(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクシャフト（５４）を有するエンジン（１０）に結合されるノックセンサ（２３）からノック信号を受信するよう構成される電子機器（２５）であって、
メモリ（７４）に動作可能に結合されるプロセッサ（７２）を備え、前記プロセッサ（７２）は、
前記エンジン（１０）の前記ノックセンサ（２３）から受信した前記ノック信号を取得し、
時間間隔の前記ノック信号の複数の微分値を形成することによって、ピーク燃焼圧力の位置を判断するとともに、前記時間間隔の複数の微分値の最後の微分値から最大振幅の位置を判断するよう構成され、ピーク燃焼圧力の前記位置は、前記エンジン（１０）の燃焼と関連して、前記クランクシャフト（５４）の時間またはクランク角度に対応し、
前記プロセッサ（７２）はさらに、前記エンジン（１０）の１つ以上のエンジン動作パラメータの動作を改善するために、ピーク燃焼圧力の前記位置の指示を出力するよう構成される、電子機器（２５）。
【請求項２】
前記電子機器（２５）が、エンジン制御ユニットを備える、請求項１に記載の電子機器（２５）。
【請求項３】
前記エンジン（１０）が、内燃機関を備える、請求項１に記載の電子機器（２５）。
【請求項４】
プロセッサ（７２）が、少なくとも部分的に前記ノック信号をフィルタリングすることによってピーク燃焼圧力の前記位置を判断するよう構成される、請求項１に記載の電子機器（２５）。
【請求項５】
前記プロセッサ（７２）が、ノック信号をフィルタリングする際にフィルタバンクを使用するよう構成される、請求項４に記載の電子機器（２５）。
【請求項６】
前記フィルタバンクが、ローパスフィルタ、バンドパスフィルタ、またはそれらの任意の組み合わせを備える、請求項５に記載の電子機器（２５）。
【請求項７】
前記プロセッサ（７２）が、前記ピーク燃焼圧力の前記位置を判断するために前記ノック信号をフィルタリングする際の遅延に対して調整するよう構成される、請求項４に記載の電子機器（２５）。
【請求項８】
前記プロセッサ（７２）が、複数の微分値の第１の微分値から複数の微分値の第２の微分値を計算し、前記燃焼処理に関する前記ノック信号からの値を増やし、前記燃焼処理に関係しない前記ノック信号からの値を減らすよう構成される、請求項１に記載の電子機器（２５）。
【請求項９】
複数の微分値の最後の微分値の最大振幅での前記クランクシャフトのクランク角度が、ピーク燃焼圧力の前記位置とみなされる、請求項１に記載の電子機器（２５）。
【請求項１０】
クランクシャフト（５４）を有するエンジン（１０）に結合されるノックセンサ（２３）から受信したノック信号を取得し、
時間間隔の前記ノック信号の複数の微分値を形成することによって、前記エンジン（１０）の燃焼と関連して、前記クランクシャフト（５４）の時間またはクランク角度に対応する、ピーク燃焼圧力の位置を判断するとともに、前記時間間隔の複数の微分値の最後の微分値から最大振幅の位置を判断し、
ピーク燃焼圧力の前記位置の指示を出力するよう、
プロセッサ（７２）を使用する
ステップを備える、方法。
【請求項１１】
前記ノック信号をフィルタリングすることによって、結果信号ピーク位置を生成するよう前記プロセッサ（７２）を使用するステップを備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
１つまたは複数のプロセッサ実行可能ルーチンをエンコードする１つまたは複数の非一時的コンピュータ読込み可能媒体であって、前記１つまたは複数のルーチンが、プロセッサ（７２）によって実行される場合、
クランクシャフト（５４）を有するエンジン（１０）に結合されるノックセンサ（２３）から受信したノック信号を取得することと、
時間間隔の前記ノック信号の複数の微分値を形成することによって、前記エンジン（１０）の燃焼に関連して、前記クランクシャフト（５４）の時間またはクランク角度に対応する、ピーク燃焼圧力の位置を判断するとともに、前記時間間隔の複数の微分値の最後の微分値から最大振幅の位置を判断し、
ピーク燃焼圧力の前記位置の指示を出力することと
を備える動作を実行する、非一時的コンピュータ読込み可能媒体。
【請求項１３】
ピーク燃焼圧力が、燃焼中にシリンダ（２６）内で生じる最高圧力に対応する、請求項１２に記載の非一時的コンピュータ読込み可能媒体。
【請求項１４】
実行される前記動作が、前記ノック信号をフィルタリングすること、前記ノック信号の１つまたは複数の微分値を計算することを備える、請求項１２に記載の非一時的コンピュータ読込み可能媒体。
【請求項１５】
前記複数の微分値の前記最後の微分値が第１６番目に形成された微分値を備える、請求項１に記載の電子機器（２５）。
【請求項１６】
前記ノックセンサ（２３）を備える、請求項１に記載の電子機器（２５）。
【請求項１７】
前記ノックセンサ（２３）が、前記エンジン（１０）のシリンダに搭載される、請求項１に記載の電子機器（２５）。
【請求項１８】
