JP5553173B2 - 船外機用内燃機関の空燃比制御装置、空燃比制御方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、船外機用内燃機関の空燃比制御装置、空燃比制御方法及びプログラムに関するものである。特に、所定のリーン側空燃比で運転することができる船外機用内燃機関の空燃比制御に用いられて好適である。

従来から燃費向上のために低速・低負荷等の運転時に混合気の空燃比を所定のリーン側（希薄側）空燃比で運転し、ポンピングロス等の低減を図る船外機用内燃機関（エンジン）が知られている。リーン側空燃比での運転は、理論空燃比よりも薄い混合気による燃焼のため、エンジントルクは低下してしまう。

図９は空燃比とエンジントルクとの関係を示す図である。図９に示すように、空燃比が理論空燃比よりもリーン側に移行にするにしたがって、エンジントルクが低下する。更に、リーン側空燃比で運転する場合、出力空燃比や理論空燃比で運転する場合に比べて、空燃比の変化に対してエンジントルクの変動が大きくなってしまう。すなわち、所定のリーン側空燃比で運転する場合、インジェクタ等の構成部品のばらつきや燃料性状（燃料に含まれるアルコール含有量等）の変化によって、実際の空燃比がリーン側にずれたりリッチ側にずれたりすると、エンジントルクは大きく変動してしまう。

更に、船外機用内燃機関は、自動二輪車や自動車等の車両と異なり、搭載される船体は特定されておらず、様々な種類の船体に搭載することが可能である。船体は大きさ、重量、船体形状及び船底形状等が多様であり、搭載される船体に応じてエンジンに対する負荷特性が大きく変動してしまう。
すなわち、エンジンをリーン側空燃比で運転する場合、理論空燃比で運転する場合に比べて、搭載される船体の負荷特性、構成部品のばらつき及び燃料性状等の変動によって操船者の操作感に大きな影響を与えてしまう。

特に、所定のリーン側空燃比で運転している状態から、操船者がエンジン回転数を上昇させるようにスロットルレバーを上昇操作した場合、薄い混合気であるリーン側空燃比ではエンジン回転数を上昇させることができない出力領域がある。したがって、この領域では目標空燃比を所定のリーン側空燃比から理論空燃比になるように切り替え、燃料噴射量を制御することで操船者の操作に応じた出力が得られ、エンジン回転数が上昇する。
このとき、エンジン回転数に基づいて目標空燃比を所定のリーン側空燃比から理論空燃比に切り替えていたとする。この場合、例えばエンジンを負荷が軽い船体に搭載した場合と、負荷が重い船体に搭載した場合とでは、所定のリーン側空燃比から理論空燃比に切り替わるタイミングが相違する。

図１０は、エンジンを異なる船体に搭載したときのスロットル開度とエンジン回転数との関係を示す図である。曲線ａ１は負荷（船体抵抗）が軽い船体に搭載した場合（負荷が小）であり、曲線ｂ１は負荷が普通の船体に搭載した場合（負荷が中）であり、曲線ｃ１は負荷が重い船体に搭載した場合（負荷が大）である。すなわち、負荷の関係はａ１＜ｂ１＜ｃ１である。曲線ａ１、ｂ１、ｃ１上に示される円は、目標空燃比を所定のリーン側空燃比から理論空燃比に切り替える切り替え点である。ここでは所定のエンジン回転数で切り替えているものとする。

負荷が小さい場合、曲線ａ１に示すように、所定のリーン側空燃比で運転している状態からスロットル開度を上昇させても、エンジン回転数は所定のエンジン回転数までスムーズに上昇するので、所定のリーン側空燃比から理論空燃比にスムーズに切り替えできる。すなわち、負荷が小さい場合、曲線ａ１に示すように、スロットル開度の上昇に応じてエンジン回転数も上昇する直線に近い線となるため、操船者はスロットル開度の上昇操作に応じた加速感（いわゆるリニア感をいう）を得ることができる。

一方、負荷が中や大きい場合、曲線ｂ１及び曲線ｃ１に示すように、所定のリーン側空燃比で運転している状態からスロットル開度を徐々に上昇させると所定のエンジン回転数の近傍で、エンジン回転数の上昇率が低下してしまう。その後、所定の条件（充填効率やエンジン回転数）に至ることで目標空燃比が理論空燃比に切り替えられるので、エンジン回転数が急に上昇してしまう。このような傾向は、負荷が大きい曲線ｃ１では更に顕著になる。すなわち、負荷が中や大きい場合、曲線ｂ１及び曲線ｃ１に示すように、スロットル開度の上昇に応じてエンジン回転数が上昇する線にならないため、操船者はスロットル開度の上昇操作に応じた加速感を得ることができない。

また、特許文献１の船舶推進機のエンジン制御装置に開示されているように、スロットル開度が全閉から吸気圧が略一定になるまではリーン側空燃比で運転して、吸気圧が略一定になってからスロットル開度が全開までの吸気圧が変化しない領域では、リッチ側空燃比で運転することも可能である。

