(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空燃比が目標空燃比となるよう燃料供給量をフィ−ドバック制御するようにしたエンジンの運転制御装置において、上記エンジンが並列配置された複数気筒を有し、該複数気筒の配列方向が略鉛直となるよう船体に搭載される船舶用エンジンであり、該エンジンが冷却水を下側気筒から上側気筒に流す冷却装置を備え、かつエンジン上側に空燃比検出手段を備えており、エンジンのシリンダ壁温度が一時的に高温となる高温運転状態を検出する高温運転状態検出手段と、高温運転状態が検出されたとき、フィ−ドバック制御をオ−プン制御に切り替える燃焼状態補正手段とを備えたことを特徴とするエンジンの運転制御装置。
【請求項２】
空燃比が目標空燃比となるよう燃料供給量をフィ−ドバック制御するようにしたエンジンの運転制御装置において、エンジンのシリンダ壁温度が一時的に高温となる高温運転状態を検出する高温運転状態検出手段と、上記高温運転状態が検出されたとき、温度の低い気筒に、温度の高い気筒より多くの燃料が供給されるよう燃料増量手段の作動を制御する燃焼状態補正手段とを備えたことを特徴とするエンジンの運転制御装置。
【請求項３】
請求項２において、上記エンジンが並列配置された複数気筒を有し、該複数気筒の配列方向が略鉛直となるよう船体に搭載される船舶用エンジンであり、該エンジンが冷却水を下側気筒から上側気筒に流す冷却装置を備え、かつエンジン上側に空燃比検出手段を備えていることを特徴とするエンジンの運転制御装置。
【請求項４】
請求項２において、上記エンジンが並列配置された複数気筒を有し、該複数気筒の配列方向が略鉛直となるよう船体に搭載される船舶用エンジンであり、該エンジンが冷却水を下側気筒から上側気筒に流す冷却装置を備えている場合に、上記燃焼状態補正手段が、さらにエンジン下側に空燃比検出手段を備えることにより実現されていることを特徴とするエンジンの運転制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば船外機用に採用されるエンジンの運転制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エンジンの運転制御装置では、空燃比が目標空燃比（例えば理論空燃比λ＝１）になるように、燃料供給量をフィードバック制御するようにしたものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような空燃比フィ−ドバック制御システムを採用した場合、次のような問題があった。即ち、高速回転／高負荷運転域よりアイドル運転あるいはトロ−ル運転のような低速回転／低負荷運転域に急激に移行した場合、該移行後一定時間の間、特定の気筒の空燃比が過剰リーンとなり、２サイクルエンジンの場合はバックファイア−が、４サイクルエンジンの場合は失火が生じ易くなり、エンジンフィ−リングを損なうばかりか、極端な場合にはエンジンスト−ルに至るという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、高速回転／高負荷運転域から低速回転／低負荷運転域に急激に移行した場合でもバックファイヤーや失火の発生を抑制することができ、エンジンフィーリングを損なうことがないエンジンの運転制御装置を提供することを課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記過剰リーンの問題の原因は以下の点にあると考えられる。
例えば、船外機の場合、エンジンの冷却装置は、直接外部の海水により冷却する直冷方式であり、エンジン回転数に同期した冷却水ポンプにより冷却水を供給するようにしており、また海水による機関の腐食防止のために、陸上機関に比べて冷却水温度を低く（５０〜６０°Ｃ）設定している。
【０００６】
高速回転／高負荷運転域では、エンジンの発熱量は大きいものの、回転数も高いため、冷却水量も多く、エンジン全体はほぼ、設定温度に保たれるが、高速回転／高負荷運転域から低速回転／低負荷運転域に急激に移行されると、冷却水量が大きく減少するために、上記移行後しばらくの間は、定常時の低速運転時に比べ、エンジン全体の温度が高くなる。従って、この期間はシリンダ壁温度も高くなり、壁面に付着した燃料の気化が促進される。定常時の冷却水温度が低い船外機などではこの現象が助長される。
【０００７】
しかも冷却水量が急激に低下した場合、エンジンの冷却水流入口付近の気筒は冷却されるが、流入口から遠い気筒では冷却され難く気筒毎のシリンダ壁温度に差異が生じ、シリンダ壁面に付着した燃料の気化度合いも気筒間で差が生じることになる。
