(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ内へ空気を導く吸気管にスロットル弁が設けられ、このスロットル弁をバイパスするバイパス流路が形成され、このバイパス流路にはＩＳＣバルブが設けられている燃料噴射式４サイクルエンジンにおいて、
前記ＩＳＣバルブの開度は、スロットル弁の開度が大きくなるにつれて大きくなるとともに、スロットル開度に対するＩＳＣバルブ開度の変化率は、スロットル開度が小さくなるにつれて大きくなっており、
かつ、前記ＩＳＣバルブが、ステップモーターで駆動されていることを特徴とする燃料噴射式４サイクルエンジン。
【請求項２】
請求項１記載の燃料噴射式４サイクルエンジンが搭載された船外機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリンダ内へ空気を導く吸気管にスロットル弁が設けられ、このスロットル弁をバイパスするバイパス流路が形成され、このバイパス流路にはＩＳＣバルブ（アイドルスピードコントロールバルブ）が設けられている燃料噴射式４サイクルエンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この様なＩＳＣバルブは、エンジン高回転数時にスロットル弁が急に閉じられた場合に、開くように制御（所謂、ダッシュポッド制御）されている。そして、エンジンへの吸気量不足で失火などが発生し、エンジンの回転が停止したり、不調となったりすることを防止している。この従来のＩＳＣバルブは、スロットル弁の開度（以下、「スロットル開度」と呼ぶ）が大きい場合およびエンジン回転数が低い場合には閉じ、スロットル開度が小さく、かつ、エンジン回転数が高い場合に開いている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＩＳＣバルブが安価なステップモーターなどの応答特性の遅い駆動装置で駆動されていることがある。このステップモーターは、図４に図示するように、スイッチをＯＮとして電気を供給しても、段階的に一定角度ずつ回転する。したがって、ステップモーターにより駆動されるＩＳＣバルブは、所望の開度まで開くのに時間を要している。そのため、図６の破線で図示するように、スロットル開度を増大させて、エンジン回転数を増大させた後に、急にスロットル弁を閉じた場合に行われるダッシュポッド制御の際に、ＩＳＣバルブは閉じた状態から開き始めるが、ＩＳＣバルブの開く速度が遅く、間に合わないことがある。すると、前述のように、エンジンへの空気供給量が不足し、エンジンの回転が停止したり、不調となったりする。そして、これを防止するために、ＩＳＣバルブの１ステップで開く開度を大きくすると、ＩＳＣバルブによる空気量の調整の精度が低下するとともに、大きな容量のＩＳＣバルブが必要となり、コストが増大する。
【０００４】
本発明は、以上のような課題を解決するためのもので、応答特性の遅いＩＳＣバルブでも、ダッシュポッド制御の際にエンジンへの空気供給量が十分に確保できる燃料噴射式４サイクルエンジンを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の燃料噴射式４サイクルエンジン（２）は、シリンダ（７）内へ空気を導く吸気管（５２）にスロットル弁（５４）が設けられ、このスロットル弁をバイパスするバイパス流路（５５）が形成され、このバイパス流路にはＩＳＣバルブ（８１）が設けられている。そして、前記ＩＳＣバルブの開度は、スロットル弁の開度が大きくなるにつれて大きくなるとともに、スロットル開度に対するＩＳＣバルブ開度の変化率は、スロットル開度が小さくなるにつれて大きくなっており、かつ、前記ＩＳＣバルブが、ステップモーター（８２）で駆動されている。
【０００６】
また、燃料噴射式４サイクルエンジンが船外機（１）に搭載されている場合がある。
