(57)【要約】  エンジンの作動状態を予測し、予測に従って成分（components）を提供するためのシステム、装置及び方法。
2008510934.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予測される燃焼装置であって、
第１のセンサから受け取る燃焼事象において考慮すべき特徴に関連する信号を入射させる入力器、燃焼事象の物理的な成分に関連する信号を入射させる出力器、及び指令を収容するプロセッサを有するデータ取得ユニットを含み、
前記指令は、プロセッサにより実行されたときに、プロセッサにより、
燃焼事象において考慮すべき特徴の未来の状態を予測し、
予測された特徴の状態に基づき、燃焼事象の物理的な成分に関連する信号を出力器において提供するようにさせることを特徴とする予測される燃焼装置。
【請求項２】
前記燃焼事象において考慮すべき特徴がエンジン負荷であることを特徴とする請求項１の予測される燃焼装置。
【請求項３】
前記エンジン負荷がエンジン速度により表されることを特徴とする請求項２の予測される燃焼装置。
【請求項４】
前記燃焼事象において考慮すべき特徴が所望のエンジン負荷であることを特徴とする請求項１の予測される燃焼装置。
【請求項５】
前記所望のエンジン負荷がスロットル位置により表されることを特徴とする請求項４の予測される燃焼装置。
【請求項６】
前記物理的な成分が燃料であることを特徴とする請求項１の予測される燃焼装置。
【請求項７】
前記物理的な成分が空気であることを特徴とする請求項１の予測される燃焼装置。
【請求項８】
前記物理的な成分が点火であることを特徴とする請求項１の予測される燃焼装置。
【請求項９】
前記データ取得ユニットの入力器において第１のセンサから少なくとも２つの値を受け取り、第１のセンサから受け取った値の変化率を決定するために、少なくとも２つの値及び少なくとも２つの値の受け取りの相対時間を利用する手段を更に有することを特徴とする請求項１の予測される燃焼装置。
【請求項１０】
前記の時間が少なくとも２つの値の受け取り間の経過時間であることを特徴とする請求項９の予測される燃焼装置。
【請求項１１】
前記少なくとも２つの値が等しい大きさを有することを特徴とする請求項９の予測される燃焼装置。
【請求項１２】
前記未来の状態が燃焼事象において考慮すべき特徴の第１の微分値を使用して予測されることを特徴とする請求項１の予測される燃焼装置。
【請求項１３】
前記未来の状態が燃焼事象において考慮すべき特徴の第２の微分値を使用して予測されることを特徴とする請求項１の予測される燃焼装置。
【請求項１４】
前記プロセッサが更に、燃焼事象の前に、燃焼事象において考慮すべき特徴の未来の状態を少なくとも２回予測することを特徴とする請求項１の予測される燃焼装置。
【請求項１５】
前記プロセッサが更に燃焼事象の前に少なくとも２回物理的な成分を提供することを特徴とする請求項１４の予測される燃焼装置。
【請求項１６】
前記予測した総合の物理的な成分の要求の一部は、物理的な成分が提供されるような少なくとも２つの時期の各々において提供されることを特徴とする請求項１５の予測される燃焼装置。
【請求項１７】
少なくとも１つのシリンダ、及びデータ取得ユニットを含むエンジンであって、
データ取得ユニットは、第１のセンサから受け取るシリンダのための燃焼事象において考慮すべき特徴に関連する信号を入射させる入力器、燃焼事象の物理的な成分に関連する信号を入射させる出力器、及び指令を収容するプロセッサを有し、
前記指令は、プロセッサにより実行されたときに、プロセッサにより、
燃焼事象において考慮すべき特徴の未来の状態を予測し、
特徴の予測した状態に基づき、燃焼事象の物理的な成分に関連する信号を出力器において提供するようにさせることを特徴とするエンジン。
【請求項１８】
前記シリンダへ送給される物理的な成分の量が予測した特徴に基づくことを特徴とする請求項１７のエンジン。
【請求項１９】
前記シリンダへの物理的な成分の送給のタイミングが予測した特徴に基づくことを特徴とする請求項１７のエンジン。
【請求項２０】
前記燃焼事象がシリンダ内で生じるような次の燃焼事象であることを特徴とする請求項１７のエンジン。    
【請求項２１】
シャシー、シャシーに取り付けられ少なくとも１つのシリンダを有するエンジン、及びデータ取得ユニットを含む車両であって、
前記データ取得ユニットは、第１のセンサから受け取るシリンダのための燃焼事象において考慮すべき特徴に関連する信号を入射させる入力器、燃焼事象の物理的な成分に関連する信号を入射させる出力器、及び指令を収容するプロセッサを有し、
前記指令は、プロセッサにより実行されたときに、プロセッサにより、
燃焼事象において考慮すべき特徴の未来の状態を予測し、
特徴の予測した状態に基づき、燃焼事象の物理的な成分に関連する信号を出力器において提供するようにさせることを特徴とする車両。
【請求項２２】
燃焼事象の物理的な成分の量を予測する方法であって、
燃焼事象において考慮すべき特徴に関連する少なくとも２つの値を受け取る工程と；
特徴の未来の値を予測する工程と；
特徴の予測した未来の値に基づいて燃焼事象の物理的な成分の量を決定する工程と；
を有することを特徴とする方法。
【請求項２３】
前記方法がエンジン制御コンピュータにより遂行されることを特徴とする請求項２２の方法。
【請求項２４】
前記少なくとも２つの値がセンサから受け取られることを特徴とする請求項２３の方法。
【請求項２５】
前記燃焼事象の物理的な成分の決定された量をエンジンに提供する工程を更に有することを特徴とする請求項２２の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃エンジンのためのエンジン燃焼の管理システムに関する。特に、本発明は将来のエンジンの作動状態を予測し、それに従って作動パラメータを変更するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般には、内燃エンジンの性能は、（例えば、サイクル当り３６０度のクランクシャフトの回転を有する２行程、サイクル当り７２０度のクランクシャフトの回転を有する４行程又はワンケル(Wankel)回転エンジンのような）作動サイクル、（例えば、ガソリン、ディーゼル、アルコール、液体石油ガス（ＬＰＧ）又は天然ガスのような）燃料形式、燃焼室の数及びデザイン、点火及び燃料送給システムの選択及び制御、及び、エンジンを作動させる周囲の状態を含むことのある多数の因子に依存することが分かっている。燃焼室のためのデザインの選択の例としては、圧縮率の選択、及び、各室に関連する吸入及び排気弁の数の選択がある。
【０００３】
点火システムに関しては、ブレーカ地点システム及び電子点火システムが既知の点火システムである。このようなシステムは、例えば回転速度及び負荷のようなエンジンの１又はそれ以上の作動特徴に基づいて点火タイミングを提供する。ブレーカ地点システムの場合は、エンジン速度は遠心力により変位する重りを使用して機械的に頻繁に検出され、吸入マニホルド圧力又は排気マニホルド圧力はエンジン負荷を検出するために普通に使用される。電子点火システムの場合は、エンジン速度はクランクシャフトの回転に関連する角度運動センサによりしばしば検出され、エンジン負荷はスロットル位置センサ、吸入マニホルド圧力センサ又は空気マスフローセンサにより頻繁に検出される。各場合において、点火タイミングはエンジンの与えられた定常作動状態のために一定にすることができる。
【０００４】
燃料送給システムに関しては、キャブレター及び燃料噴射システムが知られている。これらの既知のシステムはオペレータにより設定されたスロットル位置に応じてある量の燃料例えばガソリン又はディーゼル燃料及び空気を供給する。キャブレターの場合は、燃料は典型的には「ジェット」として知られるオリフィス機構により送給される。キャブレターの作動の例として、アイドルジェットはエンジンアイドリング速度においてスロットル弁の下流側へ燃料を供給することができ、燃料の送給はエンジン負荷の急激な増大を容易にするようにアクセルポンプにより増加できる。
【０００５】
電子的に作動できる既知の燃料噴射システムは、一般に、定量の燃料を吸入システム内へ又は直接燃焼シリンダ内へ噴霧する。燃料の量はしばしば、エンジンの状態及び「マップ」又は「検索テーブル」として知られるデータテーブルに基づいて、コントローラにより決定される。マップは典型的には、コントローラに接続したセンサにより測定できるエンジン状態の特徴とすることのできる少なくとも１つの独立の変数の各々のための可能な値即ち「設定点」を収集したもの、及び、燃料量のような従属の可変制御関数のための対応する制御値を収集したものを含む。
【０００６】
従来、工場で較正されたマップは典型的にはエンジン製造者により開発され、工場においてエンジン制御ユニット内に恒久的に設定されていた。このマップが最良のエンジン性能を提供することを製造者が信じるような、エンジンのオペレータが不適切な制御弁を指定することによりエンジンを損傷させるかもしれないことを製造者が心配するような、又は、エンジンのオペレータがマップを適正に修正するのに十分な技術を有しないかもしれないことを製造者が予想するような種々の理由により、製造者は更に、エンジンのオペレータがマップを修正することを阻止することができる。しかし、製造者は自分が指定した一組の条件の下で最適に作動するようにそのマップを「最適化」しているものと思われる。しかし、ある場合、これらの条件はエンジンの作動条件に適合しないことがあるものと思われる。従って、ストックしたマップは時には、エンジンの性能を最適化するのではなく、エンジンの性能を制限することになる。
【０００７】
更に、従来のマップは典型的には、定常状態で作動している場合にエンジンにとって適する燃料送給及び点火タイミングを提供するように、作られている。従って、マップの値は、例えばエンジンの加速又は減速のような遷移状態で作動しているエンジンに対して適切ではなくなることがある。
【０００８】
更に、エンジンの性能は、環境状態で燃焼がどのように達成されるかということに実質上依存するものと思われる。ガソリンに対する空気の化学量論的な質量分率はほぼ１４．７：１である。しかし、約１０：１から約２０：１までの比率が燃焼を生じさせるものと思われ、また、所望のレベルのパワー、一層良好な燃費又は減少した流出物を提供するような特定のエンジン性能を達成するように空気／燃料比率（「ＡＦＲ」）を調整することがしばしば望ましいものと思われる。すべての作動条件の下で最適のＡＦＲを送給するようにエンジンの燃料送給システムを適切に較正することは、多くの較正努力の重要な目標である。これはまたしばしば、時間を消費し、困難であり、較正努力の高価な部分である。同様に、低燃費又は減少した流出物のような特定のエンジン性能を達成するために、ピストンが圧縮行程の上死点に到達する前のクランクの回転角度として普通測定される点火タイミングを調整することも望ましいことがある。
【０００９】
燃料供給分野の現状においては、噴射される燃料の供給は典型的には、1又はそれ以上の先のエンジンサイクル中に行われた数個のエンジン速度及び負荷の読み取り値の１つ又は平均値に基づく。認識できるように、エンジンが一層大きな又は一層小さな速度又は負荷へと遷移しているか、若しくは、現在の燃焼サイクル中に作動状態を変化させている場合、これら先のエンジンサイクルからの作動情報は現在のエンジンサイクルにとって適さなくなると思われる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従って、システム、装置及び方法にとっては、エンジンの燃焼を制御する際に、エンジンの作動状態の遷移（transitions）を考慮する必要があり得る。また、システム、装置及び方法にとっては、エンジンの燃焼を制御し、燃料供給、燃料量、点火タイミング、排気ガス循環又は燃焼の他の成分を提供するようにその情報を利用する際に、未来のエンジン作動状態を予測する必要があり得る。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
予測される（predictive）エンジン燃焼の管理の実施の形態は、エンジンの状態又は所望のエンジン作動のような燃焼に関連する特徴又は因子（factors）、又は、エンジン作動レベル又は負荷のようなエンジン作動状態の遷移のような遷移（transitions）を予測しエンジンの燃焼を制御するためにこれらの予測（predictions）を使用するシステム、方法及び装置に関する。
【００１２】