【０００８】
このようなエンジンにおいて、空燃比センサが上記壁面付着燃料の気化度合いの高い気筒側に配設されている場合、空燃比センサ出力はリッチを示すこととなる。そのためフィ−ドバック制御により空燃比がリ−ン側に変化するよう燃料噴射量が減量され、上記気化度合いの低い側の気筒に対しても燃料が減量されるので、これらの気筒では過剰リーンとなる。
【０００９】
以上に述べたことは、特定気筒の空燃比を検出して、その気筒を基準にして他気筒の空燃比を制御することでエンジン全体の空燃比を制御するような２サイクルエンジンにおいても、全気筒の排気集合部の空燃比を検出してエンジン全体の空燃比を制御する４サイクルエンジンにおいても同様であると言える。
【００１０】
そこで請求項１の発明は、空燃比が目標空燃比となるよう燃料供給量をフィ−ドバック制御するようにしたエンジンの運転制御装置において、上記エンジンが並列配置された複数気筒を有し、該複数気筒の配列方向が略鉛直となるよう船体に搭載される船舶用エンジンであり、該エンジンが冷却水を下側気筒から上側気筒に流す冷却装置を備え、かつエンジン上側に空燃比検出手段を備えており、エンジンのシリンダ壁温度が一時的に高温となる高温運転状態を検出する高温運転状態検出手段と、高温運転状態が検出されたとき、フィ−ドバック制御をオ−プン制御に切り替える燃焼状態補正手段とを備えたことを特徴としている。
【００１１】
請求項２の発明は、空燃比が目標空燃比となるよう燃料供給量をフィ−ドバック制御するようにしたエンジンの運転制御装置において、エンジンのシリンダ壁温度が一時的に高温となる高温運転状態を検出する高温運転状態検出手段と、上記高温運転状態が検出されたとき、温度の低い気筒に、温度の高い気筒より多くの燃料が供給されるよう燃料増量手段の作動を制御する燃焼状態補正手段とを備えたことを特徴としている。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項２において、上記エンジンが並列配置された複数気筒を有し、該複数気筒の配列方向が略鉛直となるよう船体に搭載される船舶用エンジンであり、該エンジンが冷却水を下側気筒から上側気筒に流す冷却装置を備え、かつエンジン上側に空燃比検出手段を備えていることを特徴としている。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項２において、上記エンジンが並列配置された複数気筒を有し、該複数気筒の配列方向が略鉛直となるよう船体に搭載される船舶用エンジンであり、該エンジンが冷却水を下側気筒から上側気筒に流す冷却装置を備えている場合に、上記燃焼状態補正手段が、さらにエンジン下側に空燃比検出手段を備えることにより実現されていることを特徴としている。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
図１〜図１１は本発明の実施形態による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はその全体構成図、図２は本運転制御装置が採用されたエンジンの一部断面平面図、図３，図４は高温運転状態における問題点を説明するための図、図５はフィードバック制御からオープン制御に切り替えた状態を示す特性図、図６はエンジン全体のフィードバック補制限言値を小さくした状態を示す特性図、図７はシリンダ壁温度の気筒間差に応じてフィードバック補正制限値を変えた状態を示す特性図、図８はシリンダ壁温度の気筒間差に応じて燃料増量するようにした状態を示す特性図、図９は全気筒とも進角した状態を示す特性図、図１０はシリンダ壁温度の気筒間差に応じて点火時期の補正量を変えた状態を示す特性図、図１１はフィードバック設定電圧をリッチ域に変更した状態を示す特性図である。
【００２３】
図１，２において、１は船外機用エンジンであり、水冷式２サイクルＶ型６気筒クランク軸縦置きタイプのものである。該エンジン１は、シリンダブロック２のクランクケ─ス部２ａの前側合面にクランクケ─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で囲まれるている。なお、上記▲１▼〜▲６▼は爆発順序をも示している。
【００２４】
図１に示すように、上記左，右のシリンダ部２ｂの各排気ポ─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、該集合排気通路２ｆには下方に延びる排気管２３が連通接続されている。該各排気管２３を出た排気ガスは船外機１のアッパ，ロアケ─ス１ａ，１ｂを介して水中に排出される。
【００２５】
