JP5289854B2

JP5289854B2 - 船舶のアイドル回転数制御装置

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Publication number: JP5289854B2
Application number: JP2008203108A
Authority: JP
Inventors: 洋平山口; 康彦石田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-08-06
Filing date: 2008-08-06
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2028-08-06
Also published as: JP2010038067A

Description

この発明は、船舶に搭載される内燃機関のアイドル時のエンジン回転数を制御する船舶のアイドル回転数制御装置に関する。

従来より、電子制御式のエンジンでは所定のアイドル条件が整った時に、エンジンに供給する空気量を制御し、エンジン回転数を所定値に制御するアイドル回転数制御技術がよく知られている。この種の技術では、アイドル運転時の目標回転数と実回転数との差に応じ、フィードバック制御によりその差がなくなるように吸気調整弁にて空気量を制御している。

また、モーターボートや漁船などの小型船舶においては、アイドル近辺の低速度域において定速走行を行うトロール走行が一般的に行われており、このように船外機特有の使用時にも対応するようなアイドル回転数制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−２０１９７４号公報

上述した従来のアイドル回転数制御装置においては、エンジンがアイドル運転時はエンジンを目標回転数に定常運転するためにエンジン負荷に見合った空気量の供給を行い、かつ目標回転数と実回転数との差がなくなるようフィードバック制御を行っている。しかし、船舶の場合、シフト状態やトロール走行を行う目標回転数やアイドル時の船舶速度によりエンジンにかかる負荷が大きく異なる。特に、走行中（シフトは前進）で船舶速度が高い場合（たとえば５０ｋｍ／ｈ以上）にスロットルを閉じてアイドル状態にするような減速運転の場合、船舶の速度はすぐには下がらず、この間、プロペラが水流にて駆動されているためエンジンはプロペラより駆動される。

このような場合、エンジンがアイドル状態であってもエンジン回転数はアイドル時の目標回転数よりかなり高くなる。この状態で回転数フィードバックを実施した場合、回転数を低下させるために回転数フィードバック補正にてエンジンに供給する空気量を絞り過ぎてしまい、この状態でシフトをニュートラルにするとプロペラによるエンジン駆動力がなくなり、また、アイドルを維持する空気量が不足するためエンストが発生する場合がある。上記のように、プロペラからの駆動のような外乱によるフィードバック発散によるエンストを回避するため、回転数フィードバックゲイン設定を上げることがでず、そのため、アイドル回転数制御装置の安定性と減速などの過渡時の応答性を両立することが困難であった。

また、アイドルを維持するための必要なトルクはエンジンの機差ばらつきや経年変化により変わる。また、船舶特有の使用用途により、装着されるプロペラの大きさ・形状が船舶ごとに異なる場合が多く、このため、プロペラの種類によりアイドルでの前進走行負荷（トルク）も変わる。よって、設定値によるエンジン出力トルクと目標回転数を維持するために必要なトルクに差が生じる場合がある。この場合は、回転数に偏差が生じるため、これを回転数フィードバックにて吸収しており、このため、回転数が目標値に安定するまでにはフィードバックが追従するまでの所定時間が必要となり、アイドル回転数制御の応答遅れが生じる。また、フィードバックで吸気量を調整しエンジン回転偏差を吸収するためには制御の遅れ時間が存在するため、エンジンの発生するトルクとエンジンにかかるトルクの差が大きい場合はエンストとなる場合も懸念される。

また、前進走行中にスロットルをアイドルに戻し、かつシフト状態をニュートラルとした場合は、プロペラによるエンジン駆動がないため、エンジン回転数はスムーズに目標回転数に収束できるが、前進する船舶速度がある状態でシフト位置を後進とした場合は、水流にてプロペラが順方向（前進）に回されているため、逆方向に回転（後進）させるためにエンジンにかかるプロペラ負荷が大きく、エンジンの出力トルクとつりあわず、エンストが発生しやすいといった問題がある。

そこで、この発明は、減速運転からアイドル運転に移行する場合や、船舶速度がある状態でシフトを後進に切り換えた場合などに生じる回転落ちやエンストを防止でき、また、エンジンの機差ばらつきや経年変化によるアイドル回転数維持に必要なトルク変化やプロペラ負荷の変化を吸収し、すばやく目標回転数に安定させることができる船舶のアイドル回転数制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、この発明に係る船舶のアイドル回転数制御装置は、船舶に搭載するエンジンのアイドル時の回転数を制御する船舶のアイドル回転数制御装置において、エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、前記エンジンの暖機状態を検出するエンジン温度検出手段と、前記エンジンのアイドル運転状態を検出するアイドル運転状態検出手段と、前記エンジンのシフト位置状態がニュートラル、前進、または後進であるかを検出するシフト位置センサと、前記各検出手段の検出に基づいて前記エンジンがアイドル状態のときに前記検出手段にて検出したエンジン状態を基にエンジン回転数を目標回転数に収束させるように制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、エンジンの回転数、シフト位置及び目標回転速度に基づいて模擬船速を算出する模擬船速算出機能部と、前記模擬船速とアイドル時の目標回転数に対応する目標船舶速度との偏差または比率を算出し、算出結果に基づいてエンジンが船舶の走行状態によりプロペラにて回転させられているか、または自力にて回転しているかを判定する減速走行判定手段と、前記エンジンがアイドル状態のときに前記エンジンを目標回転数にて定常運転させるために必要な、前記エンジンの最大トルクに対し発生させるトルクの割合である基本トルク率を、前記シフト位置センサにより検出された前記シフト位置状態、前記エンジン温度検出手段により検出された前記エンジンの暖機状態、および目標回転数を基に算出する基本トルク率算出機能部と、目標回転数とエンジン回転数との偏差がなくなるように前記基本トルク率を補正する回転数フィードバック補正信号を出力する回転数フィードバック補正算出機能部と、前記回転数フィードバック補正信号に基づいてトルク率学習補正信号を算出するトルク率学習補正算出機能部と、前記減速走行判定手段による判定結果および前記シフト位置センサにより検出された前記シフト位置状態に応じて基本トルク率を補正する走行負荷補正信号を算出する走行負荷補正算出機能部と、前記基本トルク率、前記回転数フィードバック補正信号、前記トルク率学習補正信号、及び走行負荷補正信号に基づいて目標トルク率を算出する目標トルク率算出機能部と、前記目標トルク率を発生させるために必要な目標空気量を算出する目標空気量算出機能部と、前記目標空気量に基づいて前記エンジンに供給される吸入空気量を調整する吸入空気量調整機能部とを有することを特徴とする。

