けられており、エンジン部２に供給される空気は通気穴７ａを介してカウリング７内のエンジン部２に取り込まれる。

図２〜図６に示すように、エンジン部２は、エンジン本体２０と、エンジン本体２０に空気を供給するための吸気系３０と、エンジン本体２０に燃料を供給する燃料系４０と、ＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）５０（図５および図６参照）とを含んでいる。なお、エンジン本体２０およびＥＣＵ５０は、それぞれ、本発明の「エンジン」および「エンジンコントロールユニット」の一例である。

図３に示すように、エンジン本体２０は、上下方向（図２のＺ方向）に並んだ３つのシリンダ２１と、各シリンダ２１内を水平方向に往復移動するピストン２２とを含んでいる。ピストン２２はコンロッド２３を介して上下方向（Ｚ方向）に延びるクランク軸２４に接続されている。ピストン２２の水平方向の往復運動は、コンロッド２３およびクランク軸２４により回転運動に変換される。クランク軸２４の下端部はドライブ軸３（図１参照）と接続されている。また、図２に示すように、クランク軸２４の回転は、クランク軸２４の上部に固定されたプーリ（図示せず）と、ベルト２５と、カム軸２６（図３参照）に固定されたプーリ２７とによりカム軸２６に伝達されるように構成されている。カム軸２６の回転により、各シリンダ２１の吸気バルブ２８ａおよび排気バルブ２８ｂが所定のタイミングで駆動される。また、排気バルブ２８ｂから排気された排気ガスは、排気通路２９を介して外部に放出される。また、図５に示すように、クランク軸２４の近傍にはクランク角センサ２４ａが取り付けられており、クランク角センサ２４ａの出力値に基づいて、ＥＣＵ５０はエンジン回転数を算出することが可能である。

図２〜図４に示すように、吸気系３０は、エンジン本体２０の側方にエンジン本体２０の前進方向（矢印Ｂ方向）に向かって右側の側部に沿って配置されている。吸気系３０は、前進方向（矢印Ｂ方向）側に配置されるとともに吸気口３１ａ（図３参照）を有するサイレンサケース３１と、サイレンサケース３１と接続されたスロットルボディ３２と、スロットルボディ３２と接続されたサージタンク３３と、サージタンク３３から延びるとともに、エンジン本体２０の３つのシリンダ２１の各吸気口にそれぞれ接続される３本の吸気管３４とを含んでいる。スロットルボディ３２は、サージタンク３３およびサイレンサケース３１とネジ１５０を介して連結されている。

図３〜図５に示すように、スロットルボディ３２は樹脂または金属により形成されており、円筒状の空気通路３２ａを有している。この空気通路３２ａにバタフライ式のスロットルバルブ３２ｂが設けられている。また、図５に示すように、スロットルボディ３２には、空気通路３２ａのスロットルバルブ３２ｂに対して上流側と下流側とを接続するバイパス空気通路３２ｃが一体的に設けられている。このバイパス空気通路３２ｃにより、スロットルバルブ３２ｂの全閉状態におけるアイドリング状態の空気流量が確保される。

図５に示すように、スロットルボディ３２の上部には、インジェクタ４５の燃料噴射量を制御するための３つのセンサ（スロットル開度センサ３５、吸気圧センサ３６および吸気温センサ３７）と、アイドリング時の空気流量を調整するためのアイドルスピードコントロールユニット３８（以下、ＩＳＣユニット３８）とが取り付けられている。ＩＳＣユニット３８は、バイパス空気通路３２ｃの途中に配置されており、バイパス空気通路３２ｃを通る空気の流量を制御し、アイドリング時のエンジン回転数を制御するために設けられている。

図２〜図５に示すように、燃料系４０は、船体１００に配置された燃料タンク１０２（図１および図５参照）と接続されたフィルタ４１と、フィルタ４１と接続された低圧燃料ポンプ４２と、低圧燃料ポンプ４２と接続されたベーパセパレータタンク４３と、ベーパセパレータタンク４３内の燃料を輸送する高圧燃料ポンプ４４（図５参照）と、高圧燃料ポンプ４４により輸送された燃料を噴射するインジェクタ４５とを含んでいる。高圧燃料ポンプ４４とインジェクタ４５とは、配管４４ａおよびデリバリーパイプ４４ｂ（図４参照）を介して接続されている。なお、配管４４ａおよびデリバリーパイプ４４ｂは、本発明の「配管」の一例である。また、高圧燃料ポンプ４４およびインジェクタ４５は、それぞれ、本発明の「ポンプ部」および「燃料噴射装置」の一例である。

