JP5211578B2 - 船舶用エンジンの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、船外機等の船舶用エンジンを制御する制御装置に関するものである。

船外機を搭載した船舶においては、ブレーキが設けられていないため、非常時や着岸時に船舶を前進航行状態から急停止させる際には、一般には、シフトレバーを「前進」位置から「ニュートラル」位置を経て「後退」位置に切り換えることにより、進行方向と逆の方向の推力を発生させるようにしている。このような場合に、前進速度が速い状態でシフトレバーを前進位置から後退位置に切り換えてプロペラを逆転させようとすると、エンジンに非常に大きい負荷がかかり、エンジンの低回転時の出力トルクが小さい場合には、エンジンがストールするおそれがある。

上記のような問題を解決するため、特許文献１に示された船外機用エンジンの制御装置では、シフトレバーが前進位置から後退位置に切り換えられたことが検出され、クランク軸とともに回転するリラクタのエッジを検出してパルスを発生するパルス信号発生器の出力パルスの発生間隔から求めたエンジンの平均回転速度が所定値以下に低下したことが検出されたときに、スタータモータを駆動してエンジンをアシストするようにしている。

船外機等の小型の船舶に搭載されるエンジン始動装置としては、特許文献２に示されているように、エンジンのクランク軸に取り付けられたリングギアと、スタータモータと、スタータモータの回転軸にクラッチ機構を介して結合されたピニオンギアと、スタータモータの回転軸が回転したときにピニオンギアをリングギアに向けて押し出す押出し機構と、エンジンが始動してその回転速度がスタータモータの回転速度よりも大きくなったときに上記クラッチ機構を切り離してピニオンギアをリングギアから離れる方向に後退させる後退機構とを備えたものが用いられている。
特開平６−２１３１１２号公報 特開平１ー２２４４６３号公報

上記のようなエンジン始動装置でエンジンを始動する際には、最初リングギアが停止しているため、スタータモータを駆動した際にピニオンギアをリングギアにうまく噛み合わせることができる。しかしながら、エンジンが運転されている状態でスタータモータを駆動した際には、リングギアに向って押し出されたピニオンギアが、回転しているリングギアにより弾かれることが多いため、ピニオンギアをリングギアにスムースに噛み合わせることができない。この状態は、自動車のエンジンを始動させた後に誤ってスタータモータを駆動した際に、異音がしてギアが噛み合わない状態と同じである。このような始動装置のスタータモータをエンジンをアシストするためのモータとして用いると、ピニオンギアやリングギアが容易に破損するため、始動装置の寿命が短くなるのを避けられない。

そこで、上記の始動装置に代えて、電動機としても発電機としても動作が可能な回転電機のロータを船舶用エンジンのクランク軸に直結して、この回転電機をスタータモータとして動作させることによりエンジンを始動させることが考えられる。この種の回転電機は、モータ・ジェネレータやスタータ・ジェネレータと呼ばれるが、本明細書では、この回転電機をエンジンの始動時だけでなく、運転時にも必要に応じてエンジンをアシストするモータとして動作させるため、モータ・ジェネレータと呼ぶことにする。

モータ・ジェネレータのロータをエンジンのクランク軸に直結させておけば、エンジンの運転中でも、必要なときにその電機子コイルに駆動電流を供給して、該モータ・ジェネレータをモータとして動作させることにより、エンジンをアシストすることができる。またギアを噛み合わせたり切り離したりする必要がないため、エンジンの始動装置部分の寿命が短くなるおそれもない。

しかしながら、モータ・ジェネレータを用いた場合でも、特許文献１に示されたように、シフトレバーが前進位置から後退位置に切り換えられたことが検出され、エンジンの平均回転速度が所定値以下に低下したことが検出されたときに、モータ・ジェネレータのモータとしての駆動を開始させるようにした場合には、エンジンがアシストを必要とする状態になったことの検出が遅れて、エンジンのアシストが遅れることがあるため、エンジンのストールを確実に防ぐことができないおそれがある。

また小型船舶においては、潮流に逆らって停船状態を維持したり、一定の水域にとどまるために低速で旋回したりする場合などに、エンジンのアイドル回転速度を低くした状態でアイドル運転を行なわせて、いわゆるトローリングを行うことがある。エンジンのアイドル回転速度を低下させて、エンジンをストールさせることなく、安定にアイドル回転を維持することは容易ではないため、トローリング時の回転速度を低下させるには限界があった。しかし、エンジンのアイドル運転時に、エンジンがストールしようとしたときに、エンジンがアシストを必要としていると判定して、モータによりエンジンをアシストするアシスト制御を行なわせるようにすれば、エンジンをストールさせることなく、アイドル回転速度を低い状態に維持して、エンジンを微速で運転することが可能になる。

ところが、エンジンの微速回転時には、エンジンの回転速度が行程の変化に伴って大きく変動するため、エンジンの平均回転速度に基づいてエンジンがアシストを必要としているか否かの判定を行なうようにした場合には、アシスト制御を的確に行ってエンジンの微速回転を維持することが難しく、特に低回転域での出力トルクが小さいエンジンの場合には、エンジンがストールするのを防ぐことができないことがある。

なお本明細書においては、スロットルバルブの開度を絞って（通常は全閉状態にして）設定されたアイドル設定速度を維持しつつエンジンを回転させる状態をアイドル運転と呼び、アイドル設定速度を超える回転速度でエンジンを回転させる状態を定常運転と呼ぶ。船舶用のエンジンにおいて、アイドル設定速度は、常に一定であるとは限らず、運転者により適宜に切り換えられることがある。

本発明の目的は、定常運転時及びトローリング時にエンジンをモータでアシストする制御を的確に行うことができるようにして、定常航行を行っている状態で負荷が急増したとき、及びアイドル設定速度を低くしてアイドル運転を行うときに、エンジンがストールするのを確実に防ぐことができるようにした船舶用エンジンの制御装置を提供することにある。

本発明を適用する船舶用エンジンにおいては、従来用いられていたスタータモータに代えて、モータ・ジェネレータを用い、該モータ・ジェネレータのロータをエンジンのクランク軸に直結しておく。

本発明に係わる船舶用エンジンを制御する制御装置においては、エンジンのクランク軸が、該エンジンの燃焼サイクルの各行程に相当するクランク角区間よりも充分に狭く設定された瞬時速度検出区間を回転する毎に現れる各特定クランク角位置を検出するクランク角位置検出手段と、クランク角位置検出手段が各特定クランク角位置を検出する毎に、１つ前の特定クランク角位置が検出された時刻から今回の特定クランク角位置が検出された時刻までの時間から検出されるエンジンの回転速度をエンジンの瞬時回転速度として検出して検出した瞬時回転速度の情報を含むデータを記憶する瞬時回転速度検出手段と、瞬時回転速度検出手段により検出された瞬時回転速度の低下から、エンジンのクランク軸に外部から駆動力を与えてエンジンをアシストする必要があるか否かを判定するアシスト要否判定手段と、アシスト要否判定手段によりエンジンをアシストする必要があると判定されているときにモータ・ジェネレータからエンジンに駆動力を与えるようにモータ・ジェネレータを駆動するモータ・ジェネレータ駆動手段とが設けられる。

上記のように、モータ・ジェネレータのロータをエンジンのクランク軸に直結して、このモータ・ジェネレータをモータとして駆動してエンジンの始動とアシストを行わせると、アシストを開始する際及びアシストを終了する際にギアを噛み合わせたり外したりする必要がないため、船舶用エンジンの始動装置部分の寿命が短くなるのを防ぐことができる。

上記のように、エンジンのクランク軸が、該エンジンの燃焼サイクルの各行程に相当するクランク角区間よりも充分に狭く設定された瞬時速度検出区間を回転する毎に現れる各特定クランク角位置を検出するクランク角位置検出手段を設けて、このクランク角センサが各特定クランク角位置を検出する毎に、一つ前のクランク角検出信号が発生した時刻から今回のクランク角検出信号が発生した時刻までの時間からエンジンの回転速度を検出するようにすると、エンジンの瞬時回転速度を的確に検出することができる。

このようにして検出した瞬時回転速度の低下から、エンジンのクランク軸に外部から駆動力を与えてエンジンの回転をアシストする必要があるか否かを判定して、エンジンをアシストする必要があると判定されているときにモータ・ジェネレータからエンジンに駆動力を与えるようにモータ・ジェネレータを駆動するようにすると、エンジンがモータのアシストを必要とする状態になったときに直ちにそれを検出して、エンジンをアシストすることができるため、シフトレバーが前進位置から後退位置に切り換えられた際や、アイドル設定速度を低くしてアイドル運転を行なう際にエンジンがストールするのを確実に防ぐことができる。

本発明においてはまた、エンジンがアイドル運転状態にあるのか定常運転状態にあるのかを判定する運転状態判定手段が設けられる。この場合、アシスト要否判定手段は、運転状態判定手段によりエンジンが定常運転状態にあると判定されているときにアシストの要否を判定する定常運転時アシスト要否判定手段と、運転状態判定手段によりエンジンがアイドル運転状態にあると判定されているときにアシストの要否を判定するアイドル運転時アシスト要否判定手段とにより構成される。

