(57)【要約】【課題】少なくとも３つのシリンダを有した内燃機関、特にガスエンジン、を運用する方法を提供すること。【解決手段】シリンダ特有信号がそれぞれのシリンダから取得され、基準値がシリンダからの信号から発生され、対応するシリンダの少なくとも１つの燃焼パラメータは、基準値からの信号の偏差の関数として制御され、信号は基準値を追従し、信号のメジアンが基準値として発生されるようにすること。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも３つのシリンダ（２）を有した内燃機関（１）、特にガスエンジン、を運用する方法であって、シリンダ特有信号（ｐmax、Ｅ）がそれぞれのシリンダ（２）から取得され、基準値（ｐmedian、Ｅmedian）が前記シリンダ（２）からの前記信号（ｐmax、Ｅ）から発生され、対応するシリンダ（２）の少なくとも１つの燃焼パラメータ（Ｑ、Ｚ）は、前記基準値（ｐmedian、Ｅmedian）からの信号（ｐmax、Ｅ）の偏差の関数として制御され、前記信号（ｐmax、Ｅ）は前記基準値（ｐmedian、Ｅmedian）に追従し、前記信号（ｐmax、Ｅ）のメジアンが前記基準値（ｐmedian、Ｅmedian）として発生されることを特徴とする方法。
【請求項２】
シリンダ内圧（ｐcyl）、シリンダ排出物温度（ＴＥ）、窒素酸化排出物（Ｅ）および燃料・空気混合比であるシリンダ特有信号の中から少なくとも１つがそれぞれのシリンダから取得されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
燃焼サイクル（ｃ）の最大シリンダ内圧（ｐmax）が前記信号として取得されることを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】
シリンダからの信号は、１０から１０００燃焼サイクル（ｃ）、好適には４０から１００燃焼サイクル（ｃ）にわたって取得される時間的にフィルター処理された信号（ｐmax、Ｅ）であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
シリンダ（２）からの信号（ｐmax、Ｅ）の前記基準値（ｐmedian、Ｅmedian）からの偏差が明記可能な許容値を超えるときには前記シリンダ（２）の燃焼パラメータ（Ｑ、Ｚ）が調整されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
対応するシリンダ（２）のための燃料量（Ｑ）は燃焼パラメータとして調整されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
シリンダ（２）からの信号（ｐmax、Ｅ）が基準値（ｐmedian、Ｅmedian）より小さければ、前記シリンダ（２）のための燃料量（Ｑ）は増量されることを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項８】
シリンダ（２）からの信号（ｐmax、Ｅ）が基準値（ｐmedian、Ｅmedian）より大きければ、前記シリンダ（２）のための燃料量（Ｑ）は減量されることを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項９】
それぞれのシリンダ（２）には燃料制御バルブ（３）が提供され、前記シリンダ（２）のための燃料量（Ｑ）を調整するために、対応する燃料制御バルブ（３）のための開放時間（ｔcyl）が調整されることを特徴とする請求項６から８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記対応するシリンダ（２）のための着火点（Ｚ）が前記燃焼パラメータとして調整されることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
シリンダ（２）からの信号（ｐmax、Ｅ）が前記基準値（ｐmedian、Ｅmedian）より小さいなら、前記シリンダ（２）の着火点（Ｚ）は早目に設定されることを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
シリンダ（２）からの信号（ｐmax、Ｅ）が前記基準値（ｐmedian、Ｅmedian）より大きいなら、前記シリンダ（２）の着火点（Ｚ）は遅目に設定されることを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１３】
点火装置（１８）がそれぞれのシリンダ（２）に提供されており、前記点火装置（１８）の着火点（Ｚ）はＴＤＣ（ｔcyl）の前方のクランク角度で設定されることを特徴とする請求項１０から１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
少なくとも１つの前記燃焼パラメータ（Ｑ、Ｚ）を設定するためにパラメータ（ｔcyl）が決定され、好適には、前記パラメータ（ｔcyl）は明記可能な全体的エンジン標的値（ｔg）とシリンダ特有差値（△ｔcyl）とを含んでいることを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