低圧燃料ポンプ４２は、燃料タンク１０２からベーパセパレータタンク４３に燃料を輸送する機能を有する。低圧燃料ポンプ４２は、クランク軸２４の回転と連動して駆動されるメカ駆動式のポンプである。また、低圧燃料ポンプ４２により船体１００の燃料タンク１０２から吸い上げられた燃料がフィルタ４１を通過することにより燃料に含まれた異物などが取り除かれる。

また、低圧燃料ポンプ４２により送り出された燃料はベーパセパレータタンク４３に貯留される。図３および図４に示すように、ベーパセパレータタンク４３は、平面的に見て、エンジン本体２０とサージタンク３３および吸気管３４との間に配置されている。

ベーパセパレータタンク４３は、燃料タンク１０２から汲み上げられた燃料を貯留するとともに、燃料の蒸気（ベーパ）または空気と、液体の燃料とを分離するために設けられている。図５に示すように、ベーパセパレータタンク４３は、ベーパセパレータタンク４３内に貯留される燃料が一定の量に保たれるとともに、ベーパセパレータタンク４３内の燃料の液面位置が所定の高さ位置に保たれるように構成されている。具体的には、ベーパセパレータタンク４３内にニードルバルブ４３ｂを有するフロート（浮き）４３ａが設けられている。ベーパセパレータタンク４３内の燃料の液面位置が所定の高さ以上になった場合には、フロート４３ａのニードルバルブ４３ｂにより自動的にベーパセパレータタンク４３への燃料の流入が停止される。また、ベーパセパレータタンク４３内の燃料の液面位置が所定の高さより低くなった場合には、ベーパセパレータタンク４３への燃料の流入が自動的に開始される。このような機構によりベーパセパレータタンク４３内に貯留される燃料が一定の量に保たれるとともに、ベーパセパレータタンク４３内の燃料の液面位置が所定の高さに保たれるように構成されている。

高圧燃料ポンプ４４は、ベーパセパレータタンク４３内に配置されており、所定の圧力の燃料をインジェクタ４５に輸送する機能を有する。インジェクタ４５は、高圧燃料ポンプ４４により所定の圧力で送り出された燃料をシリンダ２１（図３参照）の吸気口の近傍に所定のタイミングで噴射する機能を有する。また、高圧燃料ポンプ４４からインジェクタ４５に輸送された燃料の一部は、燃料を冷却する冷却装置（図示せず）を介してベーパセパレータタンク４３に戻されるように構成されている。

また、図２、図４および図５に示すように、ベーパセパレータタンク４３の上部は、配管４６ａおよび配管４６ｂを介してスロットルボディ３２と接続されている。これにより、ベーパセパレータタンク４３のベーパがスロットルボディ３２の空気通路３２ａに逃がされるように構成されている。配管４６ａと配管４６ｂとの間にはベーパシャットバルブ４７（以下、ＶＳＶ４７）が設けられており、ＶＳＶ４７を制御することにより、ベーパを逃がすタイミングを制御することが可能である。なお、配管４６ａおよび配管４６ｂは、本発明の「ベーパ逃し経路」の一例である。第１実施形態では、ＶＳＶ４７の開度は、ステッピングモータ（図示せず）により細かく制御することが可能に構成されている。

また、図５および図６に示すように、ＥＣＵ５０は、高圧燃料ポンプ４４、インジェクタ４５、ＶＳＶ４７およびＩＳＣユニット３８を電気的に制御している。インジェクタ４５の燃料噴射量は、スロットルボディ３２に取り付けられたスロットル開度センサ３５、吸気温センサ３７および吸気圧センサ３６の検出結果に基づいて制御されている。ここで、第１実施形態では、ＥＣＵ５０は、エンジン部２の停止時にはＶＳＶ４７を閉じるとともに、エンジン部２を始動した場合には、ＶＳＶ４７を徐々に一定速度で開くようにＶＳＶ４７を制御するように構成されている。具体的には、ＥＣＵ５０は、記憶部５１（図６参照）を有しており、記憶部５１にエンジン部２の始動時にＶＳＶ４７を開く速度の設定値が記憶されている。この設定値は、予め行った実験により、ＶＳＶ４７を開く際にエンジン回転数が低下しないようなＶＳＶ４７の開速度を求めて設定されている。また、記憶部５１には、通常運転時（エンジン部２の始動時以外の時）のＶＳＶ４７の開度を制御するためのマップ（図７参照）が記憶されている。ＥＣＵ５０は、通常運転時には、図７のマップと、吸気圧センサ３６の検出値と、エンジン回転数とに基づいて、ＶＳＶ４７の開度を制御するように構成されている。