この発明によれば、減速運転からアイドル運転に移行する場合や、船舶速度がある状態でシフトを後進に切り換えた場合などに生じる回転落ちやエンストを防止でき、また、エンジンの機差ばらつきや経年変化によるアイドル回転数維持に必要なトルク変化やプロペラ負荷の変化を吸収し、すばやく目標回転数に安定させることができる。

この発明の実施の形態を具体的に説明する前に、この発明による船舶のアイドル回転数制御装置における制御内容について概説する。この発明は、エンジン回転数を目標回転数に維持させるために必要なエンジントルク、具体的にはエンジンが発生できる最大トルクに対する発生させたいトルクの割合（以降、トルク率）にて適合データを設定し制御するものである。ニュートラル位置でエンジンを所定回転数で定常運転するために必要なトルク率は、エンジンのフリクションにより変わり、エンジンのフリクションはエンジンの温度と定常運転する回転数により決まるものである。よって、目標回転数とエンジン温度をパラメータとしたマップデータを備え、エンジン負荷に見合ったトルク率データをＥＣＵ内メモリに設定する。また、シフト位置状態でも必要トルク率は異なるため、ニュートラル、前進、後進位置ごとに必要なトルク率のマップを備え、シフト位置状態、エンジン温度、目標回転数を基にマップ演算にて必要なトルク率の算出を行い基本トルク率の算出を行う。

また、エンジンの機差ばらつきや経年変化でのエンジン・吸気系特性変化を吸収するために目標回転数と実回転数との偏差に基づき偏差がなくなるように基本トルク率をフィードバック補正する。このフィードバック補正を所定の条件時に学習記憶し、基本トルク率の補正を常時あるいは定期的に行うものとし、上記フィードバック補正と並行し補正を行う。また、走行状態が前進から後進に切り替わったときは模擬船速に応じてエンジントルクを増やす側に走行負荷補正を行う。この走行負荷補正量は、模擬船速と目標回転数の比率、あるいは偏差を基にマップ補間にて算出されるものとする。これらの基本トルク率や各補正より目標トルク率を算出し、エンジンより発生させるトルクの算出を行う。

次に、アイドル時の点火時期を所定値とした場合に「目標トルク率＝エンジンの充填効率」と仮定し、目標トルク率から基本充填効率を求める。そして、このときのエンジンの実点火時期にて基本充填効率の補正を行う。実点火時期と所定値との偏差に基づきあらかじめ設定されたマップデータにより、進角側の場合は小さくなるように、他方、遅角側の場合は大きくなるように補正し目標充填効率の算出を行う。この目標充填効率から、目標回転数とエンジン排気量と空気密度よりエンジンに供給すべき空気量を算出し、この空気量が供給できるように吸入空気量調整手段の制御を行う。

上記方法により、目標回転数やエンジン温度よりエンジンで発生させる基本トルク率を算出し、経年変化などによるエンジンや吸気系特性ずれによる回転偏差分はトルク率学習補正にて吸収し、シフト位置変化によるエンジンにかかる負荷変動分は走行負荷補正にて吸収し、また、その他要因による回転変動は回転フィードバックにて吸収することで目標のエンジン回転数に素早く制御することができる。

また、エンジン回転数を一次なまし処理して船舶速度を予測算出し、かつシフト状態にてなまし係数を切替る。また、アイドル状態か否かでエンジン回転数とアイドル時の目標回転数とを切り替えることで、船舶速度を検出するセンサを別途設置しなくとも、船舶速度を近似算出することを可能にする。また、上記船舶速度とエンジン回転数の偏差、または比率から船舶が減速状態であるか否かを判断し、シフト状態が前進で減速状態と判断した場合はエンジンがアイドル状態であっても回転フィードバックを停止とすることで、減速時にエンジントルク（空気量）を低下させ過ぎることがなくし、エンストを防止する。

