(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の左気筒と複数の右気筒とをＶバンクをなすように配置し、該左，右のバンクの気筒の排気ポートを左，右集合排気通路に合流させるとともに該左，右集合排気通路を所要の膨張容積を有するマフラ内に開口させ、燃料を燃料噴射弁により左，右バンクの気筒用吸気系又は気筒内に噴射供給するようにした船外機用燃料噴射式２サイクルエンジンの運転制御装置において、上記マフラを上記左，右集合排気通路の下流端部を構成する左，右排気管が位置する左，右膨張室に画成したことを特徴とする船外機用燃料噴射式２サイクルエンジンの運転制御装置。
【請求項２】
請求項１において、スロットル開度及びエンジン回転数に基づいてエンジンの運転域を検出する運転域検出手段と、低中負荷運転域では上記集合排気通路の下流端合流点に近い下流側気筒への燃料量を下流端合流点から遠い上流側気筒への燃料量より少なくするとともに、高負荷運転域では下流側気筒への燃料量と上流側気筒への燃料量とを略同量とする噴射量制御手段とを備えたことを特徴とする船外機用燃料噴射式２サイクルエンジンの運転制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、各気筒への吸気系又は気筒内に燃料を噴射供給するようにした燃料噴射式２サイクルエンジンの運転制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば船外機に採用されるエンジンのように、クランク軸を垂直方向に縦置配置し、複数気筒を並列配置するとともに、該各気筒の排気ポートをクランク軸方向に延びる１つの集合排気通路に集合させ、該集合排気通路の下流端部を所要の膨張容積を有するマフラ内に開口させ、該マフラからの排気ガスを水中に排出するようしたエンジンがある。
【０００３】
そしてこの種のエンジンにおいて、燃料を燃料噴射弁により各気筒への吸気系に又は気筒内に直接噴射供給するようしたものがある。この場合、吸気マニホールド等において吸入空気量を検出し、該検出された吸入空気量から目標空燃比にするための燃料量を求め、該燃料量が得られるように燃料噴射弁の開時間，開時期を制御するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが上記多気筒集合排気エンジンでは、各気筒毎の吸気量が必ずしも同一ではなく、そのため燃料噴射量を吸気マニホールド等で検出された吸入空気量に応じて全気筒同一に制御すると、気筒毎に空燃比が異なる場合がある。その結果、排気ガス成分が悪化したり、エンジン回転が不安定となったり、目標とするトルクが得られなかったりする問題がある。なお、気化器式エンジンの場合には、吸気量に応じた燃料量となるので、気筒毎に空燃比が異なる問題は生じない。
【０００５】
本発明は上記従来の問題に鑑みてなされたもので、各気筒毎の空燃比の変動を抑制でき、排気ガス成分，燃焼状態の改善を図ることのできる燃料噴射式２サイクルエンジンの運転制御装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本願発明者は、上記問題を解消するために、多気筒集合排気エンジンにおいて気筒毎に吸気量が異なる原因として、各気筒からの排気ガス同士の干渉に着目した。即ち、多気筒集合排気エンジンでは、集合排気通路の下流端合流点に近い下流側気筒では、上流側からの排気ガスの干渉によって排気ガスの抜けが悪化してそれだけ残留ガスが増加し、そのため下流側気筒では上流側気筒より吸入空気量が少なくなるという知見を得た。
【０００８】
ここで上述の排気ガス同士の干渉による問題は、Ｖ型エンジンにおいては左，右バンク間でも生じることが見出された。即ち、Ｖ型エンジンにおいて左，右バンクからの左，右集合排気通路をマフラ内に開口させた場合は、この左，右バンクからの排気ガス同士の干渉により左，右バンク毎に吸入空気量が異なることがあることが判った。
【０００９】
そこで請求項１の発明は、複数の左気筒と複数の右気筒とをＶバンクをなすように配置し、該左，右のバンクの気筒の排気ポートを左，右集合排気通路に合流させるとともに該左，右集合排気通路を所要の膨張容積を有するマフラ内に開口させ、燃料を燃料噴射弁により左，右バンクの気筒用吸気系又は気筒内に噴射供給するようにした船外機用燃料噴射式２サイクルエンジンの運転制御装置において、上記マフラを上記左，右集合排気通路の下流端部を構成する左，右排気管が位置する左，右膨張室に画成したことを特徴としている。