明記可能な標的値（ｔg）は明記可能な燃料・空気混合比（λ）から決定され、好適には、前記明記可能な燃料・空気混合比（λ）は前記内燃機関（１）の出力のパワー均等物（Ｐ）、好適には前記内燃機関（１）に接続された発電機からの電力、及び／又は吸気圧（ｐＡ）及び／又は前記内燃機関（１）のエンジン速度（ｎ）から決定されることを特徴とする請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
明記可能な標的値（ｔg）は前記内燃機関（１）のパワー均等物（Ｐ）の、明記可能な標的パワー均等物（ＰＳ）からの偏差の関数として、及び／又は前記内燃機関（１）のエンジン速度（ｎ）の、前記内燃機関（１）の明記可能な標的速度（ｎＳ）からの偏差の関数として決定されることを特徴とする請求項１４記載の方法。
【請求項１７】
前記シリンダ特有差値（△ｔcyl）はシリンダ特有パイロット値（ｔp）を含んでおり、好適には、前記シリンダ特有パイロット値（ｔp）は前記内燃機関（１）の吸気圧（ｐＡ）から、および好適には追加的に前記内燃機関（１）の吸気温度（ＴＡ）から決定されることを特徴とする請求項１４から１６のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
前記シリンダ特有差値（△ｔcyl）には均等値（ｔo）が提供され、前記均等値（ｔo）は前記シリンダ特有差値（△ｔcyl）の算術平均に対応することを特徴とする請求項１４から１６のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
それぞれのシリンダ（２）に対して燃焼状態がモニターされ、明記可能な基準状態に対して正常または異常であると評価され、前記シリンダ（２）の燃焼状態が正常であると評価されたら、シリンダ（２）の前記燃焼パラメータ（Ｑ、Ｚ）が調節されるだけであることを特徴とする請求項１４から１８のいずれかに記載の方法。
【請求項２０】
燃焼におけるノッキング及び／又は自己発火及び／又は妨害は燃焼状態としてモニターされ、シリンダ（２）の燃焼状態は、燃焼におけるノッキング及び／又は自己発火及び／又は妨害が検出されないなら正常であると評価されることを特徴とする請求項１９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも３つのシリンダ（気筒）を有した内燃機関、特にガスエンジン（機関）を運用する方法に関する。ここでは特定シリンダの信号がそれぞれのシリンダから取得され、基準値はそれらシリンダからの信号から創出され、対応シリンダの少なくとも１つの燃焼パラメータは、基準値からの信号の逸脱度（偏差）の関数として制御され、信号は基準値に追従する。
【０００２】
内燃機関のそれらシリンダは通常、燃焼に技術的な差異を生じさせる。すなわち、燃料量または着火点（点火点）のごとき燃焼パラメータが全体的に制御されていると、内燃機関によって実行される全仕事量に対する複数のシリンダによる個別貢献度は異なってくる。本明細書で使用される燃焼パラメータの“全体的制御”または“全体的エンジン制御”とは、内燃機関の全シリンダが対応する変動要素に対して同一値で運用されることを意味する。すなわち、例えば、燃料量に関する全体的制御とは、同一の開放時間がシリンダのガス（燃料）噴入バルブに適用されることである。あるいは着火点に関する全体的制御とは、シリンダのそれぞれの点火装置が、シリンダのそれぞれのピストンの同一ピストン位置にて活性化（点火）されることであり、これは通常において、ＴＤＣ（シリンダ内のピストン上死点）前方のクランク角度で表される。
【０００３】
往復動機関のシリンダの仕事は、シリンダの連結ロッドに接続されたクランクシャフトを介して内燃機関の出力シャフトに伝達される。そこでは、大抵、出力シャフトの機械エネルギーを電気エネルギーに変換するために発電機が出力シャフトに接続されている。シリンダバランス（均衡）のための様々な可能性の中で、構成部材に対する可能な限り均等な機械的ピーク（最大）荷重を付与するために個々のシリンダのピーク圧力をバランスさせることに焦点が合わせられている。主な代替バランス形態の例は、エンジン効率を最良化するか、汚染物質排出を最少化することである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７９５７８８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
シリンダバランス制御に関して特許文献１（ＵＳ７９５７８８９Ｂ２）は、内燃機関のそれぞれのシリンダに対する燃料導入量を削減し、それぞれのシリンダの最大シリンダ内圧またはピークシリンダ圧を、許容帯域と共通である標的値に設定することを解説する。この場合の標的値は、全てのピークシリンダ圧の算術平均から得られる。
【０００６】
ピークシリンダ圧をバランスさせることで、それぞれのシリンダは本質的にはパワー（動力）に対して同一貢献度を提供し、個々のシリンダの熱機械過荷重が回避できる。さらに燃料調整によってノッキング燃焼が引き起こされる可能性がある。よって、さらに過激なノッキングおよび潜在的な物理的損傷を回避するため、例えば、所定のノッキング密度を超えるシリンダが、増加した燃料供給を受けないように調整することができる。
【０００７】