【０００７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明における燃料噴射式４サイクルエンジンの実施の一形態を図１ないし図７を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態の燃料噴射式４サイクルエンジンを搭載した船外機の基本構成を示す模式的構成図である。図２は吸気管およびＩＳＣバルブの配置の模式図である。図３はＩＳＣバルブの断面図である。図４はＩＳＣバルブの稼働時のタイムチャートである。図５はＩＳＣバルブの開度とスロットル開度との関係示すグラフである。図６はスロットル弁を開けてから急に閉じた場合のタイムチャートである。図７はＩＳＣバルブを駆動するためのフローチャートである。
【０００８】
船外機１の上部には、内燃機関である燃料噴射式４サイクル多気筒エンジン２がカウリング内に搭載されており、このエンジン２のクランク軸３は、縦置き状態である。また、船外機１の下部には、プロペラ４が回転可能に設けられている。このプロペラ４は、ドライブシャフト５やプロペラシャフト６などを介して、エンジン２のクランク軸３に連結されており、クランク軸３により、プロペラ４を回転駆動できる。このエンジン２はＬ型４気筒で、各シリンダ７は略水平に配置されているとともに、上下に４段設けられている。各シリンダ７には、ピストン８が往復動自在に配置され、コンロッド９を介してクランク軸３に連結されている。また、ドライブシャフト５により、冷却水ポンプ２７が駆動され、船外機外の水を吸い込んで、エンジン２などに冷却水として供給している。
【０００９】
前記シリンダ７が形成されているシリンダボディ２９には、エンジン温度センサー３２が設けられており、シリンダボディ２９の温度すなわちエンジン温度を検出している。また、クランク軸３の周囲には、パルス発生手段としてのパルサコイル３６が設けられ、クランク軸３が回転すると、このパルサコイル３６が、クランク軸３の回転数（すなわちエンジン回転数）に応じた周波数のパルス信号を出力している。このパルサコイル３６がエンジン回転数センサー４０を構成しており、パルスの数をカウントすることによりエンジン回転数が分かる。また、パルスの発生する際のクランク軸３の回転角度は略一定であるので、パルスが発生した際には、クランク軸３が特定の回転角度（パルス発生角度）になったことが分かる。
【００１０】
シリンダボディ２９の燃焼室４５側はシリンダヘッド４６で覆われている。このシリンダヘッド４６には、各シリンダ７毎に、シリンダ７に空気を供給する吸気流路４７と、燃焼室４５の燃焼ガスを排気する排気流路４８とが設けられている。吸気流路４７の吸気孔を吸気弁４９が開閉し、また、排気流路４８の排気孔を排気弁５１が開閉している。吸気弁４９は吸気弁用カムシャフト４９ａで駆動され、排気弁５１は排気弁用カムシャフト５１ａで駆動されている。このカムシャフト４９ａ，５１ａは、クランク軸３とタイミングベルトなどを介して連動しており、クランク軸３が２回転すると、カムシャフト４９ａ，５１ａは１回転している。さらに、シリンダヘッド４６には点火プラグ５０が着脱自在に取り付けられている。
【００１１】
シリンダヘッド４６の吸気流路４７には各々、吸気管５２が接続され、この４本の吸気管５２の端部はサージタンク５３に接続されて集合している。吸気管５２には、各々スロットル弁５４が設けられ、このスロットル弁５４が、各気筒への吸気量を調整しており、所謂独立スロットル形式となっている。また、詳細は後述するバイパス流路５５がスロットル弁５４をバイパスしている。そして、スロットル弁５４は、互いに連動しており、スロットル弁５４の開度（すなわち、スロットル開度）は、スロットル開度センサー５６が検出している。このスロットル開度センサー５６は、スロットル弁５４の開度を正常に検出している際には、出力電圧は０よりも大きな値となっており、故障などをした際には、略０電圧となっている。また、吸気管５２の一本には、スロットル弁５４の下流側に、吸気圧センサー５７が設けられており、吸気管５２内の気圧を検出している。さらに、吸気管５２には、スロットル弁５４の下流側に、各々インジェクター５８が設けられている。
