(57)【要約】内燃エンジンのエンジン管理システム20は各エンジンシリンダ24中にシリンダ内圧力センサ26を具備している。圧力センサ26からのデータはサイクル毎に処理され、閉ループ制御は例えば先のサイクルからのシリンダ内圧力データに基づいて１サイクルのスパークタイミングを制御するために実行される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのシリンダ圧力センサと少なくとも１つのエンジンアクチュエイタとを有する内燃エンジンのエンジン管理システムにおいて、システムはシリンダ圧力センサからシリンダ圧力データを受信し処理するように構成されたデータプロセッサと、処理されたデータに基づいてエンジン性能を最適にするようにアクチュエイタを制御するように構成されたアクチュエイタ制御装置とを具備し、シリンダ圧力データは性能の最適化されたエンジンの１サイクルまたは複数のサイクル中に得られ、プロセッサはエンジンの１または複数のサイクルに対するシリンダ圧力変化関数を構成するためにデータを処理し、そこからアクチュエイタ制御装置の制御データを導出するシステム。
【請求項２】
プロセッサはそのエンジンの各シリンダについてのシリンダ圧力データを処理する請求項１記載のシステム。
【請求項３】
プロセッサは各エンジンサイクルについてシリンダ圧力データを処理する請求項１または２記載のシステム。
【請求項４】
アクチュエイタ制御装置は直前のエンジンサイクルからの処理されたシリンダ圧力データに基づいてエンジンサイクルの付勢を制御する請求項３記載のシステム。
【請求項５】
プロセッサはさらに、クランク角度データを処理する請求項１乃至４のいずれか１項記載のシステム。
【請求項６】
多シリンダエンジンに対して、データは各シリンダの１または複数のサイクルでそれぞれクランク角度位置で各シリンダで得られる請求項５記載のシステム。
【請求項７】
シリンダ圧力データをデータプロセッサへ与えるシリンダ内圧力センサをさらに含んでいる請求項１乃至６のいずれか１項記載のシステム。
【請求項８】
スパークプラグと、
燃料インジェクタの少なくとも１つを具備するエンジンアクチュエイタをさらに具備している請求項１乃至７のいずれか１項記載のシステム。
【請求項９】
プロセッサはシリンダ圧力データからオフセット圧力値、好ましくは濾波された圧力センサデータを得る請求項１乃至８のいずれか１項記載のシステム。
【請求項１０】
オフセット圧力値は、ｎとＫを得るためにシリンダ圧力データおよび対応する容積データを使用して、多重圧ガス法則ＰＶn ＝Ｋから得られる請求項９記載のシステム。
【請求項１１】
プロセッサは燃焼および運動圧力間の比を有する構成された圧力変化関数から圧力比関数を導出する請求項１または１１記載のシステム。
【請求項１２】
プロセッサはエンジンサイクルのプレ燃焼相の圧力センサデータから各エンジンの１または複数のサイクルに対する運動圧力を導出する請求項１１記載のシステム。
【請求項１３】
運動圧力の導出は濾波された圧力センサデータに基づいている請求項１２記載のシステム。
【請求項１４】
エンジンアクチュエイタはスパークプラグを具備し、アクチュエイタ制御装置は圧力比制御変数の閉ループ制御に基づいてスパークプラグの点火のタイミングを制御する請求項１１乃至１３のいずれか１項記載のシステム。
【請求項１５】
圧力比制御変数は例えば５０％のＭＦＢ等、燃焼された燃料質量部分（ＭＦＢ）の固定した割合である請求項１４記載のシステム。
【請求項１６】
多シリンダエンジンに対して、圧力比は各エンジンシリンダで得られ、アクチュエイタ制御装置は各エンジンシリンダのアクチュエイタを制御する請求項１１乃至１５のいずれか１項記載のシステム。
【請求項１７】
プロセッサは指示平均有効圧力（ＩＭＥＰ）を得るために圧力センサデータを処理する請求項１乃至１６のいずれか１項記載のシステム。
【請求項１８】
多シリンダエンジンに対して、プロセッサは各シリンダに対するＩＭＥＰを獲得し、最低のＩＭＥＰを有するシリンダを最も弱いシリンダとして識別し、アクチュエイタ制御装置はＩＭＥＰを最も弱いシリンダのＩＭＥＰへ平衡させるために各シリンダを制御する請求項１７記載のシステム。
【請求項１９】
シリンダは各シリンダのスパークタイミングを調節することによって制御される請求項１８記載のシステム。
【請求項２０】
シリンダの平衡は閉ループ制御に基づいている請求項１９記載のシステム。
【請求項２１】
プロセッサは総ＩＭＥＰを獲得し、総ＩＭＥＰがしきい値よりも下に落ちた場合にミスファイヤを検出する請求項１７乃至２０のいずれか１項記載のシステム。
【請求項２２】
ミスファイヤを検出したとき、アクチュエイタ制御装置はミスファイヤの検出に先立ってアクチュエイタ制御装置の状態にリセットする請求項２１記載のシステム。
【請求項２３】
プロセッサはさらにエンジンサイクル間のＩＭＥＰの変化の関数を導出し、定常状態の状況が存在するか否かを決定するためにその関数をしきい値に対して比較する請求項１７乃至２２のいずれか１項記載のシステム。
【請求項２４】
定常状態ではない状態が決定された場合にはプロセッサはＩＭＥＰ平衡から切換えられる請求項２３記載のシステム。
【請求項２５】
スタートアップモードでは、プロセッサはエンジンサイクル間のＩＭＥＰの可変性の関数を導出し、その関数をしきい値に対して比較し、アクチュエイタ制御装置はこの比較に基づいてアクチュエイタを制御するように構成されている請求項１７乃至２３のいずれか１項記載のシステム。
【請求項２６】
アクチュエイタはスパークプラグであり、アクチュエイタ制御装置は比較に基づいてスパークプラグのタイミングを遅延させる請求項２５記載のシステム。
【請求項２７】
さらに、アクチュエイタは燃料インジェクタを具備し、アクチュエイタ制御装置はＩＭＥＰの可変性の関数に基づいて燃料の注入を制御するように構成されている請求項２５または２６記載のシステム。
【請求項２８】
アクチュエイタ制御は閉ループ制御下でターゲットのＩＭＥＰの変化に対して行われる請求項２５または２７記載のシステム。。
【請求項２９】
スタートアップモードはエンジン冷媒温度センサのデータに基づいて入力される請求項２５乃至２８のいずれか１項記載のシステム。
【請求項３０】
ＩＭＥＰ変数または可変性は先の変数または可変性値および忘却係数と結合された現在のＩＭＥＰ値の関数として反復的に導出される請求項２３乃至２９のいずれか１項記載のシステム。
【請求項３１】
ＩＭＥＰ変数または可変性の反復は忘却係数が各反復でターゲット値に対して連続的に増加される初期化シーケンスを含んでいる請求項３０記載のシステム。
【請求項３２】
しきい値は同一のサイクル中に、検出されるミスファイヤの現在のシリンダ以外の全てのシリンダで得られるＩＭＥＰの平均に基づいている請求項２１または２２記載のシステム。
【請求項３３】
プロセッサはさらにシリンダのノックを検出するために圧力センサデータをさらに処理する請求項１乃至３２のいずれか１項記載のシステム。
【請求項３４】
アクチュエイタはスパークプラグとプロセッサとアクチュエイタ制御装置を具備し、ノックの検出のときにスパークプラグのタイミングを遅延し、スパークタイミングしきい値が到達されるまで次のエンジンサイクルのタイミングを段階的に増加する請求項３３記載のシステム。
【請求項３５】
アクチュエイタ制御装置はスパークタイミングしきい値に一度到達するとノック検出前にアクチュエイタ制御装置の状態をリセットする請求項３４記載のシステム。
【請求項３６】
それぞれ少なくとも１つの圧力センサと少なくとも１つのエンジンアクチュエイタとを有する複数のシリンダを有する内燃エンジンのエンジン管理システムにおいて、システムは各圧力センサからのシリンダ圧力データを処理するように構成されているデータプロセッサを具備し、このプロセッサはシリンダ圧力データから各シリンダのシリンダ圧力変化関数を構成し、構成された圧力変化関数から各シリンダの性能の尺度を導出し、シリンダ性能を平衡させるシステム。
【請求項３７】
さらに、シリンダの性能を平衡させるために各シリンダアクチュエイタを制御するように構成されているアクチュエイタ制御装置を具備している請求項３６記載のシステム。
【請求項３８】
アクチュエイタ制御装置はシリンダスパークタイミングを制御する請求項３７記載のシステム。
【請求項３９】
少なくとも１つの圧力センサと少なくとも１つのエンジンアクチュエイタとを有する内燃エンジンのエンジン管理システムにおいて、システムは圧力センサからのシリンダ圧力データを処理するように構成されているデータプロセッサと、処理されたデータに基づいてアクチュエイタを制御するように構成されているアクチュエイタ制御装置とを具備し、プロセッサはシリンダ圧力変化関数を構成するためにシリンダ圧力データを処理し、そこからアクチュエイタ制御装置に対する圧力比制御変数を導出するように構成されているシステム。
【請求項４０】
少なくとも１つのシリンダ圧力センサと、少なくとも１つのエンジンアクチュエイタとエンジン管理システムとを含んでいる請求項１乃至３９のいずれか１項記載の内燃エンジン。
【請求項４１】
シリンダ圧力センサからのシリンダ圧力データに基づいて内燃エンジンを管理する方法において、１以上の性能を最適化されたエンジンサイクルにわたってシリンダ圧力データを獲得し、エンジンの１または複数のサイクルの圧力変化関数を構成するためシリンダ圧力データを処理し、構成された圧力変化関数に基づいてエンジン性能を最適化するようにエンジンアクチュエイタを制御するステップを含んでいる方法。
【請求項４２】
少なくとも１つのシリンダ圧力センサを有する内燃エンジンのエンジン管理システムにおいて、システムは１シリンダサイクル毎に複数のシリンダ圧力の読取りを検索するように構成されているセンサ制御装置と、圧力変化関数での雑音濾波を可能にするためにサイクル毎に十分な読取りが検索されるシリンダ圧力変化関数を構成するように読取りを処理するように構成されているプロセッサとを具備しているエンジン管理システム。
【請求項４３】
エンジン故障、入口マニホルドの漏洩、入口または排気弁の漏洩、ピストンリングの故障およびヘッドガスケットの漏洩の少なくとも１つを識別するため、さらに構成されたシリンダ圧力変化関数を処理するためのプロセッサを含んでいる請求項４２記載のエンジン管理システム。
【請求項４４】
少なくとも１つのシリンダ圧力センサと、シリンダサイクルにわたって感知されたシリンダ圧力を処理するように構成されたプロセッサとを有し、シリンダ圧力変化関数を構成する内燃エンジンの診断システムにおいて、システムは構成された関数からエンジンの誤動作を検出するように構成されたプロセッサをさらに具備している内燃エンジンの診断システム。
【請求項４５】
エンジンの誤動作には、エンジン故障、入口マニホルドの漏洩、入口または排気弁の漏洩、ピストンリングの故障およびヘッドガスケットの漏洩の少なくとも１つが含まれている請求項４４記載のシステム。
