(57)【要約】【解決手段】シリンダを有するエンジン（１２）を制御する方法であって、シリンダ圧力を検出するステップと、シリンダ圧力を圧力閾値と比較するステップと、シリンダ圧力が圧力閾値を超えた時にエンジン制御パラメータを調節するステップ（１０８）とを有する。エンジンの運転を制御するシステム（１０）も提供される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダを有するエンジンを制御する方法であって、
シリンダ圧力を検出するステップと、
上記シリンダ圧力と一つの圧力閾値とを比較するステップと、
上記シリンダ圧力が上記圧力閾値を越えた時にエンジン制御パラメータを調節するステップと、
を有することを特徴とする方法。
【請求項２】
エンジン制御パラメータを調節するステップは、取り出しうるエンジントルクを減らすステップを含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
エンジン制御パラメータを調節するステップは、上記シリンダに供給される燃料を減らすステップを含む請求項１記載の方法。
【請求項４】
エンジン制御パラメータを調節するステップは、上記シリンダに供給される燃料噴射のタイミングを早めるステップを含む請求項１記載の方法。
【請求項５】
エンジン制御パラメータを調節するステップは、上記エンジンに供給される空気の量を減らすステップを含む請求項１記載の方法。
【請求項６】
エンジン制御パラメータを調節するステップは、排気再循環量を調節するステップを含む請求項１記載の方法。
【請求項７】
エンジン制御パラメータを調節するステップは、エンジン負荷を減らすステップを含む請求項１記載の方法。
【請求項８】
エンジン制御パラメータを調節するステップは、上記エンジンを停止するように上記エンジン制御パラメータを調節するステップを含む請求項１記載の方法。
【請求項９】
更に、上記シリンダ圧力を追加の圧力閾値と比較するステップと、
上記シリンダ圧力が上記追加の圧力閾値を超えた時に上記エンジンを停止するステップと、を有する請求項１記載の方法。
【請求項１０】
エンジン動作を制御するシステムであって、
シリンダ圧力を検出するシリンダ圧力センサと、
上記シリンダ圧力センサと連絡する制御器であって、上記シリンダ圧力を一つの圧力閾値と比較する制御ロジックと、上記シリンダ圧力が上記圧力閾値を越えた時にエンジン制御パラメータを調節する制御ロジックとを有する上記制御器と、
を有することを特徴とするシステム。
【請求項１１】
更に、上記制御器と連絡すると共に上記シリンダ圧力が上記圧力閾値を越えた時に起動されるエンジン警報インジケータを有する請求項１０記載のシステム。
【請求項１２】
上記制御器が、更に、上記シリンダ圧力と追加の圧力閾値とを比較する制御ロジックと、上記シリンダ圧力が上記追加の圧力閾値を超えた時にエンジン停止信号を生成する制御ロジックとを有する請求項１０記載のシステム。
【請求項１３】
シリンダ圧力センサ及びエンジンと連絡するエンジン制御器によって実行可能な命令を表す情報を記憶するコンピュータ読取り可能記憶媒体であって、
上記シリンダ圧力センサによって提供される信号に基いてシリンダ圧力を決定する命令と、
上記シリンダ圧力を一つの圧力閾値と比較する命令と、
上記シリンダ圧力が上記圧力閾値を越えた時にエンジン制御パラメータを調節する命令と、
を有することを特徴とするコンピュータ読取り可能記憶媒体。
【請求項１４】
エンジン制御パラメータを調節する命令は、上記エンジンへ供給される燃料を減らす命令を含む請求項１３記載のコンピュータ読取り可能記憶媒体。
【請求項１５】
エンジン制御パラメータを調節する命令は、上記エンジンへの燃料噴射のタイミングを早める命令を含む請求項１３記載のコンピュータ読取り可能記憶媒体。
【請求項１６】
エンジン制御パラメータを調節する命令は、上記エンジンへ供給される空気を調節する命令を含む請求項１３記載のコンピュータ読取り可能記憶媒体。
【請求項１７】
エンジン制御パラメータを調節する命令は、上記エンジンへの排気再循環量を調節する命令を含む請求項１３記載のコンピュータ読取り可能記憶媒体。
【請求項１８】
エンジン制御パラメータを調節する命令は、エンジン負荷を減らす命令を含む請求項１３のコンピュータ読取り可能記憶媒体。
【請求項１９】
更に、上記シリンダ圧力と追加の圧力閾値とを比較する命令と、
上記シリンダ圧力が上記追加の圧力閾値を超えた時に、上記エンジンを停止する命令と、
を有する請求項１３記載のコンピュータ読取り可能記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、シリンダ圧力に基くエンジンの運転制御の方法及びシステムに関する。
【０００２】
【背景技術】
内燃機関には、地下採鉱用や沖合掘削用等の、危険環境、又は潜在的危険環境で使用されるように設計されているものがある。典型的には、そのようなエンジンは機械的に制御される。より具体的には、カムシャフトの動きに基いて燃料噴射が制御される。更に、そのようなエンジンのための燃料噴射タイミングは、エンジン負荷の関数であってエンジン速度の関数ではない。その結果、これらのエンジンの効率はよくない。
【０００３】
非危険環境用のエンジンは、通常、電子制御ユニットによって制御され、電子制御ユニットは、揮発性及び不揮発性のメモリ、入出力ドライバ回路、及び、記憶された命令群を実行できるプロセッサを有する。一つのエンジン及びそれに関連するシステムの種々の機能を制御するために、一つの特定の電子制御ユニットは、多数のセンサ、アクチュエータ、及びその他の制御ユニットとの通信を行なう。しかし、そのような電子制御ユニットは、危険環境又は潜在的危険環境で使用されるように構成されておらず、そのエンジンの燃焼を効果的に制御する手段を有していない。
【０００４】
【発明の開示】