特許第４０１９１６９号公報

しかしながら、吸気圧はスロットル開度が略中開度であっても、その際のエンジン回転数によっては上限付近の値になることがある。したがって、スロットル開度を中開度以上に上昇させても吸気圧の変化量は比較的小さい。図１０は、エンジンを異なる船体に搭載したときのスロットル開度と吸気圧との関係を示す図である。曲線ａ２は負荷が軽い船体に搭載した場合（負荷が小）であり、曲線ｂ２は負荷が普通の船体に搭載した場合（負荷が中）であり、曲線ｃ２は負荷が重い船体に搭載した場合（負荷が大）である。図１０に示すように、何れの曲線ａ２〜ｃ２も吸気圧の上限付近ではスロットル開度に対する吸気圧の変動量が小さいため、吸気圧が略一定であるか否かの判定が困難であり、その判定によって所定のリーン側空燃比から理論空燃比に切り替わるタイミングが左右されてしまう。

更に、船外機は船体に対するトリム角を調整することができ、トリム角を調整することによって吸気圧は変動してしまう。図１０に示す曲線ｄは、トリム角度を調整したときのスロットル開度と吸気圧との関係を示す曲線である。曲線ｄに示すように、トリム角を調整すると船体等の負荷が変化し、スロットル開度と吸気圧との関係が変動する。
したがって、吸気圧が略一定であるか否かに基づいて目標空燃比をリーン側からリッチ側に制御する場合、吸気圧が略一定になるタイミングが一定ではないため、操船者がスロットル開度の上昇操作に応じた加速感を得ることができない問題を解決できない。

本発明は、上述したような問題点に鑑みてなされたものであり、目標空燃比を所定のリーン側空燃比で運転することができる船外機用内燃機関において、操船者がスロットル開度の上昇操作に応じた加速感を得ることができる船外機用内燃機関の空燃比制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係る船外機用内燃機関の空燃比制御装置は、吸気圧を検出する吸気圧検出手段と、スロットル開度を検出するスロットル開度検出手段と、エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段とを備えた船外機において、吸気圧、スロットル開度及びエンジン回転数に基づいて空燃比を制御する船外機用内燃機関の空燃比制御装置であって、エンジン回転数の上昇率が所定値よりも小さくなるスロットル開度を切り替え点として、目標空燃比を所定のリーン側空燃比からリッチ側に制御する制御手段を有することを特徴とする。

本発明によれば、目標空燃比を所定のリーン側空燃比で運転することができる船外機用内燃機関において、操船者がスロットル開度の上昇操作に応じた加速感を得ることができる。

船舶を斜め後方から眺めた斜視図である。 船舶に取り付けられる船外機の左側面図である。 船外機の内部構成を示すブロック図である。 スロットル開度を学習する処理を示すフローチャートである。 学習条件の成立を判定するための処理を示すフローチャートである。 スロットル開度を上昇させたときのエンジン回転数の変化を示す図である。 空燃比を制御するための処理を示すフローチャートである。 吸気圧−エンジン回転数による目標空燃比マップを示す図である。 スロットル開度−エンジン回転数による目標空燃比マップを示す図である。 空燃比とエンジントルクとの関係を示す図である。 エンジンを異なる船体に搭載したときのスロットル開度とエンジン回転数との関係およびスロットル開度と吸気圧との関係を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
図１は、船舶を斜め後方から眺めた斜視図である。また、図２は、船舶に取り付けられる船外機の左側面図である。図１及び図２に示すように、船舶１の船体２後部に位置するトランサム２ａに船外機３がブラケット装置４を介して装着される。

船体２の略中央部は操舵室５であり、操船者が着座する操舵席６が設置されると共に、操舵席６の前方には計器パネル７が配置される。計器パネル７にはタコメータ等の計器類、モニタ８、警告用のブザー９等が設けられると共に、操舵ハンドル１０も設けられる。また、操舵席６の側方には例えばスロットルレバー１１及びシフトレバー１２を備えたリモコンボックス１３が配置される。

図２に示すように、船外機３はエンジンホルダ１４を備え、このエンジンホルダ１４の上方にエンジン（船外機用内燃機関）１５が設置される。また、エンジンホルダ１４の下方にはオイルパン１６が配置されると共に、この船外機３のエンジン１５、エンジンホルダ１４及びオイルパン１６の周囲はエンジンカバー１７によって覆われる。エンジン１５は、例えばシリンダヘッド２９、シリンダブロック３０及びクランクケース３１等を組み合わせて構成された水冷４サイクル四気筒エンジンであり、クランクシャフト１８を略垂直に配置したバーティカル（縦）型のエンジンである。

オイルパン１６の下部にはドライブシャフトハウジング１９が設置される。エンジンホルダ１４、オイルパン１６及びドライブシャフトハウジング１９内にはドライブシャフト２０が略垂直に配置され、その上端部がクランクシャフト１８の下端部に連結される。ドライブシャフト２０はドライブシャフトハウジング１９内を下方に向かって延び、ドライブシャフトハウジング１９の下部に設けられたギヤケース２１内のベベルギヤ２２及びプロペラシャフト２３を介してプロペラ２４を駆動するように構成される。

