(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒を備え、該各気筒の排気通路を共通の集合排気通路に接続し、各気筒の有効排気管長が異なる構造を有するエンジンの燃焼制御装置において、各気筒の吸入空気量を求める吸入空気量検出手段と、空燃比を検出する空燃比検出センサと、該検出された空燃比が目標空燃比に収斂するよう燃料供給量を増減する燃料供給量制御手段と、上記検出された空燃比に基づいて、上記燃料供給量の増減によるエンジン回転数の変動が縮小するよう点火時期を制御する点火時期制御手段と、該点火時期制御手段による点火時期を、吸入空気量の多い気筒の点火進角量が吸入空気量の少ない気筒の点火進角量より小さくなるように補正して各気筒毎の点火時期を求める点火時期補正手段とを備えたことを特徴とするエンジンの燃焼制御装置。
【請求項２】
請求項１において、上記エンジンが水中に排気ガスを排出するように構成されており、背圧を検出する背圧検出手段を備え、上記点火時期補正手段が上記背圧をパラメータとして点火時期を補正するように構成されていることを特徴とするエンジンの燃焼制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、例えばＯ２  センサを用いてフィードバック制御を行うようにしたエンジンの運転制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば船外機用２サイクルエンジンでは、Ｏ２  センサにより空燃比を検出し、該検出空燃比が目標空燃比となるよう燃料供給量を制御するようにしたＯ２  フィードバック制御を行い、エンジン性能の向上を図ることが行われている。
【０００３】
このようなＯ２  フィードバック制御を行う場合、通常、上記目標空燃比は、排気ガス量の軽減，燃費向上等の目的から安定した燃焼が得られる範囲において可能な限りリーン側に設定される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ここで一般にエンジンは、図２に実線で示すように、空燃比がリッチ側，又はリーン側に所定範囲を越えて移行するとエンジン回転数は減少するという特性を有している。
【０００５】
そのため、例えば目標空燃比を上記所定範囲の境界値ａ付近に設定して上述のＯ２  フィードバック制御を行った場合、検出空燃比が上記目標空燃比ａを中心に例えばｂ〜ｃの間で変動すると、この検出空燃比の変動に応じて燃料供給量が可変制御され、上記目標空燃比ａに保持される。ところが、この場合燃料供給量が変化することから、エンジン回転数がｄ〜ｅの間で変動することとなる。
【０００６】
このことは、上記船外機用２サイクルエンジンを備えたモータボートにおいては、スロットル開度を一定にしたトロール運転域においてエンジン回転数が増減するという不快な問題を生じる。
【０００７】
また、複数の気筒を備えるエンジンにおいては、各気筒毎に吸入空気量に差が生じる場合があり、この気筒毎の吸入空気量の差に起因してエンジン回転数が増減するという問題が発生する。
【０００８】
また一方、船外機のように排気ガスを水中に排出することから背圧が発生するエンジンでは、この背圧の変化によってエンジンの吸入空気量が変動し、この点からもエンジン回転数が増減するという問題が発生する。
【０００９】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、空燃比が目標空燃比となるように燃料供給量をフィードバック制御した場合の、エンジン回転数の変動を防止できるエンジンの燃焼制御装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
