(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒を有し各気筒の排気通路を集合排気管に接続し、気筒休止制御を行うエンジンにおいて、前記エンジンが船外機用のクランク軸縦置きＶ型エンジンであって、空燃比センサをエンジンの最上部の気筒の排気通路に設け、エンジンが異常状態ではない正常運転の場合で且つエンジン回転数とスロットル開度の変化が少ない定常運転の場合に空燃比センサが設置された最上部の気筒を休止することなく他の気筒の気筒休止制御を実施し、エンジンが正常運転又は定常運転時でない場合には、気筒休止制御を実施しないことを特徴とするエンジンの気筒休止制御装置。
【請求項２】
エンジンが正常運転又は定常運転時でない場合とは、始動制御中、急加減速中、空燃比センサ不活性中、ノック制御中、オイルエンプティ制御中、オーバーヒート制御中、センサ故障制御中、デュアルエンジンシステム制御中の少なくとも１つに該当する場合であることを特徴とする請求項１記載のエンジンの気筒休止制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの気筒休止制御の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、船外機用の２サイクルエンジンにおいては、スペース上の制約から各気筒の排気ポートを集合排気管に接続させているために、エンジンが低回転、低負荷域のように吸気が少ないときに排気のパルスが入ってきてシリンダ内に排気が残留し、不整燃焼が発生してしまう。これを改善する方法として、一部の気筒の運転を停止して運転気筒数を減少させる気筒休止制御が行われている。この気筒休止制御により、排気干渉が抑制されることから、気筒当たりの吸気量が増大しエンジン回転が安定化する効果が得られる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、エンジンが異常状態の場合や、エンジン回転数とスロットル開度の変化が大きいところで、上記気筒休止制御を実施すると、エンジンの安定性に問題が生じる。例えば、始動時に上記気筒休止制御を実施すると、着火気筒がくるまでは始動しないため、また、休止気筒の回りの温度上昇が緩やかなため、始動までの時間が長くなり、さらに、始動時はシリンダブロックの温度が低く燃焼が安定しないため、低速の安定性が全気筒運転よりも悪くなるという問題を有している。また、急加速時に気筒休止制御を実施するとエンジン回転の上昇が遅くなるという問題を有し、また、センサ故障時とか、空燃比制御における空燃比センサの不活性時など、エンジン異常状態時に気筒休止制御を実施すると、エンジンの燃焼不安定が助長されるという問題を有している。
【０００４】
本発明は、上記問題を解決するものであって、エンジンが正常運転又は定常運転時でない場合には気筒休止制御を実施しないことにより、気筒休止制御に伴って生じるエンジンの不安定状態を防止することができるエンジンの気筒休止制御装置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】
上記目的を達成するために請求項１記載の発明は、複数の気筒を有し各気筒の排気通路を集合排気管に接続し、気筒休止制御を行うエンジンにおいて、エンジンが異常状態ではない正常運転の場合で且つエンジン回転数とスロットル開度の変化が少ない定常運転の場合に気筒休止制御を実施し、エンジンが正常運転又は定常運転時でない場合には、気筒休止制御を実施しないことを特徴とし、
請求項２記載の発明は、請求項１において、エンジンが正常運転又は定常運転時でない場合とは、始動制御中、急加減速中、空燃比センサ不活性中、ノック制御中、オイルエンプティ制御中、オーバーヒート制御中、センサ故障制御中、デュアルエンジンシステム制御中の少なくとも１つに該当する場合であることを特徴とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１記載の発明は、複数の気筒を有し各気筒の排気通路を集合排気管に接続し、気筒休止制御を行うエンジンにおいて、前記エンジンが船外機用のクランク軸縦置きＶ型エンジンであって、空燃比センサをエンジンの最上部の気筒の排気通路に設け、エンジンが異常状態ではない正常運転の場合で且つエンジン回転数とスロットル開度の変化が少ない定常運転の場合に空燃比センサが設置された最上部の気筒を休止することなく他の気筒の気筒休止制御を実施し、エンジンが正常運転又は定常運転時でない場合には、気筒休止制御を実施しないことを特徴とし、請求項２記載の発明は、請求項１において、エンジンが正常運転又は定常運転時でない場合とは、始動制御中、急加減速中、空燃比センサ不活性中、ノック制御中、オイルエンプティ制御中、オーバーヒート制御中、センサ故障制御中、デュアルエンジンシステム制御中の少なくとも１つに該当する場合であることを特徴とする。
