JP5676390B2 - 船外機の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は船外機の制御装置に関し、より詳しくは変速機を備えた船外機の制御装置に関する。

近年、船外機において、搭載される内燃機関からの動力をプロペラに伝達する動力伝達軸に変速機を介挿し、内燃機関の出力を変速してプロペラに伝達するようにした技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１記載の技術にあっては、スロットルレバーが操船者によって操作されて加速が指示されるとき、変速機の変速段（変速比）を２速から１速に変速することで、内燃機関からプロペラに伝達されるトルクを増幅させて加速性能を向上させると共に、その後内燃機関の回転数が上昇して所定の回転数に到達したとき、変速段を１速から２速に戻すように構成される。

特開２００９−１９０６７１号公報

ところで、船外機が取り付けられる船体は、航行時に水面から抵抗（船体抵抗）を受けるが、その抵抗の大きさは船体の仕様（例えばオフショア艇、バスボートなど）によって相違する。そのため、例えば抵抗が比較的大きい船の場合、加速が指示されて機関回転数が上昇し、最大回転数に達したときであっても、加速の途中、換言すれば加速が未だ終了していないことがある。

しかしながら、特許文献１記載の技術の如く構成すると、船体によっては加速が終了していないにも関わらず、機関回転数が所定の回転数に到達して１速から２速へ変速されてしまうという不都合が生じる恐れがあり、必ずしも船舶の航行状態を反映した最適な変速段が選択されるわけではなかった。

従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、変速機を備え、加速性能を向上させると共に、船舶の航行状態に応じた最適な変速機の変速制御を船体の仕様に関わらず行うようにした船外機の制御装置を提供することにある。

上記した課題を解決するために、請求項１にあっては、内燃機関からの動力をプロペラに伝達する動力伝達軸に介挿されると共に、少なくとも１速、２速からなる変速段を有し、前記内燃機関の出力を前記変速段のうちの選択された変速段で変速して前記プロペラに伝達する変速機を備え、船体に取り付け可能な船外機の制御装置において、前記２速が選択されているとき、前記内燃機関に対して操船者から加速が指示されたか否か判定する加速指示判定手段と、前記内燃機関の機関回転数を検出する機関回転数検出手段と、航行速度の所定時間当たりの変化量を示す航行加速度を検出する航行加速度検出手段と、前記加速が指示されたと判定されるとき、前記プロペラのスリップ率の上昇を抑制するように前記内燃機関のスロットル開度を補正すると共に、前記変速機を動作させて前記２速から前記１速に変速させる１速変速手段と、前記１速変速手段によって前記１速に変速された後、前記検出された機関回転数が所定回転数以上で、かつ前記検出された航行加速度が所定値以下になったとき、前記１速から前記２速に変速させる２速変速手段とを備える如く構成した。

請求項２に係る船外機の制御装置にあっては、ＧＰＳ信号を受信する受信装置を備えると共に、前記航行加速度検出手段は、前記受信装置の出力に基づいて前記航行加速度を検出する如く構成した。

請求項３に係る船外機の制御装置にあっては、前記航行加速度検出手段は、前記受信装置の出力に基づいて前記航行速度を検出し、前記検出された航行速度を微分することで、前記航行加速度を検出する如く構成した。

請求項４に係る船外機の制御装置にあっては、前記内燃機関のスロットル開度の変化量を検出するスロットル開度変化量検出手段を備えると共に、前記加速指示判定手段は、前記検出されたスロットル開度の変化量が既定値以上のとき、前記加速が指示されたと判定する如く構成した。

請求項１に係る船外機の制御装置にあっては、変速機において２速が選択されているとき、内燃機関に対して操船者から加速が指示されたか否か判定し、加速が指示されたと判定されるとき、プロペラのスリップ率の上昇を抑制するようにスロットル開度を補正すると共に、変速機を動作させて２速から１速に変速させると共に、１速に変速された後、機関回転数が所定回転数以上で、かつ航行加速度が所定値以下になったとき、１速から２速に変速させるように構成したので、加速性能を向上できると共に、船舶の航行状態に応じた最適な変速機の変速制御を船体の仕様に関わらず行うことができる。

即ち、内燃機関に対して操船者から加速が指示されたと判定されるとき、２速から１速に変速させるように構成したので、内燃機関の出力トルクは変速機で増幅されてプロペラに伝達されることとなり、よって船外機の加速直後における加速性能を向上させることができる。

また、１速に変速された後、機関回転数が所定回転数以上で、かつ航行加速度が所定値以下になったとき、１速から２速に変速させるように構成したので、船体の仕様に関わらず、換言すれば水面から船体に作用する抵抗の多寡に関わらず、加速が終了したことを正確に検出できると共に、そのときに２速に変速させることで、船舶の航行状態（加速状態）に応じた最適な変速機の変速制御を行うことができる。さらに、船舶の航行状態に応じた最適な変速制御により、内燃機関の燃料消費量も低減できる、別言すれば燃費を向上させることもできる。

請求項２に係る船外機の制御装置にあっては、ＧＰＳ信号を受信する受信装置を備え、その受信装置の出力に基づいて航行加速度を検出するように構成したので、上記した効果に加え、簡易な構成でありながら、航行加速度を正確に検出することができる。

請求項３に係る船外機の制御装置にあっては、ＧＰＳ信号を受信する受信装置の出力に基づいて航行速度を検出し、検出された航行速度を微分することで、航行加速度を検出するように構成したので、請求項２で述べた効果に加え、航行加速度をより一層正確に検出することができる。

