(57)【要約】【課題】排気ガス中の有害成分を低減するとともに、排気ガス温度の過度な上昇によるエンジンへの悪影響を抑制した排気ガス浄化方法及び装置を提供する。【解決手段】所定の運転状態のときに空燃比をリーン化又は点火時期を遅角化するエンジンの排気ガス浄化方法において、排気ガス温度が所定値以上の場合に前記リーン化又は遅角化を停止する。【選択図】　　　　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の運転状態のときに空燃比をリーン化又は点火時期を遅角化するエンジンの排気ガス浄化方法において、
排気ガス温度が所定値以上の場合に前記リーン化又は遅角化を停止することを特徴とするエンジンの排気ガス浄化方法。
【請求項２】
ａ．エンジン回転速度を検出するステップと、
ｂ．検出されたエンジン回転速度が所定の値より大きいかのＹｅｓ／Ｎｏを判別するステップと、
ｃ．スロットル開度を検出するステップと、
ｄ．検出されたスロットル開度が所定の値より大きいかのＹｅｓ／Ｎｏを判別するステップと、
ｅ．排気ガス温度を検出するステップと、
ｆ．検出された排気ガス温度が所定の値より小さいかのＹｅｓ／Ｎｏを判別するステップとを有し、
前記エンジン回転速度、スロットル開度及び排気ガス温度の判別ステップｂ、ｄ及びｆの判別結果が全てＹｅｓの場合に燃料をリーン化又は点火時期を遅角化することを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化方法。
【請求項３】
点火装置と、
燃料供給装置と、
回転速度検出手段と、
負荷検出手段と、
回転速度及び負荷に応じて前記点火装置及び／又は燃料供給装置を駆動制御する制御回路とを備えたエンジンの排気ガス浄化装置において、
排気ガス温度検出手段を備え、
前記制御回路は、排気ガス温度に応じて前記点火装置及び／又は燃料供給装置を駆動制御することを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項４】
前記エンジンはインジェクタを備え、前記制御回路は所定の運転状態のときに前記インジェクタの開弁時間を短くして空燃比をリーン化する燃料噴射式エンジンの排気ガス浄化装置であって、リーン化する場合に、一定間隔で連続するインジェクタの燃料噴射タイミングのうち任意間隔の燃料噴射タイミングの開弁時間を短くすることを特徴とする請求項３に記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項５】
請求項３または４の排気ガス浄化装置を備えた小型ジェット推進艇。
【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排気ガス浄化方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの排気ガス浄化のために、排気ガス中のＨＣ，ＣＯ及びＮＯｘ等の有害成分低減対策が施されている。例えば排気ガス中のＮＯｘを点火タイミング及び燃料噴射タイミングの制御により低減させるエンジンの排気ガス浄化装置の一例が特許文献１に記載されている。
このような排気ガス浄化対策は、自動車や自動二輪車等の陸上の乗物に限らず、船舶や水上バイク等の水上の乗物にも必要である。
【０００３】
水上乗物では、一定速度以下のトローリング状態よりも高速で水面抵抗の小さいプレーニング（滑走）状態で航走することが多い。したがって、エンジンの運転領域としては高回転、高負荷の運転領域が多くなる。このため、排気ガス浄化対策としても陸上乗物に比べ高回転、高負荷領域での排気エミッションが問題となる。このことは法的な排気ガス規制モードにも表れている。
【０００４】
図６は、排気ガス規制モードの運転領域の概念図である。規制値以内かあるいは規制値を超えているかの判断は、所定の運転領域内の複数のポイントで排気ガス中の有害成分を計測し、その計測値により良否を判別して行なう。
【０００５】
図示したように、陸上乗物では使用頻度の高い低回転、低負荷領域における排気ガス値を主に判断するのに対し、水上乗物ではさらに高回転、高負荷側の運転領域での排気ガス値を判断する。
【０００６】
一方、排気ガス浄化対策としては、空燃比のリーン化や点火時期の遅角化が行なわれる。この空燃比のリーン化や点火時期の遅角化は、特にＨＣ対策として有効である。
【０００７】
図７は、空燃比に対する排気ガス中の有害成分の量を示すグラフである。