本発明は、従来技術の課題に対応して、エンジン動作制御のための改善された方法及びシステムを提供するものであって、この方法及びシステムは、危険環境又は潜在的危険環境で特に有用である。更に、この方法及びシステムは、エンジン内の燃焼を効果的に制御する。
本発明で、シリンダを有するエンジンの動作を制御する方法は、シリンダ圧力を検出するステップと、シリンダ圧力を圧力閾値と比較するステップと、シリンダ圧力が圧力閾値を越えた時にエンジン制御パラメータを調節するステップとを有する。
【０００５】
本発明の方法によれば、エンジン内の燃焼が効果的に制御でき、それによって、エンジンを危険環境及び潜在危険環境で運転できる。更に、この方法によれば、圧力閾値を越えた時も、エンジンの運転を継続することができる。従って、エンジンを突然停止させるのでなく、状況に対応する時間が運転者に与えられる。
エンジン制御パラメータの調節は、好ましくは利用可能なエンジントルクを減らすステップを含む。その結果として、エンジンに供給される燃料が減るが、エンジンを継続して運転することができる。エンジン制御パラメータ調節の他の例は、エンジンへ供給される空気を調節すること、排気再循環量を調節すること、エンジン負荷を減らすことを含む。
【０００６】
本方法は更に、シリンダ圧力を追加の圧力閾値と比較するステップと、シリンダ圧力が追加の圧力閾値を超えた時にエンジンを停止させるステップとを含んでもよい。
更に本発明によるエンジン動作制御システムは、シリンダ圧力を検出するシリンダ圧力センサと、シリンダ圧力センサに連絡する制御器とを有する。制御器は、シリンダ圧力を圧力閾値と比較する制御ロジックと、シリンダ圧力が圧力閾値を越えた時にエンジン制御パラメータを調節する制御ロジックとを有する。
【０００７】
本発明によるコンピュータ読取り可能記憶媒体も提供される。このコンピュータ読取り可能記憶媒体は、シリンダ圧力センサと連絡しているエンジン制御器によって実行可能な命令を表す情報を有する。このコンピュータ読取り可能記憶媒体は、シリンダ圧力センサから提供された信号に基いてシリンダ圧力を決定する命令と、シリンダ圧力を圧力閾値と比較する命令と、シリンダ圧力が圧力閾値を越えた時にエンジン制御パラメータを調節する命令とを有する。
本発明の、上記の特徴や利点及びその他の特徴や利点は、本発明を実施する上で、添付図面を参照して以下のベストモードの詳細な説明から明らかである。
【０００８】
【最も好ましい発明の実施形態】
図１は、エンジン動作を制御するシステムを示す。このシステムはいかなる適当な環境下でも使用できるが、このシステムは、後述するように、危険環境又は潜在的危険環境下で特に有用である。危険環境又は潜在的危険環境には、可燃性材料が閉じ込められた状態又は閉じ込められない状態で存在する環境が含まれる。そのような環境には、例えば、地下採鉱作業、建設作業、沖合掘削作業等が含まれる。このシステムは、車両や、採鉱装置、建設機械及び／又は掘削装置等のエンジンによって動作するその他の装置と共に使用可能である。そのような装置の例としては、泥ポンプや破砕ユニットが含まれる。
【０００９】
全体を符号１０で示すシステムはエンジン１２を含み、エンジン１２は吸気マニホルド１３と複数のシリンダを有し、各シリンダは一つ又は複数の燃料噴射器１４からの供給を受ける。好ましい実施形態では、エンジン１２は、シリンダ数が、例えば４、６、８、１２、１６、２４のディーゼル燃料エンジン等の圧縮点火内燃機関である。給気システム１５が、吸気マニホルド１３に圧縮空気を供給する。給気システム１５は、システム１０のサブシステムであって、ターボチャージャ１６又は他の適当な給気器と、ターボチャージャ１６に接続された給気冷却器１７とを有する。給気冷却器１７は、ターボチャージャ１６の圧縮機（図示せず）を出ていく空気が吸気マニホルド１３に導入される前にその空気を冷却するように構成されている。例えば、給気冷却器１７は、ターボチャージャ１６の圧縮機を出ていく空気を冷却するために、空気、水、エンジン冷却剤及び／又はその適当なタイプの流体を用いる。
【００１０】
システム１０のサブシステムともいえる排気システム１８は、排ガスをエンジン１２から取り出すためにエンジン１２に接続されている。排気システム１８は、好ましくは排気冷却器１９を有する。排気冷却器１９は、排ガス温度を下げるように構成されたいかなる装置であってもよい。例えば、排気冷却器１９は、排ガスを冷却するために、空気、水、エンジン冷却剤及び／又はその適当なタイプの流体を用いるように構成されている。排気システム１８は更に、ターボチャージャ１６の圧縮機を駆動するために給気システム１５にも接続されている。更に、排気システム１８は、排ガスの一部がエンジン１２に戻る、即ち再循環することができるように、吸気マニホルド１３に接続されていてもよい。そのような構成は排気再循環と呼ばれ、エンジン１２に戻る排ガスの量は、排気再循環量（ｒａｔｅ）と呼ばれる。
【００１１】
システム１０は更に、対応する動作条件やパラメータに応じた表示を示す信号を生成するための複数のセンサを含んでもよい。そのようなセンサには、給気システム１５の温度を検出するための給気システム温度センサ２０と、排気システム１８の温度を検出するための排気システム温度センサ２２が含まれる。好ましくは、給気システム温度センサ２０は、ターボチャージャ１６の圧縮機出口温度を測定するために使用され、ターボチャージャ圧縮機（図示せず）の付近、又は、給気冷却器１７の上流側で且つ給気冷却器１７の付近に取り付けられる。こうすると、給気システム温度センサ２０を、吸気マニホルド１３上流側温度の測定に使用できる。他の例として、給気システム温度センサを、給気システム１５の一つ又は複数のコンポーネントの温度測定に使用することもできる。例えば、給気システム温度センサ２０を、給気冷却器１７の上流側の給気システム配管の外表面に取り付けることもできる。
【００１２】
排気システム温度センサ２２は、好ましくは、排気冷却器１９の下流側の排ガス温度を測定するもので、排気システム配管内に取り付けられる。他の例として、排気システム温度センサ２２は、排気システム１８の一つ又は複数のコンポーネント温度の測定のために使用できる。例えば、排気システム温度センサ２２を、排気システム配管の外表面に取り付けることもできる。
