(57)【要約】【課題】燃焼事象をリアルタイムでその場で監視し、物理パラメータ及び／または組成パラメータを変化させることによってエンジンまたはタービン性能を制御して燃焼事象を調整する方法を提供する。【解決手段】エンジン性能制御方法であって、少なくとも１つの燃焼室内の少なくとも１つの燃焼事象から少なくとも１つの光波長依存の測定結果を得るステップを含む方法が提供される。本方法は、光波長依存の測定結果を分析して、少なくとも１つの燃焼事象の調整を判断するステップをさらに含む。さらに、本方法は、少なくとも１つの物理パラメータ、少なくとも１つの組成パラメータ、または少なくとも１つの物理パラメータ及び少なくとも１つの組成パラメータを変化させることによって、少なくとも１つの燃焼事象または少なくとも１つの次の燃焼事象を調整し、それによってエンジン性能を制御するステップを含む。【選択図】図１
2013510264.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン性能制御方法であって、
ａ．エンジンの少なくとも１つの燃焼室内の少なくとも１つの燃焼事象から少なくとも１つの光波長依存の測定結果を得るステップと、
ｂ．前記少なくとも１つの光波長依存の測定結果を分析して、前記少なくとも１つの燃焼事象の調整量を判断するステップと、
ｃ．少なくとも１つの物理パラメータ、少なくとも１つの組成パラメータ、または少なくとも１つの物理パラメータ及び少なくとも１つの組成パラメータを変化させることによって、前記少なくとも１つの燃焼事象または少なくとも１つの次の燃焼事象を調整し、それによって前記エンジン性能を制御するステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記燃焼事象が、間欠事象及び連続事象からなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載のエンジン性能制御方法。
【請求項３】
前記少なくとも１つの光波長依存の測定結果を得る前記ステップを、前記少なくとも１つの燃焼室内かつ前記燃焼事象発生領域の近傍に設けられた少なくとも１つの光センサを用いて行うことを特徴とする請求項１に記載のエンジン性能制御方法。
【請求項４】
前記エンジンが、連続フロー型エンジンまたは間欠フロー型エンジンを含むことを特徴とする請求項１に記載のエンジン性能制御方法。
【請求項５】
前記連続フロー型エンジンが、ガスタービンエンジン、ジェットエンジン及び軸出力タービンからなる群から選択されることを特徴とする請求項４に記載のエンジン性能制御方法。
【請求項６】
前記間欠フロー型エンジンが、圧縮点火エンジン、火花点火エンジン、レーザ着火エンジン、パルスジェットエンジン、ラムジェットエンジン及びスクラムジェットエンジンからなる群から選択されることを特徴とする請求項４に記載のエンジン性能制御方法。
【請求項７】
前記間欠フロー型エンジンの前記エンジン性能を制御する前記ステップが、燃焼室容積、所定箇所近傍の或る領域における瞬時温度レベル、空間的に平均化された温度レベル、瞬間的な温度レベル、温度レベルの平均値、燃焼空間内での温度分布、圧力、吸気流量、排気流量、点火時期、１事象当たりの点火エネルギー、点火エネルギー供給位置及び燃焼時間からなる群から選択される前記燃焼事象の前記物理パラメータを変化させるステップを含むことを特徴とする請求項４に記載のエンジン性能制御方法。
【請求項８】
前記連続フロー型エンジンの前記エンジン性能を制御する前記ステップが、瞬時温度レベル、空間的に分布した温度レベル、燃焼空間内での温度分布、燃料流量、燃料組成、燃料温度、点火特性及び燃焼時間からなる群から選択される前記燃焼過程の前記少なくとも１つの物理パラメータを変化させる前記ステップを含み、前記点火特性が、点火時期、点火エネルギー、点火エネルギー供給位置及び燃焼時間を含むことを特徴とする請求項４に記載のエンジン性能制御方法。
【請求項９】
前記間欠フロー型エンジンの前記エンジン性能の燃焼事象の前記組成パラメータの測定を、予燃焼段階、燃焼段階及び末期燃焼段階からなる群から選択される燃焼事象段階中に行うことを特徴とする請求項４に記載のエンジン性能制御方法。
【請求項１０】