上記定常運転時アシスト要否判定手段は、瞬時回転速度検出手段により検出された瞬時回転速度がクランク角位置に関わりなく一定の値に設定された定常運転時アシスト開始判定速度以下になったときにエンジンをアシストする必要があると判定し、一度エンジンのアシストが必要であると判定した後は、瞬時回転速度検出手段により検出された瞬時回転速度が定常運転時アシスト開始判定速度よりも高く設定されたアシスト終了判定速度以上になるまでアシストが必要であると判定した状態を維持するように構成される。

またアイドル運転時アシスト要否判定手段は、瞬時回転速度検出手段により各特定クランク角位置で検出された瞬時回転速度が、各特定クランク角位置におけるアイドル運転時の安定瞬時回転速度よりも低く設定されたアイドル時アシスト開始判定速度以下であるときにエンジンのアシストが必要であると判定し、一度エンジンのアシストが必要であると判定した後は、各特定クランク角位置で検出される瞬時回転速度が当該特定クランク角位置におけるアイドル運転時の安定瞬時回転速度以上になったことが検出されるまでアシストが必要であると判定した状態を維持するように構成される。

アイドル設定速度を低くしてエンジンをアイドル運転しているときには、回転速度が工程変化に伴って細かく変化するため、エンジンがアシストを必要としているか否かを判定するために瞬時回転速度と比較する判定速度を一律に定めても判定を的確に行なうことは難しい。

本発明では、上記のように、各特定クランク角位置におけるアイドル運転時の安定瞬時回転速度（エンジンが安定に回転しているときの瞬時回転速度）を基準にして、各特定クランク角位置で検出された瞬時回転速度が、各特定クランク角位置におけるアイドル運転時の安定瞬時回転速度よりも低く設定されたアイドル時アシスト開始判定速度以下であるときにエンジンのアシストが必要であると判定するので、エンジンがアシストを必要としているか否かの判定を的確に行なわせて、アシストを必要とする場合にエンジンをアシストすることができ、エンジンの低回転域での出力トルクが低い場合でも、エンジンをストールさせることなく、微速でのアイドル運転を安定に行わせることができる。

上記安定瞬時回転速度は、予め実験的に調べておいてエンジンを制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）内のメモリに記憶させておいても良いが、極低速時の安定瞬時回転速度は、エンジンの特性のばらつきにより変動するおそれがある。そこで、本発明では、上記アイドル運転時アシスト要否判定手段が、エンジンのアイドル運転時に、過去の複数の燃焼サイクルにおいて瞬時回転速度検出手段により各特定クランク角位置で検出された瞬時回転速度の平均値を各特定クランク角位置における安定瞬時回転速度として演算する安定瞬時回転速度演算手段を備えている。

上記のように、エンジンのアイドル運転時に、各特定クランク角位置で瞬時回転速度検出手段により検出される瞬時回転速度の複数燃焼サイクルに亘る平均値を各特定クランク角位置における安定瞬時回転速度とすると、エンジンの実際の安定瞬時回転速度を基準にしてエンジンがアシストを必要としているか否かを判定することができるため、エンジンの特性のばらつきの影響を受けることなく、エンジンのアシスト制御を的確に行なわせて、アイドル運転時にエンジンが停止するのを防ぐことができる。

上記モータ・ジェネレータとしては、ロータに設けられた磁石界磁と、ステータ側に設けられたｎ相（ｎは３以上の整数）の電機子コイルと、ステータ側でロータの磁極の極性を検出してステータのｎ相の電機子コイルに対するロータの回転角度位置の情報を得る信号を発生するｎ個のホールセンサとを備えて、該ｎ個のホールセンサの出力信号に応じて所定の相順で転流する駆動電流を電機子コイルに流したときにモータとして動作するように構成された回転電機を用いるのが好ましい。この回転電機の基本的な構成は、ブラシレスモータのそれと同様である。

上記のような回転電機を用いる場合、クランク角位置検出手段は、ｎ個のホールセンサが出力する信号がレベル変化を示すクランク角位置を特定クランク角位置として検出するように構成するのが好ましい。

一般にエンジンの回転速度情報とクランク角位置情報とを得るための信号を発生する信号源としては、クランク軸とともに回転するロータに設けられたリラクタ（誘導子）と、このリラクタの回転方向の前端側エッジ及び後端側エッジをそれぞれ検出したときに極性が異なるパルスを発生する信号発電子（ピックアップコイル）とからなるパルス信号発生器が用いられているが、このパルス信号発生器は、磁束の時間的な変化を検出してパルスを誘起するものであるため、エンジンの回転速度がきわめて低いときには、しきい値レベル以上のパルス信号を発生することが困難である。

これに対し、ホールセンサは、エンジンの回転速度がきわめて低いときでもしきい値以上のレベルを有する検出信号を発生するため、上記のように、ホールセンサをクランク角センサとして用いると、エンジンの回転速度がきわめて低い状態でも、エンジンの回転速度情報を確実に検出して、エンジンのアシストの要否の判定を的確に行なわせることができる。

トローリングを行なう際には、潮流などに応じてプロペラの回転速度を適宜に調整し得るようにしておくのが好ましい。従って、エンジンの回転速度をアイドル設定速度に保つように制御するアイドル制御部には、アイドル設定速度を設定するアイドル速度設定器を設けて、アイドル設定速度を切り換え得るように該アイドル速度設定器を構成しておくのが好ましい。

以上のように、本発明によれば、モータ・ジェネレータのロータをエンジンのクランク軸に直結して、このモータ・ジェネレータをモータとして駆動してエンジンの始動とアシストとを行わせるので、アシストを開始する際及びアシストを終了する際にギアを噛み合わせたり外したりする必要がないため、船舶用エンジンの始動装置部分の寿命が短くなるのを防ぐことができる。

本発明においては、エンジンのクランク軸が、該エンジンの燃焼サイクルの各行程に相当するクランク角区間よりも充分に狭く設定された瞬時速度検出区間を回転する毎に現れる各特定クランク角位置を検出するクランク角位置検出手段を設けて、このクランク角位置検出手段が各特定クランク角位置を検出する毎に、１つ前の特定クランク角位置が検出された時刻から今回の特定クランク角位置が検出された時刻までの時間から検出される回転速度をエンジンの瞬時回転速度として検出し、この瞬時回転速度の低下からエンジンをアシストする必要があるか否かを判定して、エンジンをアシストする必要があると判定されているときにモータ・ジェネレータからエンジンに駆動力を与えるようにモータ・ジェネレータを駆動するようにしたので、エンジンがモータのアシストを必要とする状態になったときに直ちにそれを検出して、エンジンをアシストすることができ、シフトレバーが前進位置から後退位置に切り換えられた際や、アイドル設定速度を低くしてアイドル運転を行なう際に、エンジンがストールするのを確実に防ぐことができる。

本発明においてはまた、アシスト要否判定手段を、定常運転時アシスト要否判定手段と、アイドル運転時アシスト要否判定手段とにより構成して、アイドル運転時には、各特定クランク角位置におけるアイドル運転時の安定瞬時回転速度を基準にして、各特定クランク角位置で検出された瞬時回転速度が、各特定クランク角位置におけるアイドル運転時の安定瞬時回転速度よりも低く設定されたアイドル時アシスト開始判定速度以下であるときにエンジンのアシストが必要であると判定するようにしたので、エンジンがアシストを必要としているか否かの判定を的確に行なわせて、アシストを必要とする場合にエンジンを直ちにアシストすることができ、エンジンの低回転域での出力トルクが低い場合でも、エンジンをストールさせることなく、微速でのアイドル運転を安定に行わせることができる。

本発明においてはまた、エンジンのアイドル運転時に、過去の複数燃焼サイクルにおいて瞬時回転速度検出手段により各特定クランク角位置で検出された瞬時回転速度の平均値を各特定クランク角位置における安定瞬時回転速度としたことにより、エンジンの実際の安定瞬時回転速度を基準にしてエンジンがアシストを必要としているか否かを判定することができるため、エンジンの特性のばらつきの影響を受けることなく、エンジンのアシスト制御を的確に行なわせて、アイドル運転時にエンジンが停止するのを防ぐことができる。

以下図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
図１は本発明に係わるエンジン始動装置を備えたエンジンシステムの構成を示したものである。同図においてＥＮＧは並列２気筒４サイクルエンジンである。このエンジンの１番気筒の燃焼サイクルと２番気筒の燃焼サイクルとの位相差は３６０°である。１はエンジン本体を示している。エンジン本体１は、内部にピストン１００が設けられた２つの気筒１０１（図面には１番気筒のみを示してある。）と、気筒内のピストン１００にコンロッド１０２を介して連結されたクランク軸１０３とを有している。

エンジン本体１は、吸気ポート１０４と、排気ポート１０５とを有し、吸気ポート１０４には吸気管１０６が接続されている。吸気管１０６内にはスロットルバルブ１０７が設けられ、吸気ポート１０４及び排気ポート１０５をそれぞれ開閉するように吸気バルブ１０８及び排気バルブ１０９が設けられている。エンジン本体のシリンダヘッド１１０の上部にはカムカバー１１１が取り付けられ、このカムカバー１１１の内側に、吸気バルブ１０８及び排気バルブ１０９を駆動するカム機構１１２を収容したカム室１１３が設けられている。

エンジンＥＮＧはまた、吸気管１０６を通して気筒１０１内に供給する混合気を生成するために燃料を噴射する燃料噴射装置と、気筒１０１内で圧縮された混合気に点火する点火装置と、クランク軸１０３を正転方向及び逆転方向に回転駆動し得るスタータモータとを備えている。