【００１３】
更なるセンサとしては、クランクシャフトセンサ２４及び複数の圧力センサ２５が含まれる。クランクシャフトセンサ２４は、例えばクランクシャフトのエンコーダホイール（図示せず）の位置を検出することによって、クランクシャフト（図示せず）の位置を検出する。この情報は、エンジン速度を決定するためにクランクシャフトの回転速度を決定することに使用できる。更にこの情報は、シリンダ内のピストン（図示せず）の位置を決定するためにも使用できる。
【００１４】
圧力センサ２５は、エンジン１２のシリンダ圧力を検出するために使用される。好ましくは、各シリンダのシリンダ圧力を測定するために、各シリンダの内部又は近傍に少なくとも一つの圧力センサ２５が配置される。他の例としては、システム１０は、一つ又は複数のシリンダ内のシリンダ圧力を検出するために一つ又は複数のセンサ２５を有してもよい。
【００１５】
更に、本システムは、好ましくは、点火可能なガスを検出するために一つ又は複数のガスセンサ２６を有する。一つのガスセンサ２６は吸気マニホルド１３の近傍に取り付けるのが好ましく、もう一つのガスセンサ２６は、ターボチャージャ１６の空気入口近傍に取り付けるのが好ましい。
【００１６】
システム１０は更に、エンジン１２、トランスミッション（図示せず）、及び／又は他のシステムコンポーネントの対応する運転条件又はパラメータを示す信号を生成するための他の種々のセンサ２８も有するのが好ましい。例えば、センサ２８は、スロットルポジション、バッテリ電圧、燃料温度、大気温度、大気圧等のパラメータに対応する信号を生成してもよい。
【００１７】
センサ２０〜２８は、入力ポート３２を通じて制御器３０と電気的につながっている。制御器３０は、エンジン１２から離して配置してもよいし、エンジン１２に取り付けてもよい。更に、制御器３０は、埃、ガス、液体その他の物質が制御器３０に接触するのを防ぐ覆いの中に配置するのが好ましい。覆いは何らかの適当な材料でよいが、ステンレス鋼でもよい。
【００１８】
好ましくは、制御器３０は、データ・制御バス３８を通じて種々のコンピュータ読取り可能記憶媒体３６につながったマイクロプロセッサ３４を含む。コンピュータ読取り可能記憶媒体３６は、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）４０、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）４２、キープアライブメモリ（ＫＡＭ）４４等としての機能を持つ多数の既知のデバイスのうちのどれを含んでいてもよい。コンピュータ読取り可能記憶媒体３６は、制御器３０等のコンピュータによって実行されうる命令を表すデータを記憶できる多数の既知の物理的デバイスのどれによってでも実現できる。既知のデバイスには、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ等や、一時的又は恒久的にデータを記憶できる磁気的媒体、光学的媒体やそれらの組合せが含まれるが、これらに限定されるわけではない。
【００１９】
コンピュータ読取り可能記憶媒体３６は、エンジン１２やトランスミッション（図示せず）等の車両の種々のシステムやサブシステムの制御を行なえる関連ハードウェアと組み合わせて使用される種々のプログラム命令（ソフトウェア）、校正、動作変数、閾値等を表すデータを有する。制御器３０は、センサ２０〜２８から入力ポート３２を通じて信号を受信して、出力信号を生成する。この出力信号は、出力ポート４６を通じて、燃料噴射器１４の電子制御弁等の種々のアクチュエータ及び／又はコンポーネントへ提供される。信号は更に、表示装置４８にも提供されうる。表示装置には、システムの操作に関する情報をシステム１０の運転者に伝えるための種々のインジケータが含まれる。インジケータには、例えば、高温ライト４９、高圧ライト５０、チェックエンジンライト５１、停止エンジンライト５２が含まれる。もちろん、所望により、文字、音声、ビデオ及び／又は他の表示又はインジケータを使用してもよい。
【００２０】
データ、診断及びプログラミングインタフェース５３は、プラグ５４を介して制御器３０に選択的に接続されて、それらの間の情報交換に供されてもよい。インタフェース５３は、コンフィギュレーション設定、校正変数、制御ロジック、温度閾値、エンジン速度閾値、蒸気濃度閾値等の、コンピュータ読取り可能記憶媒体３６内の値を変更するのに使用できる。
【００２１】
動作において、制御器３０は、センサ２０〜２８から信号を受信して、危険環境又は潜在的危険環境の中でエンジンを制御するために、ハードウェア及び／又はソフトウェアに埋め込まれた制御ロジックを実行する。制御ロジックは、後述するように、マイクロプロセッサ３４等のプログラムされたマイクロプロセッサによって実行されるのが好ましい。しかし、この発明の概念又は範囲を逸脱することなく、この制御ロジックを実現するために種々の代替ハードウェア及び／又はソフトウェアを使うこともできる。好ましい実施形態では、制御器３０は、米国ミシガン州デトロイト市のデトロイトディーゼル社（Ｄｅｔｒｏｉｔ Ｄｉｅｓｅｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から購入可能なＤＤＥＣ制御器である。この制御器の他の種々の特徴については、米国特許第５，４７７，８２７号及び同第５，４４５，１２８号に記載されている。この引用により、これらの特許に記載された内容は全てここに取り入れられる。
【００２２】
