(57)【要約】  動作中の内燃機関における燃焼過程に関連した加速度計信号を処理するための方法である。この方法は、前記機関の１サイクル中に、選択されたクランク角度の窓を横断して、燃焼加速度成分及び受動加速度成分を含んだ加速度計信号を測定する工程と、前記受動加速度成分を低減するために、前記測定された加速度計信号に形状関数を適用する工程とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
動作中の内燃機関における燃焼過程に関連した加速度計信号を処理するための方法であって、
ａ）前記機関の１サイクル中に、選択されたクランク角度の窓を横断して、燃焼加速度成分及び受動加速度成分を含んだ加速度計信号を測定する工程と、      
ｂ）前記受動加速度成分を低減するために、前記測定された加速度計信号に形状関数を適用する工程と
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
ａ）前記適用する工程に先行して前記形状関数を旋回させる工程と、
ｂ）前記適用する工程において、前記測定された加速度計信号と前記形状関数の差信号を決定すると共に、所定のクランク角度に関する前記差信号の一部を反映して前記燃焼成分を抽出する工程と、
ｃ）前記適用する工程において、前記測定された加速度計信号と前記形状関数の差信号を決定すると共に、前記差信号を微分して前記燃焼成分を抽出する工程と
から選択された１つの前処理工程を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記前処理工程に先行して前記形状関数に位相シフトを与える工程を含む請求項２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願との相互参照］
この出願は、２００４年１１月１８日に出願された“加速度計ベースの燃焼センサ”なる名称の米国仮出願第６０／６２９，４８９号に関係し、その優先権利益を主張する。この‘４８９号出願は、ここに参照によって完全に組み入れられる。
【０００２】
この出願は、２００４年４月１２日に出願された“加速度計を使用して内燃機関を制御するための方法及び装置”なる名称の米国特許出願第１０／８２２，３３３号の一部継続出願である。この‘３３３号出願は、２００３年６月３０日に出願された“加速度計を使用して内燃機関を制御するための方法及び装置”なる名称の米国仮出願第６０／４８３，８５５号に関係し、その優先権利益を主張する。これら‘３３３号及び‘８５５号出願は、ここに参照によって完全に組み入れられる。
【０００３】
［発明の分野］
本発明は、内燃機関の燃焼性を決定するための方法及びシステムに関し、特に燃焼性決定用のデジタル信号処理（ＤＳＰ）技術と組み合わせて加速度計を使用することに関する。この場合、燃焼性インジケータは、限定されるものではないが、（ｉ）燃焼時期、例えば燃焼の開始（ＳＯＣ）インジケータと、（ｉｉ）燃焼率と、（ｉｉｉ）不着火又は部分的燃焼と、（ｉｖ）速すぎるシリンダ圧力上昇（ノック）とを含む。
【０００４】
「背景技術」
通常の内燃機関、例えばジーゼル又はスパーク着火式エンジンは、燃焼性特徴、例えば効率及び排気制御の双方に対するＳＯＣの制御を必要とする。例えば、ジーゼルエンジンは、燃料噴射のタイミングによって燃焼の開始を制御するのに対し、スパーク着火式エンジンは、スパークタイミングによって燃焼の開始を制御する。
【０００５】
しかしながら、追加的燃焼制御が、通常のエンジンでは望まれることがあり、また他のエンジンでは必要とされることがある。フィードバック燃焼性センサから強く利益を得るエンジンの一例は、ＨＣＣＩ型燃焼を使用して動くものである。伝統的なＳＩ又はジーゼルエンジンとは異なり、ＨＣＣＩ燃焼は、自然に、そして一般的には火炎伝播なしに均質的に起こる。ＨＣＣＩ燃焼は、比較的良好に予混合された燃料／空気混合物の圧縮着火である。ＨＣＣＩ原理に基づいた種々の燃焼戦略が開発されている。例えば、ＨＣＣＩエンジンと伝統的なエンジン噴射技術の組み合わせは、燃料／空気混合物が予混合されるが均質である必要はない予混合圧縮着火（ＰＣＣＩ）に至る。追加的燃焼戦略は、ＰＣＣＩ燃焼イベントによって与えられるエネルギを、一般的に一度燃焼が開始されると与えられる直噴される量の燃料によって補給する戦略である。このタイプのエンジンは、予混合直噴（ＰＣＤＩ）エンジンとして知られている。
