JP6000924B2 - 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、より詳しくは内燃機関で駆動されると共に、ピッチを変更可能な可変ピッチプロペラと、船体に対するトリム角を調整可能なトリム角調整機構とを備えた船外機の制御装置に関する。

従来より、クルーズモードやトローリングモード（操縦モード）等の船舶の走行モードに応じてプロペラのピッチを変更（調整）可能な船舶の制御装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。

特許文献１記載の技術は、船舶の走行モードに応じてプロペラのピッチを変更することで、船舶の走行性能や燃費性能を向上させるように構成している。

特表２００７−５０９７９２号公報

ところで、例えば船舶が急加速してから最高速あるいはその付近に達するまでの間にピッチを変更すると、変更されたピッチによってはエンジン負荷が増大するため、エンジン回転数が低下して船舶の走行性能が低下するおそれがあった。しかしながら、特許文献１記載の技術は、走行モードに応じたピッチの変更を開示するのみであり、上記した課題を何ら解決するものではなかった。

従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、船舶が急加速してから最高速あるいはその付近に達するまでの間のピッチの変更によるエンジン回転数の低下を抑制し、よって船舶の走行性能を向上させる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、内燃機関で駆動されると共に、ピッチを変更可能な可変ピッチプロペラと、船体に対するトリム角を調整可能なトリム角調整機構とを備えた船外機の制御装置において、前記可変ピッチプロペラのピッチを検出するピッチ検出手段と、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、前記検出された可変ピッチプロペラのピッチと前記検出された機関回転数とに基づき、前記トリム角調整機構を介して前記トリム角を調整するトリム角調整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、前記内燃機関のスロットル開度を検出するスロットル開度検出手段を備えると共に、前記トリム角調整手段は、検出されたスロットル開度が所定開度以上のとき、前記検出された可変ピッチプロペラのピッチと前記検出された機関回転数とに基づき、前記トリム角調整機構を介して前記トリム角を調整する如く構成した。

請求項３に係る船外機の制御装置にあっては、前記船体の理論速度と実速度に基づいて前記可変ピッチプロペラのスリップ率を算出するスリップ率算出手段を備えると共に、前記トリム角調整手段は、前記算出されたスリップ率が所定スリップ率以下のとき、前記検出された可変ピッチプロペラのピッチと前記検出された機関回転数とに基づき、前記トリム角調整機構を介して前記トリム角を調整する如く構成した。

請求項４に係る船外機の制御装置にあっては、前記トリム角調整手段は、前記検出された可変ピッチプロペラのピッチが所定ピッチ以上のとき、前記検出された機関回転数に基づき、前記トリム角調整機構を介して前記トリム角を調整する如く構成した。

請求項５に係る船外機の制御装置にあっては、前記トリム角調整手段は、前記検出された可変ピッチプロペラのピッチが所定ピッチ以上で、かつ前記検出された機関回転数の変化量が所定値未満のとき、前記トリム角が増加するように前記トリム角調整機構を介して前記トリム角を調整する如く構成した。

請求項６に係る船外機の制御装置にあっては、前記トリム角調整手段は、前記検出された可変ピッチプロペラのピッチが所定ピッチ以上で、かつ前記検出された機関回転数の変化量が前記所定値以上のとき、前記トリム角が増加を停止するように前記トリム角調整機構を介して前記トリム角を調整する如く構成した。

請求項１にあっては、内燃機関で駆動されると共に、ピッチを変更可能な可変ピッチプロペラと、船体に対するトリム角を調整可能なトリム角調整機構とを備えた船外機の制御装置において、可変ピッチプロペラのピッチを検出すると共に、内燃機関の機関回転数を検出し、検出された可変ピッチプロペラのピッチと検出された機関回転数とに基づき、トリム角調整機構を介してトリム角を調整する如く構成したので、可変ピッチプロペラのピッチと機関回転数とに基づいてトリム角を調整することで、船舶が急加速してから最高速あるいはその付近に達するまでの間のピッチの変更によるエンジン回転数の低下を抑制し、よって船舶の走行性能を向上させることができる。

請求項２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を検出し、検出されたスロットル開度が所定開度以上のとき、検出された可変ピッチプロペラのピッチと検出された機関回転数とに基づき、トリム角調整機構を介してトリム角を調整する如く構成したので、上記した効果に加え、船舶が急加速してから最高速あるいはその付近に達するまでの間のピッチの変更によるエンジン回転数の低下を一層抑制し、よって船舶の走行性能を一層向上させることができる。

請求項３に係る船外機の制御装置にあっては、船体の理論速度と実速度に基づいて可変ピッチプロペラのスリップ率を算出し、算出されたスリップ率が所定スリップ率以下のとき、検出された可変ピッチプロペラのピッチと検出された機関回転数とに基づき、トリム角調整機構を介してトリム角を調整する如く構成したので、上記した効果に加え、機関回転数の低下のみならず、プロペラのキャビテーションをも抑制することができ、よって船舶の走行性能を一層向上させることができる。

請求項４に係る船外機の制御装置にあっては、検出された可変ピッチプロペラのピッチが所定ピッチ以上のとき、検出された機関回転数に基づき、トリム角調整機構を介してトリム角を調整する如く構成したので、上記した効果に加え、エンジン負荷が増大するようなピッチになっても、機関回転数に基づいてトリム角を調整することで、機関回転数の低下を抑制し、よって船舶の走行性能を向上させることができる。

請求項５に係る船外機の制御装置にあっては、検出された可変ピッチプロペラのピッチが所定ピッチ以上で、かつ検出された機関回転数の変化量が所定値未満のとき、トリム角が増加するようにトリム角調整機構を介してトリム角を調整する如く構成したので、上記した効果に加え、機関回転数の低下傾向を判断し、それに基づきトリム角を調整することで、機関回転数の低下を一層抑制し、よって船舶の走行性能を一層向上させることができる。

