(57)【要約】本発明は、燃焼開始タイミングを決定するための、内燃機関の燃焼室（４０）の圧力計測信号（Ｐｒ）の処理装置であって、当該装置は、ろ波信号（Ｐｆ）を得るための圧力計測信号のローパスフィルタ（２２）と、差（ε）の信号を得るための圧力計測信号からろ波信号を減算する手段と、差信号と所定のしきい値とを比較する手段と、差信号が所定のしきい値に達するタイミングとして燃焼開始のタイミングを決定する手段（１６）とを備える。
2008545098.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼開始タイミングを決定するための、内燃機関の燃焼室（４０）の圧力計測信号（Ｐｒ）の処理装置（１０）であって、
−ろ波信号（Ｐｆ）を得るための圧力計測信号のローパスフィルタ（２２）、および、差信号（ε）を得るために圧力計測信号からろ波信号を減算する手段と、
−差信号と所定のしきい値とを比較する手段（１６）と、
−差信号が所定のしきい値に達するタイミングとして燃焼開始のタイミングを決定する手段（１６）と、
を備えることを特徴とする装置。
【請求項２】
差信号が所定のしきい値に達すると、ローパスフィルタ（２２）の通過帯域を拡大させるように配置された非線形処理要素（１４；Ｄ）を含む請求項１に記載の圧力計測信号（Ｐｒ）の処理装置（１０）。
【請求項３】
ローパスフィルタ（２２）がデジタル一次低域ろ波手段を含み、比較手段（１６）がデジタル比較器を含む請求項１または２に記載の圧力計測信号（Ｐｒ）の処理装置（１０）。
【請求項４】
圧力計測信号の処理の際、ローパスフィルタ（２２）および比較手段（１６）のデジタルパラメータが整数間の演算のみを生成させるように選択される請求項３に記載の圧力計測信号（Ｐｒ）の処理装置（１０）。
【請求項５】
圧力計測信号の処理の際、ローパスフィルタ（２２）および比較手段（１６）のデジタルパラメータが、ある整数の除算をその二進法表示の右方への移動に置換するように選択される請求項４に記載の圧力計測信号（Ｐｒ）の処理装置（１０）。
【請求項６】
ローパスフィルタ（２２）がデジタルオイラー積分器を含む請求項３から５のいずれか一項に記載の圧力計測信号（Ｐｒ）の処理装置（１０）。
【請求項７】
ローパスフィルタ（２２）がアナログ一次低域ろ波手段（Ｃ、Ｒ３、Ｒ４）を含み、非線形要素（１４）がローパスフィルタと並列に配置されたダイオード（Ｄ）を含む請求項２に記載の圧力計測信号（Ｐｒ）の処理装置（１０）。
【請求項８】
差信号（ε）が所定のしきい値を超えると、０の値から０ではない値に移行するステップ信号を供給するための比較形式のアナログ回路（３２）をさらに含む請求項７に記載の圧力計測信号（Ｐｒ）の処理装置（１０）。
【請求項９】
燃焼開始のタイミングを決定するための、内燃機関の燃焼室（４０）の圧力計測信号（Ｐｒ）の処理方法であって、
−ろ波信号（Ｐｆ）を得るように圧力計測信号を低域ろ波し、差信号（ε）を得るために圧力計測信号からろ波信号を減算する段階と、
−差信号と所定のしきい値とを比較する段階と、
−差信号が所定のしきい値に達するタイミングとして燃焼開始のタイミングを決定する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１０】
差信号が所定のしきい値に達すると、低域ろ波の通過帯域が拡大される請求項９に記載の圧力計測信号（Ｐｒ）の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼開始のタイミングを決定するための、内燃機関の燃焼室の圧力計測信号の処理装置に関する。また本発明はこの装置により実施される方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
そのような装置は特許文献１において記載されている。この文献では、圧力計測信号はウェーブレット変換を使用して処理される。圧力計測信号のウェーブレット変換の係数を分析することにより、燃焼開始のタイミングを検出することが可能である。より詳細にはこれらの係数の絶対値の突発的な増加が燃焼開始のタイミングの指標となる。
【０００３】
圧力計測信号のこのような処理はかなりの計算時間を必要とし、コストがかかり、従来のエンジン制御コンピューターに導入することは困難である。
【特許文献１】米国特許出願ＵＳ２００３／０１４５８２９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、圧力計測信号の単純な処理により燃焼開始のタイミングを決定することができる装置を提供することによりこの欠点を解消することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