図２は、本発明によってエンジン動作を制御するための、例えばシステム１０のような、一つの方法又はシステムの動作を示すフローチャートである。当業者にはわかるであろうが、このフローチャート及びこの出願における他のフローチャートは、ハードウェア、ソフトウェア、又はハードウェアとソフトウェアの組合せによって、実現できる制御ロジック又は機能を示している。好ましくは、種々の機能が制御器３０によって実行される。他の例として、一つ又は複数の機能を、専用の電気回路、電子回路又は集積回路によって実現してもよい。当業者にはわかるであろうが、制御ロジックは、多くの既知のプログラミング技術及び処理技術又はストラテジの何れを使用して実行されてもよい。又、ここに便宜上示された手順即ちシーケンスに限定されるものではない。例えば、車両のエンジンやトランスミッションの制御等のリアルタイム制御の用途には通常、割込み即ちイベントドリブンの処理が採用される。同様に、本発明の目的、特徴、効果を達成するために、並行処理即ちマルチタスキングのシステム及び方法を使用できる。本発明は、ここに示した制御ロジックを実行するために使用される特定の言語、動作システム又はプロセッサに依存しない。
【００２３】
ステップ１００で、センサ２０及び２２は、それぞれ、給気システム温度（ＡＣＳＴ）及び排気システム温度（ＥＳＴ）を測定又は決定するために使用される。次にステップ１０２で、制御器３０によって、ＡＣＳＴ及びＥＳＴが第１温度閾値と比較される。第１温度閾値は、危険環境又は潜在的危険環境において許容される最高動作温度（典型的には２００℃）より低いのが好ましい。例えば、第１温度閾値は、１６０〜１９０℃の範囲内である。他の例としては、ＡＣＳＴ及びＥＳＴはそれぞれ別の第１温度閾値と比較されてもよい。
【００２４】
ステップ１０４で、ＡＳＣＴ又はＥＳＴのいずれかが第１温度閾値を超えると、制御器３０は、好ましくは第１高温警報信号を生成する。ステップ１０６に示すように、高温ライト４９又は他のインジケータを点灯又は起動するように、第１高温警報信号を使用してもよい。制御器３０によって生成された第１高温警報信号又は他の信号は、更に、保守要員がエンジン動作状態を診断するために不揮発性メモリにコードとして記録してもよい。例えば、そのコードは、ＡＣＳＴ又はＥＳＴが第１温度閾値を超えた日付、時刻及び適当なエンジン動作パラメータを含む。
【００２５】
ＡＣＳＴ又はＥＳＴのどちらかが第１温度閾値を超えると、ステップ１０８に示すように、制御器３０又は他の適当な装置が、更に、ＡＣＳＴ及び／又はＥＳＴを下げるようにと、一つ又は複数のエンジン動作又は制御パラメータを調節する。調節される制御パラメータには、例えば、燃料噴射器１４によって提供される燃料の量、燃料噴射のタイミング、エンジン１２への空気供給、排気再循環量、及び、オルタネータ（図示せず）及び／又は空気圧縮機（図示せず）等のアクセサリからのエンジン負荷等が含まれうる。
【００２６】
燃料噴射器１４によって与えられる燃料の量は、好ましくは必要なエンジントルク及び／又はエンジン速度に依存するので、燃料量は、温度及び／又は時間の関数として、エンジントルク及び／又は速度の低下によって減少してもよい。例えば、特定のスロットルポジションによって、又は可変速度ガバナによって決定される必要エンジントルクは、ＡＣＳＴ又はＥＳＴに基いて予め決められた量だけ減少する。他の例として、必要エンジントルクは、ＡＣＳＴ又はＥＳＴが第１温度閾値を越している時間の長さに基いて予め決められた量だけ減少してもよい。好ましくは、減少するエンジントルク値及び／又は減少するエンジン速度値は、二つのルックアップテーブルの中で見出すことができる。即ち、一つのルックアップテーブルはＡＣＳＴ及び時間を参照し、もう一つのルックアップテーブルはＥＳＴ及び時間を参照する。
【００２７】
燃料噴射のタイミングについては、例えばピストン行程に対して噴射を早めに開始するためには、噴射タイミングを早めればよい。より具体的には、対応するピストンがピストンの上昇行程中の比較的低いポイントにある時に特定の燃料噴射が始るようにタイミングが調節される。その特定の燃料噴射によって導入された燃料はより多くの膨張を経るので、エンジン１２からの排気温度を低下させることができる。この方法により、エンジン性能を低下せせることなしにＡＣＳＴ及び／又はＥＳＴを下げることが可能である。他の例としては、ＡＣＳＴ及び／又はＥＳＴを低下させるように、燃料噴射の時間を適当な方法で調節することも可能である。
【００２８】
エンジン１２に供給される空気は、給気システム１５によって供給される空気量を制御することによって調節できる。例えば、給気システム１５のターボチャージャ１６が可変形状即ち可変ノズルのターボチャージャとして構成されている場合、吸気マニホルド１３に供給される圧縮空気の量を減らすように、ターボチャージャ圧縮機（図示せず）の出口オリフィス（図示せず）を調節することができる。エンジン１２へ導入される圧縮空気量が少ない場合は、エンジン動作温度も、ＡＣＳＴ及び／又はＥＳＴも低下する。他の例として、ＡＣＳＴ及び／又はＥＳＴが低下するように、エンジン１２へ供給される空気を適当な方法で調節することも可能である。
【００２９】
排気再循環量は、例えば、吸気マニホルド１３に戻る排ガスの量を減らすことによって調節することもできる。その結果、ＡＣＳＴ及び／又はＥＳＴを低下することができる。他の例としては、ＡＣＳＴ及び／又はＥＳＴが低下するように排気再循環量を適当な方法により調節することもできる。
【００３０】
エンジン負荷に関しては、エンジン負荷を減らすように、オルタネータ（図示せず）及び／又は空気圧縮機等のアクセサリを不作動又はスローダウンすることもできる。エンジン負荷が減るので、エンジン出力を減らすことができ、それによって、ＡＣＳＴ及び／又はＥＳＴが低下する。
【００３１】
高温ライト４９又は他のイジケータが点灯するか他の起動をするのとほぼ同時に、好ましくは一つ又は複数の制御パラメータを調節するステップが開始する一方で、運転員に警報を出す前に、制御器３０又は他の適当な装置が、一つ又は複数の制御パラメータを調節し始めることもできる。例えば、ＡＣＳＴ又はＥＳＴが第１温度閾値よりも低いある温度閾値を超えた時に、一つ又は複数の制御パラメータを調節するステップが始るようにしてもよい。