以上説明したシステムは、ピークシリンダ圧等のシリンダ特有信号の算術平均を、シリンダバランス制御のための標的変動因子として利用する。しかし、算術平均の利用は、大きな乖離結果が算術平均に大きな影響を及ぼすという弱点を有する。よって、例えば、燃焼不良状態にあるシリンダ、あるいはそのシリンダ圧信号が、例えば、欠陥センサーまたはセンサーの経年劣化あるいは信号伝達及び／又は信号処理における電磁干渉によって不正確であったり、間違っていたりするようなシリンダは、全てのピークシリンダ圧の標的値に相当程度に不都合な影響を及ぼす。
【０００８】
従って、本発明の目的は上述の弱点の回避および従来と比して改良された内燃機関の運用方法の提供である。特に、シリンダバランス制御のための標的値または基準値は、従来方法に較べてさらに有効なものでなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、この目的を請求項１の特徴によって達成する。本発明の有利な実施形態は従属請求項において提供されている。
【００１０】
すなわち本発明によれば、信号のメジアンが基準値として利用される。
【００１１】
中央値または０．５変位値としても頻繁に説明されるメジアンは、サンプル分布における位置の計測値であり、本発明に関しては、取得されたシリンダ特有信号の分布がサンプル分布である。内燃機関の制御または規制の基礎を提供する従来の制御または規制システムでは、通常ではメジアンを決定または出力することは行われないため、従来方法ではメジアンをこのように利用することはない。
【００１２】
全サンプル分布値が加算され、個別の値の数で除算される算術平均とは対照的に、メジアンの場合は、サンプル分布を２つの等しい数の半分群に分割する。よってメジアンは当初に信号値を増加の順番に配列することで決定できる。信号数が奇数である場合、例えば、シリンダの数が奇数である場合には、中央信号の信号値がメジアンである。信号数が偶数である場合、例えばシリンダの数が偶数である場合には、メジアンは配置されたサンプル分布の２つの中央値の算術平均として決定される。
【００１３】
メジアンの重要な性質は、大抵は単純に平均値として説明される算術平均と比較して、サンプル分布内で乖離した結果または極端に偏った値に対して寛容なことである。
【００１４】
本発明の方法では、信号値の算術平均はわざわざ求められず、基準値として使用もされないが、代わりに信号値のメジアンが求められ、基準値として使用される。
【００１５】
好適には、以下のシリンダ特有信号の少なくとも１つがそれぞれのシリンダから取得される。すなわち、シリンダ内圧、シリンダ排出物温度、窒素酸化排出物、および燃料・空気混合比のうちの少なくとも１つが取得される。１例では、取得される信号は燃焼サイクルの最大シリンダ内圧である。
【００１６】
さらに優れた信号品質および制御機能を取得するため、シリンダから取得される信号は、好適には、１０から１０００燃焼サイクル、さらに好適には、４０から１００燃焼サイクルで取得され、時間的にフィルター処理された信号である。
【００１７】
本発明の１好適実施形態では、シリンダの燃焼パラメータは、シリンダからの信号が基準値から逸脱する程度が特定許容値を超える場合には調整できる。よって、さらに滑らかな制御運動力学効果が得られる。
【００１８】
特に好適な１実施形態では、燃焼パラメータは対応するシリンダのための燃料量である。予燃焼点火式内燃機関では、燃焼パラメータはシリンダのそれぞれの主燃焼チャンバのための燃料量である。シリンダの燃料量は、シリンダからの信号が基準値よりも少なければ増加させることができ、シリンダからの信号が基準値よりも多ければ減少させることができる。好適には、シリンダの燃料量の調節のために燃料制御（計測）バルブがそれぞれのシリンダに提供可能であり、対応する燃料制御バルブの開放時間が調節される。このような燃料制御バルブは、好適にはシリンダの吸気管領域に配置されるポート噴入バルブである。ポート噴入バルブは、例えば、完全に開いた位置または完全に閉じた位置のみを有している場合にも使用できる。このように、開放時間はバルブが完全に開いた位置にある時間として定義できる。しかし、一般的には、シリンダの燃料量を調節するためにストローク制御バルブが使用可能であり、バルブの開放時間及び／又は開放ストロークが調節される。
【００１９】
このように燃料量燃焼パラメータの制御は下の表１に従い、シリンダ特有信号の関数として実行できる。表１の欄１は、それぞれのシリンダ特有信号およびそれぞれの信号を取得するための好適なシナリオを掲載する。表１の欄２によれば、シリンダからのそれぞれの信号が基準値よりも小さければシリンダの燃料量が増加する。表１の欄３によれば、シリンダからのそれぞれの信号が基準値よりも大きければシリンダの燃料量は減少する。それぞれの場合に、基準値は内燃機関の全シリンダからのそれぞれの信号のメジアンである。例えば、シリンダに関連する燃料制御バルブの開放時間を増加させることでそのシリンダのための燃料量は増加できる。一方、シリンダに関連する燃料制御バルブの開放時間を減少させることでそのシリンダのための燃料量は減少できる。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
さらに別な好適実施形態では、対応シリンダの着火点が燃焼パラメータとして設定できる。好適には、点火装置はそれぞれのシリンダに提供され、点火装置の着火点は、ＴＤＣ（シリンダ内のピストン上死点）前方のクランク角度で設定される。
【００２２】