したがって、本発明は、
−ろ波信号を得るための圧力計測信号のローパスフィルタ、および差信号を得るために圧力計測信号からろ波信号を減算する手段と、
−差信号と所定のしきい値とを比較する手段と、
−差信号が所定のしきい値に達するタイミングとして燃焼開始のタイミングを決定する手段と、
を備えることを特徴とする、燃焼開始タイミングを決定するための、内燃機関の燃焼室の圧力計測信号の処理装置を対象とする。
【０００６】
実際、圧力計測信号に関して行われる処理は単純である。その理由は、当該処理は低域ろ波に関するものであり、ろ波信号と元の信号との差を所定のしきい値と単純に比較することにより燃焼開始のタイミングを確実に決定できるためである。
【０００７】
本発明の可能な実施形態においては、ローパスフィルタはデジタル一次低域ろ波手段を含み、比較手段はデジタル比較器を含む。
【０００８】
圧力計測信号に関して行われる処理は単純であるので、本発明のデジタル実装は可能である。従来のエンジン制御コンピューターはそのような処理をサポートすることができる。また、デジタル実装の利点は、デジタル実装により確実かつシミュレーションによって予測可能な結果を得ることができることである。さらに当該装置のパラメータの設定は単純である。
【０００９】
選択的には、圧力計測信号の処理の際、整数間の演算のみを生成させるように、ローパスフィルタおよび比較手段のデジタルパラメータが選択される。
【００１０】
同じく選択的には、圧力計測信号の処理の際、ある整数の除算すべてをその二進法表示の右方への移動に置換するよう、ローパスフィルタおよび比較手段のデジタルパラメータが選択される。
【００１１】
このように数値演算が容易になり、その分、処理も単純化される。
【００１２】
同じくこの実施形態においては、ローパスフィルタはデジタルオイラー積分器を含む。このようなデジタル積分器は実施が単純である。
【００１３】
有利には、圧力計測信号の処理装置は、差信号が所定のしきい値に達すると、ローパスフィルタの通過帯域を拡大させるように配置された非線形処理要素を含む。
【００１４】
このように、第１の燃焼開始のタイミングを検出後、場合によっては起こりうる第２の燃焼開始のタイミングを検出することが可能である。
【００１５】
本発明の別の可能な実施形態においては、ローパスフィルタはアナログ一次低域ろ波手段を含み、非線形処理要素はローパスフィルタと並列に配置されたダイオードを含む。
【００１６】
そのようなアナログの実施形態の長所はそのコストにある。
【００１７】
この実施形態においては、圧力計測信号の処理装置は、差信号が所定のしきい値を超えると、０から０ではない値に移行するステップ信号を供給するための比較形式のアナログ回路をさらに含むことができる。
【００１８】
このステップ信号は、以後の処理を開始することができるアラームとなる。
【００１９】
本発明は、
−ろ波信号を得るように圧力計測信号を低域ろ波し、差信号を得るために圧力計測信号からろ波信号を減算する段階と、
−差信号と所定のしきい値とを比較する段階と、
−差信号が所定のしきい値に達するタイミングとして燃焼開始のタイミングを決定する段階と、
を含むことを特徴とする、燃焼開始のタイミングを決定するための、内燃機関の燃焼室の圧力計測信号の処理方法も対象とする。
【００２０】
有利には、差信号が所定のしきい値に達すると、低域ろ波の通過帯域が拡大される。
【００２１】
これにより、上述したように、第１の燃焼開始のタイミングを検出後、第２の燃焼開始のタイミングを検出することが可能になる。
【００２２】
本発明は、添付図面を参照して、例示的にのみ示した説明によってよりよく理解される。
【００２３】
図１に示す装置１０は、内燃機関の燃焼室の圧力計測信号Ｐｒを入力において受信するように構成されている。
【００２４】
この装置１０は、圧力計測信号Ｐｒおよびろ波信号Ｐｆから、これら２つの信号間における第１の差信号εを取得するための減算器１２を含む。
【００２５】
選択的に、この装置は、第２の差信号を供給するために、以下に詳述する第１の差信号εの非線形処理要素１４を含む。
【００２６】
この第２の差信号、あるいは要素１４がない場合の第１の差信号は、燃焼開始のタイミングを検出する装置１６に供給される。この装置１６は、第２の差信号を所定のしきい値σと比較する手段と、第２の差信号が所定のしきい値に達するタイミングとしての燃焼開始のタイミングを決定する手段とを含む。
【００２７】