ギヤケース２１内には遠隔操作によってプロペラシャフト２３の回転方向を正・逆（フォワード・リバース）又は中立状態（ニュートラル）に切り換えるシフト装置２５が設けられる。このシフト装置２５からはシフトロッド２６が上方に向かって延び、リンク２７を介して操作ロッド２８（又はケーブル）によって上記リモコンボックス１３のシフトレバー１２に連結される。

エンジン１５の最前部、図２においては最も左側に配置されるクランクケース３１の後方（右側）にはシリンダブロック３０が配置される。また、シリンダブロック３０の後方にはシリンダヘッド２９が配置される。

ブラケット装置４は主にスイベルブラケット３２及びトランサムブラケット３３から構成され、スイベルブラケット３２は船外機３に、トランサムブラケット３３は船体２のトランサム２ａにそれぞれ固定される。

スイベルブラケット３２は左右一対のトランサムブラケット３３間に架設されたチルト軸３４を介して上下方向に傾動可能に軸支され、このスイベルブラケット３２内にパイロットシャフト３５が鉛直方向に、且つ回動自在に軸支される。また、このパイロットシャフト３５の上下端にアッパーマウントブラケット３６及びロアーマウントブラケット３７がそれぞれ回動一体に設けられる。そして、アッパーマウントブラケット３６にはステアリングブラケット３８が設けられ、図示しないケーブル等によって操舵ハンドル１０に連結される。

一方、エンジンホルダ１４の前部には左右一対のアッパーマウントユニット３９が設けられ、アッパーマウントブラケット３６に連結される。また、ドライブシャフトハウジング１９の両側部には一対のロアーマウントユニット４０が設けられ、ロアーマウントブラケット３７に連結される。そして、以上により船外機３は、操舵ハンドル１０の操作によって、ブラケット装置４に対しパイロットシャフト３５を中心に左右に操舵可能になると共に、チルト軸３４を中心に上下向方にチルト及びトリム操作が可能になる。

ここで、チルト操作とは停船中や船体２の陸揚げ時等に船外機３を水面上に上昇させるものである。また、トリム操作とは船外機３の角度（トリム角）を調整するものである。

次に、船外機３の主要な内部構成について図３に示すブロック図を参照して説明する。船外機３全体は、空燃比制御装置としての制御装置５０によって制御されている。制御装置５０は、ＣＰＵ５１、ＲＯＭ５２、ＲＡＭ５３、ＥＥＰＲＯＭ５４、入力回路５５、出力回路５６、点火装置５７及び電源回路５８を含んで構成されている。

ＣＰＵ５１は、いわゆるコンピュータであって、ＲＯＭ５２に格納されたプログラムを実行して、各種検出器等から出力される信号に基づいて、インジェクタ８０等を介して空燃比を制御する。ＲＯＭ５２は、不揮発性メモリであって、ＣＰＵ５１が実行するプログラムやＣＰＵ５１が各機器を制御するときの初期値等を格納している。ＲＡＭ５３は、揮発性メモリであって、ＣＰＵ５１が各機器を制御するときに算出した情報等を一時的に記憶する。ＥＥＰＲＯＭ５４は、書き換え可能な記憶部としての不揮発性メモリであって、ＣＰＵ５１が各機器を制御する場合の情報等、例えば後述する目標空燃比を切り替えるスロットル開度の学習値等を記憶する。

入力回路５５は、図３に示すように船外機３内外の各種検出器等から信号が入力される。具体的には、カム軸信号検出器６０は、エンジン１５の図示しないカム軸の信号（カム角信号）を出力する。クランク角信号検出器（回転数検出器）６１は、エンジン回転数検出手段の一例であって、エンジン１５の回転数信号を出力する。
操船者によるスロットルレバー１１の操作に応じて、図示しない吸気管に配置されたスロットバルブを閉閉し、エンジン１５に供給される空気量を調整する。このとき、スロットル開度検出器６２は、スロットバルブの開度に応じたスロットル開度の信号を出力する。スロットル開度検出器６２は、スロットル開度検出手段の一例である。

吸気圧力検出器６３は、吸気圧検出手段の一例であって、吸気管に配置され、吸気管内における吸気圧の信号を出力する。大気圧力検出器６４は大気圧の信号を出力する。また、吸気温度検出器６５、エンジン温度検出器６６（冷却水温度検出器）及び排気通路温度検出器６７は、それぞれ吸気の温度、エンジン１５の温度（冷却水温度）及び排気通路の温度の信号を出力する。傾斜角検出器６８は、船外機３の傾斜角の信号を出力する。シフト（ニュートラル）スイッチ６９は、シフトレバー１２のシフト位置の信号を出力する。ストップ（エマージェンシーストップ）スイッチ７０は、エンジン１５を緊急停止する信号を出力する。