予測されるエンジン燃焼の管理の１つの実施の形態によれば、燃焼事象（combustion event）の物理的な成分（physical component）の量を予測するための方法は、燃焼事象において考慮すべき特徴に関連する少なくとも２つの値を受け取る工程と、その特徴の未来の値を予測する工程と、予測した特徴の未来の値に基づいて燃焼事象の物理的な成分の量を決定する工程とを含む。
【００１３】
予測されるエンジン燃焼の管理の別の実施の形態によれば、予測される燃焼装置が提供される。この装置は、第1のセンサから受け取る燃焼事象において考慮すべき特徴に関連する信号を入射（incident）させる入力器（input）、燃焼事象の物理的な成分に関連する信号を入射させる出力器（output）、及びプロセッサを有するデータ取得ユニットを含む。このプロセッサは指令（instructions）を収容することができる。この指令は、プロセッサにより実行されたときに、燃焼事象において考慮すべき特徴の未来の状態をプロセッサに予測させ、特徴の予測した状態に基づいて燃焼事象の物理的な成分に関連する信号を出力器に提供する。
【００１４】
予測されるエンジン燃焼の管理の実施の形態においては、燃焼事象の物理的な成分を決定する際に使用すべき特徴に関連する特徴の状態又は値は予測されるか又は見積もられ、物理的な成分は予測された状態又は値に従って提供される。特徴は、例えば、エンジンの1又はそれ以上の作動状態、若しくは、エンジンの1又はそれ以上の所望の作動状態、若しくは、その両方とすることができる。エンジンの作動状態は、例えば、エンジンの回転速度又は負荷とすることができる。物理的な成分は燃料量、点火タイミング、循環させるべき排気ガスの量、又は所望の時期において存在するように予測される作動状態にとって適切な他の成分とすることができる。次いで、予測された状態又は特徴の値にとって適するような物理的な成分をエンジンに提供できる。
【００１５】
1つの実施の形態においては、方法は、エンジン状態又は特徴の変化率、又は、エンジン状態又は特徴の一層高次の微分値を計算し、未来の適当な時期においてエンジン状態又は特徴を反映させるように計算した変化率又は一層高次の微分値を使用し、反映されるエンジン状態又は特徴に従って物理的な成分を提供する。
【００１６】
これらの実施の形態及びここで説明する他の実施の形態は更に、エンジン、シリンダ、エンジン制御ユニット又はこのようなエンジンやシリンダを制御するエンジン制御システム、又はこのようなエンジンやシリンダを制御するようにプロセッサにより実行できるコンピュータで読み取り可能な媒体において履行することができる。
【００１７】
従って、本発明は従来のエンジン制御システム、装置及び方法の欠点に対する解決策を提供する。それ故、当業者なら、本発明のこれらの又は他の詳細、特徴及び利点が本発明の好ましい実施の形態の以下の詳細な説明から更に明らかになることを容易に認識できよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
ここに組み込まれ、この明細書の一部を構成する添付図面は、本発明の1又はそれ以上の実施の形態を含み、上述の一般説明と共に、以下の詳細な説明は、予測されるエンジン燃焼の管理を実行するために考えられる最良の形態に従って予測されるエンジン燃焼の管理の実施の形態の原理を開示するのに役立つ。
【００１９】
その例を添付図面に示す予測されるエンジン燃焼の管理の実施の形態をここで参照する。予測されるエンジン燃焼の管理の詳細、特徴及び利点はその実施の形態の以下の詳細な説明において更に明らかとなろう。図面及びここに含まれる説明は予測されるエンジン燃焼の管理に特に関係ある素子を例示し、説明するが、簡単にする目的のため、典型的なエンジン及びエンジン制御システムにおいて見られる他の素子は省略する。
【００２０】
予測されるエンジン燃焼の管理を遂行するシステム、装置及び方法をここで説明する。これらの実施の形態の態様はまた、プロセッサを基礎とする装置、マルチプロセッサを基礎とするシステム、及び、プロセッサにより実行されたときに、プロセッサにエンジンの燃焼を予測的に管理させる指令を含む製造物品に含ませることができる。明細書における「1つの実施の形態」、「ある実施の形態」についての任意の参照又は実施の形態についての任意の参照は、実施の形態に関連して説明する特定の特質、構造又は特徴が少なくとも1つの実施の形態に含まれ、他の実施の形態において同様に利用できることを意味する。更に、明細書の種々の箇所におけるこのような用語の表現はすべて同じ実施の形態を参照するものとは必ずしも限らない。「又は」についての参照は更に包含的なものであることを意図し、従って、「又は」は、「又は」の付いた用語の一方又は他方、若しくは、2以上の「又は」の付いた用語を表示することができる。
【００２１】
内燃エンジンにおいては、一般に、均一な割合で、又は、ガソリンに対する空気の化学量論的な質量分率で、空気及び燃料を混合するのが望ましい。しかし、燃料噴射器は一定の割合で燃料を送給でき、一方、空気の吸入は変化することがある。従って、燃料の送給は空気流の送給の開始前に開始することができ、又は、燃料の送給は、可変流量の空気吸入に対してほぼ一定の流量の燃料噴射器を適合させる試みにおいて空気流の送給の中断前に生じさせることができる。燃料及び空気の送給を経時的に均一に送給しないようなエンジンは、特にここではエンジン遷移として参照するエンジン負荷の変化が生じた場合に、燃料及び空気の量が時たま不適切な組合せになるという問題で悩むことがある。このような不適切な組合せの効果は低いエンジン速度において悪化する傾向にある。その理由は、単一のエンジンサイクルにおいて低速度でスロットルが移動できる量が高速度の場合よりも大きいからである。また、空気／燃料比率の不適切な組合せの効果は、例えば1つの完全サイクルにわたって生じる連続的なスロットル変化の効果が単シリンダのエンジンに対して全大きさ効果を有するが８シリンダのエンジンの各シリンダに対してその大きさのほんの１／８だけ影響を与えるような多数のシリンダを有するエンジンとは対照的に、単一個又は数個のシリンダを有するエンジンにおいて悪化する傾向がある。大半の燃料噴射エンジン、特にポート燃料噴射エンジンは、燃料及び空気を均一に提供せず、空気／燃料比率の不適切な組合せが生じると思われるエンジンの例である。
【００２２】
例えば、オートバイにおいては、ライダーは、単一のエンジンサイクルにおいて、一層大きな燃焼事象が適切となるように、６％のスロットル位置に対応するアイドリングのような低速度位置から中間位置又は１００％のスロットルに対応する全負荷位置へスロットルを移動させることができる。そのエンジンは更に、作動状態のその変化の全体の影響が１つのエンジンサイクルにおいて１個又は数個のシリンダに作用するように、１個のみ又は数個のシリンダを含むことができる。
【００２３】
別の例においては、自動車のような車両は８個又はそれ以上のシリンダを有するエンジンを含むことができ、エンジン速度は、エンジンの速度が他のシリンダ内で生じる事象のため１つのシリンダに対して大幅に変化するように、単一のエンジンサイクルにおいて１０００又はそれ以上の回転数（ｒｐｍ）に増大することができる。従って、燃焼に影響を及ぼす変化は、シリンダがその次の燃焼事象のために準備されている時期と同時に、生じることがあることを認識すべきである。それ故、エンジン燃焼の管理の実施の形態は、エンジンの遷移中の燃料、オキシダント又は空気、循環排気ガス及び点火のような燃焼の成分を適合させる（適切に組み合わせる）ための方法、装置及びシステムを提供する。
【００２４】
エンジン又はシリンダサイクルにおいては、「サイクル」という用語から、反復的な工程が生じていることを認識できよう。そのサイクル中、典型的にはある事象が生じ、このような事象は典型的には各サイクル中規則的な時期に又は規則的な時間枠内で生じる。従って、例えば、ある量の燃料は、燃焼事象を生じさせるべき時期までに、燃焼室へ送給するのが望ましいことがある。燃焼事象を生じさせるべき時期は「点火時期」として参照することができる。燃焼室２１２へ送給するために燃料が時間を要するので、送給すべき燃料量は典型的には、点火時期の前、及び、「噴射時期」として参照することのできる燃料の送給を開始する時期の前又はその時期に、決定される。
【００２５】
燃料を送給する時期及び送給すべき燃料の量は「予定（スケジュール）時期」において噴射時期の前に決定することができる。更に、送給すべき燃料の量は、燃料噴射器を付勢している時間期間と噴射器のオン／オフ時間との積とすることができ、マップ、テーブル又は等式から決定することができる。
【００２６】
次に、エンジン作動状態又は所望のエンジン作動状態は燃焼サイクル中不変に保つか又はほぼ不変に保つことができるが、また、燃焼サイクル中に変化することもできることを認識すべきである。従って、エンジン３０又はシリンダ２００へ送給すべき燃料量を決定する際に利用される各エンジン作動特徴又は状態は関連する値及び関連する変化率、並びに、経時的な値の他の微分値を有することができ、そのような値及びその微分値は噴射時期において存在することができ、エンジン又はシリンダサイクル全体にわたって変化することができる。従って、送給すべき燃料量は燃料送給サイクルの開始時期の近傍に存在するこのような値及び微分値に基づくことができ、予測される燃料供給の実施の形態においては、送給すべき燃料量は燃料送給サイクル中に存在するこのような値及び微分値に基づくことができる。
【００２７】
従って、燃料噴射事象は期間及び潜伏期間により影響を受ける。燃料噴射期間は燃料噴射器、弁又は他の装置を通って燃料量が移動するのに要する時間期間を示す。燃料噴射事象期間の例は図３を参照することにより想像することができ、この場合、燃料噴射器１６２を通して燃料を通過させるために、時間期間が必要になる。燃料噴射潜伏期間は、一般に、燃料が燃料噴射器を通過してしまった後でさえ、例えばポート燃料噴射システムのシリンダへのポートを通して燃料を流れさせ、そして、例えば直接燃料噴射システムのシリンダ内へ燃料を分散させるのに要する付加的な時間期間を示す。燃料噴射事象潜伏期間の例はまた図３を参照することにより想像することができ、この場合、燃料噴射器１６２を通して燃料を通過させ、入口区域２０２を通して燃料を運行させ、シリンダ２１２内で燃料を分散させるために、別の時間期間が必要になる。
【００２８】
しばしば潜伏時間の効果のため、燃料の噴射は入口区域２０２及びシリンダ２１２内への空気のようなオキシダントの導入前に開始され、そのため、燃料が入口区域２０２を通過してシリンダ２１２内へ至るときに、空気と混合するための燃料が提供される。したがって、例えば、図3に示すポート噴射構成においては、少なくとも一部の燃料は入口区域２０２内へのオキシダントの流入を許容する前に入口区域２０２内へ提供することができ、オキシダントが入口区域２０２を通してシリンダ２１２内へ引き込まれるときに、入口区域２０２内に存在する燃料がオキシダントと混合される。入口区域２０２を利用するエンジンにおいては、入口弁２０４が閉じた場合及び入口弁２０４が開いた場合の双方において、燃料を提供することができる。
【００２９】
従って、ある燃料供給システムは燃料送給サイクルの開始前に読み取られた現在の値又は濾過された値を利用し、そのため、燃料供給の基礎となる情報は、空気吸入事象が生じる時期までに古くなるか又は不適切になることがある。それ故、燃料供給の開始時期において燃焼事象の時点で適切である燃料量に関する精確な情報を有することは有益であり、更新（アップデート）したエンジン作動情報に基づいて燃料送給サイクル中に燃料供給を修正する能力はまたある状況において適正な燃料供給を提供する際に有益となることがある。
【００３０】
図1は、図3に示すシリンダのような、４行程エンジンのシリンダのサイクル１０００の例を示す。４行程サイクルはシリンダ２１２内でのピストン２１４の４つの運動即ち行程を含む。ピストン２１４の１つの行程は図1に１００２で示す吸入行程であり、この行程中は、ピストン２１４が弁２０４、２０８から離れるように移動し、開いた吸入弁２０４を通して燃料及び空気をシリンダ２１２内へ引き込む。ピストンの第2の行程は図1に符号１００４で示す圧縮行程であり、この行程中は、ピストン２１４が弁２０４、２０８の方へ移動し、それによって、シリンダ２１２内で空気及び燃料を圧縮する。ピストン２１４の第3の行程は図1に符号１００６で示すパワー（power；動力）行程であり、この行程中は、圧縮された燃料及び空気が燃焼して膨張し、弁２０４、２０８から離れるようにピストン２１４を移動させる。ピストンの第4の行程は図1に符号１００８で示す排気行程であり、この行程中は、ピストン２１４が弁２０４、２０８の方へ移動し、それによって、開いた排気弁２０８を通して及び排気区域２１０を通して排気ガスを移動させる。