請求項４に係る船外機の制御装置にあっては、内燃機関のスロットル開度の変化量を検出すると共に、検出されたスロットル開度の変化量が既定値以上のとき、加速が指示されたと判定するように構成したので、上記した効果に加え、前記加速の指示がなされたことを正確に判定することができる。

この発明の実施例に係る船外機の制御装置を船体も含めて全体的に示す概略図である。 図１に示す船外機の部分断面拡大側面図である。 図１に示す船外機の拡大側面図である。 図２に示す変速機構の油圧回路を模式的に示す油圧回路図である。 図１に示す電子制御ユニットの変速制御動作、スロットル開度制御動作および点火時期制御動作を示すフロー・チャートである。 図５フロー・チャートの処理で使用される、シフト・スロットルレバーの操作量に対するスロットル開度の特性を示す説明グラフである。 図５フロー・チャートの処理の一部を説明するタイム・チャートである。

以下、添付図面に即してこの発明に係る船外機の制御装置を実施するための形態について説明する。

図１はこの発明の実施例に係る船外機の制御装置を船体も含めて全体的に示す概略図、図２は図１に示す船外機の部分断面拡大側面図、図３は船外機の拡大側面図である。

図１から図３において、符号１は船外機１０が船体（艇体）１２に搭載されてなる船舶を示す。船外機１０は、図２に良く示すように、スイベルケース１４、チルティングシャフト１６およびスターンブラケット１８を介して船体１２の後尾（船尾）１２ａに取り付け可能とされる。

スイベルケース１４の付近には、スイベルケース１４の内部に鉛直軸回りに回転自在に収容されるスイベルシャフト２０を駆動する転舵用電動モータ（アクチュエータ）２２が配置される。転舵用電動モータ２２の回転出力は減速ギヤ機構２６、マウントフレーム２８を介してスイベルシャフト２０に伝達され、よって船外機１０はスイベルシャフト２０を転舵軸として左右に（鉛直軸回りに）転舵される。

船外機１０の上部には、内燃機関（以下「エンジン」という）３０が搭載される。エンジン３０は火花点火式の水冷ガソリンエンジンで、排気量２２００ｃｃを備える。エンジン３０は水面上に位置し、エンジンカバー３２によって覆われる。

エンジン３０の吸気管３４には、スロットルボディ３６が接続される。スロットルボディ３６はその内部にスロットルバルブ３８を備えると共に、スロットルバルブ３８を開閉駆動するスロットル用電動モータ（アクチュエータ）４０が一体的に取り付けられる。

スロットル用電動モータ４０の出力軸は減速ギヤ機構（図示せず）を介してスロットルバルブ３８に接続され、スロットル用電動モータ４０を動作させることでスロットルバルブ３８が開閉され、エンジン３０の吸気量が調量されてエンジン回転数（機関回転数）が調節される。

船外機１０は、鉛直軸回りに回転自在に支持されると共に、上端がエンジン３０のクランクシャフト（図２で見えず）に接続されるドライブシャフト（動力伝達軸）４２と、水平軸回りに回転自在に支持されると共に、その一端にプロペラ４４が取り付けられるプロペラシャフト（動力伝達軸）４６と、ドライブシャフト４２とプロペラシャフト４６の間に介挿されると共に、１速、２速、３速からなる複数の変速段を有する変速機（自動変速機）４８を備える。即ち、エンジン３０からの動力は、ドライブシャフト４２と変速機４８とプロペラシャフト４６を介してプロペラ４４に伝達可能とされる。

変速機４８は、複数の変速段を切換自在な変速機構５０と、シフト位置を前進位置（フォワード位置）、後進位置（リバース位置）およびニュートラル位置に切換自在なシフト機構５２からなる。

図４は変速機構５０の油圧回路を模式的に示す油圧回路図である。

図２および図４に示す如く、変速機構５０は、ドライブシャフト（インプットシャフト）４２と、ドライブシャフト４２に変速ギヤを介して接続されるカウンタシャフト５４と、カウンタシャフト５４に複数の変速ギヤを介して接続される第１の連結シャフト（アウトプットシャフト）５６とが平行に配置された平行軸式の有段式の変速機構からなる。

カウンタシャフト５４には、後述する変速用の油圧クラッチや潤滑部に作動油（潤滑油。オイル）を圧送する油圧ポンプ（ギヤポンプ。図２，４にのみ示す）６０が接続される。シャフト４２，５４，５６や油圧ポンプ６０などは、ケース（図２にのみ示す）６２に収容されると共に、ケース６２の下部は作動油を受けるオイルパン６２ａを構成する。

上記の如く構成された変速機構５０においては、シャフト上に相対回転自在に配置されたギヤを変速クラッチでシャフト上に固定することで複数の変速段、詳しくは１速、２速、３速のうちのいずれかの変速段が選択（確立）され、エンジン３０の出力は選択された変速段で変速され、シフト機構５２、プロペラシャフト４６を介してプロペラ４４に伝達される。尚、各変速段の変速比は１速が最も大きく、２速、３速となるにつれて小さくなるように設定される。具体的には、例えば１速変速比が２．３、２速変速比が１．９、３速変速比が１．７とされる。

変速機構５０について具体的に説明すると、図４に良く示すように、ドライブシャフト４２には、インプットプライマリギヤ６４が支持される。カウンタシャフト５４には、インプットプライマリギヤ６４に噛合するカウンタプライマリギヤ６６、カウンタ１速ギヤ６８、カウンタ２速ギヤ７０、カウンタ３速ギヤ７２が支持される。