【０００６】
ＨＣＣＩエンジンの１つの問題は、燃焼性が多数のパラメータ、特に吸気マニホルド温度、燃料／空気比、燃料品質、捕捉された残留ガス成分及び排気ガス再循環量によって影響されやすい点である。燃焼性に強く影響するパラメータを制御しないと、燃焼性は大きなサイクル間変化に遭遇する。かくして、通常のジーゼル及びＳＩエンジンと比べた場合、不着火及び速すぎる率の圧力上昇が起こりがちである。燃焼の開始、即ちＳＯＣ又は、時折呼ばれるような、燃焼時期の時刻を知ることは、将来のエンジンサイクルの燃焼性を調整する制御戦略を与えることを助けて、エンジンの改良された性能を可能にする。かくして、ＨＣＣＩ型エンジンは、ＳＯＣ及び他の燃焼性インジケータの正確で堅牢な決定から利益を得る。
【０００７】
上記で与えられたＨＣＣＩ例の他に、燃焼性の知見、例えば燃焼の開始及び率の知見は、リアルタイムの診断目的用にシステムの性能を監視する以外の理由が無い場合には、ジーゼル及びＳＩエンジンに対して商業的に有益なものとなりつつある。そのようなエンジンについては、調整作用がなされて、燃焼性の測定された変化を補償し、高いエンジン燃料節約と低いエンジン外部排出を維持する。
【０００８】
エンジンサイクルの燃焼性を評価するための１つの既知の手法は、例えばセンサを配置して、シリンダ内圧力と接触するダイヤフラムの偏向を測定することによる、燃焼室内での直接圧力測定に依存するものである。測定された圧力信号は、ＳＯＣ又は他の燃焼性インジケータに相関付けられる。例えば、フィードバック制御ループは、エンジンパラメータを調整することに使用され、測定されたＳＯＣと目標ＳＯＣとの間のエラーを最小化することによって、将来のエンジンサイクルのＳＯＣに影響を与える。燃焼室内の圧力を示す信号の直接測定を記載した米国特許第６，５９８，４６８号及びドイツ特許第４３４１７９６．５号を参照されたい。典型的に、光学センサ、又は他の直接圧力測定機器が使用される。燃焼性の適切に正確なインジケータ、例えばセンサは、高価であり、且つ／又は現在のところ多数の応用にとって必要な信頼性及び堅牢性を（燃焼室内の過酷な環境に起因して）欠いている。
【０００９】
燃焼室圧力を評価するためのもう１つの手法は、米国特許第６，４０８，８１９号に記載されているようなノックセンサ（加速度計）を使用する。加速度計は、さほど高価でなく、しかも現在のところ直接圧力測定センサと比べて信頼性があり且つ堅牢であるが、この手法が、多くの燃焼性制御法、例えば効果的なＳＯＣ制御にとっては十分に精密でない圧力信号再現法に依存している欠点がある。
【００１０】
加速度計を使用する効果的なシステムは、２００４年４月１２日に出願された本出願人の共継続中の“加速度計を使用して内燃機関を制御するための方法及び装置”なる名称の米国特許出願第１０／８２２，３３３号（“‘３３３号”）に記載され、そしてここに参照によって完全に組み入れられる。圧力信号を加速度計データから再現するのではなく、‘３３３号出願は、未処理の加速度計データから燃焼情報を抽出するための熱放出率再現法（ＨＲＲ）を説明している。
上述した手法の有効性が改良可能であるか否かについて研究がなされた。
【００１１】
［発明の要約］
前述したことに照らして、現在説明中の技術は、内燃機関の燃焼性、例えばＳＯＣを決定するための改良された方法及びシステムを提供することを求める。この場合、新規な方法及びシステムは、種々のエンジン応用、例えば燃焼制御又は燃焼診断において、より効果的に使用され得る。
このことは、未処理の加速度計データの追加的前処理によって達成され得る。
【００１２】
現在説明中の技術の１つの利点は、熱放出率再現法に導入されるデータの質を前処理が改良して、より堅牢で信頼性の高い低コストの燃焼センサを生じさせる点である。
現在説明中の技術のもう１つの利点は、それが燃焼性及びＳＯＣのリアルタイムの評価を与える点である。
【００１３】
加速度計センサを使用してＳＯＣの効果的な決定を可能にするために、本出願人は、未処理の加速度計データから、燃焼に関するデータを、熱放出率を再現すること並びにそのデータをＳＯＣに相関付けることに先行して、分離することに利点があることを見出した。この技術は有用である。何故ならば、燃焼過程に関連した振動をピックアップするためにエンジンの適切な位置に搭載された加速度計は、燃焼過程と同様にエンジン部品の運動に起因したデータを含んでいるからである。
