(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数気筒のうち特定気筒にのみ空燃比センサを設け、この空燃比センサの出力に基づいて空燃比をフィードバック制御する多気筒２サイクルの筒内噴射エンジンにおいて、
前記特定気筒の噴射時期を、この特定気筒の燃料噴射により前記空燃比センサのセンサ部に未燃ガスが到達するとともに、前記空燃比センサの出力変化位置が理論空燃比の位置に近づくように設定することを特徴とする筒内噴射エンジンの燃料噴射制御方法。
【請求項２】
前記特定気筒の燃料噴射時期を他の気筒の噴射時期より進角側に設定することを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射エンジンの燃料噴射制御方法。
【請求項３】
複数気筒のうち特定気筒にのみ空燃比センサを設け、この空燃比センサの出力に基づいて空燃比をフィードバック制御する多気筒２サイクルの筒内噴射エンジンにおいて、
前記特定気筒の噴射時期を、前記空燃比センサの出力変化位置が理論空燃比の位置に近づくように設定し、かつ他の気筒の噴射時期より進角側に設定することを特徴とする筒内噴射エンジンの燃料噴射制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多気筒２サイクルの筒内噴射エンジンの燃料噴射制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンからの排気ガスのエミッション向上のため、理論混合比近傍の空燃比で燃焼が行われるように燃料噴射や点火時期が制御される。この場合、酸素濃度センサ等の空燃比センサを用いて各種センサから検出した運転状態に応じて燃料噴射量や噴射時期あるいは点火時期を制御して空燃比をフィードバック制御している。
【０００３】
４サイクルエンジンにおいては、図４のグラフａに示すように、酸素濃度センサの出力は理論空燃比を境に急峻に変化する。これは、４サイクルエンジンにおいては排気ガス中に未燃焼の燃料ガスや空気がほとんどないためである。このような理論空燃比近傍で変化する酸素濃度センサ出力特性に基づいて、燃料噴射量等をフィードバック制御することにより最適空燃比での燃焼が達成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、２サイクルエンジンにおいては、燃料を吸気管に噴射し空気と混合した状態でクランク室内に導入する吸気管噴射方式の場合、図４のグラフｂに示すように、酸素濃度センサの出力特性の変化位置が、４サイクルエンジンの場合を示すグラフａに比べ理論空燃比の位置からリッチ側にずれる。これは、４サイクルエンジンでは燃焼により空気（酸素）はほとんど消費されるのに対し、２サイクルエンジンの吸気管噴射では、空気とともに未燃ガスが酸素濃度センサのセンサ部に連通する検出孔に達し、その分特性がリッチ側にずれるためであり、筒内噴射では未燃ガスが酸素濃度検出孔に到達せず空気のみが存在することになるためさらに特性がリッチ側にずれると考えられるためである。したがって、このような酸素濃度センサの出力特性の変化位置の理論空燃比からのずれは、筒内噴射エンジンでは、図４のグラフｃに示すように、さらに大きくリッチ側にずれる。なお、未燃ガスとは気体のみでなく噴霧状態の液体燃料を含む。
【０００５】
船外機における空燃比フィードバック制御では、特定気筒に酸素濃度センサを設け、これを基準気筒として酸素濃度センサの出力に基づいてこの基準気筒をフィードバック制御し、他の気筒に対しては、基準気筒の制御量に対し気筒間での噴射補正量を運転域ごとに演算で求めることにより基準気筒を補正して噴射制御している。この場合、酸素濃度センサの出力特性が前述のようにリッチ側にずれていると、基準気筒の噴射量がリッチ側を目標値としてフィードバック制御されるため、燃料が過度なリッチ状態となって燃費の向上が図られなくなるとともに排ガスエミッションが低下する。他の気筒についても、同様にリッチ側に補正されるため、燃料が過度なリッチ状態となって燃費の向上が図られなくなるとともに排ガスエミッションが低下する。
【０００６】
このような空燃比センサの出力特性のずれは、理論空燃比で特性が変化する酸素濃度センサの場合だけでなく、図５に示すように、空燃比センサとしてリニアセンサを用いた場合にも、２サイクルエンジンの吸気管噴射の場合（グラフｂ）に対し、筒内噴射（グラフｃ）の場合に出力変化位置がリッチ側の空燃比の位置にずれる。したがって、このようなリニアセンサを用いた場合にも、酸素濃度センサを用いた場合と同様に前述のような過度なリッチ燃料となる問題を生じる。