【００３１】
図１に示すオキシダント又は空気吸入事象１０１０は主として吸入行程１００４中に生じるが、４行程サイクルの他の部分と重複することがある。弁２０４、２０８から離れるように移動するピストン２１４により生じる低圧状態によって、空気は開いた吸入弁２０４を通してシリンダ２１２内に引き込まれることができる。空気がシリンダ２１２内へ流入する前又は流入中に、燃料が空気内に蒸発するのが望ましいことがある。空気内への燃料の蒸発を補助するため、燃料はしばしば、全体的又は部分的に、シリンダ２１２内への空気の流入の開始前に、燃料噴射器１６２を介して供給される。
【００３２】
燃料の送給は圧縮行程において開始することができ、空気の送給と重複することができるが、一般的には、空気の送給前に開始する。従って、図１に示すように、燃料噴射事象１０１２は空気吸入事象１０１０の開始前に開始することができる。
【００３３】
エンジンの作動は、２つの作動モード、即ち、定常モード、及び、ここでは遷移モードとして参照する非定常モードを有するものと想像することができる。エンジン３０は、エンジン負荷及びエンジン速度が時間に関して一定の場合は、定常モードで作動することができ、エンジン負荷及びエンジン速度の一方又は双方が時間と共に変化する場合は、遷移モードで作動することができる。従って、エンジンの作動が一方の状態から他方の状態へシフトするときはいつでも、エンジン３０は遷移モードで作動することができる。それゆえ、遷移は、表１に示すようなマップ上の任意の１つの位置からマップ上の任意の他の位置への移動に対応することができる。
【００３４】
マップは典型的には定常エンジン作動のために最適化される。しかし、大半の場合、エンジン３０は、速度及び負荷が変化している状態で、作動する。例えば、競争用のオートバイのエンジンは、典型的な競争コースに存在する上り坂やカーブのような変化するコース状態のため、その作動状態が頻繁に変化することがある。更に、定常作動にとって最適化されたエンジンに供給される燃料の質量のような値は典型的には、遷移作動にとっては最適ではない。
【００３５】
エンジンが定常状態で作動しているとき、燃料供給要求はしばしば各連続するシリンダサイクルに対して同じになると考えられる。エンジンは更に実験室内において種々の定常状態で作動させることができ、最適な燃料送給はその作動範囲に沿ってエンジンをステッピングさせることにより決定できる。従って、任意の定常作動のために送給すべき燃料の質量は容易に決定することができ、マップ内に含ませることができる。しかし、エンジンは典型的には使用中に１つの作動状態から別の作動状態へ遷移し、マップ化された定常燃料量は典型的にはこのような遷移作動にとって最適とはならない。
【００３６】
更に、エンジンはほぼ無限数の方法で遷移することがある。例えば、遷移中、エンジン速度及び負荷は別個に変化するか又は種々の組合せとなって一緒に変化することがある。従って、遷移較正値のマップ化は多大な時間を消費し、困難になることがある。これに対し、予測されるエンジン燃焼の管理の実施の形態は遷移を予測するための多目的の方法及び装置を提供し、エンジンのための定常燃料較正マップ又はテーブル内で反映できるようなエンジン作動状態の変化の量に基づいて燃料送給又は燃焼事象の他の物理的な成分を変更することにより、遷移を補償する。
【００３７】
１又はそれ以上のシリンダ２１２へ提供すべき燃料の量又は質量がエンジン作動状態に基づいてマップ、テーブル又は等式から選択されるような燃料噴射システムにおいては、このような状態はエンジンサイクル中に変化することがあり、それによって、送給すべき燃料の量が決定された時点でのエンジン作動状態を、送給すべき空気の量が決定された時点でのエンジン作動状態とは異ならせてしまい、望ましくない燃料／空気の比率の不適切な組合せを生じさせてしまう。予測されるエンジン燃焼の管理の実施の形態は更にエンジンに提供される燃料及び空気の量を一層適切に組み合わせるための方法、装置及びシステムを提供する。
【００３８】
図１を参照することにより、入口区域２０２又はシリンダ２１２内への空気流１０１０は吸入行程１００２中負荷、エンジン速度又は他のエンジン特徴により決定でき、一方、入口区域２０２又はシリンダ２１２内への燃料の流れ１０１２は、パワー行程１００６中負荷又は他のエンジン特徴により決定できることが分かろう。それ故、適正な空気／燃料の比率を達成するため、予測される燃焼の管理の実施の形態は、次のパワー行程１００６において次の燃焼事象のために提供される空気流を予測し、先のパワー行程中又は燃料噴射の開始前の別の時期に決定される燃料量を提供するのではなく、次の燃焼事象のための予測された空気流に適合するような燃料を提供する。この実施の形態は、スロットル位置により示すことのできる負荷のような現在のエンジン特徴及びその特徴の変化率又は微分値を測定することにより、次のパワー行程１００６に適する燃料を提供し、吸入行程中のような後の時期でのその特徴の値を予測する。この実施の形態はまた、エンジン速度及びエンジン加速度のような第２の特徴に基づいて次のパワー行程１００６のための燃料を提供でき、吸入行程中のような後の時期でのその特徴の値を予測できる。次いで、この実施の形態は、所望の燃料量を計算するか又は燃料マップ又はテーブルから燃料量を選択する際に、予測した値（単数又は複数）を使用することができる。次いで、現在又は過去の特徴値（単数又は複数）に関連する燃料値ではなく、予測した燃料値は、遷移補償を伴って又は伴わずに、送給することができる。
【００３９】
予測される燃焼の管理の実施の形態は定常作動からの遷移、定常作動への遷移及び数ある他の遷移のなかで生じる遷移を含む多くの作動状態において有益になることができる。エンジンが始動するとき、予測される燃焼の管理の実施の形態から有益になることのある遷移が生じる。
【００４０】
適当な比率で空気及び燃料を提供する利益は、空気／燃料比率が豊富な場合に典型的に増大する炭化水素流出物の減少、空気／燃料比率が薄い場合に典型的に増大する窒素酸化物の減少、及び運転性及び性能の改善を含む。
【００４１】
燃料の点火は、ピストン２１４が上死点に到達した直後に燃料が燃焼するように、ピストン２１４が上死点（ＴＤＣ）１０１４に到達する前の時期に行うことができる。点火のタイミングはまたシリンダ２１２へ入る空気や燃料の量及びエンジンの速度のようなエンジン特徴に基づいて変更することができる。従って、適当な特徴及びシリンダ内での適当な時期におけるその値に基づく点火タイミングはまたエンジン作動に有利に影響することができる。
【００４２】
図２はサンプルのエンジンの作動時間グラフ１１００を示す。時間グラフ１１００の縦軸１１０２は、例えば、スロットル位置センサ４６、マニホルド絶対圧力（ＭＡＰ）センサ（図示せず）又は１又はそれ以上のシリンダ２１２内へ流入する空気を感知するように位置した空気マスフローセンサ４８を含む、エンジン負荷を感知するために知られている任意の方法で感知できるエンジン負荷を示す。図２に示す例においては、負荷はスロットル位置により示される。時間グラフ１１００の横軸１１０４はエンジンサイクルにおいて測定されるような時間の経過を示す。それとして、Ｉ１は第１のエンジンサイクルの吸入行程を示し、Ｃ１は第１のエンジンサイクルの圧縮行程を示し、Ｐ１は第１のエンジンサイクルのパワー行程を示し、Ｅ１は第１のエンジンサイクルの排気行程を示す。Ｉ２、Ｃ２、Ｐ２、Ｅ２は第２のエンジンサイクルの吸入、圧縮、パワー及び排気行程をそれぞれ示し、付加的なエンジンサイクルの部分は順次増大する下付き番号により示す。スロットル位置１１０６は経時的に示す。スロットル位置又はエンジン負荷以外の感知又は計算された値はここで説明する様式とほぼ同じ様式で使用できること、及び、時間グラフが別の軸上の時間として又は所望ならば２又はそれ以上の感知又は計算された値を表す複数の軸で表すことができることを認識すべきである。
【００４３】
図２の時間グラフにおいて、スロットルは第１のエンジンサイクルにわたって及び第２のエンジンサイクルのパワー行程にわたって２５％に維持される。第２のエンジンサイクルのパワー行程中、運転手又はオペレータは１００％へのスロットルの移動を開始させる。スロットルの運動は一様であり、第２のエンジンサイクルの排気行程にわたって生じ、第３のエンジンサイクルの吸入行程中に終了する。次いで、オペレータは、第４のエンジンサイクルの排気行程までスロットルを１００％に維持する。第４のエンジンサイクルの排気行程中に開始し、第５のエンジンサイクルの圧縮行程にわたって継続するように、オペレータはスロットルを６０％へ移動させる。
【００４４】
送給すべき燃料の量は図１に示す燃料噴射事象１０１２のような燃料噴射事象中に決定することができ、事象は燃料噴射事象１０１２の開始前に予定する（スケジュールにする）ことができる。図１に示す空気吸入事象１０１０のような空気吸入事象中に送給される空気の量は、例えば、エンジン弁、エンジン速度及び吸入行程の下死点近傍のスロットル位置により決定される。噴射事象１０１２が空気吸入事象１０１０の前に開始する場合、エンジンの作動状態は、燃料噴射事象１０１２が起こる時期と、空気吸入事象１０１０が起こる時期との間で変化することがある。従って、燃料噴射事象１０１２が予定されている時期と、空気吸入事象１０１０が起こる時期との間で、エンジンの作動状態が変化する場合、そのエンジンサイクル中に供給される空気／燃料比率が不適切に組み合わされ易い。      
【００４５】
空気／燃料比率が不適切に組み合わされ易いようなエンジン作動の例は図２に示し、この場合、スロットル位置は第２のパワー行程の時期から第３の吸入行程までに２５％から１００％に移動し、また、スロットル位置は第４の圧縮行程の時期から第５の圧縮行程までに１００％から６０％に移動する。
【００４６】
第２のパワー行程中に開始する遷移を調べると、第２のエンジンサイクル中に提供される燃料の量は、燃料噴射事象１０１２がこの例において生じるように予定されている場合、排気行程の直前に決定され、そのため、供給すべき燃料の量は３０％のスロットル位置に基づくことができる。次の空気吸入事象１０１０において提供される空気の量は吸入行程中に決定され、そのため、供給される空気量は１００％のスロットル位置に基づくことができる。従って、提供される燃料は薄くなり勝ちで、提供される空気で所望の空気／燃料比率を得るには不十分になり勝ちである。
【００４７】
同様に、スロットル位置が図２に示す第４のエンジンサイクルの圧縮行程中に開始して１００％から６０％へ移動する場合、第４のエンジンサイクル中に提供される燃料の量は再度排気行程の直前に決定され、そのため、供給すべき燃料量は８７．５％のスロットル位置に基づくことができる。次の空気吸入事象１０１０において提供される空気の量は再度吸入行程中に決定され、そのため、供給すべき空気量は１００％のスロットル位置に基づくことができる。従って、この例においては、提供される燃料は豊富で過剰になり勝ちであり、そのため、提供される空気で所望の空気／燃料比率を得ることはできない。
【００４８】
エンジン速度は、スロットル位置が２５％から１００％へ移動する際及びその後に増大することがあり、スロットル位置が１００％から６０％へ移動する際及びその後に減少することがあることを認識すべきである。しかし、登坂路を登るように車両を駆動するエンジンのような状態は同様にエンジン速度に影響を及ぼす。それ故、図２におけるエンジン燃焼の管理のこの実施の形態の作動の表示を簡単にするため、エンジンは時間グラフ１１００に示す時間中一定速度で作動しているものとして示す。図２に示す時間グラフ１１００はまた、電力を発生させるエンジン又は同様の応用を表すものとして想像することができ、この場合、エンジン速度を一定に維持し、変更要求により一定のエンジン速度を維持するように燃料及び空気の量を変更することが望ましい。
【００４９】
図３は予測されるエンジン燃焼の管理の実施の形態に関連して利用できる４行程エンジン２００のシリンダの実施の形態を示す。例えば、燃料噴射器１６２が１個又は複数個のシリンダ２１２へ直接又はポートを介して燃料を供給するような２行程エンジン及び形状を含む、他のシリンダ形状は予測されるエンジン燃焼の管理に利用できることを認識されたい。図３の実施の形態は燃料噴射器１６２と、入口区域２０２と、入口弁２０４と、点火プラグ２０６と、排気弁２０８と、排気区域２１０と、シリンダ２１２と、連接棒２１６及び軸受２１８を介してクランクシャフト（図示せず）に取り付けられたピストン２１４とを含む。
【００５０】
