JP5207431B2 - 船外機の燃料制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、船舶の減速時に、船舶に搭載された船外機のエンジンの燃料供給量を制御する船外機の燃料制御装置に関するものである。

例えば、車両に搭載されるエンジンにおいては、エンジンの制御装置として、吸気管圧力とエンジン回転数とに基づいてエンジンの燃料供給量を制御するものがあり(特許文献１)、このものはエンジン定常運転において吸気管圧力とエンジン吸入空気量との間に相関がある領域ではセンサで検出した吸気管圧力に基づいて燃料噴射量を制御し、相関が失われる領域では、スロットル弁開度とエンジン回転数とに基づいて燃料噴射量を制御している。

船舶に搭載された船外機のエンジンでは、船舶の減速時にエンジン回転数だけに基づいて燃料の減量度合いを決定していた(特許文献２)。
特開平８-121233号公報 特開平４-179839号公報

このように、船舶における減速時の燃料の減量補正においては、従来エンジン回転数のみを制御要素として使用しているが、水面を航走する船舶は、船外機のプロペラや船舶の艇体の種類、また減速の仕方により、車両の路面で減速する場合と異なり、減速状態が大きく変化する。このため、要求される最適な燃料補正量が変わり、燃料供給量が多すぎたり、不足になったりして、減速後のエンジン回転が安定しない場合があった。

この発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、船外機の様々な使用環境に対しても円滑かつ高精度な減速を可能にし、また減速後のエンジン回転数を安定させることが可能な船外機の燃料制御装置を提供することを目的としている。

前記課題を解決し、かつ目的を達成するために、この発明は、以下のように構成されている。

船舶に搭載された船外機のエンジンの燃料供給量を制御する船外機の燃料制御装置であって、
前記船舶の減速を判断する減速判定手段と、
前記エンジンのエンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、
前記エンジンのエンジン負荷を検出するエンジン負荷検出手段と、
前記船舶が減速中の時に、前記検出されたエンジン回転数とエンジン負荷とに応じて前記エンジンの燃料供給量を制御する制御手段とを備え、
前記減速判定手段は、
ａ）スロットルリクエスト値が所定の減速判定スロットル値と同じかそれより小さく、
ｂ）前記エンジン回転数が所定の減速判定回転数より大きく、
かつ
ｃ）所定の減速制限時間が経過してなおも前記条件ａ）とｂ）が満たされている場合に、前記船舶が減速中であると判断し、
前記制御手段は、
前記エンジンの燃料供給量を制御する燃料制御を開始する際に、
前記船舶が減速中であると判断されると、減速減量用船速推定値マップに基づいて、前記エンジン回転数と前記エンジン負荷とに応じて燃料補正量の初期値を設定し、
前記設定した燃料補正量を決定する演算の初期値を一定時間毎に１以下の船速減衰係数を掛ける演算を行い減速減量用船速推定値を求め、
減速減量補正係数マップに基づいて、前記減速減量用船速推定値と前記エンジン回転数に応じて補正係数を求め、前記補正係数に基づき最終的な燃料供給量を決定することを特徴とする船外機の燃料制御装置である。

前記構成により、この発明は、以下のような効果を有する。

請求項１に記載の発明では、船舶の減速時において、検出されたエンジン回転数とエンジン負荷に基づきエンジンの燃料供給量を制御することで、種々の運転環境においても適切な燃料量となって円滑かつ高精度な減速ができ、また減速後の安定したエンジン回転数が維持できる。

以下、この発明の船外機の燃料制御装置の実施の形態について説明するが、この発明の実施の形態は、発明の最も好ましい形態を示すものであり、この発明はこれに限定されない。

まず、燃料制御装置が備えられる船外機について説明する。図１は船外機の側面図である。この船外機１は、クランプブラケット２によって船舶の船体２０の船尾板２０ａに取り付けられており、クランプブラケット２には上下のダンパ部材３によって推進ユニット４を弾性支持するスイベルブラケット５がチルト軸６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４はカウリング７とアッパーケース８及びロアーケース９とで構成されるハウジングを有しており、カウリング７内には４サイクルのエンジン１０が収納されている。このエンジン１０はエキゾーストガイド１１によって支持されている。