また、アイドル時にエンジン回転数を目標回転数に維持するため、基本トルク率で制御し、実回転数と目標回転数の偏差を基にトルク率をフィードバック補正し、偏差がなくなった時のフィードバック補正値を基にトルク率学習補正値（Ｎ）を算出する構成とし、まずはシフト位置がニュートラルの状態にて学習を行い、エンジン・吸気系特性のばらつきや、経年変化による特性変化分を吸収するように基本トルク率を補正する。また、このニュートラルでの学習値はシフト状態に関係なく、常時補正するものとする。次に、上記ニュートラルでの学習が完了している状態で、アイドルかつ、シフト位置が前進状態で上記フィードバック補正を行い、偏差がなくなった時のフィードバック補正値を基にトルク率学習補正値（Ｆ）を算出し、シフト位置が前進時は常時補正する構成とすることで、船外機に装着されるプロペラ負荷の違いによる回転変動分を吸収し、フィードバックだけで行うより応答性のよい回転数制御を可能とし、安定性も向上させる。

以下、この発明の具体的な実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、この発明の実施の形態に係る船舶のアイドル回転数制御装置の全体構成を示す概略図である。内燃機関（以下「エンジン」という）、シャフト、プロペラなどが一体化された推進機関（以下「船外機」という）船外機１０は、船舶（小型船）１１の船尾に装着される。操船席にはスロットルレバー１２が配置され、スロットルレバー１２は、スロットルケーブル１３を介して船外機１０内のリンク機構（図示せず）を経てスロットルバルブに連結され、スロットルバルブの開度量（吸入空気量）を調節する。また、スロットルレバー１２は、シフトケーブル１４を介して船外機１０内のリンク機構（図示せず）およびギヤ機構（図示せず）を経てシフト位置（前進／中立／後進）を設定する。

図２は、図１に示す船外機１０内のエンジンを示す概略図である。図２に示すエンジンには吸気管２０を介して空気が吸入され、吸入空気は、スロットルバルブ２１を介して流量が調整されつつインテークマニホールド２２を流れる。インテークマニホールド２２の燃焼室直前にはインジェクタ２３が配置され、ガソリン燃料を噴射する。吸入空気は、噴射されたガソリン燃料と混合して混合気を形成し、各気筒燃焼室に流入し、スパークフラグ２４で点火されて燃焼する。そして、燃焼後の排気ガスは、エキゾーストマニホールド２５を流れ、エンジン外に放出される。

スロットルバルブ２１には、エンジンのアイドル運転状態を検出するアイドル運転状態検出手段としてのスロットル開度センサ３１が接続され、スロットルバルブシャフトの回転に応じてスロットル開度に比例した信号を出力する。スロットル開度信号よりスロットルバルブが全閉かどうかを判定し、エンジンがアイドル状態であることの検出を行う。スロットルバルブ２１の下流には絶対圧センサ３２が配置され、吸気管絶対圧Ｐ_Ｂ（エンジン負荷）に応じた信号を出力する。スロットルバルブ２１の上流には吸気温センサ３３が配置され、吸入空気温度ＡＴに比例した信号を出力する。

また、エキゾーストマニホールド２５には、オーバーヒートセンサ３４が配置され、エンジン排気温度に比例した信号を出力すると共に、その付近のシリンダブロックの適宜位置にはエンジンの暖機状態を検出するエンジン温度検出手段としての壁温センサ３５が配置され、エンジン冷却壁温ＷＴに比例した信号を出力する。

ＩＳＣ（Idol Speed Control）バルブ２６では、アイドル運転時、アイドル状態を保持するための空気量をコントロールする。空気量が必要な場合はＳＴＥＰ数減少指令によりＩＳＣバルブ２６を縮める方向に動かしスペース２７を広げて入り込む空気量を増加させる。空気量を絞り込む場合にはＳＴＥＰ増加指令によりＩＳＣバルブ２６を伸ばす方向に動かしスペース２７をバルブにて埋め、入り込む空気量を減少させアイドル状態の保持を実現する。

また、シフトリンク機構付近には、ギアボックス３７内にエンジンのシフト位置状態がニュートラル、前進、または後進であるかを検出する負荷検出手段としてのシフト位置センサが配置され、操作されたシフト位置（前進／中立／後進）に応じた信号を出力し、これにより、エンジン負荷を検出する。

上記した各種センサは信号線を介して制御手段としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）３０に送られる。また、クランクシャフトを介して取り付けているフライホイール２８の付近にはエンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段として機能するクランク角センサ３６が配置され、クランク角度信号を出力し、ＥＣＵ３０に送出する。ＥＣＵ３０は、クランク角センサ３６の出力からエンジン回転速度ＮＥを算出する。

次いで、図１及び図２に示された船舶のアイドル回転数制御装置の動作を、図３に示すＥＣＵ３０の動作機能ブロック図を参照して説明する。図３において、ＥＣＵ３０は、クランク角センサ３６から算出されるエンジン回転速度ＮＥ３０１と、壁温センサ３５からのシリンダ壁温ＷＴ３０２と、シフト位置センサからのシフト位置ＳＰＳ３０３とを入力して、各種算出機能を果たす。