本発明は上記の点に対処するものであって、特定気筒に空燃比センサを設けて空燃比のフィードバック制御を行う多気筒２サイクルの筒内噴射エンジンにおいて、空燃比センサの適正な出力特性からのずれをなくすようにした筒内噴射エンジンの燃料噴射制御方法の提供を目的とする。
【０００７】
【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、複数気筒のうち特定気筒にのみ空燃比センサを設け、この空燃比センサの出力に基づいて空燃比をフィードバック制御する多気筒２サイクルの筒内噴射エンジンにおいて、前記特定気筒の噴射時期を、この特定気筒の燃料噴射により前記空燃比センサのセンサ部に未燃ガスが到達するとともに、前記空燃比センサの出力変化位置が理論空燃比の位置に近づくように設定することを特徴とする筒内噴射エンジンの燃料噴射制御方法を提供する。この構成によれば、空燃比センサが取付けられた特定気筒について、空燃比センサの出力変化位置が理論空燃比の位置に近づくように、特定気筒の噴射時期が制御される。これにより、特定気筒のみ噴射時期を適正な制御量からずらせて、筒内噴射により出力特性がずれた空燃比センサの出力特性を適正に戻すことができ、この適正になった空燃比センサの出力特性に基づいて適正なフィードバック制御を行うことができる。また、この構成においては、例えば空燃比センサへ排気ガスを導入するシリンダ側壁に設けた排気ガス連通孔に未燃ガスが充分到達するように噴射時期が制御される。これにより、空燃比センサ周囲の状態が、排気ガス中に空気と未燃焼ガスを多量に含む吸気管噴射の場合の状態とほぼ同様になり、出力特性の変化位置が理論空燃比の位置に近づく。
【０００８】
好ましい構成例においては、前記特定気筒の燃料噴射時期を他の気筒の噴射時期より進角側に設定することを特徴としている。
この構成によれば、特定気筒の噴射時期を進角側に設定することにより、噴射時期が早められ、例えば燃焼室上面に設けた燃料噴射弁から噴射された燃料がシリンダ側壁の空燃比センサへの排気ガス連通孔に充分に達し、吸気管噴射の場合と同様の状態が作られ、出力特性がリーン側に移行する。
【０００９】
さらに好ましい構成例においては、複数気筒のうち特定気筒にのみ空燃比センサを設け、この空燃比センサの出力に基づいて空燃比をフィードバック制御する多気筒２サイクルの筒内噴射エンジンにおいて、前記特定気筒の噴射時期を、前記空燃比センサの出力変化位置が理論空燃比の位置に近づくように設定し、かつ他の気筒の噴射時期より進角側に設定することを特徴としている。
【００１０】
この構成によれば、空燃比センサが取付けられた特定気筒について、空燃比センサの出力変化位置が理論空燃比の位置に近づくように、特定気筒の噴射時期が制御される。これにより、特定気筒のみ噴射時期を適正な制御量からずらせて、筒内噴射により出力特性がずれた空燃比センサの出力特性を適正に戻すことができ、この適正になった空燃比センサの出力特性に基づいて適正なフィードバック制御を行うことができる。さらに、この構成によれば、特定気筒の噴射時期を進角側に設定することにより、噴射時期が早められ、例えば燃焼室上面に設けた燃料噴射弁から噴射された燃料がシリンダ側壁の空燃比センサへの排気ガス連通孔に充分に達し、吸気管噴射の場合と同様の状態が作られ、出力特性がリーン側に移行する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態に係る２サイクル６気筒の筒内噴射エンジンからなる船外機の構成図である。図中（Ａ）はエンジンの平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図、（Ｃ）は船外機の側面図、（Ｄ）は燃料供給系の構成図である。また、図２は、図１の船外機の縦断面図、図３（Ａ）は図２の気筒の断面図、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【００１３】
図１（Ｃ）において、１は船外機であり、クランク軸１２（図１（Ａ））が縦置き状態で搭載されるエンジン２と、エンジン２の下端面に接続されエンジン２を支持するガイドエキゾースト部３と、ガイドエキゾースト部３の下端面に接続されるアッパケース４と、ロアケース５およびプロペラ６とからなる。上記エンジン２は、筒内噴射式Ｖ型６気筒２サイクルエンジンであり、６つの＃１〜＃６気筒７ａ〜７ｆ（図１（Ｂ）、図２）が平面視でＶバンクをなすように置かれた状態で且つ縦方向に配設されたシリンダボディ７に、シリンダヘッド８が連結固定されている。