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─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─ド弁１１を介してスロットルボディ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。
【００２６】
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─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─ル１５が接続されている。この燃料供給レ─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。燃料は燃料供給装置３０から上記燃料供給レ─ル１５の下部に供給される。
【００２７】
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─により開閉駆動される。
【００２８】
本実施の形態では、上記▲１▼気筒にのみ空燃比センサ１６が装着されており、この空燃比センサ１６は、上記▲１▼気筒の、排気ポート２ｅよりシリンダヘッド６側寄りから排気ガスを取り出すことにより、生ガスの混入していない略既燃ガスのみの空燃比を検出できるようになっている。
【００２９】
ここで本実施形態エンジン１は、航走状態では、クランク軸５が略鉛直方向に向いており、従って各気筒▲１▼，▲３▼，▲５▼あるいは▲２▼，▲４▼，▲６▼の配列方向も鉛直方向を向いている。本エンジン１の冷却装置は、図示していないが、冷却ポンプにより海中から吸い上げた冷却水をまず下側の気筒▲５▼，▲６▼に供給し、これを順次上側の気筒▲３▼，▲４▼から▲１▼，▲２▼を通るように上昇させ、続いて排気通路，排気管等の周囲を流下させ、再び海中に落下させるように構成されている。
【００３０】
そして本エンジン１の燃焼制御等を行う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Ｏ2 濃度信号（空燃比信号）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１に示す各種の信号が入力される。
【００３１】
上記燃焼制御においては、検出された空燃比が目標空燃比となるよう燃料供給量を可変制御するフィ−ドバック制御が行われる。この場合、ＥＣＵ２１は、エンジン温度が一時的に高温となる高温運転状態を検出する高温運転状態検出手段として、及び該高温運転状態が検出されたとき、エンジンの燃焼状態を上記高温運転状態に応じて補正する燃焼状態補正手段として機能する。
【００３２】
図３，図４は上記高温運転状態を説明するための図であり、運転者が高速航走中にスロットルを急激に閉じることにより、スロットル全開の高速回転／高負荷運転域（Wot)から急激に低速回転／低負荷運転域（IDLE) に移行すると（同図（ａ）参照）、エンジン回転数の低下に伴って冷却水量が減少し、冷却水流入口側気筒、従って温度の低い冷却水が供給される下側気筒▲５▼，▲６▼のシリンダ温度は同図（ｃ）の一点鎖線で示すようにそれほど上昇しないのに対し、冷却水流出口側気筒、従って温度の比較的高い冷却水が供給される上側気筒▲１▼，▲２▼のシリンダ温度は同図に実線で示すように大きく上昇する。
【００３３】
そのため、冷却水流出口側気筒（上側気筒▲１▼，▲２▼）では冷却水流入口側気筒（下側気筒▲５▼，▲６▼）に比較して、吸気経路（クランク室，掃気ポート等）の壁面に付着していた燃料の気化がより促進されてエンジン内に導入され、その結果、冷却水流出口側気筒の空燃比は過リッチ（図４（ａ）のλ＝Ｐ１）となり、かつ冷却水流入口側気筒の空燃比は目標の理論空燃比からわずかにリッチ側のλ＝Ｐ２となる。
【００３４】
一方、本実施形態では、上側気筒▲１▼に空燃比センサ１６が装着されているので、センサ出力は第３図（ｂ）に示すように大幅なリッチ状態を示すこととなる。そのため上記ＥＣＵ２１は、上記空燃比センサ１６からのリッチ出力に応じて、燃料噴射量をフィードバック補正における最大値（補正制限値ΔＱ））の範囲内で減量側に補正する。
【００３５】
その結果、上記空燃比１６が配設されている側の気筒▲１▼，▲２▼（冷却水流出口側気筒）では、上記フィードバック制御により空燃比は理論空燃比（λ＝１）に収斂する（図４（ａ）参照）。一方、下側気筒▲５▼，▲６▼（冷却水流入口側気筒）においては、上述のようにシリンダ温度がそれほど上昇しないので、吸気経路内に付着していた燃料の気化もそれほど促進されず、従って、上記上側気筒と同様に減量補正すると過剰リーンとなり、場合によってバックファイア，失火の原因となる（図４（ｂ）参照）。