請求項６に係る船外機の制御装置にあっては、検出された可変ピッチプロペラのピッチが所定ピッチ以上で、かつ検出された機関回転数の変化量が所定値以上のとき、トリム角が増加を停止するようにトリム角調整機構を介してトリム角を調整する如く構成したので、上記した効果に加え、機関回転数が低下傾向にないときはトリム角の増加を停止することで、船舶の走行性能を一層向上させることができる。

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１に示す電子制御ユニットのシフト位置判定動作、トリムアップ判定動作およびイニシャルトリム判定動作を示すフロー・チャートである。 図４フロー・チャートのシフト位置判定動作を示すサブ・ルーチン・フロー・チャートである。 図５フロー・チャートのフォワード制御動作、より具体的にはプロペラピッチ制御動作を示すサブ・ルーチン・フロー・チャートである。 図４フロー・チャートのトリムアップ判定動作を示すサブ・ルーチン・フロー・チャートである。 図４フロー・チャートのイニシャルトリム判定動作を示すサブ・ルーチン・フロー・チャートである。 図６，７フロー・チャートの処理を説明するタイム・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は図１に示す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は船舶を示す。船舶１には船外機１０が船体（艇体）１２に搭載される。

船外機１０は、スターンブラケット１４とチルティングシャフト１６を介して船体１２の後尾（船尾）１２ａに取り付けられる。船外機１０の上部には、図２に示すように、内燃機関（以下「エンジン」という）１８が搭載される。エンジン１８は火花点火式の水冷ガソリンエンジンであり、排気量２２００ｃｃを備える。船外機１０においてエンジン１８は水面上に位置し、エンジンカバー２０によって覆われる。

エンジン１８の吸気管２２にはスロットルボディ２４が接続される。スロットルボディ２４は内部にスロットルバルブ２６を備えると共に、スロットルバルブ２６を開閉駆動するスロットル用電動モータ２８が一体的に取り付けられる。スロットル用電動モータ２８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２６に接続される。

船外機１０の下部にはプロペラ３０が取り付けられると共に、水平軸回りに回転自在に支持され、エンジン１８からの動力をプロペラ３０に伝達するプロペラシャフト３２が配置される。エンジン１８とプロペラシャフト３２の間には１速、２速等の複数の変速段を有する変速機３４が介挿される。

変速機３４は、複数の変速段を切り替え自在な変速機構３６と、シフト位置を前進（フォワード）位置、後進（リバース）位置および中立（ニュートラル）位置に切り替え自在なシフト機構３８とからなる。変速機構３６は、エンジン１８のクランクシャフト（図示せず）に接続されるインプットシャフト４０と、インプットシャフト４０にギヤを介して接続されるカウンタシャフト４２と、カウンタシャフト４２に複数のギヤを介して接続されるアウトプットシャフト４４とが平行に配置された平行軸式の有段式変速機構からなる。

プロペラ３０は、複数の羽根３０ａ（図２では１枚のみ示す）と、プロペラ３０の本体を構成すると共に、羽根３０ａが取り付けられるボス３０ｂとを備える。プロペラ３０は可変ピッチプロペラからなり、各羽根３０ａのピッチ角（進行方向に対する羽根３０ａの角度）が変更可能なように構成される。従って、ピッチ角を変えることでプロペラ３０のピッチ（プロペラ３０が１回転する間に船舶１（船体１２）の進む距離（インチ））を変更することができる。

プロペラ３０において、ピッチ（ピッチ角）の変更は、プロペラ３０の各羽根３０ａに連結された変節軸５０および変節軸５０の動作を制御する油圧機構５２により行われる。

変節軸５０は、中空のプロペラシャフト３２内を軸方向移動自在に挿通されたピストンロッドからなり、変節軸５０の一端側（図面右側）にはピストン５０ａが形成される。

変節軸５０の先端部（他端側）付近の外周面には径方向に突出した複数個の突部５０ｂ（図２では１つのみ示す）が設けられる。突部５０ｂは各羽根３０ａの羽根軸下部に形成された溝に嵌合可能なように構成される。

変節軸５０の移動（伸縮）に伴って突部５０ｂが軸方向に移動するとき、羽根３０ａは突部５０ｂの軸方向への移動と連動してピッチ角を変化させる方向に移動（回転）する。即ち、突部５０ｂの軸方向の動きが羽根軸下部の溝を介して羽根３０ａのピッチ角の動きに変換される。

油圧機構５２は、ギヤポンプ５２ａと、ギヤポンプ５２ａとプロペラシャフト３２内の油室３２ａとを接続する配管５２ｂと、ギヤポンプ５２ａからの作動油の量を制御するソレノイドバルブ（電磁バルブ）５２ｃ等からなる。

ギヤポンプ５２ａは、アウトプットシャフト４４の外周に固定されてアウトプットシャフト４４と共に回転するポンプ駆動用ギヤ５２ｄによって駆動される。ポンプ駆動用ギヤ５２ｄはギヤポンプ５２ａ内のドライブギヤ５２ａ１に連結されるため、ポンプ駆動用ギヤ５２ｄが回転すると、これに伴ってドライブギヤ５２ａ１も回転させられる。さらに、ドライブギヤ５２ａ１が回転すると、ドライブギヤ５２ａ１に噛み合うドリブンギヤ５２ａ２も回転させられる。

ギヤポンプ５２ａは、ドライブギヤ５２ａ１とドリブンギヤ５２ａ２が回転しながら噛み合うときにギヤポンプ油室５２ａ３内の作動油を吸い込むと共に、吸い込んだ作動油を反対側から吐出する。ギヤポンプ５２ａから吐出された作動油は、配管５２ｂを通って油室３２ａに供給され、供給された作動油によってピストン５０ａは図面左方向に移動させられる。