図３に示す燃料ライン１６４からの加圧された燃料は、電気作動ソレノイド弁（図示せず）が開いているときに、燃料噴射器１６２のノズル２２０を通して噴霧することができ、燃料噴射器１６２を通って燃料が流れるのを許容する。この弁はエンジン制御ユニット２０又はエンジン制御システム１００の出力器により作動される電気作動ソレノイド弁とすることができる。
【００５１】
燃焼室２１２へ送給される燃料は入口区域２０２を通過し、そこで、燃料は空気のようなオキシダントと混合でき、入口弁２０４及び排気弁２０８から離れるようなピストン２１４の運動により、入口区域２０２を通して引き込まれることに留意すべきである。さもなければ、エンジンは、燃料が燃料噴射器１６２又は他の燃料供給装置を通してシリンダ２００内へ直接噴射されるような直接噴射を利用できる。図５に示すようなポート噴射シリンダ又はエンジンにおいては、燃料は入口弁２０４に通じる入口区域２０２へ送給され、入口弁２０４が開いたときに、シリンダ２００へ入る。入口区域２０２を利用するこのようなエンジンにおいては、燃料は、入口弁２０４が開いた場合及び入口弁２０４が閉じた場合の双方において、提供することができる。
【００５２】
入口弁２０４は一般に４行程エンジンにおける吸入行程中は開き、燃料及び空気はその時点で入口弁２０４を通して提供される。燃料は、入口弁２０４が開いたときにシリンダへ提供されるように、入口弁２０４が閉じているときには、残りのシリンダサイクルの大半の期間中、入口区域２０２へ提供され、そこへ集めることができる。次いで、点火コイル５８はシリンダサイクルの適当な時期に点火を生じさせるように点火プラグ２０６において火花を発生させることができる。
【００５３】
図4は予測されるエンジン燃焼の管理システム１０の実施の形態を示す。システム１０はエンジン制御システム２０と、エンジン３０と、燃料送給システム６０とを有する。
図4に示す実施の形態において示すエンジン３０は1又はそれ以上の燃料及び空気送給装置４０に関連して作動する。燃料は1又はそれ以上の燃料噴射器４２を通して送給することができ、空気は図４に示すような1又はそれ以上のスロットル本体４４を通して送給することができる。バタフライ弁３４はエンジン３０内への空気流を制御するために利用することができる。更に、スロットルケーブル３６はバタフライ弁３４を制御するアクチュエータをスロットル制御装置４６に結合することができ、この制御装置は、図3に示すようにスロットル位置センサをその中に組み込むことができるか、または、別個のスロットル位置センサに結合することができる。「ワイヤによる駆動」として参照することのできる別の実施の形態においては、バタフライ弁３４はエンジン制御システム２０から受け取った信号により作動されるアクチュエータによって制御される。代わりに、空気は、例えばスーパーチャージャを含む1又はそれ以上の他の装置を通して送給することができる。
【００５４】
バタフライ弁３４は、この実施の形態において、図4に示すような1又はそれ以上のシリンダ２１２の入口区域２０２内への空気流を許容するように配置することができる。バタフライ弁３４は、入口区域２０２内への空気流を阻止するような第1の位置と入口区域２０２内への空気流を許容するような第2の位置との間において、軸線のまわりで枢動できる。カム（図示せず）のようなアクチュエータは、捩りバネ（図示せず）のような帰還バネの偏倚力に抗して、第1の位置から第2の位置へバタフライ弁３４を枢動させるようにバタフライ弁３４に接続することができる。
【００５５】
アクチュエータカムはスロットルケーブル３６を介してスロットル及びスロットル位置センサ４６のようなオペレータにより制御される制御素子に接続することができる。代わりに、バタフライ弁３４のためのアクチュエータカムはエンジン制御ユニット２０又はエンジン制御システム１００の出力器により制御することができ、スロットル制御素子はエンジン制御ユニット２０又はエンジン制御システム１００への入力手段として作用することができる。スロットル位置センサ４６は、例えば、軸線のまわりで枢動するときのバタフライ弁３４の角度位置を測定するためにバタフライ弁３４に接続することができ、及び（又は）エンジン制御ユニット２０又はエンジン制御システム１００への入力のためのスロットル制御素子に接続することができる。
【００５６】
図4に示す実施の形態において示すエンジン３０はまた、バッテリーとすることのできる電源５０、点火コイル５８、スロットルの現在位置を表示するスロットル位置センサ４６、空気流センサ４８及びエンジン３０の位置を表示するエンジンエンコーダ３２に関連して作動し、エンジンの速度及び加速度を含む位置の微分値を決定するためにエンジン制御システム２０と一緒に使用することができる。エンジン速度のような変化するサンプル用周波数を有する値の読み取り値は更に、米国特許出願番号第１０／０８６，９００号明細書に記載されたようなサンプル用周波数に関連して変化する周波数を有する時計調整可能なフィルタにより濾過することができる。
【特許文献１】米国特許出願番号第１０／０８６，９００号明細書  図４に示す燃料送給システム６０は燃料入口６４及び燃料出口６６を備えた燃料ポンプ６２と、燃料を収容する燃料タンク６８と、圧力レギュレータ７０とを有し、また、粗目フィルタ、細目フィルタを含む燃料供給技術分野で既知の他の素子及びこれらの素子を相互接続する燃料ラインを組み込むことができる。
【００５７】
表１は任意に選択した数の定常燃料量設定点を含むマップの例を示す。燃料量設定点は典型的にはエンジン毎に変わり、従って、最適な燃料量設定点は普通各エンジン３０に対してユニークに較正される。燃料量設定点はまた、一般に、最適化すべき作動特徴、即ち最大パワー、最小燃費、流出物規制等に応じて、任意の特定のエンジン３０に対して変わる。
【００５８】
エンジン状態はエンジンの１又はそれ以上の作動特徴の値を測定することにより画定することができる。慣行として、エンジンの管理においては、エンジン速度及び負荷は二次元平面として見ることのできるマトリックスを画定するために使用され、この場合、設定点はエンジン速度と負荷との交点に存在する。また、有限数の作動状態に対して測定すべきエンジン燃料供給のような制御された値も普通である。従って、マップは既知のエンジン状態に対応する燃料値又は設定点を含むことができる。第１の軸としてエンジン負荷に対応する測定可能な特徴と、第２の軸としてエンジン速度に対応する測定可能な特徴とを有する二次元マップにおいては、燃料のための設定点はマップの平面上での現在のエンジン負荷と現在のエンジン速度との交点において画定することができる。代わりに又はこれに加えて、マップは点火タイミング、排気ガス循環（ＥＧＲ）量又はエンジン作動に利用される他の情報を提供することができる。
【００５９】
従って、エンジン３０の作動状態は、エンジン３０の回転速度及びエンジン３０上の負荷を測定する方法を含む多くの方法により決定することができる。エンジン速度は普通、毎分当りの回転数即ちｒｐｍとして表現される。予測される燃焼の管理の実施の形態はまた、エンジン負荷を感知するためにエンジン３０又はシリンダ２１２へ送給される又は送球されるべきサイクル当りの空気質量を利用することを想定する。表１における各設定点は、例えばエンジン速度値及びエンジン負荷値のような２つのエンジン作動特徴の値に対応する。従って、エンジン３０に結合されたクランクシャフト角度運動センサ３２により感知できるか又はこのセンサの出力信号から導き出せるか或いは別の方法で感知されるようなエンジン速度の与えられた値に対しては、及び、エンジン負荷の与えられた値に対しては、燃料量設定点はマップ内に割り当てることができ、マップから読み出すことができる。
【００６０】
例えば、エンジンが毎分２０００の回転数（２０００ｒｐｍ）で回転していてスロットルが５０％開いている場合、表１に示すマップはシリンダサイクル中に、エンジン制御システム２０が２５グラムの燃料を送給するようにさせる。５０００ｒｐｍにおいては、スロットルが完全に開いている場合、エンジン制御システム２０はサイクル当り５０グラムの燃料を提供するように燃料の送給を変更する。従って、エンジン負荷（例えばスロットル位置）又はエンジン速度が変化したとき、燃料送給システム６０はマップについての参照による新たな速度及び負荷での送給すべき燃料の初期の定常量を決定する。
【００６１】
【表１】
2008510934.tif 000003
【００６２】
一般に、マップは表１のマップに示すものよりも一層多数の設定点を含む。これらの設定点はマップ内で利用される各エンジン作動特徴に対して測定された値の小さな増分を割り当てることができる。エンジンの作動状態が特徴の値間のギャップ（例えば、表１において、エンジン速度の特定の値間に２０００ｒｐｍ又はそれ以上のギャップが存在し、エンジン負荷においては、２０％又はそれ以上のギャップが存在する）内に陥った場合、エンジン制御システム２０は、現在の速度及び負荷値がその間に存在する速度縦列及び負荷横列における設定点間の作動制御値を補間することができる。従って、表１のマップは予測される燃料供給を示すための簡単な例として包含される。
【００６３】
図１、２に関連して説明したように、内燃エンジンの各燃焼事象は各燃焼事象の前に常時生じる燃焼前活動で予測される。説明したように、燃料及び空気は吸入行程中に噴射又は他の方法でシリンダ２１２内に配置することができる。燃料は更に吸入行程の前にシリンダ２１２に通じる入口区域２０２内に配置することができる。燃焼事象の特徴を少なくとも部分的に決定する燃焼事象の前に、活動が常時発生するので、エンジン燃焼の管理の実施の形態は、燃焼事象の時点で存在すると思われる１又はそれ以上の燃焼関連の特徴を予測し、予測した特徴に従って燃焼前活動の１又はそれ以上を制御する。
【００６４】
表２は燃料噴射器を作動させる４行程サイクルにおける回転角度を決定するために使用できる噴射開始テーブルを示す。事象の典型的な順番は、提供すべき燃料の量を決定し、次いで燃料の噴射を開始させる角度を予定する（スケジュール化する）ようにすることができる。
【００６５】
【表２】
2008510934.tif 000004
【００６６】
予測される燃焼の管理の実施の形態においては、燃焼事象において考慮すべき特徴の未来の状態及び関連する値を予測するため、２又はそれ以上の読み取り値を取り上げ、値の変化速度を決定する。例えば、スロットル位置はシリンダサイクル中の２又はそれ以上の時期においてエンジン制御システム２０のようなエンジン制御装置へ信号を提供するスロットル位置センサ４６のようなセンサの使用により感知することができる。２又はそれ以上のスロットル位置の読み取り値はスロットル位置の変化速度を決定するように常時読み取ることができるか又は導き出すことができる。
【００６７】
同様に、エンジン速度はシリンダサイクル中の２又はそれ以上の時期においてエンジン制御システム２０へ信号を提供するエンジンエンコーダ３２又はクランクシャフト角度運動センサのようなセンサの使用により感知することができる。次いで、スロットル位置及びエンジン速度は、例えば次の空気流事象の終期又はその近傍において、サイクル内の未来の時期又は未来のエンジン位置のために反映又は予測できる。従って、予測される燃料供給はフィードフォワード燃料供給として参照することができる。その理由は、状態の変化を認識する前にセンサからのフィードバックを待つのではなく、未来の値を計算するからである。
【００６８】
更に、エンジンの未来の位置は、エンジン位置の２又はそれ以上の読み取り値を取り上げ、速度、加速度又はエンジン位置の他の微分値を決定し、速度又は加速度のようなエンジン位置の微分値を使用して、現在のエンジン位置から、エンジンが所望の未来の位置となる場合を計算することにより、決定することができる。この所望の未来のエンジン位置は更に、次の吸入行程の終期の近傍のような、シリンダ内へ受け入れられる空気流の量をそこで計算するような位置とすることができる。このようにして、例えば、燃料量は、空気流の量が決定された時点で存在するか又は存在すべきスロットル位置又はエンジン速度に基づいて、決定することができ、提供することができ、それによって、エンジン作動状態の遷移中空気に対して燃料を適切に組み合わせる。
【００６９】
例えば、このように予測された未来の値は、次の空気流事象が生じる際に存在するように予測されたエンジン速度及びスロットル位置を適合させるために適切な定常燃料量を送給できるように、表１に示すような定常マップへのアクセスに利用することができる。代わりに、このような検索手順においては、定常マップ以外のマップを使用することができる。次いで、予測されたエンジン速度及びスロットル位置に基づいて、燃料量の設定点をマップから選択することができ、その燃料量を送給することができる。定常マップ又は他のマップを利用する場合、送給される燃料量は更に、エンジン負荷又は速度の遷移を補償することが望ましいような燃料供給の変化を考慮するように、「エンジン燃料送給の管理」という名称で、ここに部分的に述べる米国特許第６，７０１，８９７号明細書に関連して説明したように修正することができる。更に、動的フィルタという名称で、ここに部分的に述べる米国特許仮出願番号第６０／５３７，２２７号明細書に記載されたようなフィルタを、予測された状態又は値に対して適用できる。