【００３６】
そこでＥＣＵ２１は、上記スロットル開度センサ２７により検出されたスロットル開度の閉速度が所定速度以上の場合には上述の高温運転状態であると判断し、該高温運転状態では、以下に詳述する各種の方法で、各気筒の燃焼状態を補正制御する。なお、上記高温状態の判断には、上側気筒▲１▼，▲２▼のシリンダ温度又は冷却水温度が所定値以上となったとき、あるいは上側気筒▲１▼，▲２▼と下側気筒▲５▼，▲６▼のシリンダ温度又は冷却水温度の差が所定値以上となったとき等、各種の態様が採用可能である。
【００３７】
図５は、上記高温運転状態が検出されたとき、燃焼状態補正手段として、フィ−ドバック制御をオ−プン制御に切り替えるようにした例である。このオープン制御では、冷却水流入口側気筒（下側気筒５，６）についてはλ＝Ｐ２を、冷却水流出口側気筒（上側気筒１，２）についてはλ＝Ｐ１を、また中側気筒３，４についてはＰ１とＰ２との中間の値をオープン制御ポイントとし、各気筒毎に設定されたマップ値に基づいて燃料の可変制御が行われる。なお、上側気筒のみをフィードバック制御とし、他の気筒をオープン制御とすることも可能である。
【００３８】
このように、高温運転状態では、フィードバック制御自体を中止してマップ値に基づくオープン制御とすることにより、空燃比センサ配設気筒と他の気筒との間の壁面付着燃料の気化量の差により過剰リーンとなるのを防止でき、バックファイア，失火の発生を防止できる。
【００３９】
図６，図７は、上記高温運転状態が検出されたとき、燃焼状態補正手段として、フィードバック制御における補正制限値を小さくするようにした例である。この場合、図６に示すように、補正制限値を通常のΔＱに対して全気筒ともこれより小さいΔＱ′とする方法、又は図７に示すように、シリンダ温度の高い冷却水流出口側気筒については通常の補正制限値ΔＱとし、温度の低い冷却水流入口気筒については補正制限値ΔＱより小さい値ΔＱ′とする方法が採用可能である。
【００４０】
図６，図７の例では、フィードバック制御における制限値を通常のΔＱより小さいΔＱ′にしたので、リッチ信号に対する燃料の減量幅が小さくなり、その結果壁面付着燃料の気化度合いの低い気筒においても過剰リーンとなることを防止できる。また図７の場合、壁面付着燃料の気化度合いの高い気筒については従来通りの補正制限値ΔＱとしたので、該気筒の空燃比を早急に目標値に収斂させることができる。
【００４１】
図８は請求項２の発明の実施形態であり、この例では冷却水流入口側気筒については、冷却水流出口側気筒との壁面付着燃料の気化量の差に相当する燃料Δｑを増量するようにしている。なお、燃料増量手段は、冷却水流入口側気筒用の燃料噴射弁の開時間を上記増量Δｑに応じた時間だけ延長することで実現できる。
【００４２】
図８の例では、フィードバック制御における補正制限値は何れの気筒においてもΔＱであり、壁面付着燃料の気化度合いの高い側の気筒の空燃比を目標空燃比に早急に収斂させることができ、かつ気化度合いの低い側の気筒についてはΔｑだけ燃料が増量されるので、該気筒の過剰リーンは防止される。
【００４３】
図８の例では、壁面付着燃料の気化度合いの高い側の気筒（冷却水流出口側気筒）については燃料の増量は行わなかったが、該出口側気筒にも燃料増量を行うことも可能であり、このようにしたのが請求項５の発明である。このようにした場合は燃料増量制御が簡単になる効果がある。
【００４４】
図９，図１０は、上記高温状態が検出されたとき点火時期をその時点での運転状態に応じた点火時期よりも進角側に補正するようにした例である。この場合、図９に示すように点火時期進角量を全気筒とも同一とする方法、又は図１０に示すように、シリンダ温度の高い冷却水流出口側気筒については通常の点火時期のままとし、温度の低い冷却水流入口側気筒については進角させる方法が採用可能である。なお、この場合は、フィードバック制御の補正制限値は通常通りΔＱとなっている。
【００４５】
このように点火時期を進角させたので、空燃比がリーンになってもバックファイヤを起こしにくく、従って各気筒毎の壁面付着燃料の気化量の差による不具合を解消可能である。
【００４６】
図１１は、上記高温運転状態が検出されたとき、フィ−ドバック制御における燃料の減量幅を抑制するようにした場合の例である。この例では、リッチ／リ−ン切替え設定電圧をリッチ側（λ＝１′）に補正している。即ち、図３（ｂ）に示すように、通常は、空燃比センサ１６の出力電圧値がＶ１より大の場合にリッチ，小の場合にリーンと判断し、燃料噴射量をそれぞれ減量，増量側に補正するのであるが、この例では上記Ｖ１よりΔＶだけ大のΔＶ′を基準にしてリッチ，リーンの判断を行うのである。