学習モード選択スイッチ７１は、後述するスロットル開度を学習するモードであることを示す信号を出力する。イグニッションスイッチ７２は、操船者によりオンとオフとが選択できるように構成され、オンされることにより各機器に電力が供給され、オフされることにより各機器への電力が遮断される。なお、本実施形態の船外機３には、吸気量を直接測定する吸気量検出器を備えていないものとする。

出力回路５６は、インジェクタ８０、空気量調整アクチュエータ８１、モニタ８、ブザー９及びイグニッションコイル８２を制御するための信号を送信する。
制御装置５０に入力された各機器からの信号はＣＰＵ５１で適宜演算処理され、その演算結果が出力回路５６を介して船外機３内外の各機器に出力される。具体的には、ＣＰＵ５１は、燃料噴射量の信号をインジェクタ８０に出力する。また、ＣＰＵ５１は、吸気量の信号を空気量調整アクチュエータ８１に出力する。また、ＣＰＵ５１は、表示する信号等をモニタ８に出力する。更に、ＣＰＵ５１は、出力回路５６から点火装置５７を介してイグニッションコイル８２に点火信号を出力する。

また、本実施形態に係るエンジン１５では、燃費を向上させるために空燃比を理論空燃比よりも所定のリーン側空燃比にして運転（希薄燃焼運転）したり、理論空燃比または出力空燃比にして運転したりすることができる。このとき、ＣＰＵ５１は、操船者によるスロットルレバー１１を介したスロットル開度を上昇させる操作に応じて、低速域では空燃比をリーン側空燃比で制御し、エンジン出力が必要な高速域では理論空燃比で制御する。

さて、上述したように、従来の船外機では、搭載される船体の負荷特性、構成部品のばらつき及び燃料性状等の変動によって、所定のリーン側空燃比から理論空燃比に切り替わるタイミングが相違する。そのため、操船者は、船外機を搭載する船体の負荷特性等によってはスロットル開度の上昇操作に応じた加速感を得ることができなかった。
そこで、本実施形態では、エンジン回転数の上昇率が所定値よりも小さくなるスロットル開度を、搭載される船体に応じて学習して、学習したスロットル開度を切り替え点として、目標空燃比を所定のリーン側空燃比からリッチ側に切り替える。このように、制御することで、操船者がスロットル開度の上昇操作に応じた加速感が得られないと感じる前に空燃比がリッチ側に制御されるので、スロットル開度の上昇操作に応じた加速感を得ることができるようになる。

以下、本実施形態において、船外機３の制御装置５０が行う処理について説明する。
まず、制御装置５０が行うスロットル開度を学習する処理について図４〜図６を参照して具体的に説明する。
図４は、目標空燃比を切り替えるためのスロットル開度を学習する処理を示すフローチャートである。図５は、学習条件の成立を判定するための処理を示すフローチャートである。図６は、スロットル開度を上昇させたときのエンジン回転数の変化を示す図である。

図４に示すフローチャートでは、操船者によりイグニッションスイッチ７２がオンにされると、ＣＰＵ５１は各機器に電力を供給するように制御し、エンジン１５が始動されているものとする。また、操船者が学習モード選択スイッチ７１をオンすることで、ＣＰＵ５１はＲＯＭ５２に格納されたプログラムをＲＡＭ５３に読み出し、プログラムに基づいてスロット開度を学習する処理を開始する。なお、目標空燃比を切り替えるためのスロットル開度を学習する処理は、エンジン１５を船体２に新規または代替えで搭載したときに行うのが好ましい。なお、学習モード選択スイッチ７１をオンすることで、スロットル開度の学習を任意で行うことができる。

まず、操船者はスロットルレバー１１を操作して低速域から高速域までスロットル開度をゆっくり上昇させる。このとき、ＣＰＵ５１は、低速域において目標空燃比を所定のリーン側空燃比で運転する。本実施形態では、所定のリーン側空燃比を１８．０とする。
ステップＳ１０では、ＣＰＵ５１は、スロットル開度の変化率が既定の範囲であるか否か、すなわち一定の変化率であるか否かを判定する。具体的には、ＣＰＵ５１は、スロットル開度検出器６２から出力される信号に基づいてスロットル開度の変化率が既定値Ａよりも大きく既定値Ｂよりも小さいかを判定する。スロットル開度の変化率が既定の範囲の場合、次にステップＳ１２に処理を進め、スロットル開度の変化率が既定の範囲ではない場合、ステップＳ１１に処理を進める。

ステップＳ１１では、ＣＰＵ５１は、モニタ８に学習が未完了であることを表示したり、ブザー９を鳴らしたりすることで、操船者に学習が未完了である旨を通知し、学習の処理を終了する。このように、スロットル開度を学習する処理を終了するのは、ステップＳ１０において、スロットル開度の変化率が一定でない場合、目標空燃比を切り替えるためのスロットル開度を学習することができないためである。

