(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空燃比検出手段を有する第１の気筒と、空燃比検出手段を有しない第２の気筒とを備えた船外機用エンジンの燃焼制御装置において、上記第１の気筒については検出空燃比が理論空燃比となるように燃料噴射量をフィードバック制御し、上記第２の気筒については上記第１の気筒の燃料噴射量に基づいてエンジン全体の空燃比が目標空燃比となるようにその燃料噴射量を制御するようにし、上記空燃比検出手段の出力が、リーン側からリッチ側に又はリッチ側からリーン側に切り替わった時の燃料の減量又は増量分を制御係数Ｐとし、続くｔ時間毎の燃料の減量又は増量分を制御係数Ｉとするとき、エンジン全体の目標空燃比を経済空燃比又はこれよりもリーンに設定して運転するリーンセット運転域では、他の運転域より上記フィードバック制御の上記制御係数Ｐ，Ｉを小さく設定するとともにｔを長く設定することにより燃料噴射量の増減幅を小さく設定した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】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンのリーンセット運転域において発生し易い回転変動を抑制できるようにした燃焼制御装置に関する。本発明は、例えば船外機用２サイクルエンジンの燃焼制御装置に好適であるので、以下船外機用２サイクルエンジンを例にとって説明する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば船外機用２サイクルエンジンの燃焼制御装置として、ある特定の気筒の空燃比を検出し、該特定気筒の検出空燃比が所定の空燃比となるように該気筒への燃料噴射量をフィードバック制御するとともに、他の気筒への燃料噴射量については上記特定気筒への燃料噴射量を所定比率で補正して制御するようにしたものがある。このような燃焼制御では、エンジン全体を高精度で所望の空燃比に制御できる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで燃費率の向上を図るために、エンジン全体の目標空燃比をいわゆる経済空燃比又はこれよりもさらにリーン側に設定して運転するリーンセット運転を行う場合がある。このリーンセット運転では、特定気筒をフィードバック制御し、他の気筒に対しては上記特定気筒における燃料噴射量を大幅にリーン側に補正した量の燃料を供給することとなる。この場合、上記特定気筒の空燃比は所定の空燃比を挟んで規則的にリッチ，リーン側空燃比間で変動を繰り返し、これに応じて燃料噴射量が変動することとなるので、他の気筒への燃料噴射量は大幅にリーン側に補正されつつ特定気筒の変動に応じて変動する。
【０００４】
一方、図７に示すように、例えば経済空燃比Ｒｏを目標空燃比とするリーンセット運転では、空燃比の変動ΔＲに対する出力の変動ΔＰの割合が上記経済空燃比Ｒｏよりリッチ側（例えば理論空燃比Ｒ）で運転する場合の変動ΔＰ′に比較して大きくなる。その結果、リーンセット運転では、空燃比の僅かな変動により出力が大きく変動することからエンジン回転数の変動が発生し易い。
【０００５】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたもので、フィードバック制御における制御量に基づいてリーンセット運転を行う場合にエンジン回転数の変動を抑制できるエンジンの燃焼制御装置を提供することを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、空燃比検出手段を有する第１の気筒と、空燃比検出手段を有しない第２の気筒とを備えた船外機用エンジンの燃焼制御装置において、上記第１の気筒については検出空燃比が理論空燃比となるように燃料噴射量をフィードバック制御し、上記第２の気筒については上記第１の気筒の燃料噴射量に基づいてエンジン全体の空燃比が目標空燃比となるようにその燃料噴射量を制御するようにし、上記空燃比検出手段のセンサ出力が、リーン側からリッチ側に又はリッチ側からリーン側に切り替わった時の燃料の減量又は増量分を制御係数Ｐとし、続くｔ時間毎の燃料の減量又は増量分を制御係数Ｉとするとき、エンジン全体の目標空燃比を経済