通常において着火点はＴＤＣ（シリンダ内のピストン上死点）前方のクランク角度で表され、シリンダ内または燃焼チャンバ内で燃料または燃料・空気混合物に点火するために適した点火装置の発火時点を示す。この場合、点火装置はスパークプラグ（例えば、電極スパークプラグあるいはレーザスパークプラグ）または、例えばジーゼル燃料のパイロット噴入を実行するためのパイロット噴入装置でよい。点火装置は予燃チャンバであってもよい。通常では、内燃機関のそれぞれのシリンダの着火点は、ＴＤＣ前方のクランク角度で表される同一の全体的所定値（全体的デフォルト値）に設定される。１例として、この値はＴＤＣ前方のクランク角２０°から３０°であり、この値は、内燃機関のエンジン速度から決定でき、及び／又は使用される点火装置の関数として決定できる。この全体的デフォルト値は、内燃機関のパワー及び／又は吸気圧及び／又は吸気温度及び／又はエンジン速度の関数として着火点のために適した値を設定する着火点に特徴的なマッピングから推定することができる。
【００２３】
本発明の１好適実施形態では、シリンダからの信号が基準値よりも小さいなら、シリンダの着火点は（全体的デフォルト値に対して）早目に設定され、シリンダからの信号が基準値よりも大きいなら、シリンダの着火点は（全体的デフォルト値に対して）遅目に設定される。
【００２４】
このように、着火点燃焼パラメータに関する制御は、以下の表２に従って使用されるシリンダ特有信号の関数として実行できる。表２では、欄１はそれぞれのシリンダ特有信号と、それぞれの信号を取得するための適したシナリオとを掲載する。表２の欄２では、シリンダからのそれぞれの信号が基準値よりも小さいなら、シリンダの着火点を早目に設定している。表２の欄３では、シリンダからのそれぞれの信号が基準値よりも大きいなら、シリンダの着火点を遅目に設定している。それぞれの場合に、基準値は内燃機関の全シリンダからのそれぞれの信号のメジアンである。
【００２５】
【表２】
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【００２６】
特に好適な実施形態では、その少なくとも１つの燃焼パラメータを設定するため、好適にはパラメータの値が所定の全体的エンジン標的値およびシリンダ特有差値を含むようにパラメータを決定させることができる。
【００２７】
着火点燃焼パラメータを設定する場合には、シリンダ特有差値はＴＤＣ前方のクランク角±４°、好適には±２°の範囲でよい。
【００２８】
所定の標的値は、内燃機関の全シリンダに対して同一である全体的値でよい。
【００２９】
燃焼パラメータとして着火点を設定する場合には、所定標的値は、固定ガスエンジンのシリンダの着火点の全体的デフォルト値でよい。この点に関して、所定標的値は着火点の特徴マッピングから推定できる。着火点の特徴マッピングは、パワー及び／又は吸気圧及び／又は吸気温度及び／又は内燃機関のエンジン速度の関数として着火点の適した値を設定できる。着火点の特徴マッピングで設定される値は試験リグで決定できる。
【００３０】
燃焼パラメータとして燃料量を設定する場合には、明記可能な標的値は、固定ガスエンジンのシリンダの燃料制御バルブまたはガス噴入バルブの開放時間のための全体的基礎エンジン値でよい。
【００３１】
基本的には、内燃機関の燃焼プロセスは、空気導入燃焼プロセスと燃料導入燃焼プロセスに分類できる。空気導入燃焼プロセスでは、明記可能な排出レベルまたは明記可能な吸気圧を得るために、計測される燃料量は、例えば、内燃機関の効率点および燃料・空気混合比の明記可能な標的値の関数として決定される。それによって実行されるエンジン制御は排出コントローラを利用する。燃料導入燃焼プロセスまたはガス導入燃焼プロセスでは、計測される燃料量は、内燃機関の効率点の関数および内燃機関のパワー及び／又はエンジン速度の明記可能な標的値として決定される。燃料導入燃焼プロセスは、内燃機関の可変速運用中の隔絶された運用時には、エンジンスタート中または内燃機関のアイドリング中における特定形態である。従って利用されるエンジン制御は大抵の場合にはパワーコントローラ及び／又は速度コントローラを含んでいる。
【００３２】
排出コントローラが使用される空気導入燃焼プロセスの場合には、例えば好適には明記可能な標的値は、明記可能な燃料・空気混合比（好適には、この明記可能な燃料・空気混合比は、内燃機関の出力のパワー均等物である、好適には、内燃機関に連結された発電機からの電力）から、及び／又は内燃機関の吸気圧から、及び／又はエンジン速度から決定される。
【００３３】
本発明に関して使用される“パワー均等物”とは、内燃機関の実際の機械パワーまたは機械パワーに対応する代替可変物を意味すると理解されるべきである。この１例は、発電機の出力から計測される内燃機関に連結された発電機からの電力である。また、エンジン速度およびトルクあるいは発電機の電力および発電機の効率から計算される内燃機関のために計算される機械パワーであってもよい。もし消費パワー量がエンジン速度から正確に計算されるならエンジン速度であってもよい。さらにパワー均等物は、シリンダ内圧から従来方法で決定可能な表示される平均圧であっても、出力トルクから、または電力あるいは機械パワーから計算できる実効平均圧であってもよい。この点において、内燃機関のパワー均等物は、実効平均圧、シリンダキャパシティ、およびパワーストロークから得られる仕事量間の知られた関係から決定することができる。