ソレノイドバルブ５２ｃは配管５２ｂに設けられ、ギヤポンプ５２ａからの作動油の吐出量を調整する。従って、ソレノイドバルブ５２ｃのソレノイドを励磁（あるいは消磁）することにより、プロペラ３０のピッチを変更することができる。また、油室３２ａにはピストン５０ａの位置を示す出力を生じるピストン位置センサ（ピッチ検出手段）５４が設けられる。よってピストン位置センサ５４の出力値に基づいてプロペラ３０のピッチを算出することができる。

スイベルケース５６の付近には、船外機１０の船体１２に対するチルト角またはトリム角を調整可能なパワーチルトトリムユニット（トリム角調整機構。以下「トリムユニット」という）５８が配置される。

トリムユニット５８は、チルト角調整用の油圧シリンダ５８ａとトリム角調整用の油圧シリンダ５８ｂを一体的に備え、これら油圧シリンダ５８ａ，５８ｂを伸縮させることで、スイベルケース５６をチルティングシャフト１６を回転軸として回転させ、船外機１０をチルトアップ／ダウンまたはトリムアップ／ダウンさせる。尚、油圧シリンダ５８ａ，５８ｂは、船外機１０に配置された図示しない油圧回路に接続されて作動油の供給を受けて伸縮させられる。また、チルト角とトリム角は共に、チルティングシャフト１６を回転軸とした船外機本体の回動角を示す値であることから、以下の説明ではそれらを単に「トリム角」という。

尚、プロペラシャフト３２は、トリムユニット５８の初期状態（トリム角θが初期角度（０°）の状態）において、その軸線３２ａが船舶１の進行方向に対して略平行となるように配置される。

図３に示すように、スロットルバルブ２６の付近にはスロットル開度センサ（スロットル開度検出手段）６０が取り付けられ、スロットルバルブ２６の開度（スロットル開度）ＴＨを示す信号を出力する。また、エンジン１８のクランクシャフト付近にはクランク角センサ（機関回転数検出手段）６２が取り付けられ、所定のクランク角ごとにパルス信号を出力する。さらに、チルティングシャフト１６の付近にはトリム角センサ６４が配置され、船外機１０のトリム角θに応じた信号を出力する。

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）７０に入力される。ＥＣＵ７０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２０内部に配置される。

図１の説明に戻ると、船体１２の操縦席７２付近には操船者（図示せず）によって操作自在なステアリングホイール７４とシフト・スロットルレバー７６が配置される。シフト・スロットルレバー７６は初期位置から船体１２に対して前後方向に揺動操作自在であり、操船者からの前進／後進指示およびエンジン１８に対する加速／減速指示を含むエンジン回転数の指示を入力する。

シフト・スロットルレバー７６の付近にはシフト位置センサ７８が取り付けられ、操船者によるシフト・スロットルレバー７６の操作に応じた信号（シフト・スロットルレバー７６の回転軸の回転角に応じた信号）ＳＨＰＳを出力する。これら各センサの出力もＥＣＵ７０に入力される。

ＥＣＵ７０と各センサとは例えば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。

また、ＥＣＵ７０は、入力されたセンサ出力などに基づいてスロットル用電動モータ２８の動作、変速機３４、プロペラ３０のピッチ角、トリムユニット５８の動作などを制御するが、この実施例に係る船舶１の制御装置は操作系（ステアリングホイール７４やシフト・スロットルレバー７６）と船外機１０の機械的な接続が断たれたＤＢＷ（Drive By Wire）方式の装置からなる。

図４はＥＣＵ７０のシフト位置判定動作、トリムアップ判定動作およびイニシャルトリム判定動作を示すフロー・チャートである。図示のプログラムはＥＣＵ７０によって所定の周期ごとに実行される。

以下説明すると、先ずＳ（ステップ）１０においてシフト位置センサ７８の出力値（出力電圧）ＳＨＰＳに基づいてソフト位置を判定するシフト位置判定処理を行う。

図５はＥＣＵ７０のシフト位置判定動作を示すサブ・ルーチン・フロー・チャートである。

図５に示すように、Ｓ２０においてシフト位置センサ７８の出力値ＳＨＰＳに基づき、シフト位置がフォワード（前進）、ニュートラル（中立）、リバース（後進）のいずれであるかを判断する。この実施例では例えばシフト位置センサ７８の出力値ＳＨＰＳが２Ｖ以下のときはリバース、２Ｖを超えるが３Ｖ以下のときはニュートラル、３Ｖを超えるときはフォワードであると判断する。

Ｓ２０の処理においてシフト位置センサ７８の出力値ＳＨＰＳが３Ｖを超えるとき、シフト位置はフォワードと判断できるため、Ｓ２２に進んでフォワード時の制御、即ち、フォワード制御を実行する。一方、シフト位置センサ７８の出力値ＳＨＰＳが２Ｖを超えるが３Ｖ以下のとき、シフト位置はニュートラルと判断できるため、Ｓ２４に進んでニュートラル時の制御、即ち、ニュートラル制御を実行する。また、シフト位置センサ７８の出力値ＳＨＰＳが２Ｖ以下のとき、シフト位置はリバースと判断できるため、Ｓ２６に進んでリバース時の制御、即ち、リバース制御を実行する。尚、ニュートラル制御とリバース制御はこの発明とは直接の関係がないため詳細な説明は省略する。