また、第１の連結シャフト５６には、カウンタ１速ギヤ６８に噛合するアウトプット１速ギヤ７４、カウンタ２速ギヤ７０と噛合するアウトプット２速ギヤ７６、カウンタ３速ギヤ７２に噛合するアウトプット３速ギヤ７８が支持される。

上記において、第１の連結シャフト５６に相対回転自在に支持されたアウトプット１速ギヤ７４を１速用クラッチＣ１で第１の連結シャフト５６に結合すると、１速（ギヤ。変速段）が確立する。尚、１速用クラッチＣ１は、ワンウェイクラッチからなり、後述する２速または３速用油圧クラッチＣ２，Ｃ３に油圧が供給されて２速または３速が確立し、第１の連結シャフト５６の回転数がアウトプット１速ギヤ７４のそれより大きくなるとき、アウトプット１速ギヤ７４を空転させるように構成される。

カウンタシャフト５４に相対回転自在に支持されたカウンタ２速ギヤ７０を２速用油圧クラッチＣ２でカウンタシャフト５４に結合すると、２速（ギヤ。変速段）が確立する。また、カウンタシャフト５４に相対回転自在に支持されたカウンタ３速ギヤ７２を３速用油圧クラッチＣ３でカウンタシャフト５４に結合すると、３速（ギヤ。変速段）が確立する。尚、油圧クラッチＣ２，Ｃ３は、油圧が供給されるとき各ギヤ７０，７２をカウンタシャフト５４に結合する一方、油圧が供給されないとき各ギヤ７０，７２を空転させる。

このように、クラッチＣ１，Ｃ２，Ｃ３によるギヤとシャフトの結合は、油圧ポンプ６０から油圧クラッチＣ２，Ｃ３に供給される油圧を制御することで行われる。

詳説すると、油圧ポンプ６０がエンジン３０により駆動されるとき、オイルパン６２ａの作動油は油路８０ａ、ストレーナ８２を介して汲み上げられて吐出口６０ａから油路８０ｂを介して第１切換バルブ８４ａに、油路８０ｃ，８０ｄを介して第１、第２電磁ソレノイドバルブ（リニアソレノイドバルブ）８６ａ，８６ｂに送られる。

第１切換バルブ８４ａには、油路８０ｅを介して第２切換バルブ８４ｂが接続される。第１、第２切換バルブ８４ａ，８４ｂの内部には移動自在なスプールがそれぞれ収容され、スプールは一端側（図で左端）でスプリングによって他端側に付勢される。その他端側には、前記した第１、第２電磁ソレノイドバルブ８６ａ，８６ｂが油路８０ｆ，８０ｇを介して接続される。

従って、第１電磁ソレノイドバルブ８６ａが通電（オン）されると、その内部に収容されたスプールが変位させられ、油圧ポンプ６０から油路８０ｃを介して供給される油圧は第１切換バルブ８４ａのスプールの他端側に出力される。これにより、第１切換バルブ８４ａのスプールは一端側に変位させられ、よって油路８０ｂの作動油が油路８０ｅに送出される。

第２電磁ソレノイドバルブ８６ｂも、第１電磁ソレノイドバルブ８６ａと同様、通電（オン）されるときにスプールが変位させられ、油圧ポンプ６０から油路８０ｄを介して供給される油圧は第２切換バルブ８４ｂの他端側に出力される。これにより、第２切換バルブ８４ｂはスプールが一端側に変位させられ、よって油路８０ｅの作動油は油路８０ｈを介して２速用油圧クラッチＣ２に供給される。一方、第２電磁ソレノイドバルブ８６ｂが通電されず（オフされ）、第２切換バルブ８４ｂの他端側に油圧が出力されないときは油路８０ｅの作動油は油路８０ｉを介して３速用油圧クラッチＣ３に供給される。

即ち、第１、第２電磁ソレノイドバルブ８６ａ，８６ｂが共にオフされるときは油圧クラッチＣ２，Ｃ３のいずれにも油圧が供給されないため、アウトプット１速ギヤ７４と第１の連結シャフト５６が１速用クラッチＣ１で結合されて１速が確立する。

また、第１、第２電磁ソレノイドバルブ８６ａ，８６ｂが共にオンされるときは２速用油圧クラッチＣ２に油圧が供給されるため、カウンタ２速ギヤ７０とカウンタシャフト５４が結合されて２速が確立する。さらに、第１電磁ソレノイドバルブ８６ａがオン、第２電磁ソレノイドバルブ８６ｂがオフされるときは３速用油圧クラッチＣ３に油圧が供給されるため、カウンタ３速ギヤ７２とカウンタシャフト５４が結合されて３速が確立する。このように、第１、第２切換バルブ８４ａ，８４ｂのオン・オフを制御することで、変速機４８の変速段が選択される（変速制御が行われる）。

尚、油圧ポンプ６０からの作動油（潤滑油）は、油路８０ｂ，８０ｊ、レギュレータバルブ８８やリリーフバルブ９０を介して潤滑部（例えばシャフト４２，５４，５６など）にも供給される。また、第１、第２切換バルブ８４ａ，８４ｂと第１、第２電磁ソレノイドバルブ８６ａ，８６ｂにはそれぞれ、圧抜き用の油路８０ｋが適宜に接続される。