【００１４】
従って、現在説明中の技術は、加速度計データを処理して、燃焼に関するデータを抽出するための方法及び装置を提供する。
【００１５】
現在説明中の技術によれば、動作中の内燃機関における燃焼過程に関連した加速度計信号を処理するための方法が提供される。この方法は、
ａ．前記機関の１サイクル中に、選択されたクランク角度の窓を横断して、燃焼加速度成分及び受動加速度成分を含んだ加速度計信号を測定する工程と、
ｂ．前記受動加速度成分を低減するために、前記測定された加速度計信号に形状関数を適用する工程、
とを備える。
【００１６】
別の実施形態では、形状関数は、前記エンジンを受動モードで動作させることによって評価される。
もう１つの実施形態では、測定された加速度計信号に適用される前に、形状関数に旋回法が適用される。
もう１つの実施形態では、形状関数と測定された加速度計信号との間の差に反映法が適用される。
もう１つの実施形態では、形状と測定された加速度計信号との間の差に微分法が適用される。
【００１７】
現在説明中の技術の別の実施形態によれば、圧縮着火エンジンの燃焼を制御するためのシステムが提供される。この場合、加速度計信号がＤＳＰチップベースのマイクロコントローラに入力され、そして方法工程がＤＳＰコントローラで実行されて、燃焼情報を生成する。
【００１８】
現在説明中の技術の前述した及び他の目的、特徴及び利点は、添付図面に図解されたような、現在説明中の技術の好ましい実施形態の以下の特別な説明から明らかとなる。図面では、同様の参照文字が異なる図全体を通じて同じ部品を指す。図面は比例している必要はなく、その代わりに、現在説明中の技術の原理を図解することに重点がおかれている
【００１９】
［好ましい実施形態の詳細な説明］
現在説明中の技術は、加速度計データを使用して、内燃機関における燃焼性を決定するための方法及び装置に向けられている。一般に、この開示の目的のために、開示された方法を使用して、燃焼性、例えば不着火、燃焼の率、ピークシリンダ圧力、燃焼時期（例えばＳＯＣ）が測定され得る。燃焼性を測定する１つの利益は、エンジン性能の尺度を与えて、リアルタイムでエンジン挙動を調整する能力を可能にし、効率を改良する一方で、放出を低減することを可能にする点にある。ここで留意されるべき点は、以下で開示される現在説明中の技術による装置及び方法は、種々の異なる内燃機関、例えば（限定されるものではないが）ジーゼルエンジン、スパーク着火式ガソリンエンジン、代替燃料エンジン、及び修正熱サイクルで動作するそれらの変形品に適用され得る。現在説明中の技術は、そのようなエンジンの多くで使用され、燃焼性を決定及び監視することにより、改良されたエンジン効率を促進し、放出を低減し、又は他の用途、例えば燃焼診断に使用される。
【００２０】
より具体的に、現在説明中の技術は、‘３３３号出願に予め記載されている燃焼性例えばＳＯＣを決定する加速度計ベースの方法の改良に関する。現在説明中の技術の実施形態は、以下で説明されるように、精度及び堅牢性を改良するための未処理加速度計データの処理の改善に関する。
【００２１】
更には、この論議の大半がＳＯＣを監視又は決定することに向けられた方法に言及するが、加速度計データ及びそのようなデータに由来して結果的に生じた処理済みの熱放出トレースは、ここに包含される技術の当業者によって理解されるように、燃焼性の形態、例えば限定されるものではないが、ピークシリンダ圧力、ピークシリンダ圧力の位置、燃焼の率、燃焼時期、不着火、及び早期燃焼を制御又は査定する方法に適用可能である。
【００２２】
図１を参照すると、現在説明中の技術の実施形態を適用可能なエンジン１００が示されている。このエンジン１００は、シリンダブロックを備える（単純化のために１つのシリンダのみが示されているが、このエンジンは典型的に２以上のシリンダを有する）。このシリンダブロックは、シリンダ１４と、その中に配設されてクランクシャフト１８を駆動するための往復運動式ピストン１６とを有する。種々の吸気及び排気弁（図示せず）は、シリンダと連通してシリンダに混合気を配送し、また副生成物を排気する。これは、エンジンが、燃料及び空気配送システムや、内燃機関に関連した他の標準システムをも有することができるためである。