前記間欠フロー型エンジンを制御する前記ステップが、少なくとも１つのアクチュエータを用いて、全給気の組成、予燃焼燃料蒸気または噴霧濃度及び分布、予燃焼水蒸気濃度、燃焼室容積、点火パラメータ、入口給気温度、吸気バルブ動作パラメータ、排気バルブ動作パラメータ及び燃料組成並びに燃料温度からなる群から選択される少なくとも１つの燃焼パラメータを変化させることによって達成されることを特徴とする請求項４に記載のエンジン性能制御方法。
【請求項１１】
前記点火パラメータが、点火時期、エネルギー供給時間、エネルギー供給の時間的プロファイル、エネルギー供給終了のタイミングからなる群から選択されることを特徴とする請求項１０に記載のエンジン性能制御方法。
【請求項１２】
前記吸気バルブ動作パラメータが、開時期、開弁期間、バルブリフトまたはこれと同等のもの、及び閉時期からなる群から選択されることを特徴とする請求項１０に記載のエンジン性能制御方法。
【請求項１３】
前記排気バルブ動作パラメータが、開時期、開弁期間、バルブリフトまたはこれと同等のもの、及び閉時期からなる群から選択されることを特徴とする請求項１０に記載のエンジン性能制御方法。
【請求項１４】
前記全給気の一部が、空気、排気生成物、水滴及び水蒸気、並びに燃料添加剤からなる群から選択されることを特徴とする請求項１０に記載のエンジン性能制御方法。
【請求項１５】
前記連続フロー型エンジンの前記エンジン性能を制御する前記ステップが、少なくとも１つのアクチュエータを用いて、一次空気流量、二次空気流量、冷却空気流量、空気温度、タービン翼端隙間、燃料濃度の時空的分布、水蒸気濃度の時空的分布、点火時期、点火エネルギー供給速度、エネルギー供給時間、燃料組成並びに燃料温度からなる群から選択される少なくとも１つの燃焼パラメータを変化させるステップを含むことを特徴とする請求項４に記載のエンジン性能制御方法。
【請求項１６】
前記エンジン性能が、エンジンの耐久性、出力、熱効率、音響出力及び排気組成からなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載のエンジン性能制御方法。
【請求項１７】
前記エンジン性能が、エンジン使用者によって選択されることを特徴とする請求項１６に記載のエンジン性能制御方法。
【請求項１８】
前記コントローラが、前記少なくとも１つの光波長依存の測定結果を受信した時点で、前記燃焼事象中に前記燃焼パラメータのうちの少なくとも１つを調整することを特徴とする請求項１に記載のエンジン性能制御方法。
【請求項１９】
前記エンジンが連続フロー型エンジンであり、エンジン制御装置からの命令を受けて、一次燃焼室燃焼、二次空気燃焼及びライナ冷却に用いられる吸気流のごく一部を調整することによって、エンジンの耐久性を向上させることを特徴とする請求項１に記載のエンジン性能制御方法。
【請求項２０】
エンジン制御装置からの命令を受けて、初期状態の検出時に、火花点火エンジンにおいて用いられるアンチノック剤、ＮＯｘ抑制剤及び、ディーゼルまたはガスタービンにおいて用いられる煤抑制剤からなる群から選択される添加剤を噴射することにより燃料組成を変化させることによって、前記エンジン性能を向上させることを特徴とする請求項１に記載のエンジン性能制御方法。
【請求項２１】
前記エンジンが、連続流れ事象の発生する連続フロー型エンジンを含み、該エンジンにおいて、少なくとも１つのアクチュエータが、燃料濃度、酸素濃度、空気流量、燃焼室温度、燃料温度及び燃料組成からなる群から選択される前記燃焼パラメータのうちの少なくとも１つを変化させることを特徴とする請求項１に記載のエンジン性能制御方法。
【請求項２２】
前記エンジンが、少なくとも１つの間欠的事象の発生する間欠フロー型エンジンを含み、該エンジンにおいて、少なくとも１つのアクチュエータが、燃料濃度、酸素濃度、燃焼室圧力、燃焼室温度、点火時期、着火期間、吸気バルブタイミング、排気バルブタイミング、吸気バルブ開弁期間、排気バルブ開弁期間、燃料温度及び燃料組成からなる群から選択される前記燃焼パラメータのうちの少なくとも１つを変化させることを特徴とする請求項１に記載のエンジン性能制御方法。
【請求項２３】