ステップＳ１２では、ＣＰＵ５１は、目標空燃比を切り替えるスロットル開度を学習する前に、学習条件が成立しているか否かを判定する。具体的には、ＣＰＵ５１は、ＲＡＭ５３に記憶されている学習条件成立フラグＦを読み出して判定する。学習条件が成立し学習条件成立フラグＦが１の場合、ステップＳ１３に処理を進め、学習条件が成立せず学習条件成立フラグＦが０の場合、ステップＳ１１に処理を進める。

次に、上述したステップＳ１２における学習条件成立の判定方法について、図５に示すフローチャートを参照して説明する。
まず、ステップＳ２１では、ＣＰＵ５１は、傾斜角検出器６８を介して船外機３のトリム操作が行われていないかを判定する。トリム操作が行われていない場合、ステップＳ２２に処理を進め、トリム操作が行われている場合、ステップＳ２６に処理を進める。ステップＳ２６では、学習条件成立フラグＦを０にしてＲＡＭ５３に記憶し、後述するように学習処理を終了する。ステップＳ２１のような判定を行うのは、トリム操作が行われている場合、吸気圧やエンジン回転数が安定せず、正確なスロットル開度を学習することができないためである。

ステップＳ２２では、ＣＰＵ５１は、クランク角信号検出器６１が出力する信号に基づいて、エンジン回転数が既定値Ｃよりも大きく既定値Ｄよりも小さいか否かを判定する。エンジン回転数が既定の範囲の場合、ステップＳ２３に処理を進め、エンジン回転数が既定の範囲ではない場合、ステップＳ２６に処理を進める。ステップＳ２２のような判定を行うのは、エンジン回転数が既定の範囲ではない場合、正確なスロットル開度を学習することができないためである。

ステップＳ２３では、ＣＰＵ５１は、エンジン温度検出器６６が出力する信号に基づいて、エンジン温度が既定値Ｅよりも大きく既定値Ｆよりも小さいか否かを判定する。エンジン温度が既定の範囲の場合、ステップＳ２４に処理を進め、エンジン温度が既定の範囲ではない場合、ステップＳ２６に処理を進める。ステップＳ２３のような判定を行うのは、暖機運転中のようなエンジン温度が低い場合にはエンジン回転数が変化してしまい、正確なスロットル開度を学習することができないためである。

ステップＳ２４では、ＣＰＵ５１は、エンジン１５が定常時であるか否かを判定する。具体的には、ＣＰＵ５１は、各機器が出力する信号に基づいて、エンジン１５が故障モードではないか、油圧が低下したり、オーバーヒート等をしたりしていないか等を判定する。エンジン１５が定常時である場合、ステップＳ２５に処理を進め、エンジン１５が異常である場合、ステップＳ２６に処理を進める。ステップＳ２４のような判定を行うのは、エンジン１５が異常の場合、正確なスロットル開度を学習することができないためである。

ステップＳ２５では、上述した各ステップの所定の条件を満たし、正確なスロットル開度の学習を行うことができる状態であるため、ＣＰＵ５１は、学習条件成立フラグＦを１にしてＲＡＭ５３に記憶し、図４に示すステップＳ１２の処理に戻る。

上述したように、ステップＳ１２では、ＣＰＵ５１は、学習条件成立フラグＦが１の場合、ステップＳ１３に処理を進める。
ステップＳ１３では、ＣＰＵ５１は、クランク角信号検出器６１及びスロットル開度検出器６２が出力する信号からエンジン回転数及びスロットル開度を取得する。ＣＰＵ５１は、取得したエンジン回転数及びスロットル開度に基づいてスロットル開度毎にエンジン回転数の上昇率（ΔＮ）を演算する。具体的に、図６を参照して、エンジン回転数の上昇
率について説明する。図６はスロットル開度を一定の変化率で上昇させた場合のエンジン回転数の変化を示す図である。エンジン回転数が小さい領域は低速域であり、上述したようにＣＰＵ５１は目標空燃比をリーン側空燃比に制御して運転している。

曲線Ｌは、エンジン１５を負荷が軽い船体に搭載した場合（負荷が小）のエンジン回転数の変化を示し、曲線Ｈは、エンジン１５を負荷が重い船体に搭載した場合（負荷が大）のエンジン回転数の変化を示している。図６に示す曲線Ｌ及び曲線Ｈに示すように、所定のスロットル開度の変化毎（例えば、スロットル開度の角度１度毎）におけるエンジン回転数の上昇幅が、エンジン回転数の上昇率ΔＮである。曲線Ｌでは、スロットル開度が上
昇するとエンジン回転数の上昇率ΔＮが徐々に小さくなる。一方、曲線Ｈでは、スロット
ル開度が上昇するとエンジン回転数の上昇率ΔＮが急に小さくなる。