エンジン１０にはクランク軸１２が縦方向に配置されており、このクランク軸１２には、アッパーケース８内を縦方向に縦断するドライブ軸１３の上端が連結されている。ドライブ軸１３の下端はロアーケース９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が水平後方に延びており、このプロペラ軸１５のロアーケース９外へ突出する後端部にはプロペラ１６が取り付けられている。

次に、燃料制御装置が備えられるエンジン１０について説明する。図2はエンジンの全体構成を示す概略図である。エンジン１０の気筒には、吸気管３０と、排気管40が接続されている。吸気管３０には、スロットル弁３１、燃料噴射弁３２、吸気圧力センサ３３が配置されている。スロットル弁３１は、運転者の操作レバー３４の操作量に応じた開度となる。燃料噴射弁３２は、エンジン１０の気筒の吸気通路１０aに加圧燃料を噴射する。吸気圧力センサ３３は、導圧管３５に配置され、この導圧管３５はスロットル弁３１の下流側部分に設けられた吸気管圧力検出用ポート３８に連通している。吸気圧力センサ３３は導圧管３５を介して作用する吸気管３０内の圧力（絶対圧力）に応じた電圧信号を発生する。排気管４０は、排気通路１０bに接続されている。

スロットル弁３１は操作レバー３４に連結された操作機構３１ａに接続されており、操作レバー３４を操作することによりスロットル弁３１を動作させることができ、操作機構３１ａには操作レバー３４の位置（開度）に応じた電圧信号を発生するスロットル開度センサ３７が設けられている。

エンジン１０の気筒には、ピストン５０が往復動可能に設けられ、このピストン５０はピストンロッド５１を介してクランク軸12に連結され、ピストン５０の往復動によってクランク軸１２を回転する。クランク軸12には、フライホイール５２が設けられ、このフライホイール５２に対向する位置にクランク軸12の回転数に応じたパルス信号を発生するクランク軸センサ５３が設けられている。

吸気圧力センサ３３の電圧信号、スロットル開度センサ３７の電圧信号、クランク軸センサ５３のパルス信号は、制御部６０に入力される。制御部６０は、例えばマイクロコンピュータにより構成される。この制御部６０には、燃料噴射弁３２が接続され、吸気圧力、スロットル弁開度及びエンジン回転数に基づいてエンジン１０の燃料噴射量の制御量を算出し、基本の燃料噴射量制御を行う。

この実施の形態では、船舶の減速時において、検出されたエンジン回転数とエンジン負荷に基づきエンジンの燃料供給量を制御する。すなわち、検出されたエンジン回転数とエンジン負荷に基づき補正係数を求め、この補正係数に基づきエンジンの燃料補正量を制御する燃料噴射量補正制御を行う。

このエンジン１０の燃料噴射量補正の算出について、図3に基づいて説明する。図３は制御部の構成を示す図である。この実施例においては、制御部６０は、エンジン回転数検出手段６０a、エンジン負荷検出手段６０b、減速判定手段６０c、制御手段Kを備える。制御手段Kは、減速減量用船速推定値マップ値検索手段６０ｄ、減速減量用船速推定値減衰処理手段６０e、減速減量補正係数マップ値検索手段６０f、燃料噴射弁通電時間演算手段６０gを有し、船舶の減速時において、船外機１のエンジン１０の燃料補正量を制御する。

エンジン回転数検出手段６０aは、クランク軸センサ５３からのパルス信号のパルス間隔に基づいてエンジン回転数（回転速度）を演算し、このエンジン回転数（回転速度）データを減速減量用船速推定値マップ値検索手段６０ｄ、減速減量補正係数マップ値検索手段６０ｆへ送る。

エンジン負荷検出手段６０bは、吸気圧力センサ３３からの電圧信号に基づいてエンジン１０のエンジン負荷を検出し、このエンジン負荷データを減速減量用船速推定値マップ値検索手段６０ｄ、減速減量補正係数マップ値検索手段６０ｆへ送る。