【請求項４６】
誤動作プロセッサは構成された関数をモデル化された関数と比較することによりエンジンの誤動作を識別する請求項４４または４５記載のシステム。
【請求項４７】
プロセッサはパターン認識を使用してエンジンの誤動作を識別する請求項４４または４５記載のシステム。
【請求項４８】
エンジンは複数のシリンダおよびそれぞれのシリンダの圧力センサと、多数のシリンダに共通の故障を識別するために各シリンダの構成された機能を相互相関するプロセッサとを有している請求項４４乃至４７のいずれか１項記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は改良されたエンジン管理用システムおよび方法に関し、特に内燃エンジンの管理用システムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
既知のエンジン管理システム（ＥＭＳ）はある予め設定された基準または設計規準を満たすためエンジンの動作を監視し制御する。典型的に、これらは高い燃料効率と低い放射で結合する良好な運転能力である。１つのこのような既知のシステムは図１に概略的に示されている。内燃エンジン10は14で示しているセンサグループからセンサ信号を受信し、16で示されているアクチュエイタグループへ制御信号を発生するエンジン制御装置12により制御される。エンジン制御装置12は以下さらに詳細に説明するように外部入力ブロック18から外部入力を受信する。
【０００３】
センサブロック14からのセンサ入力と外部入力ブロック18からの外部入力に基づいて、エンジン制御装置（ＥＣＵ）は特定された基準内でエンジン性能を最適化する。
【０００４】
典型的に、センサブロック14は気流団センサ、入口温度センサ、ノック検出センサ、カムセンサ、空気／燃料比（ＡＦＲ）またはラムダ（λ）センサ、エンジン速度センサを含むセンサを含んでいる。外部入力ブロック18は典型的に、スロットルまたは加速器センサ、周囲圧力センサ、エンジン冷却剤温度センサを含んでいる。スパーク点火エンジンでは、アクチュエイタブロック16は典型的に燃料インジェクタ制御およびスパークプラグ動作制御装置を具備している。
【０００５】
結果として、駆動制御下でのスロットルにより誘起される可変負荷状態では、センサおよびアクチュエイタは化学量論的ＡＦＲを実現するために燃焼室に入る燃料の量の効率的な制御と、燃焼自体のタイミングの効率的な制御を可能にする。
【０００６】
既知のエンジン管理システムは種々の問題を受ける。ＥＭＳ技術は依然としてパラメータベースのシステムに制限されている。これらのシステムは設定点、境界、制御利得、ダイナミック補償ファクタ等の制御パラメータに基づいて周囲環境およびエンジン動作状態の範囲にわたって出力値を与える種々のルックアップテーブルを有している。例えばスパーク点火エンジンでは、スパークのタイミングは通常エンジン速度とエンジン負荷に対してマップされ、冷却を開始するための補償を必要とする。それ故、高いデータ記憶の需要の導入に加えて、既知のシステムは顕著な初期較正を必要とする。この較正は典型的にエンジンがルックアップテーブルにマップされる全範囲の状態を通して駆動される試験ベッドで実行される。結果として、システムはエンジンの構造と作業服との間の変化等のファクタを補償しない。したがって、ルックアップテーブルは個々のエンジンで最初から不正確であり、依然として時間により正確さがない。
【０００７】
シリンダ圧力管理に基づいた多くのエンジン管理システムが知られている。多数の既知のシステムは非侵襲性の圧力センサを使用し、したがってその正確性は限定されている。シリンダ内のセンサが使用されるならば、これらは主に製造エンジンモデルではなく試験ベッドで見られる。種々のパラメータが圧力測定から得られる。例えばシリンダで行われる動作を導くためにエンジンサイクルの指示平均実効圧力（ＩＭＥＰ）を監視することが知られている。これは代表的な圧力測定の範囲に基づいて予め定められた関係から得られる。
【０００８】
完了した燃焼に対応してフライホイール速度の摂動の監視に基づいてエンジンシリンダの不発（ミス点火）を識別するためのシステムも既に存在する。しかしながらこれは摂動が定常状態のエンジン速度と比較して小さいとき高いエンジン速度と低い負荷で不正確である。問題はシリンダ数が増加すると悪化する。
【０００９】
動作状態の変化に適応するために、付加的なセンサ、例えば湿度センサ等の周囲状態センサをシステムに導入することが提案されている。しかしながらこのようなセンサを含めることは製造ビークルで実現されていない。別の既知のシステムでは、湿度変化を考慮するために種々の制御パラメータへマージンが導入されるが、これはフレキシブルでなくなる可能性がある。
【００１０】
既知のエンジン管理システムはまた、全体として適切なシグナチャにより燃焼変化を検出する加速度計ノック検出システムをエンジンブロックに含んでいる。既知のシステムはノックが検出されたときにクランク角位置を識別することにより、ノックしているシリンダを識別しようとする。このようなシステムは不正確であり、結果として非常に大まかなノック制御レベルだけを与える。
【００１１】
既知のシステムはまたエンジンのスタートアップ／ウォームアップ中の異なるエンジン特性と制御パラメータを補償する。既知のシステムでは、エンジンが可能な限り迅速にウォームアップするとき触媒がその最適な状態に迅速に到達するように、エンジンの冷媒に応じてオープンループタイミング制御に余分の遅れを与える。しかしながら既知のシステムでは、エンジニアリングマージンはタイミングが燃焼の安定性の限度を超えて遅れないことを確実にするために与えられる。これらのマージンが予め設定されているとき、この必然性は与えられることのできる遅延量において妥協を生じる。
【００１２】
シリンダ圧力が測定される既知のシステムでは、多重圧ガスの原理ＰＶn ＝一定に基づいて圧力オフセットを評価することによりセンサのドリフトを適応するために補償方式が導入されている。しかしながら、このようなシステムは一定の多重圧指数ｎまたはエンジン状態のルックアップテーブル機能として変化する指数を仮定する。しかしながら、実際にｎはエンジン温度と再循環される排気ガス量との両者によりシリンダとサイクル間で変化するので、このようなシステムでは問題が生じる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
通常のエンジン管理システムに関連する種々の問題を解決する１つの既知の文献はSellnau の“Cylinder-pressure-based Engine Control using Pressure-ratio-management and Low-cost Non-intrusive Cylinder Pressure Sensors ”であり、SAE International, 400 Commonwealth Drive, Warrendale, PA 15096-0001, USA から入手可能なSAE Technical Paper Series 2000-01-0932 の一部である。この文献で概論に説明されている：システムでは４から６の圧力サンプルが１エンジンストローク中に非侵襲性の圧力センサにより採取され、これらの値はエンジン性能の尺度を得るために予め定められた式へ導入される。特に、点火した圧力（燃焼がないならばシリンダに存在しない圧力）と得られた監視圧力の比の尺度は、上死点と閉ループ制御がこの値を公称のターゲット値へ制定された後に、１０°で取られる。
【００１４】
このシステムは種々の問題を受ける。非常に少数のサンプルは雑音干渉の影響を減少し物理的パラメータをさらに正確に識別するための平均化技術の適用を禁止する。
【００１５】
Sellnau 等が開示したシステムはまた排気ガスの再循環、航空燃料比平衡、ミスファイヤ検出、コールドスタート制御等の他のファクタの測定されたデータを使用し、同一の問題を受ける。さらに、ミスファイヤの検出に関連して、制御はさらに圧力比と付加的なエラーソースを誘発するＩＭＥＰとの近似に基づいている。
【００１６】
Sellnau はさらに完了したミスファイヤにおける０と、完了した燃焼における１との間で変化する運動圧力の分数としてシリンダ圧力の増加を効率的に表す変更された圧力比ＭＰＲを監視することによって燃焼の完全性が評価されるスタート制御方法を提案している。これは燃焼の安定性の尺度として使用され、それによりＭＰＲはスパークのタイミングがさらに遅延されるとき低く、ウォームアップ中のスパークの遅延の限度を与える。しかしながら、ＭＰＲは少数のみのサンプルから得られ、これは信号雑音をさらに受けやすくする。
【００１７】
文献はさらにある周波数を有するノック誘発振動の感知に基づいたノック検出を説明している。しかしながら、移動するエンジン部分から生じる機械的な振動の影響を除去するために過剰な濾波が必要とされる。
【００１８】
Aonoの米国特許第4,556,030 号明細書は種々のエンジン性能尺度がシリンダ圧力の尺度と監視圧力の獲得から得られるエンジン管理システムに関する。監視圧力を得るため、スパークは連続的なサイクルにわたって可能な限り増分して遅延される。シリンダが燃焼が生じるまで監視圧力で動作するとき、これは監視圧力上にさらに多くのデータが集収されることを可能にする。しかしながら、これは種々の問題につながる。第１に、エンジンの性能はこのデータを集収するために妥協され、データは複数のサイクルにわたって集収されなければならず、エンジンは十分なデータが得られるまで漸進的に遅延される。第２に、これは代わりにエンジンの応答時間の大きな減少を必要とする。データが一度集収され、種々のパラメータが得られると、これらは予め設定された値がエンジンに与えられ続けるかこれらは調節され、測定された値をエンジン状態の体系的変化の示唆として扱われるべきであるかを設定するために予め設定された値に対して比較される。したがって、予め設定された値は優先順位を有し、測定された値は単なるクロスチェックであり、エンジン制御応答時間を減少する。
【００１９】