図６はフォワード制御動作、より具体的にはプロペラピッチ制御動作を示すサブ・ルーチン・フロー・チャートである。

先ずＳ１００においてギヤＩＮピッチ変更フラグのビットが１にセットされているか否か判断する。ギヤＩＮピッチ変更フラグは、シフト位置がフォワードにセットされてギヤインされた後、ピッチが加速待機ピッチになったときに１にセットされるフラグである。加速待機ピッチは、船舶１を微速航行速度状態（加速待機状態）にするピッチ、換言すると、船舶１の航行速度がトローリング速度のような例えば５ノット以下の低速となるピッチを意味する。従って、加速待機ピッチのとき、船舶１はプロペラ３０の回転に対して僅かしか進まない（この実施例では加速待機ピッチは５インチである）。

最初のプログラムループではギヤＩＮピッチ変更フラグのビットは０にリセットされているため、Ｓ１００で否定されてＳ１０２に進み、ピッチを加速待機ピッチに変更すると共に、Ｓ１０４に進んでギヤＩＮピッチ変更フラグのビットを１にセットする。

ギヤＩＮピッチ変更フラグのビットが１にセットされると、次回のプログラムループではＳ１００で肯定されてＳ１０６に進み、スロットル開度センサ６０の出力値に基づいてスロットル開度ＴＨの所定時間（単位時間。例えば５００ｍｓｅｃ）当たりの変化量ΔＴＨを算出し、算出された変化量ΔＴＨがΔＴＨ０以上か否か判断する。

Ｓ１０６は船舶１が減速状態にあるか否か、即ち、スロットル開度ＴＨが閉じる方向に所定量変化したか否かを判断（判定）するための処理であるため、ΔＴＨ０は負値（例えば−０．５ｄｅｇ）とされる。最初のプログラムループでは船舶１は通例減速状態にないため、Ｓ１０６で否定されてＳ１０８に進み、加速中フラグのビットが０にリセットされているか否か判断する。加速中フラグは、船舶１が加速状態か否かを判断するためのフラグであり、船舶１が加速中でないときは０にリセットされ、加速中のときは１にセットされる。

最初のプログラムループでは加速中フラグのビットは０にリセットされているため、Ｓ１０８で肯定されてＳ１１０に進み、船舶１の加速状態をスロットル開度ＴＨの変化量ΔＴＨに基づいて判断する。

具体的には、船舶１が全く加速していない状態、即ち、スロットル開度ＴＨの変化量ΔＴＨが０ｄｅｇか、または船舶１が緩加速（緩やかな加速）状態、即ち、変化量ΔＴＨが０ｄｅｇを超えてΔＴＨ１（所定値。例えば５ｄｅｇ）未満の状態にあるか、あるいは船舶１が急加速状態、即ち、変化量ΔＴＨがΔＴＨ１以上の状態にあるかを判断（判定）する。

Ｓ１１０において船舶１が全く加速していない状態にあると判断されるときは以降の処理を終了する一方、船舶１が緩加速状態にあると判断されるときはＳ１１２に進んで緩加速ピッチ切替フラグのビットが０にリセットされているか否か判断する。

緩加速ピッチ切替フラグは、船舶１が緩加速状態にあり、ピッチが燃費最適ピッチのときに１にセットされるフラグである。また、燃費最適ピッチは、ある速度における最大燃費が得られるピッチ、即ち、燃費を重視したピッチを意味し、実験などにより例えば１９インチと定められる。

Ｓ１１２で肯定、即ち、緩加速ピッチ切替フラグのビットが０にリセットされていると判断されるときはＳ１１４に進んでピッチを燃費最適ピッチに変更した後、Ｓ１１６に進み、緩加速ピッチ切替フラグのビットを１にセットして処理を終了する。

緩加速ピッチ切替フラグのビットが１にセットされると、次回のプログラムループではＳ１１２で否定されてＳ１１８に進み、スロットル開度センサ６０の出力値に基づきスロットル開度ＴＨが全開（所定開度。全開またはその近傍を含む。以下同じ）になったか否か判断する。

Ｓ１１８で否定されるときは処理を終了する一方、肯定されるときはＳ１２０に進んでピッチを移動効率最適ピッチに変更する。移動効率最適ピッチは、船舶１の移動効率が最も良いピッチ、換言すると、最高速度が得られやすいピッチを意味する。具体的には、エンジン１８の出力が最大となるエンジン回転数で船舶１を航行させたときに船舶１の速度が所定速度以上（より具体的には最高速度またはその近傍）となるピッチを意味する。

例えば６０００ｒｐｍで最高出力が発揮されるエンジンの場合には６０００ｒｐｍで船舶１を航行させ、ピッチを１０インチ、１１インチ、１２インチ、・・・と変えながら船舶１の航行速度を計測する。そして、航行速度が最大となるピッチを特定し、それを移動効率最適ピッチとする。尚、この実施例では移動効率最適ピッチは例えば１７インチとされる。

図６フロー・チャートにおいて、Ｓ１１０で変化量ΔＴＨがΔＴＨ１以上、即ち、船舶１が急加速状態と判断されるときはＳ１２２に進んで加速中フラグのビットを１にセットする。

加速中フラグのビットが１にセットされると、次回のプログラムループではＳ１０８で否定されてＳ１２４に進み、ピッチ制御終了フラグのビットが０にリセットされているか否か判断する。ピッチ制御終了フラグは、このフロー・チャートに示すプロペラピッチ制御が終了するときに１にセットされるフラグである。

Ｓ１２４で否定されるときは処理を終了する一方、肯定されるときはＳ１２６に進み、加速初期ピッチ切替フラグのビットが０にリセットされているか否か判断する。加速初期ピッチ切替フラグについては後述する。

最初のプログラムループでは加速初期ピッチ切替フラグのビットは０にリセットされているため、Ｓ１２６で肯定されてＳ１２８に進み、プロペラ３０のスリップ率（滑り率）ＳＰの所定時間当たりの変化量ΔＳＰを算出すると共に、算出された変化量ΔＳＰがΔＳＰ１未満か否か判断する。