空燃比又はこれよりもリーンに設定して運転するリーンセット運転域では、他の運転域より上記フィードバック制御の上記制御係数Ｐ，Ｉを小さく設定するとともにｔを長く設定することにより燃料噴射量の増減幅を小さく設定したことを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１〜図８は本発明の一実施形態による船外機用２サイクル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は船外機の一部断面平面図、図２はそのスロットルボディ回りを示す正面図、図３，図４，図５は空燃比検出装置の断面平面図，断面側面図，断面背面図、図６は本燃焼制御装置の構成図、図７はリーンセット運転域での問題点を説明するための特性図、図８は本燃焼制御装置の制御特性図である。なお、図６において、Ｆは船首側を、Ｒは船尾側を示しており、同図の下側部分は上側部分のＡ−Ａ線断面を示す。
【０００９】
図において、１は水冷式２サイクルＶ型６気筒クランク軸縦置きエンジンであり該エンジン１は、シリンダブロック２のクランクケース部２ａの前側合面にクランクケース８を接続してクランク室ａを形成し、Ｖバンクをなすように形成された左，右のシリンダ部２ｂ，２ｂの後側合面に二分割式シリンダヘッド６，６を接続し、上記シリンダ部２ｂの▲１▼〜▲６▼気筒（シリンダボア）内に摺動自在に挿入された各ピストン３をコンロッド４を介して上記クランク室ａ内に縦置き配置されたクランク軸５に接続した構造のものであり、その周囲はカウリング２４で囲まれている。なお、上記▲１▼〜▲６▼は爆発順序をも示している。
【００１０】
図６に示すように、上記左，右のシリンダ部２ｂの各排気ポート２ｅは上記Ｖバンク内に設けられた左，右の集合排気通路２ｆに合流し、下方に延びる排気管２３に連通接続されており、該排気管２３を出た排気ガスは船外機１のアッパ，ロアケース１ａ，１ｂを介して水中に排出される。
【００１１】
上記クランク室ａは各気筒毎に独立しており、該各クランク室ａに連通するように上記クランクケース８の前端部に形成された各吸気開口８ａには逆流防止用リード弁１１が配設されており、全気筒共通のスロットルボディ１０が接続されている。該スロットルボディ１０は、上記各気筒用吸気開口８ａに連通するよう形成され、かつ上下方向に並列配置された６つの吸気通路１０ａと、該６つの吸気通路１０ａの側部に形成された上下に長い１つの弁室１０ｂとを有する正面視略長方形状のものであり、その前側合面には消音機能を有する吸気ボックス１２が接続されている。なお該吸気ボックス１２に外気を導入する開口は該吸気ボックス１２の上端部及び、進行方向に対し、右側面部（リンク側）に形成されている。
【００１２】
上記スロットルボディ１０の弁室１０ｂ内には上記各吸気通路１０ａを通って上記リード弁１１に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁１４が配設されており、該各燃料噴射弁１４には共通の燃料供給レール１５が接続されている。この燃料供給レール１５はクランク軸方向に延びる棒状のもので、上記スロットルボディ１０の弁室１０ｂ内に固定されている。燃料は上記燃料供給レールの上方で、インジェクタ寄りの通路に供給され、下まで行ってＵターンして同じくレール上方よりレギュレータへ戻る。このため空燃比センサ気筒のインジェクタが入口側となるために他のインジェクタの噴射脈動を受けにくくなっている。
【００１３】
上記スロットルボディ１０の各吸気通路１０ａ内には該通路１０ａを開閉するスロットルバルブ９が配設されている。このスロットルバルブ９は、弁軸９ａに弁板９ｂを固定したバタフライ式のもので、該各弁軸９ａの外方突出部同士はリンク機構１３により連結されており、該全てのスロットルバルブ９は該リンク機構１３を介して図示しないスロットル操作レバーにより開閉駆動される。
【００１４】
そして本実施形態エンジン１では、上記▲１▼気筒にのみ空燃比検出装置１６が装着されており、該空燃比検出装置１６は、上記▲１▼気筒のＶバンク外側壁に形成された取付面２ｄ上に配設されている。該空燃比検出装置１６は、上記取付面２ｄ上に既燃ガスが導入される既燃ガスケース１７をボルト１７ｄで取り付け、該ケース１７にＯ２  センサ１８を螺挿装着し、これの検知部１８ａを反応室１７ａ内に位置させた、該Ｏ２  センサ１８を上記既燃ガスケース１７ごと保温ケース１９で囲んだ構造のものである。