ステップＳ１４では、ＣＰＵ５１は、エンジン回転数の上昇率ΔＮが閾値よりも小さい
か否かを判定する。閾値よりも小さい場合、ステップＳ１５に処理を進め、閾値以上の場合、ステップＳ１０に処理を戻す。この閾値は、ＲＯＭ５２等に格納された予め定められた所定値であって、操船者がスロットル開度の上昇操作に応じた加速感が得られないと感じるまでには至らない上昇率の値が設定されている。
ステップＳ１５では、ＣＰＵ５１は、エンジン回転数の上昇率ΔＮが閾値よりも小さく
なったときのスロットル開度をＥＥＰＲＯＭ５４に記憶する。この処理によって、目標空燃比を所定のリーン側空燃比から理論空燃比に切り替えるときのスロットル開度が学習される。

具体的に、図６を参照して、エンジン回転数の上昇率ΔＮが閾値よりも小さくなるスロ
ットル開度について説明する。スロットル開度の上昇に応じて上昇率ΔＮが徐々に小さく
なる曲線Ｌでは、上昇率ΔＮはスロットル開度Ｔｈ１まで上昇したときに閾値よりも小さ
くなる。一方、スロットル開度の上昇に応じて上昇率ΔＮが急に小さくなる曲線Ｈでは、
上昇率ΔＮはスロットル開度Ｔｈ２まで上昇したときに閾値よりも小さくなる。したがっ
て、ＣＰＵ５１は、曲線Ｌの場合、スロットル開度Ｔｈ１を記憶し、曲線Ｈの場合、スロットル開度Ｔｈ２を記憶する。

ステップＳ１６では、ＣＰＵ５１は、モニタ８に学習が完了したことを表示したり、ブザー９を鳴らしたりすることで、操船者に学習が完了した旨を通知し、学習の処理を終了する。

次に、学習したスロットル開度を切り替え点として目標空燃比をリーン側空燃比から理論空燃比に制御する処理について図７及び図８を参照して説明する。図７は、制御装置５０が空燃比を制御する処理を示すフローチャートである。図８Ａ及び図８Ｂは、目標空燃比が示されるマップを示す図である。図８Ａは吸気圧−エンジン回転数による目標空燃比マップであり、図８Ｂはスロットル開度−エンジン回転数による目標空燃比マップである。図８Ａ及び図８Ｂに示すマップは、例えばＲＯＭ５２に記憶されている。

まず、ステップＳ３０では、操船者によりイグニッションスイッチ７２がオンされることで、ＣＰＵ５１は各機器に電力を供給するように制御し、エンジン１５が始動される。このとき、学習モード選択スイッチ７１はオフにされた状態である。ＣＰＵ５１は、ＲＯＭ５２に格納されたプログラムをＲＡＭ５３に読み出し、プログラムに基づいて空燃比制御の処理を開始する。また、ＣＰＵ５１は学習モードによってＥＥＰＲＯＭ５４に記憶されているスロット開度の学習値やＲＯＭ５２に記憶されている図８Ａ及び図８Ｂに示すマップを読み出し、ＲＡＭ５３に記憶する。

エンジン始動後、ステップＳ３１では、ＣＰＵ５１は、吸気圧とエンジン回転数とを基本として燃料噴射量を制御する。具体的には、ＣＰＵ５１は、吸気圧力検出器６３及びクランク角信号検出器６１から、現在の吸気圧とエンジン回転数とを取得する。次に、ＣＰＵ５１は、図８Ａに示すマップと照合し、取得した吸気圧とエンジン回転数とから定まる目標空燃比を取得する。ＣＰＵ５１は、取得した目標空燃比になるようにインジェクタ８０を介して燃料噴射量を制御する。なお、燃料噴射量の制御は、吸気圧とエンジン回転数とを基本とするのであって、その他の検出器の信号に応じて燃料噴射量は補正される。

ここで、図８Ａに示す吸気圧−エンジン回転数による目標空燃比マップの各枠内には目標空燃比が設定されている。図８Ａに示すマップは、理論空燃比と所定のリーン側空燃比が混在している。具体的には、所定のエンジン回転数（Ｒ１２）以下では、目標空燃比として理論空燃比が設定され、所定のエンジン回転数（Ｒ１３）以上且つ吸気圧が高くない場合（図８Ａに示す太枠内）では、目標空燃比としてリーン側空燃比が設定されている。したがって、吸気圧とエンジン回転数とから定まる目標空燃比がリーン側空燃比の場合、希薄燃焼によって運転される。
また、図８Ａに示す低回転域のエンジン回転数で、目標空燃比が理論空燃比に設定されているのは、アイドリング状態等で安定したエンジン回転数にするためである。なお、所定のリーン側空燃比以外の空燃比は、理論空燃比に限られず、例えば理論空燃比から出力空燃比までの空燃比を自由に設定することができる。

次に、ステップＳ３２では、ＣＰＵ５１は、スロットル開度が学習値よりも大きいか否かを判定する。具体的には、ＣＰＵ５１は、スロットル開度検出器６２から、現在のスロットル開度を取得し、取得したスロットル開度と学習値とを比較する。スロットル開度が学習値よりも大きい場合、ステップＳ３３に処理を進める。スロットル開度が学習値以下の場合、ステップＳ３１に処理を戻し、ＣＰＵ５１は、継続して吸気圧とエンジン回転数とを基本として燃料噴射量を制御する。