図２の説明に戻ると、シフト機構５２は、変速機構５０の第１の連結シャフト５６に連結されると共に、鉛直軸と平行に配置されて回転自在に支持される第２の連結シャフト５２ａと、シャフト５２ａに接続されて回転させられる前進ベベルギヤ５２ｂと後進ベベルギヤ５２ｃと、プロペラシャフト４６を前進ベベルギヤ５２ｂと後進ベベルギヤ５２ｃのいずれかに係合自在とするクラッチ５２ｄなどからなる。

エンジンカバー３２の内部にはシフト機構５２を駆動するシフト用電動モータ（アクチュエータ）９２が配置され、その出力軸は、減速ギヤ機構９４を介してシフト機構５２のシフトロッド５２ｅの上端に接続自在とされる。従って、シフト用電動モータ９２を駆動することにより、シフトロッド５２ｅとシフトスライダ５２ｆが適宜に変位させられ、それによってクラッチ５２ｄを動作させてシフト位置が前進位置、後進位置およびニュートラル位置の間で切り換えられる。

シフト位置が前進位置あるいは後進位置のとき、変速機構５０のシャフト５６の回転はシフト機構５２を介してプロペラシャフト４６に伝達され、よってプロペラ４４は回転させられ、船体１２を前進あるいは後進させる方向の推力（推進力）を生じる。尚、船外機１０はエンジン３０に取り付けられたバッテリなどの電源（図示せず）を備え、それから各電動モータ２２，４０，９２などに動作電源が供給される。

図３に示す如く、スロットルバルブ３８の付近にはスロットル開度センサ（スロットル開度変化量検出手段）９６が配置され、スロットルバルブ３８の開度（スロットル開度）ＴＨを示す出力を生じる。また、エンジン３０のクランクシャフトの付近にはクランク角センサ（機関回転数検出手段）１００が取り付けられ、所定のクランク角度ごとにパルス信号を出力する。

上記した各センサの出力は、船外機１０に搭載された電子制御ユニット（Electronic Control Unit。以下「ＥＣＵ」という）１０２に入力される。ＥＣＵ１０２はＣＰＵやＲＯＭ，ＲＡＭなどを備えたマイクロ・コンピュータからなり、船外機１０のエンジンカバー３２の内部に配置される。

図１に示す如く、船体１２の操縦席１１０の付近には、操船者（図示せず）によって回転操作自在なステアリングホイール１１２が配置される。ステアリングホイール１１２のシャフト（図示せず）には操舵角センサ１１４が取り付けられ、操船者によって入力されたステアリングホイール１１２の操舵角に応じた信号を出力する。

操縦席１１０付近にはリモートコントロールボックス１１６が配置され、そこには操船者によって操作自在なスロットルレバー（シフト・スロットルレバー）１２０が設けられる。レバー１２０は、リモートコントロールボックス１１６の内部に回転自在に支持された回転軸（図示せず）に取り付けられることにより、初期位置から前後方向に揺動操作自在とされ、操船者からのシフトチェンジ指示（前進／後進／ニュートラル切り替え指示）と、エンジン３０に対する加速／減速指示を含むエンジン回転数の調節指示とを入力する。

リモートコントロールボックス１１６の内部にはレバー位置センサ１２２が配置され、操船者によるスロットルレバー１２０の操作位置（操作角。以下「操作量」ともいう）ＬＶＲ、正確にはレバー１２０の回転軸の回転角に応じた信号を出力する。尚、レバー位置センサ１２２は例えばポテンショメータなどの回転角センサからなる。

さらに、船体１２の適宜位置には、ＧＰＳ（Global Positioning System）信号を受信するＧＰＳ受信装置（受信装置）１２４が配置される。ＧＰＳ受信装置１２４は、ＧＰＳ信号から得られる船舶１の位置情報を示す信号を出力する。これら各センサ１１４，１２２およびＧＰＳ受信装置１２４の出力もＥＣＵ１０２に入力される。

尚、ＥＣＵ１０２と各センサやＧＰＳ受信装置１２４とは、例えばＮＭＥＡ（National Marine Electronics Association。米国船舶用電子機器協会）で規格された通信方式（例えばＮＭＥＡ２０００。具体的にはＣＡＮ（Controller Area Network））で通信自在に接続される。

ＥＣＵ１０２は、入力されたセンサ出力などに基づいて各電動モータ２２，９２の動作を制御して船外機１０の転舵またはシフトチェンジを行うと共に、変速機４８の変速制御を行う。また、ＥＣＵ１０２は、レバー位置センサ１２２の出力に基づいてスロットル用電動モータ４０の動作を制御し、スロットルバルブ３８を開閉させてスロットル開度ＴＨを調整するスロットル開度制御も行う。

さらに、ＥＣＵ１０２は、入力されたセンサ出力に基づいてエンジン３０の燃料噴射量と点火時期を決定し、インジェクタ１３０（図３に示す）を介して決定された噴射量の燃料を供給すると共に、点火装置１３２（図３に示す）を介して決定された点火時期に従って噴射された燃料と吸気の混合気を点火する。

このように、この実施例に係る船外機の制御装置は、操作系（ステアリングホイール１１２やスロットルレバー１２０）と船外機１０の機械的な接続が断たれたＤＢＷ（Drive By Wire）方式の装置である。

図５は、ＥＣＵ１０２の変速制御動作、スロットル開度制御動作および点火時期制御動作を示すフロー・チャートである。図示のプログラムは、ＥＣＵ１０２によって所定の周期（例えば１００ｍｓｅｃ）ごとに実行される。

以下説明すると、先ずＳ（ステップ）１０において、スロットル開度ＴＨをスロットル開度センサ９６の出力から検出（算出）し、Ｓ１２に進んで検出されたスロットル開度ＴＨの規定時間（例えば５００ｍｓｅｃ）当たりの変化量（変動量）ＤＴＨを検出（算出）する。