【００３２】
ステップ１１０に示すように、一つ又は複数の制御パラメータを調節した後にも、ＡＣＳＴ及びＥＳＴのいずれもが低下しない、又は少なくとも上昇を停止しない場合は、ＡＣＳＴ又はＥＳＴが第２温度閾値を超えた場合にその超えた時に、制御器３０が、第２温度警報信号及びエンジン停止信号を生成するのが好ましい。第２温度閾値は第１温度閾値よりも高く、危険環境又は潜在的危険環境のもとで許容される最高動作温度以下であるのが好ましい。例えば、第２温度閾値は、１８０〜２００℃の範囲である。他の例では、第２温度閾値は、具体的な用途に応じて任意の適当なレベルに設定してもよい。ＡＣＳＴ及びＥＳＴを同じ第２温度閾値と比較してもよいし、異なる第２温度閾値と比較してもよいということが理解できよう。
【００３３】
ステップ１１２で、エンジン停止ライト５２又は他の適当なインジケータを点灯又は起動するために、第２温度警報信号を使用してもよい。ステップ１１４で、エンジン１２を停止するために、エンジン停止信号が使用されうる。例えば、エンジン停止信号は、燃料噴射器１４によって供給される燃料を禁止即ち停止するために使用される。他の例として、エンジン停止信号は、エンジン１２への空気の流れを禁止するために、吸気マニホルド１３の弁を起動するのに使用してもよい。他の例として、エンジン停止信号は、ハロン等の不活性流体を吸気マニホルド１３に噴射する流体噴射装置を駆動するために使用してもよい。更に他の例として、エンジン停止信号は、空気がシリンダ内で圧縮できないようにシリンダの排気弁を開くために使用することもできる。
【００３４】
本実施形態の効果として、システム１０を危険環境又は潜在的危険環境下で動作できるように、システム１０の動作温度を制御できる。より具体的には、本発明のシステム１０及び方法は、ＡＣＳＴ及びＥＳＴを効果的に制御するように動作することができる。更に、吸気マニホルド１３での空気温度が低いことにより、エンジン性能を高めることができる。他の例では、本発明のシステム１０及び方法は、ＡＣＳＴ又はＥＳＴのどちらか一方を制御するように運転することができる。
【００３５】
ＡＣＳＴは、ＡＣＳＴが危険環境下で許容される最高運転温度、例えば２００℃を超えないように効果的に制御できるので、給気システム１５は、防爆部品でなくて標準的部品によって製造することができる。更に、給気冷却器１７は、冷却流体として水又はエンジン冷却剤を使用するような比較的精巧で高価な装置ではなく、空冷装置として構成することができる。但し、排気システム１８内の温度が２００℃を超えることはあるかもしれないので、排気システム１８は防爆とする必要があるかもしれない。
【００３６】
本発明のシステム１０及び方法では更に、第１温度閾値を超えただけではエンジン１２の運転継続を許容する。従って、エンジン１２を突然停止させるのでなく、運転者は、状況に対応する時間を与えられる。更に、本発明のシステム１０及び方法は、ターボチャージャ出口温度の上昇を引き起こしうる燃料噴射スプレイチップの割れや破壊等の機械的故障に対して、追加的保護を与える。
【００３７】
他の方法として又は補足的に、本発明のシステム１０及び方法は、シリンダ圧力に基いてエンジン動作を制御してもよい。図３において、ステップ１１６に示すように、圧力センサ２５は、エンジン１２のシリンダ内のシリンダ圧力を測定又は決定するために使用される。好ましくは、各圧力センサ２５が、ディーゼルサイクル、オットーサイクル又は他の適当なサイクル等の特定のサイクルの間の特定のシリンダの最大シリンダ圧力を測定する。次にステップ１１８で、各シリンダ圧力は、制御器３０によって第１圧力閾値と比較される。例えば、制御器３０は、エンジン速度、ピストンポジション、要求エンジントルク及び／又は特定のシリンダに与えられる燃料量を含む種々の運転条件に基く複数の第１圧力閾値を含む、一つ又は複数の圧力テーブルを持つ。更に、各第１圧力閾値は、特定の一群の動作条件に対する必要最大シリンダ圧力よりも１平方インチ当り０〜１０００ポンド高い範囲であることが好ましい。
【００３８】
ステップ１２０で、特定の運転条件について、いずれかのシリンダ圧力が第１圧力閾値を超える場合は、制御器３０は、好ましくは第１高圧警報信号を生成する。ステップ１２２に示すように、第１高圧警報信号は、高圧ライト５０又は他の適当なインジケータを点灯又は起動するために使用されうる。制御器３０によって生成される第１高圧警報信号又は他の信号は、エンジン動作状態を診断する上で保守要員を助けるために、不揮発性メモリ内のコードとして記録してもよい。例えば、コードは、どれかのシリンダ圧力が第１圧力閾値を超えた時の、日付、時刻及び適当なエンジン動作パラメータを含んでもよい。
【００３９】
ステップ１２４に示すように、シリンダ圧力が第１圧力閾値を超えた場合、制御器３０又は他の適当な装置は又、一つ又は複数のシリンダ内のシリンダ圧力を低下させようとして一つ又は複数のエンジン動作又は制御のパラメータ調節も行なう。調節されうる制御パラメータには、例えば、一つ又は複数の燃料噴射器１４によって供給される燃料量、燃料噴射のタイミング、エンジン１２に供給される空気、排気再循環量、及び、オルタネータ（図示せず）及び／又は空気圧縮機（図示せず）等のアクセサリからのエンジン負荷等が含まれる。但し、これらに限定されない。
【００４０】
燃料噴射器１４によって供給される燃料量は、好ましくは必要エンジントルク及び／又はエンジン速度に依存するので、燃料量は、エンジンのトルク及び速度の低下によって、圧力及び／又は時間の関数として低下する。例えば、特定のスロットルポジション又は可変速ガバナによって決定される必要エンジントルクは、シリンダ圧力に基いて予め決められる量だけ低下する。他の例としては、必要なエンジントルクは、特定のシリンダ圧力が第１圧力閾値を超えている時間の長さに基いて予め決めれられた量だけ低下するようにしてもよい。好ましくは、低下したエンジントルク値及び／又は低下したエンジン速度値は、シリンダ圧力及び／又は時間を参照するルックアップテーブルの中で見出される。