以上
【０００７】
矢印Ｆは船体（図示せず）の前進方向を示し、船体の後部には駆動装置である船外機１が着脱自在に装着されている。船外機１は、推進ユニット２を備え、推進ユニット２の上部にエンジン３が取り付けられ、エンジン３をその上方から覆うカウリング４が設けられている。エンジン３は、燃料噴射式水冷２サイクルＶ型６気筒クランク軸縦置きエンジンで、クランクケース５を有し、クランクケース５には軸心がほぼ垂直のクランク軸６が回転自在に支持されている。クランクケース５には、各気筒を構成するシリンダ本体７がＶ字型をなすように突設されている。シリンダ本体７には各気筒毎にそれぞれピストン８が摺動自在に嵌合され、これら各ピストン８はクランク軸６に連結されている。シリンダ本体７とピストン８とで囲まれた空間の燃焼室に対向して点火プラグ９が配設されている。
【０００８】
クランクケース５にはその内外を連通させる吸気管１０が各気筒毎に接続され、吸気管１０にはリード弁１１と吸気管１０の断面積を手動操作により調節するスロットル弁１２が設けられている。各吸気管１０には、各気筒毎に燃料噴射弁１３が取り付けられ、各燃料噴射弁１３は磁力で開閉作動されるソレノイド開閉式であり、リード弁１１よりも上流側に燃料を噴射可能にしている。燃料噴射弁１３は、高圧燃料ポンプ１５、レギュレータ弁１６、ベーパセパレータタンク１７、フィルタ１９、手動の低圧燃料ポンプ２０を介して船体側に設置された燃料タンク２１に接続されている。
【０００９】
また、シリンダ本体７の６つの気筒▲１▼〜▲６▼の内、最上部の気筒、例えば気筒▲１▼のみに空燃比センサ２２が取り付けられ、各気筒▲１▼〜▲６▼は、排気通路１８を介して集合排気管２４に接続されている。船外機においては、集合排気管２４の先端が水面下にあるため、水滴が飛散して空燃比センサに入り込でしまい、水滴がセンサに付着すると、センサ素子部がセラミックスでありヒータにより高温に加熱されているため、センサ素子部が壊れてしまう。そこで、空燃比センサ２２をエンジンの最上部の気筒の排気通路に設けている。
【００１０】
制御装置２３には、エンジン３の運転状態、船外機１や船体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、前記空燃比センサ２２、クランク軸６の回転角（回転数）を検出するクランク角センサ２５、クランクケース６内の圧力を検出するクランク室内圧センサ２６、各気筒▲１▼〜▲６▼内の圧力を検出する筒内圧センサ２７、吸気温度を検出する吸気温センサ２９、シリンダ７内の温度を検出するエンジン温度センサ３０、各気筒▲１▼〜▲６▼内の背圧を検出する背圧センサ３１、スロットル弁１２の開度を検出するスロットル開度センサ３２、冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ３３、エンジン３のノック状態を検出するノックセンサ３５、エンジン３のマウント高さを検出するエンジンマウント高さ検出センサ３６、船外機１の推進ユニット２のニュートラル状態を検出するニュートラルセンサ３７、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３９、船速を検出する船速センサ４０、船の姿勢を検出する船姿勢センサ４１、大気圧を検出する大気圧センサ４２、燃料に混合させるオイルの量（オイルタンクの）を検知するオイルレベルセンサ４３が設けられている。制御装置２３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９、燃料噴射弁１３、スロットル弁１２及びＩＳＣ４６に伝送する。
【００１１】
次に、図２〜図４により、本発明に係わる気筒休止制御について説明する。前述の如く、船外機用の２サイクルエンジンにおいては、スペース上の制約から各気筒の排気ポートを集合排気管に接続させているために、エンジンが低回転、低負荷域のように吸気が少ないときに排気のパルスが入ってきてシリンダ内に排気が残留し、不整燃焼が発生してしまう。これを改善する方法として、一部の気筒の運転を停止して運転気筒数を減少させる気筒休止制御が行われている。この気筒休止制御により、排気干渉が抑制されることから、気筒当たりの吸気量が増大しエンジン回転が安定化する効果が得られる。