ステップＳ３３では、ＣＰＵ５１は、スロットル開度とエンジン回転数とを基本として燃料噴射量を制御する。具体的には、ＣＰＵ５１は、スロットル開度検出器６２及びクランク角信号検出器６１から、現在のスロットル開度とエンジン回転数とを取得する。次に、ＣＰＵ５１は、図８Ｂに示すマップと照合し、取得したスロットル開度とエンジン回転数とから定まる目標空燃比を取得する。ＣＰＵ５１は、取得した目標空燃比になるようにインジェクタ８０を介して燃料噴射量を制御する。なお、燃料噴射量の制御は、スロットル開度とエンジン回転数とを基本とするのであって、その他の検出器の信号に応じて燃料噴射量は補正される。
図８Ｂに示すスロットル開度−エンジン回転数による目標空燃比マップの各枠内には目標空燃比が設定されている。図８Ｂに示すマップは、全て理論空燃比が設定されている。なお、目標空燃比は理論空燃比に限られず、例えば理論空燃比から出力空燃比までの空燃比を自由に設定することができる。

ここで、例えば、現時点での吸気圧がＰ１７、エンジン回転数がＲ１６とし、ＣＰＵ５１が、図８Ａに示すマップに基づいて目標空燃比をリーン側空燃比で制御しているとする。この状態から、スロットル開度が上昇されて、スロットル開度が学習値（ここでは、学習値をスロットル開度Ｔ１１とする）よりも大きくなるとする。すると、ＣＰＵ５１は、図８Ａに示すマップから図８Ｂに示すマップに切り替えて、スロットル開度Ｔ１１、エンジン回転数Ｒ１６とで特定される目標空燃比、すなわち理論空燃比で燃料噴射量を制御する。ここで、学習値は、操船者がスロットル開度の上昇操作に応じた加速感が得られないと感じる手前のスロットル開度である。したがって、学習値を境界として目標空燃比をリーン側空燃比から理論空燃比に切り替えることで、操船者はスロットル開度の上昇操作に応じた加速感を得ることができる。なお、目標空燃比がリーン側空燃比から理論空燃比に切り替わるとき、空燃比がリーン側からリッチ側に移行するため、エンジントルクが上昇してしまう。そのため、ＣＰＵ５１は、点火時期を遅角する等して、エンジントルクの変動を抑制する制御を行っている。

ステップＳ３４では、ＣＰＵ５１は、現在のスロットル開度が学習値から所定値減算した値よりも小さいか否かを判定する。大きい場合、ステップＳ３３に処理を戻し、ＣＰＵ５１は、継続してスロットル開度とエンジン回転数とを基本として燃料噴射量を制御する。一方、小さい場合、ステップＳ３１に処理を戻し、ＣＰＵ５１は、吸気圧とエンジン回転数とを基本として燃料噴射量を制御する。ステップＳ３４のような処理を行うのは、例えば、操船者がスロットル開度を学習値近傍で前後させて運転している場合、ＣＰＵ５１は、リーン側空燃比と理論空燃比との切り替えを頻繁に行う必要が生じるためである。すなわち、理論空燃比からリーン側空燃比に移行する場合に、学習値から所定値減算した値を閾値にし、いわゆるヒステリシスにすることで、スロットル開度を学習値近傍にして運転している場合でも、リーン側空燃比と理論空燃比との切り替えを少なくでき、上述したエンジントルクの変動を抑制する制御を少なくすることができる。

このように、本実施形態の制御装置５０は、エンジン回転数の上昇率が所定値よりも小さくなるスロットル開度を切り替え点として、目標空燃比を所定のリーン側空燃比からリッチ側に制御する。したがって、制御装置５０は、操船者がスロットル開度の上昇操作に応じた加速感を得ることができないと感じる前に目標空燃比をリーン側空燃比からリッチ側に制御するため、操船者はスロットル開度の上昇操作に応じた加速感を得ることができる。

また、制御装置５０は、船外機３が搭載される船体の負荷特性、構成部品のばらつき及び燃料性状等に応じて、エンジン回転数の上昇率が所定値よりも小さくなるスロットル開度を学習する。したがって、制御装置５０は、船外機３が搭載される船体等に応じたスロットル開度の切り替え点を取得することができ、船体等に応じてリーン側空燃比での運転を増やすことができるので燃費を向上させることができる。

また、制御装置５０は、現在のスロットル開度が、エンジン回転数の上昇率が所定値よりも小さくなるスロットル開度以下の場合、吸気圧とエンジン回転数とを基本として燃料噴射量を制御する。したがって、吸気量を直接検出する吸気量検出器を備えていない船外機であっても、吸気圧検出器６３に基づいて空燃比を精度よく制御することができる。