別の既知のシステムはMatekunas の米国特許第4,622,939 号明細書に記載されている。この構成にしたがって、侵襲性または非侵襲性センサを使用して、エンジンサイクル中の圧力についての４つのサンプル測定が取られる。好ましい構造では、値は複数のサイクルにわたって平均され、単一サイクルからの値が使用されるならば、付加的な補正データが集められ処理される。特に、ＴＤＣ後、１０°で燃焼された比例燃料が得られ、燃焼された評価燃料の体積部分は濾波され、ルックアップテーブルを使用して異なる動作状態下で変化できるターゲット値へ整合するためフィードバック変数として使用される。エンジン動作の短期間の変化、例えばサイクルからサイクルの変化は適応されないか、付加的な処理負担でのみ適応される。ゼロの位相シフトのローパス濾波はシリンダノックにより生じる信号雑音と１０°における任意の摂動を減衰するために必要とされる。さらに、使用されるサンプル数が低いために、さらに害算が必要とされ、感知された値は重要な概算と仮定に基づいてそれ自体の予め決定された関係に構成される。圧力オフセット等のファクタは多重圧指数評価を使用せずにはこのようなシステムで正確に計算されることができない。したがって、さらに不正確さが関与する。Matekunas はさらに重要な概算と予め決定された仮定に基づいた圧力センサの補償を説明している。結果として、この計算もフレキシブルではなく、動作状態の変化に応答しない。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明によって、少なくとも１つのシリンダ圧力センサと少なくとも１つのエンジンアクチュエイタとを有する内燃エンジンのエンジン管理システムが与えられ、このシステムはシリンダ圧力センサからシリンダ圧力データを受信し処理するように構成されたデータプロセッサと、処理されたデータに基づいてエンジン性能を最適にするようにアクチュエイタを制御するように構成されたアクチュエイタ制御装置とを具備し、シリンダ圧力データは性能の最適化されたエンジンの１サイクルまたは複数のサイクル中に得られ、プロセッサはエンジンの１または複数のサイクルのシリンダ圧力変化関数を構成するためにデータを処理し、そこからアクチュエイタ制御装置の制御データを導出する。圧力変化関数が構成され、改良され、さらに正確なエンジン管理は既知のシステムのさらに少数の近似に基づいて利用可能である。プロセッサは好ましくはそのエンジンの各シリンダについてのシリンダ圧力データを有し、さらに好ましくは個々のシリンダ制御および応答性の重要なレベルを可能にする各エンジンサイクルのシリンダ圧力データを有する。好ましくは、アクチュエイタ制御装置は直前のエンジンサイクルからの処理されたシリンダ圧力データに基づいてエンジンサイクルの付勢を制御し、それによって最新のデータが瞬間的なサイクルの制御に使用される。
【００２１】
プロセッサは好ましくはさらに、クランク角度データを処理し、多シリンダエンジンでは、データは好ましくは各シリンダの１または複数のサイクルでそれぞれクランク角度位置で各シリンダで得られる。その結果として、ピストンの位置とシリンダの容量は各圧力の読取りに対して得られる。
【００２２】
システムは好ましくはシリンダ圧力データをデータプロセッサへ与えるシリンダ内圧力センサを含んでいる。結果として、正確で直接的な読取りがエンジン／機械雑音により実質上汚染されずに有効である。
【００２３】
エンジンアクチュエイタは、
スパークプラグと、
燃料インジェクタの少なくとも１つを具備することが好ましい。
【００２４】
プロセッサはシリンダ圧力からオフセット圧力値を得ることが好ましく、オフセット圧力値は好ましくはｎとＫを得るためにシリンダ圧力データおよび対応する容積データを使用して、多重圧ガス法則ＰＶn ＝Ｋから得られる。結果として、ｎまたはＫのオフライン近似は必要とされず、オフセット圧力の正確な値が得られる。
【００２５】
１つの好ましい実施形態では、プロセッサは燃焼および運動圧力間の比を有する構成された圧力変化関数から圧力比関数を獲得し、プロセッサはエンジンサイクルのプレ燃焼相の圧力センサデータから各エンジンの１または複数のサイクルの運動圧力を獲得し、運動圧力の導出は濾波された圧力センサデータに基づいている。エンジンアクチュエイタはスパークプラグを具備し、アクチュエイタ制御装置は圧力比制御変数の閉ループ制御に基づいてスパークプラグの点火のタイミングを制御し、圧力比制御変数は例えば５０％のＭＦＢ等、燃焼された燃料質量部分（ＭＦＢ）の固定した割合である。結果として、燃料効率モード（ＦＥＭ）がエンジンに対して実現される。多シリンダエンジンでは、圧力比は各エンジンシリンダに対して導出され、アクチュエイタ制御装置は各エンジンシリンダのアクチュエイタを制御する。
【００２６】
さらに好ましい実施形態では、プロセッサは指示平均有効圧力（ＩＭＥＰ）を得るために圧力センサデータを処理し、多シリンダエンジンでは、プロセッサは各シリンダに対してＩＭＥＰを獲得し、最低のＩＭＥＰを有するシリンダを最も弱いシリンダとして識別し、アクチュエイタ制御装置はＩＭＥＰを最も弱いシリンダのＩＭＥＰに対して平衡するように各シリンダを制御する。シリンダは各シリンダの圧力比の関数に基づいて制御され、シリンダの平衡は閉ループ制御に基づいている。結果として、平滑運転モード（ＳＲＭ）がそのエンジンで達成される。プロセッサは総ＩＭＥＰを獲得し、総ＩＭＥＰがしきい値よりも下に落ちたならばミスファイヤを検出し、アクチュエイタ制御装置はミスファイヤの検出前にアクチュエイタ制御装置の状態にリセットする。プロセッサはさらにエンジンサイクル間のＩＭＥＰの変化の関数を導出し、定常状態の状況が存在するか否かを決定するためにその関数をしきい値に対して比較し、定常状態ではない状態が決定されたならばプロセッサはＩＭＥＰ平衡から切換える。したがってシステムは過渡状態下でＳＲＭからＦＥＭへ切換える。
【００２７】
好ましいスタートアップモードの実施形態では、プロセッサはエンジンサイクル間のＩＭＥＰの可変性の関数を導出し、その関数をしきい値に対して比較し、アクチュエイタ制御装置はこの比較に基づいてアクチュエイタを制御する。アクチュエイタはスパークプラグであり、アクチュエイタ制御装置は比較に基づいてスパークプラグのタイミングを遅延させる。さらにアクチュエイタは燃料インジェクタを具備し、アクチュエイタ制御装置はＩＭＥＰの可変性の関数に基づいて燃料の注入を制御する。アクチュエイタ制御は閉ループ制御下でターゲットのＩＭＥＰ可変性に対して行われる。スタートアップモードはエンジン冷媒温度センサデータに基づいて開始される。ＩＭＥＰ変数または可変性は先の変数または可変性値および忘却係数と結合する現在のＩＭＥＰ値の関数として反復的に得られる。ＩＭＥＰ変数または可変性の反復は忘却係数が各反復でターゲット値に対して連続的に増加される初期化シーケンスを含んでいる。
【００２８】
好ましくは、しきい値は同一のサイクル中の全てのシリンダで得られるＩＭＥＰの平均に基づいている。
【００２９】
プロセッサは好ましくはさらにシリンダのノックを検出するため圧力センサデータを処理する。好ましくはアクチュエイタはスパークプラグとプロセッサとアクチュエイタ制御装置を具備し、ノックの検出されたときにスパークプラグのタイミングを遅延させ、スパークタイミングしきい値に到達するまで次のエンジンサイクルのタイミングを段階的に増加する。好ましくはアクチュエイタ制御装置はスパークタイミングしきい値に一度到達するとノック検出前にアクチュエイタ制御装置状態をリセットする。
【００３０】
本発明によれば、それぞれ少なくとも１つの圧力センサと少なくとも１つのエンジンアクチュエイタを有する複数のシリンダを有する内燃エンジンのエンジン管理システムがさらに与えられ、このシステムは各圧力センサからシリンダ圧力データを処理するように構成されているデータプロセッサを具備し、プロセッサはシリンダ圧力データから各シリンダのシリンダ圧力変化関数を構成し、考慮された圧力変化関数から各シリンダの性能の尺度を獲得し、シリンダ性能を平衡させる。
【００３１】
システムは好ましくはさらにシリンダの性能を平衡させるために各シリンダアクチュエイタを制御するように構成されているアクチュエイタ制御装置を具備し、アクチュエイタ制御装置は好ましくはシリンダスパークタイミングを制御する。
【００３２】
本発明によれば、さらに少なくとも１つの圧力センサと少なくとも１つのエンジンアクチュエイタを有する内燃エンジンのエンジン管理システムが与えられ、このシステムは圧力センサからシリンダ圧力データを処理するように構成されているデータプロセッサと、処理されたデータに基づいてアクチュエイタを制御するように構成されているアクチュエイタ制御装置を具備し、このプロセッサはシリンダ圧力変化関数を構成するためシリンダ圧力データを処理し、そこからアクチュエイタ制御装置の圧力比制御変数を得る。
【００３３】
本発明は前述したようにさらに、少なくとも１つのシリンダ圧力センサと、少なくとも１つのエンジンアクチュエイタとエンジン管理システムを含んだ内燃エンジンを含んでいる。
【００３４】
本発明はさらにシリンダ圧力センサからのシリンダ圧力データに基づいて内燃エンジンを管理する方法を提供し、その方法は１以上の性能を最適化されたエンジンサイクルにわたってシリンダ圧力データを獲得し、エンジンの１または複数のサイクルの圧力変化関数を構成するためシリンダ圧力データを処理し、構成された圧力変化関数に基づいてエンジン性能を最適化するためエンジンアクチュエイタを制御するステップを含んでいる。
【００３５】
本発明によれば、さらに少なくとも１つのシリンダ圧力センサを有する内燃エンジンのエンジン管理システムが提供され、システムは１シリンダサイクル毎に複数のシリンダ圧力の読取りを検索するように構成されているセンサ制御装置と、圧力変化関数での雑音濾波を可能にするためサイクル毎に十分な読取りが検索されるシリンダ圧力変化関数を構成するように読取りを処理するために構成されたプロセッサとを具備している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
本発明の実施形態を図面を参照して例示により説明する。
本発明の１実施形態の以下の説明は４ストロークのスパーク点火エンジンと関連してその構成に関するものである。しかしながら、本発明は、モデルパラメータに対する適切な変化により、他のストロークサイクルおよびディーゼルエンジン等の圧縮点火エンジンを含んだ他のタイプの内燃エンジンにも同様に応用されることができることが認識されるであろう。これらの変更は当業者に明白であり、現在考慮されている最良のモードだけを以下詳細に説明する。同一の参照符号は説明全体を通じて同一の部分を示している。
【００３７】
図２は６つのシリンダエンジンに関して本発明によるエンジン管理システムの関連部分を示している概略図であり、好ましい実施形態ではメルセデスベンツＭ１１２エンジンを含んでいる。エンジン制御装置は全体を20で示され、全体を22で示されているエンジンを制御する。エンジンは全体を24で示されている６つのシリンダを含んでいる。各シリンダはライン28によりＥＣＵに接続する圧力センサ26を含んでいる。さらにＥＣＵは制御ライン30により各シリンダスパークプラグ（図示せず）に対する電子制御を行う。ＥＣＵ20は以下さらに詳細に説明するように付加的な制御およびアクチュエイタ入力32を受信できる。エンジン管理システムは各完全なエンジンサイクル、即ち４ストロークエンジンでクランク軸の７２０°回転を通じて各シリンダの圧力を監視する。このデータに基づいて、各シリンダ24のスパークタイミングは制御ライン30により各スパークプラグのタイミングを変化するために変化される。