【００２３】
エンジン１００は、エンジン１００の主ベアリングキャップ１９上に搭載されることが好ましい加速度計２２を備える。この加速度計は、ピストン１６上の圧力に起因するベアリングキャップの偏向に関連した電気信号を出力する。図１を参照すると、以下で説明されるように加速度計２２の信号を処理するための、現在説明中の技術の実施形態による、例示的燃焼性処理システム１２がまた示されている。この処理システム１２は、信号調節ブロック１３と、加速度計２２からのデータを処理する入力チャネルを有したデジタル信号処理（ＤＳＰ）ベースのマイクロコントローラ２０とを備える。ここで理解されるべき点は、ＳＯＣが、シリンダ内で燃焼が開始する時間又は位置を指すということである。一般的に、ＳＯＣは、エンジンのクランクシャフトの角度位置に関して参照される。この結果、開示された実施形態では、エンジン１００には、エンジン位置センサ（図示せず）とエンジンスピードセンサ（図示せず）とが設けられて、これらでエンジンのクランクシャフト１８の角度位置と回転スピードを監視する。ＳＯＣは、クランクシャフト位置に関して参照される。しかしながら、現在説明中の技術の他の実施形態では、ＳＯＣはまた、もう１つのパラメータ、例えば時間、又は時間とクランクシャフト位置の双方、あるいは他のパラメータ及び種々の他のセンサ及びオプションで、シリンダ内圧力変換器センサ（図示せず）について参照される。好ましい実施形態では、ＤＳＰコントローラは、各チャネルを２０ｋＨｚの最小サンプリング周波数でサンプリングし、単一チャネルを７．５ｍｓで処理することが可能である。クランク及びカムシャフトセンサからの信号２４，２６は、ＤＳＰ２０に与えられ、加速度計２２からの信号のクランク同期サンプリングを可能にする。現在説明中の技術の必要部分ではないが、ＣＡＮバス２９に対するＣＡＮ（コントローラ・エリア・ネットワーク）インターフェース２８が示されている。主エンジンコントローラ（図示せず）は、ＣＡＮバスを介してＤＳＰから信号を受信し、そしてＰＩコントローラを実施して、この技術分野で既知であると共に、例えば‘３３３号出願に記載されているように、エンジンの種々のパラメータを制御する。ここで留意されるべき点は、ＤＳＰ処理システム１２もまた主エンジンコントローラ内に一体化され、これによりＣＡＮを通して結果を送信する必要性を不要にすることができる。
【００２４】
動作時に、ＤＳＰベースの燃焼性処理システム１２は、ユーザが定義したクランク度θに基づく加速度計センサ信号のアナログ／デジタル（ＡＤ）サンプリングをサンプリング周波数ｆＳＲで開始する。サンプリングが完了したら、コントローラは、信号処理アルゴリズムを実施する。典型的に、計算の時間は、シリンダ当たり１０ｍｓ／サイクルよりも短い。計算結果は、ＣＡＮバスを介して主コントローラに送られる。それから主コントローラは、診断目的用の情報、個別シリンダＳＯＣに関する閉ループ制御用の情報、又は概ね燃焼性に関連しているように見える多くの他目的用の情報を使用できる。
【００２５】
以下の説明で、受動モードという用語は単純に、燃料が噴射されず且つ燃焼が起こらないエンジンサイクルを指す。
【００２６】
図２Ａを参照すると、燃焼性制御用のＤＳＰ２０によって加速度計２２の信号を処理するための、現在説明中の技術の一実施形態による改良された方法の一般的な工程のフローチャート４００が示されている。図２Ｂは、各工程に対応する信号を図表的に示している。この方法は、センサデータを取得する工程４０２と、そのデータを前処理する工程４０３と、セプストラル平滑化及び伝達関数を前処理されたセンサデータに適用してＨＲＲトレース信号を計算すると共に、計算されたＨＲＲトレース信号から燃焼性情報を抽出する工程４０４とを備える。前処理する工程４０３は、この開示の焦点となる。
【００２７】