前記ノック信号が振動信号を備える、請求項１に記載の電子機器（２５）。
【請求項１９】
前記プロセッサ（７２）が、微分値の所定数を計算し、燃焼処理に関係しない前記ノック信号の部分を減らすよう構成される、請求項１に記載の電子機器（２５）。
【請求項２０】
前記エンジン（１０）のシリンダの外部に搭載された前記ノックセンサ（２３）から前記ノック信号を取得するステップを備える、請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示する発明の主題は、一般に、ノックセンサに関し、より具体的には、大型マルチシリンダ往復動装置（例えば、燃焼エンジン、コンプレッサなど）に取り付けられるノックセンサからの信号を記録することに関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的に、燃焼エンジンは、天然ガス、ガソリン、およびディーゼルなどの炭素質燃料を燃焼し、高温圧ガスの対応する膨張を用いてエンジンの何らかの構成要素、例えば、シリンダ内に配置されるピストンに力を加え、ある距離にわたって構成要素を動かす。各シリンダは、炭素質燃料の燃焼と相関して開閉する１つまたは複数の弁を含むことができる。例えば、吸気弁は、空気などのオキシダントをシリンダに導くことができ、次いで、オキシダントは燃料と混合されて燃焼される。次いで、燃焼流体、例えば、高温ガスを、排気弁を介してシリンダから出るよう導くことができる。それに応じて、炭素質燃料は、負荷を駆動するのに有益な、機械的動作に変換される。例えば、負荷は、電力を生成する発電機とすることができる。
【０００３】
エンジンの性能を最適化するために、ピーク燃焼圧力の位置を把握することが望ましいだろう。ピーク燃焼圧力は、エンジン設計者および制御専門家によって使用され、さまざまなエンジン動作パラメータを最適化することができる。したがって、エンジンにおけるピーク燃焼圧力の位置を発見する必要がある。
【発明の概要】
【０００４】
当初に特許請求される発明の範囲に対応する実施形態について、以下で概要を説明する。これらの実施形態は、特許請求される発明の範囲を限定するものではないが、これらの実施形態は、本発明の可能な形式の簡潔な概要を提供することのみを意図する。実際に、本発明は、以下に記載する実施形態と同様か、または異なる可能性のある、さまざまな形式を包含することができる。
【０００５】
第１の実施形態において、クランクシャフトを有するエンジンのノックセンサからノック信号を受信するよう構成されるエンジン制御電子機器は、メモリに動作可能に結合されるプロセッサを含み、プロセッサは、エンジンのノックセンサから受信したノック信号にアクセスし、ノック信号に少なくとも部分的に基づいてピーク燃焼圧力の位置を判断するよう構成され、ピーク燃焼圧力の位置は、エンジンの燃焼と関連し、時間またはクランクシャフトのクランク角度に対応し、プロセッサはさらに、ピーク燃焼圧力の位置の指示を生成するよう構成される。
【０００６】
第２の実施形態において、クランクシャフトを有するエンジンのシリンダのピーク燃焼圧力を電子機器が判断する方法は、シリンダのノックセンサから受信したノック信号にアクセスすることと、ノック信号の少なくとも一部に基づいてピーク燃焼圧力の位置を判断することとを含み、ピーク燃焼圧力の位置は、エンジンの燃焼と関連し、時間またはクランクシャフトのクランク角度に対応し、本方法はさらに、ピーク燃焼圧力の位置の指示を生成することを含む。
【０００７】
第３の実施形態において、命令を備える有形非一時的コンピュータ読込み可能媒体は、プロセッサによって実行されるよう構成され、命令は、クランクシャフトを有するエンジンのシリンダのノックセンサから受信したノック信号を受信し、ノック信号に少なくとも部分的に基づいてピーク燃焼圧力の位置を判断するための命令を備え、ピーク燃焼圧力の位置は、エンジンの燃焼と関連し、時間またはクランクシャフトのクランク角度に対応し、本命令はさらに、ピーク燃焼圧力の位置の指示を生成するための命令を備える。
【０００８】
本発明のこれらの、および他の特徴、態様、および利点は、以下の詳細な説明を添付図面を参照して読むと、より理解されるであろう。添付図面において、同様の参照符号は、図面を通じて、同様の項目を意味する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本開示の態様による、ノックセンサおよび電子機器を有するエンジン駆動発電システムの一実施形態のブロック図である。
【図２】本開示の態様による、ピストンアセンブリの一実施形態の横断面図である。
【図３】本開示の態様による、図１のノックセンサからの、時間またはクランク角度に対してプロットされた信号振幅のフィルタリングアプローチを使用した一連のサンプルプロットを示す図である。
【図４】本開示の態様による、図１のノックセンサからの、時間またはクランク角度に対してプロットされた信号振幅の微分アプローチを使用した一連のサンプルプロットを示す図である。