図８には、エンジン部２の再始動時（運転後にエンジン部２を停止し、エンジン部２の温度が高い状態で始動する時）にアクセルを全開にした場合において、ＶＳＶ４７の開度と、エンジン回転数、低圧燃料ポンプ４２の吐出圧、ベーパセパレータタンク４３内の温度およびベーパセパレータタンク４３の内圧との関係を示している。次に、図８を参照して、本発明の第１実施形態による船外機１のエンジン始動時のＶＳＶ４７の制御について説明する。なお、アクセルを全開にしているのは、エンジン部２を始動してすぐに船舶を運転する場合を想定している。

図８に示すように、エンジン部２が停止している際には、燃料の冷却装置（図示せず）が作動しないとともに、ベーパセパレータタンク４３は高熱のエンジン本体２０からの輻射熱を受けるので、ベーパセパレータタンク４３内の温度は高温となっている。これに伴い、ベーパセパレータタンク４３内の燃料が蒸発し、ベーパセパレータタンク４３内にベーパ（燃料の蒸気）が発生している。エンジン部２の停止中にはＶＳＶ４７は閉じているので、発生したベーパによってベーパセパレータタンク４３内の圧力は高くなっている。この状態において、エンジン部２を始動してアクセルを全開にすると、エンジン回転数は所定の回転数まで上昇した後、その回転数が保たれる。また、エンジン部２の駆動と連動して駆動される低圧燃料ポンプ４２の吐出圧は、エンジン回転数の上昇とともに上昇し、その後、一定の吐出圧が保たれる。始動直後においては、ベーパセパレータタンク４３の内圧が低圧燃料ポンプ４２の吐出圧よりも大きいので、ベーパセパレータタンク４３に新たな燃料は供給されない。

ここで、第１実施形態では、エンジン部２を始動した後、ＶＳＶ４７は、記憶部５１に記憶された設定値に基づいて一定速度で開かれる。ＶＳＶ４７が開かれるのに伴い、ベーパセパレータタンク４３内のベーパが配管４６ａおよび４６ｂを介して吸気系３０に逃される。これにより、ベーパセパレータタンク４３の内圧が徐々に減少していく。時間Ｔ１後にはベーパセパレータタンク４３の内圧よりも低圧燃料ポンプ４２の吐出圧が大きくなるので、ベーパセパレータタンク４３に新たな燃料が供給されるようになる。また、エンジン部２の始動後には燃料の冷却装置が駆動されるので、ベーパセパレータタンク４３内の燃料の温度も下降し、ベーパセパレータタンク４３内におけるベーパの発生が少なくなっていく。この後、通常運転状態に移行していく。

第１実施形態では、ＶＳＶ４７を開く速度が適正な値に設定されているので、エンジン部２の始動時にエンジン回転数の低下およびエンジン部２のストールの発生が抑制されている。

図９〜図１４は、本発明の第１実施形態による船外機のＶＳＶを開く速度を設定するための設定方法を説明するための図である。次に、図９〜図１４を参照して、本発明の第１実施形態による船外機１のＶＳＶ４７を開く速度を設定するための設定方法を説明する。

第１実施形態による船外機１に設定されるＶＳＶ４７の開速度を設定するために、第１実施形態による船外機１と同様の構成を有する船外機１ａを用いて実験を行う。図９および図１０に示すように、船外機１ａには、ベーパセパレータタンク４３内の燃料の残量を検出する残量センサ６１と、ベーパセパレータタンク４３内の燃料の温度を検出する燃料温度センサ６２と、高圧燃料ポンプ４４からインジェクタ４５に供給される燃料の圧力（燃圧）を検出する燃圧センサ６３と、エンジン本体２０のシリンダ２１に供給された空気と燃料との混合気の空燃比（Ａｉｒ／Ｆｕｅｌ）を検出するＡ／Ｆセンサ６４（図９参照）と、ベーパセパレータタンク４３の内圧を検出するＶＳＴ内圧センサ６５とが取り付けられている。なお、Ａ／Ｆセンサ６４は、本発明の「空燃比センサ」の一例である。残量センサ６１としては、電気抵抗の変化を利用してフロート４３ａの動きを検出するセンサ、磁気を利用してフロート４３ａの位置を検出するセンサ、または、液面位置を超音波を用いて検出するセンサなどが用いられる。

