(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクシャフトの角度やスロットルバルブの開度、ギヤのシフトポジション等からアシストエア供給バルブのデューティ比を設定する内燃機関の空気量制御装置において、上記デューティ比Ｂは予め設定されたｘ、ｙ、ｚの所定値を有し、ｘをｙより大きい値に設定する一方、上記内燃機関２のニュートラル時に上記デューティ比Ｂがｘより大きいか、あるいはｙ未満の状態で所定の時間継続したときと、上記内燃機関２のシフトイン時に上記デューティＢ比がｚより大きい状態で所定の時間継続したときに警告を発生させるように構成したことを特徴とする内燃機関の空気量制御装置。
【請求項２】
上記ｚの値を上記ｘの値より大きく設定した請求項１記載の内燃機関の空気量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の空気量制御装置に係り、特にアシストエアの空気量制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
始動時やアイドリング（暖気運転）時の内燃機関はスロットルバルブの開度が小さく、吸入空気量も少いため、始動性が悪くなったりアイドリング回転数が不安定になる場合がある。そこで、一般には始動時やアイドリング時にスロットルバルブ下流側の吸気通路中に外部から空気（アシストエア）を導くことにより内燃機関の始動性を向上させたりアイドリング回転数の安定化を図っている。
【０００３】
アシストエア供給量の制御はマニュアルでアシストエア供給バルブの開閉を行う方法の他に、例えばコンピュータでソレノイドバルブ等のアシストエア供給バルブを電気的に、かつ自動的に開閉して行う方法もある。このコンピュータ制御の場合、クランクシャフトの角度やスロットルバルブの開度、ギヤのシフトポジションなどが考慮されてアシストエア供給バルブのデューティ比が設定され、適切なアシストエアが供給されるようになっている。
【０００４】
そして、コンピュータ制御のアシストエア供給量は内燃機関の製造時に調整され、規定の量に設定されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、コンピュータによってアシストエアの供給量を制御する場合、内燃機関の使用経過による劣化によってアシストエア供給バルブによるアシストエア供給量の制御値が予め設定された規定量の上限や下限に近付くことがあり、負荷の変動によってはアイドリング回転数の安定を保てなくなる虞がある。
【０００６】
また、内燃機関の劣化によってアシストエア供給バルブの使用頻度が高まり、それに伴って消費電力が増加する虞もある。
【０００７】
さらに、内燃機関の劣化に伴って全体に吸入空気量が減り、始動時やアイドリング時以外にもアシストエア供給バルブが開かれる頻度が増し、例えば機関の始動時にアシストエア供給バルブを全開にしても必要な空気量が相対的に減少して始動性を悪化させる。
【０００８】
さらにまた、各状況におけるアシストエア供給バルブのデューティ比は通常デューティテスタを用いることにより適切な値に設定する確認作業を行っており、余分な確認工数や特種部品等が必要になってくる。
【０００９】
そして、内燃機関製造時でのアシストエア供給量調整は、アシストエア供給バルブのばらつきを考慮できないため、実際のアシストエア供給時に予想外の制御が行われる虞がある。加えて、内燃機関製造時のアシストエア供給量調整には特別な治具や測定器が必要となり、かつ時間も掛かるため、コストアップの要因となっていた。
【００１０】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、アイドリング時を含む内燃機関の回転の安定化を図ると共に、排気ガスの悪化を防ぎ、さらには消費電力の増加を防止する内燃機関の空気量制御装置を提供することを目的とする。
【００１１】
この発明の他の目的は、特殊な部品や高価な部品を用いることなくアシストエア供給バルブの制御状態を容易に判定可能な内燃機関の空気量制御装置を提供するにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る内燃機関の空気量制御装置は、上述した課題を解決するために、請求項１に記載したように、クランクシャフトの角度やスロットルバルブの開度、ギヤのシフトポジション等からアシストエア供給バルブのデューティ比を設定する内燃機関の空気量制御装置において、上記デューティ比は予め設定されたｘ、ｙ、ｚの所定値を有し、ｘをｙより大きい値に設定する一方、上記内燃機関のニュートラル時に上記デューティ比がｘより大きいか、あるいはｙ未満の状態で所定の時間継続したときと、上記内燃機関のシフトイン時に上記デューティ比がｚより大きい状態で所定の時間継続したときに警告を発生させるように構成したものである。
