JP4132772B2

JP4132772B2 - 船舶推進機のエンジン制御装置

Info

Publication number: JP4132772B2
Application number: JP2001315370A
Authority: JP
Inventors: 千寿斉藤
Original assignee: ヤマハマリン株式会社
Priority date: 2001-10-12
Filing date: 2001-10-12
Publication date: 2008-08-13
Anticipated expiration: 2021-10-12
Also published as: JP2003120378A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、船舶推進機のエンジン制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
船舶に備えられる船舶推進機には、エンジンが搭載され、このエンジンの動力によりプロペラを回転して推進力を得ている。この船舶推進機には、エンジン制御装置を備え、吸気圧、スロットル開度及びエンジン回転速度に基づき燃料噴射量を制御するものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
例えば車両に搭載されるエンジンでは、常用域が低速低負荷であり、高速高負荷でリーンバーンを行っても燃費低減率が少ないため、低速低負荷域でリーンバーンを行ない、高速高負荷ではリーンバーンを行っていない。
【０００４】
ところで、船舶推進機に搭載されるエンジンでは、航走開始直後から高速高負荷で運転され、常用域が高速高負荷であることから、高速高負荷でリーンバーンを行うことができれば燃費低減率が大きい。
【０００５】
このように、船舶推進機に搭載されるエンジンで燃費向上のために、リーンバーンを行うことが考えられるが、安定燃焼とＮＯｘの低減を両立するためにはエンジンの排気通路に空燃比センサを配置して、空燃比に基づき燃料噴射量をフィードバック制御し、正確に制御することが望ましい。
【０００６】
しかし、船舶推進機は水中排気であり、航走状態により空燃比センサの設置部の圧力が変化し、これにより空燃比センサの出力が影響される。また、アイドルから全負荷まで排気温度の変化幅が大きく、排気温度の変化に伴い全領域空燃比センサの素子温度が変化し、これにより空燃比センサの出力が影響される。
【０００７】
この発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、全領域空燃比でフィードバック制御を行い、さらに補正により全領域で正確な空燃比制御が可能な船舶推進機のエンジン制御装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決し、かつ目的を達成するために、この発明は、以下のように構成した。
【０００９】
請求項１に記載の発明は、『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、エンジン回転速度を検出するエンジン回転速度検出手段とを備え、吸気圧、スロットル開度及びエンジン回転速度に基づき燃料噴射量を制御する船舶推進機の４サイクルエンジン制御装置において、
前記エンジンの排気通路に、空燃比を検出する空燃比検知手段と、排気圧力を検出する排気圧力検知手段とを備え、
前記空燃比に基づき前記燃料噴射量をフィードバック制御すると共に、前記排気圧力に基づき補正を行ない、
前記エンジンの排気通路は、前記エンジンから前記エンジンの下方に配置された排気ガイド及びオイルパンを貫通して下方に延び、
前記排気通路の前記排気ガイド及びオイルパンよりも下方の部分には、排気膨張室が形成されており、
前記排気膨張室と連通して検出通路が設けられており、
前記検出通路は、前記排気通路の前記排気膨張室よりも前記エンジン側に位置する部分と較べて細く形成されており、
前記排気圧力検知手段は、前記検出通路に配置されており、
前記検出通路は、前記排気ガイド及び前記オイルパンを貫通し前記エンジンまで延びていることを特徴とする船舶推進機のエンジン制御装置。』である。
【００１０】