領域的または地域的要件の順守を容易にするために、全地球測位システム（ＧＰＳ）を含む位置指示装置をエンジン制御装置に結合することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン及びタービンの性能の管理に関する。より詳細には、本発明は、エンジン及びタービンの燃焼事象中に光波長依存の測定結果を用いて諸パラメータを監視しかつ調整する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの性能不足は、エンジンの耐久性、出力、熱効率及び汚染に影響を及ぼす。近年、よりクリーンでかつより環境影響が少ない動力発生のために動力系及び推進系を最適化する取り組みがなされている。１つの手法として、シリンダヘッドガスケットに組み込まれた光通信チャネル（ＬＣＣ）及びセンサを用いて、空燃混合気及び／または燃焼生成物、圧力または温度を監視するための一体型エンジン燃焼監視システムが挙げられる。この手法は、いくつかのエンジン性能パラメータのデータ収集をリアルタイムでその場で（in-situ）行うが、十分なデータが得られた後に、エンジンに対する操作変数を手作業で精密化する必要がある。別の試みとして、複数の光センサを用いて運転中に内燃機関の燃焼室（燃焼器）内の燃焼過程を監視するための光電子測定装置が挙げられる。これらのセンサは、センサの個々の視角が燃焼室の少なくとも１つの予め画定された測定領域を均一にカバーするように調整されていた。残念ながら、この装置は、制御された実験状況におけるエンジン性能試験にのみ有用であるような限られた数の性能パラメータを伝達するために、反射／偏向を用いる大型光学系を必要としていた。
【０００３】
最近導入されたパフォーマンスチップは、エンジン出力を増加させるために使用される。エンジン制御装置（ＥＣＵ）は、公式及び多数のルックアップテーブルを用いて、所与の運転条件に対する燃料流を決定する。ルックアップテーブルは全て、ＥＣＵのチップに搭載されている。パフォーマンスチップのルックアップテーブルには、特定の運転条件中に燃空比を上昇させる値が含まれている。例えば、それによって、全てのエンジン速度でフルスロットルでより多くの燃料を供給するか、または点火時期を変更するか、またはその両者を行うことができる。しかし、最近作られたパフォーマンスチップは、エンジン性能の極めて重要な特徴、例えば、エンジンの耐久性、出力対効率、熱効率、音響出力、排気組成などを監視するためには使用されない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、シリンダ内で予燃焼状態を燃焼事象及び二次燃焼事象中にリアルタイムでその場で監視し、物理パラメータ及び／または組成パラメータを変化させることによってエンジンまたはタービン性能を制御して燃焼事象または少なくとも１つの次の燃焼事象を調整する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、少なくとも１つの燃焼室（燃焼器）内の少なくとも１つの燃焼事象から少なくとも１つの光波長依存（optical wavelength-dependent）の測定結果を得るステップを含むエンジン性能制御方法を提供する。本方法は、光波長依存の測定結果を分析して、少なくとも１つの燃焼事象の調整量を判断するステップをさらに含む。さらに、本方法は、少なくとも１つの物理パラメータ、または少なくとも１つの組成パラメータ、または少なくとも１つの物理パラメータ及び少なくとも１つの組成パラメータを変化させることによって、少なくとも１つの燃焼事象または少なくとも１つの次の燃焼事象を調整し、それによってエンジン性能を制御するステップを含む。
【０００６】
本発明の一態様によれば、燃焼事象は間欠事象または連続事象を含むことができる。
【０００７】
本発明の別の態様では、少なくとも１つの光波長依存の測定結果は、少なくとも１つの燃焼室（燃焼器）内かつ燃焼事象発生領域の近傍に設けられた少なくとも１つの光センサを用いて得られる。
【０００８】
本発明のさらなる態様では、本発明のエンジンは、連続フロー型エンジンまたは間欠フロー型エンジンを含む。ここで、連続フロー型エンジンは、ガスタービンエンジン、ジェットエンジンまたは軸出力タービンであってよい。さらに、間欠フロー型エンジンは、圧縮点火エンジン、火花点火エンジン、レーザ着火エンジン、パルスジェットエンジン、ラムジェットエンジンまたはスクラムジェットエンジンであってよい。この態様によれば、間欠フロー型エンジンの性能を制御するステップは、燃焼室容積、所定箇所近傍の或る領域における瞬時温度レベル、空間的に平均化された温度レベル、瞬間的な温度レベル、温度レベルの平均値、燃焼空間内での温度分布、圧力、吸気流量、排気流量、点火時期、１事象当たりの点火エネルギー、点火エネルギー供給位置及び燃焼時間を含む燃焼事象の物理パラメータを変化させるステップを含む。