(57)【要約】【課題】  EGR（排気ガス再循環）制御された往復エンジンのフィードバック制御として使用される、異常燃焼状態をイオン化信号を用いて検出するための装置および方法を提示すること。【解決手段】システムは、運転エンジンの連続サイクルに対する一連のイオン化信号を受信し、信号安定性のために複数の関連したイオン化信号を処理する。それらのイオン化信号をチェックして、ノックまたは失火などの異常燃焼状態が起こったかどうかを決定する。往復エンジンの燃焼事象の間にエンジンパラメータに関して変化するイオン化信号の変動が測定され、浮動有界空間がそのイオン化信号に関係付けられる。イオン化信号の一部分が浮動有界空間内に入った場合、異常燃焼状態が検出された旨の指示が提供される。【選択図】  図１
2005315256.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスを再循環させて所望のNOx排出レベルを達成するための排気ガス再循環（EGR）バルブを有する往復エンジンの火花点火される燃焼室内の異常燃焼状態を検出する方法であって、前記異常燃焼状態は失火およびノックの一方を含み、前記方法は：
前記往復エンジンの燃焼事象の間、エンジンパラメータに関して変化するイオン化信号の変動を検出するステップと；
浮動有界空間を前記イオン化信号に関係付けるステップと；
前記イオン化信号の一部分が前記浮動有界空間内にあるかどうかを決定するステップと；
前記イオン化信号の前記一部分が前記浮動有界空間内にある場合は前記EGRバルブの出力を調節するステップとを備える；
方法。
【請求項２】
更に、前記イオン化信号を検出するステップを備え、前記エンジンは１．４よりも大きなλに相当する空燃比で運転される；
請求項１の方法。
【請求項３】
前記異常燃焼状態は失火であり；
前記イオン化信号の前記一部分が前記浮動有界空間内にあるかどうかを決定するステップは、前記イオン化信号の前記一部分が、前記浮動有界空間の持続時間に対応する広範囲の期間の間、前期浮動有界空間内にとどまるかどうかを決定するステップを備える；
請求項１の方法。
【請求項４】
更に、二次センサをチェックすることによって前記失火が起こったことを確認するステップを備える；
請求項３の方法。
【請求項５】
前記異常燃焼状態はノックであり；
前記イオン化信号の前記一部分が前記浮動有界空間内にあるかどうかを決定するステップは、前記イオン化信号のいずれかの部分が前記浮動有界空間内にあるかどうかを決定するステップを備える；
請求項１の方法。
【請求項６】
前記浮動有界空間は第１部分と第２部分とからなり；
前記イオン化信号の前記一部分が前記浮動有界空間内にあるかどうかを決定するステップは、前記イオン化信号のいずれかの部分が前記第１部分および前記第２部分の一方内にあるかどうかを決定するステップを備える；
請求項５の方法。
【請求項７】
指示を提供するステップが、前記イオン化信号の前記いずれかの部分が前記第１部分内にあって前記第２部分にはない場合の初期ノックの指示と、前記イオン化信号の前記いずれかの部分が前記第２部分内にある場合の過酷ノックの指示との一方を提供するステップを備える；
請求項６の方法。
【請求項８】
更に、前記浮動有界空間の位置と寸法の少なくとも一方をエンジン運転状態の関数として調節するステップを備え；
前記エンジン運転状態はエンジン回転速度、エンジン負荷、および所望のパーセントEGRの少なくとも一つを含む；
請求項１の方法。
【請求項９】
更に、前記異常燃焼状態が検出された場合に燃焼パラメータを調節するステップを備える；
請求項１の方法。
【請求項１０】
前記異常エンジン状態は失火であり、前記燃焼パラメータを調節するステップは、点火時期を調節するステップおよび前記パーセントEGRを減少させるステップの少なくとも一方をを備える；
請求項９の方法。
【請求項１１】
前記異常エンジン状態はノックであり、前記燃焼パラメータを調節するステップは、点火時期を遅らせるステップおよび前記パーセントEGRを調節するステップの少なくとも一方を含む、請求項９の方法。
【請求項１２】
排気ガスを再循環させて所望のNOx排出レベルを達成するための排気ガス再循環（EGR）バルブを有する往復エンジンにおける異常燃焼サイクルを識別する方法であって、前記異常燃焼サイクルは異常事象によって特徴付けられ、前期方法は：
a）一部の燃焼サイクルは正常で、他の燃焼サイクルは前記異常事象によって特徴付けられている前記往復エンジンの複数の連続燃焼サイクルに対して、エンジン回転位置に対するイオン化電流に関係するイオン化信号を収集するステップと；
b）前記正常燃焼サイクルに対する前記イオン化信号から区別する前記異常燃焼サイクルに対する前記イオン化信号の特性を認識するステップと；
c）少なくとも一つの浮動有界空間を前記イオン化信号に関係付けるとともに、前記異常燃焼サイクルを区別する特性を前記浮動有界空間が捕捉するように前記浮動有界空間の位置および寸法を調節するステップと；
d）次に生成されるイオン化信号を前記浮動有界空間を用いてテストすることによって、前記往復エンジンの正常および異常の燃焼サイクルを区別するステップとを備える；
方法。
【請求項１３】
前記エンジンは１．４より大きなλに相当する空燃比で運転され；
更に、前記イオン化信号を検出するステップを備える；
請求項１２の方法。
【請求項１４】
更に、正常信号および異常事象の両者から第２の異常事象を区別する前記イオン化信号の第２の特性を識別するステップと；
前記第２の異常事象に対してステップc〜dを繰り返すステップとを含む；
請求項１２の方法。
【請求項１５】
前記異常事象は初期ノックであり、前記第２の異常事象は過酷ノックである；
請求項１４の方法。
【請求項１６】
前記異常事象は失火およびノックの一方である；
請求項１２の方法。
【請求項１７】
更に、異常事象が検出された場合に指示を提供するステップを備える；
請求項１２の方法。
【請求項１８】
更に、異常事象が検出された場合に排気ガス再循環の量を調節するステップを備える；
請求項１２の方法。
【請求項１９】
前記浮動有界空間の位置および寸法を調節するステップは、前記浮動有界空間の位置および寸法の少なくとも一方をエンジン運転状態の関数として調節するステップを含み、前記エンジン運転状態はエンジン回転速度、エンジン負荷、および前記往復エンジン内で再循環する排気ガスの所望量の少なくとも一つを含む；
請求項１２の方法。
【請求項２０】
前記異常事象は失火であり；
前記少なくとも一つの浮動有界空間を前記イオン化信号に関係付けるとともに前記浮動有界空間の位置および寸法を調節するステップは：
始動エンジン回転位置を設定するステップと；
前記浮動有界空間の持続時間を決定するステップと；
前記持続時間の間の最低イオン化信号レベルを決定するステップと；
前記始動エンジン回転位置における前記浮動有界空間の位置を前記最低イオン化信号レベルに調節するステップとを備える；
請求項１２の方法。
【請求項２１】
更に、イオン化信号と関係付けられた前記燃焼サイクルが異常燃焼サイクルであるかまたは正常燃焼サイクルであるかを識別するために使用可能なエンジンパラメータに基づいて、前記イオン化信号を正常燃焼サイクルに対するイオン化信号と異常燃焼サイクルに対するイオン化信号とに分離するステップとを備える；
請求項１２の方法。
【請求項２２】
前記エンジンパラメータは図示平均有効圧力である；