【００４１】
この実施形態の効果として、全てのシリンダについて燃料量を低減するか、第１圧力閾値を超えたシリンダ圧力の一つ又は複数のシリンダについてだけ、選択的に燃料量を低減することができる。従って、特定の燃料噴射器１４が機能不良を起こして、特定のシリンダに、制御器３０が要求しているよりも多くの燃料を配給している場合、制御器３０は、その噴射器１４によって配給される燃料量を減らすことができる。このようにして、エンジンの効率及び性能を最大限に高めることができる。
【００４２】
燃料噴射のタイミングについては、噴射がピストン行程及び／又は燃料サイクルに対して遅く開始するように、そのタイミングを例えば遅らせることができる。より具体的には、対応するピストンがそのピストンの上昇行程における比較的高いポイントにある時に一つの特定の燃料噴射が始まるように、タイミングを調節することができる。好ましくは、それから、対応するピストンが上死点を更に過ぎた時にその特定の燃料噴射が終了する。熱の付加が、対応するピストンが上死点を更に過ぎた後に終了するので、シリンダ圧力が低下する。この時も、制御器３０は、全てのシリンダについて燃料噴射のタイミングを調節することもできるし、又、シリンダ圧力が第１圧力閾値を超えた一つ又は複数のシリンダだけについて燃料噴射のタイミングを調節することもできる。更に、この方法により、エンジン性能を下げることなしにシリンダ圧力を低下させることができる。他の方法として、シリンダ圧力が下がるように、燃料噴射のタイミングを何らかの適当な方法で調節することもできる。
【００４３】
エンジン１２に供給される空気は、給気システム１５によって供給される空気の量を制御することによって調節できる。例えば、給気システム１５のターボチャージャ１６が可変形状又は可変ノズルのターボチャージャとして構成されている場合、吸気マニホルド１３に供給される圧縮空気の量を減らすようにターボチャージャ圧縮機（図示せず）の出口オリフィス（図示せず）を調節することができる。比較的圧縮されていない空気をシリンダに導入することによって、シリンダ圧力を低下させることができる。他の例として、エンジン１２に供給される空気は、シリンダ圧力が低下するように適当な方法で調節することができる。
【００４４】
シリンダ圧力を低下させるように、排気再循環量を適当な方法で調節することができる。例えば、あるエンジン動作状態に基いて、排気再循環量の増加は、シリンダ圧力の低下をもたらすかもしれない。他の例として、他のエンジン動作状態に基けば、排気再循環量の減少の結果、シリンダ圧力が低下するかもしれない。
【００４５】
エンジン負荷に関して、エンジン負荷を減らすために、オルタネータ（図示せず）及び／又は空気圧縮機（図示せず）等のアクセサリを不作動としたりスローダウンさせることもできる。エンジン負荷が減ることから、エンジン出力を減らすことができ、それにより、シリンダ圧力が低下する。
【００４６】
高圧ライト５０又は他のインジケータが点灯するか起動するのとほぼ同時に、一つ又は複数の制御パラメータを調節するステップが開始するが、制御器３０又は他の適当な装置は、運転員に警報を出す前に、一つ又は複数の制御パラメータを調節し始めてもよい。例えば、いずれかのシリンダが第１圧力閾値よりも低い一つの圧力閾値を超えた時に、一つ又は複数の圧力パラメータを調節するステップを始めてもよい。
【００４７】
ステップ１２６に示すように、一つ又は複数の圧力パラメータを調節した後に、どのシリンダの圧力も低下したり上昇を止めたりしない場合は、いずれかのシリンダ圧力が第２圧力閾値を超えた場合、その超えた時に、制御器３０が、第２高圧警報信号及びエンジン停止信号を生成するのが好ましい。好ましくは、制御器３０は、一つ又は複数の圧力テーブルを有し、このテーブルは、エンジン速度、ピストンポジション、要求エンジントルク、及び／又は、特定のシリンダに供給される燃料量等を含む種々の運転条件に基く複数の第２圧力閾値を有する。しかし、いかなる与えられた運転条件群に対しても、対応する第２圧力閾値は、対応する第１圧力閾値以上であることが好ましい。更に、与えられた運転条件群に対して、燃焼温度が要求最高温度を超えないように各第２圧力閾値を選択することが好ましい。例えば、特定の運転条件群に対して、各第２圧力閾値は、要求最高シリンダ圧力よりも１平方インチ当り０〜１０００ポンド高い範囲内であるとよい。
【００４８】
ステップ１２８で、第２高圧警報信号は、エンジン停止ライト５２又はその他の適当なインジケータを点灯又は起動するために使用してもよい。ステップ１３０で、エンジン停止信号は、エンジン１２を停止するために使用される。例えば、エンジン停止信号は、燃料噴射器１４によって与えられる燃料を禁止又は停止するために使用してもよい。他の例としては、エンジン停止信号は、エンジン１２への空気の流れを禁止又は停止するように、吸気マニホルド１３の弁を起動するために使用してもよい。他の例として、エンジン停止信号は、ハロン等の不活性流体を吸気マニホルド１３に噴射するための燃料噴射装置を起動するために使用してもよい。更に他の例として、エンジン停止信号は、シリンダ内で空気が圧縮できないように排気弁を開くことに使用してもよい。
【００４９】
本実施形態の効果として、エンジン１２を危険環境又は潜在的危険環境下で動作できるように、各シリンダ内のシリンダ圧力及び燃焼を効果的に制御することができる。例えば、周辺環境から吸気マニホルド１３を通してエンジン内に充分な量の可燃ガスが流入している場合は、全てのシリンダで、対応する第２圧力閾値を超えたシリンダ圧力になる。そのような場合、システム１０は、エンジン１２を停止するように動作する。従って、システム１０は、可燃ガスの圧力を検出し、そのようなガスの濃度が許容レベルを超えた時にエンジン１２を停止するために使用されうる。更に、シリンダ圧力を制御することによって、本発明のシステム１０及び方法は、エンジン１２の動作温度をも効果的に制御する。
【００５０】