図１０に示すように、請求項１の発明に係るエンジンの燃焼制御装置は、複数の気筒を備え、該各気筒の排気通路を共通の集合排気通路に接続し、各気筒の有効排気管長が異なる構造を有するエンジンの燃焼制御装置において、各気筒の吸入空気量を求める吸入空気量検出手段と、空燃比を検出する空燃比検出センサと、該検出された空燃比が目標空燃比に収斂するよう燃料供給量を増減する燃料供給量制御手段と、上記検出された空燃比に基づいて、上記燃料供給量の増減によるエンジン回転数の変動が縮小するよう点火時期を制御する点火時期制御手段と、該点火時期制御手段による点火時期を、吸入空気量の多い気筒の点火進角量が吸入空気量の少ない気筒の点火進角量より小さくなるように補正して各気筒毎の点火時期を求める点火時期補正手段とを備えたことを特徴としている。
【００１３】
請求項２の発明に係るエンジンの燃焼制御装置は、請求項１において、上記エンジンが水中に排気ガスを排出するように構成されており、背圧を検出する背圧検出手段３６を備え、上記点火時期補正手段５９が上記背圧をパラメータとして点火時期を補正するように構成されていることを特徴としている。
【００１４】
【作用】
請求項１の発明によれば、空燃比検出センサ３５によりエンジンの空燃比が検出され、この検出値に基づいて燃料供給量制御手段５６によりエンジンへの燃料供給量が制御されるとともに、点火時期制御手段５７によりエンジンの点火時期が制御される。
【００１５】
このように、検出空燃比に基づいて燃料供給量とエンジンの点火時期とを制御するようにしたので、燃料供給量の増減によるエンジン回転数の変動が点火時期の制御により吸収され、エンジン回転数を安定させることができる。
【００１６】
また、点火時期制御手段５７によるエンジンの点火時期が、点火時期補正手段５９により、吸入空気量の変化を表すパラメータに基づいて補正される。
【００１７】
このように、エンジンの点火時期を吸入空気量の変化に応じて制御するようにしたので、吸入空気量の変動によるエンジン回転数の増減を回避することができる。
【００１８】
また、吸入空気量検出手段５８により各気筒毎の吸入空気量が求められ、上記空燃比に基づいて設定された点火時期が、点火時期補正手段５９により、各気筒の特性に起因する吸入空気量のばらつきに基づいて補正され、各気筒に対応した点火時期が求められる。
【００１９】
このように、集合排気方式を採用したことによる各気筒毎の吸入空気量のばらつきに基づいて各気筒の点火時期を制御するようにしたので、各気筒毎に吸入空気量が異なる場合においても各気筒の出力の差異を軽減し、エンジン回転数の変動を防止することができる。
【００２０】
請求項２の発明では、点火時期制御手段５７による点火時期を点火時期補正手段５９により背圧の変化に基づいて補正するようにしたので、背圧の変化に起因するエンジン回転数の変動を防止することができる。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
図１ないし図１０は、本発明の一実施例によるエンジンの燃焼制御装置を説明するための図であり、図１は本装置が適用された船外機用２サイクルエンジンの概略構成図、図２は空燃比と回転数との相関関係を示す図、図３はＯ２  フィードバック制御時の時間に対する燃料噴射量と点火時期との相関関係を示す図、図４は進角補正量と回転数の上昇量との相関関係を示す図、図５は吸入空気量と進角補正量との相関関係を示す図、図６は背圧と吸入空気量との相関関係を示す図、図７は背圧と進角補正量との相関関係を示す図、図８は気筒数による回転数と吸入空気量との相関関係を示す図、図９は上記実施例装置の動作を説明するためのフローチャート図、図１０は上記実施例装置のクレーム構成図である。
【００２２】
図１において、１は船外機用２サイクルクランク軸縦置３気筒エンジンであり、これはシリンダブロック２のシリンダボア３ａ内にピストン３を摺動自在に挿入配置し、該ピストン３をコンロッド４でクランク軸５に連結した構造のものである。なお、Ａ−Ａ断面中、▲１▼〜▲３▼は気筒番号を示しており、上記エンジン１は、上記各気筒▲１▼〜▲３▼の排気ポートを集合排気管５４に連通した集合排気構造を有しており、各気筒▲１▼，▲２▼，▲３▼は上段，中段，下段に位置していることから排気管の有効管長が異なり、各気筒への吸入空気量とエンジン回転速度との関係は図８に示すように各々異なる特性を有する。
【００２３】