【００３４】
明記可能な燃料・空気混合比は、内燃機関の吸気圧およびパワーから従来方法によって決定できる。よって、ガスエンジンとして構築されている内燃機関の明記可能な燃料・空気混合比は、例えば、ＥＰ０２５９３８２Ｂ１に従って決定できる。
【００３５】
ガス噴入時間のための明記可能な標的値はガス噴入バルブの流動作およびガス噴入バルブを支配する境界条件（例：燃焼ガスの圧力および温度、吸引マニフォールド圧または吸気圧）から決定できる。ガスエンジンの空気量均等物（空気量の対応値）は、ガスエンジンの吸込マニフォールドの状態から、特に吸気圧および吸気温度から決定できる。明記可能な燃料・空気混合比を使用して、燃焼ガス量の基準値が決定できる。前もって決定された燃焼ガス量をガスエンジンに導入するため、要求されるガス噴入バルブの全体的開放時間またはガス噴入時間は、ガス噴入バルブの流動作およびガス噴入バルブでの境界条件から決定できる。この例では全体的ガス噴入時間は明記可能な標的値に対応する。
【００３６】
例えば、パワーコントローラ及び／又は速度コントローラを採用するガス導入燃焼プロセスにおいては、明記可能な標的値は、明記可能な標的パワー均等物からの内燃機関の出力のパワー均等物の偏差の関数として決定され、及び／又は内燃機関の明記可能なエンジン速度からの内燃機関のエンジン速度の偏差の関数として決定される。
【００３７】
よって、内燃機関の明記可能な標的パワー均等物（基準パワー）からの、内燃機関の出力（実際パワー）の実際パワー均等物（例：内燃機関に接続された発電機のために計測される電力）の偏差の関数として、燃料量流の全体的エンジンデフォルト値を決定できるパワーコントローラが利用できる。あるいは、または追加的に、内燃機関の明記可能な標的速度（基準速度）からの内燃機関の実際エンジン速度（実際速度）の偏差の関数として、燃料量流の全体的エンジンデフォルト値を決定する速度コントローラが利用できる。燃料量流の決定された標的値から、明記可能な標的値、例えば、燃料制御バルブの全体的エンジン開放時間、または点火装置の着火点のための全体的エンジンデフォルト値の明記可能な標的値が決定できる。
【００３８】
特定実施形態の場合には、シリンダ特有差値はシリンダ特有パイロット値を含んでおり、好適には、シリンダ特有パイロット値は吸気圧から決定され、好適には、さらに内燃機関の吸気温度から決定される。よって、内燃機関を運用させる際にシリンダ特有パイロット値は計測値から導出可能であり、例えば、シリンダ特有信号を取得するセンサーが全く作動しないか、正常に作動しない場合に代替値として使用できる。
【００３９】
シリンダ特有パイロット値は、例えば、吸込マニフォールド及び／又はガスエンジンのガスレールの気体運動力学および適した部品許容誤差を考慮することができる。ここで気体運動力学および部品許容誤差の作用は、特に吸気圧、エンジン速度および吸気温度によって影響を受ける。この点で、適したシリンダ特有パイロット値を、異なる吸気圧および吸気温度に対応する値を含んだ特徴マッピングから導き出すことが有利である。よって、ガスエンジンを運用するときに適した計測データが取得できるか、適した特徴マッピングが試験または模擬実験によって決定できる。ガスエンジンの運用時にオンライン計測によって適応性特徴マッピングを発生させることも可能である。
【００４０】
特に有利には、シリンダ特有差値には均等値が補充される。均等値はシリンダ特有差値の算術平均に該当する。これは、今までシリンダバランス処理なく運用され、あるいは汎用コントローラだけで運用されていた内燃機関に設置あるいは後付けするときに特に有利である。このようにシリンダ特有差値を補正することで、全体的計測燃料量は本発明によって影響を受けず、内燃機関の全体的排出制御の調整は不要である。それぞれの着火点の値も全体的エンジン制御に導入できるので、シリンダ特有差値の補正によって、着火点の設定に関して、全体的エンジン制御に対する不都合な作用も回避できる。
【００４１】
本発明の１好適実施形態では、それぞれのシリンダに対して燃焼状態がモニター可能であり、明記可能な基準状態に関して正常または異常であると評価することが可能である。シリンダの燃焼状態が正常であると判断されれば、シリンダの燃焼パラメータは単に調節されるだけである。よって、燃焼状態としてノッキング及び／又は自己発火及び／又は燃焼妨害がモニター可能であり、ノッキング及び／又は自己発火及び／又は燃焼妨害が燃焼中に感知されなければ、シリンダの燃焼状態は正常であると判断される。
【００４２】
本発明のさらなる詳細および利点は、添付図面の説明の助けを借りて以下において解説されている。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１ａ】複数の燃焼サイクル（Ｃ）にわたる内燃機関の複数のシリンダのシリンダ内圧プロフィールと、それらから得られた算術平均（ｐmean）およびメジアン（ｐmedian）を示すグラフである。
【図１ｂ】シリンダのシリンダ内圧センサーからの欠陥シリンダ圧信号を含んだ図１ａに対応したグラフである。
【図２】本発明の方法に従って内燃機関を運用するための複数のシリンダおよび制御装置を備えた内燃機関の概略構成図である。
【図３】本発明の方法に従って内燃機関を運用するための内燃機関の３つのシリンダおよび制御装置の概略図である。