船外機１ａを用いて以下のように実験を行っていく。すなわち、船外機１ａを運転し、エンジン部２の温度が高温となった状態でエンジン部２を停止させる。そして、エンジン部２を再始動するとともに、図１１のステップＳ１において、暫定的な設定値の開速度でＶＳＶ４７を開くように制御する。そして、各センサ（残量センサ６１、燃料温度センサ６２、燃圧センサ６３、Ａ／Ｆセンサ６４およびＶＳＴ内圧センサ６５）の出力値の時間の経過に伴う変動を記録する。

そして、記録した出力値を参照して、燃圧またはＡ／Ｆに異常があるか否かを判定する。具体的には、まず、ステップＳ２において、燃料温度センサ６２の出力に基づいて、エンジン部２の始動時のベーパセパレータタンク４３内の燃料の温度が所定の温度以上か否かが判断される。ここで、所定の温度は、たとえば、燃料が沸騰してベーパが発生する温度である約４５℃である。ベーパセパレータタンク４３内の燃料の温度が所定の温度以上の場合には、ベーパセパレータタンク４３内でベーパが発生しており、エンジン部２のストールの原因となるので、ステップＳ３に進む。また、ベーパセパレータタンク４３内の燃料の温度が所定の温度より低い場合（エンジン部２が冷えている場合）には、ベーパセパレータタンク４３内にあまり多くのベーパが発生しておらず、ＶＳＶ４７の開速度がエンジン部２に与える影響も小さい。このため、エンジン部２が冷えている時のデータはエンジン部２が高温の時のＶＳＶ４７の開速度を設定するためのデータとしては用いずに、再度実験を行う。

ステップＳ３において、燃圧センサ６３により取得したデータに基づいて、燃圧の低下が生じた部分があったか否かが判断される。燃圧の低下があった場合には、インジェクタ４５が適切な量の燃料を噴射することが困難となり、エンジン部２のストールの原因となるので、ステップＳ４に進んでＶＳＶ４７の開速度が調整される。なお、燃圧の低下については、燃圧センサ６３の出力のみならず、ＶＳＴ内圧センサ６５の出力および燃料温度センサ６２の出力も総合して判断される。具体的には、ステップＳ４において、残量センサ６１の出力値に基づいて、ベーパセパレータタンク４３内の燃料の残量がなくなっているか否かが判断される。燃料の残量が残っている場合には、高圧燃料ポンプ４４がいわゆるエア噛みを起こしたと判断される。すなわち、ＶＳＶ４７の開速度が速過ぎた場合には、ベーパセパレータタンク４３内のベーパが急速に吸気系に逃される。このため、ベーパセパレータタンク４３内の圧力が急激に減少するので、燃料が減圧沸騰により泡立ってしまう。この泡を高圧燃料ポンプ４４が吸ってしまった場合には、高圧燃料ポンプ４４が正常に燃料を輸送することが困難となるので、ステップＳ３における燃圧の減少が生ずる。図１２にＶＳＶ４７の開速度が速過ぎた場合の実際の取得データのグラフを示す。図１２では、ＶＳＶ４７のステッピングモータに入力するパルスの間隔ｔ１を３ｓｅｃとしている。図１２のグラフでは、矢印Ｐで示す部分に燃圧の低下が認められる。図１２では、エンジン回転数の低下は認められないが、燃圧が大きく低下した場合には、エンジン回転数の低下およびエンジン部２のストールの発生に繋がる。

したがって、ステップＳ４において燃料の残量が残っている場合には、ＶＳＶ４７の開速度が速過ぎたと判断されて、ステップＳ５において、ステッピングモータに入力するパルス間隔を大きくすることによりＶＳＶ４７の開速度を遅くする。この後、ステップＳ１に戻り、遅くしたＶＳＶ４７の開速度で上記と同様の実験が行われる。