請求項２１の方法。
【請求項２３】
前記エンジンパラメータはシリンダ圧力の導関数のピークである；
請求項２１の方法。
【請求項２４】
排気ガスを再循環させて所望のNOx排出レベルを達成するための排気ガス再循環（EGR）バルブを有する往復エンジンの異常燃焼状態を検出する方法であって：
運転しているエンジンに関して前記異常燃焼状態を正常燃焼状態から区別するイオン化信号の特性を浮動有界空間が補足するように、前記浮動有界空間を前記イオン化信号に関係付けるステップと；
燃焼事象の間、エンジンパラメータに関するイオン化信号の変動を検出するステップと；
前記イオン化信号の一部分が前記浮動有界空間内に入る場合は排気ガス再循環の量を調節するステップとを備える；
方法。
【請求項２５】
前記エンジンは１．４より大きなλに相当する空燃比で運転されており；
更に、前記イオン化信号を検出するステップを備える；
請求項２４の方法。
【請求項２６】
前記異常燃焼状態は失火であり；
前記排気ガス再循環の量を調節するステップは、前記浮動有界空間の持続時間に対応する広範囲の期間に対する前記浮動有界空間内に前記イオン化信号の前記一部分がある場合に排気ガス再循環の量を減少させるステップを備える；
請求項２４の方法。
【請求項２７】
前記異常燃焼状態はノックであり；
前記排気ガス再循環の量を調節するステップは、前記イオン化信号のいずれかの部分が前記浮動有界空間内にある場合に排気ガス再循環の量を増加させるステップを備える；
請求項２４の方法。
【請求項２８】
前記浮動有界空間は第１部分と第２部分とからなり；
前記排気ガス再循環の量を調節するステップは、前記イオン化信号のいずれかの部分が前記第２部分内にある場合は、前記イオン化信号のいずれかの部分が前記第１部分内にあって、かつ、前記第２部分の外側にあるときに増加される量よりも大きな量だけ排気ガス再循環の量を増加させるステップを備える；
請求項２４の方法。
【請求項２９】
異常燃焼状態を決定するために使用される浮動有界空間および前記浮動有界空間の始点を決定する方法であって：
燃焼事象の間、エンジンパラメータに関して変化する一セットのイオン化信号を受信するステップであって、前記セットは、排気ガスを再循環させて所望のNOx排出レベルを達成するための排気ガス再循環バルブを有して作動しているエンジンに関して、正常燃焼状態に対応するイオン化信号と、少なくとも一つの異常燃焼状態に対応するイオン化信号とを有するステップと；
前記浮動有界空間の始点および寸法を調節するステップであって、前記少なくとも一つの異常燃焼状態に対応する前記イオン化信号の選択された部分が確実に前記浮動有界空間内に入るとともに正常燃焼状態に対応する前記イオン化信号が確実に前記浮動有界空間の外側にくるようにするステップとを備える；
方法。
【請求項３０】
前記少なくとも一つの異常燃焼状態は失火であり；
前記始点および寸法を調節するステップは、前記始点および領域の少なくとも一方を調節するステップであって、前記少なくとも一つの異常燃焼状態に対応する前記イオン化信号の前記選択された部分が、前記浮動有界空間の持続時間に対応する広範囲の期間の間、確実に前記浮動有界空間内にとどまるとともに前記正常燃焼状態に対応する前記イオン化信号が確実に前記浮動有界空間の外側にくるように調節するステップを備える；
請求項２９の方法。
【請求項３１】
前記少なくとも一つの異常燃焼状態はノックであり；
前記イオン化信号の前記選択された部分は前記イオン化信号の任意の部分であり；
前記始点および領域の前記少なくとも一方を調節するステップは、前記少なくとも一つの異常燃焼状態に対応する前記イオン化信号の前記選択された部分が確実に前記浮動有界空間内に入るとともに、前記正常燃焼状態に対応する前記イオン化信号が確実に前記浮動有界空間の外側にくるように、前記始点および前記寸法の少なくとも一方を調節するステップを備える；
請求項２９の方法。
【請求項３２】
前記浮動有界空間は上部と下部とを有し；
前記ノックは初期ノックであり；
前記始点および寸法の前記少なくとも一方を調節するステップは、前記少なくとも一つの異常燃焼状態に対応する前記イオン化信号の選択された部分が確実に前記下部内に入りつつも前記上部の外側にくるとともに、前記正常燃焼状態に対応する前記イオン化信号が前記浮動有界空間の外側にくるように、前記始点および前記寸法の少なくとも一方を調節するステップを備える；
請求項２９の方法。
【請求項３３】
前記浮動有界空間は上部と下部とを有し；
前記ノックは苛酷ノックであり；
前記始点および寸法の前記少なくとも一方を調節するステップは、前記少なくとも一つの異常燃焼状態に対応する前記イオン化信号の前記選択された部分が確実に前記上部内に入るとともに、前記正常燃焼状態に対応する前記イオン化信号が確実に前記上部の外側にくるように、前記始点および前記寸法の少なくとも一方を調節するステップを備える；
請求項２９の方法。
【請求項３４】
前記浮動有界空間は浮動するボックスである、請求項２９の方法。
【請求項３５】
前記浮動有界空間の始点および寸法を調節するステップは、前記浮動有界空間の前記始点および前記寸法の少なくとも一方をエンジン運転状態の関数として調節するステップを含み、前期エンジン運転状態はエンジン回転速度、エンジン負荷、および排気ガス再循環の所望パーセントの少なくとも一つを含む；
請求項２９の方法。
【請求項３６】
排気ガスを再循環させて所望のNOx排出レベルを達成するための排気ガス再循環バルブを有する往復エンジンの異常燃焼状態を検出する方法であって：
エンジンに関して正常燃焼状態から前記異常燃焼状態を区別するイオン化信号の特性を浮動有界空間が補足するように、前記浮動有界空間を前記イオン化信号に関係付けるステップと；
燃焼事象の間、エンジンパラメータに関するイオン化信号の変動を検出するステップと；
前記イオン化信号の一部分が前記浮動有界空間内に入るかどうかを検出するステップと；
前記イオン化信号の前記一部分が前記浮動有界空間内に入る場合に排気ガス再循環の量を調節するステップとを備える；
方法。
【請求項３７】
更に、前記イオン化信号の前記一部分が前記浮動有界空間内に入る場合に前記異常燃焼状態が検出された旨の指示を提供するステップを備える；
請求項３６の方法。
【請求項３８】
前記異常エンジン状態は失火であり；
前記燃焼パラメータを調節するステップは、点火時期を調節するステップおよび排気ガス再循環の量を減少させるステップの少なくとも一方を備える；
請求項３６の方法。
【請求項３９】
前記異常エンジン状態はノックであり；
前記燃焼パラメータを調節するステップは、点火時期を遅らせるステップおよび排気ガス再循環の量を増加させるステップの少なくとも一方を備える；
請求項３６の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連特許出願に対する相互参照）
本特許出願は２００２年１１月１日出願の、同時係属中の米国特許出願第１０／２８６，３５３号の一部継続である。
【０００２】
（発明の技術分野）
本発明は、一般に火花点火エンジンの点火システムに関し、より詳細には排気ガス再循環を用いる往復エンジンの上記システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