【００１４】
上記各気筒７ａ〜７ｆ内には、ピストン１１が摺動自在に嵌合配置され、各ピストン１１はクランク軸１２に連結されている。シリンダヘッド８には、燃料噴射弁１３および点火プラグ１４が挿入配置されている。燃料噴射弁１３は磁力で開閉動作されるソレノイド開閉式であり、その噴射孔１３ａ（図３（Ａ））の軸線はシリンダボアの軸線と交差するように配置される。
【００１５】
各気筒７ａ〜７ｆはそれぞれ掃気ポート１７ａ，１７ｂ，１７ｃ（図３）によりクランク室に連通される。また、各気筒７ａ〜７ｆには、排気ポート１８ａ〜１８ｆが、それぞれの気筒の掃気ポート１７ａに対向するように接続されている。
【００１６】
このような構成の２サイクルエンジンにおいて、爆発膨張行程後の掃気行程において、図３の矢印に示すように、掃気ポート１７ａ〜１７ｃを通してクランク室からピストン上面側の燃焼室に空気が導入されるとともにピストン上昇に伴い排気ポート１８ａを通して燃焼ガスが排出される。このとき掃気ポートから導入される空気の一部が排気ガスとともに排気ポートから流出する。これを吹き抜けという。
【００１７】
図３（Ａ）の１０５ａは、燃焼ガスの酸素濃度検出によるフィードバック制御を行うための空燃比センサ１０５（図１）に対する燃焼ガスの採取孔（連通孔）であり、掃気ポート１７ａの上部に形成されている。
【００１８】
本実施形態では、このような吹き抜けにより、空気とともに燃料噴射弁１３から噴射される燃料が空燃比センサへの排気ガスの採取孔（連通孔）１０５ａに達する前に排気管側に流出したり、ピストンで連通孔が塞がれることがないように、噴射時期を進角させて早い時期に燃料を噴射して、燃焼ガス採取孔に燃料が充分に吹掛かるようにしている。
【００１９】
図２の左バンクの排気ポート１８ｂ，１８ｄ，１９ｆは左集合排気通路１９ａに、右バンクの排気ポート１８ａ，１８ｃ，１８ｅは右集合排気通路１９ｂに合流する。左右の集合排気通路１９ａ，１９ｂの下流側にはそれぞれガイドエキゾースト部３内の左排気通路３ａおよび右排気通路３ｂを介してアッパケース４内の左排気管２０ａおよび右排気管２０ｂが接続されている。
【００２０】
図２に示すように、左右の排気管２０ａ，２０ｂは、アッパケース４内のマフラー２１内に配置されており、このマフラー２１は隔壁２２により左右の排気管２０ａ，２０ｂが開口する左膨張室２１ａおよび右膨張室２１ｂを備えている。これらの膨張室２１ａ，２１ｂは、左右バンクの気筒からの排気ガスの圧力波がほぼ大気圧状態に解放されるのに必要な容積を有している。また、マフラー２１の下端には、ロアケース５内に形成された排気通路５ａが接続され、この排気通路５ａは、左右の排気管２０ａ，２０ｂからの排気を合流させている。
【００２１】
各気筒７ａ〜７ｆは、左右バンクごとに左右の排気管２０ａ，２０ｂに集合して接続され、各排気管２０ａ，２０ｂからの排気ガスは水中に放出される。
【００２２】
図１（Ａ）に示すように、エンジン２のクランクケース２３には、吸気マニホルドの分岐吸気通路２５が接続されており、この吸気通路２５のクランクケース２３への接続部には、逆流防止用のリード弁２４が配設される。また、リード弁２４の上流側には、エンジン内にオイルを供給するためのオイルポンプ２７と、吸気量を制御するためのスロットル弁２６が配設されている。
【００２３】
図１（Ｄ）に示すように、主燃料タンク３０（船体側に設置されている）内の燃料は、手動式の第１の低圧燃料ポンプ３１によりフィルタ３３を経て第２の低圧燃料ポンプ３４に送られる。この第２の低圧燃料ポンプ３４は、エンジン２のクランク室のパルス圧により駆動されるダイヤフラム式ポンプであり、燃料を気液分離装置であるベーパーセパレータタンク３５に送る。このベーパーセパレータタンク３５内には、電動モータにより駆動される燃料予圧ポンプ３６が配設されており、燃料を加圧し予圧配管Ａを経て高圧燃料ポンプ３７に送る。高圧燃料ポンプ３７の吐出側は、各気筒７ａ〜７ｆに沿って縦方向に配設された燃料供給レール４０に接続されるとともに、高圧圧力調整弁３８および燃料冷却器４１、配管Ｂを介してベーパーセパレータタンク３５に接続されている。また、予圧配管Ａとベーパーセパレータタンク３５間には予圧圧力調整弁４２が設けられている。
【００２４】