また、本態様によれば、連続フロー型エンジンの性能を制御するステップは、瞬時温度レベル、空間的に分布した温度レベル、燃焼空間内での温度分布、燃料流量、燃料組成、燃料温度、点火（着火）特性及び燃焼時間を含む（点火特性は、点火時期、点火エネルギー、点火エネルギー供給位置または燃焼時間を含む）燃焼過程の物理パラメータのうちの少なくとも１つを変化させるステップを含む。この態様では、間欠フロー型エンジンのエンジン性能の燃焼事象の組成パラメータは、予燃焼段階、燃焼段階または末期燃焼段階などの燃焼事象段階中に測定される。さらに、間欠フロー型エンジンの制御は、少なくとも１つのアクチュエータを用いて、全給気の組成、予燃焼燃料蒸気または噴霧濃度及び分布、予燃焼水蒸気濃度、燃焼室容積、点火パラメータ（点火時期、エネルギー供給時間、エネルギー供給の時間的プロファイル、エネルギー供給終了のタイミング）、入口給気温度、吸気バルブ動作パラメータ（開時期、開弁期間、バルブリフトまたはこれと同等のもの、及び閉時期）、排気バルブ動作パラメータ（開時期、開弁期間、バルブリフトまたはこれと同等のもの、及び閉時期）、燃料組成並びに燃料温度などの少なくとも１つの燃焼パラメータを変化させることによって達成される。ここで、全給気の一部には、空気、排気生成物、水滴、水蒸気または燃料添加剤を含むことができる。本態様によれば、連続フロー型エンジンの性能を制御するステップは、少なくとも１つのアクチュエータを用いて、空気流量、種々の冷却空気流量、二次空気流量、空気温度、空気圧力、タービン翼端隙間、燃料濃度の時空的分布、水蒸気濃度の時空的分布、点火時期、点火エネルギー供給速度、エネルギー供給時間、燃料組成または燃料温度などの少なくとも１つの燃焼パラメータを変化させるステップを含む。
【０００９】
別の態様によれば、エンジン性能は、エンジンの耐久性、出力、熱効率、音響出力または排気組成を含むことができ、エンジン性能の優先度はエンジン使用者が選択することができる。
【００１０】
本発明の別の態様では、コントローラは、少なくとも１つの光波長依存の測定結果を受信した時点で、燃焼事象中に燃焼パラメータのうちの少なくとも１つを調整する。
【００１１】
本発明の別の態様によれば、エンジンが連続フロー型エンジンであるとき、エンジン制御装置からの命令を受けて、一次燃焼器（燃焼室）燃焼、二次空気燃焼及びライナ冷却に用いられる吸気流のごく一部を調整することによって、エンジンの耐久性を向上させる。
【００１２】
本発明の別の態様では、エンジン制御装置からの命令を受けて、初期状態の検出時に、添加剤を噴射することにより燃料組成を変化させることによって、エンジン性能を向上させる。添加剤は、火花点火エンジンにおいて用いられるアンチノック剤、またはＮＯｘ抑制剤、または煤抑制剤エンジンを含むことができ、煤抑制剤は、ディーゼルまたはガスタービンにおいて用いられる。
【００１３】
本発明の別の態様では、本発明のエンジンは、連続流れ事象の発生する連続フロー型エンジンであり、該エンジンにおいて、少なくとも１つのアクチュエータが、燃料濃度、酸素濃度、空気流量、燃焼器圧力、燃焼器温度、燃料温度または燃料組成などの燃焼パラメータの少なくとも１つを変化させる。
【００１４】
さらなる態様では、本発明のエンジンは、少なくとも１つの間欠的事象の発生する間欠フロー型エンジンであり、該エンジンにおいて、少なくとも１つのアクチュエータが、燃料濃度、酸素濃度、燃焼室圧力、燃焼室温度、点火時期、着火期間、吸気バルブタイミング、排気バルブタイミング、吸気バルブ開弁期間、排気バルブ開弁期間、燃料温度または燃料組成などの燃焼パラメータの少なくとも１つを変化させる。
【００１５】
本発明の別の態様では、全ての領域的または地域的要件の順守を容易にするために、全地球測位システム（ＧＰＳ）を含む位置指示装置がエンジン制御装置に結合される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に従ってエンジン性能を制御する方法の概略流れ図。
【図２】本発明に従って間欠フロー型エンジンのエンジン性能を監視しかつ最適化するためのエキスパートシステムの図。