減速判定手段６０cは、スロットル開度センサ３７の電圧信号と、エンジン回転数検出手段６０aからのエンジン回転数に基づき、以下の条件a,b,cが全部成立するときに、船舶の減速と判断する。船舶の減速時は、図３において、例えば、操作レバー３４を前進の全開位置から全閉位置に、瞬時に、あるいはゆっくりと移動させる操作を行い、スロットル弁31を全開から全閉位置にして減速する。水面を航走する船舶は、船外機１のプロペラの種類、形状や船舶の艇体の種類、また急減速など減速の仕方により、減速状態が大きく変化するため、水中に船速を検知するセンサを設け、このセンサ値から船舶の減速を判断するようにしてもよい。

この減速操作によって、
条件a：スロットルレバー３４の例えば前進の全開位置から全閉位置へ移動する位置（開度）に応じた電圧信号に基づくスロットルリクエスト値が、減速判定手段６０cに記憶された減速判定スロットルリクエスト値と同じか小さいとき、
条件b：減速のエンジン回転数が、減速判定手段６０cに記憶された減速判定回転数より大きいとき、
条件c： 減速のエンジン回転数が、減速判定手段６０cに記憶された減速判定回転数より大きく、かつ減速判定不成立から成立へ変化した後に減速制限時間が経過するまでを判断する。

前記の条件a,b,cが全部成立するときに減速と判断し、いずれか成立しないときには減速と判断しないで、燃料補正制御を行わないで、基本の燃料噴射量制御を行う。

すなわち、前記の条件a,b,cのいずれか成立しないときには、減速減量用船速推定値マップ値検索手段６０ｄ、減速減量用船速推定値減衰処理手段６０e、減速減量補正係数マップ値検索手段６０fを作動しないで、燃料噴射弁通電時間演算手段６０gにおいて基本の燃料噴射量（燃料噴射弁の噴射時間）が算出される。

前記の条件a,b,cが全部成立するときに減速と判断し、減速減量用船速推定値マップ値検索手段６０ｄは、検出されたエンジン回転数と、検出されたエンジン負荷に基づき、図4に示す減速減量用船速推定値マップから減速時に燃料制御を開始する際に、燃料制御の燃料補正量の初期値を設定する。すなわち、図4に示す減速減量用船速推定値マップでは、例えば縦軸にエンジン回転数が２５０ｒｐｍ〜６０００ｒｐｍが、横軸に吸気圧のエンジン負荷が1〜100の数値で表示され、予めエンジン回転数とエンジン負荷に応じた燃料補正量の初期値がマップとして記憶されている。このマップから例えばエンジン回転数が６０００ｒｐｍで、エンジン負荷が１００の場合は燃料補正量の初期値を１００に設定する。

減速減量用船速推定値減衰処理手段６０eは、設定した燃料補正制御の燃料補正量の初期値を一定時間毎に除算する演算を行い、図5に示す燃料補正量の減速減量用船速推定値を求める。例えば、設定された燃料補正制御の燃料補正量の初期値１００に1以下の船速減衰係数を掛けることで、一定の割合ずつ、0まで減衰させて、図5に示す燃料補正量の減速減量用船速推定値を求めることができる。

減速減量補正係数マップ値検索手段６０fは、図６に示す減速減量補正係数マップから、図5に示す燃料補正量の減速減量用船速推定値とエンジン回転数に基づき補正係数を求める。例えば、エンジン回転数が６０００ｒｐｍで、燃料補正量の減速減量用船速推定値が100の場合は、補正係数が0.00であり、燃料補正量を多くし、燃料噴射量を０にする。また、例えば、エンジン回転数が２５０ｒｐｍで、燃料補正量の減速減量用船速推定値が０の場合は、補正係数が１.00であり、燃料補正しないで基本の燃料噴射量制御を行う。このように、演算された燃料補正制御の燃料補正量の減速減量用船速推定値と、減速する船舶の船外機１のエンジン回転数に基づき補正係数を求め、この補正係数に基づき最終的な燃料補正量を決定し、基本の燃料噴射量から決定した燃料補正量を減量する補正を行い、燃料噴射弁通電時間演算手段６０gに指令する。

燃料噴射弁通電時間演算手段６０gは、燃料噴射弁通電時間演算手段６０gからの指令に基づき、燃料噴射弁３２を、演算によって求めた燃料噴射弁通電時間駆動してエンジン１０の気筒の吸気通路１０aに加圧燃料を噴射する。