【００１３】
また、上述した課題を解決するために、請求項２に記載したように、上記ｚの値を上記ｘの値より大きく設定したものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１は、本発明を適用した船外機の上部の縦断面図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。図１および図２に示すように、この船外機１のエンジン２（内燃機関）は例えば水冷４サイクルＶ型４気筒エンジンであり、エンジンホルダ３上に設置される。このエンジン２は、シリンダヘッド４、シリンダブロック５およびクランクケース６等を組み合わせて構成され、また、エンジンカバー７によりその周囲および上方を覆われる。エンジンカバー７の前部（図１における右側）からはステアリングハンドル８が前方に向かって延び、その先端にエンジン出力調整用のスロットルグリップ９が設けられる。
【００１６】
エンジン２のクランクケース６内にクランクシャフト１０が回転自在に軸支される。また、シリンダブロック５内にはシリンダ１１が形成される。シリンダ１１内にはピストン１２がクランクシャフト１０と直角方向に摺動自在に挿入され、ピストン１２とクランクシャフト１０とがコンロッド１３によって連結される。そして、ピストン１２の往復ストロークがクランクシャフト１０の回転運動に変換されるようになっている。さらに、クランクシャフト１０の上端にはマグネト装置１４が設けられ、そのフライホイールマグネト１５の例えば周縁近傍にクランクシャフト１０の回転角度を検出するクランク角センサ１６が設置される。また、例えばシリンダブロック５にはエンジン２の壁温を検出するエンジン温度センサ１７が設けられる。
【００１７】
また、エンジンホルダ３の下部にはドライブシャフトハウジング１８が設けられ、このドライブシャフトハウジング１８の下部に図示しないギヤケースが設けられる。ギヤケースの内部には図示しないプロペラシャフトが軸支され、その後端に図示しないプロペラが設けられる。
【００１８】
ドライブシャフトハウジング１８内にはシャフトパイプ１９が形成され、このシャフトパイプ１９内をクランクシャフト１０下端に連結されたドライブシャフト２０が下方に向かって延び、このドライブシャフト２０の下端が図示しないクラッチ機構を介してプロペラシャフトに連携される。エンジン２の出力はドライブシャフト２０およびクラッチ機構を経てプロペラシャフトに伝達される。
【００１９】
また、このエンジン２にはクラッチコントロールロッド２１を介して接続されたクラッチコントロールレバー２２によりクラッチ機構を遠隔操作し、このクラッチ機構の切換操作によってプロペラシャフトおよびプロペラの回転方向を変換するクラッチ装置２３が設けられる。
【００２０】
クラッチ装置２３のクラッチコントロールレバー２２はエンジンカバー７からエンジン２の前方に向かって突設されたステー２４に回動自在に軸着される。そして、クラッチコントロールレバー２２を前後に回動させることにより、クラッチコントロールロッド２１を介してクラッチ機構をシフト操作し、プロペラシャフトおよびプロペラの回転方向を正・逆またはニュートラルにシフトする。また、クラッチ装置２３にはそのシフトポジションを検出するシフトポジションセンサ２５が設置される。
【００２１】
このエンジン２は、吸気装置２６を備える。吸気装置２６は導入管２７と、サイレンサ２８と、接続管２９と、スロットルボディ３０と、サージタンク３１とから構成される。導入管２７は外部から新鮮な空気を導入するものであり、サイレンサ２８はこの空気の導入音および脈動を低減するものである。また、スロットルボディ３０はその内部に導入空気の流量を調整するスロットルバルブ３２が設けられ、スロットルボディ３０とサイレンサ２８とは接続管２９によって接続される。さらに、スロットルボディ３０の下流側にサージタンク３１が接続される。
【００２２】
シリンダヘッド４とシリンダブロック５との接合部には燃焼室３３が形成され、この燃焼室３３は吸気ポート３４によってサージタンク３１の下流側に接続される。シリンダヘッド４内には、カムシャフト３５や吸気バルブ３６、排気バルブ３７等から構成される動弁装置３８が設けられる。また、燃焼室３３の中央部にはシリンダヘッド４の外側から点火プラグ３９がねじ結合される。さらに、シリンダヘッド４にはフューエルインジェクタ４０が装着され、吸気バルブ３６上流側の吸気ポート３４内に向かって燃料を噴射するように配置される。