図示の例では、スロットルバルブ１０７よりも下流側の吸気管内または吸気ポート内に燃料を噴射するようにインジェクタ（電磁式燃料噴射弁）２が取り付けられ、インジェクタ２には、燃料タンク３内の燃料４を汲み出す燃料ポンプ５から燃料が供給されている。燃料ポンプ５からインジェクタ２に供給される燃料の圧力は、圧力調整器６により一定に保たれている。インジェクタ２のソレノイドは電子式制御ユニット（ＥＣＵ）１０内に設けられたインジェクタ駆動回路に接続されている。インジェクタ駆動回路は、ＥＣＵ内で噴射指令信号が発生したときにインジェクタ２のソレノイドに駆動電圧を与える回路である。インジェクタ２は、インジェクタ駆動回路からそのソレノイドに駆動電圧Ｖinjが与えられている間にバルブを開いて吸気管内に燃料を噴射する。インジェクタに与えられる燃料の圧力が一定に保たれる場合、燃料の噴射量は噴射時間（インジェクタのバルブを開いている時間）により管理される。

この例では、インジェクタ２と図示しないインジェクタ駆動回路と、該インジェクタ駆動回路に噴射指令を与える燃料噴射制御部と、燃料ポンプ５とにより燃料噴射装置が構成されている。

エンジン本体のシリンダヘッドには、各気筒１０１内の燃焼室に先端の放電ギャップを臨ませた状態で各気筒用の点火プラグ１２が取り付けられ、各気筒用の点火プラグは、各気筒用の点火コイル１３の二次側に接続されている。各気筒用の点火コイル１３の一次側は、ＥＣＵ１０内に設けられた図示しない点火回路に接続されている。

点火回路は、点火指令発生部から点火指令が与えられたときに点火コイル１３の一次電流Ｉ1に急激な変化を生じさせて点火コイル１３の二次側に点火用の高電圧を誘起させる回路である。点火プラグ１２と、点火コイル１３と図示しない点火回路と、該点火回路に点火指令を与える点火指令発生部とにより、エンジンを点火する点火装置が構成されている。点火指令発生部は、エンジンの定常運転時の点火位置を演算して、演算した点火位置が検出されたときに点火指令を発生する定常時点火制御部と、エンジンの始動時に、エンジンを始動させるために適した点火位置で点火指令を発生する始動時点火制御部とにより構成される。

図１に示されたエンジンでは、スロットルバルブをバイパスするようにソレノイドにより操作されるＩＳＣ（Idle Speed Control）バルブ１２０が設けられている。ＥＣＵ１０内にはＩＳＣバルブ１２０に駆動信号Ｖiscを与えるＩＳＣバルブ駆動回路が設けられ、このＩＳＣバルブ駆動回路からＩＳＣバルブ１２０に、エンジンのアイドリング回転速度を一定に保つように駆動信号Ｖiscが与えられる。

本実施形態では、エンジンの始動時及びエンジンをアシストする際にモータとして駆動され、エンジンの運転中、エンジンをアシストする必要がないときにジェネレータ（発電機）として運転される回転電機（モータ・ジェネレータと呼ばれる。）ＭＧがエンジンに取り付けられている。回転電機ＭＧは、エンジンのクランク軸１０３に取り付けられたロータ２１と、エンジン本体のケース等に固定されたステータ２２とからなっている。

ロータ２１は、カップ状に形成された鉄製のロータヨーク２３と、その内周に取り付けられた永久磁石２４とからなっている。この例では、ロータヨーク２３の内周に取り付けられた永久磁石２４により１２極の磁石界磁が構成されている。ロータ２１は、そのロータヨーク２３の底壁部の中央に設けられたボス部２５の内側に形成されたテーパ孔にエンジンのクランク軸１０３の先端のテーパ部を嵌合させて、ネジ部材によりボス部２５をクランク軸１０３に対して締め付けることによりクランク軸１０３に取り付けられている。

ステータ２２は、環状のヨーク２６ｙの外周から１８個の突極部２６ｐを放射状に突出させた構造を有するステータ鉄心２６と、ステータ鉄心の一連の突極部２６ｐに巻回されて３相結線された電機子コイル２７とからなっていて、ステータ鉄心２６の各突極部２６ｐの先端の磁極部がロータの磁極部に所定のギャップを介して対向させられている。ロータヨーク２３の外周には弧状の突起からなるリラクタｒが形成され、エンジンのケース側には、リラクタｒの回転方向の前端側エッジ及び後端側エッジをそれぞれ検出して極性が異なるパルスを発生するパルス信号発生器２８が取り付けられている。

モータ・ジェネレータＭＧのステータ側には、３相の各相の電機子コイルに対してそれぞれ設定された検出位置に配置されて、ロータ２１の磁石界磁の各磁極の極性を検出するホールＩＣ等のホールセンサ２９ｕないし２９ｗが設けられている。図１においては、３相のホールセンサ２９ｕないし２９ｗがロータヨーク２３の外側に配置されているように図示されているが、３相のホールセンサ２９ｕないし２９ｗは、実際にはロータ２１の内側に配置されて、ステータ２２に対して固定されたプリント基板等に取り付けられている。ホールセンサの設け方は、通常の３相ブラシレスモータにおけるそれと同様である。ホールセンサ２９ｕないし２９ｗは、検出している磁極がＮ極であるときとＳ極であるときとでレベルが異なる電圧信号からなる位置検出信号ｈuないしｈwを出力する。

本発明においては、ホールセンサ２９ｕないし２９ｗを、エンジンのクランク軸が、該エンジンの燃焼サイクルの各行程に相当するクランク角区間よりも充分に狭く設定された瞬時速度検出区間を回転する毎に現れる各特定クランク角位置でクランク角検出信号を発生するクランク角センサとしても用いる。

モータ・ジェネレータＭＧの３相の電機子コイルは、配線３０ｕないし３０ｗを通してモータ駆動／整流回路３１の交流側端子に接続され、モータ駆動／整流回路３１の直流側端子間にバッテリ３２が接続されている。モータ駆動／整流回路３１は、ＭＯＳＦＥＴやパワートランジスタなどのオンオフ制御が可能なスイッチ素子ＱuないしＱw及びＱxないしＱzにより３相Ｈブリッジの各辺を構成したブリッジ形の３相インバータ回路（モータ駆動回路）と、該インバータ回路のスイッチ素子ＱuないしＱw及びＱxないしＱzにそれぞれ逆並列接続されたダイオードＤuないしＤw及びＤxないしＤzにより構成されたダイオードブリッジ３相全波整流回路とを備えた周知の回路である。

モータ・ジェネレータＭＧをモータとして動作させる際には、ホールセンサ２９ｕないし２９ｗの出力から検出されたロータ２１の回転角度位置に応じてインバータ回路のスイッチ素子がオンオフ制御されることにより、バッテリ３２からインバータ回路を通して３相の電機子コイル２７に所定の相順で転流する駆動電流が供給される。このモータ・ジェネレータのモータとしての駆動の仕方は、周知の３相ブラシレスモータの駆動の仕方と同一である。

またエンジンが始動した後、モータ・ジェネレータＭＧをジェネレータとして運転する際には、電機子コイル２７から得られる３相交流出力が、モータ駆動／整流回路３１内の全波整流回路を通してバッテリ３２と、バッテリ３２の両端に接続された各種の負荷（図示せず。）とに供給される。このとき、バッテリ３２の両端の電圧に応じて、インバータ回路のブリッジの上辺を構成するスイッチ素子またはブリッジ下辺を構成するスイッチ素子が同時にオンオフ制御されることにより、バッテリ３２の両端の電圧が設定値を超えないように制御される。例えば、バッテリ３２の両端の電圧が設定値以下のときにはインバータ回路のＨブリッジを構成するスイッチ素子ＱuないしＱw及びＱxないしＱzがオフ状態に保持されてモータ駆動／整流回路３１内の整流回路の出力がそのままバッテリ３２に印加される。また、バッテリ３２の両端の電圧が設定値を超えたときには、インバータ回路のブリッジの３つの下辺（上辺でもよい）をそれぞれ構成する３つのスイッチ素子ＱxないしＱzが同時にオン状態にされることにより、ジェネレータの３相交流出力が短絡されて、バッテリ３２の両端の電圧が設定値以下に低下させられる。これらの動作の繰り返しによりバッテリ３２の両端の電圧が設定値付近の値に保たれる。

なおインバータ回路のブリッジの各辺を構成するスイッチ素子としてＭＯＳＦＥＴが用いられる場合には、該ＭＯＳＦＥＴのドレインソース間に形成される寄生ダイオードを上記ダイオードＤuないしＤw及びＤxないしＤzとして用いることができる。

また図示の例では、ＥＣＵ１０のマイクロプロセッサにエンジンの情報を与えるために、スロットルバルブ１０７の位置（開度）を検出するスロットルポジションセンサ３５と、スロットルバルブ１０７よりも下流側の吸気管内圧力を検出する圧力センサ３６と、エンジンの冷却水温度を検出する冷却水温度センサ３７と、エンジンに吸入される空気の温度を検出する吸気温度センサ３８とが設けられている。