【図３】本発明に従って連続フロー型エンジンのエンジン性能を監視しかつ最適化するためのエキスパートシステムの図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下の詳細な説明において例示の目的のために数多くの具体例を挙げるが、以下に例示する詳細の変形形態及び代替形態も本発明の範囲内に含まれることは当業者であれば直ちに理解できよう。従って、以下の本発明の好適実施形態は、クレームされた発明の一般性を喪失することなくかつクレームされた発明に制約を課すことなく説明される。
【００１８】
本発明は、エンジン性能を監視しかつ最適化するためのエキスパートシステムを提供する。具体的には、本発明は、エンジンの燃焼室（燃焼器）内の燃焼事象を監視するとともに、リアルタイムで、高速コントローラを用いて、燃焼事象において物理パラメータを変化させかつ／または組成パラメータを変化させることによってアクチュエータ（高速アクチュエータを含み得る）を制御する方法を提供する。燃焼事象なる語には、間欠フロー型エンジンで生じる間欠燃焼事象または連続フロー型エンジンで生じる連続燃焼事象が含まれる。ここで、間欠フロー型エンジンは、圧縮点火エンジン、火花点火エンジン、レーザ着火エンジン、パルスジェットエンジン、ラムジェットエンジンまたはスクラムジェットエンジンであってよく、連続フロー型エンジンは、ガスタービンエンジン、ジェットエンジンまたは軸出力タービンであってよい。
【００１９】
アクチュエータは、燃料濃度、酸素濃度、燃焼室容積、燃焼室圧力、燃焼室温度、点火時期、着火期間、吸気バルブタイミング、排気バルブタイミング、吸気バルブ開弁期間、排気バルブ開弁期間、または燃料温度などの燃焼パラメータのうちの少なくとも１つを変化させる。コントローラは、ＥＣＴＵからの命令を受信した時点で、光波長依存の測定結果を含む全ての入力に基づき、間欠フロー型エンジンにおいて、燃焼事象中に少なくとも１つの燃焼パラメータを調整するか、または次の事象の前に少なくとも１つの燃焼パラメータを調整する。
【００２０】
図面を参照すると、図１は、本発明に従うエンジン性能制御方法の流れ図１００を示している。流れ図１００に示されているエンジン１０１において、少なくとも１つの光波長依存の測定結果を得る１０２。ここで、光波長依存の測定結果は任意の精巧な光学測定の結果を含むことができ、例を挙げれば、視線（line-of-sight）吸収分光法、波長変調分光法の適用、平面レーザ誘起蛍光（ＰＬＩＦ）法、波長多重化された光ファイバーベースの視線ダイオードレーザ吸収法、マルチスペクトル検出、少なくとも１つの波長可変（チューナブル）ダイオードレーザ式センサを用いた波長変調分光法、波長可変ダイオードレーザを用いた近赤外域での２つの水蒸気倍音遷移の測定吸収度の比、少なくとも１つのダイオードレーザを用いた波長変調法及び２ｆ検波法による走査波長法（scanned wavelength technique）、酸素の分光吸収特性から推定される密度、互いに交差した２つの経路から得られる吸収特性間のドップラー周波数シフトより求められる速度、２つの波長可変ダイオードレーザ式温度センサ（直接吸収分光法を用いる第１のセンサと、波長変調分光法を用いて第２高調波を検出する第２のセンサとを含む）、スペクトル分解型レーザ誘起蛍光（ＬＩＦ）法、２つの倍音遷移に対する光吸収の比から温度を推定し、推定された温度及び遷移の一方に対する吸収からＨ２Ｏ濃度を決定するダイオードレーザ式吸収センサ、二波長中赤外レーザ及び差周波発生レーザを用いた温度及び燃料蒸気濃度の時間分解型吸収に基づく測定結果を含むことができる。本方法は、光波長依存の測定結果を分析するステップ１０４と、他の入力と合わせて、燃焼事象の調整を判断するステップ１０６とを含むことが、図１にさらに示されている。さらに、本方法は、エンジンの耐久性、出力、熱効率、音響出力または排気組成の相対的な重要性に従って、選択されたエンジン性能パラメータを最適化するために、少なくとも１つの物理パラメータ、または少なくとも１つの組成パラメータ、または少なくとも１つの物理パラメータ及び少なくとも１つの組成パラメータを変化させることによって、燃焼事象または少なくとも次の燃焼事象を調整するステップ１０８を含む。ここで、エンジン性能はエンジン使用者が選択することができ、エンジン使用者は、その時点での運転者のニーズに応じて、どの性能パラメータを最適化するべきかを選択することができる。いくつか例を挙げると、例えば、パイロットであれば、離陸中または離陸後の上昇中において、出力が最適になるようにする。ＶＬＣＣの機関士であれば、港に到着するまで残り３，０００海里のところで、燃料効率が最適になるようにするが、港が近づいたら排出ガスを最小限に抑えることを選択してもよい。貨物車両に関しては、密集した都市環境で運行しているときに排出ガス制御が最大になるように選択することができる。
