JPH1018874A

JPH1018874A - エンジンの気筒休止制御装置

Info

Publication number: JPH1018874A
Application number: JP17629096A
Authority: JP
Inventors: Kimihiro Nonaka; 公裕野中
Original assignee: Sanshin Kogyo KK
Current assignee: Yamaha Marine Co Ltd
Priority date: 1996-07-05
Filing date: 1996-07-05
Publication date: 1998-01-20

Abstract

(57)【要約】【課題】運転気筒数の切換が繰り返されるのを防止し、
且つ、一度切り換えられた運転気筒数は、回転数を変化
させるというドライバーの意志がない限り、運転気筒数
が切り換わらないようする。【解決手段】複数の気筒を有し各気筒の排気通路を集合
排気管に接続し、気筒休止制御を行うエンジンにおい
て、スロットル開度とエンジン回転数の切換設定値によ
り運転気筒数を変化させるに際し、エンジン回転数上昇
時にエンジン回転数の切換設定値を通過した時のスロッ
トル開度を新たな切換設定値にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの気筒休
止制御の技術分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、船外機用の２サイクルエンジン
においては、スペース上の制約から各気筒の排気ポート
を集合排気管に接続させているために、エンジンが低回
転、低負荷域のように吸気が少ないときに排気のパルス
が入ってきてシリンダ内に排気が残留し、不整燃焼が発
生してしまう。これを改善する方法として、一部の気筒
の運転を停止して運転気筒数を減少させる気筒休止制御
が行われている。この気筒休止制御により、排気干渉が
抑制されることから、気筒当たりの吸気量が増大しエン
ジン回転が安定化する効果が得られる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記気筒休
止を実施すると、着火気筒は毎サイクル燃焼し燃焼によ
って生じる振動の周波数は、図１０に示すように、ある
周波数で振動値が突出するピークを有し、そのピーク周
波数はエンジン回転数に応じて変化するという特性を有
している。一方、船外機は防振ゴムを介して船体にマウ
ントされており、エンジンの振動は船体に伝達される構
造になっているため、前記エンジン側振動周波数と船外
機マウント側振動周波数が一致すると共振が生じる。

【０００４】この共振は、図１１に示すように、船外機
マウント側の振動周波数をｆ_M とすると、運転気筒が少
なくなるほどエンジンが低回転域で現れる。従って、例
えば、６気筒を有するエンジンが低速域で４気筒運転の
気筒休止運転を行い、エンジン回転数Ｎ_A で４気筒運転
から６気筒運転に移行するとき、４気筒運転時のＧ点に
おいてエンジン側振動周波数と船外機マウント側振動周
波数が一致するため、共振が生じ船体が激しく振動して
しまうことになる。

【０００５】この問題を解決するために、本出願人は、
部分負荷において、エンジン側振動周波数とエンジンマ
ウント側振動周波数が一致しないように運転気筒数を変
化させることにより、エンジン側振動周波数と船外機マ
ウント側振動周波数が一致することにより生じる共振を
防止する提案を行っている。これを図１２〜図１４によ
り説明する。

【０００６】図１２において、ステップＳ１において、
スロットル開度とエンジン回転数に基づいて気筒休止運
転域か否かを判定し、気筒休止運転域でなければ全気筒
運転を実施する。気筒休止運転域であれば、ステップＳ
２でエンジン回転数が所定値Ｎ_B 未満か否かを判定し、
Ｎ_B 以上であれば通常のスロットル開度とエンジン回転
数に基づた気筒休止運転を実施し、Ｎ_B 未満であれば共
振を回避する気筒休止運転を実施する。

【０００７】上記処理を図１３により具体的に説明する
と、エンジン側振動周波数と船外機マウント側振動周波
数ｆ_M を一致させないため、周波数ｆ_M のラインを通過
しないように休止気筒を選択する。すなわち、エンジン
回転数がＮ_A 未満の気筒休止運転域においては、エンジ
ン回転数が所定値Ｎ_B 未満であれば共振を回避すること
が可能な５気筒運転を実施し、エンジン回転数Ｎ_B 以上
となれば４気筒運転を実施する。なお、図１４に示すよ
うに、３気筒運転により共振を回避するようにしてもよ
い。