【図５】本開示の態様による、図１の電子機器のプロセッサによって実行される処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の１つまたは複数の特定の実施形態について以下で説明する。これらの実施形態に関する簡潔な説明を提供するために、実際の実装態様に関するすべての特徴について本明細書に説明するわけではない。いずれのそのような実際の実装態様の開発において、任意のエンジニアリングもしくは設計プロジェクトの場合と同様に、多数の実装形態特有の決定を、ある実装態様から他の実装態様に変更するなどの、システム関連の制約およびビジネス関連の制約との適合などの、開発者の特定の目的を達成するために行わなければならないことを認識すべきである。さらに、そのような開発努力は、複雑であり、時間を消費するものであろうが、本開示の利点を有する当業者にとって、設計、製作、および製造の日常的な仕事であろうことを認識すべきである。
【００１１】
本発明のさまざまな実施形態の要素を導入する場合、冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、および「ｓａｉｄ」は、その要素が１つまたは複数存在することを意味することを意図する。「備える」、「含む」、および「有する」という用語は、記載された要素以外の追加の要素が存在する可能性を含む、および意味することを意図する。
【００１２】
本明細書で説明する技術は、エンジン（例えば、内燃機関）およびコンプレッサなどの多種多様な往復動装置と共に使用することができる。例えば、本明細書で説明する技術は、火花点火およびディーゼル（圧縮点火）エンジン、およびハイブリッドディーゼル燃料エンジン、およびＨＣＣＩエンジンに適用する。さまざまな構成要素をエンジンと共に使用することができる。例えば、エンジンは、特定のシリンダに対するピーク燃焼圧力の位置を発見するために使用されるシリンダ内圧力トランスデューサを備えることができる。しかしながら、圧力トランスデューサは高価であり、メンテナンスを必要とし、動作寿命が短い。上記の理由のため、ピーク燃焼圧力を判断するための、より良好で、コスト効率の良い、より頑丈で、メンテナンス頻度の低い方法が必要である。
【００１３】
図面を参照すると、図１は、エンジン駆動発電システム８の一部の一実施形態のブロック図を示す。以下に詳細に説明するように、システム８は、１つまたは複数の燃焼チャンバ１２（例えば、１、２、３、４、５、６、７、８、１０、１２、１４、１６、１８、２０、またはそれ以上の燃焼チャンバ１２）を有するエンジン１０（例えば、往復動内燃機関）を含む。図１においてシステム８はエンジンを含むが、本明細書で説明する技術は、他の種類の往復動装置にも適用することができる。空気供給装置１４は、各燃焼チャンバ１２に、空気、酸素、酸素富化空気、酸素減空気、またはそれらの任意の組み合わせなどの、加圧オキシダント１６をもたらすよう構成される。燃焼チャンバ１２はまた、燃料供給装置１９からの燃料１８（例えば、液体および／またはガス状燃料）を受け取るよう構成され、燃料−空気混合物を、各燃焼チャンバ１２内で点火および燃焼する。高温加圧燃焼ガスにより、各燃焼チャンバ１２に隣接するピストン２０が、シリンダ２６内で直線状に動かされ、ガスによって及ぼされた圧力を、回転運動に変換し、シャフト２２を回転させる。さらに、シャフト２２は、負荷２４に結合することができ、負荷２４は、シャフト２２の回転を介して動力供給される。例えば、負荷２４は、発電機などの、システム１０の回転出力を介して電力を生成することができる任意の適切な装置とすることができる。さらに、以下の説明は、空気をオキシダント１６としているが、任意の適切なオキシダントを、開示する実施形態で使用してもよい。同様に、燃料１８も、例えば、天然ガス、関連した石油ガス、プロパン、バイオガス、下水ガス、埋め立てガス、および炭鉱ガスなどの、任意の適切なガス状燃料とすることができる。
【００１４】
本明細書で開示するシステム８は、（例えば、産業用発電エンジンにおける）静止用途で、または（例えば、車または航空機における）移動用途で使用するために適合させることができる。エンジン１０は、２ストロークエンジン、３ストロークエンジン、４ストロークエンジン、５ストロークエンジン、または６ストロークエンジンとすることができる。エンジン１０はまた、任意の数の燃焼チャンバ１２、ピストン２０、および関連シリンダ（例えば、１から２４）を含むことができる。例えば、ある実施形態において、システム８は、シリンダ内で往復運動する４、６、８、１０、１６、２４、またはそれ以上のピストン２０を有する大型産業往復動エンジンを含むことができる。いくつかのそのような場合において、シリンダおよび／またはピストン２０は、約１３．５から３４センチメートル（ｃｍ）の間の直径を有することができる。いくつかの実施形態において、シリンダおよび／またはピストン２０は、約１０から４０ｃｍ、１５から２５ｃｍ、または約１５ｃｍの間の直径を有することができる。