【図４】燃料導入燃焼プロセスを実行する内燃機関を備えた図３に類似した概略図である。
【図５】本発明の制御装置の概略図である。
【図６】本発明の別実施例を示す図３に類似した概略図である。
【図７】本発明方法の別実施例の制御装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
図１ａは、１例として、シリンダ特有信号としての、内燃機関１の複数のシリンダ２の複数の燃焼サイクルｃにわたる最大シリンダ内圧またはピークシリンダ圧ｐmaxのそれぞれのプロフィールを示す。それぞれの燃焼サイクルｃに対する従来のシリンダバランスプロセスでは、取得されたシリンダ特有信号ｐmaxのためのそれぞれの算術平均ｐmeanが発生され、制御のためのコマンド変数として使用される。よって、乖離結果はコマンド変数に大きな影響を及ぼし、従って、全シリンダ均衡制御に対して大きな影響を及ぼす。
【００４５】
一方、本発明の方法では、シリンダ特有信号ｐmaxの算術平均は使用されず、メジアンまたは中央値ｐmedianが基準値として発生される。この基準値ｐmedianはシリンダバランス制御のためのコマンド変数を構成する。全シリンダ特有信号ｐmaxのメジアンを使用することで、燃焼パラメータを設計するために、さらに安定した標的値が発生される。例えば、それぞれの個別シリンダ２のための燃料量あるいはガス計測値である。従って、歪められた計測値による個別ピークシリンダ圧の影響は最小化される。従って、さらに安定して、さらに正確なシリンダ均衡が得られる。なぜなら基準値ｐmedianは、さらに小さな変動の影響を受けるだけだからである。加えて、メジアンを使用すると、特に過渡期のエンジン運用では（例：荷重の急変）、シリンダ２の向上したバランスが得られる。これは特に、使用されるシリンダ特有信号が、複数の燃焼サイクルｃにわたって時間的にフィルター処理される取得信号ｐmaxのための信号の場合に該当する。算術平均と比較して、メジアンの向上した安定性は、複数の燃焼サイクルｃにわたるフィルター時間の短縮にも利用できる。
【００４６】
図１ｂは図１ａに類似するが、内燃機関１のシリンダ２からの信号ｐmax*は、欠陥シリンダ内圧センサー４による歪んだ値を含んでいる。従来技術の算術平均が関与する制御では、導き出されたコマンド可変値ｐmeanは個々のセンサー信号の歪みによって大きく影響を受ける。少なくとも欠陥燃焼サイクルゾーンｃ１の場合の算術平均ｐmeanを利用したこのような制御で、見掛けのピークシリンダ圧ｐmaxのそれぞれのシリンダのために燃料使用量は減少し、歪んだ信号ｐmax*のシリンダ２のために燃料使用量は増加する。ピークシリンダ圧ｐmaxの算術平均ｐmeanが関与するこのような制御では、個別の歪んだ信号ｐmax*が全部のシリンダ２の大きな非均衡性を招く。
【００４７】
しかし、もしピークシリンダ圧ｐmaxのメジアンが本発明に従って標的パラメータまたは基準値ｐmedianとして使用されるならば、基準値ｐmedianは歪んだ信号ｐmax*によって少々影響を受けるか、あるいは全く影響を受けないであろう。歪んだ信号ｐmax*のシリンダ２のみが制御偏差の影響を受ける可能性があるが、他の全てのシリンダ２のバランスは保障されるであろう。
【００４８】
まとめると、本発明のメジアンを活用するシリンダバランス処理は、さらにエンジン制御の精度を上げ、同時に、過渡的エンジン運用において改善された作動を可能にする。
【００４９】
図２は、３つのシリンダ２を有した内燃機関１を図示する。シリンダ特有信号を取得するため、シリンダ圧センサー４がそれぞれのシリンダ２と関連付けられる。シリンダ特有信号は、燃焼サイクルｃにわたるシリンダ内圧ｐcylまたは最大シリンダ内圧ｐmaxの継時プロフィールでよい。シリンダ特有信号は、複数の燃焼サイクルｃ、たとえば１０から１０００燃焼サイクルｃ、好適には４０から１００燃焼サイクルｃにわたる最大シリンダ内圧ｐmaxの時間的にフィルター処理された信号でもよい。シリンダ２から取得されるシリンダ特有信号は信号ライン１４経由で制御装置７に送られる。制御装置７は燃焼サイクルｃにわたる最大シリンダ内圧ｐmaxの決定、あるいは複数の燃焼サイクルｃにわたる最大シリンダ内圧ｐmaxの時間フィルター処理も実行することができる。以下で説明するように、本発明の方法に従って制御装置７は、制御ライン１５を介して対応する燃料制御バルブ３に送られるシリンダ２のための燃焼パラメータとして計測されるそれぞれのシリンダ特有燃料量Ｑを決定する。本発明の方法に従って、燃料制御バルブ３は対応するシリンダ特有燃料量Ｑをシリンダ２内に送り込み、シリンダ特有信号は、制御装置７によって発生される基準値、すなわちシリンダ特有信号のメジアンに追従する。
【００５０】
図３は、空気導入燃焼プロセスを実行する内燃機関１の３つのシリンダ２の概略ブロック図である。燃料制御バルブ３はそれぞれのシリンダ２と関連付けられており、対応するシリンダ２に供給される燃料量Ｑは、それぞれの燃料制御バルブ３によって調節できる。よって、制御装置７は燃料制御バルブ３を制御し、制御装置７は燃料制御バルブ３のために、それぞれのシリンダ特有開放時間をシリンダ特有パラメータｔcylの形態で出力する。
【００５１】