【０００８】しかしながら、上記のようにしてエンジン
側と船体側との共振を防止するよう気筒休止制御を実施
すると、以下に述べる新たな問題が生じる。すなわち、
船外機においては、スロットル開度を固定して運転する
場合が多いが、スロットル開度を固定しておいても、波
や風、潮流の影響でエンジン回転数は大きく変化してし
まう。その結果、気筒休止の切り換えをエンジン回転数
で行った場合、エンジン回転数の変化により気筒休止の
切り換え、例えば４気筒運転と６気筒運転の切り換えが
何度も繰り返されてしまうという問題を有している。

【０００９】本発明は、上記問題を解決するものであっ
て、運転気筒数の切換が繰り返されるのを防止し、且
つ、一度切り換えられた運転気筒数は、回転数を変化さ
せるというドライバーの意志がない限り、運転気筒数が
切り換わらないようにしたエンジンの気筒休止制御装置
を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１記載の発明は、複数の気筒を有し各気筒の排
気通路を集合排気管に接続し、気筒休止制御を行うエン
ジンにおいて、スロットル開度とエンジン回転数の切換
設定値により運転気筒数を変化させるに際し、エンジン
回転数上昇時にエンジン回転数の切換設定値を通過した
時のスロットル開度を新たな切換設定値にすることを特
徴とし、請求項２記載の発明は、請求項１において、前
記スロットル開度の切換設定値にヒステリシスをもた
せ、エンジン回転上昇時と下降時とで切換設定値を相違
させたことを特徴とし、請求項３記載の発明は、請求項
２において、前記エンジン回転数の切換設定値にヒステ
リシスをもたせ、エンジン回転下降時に、エンジン回転
数の切換設定値を越えないようにしたことを特徴とす
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しつつ説明する。図１は、本発明のエンジンの気
筒休止制御装置に係わる制御系の全体構成図であり、図
（Ａ）はエンジンの側面図、図（Ｂ）は図（Ａ）のＢ−
Ｂ線に沿う縦断面図、図（Ｃ）は船外機の側面図を示し
ている。

【００１２】矢印Ｆは船体（図示せず）の前進方向を示
し、船体の後部には駆動装置である船外機１が着脱自在
に装着されている。船外機１は、推進ユニット２を備
え、推進ユニット２の上部にエンジン３が取り付けら
れ、エンジン３をその上方から覆うカウリング４が設け
られている。エンジン３は、燃料噴射式水冷２サイクル
Ｖ型６気筒クランク軸縦置きエンジンで、クランクケー
ス５を有し、クランクケース５には軸心がほぼ垂直のク
ランク軸６が回転自在に支持されている。クランクケー
ス５には、各気筒を構成するシリンダ本体７がＶ字型を
なすように突設されている。シリンダ本体７には各気筒
毎にそれぞれピストン８が摺動自在に嵌合され、これら
各ピストン８はクランク軸６に連結されている。シリン
ダ本体７とピストン８とで囲まれた空間の燃焼室に対向
して点火プラグ９が配設されている。

【００１３】クランクケース５にはその内外を連通させ
る吸気管１０が各気筒毎に接続され、吸気管１０にはリ
ード弁１１と吸気管１０の断面積を手動操作により調節
するスロットル弁１２が設けられている。各吸気管１０
には、各気筒毎に燃料噴射弁１３が取り付けられ、各燃
料噴射弁１３は磁力で開閉作動されるソレノイド開閉式
であり、リード弁１１よりも上流側に燃料を噴射可能に
している。燃料噴射弁１３は、高圧燃料ポンプ１５、レ
ギュレータ弁１６、ベーパセパレータタンク１７、フィ
ルタ１９、手動の低圧燃料ポンプ２０を介して船体側に
設置された燃料タンク２１に接続されている。