システム１０は、１０ｋＷから１０ＭＷの範囲の電力を生成することができる。いくつかの実施形態において、エンジン１０は、約１８００毎分回転数（ＲＰＭ）未満で動作することができる。いくつかの実施形態において、エンジン１０は、約２０００ＲＰＭ、１９００ＲＰＭ、１７００ＲＰＭ、１６００ＲＰＭ、１５００ＲＰＭ、１４００ＲＰＭ、１３００ＲＰＭ、１２００ＲＰＭ、１０００ＲＰＭ、９００ＲＰＭ、または７５０ＲＰＭ未満で動作することができる。いくつかの実施形態において、エンジン１０は、約７５０から２０００ＲＰＭ、９００から１８００ＲＰＭ、または１０００から１６００ＲＰＭの間で動作することができる。いくつかの実施形態において、エンジン１０は、約１８００ＲＰＭ、１５００ＲＰＭ、１２００ＲＰＭ、１０００ＲＰＭ、または９００ＲＰＭで動作することができる。例示的なエンジン１０は、例えば、Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ＣｏｍｐａｎｙのＪｅｎｂａｃｈｅｒ  Ｅｎｇｉｎｅ（例えば、Ｊｅｎｂａｃｈｅｒ  Ｔｙｐｅ  ２、Ｔｙｐｅ  ３、Ｔｙｐｅ  ４、Ｔｙｐｅ  ６、またはＪ９２０  ＦｌｅＸｔｒａ）またはＷａｕｋｅｓｈａ  Ｅｎｇｉｎｅ（例えば、Ｗａｕｋｅｓｈａ  ＶＧＦ、ＶＨＰ、ＡＰＧ、２７５ＧＬ）とすることができる。
【００１５】
駆動発電システム８は、エンジン「ノック」を検出するのに適切な１つまたは複数のノックセンサ２３を含むことができる。ノックセンサ２３は、爆燃、過早点火、および／またはピンギングによる振動などの、エンジンに起因する振動を感知することができる。ノックセンサ２３は、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）、またはワークステーションなどの電子機器２５に通信可能に接続されると示される。動作中、ノックセンサ２３からの信号は、ノッキング状態（例えば、ピンギング）が存在するかを判断するため、電子機器２５に通信される。その場合、電子機器２５は、ノッキング状態を改善または除去するために、あるエンジンパラメータを調整することができる。例えば、電子機器２５は、点火タイミングを調整し、および／またはブースト圧力を調整し、ノッキングを除去することができる。本明細書でさらに説明するように、ノックセンサ２３は、ある振動が、例えば、望まないエンジン状態を検出するためにさらに解析および分類されるべきであると、さらに導き出すことができる。
【００１６】
図２は、往復動エンジン１０のシリンダ２６（例えば、エンジンシリンダ）内に配置されるピストン２０を有するピストンアセンブリの一実施形態の横断面図である。シリンダ２６は、円筒空洞３０（例えば、ボア）を規定する内側環状壁２８を有する。ピストン２０は、軸方向軸または軸方向３４、ラジアル軸またはラジアル方向３６、および周軸または周方向３８によって規定することができる。ピストン２０は、頂部４０（例えば、トップランド）を含む。頂部４０は、一般に、燃料１８および空気１６、または燃料−空気混合物３２が、ピストン２０の往復動中に、燃焼チャンバ１２から洩れることを防ぐ。
【００１７】
図のように、ピストン２０は、連接棒５６およびピン５８を介してクランクシャフト５４に取り付けられる。クランクシャフト５４は、ピストン２０の往復直線運動を、回転運動に変換する。ピストン２０が動くと、クランクシャフト５４は、上記のように、負荷２４（図１に示す）に動力を伝えるために回転する。図のように、燃焼チャンバ１２は、ピストン２０のトップランド４０に隣接して位置づけられる。燃料噴射器６０は、燃料１８を燃焼チャンバ１２にもたらし、吸気弁６２は、空気１６の燃焼チャンバ１２への送達を制御する。排気弁６４は、エンジン１０からの排気の放出を制御する。しかしながら、燃料１８および空気１６を燃焼チャンバ１２にもたらすための、ならびに／もしくは排気を放出するための、何らかの適切な要素および／または技術を使用してもよく、いくつかの実施形態において、何らの燃料注入も用いないことを理解すべきである。動作中、燃焼チャンバ１２での燃料１８と空気１６との燃焼により、ピストン２０は、シリンダ２６の空洞３０内での軸方向３４への往復運動（例えば、前後）するよう動かされる。
【００１８】
動作中、ピストン２０がシリンダ２６内の最も高い位置にある場合、上死点（ＴＤＣ）と呼ばれる位置にある。ピストン２０がシリンダ２６の最も低い位置にある場合、下死点（ＢＤＣ）と呼ばれる位置にある。ピストン２０が上死点から下死点へ、または下死点から上死点へ動くと、クランクシャフト５４は、半回転する。上死点から下死点へ、または下死点から上死点へのピストン２０の各動きは、ストロークと呼ばれ、エンジン１０の実施形態は、２ストロークエンジン、３ストロークエンジン、４ストロークエンジン、５ストロークエンジン、６ストロークエンジン、またはそれ以上を含むことができる。
【００１９】