制御装置２９には、エンジン２の駆動状態、船外機１や船の状態を示す各種センサからの検出信号が入力される。すなわち、センサとして、クランク軸１２の回転角（回転数）を検出するエンジン回転数センサ９０、クランクケース２３内の圧力を検出するクランク室内圧センサ９１、吸気通路２５内の温度を検出する吸気温センサ（図示しない）、シリンダボディ７の温度を検出するエンジン温度センサ９４、各気筒７ａ〜７ｆの背圧を検出する背圧センサ（図示しない）、スロットル弁２６の開度を検出するスロットル開度センサ９６、冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ、エンジン２の振動数を検出するエンジン振動センサ、船外機１のニュートラル状態を検出するニュートラルセンサ、船外機１の上下回動位置を検出するトリム角検出センサ、エンジン始動スイッチ、船の姿勢を検出する船姿勢センサ、外気温度を検出する外気温センサ（いずれも図示しない）が設けられ、さらに、最上段の＃１気筒７ａ内の空燃比を検出する空燃比センサ（酸素濃度センサ）１０５、高圧燃料配管内の圧力を検出する燃料圧力センサ１０６が設けられている。制御装置２９は、これら各種センサの検出信号を演算処理し、制御信号を点火プラグ１４、燃料噴射弁１３、オイルポンプ２７、予圧燃料ポンプ３６に伝送する。
【００２５】
上記構成の船外機において、空燃比センサ１０５は、シリンダ壁に設けた検出用の採取孔１０５ａを介して燃焼室内の燃焼ガスを直接検出する。この空燃比センサ１０５を取付けた＃１気筒７ａについては、他の気筒より噴射時期を進角させて早い時期に燃料を噴射する。これにより、燃料が充分に燃焼室内に充満し、吹き抜けにより空気とともに燃料噴射弁１３から噴射される燃料が空燃比センサへの排気ガスの検出孔である採取孔（連通孔）１０５ａ（図３）に達する前に、排気管側に流出したり、ピストン１１で連通孔１０５ａが塞がれることがなくなって、燃料噴射弁１３から噴射された燃料が充分に連通孔１０５ａに到達する。これにより、筒内噴射エンジンの空燃比センサのセンサ部分の状態は、実質上吸気管噴射エンジンの空燃比センサ部分と同じように未燃ガスが充分に到達する状態となって、前述の図４で示した筒内噴射の空燃比特性のグラフｃが吸気管噴射のグラフｂへの方向、すなわちリーン側に移行し、出力特性の変化位置が理論空燃比の位置に近づく。
【００２６】
このようにリーン側に移行した出力特性を有する空燃比センサの出力に基づいて空燃比のフィードバック制御を行うことにより、燃料が常にリッチとなることが防止され適正なフィードバック制御が達成される。
【００２７】
図６（Ａ）（Ｂ）は、船外機における噴射時期（噴射開始時期）に対する、出力を加味した排ガス（有害排気ガスの排気エミッション）ｇ／（ｐｓ・ｈ）の気筒間のずれを示すグラフであり、図６（Ｃ）は筒内噴射エンジンの運転領域の説明図である。図６（Ａ）は中速中負荷運転域（図６（Ｃ）のＢ領域）を示し、図６（Ｂ）は図６（Ｃ）のＣ領域のうち高回転領域を示す。
【００２８】
図６（Ａ）（Ｂ）ともに下の気筒ほど排ガスが最良となるピーク値が進角側にずれている。この場合、（Ｂ）の高回転域のほうがずれ量が少ない。これは高回転では排気管長の差の影響が小さくなるからである。図において、ピーク値より右側（進角側）では吹き抜け量が増加するとともに出力も増加しその結果排ガスは図のように徐々に低下する。逆にピーク値より左側（遅角側）では吹き抜け量が減少するとともに出力が減少しその結果排ガスは図のように徐々に低下する。これは、噴射時期が早くなれば（進角側）、その分吹き抜けが多くなり、逆に噴射時期が遅くなれば（遅角側）、その分吹き抜けが少なくなるからである。また、出力については、噴射時期が早い進角側では充分な混合作用が得られるため出力が増加し、逆に噴射時期が遅い遅角側では混合が不十分なため出力が低下するからである。なお、噴射時期とは噴射開始時期のことである。
【００２９】
このような特性を有する筒内噴射エンジンにおいて、特定気筒（空燃比センサを取付けた＃１気筒）については、燃料噴射時期を最適噴射時期となるグラフのピーク位置より進角側にずらせる。他の気筒については、それぞれ燃料噴射時期が最適噴射時期となるようにグラフのピーク位置と一致させて燃料噴射を行う。これにより、前述のように、＃１気筒について空燃比センサのセンサ部に未燃ガスが充分に到達し空燃比センサの出力変化位置が理論空燃比の位置に近づく。
【００３０】