【００３８】
図３では、エンジンの単一のシリンダ24のより詳細な図を概略的に示している。シリンダ内圧力センサ26はトランスデューサZ17619、ケーブル4767A2/5/10 、および増幅器Z18150としてKistlerInstrumente AG 、Winterthur（スイス）から入手可能なシリコン・オン・絶縁体（ＳＯＩ）から作られるチップを有する圧電抵抗燃焼圧力センサを具備している。しかしながら、任意の適切なシリンダ内圧力センサが使用されることができることが認識されるであろう。例えばセンサは同時出願番号DE 100 34 390.2 号明細書に記載されているタイプであってもよい。圧力センサ26はピストン40における４ストロークを通して反復された読取りを行う。読取りはクランク同期であり、ライン46を経て適切な信号をＥＣＵ20へ送信するクランク歯センサ44により検出されるクランク42のクランク歯42a によりトリガーされる。好ましい実施形態では、任意の所望の分解能が採用されることができ、限定されたファクタは処理パワとクランク角感知分解能であるが、読取りはクランク軸回転の２°毎に取られる。各シリンダでは、読取りは幅７２０°のサイクルウィンドウを横切って取られる。図１８を参照して以下さらに詳細に説明するように、ウィンドウは各シリンダのエンジンの上部の死点（ＴＤＣ）の手前の点から動作するように選択される。
【００３９】
動作において、システムは種々の状態またはモードを採用できる。これらはエンジンパワーアップ、エンジンスタートアップ（即ち定常状態に到達される前）を含んでおり、定常状態ではエンジンがアイドリングしているときのアイドル速度およびスロットルが与えられるとき、燃料効率モード（ＦＥＭ）および平滑動作モード（ＳＲＭ）を含んでいる。定常状態が検出されるときＳＲＭが入力されるが、システムはＦＥＭ状態が与えられた燃料量で最大のトルクに対応するときエンジン応答を最大にするために過渡的な操作中にＦＥＭに切換えることが好ましい。過渡的な操作中に、高速度の応答のエンジンは平滑動作のエンジンよりも重要である。以下説明するように、前述したように得られる圧力データは種々のこれらの状態を強化するために使用されることができる。さらにデータはエンジンのノックおよびミスファイヤを識別するために使用されることもでき、これらの状態は各シリンダに局部的であるが、システム状態として考慮されることができる。
【００４０】
圧力データが使用される方法を２つの可能なモードＦＥＭ、ＳＲＭに関して詳細に説明する。いずれかの場合、十分なデータは、得られたデータ点からの適切な値に対して圧力曲線を示すことに実効的に対応する圧力変化関数を構成するために集められる。結果として、仮定と予め定められた関係またはパラメータ値に基づく導関数は最小にされる。
【００４１】
［燃料効率モード］
燃料効率モードでは、各個々のシリンダのスパークタイミングはシリンダにより発生されるトルクを最大にするために先のサイクルウィンドウからの圧力センサ読取りに基づいて制御される。シリンダの燃料の５０％が実現される最大のトルクで燃焼される最適のクランク角（ＣＡ）位置θ50ideal が存在することが知られている。燃料の５０％が燃焼される実際のＣＡθ50realを設定するために圧力センサの読取りは以下説明するように処理される。この値はルックアップテーブルを使用して既知の最適値に対して比較され、シリンダのスパークタイミングは実際値を最適値に近付けるために閉ループで適切であるように進められまたは遅延される。ルックアップテーブルの内容は当業者によく知られた方法で得られまたは較正可能である。結果として、スパークタイミングは各シリンダで最良のトルクのほぼ最小に近い前進へ制御される。シリンダの別々の制御はほぼＭＢＴのタイミングがエンジン製造変化、作業着、湿度または燃料タイプの変化にかかわりなく実現されることを可能にする。各サイクル中に集められる比較的多数の圧力データは雑音に対する免疫性をより大きくするために信号の平均化を可能にする。勿論、任意の他の燃焼される燃料の割合がターゲットのクランク値を得るために使用されることができ、５０％の割合は純粋にその割合で利用可能なデータ量のために選択されることが認識されよう。
【００４２】
図４のａとｂは燃料の５０％が燃焼されるＣＡ位置θ50realがシリンダ圧力信号から直接評価される態様を示している。これはサイクル毎の圧縮ストローク中に各シリンダで実行される。
【００４３】
図４のａは−３６０°と＋３６０°との間の１サイクル全体におけるクランク角に対するシリンダ圧力の変化を示している。よく知られているように、エンジンサイクルは４つの領域、即ち−３６０°から−１８０°の導入、−１８０°から０°の圧縮（ＴＤＣ）、０°から＋１８０°の膨張、＋１８０°から３６０°の排気に分割され、７２０°のサイクル全体を規定している。論理的に、無限に小さい期間にわたって生じる瞬間的な燃焼に対しては、スパークを点火するための最適な点は０°ＴＤＣであるが、実際にはスパークタイミングはＴＤＣから−４４から＋５°だけ変化することができ、θ50realは瞬間的状態に基づいてＴＤＣから＋５°から＋２５°だけ変化することができる。経験値θ50realを評価することにより、理想的なＣＡθ50realと実際の最適なスパーク点火角が追跡されることができる。
【００４４】
図４のｂは付加的なデータ点が示されているＣＡに対するシリンダ圧力のグラフを示している。シリンダ圧力曲線Ｃは信号雑音を減衰するためにゼロ位相シフトのローパスフィルタに生のデジタル圧力信号値を通過させることにより得られる濾波された圧力信号Ｐf から得られる。
【００４５】
中間および長期のセンサドリフトはその後、多重圧ガスの原理を提供することにより補償され、以下の法則を適用する。
（Ｐf ＋Ｐ0 ）Ｖn ＝一定                          （１）
ここでＰ0 ＝オフセット圧力であり、
Ｐf ＝濾波された圧力信号であり、
Ｖ＝シリンダ容積であり、
ｎ＝多重圧指数である。
【００４６】
オフセット圧力Ｐ0 を得るため、Ｐfj,k,lの３つの値は（勿論、クランク角値から直接得られることができる）これらの各点における対応するシリンダ容積Ｖj,k,l と共に選択される。容積のそれぞれの値が次式を満たす点で値が選択されるならば、式は適切に解かれることができることが示されることができる。
【数１】
2004536250.tif 000003
【００４７】
下付け文字ｊ、ｋ、ｌはＣＡ位置θj 、θk 、θl に対応するそれぞれのデータ点を表している。この場合、式（１）は以下の関係式を生むことが示されることができる。
Ｐ0 ＝（Ｐ2 fk−ＰfjＰfl）／（Ｐfj＋Ｐfl−２Ｐfk）          （３）
結果としてＰ0 が得られ、各シリンダのサイクル毎にｎを効率的に評価し、エンジン温度、エンジン温度、排気ガス再循環等によりｎの変化を補償する。
【００４８】
オフセット圧力の値を獲得し、任意のセンサドリフトを補償すると、調節されたシリンダ圧力値はθ50realを得るために使用される。導出は燃焼圧力、“監視圧力”、シリンダで燃焼する燃料の割合間の既知の関係、ここでは“圧力比制御”と呼ぶ関係に基づいている。監視圧力は燃焼が起こらない結果から生じるシリンダ圧力であり、図４のｂの曲線Ｅにより表される。勿論、燃料が一度、θign で点火されると、曲線Ｃはもはや監視圧力を表さない。したがって以下説明するように、θign の次の監視圧力は曲線Ｅの破線部分により示されているように外挿される。
【００４９】
監視状態下では、シリンダのガスの性質は圧縮と排気ストロークの両期間中の連続的な多重圧プロセスとしてモデル化されることができ、それによってガスの式（１）の法則が次式のように再度適用されることができる。
Ｐc Ｖn ＝Ｋ                                    （４）
ここでＰc は次式により与えられるドリフトで補正されたシリンダ圧力であり、
Ｐc ＝Ｐ＋Ｐ0                                  （５）
Ｋは多重圧定数である。
【００５０】
Ｐc はこの場合、濾波された信号Ｐf ではなく生の信号Ｐから直接得られる。これは以下説明するように、次の処理ステップが生のデータに適応されるときさらに正確である多数のデータ点にわたって最小二乗法則を適合し、任意の事象でローパスフィールドからの歪みを濾波することを含んでいるためである。
【００５１】
監視圧力曲線Ｅが得られる曲線Ｃの部分Ａはシリンダへの吸気弁が閉じる点（吸気弁の閉鎖）θIVC と好ましい実施形態で大きく遅延された状態下で監視圧力曲線の最良の評価を可能にするためサイクルからサイクルへと変化できるθign との間に延在する。しかしながらその代わりに、θign は最も進んだ可能なスパークタイミングに限定されることができる。したがってデータ値Ｐi とＶi は範囲ｉivc ＜ｉ＜ｉign を横切って取られる。多重圧ガスの式の両側の対数を取ることにより、最小二乗曲線適合技術は圧縮ストローク期間中に圧力の範囲にわたって適用され、定数ｎとＫを生成する。これは監視圧力Ｐm 曲線Ｅの残りが各測定点ｉの値から構成されることを可能にする。
Ｐmi＝Ｖi -nＫ                                  （６）
その代わりに、システムはＰ0 と、ｎとＫを共に評価するために反復的な技術を使用するが、好ましい実施形態は必要な処理時間を減少することが発見されるように前述の曲線適合技術である。
【００５２】
監視圧力曲線Ｅを得ると、θ50realは各シリンダで燃焼された燃料の割合の評価、いわゆる燃焼された燃料質量部分（ＭＦＢ）から得られる。所定のデータ点ｉでは、この割合ＺMFBiは次式により与えられる。
ＺMFBi＝（Ｐfci ／Ｐmi）−１                    （７）
ここでＰfcはドリフトに対して補正された濾波されたシリンダ圧力である。１の減算は以下の関係式を考慮している。
（Ｐfc／Ｐm ）≧１
即ち、燃焼から生じる濾波された圧力は正常の動作状態下では監視圧力よりも小さくなることはない。５０％のＭＦＢに近いデータ点ｉ50が得られ、したがって、
ＺMFBi50＝Ｚmax ／２                            （８）
Ｚmax は図４のｂの曲線Ｄにより表されるようにＺMFB の最大値である。データ点は本発明では２°の分解能を有するディスクリートなデータ点であるので、θ50realの値はデータ点とクランク角との間の線形の関係に依存して直線の反復により近接するデータ点の間に補間されることができる。
【００５３】