エンジン１０が動作している間、吸気処理、圧縮処理、動力伝達処理、および排気処理を含むシーケンスが、通常は生じる。吸気処理により、燃料と空気などの可燃混合物をシリンダ２６に引き込むことが可能となり、したがって、吸気弁６２が開き、排気弁６４が閉じる。圧縮処理は、可燃混合物をより小さなスペースに圧縮し、それにより、吸気弁６２と排気弁６４との両方が閉じられる。動力伝達処理により、圧縮燃料−空気混合物が点火される。動力伝達処理には、点火プラグシステムを介したスパーク点火、および／または圧縮熱による圧縮点火を含むことができる。その場合、燃焼から生じた圧力は、ピストン２０をＢＤＣに押し出す。排気処理は、通常は、排気弁６４が開いている間、ピストン２０をＴＤＣに戻す。その場合、排気処理は、排気弁６４を通じて、送られてきた燃料−空気混合物を排出する。２つ以上の吸気弁６２および排気弁６４をシリンダ２６ごとに使用してもよいことに留意されたい。
【００２０】
示したエンジン１０はまた、クランクシャフトセンサ６６、ノックセンサ２３、および電子機器２５を含み、電子機器２５には、プロセッサ７２およびメモリ７４が含まれる。クランクシャフトセンサ６６は、クランクシャフト５４の位置および／または回転速度を感知する。それに応じて、クランク角度またはクランクタイミング情報を導出することができる。すなわち、燃焼エンジンをモニタリングする場合、タイミングは、クランクシャフト５４角度の点からよく表される。例えば、４ストロークエンジン１０のフルサイクルは、７２０°サイクルとして測定することができる。ノックセンサ２３は、圧電性加速度計、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）センサ、ホール効果センサ、ならびに／もしくは振動、加速度、音、および／または動きを感知するよう設計される他の任意のセンサとすることができる。
【００２１】
エンジン１０の衝撃性質のため、ノックセンサ２３は、シリンダ２６の外側に取り付けられた場合でも、波形を検出することが可能となる可能性がある。しかしながら、ノックセンサ２３は、シリンダ２６内、またはシリンダ２６の周りのさまざまな位置に配置することができる。さらに、いくつかの実施形態において、単一のノックセンサ２３を、例えば、１つまたは複数の隣接シリンダ２６と共有することができる。他の実施形態において、各シリンダ２６は、１つまたは複数のノックセンサ２３を含むことができる。クランクシャフトセンサ６６およびノックセンサ２３は、電子機器２５と電子的に通信するものとして示される。
【００２２】
電子機器（例えば、エンジン制御ユニットまたはワークステーション）は、プロセッサ７２または複数プロセッサ、メモリ７４、および入力／出力（すなわち、Ｉ／Ｏ）を含むことができる。プロセッサ７２は、複数のマイクロプロセッサ、１つまたは複数の「汎用」マイクロプロセッサ、１つまたは複数の特定用途向けマイクロプロセッサ、および／または１つまたは複数の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣＳ）、システムオンチップ（ＳｏＣ）、または他の何らかのプロセッサ構成を含むことができる。例えば、プロセッサ７２は、１つまたは複数の縮小命令セット（ＲＩＳＣ）プロセッサまたは複合命令セット（ＣＩＳＣ）プロセッサを含むことができる。プロセッサ７２は、メモリ７４に動作可能に結合され、本開示の技術を実行するためにメモリ７４に格納された命令を実行することができる。これらの命令は、メモリ７４および／または他のストレージなどの、有形非一時的コンピュータ読取り可能媒体に格納されるプログラムまたはコードで符号化することができる。本実施形態において、メモリ７４は、コンピュータ読込み可能媒体を含む。限定するものではないが、ハードディスクドライブ、固体状態ドライブ、ディスケット、フラッシュドライブ、コンパクトディスク、デジタル・ビデオ・ディスク、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭおよび／またはフラッシュＲＡＭ）、および／またはプロセッサ７２が命令（例えば、ピーク燃焼圧力の位置を判断するためのソフトウェアまたはファームウェア）および／またはデータ（例えば、ノックセンサ信号）を格納、検索、および／または実行することを可能にする任意の適切なストレージデバイスを含む。さらに、電子機器２５は、例えば、燃焼タイミングの調整、弁６２、６４、タイミング、ならびに燃料およびオキシダント（例えば、空気）の送達の調整などにより、エンジン１０の動作をモニタリングおよび制御することができる。電子機器２５のプロセッサ７２は、ノックセンサ２３から受信したノック信号にアクセスすることができる。理解されるであろうように、プロセッサ７２は、ピーク燃焼圧力の位置を判断するよう構成することができる。
【００２３】