尚、プロペラ３０のスリップ率ＳＰは船舶１（船体１２）の理論速度Ｖａと実速度Ｖに基づいて以下の式（１）により算出される。また、理論速度Ｖａはエンジン１８や変速機３４の運転状態、プロペラ３０の仕様に基づき以下の式（２）により算出される。
スリップ率ＳＰ＝（理論速度Ｖａ（ｋｍ／ｈ）−実速度Ｖ（ｋｍ／ｈ））／理論速度Ｖａ（ｋｍ／ｈ） ・・・式（１）
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）／（変速段の減速比） ・・・式（２）

式（１）で実速度Ｖは船舶１に搭載されるＧＰＳ受信装置（図示せず）の出力値（位置情報）から算出される。また、式（２）で変速段の減速比は変速機３４において現在選択されている変速段の減速比であって、例えば２速のときの減速比は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。

Ｓ１２８はスリップ率ＳＰの変化量ΔＳＰが正値か負値かを判断するための処理であるため、ΔＳＰ１は例えば０とされる。従って、Ｓ１２８で否定、即ち、スリップ率ＳＰの変化量ΔＳＰが０（ΔＳＰ１）以上、換言すると、スリップ率ＳＰの変化量ΔＳＰが０または正値と判断されるときはＳ１３０に進んでピッチを所定割合で増加（上昇）させる（ピッチが所定割合で増加するようにピッチ角を変化させる）。具体的には例えば１秒間にピッチが５インチ上昇するように定められた増加量に基づいてピッチを増加させる。

一方、Ｓ１２８で肯定、即ち、スリップ率ＳＰの変化量ΔＳＰが０（ΔＳＰ１）未満、換言すると、スリップ率ＳＰの変化量ΔＳＰが負値と判断されるときはＳ１３２に進んで加速初期ピッチ切替フラグのビットを１にセットする。

加速初期ピッチ切替フラグのビットが１にセットされると、次回のプログラムループではＳ１２６で否定されてＳ１３４に進み、スロットル開度ＴＨが全開になったか否か判断する。

Ｓ１３４で否定されるときはＳ１３６に進んでピッチを加速最適ピッチに変更する一方、肯定されるときはＳ１３８に進んでスリップ率ＳＰがＳＰ１（例えば４０％）以下か否か判断する。

尚、加速最適ピッチは、船舶１の航行加速度が増加するようなピッチ、具体的には船舶１の加速性能が最も発揮されるピッチを意味し、より具体的にはエンジン１８の最大トルクが発生するエンジン回転数で船舶１を航行させたときに船舶１の加速度が所定加速度以上（具体的には最大加速度またはその近傍）となるピッチを意味する。

従って、例えば４５００ｒｐｍで最大トルクが発揮されるエンジン１８の場合には４５００ｒｐｍで船舶１を航行させ、そのとき最も加速度が得られるピッチを特定し、特定されたピッチを加速最適ピッチ（例えば１４インチ）とする。

Ｓ１３８で否定、即ち、スリップ率ＳＰがＳＰ１を上回ると判断されるときは処理を終了する一方、肯定されるときはＳ１４０に進んでスリップ率判定フラグのビットが０にリセットされているか否か判断する。スリップ率判定フラグは、スリップ率ＳＰがＳＰ１以下のときに１にセットされるフラグである。

Ｓ１４０で肯定されるときはＳ１４２に進み、スリップ率判定フラグのビットを１にセットし、次いでＳ１４４に進んでピッチを１インチ上昇させた後、Ｓ１４６に進み、スリップ率更新値を０にする。スリップ率更新値については後述する。

スリップ率判定フラグのビットが１にセットされると、次回のプログラムループではＳ１４０で否定されてＳ１４８に進み、スリップ率更新値がα（例えば−１０％）か否か判断する。スリップ率更新値は、今回のプログラムループで算出されたスリップ率ＳＰが前回のプログラムループで算出されたスリップ率ＳＰに対してどの程度変化したかを示す値である。例えば今回のプログラムループで算出されたスリップ率ＳＰが３０％で、前回のプログラムループで算出されたスリップ率ＳＰが４０％のとき、スリップ率更新値は−１０％となる。

Ｓ１４８で肯定されるときはＳ１５０に進んでスリップ率ＳＰがＳＰ２（例えば１０％）以下か否か判断する。Ｓ１５０で否定されるときはＳ１５２に進んでピッチを１インチ上昇させた後、Ｓ１５４に進んでスリップ率更新値を０にする一方、Ｓ１５０で肯定されるときはＳ１５６に進んでピッチ制御終了フラグのビットを１にセットする。

一方、Ｓ１４８で否定されるときはＳ１５８に進んでトリムアップ開始フラグのビットが０か否か判断し、否定されるときは処理を終了する一方、肯定されるときはＳ１６０に進み、ピッチが所定ピッチ以上か否か判断する。

ところで、船舶１が急加速してから最高速あるいはその付近に達するまでの間にピッチを大きくすると、それに伴ってエンジン負荷も増大するため、エンジン回転数ＮＥが低下して所定のエンジン回転数ＮＥ（例えばエンジン出力が最大となるエンジン回転数ＮＥ）を維持するのが困難となる。Ｓ１６０は上記した状態、即ち、検出されたピッチが、エンジン負荷が増大するピッチか否かを判断するための処理であるため、所定ピッチはエンジン負荷が増大してエンジン回転数ＮＥが低下するようなピッチを意味し、例えば１５インチと定められる。

従って、Ｓ１６０で否定、即ち、ピッチが所定ピッチ未満で、エンジン負荷が増大してエンジン回転数ＮＥが低下するおそれがないと判断されるときは処理を終了する一方、Ｓ１６０で肯定されるときはＳ１６２に進んでトリムアップ許可フラグおよびトリムアップ開始フラグを１にセットして処理を終了する。