【００１５】
ここで上記Ｏ２  センサ１８は細長い棒状のもので、上下方向に、つまり気筒軸と直角方向に向けて配設されており、その上端部から検出信号取出用リード線，ヒータ電源供給用リード線等からなるハーネス１８ｂが引き出されており、該ハーネス１８ｂはバッテリ電源，後述するＥＣＵ２１等に接続されている。
【００１６】
上記既燃ガスケース１７の反応室１７ａは絞り部１７ｂ，ガス通路１７ｃ，及び保温パイプ２０のガス通路２０ａを介して上記▲１▼気筒内の排気ポート及び掃気ポートより若干燃焼室側の部位に連通している。ここで上記保温パイプ２０は、▲１▼気筒の水冷ジャケットＪを貫通するように形成されたボス肉部２ｃ内に埋設されており、またアルミ合金よりも熱伝導率の小さい材料、例えばステンレス鋼，セラミック材，ニッケル合金等により形成されている。これにより上記反応室１７ａ内に導かれる既燃ガスの温度降下を抑制している。また上記絞り部１７ｂを設けたことにより、例えば始動直後の様に既燃ガスケース１７の温度が低い状況下では既燃ガス中のオイル分が液化するおそれがあるが、絞り部１７ｂを設けることにより、オイル分が液化しても、センサ反応部のある反応室１７ａに入り難い構造とすることができる。なお、オイル分が液化してセンサ反応部に付着するとセンサ出力が異常になる。
【００１７】
また上記保温ケース１９とシリンダ部２ａの取付面２ｄとの間にはガスケット２２が介設されており、これにより既燃ガスケース１７からエンジン１への伝熱を抑制している。さらにまた該保温ケース１９の内面には保温層１９ａが貼設されている。これにより保温ケース１９をボルト１９ｂにより上記取付面２ｄ上に装着するだけでガスケース１７内の温度降下を抑制できる。
【００１８】
上記ＥＣＵ２１は、Ｖバンク間の排気通路外壁にゴムマウントされており、上記空燃比検出装置１６からの空燃比信号（Ｏ２  濃度信号）ａの他に、回転数センサ２６からのエンジン回転数信号ｂ、スロットル開度センサ２７からのスロットル開度信号ｃ、その他図６に示す各種の信号が入力され、該信号に基づいて以下に詳述するように本エンジン１の燃焼制御を行う。
【００１９】
次に燃焼制御動作及び効果を説明する。
本エンジン１の燃焼制御では、燃費率の向上を図るために、エンジン全体の目標空燃比を図７に示す経済空燃比Ｒｏ又はこれよりさらにリーン側の空燃比（以下単に空燃比Ｒｏと記す）とするリーンセット運転を行う場合がある。
【００２０】
このリーンセット運転の場合、▲１▼気筒については、空燃比検出装置１６による検出空燃比が理論空燃比Ｒとなるように燃料噴射量を制御するフィードバック制御が行われる。そして、残りの▲２▼〜▲６▼気筒への燃料噴射量は、▲１▼気筒の燃料噴射量を、エンジン全体の空燃比がリーンセット空燃比Ｒｏとなるように補正演算した補正燃料量に制御される。このようなリーンセット運転においては、空燃比の変動ΔＲに対する出力の変動ΔＰが大きく、従って、空燃比の変動に伴ってエンジン回転数が変動し易い。
【００２１】
上記エンジン回転数の変動を抑制するために本エンジン１では、▲１▼気筒のフィードバック制御において、図８に示すように、フィードバック制御係数ＰＲＬ，ＩＲＬ及びｔＲＬをエンジン全体の目標空燃比が上記空燃比Ｒｏよりリーン側かリッチ側かによって変化させるようにしている。
【００２２】
即ち、エンジン全体の目標空燃比が上記空燃比Ｒｏよりリッチ側の場合（通常運転時）には、同図に実線で示すように、上記空燃比検出装置１６からのセンサ出力が時刻ａ１にてリーン側からリッチ側に切り替わると先ずＰＲＬだけ燃料を減少させ、続いてｔＲＬ時間毎にＩＲＬずつ燃料を減少させていき、センサ出力が時刻ａ２にてリッチ側からリーン側に切り替わると再び燃料を増量開始する。
【００２３】
一方、エンジン全体の目標空燃比を上記経済空燃比Ｒｏ、又はこれよりリーン側とするリーンセット運転の場合には、同図に破線で示すように、センサ出力が時刻ａ１にてリーン側からリッチ側に切り替わると先ずＰRL′だけ燃料を減少させ、続いてｔRL′時間毎にＩRL′ずつ燃料を減少させていき、センサ出力が時刻ａ２′にてリッチ側からリーン側に切り替わると再び燃料を増量開始する。なお、何れの運転域においても、燃料増量時のＰ，Ｉ，ｔは減量時より大きく設定されている。これは、Ｏ2 センサの固有の特性、つまり、リッチからリーンへの反応速度とリーンからリッチへの反応速度とが異なる性質を補正するためである。