図３は、ノックセンサから受信した信号から生じた信号振幅を、時間に対してプロットした一連の図である。図３および図４のプロットが示されているが、プロットは例示的なものであり、電子機器２５のプロセッサ７２は、同様のプロットを生成することなく、以下に記載するようなデータを単に処理することができる。以下の解析は、プロセッサ７２がピーク燃焼圧力の位置を判断するために、プロセッサ７２によって実行する（例えば、コードを実行する）ことができる。図３から図５で説明するステップは、電子機器２５のメモリ７４に格納され、プロセッサ７２によって命令として実行することができる。図３のプロットのそれぞれは、ｘ軸８４に沿って示した時間（例えば、クランク角度、ミリ秒、または秒）を有し、プロットは、ｙ軸８６に沿った振幅（例えばノックセンサ２３から受信した振動信号の振幅）を有する。第１のプロット８０は、シリンダ２６に対してスパークが発生した時間を示すスパーク図である。スパークは、第１のプロット８０における点８８で発生する。第２のプロット９０は、圧力トランスデューサからのシリンダ２６における圧力測定値の信号を示す。圧力トランスデューサを使用して、シリンダ２６におけるピーク燃焼圧力を判断することができる。図３に示すように、圧力トランスデューサは、圧力が点９２でピーク燃焼圧力に向けて高まっていくことを示す信号を受信する。前述のように、エンジンパラメータを最適化するためにピーク燃焼圧力点９２の位置９３を把握することが望ましい。しかしながら、圧力トランスデューサは高価であり、動作寿命が短い。したがって、ピーク燃焼圧力の位置を判断するより良い方法が必要とされる。本開示の一実施形態において、ノックセンサ２３は、プロセッサ７２と共に使用され、シリンダ２６に対するピーク燃焼圧力の位置９３を判断する。
【００２４】
図３の第３のプロット９４は、図２のノックセンサ２３からの未フィルタリング信号９６を示す。信号は、電子機器２５によって受信される。次いで、電子機器２５のプロセッサ７２は、ノックセンサ２３から受信した信号（例えば、未フィルタリング信号９６）をサンプリングするか、または信号（例えば、未フィルタリング信号９６）にアクセスすることができる。次いで、プロセッサ７２は、ピーク燃焼圧力の（時間またはクランク角度における）位置を判断することができる。以下で説明するように、ピーク燃焼圧力の位置は、フィルタリングすることにより、または微分もしくは積分解析を実行することにより、判断することができる。例えば、プロセッサ７２は、ノック信号をフィルタリングすることか、ノック信号の微分値を計算することか、またはノック信号の積分値を計算することなどにより、ノック信号に基づく結果の信号を判断することができる。さらに、以下で説明するように、プロセッサ７２は、シリンダのピーク燃焼圧力の位置に対応する、結果信号ピーク位置を判断することができる。
【００２５】
電子機器２５のプロセッサ７２または他のハードウェア（例えば、ローパスまたはバンドパスフィルタ回路）は、ノックセンサ２３から受信した信号をフィルタリングすることができる。例えば、電子機器２５は、（１つまたは複数のローパスおよび／またはバンドパスフィルタを伴う）フィルタバンクを使用することができる一実施形態において、電子機器２５は、約２ｋＨｚ未満の信号を使用することができる。すなわち、２ｋＨｚを超える周波数は、減衰される可能性があり、一方、約２ｋＨｚ未満の周波数は、通過することが可能である。一例として、電子機器２５は、プロセッサ７２または他のハードウェアを介して、４極ローパスまたはバンドパスフィルタをノック信号に適用することによってノック信号をフィルタリングすることができる。第４のプロット９８は、第３のプロット９４での未フィルタリング信号９６に基づいて、電子機器２５のプロセッサ７２または他のハードウェアによって生成されたフィルタ済み信号１００（例えば、結果信号）を示す。フィルタ済み信号１００は、圧力トランスデューサプロット９０によって示されるようなピーク燃焼圧力と対応するピーク振幅１０２を有する。したがって、ピーク燃焼圧力の位置を判断するために、プロセッサ７２は、ノックセンサ２３からフィルタ済み信号１００のピーク振幅１０２の位置１０３を発見することができる。位置１０３は、プロット９０でのピーク燃焼圧力９２の位置によって示されるように、シリンダ２６のピーク燃焼圧力の位置に対応する。さらに、電子機器２５は、生信号をフィルタリングする際の遅延に対して調整することができる。遅延を組み込む、および／またはフィルタに基づいて事前に判断することができると、遅延は既知の値とすることができる。したがって、ピーク燃焼圧力の位置を判断することは、生信号をフィルタリングする際の遅延に対応する（例えば、オフセットを考慮する）ようフィルタ済み信号１００を調整することを含むことができる。さらに、および／またはあるいは、電子機器２５は、微分または積分解析を使用することによってピーク燃焼圧力の位置を判断するよう構成することができる。
【００２６】