すなわち、ＥＣＵ３０は、シリンダ壁温ＷＴ３０２、シフト位置ＳＰＳ３０３及び後述する目標回転速度ＮＯＢＪに基づいてエンジンがアイドル状態のときにエンジンを目標回転数にて定常運転させるために必要なエンジンの最大トルクに対し発生させるトルクの割合である、基本トルク率Tqbaseを算出する基本トルク率算出機能部３１０と、シリンダ壁温ＷＴ３０２から目標回転速度ＮＯＢＪを算出する目標回転速度算出機能部３１１と、エンジン回転速度ＮＥ３０１、シフト位置ＳＰＳ３０３、目標回転速度ＮＯＢＪ及び後述する模擬船速に基づいて回転フィードバックＩ補正信号tqfb及び回転フィードバックＰ補正信号tqfbpをそれぞれ算出する回転フィードバックＩ補正算出機能部４０１及び回転フィードバックＰ補正算出機能部４０２と、シリンダ壁温ＷＴ３０２、シフト位置ＳＰＳ３０３、回転フィードバックＩ補正信号tqfb及び後述する回転偏差信号Neabsに基づいてトルク率Ｆ学習補正信号tqlrf及びトルク率Ｎ学習補正信号tqlrnをそれぞれ算出するトルク率Ｆ学習補正算出機能部４０３及びトルク率Ｎ学習補正算出機能部４０４とを備える。なお、ここでは、シフト位置ＳＰＳ３０３が「Ｆ」の場合に、エンジン負荷のばらつき分（Ｆ分の学習量）として学習を実施し、シフト位置ＳＰＳ３０３が「Ｎ」の場合に、エンジン無負荷分（Ｎ分の学習量）として学習を実施する。

また、ＥＣＵ３０は、エンジン回転速度ＮＥ３０１、シフト位置ＳＰＳ３０３及び目標回転速度ＮＯＢＪに基づいて模擬船速を算出する船舶の走行速度を検出する手段としての模擬船速算出機能部４０５と、模擬船速及び目標回転速度ＮＯＢＪに基づいて船速負荷比率を算出することで、エンジンが船舶の走行状態によりプロペラにて回転させられているか、または自力にて回転しているかを判断する減速走行判定手段をなす船速負荷比率算出機能部４０６と、船速負荷比率及びシフト位置ＳＰＳに基づいて走行負荷補正信号tqrfを算出する走行負荷補正算出機能部４０７とを備える。

さらに、ＥＣＵ３０は、基本トルク率Tqbase、回転フィードバックＩ補正信号tqfb、回転フィードバックＰ補正信号tqfbp、トルク率Ｆ学習補正信号tqlrf、トルク率Ｎ学習補正信号tqlrn及び走行負荷補正信号tqrfに基づいて目標トルク率ＴＱを算出する目標トルク率算出機能部３１３と、目標トルク率ＴＱ及び目標点火時期信号ＡＤＶ３１５に基づいて充填効率ＱＢを算出する充填効率算出機能部３１４と、充填効率ＱＢ、目標回転速度ＮＯＢＪ、あらかじめ設定されている排気量データＸＤＩＳＰＬＡＣＥ３１７及びあらかじめ設定されている標準大気密度ＸＤＥＮＳＩＴＹ３１８に基づいて目標空気量ＱＯＢＪを算出する目標空気量算出機能部３１９と、算出した目標空気量がエンジンに供給できるようなＩＳＣバルブ開度の設定を行うことで、エンジンに供給される吸入空気量を調整する吸入空気量調整手段をなす吸入空気量調整機能部３２０とを備えている。

（基本トルク率算出機能）
図４は、基本トルク率算出機能部３１０による基本トルク率算出機能を説明するもので、目標回転速度を維持するために必要な基本トルク率Tqbaseを設定するフローチャートである。図４において、シフト位置＝Ｆ（前進）と判断されると（Ｓ４０１）、基本トルク"Ｆ"マップＴＩＱＢＦを検索して基本トルク率Tqbaseを設定する（Ｓ４０３）。他方、シフト位置＝Ｒ（後進）と判断されると（Ｓ４０２）、基本トルク"Ｒ"マップＴＩＱＢＲを検索して基本トルク率Tqbaseを設定する（Ｓ４０４）。Ｓ４０１とＳ４０２でいずれもＮＯと判断されると、シフト位置＝Ｎ（中立）なので、基本トルク"Ｎ"マップＴＩＱＢＮを検索して基本トルク率Tqbaseを設定する（Ｓ４０５）。基本トルクマップＴＩＱＢＦ／ＴＩＱＢＲ／ＴＩＱＢＮは、目標回転速度ＮＯＢＪとシリンダ壁温ＷＴとの３次元マップにて構成される。

図５は、基本トルク率算出機能部３１０内に格納される基本トルク率マップの特性を説明するグラフである。基本トルク率マップとして、各シフト位置に応じてＴＩＱＢＦ、ＴＩＱＢＲ、ＴＩＱＢＮが備えられ、各マップには、目標回転速度ＮＯＢＪ（図５では目標回転数で表示）とシリンダ壁温ＷＴに応じた基本トルク率Tqbaseが定められている。

（目標回転速度算出機能）
図６と図７は、目標回転速度算出機能部３１１による目標回転速度算出機能を説明するもので、図６は、目標回転速度ＮＯＢＪを設定するフローチャートであり、図７は、基本目標回転速度マップの特性を説明するグラフである。図６において、目標回転速度ＮＯＢＪは、基本目標回転速度マップＴＩＮＯＢＪを検索してシリンダ壁温ＷＴに応じた値が設定される。図７に示すごとく特性を有する基本目標回転速度マップＴＩＮＯＢＪは、シリンダ壁温ＷＴでの２次元マップにて構成され、目標回転速度算出機能部３１１に格納されている。