産業界は、理論燃焼（化学量論的）エンジンの失火やノックなどの異常燃焼状態や概略空燃比を検出するための、イオン化信号を用いた各種技術を開発してきた。燃焼ガス中に存在する遊離イオンは電導性であり、イオン化プローブをまたいで電圧を加えることによって測定可能である。あるいは、電圧は、点火プラグが燃焼混合気を点火した後、点火プラグの電極をまたいで印加される。印加された電圧はイオン化ガスの中に電流を誘起し、それを測定してイオン化信号を提供する。イオン化信号はそのエンジンを制御する制御パラメータとして用いられる。例えば、米国特許第６，０２９，６２７号では、イオン化信号と排気中の単一O2センサを用いてエンジンの空燃比を制御することによって理論燃焼運転を達成する。この技術は、O2センサを用いてエンジンの理論燃焼混合気全体の理論燃焼を達成した後、それぞれ個別のシリンダのイオン化信号の振幅つまり第１局部ピークの位置をイコライズする。米国特許第５，９９２，３８６号に開示された別の技術は、ノックなどの異常燃焼状態を検出するためにイオン化信号の周波数分析を行う。これらのシステムはイオン化信号を積分して、その積分信号の大きさを正常燃焼事象の積分信号の大きさと比較する。異常燃焼状態が検出されるのは、積分信号の大きさが或る閾値のレベルよりも上にある場合であり、その閾値レベルは正常燃焼事象の積分信号の大きさより上に設定される。
【０００４】
理論燃焼エンジンの欠点の一つは汚染物質の排出である。一定のエンジンタイミングと負荷では、典型的なガスエンジンのNOx排出レベルは空燃比に依存する。化学的に正しい（つまり、理論燃焼）比の近くでは、NOx排出物は、過剰空気量が増すに連れてピークに達した後、大幅に低下する。高い空燃比で安定した燃焼工程を維持することは管理が難しい。その結果、従来の火花点火ガスエンジンは通常、理論燃焼空燃比の近くで運転され、NOx排出物を削減するために触媒コンバータによる排気後処理に依存する。
【０００５】
政府機関と業界標準設定グループは、汚染物質を削減するために、許容排出物の量を削減しつつある。その結果、業界の動きは、安定した燃焼状態の維持が困難であるにも関わらず、排出物の削減のために希薄混合気燃焼エンジンを使用する方向にある。燃焼中に更に多量の空気を用いることによって、ターボチャージ式希薄混合気燃焼エンジンは、パワーを犠牲にすることなく燃料効率を高めることが可能で、従来の理論燃焼エンジンよりも亜酸化窒素汚染物質の生成を少なくすることができる。
【０００６】
排出物を削減するもう一つの方法は、より多量の空気の代わりに、排気ガスを燃焼混合気に加えて排出物を削減することである（つまり、排気ガス再循環）。排気ガスはすでに燃焼しているので、再循環されても再び燃えることはない。排気ガスは燃えないので、ピーク燃焼温度を低くする。燃焼温度が下がると窒素は酸素と化合物を形成できないので、排気ガスと一緒にシステムの外に運ばれる。NOx制御の要件は各種エンジンによって変化するため、これらの機能を提供する各種の制御システムが存在する。ほとんどの新型の自動車に最も一般的に使用されているのは、真空作動式EGRバルブである。また、EGRシステムに直接関係する制御装置であって、例えば熱真空スイッチ、可変バルブタイミング、ポート式真空スイッチ、ベンチュリ真空アンプ、EGR遅延タイマコントロール、背圧変換器などのようにシステム内で同一機能を完結するその他の制御装置も存在する。各エンジンに対するEGRガス流の量は、多すぎたり少なすぎたりすればエンジンの吸気特性を変化させて性能を妨げる可能性があり、失火やノックを引き起こすかもしれないので較正の必要がある。過大な排気ガス流はエンジン性能を阻害して失火を引き起こすかもしれない。過少な排気ガス流はNOxを増加させて、エンジンノックを引き起こす可能性がある。
【０００７】
イオン化の検知は、これらのEGR制御エンジンでは大きくは利用されていなかった。混合気の性質から、NOxを含むイオン化分子状粒子の濃度は理論燃焼状態におけるよりもはるかに小さい。その結果、イオン化信号は非常に強度が低く、かつ、変動性が大きい。理論燃焼運転のためにイオン化信号を用いて開発された技術は、高EGR運転には適さない。例えば、一部の高EGR運転エンジンのイオン化信号は十分に変動的であり、多くの要因のために信号の積分を確実に実行できないほどに大きさも低い。これらの要因は、イオン化信号の大きさに対してノイズレベルが高いこと、イオン化信号の変動性、および結果としての積分信号の大きさが低いことを含む。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記に鑑みて、本発明の目的は、理論燃焼エンジンの排気ガス再循環（EGR）制御と共に使用されるイオン化信号に基づいて、エンジンの失火とノックなどの異常な燃焼状態を確実に検出することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的は本発明によって獲得されるものの一つであり、往復エンジンの燃焼室内の異常燃焼状態を検出する方法を提供する。異常燃焼状態は失火とノックとを含む。この方法は、往復エンジンの燃焼事象の間、エンジンパラメータに関して変化するイオン化信号の変動を測定し、浮動有界空間をそのイオン化信号に関係付け、イオン化信号の一部分がその浮動有界空間内にあるかどうかを決定し、イオン化信号の一部分が浮動有界空間内にある場合に異常燃焼状態が検出された旨の指示を提供する。
【００１０】
浮動有界空間と、浮動有界空間のための起点を決定する方法も開示される。その方法は、ある燃焼事象の間、エンジンパラメータに関して変化する一セットのイオン化信号を受信するステップを含む。そのイオン化信号のセットは、高EGRで運転するエンジンに関して、正常燃焼状態に対応するイオン化信号と、少なくとも一つの異常燃焼状態に対応するイオン化信号とを有する。その方法は更に、浮動有界空間の起点と寸法を、少なくとも一つの異常燃焼状態に対応するイオン化信号の選択部分が確実に浮動有界空間内に入り、かつ、正常燃焼状態に対応するイオン化信号が確実に浮動有界空間の外側に来るように調節するステップを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明を幾つかの好ましい実施例に関して説明するが、本発明をこれらの実施例に限定する意図はない。その反対に、意図するところは、添付の請求項によって定義される本発明の精神と範囲内に含まれるすべての代替、修正および均等を包含することである。
【００１２】
本発明は、高EGR制御の往復エンジンにおける異常燃焼状態をイオン化信号を用いて検出する装置と方法を提供する。本明細書で使用する場合、高EGRとは、ＮＯxが所望のレベル内にあるようなEGRのレベルを意味する。最初に図１（ａ）を参照すると、本発明の運転環境を例示するシステム１００が示される。システムはイオン化モジュール１０２、空燃モジュール１０４、スパークモジュール１０６、EGRモジュール１３０および往復エンジンを含む。イオン化モジュール１０２、空燃モジュール１０４、スパークモジュール１０６およびEGRモジュール１３０は個別に図示されるが、モジュール１０２、１０４、１０６、１３０は、組み合せて単一のモジュールにしてもよいし、他の入力と出力とを有するエンジンコントローラの一部でもよいことは言うまでもない。往復エンジンはエンジンシリンダ１０８、ピストン１１０、吸気バルブ１１２および排気バルブ１１４を含む。吸気マニホルド１１６は吸気バルブ１１２を介してシリンダ１０８と連通している。排気マニホルド１１８は排気バルブ１１４経由でシリンダ１０８から排気ガスを受け入れる。吸気バルブ１１２と排気バルブ１１４は電気的、機械的、液体的または空気圧的に制御されるか、あるいはカムシャフトを介して制御される。スパークギャップ１２２を持つ点火プラグ１２０はシリンダ１０８内の空燃混合気に点火する。スパークモジュール１０６は点火時期を制御し、点火プラグ１２０に電力を供給する。排気マニホルド１１８はEGRバルブ１２８と流体的に連通している。EGRバルブ１２８は、好ましくはスロットルバルブ１２６の下流で、排気ガスを吸気マニホルド１１６に供給する。簡単にするために、EGRバルブ１２８から吸気までの再循環路を矢印１３２で示す。システムの中には、排気ガスを排気ガス再循環路内のクーラーによって更に冷却するものがある。また、排気バルブ１１４は、排気ガスの一部をシリンダ１０８内に保持するのを助けるために可変タイミングで制御できる。