所定のサイクルウィンドウから得られた値θ50realは積分フィードバック制御を使用して図５に示されているようにターゲット値θ50ideal に近付けるように次のサイクルのスパークタイミング制御に適応される。積分制御動作はθ50ideal に近付けるようにベーススパークタイミングをトリムする。これはθ50ideal と評価された値θ50realとの間のエラーを減少することにより可能にされる。このベーススパークタイミングはエンジン速度および負荷に対する２次元のルックアップテーブルから得られる。積分制御動作を使用し制御利得を設計することにより、θ50ideal のほぼ高速度の追跡が得られることができる。
【００５４】
図５をさらに詳細に参照すると、各サイクルウィンドウでは、前述のアルゴリズムはブロック50でθ50realの評価を行うためシリンダ圧力センサデータに基づいて実行される。瞬間的なエンジン状態に対しては、θ50ideal の値はブロック52でルックアップテーブルから得られ、これらの値は積分制御54で比較される。エンジンベースタイミング56は58でトリムされ、シリンダはブロック60で点火される。このサイクルに対する圧力データは次のθ50real値を得るために監視され、プロセスは各次のサイクルで反復される。
【００５５】
図６で示されているように、積分動作はスパークタイミング角度θSPARK が予め限定された限度のセットθ-limitとθ+limitの範囲外であるときに中断される。これらの限度は最大および最小の許容可能なスパークタイミング角度を表し、実際には２次元のルックアップテーブルから得られる。スパークタイミングがエンジン状態の変化から生じるこれらの限度内に戻るとき、積分動作は再開する。図６で示されているように、限度値は行われた動作に関してエンジンの効率のしきい値に基づいて選択される。スパークタイミングがエンジン状態の変化から生じるこれらの限度内で戻るとき、積分動作は再開する。これはいわゆる積分ワインドアップを防止する。
【００５６】
シリンダ毎のサイクル毎の圧縮ストロークに対してこのシステムを実行することにより、燃料効率モードは瞬間的なエンジン状態のみに基づいてほぼＭＢＴのタイミングで各シリンダが動作することを確実にすることにより得られる。さらに、監視圧力は各サイクルで最適化された性能データから外挿されるので、例えばスパークタイミングを遅延させることにより監視圧力を得るため、シリンダの動作を変更する必要はない。
【００５７】
［平滑動作モード］
平滑動作モードは定常状態でシリンダにより生成される平均トルクを平衡することを含んでいる。これを行うために、各シリンダの各エンジンサイクルに対してピストンで行われる動作の測定値は感知されたシリンダ内の圧力データに基づいて得られる。“最も弱い”シリンダが識別され、前述したように燃料効率モードに関連してほぼＭＢＴに近くこのシリンダを動作させ、他のシリンダのタイミングは閉ループ技術を使用して再度最も弱いシリンダにより行われる動作に整合するために遅延される。
【００５８】
各エンジンサイクルでピストンのガスにより行われる動作は、単一の４ストロークサイクルにわたって容量Ｖに対するシリンダ圧力Ｐのグラフを示した図７で表されているようにエンジンサイクルにわたってＩＭＥＰにより表されることができる。陰影を付けられた区域は圧縮および膨張ストローク中に行われる動作に関する全体的なＩＭＥＰであり、グラフ全体により包囲されている区域は、導入および排気ストローク中にピストンによりガスに行われる動作を含んだ、全体的なサイクルにわたって行われる動作に関する実質的なＩＭＥＰである。全体的なＩＭＥＰ領域は図４のａの圧力対クランク角のグラフでも示されている。
【００５９】
採取されたサンプルは圧力／容量曲線を示すのに十分であるので、ＩＭＥＰは台形積分を適用することにより実験的に得られることができ、実質的なＩＭＥＰでは次式が得られる。
【数２】
2004536250.tif 000004
【００６０】
ＩＭＥＰが効率的に積分により得られるので、式（９）は雑音の影響が減少されるとき、生の圧力データに基づいて計算されることが好ましい。同様に、圧力オフセット補正は図７のＰＶ図の囲まれた面積のサイクル積分であるのでＩＭＥＰ計算に不適切であり、絶対圧力値と独立している。
【００６１】
図８ａはシリンダのＩＭＥＰが平滑な動作のエンジンを実現するために平衡される平滑動作モードのエンジン制御を示している。平滑動作モードはステップ70で開始し、ステップ72で、エンジンは以下さらに詳細に説明するように定常状態の状況に対してチェックされる。定常状態の状況が検出されるならば、ステップ74で、最も弱いシリンダは図８ｂを参照して以下説明するように全てのシリンダのほぼＭＢＴの濾波された平均（移動平均）ＩＭＥＰを比較することにより識別される。最小平均ＩＭＥＰを有するシリンダは最も弱いシリンダとして識別され、ステップ76のシリンダ平衡のターゲットＩＭＥＰはそのシリンダのＩＭＥＰに基づいている。最も弱いシリンダはＭＢＴの所定のウィンドウ内で動作しているシリンダのＩＭＥＰを比較することにより連続して更新される。ＭＢＴのウィンドウの導入はシリンダが次のサイクルのターゲットＩＭＥＰのオーバーシュートを防止し、次のサイクルにおける最も弱いシリンダになり、連続するサイクルで依然としてオーバーシュートであるターゲットＩＭＥＰを設定する。スパークが点火されることができる（およびしたがってＭＢＴのウィンドウを規定する）クランク角の範囲を限定することによって、この状態は防止される。
【００６２】
暴走の場合、ＳＲＭはステップ80でディスエーブルされる。そうでなければシステムはステップ72で再度ループバックする。ステップ72で定常状態の状況が検出されない場合、ステップ82で、（図５を参照して前述したように）圧力比制御は全てのシリンダで行われ、それによって燃料効率モードに効率的に再度入る。結果として、システムは過渡的な操作中にＦＥＭへ自動的に切換えられ、このような操作中に平滑動作エンジンよりも重要な所定の燃料量で最大のトルクを与えることによりエンジン応答を最大にする。
【００６３】
ＳＲＭはまたあるエンジン状態が検出されたときにもディスエーブルされることができる。例えばあるエンジン速度、例えば３０００ＲＰＭにわたって、クランク軸の屈曲等の外部要因はＩＭＥＰを平滑動作モードで関連性の少ないインジケータにする。したがってステップ72はＳＲＭをディスエーブルするための条件が満たされるか否かを設定するためにルックアップテーブルから得られる値に対してエンジン速度等のエンジン状態を比較する付加的なサブステップを含んでいてもよい。
【００６４】
ステップ72で定常状態のエンジン状態を検出するため、各シリンダのサイクルからサイクルへの変化が監視される。エンジン負荷およびエンジン速度等の共通のパラメータに加えて、それらの物理的寸法、非対称マニホルド形状、沈殿物の成長等の違いのためにシリンダ間で変化が生じるので各シリンダでエクササイズを実行することが好ましい。エンジン負荷および速度等のパラメータに加えて、サイクル間で放熱の差による小さい変化が生じる。これは空気、燃料、再循環された排気ガスのランダムな混合により生じる。
【００６５】
各シリンダの実質的なＩＭＥＰの変化は以下のようにサイクルｊに対して更新される。
var(IMEPnet ) j ＝
βvar(IMEPnet ) j-1 ＋（１−β）［IMEPnet j −mean(IMEP net ) j ］2  （１０）
式（１０）において、βは忘却係数（典型的に０．９から０．９９）であり、ｍｅａｎ（ＩＭＥＰnet ）は平均ＩＭＥＰである。このｍｅａｎは移動平均フィルタを使用して更新される。
mean(IMEP net ) j ＝βmean(IMEP net ) j-1 ＋（１−β）IMEPnet j    （１１）
したがって、mean(IMEP net ) 係数は忘却係数のサイズに依存して瞬間的なＩＭＥＰnet 値の主要な変動を平滑にする。分散は同様に先のデータ値の分散を平均からの現在値の分散部分と結合することにより式（１０）において平滑化され、平滑のレベルは再度忘却係数βのために選択される値に基づいている。
【００６６】
式（１０）と（１１）は反復的であるので、スタートアップ値は分散およびＩＭＥＰの平均の両者に対して反復を開始させるために必要とされることが認識されよう。製造の応用では、典型的な値が初期値として適用されるようにこれはエンジンがスタートされるときにアイドル速度の値に対応し、両値はエンジン較正中に特定される。したがって、これらの値は環境的状態、製造構造の変形等の変化の結果として広く変化するので、実際には問題につながる較正されたエンジンに対応する全てのエンジンで設定される。
【００６７】
しかしながら好ましい実施形態では、本発明は較正された初期値で可能な不正確さを考慮する。特に初期サイクルにわたって、βは最初のサイクルで最初にゼロに設定され、０．９と０．９９の間の典型的な値βfinal に集中するように指数関数的に増加される。これらの初期サイクルにわたって、βの値は以下のアルゴリズムにしたがって式（１０）と（１１）に挿入される。
βj ＝αβj-1 ＋（１−α）βfinal                    （１１ａ）
ここでｊは１から開始するサイクル数であり、αは予め定められた時定数（典型的に０．８から０．９）であり、β0 ＝０である。β＝０の初期値を式（１０）と（１１）に挿入することは初期値に基づいて項を消去する。それ故、βがその後の反復で増加するとき、分散および平均値は迅速に代表値に設定される。これはβが式（１１ａ）により支配されるようにβfinal に接近し、var(IMEPnet ) とmean(IMEP net ) の先行する値が迅速に重要性において増加するためである。
【００６８】
シリンダＩＭＥＰの全ての分散が所定のしきい値よりも下に落ちたとき、定常状態の状況はフラグされる。反対に、１以上のシリンダ分散がこのしきい値を超えて上昇したとき、定常状態の状況はディスエーブルされ、システムは図８ａで示されているようにボックス82へ移動し、ここで圧力比制御がシリンダで行われる。
【００６９】
図８ｂは最も弱いシリンダが識別される態様をさらに詳細に示しており、ここでは別のルーチンがステップ74で開始される。最も弱いシリンダはＸで示され、６シリンダエンジンではＸ＝１、２、３、４、５または６である。ステップ83で、システムは最も弱いシリンダがＸ値をチェックすることにより先に識別されているか否かをチェックする。Ｘ＞０ならば、識別されていることを示しており、現在の最も弱いシリンダはＭＢＴの狭い窓内の全てのシリンダの濾波された（移動平均）ＩＭＥＰを比較することにより識別される。最も小さい濾波されたＩＭＥＰを有するシリンダが最も弱いとして識別される。全てのシリンダのシリンダ平衡のためのターゲットＩＭＥＰはこのシリンダのＩＭＥＰに基づいている。ステップ84で、次式のとき、シリンダＸはＭＢＴの狭い窓内に残留しているとして検出される。