（模擬船速算出機能）
図８は、模擬船速算出機能部４０５による模擬船速算出機能を説明するもので、模擬船速ＳＮＥを設定するフローチャートである。図８において、シフト位置＝Ｒ（後進）以外と判断されると（Ｓ８０１）、模擬船速ＳＮＥ＝フィルタゲイン１×前回の模擬船速ＳＮＥ[ｉ−１]＋（１−フィルタゲイン１）×回転速度ＮＥを模擬船速ＳＮＥとして設定する（Ｓ８０２）。シフト位置＝Ｒ（後進）以外と判断されなければ（Ｓ８０１）、模擬船速ＳＮＥ＝フィルタゲイン２×前回の模擬船速ＳＮＥ[ｉ−１]＋（１−フィルタゲイン２）×目標回転速度ＮＯＢＪを模擬船速ＳＮＥとして設定する（Ｓ８０３）。すなわち、模擬船速算出機能部４０５は、模擬船速を、エンジン回転数またはアイドル時の目標回転数をなまし処理して算出し、かつシフト位置状態にてなまし係数を切り替えるようになされている。

（船速負荷比率算出機能）
図９は、船速負荷比率算出機能部４０６による船速負荷比率算出機能を説明するもので、船速負荷比率Ｄｓｐｄを設定するフローチャートである。図９において、船速負荷比率Ｄｓｐｄとして、模擬船速ＳＮＥ÷目標回転速度ＮＯＢＪの結果を設定する。また、この際、船速負荷比率Ｄｓｐｄは係数１．０を最小として設定する（Ｓ９０１）。なお、ここでは、船速負荷比率算出機能部４０６は、模擬船速と目標回転速度との比を求めることで、エンジンがプロペラにて回転させられているか、または自力で回転しているかの判定を行うものであるが、比の代わりに偏差を求めることで、同様にしてエンジンがプロペラにて回転させられているか、または自力で回転しているかの判定を行うことができる。

（走行負荷補正算出機能）
図１０は、走行負荷補正算出機能部４０７による走行負荷補正算出機能を説明するもので、走行負荷補正信号tqrfを設定するフローチャートである。図１０において、シフト位置＝Ｒ（後進）以外またはエンストと判断されると（Ｓ１０１）、走行負荷補正信号tqrf＝０として設定する（Ｓ１０２）。Ｓ１０１でＮＯと判断された場合、走行負荷補正マップＴＩＱＳＦＴＲを検索して走行負荷補正信号tqrfを設定する（Ｓ１０３）。走行負荷補正マップＴＩＱＳＦＴＲは、船速負荷比率Ｄｓｐｄの２次元マップにて構成され、走行負荷補正算出機能部４０７に格納されている。ここで、走行負荷補正マップＴＩＱＳＦＴＲは、船舶速度とアイドル時の目標船舶速度の比率の他に偏差に基づいたものでもよい。

（回転フィードバックＩ補正算出機能）
図１１は、回転フィードバックＩ補正算出機能部４０１による回転フィードバックＩ補正算出機能を説明するもので、回転フィードバックＩ補正信号tqfbを設定するフローチャートである。図１１において、回転フィードバック（Ｆ／Ｂ）条件を確認し実行／禁止を判断する（Ｓ１１１）。ここで、模擬船速の状態が減速であると判定された時（ＳＮＥ＞ＸＫＳＳＰ）（またはオフアイドル時または始動後所定時間内）には、回転Ｆ／Ｂは禁止され、回転Ｆ／ＢＩ補正信号tqfbは、前回値の状態から０％に近づける（Ｓ１１７）。すなわち、アイドル運転時、シフト位置がニュートラル状態でなく、かつプロペラにて回転させられていると判断した場合に、回転数フィードバック制御による基本トルク率の補正を禁止する。

回転Ｆ／Ｂ条件が実行されると、回転偏差ＮＤＥＦを算出する（Ｓ１１２）。ここでは、回転偏差ＮＤＥＦとして、回転速度ＮＥと目標回転速度ＮＯＢＪの絶対値を算出する。次に、回転偏差ＮＤＥＦとシフト位置ＳＰＳからあらかじめ設定されている回転偏差マップＴＩＦＢＩ＊を検索してＩゲインを算出する（Ｓ１１３）。そして、目標回転速度ＮＯＢＪと回転速度ＮＥの状態を比較し（Ｓ１１４）、条件が成立すると回転Ｆ／ＢＩ補正信号tqfb＝ｔｑｆｂ［ｉ−１］＋Ｉゲイン（Ｓ１１３で算出した値）とし設定する（Ｓ１１５）。回転速度ＮＥが目標回転速度ＮＯＢＪより高い場合は、回転Ｆ／ＢＩ補正信号tqfb＝ｔｑｆｂ［ｉ−１］−Ｉゲイン（Ｓ１１３で算出した値）とし設定する（Ｓ１１６）。回転偏差マップＴＩＦＢＩ＊は、回転偏差ＮＤＥＦの２次元マップにて構成され、回転フィードバックＩ補正算出機能部４０１に格納されている。

（回転フィードバックＰ補正算出機能）
図１２は、回転フィードバックＰ補正算出機能部４０２による回転フィードバックＰ補正算出機能を説明するもので、回転フィードバックＰ補正信号tqfbpを設定するフローチャートである。図１２において、まず、回転比率ＮＲＡを算出する（Ｓ１２１）。回転比率ＮＲＡは、回転比率ＮＲＡ＝回転速度ＮＥ／目標回転速度ＮＯＢＪにて設定される。次に、模擬船速を参照し、模擬船速ＳＮＥ＞ＸＮＥＩＳＣＦＢＰが成立した場合は回転Ｆ／ＢＰ補正信号tqfbpを０％と設定する（Ｓ１２２→Ｓ１２４）。Ｓ１２２で条件不成立の場合は、Ｓ１２１で算出した回転比率ＮＲＡとシフト位置ＳＰＳからあらかじめ設定されている回転比率マップＴＩＱＳＦＴ＊ＦＢを検索しその値を回転Ｆ／ＢＰ補正信号tqfbpとして設定する（Ｓ１２３）。回転比率マップＴＩＱＳＦＴ＊ＦＢは、回転比率ＮＲＡの２次元マップにて構成され、回転フィードバックＰ補正算出機能部４０２に格納されている。