この請求項１に記載の発明によれば、空燃比に基づき燃料噴射量をフィードバック制御すると共に、空燃比検知手段が測定圧力により出力が影響されることがあっても、排気圧力に基づき補正を行なうことで、全領域でより正確な空燃比制御が可能で安定燃焼とＮＯｘの低減を両立させることができる。また、排気圧力検知手段は、エンジンの排気通路に形成された排気膨張室と連通して設けた検出通路に配置され、検出通路は、エンジンの下方に配置された排気ガイドを貫通しエンジンまで延びていることで、検出通路が長くなっているため排気が膨張して温度が下がっており、排気圧力検知手段に要求される耐熱性が低下し、また排気圧力検知手段を水没しにくい場所に設置でき、また外部から見えるところに排気圧力検知手段を設置でき、保守点検が容易になる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、『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、エンジン回転速度を検出するエンジン回転速度検出手段とを備え、吸気圧、スロットル開度及びエンジン回転速度に基づき燃料噴射量を制御する船舶推進機の４サイクルエンジン制御装置において、
前記エンジンの排気通路に、空燃比を検出する空燃比検知手段と、排気圧力を検出する排気圧力検知手段と、排気温度を検出する排気温度検知手段とを備え、
前記空燃比に基づき前記燃料噴射量をフィードバック制御すると共に、前記排気圧力と前記排気温度に基づき補正を行ない、
前記エンジンの排気通路は、前記エンジンから前記エンジンの下方に配置された排気ガイド及びオイルパンを貫通して下方に延び、
前記排気通路の前記排気ガイド及びオイルパンよりも下方の部分には、排気膨張室が形成されており、
前記排気膨張室と連通して検出通路が設けられており、
前記検出通路は、前記排気通路の前記排気膨張室よりも前記エンジン側に位置する部分と較べて細く形成されており、
前記排気圧力検知手段は、前記検出通路に配置されており、
前記検出通路は、前記排気ガイド及び前記オイルパンを貫通し前記エンジンまで延びていることを特徴とする船舶推進機のエンジン制御装置。』である。
【００１４】
この請求項２に記載の発明によれば、空燃比に基づき燃料噴射量をフィードバック制御すると共に、空燃比検知手段が測定圧力により出力が影響されることがあっても、また空燃比検知手段が素子温度により出力が影響されることがあっても、排気圧力と排気温度に基づき補正を行なうことで、全領域でより正確な空燃比制御が可能で安定燃焼とＮＯｘの低減を両立させることができる。また、排気圧力検知手段は、エンジンの排気通路に形成された排気膨張室と連通して設けた検出通路に配置され、検出通路は、エンジンの下方に配置された排気ガイドを貫通しエンジンまで延びていることで、検出通路が長くなっているため排気が膨張して温度が下がっており、排気圧力検知手段に要求される耐熱性が低下し、また排気圧力検知手段を水没しにくい場所に設置でき、また外部から見えるところに排気圧力検知手段を設置でき、保守点検が容易になる。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、『前記空燃比検知手段に近接して前記排気温度検知手段を配置したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の船舶推進機のエンジン制御装置。』である。
【００１８】
この請求項３に記載の発明によれば、空燃比検知手段に近接して排気温度検知手段を配置したことで、排気温度検知手段が空燃比検知手段の素子温度を精度良く推定できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の船舶推進機のエンジン制御装置の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は船外機の側面図、図２は船舶推進機のエンジン制御装置の概略構成図である。
【００２０】
この実施の形態では、船舶に搭載される船舶推進機として船外機を示すが、船内機にも同様に適用される。船外機１は、船体２の船尾２ａにクランプブラケット３を介して上下、左右に揺動可能に支持されている。この船外機１は、トップカウリング４ａ、ボトムカウリング４ｂ、上部ケース５及び下部ケース６を有し、トップカウリング４ａ及びボトムカウリング４ｂ内にエンジン７が配置され、上部ケース５及び下部ケース６内に推進ユニット８が配設された構造のものである。
【００２１】
エンジン７は、４サイクルの直列４気筒のエンジンであり、このエンジン７により推進ユニット８が駆動される。推進ユニット８は、垂直方向に延びるドライブシャフト９の下端に傘歯車機構１０を介して推進軸１１を連結し、この推進軸１１の後端にプロペラ１２を結合した構成となっている。