−圧力計測信号Ｐｒについて行われる低域ろ波の遮断周波数を間接的に制御することができるとともに、利得Ｆ＝ｋｒであって圧力計測信号Ｐｒが加えられる増幅器１８と、
−第２の差信号が所定のしきい値σに達すると、低域ろ波の通過帯域が拡大されるように信号Ｐｒを増幅させるために、非線形処理要素１４により行われた処理結果を、増幅器１８により増幅された信号Ｐｒに加算するための加算器２０と、
−所定のパラメータを有するローパスフィルタ２２であって、加算器２０からの出力信号を入力側で受信し、減算器１２の入力側に供給されるろ波信号Ｐｆを出力側に供給するローパスフィルタ２２と、
を含む低域ろ波装置を使用して圧力計測信号Ｐｒからろ波信号Ｐｆが得られる。
【００２８】
本発明の可能な実施形態においては、上記の装置１０はデジタル要素を用いて実現される。
【００２９】
特にローパスフィルタ２２は以下の演算を行う、たとえばデジタルオイラー積分器のようなデジタル一次低域ろ波手段を含むことができる。
2008545098.tif 000003
ここで、Ｔｅはサンプリング周波数であり、Ｚ＝ｅi２πｆＴｅはｚ変換の演算子であり、ｆは周波数である。
【００３０】
同じく例として、比較手段はデジタル比較器を含む。圧力計測信号の処理の際、整数間の演算のみを生成させるように、および／または、ある整数の除算すべてをその二進法表示の右方への移動に置換するよう、ローパスフィルタおよび比較手段のデジタルパラメータを選択することができる。
【００３１】
非線形処理要素１４は、たとえば以下の方程式に規定される演算を行う：
ｘ≧σならば  ＮＬ（ｘ）＝ｍ・ｘ          （２）
ｘ＜σならば  ＮＬ（ｘ）＝０
【００３２】
このように、デジタルローパスフィルタ２２の通過帯域は増幅器１８の増幅係数ｋｆおよび非線形処理要素１４の出力に依存するので、非線形処理要素１４の出力が０の場合、すなわち、第１の差信号εが所定のしきい値σ未満の時、ローパスフィルタ２２の−３ｄＢにおける遮断周波数ωｃ１は次式で与えられる：
2008545098.tif 000004
【００３３】
反対に、非線形処理要素１４の出力が０ではない場合、すなわち出力がファクターｍの差信号を増幅する場合、ローパスフィルタ２２の−３ｄＢにおける遮断周波数ωｃ２は次式で与えられる：
2008545098.tif 000005
【００３４】
しきい値σは、燃焼開始のタイミングで第１の差信号εがしきい値を上回るように選択される。
【００３５】
この燃焼開始のタイミングが検出されると、非線形処理要素１４はローパスフィルタの通過帯域を拡大させるので、圧力計測信号Ｐｒとろ波信号Ｐｆの減算の結果である第１の差信号εは著しく減少する。したがって、第１の差信号εが所定のしきい値σに再度達するタイミングとして第２の燃焼開始のタイミングを検出することが可能である。
【００３６】
図２ａにおいて、曲線２２は、内燃機関の燃焼室内の圧力計測信号Ｐｒの経時変化を示す。燃焼開始のタイミングは、点２４において圧力計測信号が突然増加する第１タイミングであることに留意すべきである。
【００３７】
図２ｂは点２４の近傍の曲線２２の詳細を示す。曲線２６は、点２４で初めて所定のしきい値σを超える第１の差信号εの経時変化に相当する。最後に曲線２８は、燃焼開始のタイミングが検出されると、０でない値をとる処理装置の出力に供給されるステップ信号を表す。
【００３８】
図３に示す本発明の別の可能な実施形態においては、処理装置１０はアナログ要素で実現される。
【００３９】
この図に示す配線は、Ａ地点における電圧ＶＡが以下の関係式により圧力計測信号の入力電圧Ｖｉｎに関連付けられる第１入力段３０を含む。
2008545098.tif 000006
ここでＲ１およびＲ２は２つの抵抗値である。
【００４０】
第１入力段３０は、Ａ地点とＢ地点との間で、（キャパシタンスＣに結合された抵抗Ｒ３を含む）一次ローパスフィルタと並列に配置されたダイオードＤを備える回路を含む。この回路は非線形処理要素を構成する。実際、ダイオードＤが遮断されると、Ｂ地点における電圧ＶＢは以下の関係式により与えられる：
2008545098.tif 000007
ここでｓはラプラス演算子であり、Ｖfiltreはろ波信号Ｐｆの電圧である。
【００４１】
したがって入力信号は、−３ｄＢにおける遮断周波数ωｃ１が次式で与えられる一次ローパスフィルタにより増幅され、ろ波されたものとみなすことができる。
2008545098.tif 000008
【００４２】
ダイオードＤのしきい電圧をσとすると、ＶＡ−ＶＢがσ未満である限りダイオードは遮断された状態のままである。
【００４３】
ところでＶＡ−ＶＢ＝ＡＶ（Ｖｉｎ−Ｖfiltre）＝ＡＶεは、入力信号Ｖｉｎと低域ろ波信号Ｖfiltreの誤差を表す。