次いでＳ１４に進み、エンジン３０に対して操船者から減速が指示されたか否か、換言すれば、エンジン３０が船舶１を減速させる運転状態にあるか否か判定する。具体的には、スロットル開度ＴＨの変化量ＤＴＨが負値に設定された第１の既定値ＤＴＨ１（例えば−０．５ｄｅｇ）未満の場合、スロットルバルブ３８が閉弁方向に駆動されている、即ち、エンジン３０に対して減速が指示されたと判定する。

Ｓ１４で否定されるときはＳ１６に進み、クランク角センサ１００の出力パルスをカウントしてエンジン回転数ＮＥを検出（算出）し、Ｓ１８に進んで加速後２速変速済みフラグ（以下「２速変速フラグ」という）のビットが０か否か判断する。このフラグのビットは、後述する如く、加速終了後に１速から２速に変速されるとき１にセットされる一方、それ以外のとき０にリセットされる。

２速変速フラグは初期値が０とされるため、最初のプログラムループにおいてＳ１８の判断は通例肯定されてＳ２０に進み、エンジン回転数ＮＥが所定回転数ＮＥ１以上か否か判断する。この所定回転数ＮＥ１については後に説明する。

エンジン始動直後のプログラムループにおいては通例、エンジン回転数ＮＥは所定回転数ＮＥ１未満であるため、Ｓ２０の判断は否定されてＳ２２に進む。Ｓ２２では、加速中判定フラグ（後述。図で「加速中フラグ」と示す）のビットが０か否か判断する。加速中判定フラグも初期値が０とされるため、最初のプログラムループにおいてここでの判断は肯定されてＳ２４に進む。

Ｓ２４では、エンジン３０に対して操船者から加速（正確には急加速）が指示されたか否か、換言すれば、エンジン３０が船舶１を加速（正確には急加速）させる運転状態にあるか否か判定する。この判定は、具体的にはスロットルバルブ３８が開弁方向に急速に駆動されているか否か判断することで行う。

詳しくは、Ｓ１２で検出されたスロットル開度の変化量ＤＴＨと第２の既定値（既定値）ＤＴＨ２とを比較し、変化量ＤＴＨが第２の既定値ＤＴＨ２以上のとき、スロットルバルブ３８が開弁方向に急速に駆動されている、即ち、加速が指示されたと判定する。従って、第２の既定値ＤＴＨ２は、第１の既定値ＤＴＨ１に比して大きい値（正値）で、加速の指示がなされたと判定できるような値、例えば０．５ｄｅｇに設定される。

Ｓ２４で否定、即ち、エンジン３０に対して加速または減速の指示がないときはＳ２６に進み、第１、第２電磁ソレノイドバルブ８６ａ，８６ｂ（図で「第１ＳＯＬ」「第２ＳＯＬ」と示す）を共にオンして変速機４８において２速の変速段を選択し、次いでＳ２８に進み、加速中判定フラグのビットを０にリセットする。

他方、Ｓ２４で肯定されるときはＳ３０に進み、プロペラ４４の回転状態を示すスリップ率（滑り率）εを検出（算出）し、Ｓ３２に進んでスリップ率εの規定時間（例えば５００ｍｓｅｃ）当たりの変化量（変動量）Ｄεを検出（算出）する。このスリップ率εは、船舶１の理論速度Ｖａと航行速度（実速度）Ｖに基づいて検出、具体的には下記の式（１）を用いて算出する。
スリップ率ε＝（理論速度Ｖａ（Ｋｍ／ｈ）−航行速度Ｖ（Ｋｍ／ｈ））／理論速度Ｖａ（Ｋｍ／ｈ） ・・・式（１）

式（１）で航行速度ＶはＧＰＳ受信装置１２４の出力（位置情報）から算出する。また、理論速度Ｖａは下記の式（２）に示すように、エンジン３０や変速機４８の運転状態、プロペラ４４の仕様に基づいて算出する。
理論速度Ｖａ（Ｋｍ／ｈ）＝（エンジン回転数ＮＥ（ｒｐｍ）×プロペラピッチ（インチ）×６０×２．５４×１０^−５）／（変速段の変速比） ・・・式（２）

式（２）でプロペラピッチはプロペラ４４が１回転するときに進むことのできる理論上の距離を示す値であり、変速段の変速比は変速機４８において現在選択されている変速段の変速比であって、例えば２速のときの変速比は前述の如く１．９となる。また、６０なる数値は１分間当たりのエンジン回転数ＮＥを１時間当たりの値に換算するためのものであり、２．５４×１０^−５なる数値はプロペラピッチをインチからキロメートルに換算するためのものである。

次いでＳ３４に進み、プロペラ４４のスリップ率εの上昇を抑制するようにエンジン３０のスロットル開度ＴＨを制御する。即ち、エンジン３０に対して加速が指示されるとき、プロペラ４４は回転数の上昇によって付近に発生する気泡を巻き込んで空回りし易く、スリップ率εが上昇してグリップ力が比較的弱い状態になることがある。そこで、Ｓ３４ではスロットル開度ＴＨを適宜に補正してスリップ率εが上昇するのを抑えるようにした。

図６は、スロットルレバー１２０の操作量（操作位置）ＬＶＲに対するスロットル開度ＴＨの特性を示す説明グラフである。図６にあっては、スロットル開度ＴＨを補正する前の特性を破線で、補正した後のそれを実線で示す。