｜θ50t −θ50fX｜＜Δθ50w 
ここでθ50t とθ50fXはターゲットであり、（シリンダＸの）濾波され評価された５０％のＭＦＢ  ＣＡであり、Δθ50w はＣＡウィンドウである。これはしきい値の役目を行い、それより下では圧力比制御装置は収束を有し、即ちシリンダは圧力比制御装置により制御されるときほぼＭＢＴで点火している。収束が生じたならば、最も弱いシリンダはこのウィンドウ内で動作しているシリンダのＩＭＥＰを比較することによりステップ85で更新される。これはそれらのタイミングがＭＢＴから離れて平衡されるので、低いＩＭＥＰを転送しているシリンダが最も弱いシリンダと誤解されないことを確実にする。Ｘの値はステップ85で最も弱いシリンダ番号に設定され、サブルーチンはステップ86で終了する。ステップ83で最も弱いシリンダが先に識別されていないならば、ステップ87で全てのシリンダＣＡ｜θ50t −θ50fX｜がΔθ50w 内に入るならば、最も弱いシリンダはステップ88で識別される。そうでなければルーチンはステップ86で終了する。
【００７０】
図９は典型的にタイミングを遅延することにより各シリンダのスパークタイミングを調節するための積分フィードバック制御の使用を示しており、すなわち、そのそれぞれのＩＭＥＰは最も弱いシリンダ（Ｘ）のターゲットＩＭＥＰに一致する。ブロック90で、ターゲットＩＭＥＰは図８ａのステップ74のように識別される。積分制御ブロック92で、エンジン94へのスパークタイミングはそれぞれのシリンダのＩＭＥＰがターゲットのＩＭＥＰに一致するように調節される。現在のサイクルとシリンダの実質的なＩＭＥＰは前述のようにシリンダ圧力に基づいてブロック96で評価され、図８で示されている最も弱いシリンダの識別ステップ74が反復される。
【００７１】
図１０を参照すると、最も弱いシリンダＩＭＥＰX と、ＩＭＥＰY とＩＭＥＰZ を表示する２つの他の例示的なシリンダにおけるスパークタイミング角に対する実質的なＩＭＥＰのグラフを検査することにより遅延される。特に、一度θMBT がＩＭＥＰX に対して識別されると、それぞれのシリンダＹおよびＺに対する遅延されたタイミングθY とθZ はピークＩＭＥＰX 値に対応する各それぞれのＩＭＥＰ曲線のスパークタイミング角を抽出することにより得られる。図１０はＩＭＥＰ平衡の原理を単に示しており、実際には図９に関して説明した積分フィードバック制御技術はターゲットのＩＭＥＰを追跡するために適用されることが認識されよう。
【００７２】
得られる圧力データもまたエンジンのミスファイヤ、エンジンノック、スタートアップ制御を含む他のエンジン状態を検出または強化するために適用されることができる。
【００７３】
［ミスファイヤの検出］
いずれかのモードにおいても、本発明はさらに感知されたシリンダ内圧力弁に基づいてミスファイヤ検出のために与えられる。これはＩＭＥＰを監視し、それをしきい値に対して比較することにより再度行われる。図７を再度参照すると、実質的なＩＭＥＰは示されているグラフではシリンダ圧力対シリンダ容量の全体的な面積である。ミスファイヤを検出するために、本発明は圧縮および膨張ストローク中に行われる作業に対応して図７で示されているように総合的なＩＭＥＰだけを決定する。総合的なＩＭＥＰは導入および排気ストローク中の空気の吸入排出で行われる作業を除くので燃焼により行われる実作業を表している。本発明は総合的なＩＭＥＰの測定を可能にする利点があるが、実質的なＩＭＥＰは通常、測定するのは容易である。２°のクランク角の分解能では、総合的なＩＭＥＰは次式により与えられる。
【数３】
2004536250.tif 000005
【００７４】
ここでＶs はシリンダの掃引容量であり、Ｐi とＶi は測定されたシリンダ圧力およびクランクベースの容量である。２°のクランク角では、ｉ値は−１８０°から＋１８０°の圧縮および膨張ストロークを横切るクランク角範囲に対応することに注意する。既知のシステムでは、ミスファイヤの検出は代わりに排気温度またはエンジンフライホイール速度の変化の検出に基づいており、その両者は間接的でミスファイヤの正確なインジケータではない。
【００７５】
図１１を参照すると、ミスファイヤを検出するための本発明にしたがって使用されるしきい値交差技術を説明する。ステップ100 で、ミスファイヤ検出アルゴリズムが開始され、ステップ102 で、１サイクルウィンドウにわたるシリンダの全体的なＩＭＥＰが計算され、値ＩＭＥＰgross が記憶される。ステップ104 で、ＩＭＥＰgross は絶対的なミスファイヤしきい値ＩＭＥＰmft に対して比較される。ＩＭＥＰmft はエンジン速度およびエンジン負荷等の瞬間的なエンジン状態に基づいてルックアップテーブルから得られることができる。ＩＭＥＰgross がステップ104 でＩＭＥＰmft よりも小さいならば、ステップ106 でミスファイヤがフラグされ、値Ｆｌａｇmfは１に設定される。
【００７６】
ステップ104 で、ＩＭＥＰgross が絶対的なしきい値ＩＭＥＰmft を超えるならば、ステップ108 で、ＩＭＥＰmeanはそれらの対応するサイクルウィンドウの他のシリンダで計算される。ステップ110 で、値ＩＭＥＰmeanは相対的なミスファイヤしきい値係数Ｚmft により乗算され、ＩＭＥＰgross は相対的なミスファイヤしきい値Ｚmft により乗算されるＩＭＥＰmeanに対して比較される。ＩＭＥＰgross がこの積よりも小さいならば、即ち平均ＩＭＥＰのある割合よりも下であるならば、ステップ106 でＦｌａｇmfの値は１に設定される。しかしながらＩＭＥＰgross がその積を超えるならば、ステップ112 でＦｌａｇmfはゼロに設定される。とにかく、一度Ｆｌａｇmfが設定されると、ミスファイヤ検出アルゴリズムはステップ114 でそのサイクルで停止する。
【００７７】
ミスファイヤに対するシステムの応答は燃料効率モードと平滑動作モードの両者で類似している。燃料効率モードでは、図５を参照して説明したミスファイヤに対する圧力比アルゴリズムの応答はミスファイヤされたシリンダの積分動作を中断することである。それ故、ミスファイヤのシリンダ（ブロック56参照）のベーススパークタイミング角度に与えられるトリムはミスファイヤの発生前にその値に設定される。平滑動作モードでは、図８で示されているミスファイヤに対するシリンダ平衡アルゴリズムの応答は燃料効率モードにおける圧力比制御装置の応答と同一である。ミスファイヤされたシリンダのベーススパークタイミング角度に与えられる完全なトリムはミスファイヤの発生前にその値に設定される（図９のステップ92参照）。換言すると、ミスファイヤ中に代表的ではない圧力値から得られる可能性のある無効のスパークタイミング値は考慮されない。その代わりにミスファイヤのシリンダのタイミング角度はミスファイヤのない最後の値に効率的にリセットされ、さらにミスファイヤを即座に終了する利点を与える。
【００７８】
［ノックの検出］
圧力センサシステムはさらに個々のシリンダノック検出に基づいてノック制御を可能にする。ノック検出はサイクルウィンドウにわたって圧力センサ信号の既知の特性を単に認識することにより実行される。信号濾波はエンジンのノック周波数で圧力曲線の成分を抽出するために行われることができる。これらの成分の大きさはノック強度の尺度である。これが所定のしきい値を超えて上昇したときにノックは検出される。適切な技術が当業者によく知られており、ここでは詳細に説明しない。好ましい実施形態では、新しい信号は（試験台で識別されるか既知の技術を使用して評価されることができる）第１のノック周波数モードを隔離するために帯域通過フィルタを通過される。濾波は予め規定された“ノックウィンドウ”、即ちノックが生じたことが知られるサイクル部分にわたって実行される。濾波された信号は整流され、ノック強度を得るために平均値が取られる。付加的なモードが同様に、および／またはその代わりの統計的方法がノック強度を識別するために適用されて隔離されることができることが認識されよう。高速度フーリエ変換等の他の技術が代わりに適用され、技術の選択は利用可能なデータ処理パワーに大きく依存する。ノックを検出するためのシリンダ内圧力センサの使用はエンジンの移動部分によって発生される機械雑音による信号の崩壊を減少させる。
【００７９】
図１２は燃料効率モードにおいてシステムがエンジンノックを対処する態様を示している。特に、モードスイッチブロック124 と共に付加的な制御ブロック120 と122 が図５を参照にして既に前述したブロックで実行されることが認められる。エンジンからのシリンダ圧力信号はノック検出ブロック120 へ送られる。ノックが検出されたならば、ノック検出ブロック120 は２つのステップを実行する。最初に、ライン126 を経てノック検出信号をモードスイッチブロック124 へ送信する。ノック検出信号はノック制御ブロック122 へも送られる。モードスイッチブロック124 はノック制御ブロック122 からノック制御信号を受信するように切換える。その結果として、積分動作が中断される。エンジンノックはノックが検出されたシリンダのタイミングを直ちに遅延することにより減少される。
【００８０】
タイミングは図１３で示されているように遅延される。ノック制御フラグは図１３の下方のグラフで示されているように、ノック検出ブロック120 によるノック検出時に（スイッチブロック124 によるモードスイッチに対応して）１に設定される。スパークタイミング角は予め定められたステップ値により遅延される。スパーク角はその後、ノック制御ディスエーブルしきい値よりも下に落ちるまで、即ち積分動作が再開され、モードスイッチブロック124 が積分制御に切換えられる段まで、指数関数的に進められる。遅延角度を進めるときにノックが検出されたならば、スパークタイミングは図１３の上部のグラフの破線で示されているように再度ノック遅延値に直ちに遅延される。一度、遅延角度がしきい値よりも下に落ちると、積分状態はしきい値よりも下に落ちたときの遅延角度に対応するように更新される。結果として“バンプのない”転送はそれ故、積分制御がその次にしきい値遅延角度の開始点からターゲットクランク角θ50を探知するので、モードスイッチブロックがノック制御と積分制御との間で切換えるときに生じる。
【００８１】
平滑動作モードでは、エンジンのノックは全てのシリンダが同一角度だけ遅延される点を除いて燃料効率モードと類似して制御される。これはノックに応答して平滑な全体的なエンジン応答を確実にする。この共通の遅延角度は全てのシリンダ、即ち大部分のノックを示すシリンダの最大のノック強度に基づいている。
【００８２】
［オンラインのシリンダ診断］