【００２１】
図２は、本発明に従って間欠フロー型エンジン２００のエンジン性能を監視しかつ最適化するためのエキスパートシステムの図を示している。図２には、燃焼室及びピストン２０６を持つエンジンブロック２０２が示されている。
【００２２】
吸気バルブ２０８及び排気バルブ２１０と、燃焼事象２１４を発生させるために火花を供給する点火プラグ２１２とがさらに示されている。ここで、ディーゼルエンジンなど他の種類のエンジンでは、燃焼事象２１４を開始するための点火プラグ２１２は必要ないことが知られている。図２に示されている本実施形態は、燃焼室容積変位装置２１６及び光センサ２１８を含み、この例では、光センサ２１８は、燃焼事象２１４の発生領域の近傍に設けられており、燃焼事象２１４からの波長依存情報２２２の光学的測定を容易にするためにレーザなどの光源２２０を含むことができる。図２では、センサ２１８が或る燃焼事象段階、例えば、予燃焼段階、燃焼段階または末期燃焼段階などにおける燃焼事象の組成パラメータを測定し、測定結果が、リアルタイムで機能し得る測定結果分析装置２２６に送信される。分析装置は、燃焼事象２１４にどのような変更（もしあれば）を加える必要があるかの判断のために、結果をコントローラ２２８に送信する。燃焼事象２１４に変更を加える必要であるとコントローラ２２８が判断した場合、現在進行中または後続の燃焼事象２１４に関連する少なくとも１つの物理パラメータ及び／または少なくとも１つの組成パラメータを変化させるための信号がアクチュエータに供給される。例えば、コントローラ２２８は、吸気パラメータ２３２をリアルタイムで調整するように吸気アクチュエータ２３０を操作することができる。図２は、１事象当たりの全給気量（または連続流れの場合には流量）、予燃焼燃料蒸気または噴霧濃度及び分布、予燃焼水蒸気濃度、吸気温度、燃料温度、吸気バルブ動作パラメータ（例えば、開時期、開弁期間、バルブリフトまたはこれと同等のもの、及び閉時期など）を含み得る複数の吸気パラメータのうちの１つを表すために包括的な円として吸気パラメータ２３２を示している。ここで、全給気は、空気、排気生成物、水滴または水蒸気を含むことができる。
【００２３】
図２は、コントローラ２２８が、排気パラメータ２３６をリアルタイムで調整するように排気アクチュエータ２３４を操作できることをさらに示している。図２は、この場合もやはり、複数の排気パラメータのうちの任意の１つを表すために包括的な円を示しており、排気パラメータは、排気バルブ動作パラメータ（開時期、開弁期間、バルブリフトまたはこれと同等のもの、及び閉時期など）、燃焼事象２１４を向上させるための排熱回生、燃焼事象２１４への排気組成の再循環を含み得る。
【００２４】
本実施形態によれば、コントローラ２２８は、点火プラグアクチュエータ２３８を操作して点火プラグ２１２（点火プラグは任意の他の点火装置に相当する）を作動させ、点火パラメータをリアルタイムで調整することができる。点火パラメータは、点火時期、エネルギー供給時間、エネルギー供給の時間的プロファイル、エネルギー供給終了のタイミングを含み得る。
【００２５】
コントローラ２２８はさらに、燃焼室容積アクチュエータ２４０を操作して燃焼室容積変位装置２１６を作動させ、圧縮事象間に燃焼室２０４の容積をリアルタイムで調整することができる。
【００２６】
コントローラ２２８は、燃料濃度、酸素濃度、燃焼室容積、燃焼室圧力、燃焼室温度、点火時期、着火期間、吸気バルブタイミング、排気バルブタイミング、吸気バルブ開弁期間、排気バルブ開弁期間または燃料温度などの燃焼パラメータを変化させるように、上記アクチュエータの一部または全部を操作することができる。
【００２７】
本発明の別の態様では、排出ガスの改質のために燃料添加剤が用いられる。排気流中にはプローブ２４２が配置され、センサ入力がコントローラ２２８に送られることによりリアルタイムで是正措置を取ることが可能になっている。一態様では、船舶／航空機／トラックに管轄権が及ぶ環境保全局（environmental control agency）から全地球測位システム（ＧＰＳ）などの位置指示装置２２４を用いてダウンロード可能なファイルが提供され、キャプチャされ、排気から得られるデータ流が法令を順守したものであるかについての検討がなされる。環境保全局は、時間（タイム）及び位置スタンプを提供し、一連の順守イベントの中から任意のものを識別する。このとき、ダウンロード可能なファイルは、変更しようとしてもできないように、ファイルへの書き込み／消去アクセスが制限されている。