図３は、エンジン１００の主ベアリングキャップ上に搭載された加速度計２２によって工程４０２で測定された典型的な未処理加速度計信号３００のプロットを示している。熱放出率のプロット３１０は、エンジンサイクル中に起こったもの仮定されている。図示のように、加速度計信号３００は、−５０ｄＡＴＤＣと＋６０ｄＡＴＤＣとの間のクランク角度の窓にわたって設定されている。このクランク角窓は、エンジンの１サイクルに対する燃焼イベントタイミングに焦点が置かれている。未処理加速度計信号３００は、２つの主たる成分を有するものと考えられる。第１に、シリンダ内の受動圧力変化によって生じる加速度に関連した下地信号３０２があり、これは受動加速度成分と呼ばれる。第２に、燃焼信号３０４によってピストン上に生じる追加圧力に関連した加速度があり、これは燃焼加速度成分と呼ばれ、これから熱放出率３１０のような情報が抽出され得る。他の成分もデータ中に見出されるが、受動加速度成分と燃焼加速度成分は、選択されたサンプル範囲内の信号を支配するものと考えられる。一般的に、燃焼はＴＤＣ後のある時点で完了される。この時点以降、燃焼は、パワーストローク中のピストン運動に関連した圧力より高い圧力増加に寄与しない。未処理加速度計３００と受動加速度成分３０２は収束する。この場合、未処理加速度計信号３００の減衰率は、受動加速度成分３０２の減衰率よりも僅かに高い。受動加速度成分を未処理加速度計信号から減算すると、差信号３０４と呼ばれる信号を生じる。この差信号３０４は、燃焼加速度成分に起因した加速度に関連している。燃焼３０６後のほぼ平坦な差加速度成分３０４応答は、ほぼ完了していることに留意されたい。燃焼の終了点３０６（この実施形態では＋２０ｄＡＴＤＣに示されている）より前の加速度計信号３００に含まれている情報は、総燃焼加速度成分の影響力の尺度である。燃焼の終了点３０６より後の燃焼の率に関する情報は限定的である。‘３３３号出願で説明され且つ参照されたセプストラル平滑化及び再現手法を適用する前に、未処理加速度計信号３００から非燃焼率情報の多くを除去する処理方法は、開発されている。上述した前処理解決法を使用することには利益がある。第１に、燃焼加速度成分対雑音比が有意に改良されている。第２の副生成物は、前処理手法の適用が、大きなデータサンプルのセット（ＴＤＣより充分前からＴＤＣより充分後まで）を処理する必要性を不要にして、非ゼロエッジの影響を低減する点である。そのように低減されたセットは、計算時間を減少させる。
【００２８】
現在説明中の技術のここで説明されている実施形態は、ピストン運動に関連したデータ中の下地の傾向を除去するための前処理法を示している。現在説明中の技術の前処理法は、図３に示す受動加速度成分３０２をエミュレートする形状関数を規定する。この形状関数は、一般的に、エンジンが受動モードにあるときは、加速度計信号３００とマッチする。受動加速度成分を示すマッチした形状関数と、所定のシリンダに対する支配的な燃焼加速度成分、即ち下地のピストン運動信号、受動加速度成分の多くを持つ加速度計データセット内の未処理加速度計信号３００の結果と、の差３０４は、除去される。
【００２９】
受動加速度成分は、所定のエンジンに対する校正過程で取得され、適切な形状関数を決定する。このデータは、１つのシリンダから、異なるエンジン動作条件で決定される。異なるエンジン動作条件は、異なるエンジン回転スピード、負荷、又はシリンダ圧力を含む。受動加速度成分の位相は、いくつかの要因、例えばシリンダ圧力、エンジンスピード及びエンジン負荷に依存した多数の度数によってシフトできる。殆どのエンジン動作条件に対して、シリンダ毎に１つの形状関数が使用されることが好ましい。
【００３０】
１つの実施形態では、形状関数を適応的に調整して、受動加速度成分を殆どのエンジン動作条件に対して正しくマッチさせる方法が望ましい。形状関数の時期を適応的に調整するか、又は所定の未処理加速度計信号３００に対して何の形状関数が使用されるべきかを予測する方法は、以下で説明されるように、適用され得る。
【００３１】
別の実施形態では、形状関数は、動的に、あるいはリアルタイムベースで決定される。例えば、エンジンは、オペレータによって周期的に不着火とされ、そして受動測定成分がとられる。典型的に、制御された仕方で燃焼を遅延させ、そして測定されたモータ関数のピークがどこにあるかを圧縮ストローク中に決定することで、このことを行う。このことは、オペレータに判り易い手法でなされ得る。
【００３２】
もう１つの異なる実施形態では、形状関数をリアルタイムベースで決定することが、形状関数の時期の適応的調整と組み合わせて使用される。
【００３３】