【００１２】
このインジェクター５８への燃料系について説明する。船外機１が搭載されているボート等の船体５９側には主燃料タンク６１が設けられており、この主燃料タンク６１の燃料たとえばガソリンなどは、手動式の第１の低圧ポンプ６２によりフィルター６３を経て、第２の低圧ポンプ６４に送られている。フィルター６３およびそれよりも下流の部材は、船外機１内に配置されている。そして、第２の低圧ポンプ６４は、第１の低圧ポンプ６２から送られた燃料を、気液分離装置であるベーパーセパレータータンク６５に送る。このベーパーセパレータータンク６５内には、燃料ポンプ６６が配設され、この燃料ポンプ６６が、供給配管６７を介してインジェクター５８にベーパーセパレータータンク６５内の燃料を供給している。そして、この燃料はインジェクター５８から吸気管５２内に噴射されている。また、インジェクター５８で余った燃料は戻り配管６８を通ってベーパーセパレータータンク６５に戻ってきている。
【００１３】
また、排気流路４８には、O2センサー７１が設けられ、燃焼ガスの酸素濃度を検出している。そして、オイルポンプ２８は、アッパーケーシング１８内のオイルパン７６から潤滑オイルを吸い込み、オイル流路７７を介してクランク軸３の軸受けなどに供給している。オイル流路７７には、油温センサー７８および油圧センサー７９が設けられており、油温センサー７８は潤滑オイルの温度を、また、油圧センサー７９は潤滑オイルの圧力を検出している。
【００１４】
ところで、前述のバイパス流路５５は、上流側がサージタンク５３に、下流側が、各吸気管５２におけるスロットル弁５４よりも下流側の部分に接続されている。そして、バイパス流路５５の中間部には、ＩＳＣバルブ８１が設けられ、このＩＳＣバルブ８１を駆動装置としてのステップモーター８２が駆動している。このステップモーター８２には、固定子８３と可動子８４とが設けられ、可動子８４の内面側には雌ねじ部８６が固定して設けられている。この雌ねじ部８６に螺合する雄ねじシャフト８７は、ＩＳＣバルブ８１の弁体に一体に構成されている。また、押圧バネ８８が雄ねじシャフト８７を下方すなわち閉方向に付勢している。そして、可動子８４が回転すると、雌ねじ部８６が一体に回転し、この雌ねじ部８６の回転により、螺合する雄ねじシャフト８７およびＩＳＣバルブ８１の弁体が押圧バネ８８の付勢力に付勢されながら、上下動し、ＩＳＣバルブ８１を開閉している。
【００１５】
また、船外機１内には、点火プラグ５０の点火時期や、インジェクター５８の燃料噴射量や噴射時期などのエンジン稼働状態を制御するエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）９１が設けられている。このエンジンコントロールユニット９１は、マイコンなどの制御装置で、入力側に、エンジン回転数センサー４０、大気圧センサー９２、船外機の傾動の角度を検出するトリムセンサー９３、油温センサー７８、油圧センサー７９、O2センサー７１、スロットル開度センサー５６、吸気圧センサー５７およびエンジン温度センサー３２などが、また、出力側に点火プラグ５０の点火回路、インジェクター５８の駆動部やステップモーター８２などが接続されている。また、エンジンコントロールユニット９１の内部には、ＣＰＵ、タイマー、およびＲＡＭやＲＯＭなどからなる記憶部などが設けられている。
【００１６】
そして、エンジンコントロールユニット９１の記憶部には、図５に図示するＩＳＣバルブの開度（以下、「ＩＳＣバルブ開度」と呼ぶ）とスロットル開度との関係が２次元マップで一対一で対応するように前もって記憶されている。図５に示すように、ＩＳＣバルブ開度は、スロットル開度が大きくなるにつれて大きくなるとともに、ＩＳＣバルブ開度の変化率は、スロットル開度が大きくなるにつれて小さくなっている。言い換えると、逆に、スロットル開度が小さくなると、ＩＳＣバルブ開度もそれにつれて小さくなっているとともに、ＩＳＣバルブ開度の変化率は、スロットル開度が小さくなるにつれて大きくなっている。また、このＩＳＣバルブ開度は、対応するスロットル開度の状態時に、急にスロットル弁５４が全閉されても、エンジン２の回転が極力不調とならないように決定されている。