【００２８】
図２は、高速で作動する弁の付いた燃料噴射装置を用いて、制御された温度の空気を給気と混合することで入口給気温度などの燃焼事象の物理パラメータを変化させることによる、間欠フロー型エンジンのエンジン性能制御を示している。あるいは、燃料噴射装置のパラメータを変化させることによって、燃空比を燃焼事象毎に変えることもできる。
【００２９】
本発明のさらなる態様では、エンジン制御装置からの命令を受けて、初期状態の検出時に、例えば火花点火エンジンにおいてアンチノック剤を噴射したり、ディーゼルエンジンまたはガスタービンエンジンにおいて煤抑制剤を噴射したりするなど、添加剤を噴射することにより燃料組成を変化させることによって、エンジン性能を向上させる。
【００３０】
本発明によれば、本発明のエンジンは、連続フロー型エンジンまたは間欠フロー型エンジンを含むことができ、連続フロー型エンジンは、ガスタービンエンジン、ジェットエンジンまたは軸出力タービンであってよく、間欠フロー型エンジンは、圧縮点火エンジン、火花点火エンジン、レーザ着火エンジン、パルスジェットエンジン、ラムジェットエンジンまたはスクラムジェットエンジンであってよい。
【００３１】
図３は、本発明に従って連続フロー型エンジン３００のエンジン性能を監視しかつ最適化するためのエキスパートシステムの図を示している。図３には、燃焼室（燃焼器）３０４を備えた連続フロー型エンジンハウジング３０２が示されている。ここでは、図面を簡素化するために、上部燃焼室３０４は監視及び制御素子のいくつかとともに示されており、下部燃焼室３０４は他の監視及び制御素子とともに示されている。１若しくは複数の燃焼室３０４は、本明細書に記載の監視及び制御素子の全てを含み得ることを理解されたい。吸気領域３０６と、圧縮領域３０８と、上下の燃焼室３０４を有する燃焼領域３１０と、排気領域３１２とが示されている。本実施形態は、上部燃焼室３０４内に光センサ３１６を含むものとして示されており、この例では、光センサ３１６は燃焼過程３１８の発生領域の近傍に設けられており、燃焼過程３１８からの波長依存情報３２２の測定を容易にするための、レーザなどの光源３２０を含む。図３では、下部燃焼室３０４内に示されているような予燃焼領域３１５、一次燃焼領域３１７及び二次燃焼領域３１９において、光センサ群３１６が燃焼過程の組成パラメータを測定し、測定結果が、リアルタイムで機能し得る測定結果分析装置３２３に送信される。分析装置は、燃焼事象３１８にどのような変更（もしあれば）を加える必要があるかの判断のために、結果をコントローラ３２４に送信する。燃焼過程３１８に変更を加える必要があるとコントローラ３２４が判断した場合、燃焼過程３１８に関する少なくとも１つの物理パラメータ及び／または少なくとも１つの組成パラメータを変化させるべく、アクチュエータに信号が供給される。信号は、リアルタイム信号であってもよいし、適切に平均化された信号であってもよい。例えば、コントローラ３２４は、燃料吸入パラメータ３２８をリアルタイムで調整するように燃料吸入アクチュエータ３２６を操作することができる。ここで、図３は、複数の燃料吸入パラメータのうちの任意の１つを表すために包括的な円として燃料吸入パラメータ３２８を示しており、燃料吸入パラメータは、例えば、瞬間燃料流量、予燃焼燃料蒸気または噴霧濃度及び分布、予燃焼水蒸気濃度または燃料温度などを含み得る。
【００３２】