図４Ａを参照すると、加速度計信号を前処理するための第１のそのような手法が実証され、そしてここでは旋回法として説明されている。測定された未処理加速度信号３００のデータと、受動加速度成分３０２の双方は、前述したように決定されているものとする。信号の前処理は、図２の工程４０３で起こる。第１に、形状関数は、未処理加速度計信号３００から引かれる前に、その未処理信号とマッチさせられることが好ましい。加速度計２２は、データのほぼ全てがピストン運動単独から、即ち、一般に、燃焼室内の燃焼に先行して生ずる範囲である約−４０ｄＡＴＤＣからＴＤＣまでのピストン運動範囲にわたるデータセットを発生する。かくして、形状関数が未処理信号とマッチさせられた場合のクランク角度は、圧縮ストローク内で、より具体的には、約−４０ｄＡＴＤＣとＴＤＣとの間でなされる。このマッチングは、以下のように実行される。
【００３４】
ｉ．受動加速度成分を表す未処理加速度計信号と形状関数は、固定クランク度（例えば、−３０ｄＡＴＤＣ）でゼロに安定させられる。
【００３５】
ｉｉ．圧縮過程中の未処理加速度計信号データと形状関数の勾配が計算される（例えば、−２５から−１５ｄＡＴＤＣの間で）。未処理加速度計のゼロクロス点と、形状関数のゼロクロス点は、それから計算される。これらのゼロクロス点は、それぞれの勾配が計算されたクランク角の範囲内の１点から外挿することによって、計算される。例えば、勾配が−２５から−１５ｄＡＴＤＣの間で計算された場合、−２０ｄＡＴＤＣから開始するライン３１２は、ゼロラインとクロスするように外挿される。
【００３６】
ｉｉｉ．形状関数は位相シフトされ、未処理加速度計信号データと形状関数のゼロクロス点は一致する。エラー強さについて、形状関数の位相シフトは制限されている。±２又は±３クランク度の典型的限界が使用される。
【００３７】
ｖｉ．未処理加速度計信号データと形状関数は、再び固定クランク度（例えば、−３０ｄＡＴＤＣ）でゼロに安定させられる。
【００３８】
ｖ．形状関数がＴＤＣ前の固定角（例えば、−１０ｄＡＴＤＣ）で未処理加速度計信号データの大きさにマッチするように利得が適用される。
【００３９】
未処理加速度計信号データと、マッチした形状関数と、の差がそれから計算される。形状関数マッチングからの結果の一例が、図４Ａで実証されている。結果は、圧縮ストローク中のマッチングを示している。結果として生じた差信号３０４の前端は、燃焼率に関係した情報を含んでいるが、差信号３０４の後端は、殆どがピストンの移動に関連した情報を含んでいる。ここで開示された処理技術は、この差信号から燃焼率に関係した情報を抽出する。旋回法は、形状関数を、図４Ａに参照符号３１４によって示される４０ｄＡＴＤＣで、未処理加速度計信号とクロスさせることに使用される。平滑な形状関数を維持することに内挿が使用される。この場合、ＴＤＣに近い形状関数３０２上の旋回点３１６が識別される。内挿は、形状関数ベクターの旋回点３１６（ＴＤＣ）とクロス点３１４（４０ｄＡＴＤＣ）の間を満たすことに使用される。結果として得られる旋回差曲線３１８（未処理データと旋回された形状関数曲線の差）が、目標熱放出率曲線３１０を更に表す図４Ａに示されている。しかしながら、いくつかの例では、非燃焼に関連した情報、例えば受動加速度成分も、ここでは反映法と呼ばれる第２の方法を使用することによって除去される。ここで、加速度計燃焼成分の前縁は、差信号データ上の予め定義された点の回りで反映される。その結果は、対称的な加速度計燃焼成分プロフィールとなり、それに対し伝達関数が適用されると、熱放出率を再現することができる。よって、図４Ｂは、この反映法を図表的に示している。再び、未処理加速度計信号３００及び受動信号３０２、形状関数の双方は、前述したと同様の手法で取得されるものとする。差曲線３０４（測定された信号３００と受動信号３０２の差）上のピーク３２２が決定される。ピークのサーチは、限定的な事前選択されたクランク角範囲内でなされる点に留意されたい。制限された窓範囲を使用して、計算効率を改良し、また“偽”ピークの識別によってノイズが結果に影響することを防止する。この窓は、予測される燃焼時期の範囲をカバーするに十分な広さであることが好ましい。−１０ｄＡＴＤＣから＋２０乃至＋３０ｄＡＴＤＣまでの範囲は一般的に適切な範囲であるが、当業者が理解するように、その範囲は、エンジン毎に、又は応用毎に変化することができる。ピーク３２２に関連した値の端数に関連した時間位置（クランク角）が計算される。選択された端数値は、（ａ）ノイズを伴う比較的平坦な信号に関連したピーク位置の不確実性を除去するために十分小さく、また（ｂ）有意な量の燃焼情報が失われないように十分大きくあるべきである。適切な端数は、５０％から９９％の範囲にあることができる。この場合、好ましくは、９０％の値が選ばれる。９０％点を超えた差曲線３０２上の点は、この点を中心として反映され、対照的な燃焼に関連した加速度曲線を生じさせる。加えて、反映された曲線の上部のピーク回りに平均化フィルタが適用されると、ピークを丸めることができる。この方法は、ＨＣＣＩ型エンジンに対して良好に機能する。