【００１３】
イオン化モジュールは、イオン化信号を検出して分析するための回路構成を含む。図示の実施例では、図１（ｂ）に示すように、イオン化モジュールはイオン化信号検出モジュール１４０、イオン化信号アナライザ１４２、およびイオン化信号制御モジュール１４４を含む。異常燃焼状態を検出するために、イオン化モジュール１０２は、空気と燃料の混合気が点火された後にスパークギャップ１２２に電力を供給して、イオン化信号検出モジュール１４０を介してスパークギャップ１２２からのイオン化信号を測定する。あるいは、イオン化を検出するための従来型イオン化プローブ、またはその他の従来型装置を用いてイオン化信号を測定してもよい。イオン化信号アナライザ１４２はイオン化信号検出モジュール１４０からイオン化信号を受信して、異常燃焼状態が存在するかどうかを決定する。イオン化信号制御モジュール１４４はイオン化信号アナライザ１４２とイオン化信号検出モジュール１４０とを制御する。イオン化信号制御モジュール１４４は空燃モジュール１０４、スパークモジュール１０６、およびEGRモジュール１３０に対して、下記のように異常燃焼状態の指示を提供する。一実施例では、イオン化モジュール１０２は、エンジンコントローラなどの、エンジンシステム内の他のモジュールに対してその指示を送る。イオン化信号検出モジュール１４０、イオン化信号アナライザ１４２、およびイオン化信号制御モジュール１４４は個別に図示されるが、それらは、組み合せて単一モジュールにしてもよいし、および／または他の入力と出力とを有するエンジンコントローラの一部でもよいことは言うまでもない。
【００１４】
次に図１（ａ）に戻って説明すると、空燃モジュール１０４は燃料噴射１２４を制御し、また、空気と燃料を所望の比率でエンジンシリンダ１０８に送り出すためにスロットルバルブ１２６を制御してもよい。空燃モジュール１０４はイオン化モジュールからのフィードバックを受けて下記のように空燃比を調節する。EGRモジュール１３０は吸気マニホルド内に、従ってシリンダ内に再循環される排気ガスの量を制御する。
【００１５】
以下の説明では、空燃比の「空気」はシリンダ内に再循環される排気ガスを含む。イオン化信号は燃料混合気の空燃比に比例する。混合気の空燃比は、希薄燃焼エンジン（つまり、燃料の量が低い）では理論燃焼エンジンの場合よりも高い。空気に対して燃料の量が少なくなると炎の温度が低くなるが、それは、燃焼ガス中に存在する遊離イオンの数が少なくなることを意味する。更に、点火プラグの設計は燃焼事象の気体力学および熱力学特性と共に、イオン化信号の大きさと反復性に大きく影響する。例えば、高い電極表面エリアと、燃焼室空気流から大部分が保護される電極とを有する点火プラグを持つシステムは、他のタイプの点火プラグよりも大きさがあり、より一貫性のあるイオン化信号を提供する。他方、イオン化信号は、従来の「Jギャップ」自動車タイプ点火プラグを用いた希薄燃焼エンジンでの検出や処理が容易でない、というのは、信号の強度が非常に低くて変動性が大きいからである。燃料混合気を点火するために供給されるエネルギーを使ってイオン化信号を検出する従来技術のシステムは、これらのシステムが得る信号が弱いか全く信号が得られないために、適切に作動しない。本発明の好ましい構成は、空気と燃料が点火された後にスパークギャップに電力を供給して、イオン化信号を測定する。追加の電力が加えられると追加の遊離イオンが流れるので、より検出が容易なイオン化信号となる。
【００１６】
イオン化信号は燃焼サイクルの間のエンジンパラメータに関して取得される。例えば、エンジンパラメータはクランク角、点火後の時間、上死点からの時間などである。クランク角はここでは、その最も包括的な意味で使用され、それらのすべてを含む。例えばクランク角は、クランクの角度によって直接に測定されるか間接的に測定されるか測定によって推測されるかに関わらず、エンジン回転パラメータの測定に対して一般的であることが意図される。それは上死点に対して規定してもよいし、点火点その他に対して規定してもよい。失火やノックなどの異常燃焼状態は燃焼サイクルの特定のポイントで検出される。これらのポイントは、異常燃焼状態のイオン化信号が正常燃焼状態のイオン化信号と異なる信号特性を有する場所である。例えば、イオン化信号が燃焼サイクルの広範囲の期間に対して初期値のままかその近くにある場合に、失火が起きている。失火状態は、不適切な空燃比（例えば、希薄過ぎる）、スパークタイミング、および／またはスパーク特性によることが多い。
【００１７】
EGR制御エンジンにおける異常燃焼事象を検出するために、浮動有界空間をイオン化信号（燃焼事象に関して測定）に関係付けて、異常燃焼状態を検出する。浮動有界空間とは、燃焼サイクルの中の或る位置に配置されて、イオン化信号の一部分が異常燃焼状態のときは確実にその空間内にあり、かつ、正常燃焼状態のときは確実にその外側に来るような寸法を有する空間である。浮動有界空間の位置はエンジンタイミングパラメータ（例えば、クランク角、時間など）の関数であり、その寸法はエンジンタイミングパラメータとイオン化信号の大きさの関数である。例えば、ボックスとして形成された浮動有界空間は、エンジンパラメータ（例えば、クランク角）の単位でそのボックスの一方の軸（例えば、長さ）と、イオン化信号の大きさの単位でそのボックスの他方の軸(例えば、高さ）とを有する。浮動有界空間は、それぞれの異常燃焼状態に対して使用されることが好ましい（例えば、失火用浮動有界空間、初期ノック用浮動有界空間、過酷ノック用浮動有界空間、など）。
【００１８】
イオン化信号が、すでに浮動有界空間が位置付けられた燃焼サイクル内のポイントに達すると、イオン化信号の大きさが浮動有界空間の大きさの範囲と比較される。イオン化モジュール１０２は、下記の判定基準に従って、イオン化信号が浮動有界空間内にある場合に異常燃焼状態が発生した旨を指示する。本発明による浮動有界空間の使用は、従来の積分技術に伴う問題点を克服する。ノイズの影響は、イオン化信号の積分を排除することによって低減される。積分は暗黙的に、燃焼状態を示す活動の短時間でのバーストを見落とす可能性のあるフィルタ動作である。希薄燃焼では、これらの短時間でのバーストが正常燃焼状態と異常燃焼状態間の唯一の差かもしれない。浮動有界空間はこれらの短時間でのバーストを検出する。イオン化信号の変動性は、浮動有界空間が本明細書で記載されるように寸法決めされて位置決めされる較正プロセスの間に、補償される。