また、ステップＳ４においてベーパセパレータタンク４３内の燃料の残量がなくなっていると判断された場合には、いわゆる燃欠を起こしたと判断される。すなわち、ＶＳＶ４７の開速度が遅すぎた場合には、ベーパセパレータタンク４３からベーパが逃げるのに時間がかかるので、エンジン部２を始動してから低圧燃料ポンプ４２の吐出圧がベーパセパレータタンク４３の内圧よりも大きくなるまでの時間（図８のＴ１）が長くなってしまう。エンジン部２を始動してから時間Ｔ１が経過するまでは、ベーパセパレータタンク４３に新たな燃料が供給されないので、時間Ｔ１が経過するまでにベーパセパレータタンク４３内の燃料を消費してしまった場合には燃欠となる。燃欠の場合にも、高圧燃料ポンプ４４が正常に燃料を輸送することが困難となるので、ステップＳ３における燃圧の減少が生ずる。図１３にＶＳＶ４７の開速度が遅過ぎた場合の実際の取得データのグラフを示す。図１３では、ＶＳＶ４７のステッピングモータに入力するパルスの間隔ｔ２を７．５ｓｅｃとしている。図１３のグラフでは、矢印Ｑで示す部分に燃圧およびエンジン回転数の低下が認められる。

したがって、ステップＳ４において燃料の残量が残っていない場合にはＶＳＶ４７の開速度が遅過ぎたと判断されて、ステップＳ６において、ステッピングモータに入力するパルス間隔を小さくすることによりＶＳＶ４７の開速度を速くする。この後、ステップＳ１に戻り、速くしたＶＳＶ４７の開速度で上記と同様の実験が行われる。

また、ステップＳ３において燃圧の低下がない場合には、ステップＳ７において、Ａ／Ｆセンサ６４の出力値に基づいて、空燃比が過度に燃料リッチな状態（オーバーリッチ状態）になっているか否かが判断される。すなわち、ＶＳＶ４７の開く速度が速すぎた場合には、ベーパセパレータタンク４３内のベーパが吸気系３０に一度に取り込まれてしまい、その結果、空燃比が過度に燃料リッチな状態になる場合がある。この場合には、混合気がうまく燃焼されないので、エンジン部２のストールの原因となる。ステップＳ７において、空燃比が過度に燃料リッチな状態になっていない場合には、ステップＳ１のＶＳＶ４７の開速度を設定値として決定して、ＶＳＶ４７の開速度設定を終了する。

また、ステップＳ７において、空燃比が過度に燃料リッチな状態になっている場合には、ＶＳＶ４７の開速度が速すぎるので、ステップＳ８において、ＶＳＶ４７の開速度を遅くする。この後、ステップＳ１に戻り、遅くしたＶＳＶ４７の開速度で上記と同様の実験が行われる。

このように、上記ステップＳ１〜ステップＳ８を繰り返すことにより、エンジン部２の始動時にエンジン部２のストールが生じないようなＶＳＶ４７の開速度を決定することが可能である。図１４にＶＳＶ４７の開速度を適正な値に調整した場合の実際の取得データのグラフを示す。図１４では、ＶＳＶ４７のステッピングモータに入力するパルスの間隔ｔ３を５ｓｅｃとしている。図１４のグラフでは、燃圧およびエンジン回転数の低下は認められないので、図１２（速い開速度）および図１３（遅い開速度）の場合と異なり、エンジン始動時にエンジン部２のストールの発生が抑制される。なお、この説明では、ｔ１、ｔ２およびｔ３をそれぞれ３ｓｅｃ、７．５ｓｅｃおよび５ｓｅｃとした場合のグラフを示したが、これらの数値は参考数値であり、測定環境や使用する装置によって最適値は異なるものである。

なお、エンジン部２を始動してからアクセルを全開にして行った実験により取得したデータに基づいてＶＳＶ４７の開速度を決定したが、これは以下の理由によるものである。すなわち、アクセルを全開にした場合に最もエンジン部２に負荷がかかり、燃圧の低下およびエンジンストールなどが生じやすいので、アクセルを全開にして行った実験結果に基づいてＶＳＶ４７の開速度を決定すれば、アクセルを全開にしない場合にもエンジンストールは生じないと考えられるためである。