電子機器２５のプロセッサ７２は、ノックセンサ２３からの生信号データの１つまたは複数の微分値を取るよう構成することができる。前述のように、図４に関して説明する処理は、メモリ７４に格納され、プロセッサ７２により命令として実行することができる。図４は、微分アプローチを使用した振幅対時間の一連のプロットを示す。第１のプロット１０４は、ノックセンサ２３からの生信号データ１０６の別の例を示す。生信号は、振動信号１０８および１１０などの、ピーク燃焼圧力と関連しない振動信号を含むことができる。さらに、生信号データは、燃焼からノイズ１１１が少量であると思われる部分を含む。電子機器２５は、プロセッサ７２を介して、生信号データ１０６の微分値を計算することができる。図４の第２のプロット１１２は、第１のプロット１０４の生信号データ１０６に基づいて計算される微分値１１４を示す。第２のプロット１１２に示すように、ピーク燃焼圧力と関連しなかった振動信号１０８および１１０の微分値１１４は、微分信号１１６および１１８に減少している。さらに、第１の微分値１１４は、生信号データ１０６での燃焼と関連した少量のノイズ１１１を、より増強された信号１２０に増大した。第３のプロット１２４は、プロセッサ７２によって計算される生信号データ１０６の第３の微分値１２６を示す。第１の微分値と同様に、振動信号１０８および１１０の第３の微分信号１２８および１３０は、第１の微分信号１１６および１１８より小さな振幅を有する。さらに、第３の微分値は、燃焼処理からさらに増強された振幅を伴う信号１３２を含む。
【００２７】
プロセッサ７２は、微分値間の変化の割合が閾値割合を下回って減少するまで、ノックセンサ２３データの微分値の計算を続けることができる。例えば、第４のプロット１３４は、元の信号１０６の第１７の微分値（例えば、結果信号１３６）とすることができる。第１７の微分値と第１６の微分値との間の変化は小さいとすることができ、燃焼に関係しない信号は、振幅が減少し続ける。さらに、燃焼信号１３８の振幅は、飽和する（すなわち、変化しない）。したがって、追加微分値がプロセッサ７２によって計算されると、燃焼信号１３８は、他の信号に比べて強化され、一方、微分値間の変化の割合が減少する。例えば、第１６および第１７の微分値間の変化の割合は、第１および第２の微分値間の変化の割合よりも小さいであろう。変化の割合が閾値割合（例えば、プロット１３４の第１７の微分値）を下回って減少すると、プロセッサ７２は、ピーク振幅の位置を見つけることによってシリンダ２６のピーク燃焼圧力の位置を判断することができる。例えば、図４は、燃焼信号１３８が最大であるピーク燃焼圧力の（例えば、ミリ秒またはクランク角度での）位置１４４を示す。
【００２８】
別の実施形態において、電子機器２５（例えば、電子制御ユニット）のプロセッサ７２は、積分解析を実行することによって（すなわち、生センサデータに基づく１つまたは複数の積分値を計算することによって）エンジン１０のシリンダ２６のピーク燃焼圧力の位置を判断するよう構成することができる。積分解析を実行する処理は、メモリ７４に格納され、プロセッサ７２により命令として実行することができる。プロセッサ７２がピーク燃焼圧力の位置を判断するために、プロセッサ７２は、ノックセンサ２３からの信号の絶対値を２乗するか、絶対値を取り、正の振幅を取得することができる。次いで、プロセッサ７２は、ノックセンサ２３からの信号の１つまたは複数の積分値を計算し続けることができる。次いで、プロセッサ７２は、積分信号のピークの位置を見つけることによりピーク燃焼圧力の位置を判断することができる。プロセッサ７２は、ピーク燃焼圧力の（時間またはクランク角度での）位置に対応する積分信号のピークの位置を判断することができる。
【００２９】
図５は、電子機器２５のプロセッサ７２によって実行される処理１５０（例えば、実行コード）のフローチャートである。処理１５０は、電子機器２５のメモリ７４に格納され、プロセッサ７２によって命令として実行することができる。プロセッサ７２は、クランクシャフト５４を有するエンジン１０のシリンダ２６のノックセンサ２３から信号を受信することによって開始することができる。プロセッサ７２は、図３の未フィルタリング信号９６または図４の生信号データ１０６などの、ノックセンサ２３から受信したノック信号にアクセスする（ブロック１５２）ことによって続けることができる。
【００３０】
次いで、プロセッサ７２は、ノックセンサに少なくとも部分的に基づいてピーク燃焼圧力の位置を判断する（ブロック１５４）ことができる。位置を見つけるために、例えば、プロセッサ７２は、ノック信号をフィルタリングするか、ノック信号の１つまたは複数の微分値を計算するか、またはノック信号の１つまたは複数の積分値を計算するか、またはその任意の組み合わせによるノック信号に基づく結果信号を判断することができる。ノック信号をフィルタリングすることは、フィルタバンク（例えば、１つまたは複数のローパスまたはバンドパスフィルタ）を使用することによって実行することができる。プロセッサ７２は、ピーク燃焼圧力の位置に対応するフィルタ済み信号（例えば、結果信号）のピーク振幅の位置を使用することができる。さらに、プロセッサ７２は、フィルタリング時間の間の（時間またはクランク角度での）位置のオフセットを考慮することができる。あるいは、および／またはさらに、プロセッサ７２は、ノック信号の１つまたは複数の微分値（例えば、結果信号）を計算することができる。