以上、本発明を上述した実施形態により説明したが、本発明は上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更等が可能である。
例えば、上述した実施形態では、制御装置５０は、エンジン回転数の上昇率が所定値よりも小さくなるスロットル開度を切り替え点として、目標空燃比を所定のリーン側空燃比から理論空燃比に制御する場合について説明したが、この場合に限られず、所定のリーン側空燃比よりもリッチ側である理論空燃比から出力空燃比までの空燃比に制御してもよい。

また、上述した実施形態では、エンジン回転数の上昇率が所定値よりも小さくなるスロットル開度を学習する場合について説明したが、この場合に限られず、制御装置５０が、切り替え点として学習値近傍に複数の切り替えスイッチを設定し、操船者が選択できるようにしてもよい。例えば、学習値を切り替え点として設定されている切り替えスイッチの場合、学習値が切り替え点となり、燃費を向上させるエコモードとして用いることができる。また、学習値になる前を切り替え点として設定されている切り替えスイッチの場合、学習値よりも前のスロットル開度が切り替え点となり、スロットル開度の上昇操作に応じた加速感をより得られるドライバビリティモードとして用いることができる。

３：船外機 ２：船体 ８：モニタ ９：ブザー １５：エンジン ５０：制御装置 ５１：ＣＰＵ ５２：ＲＯＭ ５３：ＲＡＭ ５４：ＥＥＰＲＯＭ ５５：入力回路 ５６：出力回路 ６１：クランク角信号検出器 ６２：スロットル開度検出器 ６３：吸気圧力検出器 ７１：学習モード選択スイッチ ８０：インジェクタ

Claims (8)

1. 吸気圧を検出する吸気圧検出手段と、スロットル開度を検出するスロットル開度検出手段と、エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段とを備えた船外機において、吸気圧、スロットル開度及びエンジン回転数に基づいて空燃比を制御する船外機用内燃機関の空燃比制御装置であって、
   エンジン回転数の上昇率が所定値よりも小さくなるスロットル開度を切り替え点として、目標空燃比を所定のリーン側空燃比からリッチ側に制御する制御手段を有することを特徴とする船外機用内燃機関の空燃比制御装置。
2. エンジン回転数とスロットル開度との関係に基づいて、エンジン回転数の上昇率が所定値よりも小さくなるスロットル開度を記憶する記憶処理手段を有し、
   前記制御手段は、前記記憶処理手段によって記憶されたスロットル開度に基づいて、目標空燃比を所定のリーン側空燃比からリッチ側に制御することを特徴とする請求項１に記載の空燃比制御装置。
3. 前記制御手段は、目標空燃比を所定のリーン側空燃比からリッチ側に制御するとき、燃料噴射量制御の方式を切り替えることを特徴とする請求項１または２に記載の空燃比制御装置。
4. 前記制御手段は、目標空燃比を所定のリーン側空燃比にする場合、吸気圧とエンジン回転数とを基本として取得される燃料噴射量で制御し、目標空燃比をリッチ側にする場合、スロットル開度とエンジン回転数とを基本として取得される燃料噴射量で制御することを特徴とする請求項３に記載の空燃比制御装置。
5. 吸気圧とエンジン回転数とを基本して取得される燃料噴射量の制御とは、吸気圧とエンジン回転数とによって定まる目標空燃比が記憶されている吸気圧−エンジン回転数による目標空燃比マップに基づいて燃料噴射量を算出する燃料噴射量の制御であり、
   スロットル開度とエンジン回転数とを基本とする燃料噴射量の制御とは、スロットル開度−エンジン回転数による目標空燃比マップに基づいて燃料噴射量を算出する燃料噴射量の制御であることを特徴とする請求項４に記載の空燃比制御装置。
6. 前記吸気圧−エンジン回転数による目標空燃比マップには、目標空燃比として所定のリーン側空燃比と所定のリーン側空燃比よりもリッチ側の空燃比とが混在していることを特徴とする請求項５に記載の空燃比制御装置。
7. 吸気圧を検出する吸気圧検出手段と、スロットル開度を検出するスロットル開度検出手段と、エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段とを備えた船外機において、吸気圧、スロットル開度及びエンジン回転数に基づいて空燃比を制御する船外機用内燃機関の空燃比制御方法であって、
   エンジン回転数の上昇率が所定値よりも小さくなるスロットル開度を切り替え点として、目標空燃比を所定のリーン側空燃比からリッチ側に制御することを特徴とする船外機用内燃機関の空燃比制御方法。
8. 吸気圧を検出する吸気圧検出手段と、スロットル開度を検出するスロットル開度検出手段と、エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段とを備えた船外機において、吸気圧、スロットル開度及びエンジン回転数に基づいて空燃比を制御するためのプログラムであって、
   エンジン回転数の上昇率が所定値よりも小さくなるスロットル開度を切り替え点として、目標空燃比を所定のリーン側空燃比からリッチ側に制御する工程をコンピュータに実行させるためのプログラム。

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