【００２２】
この船外機１には、シフトケーブル６０がスライダー６４を介してシフト操作軸６２に連結されている。遠隔のシフト操作によってシフトケーブル６０を作動することで、スライダー６４が移動し、図示しないリンク機構を介して連結されたシフト操作軸６２を作動し、これによりシフト切替手段６３が傘歯車機構１０を制御して前進、ニュートラル、後進のシフト切替が行なわれる。
【００２３】
エンジン７は、排気ガイド１３上に配置され、クランク軸２０を航走時に略垂直をなすように縦向きに配置して構成されており、クランク軸２０の下端にドライブシャフト９の上端が連結されている。
【００２４】
エンジン７は、シリンダブロック２１、クランクケース２２によりクランク軸２０が軸支されている。排気ガイド１３の下面には、オイルパン９０が吊り下げ支持される。シリンダブロック２１には、シリンダヘッド２４が締結され、シリンダヘッド２４には、ヘッドカバー２５が取り付けられている。
【００２５】
シリンダブロック２１に往復動可能に設けられたピストン５０は、コンロッド５１を介してクランク軸２０に連結され、ピストン５０の往復動でコンロッド５１を介してクランク軸２０が回転する。
【００２６】
シリンダブロック２１、ピストン５０及びシリンダヘッド２４で燃焼室５２が形成され、シリンダヘッド２４には燃焼室５２に臨むように点火プラグ５３が取り付けられている。また、シリンダヘッド２４には、燃焼室５２に開口して吸気通路４５及び排気通路４６が形成されている。
【００２７】
シリンダヘッド２４には、動弁機構のカム軸２６ａ，２６ｂが軸支され、クランク軸２０の回転力が図示しないタイミングベルトにより伝達され、このカム軸２６ａ，２６ｂの回転でカム２６ａ１，２６ｂ１により吸気弁３０及び排気弁３１を駆動し、吸気通路４５及び排気通路４６を開閉する。
【００２８】
エンジン７には、船体前方向にサージタンク４０が配置されている。このサージタンク４０の上流側には、スロットルボディ４２が接続され、サージタンク４０の上流側は吸気管４１を介してシリンダヘッド２４の吸気通路４５に接続されている。シリンダヘッド２４には、それぞれの気筒に応じてインジェクタ４３が設けられ、このインジェクタ４３により燃料が吸気通路４５に供給される。
【００２９】
スロットルボディ４２には、アイドルスピードコントロールバルブ４２０、スロットル４２１及びスロットルポジションセンサＳ１で構成されるスロットル開度を検出するスロットル開度検出手段が備えられ、スロットル開度情報を制御装置ＥＣＵに送る。制御装置ＥＣＵは、アイドルスピードコントロールバルブ４２０を制御して安定したアイドル運転を行なう。
【００３０】
サージタンク４０には、圧力センサＳ２及び吸気温センサＳ３が備えられ、吸気圧情報及び吸気温度情報を制御装置ＥＣＵに送る。圧力センサＳ２は、吸気圧を検出する吸気圧検出手段を構成する。
【００３１】
制御装置ＥＣＵは、運転状態に応じてインジェクタ４３を制御する。インジェクタ４３には、燃料供給装置４８から燃料が供給される。燃料供給装置４８は、燃料タンク４８０、フィルタ４８１、低圧ポンプ４８５、ベーパーセパレータ４８２、高圧ポンプ４８３及び圧力調整装置４８４から構成される。
【００３２】
低圧ポンプ４８５の駆動で燃料タンク４８０から燃料がフィルタ４８１を介してベーパーセパレータ４８２に供給される。高圧ポンプ４８３は、ベーパーセパレータ４８２内に配置され、高圧ポンプ４８３の駆動で供給管４３ａ，４３ｂを介して加圧した燃料をインジェクタ４３へ供給する。
【００３３】
余剰燃料は、戻し管４３ｃ、圧力調整装置４８４、戻し管４３ｄを介してベーパーセパレータ４８２へ戻される。圧力調整装置４８４は、連結管４８４ａを介してサージタンク４０に接続され、吸気圧で作動して余分な燃料をベーパーセパレータ４８２へ戻す。
【００３４】
また、シリンダヘッド２４には、水温センサＳ４及びカム角センサＳ５が設けられ、エンジン水温情報及びカム角情報を制御装置ＥＣＵに送る。カム角センサＳ５は、給排気のカム角度を検出するカム角度検出手段を構成する。さらに、排気通路４６には、Ａ／ＦセンサＳ６が備えられ、Ａ／Ｆ情報を制御装置ＥＣＵに送る。
【００３５】
制御装置ＥＣＵには、エンジン回転速度検出手段４９が備えられ、カム角度情報に基づき演算してエンジン回転速度を検出する。エンジン７には、点火装置５５が備えられている。点火装置５５は、パワートランジスタ５５０、イグネッションコイル５５１を備え、制御装置ＥＣＵの制御によりパワートランジスタ５５０を作動してイグニッションコイル５５１を介して運転状態に応じて点火プラグ５３をスパークさせる。