【００１０】
また請求項２の発明は、請求項２のＶ型エンジンにおいて、スロットル開度及びエンジン回転数に基づいてエンジンの運転域を検出する運転域検出手段と、低中負荷運転域では上記集合排気通路の下流端合流点に近い下流側気筒への燃料量を下流端合流点から遠い上流側気筒への燃料量より少なくするとともに、高負荷運転域では下流側気筒への燃料量と上流側気筒への燃料量と略同量とする噴射量制御手段とを備えたことを特徴としている。
【００１３】
【作用】
請求項１の発明では、左，右バンクからの左，右集合排気通路が開口するマフラ内を、左，右膨張室に画成したので、このマフラ内における左，右集合排気通路を出た排気ガス同士の干渉が回避される。そのため左，右バンク毎の吸入空気量の差が抑制され、空燃比が互いに近似することとなる。
【００１４】
請求項２の発明では、さらに低中負荷運転域では、左，右バンク内における下流側気筒への燃料量を上流側気筒への燃料量より少なく制御したので、各気筒の空燃比をより一層近似させることができ、また高負荷運転域では左，右バンク内における上流側，下流側気筒への燃料量を略同量としたので、熱負荷の大きい下流側気筒を冷却してノッキングの発生を抑制できる。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
図１ないし図８は、本発明の第１実施例による筒内噴射式２サイクルエンジンの運転制御装置を説明するための図であり、図１は該実施例エンジンの断面正面図、図２は燃焼室回りの断面側面図、図３はピストン頭部を示す断面正面図、図４は噴射孔部分の拡大断面図、図５は運転制御装置のブロック構成図、図６は運転制御動作を説明するための特性図、図７，図８は作用効果を説明するための特性図である。
【００１６】
図において、１は船外機であり、これはクランク軸縦置（垂直置）状態で搭載されるエンジン２の下端接続面にエキゾーストガイド３，アッパケース４，ロアケース５を順次下方に積層接続し、ロアケース５にスクリュー６を配設した構造のものである。
【００１７】
上記エンジン２は、筒内噴射式２サイクルＶ型６気筒エンジンであり、６つのシリンダボア７ａ〜７ｆが平面から見てＶバンクをなすように形成されたシリンダブロック７にシリンダヘッド８，ヘッドカバー９を図１紙面垂直方向手前側に順次積層接続し、ヘッドボルト１０で緊結されている。また上記シリンダブロック７の図１裏面側にはクランクケース２３が形成されている。なお、以下、必要に応じて上記シリンダボア７ａ，７ｄを上段気筒、シリンダボア７ｂ，７ｅを中段気筒，シリンダボア７ｃ，７ｆを下段気筒と呼ぶ。
【００１８】
上記シリンダボア７ａ〜７ｆ内にはそれぞれピストン１１が摺動自在に挿入配置され、該各ピストン１１はコンロッド１２ａを介してクランク軸１２ｂに連結されている（図５参照）。上記ピストン１１の頭部にはピストン側燃焼凹部１１ａが凹設されており、該燃焼凹部１１ａは、上記シリンダヘッド８のブロック側合面にシリンダボア軸線ａを中心とする球面状に凹設されたヘッド側燃焼凹部８ａとで燃焼室を構成する。上記ピストン側燃焼凹部１１ａは、シリンダボア軸線ａを中心とする円形に形成されており、またその容積は上記ヘッド側燃焼凹部８ａより大きく設定されている。
【００１９】
また上記シリンダヘッド８には、燃料噴射弁１３，及び点火プラグ１４が挿入配置されている。上記燃料噴射弁１３の噴射軸線は上記シリンダボア軸線ａと一致しており、また上記点火プラグ１４の電極１４ａは上記ヘッド側燃焼凹部８ａ内に突出している。
【００２０】
上記燃料噴射弁１３は、円筒状の弁ケーシング１５の燃料通路１５ａ内に弁体１６を軸方向に進退自在に挿入配置し、該弁体１６を図示しない電磁コイルで進退駆動するように構成されている。上記弁ケーシング１５の先端には噴射部が形成されており、該噴射部は、上記燃料通路１５ａに続いて形成されたシール面１５ｅと、噴射孔１５ｄとで構成されている。
【００２１】
上記噴射孔１５ｄは、所定の噴霧角θが得られるＬ／Ｄ比を有しており、この噴霧角θは、下死点に位置するピストン１１のピストン側燃焼凹部１１ａの略全域に燃料が噴霧される角度に設定されている。
【００２２】
また上記弁体１６の先端には、上記噴射孔１５ｄと燃料通路１５ａとの境界をなすシール面１５ｅを開閉する弁部１６ａが形成され、該弁部１６ａの上流側近傍には上記燃料通路１５ａの内面に摺接して弁体１６を案内するとともに、上記燃料通路１５ａを閉塞するガイド（栓部）１６ｂが形成されている。該ガイド１６ｂの表面には、燃料溝１６ｃが複数凹設されている。