【００１９】
イオン化信号の信号特性を用いて、各異常燃焼状態の特性を表すとともに燃焼サイクルのどのポイントで異常燃焼状態が確実に検出できるかを決定する。異常燃焼状態を示すイオン化信号の信号特性を捕捉するために浮動有界空間を導出して、そのイオン化信号に関係付ける。以下の記述では、浮動有界空間のスタート位置と寸法を決定する詳細を検討した後、異常燃焼状態を検出する詳細を説明する。浮動ボックスを用いて浮動有界空間の位置決めと寸法決めを説明する。イオン化信号はクランク角に関して取得される。浮動有界空間には任意の形状を使用してよく、またイオン化信号は他のエンジンパラメータに関しても取得可能であることは言うまでもない。
【００２０】
次に図２を参照すると、チューニングプロセスの全ステップが示される。チューニングプロセスは浮動有界空間のスタート位置と寸法とを決定する。プロセスはまた、所定のスパーク特性およびスパークタイミングに対する空燃比限度であって、エンジンがその空燃比限度より上の空燃比で運転されている場合にそのエンジンの失火率が高くなる空燃比限度を決定する。空燃比がより希薄になると（例えば、過大な排気ガスが再循環される）失火の確率は増大する。空燃比限度とEGR限度とは運転上の制約に基づいて決定される。例えば、あるエンジンは運転中のサイクル数の或るパーセントの失火を許容するかもしれないが、別のエンジンは決して失火を許容しないかもしれない。限度は、エンジンが失火を許容しない場合、運転中の失火が許容されるエンジンの空燃比よりも濃い空燃比に設定される。空燃比、パーセントEGR（排気ガス再循環パーセント）、およびスパークタイミングは主要な制御パラメータだが、他のエンジンパラメータ（例えば、ウエストゲートやスロットルの位置など）を使ってエンジンを制御できることは言うまでもない。異常燃焼状態を決定するために使用可能なエンジンパラメータのデータポイントのセットと、希薄燃焼エンジンの様々な運転状態における対応するイオン化信号のセットとが取得される（ステップ２００）。エンジンパラメータのデータポイントのセットは、シリンダの図示平均有効圧力（IMEP）、空燃比、または異常燃焼状態が何時起こったかを決定するために使用可能な他の任意のエンジンパラメータでもよい。通常、テストエンジンを使って、データポイントのセットを得るとともに正常および異常な運転状態時のエンジンの特性を知るようにする。テストエンジンの使用によって、量産エンジンでは通常は利用不可能なセンサや診断装置を使用できる。例えば、量産エンジンは一般に、コストと信頼性の問題のために各シリンダに圧力センサを持たないので、シリンダのIMEPは一般に、量産エンジンでは、シリンダ圧力センサから取得できない。希薄燃焼システムの中には、イオン化信号が雑音を含む場合もある。これらのシステムでは、対応するイオン化信号のセットをフィルタを使って取得して、そのイオン化信号にフィルタをかける。例えば、平均すべきデータポイントの数がイオン化信号の信号特性に基づいて定義される場合は移動平均フィルタを使用できる。
【００２１】
異常燃焼状態はデータポイントのセットから決定される（ステップ２０２）。例えば、失火はシリンダのIMEPを用いて検出できる。IMEPが規定の閾値より低い場合に、失火が起きている。一実施例では、この閾値は、そのシリンダに対するIMEPの公称値の所定パーセントである。異常燃焼状態に対応するイオン化信号は正常燃焼状態のイオン化信号と比較されて、異常事象を識別するために使用可能なイオン化信号の特性を決定する（ステップ２０４）。次に、浮動ボックスの始点と寸法がイオン化信号の特性を用いて決定される（ステップ２０６）。一実施例では、その始点と寸法は、異常燃焼状態を見てデータセットの中の上下の極値を決定することによって決定される。浮動ボックスは一方の極値において寸法決めされて位置決めされた後、浮動ボックスは他方の極値でチューニングされる。浮動ボックスは、異なる運転状態で取得されたデータポイントのセットを用いて寸法決めされて位置決めされるのが好ましい。浮動ボックスパラメータ（即ち、寸法と位置）はエンジン回転速度やエンジン負荷などのエンジン運転状態と所望の空燃比と共に変化し得るかもしれない。例えば、浮動ボックスの寸法は、エンジンのアイドリングとパワー全開とで異なる。
【００２２】
次に図３（ａ）〜３（ｃ）を参照すると、失火事象用の浮動ボックス３００が示される。図３（ａ）は、正常燃焼状態の代表的なシリンダ圧力３０２とイオン化信号３０４との説明図である。図３（ｂ）は、失火状態に対する代表的なシリンダ圧力３０６とイオン化信号３０８との説明図である。７０回のエンジンサイクルに対するエンジンパラメータのデータポイントの代表的なセットを図３（ｃ）に示す。使用エンジンパラメータはシリンダのIMEPである。任意データポイントのIMEPが選択された量よりも低い場合、そのデータポイントは失火状態として分類される。選択された量は、すべての失火を検出するポイントに設定しなければならない。一実施例では、選択された量は公称値の所定パーセントである。図３（ｃ）のデータポイント３１０は失火状態に対応する。正常燃焼状態のイオン化信号３０４が、初期の始点から初期の短い平坦部分を持ち、それに続いてピーク部分が来るのが分かる。対照的に、失火状態は所定持続時間の間、実質的に一定のままである。多くのエンジンに対するイオン化信号における失火状態の一つの特徴は、図３（ｂ）で分かるようにイオン化信号の一部分が、イオン化信号の初期の始点３１２から広範囲の期間の間、実質的に一定のままであり、ある有界空間内に閉じ込められることである。他の特徴を使用してもよいことは言うまでもない。
【００２３】
イオン化信号の特性を用いて浮動ボックスの始点と寸法を決定するためにチューニングプロセスが使用される。チューニングプロセスは浮動ボックスの寸法と位置を調節して、失火状態を確実に捕捉するとともに正常燃焼状態を除外するようにする。浮動ボックスの始点と寸法は、図３（ｂ）に示すように失火状態のイオン化信号の一部分が浮動ボックス３００の持続時間の間、浮動ボックス３００内に確実にとどまり、図３（ａ）に示すように正常燃焼状態用の浮動ボックス３００から出るように、浮動ボックスが十分な寸法を持ち、かつ、クランク角に関してイオン化信号の場所に来るまで調節される。これは、図３（ｃ）に示す正常と異常の燃焼サイクルに対応するイオン化信号の上に浮動ボックスを重ねて、ボックスを最適化するようにボックスパラメータ（例えば、始点(クランク角（つまり、時間）とイオン化信号の大きさに対する)、持続時間、および高さ）を調節することによって達成される。例えば、浮動ボックスは、特徴付けがなされるエンジンのデータポイント３１０（即ち、失火状態）の上下の極値に対応するイオン化信号に重ね合わされ、ボックスパラメータは、イオン化信号の一部分が夫々の状態に対してボックス内に確実にとどまるように調節される。浮動ボックスは次に、失火状態のイオン化信号に形が最も近い正常イオン化信号のイオン化信号に重ね合わされる。例えば、データポイント３１８、３１４、および３１６に対応するイオン化信号は、失火状態に対応するイオン化信号に形状が最も近いであろう。浮動ボックスは次に、正常燃焼状態のイオン化信号の一部分が浮動ボックスによって捕捉されなくなるまで調節される。このプロセスを様々なエンジン運転状態（例えば、エンジン回転速度、エンジン負荷、所望の空燃比など）に対するデータセットのイオン化信号のすべてに関して繰り返すことによって、浮動ボックスが失火状態を確実に捕捉して他の状態を除外することを確実にする。次にボックスパラメータをエンジン運転中に使用して失火状態を検出する。