プロセッサ７２は、変化の割合が、ある閾値を下回って低下するか、または所定の量の微分値を取るまで、微分値を計算することができる。プロセッサ７２が微分値を取ると、プロセッサ７２は、シリンダ２６におけるピーク燃焼圧力の位置に対応する微分値のピーク振幅の位置を使用することができる。あるいは、および／またはさらに、プロセッサ７２は、積分解析を実行することができる。プロセッサ７２は、例えば、信号を正にするためにノック信号の２乗値または絶対値を計算することができる。プロセッサ７２は、ノック信号の積分値を計算する（例えば、結果信号を発見する）ことができる。次いで、プロセッサ７２は、シリンダ２６におけるピーク燃焼圧力の位置に対応する積分値のピークの位置を発見することができる。次いで、プロセッサ７２は、ピーク燃焼圧力の位置の指示を生成する（ブロック１５６）ことができる。例えば、指示は、シリンダ２６におけるピーク燃焼圧力の位置の値（例えば、時間またはクランク角度値）とすることができる。
【００３１】
開示する実施形態の技術的効果は、エンジンのシリンダにおけるピーク燃焼圧力の位置の指示を生成することに関する。より詳しくは、電子機器は、ノックセンサからのノック信号を使用することによってエンジンのシリンダにおけるピーク燃焼圧力の位置の指示を生成することができる。電子機器は、エンジンのシリンダからの振動／ノイズ信号を読み取るノックセンサからノック信号を受信する。電子機器のプロセッサは、ノックセンサからのノック信号を使用することによって、燃焼中のエンジンのシリンダにおけるピーク燃焼圧力の（時間またはクランク角度での）位置を判断する。プロセッサは、ローパスまたはバンドパスフィルタを使用してノック信号をフィルタリングすることによって結果信号を判断することができる。あるいは、および／またはさらに、プロセッサは、結果信号としてのノック信号の微分値または積分値を計算することができる。結果信号のピークの位置は、ピーク燃焼圧力の位置に対応することができる。プロセッサは、ピーク燃焼圧力と関連する時間またはクランク角度の指示などの、ピーク燃焼圧力の位置の指示を生成することができる。その場合、ピーク燃焼圧力の位置を使用して、エンジン動作パラメータを改善することができる。
【００３２】
本明細書は最良の形態を含む本発明を開示するため、および、あらゆるデバイスまたはシステムを製作し、ならびに使用し、およびあらゆる組込方法を実行することを含む任意の当業者が本発明を実施することを可能にするための例を用いる。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到するその他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、特許請求の範囲の文言との差がない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言との実質的な差がない等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にある。
【符号の説明】
【００３３】
８  エンジン駆動発電システム
１０  エンジン
１２  燃焼チャンバ
１４  空気供給装置
１６  空気、加圧オキシダント
１８  燃料
１９  燃料供給装置
２０  ピストン
２２  シャフト
２３  ノックセンサ
２４  負荷
２５  電子機器
２６  シリンダ
２８  内側環状壁
３０  円筒空洞
３２  燃料−空気混合物
３４  軸方向
３６  ラジアル方向
３８  周方向
４０  トップランド、頂部
５４  クランクシャフト
５６  連接棒
５８  ピン
６０  燃料噴射器
６２  吸気弁
６４  排気弁
６６  クランクシャフトセンサ
７２  プロセッサ
７４  メモリ
８０  第１のプロット
８４  ｘ軸
８６  ｙ軸
９０  第２のプロット
９２  ピーク燃焼圧力点
９３  ピーク燃焼圧力点の位置
９４  第３のプロット
９６  未フィルタリング信号
９８  第４のプロット
１００  フィルタ済み信号
１０２  ピーク振幅
１０３  位置
１０４  第１のプロット
１０６  生信号データ
１０８  振動信号
１１１  ノイズ
１１２  第２のプロット
１１４  第１の微分値
１１６  第１の微分信号
１２０  増強された信号
１２４  第３のプロット
１２６  第３の微分値
１２８  第３の微分信号
１３２  信号
１３４  第４のプロット
１３６  結果信号
１３８  燃焼信号
１４４  位置
１５０  処理
１５２  ブロック
１５４  ブロック
１５６  ブロック
【図１】
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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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