第１実施形態では、上記のように、配管４４ａ内の燃料の圧力（燃圧）に基づいて設定された開速度になるようにＶＳＶ４７の開度を制御することによって、配管４４ａ内の燃料の圧力が低下しないようにＶＳＶ４７を開くことができる。これにより、配管４４ａ内の燃料の圧力が低下することに起因してエンジン部２がストールしてしまうのを抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、エンジン部２の始動時に、燃圧に加えて、エンジン部２に供給される燃料と空気との混合気の空燃比にも基づいて設定された開速度になるように、ＶＳＶ４７の開度を制御することによって、エンジン部２に供給される混合気の空燃比が燃料リッチな状態になり過ぎるのを抑制することができる。これにより、空燃比が燃料リッチな状態になり過ぎることに起因してエンジン部２がストールするのを抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、エンジン部２の始動時に、燃圧に加えて、ベーパセパレータタンク４３内の燃料の残量にも基づいて設定された開速度になるようにＶＳＶ４７の開度を制御することによって、配管４４ａ内の燃料の圧力が低くなっている場合に、ベーパセパレータタンク４３内の燃料の残量が多い場合には、配管４４ａ内の燃料の圧力が低くなった原因がエア噛みであると判断することができる。また、配管４４ａ内の燃料の圧力が低くなっている場合に、ベーパセパレータタンク４３内の燃料の残量が少ない場合には、配管４４ａ内の燃料の圧力が低くなった原因が燃欠であると判断することができる。配管４４ａ内の燃料の圧力が低くなった原因を判断することによって、ＶＳＶ４７の開速度をより適切に設定することができるので、エンジン部２がストールするのをより抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、エンジン部２の始動時に、記憶部５１に記憶された設定値に基づいて、ＶＳＶ４７の開度を制御することによって、少なくとも配管４４ａ内の燃料の圧力が低下しないようなＶＳＶ４７の開度の設定値を実験により求めておき、その設定値に基づいてＶＳＶ４７の開度が制御されるので、センサなどを設けることなく、エンジン部２がストールしないように容易にＶＳＶ４７の開度を制御することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、一定の速度でＶＳＶ４７を開くようにＶＳＶ４７の開度を制御することによって、ＶＳＶ４７の開度の制御を容易に行うことができる。

（第２実施形態）
図１５は、本発明の第２実施形態による船外機のエンジン始動時のＶＳＶの制御を説明するためのフローチャートである。図１６は、本発明の第２実施形態による船外機のエンジン始動時のＶＳＶの開度の遷移を説明するためのグラフである。次に、図７、図１５および図１６を参照して、この第２実施形態では、予め記憶された開速度の設定値に基づいてＶＳＶ４７の開度を制御した上記第１実施形態と異なり、センサの出力に基づいてリアルタイムでＶＳＶ４７の開速度を補正することによりＶＳＶ４７の開度を制御する例について説明する。なお、第２実施形態による船外機の機械的な構造は、図９および図１０に示した船外機１ａの構造と同様であるので、詳細な説明を省略する。

第２実施形態による船外機では、エンジン始動時に、まず、ステップＳ１１において、燃料温度センサ６２の出力値に基づいて、ベーパセパレータタンク４３内の燃料の温度が高温（４５℃以上）か否かが判断される。燃料の温度が高温でない場合には、ステップＳ１２において、図７に示したマップと、エンジン回転数および吸気圧センサ３６の出力値に基づいてＶＳＶ４７の開度が制御される。ステップＳ１１において燃料の温度が高温である場合には、ステップＳ１３において、ＶＳＴ内圧センサ６５、燃料温度センサ６２および燃圧センサ６３の出力値に基づいて、燃圧が低下しているか否かが判断される。なお、ＶＳＴ内圧センサ６５は、本発明の「ベーパセパレータタンク内圧センサ」の一例である。

ステップＳ１３において、燃圧が低下していると判断された場合には、ステップＳ１４において、残量センサ６１の出力値に基づいて、ベーパセパレータタンク４３内の燃料の残量があるか否かが判断される。燃料の残量がない場合には、燃欠であり、ベーパセパレータタンク４３内のベーパを速く逃す必要があるので、ステップＳ１５において、図１６の矢印Ｒ１で示すように、ＶＳＶ４７を１ステップ分開く。この後、ステップＳ１１に戻る。

また、ステップＳ１４においてベーパセパレータタンク４３内の燃料の残量があると判断された場合には、いわゆるエア噛みであり、減圧沸騰に起因する泡立ちの発生を抑制する必要があるので、ステップＳ１６において、図１６の矢印Ｒ２で示すように、ＶＳＶ４７を１ステップ分閉じる。この後、ステップＳ１１に戻る。

ステップＳ１３において燃圧の低下がないと判断された場合には、ステップＳ１７において、Ａ／Ｆセンサ６４の出力値に基づいて、空燃比が過度に大きくなっているか否かが判断される。空燃比が過度に大きくなっている場合には、ＶＳＶ４７を開き過ぎであるので、ステップＳ１８において、ＶＳＶ４７を１ステップ分閉じる。また、空燃比が過度に大きくなっていない場合には、ＶＳＶ４７の開度が適正であるので、ステップＳ１９において、図１６の矢印Ｒ３で示すように、ＶＳＶ４７の開度がそのまま保たれる。第２実施形態では、上記ステップＳ１１〜ステップＳ１９が所定の時間毎に繰り返されることにより、ＶＳＶ４７の開度を増加させ、または減少させ、または開度を保持させてＶＳＶ４７の開速度が所定の時間毎に補正される。これにより、ＶＳＶ４７の開度がリアルタイムで制御される。