この実施例の燃料制御バルブ３は、完全に開き、完全に閉じる位置のみを有したポート噴入バルブである。燃料制御バルブ３が完全に開いた位置では、推進ガスの形態の燃料が、燃料制御バルブ３に関連付けられたシリンダ２の吸気管内に噴入される。燃料制御バルブ３の開放時間は、それぞれのシリンダ２に対して燃料量Ｑを設定するのに使用できる。
【００５２】
シリンダ特有信号ｐmaxはそれぞれのシリンダ２から取得され、制御装置７に供給される。この点で、“シリンダ特有信号ｐmax”は燃焼サイクルｃ中に対応するシリンダ２の最大シリンダ内圧に対応する。この実施例では、シリンダ特有信号ｐmaxは制御装置７の差値プロセッサー８に供給される。差値プロセッサー８は、それぞれのシリンダ２のための、あるいはそれぞれの燃料制御バルブ３のための差値△ｔcylを決定する。この値はそれぞれ明記可能な標的値ｔgに加えられ、シリンダ特有開放時間がパラメータｔcylとしてそれぞれの燃料制御バルブ３のために発生される。
【００５３】
この実施例の明記可能な全体的エンジン標的値ｔgは、明記可能な燃料・空気混合比λから決定され、明記可能な燃料・空気混合比λは、内燃機関１の出力（例えば、内燃機関１に接続された発電機のために計測される電力）のパワー均等物Ｐから、及び／又は、内燃機関１の吸気圧ｐＡ及び／又はエンジン速度ｎから排出物コントローラ５ａによって決定される。燃料・空気混合比λに加えて、標的値プロセッサー６では、内燃機関１の吸気圧ｐＡおよび吸気温度ＴＡ並びに供給燃料の圧力ｐＧおよび温度ＴＧ並びにエンジン速度ｎも入力できる。さらに、燃料制御バルブ３の別な流体パラメータ（例：ポリトロープ出流体等価物またはＫｖ値に従った流体の有効径）並びに燃料または燃焼ガス特性（例：ガス密度、ポリトロープ指数または熱量）が標的値プロセッサー６に入力可能である。標的値プロセッサー６は、明記可能な標的値ｔgを決定する。これは、全部の燃料制御バルブ３の開放時間のための全体的エンジン開放時間基礎値に対応する。
【００５４】
差値プロセッサー８によって、シリンダ特有開放時間オフセットまたは差値△ｔcylが、それぞれの個別燃料制御バルブ３のために決定される。これらシリンダ特有差値△ｔcylは、全部のシリンダ２のピークシリンダ圧ｐmaxのメジアンｐmedianからの、それぞれのシリンダ２のピークシリンダ圧ｐmaxの偏差に基づく。全エンジン開放時間基礎値ｔgと、シリンダ特有開放時間オフセット△ｔcylのそれぞれの合計は、駆動電子機器によって制御されるそれぞれの燃料制御バルブ３のための標的開放時間ｔcylを発生させる。
【００５５】
あるいは、またはシリンダ特有信号としての最大シリンダ内圧ｐmaxの利用に加えて、それぞれのシリンダ特有のシリンダ排出物温度ＴＥが破線で示されている。よって、全シリンダ２にわたるシリンダ排出物温度ＴＥのメジアンからの、シリンダ特有なシリンダ排出物温度ＴＥの偏差は、対応するシリンダ特有開放時間オフセット△ｔcylの計算に使用できる。シリンダ特有のシリンダ排出物温度ＴＥは、例えば、シリンダ内圧センサー４が設置されていない場合、あるいはシリンダ圧センサーが不調である場合に、内燃機関１の利用性を増加させるための代替物としても利用が可能である。
【００５６】
図４は図３に類似したブロック図であり、内燃機関１はガス導入燃焼プロセスによって駆動される。この実施例の場合、明記可能な全エンジン標的値ｔgは、パワーコントローラ及び／又は速度コントローラを含むことができるコントローラ５ｂで決定される。パワーコントローラに関しては、内燃機関１(実際パワー)の出力のためのパワー均等物Ｐに加えて、内燃機関１の明示可能な標的パワー均等物ＰＳ（基準パワー）は入力変数として機能でき、速度コントローラに関しては、内燃機関１のそれぞれの実際のエンジン速度ｎ（実際速度）に加えて、内燃機関１の明記可能な標的速度ｎｓ（基準速度）は入力変数として機能することができる。コントローラ５ｂでは、燃料流ｍに関する全体的エンジンデフォルト値が決定され、その後にそこから、標的値プロセッサー６において、例えば、燃料制御バルブの全体的エンジン開放時間のために、あるいは、点火装置の着火点の全体的エンジンデフォルト値のために、明記可能な全体的エンジン標的値ｔgが決定される。
【００５７】
図５は図３に類似したブロック図であり、制御装置７および差値プロセッサー８がさらに詳細に図示されている。この図は内燃機関１の１つのシリンダ２の制御手順の詳細を示す。内燃機関１の他のシリンダ２は破線で示されている。
【００５８】
シリンダ内圧センサー４はそれぞれのシリンダ２に関連している。よってシリンダ内圧センサー４は燃焼サイクルｃにわたってシリンダ内圧ｐcylのプロフィールを取得することができる。従って、最大取得値プロセッサー９は最大シリンダ内圧ｐmaxを決定でき、あるいは先行する燃焼サイクルｃにおけるそれぞれのシリンダ２のピーク圧を決定できる。
【００５９】
全シリンダ２の最大圧はシリンダ特有信号ｐmaxとして基準値プロセッサー１０に供給される。この基準値プロセッサー１０は、シリンダ特有信号ｐmaxからメジアンを発生させ、それを基準値ｐmedianとして出力する。基準値コントローラ１１では、基準値ｐmedianからの、シリンダ２の信号ｐmaxの偏差が決定され、その後に差値△ｔcylがシリンダ２に関連する燃料制御バルブ３のために決定される。その後にそれぞれの差値△ｔcylは明記可能な全体的エンジン特有標的値ｔgに加えられ、燃料制御バルブ３の開放時間はパラメータｔcylとして発生される。この明記可能な標的値ｔgは図３に関して解説されたように内燃機関１の排出物コントローラから決定される。それは基本的には、内燃機関１のパワーコントローラ及び／又は速度コントローラ（図４に関して説明）からでも決定できる。