【００２４】
作動中、イオン化信号アナライザ１３２がイオン化信号を受信する。それは、ボックスパラメータに従って浮動ボックスをイオン化信号の上に浮動させる。一実施例では、浮動ボックスの始点で始まって浮動ボックスの境界で終わるイオン化信号の最小の大きさが決定される（即ち、浮動ボックスの持続時間の間）。例えば、浮動ボックスの持続時間がクランク角の３０度の場合、イオン化信号の最小の大きさはクランク角の３０度を超えて決定される。浮動ボックスの始点は次に、イオン化信号の最小の大きさにおける始点クランク角（つまり、点火後の時間）に位置決めされる。イオン化信号アナライザ１３２は次に、イオン化信号が浮動ボックスの持続時間の間、浮動ボックス内にとどまるかどうかを決定する。イオン化信号アナライザ１３２はイオン化信号制御モジュール１３４に対して、イオン化信号が浮動ボックスの持続時間の間、浮動ボックス内にとどまる場合は失火が検出された旨の指示を提供する。図３（ｂ）は、浮動ボックスの持続時間にわたり、浮動ボックス内にとどまるイオン化信号を示す。
【００２５】
イオン化信号制御モジュール１３４は空燃モジュール１０４、スパークモジュール１０６、およびEGRモジュール１３０に対して失火状態の指示を提供し、エンジンコントローラなどの他のモジュールにも提供する。空燃モジュール１０４、EGRモジュール１３０、およびスパークモジュール１０６（またはエンジンコントローラ）は次いで、取るべき処置を決定する。取り得る処置は、再循環される排気ガスの量を削減すること、点火時期を早めること、および／またはエンジンをよりリッチに運転すること(例えば、より多くの燃料を空燃混合気に加える)、または所定数の失火が起こるまでは何もせず、その後で点火時期を早めることおよび／またはエンジンをよりリッチに運転すること、を含む。空燃モジュール１０４は燃料噴射１２４および／またはスロットルバルブ１２６を制御し、EGRモジュール１３０はEGRバルブ１２８を制御し、スパークモジュール１０６は点火時期を制御して、決定された取るべき処置に従ってエンジンを失火状態から遠ざけるようにする（例えば、点火時期を早くすること、および／またはエンジンをよりリッチに運転すること）。
【００２６】
イオン化信号は、異なるタイプのプラグに対しては、全体の形状がかなり異なる。例えば、イオン化信号は一部の点火プラグでは二次ピークを持つ場合があるが、他のタイプの点火プラグでは二次ピークを持たない。これは、イオン化信号の二次ピークの存在に基づいてノックを検出するために使用される従来方法が、あるタイプの点火プラグでは働かないことを意味する。本発明は、エンジンが量産エンジンで使用される点火プラグのタイプによって特徴付けらるという点で、多くの、または大部分の上記タイプの点火プラグに適応できる。次に図４（ａ）〜４（ｄ）を参照すると、ノック用の浮動有界空間４００を二次ピークを有する点火プラグに関して図示する。二次ピークの始まりがノックを示す。浮動有界空間４００は寸法決めされ、位置決めされ、およびこの場合は下部４０２と上部４０４とを含み、それぞれ初期ノックと過酷ノックとを検出するように細分されている。ノックの大きさが極小で、エンジンに直ちに損傷を与えることはないときに、初期ノックが起きている。ノックの大きさが大きく、エンジンへの損傷を与えつつあるかまさに与えようとしているときに、過酷ノックが起きている。図４（ａ）は、正常燃焼状態の代表的なシリンダ圧力４０６とイオン化信号４０８との説明図である。図４（ｂ）は、初期ノック状態の代表的なシリンダ圧力４１０とイオン化信号４１２との説明図である。図４（ｃ）は、過酷ノック状態の代表的なシリンダ圧力４１４とイオン化信号４１６との説明図である。圧力が急速に変化するときに、ノックは起きている。そのため、イオン化信号を特徴付けるために選択されるエンジンパラメータは、エンジンクランク角に対するシリンダ圧力の導関数のピークである。他のエンジンパラメータも使用できるだろう。エンジンパラメータのデータポイントの代表的なセットを図４（ｄ）に示す。許容ノック４２０、初期ノック４２２、および過酷ノック４２４のレベルが図示されてる。
【００２７】
シリンダ圧力の導関数のピークの閾値レベルを初期ノックに対して選択して、シリンダ圧力の導関数のピークの、より高い閾値レベルを過酷ノックに対して選択する。初期ノックの閾値レベルは、そのノックがエンジンに直ちに損傷を与えないように選ばれる。過酷ノックの閾値レベルは、そのノックがエンジンに何らかの損傷をまさに与えようとしているように選ばれる。シリンダ圧力の導関数のピークが初期ノックの閾値レベルより下にある場合、存在するノックはいずれもノックの許容レベル内にある。シリンダ圧力の導関数のピークが初期ノックの閾値レベルより上にあって、かつ、過酷ノックの閾値より下にある場合、そのノックは初期ノックと定義される。シリンダ圧力の導関数のピークが過酷ノックの閾値レベルより上にある場合、そのノックは過酷ノックと定義される。説明のために、初期ノックの閾値レベルを値１７２（２５）に設定し、過酷ノックの閾値レベルを値３１０（４５）に設定する。閾値レベルはエンジン特性付与時に決定しなければならず、エンジンのノック耐性レベルに基づくことは言うまでもない。下部の始点と寸法は、図４（ｂ）に示すように初期ノック状態のイオン化信号のいずれの部分も確実に下部４０２内に入るとともに上部４０４の外側にとどまるように、当該下部が、十分な寸法を持ち、イオン化信号とクランク角に関しての場所に来るまで始点と寸法を調節することによって、決定される。上部の始点と寸法は、図４（ｃ）に示すように過酷ノック状態のイオン化信号のいずれの部分も確実に上部４０４内に入るように当該上部が十分な寸法を持ち、場所に来るまで始点と寸法を調節することによって、決定される。
【００２８】
一実施例では、始点は点火事象の一定量の時間後であリ、浮動ボックス４００の持続時間は一定量の時間である。この時間は、実際の時間によってもよいしクランク角によってもよく、図４（ｄ）に示すデータポイントから決定される。イオン化信号は最終的に、準定常状態値になる。下部４０２の底部は準定常状態値よりも一定量だけ上のポイントに設定され、下部４０２の頂部はデータポイントから決定される。準定常状態値よりも上の一定量はデータポイントから決定され、正常燃焼状態のイオン化信号が浮動ボックス４００内に入らないような位置に設定される。下部の頂部は、初期ノック状態が当該下部４０２内に入るとともに上部４０４の外側にとどまるように決定される。作動中、準定常状態値が決定され、浮動ボックス４００の下部４０２は、点火事象の一定量の時間後に、準定常状態値よりも一定量だけ上に配置される。イオン化信号アナライザ１３２はイオン化信号制御モジュール１３４に対して、イオン化信号が下部４０２内に入りつつも上部４０４の外側にとどまっているとアナライザが決定した場合に、初期ノックが検出された旨の指示を提供する。イオン化信号アナライザ１３２はイオン化信号制御モジュール１３４に対して、イオン化信号が上部４０４内に入るとアナライザが決定した場合に、過酷ノックが検出された旨の指示を提供する。
【００２９】