図示の如く、Ｓ３４の処理においては、レバー１２０の操作量ＬＶＲに対するスロットル開度ＴＨの変化速度を減少させる（スロットル開度ＴＨの増加を鈍化させる）ように、スロットル用電動モータ４０の動作を制御するようにした。これにより、エンジン３０に対して加速指示が入力されるとき、具体的には、レバー１２０の操作量ＬＶＲが増加するとき、スロットルバルブ３８は補正前に比して緩やかに開弁させられることとなり、エンジン回転数ＮＥが急激に増加し難くなる、別言すれば、プロペラ４４の回転数が急速に上昇し難くなる。その結果、プロペラ４４の付近の気泡の発生を抑え、スリップ率εが上昇するのを抑制することが可能となり、よってプロペラ４４のグリップ力を維持しつつプロペラ回転数を上昇させることができる。

次いでＳ３６に進み、スリップ率εが第１の所定スリップ率ε１以下で、かつスリップ率の変化量Ｄεが所定スリップ率変化量Ｄε１以下か否か判断する。所定スリップ率ε１は、スリップ率εがそれ以下のときにグリップ力が比較的強いと判定できるような比較的低い値、例えば０．３に設定される。また、所定スリップ率変化量Ｄε１は具体的には０とされ、よって後段は変化量Ｄεが０または負値か否か判断している。即ち、Ｓ３６は、プロペラ４４においてスリップ率εが減少する方向に変化すると共に、グリップ力が比較的強い状態になったか否か判定する処理である。

Ｓ３６で肯定されるときはＳ３８に進み、第１、第２電磁ソレノイドバルブ８６ａ，８６ｂを共にオフして変速機４８の変速段を２速から１速に変速（シフトダウン）する。これにより、エンジン３０の出力トルクは１速にシフトダウンさせられた変速機４８（正確には、変速機構５０）によって増幅させられてプロペラ４４に伝達され、よって加速性が上昇する。尚、Ｓ３８で１速に変速するとき、前記したエンジン３０のスロットル開度ＴＨを補正する制御を終了し、通常の制御、具体的には、図６に破線で示す特性に基づいてスロットル開度ＴＨの制御を行う。

次いでＳ４０に進み、加速中判定フラグのビットを１にセットする。即ち、このフラグは、エンジン３０に対して加速が指示されたと判定された後に変速段が２速から１速に変速されるとき１にセットされる一方、それ以外のときは０にリセットされる。尚、このフラグのビットが１にセットされると、次回以降のプログラム実行時はＳ２２で否定されてＳ２４からＳ３６までの処理をスキップする。

このように、エンジン３０が始動させられてから加速が指示されると共に、スリップ率εが上記した条件を満たすまでの通常運転時は、変速機４８を２速にするように構成したため、急加速以外での船外機１０の使い勝手を、変速機を備えない船外機と同等とすることができる。

他方、Ｓ３６で否定されるときはＳ４２に進み、スリップ率εが第１の所定スリップ率ε１より高く設定された第２の所定スリップ率ε２以上か否か判断する。この第２の所定スリップ率ε２は、スリップ率εがそれ以上のときにプロペラ４４のグリップ力が比較的弱いと判定できるような値に設定され、例えば０．５とされる。即ち、Ｓ４２は、Ｓ３４でスロットル開度ＴＨを補正したにも関わらず、スリップ率εが上昇してプロペラ４４のグリップ力が弱くなったか否か判定する処理である。

Ｓ４２で肯定されるときはＳ４４に進み、点火時期遅角フラグ（初期値０。図で「遅角フラグ」と示す）のビットを１にセットする。このフラグのビットが１にセットされるときは、図示しないプログラムにおいてエンジン３０の点火時期を遅角する制御を行う、具体的には、エンジン回転数ＮＥなどに基づいて算出された点火時期を所定の遅角量（例えば５度）だけ遅角し、エンジン３０の出力を低下させる。

エンジン３０の出力を低下させると、その後プロペラ４４のグリップ力は瞬時的に増加し、スリップ率εが減少して第２の所定スリップ率ε２未満となる。そのときはＳ４２で否定されてＳ４６に進み、点火時期遅角フラグのビットを０にリセットし、前述した遅角制御を中止し、通常の点火時期制御を実行する。

尚、Ｓ４４においては、エンジン３０の出力の低下を、点火時期に代え、エンジン３０の燃料噴射量を介して行うようにしても良い。即ち、エンジン３０に供給される燃料噴射量を減少させる制御を行う、具体的にはエンジン回転数ＮＥなどに基づいて算出された燃料噴射量を所定量だけ減少（減量）させることで、エンジン３０の出力を低下させるように構成しても良い。また、そのように構成した場合、Ｓ４６は、前述した燃料噴射量の減量制御を中止、あるいは減量制御を行わず、通常の燃料噴射制御を実行する処理となる。

Ｓ３８で変速機４８を１速に変速した後、エンジン回転数ＮＥが徐々に上昇し、そして１速でのトルク増幅を利用した加速が終了に近づくと（加速領域が飽和に近づくと）、エンジン回転数ＮＥは所定回転数ＮＥ１に到達し、よってＳ２０の判断で肯定されてＳ４８以降の処理に進む。従って、所定回転数ＮＥ１は、比較的高い値に設定され、詳しくは１速での加速が終了に近づいたと判断できる値（例えば５０００ｒｐｍ）とされる。