図示したように、ＨＣ，ＣＯ及びＮＯｘのいずれも空燃比（Ａ／Ｆ）に関連している。したがって、空燃比制御により、あるいは空燃比に応じた排気ガス温度をモニタすることにより排気ガス浄化対策が可能になる。
【０００８】
【特許文献１】
特開平５−２６３７００号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特にＨＣ対策として有効な空燃比のリーン化や点火時期の遅角化を高負荷領域で行なった場合、出力が低下するとともに、排気ガス温度が過度に上昇し、エンジン構成部材の劣化や損壊の原因となる。特に水上乗物においては、高回転、高負荷領域での運転が多いため、排気ガス温度の高温化による問題が大きくなる。
【００１０】
本発明は上記従来技術を考慮したものであって、排気ガス中の有害成分を低減するとともに、排気ガス温度の過度な上昇によるエンジンへの悪影響を抑制した排気ガス浄化方法及び装置の提供を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明では、所定の運転状態のときに空燃比をリーン化又は点火時期を遅角化するエンジンの排気ガス浄化方法において、排気ガス温度が所定値以上の場合に前記リーン化又は遅角化を停止することを特徴とするエンジンの排気ガス浄化方法を提供する。
【００１２】
この構成によれば、排気ガス浄化のために空燃比のリーン化又は点火時期の遅角化を行なう場合に、排気ガス温度が所定値以上の高温である場合には空燃比あるいは点火時期をそのままの状態にしてリーン化又は遅角化をしないでおくことにより、排気ガスの過度な温度上昇を防ぎ、エンジン構成部材の劣化や損壊のおそれを抑制し、エンジンの保護を図ることができる。
【００１３】
好ましい構成例では、ａ．エンジン回転速度を検出するステップと、ｂ．検出されたエンジン回転速度が所定の値より大きいのＹｅｓ／Ｎｏを判別するステップと、ｃ．スロットル開度を検出するステップと、ｄ．検出されたスロットル開度が所定の値より大きいかのＹｅｓ／Ｎｏを判別するステップと、ｅ．排気ガス温度を検出するステップと、ｆ．検出された排気ガス温度が所定の値より小さいかのＹｅｓ／Ｎｏを判別するステップとを有し、前記エンジン回転速度、スロットル開度及び排気ガス温度の判別ステップｂ、ｄ及びｆの判別結果が全てＹｅｓの場合に燃料をリーン化又は点火時期を遅角化することを特徴としている。
【００１４】
この構成によれば、エンジン回転速度が大きく（判別ステップｂがＹｅｓ）で且つスロットル開度が大きい（判別ステップｄがＹｅｓ）高回転高負荷の運転領域で、排気ガス浄化のために燃料リーン化又は点火時期遅角化をする場合に、排気ガス温度が所定の値より小さい場合（判別ステップｆがＹｅｓ）にのみ、燃料リーン化又は点火時期遅角化が実行されるため、排気ガスの過度な温度上昇が抑えられる。
【００１５】
このような本発明の排気ガス浄化方法を実施するための装置として、本発明では、点火装置と、燃料供給装置と、回転速度検出手段と、負荷検出手段と、回転速度及び負荷に応じて前記点火装置及び／又は燃料供給装置を駆動制御する制御回路とを備えたエンジンの排気ガス浄化装置において、排気ガス温度検出手段を備え、前記制御回路は、排気ガス温度に応じて前記点火装置及び／又は燃料供給装置を駆動制御することを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置を提供する。
【００１６】
この構成によれば、制御回路により、エンジン回転速度及び負荷に応じた所定の運転領域で、空燃比のリーン化又は点火時期の遅角化を行なう場合に、排気ガス温度の検出値に基づいて所定の温度より低温の場合にのみリーン化又は遅角化を行なうことができるため、排気ガスの過度な温度上昇が防止される。
【００１７】
好ましい構成例では、前記エンジンはインジェクタを備え、前記制御回路は所定の運転状態のときに前記インジェクタの開弁時間を短くして空燃比をリーン化する燃料噴射式エンジンの排気ガス浄化装置であって、リーン化する場合に、一定間隔で連続するインジェクタの燃料噴射タイミングのうち任意間隔の燃料噴射タイミングの開弁時間を短くすることを特徴としている。
【００１８】
この構成によれば、インジェクタからの燃料噴射量を減少させてリーン化する場合に、クランク軸の回転に同期して一定間隔で開弁するインジェクタの燃料噴射タイミングのうち任意間隔の燃料噴射タイミングの開弁時間を短くしてリーン化するため、燃焼状態の急激な変化が防止され、緩やかにリーン燃焼状態に移行するため、安定した燃焼が維持され運転感覚の劣化が防止される。