【００２３】
上記シリンダボア７ａ〜７ｆはそれぞれ１つの対向掃気ポート１７ａと２つのメイン掃気ポート１７ｂ，１７ｂによりクランク室７ｇに連通している。また上記シリンダボア７ａ〜７ｆには排気ポート１８ａ〜１８ｆがそれぞれ上記対向掃気ポート１７ａと対向するように開口している。
【００２４】
図１の左バンクの排気ポート１８ａ〜１８ｃは左集合ポート１９ａに、右バンクの排気ポート１８ｄ〜１８ｆは右集合ポート１９ａに合流しており、該左，右集合ポート１９ａ，１９ｂの下流端にはそれぞれ上記エキゾーストガイド３内の左，右排気通路３ａ，３ｂを介して左，右排気管２０ａ，２０ｂが接続されている。上記左，右集合ポート１９ａ，１９ｂと、左，右排気通路３ａ，３ｂと、左，右排気間２０ａ，２０ｂによりそれぞれ左，右集合排気通路が構成されている。
【００２５】
上記左，右排気管２０ａ，２０ｂは、上記アッパケース４内に配置されたマフラ２１内に挿入配置されており、このマフラ２１は、画壁２２により上記左，右排気管２０ａ，２０ｂが開口する左，右膨張室２１ａ，２１ｂに画成されている。この左，右膨張室２１ａ，２１ｂは、上記左，右バンクのシリンダボア７ａ〜７ｃ，７ｄ〜７ｆからの排気ガスの圧力波が略大気圧状態に解放されるのに必要な容積を有している。なお、上記マフラ２１とアッパケース４との間の空間は、マフラ２１に冷却水を供給するための冷却室となっている。
【００２６】
また上記マフラ２１の下流端には上記ロアケース５内に形成された排気通路５ａが接続されており、この排気通路５ａは上記左，右バンクに対して共通の通路となっている。即ち、本実施例船外機１では、左，右バンクのシリンダボア７ａ〜７ｃ，７ｄ〜７ｆからの排気ガスはマフラ２１の出口までそれぞれ独立の通路を通り、該マフラ２１を通過して始めて合流することとなる。
【００２７】
図５に示すように、上記エンジン２のクランクケース２３には吸気マニホールド２５の各分岐通路２５ａが接続されており、該分岐通路２５ａのクランクケース２３への接続部には逆流防止用リード弁２４が配設されている。また上記分岐通路２５ａにはスロットル弁２６が配設されている。このスロットル弁２６は運転者によるスロットル操作子（スロットルレバー）の操作量に応じた開度にスロットル駆動機構２８を介して制御される。また上記吸気マニホールド２５の上流端部には全気筒の総吸入空気量を検出するセンサ３２が配設されている。
【００２８】
本実施例エンジン２のＥＣＵ（運転制御装置）３０は、図５に示すように、スロットル開度検出センサ３１からのスロットル開度，及びエンジン回転数検出センサ２９からのエンジン回転数に基づいてエンジン運転域の検出を行う運転域検出手段３０ａとして、またスロットル開度制御手段３０ｂ，噴射量制御手段３０ｃ，及び点火時期制御手段３０ｄとして機能する。
【００２９】
次に本実施例装置の作用効果について説明する。
本実施例装置では、スロットル開度検出センサ３１，エンジン回転数検出センサ２９によりスロットル開度，エンジン回転数がそれぞれ検出され、また吸入空気量検出センサ３２によりエンジン全体の吸入空気量が検出される。
【００３０】
そして負荷が最小状態から中程度まで、つまりスロットル開度が最小開度から中開度（約２０度）までの低中負荷運転域では、中段気筒７ｂ，７ｅへの燃料噴射量は負荷（スロットル開度）又は検出された吸入空気量に基づいて目標空燃比（理論空燃比）が得られる基準噴射量に制御される。一方、下段気筒７ｃ，７ｆへの燃料噴射量は上記基準噴射量より減少させた量に、また上段気筒７ａ，７ｄへの燃料噴射量は基準噴射量よりも増加させた量にそれぞれ制御される。この減少量及び増加量は、図６（ｂ）の領域Ａ１に示すように負荷（スロットル開度）が低いほど大きく、かつ負荷が中負荷に近づくほど小さくなるように制御される。
【００３１】
上記減量，増量制御により、図７に示すように、下段気筒７ｃ，７ｆにおいては、空燃比はリッチから理論空燃比側に変化し、また上段気筒７ａ，７ｄではリーン傾向から理論空燃比側に変化する。そのため図６（ａ）の領域Ｂ１に示すように全ての気筒における空燃比が近似するとともに、図７（ａ）に示すように、下段，上段気筒からのＨＣの排出濃度が最小濃度側に変化する。また図７（ｂ）に示すように、上段，下段気筒におけるトルクは最大トルク側に変化する。
【００３２】