【００１２】
図２は各気筒の排気パルスの影響を説明するための図、図３は各気筒の排気ポートの開閉タイミングを示す図である。図２に示すように、気筒▲１▼、▲３▼、▲５▼は図示右側（Ｓバンク）に、気筒▲２▼、▲４▼、▲６▼は図示左側（Ｐバンク）にそれぞれ上下に配置され、各気筒は▲１▼〜▲６▼の順序でクランク角６０度の等間隔で点火が行われる。図３に示すように、気筒▲１▼の排気ポートが開くタイミングと気筒▲５▼の排気ポートが閉じるタイミングを、排気の出る面積を大きくするためにラップさせており、このラップ期間だけ両気筒▲１▼、▲５▼が連通し、図２に示すように、気筒▲１▼からの強い排気圧力が気筒▲５▼に作用する。同様に、気筒▲３▼の排気ポートが開くタイミングと気筒▲１▼の排気ポートが閉じるタイミングをラップさせており、気筒▲３▼からの排気圧力が気筒▲１▼に作用し、また、気筒▲５▼の排気ポートが開くタイミングと気筒▲３▼の排気ポートが閉じるタイミングをラップさせており、気筒▲５▼からの排気圧力が気筒▲３▼に作用する。この関係はＰバンクにおいても同様である。
【００１３】
ここで、各気筒の排気圧力（燃焼圧力）は最上流側の気筒▲１▼、▲２▼が最大であり、下部の気筒にいくほど弱くなる。これは、最上流側の気筒▲１▼、▲２▼は比較的長い排気管長を有するため、排気脈動を効果的に利用でき、吸入空気量を増加し排気ガスを十分に掃気することができるからである。一方、最下流側の気筒▲５▼、▲６▼は、排気管長が短いため排気脈動が十分に得られない上に、排気ガスの流れ方向と上部気筒からの排気パルスの作用方向が一致しているため、吸気量が少なく残留排気ガス量が多くなり、燃焼が不安定になる。従って、この観点からは、気筒休止を行う場合には、最上流側の気筒と該気筒からの排気パルスの影響を受ける最下流側の気筒との同時燃焼が起こらないように、Ｓバンクの気筒▲５▼を休止させるか、Ｐバンクの気筒▲６▼を休止させるのが最善であり、次善の策としてＳバンクの気筒▲１▼を休止させるか、Ｐバンクの気筒▲２▼を休止させるのが良い。
【００１４】
しかしながら、気筒▲１▼は空燃比を検出する気筒なので、これを休止すると空燃比制御ができなくなり不具合を生じるので、休止気筒の選択に際しては気筒▲１▼を除外する。その結果、気筒▲５▼を休止させるか、気筒▲６▼を休止させるのが最善であり、次善の策として気筒▲２▼を休止させるのが良いことになる。
【００１５】
さらに、１気筒だけを休止させる場合には、最下流側の気筒▲５▼又は▲６▼を停止すればよいが、２気筒を休止させる場合に両方の気筒▲５▼、▲６▼を休止させると問題が生じる。その理由は、各気筒は▲１▼〜▲６▼の順序でクランク角６０度の等間隔で点火を行っているため、気筒▲５▼、▲６▼を休止させた場合には、爆発間隔が等間隔にならず全体としての燃焼が不安定になる。そこで、２気筒を休止させる場合には、気筒▲１▼は空燃比を検出する気筒なので休止はさせず、Ｓバンクの最下流側の気筒▲５▼とＰバンクの最上流側の気筒▲２▼を休止させるようにすれば、２つの気筒が爆発する毎に１つの気筒が休止することになり、気筒休止状態での全体としての爆発間隔が等間隔となり、出力発生時期のバランスが良好となり低速安定性が得られる。このとき、Ｐバンクでは、最下流側の気筒▲６▼運転時には最上流側の気筒▲２▼が休止であり、気筒▲２▼と▲６▼の同時燃焼は起こらないので、燃焼安定性は維持される。
【００１６】
図４は、気筒休止制御を説明するための図であり、エンジン回転数とスロットル開度に対応させた運転領域を示すマップを示している。本制御は、スロットル開度とエンジン回転数に応じて、４気筒運転あるいは５気筒運転からなる気筒休止運転と、６気筒運転（全気筒運転）とを選択するように制御する。ここでは、エンジン側振動周波数と船外機マウント側振動周波数を一致させないように休止気筒を選択しており、エンジン回転数が所定値以下であれば共振を回避することが可能な５気筒運転を実施し、エンジン回転数が所定値を越えれば４気筒運転を実施する。ここで、気筒休止は、点火を停止することによって行われ、また、この休止気筒への燃料供給は、各気筒に独立に設けられた燃料噴射弁１３によって継続される。
【００１７】
図５は、本発明のエンジンの気筒休止制御装置の１実施形態を示し、処理の流れを説明するための図である。先ず、ステップＳ１でエンジンが正常運転且つ定常運転時か否かの判定が行われる。ここで、エンジン定常運転時とは、図６に示すように、エンジン回転数とスロットル開度の変化が少ない範囲の場合で、次の制御を行っていない場合である。すなわち、