【特許文献２】米国特許第６，７０１，８９７号明細書
【特許文献３】米国特許仮出願番号第６０／５３７，２２７号明細書  １つの実施の形態においては、速度は、読み取り値間の差を決定し、読み取り間の経過時間でその差を割ることにより、２つの読み取り値から計算することができる。シリンダサイクル中に多数の読み取りが行われるような実施の形態においては、平均速度、又は、例えば後者の読み取り値に対して行われる計算についての重みによる重み付け平均のような種々の速度計算を行うことができる。
【００７０】
１つの実施の形態においては、加速度又は経時的な速度変化は、例えば、経時的な速度の微分値を計算することにより複数の読み取り値から決定することができ、加速度は未来の位置、速度又は他の所望の値を予測するために使用することができる。代わりに、適当な未来の時期に値を予測するために他の関数を感知した値に適用することができる。
【００７１】
予測される燃焼の管理の実施の形態はシリンダサイクルの適当な時期にエンジン状態を予測し、遷移状態の下で空気流に適合するように適切な燃料送給を計算し、遷移的なエンジン作動中に噴射器からの燃料の流れを変更することにより、二次的な源から送給される燃料の変化を補償する。１つの実施の形態においては、予測される燃焼の管理は、エンジン速度及びスロットル位置を感知し、次の吸入事象１０１０が終了すると思われる時期でのエンジン速度及びスロットル位置を予測し、予測したエンジン状態のために次のエンジン又はシリンダサイクル中にシリンダ２１２へ送給すべき、検索テーブル又はマップからの関連する燃料量を読み出すか又は補間し、遷移の発生を考慮するようにその燃料量を調整する。
【００７２】
燃料の量はシリンダサイクル当りの送給すべき燃料の質量として表１に表される。しかし、マップ内に含まれた値は燃料の量又は質量以外の表現で表すことができる。例えば、マップ内に蓄えられた値は、例えばパルス幅変調システム内に所望の燃料量を送給するために噴射器を開状態に保持しておかなければならない時間量とすることができる。値はまた、例えば、燃料圧力、空気流量又は噴射器の開度に対応することができる。サイクル当り送給される燃料の質量はエンジン速度の増大につれて減少することができるが、秒のような単位時間当りの燃料送給量は、増大した数のサイクルのため、依然として増大することがあることに留意すべきである。
【００７３】
従って、予測されるエンジン燃焼の管理の実施の形態は、エンジンエンコーダ３２又は他のセンサから伝達された信号から現在のエンジン速度を表示する感知したデータを受け取り、エンジン制御システム２０においてスロットル位置センサ４６又は他のセンサから伝達された信号から現在の負荷を表示する感知したデータを受け取る。エンジン制御システム２０は各エンジンサイクル中の複数の時点でこのような感知された信号を受け取ることができ、これらの受け取った信号の一部又は全部を利用することができる。現在の読み取り値は過去の読み取り値と比較することができ、スロットルの運動速度、エンジン運動の加速度、又は、エンジン速度や負荷や他のエンジン特徴や計算された値の他の微分値を計算することができる。次いで、次の空気吸引事象１０１０が終了すると思われる時期のような、シリンダサイクル内での後の時期におけるエンジン速度及び負荷は、現在又は過去のエンジン速度及び負荷、並びに、反映された速度及び負荷の変化から、計算することができる。次いで、定常燃料設定点値は予測されたエンジン速度及び負荷のために燃料供給マップから読み出すことができる。
【００７４】
従って、予測される燃料供給の形はマップから一層精確な定常燃料量を選択するために利用することができ、その結果、遷移燃料供給システムにより提供される燃料量の変化量は減少させるか又は排除さえすることができ、それによって、燃焼事象の時点でエンジン作動状態に一層緊密に適合する燃料量を提供する。
【００７５】
代わりに又はこれに加えて、点火タイミング、弁開閉時期、排気ガス循環量又は他のエンジン作動態様や物理的な成分は、１又はそれ以上のエンジン状態、特徴、又は、エンジン速度及び負荷のような作動レベルの予測に基づいて、制御することができる。
【００７６】
例えば、点火タイミングはエンジン速度、スロットル位置、エンジン速度及びスロットル位置の双方、又は、他のエンジン作動特徴に応じて、変わることがある。また、少なくとも部分的にそのシリンダサイクルに提供される燃料及び空気の量に従って、及び、点火のタイミングでのエンジン速度に従って、点火タイミングを決定するのが望ましいことがある。しかし、従来のエンジン制御システムにおける点火タイミングは吸入事象が生じる前又は後及び点火が生じる前の時点で決定することができる。従って、予測される燃焼の管理の実施の形態は、マップから、又は、過去又は未来の適当な時点におけるエンジン作動特徴に基づいて、適当な点火タイミングを選択する。
【００７７】
従って、例えば、予測される燃焼の管理の実施の形態は吸入行程の終期に存在するスロットル位置に基づいて及び点火が生じる時期に存在するエンジン速度に基づいて点火タイミングを制御するために使用される。この実施の形態においては、点火が生じる時期は、点火が実際に生じる前に予定される。従って、点火が吸入又は圧縮行程中に予定されている場合、例えば、点火の時期でのエンジンの未来の速度は、燃料供給に関連してここで説明したように予測することができ、吸入行程の終期に存在する実際のスロットル位置は点火タイミングを予定するために使用することができる。代わりに、点火が空気吸入事象の予定の前に予定されている場合、点火タイミングは、空気吸入事象が生じるべき時期に存在するように予測されたスロットル位置及び点火が生じるべき時期に存在するように予測されたエンジン速度に基づくことができる。
【００７８】
予測される燃料供給はまたセンサの反応の遅れのような遅延を考慮することができる。例えば、センサが感知される媒体の変化に対してゆっくり反応することが分かっている場合、予測される燃料供給の実施の形態は現在の感知された値及び先の感知された値を取り上げ、値の変化率又は経時的な感知された値の変化の別の微分値を決定し、感知すべき実際の現在の値又は未来の時点で存在すると思われる値を予測する。
【００７９】
燃料供給がそれに依存する１又はそれ以上の値を予測する工程は、燃料送給サイクル中に２又はそれ以上の時点で感知された値で、繰り返すことができる。燃料送給サイクル中に予測工程を繰り返すと、燃料の一部が既に提供されてしまった後に、提供される燃料量を変更することができ、それによって、現在の値、及び、次の空気吸入事象１０１０が終了すると思われる時期とすることのできる所望の時期の一層近傍での変化率を利用して、提供される燃料量を微調整する。2又はそれ以上の燃料供給要求予測値を提供するこの工程は補助的な噴射として参照することができ、すべての燃料送給サイクル中、又は、エンジン速度がその範囲の下方部分内にある場合のような特定の状態の下で生じる燃料送給サイクル中に適用することができる。従って、ある実施の形態においては、エンジン速度又は負荷は燃焼事象の前の2又はそれ以上の時点で予測でき、これらの1又はそれ以上の予測は燃料供給の前又は燃料供給中に行うことができる。
【００８０】
1つの実施の形態においては、燃料は、今度の燃焼事象に必要な合計量の一部だけ、シリンダサイクル中に送給される。次の空気吸入事象１０１０が終了すると思われる時期でのエンジン速度及び負荷は2又はそれ以上の時期で又はシリンダのサイクルの全体にわたって予測することができ、サイクル中に送給すべき総合燃料の一部はこれらの計算の一部又は全部の後に送給することができる。例えば、エンジン燃焼の管理の実施の形態においては、スロットル位置及びエンジン速度はそこを通して入口弁内へ燃料を流入させる入口区域を有するエンジンにおける4行程サイクル中に2回予測することができる。スロットル位置及びエンジン速度は、次の空気吸入事象１０１０が終了すると思われる時期又は次の吸入行程１００２の終期の近傍のような、４行程サイクル内の適当な時期に予測することができる。
【００８１】
次いで、予測したエンジン速度での予測したスロットル位置にとって必要な総合燃料の半分又は他の所望の一部は入口区域へ送給することができ、燃料の部分は、入口弁が開くまで、そこに留まる。シリンダサイクルの後の時点で、スロットル位置及びエンジン速度は再度予測することができ、これらの予測した値から、新たに予測される総合燃料要求を計算することができる。次いで、この新たに予測した総合燃料要求と最初に送給された燃料量との間の差分を入口区域へ送給することができる。燃料の送給が時間を要することを認識すれば、この分割送給形式のシステムは、シリンダサイクルの早期において、初期に予測した総合燃料要求の一部を送給することができ、次いで、その総合量が一層精確になると思われる時点で、そのサイクルの後期においてその総合量を改善することができる。この新たな予測総合量に基づき、次いで、補助的な予測される送給システムは必要とされる実際の燃料量に一層近くなると思われる別の燃料量を送給することができる。
【００８２】
エンジン燃焼の管理の別の実施の形態においては、スロットル位置及びエンジン速度、従って総合燃料要求は、４行程サイクル中に１０回予測することができる。燃料供給は、各予測を行った後に予測した燃料の１／１０を送給すること、又は、早期の又は後期の予測の方に向かって送給される燃料部分を重み付けすることのような、種々の方法で遂行することができる。別の例においては、各予測の後に提供される燃料量は１／１０とするか又は次の燃料量に基づく：即ち、（予測した燃料要求）＋（その要求の下で先に送給されてしまった総合燃料）−（先に送給された実際の総合燃料）。
【００８３】
図５は、例えば、エンジン制御ユニット又は他のエンジン制御装置におけるプロセッサにより遂行できる燃料供給を予測するための方法２５０の実施の形態を示すフローチャートである。この実施の形態はシリンダサイクル中に燃料供給要求を２回予測し、これらの予測に従って燃料を２回提供する。ステップ２５２において、現在のエンジン速度及びスロットル位置が吸入行程の後の時点で検索され、エンジン速度及びスロットル位置の先の値と比較される。現在のエンジン速度及びスロットル位置は、例えば、極最近に受け取った信号を検索することにより、感知することができる。このような信号は図４に示すエンジンエンコーダ３２及びスロットル位置センサ４６のようなセンサから受け取ることができ、プロセッサ、又は、入力／出力盤上に位置することのできる別個のプロセッサ又は回路により、エンジン速度及びスロットル位置に対応する値に変換することができる。現在のエンジン作動レベル又は所望のエンジン作動レベルを表す任意の感知又は計算されたデータは、エンジン速度及びスロットル位置の代わりに、利用することができる。
【００８４】
予測される燃料供給の１つの実施の形態においては、燃料供給マップを使用することができる。例えば、簡単化した燃料供給マップ値を提供する表１のマップを参照すると、先に感知されたエンジン速度は１０００ｒｐｍとなるように決定され、先に感知されたスロットル位置は２５％となるように決定され、その結果、先のエンジン速度及びスロットル位置に対応する定常燃料量は１０ｍｇ（ミリグラム）の燃料となる。このような先に感知されたエンジン速度及びスロットル位置は、この例においては、４行程サイクルにおける０度に対応する、吸入行程の直前に感知されたものと思われる。
【００８５】
この例を続けると、エンジン速度及びスロットル位置は２４０度毎に検査される。燃料噴射事象は２４０度及び４８０度において予定すべきである。０度においては、エンジン速度は１０００ｒｐｍであることが分かり、スロットル位置は２５％であることが分かった。現在のシリンダサイクル内への２４０度の回転において、エンジン速度が検索されて１０２５ｒｐｍになることが分かり、スロットル位置が検索されて３１．５％になることが分かった。従って、エンジン速度の変化は１０２０−１０００ｒｐｍ、即ち２０ｒｐｍであり、スロットル位置の変化は３１．５％−２５％、即ち６．５％である。この例について、適合させるべき空気流の量が次のサイクル内での１８０度で生じるものと仮定すると、吸入行程の終期において、サイクルにおける予測された地点はサイクル当り７２０度