【００１４】また、シリンダ本体７の６つの気筒〜
の内、最上部の気筒、例えば気筒のみに空燃比センサ
２２が取り付けられ、各気筒〜は、排気通路１８を
介して集合排気管２４に接続されている。船外機におい
ては、集合排気管２４の先端が水面下にあるため、水滴
が飛散して空燃比センサに入り込でしまい、水滴がセン
サに付着すると、センサ素子部がセラミックスでありヒ
ータにより高温に加熱されているため、センサ素子部が
壊れてしまう。そこで、空燃比センサ２２をエンジンの
最上部の気筒の排気通路に設けている。

【００１５】制御装置２３には、エンジン３の運転状
態、船外機１や船体の状態を示す各種センサからの検出
信号が入力される。すなわち、センサとして、前記空燃
比センサ２２、クランク軸６の回転角（回転数）を検出
するクランク角センサ２５、クランクケース６内の圧力
を検出するクランク室内圧センサ２６、各気筒〜内
の圧力を検出する筒内圧センサ２７、吸気温度を検出す
る吸気温センサ２９、シリンダ７内の温度を検出するエ
ンジン温度センサ３０、各気筒〜内の背圧を検出す
る背圧センサ３１、スロットル弁１２の開度を検出する
スロットル開度センサ３２、冷却水の温度を検出する冷
却水温度センサ３３、エンジン３のノック状態を検出す
るノックセンサ３５、エンジン３のマウント高さを検出
するエンジンマウント高さ検出センサ３６、船外機１の
推進ユニット２のニュートラル状態を検出するニュート
ラルセンサ３７、船外機１の上下回動位置を検出するト
リム角検出センサ３９、船速を検出する船速センサ４
０、船の姿勢を検出する船姿勢センサ４１、大気圧を検
出する大気圧センサ４２、燃料に混合させるオイルの量
（オイルタンクの）を検知するオイルレベルセンサ４３
が設けられている。制御装置２３は、これら各種センサ
の検出信号を演算処理し、制御信号を点火プラグ９、燃
料噴射弁１３、スロットル弁１２及びＩＳＣ４６に伝送
する。

【００１６】次に、図２〜図４により、本発明に係わる
気筒休止制御について説明する。前述の如く、船外機用
の２サイクルエンジンにおいては、スペース上の制約か
ら各気筒の排気ポートを集合排気管に接続させているた
めに、エンジンが低回転、低負荷域のように吸気が少な
いときに排気のパルスが入ってきてシリンダ内に排気が
残留し、不整燃焼が発生してしまう。これを改善する方
法として、一部の気筒の運転を停止して運転気筒数を減
少させる気筒休止制御が行われている。この気筒休止制
御により、排気干渉が抑制されることから、気筒当たり
の吸気量が増大しエンジン回転が安定化する効果が得ら
れる。

【００１７】図２は各気筒の排気パルスの影響を説明す
るための図、図３は各気筒の排気ポートの開閉タイミン
グを示す図である。図２に示すように、気筒、、
は図示右側（Ｓバンク）に、気筒、、は図示左側
（Ｐバンク）にそれぞれ上下に配置され、各気筒は〜
の順序でクランク角６０度の等間隔で点火が行われ
る。図３に示すように、気筒の排気ポートが開くタイ
ミングと気筒の排気ポートが閉じるタイミングを、排
気の出る面積を大きくするためにラップさせており、こ
のラップ期間だけ両気筒、が連通し、図２に示すよ
うに、気筒からの強い排気圧力が気筒に作用する。
同様に、気筒の排気ポートが開くタイミングと気筒
の排気ポートが閉じるタイミングをラップさせており、
気筒からの排気圧力が気筒に作用し、また、気筒
の排気ポートが開くタイミングと気筒の排気ポートが
閉じるタイミングをラップさせており、気筒からの排
気圧力が気筒に作用する。この関係はＰバンクにおい
ても同様である。