【００１９】
好ましい適用例では、本発明の排気ガス浄化装置は小型ジェット推進艇のエンジンに用いられる。
小型ジェット推進艇のエンジンは、水上において高負荷高回転の運転領域で使用されることが多く、特に排気ガス過熱化防止の効果が大きい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明に係る小型水ジェット推進艇全体の概略図である。
この小型水ジェット推進艇１９は、ハル１３とデッキ２０で構成された船体の中央上部にハンドル２１が備わる。ハンドル２１の後方に運転者が座るシート２２が設けられる。船体の中央部にエンジンルーム４３が設けられ、内部にエンジン２３が配設される。船体の後部下側にジェット推進機１が備わる。
【００２１】
エンジン２３のクランク軸２４にカップリング２６を介してドライブシャフト２が結合される。ドライブシャフト２の後端部にインペラ３が締結され、その後方に整流用の静翼４が設けられる。インペラ３はジェット水路１０内に装着される。ジェット水路１０は、船底の取水口９と船尾のノズル５との間に形成される。インペラ３はその軸部がドライブシャフト２の後端部に結合されるとともにそのハウジングが静翼４とともにプレートトランサム１２に取り付けられる。プレートトランサム１２は矩形枠であり、中央にジェット水路１０及びドライブシャフト２が挿通する孔が開口している。
【００２２】
取水口９から吸上げられた水はインペラ３で後方に旋回流として噴出され、静翼４で整流されノズル５から噴射される。ノズル５後端の噴出口６３にはデフレクタ７が装着される。デフレクタ７は操舵軸（不図示）廻りに左右に回転可能であり、ハンドル２１に連動して噴射方向を変えることにより艇の進行方向を変える。
【００２３】
ノズル５はその軸がわずかに上向きに傾斜し、噴出口６３が上向きに設けられる。このノズル５内にドライブシャフト２の後端を覆うキャップ６４が固定される。
【００２４】
図２は、本発明に係る排気ガス浄化装置のブロック構成図である。
エンジン５１のシリンダヘッド５２に吸気通路５３及び排気通路５４が接続される。燃焼室５５に臨んで点火プラグ５６が装着される。吸気通路５３にスロットル弁５７が設けられ、その下流側にインジェクタ５８が設けられる。インジェクタ５８に燃料ポンプ６７により燃料タンク６８から燃料が供給される。インジェクタ５８には図示しない戻り配管が接続され、噴射されなかった燃料をレギュレータを介して燃料タンク６８に戻す。ピストン５９に連結してクランク軸６０が備わる。クランク軸６０に回転速度センサ６６が備わる。スロットル弁５７の軸にスロットル開度センサ６１が設けられる。排気通路５４に排気温度センサ６２が備わる。なお、排気通路５４に空燃比センサ（酸素濃度センサ）を設けて、その検出データを運転制御に用いることもできる。
【００２５】
スロットル開度センサ６１、排気温度センサ６２、回転速度センサ６６は、排気ガス制御プログラムを内蔵したＣＰＵ（不図示）等からなるＥＣＵ（エンジン制御装置）６９に接続される。ＥＣＵ６９は、上記各センサ６１，６２，６６の検出データに基づいて後述のように空燃比及び／又は点火時期を制御する。
【００２６】
図３は、本発明に係る空燃比制御の説明図である。
所定の運転状態の場合にインジェクタの開弁時間を短くして燃料噴射量を減少させリーン化する。インジェクタの噴射タイミングはクランク軸に同期して設定され、一定間隔のタイミングで連続して各気筒に対し開弁時間に応じた燃料を噴射する。
【００２７】
（Ａ）の方法では、一定間隔の噴射タイミングのうち、ある間隔のタイミングでリーン燃料を噴射している。すなわち、リーン化すべき状態と判断されたときに、連続した全ての噴射タイミングでリーン燃料を噴射せずに、任意の間隔で１回ずつの噴射タイミングでリーン燃料を噴射する。このリーン噴射サイクルをリーン化すべき状態でなくなるまで続ける。なお、任意間隔の１回だけでなく任意間隔で２回又は３回等のリーン噴射を連続して噴射することも可能である。
【００２８】
（Ｂ）の方法では、リーン化すべき状態と判断されたときから連続した噴射タイミングでリーン化すべき状態でなくなるまでインジェクタの開弁時間を短くして連続したリーン噴射を行なう。
【００２９】