上記シリンダブロック２の合面にはシリンダヘッド６が装着されており、該シリンダヘッド６に形成された燃焼凹部内には点火プラグ７が挿入されている。なお、２ａは排気ポート，２ｂは掃気ポートである。
【００２４】
また上記実施例エンジン１は各種のセンサを備えている。即ち、上記シリンダヘッド６には筒内圧を測定するための圧力センサ３１が、シリンダブロック２にはエンジン温度検出センサ３７が、上記クランク軸５にはクランク角度（エンジン回転数）を検出するための角度センサ３３が、またクランク室８には吸気温または機関の温度を測定するための温度センサ３２及びクランク室内圧を測定するための圧力センサ３４が、さらにまた排気膨張管には背圧を検出するための背圧センサ３６がそれぞれ装着されている。
【００２５】
また▲１▼番気筒と▲２▼番気筒との排気ポート２ａより燃焼室寄り部分同士はバイパス通路４０で連通されており、該通路４０の途中部分に、既燃ガスの空燃比を検出するためのＯ２  センサ（空燃比検出センサ）３５が接続されている。なお、一般に２サイクルエンジンの場合には新気吹き抜けの現象があり、このため導入された新気の一部が燃焼ガスとともに排出されるので、従来のようにＯ２  センサを単に排気管に取り付けるだけでは正確な空燃比を検出できなかった。本実施例では、上述のバイパス通路４０にＯ２  センサを配置したので、正確な空燃比を検出できる。
【００２６】
なお、上記Ｏ２  センサは、▲１▼番気筒の燃焼室近傍から取り出した導入パイプの先端に取付けても良い。
【００２７】
上記各気筒のクランク室８には各吸気通路１０がシリンダボア３ａを介して又は直接連通するようにそれぞれ接続されている。該各吸気通路１０のクランク室側開口近傍には、吸気の逆流を防止するためのリードバルブ１１が配設されている。また上記各吸気通路１０には該吸気通路内に燃料を噴射するためのインジェクタ１２が装着されており、該インジェクタ１２には燃料供給装置１３が接続されている。なお、インジェクタを全気筒共通としてもよい。この場合には吸気マニホールドの集合部に設けることになる。また上記吸気通路１０内にはスロットルバルブ１５が配設されており、該スロットルバルブ１５の回動量すなわちスロットル角はセンサ４１により検出されるようになっている。さらに船外機本体５０には、トリム角βを検出するためのトリム角検出センサ４２が設けられている。なお、５５は上記船外機本体５０が取り付けられる船体を示している。
【００２８】
上記エンジン１は制御部としてのＥＣＵ３０を備えている。該ＥＣＵ３０には、上記筒内圧検出センサ３１，吸気温検出センサ３２，クランク角度検出センサ３３，クランク室内圧検出センサ３４，Ｏ２  センサ３５，背圧検出センサ３６，エンジン温度検出センサ３７，スロットル角検出センサ４１，トリムスイッチ５１，マウント高さ検出センサ５２，大気圧検出センサ，シフトスイッチ，冷却水温度検出センサ，及びエンジン振動センサの各検出信号が入力されている。またＥＣＵ３０の出力制御信号は、上記点火プラグ７，インジェクタ１２，及びトリム角調節装置５３にそれぞれ入力されている。
【００２９】
ここで、本実施例のＥＣＵ３０は、検出空燃比が目標空燃比よりリーン側にある場合には点火時期を進角側に補正する。そしてこの点火時期の進角値は、吸入空気量を表すパラメータによって補正される。例えば図４に示すように、点火時期を進角するとエンジン回転数は増大するが、この上昇量は特性線Ａ，Ｂ，Ｃに示すように、吸入空気量が増加するに伴って増大する傾向を備えている。このことから、図５に示すように、吸入空気量が小さいほど上記進角補正量を大きくし、逆に吸入空気量が大きいほど上記進角補正量を小さく設定することが必要である。
【００３０】
一方、図６に示すように、背圧の増大に伴って吸入空気量は減少することから、本実施例では、図７に示すように、背圧の増加に伴って進角補正量を大きく設定しており、上記ＥＣＵ３０には図５に対応するマップが格納されている。
【００３１】