このように、エンジン１０の燃料制御装置は、制御部６０の制御手段によって船舶の減速時において、船外機１のエンジン１０の燃料補正量を制御する。この制御は検出されたエンジン回転数とエンジン負荷に基づき補正係数を求め、この補正係数に基づきエンジンの燃料供給量を制御することで、種々の運転環境においても適切かつ高精度な燃料を供給できる。したがって、円滑かつ高精度な減速ができ、また減速後の安定したエンジン回転数が維持できる。また、減速時に燃料制御を開始する際に、エンジン回転数とエンジン負荷に基づき燃料制御の燃料補正量の初期値を設定するから、エンジン１０の様々な負荷条件に応じて燃料補正量を算出し制御に反映することができる。また、設定した燃料補正制御の燃料補正量の初期値を一定時間毎に除算する演算を行い燃料補正量の減速減量用船速推定値を求め、一定の数値まで円滑に収束させる燃料補正を行うことで、円滑な減速ができ、また減速後の安定したエンジン回転数が維持できる。また、演算された燃料制御の燃料補正量の減速減量用船速推定値と、減速する船外機１のエンジン回転数に基づき補正係数を求め、この補正係数に基づき最終的な燃料供給量を決定し、エンジン回転数の下降具合に合わせた燃料補正を行うことで、エンジン１０の負荷状況に応じて最適な燃料供給ができる。

この発明は、船舶の減速時に、船舶に搭載された船外機のエンジンの燃料供給量を制御する船外機の燃料制御装置に適用でき、船外機の様々な使用環境に対しても円滑かつ高精度な減速を可能にし、また減速後のエンジン回転数を安定させることが可能である。

船外機の側面図である。 エンジンの全体構成を示す概略図である。 制御部の構成を示す図である。 減速減量用船速推定値マップを示す図である。 減速減量用船速予測値を求める図である。 減速減量補正係数マップを示す図である。

符号の説明

1 船外機
4 推進ユニット
10 エンジン
12 クランク軸
16 プロペラ
20船舶の船体
20a 船尾板
30 吸気管
31 スロットル弁
32 燃料噴射弁
33 吸気圧力センサ
34スロットルレバー 35 導圧管
37 スロットル開度センサ
50 ピストン
52 フライホイール
53 クランク軸センサ
60 制御部
60a エンジン回転数検出手段
60b エンジン負荷検出手段
60c 減速判定手段
60d 減速減量用船速推定値マップ値検索手段
60e 減速減量用船速推定値減衰処理手段
60f 減速減量補正係数マップ値検索手段
60g 燃料噴射弁通電時間演算手段

Claims (1)

1. 船舶に搭載された船外機のエンジンの燃料供給量を制御する船外機の燃料制御装置であって、
   前記船舶の減速を判断する減速判定手段と、
   前記エンジンのエンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、
   前記エンジンのエンジン負荷を検出するエンジン負荷検出手段と、
   前記船舶が減速中の時に、前記検出されたエンジン回転数とエンジン負荷とに応じて前記エンジンの燃料供給量を制御する制御手段とを備え、
   前記減速判定手段は、
   ａ）スロットルリクエスト値が所定の減速判定スロットル値と同じかそれより小さく、
   ｂ）前記エンジン回転数が所定の減速判定回転数より大きく、
   かつ
   ｃ）所定の減速制限時間が経過してなおも前記条件ａ）とｂ）が満たされている場合に、前記船舶が減速中であると判断し、
   前記制御手段は、
   前記エンジンの燃料供給量を制御する燃料制御を開始する際に、
   前記船舶が減速中であると判断されると、減速減量用船速推定値マップに基づいて、前記エンジン回転数と前記エンジン負荷とに応じて燃料補正量の初期値を設定し、
   前記設定した燃料補正量を決定する演算の初期値を一定時間毎に１以下の船速減衰係数を掛ける演算を行い減速減量用船速推定値を求め、
   減速減量補正係数マップに基づいて、前記減速減量用船速推定値と前記エンジン回転数に応じて補正係数を求め、前記補正係数に基づき最終的な燃料供給量を決定することを特徴とする船外機の燃料制御装置。