先に示したように、イオン化信号が第２ピークを持たないような点火プラグ構成(およびイオン化プローブ構成)が存在する。これらのタイプの構成を有するシステムでは、ノックが存在するのはイオン化信号に大きな第１ピークが存在するときである。次に図５（ａ）〜５（ｄ）を参照すると、第２ピークを持たない構成用の浮動有界空間５００は下部５０２と上部５０４とを含むように細分されて、初期ノックと過酷ノックを検出するようになっている。図５（ａ）は、正常燃焼状態の代表的なシリンダ圧力５０６とイオン化信号５０８との説明図である。図５（ｂ）は、初期ノック状態に対する代表的なシリンダ圧力５１０とイオン化信号５１２との説明図である。図５（ｃ）は、過酷ノック状態に対する代表的なシリンダ圧力５１４とイオン化信号５１６との説明図である。エンジンパラメータのデータポイントの代表的なセットを図５（ｄ）に示す。許容ノック５２０、初期ノック５２２、および過酷ノック５２４のレベルが図示されている。使用されるエンジンパラメータは、エンジンクランク角に対するシリンダ圧力の導関数のピークである。シリンダ圧力の導関数のピークの閾値レベルが初期ノックに対して選択され、シリンダ圧力の導関数のピークの閾値レベルが過酷ノックに対して選択される。初期ノックの閾値レベルは、ノックがエンジンに直ちに損傷を与えないように選択される。過酷ノックの閾値レベルは、ノックがエンジンに何らかの損傷をまさに与えようとしているように選択される。シリンダ圧力の導関数のピークが初期ノックの閾値レベルよりも下にある場合、存在するいずれのノックもノックの許容レベル内にある。シリンダ圧力の導関数のピークが初期ノックの閾値レベルより上にあって、かつ、過酷ノックの閾値より下にある場合、そのノックは初期ノックと定義される。シリンダ圧力の導関数のピークが過酷ノックの閾値レベルよりも上にある場合、そのノックは過酷ノックと定義される。一実施例では、初期ノック用に選択される閾値レベルは値１０３（１５）に設定され、過酷ノック用の閾値レベルは値３１０（４５）に設定される。他の値を使用してもよい。下部の始点と寸法は、図５（ｂ）に示すように初期ノック状態のイオン化信号のいずれの部分も確実に下部５０２内に入るとともに上部５０４の外側にとどまるように、当該下部が十分な寸法を持ち、イオン化信号とクランク角に関しての場所に来るまで始点と寸法を調節することによって、決定される。上部の始点と寸法は、図５（ｃ）に示すように過酷ノック状態のイオン化信号のいずれの部分も確実に上部５０４内に入るように、当該上部が十分な寸法を持ち、場所に来るまで始点と寸法を調節することによって、決定される。
【００３０】
一実施例では、始点は点火事象の一定量の時間後であり、浮動ボックス５００の持続時間は一定量の時間である。この時間は、実際の時間によってもよいしクランク角によってもよく、図５（ｄ）に示すデータポイントから決定される。イオン化信号は最終的に、準定常状態値になる。下部５０２の底部は準定常状態値よりも一定量だけ上のポイントに設定され、下部５０２の頂部はデータポイントから決定される。準定常状態値よりも上の一定量はデータポイントから決定され、正常燃焼状態のイオン化信号が浮動ボックス５００内に入らないような位置に設定される。下部の頂部は、初期ノック状態が当該下部５０２内に入るとともに上部５０４の外側にとどまるように決定される。作動中、準定常状態値が決定され、浮動ボックス５００の下部５０２は、点火事象の一定量の時間後に、準安定状態値よりも一定量だけ上に配置される。イオン化信号アナライザ１３２はイオン化信号制御モジュール１３４に対して、イオン化信号が下部５０２内に入りつつも上部５０４の外側にとどまるとアナライザが決定した場合に、初期ノックが検出された旨の指示を提供する。イオン化信号アナライザ１３２はイオン化信号制御モジュール１３４に対して、イオン化信号が上部５０４内に入るとアナライザが決定した場合に、過酷ノックが検出された旨の指示を提供する。
【００３１】
イオン化信号制御モジュール１３４は、空燃モジュール１０４に対して初期ノック状態と過酷ノック状態の指示を提供し、エンジンコントローラなどの他のモジュールにも提供する。空燃モジュール１０４、EGRモジュール１３０、およびスパークモジュール１０６（またはエンジンコントローラ）は次いで、取るべき処置を決定する。取り得る処置は、点火時期を遅くすること、エンジンをよりリーンに運転すること(例えば、より多量の空気または排気ガスを空燃混合気に加える)、またはエンジンを停止すること、を含む。空燃モジュール１０４は燃料噴射１２４および／またはスロットルバルブ１２６を制御し、EGRモジュール１３０はEGRバルブ１２８を制御し、スパークモジュール１０６は点火時期を制御して、点火時期を遅らせることおよび／またはエンジンをよりリーンに運転すること、またはエンジンを停止することによってエンジンをノック状態から遠ざけるようにする。
【００３２】
次に図６を参照すると、高EGRを有する往復エンジンの異常燃焼状態を決定するステップが示される。ステップは逐次的に記述されているが、ステップを逐次的、並列的、逐次と並列の組合せ、および異なる順序で行ってもよいことは言うまでもない。運転しているエンジンのサイクル（即ち、燃焼事象）に対する往復エンジンの一つ以上のイオン化信号が取得される（ステップ６００）。
【００３３】
イオン化信号は信号安定性のために処理され、結果としてのイオン化信号が決定される（ステップ６０２）。結果としてのイオン化信号の始点と結果としてのイオン化信号のピークとは、すべての信号に関して、初期レベルを使って決定される（ステップ６０４）。イオン化信号をチェックして、イオン化信号の一部分が浮動有界空間３００、４００、５００内にあるかどうかを決定する（ステップ６０６）。イオン化信号の一部分が浮動有界空間３００、４００、５００内にある場合に指示が提供される（ステップ６０８）。空燃モジュール１０４、EGRモジュール１３０、およびスパークモジュール１０６（またはエンジンコントローラ）は次いで、取るべき処置を決定する。取り得る処置は点火時期を早めるか遅らせること、エンジンをよりリーンまたはよりリッチに運転すること、あるいはエンジンを停止すること、を含む。空燃モジュール１０４は燃料噴射１２４および／またはスロットルバルブ１２６を制御し、EGRモジュール１３０はEGRバルブ１２８を制御し、スパークモジュール１０６は点火時期を制御してエンジンを異常燃焼状態から遠ざけるようにするか、エンジンを停止させる。
【００３４】
図７を参照すると、ステップ６０６は、浮動有界空間３００の持続時間の間、イオン化信号の一部分が浮動有界空間３００内にあるかどうかを決定することを含む（ステップ７００）。エンジンの中には、失火が起こったことを確認するために二次センサとして使用可能なセンサやその他のエンジン性能インジケータを有するものがある。浮動有界空間の持続時間に対応する広範囲の期間の間、イオン化信号の一部分がその浮動有界空間内にあリ、かつ、二次センサがそのエンジンで利用可能な場合、二次センサをチェックして（ステップ７０２）失火が起こったことを確認する。利用可能な場合、二次センサを使用して、点火プラグ１２０によって生成される火炎核のドリフトが、イオン化モジュール１０２がイオン化信号を検出する前にスパークギャップ１２２の外側に移動している可能性を取り除く。二次センサをチェックして、エンジンが正常に動作しているかどうか確かめる。図８は二次センサを図示する。二次センサ１９０はイオン化モジュール１０２に対して二次信号１９２を提供する。二次信号１９２は圧力信号１９４、排気温度１９６、IMEP、瞬間クランク角速度１９８、または酸素センサ等からのその他の信号などでもよい。失火が起こった旨（ステップ７０４）が二次信号によって確認される場合、失火の指示が提供される（ステップ６０８）。