先に詳細に説明したようにシリンダ内の圧力感知により得られるデータはさらに故障、漏洩、故障検出等のエンジン／シリンダ動作のオンライン診断に適用される。これは試験データから得られたＰＶ特性図を解析するための前述したような技術に基づいている。特に、完全なエンジンサイクルにわたって得られた高いクランク角度の分解能はオンラインシリンダ診断を容易にする。勿論、オンラインの感知が行われる任意のエンジンにも適用されるが、４ストロークエンジンの場合、種々の特徴が種々のストロークで検出される。例えば導入ストロークでは、ピストンリングまたは排気弁の漏洩が検出されることができる。圧縮スロトークでは、点火前に、ピストンリング、入口弁または排気弁の漏洩が検出されることができる。排気ストロークでは、ピストンリングまたは入口弁の漏洩が検出されることができる。
【００８３】
故障の検出は、多重圧ガス関係（前述の式（１））および例えばサイクルの種々の部分における理想的な態様に対して測定された態様の比較を含む物理的なモデルの使用により実現されることができる。代わりまたはそれに加えて、故障の検出例えば代表的なパターンを識別し、開発するためにニューラルネットワークを使用してパターン認識技術により実行されることができる。
【００８４】
さらに、シリンダ間のＰＶ結果の相互相関によって、個々のシリンダの故障は他との比較により認識されることができる。特に、各ストロークの検出結果の比較により、エンジン管理システムは故障がピストンリングの漏洩（ＰＲＬ）、入口弁の漏洩（ＩＶＬ）または排気弁の漏洩（ＥＶＬ）であるか否かを診断できる。これは図１９により区別されることができる。排気ストローク（ＥＳ）検出が正であり、導入ストローク（ＩＳ）検出が負であるならば、故障はＩＶＬとして診断され、ＥＳ検出が負であり、ＩＳ検出が正であるならば、故障はＥＶＬとして診断される。これら両者が正であるならば、結果はＰＲＬとして診断され、これは正の圧縮ストローク（ＣＳ）検出により確認されることができる。この論理は以下のようにブール表記で表されることができる。
【数４】
2004536250.tif 000006
【００８５】
ここで“ｘ”はＡＮＤ演算子であり“￣”はＮＯＴを示している。
【００８６】
また、多数のシリンダに共通のさらに別のシステムの問題は相互相関により識別されることができる。例えばヘッドガスケットはピストンリングの漏洩が１よりも多数のシリンダから識別されるときに識別される。代わりに、導入ストローク中の吸込みマニホルドの漏洩は共通の故障が複数のシリンダを横切って識別されるとき再度識別されることができる。これは付加的な周囲圧力センサと、スロットルセンサと吸込み温度センサの使用を必要とし、それによって比較目的で公称上のマニホルド圧力を与える。
【００８７】
前述の比較／パターン認識技術を使用して、このボード上診断の形態はセンサ故障から容易に弁別可能であるべきである。その方法は２ストロークエンジン等の別のエンジン形態に適用されることができ、またフルサイクル或いは１以上の個々のストロークにわたって識別されることもできることが認識されるであろう。
【００８８】
［スタートアップ制御］
エンジン管理システムはさらにスタート制御モードでエンジンのウォームアップ中にスパークタイミングと空気燃料比の自動的な補償を与える。特に、触媒コンバータが可能な限り迅速に最適な動作状態に到達するように可能な限り迅速にエンジンがウォームアップすることを確実にすることが望ましい。これを実現するため、スパークタイミングが遅延されるが、遅延角度に対する限度は燃焼の安定性の限度である。
【００８９】
図１４ａは瞬間的なエンジン状態に基づいて、スパーク角度が可能な限り遅延されることを可能にして、より高速度のウォームアップをするために燃焼の安定性のサイクルからサイクルの監視を可能にするアルゴリズムを示している。燃焼の安定性の尺度は連続的なサイクルで各シリンダのＩＭＥＰnet の変化の分散であるΔＩＭＥＰnet の分散を設定することから得られることができる。しかしながら好ましくは、サイクルからサイクルの可変性の代わりのインジケータ“ｍａｇｖａｒ”が採用され、以下のように規定される。
2004536250.tif 000007
この項は式（１０）で説明した分散式と異なって、右辺の第２の二乗された項が避けられ、項ｍａｇｖａｒをＩＭＥＰの値の大きさに敏感ではないようにするので好ましい。結果として、ＩＭＥＰと可変性関数間の良好な線形関係が設けられる。式（１３）のＩＭＥＰを次式により表されるΔＩＭＥＰと置換する。
ΔＩＭＥＰnetj＝ＩＭＥＰnetj−ＩＭＥＰnet j-1                （１３ａ）
Δは差を表すので、サイクル数が増加すると、ｍｅａｎ（ΔＩＭＥＰnet ）はゼロであり、次式を与える。
magvar( ΔIMEP  net ) j 
＝βmagvar( ΔIMEP  net ) j-1 ＋（１−β）｜ΔIMEPnetj｜      （１３ｂ）
定常状態の決定（式（１０））は説明したように分散ではなく“ｍａｇｖａｒ”を使用して実行されることができることが認識されるであろう。
【００９０】
再び初期化中、β値は式（１１）にしたがって、複数のサイクルにわたって０から最終値へ増加される。
【００９１】
エンジンのスタートアップ中、スパークタイミングはこの値が燃焼安定性マージンを規定するターゲット値に集中するようにθ50を変更することにより制御される。このターゲット値は既知の技術にしたがってエンジンの較正中に設定される。図１４ａにより表されるアルゴリズムは図５を参照して前述した基本制御ブロックを含んでいるが、値θ50ideal は、付加的な値Δθ50SCにより補正された５０％ＭＦＢに対する公称のターゲットクランク角度θ50nominal として扱われることが分かり、これはスタートアップ中に必要とされるときスパークタイミングを遅延する基本的な効果を有することが認識されよう。各エンジンサイクルでは、ｍａｇｖａｒ（ΔＩＭＥＰnet ）はブロック130 で式９、１１ａ、１３ａ、１３ｂから計算される。ターゲットｍａｇｖａｒ（ΔＩＭＥＰnet ）は安定性マージンを表すブロック132 で得られ、これらの２つの値は134 で比較される。積分制御はブロック136 で行われ、値Δθ50SCはブロック138 でθ50nominal に付加される。測定された値θrealはその後、ブロック58でこの値を追跡する。
【００９２】
図１４ｂはクランク角度に対するｍａｇｖａｒ（ΔＩＭＥＰnet ）のグラフを示しており、そこからクランク角度のスパークタイミングが安定性マージン166 を超えて遅延されたときに分散は急速に増加することが分かる。物理的な項では、燃焼が生じるのが遅くなる程、異なるサイクル間で解放されるエネルギ間に存在する変化は多い。結果として、以下さらに詳細に説明するように、エンジンを燃焼安定性の許容可能なしきい値まで遅延することが望ましい。
【００９３】
過渡的なロードの適用中、ｍａｇｖａｒ（ΔＩＭＥＰnet ）は、Δθ50SCが減少し、５０％ＭＦＢクランク角度θ50を進めて、図１４ｂから見られるようにトルクのバックアップを行う結果として増加する。この進めによってＭＢＴがオーバーシュートしないことを確実にするために、即ちスパークタイミング角度がピークのトルク点を交差するほど進まないことを確実にするために、最小の積分状態はゼロであり、即ちΔθ50SCは常にゼロ以上である。結果としてターゲットの５０％ＭＦＢクランク角度は公称の設定θ50nominal を超えて進められることはない。
【００９４】
システムはさらに前述したように、冷却剤の温度がブロック142 で予め定められたしきい値を超えているとして検出されるまで、スタートアップモードでシステムを維持するモードスイッチブロック140 を含んでいる。この点でスタートアップモードは終了し、システムは図５を参照して説明されているようにθ50ideal を追跡する。
【００９５】
エンジンのスタートアップ中の更なる考察は、炭化水素の放出レベルの制御である。スタートアップ中に許容可能なレベルを維持するために、ターゲット空気対燃料比ＡＦＲが増加される（燃料の割合が効率的に落下するように薄くされる）ことが知られている。これは各シリンダに注入される燃料の量の減少を起こす。これは図１５で示されているようにファクタλ、ＡＦＲ対化学量論的ＡＦＲの比を制御することによって本発明にしたがって実現される。
【００９６】
十分に暖められたエンジンでは、Ａで示されているシステムの部分で示されているように、λ制御装置は２つのフィードバック制御ループ、気団流（ＭＡＦ）およびλに基づいている。気団流（ＭＡＦ）はブロック150 で測定され、これは気団流センサからの測定であるか、任意の適切な既知の方法におけるシリンダ圧力信号に基づいた評価である。ブロック152 で、この値は燃料量ＱMAF を与えるために化学量論的ＡＦＲに基づいた固定した定数により乗算される。燃料がシリンダへの入口ポートの壁に累積するかそこから蒸発することにより生じる遅延を補償するためにダイナミック補償がブロック154 で行われる。この壁ウェット補償は燃料コマンドＱcmd を生じる。
【００９７】
３方向用の触媒が最適な変換効率で動作することを可能にするため、ＡＦＲはほぼ化学量論まで制御されなければならない。したがってλのフィードバックルートは、ブロック156 で公称のターゲットλは１にほぼ等しいことに基づいて使用され、これはエンジン状態に対するルックアップテーブル関数として表される。（効率的な触媒変換のために必要とされる発振を誘導するように変形された比例／積分制御装置である）調節装置158 はターゲット値λは１ほぼ等しいことに対するエンジン160 から得られたλの値に基づいて、（気団流のエラーをトリムするため）補正係数Ｑλを与える。これは排気管に位置するラムダセンサへの排気ガスの転送遅延のために比較的低速度のフィードバック制御ループである。ラムダ値の測定は当業者に明白であるように既知のセンサ、例えば加熱排気ガス酸素（ＨＥＧＯ）センサまたは汎用排気ガス酸素（ＵＥＧＯ）センサを使用して行われることができ、後者は好ましい実施形態で使用されることが認識されるであろう。
【００９８】
コールドスタート中、燃料の混合を薄くするためにＡＦＲを増加することが必要であるとき、換言するとλ＞１の設定が必要であるとき、バイアスΔλSCはブロック162 で与えられ、ブロック156 で決定された公称のターゲット値に加算される。この値は図１４ａに関して説明したように得られるθ50のコールドスタート補正値Δθ50SCに対するルックアップテーブル関数から得られる。Δθ50SCとΔλSCとの間の関係はよく知られ、ルックアップテーブルはしたがって既知の関係および／または較正段から得られた。特に付加的な遅延に対応して、θSCが増加するとき、燃焼は安定ではなくなり、炭化水素が増加する。結果として、ＡＦＲλとΔλSCも増加する。さらに関係はΔλSCを得るためにルックアップテーブルへのさらに別の入力である冷却剤温度に依存していることも知られている。導関数、組成、ルックアップテーブルの使用は当業者によく知られており、ここではさらに説明しない。モードスイッチ140 はブロック142 で予め定められたしきい値に到達する冷却剤温度の検出に基づいてこのシステムで反復され、それによってエンジンが一度ウォームアップし、ラムダ補正がもはや必要とされなくなると、正常で暖められたエンジン状態が適用される。