また、本実施例エンジンのように３つの気筒▲１▼〜▲３▼を集合排気管に接続した場合、各気筒への吸入空気量は図８に示すように差異があり、しかもエンジン回転数の増加に伴って異なる傾向をもって変化する。そこで本実施例では、図８に示す各気筒毎の吸入空気量のばらつき傾向に伴って点火進角量を補正する。即ち、吸入空気量の多い気筒の点火進角量を吸入空気量の少ない気筒の点火進角量より小さく制御する。
【００３２】
次に本実施例の作用効果について説明する。
本実施例においては、既燃ガスの空燃比に応じて燃料噴射量，及び点火時期の進角制御を行うが、この進角値を吸入空気量を表すパラメータに応じてさらに補正する。
【００３３】
まず、上記燃料供給量，点火時期の進角制御を図３に基づいて詳細に説明する。まず、目標空燃比を図２のａに設定した場合、上記エンジン１の既燃ガスの空燃比は図３（ａ）に示すように時間ｔの経過に伴ってλ＝１（Ａ／Ｆ＝ａ）を基準としてリーン側とリッチ側との間で変動することとなる。この変動に応じて図３（ｂ）に示すように上記Ｏ２  センサ３５から目標値よりリッチ，リーンであることを示す大，小の検出値が出力される。
【００３４】
すると本実施例では、上記検出値の変化に同期させて燃料噴射量を図３（ｃ）に示すように制御する。即ち、上記空燃比がリッチ側からリーン側に変化すると、燃料噴射量を所定値ｆに設定するとともに、一定の割合で増加させる。これにより、上記空燃比がリッチ方向に制御される。また、上記空燃比がリーン側からリッチ側に変化すると、燃料噴射量を所定値ｇに設定するとともに、一定の割合いで減少させる。これにより、上記空燃比がリーン方向に制御される。
【００３５】
ここで、本実施例では目標空燃比をできる限りリーン側のＡ／Ｆ＝ａに設定しているので、上記検出空燃比がａよりさらにリーン側になるとエンジン回転数は図２に示すように低下することとなる。そのためそのままではエンジン回転数は図３（ｄ）に破線で示すように減少する。そこで本実施例では、上記検出空燃比が目標値ａよりリーン側にある場合には、図３（ｅ）に示すように、点火時期を進角側に制御するようにしている。これにより、上記エンジン回転数が図３（ｄ）の目標ｒｐｍに安定化される。この場合、図３（ｅ）の実線Ｄ，一点鎖線Ｅで示すように吸入空気量が多いほど上記空燃比に基づく進角量を小さくする。
【００３６】
次に、上記点火時期の進角量の補正制御を図４〜９に基づいて詳細に説明する。
まず、上記ＥＣＵ３０により、背圧，エンジン回転数，スロットル開度（エンジン負荷），気筒番号，フィードバック信号等の各データが読み込まれ、フィードバック信号に基づいて燃料噴射量が演算される（ステップＳ１，Ｓ２）。
【００３７】
また、上記エンジン回転数，負荷に基づいて基本マップから基本点火時期が設定されるとともに、上記燃料噴射量（あるいはフィードバック信号）に基づいて点火時期の進角値が演算される（ステップＳ３，Ｓ４）。
【００３８】
そして、上記進角値の補正値が、吸入空気量を表すパラメータに基づいて求められ、最終進角値が求められ、点火時期がこの最終進角値に補正制御される（ステップＳ５，Ｓ６）。
【００３９】
ここで上記吸入空気量を表すパラメータとして、例えば背圧，気筒番号が採用できる。図６，図７に示すように背圧が大きいほど吸入空気量は少なくなるので、背圧が大きいほど上記進角値はより進角側に補正される。これにより背圧が大きいことに起因して吸入空気量が少なくなることによるエンジン回転数の低下が補われ、その結果エンジン回転数が一定に保持される。
【００４０】
また、上記気筒番号▲１▼〜▲３▼においては、図８に示すように、エンジン回転数の増加に伴って上段の♯１気筒▲１▼では吸入空気量が減少するのに対し、下段の♯３気筒▲３▼では吸入空気量は増大し、また中段の♯２気筒▲２▼ではあまり変化しない傾向がある。このことから本実施例では、例えば３０００ｒｐｍにおいては、吸入空気量の最も多い♯１気筒▲１▼の進角補正量を最小に、吸入空気量の最も小さい♯３気筒▲３▼の進角補正量を最大に、♯２気筒▲２▼の進角補正量をその中間に設定している。そしてエンジン回転数の増加に伴って吸入空気量が増加するほど進角補正量を小さくし、空気量が減少するほど進角補正量を大きくしている。その結果本実施例では、吸入空気量の異なる全ての気筒▲１▼〜▲３▼を目標回転数に制御でき、エンジン回転数の変動を防止することができる。