【００４７】
これにより高温運転状態において、空燃比センサ１６の出力がより早くリーン状態を示すこととなり、結果的に燃料噴射量の減量幅が小さくなり、冷却水流入口側気筒の過剰リーンの発生が抑制される。
【００４８】
なお、燃料噴射量の減量幅を小さくする方法として、フィードバック制御における補正係数を小さく設定することを有効である。即ち、空燃比センサの出力がリッチに切り替わると、燃料噴射量はある補正係数でもって減量されるのであるが、この場合の補正係数を、高温運転状態でない通常運転状態での補正係数より小さくすることにより結果的に減量幅が小さくなり、過剰リーンが回避される。
【００４９】
このように高速回転／高負荷運転域から低速回転／低負荷運転域に急激に移行した場合には、燃焼状態を補正するようにしたので、バックファイヤーや失火の発生を抑制することができ、エンジンフィーリングの低下を防止することができる。
【００５０】
ここで、空燃比センサ１６を冷却水流入口に最も近いエンジン下側気筒▲５▼又は▲６▼に設けることも有効であり、このようにしたのが請求項１１の発明である。
【００５１】
このように下側気筒に空燃比センサ１６を配設した場合には、壁面付着燃料の気化量の少ない気筒、つまり比較的λ＝１に近い気筒の空燃比を計測し、該気筒の空燃比を基準にしてフィードバック制御を行うのであるから、他の気筒の空燃比が過剰リーンとなることはなく、上記高温運転状態の場合の問題を解消できる。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のエンジンの運転制御装置によれば、エンジンが一時的に高温となる高温運転状態が検出されたとき、フィードバック制御をオープン制御に切り替えるようにしたので、高温運転状態における各気筒毎の壁面付着燃料の気化量の差に起因して過剰リーンの気筒が生じるのを防止できバックファイヤーや失火を抑制することができ、エンジンフィーリングを向上できる効果がある。
【００５３】
また、冷却水をエンジン下側気筒から上側気筒に流す冷却装置を備え、エンジン上側に空燃比センサを備えていることから、高温運転状態では壁面付着燃料の気化量が上側気筒と下側気筒との間で差異が生じ易いエンジンの場合に、上述の各燃焼補正制御を行うようにしたので、より効果的である。
【００５５】
また請求項２の発明によれば、燃焼状態補正手段により温度の低い気筒への燃料を増量するようにしたので、温度の低い気筒が過剰リーンになるのを防止できる。
【００５９】
請求項４の発明によれば、壁面付着燃料の気化度合いの低い部位に空燃比を配設したので、高温運転状態となっても壁面付着燃料の気化により空燃比出力がリッチとなることはあまりなく、従って過剰リーン気筒の発生を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によるエンジンの運転制御装置の全体構成図である。
【図２】上記実施形態運転制御装置が採用されたエンジンの一部断面平面図である。
【図３】上記実施形態装置における高温運転状態を説明するための特性図である。
【図４】上記実施形態装置における高温運転状態を説明するための特性図である。
【図５】燃焼状態補正手段としてフィードバック制御からオープン制御に切り替えた状態を示す特性図である。
【図６】燃焼状態補正手段としてエンジン全体のフィードバック補正制限値を小さくした状態を示す特性図である。
【図７】燃焼状態補正手段としてシリンダ壁温度の気筒間差に応じてフィードバック補正制御値を変えた状態を示す特性図である。
【図８】燃焼状態補正手段としてシリンダ壁温度の気筒間差に応じて燃料噴射量を増量するようにした状態を示す特性図である。
【図９】燃焼状態補正手段として全気筒とも進角した状態を示す特性図である。
【図１０】燃焼状態補正手段としてシリンダ壁温度の気筒間差に応じて点火時期の進角量を変えた状態を示す特性図である。
【図１１】燃焼状態補正手段としてフィードバック設定電圧をリッチ域に変更した場合の特性図である。
【符号の説明】
１  エンジン
２１，２７  ＥＣＵ，スロットル開度センサ（高温運転状態検出手段）
２１  ＥＣＵ（燃焼状態補正手段）
▲１▼，▲３▼，▲５▼  及び▲２▼，▲４▼，▲６▼  並列配置された複数気筒
ΔＱ  補正制限値（大）
ΔＱ′補正制限値（小）
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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