【００１７】
この様に構成されている船外機１のエンジン２が稼働すると、空気がサージタンク５３から吸気管５２を流れ、インジェクター５８からガソリンなど燃料が供給されて混合されている。空気は吸気管５２を流れている際に、スロットル弁５４で流量が調整されているとともに、このスロットル弁５４をバイパスし、バイパス流路５５を通ってスロットル弁５４の下流側に流れ込んでいる。そして、吸気弁４９が開いている際に、吸気流路４７を通って、燃焼室４５に流入している。ピストン８は上死点と下死点との間を往復動しており、クランク軸３が２回転する間に、略上死点から略下死点への吸気工程と、略下死点から略上死点への圧縮工程と、次の略上死点から略下死点への燃焼工程と、略下死点から略上死点への排気工程との４工程を行っている。この４工程の間に、カムシャフト４９ａ，５１ａは１回転しており、吸気工程の際に吸気弁４９が開き、排気工程の際に排気弁５１が開いている。また、燃焼工程の始めの上死点付近で点火プラグ５０が点火され、吸気工程の初期の付近で、インジェクター５８から燃料が噴射されている。そして、エンジンコントロールユニット９１は、入力側に接続されている種々のセンサーから入力される種々のデータに基づいて、点火プラグ５０の点火時期、インジェクター５８の噴射時期および噴射時間（すなわち、燃料噴射量）、並びにＩＳＣバルブ８１の開度などを決定し、制御している。
【００１８】
ついで、エンジンコントロールユニット９１によるスロットル開度の制御のフローを説明する。
図７において、ステップ１で、エンジンコントロールユニット９１は、スロットル開度センサー５６からの検出値すなわちスロットル開度をサンプリングする。ついで、ステップ２において、サンプリングしたスロットル開度から、エンジンコントロールユニット９１の記憶部に記憶されているスロットル開度とＩＳＣバルブ開度との関係（２次元マップ）に基づいて、ＩＳＣバルブ開度の目標値を求め、ステップ３に行く。ステップ３において、ＩＳＣバルブ開度の目標値とＩＳＣバルブ開度の現在値とを比較し、差が無い場合にはステップ１に戻り、差が有る場合にはステップ４に行く。なお、エンジンコントロールユニット９１は、ステップモーター８２に出力した回転信号の今までの出力回数（すなわち、正転の出力回数から反転の出力回数を減算した回数）から、ＩＳＣバルブ開度の現在値が分かっている。そして、ステップ４において、ＩＳＣバルブ８１を駆動する。すなわち、ステップモーター８２に回転信号を入力して、差が小さくなる方向に回転させ、ＩＳＣバルブ８１を開方向または閉方向に移動させる。そして、ステップ１に戻る。この様にして、ＩＳＣバルブ開度が、図５に示す関係を維持するように、スロットル開度に追随して変化している。
【００１９】
そして、図６に図示するように、図示しないアクセルレバーなどを操作して、スロットル弁５４の開度を略閉じている状態から漸次増大すると、ＩＳＣバルブ開度もそれに追随して大きくなり、エンジン回転数も増大する。ついで、急にスロットル弁５４を閉じると、ＩＳＣバルブ８１も閉じる方向に変化する。しかしながら、ＩＳＣバルブ８１は図４に図示するように、応答特性が悪く、段階的に変位するので、図６においても、スロットル弁５４の変化に遅れながら追随して閉方向に変位している。
【００２０】
ところで、急にスロットル弁５４を閉じると、ダッシュポッド制御が始まり、前述のように、従来はＩＳＣバルブ８１が閉まっている状態から開くが、この実施の形態では、ＩＳＣバルブ８１はすでに開いており、この開いた状態から漸次閉まることになる。したがって、エンジン２のシリンダ７には、必要な空気量が供給され、エンジン２の回転が停止したり、また、不調となったりすることを極力防止することができる。
【００２１】