【００６０】
この実施例では、それぞれの差値△ｔcylは、内燃機関１の吸気圧ｐＡ及び／又は吸気温度ＴＡ及び／又はエンジン速度ｎから、パイロット値計算手段１２によって決定されるシリンダ特有パイロット値ｔpを含む。このそれぞれのパイロット値ｔpは、例えば、内燃機関の運用状態中の計測によって決定でき、特徴マッピングの実行において利用される。
【００６１】
一般的に、基準値コントローラ１１は、例えば、Ｐ−、ＰＩ−またはＰＩＤコントローラでよい。しかし、他のコントローラ概念およびコントローラタイプである、例えばＬＱコントローラ、ロバストコントローラまたはファジーコントローラであっても使用できる。
【００６２】
全体的エンジン制御の目的で不都合な結果を回避するため、および特に排出物コントローラ５ａでは、それぞれの差値△ｔcylには、均等値プロセッサー１３からの均等値ｔ0がさらに提供される。全差値△ｔcylにとっては同じであるこの均等値ｔ0は、全シリンダの差値△ｔcylの算術平均に対応しており、正値または負値でよい。よって、本発明の方法を、今まではシリンダバランス処理されずに運用されていたか、あるいは汎用コントローラで運用されてきた内燃機関１において、全体的エンジン制御に影響するこの追加制御なく適用することが可能である。
【００６３】
図６は図３に類似した概略ブロック図であるが、この実施例では、シリンダ２のための燃料量Ｑではなく、シリンダ２に提供された点火装置１８から着火点Ｚが設定される。この場合、着火点Ｚの明記可能な全体的目標値ｔg（全体的デフォルト値）が、着火点の特徴マッピング１６から決定され、着火点特徴マッピング１６の適した値は、パワーまたはパワー均等値Ｐ及び／又は内燃機関１の吸気圧ｐＡ及び／又は吸気温度ＴＡ及び／又はエンジン速度ｎの関数として全体的デフォルト値ｔgのために提供される。ＴＤＣ前方のクランク角度で表される制御装置７で決定されるそれぞれのパラメータｔcylは、点火コントローラ１７に送られる。点火コントローラ１７は所定の着火点Ｚでそれぞれの点火装置１８を起動させる。このように、この実施例では、シリンダ２の着火点Ｚは、もしシリンダ２のピークシリンダ圧ｐmaxが基準値ｐmedianよりも小さければ、シリンダ２の着火点Ｚは全体的デフォルト値ｔgよりも早目に設定され、もしシリンダ２のピークシリンダ圧ｐmaxが基準値Ｐmedianよりも大きければ、シリンダ２の着火点Ｚは全体的デフォルト値ｔgに対して遅目に設定される。
【００６４】
図７は図５に類似した本発明の別実施例の概略ブロック図であるが、シリンダ２の燃料量Ｑではなくシリンダ２の点火装置１８の着火点Ｚが設定されている。この実施例では、シリンダ２の窒素酸化排出物Ｅcylが燃焼サイクルｃにわたってＮＯｘプローブ１９から取得され、分析装置２０に送られる。燃焼サイクルｃにわたる窒素酸化排出物Ｅcylの時間プロフィールから、分析装置２０は、シリンダ特有信号Ｅとして基準値プロセッサー１０に送られるフィルター処理された排出物値を決定する。基準値プロセッサー１０は、全シリンダ２からのシリンダ特有信号Ｅからメジアンを発生させ、基準値Ｅmedianとして基準値コントローラ１１にそれを出力する。基準値コントローラ１１では、基準値Ｅmedianからの、シリンダ特有信号Ｅの偏差が決定され、その関数として、対応するシリンダ２に関連する点火装置１８の着火点Ｚのために差値△ｔcylが決定される。それぞれの差値△ｔcylは明記可能な全体的エンジン標的値ｔgに加えられ、着火点ＺはＴＤＣ前方のクランク角度でパラメータｔcylとして発生され、点火コントローラ１７に送られ、点火コントローラ１７は所定の着火点Ｚで点火装置１８（例：スパークプラグ）を活性化させる。この点で明記可能な標的値ｔgは、図６に関して説明したように、着火点の特徴マッピング１６から決定される。
【符号の説明】
【００６５】
１    内燃機関
２    シリンダ
３    燃料制御バルブ
４    シリンダ内圧センサー
５ａ  排出物コントローラ
５ｂ  コントローラ
６    標的値プロセッサー
７    制御装置
８    差値プロセッサー
９    最大取得値プロセッサー
１０    基準値プロセッサー
１１    基準値コントローラ
１２    パイロット値計算手段
１３    均等値プロセッサー
１４    信号ライン
１５    制御ライン
１６    特徴マッピング
１７    点火コントローラ
１８    点火装置
１９    ＮＯｘプローブ
２０    分析装置
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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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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【外国語明細書】
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