となり、サイクル内へは−２４０度で次のサイクル内へは＋１８０となり、これはエンジンサイクルにおいて現在の位置から６６０度に等しい。次に、等式１を使用すると、１８０度において存在するように予測されたスロットル位置はほぼ４３％となる。次に、等式２を使用すると、１８０度において存在するように予測されたエンジン速度は１０５５ｒｐｍとなる。この例における計算を簡単化するため、テーブル値は補間されず、最も近い値が使用され、その結果、５０％のスロットル位置は計算された４３％のスロットル位置のためのテーブルから選択され、１０００ｒｐｍのエンジン速度は計算された１０５５ｒｐｍのためのテーブルから選択される。
【００８６】
この例においては、しきい値が値の変化又はサイクルにわたる予測した変化に適用される。例えば、考慮すべき変化にとって少なくとも１００ｒｐｍの変化が必要となるように
１００ｒｐｍのしきい値が予測した変化に適用される。しきい値を越えない場合は、この例とは違って、先のエンジン速度がサイクルの２４０度において燃料供給の決定に利用される。同様に、しきい値はスロットルの変化に適用することができ、例えば、この例では越えてしまうことのある２％とすることができる。この例に利用されない実施の形態においては、いずれかのしきい値を越えた場合、エンジン速度の変化及びスロットル位置の変化の双方を考慮することができる。更に、全体的又は局部的なしきい値は予測されている値又は状態のすべての又は任意の部分集合に適用できる。しきい値は信号の「ノイズ」又はオペレータによってスロットルに適用された圧力の偶然の変動により生じる変化を最少にするために利用することができる。
【００８７】
ステップ２５６においては、予測した１０００ｒｐｍのエンジン速度及び５０％のスロットル位置において提供すべき定常燃料量は表１を参照して決定することができる。表１は、１０００ｒｐｍのエンジン速度及び５０％のスロットル位置において、１５ｍｇの燃料がシリンダに提供されることを表示する。別の一層精確と思われる予測が現在のシリンダサイクルにおいて後の時点で行われ、その時点で付加的な燃料が提供されるので、１５ｍｇの燃料の半分即ち７．５ｍｇが現在の定常燃料量として利用することができ、その時点で提供することができる。次いで、所望なら、この定常燃料量は遷移の発生のための燃料供給を訂正するために上記米国特許第６，７０１，８９７号明細書に記載されたように修正することができ、結果としての燃料はステップ２５８においてシリンダに提供することができる。
【００８８】
スロットル位置が顕著に増大し、一方、エンジン速度が一層少ない量だけ増大するような状況は、例えば、スロットル位置がつい最近変化し、エンジン速度がスロットル位置の変化に対応する定常速度までまだ到達していない場合、又は、急峻な坂に遭遇して、エンジン速度を維持するために付加的な燃料供給を必要とする場合に、発生することがある。
【００８９】
４行程エンジンサイクル内の２４０度で提供された燃料は、入口弁２０４が開いて、燃料シリンダ２１２へ入るのを許容するまで、入口区域２０２内に留まることができる。
ステップ２６０においては、シリンダサイクル内へのエンジンの回転のほぼ４８０度において、この例では、エンジン速度は１６００ｒｐｍで読み取られ、スロットル位置は３８％で読み取られる。
【００９０】
ステップ２６２においては、２４０度での考慮した読み取り以来のエンジン速度の変化は１６００−１０００ｒｐｍ又は６００ｒｐｍとなるように決定される。この変化はまた２４０度を越えて生じる。それ故、次の燃焼事象の時点で予測されるエンジン速度は２０５０ｒｐｍとなる。１０５０ｒｐｍの変化は１００ｒｐｍのしきい値を越え、それ故、次の燃焼事象でのエンジン速度の予測に利用される。
【００９１】
この例における最後の燃焼事象以来のスロットル位置の変化は３８％−３１．５％即ち６．５％である。それ故、次の燃焼事象の時点で予測されるスロットル位置は４３％となる。この変化もこの例におけるスロットル位置のしきい値を越え、そのため、５０％の予測したスロットル位置が現在の燃料供給の決定に利用される。
【００９２】
ステップ２６４においては、表１を参照すると、２０００ｒｐｍのエンジン速度及び５０％のスロットル位置で、提供すべき燃料の量は２５ｍｇの燃料となる。現在の燃焼サイクル内への２４０度の回転において７．５ｍｇの燃料が既に提供されているので、２５ｍｇの現在の予測した必要な燃料量よりも先に提供された７．５ｍｇの燃料分だけ少ない燃料、即ち１７．５ｍｇの燃料を、第２の燃料噴射のための現在の定常燃料量として利用することができる。次いで、この量の燃料は、この例では５４０度である、表２における設定点と同一基準のサイクルにおける地点で提供することができる。次いで、所望なら、この定常燃料量は遷移の発生のための燃料供給を訂正するために上記米国特許第６，７０１，８９７号明細書に記載されたように修正することができ、結果としての燃料は次の燃焼事象の時期での点火のためにステップ２６６においてシリンダに提供することができる。
【００９３】
このようにして、必要な全体の燃料供給チャージを提供するための時間がなさ過ぎるような場合は、今度の燃焼事象のための部分的な燃料供給は燃焼サイクルにおいて早期に予測及び提供でき、所望の燃料の残りの部分は燃焼サイクルにおいて後期に一層精確に予測及び提供できる。
【００９４】
燃焼のために提供すべき燃料量の予測においては、予測されるエンジン燃焼の管理は、燃料供給の変化に対するエンジンの感度及び予測される燃料変化要求の量を含む、種々の特徴を考慮することができる。エンジンの作動状態の変化の量はエンジンのための定常燃料供給値、エンジン負荷、エンジン速度、又は、エンジンの状態を示す１又はそれ以上の他の感知された又は計算された値に関連する設定点の変化の見地から表現することができる。以後に示す等式は、次のシリンダサイクルにおけるエンジンの状態及び必要な燃料供給を予測するために、シリンダサイクルの一部にわたって、スロットル位置の変化の速度及びエンジン加速度として知られるエンジン速度の変化の速度を利用する。
【００９５】
サイクル部分「ＣＰ」、又は、先のスロットル位置の読み取り値「ＰＴＰＳ」又は先のエンジン速度の読み取り値「ＰＥＳ」とそれぞれ現在の読み取り値「ＣＴＰＳ」及び「ＣＥＳ」との間の経過時間を含む変数は、スロットル位置及びエンジン速度に対して異なることがあり、スロットル位置及びエンジン速度に加えて又はその代わりに使用される任意の他の感知した特徴に対して異なることがあることに留意すべきである。更に、予測は、例えば、比例及び積分「ＰＩ」又は比例、積分及び微分「ＰＩＤ」制御の使用により経過時間即ち期間にわたって重み付けすることにより、決定することができる。
【００９６】
従って、空気流が終了する時期のようなシリンダ又はエンジンサイクルの未来の時期におけるスロットル位置は次のように計算することができる：
（式１）
ＦＴＰＳ＝ＣＴＰＳ＋（（ＣＴＰＳ−ＰＴＰＳ）／ＣＰ）＊ＲＰ
ここで：
ＦＴＰＳは次の空気吸入事象での場合のような未来の時期において存在するように予測されたスロットル位置であり；
ＣＰは先の読み取りと現在の読み取りとの間で経過してしまったシリンダ又はエンジンサイクルの部分であり；
ＲＰは未来の時期に到達する前に更に経過するシリンダ又はエンジンサイクルの部分であり；
ＣＴＰＳはスロットル位置の現在又は極最近の読み取り値であり；
ＰＴＰＳはスロットル位置の先の読み取り値である。
【００９７】
次の燃焼事象の時点でのエンジン速度もまた次のように済ませることができる：
（式２）
ＦＥＳ＝ＣＥＳ＋（（ＣＥＳ−ＰＥＳ）／ＣＰ）＊ＲＰ
ここで：
ＦＥＳは次の空気吸入事象での場合のような未来の時期において存在するように予測されたエンジン速度であり；
ＣＰは先の読み取りと現在の読み取りとの間で経過してしまったサイクルの部分であり；
ＲＰは未来の時期に到達する前に更に経過するシリンダ又はエンジンサイクルの部分であり；
ＣＥＳはエンジン速度の現在又は極最近の読み取り値であり；
ＰＥＳはエンジン速度の先の読み取り値である。
【００９８】
代わりに、未来のエンジン状態は、スロットル位置又はエンジン速度の代わりに供給される過去及び現在の燃料量を用いて、上述した等式に類似する等式を使用する現在及び先の定常燃料供給値を使用することにより、見積もることができる。
【００９９】
燃料計算方法に関係なく、エンジンが一層少ない燃料供給を必要とする状態の方へ移動している場合、予測した燃料量は最新の燃焼事象のために提供される燃料量よりも少なくすることができることを認識されたい。このようにして、送給される燃料の増大及び減少の双方に対する予測は予測される燃料供給により提供することができる。代わりに、減少を最小にでき、一方、増大を最大にできる競争用の応用のような、所望の場合は、燃料量の増大及び減少は別個に取り扱うことができる。
【０１００】
エンジン速度は、クランクシャフト角度運動センサ３２、エンジンエンコーダ又は他の形式のエンジン速度センサを含む、種々の方法で感知することができる。例えば、クランクシャフト角度運動センサ３２を使用する場合、クランクシャフト角度運動センサ３２は例えば、例えば光学又は磁気センサを使用することにより、歯、反射性ストリップ、又は
クランクシャフトに結合された例えばはずみ車やロータ５６や他の歯車上の他の形状や標識の通過を感知できる。クランクシャフト角度運動センサ３２が歯を利用する場合、クランクシャフト角度運動センサ３２は１度の回転角度当り１つの歯又は１０度の回転角度当り１つの歯のような多数の歯を有することができ、各歯又は各歯の縁部に遭遇し、これを感知したときに、瞬間速度に近づく速度を計算できる。代わりに、クランクシャフト角度運動センサ３２は１つの歯のようなできる限り少ない歯を有することができ、その歯の前縁及び（又は）後縁の通過を感知でき、前縁から後縁まで、後縁から前縁まで、前縁から次の前縁まで及び（又は）後縁から次の後縁までのクランクシャフトの回転速度を計算できる。
【０１０１】
エンジンの回転速度を表示する歯のような１個又は数個の形状又は標識を利用する場合は、標識又は形状の縁部間の回転速度は３６０度サイクルのようなサイクルの任意の部分に対応することができる。それ故、燃料送給サイクル期間中のような燃焼サイクルの所望の部分における速度は完全サイクル又はクランクシャフトサイクルの一部から計算することができる。例えば、クランクシャフト角度運動センサ３２が、与えられたシリンダに対して、上死点の手前６０度における前縁及び上死点における後縁を備えた１つの歯を含む場合、エンジン速度は、４行程燃焼サイクルに対して、例えば、燃焼サイクルの上死点での後縁の通過から２つのクランクシャフトサイクルのうちの後者の後縁の通過までの経過時間を決定することにより、計算することができる。次いで、このような２つの回転を経過時間（単位：分）で割って、その燃焼事象のためのｒｐｍを決定することができる。
【０１０２】
速度はまた、燃料供給を開始する前の、クランクシャフト角度運動センサ３２の最新の２つの縁部の通過間の経過時間から計算することができる。従って、例えば、前縁及び後縁が燃料供給の開始前に通過した最後のものである場合、速度は、３６０度の回転を前縁及び後縁間の６０度の回転で割り、その結果の値を前縁及び後縁の通過間の経過時間で割ることにより、決定することができる。この速度は更に、燃焼サイクル中に典型的に存在する速度差を考慮するために修正することができる。
【０１０３】
エンジンの速度は典型的には燃焼サイクル全体にわたって変化し、その変化は典型的には、単一のシリンダエンジンにおいて一層顕著であり、シリンダの数が増大するにつれて顕著度が減少する。例として単一シリンダエンジンを使用した場合、回転速度は例えば、点火段階中よりも圧縮段階中の方が一層遅くなる。しかし、エンジン速度が燃料供給の発生前に最後に計算された期間中の速度、及び、燃料供給中の速度は、典型的には、全体のシリンダサイクルのうちの比較的一定の部分となることができる。それ故、補外法により又は燃焼サイクルの異なる部分中のエンジン速度を考慮する関数を使用することにより、今度の燃焼事象中の又は燃焼サイクルの別の所望の時期における速度は、燃焼サイクル中の別の時期における速度から計算することができる。
【０１０４】
エンジン速度は種々の期間にわたって決定できることを認識すべきである。例えば、エンジン速度は４行程エンジンにおけるエンジンサイクルに対応する３６０度の回転にわたって及び７２０度の回転にわたって瞬間的に決定することができ、又は、２以上のエンジンサイクルにわたる濾過された速度として決定することができる。瞬間速度に近づく速度は、例えば、利用する速度センサが単一の回転度を感知できる場合は、単一の回転度にわたってエンジンの速度を感知することにより、決定することができる。濾過された速度は平均値、重み付けされた平均値、又は、２又はそれ以上の燃焼サイクルにわたる速度の別の関数を取ることにより、決定することができる。