【００３５】
イオン化信号をチェックして、イオン化信号のいずれかの部分が浮動有界空間４００、５００の下部４０２、５０２内に入り、かつ、いずれの部分も浮動有界空間４００、５００の上部４０４、５０４内に入らないかどうかも決定する（ステップ７０６）。イオン化信号のいずれかの部分が浮動有界空間４００、５００の下部４０２、５０２内に入り、かつ、いずれの部分も浮動有界空間４００、５００の上部４０４、５０４内に入らない場合は、初期ノックの指示が提供される(ステップ６０８)。
【００３６】
イオン化信号をチェックして、イオン化信号のいずれかの部分が浮動有界空間４００、５００の上部４０４、５０４内に入るかどうかも決定する（ステップ７０８）。イオン化信号のいずれかの部分が浮動有界空間４００、５００の上部４０４、５０４内に入る場合は、過酷ノックの指示が提供される(ステップ６０８)。ステップ６００〜６０８を後続の燃焼事象に対して繰り返す。
【００３７】
本発明の記述に関連する（特に、以下の請求項に関連する）名詞および同様な指示語の使用は、本明細書で別途に指示されるか文脈によって明らかに否定されない限り、単数と複数の両者を含むものと見なすべきである。用語の「備える」、「有する」、「含む」および「中に含む」は、別途に注記のない限り、無限定の用語と見なすべきである（つまり、「含むが、それに限定されない」の意味である）。本明細書における値の範囲の記述は、別途に指示しない限り、その範囲に入るそれぞれの個別の値に個々に言及する省略表現方法としての役を果たすことを意図するのみで、それぞれの個別の値は、あたかもそれらが本明細書で個々に記述されるかのように本明細書に組み込まれる。本明細書で説明するすべての方法は、別途に指示されるか文脈によって明らかに否定されない限り、任意の適当な順序で実行可能である。いずれのそしてすべての実例の使用も、また、本明細書で提供される例示的言語（例えば「など」）は、発明をより明瞭にすることを意図したものであって、別途に請求項に記載のない限り、本発明の範囲に制限を加えるものではない。本明細書のいずれの言葉も、本発明の実行に不可欠である要素であって、請求項に記載のない要素を示していると解釈してはならない。
【００３８】
希薄燃焼往復エンジンにおけるフィードバック制御で使用するための、イオン化信号を用いた異常燃焼状態を検出する装置と方法を説明してきた。発明の実施のための、発明者の知る最良の形態を含め、本発明の好ましい実施例が本発明書に説明されている。これらの好ましい実施例のバリエーションは、当該技術分野の通常の知識を有する者にとっては、上記の説明を一読すれば明白となるであろう。発明者は、当業者がかかるバリエーションを適切に使用することを期待するとともに、本発明が本明細書で特に説明した以外の方法で実施されることを意図するものである。従って、本発明は、本発明書に添付される請求項で記述される内容に関して、適用法規によって許されるすべての改変および均等物を含む。更に、本明細書の中で別途に指示されるか文脈によって別途に明らかに否定されない限り、上記要素の、そのすべての可能なバリエーションによる任意の組合せが、本発明に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
明細書に組み込まれてその一部を構成する添付の図面は本発明の幾つかの形態を図示し、その記述と共に、本発明の原理を説明するのに役立つ。図面は次の通り。
【図１】図１（ａ）は、本発明のEGR制御を用いた空燃比の概略図である。  図１（ｂ）は、図１（ａ）のイオン化モジュールのブロック図である。
【図２】図２は、本発明の教示によるエンジンの特性を表すとともに、浮動有界空間のパラメータを決定するためのステップを示す流れ図である。
【図３】図３（ａ）は、正常燃焼事象に対する圧力およびイオン化電流対エンジンピストンクランク角のグラフ表示である。  図３（ｂ）は、失火事象に対する圧力およびイオン化電流対エンジンピストンクランク角のグラフ表示である。  図３（ｃ）は、本発明の浮動有界空間の寸法決めで用いられる、エンジンシリンダの図示平均有効圧力と失火との間の相関を示す実験データのグラフ説明である。
【図４】図４（ａ）は、高い電極表面エリアと燃焼室空気流に大部分が曝される電極とを有する点火プラグ設計の正常燃焼事象に対する圧力およびイオン化電流対エンジンピストンクランク角のグラフ表示である。  図４（ｂ）は、図４（ａ）の点火プラグ設計の初期ノック事象に対する圧力およびイオン化電流対エンジンピストンクランク角のグラフ表示である。  図４（ｃ）は、図４（ａ）の点火プラグ設計の過酷ノック事象に対する圧力およびイオン化電流対エンジンピストンクランク角のグラフ表示である。  図４（ｄ）は、本発明の浮動有界空間の寸法決めで用いられる、クランク角の関数としてのエンジンシリンダ圧力の導関数のピークと、図４（ａ）の点火プラグ設計の初期ノックおよび過酷ノックとの間の相関を示す実験データのグラフ説明である。
【図５】図５（ａ）は、高い電極表面エリアと燃焼室空気流から大部分が保護される電極とを有する点火プラグ設計の正常燃焼事象に対する圧力およびイオン化電流対エンジンピストンクランク角のグラフ表示である。  図５（ｂ）は、図５（ａ）の点火プラグ設計の初期ノック事象に対する圧力およびイオン化電流対エンジンピストンクランク角のグラフ表示である。  図５（ｃ）は、図５（ａ）の点火プラグ設計の過酷ノック事象に対する圧力およびイオン化電流対エンジンピストンクランク角のグラフ表示である。  図５（ｄ）は、本発明の浮動有界空間の寸法決めで用いられる、クランク角の関数としてのエンジンシリンダ圧力の導関数のピークと、図５（ａ）の点火プラグ設計の初期ノックおよび過酷ノックとの間の相関を示す実験データのグラフ説明である。
【図６】図６は、本発明の教示による異常燃焼状態を決定するステップを説明する流れ図である。
【図７】図７は、図６の異常燃焼状態を決定するステップを説明する流れ図である。
【図８】図８は、本発明の教示による二次ソースの使用を説明する概略図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０２  イオン化モジュール
１０４  空燃モジュール  
１０６  スパークモジュール    
１２８  EGRバルブ
１３０  EGRモジュール
１４０  イオン化信号検出モジュール
１４２  イオン化信号アナライザ    
１４４  イオン化信号制御モジュール
１９０  二次センサ
【図１】
2005315256.tif 000003
【図２】
2005315256.tif 000004
【図３】
2005315256.tif 000005
【図４】
2005315256.tif 000006
【図５】
2005315256.tif 000007
【図６】
2005315256.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【外国語明細書】
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