Ｓ４８では、ＧＰＳ受信装置１２４の出力に基づき、航行速度Ｖの所定時間（単位時間）当たりの変化量（換言すれば、時間に対する航行速度Ｖの変化の割合）を示す航行加速度ａ（ｍ／ｓ^２）を検出する。具体的には、ＧＰＳ受信装置１２４の出力に基づいて航行速度Ｖを検出し、検出された航行速度Ｖを微分（ｄＶ／ｄｔ）することで、航行加速度ａを検出する。

次いでＳ５０に進み、１速でのトルク増幅を利用した加速が終了したか否か判定する。具体的には、Ｓ４８で検出された航行加速度ａと所定値ａ１とを比較し、航行加速度ａが所定値ａ１以下のとき、加速が終了したと判定する。従って、所定値ａ１は、加速が終了したと判定できるような値、例えば５ｍ／ｓ^２に設定される。

Ｓ５０で否定されるときは１速のままプログラムを終了する一方、肯定されるときはＳ５２に進み、第１、第２電磁ソレノイドバルブ８６ａ，８６ｂを共にオンして変速機４８の変速段を１速から２速に変速（シフトアップ）すると共に、Ｓ５４に進んで２速変速フラグのビットを１にセットする。これにより、第１、第２の連結シャフト５６，５２ａおよびプロペラシャフト４６の回転数が上昇して加速性が向上すると共に、その後航行速度Ｖが（エンジン性能上の）最高速度に到達して速度性も向上する。

Ｓ５４において２速変速フラグのビットが１にセットされると、次回以降のプログラム実行時はＳ１８で否定されて前述したＳ５２，Ｓ５４に進む。また、Ｓ１４で肯定されるときはＳ５６に進み、第１、第２電磁ソレノイドバルブ８６ａ，８６ｂを共にオンして変速機４８の変速段を２速に変速する。その後、Ｓ５８，Ｓ６０に進んで２速変速フラグと加速中判定フラグのビットを共に０にリセットする。

図７は上記した処理の一部を説明するタイム・チャートである。

図７に示すように、先ず時刻ｔ０からｔ１の通常運転時においては変速機４８を２速に設定し（Ｓ２６）、その後操船者のスロットルレバー１２０の操作によってスロットルバルブ３８が開弁させられ、時刻ｔ１においてスロットル開度の変化量ＤＴＨが第２の既定値ＤＴＨ２以上のとき、エンジン３０に対して加速が指示されたと判定する（Ｓ２４）。加速直後のプロペラ４４は付近に発生する気泡を巻き込んでスリップ率εが上昇するため、時刻ｔ１では、その上昇を抑制するようにエンジン３０のスロットル開度ＴＨを補正する制御を開始する（Ｓ３４）。

その後、スリップ率εが徐々に減少して時刻ｔ２において第１の所定スリップ率ε１以下になると共に、スリップ率の変化量Ｄεが所定スリップ率変化量Ｄε１以下になったとき、変速機４８を２速から１速に変速させる（Ｓ３６，Ｓ３８）。このとき、スロットル開度ＴＨの補正制御を終了する。

次いでエンジン回転数ＮＥは徐々に上昇し、時刻ｔ３において所定回転数ＮＥ１以上で、かつ航行加速度ａが所定値ａ１以下になったと判断されるとき、１速から２速に変速させる（Ｓ２０，Ｓ５０，Ｓ５２）。

尚、時刻ｔ１と時刻ｔ２の間において、想像線で示す如く、スリップ率εの上昇を抑えるようにスロットル開度ＴＨを制御しているにも関わらず、時刻ｔａでスリップ率εが第２の所定スリップ率ε２以上と判断されるときは、点火時期遅角フラグのビットを１にセットしてエンジン３０の出力を低下させる（Ｓ４２，Ｓ４４）。

エンジン３０の出力を低下させることによってグリップ力は増加、別言すれば、スリップ率εは減少し、時刻ｔｂで第２の所定スリップ率ε２未満と判断されるとき、点火時期遅角フラグのビットを０にリセットしてエンジン３０の出力の低下を中止する（Ｓ４２，Ｓ４６）。

以上の如く、この発明の実施例にあっては、内燃機関（エンジン）３０からの動力をプロペラ４４に伝達する動力伝達軸（ドライブシャフト４２、プロペラシャフト４６）に介挿されると共に、少なくとも１速、２速からなる変速段を有し、前記内燃機関の出力を前記変速段のうちの選択された変速段で変速して前記プロペラに伝達する変速機４８を備え、船体１２に取り付け可能な船外機の制御装置において、前記２速が選択されているとき、前記内燃機関３０に対して操船者から加速が指示されたか否か判定する加速指示判定手段（ＥＣＵ１０２。Ｓ２４）と、前記内燃機関３０の機関回転数（エンジン回転数）ＮＥを検出する機関回転数検出手段（クランク角センサ１００，ＥＣＵ１０２。Ｓ１６）と、航行速度Ｖの所定時間当たりの変化量を示す航行加速度ａを検出する航行加速度検出手段（ＥＣＵ１０２。Ｓ４８）と、前記加速が指示されたと判定されるとき、前記プロペラ４４のスリップ率εの上昇を抑制するように前記内燃機関３０のスロットル開度ＴＨを補正すると共に、前記変速機４８を動作させて前記２速から前記１速に変速させる１速変速手段（ＥＣＵ１０２。Ｓ２４，Ｓ３８）と、前記１速変速手段によって前記１速に変速された後、前記検出された機関回転数ＮＥが所定回転数ＮＥ１以上で、かつ前記検出された航行加速度ａが所定値ａ１以下になったとき、前記１速から前記２速に変速させる２速変速手段（ＥＣＵ１０２。Ｓ２０，Ｓ５０，Ｓ５２）とを備える如く構成した。