【０１０５】
図６はメモリー１０２と、プロセッサ１０４と、１又はそれ以上の出力盤１０８と、１又はそれ以上の入力盤１０とを含むエンジン制御システム１００の実施の形態を示し、このシステムは貯蔵装置１０６と、１又はそれ以上の通信アダプタ１１２とを含むことができる。このエンジン制御システム１００は、例えば、図４に示すエンジン制御システム２０として又はその代わりに利用することができる。代わりに、他の形のエンジン制御装置及びシステムは予測されるエンジン燃焼の管理の実施の形態において利用することができる。例えば、エンジンの作動を制御するように作動する２又はそれ以上のプロセッサを有するエンジン制御システムは予測されるエンジン燃焼の管理の実施の形態において利用することができ、または、伝統的なエンジン制御ユニット以外のエンジン制御装置は予測されるエンジン燃焼の管理の実施の形態において利用することができる。
【０１０６】
プロセッサ１０４、貯蔵装置１０６、出力盤１０８、入力盤１１０及び通信アダプタ１１２間の通信は、１又はそれ以上の通信バス１１４により遂行することができる。このようなバス１１４は、例えば、システムバス、周辺素子インターフェイスバス及び産業規格構成のバスを含むことができる。
【０１０７】
メモリー１０２は、例えば、ランダムアクセスメモリー（ＲＡＭ）、ダイナミックＲＡＭ及び（又は）読み出し専用メモリー（ＲＯＭ）（例えば、プログラム可能なＲＯＭ、消去可能でプログラム可能なＲＯＭ又は電子的な消去可能でプログラム可能なＲＯＭ）を含む任意のメモリー装置とすることができ、コンピュータプログラム指令及び情報を記憶することができる。メモリーは更に、作動システムの指令を記憶する作動システム区画１１６と、データを記憶するデータ区画１１８と、予測される燃料供給を実行するための指令を記憶する予測される燃料供給区画１２０とを含む区分に分割することができる。予測される燃料供給区画１２０はプログラム指令を記憶することができ、プロセッサ１０４によるプログラム指令の実行を許容できる。データ区画１１８は更にプログラム指令の実行中に使用すべき１又はそれ以上のマップや作動パラメータを記憶することができる。
【０１０８】
プロセッサ１０４は例えば、モトローラ社、インテル社又はＡＭＤ社により製造することができ、プログラム指令を実行することができ、メモリー１０２内に記憶されたデータを処理することができる。１つの実施の形態においては、指令は圧縮された及び（又は）暗号化されたフォーマットとしてメモリー１０２内に記憶される。ここで使用するような「プロセッサによる実行」等の用語は圧縮された及び（又は）暗号化されたフォーマットとして記憶された指令及びプロセッサ１０４による実行前にインストーラによりコンパイル又はインストールできる指令を包含することを意図する。
【０１０９】
貯蔵装置１０６は、例えば、磁気ディスク（例えばフロッピーディスク及びハードドライブ）、光ディスク（例えばＣＤ−ＲＯＭ）又はデジタル情報を記憶できる任意の他の装置又は信号とすることができる。通信アダプタ１１２はエンジン制御システム１００と、通信アダプタポート１２４において直接的に又はネットワークを介して通信アダプタ１１２に結合された他の装置又はノードとの間の通信を許容する。通信アダプタ１１２はネットワーク上の１又はそれ以上のノードからエンジン制御システム１００へ、又は、エンジン制御システム１００からネットワーク上の１又はそれ以上のノードへ情報を伝達するネットワークインターフェイスとすることができる。ネットワークは、例えば、インターネット又はワールドワイドウエブのような局部又は広域ネットワークとすることができる。代わりに又はそれに加えて、エンジン制御システム１００は１又はそれ以上の入力／出力器アダプタ（図示せず）を通して１又はそれ以上の他の装置に直接結合することができる。
【０１１０】
エンジン制御システム１００はネットワークに沿って又はネットワーク内で履行することができる。その中で予測される燃料供給を履行できるネットワークは、典型的には通信媒体の１又はそれ以上の形により相互接続されたプロセッサ基礎の装置であるノードのネットワークとすることができる。エンジン制御システム１００を１又はそれ以上の他の装置又はネットワークに結合する通信媒体は例えば、ワイヤ、捩られた対、同軸ケーブル、光学繊維及び無線周波数を使用するようなワイヤレス通信方法を含むことができる。エンジン制御システム１００は更にこのような形の媒体によりセンサ及びアクチュエータのような他の装置に結合することができる。予測される燃料供給を遂行するノードは別のエンジン制御ノードから信号又はデータを受け取ることができ、このような信号又はデータを修正するか又は利用することができる。予測される燃料供給を遂行するノードはまた信号又はデータを別のエンジン制御ノードへ伝達することができ、そこで、信号又はデータを修正するか又は利用することができる。
【０１１１】
エンジン制御システム１００の任意の又はすべての素子１０２−１２４は単一の機械内で履行できることを認識すべきである。例えば、メモリー１０２及びプロセッサ１０４は状態機械又は他のハードウエア基礎のロジック機械内で組み合わせることができる。
【０１１２】
再度図４を参照すると、マップ又はエンジン管理ファイルのライブラリーは外部のコンピュータ９９内に貯蔵することができる。このような外部のコンピュータの例は米国特許第６，５１２，９７４号明細書において見出すことができ、外部のコンピュータ９９のためのカップラの例は米国特許第６，４８３，４４４号明細書において見出すことができる。このようなマップ又はエンジン管理ファイルの１又はそれ以上は外部のコンピュータ９９からエンジン制御システム２０で利用できるようにすることができるか、又は、エンジン制御システム２０内に含ませることができ、エンジン性能を変更するために使用することができる。エンジン制御システム２０は、ワイヤ、繊維、無線又は他の結合装置又は方法により、センサ又はアクチュエータのような１又はそれ以上の入力器又は出力器に結合することができる。エンジン制御システム２０は、センサ又はアクチュエータへの結合のために、エンジン制御システム２０に対して内部又は外部とすることのできる入力器及び出力器を有することができる。センサは、例えば、図４に示すスロットル及びスロットル位置センサ４６及び空気流センサを含むことができ、アクチュエータは、例えば、図４に示すような燃料噴射器４２に結合されたアクチュエータを含むことができる。エンジン制御システム２０は図６に示すプロセッサ１０４のようなプロセッサを有することができ、このプロセッサは１又はそれ以上の入力信号に作用して１又はそれ以上の出力信号を供給するようにコード化された指令を使用することができる。１つの実施の形態によれば、ワイヤは後に詳述するような種々の他の素子にエンジン制御システム２０を電気的に接続する。エンジン制御システム２０は車両のシャシー（図示せず）に装着されたハウジング２１を有することができ、このシャシーを介して、他の素子は既知の方法で車両のシャシー又はフレームに関して電気的に接地できる。
【特許文献４】米国特許第６，５１２，９７４号明細書
【特許文献５】米国特許第６，４８３，４４４号明細書  予測されるエンジン燃焼の管理の１つの実施の形態によれば、エンジン制御システム２０は燃料量送給のような単一のエンジン制御を調整するための単一のエンジン作動制御値を提供することができる。しかし、別の実施の形態によれば、エンジン制御ユニット２０は燃料量及び点火タイミングのような複数のエンジン制御を制御するための複数のエンジン作動制御値を提供することができる。
【０１１３】
更に、エンジン制御ユニット２０はまた、他のオンボードセンサに結合することができる。例えば、空気温度センサ（図示せず）及び（又は）気圧センサ（図示せず）はエンジン１００内へ導入されている空気の密度を計算するために使用することのできるセンサ信号を提供することができる。エンジンの変位が典型的には一定であり、燃焼空気の質量が燃焼空気の密度の変位倍分に等しいので、燃焼空気の質量を計算することができる。従って、入口温度及び圧力はエンジン制御ユニット２０へダウンロードされてしまった各マップセット内の値に基づくすべての制御信号に対して全体的な変化を及ぼすために使用することができる。それ故、マップは標準の大気状態下での燃料質量要求を含むことができ、エンジン制御ユニット２０は、例えばシリンダ２１２へ入る空気の密度及び空気の質量に影響を及ぼす、種々の大気圧、温度又は他の感知した媒体又は特徴を補償することができる。
【０１１４】
更に、電気システム電圧のためのセンサ（図示せず）は反応時間及び燃料噴射器３１２内の電気機械的な運動の精度に影響を及ぼす変化を測定することができる。
予測される燃焼装置の実施の形態は、１又はそれ以上の入力器と、１又はそれ以上の出力器と、プロセッサとを備えたデータ取得ユニットを有する。利用されるデータ取得ユニットは図４又は６に示すようなエンジン制御ユニット２０又はエンジン制御システム１００とすることができる。
【０１１５】
データ取得ユニットの入力器は燃焼事象において考慮すべき特徴に関連する第１のセンサからの信号を受け取るためのものとすることができる。例えば、センサはエンジン負荷又はエンジン速度を感知できる。入力器において入射する信号は燃焼事象において考慮すべき任意の特徴に関連させることができる。センサはデータ取得ユニットの入力器において信号を入射させるように入力器に結合できる。
【０１１６】
データ取得ユニットの出力器は燃焼事象の物理的な成分に関連する信号を第１のアクチュエータへ伝達するためのものとすることができる。アクチュエータは燃焼の物理的な成分又はそのような物理的な成分の態様の送給を制御することができる。例えば、アクチュエータは燃料送給、空気送給、排気ガス循環送給又は火花送給又はその態様を制御することができる。従って、出力器において入射する信号は燃焼の任意の物理的な成分と関連させることができる。アクチュエータはデータ取得ユニットの出力器において入射する信号をアクチュエータに伝達するように出力器に結合することができる。
【０１１７】
データ取得ユニットのプロセッサはコンピュータプログラムの形をとることのできるある指令を含むことができる。プロセッサは更にこのような指令を実行することができる。指令を実行しているとき、プロセッサは燃焼事象において考慮すべき特徴の未来の状態を予測でき、特徴の予測した状態に基づいた燃焼事象の物理的な成分に関連する信号を出力器において提供することができる。特徴の状態は感知したアナログ信号、又は、２又はそれ以上の所定の状態のうちの１つに関連する値とすることができる。プロセッサは、データ取得ユニットの入力器において結合されたセンサから少なくとも２つの値を受け取ることにより、未来の値又は特徴の状態を予測することができる。
【０１１８】
次いで、プロセッサはこのような少なくとも２つの値又は状態及び少なくとも２つの状態の受け取りの相対時間を利用して、第１のセンサから受け取った状態の変化率を決定することができる。相対時間は第１の状態の受け取りと第２の状態の受け取りとの間の経過時間の量とすることができる。
【０１１９】
２つの状態は値とすることができ、これらの値は同じ値とすることができることを認識すべきである。このような状況においては、予測した値は感知した値と等価にすることができる。プロセッサは更に特徴の値の一次、二次又は更なる次数の微分値を決定することにより予測を達成することができ、特徴の未来の値を予測する際に任意の数のこのような微分値を利用することができる。
【０１２０】
プロセッサはまた燃焼事象の前に２又はそれ以上の回数だけ特徴の未来の状態を予測でき、また、燃焼事象の前に２又はそれ以上の回数だけ出力信号を提供することができ、それによって、特定の燃焼事象前に、２又はそれ以上の回数だけ、物理的な成分を送給させる。燃焼事象にとって適切となるように予測された全体の物理的な成分の一部は更に、物理的な成分が提供される毎に、提供することができ、そのため、例えば、予測された必要な物理的な成分の量の半分は第１の予測の時点で又はその後に提供することができ、物理的な成分の残りの量は第２の予測の時点で又はその後に提供することができる。物理的な成分は燃焼事象までに任意の回数だけ提供することができ、予測した物理的な成分の分割は重み付けの方法で又は任意の所望の方法で行うことができる。
【０１２１】
プロセッサは更に任意の方法を遂行でき、ここで述べた任意の装置又はシステムにおいて利用できる。更に、ここで述べた方法のうちの任意の方法は指令としてコード化でき、指令がここで述べた任意の装置又はシステム内で利用すべきプロセッサによりアクセス及び実行できるように、コンピュータで読み取り可能な媒体に記憶させることができる。