【００３６】
この実施の形態の船舶推進機のエンジン制御装置は、図３乃至図６に示すように構成され、図３はエンジンの排気系の概略構成図、図４は空燃比センサの特性を示す図、図５は圧力による空燃比センサの出力の影響を示す図、図６は素子温度による空燃比センサの出力の影響を示す図である。
【００３７】
この実施の形態のエンジン７の排気系は、図３に示すように、各気筒から集合した排気通路４６が、排気ガイド１３、オイルパン９０を貫通して排気膨張室８０に連通して形成され、水中排気が行なわれる。
【００３８】
この排気通路４６には、空燃比検知手段である空燃比センサＳ６が配置され、空燃比センサＳ６に近接して排気温度検知手段である排気温度センサＳ１０が配置されている。また、エンジン７の排気通路４６に形成された排気膨張室８０と連通して検出通路８１を設け、この検出通路８１に排気圧力検知手段である排気圧力センサＳ１１を配置している。
【００３９】
排気温度センサＳ１０からの排気温度情報、排気圧力センサＳ１１からの排気圧力情報は、制御装置ＥＣＵへ送られる。
【００４０】
この制御装置ＥＣＵは、吸気圧、スロットル開度及びエンジン回転速度に基づき、インジェクタ４３により燃料噴射量を制御する。この燃料噴射量の制御は、空燃比に基づき燃料噴射量をフィードバック制御すると共に、排気圧力と排気温度に基づき補正を行なう。
【００４１】
即ち、空燃比センサＳ６は、図４に示すような空燃比（Ａ／Ｆ）に応じてセンサ出力（Ｖ）が変化する特性を有している。ところで、この空燃比センサＳ６は、図５に示すように、圧力により空燃比センサの出力が影響される。基準圧力において出力が１００％に設定されるが、例えば圧力が基準圧力より低いと出力が小さくなり、このため基準より燃料噴射量を減少させる傾向になり、リーン側にずれる。また、例えば圧力が基準圧力より高いと出力が大きくなり、このため基準より燃料噴射量を増加させる傾向になり、リッチ側にずれる。
【００４２】
また、空燃比センサＳ６は、図６に示すように、素子温度により空燃比センサの出力が影響される。基準素子温度において出力が１００％に設定されるが、例えば素子温度が基準素子温度より低いと出力が小さくなり、このため基準より燃料噴射量を減少させる傾向になり、リーン側にずれる。また、例えば素子温度が基準素子温度より高いと出力が大きくなり、このため基準より燃料噴射量を増加させる傾向になり、リッチ側にずれる。
【００４３】
このように燃料噴射量の制御は、空燃比に基づき燃料噴射量をフィードバック制御すると共に、排気圧力と排気温度に基づきずれの補正を行なうから、空燃比センサＳ６が測定圧力により出力が影響されることがあっても、また空燃比センサＳ６が素子温度により出力が影響されることがあっても、全領域でより正確な空燃比制御が可能で安定燃焼とＮＯｘの低減を両立させることができる。
【００４４】
また、エンジン７の排気通路４６に形成された排気膨張室８０と連通して検出通路８１に排気圧力センサＳ１１を配置することで、排気膨張室８０内では排気が膨張して温度が下がっており、排気圧力センサＳ１１の使用温度が低くなり、排気圧力センサＳ１１に要求される耐熱性が低下する。また、排気圧力センサＳ１１を水没しにくい場所に設置でき耐久性が向上する。また、排気圧力センサＳ１１は外部から見えるところに設置でき、保守点検が容易になる。
【００４５】
また、空燃比センサＳ６に近接して排気温度センサＳ１０を配置したことで、排気温度センサＳ１０が空燃比センサＳ６の素子温度を精度良く推定でき、空燃比センサＳ６は高精度のものでなくても標準のものでよく、その分コストの削減が可能である。
【００４６】
【発明の効果】
前記したように、請求項１に記載の発明では、空燃比に基づき燃料噴射量をフィードバック制御すると共に、空燃比検知手段が測定圧力により出力が影響されることがあっても、排気圧力に基づき補正を行なうことで、全領域でより正確な空燃比制御が可能で安定燃焼とＮＯｘの低減を両立させることができる。また、排気圧力検知手段は、エンジンの排気通路に形成された排気膨張室と連通して設けた検出通路に配置され、検出通路は、エンジンの下方に配置された排気ガイドを貫通しエンジンまで延びていることで、検出通路が長くなっているため排気が膨張して温度が下がっており、排気圧力検知手段に要求される耐熱性が低下し、また排気圧力検知手段を水没しにくい場所に設置でき、また外部から見えるところに排気圧力検知手段を設置でき、保守点検が容易になる。