【００４０】
現在説明中の技術の別の実施形態では、非燃焼に関連した情報も、微分法を使用することによって除去される。上述した他の２つの方法でのように、この方法は、差曲線３０４に適用される。図３に示された差曲線３０４が微分されると、積分された熱放出率３１０と同様の曲線が求められる。この方法の結果は、図表的に図４Ｃに示されている。差曲線３０４を微分すると、微分曲線３２４が求められる。この場合、微分法は、前述した端効果の影響を除去する。微分法は、エラー強さを確保するために多数の工程を有する点に留意されたい。第１に、未処理加速度計信号データに対してフィルタが適用されて、差信号の微分時に比較的平滑な結果を確保する。位相情報へのフィルタの影響を低減するために、有限インパルス応答型フィルタが好まれる。このフィルタの極に関連した極と値の数により、カットオフ周波数と、遷移領域長と、帯域幅リップルと、計算時間との間にトレードオフが生じる。一例として、１９極フィルタは、位相情報への影響も少なく、良好に機能する。同時に、微分信号は、比較的平滑のままである。この場合、フィルタタップの値は、ガウス型減衰に基づく（即ち、減衰はｅｘｐ｛−（ｘ／σ）２｝に比例する。ここで、ｘはフィルタの中心からタップまでの距離を示し、またσはフィルタのエッジがσの値の２〜３倍のｘ値に関連付けられることを確実にするように選択される）。
【００４１】
第２に、形状関数と未処理加速度計信号データとのミスマッチが、早期段階の熱放出率の評価にエラーを持ち込むことが見出されている。これらの問題が現れるので、ほぼ全てのスピード及び負荷の条件に対して単一の形状関数が使用される。この場合、形状関数の勾配は、未処理加速度計データ信号の上死点付近の勾配と確実にマッチすることはない。旋回法及び反映法にとって、このミスマッチは、単に信号対雑音比の減少にすぎない。しかしながら、微分法にとって、この問題は悪化される。何故ならば、微分がミスマッチの効果を増幅するからでる。この問題を回避するための、１つの方法が開発されている。この方法は、微分された信号のピーク位置を参照点として使用する。ピーク位置よりも手前の固定時点又はクランク度間隔での情報は、ゼロに設定される。この方法は、‘３３３号出願に示されたセプストラル平滑化法と組み合わせて使用されるときに、良く機能する。この問題を解決するために、他の方法も使用できる。例えば、微分された信号全体は、しきい値に基づいて下方にオフセットされ、早期ミスマッチの影響を除去することができる。ピーク位置を参照点として使用する方法は、好ましい方法である。
【００４２】
上記の手法は、エラー強さ問題を持ち込むことがある。例えば、名目燃焼条件下で、ミスマッチに関連した第１ピークの大きさは、燃焼に対応した主ピークの大きさの一部である。一般的に、第１ピークは、この主ピークの１０％の範囲内にある。しかしながら、燃焼時期が名目燃焼に対して遅くされたり、進められると、主ピークの大きさは、減少し始める。これに対し、ミスマッチピークの大きさは、比較的一定のままであるか、主ピークは第１ピークと付加的に干渉する。いずれの場合にも、燃焼に関連したピークは、識別することがより困難になる。一般的に、各ピークの絶対的大きさがしきい値より小さい場合、エンジンは不着火であると考えられる。しかしながら、絶対的大きさがこのしきい値より大きく、且つ第１ピークの絶対的大きさが第２ピークの大きさの所定率より小さい場合、第２ピークは、上述したように参照位置として選ばれる。一例として、典型的に、相対的大きさが第２ピークの大きさの７５％以下である第１ピークは、第２ピークが参照位置として選ばれるようにする。しかしながら、相対的大きさがこのしきい値レベルより大きい（与えられた例では７５％）場合には、通常、第１ピークが選ばれる。