また本実施例エンジン２では、マフラ２１を画壁２２により左，右膨張室２１ａと２１ｂとに画成し、該左，右膨張室２１ａ，２１ｂ内に左バンク側の気筒からの集合排気通路と１９ａに接続された左排気管２０ａ，右バンク側の気筒から集合排気通路１９ｂに接続された右排気管２０ｂをそれぞれ開口させたので、左，右バンク側気筒からの排気ガス同士はマフラ２１を通過するまで混合されることなく独立して流れる。従って、左，右バンク側気筒からの排気ガス同士の干渉が回避されるので、この点からも空燃比の変動が抑制される。その結果、図８（ａ）に示すように左，右バンク気筒からのＨＣの排出濃度が最小濃度側に変化し、また図８（ｂ）に示すように左，右バンク気筒におけるトルクが最大トルク側に変化する。
【００３３】
そして上記スロットル開度がさらに開かれ、上記中負荷域を越えて高負荷域に入ると、燃料噴射量の減少補正及び増加補正が停止され、上段，中段，下段気筒の何れの燃料噴射量も同一の基準噴射量に制御される（図６（ｂ）の領域Ａ２参照）。この基準噴射量に制御された結果、空燃比は下段気筒７ｃ，７ｆではリッチとなり、上段気筒７ａ，７ｄではリーンとなり、各段の気筒における空燃比に差が生じる（図６（ａ）の領域Ｂ２参照）。
【００３４】
上記各段の気筒は、集合排気通路１９ａ，１９ｂ内を流れる排気ガスによる熱負荷を受けるが、この熱負荷は高負荷運転域ほど大きくなり、また上段気筒７ａ，７ｄに較べて下段気筒７ｃ，７ｆの方が大きく、ノッキングが発生し易い。本実施例では上述のように、高負荷運転域では、下段気筒７ｃ，７ｆについては空燃比がリッチとなっており、そのため下段気筒では燃料によりピストンヘッド等が冷却されることとなり、熱負荷が緩和され、ノッキングの発生が抑制される。
【００３５】
また本実施例では、燃料噴射弁１３の噴射孔１５ｂのＬ／Ｄを小さく設定することにより噴霧角度θを大きくしたので、噴射された燃料の霧化，及び空気との混合が促進され、均一な混合気が形成され、燃焼の活性化が図られる。
【００３６】
さらにまた、燃料噴射弁１３からの燃料を、大きな噴霧角θでもって、ピストン１１の頂部に凹設されたピストン側燃焼凹部１１ａの全域に向けて噴射したので、該燃焼凹部１１ａにより燃料が反射して空気との混合が良好となるとともに、燃料の噴射時期を早めて排気ポートが開いている時点で噴射を終了しても吹き抜けを抑制できる。このように噴射時期を早めることができるので、燃料の霧化，混合時間が長くなり、この点からなも均一の混合気が得られる。
【００４０】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、左，右バンクからの左，右集合排気通路が開口するマフラ内を、左，右膨張室に画成したので、このマフラ内における左，右集合排気通路を出た排気ガス同士の干渉を回避でき、左，右バンク毎の吸入空気量の差を抑制して空燃比を近似化することができ、排気ガスの清浄化，及びトルクアップを図ることができる効果がある。
【００４１】
請求項２の発明によれば、さらに低中負荷運転域では、左，右バンク内における下流側気筒への燃料量を上流側気筒への燃料量より少なく制御したので、各気筒の空燃比をより一層近似させることができ、また高負荷運転域では左，右バンク内における上流側，下流側気筒への燃料量を略同量としたので、熱負荷の大きい下流側気筒を冷却してノッキングの発生を抑制できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による運転制御装置を備えたエンジンの断面正面図である。
【図２】上記エンジンの断面側面図である。
【図３】上記エンジンのＩＩＩ−ＩＩＩ  線断面図である。
【図４】上記実施例装置の燃料噴射弁の断面側面図である。
【図５】上記実施例装置のブロック構成図である。
【図６】上記実施例の作用効果を説明するための特性図である。
【図７】上記実施例の作用効果を説明するための空燃比−ＨＣ濃度，トルク特性図である。
【図８】上記実施例の作用効果を説明するための空燃比−ＨＣ濃度，トルク特性図である。
【符号の説明】
２            エンジン
７ａ，７ｄ    シリンダボア（上流側気筒）
７ｃ，７ｆ    シリンダボア（下流側気筒）
１２ｄ          クランク軸
１８ａ〜１８ｆ  排気ポート
１９ａ，１９ｂ  左，右集合排気通路
１３            燃料噴射弁
３０ａ          運転域検出手段
３０ｃ          噴射量制御手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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