すなわち、＃１気筒について、グラフのピーク位置で噴射開始したのでは側壁に設けたセンサ用の検出孔（０2 孔）の開口時間（図６（Ａ））中に未燃ガスがこの検出孔に到達しないが、これを図示したようにピーク位置から進角側にずらせて噴射開始することにより、検出孔の開口時間中にこの検出孔に未燃ガスが到達して空燃比センサの出力特性が理論空燃比に近づく。したがって、この＃１気筒の空燃比センサの出力に基づいて最適な空燃比フィードバック制御を行うことができる。
【００３１】
この場合、噴射時期を最適噴射時期となるグラフのピーク位置からずらせるのは＃１気筒のみであり、他の気筒は最適噴射時期で噴射するため、燃料のリッチ化や吹き抜けの増大等による燃費の悪化は最小限に抑えられ実質上問題とならない。
【００３２】
このような燃料噴射制御は、例えば各気筒の特性に合わせて予め作成したマップに基づいて、最良の排ガス効率で最適な空燃比となる噴射時期を求めて行うことができる。これにより各気筒ともに最適空燃比で最良の排ガスエミッションおよび燃費を得ることができ、気筒間のばらつきをなくすことができる。ここで、排ガスエミッションは特に排気ガス中のＨＣのエミッションであり、このＨＣの含有量を減少させてエミッションを最良とし、かつ燃費を最良とするように排ガスエミッションと燃費の両方が最適値に近づくようにバランスをとって各気筒ごとに燃料噴射時期を変化させる。
【００３３】
なお、予め作成したマップに基づいて噴射時期を固定したオープンループ制御により噴射制御を行う構成に代えて、エンジン回転数から出力変動を演算しこの出力変動がなくなるようにフィードバック制御を行って噴射時期制御を施してもよい。この場合、出力変動は、エンジン回転数を検出してその変動から演算することができ、また燃焼圧力あるいはノッキングを検出してその検出値から出力変動を求めることもできる。
【００３４】
このフィードバック制御は、マップを用いたオープンループ制御に代えて常にフィードバック制御を行ってもよいし、あるいは、マップ制御と併用して、所定期間ごとにマップを学習させて書き直し、フィードバック制御とマップ制御を交互に行ってもよい。
【００３５】
また、噴射量の調整と噴射時期制御を併用して噴射制御を行ってもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、特定気筒の噴射時期を適正な制御量からずらせて、筒内噴射により出力特性がリッチ側にずれた空燃比センサの出力特性を適正なリーン側に戻すことができ、この適正になった空燃比センサの出力特性に基づいて適正なフィードバック制御を行うことができる。これにより、２サイクル筒内噴射エンジンにおいて、空燃比出力特性がリッチ側に移行することを防止し常に理論混合比近傍での燃焼を達成して、燃費の向上および排ガスエミッションの向上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船外機の構成図。
【図２】  図１の船外機の縦断面図。
【図３】  （Ａ）は図２のエンジンの気筒部の断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図。
【図４】  酸素濃度センサの出力特性の説明図。
【図５】  リニアセンサの出力特性の説明図。
【図６】  （Ａ）（Ｂ）は船外機における噴射時期と排ガスの気筒間のずれを示すグラフ、（Ｃ）は筒内噴射エンジンの運転領域の説明図。
【符号の説明】
１：船外機、２：エンジン、３：ガイドエキゾースト部、４：アッパケース、
５：ロアケース、６：プロペラ、７：シリンダボディ、
７ａ〜７ｆ：気筒、８：シリンダヘッド、１１：ピストン、
１２：クランク軸、１３：燃料噴射弁、１４：点火プラグ、
２０ａ，２０ｂ：排気管、２３：クランク室、２４：リード弁、
２５：吸気通路、２６：スロットル弁、２７：オイルポンプ、
２９：制御装置、３０：主燃料タンク、３１：低圧燃料ポンプ、
３３：フィルタ、３４：第２の低圧燃料ポンプ、
３５：ベーパーセパレータタンク、３６：燃料予圧ポンプ、
３７：高圧燃料ポンプ、３８：高圧圧力調整弁、４０：燃料供給レール、
４１：燃料冷却器、４２：予圧圧力調整弁、９０：エンジン回転数センサ、
９１：クランク室内圧センサ、９４：エンジン温度センサ、
９６：スロットル開度センサ、１０５：空燃比センサ、
１０６：燃料圧力センサ。
【図１】
0004071353.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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