【００４１】
以上のように、本実施例では、検出空燃比に基づいて燃料供給量をフィードバック制御するとともに、点火時期を進角制御するようにしたのでスロットル開度を一定に保持していながらエンジン回転数が変動するのを防止でき、もってエンジン回転数の安定化を図ることができる。
【００４２】
即ち、図２に示すように、回転数が減少する空燃比ａ〜ｃの範囲で点火時期を進角させて回転数をｄまで上昇させることにより、空燃比がｂ〜ｃの間で変動した場合でも、エンジン回転数をｄの値に略一定に維持できることとなる。なお、図２の一点鎖線は、上記同一スロットル開度において点火時期を進角させた場合の特性を示しており、空燃比がｃのときの回転数がｅからｄに上昇していることがわかる。
【００４３】
なお、上記実施例では、図２に示すように、目標空燃比をリーン側のａに設定した場合について説明したが、本発明は、急加速時の加速性を向上する目的等から上記目標空燃比をリッチ側の例えばｈに設定した場合にも適用できる。この場合、検出空燃比が目標値ｈよりさらにリッチ側に変動したときに、点火時期を進角して回転数を上昇させる制御を行うこととなり、このように上記空燃比をリッチ側に設定した場合でも回転数の変動を抑制することができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように請求項１の発明によれば、検出空燃比に基づいて燃料供給量と共に点火時期を制御するようにしたので、目標空燃比をリーン側，あるいはリッチ側に設定した場合のエンジン回転数の安定化を図ることができる効果がある。
【００４５】
また、点火時期の進角量を、吸入空気量の変化を表すパラメータに基づいて補正するようにしたので、エンジン回転数をより一層安定化できる効果がある。
【００４６】
また、請求項２の発明によれば、背圧の変化に基づいて上記進角量を補正するようにしたので、背圧の発生する船外機等のエンジンにおいても回転数の安定化を図ることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例によるエンジンの燃焼制御装置が適用された船外機用２サイクルエンジンの概略構成図である。
【図２】上記実施例装置における空燃比と回転数との相関関係を示す図である。
【図３】上記実施例装置のＯ２  フィードバック制御時の燃料噴射量と点火時期との相関関係を示す図である。
【図４】上記実施例装置の進角補正量と回転数の上昇量との相関関係を示す図である。
【図５】上記実施例装置の吸入空気量と進角補正量との相関関係を示す図である。
【図６】上記実施例装置の背圧と吸入空気量との相関関係を示す図である。
【図７】上記実施例装置の背圧と進角補正量との相関関係を示す図である。
【図８】上記実施例装置の気筒数による回転数と吸入空気量との相関関係を示す図である。
【図９】上記実施例装置の動作を説明するためのフローチャート図である。
【図１０】上記実施例装置のクレーム構成図である。
【符号の説明】
１  エンジン
３５  Ｏ２  センサ（空燃比検出センサ）
３６  背圧検出センサ（背圧検出手段）
５４  集合排気通路
５６  燃料供給量制御手段
５７  点火時期制御手段
５８  吸入空気量検出手段
５９  点火時期補正手段
▲１▼〜▲３▼  気筒
【図１】
0003614912.tif 000002
【図２】
0003614912.tif 000003
【図３】
0003614912.tif 000004
【図４】
0003614912.tif 000005
【図５】
0003614912.tif 000006
【図６】
0003614912.tif 000007
【図７】
0003614912.tif 000008
【図８】
0003614912.tif 000009
【図９】
0003614912.tif 000010
【図１０】
0003614912.tif 000011