【００１８】ここで、各気筒の排気圧力（燃焼圧力）は
最上流側の気筒、が最大であり、下部の気筒にいく
ほど弱くなる。これは、最上流側の気筒、は比較的
長い排気管長を有するため、排気脈動を効果的に利用で
き、吸入空気量を増加し排気ガスを十分に掃気すること
ができるからである。一方、最下流側の気筒、は、
排気管長が短いため排気脈動が十分に得られない上に、
排気ガスの流れ方向と上部気筒からの排気パルスの作用
方向が一致しているため、吸気量が少なく残留排気ガス
量が多くなり、燃焼が不安定になる。従って、この観点
からは、気筒休止を行う場合には、最上流側の気筒と該
気筒からの排気パルスの影響を受ける最下流側の気筒と
の同時燃焼が起こらないように、Ｓバンクの気筒を休
止させるか、Ｐバンクの気筒を休止させるのが最善で
あり、次善の策としてＳバンクの気筒を休止させる
か、Ｐバンクの気筒を休止させるのが良い。

【００１９】しかしながら、気筒は空燃比を検出する
気筒なので、これを休止すると空燃比制御ができなくな
り不具合を生じるので、休止気筒の選択に際しては気筒
を除外する。その結果、気筒を休止させるか、気筒
を休止させるのが最善であり、次善の策として気筒
を休止させるのが良いことになる。

【００２０】さらに、１気筒だけを休止させる場合に
は、最下流側の気筒又はを停止すればよいが、２気
筒を休止させる場合に両方の気筒、を休止させると
問題が生じる。その理由は、各気筒は〜の順序でク
ランク角６０度の等間隔で点火を行っているため、気筒
、を休止させた場合には、爆発間隔が等間隔になら
ず全体としての燃焼が不安定になる。そこで、２気筒を
休止させる場合には、気筒は空燃比を検出する気筒な
ので休止はさせず、Ｓバンクの最下流側の気筒とＰバ
ンクの最上流側の気筒を休止させるようにすれば、２
つの気筒が爆発する毎に１つの気筒が休止することにな
り、気筒休止状態での全体としての爆発間隔が等間隔と
なり、出力発生時期のバランスが良好となり低速安定性
が得られる。このとき、Ｐバンクでは、最下流側の気筒
運転時には最上流側の気筒が休止であり、気筒と
の同時燃焼は起こらないので、燃焼安定性は維持され
る。

【００２１】図４は、気筒休止制御を説明するための図
であり、エンジン回転数とスロットル開度に対応させた
運転領域を示すマップを示している。本制御は、前述し
た共振防止のために、スロットル開度とエンジン回転数
に応じて、６気筒運転（全気筒運転）から４気筒運転、
５気筒運転あるいは５気筒運転から、４気筒運転、６気
筒運転（全気筒運転）に切換制御する。ここで、休止気
筒は、点火カットを行うことにより休止させており、燃
料は潤滑不良及び着火時の燃焼遅れ防止のために微小量
だけ噴射している。

【００２２】図５及び図６は、本発明のエンジンの気筒
休止制御装置の１実施形態を示し、図５は処理の流れを
説明するための図、図６は、図５の具体例を説明するた
めの図である。図５のステップＳ１において、図６に示
す負荷曲線Ｐ₁又はＰ₂上で、スロットル開度の切換設定
値θ₁又はθ₂を通過したか否かが判定される。負荷曲線
Ｐ₁又はＰ₂のＡ点のように、切換設定値θ₁又はθ₂を通
過するような場合には、エンジン回転数により切換の繰
り返しが起こることはないので、ステップＳ２で５気筒
と４気筒、４気筒と６気筒間で気筒数が切り換えられ
る。

【００２３】負荷曲線Ｐ₂又はＰ₃上で切換設定値θ₁又
はθ₂を通過しない場合には、ステップＳ３で、エンジ
ン回転数上昇時中にエンジン回転数の切換設定値Ｎ₁又
はＮ₂を通過したか否かが判定される。例えば、図６に
おいて、負荷曲線Ｐ₂上のＢ点又はＰ₃上のＣ点を通過す
る場合には、それぞれ４気筒運転から６気筒運転、５気
筒運転から４気筒運転に切り換えられる（Ｓ４）。次
に、ステップＳ５で、通過時のスロットル開度θ₁′又
はθ₂′を新しいスロットル開度の切換設定値として記
憶する。そして、ステップＳ６で、エンジン回転数Ｎが
低下し切換設定値Ｎ₁又はＮ₂より小さいか、且つ、新し
いスロットル開度の切換設定値θ₁′又はθ₂′より小さ
いか否かが判定され、そうであればステップＳ７で気筒
数を４気筒運転から５気筒運転又は６気筒運転から４気
筒運転に切り換える。すなわち、ドライバーがスロット
ル開度をθ₁又はθ₂からθ₁′又はθ₂′に下げる意志が
なければ、エンジン回転数が低下しても４気筒運転から
５気筒運転又は６気筒運転から４気筒運転に切り換わる
ことはない。気筒数切換があった場合には、ステップＳ
８でスロットル開度の切換設定値を元の初期値θ₁又は
θ₂に戻す。