【００４４】
εの値が所定のしきい値未満である限りダイオードは遮断され、誤差εがこの所定値を超過するとダイオードは導通するようになる。
【００４５】
ダイオードが導通するようになると、ダイオードの入力側であって抵抗Ｒ３に並列に抵抗Ｒ４が存在することにより、（ダイオードの端子における電圧降下を無視すれば）ローパスフィルタの通過帯域が拡大する。
【００４６】
したがってダイオードは、ダイオードが導通した時、低域ろ波の通過帯域を拡大させる機能を有する非線形処理要素として動作する。
【００４７】
ダイオードの端子における電圧が初めてこのしきい電圧を超えるタイミングが、燃焼開始のタイミング（圧力計測信号の高振幅高周波上昇が生じるタイミング）に相当するようダイオードＤのしきい電圧σが選択される。
【００４８】
式（５）により与えられる利得Ａｖを用いることにより、しきい値σを変更することができる。これにより処理装置を容易に調節することができ、その結果、あらゆる燃焼形式に対して同装置を非常に柔軟に、かつ、利用可能にすることができる。
【００４９】
ダイオードＤを通る電流をＩＤとすると、Ｒ４の端子における電圧は以下の通りこの電流に比例する：
ＶＲ４＝Ｒ４ＩＤ                （８）
【００５０】
先に行った考察を勘案すると、燃焼開始のタイミングは、電圧ＶＲ４があるしきい値ｓｖを超えるタイミングにも相当する。したがって、図３の配線の第２段３２で差動増幅器により端子Ｒ４における電圧ＶＲ４が計測され増幅される。
【００５１】
この差動増幅器の利得をＧとすると、次式により第２段３２の出力電圧が与えられる：
Ｖｄｅｔ＝Ｇ・ＶＲ４            （９）
【００５２】
次に、図３の配線の第３段３４内でアナログ比較器によりこの電圧Ｖｄｅｔがしきい値Ｓｖ＝Ｇ・ｓｖと比較される。
【００５３】
最後に、第３段３４の出力側に供給される信号は、入力Ｄが常に論理値「１」にセットされるアナログフリップフロップ回路３６の「クロック」入力となる。このフリップフロップ回路は、熱機関の各熱サイクルの終了時にゼロにリセットされなければならない。
【００５４】
アナログフリップフロップ回路３６の出力信号は、立ち上がりが熱サイクルにおける燃焼開始のタイミングに相当するステップ信号であり、すなわち図２ｂに示す信号２８に相当する。
【００５５】
最後に図４は内燃機関の燃焼室４０を示す。この燃焼室は、圧力センサー４２から供給される圧力計測信号Ｐｒを入力側で受信する上記処理装置１０に結合される。処理装置１０から供給されるデータおよび燃焼室４０内に配置されたクランクシャフトの角度センサー４４から供給されるデータは後の処理のため電子ユニット４６に送信される。
【００５６】
上記のように、圧力計測信号の処理装置１０はアナログ方式またはデジタル方式とすることができる。
【００５７】
上述した圧力計測信号の処理装置により、内燃機関の燃焼室の単数または複数の燃焼開始のタイミングを容易に検出可能であることは明らかである。
【００５８】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではないことに留意されたい。
【００５９】
特に、変形形態として、デジタル方式の実施形態においてオイラー積分を行うローパスフィルタ２２を、たとえば、以下の伝達関数に基づく台形積分を行うローパスフィルタに置換することができる。
2008545098.tif 000009
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明による圧力計測信号の処理装置の一般的な構造の略図である。
【図２ａ】内燃機関内の燃焼室内の圧力計測信号の経時変化を表す線図である。
【図２ｂ】内燃機関内の燃焼室内の圧力計測信号の経時変化を表す線図である。
【図３】可能なアナログ実施形態による図１の装置の構造の略図である。
【図４】本発明による装置を具備する燃焼室の略図である。
【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４】
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【国際調査報告】
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2008545098.tif 000016
2008545098.tif 000017
2008545098.tif 000018
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