図２を参照すると、図１に示されたシステムの電気的な構成がブロック図で示されている。ＥＣＵ１０は、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）４０と、点火回路４１と、インジェクタ駆動回路４２と、ＩＳＣバルブ駆動回路４３と、モータ駆動／整流回路３１の温度を検出する温度センサ４４と、マイクロプロセッサ４０から与えられる指令に応じてモータ駆動／整流回路３１のインバータ回路のスイッチ素子に駆動信号を与えるコントロール回路４５と、所定個数のインターフェース回路Ｉ／Ｆとを備えている。

マイクロプロセッサ４０は、ＲＯＭに記憶された所定のプログラムを実行させることにより、エンジンを制御するために必要な各種の制御手段を構成する。図示の例では、マイクロプロセッサ４０にエンジンの情報を与えるために、スロットルポジションセンサ３５から得られるスロットルポジション信号Ｓa、圧力センサ３６から得られる吸気管内圧力検出信号Ｓb、冷却水温度センサ３７から得られる冷却水温検出信号Ｓc及び吸気温度センサ３８から得られる吸気温度検出信号ＳdがＥＣＵ１０内のマイクロプロセッサにインターフェース回路Ｉ／Ｆを通して入力されている。またホールセンサ２９ｕないし２９ｗの出力信号ｈuないしｈwと、パルス信号発生器２８の出力Ｓpと、電圧センサ３３ａ及び電流センサ３３ｂからそれぞれ得られる電圧検出信号及び電流検出信号とが所定のインターフェース回路Ｉ／Ｆを通してマイクロプロセッサ４０に入力されている。

そして、ＥＣＵ１０内の点火回路４１から点火コイル１３に一次電流Ｉ1が供給され、ＥＣＵ１０内のインジェクタ駆動回路４２からインジェクタ２に駆動電圧Ｖinjが与えられている。またコントロール回路４５からモータ駆動／整流回路３１のインバータ回路の６個のスイッチ素子ＱuないしＱw及びＱxないしＱzにそれぞれ駆動信号（スイッチ素子をオン状態にするための信号）ＳuないしＳw及びＳxないしＳzが与えられている。

図２において、４７はバッテリ３２の出力電圧が入力された電源回路である。電源回路４７は、バッテリ３２の出力電圧を降圧して安定化することにより、ＥＣＵ１０の各部に供給する電源電圧を出力する。

図３は、本実施形態のエンジン制御装置のうち、エンジンをモータでアシストするための制御を行なう部分の構成を概略的に示したブロック図である。同図において、５０はエンジンがアイドル運転状態にあるのか、定常運転状態にあるのかを判定する運転状態判定手段である。この運転状態判定手段は、回転速度検出手段４９が検出するエンジンの平均回転速度がアイドル設定速度以下で、かつスロットルバルブが全閉位置にある状態が所定時間継続したときにエンジンがアイドル状態にあると判定し、これらの条件の少なくとも一方が成立しないときにエンジンが定常状態（アイドル状態以外の運転状態）にあると判定する。回転速度検出手段４９は、エンジンに取り付けられたパルス信号発生器２８が設定されたクランク角位置で発生するパルス信号の発生周期（エンジンのクランク軸が１回転するのに要する時間）からエンジンの平均回転速度を検出する

ＥＣＵ１０には、エンジンのアイドル運転時にエンジンの回転速度をアイドル設定速度に保つようにＩＳＣバルブ１２０を制御するアイドル制御部が設けられている。アイドル設定速度は、エンジンのクランク軸とプロペラとの間に設けられている変速機のギアポジションにより異なる値に設定される。変速機のシフトレバーがニュートラル位置にあるときのアイドル設定速度は、エンジンの温度やモータ・ジェネレータがジェネレータとして運転されるときの発電量等に応じて（アイドル運転時にもバッテリが充電されるように）予め設定された値をとる。変速機のシフトレバーがニュートラル位置にあるときのアイドル設定速度は、通常のエンジン制御において設定されるアイドル設定速度と同様である。

変速機のシフトレバーが「前進」位置にあるとき（いわゆるトローリング時）のアイドル設定速度は、トローリング時の船速を微調整するために操船者により適宜に選択される。変速機のシフトレバーが「前進」位置にあるときのアイドル設定速度を切り換えるため、アイドル設定速度を設定するアイドル速度設定器（図示せず。）が前記アイドル制御部に設けられ、このアイドル速度設定器により、アイドル設定速度を適宜に切り換え得るようになっている。アイドル設定速度は、例えば５００〜１０００[r/min]の範囲で任意に設定される。

５１はクランク角位置検出手段で、このクランク角位置検出手段は、エンジンのクランク軸が、該エンジンの燃焼サイクルの各行程に相当するクランク角区間よりも充分に狭く設定された単位区間を回転する毎に現れるクランク角位置を特定クランク角位置として検出するように構成される。本実施形態ではこのクランク角位置検出手段が、モータ・ジェネレータＭＧのステータ側に設けられたホールセンサ２９ｕ〜２９ｗと、マイクロプロセッサを用いてこれらのホールセンサの出力信号からクランク角位置の情報を得るための処理を行う過程とにより構成される。

モータ・ジェネレータＭＧのロータとして１２極（６対極）の磁石ロータが用いられる場合に、３相のホールセンサ２９ｕないし２９ｗとしてホールＩＣを用いると、センサ２９ｕないし２９ｗがそれぞれ発生する位置検出信号ｈuないしｈwの波形は、図４の（Ｃ）ないし（Ｅ）のようになり、クランク角が１０°変化する毎に位置検出信号ｈuないしｈwのいずれかが、高レベル（Ｈレベル）から低レベル（Ｌレベル）への変化または低レベルから高レベルへの変化を示す。本実施形態では、これらの位置検出信号ｈuないしｈwのＨレベル及びＬレベルをそれぞれ「１」及び「０」で表して、位置検出信号のレベル変化をクランク角検出信号として用いる。また位置検出信号のレベルのパターンの変化から、１０°の単位区間を検出し、これらの単位区間がエンジンのいずれのクランク角位置に対応するかを、パルス信号発生器２８の出力パルスを用いて識別する。

本実施形態では、始動時にパルス信号発生器２８からできるだけ波高値が高いパルスを得ることができるようにするために、ピストンが下死点付近にあるとき、即ちエンジンの負荷トルクが比較的軽い区間にあるときに信号発生器２８がリラクタｒのエッジを検出してパルスを発生するようにしている。具体的には、図４（Ｂ）に示すように、２番気筒の圧縮行程の上死点前２００°の位置及び１６０°の位置でパルス信号発生器２８がリラクタｒの回転方向の前端側エッジ及び後端側エッジをそれぞれ検出して、正極性のパルスＳp1及び負極性のパルスＳp2を発生するように、パルス信号発生器２８が設けられ、パルスＳp1及びＳp2の一方を基準にして、ホールセンサの出力パターンの変化により検出される一連の単位区間がそれぞれエンジンのいずれのクランク角位置に対応するかを識別する。

図示の例では、図４の一番下に示したように、パルス信号発生器２８がパルスＳp1を発生した直後に検出される１０°の単位区間（位置検出信号ｈu，ｈv，ｈwのパターンが０，１，１となった位置から０，０，１となる位置までの区間）に「２０」の区間番号をつけ、以後ホールセンサの出力のパターンが切り替わる毎に、区間番号を１ずつ減少させて、区間番号が１になったところで次の区間番号を７２とすることにより、クランク軸が２回転する間（１燃焼サイクルが行なわれる間）に検出される７２個の単位区間に１ないし７２の区間番号をつけて、一連の単位区間とエンジンのクランク角位置との関係を識別するようにしている。

ホールセンサの出力のパターンの変化から検出される一連の単位区間とエンジンの現在のクランク角位置との関係を一度識別することができれば、以後はホールセンサの出力のパターンが切り替わる毎に区間番号を更新することにより、各単位区間とエンジンのクランク角位置との対応関係を維持することができ、単位区間と単位区間との各境界位置（クランク軸が１０度回転する毎に現れるクランク角位置）から、エンジンの点火位置の制御などに用いるエンジンのクランク角情報を得ることができる。

後記するように、本発明においては、エンジンのクランク軸が、燃焼サイクルの各行程に相当するクランク角区間よりも充分に狭く設定された瞬時速度検出区間を回転する毎に現れる各クランク角位置を特定クランク角位置として検出して、各特定クランク角位置が検出される毎にエンジンの瞬時回転速度を示すデータを取得する。そして、このデータに基づいてエンジンがアシストを必要としているか否かを判定し、アシストを必要としている場合にモータ・ジェネレータをモータとして駆動してエンジンをアシストする。

瞬時回転速度の検出精度を高くするためには、瞬時速度検出区間の角度を小さくすることが好ましいが、瞬時速度検出区間の角度を余り小さくすると瞬時回転速度の演算や、エンジンのアシストの要否の判定処理を行うためにマイクロプロセッサの処理に頻繁に割り込みをかけることが必要になり、エンジンのアシストの制御を行うために必要とされる処理に要する時間が長くなって、点火時期の制御や燃料噴射量の制御等、エンジンの運転を維持するために必要な他の制御を行うために必要な演算処理時間が不足するおそれが生じる。瞬時速度検出区間の角度（クランク軸が１回転する間に現れる特定クランク角位置相互間の角度）は、エンジンのアシスト制御に割り当てることができる演算処理時間、瞬時回転速度の検出精度、アシスト制御の的確性などを勘案して適宜に設定する。