更に本発明のシステム１０及び方法は、第１圧力閾値を超えただけの場合にエンジン１２の動作継続を許容することもできる。例えば、前述のように、一つの特定の燃料噴射器１４がオーバーインジェクションの場合、制御器３０は、その燃料噴射器１４によって供給される燃料量を低下させることによる補償をすることができる。このようにして、エンジン１２を突然停止させるのではなくて、運転者が状況に応答する時間を得ることができる。更に、本発明のシステム１０及び方法は、シリンダ圧力を高める可能性のある燃料噴射器スプレイチップの割れや破損等の機械的故障に対して、更なる保護を与える。
【００５１】
エンジンチェックライト５１やエンジン停止ライト５２、又は他の適当なインジケータを点灯又は起動するために、前述のエンジン停止信号の何れでも使用できることを理解すべきである。更に、上述のエンジン停止信号は、保守要員がエンジン動作状態を診断する上での助けになるように、不揮発性メモリ内にコード化して記録してもよい。
【００５２】
システム１０は更に、警報信号を生成するか、及び／又はエンジンの制御若しくは停止シーケンスを開始するかを決定する上で、平均化機能及び／又は時間遅れを提供するための一つ又は複数のタイマ又はカウンタを有していてもよい。具体的な用途により、種々のタイマ／カウンタを利用できる。例えば、温度、エンジン速度又は蒸気濃度の信号のための平均化機能を提供する積分タイマ／カウンタを利用できる。制御器３０が、温度、エンジン速度又は蒸気濃度のいずれかの信号が対応する閾値を交差したと判定した時は、タイマ／カウンタが動き始め、時間を積算し始める。温度、エンジン速度又は蒸気濃度のいずれかの信号が対応する閾値を逆方向に交差した時は、タイマ／カウンタは（最小値ゼロまで）減算を始める。タイマ／カウンタが予め決められた時間又は値に達しない限り、対応する警報信号及び／又はエンジンの制御又は停止シーケンスのトリガはかからない。他の方法としては、ある特定の閾値を一つの方向に交差した時にタイマ／カウンタが増加を開始し、その閾値を逆方向に交差した時はゼロにリセットするようにしてもよい。もちろん、どちらのタイマ／カウンタについても、タイマ／カウンタの挙動は、その閾値が上限／最大値閾値か下限／最小値閾値かに依存する。
【００５３】
シリンダ圧力に基く内燃機関の動作の制御についての更に詳細な説明は、同時系属中の出願「内燃機関制御の方法」と題するシリアル番号      号に記載されている。その出願は本願の譲受人と同じ者に譲渡されるものであって、この引用によってここに取り入れられる。
【００５４】
発明の実施形態を図示し説明したが、これらの実施形態は、本発明のすべての可能な形態を図示し説明することを意図していない。この明細書で使用される言葉は限定するためでなくて説明するためのものである。又、本発明の概念や範囲から逸脱することなしに種々の変更が可能であることが理解できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明によるエンジンの運転制御のためのシステムの一実施形態の模式図である。
【図２】
本発明によるエンジン制御方法の動作を示すフローチャートである。
【図３】
シリンダ圧力に基いてエンジンを制御する方法の更なる動作を示すフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年1月13日(2003.1.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
危険環境下で動作しシリンダを有するエンジンを制御する方法であって、
シリンダ圧力を検出するステップと、
上記シリンダ圧力と一つの圧力閾値とを比較するステップと、
上記シリンダ圧力が上記圧力閾値を越えた時にエンジン制御パラメータを調節するステップと、
上記シリンダ圧力を、上記エンジン動作環境における可燃性ガスの存在による圧力上昇に基づく追加の圧力閾値と比較するステップと、
上記シリンダ圧力が上記追加の圧力閾値を超えた時に上記エンジンを停止するステップと、
を有することを特徴とする方法。
【請求項２】
エンジン制御パラメータを調節するステップは、取り出しうるエンジントルクを減らすステップを含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
エンジン制御パラメータを調節するステップは、上記シリンダに供給される燃料を減らすステップを含む請求項１記載の方法。
【請求項４】
エンジン制御パラメータを調節するステップは、上記シリンダに供給される燃料噴射のタイミングを早めるステップを含む請求項１記載の方法。
【請求項５】
エンジン制御パラメータを調節するステップは、上記エンジンに供給される空気の量を減らすステップを含む請求項１記載の方法。
【請求項６】
エンジン制御パラメータを調節するステップは、排気再循環量を調節するステップを含む請求項１記載の方法。
【請求項７】
エンジン制御パラメータを調節するステップは、エンジン負荷を減らすステップを含む請求項１記載の方法。
【請求項８】
上記追加の圧力閾値は、上記圧力閾値よりも大きい請求項１記載の方法。
【請求項９】
エンジン制御パラメータを調節するステップは、上記エンジンの運転継続を許容しながら、エンジンアクセサリを減速するステップを有する請求項１記載の方法。
【請求項１０】
上記エンジンアクセサリはオルタネータ及び空気圧縮機のうちの一つである請求項９記載の方法。
【請求項１１】
エンジン制御パラメータを調節するステップは、上記エンジンの運転継続を許容しながら、エンジンアクセサリを不作動にするステップを含む請求項１記載の方法。
【請求項１２】
上記エンジンアクセサリはオルタネータ及び空気圧縮機のうちの一つである請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
危険環境下でエンジン動作を制御するシステムであって、
シリンダ圧力を検出するシリンダ圧力センサと、