ところで、船外機などのエンジン２では、ＩＳＣバルブ８１に塩付きが発生することがあるが、この実施の形態では、ＩＳＣバルブ８１の駆動装置として、ステップモーター８２が採用されており、駆動装置としてソレノイドを採用した場合に比して、駆動力が大きいので、塩付きが発生しても、ステップモーター８２の大きな駆動力でＩＳＣバルブ８１を駆動させることができる。
【００２２】
以上、本発明の実施の形態を詳述したが、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で、種々の変更を行うことが可能である。本発明の変更例を下記に例示する。
（１）燃料噴射式４サイクルエンジンは、船外機以外の用途たとえば、水上オートバイやスノーモービルなどにも用いることができる。また、気筒数は適宜変更可能である。さらに、エンジンの形式はＬ型でも、Ｖ型でも、また、筒内噴射式でも可能である。
（２）ＩＳＣバルブ開度の目標値は、スロットル開度から求められているが、ＩＳＣバルブ開度とエンジン回転数との関係を２次元マップなどで一対一に対応するようにエンジンコントロールユニット９１の記憶部に記憶させ、このエンジン回転数からＩＳＣバルブ開度の目標値を求めることも可能である。そして、ＩＳＣバルブ開度は、エンジン回転数が増大するにつれて大きくなっている。言い換えると、ＩＳＣバルブ開度は、エンジン回転数が減少するにつれて小さくなっている。また、ＩＳＣバルブ開度は、他のファクターを加味して決定することも可能である。
（３）ＩＳＣバルブ開度と、スロットル開度またはエンジン回転数との関係は、ダッシュポッド制御の際に、エンジンの回転が極力不調とならないならば、適宜変更可能である。ただし、ＩＳＣバルブ開度は極力小さい方が好ましい。また、ＩＳＣバルブ開度の変化率は、スロットル開度が大きくなるにつれて小さくなっていることが好ましい。
（４）バイパス流路５５の上流側が、吸気管５２におけるスロットル弁５４よりも上流側に接続されていることも可能である。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、ＩＳＣバルブの開度が、スロットル弁の開度が大きくなるにつれて大きくなっているので、スロットル弁が大きく開いている状態から急に閉じた際に行われるダッシュポッド制御の初期において、ＩＳＣバルブは開いている状態となっている。したがって、バイパス流路を通って、エンジンへの空気供給量が十分に行われる。その結果、エンジンの回転が停止したり、また、不調になったりすることを極力防止することができる。
【００２４】
また、ＩＳＣバルブが、ステップモーターで駆動されているので、ＩＳＣバルブをソレノイドで駆動する場合に比して、ステップモーターの駆動力が比較的大きく、ＩＳＣバルブに塩着きが発生していても駆動することができるとともに、安価なステップモーターを用いており、コストを極力低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は本発明の実施の形態の燃料噴射式４サイクルエンジンを搭載した船外機の基本構成を示す模式的構成図である。
【図２】  図２は吸気管およびＩＳＣバルブの配置の模式図である。
【図３】  図３はＩＳＣバルブの断面図である。
【図４】  図４はＩＳＣバルブの稼働時のタイムチャートである。
【図５】  図５はＩＳＣバルブの開度とスロットル開度との関係示すグラフである。
【図６】  図６はスロットル弁を開けてから急に閉じた場合のタイムチャートである。
【図７】  図７はＩＳＣバルブを駆動するためのフローチャートである。
【符号の説明】
２  エンジン
７  シリンダ
５２  吸気管
５４  スロットル弁
５５  バイパス流路
８１  ＩＳＣバルブ
８２  ステップモーター
【図１】
0004208108.tif 000002
【図２】
0004208108.tif 000003
【図３】
0004208108.tif 000004
【図４】
0004208108.tif 000005
【図５】
0004208108.tif 000006
【図６】
0004208108.tif 000007
【図７】
0004208108.tif 000008