【００２３】
図３は、図２のＩＩＩ  −ＩＩＩ  線に沿う断面図である。図３に示すように、スロットルボディ３０にはスロットルバルブ３２の開度を検知するスロットルセンサ４１が設けられる。なお、スロットルセンサ４１は、その代わりにスロットルバルブ３２が全閉時に作動する全閉スイッチでもよい。
【００２４】
サージタンク３１にはアシストエア供給装置が二個設けられる。そのうちの一方はマニュアルのアシストエア供給装置４２であって、大気中とサージタンク３１内を連通するエア通路４３と、このエア通路４３内に設けられた通路開閉スクリュ４４とから構成され、通路開閉スクリュ４４でエア通路４３の断面積を変化させてアシストエアの流量を手動で調整するものである。
【００２５】
また、他方のアシストエア供給装置には電気的に作動するアシストエア供給バルブであるソレノイドバルブ４５が設けられ、このソレノイドバルブ４５によってエア通路４６が開閉操作される。そして、このソレノイドバルブ４５は空気量制御装置４７によってそのデューティ比が設定され、適切なアシストエアがサージタンク３１内に供給されるように構成される。
【００２６】
図４は、空気量制御装置４７を構成するコントロールユニット４８のブロック図である。図４に示すように、空気量制御装置４７はモード判定センサ４９を有し、エンジンモードが始動操作中（始動モード）、またはエンジンモードが運転中（通常モード）等のモードを検出し、そのデータをコントロールユニット４８内のモード判定部５０に出力する。
【００２７】
また、前記クランク角センサ１６によって検出されたクランクシャフト１０の回転角度はＡ／Ｄコンバータ５１（アナログ信号をデジタル信号に変換する）を介してコントロールユニット４８内の回転数検出部５２に送られてエンジン２の回転数が求められ、そのデータをコントロールユニット４８内のモード判定部５０および後述するデューティ制御部５３に出力する。
【００２８】
さらに、前記シフトポジションセンサ２５によって検出されたクラッチ装置２３のシフトポジションはＡ／Ｄコンバータ５１を介してコントロールユニット４８内のシフト位置判定部５４に送られてクラッチ装置２３のシフトポジションが判定され、そのデータをコントロールユニット４８内の演算部５５およびデューティ制御部５３に出力する。
【００２９】
さらにまた、前記スロットルセンサ４１または全閉スイッチによって検出されたスロットルバルブ３２の開度はＡ／Ｄコンバータ５１を介してコントロールユニット４８内の全閉位置判定部５６に送られてスロットルバルブ３２の開度が判定され、そのデータをコントロールユニット４８内の演算部５５およびデューティ制御部５３に出力する。
【００３０】
そして、前記エンジン温度センサ１７によって検出されたエンジン２の壁温、すなわちエンジン温度はＡ／Ｄコンバータ５１を介してコントロールユニット４８内のエンジン温度検出部５７に送られてエンジン２の壁温が求められ、そのデータをコントロールユニット４８内の演算部５５に出力する。
【００３１】
デューティ制御部５３は入力されたエンジン回転数、クラッチ装置２３のシフトポジションおよびスロットルバルブ３２の開度に応じてソレノイドバルブ４５の適切なデューティ比を設定し、ソレノイドバルブ４５を開閉操作する。なお、このときに設定されるデューティ比はデューティ比検出部を介してコントロールユニット４８内の演算部５５にも出力する。
【００３２】
図５は、演算部５５が行う演算の流れを示すフローチャートであり、その流れをステップで説明する。まず、エンジン２がスタートされた後の最初のステップ（ステップ１）でエンジンモードが通常モード、すなわちエンジン２が運転中か否かを判断する。エンジン２が通常モードに移行した段階で、次にスロットルバルブ３２が全閉か否かを判断する（ステップ２）。
【００３３】
次に、エンジン２の温度（Ａ℃）とソレノイドバルブ４５の現在のデューティ比（Ｂ％）が検出される（ステップ３および４）。デューティ比（Ｂ％）はエンジン２の温度（Ａ℃）によるデューティ比テーブルを持っており、例えばｘ、ｙ、ｚの所定値を有する。そして、ｚはｘより大きく（ｚ＞ｘ）、また、ｘはｙより大きい（ｘ＞ｙ）値に設定される。
【００３４】
次に、クラッチ装置２３のシフトポジションが検出され、シフトポジションがＩＮ状態（全閉低回転状態）か否（ニュートラル状態）かを判断する（ステップ５）。シフトポジションがＩＮ状態であると判断された場合、デューティ比Ｂ％が前記所定値のｚ％より大きいか否か（Ｂ＞ｚ？）が判断され、デューティ比Ｂ％が所定値ｚ％より小さい場合はステップ１に戻る。また、デューティ比Ｂ％が所定値のｚ％より大きい場合は後述するステップ８に進む（以上、ステップ６）。