（トルク率Ｆ学習補正算出機能）
図１３は、トルク率Ｆ学習補正算出機能部４０３によるトルク率Ｆ学習補正算出機能を説明するもので、トルク率Ｆ学習補正信号tqlrfを設定するフローチャートである。図１３において、まず、禁止／実行の学習条件を判定する（Ｓ１３１）。判定条件としては、シフト≠Ｆ、または｜ＮＥ−ＮＯＢＪ｜＜ＸＫＮＥＬ、または壁温ＷＴ＜ＸＫＷＴＦＢ、または回転Ｆ／Ｂ条件＝禁止、または始動後所定時間内、または故障時であり、これらが成立した場合は学習禁止とし、回転Ｆ／ＢＩ補正平均値ｔｑｆｂａｖｅ２＝０％と設定する（Ｓ１３３）。学習条件が実行の場合は、回転Ｆ／ＢＩ補正平均値ｔｑｆｂａｖｅ２＝回転Ｆ／ＢＩ補正値の所定時間（ＴＩＭＥ２）の平均値と設定する（Ｓ１３２）。次に、トルク率Ｆ学習値ｔｑｌｒｆｅｐｒを算出する（Ｓ１３４）。トルク率Ｆ学習値ｔｑｌｒｆｅｐｒは、トルク率Ｆ学習値ｔｑｌｒｆｅｐｒ＝ｔｑｌｒｆｅｐｒ[ｉ−１]＋ｔｑｆｂａｖｅ２／２として設定する（ｔｑｆｂａｖｅ２更新時に実施する）。さらに、シフト位置センサ＝Ｎならば（Ｓ１３５）、トルク率Ｆ学習補正信号tqlrf＝０％と設定する（Ｓ１３６）。他方、シフト位置≠Ｎならば、トルク率Ｆ学習補正信号tqlrf＝ｔｑｌｒｆｅｐｒとして設定する（Ｓ１３７）。

（トルク率Ｎ学習補正算出機能）
図１４は、トルク率Ｎ学習補正算出機能部４０４によるトルク率Ｎ学習補正算出機能を説明するもので、トルク率Ｎ学習補正信号tqlrnを設定するフローチャートである。図１４において、まず、禁止／実行の学習条件を判定する（Ｓ１４１）。判定条件としては、シフト≠Ｎ、または｜ＮＥ−ＮＯＢＪ｜＜ＸＫＮＥＬ、または壁温ＷＴ＜ＸＫＷＴＦＢ、または回転Ｆ／Ｂ条件＝禁止、または始動後所定時間内、または故障時であり、これらが成立した場合は学習禁止とし、回転Ｆ／ＢＰＩ補正平均値ｔｑｆｂａｖｅ＝０％と設定する（Ｓ１４３）。学習条件が実行の場合は、回転Ｆ／ＢＩ補正平均値ｔｑｆｂａｖｅ＝回転Ｆ／ＢＩ補正値の所定時間（ＴＩＭＥ）の平均値と設定する（Ｓ１４２）。次に、トルク率Ｎ学習補正信号tqlrnを算出する（Ｓ１４４）。トルク率Ｎ学習補正信号tqlrnは、トルク率Ｎ学習補正信号tqlrn＝ｔｑｌｒｎ[ｉ−１]＋ｔｑｆｂａｖｅ／２として設定する（ｔｑｆｂａｖｅ更新時に実施する）。

すなわち、トルク率学習補正は、アイドル時、所定条件が成立したときに回転数フィードバック補正値の平均値に基づいて、シフト位置がニュートラル、ニュートラル以外のシフト位置ごとに独立に学習値を算出し、独立に学習値の更新を行い、ニュートラルのシフト位置での学習値はシフト状態に関係なく常時目標トルク率算出に使用し、ニュートラル以外のシフト位置での学習はニュートラルの学習が完了後に行う。

（回転偏差算出機能）
回転偏差算出機能部４０８により、目標回転速度ＮＯＢＪとエンジン回転速度ＮＥの絶対値を回転偏差Neabsとして算出する。
Ｎｅａｂｓ＝｜ＮＥ−ＮＯＢＪ｜

（目標トルク率算出機能）
図１５は、目標トルク率算出機能部３１３による目標トルク率算出機能を説明するもので、目標トルク率算出機能を説明するフローチャートである。上記で算出した基本トルク率Tqbaseと、回転フィードバックＩ補正信号tqfbと、回転フィードバックＰ補正tqfbpと、トルク率Ｆ学習補正信号tqlrfと、トルク率Ｎ学習補正信号tqlrnと、走行負荷補正信号tqrfを加算し、目標トルク率ＴＱと設定する（Ｓ１５１）。