これにより、加速性能を向上できると共に、船舶１の航行状態に応じた最適な変速機４８の変速制御を船体１２の仕様に関わらず行うことができる。即ち、エンジン３０に対して操船者から加速が指示されたと判定されるとき、２速から１速に変速させるように構成したので、エンジン３０の出力トルクは変速機４８で増幅されてプロペラ４４に伝達されることとなり、よって船外機１０の加速直後における加速性能を向上させることができる。

また、１速に変速された後、エンジン回転数ＮＥが所定回転数ＮＥ１以上で、かつ航行加速度ａが所定値ａ１以下になったとき、１速から２速に変速させるように構成したので、船体１２の仕様に関わらず、換言すれば水面から船体１２に作用する抵抗の多寡に関わらず、加速が終了したことを正確に検出できると共に、そのときに２速に変速させることで、船舶１の航行状態（加速状態）に応じた最適な変速機４８の変速制御を行うことができる。さらに、船舶１の航行状態に応じた最適な変速制御により、エンジン３０の燃料消費量も低減できる、別言すれば燃費を向上させることもできる。

また、ＧＰＳ信号を受信する受信装置（ＧＰＳ受信装置）１２４を備えると共に、前記航行加速度検出手段は、前記受信装置１２４の出力に基づいて前記航行加速度ａを検出する如く構成したので（Ｓ４８）、簡易な構成でありながら、航行加速度ａを正確に検出することができる。

また、前記航行加速度検出手段は、前記受信装置１２４の出力に基づいて前記航行速度Ｖを検出し、前記検出された航行速度Ｖを微分することで、前記航行加速度ａを検出する如く構成したので（Ｓ４８）、航行加速度ａをより一層正確に検出することができる。

また、前記内燃機関のスロットル開度ＴＨの変化量ＤＴＨを検出するスロットル開度変化量検出手段（スロットル開度センサ９６，ＥＣＵ１０２。Ｓ１２）を備えると共に、前記加速指示判定手段は、前記検出されたスロットル開度の変化量ＤＴＨが既定値（第２の既定値）ＤＴＨ２以上のとき、前記加速が指示されたと判定する如く構成したので（Ｓ２４）、前記加速の指示がなされたことを正確に判定することができる。

尚、上記において、船外機を例にとって説明したが、変速機を備えた船内外機についても本発明を適用することができる。また、Ｓ４４においてエンジン３０の出力を低下させるため、点火時期を遅角させる、あるいは燃料噴射量を減少させるようにしたが、それら両方を行うように構成しても良く、さらに例えば点火カットや燃料カットなどを行ってエンジン３０の出力を低下させるように構成しても良い。

また、所定値ａ１、所定回転数ＮＥ１、第１、第２の既定値ＤＴＨ１，ＤＴＨ２、第１、第２の所定スリップ率ε１，ε２、所定スリップ率変化量Ｄε１やエンジン３０の排気量などを具体的な値で示したが、それらは例示であって限定されるものではない。

１０ 船外機、１２ 船体、３０ エンジン（内燃機関）、４２ ドライブシャフト（動力伝達軸）、４４ プロペラ、４６ プロペラシャフト（動力伝達軸）、４８ 変速機、９６ スロットル開度センサ（スロットル開度変化量検出手段）、１００ クランク角センサ（機関回転数検出手段）、１０２ ＥＣＵ（電子制御ユニット）、１２４ ＧＰＳ受信装置（受信装置）

Claims (4)

1. 内燃機関からの動力をプロペラに伝達する動力伝達軸に介挿されると共に、少なくとも１速、２速からなる変速段を有し、前記内燃機関の出力を前記変速段のうちの選択された変速段で変速して前記プロペラに伝達する変速機を備え、船体に取り付け可能な船外機の制御装置において、
   ａ．前記２速が選択されているとき、前記内燃機関に対して操船者から加速が指示されたか否か判定する加速指示判定手段と、
   ｂ．前記内燃機関の機関回転数を検出する機関回転数検出手段と、
   ｃ．航行速度の所定時間当たりの変化量を示す航行加速度を検出する航行加速度検出手段と、
   ｄ．前記加速が指示されたと判定されるとき、前記プロペラのスリップ率の上昇を抑制するように前記内燃機関のスロットル開度を補正すると共に、前記変速機を動作させて前記２速から前記１速に変速させる１速変速手段と、
   ｅ．前記１速変速手段によって前記１速に変速された後、前記検出された機関回転数が所定回転数以上で、かつ前記検出された航行加速度が所定値以下になったとき、前記１速から前記２速に変速させる２速変速手段と、
   を備えることを特徴とする船外機の制御装置。
2. ｆ．ＧＰＳ信号を受信する受信装置、
   を備えると共に、前記航行加速度検出手段は、前記受信装置の出力に基づいて前記航行加速度を検出することを特徴とする請求項１記載の船外機の制御装置。
3. 前記航行加速度検出手段は、前記受信装置の出力に基づいて前記航行速度を検出し、前記検出された航行速度を微分することで、前記航行加速度を検出することを特徴とする請求項２記載の船外機の制御装置。
4. ｇ．前記内燃機関のスロットル開度の変化量を検出するスロットル開度変化量検出手段、
   を備えると共に、前記加速指示判定手段は、前記検出されたスロットル開度の変化量が既定値以上のとき、前記加速が指示されたと判定することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の船外機の制御装置。

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