【００３５】
一方、ステップ５においてシフトポジションがニュートラル状態と判断された場合、エンジン２が通常モードで作動しており、かつスロットルバルブ３２が全閉であることから、エンジン２はアイドリング状態と結論され、ここで前記所定値ｘ％，ｙ％と現在のデューティ比Ｂ％とが比較される。ここで、ｘ＞ｙである場合、デューティ比Ｂ％がｘ％未満で、かつｙ％より大きい（ｘ＜Ｂ＜ｙ）と判断されると、現在のデューティ比が妥当であると結論され、ステップ１に戻る。また、デューティ比Ｂ％がｘ％より大きいか、あるいはｙ％未満（Ｂ＞ｘ  ｏｒＢ＜ｙ）と判断されると、現在のデューティ比は妥当ではないと結論される（ステップ７）。
【００３６】
次に、デューティ比Ｂ％がｘ％より大きく、かつｙ％未満である（デューティ比Ｂ％が妥当ではない）場合、または前述したステップ６においてデューティ比Ｂ％が所定値のｚ％より大きい場合は異常発生の可能性があるので、この状態が連続して発生しているかどうかを確認する目的で、コントロールユニット４８内に設けられたカウンタ（タイマ）５８で時間を計測し、タイマカウントが所定の時間、例えばＣ秒間継続しているか否かを判断する（ステップ８）。
【００３７】
タイマカウントがＣ秒間継続しない場合、上記状態は偶発的なものと判断され、ステップ１に戻る。一方、タイマカウントがＣ秒間継続した場合、異常が発生したと判断され、コントロールユニット４８内に設けられた表示制御部５９を介してＬＥＤやブザー等の表示部６０を作動させ、ユーザーに何等かの原因により現在のデューティ比が妥当ではないと警告（表示）する。
【００３８】
また、この警告は図示しないリセットスイッチによりユーザーが確認した段階で取り消すことを可能とすると共に、警告情報はコントロールユニット４８内に設けられた不揮発性メモリ６１に記憶され、エンジン始動時に再度警告（表示）するように設定される。そして、この警告はエンジン２が所定時間以上正常状態が連続した時点で解除されるように設定される。
【００３９】
ここで、上述したフローチャートによる空気量制御装置４７の演算部５５の作用を図６（エンジン始動時）および図７（エンジン運転中）で説明する。図６および図７の上段には時間の経過を横軸に、デューティ比を縦軸にしたグラフである。デューティ比においては所定値ｘ％とｙ％（ｘ＞ｙ）との間（図６）および所定値ｚ％未満（図７）が不感帯に設定される。また、太い実線Ｂがデューティ比の変化を示す。そして、図６および図７の下段に上段の時間経過に対応するシフト位置のＩＮ／ＯＵＴと、警告のＯＮ／ＯＦＦとを示す。
【００４０】
図６に示すように、エンジン始動直後はエンジンモードが始動モードであるため、デューティ比Ｂがいかなる値であっても警告などは発せられない（ステップ１）。エンジン２が通常モードに移行した段階で、スロットルバルブ３２の開度やエンジン２の温度、ソレノイドバルブ４５の現在のデューティ比そしてクラッチ装置２３のシフトポジションが検出され（ステップ２〜５）、エンジン２がアイドリング状態と結論されると所定値ｘ％，ｙ％と現在のデューティ比Ｂ％とが比較される（ステップ７）。デューティ比Ｂ％がｙ％未満（Ｂ＜ｙ、図中の太い実線）か、あるいはｘ％より大きい（Ｂ＞ｘ、図中の細い実線）にあるとカウンタ（タイマ）５８が作動し、タイマカウントがＣ秒間継続すると警告を発する（ステップ８、９）。
【００４１】
一方、図７に示すように、エンジン２がアイドリング状態においてはデューティ比が正常であっても、シフトＩＮ後にデューティ比Ｂ％が所定値のｚ％と比較され（ステップ６）、デューティ比Ｂ％が所定値のｚ％より大きいと（Ｂ＞ｚ）カウンタ（タイマ）５８が作動し、タイマカウントがＣ秒間継続すると警告を発する（ステップ８、９）。
【００４２】
次に、本施形態の作用について説明する。
【００４３】
例えばアイドリング時におけるデューティ比Ｂの上限（ｘ）を８０％、下限（ｙ）を２０％と設定し、通常モード時にこのデューティ比Ｂが８０％を超えると（図６上段の細い実線）、シフトＩＮ時の負荷が増加した場合ではデューティ比Ｂが１００％であっても空気流量が不足してしまい、シフトＩＮ時にエンジン２が停止する虞があるので警告を発する必要がでてくる。
【００４４】
また、アイドリング時にデューティ比Ｂが例えば１０％であれば（図６上段の太い実線）上記問題点は解決するが、アイドリング時のエンジン回転変動を押さえることが困難となり、ユーザーに不快感を与える虞がある。よって、警告を発する必要がでてくる。
【００４５】