また、Ｓ１０６で肯定、即ち、スロットル開度ＴＨの変化量ΔＴＨがΔＴＨ０未満と判断されるときはＳ１６４に進んで加速中フラグ、加速初期ピッチ切替フラグおよび緩加速ピッチ切替フラグのビットをそれぞれ０にリセットして処理を終了する。

図４フロー・チャートの説明に戻ると、次いでＳ１２に進み、船外機１０のトリムアップを実行すべきか否かのトリムアップ判定処理を行う。

図７はトリムアップ判定動作を示すサブ・ルーチン・フロー・チャートである。

図７に示すように、先ずＳ２００においてトリムアップ許可フラグのビットが１か否か判断する。Ｓ２００で否定されるときはトリムアップの必要がないことから、Ｓ２０２に進み、トリムアップ許可フラグのビットを０にリセットすると共に、Ｓ２０４に進んでトリムアップを停止、正確にはトリムアップを行わない。

一方、Ｓ２００で肯定されるとき、具体的には、スロットル開度ＴＨが全開で、ピッチが所定ピッチ以上と判断されるとき（Ｓ１３４，Ｓ１６０）はＳ２０６に進み、トリム角θが所定角度θ１（例えば１０°）未満か否か判断する。

Ｓ２０６の処理を最初に行うときは、トリム角θは初期角度（０°）であるため、通例肯定されてＳ２０８に進む。Ｓ２０８ではエンジン回転数ＮＥの所定時間（例えば５００ｍｓｅｃ）当たりの変化量ΔＮＥがΔＮＥ１（所定値）以下か否か判断する。

Ｓ２０８はエンジン回転数ＮＥが低下もしくは低下傾向にあるか否かを判断するための処理であるため、ΔＮＥ１はエンジン回転数ＮＥの低下もしくは低下傾向を示す値、例えば３００ｒｐｍに設定される。

従って、Ｓ２０８で肯定、即ち、エンジン回転数ＮＥの変化量ΔＮＥがΔＮＥ１、具体的には３００ｒｐｍ以下と判断されるときはエンジン回転数ＮＥが低下もしくは低下傾向にあると判断し、後述するトリムアップを実行して、エンジン回転数ＮＥが低下するのを抑制する。

一方、Ｓ２０８で否定、即ち、エンジン回転数ＮＥの変化量ΔＮＥがΔＮＥ１、具体的には３００ｒｐｍを上回っていると判断されるときはエンジン回転数ＮＥは低下もしくは低下傾向にないと判断し、Ｓ２１０に進んでトリムアップを停止する。

上記したように、Ｓ２０８で肯定されるときは原則としてトリムアップを実行するが、その前にＳ２１２に進んでスリップ率ＳＰがＳＰ３（所定スリップ率）以下か否か判断する。

Ｓ２１２はスリップ率ＳＰに基づいてプロペラ３０のキャビテーション発生のおそれがあるか否かを判断するための処理であり、ＳＰ３は例えば３０％に設定される。従って、Ｓ２０８においてエンジン回転数ＮＥの変化量ΔＮＥがΔＮＥ１以下と判断されたとしても、Ｓ２１２においてスリップ率ＳＰがＳＰ３を上回ると判断されるとき（Ｓ２１２で否定）はキャビテーション発生のおそれがあるため、Ｓ２１０に進んでトリムアップは行わない。

一方、Ｓ２１２で肯定されるときはキャビテーション発生のおそれがないため、Ｓ２１４に進んでトリムアップを実行する。尚、トリムアップが開始された後、トリム角θが所定角度θ１に到達したと判断されるときはＳ２０６で否定されてＳ２０２に進み、トリムアップ許可フラグのビットを０にリセットすると共に、Ｓ２０４に進んでトリムアップを停止する。

このように、エンジン回転数ＮＥの変化量ΔＮＥに基づいてエンジン回転数ＮＥの低下（落ち込み）または低下傾向を判断し、エンジン回転数ＮＥが低下あるいは低下傾向にあると判断したときはトリムアップを実行することで、エンジン回転数ＮＥの低下を抑制するようにした。

但し、エンジン回転数ＮＥが低下傾向にあると判断した場合であっても、スリップ率ＳＰが所定スリップ率ＳＰ３を上回ると判断されるときはキャビテーションの発生が考えられるため、トリムアップは実行しないこととした。

図４フロー・チャートの説明に戻ると、次いでＳ１４に進み、船外機１０のトリムダウンを実行してトリム角θをイニシャル化（初期化）すべきか否かのイニシャルトリム判定処理を行う。

図８はイニシャルトリム判定動作を示すサブ・ルーチン・フロー・チャートである。

図８に示すように、Ｓ３００においてトリムダウン許可フラグのビットが１か否か判断する。Ｓ３００で否定されるときはＳ３０２に進んでトリムダウンを停止する一方、肯定されるときはＳ３０４に進み、トリム角θが初期角度θ０（具体的には０°）か否か判断する。

Ｓ３０４で否定されるときはＳ３０６に進み、トリムユニット５８を動作させてトリムダウンを開始する。その後、トリム角θが初期角度θ０になった（戻った）と判断されるときはＳ３０４で肯定されてＳ３０８に進み、トリムダウン許可フラグのビットを０にリセットし、Ｓ３１０に進んでトリムダウンを停止して処理を終了する。

以上のように、この発明では、船舶１が急加速状態を経て（Ｓ１０８等）、ほぼ最高速に達したと判断されるとき（スロットル開度ＴＨが全開。Ｓ１３４）、ピッチが所定ピッチ以上になった（Ｓ１６０）ことを条件にトリムアップ判定処理（Ｓ２００からＳ２１４）を実行する。