本実施形態では、ホールセンサ２９ｕ〜２９ｗの出力がレベル変化を示すクランク角位置（レベル変化位置）のうち、２つ置きに現れるレベル変化位置を特定クランク角位置として用い、各瞬時速度検出区間の角度αを３０度とする。具体的には、Ｕ相のホールセンサの出力信号ｈuが低レベルを示す区間及び高レベルを示す区間をそれぞれ瞬時速度検出区間とし、区間番号２１ないし１９の３つの単位区間からなる３０度の区間と、区間番号１８ないし１６の３つの単位区間からなる３０度の区間との境界位置を第１気筒の膨張行程の下死点位置に対応する特定クランク角位置θ7とし、この特定クランク角位置から順次３０度ずつ位置がずれた一連のクランク角位置を特定クランク角位置θ8 ，θ9，…として、エンジンの１燃焼サイクルが行なわれる７２０度のクランク角範囲に合計２４個の特定クランク角位置を設定する。

このように３０度の区間を瞬時速度検出区間として、隣り合う瞬時速度検出区間の境界位置を特定クランク角位置とする場合、各瞬時速度検出区間は、各瞬時速度検出区間を構成する３つの単位区間を識別する３つの番号のうちの一つの番号を用いて識別すればよい。例えば、特定クランク角位置θ7とθ8との間の瞬時速度検出区間は３つの区間番号１６ないし１８のうちのいずれかにより特定すればよい。各瞬時速度検出区間を特定する区間番号としていずれを用いるかは、特定クランク角位置を検出する処理を行わせるためにマイクロプロセッサに実行させるプログラムを作成する際に定めておけばよい。

５２は、クランク角位置検出手段５１が各特定クランク角位置を検出する毎に、１つ前の特定クランク角位置が検出された時刻から今回の特定クランク角位置が検出された時刻までの時間から検出される回転速度をエンジンの瞬時回転速度として検出して、検出した瞬時回転速度の情報を含むデータを記憶する瞬時回転速度検出手段である。

エンジンの瞬時回転速度を示すデータとしては、クランク軸が各瞬時速度検出区間を回転する間にマイクロプロセッサのタイマが計測した時間（クランク軸が各瞬時速度検出区間を回転するのに要した時間）のデータそのものを用いてもよく、この時間と瞬時速度検出区間の角度αとから演算した回転速度のデータを用いてもよい。演算処理を速くするためには、クランク軸が各瞬時速度検出区間を回転する間にタイマにより計測された時間そのものを瞬時回転速度を示すデータとして用いるのが好ましい。

図３において、５３は、瞬時回転速度検出手段５２により検出された瞬時回転速度の低下から、エンジンのクランク軸に外部から駆動力を与えてエンジンをアシストする必要があるか否かを判定するアシスト要否判定手段、５４は、アシスト要否判定手段５３によりエンジンをアシストする必要があると判定されているときにモータ・ジェネレータＭＧからエンジンＥＮＧに駆動力を与えるようにモータ・ジェネレータを駆動するモータ・ジェネレータ駆動手段である。

瞬時回転速度の低下に基づく、エンジンのアシストの要否の判定は、例えば、エンジンの瞬時回転速度が、エンジンを安定に回転させるために必要な平均回転速度よりも低く設定されたアシスト開始回転速度以下に低下したことが検出されたときに、エンジンのアシストが必要であると判定し、エンジンの回転速度がアシスト開始回転速度よりも高く設定されたアシスト終了回転速度まで回復したときにエンジンのアシストが不要になったと判定することにより行う。後記するように、本実施形態では、エンジンのアシストの要否の判定に用いる判定速度をアイドル運転時と、それ以外の運転時（定常運転時）とで異ならせる。

そのため、本実施形態では、アシスト要否判定手段５３を、エンジンの回転速度がアイドル設定速度を超えている定常運転時にアシストの要否を判定する定常運転時アシスト要否判定手段５５と、エンジンのアイドル運転時にアシストの要否を判定するアイドル運転時アシスト要否判定手段５６とにより構成する。

定常運転時アシスト要否判定手段５５は、瞬時回転速度検出手段５２により検出された瞬時回転速度がクランク角位置に関わりなく一定の値に設定された定常運転時アシスト開始判定速度以下になったときにエンジンをアシストする必要があると判定し、一度エンジンのアシストが必要であると判定した後は、瞬時回転速度検出手段により検出された瞬時回転速度が定常運転時アシスト開始判定速度よりも高く設定されたアシスト終了判定速度以上になるまでアシストが必要であると判定した状態を維持するように構成される。

アイドル運転時アシスト要否判定手段５６は、瞬時回転速度検出手段により各特定クランク角位置で検出された瞬時回転速度が、各特定クランク角位置におけるアイドル運転時の安定瞬時回転速度よりも低く設定されたアイドル時アシスト開始判定速度以下であるときにエンジンのアシストが必要であると判定し、一度エンジンのアシストが必要であると判定した後は、各特定クランク角位置で検出されるエンジンの瞬時回転速度が当該特定クランク角位置におけるアイドル運転時の安定瞬時回転速度以上になったことが検出されるまでアシストが必要であると判定した状態を維持するように構成される。

図示のアイドル運転時アシスト要否判定手段５６は、エンジンのアイドル運転時に、過去の複数の燃焼サイクルにおいて瞬時回転速度検出手段５２により各特定クランク角位置で検出された瞬時回転速度の平均値を各特定クランク角位置における安定瞬時回転速度として演算する安定瞬時回転速度演算手段５７と、安定瞬時回転速度演算手段５７により演算された安定瞬時回転速度から一定値ΔＮを差し引いて、各特定クランク角位置におけるアイドル運転時の安定瞬時回転速度よりも一定値ΔＮだけ低く設定されたアイドル時アシスト開始判定速度を演算する判定速度演算手段５８と、瞬時回転速度をアイドル時アシスト開始判定速度と比較して、瞬時回転速度が、アイドル時アシスト開始判定速度以下であるときにエンジンのアシストが必要であると判定し、一度エンジンのアシストが必要であると判定した後は、各特定クランク角位置で検出される瞬時回転速度が当該特定クランク角位置におけるアイドル運転時の安定瞬時回転速度以上になったことが検出されるまでアシストが必要であると判定した状態を維持する比較判定手段５９とからなっている。上記ΔＮの値は実験結果に基づいて適正な値に設定する。

エンジン制御装置が図３のように構成されている場合の制御動作を説明する。瞬時回転速度検出手段５２は、クランク角センサ５１が各特定クランク角位置でクランク角検出信号を発生する毎に、１つ前のクランク角検出信号が発生した時刻から今回のクランク角検出信号が発生した時刻までの時間をエンジンの瞬時回転速度の情報を含むデータとして記憶する。ここで、運転状態判定手段５０により、エンジンがアイドル運転状態になく、定常運転状態にあると判定されているとすると、定常運転時アシスト要否判定手段５５が、瞬時回転速度検出手段５２により検出された瞬時回転速度を定常運転時アシスト開始判定速度と比較して、瞬時回転速度が定常運転時アシスト開始判定速度以下であるか否かを判定する。その結果、瞬時回転速度が定常運転時アシスト開始判定速度を超えていると判定されたときには、エンジンのアシストは不要であるとして、モータ・ジェネレータＭＧをジェネレータとして動作させる。

瞬時回転速度を定常運転時アシスト開始判定速度と比較した結果、瞬時回転速度が定常運転時アシスト開始判定速度以下であると判定されたときには、エンジンのアシストが必要であるとして、定常運転時アシスト要否判定手段５５からモータ・ジェネレータ駆動手段５４にモータ駆動指令を与える。このときモータ・ジェネレータ駆動手段５４は、モータ・ジェネレータＭＧのホールセンサの検出信号により得られるロータの回転角度位置の情報に基づいて該モータ・ジェネレータの電機子コイルに所定の相順で転流する駆動電流を流し、これによりモータ・ジェネレータＭＧをモータとして駆動して該モータからエンジンのクランク軸に、該エンジンの回転をアシストする（補助する）方向のトルクを与える。

従って、例えば、船舶が航行中に、危険を回避するためにシフトレバーが前進位置から後退位置に切り換えられたことにより、エンジンの負荷が急増して、その回転速度がエンジンストールを招くおそれがある程度まで低下したときに、定常運転時アシスト要否判定手段５５にエンジンのアシストが必要であるとの判定を行わせて、モータ・ジェネレータによるエンジンのアシストを行わせることができる。

図５は、従来のように、エンジンの平均回転速度に基づいてエンジンのアシストの要否を判定してエンジンのアシストを行った場合と、本発明のようにエンジンの瞬時回転速度に基づいてエンジンのアシストの要否を判定してエンジンのアシストを行った場合とについて、エンジンの回転速度の変化を示したものである。同図において、曲線ａ及びｂはそれぞれ、瞬時回転速度に基づいてエンジンのアシストの要否を判定してエンジンのアシストを行った場合の回転速度の変化及びエンジンの平均回転速度に基づいてエンジンのアシストの要否を判定してエンジンのアシストを行った場合の回転速度の変化を示し、曲線ｃは、エンジンのアシストを行わなかった場合の回転速度の変化を示している。またＮavはエンジンが１回転する間の平均回転速度を示し、Ｎas及びＮaeはそれぞれ定常運転時アシスト開始判定速度及び定常運転時アシスト終了判定速度を示している。