【００４８】
請求項２に記載の発明では、空燃比に基づき燃料噴射量をフィードバック制御すると共に、空燃比検知手段が測定圧力により出力が影響されることがあっても、また空燃比検知手段が素子温度により出力が影響されることがあっても、排気圧力と排気温度に基づき補正を行なうことで、全領域でより正確な空燃比制御が可能で安定燃焼とＮＯｘの低減を両立させることができる。また、排気圧力検知手段は、エンジンの排気通路に形成された排気膨張室と連通して設けた検出通路に配置され、検出通路は、エンジンの下方に配置された排気ガイドを貫通しエンジンまで延びていることで、検出通路が長くなっているため排気が膨張して温度が下がっており、排気圧力検知手段に要求される耐熱性が低下し、また排気圧力検知手段を水没しにくい場所に設置でき、また外部から見えるところに排気圧力検知手段を設置でき、保守点検が容易になる。
【００５０】
請求項３に記載の発明では、空燃比検知手段に近接して排気温度検知手段を配置したことで、排気温度検知手段が空燃比検知手段の素子温度を精度良く推定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】船外機の側面図である。
【図２】船舶推進機のエンジン制御装置の概略構成図である。
【図３】エンジンの排気系の概略構成図である。
【図４】空燃比センサの特性を示す図である。
【図５】圧力による空燃比センサの出力の影響を示す図である。
【図６】素子温度による空燃比センサの出力の影響を示す図である。
【符号の説明】
１船外機
７エンジン
１３排気ガイド
４３インジェクタ
４６排気通路
８０排気膨張室
８１検出通路
９０オイルパン
Ｓ６空燃比センサ
Ｓ１０排気温度センサ
Ｓ１１排気圧力センサ
ＥＣＵ制御装置

Claims

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、エンジン回転速度を検出するエンジン回転速度検出手段とを備え、吸気圧、スロットル開度及びエンジン回転速度に基づき燃料噴射量を制御する船舶推進機の４サイクルエンジン制御装置において、
前記エンジンの排気通路に、空燃比を検出する空燃比検知手段と、排気圧力を検出する排気圧力検知手段とを備え、
前記空燃比に基づき前記燃料噴射量をフィードバック制御すると共に、前記排気圧力に基づき補正を行ない、
前記エンジンの排気通路は、前記エンジンから前記エンジンの下方に配置された排気ガイド及びオイルパンを貫通して下方に延び、
前記排気通路の前記排気ガイド及びオイルパンよりも下方の部分には、排気膨張室が形成されており、
前記排気膨張室と連通して検出通路が設けられており、
前記検出通路は、前記排気通路の前記排気膨張室よりも前記エンジン側に位置する部分と較べて細く形成されており、
前記排気圧力検知手段は、前記検出通路に配置されており、
前記検出通路は、前記排気ガイド及び前記オイルパンを貫通し前記エンジンまで延びていることを特徴とする船舶推進機のエンジン制御装置。
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、エンジン回転速度を検出するエンジン回転速度検出手段とを備え、吸気圧、スロットル開度及びエンジン回転速度に基づき燃料噴射量を制御する船舶推進機の４サイクルエンジン制御装置において、
前記エンジンの排気通路に、空燃比を検出する空燃比検知手段と、排気圧力を検出する排気圧力検知手段と、排気温度を検出する排気温度検知手段とを備え、
前記空燃比に基づき前記燃料噴射量をフィードバック制御すると共に、前記排気圧力と前記排気温度に基づき補正を行ない、
前記エンジンの排気通路は、前記エンジンから前記エンジンの下方に配置された排気ガイド及びオイルパンを貫通して下方に延び、
前記排気通路の前記排気ガイド及びオイルパンよりも下方の部分には、排気膨張室が形成されており、
前記排気膨張室と連通して検出通路が設けられており、
前記検出通路は、前記排気通路の前記排気膨張室よりも前記エンジン側に位置する部分と較べて細く形成されており、
前記排気圧力検知手段は、前記検出通路に配置されており、
前記検出通路は、前記排気ガイド及び前記オイルパンを貫通し前記エンジンまで延びていることを特徴とする船舶推進機のエンジン制御装置。
前記空燃比検知手段に近接して前記排気温度検知手段を配置したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の船舶推進機のエンジン制御装置。