一方、クラッチ装置２３がＩＮ状態であり、かつスロットルバルブ３２が全閉である場合、すなわち全閉低回転時では、エンジン２にはアイドリング時のフリクションとは異なって駆動系のフリクションが加わるため、エンジン２の劣化具合によってはエンジン２製造時の初期状態に比べてアイドリング時のデューティ比と全閉低回転時のデューティ比との差が増大する虞がある。
【００４６】
このような場合は前述したアイドリング時におけるデューティ比の比較では正しい判断が行えないため、シフトＩＮ時のデューティ比で比較を行うようにする。但し、シフトＩＮ時においては外乱によってエンジン２に掛かる負荷が大きく異なるため、規定時間以上一定レベルのデューティ比であったかどうかで判定を行うようにする（ステップ５、６、８）。
【００４７】
ところで、上述した実施形態においてはステップ３においてエンジン２の温度（Ａ℃）を検出し、このエンジン温度（Ａ℃）によってデューティ比の所定値をデューティ比テーブルより設定していたが、図８に示すフローチャートように、エンジン２の温度条件をある一定のレベル以上、例えば暖気運転終了状態であるか否かで判断するようにしてもよく（図８のステップ３）、この場合デューティ比テーブルが不要になる。
【００４８】
上述したように、ソレノイドバルブ４５等のアシストエア供給バルブのデューティ比がそれぞれの制御状態において設定された範囲から外れた時にＬＥＤを点灯させたりブザーを鳴らす等でユーザーにエンジン２の劣化等を素早く知らせることにより、エンジンアイドリング回転数の安定を保つことが可能になると共に、ラフ状態やエンジン回転の不安定が低減される。また、これらの結果、排気ガスの悪化を防止することにもなる。
【００４９】
さらに、ソレノイドバルブ４５等の使用頻度が減るので消費電力の増加を防止することにもなる。さらにまた、エンジン２の劣化に伴って全体に吸入空気量が減っても、始動時やアイドリング時以外にアシストエア供給バルブが開かれる頻度が減るので、例えば機関の始動時にソレノイドバルブ４５等を全開にすれば必要な空気量が確保でき、エンジン２の始動性を向上させる。
【００５０】
そして、エンジン２製造時のアシストエア供給量調整に特別な治具や測定器が不要になると共に、各状況におけるソレノイドバルブ４５等のデューティ比の確認作業を行うのに余分な確認工数や特種部品等が不要になるので、コストの低減が可能となる。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る内燃機関の空気量制御装置によれば、クランクシャフトの角度やスロットルバルブの開度、ギヤのシフトポジション等からアシストエア供給バルブのデューティ比を設定する内燃機関の空気量制御装置において、上記デューティ比は予め設定されたｘ、ｙ、ｚの所定値を有し、ｘをｙより大きい値に、また、ｚをｘより大きい値に設定する一方、上記内燃機関のニュートラル時に上記デューティ比がｘより大きいか、あるいはｙ未満の状態で所定の時間継続したときと、上記内燃機関のシフトイン時に上記デューティ比がｚより大きい状態で所定の時間継続したときに警告を発生させるように構成したため、特殊な部品や高価な部品を用いることなくアシストエア供給バルブの制御状態を容易に判定でき、その結果アイドリング時を含む内燃機関の回転の安定化が図られ、また、排気ガスの悪化が防止され、さらには消費電力の増加も防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内燃機関の空気量制御装置の一実施形態を示す船外機の上部の縦断面図。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図。
【図３】図２のＩＩＩ  −ＩＩＩ  線に沿う断面図。
【図４】コントロールユニットのブロック図。
【図５】演算部が行う演算の流れを示すフローチャート。
【図６】演算部の作用を示す図。
【図７】演算部の作用を示す図。
【図８】演算部が行う演算の流れの他の実施形態を示すフローチャート。
【符号の説明】
１  船外機
２  エンジン（内燃機関）
１０  クランクシャフト
１６  クランク角センサ
１７  エンジン温度センサ
２５  シフトポジションセンサ
２６  吸気装置
３０  スロットルボディ
３１  サージタンク
３２  スロットルバルブ
４１  スロットルセンサ
４５  ソレノイドバルブ（アシストエア供給バルブ）
４７  空気量制御装置
４８  コントロールユニット
５５  演算部
６０  表示部
【図１】
0003582274.tif 000002
【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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