図のように、排気流３１２中にはセンサ３３０が配置され、排気データはコントローラ３２４に供給される。コントローラ３２４は少なくとも１つのアクチュエータを調整し、該アクチュエータは、一次空気流量、二次空気流量、空気温度、燃料濃度の時空的分布、水蒸気濃度の時空的分布、点火時期、点火エネルギー供給速度、エネルギー供給時間、燃料組成並びに燃料温度を含み得る少なくとも１つの燃焼パラメータを変化させる。図３は、燃焼室ライナ３２１を有する下部燃焼室３０４をさらに示しており、燃焼室ライナ３２１は、燃焼事象３１８の冷却を制御するために燃焼室ライナ３２１の二次燃焼領域３１９に設けられた複数のポートを開閉するように操作可能な弁３２３を有する。これらのポート３２５は、流れの最前部付近ではより小さく、流れを下るにつれて徐々に大きくなるようにすることができ、ポート３２５は、コントローラ３２４によって命令されたときに燃焼室熱アクチュエータ３２５によって操作される。燃焼室３０４は、燃焼室ライナ３２１の温度、燃焼事象３１８並びに燃焼室ライナ３２１の内側及び外側の空気温度を監視するための１若しくは複数の温度監視素子３２７をさらに含む。ここで、包括的な円は、燃焼領域３１０において全ての流量パラメータを決定するための監視素子を表している。温度監視素子は、高温計、熱電対、または他のそのようなセンサであってよい。
【００３３】
図３にはさらにコントローラ３２４が配置されているのが示されており、コントローラ３２４は静翼調整アクチュエータ３３２を操作し、静翼調整アクチュエータ３３２はコントローラ３２４からの信号を受けてタービン静翼３３４の角度を調整する。燃焼流パラメータに関してタービン静翼３３４の角度を負荷点の変化に応じて調整することができれば、タービン効率を最適値に維持することができる。
【００３４】
連続フロー型エンジン３００の効率に影響を及ぼす別の因子は、タービン動翼３３４の翼端（チップ）とタービン３３４を取り囲むシュラウド３３８との間の隙間（クリアランス）である。動翼３３４の翼端漏れは、最小限に抑えられなければならない損失を表す。本発明によれば、タービン動翼３３４の翼端とシュラウド３３８との間の隙間の調整をシュラウドアクチュエータ３４０によって行うことができ、シュラウドアクチュエータ３４０は、可動シュラウド３３８を変位させることによって、タービン動翼３３４の翼端とタービンシュラウド３３８との間の隙間を変化させる。本発明は、動翼３３４がシュラウド３３８に近付くかまたは接触する時を測定するために、誘導検出器、容量検出器または音響検出器３４２をさらに含む。本発明の別の態様によれば、シュラウド３３８とタービン動翼３３４の翼端との間の冷却空気流の温度及び／または流量を調整することによって、タービン動翼３３４の翼端とタービンシュラウド３３８との間の隙間を変化させる。そのような温度調整はコントローラ３２４によって行われ、シュラウド３３８の温度はシュラウド温度センサ３４４によって測定される。
【００３５】
本発明によれば、連続フロー型エンジン性能を制御するステップは、時間平均冷却空気温度レベル及び／または温度分布冷却空気流量などの燃焼過程の物理パラメータのうちの少なくとも１つを変化させるステップを含み、連続フロー型エンジンの性能を制御する点火装置性能（供給されるエネルギーまたは位置）は、空気流量（一次、二次または冷却）、燃料濃度の時空的分布、水蒸気濃度の時空的分布、点火時期、点火エネルギー供給速度、エネルギー供給時間、燃料組成並びに燃料温度などの少なくとも１つの燃焼パラメータを変化させる少なくとも１つのアクチュエータを必要とする。
【００３６】
本態様によれば、連続フロー型エンジン性能を制御するステップは、少なくとも１つのアクチュエータを用いて、一次または二次または冷却空気流量、燃料濃度の時空的分布、水蒸気濃度の時空的分布、点火エネルギー供給速度及びエネルギー供給時間を含む点火特性、燃料組成並びに燃料温度などの少なくとも１つの燃焼パラメータを変化させるステップを含む。
【００３７】
本発明の別の態様によれば、本発明のエンジンが連続フロー型エンジンであるとき、エンジン制御装置からの命令を受けて、一次燃焼室（燃焼器）燃焼、二次空気燃焼及びライナ冷却に用いられる吸気流のごく一部を調整することによって、エンジンの耐久性を向上させる。
【００３８】
本発明についていくつかの例示的な実施形態を踏まえて説明してきたが、これらの実施形態は限定的なものではなく、全ての態様において例示を目的としたものである。それゆえ、本発明に関して、詳細な実施形態の数多くの変形形態が可能であり、それらは、当業者が本明細書に含まれる説明から導くことができる。
【００３９】
全てのそのような変形形態は本発明の範囲及び趣旨に含まれると考えられ、本発明の範囲は以下の請求項及びそれらと法的に等価なものによって画定される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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