【００９９】
本発明にしたがったエンジン管理システムのプラットフォームはメルセデスベンツＭ１１２エンジンの６つのシリンダの全ての圧力を監視し、製造エンジン制御装置170 の対応する出力を無効にする燃料量およびスパークタイミングに関する情報を与えるシステムについて図１６および１７を参照して説明する。
【０１００】
シリンダ圧力センサ172 は好ましい実施形態でＥＭＥＫ  IIインテリジェントデータ捕捉システム174 を具備する処理システムによりデジタル化される。データ捕捉システムはまた、例えば気団流センサ、入口温度センサ、カムセンサ、空気／燃料比またはラムダセンサまたは知られているタイプの任意の他の適切なセンサを含んでいる製造センサ176 から信号を受信する。図１７に示されているように、データ捕捉システム174 はさらにクランク角（ＣＡ）の値を提供するクランク歯信号を受信する。
【０１０１】
データ捕捉システム174 からのデジタル化された信号は、独国のHema Elektronik GmbHにより開発されたC40/C167プロトタイプ装置を具備する制御および診断装置178 へ送信される。制御および診断装置178 はさらに製造エンジン制御装置170 から製造センサデータを含むデータを受信し、全ての入力データは外部入力ブロック180 で受信される。制御および診断アルゴリズムは好ましい実施形態では、MatrixZ/SystemBuild で高レベルのシミュレーションおよびアルゴリズム開発ツールを構成され、コンパイルされたコードとして全体を182 で示されている２つのデジタル信号処理（ＤＳＰ）ボードへダウンロードされる。処理された制御データは制御および診断装置178 の外部出力ブロック184 から変更された製造エンジン制御装置170 へ送られ、その製造エンジン制御装置170 は前述の制御システムおよびアルゴリズムにしたがって、例えばスパークプラグおよび燃料インジェクタを含んでいる製造アクチュエイタを制御する。
【０１０２】
制御および診断装置178 はさらにホストＰＣ 192へ接続された外部較正システム190 とインターフェースする較正ブロック188 を含んでいることが認められる。較正システム190 は種々の構成ステップを実行できる。例えば５０％ＭＳＢ（θ50ideal ）に対するターゲットマップは固定したエンジン速度および負荷でスパークタイミングを変化し、ＭＢＴに対応する５０％ＭＦＢを位置付けることにより得られる。さらに、定常状態の状況を検出するためのＩＭＥＰしきい値の修正値は広範囲の状態にわたって定常状態でエンジンを動作することにより較正されることができる。過渡的な負荷変化による忘却係数（β）は較正されることができる。ミスファイヤ検出しきい値はミスファイヤの発生により検出されることができる。任意の他の適切な較正ステップが同等に行われることができることが認識されるであろう。
【０１０３】
ブロック182 で全体的に示されている２つのＤＳＰはそれぞれＥＭＳアルゴリズムに基づいて別々のシリンダ圧力を動作する。アルゴリズムの第１のセットはクランク同期であり、第１のＤＳＰ、すなわちＤＳＰＡで動作するようにトリガーされる。これらはコールドスタートにおけるミスファイヤ検出とスパークタイミング、燃料効率および平滑動作モードに関して前述した圧力データの集収および処理シーケンスである。図１８に示されているように、これらのアルゴリズムは各シリンダで７２０°のサイクルウィンドウにわたって動作し、１２０°のクランク角度（ＣＡ）インターバルで連続的なシリンダのためにトリガーされる。
【０１０４】
図１８のグラフはクランク角度に対するシリンダ圧力の関係であり、各シリンダに対してサイクルウィンドウ200 はＴＤＣのかなり前のクランク角度からＴＤＣのすぐ後のクランク角度への７２０°のフルサイクルにわたって動作することが認められる。データ捕捉期間202 がこれに続き、第１の“ＴＮ中断”204 まで動作する必要な有限の処理時間を可能にする。第２のＴＮ中断206 は１２０°後に生じる。先のサイクルウィンドウで獲得されたデータから得られる燃料およびスパークタイミングコマンドは第２の中断206 で与えられ、その結果信号処理208 は第１と第２の中断間のインターバル内で生じなければならない。エンジン速度が増加すると、第１と第２の中断間のクランク角度インターバルは同じであるが、時間ドメインではインターバルはしたがって減少し、信号処理ステップ208 は第２のＴＮ中断をオーバーラップしないように効率的に実行されなければならないことに注意する。例えば、図１８の第２のグラフを参照すると、シリンダ４では、信号処理ステップ208 は高いエンジン速度で実行され、低下して第２のＴＮ中断に近付くことが分かる。
【０１０５】
図１８のシリンダの順序はＤＳＰＡ（図示せず）で動作する全てのこれらのアルゴリズムで前述したように１、４、３、６、２、５である。
【０１０６】
残りのアルゴリズムはエンジンのノックの検出に使用される第２のＤＳＰ、すなわちＤＳＰＢで動作する。そのアルゴリズムは４０ｋＨｚのサンプル周波数で時間同期圧力信号を受信し、全ての６つのシリンダのノック強度をＤＳＰＡへ出力し、ＤＳＰＡでは前述のノック検出ルーチンが実行される。ノック周波数はクランク角度に関連しないで口径および燃焼温度等に関連するので、他のパラメータＤＳＰＢはクランク同期ではなく時間同期である。
【０１０７】
好ましい実施形態では、制御および診断装置178 でＤＳＰＡから発生された燃料およびスパークタイミングコマンドは制御区域ネットワーク（ＣＡＮ）バス194 を経て製造ＥＣＵ 170へ送信され、製造ＥＣＵ 170でこれらは製造制御アルゴリズムにより発生された正常なコマンドをバイパスする。結果として、システムは好ましい実施形態では、製造アクチュエイタ、即ち燃料インジェクタおよびスパークプラグの制御において変更されたシステムへの優先順位を可能にするために適切に変形された論理によって既存の製造ＥＣＵ 170に対して“ボルト締め”されることができる。
【０１０８】
本発明は広範囲の利点と、既存のシステムの問題に対する解決策を提供することが認められるであろう。数学的記述、またはダイナミックとエンジンの定常状態特性を説明するモデルの結合は必要とする較正の労力が少なく、実時間の制御を行う。シリンダ内圧力データの処理は、減少した数のセンサによるエンジン制御および診断を可能にし、特に前述したように気団流センサ、ノック検出センサ等のセンサは本発明にしたがってエンジン制御と妥協する必要なく最適である。さらに、シリンダ圧力センサが各シリンダがカム位置からのシリンダ位相を識別するのではなく、点火前のスタートアップ中でさえも各ストロークで検出された圧力変化から実行しているストロークを検出することができるとき、カムセンサは置換されることができる。
【０１０９】
前述したように圧力データの処理はアイドル速度制御およびエンジンのパワーアップを含む付加的または代わりのエンジン状態に適用されることができることがさらに認識されよう。
【０１１０】
本発明の説明は６シリンダ、４ストロークエンジンに関して行われたが、異なる構造、ストロークサイクル、シリンダ数のエンジンタイプで同様に適用されることができることが認識されよう。さらに本発明はスパークおよび燃焼点火タイプの天然ガスエンジンおよびディーゼルエンジンを含んだ異なる燃料タイプまたは燃焼タイプの内燃エンジンにも適用されることができる。これらの場合、シリンダ内圧力データは例えば、５０％  ＭＦＢにおけるＩＭＥＰおよびクランク角度またはその他のエンジンタイプのエンジン性能の他の既知の尺度を設定するために等価のパラメータでデータを獲得するために前述したように処理されることができる。このデータはその後、ディーゼルサイクルでの燃料点火等の適切な付勢点に適用されることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】従来技術のＥＭＳを表しているブロック図。
【図２】本発明にしたがったＥＭＳを表している概略図。
【図３】本発明にしたがった単一のシリンダの断面を表している概略図。
【図４】４ストロークエンジンのシリンダサイクルにおけるクランク角に対する圧力曲線と、その４ストロークサイクルの圧縮および膨張ストロークに関する付加的な詳細特性図。
【図５】本発明にしたがった燃料効率モードにおける積分フィードバック制御を示すブロック図。
【図６】スパークタイミング角に対して行われた動作の変化を示すグラフ。
【図７】シリンダサイクルの指示平均実効圧力を示すグラフ。
【図８ａ】本発明にしたがった平滑運転モードにおけるエンジン制御を示しているフロー図。
【図８ｂ】本発明にしたがった平滑運転モードで最も弱いシリンダが識別される態様を示すフロー図。
【図９】ＩＭＥＰ平衡のためスパークタイミング角を調節するための積分フィードバック制御を示すブロック図。
【図１０】実質的なＩＭＥＰによるスパークタイミング角の変化を示すグラフ。
【図１１】本発明にしたがったミシファイヤ検出を示すフロー図。
【図１２】ノック検出のための積分フィードバック制御を示すブロック図。
【図１３】本発明にしたがったノック制御のためのスパークタイミング角の遅延方式を示すグラフ。
【図１４ａ】スタートアップ中のスパークタイミングの制御を示すブロック図。
【図１４ｂ】スパークタイミングクランク角（ＣＡ）に対するＩＭＥＰの変化における変化を示すグラフ。
【図１５】エンジンスタートアップ中の燃料比に対する空気のフィードバック制御を示すブロック図。
【図１６】本発明にしたがったＥＭＳのコンポーネントを示すブロック図。
【図１７】本発明にしたがったＥＭＳの個々のシリンダ制御を示すブロック図。
【図１８】６シリンダのエンジンの選択されたシリンダにおける圧力サイクルを示すグラフ。
【図１９】シリンダの漏洩のボード上の診断を示すベン図。
【図１】
2004536250.tif 000008
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４ａ】
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【図１４ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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