第２実施形態では、エンジン部２の始動時に、所定の時間毎に燃圧センサ６３により配管４４ａ内の燃料の圧力を検出するとともに、燃圧センサ６３の検出値に基づいてＶＳＶ４７の開度を制御することによって、船外機の状態に対応した開度になるように、ＶＳＶ４７の開度をリアルタイムに設定することができる。

第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記第１実施形態では、エンジンの始動時に一定の開速度でＶＳＶ４７を開くように制御する例を示したが、本発明はこれに限らず、ＶＳＶ４７を開く速度は一定でなくてもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、本発明を船外機１に適用した例を示したが、本発明はこれに限らず、船内機または船内外機に適用してもよい。

また、上記第１実施形態では、ＶＳＶ４７の開速度の設定値を決定するための実験を人が行った例を示したが、本発明はこれに限らず、ＶＳＶ４７の開速度の設定値を決定するための実験を行うためのプログラムを組んで自動的に設定値を決定してもよい。

本発明の第１実施形態による船外機の全体構成を示す側面図である。 図１に示した本発明の第１実施形態による船外機のエンジン部を示す斜視図である。 図１に示した本発明の第１実施形態による船外機のエンジン部を示す平面図である。 図１に示した本発明の第１実施形態による船外機のエンジン部を示す側面図である。 図１に示した本発明の第１実施形態による船外機を示すシステム図である。 図１に示した本発明の第１実施形態による船外機を示すブロック図である。 図１に示した本発明の第１実施形態による船外機の通常運転時のバルブ開度を制御するためのマップである。 図１に示した本発明の第１実施形態による船外機のエンジン始動時のバルブ開度および船外機の状態を説明するためのグラフである。 図１に示した本発明の第１実施形態による船外機のバルブ開速度の設定値を決定するための実験に用いられる船外機を示す平面図である。 図１に示した本発明の第１実施形態による船外機のバルブ開速度の設定値を決定するための実験に用いられる船外機を示すシステム図である。 図１に示した本発明の第１実施形態による船外機のバルブ開速度の設定値の決定手順を説明するためのフローチャートである。 本発明の第１実施形態による船外機のバルブ開速度の設定値の決定手順において、バルブの開速度が速過ぎる場合の船外機の状態を示すグラフである。 本発明の第１実施形態による船外機のバルブ開速度の設定値の決定手順において、バルブの開速度が遅過ぎる場合の船外機の状態を示すグラフである。 本発明の第１実施形態による船外機のバルブ開速度の設定値の決定手順において、バルブの開速度が適正な場合の船外機の状態を示すグラフである。 本発明の第２実施形態による船外機のバルブ開度の制御を説明するためのフローチャートである。 本発明の第２実施形態による船外機のエンジン始動時のバルブ開度の遷移を説明するためのグラフである。

符号の説明

１ 船外機（舶用推進機）
１ａ 船外機（舶用推進機）
２ エンジン部（エンジン）
２０ エンジン本体（エンジン）
３０ 吸気系
４３ ベーパセパレータタンク
４４ 高圧燃料ポンプ（ポンプ部）
４５ インジェクタ（燃料噴射装置）
４６ａ 配管（ベーパ逃し経路）
４６ｂ 配管（ベーパ逃し経路）
４７ ＶＳＶ（バルブ）
５０ ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）
５１ 記憶部
６１ 残量センサ（残量検知センサ）
６２ 燃料温度センサ
６３ 燃圧センサ
６４ Ａ／Ｆセンサ（空燃比センサ）

Claims (12)