【００２４】図７は、本発明の他の実施形態を説明する
ための図である。スロットル開度は、運転操作レバーを
固定していても、連結用のリンクのがたつきやエンジン
の振動によって僅かながら変動するため、スロットル開
度の切換設定値θ₁、θ₂、θ₂′にヒステリシスΔθを
持たせて、エンジン回転上昇時と下降時とで切換設定値
を相違させ、スロットル開度の変動による切換の繰り返
しを防ぐようにようにする。これにより、エンジン回転
上昇時には、Ａ点で５気筒から４気筒に、Ｂ点で４気筒
から６気筒へ切り替わり、エンジン回転下降時には、
Ｂ′点で６気筒から４気筒に、Ａ′点で４気筒から６気
筒へ切り替わることになる。

【００２５】図８及び図９は、本発明の他の実施形態を
示し、図８は、処理の流れを説明するための図、図９
は、図８の具体例を説明するための図である。エンジン
回転数が低下しながら運転気筒数が増加する４気筒運転
から５気筒運転の場合には、休止していた気筒内に掃気
ポートから混合気が入り、掃気ポートが開いている間に
燃料が薄い状態で点火が開始することがあり、バックフ
ァイヤーが発生しクランクケース内に火が侵入してしま
う。そこで、４気筒運転から５気筒運転に切り換える場
合には、所定時間だけ点火時期を進角させるとともに燃
料噴射量を増量させる制御を行っている。しかしなが
ら、図７で説明したようにスロットル開度にヒステリシ
スを持たせて４気筒運転から５気筒運転に切り換える場
合に以下の問題が生じる。

【００２６】図９（Ａ）の実線に示すように、Ｄ〜Ｈに
示す負荷特性に従って、スロットル開度を減少させ、エ
ンジン回転数を低下させていくと、Ｅ点でエンジン回転
数がＮ₁より小さく、スロットル開度がθ₁′−Δθにな
るので、４気筒運転から５気筒運転に切り換えられ、Ｆ
点までエンジン回転数が低下してゆく。Ｆ点を越える
と、点火時期の進角及び燃料噴射量の増量により、エン
ジン回転数が上昇してゆき、Ｇ点でスロットル開度が全
閉でエンジン回転数がＮ₁を越える場合が生じ、５気筒
運転から４気筒運転に切り替わってしまう。このときＧ
点を通過したときのスロットル開度０にヒステリシスΔ
θをもたせた値−Δθを４気筒運転から５気筒運転への
切換設定値にする制御を行うと、スロットル開度は全閉
より小さくならないため、５気筒運転には戻らないこと
になり、共振が発生してしまう。

【００２７】そこで、エンジン回転数下降時に、エンジ
ン回転数の切換設定値Ｎ₁にヒステリシスΔＮ₁をもた
せ、図９（Ａ）、（Ｂ）の点線に示すように、Ｎ₁−Δ
Ｎ₁の点Ｉで４気筒運転から５気筒運転に切り換えるよ
うにし、これによりエンジン回転数を更に低下させ、点
火時期の進角及び燃料噴射量の増量によりエンジン回転
数が上昇していっても切換設定値Ｎ₁を越えないように
する。このようにすれば、スロットル開度が全閉になっ
ても、４気筒運転に切り替わらないで５気筒運転が継続
されることになる。