エンジンのアシスト制御を行なわなかった場合には、シフトレバーが前進位置から後退位置に切り換えられて負荷が急増したときに、図５の曲線ｃのようにエンジンの回転速度が低下していき、エンジンはストールするおそれがある。

特許文献１に示されているように、エンジンの平均回転速度に基づいてエンジンのアシストの要否を判定してエンジンのアシストを行った場合には、図５の曲線ｂのように、クランク角位置θxで平均回転速度Ｎavがアシスト開始回転速度Ｎas以下になったことが検出されたときにモータ・ジェネレータが駆動されてエンジンのアシストが開始される。これにより、曲線ｂに示すように回転速度が回復していくが、エンジンの平均回転速度Ｎavがアシスト開始回転速度Ｎas以下になっとことが検出されるまでに時間がかかるため、アシストの開始が遅れるのを避けられない。

これに対し、本発明のように、エンジンの瞬時回転速度に基づいてエンジンのアシストの要否を判定してエンジンのアシストを行った場合には、クランク角位置θaで瞬時回転速度がアシスト開始回転速度Ｎas以下になったときに、その直後の特定クランク角位置θnで瞬時回転速度がアシスト開始回転速度Ｎas以下になったことが検出されて、エンジンがアシストを必要としているとの判定が行われるため、エンジンのアシストを速やかに行わせて、曲線ａに示すように、エンジンの回転速度を短時間で回復させることができる。クランク角位置θnでエンジンのアシストが開始された後、クランク角θbでエンジンの瞬時回転速度がアシスト終了回転速度Ｎaeを超えると、その直後の特定クランク角位置θn′で瞬時回転速度がアシスト終了回転速度Ｎaeを超えたことが検出されるため、モータ・ジェネレータ駆動手段５４によるモータ・ジェネレータの駆動が停止されてエンジンのアシストが終了する。

このように、本発明によれば、エンジンの回転速度の瞬時値がアシスト開始回転速度以下になったときにエンジンのアシストを開始するため、エンジンがモータのアシストを必要とする状態になったときに速やかにエンジンのアシストを開始することができる。従って、シフトレバーが前進位置から後退位置に切り換えられた際にエンジンがストールするのを確実に防ぐことができる。

次にアイドル判定手段５０により、エンジンがアイドル運転状態にあると判定されたとする。エンジンがアイドル運転状態にあるときには、図６に示すようにエンジンの回転速度が、エンジンの行程の変化に伴う負荷の変化により細かく変動する。図６（Ａ）において、曲線ａはエンジンの実際の回転速度を示し、直線ｂはエンジンの平均回転速度（図示の例では８００rpm)を示している。図示の例では、エンジンの平均回転速度が８００rpmであるため、エンジンのクランク軸は、０．０７５（＝６０／８００）sec で１回転する。

図６（Ｂ）及び（Ｃ）はそれぞれエンジンの第１気筒及び第２気筒の行程変化を示し、「膨張」、「排気」、「吸気」及び「圧縮」はそれぞれ膨張行程、排気行程、吸気行程及び圧縮行程を示している。この例では、単位区間の角度を３０°とし、エンジンの各行程が６つの単位区間に等分されるように、１燃焼サイクルの区間に２４個の特定クランク角位置θ1，θ2，…，θ24を設定している。

ＥＣＵ１０のマイクロプロセッサ４０は、エンジンのアイドル運転時に、エンジンの回転速度をアイドル設定速度（図６に示す例では８００rpm）に保つように、スロットルバルブに並列に設けられたＩＳＣバルブ１２０（図１参照）を制御する。ＩＳＣバルブの制御は公知であるので詳細な説明は省略する。

アイドル運転時にはエンジンの気筒で行なわれる燃料の燃焼が不安定で、エンジンが発生するトルクが小さいため、ちょっとした負荷変動によっても、エンジンがストールするおそれがある。特に、操船者がトローリングを行なう際にアイドル設定速度を低い値に切り換えると、エンジンのアイドル回転が不安定になり、エンジンがストールおそれが高まる。例えば、図７の曲線ａに示すようにアイドル設定速度を５００rpmまで低下させたとすると、いずれかの気筒内のピストンが圧縮行程の上死点に近づいた際に、図に波線で示した曲線ｂのように回転速度が低下し始め、やがてエンジンがストールするおそれがある。図示の例では、第２気筒の圧縮行程が終了する際のピストンの上死点である特定クランク角位置θ1で、エンジンの瞬時回転速度が低下し始めている。

従って、トローリング時にアイドル設定速度を低い値に切り換えることができるようにするためには、エンジンのアシスト制御に定常運転時よりも更に早い応答性を持たせることが必要になり、エンジンの瞬時回転速度の変化から、エンジンがアシストを必要としていることをできるだけ速やかに、しかも的確に判定することが必要になる。

アイドル運転時には、エンジンの回転速度が行程の変化に伴って細かく変動するため、エンジンの瞬時回転速度を一定の判定値と比較しても、エンジンがアシストを必要としているか否かを的確に判定することはできない。そこで、本実施形態では、エンジンのアイドル運転が安定に行なわれている状態での各特定クランク角位置での瞬時回転速度をアイドル運転時の安定瞬時回転速度として、エンジンの瞬時回転速度がこの安定瞬時回転速度より一定値ΔＮ以上低下したことが検出されたときに、エンジンがアシストを必要としていると判定する。

なお図７において曲線ａの細い波線で示された部分はアイドル回転速度が低下せずに安定にアイドル運転が継続されたと仮定した場合の回転速度の変化を示している。図７においては、各特定クランク角位置で参照される（前回の燃焼サイクルの同じ特定クランク角位置で演算された）複数の燃焼サイクルに亘る瞬時回転速度の平均値Ｎis（安定瞬時回転速度）が、各特定クランク角位置毎に短い横線で示されている。

アイドル運転時にアイドル設定速度を従来よりも低く設定することを可能にするため、本実施形態においては、各特定クランク角位置で瞬時回転速度が検出されたときに、各特定クランク角位置における瞬時回転速度の過去の連続する複数燃焼サイクル（例えば３〜５燃焼サイクル）に亘る平均値を、次の燃焼サイクルにおける各特定クランク角位置で参照する安定瞬時回転速度（エンジンが安定にアイドル回転しているときの各特定クランク角位置での瞬時回転速度）として演算する安定瞬時回転速度演算手段５７を設け、各特定クランク角位置でこの演算手段が演算した安定瞬時回転速度を各特定クランク角位置毎に記憶させておく。また各特定クランク角位置で瞬時回転速度が検出されたときに、前回の燃焼サイクルの同じ特定クランク角位置で演算された安定瞬時回転速度から一定値ΔＮを差し引いた値を各特定クランク角位置におけるアイドル時アシスト開始判定速度として演算する判定値演算手段５８を設けて、この判定値演算手段５８により演算されたアイドル時アシスト開始判定速度を、新たに検出された瞬時回転速度とともに比較判定手段５９に与える。

そして、各特定クランク角位置で新たな瞬時回転速度が検出されたときに、前回の燃焼サイクルで演算された各特定クランク角位置における安定瞬時回転速度を参照して、アイドル時アシスト開始判定速度を演算し、新たに検出された瞬時回転速度と、アイドル時アシスト開始判定速度とを比較する。その結果、新たに検出された瞬時回転速度がアイドル時アシスト開始判定速度以下になっているときに、エンジンがアシストを必要としていると判定して、モータ・ジェネレータ駆動手段５４にモータ・ジェネレータＭＧのモータとしての駆動を開始させ、エンジンのアシストを開始させる。

図７に示した例では、第１気筒の吸気行程及び第２気筒の膨張行程の途中の特定クランク角位置θ17で、瞬時回転速度が一つ前の燃焼サイクルで演算された同じ特定クランク角位置θ17における瞬時回転速度の平均値（安定瞬時回転速度）よりも一定値ΔＮだけ低い値に設定されたアイドル時アシスト開始判定速度を下回ったため、この特定クランク角位置θ17でエンジンのアシストが開始され、曲線ｃに示すようにエンジンの回転速度が回復させられている。

上記のように、アイドル運転時の各特定クランク角位置における安定瞬時回転速度を基準にして、各特定クランク角位置で検出された瞬時回転速度が、各特定クランク角位置におけるアイドル運転時の安定瞬時回転速度よりも低く設定されたアイドル時アシスト開始判定速度以下であるときにエンジンのアシストが必要であると判定するようにすると、エンジンがアシストを必要としているか否かの判定を迅速に、かつ的確に行なわせてアシストを必要とする場合に直ちにエンジンをアシストすることができ、エンジンの低回転域における出力トルクが低い場合でも、エンジンをストールさせることなく、微速でのアイドル運転を安定に行わせることができる。

また上記のように、エンジンのアイドル運転時に、各特定クランク角位置で瞬時回転速度検出手段により検出される瞬時回転速度の複数燃焼サイクルに亘る平均値を各特定クランク角位置における安定瞬時回転速度として演算する安定瞬時回転速度演算手段を設けておくと、エンジンの実際の安定瞬時回転速度を基準にしてエンジンがアシストを必要としているか否かを判定することができるため、エンジンの特性のばらつきの影響を受けることなく、エンジンのアシスト制御を的確に行なわせて、アイドル運転時にエンジンが停止するのを防ぐことができる。