1. エンジンと、
   前記エンジンに燃料を噴射する燃料噴射装置と、
   前記エンジンに供給する空気の空気通路を含む吸気系と、
   前記エンジンに供給される燃料の蒸気を液体の燃料と分離するためのベーパセパレータタンクと、
   前記ベーパセパレータタンクから燃料を燃料噴射装置に輸送するポンプ部と、
   前記燃料噴射装置と前記ポンプ部とを接続する配管と、
   前記ベーパセパレータタンクと前記吸気系とを接続するベーパ逃し経路の途中に設けられたバルブと、
   前記バルブの開度を制御するエンジンコントロールユニットとを備え、
   前記エンジンの始動時に、前記エンジンコントロールユニットは、少なくとも前記配管内の燃料の圧力に基づいて設定された前記バルブの開速度に基づき、前記バルブの開度を制御するように構成されている、舶用推進機。
2. 前記エンジンの始動時に、前記エンジンコントロールユニットは、前記配管内の燃料の圧力に加えて、前記エンジンに供給される燃料と空気との混合気の空燃比にも基づいて設定された開速度に基づき、前記バルブの開度を制御するように構成されている、請求項１に記載の舶用推進機。
3. 前記エンジンの始動時に、前記エンジンコントロールユニットは、前記配管内の燃料の圧力に加えて、前記ベーパセパレータタンク内の燃料の残量にも基づいて設定された開速度に基づき、前記バルブの開度を制御するように構成されている、請求項１または２に記載の舶用推進機。
4. 前記エンジンコントロールユニットは、予め前記配管内の燃料の圧力に基づいて設定された前記バルブの開速度を記憶する記憶部を有しており、
   前記エンジンの始動時に、前記エンジンコントロールユニットは、前記記憶部に記憶された前記開速度に基づいて、前記バルブの開度を制御するように構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の舶用推進機。
5. 前記エンジンの始動時に、前記エンジンコントロールユニットは、前記記憶部に記憶された前記開速度になるように所定のパルス間隔で前記バルブを開くように前記バルブの開度を制御するように構成されている、請求項４に記載の舶用推進機。
6. 前記配管内の燃料の圧力を検出する燃圧センサをさらに備え、
   前記エンジンの始動時に、前記エンジンコントロールユニットは、前記燃圧センサにより前記配管内の燃料の圧力を検出するとともに、少なくとも前記燃圧センサの検出値に基づいて、前記バルブの開速度を補正することにより、前記バルブの開度を制御するように構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の舶用推進機。
7. 前記エンジンに供給される燃料と空気との混合気の空燃比を検出する空燃比センサをさらに備え、
   前記エンジンの始動時に、前記エンジンコントロールユニットは、前記燃圧センサの検出値に加えて、前記空燃比センサの検出値にも基づいて、前記バルブの開速度を補正することにより、前記バルブの開度を制御するように構成されている、請求項６に記載の舶用推進機。
8. 前記ベーパセパレータタンク内の燃料の残量を検出する残量センサをさらに備え、
   前記エンジンの始動時に、前記エンジンコントロールユニットは、前記燃圧センサの検出値に加えて、前記残量センサの検出値にも基づいて、前記バルブの開速度を補正することにより、前記バルブの開度を制御するように構成されている、請求項６または７に記載の舶用推進機。
9. 前記ベーパセパレータタンク内の燃料の温度を検出する燃料温度センサをさらに備え、
   前記エンジンの始動時に、前記エンジンコントロールユニットは、前記燃料温度センサにより前記ベーパセパレータタンク内の燃料の温度を検出するとともに、前記ベーパセパレータタンク内の燃料の温度が所定の温度以上の場合に、少なくとも前記燃圧センサの検出値に基づいて、前記バルブの開度を制御するように構成されている、請求項６〜８のいずれか１項に記載の舶用推進機。
10. 前記ベーパセパレータタンク内の内圧を検出するベーパセパレータタンク内圧センサをさらに備え、
    前記エンジンの始動時に、前記エンジンコントロールユニットは、前記ベーパセパレータタンク内圧センサにより前記ベーパセパレータタンク内の内圧を検出するとともに、前記ベーパセパレータタンク内の内圧が所定の圧力より低い場合に、少なくとも前記燃圧センサの検出値に基づいて、前記バルブの開度を制御するように構成されている、請求項６〜８のいずれか１項に記載の舶用推進機。
11. 前記エンジンの始動時に、前記エンジンコントロールユニットは、所定の時間毎に前記燃圧センサにより前記配管内の燃料の圧力を検出するとともに、少なくとも前記燃圧センサの検出値に基づいて、前記バルブの開速度を補正することにより、前記バルブの開度を制御するように構成されている、請求項６〜１０のいずれか１項に記載の舶用推進機。
12. 前記エンジンの始動時に、前記エンジンコントロールユニットは、所定の時間毎に前記バルブの開度を増加させ、または減少させ、または開度を保持させて前記バルブの開速度を補正することにより、前記バルブの開度を制御するように構成されている、請求項１１に記載の舶用推進機。

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