【００２８】図８のフロー図で、図５と異なる点は、ス
ロットル開度の切換設定値にヒステリシスΔθをもたせ
（Ｓ１）、エンジン回転下降時にΔθの点で切り換える
ようにした（Ｓ１７、Ｓ１８）点及び４気筒から５気筒
への切換か否かを判定し（Ｓ１６）、４気筒から５気筒
への切換の場合には、切換設定値Ｎ₁にヒステリシスΔ
Ｎ₁をもたせて切り換えるようにした（Ｓ１８）点であ
る。

【００２９】なお、６気筒運転から４気筒運転に切り換
える場合にもヒステリシスΔＮ₂を設けるようにしても
よい。この場合、ヒステリシスを大きくとると、エンジ
ン回転下降時に６気筒運転の不整燃焼域が現れてしまう
ため、ΔＮ₂＜ΔＮ₁にする必要があり、また、ヒステリ
シスはなるべく小さくすることが好ましい。

【００３０】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、本発明はこれに限定されるものではなく種々の変
更が可能である。例えば、上記実施形態においては、６
気筒エンジンに適用した例について説明しているが、こ
れに限定されるものではなく複数の気筒を有するもので
あればよい。また、上記実施形態においては、２サイク
ルエンジンに適用した例について説明しているが、４サ
イクルエンジンへの適用も可能であり、さらに、燃料を
筒内に直接噴射する方式にも適用可能である。さらに、
上記実施形態においては、船外機に適用した例について
説明しているが、エンジンとバッテリにより駆動される
車両にも適用可能である。

【００３１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、運転気筒数の切換が繰り返されるのを防止
し、且つ、一度切り換えられた運転気筒数は、回転数を
変化させるというドライバーの意志がない限り、運転気
筒数が切り換わらないようにすることができる。

【００３２】また、スロットル開度の切換設定値にヒス
テリシスをもたせ、例えば４気筒運転から５気筒運転に
切り換える場合に、スロットル開度全閉状態でも５気筒
運転を継続させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のエンジンの気筒休止制御装置に係わる
制御系の全体構成図である。

【図２】本発明に係わる気筒休止制御に関し、各気筒の
排気パルスの影響を説明するための図である。

【図３】本発明に係わる気筒休止制御に関し、各気筒の
排気ポートの開閉タイミングを示す図である。

【図４】本発明に係わる気筒休止制御を説明するための
図である。

【図５】本発明のエンジンの気筒休止制御装置の１実施
形態を示し、処理の流れを説明するための図である。

【図６】図５の具体例を説明するための図である。

【図７】本発明の他の実施形態を説明するための図であ
る。

【図８】本発明の他の実施形態を示し処理の流れを説明
するための図である。

【図９】図８の具体例を説明するための図である。

【図１０】気筒休止を行った場合のエンジン振動特性を
示す図である。

【図１１】気筒休止運転において共振が生じる理由を説
明するための図である。

【図１２】共振防止のための制御フローを示す図であ
る。

【図１３】共振防止の例を説明するための図である。

【図１４】共振防止の他の例を説明するための図であ
る。

【符号の説明】

１…船外機、３…エンジン、〜…気筒

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ０２Ｄ 45/00 ３０１Ｆ０２Ｄ 45/00 ３０１Ｄ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の気筒を有し各気筒の排気通路を集合
排気管に接続し、気筒休止制御を行うエンジンにおい
て、スロットル開度とエンジン回転数の切換設定値によ
り運転気筒数を変化させるに際し、エンジン回転数上昇
時にエンジン回転数の切換設定値を通過した時のスロッ
トル開度を新たな切換設定値にすることを特徴とするエ
ンジンの気筒休止制御装置。
【請求項２】前記スロットル開度の切換設定値にヒステ
リシスをもたせ、エンジン回転上昇時と下降時とで切換
設定値を相違させたことを特徴とする請求項１記載のエ
ンジンの気筒休止制御装置。
【請求項３】前記エンジン回転数の切換設定値にヒステ
リシスをもたせ、エンジン回転下降時に、エンジン回転
数の切換設定値を越えないようにしたことを特徴とする
請求項２記載のエンジンの気筒休止制御装置。