このような空燃比制御は、例えば図２のＥＣＵによりリーン化すべき状態と判別されたときに、予め設定された回転速度及び負荷（スロットル開度）に応じて例えばマップに設定されている噴射時間にしたがって、開弁時間を短くしてリーン化する。リーン化すべき状態とは、現在の空燃比よりリーン化が必要な運転状態であり、このリーン化すべき状態でなくなる状態は、後述のように排気ガス温度が高温でリーン化を停止する場合や運転状態が変わって必要な空燃比がリッチ側に移行した場合等である。
【００３０】
なお、空燃比センサを用いてその出力データから得たその時点での空燃比に対しリーン化すべき量だけインジェクタ５８の開弁時間を短くして空燃比を目標値までリーン化することもできる。
【００３１】
図４は、本発明に係る排気ガス浄化方法のフローチャートである。各ステップの動作は以下の通りである。このフローは、例えば所定の割込みタイミングでメインの噴射制御プログラムのフローに組込まれる。
【００３２】
ステップＳ１：
回転速度センサ６６（図２）の出力データから現時点でのエンジン回転速度Ｎを算出する。
【００３３】
ステップＳ２：
回転速度Ｎが所定の高回転速度Ｎ１より大きいかどうかを判別する。Ｎ１以下であれば以降のフローに進まずにリターンする。
【００３４】
ステップＳ３：
スロットル開度センサ（図２）の出力データから現時点でのスロットル弁の開度θを検出する。このスロットル開度θはエンジンの負荷状態に対応する。このとき、スロットル開度θに対し運転状態に応じた補正を行なって負荷Ｌを算出してもよい。
【００３５】
ステップＳ４：
スロットル開度θが所定の開度Ｂより大きいかどうかを判別する。この場合、演算した負荷Ｌが所定の負荷Ｌ１以上かどうかを判別してもよい。θがＢ以下であれば以降のフローに進まずリターンする。
【００３６】
ステップＳ５：
排気温度センサ６２（図２）の出力データから現時点での排気ガス温度Ｔを計測する。
【００３７】
ステップＳ６：
排気ガス温度Ｔが所定の温度Ａより小さいかどうかを判別する。Ａ以上であれば燃料リーン化をしないでリターンする。
【００３８】
ステップＳ７：
インジェクタ５８の開弁時間を制御してリーン燃料を噴射する。この燃料リーン化の方法は前述の図３で説明した通りである。
【００３９】
図５は、本発明に係る排気ガス浄化方法の別の例のフローチャートである。この例は点火時期制御により排気ガス浄化を図るものである。
【００４０】
連続するステップＴ１〜Ｔ７のうち、ステップＴ１〜Ｔ６は、図４のステップＳ１〜Ｓ６と同じである。この例では、ステップＴ７において、点火時期を遅角させることにより、排気ガス中の有害成分（特にＨＣ）の低減を図る。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、排気ガス浄化のために空燃比のリーン化又は点火時期の遅角化を行なう場合に、排気ガス温度が所定値以上の高温である場合には空燃比あるいは点火時期をそのままの状態にしてリーン化又は遅角化をしないでおくことにより、排気ガスの過度な温度上昇を防ぎ、エンジン構成部材の劣化や損壊のおそれを抑制し、エンジンの保護を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される水上乗物の構成図。
【図２】本発明に係る排気ガス浄化装置の構成図。
【図３】本発明に係る燃料噴射制御の説明図。
【図４】本発明に係る排気ガス浄化方法のフローチャート。
【図５】本発明に係る排気ガス浄化方法の別の例のフローチャート。
【図６】排気ガス規制モードの説明図。
【図７】空燃比と排気ガス成分の関係を示すグラフ。
【符号の説明】
１：ジェット推進機、２：ドライブシャフト、３：インペラ、
４：静翼、５：ノズル、７：デフレクタ、
９：取水口、１０：ジェット水路、
１２：プレートトランサム、１３：ハル、
１９：小型水ジェット推進艇、２０：デッキ、２１：ハンドル、
２２：シート、２３：エンジン、２４：クランク軸、
２６：カップリング、４３：エンジンルーム、５１：エンジン、
５２：シリンダヘッド、５３：吸気通路、５４：排気通路、５５：燃焼室、
５６：点火プラグ、５７：スロットル弁、５８：インジェクタ、
５９：ピストン、６０：クランク軸、６１：スロットル開度センサ、
６２：排気温度センサ、６３：噴出口、６４：キャップ、
６６：回転速度センサ、６７：燃料ポンプ、
６８：燃料タンク、６９：ＥＣＵ。
【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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