【００４３】
非燃焼に関連した加速度情報を補償することに、他の手法も使用可能である。例えば、モデルベースの方法は、所定の加速度計信号についての減衰率を予測することに使用できる。
【００４４】
この処理の次工程は、上述した前処理法、即ち、旋回法、反映法及び微分法の１つによって求められた信号からＨＲＲを構築することである。主ベアリングキャップとシリンダの模式図が図５に示されている。各シリンダについて利用可能な２つのベアリングキャップがある。１つの潜在的な問題は、点火順序がシリンダベアリングキャップのペアリングに強い影響を与えるか否かである。一般的に判明していることは、殆どのベアリングキャップ／シリンダの組み合わせが、使用可能な燃焼性情報を与えるということである。形状関数の選択は、各ベアリングキャップ／シリンダの組み合わせについて実行されることが好ましい。加えて、信号品質が受容可能な、即ち比較的高い信号対雑音比であることを確実にするように注意が払われるべきである。例えば、ある種のシリンダ／ベアリングキャップの組み合わせについて観察された場合、雑音スパイクが燃焼エベント内で観察されることがある。第２のエンジンでは、特別なベアリングキャップからの信号は、受動又は燃焼過程に関連しない同相低周波変動をもつ。この低周波変動は、同相であり得るが、ある程度の位相ジッターを伴う。上記の各場合、結果は、通常、受容できないほど低い信号対雑音比である。かくして、ベアリングキャップ／シリンダの組み合わせを選択するときに、注意が払われるべきである。余剰目的のために、２つの隣接するシリンダについての受容可能な燃焼情報を与える２つのセンサをベアリングキャップ上に搭載することは有利である。
【００４５】
要約すれば、以下のように、未処理加速度計データから燃焼情報を抽出するために、４工程の方法が説明された。第１に、測定された加速度計信号が燃焼及び受動加速度（形状関数）成分に分解される。第２に、伝達関数を使用して熱放出率が燃焼成分から再現される。最後の２工程は、再現された熱放出から燃焼性情報を抽出することを含む。非燃焼に関連した情報の多くを除去するために前処理法が使用され、ＳＯＣ予測に顕著な改良を生じる。加速度計ベースのＳＯＣ制御システムの能力がＨＣＣＩエンジンで実証された。加速度計ベースの制御システムは、シリンダ内圧力センサベースのＳＯＣ制御システムと同様の能力を持つ。開発されたアルゴリズムは、燃焼時期の使用可能で堅牢な評価を生じる。
【００４６】
現在説明中の技術の特別な要素及び実施形態が図示され説明されたが、勿論、現在説明中の技術は、それらに限定されるものでないことが理解されるであろう。何故ならば、当業者によって、本開示の範囲から逸脱することなしに、特に前述した教示に照らして、変形がなされ得るからである。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】現在説明中の技術の一実施形態に係る燃焼制御システムの模式図である。
【図２Ａ】現在説明中の技術の一実施形態に係る加速度計信号を処理するための工程のフローチャートである。
【図２Ｂ】図２Ａの各工程の信号を示す。
【図３】加速度計データを表すグラフである。
【図４Ａ】現在説明中の技術の１つの実施形態に係る処理された加速度計データを表すグラフである。
【図４Ｂ】現在説明中の技術のもう１つの実施形態に係る処理された加速度計データを表すグラフである。
【図４Ｃ】現在説明中の技術の別の実施形態に係る処理された加速度計データを表すグラフである。
【図５】現在説明中の本技術の一実施形態に係るベアリングキャップ選択を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４８】
１００    エンジン、
１０：    主ベアリングキャップ
１２      例示的燃焼性処理システム
１３      信号調節ブロック
１６      ピストン
１８      クランクシャフト
２０      マイクロコントローラ
２２      加速度計
２８      インターフェース
２９      ＣＡＮバス
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【国際調査報告】
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