(1)始動制御中：始動時における燃料量の増加及び点火時期の進角
(2)急加速中：急加速における燃料量の増加及び点火時期の進角
(3)急減速中：急減速における燃料量の増加及び点火時期の遅角
である。
【００１８】
また、エンジン正常運転時とは、異常状態ではない場合で、次の状態あるいは制御でない場合である。すなわち、
(4)空燃比センサ不活性中：空燃比センサのセンサ素子部の温度が低下し、センサ素子を活性化させるための温度が維持できず、空燃比の検出信号にばらつきが生じ適正な空燃比制御ができない状態
(5)ノック制御中：ノックセンサ３５がノックを検知した場合における点火時期の遅角
(6)オイルエンプティ制御中：オイルレベルセンサ４３により燃料に混合させるオイルが所定量以下になった場合において、点火時期の遅角及び回転数が上がらないようにするために運転気筒数の減少
(7)オーバーヒート制御中：冷却水温度センサ３３により冷却水温度が所定値以上になった場合において、点火時期の遅角及び回転数が上がらないようにするために運転気筒数の減少
(8)センサ故障制御中：エンジンを停止させないために点火時期の進角
(9)デュアルエンジンシステム制御中：船外機が２機掛けで一方のエンジンがノック制御中、オイルエンプティ制御中、オーバーヒート制御中の時、他方のエンジンも同様に制御して、蛇行を防止する。
【００１９】
そして、上記(1)〜(9)の制御あるいは状態のとき、エンジンが正常運転又は定常運転時でないと判定し、ステップＳ４に進み６気筒運転（全気筒運転）を実施する。上記(1)〜(9)の制御あるいは状態でないとき、エンジンが正常運転且つ定常運転時であると判定し、ステップＳ２に進み図４で説明したように、スロットル開度とエンジン回転数に応じて、４気筒運転あるいは５気筒運転からなる気筒休止運転を実施する。
【００２０】
図７は、本発明の変形例を示し、始動制御と気筒休止制御の切換制御を説明するための図である。図７（Ａ）に示すように、始動制御の終了は、エンジン壁温センサ３０の検出値が始動終了判定温度Ｔ0 （固定値）を越えたか否かで判定するようにしているが、始動終了判定温度Ｔ0 を越え始動制御終了を検知し、６気筒運転から気筒休止運転に移行した後に、センサにゴミ等が詰まり温度管理ができなくなると、始動終了判定温度Ｔ0 をまたいで６気筒運転と気筒休止運転を繰り返す不具合が生じる。そこで、図７（Ｂ）に示すように、始動制御終了を検知し、６気筒運転から気筒休止運転に切り替わった場合には、始動終了判定温度をＴ1 に下げて、センサの値が変化しても気筒休止運転から６気筒運転に切り替わらないようにするものである。
【００２１】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態においては、６気筒エンジンに適用した例について説明しているが、これに限定されるものではなく複数の気筒を有するものであればよい。また、上記実施形態においては、２サイクルエンジンに適用した例について説明しているが、４サイクルエンジンへの適用も可能であり、さらに、燃料を筒内に直接噴射する方式にも適用可能である。
【００２２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、エンジンが正常運転又は定常運転時でない場合には気筒休止制御を実施しないことにより、気筒休止制御に伴って生じるエンジンの不安定状態を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のエンジンの気筒休止制御装置に係わる制御系の全体構成図である。
【図２】本発明に係わる気筒休止制御に関し、各気筒の排気パルスの影響を説明するための図である。
【図３】本発明に係わる気筒休止制御に関し、各気筒の排気ポートの開閉タイミングを示す図である。
【図４】本発明に係わる気筒休止制御を説明するための図である。
【図５】本発明のエンジンの気筒休止制御装置の１実施形態を示し、処理の流れを説明するための図である。
【図６】図５に関してエンジンの定常運転状態を説明するための図である。
【図７】本発明の変形例を示し、始動制御と気筒休止制御の切換制御を説明するための図である。
【符号の説明】
３…エンジン、１８…排気通路、２４…集合排気管、▲１▼〜▲６▼…気筒
【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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