（充填効率算出機能）
図１６は、充填効率算出機能部３１４による充填効率算出機能を説明するもので、充填効率算出機能を設定するフローチャートである。まず、充填効率補正マップＴＩＴＱＴＱを検索して補正ゲインＫＴを設定する（Ｓ１６１）。充填効率補正マップＴＩＴＱＴＱは、目標点火時期ＡＤＶでの２次元マップにて構成される。次に、上記で算出した目標トルク率ＴＱと充填効率補正ゲインＫＴを乗算して充填効率ＱＢを算出する（Ｓ１６２）。

図１７は、充填効率算出機能部３１４に格納される充填効率補正マップＴＩＴＱＴＱの特性を説明するグラフである。アイドル時の目標点火時期（例：０ＣＡ）を基準（１．０）とし、点火時期の変化に対して充填効率が一定となる補正値を設定する。通常（ＡＦ値は固定）は、点火時期が進角すればトルクが上昇するため、充填効率を一定にさせるには基準値より小さい値を設定する。逆に、点火時期が遅角すればトルクが減少するため、充填効率を一定にさせるには基準値より大きな値を設定する。

（目標空気量算出機能）
図１８は、目標空気量算出機能部３１９による目標空気量算出機能を説明するもので、目標空気量算出機能を設定するフローチャートである。ここでは、充填効率ＱＢ[％]、目標回転速度ＮＯＢＪ[ｒ／ｍｉｎ]、標準大気密度[ｇ／ｌ]、排気量[ｃｃ]及び単位換算調整値（１／１２０００００）を乗算し、目標空気量ＱＯＢＪ[ｇ／ｓ]を算出する（Ｓ１７１）。

（吸入空気量調整機能）
図１９は、吸入空気量調整機能部３２０による吸入空気量調整機能を説明するもので、吸入空気量調整機能を設定するフローチャートである。ここでは、ＩＳＣバルブ流量特性ＴＩＶＳＴＥＰと目標空気量ＱＯＢＪに基づいてＩＳＣバルブ開度を算出する（Ｓ１８１）。ＩＳＣバルブ流量特性マップＴＩＶＳＴＥＰは、目標空気量ＱＯＢＪとの２次元マップにて構成され、吸入空気量調整機能部３２０に格納されている。

図２０は、ＩＳＣバルブ特性マップの特性を説明するグラフである。マップ値は、吸入空気量[ｇ／ｓ]に相当するＩＳＣバルブ開度値があらかじめ設定されている。

尚、本実施の形態を例に説明したが、吸気空気量調整機能部３２０は、ＩＳＣバルブのようにスロットルバルブをバイパスする形態の構成だけでなく、アイドル制御機能を持った電子スロットルアクチュエータを用いた構成でも同様に有効である。

以上のように、この発明によれば、エンジンがアイドル状態である場合はシフト位置の状態やトローリング速度に関係なく、トルク率で適合データを設定することができ、供給空気量の算出においては、目標回転速度や点火時期またはエンジン排気量などの相違を自動補償するため容易に適合設定ができる。

また、制御ロジックが簡素化できることで開発工数が削除でき、他のエンジンへの適合データの流用が可能となる。

また、走行負荷補正により前進での運転からの急なシフト操作（前進→中立→後進）を行ったとしても船速負荷を考慮したＩＳＣ流量値にて制御することが可能となるため、エンストを防止することができる。

さらに、エンジン状態とギアボックスの状態より負荷を検出することで、より高精度な船舶のアイドル回転数制御装置を提供することができる。

この発明の実施の形態に係る船舶のアイドル回転数制御装置の全体構成を示す概略図である。図１に示す船外機１０内のエンジンを示す概略図である。図１に示す船舶のアイドル回転数制御装置の動作を説明するもので、図１に示すＥＣＵ３０の動作機能ブロック図である。図３に示す基本トルク率算出機能部３１０の機能を説明するフローチャートである。図３に示す基本トルク率算出機能部３１０内に格納される基本トルク率マップの特性を説明するグラフである。図３に示す目標回転速度算出機能部３１１の機能を説明するフローチャートである。図３に示す目標回転速度算出機能部３１１内に格納される基本目標回転速度マップの特性を説明するグラフである。図３に示す模擬船速算出機能４０５の機能を説明するフローチャートである。図３に示す船速負荷比率算出機能部４０６の機能を説明するフローチャートである。図３に示す走行負荷補正算出機能部４０７の機能を説明するフローチャートである。図３に示す回転フィードバックＩ補正算出機能部４０１の機能を説明するフローチャートである。図３に示す回転フィードバックＰ補正算出機能部４０２の機能を説明するフローチャートである。図３に示すトルク率学習Ｆ補正算出機能部４０３の機能を説明するフローチャートである。図３に示すトルク率学習Ｎ補正算出機能部４０４の機能を説明するフローチャートである。図３に示す目標トルク率算出機能部３１３の機能を説明するフローチャートである。図３に示す充填効率算出機能部３１４の機能を説明するフローチャートである。図３に示す充填効率算出機能部３１４内に格納される充填効率補正値マップの特性を説明するグラフである。図３に示す目標空気量算出機能部３１９の機能を説明するフローチャートである。図３に示す吸入空気量調整機能部３２０の機能を説明するフローチャートである。図３に示す吸入空気量調整機能部３２０内に格納されるＩＳＣバルブ流量特性マップの特性を説明するグラフである。