トリムアップ判定処理ではエンジン回転数ＮＥの変化量ΔＮＥとスリップ率ＳＰに基づいてトリムアップを行うか否かの判断を行うことで、エンジン回転数ＮＥの落ち込みとプロペラ３０のキャビテーションの発生を抑制することを可能とした。

即ち、プロペラピッチ制御中、エンジン回転数ＮＥの変化量ΔＮＥやスリップ率ＳＰ等をモニタし、それらに基づいてトリム角θを調整することで、エンジン回転数ＮＥの低下やプロペラ３０のキャビテーションの発生を防止することができるようになり、よって船舶１の走行性能を向上させることができるようになる。

図９は上記した処理の一部を、船舶１が加速状態から最高速に達した場合を例にとって説明するタイム・チャートである。

先ず時刻ｔ１においてシフト位置がニュートラルからフォワードにセットされてギヤインされると、ピッチを５インチ（加速待機ピッチ）に変更する（Ｓ１０２）。

その後、時刻ｔ２を経過してスロットル開度ＴＨの変化量ΔＴＨが５ｄｅｇ（ΔＴＨ１）以上になって急加速状態になると、これに伴ってエンジン回転数ＮＥおよびスリップ率ＳＰも上昇する。スリップ率ＳＰは時刻ｔ３まで上昇し続けるが（スリップ率ＳＰの変化量ΔＳＰは時刻ｔ３まで正値）、スリップ率ＳＰが上昇し続ける間、ピッチを１４インチ（加速最適ピッチ）になるまで所定割合で増加させる（Ｓ１２８，Ｓ１３０）。

時刻ｔ３を境にスリップ率ＳＰが下降に転じると（スリップ率ＳＰの変化量ΔＳＰが負値になると）、所定割合で上昇させていたピッチを、今度はスリップ率ＳＰの変化に基づいて変更する（Ｓ１３８，Ｓ１４４，Ｓ１５０，Ｓ１５２）。例えば時刻ｔ４でスリップ率ＳＰが４０％のときはピッチを１４インチとし、その後、スリップ率ＳＰが３０％になるとピッチを１５インチに、スリップ率ＳＰが２０％になるとピッチを１６インチというように、ピッチをスリップ率ＳＰの変化に応じて上昇させる。

時刻ｔ５においてスリップ率ＳＰが３０％になると共に、そのときのエンジン回転数ＮＥの変化量ΔＮＥが３００ｒｐｍ以下になったとき、トリムアップを開始させる。その後、時刻ｔ６においてエンジン回転数ＮＥの変化量ΔＮＥが３００ｒｐｍを上回るとトリムアップを停止させる。

次に、時刻ｔ７で再びエンジン回転数ＮＥの変化量ΔＮＥが３００ｒｐｍ以下となると再びトリムアップを開始させ、その後、時刻ｔ８でエンジン回転数ＮＥの変化量ΔＮＥが３００ｒｐｍを上回るとトリムアップを停止させる。

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）１８で駆動されると共に、ピッチを変更可能な可変ピッチプロペラ（プロペラ）３０と、船体１２に対するトリム角θを調整可能なトリム角調整機構（パワーチルトトリムユニット）５８とを備えた船外機１０の制御装置において、前記可変ピッチプロペラのピッチを検出するピッチ検出手段（ピストン位置センサ）５４と、前記内燃機関の機関回転数ＮＥを検出する機関回転数検出手段（クランク角センサ）６２と、前記検出された可変ピッチプロペラのピッチと前記検出された機関回転数とに基づき、前記トリム角調整機構を介して前記トリム角を調整するトリム角調整手段（ＥＣＵ７０。Ｓ１６０，Ｓ２０８，Ｓ２１０，Ｓ２１４）とを備える如く構成したので、可変ピッチプロペラ３０のピッチとエンジン（機関）回転数ＮＥとに基づいてトリム角θを調整することで、船舶１が急加速してから最高速あるいはその付近に達するまでの間のピッチの変更によるエンジン回転数ＮＥの低下を抑制し、よって船舶１の走行性能を向上させることができる。

また、前記内燃機関のスロットル開度ＴＨを検出するスロットル開度検出手段（スロットル開度センサ）６０を備えると共に、前記トリム角調整手段は、検出されたスロットル開度が所定開度（スロットル開度全開またはその近傍）以上のとき、前記検出された可変ピッチプロペラのピッチと前記検出された機関回転数とに基づき、前記トリム角調整機構を介して前記トリム角を調整する如く構成した（ＥＣＵ７０。Ｓ１３４，Ｓ１６０，Ｓ２０８，Ｓ２１０，Ｓ２１４）ので、船舶１が急加速してから最高速あるいはその付近に達するまでの間のピッチの変更によるエンジン回転数ＮＥの低下を一層抑制し、よって船舶１の走行性能を一層向上させることができる。

また、前記船体の理論速度Ｖａと実速度Ｖに基づいて前記可変ピッチプロペラのスリップ率ＳＰを算出するスリップ率算出手段（ＥＣＵ７０。Ｓ１２８等）を備えると共に、前記トリム角調整手段は、前記算出されたスリップ率が所定スリップ率（ＳＰ３）以下のとき、前記検出された可変ピッチプロペラのピッチと前記検出された機関回転数とに基づき、前記トリム角調整機構を介して前記トリム角を調整する如く構成した（ＥＣＵ７０。Ｓ１６０，Ｓ２０８，Ｓ２１０，Ｓ２１２，Ｓ２１４）ので、エンジン回転数ＮＥの低下のみならず、プロペラ３０のキャビテーションをも抑制することができ、よって船舶１の走行性能を一層向上させることができる。