【０１２２】
予測される燃料供給はエンジンの作動においてのみならずエンジンの較正においても有益になることができる。エンジンの較正は燃料供給マップ又はテーブル内に属するように燃料量を決定する工程を含むことができる。ある既存の制御システムは燃料量を決定するためにエンジン燃料送給の開始前から「予定（スケジュール）時期」を使用することができ、そのため、「実行時期」又は燃焼事象の時期において望ましい燃料量を提供できないことがある。マップにおける定常燃料値は、エンジン状態の遷移又は所望のエンジン状態が発生したときはいつでも、適切な燃料量になるとは思われない。しかし、マップ化された燃料量が適正な燃料量でなかった場合でさえ、エンジンは、好ましくは円滑に、作動し続けなければならない。
【０１２３】
予定時期において存在する値に基づいて燃料量を選択する際の不正確な個性を補償するため、燃料がマップから検索された量よりも多く又は少なくすべき場合の作動を許容するように、付加的な遷移マップがしばしば丹精をこめて作られる。さらに、マップから検索された不正確な燃料供給値を補償するために他の技術を使用することができ、このような技術は極めて複雑になることがある。それ故、予測される燃料供給の実施の形態を利用するエンジンの較正は一層簡略化できる。その理由は、マップに入る値が典型的には、遷移燃料供給システムにおけるよりも、空気吸入の完了時点で存在する実際の値に一層近づくことができ、一層少ない補償技術及び依然として使用しているこのような技術のための一層小さな補償を必要とするに過ぎないからである。従って、エンジンが予測される燃料供給を利用している場合、マップ内の値は実際の作動状態及び所望の作動状態における変化の度合いを許容する必要はない。
【０１２４】
更に、現在の技術状態においては、定常燃料量はしばしばエンジン遷移を補償するように修正され、一方、エンジン遷移発生量は典型的には、予測される燃料供給を使用して一層精確に決定される。エンジンの遷移はマップから定常燃料供給値を検索するために利用された現在の値及び先の値間の差に基づいて又はマップから検索された現在の定常値及び先の定常値間の差に基づいて決定することができる。マップから定常燃料供給値を検索するために利用された値が燃料送給の開始時期の又はその前の予定時期、又は、このような予定時期の値に基づいた燃料供給値に基づく場合は、遷移の決定は予定時期と実行時期又は空気吸入の発生時期との間に生じたいかなる遷移をも認識できない。しかし、予測される燃料供給の実施の形態を利用することにより、燃料予定時期と空気吸入事象の完了との間に生じる遷移が考慮され、それによって、遷移決定の基礎となる一層精確な情報を提供する。補助の即ち二次的な噴射を使用する場合、燃焼事象の時期での予測したエンジン状態及び燃料供給要求は、遷移の大きさを一層精確に決定できるように、更に改良することができる。
【０１２５】
予測される燃料供給の実施の形態はまた車両の流出物を減少させるために使用することができる。例えば、超低量車両流出物仕様を満たすか又は満たそうとする車両では、触媒がまだオフ状態にあるか又は触媒が触媒の作用を促進し望ましくない流出物を最小化するような温度までまだ加熱されていない場合、望ましくない要素の流出の大半は、エンジンが始動した直後に生じることがある。エンジンの始動直後のそのような時間中の流出物を最小化するため、１つの方策は、提供される燃料の量が通常の化学量論的なエンジン作動中に提供される燃料の量よりも少ないような燃料希薄モードで、エンジンを作用させることである。
【０１２６】
しかし、このような希薄モードでの作動状態の下では、例えばアイドリング位置から中間範囲位置へスロットルが移動したとき、エンジンが停止することがあるか又はシリンダが誤点火することがある。エンジンの停止は望ましくないばかりか、また、車両のその流出物試験を失敗させることがある。更に、誤点火は典型的には、未燃焼の燃料を排気システム内へ運び、大量の望ましくない流出物を発生させ、これがまた、エンジンの流出物試験を失敗させることがある。このような状態の下でのエンジンの停止の原因は、スロットルの運動に従って燃焼室２１２へ入る空気の量が増大すること、及び、燃焼室２１２へ提供される燃料の適正な増大が欠如することに関連することがある。
【０１２７】
希薄モードでのエンジン作動中に予測される燃料供給の実施の形態を使用することにより、スロットル位置の変化は一層認識し易いようになり、継続する変化の継続する効果は提供される燃料に反映させることができ、そのため、燃料と空気との適正な混合物を燃焼室２１２に提供でき、燃焼を達成することができ、それによって、エンジンの停止又は誤点火を生じさせない。
【０１２８】
予測される燃焼の管理の実施の形態は、例えば自動車、トラック、オートバイ、全地上車両、スノーモービル、ボート、個人船舶及び飛行機を含む内燃エンジンで作動する地上走行車両、船舶及び飛行車両に対して、及び、種々の用途の発電機及びエンジンに対して提供することができる。
【０１２９】
ある実施の形態を参照して本発明を開示したが、特許請求の範囲で規定されたような本発明の要旨を逸脱することなく、説明した実施の形態に対する種々の修正、変形及び変更が可能である。従って、本発明は、説明した実施の形態に限定されないこと、及び、特許請求の範囲の用語により規定されるすべての範囲及びその等価物を含むことを意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【０１３０】
【図１】４行程サイクルの実施の形態を示す図である。
【図２】エンジン作動の時間グラフを示す図である。
【図３】予測されるエンジン燃焼の管理に関連して利用できる４行程エンジンのシリンダの実施の形態を示す図である。
【図４】予測される（predictive）エンジン燃焼の管理システムの実施の形態を示す図である。
【図５】燃料供給を予測するための方法の実施の形態を示すフローチャートである。
【図６】予測されるエンジン燃焼の管理に関連して利用できるエンジン制御システムの実施の形態を示す図である。
【図１】
2008510934.tif 000005
【図２】
2008510934.tif 000006
【図３】
2008510934.tif 000007
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年6月12日(2007.6.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予測される燃焼装置であって、
第１のセンサから受け取る燃焼事象において考慮すべき特徴に関連する入力信号を入射させる入力器、燃焼事象の物理的な成分に関連する出力信号を入射させる出力器、及び指令を収容するプロセッサを有するデータ取得ユニットを含み、
データ取得ユニットは、前記データ取得ユニットの入力器において第１のセンサから２つの値を受け取り、かつ入力信号の変化率を決定するため、これらの２つの値及びこれらの値の受け取りの相対時間を利用し、
前記指令は、プロセッサにより実行されたときに、プロセッサにより、
入力信号の変化率に基づき、燃焼事象において考慮すべき特徴の未来の状態を予測し、
予測された特徴の状態に基づき、前記出力信号を出力器において提供することを特徴とする予測される燃焼装置。
【請求項２】
前記燃焼事象において考慮すべき特徴がエンジン負荷であることを特徴とする請求項１の予測される燃焼装置。
【請求項３】
前記エンジン負荷がエンジン速度により表されることを特徴とする請求項２の予測される燃焼装置。
【請求項４】
前記燃焼事象において考慮すべき特徴が所望のエンジン負荷であることを特徴とする請求項１の予測される燃焼装置。
【請求項５】
前記燃焼事象において考慮すべき特徴がスロットル位置であることを特徴とする請求項１の予測される燃焼装置。
【請求項６】
前記物理的な成分が燃料であることを特徴とする請求項１の予測される燃焼装置。
【請求項７】
前記物理的な成分が空気であることを特徴とする請求項１の予測される燃焼装置。
【請求項８】
前記物理的な成分が点火であることを特徴とする請求項１の予測される燃焼装置。
【請求項９】
前記の時間が前記２つの値の受け取り間の経過時間であることを特徴とする請求項１の予測される燃焼装置。
【請求項１０】
前記２つの値が等しい大きさを有することを特徴とする請求項１の予測される燃焼装置。
【請求項１１】
前記未来の状態が燃焼事象において考慮すべき特徴の第１の微分値を使用して予測されることを特徴とする請求項１の予測される燃焼装置。
【請求項１２】
前記未来の状態が燃焼事象において考慮すべき特徴の第２の微分値を使用して予測されることを特徴とする請求項１の予測される燃焼装置。
【請求項１３】
前記プロセッサが更に、燃焼事象の前に、燃焼事象において考慮すべき特徴の未来の状態を少なくとも２回予測することを特徴とする請求項１の予測される燃焼装置。
【請求項１４】
前記プロセッサが更に燃焼事象の前に少なくとも２回物理的な成分を提供することを特徴とする請求項１３の予測される燃焼装置。
【請求項１５】
前記予測した総合の物理的な成分の要求の一部は、物理的な成分が提供されるような少なくとも２つの時期の各々において提供されることを特徴とする請求項１４の予測される燃焼装置。
【請求項１６】
少なくとも１つのシリンダ、及びデータ取得ユニットを含むエンジンであって、
データ取得ユニットは、第１のセンサから受け取るシリンダのための燃焼事象において考慮すべき特徴に関連する信号を入射させる入力器、燃焼事象の物理的な成分に関連する信号を入射させる出力器、及び指令を収容するプロセッサを有し、
前記指令は、プロセッサにより実行されたときに、プロセッサにより、
前記データ取得ユニットの入力器において第１のセンサから２つの値を受け取り、かつこれらの変化率を決定するため、これらの２つの値及びこれらの値の受け取りの相対時間を利用し、
前記データ取得ユニットの入力器において受け取り燃焼事象において考慮すべき特徴に関連する前記２つの値の変化率に基づいて、燃焼事象において考慮すべき特徴の未来の状態を予測し、
特徴の予測した状態に基づき、燃焼事象の物理的な成分に関連する信号を出力器において提供することを特徴とするエンジン。
【請求項１７】
前記シリンダへ送給される物理的な成分の量が予測した特徴に基づくことを特徴とする請求項１６のエンジン。
【請求項１８】
前記シリンダへの物理的な成分の送給のタイミングが予測した特徴に基づくことを特徴とする請求項１６のエンジン。
【請求項１９】
前記燃焼事象がシリンダ内で生じるような次の燃焼事象であることを特徴とする請求項１６のエンジン。
【請求項２０】
シャシー、シャシーに取り付けられ少なくとも１つのシリンダを有するエンジン、及びデータ取得ユニットを含む車両であって、
前記データ取得ユニットは、第１のセンサから受け取るシリンダのための燃焼事象において考慮すべき特徴に関連する信号を入射させる入力器、燃焼事象の物理的な成分に関連する信号を入射させる出力器、及び指令を収容するプロセッサを有し、
前記指令は、プロセッサにより実行されたときに、プロセッサにより、
前記データ取得ユニットの入力器において第１のセンサから２つの値を受け取り、かつこれらの変化率を決定するため、これらの２つの値及びこれらの値の受け取りの相対時間を利用し、
前記データ取得ユニットの入力器において受け取り燃焼事象において考慮すべき特徴に関連する前記２つの値の変化率に基づいて、燃焼事象において考慮すべき特徴の未来の状態を予測し、
特徴の予測した状態に基づき、燃焼事象の物理的な成分に関連する信号を出力器において提供するようにさせることを特徴とする車両。
【請求項２１】
燃焼事象の物理的な成分の量を予測する方法であって、
燃焼事象において考慮すべき特徴に関連する少なくとも２つの値をセンサから受け取る工程と；
受け取られた前記少なくとも２つの値及び前記少なくとも２つの値の受け取りの相対時間から決定される変化率に基づいて特徴の未来の値を予測する工程と；
特徴の予測した未来の値に基づいて燃焼事象の物理的な成分の量を決定する工程と；
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２２】
前記方法がエンジン制御コンピュータにより遂行されることを特徴とする請求項２１の方法。
【請求項２３】
前記少なくとも２つの値がセンサから受け取られることを特徴とする請求項２２の方法。
【請求項２４】
前記燃焼事象の物理的な成分の決定された量をエンジンに提供する工程を更に含むことを特徴とする請求項２１の方法。
【国際調査報告】
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