符号の説明

１０船外機、１１船舶、１２スロットルレバー、１３スロットルケーブル、１４シフトケーブル、２０吸気管、２１スロットルバルブ、２２インテークマニホールド、２３インジェクタ、２４スパークフラグ、２５エキゾーストマニホールド、３１スロットル開度センサ（アイドル運転状態検出手段）、３２絶対圧センサ、３３吸気温センサ、３４オーバーヒートセンサ、３５壁温センサ（エンジン温度検出手段）、２６ＩＳＣバルブ、２７スペース、３７ギアボックス（負荷検出手段としてのシフト位置センサが内蔵）、３０ＥＣＵ（制御手段）、２８フライホイール、３６クランク角センサ（エンジン回転数検出手段）、３１０基本トルク率算出機能部、３１１目標回転速度算出機能部、４０１回転フィードバックＩ補正算出機能部、４０２回転フィードバックＰ補正算出機能部、４０３トルク率Ｆ学習補正算出機能部、４０４トルク率Ｎ学習補正算出機能部、４０５模擬船速算出機能部（船舶の走行速度を検出する手段）、４０６船速負荷比率算出機能部（減速走行判定手段）、４０７走行負荷補正算出機能部、３１３目標トルク率算出機能部、３１４充填効率算出機能部、３１９目標空気量算出機能部、３２０吸入空気量調整機能部（吸入空気量調整手段）。

Claims

船舶に搭載するエンジンのアイドル時の回転数を制御する船舶のアイドル回転数制御装置において、
エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、
前記エンジンの暖機状態を検出するエンジン温度検出手段と、
前記エンジンのアイドル運転状態を検出するアイドル運転状態検出手段と、
前記エンジンのシフト位置状態がニュートラル、前進、または後進であるかを検出するシフト位置センサと、
前記各検出手段の検出に基づいて前記エンジンがアイドル状態のときに前記検出手段にて検出したエンジン状態を基にエンジン回転数を目標回転数に収束させるように制御する制御手段と
を備え、
前記制御手段は、
エンジンの回転数、シフト位置及び目標回転速度に基づいて模擬船速を算出する模擬船速算出機能部と、
前記模擬船速とアイドル時の目標回転数に対応する目標船舶速度との偏差または比率を算出し、算出結果に基づいてエンジンが船舶の走行状態によりプロペラにて回転させられているか、または自力にて回転しているかを判定する減速走行判定手段と、
前記エンジンがアイドル状態のときに前記エンジンを目標回転数にて定常運転させるために必要な、前記エンジンの最大トルクに対し発生させるトルクの割合である基本トルク率を、前記シフト位置センサにより検出された前記シフト位置状態、前記エンジン温度検出手段により検出された前記エンジンの暖機状態、および目標回転数を基に算出する基本トルク率算出機能部と、
目標回転数とエンジン回転数との偏差がなくなるように前記基本トルク率を補正する回転数フィードバック補正信号を出力する回転数フィードバック補正算出機能部と、
前記回転数フィードバック補正信号に基づいてトルク率学習補正信号を算出するトルク率学習補正算出機能部と、
前記減速走行判定手段による判定結果および前記シフト位置センサにより検出された前記シフト位置状態に応じて基本トルク率を補正する走行負荷補正信号を算出する走行負荷補正算出機能部と、
前記基本トルク率、前記回転数フィードバック補正信号、前記トルク率学習補正信号、及び走行負荷補正信号に基づいて目標トルク率を算出する目標トルク率算出機能部と、
前記目標トルク率を発生させるために必要な目標空気量を算出する目標空気量算出機能部と、
前記目標空気量に基づいて前記エンジンに供給される吸入空気量を調整する吸入空気量調整機能部と
を有することを特徴とするエンジンのアイドル回転数制御装置。
請求項１に記載のエンジンのアイドル回転数制御装置において、
前記走行負荷補正算出機能部は、船舶速度とアイドル時の目標船舶速度との偏差または比率に基づいた走行負荷補正マップを予め格納し、前記シフト位置センサで検出された前記シフト位置状態が後進の場合には、前記走行負荷補正マップのデータに基づいて、前記減速走行判定手段で算出された前記偏差または前記比率に対応する走行負荷補正を行う
ことを特徴とするエンジンのアイドル回転数制御装置。
請求項１に記載のエンジンのアイドル回転数制御装置において、
前記模擬船速算出機能部は、模擬船速を、エンジン回転数またはアイドル時の目標回転数をなまし処理して算出し、かつシフト位置状態にてなまし係数を切り替える
ことを特徴とするエンジンのアイドル回転数制御装置。
請求項１に記載のエンジンのアイドル回転数制御装置において、
前記回転数フィードバック補正算出機能部は、アイドル運転時、前記シフト位置がニュートラル状態でなく、かつ前記減速走行判定手段にてプロペラにて回転させられていると判断した場合に、回転数フィードバック制御による基本トルク率の補正を禁止する
ことを特徴とするエンジンのアイドル回転数制御装置。
請求項１に記載のエンジンのアイドル回転数制御装置において、
前記トルク率学習補正算出機能部は、アイドル時、所定条件が成立したときに前記回転数フィードバック補正信号の平均値に基づいて、シフト位置がニュートラル、ニュートラル以外のシフト位置ごとに独立に学習値を算出し、独立に学習値の更新を行い、ニュートラルのシフト位置での学習値はシフト状態に関係なく常時目標トルク率算出に使用し、ニュートラル以外のシフト位置での学習はニュートラルの学習が完了後に行う
ことを特徴とするエンジンのアイドル回転数制御装置。