また、前記トリム角調整手段は、前記検出された可変ピッチプロペラのピッチが所定ピッチ以上のとき、前記検出された機関回転数に基づき、前記トリム角調整機構を介して前記トリム角を調整する如く構成した（ＥＣＵ７０。Ｓ１３４，Ｓ１６０，Ｓ２０８，Ｓ２１０，Ｓ２１４）ので、エンジン負荷が増大するようなピッチになっても、エンジン回転数ＮＥに基づいてトリム角θを調整することで、エンジン回転数ＮＥの低下を抑制することができ、よって船舶１の走行性能を向上させることができる。

また、前記トリム角調整手段は、前記検出された可変ピッチプロペラのピッチが所定ピッチ以上で、かつ前記検出された機関回転数の変化量が前記所定値（ΔＮＥ１）未満のとき、前記トリム角が増加するように前記トリム角調整機構を介して前記トリム角を調整する如く構成した（ＥＣＵ７０。Ｓ１３４，Ｓ１６０，Ｓ２０８，Ｓ２１４）ので、エンジン回転数ＮＥの低下傾向を判断し、それに基づきトリム角θを調整することで、エンジン回転数ＮＥの低下を一層抑制することができ、よって船舶１の走行性能を一層向上させることができる。

また、前記トリム角調整手段は、前記検出された可変ピッチプロペラのピッチが所定ピッチ以上で、かつ前記検出された機関回転数の変化量が前記所定値（ΔＮＥ１）以上のとき、前記トリム角が増加を停止するように前記トリム角調整機構を介して前記トリム角を調整する如く構成した（ＥＣＵ７０。Ｓ１３４，Ｓ１６０，Ｓ２０８，Ｓ２１０）ので、エンジン回転数ＮＥが低下傾向にないときはトリム角θの増加を停止することで、船舶１の走行性能を一層向上させることができる。

尚、上記した実施例では、船舶１として船外機１０を搭載した例に基づいて説明したが、船舶１は必ずしもこれに限定されるものではなく、例えば船内機で構成されるものであってもよい。

また、上記した実施例では、燃費最適ピッチは実験により求められると述べたが、具体的には先ず移動効率最適ピッチを特定し、次いで、ピッチを移動効率最適ピッチから徐々に変化させながら最も燃費の良いピッチを探索する。実施例では燃費最適ピッチが移動効率最適ピッチよりも２インチだけ多いピッチとしたが、これは燃費最適ピッチを移動効率最適ピッチに対して２インチ増加させたところが燃費効率が最も良くなることが実験により確かめられたためである。但し、燃費最適ピッチを移動効率最適ピッチに対してどの程度大きくするかはプロペラ３０の仕様によっても異なることから、必ずしも移動効率最適ピッチより２インチ増加させたものが燃費最適ピッチになるとは限らない。

また、上記した実施例では、ΔＴＨ０，ΔＴＨ１，ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３，ΔＳＰ１，ΔＮＥ１，θ１、加速待機ピッチ、燃費最適ピッチ、移動効率最適ピッチ、加速最適ピッチ等について具体的な数値で示したが、それらは例示であって限定されるものではない。

１ 船舶、１０ 船外機、１２ 船体、１８ エンジン（内燃機関）、３０ プロペラ（可変ピッチプロペラ）、５４ ピストン位置センサ（ピッチ検出手段）、５８ パワーチルトトリムユニット（トリム角調整機構）、６０ スロットル開度センサ（スロットル開度検出手段）、６２ クランク角センサ（機関回転数検出手段）、７０ ＥＣＵ（電子制御ユニット。スリップ率算出手段、トリム角調整手段）

Claims (6)

1. 内燃機関で駆動されると共に、ピッチを変更可能な可変ピッチプロペラと、船体に対するトリム角を調整可能なトリム角調整機構とを備えた船外機の制御装置において、前記可変ピッチプロペラのピッチを検出するピッチ検出手段と、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、前記検出された可変ピッチプロペラのピッチと前記検出された機関回転数とに基づき、前記トリム角調整機構を介して前記トリム角を調整するトリム角調整手段とを備えたことを特徴とする船外機の制御装置。
2. 前記内燃機関のスロットル開度を検出するスロットル開度検出手段を備えると共に、前記トリム角調整手段は、検出されたスロットル開度が所定開度以上のとき、前記検出された可変ピッチプロペラのピッチと前記検出された機関回転数とに基づき、前記トリム角調整機構を介して前記トリム角を調整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. 前記船体の理論速度と実速度に基づいて前記可変ピッチプロペラのスリップ率を算出するスリップ率算出手段を備えると共に、前記トリム角調整手段は、前記算出されたスリップ率が所定スリップ率以下のとき、前記検出された可変ピッチプロペラのピッチと前記検出された機関回転数とに基づき、前記トリム角調整機構を介して前記トリム角を調整することを特徴とする請求項１または２記載の船外機の制御装置。
4. 前記トリム角調整手段は、前記検出された可変ピッチプロペラのピッチが所定ピッチ以上のとき、前記検出された機関回転数に基づき、前記トリム角調整機構を介して前記トリム角を調整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。
5. 前記トリム角調整手段は、前記検出された可変ピッチプロペラのピッチが所定ピッチ以上で、かつ前記検出された機関回転数の変化量が所定値未満のとき、前記トリム角が増加するように前記トリム角調整機構を介して前記トリム角を調整することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の船外機の制御装置。
6. 前記トリム角調整手段は、前記検出された可変ピッチプロペラのピッチが所定ピッチ以上で、かつ前記検出された機関回転数の変化量が前記所定値以上のとき、前記トリム角が増加を停止するように前記トリム角調整機構を介して前記トリム角を調整することを特徴とする請求項５記載の船外機の制御装置。

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