次に図３に示した制御装置の各部を構成するためにマイクロプロセッサに実行させる処理について説明する。図８及び図９は、クランク角センサが各特定クランク角位置でクランク角検出信号を発生する毎に起動する割り込み処理であり、図１０は、パルス信号発生器がパルス信号ＳＰ1を発生する基準クランク角位置で１燃焼サイクルに１回実行される割り込み処理である。

各特定クランク角位置が検出される毎に実行される図８及び図９に示した処理においては、先ず図８のステップＳ1において、１つ前のクランク角検出信号が発生した時刻から今回のクランク角検出信号が発生した時刻までの時間から瞬時回転速度［ＲｅＶ＊−＊］を演算し、ステップＳ２で演算した瞬時回転速度を記憶する。ここで＊−＊は各特定クランク角位置の直前の瞬時回転速度検出区間を特定する区間番号を意味する。

ステップＳ２で各特定クランク角位置での瞬時回転速度を記憶した後、ステップＳ３で瞬時回転速度［Ｒｅｖ＊−＊］とアイドル設定速度<<ＩＤＬ>>とを比較する。その結果、瞬時回転速度［Ｒｅｖ＊−＊］がアイドル設定速度<<ＩＤＬ>>よりも高い場合には、ステップＳ４でアイドルフラグ（ＩＤＬ）をクリア（ＯＦＦ）する。次いでステップＳ５で瞬時回転速度［Ｒｅｖ＊−＊］と定常時アシスト開始判定値<<ＲｅｖＡｓｔＯＮ>>とを比較し、瞬時回転速度［Ｒｅｖ＊−＊］が定常時アシスト開始判定値<<ＲｅｖＡｓｔＯＮ>>以下であるときに、ステップＳ６でエンジンをモータによりアシストすることが要求されていることを示すアシスト要求フラグ（Ｒｑ＿ＭｔＡｓｔ）をセット（ＯＮ）してこの処理を終了する。

ステップＳ５で瞬時回転速度［Ｒｅｖ＊−＊］が定常時アシスト開始判定値<<ＲｅｖＡｓｔＯＮ>>を超えていると判定されたときには、ステップＳ７で瞬時回転速度［Ｒｅｖ＊−＊］を定常時アシスト終了判定値<<ＲｅｖＡｓｔＯＦＦ>>と比較する。その結果、瞬時回転速度［Ｒｅｖ＊−＊］が定常時アシスト終了判定値<<ＲｅｖＡｓｔＯＦＦ>>以上であると判定されたときには、ステップＳ８でアシスト要求フラグ（Ｒｑ＿ＭｔＡｓｔ）を解除（ＯＦＦ）してこの処理を終了する。

図３に示されたモータ・ジェネレータ駆動手段５４は、アシスト要求フラグ（Ｒｑ＿ＭｔＡｓｔ）がセットされている間、モータ・ジェネレータＭＧをブラシレスモータとして駆動してエンジンをアシストする。

図８のステップＳ３で瞬時回転速度［Ｒｅｖ＊−＊］がアイドル設定速度<<ＩＤＬ>>以下であると判定されたときには、ステップＳ９でエンジンがアイドル運転状態にあることを示すアイドルフラグ（ＩＤＬ）をセット（ＯＮ）した後、図９のステップＳ１０に移行する。ステップＳ１０では、瞬時回転速度［Ｒｅｖ＊−＊］を、後記する図１０の処理で演算される各特定クランク角位置での安定瞬時回転速度［ＲｅｖＡｖｇ＊−＊］から一定値<<ＤｅｆＡｓｔＯＮ>>を差し引くことにより求められたアイドル時アシスト開始判定速度［ＲｅｖＡｖｇ＊−＊］−<<ＤｅｆＡｓｔＯＮ>>とを比較する。その結果、瞬時回転速度［Ｒｅｖ＊−＊］が、アイドル時アシスト開始判定速度［ＲｅｖＡｖｇ＊−＊］−<<ＤｅｆＡｓｔＯＮ>>以下であると判定されたときには、ステップＳ１１でエンジンをモータによりアシストすることが要求されていることを示すアシスト要求フラグ（Ｒｑ＿ＭｔＡｓｔ）をセット（ＯＮ）し、ステップＳ１２で回転低下フラグ（ＩＤｌＬｏｗ）をセットしてこの処理を終了する。

ステップＳ１０で瞬時回転速度［Ｒｅｖ＊−＊］が、アイドル時アシスト開始判定速度［ＲｅｖＡｖｇ＊−＊］−<<ＤｅｆＡｓｔＯＮ>>を超えていると判定されたときには、ステップＳ１３で瞬時回転速度［Ｒｅｖ＊−＊］と安定瞬時回転速度［ＲｅｖＡｖｇ＊−＊］とを比較する。その結果、瞬時回転速度［Ｒｅｖ＊−＊］が安定瞬時回転速度［ＲｅｖＡｖｇ＊−＊］を下回っていると判定されたときには以後何もしないでこの処理を終了する。ステップＳ１３で瞬時回転速度［Ｒｅｖ＊−＊］が安定瞬時回転速度［ＲｅｖＡｖｇ＊−＊］以上であると判定されたときには、ステップＳ１４でアシスト要求フラグ（Ｒｑ＿ＭｔＡｓｔ）を解除（ＯＦＦ）した後この処理を終了する。

区間番号２１の単位区間の終了時にパルス信号発生器２８が基準パルス信号Ｓp1を発生したときに（１燃焼サイクルに１回）図１０の処理が開始される。この処理が開始されると、ステップＳ１０１でアイドルフラグ（ＩＤＬ）がセット（ＯＮ）されているか否かを判定する。その結果、アイドルフラグ（ＩＤＬ）がセットされていないときには、以後何もしないでこの処理を終了する。ステップＳ１０１でアイドルフラグ（ＩＤＬ）がセットされていると判定されたときには、ステップＳ１０２に進んで、回転低下フラグ（ＩＤｌＬｏｗ）がセットされているか否か（今回の燃焼サイクルで回転の低下があったか否か）を判定する。その結果回転低下フラグ（ＩＤｌＬｏｗ）がセットされていないと判定されたときには、ステップＳ１０３においてアシスト要求フラグ（Ｒｑ＿ＭｔＡｓｔ）がセットされているか否か（モータによるエンジンのアシストが行なわれているか否か）を判定する。その結果、アシスト要求フラグ（Ｒｑ＿ＭｔＡｓｔ）がセットされていない（モータによるエンジンのアシストが行なわれていない）と判定されたときには、ステップＳ１０４に進んで安定瞬時回転速度を求めるための演算処理を行なう。この演算処理では、先ず今回の燃焼サイクルで検出された各特定クランク角位置での瞬時回転速度、及び過去の何回かの燃焼サイクルで検出された各特定クランク角位置での瞬時回転速度をそれぞれ１燃焼サイクル前の同じ特定クランク角位置における瞬時回転速度を記憶するメモリに記憶する。

即ち、今回の燃焼サイクルで検出された各特定クランク角位置での瞬時回転速度［Ｒｅｖ０−１］を一つ前の燃焼サイクルで検出された同じ特定クランク角位置での瞬時回転速度を記憶させるアドレス［Ｒｅｖ０−１＿Ｂ1］に記憶させ、前回の燃焼サイクルで検出された各特定クランク角位置での瞬時回転速度［Ｒｅｖ１−２］を前々回の燃焼サイクルで検出された同じ特定クランク角位置での瞬時回転速度を記憶させるアドレス［Ｒｅｖ１−２＿Ｂ1］に記憶させる。また前々回の燃焼サイクルで検出された各特定クランク角位置での瞬時回転速度［Ｒｅｖ２−３］を更に１つ前の燃焼サイクルで検出された同じ特定クランク角位置での瞬時回転速度を記憶させるアドレス［Ｒｅｖ２−３＿Ｂ２］に記憶させる。以下同様にして、過去の数燃焼サイクルでそれぞれ検出された同じ特定クランク角位置における瞬時回転速度をそれぞれの燃焼サイクルの一つ前の燃焼サイクルで検出された同じ特定クランク角位置における瞬時回転速度を記憶させるアドレスに記憶させる。

次いで、過去の複数の燃焼サイクルでそれぞれ検出されて、アドレス［Ｒｅｖ＊−＊＿Ｂ1］，［Ｒｅｖ＊−＊＿Ｂ２］，［Ｒｅｖ＊−＊＿Ｂ３］、…に記憶されている各特定クランク角位置での瞬時回転速度の平均値［ＲｅｖＡｖｇ＊−＊］を演算し、ステップＳ１０５で回転低下フラグ（ＩｄｌＬｏｗ）をクリアしてこの処理を終了する。またステップＳ１０２で回転低下フラグ（ＩＤｌＬｏｗ）がセットされていると判定されたとき、及びステップＳ１０３でアシスト要求フラグ（Ｒｑ＿ＭｔＡｓｔ）がセットされていると判定されたときには、ステップＳ１０５に移行して、回転低下フラグ（ＩｄｌＬｏｗ）をクリアしてこの処理を終了する。