【００２４】
上記制御係数を通常運転時とリーンセット運転時とで比較すると、上記リーンセット運転時の制御係数ＰＲＬ′，ＩＲＬ′は上記通常運転時における制御係数ＰＲＬ，ＩＲＬよりも小さく設定されており、一方リーンセット運転時の上記制御係数ｔＲＬ′は通常運転時の制御係数ｔＲＬよりも大きく設定されている。
【００２５】
これにより上記リーンセット運転時における燃料供給量の増減幅ΔＱ′，及びセンサ出力の変動幅ΔＶ′は通常運転時における増減幅ΔＱ，及び変動幅ΔＶより小さくなっており、またリーンセット運転時のセンサ出力の切り替わり周期Ｐ′は通常運転時の切り替わり周期Ｐより長くなっている。
【００２６】
このようにリーンセット運転時における燃料噴射量の増減幅ΔＱ′が小さくなったので、該増減幅ΔＱ′に応じて増減する▲２▼〜▲６▼気筒への燃料噴射量の増減幅は通常運転時における増減幅よりも小さくなり、その結果エンジン回転数の変動が抑制される。
【００２７】
なお、リーンセット運転時の切り替わり周期Ｐ′が通常運転時の切り替わり周期Ｐより長くなっているのは、燃料噴射量の単位時間当たりの増減量が小さい分だけＯ２  センサ１８の反応速度が低くなるためであると考えられる。本実施形態の場合、このように反応速度が低い点，及びセンサ出力が理論空燃比を挟んでリッチからリーンへ又はその逆へ反転するまでの切り替わり周期（時間）が長くなる点により空燃比制御精度が低下するが、もともと本リーンセット運転における燃焼制御は理論空燃比にして触媒作用を確保するためのものではないから、上記空燃比制御精度の低下はそれほど大きな問題にはならない。
【００２８】
また、上記実施形態では、１気筒をフィードバック制御し、残り５気筒をフィードバック制御量に基づいて制御するようにしたが、本発明は、１又は複数の気筒をフィードバック制御し、残りの１又は複数の気筒をフィードバック制御量に基づいて制御するようにしてもよい。また上記実施形態では吸気通路噴射型の２サイクルエンジンの場合を説明したが、本発明は燃料噴射弁１４をシリンダヘッドに配設した２サイクル直噴エンジン及び４サイクルエンジンにも適用可能である。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように請求項１の発明に係るエンジンの燃焼制御装置によれば、リーンセット運転域では、他の運転域よりも第１の気筒のフィードバック制御における制御係数Ｐ，Ｉを小さく設定するとともにｔを長く設定することにより、他の運転域よりも検出空燃比の変動幅を小さくしかつ切り替わり周期を大きくするようにしたので、第１の気筒の燃料供給量に応じて増減する第２の気筒の燃料供給量の増減幅も小さくなり、その結果エンジンの回転変動を抑制できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による燃焼制御装置が採用された船外機用２サイクルエンジンの一部断面平面図である。
【図２】上記実施形態エンジンの正面図である。
【図３】上記実施形態燃焼制御装置の空燃比検出装置部分の断面平面図である。
【図４】上記空燃比検出装置部分の断面側面図である
【図５】上記空燃比検出装置部分の断面背面図である。
【図６】上記実施形態燃焼制御装置の構成図である。
【図７】上記実施形態燃焼制御装置の運転域を説明するための空燃比−出力特性図である。
【図８】上記実施形態燃焼制御装置の制御特性図である。
【符号の説明】
１  船外機用２サイクルエンジン
▲１▼  第１気筒
▲２▼〜▲６▼  第２気筒
１６  空燃比検出装置
Ｒｏ  経済空燃比
ΔＶ，ΔＶ′通常運転時，リーンセット運転時の検出空燃比の変動幅
ΔＱ，ΔＱ′通常運転時，リーンセット運転時の燃料供給量の増減幅
Ｐ，Ｐ′    通常運転時，リーンセット運転時の切り替わり周期
【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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