上記シリンダ圧力センサと連絡する制御器であって、上記シリンダ圧力を一つの圧力閾値と比較する制御ロジックと、上記シリンダ圧力が上記圧力閾値を越えた時にエンジン制御パラメータを調節する制御ロジックと、上記シリンダ圧力を、エンジン動作環境における可燃性ガスの存在による圧力上昇に基く追加の圧力閾値と比較する制御ロジックと、上記シリンダ圧力が上記追加の圧力閾値を超えた時にエンジン停止信号を生成する制御ロジックとを有する上記制御器と、
を有することを特徴とするシステム。
【請求項１４】
更に、上記制御器と連絡すると共に上記シリンダ圧力が上記圧力閾値を越えた時に起動されるエンジン警報インジケータを有する請求項１記載３のシステム。
【請求項１５】
上記エンジン制御パラメータを調節する制御ロジックは、上記エンジンに供給される燃料を減らす制御ロジックを含む請求項１３記載のシステム。
【請求項１６】
上記エンジン制御パラメータを調節する制御ロジックは、上記エンジンへの燃料噴射のタイミングを早める制御ロジックを含む請求項１３記載のシステム。
【請求項１７】
上記エンジン制御パラメータを調節する制御ロジックは、上記エンジンに供給される空気を調節する制御ロジックを含む請求項１３記載のシステム。
【請求項１８】
上記エンジン制御パラメータを調節する制御ロジックは、上記エンジンへの排気再循環量を調節する制御ロジックを含む請求項１３記載のシステム。
【請求項１９】
上記エンジン制御パラメータを調節する制御ロジックは、上記エンジン負荷を減らす制御ロジックを含む請求項１３記載のシステム。
【請求項２０】
上記エンジン制御パラメータを調節する制御ロジックは、上記エンジンの運転継続を許容しながら、エンジンアクセサリを減速する制御ロジックを含む請求項１３記載のシステム。
【請求項２１】
上記エンジンアクセサリはオルタネータ及び空気圧縮機のうちの一つである請求項１３記載のシステム。
【請求項２２】
上記エンジン制御パラメータを調節する制御ロジックは、上記エンジンの運転継続を許容しながら、エンジンアクセサリを不作動にする制御ロジックを含む請求項１３記載のシステム。
【請求項２３】
上記エンジンアクセサリはオルタネータ及び空気圧縮機のうちの一つである請求項２２記載のシステム。
【請求項２４】
上記追加の圧力閾値は上記圧力閾値よりも大きい請求項１３記載のシステム。
【請求項２５】
シリンダ圧力センサ及びエンジンと連絡するエンジン制御器によって実行可能な命令を表す情報を記憶するコンピュータ読取り可能記憶媒体であって、上記エンジン制御器は危険環境下で上記エンジンを制御するものであって、
上記シリンダ圧力センサによって提供される信号に基いてシリンダ圧力を決定する命令と、
上記シリンダ圧力を一つの圧力閾値と比較する命令と、
上記シリンダ圧力が上記圧力閾値を越えた時にエンジン制御パラメータを調節する命令と、
上記シリンダ圧力を、上記エンジンの動作環境から上記シリンダに流入する可燃性ガスの存在によるシリンダ圧力上昇に基く追加の圧力閾値と比較する命令と、
上記シリンダ圧力が上記追加の圧力閾値を超えた時に上記エンジンを停止する命令と、
を有することを特徴とするコンピュータ読取り可能記憶媒体。
【請求項２６】
エンジン制御パラメータを調節する命令は、上記エンジンへ供給される燃料を減らす命令を含む請求項２５記載のコンピュータ読取り可能記憶媒体。
【請求項２７】
エンジン制御パラメータを調節する命令は、上記エンジンへの燃料噴射のタイミングを早める命令を含む請求項２５記載のコンピュータ読取り可能記憶媒体。
【請求項２８】
エンジン制御パラメータを調節する命令は、上記エンジンへ供給される空気を調節する命令を含む請求項２５記載のコンピュータ読取り可能記憶媒体。
【請求項２９】
エンジン制御パラメータを調節する命令は、上記エンジンへの排気再循環量を調節する命令を含む請求項２５記載のコンピュータ読取り可能記憶媒体。
【請求項３０】
エンジン制御パラメータを調節する命令は、エンジン負荷を減らす命令を含む請求項２５記載のコンピュータ読取り可能記憶媒体。
【請求項３１】
エンジン制御パラメータを調節する命令は、上記エンジンの運転の継続を許容しながら、エンジンアクセサリを減速させる命令を含む請求項２５記載のコンピュータ読取り可能記憶媒体。
【請求項３２】
上記エンジンアクセサリはオルタネータと空気圧縮機の内の一つである請求項２５記載のコンピュータ読取り可能記憶媒体。
【請求項３３】
エンジン制御パラメータを調節する命令は、上記エンジンの運転の継続を許容しながら、エンジンアクセサリを不作動にする命令を含む請求項２５記載のコンピュータ読取り可能記憶媒体。
【請求項３４】
上記エンジンアクセサリはオルタネータと空気圧縮機の内の一つである請求項３３記載のコンピュータ読取り可能記憶媒体。
【請求項３５】
上記追加の圧力閾値は上記圧力閾値よりも大きい請求項２５記載のコンピュータ読取り可能記憶媒体。
【請求項３６】
危険環境下で動作しシリンダを有するエンジンを制御する方法であって、
シリンダ圧力を検出するステップと、
上記シリンダ圧力を、上記エンジンの動作環境から上記エンジンに吸い込まれた可燃性ガスの存在によるシリンダ圧力上昇に基く追加の圧力閾値と比較するステップと、
上記シリンダ圧力が上記圧力閾値を越えた時に上記エンジンを停止させるように、エンジン制御パラメータを調節するステップと、
を有することを特徴とする方法。
【請求項３７】
エンジン制御パラメータを調節するステップは、上記シリンダに供給される燃料を減らすステップを含む請求項３６記載の方法。
【請求項３８】
エンジン制御パラメータを調節するステップは、上記エンジンに供給される空気の量を減らすステップを含む請求項３６記載の方法。
【請求項３９】
上記エンジンは、更に、上記シリンダに空気を供給する給気マニホルドを有し、上記エンジン制御パラメータを調節するステップは、上記吸気マニホルドに不活性流体を噴射するステップを含む請求項３６記載の方法。
【国際調査報告】
2004515686.tif 000030