上記のアルゴリズムによる場合には、図８の処理のステップＳ１及びＳ２により瞬時回転速度検出手段が構成され、ステップＳ３、Ｓ４及びＳ９により、運転状態判定手段５０が構成されている。また図８の処理のステップＳ５、Ｓ６、Ｓ７及びＳ８により定常運転時アシスト要否判定手段５５が構成され、図１０の処理により安定瞬時回転速度演算手段５７が構成されている。更に図８の処理のステップＳ１０で用いるアイドル時アシスト開始判定速度［ＲｅｖＡｖｇ＊−＊］−<<ＤｅｆＡｓｔＯＮ>>を演算する図示しない過程により、判定速度演算手段５８が構成され、図９のステップＳ１０ないしＳ１４により、比較判定手段５９が構成されている。

なおクランク角位置検出手段５１は、図４に示したようにパルス信号発生器の出力パルスを基準にしてホールセンサの出力信号がレベル変化を示すクランク角位置相互間の単位区間に区間番号を付与する過程と、ホールセンサの出力信号がレベル変化を示す毎にそのレベル変化が生じたクランク角位置に続く単位区間の区間番号を識別する過程と、順次識別される区間番号から各瞬時角度検出区間を検出する過程とをマイクロプロセッサに実行させることにより構成される。

上記の実施形態では、特定クランク角位置相互間の間隔である瞬時回転速度検出区間の角度αを３０度としたが、瞬時回転速度検出区間の角度は３０度に限定されない。例えば、上記の実施形態において、マイクロプロセッサによる処理に余裕がある場合には、瞬時回転速度検出区間の角度αを１０度としてもよい。

上記の例では、モータ・ジェネレータの電機子コイルの相数を３としたが、モータ・ジェネレータとしては、ｎ（ｎは３以上の整数）相の電機子コイルを有するものを用いることができる。

上記の実施形態では、アイドル運転時のアシスト制御において、過去の複数の燃焼サイクルにおいて瞬時回転速度検出手段により各特定クランク角位置で検出された瞬時回転速度の平均値を各特定クランク角位置における安定瞬時回転速度として演算して、この安定瞬時回転速度から一定値ΔＮを差し引くことにより、アイドル運転時アシスト開始判定速度を演算するようにしているが、各特定クランク角位置におけるアイドル運転時アシスト開始判定速度の適正値を、各アイドル設定速度に対して予め実験的に求めて、各特定クランク角位置におけるアイドル運転時アシスト開始判定速度を記憶させておき、各特定クランク角位置で検出された瞬時回転速度が記憶された各特定クランク角位置におけるアイドル運転時アシスト開始判定速度以下になったときにアシストを開始させ、各特定クランク角位置で検出された瞬時回転速度が各特定クランク角位置におけるアイドル運転時アシスト開始判定速度を一定値以上上回ったときにアシストを終了させるようにしてもよい。

上記の実施形態では、２気筒エンジンに本発明を適用したが、単気筒エンジンや３気筒以上の多気筒エンジンにも本発明を適用することができるのはもちろんである。

上記の例では、モータ・ジェネレータに設けられているホールセンサを用いてエンジンのクランク角情報を検出しているが、クランク軸が一定の角度（例えば１０度または３０度）回転する毎にパルスを発生するエンコーダを別途エンジンに取り付けて、このエンコーダの出力パルスからエンジンのクランク角情報を得るようにすることもできる。

本発明に係わる制御装置を適用するエンジンシステムのハードウェアの構成を示した構成図である。 図１に示したシステムの電気的な構成を示したブロック図である。 本発明に係わる制御装置の要部の構成を示したブロック図である。 本発明の実施形態で用いる信号発生器の出力パルスの波形とホールセンサの出力信号の波形とを模式的に示した波形図である。 本発明の実施形態に係わる制御装置により、エンジンの定常運転時にアシスト制御を行った場合、及び従来の制御装置によりアシスト制御を行った場合のエンジンの回転速度の変化の一例を示したグラフである。 本発明の制御装置を適用するエンジンのアイドル運転時の回転速度の変化の一例をエンジンの行程変化とともに示したグラフである。 本発明の実施形態の制御装置によりエンジンのアイドル運転時のアシスト制御を行った場合及びアシスト制御を行わなかった場合の回転速度の変化を示したグラフである。 本発明の実施形態において、図３に示した各手段を構成するためにマイクロプロセッサに実行させる処理のアルゴリズムの一部を示したフローチャートである。 本発明の実施形態において、図３に示した各手段を構成するためにマイクロプロセッサに実行させる処理のアルゴリズムの他の部分を示したフローチャートである。 本発明の実施形態において、図３に示した各手段を構成するためにマイクロプロセッサに実行させる処理のアルゴリズムの更に他の部分を示したフローチャートである。

１ エンジン本体
１００ ピストン
１０１ シリンダ
ＥＮＧ エンジン
ＭＧ モータ・ジェネレータ
２ インジェクタ
１０ ＥＣＵ
１２ 点火プラグ
１３ 点火コイル
４０ マイクロプロセッサ
５０ 運転状態判定手段
５１ クランク角位置検出手段
５２ 瞬時回転速度検出手段
５３ アシスト要否判定手段
５４ モータ・ジェネレータ駆動手段
５５ 定常運転時アシスト要否判定手段
５６ アイドル運転時アシスト要否判定手段
５７ 安定瞬時回転速度演算手段
５８ 判定速度演算手段
５９ 比較判定手段

Claims (2)

1. クランク軸にモータ・ジェネレータのロータが直結された船舶用エンジンを制御する制御装置であって、
   前記エンジンのクランク軸が、該エンジンの燃焼サイクルの各行程に相当するクランク角区間よりも充分に狭く設定された瞬時速度検出区間を回転する毎に現れる各特定クランク角位置を検出するクランク角位置検出手段と、
   前記クランク角位置検出手段が各特定クランク角位置を検出する毎に、１つ前の特定クランク角位置が検出された時刻から今回の特定クランク角位置が検出された時刻までの時間から検出される前記エンジンの回転速度を前記エンジンの瞬時回転速度として検出して 検出した瞬時回転速度の情報を含むデータを記憶する瞬時回転速度検出手段と、
   前記瞬時回転速度検出手段により検出された瞬時回転速度の低下から、前記エンジンのクランク軸に外部から駆動力を与えて前記エンジンをアシストする必要があるか否かを判定するアシスト要否判定手段と、
   前記アシスト要否判定手段により前記エンジンをアシストする必要があると判定されているときに前記モータ・ジェネレータからエンジンに駆動力を与えるように前記モータ・ジェネレータを駆動するモータ・ジェネレータ駆動手段と、
   前記エンジンがアイドル運転状態にあるのか定常運転状態にあるのかを判定する運転状態判定手段と、
   を具備し、
   前記アシスト要否判定手段は、前記運転状態判定手段により前記エンジンが定常運転状態にあると判定されているときにアシストの要否を判定する定常運転時アシスト要否判定手段と、前記運転状態判定手段により前記エンジンがアイドル運転状態にあると判定されているときにアシストの要否を判定するアイドル運転時アシスト要否判定手段とを備え、
   前記定常運転時アシスト要否判定手段は、前記瞬時回転速度検出手段により検出された瞬時回転速度がクランク角位置に関わりなく一定の値に設定された定常運転時アシスト開始判定速度以下になったときに前記エンジンをアシストする必要があると判定し、一度エンジンのアシストが必要であると判定した後は、前記瞬時回転速度検出手段により検出された瞬時回転速度が前記定常運転時アシスト開始判定速度よりも高く設定されたアシスト終了判定速度以上になるまでアシストが必要であると判定した状態を維持するように構成され、
   前記アイドル運転時アシスト要否判定手段は、前記瞬時回転速度検出手段により各特定クランク角位置で検出された瞬時回転速度が、各特定クランク角位置における前記アイドル運転時の安定瞬時回転速度よりも低く設定されたアイドル時アシスト開始判定速度以下であるときに前記エンジンのアシストが必要であると判定し、一度エンジンのアシストが必要であると判定した後は、各特定クランク角位置で検出される瞬時回転速度が当該特定クランク角位置における前記アイドル運転時の安定瞬時回転速度以上になったことが検出されるまでアシストが必要であると判定した状態を維持するように構成され、
   前記アイドル運転時アシスト要否判定手段は、前記エンジンのアイドル運転時に、過去の複数の燃焼サイクルにおいて前記瞬時回転速度検出手段により各特定クランク角位置で検出された瞬時回転速度の平均値を各特定クランク角位置における前記安定瞬時回転速度として演算する安定瞬時回転速度演算手段を備えている船舶用エンジンの制御装置。
2. 前記モータ・ジェネレータは、ロータに設けられた磁石界磁と、ステータ側に設けられたｎ相（ｎは３以上の整数）の電機子コイルと、ステータ側でロータの磁極の極性を検出してステータのｎ相の電機子コイルに対するロータの回転角度位置の情報を得る信号を発生するｎ個のホールセンサとを備えて、該ｎ個のホールセンサの出力信号に応じて所定の相順で転流する駆動電流を前記電機子コイルに流したときにモータとして動作するように構成された回転電機からなり、
   前記クランク角位置検出手段は、前記ｎ個のホールセンサが出力する信号がレベル変化を示すクランク角位置を前記特定クランク角位置として検出するように構成されている請求項１に記載の船舶用エンジンの制御装置。

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